JP2007033052A - 石材定盤を備える装置及び座標測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】 石材定盤を備え、かつ石材定盤の少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置において、周囲温度の変化に伴って定盤のガイド面の真直度低下を防止する。
【解決手段】 石材定盤２４を備える座標測定機１において、可動部材１２Ａ、１２Ｂのガイド面として使用される側面２４Ａ、２４Ｂと直交する異なる側面２４Ｃ、２４Ｄに、これらをそれぞれ覆う断熱部材６０Ａ、６０Ｂを設ける。
【選択図】 図７

Description

本発明は、石材定盤を備え、かつ該石材定盤の表面のうち少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置に関し、特にＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向にプローブを移動して被測定物の形状を測定する座標測定機に関する。

高精度でワークの輪郭形状を測定する３次元座標測定機や、高精度でワークを加工する加工装置などにおいては、ワークを載置する定盤の変形による真直度低下や振動などによる測定誤差を避けるため、従来からワークの素材として硬度の高く比重の大きい御影石や大理石などの石材が使用されている。
このような石材定盤を備える装置の例として、本発明の出願人により下記特許文献１に提案された座標測定機がある。このような座標測定機の腰部拡大図を図１に示し、そのＡ−Ａ斜視図を図２に示す。
なお、以下の説明では、高精度でワークの３次元輪郭形状を測定する座標測定機を例として説明する。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、様々な測定機や加工装置などに適用可能である。

座標測定機１はＹキャリッジ１２及び支持部材１４等を備えていて、Ｙキャリッジ１２は右側Ｙコラム１２Ａ及び左側Ｙコラム１２Ｂを有している。
Ｙキャリッジ１２には、これにガイドされてＸ方向に移動可能なＸ方向可動部５０が設けられ、さらにＸ方向可動部５０にはＺ方向に移動可能なＺ方向可動部５１が設けられる。このＺ方向可動部５１の先端にはワークに接触させるプローブ５２が設けられる。このプローブ５２をワーク表面に沿わせて移動させ、その移動に伴うＹキャリッジ１２、Ｘ方向可動部５０及びＺ方向可動部５１の移動量をトレースすることによって、ワーク表面各位置の三次元座標を測定する。

支持部材１４は右側脚部１４Ａと左側脚部１４Ｃを有していて、右左の脚部１４Ａ、１４Ｃの下端部はそれぞれアーム１４Ｂで連結されている。アーム１４Ｂは測定テーブルである石材定盤２４の底面に沿って延長されていて、右左の脚部１４Ａ、１４Ｃはそれぞれ定盤２４の右左の側面に沿って立設されている。
右側Ｙコラム１２Ａの下端部には右側脚部１４Ａの上端部が固定されていて、右側脚部１４Ａの上端部にはボルト１６Ａが螺合されている。ボルト１６Ａの先端部にはボール１８Ａが溶着されている。図３に示すように、ボール１８Ａは溝２０Ａ内に回動自在に嵌入されていて、溝２０Ａは垂直方向エアパッド２０の背面に形成されている。垂直方向エアパッド２０の摺動面２０Ｂは定盤２４の右端部表面に沿って移動自在に支持されている。

また、右側脚部１４Ａの略中央部にはボルト１６Ｂが螺合されていてボルト１６Ｂの先端部にはボール１８Ｂが固着されている。ボール１８Ｂは基準エアパッド２６の背面に形成されている溝２６Ａ内に回動自在に嵌入されていて、基準エアパッド２６の摺動面２６Ｂは定盤２４のＹ軸方向に沿う側面であるガイド面２４Ｂ（右側面）に沿って移動自在に支持されている。

さらに、図４に示すように左側脚部１４Ｃにはシャフト２８が摺動自在に支持されていて、シャフト２８の先端部にはフランジ２８Ａが形成されている。左側脚部１４Ｃとフランジ２８Ａとの間のシャフト２８には皿ばね２９が配設されていて、皿ばね２９はフランジ２８Ａを右方向に付勢している。フランジ２８Ａにはボール１８Ｄが固着されていて、ボール１８Ｄは反力用エアパッド３０の背面に形成されている溝３０Ａ内に回動自在に嵌入されている。反力用エアパッド３０の摺動面の３０Ｂは定盤２４のＹ方向に沿う左側面２４Ａに沿って移動自在に支持されている。

