JP2006313102A

JP2006313102A - 形状測定装置

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Publication number: JP2006313102A
Application number: JP2005135681A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Irie; 昌幸入江
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2006-11-16

Abstract

【課題】測定精度に影響を与えることなく衝突を検出することができる形状測定装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る形状測定装置１は、測定子２を有して被測定物３と接触するプローブ５と、プローブ５を図面上のＸ軸方向に移動可能に支持するガイド部６と、ガイド部６をＸ軸方向に移動してプローブ５を被測定物３に対して相対移動させる駆動部７と、一対の衝撃吸収部材（弾性部材）８Ａ、８Ｂを有し、かつ、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介してガイド部６に駆動部７からの力を伝達する駆動力伝達部１０と、被測定物３とガイド部６との相対位置を検出する位置検出部１１と、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂの変形量を検出する変形量検出部１２と、ガイド部６及び駆動部７を載置するベース１３と、位置検出部１１、変形量検出部１２、及び駆動部７と電気的に接続されてこれらを制御する制御部１５とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブを有する形状測定装置に関する。

測定子を有して作動軸の先端に設けられた接触又は非接触のプローブを用いて被測定物の形状を測定する形状測定機が多く知られている。これらの形状測定機は、プローブと被測定物とを相対的に移動（走査）しながら測定子の位置及び走査位置を検出し、それぞれの値から被測定物の形状を求める構造となっている。

これら形状測定機のプローブ、及びプローブ又は被測定物を移動させるガイド機構には、非常に高価、高精度のものが使用されており、誤動作や外力を受けて損傷した場合、復帰するためには価格的、時間的な損害が大きい。そのため、プローブの先端で測定子を支持するスタイラスをバネの弾性力で固定して、このバネ力を上回る外力が加わった場合には、スタイラスの位置がずれてバネを弾性変形させることによって電気接点を接触させて異常を検知するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記従来の形状測定装置は、衝突の検出精度を上げるためにはバネ力をより小さくする必要がある一方、プローブの剛性が低くなった場合にはプローブ自体の振動が増大し、測定子による測定結果にノイズが乗りやすくなって測定精度が悪化してしまう。従ってバネ力の調整が困難である。
特開２００４−２３３１３１号公報

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、測定精度に影響を与えることなく衝突を検出することができる形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る形状測定装置は、測定子を有して被測定物と接触するプローブと、該プローブ又は前記被測定物を少なくとも一方向に移動可能に支持するガイド部と、該ガイド部を前記移動可能方向に移動して前記プローブと前記被測定物とを相対移動させる駆動部と、弾性部材を有し、かつ、該弾性部材を介して前記ガイド部に前記駆動部からの力を伝達する駆動力伝達部と、前記プローブ又は前記被測定物と前記ガイド部との相対位置を検出する位置検出部と、前記弾性部材の変形量を検出する変形量検出部とを備えていることを特徴とする。

この形状測定装置は、プローブにて被測定物を計測する際、弾性部材を介して駆動力伝達部が駆動部から所望の力をガイド部に伝達している場合、位置検出部にて検出された相対位置が変化しても、変形量検出部にて検出される変形量が変化しないことから、プローブと被測定物とが滑らかに相対移動していると判断することができる。
一方、何らかの原因によってプローブと被測定物とが滑らかに相対移動できない場合には、駆動部からガイド部に駆動力が伝達されてもガイド部が移動しないため、駆動力が弾性部材を変形させる力になって、変形量検出部にて弾性部材の変形量を検出することができる。

この際、弾性部材の弾性変化量と、位置検出部におけるプローブ及び被測定物の相対位置に関する検出結果とを独立して検出することができる。
従って、位置検出部と変形量検出部とがそれぞれ検出した結果から、例えば、プローブと被測定物との衝突の有無を判断することができる。

また、本発明に係る形状測定装置は、前記形状測定装置であって、前記弾性部材が衝撃吸収部材であることを特徴とする。
この形状測定装置は、プローブと被測定物とが衝突しても、その衝突による衝撃力がガイド部を伝達されて弾性部材に至った際に弾性部材に吸収させることができる。従って、ガイド部と駆動部との間で伝達される駆動力を滑らかに変化させることができる。

