JP2022047558A - 寸法測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】大きく長さが異なる長尺のワークの寸法を高精度で測定し、且つ持ち運び可能な寸法測定器を提供する。
【解決手段】寸法測定器１０は、レーザーヘッド及び干渉ミラーを含むレーザー干渉計を目盛りとし、ワークＷに沿って反射鏡を移動させ配置されたワークＷの寸法を一方向のみ測定するものである。寸法測定器１０は、所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レール３０と、案内レール３０に移動可能に設けられ反射鏡２３を支持するキャリッジ４０と、キャリッジ４０に設けられワークＷとの接触を検知するプローブ機構５０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２０年３月１２日に地方独立行政法人岩手県工業技術センター ２０２０年３月１２日付プレスリリースＲ１－０２４ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｐｒｅｆ．ｉｗａｔｅ．ｊｐ／～ｋｉｒｉ／ｉｎｆｏ／ｐｒｅｓｓｒｅｌｅａｓｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌにて発表 ２０２０年５月１９日に盛岡タイムス２０２０年５月１９日付朝刊、第１面にて発表 ２０２０年７月２０日に地方独立行政法人岩手県工業技術センター ２０２０年７月２０日付技術情報Ｎｏ．４０（２０２０．７） ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｐｒｅｆ．ｉｗａｔｅ．ｊｐ／～ｋｉｒｉ／ｉｎｆｏ／ｔｅｃｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌにて発表 ２０２０年７月３１日に地方独立行政法人岩手県工業技術センター ２０２０年７月３１日付最新成果集２０２０（令和２年度） ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｐｒｅｆ．ｉｗａｔｅ．ｊｐ／～ｋｉｒｉ／ｓｔｕｄｙ／ｎｅｗｒｅｐｏｒｔ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌにて発表

本発明は、光学式寸法測定器、特にレーザー干渉計を用いた高精度の寸法測定器に関する。

一般的に、長大寸法を測定する装置としては、３次元測定機であるガントリー型接触式３次元座標測定機が知られている。これは、定盤上に載置したワーク（被測定物）に対してプローブを、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元方向へ相対移動させるとともに、ワークに接触させて送り軸方向の座標値を読みとり、コンピュータにより寸法や形状を計測するものである。ところで、ワークには３次元測定機の設置場所に持ってくることができない長尺のものがあり、このような場合は３次元測定機をワークの方へ移動させる必要がある。しかし、このような３次元測定機は過大重量物のため、床基礎の上に固定した接地式となり測定機の移動ができない。

この点、移動させることが可能な測距器として、光やレーザーを使用して戻り時間や反射角度から長大距離を測定する測量などにも使用されている距離計があるが、このような距離計は誤差１ｍｍ程度の低い精度なうえ、ワークの起点をトリガとして測定することができないため高精度な一軸方向の寸法測定には適さない。この対策として、従来、長大寸法ワークの一軸方向の寸法測定するために、例えば、特許文献１に記載された光学式測長機が知られている。

特許文献１の光学式測長機は、本体ベース上にレーザー光源、干渉計部、反射ミラー、ベローズ駆動キャリッジ及び固定部が設けられている。ベローズ駆動キャリッジは、スライダに連動して移動する。また、ベローズ駆動キャリッジと固定部との間に主ベローズを配置し、反射ミラーとベローズ駆動キャリッジとの間に２重構造の副ベローズを配置し、干渉計部と固定部との間に２重構造の副ベローズを配置している。測長光路を真空とすることで屈折率の影響を防止し、また柔的な結合を可能とする副ベローズにより干渉計部及び反射ミラーを含むスライダのひずみが防止される。

干渉計部、反射ミラー及びレーザー光による測長光路を蛇腹で覆った剛性体の内部に設置して、その剛性体の内部を真空とする。一般的に、レーザー光波長の変動は、大気中の空気の温度や気圧、湿度、CO濃度の変動による屈折率の変化に起因するが、レーザー光による測長光路を真空中に配置することで、レーザー光波長の変動を抑制した高精度測長が行われる。

特開２０００－５５６１７号公報

ところで、特許文献１の光学式測長機では、本体ベース上に設置した蛇腹で覆った真空の円筒内部にレーザー光源、干渉計部、反射ミラーを設ける機構であり、これらの要素を直線状に配置することでレーザーアライメントが確立され、スケールとして使用することができる。直線状に配置するためにはそれらを支持する本体ベースには重量物を支えるだけの強固な剛性が要求され、キャリッジが走行する案内ガイドであるスライダには高い真直性が要求される。本体ベースやスライダは高剛性が必要とされてそれ自体が重量物となるため、光学式測長機は設置型となり可搬性は持ち得ない。

また、特許文献１の光学式測長機は、当初に測定可能な測定長さを決定し、装置設計を行って完成させる形態であるため、装置完成後に大きく長さが異なる長尺のワークの測定が必要になっても測定長さを延長することができない。

