JP2009180525A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケール、スケールベース、及びベースの熱膨張等による伸縮で生じるスケールベースの変形を防いで、スケールによる高精度な変位測定を可能とする。
【解決手段】スケールベース１１２は、スケール１１６で測定される測定方向（Ｙ方向）の複数箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３でベース１１０に固定され、該固定される箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間のスケールベース１１６にスリット１１４が設けられ、前記スケール１１６は該スケールベース１１２の該固定される箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の２箇所以上において該スケールベース１１２により支持され、且つ、該スケールベース１１２は、該固定される箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３以外の位置において該ベース１１０との間、及び該支持する箇所以外の位置において該スケール１１６との間、のそれぞれに空隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定装置に係り、特に、ベースと、該ベース上に固定されるスケールベースと、該スケールベースに支持されるスケールと、を備える測定装置に用いるのに好適な、変位測定を高精度に行うことを可能とする測定装置に関する。

測定装置の変位測定を高精度に測定するために、スケールを固定するスケールベースとスケールベースを固定するベースとは、スケールと同種若しくは特性が近い材料を用いるのが望ましい。例えば、スケールがガラスであれば、スケールベースとベースにはガラスであるか、若しくは、石を用いるのが望ましい。しかし、機能性や、加工性、製造コスト等から、これらは異種材料で構成されていることが多い。例えば、スケールがガラスで、スケールベースが鉄を主成分とする金属で、ベースが石などである。この場合には、これら３つの線膨張係数が異なることから、例えば、温度変化による熱膨張率の差からスケースベースの変形がスケールを変形させ、測定精度の悪化を招くおそれがある。これに対して、特許文献１に示す如く、スケールベースを保持する際に摩擦低減材を介して支持する方法が提案されている。

特開平６−１８５９５０号公報

しかしながら、特許文献１に示す方法では、スケールベースは、固定されているレールとの熱膨張率の差により、レールに対して変形することを避けることはできない。更に、摩擦低減材の影響により、スケールがスケールベースに対して摺動し易く、温度の変動などによりスケールベースが変形した場合に、スケールの原点をスケールベースに対して移動させるおそれもあった。

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、スケール、スケールベース、及びベースの熱膨張等による伸縮で生じるスケールベースの変形を防いで、スケールによる高精度な変位測定を可能とする測定装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、ベースと、該ベース上に固定されるスケールベースと、該スケールベースに支持されるスケールと、を備える測定装置において、前記スケールベースは、前記スケールで測定される測定方向（Ｙ方向）の複数個所で前記ベースに固定され、該固定される箇所間のスケールベースにスリットが設けられ、前記スケールは該スケールベースの該固定される箇所の２箇所以上において該スケールベースにより支持され、且つ、該スケールベースは、該固定される箇所以外の位置において該ベースとの間、及び該支持する箇所以外の位置において該スケールとの間、のそれぞれに空隙を有したことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記スケールが、弾性部材で押圧されることで前記スケールベースに支持されることとしたものである。

又、本願の請求項３に係る発明は、前記スケールが、摩擦低減材を介して前記スケールベースに支持されることとしたものである。

又、本願の請求項４に係る発明は、前記スケールベースの一方の端に、前記スケールの前記測定方向での移動を制限する手段を設けることとしたものである。

本発明によれば、スケールと、スケールベースと、ベースとで、互いに異種材料を用いても、スケールベースの変形を低減することができる。このため、スケールによる変位測定を高精度に保つことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係わる測定装置の模式図、図２は同じくスケールベースを中心とする構成を示す模式図、図３は同じくスケールベースを中心とした斜視図、図４は図３の丸で囲んだIV部の拡大斜視図、図５は同じくスケールベースを中心とする構成を示す模式図、図６は図５において示されたVIＡ−VIＡ線に沿う断面図とVIＢ−VIＢ線に沿う断面図である。

