JP6368083B2

JP6368083B2 - 精密測定装置

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Publication number: JP6368083B2
Application number: JP2013244902A
Authority: JP
Inventors: 茂雄規矩智; 満福田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: JP2015102489A

Description

本発明は精密測定装置、特に精密測定の高速化機構の改良に関する。

従来より、ワークの形状や寸法等の精密測定を行うため、座標測定機等の精密測定装置が用いられている。
精密測定装置は、固定部に対し所定の軸方向に移動する移動部と、移動部に設けられ、ワーク上の特定部位の位置を検出するためのプローブと、ワークに対するプローブの位置情報より、ワーク測定部位の位置情報を得る検出手段と、移動部を駆動する駆動手段とを備える。
そして、従来の精密測定装置では、駆動手段によりプローブをワークに沿って移動しながら、検出手段によりワーク上の各測定点の位置情報を検出している。そして、得られた各測定点の位置情報をコンピュータによりデータ処理することにより、ワークの形状や寸法等を求めている。

ところで、精密測定装置では、より精密な測定を行おうとすると、より多くの測定点から位置情報を取得する必要があるので、測定に時間がかかる。
このため、精密測定装置では、精密測定の高速化が求められている。
そこで、従来は、駆動手段による移動部の駆動を、より高速化することが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−２１８２４７号公報

しかしながら、前記従来方式にあっても、移動部の駆動スピードの高速化には限界があった。
また、前記従来方式にあっても、移動部の駆動スピードを高速化し過ぎると、プローブがワークの形状を正確にトレースすることが難しくなるので、測定が正確に行えないことがある。
このため、前記従来方式にあっても、精密測定の更なる高速化は困難であったので、本発明の解決手段として採用するに至らなかった。

また、従来は、測定の高速化を図るため、測定により得られたワーク上の位置情報をデータ処理するコンピュータを、より高速化なものにすることが考えられる。
しかしながら、コンピュータの処理速度のアップによる測定の高速化にも、費用対効果の点で限界があるので、本発明の解決手段として採用するに至らなかった。
このように精密測定を行う分野では、測定の高速化が強く望まれていたものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった、

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高速で、高い精度での測定を実現することのできる精密測定装置を提供することにある。

本発明者が前記課題について鋭意検討を重ねた結果、一の筐体に複数の測定ユニットを任意の配置で収納可能とし、該複数の測定ユニットにより、同一ワーク上の異なる所望部位を同時に測定可能とすることにより、精密測定の高速化を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる精密測定装置は、相対位置が特定された複数の測定ユニットと、前記複数の測定ユニットにそれぞれ対応して設置された複数のコントローラと、前記複数の測定ユニットにそれぞれ対応して設置された複数のコンピュータと、を備えた精密測定装置であって、
前記複数の測定ユニットはそれぞれ、固定部に対し所定の軸方向に移動する移動部、該移動部に設けられ、ワーク上の所望部位の位置を検出するためのプローブ、前記固定部に対する前記プローブの位置情報を得るための検出手段、及び前記移動部を駆動する駆動手段を備え、前記複数の測定ユニットは、それぞれの前記プローブの位置情報に基づいて、同一ワーク上の異なる所望部位の位置を測定して測定位置情報を出力し、
前記複数のコントローラはそれぞれ、対応する前記測定ユニットを独立で動作可能であり、対応する前記測定ユニットの駆動を制御する駆動制御手段と、対応する前記測定ユニットにより得た測定位置情報に基づいて、該測定ユニットのプローブの現在位置を常時監視する監視手段と、を備え、
前記複数のコントローラは、該複数のコントローラ間でそれぞれの測定ユニットのプローブの現在位置の情報を交換し、それぞれの前記監視手段により常時監視されているプローブの現在位置が他のプローブに対して所定の距離内に接近しないように、該各測定ユニットの駆動手段によるプローブの駆動を制御し、
前記複数のコンピュータはそれぞれ、対応する前記測定ユニットの座標系に従い得られた測定位置情報を、前記相対位置を勘案した共通座標系での測定位置情報に変換し、他のコンピュータとの間で前記共通座標系に基づく測定位置情報を共有し、
前記各コントローラは、他のコントローラの制御によって他の測定ユニットから得た測定位置情報を共通座標系の情報として表示する表示手段を有し、当該コントローラの操作者が他の測定ユニットによる同一ワークの測定位置情報を共通座標系の情報として参照できるように、構成されていることを特徴とする。

