JP2007121260A - 触針式形状測定装置及び方法とこれに適した回転規制エアシリンダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 軸方向が被測定物の設置面の垂直方向に対して一定角度傾斜して設置された斜軸測定プローブ1と、軸方向が被測定物の設置面の垂直方向に平行に設置された直軸測定プローブ2とを備え、これらの複数の測定データをつなぎ合わせることで全体形状を求める。
【選択図】 図2
Description
このように、従来の手段で急勾配の斜面を高精度に測定するには限界があるため、(1)特許文献4のようにスキャン方向を下り方向に限定する手段、(2)特許文献3のように垂直抗力が一定となるように測定力を制御させる手段、(3)特許文献1のように回転軸を用いてプローブの角度を変化させる手段、等が提案されているが、測定精度の面で根本的な解決には至っていない。
そのため、従来は滑りキーのような回転止め機構を付加したり、特許文献5のように、エアシリンダ軸の断面を多角形(三角形や四角形など)の回転しない形状にする手段がとられていた。しかしながら、回転止め機構を付加するとエアシリンダ軸の重量が重くなるため、高速動作が要求されるアプリケーションでは応答速度が落ちてしまい不都合が生じる。また、断面を回転しない多角形にすると加工や組立作業が複雑になるため、職人による手作業が必要で、大量生産は困難であり、コスト高になってしまう。
また、本発明の第2の目的は、触針式形状測定装置に適しており、軸回りに回転せず、摺動抵抗を小さくし高い位置決め精度を実現することができ、加工及び組立が容易であり、職人による手作業が不要であり、大量生産が可能であり、コストを低減できる回転規制エアシリンダを提供することにある。
軸方向が被測定物の設置面の垂直方向に対して一定角度傾斜して設置された斜軸測定プローブを備える、ことを特徴とする触針式形状測定装置が提供される。
測定プローブのプローブ軸を被測定物の設置面の垂直方向に対して一定角度傾斜して設置し、測定プローブで測定する範囲がプローブ軸に対して±60°以内である、ことを特徴とする触針式形状測定方法が提供される。
2以上の測定プローブのプローブ軸を被測定物の設置面の垂直方向に対して異なる角度で設置し、それぞれの測定プローブで測定する範囲がプローブ軸に対して±60°以内であり、これらの複数の測定データをつなぎ合わせることで全体形状を求める、ことを特徴とする触針式形状測定方法が提供される。
位置移動手段と回転手段を交互にあるいは同時に制御して、被測定物の形状を同心円状あるいは放射線状あるいは螺旋状に測定する。
この測定プローブ付勢機構に供給される圧縮空気の圧力を制御しながら形状を測定する。
少なくとも一つのエアシリンダの、圧縮空気の供給による動作方向と、その他のエアシリンダの、圧縮空気の供給による動作方向とが、逆向きになるように、前記複数のエアシリンダは配置されており、
それぞれの円筒形ピストンおよび円筒形ロッドは連動するように連結されている、ことを特徴とする回転規制エアシリンダが提供される。
また、軸の回転止め機構がなく、エアシリンダ全体を小型・軽量化することができ、円筒形ロッドの重量も軽量化できるため、高速動作させることができる。さらに、軸の回転止め機構が無く、軸の断面形状も円形であるため、構造を簡単にでき、組立作業も容易で、職人を必要とせず、コストを下げることができる。
さらに、複数のエアシリンダを、これらの円筒形ロッドの軸方向が平行となるように配置し、それぞれの円筒形ピストンおよび円筒形ロッドを連動するように連結することでも、軸の回転止め機構を付加させること無く、軸の断面形状を三角形や四角形などの回転しない形状にすることなく、軸の回転を規制することができる。
なお、測定プローブを用いた測定方式には、(1)測定プローブがその軸方向に移動し、その移動量(変位)と位置の座標値から形状を求める方式と、(2)プローブ軸がその軸方向に移動しない(変位が0となる)ように位置移動手段を制御し、その座標値から形状を求める方式とがある。さらにそれぞれにおいて、(A)測定プローブと被測定物とが接触した状態で、測定プローブが被測定物表面に倣って移動し、連続して複数の座標値を取得する方式と、(B)測定点一点ごとに測定プローブと被測定物の接触/非接触動作を繰り返し、離散的に複数の座標値を取得する方式とがある。本発明の触針式形状測定装置は、このすべての方式に適用可能である。
