JP2019168419A - 三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の測定の自由度が高い三次元測定装置を提供する。【解決手段】三次元測定装置１は、ワークＷが載置される回転テーブル１４と、回転テーブル１４に載置されたワークＷの三次元座標を測定するためのプローブ３０と、プローブ３０を支持した状態で回動可能な支持アーム４０と、第１軸Ｃ２周りに支持アーム４０を回転させるアーム駆動部と、第１軸と直交する第２軸Ｃ１周りに回転テーブル１４を回転させるテーブル駆動部と、ワークＷに対してプローブ３０が相対移動するようにアーム駆動部及びテーブル駆動部を動作させて、プローブ３０によってワークＷの三次元座標を測定する制御部７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プローブで被測定物を測定する三次元測定装置に関する。

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、載置台に載置された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）。特許文献１に記載の三次元測定装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ移動する移動部材で構成された移動機構を有する、いわゆる門型の測定装置であり、移動機構によってプローブを移動させる。

実開昭５０−２２０４９号公報

しかし、門型の三次元測定装置の場合には、複数の移動部材を連結した移動機構の構造上、被測定物を測定する測定空間が限定されやすく、測定できる被測定物の大きさや形状に制約が出る。また、門型の三次元測定装置の場合には、移動機構の構造が複雑となるため、装置が大型化しやすい。

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、被測定物の測定の自由度が高い三次元測定装置を提供することを目的とする。

本発明の一の態様においては、被測定物が載置される載置台と、前記載置台に載置された前記被測定物の三次元座標を測定するためのプローブと、前記プローブを支持した状態で回動可能な支持体と、第１軸周りに前記載置台又は前記支持体を回転させる第１駆動部と、前記第１軸と直交する第２軸周りに、前記載置台又は前記支持体を回転させる第２駆動部と、前記被測定物に対して前記プローブが相対移動するように前記第１駆動部及び前記第２駆動部を動作させて、前記プローブによって前記被測定物の前記三次元座標を測定する制御部と、を備える、三次元測定装置を提供する。

また、前記制御部は、前記第１駆動部によって前記支持体を前記第１軸周りに回転させ、かつ前記第２駆動部によって前記載置台を前記第２軸周りに回転させることとしてもよい。

また、前記制御部は、前記第１駆動部によって前記支持体を前記第１軸周りに回転させ、かつ前記第２駆動部によって前記支持体を前記第２軸周りに回転させることとしてもよい。

また、前記支持体は、複数のリンクが関節部を介して連結された支持アームであり、前記第１駆動部は、前記関節部を前記第１軸周りに回転させることとしてもよい。

また、前記第１駆動部は、前記支持アームの前記リンクを前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸周りに回転させることとしてもよい。

また、前記三次元測定装置は、前記載置台の周囲に環状に設けられ、前記支持アームを前記第２軸周りに回転可能に案内するガイド部を更に備え、前記制御部は、前記第２駆動部を動作させて、前記支持アームを前記ガイド部に沿って回転させることとしてもよい。

また、前記三次元測定装置は、前記支持アームとして、第１プローブを支持する第１支持アームと、前記第１プローブとは異なる第２プローブを支持する第２支持アームとを備え、前記制御部は、前記第１プローブ及び前記第２プローブによって前記被測定物の複数の部分を同時に測定させることとしてもよい。

また、前記三次元測定装置は、前記載置台の周囲に環状に設けられ、前記第１支持アーム及び前記第２支持アームを前記第２軸周りに回転可能に案内するガイド部を更に備え、前記制御部は、前記第２駆動部によって、前記第１支持アーム及び前記第２支持アームを前記ガイド部に沿って回転させることとしてもよい。

また、前記制御部は、前記プローブによる前記被測定物の測定後には、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を動作させて前記支持アームを前記載置台上から退避させる退避位置に位置させることとしてもよい。

また、前記載置台は、円形状のベースであることとしてもよい。

本発明によれば、被測定物の測定の自由度が高い三次元測定装置を実現できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。 回転テーブル１４及び支持アーム４０を回転させる駆動部を説明するためのブロック図である。 第２の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。 第３の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。 第４の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。 第５の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。

＜第１の実施形態＞
（三次元測定機の構成）
本発明の第１の実施形態に係る三次元測定装置１の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。図２は、回転テーブル１４及び支持アーム４０を回転させる駆動部を説明するためのブロック図である。

