JP3145963U - 三次元座標測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】微動機構の微動つまみを操作容易な位置に配置可能な表面性状測定機を提供する。
【解決手段】表面性状測定機において、被測定物を測定する検出器を移動させる移動機構に設けられた微動機構と、その微動機構を操作して微動させる微動つまみとを可撓軸を介して連結することにより、微動つまみの操作力を微動機構に伝達可能にするとともに、複数の微動機構を操作する微動つまみを相互に近接して配置可能とする。また、これらの微動つまみを移動可能に設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元座標測定機に関し、特に検出器を被測定物に対して相対微動させる微動機構を備えた三次元座標測定機に関する。

被測定物の粗さ、うねり、輪郭形状、真円度、寸法などの表面性状の測定において、例えば表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元座標測定機などの表面性状測定機が用いられる。これらの表面性状測定機には、前もって測定用のパートプログラムを作成しておき、このパートプログラムを実行することによって自動または半自動で被測定物の表面性状を測定する数値制御式の表面性状測定機と、手動で検出器を移動させることによって測定を行う手動式の表面性状測定機とが知られている。

数値制御式の表面性状測定機は高性能、高機能である反面、パートプログラムの作成に手間がかかり、さらには高価であるという欠点があるので、この欠点を補うために、手動式の表面性状測定機が多く使われている。
この手動式の表面性状測定機においては、例えばタッチ信号プローブなどの検出器を手動で移動させ、検出器の接触子を被測定物に接触させて測定を行う必要から、常に測定箇所を観察して測定を行うことが不可欠である。

一方、近年の機械加工技術の向上に伴って微細加工が容易となり、その結果、表面性状測定機においても微細加工された被測定物を測定する必要性がますます高くなる状況にある。微細加工された被測定物の測定のためには、検出器を容易に微動可能な微動機構を設けたり、顕微鏡を設置して微細箇所の観察を容易にすることが行われている。

例えば、図６は微動機構を設けた手動式三次元座標測定機１００を示す。
この手動式三次元座標測定機１００は、測定テーブル１の両端に立設されたコラム２とサポータ３との間に架け渡されたＸ軸ビーム４を備えている。このＸ軸ビーム４に対して空気軸受けによって支持されＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライダ６（Ｘ軸移動機構）と、このＸ軸スライダ６に対して空気軸受けによって支持されＺ軸方向に移動可能なＺ軸スピンドル７（Ｚ軸移動機構）とを備えている。コラム２とサポータ３も空気軸受けによって測定テーブル１から浮上して支持されており、コラム２は測定テーブル１の一端に設けられたＹ軸ガイド機構５によってＹ軸方向に空気軸受けによりガイドされているので、コラム２とサポータ３は一体となってＹ軸方向に移動可能となっている（Ｙ軸移動機構）。

Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構は、各々の移動量がリニヤスケールなどによって検出可能となっている。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は各々直交関係にある。
Ｚ軸スピンドル７の下端には図示しないタッチ信号プローブが設置され、測定テーブル１上に載置された被測定物の測定箇所へタッチ信号プローブの接触子を接触させることによってタッチ信号が出力され、その瞬間の各移動機構の移動量が読取られて測定値として出力される。
各移動機構は空気軸受けによって非接触で支持されているので接触抵抗が皆無であるため、タッチ信号プローブの移動に際しては、タッチ信号プローブの本体を手で支持して移動させるだけで良く、極めて軽快に移動可能である。しかし手動で移動させるために１ｍｍ以下の微細な移動は必ずしも容易ではない。

このために、図６の手動式三次元座標測定機１００は各軸に微動機構とクランプ機構を設けている。クランプ機構は、各軸が不用意に移動しないように固定を行うもので、例えば、空気軸受けの空気を抜く（エアーパッドからの空気噴出を停止する）ことによって各軸毎に、クランプ（停止）と非クランプ（移動）が切りかえられる。クランプされた軸は、その軸のエアーパッドと、そのエアーパッドが対抗するスライド面とが接触状態となるため、摩擦抵抗によって移動が阻止される。例えば、Ｙ軸がクランプされている場合は、Ｙ軸のエアーパッドが測定テーブル１に接触してクランプ状態となる。この時、Ｙ軸のエアーパッドとコラム２間をねじ結合としておけば、このねじを回転させることによってＹ軸のエアーパッドとコラム２間の位置関係を変化させることが出来る。

