JP2018163125A

JP2018163125A - 測定ヘッド

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Publication number: JP2018163125A
Application number: JP2017061952A
Authority: JP
Inventors: 松宮　貞行; Sadayuki Matsumiya; 貞行松宮; 智之宮崎; Tomoyuki Miyazaki; 修一上山; Shuichi Kamiyama; 秀幸新井; Hideyuki Arai
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: US10551184B2; JP6830386B2; CN108662996B; CN108662996A; US20180274914A1; DE102018204654A1

Abstract

【課題】測定ヘッド内のモータ動力の補助機構を改良して、測定姿勢に依存しないモータ駆動特性を発揮し、任意の姿勢で測定可能な測定ヘッドを提供すること。【解決手段】測定ヘッド１０は、第１測定軸用の第１スライド機構５０、これに移動可能に保持された第２測定軸用の第２スライド機構６０、これに移動可能に保持された第３測定軸用の第３スライド機構７０、および、これに移動可能に保持されたプローブ２０を備え、第１スライド機構５０を介して外部の移動装置に着脱可能に設けられている。さらに、各スライド機構５０〜７０のスライダ部とガイド部を接続するエアシリンダ５５〜７５と、測定ヘッド１０の測定姿勢に応じて各エアシリンダへ供給するエアー圧力をそれぞれ変更する自動調圧レギュレータ５７〜７７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク表面を測定対象とする測定ヘッドに関し、特に、測定ヘッドに内蔵されたモータ動力の補助機構の改良に関する。

ワークの表面形状のうち、高い精度が要求される測定領域と、比較的低い精度であっても許容される測定領域と、の両方を含んでいるワークを測定する場合に適した三次元測定機が知られている（特許文献１参照）。これは、門型のCNC三次元座標測定機と、この測定機によって３軸方向に移動可能に設けられた測定ヘッドとを組み合せた構造である。

門型の三次元測定機は、ベースと、このベースの上面に水平方向へ移動可能に設けられたX軸テーブルと、ベースに立設されたコラムと、このコラムに支持されたビームと、ビームに沿って移動可能に設けられたY軸スライダと、このY軸スライダに昇降可能に設けられたZ軸スライダと、このZ軸スライダに連結されたスピンドルとを備えたものが一般的であり、特許文献１ではスピンドルの先端に測定ヘッドを取付けたことに特徴がある。測定ヘッド１は、図７のように、三次元測定機のスピンドルの先端に着脱可能に設けられたZ軸スライド機構２と、これによってZ軸方向に移動可能に支持されたY軸スライド機構３と、これによってY軸方向に移動可能に支持されたX軸スライド機構４と、このX軸スライド機構４によってX軸方向に移動可能に支持されたプローブ５とを備えた構成である。

特許文献１によれば、測定ヘッドの駆動機構２〜４がプローブ５を移動させることで、小さい領域での高精度測定が行われ、三次元測定機の駆動機構が測定ヘッド１を移動させることで、大きい領域での低〜中程度の精度による測定がスムーズに行われる。

特開２０１０−２５６１２１号公報

図７のように、従来の測定ヘッドのZ軸スライド機構２には、略鉛直方向に伸縮するバネ６が設けられ、スライダ７とガイド８を連結している。これは、Z軸スライド機構の動力源である電動モータＭ１がスライダ７を上昇させる場合に、そのモータへの負荷を軽減し、鉛直方向のモータ駆動性能（位置決め、一定速度、高速移動など）を高めるためのもので、ここでは、モータ動力の補助機構と呼ぶ。

しかしながら、図７のバネによるモータ動力の補助機構は、Z軸スライダ７の移動方向が略鉛直になるように測定ヘッドの姿勢が定まっていないと、適切に機能しない。また、測定中も測定ヘッドの姿勢が一定であることを要する。測定姿勢を変えると、Y軸又はX軸スライド機構の駆動用モータＭ２，Ｍ３の負荷が変化してしまい、各モータの駆動性能が維持されないからである。また、駆動性能を維持するには姿勢変更の都度、各モータのゲイン調整をやり直す必要がある。

測定姿勢に制約があることは特許文献１のように使用される測定ヘッドに限られたものではなく、何らかの移動装置に取り付けて使用される測定ヘッド全般に共通する。発明者らはこのような測定姿勢の制限を取り除くべく、鋭意研究に取り組んできた。