また、本発明に係る形状測定装置は、前記形状測定装置であって、前記変形量検出部が、前記弾性部材の変形量が設定された閾値を超えたときに衝突信号を出力することを特徴とする。
この形状測定装置は、変形量検出部からの衝突信号を検知することによって、プローブと被測定物とが衝突していることを検出することができる。

また、本発明に係る形状測定装置は、前記形状測定装置であって、前記弾性部材の変形量が設定された閾値を超えたときに、前記ガイド部の移動を停止、又は、前記プローブ若しくは前記被測定物を退避させる制御部を備えていることを特徴とする。
この形状測定装置は、制御部からの指示に基づきプローブと被測定物との衝突を止めることができ、プローブの破損を好適に抑えることができる。

本発明によれば、プローブと被測定物との間の測定精度を維持しながら衝突感度を変化させることができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る形状測定装置１は、図１及び図２に示すように、測定子２を有して被測定物３と接触するプローブ５と、プローブ５を図面上のＸ軸方向に移動可能に支持するガイド部６と、ガイド部６をＸ軸方向に移動してプローブ５を被測定物３に対して相対移動させる駆動部７と、一対の衝撃吸収部材（弾性部材）８Ａ、８Ｂを有し、かつ、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介してガイド部６に駆動部７からの力を伝達する駆動力伝達部１０と、被測定物３とガイド部６との相対位置を検出する位置検出部１１と、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂの変形量を検出する変形量検出部１２と、ガイド部６及び駆動部７を載置するベース１３と、位置検出部１１、変形量検出部１２、及び駆動部７と電気的に接続されてこれらを制御する制御部１５とを備えている。

ガイド部６は、Ｘ軸方向に沿ってベース１３上に載置されたスライド軸部６Ａと、圧縮空気を供給されてスライド軸部６Ａ上を非接触に浮上して滑らかに移動可能とされたスライド軸受６Ｂとを備えている。
駆動部７は、駆動源としてのモータ１６と、スライド軸部６Ａと平行に配されてモータ１６によって駆動される送りネジ１７と、図示しない送りネジナットに配された駆動テーブル１８と、これらを載置する台部２０とを備えている。

駆動力伝達部１０はさらに、駆動テーブル１８に配されてガイド部６側に向かって図面上Ｚ軸方向に延びる接続部材２１と、スライド軸受６Ｂに接続されて駆動部７側に接続部材２１と同一軸線上に延びる突出部２２とを備えている。
接続部材２１は、Ｘ軸方向に直列に配された一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂの間に突出部２２を挟持してＸ軸方向から締め付け可能に略Ｙ字状に形成された一対の把持部２１Ａ、２１Ｂを備えている。
一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂはゲル状物質で形成されており、弾性変形可能であるとともに所定の衝撃力が負荷された際にその衝撃力を吸収するものとされている。

位置検出部１１は、図３に示すようにプローブ５を支持するプローブ軸部５ＡのＸ軸及びＹ軸方向の移動を固定した状態で図面上Ｚ軸方向に出没移動させ、測定子２のＺ軸方向の位置を検出するＺ方向測定部２３と、スライド軸部６Ａの側面に平行に配されたガラススケール２５Ａ及びガラススケール２５Ａを間に挟んでベース１３上に配されたスケールヘッド２５Ｂを有するＸ方向測定部２５とを備えている。

