JP5172556B2 - 同期移動装置および画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期移動装置および画像測定装置に関する。

従来、装置本体に移動可能に設けられ、かつ、ＣＣＤカメラなどの撮像手段を搭載したスライダと、被測定物を透過照明する照明手段とを備え、撮像手段にて撮像された画像データに基づいて被測定物の形状あるいは寸法を測定する画像測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような画像測定装置では、従来、送りねじ軸およびナット部材を有する送りねじ機構を備えて、ナット部材に固定されたスライダが送りねじ軸の軸方向に進退移動可能に設けられている。送りねじ機構を用いる場合、送りねじ軸の回転に伴って発生する送りねじ軸の振れ運動（振れ）が、スライダに伝わらないように、スライダをナット部材に直接固定せずに、振れ運動を吸収するフローティングユニットを介してスライダをナット部材に固定したものが用いられている。フローティングユニットによって送りねじ機構の振れ運動が吸収されるので、スライダの位置精度に与える振れ運動の影響が少なくなる。
一方、照明手段は、スライダの移動方向に平行な方向に移動可能に設けられている。スライダが移動した際に、照明手段が撮像手段に追従するように、従来、スライダと照明手段とをワイヤで連結したものが用いられている。

特開２００６−２６６７４８号公報

しかしながら、前述の画像測定装置では、可動部としてのスライダと、追従部としての照明手段とがワイヤで連結されているため、照明手段自体の移動によって発生する摺動抵抗がワイヤを介してスライダに伝わってしまう。前述のフローティングユニットによって振れ運度の影響を少なくすることができた画像測定装置において、さらに測定精度を向上させるためには、照明手段の摺動抵抗の影響も排除したいという要望がある。

本発明の目的は、追従部の摺動抵抗が可動部の位置精度へ与える影響を小さくすることができ、可動部の位置精度を向上させることができる同期移動装置、および、この同期移動装置を備えた画像測定装置を提供することである。

本発明の同期移動装置は、装置本体と、この装置本体に移動可能に設けられた可動部と、前記装置本体に回転自在に支持され、回転動作によって前記可動部を移動させる送りねじ軸と、前記送りねじ軸に螺合されたナット部材と、前記可動部および前記ナット部材を連結する連結装置と、前記装置本体に移動可能に設けられる追従部と、を備え、前記送りねじ軸の回転によって前記可動部を移動させた際に、前記追従部を前記可動部に同期して移動させる同期移動装置であって、前記連結装置は、前記可動部に固定された第１の部材と、前記ナット部材に固定された第２の部材と、前記第１の部材および前記第２の部材に介在して設けられ、かつ、前記送りねじ軸の軸線に対して直交する面内での当該送りねじ軸の振れ運動を吸収する中間部材と、を有して構成され、前記追従部は、前記第２の部材に接続部材を介して接続されていることを特徴とする。

ここで、送りねじ軸およびナット部材によって可動部を移動させる送りねじ機構が構成されており、送りねじ機構としてはボールねじ機構を例示できる。
この構成において、送りねじ機構により可動部を移動させると、接続部材を介して連結装置の第２の部材に接続された追従部が可動部に追従して移動する。この際、送りねじ軸の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）が、連結装置の中間部材で吸収されるので、連結装置の第１の部材へ伝わらずにすむ。さらに、追従部は、接続部材で連結装置の第２の部材に接続されているので、追従部自体の移動によって発生する摺動抵抗が、第２の部材に伝わったとしても、振れ運動と同様に中間部材によって摺動抵抗が吸収される。これにより、摺動抵抗が第１の部材へ伝わらずにすむ。従って、送りねじ軸の振れ運動および追従部の摺動抵抗による可動部の位置精度への影響を同時に抑えることができ、可動部の位置精度を向上させることができる。

本発明の同期移動装置では、前記接続部材はワイヤであることが好ましい。

この構成によれば、追従部と第２の部材とをワイヤで接続する際に、ワイヤの延設方向を比較的容易に変化させることができるので、装置本体に対する可動部および追従部の位置関係に応じて両者を接続することができる。また、ベルトやチェーンよりも比較的設置スペースを小さくすることができる。

