JP6482244B2 - 測定機へのワーク載置方法および測定機 - Google Patents
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Description
例えば、物品の表面上の各点位置を測定するために、三次元測定機が使用されている。物品の表面の微細な形状や輪郭あるいは粗さを測定するために、表面性状測定機(形状測定機、輪郭測定機または表面粗さ測定機)が使用されている。円筒状などの物品の真円度を測定するために、真円度測定機が使用されている。
テーブルとヘッドとの相対移動には、様々な形式が用いられるが、多くの測定機ではテーブルの移動が行われており、その移動機構には測定機としての精度を確保するために高精度なガイド機構あるいは軸受機構が採用されている。
回転テーブルのエアベアリングにおいて、回転側であるロータと固定側であるステータとの間隙には数μm〜十数μm(ミクロン)の空気層が形成され、ロータはステータに対して空気層の剛性によって浮上支持され、非接触での回転を実現している。
ロータおよびステータは、空気層を介して対向する受圧面を有する。それぞれの受圧面の形状は、真円度測定機の主要な性能である回転精度に大きく影響する。したがって、高い回転精度を得ることを目的として、エアベアリングのロータおよびステータの各受圧面の仕上げ加工には、サブミクロンオーダの幾何精度が要求される。
これらの巨大なワークを、測定機のテーブルに載置するためには、クレーンやリフター等の揚重装置による吊り込みが行われる。
しかし、小型のワークをテーブル上に作業者がていねいに載置する状況に比べて、クレーンでの巨大なワークの吊り込み作業では細かな動作を期待できない。
しかし、前述のような細かな動作は、熟練者には可能であっても、一般の作業者には困難である。さらに、一般のクレーンやリフターは十分な低速度の設定ができなかったり、動作が間欠的であったりする。
このような背景から、クレーン等による吊り込みにおいては、ワークと測定テーブルとが衝突しがちである。
そして、クレーン等で吊り込むワークの質量が大きい場合、その衝撃も大きくなり、測定機の高精度ではあるが頑強ではないガイド機構や軸受機構を損傷する等の可能性がある。
このような問題に対して、いくつかの対策が提案されている。
しかし、可搬定盤およびこれを側方へ引き出す機構が必要であり、構造の複雑化が避けられない。さらに、特許文献2の構成は、搬入されるワークと可搬定盤との衝突自体を解消できるものではない。そして、可搬定盤とワークとの衝突が生じれば、可搬定盤およびワークに損傷を与える可能性がある。
しかし、特許文献3の構成は、搬入されるワークとワークテーブルとの衝突自体を解消できるものではない。そして、ワークテーブルとワークとの衝突が生じれば、ワークおよびワークテーブルないしは測定機に損傷を与える可能性がある。
すなわち、ワークの荷重の保持装置からテーブルへの移行が、予めワークとテーブルとを接触させた状態で行われるため、衝突という状況が生じない。
このように、本発明により、前述した目的を達成することができる。
例えば、物品の表面上の各点位置を測定する三次元測定機、物品の表面の微細な形状や輪郭あるいは粗さを測定する表面性状測定機(形状測定機、輪郭測定機または表面粗さ測定機)、円筒状などの物品の真円度を測定する真円度測定機が適用できる。
そして、テーブルとしては、平面的に移動するXYテーブル(三次元測定機など)あるいは回転テーブル(真円度測定機など)が利用できる。平面的に移動するテーブルとして、X軸またはY軸の一軸方向の移動だけでもよい。一方、XY二軸に加えて、Z軸方向に移動可能でもよい。
ワークの質量が大きい場合、ワークを下降させるためには、保持装置の微妙な操作が必要になるが、本発明によればワークを動かさないため、このような熟練が必要な微妙な操作を解消することができる。
このようなワークを僅かに下降させる動作は、保持装置によるワークの保持を解除する動作により生じさせることができる。さらに、テーブルの上昇およびワークの下降の両方により、荷重負担の保持装置からテーブルへの転換を行ってもよい。
この際、前述したワーク載置方法における保持装置としては、外部のクレーン等の揚重装置を用いればよい。
弁開閉機構としては、上面部材が傾いた際に制御弁に加わる変位等と同様な状況を、仮想的に実現できるものであればよく、制御弁を外部操作するソレノイドや、シリンダ装置等を適宜利用することができる。
従って、本発明では、既存の傾き調整機能付き除振台に加えて、弁開閉機構の僅かな追加によって、昇降装置を実現することができ、追加的な装置構成を一層簡素にすることができる。
このような昇降機構としては、テーブルの下面を支持するエアシリンダ等をテーブル装置に設置し、このエアシリンダ等を伸縮させることで、テーブルをテーブル装置の本体に対して昇降させる機構などが利用できる。
