JP2013174579A - 精密二次元移動装置、精密三次元移動装置、および三次元測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な移動が行え、高精度な位置検出に基づく高精度な位置決めが可能な精密三次元移動装置及び三次元測定機を提供する。
【解決手段】三次元測定機１００は、精密三次元移動装置２００と、被測定物Ｗを測定する測定装置３００とを有する。精密三次元移動装置２００は、移動体３１Ｄと、第１〜第３駆動体４１，４１’，８と、第１〜第３駆動体４１，４１’，８を互いに直交する第１，第２方向及び鉛直方向に進退駆動する第１〜第３駆動機構４，４’，４'’と、移動体３１Ｄの変位を検出する第１〜第３レーザ干渉計５，５’，５'’とを有し、第１〜第３駆動体４１，４１’，８は、移動体３１Ｄとの間に静圧隙間を形成する第１〜第３継手６Ｄ，６Ｄ’，１０を有し、第１〜第３レーザ干渉計５，５’，５'’のレーザ光路は、第１〜第３駆動体４１，４１’，８及び第１〜第３継手６Ｄ，６Ｄ’，１０を貫通して延びている。
【選択図】図８

Description

本発明は、測定装置や工作機械などの載物テーブルあるいはコラム等を高精度で移動し位置決めする精密二次元移動装置、精密三次元移動装置、および三次元測定機に関する。

精密な運動精度が要求される精密位置決めシステムや、精密測定機器および工作機械など、精密移動装置においては、移動対象である載物テーブルや主軸コラム等に高い幾何運動精度が求められるほか、直動方向の位置が正確に検出され制御されることが求められる。
これらの載物テーブルや主軸コラム等においては、水平面の二次元いわゆるＸ−Ｙ方向に移動可能とするものが多用されている。
例えば、テーブルをＸ軸とＹ軸の２方向に移動させるため、基台に２本のボールねじ機構を直交方向に配置し、その上方にＸ−Ｙ２方向に移動自在なテーブルを配置し、各ボールねじ機構によりテーブルを各軸方向へ駆動するものがある（特許文献１参照）。
各軸方向の駆動を行う機構としては、ボールねじの他、摩擦駆動、ベルト駆動、ラック・アンド・ピニオンなどの伝達機構が適宜採用される。

このような移動対象の位置検出や位置制御に当たって、機構的にはアッベの原理が遵守されていることが望ましい。すなわち、移動対象の位置を同定する検出軸線が、移動対象の移動によって実行される測定や加工などの作用点を通るように配置されることが望まれる。
前述した特許文献１では、テーブルの辺縁にボールねじ機構が設置されており、移動対象の中心を通る移動軸線に対して推力軸線のオフセットが大きかった。これに対し、Ｘ軸駆動機構の上にＹ軸駆動機構を積層して２層構造とし、各軸の駆動機構をテーブルの直下に配置することで、移動軸線と推力軸線とを近づけ、これらのオフセットを抑制できるようにしたものがある（特許文献２参照）。

さらに、特許文献２のような上下方向のオフセットを低減するべく、駆動力をテーブルの側面に作用するようにした装置がある（特許文献３参照）。
特許文献３の装置では、駆動ローラによりロッドを進退させ、このロッドをテーブルの側面に接続してテーブルを駆動するようにしている。
特許文献３において、ロッドとテーブルとの接続には流体静圧継手が用いられている。なかでも、給排静圧軸受あるいは真空圧バランス型静圧空気軸受では、圧縮方向及び引張方向に強い剛性を確保することができ、このような高剛性の静圧軸受を用いた駆動機構により、高精度直動テーブルの幾何運動精度の高度化が図られている。
特許文献３の静圧継手では、ロッド側にヨーイング方向の運動誤差を吸収するジンバル機構に支持されたスラスト板が設けられ、テーブル側はピッチング方向の運動誤差を吸収する同様のジンバル機構により支持される構成とすることで、継手を介してテーブルの移動方向以外の力の伝達が生じないようにされている。
このような特許文献３の駆動機構を用いれば、前述した特許文献２のような上下方向のオフセットを解消できるとともに、Ｘ軸およびＹ軸の各駆動機構をテーブルの側面に設置できるため、２層構造を解消して装置の全高を抑制することもできる。

ところで、前述した各移動装置においては、テーブルを精密に駆動するだけでなく、テーブルの位置決めを高精度に行う必要がある。このために、テーブルの現在位置を高精度に検出する位置検出機構としてレーザ干渉計を併設した移動装置が用いられている（特許文献４）参照。
特許文献４の装置では、テーブルの下方に送りねじ軸を用いたスライダ駆動機構が設置され、この送りねじ軸により上方のテーブルを水平に移動させている。テーブルの側方にはレーザ干渉計が設置され、テーブルの現在位置が高精度に検出可能である。
この際、レーザ干渉計の光源からテーブル端部に至るレーザ光路は、ベローズを用いた伸縮性の筒体によって囲われ、内部を減圧されており、レーザ光路における空気ゆらぎの影響を排除して更なる高精度化が図られている。
このようなレーザ干渉計により、高精度化の要件である駆動機構ないし移動体の高い幾何運動精度に加えて、移動体の送り方向の位置を正確に検出し制御することが可能となる。

特開２００２−２５８９５０号公報 特開２００６−１１４５５７号公報 特開２００６−２０５２９２号公報 特開２０００−５５６１７号公報

前述した特許文献３の駆動機構をＸ軸およびＹ軸に用いることで、テーブルの重心を通る所定の移動方向の移動軸線と駆動機構による駆動力の推力軸線とを一致させることができ、アッベの原理を満たしつつ、装置全高の抑制も可能であることは前述した通りである。
このような高精度の移動装置において、高精度の位置検出を行うためには、前述した特許文献４のレーザ干渉計等を各軸の移動機構に組み合わせることが必要となる。
このようなレーザ干渉計等を用いて高精度な位置検出を行う場合、検出軸線についてもアッベの原理を満たすことが望ましく、検出軸線であるレーザ光路が前述した移動軸線および推力軸線に沿うことが望ましい。

しかし、特許文献４のレーザ干渉計のレーザ光路は、特許文献３のロッドおよび空気静圧継手による駆動軸と同一軸線上に配置することは機構的に困難である。
特に、特許文献４では、レーザ光路における媒質の影響を解消するために、レーザ光路を囲い込むようにベローズを配置し、その内部を減圧する。このベローズの端部はテーブルに気密接続する必要がある。このようなベローズを含む位置検出機構は、Ｘ−Ｙ２軸移動するテーブルにはそのまま適用できないという問題がある。
例えば、Ｘ軸方向の位置検出を行うレーザ光路のベローズは、テーブルのＹ軸方向の移動があった際に、接続部分が側方へ変位し、レーザ光路が曲がることになり、あるいは機械的に接続を維持できなくなる可能性がある。

本発明の主な目的は、高精度な移動が行えるとともに、高精度な位置検出に基づく高精度な位置決めが可能な精密二次元移動装置、精密三次元移動装置、および三次元測定機を提供することにある。

本発明の精密二次元移動装置は、ベースに支持されて互いに直交する第１方向および第２方向へ移動可能な移動体と、前記移動体に接続された第１駆動体および第２駆動体と、前記第１駆動体を前記第１方向に沿って進退駆動する第１駆動機構と、前記第２駆動体を前記第２方向に沿って進退駆動する第２駆動機構と、前記ベースに対する前記移動体の前記第１方向の変位を検出する第１変位検出器と、前記ベースに対する前記移動体の前記第２方向の変位を検出する第２変位検出器とを有し、前記移動体は、前記第２方向に延びる第１接続面と、前記第１方向に延びる第２接続面とを有し、前記第１駆動体は、前記第１接続面との間に静圧隙間を形成する第１継手を有し、前記第２駆動体は、前記第２接続面との間に静圧隙間を形成する第２継手を有し、前記第１変位検出器は、前記第１駆動体を貫通して前記第１方向に延びる第１レーザ光路を有する第１レーザ干渉計であり、前記第２変位検出器は、前記第２駆動体を貫通して前記第２方向に延びる第２レーザ光路を有する第２レーザ干渉計であることを特徴とする。

本発明において、第１および第２の各駆動機構としては、モータ等の動力源と、動力を第１および第２の各駆動体に伝達する伝達機構とを有するものが利用できる。このような伝達機構としては、動作の連続性が高い摩擦転動式の駆動ローラを用いることが望ましい。但し、他の伝達機構を用いることも可能である。
あるいは、第１および第２の各駆動機構として、それぞれリニアモータを用いるとしてもよい。

このような構成では、第１駆動機構により第１駆動体を駆動することで、第１駆動体および第１継手を介して移動体が第１方向へ移動される。また、第２駆動機構により第２駆動体を駆動することで、第２駆動体および第２継手を介して移動体が第２方向へ移動される。
第１継手および第２継手として、第１接続面あるいは第２接続面との間にそれぞれ静圧隙間を形成する静圧継手を用いることで、第１継手と第１接続面との間では第１方向の駆動力が伝達されかつ直交する第２方向の変位は許容され、第２継手と第２接続面との間では第２方向の駆動力が伝達されかつ直交する第１方向の変位は許容される。さらに、静圧隙間を介して非接触での駆動力伝達が可能であるため、駆動源からの振動の影響を回避することができる。