最初に、図１を用いて、本実施形態に係る測定装置の全体の構成について説明する。

測定装置１００は、例えば、図１に示す如く、画像測定機であり、ベース１１０上にＹ方向へ移動可能なテーブル１３０を備えている。又、ベース１１０上には門型フレームが設けられている。その門型フレームは、ベース１１０から立ち上がる一対のコラム１３２と、その一対のコラム１３２間に架け渡されたビーム１３４とから構成される。コラム１３２はビーム１３４を支えて、ビーム１３４に設けられたスライダ１３６はビーム１３４に沿って（Ｘ方向に）移動可能となっている。スライダ１３６上には、画像測定光学系１３８が設けられており、画像測定光学系１３８はＣＣＤカメラを有する。そして画像測定光学系１３８はスライダ１３６上でＺ方向へ移動可能である。このような測定装置１００（画像測定機）は、画像測定光学系１３８を、テーブル１３０、スライダ１３６の移動機構により、被測定物のＸＹＺ方向の特定の位置へ相対的に高精度に移動させて、被測定物の微細な画像を観測してその画像情報から特定の距離形状を測定することを可能とする装置である。

又、図１に示す如く、ベース１１０とテーブル１３０との間にはスケールベース１１２が設けられている。そして、スケールベース１１２はベース１１０上に複数個所で固定され、スケール１１６はスケールベース１１２上の複数個所で支持されている。即ち、測定装置１００は、ベース１１０と、ベース１１０上に固定されるスケールベース１１２と、スケールベース１１２に支持されるスケール１１６とを備えている。そして、スケール１１６には、測定方向であるＹ方向に目盛が設けられ、図示せぬ検出器によって読み取られ、テーブル１３０のＹ方向への移動変位が測定される。即ち、スケールベース１１２は、スケール１１６で測定される測定方向（Ｙ方向）の複数個所でベース１１０に固定されている。なお、本実施形態では、ベース１１０は石、スケールベース１１２は鉄を主成分とする金属、スケール１１６はガラスという、互いに異種材料からできている。

次に、図２を用いて、スケールベース１１２と各部材との関係について説明する。

図２に示す如く、スケールベース１１２には、複数（図では４つ）のスリット１１４と、ベース１１０に固定するための複数（図では３つ）の固定孔１１８とが設けられている。スリット１１４は、その固定孔１１８の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の間に設けられている。又、スケールベース１１２には、スケール１１６を支持するための切欠部１１２Ａが設けられている。固定孔１１８には図示せぬボルトが挿入され、ベース１１０とスケールベース１１２とが固定される。その固定孔１１８が設けられたＹ方向の位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３においては、スケールベース１１２の切欠部１１２Ａでスケール１１６を支持するために、第１押え板１２２と、第２押え板１２４、１２５とが、ビス１２６によってスケールベース１１２に固定されている。即ち、スケールベース１１２には、ベース１１０にスケールベース１１２が固定される箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間においてスリット１１４が設けられている。そして、その箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３において、スケール１１６がスケールベース１１２によって支持されている。なお、ベース１１０とスケールベース１１２とが固定される箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３以外の位置においては、スケールベース１１２とベース１１０との間に空隙Ｓ１が設けられている。そして、同様に、スケールベース１１２がスケール１１６を支持する箇所以外の位置において、スケールベース１１２とスケール１１６との間に空隙Ｓ２、Ｓ３が設けられている。上記した部材については、更に詳細に後述する。

又、図２に示す如く、スケールベース１１２の一方の端には凸部１２０が設けられ、第１押え板１２２の位置の（図２の左端）近傍に配置されている。凸部１２０は、スケールベース１１２の切欠部１１２Ａに支持されたスケール１１６が測定方向（Ｙ方向）で図２の左側へ移動するのを制限するための手段である。本実施形態においては、図２の左側にスケール１１６の原点を設けているので、凸部１２０により、図２の左側へのスケール１１６原点の移動が制限される。