本発明は、以上の点に鑑み、大きく長さが異なる長尺のワークの寸法を高精度で測定し、且つ持ち運び可能な寸法測定器を提供することを課題とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の寸法測定器は、
レーザーヘッド及び干渉ミラーを含むレーザー干渉計を目盛りとし、ワークに沿って反射鏡を移動させ配置された前記ワークの寸法を一方向のみ測定する寸法測定器において、
所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レールと、
前記案内レールに移動可能に設けられ前記反射鏡を支持するキャリッジと、
前記キャリッジに設けられ前記ワークとの接触を検知するプローブ機構と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、寸法測定器は、所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レールに反射鏡を支持すると共にプローブ機構が設けられたキャリッジが設けられているので、案内レールを移動することで寸法測定器を持ち運ぶことができる。さらに、案内レールの長さを長尺のワークの長さに合わせたものを使用することで、大きく長さが異なる複数種類のワークの寸法を測定することができる。さらに、レーザー干渉計を目盛りとし、反射鏡を支持するキャリッジを案内レールに移動可能に設けたので、長尺のワークの寸法を高精度で測定することができる。このように、本発明の実施例に係る寸法測定器は、大きく長さが異なる長尺のワークの寸法を高精度で測定し、且つ持ち運んで移動させることができる。

［２］好ましくは、前記案内レールは、前記ワークに沿って配置された本体部と、前記本体部の端部に形成され前記本体部同士を接続する接続部と、を備えている。

かかる構成によれば、案内レールは接続部が形成された複数の本体部からなるので、長い案内レールを分割して容易に持ち運ぶことができる。さらに、案内レールは、本体部の端部に形成され本体部同士を接続する接続部を備えているので、接続部を介して複数の本体部を接続することで、案内レールの長さをワークの長さに応じて自由に変更することができる。

［３］好ましくは、前記案内レールの一端部には、前記干渉ミラーが設けられている。

かかる構成によれば、案内レールの一端部には干渉ミラーが設けられているので、案内レールに対する干渉ミラーを含むレーザー干渉計の位置決めを容易に行うことができる。

［４］好ましくは、前記キャリッジは、幅方向よりも前後方向が長い胴長に形成されていると共に、前記案内レールを摺動するすべり面を備えている。

かかる構成によれば、キャリッジは、幅方向よりも前後方向が長い胴長に形成されているので、案内レールに対するキャリッジのヨーイングを低減させることができる。さらに、案内レールを摺動するすべり面をキャリッジに備えているので、キャリッジを容易に移動させることができ、胴長にすることでキャリッジの案内レールに対する設置面積を増加させて移動時の安定性を向上させることができる。

［５］好ましくは、前記案内レールは、断面視で矩形状であり、レール上面と、前記レール上面に連続するレール横側面とを備え、
前記キャリッジは、断面視でＬ字状であり、前記レール上面に当接するキャリッジ本体部と、前記キャリッジ本体部に連続するとともに一方の前記レール横側面に当接する突き当て案内部と、を備えている。

かかる構成によれば、キャリッジは、断面視でＬ字状である。キャリッジ本体部をレール上面に当接させ、突き当て案内部を一方のレール横側面に当接させるので、案内レールに対するキャリッジのヨーイングをより低減させることができ、且つ、案内レールに対するキャリッジの幅方向の位置決めも容易に行うことができる。

［６］好ましくは、前記キャリッジは、前記付き当て案内部を一方の前記レール横側面に所定の力で当接させる加力機構を備え、
前記加力機構は、前記キャリッジ本体部の前記突き当て案内部とは反対側に揺動可能に設けられ側方へ突き出した加力ブロックと、前記加力ブロックの前記キャリッジ本体部側に設けられ前記加力ブロックの荷重によって他方の前記レール横側面に押し付けられる緩衝部材と、を備えている。

かかる構成によれば、キャリッジは、突き当て案内部を一方のレール横側面に所定の力で当接させる加力機構を備えているので、突き当て案内部が一方のレール横側面に当接させて、常に案内レールに対するキャリッジの幅方向の位置決めをすることができる。結果、案内レールに対するキャリッジのヨーイングをより低減させることができる。さらに、加力機構は、突き当て案内部とは反対側に揺動可能に設けられ側方へ突き出した加力ブロックと、加力ブロックの荷重によって他方のレール横側面に押し付けられる緩衝部材と、を備えているので、加力ブロックの荷重を利用した簡単な構成とすることができる。

［７］好ましくは、前記キャリッジは、前記案内レールに対する前記キャリッジの前後方向の位置を微調整する微動機構を備え、
前記微動機構は、前記案内レールに移動可能に設けられた移動ベースと、前記移動ベースに設けられ前記案内レールに前記移動ベースを固定可能なベース固定部と、前記移動ベースに設けられた軸受と、前記軸受に回転可能に設けられスラスト方向に移動制限された調整ボルトと、前記キャリッジに設けられ前記調整ボルトが螺合されるキャリッジ側固定ナットと、を備えている。

かかる構成によれば、キャリッジは、案内レールに対するキャリッジの前後方向の位置を微調整する微動機構を備えているので、案内レールに対するキャリッジの前後方向の位置決めの微調整を容易に行うことができる。さらに、微動機構は、移動ベースと、ベース固定部と、軸受と、スラスト方向に移動制限された調整ボルトと、キャリッジ側固定ナットと、を備えているので、簡単な構成とすることができる。

［８］好ましくは、前記案内レールは、幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚からなる２脚ジャッキ治具を長手方向に複数備えている。

かかる構成によれば、案内レールは、幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚ジャッキ治具を複数備えているので、案内レールの水平レベルを容易に調整することができ、案内レールを高真直度に保つことができる。