このように、反力用エアパッド３０が定盤２４の左側面２４Ａに設けられたので、定盤２４の左側面２４Ａに設けられている基準エアパッド２６に反力が付与される。また、反力用エアパッド３０を皿ばね２９で定盤２４の左側面２４Ａ方向に付勢したので、皿ばね２９はアーム１４Ｂ等の支持部材１４の熱変形を吸収する。従って、基準エアパッド２６に付与される反力を略一定に保つことができる。この場合、皿ばね２９のばね定数は基準エアパッド２６のばね定数より小さく設定されている。

左側Ｙコラム１２Ｂの下端部にはボルト１６Ｃが螺合されていてボルト１６Ｃの先端部にはボール１８Ｃが固着されている。ボール１８Ｃは垂直方向エアパッド３４の背面に形成されている溝３４Ａ内に回動自在に嵌入されていて、垂直方向エアパッド３４の摺動面３４Ｂは定盤２４の左端部に沿って移動自在に支持されている。
また、左側Ｙコラム１２Ｂの下端部には板ばね３６の上端部が取り付けられていて、板ばね３６の下端部は左側脚部１４Ｃに連結されている。従って、左側脚部１４Ｃは板ばね３６を介して左側Ｙコラム１２Ｂに吊られた状態に保持される。これにより、アーム１４Ｂ等の支持部材１４の熱変形は板ばね３６で吸収されるので、支持部材１４の熱変形は左側Ｙコラム１２Ｂに影響を与えない。従って、例えば、支持部材１４のアーム１４Ｂが熱変形しても左側Ｙコラム１２Ｂには熱変形による反力が発生しない。

さらに、右側脚部１４Ａには読取りヘッド３８が設けられていて、読取りヘッド３８は定盤２４の右側面２４Ｂに設けられたＹ軸スケール４０を読み取り、これにより、Ｙキャリッジ１２のＹ軸方向の移動量が検出される。Ｙ軸スケール４０は読取りヘッド３８に対向して定盤２４に設けられている。尚、定盤２４はボルト４２を介して架台４４に載置されている。

特開平５−３１２５５６号公報

上記の通り、座標測定機１では、変形による真直度低下や振動などによる測定誤差を避けるため、硬度の高く比重の大きい御影石や大理石などの石材が、定盤２４の材料として使用されている。しかしながら、これら御影石や大理石は熱伝導率が低いため内部に熱が伝わりにくく、周囲の気温変化により内部に発生する温度傾斜によって表面の真直度に影響を及ぼすという問題があった。この様子を図５に示す。

図５の（Ａ）は、周囲の温度が低下するときに定盤２４が収縮する様子を示す。周囲温度が低下する場合には定盤２４は、その内部に先立って周辺部から温度が低下するために、周囲温度が低下した後から安定するまでの間、中心部が周辺部よりも高い温度分布状態が発生する。この間、定盤２４のＹ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂ並びにＸ軸方向に沿う側面２４Ｃ及び２４Ｄは、その中間部が端部よりも外側に膨らんだ状態となる。
逆に、図５の（Ｂ）に示す周囲の温度が上昇する場合には、周囲温度が上昇した後から安定するまでの間に、各側面２４Ａ〜２４Ｄはその中間部が端部よりも内側にへこんだ状態となる。

このような定盤２４の変形は、どのようなものであれ測定結果に測定誤差を及ぼすが、特にＹ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂの真直度の低下は、図６に示すように、これら側面２４Ａ及び２４ＢがＹキャリッジ１２のガイドとして使用されるため、Ｙキャリッジ１２の取り付け角度に誤差を生じ、主にＹ軸方向座標及びヨー角度等の測定結果に大きな影響を及ぼす。

このような問題点を鑑み、本発明では、石材定盤を備え、かつ石材定盤の少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置において、周囲温度の変化に伴って定盤のガイド面の真直度低下を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、石材定盤を備えかつ石材定盤の表面のうち少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置において、石材定盤の表面のうちガイド面と異なる表面に、この表面を覆う断熱部材を設ける。
石材定盤の表面のうちガイド面として使用される部分には断熱部材を設けることはできない。しかし２次元又は３次元移動可能な可動部を有する装置であっても、通常は１つの石材定盤に２次元方向以上のガイド面を設けることはない。特にガイド面と略直交する表面には、このガイド面にガイドされる可動部の移動を妨げることなく、断熱部材を設けることは容易である。

