JP2016045182A - ３次元測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブの動きにブレーキをかけることができる３次元測定機を提供する。
【解決手段】
前記プローブと、複数の制動装置と、Ｘ軸方向に移動自在であるＸ軸スライダと、Ｙ軸方向に移動自在であるＹ軸スライダと、Ｚ軸方向に移動自在であるＺ軸スライダとから構成され、複数の前記制動装置は、Ｘ軸スライダに制動をかけるＸ軸ブレーキと、Ｙ軸スライダに制動をかけるＹ軸ブレーキと、Ｚ軸スライダに制動をかけるＺ軸ブレーキとから構成され、前記プローブは、複数の前記スライダによってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向に移動可能に構成された３次元測定機。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、物の寸法を測定する装置であって、特に、測定者が手動でプローブを測定ポイントに接触させることにより測定する３次元測定機に関する。

従来、工業製品や工業製品の部品などの寸法測定に接触式の３次元測定機が使用されている。３次元測定機とは、プローブと呼ばれる端子を測定対象物の様々な場所に接触させることにより、接触したポイントでの３次元座標値を検出し、その座標から測定対象物の様々な寸法を算出する装置である。

このような３次元測定機としては、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている３次元測定機は、測定テーブルの両側にＸ方向にスライド自在に支持された門型の可動フレームと、前記可動フレームにスライド自在に支持されて前記Ｘ方向と直角なＹ方向にスライド自在なヘッド部と、前記ヘッド部に対し、上下方向すなわちＺ方向に上下動自在に支持された昇降軸とを有し、昇降軸の下端に固定されたプローブを３次元方向に移動位置決めできるようになっている。

また、この３次元測定機は、前記プローブの先端部が人造ルビーやセラミックス等の硬質で耐摩耗性のある素材で高精度の球状に形成されており、通常の測定作業においては、３次元測定機は測定テーブル上に載せられたエンジンブロック等のワークの仕上げ面にプローブの先端部を接触させて、前記プローブの基準位置からの変位を測定し、ワークが規定通りの寸法に仕上げられているかどうかを検査するとしている。

特開２００２−１９５８２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の３次元測定機では、測定者（３次元測定機の操作者）の手動によるプローブの移動にブレーキをかける制動装置が設けられていなかった。このため、測定者の操作に問題があってもそれを防止することができなかった。

具体的には、測定者のスキルにより想定値のばらつきが大きくなるという問題があった。発明者らの鋭意研究により、測定値のばらつきの原因は、測定ポイントとしてプローブを当てる位置のずれと、測定ポイントにプローブを接触させるときのプローブの速度と、プローブを測定ポイントに当てるときの進入角度のばらつきや所定の進入角度からのずれと、にあることが判明した。従来の３次元測定機では、制動装置がついていないため、上記測定値のばらつきの原因である、測定者の操作不良があっても防止することができなかった。

また、未熟な測定者の場合、測定ポイントから次の測定ポイントにプローブを移動させる際、プローブの先端をどこかにぶつけて破損させてしまう場合もあった。

本発明は、係る実情を鑑み、測定者のスキルによる測定値のばらつきが発生しにくく、かつ、未熟な測定者が操作してもプローブの先端の破損が無い３次元測定機を提供しようとするものである。

本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。即ち、本発明の３次元測定機は、手動でプローブを被測定物の測定ポイントに接触させることにより前記被測定物の寸法を測定する３次元測定機であって、前記プローブと、前記被測定物を載置するためのテーブルと、互いに直行する３軸の方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向にガイド軸に沿って移動する複数のスライダと、複数の前記スライダのそれぞれの移動に制動をかける複数の制動装置と、を備え、複数の前記スライダは、Ｘ軸方向に移動自在であるＸ軸スライダと、Ｙ軸方向に移動自在であるＹ軸スライダと、Ｚ軸方向に移動自在であるＺ軸スライダとから構成され、複数の前記制動装置は、Ｘ軸スライダに制動をかけるＸ軸ブレーキと、Ｙ軸スライダに制動をかけるＹ軸ブレーキと、Ｚ軸スライダに制動をかけるＺ軸ブレーキとから構成され、前記プローブは複数の前記スライダによってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向に移動可能に構成されたことを主要な特徴としている。
これにより、互いに直交する３軸方向に移動する各スライダごとにブレーキが設置されているため、きめ細かいブレーキングが可能になり、測定者の操作不良や、未熟な測定者によるプローブの破損を防止し、測定値のばらつきを防止することができる。

また、本発明の３次元測定機は、前記制動装置は、前記ガイド軸の面、または、前記スライダの有する面を転がる円筒状のローラと、前記ローラの回転にブレーキをかけるブレーキ手段と、を備えることを主要な特徴としている。
これにより、ガイド軸やスライダに直接ブレーキをかけるのでは無く、ローラにブレーキをかけることによって間接的にブレーキをかけるので、ガイド軸やスライダの摺動面を傷つけること無く、スライダの移動の直線性を乱すこと無く、ブレーキをかけることができる。
更に、スライダがエアスライダの場合であっても、ガイド軸とスライダとの隙間の間隔を一定に保ったまま、スライダの移動、ブレーキングを行うことができる。