［９］好ましくは、前記案内レールは、所定の長さのＬ型アングルを立体的に組み立てた筐体に設置されている。

かかる構成によれば、筐体は、所定の長さのＬ型アングルからなるので、分解と組立を容易に行うことができる。結果、寸法測定器の移動を容易に行うことができる。

［１０］好ましくは、前記プローブ機構は、前記ワークへの接触を電気抵抗の変化を利用して検知する電気接点式タッチトリガプローブを備えている。

かかる構成によれば、プローブ機構に電気接点式タッチトリガプローブを備えることで、ワークに対するプローブの微妙な接触も検知して、測定精度を向上させることができる。

図１（ａ）は本発明に係る寸法測定器の斜視図である。図１（ｂ）は寸法測定器の側面図である。 図２（ａ）はレーザー干渉計及び案内レールの斜視図である。図２（ｂ）はレーザー干渉計の要部拡大斜視図である。 図３（ａ）は案内レールの分解斜視図である。図３（ｂ）は案内レールの正面図である。図３（ｃ）は案内レールの側面図である。 図４（ａ）接続プレートの正面図である。図４（ｂ）は接続プレートの背面図である。 図５（ａ）案内レールの下方からの斜視図である。図５（ｂ）は２脚ジャッキ治具の斜視図である。図５（ｃ）は２脚ジャッキ治具の平面図である。図５（ｄ）は２脚ジャッキ治具の正面図である。 キャリッジ移動機構の斜視図である。 図７（ａ）はキャリッジの平面図である。図７（ｂ）はキャリッジの正面図である。図７（ｃ）はキャリッジの底面図である。図７（ｄ）はキャリッジの右側面図である。 加力機構を模式的に示す説明図である。 図９（ａ）は加力ブロックの平面図である。図９（ｂ）は加力ブロックの正面図である。図９（ｃ）は加力ブロックの左側面図である。 干渉ミラーの斜視図である。 寸法測定器を模式的に示す説明図である。 レーザー光路を説明する図である。 図１３（ａ）は歪ゲージ式プローブの正面図である。図１３（ｂ）は歪ゲージ式プローブの底面図である。 歪ゲージ式プローブを用いた回路図である。 電気接点式プローブを用いた回路図である。 寸法測定器の制御フローを説明する図である。 図１７（ａ）は歪ゲージ式プローブのプロービング誤差σを示す図である。図１７（ｂ）は同一位置でのプロービング誤差を説明する図である。図１７（ｃ）は電気接点式プローブ等を用いたときのプロービング誤差σを示す図である。 図１８（ａ）は長尺ワーク測定時のロービング誤差σを示す図である。図１８（ｂ）ブロックゲージでの校正結果を示す図である。 電気接点式プローブを用いた寸法測定器の全体構成を説明する図である。 図２０（ａ）は確認実験の結果を示す図である。図２０（ｂ）は長尺ワークの測定結果を示す図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１（ａ）～図２（ｂ）に示すように、寸法測定器１０は、レーザーヘッド２１及び干渉ミラー２２を含むレーザー干渉計２０を目盛りとし、ワークＷに沿って反射鏡２３を移動させ、配置されたワークＷの寸法を一方向のみ測定するものである。

寸法測定器１０は、レーザーヘッド２１、干渉ミラー２２及び反射鏡２３を含むレーザー干渉計２０と、所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レール３０と、この案内レール３０に移動可能に設けられ反射鏡２３を支持するキャリッジ４０と、キャリッジ４０に設けられワークＷとの接触を検知するプローブ機構５０と、を備えている。

キャリッジ４０は、案内レール３０の横幅方向に力を加えてキャリッジ４０を案内レール３０の側面に当接させる加力機構６０と、案内レール３０に対するキャリッジ４０の前後方向の位置を微調整する微動機構７０と、を備えている。

案内レール３０は、所定の長さのＬ型アングル８１を立体的に組み立てた筐体８０に設置されている。筐体８０は複数のＬ型アングル８１がボルトで締結されており、箱状に組み立てたＬ型アングル８１にはベニヤ板８２が設けられている。これにより、筐体８０の捻じれを防止して、筐体全体の剛性を向上させることができる。さらに、Ｌ型アングル８１同士やベニヤ板８２をボルトで締結することで、組立、分解を容易に行うことができ、可搬性を向上させることができる。

具体的には、Ｌ型アングル８１（アングル材）は鋼材製かつＬ字形状のため曲げに強い特性を持つ。さらにボルトとＩ字形、Ｌ字形など各種補強板で連結できることで融通性の高い姿勢に組み上げることができる。筐体８０は、例えば、直方体型の箱状として１セルの大きさは長さ：幅：高さ＝4200：730：730mmとし、そこではアングル材2100mmが８本、3000mmが４本を使用している。長手方向にはアングル材2100mmの２本を補強材で連結して4200mmの梁を４本作製した。その4200mmの４本とアングル材3000mmから730mmずつ４本を切り出した計１６本の短支柱で筐体を組み上げた。アングル材の切り出し要点はアングル材3000mmの未加工部両端をＺ方向支柱８本に割り当てることであり、このことでＺ方向支柱のリブ穴の高さを同一に揃えることができる。さらに筐体８０の高剛性化を図るために厚さ12mmのベニヤ板８２を筋交として上面及び四方側面に取り付けている。

なお、ベニヤ板８２の厚さは、10mm、8mm等でもよく、Ｌ型アングル８１（アングル材）の長さも上記の２／３や半分の長さのものを使用してもよく、筐体８０を組み立てることができれば長さは適宜変更してもよい。さらに、筐体８０全体の大きさも、上記の２／３や半分のサイズとしてもよく、ワークＷの長さや、案内レール３０の長さや高さに合わせて適宜変更してもよい。

