JP3121212B2 - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定盤上に固定する等し
た被計測物に対して三次元の計測やけがき処理を行う三
次元形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】定盤上に載置した被計測物や定盤に隣接
する床面に停止させた被計測物等に対して三次元のアプ
ローチを行い、寸法取り計測やけがき処理を行う三次元
形状測定装置が実用化されている。三次元形状測定装置
の用途の例は、自動車車体の粘土モデルやの実車体の三
次元形状を代表する多数の点のＸＹＺの数値データを採
取する、金型の三次元曲面上の所定のＸＹＺ座標位置に
後工程用のけがき線を形成すること等である。三次元形
状測定装置は、被計測物を固定する定盤と、被計測物の
周囲で定盤上を移動可能な計測部とで構成され、計測部
は、その裏面側に配置された複数の車輪に支持され、定
盤側に設けた特別な案内面を倣って定盤上を第１軸の方
向に移動可能なベースと、ベース上に起立させたコラム
に沿って定盤面と垂直な第２軸の方向に移動可能なヘッ
ドと、ヘッドに支持されて第１軸および第２軸の両方に
垂直な第３軸の方向に移動可能なアームとを有する。ア
ームの先端には、目的とする用途に応じてポイントセン
サ（タッチプローブ、ノンコンタクトプローブ：レーザ
ー方式等）やけがき針が装着される。

【０００３】図５を用いて、従来の三次元形状測定装置
を説明する。図５は三次元形状測定装置の斜視図であ
る。ここでは、定盤５１上に固定した図示しない被計測
物に対してベース５３を四方からアプローチさせて三次
元の計測を実行する。コラム５４の高さは、最も標準的
なもので２．５ｍ前後あり、ヘッド５４に２ｍ余りの上
下ストロークを可能にしている。この場合、作業者は、
通常、定盤５１の上に立ち上がってヘッド５５等を操作
する。なお、コラム５４の高さは用途に合わせて１ｍ以
下の低いものから３ｍを越える高いものまで種々ある。
ベース５３の移動量からＸ軸、コラム５４に沿ったヘッ
ド５５の移動量からＺ軸、ヘッド５４からのアーム５６
の送り出し量によってＹ軸の寸法取りがそれぞれ可能で
ある。

【０００４】被計測物を固定する定盤５１の表面には、
直行する２方向の送り溝５１Ａ、５１Ｂを設けてある。
定盤５１の裏面側には図示しないリブ構造が形成され、
被計測物、ベース５３、操作者の体重を支持してもたわ
み量を抑制した高い剛性が確保される。Ｘ軸方向の送り
溝５１Ｂと平行に、リニヤホルダー５２を定盤５１に固
定してある。リニヤホルダー５２は、ベース５３の駆動
機構と計測尺とを兼ねており、２つのリニヤブロック５
２Ａ、５２Ｂによって、送り溝５１Ａ、５１Ｂの任意の
位置に取り付け可能である。リニアホルダー５２は、上
面にデジタルスケール（一般的には光学読取り式、磁気
スケールも可）を貼り付け、見えない奥側の側面にラッ
クを形成してある。ベース５３上のベース送りノブ５７
Ａに軸連結してベース５４内に格納したピニオン歯車が
このラックに噛み合う。作業者がベース送りノブ５７Ａ
を回転させると、ベース５３は、送り溝５１Ｂに沿って
Ｘ軸方向に移動する。また、ベース５３に固定した図示
しない読取りヘッドでリニアホルダー５２のデジタルス
ケールの目盛りを読み取ってＸ軸方向の移動量がデジタ
ル表示される。表示は、ベース５３の上空に設けて固定
した図示しないＸＹＺ座標値の表示装置になされる。

【０００５】ベース５３は、裏面に３か所以上（コラム
５４高さが３ｍを越える大型の装置では５か所の例もあ
る）、図示しないローラ車輪を設けており、わずかな力
でも定盤５１上を送り溝５１Ｂの方向に自由に移動でき
る。また、裏面に設けた図示しないガイドローラが送り
溝５１Ｂの側壁を案内して、ベース５３の進行方向を送
り溝５１Ｂの方向に一致させる。なお、リニアホルダー
５２をＹ方向の送り溝５１Ａに付け換え、ベース５３を
９０度回転させて送りローラの回転方向を送り溝５１Ａ
の方向に一致させ、さらに、前述のガイドローラを送り
溝５１Ａに落とし込むこととすれば、ベース５３をＹ方
向に移動できる。このような操作を繰り返して、ベース
５３は、定盤５１の中央に固定された被計測物を囲む４
方向を周回可能である。