つまり、コラム２にねじ棒を回転可能かつ進退不可能に支持し、ねじ棒に螺合したナットとＹ軸エアーパッドを結合した構成とすることによって、ねじ棒を回転させればナットが進退し、その結果エアーパッドが進退する。ここで、Ｙ軸エアーパッドが測定テーブル１に接触して停止状態にあるため、結果として、測定テーブル１に対してコラム２が微動することになる。このような構造でＹ軸微動機構が構成されるが、Ｘ軸とＺ軸の微動機構についても同様に構成可能である。 図６の三次元座標測定機１００では、各軸のねじ棒を回転させるためのつまみ（Ｘ軸微動つまみ８、Ｙ軸微動つまみ９、Ｚ軸微動つまみ１０）を設けている。

ところが、このような構成では、ねじ棒を回転させる必要から微動つまみは微動機構の近辺に配置せざるを得ないので、例えば三次元座標測定機などの大型の表面性状測定機では、各軸の微動つまみの設置位置は相互に離隔した位置となり、軸毎の操作に応じて視線を移したり、測定者の姿勢を変えて操作しなければならないなどの、操作性が低下するという問題点があった。
これに対して、微動用のねじ棒とは別に操作用のねじ棒を別途設け、相互のねじ棒間をタイミングベルトで結合してトルク伝達を行う構成とし、微動つまみの設置位置の自由度を向上させるものがある（例えば特許文献１）。しかし、この発明は構造が複雑である他、微動つまみが必ずしも任意位置には配置出来ないという問題点があった。

特開平８−１４８０７号公報

既に説明したように、微細加工された被測定物の測定においては、顕微鏡によって測定箇所の確認を行うことも多く、特にこのような場合には顕微鏡で観察しながら微動機構を操作することが多く、各軸の微動つまみが相互に離隔した位置に設置されていて、自由に手元位置で操作できない場合は、顕微鏡観察と微動操作を交互に行うことになり、その都度、視線移動、作業姿勢変更が必要となり、手動測定作業の能率が大幅に低下するという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、顕微鏡での被測定物の観察など、被測定物に神経を集中した状態であっても微動機構を操作可能な表面性状測定機を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、被測定物を検出する検出器と、前記検出器を前記被測定物に対して相対移動させる複数の移動機構とを備えた三次元座標測定機において、前記複数の移動機構の各々は、前記検出器を前記被測定物に対して相対微動させる微動機構と、前記微動機構を手動で操作する微動つまみを更に備え、前記微動つまみは、前記微動つまみの回転力または押引力を伝達する可撓軸を介して前記微動機構に接続されると共に、前記各々の微動つまみは相互に近接して配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、微動機構の操作を可撓軸を介して微動つまみで操作することができるので、各軸の微動つまみは相互に近接して配置することができると共に、三次元座標測定機の最も操作容易な位置へ微動つまみを配置することが可能となる。これによって、例えば顕微鏡によって被測定物を観察しながら微動つまみを操作して各軸の微動調整を行うことが極めて容易となる。
ここで、可撓軸とは所定以上の曲率であれば屈曲させた場合であっても、回転力や押引力を伝達可能な軸材であり、この軸材の外部に設けられる保護被覆（シース）の有無を問わない。

また、この発明は、前記可撓軸が伝達する前記操作力は、回転力または押引力であることが好ましい。
この発明によれば、微動機構がねじ棒によって操作される場合は、任意位置に配置された微動つまみから回転力をねじ棒に伝達することが容易、かつ簡便な機構で行える。また、微動機構が、てこの原理で操作量を縮小するものである場合は、任意位置に配置された微動つまみから押引力を可撓軸を介して、てこの操作点に伝達することが容易、かつ簡便な機構で行える。

さらに、この発明は、前記各々の微動つまみは１つの集中操作装置に設けられ、前記集中操作装置は移動可能に設置されることが好ましい。
この発明によれば、集中操作装置に微動つまみが集中して配置され、その集中操作装置は移動可能であるため、操作のしやすい位置に集中操作装置を設置することができる。特に顕微鏡によって観察しながら検出器を微動させる場合は、手元に集中操作装置を設置することによって、視線を移動させることなく、さらには測定者の姿勢を変更することなく、微動つまみを操作可能なため、測定能率が飛躍的に向上する。