また、ワークＷは、持ち運び可能なワーク台９０に支持具９１を介して支持されている。寸法測定器１０は、キャリッジ４０を案内レール３０に移動可能に設けたことで、レーザー干渉計２０を目盛りとし、ワークＷに沿って反射鏡２３を移動させ、配置されたワークＷの寸法の一方向のみを測定することができる。

案内レール３０の一端部には、干渉ミラー２２が設けられている。案内レール３０は、幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚からなる２脚ジャッキ治具３１を長手方向に複数備えている。

次に案内レール３０について説明する。
図３（ａ）～図４（ｂ）に示すように、案内レール３０は、ワークＷに沿って配置された本体部３２と、本体部３２の端部に形成され本体部３２同士を接続する接続部３３と、を備えている。

また、案内レール３０の本体部３２は、断面視で矩形状であり、レール上面３４と、このレール上面３４に連続するレール横側面３５、３６と、これらのレール横側面３５、３６に連続するレール底面３７と、を備えている。レール上面３４、レール横側面３５、３６及びレール底面３７には、それぞれ長手方向に沿って断面視略Ｔ時状のＴ溝３８が形成されている。

具体的には、案内レール３０は、いわゆる光学レールである。案内レール３０（光学レール）は、断面視で中央部が大きく開口したトンネル形状が形成されている。例えば、案内レール３０は、アルミ材製95mm角型光学レールの長さ1500mmを２本、1000mmを１本の計３本を継ぎ足して全長4000mmとしている。３本の連結には連結プレート３９を案内レール３０のレール上面３４を除く３面に使用している。

連結プレート３９は、案内レール３０のＴ溝３８に嵌って移動可能なスロット３９ａを備えている。３本の案内レール３０を、床面を基準として倣わせ、連結プレート３９のスロット３９ａをＴ溝３８に嵌めて、手動でねじ３９ｂを均等加力することで、３本の案内レール３０が高い真直度で連結される。なお、実施例ではＴ溝３８としたが、これに限定されず、あり溝でもよく、溝に嵌った連結プレート３９のスロット３９ａが抜けなければ形状は問わない。

次に２脚ジャッキ治具３１について説明する。
図５（ａ）～図５（ｄ）に示すように、２脚ジャッキ治具３１は、案内レール３０を支持する支持板３１ａと、この支持板３１ａに幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚の脚部３１ｂと、足３１ｃとからなる。脚部３１ｂには、雄ねじが形成されており、脚部３１ｂを回転させることで、脚部３１ｂの長さが独立して調整される。

２脚ジャッキ治具３１を複数設置することにより、案内レール３０の走行方向及び直交方向で鉛直水準調整が可能となる。その結果、寸法測定器１０全域でレーザー干渉計２０のレーザーアライメントを確保することができる。

次にキャレッジ４０について説明する。
図６～図８に示すように、キャリッジ４０は、幅方向よりも前後方向が長い胴長に形成されていると共に、案内レール３０（図８参照）を摺動するすべり面４１を備えている。キャリッジ４０は、断面視でＬ字状であり、レール上面３４（図８参照）に当接するキャリッジ本体部４２と、キャリッジ本体部４２に連続するとともに一方のレール横側面３５に当接する突き当て案内部４３と、を備えている。

このように、案内レール３０のレール上面３４を走査させるキャリッジ４０のキャリッジ本体部４２にはプレート板を利用した。プレート板の下面の内側に案内ガイド面が形成されており光学レールの案内ガイドと接触させることでガタが無く真直性の高い走行が行える。キャリッジ４０は、キャリッジ本体部４２の外側に付き当て案内部４３を形成し、胴長にしてヨーイングを低減し、すべり面４１の接地面積を増加して安定性を向上させることができる。これにより、キャリッジ４０のヨーイングに起因するプロービング誤差を低減することができる。

次にプローブ機構５０について説明する。
プローブ機構５０は、キャリッジ４０に設けられており、ワークＷへの接触を電気抵抗の変化を利用して検知する電気接点式タッチトリガプローブ５１を備えている。

電気接点式タッチトリガプローブ５１は、いわゆる120°分割３接点配置のＢ接点方式によるものである。この電気接点式タッチトリガプローブ５１は手動式利用として設計されたもので触圧0.15NはCNC式三次元測定機で汎用的なプローブであるレニショー社製TP200の触圧Ｘ、Ｙ方向0.02Nと比較して大きい。またオーバートラベル量はＺ方向8.5mmあり、手動測定時の間違った衝突でプローブの損傷を回避できる。

また、スタイラス５２は手動で持ち上げ可能とするワーク回避機構５３に設けられており、ワークＷの始点から終点までプローブ機構５０を移動させる際、スタイラス５２を持ち上げてワークＷと接触しないように移動させることができる。

また、プローブ機構５０は比較的重いため、キャリッジ４０にＬ型アングル５４を載せてその上に高さ及び角度調整可能に反射鏡２３を支持する支持部５５を載せ、支持部５５でレーザー干渉計２０の反射鏡２３を支持し、Ｌ型アングル５４の片端にプローブホルダ５６を介して電気接点式タッチトリガプローブ５１を載せ、この反対側の片端にバランスをとるための重り５７を載せることで均衡を保っている。

次に加力機構６０について説明する。
図６、図８、図９（ａ）～図９（ｃ）に示すように、キャリッジ４０は、付き当て案内部４３を一方のレール横側面３５に所定の力で当接させる加力機構６０を備えている。

