JP3863518B2 - 測定・加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、計測部を定盤上で移動させて３次元モデルの測定や加工を行う測定・加工装置に関する。

測定・加工装置として、例えば定盤上に載置した対象物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等を行う三次元計測機がある。
このような三次元計測機は、図９に示すように、対象物Ｍを固定する定盤１０１と、対象物Ｍの周囲で定盤１０１上を移動可能な計測部１００Ａとで構成されている。
計測部１００Ａは、定盤１０１にセットしたガイドレール１０５に沿って移動可能なベース１０２を備え、ガイドレール１０５が延びる方向を第１軸として、ベース１０２上に起立させたコラム１５に沿って定盤１０１の面と垂直な第２軸方向に移動可能なヘッド１６と、ヘッド１６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１７とを有している。そして、アーム１７の先端にはタッチプローブ、ノンコンタクトプローブ等の計測センサやけがき針などの計測具が装着される。なお、用途に応じて、アーム１７の先端にスピンドルモータ等の加工具を装着すれば加工装置ともなる。
計測部１０１Ａのベース１０２は、底部に複数の図示しない移動用ローラを備えて、滑らかに移動可能となっている。

ところで、上記のような三次元計測機では、計測部１００Ａを、図９に矢示で示すように、定盤１０１上に載置した対象物Ｍに対して、その周囲を回りながら４方向から測定することも多く行われる。
このために、例えばガイドレール１０５にそって移動しながら当該方向での測定を済ませたあとは、仮想線で示すようにガイドレール１０５に対して直角方向に設置した新たな第２のガイドレール１０５ａにそって移動させるために、計測部１００Ａ（のベース）を第１のガイドレール１０５にそった位置から第２のガイドレール１０５ａの所定位置へ移動させるとともにその向きを９０°回転させる必要があり、これを順次に繰り返すこととなる。

ここで、従来の計測部１００Ａのベース１０２に備えられた移動用ローラは、直線のガイドレール１０５、あるいは１０５ａにそって移動可能なように、すべてその回転軸の向きが固定されている。そのため、１方向には滑らかに移動できるが、ベース１０２を横方向にオフセットさせたり、向きを変えることは容易でない。

すなわち、上述のように第１のガイドレール１０５に沿う位置から第２のガイドレール１０５ａに沿う位置へ移る場合には、前後への切り返し動作を繰り返して徐々に方向転換して新たな位置へセットしなければならない。この作業はとくに大型の計測部の場合に重労働となり、１日に何回もこの作業を行わねばならないオペレータには大きな負担となる。
また、大きな重量を支えている移動用ローラを無理にこじることになるので、ガタを生じさせ、あるいは定盤に傷をつけることにもなり、測定や加工の精度にも悪影響を与えかねない。

したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、軽い操作力で簡単に所望の位置および向きに滑らかに移動できるようにした測定・加工装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、加工計測部のベースがベース本体の底面から突出させた複数の移動用ローラを備えて、加工計測部を定盤上で直線移動可能とした測定加工装置において、ベースには、回転軸方向が回動可能の補助ローラを複数個備えた補助プレートを備え、該補助プレートを、補助ローラを定盤面から退避させた格納位置と、ベース本体の底面からの移動用ローラの突出量よりも大きく突出させる作動位置とに切換える切換え機構を有しているものとした。

本発明によれば、移動用ローラを備えて加工計測部のベースを定盤上直線移動可能とした測定加工装置において、補助ローラを複数個備えた補助プレートを、補助ローラを定盤面から退避させた格納位置と、ベース本体の底面からの移動用ローラの突出量よりも大きく突出させる作動位置とに、切換え機構によって切換えるものとしたので、作動位置では移動用ローラのかわりに補助ローラがベースを支持する。補助ローラはその回転軸方向が回動可能であるから、移動用ローラによる直線移動方向とは異なる向きに軽い力で方向転換できる。したがって、ベースの前後切り返し動作を繰り返す必要がなく、大重量の加工計測部でも軽い操作力で簡単に方向転換して新たな位置へセットすることができる。

以下、本発明を三次元計測機に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１は実施の形態における三次元計測機の斜視図である。
測定・加工装置としての三次元計測機１において、定盤１０１上を移動する計測部１００のベース１０は平面形状が４角形のベース本体２０を主部とし、ベース本体２０の略中央位置にはコラム１５が取り付けられて上方へ垂直に延びている。コラム１５には従来例と同様にヘッド１６が取り付けられ、ヘッド１６にはアーム１７が支持されて、アーム１７の先端に例えば計測センサ１８が取り付けられるようになっている。