また、この発明は、被測定物を検出する検出器と、前記検出器を前記被測定物に対して相対移動させる移動機構とを備えた三次元座標測定機において、前記移動機構は、前記検出器を前記被測定物に対して相対微動させる微動機構と、前記微動機構を手動で操作する微動つまみを更に備え、前記微動つまみは、前記微動つまみの回転力または押引力を伝達する可撓軸を介して前記微動機構に接続されると共に、前記微動つまみは移動可能に設置されることを特徴とする。

この発明によれば、微動つまみが移動可能に設置されるので、被測定物の形状、寸法に応じて操作の容易な位置へ微動つまみを設置して測定能率を向上させることが可能になる。

以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は、本発明の第１実施形態による三次元座標測定機２００を示す。
基本的な構成は、図６に示した三次元座標測定機１００と同一であるが、コラム２に固定された操作盤１１（集中操作装置）を設け、この操作盤１１の同一面にＸ軸微動つまみ８、Ｙ軸微動つまみ９、Ｚ軸微動つまみ１０を近接して集中配置した点が異なる。

これらの微動つまみは、可撓軸を介して各軸の微動機構のねじ棒に連結されており、微動つまみを、その軸を中心にして回転させると可撓軸もその軸を中心に回転し、その回転力が微動機構のねじ棒を回転させる構成となっている。可撓軸は所定以上の曲率であれば屈曲させた場合であっても、回転力や押引力を伝達可能である。
図１の第１実施形態においては、可撓軸はコラム２やＸ軸ビーム４の内部や側面に沿って配置されており、Ｘ軸微動つまみ８はＸ軸可撓軸８１を介してＸ軸微動機構のねじ棒に接続され、Ｙ軸微動つまみ９はＹ軸可撓軸９１を介してＹ軸微動機構のねじ棒に接続され、Ｚ軸微動つまみ１０はＺ軸可撓軸１０１を介してＺ軸微動機構のねじ棒に接続されている。

図２は、Ｘ軸可撓軸８１とＹ軸可撓軸９１の配置状態を示す図である。Ｚ軸に関しては図示を省略しているが、Ｚ軸微動つまみ１０とＺ軸可撓軸１０１も同様に配置、接続される。
図３は、本発明の第２実施形態による三次元座標測定機３００を示す。
この第２実施形態においては、操作盤１１Ｂ（集中操作装置）は移動可能とされており、図３は測定テーブル１上に操作盤１１Ｂを設置した例を示す。

操作盤１１ＢにはＸ軸微動つまみ８、Ｙ軸微動つまみ９、Ｚ軸微動つまみ１０が近接して配置されており、各微動つまみの回転力を伝達する可撓軸（Ｘ軸可撓軸８１、Ｙ軸可撓軸９１、Ｚ軸可撓軸１０１）は操作盤１１Ｂから引き出され、コラム２の内部を経由して各軸の微動機構のねじ棒に連結されている。可撓軸は撓んだ場合でも回転力を伝達可能であるから、この操作盤１１Ｂを他の位置へ移動させることも可能である。また、この操作盤１１Ｂは磁石またはフックを用いて、コラム２の前面や側面などへ設置することも可能である。勿論ねじ止めによる操作盤１１Ｂの半固定設置も可能である。

図４は、三次元座標測定機２００、３００のＹ軸微動機構９０ＡとＹ軸可撓軸９１、Ｙ軸微動つまみ９の連結構造を示す。操作盤１１、１１Ｂに設置されたＹ軸微動つまみ９の背面にＹ軸可撓軸９１の一端が連結されている。Ｙ軸可撓軸９１の他端はねじ棒９３に連結されており、Ｙ軸微動つまみ９の回転力は、Ｙ軸可撓軸９１を介してねじ棒９３に伝達される。ねじ棒９３はコラム２の支持部９２に、軸を中心として回転可能かつ軸方向へ進退不可能に支持されている。ねじ棒９３にはナット９４が螺合しており、ナット９４はＹ軸エアーパッド９５に連結されているので、ねじ棒９３の回転に伴ってＹ軸エアーパッド９５は図中左右方向へ微動する。