三次元測定装置１は、図１及び図２に示すように、載置台１０と、テーブル駆動部２０と、プローブ３０と、支持アーム４０と、アーム駆動部５０と、制御装置７０とを有する。三次元測定装置１は、詳細は後述するが、載置台１０上のワークＷとプローブ３０を移動させて、ワークＷの三次元座標を測定可能である。第１の実施形態では、アーム駆動部５０が第１駆動部に該当し、テーブル駆動部２０が第２駆動部に該当する。

載置台１０は、被測定物であるワークＷが載置される台である。載置台１０は、例えば円形状（すなわち円柱）に形成されている。載置台１０が円柱状であることにより、長方体である場合に比べて、載置台１０の設置スペースを小さくできる。載置台１０は、載置されたワークＷを回転軸Ｃ１周りに回転させ、任意の位置に制御できる構成となっている。載置台１０は、図１に示すように、土台部１２と、回転テーブル１４とを有する。

土台部１２は、円形状に形成されている。土台部１２は、回転テーブル１４を回転可能に支える部分である。
回転テーブル１４には、ワークＷが載置される。回転テーブル１４は、土台部１２と同様に、円形状に形成されている。回転テーブル１４の直径は、土台部１２の直径よりも小さい。

テーブル駆動部２０は、回転テーブル１４を回転軸Ｃ１（第２軸に該当する）周りに回転させる機能を有する。テーブル駆動部２０は、例えばモータ等の駆動源を有する。テーブル駆動部２０は、駆動源が発生した駆動力によって回転テーブル１４を回転軸Ｃ１周りに回転させる。このように回転テーブル１４が回転することで、ワークＷの位置が調整される。

プローブ３０は、載置台１０（具体的には、回転テーブル１４）に載置されたワークＷの三次元座標を測定するための測定子である。プローブ３０は、支持アーム４０の先端に支持されている。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。

支持アーム４０は、プローブ３０を支持した状態で回動可能な支持体である。支持アーム４０は、複数のリンクが関節部を介して連結されたアーム機構である。支持アーム４０は、図１に示すように、支柱４１と、第１関節部４２と、第１リンク４３と、第２関節部４４と、第２リンク４５と、ヘッド部４６とを有する。

支柱４１は、支持アーム４０の土台部である。支柱４１は、載置台１０の周囲に配置されている。
第１関節部４２は、回転軸Ｃ２（図１の紙面と直交する軸）周りに回転可能に、支柱４１に支持されている。

第１リンク４３は、長手方向の一端側にて第１関節部４２に連結され、長手方向の他端側にて第２関節部４４に連結されている。第１リンク４３は、第１関節部４２の図１に示す矢印方向の回転に連動して回動する。
第２関節部４４は、回転軸Ｃ３（図１の紙面と直交する軸）周りに回転可能である。回転軸Ｃ３は、ここでは回転軸Ｃ２と平行である。

第２リンク４５は、長手方向の一端側にて第２関節部４４に連結され、長手方向の他端側にてヘッド部４６に連結されている。第２リンク４５は、第２関節部４４の図１に示す矢印方向の回転に連動して回動する。
ヘッド部４６は、プローブ３０を支持している。

アーム駆動部５０は、プローブ３０を支持した支持アーム４０を回動させる機能を有する。アーム駆動部５０は、例えばモータ等の駆動源を有する。アーム駆動部５０は、駆動源が発生した駆動力によって第１関節部４２及び第２関節部４４を、回転軸Ｃ２、Ｃ３周りに回転させる。すなわち、第１リンク４３及び第２リンク４５が、それぞれ回転軸Ｃ２、Ｃ３周りに回転する。これにより、プローブ３０の位置が調整される。

制御装置７０は、三次元測定装置１の動作を制御する。制御装置７０は、プローブ３０の移動制御や、プローブ３０の測定結果に基づいたワークＷの形状解析等の演算処理を実行する。制御装置７０は、図２に示すように、記憶部７２と、制御部７４とを有する。

記憶部７２は、制御部７４が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。
制御部７４は、記憶部７２に記憶されたプログラムを実行することにより、三次元測定装置１の動作を制御する。

制御部７４は、プローブ３０によってワークＷを測定する際に、テーブル駆動部２０及びアーム駆動部５０を動作させる。例えば、制御部７４は、載置台１０の回転テーブル１４上のワークＷに対してプローブ３０が相対移動するようにテーブル駆動部２０及びアーム駆動部５０を動作させて、プローブ３０によって回転テーブル１４上のワークＷの三次元座標を測定する。