移動体の第１方向の移動は第１変位検出器である第１レーザ干渉計により検出され、移動体の第２方向の移動は第２変位検出器である第２レーザ干渉計により検出される。
そして、第１変位検出器および第２変位検出器として、第１駆動体および第２駆動体を貫通する第１レーザ光路および第２レーザ光路を有するレーザ干渉計をそれぞれ用いているので、以下に示す作用および効果を享受できる。
すなわち、第１レーザ干渉計の第１レーザ光路および第２レーザ干渉計の第２レーザ光路は、それぞれ第１駆動体および第２駆動体の内部を貫通する閉空間とすることができ、内部の減圧による精度向上が図れる。
また、第１レーザ光路および第２レーザ光路は、移動体に接続が必要な従来のベローズ等が必要ないため、各々の直交方向の変位を妨げることがないとともに、各々の直交方向の変位があってもレーザ光路を確実に維持することができる。
さらに、第１変位検出器および第２変位検出器は、レーザ干渉計による高精度を有するとともに、第１駆動体および第２駆動体を貫通する各レーザ光路により、各駆動体による移動軸線および推力軸線に対して検出軸線も一致させることができ、互いのオフセット誤差を回避でき、移動体の位置決め精度を一層高めることができる。

本発明において、前記第１継手および第２継手は、それぞれ、前記移動体の前記第１接続面または前記第２接続面と、前記第１駆動体または前記第２駆動体に接続されかつ前記第１接続面または前記第２接続面に対向する対向面と、前記第１接続面または前記第２接続面と前記対向面との間に形成される静圧隙間に加圧された流体を導く流体供給路と、負圧源に連結され前記静圧隙間から前記流体を排出する流体排出路と、を有する給排静圧継手であるとすることが望ましい。
本発明において、給排静圧継手で用いる流体としては、空気その他の気体のほか、液体も利用可能である。ただし、空気を用いれば、確保が容易であるうえ、漏洩しても問題が生じない。
このような構成では、第１継手および第２継手として、移動体の側面である第１接続面あるいは第２接続面を利用して給排式の静圧継手を構成することで、部品点数の削減が図れるとともに、給排式とすることで別途のプリロードなしに微少な所定厚みの静圧隙間を維持することができる。

本発明において、前記第１レーザ光路は、前記第１駆動体および前記第１継手を貫通して前記第１方向に延びかつ前記第１接続面を反射面とし、前記第２レーザ光路は、前記第２駆動体および前記第２継手を貫通して前記第２方向に延びかつ前記第２接続面を反射面とすることが望ましい。
このような構成では、静圧継手の一部として利用される第１接続面または第２接続面が平滑面であることを利用し、これらを更にミラーとして利用するものであり、第１および第２のレーザ光路に別途のミラーが必要なく、更なる構成の簡略化が図れるとともに、反射面が移動体それ自体であるため、直接的なレーザ干渉測長が可能となり、より高精度化することができる。
さらに、第１レーザ光路は第１継手を貫通して第１接続面で反射されるものであり、移動体が第２方向に変位しても、第１継手が第１接続面と接続している限り、第１レーザ干渉計のレーザ光路として維持される。これは、第２レーザ光路においても同様である。
従って、本発明では、静圧継手である第１継手および第２継手において第１レーザ光路および第２レーザ光路の反射を行う構成とすることで、前述した高精度化に加え、各々の直交方向の変位があってもレーザ光路を確実に維持することができる。

本発明において、前記第１継手および前記第２継手の前記対向面には、前記第１駆動体または前記第２駆動体を貫通する前記第１レーザ光路または前記第２レーザ光路と前記静圧隙間とを気密状態に仕切り、かつ前記第１レーザ光路または前記第２レーザ光路の光軸に対して傾斜配置された透明板を有することが望ましい。
このような構成では、静圧隙間の気圧とは関わりなく駆動体内のレーザ光路の減圧状態を設定することができる。このため、レーザ光路に要求される高真空に対して静圧隙間の圧力が高い場合、すなわち流体が気体でも気圧が高い場合、あるいは流体として液体を用いる場合、静圧隙間の流体がレーザ光路内に流入することが回避できる。
ここで、透明板は、レーザ光軸に対して傾斜されているため、レーザ干渉計の測定にあたって不必要な反射光を返す可能性を解消することができる。
なお、本発明において、透明板で静圧隙間と駆動体内のレーザ光路とを仕切ることは必須ではなく、例えば静圧隙間が十分に減圧される場合、あるいはレーザ光路の真空度が低い場合など、静圧隙間と駆動体内のレーザ光路とを通気状態とすることも可能である。

本発明の精密三次元移動装置は、上述した精密二次元移動装置と、前記ベースに支持されるとともに前記移動体が載置される第３駆動体と、前記第３駆動体を鉛直方向に沿って進退駆動する第３駆動機構と、前記ベースに対する前記移動体の鉛直方向の変位を検出する第３変位検出器とを有し、前記移動体は、鉛直方向に直交する第３接続面を有し、前記第３駆動体は、前記第３接続面との間に静圧隙間を形成する第３継手を有し、前記第３変位検出器は、前記第３駆動体を貫通して鉛直方向に延びる第３レーザ光路を有する第３レーザ干渉計であることを特徴とする。

本発明において、第３駆動機構としては、第１および第２の各駆動機構と同様に、モータ等の動力源と、動力を第３駆動体に伝達する例えば摩擦転動式の駆動ローラ等の伝達機構とを有する構成や、リニアモータを用いた構成が利用できる。

このような構成では、精密三次元移動装置は、上述した精密二次元移動装置を備えるので、上述した精密二次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。
また、精密三次元移動装置は、上述した精密二次元移動装置のほか、第３駆動機構および第３駆動体を備える。さらに、第３駆動体に設けられた第３継手は、第１継手および第２継手と同様に、第３接続面との間に静圧隙間を形成する静圧継手を構成する。
すなわち、第３継手と第３接続面との間では、第３駆動機構による鉛直方向の駆動力が伝達されるとともに、第１駆動機構および第２駆動機構による鉛直方向に直交する第１方向および第２方向への変位は許容される。
このため、第１駆動機構、第２駆動機構、および第３駆動機構により各駆動体を駆動することで、第１方向、第２方向、および鉛直方向に移動体を移動させることができる。
また、第１駆動体、第２駆動体、および第３駆動体と移動体との接続にそれぞれ静圧継手を用いることで、静圧隙間を介して非接触での駆動力伝達が可能であるため、駆動源からの振動の影響を回避しつつ、移動体を三次元的に移動させることができる。

また、第３変位検出器は、第１変位検出器および第２変位検出器と同様に、第３駆動体を貫通する第３レーザ光路を有する第３レーザ干渉計で構成されている。
このため、第１変位検出器および第２変位検出器として駆動体を貫通するレーザ光路を有するレーザ干渉計を用いた上述した精密二次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。

本発明において、前記第３継手は、前記移動体の前記第３接続面と、前記第３駆動体に接続されかつ前記第３接続面に対向する対向面と、前記第３接続面と前記対向面との間に形成される静圧隙間に流体を導く流体供給路と、負圧源に連結され前記静圧隙間から前記流体を排出する流体排出路と、を有する給排静圧継手であることが望ましい。

本発明において、給排静圧継手で用いる流体としては、精密二次元移動装置と同様に、空気その他の基体のほか、液体も利用可能である。
このような構成では、第１継手および第２継手として給排静圧継手を用いた上述した精密二次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。

本発明において、前記第３レーザ光路は、前記第３駆動体および前記第３継手を貫通して鉛直方向に延びかつ前記第３接続面を反射面とすることが望ましい。
このような構成では、第１接続面および第２接続面を反射面とした第１レーザ光路および第２レーザ光路を有する上述した精密二次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。

本発明において、前記第３継手の前記対向面には、前記第３駆動体を貫通する前記第３レーザ光路と前記静圧隙間とを気密状態に仕切り、かつ前記第３レーザ光路の光軸に対して傾斜配置された透明板を有することが望ましい。
このような構成では、第１継手および第２継手の対向面に透明板が設けられた上述した精密二次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。

本発明において、前記第３駆動体に設けられるピストン部と、前記ベースに設けられ前記ピストン部を鉛直方向に沿って移動可能に支持するシリンダ部とを備えたピストンシリンダ機構を有し、前記ピストンシリンダ機構内部には、外部から加圧された流体が供給され、前記第３駆動体の荷重を受ける加圧室が設けられていることが望ましい。
このような構成では、第３駆動体およびベース間にピストンシリンダ機構が設けられているので、第３駆動機構により第３駆動体を駆動することで、シリンダ部にてピストン部を支持させつつ、ピストン部（第３駆動体（移動体））を鉛直方向に移動させることができる。
また、ピストンシリンダ機構内部に上述した加圧室が設けられているので、第３駆動体の自重を加圧室内の流体で受けることができる。
すなわち、第３駆動体を進退駆動させる駆動力を低減できるため、駆動源の負荷を軽減でき、当該駆動源の発熱も抑制できる。