更に、本発明の３次元測定機は、前記ブレーキ手段は、前記ローラと同じ回転軸を回転中心として回転する円筒部材と、前記円筒部材に接触することで摩擦により前記円筒部材の回転にブレーキをかけるブレーキパッドと、前記ブレーキパッドを前記円筒部材に向けて押圧する押圧手段と、を備えたことを主要な特徴としている。
これにより、ローラに対しても間接的にブレーキをかけるので、なお一層、ガイド軸やスライダの摺動面を傷つけること無く、スライダの移動の直線性を乱すこと無く、ブレーキをかけることができる。
更に、スライダがエアスライダの場合においても、なお一層、ガイド軸とスライダとの隙間の間隔を一定に保ったまま、スライダの移動、ブレーキングを行うことができる。

更にまた、本発明の３次元測定機は、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダは、いずれもエアスライダであり、圧縮空気を前記ガイド軸に噴射する複数のエアパッドを備え、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキはいずれも、２つの前記エアパッドに挟まれた位置に配置されていることを主要な特徴としている。
これにより、スライダとガイド軸の間は摩擦が少なくなり、スムースな移動が可能になる。更に、２つのエアパッドの間に、Ｘ軸ブレーキとＹ軸ブレーキとＺ軸ブレーキとが配置されているため、ブレーキをかけたときのスライダとガイド軸との隙間の間隔のずれをさらに防止することができる。

また、本発明の３次元測定機は、手動で前記プローブが測定ポイントから次の測定ポイントに移動される際、前記プローブが所定の経路から外れないように、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御されることを主要な特徴としている。
これにより、測定者（操作者）は、所定の経路からずれを容易に知ることができると共に、容易に所定の経路を通って次の測定ポイントにプローブを移動させることができる。また、未熟な測定者がプローブの先端をどこかにぶつけて破損させることを防ぐことができる。ここで、所定の経路とは、予め設定された経路であっても良いし、測定ポイントから次の測定ポイントに向かって、所定方法で計算によって求められる経路であっても良く、その両方を含むものである。

更に、本発明の３次元測定機は、手動で前記プローブを測定ポイントから次の測定ポイントに移動させられる際、前記プローブの移動速度が所定の速度より速い場合、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御されることを主要な特徴としている。
これにより、所定の速度以内でプローブを測定ポイントに接触させることができるので、測定ばらつきを低減させることが可能になる。

更にまた、本発明の３次元測定機は、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御される際、測定ポイントから次の測定ポイントへの方向の単位ベクトルをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各ベクトルに分解したときのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各ベクトルの大きさの比と、前記Ｘ軸ブレーキ、前記Ｙ軸ブレーキ、前記Ｚ軸ブレーキの制動力の比と、が同じになるように制動力が制御されることを特徴とする。
これにより、３次元測定機の操作者がプローブを動かすために使っている力の方向とブレーキにより制動を受ける方向とが正反対になるので、ブレーキをかけたときに、移動方向がずれることがない。

本発明の３次元測定機は、測定者(操作者)の操作に問題がある場合には、プローブの動きにブレーキをかけることができる。

本発明の３次元測定機の斜視図である。 本発明の３次元測定機の正面図である。 本発明の３次元測定機の側面図である。 本発明の３次元測定機の背面図である。 本発明の３次元測定機の平面図である。 Ｘ軸ブレーキの斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の３次元測定機のブロック図である。 パートプログラムのリストの一例を示した図である。 プローブの２次元的な移動について説明した説明図である。 プローブの３次元的な移動について説明した説明図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。

＜構成＞
本発明の３次元測定機の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１Ａは、本発明の３次元測定機の斜視図である。図１Ｂは、本発明の３次元測定機の正面図である。図１Ｃは、本発明の３次元測定機の側面図である。図１Ｄは、本発明の３次元測定機の背面図である。図１Ｅは、本発明の３次元測定機の平面図である。図１Ａから図１Ｅに示す３次元測定機は、門移動型の３次元測定機であり、図１Ａは、一部透過して記載している。図１Ａには、すべての記号を示しているが、図１Ｂから図１Ｅについては、記号が多すぎて分かり難くなることを避けるために、主要な記号のみ示している。

図１Ａから図１Ｅに示すように、本発明の３次元測定機は、被測定物の測定ポイントに接触させるためのプローブ１０と、被測定物を載置するためのテーブル１２と、互いに直交する３軸の方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向にプローブ１０を移動させるスライダ１６と、スライダ１６を移動方向にガイドするガイド軸１４と、複数のスライダ１６のそれぞれの移動に制動をかける制動装置１８と、プローブ１０が接触した複数の測定ポイントの位置（座標）から被測定物の各種寸法を算出すると共に３次元測定機の各種制御を行う制御・演算手段２２と、を主に備えて構成される。

ガイド軸１４は、Ｘガイド軸１４ｘと、Ｙガイド軸１４ｙと、Ｚガイド軸１４ｚとを含んで構成され、Ｘガイド軸１４ｘと、Ｙガイド軸１４ｙと、Ｚガイド軸１４ｚは、それぞれ、軸の方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向となるように配置される。

