JP2019158706A - 測定装置のベース - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化しつつ強度の低下を抑制できる測定装置のベースを提供する。【解決手段】ワークＷをプローブ３０で測定する三次元測定装置１のベース１０は、ワークＷが載置される載置部１２と、載置部１２の側面側に設置され、プローブ３０を支持するコラム２２を移動方向に移動可能に案内する案内部１４と、を備える。案内部１４の移動方向の案内部一端及び案内部他端は、載置部１２の移動方向の載置部一端及び載置部他端よりも外側へ延在している。【選択図】図１

Description

本発明は、プローブで被測定物を測定する測定装置のベースに関する。

測定装置として、例えば直交する三軸方向にプローブを移動させて、ベース上の被測定物の座標等を測定する三次元測定装置が利用されている（特許文献１参照）。ベースは、被測定物が載置される載置部と、プローブを支持した状態で移動する移動機構を案内する案内部とが一体構成となっている。

特許第５４８６４１６号公報

上記のベースは、例えば石材から成っており、石材を載置部及び案内部に対応する形状に削ることで形成されている。上記のベースでは強度が必要であるため、ベースが厚く作られ、この結果、ベースは、大きく、かつ重い。これにより、ベースに使用する石材の体積が増大し、コストアップの要因となる。
一方で、ベースを軽量化しようとすると、ベースの強度が低下してしまい、例えば案内部が移動機構を適切に案内できない恐れがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、軽量化しつつ強度の低下を抑制できる測定装置のベースを実現することを目的とする。

本発明の一の態様においては、被測定物をプローブで測定する測定装置のベースであって、前記被測定物が載置される載置部と、前記載置部の側面側に設置され、前記プローブを支持する支持体を移動方向に移動可能に案内する案内部と、を備え、前記案内部の前記移動方向の案内部両端は、前記載置部の前記移動方向の載置部両端よりも外側へ延在している、測定装置のベースを提供する。

また、前記支持体の前記移動方向における移動可能位置は、前記移動方向において前記支持体の端部が前記載置部両端よりも外側に位置する位置も含むこととしてもよい。

また、前記案内部両端は、前記載置部両端から前記支持体の前記移動方向における幅の大きさの１／２以上で、かつ前記支持体の前記幅の大きさよりも小さいように、外方へ延在していることとしてもよい。

また、前記案内部の上面は、前記載置部の前記被測定物が載置される載置面よりも上方に位置していることとしてもよい。

また、前記案内部の前記上面とは反対側の案内部底面は、前記載置部の前記載置面とは反対側の載置部底面と同一面上に位置していることとしてもよい。

また、前記案内部及び前記載置部は、それぞれ直方体形状を成しており、前記載置部の厚さは、前記案内部の厚さより小さいこととしてもよい。

また、前記案内部及び前記載置部は、異なる材料から成り、前記載置部の材料の剛性は、前記案内部の材料の剛性よりも低いこととしてもよい。

また、前記案内部及び前記載置部は、同じ材料から成り、前記案内部は中実構造であり、前記載置部は中空構造であることとしてもよい。

本発明によれば、軽量化しつつ強度の低下を抑制できる測定装置のベースを実現できるという効果を奏する。

本発明の一の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を示す斜視図である。 図１のベース１０を上方から見た模式図である。 図１のベース１０を前方から見た模式図である。 コラム２２の移動可能範囲を説明するための模式図である。 載置部１２と測定空間との関係を説明するための模式図である。 比較例に係るベース１１０が示されている。

＜三次元測定装置の構成＞
本発明の一の実施形態に係るベースが搭載された測定装置である三次元測定装置の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、一の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を示す斜視図である。三次元測定装置１は、図１に示すように、ベース１０と、移動機構２０と、プローブ３０とを有する。三次元測定装置１は、ベース１０に載置された被測定物であるワークＷを、移動機構２０によって移動するプローブ３０によって測定する。

ベース１０は、三次元測定装置１の定盤であり、載置部１２と、案内部１４とを有する。詳細は後述するが、載置部１２と案内部１４は、互いに別部品であり、例えばネジ等の締結部材によって固定されている。

載置部１２は、直方体の形状になっており、ワークＷが載置される部分である。具体的には、載置部１２の上面である載置面１２ａにワークＷが載置される。平坦な面である載置面１２ａの上方の空間が、プローブ３０がワークＷを測定する測定空間を成している。

案内部１４は、直方体の形状になっており、移動機構２０（具体的には、コラム２２）の移動方向（図１のＹ軸方向）への移動を案内する。案内部１４の上面１４ａの長手方向は、Ｙ軸方向に沿っている。