制御部７４は、テーブル駆動部２０によって、ワークＷが載置された回転テーブル１４を回転軸Ｃ１周りに回転させる。また、制御部７４は、アーム駆動部５０によって、支持アーム４０を回転軸Ｃ２、Ｃ３周りに回転させる。具体的には、制御部７４は、アーム駆動部５０によって、第１関節部４２及び第２関節部４４を回転軸Ｃ２、Ｃ３周りに回転させることで、第１リンク４３及び第２リンク４５を回転軸Ｃ２、Ｃ３周りに回転させる。

制御部７４は、プローブ３０によるワークＷの測定後には、アーム駆動部５０を動作させて、支持アーム４０を回転テーブル１４上から退避させる退避位置に位置させる。退避位置は、例えば支持アーム４０全体が回転テーブル１４上の測定空間外に位置する位置である。制御部７４は、支持アーム４０を退避位置に位置させる際に、第１リンク４３及び第２リンク４５を折り畳んでもよい。これにより、退避位置に位置する支持アーム４０の占有スペースを小さくできる。上記のように支持アーム４０を退避位置に位置させることで、ワークＷの測定後にワークＷを取り出しやすくなる。なお、制御部７４は、支持アーム４０を退避位置に位置させる際に、ワークＷを取り出しやすい位置に回転テーブル１４を回転させてもよい。

（第１の実施形態における効果）
第１の実施形態の三次元測定装置１は、ワークＷが載置された回転テーブル１４を回転させるテーブル駆動部２０と、プローブ３０を支持する支持アーム４０を回動させるアーム駆動部５０とを有する。そして、三次元測定装置１は、ワークＷに対してプローブ３０が相対移動するようにテーブル駆動部２０及びアーム駆動部５０を動作させて、プローブ３０によってワークＷの三次元座標を測定する。
これにより、回動可能な支持アーム４０がプローブ３０を移動させることで、回転テーブル１４上の測定空間の様々な位置にプローブ３０を移動させやすくなる。特に測定空間を跨るような門型の移動機構を用いると、ワークＷを載置できる空間に制約が生じやすいが、本実施形態のような支持アーム４０を用いると測定空間を有効に活用できる。
また、ワークＷが載置された回転テーブル１４を回転させることで、例えばプローブ３０を移動させなくても、ワークＷの三次元座標を測定できる。例えば、ワークＷの形状が複雑でプローブ３０を移動させ難い箇所を測定する場合には、ワークＷが支持された回転テーブル１４を回転させることで、プローブ３０による測定を行いやすくなる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。

第２の実施形態では、第１の実施形態に対して、支持アーム４０の第２リンク４５及びヘッド部４６の構成が異なる。第２の実施形態の第２リンク４５及びヘッド部４６以外の他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

第２リンク４５は、図３に示すように、第２リンク４５の軸方向と平行な回転軸Ｃ４周りに回転可能である。このように第２リンク４５が回転軸Ｃ４周りに回転することで、第１の実施形態に比べてプローブ３０の向きを調整しやすくなる。

ヘッド部４６は、図３に示すように、回転軸Ｃ５（図３の紙面と直交する軸）周りに回転可能である。ヘッド部４６に支持されたプローブ３０は、ヘッド部４６の回転に連動して回動する。これにより、プローブ３０の向きを更に調整しやすくなる。回転軸Ｃ５は、ここでは回転軸Ｃ３と平行である。

第２リンク４５及びヘッド部４６の回転は、制御装置７０の指示を受けたアーム駆動部５０（図２）によって行われる。これにより、アーム駆動部５０は、支持アーム４０の支持されたプローブ３０をワークＷに対して様々な向きに調整できる。

＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。

第３の実施形態では、支持アーム４０全体が載置台１０の周囲を回転できる点で、第２の実施形態とは異なる。また、第３の実施形態のテーブル１６は、第２の実施形態の回転テーブル１４とは異なり、回転せず土台部１２に固定されている。

第３の実施形態では、図４に示すガイド部６０が設けられている。ガイド部６０は、載置台１０の土台部１２の周囲に環状に、あるいは円弧状に設けられている。ガイド部６０は、支持アーム４０を回転軸Ｃ１周りに回転可能に案内する。