この構成により、圧縮空気供給源33から供給される圧縮空気の圧力を、コンピュータ8からの指令値に基づき電空レギュレータ32で制御して測定プローブ付勢機構37へと供給する。また、測定プローブ付勢機構37への供給空気圧力の実測値を電空レギュレータ32からコンピュータ8へ取り込むこともできる。つまり、コンピュータ8では位置移動手段4を位置指令値に移動させる制御と、位置検出手段5から得られる現在位置データの取り込み、および斜軸測定プローブ1の変位データの取り込み、そして電空レギュレータ32を介して測定力の制御と監視を同時に行うことにより、形状の測定を行う。これにより、極めて小さな一定の測定力を与えることができる。
また、測定プローブの設置角度によって重力の影響により測定力が変化してしまう問題があるが、測定プローブの設置角度に応じて、測定プローブ付勢機構37へ供給する圧縮空気の圧力を変化させることで、この問題を回避できる。
さらに、測定プローブ1が上述の位置移動手段4又は回転手段6により移動させられている非測定時においては、測定プローブ付勢機構37へ供給する圧縮空気の圧力を、測定時よりも高くする。これにより、高速移動によるプローブスケールの飛びや破損といった問題からプローブを保護することができる。
このような測定力制御装置31は図1〜3の触針式形状測定装置に適用することができる。
この角度調整機構35は、例えば、測定プローブ1の支持体を回転軸Aの周りに回転可能に支持する支持部材35aと、測定プローブ1を回転軸Aの周りに回転させる第1駆動モータ35bと、測定プローブ1の支持体、支持部材35a及び第1駆動モータ35bを一体的に回転軸Bの周りに回転させる第2駆動モータ35cと、から構成される。
角度調整機構35を用いることで少ない数のプローブで様々な形状の測定に対応できる。
この角度調整機構35’は、例えば、直軸測定プローブ2の支持体と斜軸プローブ1の支持体が固定されている支持部材35a’と、支持部材35a’を回転軸Bの周りに回転させる駆動モータ35b’を備える。
本発明の方法(図8B)では、1つのプローブで測定する範囲を例えば±60°以内、つまり測定が良好にできる範囲内に限定し、角度を変えて設置した複数のプローブ1、2を用いて測定データを取得し、測定データをつなぎ合わせることで全体形状を求めるため、広い角度範囲において高精度な測定精度を維持することが可能である。
同様にステップS3、S4において、斜軸測定プローブ1を用いて、センタリング、形状測定を行う。例えば、斜軸測定プローブ1は45°傾斜させて設置し、そこから±45°の範囲、つまり0°〜90°の範囲の測定を行う。
また、測定プローブとして同一性能のものを利用し、測定精度が一定となるように測定力Fyを選んだ場合、本発明の装置および方法において45°傾斜させた形状測定プローブを利用することで従来手段に対して傾斜角φ=80°では(2.0/0.031)1/2=8.0倍の最大スキャンスピードが見込めることになる。
円筒形ピストン22は、軸方向に移動可能に構成されている。また、シリンダ24は、円筒形ピストン22を軸方向に移動可能に支持しかつ円筒形ピストン22の両端部に圧縮空気を供給可能に構成されている。さらに、円筒形ロッド26は、円筒形ピストン22の一端面に偏心して連結され円筒形ピストン22と同一方向に移動可能に構成されている。また、ロッド案内部28は、円筒形ロッド26を軸方向に移動可能に支持しシリンダ24に連結されている。
円筒形ピストン22は、円筒形ロッド26より直径が大きく、その偏心量は、直径の和の1/2以下に規定されている。
またシリンダ24とロッド案内部28は、ピストン22および円筒形ロッド26をそれぞれ支持する非接触式の円筒空気軸受を備える。
軸支持部11は空気軸受15で構成され、低摩擦の軸12の移動ができる。空気軸受15へは空気軸受用空気供給ポート18を介して空気を供給し、軸受の剛性を高く保つ。また、2つの摺動部の間にできる上部空気室16と下部空気室17へは、それぞれ上部空気室用空気供給ポート19と下部空気室用空気供給ポート20を介して空気を供給させることにより軸12を上下に移動させることができる。
上部空気室16および下部空気室17へ供給した空気は空気軸受の隙間から排出されるが、それぞれに空気排出ポートを取り付けて空気の排出量の調整をすることもできる。上部空気室用空気供給ポート19および下部空気室用空気供給ポート20へ供給する空気圧を電空レギュレータで電気的に精密に調整させることにより、軸12へ加わる力を精密に制御することができる。図20において軸12は上下へ移動する構造となっているが、左右あるいは斜めでも動作可能である。
また、3つある軸支持部11および空気軸受15のうち中央部は、円筒形ピストン22とハウジング21を極めて小さな隙間にすることにより省略することもできる。