加力機構６０は、キャリッジ本体部４２の突き当て案内部４３とは反対側にヒンジ６１を介して揺動可能に設けられ側方へ突き出した加力ブロック６２と、この加力ブロック６２のキャリッジ本体部４２側に設けられ加力ブロック６２の荷重によって他方のレール横側面３６に押し付けられる緩衝部材６３と、を備えている。

胴長のキャリッジ４０の突き当て案内部４３と案内レール３０の一方のレール横側面３５は常に接触している必要があるが、仮に突き当て案内部４３と一方のレール横側面３５が離れることでヨーイングが生じて長さ測定誤差になる。そこで、加力機構６０を付与して仮に突き当て案内部４３と一方のレール横側面３５が自動的に常に接触している状態を加力機構６０により作り出した。

加力機構６０はキャリッジ４０の突き当て案内部４３の反対側に位置する面にヒンジ６１で加力ブロック６２の重しを取り付けて、重力により加力ブロック６２で案内レール３０を押し付け、その反力でキャリッジ４０の突き当て案内部４３と案内レール３０の一方のレール横側面３５が常に接触状態を作り上げることができる。これによりキャリッジ４０が案内レール３０を移動する時の横方向にずれるヨーイング誤差を排除することができる。

次に微動機構７０について説明する。
微動機構７０は、案内レール３０に移動可能に設けられた移動ベース７１と、この移動ベース７１に設けられ案内レール３０のＴ溝３８に移動ベース７１を固定可能なベース固定部７２と、移動ベース７１に設けられた軸受７３と、この軸受７３に回転可能に設けられスラスト方向に移動制限された調整ボルト７４と、キャリッジ４０に設けられ調整ボルト７４が螺合されるキャリッジ側固定ナット７５と、を備えている。

なお、微動機構７０を設けた経緯としては、寸法測定器１０上での同一位置プロービングで多様なプロービング方法を試した結果、低速かつ等速で端面にプロービングした場合に誤差が小さくなる傾向が見られた。そこで低速かつ等速でプロービングするための治具として微動機構７０を作製した。まず移動ベース７１をおおよその位置に移動させてベース固定部（ボルト）７２で移動ベース７１を案内レール３０に固定し、作業者が調整ボルト７４のローレット部を手動で回すことでキャリッジ４０が微動の直動運動をする。

次に干渉ミラー２２について説明する。
図１０に示すように、干渉ミラー２２は、案内レール３０（図２（ｂ）参照）に取り付けられる取り付けプレート２２ａと、この取り付けプレート２２ａを案内レール３０に固定するプレート固定部２２ｂと、取り付けプレート２２ａに設けられたアングル２２ｃと、アングル２２ｃと、アングル２２ｃに設けられ高さ及び角度が調整可能に干渉ミラー２２を支持する干渉ミラー支持部２２ｄと、を備えている。

次に寸法測定器１０の作用について説明する。
図１１に示すように、寸法測定器１０及び分解された案内レール３０を持ち運び、複数の本体部３２（図３（ａ）参照）を接続して案内レール３０を組み立てる。測定するワークＷに沿って案内レール３０及びレーザー干渉計２０を設置する。ワークＷの一端側にキャリッジ４０を移動させ微動機構７０（図６参照）を案内レール３０に固定する。微動機構７０によりキャリッジ４０を移動させ、プローブ機構（プローブ）２０でワークＷの一端を検知する。スタイラス５２を回避させた状態でキャリッジ４０を矢印（１）のように移動させて微動機構７０を案内レール３０に固定する。微動機構７０によりキャリッジ４０を移動させ、プローブ機構（プローブ）２０でワークＷの他端を検知する。このようにして、長尺なワークＷの一方向の寸法を測定する。

次にレーザー光路について説明する。
図１２に示すように、レーザー干渉計２０のレーザーヘッド２１に演算装置１１が接続されている。レーザーヘッド２１から照射されたレーザー（以下、光という。）は干渉ミラー２２に入り、一部がハーフミラー２４を通過し、残部が参照反射鏡２５に入射する。ハーフミラー２４を通過した光は、反射鏡２３で反射して干渉ミラー２３に戻ってくる。この戻ってきた光と参照反射鏡２５で反射した光の波長の位相差から距離が求められる。

次に別態様のプローブ機構５０について説明する。
図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、別態様のプローブ機構５０は、歪ゲージ式プローブである。歪ゲージ５８を薄板５９の両面に貼り付け、その薄板５９の長手方向片端面にスタイラス５２を取り付けている。スタイラス５２に一定荷重が係り設定した閾値の荷重に達した場合にトリガが入る構造となっている。

なお、別態様の実施例では、歪ゲージ５８はKFGS-5-120-C1-11_L5M2R（KYOWA製）とした。この歪ゲージ５８はゲージ長が5mmでSTEELの歪測定に適している。プローブは板バネ部のφ6mmのバカ穴で治具にねじ留めされる。

図１４は歪ゲージ式プローブの回路図である。歪ゲージを板バネの両側に貼るため歪ゲージは２枚必要になり、ブリッジボックスの接続はアクティブダミー法（２ゲージ法）とした。例えば、歪ゲージ測定器はKYOWA製WGA-910Aを使用している。この装置は歪信号の上限値と下限値の閾値が設定でき、閾値を超えた場合にトリガが出力される。WGA-670Bからのトリガ出力は絶縁型デジタル入出力ターミナル、コンテック製DIO-0808TY-USBを経由して演算装置（パソコン）１１に取り込まれる。