【０００６】ベース５３上に直立するコラム５４は、ヘ
ッド５５をＺ軸（垂直）方向に移動可能に支持する。コ
ラム５４は、３つの弦を切り欠いた円形の断面（方形断
面の場合もある）を持ち、３つの弦の平面に、ヘッド５
５に設けた３組の摩擦ローラがそれぞれ押し付けられ
る。コラム５４は、これらの摩擦ローラによって拘束さ
れるヘッド５５のＹ方向の送り軌道である。また、送り
駆動に関しては、コラム５４の正面側の平面を拘束する
摩擦ローラにヘッド送りノブ５７Ｃが連動（例えば軸連
結）している。なお、コラム５４側にラックを設け、ヘ
ッド５５内に格納したピニオンギアをこのラックに噛み
合わせる場合もある。コラム５４内にはワイヤ５８Ａに
よっておもりが吊り下げられ、おもりは滑車５８を介し
てヘッド５５を上方に付勢する。従って、操作者は、ヘ
ッド送りノブ５７Ｃを操作して、ヘッド５５をコラム５
４に沿って上下方向に軽快に送り移動できる。Ｚ方向の
計測は、コラム５４に貼り付けたデジタルスケールをヘ
ッド５５に取り付けた図示しない読み取りヘッドで読み
取って、Ｘ軸座標値とともにデジタル表示する。

【０００７】ヘッド５５に水平に支持されたアーム５６
は、先端に計測用アタッチメント５９を取り付け、ヘッ
ド５５からの送り出し量を自由に設定できる。アーム５
６もまた、３つの弦を切り欠いた円形の断面を持ち、ヘ
ッド５５に設けた別の３組の摩擦ローラによって３つの
平面がそれぞれ拘束される。アーム５６の下側の平面を
拘束する摩擦ローラが、アーム送りノブ５７Ｂに連動
（例えば軸連結）している。操作者は、アーム送りノブ
５７Ｂを操作して、ヘッド５５からアーム５６を自由な
長さに送り出し可能である。Ｙ方向の計測は、アーム５
６に貼り付けたデジタルスケールをヘッド５５に取り付
けた図示しない読み取りヘッドで読み取って、Ｘ軸、Ｚ
軸の座標値とともにデジタル表示する。

【０００８】計測用アタッチメント５９は、タッチプロ
ーブの先端部が物体に接触した瞬間にトリガー信号を発
生する。デジタル表示されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標値
をこのトリガー信号のタイミングでロックさせて、被計
測物表面の１つの座標値が採取される。タッチプローブ
は、少なくとも測定時の送り方向（好ましくはすべての
方向）に逃げ得る構造で支持され、この逃げ量が接触後
のアーム５６の送り出し量を吸収する。計測用アタッチ
メント５９をけがき針アタッチメントに交換してけがき
作業を行うこともできる。

【０００９】以上のように説明した従来例の三次元形状
測定装置における粘土モデル寸法取り作業の例は以下の
手順で実行される。まず、定盤５１の中央に被計測物の
粘土モデルを固定し、その直近のＸ軸方向の送り溝５１
Ｂにベース５３をガイドさせ、２つのリニアブロック５
２Ａ、５２Ｂを固定して、リニアホルダー５２を送り溝
５１Ｂに対して平行かつ水平に位置決めする。そして、
ベース送りノブ５７Ａを操作してベース５３を移動し、
計測アタッチメント５９Ａの針先を所定のＸ座標位置に
案内してベース５３を定盤５１上に位置決め固定する。
次に、ヘッド送りノブ５７Ｃを操作してヘッド５５を上
下させ、計測アタッチメント５９Ａの針先を所定のＺ座
標位置に案内してヘッド５５をコラム５４上に位置決め
固定する。この状態で、アーム送りノブ５７Ｂを操作し
てアーム５６を送り出し、計測アタッチメント５９Ａの
針先を粘土モデルに接触させて、表示装置に表示された
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標値をロックさせる。ロックされ
た座標値を粘土モデル表面の三次元データの１つとして
取り込む。ヘッド５５の高さ位置を順次移動させて、１
つのＸ座標値における複数のＺ座標値について粘土モデ
ルの三次元形状のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標値を確定させ
た後に、ベース５３を移動させて次のＸ軸座標値で同様
の操作を繰り返す。

【００１０】三次元形状測定装置によれば、定盤５１上
空の空間のすべての点が原点を共有するＸＹＺ座標値と
して直接に取り出されるから、計測ごとの繁雑な原点取
り操作、計測値の複雑な差し引き計算、被計測物の回転
移動や段取り作業が不要である。なお、ここでは、ベー
スの読み取りヘッドがリニヤホルダーのデジタルスケー
ルを読み取ってベース送り量を計測しているが、特定の
大きさの被測定物だけを扱う専用機や、定盤がベース送
り軌道としてのみ機能する形式の三次元形状測定装置で
は、定盤のエッジや表面にデジタルスケールを直接貼り
付けて固定している場合もある。いずれにせよ、ベース
に設けた読み取りヘッドが定盤側のデジタルスケールを
読み取る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来例の三次元形状測
定装置では、定盤５１上におけるベース５３の移動可能
な範囲がリニヤホルダー５２の長さによって制限される
問題がある。ベース５３に可能な最大の送り量は、リニ
ヤブロック５２Ａ、５２Ｂの間隔からベース５３の送り
溝５１Ｂ方向長さを差し引いた距離である。従って、こ
の距離よりも大き寸法を持つ被計測物、例えば、自動車
の実物大粘土モデルの場合、寸法取りの途中で、一旦リ
ニヤホルダー５２を定盤５１から取り外し、送り溝５１
Ｂの方向に移動させて、改めて定盤５１に位置決め固定
し直す必要がある。この場合、Ｘ座標値の連続性が途絶
えるから、新しい位置のリニヤホルダー５２について原
点合わせを行う必要がある。例えば、元の位置のリニヤ
ホルダー５２で計測完了した被計測物上の一点に計測用
アタッチメント５９の針先を位置決めして、元の位置の
リニヤホルダー５２によるＸ座標値が新しい位置のリニ
ヤホルダー５２についても得られるように、ＸＹＺ座標
値の表示装置のデジタル表示を調整する。