本発明の同期移動装置では、前記追従部は、前記可動部の移動方向と平行に移動し、かつ、前記可動部から当該可動部の移動方向に直交する方向の延長上に位置する状態を維持しながら移動することが好ましい。

この構成によれば、例えば、可動部および追従部の間に被測定物を配置して、可動部に設ける撮像手段で被測定物を撮像する場合であれば、追従部に被測定物を照明する照明手段を設けることにより、照明手段を撮像手段の移動に追従する透過照明装置として本発明の同期移動装置を用いることができる。また、例えば、可動部に被加工物を加工する工具を設けて、追従部に加工油のノズルを設けて、ノズルを工具の移動に追従する加工油の供給機構として本発明の同期移動装置を用いることなどが可能となる。

本発明の画像測定装置は、前述の同期移動装置と、前記可動部と前記追従部との間に設けられ、被測定物が載置される載物部と、前記可動部に設けられ、前記被測定物を撮像する撮像手段と、前記追従部に設けられ、前記被測定物を透過照明する照明手段と、前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させる移動機構と、を備え、前記撮像手段にて撮像された画像データに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を測定することを特徴とする。

この構成において、同期移動装置の送りねじ機構により可動部に設けられた撮像手段を移動させると、追従部に設けられた照明手段が撮像手段に追従して移動することができる。この際、前述の同期移動装置と同様に、連結装置によって、送りねじ軸の振れ運動および照明手段の摺動抵抗による撮像手段の位置精度への影響を同時に抑えることができ、測定精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の画像測定装置１の全体斜視図である。図２は、図１における画像測定装置１の架台２および載物部３の図示を省略し、光学装置４の移動機構５と、照明手段６との位置関係を示す斜視図である。

図１に示すように、画像測定装置１は、装置本体としての架台２と、架台２上にＹ軸方向に移動可能に設けられ被測定物が載置される載物部３と、被測定物を撮像するＣＣＤカメラが内蔵された光学装置（撮像手段）４と、この光学装置４を２次元的（Ｘ軸方向、Ｚ軸方向）に移動させる移動機構５と、架台２内部に収納されて被測定物を透過照明する照明手段６（図２）と、この照明手段６をＸ軸方向に案内する案内機構８（図２）とを備えて構成される。そして、照明手段６によって被測定物を透過照明した状態で光学装置４のＣＣＤカメラで被測定物を撮像し、撮像された画像データに基づいて被測定物の形状あるいは寸法が測定できるようになっている。
載物部３の詳しい構造は図示しないが、載物部３は駆動機構によってＹ軸方向に駆動される本体フレームと、本体フレーム上に固定された載物ガラス３１とを備えている。被測定物はこの載物ガラス３１に載置される。

図１にて移動機構５は、架台２の両端辺において立設された一対のビーム支持体５１と、ビーム支持体５１に架設されたＸ軸ビーム５２と、Ｘ軸ビーム５２に沿って移動自在に支持された可動部としてのＸスライダ５３と、このＸスライダ５３を移動方向に送るボールねじ機構（送りねじ機構）５４とを備える。このＸスライダ５３には図示を省略するがＺスライダがＺ軸方向に移動自在に設けられており、Ｚスライダに光学装置４が支持されている。

図２に示すようにＸ軸ビーム５２は、Ｙ軸方向に直交する一対の側面５２１，５２２と、Ｚ軸方向に直交する上面５２３および下面５２４とを有して形成され、一方の側面５２１のＸ軸方向に沿って形成された溝部５２５を備え、断面コ字状に形成される。
Ｘスライダ５３は、Ｘ軸ビーム５２の一対の側面５２１，５２２および上面５２３の３面を覆う略コ字状に形成され、これらの３面に対して空気軸受で支持され、Ｘ軸方向に移動可能に設けられている。

ボールねじ機構５４は、図２に示すＸ軸ビーム５２の溝部５２５内に設けられ、Ｘ軸ビーム５２に回転自在に支持された送りねじ軸５４１と、この送りねじ軸５４１に螺合されたナット部材５４２（図３参照）と、このナット部材５４２およびＸスライダ５３を連結する連結装置としてのフローティングユニット７と、送りねじ軸５４１を回転させるモータ５４３とを備え、モータ５４３によって送りねじ軸５４１が回転されると、その回転動作によってＸスライダ５３がＸ軸方向へ移動するようになっている。

