JP5523995B2

JP5523995B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP5523995B2
Application number: JP2010197594A
Authority: JP
Inventors: 英樹熊谷; 一己水上
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: US20120055037A1; CN102419162A; CN102419162B; JP2012052995A; US8516712B2

Description

本発明は、測定対象に接触するプローブおよびプローブを所定軸方向に移動可能な移動機構を有する測定装置に関する。

従来、軸方向（ＸＹＺ軸方向）に沿ってプローブを移動させ、プローブに設けられる測定子を被測定対象物に接触させて、被測定対象物の形状等を測定する、例えば三次元測定機などの測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような測定装置では、通常、プローブを軸方向へ移動させた位置を検出するためのスケールカウンタを有するスケール回路と、プローブの測定子が被測定対象物に接触した際の倣い状態を検出するためのタッチカウンタを有するプローブ回路が設けられている。また、通常、プローブは、交換可能に設けられており、プローブを交換した際は、タッチカウンタを備えたプローブ回路も交換するため、プローブ回路とスケール回路とは、別体として設けられている。

特開２００１−２１３０３号公報

ところで、上述のような従来の測定装置では、スケールカウンタにおけるラッチ、およびタッチカウンタにおけるラッチは、ソフトウェアにより実施される。ここで、図４に、従来の測定装置におけるスケールカウンタのラッチタイミング、およびタッチカウンタのラッチタイミングを示す図を示す。上記のような従来の測定装置では、ソフトウェアにより各カウンタのラッチを行う場合、スケールカウンタが設けられる回路を制御するためのレジスタと、タッチカウンタが設けられる回路を制御するためのレジスタとを読み込む必要があった。このため、これらのレジスタの読み込み時間の違いにより、図４に示すように、スケールカウンタのラッチタイミングと、タッチカウンタのラッチタイミングとに、時間的なずれが生じていた。
このような時間的なずれが生じると、測定処理を実施するための処理時間が長くなるという問題や、スケールカウンタのラッチタイミングと、タッチカウンタのラッチタイミングとが異なるため、座標読取の値の信頼性が低下する場合があるという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みて、座標読取値の信頼性の向上、およびラッチ処理の高速化を実現可能な測定装置を提供することを目的とする。

本発明の測定装置は、被測定対象物に対して接触可能な測定子、および前記測定子の前記被測定対象物への接触を検出してタッチ信号を出力する接触検出手段を有するプローブと、前記プローブを互いに直交する３軸方向に沿って移動させる移動手段と、前記プローブの位置座標を検出して座標検出信号を出力する座標検出手段と、前記タッチ信号をカウントするタッチカウンタ、および座標検出信号をカウントするスケールカウンタが組み込まれた集積回路を有する制御回路基板と、前記タッチカウンタの値、および前記スケールカウンタの値を同タイミングでラッチするラッチ手段と、を具備したことを特徴とする。

この発明では、プローブの測定子が被測定対象物に接触した状態（倣い状態）を検出するタッチ信号をカウントするタッチカウンタと、座標検出手段から出力された座標検出信号をカウントするスケールカウンタとが、１つの集積回路内に組み込まれ、この集積回路が測定装置を構成する制御回路基板内に設けられている。
ここで、タッチカウンタおよびスケールカウンタは、制御回路基板の１つの集積回路内に組み込まれている。このため、例えばソフトウェアによりラッチ制御を行う場合、それぞれのレジスタに対するラッチ制御を省略でき、タッチカウンタのカウント値のラッチおよびスケールカウンタのカウント値のラッチを同タイミングで実施することができる。したがって、測定処理速度を向上させることができ、かつ、測定子が被測定対象物に接触したタイミングでのプローブの位置座標を測定することができ、測定精度を向上させることができる。

本発明の測定装置では、前記プローブは、前記接触検出手段から出力される前記タッチ信号の信号形式が異なる他のプローブに交換可能に設けられ、前記制御回路基板は、信号形式が異なる複数のタッチ信号に対応して、これらのタッチ信号がそれぞれ入力可能な複数のコネクタを備え、前記集積回路は、信号形式が異なる複数のタッチ信号に対応した複数のタッチカウンタを有することが好ましい。