本発明において、前記ピストンシリンダ機構は、前記加圧室に面し、前記加圧室内部の流体から前記ピストン部を押し上げる力を受ける受圧面を有し、前記加圧室内部の圧力は、前記移動体、前記第３駆動体、前記ピストン部および前記第３継手の総重量を前記受圧面の面積で除した圧力に設定されていることが望ましい。
このような構成では、加圧室内部の圧力が上述した圧力に設定されているので、加圧室内部の流体がピストン部を押し上げる力と、ピストン部等の自重に応じたピストン部を押し下げる力とを釣り合わせることができる。
このため、第３駆動体を進退駆動させる駆動力を大幅に低減できる。

本発明の三次元測定機は、上述した精密三次元移動装置と、前記ベースに支持され、前記移動体に載置された被測定物を測定する測定装置とを有することを特徴とする。
本発明において、測定装置としては、被測定物に当接する測定子が設けられた接触型プローブを有する構成や、被測定物に当接することがない光学式の非接触プローブを有する構成を利用可能である。
このような構成では、三次元測定機は、上述した精密三次元移動装置を備えるので、上述した精密三次元移動装置と同様の作用および効果を享受できる。
例えば、接触型プローブを有する測定装置を採用した場合には、ベースに対する所定位置に接触型プローブを固定した状態で、精密三次元移動装置により移動体（被測定物）を三次元的に移動させる。そして、測定子に被測定物が当接した際に第１変位検出器、第２変位検出器、および第３変位検出器にて検出された移動体の第１方向、第２方向、および鉛直方向の各変位（座標値）を参照すれば、被測定物の寸法形状を測定できる。

本発明において、前記測定装置は、前記被測定物に接触する球状の測定子が設けられたプローブを有し、前記第１レーザ光路、前記第２レーザ光路、および前記第３レーザ光路をそれぞれ仮想的に延長した各仮想線は、１点で交差し、前記測定装置は、前記測定子の中心位置が前記各仮想線の交点に一致するように前記ベースに支持されていることが望ましい。
このような構成では、アッベの原理を満たす形で、移動体（被測定物）の第１方向、第２方向、および鉛直方向の各変位を測定することができる。
このため、被測定物の寸法形状を高精度に測定できる。

本発明の第１実施形態の全体構成を示す平面図。 前記第１実施形態の全体構成を示す縦断面図。 前記第１実施形態のテーブルを示す底面図。 前記第１実施形態の要部を示す縦断面図。 本発明の第２実施形態の要部を示す縦断面図。 本発明の第３実施形態の要部を示す縦断面図。 本発明の第４実施形態の一部を示す縦断面図。 本発明の第５実施形態の三次元測定機の全体構成を示す縦断面図。 前記第５実施形態の精密三次元移動装置を示す縦断面図。 前記第５実施形態の精密三次元移動装置の一部を拡大した縦断面図。 前記第５実施形態のテーブルを示す底面図。 前記第５実施形態の精密三次元移動装置の一部を拡大した縦断面図。 前記第５実施形態の接触型プローブの配設位置を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１ないし図４には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１において、本実施形態の精密二次元移動装置１は、ベース２上にテーブル機構３、第１駆動機構４、第２駆動機構４’、第１変位検出器である第１レーザ干渉計５、第２変位検出器である第２レーザ干渉計５’を備えている。

図２にも示すように、ベース２は、安定した基礎上に固定されたブロック状の部材であり、その上面２１が水平に形成されている。
ベース２の側面には側方に張り出す支持台２２が設置され、第１および第２の駆動機構４，４’およびレーザ干渉計５，５’は、テーブル機構３のテーブル３１と同じ高さとなるように支持されている。
ベース２の上面２１は、テーブル機構３における空気静圧軸受を構成するべく、平面度および平滑度を十分に高く加工されている。

テーブル機構３は、移動体としてのテーブル３１を有する。
テーブル３１は、平面形状が略正方形で所定の厚みを有する部材であり、底面の四隅には空気静圧軸受が形成されている。
図３に示すように、空気静圧軸受３２は、それぞれ４区画の格子状に形成された溝条を有し、図示しない外部の流体供給源から流体絞り３２Ａを経由して溝条内へと加圧空気を供給されることで、ベース２の上面２１との間に静圧隙間３５を形成し、テーブル３１をベース２に浮上支持させる。

空気静圧軸受３２は、テーブル３１の荷重によりプリロードを得ることができるが、本実施形態では更にテーブル３１の底面中央部に十字形に区画された負圧部３３を形成し、プリロードの補強を図っている。この負圧部３３は、図示しない負圧を発生させる外部の排気装置等に接続された排出孔３３Ａを備えており、負圧部３３の内部を排気装置で減圧されることで、テーブル３１をベース２の上面２１に向けて吸引することができる。この吸引力を四隅の空気静圧軸受３２のプリロードとして利用することで、各空気静圧軸受３２における静圧隙間３５の空気膜に一層高い剛性を得ることができる。
このような空気静圧軸受３２により、テーブル３１はベース２の上面に非接触で支持され、第１方向であるＸ軸方向（図１の左右方向）および第２方向であるＹ軸方向（図１の上下方向）へ任意に移動可能である。

図１および図２において、第１駆動機構４および第１レーザ干渉計５は、テーブル機構３のテーブル３１を第１方向であるＸ軸方向に移動させ位置決めする第１精密送り装置９を構成するものであり、この第１精密送り装置９には第１駆動体である第１ロッド４１および第１継手６が含まれる。
第２駆動機構４’および第２レーザ干渉計５’は、テーブル機構３のテーブル３１を第２方向であるＹ軸方向に移動させ位置決めする第２精密送り装置９’を構成するものであり、この第２精密送り装置９’には第２駆動体である第２ロッド４１’および第２継手６’が含まれる。
なお、第１精密送り装置９およびその各要素と、第２精密送り装置９’およびその各要素とは、それぞれ同じものであって両者の相違は設置位置および方向の違いである。このため、以下の説明においては、第２精密送り装置９’およびその各要素は、第１精密送り装置９およびその各要素の符号にダッシュ記号「’」を付加して表示し、適宜重複する説明を省略することがある。

第１駆動機構４は、第１駆動体である第１ロッド４１を駆動するものであり、ベース２に固定されたケーシング４２を有するとともに、駆動源としてリニアモータ４４を備えている。
第１ロッド４１は、第１方向であるＸ軸方向に延びる中空管状の長尺部材であり、両端（図１右側の基端および同左側の先端）がケーシング４２から突出されている。第１ロッド４１の先端は、第１継手６を介してテーブル３１の側面３４に接続されている。
ケーシング４２は、第１ロッド４１を貫通させかつ第１ロッド４１の外周と滑らかに摺動するロッドガイド４３を２箇所に有し、これらのロッドガイド４３で支持されることで第１ロッド４１はＸ軸方向に沿って支持され、かつ長手方向に自由に移動可能とされている。これらのロッドガイド４３によりガイド機構が構成されている。

リニアモータ４４は、第１ロッド４１に設置された可動子としての磁石４５と、ケーシング４２に設置された固定子としての誘導コイル４６とを有する。
磁石４５は、環状の磁石あるいは円弧状の磁石を環状に接続したものを、各々の中心孔が揃うように複数重ねて管状にしたものであり、第１ロッド４１の表皮材の内側に収容される。
誘導コイル４６は、第１ロッド４１の外周を一巡する環状に形成され、ケーシング４２の中央に支持される。誘導コイル４６には、図示しない外部の制御装置から第１ロッド４１の移動方向および移動速度に応じた駆動電流が供給され、これにより磁石４５および誘導コイル４６がリニアモータ４４として機能する。
これらの誘導コイル４６、磁石４５、ロッドガイド４３および第１ロッド４１は、互いに中心軸が一致するように配置されており、これによりリニアモータ４４としての推力軸線と第１ロッド４１の移動軸線とが一致され、これらはテーブル３１の重心位置Ｃを通るＸ軸方向の軸線に一致されている。

第１レーザ干渉計５は、受光素子およびスプリッタ等の基本構成が収容された干渉計本体５１を有し、この干渉計本体５１には光ファイバ５２を介して外部のレーザ光源５３が接続されている。
干渉計本体５１のレーザ射出口５４は、金属製のベローズ５５を介して第１ロッド４１の基端に接続されている。前述の通り第１ロッド４１は長手方向に進退し、干渉計本体５１に対して距離が変動するが、ベローズ５５が伸縮することで、第１ロッド４１と干渉計本体５１との接続が維持される。
ベローズ５５の内部および第１ロッド４１の中空部は互いに連通され、これらの一連の空間により第１レーザ光路５６が形成される。
測定精度を高めるために、第１レーザ光路５６内は高真空状態まで減圧される。ベローズ５５は、第１ロッド４１の移動に伴って長手方向には伸縮可能であるが、金属製とされて径方向には所定の剛性が確保されており、内外の気圧差が大きくても圧壊することはない。