本発明は、上記課題を解決するもので、従来の測定ヘッドに内蔵された駆動用モータ動力の補助機構を改良して、測定姿勢に依存しないモータ駆動特性を発揮し、任意の姿勢で測定可能な測定ヘッドを提供することを目的とする。

すなわち、本発明の測定ヘッドは、
第１測定軸用の第１スライダ、案内用の第１ガイド、及び、駆動用の第１モータと、
前記第１測定軸と平行でない第２測定軸用の第２スライダ、前記第１スライダに固定された案内用の第２ガイド、及び、駆動用の第２モータと、
前記第２スライダに保持されたワーク検知用のプローブと、
を備え、前記各スライダの移動に伴って前記プローブにワーク表面を検出させる測定ヘッドであって、
該測定ヘッドは、外部の任意の移動装置に前記第１ガイドを介して着脱可能であり、
前記第１スライダと前記第１ガイドを接続し前記第１測定軸方向に伸縮自在の第１流体圧シリンダと、
前記第２スライダと前記第２ガイドを接続し前記第２測定軸方向に伸縮自在の第２流体圧シリンダと、
該測定ヘッドの測定姿勢に応じて、前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダへ供給する流体の圧力を変更する第１流体圧変更手段および第２流体圧変更手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の測定ヘッドの作用を説明する。測定ヘッドは、門型の三次元測定機（図２）や多関節型の移動装置（図５）などに取り付けられる。このような外部の移動装置によって、測定ヘッドの測定姿勢が任意に設定され、かつ、測定ヘッドが所望の位置に移動した状態で、プローブが各測定軸方向にスライドしてワーク表面を検知する。測定ヘッドは、ワーク表面を検知した際の各測定軸のスライダの移動量に基づいて、ワーク表面の位置情報を取得する。なお、測定ヘッドの測定軸は２軸以上あればよい。例えば、第１測定軸に沿ってプローブをワークに接近・離間させ、第２測定軸に沿ってプローブを次の測定位置に移動させるという方法であれば、外部の移動装置に保持された測定ヘッドの位置や姿勢を変えないで、プローブの移動だけでの測定が可能である。

本発明の測定ヘッドが、測定軸ごとに流体圧シリンダとその流体圧の変更手段とを有し、測定ヘッドの測定姿勢（例えば、鉛直下方向を基準とする各測定軸の傾斜角）に応じて、第１流体圧シリンダおよび第２流体圧シリンダへの流体圧を個別に変更する。第１流体圧シリンダは、第１流体圧変更手段が調整した流体圧に基づく力で第１スライダを付勢する。つまり、第１スライダを押すか、引く。その付勢力が第１スライダに作用する重力の第１測定軸方向の分力に相当する大きさになっていればよい。同様に、第２流体圧シリンダは、第２流体圧変更手段が調整した流体圧に基づく力で第２スライダを付勢する。その付勢力が第２スライダに作用する重力の第２測定軸方向の分力に相当する大きさになっていればよい。

本発明の効果を説明する。複数のスライダによってプローブをそれぞれの測定軸方向に移動させる構造の測定ヘッドでは、その測定姿勢に応じて、各スライダに作用する重力の影響が大きく変化する。そこで本発明の測定ヘッドは、測定姿勢に応じて、各流体圧シリンダの付勢力を変更し、各スライダに対して個別に調整した付勢力を加えるようにした。これにより、測定姿勢の変化に伴うモータの負荷の変動をゼロ若しくは非常に小さく抑えることができ、測定姿勢に依存しないモータの駆動性能を発揮させることができる。つまり、測定ヘッドの性能・機能を損なうことなく、あらゆる測定姿勢をとり得る測定ヘッドを提供することができる。

本発明の測定ヘッドにおいては、さらに、該測定ヘッドの測定姿勢を検知する姿勢検出手段を備え、前記各流体圧変更手段は、前記姿勢検出手段からの姿勢情報に基づいて前記流体の圧力を変更することが好ましい。姿勢検出の方法としては、例えば、鉛直方向を感知するセンサを測定ヘッドに固定して、その検出値から測定ヘッドの姿勢を判断する方法がある。他にも、基準となる目印を撮像するカメラをヘッドに固定して、目印の画像を処理して測定ヘッドの姿勢を判断してもよい。

