JP2008190994A - 座標測定用補助具、座標測定用プローブ及び座標測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で且つ安価な座標測定用補助具により、厚みが薄い板状の被測定物の測定を、容易且つ正確に行なえるようにする。
【解決手段】座標測定用プローブ（ボールプローブ５１）の外周に装着される筒状体（円筒体６２、段付き円筒６３、四角筒６８、外筒８０、内筒８２）と、該筒状体をプローブ先端に位置決めして固定するためのクランプ機構７０とを備えた座標測定用補助具６０を用いる。前記筒状体の少なくとも一部を透明とすることができる。前記筒状体のプローブ先端に対する位置を調整可能とすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、座標測定用補助具、座標測定用プローブ及び座標測定機に係り、特に、手動操作型の三次元測定機やデジタイザのボールプローブに用いるのに好適な、厚みが薄い板状の被測定物を容易に且つ正確に測定できる座標測定用補助具、この座標測定用補助具を備えた座標測定用プローブ、及び、この座標測定用プローブを備えた座標測定機に関する。

例えば、手動操作の三次元測定機では、プローブ先端に被測定物に接触させるためのボールを備えたプローブを手動で三次元方向へ相対移動させて、このボールを被測定物に接触させた瞬間または接触している最中に、このボールの中心座標値を計測して、後に、このボールの中心座標値に対してボールの半径分のオフセット処理を行い、ボールと被測定物との接触位置を計測可能である。ただし、この計測されたボールの中心座標に対するオフセットの方向は、予め特定しておくか、あるいは計測された複数のボールの中心座標値を使って幾何計算により求める必要がある。例えば計測対象が穴である場合は、この穴の内側３箇所にボールを誘導し接触させて、それぞれ中心座標値を計測する。次に、この３つの座標値に円あてはめ計算を行って円の中心と半径を求め、この半径値にボール半径値を加えると穴の半径を求めることが可能である。

しかし、被測定物の厚みが上記のボールの半径に比べて小さい板金等の薄物の場合、上記のような穴測定ではボールの頂点を被測定物に接触させるようにプローブを誘導させなくてはならないので、作業が難しく熟練が必要である。また図１に示すように、薄物の板金でなるワーク９に対し、プローブ１のシャフト３の先端に固定されたボール２を、本来接触させるべき測定位置７に対して、誤って測定位置８のようにずれた位置で測定してしまうと、大きな測定誤差が発生してしまうという問題がある。

このような問題点を解決するべく、出願人は特許文献１で、図２に示す如く、ボール２の最大外周に所定幅のマーク４を付して、測定の目安とすることを提案している。

又、特許文献２には、図３に示す如く、ボール２の一部を中心Ｃまで切欠いた３／４球状プローブを用いて、ボール２の中心Ｃをワーク９に直接倣わせるようにすることが提案されている。図において、１１は、プローブ本体１０に付設された、押圧操作された時にのみ現在位置データを保存するための押釦スイッチである。

更に、先端がＶ型とされたＶ型プローブも実用化されている。

特開平１０−６２１５０号公報（図１、図３） 特開２００５−１４７６７３号公報（図２〜図５）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、作業者がワーク９にボール２上のマーク４を目視で位置合せしなければならず、神経を集中する必要があり、しかも、正確に位置合せするのは容易ではない。

一方、特許文献２に記載の３／４球状プローブやＶ型プローブでは、ボールやプローブ先端を特殊な形状に加工する必要があり、中心位置の精度良い加工が困難であるだけでなく、その精度維持も難しい。更に、中心位置を補正する校正作業（キャリブレーション）にも難しさがあり、全体としてコストも上昇する等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、手動操作の三次元測定機やデジタイザによる測定に際して、厚みが薄い板状の被測定物を容易に且つ正確に測定できる座標用測定具、この座標用測定具を備えた座標測定用プローブ、及び、この座標測定用プローブを備えた座標測定機を提供することを目的とする。