図２はベースの側面図、図３は底面図、図４は図３におけるＡ−Ａ部断面図である。
ベース本体２０の上面には、図２に示すように、後述する操作レバー５５が設けられている。
ベース本体２０の裏面側には、図３に示すように、１つの辺近傍にそって、上記アーム１７の延び方向と直角をなす方向にガイド溝２１が形成されてガイド溝２１の両端には、ガイドレール１０５にそわせるためのガイドローラ１３が設けられている。ガイドローラ１３は、ガイド溝２１の一方の側壁に形成された切り欠きを通して、側壁からわずかに（例えば２ｍｍ）溝内に突出している。

また、ベース本体２０の４隅近傍には、移動用ローラ１２が設けられている。移動用ローラ１２はそれぞれ２個のローラを縦に２つ並べて構成されており、その転動による移動方向を上記のガイド溝２１と平行に設定してある。移動用ローラ１２はベース本体２０の底面２２から例えば２ｍｍ突出している。

ベース本体２０の裏面側には、ガイド溝２１と当該ガイド溝２１から遠い辺側の移動用ローラ１２とに囲まれたスペースに凹部２３が形成され、この凹部２３内に補助プレート３０が底面２２と平行に配置されている。
補助プレート３０にはその周辺にそってそれぞれ補助ローラ４５を備える８個のベアリングユニット４０が設けられている。
補助プレート３０は、切換え手段として後述する切換え機構により、補助ローラ４５を定盤１０１面から退避させた格納位置と、ベース本体２０の底面２２からの移動用ローラ１２の突出量よりも大きく下方に突出させる作動位置とに切換えられるようになっている。

図５はベアリングユニットの詳細を示す図で、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。
ベアリングユニット４０はその取付けブロック４１をボルト４６で補助プレート３０の上面に固定されるとともに、この取付けブロック４１に対してローラ支持ブラケット４２がセンタベアリング４３を介して、補助プレート３０と平行な面内で回転自在に支持されている。補助プレート３０には、ローラ支持ブラケット４２の自由な回転を許すように穴３９があけられている。
そして、ローラ支持ブラケット４２には、センタベアリング４３に対して直角な回転軸４４まわりに回転可能に補助ローラ４５が支持されている。補助ローラ４５の回転軸４４はセンタベアリング４３に対してδだけオフセットしている。これにより、補助プレート３０に水平方向の外力が作用すると、補助ローラ４５がセンタベアリング４３まわりに外力の方向に追従するフリーキャスタ機能を有する。

つぎに、切換え機構について説明する。
補助プレート３０には、図３の底面図上、ベース本体２０のガイド溝２１から遠い辺にそう辺に２つの切り欠き３１、３２が形成されている。これら２つの切り欠きに挟まれた中央部３４の辺縁３４ａは、両隣の辺縁よりも退避している。補助プレート３０のガイド溝２１にそう辺にも２つの切り欠き３５、３６が形成されている。すなわち、移動用ローラ１２の移動方向と平行の辺にそれぞれ切り欠きが設けられている。

各切り欠き３１、３２、３５、３６における切り欠き縁の一方にそって、移動用ローラ１２の移動方向と平行の辺近傍には、補助プレート３０とベース本体２０の裏面とを連結するサポートリンク３８が設けられている。また、補助プレート３０の移動用ローラ１２の移動方向と直角の辺にそっても、サポートリンク３８が設けられている。サポートリンク３８の長さはすべて同一であり、サポートリンク３８の変位（回動）方向はすべて移動用ローラ１２の移動方向に対して直角となっている。

ベアリングユニット４０とサポートリンク３８は、ベース本体２０のガイド溝２１から遠い辺側において、補助プレート３０の周辺にそって交互に配置され、またガイド溝２１側においても補助プレート３０の周辺にそって交互に配置されている。

図６はサポートリンクの詳細を示し、（ａ）は図３におけるＢ−Ｂ部断面を上下反転させて示す拡大図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ矢視図である。
各サポートリンク３８は、補助プレート３０とベース本体２０との間の上下方向に離間した部位間に配置され、補助プレート３０に固定された支持軸受け６０のピン６１とベース本体２０に固定された支持軸受け６２のピン６３に両端が連結されている。