ガイド軸１４は、図１Ａ、図１Ｅに示すＹガイド軸１４ｙのようにテーブル１２の辺をガイド軸とすることもできるし、図１Ｃに示すＸガイド軸１４ｘのように断面矩形の長尺状の部材をガイド軸として使用することもできる。あるいは、ガイド軸１４は、図１Ｅに示すＺガイド軸１４ｚのようにＺ軸スライダ１６ｚをその外から内部にかけて形成された穴内を摺動可能に保持する形態のものでも良い。

また、Ｘガイド軸１４ｘと、Ｙガイド軸１４ｙと、Ｚガイド軸１４ｚとには、それぞれ独立したスケール（不図示）が設置されており、スライダ１６の位置座標が高精度に測定できるようになっている。測定された位置座標は、制御・演算手段２２に送信される。

スライダ１６は、Ｘ軸スライダ１６ｘと、Ｙ軸スライダ１６ｙと、Ｚ軸スライダ１６ｚとを含んで構成される。Ｘ軸スライダ１６ｘは、Ｘガイド軸１４ｘの面上を摺動することによりＸ軸方向に移動自在となっている。Ｙ軸スライダ１６ｙは、Ｙガイド軸１４ｙの面上を摺動することによりＹ軸方向に移動自在となっている。Ｚ軸スライダ１６ｚは、Ｚガイド軸の穴内の面上を摺動することによってＺ軸方向に移動自在となっている。

なお、Ｚ軸スライダ１６ｚは、そのままでは重力により下に落ちてしまうので、不図示のバランス装置により重力による下向きの力と同じ力で上向きに引っ張られている。これにより、移動自在かつ任意の位置で停止可能になっている。バランス装置は、従来使用されているものをどれでも使用可能であるが、例えば、滑車を用いてＺ軸スライダ１６ｚと同じ重さのおもりをワイヤで吊って釣り合わせる装置を使用することができる。

また、スライダ１６は、静圧気体軸受けを用いたエアスライダであることが好ましい。この場合は、圧縮した気体を噴出するエアパッド２０を備えることが必要になる。エアパッド２０から噴出した気体は、スライダ１６とガイド軸１４との間で気体潤滑膜として作用し、スライダ１６とガイド軸１４との摩擦力を低減させ、スライダ１６の滑らかな移動を可能にする。

エアパッド２０を備えるときは、制動装置１８は、２つのエアパッド２０，２０に挟まれた位置に設置されることが好ましい。２つのエアパッド２０，２０に挟まれた位置ではないところに制動装置１８を設置した場合、ブレーキをかけたとき、スライダ１６とガイド軸１４との隙間の間隔がずれてしまい、それによりプローブ１０の先端の位置が数ミクロンずれる場合があるからである。

プローブ１０は、プローブ保持具１１により保持されてＺ軸スライダ１６ｚに装着される。プローブ保持具１１内には、プローブ１０の微小な動きを検知するセンサが内蔵されており、プローブ１０が、被測定物に接触すると、接触したことを検知することができるようになっている。

テーブル１２としては、剛性の高い定盤などを好適に使用することができる。テーブル１２上に被測定物を載置し、載置された被測定物の各種測定ポイントにプローブ１０を移動させて接触させることにより、被測定物の各種寸法を測定することができる。

制御・演算手段２２は、後述する制動装置１８の制御や、プローブ１０が接触した複数の測定ポイントの位置座標から、被測定物の各種寸法を算出する。制御・演算手段２２としては、コンピュータ等を用いることができる。

制動装置１８は、Ｘ軸ブレーキ１８ｘと、Ｙ軸ブレーキ１８ｙと、Ｚ軸ブレーキ１８ｚとを含んで構成される。Ｘ軸ブレーキ１８ｘは、Ｘ軸スライダ１６ｘの移動に制動をかけるためのブレーキであり、Ｘ軸スライダ１６ｘまたはＸガイド軸１４ｘに設置されることが好ましいが、Ｘ軸スライダ１６ｘの移動に制動をかけることができる場所ならばどこに設置されても良い。

同様にＹ軸ブレーキ１８ｙは、Ｙ軸スライダ１６ｙの移動に制動をかけるためのブレーキであり、Ｙ軸スライダ１６ｙまたはＹガイド軸１４ｙに設置されることが好ましいが、Ｙ軸スライダ１６ｙの移動に制動をかけることができる場所ならばどこに設置されても良い。

同様にＺ軸ブレーキ１８ｚは、Ｚ軸スライダ１６ｚの移動に制動をかけるためのブレーキであり、Ｚ軸スライダ１６ｚまたはＺガイド軸１４ｚに設置されることが好ましいが、Ｚ軸スライダ１６ｚの移動に制動をかけることができる場所ならばどこに設置されても良い。

次に制動装置１８を構成する各ブレーキである、Ｘ軸ブレーキ１８ｘと、Ｙ軸ブレーキ１８ｙと、Ｚ軸ブレーキ１８ｚとについて図面を参照して更に詳しく説明する。ここで、Ｘ軸ブレーキ１８ｘと、Ｙ軸ブレーキ１８ｙと、Ｚ軸ブレーキ１８ｚは、どれも同じ構造であるので、Ｘ軸ブレーキ１８ｘを例にとって説明する。図２は、Ｘ軸ブレーキの斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