ガイド面と略直交する表面に断熱部材を設けることにより、この側面から出入りする熱量がなくなるため、測定テーブル内の温度分布がガイド面に沿って無限に延在する棒状体の温度分布と等価となる。このために測定テーブル内ではガイド面に沿う方向に温度変化が生じなくなるため、ガイド面には上記凹凸が生じなくなり真直度低下を低減することが可能となる。

また、本発明ではこのような石材定盤を備える装置の一形態として、測定テーブルの両端部に立脚された一対のコラムを備えたＹキャリッジを、測定テーブルの表面に沿って測定テーブルのＹ軸方向に移動する座標測定機を提供する。この座標測定機はＹコラムのガイド面として使用される測定テーブルのＹ軸方向に沿う側面に直交する、Ｘ軸方向に沿う側面に、側面を覆う断熱部材を設ける。
Ｘ軸方向に沿う側面に断熱部材を設けることにより、この側面から出入りする熱量がなくなるため、測定テーブル内の温度分布がＹ軸方向に無限に延在する棒状体の温度分布と等価となる。このために測定テーブル内ではＹ軸方向に温度変化が生じなくなるため、Ｙコラムのガイド面として使用される測定テーブルのＹ軸方向に沿う側面には上記凹凸が生じなくなりＹ軸方向に沿う側面の真直度低下を低減することが可能となる。

本発明によれば、石材定盤を備える装置においてガイド面として使用される面に生じる周囲の温度変化に伴う真直度低下を低減することができる。
特に、このような石材装置を座標測定機に応用した場合、Ｙコラムのガイド面として使用される測定テーブルのＹ軸方向に沿う側面に生じる、周囲の温度変化に伴う真直度低下を低減することができ、これにより測定誤差の低減に寄与する。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図７は、本発明の実施例による座標測定機の斜視図である。座標測定機１は、図１を参照して説明した従来の座標測定機に類似する構成を有しており、したがって同一の構成要素には同じ参照符号を付して示し、説明を省略する。
上述の通り、座標測定機１は、測定テーブルである石材定盤２４の両端部に立脚された一対のＹコラム１２Ａ及び１２Ｂを有するＹキャリッジ１２を備え、このＹキャリッジ１２は、定盤２４の表面に沿ってそのＹ軸方向へ移動可能に設けられる。そして定盤２４のＹ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂは、Ｙ軸方向へ移動可能なＹコラム１２Ａ及び１２Ｂのガイド面として使用される。

さらに、座標測定機１では、定盤２４のＸ軸方向に沿う側面２４Ｃ及び２４Ｄに、これらの側面をそれぞれ覆う断熱部材６０Ａ及び６０Ｂが設けられる。これら断熱部材６０Ａ及び６０Ｂを設けることにより、座標測定機１は、温度変化に伴う定盤２４のＹ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂの変形を低減することを可能とする。以下にその理由を述べる。
周囲の温度が変化するとこれに伴って定盤２４の温度も変化し、そのため熱膨張、熱収縮が生じる。このとき定盤２４の材料に御影石や大理石が使用されていると、これらの材料は熱伝導率が小さいために中心部分の温度変化が周辺部分の温度変化よりも遅れて生じる。そのため、定盤２４の内部から外側に向けて温度傾斜が生じて、例えば周囲温度が低下する場合には、定盤２４の各側面はその中間部が端部よりも外側に膨らんだ状態となり、逆に例えば周囲温度が上昇する場合には、定盤２４の各側面はその中間部が端部よりも内側にへこんだ状態となる。

ここで、Ｘ軸方向に沿う側面２４Ｃ及び２４Ｄに断熱部材６０Ａ及び６０Ｂを設けることにより、これら側面２４Ｃ及び２４Ｄから出入りする熱量が低減される。ここで理想的に側面２４Ｃ及び２４Ｄから出入りする熱量が０となるとすると、定盤２４内の温度分布はＹ軸方向に無限に延在する棒状体の温度分布と等しくなり、そのＸＺ平面における定盤２４内部の温度分布は、いずれのＹ軸方向位置で観察しても同じになる（すなわち、定盤２４内ではＹ軸方向に温度傾斜が生じなくなる）。
このため、温度変化に伴い定盤２４の各部分に生じる熱膨張量（熱収縮量）には、Ｙ軸方向に沿った相違がなくなるので、図８に示すようにＹ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂには凹凸が発生しなくなる。図８の（Ａ）は周囲の温度が低下して定盤２４が収縮する様子を示し、図８の（Ｂ）は周囲の温度が上昇して定盤２４が膨張する様子を示す。