次に電気式タッチトリガプローブによるプローブ機構５０について説明する。
図１５は電気式タッチトリガプローブ５１の回路図である。実施例のプログラミングしたソフトでのタッチトリガプローブのトリガ取り込み方法は、XL-80の外部コネクタを利用せず演算装置（パソコン）１１に直接、絶縁型デジタル入出力ターミナルDIO-0808によりトリガ信号を取り込みフロー処理はVisualBasic6.0のプログラミングで対処している。

図１６は寸法測定器１０の制御フローを説明する図である。制御ソフトウェアは、Position1（ワークＷの一端）とPosition2（ワークＷの他端）がワークＷの各端面位置となり端面間距離はPosition1とPosition2の差分で算出される。ワーク（測定物）Ｗの線膨張係数による温度補正機能が利用でき、プロービング方法はプロービング前にTrigger_readyボタンを押し、その後端面へのプロービングを行うことで端面間寸法が測定できる。なお、図中、Ｓ１、Ｓ２、・・・のＳは、ステップを示す。

また、ワーク（測定物）Ｗの両端面間距離を測定するためには両端の起点を決定する必要があり、接触式プローブを使用して起点を決定している。なお、プローブ機構５０の一つは手動トリガプローブしてもよい。この場合、手動トリガプローブは三爪チャックにチップ径φ5mmのスタイラスを取り付けた構成で三爪チャックのシャンクをプローブホルダで保持する。トリガの発生方法は制御ソフトウェアのF1とF2のファンクションキーを押す方式としている。

次に測定誤差について説明する。
図１７（ａ）は評価装置で実験した歪ゲージ式プローブのプロービング誤差σを示している。例えば、ここでA1とは端面Aの1グループ繰り返し5回で求めたσであり、A2とは端面Aの2グループ繰り返し5回で求めたσである。その結果、各板バネ厚さt0.5、t1.0、t1.5ぞれぞれのσの平均値はt0.5がσ0.098mm、t1.0がσ0.093mm、t1.5がσ0.046mmとなった。図１７（ａ）からt1.5でσが小さく板バネを厚くすることで頑健性が向上する。

しかし、実施例の寸法測定器１０では、筐体８０に直接的触圧が影響し寸法測定器１０に歪みを生じる恐れが懸念される。そこで、各プローブを測定器に取り付けて同一位置へのプロービングでのσを求め、これを図１７（ｂ）に示す。繰り返しは６回としてTP25Wとは機種の異なるミツトヨ製電気接点式タッチトリガプローブ、VB6とは電気式タッチトリガプローブであり、t0.5、t1.0、t1.5とは歪ゲージ式プローブの場合である。その結果、TP25W_VB6でσ0.375mm、TP1_VB6でσ0.259mm、t1.5でσ0.764mm、t1.0でσ0.798mm、t0.5でσ0.771mm、TP1_CARTOでσ0.718mmとなった。

次にワークＷと寸法測定器１０のコサイン誤差について説明する。
ワークＷとWASUMの姿勢の平行度から生じるコサイン誤差を式θ= tan-1(a／b)と、l = cosθ・bにより計算で求めた。まず式θ= tan-1(a／b)にてa=10mm、b=3000mmとするとθは0.190985°となる。次に式l = cosθ・bにてb=3000mm、θ=0.190985°の時のl θ= tan-1(a／b)を求めるとlは2999.9833mmとなり3000mmとの差は0.0167mmとなる。つまり測定長さ3000mm時に測定物とWASUMの平行度が10mmではコサイン誤差は0.0167mmになる。a=5mmではコサイン誤差は半分の0.0084mmになることからワークＷと寸法測定器１０の姿勢の平行度を5mm以下に保つことで1000分台のコサイン誤差となり無視することができる。このように、レーザー干渉計２０の位置決め測定と案内レール（光学レール）３０の組合せを用いてレーザーアライメントを確立することで、自己校正による長さ測定でのコサイン誤差が無視できる寸法測定器とすることができる。

胴長のキャリッジ４０、加力機構６０、微動機構（微動治具）７０を使用した結果の測定誤差を求めるために同一位置に繰り返し回数5～10回の繰り返し測定を行った。誤差σを算出した結果を図１７（ｃ）に示す。３種類の改良治具を付与した結果、最初のA：カタログ品キャリジ+手動でσ0.706mmが最後の改良となったE：胴長キャリジ+微動治具+加力機構でσ0.003mmに改善された。

次に寸法測定器１０の誤差σの算出について説明する。
実施例の寸法測定器１０の長大寸法測定物（Long -workpiece：LWP、ワークＷ）を利用して長寸法測定時のσを求めた。条件は作業者３名、一人あたりの繰り返し５回、プロービング方向は双方向、測定物温度は19.6℃で温度補正をした。図１８（ａ）に測定結果を示す。作業者毎のσは作業者Aがσ0.039mm、作業者Bがσ0.019mm、作業者Cが0.024mmとなり３名全体の平均値ではσ0.030mmとなった。

次にブロックゲージによる寸法測定器１０の校正について説明する。
表示値500mmのブロックゲージGBで寸法測定器１０を校正した。ブロックゲージGBの配置を図１９、結果を図１８（ｂ）に示す。条件は作業者１名、測定２セットで１セットあたりの繰り返し５回、プロービング方向は双方向、測定物温度は１stが19.5℃、2ndが19.7℃で温度補正をした。プロービング方向を双方向測定とするためにブロックゲージGBの両端面に円筒状のマグネット９２を貼り付けたためレーザーヘッド側のマグネット９２の厚さ10.030mmをブロックゲージGBの表示値に加えて標準値は510.030mmとした。