なお、本発明において、共通座標系設定手段を備えることが好適である。
ここで、前記共通座標系設定手段は、予め前記各測定ユニットにより同一の基準器を測定して得られた、該各測定ユニットよりの位置情報に基づき、該各測定ユニットよりの位置情報に対して共通の座標系を設定しており、
該共通座標系の設定後は、前記測定ユニットによりワークを測定して得られた、該各測定ユニットよりの位置情報を、該共通座標系上の位置情報とする。

また、前記精密測定装置において、
一のコントローラ及び一のデータ処理部を有し、前記各測定ユニットの制御及び取得データ処理は該一のコントローラ及び一のデータ処理部で行われることが好適である。
また、前記精密測定装置において、
前記各測定ユニットに対応して、それぞれコントローラ及びデータ処理部が設置され、各測定ユニットに対応したデータ処理部は、他の測定ユニットに対応したデータ処理部と共通座標系及び測定データの授受を行うことが好適である。
また、本発明においては、監視手段と、駆動制御手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記監視手段は、前記各測定ユニットのプローブの現在位置を常時監視している。
また、前記駆動制御手段は、前記監視手段により常時監視されている各プローブの現在位置が所定の距離内に接近しないように、該各測定ユニットの駆動手段によるプローブの駆動を制御する。

＜ユニット＞
ここにいうユニットとは、一体として取り扱われる一単位のことをいう。ここにいう一のユニットとは、少なくとも移動部、プローブ、検出手段及び駆動手段をケーシングに入れて一のユニットを実際に構成する場合と、少なくとも移動部、プローブ、検出手段及び駆動手段をケーシングに入れなくても一のユニットとして取り扱う場合とを含めていう。
＜ワークの所望情報＞
また、ここにいうワークの所望情報とは、ワーク上の特定部位の位置情報（例えば座標）に基づき求められる、ワークの寸法や形状等をいう。

本発明にかかる精密測定装置によれば、複数の測定ユニットを任意の組合せで設け、コントローラにより各測定ユニットの動作制御を行いワーク上の異なる所望部位を同時に測定し、コンピュータにより各測定ユニットよりの位置情報に基づきワークの所望情報を求めることとしたので、精密測定の高速化を図ることができる。

また、本発明においては、前記共通座標系設定手段を設け、各測定ユニットよりの位置情報を共通座標系上の位置情報とすることにより、前記精密測定の高速化を、より確実に図ることができる。
また、本発明においては、前記監視手段及び駆動制御手段を設け、前記各測定ユニットの動作を連携させることにより、前記精密測定の高速化を、より確実に図ることができる。

本発明の第一実施形態にかかる精密測定装置の概略構成の説明図である。図１に示した精密測定装置の要部の説明図である。図１に示した精密測定装置に好適な共通座標系設定手段の説明図である。図１に示した精密測定装置に好適な干渉防止機構の説明図である。図４に示した干渉防止機構の作用の説明図である。本発明の第二実施形態にかかる精密測定装置の概略構成の説明図である。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には本発明の第一実施形態にかかる精密測定装置の概略構成が示されている。
同図に示す精密測定装置１０は、筐体１２と、第一測定ユニット１４ａ及び第二測定ユニット１４ｂ（複数の測定ユニット）と、コントローラ１６と、データ処理部としてのコンピュータ１８とを備える。
本発明において特徴的なことは、相対位置が特定される状態で配置される複数の測定ユニット、及びコントローラ、コンピュータを配置し、特に測定ユニットを、二以上の任意の数及び任意の位置で配置したことである。
このために本実施形態においては、一の筐体１２に、二の測定ユニット１４ａ，１４ｂと、コントローラ１６と、コンピュータ１８とを納めている。
より具体的には、精密測定装置１０が、小型の製品を大量に製造するライン２０に組込まれている。このために本実施形態においては、第一測定ユニット１４ａ及び第二測定ユニット１４ｂが、ライン２０の搬送装置２２により順次、送られてくる製品をワーク２４として間に挟み、対向配置されている。本実施形態においては、第一測定ユニット１４ａ及び第二測定ユニット１４ｂが、一の定盤２５上に置かれている。