移動機構２０は、ベース１０上に設けられており、プローブ３０を測定空間内で移動させる機構である。移動機構２０は、プローブ３０を保持した状態で、測定空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させる。移動機構２０は、コラム２２と、ビーム２３と、スライダ２４と、ラム２５とを有する。

コラム２２は、案内部１４の上面１４ａ上に設けられており、Ｙ軸方向に沿って移動可能である。コラム２２は、空気軸受けであるエアパッド４０（図２、図３参照）によって、Ｙ軸方向に移動する。コラム２２は、例えば案内部１４に設けられた駆動源からの駆動力を受けて移動する。

ビーム２３は、Ｘ軸方向に延びるように設けられており、コラム２２と共にＹ軸方向に移動する。ビーム２３の長手方向の一端側は、コラム２２に支持されており、ビーム２３の長手方向の他端側は、支柱２６に支持されている。支柱２６は、載置面１２ａ上に設けられており、コラム２２と共にＹ軸方向に移動する。

スライダ２４は、ビーム２３に支持されており、ビーム２３上をＸ軸方向に沿って移動可能である。
ラム２５は、スライダ２４の内部に挿通されており、スライダ２４と共にＸ軸方向に移動する。また、ラム２５は、スライダ２４内をＺ軸方向に沿って移動可能である。

プローブ３０は、載置面１２ａに載置されたワークＷを測定するための測定子である。例えば、プローブ３０は、ワークＷに接触しながら移動することで、ワークＷの三次元位置を倣い測定する。

＜ベース１０の詳細構成＞
前述したように、ベース１０の載置部１２及び案内部１４は、それぞれ別部品となっている。以下では、載置部１２と案内部１４の詳細構成について、図２〜図５を参照しながら説明する。

図２は、図１のベース１０を上方から見た模式図である。図３は、図１のベース１０を前方から見た模式図である。図４は、コラム２２の移動可能範囲を説明するための模式図である。図５は、載置部１２と測定空間との関係を説明するための模式図である。なお、図４及び図５のコラム２２は、説明の便宜上、図２及び図３のコラム２２よりも小さく示されている。

載置部１２及び案内部１４は、それぞれ直方体の形状を成している（図１参照）。
案内部１４と載置部１２は、載置部１２の側面１２ｅ（図１のＹ軸方向に沿った側面）を接触面として連結されている。例えば、案内部１４は、載置部１２の側面１２ｅにネジ等によって固定されている。

図２に示すように、案内部１４の長手方向（図２のＹ軸方向）の長さＬ２が、載置部１２のＹ軸方向の長さＬ１より大きい。具体的には、案内部１４のＹ軸方向の案内部両端（すなわち、案内部一端１４ｃ及び案内部他端１４ｄ）は、それぞれ載置部１２のＹ軸方向の載置部両端（すなわち、載置部一端１２ｃ及び載置部他端１２ｄ）よりも外側へ延在している。

例えば、案内部一端１４ｃ及び案内部他端１４ｄは、それぞれ載置部一端１２ｃ及び載置部他端１２ｄからコラム２２の幅Ｌ３の大きさの１／２以上で、かつコラム２２の幅Ｌ３の大きさよりも小さいように、それぞれ外方へ延在している。なお、Ｙ軸方向において案内部一端１４ｃと載置部一端１２ｃの間の距離は、案内部他端１４ｄと載置部他端１２ｄの間の距離と同じ大きさである。ただし、これに限定されず、２つの距離が異なる大きさであってもよい。

本実施形態では、載置部１２の長さＬ１が案内部１４の長さＬ２よりも小さくなるように、載置面１２ａの面積を小さくしている。具体的には、図５に示すように、ハッチングで示す領域Ｓの部分だけ、載置面１２ａの面積を小さくしている。このように載置面１２ａが小さくなることで、作業者は、ワークＷの載置面１２ａへの搬入や、載置面１２ａからの搬出を行いやすくなる。また、作業者は、手作業でプローブ３０を交換しやすくなる。また、載置面１２ａの面積が小さくなることで、載置部１２が小型化されるので、載置部１２の重量を小さくできる。さらに、載置面１２ａの面積が小さくなった分だけ、ベース１０の設置面積を縮小することが可能となる。
また、案内部１４と載置部１２が連結した構造を一つの石材から切り出そうとすると、非常に多くの部分を削り落とす必要があるが、本実施形態のように案内部１４と載置部１２を組立式にしたことにより、石材から削り落とす必要がなくなる。これにより、案内部１４と載置部１２の加工コストを削減できる。