【００１２】定盤５１上におけるリニヤホルダー５２の
移動は、本来の寸法取り作業を中断させて、作業の合計
の所用時間を引き伸ばすから作業効率上好ましくない。
リニヤホルダー５２の移動の際に原点合わせを誤る可能
性が有り、原点合わせを誤ると新しい位置のリニヤホル
ダー５２による計測値がすべて無駄となる。原点合わせ
の誤りの可能性は、計測結果の信頼性を損なわせ、同じ
計測の繰り返しや度重なる検査を必要とさせ、相乗的に
測定結果の必要コストを増大させる。作業者の作業意欲
を損なわせもする。

【００１３】リニヤホルダー５２の付け替え移動を不要
とするためには、リニヤホルダー５２を長くすればよ
い。しかし、リニヤホルダー５２は、高価な材料を高精
度に加工した測定スケールそのもので、ラック等を設け
た精密機械でもあるから、長いリニヤホルダー５２の製
作は著しく困難となり、製作コストを増大させる。取扱
いや保管のコストも高まって、三次元形状測定装置の維
持コストも増大する。リニヤブロック５２Ａ、５２Ｂの
長いスパンを耐えて必要な剛性を確保するためにリニヤ
ホルダー５２の幅や厚さを増大させると、持ち運びや取
り付け作業が不便となるとともに、ベース５３のリニヤ
ホルダー５２を保持する部分も設計し直す必要がある。

【００１４】ところで、定盤に予めデジタルスケールを
移動不可能に固定したスケール固定型の三次元形状測定
装置では、送り移動経路に沿ってデジタルスケールが続
く限り送り量を計測でき、リニヤホルダーの付け替えは
全く不要である。しかし、長いデジタルスケールが高価
につくことに変わりなく、長いデジタルスケールは装置
のコストを高める。定盤がベースの一定の送り軌道とし
てのみ使用される場合には、デジタルスケールの必要本
数は１本でもよいが、定盤上に不特定の被測定物を載置
して計測を行う場合には、予想されるベース送りの経路
のすべてにデジタルスケールを配置する。デジタルスケ
ールのコストが著しく高まる一方で、定盤のいくつかの
デジタルスケールはほとんど使用されることが無い。多
数の定盤で１つの測定器（ベースから上の部分）を共有
する場合、すべての定盤に共通のデジタルスケールが必
要となる。光学読み取り式のデジタルスケールを設けた
定盤では磁気スケール読み取り式の測定器を使用できな
い。

【００１５】本発明は、高価なリニアホルダーやデジタ
ルスケールが不要で、大型の被測定物の場合でも、計測
を中断してリニヤホルダーの付け替えやベースの送り方
向の原点合わせをしなくて済む三次元形状測定装置を提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の三次元形状測
定装置は、定盤面を転動する複数の車輪に支持され、前
記定盤側に設けた案内面を倣って前記定盤上を第１軸の
方向に移動可能なベースと、前記ベース上に起立させた
コラムに沿って、前記定盤面と垂直な第２軸の方向に移
動可能なヘッドと、前記ヘッドに支持されて、第１軸お
よび第２軸の両方に垂直な第３軸の方向に移動可能なア
ームとを有する三次元形状測定装置において、前記ベー
スに第１軸の方向に離して複数個配置され、該第１軸方
向の移動に伴って、前記定盤面を倣って転動する計測ロ
ーラと、前記計測ローラの回転角度を計測する回転エン
コーダ機構と、前記回転エンコーダ機構が計測した回転
角度から前記定盤上における前記計測ローラの転動長さ
を求める換算手段とを設け、前記回転エンコーダ機構
は、複数の前記計測ローラを連動させて、その両方から
同時に前記回転角度を取り出す回転連動機構を有するこ
ととしたものである。

【００１７】 請求項２の三次元形状測定装置は、請求
項１記載の構成において、前記計測ローラは、前記ベー
スに設けた他の２組の前記車輪と協働して、前記ベース
を前記定盤上に三点支持する位置に配置されるものであ
る。

【００１８】 請求項３の三次元形状測定装置は、請求
項２記載の構成において、前記コラムと前記ベースの取
り付け部分に、前記ベースに対する前記コラムの傾きを
すべての方向で微調整可能な傾き角設定機構を設けたも
のである。

