JP5200345B2 - クランプ機構、計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、丸棒状のワークを把持するクランプ機構、ワークの外形を計測する計測装置に関する。

丸棒状のワークを把持するクランプ機構としては、図９に示すような刃具を回転可能に把持するチャック８０装置が知られている（特許文献１）。チャック８０装置は、先端側が３分割された工具挟持部８１と、工具挟持部８１を締め付けてワークを把持させる操作体８２とを有している。

また、上記チャック８０装置のようなクランプ機構を備えた計測装置としては、クランプ機構としての工具保持手段と、工具保持手段を軸線を中心に回転させる回転駆動手段と、工具保持手段に保持された棒状切削工具の先端部を軸線方向および軸線方向と直交するＺ軸方向の２つの方向から撮像する撮像手段とを備えた棒状切削工具の測定装置が知られている（特許文献２）。

特開２００３−３３４７０６号公報 特開２００１−５９７１３号公報

上記チャック８０装置を用いて極細の丸棒状ワークを把持する場合、工具挟持部８１にワークを挿入して操作体８２で締め付けると、分割された先端側の隙間８３にワークが挟まって損傷する、あるいは正しい姿勢で把持し難いという課題があった。

また、上記測定装置を用いて極細の丸棒状ワークの外形を計測する場合、ワークの軸線とチャック８０装置の回転軸とが合致していないと、ワークを回転させて撮像する際の焦点が定まらないという問題があった。よって、ワークの回転に対応して逐次焦点位置の調整を行わなければならないという課題があった。

本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、丸棒状のワークを正しい姿勢で把持して回転させることが可能なクランプ機構、ワークの外形を精度よく計測可能な計測装置を提供することを目的とする。

本発明のクランプ機構は、丸棒状のワークを把持して回転させるクランプ機構であって、ワークを把持する把持部と、把持部を支持して把持されたワークの姿勢を調整する姿勢調整部と、把持部と姿勢調整部とを一体として回転させる回転駆動部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ワークの姿勢を調整する姿勢調整部を備え、回転駆動部は、把持部と姿勢調整部とを一体として回転させる。したがって、回転駆動部の回転軸に対して把持部に把持された丸棒状のワークの軸線が所定の方向に向くように姿勢を調整してワークを回転させることができる。すなわち、丸棒状のワークを正しい姿勢で把持して回転させることが可能なクランプ機構を提供することができる。

上記姿勢調整部が、回転駆動部の回転軸に対して、把持されるワークの軸線の位置を調整する位置調整部と軸線のぶれを調整するぶれ調整部とを有していることを特徴とする。

この構成によれば、位置調整部とぶれ調整部とを備えているので、回転駆動部の回転軸に対して、ワークの軸線の位置を調整可能であると共に、軸線のぶれも調整可能である。したがって、ワークの軸線の向きを所定の正しい方向に向け、回転軸を中心として相対的にワークを回転させることができる。

また、上記把持部が、少なくとも２つの斜面からなる溝部を有する受け台と、溝部を挟んで配置され、挟まれた溝部の全部または一部を切り欠くように受け台に設けられた一対の凹部と、溝部に収まる先端部を有する押さえ部と、一対の凹部に収まって溝部を横断するように先端部に設けられた一対の凸部とを有することを特徴とする。

この構成によれば、溝部を有する受け台には、溝部を挟んで配置され、挟まれた溝部の少なくとも２つの斜面の全部または一部を切り欠くように一対の凹部が設けられている。また、押さえ部には、一対の凹部に収まって溝部を横断するように一対の凸部が先端部に設けられている。したがって、一対の凸部が溝部に挿入されたワークを斜面に沿うようにガイドして一対の凹部に収まる。ゆえに、溝部が延在する方向と丸棒状のワークの軸線とが合致するようにワークを溝部と先端部とにより把持することができる。すなわち、丸棒状のワークが極細であっても、正しい姿勢で把持することが可能なクランプ機構を提供することができる。

また、上記溝部が延在する方向において、一対の凹部が間隔を置いて少なくとも２組設けられ、押さえ部の先端部には、少なくとも２組の凹部に対応する位置に一対の凸部を１組とする少なくとも２組の凸部が設けられていることが好ましい。これによれば、溝部に挿入されるワークは、間隔を置いて設けられた少なくとも２組の凸部により溝部の斜面に沿ってガイドされる。したがって、溝部が延在する方向において離間した少なくとも２組の凸部が対応する凹部に収まることにより、溝部の延在方向とワークの軸線とが合致するようにワークの姿勢を容易に正すことができる。

また、上記少なくとも２組の凹部のうちワークを挿入する側に位置する１組の凹部が受け台の内側に配設されていることが好ましい。これによれば、受け台の内側に配設された１組の凹部に対応して、押さえ部側に１組の凸部が設けられる。したがって、溝部にワークを挿入する際に、溝部の位置が押さえ部に設けられた上記１組の凸部によって隠れずに容易に視認することができる。ゆえに、極細のワークであっても確実に溝部に挿入でき、挿入ミスによりワークが損傷することを低減することができる。