変形量検出部１２は、接続部材２１の一対の把持部２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ接続された一対のブラケット２６Ａ、２６Ｂと、一対のブラケット２６Ａ、２６Ｂにそれぞれ配された光電センサ２７Ａ、２７Ｂと、突出部２２上にＸ軸方向に沿って配され、一対の把持部２１Ａ、２１Ｂの外側幅と略同一に形成された板状のドグ２８とを備えている。光電センサ２７Ａ、２７Ｂは互いに対向する側面２７ａ、２７ｂを有しており、ドグ２８が側面２７ａ、２７ｂ間を挿通可能な距離に離間して略コ字状に形成されている。一対のブラケット２６Ａ、２６Ｂには、Ｘ軸方向に沿って長孔２６ａが形成されており、一対の把持部２１Ａ、２１Ｂのそれぞれに配された際に、一対の把持部２１Ａ、２１Ｂに対して一対のブラケット２６Ａ、２６Ｂ間の距離を変更可能とされている。

次に、本実施形態に係る形状測定装置１の作用・効果について、図４も含めて説明する。
まず、測定を開始する前に被測定物３をプローブ５の測定子２近傍に配置し、測定子２が被測定物３の表面と接触するように、プローブ軸部５ＡをＺ方向測定部２３に対して出没移動させる。
そして、モータ１６を駆動して送りネジ１７を回転させ、図示しない送りネジナットを移動して駆動テーブル１８を同一方向（例えば、Ｘ軸の正方向）に移動させる。

駆動テーブル１８の移動により発生した駆動力が一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介して突出部２２に伝達され、スライド軸受６Ｂがスライド軸部６Ａに沿って移動する。この移動時の慣性力により、一対の衝撃力吸収部材８Ａ、８Ｂがそれぞれ圧縮又は延伸する。このときの変形量は、ドグ２８が光電センサ２７Ａ、２８Ｂに検知されない程度の範囲で設定された値とする。

スライド軸受６Ｂの移動により、Ｚ方向測定部２３とプローブ５とがＸ軸の正方向に移動する。このとき、測定子２が被測定物３の表面から離間しないようにプローブ軸部５Ａを適宜出没調整することによって、被測定物３と測定子２との間のＺ方向相対位置が計測される。

一方、Ｚ方向測定部２３がＸ軸方向に移動するのにともない、ガラススケール２５Ａがスケールヘッド２５Ｂに対して相対移動する。これによって、スライド軸受６Ｂのベース１３に対する相対移動距離が計測され、被測定物３と測定子２とのＸ軸方向の相対位置が検出される。

ここで、計測中にプローブ５が被測定物３等の障害物と衝突した場合、プローブ５とＺ方向測定部２３とがＸ軸方向に対して固定接続されているので、被測定物３に対してスライド軸受６Ｂの移動が規制される。この場合、Ｘ方向測定部２５の計測値は変化しない。

これに対し、モータ１６が回転し続けた場合には、接続部材２１がＸ軸の正方向にさらに移動しようとする。このとき、突出部２２は停止しているので、突出部２２が接続部材２１に対して相対的に負方向に移動することになり、衝撃吸収部材８Ａを圧縮するとともに、衝撃吸収部材８Ｂを延伸させる。これによって、ドグ２８に対して一対のブラケット２６Ａ、２６ＢがＸ軸方向に移動するため、ドグ２８と光電センサ２７Ａとが接近する。そして、予め設定された閾値を超える距離を移動したとき、光電センサ２７Ａがドグ２８を検出して制御部１５に衝突信号を出力する。
この信号を制御部１５が受信し、駆動部７に指令してモータ１６の駆動を停止する。

この形状測定装置１によれば、プローブ５にて被測定物３を計測する際、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介して駆動力伝達部１０が駆動部７から所望の力をガイド部６に伝達している場合、位置検出部１１にて検出された被測定物３とプローブ５との相対位置が変化しても、変形量検出部１２にて検出される変形量が変化しないことから、プローブ５と被測定物３とが滑らかに相対移動していると判断することができる。

一方、プローブ５と被測定物３とが衝突して滑らかに相対移動できない場合には、駆動部７からガイド部６に駆動力が伝達されてもガイド部６が移動しないため、駆動力が一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを変形させる力になって、変形量検出部１２にて一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂの変形量を検出することができる。