その結果、測定値の平均値は510.074mm、ブロックゲージGBの標準値との差から+0.044mmの偏りが見られた。LWP（ワークＷ）の多数回測定で得られたσとブロックゲージGBによる校正を行い得られた最終的な補正式をy = x－0.044 ± 0.060 (k=2)とする。確認実験としてブロックゲージGBの１回測定を行い図２０（ａ）に示す。測定値は510.044mmで補正後の値は式y = x－0.044 ± 0.060 (k=2)より510.000mmとなり誤差は－0.030mmとなった。その結果、測定の不確かさ±0.060 (k=2)を下回った。

実施例の寸法測定器１０で長尺のワークＷの長さ測定をして一般的な大型マシニングセンタでの測定値と比較した。結果を図２０（ｂ）に示す。条件は作業者１名、繰り返し１回、プロービング方向は双方向、測定物温度は19.5℃で温度補正をした。その結果、式y = x－0.044 ± 0.060 (k=2)での補正後の値は2820.260mm±0.060 (k=2)となり大型マシニングセンタの測定値との差は+0.086mmとなった。

以上に述べた寸法測定器１０の作用、効果を説明する。
本発明の実施例は、寸法測定器１０は、所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レール３０に反射鏡２３を支持すると共にプローブ機構５０が設けられたキャリッジ４０が設けられているので、案内レール３０を移動することで寸法測定器１０を持ち運ぶことができる。さらに、案内レール３０の長さを長尺のワークＷの長さに合わせたものを使用することで、大きく長さが異なる複数種類のワークＷの寸法を測定することができる。さらに、レーザー干渉計２０を目盛りとし、反射鏡２３を支持するキャリッジ４０を案内レール３０に移動可能に設けたので、長尺のワークＷの寸法を高精度で測定することができる。さらに、一方向のみのワーク寸法の計測に特化することで、全体の構成を簡単にしたうえで迅速に寸法測定することができる。このように、本発明の実施例に係る寸法測定器１０は、大きく長さが異なる長尺のワークＷの寸法を高精度で測定し、且つ持ち運んで移動させることができる。

さらに、本発明の実施例では、案内レール３０は接続部３３が形成された複数の本体部３２からなるので、長い案内レール３０を分割して容易に持ち運ぶことができる。さらに、案内レール３０は、本体部３２の端部に形成され本体部３２同士を接続する接続部３３を備えているので、接続部３３を介して複数の本体部３２を接続することで、案内レール３０の長さをワークＷの長さに応じて自由に変更することができる。

さらに、本発明の実施例では、案内レール３０の一端部には干渉ミラー２２が設けられているので、案内レール３０に対する干渉ミラー２２を含むレーザー干渉計２０の位置決めを容易に行うことができる。

さらに、本発明の実施例では、キャリッジ４０は、幅方向よりも前後方向が長い胴長に形成されているので、案内レール３０に対するキャリッジ４０のヨーイングを低減させることができる。さらに、案内レール３０を摺動するすべり面４１をキャリッジ４０に備えているので、キャリッジ４０を容易に移動させることができ、胴長にすることでキャリッジ４０の案内レール３０に対する設置面積を増加させて移動時の安定性を向上させることができる。

さらに、本発明の実施例では、キャリッジ４０は、断面視でＬ字状である。キャリッジ本体部４２をレール上面３４に当接させ、突き当て案内部４３を一方のレール横側面３５に当接させるので、案内レール３０に対するキャリッジ４０のヨーイングをより低減させることができ、且つ、案内レール３０に対するキャリッジ４０の幅方向の位置決めも容易に行うことができる。

さらに、本発明の実施例では、キャリッジ４０は、突き当て案内部４３を一方のレール横側面３５に所定の力で当接させる加力機構６０を備えているので、突き当て案内部４３が一方のレール横側面３５に当接させて、常に案内レール３０に対するキャリッジ４０の幅方向の位置決めをすることができる。結果、案内レール３０に対するキャリッジ４０のヨーイングをより低減させることができる。さらに、加力機構６０は、突き当て案内部４３とは反対側に揺動可能に設けられ側方へ突き出した加力ブロック６２と、加力ブロック６２の荷重によって他方のレール横側面３６に押し付けられる緩衝部材６３と、を備えているので、加力ブロック６２の荷重を利用した簡単な構成とすることができる。

さらに、本発明の実施例では、キャリッジ４０は、案内レール３０に対するキャリッジ４０の前後方向の位置を微調整する微動機構７０を備えているので、案内レール３０に対するキャリッジ４０の前後方向の位置決めの微調整を容易に行うことができる。さらに、微動機構７０は、移動ベース７１と、ベース固定部７２と、軸受７３と、スラスト方向に移動制限された調整ボルト７４と、キャリッジ側固定ナット７５と、を備えているので、簡単な構成とすることができる。

さらに、本発明の実施例では、案内レール３０は、幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚ジャッキ治具３１を複数備えているので、案内レール３０の水平レベルを容易に調整することができ、案内レール３０を高真直度に保つことができる。

さらに、本発明の実施例では、筐体８０は、所定の長さのＬ型アングルからなる筐体８０に設置されているので、分解と組立を容易に行うことができる。結果、寸法測定器１０の移動を容易に行うことができる。

さらに、本発明の実施例では、プローブ機構５０に電気接点式タッチトリガプローブ５１を備えることで、ワークＷに対するプローブの微妙な接触も検知して、測定精度を向上させることができる。

