JP3064109B2 - 多関節形比較測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの測定データ
と、計測済みのマスター測定データとを比較演算して、
その値をワークの指定公差と比較し、測定ワークの良否
を判別する比較測定法に於いて、夫々の測定データを多
関節形駆動機構の先端に装備したプローブからの信号
と、各駆動アームの変位量を検出するエンコーダの読み
取り信号とを関連処理することによって、両者の直交座
標値をスピーディに判定処理することのできる比較測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定物の形状あるいは寸法を測定するた
め、従来から各種の三次元座標測定機が知られており、
その広い適用性と自動化によって普及しつゝあるが、一
般的にこの種の測定機は恒温室で使用する精密測定用
で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のガイド機構は高剛性で精度が高
く且つ円滑な動作が要求されると共に、測長システムも
デリケートで、中程度の測定精度でこと足りる製品の迅
速な計測作業には、適切なものではなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】量産加工品の内には、
寸法公差が１０ミクロン台でも充分に互換性を満足し得
る製品があり、これ等の寸法測定には精密度よりもむし
ろ許容公差内にあることの判別スピードが要求されるこ
とが多い。この様な目的を満足する全数検査の要求に
は、測定プローブの動きが迅速で、良品不良品の判別性
が高い測定装置が有効である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の比較測定装置は、複数個の旋回要素或いは揺動
要素と、これら複数個の旋回要素或いは揺動要素を駆動
させる複数個の駆動用サーボモータと、これら複数個の
駆動用サーボモータの夫々の可動部変位量を検出する複
数個のエンコーダとからなる多関節駆動機構と、上記多
関節駆動機構の先端に取り付けられ測定子を備えたプロ
ーブと、上記多関節駆動機構を駆動させることにより上
記測定子をモデル測定物の所定測定点に当接させ該当接
信号により上記複数個のエンコーダの数値をホールドし
て直交座標値に変換すると共に該動作を数回繰り返して
平均値を算出してこれを基準直交座標値とする基準値直
交座標算出手段と、上記多関節駆動機構を駆動させるこ
とにより上記測定子をワークの所定測定点に当接させ該
当接信号により上記複数個のエンコーダの数値をホール
ドして直交座標値に変換する直交座標値算出手段と、上
記測定された直交座標値をモデル測定物の対応測定点に
おける基準直交座標値と比較・判別する比較・判別手段
と、上記判別結果を表示、記録する表示・記録手段と、
を具備したことを特徴とするものである。 したがって、
測定対象物に当接するプローブの動作が、多関節形駆動
機構により高速且つ円滑に行われ、測定値の演算、判別
も、所定測定点の直交座標値に変換して判定されるた
め、製品の形状寸法と対象し易い比較表示ができ、特
に、中程度の測定精度でこと足りる製品の迅速な計測作
業に好適である。

【０００５】

【実施例１】本発明の一実施例を示すに当り図面につい
て説明すると、機台のベース１上に測定対象物２の載架
台３を設け、これと対設して駆動機構Ａのコラム４を立
設する。コラム４の上部には第１サーボモータ５により
左右に施回する第１アーム６を枢着し、その先端に旋回
ブロック７を垂設して、第２サーボモータ８により旋回
自在とする。

【０００６】旋回ブロック７には第３サーボモータ９に
より上下に揺動する第２アーム１０を軸着し、その先端
に設けた揺動ブロック１１を、リンク機構１２，１２’
により常に垂直状態に保つ構造とする。この揺動ブロッ
ク１１の下部に、第４サーボモータ１３により旋回する
手首筒１４を枢着し、その下端にプローブヘッド１５を
介してプローブ１６を装着し、測定子１７を前記載架台
３上の測定対象物２に対応させる。

【０００７】夫々のサーボモータ５，８，９，１３ は
ドライブユニット１８より給電されると共に、フィード
バック用の各パルスエンコーダ５’，８’，９’，１
３’がドライブユニット１８に接続されている。またこ
れとは別に各関節部の変位量を読み取る専用のエンコー
ダ１９，２０，２１，２２がサーボモータ５，８，９，
１３に係設されており、夫々の読み取り信号がカウンタ
ーボード２３に入力されると共に、プローブ１６からの
タッチ信号もインターフェイス２４を介してカウンター
ボード２３に入力される。

【０００８】カウンターボード２３はドライブユニット
１８を制御するコンピュータ２５に接続されており、ド
ライブユニット１８にはティーチングボックス２６が、
更にコンピュータ２５にはキーボード２７、ディスプレ
イ２８、プリンタ２９及びグラフィック操作パネル３０
などが接続されて測定装置を構成している。