この際、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂの弾性変化量と、位置検出部１１におけるプローブ５及び被測定物３の相対位置に関する検出結果とをそれぞれ独立して検出することができる。
従って、位置検出部１１と変形量検出部１２とがそれぞれ検出した結果から、例えば、プローブ５と被測定物３との衝突の有無を判断することができ、プローブ５と被測定物３との間の測定精度を維持しながら衝突感度を変化させることができる。

次に、第２の実施形態について図５及び図６を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る形状測定装置３０の変形量検出部３１が、ドグ２８や光電センサ２７Ａ、２７Ｂの代わりに、モータ１６に配されてモータ１６の回転量を検出するエンコーダ３２を備えているとした点である。
エンコーダ３２の値は、制御部３３にて駆動テーブル１８の移動距離として処理される。

この形状測定装置３０の作用・効果について説明する。
まず、第１の実施形態と同様に測定を開始する前に、被測定物３をプローブ５の測定子２近傍に配置し、測定子２が被測定物３の表面と接触するように、プローブ軸部５ＡをＺ方向測定部２３に対して出没移動させる。
そして、モータ１６を駆動して送りネジ１７を回転し、図示しない送りネジナットをＸ軸方向に移動して駆動テーブル１８を同方向に移動させる。

駆動テーブル１８の移動により発生した駆動力が一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介して突出部２２に伝達され、これによりスライド軸受６Ｂがスライド軸部６Ａに沿って移動する。
これにともなって、Ｚ方向測定部２３とプローブ５とがＸ方向に移動することによって、第１の実施形態と同様にＺ方向の相対位置が計測され、スライド軸受６Ｂのベース１３に対する相対移動距離が計測されることによって、被測定物３と測定子２とのＸ軸方向の相対位置が検出される。

ここで、計測中にプローブ５が被測定物３等の障害物と衝突した場合、被測定物３に対してスライド軸受６Ｂの移動が規制されて、Ｘ方向測定部２５の計測値は変化しない。
これに対し、モータ１６が回転し続けた場合には、接続部材２１がＸ軸方向にさらに移動しようとする。このとき、突出部２２は停止しているため、突出部２２が衝撃吸収部材８Ａを圧縮するとともに、衝撃吸収部材８Ｂを延伸させる。
これにより、Ｘ方向測定部２５にて計測される測定子２の移動量と、エンコーダ３２の値をもとに制御部３３で算出される駆動テーブル１８の移動距離との間に差が生じる。この差分が予め設定された閾値を超えた場合には衝突と判断し、駆動部７に指令してモータ１６の駆動を停止する。

この形状測定装置３０によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。この際、第１の実施形態よりも部品点数を減少させることができ、低コストで衝突検知を実現することができる。

次に、第３の実施形態について図７及び図８を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第２の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る形状測定装置３５の駆動部３６が、台部２０、送りネジ１７、及び駆動テーブル１８の代わりにモータ軸１６Ａに配された第一プーリ３７を備え、駆動力伝達部３８が、接続部材２１の代わりに第二プーリ４０、第三プーリ４１、及びこれらと第一プーリ３７とに巻回された第一伝達ワイヤ４２とを備えているとした点である。

各プーリ３７、４０、４１は、第一プーリ３７が、突出部２２の延びる軸線Ｃ上に配されており、この軸線Ｃを対称軸線として第二プーリ４０及び第三プーリ４１がそれぞれ三角形の各頂点を形成するようにベース１３上に配されている。
第二プーリ４０にて折り返されて突出部２２に向かう第一伝達ワイヤ４２の端部４２ａは、衝撃吸収部材８Ａと接続されており、衝撃吸収部材８Ａと突出部２２とが第二伝達ワイヤ４３を介して接続されている。
一方、第三プーリ４１にて折り返されて突出部２２に向かう第一伝達ワイヤ４２の端部４２ｂは、衝撃吸収部材８Ｂと接続されており、衝撃吸収部材８Ｂと突出部２２とが第三伝達ワイヤ４５を介して接続されている。
なお、エンコーダ３２の値は制御部４６にて処理される。