また、上記受け台の溝部に向けて押さえ部を付勢する付勢部をさらに備えることが好ましい。これによれば、溝部に挿入されたワークを付勢された押さえ部により押圧して溝部に沿って確実に固定することができる。

本発明の計測装置は、丸棒状のワークの外形を計測する計測装置であって、ワークを把持する把持部と、把持部を支持して把持されたワークの姿勢を調整する姿勢調整部と、把持部と姿勢調整部とを一体として回転させる回転駆動部とを具備したクランプ機構と、クランプ機構により把持されたワークの軸線と直交する方向からワークを撮像する撮像装置とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、姿勢調整部により、回転駆動部の回転軸に対して把持部に把持された丸棒状のワークの軸線が所定の方向に向くように姿勢を調整して、ワークを回転させることが可能なクランプ機構を備えている。したがって、正しい姿勢で把持されたワークの外形を撮像装置により撮像することができる。また、ワークを回転させて撮像することができるので、把持されたワークに対して角度を変えて撮像し、撮像データを基により正確なワークの外形を計測することができる。すなわち、精度よく丸棒状のワークの外形を計測可能な計測装置を提供することができる。

上記姿勢調整部が回転駆動部の回転軸に対して、把持されるワークの軸線の位置を調整する位置調整部と軸線のぶれを調整するぶれ調整部とを有していることを特徴とする。

この構成によれば、位置調整部とぶれ調整部とを有し、ワークの軸線の向きを所定の正しい方向に向け、回転軸を中心として相対的にワークを回転させることが可能なクランプ機構を備えている。したがって、ワークを回転させても軸線のぶれがないので、ワークを撮像する際の焦点位置ずれが低減され、計測精度が低下することなく計測することができる。

また、上記把持部が、少なくとも２つの斜面からなる溝部を有する受け台と、溝部を挟んで配置され、挟まれた溝部の全部または一部を切り欠くように受け台に設けられた一対の凹部と、溝部に収まる先端部を有する押さえ部と、一対の凹部に収まって溝部を横断するように先端部に設けられた一対の凸部とを有することを特徴とする。

この構成によれば、丸棒状のワークが極細であっても、一対の凹部と一対の凸部とにより溝部にガイドされ、溝部の延在方向とワークの軸線とを合致させて把持することが可能なクランプ機構を備えている。したがって、ワークの挿入ミスを低減し、ワークを決められた位置に正しい姿勢で把持して撮像装置により外形を撮像することができる。

また、上記溝部が延在する方向において、一対の凹部が間隔を置いて少なくとも２組設けられ、押さえ部の先端部には、少なくとも２組の凹部に対応する位置に一対の凸部を１組とする少なくとも２組の凸部が設けられていることが好ましい。これによれば、離間して設けられた少なくとも２組の凸部によりワークが溝部にガイドされ、容易に正しい姿勢で溝部と先端部とにより把持することができる。すなわち、ワークの挿入ミスをより低減して計測することができる。

また、上記少なくとも２組の凹部のうちワークを挿入する側に位置する１組の凹部が受け台の内側に配設されていることが好ましい。これによれば、溝部にワークを挿入する際に、溝部の位置が押さえ部に設けられた上記１組の凸部によって隠れず容易に溝部を視認して挿入することができる。ゆえに、計測に際して、極細のワークであっても確実に溝部に挿入でき、挿入ミスによりワークが損傷して外形の計測異常が発生することを低減することができる。

また、上記受け台の溝部に向けて押さえ部を付勢する付勢部をさらに備えることが好ましい。これによれば、付勢部により押さえ部を付勢して溝部との間に正しい姿勢で丸棒状のワークを固定することができる。ゆえに、より正確な位置にワークを固定して撮像装置により撮像することができる。

また、上記撮像装置がワークを撮像するカメラと、ワークに対してカメラの焦点を合わせるフォーカス機構とを具備することを特徴とする。これによれば、ワークに対してカメラの焦点を合わせるフォーカス機構を備えているので、より精度よくワークの外形を計測することができる。

上記把持部に把持されたワークを複数回に分けて回転させ、複数回に対応して撮像することによりワークの外形を計測するように回転駆動部と撮像装置とを制御する制御部を備えたことを特徴とする。これによれば、制御部は、ワークを複数回に分けて回転させて、当該複数回に渡って撮像させるので、ワークの外形だけでなく偏心についても精度よく計測することができる。

また、上記姿勢調整部により、回転駆動部の回転軸と把持されたワークの軸線とが合致するように調整し、ワークを複数回に分けて回転させることを特徴とする。これによれば、姿勢調整部により回転駆動部の回転軸と把持されたワークの軸線とが合致するように調整するので、軸線を中心として複数回に分けてワークを回転させることができる。よって、軸線に対するワークの外形寸法のバラツキを正確に計測することができる。