【００１９】 請求項４の三次元形状測定装置は、定盤
面を転動する複数の車輪に支持され、前記定盤側に設け
た案内面を倣って前記定盤上を第１軸の方向に移動可能
なベースと、前記ベース上に起立させたコラムに沿っ
て、前記定盤面と垂直な第２軸の方向に移動可能なヘッ
ドと、前記ヘッドに支持されて、第１軸および第２軸の
両方に垂直な第３軸の方向に移動可能なアームとを有す
る三次元形状測定装置において、前記定盤面を倣って転
動する計測ローラを、この計測ローラの回転角度を計測
する回転エンコーダ機構の支持枠構造に軸支持させた送
り長さ計測ユニットを前記ベースに複数配置し、複数の
前記送り長さ計測ユニットにおける前記回転エンコーダ
機構の出力状態を比較して、出力状態の不一致が検出さ
れた場合に警報信号を出力する制御回路を設けたもので
ある。

【００２０】

【作用】請求項１の三次元形状測定装置では、ベースに
設けた計測ローラが、定盤上の第１軸方向の移動長さを
拾い上げて、移動長さを計測ローラの回転角度に変換す
る。回転エンコーダ機構は、この計測ローラの回転角度
を計測する。換算手段は 、この回転角から移動長さを割
り出す。従って、計測ローラがベースの送り移動に際し
て定盤面に追従している限り、リニヤホルダーやリニア
スケールの長さとは無関係に、定盤上でベース送りが可
能なあらゆる方向について、そのすべての位置で原点の
一致した送り座標位置が自動的に出力される。

【００２１】そしてとくに、計測ローラは、前記第１軸
の方向に離して複数個が配置され、回転エンコーダ機構
は、複数の前記計測ローラを連動させて、その両方から
同時に前記回転角度を取り出す回転連動機構を有するの
で、複数の計測ローラのうちの一部が定盤面に追従でき
ない場合でも他の一部が定盤面に追従している限り、正
確な送り座標位置が連続的に出力される。

【００２２】なお、回転連動機構には、歯付きベルト機
構や歯車機構といったすべりの発生しない機構を採用す
ることが望ましい。回転エンコーダ機構の支持枠構造に
複数の計測ローラの軸を支持させてベース送り長さの計
測部分を１ユニット化し、ユニット全体を一体にベース
に組み込む取り付け構造を採用してもよい。支持枠構造
を複数の計測ローラによる支持の中心でベースにピボッ
ト支持し、ベースに対する支持枠構造の取り付け角度を
調整して固定できる取り付け構造としてもよい。複数の
計測ローラの転動方向を同時にベースの送り方向に精密
に一致させることが可能になる。複数の計測ローラが定
盤面を押す中心位置で支持枠構造を定盤に対して回転さ
せる構造は、回転に伴うベースへの作用力を最小にす
る。

【００２３】請求項２の三次元レイアウト装置では、２
組の車輪と計測ローラによってベースを三点支持してお
り、いかなる状態でもベースの重量の一部分が計測ロー
ラを定盤面に押し付けている。従って、計測ローラと定
盤面の摩擦状態が一定に保たれ、計測ローラが定盤面を
倣い損なう心配が無い。

【００２４】請求項３の三次元形状測定装置では、計測
ローラと車輪によるベースの３点支持によって発生する
可能性があるコラムの傾き角度を、傾き角設定機構によ
って相殺できる。例えば、回転エンコーダ機構の支持枠
構造に複数の計測ローラの軸を支持させてベース送り長
さの計測部分を１ユニット化し、ユニット全体を一体に
ベースに組み込む取り付け構造とした場合、ユニットの
交換によってベースの３点支持の一点の高さがずれ、ベ
ースの水平性とコラムの垂直性が狂う可能性がある。コ
ラムの垂直性が失われると、ヘッドの上下移動に伴って
タッチプローブ先端位置が水平方向にシフトして、ベー
ス送り量やアーム送り出し量に三次元形状の検出ポイン
トが対応しなくなる。まして、コラム高さは、３点支持
の間隔の数倍以上あり、計測ローラのベース取り付け高
さの誤差は、数倍に増幅されてコラム先端の振れ幅とな
る。傾き角設定機構によれば、ユニットを交換した後に
現れたコラム先端の振れ幅を、再度ユニットを取り外す
こと無く、そのまま許容範囲内に調整できる。

【００２５】請求項４の三次元形状測定装置では、複数
の送り長さ計測ユニットが並行して同じベース送り量を
計測する。２個の計測ユニットの場合、両者の計測結果
が食い違うことは、一方の計測ユニットの計測ローラが
定盤面を倣い損ねたことを意味する。この場合、直ちに
制御回路から警報信号が出力され、操作者に原点合わせ
等の処置を促す。ごみ、油滑り、浮き上がり等に起因し
て計測ローラが定盤面を倣い損ねると、正常な倣い状態
が復活しても、それ以後の計測値は、原点座標が狂った
異常な値となる。両方の計測ユニットで計測ローラが定
盤面を倣い損ねる可能性は小さいから、食い違いが発生
しない限りベース送り量の計測値は正確とみなせる。３
個以上の計測ユニットを使用して、多数決で一致した計
測値を出力させてもよい。制御回路における食い違いの
判別方法の例としては、次の方法がある。 （１）両方の回転エンコーダ機構から単位の送り量ごと
に反転出力されるデジタル信号波形の位相関係を比較す
る。 （２）両方の回転エンコーダ機構の出力から送り量をそ
れぞれ単独に求め、送り量のカウント数値のずれを検知
する。