＜制動装置の一実施形態の構成＞
まず、制動装置１８の一実施形態の構成について図面を参照して説明する。図２、図３に示すように、Ｘ軸ブレーキ１８ｘは、円筒状のローラ２４と、ローラ２４の回転にブレーキをかけるブレーキ手段２６とを含んで構成される。ローラ２４は、摺動する対象に接触して摺動に伴って回転する。即ち、Ｘ軸ブレーキ１８ｘがＸ軸スライダ１６ｘに設置されている場合は、ローラ２４は摺動する対象であるＸガイド軸１４ｘに接触し、Ｘ軸スライダ１６ｘの移動に伴ってローラ２４は回転する。

また、図１Ａに示すＺ軸スライダ１６ｚとＺガイド軸１４ｚのように、Ｚ軸ブレーキ１８ｚが、Ｚガイド軸１４ｚに設置されている場合は、ローラ２４は、摺動する対象であるＺ軸スライダ１６ｚに接触して、Ｚ軸スライダ１６ｚの移動に伴って回転する。

ブレーキ手段２６は、ローラ２４と同じ回転軸２８を回転中心として回転する円筒部材２６ａと、円筒部材２６ａに接触することで摩擦により円筒部材２６ａの回転にブレーキをかけるブレーキパッド２６ｂと、ブレーキパッド２６ｂを円筒部材２６ａに向けて押圧する押圧手段２６ｃと、を含んで構成される。

円筒部材２６ａは、ゴム、プラスチック、樹脂等様々な材料で構成することが可能であるが、柔軟性、摩擦力等を考慮するとウレタン樹脂が好ましい。ブレーキパッド２６ｂは、摩擦力により円筒部材２６ａの回転運動にブレーキをかけるものなので、摩擦係数が大きく、かつ、摩耗の少ない材料で形成されることが好ましい。よって、ブレーキパッド２６ｂは、ゴム、プラスチック、樹脂、セラミック、金属などで形成することができる。

押圧手段２６ｃとしては、ブレーキパッド２６ｂを円筒部材２６ａに向かって押圧できるものならばどれでも適用することが可能であるが、図２，図３に示した構成のものが好ましい。即ち、押圧手段２６ｃは、ブレーキパッド２６ｂに接触してブレーキパッド２６ｂを円筒部材２６ａに向かって押すための押圧部材２７ａと、押圧部材２７ａに押圧力を与えるソレノイド２７ｂとを含んで構成される。

また、ブレーキパッド２６ｂは、バネ２６ｄによって円筒部材２６ａから離れる方向に付勢されている。これにより、ソレノイド２７ｂが作動していないときは、ブレーキパッド２６ｂは、バネ２６ｄによってブレーキパッド２６ｂから離れた位置に保持され、ソレノイド２７ｂが作動することにより、ソレノイド２７ｂの力でブレーキパッド２６ｂは円筒部材２６ａに接触して、円筒部材２６ａを押圧することができる。

このようにＸ軸ブレーキ１８ｘは、Ｘ軸スライダ１６ｘに設置された場合は、ローラ２４はＸガイド軸１４ｘに接触し、Ｘ軸スライダ１６ｘの移動に伴って回転する。Ｘ軸ブレーキ１８ｘは、ブレーキをかけるときは、制御・演算手段２２からの制御により、ソレノイド２７ｂが作動して押圧部材２７ａがバネ２６ｄの付勢力に逆らってブレーキパッド２６ｂを円筒部材２６ａに押しつける。

これにより、円筒部材２６ａは、ブレーキパッド２６ｂとの摩擦により回転が弱まり、同じ回転軸２８で接続されたローラ２４の回転も弱まる。このため、ローラ２４とＸガイド軸１４ｘとの摩擦力により、Ｘ軸スライダ１６ｘの移動にブレーキがかかることになる。また、制御・演算手段２２が、ソレノイド２７ｂの作動の力を制御することにより、Ｘ軸スライダ１６ｘにかかるブレーキ力を調整することができる。

上述した構成の制動装置１８は、スライダ１６が静圧気体軸受けを使用したエアスライダであるときに、特に好適である。エアスライダの場合は、スライダ１６とガイド軸１４とは、直接は接触せず、少し隙間が空いている。本発明者は、様々な構造のブレーキについて検討したが、上述した構造の制動装置１８以外では、ブレーキをかけるとスライダ１６の移動の直線性が乱れ、エアスライダであるスライダ１６とガイド軸１４との隙間も変動し、プローブの先端位置も動いてしまうことを見いだした。また、ひどい場合は、スライダ１６とガイド軸１４との間の隙間を維持することができず、スライダ１６とガイド軸１４とが直接接触して互いに摺動してしまい、スライダ１６とガイド軸１４の寿命の低下、故障の原因となることも判明した。上述した制動装置１８は、そのような欠点も無く、スライダ１６が、エアスライダであっても、そうでなくても好適に使用することができる。

従来例として、ブレーキをかけるときにスライダ１６からガイド軸１４にブレーキパッド２６ｂを押しつける構成の場合、ブレーキ時においては、ブレーキパッド２６ｂの押しつけ圧力により、スライダ１６とガイド軸１４とが直接接触して摺動してしまうという欠点がある。これに対して、上述した制動装置１８は、常にローラ２４がガイド軸１４と接触しており、ブレーキパッド２６ｂが、ローラ２４と回転軸２８を共通にして回転している円筒部材２６ａに接触することにより、ローラ２４の回転に対して間接的にブレーキをかけている。