送りねじ軸５４１の端部側は、それぞれ軸受５４４，５４５によってＸ軸ビーム５２に回転自在に支持されている。モータ５４３は、送りねじ軸５４１の一端側にカップリングやタイミングベルトなどを介して連結されている。

図２にて、照明手段６をＸ軸方向に案内する案内機構８は、載物部３（図１参照）の内方において架台２に支持されたＸ軸方向に長尺状のガイド８１と、このガイド８１をＸ軸方向に摺動する追従部としての追従スライダ８２と、この追従スライダ８２をフローティングユニット７に接続する接続部材としてのワイヤ８３とを備える。照明手段６は、追従スライダ８２に設けられている。

フローティングユニット７には、ワイヤ８３を連結するワイヤ固定部材８４が設けられている。ワイヤ固定部材８４には、ワイヤ８３の両端が連結され、このワイヤ固定部材８４からＸ軸方向の両方向に沿ってワイヤ８３が延設されている。以下、ワイヤ８３の延設経路について説明する。ワイヤ固定部材８４に一端が連結されたワイヤ８３は、まず、送りねじ軸５４１に沿って軸受５４４側に延設される。そして、Ｚ軸方向に方向転換されてガイド８１の一端に向かって下方に延設され、さらに、ガイド８１に沿ってガイド８１の他端（図中右側）まで延設される。そして、ガイド８１の他端にて折り返され、再びガイド８１に沿って一端（図中左側）まで延設される。このガイド８１の他端から一端に向かって延設されたワイヤ８３の中間部に追従スライダ８２が固定される。さらに、ワイヤ８３は、ガイド８１の一端にて折り返され、再びガイド８１に沿って他端まで延設される。そして、ガイド８１の他端にてＺ軸方向に方向転換されて送りねじ軸５４１のモータ５４３側の軸受５４５に向かって上方に延設される。さらに、送りねじ軸５４１に沿って、ワイヤ固定部材８４に向かって延設されて、ワイヤ８３の他端がワイヤ固定部材８４に連結されている。

追従スライダ８２は、Ｘスライダ５３の光学装置４に対して、光学装置４に設けられた対物レンズ４１を通るＺ軸方向の線上に位置するようにガイド８１上に設けられ、Ｘスライダ５３が移動する際に、光学装置４との位置関係を維持しながらＸスライダ５３に追従して移動するようになっている。送りねじ軸５４を回転させてＸスライダ５３を移動させると、追従スライダ８２がＸスライダに同期して移動し、光学装置４と照明手段６との間に配置された載物部３（図１参照）上の被測定物が照明手段６によって透過照明される。

なお、Ｘスライダ５３には、送りねじ軸５４１に沿って延設されたワイヤ８３が挿通されたワイヤ貫通孔５３１がＸ軸方向に沿って形成されている。ワイヤ貫通孔５３１を形成することで、追従スライダ８２とフローティングユニット７とをワイヤ８３で接続する作業が容易となり、また、ワイヤ８３をＸスライダ５３と干渉することなく設けることができる。

以下、ワイヤ８３とフローティングユニット７との接続部分について図３〜図５を用いて説明する。
図３は、ボールねじ機構５４を拡大して示す部分斜視図である。図４は、図３の分解図であり、図５は、ボールねじ機構５４の断面図である。
図３〜図５に示すように、フローティングユニット７は、Ｘスライダ５３の内方に当該Ｘスライダ５３と一体で形成された取付部５３２に４本のボルト７４（図４）で固定された第１の部材７１と、ナット部材５４２に４本のボルト７５で固定され中央部に送りねじ軸５４１が挿通された第２の部材７２と、第１の部材７１および第２の部材７２に介在して設けられ、かつ、送りねじ軸５４１の軸線に対して直交する面内での送りねじ軸５４１の振れ運動を吸収する中間部材７３とを有する三重構造として構成されている。
図５に示すように、第１の部材７１を固定するＸスライダ５３の取付部５３２は、第１の部材７１に対して送りねじ軸５４１の軸方向に並んで設けられ、内部にナット部材５４２を収納する収納空間５３３が形成されている。そして、ナット部材５４２は、第２の部材７２に対して軸方向に並んで設けられ、この第２の部材７２の端部に形成されたフランジ部７２２に連結されている。