【００２６】

【実施例】図１〜図４を参照して実施例の三次元形状測
定装置を説明する。図１はベースの平面図、図２は計測
ユニットの説明図、図３は計測ユニットの取り付け状態
の説明図、図４はコラム取り付け部分の説明図である。
図２中、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は一部断面図示
して下から見た図である。図３中、（ａ）は計測ローラ
に平行な断面図、（ｂ）は計測ローラに垂直な断面図で
ある。図４中、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分的な断面
図である。ここでは、定盤１１のエッジ１１Ｅと送り溝
１１Ｂの側壁を摩擦ローラ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２
１Ｄで挟み込んで、Ｘ軸基準に沿ってベース１３を送り
移動させる。ベース１３の裏面側に計測ユニット１２が
配置される。計測ユニット１２は、計測ローラ３６Ａ、
３６Ｂを定盤１１面に追従させて送り移動量を計測す
る。

【００２７】図１において、実施例の三次元形状測定装
置は、図５の場合とは異なり、リニヤホルダー５２を使
用しない。ベース１３は、定盤１１のエッジ１１Ｅと送
り溝１１Ｂの側壁を４個の摩擦ローラ２１Ａ、２１Ｂ、
２１Ｃ、２１Ｄで挟み込んで送り溝１１Ｂの方向に案内
され、摩擦ローラ２１Ｃに、ベース送りノブ１７Ａが軸
連結される。ベース１３の送り移動量は、ベース１３の
裏面側の凹所１３Ｂに取り付けた計測ユニット１２によ
って計測される。ベース１３の裏面側には、他にも、図
中左側の凹所１３Ｅに１組２個の支持ローラ２２、図中
右上の凹所１３Ｆに１組２個の支持ローラ２３が取り付
けてあり、計測ユニット１２の計測ローラ３６Ａ、３６
Ｂと支持ローラ２２、２３が協働してベース１３を三点
支持する。計測ローラ３６Ａ、３６Ｂと支持ローラ２
２、２３は、送り溝１１Ｂの方向に回転自在であるか
ら、操作者は、自らベース送りノブ１７Ａを回転させ
て、または、直接にベース１３を押すことにより、ベー
ス１３を送り溝１１Ｂの方向に円滑に送り移動して正確
に位置決め固定できる。

【００２８】摩擦ローラ２１Ａ、２１Ｂは、ベース１３
の図中上下に配置した付勢ユニット１８、１９に取り付
けてある。付勢ユニット１８、１９は、それぞれ軸支部
１８Ａ、１８Ｂにおいてベース１３に軸止されるととも
に、付勢ユニット１８、１９の上側の部分に収納した図
示しないコイルバネでベース１３の中央側に向かって付
勢される。このバネ力によってベース１３のエッジ１１
Ｅと送り溝１１Ｂの側壁が強固に挟み込まれる。摩擦ロ
ーラ２１Ｂは、ベース１３の上面に垂直に起立させて設
けた図示しないベース送り操作棒に連結される。ベース
送り操作棒は操作者が定盤１１上に立ち上がった状態で
楽に操作でき、ベース送りする際に、操作者がいちいち
しゃがみ込んでベース送りノブ１７Ａを操作する必要が
無い。

【００２９】ベース１３の上面に、ヘッド１５を上下移
動可能に支持するコラム１４が直立する。コラム１４
は、図４の取り付け構造によって傾き角度の微調整が可
能である。ヘッド１５は、コラム１４を囲む垂直軸案内
部１５Ａとアーム１６を囲む水平軸案内部１５Ｂとを有
する。ヘッド１５は、図５の場合と同様な構造によって
自重を相殺してあるから、操作者は、垂直軸案内部１５
Ａに設けたヘッド送りノブ１７Ｃを回転して、ヘッド１
５全体を軽快に上下方向に移動させて正確に位置決めで
きる。アーム１６の送り出し量は、水平軸案内部１５Ｂ
に設けた図示しないアーム送りノブを回転させて行う。
アーム１６の先端には、図５の場合と同様に、用途に応
じたアタッチメントが取り付けられる。

【００３０】計測ユニット１２は、計測ローラ３６Ａ、
３６Ｂによるベース１３の支持の中心位置に設けたピン
２５によって軸支される。ベース１３の側面に設けた２
本の六角ボルト２６Ａ、２６Ｂを操作することにより、
ピン２５を中心にして、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂの転
がり方向を、ベース１３の送り方向に精密に一致させる
ことができる。六角ボルト２６Ａ、２６Ｂは、ベース１
３に対して計測ユニットをピン２５回りに回転させる。
ボルト２６Ａは、ベース１３に形成した雌ネジにねじ込
んで先端部を計測ユニット１２の側面に突き当ててい
る。ボルト２６Ｂは、ベース１３に形成したばか孔を貫
通して計測ユニット１２の側面に形成した雌ネジにねじ
込まれる。ボルト２６Ａが計測ユニット１２の側面を押
す一方、ボルト２６Ｂが計測ユニット１２の側面を引っ
張る。ボルト２６Ａとボルト２６Ｂが相互にロックされ
る両者のねじ込み深さを調整することにより、計測ユニ
ット１２を微小角度だけ回転させる。