よって、上述した制動装置１８では、ブレーキ中においてもスライダ１６とガイド軸１４との間の隙間は常に適切に維持される。もちろん、制動装置１８は、通常の移動を阻害することは無く、ブレーキをかけたいときだけブレーキをかけることができることは言うまでも無いことである。また上述した制動装置１８では、スライダ１６の移動の直線性を乱すこと無くブレーキをかけることができる。

なお、制動装置１８は、上記に示した構成だけでは無く、スライダ１６の移動にブレーキをかけることができるものならば、他の構成の装置でも使用することができるが、上述した構成のものが好ましいことは、すでに述べたとおりである。

＜作動＞
次に、本発明の３次元測定機の作動について図面を参照して説明する。本発明の３次元測定機の特徴の一つは、ある測定ポイントから次の測定ポイントに操作者が手動によりプローブ１０を移動させる際、所定の道筋から外れそうになると正しい方向以外の移動にはブレーキがかかることにより、操作者が正しい道筋を通って次の測定ポイントにプローブ１０を移動させるように導く機能を有することにある。
また、操作者がプローブ１０を移動させる速度が所定の速度より速い場合は、制動装置１８が作動して、所定の速度以下になるようにブレーキをかける機能を有することもできる。

図４を参照して説明する。図４は、本発明の３次元測定機のブロック図である。図４に示すように、本発明の３次元測定機は、制御・演算手段２２と、それ以外の部分である本体４０とから構成されると考えることもできる。制御・演算手段２２は、制御・演算部４２と、記憶部４４とから構成される。制御・演算部４２は、主にＣＰＵ４２ｂから構成され、記憶部４４は、主に記憶素子であるＲＡＭや、ハードディスク等から構成されることができるが、これらに限定されるものでは無く、通常データの記憶に用いられる装置を用いることができる。

図１Ａと図４とを参照して、操作者がプローブ１０を手動で移動させたとき、スライダ１６の移動（位置の変化）は、ガイド軸１４に設置されたスケール４０ａ（図１Ａには不図示）及びセンサ（不図示）により読み取られ、そのデータは、制御・演算部４２のカウンタ４２ａに送信される。

カウンタ４２ａは、スライダ１６がスケール４０ａの目盛りで何目盛り分移動したかをカウントし、そのデータをＣＰＵ４２ｂに送信する。ＣＰＵ４２ｂは、カウンタ４２ａからのデータを基に計算してスライダ１６即ち、Ｘ軸スライダ１６ｘ、Ｙ軸スライダ１６ｙ、Ｚ軸スライダ１６ｚの各位置座標を算出する。ＣＰＵ４２ｂは、スライダ１６の位置からプローブ１０の先端位置座標も算出する。

また、プローブ１０の先端を測定ポイントに接触させたとき、プローブ１０から信号がプローブ信号処理部４２ｄに送信され、プローブ信号処理部４２ｄによって処理された信号はＣＰＵ４２ｂに送られる。ＣＰＵ４２ｂは、プローブ信号処理部４２ｄから送られた信号と、カウンタ４２ａから送られた信号とに基づいて、プローブ１０の先端が接触した測定ポイントの座標を計算し、記憶部４４に記憶させる。

このように、プローブ１０の先端の位置座標は、制御・演算手段２２によって常に把握ことができる。よって、制御・演算部４２は、被測定物の測定ポイントにプローブ１０の先端を接触させたときのプローブ１０の先端の位置座標データを記憶部４４に記憶させることができ、記憶された複数の位置座標データから被測定物の寸法等を計算によって求めることができる。

記憶部４４には、被測定物上のプローブ１０を当てる予定の測定ポイントがパートプログラムとして記憶されている。パートプログラムとは、被測定物の測定場所、測定順番等が記載されたプログラムであり、操作者は、このパートプログラムを３次元測定機に実行させ、３次元測定機がパートプログラムに従って表示する測定箇所を順番に測定してゆく。

このパートプログラムについて図５を参照して説明する。図５は、パートプログラムのリストの一例を示した図である。

図５に示すように、パートプログラムには、測定ポイントがＸ，Ｙ，Ｚで示される座標（それぞれが、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を示す）で記載されている。また、プローブ１０が測定ポイントに接触するときの移動方向であるプロービングベクトルが、Ｉ，Ｊ，Ｋ［プロービングベクトル（Ｉ，Ｊ，Ｋ）を示す］で示されている。

更に、Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ・・・には、次の測定ポイントに移動する際の移動経路と、経由地点の位置座標と、移動経路から離れても良い限度の距離の情報等とが、例えば、位置座標と移動方向を示すベクトルと数値（移動経路から離れても良い限度距離）等とで示されている。

図４に戻って、操作者が、プローブ１０を手動で動かし、ある測定ポイントから次の測定ポイントに移動させるとき、制御・演算部４２は、プローブ１０の位置座標を常に監視し、パートプログラムに記載された移動経路から所定の距離以上ずれたら、或いは、所定の移動方向から所定の角度以上ずれた場合は、プローブ１０の所定経路からずれる方向の移動に対してブレーキをかけるための信号を制動装置１８に送信する。