本発明は、座標測定用プローブの外周に装着される円状体と、該筒状体をプローブ先端に位置決めして固定するための手段と、を備えたことを特徴とする座標測定用補助具により、前記課題を解決したものである。

ここで、前記筒状体の少なくとも一部を透明として、被測定物とプローブ先端の係合状態を容易に確認できるようにすることができる。

又、前記筒状体のプローブ先端に対する位置を調整可能として、被測定物の板厚に容易に対応可能とすることができる。

又、前記筒状体を２重筒とし、その一方のプローブ先端に対する位置を調整可能とすることができる。

更に、前記２重筒の一方の他方に対する変位を表示するための目盛を設けて、被測定物の板厚に対する対応を更に容易とすることができる。

本発明は、又、前記の座標測定用補助具が装着されていることを特徴とする座標測定用プローブを提供するものである。

又、前記の座標測定用プローブを備えたことを特徴とする座標測定機を提供するものである。

本発明によれば、座標測定用補助具の筒状体端部を板金面上に接触させながら座標測定用プローブを移動することによって、座標測定用プローブ先端（例えばボール中心）を板金面から一定の高さで測定の部位に接触することができる。従って、測定したい位置にボール等の最大円部を確実に接触させて、高精度の測定を容易に行なうことができる。更に、作業者による測定の結果にばらつきの発生を抑えることができる。又、プローブ先端を保護することもできる。

以下、アーム型多関節座標測定機（三次元デジタイザとも称する）のボールプローブに適応した本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明が適用されるアーム型多関節座標測定機５０は、図４に示す如く、作業台等に固定された基台５９に垂直に立設する支柱５８を備えている。この支柱５８と第２アーム５７の一端とは、２軸方向に対して回動自由で且つそれぞれの回転角度を検出可能なロータリーエンコーダ（図示省略）を内蔵した第３関節５５を介して接続されている。第２アーム５７の他端と第１アーム５６の一端とは、第３関節５５と同様の第２関節５４を介して接続されている。更に第１アーム５６の他端とプローブヘッド５２とは、第２関節５５と同様の第１関節５４を介して接続されている。このプローブヘッド５２の先端に、本発明の対象であるボールプローブ５１が備えられている。

従って、作業者は、このプローブヘッド５２を掴んで操作することで、被測定物に対してボールプローブ５１を自由な方向から接近させ、自由な角度で接触させることが可能である。

前記ボールプローブ５１には、図５に第１実施形態を示す如く、該ボールプローブ５１の外周に装着される円筒体６２と、該円筒体６２をボールプローブ５１の先端に位置決めして固定するためのクランプ機構７０を備えた座標測定用補助具６０が装着される。

前記円筒体６２は、例えばアクリル樹脂等の透明体で構成され、ボールプローブ５１先端のボールと、被測定物であるワーク９の係合状態を確認しながら測定可能とされている。なお、円筒体６２は、例えば不透明な金属製であってもよい。

次に、前記座標測定用補助具６０を使った板金ワーク９の測定方法について説明する。図５は、ボールプローブ５１の先端ボールがワーク９に接触している様子を示したものである。

予めクランプ機構７０のつまみ７２によりクランプ機構７０を緩めて円筒体６２を上下動し、該円筒体６２の先端（図では下端）がワーク９の表面に接触した時に、丁度、ボールの中心面がワーク９の中心線と一致するように調整しておく。

作業者は手動操作により、ボールプローブ５１をワーク９上の目標測定箇所まで移動させる。

次に、プローブヘッド５２の中心軸とワーク９の面がほぼ垂直となるように、ボールプローブ５１の姿勢を調節しながら、円筒体６２の先端をワーク９の表面に突き当てる。これにより、ボールの中心面が、ワーク９の中心線と一致するので、この点の座標を取り込めばよい。

次に本発明の第２実施形態を図６に示す。

本実施形態は、前記第１実施形態と同様の座標測定用補助具６０において、筒状体を外筒８０と内筒８２からなる２重円筒とし、外筒８０に設けたクランプ機構７０により座標測定用補助具６０をボールプローブ５１に固定すると共に、外筒８０と螺合する内筒８２を軸周りに回動することによって、ボールと筒状体（内筒８２）先端との位置関係を調整可能としたものである。