Ｙ軸エアーパッド９５へは、図示しない空圧源から圧縮空気が供給されており、図中下方向へ圧縮空気を噴出して空気膜を形成しており、Ｙ軸エアーパッド９５は測定テーブル１から所定高さで浮上している。ここで、図示しないＹ軸クランプボタンが操作されてＹ軸エアーパッド９５への圧縮空気の供給が遮断されると、空気膜が消失するのでＹ軸エアーパッド９５は下降して測定テーブル１と接触する。この状態ではＹ軸エアーパッド９５と測定テーブル１との摩擦によってＹ軸方向への移動は阻止され、Ｙ軸はクランプ（停止）されたことになる。

ここで、Ｙ軸微動つまみ９を回転させてＹ軸エアーパッド９５を図中左右方向へ移動させると、測定テーブル１に対して相対的にコラム２がＹ軸方向へ微動することになる。
微動終了後、他の測定箇所へ移動させるには、Ｙ軸クランプボタンを再度操作してＹ軸エアーパッド９５への圧縮空気の供給を再開すれば、Ｙ軸エアーパッド９５は測定テーブル１から浮上して、Ｙ軸方向へのコラム２の自由な移動が可能となる。

図５は、三次元座標測定機２００、３００のＹ軸微動機構として、てこを用いた例におけるＹ軸微動機構９０ＢとＹ軸可撓軸９１Ｂ、Ｙ軸微動つまみ９Ｂの連結構造を示す。操作盤１１Ｃに設置されたＹ軸微動つまみ９Ｂの背面にＹ軸可撓軸９１Ｂの一端が連結されている。Ｙ軸可撓軸９１Ｂの他端はてこ９８の操作点ＯＰに連結されており、Ｙ軸微動つまみ９Ｂの押引力は、Ｙ軸可撓軸９１Ｂを介して、てこ９８の操作点ＯＰに伝達され、操作点ＯＰを図中左右方向へ移動させる。

てこ９８はコラム２の支持部９２Ｂに支持された支点Ｃを中心として回動可能に支持されており、てこ９８の他端はスライダ９６に連結されている。スライダ９６は支持部９２Ｂに支持された微動ガイド９７に沿って図中左右方向に微動可能で、Ｙ軸エアーパッド９５と連結されている。このような構成であるから、Ｙ軸微動つまみ９Ｂをその軸方向（図中左右方向）へ押引操作すると、その押引力はＹ軸可撓軸９１Ｂを介して、てこ９８の操作点ＯＰを図中左右方向へ移動させ、Ｙ軸エアーパッド９５を図中左右方向へ微動させる。
この時、操作点ＯＰの操作量に対して、Ｙ軸エアーパッド９５の微動量は縮小されるので、効果的な微動動作が行える。

Ｙ軸エアーパッド９５の作用、構成は図４と同一であるので、この微動機構９０Ｂによってコラム２をＹ軸方向へ微動可能となる。
なお、これらの微動機構はＹ軸についてのみ例示したが、Ｘ軸、Ｚ軸についても同様に構成可能である。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々について、ねじ棒を用いた微動機構９０Ａあるいはてこを用いた微動機構９０Ｂのいずれを用いても良い。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、上記実施形態では、可撓軸の一端に微動つまみを連結し、他端に微動機構の操作要素（ねじ棒など）を連結するものに限って説明したが、回転力を伝達する場合には、例えば、ギアなどを介して可撓軸を連結することによって、微動量をさらに縮小あるいは拡大する構成としても良い。さらに、ウオームギヤなどを用いて、回転軸の方向を変換しても良い。

また、可撓軸と微動つまみ、あるいは可撓軸と微動機構の操作要素との連結は、直結する構造の他、自在継手などを用いて連結する構造としても良い。
さらに、操作盤の形状は板状のもの、箱状のものを示したが、どのような形状であっても良く、微動つまみを操作容易に配置可能であれば良い。
また、可撓軸の構造はどのようなものでもよく、例えば中空軸構造であってもよい。
さらに、集中操作装置には、例えばクランプボタンや照明スイッチなどの他のボタンやスイッチもあわせて集中配置しても良い。

また、三次元座標測定機の各軸のクランプはエアーベアリングのエアーパッドをガイド面に接触させて、接触抵抗により停止させてクランプを行うものに限って説明したが、他の方法によるクランプを行うものでも良い。
さらに、微動機構は、ねじ棒による微動機構と、てこによる微動機構に限って説明したが、他の構成による微動機構であっても良い。
また、三次元座標測定機は手動測定を行うものに限って説明したが、数値制御式の三次元座標測定機に微動機構を設ける場合においても本発明を実施可能である。