次に、図３の丸で囲んだIV部を拡大した図４で示すスリット１１４と第２押え板１２５について、詳細に説明する。

前記スリット１１４は、図４に示す如く、Ｙ方向に一体のスケールベース１１２に、幅Ｓの切込み幅によって上下２方向から切込みされている構造を有する。このため、スケールベース１１２がＹ方向に伸縮した際においても、空隙Ｓによってその伸縮量を吸収することができる。そして、スリット１１４が複数設けられていても、スケールベース１１２の直線性を高く保つことができる。ここで、スケールベース１１２を複数のブロックに分割した場合にも、本実施形態と同様に、スケールベース１１２の膨張による伸縮がスケール１１６に及ぶことを防ぐことができる。しかし、分割されたブロックはスケール１１６を支持する必要があるため、当該ブロックを高い直線性でもって正確に位置決めしてベース１１０に取付けなければならないという煩雑な作業が発生してしまう。

これに対して、本実施形態では、スリット１１４はあるがスケールベース１１２は分断されていない。即ち、ベース１１０にスケールベース１１２を取付けるための位置決めは、スリットのないスケールベースの取付けと同様に容易な作業であるという効果を有するものである。なお、スリット１１４は、図２、３に示す如く、スケール１１６を支持する第１押え板１２２、第２押え板１２４、１２５の位置の直ぐ近傍に隣接して設けられている。このため、第１押え板１２２と、第２押え板１２４との間には２つのスリット１１４が存在し、第２押え板１２４と第２押え板１２５との間には２つのスリット１１４が存在する。

前記第２押え板１２５は、図４に示す如く、第１、第２押え板１２２、１２４と同様に、弾性部材であり、例えば、板ばねを用いることができる。そのため、第２押え板１２５（第１押え板１２２と第２押え板１２４も同様）は、２つのビス１２６によってスケールベース１１２に取付けられ、スケール１１６に対しては、スケールベース１１２が安定して支持するのに適度の押圧力を加えることができる。

第２押え板１２４、１２５は、中央部が切欠されており、その両端の、スケール１１６を押圧する部分は、その先端において、スケール１１６側に膨らむ屈曲部１２４Ａ、１２５Ａを有している。なお、第１押え板１２２には、その中央部に切欠が設けられていない。このため、第１押え板１２２は、第２押え板１２４、１２５よりも強い力で、スケール１１６を押圧することができる。即ち、スケール１１６が伸縮する場合であっても、第１押え板１２２近傍ではスケール１１６は摺動しにくく、代わりに第２押え板１２４、１２５近傍ではスケール１１６は摺動しやすいので、スケール１１６の伸縮があっても大きな応力がかからず吸収される。そして、第１押え板１２２、第２押え板１２４、１２５で押圧されるスケール１１６は、図４に示す如く、摩擦低減材１２８を介してスケールベース１１２に支持される。このため、スケールベース１１２とスケール１１６とは摺動が容易であり、スケール１１６の伸縮等があってもスケール１１６の伸縮は妨げられないので、スケール１１６に過度な応力がかかることを防止することができる。

次に、図５に示す２つの線に沿う断面図である図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて、ベース１１０とスケールベース１１２との間、スケースベース１１２とスケール１１６との間、それぞれの空隙について説明する。

図６（Ａ）に示す断面図は、２つのビス１２６によって取り付けられた第１押え板１２２のＹ方向の中央の位置Ｐ１での断面図である。この位置においては、スケールベース１１２をベース１１０に取り付けるための固定孔１１８が存在する。そして、スケールベース１１２に設けられた切欠部１１２Ａには摩擦低減材１２８が当接して、その摩擦低減材１２８には更にスケール１１６が当接している。そしてビス１２６に留められた第１押え板１２２の屈曲部１２２Ａがスケール１１６を押圧する構造となっている。即ち、この位置においては、空隙を有せずスケール１１６が、摩擦低減材１２８を介して、第１押え板１２２によって押圧されてスケールベース１１２で支持されている。