第２駆動機構４’は、第２駆動体である第２ロッド４１’を駆動するものである。
第２ロッド４１’は、第２方向であるＹ軸方向に沿って配置され、第２駆動機構４’によってＹ軸方向に進退駆動され、第２レーザ干渉計５’によってＹ軸方向の位置を検出される。
第２駆動機構４’の要素であるケーシング４２’、ロッドガイド４３’、リニアモータ４４’、磁石４５’、誘導コイル４６’は、前述した第１駆動機構４と同様なものである。
第２レーザ干渉計５’の要素である干渉計本体５１’、光ファイバ５２’、レーザ射出口５４’、ベローズ５５’、第２レーザ光路５６’は、前述した第１レーザ干渉計５と同様なものである。なお、レーザ光源５３は、光ファイバ５２，５２’を途中で分岐することで、一台が第１および第２のレーザ干渉計５，５’で共用されている。

前述した通り、第１ロッド４１は第１継手６を介してテーブル３１の側面３４に接続されている。
図１において、テーブル３１の側面３４は、ベース２の上面２１に垂直かつ側面３４’と互いに直角をなしており、第１継手６が接続される側面はテーブル３１のＸ軸方向に直交し、Ｙ軸方向に延びる平坦面とされている。
隣接するテーブル３１の側面３４’には第２継手６’が接続されており、この側面３４’はテーブル３１のＹ軸方向に直交し、かつＸ軸方向に延びる平坦面とされている。
これらのテーブル３１の側面３４，３４’は、本発明の第１接続面および第２接続面となるものであり、それぞれ第１継手６および第２継手６’と協働して空気静圧継手を形成し、第１および第２のロッド４１，４１’との接続を実現するものである。

図４において、第１継手６は、金属製の矩形ブロック状の継手部材６２を有し、この継手部材６２は、第１ロッド４１の先端に支持され、テーブル３１の側面３４に対向配置されている。テーブル３１の側面３４に対向する継手部材６２の表面は対向面６４とされ、空気静圧継手として必要な高精度の平面となるように研磨されている。一方のテーブル３１の側面３４も、同様に空気静圧継手として必要な高精度の平面となるように研磨されている。
図１に示すように、継手部材６２は、水平な回動軸７２を介して支持部材７４に支持され、この支持部材７４は第１ロッド４１の先端に固定されている。これにより、第１継手６と第１ロッド４１との間にジンバル機構が形成され、継手部材６２および対向面６４はヨーイング方向に揺動可能である。

図４において、継手部材６２の対向面６４とテーブル３１の側面３４との間には、空気静圧継手として機能するための静圧隙間６５が形成される。
継手部材６２には、流体供給路６６および流体排出路６７が接続され、静圧隙間６５への流体の供給および排出が行われる。
流体供給路６６は、流体である加圧空気を対向面６４の外周近傍の複数箇所に配置された絞りから静圧隙間６５へと供給する。
負圧源に連結された流体排出路６７は、対向面６４の外周近傍の加圧空気が供給される領域より内側の領域から空気を排出する。
これにより、流体供給路６６から静圧隙間６５の外周近傍に供給された加圧空気は、一部が静圧隙間６５の外周から大気開放されるとともに、内側の領域では流体排出路６７から排出される。
従って、空気が排出される内側の領域では対向面６４と側面３４とを近接させるような引張力が生じ、これが静圧継手としてのプリロードとなる。そして、外周近傍の空気供給領域において一定厚みの空気層が圧縮力を受け、これにより給排静圧軸受が構成される。

継手部材６２には、中央に貫通孔６８が形成されている。
継手部材６２の第１ロッド４１側には、金属製のベローズ７５が接続され、ベローズ７５は、第１ロッド４１の先端の第１レーザ光路５６の開口の周囲に接続されている。
これらにより、第１ロッド４１の内部の第１レーザ光路５６からベローズ７５の内部ないし貫通孔６８まではテーブル３１の重心位置Ｃを通るＸ軸方向の軸線に沿って連通されている。
貫通孔６８の対向面６４側近傍にはガラス製の透明板６９が設置され、この透明板６９により静圧隙間６５と貫通孔６８、ベローズ７５ないし第１レーザ光路５６の内部とは気密状態で遮断されている。但し、透明板６９は第１レーザ干渉計５のレーザ光に対して透明であり、第１レーザ光路５６を通って到達したレーザ光は、透明板６９を透過してテーブル３１の側面３４で反射され、再び透明板６９を透過して第１レーザ光路５６に戻り、第１レーザ干渉計５で検出されるようになっている。

この際、テーブル３１の側面３４は垂直かつＸ軸方向に直交配置され、第１レーザ光路５６を通るレーザ光の光軸と直交状態を維持されているため、第１レーザ光路５６からのレーザ光を確実に反射させることができる。
一方、透明板６９は、貫通孔６８内に固定されるにあたって、テーブル３１の移動方向つまり第１レーザ光路５６を通るレーザ光の光軸に対して直交状態ではなく、僅かな角度傾斜した状態で固定されている。これにより、透明板６９で生じた反射成分はレーザ光軸から外れ、第１レーザ干渉計５に戻ることはない。

以上は、Ｘ軸方向に配置された第１ロッド４１とテーブル３１とを接続する第１継手６の説明であったが、Ｙ軸方向に配置された第２ロッド４１’とテーブル３１とを接続する第２継手６’の構成も同一であり、重複する説明は省略する。

このような本実施形態によれば、第１および第２の駆動機構４，４’により第１および第２のロッド４１，４１’を駆動することで、第１および第２の継手６，６’を介してテーブル３１をＸ軸およびＹ軸の各方向へ二次元移動させることができる。そして、移動したテーブル３１の平面位置は、変位検出器である第１および第２のレーザ干渉計５，５’により検出することができる。
第１および第２の駆動機構４，４’は、それぞれリニアモータ４４，４４’を採用することでリニアモータ機構としての基本的な高精度が得られるとともに、第１および第２のロッド４１，４１’の周囲に管状に配置されたリニアモータ４４，４４’とすることで、その推力軸線を第１および第２のロッド４１，４１’の移動軸線と一致させることができる。これにより、推力軸線と移動軸線に関するオフセット誤差を解消し、テーブル３１の位置決め精度を高めることができる。

第１および第２のレーザ干渉計５，５’は、レーザ干渉による高精度を有するとともに、第１および第２のロッド４１，４１’を貫通する第１および第２のレーザ光路５６，５６’を用いた配置により、第１および第２のロッド４１，４１’の移動軸線およびレーザ光による位置検出軸線をテーブル３１の移動方向に一致させ、オフセット誤差を回避できるため、テーブル３１の位置決め精度を高めることができる。
従って、本実施形態によれば、第１および第２のレーザ干渉計５，５’の検出軸線、第１および第２の駆動機構４，４’の推力軸線、第１および第２のロッド４１，４１’の移動軸線を全て、テーブル３１の重心位置Ｃを通るＸ軸方向軸線またはＹ軸方向軸線と一致させることができ、高精度な位置検出に基づく高精度な移動および位置決めが可能な精密送り装置９，９’および精密二次元移動装置１を提供することができる。

本実施形態では、第１および第２の継手６，６’として給排式の空静圧気継手を用いたため、第１および第２の駆動機構４，４’で発生する駆動に伴う振動等の影響を回避することができ、かつテーブル３１の移動方向のみの駆動による高精度な移動を行うことができる。
特に、第１および第２の継手６，６’では、継手部材６２，６２’の対向面６４，６４’をテーブル３１の側面３４，３４’に対向させて静圧隙間６５，６５’を形成するようにしたこと、すなわちテーブル３１の側面３４，３４’を直接に空気静圧継手の要素として利用したことにより、機構の簡略化が図れるとともに、直交方向の変位を完全に許容することができ、最小限の機構でありながらＸ軸およびＹ軸の各方向の独立性を確保することができる。
例えば、Ｘ軸方向の第１継手６においては、Ｙ軸方向の変位があった場合、継手部材６２の対向面６４が、テーブル３１の側面３４に対して一定の静圧隙間６５を維持したまま、Ｙ軸方向に沿って移動することができる。このような状況においても、第１継手６によるＸ軸方向の駆動力伝達は行うことができる。

さらに、テーブル３１の側面３４，３４’を第１および第２のレーザ光路５６，５６’の反射面としたため、第１および第２のレーザ干渉計５，５’においては、別途のミラー等を省略できるとともに、移動体であるテーブル３１のＸ軸およびＹ軸の各方向の変位を直接的に検出することができ、一層の高精度化を図ることができる。
特に、第１および第２のレーザ光路５６，５６’では、第１および第２のロッド４１，４１’を貫通する経路を減圧して高精度化が図れるとともに、空気静圧継手である第１および第２の継手６，６’を貫通する構成とすることで、テーブル３１に機械的な接続を行うことなく直交軸方向の変位を許容することができる。

さらに、対向面６４，６４’には、第１および第２のロッド４１，４１’内から貫通孔６８，６８’まで連通する第１および第２のレーザ光路５６，５６’と静圧隙間６５，６５’とを気密状態に仕切る透明板６９，６９’を設けたため、静圧隙間６５，６５’の気圧とは関わりなく第１および第２のレーザ光路５６，５６’の減圧状態を設定することができる。このため、第１および第２のレーザ光路５６，５６’に要求される高真空に対して静圧隙間６５，６５’の圧力が高い場合でも、静圧隙間６５，６５’の流体が第１および第２のレーザ光路５６，５６’内に流入することが回避できる。
また、透明板６９，６９’は、第１および第２のレーザ光路５６，５６’を通るレーザ光の光軸に対して傾斜しているため、第１および第２のレーザ干渉計５，５’の測定にあたって不必要な反射光を返す可能性を解消することができる。