【００３１】図２において、計測ユニット１２は、支持
枠構造であるフレーム１２Ｆにロータリーエンコーダ３
１、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂ、および歯車３２、３３
Ａ、３３Ｂを取り付けて一体に構成される。フレーム１
２Ｆの上面に図１のピン２５が挿入されるピン孔３４を
形成した調整板１２Ｈが固定される。図１のベース１３
の裏面側に形成した凹所１３Ｂの天井部分に調整板１２
Ｈの面を突き当てる形式でベース１３に計測ユニット１
２が取り付けられる。調整板１２Ｈの厚みを加減すれ
ば、ベース１３に対する計測ローラ３６Ａ、３６Ｂの取
り付け高さを調整可能である。ただし、計測ユニット１
２の交換等によって、この取り付け高さが狂って、定盤
１１上に三点支持されたベース１３が傾いた場合、調整
板１２Ｈに頼らなくても、図４の傾き角度の微調整機構
によって、コラム１４の垂直性を確保できる。

【００３２】ロータリーエンコーダ３１は、その入力軸
の単位の回転角度ごとに１個の電圧パルスを形成する。
計測ローラ３６Ａに歯車３３Ｂを軸連結し、計測ローラ
３６Ｂに歯車３３Ａを軸連結している。ロータリーエン
コーダーの入力軸に歯車３２が取り付けられ、約９０度
相互に位相をずらせた位置で、歯車３２に対して歯車３
３Ａ、３３Ｂが同時に噛み合う。歯車３２は、２枚の歯
車を重ねてバネで相互に回転付勢させた形式のもので、
歯車３３Ａ、３３Ｂとのバックラッシュやガタ付きをバ
ネで吸収して、一体不離の噛み合いを維持する。歯車３
３Ａ、３３Ｂは同じものである。計測ローラ３６Ａ、３
６Ｂは、（ｂ）の断面において計測ローラ３６Ａについ
て示されるように、軸受け３５によって、フレーム１２
Ｆに回転自在に支持される。

【００３３】本実施例では、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂ
の直径と「歯車３２に対する歯車３３Ａ、３３Ｂの歯数
比」との関係を調整して、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂが
０．０１ｍｍ転がるごとにロータリーエンコーダ３１か
ら１個のパルスが出力されるように構成した。従って、
デジタル表示装置３０の側では、１００個のパルスを１
ｍｍとして、１個のパルスが入力されるごとに表示を
０．０１ｍｍ変化させる処理を行う。デジタル表示装置
３０は、リセット機能を持ち、ベース１３の任意の送り
位置でカウント状態を０にして原点を設定できる。

【００３４】図３は、ベース１３に取り付けた状態の計
測ユニット１２を示す。（ａ）は図１の定盤１１のエッ
ジ１１Ｅの反対側から見た断面図、（ｂ）はコラム１４
側から見た断面図である。図３において、定盤１１面に
は、図１の送り溝１１Ｂと直角に送り溝１１Ａが形成さ
れる。送り溝１１Ｂ、１１Ａは、図４に示す格子状態に
配置され、ベース１３が所定長さ送り移動されるごと
に、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂが送り溝１１Ａを乗り越
える。計測ユニット１２では、ロータリーエンコーダ３
１に軸連結した歯車３２に対して、計測ローラ３６Ａ、
３６Ｂに軸連結した歯車３３Ｂ、３３Ａを同時に噛み合
わせているから、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂの一方が送
り溝１１Ａによって定盤１１面に対する従動状態を絶た
れても、他方が定盤１１面を倣っている限り、ベース１
１の送り移動距離に正確に追従した距離計測がなされ
る。計測ユニット１２は、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂが
定盤１１面に接触する中心の上空に形成したピン孔３４
にベース１３側のピン２５を挿入している。図１を参照
して説明したように、一対のボルト２６Ａ、２６Ｂピン
２５を操作して、ベース１３の送り方向に対して計測ロ
ーラ３６Ａ、３６Ｂの転がり方向を精密に一致させてい
る。

【００３５】図４の（ａ）において、コラム１４に一体
に固定された高い剛性のフランジ１４Ｆは、３本１組、
４組計１２本の支持ボルト４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４
２Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４４Ａ、４４Ｂによってベース
上に中空支持して固定されている。４組それぞれの支持
位置におけるフランジ１４Ｆとベース１３の間隔を加減
することによって、フランジ１４Ｆの取り付け角度（水
平性）が微調整され、コラム１４の垂直性が確保され
る。

【００３６】図４の（ｂ）において、４組のうちの１組
を用いてフランジ１４Ｆとベース１３の間隔の調整方法
を説明する。１組３本の支持ボルト４１Ａ、４１Ｂ中、
両側の支持ボルト４１Ａは、フランジ１４Ｆに形成した
雌ネジに噛み合って、先端をベース１３に突き当てる。
中央の支持ボルト４１Ｂは、フランジ１４Ｆのスルー孔
を貫通してベース１３に形成した雌ネジに噛み合う。他
の３組も同様に構成される。１組の支持ボルト４１Ａ、
４１Ｂのねじ込み深さのバランスを加減して、ベース１
３に対する任意の間隔を設定し、かつ、フランジ１４Ｆ
をベース１３に固定する。

