JP2010044042A - 保管装置及び同保管装置を備えた計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルミストや塵などの付着から不使用時にある検出手段を保護して測定精度の悪化を防止する保管装置を提供すること。
【解決手段】被検物Ｍの形状情報を採取するための検出手段（非接触センサ２０ａ、タッチプローブ２０ｂ）をその不使用時に保管する保管装置であって、前記不使用時の検出手段をその周囲の雰囲気から隔てる保護手段（プローブボックス３０，エアーポンプ４０）と、保護手段に供給されるクリーンエアーの浄化を行う集塵手段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検出手段をその不使用時に保管する保管装置及び同保管装置を備えた計測装置に関する。

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）。

上記装置では非接触式のセンサヘッドを使用しているが、被検物の表面に接触する探針で計測する接触式のセンサヘッドを使用する計測装置がある。また、非接触式のセンサヘッドと接触式のセンサヘッドの両方式のセンサヘッドを使用する計測装置もあり、この計測装置では、これら２つのセンサヘッドを交換可能な装置と、これらセンサヘッドのうち不使用時にあるセンサヘッドを一時格納しておく棚装置とが設けられている。
特開平１１−１２５５０８号公報

上記計測装置では、棚装置は開放されており、格納されているセンサヘッドは計測装置が設置される雰囲気中に曝されている。センサヘッドが棚装置に格納されている時間が長いと、雰囲気中に塵やオイルミストが浮遊している場合、これら塵やオイルミストがセンサヘッドに付着するおそれがある。

生産性向上の観点から計測装置を被検物の加工機械（例えば旋盤など）のそばに設置することで、加工機械と計測装置との間を行き来する時間のロスを可及的に少なくすることができる。しかし、計測装置が設置された雰囲気中に浮遊する塵やオイルミストの量は非常多く、これにより塵やオイルミストがセンサヘッドに付着する量も多い。このため、長期間棚装置に格納されていたセンサヘッドを棚装置から取り出して被検物の形状測定に使用すると、付着して堆積した塵やオイルミストの厚さの量だけ誤って計測されることがあり、この結果、計測精度が悪化する課題があった。

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不使用時にある検出手段を保護して測定精度の悪化を防止する保管装置及び同保管装置を備えた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に記載の保管装置は、被検物の形状情報を採取するための検出手段をその不使用時に保管する保管装置であって、前記不使用時の検出手段をその周囲の雰囲気から隔てる保護手段を備え、該保護手段は、集塵手段を介して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流して、前記検出手段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に記載の保管装置は、被検物の形状情報を採取するための検出手段をその不使用時に保管する保管装置であって、不使用時の検出手段を覆って該検出手段の周囲の雰囲気から隔てるカバー部材と、集塵手段を介して前記カバー部材の内部に前記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と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の保管装置は、前記集塵手段は、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ことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の保管装置は、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るか、または不純物を含む前記気体を帯電した不活性ガス雰囲気中に通過させることにより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５に記載の保管装置は、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。

本発明の請求項６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手段と、前記検出手段の不使用時に該検出手段を保管する請求項１から５の何れか一項に記載の保管装置とを備えてな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不使用時にある検出手段を保護して測定精度の悪化を防止する。

以下本発明の保管装置とこの保管装置を備えた計測装置の第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。

本発明の保管装置とこの保管装置を備えた計測装置は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。計測装置は被検物の３次元形状を計測する装置である。

図１は本発明の保管装置を備えた計測装置の一実施形態を示す概略図である。

計測装置は、被検物Ｍの形状情報を採取するための検出手段として利用できる不使用状態にある非接触センサ２０ａ（又はタッチプローブ２０ｂ）をその周囲の雰囲気から隔てるプローブボックス３０を装備している。プローブボックス３０の内部にプローブボックス３０の外界の雰囲気（計測装置が設置されている雰囲気）よりも不純物の少ない気体であるクリーンエアーを供給する気体供給部としてのエアーポンプ４０と、エアーポンプ４０からプローブボックス３０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。

非接触センサ２０ａは被検物Ｍの形状を光切断法によって計測するセンサで、タッチプローブ２０ｂは被検物Ｍの表面に探針を接触させて被検物Ｍの形状を計測するセンサである。

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（使用中の非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂ）に伝わるのを可及的に少なくするため、計測装置本体１０から離して設置される。また、エアーポンプ４０は、加工機械等が設置された建屋の戸外の空気を、吸入するようにしている。

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、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５及びＺステージ１６が配置される。

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、使用中にある非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂはエアーポンプ３０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と上述したプローブボックス３０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１６ｂと、この基部１６ｂからベース１３に対して平行に延びるアーム部１６ａとを有している。アーム部１６ａの先端部はヘッド１７を介して被検物Ｍと対向するようにして非接触センサ２０ａ、タッチプローブ２０ｂが着脱自在に取り付けられる。