また、ワークとともに昇降するのがテーブルだけになり、テーブル装置の全体は昇降させなくてよいため、昇降のための駆動力を削減することができる。
図1において、真円度測定機1は本発明に基づく測定機である。真円度測定機1はテーブル2を有し、その上面には測定対象のワーク3が載置される。
本実施形態において、ワーク3は、作業者が手作業で搬送可能な一般的な重量よりも大きい。このために、ワーク3をテーブル2に載置するために、ワーク3を吊り下げるクレーン4が使用される。クレーン4は本発明の保持装置に相当する。
測定機本体10は、高剛性を有する箱状の構造体であり、上面に設置された測定装置20およびテーブル装置30の相対位置を高精度に維持する。
真円度測定機1は、さらに、テーブル装置30および除振台40に加圧エアを供給するエア供給装置50、および各部の動作を制御する制御装置60を備えている。
加圧エア源51からの加圧エアは、フィルタレギュレータ52を通った後、配管53によりテーブル装置30に供給され、配管54により除振台40に供給される。
また、測定装置20から得られた測定データを、所定の動作プログラムに従って処理し、測定結果を作成する。
ガススプリング43は、それぞれ上面部材42および下面部材41の間であって、例えば、上面部材42で支持される測定機本体10の重心を内包する水平面内の3ヵ所に設置されている。
傾き調整機構49として、下面部材41には、ガススプリング43にそれぞれ接続され、ガススプリング43が縮んだ際にはガススプリング43に配管54からの加圧エアを追加し、かつガススプリング43が延びた際にはガススプリング43から加圧エアを排出する調整弁45が設置され、上面部材42には調整弁45ごとに、調整弁45を強制開閉するための作動ユニット46が設置されている。
図3、図4および図5には、調整弁45および作動ユニット46が拡大図示されている。
移動部材452は、コイルばね453によりフランジ部454を上向きに付勢されている。
ケース451の上部には、揺動部材457が設置され、その下面には移動部材452の上端456が当接されている。揺動部材457は、コイルばね458により、揺動端459(回動軸と反対側の端部)を常時上向きに付勢されている。
フランジ部454は、移動部材452が上昇限にあるとき、前述した一対の配管54を連通するポート455を封止する。この状態では、配管54からのガススプリング43への加圧エア供給が遮断される。
従って、調整弁45は、通常は配管54を遮断しているが、揺動部材457の揺動端459を押し下げることで、配管54を開通させることができる。
キャップ463は、前述した揺動部材457の揺動端459の上方に設定され、上面部材42が下面部材41に近接した際に、揺動端459を押してガススプリング43への加圧エア供給を実行させる(図7参照)。
ここで、テーブル2に載置されたワーク3の重心がテーブル2の中心に対して偏っていると、上面部材42の各部の荷重も偏り、荷重が大きい部分ではガススプリング43が縮み、荷重が小さい部分ではガススプリング43が延びる。その結果、上面部材42が下面部材41に対して傾斜し、互いに平行でなくなる。
これらにより、除振台40の傾き調整機構49が構成されている。
図2、図3および図6に示すように、本実施形態のエア供給装置50および作動ユニット46には、傾き調整機構49を昇降装置として利用するための、追加的な弁開閉機構70、配管76および制御弁77が設置されている。
ステム462とキャップ463との接続部分にはレバー72が接続されている。
このように、本実施形態の作動ユニット46では、配管74からの加圧エア供給によりキャップ463を下方へ進出させることで、上面部材42の傾きとは関係なく、調整弁45を開くことができる。
さらに、各ガススプリング43には、配管54とは別に排気用の配管76およびこれを開閉する制御弁77が設置されている。配管76は配管54よりも大口径とされ、加圧エアの供給時よりも高効率で排気することが可能である。
ここで、制御弁75を開き、上面部材42と下面部材41との間の全ての調整弁45を開くことで、全てのガススプリング43を一様に伸長させ、これにより上面部材42を下面部材41に対して上昇させることができる(図6参照)。
このように、本実施形態では、弁開閉機構70をエア供給装置50および作動ユニット46に追加することで、傾き調整機構49を昇降装置として利用できるようになっている。
真円度測定機1Rは、前述した本実施形態の真円度測定機1(図1ないし図4参照)と同様な基本構成を有する。
すなわち、真円度測定機1Rにおいて、測定機本体10、測定装置20、テーブル装置30および制御装置60は、前述した真円度測定機1と同様のものである。