また、上記姿勢調整部により、回転駆動部の回転軸と把持されたワークの軸線とが所定の距離ずれるように調整し、当該回転軸を中心としてワークを回転させ、回転軌跡上に位置するワークを複数回に分けて撮像するように制御部が回転駆動部と撮像装置とを制御してもよい。これによれば、回転駆動部の回転軸を中心としてワークを相対的に回転させる。したがって、回転軌跡上をワークが移動することにより、撮像装置とワークとの相対距離が変化するものの、ワークが正しい姿勢で把持されているので、上記複数回ごとに焦点位置を合わせれば、ワークに対して角度を変えて撮像することができ、正確なワークの外形を計測することができる。

本実施形態は、丸棒状のワークを把持して回転させるクランプ機構、このクランプ機構を備えた計測装置を例に説明する。なお、説明に用いる図は、適宜拡大または縮小して表示している。

＜クランプ機構＞
まず、本実施形態のクランプ機構について、図１から図５に基づいて説明する。図１は、クランプ機構の構造を示す概略斜視図である。図１に示すように、クランプ機構３０は、極細の丸棒状のワークＲを把持する把持部１０と、把持されたワークＲの姿勢を調整する姿勢調整部２０と、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として軸支する軸受け２７と、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として回転させる回転駆動部としてのモータ２９とを備えている。モータ２９は、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。

軸受け２７とモータ２９との間には、姿勢調整部２０の原点位置を検出する位置検出機構２８と、モータ２９の回転軸と姿勢調整部２０とを軸受け２７を介して連結するスリーブ状の連結部２９ａとが設けられている。上記の各構成は、支持プレート２５の表面にそれぞれ配設されている。

位置検出機構２８は、位置検出用のプレート（ドグ板）２８ａと、ドグ板２８ａの取り付け部２８ｂと、原点センサ２８ｃとから構成されている。軸受け２７により回転可能に軸支された姿勢調整部２０の一方の軸（不図示）に取り付け部２８ｂが固定されている。原点センサ２８ｃは、例えば、発光部（不図示）と受光部（不図示）とが対向配置されたフォトマイクロセンサを用い、取り付け部２８ｂに取り付けられたドグ板２８ａが上記発光部と上記受光部との間を横切るように支持プレート２５の表面に配設されている。上記発光部と上記受光部との間の光軸をドグ板２８ａが遮蔽することにより、原点位置が検出される。本実施形態では検出位置精度３０μｍのフォトマイクロセンサを用いた。回転角度に直すと０．１°の精度で原点を検出可能である。

把持部１０は、受け台アーム１１と、受け台アーム１１の一方の端部１１ａに取り付けられた受け台１と、Ｔ字形状の押さえ部アーム１２と、その端部１２ａに取り付けられた押さえ部５と、を備えている。ワークＲは、受け台１と押さえ部５とにより把持される。

姿勢調整部２０は、受け台アーム１１をガイドするアームガイド１６と、受け台アーム１１の他方の端部１１ｂを支持する位置調整部としての中空のブロック２１と、を備えている。また、アームガイド１６とブロック２１とが配設された回転テーブル１８と、軸受け２７に軸支されると共にブロック２１が取り付けられる回転プレート２４と、を備えている。

したがって、モータ２９を駆動すれば、軸受け２７に軸支された回転プレート２４が回転する。回転プレート２４には、ブロック２１を介して回転テーブル１８が固定されているので、ブロック２１とアームガイド１６とに支持された受け台アーム１１が回転する。すなわち、ワークＲを把持部１０に把持した状態でモータ２９の回転軸を中心として回転させる構成となっている。

図２は、把持部を示す平面図である。詳しくは、把持部１０をＸ軸方向から見た正面図である。図２に示すように、受け台１は、Ｖ字形状の溝部２を有している。押さえ部５は、溝部２に収まる先端部６を有している。ワークＲは受け台１の溝部２に挿入され、押さえ部５の先端部６により押圧されて把持される。

また、図２に示すように、姿勢調整部２０のアームガイド１６は、Ｌ字状に形成されており、その底部が回転テーブル１８に固定されている。その側面には、Ｘ軸方向に離間して設けられた２つのロックネジ１９と、Ｙ軸調整ネジ１７ａとが設けられている。また、回転テーブル１８とアームガイド１６とを下方（Ｚ軸方向）から貫通する２つのＺ軸調整ネジ１７ｂが設けられている。

よって、受け台１が取り付けられた受け台アーム１１はＹ軸調整ネジ１７ａと、Ｚ軸調整ネジ１７ｂとで支持されている。各調整ネジ１７ａ，１７ｂのねじ込み量を調整することにより、受け台アーム１１のＹ軸方向、Ｚ軸方向のぶれを調整可能となっている。すなわち、上記Ｙ軸調整ネジ１７ａ、Ｚ軸調整ネジ１７ｂ、ロックネジ１９は、受け台アーム１１のぶれ調整部１５（図１参照）に含まれる。

図３は、受け台の詳細を示す概略図である。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ方向から見た平面図である。