本発明の測定ヘッドにおいては、前記第２スライダと前記プローブの間に、前記第１測定軸および前記第２測定軸のいずれとも平行でない第３測定軸用の第３スライダと、前記第２スライダに固定された案内用の第３ガイドと、駆動用の第３モータとが設けられ、
前記プローブは、前記第３ガイドおよび前記第３スライダを介在して、前記第２スライダに保持され、
該測定ヘッドは、さらに、前記第３スライダと前記第３ガイドを接続し前記第３測定軸方向に伸縮自在の第３流体圧シリンダと、
該測定ヘッドの測定姿勢に応じて、前記第３流体圧シリンダへ供給する流体の圧力を変更する第３流体圧変更手段と、を備えることが好ましい。
この構成のようにプローブの測定軸を３方向に設ける場合、モータ動力の補助機構を２方向の場合と同様に設けるだけでよい。

以上のように、本発明によれば、測定姿勢に依存しないモータ駆動特性を発揮することができ、言い換えると、測定姿勢が変更しても測定ヘッドの性能及び機能は損われず、任意の姿勢で測定可能な測定ヘッドを提供することができる。また、多関節型の移動装置や門型の三次元測定機などの様々なタイプの移動装置に適用することが可能で、測定ヘッドの用途も拡大する。

本発明の第一実施形態に係る測定ヘッドの全体構成を示す立体図である。前記測定ヘッドを門型の三次元測定機に使用する形態を示す図である。前記測定ヘッドの姿勢に応じた自動調圧レギュレータ及び流路切換弁の動作を説明する図である。前記使用形態の変形例を示す図である。本発明の第二実施形態に係る多関節型の三次元測定機を示す図である。前記多関節型の三次元測定機を使用する形態を示す図である。従来の測定ヘッドの構造を示す立体図である。

本発明の第一実施形態に係る測定ヘッドについて図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る測定ヘッド１０の立体図であり、その補助機構の制御ブロック図を重ねて示したものである。測定ヘッド１０は、プローブ２０と、プローブの駆動装置３０と、制御装置４０とから構成され、外部の移動装置に保持された状態で、プローブ駆動装置３０の動作に伴うプローブ２０の動きによってワーク表面を検出する。

プローブ駆動装置３０は、第１〜第３測定軸系の各スライド機構５０〜７０と、姿勢検出器８０とから成る。第１〜第３測定軸は、互いに平行でない３つの軸からなり、この測定ヘッド１０の固有軸である。そのため、例えば鉛直下向きと各測定軸との交角は、測定ヘッド１０の姿勢に応じて変化する。以下の説明では、互いに直交する３つの測定軸を使う。

第１測定軸系のスライド機構５０は、第１スライダ５１、第１スライダの案内用ガイド５２、及び、スライダ駆動用の第１モータ５３と、そのモータ動力の第１補助機構５４と、第１測定軸のスケールセンサとを有する。第１スライダ５１には第１モータ５３によって駆動するボールネジが内蔵されている。第１スライダ５１の一方の側面側には案内用ガイド５２が設けられている。この案内用ガイド５２の前面（第１スライダ５１と対向する面）には第１スライダ５１用のスライド面が形成されている。これにより、第１スライダ５１は案内用ガイド５２の前面に沿って第１測定軸方向にスライド可能な構成となっている。また、案内用ガイド５２の背面は着脱部になっている。着脱部には、この測定ヘッド１０を外部の移動装置に着脱するための治具が形成されている。

第２測定軸系のスライド機構６０は、第１測定軸に直交する第２測定軸に関するもので、第１測定軸系のスライド機構５０の下方に設けられている。スライド機構６０は、第２スライダ６１、第２スライダの案内用ガイド６２、及び、スライダ駆動用の第２モータ６３と、そのモータ動力の第２補助機構６４と、第２測定軸のスケールセンサとを有する。ここで、第２ガイド６２は、第１スライダ５１の下面に固定されている。第２ガイド６２の下面には第２スライダ６１が設けられている。第２スライダ６１は、第２ガイド６２の下面に沿って第２測定軸方向にスライド可能な構成となっている。

第３測定軸系のスライド機構７０は、第１および第２測定軸の両方と直交する第３測定軸に関するもので、第２測定軸系のスライド機構６０の下方に設けられている。スライド機構７０は、第３スライダ７１、第３スライダの案内用ガイド（第２スライダ６１と一体形成されている）、及び、スライダ駆動用の第３モータ７３と、そのモータ動力の第３補助機構７４と、第３測定軸のスケールセンサとを有する。第３スライダ７１は、第２スライダ６１の下面に形成されている第３スライダの案内用ガイドに設けられており、第２スライダ６１の下面に沿って第３測定軸方向にスライド可能な構成となっている。

