JP2010044041A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルミストや塵などの付着から位置較正部材を保護して測定精度を得ることができる計測装置を提供する。
【解決手段】被検物の形状を測定する計測装置であって、被検物の形状情報を採取する形状センサ２０と、検出部の計測時における基準位置を示す基準球３０と、位置較正部材をその周囲の雰囲気から隔てるための格納庫３１、エアーポンプ４０と、クリーンエアーを浄化するために備えられ、帯電した不活性ガスを前記保護手段に供給する気体の流れに対して略直交の方向から逆らう方向までの間の方向から吹きつけ、前記気体に含まれる不純物を帯電させる帯電機構(不活性ガス供給部、イオン化ガス発生部)と、帯電機構により帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた網目部材とを有し、帯電させた不純物を引き寄せ、保護手段に保護手段の外界の雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する集塵手段４４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は被検物の３次元形状を測定する計測装置に関する。

被検物の３次元形状を測定する計測装置として、例えば基盤上に水平一方向に移動するＸステージとこれと直交する水平他方向に移動するＹステージからなる移動テーブルを設け、また基盤上に垂直方向に移動するＺステージにセンサヘッドを設けて、このセンサヘッドに移動テーブル上に載置された被検物に向けて測定光を発する光源と被検物から反射した測定光の反射光画像を取得するテレビカメラを内蔵した装置が提案されている（特許文献１）。

上記装置では、被検物に対して光源から測定光を照射し、被検物から反射する測定光の反射光画像を、測定光が照射される方向とは異なる方向からテレビカメラで観察し、反射光画像中の測定光の形状と、光源の位置と、テレビカメラの位置とから、被検物の３次元形状を非接触で測定する。

上記計測装置には、計測に邪魔にならない基盤上の箇所に計測位置の基準となるデータム（位置較正部材）が配置されており、このデータムの中心位置を計測してキャリブレーションを行っている。
特開平１１−１２５５０８号公報

この種の計測装置は、通常、被検物（機械加工物）を機械加工する旋盤などから離れた場所、例えば測定室内に設置されている。機械加工後に一旦被検物を加工現場から測定室に持ち込み、測定を行い、測定結果から再度機械加工が必要な場合には被検物を加工現場に戻している。

このように被検物を加工現場と測定室との間で行き来することは時間の大きなロスにつながり、生産性の向上などの観点から被検物の加工現場（旋盤のすぐそば）で測定を行うことが提案されている。

しかし、加工現場にはオイルミストや塵なども浮遊しており、計測装置の周囲に遮蔽物を設置したとしてもオイルミストや塵などが計測装置の心臓部であるデータムに付着することがある。

オイルミストや塵などがデータムに付着すると、キャリブレーション時にデータムの中心位置が付着した塵やオイルミストの厚さの量だけ誤って計測されてしまい、正しいキャリブレーションが行えず、この結果十分な計測精度が得られない課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、オイルミストや塵などの付着から位置較正部材を保護して測定精度を得ることができ、加工機械のそばでも測定が行える計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出部と、前記検出部の計測時における基準位置を示す位置較正部材と、前記位置較正部材をその周囲の雰囲気から隔てるための保護手段と、帯電した不活性ガスを前記保護手段に供給する気体の流れに対して略直交または逆らう方向から吹きつけ、前記気体に含まれる不純物を帯電させる帯電機構と、前記帯電機構により帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた集塵機構とを有し、該集塵機構により前記帯電させた不純物を引き寄せ、前記保護手段に前記保護手段の外界の雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する集塵手段を備え、前記保護手段は、前記集塵手段から得られる気体を流して、前記位置較正部材を前記雰囲気から隔てる気体流形成手段であることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出部と、前記検出部の計測時における基準位置を示す位置較正部材と、前記位置較正部材をその周囲の雰囲気から隔てるための保護手段と、帯電した不活性ガスを前記保護手段に供給する気体の流れに対して略直交または逆らう方向から吹きつけ、前記気体に含まれる不純物を帯電させる帯電機構と、前記帯電機構により帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた集塵機構とを有し、該集塵機構により前記帯電させた不純物を引き寄せ、前記保護手段に前記保護手段の外界の雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する集塵手段を備え、前記保護手段は前記位置較正部材を覆ってその周囲の雰囲気から隔てる開閉可能なカバー部材と、前記集塵手段から得られた前記カバー部材の内部に前記計測装置が設置された雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する気体供給部を備えてなることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の計測装置は、請求項１または２に記載の計測装置において、前記帯電機構は、帯電した不活性ガスを前記気体流形成手段に供給される気体に含まれる不純物に吹き付けて前記不純物を帯電させることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の計測装置は、請求項３に記載の計測装置において、前記集塵機構は前記帯電させた不純物を含む気体の流路を囲む網目構造を有し、該網目に引き寄せられた前記帯電した不活性ガス及び不純物を吸引排気することを特徴とする。