図３（ａ）に示すように、受け台１は、２つの斜面２ａ，２ｂからなるＶ字形状の溝部２と、溝部２の延在方向と直交する方向に設けられた４つの凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと、取り付け用の２つのネジ孔１ａ，１ｂとを有している。溝部２を挟んで設けられた一対（１組）の凹部３ａ，３ｂは、受け台１の上方から見ると、ワークＲの挿入側から内側に入り込んだ位置に設けられている。もう一対の凹部４ａ，４ｂは、一方の凹部３ａ，３ｂに対して離間し、受け台１の側面を切り欠くように設けられている。言い換えれば、ワークＲの止当たり機能を有する受け台アーム１１（図１参照）に面して設けられている。

図３（ｂ）に示すように、一対の凹部４ａ，４ｂは、ワークＲの径に対応して溝部２の深さよりも浅く、それぞれ対応する斜面２ａ，２ｂの一部を切り欠くように設けられている。したがって、ワークＲが溝部２に沿って挿入され受け台アーム１１に突き当たる。また、凹部４ａ，４ｂによってワークＲの挿入が阻害されない。

ワークＲの径が非常に細い場合は、それぞれ対応する２つの斜面２ａ，２ｂをすべて切り欠くように一対の凹部４ａ，４ｂを設けてもよい。また、ワークＲを少なくとも２つの斜面２ａ，２ｂによって支持することができれば、溝部２の底部を平面としてもよい。なお、凹部３ａ，３ｂの形成方法も同様である。

このような受け台１は、図１に示した受け台アーム１１の長軸方向と溝部２の延在方向とが合致するように、受け台アーム１１の端部１１ａにネジ止めされる。

図４は、押さえ部の詳細を示す概略図である。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ方向から見た平面図である。

図４（ａ）に示すように、押さえ部５は、受け台１の溝部２に収まる先端部６を有している。先端部６は、溝部２の斜面２ａ，２ｂと同じ傾斜角度を有する２つの斜面６ａ，６ｂと、溝部２の延在方向と平行することになる平面６ｃとを有している。また、平面６ｃに直交するように斜面６ａ側に張り出した凸部７ａ，８ａと、斜面６ｂ側に張り出した凸部７ｂ，８ｂとを有している。一対（１組）の凸部７ａ，７ｂは、受け台１に形成された一対の凹部３ａ，３ｂに対応する位置で、先端部６に形成されている。同様に、一対の凸部８ａ，８ｂは、一対の凹部４ａ，４ｂに対応する位置で、先端部６に形成されている。

図４（ｂ）に示すように、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、底面７ｃ，８ｃが先端部６の平面６ｃと同一の平面を構成するように、紙面上の水平方向に各斜面６ａ，６ｂから張り出している。すなわち、受け台１の溝部２を横断するように先端部６に形成されている。また、押さえ部５には、押さえ部アーム１２の一方の端部１２ａに嵌合する切り欠き９と、固定用のネジが貫通する孔９ａとが設けられている。

溝部２に挿入されたワークＲは、溝部２によって支持されると共に、押さえ部５の平面６ｃにより押圧される。また、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、受け台１の各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂにそれぞれ収まる。よって、ワークＲの溝部２に対する挿入位置がずれていても、ワークＲが各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂにより溝部２に沿って所定の位置に案内される。

また、例えば、ワークＲをより正しい姿勢で溝部２に配置するために、ワークＲの挿入方向において、凹部４ａ，４ｂと同様に受け台１の側面に凹部３ａ，３ｂを切り欠くように設けることが考えられる。すると、ワークＲを溝部２に挿入する際に、作業者から見ると押さえ部５の凸部７ａ，７ｂによって溝部２が隠れてしまい挿入ミスを起こすおそれがある。この場合、凹部３ａ，３ｂは受け台１の内側に設けられているので、これに収まる凸部７ａ，７ｂによって溝部２の入り口部分が隠れず、ワークＲをより確実に溝部２に挿入することが可能である（図３参照）。

なお、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、溝部２の延在方向に対して必ずしも直交する方向に設けなくてもよい。例えば、ワークＲの挿入方向に対して、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとこれに対応する各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂとを逆ハの字に開くように形成することが好ましい。これによれば、各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂによって、ワークＲの挿入が阻害され難い。さらには、斜面６ａ，６ｂは必須ではなく、先端部６がワークＲを把持するための平面６ｃと、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとを有する構成としてもよい。また、凸部は２組に限定されず、１組でもその効果が期待できるし、もっと増やしてもよい。

図５は把持部および姿勢調整部の詳細を示す斜視図である。詳しくは、ブロック２１とアームガイド１６とを透視して表した図である。

図５に示すように、把持部１０において、押さえ部アーム１２は、支持部１２ｃが受け台アーム１１に設けられた長孔１１ｃに収められ、軸１３により軸支されている。一方の端部１２ａに押さえ部５がネジ止めされている。他方の端部１２ｂと受け台アーム１１との間には、溝部２に向けて押さえ部５を付勢する付勢部としてのバネ１４が設けられている。付勢部はバネ１４に限らずゴムなどの弾性体を用いてもよい。また、押さえ部５は、押さえ部アーム１２の長軸方向と平面６ｃの延在方向とが合致するように、押さえ部アーム１２の端部１２ａにネジ止めされる。すなわち、押さえ部５は、押さえ部アーム１２の支持部１２ｃを支点としてバネ１４により付勢され、先端部６が受け台１の溝部２に収まる構成となっている。

