JP3887188B2 - プローブのアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法 - Google Patents
プローブのアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深穴や深ねじ穴等の形状を測定する際等に用いられるプローブの角度を、測定前に調整するアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、接触式のタッチ信号プローブを使用する例として、特許第２９０２２８５号公報の三次元位置制御システムが知られている。
この公報の三次元位置制御システムでは、設置位置と形状偏差が既知の基準球を、被校正プローブで測定し、求めた基準球の中心座標から被校正プローブの誤差を求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報の被校正プローブでは、プローブ先端の測定球の位置誤差を求めるためのものであるが、タッチ信号プローブでは、前記のような位置測定に限らず、ねじ穴や深穴等の穴の側面形状や、円筒度を測定することが行われる。この場合、穴の奥までプローブを挿入しなければ測定することができない。
しかし、プローブが長いと、そのプローブの軸心が傾いた状態でプローブが設置される可能性がある。そのため、例えば深穴センサ用プローブでは、その先端部は校正できたとしても、プローブが傾いていると、そのプローブを深穴に挿入しようとしたときに、途中で深穴の壁部分と干渉し、それ以上入っていかないという問題がある。この場合、わずかな干渉に気づかずに挿入しようとすると、センサが破損するおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができ、プローブの破損を防止することができるプローブのアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整装置であって、前記プローブの角度が基準となる軸線に沿うように当該プローブの角度を調整可能な角度調整手段と、前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられ前記基準となる軸線と対応する基準線を構成する予め正確に調整されたエッジ面を有する標準体と、この標準体のエッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体と、この表示体が回動可能に設けられるとともに前記エッジ面を観察する観察手段とを備えて構成され、前記表示体が回動されて前記エッジ面と一致した前記表示体の対比基準線が、前記角度調整手段によるプローブの角度を調整する際の基準となることを特徴とするプローブのアライメント調整装置である。
【０００６】
このような本発明によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段に設けられた表示体の対比基準線が、基準となる軸線と対応するエッジ面に一致するように調整され、この対比基準線に基づいてプローブの角度が調整される。観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【０００７】
以上の本発明において、基準の軸線は、水平、垂直および斜め等、どの方向の軸線であってもよい。また、角度調整手段は、プローブの角度を基準となる軸線に沿うように調整可能であれば、どのような構造のものであってもよい。例えば、プローブを装着した部材にハンドルを設けておいてそのハンドルを適宜回すことにより、前記部材とともにプローブの角度を調整するようにしたもの、ねじ部材を利用してプローブの角度を調整するようにしたもの、あるいは、ねじ部材に替えてマイクロメータヘッド等を利用してプローブの角度を調整するようにしたもの等、が適用できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記角度調整手段は、前記プローブにおける第１平面内の角度の微調整を可能とする第１マイクロメータヘッドおよび前記プローブにおける第２平面内の角度の微調整を可能とする第２マイクロメータヘッドを備えて構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような本発明によれば、プローブの第１平面内の角度は第１マイクロメータヘッドにより微調整され、プローブの第２平面内の角度は第２マイクロメータヘッドにより微調整される。２平面内の角度の微調整が、それぞれマイクロメータヘッドにより行われるので、きわめて小さな誤差でも基準線に合わせることができ、正確なアライメント調整が可能となる。
なお、通常は第１平面と第２平面とは直交するように選択する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記観察手段は、焦点位置に置かれた前記標準体のエッジ面または前記プローブを観察可能な顕微鏡で構成されるとともに、前記表示体は前記顕微鏡の接眼レンズ近傍に設けられるレチクルで構成され、前記顕微鏡は、前記第１平面に直交する第１方向または前記第２平面に直交する第２方向のいずれかの方向から観察可能となっていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明によれば、顕微鏡で見ながらレチクルとエッジ面とが調整され、次いで、レチクルに合わせてプローブが調整される。しかも、レチクルに合わせてのプローブの調整は、２方向からの観察に基づいて行われるので、より正確な調整が可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記顕微鏡は、取付台にアームを介して前記第１方向、第２方向の２方向に回動可能に設けられていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、顕微鏡は取付台に設けられ第１方向、第２方向の２方向に回動可能となっており、アームを回動させれば顕微鏡も一体的に回動するので、２方向への移動が容易である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置において、前記プローブのアスペクト比は２０以上であることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、深穴に対して細長のプローブを挿入して測定する場合に、プローブの軸線を基準軸に容易に一致させることができるので、プローブの取付姿勢の誤差によって被測定物の被計測部とプローブの不慮の干渉発生を未然に防止することができる。これによって被測定物やプローブの破損防止が図れる。また、干渉によるプローブの変形によって、測定の信頼性が低下することも防止できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置を備えて構成されていることを特徴とする測定機である。
このような本発明によれば、測定機がアライメント調整装置を備えて構成され、このアライメント調整装置は、被計測部の測定前にプローブの角度を微調整できるので、深穴等の測定を行う際、プローブの角度を深穴等に一致させてから行える。従って、プローブの破損を防止できる測定機とすることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整方法であって、前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられた標準体の予め正確に調整されたエッジ面により基準線が構成され、このエッジ面または前記プローブを観察する観察手段に、前記エッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体を回動可能に設け、所定位置におかれた前記エッジ面に対して前記表示体の対比基準線が一致するように表示体を回動させ、その後、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、前記プローブの角度が前記対比基準線と異なるとき、前記プローブの角度を前記対比基準線に沿うように角度調整手段により調整することを特徴とするプローブのアライメント調整方法である。
【００１８】
このような本発明によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のプローブのアライメント調整方法において、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、この対比基準線と前記プローブの第１平面内および第２平面内の少なくともいずれかの角度とがずれているとき、前記角度調整手段を構成するとともに、前記第１平面内の角度の微調整を行う第１マイクロメータヘッドおよび第２平面内の角度の微調整を行う第２マイクロメータヘッドの少なくともいずれかにより前記プローブの角度を前記対比基準線に合わせて調整することを特徴とするものである。
