JP3986974B2

JP3986974B2 - 高精度歯車系測定機

Info

Publication number: JP3986974B2
Application number: JP2003018234A
Authority: JP
Inventors: 宏臣小笠原
Original assignee: 株式会社小笠原プレシジョン・エンジニアリング
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP2004233060A; DE60315251D1; EP1443303B1; US20040143978A1; DE60315251T2; EP1443303A1; US6938352B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車などの極座標系もしくは円柱座標系での形状評価に適する、精密機械要素の形状測定を行う高精度歯車系測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、歯車の測定、例えば歯形、ピッチ、歯筋を測定するために使用される歯車測定機は、図４(a)，(b)に示すように、３次元測定機の水平アーム型のものに、回転テーブルが付設されたもの、あるいはその変形として提供されている。
【０００３】
図４(a)のものは、ベースＢＳ上にＸ方向移動テーブルＴXが載置され、その側部にＺ方向移動テーブルＴZが設けられ、さらにその側部にＹ方向移動テーブルＴYが配されている。そして、Ｙ方向移動テーブルＴYの先端に設けられた測定子Ｐが接し得る位置に、被測定物Ｗを垂直軸周りに回転可能に支持するために、支柱ＣＬが設けられている。
【０００４】
また、図４(b)のものは、ベースＢＳ上に、被測定物ＷをＸ方向移動テーブルＴX上に載せ、測定子ＰはベースＢＳ上に載置されたＹ方向移動テーブルＴYの上のＺ方向移動テーブルＴZに取り付けている。
【０００５】
【非特許文献１】
(財)日本規格協会発行、「座標計測―第２部：三次元座標測定機の性能評価 JIS B 7440-2：1997(ISO 10360-2:1994)」
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４(a)，(b)に示したものは、何れも一つのベースＢＳ上に、被測定物Ｗを支持する要素と、測定子Ｐを支持する３軸方向移動機構あるいは２軸方向移動機構とを載置した構成となっている。
【０００７】
この構成により、図４(a)，４(b)のものは、ともに被測定物Ｗを支持する要素と３軸方向移動機構または２軸方向移動機構とから個別に荷重が懸かる。
【０００８】
図５(a)，(b)は、この荷重が懸かる様子を示したもので、被測定物Ｗを支持する要素と３軸移動機構または２軸移動機構とは、個別の変形を引き起こす。
【０００９】
このため、ベースＢＳは、これら２要素による歪を生じ、被測定物Ｗが属する絶対座標系の原点および軸方向は、測定子Ｐの基準とする座標系の原点および軸方向と一致し難い。この結果、歯車測定には誤差が除き切れず、精度向上の妨げとなっている。
【００１０】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、歪が生じ難くかつ伝達し難い構造の高精度歯車系測定機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
互いに直角関係にあるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を作動軸とし、被測定物と測定子とを前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って相対的に移動させるとともに、前記Ｚ軸の周りを回転させながら、前記被測定物の外形形状を測定する高精度歯車系測定機において、
前記高精度歯車系測定機を設置する設置面に固定されたベース、このベース上に載置され水平な一方向に移動し得るＹ方向移動テーブル、および前記測定子を支持し前記Ｙ方向移動テーブルに対して直交する水平な他の一方向に移動し得るＸ方向移動テーブルを有する本体と、
