JP5371532B2 - 三次元測定機 - Google Patents
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Description
本発明は、三次元測定機に関する。
従来、被測定物に接触することで一定の範囲内を移動する測定子を有するプローブと、プローブを支持するとともに、駆動する駆動機構とを備え、測定子の移動量、及びプローブの移動量に基づいて、被測定物を測定する三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の表面形状測定装置（三次元測定機）では、測定子を有する倣いプローブと、駆動機構とを備え、測定子を被測定物に押し込んだ状態で測定子の移動量、及びプローブの移動量を取得し、取得した各移動量を合成することで被測定物を測定している。
このような三次元測定機では、駆動機構にて測定子を移動させることで被測定物を測定するため、被測定物よりも大きい測定空間を有する三次元測定機を用いて測定する必要がある。したがって、例えば、自動車用の部品などの大きな被測定物を測定する場合には、大きな三次元測定機を用いて測定する必要がある。
特許文献１に記載の表面形状測定装置（三次元測定機）では、測定子を有する倣いプローブと、駆動機構とを備え、測定子を被測定物に押し込んだ状態で測定子の移動量、及びプローブの移動量を取得し、取得した各移動量を合成することで被測定物を測定している。
このような三次元測定機では、駆動機構にて測定子を移動させることで被測定物を測定するため、被測定物よりも大きい測定空間を有する三次元測定機を用いて測定する必要がある。したがって、例えば、自動車用の部品などの大きな被測定物を測定する場合には、大きな三次元測定機を用いて測定する必要がある。
ここで、例えば、複数の小さな穴が所定の間隔で連続して形成されているような大きな被測定物を三次元測定機にて測定する際に、穴の径は精度よく測定しなければならないが、各穴のピッチは精度よく測定しなくてもよいような場合、すなわち精度よく測定しなければならない小さい領域と、精度よく測定しなくてもよい大きな領域とが混在する場合がある。
しかしながら、このような場合に、特許文献１に記載の三次元測定機では、精度よく測定しなければならない小さい領域に応じた測定精度を有する高価な三次元測定機を用いて測定しなければならないという問題がある。
また、大きな三次元測定機は、駆動機構も大きくなるので、小さい領域を高速に測定することが困難であるという問題がある。
しかしながら、このような場合に、特許文献１に記載の三次元測定機では、精度よく測定しなければならない小さい領域に応じた測定精度を有する高価な三次元測定機を用いて測定しなければならないという問題がある。
また、大きな三次元測定機は、駆動機構も大きくなるので、小さい領域を高速に測定することが困難であるという問題がある。
本発明の目的は、精度よく測定しなければならない小さい領域と、精度よく測定しなくてもよい大きな領域とが混在する大きな被測定物を適切に測定することができる安価な三次元測定機を提供することにある。
本発明の三次元測定機は、一定の範囲内で移動可能な測定子を有するプローブと、前記プローブを支持するとともに、測定する軸方向に駆動する駆動機構とを備え、前記測定子の移動量、及び前記プローブの移動量に基づいて、被測定物を測定する三次元測定機であって、前記プローブは、前記測定子を前記軸方向に駆動する測定子駆動部を備え、前記三次元測定機は、前記駆動機構および前記測定子駆動部に、前記プローブおよび前記測定子を駆動するための位置指令値を出力する駆動制御手段と、前記測定子の前記軸方向の移動量を測定する第１測定部と、前記プローブの前記軸方向の移動量を測定する第２測定部とを備え、前記第２測定部による測定精度は、前記第１測定部による測定精度より低いことを特徴とする。
このような構成によれば、三次元測定機は、測定する軸方向について、測定子駆動部にて測定子を駆動することで小さい領域を測定し、駆動機構にてプローブを駆動することで大きな領域を測定することができる。また、プローブの移動量を測定する第２測定部による測定精度は、測定子の移動量を測定する第１測定部による測定精度より低いので、精度よく測定しなければならない小さい領域と、精度よく測定しなくてもよい大きな領域とが混在する大きな被測定物を適切に測定することができる。また、第１測定部による測定精度を向上させるだけでよいので三次元測定機を安価に製造することができる。