【００２０】
このような本発明によれば、２平面内の角度の微調整が、それぞれマイクロメータヘッドにより行われるので、きわめて小さな誤差でも基準線に合わせることができ、正確なアライメント調整が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、深穴や深ねじ穴等の形状を測定する測定機１が示されている。この測定機１は、測定対象物Ｗを載置するテーブル２と、このテーブル２を三次元方向へ相対移動させる相対移動手段３と、プローブのアライメント調整装置（以下、単に調整装置という）１０とを備えて構成されている。
そして、このような測定機１は、調整装置１０によって、測定対象物Ｗの測定の前に、プローブ２２の角度を基準軸に一致させる調整、すなわちアライメント調整を行った後、そのプローブ２２によって、測定対象物Ｗの形状、例えば図１０に示すようなねじ穴の形状等を計測するようになっている。
【００２２】
相対移動手段３は、テーブル２を前後方向（第２方向であるＹ軸方向）へ移動可能に支持したベース４と、このベース４の両側にわたって立設された門形フレーム５と、この門形フレーム５の水平ビーム５Ａに左右方向（第１方向であるＸ軸方向）へ移動可能に支持されたＸスライダ６と、このＸスライダ６に上下方向（基準となる軸線であるＺ軸方向）へ昇降可能に支持されたＺスライダ７とを含み構成され、このＺスライダ７の下端には、表示体であるターゲット１９および調整装置１０を構成する角度調整手段２１が装着されている。
【００２３】
ターゲット１９は、図４にも示すようにＺスライダ７に設けられ、その先端には、基準面となるエッジ面１９Ａが形成されている。このエッジ面１９Ａは、直交する２面を備え、その各々の面は、正確に基準となる第１平面であるＸＺ平面及び第２平面であるＹＺ平面と平行に仕上げられ、後述するレチクル１８の対比基準線の基準となるものである。言い換えれば、レチクル１８の対比基準線をエッジ面１９Ａに合わせることで、プローブ２２のＺ軸方向を正確に位置決めするときの基準となるものである。ターゲット１９は、図示しないジョイスティック等で所定の位置に移動されるようになっている。
なお、ＸＺ平面とはＸ軸とＺ軸とを含む平面で、ＹＺ平面とはＹ軸とＺ軸とを含む平面である。
【００２４】
調整装置１０は、図２，３にも示すように、テーブル２に設けられたプローブ観察手段１１と、Ｚスライダ７に設けられた前記角度調整手段２１とを備えて構成されている。
プローブ観察手段１１は、テーブル２に固定される取付けプレート１２と、この取付けプレート１２に回動部１３Ａを介して回動可能、かつ、取付けプレート１２から離れる方向に水平方向に延びる支持アーム１３と、この支持アーム１３の回動部１３Ａとは反対側端部に立設された支柱１４と、この支柱１４に支持アーム１３に沿い、かつ、取付けプレート１２側に向かって設けられた取付台１５と、この取付台１５に取付けられた顕微鏡１６とを備えて構成されている。
【００２５】
回動部１３Ａの中心と顕微鏡１６の焦点位置Ｆとは、同一垂直面上に位置しており、また、顕微鏡１６の軸線と支持アーム１３の軸線とは、同一垂直面上に重なるように配置されている。従って、顕微鏡１６と支持アーム１３とは、焦点位置Ｆを中心に水平面内で、Ｘ軸とＹ軸との２方向に９０°回動可能となっており、その結果、２方向からの観察が可能となっている。
【００２６】
取付けプレート１２上には、互いに直交する面を有する２つのストッパ１７が設けられ、これらのストッパ１７の面に、回動する支持アーム１３の対向する側面が接触可能となっており、これにより、支持アーム１３は９０°以上回転しないように構成されている。
【００２７】
顕微鏡１６は、焦点位置Ｆと対向する光軸が水平な対物レンズ部１６Ａと、この対物レンズ部１６Ａに対して、α°の角度で立ち上がった筒部の先端に設けられた接眼レンズ部１６Ｂとを備えて構成されている。
顕微鏡１６の接眼レンズ部１６Ｂの近傍には、表示体であるレチクル１８が設けられている。レチクル１８には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対比基準線Ｃが記入されており、また、レチクル１８は、顕微鏡１６の筒部に対して回動可能、かつ、所定位置で固定可能となっている。
【００２８】
前記角度調整手段２１は、図６〜９に示すように、前記Ｚスライダ７の下端に取付けられるプローブユニット２３および、このプローブユニット２３に設けられる第１マイクロメータヘッド２５、第２マイクロメータヘッド２６を含んで構成され、第１マイクロメータヘッド２５は、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を微調整可能となっており、第２マイクロメータヘッド２６は、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を微調整可能となっている。
【００２９】
プローブユニット２３は、Ｚスライダ７に取付けられる取付け枠体２８を備え、この取付け枠体２８の下方には、断面Ｌ字状の支持部材２９が固着され、この支持部材２９の下方には固定部材３０が固着されている。固定部材３０には、図６に示すように、水平プレート部の一端側、かつ、図７に示すように、固定部材３０の幅方向両端部に、下方に突出する２枚の突出プレート３０Ａが設けられており、この突出プレート３０Ａの部位では、図７に示すように断面コ字状となっている。なお、突出プレート３０Ａは、Ｙ軸方向に沿って配置されている。
【００３０】
固定部材３０には、揺動部材３１が第２軸受３２によって連結されており、この揺動部材３１には、上面に凸状部３１Ａが形成されるとともに、下面に凹状部３１Ｂが形成されている。揺動部材３１は、固定部材３０とほぼ等しい平面大きさを有し、また、凸状部３１Ａは、固定部材３０の突出プレート３０Ａの幅寸法に対応し、かつ、コ字状部に挟み込まれており、両者３０Ａ、３１Ａの間には、図７に示すように上記第２軸受３２が設けられている。
【００３１】
第２軸受３２は、２組のピボット軸受で構成され、突出プレート３０Ａに円錐部を有する軸受部を設け、凸状部３１Ａに円錐部を有する軸部を設けた構造となっており、一方側の突出プレート３０Ａの軸受部は押え部材３３で押えられている。また、凸状部３１Ａの上面と固定部材３０のプレート部の下面との間には、所定寸法の隙間Ｋ（図９参照）があけられている。
以上のように、凸状部３１Ａが固定部材３０の突出プレート３０Ａ間に挟み込まれ、両者３０Ａ、３１Ａが第２軸受３２によって連結されているため、また、凸状部３１Ａの上面と固定部材３０のプレート部の下面との間に隙間Ｋがあけられているため、揺動部材３１は、ＹＺ平面内に揺動可能となっている。
【００３２】
揺動部材３１の下方には、上部に凸状部３４Ａを有するプローブ取付け部材３４が第１軸受３５を介してＸＺ平面内に揺動可能に連結されている。
すなわち、プローブ取付け部材３４は、揺動部材３１に連結される第１部材３４Ｂと、この第１部材３４Ｂと一体的に下方に延びて固着され、かつ、プローブ２２を装着する第２部材３４Ｃとを含み構成されている。プローブ２２は、第２部材３４Ｃの先端にプローブ装着部３４Ｄを介して装着される。プローブ取付け部材３４の凸状部３４Ａは、揺動部材３１の下部の凹状部３１Ｂ内に挟み込まれるとともに、両者３４Ａ、３１Ｂにわたって設けられた第１軸受３５により連結されている。
【００３３】
第１軸受３５は、第２軸受３２と同様、２組のピボット軸受で構成され、凹状部３１Ｂに円錐部を有する軸受部を設け、凸状部３４Ａに円錐部を有する軸部を設けた構造となっており、一方側の凹状部３１Ｂの軸受部は前記押え部材３３で押えられている。また、凸状部３４Ａの上面と揺動部材３１のプレート部の下面との間には、前記所定寸法の隙間Ｋ（図７参照）があけられている。
以上のように、凸状部３４Ａが凹状部３１Ｂ間に挟み込まれ、両者３４Ａ、３１Ｂが第１軸受３５によって連結されているため、また、凸状部３４Ａの上面と揺動部材３１のプレート部の下面との間に隙間Ｋがあけられているため、プローブ取付け部材３４は、ＸＺ平面内に揺動可能となっている。
【００３４】
そして、以上の取付け枠体２８、支持部材２９、固定部材３０、揺動部材３１、第２軸受３２、プローブ取付け部材３４、第１軸受３５を含んで前記プローブユニット２３が構成されている。
第２部材３４Ｃの先端に装着される前記プローブ２２は、例えば、図１０に示すような深ねじ穴１００を計測することができるように形成されている。
【００３５】
前記プローブ取付け部材３４の第１部材３４Ｂには、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を微調整する第１マイクロメータヘッド２５が設けられ、また、揺動部材３１には、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を微調整する第２マイクロメータヘッド２６が設けられている。