以下、本実施形態の精密測定装置１０の構成について、図２を参照しつつ、より具体的に説明する。
＜測定ユニット＞
第一測定ユニット１４ａ及び第二測定ユニット１４ｂは、それぞれ横型三次元測定機よりなる。
第一測定ユニット１４ａは、レール２６ａ、スピンドル２８ａ、プローブ３０ａ、検出手段３２ａ及び駆動手段３４ｂを一のユニットとしている。
また、第二測定ユニット１４ｂは、レール２６ｂ、スピンドル２８ｂ、プローブ３０ｂ、検出手段３２ｂ及び駆動手段３４ｂを一のユニットとしている。

各レール２６ａ，２６ｂは、前記一の定盤２５上に設けられている。
スピンドル２８ａは、Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１軸（３軸）方向に駆動軸を有している。スピンドル２８ｂは、Ｘ_２Ｙ_２Ｚ_２軸（３軸）方向に駆動軸を有している。通常は一台の装置では駆動軸はＸＹＺの３軸が上限であるが、本実施形態では、装置全体として６軸の駆動軸を有している。本実施形態では、通常の３軸よりも多い駆動軸を有するので、これを多軸化という。
プローブ３０ａは、スピンドル２８ａに設けられ、ワーク２４上の位置を検出している。プローブ３０ｂは、スピンドル２８ｂに設けられ、ワーク２４上の位置を検出している。
検出手段３２ａは、プローブ３０ａの位置情報に基づき該プローブ３０ａに対応するワーク測定部位の位置情報を得ている。検出手段３２ｂも同様に、プローブ３０ｂの位置情報に基づき該プローブ３０ｂに対応する特定部位の位置情報を得ている。
駆動手段３４ａは、スピンドル２８ａをＸ_１Ｙ_１Ｚ_１軸方向に駆動することにより、プローブ３０ａをＸ_１Ｙ_１Ｚ_１軸方向に駆動している。駆動手段３４ｂは、スピンドル２８ｂをＸ_２Ｙ_２Ｚ_２軸方向に駆動することにより、プローブ３０ｂをＸ_２Ｙ_２Ｚ_２軸方向に駆動している。

そして、第一測定ユニット１４ａ及び第二測定ユニット１４ｂはそれぞれ、ワーク２４上の異なる所望部位の位置情報を得ている。
すなわち、第一測定ユニット１４ａは、プローブ３０ａをＸ_１Ｙ_１Ｚ_１軸のうち所望の軸方向に駆動しながら、ワーク２４上の特定部位の位置情報を得ている。
また、第二測定ユニット１４ｂは、プローブ３０ｂをＸ_２Ｙ_２Ｚ_２軸のうち所望の軸方向に駆動しながら、ワーク２４上の特定部位の位置情報を得ている。

コントローラ１６は、コンピュータ１８よりの指示に基づき、測定ユニット１４ａ，１４ｂにより、ワーク２４上の異なる所望部位が同時に測定されるように、各駆動手段３４ａ，３４ｂの動作を同時に制御することにより、各測定ユニット１４ａ，１４ｂの動作を同時に制御している。
また、コントローラ１６は、ジョイスティック３８が接続されている。オペレータはジョイスティック３８よりの手動操作により、各測定ユニット１４ａ，１４ｂを動作させることもできる。