支持アーム４０には、図３に示す支柱４１及び第１関節部４２に代えて、移動部４８が設けられている。第１リンク４３の長手方向の一端側は、移動部４８に連結されている。移動部４８がガイド部６０に沿って移動することで、支持アーム４０全体が回転軸Ｃ１周りに回転する。

移動部４８の回転軸Ｃ１周りの回転は、制御装置７０の指示を受けたアーム駆動部５０（図２）によって行われる。このため、第３の実施形態では、アーム駆動部５０が、第１駆動部及び第２駆動部として機能する。なお、第３の実施形態で説明を省略した構成は、図３の第２の実施形態と同様である。

第３の実施形態では、テーブル１６を固定する一方で、支持アーム４０を回転軸Ｃ１周りに回転させることで、回転テーブル１４を回転軸Ｃ１周りに回転させる第２の実施形態と同様に、プローブ３０によるワークＷの測定の自由度が高まる。

なお、上記では、載置台１０のテーブル１６が土台部１２に固定されていることとしたが、これに限定されない。例えば、テーブル１６が、図１に示す回転テーブル１４と同様に、回転軸Ｃ１周りに回転してもよい。
また、支持アーム４０のヘッド部４６は、第２の実施形態と同様に、回転軸Ｃ５（図４参照）周りに回転可能な構成であってもよい。

＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。

第４の実施形態の三次元測定装置１は、図５に示す２つのプローブ３０Ａ、３０Ｂ及び２つの支持アーム４０Ａ、４０Ｂを有する点で、第３の実施形態と異なる。プローブ３０Ａ、３０Ｂ及び支持アーム４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ第３の実施形態のプローブ３０及び支持アーム４０と同じ構成である。第４の実施形態では、プローブ３０Ａが第１プローブに該当し、プローブ３０Ｂが第２プローブに該当する。また、支持アーム４０Ａが第１支持アームに該当し、支持アーム４０Ｂが第２支持アームに該当する。

２つのプローブ３０Ａ、３０Ｂは、載置台１０のテーブル１６上のワークＷを測定する。例えば、プローブ３０Ａ、３０Ｂは、ワークＷの複数の部分を同時に測定する。これにより、一つのプローブによってワークＷを測定する場合に比べて、ワークＷの測定時間を短くできる。

２つの支持アーム４０Ａ、４０Ｂは、載置台１０の周囲に環状に設けられたガイド部６０によって、回転軸Ｃ１周りに回転する。支持アーム４０Ａ、４０Ｂは、例えば周方向において１８０度離れて配置されている。

制御装置７０は、アーム駆動部５０（図１）を動作させて、支持アーム４０Ａ、４０Ｂをガイド部６０に沿って回転させる。支持アーム４０Ａ、４０Ｂの回転方向は、ワークＷの測定位置に応じて同じ方向であってもよいし、反対方向であってもよい。このように支持アーム４０Ａ、４０Ｂを回転させることで、プローブ３０Ａ、３０Ｂが迅速にワークＷを測定することができる。

第４の実施形態では、支持アーム４０Ａと支持アーム４０Ｂを同時に制御することにより、ワークＷの測定作業を短時間で実施できる。
また、第４の実施形態では、２つの支持アーム４０Ａ、４０Ｂを設けることで、支持アーム４０Ａと支持アーム４０Ｂの各々のアーム長を、第１〜第３の実施形態で説明した支持アーム４０のアーム長よりも短くすることができる。これにより、装置全体の小型化が可能となる。

なお、図５では、支持アーム４０Ａと支持アーム４０Ｂが同じ大きさで示されているが、これに限定されず、支持アーム４０Ａと支持アーム４０Ｂが異なる大きさであってもよい。例えば、支持アーム４０Ａのアーム長に対して、支持アーム４０Ｂのアーム長よりも小さくしてもよい。この場合には、支持アーム４０ＡによってワークＷの外形寸法を測定し、支持アーム４０ＢによってワークＷの微細な寸法を測定してもよい。

また、図５では、プローブ３０Ａ、３０Ｂが同じ種類（具体的には、接触式プローブ）であるように示したが、これに限定されない。例えば、プローブ３０Ａが接触式プローブで、プローブ３０Ｂが非接触プローブであってもよい。

また、上記では、支持アーム４０Ａ及び支持アーム４０Ｂが、ガイド部６０によって回転可能に案内されていることとしたが、これに限定されない。例えば、支持アーム４０Ａがガイド部６０によって回転可能に案内され、支持アーム４０Ｂが第１の実施形態で説明した支柱４１（図１）に支えられていてもよい。

＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態に係る三次元測定装置１の構成を説明するための模式図である。

第５の実施形態に係る三次元測定装置１は、第１の実施形態で説明した支持アーム４０に代えて、支持機構９０を有する。支持機構９０は、図６に示すように、支柱９２と、連結部９４と、移動部９５と、ラム軸９６と、ヘッド部９７とを有する。なお、載置台１０の構成は、第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

支柱９２は、載置台１０の外側に上下方向に沿って配置されている。支柱９２の上部９２ａは、支柱９２の軸方向の周りに回転可能である。連結部９４は、梁状に設けられており、支柱９２の上部９２ａに連結されている。連結部９４は、上部９２ａの回転に連動して回動する。移動部９５は、連結部９４の長手方向に沿って移動する。ラム軸９６は、移動部９５に対して上下方向に移動可能である。ヘッド部９７は、ラム軸９６の先端に設けられ、プローブ３０を支持する。

第５の実施形態でも、ワークＷが載置された回転テーブル１４とプローブ３０を移動させることで、プローブ３０によるワークＷの測定の自由度が高まる。

上述した実施形態では、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、回転テーブル１４が円形状（円柱）であることとしたが、これに限定されない。例えば、回転テーブル１４が多角形状であってもよい。

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 載置台
１４ 回転テーブル
２０ テーブル駆動部
３０、３０Ａ、３０Ｂ プローブ
４０、４０Ａ、４０Ｂ 支持アーム
４２ 第１関節部
４３ 第１リンク
４４ 第２関節部
４５ 第２リンク
４６ ヘッド部
５０ アーム駆動部
７４ 制御部
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. 被測定物が載置される載置台と、
   前記載置台に載置された前記被測定物の三次元座標を測定するためのプローブと、
   前記プローブを支持した状態で回動可能な支持体と、
   第１軸周りに前記載置台又は前記支持体を回転させる第１駆動部と、
   前記第１軸と直交する第２軸周りに、前記載置台又は前記支持体を回転させる第２駆動部と、
   前記被測定物に対して前記プローブが相対移動するように前記第１駆動部及び前記第２駆動部を動作させて、前記プローブによって前記被測定物の前記三次元座標を測定する制御部と、
   を備える、三次元測定装置。
2. 前記制御部は、前記第１駆動部によって前記支持体を前記第１軸周りに回転させ、かつ前記第２駆動部によって前記載置台を前記第２軸周りに回転させる、
   請求項１に記載の三次元測定装置。
3. 前記制御部は、前記第１駆動部によって前記支持体を前記第１軸周りに回転させ、かつ前記第２駆動部によって前記支持体を前記第２軸周りに回転させる、
   請求項１に記載の三次元測定装置。
4. 前記支持体は、複数のリンクが関節部を介して連結された支持アームであり、
   前記第１駆動部は、前記関節部を前記第１軸周りに回転させる、
   請求項１に記載の三次元測定装置。
5. 前記第１駆動部は、前記支持アームの前記リンクを前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸周りに回転させる、
   請求項４に記載の三次元測定装置。
6. 前記載置台の周囲に環状に設けられ、前記支持アームを前記第２軸周りに回転可能に案内するガイド部を更に備え、
   前記制御部は、前記第２駆動部を動作させて、前記支持アームを前記ガイド部に沿って回転させる、
   請求項５に記載の三次元測定装置。
7. 前記支持アームとして、第１プローブを支持する第１支持アームと、前記第１プローブとは異なる第２プローブを支持する第２支持アームとを備え、
   前記制御部は、前記第１プローブ及び前記第２プローブによって前記被測定物の複数の部分を同時に測定させる、
   請求項４から６のいずれか１項に記載の三次元測定装置。
8. 前記載置台の周囲に環状に設けられ、前記第１支持アーム及び前記第２支持アームを前記第２軸周りに回転可能に案内するガイド部を更に備え、
   前記制御部は、前記第２駆動部によって、前記第１支持アーム及び前記第２支持アームを前記ガイド部に沿って回転させる、
   請求項７に記載の三次元測定装置。
9. 前記制御部は、前記プローブによる前記被測定物の測定後には、前記第１駆動部及び前記第２駆動部を動作させて前記支持アームを前記載置台上から退避させる退避位置に位置させる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の三次元測定装置。
10. 前記載置台は、円形状のベースである、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の三次元測定装置。
    

Images