【００３６】
すなわち、第１マイクロメータヘッド２５は、第１部材３４Ｂの他端（第１軸受３５を挟んで第２部材３４Ｃの反対側）上方にヘッド部２５Ａが突出し、下方に目盛部２５Ｂが位置するように、クランプ２５Ｃが、第１部材３４Ｂの薄板部を挟み込んで取付けられている。そして、目盛部２５Ｂを回すことによりヘッド部２５Ａを前進させたとき、その先端は、揺動部材３１の下面に接触可能となっている。
【００３７】
また、第１部材３４Ｂと揺動部材３１との間、かつ、第１マイクロメータヘッド２５を挟んだ両側位置に第１ばね３７が架けわたされている。これらの第１ばね３７のコイル先端部は、第１部材３４Ｂと揺動部材３１とに埋め込まれた固定ピン３８にそれぞれ引っかけられ、両部材３４Ｂ，３１の第１マイクロメータヘッド２５側同士を常時近づける方向に付勢している。
【００３８】
従って、第１マイクロメータヘッド２５の目盛部２５Ｂを所定方向に回し、その先端で揺動部材３１の他端側の下面を突き上げれば、その力が第１軸受３５から凸状部３４Ａを経由して第１部材３４Ｂ、つまりプローブ取付け部材３４に伝わり、図７においてプローブ取付け部材３４をＸＺ平面内において反時計回り方向へ回転させることができるようになっている。
これに対して、第１マイクロメータヘッド２５を反対方向に回すと、第１ばね３７の作用により、図７においてプローブ取付け部材３４をＸＺ平面内において時計回り方向へ回転させることができるようになる。このように、目盛部２５Ｂを回す量の調整をすることでプローブ２２のＸＺ平面内回転角度の微調整を行うことができる。
【００３９】
第２マイクロメータヘッド２６は、前述のように、揺動部材３１の他端（第２軸受３２の反対側）に設けられている。
第２マイクロメータヘッド２６は、揺動部材３１の上方にヘッド部２６Ａが突出し、下方に目盛部２６Ｂが位置するように、クランプ２６Ｃが揺動部材３１の薄板部を挟み込んで取付けられている。そして、目盛部２６Ｂを回すことによりヘッド部２６Ａを前進させたとき、その先端は、固定部材３０の水平プレート部の下面に接触可能となっている。
【００４０】
また、揺動部材３１と固定部材３０との間、かつ、第２マイクロメータヘッド２６を挟んだ位置には、図６に示すように第２ばね４０が架けわたされている。これらの第２ばね４０のコイル先端部は、揺動部材３１と固定部材３０とに埋め込まれた前記固定ピン３８にそれぞれ引っかけられ、両部材３１，３０の第２マイクロメータヘッド２６側同士を常時近づける方向に付勢している。
【００４１】
従って、第２マイクロメータヘッド２６の目盛部２６Ｂを所定方向に回し、その先端で固定部材３０の他端側の下面を突き上げれば、その力が第２軸受３２から凸状部３１Ａを経由して揺動部材３１Ｂに伝わり、図８においてプローブ取付け部材３４をＹＺ平面内において反時計回り方向へ回転させることができるようになっている。
これに対して、第２マイクロメータヘッド２６を反対方向に回すと、第２ばね４０の作用により、図８においてプローブ取付け部材３４をＹＺ平面内において時計回り方向へ回転させることができるようになる。このように、目盛部２６Ｂを回す量の調整をすることでプローブ２２のＹＺ平面内回転角度の微調整を行うことができる。
【００４２】
次に、以上のような構成の測定機１により、深ねじ穴１００の測定を行う手順を説明する。
まず、プローブ２２がＺ軸方向、つまり深ねじ穴１００の方向と一致するように正確に取付けられているか否かを調整装置１０により調整する。この際、まず、Ｚスライダ７に取付けられているターゲット１９のエッジ面１９Ａを焦点位置Ｆに移動させる。
次いで、顕微鏡１６の軸線を例えばＸ軸に沿った方向に角度を設定するとともに、接眼レンズで、焦点位置Ｆに設定されているエッジ面１９Ａを覗き、レチクル１８の対比基準線Ｃをエッジ面１９Ａに重ね合わせて、両者が一致するまでレチクル１８を回し、レチクル１８の調整を完了する。調整完了のレチクル１８を顕微鏡１６に対してその状態を維持して固定する。
【００４３】
この後、ターゲット１９を焦点位置Ｆから離すとともに、Ｚスライダ７に取付けられている角度調整手段２１のプローブ２２を焦点位置Ｆに合わせる。
次いで、顕微鏡１６をＸ軸方向から覗き、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせ、両者のずれを観察する。プローブ２２の角度が正確にレチクル１８の対比基準線Ｃと一致していれば、今度はプローブ２２の角度をＹ軸方向から観察するために、顕微鏡１６を水平面内で９０°回動させ、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせ、両者のずれを観察する。Ｙ軸方向のずれも発見されなかったら、相対移動手段３の駆動によりテーブル２上に載置された測定対象物を適宜移動させた後固定し、深ねじ穴１００にプローブ２２を挿入して形状測定を行う。
【００４４】
顕微鏡１６による観察でレチクル１８の基準軸に対してプローブ２２の角度がＹ軸方向から見て一致していないときは、第１マイクロメータヘッド２５の目盛部２５Ｂを所定方向に回し、その先端で揺動部材３１の他端側下面の突き上げ量を変化させる。そうすると、第１軸受３５を支点として、揺動部材３１の凹状部３１Ａ側がＸＺ平面内で所定寸法分だけ回転する。プローブ２２のＸＺ平面内の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに一致するまで目盛部２５Ｂを回し、角度の微調整が行われる。
【００４５】
顕微鏡１６による観察でレチクル１８の基準軸に対してプローブ２２の角度がＸ軸方向からみて一致していないときは、第２マイクロメータヘッド２６の目盛部２６Ｂを所定方向に回し、その先端で固定部材３０の他端側下面の突き上げ量を変化させる。そうすると、第２軸受３２を支点として、固定部材３０の突出プレート３０Ａ側がＹＺ平面内で所定寸法だけ回転する。プローブ２２のＹＺ平面内の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに一致するまで目盛部２６Ｂを回し、角度の微調整が行われる。
そして、プローブ２２のＺ軸において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに対して一致したら、前述のように、そのプローブ２２を深ねじ穴１００に挿入させて形状等の測定を行う。
【００４６】
このような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）プローブ２２の角度が深ねじ穴１００の基準線、つまりＺ軸と異なっている際に、測定前の段階で、角度調整手段２１により、プローブ２２の角度をＺ軸においてＸ軸方向およびＹ軸方向に調整して、深ねじ穴１００の方向と一致させることができる。そのため、プローブ２２を穴１００の側面に干渉させることなく奥まで挿入させることができ、これにより、プローブ２２の破損を防止できるとともに、正確な測定が可能となる。
【００４７】
（２）プローブ２２の角度を調整するための基準となるレチクル１８の対比基準線Ｃは、顕微鏡１６を覗きながら、Ｚ軸に対応して予め正確に調整されたターゲット１９のエッジ面１９Ａに合わせることで設定することができるので、対比基準線Ｃの調整が容易となる。
（３）プローブ２２の角度調整は、顕微鏡１６を覗きながら、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせて、互いに一致するまで角度調整手段２１により調整すればよく、プローブ２２をその都度、深ねじ穴１００等に沿わせる必要もなくできるので、角度調整の効率がよい。また、目視による角度のずれが困難なプローブでも、顕微鏡１６を覗きながら、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブに重ね合せればよいので、容易に角度の調整ができる。
【００４８】
（４）角度調整手段２１は、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６を備えており、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を第１マイクロメータヘッド２５で、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を第２マイクロメータヘッド２６で調整することができる。２軸方向の角度の調整が、それぞれマイクロメータヘッド２５，２６により行われるので、きわめて小さな誤差の角度でも深ねじ穴１００の方向に合わせることができ、その結果、正確なアライメント調整が可能となる。
【００４９】