コンピュータ１８は、コンピュータ本体４１と、一の出力デバイス４２と、一の入力デバイス４３とを備える。
そして、コンピュータ１８は、コントローラ１６を介して、各測定ユニット１４ａ，１４ｂの動作を同時に制御している。
また、コンピュータ１８は、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報を、コントローラ１６を介して取得している。コンピュータ１８は、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報をデータ処理し、ワーク２４の寸法や形状等を求めている。

本実施形態にかかる精密測定装置１０は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
＜多軸化＞
本実施形態においては、一の筐体１２に、二の測定ユニット１４ａ，１４ｂ、コントローラ１６、コンピュータ１８が配置されている。
この結果、本実施形態においては、二の測定ユニット１４ａ，１４ｂにより、同一ワーク２４上の異なる所望部位の位置情報を同時に取得することができる。
したがって、本実施形態においては、ワーク２４の精密測定を高速に行うことができる。

＜ユニット化＞
本実施形態においては、レール２６ａ、スピンドル２８ａ、プローブ３０ａ、検出手段３２ａ及び駆動手段３４ａを一の測定ユニット１４ａとし、また、レール２６ｂ、スピンドル２８ｂ、プローブ３０ｂ、検出手段３２ｂ及び駆動手段３４ｂを一の測定ユニット１４ｂとし、測定ユニット１４ａ，１４ｂが所望の複数及び配置で筐体１２に納められている。
本実施形態においては、筐体１２に納められる測定ユニットの構成内容、及び配置の変更が容易となる。
したがって、本実施形態においては、制約の多いライン２０に対しても、精密測定装置１０の組込みを容易にしている。これにより、本実施形態においては、ライン２０上を順次、流れてくるワーク２４に対しても、精密測定を高速に行うことができる。

精密測定の更なる高速化
＜共通座標系設定＞
ところで、本実施形態においては、一の筐体１２に二の測定ユニット１４ａ，１４ｂを設け、６軸方向よりの同時測定をしているが、多軸測定の効果を確実に得るためには、各測定ユニット１４ａ，１４ｂの座標系を共通化することが非常に重要である。

このために本実施形態においては、図３に示されるような共通座標系設定手段４０を備える。
本実施形態においては、共通座標系設定手段４０を、コントローラ１６に設けている。
共通座標系設定手段４０は、予め各測定ユニット１４ａ，１４ｂにより、同一の基準器を測定して得られた、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報に基づき、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報に対して共通の座標系を設定している。
共通座標系の設定後は、各測定ユニット１４ａ，１４ｂによりワーク２４を測定して得られた、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報を、該共通座標系上の位置情報として得ることができる。

例えば各測定ユニット１４ａ，１４ｂにより、同一の基準器の同一部位を測定して得られた、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報が一致するように、第一測定ユニット１４ａよりの、第一座標系（Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１）上での位置情報（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を基準に、第二測定ユニット１４ｂよりの、第二座標系（Ｘ_２Ｙ_２Ｚ_２）上での位置情報（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を補正するための補正テーブルを得ている。
補正テーブルの取得後は、ワーク２４を測定して得られた第二測定ユニット１４ｂよりの、第二座標系（Ｘ_２Ｙ_２Ｚ_２）上での位置情報（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を補正テーブルで補正し、第一座標系（Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１）上での位置情報（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）としている。
この結果、第一測定ユニット１４ａよりの位置情報（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と第二測定ユニット１４ｂよりの位置情報（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）とを、共通の第一座標系（Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１）上での位置情報とすることができる。
したがって、本実施形態においては、各測定ユニット１４ａ，１４ｂよりの位置情報の座標系を共通化することにより、本実施形態の多軸測定による精密測定の高速化を確実に得ることができる。