フローティングユニット７の中間部材７３としては、例えば、Ｙ−Ｚ軸方向に配置されたジョイント機構を備えたものを採用することができ、ジョイント機構によりボールねじ機構５４におけるピッチング誤差、ヨーイング誤差およびローリング誤差などを吸収するようにしてもよい。

図４にてワイヤ固定部材８４は、２本のスペーサ８４１を介して第２の部材７２にねじ８４２でねじ止めされる。２本のスペーサ８４１は、第２の部材７２に形成されたタップ部７２１（２箇所）に螺合されている。また、ワイヤ固定部材８４には、ワイヤ８３（図３）を固定するための取付孔８４３（２箇所）が形成され、この取付孔８４３にワイヤ８３の端部がそれぞれ連結されている。Ｘスライダ５３の移動に伴って発生するワイヤ８３のテンションは、フローティングユニット７の第２の部材７２に負荷されることになるが、中間部材７３によって第１の部材７１へテンションが伝わりにくくなっており、結果的にＸスライダ５３がワイヤ８３のテンションの影響を受けないですむようになる。

なお、図示を省略するが、画像測定装置１は、制御部と、キーボードなどの入力手段と、モニタやプリンタなどの出力手段とを備えている。制御部は、ＣＣＤカメラの移動を制御するモーションコントローラ、および、ＣＣＤカメラで撮像された画像データに基づいて被測定物の形状、寸法を解析する解析部を内蔵したホストコンピュータを備えている。

このような構成において、図１に示す載物ガラス３１に被測定物を載置して、光学装置４を被測定部位に応じて移動させると、図２に示す照明手段６が被測定部位を透過照明しながら光学装置４に追従して移動し、光学装置４のＣＣＤカメラで被測定物を撮像する。すると、画像データに基づいて解析部により画像解析されて被測定物の形状、寸法などが測定される。

なお、本発明の同期移動装置としては、前述の装置本体である架台２と、この架台２にビーム支持体５１を介して支持されたＸ軸ビーム５２と、このＸ軸ビーム５２に移動可能に設けられた可動部であるＸスライダ５３と、Ｘ軸ビーム５２に回転自在に支持された送りねじ軸５４１と、送りねじ軸５４１に螺合されたナット部材５４２と、Ｘスライダ５３およびナット部材５４２を連結する連結装置であるフローティングユニット７と、架台２に移動可能に設けられるとともに、フローティングユニット７に接続された追従部としての追従スライダ８２とを含んで構成されたものが例示される。そして、フローティングユニット７は、Ｘスライダ５３に固定された第１の部材７１と、ナット部材５４２に固定された第２の部材７２と、第１の部材７１および第２の部材７２に介在して設けられて送りねじ軸５４１の振れ運動を吸収する中間部材７３とを有して構成され、追従スライダ８２は、第２の部材７２にワイヤ８３を介して接続された構成となっている。

本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）図３に示すボールねじ機構５４によってＸスライダ５３に設けられた光学装置４（図２）を移動させると、フローティングユニット７の第２の部材７２にワイヤ８３によって接続された追従スライダ８２（図２）がＸスライダ５３に追従して移動する。これによって、光学装置のＸ軸方向の位置に応じて追従スライダ８２に設けられた照明手段６が被測定物を透過照明できる。この際、送りねじ軸５４１の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）が、フローティングユニット７の中間部材７３で吸収されるので、振れ運動がフローティングユニット７の第１の部材７１へ伝わらずにすむ。さらに、追従スライダ８２は、フローティングユニット７の第２の部材７２にワイヤ８３によって接続されているので、ガイド８１に対する追従スライダ８２の摺動抵抗が、第２の部材７２に伝わったとしても、前述の振れ運動と同様に中間部材７３によって摺動抵抗が吸収されるので、第１の部材７１へ伝わらずにすむ。従って、送りねじ軸５４１の振れ運動および追従スライダ８２の摺動抵抗によるＸスライダ５３の位置精度への影響を同時に抑えることができ、Ｘスライダ５３の位置精度を向上させることができ、測定精度の向上を図ることができる。