測定装置は、被測定対象の形状に応じてプローブが交換可能に設けられており、他のプローブが交換されると、接触検出手段が出力するタッチ信号の信号形式も変わる場合がある。このような場合、従来、プローブから送出されるタッチ信号をカウントするカウンタが設けられた回路も交換する必要があり、煩雑な作業が伴った。これに対して、本発明では、制御回路基板に設けられる集積回路には、信号形式の異なる複数のタッチ信号に対応して複数のタッチカウンタが組み込まれている。また、プローブを異なる信号形式のタッチ信号を出力する他のプローブに交換した場合、コネクタ形状も異なる形状となる場合があるが、制御回路基板には、これらの異なる信号形式のタッチ信号に対応して複数のコネクタが設けられている。
このような構成の本発明では、プローブを他の種類のプローブに交換した場合でも、交換後のプローブの信号形式に対応したコネクタにプローブを接続することで、制御回路基板にタッチ信号を出力することができる。また、制御回路基板の集積回路では、複数の信号形式に対応して複数のタッチカウンタが設けられているため、プローブを交換した場合でも、集積回路を交換したりすることなく、タッチ信号を処理することができる。このため、測定装置のプローブ交換に伴う作業を軽減させることができる。

本発明では、測定装置は、タッチカウンタとスケールカウンタとが１つの集積回路に組み込まれているため、レジスタの読み込み時間を短縮でき、タッチカウンタのカウント値のラッチ処理と、スケールカウンタのカウント値のラッチ処理とを同期させることができる。したがって、測定処理時間を短縮させることができ、かつ精度の高い測定を実施することができる。

本発明に係る一実施形態の三次元測定機（測定装置）の概略構成を示す図である。本実施形態の装置本体に組み込まれた制御回路基板の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のラッチタイミングを示す図である。従来の測定装置におけるラッチタイミングを示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態の三次元測定機（測定装置）について、図面に基づいて説明する。
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態の装置本体に組み込まれた制御回路基板の概略構成を示すブロック図である。

図１において、この三次元測定機１（測定装置）は、装置本体２と、装置本体２の駆動制御や装置本体２から出力される測定結果データが入力される制御装置（図示略）と、を備える。
制御装置は、装置本体２の動作を制御するモーションコントローラーや、測定結果の集計などの各種処理を実施するホストコンピューターなどにより構成されている。モーションコントローラーは、利用者により操作されることで操作信号が入力される操作手段を備え、操作手段から入力された操作信号やホストコンピューターから入力された制御信号に基づいて装置本体２の駆動を制御する。ホストコンピューターは、装置本体２で測定された測定結果データに基づいて、データの集計を行ったり、測定結果データから被測定対象物１０の画像データを生成したりする。

装置本体２は、被測定対象物１０の表面に当接される測定子２１１を有し、被測定対象物１０を測定するためのプローブ２１と、プローブ２１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を保持するとともに、プローブ２１を移動させる移動機構２２と、移動機構２２が立設されるベース２３と、装置本体２内部に設けられる制御回路基板２６（図２参照）を備える。

プローブ２１は、測定子２１１が被測定対象物１０に接触した際の接触圧を検出する接触検出センサー２１２（接触検出手段）を備え、制御回路基板２６にタッチ信号を出力する。例えば、この接触検出センサー２１２は、測定子２１１が被測定対象物１０に接触した際の接触圧に対応したレベル値を有するタッチ信号を出力する。
また、このプローブ２１は、移動機構２２に着脱自在に設けられており、例えば被測定対象物１０の種別や測定箇所などに応じて交換することができる。ここで、交換可能なプローブ２１としては、例えばネジ深さ計測用のプローブ、スタイラス長が他より長いプローブ、低測定圧プローブなどがある。また、接触検出センサー２１２から出力されるタッチ信号の信号形式が異なるプローブにも交換することが可能である。このように、タッチ信号の信号形式が異なる場合、プローブ２１と制御回路基板２６との接続コネクタ形状も異なるが、制御回路基板２６には、複数のタッチ信号の信号形式に対応した複数のコネクタが設けられており、対応するコネクタにプローブを接続することで制御回路基板２６にタッチ信号を入力可能となる。本実施形態では、タッチ信号の信号形式の違いにより、ＳＰ系プローブおよびＭＰＰ系プローブを例示し、制御回路基板２６には、ＳＰ系プローブを接続するためのＳＰコネクタ２７２Ａ、およびＭＰＰ系プローブを接続するためのＭＰＰコネクタ２７２Ｂが設けられる例を示す。