＜干渉防止機構＞
また、本実施形態においては、一の筐体１２内に複数の測定ユニット１４ａ，１４ｂを設け、６軸方向よりの同時測定をしているが、精密測定の更なる高速化のためには、プローブ３０ａ，３０ｂ同士の接触等の干渉を防止することが非常に重要である。
このために本実施形態においては、図４に示されるような干渉防止機構４８をコントローラ１６に設けている。
同図に示す干渉防止機構４８は、監視手段５０と、駆動制御手段５２とを備えている。
ここで、監視手段５０は、各プローブ３０ａ，３０ｂの現在位置を常時監視している。
また、駆動制御手段５２は、監視手段５０により常時監視されている各プローブ３０ａ，３０ｂの現在位置が、所定の距離内に接近しないように、駆動手段３４ａによるプローブ３０ａの駆動及び駆動手段３４ｂによるプローブ３０ｂの駆動を制御する。

この結果、本実施形態においては、測定軸を多軸化しても、プローブ３０ａ，３０ｂ同士の干渉を確実に防ぐことができるので、多軸測定を確実に行うことができる。
したがって、本実施形態においては、測定の高速化を確実に得ることができる。

以下、前記干渉防止機構の作用について、図５を参照しつつ、より具体的に説明する。
例えばプローブ３０ａが特定位置に停止した状態で、プローブ３０ｂが移動する例について説明する。
駆動制御手段は、同図（Ａ）に示されるようにプローブ３０ａが特定の位置に停止していると判断すると、プローブ３０ａの現在位置の周囲に、接近禁止エリア５４ａを設定する。

そして、駆動制御手段は、プローブ３０ｂの移動中、プローブ３０ｂの現在位置を監視しており、該監視されているプローブ３０ｂの現在位置が、接近禁止エリア５４ａの外では、プローブ３０ｂの移動を許可し、同図（Ｂ）に示されるようにプローブ３０ｂの現在位置が、接近禁止エリア５４に入ると、プローブ３０ｂの移動を停止する。
また、駆動制御手段は、プローブ３０ｂが特定位置で首を振った時にも、プローブ３０ｂの現在位置が接近禁止エリア５４に入らないように、プローブ３０ｂの首振りを制御することもできる。
この結果、本実施形態においては、精密測定の多軸化を図りつつ、プローブ３０ａ，３０ｂ同士の衝突等の干渉を確実に防ぐことができる。
したがって、本実施形態においては、精密測定の更なる高速化を図ることができる。

＜第二実施形態＞
図６には本発明の第二実施形態にかかる精密測定装置１１０の概略構成が示されており、前記第一実施形態と対応する部分には符号１００を加えて示し、説明を省略する。
本実施形態においては、第一測定ユニット１１４ａに対応して第一コントローラ１１６ａ，第一コンピュータ１１８ａが設置され、第二測定ユニット１１４ｂに対応して第二コントローラ１１６ｂ，第二コンピュータ１１８ｂが設置されている。
そして、第一測定ユニット１１４ａの動作制御は第一コントローラ１１６ａにより行い、第二測定ユニット１１４ｂの動作制御は第二コントローラ１１６ｂにて行う。
一方、第一測定ユニット１１４ａにより得られた測定データは、第一測定ユニット１１４ａの座標系に従い得られるが、これは第一コンピュータ１１８ａにより共通座標系に従ったデータに変換される。

同様に第二測定ユニット１１４ｂにより得られた測定データも、第二コンピュータ１１８ｂにより共通座標系に従ったデータに変換され、第一コンピュータ１１８ａ及び第二コンピュータ１１８ｂ間の測定データ交換は共通座標系に基づいて一元的に行われる。
このように第二実施形態にかかる装置によれば、第一測定ユニット１１４ａの系統、及び第二測定ユニット１１４ｂの系統はいずれも単独で動作可能な独立系であるが、両者の相対位置を勘案した共通座標系を共有し、この共通座標系に基づく測定データを共有することにより、両測定ユニット１１４ａ，１１４ｂで得た情報を表示、検証することができる。

したがって、本実施形態では、第一測定ユニット１１４ａ及び第二測定ユニット１１４ｂをそれぞれ別の操作者がコントローラ１１６ａ，１１６ｂを操作している場合にも、両操作者ともに、他の者による測定結果を参照することができる。しかも、第一コントローラ１１６ａと第二コントローラ１１６ｂとでそれぞれの動作情報の交換を行う干渉防止機構を設けることにより、各操作者が自由な測定を行った場合にも、測定ユニットの干渉による損傷を防止することができる。この結果、比較的大型のワークに対し、相互に死角となるワーク両側から一度に測定情報を得る場合などに特に有効である。