以下に、本発明に特徴的なモータ動力の補助機構５４〜７４について詳しく説明する。
第１補助機構５４は、第１エアシリンダ（流体圧シリンダに相当）５５、第１自動調圧レギュレータ（流体圧変更手段に相当）５７及び第１電磁切換弁（流路切換手段に相当）５６を備える。一組の第１エアシリンダ５５は、第１測定軸方向に伸縮自在に配置され、第１スライダ５１と第１ガイド５２を接続する。丁度、第１スライダ５１を挟むように２本の第１エアシリンダ５５が配置され、ロッド側の先端が第１ガイド５２から延設されたアーム部に固定され、反ロッド側の先端が第１スライダ５１の側部に固定されている。

第１ガイド５２には、測定ヘッド１０の測定姿勢を検知する姿勢検出器８０が取り付けられている。姿勢検出器８０は、検出信号を制御装置４０に送り、そこでヘッドの姿勢が判断される。第１自動調圧レギュレータ５７は、制御回路４０からの圧力指令値に基づいて、第１エアシリンダ５５へ供給するエアー圧力を変更する。第１自動調圧レギュレータ５７は、例えばダイヤフラム式の調圧機構を備えたものでもよい。指令値に応じて内蔵の電動機の回転力が変化し、ダイヤフラムへの押力が調整される。特に、チェック弁付きのレギュレータが好ましい。これは、第１エアシリンダ５５の付勢方向とは逆方向にスライダ５１を移動させる際に、第１自動調圧レギュレータ５７の２次側に生じる背圧を逃がして、移動を円滑に行うためである。

第１電磁切換弁５６は、第１自動調圧レギュレータ５７からの圧縮空気の供給先を選ぶことができる。すなわち、第１エアシリンダ５５のロッド側の供給口、反ロッド側の供給口のいずれか一方から他方に切り換える流路切換手段として機能する。一例として、３ポート、２ポジションのシングルソレノイド式の電磁切換弁を図１に示す。図１のようにソレノイドを励磁しない場合は、スプリング力でスプールが第１位置を維持し、圧縮空気がシリンダの反ロッド側供給口に送られる。シリンダのロッド側供給口は開放になる。一方、ソレノイドを励磁すれば、スプールが第２位置を維持し、第１自動調圧レギュレータ５７からの圧縮空気がシリンダのロッド側供給口に送られる。シリンダの反ロッド側供給口は開放になる。

第１電磁切換弁５６は、測定ヘッド１０の測定姿勢が変化した際、具体的には対応する測定軸方向が水平方向をまたいで変化する場合に（例えば、測定軸の正の向きが水平方向よりも下向きの状態から上向きに変化した場合など）、エアーの供給先を切り換える。

第２補助機構６４は、第２エアシリンダ６５、第２電磁切換弁６６及び第２自動調圧レギュレータ６７を備える。一組の第２エアシリンダ６５は、第２測定軸方向に伸縮自在に配置され、第２スライダ６１と第２ガイド６２を接続する。丁度、第２ガイド６２を挟むように２本のエアシリンダ６５が配置され、ロッド側の先端が第２スライダ６１の上面に固定され、反ロッド側の先端が第２ガイド６２の側部に固定されている。

第２自動調圧レギュレータ６７は、姿勢検出手段８０からの姿勢情報に基づいて、第２エアシリンダ６５へ供給するエアー圧力を変更する。第２電磁切換弁６６は、第２自動調圧レギュレータ６７からのエアーの供給先をエアシリンダのロッド側の供給口および反ロッド側の供給口のいずれか一方から他方に切り換える。

第３補助機構７４は、第３エアシリンダ７５、第３電磁切換弁７６及び第３自動調圧レギュレータ７７を備える。一組の第３エアシリンダ７５は、第３測定軸方向に伸縮自在に配置され、第３スライダ７１と第３ガイド（第２スライダ６１）を接続する。丁度、第２スライダ６１を挟むように２本のエアシリンダ７５が配置され、ロッド側の先端が第２スライダ６１の側面に固定され、反ロッド側の先端が第３スライダ７１の側部に固定されている。