円筒形ピストン22は、軸方向に移動可能に構成されている。また、シリンダ24は、円筒形ピストン22を軸方向に移動可能に支持しかつ円筒形ピストン22の一端面に圧縮空気を供給可能に構成されている。好ましくは、円筒形ロッド26は、円筒形ピストン22の一端面に同心で連結されている。さらに、円筒形ロッド26は、円筒形ピストン22の一端面に連結され円筒形ピストン22と同一方向に移動可能に構成されている。また、ロッド案内部28は、円筒形ロッド26を軸方向に移動可能に支持しシリンダ24に連結されている。円筒形ピストン22は、円筒形ロッド26より直径が大きい。またシリンダ24とロッド案内部28は、ピストン22および円筒形ロッド26をそれぞれ支持する非接触式の円筒空気軸受を備える。
これらの円筒形ピストン22、中空円筒形のシリンダ24、円筒形ロッド26およびロッド案内部28からなる構造体を2以上、それぞれの軸方向が平行となるように設置し、少なくとも1つが逆向きに動作するように、すなわち円筒形ピストン22と円筒形ロッド26が逆に取り付けられている。そして、これらの2以上の円筒形ピストン22と円筒形ロッド26は連結され連動して動作する。
軸支持部11は空気軸受15で構成され、低摩擦の軸12の移動ができる。空気軸受15へは空気軸受用空気供給ポート18を介して空気を供給し、軸受の剛性を高く保つ。また、2つの摺動部の間にできる左部空気室42と右部空気室43へは、それぞれ左部空気室用空気供給ポート44と右部空気室用空気供給ポート45を介して空気を供給させることにより軸連結体41を上下に移動させることができる。
左部空気室42および右部空気室43へ供給した空気は空気軸受の隙間から排出されるが、それぞれに空気排出ポートを取り付けて空気の排出量の調整をすることもできる。左部空気室用空気供給ポート44および右部空気室用空気供給ポート45へ供給する空気圧を電空レギュレータで電気的に精密に調整させることにより、軸連結体41へ加わる力を精密に制御することができる。図22において軸連結体41は上下へ移動する構造となっているが、左右あるいは斜めでも動作可能である。
エアシリンダ軸において円筒形ピストン22の中心軸30に対して円筒形ロッド26が回転するモデルを考える。軸方向に断面は等しいので二次元断面モデルで考える。円筒形ピストン22と円筒形ロッド26の中心軸同士の距離、つまり軸ずらし量をx0、円筒形ロッド26の半径をr、径方向の移動可能量をδrとして、円筒形ピストン22が中心軸30に対して回転誤差を生じた場合の回転角をφとする。円筒形ロッド26の軸表面上の任意の点P(x,y)、径方向の移動可能領域の境界線上の任意の点Q(x',y')では下記の式(8)(9)が成り立つ。
すなわち、本発明の回転規制エアシリンダの軸12の両端にスタイラス27と変位測定手段23を接続した構造となっている。スタイラス27の先端を被測定物表面に接触させたとき、軸12の変位を変位測定手段23によって検出することで、被測定物表面の凹凸を測定する。
4 位置移動手段、5 位置検出手段、6 回転手段、7 回転角検出手段
8 コンピュータ、9 NC制御装置、10 固定具
11 軸支持部、12 軸、13 上部中心軸、14 下部中心軸
15 空気軸受、16 上部空気室、17 下部空気室
18 空気軸受用空気供給ポート
19 上部空気室用空気供給ポート、20 下部空気室用空気供給ポート
21 ハウジング、22 円筒形ピストン
23 変位測定手段、24 シリンダ
26 円筒形ロッド、27 スタイラス
28 ロッド案内部
31 測定力制御装置、32 電空レギュレータ
33 圧縮空気供給源、34 空気流路
35 角度調整機構
41 軸連結体、42 左部空気室、43 右部空気室
44 左部空気室用空気供給ポート、45 右部空気室用空気供給ポート
46 左部中心軸、47 右部中心軸
Claims (17)
- 測定プローブのプローブ軸の先端を被測定物の表面に接触させ、被測定物の形状を測定する触針式形状測定装置において、
軸方向が被測定物の設置面の垂直方向に対して一定角度傾斜して設置された斜軸測定プローブを備える、ことを特徴とする触針式形状測定装置。 - さらに、軸方向が被測定物の設置面の垂直方向に平行に設置された直軸測定プローブを備える、ことを特徴とする請求項1記載の触針式形状測定装置。
- 被測定物を加工する加工機上に設ける、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の触針式形状測定装置。