ただし、除振台40Rの傾き調整機構49は、調整弁45が本実施形態と同様であるが、作動ユニット46が異なり、ステム462はブッシュ461に対して固定され、本実施形態のようなコイルばね71、レバー72、エアシリンダ73および配管74(図3ないし図6参照)は設置されていない。
ただし、除振台40Rの作動ユニット46に至る配管74およびこれを断続する制御弁75(図2参照)は設置されていない。
つまり、本実施形態の除振台40は、前述した既存の除振台40Rに弁開閉機構70、配管76および制御弁77という簡単な構成の追加により、傾き調整機構49による傾き調整機能に加えて、本発明の昇降装置としての機能を得ることができる。
ワーク3をテーブル2に載置する際には、本発明に基づく測定機へのワーク載置方法に基づき、ワーク3を保持装置であるクレーン4で吊り下げるとともに、テーブル2を昇降させてワーク3とテーブル2との衝突を防止する。
具体的には、図11に示す操作により、図12に示すような動作を行う。
この際、テーブル2の上面の高さは基準位置Poとし、ワーク3の下面の高さは保持位置Phとしておく。基準位置Poと保持位置Phとの差、つまりテーブル2の上面とワーク3の下面との間隔は、距離Cとする。保持位置Phは、除振台40の傾き調整機構49を利用した昇降装置の上昇限よりも下方としておく。
この状態では、ワーク3の荷重はクレーン4で負担されている。
この動作にあたっては、上昇するテーブル2の移動量をモニタし、テーブル2がワーク3に接近するまでは高速であっても、ワーク3と接触する際には十分な低速で上昇することにより、接触時の衝撃が生じないようにすることが望ましい。
ワーク3の荷重をテーブル2で負担することで、クレーン4による荷重負担は解消される。
ここで、クレーン4を外してワーク3の保持を解除する(図11の手順S5、図12(B)参照)。これにより、ワーク3は、保持位置Phから下降可能な状態となる。
以上により、基準位置Poにあるテーブル2に、ワーク3が載置された状態が得られる。そして、ワーク3の載置にあたって、テーブル2とワーク3との間で衝撃が生じることはない。
本実施形態では、上方に保持されたワーク3に対してテーブル2を上昇させることにより、ワーク3を保持装置であるクレーン4で保持した状態のまま、ワーク3とテーブル2とを接触させることができる。
すなわち、ワーク3の荷重を、保持装置であるクレーン4からテーブル2へ移行させる動作が、予めワーク3とテーブル2とを接触させた状態で行われるため、衝突という状況が生じないようにできる。
とくに、ワーク3の質量が大きい場合、ワーク3を下降させるためには、クレーン4の微妙な操作が必要になるが、本実施形態によればワーク3を動かさないため、このような熟練が必要な微妙な操作を解消することができる。
図13ないし図15には、本発明の第2実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第1実施形態と同様な真円度測定機1において、前述した第1実施形態とは異なる手順を実行するものである。
この制御弁78は、制御弁77を開いて配管76からガススプリング43の加圧エアを強制排気する際に閉じられ、調整弁45からガススプリング43への加圧エアが供給されることを一時的に停止させる。
次に、テーブル2を基準位置Po(図15(A)の二点鎖線参照)から待機位置Pr(図15(A)の実線参照)まで下げる(図14の手順S12)。
なお、手順S11と手順S12とは、順番を逆あるいは同時並行としてもよい。
この状態では、ワーク3の荷重はクレーン4で負担されている。
この際、テーブル2を上昇させる距離Lは、待機位置Prと保持位置Phとの差である距離Cと等しくしておく。
この動作にあたっては、上昇するテーブル2の移動量をモニタし、テーブル2がワーク3に接近するまでは高速であっても、ワーク3と接触する際には十分な低速で上昇することにより、接触時の衝撃が生じないようにすることが望ましい。
ワーク3の荷重をテーブル2で負担することで、クレーン4による荷重負担は解消される。
この状態で、クレーン4を外してワーク3の保持を解除する(図14の手順S17)。
なお、手順S16と手順S17とは、順番を逆あるいは同時並行としてもよい。
以上により、基準位置Poにあるテーブル2に、ワーク3が載置された状態が得られる。そして、ワーク3の載置にあたって、テーブル2とワーク3との間で衝撃が生じることはない。
さらに、本実施形態では、テーブル2を基準位置Po(測定機で測定を行う際の測定位置など)から待機位置Prまで待避させておき、この状態でワーク3を搬入するため、接触前のワーク3を基準位置Poまたはその近傍の保持位置Phに保持することができる。従って、ワーク3とテーブル2との接触ないしその後のテーブル2の基準位置Poへの復帰のための移動量を最小限にすることができる。