第３自動調圧レギュレータ７７は、第１、第２と同様に第３エアシリンダ７５へのエアー圧力を変更する。第３電磁切換弁７６は、第３自動調圧レギュレータ７７からのエアーの供給先をエアシリンダのロッド側の供給口および反ロッド側の供給口のいずれか一方から他方に切り換える。

プローブ２０は、先端に測定子が付いた棒状のスタイラスと、このスタイラスを支持する円筒状の支持部とから成る。スタイラスの支持部は、第３スライダ７１に保持されている。

測定ヘッド１０の制御装置４０は、姿勢検出器８０からの信号に基づいて、ヘッドの姿勢を判断するとともに、その姿勢に基づいて各自動調圧レギュレータ５７，６７，７７へエアー圧力の指令値を送る。また、ヘッドの姿勢に基づいて電磁切換弁５６，６６，７６へ選択した流路の指令値を送る。この制御装置４０は、三次元測定機などの外部の移動装置の制御装置に組み込まれていてもよい。

測定ヘッド１０の使用例を図２に示す。測定ヘッド１０は、CNC三次元座標測定機１００のスピンドル１７０に任意の姿勢で取り付けられている。三次元測定機１００は、Ｘ軸テーブル１２０、Ｙ軸及びＺ軸スライダ１５０，１６０を各々動作させて測定ヘッド１０を所望位置へ移動させる。三次元測定機１００の各移動軸（Ｘ〜Ｚ軸）に設けられたスケールセンサ（測定ヘッド１０に内蔵のスケールセンサと区別する）が、テーブル１２０及びスライダ１５０，１６０の位置情報を検出し、三次元測定機１００の制御装置に送る。制御装置は、これらの検出値によって測定ヘッド１０の位置座標を得る。

次に、測定ヘッド１０は、プローブ２０を第１〜第３測定軸方向にスライドさせてワーク表面Ｗを検知させる。ワーク表面を検知した際の測定ヘッド１０の各スライダ５１，６１，７１の移動量を各々のスケールセンサが読み取って、三次元測定機１００の制御装置に送る。制御装置は、これらの読取値によってワーク表面の位置座標を得る。

測定ヘッド１０のプローブ駆動装置３０だけの動作で、例えば、第１工程でプローブ２０をワークＷに接近させ、ワーク表面を検出する。そして、プローブ２０を離間させた後、第２工程でプローブ２０を次の測定位置に移動させる。その後、第１工程と同様にワーク表面を検出する。このような工程により、三次元測定機１００のスピンドル１７０に保持された測定ヘッド１０の位置や姿勢を変えずに、測定ヘッド１０によるプローブ２０の移動だけでワーク表面の座標測定ができる。

測定ヘッド１０の測定姿勢は、姿勢検出器８０の検出信号に基づいて制御装置４０が判断する。制御手段４０は、測定姿勢に応じた各自動調圧レギュレータ５７〜７７の圧力指令値を表データなどから読み出して、指令値をレギュレータに送る。制御装置４０からの圧力指令値を受けて、各自動調圧レギュレータ５７〜７７は、内蔵された電動機の回転力を変化させて、接続するエアシリンダへの供給圧力を個別に調整する。また、制御装置４０は、測定姿勢に応じて圧縮空気の流路を選択し、その流路への切換指令値を電磁切換弁５６〜７６に送る。

第１エアシリンダ５５は、第１自動調圧レギュレータ５７が調整したエアー圧力で第１スライダ５１を付勢する。つまり、第１スライダ５１を押すか、引くかである。各測定軸に対するエアー圧力の指令値は、各エアシリンダ５５〜７５の付勢力が各スライダ５１〜７１に作用する重力の測定軸方向の分力に相当する大きさになるように、設定されている。

制御装置４０には、例えば、図３に示す関係に設定された測定姿勢とエアー圧力の表データが記憶されている。ここでは、鉛直下向きに対する第１〜第３測定軸の傾斜角θ1〜θ3を用いて測定姿勢を表す。説明上、各測定軸の正の向きを、エアシリンダのロッド側から反ロッド側を見る方向に定める（図１中の座標軸を参照）。