案内部１４の上面１４ａとは反対側の案内部底面１４ｂは、図３に示すように、載置部１２の載置面１２ａとは反対側の載置部底面１２ｂと同一面上に位置する。これにより、案内部１４及び載置部１２の側面同士を連結することで、ベース１０が構成されることになる。

載置部１２の厚さ（図１に示す長さＨ１）は、案内部１４の厚さ（長さＨ２）よりも小さい。例えば、載置部１２の長さＨ１は、案内部１４の長さＨ２の２／３以下の大きさである。これにより、載置部１２の重量を小さくできるので、ベース１０全体の重量も小さくすることができる。一方で、案内部１４の長さＨ２を大きくしていることで、案内部１４の強度低下を抑制できる。

案内部１４及び載置部１２は、それぞれ異なる材料から成ってもよい。例えば、案内部１４が高剛性材料から成り、載置部１２が重量の軽い材料から成る。この場合、載置部１２の材料の剛性は、案内部１４の材料の剛性よりも低い。これにより、案内部１４の強度を確保しつつ、載置部１２を軽量化しやすくなる。すなわち、案内部１４及び載置部１２を単一材料にする場合に比べて、ベース１０全体の重量を軽量化しやすくなる。

案内部１４の上面１４ａは、図３に示すように、載置部１２の載置面１２ａよりも上方に位置している。これにより、高さ方向（図１のＺ軸方向）において上面１４ａと移動機構２０のビーム２３の間の距離が短くなるので、その間に配置されるコラム２２の高さ方向の長さ（長さＨ３）が小さくなる。この結果、コラム２２のねじれ剛性が向上し、駆動源によってコラム２２を移動させる際の高加減速での制御が可能となる。また、コラム２２の剛性が高まるため、コラム２２を支持する４つのエアパッド４０（図２）同士の間隔を短くすることが可能となる。上面１４ａの長さは、エアパッド４０の設置位置によって決まるが、４つのエアパッド４０同士の間隔を短くすることで、上面１４ａの長さＬ２を短くすることが可能となる。

また、コラム２２の長さＨ３が小さくなることで、コラム２２が軽量化される。これにより、コラム２２を移動させる駆動源であるモータの駆動力を小さくできるので、モータの消費電力を抑制できる。この結果、駆動源として小型モータを採用できるので、駆動源のコストダウンを図れる。

さらに、コラム２２の長さＨ３が小さくなることで、コラム２２の体積も小さくなる。例えばコラム２２が鋳物である場合には、コラム２２の体積を小さくすることで、鋳型に流し込む湯（溶けた金属）の量を少なくでき、この結果、コラム２２の製造コストを削減できる。

上述したベース１０に対して、コラム２２のＹ軸方向における移動可能位置は、図４に示すように、Ｙ軸方向においてコラム２２の端部が載置部一端１２ｃ及び載置部他端１２ｄよりも外側に位置する位置も含む。図４（ａ）に示す位置が、Ｙ軸方向においてコラム２２が測定する際に最も一端側に位置する位置であり、図４（ｂ）に示す位置が、Ｙ軸方向においてコラム２２が測定する際に最も他端側に位置する位置である。コラム２２の移動可能位置は、載置面１２ａ全体を無駄なく測定空間として利用できる位置である。これにより、載置面１２ａにおいて測定空間として利用しないデッドスペースの発生を防止できる。

なお、上記では、案内部１４及び載置部１２が異なる材料から成ることとしたが、これに限定されない。例えば、案内部１４及び載置部１２は、同じ材料から成ってもよい。この場合に、案内部１４が中実構造であり、載置部１２が中空構造であってもよい。これにより、案内部１４の強度を確保しつつ、載置部１２を軽量化しやすくなる。なお、案内部１４及び載置部１２は、中空構造（例えば、ハニカム構造）であってもよい。これにより、軽量化しつつ強度を高くすることが可能となる。

＜本実施形態における効果＞
上述した三次元測定装置１のベース１０においては、ワークＷが載置される載置部１２と、コラム２２の移動方向（図１のＹ軸方向）への移動を案内する案内部１４とが、別部品となっている。そして、案内部１４の移動方向の案内部両端（案内部一端１４ｃ及び案内部他端１４ｄ）は、載置部１２の移動方向の載置部両端（載置部一端１２ｃ及び載置部他端１２ｄ）よりも外方へ延在している。
これにより、Ｙ軸方向において載置部１２の長さＬ１が案内部１４の長さＬ２よりも小さくなるので、載置部１２を小型化できる。この結果、ベース１０全体の重量を軽量化することができる。