図16には、本発明の第3実施形態が示されている。
図16において、本実施形態の真円度測定機1Aは、前述した第1実施形態の真円度測定機1と基本構成が同様である。従って、以下には、共通の構成についての重複する説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
本実施形態においては、除振台40の傾き調整機構49の作動ユニット46に対する装置の追加はない。代わりに、エア供給装置50から分岐された配管74(途中に制御弁75を有する)が、除振台40のガススプリング43に接続されている。
さらに、テーブル2を昇降させるために除振台40に追加する装置は、ガススプリング43への配管74,76および制御弁75,77だけでよいため、装置構成を一層簡素にすることができる。
図17ないし図20には、本発明の第4実施形態が示されている。
図17において、本実施形態の真円度測定機1Bは、前述した第1実施形態の真円度測定機1と基本構成が同様である。従って、以下には、共通の構成についての重複する説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。
本実施形態においては、テーブル2およびテーブル装置30の間に追加的な昇降機構80を設け、テーブル2をテーブル装置30に対して昇降可能とし、これにより昇降装置を構成する。
具体的な本実施形態の構成は以下の通りである。
テーブル装置30の上面には、加圧エアにより上方へ進出可能なエアシリンダ83が、複数(本実施形態では120度間隔で3箇所)設置されている。
テーブル2(テーブル部材81)は、これらのエアシリンダ83で支持され、加圧エアを供給あるいは遮断することで昇降可能である。
エアシリンダ83は上端にボール831を有し、このボール831で三角溝811に係合することで、テーブル2(テーブル部材81)とテーブル装置30との自動調心が行われるようになっている。
なお、エアシリンダ83によるテーブル2の上昇限度は距離L(図16参照)とされている。
配管84の途中には制御弁85が設置され、制御弁85はコントローラ61を介して制御装置60に接続されている(前述した第1実施形態の制御弁75と同様)。
本実施形態では、これらのテーブル部材81、エアシリンダ83、配管84および制御弁85により昇降機構80が構成され、この昇降機構80の追加により昇降装置が構成されている。
とくに、昇降装置となるテーブル部材81およびエアシリンダ83がテーブル装置30に内蔵されることになるため、測定機としての構成の簡素化、小型化を図ることができる。
すなわち、ワーク3とともに昇降するのがテーブル2だけになり、測定機本体10およびテーブル装置30の全体を昇降させなくてよいため、昇降のための駆動力を削減することができる。
図21には、本発明の第5実施形態が示されている。
前述した各実施形態は、除振台40に傾き調整機構49を有し、それぞれガススプリング43に調整弁45が設置されていた。しかし、本発明は、傾き調整機構49をもたない除振台40を用いて昇降装置を構成するようにしてもよい。
ただし、除振台40のガススプリング43には、エア供給装置50からの配管54が直接接続されており、その途中に制御弁75が設置されている。
なお、本発明は前述した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更は本発明に含まれる。
例えば、テーブル装置30は空気静圧軸受33で浮上支持されるものに限らず、油静圧軸受などであってもよく、あるいは接触を伴うボール等の転動による軸受であってもよい。
ただし、ガススプリング43を用いた除振台40および空気静圧軸受33を用いたテーブル装置30とすることで、エア供給装置50を共用することができる。
ただし、これらの各駆動源としてエア供給装置50を共用することは本発明に必須ではなく、それぞれ他の駆動方式、例えば油圧駆動、電磁ソレノイド駆動、モータ駆動等としてもよい。
例えば、物品の表面上の各点位置を測定する三次元測定機、物品の表面の微細な形状や輪郭あるいは粗さを測定する表面性状測定機(形状測定機、輪郭測定機または表面粗さ測定機)、円筒状などの物品の真円度を測定する真円度測定機が適用できる。
2…テーブル
3…ワーク
4…保持装置であるクレーン
9…ベース
10…測定機本体
20…測定装置
21…コラム
22…スライダ
23…アーム
24…検出器
30…テーブル装置
31…テーブル本体
32…調整機構
33…空気静圧軸受
34…駆動モータ
40…除振台
41…下面部材
42…上面部材
43…昇降装置を構成するガススプリング
45…昇降装置を構成する制御弁
450,455…ポート
451…ケース
452…移動部材
453,458…コイルばね
454…フランジ部
456…上端
457…揺動部材
459…揺動端