（５）プローブ２２のＸＺ平面内、ＹＺ平面内の回動をスムーズにするための第１軸受３５、第２軸受３２は、摩擦係数の少ない構造のそれぞれ２組のピボット軸受で構成されているので、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６によるわずかな力の伝達にもバックラッシュもなく敏感に対応し、これにより、プローブ２２の角度の微調整が容易となる。
【００５０】
（６）第１部材３４Ｂと揺動部材３１との間、かつ、第１マイクロメータヘッド２５を挟んだ両側位置に第１ばね３７が架けわたされ、揺動部材３１と固定部材３０との間、かつ、第２マイクロメータヘッド２６を挟んだ位置には第２ばね４０が架けわたされており、これらは、第１部材３４Ｂと揺動部材３１、揺動部材３１と固定部材３０とを常時近づける方向に付勢している。そのため、各マイクロメータヘッド２５，２６のヘッド部２５Ａ，２６Ａを前進させたときの反対方向にプローブ２２を変位させることができ、プローブ２２をより正確に調整することができる。
【００５１】
（７）アスペクト比（長さ／径）が大きな、例えば２０を超えるようなプローブでは、プローブを基準軸に対する角度誤差なく取り付けることは困難であって、このようなプローブを用いて深穴を測定する場合に、被計測部とプローブとの干渉を防ぐためにプローブ取付姿勢をチェックすることは困難を極めたが、本発明によって、プローブの取付姿勢（基準軸に対する取付角度）を容易に確認することが出来、さらに取付姿勢の修正も容易となる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変形形態も適用されるものである。
例えば、前記実施形態では、角度調整手段２１のＸＺ平面内、ＹＺ平面内の回転の支点となる第１軸受３５、第２軸受３２は、それぞれピボット軸受で構成してあるが、これに限らず、通常に使用されるボールベアリングで構成してもよい。
【００５３】
また、前記実施形態では、第１マイクロメータヘッド２５側に第１ばね３７、第２マイクロメータヘッド２６側に第２ばね４０がそれぞれ架けわたされており、第１ばね３７は、第１部材３４Ｂと揺動部材３１を、第２ばね４０は、揺動部材３１と固定部材３０とを常時近づける方向に付勢しているが、各ばねの配置はこれに限らない。要は、各マイクロメータヘッド２５、２５のヘッド部２５Ａ，２６Ａを前進させたときとは反対方向にプローブ２２を変位させることができるものであればよい。例えば、第１部材３４Ｂと揺動部材３１とにおいて、第１マイクロメータヘッド２５の反対側に、常時、第１マイクロメータヘッド２５側を近づける方向に突っ張るタイプのばね（圧縮ばね）等を設けてもよい。第２マイクロメータヘッド２６の場合も同様である。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、測定前に角度調整されるプローブ２２は、深ねじ穴１００の測定用に用いられているが、本発明の調整装置１０は、例えば、水平穴の測定にも用いることができる。この場合、水平に取り付けられたプローブに対して、レチクル１８の直交する対比基準線Ｃの一方にプローブを重ね合わせて観察し、調整すればよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、測定前に角度調整されるプローブ２２は、深ねじ穴１００を測定するものであったが、これに限らない。例えば、ミクロン単位の径の細小穴プローブを用い、この細小穴プローブ径に対するクリアランスが極端に小さい細小穴を測定する際にも適用することができる。この場合、通常は困難な目視による細小穴プローブの観察、調整が、顕微鏡１６、レチクル１８等による観察なので、容易となり、正確な角度のアライメント調整ができ、その結果、細小穴プローブであっても、そのプローブを破損させることなく測定に使用できる。
【００５６】
また、前記実施形態では、プローブ２２の角度を微調整するために、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６を使用しているが、これらのマイクロメータヘッド２５，２６に替えて、例えばねじ部材を利用してもよい。すなわち、ねじ部材を回すことにより、固定部材３０または揺動部材３１を揺動させ、それにより、プローブ２２を変位させるようにしてもよい。ただし、この場合、各マイクロメータヘッド２５，２６を利用する場合に比べて正確度が低く、また、操作がしにくいという問題がある。
【００５７】
さらに、前記実施形態における測定の手順では、まず、Ｘ軸方向（第１方向）からターゲット１９のエッジ面１９Ａを観察してレチクル１８の対比基準線Ｃを調整した後、プローブ２２をＸ軸方向から見ながらレチクル１８の対比基準線Ｃと比較してＹＺ平面内の角度誤差を修正し、その後、顕微鏡１６を水平面内で９０°回転させて、そのままプローブ２２をＹ軸方向（第２方向）を見ながらレチクル１８の対比基準線Ｃと比較してＸＺ平面内の角度誤差を修正したが、このＸＺ平面内の角度誤差修正に先立って、Ｙ軸方向から再度ターゲット１９のエッジ面１９Ａを観察してレチクル１８の対比基準線Ｃを調整すれば、さらに高い精度で角度誤差の修正ができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のプローブのアライメント調整装置によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段に設けられた表示体の対比基準線が、基準となる軸線と対応するエッジ面に一致するように調整され、この対比基準線に基づいてプローブの角度が調整される。観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定機を示す全体斜視図である。
【図２】前記実施形態のプローブアライメント装置の要部を示す側面図である。
【図３】図２のIII矢視図である。
【図４】前記実施形態のエッジ面を有するターゲットを示す側面図である。
【図５】前記実施形態のレチクルとターゲットおよびレチクルとプローブとの関係を示す図である。
【図６】前記実施形態の角度調整手段を示す正面図である。
【図７】図６において第２マイクロメータヘッドを取り除いた状態の一部を断面した図である。
【図８】図６におけるVIII矢視図である。
【図９】図６におけるIV矢視図である。
【図１０】前記実施形態のプローブによる深ねじ穴の測定状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 測定機
７ Ｚスライダ
１０ プローブのアライメント調整装置
１１ プローブ観察手段
１６ 顕微鏡
１８ 表示体であるレチクル
１９ 標準体であるターゲット
２１ 角度調整手段
２２ プローブ
２５ 第１マイクロメータヘッド
２６ 第２マイクロメータヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、深穴や深ねじ穴等の形状を測定する際等に用いられるプローブの角度を、測定前に調整するアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、接触式のタッチ信号プローブを使用する例として、特許第２９０２２８５号公報の三次元位置制御システムが知られている。
この公報の三次元位置制御システムでは、設置位置と形状偏差が既知の基準球を、被校正プローブで測定し、求めた基準球の中心座標から被校正プローブの誤差を求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報の被校正プローブでは、プローブ先端の測定球の位置誤差を求めるためのものであるが、タッチ信号プローブでは、前記のような位置測定に限らず、ねじ穴や深穴等の穴の側面形状や、円筒度を測定することが行われる。この場合、穴の奥までプローブを挿入しなければ測定することができない。
しかし、プローブが長いと、そのプローブの軸心が傾いた状態でプローブが設置される可能性がある。そのため、例えば深穴センサ用プローブでは、その先端部は校正できたとしても、プローブが傾いていると、そのプローブを深穴に挿入しようとしたときに、途中で深穴の壁部分と干渉し、それ以上入っていかないという問題がある。この場合、わずかな干渉に気づかずに挿入しようとすると、センサが破損するおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができ、プローブの破損を防止することができるプローブのアライメント調整装置、その装置を備えた測定機およびプローブのアライメント調整方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整装置であって、前記プローブの角度が基準となる軸線に沿うように当該プローブの角度を調整可能な角度調整手段と、前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられ前記基準となる軸線と対応する基準線を構成する予め正確に調整されたエッジ面を有する標準体と、この標準体のエッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体と、この表示体が回動可能に設けられるとともに前記エッジ面を観察する観察手段とを備えて構成され、前記表示体が回動されて前記エッジ面と一致した前記表示体の対比基準線が、前記角度調整手段によるプローブの角度を調整する際の基準となることを特徴とするプローブのアライメント調整装置である。