前記被測定物を前記Ｚ軸に関して回転可能かつ昇降可能に支持する先端サポートおよび先端サポート台、前記先端サポート台を支持する門型コラム、ならびに前記門型コラムの重量を受け止めるコラム台によって構成され、前記門型コラムは前記コラム台により首振り自在にピボット支持されている被測定物支持体と、
前記被測定物支持体を、前記本体に対して位置関係を微調整して固定する連結要素と、
をそなえたことを特徴とする高精度歯車系測定機、
を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１(a)，(b)は、本発明の一実施例の外観構成を示す正面側斜視図および背面側斜視図である。この図１(a)，(b)に示すように、測定機を設置すべき水平な地面ＧＲ上に、連結要素により相互に連結された本体と被測定物支持体とが設置されている。
【００１３】
本体は、ベースＢＳ、このベースＢＳに搭載されたＹ方向移動テーブルＴY、およびこのＹ方向移動テーブルＴYに搭載されたＸ方向移動テーブルＴXにより構成されている。つまり、本体は、Ｘ−Ｙテーブルとして構成されている。
【００１４】
一方、被測定物支持体は、歯車等の被測定物Ｗを回転可能かつ昇降可能に支持する先端サポートＴＳおよび先端サポート台ＭＴＳ、この先端サポート台ＭＴＳを支持する門型コラムＧＣ、そして門型コラムＧＣの重量を受け止めるコラム台ＭＣによって構成されている。
【００１５】
つまり、被測定物支持体は、回転可能なＺ軸エレベータとして構成されている。この被測定物支持体は、Ｚ軸が傾いて重力の影響を受けることがないように、Ｚ軸を可能な限り垂直方向に近付けるようにすることが必要である。そして、被測定物支持体は、Ｚ軸を垂直方向に一致させた状態で、一対の調整可能な連結バーＣＢにより本体のベースＢＳに連結されてベースＢＳと一体的に固定支持される。
【００１６】
ベースＢＳは、地面ＧＲに設置されており、両側面において一対の連結バーＣＢにより被測定物支持体の門型コラムＧＣを保持している。ベースＢＳの上面は水平面であり、この上面には、Ｙ軸送り機構ＤYの一部である溝が設けられており、この溝に沿ってＹ方向移動テーブルＴYが水平面内の一方向に移動可能となっている。
【００１７】
そして、Ｙ方向移動テーブルＴYの被測定物支持体に対向する側面には、Ｘ軸送り機構Ｄxの一部である溝が設けられており、測定子を持つ測定子機構Ｐが設けられたＸ方向移動テーブルＴXを、水平方向であってＹ方向移動テーブルＴYの移動方向と直交する方向に移動できるように支持している。
【００１８】
この本体に対向して設置される被測定物支持体は、Ｘ方向移動テーブルＴXに対向する位置に、被測定物Ｗを回転可能で垂直方向（Ｚ方向）に昇降可能に支持するように、先端サポートＴＳおよび先端サポート台ＭＴＳが設けられている。
【００１９】
これら先端サポートＴＳおよび先端サポート台ＭＴＳは、門型コラムＧＣに搭載されており、門型コラムＧＣはコラム台ＭＣにより首振り自在にピボット支持されている。
【００２０】
そして、門型コラムＧＣは、首振り自在な構造を利用して垂直方向になるように、連結バーＣＢによって本体のベースＢＳに連結固定される。連結バーＣＢは、ベースＢＳの上部と門型コラムＧＣの上部とを連結するため、本体と被測定物支持体とは一体的に固定される。
【００２１】
この構成により、被測定物Ｗは、先端サポートＴＳにより垂直軸周りを自由に回転し得るように支持されており、他方、被測定物Ｗに対向して設置される測定子機構Ｐは、Ｘ方向移動テーブルＴXがＹ方向移動テーブルＴYに対してＸ方向に移動可能で、Ｙ方向移動テーブルＴYがベースＢＳに対してＹ方向に移動可能に支持されている。
【００２２】
この結果、本体では、測定子機構ＰがＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持されており、被測定物支持体では、被測定物ＷがＺ方向に昇降可能かつＺ軸周りを回転可能に支持されている。したがって、被測定物ＷをＸ、ＹおよびＺ軸に沿って移動させて、またＺ軸周りに回転させて測定することができる。