移動機構２２（移動手段）は、プローブ２１の基端側を保持するとともに、プローブ２１のスライド移動を可能とするスライド機構２４と、スライド機構２４を駆動することでプローブ２１を移動させる駆動機構(図示略)とを備える。

スライド機構２４は、ベース２３におけるＸ軸方向の両端から＋Ｚ軸方向に延出し、Ｙ軸方向に沿って設けられるガイド２３１に、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるコラム２４１と、コラム２４１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２４２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２４２上をＸ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスライダ２４３と、スライダ２４３の内部に挿入されるとともに、スライダ２４３の内部をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるラム２４４とを備える。また、ビーム２４２における＋Ｘ軸方向側の端部には、Ｚ軸方向に沿って延出するサポータ２４５が設けられている。

駆動機構は、コラム２４１を支持するとともに、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動させるＹ軸駆動部（図示略）と、ビーム２４２上をスライドさせてスライダ２４３をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動部（図示略）と、スライダ２４３の内部をスライドさせてラム２４４をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動部（図示略）とを備える。
これらの駆動機構は、それぞれ、図示略の駆動モーター（駆動源）、および駆動モーターから供給される駆動力をスライド機構２４に伝達する駆動伝達機構を備えており、駆動モーターの駆動力により、コラム２４１、スライダ２４３、ラム２４４をスライド移動させる。

また、装置本体２は、コラム２４１、スライダ２４３、及びラム２４４の各軸方向の位置を検出するための座標検出手段が設けられている。具体的には、ガイド２３１には、Ｙ軸方向に沿ったＹ軸スケール（図示略）が設けられており、コラム２４１には、このＹ軸スケールの値を読み取るＹ軸スケールセンサー２５Ｙ（図２参照）が設けられている。また、ビーム２４２には、Ｘ軸方向に沿ったＸ軸スケール（図示略）が設けられており、スライダ２４３には、このＸ軸スケールの値を読み取るＸ軸スケールセンサー２５Ｘ（図２参照）が設けられている。さらに、ラム２４４には、Ｚ軸方向に沿ったＺ軸スケール（図示略）が設けられており、ラム２４４をＺ軸方向に移動可能に保持するスライダ２４３内に、Ｚ軸スケールの値を読み取るＺ軸スケールセンサー２５Ｚ（図２参照）が設けられている。また、Ｙ軸スケールセンサー２５Ｙ、Ｘ軸スケールセンサー２５Ｘ、Ｚ軸スケールセンサー２５Ｚは、それぞれ制御回路基板２６に設けられるスケールコネクタ２７１Ｙ，２７１Ｘ，２７１Ｚにそれぞれ接続され、座標検出信号（Ｙ座標検出信号、Ｘ座標検出信号、Ｚ座標検出信号）を制御回路基板２６に出力する。

制御回路基板２６は、図２に示すように、各種コネクタ２７と、集積回路２８と、ラッチ制御部２９と、などを備えて構成されている。また、制御回路基板２６は、ＣＰＵ（図示略）およびメモリ（図示略）を備えており、ラッチ制御部２９は、これらのＣＰＵおよびメモリにより構成されている。すなわち、ラッチ制御部２９は、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラム（ソフトウェア）を読み込み実行することで機能する。

各種コネクタ２７は、スケールコネクタ２７１と、プローブコネクタ２７２とを備えている。
スケールコネクタ２７１は、Ｘ軸スケールセンサーが接続されるＸコネクタ２７１Ｘ、Ｙ軸スケールセンサーが接続されるＹコネクタ２７１Ｙ、およびＺ軸スケールセンサーが接続されるＺコネクタ２７１Ｚを備えている。そして、Ｘコネクタ２７１Ｘには、ＸスケールセンサーからＸ座標検出信号が入力され、Ｙコネクタ２７１Ｙには、ＹスケールセンサーからＹ座標検出信号が入力され、Ｚコネクタ２７１Ｚには、ＺスケールセンサーからＺ座標検出信号が入力される。これらの入力された座標検出信号は、ＦＰＧＡ２８に組み込まれるスケールカウンタ２８２に入力される。