制動装置１８を構成するＸ軸ブレーキ１８ｘ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙ、Ｚ軸ブレーキ１８ｚのそれぞれは、制御・演算手段２２からの信号に基づいて、個別に所定量のブレーキをかける。更に説明すると、ＣＰＵ４２ｂは、記憶部４４に記憶されたパートプログラムに基づいて操作者が手動で移動させるプローブ１０の位置を常に監視する。

ＣＰＵ４２ｂは、操作者が移動させるプローブ１０の位置がパートプログラムに記載された経路から所定距離以上ずれた場合、或いは、プローブ１０の移動方向がパートプログラムに記載された移動方向のベクトルよりも所定角度以上ずれた場合は、所定経路からずれる方向の移動に対してはずれ量に応じた所定の力でプローブ１０の移動にブレーキがかかるように、ブレーキ力（ローラ２４の摩擦力）を計算する。

次に、ＣＰＵ４２ｂは、計算されたブレーキ力を制動装置１８が発揮できるように、制動装置１８に与えるべき電気信号を算出し、Ｄ／Ａ変換部４２ｃは、その電気信号をアナログ信号に変換して制動装置１８に送信する。制動装置１８は、与えられた電気信号に基づいて、スライダ１６の移動にブレーキをかける。

これにより、測定者がプローブ１０を手動で移動させる際、所定の経路から離れてくると、所定の経路から離れる方向の移動にはブレーキがかかり、所定の経路に戻る方向の移動にはブレーキがかからないので、操作者は、容易に所定の経路から離れたことを知ることができる。また、測定者は、容易に所定の経路を通って次の測定ポイントにプローブ１０を移動させることができる。

また、ブレーキのかかり具合は、任意に調整することができるので、所定の経路から離れるに従って徐々にブレーキを強くすることもできるし、ある地点から急にブレーキを強くすることもできる。よって、本発明の３次元測定機では、複雑な形状の被測定物の測定を行う場合においても、プローブ１０を移動させる際、安全な所定の経路を案内されるので、プローブ１０の先端を被測定物の複雑な形状のどこかにぶつけてプローブ１０を破損させてしまうことを防ぐことができる。

更に、被測定物を高精度にばらつき無く測定するためには、測定ポイントにプローブ１０の先端を接触させるときの進入角度も重要であるが、本発明では、最適な進入角度からずれる場合は、プローブ１０の移動にブレーキがかかるので、熟練した操作者で無くても、熟練者と同様に最適な進入角度で測定ポイントにプローブ１０の先端を接触させることができる。

また、本発明の３次元測定機は、操作者がプローブ１０を手動で移動させる速度が所定の速度より速い場合は、制動装置１８によりブレーキをかけて、速度が速すぎることを操作者に伝えることもできるし、所定速度以下になるように徐々にブレーキを強くしてゆくこともできる。

具体的には、制御・演算部４２は、常にＸ軸スライダ１６ｘ、Ｙ軸スライダ１６ｙ、Ｚ軸スライダ１６ｚの動きを監視することができる。制御・演算部４２は、各スライダ１６の移動方向、移動速度からプローブ１０の移動方向、移動速度を算出し、パートプログラム（図５参照）に超えてはいけないプローブ１０の最大速度が記載されている場合には、その最大速度と現在のプローブ１０の移動速度をリアルタイムに比較する。

比較した結果、プローブ１０の移動速度が、規定された最大速度を超えたと判断した場合は、Ｘ軸ブレーキ１８ｘ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙ、Ｚ軸ブレーキ１８ｚに個別にブレーキをかけるための信号を送信する。このとき、プローブ１０が移動すべき方向（測定ポイントから次の測定ポイントに向かう方向）の単位ベクトルをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各ベクトルに分解したときのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各方向に分解された各ベクトルの大きさの比と、Ｘ軸ブレーキ１８ｘ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙ、Ｚ軸ブレーキ１８ｚの制動力の比と、が同じになるように制御・演算部４２は、Ｘ軸ブレーキ１８ｘ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙ、Ｚ軸ブレーキ１８ｚを制御する。

これにより、プローブ１０の移動が速過ぎたためにブレーキがかけられたとしても、プローブ１０の移動方向がぶれること無く安定して速度を落とすことができる。このようなブレーキの制御を行わない場合は、操作者がプローブ１０に対して力を加えている方向と、ブレーキ力の方向が釣り合わないため、プローブ１０の移動方向がずれることになる。

＜制動装置の制御＞
次に、制動装置１８の制御方法の一例について図面を参照して説明する。図６は、プローブの２次元的な移動について説明した説明図である。分かりやすく説明するために、プローブ１０を２次元的に移動させる場合の制御の例で説明する。３次元的に移動させる場合は、この２次元的な制御を拡張し、一軸増えるだけなので、２次元的な制御が分かれば３次元の場合も容易に理解できる。