【００３７】以上のように説明した実施例の三次元形状
測定装置によれば、定盤１１面に沿ってベース１３を移
動させた際に、デジタル表示装置３０を通じて、原点を
共通とする連続的な距離の数値を読み取ることができ
る。また、ベース１３の送り駆動と送り長さの計測の両
方について、図４のリニヤホルダー５２のような補助部
材を使用せず、摩擦ローラ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２
１Ｄによって定盤１１そのものを駆動し、計測ローラ３
６Ａ、３６Ｂによって定盤１１面そのものを倣い計測す
る構成としたから、図４のリニヤホルダー５２やリニヤ
ブロック５２Ａ、５２Ｂに類する「ベース１３の送り移
動量の制限部材」を定盤１１に設定する必要が無い。制
限部材の無い定盤１１面に沿って、定盤１１面の一方の
送り方向についてベース１３を自由な距離に移動でき
る。従って、図４の三次元形状測定装置で必要とされた
リニヤホルダー５２やリニヤブロック５２Ａ、５２Ｂの
付け替え移動の作業や、付け替え移動に伴う距離計測の
原点調整は不要である。つまり、大型の被計測物の場合
でも、三次元形状測定装置側の都合によって計測作業を
中断されることなく、連続的で能率的な計測を実行でき
る。

【００３８】ロータリーエンコーダ３１と計測ローラ３
６Ａ、３６Ｂを一体に構成し計測ユニット１２としてベ
ース１３に取り付ける構成としたから、計測ユニット１
２の状態で単独に計測ローラ３６Ａ、３６Ｂの取り付け
精度や計測精度の調整を実行でき、ベース１３に組み込
んだ後に故障した場合でも、計測ユニット１２の交換で
直ちに修理完了できる。計測ユニット１２の交換後にお
けるコラム１４の垂直性は、図４の調整機構によって速
やかに確保される。

【００３９】計測ローラ３６Ａ、３６Ｂを歯車３２で連
動させる構成としたから、送り溝１１Ａを越えて往復し
ても原点位置はずれない。ピン２５とボルト２６Ａ、２
６Ｂによってベース１３の送り方向と計測ローラ３６
Ａ、３６Ｂの転がり方向を微調整できる構成としたか
ら、ベース１３の送り方向と計測ローラ３６Ａ、３６Ｂ
の転動方向を精密に一致させて、正確で再現性のある送
り方向の距離計測を実行できる。ピン２５を計測ローラ
３６Ａ、３６Ｂの中間に設けたから、ボルト２６Ａ、２
６Ｂを操作した際にピン２５がみそすり運動しない。従
って、ベース１３に不必要な水平力が作用して、ベース
１３にヨー角が発生する心配が無い。ベース１３を支持
ローラ２２、２３と計測ローラ３６Ａ、３６Ｂで三点支
持する構成としたから、計測ローラ３６Ａ、３６Ｂに常
にほぼ一定の荷重がかかり、定盤１１面との摩擦状態を
維持したすべりの無い安定した計測を行える。

【００４０】なお、本実施例では、計測ユニット１２を
１個のみベース１３に取り付ける構成としたが、２個、
または、すべての支持ローラ２３を置き換えて３個取り
付ける構成としてもよい。２個の場合には、両方のロー
タリーエンコーダ３１から出力されるデジタル信号の位
相を比較したり、ベース送り量のカウント数値を比較し
て、食い違いが発生した場合に操作者に対して警報を発
生する。操作者は、このとき、直ちに測定を中断し、定
盤１１上の基準位置にベース１３を移動して原点合わせ
を行い、警報発生時にベース１３が位置していた定盤１
１の部分領域を清掃する。

【００４１】

【発明の効果】本発明の三次元形状測定装置によれば、
ベースの送り移動量の計測を目的とするスケール部材
（リニヤホルダー）を定盤に取り付ける必要が無いか
ら、スケール部材の長さによってベースの送り移動可能
な距離範囲を制限されない。自動車の実物大粘土モデル
のような大型の被測定物でも、寸法取りの途中で、スケ
ール部材を移動させる必要が無い。当然、スケール部材
の移動に伴う送り移動量計測の原点合わせを行う必要も
無い。長くて取扱い不便で高価なスケール部材を使用す
る必要も無い。

【００４２】従って、作業者は、本来の作業のみに集中
して、すべての計測を連続的に実行でき、作業の合計の
所用時間を削減できる。誤った原点合わせに起因した計
測値の間違いが発生しないから、測定値の信頼性が向上
し、測定の繰り返し回数や検査回数を減じることが可能
で、相乗的に測定結果の必要コストを抑制できる。 そし
て、複数の計測ローラを連動させて全部の計測ローラか
ら同時に回転角を採取するので、１つの計測ローラが送
り溝等で空転しても、他の計測ローラが定盤面を追従し
て送り座標位置の正確な出力を途絶えさせない。