姿勢調整部２０において、受け台アーム１１は、一方の端部１１ａがぶれ調整部１５によって支持されている。一方の端部１１ａの先端には、受け台１がネジ１１ｄにより取り付けられている。他方の端部１１ｂは、ブロック２１の中空部２１ａに挿入され、Ｚ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＺ軸傾き調整ネジ２２ａ，２２ｂと、Ｙ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＹ軸傾き調整ネジ２２ｃ，２２ｄとによって４つの方向から支持され、ブロック２１に固定されている。

軸受け２７に軸支された回転プレート２４には、ブロック２１側に突出する四角柱状の軸２４ａが設けられている。軸２４ａは、ブロック２１の中空部２１ａに挿入され、Ｚ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＺ軸オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂと、Ｙ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＹ軸オフセット調整ネジ２３ｃ，２３ｄとによって４つの方向から支持され、ブロック２１に固定される。これにより、回転プレート２４の軸２４ａと受け台アーム１１の端部１１ｂとがブロック２１を介して間接的に連結される。すなわち、回転プレート２４が回転すれば、把持部１０と姿勢調整部２０（ぶれ調整部１５、回転テーブル１８、ブロック２１）とが一体となって回転する。また、軸２４ａは、モータ２９の回転中心と合致しており、回転軸の回転につれて回転する。ゆえに、モータ２９は、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として回転させる。

このようなクランプ機構３０によれば、溝部２に挿入されたワークＲは、２つの斜面２ａ，２ｂで支持されると共に、押さえ部５の平面６ｃとの間で押圧され把持される。よって、ワークＲの軸線Ｒａと溝部２の延在方向とが合致するように把持される。

また、押さえ部５に設けられた２組の凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが２組の凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに収まるように設けられている。したがって、溝部２にワークＲが傾いた状態で挿入されても、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂがワークＲを溝部２の斜面２ａ，２ｂに沿って所定の位置に収まるようにガイドする。

把持部１０は、アームガイド１６および回転テーブル１８とブロック２１とからなる姿勢調整部２０により支持され、一体となって回転する。ぶれ調整部１５の各調整ネジ１７ａ，１７ｂとブロック２１の各傾き調整ネジ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとにより、ワークＲの軸線Ｒａのぶれが調整される。そして、ブロック２１の各オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにより、実質的に軸２４ａとワークＲの軸線Ｒａとの相対位置を決めることができる。ゆえに、軸２４ａと軸線Ｒａとが合致するように各オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのねじ込み量を調整すれば、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとを合致させて、ワークＲを回転させることができる。また、合致させなくても、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとを所定の距離オフセットして、回転軸を中心とした回転軌跡上において、把持部１０に把持されたワークＲを相対的に回転させることができる。

＜計測装置＞
次に、本実施形態の計測装置について図６に基づいて説明する。図６は、計測装置の構成を示す概略図である。

図６に示すように、本実施形態の計測装置１００は、ワークＲを把持する上記実施形態のクランプ機構３０と、クランプ機構３０が上面に配設されたテーブル３１と、把持されたワークＲの軸線Ｒａに直交するＺ軸方向からワークＲを撮像する撮像装置３５とを備えている。撮像装置３５は、撮像手段としての２つのカメラユニット３６，３７と、各カメラユニット３６，３７に対向して配置された２つの照明３３，３４とを備えている。カメラユニット３６，３７と照明３３，３４とは、同一のテーブル３２に配設されている。また、テーブル３２をＺ軸方向に移動させることにより、ワークＲに対する各カメラユニット３６，３７の焦点を調整するオートフォーカス機構３８を有している。カメラユニット３６，３７は、例えば、撮像素子としてのＣＣＤとワークＲの計測箇所を拡大する対物レンズとの組み合わせを用いる。この場合、カメラユニット３６とカメラユニット３７とは撮像時の倍率が異なるように構成されている。照明３３，３４は、例えば、高輝度が得られるハロゲンランプなどを用い、各カメラユニット３６，３７の撮像倍率に応じて照明輝度が設定されている。オートフォーカス機構３８は、当然ながらテーブル３２をＺ軸方向に移動させる駆動部を備えているが図示省略した。

また、計測装置１００は、把持されたワークＲの少なくとも一部が各カメラユニット３６，３７と各照明３３，３４との間の各光軸３３ａ，３４ａ上に位置するように、テーブル３１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる駆動部（図示省略）を備えている。駆動部には、Ｘ軸モータとＹ軸モータとを有する。Ｘ軸モータおよびＹ軸モータは、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。