【０００６】
このような本発明によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段に設けられた表示体の対比基準線が、基準となる軸線と対応するエッジ面に一致するように調整され、この対比基準線に基づいてプローブの角度が調整される。観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【０００７】
以上の本発明において、基準の軸線は、水平、垂直および斜め等、どの方向の軸線であってもよい。また、角度調整手段は、プローブの角度を基準となる軸線に沿うように調整可能であれば、どのような構造のものであってもよい。例えば、プローブを装着した部材にハンドルを設けておいてそのハンドルを適宜回すことにより、前記部材とともにプローブの角度を調整するようにしたもの、ねじ部材を利用してプローブの角度を調整するようにしたもの、あるいは、ねじ部材に替えてマイクロメータヘッド等を利用してプローブの角度を調整するようにしたもの等、が適用できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記角度調整手段は、前記プローブにおける第１平面内の角度の微調整を可能とする第１マイクロメータヘッドおよび前記プローブにおける第２平面内の角度の微調整を可能とする第２マイクロメータヘッドを備えて構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような本発明によれば、プローブの第１平面内の角度は第１マイクロメータヘッドにより微調整され、プローブの第２平面内の角度は第２マイクロメータヘッドにより微調整される。２平面内の角度の微調整が、それぞれマイクロメータヘッドにより行われるので、きわめて小さな誤差でも基準線に合わせることができ、正確なアライメント調整が可能となる。
なお、通常は第１平面と第２平面とは直交するように選択する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記観察手段は、焦点位置に置かれた前記標準体のエッジ面または前記プローブを観察可能な顕微鏡で構成されるとともに、前記表示体は前記顕微鏡の接眼レンズ近傍に設けられるレチクルで構成され、前記顕微鏡は、前記第１平面に直交する第１方向または前記第２平面に直交する第２方向のいずれかの方向から観察可能となっていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明によれば、顕微鏡で見ながらレチクルとエッジ面とが調整され、次いで、レチクルに合わせてプローブが調整される。しかも、レチクルに合わせてのプローブの調整は、２方向からの観察に基づいて行われるので、より正確な調整が可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記顕微鏡は、取付台にアームを介して前記第１方向、第２方向の２方向に回動可能に設けられていることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、顕微鏡は取付台に設けられ第１方向、第２方向の２方向に回動可能となっており、アームを回動させれば顕微鏡も一体的に回動するので、２方向への移動が容易である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置において、前記プローブのアスペクト比は２０以上であることを特徴とするものである。
このような本発明によれば、深穴に対して細長のプローブを挿入して測定する場合に、プローブの軸線を基準軸に容易に一致させることができるので、プローブの取付姿勢の誤差によって被測定物の被計測部とプローブの不慮の干渉発生を未然に防止することができる。これによって被測定物やプローブの破損防止が図れる。また、干渉によるプローブの変形によって、測定の信頼性が低下することも防止できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置を備えて構成されていることを特徴とする測定機である。
このような本発明によれば、測定機がアライメント調整装置を備えて構成され、このアライメント調整装置は、被計測部の測定前にプローブの角度を微調整できるので、深穴等の測定を行う際、プローブの角度を深穴等に一致させてから行える。従って、プローブの破損を防止できる測定機とすることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整方法であって、前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられた標準体の予め正確に調整されたエッジ面により基準線が構成され、このエッジ面または前記プローブを観察する観察手段に、前記エッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体を回動可能に設け、所定位置におかれた前記エッジ面に対して前記表示体の対比基準線が一致するように表示体を回動させ、その後、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、前記プローブの角度が前記対比基準線と異なるとき、前記プローブの角度を前記対比基準線に沿うように角度調整手段により調整することを特徴とするプローブのアライメント調整方法である。
【００１８】
このような本発明によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のプローブのアライメント調整方法において、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、この対比基準線と前記プローブの第１平面内および第２平面内の少なくともいずれかの角度とがずれているとき、前記角度調整手段を構成するとともに、前記第１平面内の角度の微調整を行う第１マイクロメータヘッドおよび第２平面内の角度の微調整を行う第２マイクロメータヘッドの少なくともいずれかにより前記プローブの角度を前記対比基準線に合わせて調整することを特徴とするものである。
【００２０】
このような本発明によれば、２平面内の角度の微調整が、それぞれマイクロメータヘッドにより行われるので、きわめて小さな誤差でも基準線に合わせることができ、正確なアライメント調整が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、深穴や深ねじ穴等の形状を測定する測定機１が示されている。この測定機１は、測定対象物Ｗを載置するテーブル２と、このテーブル２を三次元方向へ相対移動させる相対移動手段３と、プローブのアライメント調整装置（以下、単に調整装置という）１０とを備えて構成されている。
そして、このような測定機１は、調整装置１０によって、測定対象物Ｗの測定の前に、プローブ２２の角度を基準軸に一致させる調整、すなわちアライメント調整を行った後、そのプローブ２２によって、測定対象物Ｗの形状、例えば図１０に示すようなねじ穴の形状等を計測するようになっている。
【００２２】
相対移動手段３は、テーブル２を前後方向（第２方向であるＹ軸方向）へ移動可能に支持したベース４と、このベース４の両側にわたって立設された門形フレーム５と、この門形フレーム５の水平ビーム５Ａに左右方向（第１方向であるＸ軸方向）へ移動可能に支持されたＸスライダ６と、このＸスライダ６に上下方向（基準となる軸線であるＺ軸方向）へ昇降可能に支持されたＺスライダ７とを含み構成され、このＺスライダ７の下端には、表示体であるターゲット１９および調整装置１０を構成する角度調整手段２１が装着されている。
【００２３】
ターゲット１９は、図４にも示すようにＺスライダ７に設けられ、その先端には、基準面となるエッジ面１９Ａが形成されている。このエッジ面１９Ａは、直交する２面を備え、その各々の面は、正確に基準となる第１平面であるＸＺ平面及び第２平面であるＹＺ平面と平行に仕上げられ、後述するレチクル１８の対比基準線の基準となるものである。言い換えれば、レチクル１８の対比基準線をエッジ面１９Ａに合わせることで、プローブ２２のＺ軸方向を正確に位置決めするときの基準となるものである。ターゲット１９は、図示しないジョイスティック等で所定の位置に移動されるようになっている。