【０００９】この様に構成された本実施例の場合は、先
ず製作図に基づいて寸法の正確なマスターを製作し、ワ
ークとの形状や寸法の比較に適した測定点を予め決定し
て置く。このマスターを適切な治具を使って載架台３上
に固定し、設定した各測定点に対してプローブ１６の測
定子１７がタッチして廻る動きを駆動機構Ａに与える。
即ち測定点に対するプローブ測定子１７のポジション入
力は、ドライブユニット１８に接続したティーチングボ
ックス２６から、また動作プログラムは作成手順に従っ
てキーボード２７から入力され、サーボモータ５，８，
９，１３の動作により第１アーム６、第２アーム１０及
び手首筒１４の旋回、揺動運動が合成されて、プローブ
１６が移動し、所望の測定点に測定子１７をタッチさせ
ることができる。

【００１０】これ等一連の動作は、各サーボモータに係
設した各別の読み取り専用エンコーダ１９，２０，２
１，２２からの信号としてカウンターボード２３に送ら
れているが、プローブ測定子１７が測定対象物の所定測
定点にタッチした信号により、各エンコーダの信号数値
は全てホールドされ、この時点に於ける数値がコンピュ
ータ２５に電送される。こゝで各関節部の変位量は、測
定装置の基準直交座標値に換算する演算処理が行われ、
測定点がＸ、Ｙ、Ｚの直交座標値としてコンピュータ２
５に記憶されることになる。

【００１１】また各測定点に於ける寸法公差を予め装置
に記憶させて置く。この操作はグラフィック操作パネル
３０の画面を公差設定モードに切換えて行うもので、ワ
ーク製作図の指定公差値と、マスターの寸法計測データ
に基づき、各測定点に於けるＸ、Ｙ、Ｚ座標値に対応し
て入力される。この値はワークの所定測定点を計測した
際に、マスターの対応測定値との比較値を判定するデー
タとなり、計測ワークが良品か不良品かを判別する基準
値となるものである。

【００１２】この様な構成による本装置の作用を図３に
示すフローチャートにより説明すると、先ずマスターを
載架台３の所定位置に保持（工程ａ）させるが、自動測
定モードの場合には、搬送ロボットにより所定位置から
マスターが載架台３上に移載され、治具の挾持動作が連
動して所定位置に保持される。次にロボットアームが退
避すると、測定動作がスタート（工程ｂ）し、プローブ
１６によるサンプリング作業（工程ｃ）が行われる。こ
の作業は予め設定したマスターの所定測定点にプローブ
１６が移動し、その測定子１７を当接する動作が数回ず
つ繰り返され測定点の位置を読み取るが、前述の様にこ
の数値はコンピュータ２５により測定装置の基準直交座
標値に変換処理され、各軸の取り込み平均値として記憶
（登録）されることになる。このサンプリング作業は、
マスターの各測定点に於ける位置データを取り込み（工
程ｄ）、それを直交座標値に座標変換（工程ｅ）した
後、平均値に演算（工程ｆ）して記憶（工程ｇ）する手
順を経ることにより、マスターの基準データとして登録
される。

【００１３】次にワークの測定が開始されるが、先ず載
架台３上のマスターは搬送ロボットにより指定場所に移
動され、これに換えてワークが載架台３上に保持（工程
ｈ）される。こゝで測定動作がスタート（工程ｉ）し、
プローブ１６が予めプログラミングした指示による駆動
機構Ａの動作により、所定の測定点へ順次測定子１７を
タッチして廻るプロービング（工程ｊ）が行われ、ワー
クの各測定点に於ける位置データ（関節部の移動量を検
出するエンコーダ１９，２０，２１、２２の出力デー
タ）を取り込む（工程ｋ）。このデータはコンピュータ
２５により演算処理され、サンプリング時と同様の直交
座標値に座標交換（工程ｌ）された後、マスター基準テ
ータとの演算（工程ｍ）の対象となる。即ちマスターの
基準データをプロービング工程に合せて選択的に取り出
し（工程ｎ）、このデータとワークの計測データとを比
較、演算（工程ｍ）してその減算値を算出する。この時
点でグラフィック操作パネル３０の画面は、測定点の個
別判定表示画面に切換えられており、直交座標各軸に於
ける比較減算値が表示（工程ｐ）される。

【００１４】また上記の比較、演算に対応して各測定点
の寸法公差（基準データに対する許容値）が予め設定さ
れており、これが記憶されている。即ち公差設定（工程
ｑ）は、ポジション選択（工程ｒ）、軸選択（工程
ｓ）、上下限選択（工程ｔ）の条件下でグラフィック操
作パネル３０より入力し、コンピュータ２５に記憶（工
程ｕ）される。この記憶公差は既に述べた演算処理（工
程ｍ）中に、所望の測定点に於ける軸選択がなされた公
差値を取り出し（工程ｖ）、上記の減算値（ワークの測
定データとマスターの基準データとの差）と比較（工程
ｗ）される。この様な各測定点毎の判定が個別判定であ
り、夫々の結果は、グラフィック操作パネル３０の測定
結果表示画面に順序良く表示される。