〔第２実施形態〕
図５には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態の精密二次元移動装置１Ａは、基本的構成が前述した第１実施形態の精密二次元移動装置１と同様であり、共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、相違点について以下に説明する。

図５において、本実施形態において、第１および第２の継手６Ａ，６Ａ’の継手部材６２Ａ，６２Ａ’には、前記第１実施形態のような貫通孔６８，６８’および透明板６９，６９’（図４参照）がない。
代わりに、継手部材６２Ａ，６２Ａ’には、ベローズ７５，７５’に囲われる領域にミラー５７，５７’が設置されている。
ミラー５７，５７’は、第１および第２のレーザ光路５６，５６’の光軸に直交するように設置されており、第１および第２のレーザ光路５６，５６’を通ってきたレーザ光はミラー５７，５７’で反射されて第１および第２のレーザ光路５６，５６’へと戻るようになっている。

このような本実施形態においては、第１および第２のレーザ光路５６，５６’のレーザ光がミラー５７，５７’で反射され、前記第１実施形態のようにテーブル３１の側面３４，３４’で反射することでテーブル３１の位置を直接検出することはできない。
しかし、第１および第２のレーザ光路５６，５６’のレーザ光を反射するミラー５７，５７’は、継手部材６２Ａ，６２Ａ’に設置され、静圧隙間６５，６５’を介してテーブル３１に対して等距離に維持されており、第１および第２のレーザ干渉計５，５’においては十分な検出精度を得ることができる。
その他の効果については、前記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

本実施形態においては、レーザ光路５６，５６’は継手部材６２Ａ，６２Ａ’までで終わっており、前述した第１実施形態のように静圧隙間６５，６５’はレーザ光路５６，５６’による距離検出の対象範囲から外れている。
通常、継手６，６’は十分な剛性が得られているため、静圧隙間６５，６５’の厚みの変動は無視できる範囲であるが、テーブル３１に対する加減速の加速度が大きい場合、静圧隙間６５，６５’に対する負荷が超過し、静圧隙間６５，６５’の厚みの変動が無視できなくなる状況が発生しうる。
本実施形態においては、このような静圧隙間６５，６５’の厚みの変動に対して補正演算を行えるように、静圧隙間６５，６５’の厚みの変動を検出する変位計あるいは静圧隙間６５，６５’の厚みを検出する距離検出器を設けることが望ましい。

図５において、継手部材６２Ａ，６２Ａ’には、テーブル３１の側面３４，３４’に対向する面（静圧隙間６５，６５’に臨む面）の中央に、非接触式の変位計５８，５８’が埋設されている。このような非接触式の変位計５８としては、例えば静電容量形変位計などが利用できる。変位計５８，５８’の出力信号線は、継手部材６２Ａ，６２Ａ’から引き出され、精密二次元移動装置１Ａの制御装置では変位計５８，５８’から得られた静圧隙間６５，６５’の厚みを参照して補正演算等の処理が行われる。
このようにして静圧隙間６５，６５’の厚みの変動に対応できるようにしておけば、過大な加速度が加えられた際にもテーブル３１の位置精度を高く維持することができる。なお、過大な加速度が生じる可能性がない場合、変位計５８，５８’を省略しても問題はなく、構成の簡略化を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図６には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態の精密二次元移動装置１Ｂは、基本的構成が前述した第１実施形態の精密二次元移動装置１と同様であり、共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、相違点について以下に説明する。

図６において、本実施形態において、第１および第２の継手６Ｂ，６Ｂ’の継手部材６２Ｂ，６２Ｂ’には、前記第１実施形態のような貫通孔６８，６８’および透明板６９，６９’（図４参照）がない。また、継手部材６２Ｂ，６２Ｂ’と第１および第２のロッド４１Ｂ，４１Ｂ’との接続にあたって、前記第１実施形態のような回動軸７２及び支持部材７４はない。
代わりに、本実施形態においては、第１および第２のロッド４１Ｂ，４１Ｂ’の先端にキャップ４９，４９’が設置され、このキャップ４９，４９’が継手部材６２Ｂ，６２Ｂ’に直接固定されている。

さらに、本実施形態においては、キャップ４９，４９’により第１および第２のレーザ光路５６，５６’の先端が封止され、キャップ４９，４９’の内側の第１および第２のレーザ光路５６，５６’に臨む領域にミラー５７，５７’が設置されている。
ミラー５７，５７’は、第１および第２のレーザ光路５６，５６’の光軸に直交するように設置されており、第１および第２のレーザ光路５６，５６’を通ってきたレーザ光はミラー５７，５７’で反射されて第１および第２のレーザ光路５６，５６’へと戻るようになっている。

このような本実施形態においては、第１および第２のレーザ光路５６，５６’のレーザ光がミラー５７，５７’で反射され、前記第１実施形態のようにテーブル３１の側面３４，３４’で反射することでテーブル３１の位置を直接検出することはできない。
しかし、第１および第２のレーザ光路５６，５６’のレーザ光を反射するミラー５７，５７’は、継手部材６２Ｂ，６２Ｂ’に固定されたキャップ４９，４９’の内側に設置され、静圧隙間６５，６５’を介してテーブル３１に対して等距離に維持されており、第１および第２のレーザ干渉計５，５’においては十分な検出精度を得ることができる。
その他の効果については、前記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
本実施形態においても、第１および第２の継手６Ｂ，６Ｂ’の静圧隙間６５，６５’の空気層の厚みの変動がレーザ光路５６，５６’で検出されないため、前記第２実施形態で説明したような変位計５８，５８’を追加し、過大な加速度に伴う静圧隙間６５，６５’の厚みの変動を検出して適宜補正等を行うことが望ましい。

〔第４実施形態〕
図７には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態の精密二次元移動装置１Ｃは、基本的構成が前述した第１実施形態の精密二次元移動装置１と同様であり、共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、相違点について以下に説明する。
本実施形態と前述した第１実施形態との相違は、第１および第２の駆動機構４，４’の駆動源がリニアモータではなく、それぞれ対向配置された一対の摩擦転動式の駆動ローラを用いていることである。

図７において、第１駆動機構４Ｃは、第１ロッド４１を駆動するために、ケーシング４２Ｃ、ロッドガイド４３Ｃ、駆動ローラ４４Ｃを備えている。
第１駆動機構４Ｃにおいて、駆動ローラ４４Ｃは、第１ロッド４１を挟んで一対が対向配置され、これにより一対の駆動ローラ４４Ｃが第１ロッド４１に対して対称に配置されている。これらの駆動ローラ４４Ｃには、図示しない電動モータ等の動力源からの回転力が伝達機構を介して伝達され、これにより一対の駆動ローラ４４Ｃは等速で回転して第１ロッド４１に対して対称な駆動力を付与可能である。
このようなＸ軸方向の第１駆動機構４Ｃと同様に、第２駆動機構４Ｃ’がＹ軸方向に設置される。

このような本実施形態では、前述した第１実施形態の第１および第２の駆動機構４，４’のようなリニアモータ４４，４４’による非接触での駆動力伝達はできないが、第１および第２のロッド４１，４１’を挟んで対向配置された一対の駆動ローラ４４Ｃを同期回転させることで、第１および第２のロッド４１，４１’に対して対称な駆動力を付与することができ、第１および第２のロッド４１，４１’の移動軸線と第１および第２の駆動機構４Ｃ，４Ｃ’による推力軸線とを一致させることができ、前述したレーザ干渉計５，５’の検出軸線との一致と併せてオフセットのない高精度を得ることができる。
さらに、本実施形態では、第１および第２の駆動機構４Ｃ，４Ｃ’を一対の駆動ローラ４４Ｃを用いた構成とすることで、前記第１実施形態のようなリニアモータ４４，４４’を用いた第１及び第２の駆動機構４，４’に比べて極めて簡単な構成とすることができ、設備コストも大幅に削減することができ、用途に応じて選択すれば、各軸線の一致による十分な精度を得ることができる。

〔第５実施形態〕
図８は、本発明の第５実施形態の三次元測定機１００の全体構成を示す縦断面図である。
本実施形態の三次元測定機１００は、被測定物Ｗの表面に測定子３１１Ａを接触させて、被測定物Ｗの寸法形状を測定する接触式の三次元測定機である。
この三次元測定機１００は、精密三次元移動装置２００と、接触型プローブ３１０を含む測定装置３００と、制御装置（図示略）を備えている。

図９は、本実施形態の精密三次元移動装置２００を示す縦断面図である。具体的に、図９は、図８の一部を拡大した図である。
精密三次元移動装置２００は、テーブル３１Ｄ（被測定物Ｗ）を第１方向であるＸ軸方向（図９の左右方向）、第２方向であるＹ軸方向（図９の紙面に直交する方向）、および鉛直方向であるＺ軸方向（図９の上下方向）に移動させる。
この精密三次元移動装置２００は、図９に示すように、精密二次元移動装置１Ｄと、テーブル３１ＤをＺ軸方向に移動させ位置決めする第３精密送り装置９'’とを備えている
。
なお、第３精密送り装置９'’およびその各要素において、第１精密送り装置９および
その各要素と略同様の構成については、ダッシュ記号「'’」を付加して表示し、適宜重複する説明を省略することがある。