なお、ＸＺ平面とはＸ軸とＺ軸とを含む平面で、ＹＺ平面とはＹ軸とＺ軸とを含む平面である。
【００２４】
調整装置１０は、図２，３にも示すように、テーブル２に設けられたプローブ観察手段１１と、Ｚスライダ７に設けられた前記角度調整手段２１とを備えて構成されている。
プローブ観察手段１１は、テーブル２に固定される取付けプレート１２と、この取付けプレート１２に回動部１３Ａを介して回動可能、かつ、取付けプレート１２から離れる方向に水平方向に延びる支持アーム１３と、この支持アーム１３の回動部１３Ａとは反対側端部に立設された支柱１４と、この支柱１４に支持アーム１３に沿い、かつ、取付けプレート１２側に向かって設けられた取付台１５と、この取付台１５に取付けられた顕微鏡１６とを備えて構成されている。
【００２５】
回動部１３Ａの中心と顕微鏡１６の焦点位置Ｆとは、同一垂直面上に位置しており、また、顕微鏡１６の軸線と支持アーム１３の軸線とは、同一垂直面上に重なるように配置されている。従って、顕微鏡１６と支持アーム１３とは、焦点位置Ｆを中心に水平面内で、Ｘ軸とＹ軸との２方向に９０°回動可能となっており、その結果、２方向からの観察が可能となっている。
【００２６】
取付けプレート１２上には、互いに直交する面を有する２つのストッパ１７が設けられ、これらのストッパ１７の面に、回動する支持アーム１３の対向する側面が接触可能となっており、これにより、支持アーム１３は９０°以上回転しないように構成されている。
【００２７】
顕微鏡１６は、焦点位置Ｆと対向する光軸が水平な対物レンズ部１６Ａと、この対物レンズ部１６Ａに対して、α°の角度で立ち上がった筒部の先端に設けられた接眼レンズ部１６Ｂとを備えて構成されている。
顕微鏡１６の接眼レンズ部１６Ｂの近傍には、表示体であるレチクル１８が設けられている。レチクル１８には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対比基準線Ｃが記入されており、また、レチクル１８は、顕微鏡１６の筒部に対して回動可能、かつ、所定位置で固定可能となっている。
【００２８】
前記角度調整手段２１は、図６〜９に示すように、前記Ｚスライダ７の下端に取付けられるプローブユニット２３および、このプローブユニット２３に設けられる第１マイクロメータヘッド２５、第２マイクロメータヘッド２６を含んで構成され、第１マイクロメータヘッド２５は、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を微調整可能となっており、第２マイクロメータヘッド２６は、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を微調整可能となっている。
【００２９】
プローブユニット２３は、Ｚスライダ７に取付けられる取付け枠体２８を備え、この取付け枠体２８の下方には、断面Ｌ字状の支持部材２９が固着され、この支持部材２９の下方には固定部材３０が固着されている。固定部材３０には、図６に示すように、水平プレート部の一端側、かつ、図７に示すように、固定部材３０の幅方向両端部に、下方に突出する２枚の突出プレート３０Ａが設けられており、この突出プレート３０Ａの部位では、図７に示すように断面コ字状となっている。なお、突出プレート３０Ａは、Ｙ軸方向に沿って配置されている。
【００３０】
固定部材３０には、揺動部材３１が第２軸受３２によって連結されており、この揺動部材３１には、上面に凸状部３１Ａが形成されるとともに、下面に凹状部３１Ｂが形成されている。揺動部材３１は、固定部材３０とほぼ等しい平面大きさを有し、また、凸状部３１Ａは、固定部材３０の突出プレート３０Ａの幅寸法に対応し、かつ、コ字状部に挟み込まれており、両者３０Ａ、３１Ａの間には、図７に示すように上記第２軸受３２が設けられている。
【００３１】
第２軸受３２は、２組のピボット軸受で構成され、突出プレート３０Ａに円錐部を有する軸受部を設け、凸状部３１Ａに円錐部を有する軸部を設けた構造となっており、一方側の突出プレート３０Ａの軸受部は押え部材３３で押えられている。また、凸状部３１Ａの上面と固定部材３０のプレート部の下面との間には、所定寸法の隙間Ｋ（図９参照）があけられている。
以上のように、凸状部３１Ａが固定部材３０の突出プレート３０Ａ間に挟み込まれ、両者３０Ａ、３１Ａが第２軸受３２によって連結されているため、また、凸状部３１Ａの上面と固定部材３０のプレート部の下面との間に隙間Ｋがあけられているため、揺動部材３１は、ＹＺ平面内に揺動可能となっている。
【００３２】
揺動部材３１の下方には、上部に凸状部３４Ａを有するプローブ取付け部材３４が第１軸受３５を介してＸＺ平面内に揺動可能に連結されている。
すなわち、プローブ取付け部材３４は、揺動部材３１に連結される第１部材３４Ｂと、この第１部材３４Ｂと一体的に下方に延びて固着され、かつ、プローブ２２を装着する第２部材３４Ｃとを含み構成されている。プローブ２２は、第２部材３４Ｃの先端にプローブ装着部３４Ｄを介して装着される。プローブ取付け部材３４の凸状部３４Ａは、揺動部材３１の下部の凹状部３１Ｂ内に挟み込まれるとともに、両者３４Ａ、３１Ｂにわたって設けられた第１軸受３５により連結されている。
【００３３】
第１軸受３５は、第２軸受３２と同様、２組のピボット軸受で構成され、凹状部３１Ｂに円錐部を有する軸受部を設け、凸状部３４Ａに円錐部を有する軸部を設けた構造となっており、一方側の凹状部３１Ｂの軸受部は前記押え部材３３で押えられている。また、凸状部３４Ａの上面と揺動部材３１のプレート部の下面との間には、前記所定寸法の隙間Ｋ（図７参照）があけられている。
以上のように、凸状部３４Ａが凹状部３１Ｂ間に挟み込まれ、両者３４Ａ、３１Ｂが第１軸受３５によって連結されているため、また、凸状部３４Ａの上面と揺動部材３１のプレート部の下面との間に隙間Ｋがあけられているため、プローブ取付け部材３４は、ＸＺ平面内に揺動可能となっている。
【００３４】
そして、以上の取付け枠体２８、支持部材２９、固定部材３０、揺動部材３１、第２軸受３２、プローブ取付け部材３４、第１軸受３５を含んで前記プローブユニット２３が構成されている。
第２部材３４Ｃの先端に装着される前記プローブ２２は、例えば、図１０に示すような深ねじ穴１００を計測することができるように形成されている。
【００３５】
前記プローブ取付け部材３４の第１部材３４Ｂには、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を微調整する第１マイクロメータヘッド２５が設けられ、また、揺動部材３１には、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を微調整する第２マイクロメータヘッド２６が設けられている。
【００３６】
すなわち、第１マイクロメータヘッド２５は、第１部材３４Ｂの他端（第１軸受３５を挟んで第２部材３４Ｃの反対側）上方にヘッド部２５Ａが突出し、下方に目盛部２５Ｂが位置するように、クランプ２５Ｃが、第１部材３４Ｂの薄板部を挟み込んで取付けられている。そして、目盛部２５Ｂを回すことによりヘッド部２５Ａを前進させたとき、その先端は、揺動部材３１の下面に接触可能となっている。
【００３７】
また、第１部材３４Ｂと揺動部材３１との間、かつ、第１マイクロメータヘッド２５を挟んだ両側位置に第１ばね３７が架けわたされている。これらの第１ばね３７のコイル先端部は、第１部材３４Ｂと揺動部材３１とに埋め込まれた固定ピン３８にそれぞれ引っかけられ、両部材３４Ｂ，３１の第１マイクロメータヘッド２５側同士を常時近づける方向に付勢している。
【００３８】
従って、第１マイクロメータヘッド２５の目盛部２５Ｂを所定方向に回し、その先端で揺動部材３１の他端側の下面を突き上げれば、その力が第１軸受３５から凸状部３４Ａを経由して第１部材３４Ｂ、つまりプローブ取付け部材３４に伝わり、図７においてプローブ取付け部材３４をＸＺ平面内において反時計回り方向へ回転させることができるようになっている。
これに対して、第１マイクロメータヘッド２５を反対方向に回すと、第１ばね３７の作用により、図７においてプローブ取付け部材３４をＸＺ平面内において時計回り方向へ回転させることができるようになる。このように、目盛部２５Ｂを回す量の調整をすることでプローブ２２のＸＺ平面内回転角度の微調整を行うことができる。
【００３９】
第２マイクロメータヘッド２６は、前述のように、揺動部材３１の他端（第２軸受３２の反対側）に設けられている。
第２マイクロメータヘッド２６は、揺動部材３１の上方にヘッド部２６Ａが突出し、下方に目盛部２６Ｂが位置するように、クランプ２６Ｃが揺動部材３１の薄板部を挟み込んで取付けられている。そして、目盛部２６Ｂを回すことによりヘッド部２６Ａを前進させたとき、その先端は、固定部材３０の水平プレート部の下面に接触可能となっている。