第１測定軸の第１エアシリンダ５５に着目して説明する。
傾斜角θ1＝０°（第１測定軸：鉛直下向き）の場合、エアー圧力を最大（100%）とし、供給先を反ロッド側とする。図３(Ａ)参照。
θ＝４５°では、エアー圧力を71%とし、供給先を反ロッド側とする。図３(Ｂ)参照。
θ＝９０°（水平）の場合、エアー圧力を最小（0%）とする。供給先はどちらでもよいが、ここでは、直前の状態（例えば反ロッド側）を維持するものとする。図３(Ｃ)参照。
θ＝１３５°では、エアー圧力を71%とし、供給先をロッド側とする。図３(Ｄ)参照。
θ＝１８０°（鉛直上向き）の場合、エアー圧力を最大（100%）とし、供給先をロッド側とする。図３(Ｅ)参照。

なお、第１電磁切換弁５６は、第１測定軸方向がどのように変化するか対応して、例えば次のように動作する。図３(Ｃ)のように第１測定軸が水平（θ＝９０°）になった場合は、その直前の傾き状態における流路を維持する。さらに第１測定軸が水平状態を超えて、逆方向に傾いた場合（θ＜９０°の傾斜からθ＞９０°の傾斜に変化した場合。又は、これとは逆に、θ＞９０°の傾斜からθ＜９０°の傾斜に変化した場合）は、エアーの供給先、つまり、流路を切り換える。

本実施形態の測定ヘッド１０による効果について説明する。
（１）測定姿勢に応じて各スライダ５１〜７１に作用する重力の影響は大きく変化するが、測定ヘッド１０の構成であれば、測定姿勢に応じて各エアシリンダ５５〜７５の付勢力を変更し、各スライダ５１〜７１に対して個別に調整した付勢力を加えるようにしたので、姿勢変化に伴う各モータ５３〜７３の負荷変動をゼロ若しくは非常に小さく抑えることができる。これにより、測定姿勢に依存しないモータの駆動性能が発揮され、測定ヘッドの性能・機能を損なわずに、あらゆる測定姿勢をとり得る測定ヘッド１０を提供できる。
（２）図２のような門型のCNC三次元座標測定機１００に測定ヘッドを適用するといった測定ヘッドの用途を拡大させることができる。
（３）三次元測定機１００のスピンドル１７０への測定ヘッド１０の取り付け姿勢の自由度が上がる。
（４）測定ヘッド１０に追加する機械要素を実質的にエアシリンダ５５〜７５だけとすることができる。図７のバネを利用した場合とほとんど構造の変化がなくて済み、小型の測定ヘッドを維持し易い。

なお、図４に本実施形態に係る測定ヘッドの変形例を示す。すなわち、上記の測定ヘッド１０の構成にさらに姿勢変更手段９０を設けることで、測定ヘッド１０Ａに自己姿勢変更機能を付与することができる。図４の姿勢変更手段９０は、一例に過ぎないが、三次元測定機１００のスピンドル１７０に着脱自在なベース部９１と、このベース部９１に保持された球状部９２とを有する。球状部９２は、ベース部９１に対して姿勢を任意に変えられるように支持されている。このような球状部９２に測定ヘッド１０Ａの第１ガイド５２を固定すればよい。つまり、スピンドル１７０に対するベース部９１の取付姿勢を変えなくても、取付け後に、プローブ２０の向きを姿勢変更手段９０の可動範囲内で自由に変更することができる。

この変形例では、姿勢変更手段９０が、三次元測定機１００のスピンドル１７０と測定ヘッド１０の第１ガイド５２の間に設けた。一方、図４の姿勢変更手段９０を、図１に示した測定ヘッド１０の第３スライダ７１とプローブ２０の間に設ける場合もある。しかし、こうすると姿勢変更手段９０の自重が各スライダ５１〜７１に作用してしまう。つまり、測定ヘッド１０の末端質量が増加することになり、測定ヘッド１０の固有振動数の低下や、測定の高速化の障害になり易い。従って、前述の変形例の測定ヘッド１０Ａの方が優れている。

次に、本発明の第二実施形態に係る多関節型の三次元測定機について図面に基づいて説明する。図５は前述の実施形態の測定ヘッド１０を、ロボットアーム２００のような多関節型の移動装置に適用した三次元測定機を示す。ロボットアーム２００によって測定ヘッド１０を所望の位置および姿勢に保持することができるので、例えば、ベルトコンベヤで運搬される大型の製品や部品を、その状態のままオンラインで測定できる。