図１０は、精密三次元移動装置２００の一部を拡大した縦断面図である。具体的に、図１０は、図９の一部を拡大した図である。
本実施形態の精密二次元移動装置１Ｄは、基本的構成が前述した第１実施形態の精密二次元移動装置１と同様であり、共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、相違点について以下に説明する。
本実施形態において、精密二次元移動装置１Ｄは、図１０に示すように、第１および第２の継手６Ｄ，６Ｄ’の継手部材６２Ｄ，６２Ｄ’と第１および第２のロッド４１，４１’との接続にあたって、前述した第１実施形態のような回動軸７２、支持部材７４、およびベローズ７５はなく（図４参照）、互いに直接固定されている。

図１１は、テーブル３１Ｄを示す底面図である。
また、精密二次元移動装置１Ｄにおいて、テーブル３１Ｄは、前述した第１実施形態のテーブル３１に対して、以下に示す相違点を有する。
本実施形態では、テーブル３１Ｄは、第３精密送り装置９'’を構成する二次元案内プ
レート１０の上面（対向面）１０Ａに非接触で支持され、Ｘ軸方向およびＹ軸方向へ任意に移動可能に構成されている。
そして、テーブル３１Ｄの底面３６と二次元案内プレート１０の上面１０Ａとの間には、空気静圧継手として機能するための静圧隙間３５が形成される。
なお、テーブル３１Ｄの底面３６は、空気静圧継手を構成するべく、平面度および平滑度を十分に高く加工されたＺ軸方向に直交する平坦面とされ、本発明の第３接続面となるものである。

また、底面３６には、図１１に示すように、前述した第１実施形態のテーブル３１と同様に、空気静圧軸受３２（流体絞り３２Ａを含む）および負圧部３３（排出孔３３Ｂを含む）が形成されている。
さらに、テーブル３１Ｄには、図９に示すように、流体供給路３７および流体排出路３８が接続され、静圧隙間３５への加圧された流体の供給および排出が行われる。
流体供給路３７は、底面３６の四隅に形成された格子状の溝条に連通し、流体絞り３２Ａおよび当該溝条を介して流体である加圧空気を静圧隙間３５へと供給する。
流体排出路３８と連結した負圧部３３の空気は、排出孔３３Ｂを介して排出される。
これにより、流体供給路３７から静圧隙間３５に供給された加圧空気は、一部が静圧隙間３５の外周から大気開放されるとともに、内側の領域では流体排出路３８から排出孔３３Ｂを介して排出される。
従って、空気が排出される内側の領域は負圧領域となり、二次元案内プレート１０の上面１０Ａとテーブル３１Ｄの底面３６とを近接させるような引張力が生じる。この引張力が静圧継手としてのプリロードとなる。そして、外周近傍の空気供給領域において一定厚みの空気層が圧縮力を受け、静圧隙間３５が形成される。
すなわち、二次元案内プレート１０とテーブル３１Ｄとにより、給排静圧継手が構成されている。

また、負圧部３３における十字形の中央部分には、図１１に示すように、正方形のプラトー状の反射部３９が形成されている。
この反射部３９の下面３９Ａは、平面度および平滑度を十分に高く加工されたＺ軸方向に直交する平坦面とされ、後述する第３レーザ光路５６'’の反射面として用いられる。

第３精密送り装置９'’は、図９に示すように、第３駆動機構４'’と、第３変位検出器である第３レーザ干渉計５'’と、第３駆動体８と、第３継手である二次元案内プレート１０とを備えている。
第３駆動機構４'’は、第３駆動体８を駆動するものである。
ここで、第３駆動機構４'’の要素であるケーシング４２'’、ロッドガイド４３'’、リニアモータ４４'’、磁石４５'’、誘導コイル４６'’は、前述した第１駆動機構４と同様なものであり、設置位置および方向が異なるのみである。
第３レーザ干渉計５'’は、テーブル３１ＤのＺ軸方向の変位を検出するものである。
ここで、第３レーザ干渉計５'’の要素である干渉計本体５１'’、レーザ射出口５４'’、ベローズ５５'’、第２レーザ光路５６'’は、前述した第１レーザ干渉計５と同様なものであり、設置位置および方向が異なるのみである。
なお、図８ないし図１０では図示を省略したが、干渉計本体５１'’には、光ファイバ（図示略）を介して外部のレーザ光源５３（図１参照）が接続されている。
すなわち、レーザ光源５３は、光ファイバを途中で分岐することで、一台が第１ないし第３レーザ干渉計５，５’，５'’に共用されている。

第３駆動体８は、第３駆動機構４'’によりＺ軸方向に進退駆動される。
この第３駆動体８は、図９に示すように、ピストン部８１と、第３ロッド４１'’とを備えている。
第３ロッド４１'’は、Ｚ軸方向に沿って配置され、第３駆動機構４'’によってＺ軸方向に進退駆動される。

図１２は、精密三次元移動装置２００の一部を拡大した縦断面図である。具体的に、図１２は、図９の一部を拡大した図である。
ピストン部８１は、円筒形状を有する。そして、ピストン部８１の下側には、ピストン部８１における円筒状の軸と第３ロッド４１'’の軸とが一致するように、第３ロッド４１'’の先端（上側の端部）が嵌合固定されている。
そして、ピストン部８１は、ケーシング４２'’が固定されるシリンダ部２３に挿通される。
ここで、シリンダ部２３は、図１２に示すように、ピストン部８１の外径寸法よりも若干大きい内径寸法を有する略円筒形状を有し、当該円筒状の軸がＺ軸方向に沿うようにベース２に固定されている。
図１２において、ピストン部８１の外周面８１１とシリンダ部２３の内周面２３１との間には、円筒形の空気静圧軸受として機能するための静圧隙間１１Ａが形成される。
この静圧隙間１１Ａは、具体的な図示は省略したが、外部の加圧流体供給源からシリンダ部２３の複数の絞りを介して、シリンダ部２３の内周面２３１とピストン部８１の外周面８１１との間に高圧空気が供給されることで形成されるものである。

そして、ピストン部８１は、静圧隙間１１Ａにより、シリンダ部２３に対して非接触で支持されるとともに、シリンダ部２３にて案内されながら、第３ロッド４１'’とともにＺ軸方向に移動可能に構成されている。
すなわち、上述したピストン部８１、第３ロッド４１'’、シリンダ部２３、およびケーシング４２'’により、第３駆動体８をＺ軸方向に移動可能とするピストンシリンダ機構１１が構成される。

このピストンシリンダ機構１１の内部には、外部の流体供給源（図示略）から流体（高圧空気）が供給され、第３駆動体８の荷重を受ける加圧室１１Ｂが設けられている。
この加圧室１１Ｂは、図１２に示すように、ピストン部８１とケーシング４２'’との間に設けられ、ピストン部８１の下面、第３ロッド４１'’の外周面、ケーシング４２'’の上面、およびシリンダ部２３の内周面２３１で囲まれる空間である。
ここで、ケーシング４２'’の上面には、図１２に示すように、第３ロッド４１'’を囲む円環状の凹部４２１が形成されている。
そして、外部の流体供給源（図示略）からの高圧空気は、凹部４２１に連通する流体供給路１３を介して凹部４２１内部（加圧室１１Ｂ）に供給される。

なお、本実施形態では、加圧室１１Ｂに供給される空気の圧力は、テーブル３１Ｄ、第３駆動体８、および二次元案内プレート１０の総重量を、第３駆動体８における受圧面１１Ｃの面積にて除した圧力に設定されている。
ここで、受圧面１１Ｃは、図１２に示すように、第３駆動体８における加圧室１１Ｂに面し、Ｚ軸方向に直交する方向に延びて、加圧室１１Ｂ内部の空気からピストン部８１を押し上げる力を受ける面を意味する。
すなわち、本実施形態では、受圧面１１Ｃは、ピストン部８１の下面に相当する。

二次元案内プレート１０は、上面１０ＡがＺ軸方向に直交する平坦面とされた矩形板体で構成され、上述したようにテーブル３１Ｄとともに給排静圧継手を構成する。
そして、二次元案内プレート１０は、シリンダ部２３から突出したピストン部８１の上面に固定され、ピストン部８１および第３ロッド４１'’とともにＺ軸方向に移動可能とする。
この二次元案内プレート１０において、中央部分には、図１０に示すように、貫通孔１０Ｂが形成されている。
そして、第３ロッド４１'’の内部の第３レーザ光路５６'’から、ピストン部８１の内部ないし貫通孔１０Ｂまでは、テーブル３１Ｄの重心位置Ｃを通るＺ軸方向の軸線に沿って連通されている。
また、貫通孔１０Ｂの上面１０Ａ側近傍には、図１０に示すように、第１精密送り装置９の透明板６９と同様の透明板１０Ｃが設置され、この透明板１０Ｃにより静圧隙間３５と貫通孔１０Ｂ、ピストン部８１内部ないし第３レーザ光路５６'’の内部とは気密状態で遮断されている。