【００４０】
また、揺動部材３１と固定部材３０との間、かつ、第２マイクロメータヘッド２６を挟んだ位置には、図６に示すように第２ばね４０が架けわたされている。これらの第２ばね４０のコイル先端部は、揺動部材３１と固定部材３０とに埋め込まれた前記固定ピン３８にそれぞれ引っかけられ、両部材３１，３０の第２マイクロメータヘッド２６側同士を常時近づける方向に付勢している。
【００４１】
従って、第２マイクロメータヘッド２６の目盛部２６Ｂを所定方向に回し、その先端で固定部材３０の他端側の下面を突き上げれば、その力が第２軸受３２から凸状部３１Ａを経由して揺動部材３１Ｂに伝わり、図８においてプローブ取付け部材３４をＹＺ平面内において反時計回り方向へ回転させることができるようになっている。
これに対して、第２マイクロメータヘッド２６を反対方向に回すと、第２ばね４０の作用により、図８においてプローブ取付け部材３４をＹＺ平面内において時計回り方向へ回転させることができるようになる。このように、目盛部２６Ｂを回す量の調整をすることでプローブ２２のＹＺ平面内回転角度の微調整を行うことができる。
【００４２】
次に、以上のような構成の測定機１により、深ねじ穴１００の測定を行う手順を説明する。
まず、プローブ２２がＺ軸方向、つまり深ねじ穴１００の方向と一致するように正確に取付けられているか否かを調整装置１０により調整する。この際、まず、Ｚスライダ７に取付けられているターゲット１９のエッジ面１９Ａを焦点位置Ｆに移動させる。
次いで、顕微鏡１６の軸線を例えばＸ軸に沿った方向に角度を設定するとともに、接眼レンズで、焦点位置Ｆに設定されているエッジ面１９Ａを覗き、レチクル１８の対比基準線Ｃをエッジ面１９Ａに重ね合わせて、両者が一致するまでレチクル１８を回し、レチクル１８の調整を完了する。調整完了のレチクル１８を顕微鏡１６に対してその状態を維持して固定する。
【００４３】
この後、ターゲット１９を焦点位置Ｆから離すとともに、Ｚスライダ７に取付けられている角度調整手段２１のプローブ２２を焦点位置Ｆに合わせる。
次いで、顕微鏡１６をＸ軸方向から覗き、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせ、両者のずれを観察する。プローブ２２の角度が正確にレチクル１８の対比基準線Ｃと一致していれば、今度はプローブ２２の角度をＹ軸方向から観察するために、顕微鏡１６を水平面内で９０°回動させ、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせ、両者のずれを観察する。Ｙ軸方向のずれも発見されなかったら、相対移動手段３の駆動によりテーブル２上に載置された測定対象物を適宜移動させた後固定し、深ねじ穴１００にプローブ２２を挿入して形状測定を行う。
【００４４】
顕微鏡１６による観察でレチクル１８の基準軸に対してプローブ２２の角度がＹ軸方向から見て一致していないときは、第１マイクロメータヘッド２５の目盛部２５Ｂを所定方向に回し、その先端で揺動部材３１の他端側下面の突き上げ量を変化させる。そうすると、第１軸受３５を支点として、揺動部材３１の凹状部３１Ａ側がＸＺ平面内で所定寸法分だけ回転する。プローブ２２のＸＺ平面内の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに一致するまで目盛部２５Ｂを回し、角度の微調整が行われる。
【００４５】
顕微鏡１６による観察でレチクル１８の基準軸に対してプローブ２２の角度がＸ軸方向からみて一致していないときは、第２マイクロメータヘッド２６の目盛部２６Ｂを所定方向に回し、その先端で固定部材３０の他端側下面の突き上げ量を変化させる。そうすると、第２軸受３２を支点として、固定部材３０の突出プレート３０Ａ側がＹＺ平面内で所定寸法だけ回転する。プローブ２２のＹＺ平面内の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに一致するまで目盛部２６Ｂを回し、角度の微調整が行われる。
そして、プローブ２２のＺ軸において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の角度がレチクル１８の対比基準線Ｃに対して一致したら、前述のように、そのプローブ２２を深ねじ穴１００に挿入させて形状等の測定を行う。
【００４６】
このような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）プローブ２２の角度が深ねじ穴１００の基準線、つまりＺ軸と異なっている際に、測定前の段階で、角度調整手段２１により、プローブ２２の角度をＺ軸においてＸ軸方向およびＹ軸方向に調整して、深ねじ穴１００の方向と一致させることができる。そのため、プローブ２２を穴１００の側面に干渉させることなく奥まで挿入させることができ、これにより、プローブ２２の破損を防止できるとともに、正確な測定が可能となる。
【００４７】
（２）プローブ２２の角度を調整するための基準となるレチクル１８の対比基準線Ｃは、顕微鏡１６を覗きながら、Ｚ軸に対応して予め正確に調整されたターゲット１９のエッジ面１９Ａに合わせることで設定することができるので、対比基準線Ｃの調整が容易となる。
（３）プローブ２２の角度調整は、顕微鏡１６を覗きながら、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブ２２に重ね合わせて、互いに一致するまで角度調整手段２１により調整すればよく、プローブ２２をその都度、深ねじ穴１００等に沿わせる必要もなくできるので、角度調整の効率がよい。また、目視による角度のずれが困難なプローブでも、顕微鏡１６を覗きながら、レチクル１８の対比基準線Ｃをプローブに重ね合せればよいので、容易に角度の調整ができる。
【００４８】
（４）角度調整手段２１は、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６を備えており、プローブ２２のＸＺ平面内の角度を第１マイクロメータヘッド２５で、プローブ２２のＹＺ平面内の角度を第２マイクロメータヘッド２６で調整することができる。２軸方向の角度の調整が、それぞれマイクロメータヘッド２５，２６により行われるので、きわめて小さな誤差の角度でも深ねじ穴１００の方向に合わせることができ、その結果、正確なアライメント調整が可能となる。
【００４９】
（５）プローブ２２のＸＺ平面内、ＹＺ平面内の回動をスムーズにするための第１軸受３５、第２軸受３２は、摩擦係数の少ない構造のそれぞれ２組のピボット軸受で構成されているので、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６によるわずかな力の伝達にもバックラッシュもなく敏感に対応し、これにより、プローブ２２の角度の微調整が容易となる。
【００５０】
（６）第１部材３４Ｂと揺動部材３１との間、かつ、第１マイクロメータヘッド２５を挟んだ両側位置に第１ばね３７が架けわたされ、揺動部材３１と固定部材３０との間、かつ、第２マイクロメータヘッド２６を挟んだ位置には第２ばね４０が架けわたされており、これらは、第１部材３４Ｂと揺動部材３１、揺動部材３１と固定部材３０とを常時近づける方向に付勢している。そのため、各マイクロメータヘッド２５，２６のヘッド部２５Ａ，２６Ａを前進させたときの反対方向にプローブ２２を変位させることができ、プローブ２２をより正確に調整することができる。
【００５１】
（７）アスペクト比（長さ／径）が大きな、例えば２０を超えるようなプローブでは、プローブを基準軸に対する角度誤差なく取り付けることは困難であって、このようなプローブを用いて深穴を測定する場合に、被計測部とプローブとの干渉を防ぐためにプローブ取付姿勢をチェックすることは困難を極めたが、本発明によって、プローブの取付姿勢（基準軸に対する取付角度）を容易に確認することが出来、さらに取付姿勢の修正も容易となる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変形形態も適用されるものである。
例えば、前記実施形態では、角度調整手段２１のＸＺ平面内、ＹＺ平面内の回転の支点となる第１軸受３５、第２軸受３２は、それぞれピボット軸受で構成してあるが、これに限らず、通常に使用されるボールベアリングで構成してもよい。
【００５３】