前記内筒８２の表面には、図７に示す如く目盛８４が形成されている。

本実施形態においては、まず図８に示す如く、ボールの下端と内筒８２の下端面を合わせて、クランプ機構７０によりクランプする。このとき、目盛８４は、ボール半径分だけマイナス位置にセットしておく。

次いで、内筒８２を外筒８０に対して回動させ、目盛８４が、ワーク９の板厚（例えば０．５〜２ｍｍ）の１／２分だけプラス位置となるように上げることにより、内筒８２の下端面をボール中心から所定の高さにセットすることができる。

本実施形態においては、目盛８４が設けられているので、高さ調整を容易に行うことができる。なお、目盛を省略して、目視しながら調整することも可能である。

又、外筒８０と内筒８２の結合移動のための機構は、ねじ締結に限らず、別の平行移動できる機構、例えば円筒カムでも実施できる。

前記実施形態においては、筒状体先端が単純なストレート形状であったので、構成が簡略である。

なお、図９に示す第３実施形態の如く、円筒体６２の下端に端板部６４を設けて、平板状ワーク９に対する測定を容易とすることができる。

あるいは図１０に示す第４実施形態のように、円筒体６２の下端に錐状部６６を設けて、曲板状のワーク９´に対する測定を容易とすることもできる。

又、筒状体の形状も円筒に限定されず、平らな下端面を有する中空形状であれば、図１１に示す第５実施形態のように、四角筒６８であっても良い。

又、図１２に示す第６実施形態のように、段付き円筒６３にすると、ワークとの干渉を軽減することができるので、スタイラスが長い場合に有効である。更に、先端開口部にフランジ６３Ｆを付けると、ワークとの接触面積を増やせるので、姿勢をより安定化させることができる。

なお、前記実施形態においては、いずれも、本発明がアーム型多関節座標測定機に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、例えば、門型あるいはＣ型のフレームを備えた三次元測定機のボールプローブや、タッチ信号プローブにも同様に適用することができる。更に、板金上ワークの測定だけでなく、三次元測定機で円筒穴等の測定高さを揃えた深さ一定測定等を行いたい場合にも、使用できる。

従来の問題点を説明するための正面図 特許文献１に記載された従来技術を示す正面図 特許文献２に記載された従来技術を示す斜視図 本発明が適用されるアーム型多関節座標測定機の一例の構成を示す斜視図 本発明に係る座標測定用補助具の第１実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図 同じく第２実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図 第２実施形態の目盛を示す側面図 第２実施形態の調整状態を示す断面図 本発明に係る座標測定用補助具の第３実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図 同じく第４実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図 同じく第５実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図 同じく第６実施形態をボールプローブに装着した状態を示す断面図

符号の説明

９、９´…ワーク（被測定物）
５１…ボールプローブ
５２…プローブヘッド
６０…座標測定用補助具
６２…円筒体
６３…段付き円筒
６８…四角筒
７０…クランプ機構
７２…つまみ
８０…外筒
８２…内筒
８４…目盛

Claims (7)

1. 座標測定用プローブの外周に装着される筒状体と、
   該筒状体をプローブ先端に位置決めして固定するための手段と、
   を備えたことを特徴とする座標測定用補助具。
2. 前記筒状体の少なくとも一部が透明とされていることを特徴とする請求項１に記載の座標測定用補助具。
3. 前記筒状体のプローブ先端に対する位置が調整可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の座標測定用補助具。
4. 前記筒状体が２重筒とされ、
   その一方のプローブ先端に対する位置が調整可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の座標測定用補助具。
5. 前記２重筒の一方の他方に対する変位を表示するための目盛が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の座標測定用補助具。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の座標測定用補助具が装着されていることを特徴とする座標測定用プローブ。
7. 請求項６に記載の座標測定用プローブを備えたことを特徴とする座標測定機。

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