本発明によれば、オイルミストや塵などの付着から位置較正部材を保護して測定精度を得ることができ、加工機械のそばでも測定が行える

以下本発明の計測装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。

本発明の計測装置は被検物の３次元形状を計測する装置で、塵やオイルミストが浮遊する雰囲気の中、例えば旋盤のそばに設置される。

図１は本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。

本実施形態の計測装置には、被検物Ｍの形状情報を採取する検出部としての形状センサ２０と、この形状センサ２０の計測時における基準位置を示す位置較正部材としての基準球３０と、この基準球３０をその周囲の雰囲気から隔てるための保護手段（カバー部材）としての格納庫３１を装備した計測装置本体１０が設けられている。また、この計測装置には、格納庫３１と形状センサ２０とにそれぞれクリーンエアー（計測装置が設置される雰囲気よりも塵やオイルミストなどの不純物が少ないエアー）を供給する気体供給部（気体流形成手段）としてのエアーポンプ４０と、エアーポンプ４０から格納庫３１や形状センサ２０に供給される気体を浄化する集塵手段４４が設けられている。

格納庫３１には集塵手段４４、エアーホース４１を介してエアーポンプ４０からのクリーンエアーが供給され、また形状センサ２０には集塵手段４４、エアーホース４２を介してエアーポンプ４０からクリーンエアーが供給される。集塵手段４４の放出口には流量調整弁４３が設けられていて、この流量調整弁４３によってエアーホース４１を介して格納庫３１に供給されるクリーンエアー量とエアーホース４２を介して形状センサ２０に供給されるクリーンエアー量をそれぞれ独立して調整を行うことができる。

図５は、集塵手段４４の概略構成を示す断面図である。この図５に示すように、クリーンエアーはエアーポンプ４０から集塵手段４４を介して供給される。そして、集塵手段４４は、エアーポンプ４０で捕捉されたエアーに混在している不純物やエアーポンプ４０内で発生する不純物を取り除いている。

集塵手段４４は、エアーポンプ４０から供給される気体が導かれる導入口４４９と、導入口４４９に導入された気体を通過させる導入路４４１と、その導入路４４１に連結され、帯電された不活性ガスを導入路４４１に供給するイオン化ガス発生部４４８と、導入路４４１の放出口４５０側に設置された網目部材４４２と、網目部材４４２で引き寄せられた不純物を捕捉する不純物回収部４４３と、排気口４４４とを備えている。

この集塵手段４４は、エアーポンプ４０から供給される空気中に含まれる不純物を帯電させる帯電機構と、前記帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた集塵機構とを有し、該集塵機構により前記帯電させた不純物を引き寄せる。

帯電機構は、不活性ガス供給部４４７とイオン化ガス発生部４４８からなり、イオン化ガス発生部４４８で帯電された不活性ガスをエアーポンプ４０から供給される気体の流れに対して、略直交する方向から逆らう方向の間の方向に導入路４１に流すことで不純物への帯電がなされる。図５に図示しているように、本実施の形態では、図中右から左へ流れるエアーポンプ４０から供給される気体の流れに対して、図中右下から左上へ流れるようにイオン化ガス発生部４４８からの帯電された不活性ガスを導入路４４１に供給している。このように不純物を取り除く気体の流れに対して、略直交する方向から逆らう方向に掛けて、帯電された不活性ガスを流すことで、帯電された不活性ガスとエアーポンプ４０から供給される気体との間で攪拌作用が起こりやすくなり、エアーポンプ４０から供給される気体へ帯電された不活性ガスからの電荷の転移を起こりやすくしている。それゆえ、不純物の帯電効率が良くなる。

不活性ガス供給部４４７は、一定圧力で不活性ガスをイオン化ガス発生部４４８に供給している。

イオン化ガス発生部４４８は図示していない放電電極が備えられている。また、イオン化ガス発生部４４８は高周波電源４４６から高周波電力の供給を受けている。イオン化ガス発生部４４８は、高周波電力によりその内部で放電が行われ、供給された不活性ガスを電離させる。そして、電離された不活性ガスを導入路４４１に供給する。このようにして、帯電した不活性ガスを前記気体に含まれる不純物に吹き付けて不純物を帯電させる。