さらに、計測装置１００の各部を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、ＣＰＵ４１と、ＥＰＲＯＭなどからなるメモリ４２と、画像処理部４３と、Ｘ軸モータ制御部４４と、Ｙ軸モータ制御部４５と、クランプ機構３０のモータ２９の制御を行うモータ制御部４６と、を備えている。制御装置４０は、例えばパーソナルコンピュータ等を活用して構成する。

計測装置１００を用いた計測方法について説明する。この場合、クランプ機構３０において、予め把持部１０にワークＲを把持させ、ワークＲの軸線Ｒａとモータ２９の回転軸とが合致するように姿勢調整部２０を調整する（軸調整工程）。実際の調整方法としては、クランプ機構３０にワークＲを把持して回転させ、その状態を撮像装置３５により撮像して軸線Ｒａのぶれがないかチェックする作業を繰り返して行う。

次に作業者は、ワークＲを溝部２に挿入し、押さえ部５によって押圧することにより、クランプ機構３０にワークＲを把持する（把持工程）。そして、制御装置４０を操作して計測動作を開始させる。ＣＰＵ４１は、まず、メモリ４２に入力された測定プログラムに基づいてＸ軸モータ制御部４４とＹ軸モータ制御部４５とに制御信号を送る。Ｘ軸モータ制御部４４とＹ軸モータ制御部４５は、制御信号に基づいてＸ軸モータ、Ｙ軸モータを駆動して例えば光軸３３ａ上にワークＲの測定箇所が位置するように、テーブル３１を移動させる（位置決め工程）。また、オートフォーカス機構３８に制御信号を送り、照明３３によって照明されたワークＲにカメラユニット３６の焦点が合うようにオートフォーカス機構３８を駆動する。より詳しくは、カメラユニット３６によって撮像された画像情報に基づいて画像処理部４３がワークＲの外形を特定し、外形線が所定のシャープネスを得られるようにオートフォーカス機構３８を駆動して焦点合わせを行う（焦点位置調整工程）。画像処理部４３は、焦点が合った状態で撮像された画像情報をビットマップデータに変換してＣＰＵ４１に送る。ＣＰＵ４１はこのビットマップデータから測定箇所の寸法を演算して出力する（計測工程）。また、制御装置４０は、モータ制御部４６に制御信号を送り、ワークＲを複数回に分けて回転させるようにモータ２９を駆動する（回転工程）。これに同期してワークＲを撮像する計測工程を複数回繰り返し、出力されたデータをＣＰＵ４１によって統計処理させる（寸法データ処理工程）。これにより、測定箇所の複数のサンプリングデータから平均値やバラツキが得られる。また、ワークＲを複数回に分けて回転させることにより、偏心等の寸法情報が得られる。

計測装置１００は、軸線ＲａがぶれないようにワークＲを把持して回転させるクランプ機構３０を備えているので、上記複数回に渡ってサンプリングデータを得ようとする場合、初回の計測において、ワークＲに対するカメラユニット３６の焦点位置調整をしておけば、ワークＲを回転させても再び焦点位置調整の必要がなく、計測を行うことが可能である。また、ワークＲを交換して他のワークＲについて計測を続ける場合においても同様である。すなわち、精度よくワークＲの外形を計測可能であると共に、複数回の計測に伴うワークＲとカメラユニット３６との焦点位置調整が簡略化された。

撮像倍率が異なる２つのカメラユニット３６，３７の選択は、ワークＲの外形寸法に応じて測定プログラムに組み込まれている。例えば、ワークＲが極細の丸棒であれば、まず、低倍率のカメラユニット側を選択して焦点位置を調整し、その後高倍率のカメラユニット側にワークＲを移動させて焦点位置を調整する。このようにすれば、高倍率側のカメラユニットを用いていきなり焦点位置を調整する場合に比べて、要する時間を短縮することが可能である。

姿勢調整部２０において、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとが合致せず、オフセットするように位置調整されている場合は、オフセットされた回転軌跡上においてワークＲが相対的に回転する。したがって、回転するワークＲに対して撮像装置３５の焦点位置を調整する必要が生ずる。この場合、ワークＲの設計データに基づいてオフセットされた回転軌跡を演算し、予め位置情報としてメモリ４２に格納しておく。ＣＰＵ４１は、回転軌跡の位置情報からワークＲの回転角度に応じたＸ，Ｙ，Ｚ軸座標を演算する。この演算結果に基づいて制御装置４０がＸ軸モータ制御部４４、Ｙ軸モータ制御部４５に制御信号を送り、回転角度に応じて例えば光軸３３ａ上にワークＲの計測部位が位置するようにテーブル３１を移動させる。また、オートフォーカス機構３８に制御信号を送り、テーブル３２をＺ軸方向に移動させてワークＲの計測部位に撮像装置３５の焦点を合わせる。そして、上述したような計測工程、寸法データ処理工程を複数回に分けて行う。

このような計測装置１００が表示装置や印刷装置をさらに備えれば、ＣＰＵ４１が出力する寸法データを表示したり用紙に記録すること、あるいはワークＲの画像情報を表示することが可能である。