Ｙステージ１５とＺステージ１６はベース１３上で非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂを移動可能に支持搬送する支持機構として機能する。例えば、Ｘステージ１４を駆動してプローブボックス３０を所定の位置に搬送する一方、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６を駆動して非接触センサ２０ａを搬送し、該位置でヘッド１７から非接触センサ２０ａを取り外してプローブボックス３０内に格納する。一方、プローブボックス３０内に格納されている別のタッチプローブ２０ｂを、ヘッド１７を介して取り付けてＸステージ１４に載置された被検物Ｍ上の位置まで各ステージを駆動して位置決めする。

ヘッド１７は、非接触センサ２０ａとタッチプローブ２０ｂとを交換可能に保持する装置で、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６によってベース１３上を移動する。ヘッド１７に取り付けられた、使用中にある非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂ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。非接触センサ２０ａは、図３に示すように、測定光を被検物Ｍに投影する投影ユニット２１と、測定光が照射された被検物Ｍの像を撮像する撮像ユニット２２とを有する。そして、撮像された画像データを出力する。一方、タッチプローブ２０ｂはタッチプローブ２０ｂの先端に接触したか否かに応じて所定の信号が出力される。なお、非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂから出力される形状情報は図示しない計測回路によって被検物Ｍの形状データに変換され、ＣＡＤなどの装置に出力される。

プローブボックス３０は、図２に示すように、吸気口３１と排気口３２とが設けられ、不使用状態にあるタッチプローブ２０ｂ又は非接触センサ２０ａが図示しない保管部材によって、一時格納されている。吸気口３１にはエアーホース４１が接続されている。プローブボックス３０の内部の空間には、エアーホース４１でクリーンエアーがエアーポンプ４０から集塵手段４４を介して供給される。エアーホース４１は弾性に富むゴムで構成され、エアーポンプ４０が発生する振動を吸収して、その振動をプローブボックス３０に伝えない役目を果たしている。

プローブボックス３０の吸気口３１にはエアーフィルタ３３が設けられ、エアーホース４１から出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、プローブボックス３０内の空間に送り出している。

プローブボックス３０には、図示しない扉とその開閉装置が設けられ、その扉が閉じているときには、その内部の空間にタッチプローブ２０ｂや非接触センサ２０ａを格納して、それらを外部の雰囲気から隔離する。この格納中、吸気口３１からエアーフィルタ３３を通ってこの空間内に送り出されたクリーンエアーは、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａとの周囲を通って、排気口３２に設けられたエアーフィルタ３４を通って排気口３２から外部の雰囲気中に流れ出す。クリーンエアーは、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａとの周囲に、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、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａとがプローブボックス３０に格納されているときには、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａとはプローブボックス３０に覆われているので、外部の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。

従って、塵やオイルミストが付着していないタッチプローブ２０ｂ又は非接触センサ２０ａで被検物Ｍの形状を計測することが出来る。また、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａが長時間プローブボックス３０に保管されていた後でも、被検物Ｍの形状を高精度に計測できる。

タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａがプローブボックス３０に格納された後、図示しない電源が遮断されると、タッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａとは長時間プローブボックス３０に格納されることになる。しかし、プローブボックス３０の吸気口３１と排気口３２とには、それぞれエアーフィルタ３３、３４が設けられているので、雰囲気中のエアーが排気口３２からプローブボックス３０内に流入しても、これらエアーフィルタ３４によって塵やオイルミストが除去されるので、プローブボックス３０内に塵やオイルミストが入り込むことはない。

このように、電源が遮断されているときでも、プローブボックス３０内のタッチプローブ２０ｂと非接触センサ２０ａには、塵やオイルミストが付着しないので、電源投入直後でも、被検物Ｍの形状を高精度に計測できる。

また、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ホース４２を介して使用中（計測中）の非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂにも供給され、非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂに雰囲気中の塵やオイルミストが付着するのを防止している。 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。

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と一緒に導入路４４１に流すことで不純物への帯電がなされる。

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は帯電させた不純物を含む気体の流路を囲むように配置されている。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。

エアーホース４２は弾性に富むゴムで構成され、エアーポンプ４０が発生する振動を吸収して、その振動が使用中（計測中）の非接触センサ２０ａ、タッチプローブ２０ｂに伝えない役目を果たしている。なお、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を介してプローブボックス３０に供給されるクリーンエアー量とエアーホース４２を介して非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂに供給されるクリーンエアー量との調整を行うようにしてある。

図３はヘッド１７に取り付けられた非接触センサ２０ａに集塵手段４４を介したクリーンエアーを供給する状態を示している。非接触センサ２０ａを構成する投影ユニット２１と撮像ユニット２２の周囲にはそれぞれ気体流供給路２０ｃが形成され、エアーホース４２から送られた集塵手段４４を介してエアーポンプ４０から供給されるクリーンエアーが気体流供給路２０ｃの開口から噴出することによって空気の層（エアーカーテン）が形成され、周囲の環境と隔てられて、雰囲気中の塵やオイルミストが投影ユニット２１、撮像ユニット２２の光学部品に付着するのを防止している。