【００２３】
図２は、本体の構造を示したもので、地面ＧＲ上に載置されたベースＢＳの上面に、Ｙ軸方向に移動可能なＹ方向移動テーブルＴYが搭載されている。このＹ方向移動テーブルＴYには、図示しない被測定物支持体に対向する側面に、Ｘ方向移動テーブルＴXがＸ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ方向移動テーブルＴXの被測定物支持体と対向する面の中央部には測定子機構Ｐが設けられている。測定子機構Ｐは、プローブを含む被測定物の外形を検査するための要素を有する。
【００２４】
本体は、図２に示すように、Ｙ軸に関しては対称構造であり、Ｘ軸に関しても比較的重量の少ないＹ方向移動テーブルＴYおよびＸ方向移動テーブルＴXがベースＢＳに対して非対称的位置にあるが、Ｙ軸を含む面においてはＸ方向移動テーブルＴ X の移動による変化はあるがほぼ対称性を持っており、非対称性による歪はごく小さなものに留め得る。
【００２５】
図３(a)，(b)は、被測定物支持体の詳細構造を示したものである。被測定物Ｗは、主軸スピンドルＭＳの上部先端に置かれ、先端サポート台ＭＴＳに支持された先端サポートＴＳによって補助的に支持される。そして、測定時、被測定物Ｗは、主軸スピンドルＭＳの上部先端付近で先端サポートＴＳの補助により一時的に固定支持される。
【００２６】
主軸スピンドルＭＳは、矩形枠形に形成されたコラム台ＧＣの中心線上に支持されており、コラム台ＧＣにおける主軸スピンドルＭＳの下端寄り位置に設けられたＺ軸回転機構ＤＺにより回転駆動されて、Ｚ軸を中心に回転する。
【００２７】
Ｚ軸の回転中心線上におけるＺ軸回転機構ＤＺの下部に、昇降機構としてのＺ軸送り機構ＥＺが一軸上になるように連結されている。Ｚ軸送り機構ＥＺは、Ｚ軸回転機構ＤＺ、主軸スピンドルＭＳ、被測定物Ｗおよび先端サポートＴＳの４つの要素で構成される被測定物支持体を、コラム台ＧＣをテーブルとして上下方向に移動させる機能を有する。
【００２８】
門型コラムＧＣは、その下端が４角錐状に形成されており、錐状の下端の荷重中心ＬＣが測定機を設置する設置面に固定されたコラム台ＭＣに当接して、ピボット構造をなしている。ピボット構造は、図におけるようにコラム台ＭＣを凹にしてもよいが、これとは反対に凸にしてもよく、門型コラムＧＣを一点で支持する構造であれば種々の構造を採り得る。
【００２９】
被測定物支持体は、図３に示すように、全体形状がほぼ矩形であってＺ軸に関して対称形状に構成されているから、それ自体が歪を生じ難く、またその歪が与える被測定物Ｗが属する絶対座標系の原点および軸方向と測定子Ｐの基準とする座標系の原点および軸方向のずれに影響し難い構造である。
【００３０】
このように、被測定物支持体がＺ軸およびＺ軸とこのＺ軸に直交するＹ軸とで形成される面に関して対称構造を持つため、測定時の外部環境の変化、とくに温度変化による被測定物支持体自体の熱変形に起因する歪が原因となる、被測定物が属する絶対座標系の原点および軸方向と測定子Ｐの基準とする座標系の原点および軸方向とのずれを抑制することができる。さらに、被測定物を回転させるＺ軸と被測定物を昇降させるＺ軸とが同軸であり、被測定物支持部として一体構造を持つため、軸を形成するための機構に起因する誤差要因が1つ減る。
【００３１】
上述のように構成された本体および被測定物支持体を、連結要素つまり連結バーによって相対的な位置関係を微調整しながら組み合わせることにより、本発明の測定機が構成される。つまり、図２に示した本体に対向して、図３に示した被測定物支持体がＺ軸に軸合わせした上で配置され、その状態で連結バーＣＢにより本体に固定される。この連結バーＣＢは、被測定物支持体を本体に固定するにつき、測定機全体に関する対称性を保持するとともに、被測定物の取付位置に近い位置でかつ本体の測定子に近い位置、つまり門型コラムＧＣの上部をＸ−Ｙテーブルに近いベースＢＳの上部に固定する。このため、本体および被測定物支持体は、それぞれが所要の取り付け状態となり、しかも本体と被測定物支持体とが一体的に固定された状態を形成する。