さらに、補助プレート３０の２つの切り欠き３１、３２に挟まれた中央部３４の辺縁３４ａとベース本体２０との間、すなわち補助プレート３０とベース本体２０との間の横方向に離間した部位間には、とくに図４に示すように、２つのリンク４７、４８が直列に設けられている。すなわち、リンク４７の一端は補助プレート３０の辺縁３４ａに回動可能に連結され、リンク４８の一端はベース本体２０に回動可能に連結されている。リンク４７、４８の各他端は互いに連結されるとともに、この連結点Ｐは中間リンク５０を介してベース本体２０を上下に貫通するロッド５２の下端に連結されている。

図２に示すように、ベース本体２０の上面には操作レバー５５を支持するブラケット５４が設けられ、操作レバー５５の支持点を挟んで取っ手５６と反対側の端部に中間リンク５３を介してロッド５２の上端が連結されている。
図４に戻って、操作レバー５５がベース本体２０の上面に対してほぼ平行に倒された状態で、リンク４７、４８の連結点Ｐがロッド５２を介して引き上げられ、連結点Ｐは補助プレート３０との連結点Ｑおよびベース本体２０との連結点Ｒを結ぶ直線より上方に位置している。

リンク４８のベース本体２０との連結点Ｒはベース本体２０に対して固定なので、連結点Ｐがロッド５２で引き上げられている結果、補助プレート３０はその辺縁３４ａがリンク４８のベース本体２０との連結点Ｒに近づく方向に引っ張られており、サポートリンク３８はすべて、補助プレート３０との連結点がベース本体２０との連結点よりも上記連結点Ｒ側へ同一角度で傾斜している。
この状態で、補助プレート３０に取り付けられたベアリングユニット４０の補助ローラ４５は、移動用ローラ１２よりも上方へ退避した格納位置となっている。

操作レバー５５が引き上げられ、図７に示すように、ベース本体２０の上面に対して斜めとなった状態で、図８に示されるように、リンク４７、４８の連結点Ｐは補助プレート３０（の辺縁）との連結点Ｑおよびベース本体２０との連結点Ｒを結ぶ直線よりわずかに低い位置へ押し下げられる。
これにより、リンク４７、４８がほぼ一直線状になり補助プレート３０を連結点Ｒから遠ざける方向に移動させる。

サポートリンク３８は補助プレート３０の移動に追従して傾斜位置からほぼ垂直位置へ回動する。補助プレート３０の周辺にそって配置されたサポートリンク３８の長さおよび変位方向はすべて同一なので、サポートリンク３８の回動によって、補助プレート３０はベース本体２０の底面２２に対する平行状態を維持したまま下降する。
そして、補助プレート３０に取り付けられたベアリングユニット４０の補助ローラ４５は、ベース本体２０の底面２２から移動用ローラ１２よりも下方に突出する。
上記の操作レバー５５、中間リンク５０、ロッド５２および中間リンク５３が発明における連結点変位手段を構成し、とくに、中間リンク５０、５３、ロッド５２は接続部材を形成している。

この切換え機構では、以上のように、通常は操作レバー５５を倒しておくことにより、補助プレート３０は高い位置にあって補助ローラ４５は格納位置とされる。これにより、計測部１００は専ら移動用ローラ１２によって直線移動する。
一方、上記直線移動とは異なる方向に計測部１００を移動させたいときには、操作レバー５５を引き上げることにより、補助プレート３０が下がって、フリーキャスタ機能を有するベアリングユニット４０の補助ローラ４５が移動用ローラ１２よりも突出した作動位置となるので、好みの方向に軽い力で滑らかに移動させることができる。

この際、リンク４７、４８の連結点Ｐが補助プレート３０との連結点Ｑおよびベース本体２０との連結点Ｒを結ぶ直線を越えてそれよりわずかに低い位置になった点で例えばロッド５２の下方移動を規制するようにすれば、いわゆるデッドポイントを越えることにより操作レバー５５から手を放しても、操作レバー５５は戻らず、上記作動位置が保持される。

本実施例は以上のように構成され、計測部１００のベース１０がベース本体２０の底面から突出させた複数の移動用ローラ１２を備えて、計測部１００を定盤１０１上で直線移動可能とした三次元計測機において、ベース１０には、回転軸方向が回動可能の補助ローラ４５を複数個備えるとともにベース本体２０に対して相対的に変位可能の補助プレート３０を備え、切換え機構によって補助プレート３０を、補助ローラ４５を定盤１０１面から退避させた格納位置と、ベース本体２０の底面２２からの移動用ローラ１２の突出量よりも大きく突出させる作動位置とに切換えるようにしたので、作動位置において移動用ローラ１２による直線移動方向とは異なる向きに軽い力で方向転換できる。
したがって、ベース１０の前後切り返し動作を繰り返す必要がなく、大重量の計測部でも軽い操作力で簡単に方向転換して新たな位置へセットすることができる。