上記実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）上記実施形態のクランプ機構３０は、把持部１０に把持されたワークＲの軸線Ｒａがモータ２９の回転軸に対して軸ぶれしないように調整可能な姿勢調整部２０を備えている。また、モータ２９は、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として回転させる。したがって、ワークＲを正しい姿勢で把持して回転させることができる。

（２）上記実施形態のクランプ機構３０において、把持部１０は、受け台１の溝部２に挿入されたワークＲを押さえ部５の２組の凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが斜面２ａ，２ｂに沿ってガイドする。そして、２組の凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが溝部２を横断するように設けられた２組の凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに収まる。したがって、先端部６と溝部２とによりワークＲを３点で支持して、溝部２の延在方向とワークＲの軸線Ｒａとを合致させて把持することができる。よって、ワークＲを正しい姿勢で把持してモータ２９により回転させることができる。さらには、押さえ部５は、バネ１４により溝部２に向かって付勢されているので、ワークＲを押圧して把持部１０に固定することができる。

（３）上記実施形態のクランプ機構３０において、受け台１の１組の凹部３ａ，３ｂは、ワークＲの挿入方向において入口側から内側に入った位置に設けられている。したがって、ワークＲを溝部２に挿入する際に、１組の凹部３ａ，３ｂに対応する押さえ部５の１組の凸部７ａ，７ｂによって溝部２が遮られないので、溝部２の位置が視認し易く、極細のワークＲであっても容易に溝部２に挿入することができる。

（４）上記実施形態の計測装置１００は、クランプ機構３０を備えている。したがって、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとが軸ぶれしないようにワークＲが把持される。よって、ワークＲを複数回に分けて回転させ、精度よくワークＲの寸法を計測することができる。また、ワークＲを複数回に分けて回転させ計測する場合、あるいは複数のワークＲを交換して計測する場合、ワークＲが高い位置精度で配置されるので、オートフォーカス機構３８による焦点位置調整を頻繁に実施しなくてもよい。すなわち、ワークＲの寸法を精度よく且つ効率よく計測することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。

（変形例１）上記実施形態のクランプ機構３０において、把持部１０の受け台１および押さえ部５の形状は、これに限定されない。図７は変形例の押さえ部と受け台を示す概略図である。同図（ａ）は変形例の押さえ部の斜視図、同図（ｂ）は変形例の押さえ部と受け台との関係を示す平面図である。同図（ａ）に示すように、変形例の押さえ部５０は、２つの斜面５１ａ，５１ｂと、稜５１ｃと、２組の凸部５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂとを有する先端部５１を備えている。各凸部５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂは、稜５１ｃに対して直交するように張り出している。同図（ｂ）に示すように、押さえ部５０に対応する受け台６０には、Ｖ字形状の溝部６１と、２組の凸部５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂに対応して溝部６１を横断するように２組の凹部６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂが設けられている。一対の凸部５３ａ，５３ｂ（凸部５２ａ，５２ｂ）の底面５３ｃ（底面５２ｃ）は逆Ｖ字形状となっており、底面５３ｃ（底面５２ｃ）と溝部６１とによりワークＲを４点で支持して、溝部６１の延在方向とワークＲの軸線Ｒａとを容易に合致させて把持することができる。

（変形例２）上記実施形態においてワークＲは、単純な丸棒に限定されない。図８は、ワークの形状を示す平面図である。図８に示すように、例えば、ワーク７０は、異なる軸径ｄ１，ｄ２，ｄ３を有する丸棒である。主軸７１から副軸７２、先端軸７３に行くにしたがって細くなっている。先端軸７３の軸径は、およそ２０μｍである。主軸７１と副軸７２との間、副軸７２と先端軸７３との間は、それぞれテーパ部となっている。計測装置１００を用いれば、各軸径ｄ１，ｄ２，ｄ３、び各寸法ａ，ｂ，ｃ，ｅを精度よく計測することができる。これにより各軸７１，７２，７３の外形やテーパ部の長さを求めることができる。また、主軸７１に対して、副軸７２、先端軸７３の偏心についても計測可能である。

（変形例３）上記実施形態の計測装置１００において、クランプ機構３０、テーブル３１、撮像装置３５などの各部の配置は、これに限定されない。例えば、図６において、丸棒状のワークＲの軸線ＲａとＺ軸方向とが合致するようにクランプ機構３０をテーブル３１に配置して、ワークＲの軸線Ｒａに対して垂直な方向に光軸３３ａが来るように、カメラユニット３６と照明３３とを対向配置してもよい。これによれば、ワークＲをＺ軸方向から溝部２に挿入することとなり、比較的に作業がし易い。

クランプ機構の構造を示す概略斜視図。 把持部を示す平面図。 （ａ）は受け台の詳細を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た平面図。 （ａ）は押さえ部の詳細を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向から見た平面図。 把持部および姿勢調整部の詳細を示す斜視図。 計測装置の構成を示す概略図。 （ａ）は変形例の押さえ部の斜視図、（ｂ）は変形例の押さえ部と受け台との関係を示す平面図。 ワークの形状を示す平面図。 従来のクランプ機構としてのチャック装置を示す概略斜視図。