また、集塵機構は網目部材４４２と不純物回収部４４３からなり、網目部材４４２で引き寄せられた前記帯電した不活性ガス及び不純物を吸引排気し、不純物回収部４４３で気体から不純物を分離する。

網目部材４４２は、直流電源４４５により帯電された不純物の逆の極性に帯電されている。網目部材４４２は導入路４１を囲むように形成されている。これにより、帯電された不純物を漏れ少なく捕捉することができる。また排気口４４４は不図示の吸引ポンプに接続されているので、網目部材４４２で引き寄せられた不純物や不活性ガスは不純物回収部４４３に回収される。この不純物回収部４４３にはフィルタや遠心分離部を備えており、気体と不純物を分離し、気体から不純物を取り除く。

一方、網目部材４４２で引き寄せられなかった気体は、そのまま放出口５０に向かい、放出口４５０に接続された流量調整弁４３に不純物の少ないクリーンエアーが供給される。

このように集塵手段４４では、不純物への帯電効率が向上し、かつ帯電した不純物の回収効率も良くなるので、集塵手段４４から供給されるクリーンエアーの浄化度が向上する。

エアーポンプ４０は、その駆動時に発生する振動が計測装置本体１０や、この計測装置本体１０に装備された形状センサ２０や基準球３０に伝わるのを可及的に少なくするために計測装置本体１０を設置した床１１から十分離れた距離をもって設置される。

計測装置本体１０は、床１１に設置された除振台１２上にベース１３を配置し、このベース１３上に、上述した基準球３０及び格納庫３１と、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５及びＺステージ１６を配置して構成されている。

除振台１２は、エアーポンプ４０で発生して床１１を通じてベース１３に伝わる振動の殆どを吸収する装置である。したがって、計測装置本体１０、形状センサ２０、基準球３０はエアーポンプ４０が発生する振動の影響を殆ど受けることがない。

Ｘステージ１４は、被検物Ｍを載置する機構で、載置した被検物Ｍをベース１３上で水平一方向（図１の矢印Ｘ方向参照）に平行移動させる。

Ｙステージ１５は、ベース１３上でＸステージ１４と直交する水平他方向（図１の矢印Ｙ方向参照）に移動する水平部分１５ａと、この水平部分１５ａ上に垂直に起立して設けられた垂直部分１５ｂとを有している。この垂直部分１５ｂにはＺステージ１６が移動可能に支持されている。

Ｚステージ１６は、Ｙステージ１５の垂直部分１５ｂに沿いベース１３に対して垂直方向（図１の矢印Ｚ方向参照）に移動可能な基部１６ａと、この基部１６ａからベース１３に対して平行に延びるアーム部１６ｂとを有している。アーム部１６ｂの先端部には被検物Ｍと対向するようにして形状センサ２０が取り付けられる。

形状センサ２０は、Ｙステージ１５とＺステージ１６によってベース１３に対して水平方向（矢印Ｙ方向）及び垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能である。形状センサ２０は、被検物Ｍの形状を光切断法によって計測する装置で、図２に示すように、測定光を被検物Ｍに投影する投射ユニット２１と、被検物Ｍに投射された測定光の位置がわかるように被検物Ｍを撮像する撮像ユニット２２とを有する。投射ユニット２１と撮像ユニット２２の外周には、それらの周囲にそれぞれエアーホース４２を介してエアーポンプ４０から供給されたクリーンエアーが噴出している。投射ユニット２１と撮像ユニット２２は、それぞれ供給されたクリーンエアー流により形成されたエアーカーテンによって計測装置が設置された雰囲気と隔離され、この雰囲気中に含まれる塵やオイルミストなどの不純物が各ユニット２１，２２の光学部品に付着しないようにしてある。

エアーホース４２は、弾性に富むゴムで構成され、自在に曲げられ、また、エアーポンプ４０が発生する振動を吸収する。従って、エアーホース４２を介してエアーポンプ４０の振動が形状センサ２０に伝わることはない。

形状センサ２０の位置は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６それぞれの位置の合成された位置である。なお、撮像ユニット２２から出力される画像データから測定光の被検物Ｍ上の照射位置を求め、そして各ステージの位置情報と画像データからの測定光の放射位置とに基づいて、図示しない計測回路によって、本計測装置での被検物Ｍの外郭形状位置を出力する。その形状位置データを基に形状データに変換され、この形状データはＣＡＤなどの装置に出力される。