尚、実施例では、案内レール３０をアルミニウム製の断面視で略矩形状の光学レールとしたが、これに限定されず、中空のレール、中実のレール、断面視で円形状、三角形状のレールでもよく、キャリッジ４０を移動させることができれば、レールの形状、材質は問わない。

実施例では、案内レール３０の接続部３３を、連結プレート３９を介して接続したが、これに限定されず、隣り合う本体部を直接ボルト等の締結部材で締結して接続してもよい。

実施例では、測定時にスタイラス５２を持ち上げたが、ワーク（測定物）Ｗの起点決定のためのトリガ信号と障害物回避のためにスタイラス５２を持ち上げた時に入る誤信号を区別するためにソフトウェアに設定したトリガ待機のためのトリガボタンを設けても差し支えない。

また、ワーク（測定物）Ｗの両端面間寸法を高精度に測定するためにはスタイラス５２の傾き誤差を取り除く必要があり、そのためには一方向測定が有効であり、一方向測定を実現するためにワークＷの端部にマグネットの治具を取り付けてこれらのマグネットにプローブを接触させてもよい。

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の技術は、光学式寸法測定器、特にレーザー干渉計を用いた高精度の寸法測定器に好適である。

１０… 寸法測定器
２０… レーザー干渉計
２１… 干渉ミラー
２３… 反射鏡
３０… 案内レール（光学レール）
３１… ２脚ジャッキ治具
３２… 本体部
３３… 接続部
３４… レール上面
３５、３６… レール横側面
３９… 連結プレート
４０… キャリッジ
４１… すべり面
４２… キャリッジ本体部
４３… 突き当て案内部
５０… プローブ機構（プローブ）
５１… 電気式タッチトリガプローブ
５２… スタイラス
５８… 歪ゲージ
６０… 加力機構
６１… ヒンジ
６２… 加力ブロック
６３… 干渉部材
７０… 微動機構
７１… 移動ベース
７２… ベース固定部
７３… 軸受
７４… 調整ボルト
７５… キャリッジ側固定ナット
８０… 筐体
８１… Ｌ型アングル
９２… マグネット
Ｗ… ワーク（測定物）

Claims (10)

1. レーザーヘッド及び干渉ミラーを含むレーザー干渉計を目盛りとし、ワークに沿って反射鏡を移動させ配置された前記ワークの寸法を一方向のみ測定する寸法測定器において、
   所定の長さに形成され持ち運び可能な案内レールと、
   前記案内レールに移動可能に設けられ前記反射鏡を支持するキャリッジと、
   前記キャリッジに設けられ前記ワークとの接触を検知するプローブ機構と、を備えていることを特徴とする寸法測定器。
2. 請求項１記載の寸法測定器であって、
   前記案内レールは、前記ワークに沿って配置された本体部と、前記本体部の端部に形成され前記本体部同士を接続する接続部と、を備えていることを特徴とする寸法測定器。
3. 請求項１又は請求項２記載の寸法測定器であって、
   前記案内レールの一端部には、前記干渉ミラーが設けられていることを特徴とする寸法測定器。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１記載の寸法測定器であって、
   前記キャリッジは、幅方向よりも前後方向が長い胴長に形成されていると共に、前記案内レールを摺動するすべり面を備えていることを特徴とする寸法測定器。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１記載の寸法測定器であって、
   前記案内レールは、断面視で矩形状であり、レール上面と、前記レール上面に連続するレール横側面とを備え、
   前記キャリッジは、断面視でＬ字状であり、前記レール上面に当接するキャリッジ本体部と、前記キャリッジ本体部に連続するとともに一方の前記レール横側面に当接する突き当て案内部と、を備えていることを特徴とする寸法測定器。
6. 請求項５記載の寸法測定器であって、
   前記キャリッジは、前記付き当て案内部を一方の前記レール横側面に所定の力で当接させる加力機構を備え、
   前記加力機構は、前記キャリッジ本体部の前記突き当て案内部とは反対側に揺動可能に設けられ側方へ突き出した加力ブロックと、前記加力ブロックの前記キャリッジ本体部側に設けられ前記加力ブロックの荷重によって他方の前記レール横側面に押し付けられる緩衝部材と、を備えていることを特徴とする寸法測定器。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１記載の寸法測定器であって、
   前記キャリッジは、前記案内レールに対する前記キャリッジの前後方向の位置を微調整する微動機構を備え、
   前記微動機構は、前記案内レールに移動可能に設けられた移動ベースと、前記移動ベースに設けられ前記案内レールに前記移動ベースを固定可能なベース固定部と、前記移動ベースに設けられた軸受と、前記軸受に回転可能に設けられスラスト方向に移動制限された調整ボルトと、前記キャリッジに設けられ前記調整ボルトが螺合されるキャリッジ側固定ナットと、を備えていることを特徴とする寸法測定器。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１記載の寸法測定器であって、
   前記案内レールは、幅方向に離間して設けられ独立して上下位置調整可能な２脚からなる２脚ジャッキ治具を長手方向に複数備えていることを特徴とする寸法測定器。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１記載の寸法測定器であって、
   前記案内レールは、所定の長さのＬ型アングルを立体的に組み立てた筐体に設置されていることを特徴とする寸法測定器。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１記載の寸法測定器であって、
    前記プローブ機構は、前記ワークへの接触を電気抵抗の変化を利用して検知する電気接点式タッチトリガプローブを備えていることを特徴とする寸法測定器。
    
    

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