また、切換え機構は、補助プレート３０とベース本体２０との間の上下方向に離間した複数箇所においてそれぞれ一端を補助プレート３０に他端をベース本体２０に連結され、互に平行な面内で回動可能に設けられた複数のサポートリンク３８と、補助プレート３０とベース本体２０との間の横方向に離間した部位間に直列に連結された２つのリンク４７、４８とを有し、該２つのリンクの互いの連結点Ｐを変位させることにより、補助プレート３０をベース本体２０に対して横方向に変位させ、該変位に伴うサポートリンク３８の回動によって補助プレート３０をベース本体２０に対して上下方向に変位させるから、精密さを要求されない簡単なリンク構造で実現でき、低コストである。

さらに、上記リンク４７、４８の連結点Ｐの変位は、ベース本体２０上に設けられた操作レバー５５の回動によりロッド５２等を介して当該連結点Ｐを上下に変位させるものとしているので、簡単なレバー操作だけで切換えが可能となっている。

なお、実施の形態では切換え機構が操作レバー５５を備え、補助プレート３０の格納位置と作動位置を手動で切換えるものとしたが、これに限定されず、モータなどを用いた駆動装置で２つのリンクの連結点Ｐを変位させるようにしてもよい。

本発明の実施の形態を示すベースの上面図である。 ベースの側面図である。 ベースの底面図である。 図３におけるＡ−Ａ部断面を上下反転して示す図である。 ベアリングユニットの詳細を示す図である。 図３におけるＢ−Ｂ部断面を上下反転して示す図である。 操作レバーが引き上げられたときの図２に対応する図である。 操作レバーが引き上げられたときの図４に対応する図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１ 三次元計測機（測定・加工装置）
１０ ベース
１２ 移動用ローラ
１２ａ ローラ組
１３ ガイドローラ
１５ コラム
１６ ヘッド
１７ アーム
１８ 計測センサ
２０ ベース本体
２１ ガイド溝
２２ 底面
２３ 凹部
２５ 、３７ 支持軸受け
３０ 補助プレート
３１、３２、３５、３６ 切り欠き
３４ 中央部
３４ａ 辺縁
３８ サポートリンク
３９ 穴
４０ ベアリングユニット
４１ 取付けブロック
４２ ローラ支持ブラケット
４３ センタベアリング
４４ 回転軸
４５ 補助ローラ
４６ ボルト
４７、４８ リンク
５０、５３ 中間リンク
５２ ロッド
５４ ブラケット
５５ 操作レバー
５６ 取っ手
６０、６２ 支持軸受け
６１、６３ ピン
１００ 計測部
１０１ 定盤
１０５ ガイドレール

Claims (3)

1. 計測具または加工具をベースに支持させた計測部を有し、前記ベースがベース本体の底面から突出させた複数の移動用ローラを備えて、計測部を定盤上で直線移動可能とした測定・加工装置において、
   前記ベースは、
   回転軸方向が回動可能の補助ローラを複数個備えるとともにベース本体に対して相対的に変位可能の補助プレートを有するとともに、
   該補助プレートを、前記補助ローラを定盤面から退避させた格納位置と、ベース本体の底面からの前記移動用ローラの突出量よりも大きく突出させる作動位置とに切換える切換え手段を有していることを特徴とする測定・加工装置。
2. 前記切換え手段は、
   前記補助プレートとベース本体との間の上下方向に離間した複数箇所においてそれぞれ一端を補助プレートに他端をベース本体に連結され、互に平行な面内で回動可能に設けられた複数のサポートリンクと、
   前記補助プレートとベース本体との間の横方向に離間した部位間に直列に連結された２つのリンクと、
   該２つのリンクの互いの連結点を変位させる連結点変位手段とを有し、
   該連結点変位手段による前記連結点の変位により、前記補助プレートをベース本体に対して横方向に変位させ、該変位に伴う前記サポートリンクの回動によって前記補助プレートをベース本体に対して上下方向に変位させることを特徴とする請求項１記載の測定・加工装置。
3. 前記連結点変位手段は、前記ベース本体上に設けられた操作レバーと、該操作レバーと前記連結点との間を結ぶ接続部材とからなり、
   前記操作レバーの回動により前記接続部材を介して前記連結点を上下に変位させるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の測定・加工装置。

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