（２）図２に示すように追従スライダ８２と第２の部材７２とをワイヤ８３で接続する際に、ワイヤ８３の延設方向を比較的容易に変化させることができるので、Ｘスライダ５３および追従スライダ８２の位置関係に応じて、載物部３などと干渉しないようにワイヤ８３を配置することができる。また、ベルトやチェーンよりも設置スペースを比較的小さくすることができる。

（３）Ｘスライダ５３の駆動のために、摩擦損失が少なく高精度な位置決めが可能なボールねじ機構５４を採用し、振れ運動を吸収するためのフローティングユニット７を備えたことにより、モータ５４３の出力を大きくしてＸスライダ５３の加速度を上げた場合であっても、高い測定精度を維持することができ、測定時間の短縮化が図れる。

なお、本発明は前述の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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、送りねじ機構としてはボールねじ機構を例示したが、送りねじ軸およびナット部材によってＸスライダを移動させる送りねじ機構であればボールねじ機構以外でもよい。
また、前記実施形態ではワイヤを第２の部材に接続するためにワイヤ固定部材を用いた場合を説明したが、これに限られず、他の方法によってワイヤを第２の部材に接続してもよい。

また、本発明の同期移動装置としては、前述の画像測定装置に用いる場合に限られず、例えば、可動部に被加工物を加工する工具などを設けて、追従部に加工油のノズルを設けて、ノズルを工具の移動に追従する加工油の供給装置を備えた工作機械などにも適用できる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、画像測定装置、その他の可動部に追従部を同期して移動させる同期移動装置に広く利用することができる。

本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体斜視図。 前記実施形態の画像測定装置の移動機構および照明手段を示す斜視図。 前記実施形態の移動機構における送りねじ機構を拡大して示す部分斜視図。 図３の送りねじ機構の分解図。 前記実施形態の移動機構の可動部と送りねじ機構との連結部分の断面図。

符号の説明

１…画像測定装置（同期移動装置）
２…架台（装置本体）
３…載物部
４…光学装置（撮像手段）
５…移動機構
６…照明手段
７…フローティングユニット（連結装置）
５３…Ｘスライダ（可動部）
７１…第１の部材
７２…第２の部材
７３…中間部材
８２…追従スライダ（追従部）
８３…ワイヤ（接続部材）
５４１…送りねじ軸
５４２…ナット部材。

Claims (4)

1. 装置本体と、
   この装置本体に移動可能に設けられた可動部と、
   前記装置本体に回転自在に支持され、回転動作によって前記可動部を移動させる送りねじ軸と、
   前記送りねじ軸に螺合されたナット部材と、
   前記可動部および前記ナット部材を連結する連結装置と、
   前記装置本体に移動可能に設けられる追従部と、を備え、前記送りねじ軸の回転によって前記可動部を移動させた際に、前記追従部を前記可動部に同期して移動させる同期移動装置であって、
   前記連結装置は、
   前記可動部に固定された第１の部材と、
   前記ナット部材に固定された第２の部材と、
   前記第１の部材および前記第２の部材に介在して設けられ、かつ、前記送りねじ軸の軸線に対して直交する面内での当該送りねじ軸の振れ運動を吸収する中間部材と、
   を有して構成され、
   前記追従部は、前記第２の部材に接続部材を介して接続されている
   ことを特徴とする同期移動装置。
2. 請求項１に記載の同期移動装置において、
   前記接続部材はワイヤであることを特徴とする同期移動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の同期移動装置において、
   前記追従部は、前記可動部の移動方向と平行に移動し、かつ、前記可動部から当該可動部の移動方向に直交する方向の延長上に位置する状態を維持しながら移動する
   ことを特徴とする同期移動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の同期移動装置と、
   前記可動部と前記追従部との間に設けられ、被測定物が載置される載物部と、
   前記可動部に設けられ、前記被測定物を撮像する撮像手段と、
   前記追従部に設けられ、前記被測定物を透過照明する照明手段と、
   前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させる移動機構と、を備え、
   前記撮像手段にて撮像された画像データに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を測定することを特徴とする画像測定装置。

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