このように、本発明による座標測定機１によれば、Ｙコラム１２Ａ及び１２Ｂのガイド面として使用される側面２４Ａ及び２４Ｂの温度変化に伴う真直度低下が低減されるため、Ｙキャリッジ１２の運動誤差（ヨーイング）が低減される。
なお、測定物（ワーク）が載置される定盤２４の上面にも温度変化に伴う変形が発生するが、定盤２４の厚さ（Ｚ軸方向寸法）は、Ｘ軸方向寸法やＹ軸方向寸法に比して小さく（薄く）形成されるために、膨張量（収縮量）が小さいため測定結果に大きな影響を及ぼさない。

上記、断熱部材６０Ａ及び６０Ｂを設けない場合には、定盤２４のＹ軸方向寸法を長くすればするほど、定盤２４の中央部とＹ軸方向端（すなわちＸ軸方向に沿う側面２４Ｃ及び２４Ｄ）との間の温度差が大きくなり、Ｙ軸方向に沿う側面２４Ａ及び２４Ｂの凹凸が大きくなる。したがって、定盤２４のＹ軸方向寸法を長く設ける必要がある場合（例えば定盤２４の長手方向をＹ軸方向に設ける等）ほど、断熱部材６０Ａ及び６０Ｂを側面２４Ｃ及び２４Ｄに設ける。

また、上記説明及び図８からも分かるとおり、定盤２４のＸ軸方向に沿う側面２４Ｃ及び２４Ｄには、温度変化により凹凸が生じる。この凹凸に追従するために、断熱部材６０Ａ及び６０Ｂは弾力性や可撓性を有する材質で形成されることが好適である。
例えば、断熱部材６０Ａ及び６０Ｂの材質には、発泡ウレタン、発泡スチロール、ガラスウール及びコルク等の材料を用いることとしてよい。

本発明は、石材定盤を備えかつ該石材定盤の表面のうち少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置に利用可能であり、特にＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向にプローブを移動して被測定物の形状を測定する座標測定機に利用可能である。

従来の座標測定機の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の座標測定機の腰部拡大図である。 図１の座標測定機の腰部拡大図である。 温度変化に伴い生じる従来の座標測定機の定盤の変形の模式図である。 座標測定機におけるガイド面の変形に伴う影響を説明する図である。 本発明による座標測定機の斜視図である。 温度変化に伴い生じる図７の座標測定機の定盤の変形の模式図である。

符号の説明

１ 座標測定機
１２ Ｙキャリッジ
１２Ａ 右側Ｙコラム
１２Ｂ 左側Ｙコラム
２４ 定盤
６０Ａ、６０Ｂ 断熱部材

Claims (11)

1. 石材定盤を備え、かつ該石材定盤の表面のうち少なくとも一面を可動部材のガイド面として使用する装置において、
   前記石材定盤の表面のうち前記ガイド面と異なる表面に、該表面を覆う断熱部材を設けることを特徴とする装置。
2. 前記断熱部材を、前記石材定盤の表面のうち前記ガイド面と略直交する表面に設けることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記石材定盤の長手方向に沿う側面を前記ガイド面とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記断熱部材の材料として、弾力性を有する材質を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記断熱部材の材料として、可撓性を有する材質を使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記断熱部材の材料として、発泡ウレタン、発泡スチロール、ガラスウール及びコルクのいずれかを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
7. 測定テーブルの両端部に立脚された一対のコラムを備えたＹキャリッジを、前記測定テーブルの表面に沿って前記測定テーブルのＹ軸方向に移動する座標測定機において、
   前記測定テーブルのＹ軸方向に沿う側面を前記コラムのガイド面として使用し、
   前記測定テーブルのＸ軸方向に沿う側面に、該側面を覆う断熱部材を設けることを特徴とする座標測定機。
8. 前記測定テーブルの長手方向をＹ軸方向に設けることを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。
9. 前記断熱部材の材料として、弾力性を有する材質を使用することを特徴とする請求項７又は８に記載の座標測定機。
10. 前記断熱部材の材料として、可撓性を有する材質を使用することを特徴とする請求項７又は８に記載の座標測定機。
11. 前記断熱部材の材料として、発泡ウレタン、発泡スチロール、ガラスウール及びコルクのいずれかを使用することを特徴とする請求項７又は８に記載の座標測定機。

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