また、本実施形態では、載置部１２の高さ方向の長さＨ１が案内部１４の高さ方向の長さＨ２よりも小さくなっている。すなわち、載置部１２を案内部１４よりも薄くすることで、載置部１２の重量を小さくしつつ、案内部１４の強度の低下を抑制できる。この結果、ベース１０を軽量化しつつ強度の低下を有効に抑制できる。

ここで、図６に示す比較例と対比して、更に説明する。
図６は、比較例に係るベース１１０が示されている。ベース１１０は、単一材料から形成されており、載置部１１２と案内部１１４とが一体となっている。また、載置部１１２と案内部１１４の間には、前述した移動機構２０を案内しやすくするために、溝部１１６が形成されている。ベース１１０は、例えば長方体の部品から溝部１１６を削ることで製造される。

比較例においては、Ｙ軸方向において載置部１１２の長さと案内部１１４の長さが、同じ大きさである。また、載置部１１２の載置面１１２ａと、案内部１１４の案内面１１４ａが同一面となっている。ベース１１０では、単一材料から成るため、案内部１１４の強度を確保しようとすると、ベース１１０の重量が大きくなる。一方で、ベース１１０の重量を小さくしようとすると、案内部１１４の厚みを小さくする必要が生じ、強度が低下してしまう。
これに対して、上述した本実施形態では、載置部１２と案内部１４を別部品化して大きさを変えることで、案内部１４の強度を確保しつつ、ベース１０の軽量化を実現している。

上記では、プローブ３０が、ワークＷに接触する接触式のプローブであることとしたが、これに限定されない。例えば、プローブ３０は、レーザやカメラ等の非接触式のプローブであってもよい。

また、上記では、移動機構２０は、直交三軸方向の各軸方向にプローブ３０を移動させることとしたが、これに限定されない。例えば、移動機構２０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいいずれか１つ又は２つの軸方向にプローブ３０を移動させてもよい。また、載置部１２に回転機構を設けて、ワークＷを回転させてもよい。

また、上記では、コラム２２はエアパッド４０によってＹ軸方向に移動することとしたが、これに限定されない。例えば、コラム２２はリニアガイドによってＹ軸方向に案内されることとしてもよい。

また、上記では、移動機構２０が図１に示すような門型の構造であることとしたが、これに限定されない。移動機構２０は、プローブ３０を支持した状態で移動できれば、他の構造であってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

１ 三次元測定装置
１０ ベース
１２ 載置部
１２ａ 載置面
１２ｂ 載置部底面
１２ｃ 載置部一端
１２ｄ 載置部他端
１２ｅ 側面
１４ 案内部
１４ａ 上面
１４ｂ 案内部底面
１４ｃ 案内部一端
１４ｄ 案内部他端
２２ コラム
３０ プローブ
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 被測定物をプローブで測定する測定装置のベースであって、
   前記被測定物が載置される載置部と、
   前記載置部の側面側に設置され、前記プローブを支持する支持体を移動方向に移動可能に案内する案内部と、
   を備え、
   前記案内部の前記移動方向の案内部両端は、前記載置部の前記移動方向の載置部両端よりも外側へ延在している、
   測定装置のベース。
2. 前記支持体の前記移動方向における移動可能位置は、前記移動方向において前記支持体の端部が前記載置部両端よりも外側に位置する位置も含む、
   請求項１に記載の測定装置のベース。
3. 前記案内部両端は、前記載置部両端から前記支持体の前記移動方向における幅の大きさの１／２以上で、かつ前記支持体の前記幅の大きさよりも小さいように、外方へ延在している、
   請求項１又は２に記載の測定装置のベース。
4. 前記案内部の上面は、前記載置部の前記被測定物が載置される載置面よりも上方に位置している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置のベース。
5. 前記案内部の前記上面とは反対側の案内部底面は、前記載置部の前記載置面とは反対側の載置部底面と同一面上に位置している、
   請求項４に記載の測定装置のベース。
6. 前記案内部及び前記載置部は、それぞれ直方体形状を成しており、
   前記載置部の厚さは、前記案内部の厚さより小さい、
   請求項４又は５に記載の測定装置のベース。
7. 前記案内部及び前記載置部は、異なる材料から成り、
   前記載置部の材料の剛性は、前記案内部の材料の剛性よりも低い、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置のベース。
8. 前記案内部及び前記載置部は、同じ材料から成り、
   前記案内部は中実構造であり、前記載置部は中空構造である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置のベース。
   

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