【００１５】次に測定結果の総合判定（工程ｚ）が行わ
れる。この工程では各測定点に於けるＸ、Ｙ、Ｚ軸の演
算値が全て設定公差内にある時、初めて「ＯＫ」表示
（工程Ａ）がなされ、全測定点での全ての条件で、一箇
所でも公差を満足しない値が検出された場合には、「Ｎ
Ｇ」表示（工程Ｂ）がなされる。以上の工程を経ること
によって一個のワークに対する測定が終了（工程Ｄ）
し、各作動部が原点に復帰（工程Ｅ）した後、ワークを
取り出して（工程Ｆ）次の測定作業に備えることにな
る。この様な一連の工程中でも、グラフィック操作パネ
ル３０の表示以外に、必要によりデータの出力が可能で
あり、ディスプレイ２８上に表示したり、プリンタ２９
によって印字出力することができる。また総合判定の結
果を搬送装置に連動する構成とすれば、良品、不良品を
別個の搬送ラインに移載したり、区分けして収納するこ
ともできる。

【００１６】尚本発明は前記の実施例に示す駆動機構に
限定されるものではない。例えばコラム４上で施回する
第１アーム或はこれに替るブロックに、垂直方向に揺動
する複数個（例えば３本）のアームを連接する形式の垂
直多関節形駆動機構に於て、各関節部の変位量を読み取
る専用のエンコーダと、この信号を制御するプローブを
装備しても同様の計測作業が行われ、駆動機構の位置繰
り返し読み取り精度に応じた比較測定が行われるもので
あり、プローブの支持方式による違いが測定ワークへの
対応性を向上する場合があり得る。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明による多関節形
比較測定装置は、従来の直交三軸（三次元）方向に移動
するスライド機構に替えて、水平又は垂直方向に旋回、
揺動する複数個の旋回要素或いは揺動要素を組み合わせ
た構造とし、各可動部の変位量を夫々の専用エンコーダ
により読み取り、この値をプローブの信号と同期して記
憶し、更に直交座標値に変換した後、判定演算を行うも
ので、可動部の重量が従来の装置と比較して大幅に軽量
化できるため、プローブの移動速度を上昇することが容
易であり、更に専用エンコーダによる読み取り精度も、
測定対象物の目的に応じた適切な精度を保つことが可能
となり、円滑且つ迅速な比較測定を行うことができ、特
に、中程度の測定精度でこと足りる製品の迅速な計測作
業に好適である。また、全体の構造も複雑精緻を極めた
ものではないため、装置の製作費が低減され、量産部品
の組立を対象とする全数ライン計測などの用途に適して
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す比較測定装置の要部斜
視図である。

【図２】本発明装置の構成を示すブロック回路図であ
る。

【図３】本発明装置の作用を説明するフローチャートで
ある。

【符号の説明】

２ 測定対象物 ４ 駆動機構のコラム ５ 第１サーボモータ ８ 第２サーボモータ ９ 第３サーボモータ １３ 第４サーボモータ １６ プローブ １７ 測定子 １８ ドライブユニット １９ 第１サーボモータに係設した読み取り専用エンコ
ーダ ２０ 第２サーボモータに係設した読み取り専用エンコ
ーダ ２１ 第３サーボモータに係設した読み取り専用エンコ
ーダ ２２ 第４サーボモータに係設した読み取り専用エンコ
ーダ ２３ カウンターボード ２５ コンピュータ ２８ ディスプレイ ２９ プリンタ ３０ グラフィック操作パネル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の旋回要素或いは揺動要素と、こ
   れら複数個の旋回要素或いは揺動要素を駆動させる複数
   個の駆動用サーボモータと、これら複数個の駆動用サー
   ボモータの夫々の可動部変位量を検出する複数個のエン
   コーダとからなる多関節駆動機構と、 上記多関節駆動機構の先端に取り付けられ測定子を備え
   たプローブと、 上記多関節駆動機構を駆動させることにより上記測定子
   をモデル測定物の所定測定点に当接させ該当接信号によ
   り上記複数個のエンコーダの数値をホールドして直交座
   標値に変換すると共に該動作を数回繰り返して平均値を
   算出してこれを基準直交座標値とする基準値直交座標算
   出手段と、 上記多関節駆動機構を駆動させることにより上記測定子
   をワークの所定測定点に当接させ該当接信号により上記
   複数個のエンコーダの数値をホールドして直交座標値に
   変換する直交座標算出手段と、 上記測定された直交座標値をモデル測定物の対応測定点
   における基準直交座標値と比較・判別する比較・判別手
   段と、 上記判別結果を表示、記録する表示・記録手段と、 を具備した ことを特徴とする多関節形比較測定装置。