また、前記実施形態では、第１マイクロメータヘッド２５側に第１ばね３７、第２マイクロメータヘッド２６側に第２ばね４０がそれぞれ架けわたされており、第１ばね３７は、第１部材３４Ｂと揺動部材３１を、第２ばね４０は、揺動部材３１と固定部材３０とを常時近づける方向に付勢しているが、各ばねの配置はこれに限らない。要は、各マイクロメータヘッド２５、２５のヘッド部２５Ａ，２６Ａを前進させたときとは反対方向にプローブ２２を変位させることができるものであればよい。例えば、第１部材３４Ｂと揺動部材３１とにおいて、第１マイクロメータヘッド２５の反対側に、常時、第１マイクロメータヘッド２５側を近づける方向に突っ張るタイプのばね（圧縮ばね）等を設けてもよい。第２マイクロメータヘッド２６の場合も同様である。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、測定前に角度調整されるプローブ２２は、深ねじ穴１００の測定用に用いられているが、本発明の調整装置１０は、例えば、水平穴の測定にも用いることができる。この場合、水平に取り付けられたプローブに対して、レチクル１８の直交する対比基準線Ｃの一方にプローブを重ね合わせて観察し、調整すればよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、測定前に角度調整されるプローブ２２は、深ねじ穴１００を測定するものであったが、これに限らない。例えば、ミクロン単位の径の細小穴プローブを用い、この細小穴プローブ径に対するクリアランスが極端に小さい細小穴を測定する際にも適用することができる。この場合、通常は困難な目視による細小穴プローブの観察、調整が、顕微鏡１６、レチクル１８等による観察なので、容易となり、正確な角度のアライメント調整ができ、その結果、細小穴プローブであっても、そのプローブを破損させることなく測定に使用できる。
【００５６】
また、前記実施形態では、プローブ２２の角度を微調整するために、第１マイクロメータヘッド２５および第２マイクロメータヘッド２６を使用しているが、これらのマイクロメータヘッド２５，２６に替えて、例えばねじ部材を利用してもよい。すなわち、ねじ部材を回すことにより、固定部材３０または揺動部材３１を揺動させ、それにより、プローブ２２を変位させるようにしてもよい。ただし、この場合、各マイクロメータヘッド２５，２６を利用する場合に比べて正確度が低く、また、操作がしにくいという問題がある。
【００５７】
さらに、前記実施形態における測定の手順では、まず、Ｘ軸方向（第１方向）からターゲット１９のエッジ面１９Ａを観察してレチクル１８の対比基準線Ｃを調整した後、プローブ２２をＸ軸方向から見ながらレチクル１８の対比基準線Ｃと比較してＹＺ平面内の角度誤差を修正し、その後、顕微鏡１６を水平面内で９０°回転させて、そのままプローブ２２をＹ軸方向（第２方向）を見ながらレチクル１８の対比基準線Ｃと比較してＸＺ平面内の角度誤差を修正したが、このＸＺ平面内の角度誤差修正に先立って、Ｙ軸方向から再度ターゲット１９のエッジ面１９Ａを観察してレチクル１８の対比基準線Ｃを調整すれば、さらに高い精度で角度誤差の修正ができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のプローブのアライメント調整装置によれば、プローブの角度が基準となる軸線と異なっている際には、角度調整手段により、プローブの角度は基準となる軸線に沿うように調整される。プローブの角度と基準となる軸線とは、測定の前に常に一致した状態とされるので、測定に際して、プローブの角度と穴の角度とを正確に一致させることができる。そのため、深穴等に挿入させてもその側面に干渉することなく、プローブの破損を防止することができる。また、観察手段に設けられた表示体の対比基準線が、基準となる軸線と対応するエッジ面に一致するように調整され、この対比基準線に基づいてプローブの角度が調整される。観察手段で対比基準線とプローブとを対比しながら調整できるので、調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定機を示す全体斜視図である。
【図２】前記実施形態のプローブアライメント装置の要部を示す側面図である。
【図３】図２のIII矢視図である。
【図４】前記実施形態のエッジ面を有するターゲットを示す側面図である。
【図５】前記実施形態のレチクルとターゲットおよびレチクルとプローブとの関係を示す図である。
【図６】前記実施形態の角度調整手段を示す正面図である。
【図７】図６において第２マイクロメータヘッドを取り除いた状態の一部を断面した図である。
【図８】図６におけるVIII矢視図である。
【図９】図６におけるIV矢視図である。
【図１０】前記実施形態のプローブによる深ねじ穴の測定状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 測定機
７ Ｚスライダ
１０ プローブのアライメント調整装置
１１ プローブ観察手段
１６ 顕微鏡
１８ 表示体であるレチクル
１９ 標準体であるターゲット
２１ 角度調整手段
２２ プローブ
２５ 第１マイクロメータヘッド
２６ 第２マイクロメータヘッド
Claims (8)
- 被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整装置であって、
前記プローブの角度が基準となる軸線に沿うように当該プローブの角度を調整可能な角度調整手段と、前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられ前記基準となる軸線と対応する基準線を構成する予め正確に調整されたエッジ面を有する標準体と、この標準体のエッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体と、この表示体が回動可能に設けられるとともに前記エッジ面を観察する観察手段とを備えて構成され、前記表示体が回動されて前記エッジ面と一致した前記表示体の対比基準線が、前記角度調整手段によるプローブの角度を調整する際の基準となることを特徴とするプローブのアライメント調整装置。 - 請求項１に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記角度調整手段は、前記プローブにおける第１平面内の角度の微調整を可能とする第１マイクロメータヘッドおよび前記プローブにおける第２平面内の角度の微調整を可能とする第２マイクロメータヘッドを備えて構成されていることを特徴とするプローブのアライメント調整装置。
- 請求項１または請求項２に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記観察手段は、焦点位置に置かれた前記標準体のエッジ面または前記プローブを観察可能な顕微鏡で構成されるとともに、前記表示体は前記顕微鏡の接眼レンズ近傍に設けられるレチクルで構成され、前記顕微鏡は、前記第１平面に直交する第１方向または前記第２平面に直交する第２方向のいずれかの方向から観察可能となっていることを特徴とするプローブのアライメント調整装置。
- 請求項３に記載のプローブのアライメント調整装置において、前記顕微鏡は、取付台にアームを介して前記第１方向、第２方向の２方向に回動可能に設けられていることを特徴とするプローブのアライメント調整装置。
- 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置において、前記プローブのアスペクト比は２０以上であることを特徴とするプローブのアライメント調整装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプローブのアライメント調整装置を備えて構成されていることを特徴とする測定機。
- 被計測部の形状を測定するプローブの角度を測定の前に調整するプローブのアライメント調整方法であって、
前記プローブを前記被計測部に対して移動させるスライダに設けられた標準体の予め正確に調整されたエッジ面により基準線が構成され、このエッジ面または前記プローブを観察する観察手段に、前記エッジ面と対比可能な対比基準線が表示された表示体を回動可能に設け、所定位置におかれた前記エッジ面に対して前記表示体の対比基準線が一致するように表示体を回動させ、その後、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、前記プローブの角度が前記対比基準線と異なるとき、前記プローブの角度を前記対比基準線に沿うように角度調整手段により調整することを特徴とするプローブのアライメント調整方法。 - 請求項７に記載のプローブのアライメント調整方法において、前記所定位置におかれたプローブに対して前記観察手段により表示体の対比基準線を対比させ、この対比基準線と前記プローブの第１平面内および第２平面内の少なくともいずれかの角度とがずれているとき、前記角度調整手段を構成するとともに、前記第１平面内の角度の微調整を行う第１マイクロメータヘッドおよび第２平面内の角度の微調整を行う第２マイクロメータヘッドの少なくともいずれかにより前記プローブの角度を前記対比基準線に合わせて調整することを特徴とするプローブのアライメント調整方法。
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