この形状測定装置３５の作用・効果について説明する。
まず、上記他の実施形態と同様にプローブ軸部５ＡをＺ方向測定部２３に対して出没移動させた後、モータ１６を駆動する。
このとき、スライド軸受６ＢをＸ軸の正方向に移動させる場合、第一伝達ワイヤ４２が図面上反時計回りに回転する。
この回転による駆動力は、一対の衝撃吸収部材８Ａ、８Ｂを介して第二伝達ワイヤ４３及び第三伝達ワイヤ４５のそれぞれに伝達されて突出部２２に至り、スライド軸受６Ｂをスライド軸部６Ａに沿って移動させ、上記他の実施形態と同様に、被測定物３と測定子２とのＸ軸方向の相対位置が検出される。

ここで、計測中にプローブ５が被測定物３等の障害物と衝突した場合、被測定物３に対してスライド軸受６Ｂの移動が規制されて、Ｘ方向測定部２５の計測値は変化しない。
これに対し、モータ１６が回転し続けた場合には、第一伝達ワイヤ４２がさらに回転移動しようとする。このとき、突出部２２は停止状態となっているので、衝撃吸収部材８Ｂが延伸する。これにより、Ｘ軸方向測定部２５によって計測される移動量と、エンコーダ３２の値をもとに制御部４６にて算出される移動量との間に差が生じる。
この差分が予め設定された閾値を超えた場合には衝突と判断し、制御部４６は駆動部３６に指令してモータ１６の駆動を停止する。

この形状測定装置３５によれば、上記第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。特に、駆動力を各伝達ワイヤ４２、４３、４５で伝達していることから、より部品点数を減らすことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、弾性部材をゲル状の衝撃吸収部材としているが、バネ部材やゴム部材、樹脂等であっても構わない。また、被測定物に対してプローブを可動としているが、プローブに対して被測定物を可動としても構わない。この場合、被測定物とプローブとの衝突時の損傷のみならず、被測定物の損傷を抑えることができる。

また、制御部の指示によって駆動部を停止させるだけでなく、プローブを被測定物から退避させる方向に駆動させても構わない。
さらに、上記実施形態ではＸ軸方向とＺ軸方向の二軸形状測定としているが、Ｙ軸方向、又はそれ以上の軸に対して測定するものとしても構わない。

本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置の全体概要を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置を示す要部平面図である。本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置のプローブを示す一部断面図である。本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置におけるプローブと被測定物とが衝突した際の作用を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係る形状測定装置を示す要部平面図である。本発明の第２の実施形態に係る形状測定装置におけるプローブと被測定物とが衝突した際の作用を示す説明図である。本発明の第３の実施形態に係る形状測定装置を示す要部平面図である。本発明の第３の実施形態に係る形状測定装置におけるプローブと被測定物とが衝突した際の作用を示す説明図である。

符号の説明

１、３０、３５形状測定装置
２測定子
５プローブ
６ガイド部
７、３６駆動部
８Ａ、８Ｂ衝撃吸収部材（弾性部材）
１０、３８駆動力伝達部
１１位置検出部
１２、３１変形量検出部
１５、３３制御部

Claims

測定子を有して被測定物と接触するプローブと、
該プローブ又は前記被測定物を少なくとも一方向に移動可能に支持するガイド部と、
該ガイド部を前記移動可能方向に移動して前記プローブと前記被測定物とを相対移動させる駆動部と、
弾性部材を有し、かつ、該弾性部材を介して前記ガイド部に前記駆動部からの力を伝達する駆動力伝達部と、
前記プローブ又は前記被測定物と前記ガイド部との相対位置を検出する位置検出部と、
前記弾性部材の変形量を検出する変形量検出部とを備えていることを特徴とする形状測定装置。
前記弾性部材が衝撃吸収部材であることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
前記変形量検出部が、前記弾性部材の変形量が設定された閾値を超えたときに衝突信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。
前記弾性部材の変形量が設定された閾値を超えたときに、前記ガイド部の移動を停止、又は、前記プローブ若しくは前記被測定物を退避させる制御部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。