変形例
＜測定ユニットの数＞
なお、前記構成では、二の測定ユニットを用いて測定軸を６軸化した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、各測定ユニットの測定範囲が重複しないのであれば、任意のユニット数、例えば３ユニットによる９軸化、４ユニットによる１２軸化、５ユニットによる１５軸化等の更なる多軸化を図ることも好ましい。

＜材質＞
また、本実施形態においては、精密測定の高速化を図るため、精密測定装置１０の軽量化は非常に重要である。このために本実施形態においては、精密測定装置１０の材質として、一般的な鉄に代えてアルミニウムを用いることが好適であり、特にアルミニウム製のレール２６ａ，２６ｂを用いることが特に好適である。

＜ワーク＞
また、本実施形態においては、複数の測定ユニットにより、同一ワーク上の異なる所望部位を測定した例について説明したが、各測定ユニットがそれぞれ異なるワークを測定することも好ましい。

１０，１１０精密測定装置
１２筐体
１４ａ，１４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ測定ユニット
１６，１１６ａ，１１６ｂコントローラ
１８，１１８ａ，１１８ｂコンピュータ
４０共通座標系設定手段
４８干渉防止機構
５０監視手段
５２駆動制御手段

Claims

相対位置が特定された複数の測定ユニットと、
前記複数の測定ユニットにそれぞれ対応して設置された複数のコントローラと、
前記複数の測定ユニットにそれぞれ対応して設置された複数のコンピュータと、
を備えた精密測定装置であって、
前記複数の測定ユニットはそれぞれ、
固定部に対し所定の軸方向に移動する移動部、
該移動部に設けられ、ワーク上の所望部位の位置を検出するためのプローブ、
前記固定部に対する前記プローブの位置情報を得るための検出手段、及び
前記移動部を駆動する駆動手段を備え、
前記複数の測定ユニットは、それぞれの前記プローブの位置情報に基づいて、同一ワーク上の異なる所望部位の位置を測定して測定位置情報を出力し、
前記複数のコントローラはそれぞれ、
対応する前記測定ユニットを独立で動作可能であり、
対応する前記測定ユニットの駆動を制御する駆動制御手段と、
対応する前記測定ユニットにより得た測定位置情報に基づいて、該測定ユニットのプローブの現在位置を常時監視する監視手段と、を備え、
前記複数のコントローラは、該複数のコントローラ間でそれぞれの測定ユニットのプローブの現在位置の情報を交換し、それぞれの前記監視手段により常時監視されているプローブの現在位置が他のプローブに対して所定の距離内に接近しないように、該各測定ユニットの駆動手段によるプローブの駆動を制御し、
前記複数のコンピュータはそれぞれ、対応する前記測定ユニットの座標系に従い得られた測定位置情報を、前記相対位置を勘案した共通座標系での測定位置情報に変換し、他のコンピュータとの間で前記共通座標系に基づく測定位置情報を共有し、
前記各コントローラは、他のコントローラの制御によって他の測定ユニットから得た測定位置情報を共通座標系の情報として表示する表示手段を有し、当該コントローラの操作者が他の測定ユニットによる同一ワークの測定位置情報を共通座標系の情報として参照できるように、構成されていることを特徴とする精密測定装置。
請求項１記載の精密測定装置において、
予め前記各測定ユニットにより同一の基準器上の位置を測定して得られた、該各測定ユニットよりの測定位置情報に基づき、該各測定ユニットに対して共通の座標系を設定し、該共通座標系の設定後は、前記各測定ユニットによりワークを測定して得られた該各測定ユニットよりの位置情報を、該共通座標系上の位置情報とする共通座標系設定手段を備えたことを特徴とする精密測定装置。