基準球３０は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６及び形状センサ２０のそれぞれの位置を補正するために、形状センサ２０によってその中心位置が計測される部材で、ベース１３上のＸステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６及び形状センサ２０などに邪魔にならない箇所に固定されている。計測装置がキャリブレーション動作を行うときに、基準球３０の中心位置が計測される。

格納庫３１は、基準球３０を計測装置が設置されている雰囲気（塵やオイルミストなどが浮遊する空間）から隔離する装置で、図３及び図４に示すように、カバー３２と、このカバー３２に開閉可能に取り付けられたドアー３３と、このドアー３３を開閉する不図示の開閉装置とから構成されている。カバー３２には吸気口３４が設けられ、この吸気口３４にはエアーホース４１が接続されている。カバー３２の内部の空間には、エアーホース４１を介してクリーンエアーがエアーポンプ４０から供給される。クリーンエアーはエアーポンプ４０から前述の集塵手段４４を介して供給される。

吸気口３４にはエアーフィルタ３５が設けられ、エアーホース４１から供給されるクリーンエアーに含まれる塵やオイルミストなどの不純物を更に取り除いて、カバー３２内の空間に送り出している。

ドアー３３は、開閉装置によって開閉自在にカバー３２に接続している装置で、閉じているときには、その内部の空間に基準球３０を格納して、基準球３０を雰囲気から隔離する。ドアー３３には排気口３６が設けられ、この排気口３６にはエアーフィルタ３７が設けられる。このエアーフィルタ３７は、雰囲気中のエアーが排気口３６からドアー３３内部に逆流するのを防止するものである。排気口３６から一旦外部に出たエアーは計測装置が設置されている雰囲気と混ざり、塵やオイルミストなどの不純物が含まれている。又、停電や電源ＯＦＦなどによりエアーポンプ４０が停止した場合には、格納庫３１が閉じた状態であっても外部の雰囲気が格納庫３１内に逆流する場合がある。エアーフィルタ３７は、万が一格納庫３１内部にエアーが逆流しても、このエアーに含まれる塵やオイルミストなどの不純物を除去する。

吸気口３４からカバー３２の内部に送り出されたクリーンエアーは基準球３０の周囲を通り、排気口３６に設けられたエアーフィルタ３７を通って排気口から雰囲気中に流れ出す。クリーンエアーは、基準球３０の周囲に、塵やオイルミストのない空気の層を形成する。

図４に示すように、ドアー３３を閉じて、基準球３０が格納庫３１に格納されているときには、基準球３０はクリーンエアーに曝されているので、雰囲気に含まれる塵やオイルミストが付着することがない。

また、図３に示すように、ドアー３３が開いているときは、基準球３０は形状センサ２０によってその形状が計測可能な位置に露出する。このとき、吸気口３４からカバーに送り出されたクリーンエアーは、基準球３０の周囲を通って、雰囲気中に開放される。クリーンエアーは、基準球３０の周囲に、塵やオイルミストのない空気の層を形成する。

このように、基準球３０は格納庫３１から開放されているときにも、クリーンエアーに曝されており、周囲の雰囲気に含まれる塵やオイルミストから基準球３０が保護されている。

ところで、本計測装置１０は、図示しない電源が投入さると、被検物Ｍの形状を計測する前に、測定された位置の較正を行うために、キャリブレーション動作を行う。キャリブレーション動作では、図示しない開閉機構によってドアー３３が開かれ、形状センサ２０が基準球３０の少なくとも所要の外郭形状の位置を本計測装置で計測し、その位置から基準球３０の中心位置を求める。このとき、基準球３０はクリーンエアーの層に囲まれているので、基準球３０は雰囲気に露出しているのもかかわらず、その表面には塵やオイルミストが付着しない。

この中心位置に基づいて、形状測定される被検物Ｍの外郭形状の位置を補正する。

従ってキャリブレーションによって被検物Ｍの外郭形状の位置を高精度に補正できる。

キャリブレーション動作が終了すると、ドアー３３が閉じて、基準球３０を保護する。また、基準球３０が隔離されても、基準球３０は格納庫３１の中を流れるクリーンエアーに曝されているので、キャリブレーション動作が終わっても、基準球３０には塵やオイルミストが付着しない。

上述したように本実施形態の計測装置によれば、計測装置が動作中には、基準球３０には塵やオイルミストが付着しないので、高精度なキャリブレーションを毎回行うことができる。