【００３２】
したがって、被測定物Ｗを最も測定に適した状態に保持しつつ測定を行うことができる。
【００３３】
（変形例）
上記実施例では、連結要素として設けられている連結バーは一対のみ設けているが、その数を増したり、その設置位置を被測定物に近付けたりすることにより、本体と被測定物支持体との一体性をさらに増す構造としてもよい。
【００３４】
また、連結要素自体に、熱もしくは熱変形を伝達させない機構や位置調整機構を持たせてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上述のように、Ｘ、Ｙ軸についてのＸ−Ｙテーブルとして構成された本体と、回転可能なＺ軸エレベータとして構成された被測定物支持体とを、連結バーで位置を微調整しながら固定して一体化するようにしたため、各要素が個別の動きをすることに起因する歪が防止され、高精度の測定が可能な測定機を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a)，(b)は、本発明の一実施例を２つの斜め方向から見た形状を示す斜視図。
【図２】図１の実施例における本体の詳細構造を示す斜視図。
【図３】図３(a)，(b)は、図１の実施例における被測定物支持体の詳細構造を示す斜視図。
【図４】図４(a)，(b)は、従来の高精度歯車系測定機の構成例を示す斜視図。
【図５】図５(a)，(b)は、従来の高精度歯車系測定機で歪が生じる状態を示す説明図。
【符号の説明】
ＴX Ｘ方向移動テーブル
ＴY Ｙ方向移動テーブル
ＢＳベース
ＴZ Ｚ方向移動テーブル
Ｐ測定子機構
ＣＬ支柱
ＤX Ｘ軸送り装置
ＤY Ｙ軸送り装置
ＴＳ先端サポート
ＭＴＳ先端サポート台
ＧＣ門型コラム
ＭＣコラム台
ＣＢ連結バー
ＧＲ地面

Claims

互いに直角関係にあるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を作動軸とし、被測定物と測定子とを前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って相対的に移動させるとともに、前記Ｚ軸の周りを回転させながら、前記被測定物の外形形状を測定する高精度歯車系測定機において、
前記高精度歯車系測定機を設置する設置面に固定されたベース、このベース上に載置され水平な一方向に移動し得るＹ方向移動テーブル、および前記測定子を支持し前記Ｙ方向移動テーブルに対して直交する水平な他の一方向に移動し得るＸ方向移動テーブルを有する本体と、
前記被測定物を前記Ｚ軸に関して回転可能かつ昇降可能に支持する先端サポートおよび先端サポート台、前記先端サポート台を支持する門型コラム、ならびに前記門型コラムの重量を受け止めるコラム台によって構成され、前記門型コラムは前記コラム台により首振り自在にピボット支持されている被測定物支持体と、
前記被測定物支持体を、前記本体に対して位置関係を微調整して固定する連結要素と、
をそなえたことを特徴とする高精度歯車系測定機。
請求項１記載の高精度歯車系測定機において、
前記被測定物支持体は、前記Ｚ軸に沿って昇降する昇降機構、および前記Ｚ軸周りを回転する回転機構を前記Ｚ軸上にそなえた高精度歯車系測定機。
請求項１記載の高精度歯車系測定機において、
前記被測定物支持体は、前記Ｚ軸に沿って昇降する昇降機構および前記Ｚ軸周りを回転する回転機構が前記Ｚ軸上に設けられ、前記Ｚ軸と該Ｚ軸に直交する他の1軸とで形成される面に関して対称的な構造を有する、ほぼ矩形の枠体に取り付けられてなる高精度歯車系測定機。
請求項1記載の高精度歯車系測定機において、
前記被測定物支持体は、前記設置面に対して接する荷重中心を有する高精度歯車系測定機。
請求項1記載の高精度歯車系測定機において、
前記連結要素は、前記高精度歯車系測定機全体に関する対称性を保持しながら、前記被測定物支持体を、前記被測定物の取り付け位置に近い位置でかつ前記本体の前記測定子に近い位置に固定するように設けられた高精度歯車系測定機。