プローブコネクタ２７２は、ＳＰコネクタ２７２Ａと、ＭＰＰコネクタ２７２Ｂとを備えている。
ＳＰコネクタ２７２Ａは、ＳＰ系プローブ２１が移動機構２２装着された際に、そのコネクタが接続される部分であり、ＳＰ系プローブ２１の接触検出センサー２１２から出力されたタッチ信号が入力される。
ＭＰＰコネクタ２７２Ｂは、ＭＰＰ系プローブ２１が移動機構２２に装着された際に、そのコネクタが接続される部分であり、ＭＰＰ系プローブ２１の接触検出センサー２１２から出力されたタッチ信号が入力される。

集積回路２８は、利用者が構成を設定できるＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成される。この集積回路２８は、図２に示すように、タッチカウンタ２８１、およびスケールカウンタ２８２が組み込まれている。
タッチカウンタ２８１は、ＳＰコネクタ２７２Ａから入力されたタッチ信号をＡ／Ｄ変換してその値をラッチするＳＰプローブ用タッチレジスタ２８１Ａと、ＭＰＰコネクタ２７２Ｂから入力されたタッチ信号をカウントするＭＰＰプローブ用タッチカウンタ２８１Ｂとを備えている。
スケールカウンタ２８２は、Ｘスケールセンサー２５Ｘ、Ｙスケールセンサー２５Ｙ、およびＺスケールセンサー２５Ｚから、スケールコネクタ２７１を介して入力された座標検出信号をカウントする。

ラッチ制御部２９は、上述したように、メモリに記録されたソフトウェアがＣＰＵに読み込まれることで機能し、タッチカウンタ２８１およびスケールカウンタ２８２のカウント値をラッチする。
図３は、本実施形態のタッチカウンタのラッチタイミング、およびスケールカウンタのラッチタイミングを示す図である。
ラッチ制御部２９は、タッチ信号のレベル値が予め設定された規定値以上となった場合に、タッチカウンタ２８１のカウント値、およびスケールカウンタ２８２のカウント値を同タイミングでラッチする。
ここで、例えば、タッチカウンタが設けられる回路基板と、スケールカウンタが設けられる回路基板とが別基板であり、ソフトウェアのラッチ制御部２９によりラッチを制御する場合では、ラッチ制御部２９は、各回路基板を制御するためのレジスタをそれぞれ読み込んだ後、ラッチ制御を行う必要がある。この場合、図４に示したように、レジスタの読み込み処理の時間分だけ、タッチカウンタのラッチタイミングと、スケールカウンタのラッチタイミングとにずれが生じてしまう。
これに対して、本実施形態では、タッチカウンタ２８１およびスケールカウンタ２８２が、１つの集積回路２８内に組み込まれているため、レジスタの読み込み時間の差によるラッチタイミングのずれがなくなる。したがって、図３に示すように、タッチカウンタ２８１のラッチタイミングと、スケールカウンタ２８２のラッチタイミングとを同期させることができる。すなわち、測定子２１１が被測定対象物１０に規定値以上の接触圧で接触したタイミングで、プローブ２１の位置座標を読み込むことができる。