また、電源が切られると、エアーポンプ４０はクリーンエアーの送風を停止する。しかし、格納庫３１の吸気口３４と排気口３６にはそれぞれエアーフィルタ３５、３７が設けられているので、雰囲気が排気口３６から格納庫３１内に逆流しても、そのエアーフィルタ３７によって塵やオイルミストが除去されてから格納庫３１内に流れ込むので、基準球３０には塵やオイルミストが付着しない。

このように電源を切った後でも、基準球３０に塵やオイルミストが付着することがないので、電源が投入されて再びキャリブレーション動作が行われても、高精度に基準球３０の中心位置を計測することができる。

また、形状センサ２０もクリーンエアーによって形成されたエアーカーテンにより投射ユニット２１、撮像ユニット２２がそれぞれ雰囲気と隔てられ、雰囲気中に含まれる塵やオイルミストが付着せず、基準球３０の中心位置を高精度に計測し、また被検物Ｍの形状を高精度に計測することが出来る。

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、基準球３０を格納庫３１に格納せず、基準球３０の周囲にクリーンエアーによりエアーカーテンを形成して、基準球３０を雰囲気から隔てるようにしてもよい。

さらに、格納庫３１として基準球３０と形状センサ２０とを格納するように構成してもよい。

さらにまた、形状センサ２０として、非接触で被検物Ｍの形状情報を採取する他に、被検物Ｍに接触してその形状情報を採取する測定子（プローブ）などでもよい。

本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。 図１の計測装置に装備される形状センサの概略図である。 図１の計測装置に装備された基準球の使用時の状態を示す説明図である。 図１の計測装置に装備された基準球の不使用時の状態を示す説明図である。 本発明の計測装置に装備される集塵手段の一実施形態を示す概略図断面である。

符号の説明

１０ 計測装置本体
１１ 床
１２ 除振台
１３ ベース
１４ Ｘステージ
１５ Ｙステージ
１６ Ｚステージ
２０ 形状センサ
２１ 投射ユニット
２２ 撮像ユニット
３０ 基準球
３１ 格納庫
３２ カバー
３３ ドアー
３４ 吸気口
３５、３７ エアーフィルタ
３６ 排気口
４０ エアーポンプ
４４ 集塵手段

Claims (4)

1. 被検物の形状を測定する計測装置であって、
   前記被検物の形状情報を採取する検出部と、
   前記検出部の計測時における基準位置を示す位置較正部材と、
   前記位置較正部材をその周囲の雰囲気から隔てるための保護手段と、
   帯電した不活性ガスを前記保護手段に供給する気体の流れに対して略直交の方向から逆らう方向までの間の方向から吹きつけ、前記気体に含まれる不純物を帯電させる帯電機構と、前記帯電機構により帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた集塵機構とを有し、該集塵機構により前記帯電させた不純物を引き寄せ、前記保護手段に前記保護手段の外界の雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する集塵手段を備え、
   前記保護手段は、前記集塵手段から得られる気体を流して、前記位置較正部材を前記雰囲気から隔てる気体流形成手段であることを特徴とする計測装置。
2. 被検物の形状を測定する計測装置であって、
   前記被検物の形状情報を採取する検出部と、
   前記検出部の計測時における基準位置を示す位置較正部材と、
   前記位置較正部材をその周囲の雰囲気から隔てるための保護手段と、
   帯電した不活性ガスを前記保護手段に供給する気体の流れに対して略直交の方向から逆らう方向までの間の方向から吹きつけ、前記気体に含まれる不純物を帯電させる帯電機構と、前記帯電機構により帯電させた不純物の帯電極性とは、逆の極性に帯電させた集塵機構とを有し、該集塵機構により前記帯電させた不純物を引き寄せ、前記保護手段に前記保護手段の外界の雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する集塵手段を備え、
   前記保護手段は前記位置較正部材を覆ってその周囲の雰囲気から隔てる開閉可能なカバー部材と、前記集塵手段から得られた前記カバー部材の内部に前記計測装置が設置された雰囲気よりも不純物の少ない気体を供給する気体供給部を備えてなることを特徴とする計測装置。
3. 請求項１または２に記載の計測装置において、
   前記帯電機構は、帯電した不活性ガスを前記気体流形成手段に供給される気体に含まれる不純物に吹き付けて前記不純物を帯電させることを特徴とする計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置において、
   前記集塵機構は前記帯電させた不純物を含む気体の流路を囲む網目構造を有し、該網目に引き寄せられた前記帯電した不活性ガス及び不純物を吸引排気することを特徴とする計測装置。