さらに、測定子駆動部は、駆動機構にて駆動されるプローブに設けられているので、駆動機構と比較して小さくなる。したがって、小さい領域を高速に測定することができる。
さらに、測定子駆動部は、駆動機構にて駆動されるプローブに設けられているので、駆動機構と比較して小さくなる。したがって、小さい領域を高速に測定することができる。
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、本発明の一実施形態に係る三次元測定機１を示すブロック図である。
三次元測定機１は、図１に示すように、三次元測定機本体２と、三次元測定機本体２を制御する制御装置３とを備える。
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元測定機１を示すブロック図である。
三次元測定機１は、図１に示すように、三次元測定機本体２と、三次元測定機本体２を制御する制御装置３とを備える。
図２は、三次元測定機本体２の一部を示す概略模式図である。なお、図２では、上方向を＋Ｚ軸方向とし、このＺ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸、及びＹ軸として説明する。以下の図面においても同様である。
三次元測定機本体２は、図１、及び図２に示すように、被測定物９を測定するための球状の測定子４１Ａを有するプローブ４と、プローブ４を支持するとともに、駆動する駆動機構５とを備える。なお、本実施形態では、被測定物９として複数の小さな穴９１，９２，９３がＸ軸方向に沿って所定の大きな間隔で連続して形成されている大きな部材を例示して説明する。
三次元測定機本体２は、図１、及び図２に示すように、被測定物９を測定するための球状の測定子４１Ａを有するプローブ４と、プローブ４を支持するとともに、駆動する駆動機構５とを備える。なお、本実施形態では、被測定物９として複数の小さな穴９１，９２，９３がＸ軸方向に沿って所定の大きな間隔で連続して形成されている大きな部材を例示して説明する。
図３は、プローブ４を示す拡大模式図である。
プローブ４は、図３に示すように、Ｚ軸方向を軸とする棒状に形成され、測定子４１Ａを先端側（図３中下方側）に有するスタイラス４１と、スタイラス４１の基端側を支持する支持機構４２とを備える。
支持機構４２は、図１、及び図３に示すように、一定の範囲内でスタイラス４１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向（図３中矢印方向）に移動可能に支持するものであり、スタイラス４１を各軸方向に駆動する駆動部４３と、スタイラス４１の各軸方向の移動量を検出するためのプローブセンサ４４とを備える。すなわち、駆動部４３は、スタイラス４１を駆動することで測定子４１Ａを駆動する測定子駆動部として機能する。
プローブ４は、図３に示すように、Ｚ軸方向を軸とする棒状に形成され、測定子４１Ａを先端側（図３中下方側）に有するスタイラス４１と、スタイラス４１の基端側を支持する支持機構４２とを備える。
支持機構４２は、図１、及び図３に示すように、一定の範囲内でスタイラス４１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向（図３中矢印方向）に移動可能に支持するものであり、スタイラス４１を各軸方向に駆動する駆動部４３と、スタイラス４１の各軸方向の移動量を検出するためのプローブセンサ４４とを備える。すなわち、駆動部４３は、スタイラス４１を駆動することで測定子４１Ａを駆動する測定子駆動部として機能する。
駆動機構５は、図１、及び図２に示すように、プローブ４をＸ軸方向（図２中矢印方向）に沿って移動可能に支持するとともに、プローブ４をＸ軸方向に沿って駆動するものであり、プローブ４のＸ軸方向の移動量を検出するためのスケールセンサ５１を備える。
制御装置３は、図１に示すように、スタイラス４１、及びプローブ４の駆動を制御する駆動制御手段３１と、プローブセンサ４４、及びスケールセンサ５１による検出結果に基づいて、被測定物９の表面形状等を測定する測定手段３２とを備える。