符号の説明

１…受け台、２…溝部、２ａ，２ｂ…斜面、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…凹部、５…押さえ部、６…先端部、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…凸部、１０…把持部、１４…付勢部としてのバネ、２９…回転駆動部としてのモータ、３０…クランプ機構、３５…撮像装置、３６，３７…カメラとしてのカメラユニット、３８…フォーカス機構としてのオートフォーカス機構、５０…押さえ部、５１…先端部、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ…凸部、６０…受け台、６１…溝部、６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ…凹部、７０…丸棒状のワーク、１００…計測装置、Ｒ…丸棒状のワーク、Ｒａ…軸線。

Claims (15)

1. 丸棒状のワークを把持して回転させるクランプ機構であって、
   前記ワークを把持する把持部と、
   前記把持部を支持して把持された前記ワークの姿勢を調整する姿勢調整部と、 前記把持部と前記姿勢調整部とを一体として回転させる回転駆動部と、
   を備え、
   前記姿勢調整部が、前記回転駆動部の回転軸に対して、把持される前記ワークの軸線の位置を調整する位置調整部と前記軸線のぶれを調整するぶれ調整部とを有していることを特徴とするクランプ機構。
2. 前記把持部が、少なくとも２つの斜面からなる溝部を有する受け台と、前記溝部を挟んで配置され、挟まれた前記溝部の全部または一部を切り欠くように前記受け台に設けられた一対の凹部と、前記溝部に収まる先端部を有する押さえ部と、前記一対の凹部に収まって前記溝部を横断するように前記先端部に設けられた一対の凸部とを有することを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
3. 前記溝部が延在する方向において、前記一対の凹部が間隔を置いて少なくとも２組設けられ、
   前記押さえ部の前記先端部には、前記少なくとも２組の凹部に対応する位置に前記一対の凸部を１組とする少なくとも２組の凸部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のクランプ機構。
4. 前記少なくとも２組の凹部のうち前記ワークを挿入する側に位置する１組の凹部が前記受け台の内側に配設されていることを特徴とする請求項３に記載のクランプ機構。
5. 前記受け台の前記溝部に向けて前記押さえ部を付勢する付勢部をさらに備えたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載のクランプ機構。
6. 丸棒状のワークの外形を計測する計測装置であって、
   前記ワークを把持する把持部と、前記把持部を支持して把持された前記ワークの姿勢を調整する姿勢調整部と、前記把持部と前記姿勢調整部とを一体として回転させる回転駆動部とを具備し、前記姿勢調整部が、前記回転駆動部の回転軸に対して、把持される前記ワークの軸線の位置を調整する位置調整部と前記軸線のぶれを調整するぶれ調整部とを有するクランプ機構と、
   前記クランプ機構により把持された前記ワークの軸線と直交する方向から前記ワークを撮像する撮像装置とを備えたことを特徴とする計測装置。
7. 前記姿勢調整部が前記回転駆動部の回転軸に対して、把持される前記ワークの軸線の位置を調整する位置調整部と前記軸線のぶれを調整するぶれ調整部とを有していることを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
8. 前記把持部が、少なくとも２つの斜面からなる溝部を有する受け台と、前記溝部を挟んで配置され、挟まれた前記溝部の全部または一部を切り欠くように前記受け台に設けられた一対の凹部と、前記溝部に収まる先端部を有する押さえ部と、前記一対の凹部に収まって前記溝部を横断するように前記先端部に設けられた一対の凸部とを有することを特徴とする請求項６または７に記載の計測装置。
9. 前記溝部が延在する方向において、前記一対の凹部が間隔を置いて少なくとも２組設けられ、
   前記押さえ部の前記先端部には、前記少なくとも２組の凹部に対応する位置に前記一対の凸部を１組とする少なくとも２組の凸部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
10. 前記少なくとも２組の凹部のうち前記ワークを挿入する側に位置する１組の凹部が前記受け台の内側に配設されていることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 前記受け台の前記溝部に向けて前記押さえ部を付勢する付勢部をさらに備えたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の計測装置。
12. 前記撮像装置が前記ワークを撮像するカメラと、前記ワークに対して前記カメラの焦点を合わせるフォーカス機構とを具備することを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか一項に記載の計測装置。
13. 前記把持部に把持された前記ワークを複数回に分けて回転させ、前記複数回に対応して撮像することにより前記ワークの外形を計測するように前記回転駆動部と前記撮像装置とを制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項６ないし１２のいずれか一項に記載の計測装置。
14. 前記姿勢調整部により、前記回転駆動部の回転軸と把持された前記ワークの軸線とが合致するように調整し、前記ワークを複数回に分けて回転させることを特徴とする請求項１３に記載の計測装置。
15. 前記姿勢調整部により、前記回転駆動部の回転軸と把持された前記ワークの軸線とが所定の距離ずれるように調整し、前記回転軸を中心として前記ワークを回転させ、回転軌跡上に位置する前記ワークを複数回に分けて撮像することを特徴とする請求項１３に記載の計測装置。

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