図６（Ｂ）の位置は、スケール１１６を押圧する第１押え板１２２と第２押え板１２４との間にある２つのスリット１１４の間の中間の位置（図５を参照）である。ここでは、図示せぬベース１１０とスケールベース１１２との間に空隙Ｓ１（Ｚ方向）が存在し、スケールベース１１２と摩擦低減材１２８との間（Ｘ方向）に空隙Ｓ２が存在する。更に、スケールベース１１２とスケール１１６の下面（Ｚ方向）との間にも空隙Ｓ３が存在する。即ち、スケール１１６が（Ｙ方向の位置の）スケールベース１１２で支持されている位置を除いて、ベース１１０に面するスケールベース１１２に段差Ｓ１の凹部が、又、スケール１１６に面するスケールベース１１２の切欠部１１２ＡのＸ方向、Ｚ方向のそれぞれに段差Ｓ２、Ｓ３の凹部が、設けられている。つまり、図６（Ｂ）の位置では、スケールベース１１２がベース１１０及びスケール１１６と接触しない構造となっている。このため、スケール１１６の支持されている部分以外では、スケール１１６はスケールベース１１２の伸縮の影響を受けず、且つ、スケールベース１１２もベース１１０からの伸縮の影響を受けることがない。

次に、本実施形態の測定装置の作用について説明する。

前述したように、ベース１１０と、スケールベース１１２と、スケール１１６とは異種材料で形成されている。具体的には、ベース１１０は石で線膨張係数が約５×１０^-6／Ｋ、スケールベース１１２は鉄として線膨張係数が約１２×１０^-6／Ｋ、そして、スケールベース１１６はガラスで線膨張係数が約８×１０^-6／Ｋである。このため温度が変化すればそれぞれの線膨張係数が異なることによって、各部材の伸縮量が異なってくる。しかし、スケールベース１１２には、スケール１１６を支持する位置間に複数のスリット１１４を設けている。このため、スケールベース１１２の材質の線膨張係数が高くても、スケールベース１１２の伸縮量の影響を低減することができ、スケールベース１１２上のスケール１１６を支持する位置が変化することを防止することができる。

更に、スリット１１４間に存在するベース１１０とスケールベース１１２との間、スケールベース１１２とスケール１１６との間のそれぞれに空隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が設けられている。このため、温度変化による伸縮量が、ベース１１０からスケールベース１１２へ、又はスケールベース１１２からスケール１１６へは、空隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のある部分では摩擦力が伝わらない。このため、ベース１１０、スケールベース１１２の伸縮によって、スケール１１６に不要な応力がかかることを防ぐことができる。

又、ベース１１０とスケールベース１１２が固定されている位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、スケール１１６がスケールベース１１２に支持されている位置とは、スケール１１６で測定される測定方向であるＹ方向において同じである。このため、スケールベース１１２が基準となってスケール１１６を支持するのではなく、ベース１１０が基準となってスケール１１６を支持することとなる。つまり、スケール１１６のべース１１０に対する設置位置の精度の向上や、ベース１１０、スケールベース１１２の伸縮量の影響を更に低減でき、スケール１１６の伸縮量の補正などを容易とすることができる。

又、スケールベース１１２は一体で構成されているため、測定装置１００にスケールベース１１２を取り付けることが容易であり、スケール１１６を支持するための正確な直線性を容易に出すことができる。

又、第１押え板１２２、第２押え板１２４、１２５は、弾性部材であるので、スケール１１６に過度な押圧力を掛けることが防止でき、スケール１１６の変形や割れなどを防ぐことができる。

又、ベース１１０及びスケールベース１１２の伸縮がスケール１１６に伝わったとしても、あるいは、スケール１１６自体が伸縮を生じたとしても、第１押え板１２２の近傍に設けられた凸部１２０によって、スケール１１６のＹ方向への移動は制限される。本実施形態では、凸部１２０側にスケール１１６の原点があるので、スケール１１６原点の凸部１２０側への移動が有効に制限される。