図４はヘッド１７に取り付けられたタッチプローブ２０ｂに集塵手段４４を介して得られたクリーンエアーを供給する状態を示している。

タッチプローブ２０ｂにも周囲から噴出される集塵手段４４を介して得られたクリーンエアーが流れる気体流供給路２０ｃが形成されている。エアーホース４２から送られたクリーンエアーは気体流供給路２０ｃから噴出し、タッチプローブ２０ｂの周囲に沿い、タッチプローブ２０ｂの先端で合流するようにして流れる。それ故、タッチプローブ２０ｂを包み込むように円錐形状の空気の層（エアーカーテン）を形成し、タッチプローブ２０ｂを周囲の環境から隔てて、雰囲気中の塵やオイルミストがタッチプローブ２０ｂに付着するのを防止している。

従って、計測中においても非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂに塵やオイルミストが付着せず、高精度な計測が可能となる。

なお、上述した計測装置には、操作卓５０が装備され、この操作卓５０から入力された指令などが中央制御装置（ＣＰＵ）５１で処理され、ＣＰＵ５１からＸステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６の駆動部に制御信号が送られ、またエアーポンプ４０の駆動部に制御信号が送られる。Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６、エアーポンプ４０は送られた制御信号に基づいて動作する。

上述したように本実施形態の計測装置は、生産性向上のために旋盤などの加工機械のそばに設置しても、不使用時の非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂはプローブボックス３０とその内部に流れるクリーンエアーによって雰囲気中の塵やオイルミストが付着することがなく、また使用中の非接触センサ２０ａ又はタッチプローブ２０ｂもクリーンエアーによって雰囲気中の塵やオイルミストが付着することがなく、被検物Ｍの形状を高精度に計測することが可能になる。

次に、本発明の計測装置にかかる第２の実施形態を説明する。本実施の形態は、集塵手段４４のイオン化ガス発生部４４８の配置位置が第１の実施形態と異なる点である。なお、第１の実施形態と同じ構成については、第１の実施形態と同じであるので、ここでの説明は省略する。

ところで、本実施形態の計測装置は、集塵手段４０に設けられたイオン化ガス発生部４４８ａが導入路４４１の途中に配置されている。図６は第２の実施形態における集塵手段４４の概略構成図である。

不活性ガス供給部４４７から供給された不活性ガスが導入路４４１中に配置されたイオン化ガス発生部４４８ａにより、導入路４４１中に帯電した不活性ガスが滞留している状態を形成している。エアーポンプ４０から供給さえる不純物を含む気体は帯電した不活性ガス雰囲気中を通過させることにより、その不純物を帯電させることができる。その後、放出口４５０側にある網目部材４４２で引き寄せられ、不純物回収部４４３に回収されることになる。

なお、イオン化ガス発生部４４８ａは第１の実施形態のものと同じものが使用できる。

本発明は上記実施形態で示したものに限定されるものではない。例えば保護手段としてプローブボックス３０の代わりに、非接触センサ２０ａやタッチプローブ２０ｂにクリーンエアーを吹き付けるか、あるいは、非接触センサ２０ａやタッチプローブ２０ｂを包む気体（空気）の層を形成するなどして、非接触センサ２０ａやタッチプローブ２０ｂを雰囲気から隔てるようにしてもよい。

本発明の保管装置を備えた計測装置の第１の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保管装置の概略図（ａ）と、本発明の集塵手段の一実施形態を示す概略図（ｂ）である。 図１の非接触センサにクリーンエアーを流した状態の説明図である。 図１のタッチプローブにクリーンエアーを流した状態の説明図である。 本発明の保管装置に装備される集塵手段の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の保管装置を備えた計測装置の第２の実施形態における集塵手段の概略図である。

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
２０ａ 非接触センサ（検出手段）
２０ｂ タッチプローブ（検出手段）
３０ プローブボックス（カバー部材）
３１ 吸気口
３２ 排気口
３３，３４ フィルタ
４０ エアーポンプ
４４ 集塵手段

Claims (6)

1. 被検物の形状情報を採取するための検出手段をその不使用時に保管する保管装置であって、
   前記不使用時の検出手段をその周囲の雰囲気から隔てる保護手段を備え、該保護手段は、集塵手段を介して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流して、前記検出手段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保管装置。
2. 被検物の形状情報を採取するための検出手段をその不使用時に保管する保管装置であって、
   不使用時の検出手段を覆って該検出手段の周囲の雰囲気から隔てるカバー部材と、集塵手段を介して前記カバー部材の内部に前記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と、を備えることを特徴とする保管装置。
3. 請求項1または２に記載の保管装置において、
   前記集塵手段は、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ことを特徴とする保管装置。
4. 請求項３に記載の保管装置において、
   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るか、または不純物を含む前記気体を帯電した不活性ガス雰囲気中に通過させることにより前記不純物を帯電させることを特徴とする保管装置。
5. 請求項４に記載の保管装置において、
   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保管装置。
6. 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手段と、
   前記検出手段の不使用時に該検出手段を保管する請求項１から５の何れか一項に記載の保管装置と、
   を備えてなることを特徴とする計測装置。