測定装置３００は、図８に示すように、接触型プローブ３１０と、支持機構３２０とを備えている。
接触型プローブ３１０は、球状の測定子３１１Ａを先端側に有するスタイラス３１１を備えている。
支持機構３２０は、図８に示すように、ベース２の側面から側方に張り出す支持台２４上に設置され、スタイラス３１１の基端側を支持する。
この支持機構３２０は、スタイラス３１１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持する。また、支持機構３２０は、測定子３１１Ａに外力が加わった場合、すなわち、測定子３１１Ａが被測定物Ｗに当接した場合には、スタイラス３１１を一定の範囲内でＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に移動可能としている。
そして、この支持機構３２０は、具体的な図示は省略したが、スタイラス３１１の各軸方向の位置を検出するためのＸ，Ｙ，Ｚ軸の各プローブセンサを備えている。なお、各プローブセンサは、スタイラス３１１の各軸方向の変位に応じた信号を出力する位置センサである。

図１３は、接触型プローブ３１０の配設位置を示す斜視図である。
本実施形態では、支持機構３２０は、測定子３１１Ａに外力が加わっていない状態で、以下に示すように、接触型プローブ３１０を支持する。
すなわち、支持機構３２０は、図１３に示すように、測定子３１１Ａの中心位置Ｏが、第１ないし第３のレーザ光路５６，５６’，５６'’を仮想的に延長した各仮想線ＡｘＸ，ＡｘＹ，ＡｘＺの交点（テーブル３１Ｄの重心位置Ｃ）に一致するように、接触型プローブ３１０を支持する。
なお、テーブル３１Ｄの重心位置Ｃは、第１ないし第３の精密送り装置９，９’，９'
’の各ストロークの中心位置となるように設定されている。

制御装置は、上述した各プローブセンサからの変位に応じた信号、および第１ないし第３のレーザ干渉計５，５’，５'’にて検出されたテーブル３１ＤのＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向の位置に基づいて、被測定物Ｗの寸法形状を測定する。
すなわち、制御装置は、第１ないし第３の精密送り装置９，９’，９'’を動作させて、テーブル３１ＤをＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に移動させながら、上述した各プローブセンサからの変位に応じた信号に基づいて、測定子３１１Ａが被測定物Ｗに当接したか否かを認識する。
そして、制御装置は、測定子３１１Ａが被測定物Ｗに当接したと認識した際に第１ないし第３レーザ干渉計５，５’，５'’にて検出されたテーブル３１ＤのＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向の各変位を参照して、被測定物Ｗの寸法形状を測定する。

このような本実施形態では、精密三次元移動装置２００は、前述した第１実施形態の精密二次元移動装置１と略同様の精密二次元移動装置１Ｄを有するので、前述した第１実施形態と同様の作用および効果を享受できる。
また、精密三次元移動装置２００は、精密二次元移動装置１Ｄのほか、第３駆動機構４'’および第３駆動体８を備える。さらに、第３駆動体８に設けられた二次元案内プレート１０は、第１および第２の継手６Ｄ，６Ｄ’と同様に、テーブル３１Ｄの底面３６との間に静圧隙間３５を形成する静圧継手を構成する。
すなわち、二次元案内プレート１０の上面１０Ａとテーブル３１Ｄの底面３６との間では、第３駆動機構４'’によるＺ軸方向の駆動力が伝達されるとともに、第１および第２の駆動機構４，４’によるＸ軸方向およびＹ軸方向への変位は許容される。
このため、第１ないし第３の駆動機構４，４’，４'’により第１ないし第３のロッド４１，４１’，４１'’を駆動することで、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にテーブル３１Ｄを移動させることができる。
また、第１，第２のロッド４１，４１’、および第３駆動体８とテーブル３１Ｄとの接続にそれぞれ静圧継手を用いることで、静圧隙間６５，６５’，３５を介して非接触での駆動力伝達が可能である。このため、第１ないし第３の駆動機構４，４’，４'’で発生する駆動に伴う振動等の影響を回避しつつ、テーブル３１Ｄを三次元的に移動させることができる。

さらに、第３精密送り装置９'’は、第１および第２の精密送り装置９，９’と同様に、第３駆動機構４'’としてリニアモータ４４’を採用し、第３変位検出器として第３駆動体８を貫通する第３レーザ光路５６'’を有する第３レーザ干渉計５'’を採用している。
このため、第１ないし第３のロッド４１，４１’，４１'’の移動軸線と第１ないし第３の駆動機構４，４’，４'’による推力軸線とをそれぞれ一致させることができ、各レーザ干渉計５，５’，５'’の検出軸線との一致と併せてオフセットのない高精度を得ることができる。

また、第３駆動体８およびベース２間にピストンシリンダ機構１１が設けられているので、第３駆動機構４'’により第３駆動体８を駆動することで、シリンダ部２３にてピストン部８１を支持させつつ、ピストン部８１（第３駆動体８（テーブル３１Ｄ））をＺ軸方向に移動させることができる。
特に、ピストンシリンダ機構１１では、ピストン部８１の外周面８１１とシリンダ部２３の内周面２３１との間に静圧隙間１１Ａが形成されているので、ピストン部８１をＺ軸方向に円滑に移動させることができる。

さらに、ピストンシリンダ機構１１内部に加圧室１１Ｂが設けられているので、第３駆動体８の自重を加圧室１１Ｂ内の空気で受けることができる。
すなわち、第３駆動体８を進退駆動させる駆動力を低減できるため、リニアモータ４４'’の負荷を軽減でき、リニアモータ４４'’の発熱も抑制できる。
また、加圧室１１Ｂ内部の圧力は、テーブル３１Ｄ、第３駆動体８、および二次元案内プレート１０の総重量を、受圧面１１Ｃの面積にて除した圧力に設定されている。
このため、加圧室１１Ｂ内部の空気が第３駆動体８を押し上げる力と、テーブル３１Ｄ、第３駆動体８、および二次元案内プレート１０の自重に応じた第３駆動体８を押し下げる力とを釣り合わせることができる。
このため、第３駆動体８を進退駆動させる駆動力を大幅に低減できる。

そして、三次元測定機１００は、上述した精密三次元移動装置２００と、測定装置３００とを備える。
このため、ベース２に対する所定位置に接触型プローブ３１０を固定した状態で、精密三次元移動装置２００によりテーブル３１Ｄ（被測定物Ｗ）を三次元的に移動させる。そして、測定子３１１Ａに被測定物Ｗが当接した際に第１ないし第３のレーザ干渉計５，５’，５'’にて検出されたテーブル３１ＤのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各変位（座標値）を参照すれば、被測定物Ｗの寸法形状を測定できる。
また、接触型プローブ３１０は、測定子３１１Ａの中心位置Ｏが各仮想線ＡｘＸ，ＡｘＹ，ＡｘＺの交点（テーブル３１Ｄの重心位置Ｃ）に一致するようにベース２に支持されている。
このため、アッベの原理を満たす形で、テーブル３１Ｄ（被測定物Ｗ）のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各変位を測定することができる。
したがって、被測定物Ｗの寸法形状を高精度に測定できる。

〔変形例〕
本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、第１ないし第３の駆動機構４，４’，４'’において、リニアモータ４４，４４’，４４'’は、環状の磁石４５，４５’，４５'’および環状の誘導コイル４６，４６’，４６'’を用いて筒状を形成するものに限らず、磁石４５，４５’，４５'’および誘導コイル４６，４６’，４６'’を移動軸線に沿って配列したリニアモータ構造を、第１ないし第３のロッド４１，４１’，４１'’の周囲に複数配列し、全体として筒状となるように構成してもよい。

第１および第２の駆動機構４Ｃ，４Ｃ’としては、一対の駆動ローラ４４Ｃに限らず、二対以上の駆動ローラ４４Ｃを用いてもよい。例えば、上下一対の駆動ローラ４４Ｃの他に、水平に並列な一対の駆動ローラ４４Ｃを配置してもよい。このように複数対を用いることで第１ロッド４１の支持を兼ねることができ、ロッドガイド４３の一方を省略することも可能である。
さらに、他の駆動機構として、駆動ローラ４４Ｃによる摩擦転動に限らず、送りねじ軸等の他の機構を用いてもよく、例えば送りねじ軸を第１ないし第３のロッド４１，４１’，４１'’の両側に並列に設置し、各々による推力軸線を移動軸線に一致させてもよい。
第１ないし第３の駆動機構４，４’，４'’と第１ないし第３のレーザ干渉計５，５’，５'’との間のベローズ５５，５５’，５５'’は、テレスコピック構造などで代替してもよい。

前記各実施形態において、テーブル３１，３１Ｄの形状は略正方形に限らず適宜変更してもよい。例えば、直角をなす２つの側面３４，３４’があれば、他の側面はＸ軸あるいはＹ軸に沿っている必要はなく、平面形状が直角三角形あるいは中心角が９０度の扇形などとしてもよい。あるいは自由曲線による外周形状のテーブルの２箇所に、互いに直角をなす部分的な側面３４，３４’が形成できれば、本発明を適用することができる。