［本実施形態の作用効果］
上述したように、上記実施形態の三次元測定機１の装置本体２は、測定子２１１、および測定子２１１が被測定対象物１０に接触した際に、接触圧に応じたタッチ信号を出力する接触検出センサー２１２を備えたプローブ２１と、プローブ２１をＸＹＺ軸方向に沿って移動させる移動機構２２と、プローブ２１のＸＹＺ軸方向への移動位置を検出する各スケールセンサー（２５Ｘ，２５Ｙ，２５Ｚ）を備えている。そして、装置本体２の制御回路基板２６には、接触検出センサー２１２から入力されるタッチ信号をカウントするタッチカウンタ２８１、および各スケールセンサー（２５Ｘ，２５Ｙ，２５Ｚ）から入力される座標検出信号をカウントするスケールカウンタ２８２が組み込まれた集積回路２８が設けられている。そして、ラッチ制御部２９は、この集積回路２８に組み込まれたタッチカウンタ２８１のカウント値およびスケールカウンタ２８２のカウント値を同タイミングでラッチする。
このような構成では、ラッチ制御部２９は、タッチ信号のレベルが規定値以上となったタイミングで、タッチカウンタ２８１のカウント値およびスケールカウンタ２８２のカウント値をラッチする。このため、ラッチタイミングが同期しているため、測定子２１１が被測定対象物１０に接触したタイミングでのプローブの位置座標を正確に測定することができ、測定精度を向上させることができる。また、集積回路２８内にタッチカウンタ２８１およびスケールカウンタ２８２が組み込まれているため、それぞれのレジスタをラッチする時間を短くできるので、測定処理に係る時間を短縮することができ、迅速な測定処理を実施することができる。

また、制御回路基板２６は、ＳＰ系プローブ用のＳＰコネクタ２７２Ａと、ＭＰＰ系プローブ用のＭＰＰコネクタ２７２Ｂを備え、集積回路２８には、ＳＰ系プローブ用のタッチ信号をＡ／Ｄ変換してラッチするＳＰプローブタッチレジスタ２８１Ａと、ＭＰＰ系プローブ用のタッチ信号をカウントするＭＰＰプローブ用タッチカウンタ２８１Ｂとが組み込まれている。
このため、プローブ２１を例えばＳＰ系プローブからＭＰＰ系プローブに交換した場合であっても、タッチカウンタや集積回路２８、制御回路基板２６等を交換することなく、交換したプローブ２１と、対応したコネクタ２７２Ａ，２７２Ｂとを接続するだけで容易にプローブ２１の交換作業を行うことができる。

〔変形例〕
なお、本発明は、上述した一実施の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以下に示される変形をも含むものである。

例えば、上記実施形態では、ソフトウェアにより機能するラッチ制御部２９を例示したが、ハードウェアのラッチ制御部を設ける構成などとしてもよい。この場合、制御回路基板２６に、ラッチ制御回路を設け、ラッチ制御回路がタッチカウンタ２８１およびスケールカウンタ２８２のカウント値をラッチする構成とすればよい。このような構成でも、ラッチ制御回路は、タッチカウンタ２８１のカウント値のラッチのタイミングと、スケールカウンタ２８２のカウント値のラッチのタイミングとを同期させることができ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

本発明は、測定処理を実施する測定装置に利用できる。

１…三次元測定機（測定装置）、２１…プローブ、２２…移動機構（移動手段）、２５Ｘ…Ｘ軸スケールセンサー（座標検出手段）、２５Ｙ…Ｙ軸スケールセンサー（座標検出手段）、２５Ｚ…Ｚ軸スケールセンサー（座標検出手段）、２６…制御回路基板、２８…集積回路、２９…ラッチ制御部（ラッチ手段）２１１…測定子、２１２…接触検出センサー（接触検出手段）、２８１…タッチカウンタ、２８２…スケールカウンタ。

Claims

被測定対象物に対して接触可能な測定子、および前記測定子の前記被測定対象物への接触を検出してタッチ信号を出力する接触検出手段を有するプローブと、
前記プローブを互いに直交する３軸方向に沿って移動させる移動手段と、
前記プローブの位置座標を検出して座標検出信号を出力する座標検出手段と、
前記タッチ信号をカウントするタッチカウンタ、および座標検出信号をカウントするスケールカウンタが組み込まれた集積回路を有する制御回路基板と、
前記タッチカウンタの値、および前記スケールカウンタの値を同タイミングでラッチするラッチ手段と、を具備した
ことを特徴とする測定装置。
請求項１に記載の測定装置において、
前記プローブは、前記接触検出手段から出力される前記タッチ信号の信号形式が異なる他のプローブに交換可能に設けられ、
前記制御回路基板は、信号形式が異なる複数のタッチ信号に対応して、これらのタッチ信号がそれぞれ入力可能な複数のコネクタを備え、
前記集積回路は、信号形式が異なる複数のタッチ信号に対応した複数のタッチカウンタを有する
ことを特徴とする測定装置。