- 前記斜軸測定プローブの傾斜角度は、被測定物の設置面の垂直方向に対して30°以上、90°以下である、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の触針式形状測定装置。
- 空気圧によって測定プローブの測定力を制御する測定力制御装置を備える、ことを特徴とする請求項1乃至3に記載の触針式形状測定装置。
- 被測定物の設置面の垂直方向に対して、測定プローブの軸が傾斜する角度を調節する角度調整機構を備える、ことを特徴とする請求項5に記載の触針式形状測定装置。
- 測定プローブのプローブ軸の先端を被測定物の表面に接触させ、被測定物の形状を測定する触針式形状測定装置において、
測定プローブのプローブ軸を被測定物の設置面の垂直方向に対して一定角度傾斜して設置し、測定プローブで測定する範囲がプローブ軸に対して±60°以内である、ことを特徴とする触針式形状測定方法。 - 測定プローブのプローブ軸の先端を被測定物の表面に接触させ、被測定物の形状を測定する触針式形状測定装置において、
2以上の測定プローブのプローブ軸を被測定物の設置面の垂直方向に対して異なる角度で設置し、それぞれの測定プローブで測定する範囲がプローブ軸に対して±60°以内であり、これらの複数の測定データをつなぎ合わせることで全体形状を求める、ことを特徴とする触針式形状測定方法。 - 測定プローブのプローブ軸を被測定物の設置面に沿って移動する位置移動手段と、被測定物をその設置面の垂直方向軸を中心に回転する回転手段とを備え、
位置移動手段と回転手段を交互にあるいは同時に制御して、被測定物の形状を同心円状あるいは放射線状あるいは螺旋状に測定する、ことを特徴とする請求項7又は8に記載の触針式形状測定方法。 - 供給される圧縮空気により測定プローブを被測定物に接触させる測定プローブ付勢機構を備え、
この測定プローブ付勢機構に供給される圧縮空気の圧力を制御しながら形状を測定する、ことを特徴とする触針式形状測定方法。 - 前記圧縮空気の圧力を、鉛直方向に対する測定プローブの設置角度、又は、被測定物と測定プローブとの接触及び非接触に応じて変化させる、ことを特徴とする請求項10に記載の触針式形状測定方法。
- 被測定物と測定プローブとを離れた位置から測定点へ接触させ、プローブ軸の変位が一定値となる位置の三次元座標値を検出し、再び測定プローブを被測定物から離し次の測定点へ移動させる、というプロセスを繰り返し行うことで三次元的な形状を測定する、ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の触針式形状測定方法。
- 軸方向に移動可能な円筒形ピストンと、該円筒形ピストンを軸方向に移動可能に支持しかつ円筒形ピストンの両端部に圧縮空気を供給可能な中空円筒形のシリンダと、円筒形ピストンの端面に偏心して連結され円筒形ピストンと同一方向に移動可能な円筒形ロッドと、該円筒形ロッドを軸方向に移動可能に支持し前記シリンダに連結されたロッド案内部とを備える、ことを特徴とする回転規制エアシリンダ。
- 前記円筒形ピストンは、円筒形ロッドより直径が大きく、その偏心量は、直径の和の1/2以下に規定されている、ことを特徴とする請求項13記載の回転規制エアシリンダ。
- 軸方向に移動可能な円筒形ピストンと、該円筒形ピストンを軸方向に移動可能に支持しかつ円筒形ピストンの端部に圧縮空気を供給可能な中空円筒形のシリンダと、円筒形ピストンの端面に連結され円筒形ピストンと同一方向に移動可能な円筒形ロッドと、該円筒形ロッドを軸方向に移動可能に支持し前記シリンダに連結されたロッド案内部とからなるエアシリンダを、これらの円筒形ロッドの軸方向が平行となるように複数備え、
少なくとも一つのエアシリンダの、圧縮空気の供給による動作方向と、その他のエアシリンダの、圧縮空気の供給による動作方向とが、逆向きになるように、前記複数のエアシリンダは配置されており、
それぞれの円筒形ピストンおよび円筒形ロッドは連動するように連結されている、ことを特徴とする回転規制エアシリンダ。 - 前記シリンダとロッド案内部は、ピストンおよび円筒形ロッドをそれぞれ支持する非接触式の円筒空気軸受又は接触式の円筒すべり構造を備える、ことを特徴とする請求項13乃至15記載の回転規制エアシリンダ。
- 前記円筒形ピストンの軸方向変位を測定する変位測定手段と、円筒形ロッドに連結され被測定物の表面に接触するスタイラスとを備える、ことを特徴とする請求項13乃至15記載の回転規制エアシリンダ。
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