前記第１ないし第４実施形態において、ベース２に対するテーブル３１の支持は、空気静圧軸受に限らず、他の非接触支持構造としてもよく、例えば磁気浮上機構などを利用してもよい。さらに、非接触支持に限らず、ボール軸受による転動支持によってベース２上で二次元移動可能に支持するようにしてもよい。なお、第５実施形態における二次元案内プレート１０に対するテーブル３１Ｄの支持も同様である。
前記第５実施形態において、精密二次元移動装置１Ｄの代わりに、前記第２実施形態ないし前記第４実施形態の精密二次元移動装置１Ａ〜１Ｃを用いても構わない。
前記第５実施形態において、第３レーザ光路５６'’としては、テーブル３１Ｄの底面
３６（反射部３９の下面３９Ａ）を反射面とする構成に限らず、第２実施形態または第３実施形態のように別途、設けたミラー５７等を反射面としても構わない。

前記第５実施形態では、三次元測定機１００として、接触型プローブ３１０を構成を採用していたが、これに限らず、被測定物Ｗに当接することがない光学式の非接触プローブを有する構成としても構わない。
なお、上記のように光学式の非接触プローブを用いた構成とした場合には、当該光学式の非接触プローブの検出ポイントが各仮想線ＡｘＸ，ＡｘＹ，ＡｘＺの交点に一致するように、当該光学式の非接触プローブを支持機構３２０に支持させることが好ましい。
前記第５実施形態において、流体供給路３７および流体排出路３８は、共にテーブル３１Ｄに設けられていたが、これに限らず、流体供給路３７をテーブル３１Ｄに設け、流体排出路３８を二次元案内プレート１０に設ける構成を採用しても構わない。
前記第１実施形態において、流体供給路６６および流体排出路６７は、共に第１，第２の継手６，６’に設けられていたが、これに限らず、流体供給路６６を第１，第２継手６，６’に設け、流体排出路６７をテーブル３１に設ける構成を採用しても構わない。前記第２実施形態ないし前記第４実施形態も同様である。

１，１Ａ〜１Ｄ…精密二次元移動装置
２…ベース
３…テーブル機構
４，４Ｃ…第１駆動機構
４’，４Ｃ’…第２駆動機構
４'’…第３駆動機構
５…第１レーザ干渉計
５’…第２レーザ干渉計
５'’…第３レーザ干渉計
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｄ…第１継手
６’，６Ａ’，６Ｂ’，６Ｄ’…第２継手
８…第３駆動体
１０…第３継手である二次元案内プレート
１０Ａ，６４，６４’…対向面
１０Ｂ，６８，６８’…貫通孔
１０Ｃ，６９，６９’…透明板
１１…ピストンシリンダ機構
１１Ｂ…加圧室
１１Ｃ…受圧面
２３…シリンダ部
３１，３１Ｄ…移動体であるテーブル
３２…空気静圧軸受
３４…第１接続面である側面
３４’…第２接続面である側面 ３６…第３接続面である底面
３７，６６，６６’…流体供給路
３８，６７，６７’…流体排出路
４１，４１Ｂ…第１駆動体である第１ロッド
４１’，４１Ｂ’…第２駆動体である第２ロッド
４４，４４’…リニアモータ
４４Ｃ，４４Ｃ’…駆動ローラ
５６…第１レーザ光路
５６’…第２レーザ光路
５６'’…第３レーザ光路
６２，６２’…継手部材
８１…ピストン部
１００…三次元測定機
２００…精密三次元移動装置
３００…測定装置
３１０…接触型プローブ
ＡｘＸ，ＡｘＹ，ＡｘＺ…仮想線
Ｏ…測定子の中心位置
Ｗ…被測定物

Claims (12)

1. ベースに支持されて互いに直交する第１方向および第２方向へ移動可能な移動体と、前記移動体に接続された第１駆動体および第２駆動体と、前記第１駆動体を前記第１方向に沿って進退駆動する第１駆動機構と、前記第２駆動体を前記第２方向に沿って進退駆動する第２駆動機構と、前記ベースに対する前記移動体の前記第１方向の変位を検出する第１変位検出器と、前記ベースに対する前記移動体の前記第２方向の変位を検出する第２変位検出器とを有し、
   前記移動体は、前記第２方向に延びる第１接続面と、前記第１方向に延びる第２接続面とを有し、
   前記第１駆動体は、前記第１接続面との間に静圧隙間を形成する第１継手を有し、
   前記第２駆動体は、前記第２接続面との間に静圧隙間を形成する第２継手を有し、
   前記第１変位検出器は、前記第１駆動体を貫通して前記第１方向に延びる第１レーザ光路を有する第１レーザ干渉計であり、
   前記第２変位検出器は、前記第２駆動体を貫通して前記第２方向に延びる第２レーザ光路を有する第２レーザ干渉計であることを特徴とする精密二次元移動装置。
2. 請求項１に記載した精密二次元移動装置において、
   前記第１継手および第２継手は、それぞれ、前記移動体の前記第１接続面または前記第２接続面と、前記第１駆動体または前記第２駆動体に接続されかつ前記第１接続面または前記第２接続面に対向する対向面と、前記第１接続面または前記第２接続面と前記対向面との間に形成される静圧隙間に加圧された流体を導く流体供給路と、負圧源に連結され前記静圧隙間から前記流体を排出する流体排出路と、を有する給排静圧継手であることを特徴とする精密二次元移動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載した精密二次元移動装置において、
   前記第１レーザ光路は、前記第１駆動体および前記第１継手を貫通して前記第１方向に延びかつ前記第１接続面を反射面とし、
   前記第２レーザ光路は、前記第２駆動体および前記第２継手を貫通して前記第２方向に延びかつ前記第２接続面を反射面とすることを特徴とする精密二次元移動装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載した精密二次元移動装置において、
   前記第１継手および前記第２継手の前記対向面には、前記第１駆動体または前記第２駆動体を貫通する前記第１レーザ光路または前記第２レーザ光路と前記静圧隙間とを気密状態に仕切り、かつ前記第１レーザ光路または前記第２レーザ光路の光軸に対して傾斜配置された透明板を有することを特徴とする精密二次元移動装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載した精密二次元移動装置と、前記ベースに支持されるとともに前記移動体が載置される第３駆動体と、前記第３駆動体を鉛直方向に沿って進退駆動する第３駆動機構と、前記ベースに対する前記移動体の鉛直方向の変位を検出する第３変位検出器とを有し、
   前記第１方向および前記第２方向は、鉛直方向に直交し、
   前記移動体は、鉛直方向に直交する第３接続面を有し、
   前記第３駆動体は、前記第３接続面との間に静圧隙間を形成する第３継手を有し、
   前記第３変位検出器は、前記第３駆動体を貫通して鉛直方向に延びる第３レーザ光路を有する第３レーザ干渉計であることを特徴とする精密三次元移動装置。
6. 請求項５に記載した精密三次元移動装置において、
   前記第３継手は、前記移動体の前記第３接続面と、前記第３駆動体に接続されかつ前記第３接続面に対向する対向面と、前記第３接続面と前記対向面との間に形成される静圧隙間に流体を供給する流体供給路と、負圧源に連結され前記静圧隙間から前記流体を排出する流体排出路と、を有する給排静圧継手であることを特徴とする精密三次元移動装置。
7. 請求項５または請求項６に記載した精密三次元移動装置において、
   前記第３レーザ光路は、前記第３駆動体および前記第３継手を貫通して鉛直方向に延びかつ前記第３接続面を反射面とすることを特徴とする精密三次元移動装置。
8. 請求項５から請求項７の何れかに記載した精密三次元移動装置において、
   前記第３継手の前記対向面には、前記第３駆動体を貫通する前記第３レーザ光路と前記静圧隙間とを気密状態に仕切り、かつ前記第３レーザ光路の光軸に対して傾斜配置された透明板を有することを特徴とする精密三次元移動装置。
9. 請求項５から請求項８の何れかに記載した精密三次元移動装置において、
   前記第３駆動体に設けられるピストン部と、前記ベースに設けられ前記ピストン部を鉛直方向に沿って移動可能に支持するシリンダ部とを備えたピストンシリンダ機構を有し、
   前記ピストンシリンダ機構内部には、外部から加圧された流体が供給され、前記第３駆動体の荷重を受ける加圧室が設けられていることを特徴とする精密三次元移動装置。
10. 請求項９に記載した精密三次元移動装置において、
    前記ピストンシリンダ機構は、前記加圧室に面し、前記加圧室内部の流体から前記ピストン部を押し上げる力を受ける受圧面を有し、
    前記加圧室内部の圧力は、前記移動体、前記第３駆動体、前記ピストン部および前記第３継手の総重量を前記受圧面の面積で除した圧力に設定されていることを特徴とする精密三次元移動装置。
11. 請求項５から請求項１０の何れかに記載した精密三次元移動装置と、
    前記ベースに支持され、前記移動体に載置された被測定物を測定する測定装置とを有することを特徴とする三次元測定機。
12. 請求項１１に記載した三次元測定機において、
    前記測定装置は、前記被測定物に接触する球状の測定子が設けられたプローブを有し、
    前記第１レーザ光路、前記第２レーザ光路、および前記第３レーザ光路をそれぞれ仮想的に延長した各仮想線は、１点で交差し、
    前記測定装置は、前記測定子の中心位置が前記各仮想線の交点に一致するように前記ベースに支持されていることを特徴とする三次元測定機。
    

Images