さらに、三次元座標測定機に限らず、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機などの表面性状測定機においても本発明を実施可能である。
また、固定載置された被測定物に対して検出器を移動して測定を行う表面性状測定機に限らず、固定された検出器に対して被測定物を移動させて測定を行う表面性状測定機であっても良い。

以上に述べたように、本発明によれば、次の効果がある。
（１）微動機構の操作を可撓軸を介して微動つまみで操作することが出来るので、各軸の微動つまみは相互に近接して配置することができると共に、表面性状測定機の最も操作容易な位置へ微動つまみを配置することが可能となる。これによって、例えば顕微鏡によって被測定物を観察しながら微動つまみを操作して各軸の微動調整を行うことが極めて容易となる。

（２）微動機構がねじ棒によって操作される場合は、任意位置に配置された微動つまみから回転力をねじ棒に伝達することが容易、かつ簡便な機構で行える。また、微動機構が、てこの原理で操作量を縮小するものである場合は、任意位置に配置された微動つまみから押引力を可撓軸を介して、てこの操作点に伝達することが容易、かつ簡便な機構で行える。

（３）集中操作装置に微動つまみが集中して配置され、その集中操作装置は移動可能であるため、操作のしやすい位置に集中操作装置を設置することができる。特に顕微鏡によって観察しながら検出器を微動させる場合は、手元に集中操作装置を設置することによって、視線を移動させることなく、さらには測定者の姿勢を変更することなく、微動つまみを操作可能なため、測定能率が飛躍的に向上する。
（４）微動つまみが移動可能に設置されるので、被測定物の形状、寸法に応じて操作の容易な位置へ微動つまみを設置して測定能率を向上させることが可能になる。

（５）検出器としてタッチ信号プローブや倣いプローブを用い、寸法の大きい被測定物の微細加工部の寸法や輪郭形状などの三次元座標を測定する三次元座標測定機において、被測定物の微細加工部の位置に応じて微動つまみを操作容易な位置に設置できるので、操作性が向上し、測定能率が特に向上する。

本発明の第１実施形態による三次元座標測定機の斜視図である。 本発明の可撓軸配置状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態による三次元座標測定機の斜視図である。 本発明の可撓軸連結構造を示す構成図である。 本発明の他の可撓軸連結構造を示す構成図である。 従来例による三次元座標測定機の斜視図である。

符号の説明

１ 測定テーブル
２ コラム
３ サポータ
４ Ｘ軸ガイド機構
５ Ｙ軸スライダ
６ Ｘ軸スライダ
７ Ｚ軸スピンドル
８ Ｘ軸微動つまみ
９ Ｙ軸微動つまみ
１０ Ｚ軸微動つまみ
８１ Ｘ軸可撓軸
９１ Ｙ軸可撓軸
１０１ Ｚ軸可撓軸

Claims (3)

1. 被測定物を検出する検出器と、前記検出器を前記被測定物に対して相対移動させる複数の移動機構とを備えた三次元座標測定機において、
   前記複数の移動機構の各々は、前記検出器を前記被測定物に対して相対微動させる微動機構と、前記微動機構を手動で操作する微動つまみを更に備え、
   前記微動つまみは、前記微動つまみの回転力または押引力を伝達する可撓軸を介して前記微動機構に接続されると共に、前記各々の微動つまみは相互に近接して配置されていることを特徴とする三次元座標測定機。
2. 前記各々の微動つまみは１つの集中操作装置に設けられ、前記集中操作装置は移動可能に設置されることを特徴とする請求項１に記載の三次元座標測定機。
3. 被測定物を検出する検出器と、前記検出器を前記被測定物に対して相対移動させる移動機構とを備えた三次元座標測定機において、
   前記移動機構は、前記検出器を前記被測定物に対して相対微動させる微動機構と、前記微動機構を手動で操作する微動つまみを更に備え、
   前記微動つまみは、前記微動つまみの回転力または押引力を伝達する可撓軸を介して前記微動機構に接続されると共に、前記微動つまみは移動可能に設置されることを特徴とする三次元座標測定機。

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