駆動制御手段３１は、予め入力された被測定物９の輪郭データに基づいて、スタイラス４１、及びプローブ４を駆動するための位置指令値を駆動部４３、及び駆動機構５に対して出力する。
駆動制御手段３１は、予め入力された被測定物９の輪郭データに基づいて、スタイラス４１、及びプローブ４を駆動するための位置指令値を駆動部４３、及び駆動機構５に対して出力する。
測定手段３２は、第１測定部３２１と、第２測定部３２２とを備える。
第１測定部３２１は、プローブセンサ４４による検出結果に基づいて、駆動部４３にて駆動されるスタイラス４１の移動量、すなわち測定子４１Ａの移動量を測定する。
第２測定部３２２は、スケールセンサ５１による検出結果に基づいて、駆動機構５にて駆動されるプローブ４の移動量を測定する。また、第２測定部３２２による測定精度は、第１測定部３２１による測定精度より低い。
第１測定部３２１は、プローブセンサ４４による検出結果に基づいて、駆動部４３にて駆動されるスタイラス４１の移動量、すなわち測定子４１Ａの移動量を測定する。
第２測定部３２２は、スケールセンサ５１による検出結果に基づいて、駆動機構５にて駆動されるプローブ４の移動量を測定する。また、第２測定部３２２による測定精度は、第１測定部３２１による測定精度より低い。
以下、三次元測定機１にて被測定物９の各穴９１〜９３の径、及びピッチを測定する方法について説明する。
例えば、穴９２の径を測定するには、駆動制御手段３１による制御の下、駆動機構５は、図２に示すように、プローブ４を穴９２の近傍位置まで移動させ、第２測定部３２２は、プローブ４の移動量を測定する。
第２測定部３２２にてプローブ４の移動量が測定されると、駆動制御手段３１による制御の下、駆動部４３は、スタイラス４１を移動させることで穴９２の内側面に測定子４１Ａを当接させ、第１測定部３２１は、測定子４１Ａの移動量を測定する。
例えば、穴９２の径を測定するには、駆動制御手段３１による制御の下、駆動機構５は、図２に示すように、プローブ４を穴９２の近傍位置まで移動させ、第２測定部３２２は、プローブ４の移動量を測定する。
第２測定部３２２にてプローブ４の移動量が測定されると、駆動制御手段３１による制御の下、駆動部４３は、スタイラス４１を移動させることで穴９２の内側面に測定子４１Ａを当接させ、第１測定部３２１は、測定子４１Ａの移動量を測定する。
第１測定部３２１にて測定子４１Ａの移動量が測定されると、測定手段３２は、プローブ４の移動量、及び測定子４１Ａの移動量に基づいて、測定子４１Ａを当接させた穴９２の内側面の位置を測定する。
そして、測定手段３２は、駆動部４３にて測定子４１Ａを穴９２の内周に沿って移動させながら測定することで穴９２の中心、及び直径を測定する。
そして、測定手段３２は、駆動部４３にて測定子４１Ａを穴９２の内周に沿って移動させながら測定することで穴９２の中心、及び直径を測定する。
次に、穴９２に隣接する穴９３の径を測定するには、駆動制御手段３１による制御の下、駆動機構５は、プローブ４を穴９３の近傍位置まで移動させる。そして、測定手段３２は、穴９２と同様に穴９３の中心、及び直径を測定し、測定した穴９２，９３の中心、及び直径に基づいて、穴９２，９３のピッチを測定する。
本実施形態に係る三次元測定機１によれば、次のような効果がある。
（１）三次元測定機１は、駆動部４３にて測定子４１Ａを駆動することで穴９１〜９３を測定し、駆動機構５にてプローブ４を駆動することで穴９１〜９３のピッチを測定することができる。また、プローブ４の移動量を測定する第２測定部３２２による測定精度は、測定子４１Ａの移動量を測定する第１測定部３２１による測定精度より低いので、精度よく測定しなければならない小さい領域である穴９１〜９３と、精度よく測定しなくてもよい大きな領域である穴９１〜９３のピッチとが混在する大きな被測定物９を適切に測定することができる。
（１）三次元測定機１は、駆動部４３にて測定子４１Ａを駆動することで穴９１〜９３を測定し、駆動機構５にてプローブ４を駆動することで穴９１〜９３のピッチを測定することができる。また、プローブ４の移動量を測定する第２測定部３２２による測定精度は、測定子４１Ａの移動量を測定する第１測定部３２１による測定精度より低いので、精度よく測定しなければならない小さい領域である穴９１〜９３と、精度よく測定しなくてもよい大きな領域である穴９１〜９３のピッチとが混在する大きな被測定物９を適切に測定することができる。