図６に基づいて、この多関節型の三次元測定機による測定方法の一例を説明する。
ロボットアーム２００が、図示しない交換ラックに掛けられている測定ヘッド１０を取りにいく。
次に、測定ヘッド１０は、ロボットアーム２００先端の保持部２１０に保持された状態で、ベルトコンベヤ上の加工部品Ｗの測定箇所へ持っていかれ、所望の姿勢に維持される。
次に、前述の姿勢検出器８０（図１）によって測定ヘッド１０の姿勢を検出し、その姿勢に応じて各測定軸のエアシリンダ５５〜７５への供給エアーの流路を決定し、エアー圧力を調整する。
次に、測定ヘッド１０を単独で動作させて、プローブ２０により測定箇所の表面性状を測定する。
測定後は、測定ヘッド１０を保持したまま次の測定指令を待ってもよいし、測定ヘッド１０をラックに戻して他の測定や加工などの作業に進んでもよい。

このように多関節型の三次元測定機への測定ヘッド１０の適用といった用途が可能になった。すなわち、測定ヘッド１０にエアシリンダ５５〜７５を利用したモータ動力の補助機構５４〜７４を設けたので、どのような測定姿勢でも測定ヘッド１０のモータ駆動が安定する。従って、本実施形態のような複雑な動きをするロボットアーム２００に測定ヘッド１０を取り付ける場合であっても、測定ヘッド１０のプローブ駆動機構３０が測定姿勢の違いに基づく重力の影響を受けにくく、測定ヘッド１０の安定測定が実現した。

１０，１０Ａ測定ヘッド
２０プローブ
３０プローブ駆動装置
４０制御装置
５０，６０，７０第１〜第３スライド機構
５１，６１，７１第１〜第３スライダ
５２，６２第１，第２ガイド
５３，６３，７３第１〜第３モータ
５４，６４，７４第１〜第３補助機構
５５，６５，７５第１〜第３エアシリンダ（第１〜第３流体圧シリンダ）
５６，６６，７６第１〜第３電磁切換弁（第１〜第３流路切換手段）
５７，６７，７７第１〜第３自動調圧レギュレータ（第１〜第３流体圧変更手段）
８０姿勢検出器（姿勢検出手段）
１００門型の三次元測定機（移動装置）
２００ロボットアーム（移動装置）

Claims

第１測定軸用の第１スライダ、案内用の第１ガイド、及び、駆動用の第１モータと、
前記第１測定軸と平行でない第２測定軸用の第２スライダ、前記第１スライダに固定された案内用の第２ガイド、及び、駆動用の第２モータと、
前記第２スライダに保持されたワーク検知用のプローブと、
を備え、前記各スライダの移動に伴って前記プローブにワーク表面を検出させる測定ヘッドであって、
該測定ヘッドは、外部の任意の移動装置に前記第１ガイドを介して着脱可能であり、
前記第１スライダと前記第１ガイドを接続し前記第１測定軸方向に伸縮自在の第１流体圧シリンダと、
前記第２スライダと前記第２ガイドを接続し前記第２測定軸方向に伸縮自在の第２流体圧シリンダと、
該測定ヘッドの測定姿勢に応じて、前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダへ供給する流体の圧力を変更する第１流体圧変更手段および第２流体圧変更手段と、
を備えることを特徴とする測定ヘッド。
請求項１記載の測定ヘッドにおいて、さらに、該測定ヘッドの測定姿勢を検知する姿勢検出手段を備え、
前記各流体圧変更手段は、前記姿勢検出手段からの姿勢情報に基づいて前記流体の圧力を変更することを特徴とする測定ヘッド。
請求項１または２記載の測定ヘッドにおいて、
前記第２スライダと前記プローブの間に、前記第１測定軸および前記第２測定軸のいずれとも平行でない第３測定軸用の第３スライダと、前記第２スライダに固定された案内用の第３ガイドと、駆動用の第３モータとが設けられ、
前記プローブは、前記第３ガイドおよび前記第３スライダを介在して、前記第２スライダに保持され、
該測定ヘッドは、さらに、前記第３スライダと前記第３ガイドを接続し前記第３測定軸方向に伸縮自在の第３流体圧シリンダと、
該測定ヘッドの測定姿勢に応じて、前記第３流体圧シリンダへ供給する流体の圧力を変更する第３流体圧変更手段と、を備えることを特徴とする測定ヘッド。