図６を参照して説明する。図６において、横軸はＸ軸を示し、縦軸はＹ軸を示す。よって、Ｘ軸方向への移動はＸ軸スライダ１６ｘによって行われ、Ｙ軸方向への移動はＹ軸スライダ１６ｙによって行われる。Ｐ_０は出発地点を示し、Ｐ_ｔは、移動目標地点を示す。

Ｐ_０からＰ_ｔまでプローブ１０を移動させる場合、図６に示すように、Ｐ_０からＰ_ｔまでの区間を階段状に微小な区間Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、…Ｐ_ｔに分割する。制御・演算手段２２は、Ｐ_０からＰ_１までの区間では、Ｘ軸ブレーキ１８ｘは作動させず（ブレーキをかけず）Ｙ軸ブレーキ１８ｙのみ作動させる（ブレーキをかける）。

ここで、Ｘ軸ブレーキ１８ｘを作動させないとは、Ｘ軸の正方向（Ｘ軸の矢印の方向）の移動についてのみであり、負方向（Ｘ軸の矢印とは反対向きの方向）への移動にはブレーキがかかる。つまり、制御・演算手段２２は、負方向の移動を検知したら直ぐにブレーキをかけることにより、正方向への移動を導く。

これにより、操作者が手動でプローブ１０を移動させる際、Ｙ軸方向にはブレーキがかかっているので移動させることができず、Ｘ軸方向だけ移動させることができるので、操作者は、自然とＰ_０からＰ_１までプローブ１０を移動させる。プローブ１０がＰ_１まで移動すると、制御・演算手段２２は、今度は、Ｘ軸ブレーキ１８ｘを作動させ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙは作動させない。

ここで、Ｙ軸ブレーキ１８ｙについても同様に、Ｙ軸ブレーキ１８ｙを作動させないとは、Ｙ軸の正方向（Ｙ軸の矢印の方向）の移動についてのみであり、負方向（Ｙ軸の矢印とは反対向きの方向）への移動にはブレーキがかかる。つまり、制御・演算手段２２は、負方向の移動を検知したら直ぐにブレーキをかけることにより、正方向への移動を導く。

このため、操作者は、今度は、Ｘ軸方向にはブレーキがかかっており移動できないので、Ｙ軸方向にのみプローブ１０を移動させる。プローブ１０が、Ｐ_２に移動すると、制御・演算手段２２は、Ｙ軸ブレーキ１８ｙだけ作動させてＸ軸ブレーキ１８ｘは作動させない。このため、プローブ１０は、Ｘ軸方向にのみ移動してＰ_３に到着する。

制御・演算手段２２は、このような制御を繰り返すことにより、Ｐ_０からＰ_ｔまで操作者によるプローブ１０の移動を導くことができる。ここで、Ｐ_０からＰ_ｔまでの間隔をできる限り細かく区切って制御することにより、操作者は、Ｐ_０からＰ_ｔまでスムースにプローブ１０を移動させることができる。

次に図７を参照して３次元の場合について説明する。図７は、プローブの３次元的な移動について説明した説明図である。図において、Ｘ，Ｙ，Ｚで示した軸はそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を示す軸であり、Ｐ_０は出発地点を示し、Ｐ_ｔは、移動目標地点を示す。

最初は出発地点Ｐ_０からＰ_１に移動させる。これは、上記において説明した２次元の場合の移動である。つまり、制御・演算手段２２が、Ｙ軸ブレーキ１８ｙとＺ軸ブレーキ１８ｚとの両方を作動させ、Ｘ軸ブレーキ１８ｘだけ作動させないことにより、操作者は、プローブ１０をＰ_０からＰ_１'まで自然に移動させることができる。Ｘ軸ブレーキ１８ｘだけ作動させないとは、上述したように、正方向にのみブレーキを作動させないということであり以下においてもすべて同様である。

次に、制御・演算手段２２が、Ｘ軸ブレーキ１８ｘとＺ軸ブレーキ１８ｚの両方を作動させてＹ軸ブレーキ１８ｙだけ作動させないことにより、操作者はプローブ１０をＰ_１'からＰ_１まで自然に移動させることができる。Ｙ軸ブレーキ１８ｙだけ作動させないということも上記と同様に、正方向の移動だけブレーキを作動させないということであり、以下においてもすべて同様である。次に制御・演算手段２２が、Ｘ軸ブレーキ１８ｘとＹ軸ブレーキ１８ｙの両方を作動させて、Ｚ軸ブレーキ１８ｚを作動させないことにより、操作者は、プローブ１０をＰ_１からＰ_２まで自然に移動させることができる。ここで、Ｚ軸ブレーキ１８ｚを作動させないとは、Ｘ軸ブレーキ１８ｘ、Ｙ軸ブレーキ１８ｙと同様に、正方向の移動のみブレーキをかけないということである。以下においてもすべて同様である。

次に、Ｐ_２を通ってＸ軸とＹ軸とに平行な平面と、Ｐ_４を通ってＺ軸方向に平行な直線とが交わる点をＰ_３とする。すると、Ｐ_２をＰ_０、Ｐ_４をＰ_２、Ｐ_３をＰ_１、Ｐ_３'をＰ_１'と考えれば先ほどと同じ制御を行うことによりＰ_２からＰ_４にプローブ１０を移動させることができる。