（２）第１測定部３２１による測定精度を向上させるだけでよいので三次元測定機１を安価に製造することができる。
（３）駆動部４３は、駆動機構５にて駆動されるプローブ４に設けられているので、駆動機構５と比較して小さくなる。したがって、小さい領域を高速に測定することができる。
（３）駆動部４３は、駆動機構５にて駆動されるプローブ４に設けられているので、駆動機構５と比較して小さくなる。したがって、小さい領域を高速に測定することができる。
〔実施形態の変形〕
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、駆動機構５は、プローブ４をＸ軸方向に沿って１軸方向に駆動していたが、２軸方向や、３軸方向に駆動してもよい。また、駆動機構は、直線的にプローブを移動するものでなくてもよく、例えば、ロボットアームのように、非直線的にプローブを移動するものであってもよい。要するに、駆動機構は、プローブを支持するとともに、駆動する機構であればよい。
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、駆動機構５は、プローブ４をＸ軸方向に沿って１軸方向に駆動していたが、２軸方向や、３軸方向に駆動してもよい。また、駆動機構は、直線的にプローブを移動するものでなくてもよく、例えば、ロボットアームのように、非直線的にプローブを移動するものであってもよい。要するに、駆動機構は、プローブを支持するとともに、駆動する機構であればよい。
前記実施形態では、三次元測定機１は、１つのプローブ４を備えていたが、２つ以上のプローブを備えていてもよい。
前記実施形態では、プローブ４は、スタイラス４１の軸がＺ軸方向となる姿勢で駆動機構５に支持されていたが、プローブは、どのような姿勢で駆動機構に支持されていてもよい。
前記実施形態では、三次元測定機１は、被測定物９に接触することで測定をする接触式の測定子４１Ａを備えていた。これに対して、例えば、三次元測定機は、画像プローブ等のように被測定物に接触することなく測定をする非接触式の測定子を備えていてもよい。
前記実施形態では、プローブ４は、スタイラス４１の軸がＺ軸方向となる姿勢で駆動機構５に支持されていたが、プローブは、どのような姿勢で駆動機構に支持されていてもよい。
前記実施形態では、三次元測定機１は、被測定物９に接触することで測定をする接触式の測定子４１Ａを備えていた。これに対して、例えば、三次元測定機は、画像プローブ等のように被測定物に接触することなく測定をする非接触式の測定子を備えていてもよい。
本発明は、三次元測定機に好適に利用することができる。
１…三次元測定機
４…プローブ
５…駆動機構
４１Ａ…測定子
４３…駆動部（測定子駆動部）
３２１…第１測定部
３２２…第２測定部
４…プローブ
５…駆動機構
４１Ａ…測定子
４３…駆動部（測定子駆動部）
３２１…第１測定部
３２２…第２測定部
Claims (1)
- 一定の範囲内で移動可能な測定子を有するプローブと、前記プローブを支持するとともに、測定する軸方向に駆動する駆動機構とを備え、前記測定子の移動量、及び前記プローブの移動量に基づいて、被測定物を測定する三次元測定機であって、
前記プローブは、
前記測定子を前記軸方向に駆動する測定子駆動部を備え、
前記三次元測定機は、
前記駆動機構および前記測定子駆動部に、前記プローブおよび前記測定子を駆動するための位置指令値を出力する駆動制御手段と、
前記測定子の前記軸方向の移動量を測定する第１測定部と、
前記プローブの前記軸方向の移動量を測定する第２測定部とを備え、
前記第２測定部による測定精度は、前記第１測定部による測定精度より低いことを特徴とする三次元測定機。
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|---|---|---|---|
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- 2010-04-20 CN CN201010153127.9A patent/CN101871759B/zh active Active
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