【００４３】回転エンコーダ機構および計測ローラを１
ユニットに構成した場合、計測ローラの機械的な調整や
回転エンコーダの電気的な調整を、ベースからユニット
ごと取外した状態で、実際にベースに組み込んだ際と同
様な精度で、はるかに容易に実施できる。部品の１つが
故障した場合の交換もユニットごと実施でき、組み込ん
だ後の調整項目は、ピンを中心にしたころがり方向の調
整のみでよい。２組の車輪と計測ローラによってベース
を三点支持する場合、アームの送り出し等によってベー
ス１３に重心移動を生じた場合や汚れ等で定盤面に多少
の凹凸がある場合でも計測ローラと定盤面の摩擦状態を
一定に保った、安定した正確な計測を実行できる。ま
た、車輪数を最小限にするために、車輪の支持機構を含
むベース構造がシンプルになり、他の部品の配置の自由
度も高まる。コラムをベースに傾き角度の微調整可能な
機構を介して固定した場合、計測ユニットの交換に際し
て、速やかにコラムの垂直性を確保でき、精密で信頼性
の高い計測を短時間で再開できる。計測ユニットに対す
る要求精度が低くて済み、特殊でない通常の材料や加工
の採用を通じて製作コストが削減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】三次元形状測定装置のベースの平面図である。

【図２】計測ユニットの説明図である。

【図３】計測ユニットの取り付け状態の説明図である。

【図４】コラム取り付け部分の説明図である。

【図５】従来の三次元形状測定装置の斜視図である。

【符号の説明】

１１、５１ 定盤 １２ 計測ユニット １３、５３ ベース １４、５４ コラム １５、５５ ヘッド １６、５６ アーム １８、１９ 付勢ユニット ２２、２３ 支持ローラ ２５ ピン ３０ デジタル表示装置 ３１ ロータリーエンコーダ ３２、３３Ａ、３３Ｂ 歯車 ３４ ピン孔 ３５ 軸受け ５２ リニヤホルダー ５８ 滑車 ５９ 測定用アタッチメント １１Ａ、１１Ｂ 送り溝 １１Ｅ エッジ １２Ｆ フレーム １２Ｈ 調整板 １３Ａ 基準板 １３Ｂ、１３Ｅ、１３Ｆ 凹所 １４Ｆ フランジ １５Ａ 水平軸案内部 １５Ｂ 垂直軸案内部 １７Ａ、５７Ａ ベース送りノブ １７Ｂ、５７Ｂ アーム送りノブ １７Ｃ、５７Ｃ ヘッド送りノブ １８Ａ、１９Ａ 軸支部 ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ 摩擦ローラ ２６Ａ、２６Ｂ ボルト ３６Ａ、３６Ｂ 計測ローラ ４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４
４Ａ、４４Ｂ 支持ボルト ５８Ａ ワイヤー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 5/00 - 5/30 G01B 21/00 - 21/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤面を転動する複数の車輪に支持さ
   れ、前記定盤側に設けた案内面を倣って前記定盤上を第
   １軸の方向に移動可能なベースと、 前記ベース上に起立させたコラムに沿って、前記定盤面
   と垂直な第２軸の方向に移動可能なヘッドと、 前記ヘッドに支持されて、第１軸および第２軸の両方に
   垂直な第３軸の方向に移動可能なアームとを有する三次
   元形状測定装置において、 前記ベースに第１軸の方向に離して複数個配置され、該
   第１軸方向の前記ベースの送り移動に伴い、前記定盤面
   を倣って転動する計測ローラと、 前記計測ローラの回転角度を計測する回転エンコーダ機
   構と、 前記回転エンコーダ機構が計測した回転角度から前記定
   盤上における前記計測ローラの転動長さを求める換算手
   段とを設け、 前記回転エンコーダ機構は、複数の前記計測ローラを連
   動させて、その両方から同時に前記回転角度を取り出す
   回転連動機構を有する ことを特徴とする三次元形状測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記計測ローラは、前記ベースに設けた
   他の２組の前記車輪と協働して、前記ベースを前記定盤
   上に三点支持する位置に配置されることを特徴とする請
   求項１記載の三次元形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記コラムと前記ベースの取り付け部分
   に、前記ベースに対する前記コラムの傾きをすべての方
   向で微調整可能な傾き角設定機構を設けたことを特徴と
   する請求項２記載の三次元形状測定装置。
4. 【請求項４】 定盤面を転動する複数の車輪に支持さ
   れ、前記定盤側に設けた案内面を倣って前記定盤上を第
   １軸の方向に移動可能なベースと、 前記ベース上に起立させたコラムに沿って、前記定盤面
   と垂直な第２軸の方向に移動可能なヘッドと、 前記ヘッドに支持されて、第１軸および第２軸の両方に
   垂直な第３軸の方向に移動可能なアームとを有する三次
   元形状測定装置において、 前記定盤面を倣って転動する計測ローラを、この計測ロ
   ーラの回転角度を計測する回転エンコーダ機構の支持枠
   構造に軸支持させた送り長さ計測ユニットを前 記ベース
   に複数配置し、 複数の前記送り長さ計測ユニットにおける前記回転エン
   コーダ機構の出力状態を比較して、出力状態の不一致が
   検出された場合に警報信号を出力する制御回路を設けた
   ことを特徴とする 三次元形状測定装置。