即ち、Ｐ_２において制御・演算手段２２が、Ｙ軸ブレーキ１８ｙとＺ軸ブレーキ１８ｚとの両方を作動させ、Ｘ軸ブレーキ１８ｘだけ作動させないことにより、操作者は、プローブ１０をＰ_２からＰ_３'まで自然に移動させることができる。

次に、制御・演算手段２２が、Ｘ軸ブレーキ１８ｘとＺ軸ブレーキ１８ｚの両方を作動させて、Ｙ軸ブレーキ１８ｙだけ作動させないことにより、操作者はプローブ１０をＰ_３'からＰ_３まで自然に移動させることができる。次に制御・演算手段２２が、Ｘ軸ブレーキ１８ｘとＹ軸ブレーキ１８ｙの両方を作動させて、Ｚ軸ブレーキ１８ｚを作動させないことにより、操作者は、プローブ１０をＰ_３からＰ_４まで自然に移動させることができる。

ここでＰ_０からＰ_ｔまでできるだけ細かく分割して移動させることにより、操作者は、違和感を覚えること無く、プローブ１０をスムースにＰ_０からＰ_ｔまで移動させることができる。

上記制御は、図４に示す記憶部４４に記憶されたプログラムを制御・演算部４２が実行することにより成し遂げることができる。

１０…プローブ、１１…プローブ保持具、１２…テーブル、１４…ガイド軸、１４ｘ…Ｘガイド軸、１４ｙ…Ｙガイド軸、１４ｚ…Ｚガイド軸、１６…スライダ、１６ｘ…Ｘ軸スライダ、１６ｙ…Ｙ軸スライダ、１６ｚ…Ｚ軸スライダ、１８…制動装置、１８ｘ…Ｘ軸ブレーキ、１８ｙ…Ｙ軸ブレーキ、１８ｚ…Ｚ軸ブレーキ、２０…エアパッド、２２…制御・演算手段、２４…ローラ、２６…ブレーキ手段、２６ａ…円筒部材、２６ｂ…ブレーキパッド、２６ｃ…押圧手段、２６ｄ…バネ、２７ａ…押圧部材、２７ｂ…ソレノイド、２８…回転軸、４０…本体、４０ａ…スケール、４２…制御・演算部、４２ａ…カウンタ、４２ｂ…ＣＰＵ、４２ｃ…Ｄ/Ａ変換部、４２ｄ…プローブ信号処理部、４４…記憶部

Claims (7)

1. 手動でプローブを被測定物の測定ポイントに接触させることにより前記被測定物の寸法を測定する３次元測定機であって、
   前記プローブと、
   前記被測定物を載置するためのテーブルと、
   互いに直行する３軸の方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向にガイド軸に沿って移動する複数のスライダと、
   複数の前記スライダのそれぞれの移動に制動をかける複数の制動装置と、
   を備え、
   複数の前記スライダは、Ｘ軸方向に移動自在であるＸ軸スライダと、Ｙ軸方向に移動自在であるＹ軸スライダと、Ｚ軸方向に移動自在であるＺ軸スライダとから構成され、
   複数の前記制動装置は、Ｘ軸スライダに制動をかけるＸ軸ブレーキと、Ｙ軸スライダに制動をかけるＹ軸ブレーキと、Ｚ軸スライダに制動をかけるＺ軸ブレーキとから構成され、
   前記プローブは、複数の前記スライダによってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれの方向に移動可能に構成された３次元測定機。
2. 前記制動装置は、前記ガイド軸の面、または、前記スライダの有する面を転がる円筒状のローラと、前記ローラの回転にブレーキをかけるブレーキ手段と、を備える請求項１に記載の３次元測定機。
3. 前記ブレーキ手段は、
   前記ローラと同じ回転軸を回転中心として回転する円筒部材と、
   前記円筒部材に接触することで摩擦により前記円筒部材の回転にブレーキをかけるブレーキパッドと、
   前記ブレーキパッドを前記円筒部材に向けて押圧する押圧手段と、
   を備えた請求項１または２に記載の３次元測定機。
4. 前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダは、いずれもエアスライダであり、
   圧縮空気を前記ガイド軸に噴射する複数のエアパッドを備え、
   前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキはいずれも、２つの前記エアパッドに挟まれた位置に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の３次元測定機。
5. 手動で前記プローブが測定ポイントから次の測定ポイントに移動される際、前記プローブが所定の経路から外れないように、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御される請求項１〜４のいずれか１項に記載の３次元測定機。
6. 手動で前記プローブを測定ポイントから次の測定ポイントに移動させる際、
   前記プローブの移動速度が所定の速度より速い場合、前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御される請求項１〜５のいずれか１項に記載の３次元測定機。
7. 前記Ｘ軸ブレーキと前記Ｙ軸ブレーキと前記Ｚ軸ブレーキとによって、前記Ｘ軸スライダと前記Ｙ軸スライダと前記Ｚ軸スライダの動きが制御される際、
   測定ポイントから次の測定ポイントへの方向の単位ベクトルをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各ベクトルに分解したときのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各ベクトルの大きさの比と、前記Ｘ軸ブレーキ、前記Ｙ軸ブレーキ、前記Ｚ軸ブレーキの制動力の比と、が同じになるように制動力が制御される請求項６に記載の３次元測定機。

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