更に、第１押え板１２２は、第２押え板１２４、１２５の押圧する力よりも、押圧する力が大きい。このため、スケール１１６は、第１押え板１２２で支持された部分よりも、第２押え板１２４、１２５で支持されている部分において、より摺動がなされる。このため、本実施形態においては、スケール１１６の原点の移動を最小限にすることができ、スケール１１６の原点を、温度変化等の各部材の伸縮に左右されることなく一定の場所に保つことができる。このとき、スケールベース１１２とスケール１１６との間に配置した摩擦低減材１２８の影響によって、スケール１１６に余分な応力をかけることがない。このため、スケール１１６が伸縮したとしても、その伸縮量を容易に補正して適正にすることが可能となる。

即ち、本発明は、ベース１１０と、スケールベース１１２と、スケール１１６とで、互いに異種材料を用いても、スケールベース１１２の変形を低減することができる。このため、スケール１１６における変位測定を高精度に保つことができる。つまり各部材が異種材料であっても測定精度を高く保てることから、ベース、スケールベース、スケールそれぞれに対して加工性、価格、機能性、組立性、保守性等の面から最適な材料を選択ですることができることとなり、測定の高精度化と、低コスト化等を同時に達成することが可能となる。

本発明について上述の第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

例えば、本実施形態においては、スケールベース１１２が、固定された箇所においてスケール１１６を支持していたが、本発明はこれに限定されるものではない。スケールを支持する箇所は、スケールベースが固定される箇所のうちの２箇所以上であればよい。

又、例えば、本実施形態においては、測定装置１００を画像測定機として説明したが、本発明はこれに限られず、各種変位を高精度に測定するための測定装置に適用することが可能である。又、その際にＹ方向だけに本発明を適用するものではなく、Ｘ、Ｚ方向に適用することができることは言うまでもない。

又、例えば、本実施形態においてはスリット１１４が押え板の近傍に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。又、スリットの数はスケールの長さに伴う第１、第２押え板の位置や距離によって増減することができ、その切込幅も変更可能である。又、第１、第２押え板の数自体も本実施形態に限定されるものではない。更に、ベース１１０、スケールベース１１２、スケール１１６は、それぞれ本実施形態で説明した材料に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る測定装置の模式図 同じくスケールベースを中心とする構成を示す模式図 同じくスケールベースを中心とした斜視図 図３の丸で囲んだIV部の拡大斜視図 同じくスケールベースを中心とする構成を示す模式図 図５において示されたVIＡ―VIＡ線に沿う断面図とVIＢ−VIＢ線に沿う断面図

符号の説明

１００…測定装置
１１０…ベース
１１２…スケールベース
１１２Ａ…切欠部
１１４…スリット
１１６…スケール
１１８…固定孔
１２０…凸部
１２２、１２４、１２５…第１、第２押え板
１２８…摩擦低減材
１３０…テーブル
１３２…コラム
１３４…ビーム
１３６…スライダ

Claims (4)

1. ベースと、該ベース上に固定されるスケールベースと、該スケールベースに支持されるスケールと、を備える測定装置において、
   前記スケールベースは、前記スケールで測定される測定方向の複数個所で前記ベースに固定され、
   該固定される箇所間のスケールベースにスリットが設けられ、
   前記スケールは該スケールベースの該固定される箇所の２箇所以上において該スケールベースにより支持され、且つ、
   該スケールベースは、該固定される箇所以外の位置において該ベースとの間、及び該支持する箇所以外の位置において該スケールとの間、のそれぞれに空隙を有することを特徴とする測定装置。
2. 前記スケールは、弾性部材で押圧されることで前記スケールベースに支持されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記スケールは、摩擦低減材を介して前記スケールベースに支持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記スケールベースの一方の端に、前記スケールの前記測定方向での移動を制限する手段を設け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測定装置。

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