46…昇降装置を構成する作動ユニット
461…ブッシュ
462…ステム
463…キャップ
49…傾き調整機構
50…エア供給装置
51…加圧エア源
52…フィルタレギュレータ
53,54…配管
60…制御装置
61…コントローラ
70…昇降装置を構成する弁開閉機構
71…コイルばね
72…レバー
73、83…エアシリンダ
74,76…配管
75,77,78…制御弁
80…昇降装置を構成する昇降機構
81…テーブル部材
811…三角溝
82…近接センサ
831…ボール
832…ケース
833…移動部材
834…ピストン
835…コイルばね
84…配管
85…制御弁
C…距離
L…距離
Ph…保持位置
Po…基準位置
Pr…待機位置
Claims (8)
- 測定機のテーブルにワークを載置する測定機へのワーク載置方法であって、
前記ワークを前記テーブルの上方に保持可能な保持装置と、前記テーブルの上面を昇降させる昇降装置とを用い、
前記保持装置で前記ワークを前記テーブルの上方に保持しておき、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を上昇させて前記ワークに近接させ、
前記ワークに近接する速度よりも低速で前記テーブルを前記ワークの下面に接触させ、
前記ワークの荷重を前記テーブルに負担させた後、前記保持装置による前記ワークの保持を解除することを特徴とする測定機へのワーク載置方法。 - 請求項1に記載した測定機へのワーク載置方法において、
前記ワークの荷重を前記テーブルに負担させる操作は、前記テーブルを上昇させて前記ワークに近接させ、前記ワークに近接する速度よりも低速で前記テーブルを前記ワークの下面に接触させた後、そのまま前記テーブルの上昇を継続させて前記ワークの荷重を前記テーブルに負担させる操作であることを特徴とする測定機へのワーク載置方法。 - 請求項1または請求項2に記載した測定機へのワーク載置方法において、
前記保持装置で前記ワークを基準位置にある前記テーブルの上方に保持し、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を前記基準位置から上昇させて前記ワークに近接させ、前記ワークに近接する速度よりも低速で前記テーブルを前記ワークの下面に接触させ、
前記ワークの荷重を前記テーブルに負担させた後、前記保持装置による保持を解除し、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を下降させて前記基準位置に復帰させることを特徴とする測定機へのワーク載置方法。 - 請求項1または請求項2に記載した測定機へのワーク載置方法において、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を基準位置より下方の待機位置まで下降させておき、
前記保持装置で前記ワークを前記テーブルの上方かつ前記基準位置より下方に保持し、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を待機位置から上昇させて前記ワークに近接させ、前記ワークに近接する速度よりも低速で前記テーブルを前記ワークの下面に接触させ、
前記ワークの荷重を前記テーブルに負担させた後、前記保持装置による保持を解除し、
前記昇降装置で前記テーブルの上面を上昇させて前記基準位置に復帰させることを特徴とする測定機へのワーク載置方法。 - ワークが上面に載置されるテーブルを有しかつベース上に設置されるテーブル装置と、
前記テーブルに載置された前記ワークを測定する測定装置と、
前記テーブルから前記ベースまでの間に設置されて前記テーブルを前記ベースに対して昇降させる昇降装置と、前記昇降装置を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記テーブルの上方に前記ワークが保持された状態で、前記テーブルを上昇させて前記ワークに近接させ、前記ワークに近接する速度よりも低速で前記テーブルを前記ワークの下面に接触させた後、前記ワークの荷重を前記テーブル装置に負担させる、ことを特徴とする測定機。 - 請求項5に記載した測定機において、
前記昇降装置は、
前記テーブル装置と前記ベースとの間に設けられた除振台であって、前記ベースに配置される下面部材と、前記テーブル装置を支持する上面部材と、前記下面部材に設置されて前記上面部材を支持するガススプリングと、を備えた除振台と、
前記ガススプリングへのガス供給を行うガス経路と、
前記ガス経路によるガス供給を制御するための制御弁と、を有し、
前記制御装置は、
前記制御弁による前記ガススプリングへのガス供給を制御することで、前記昇降装置の動作を制御することを特徴とする測定機。 - 請求項6に記載した測定機において、
前記除振台は、前記上面部材と前記下面部材との間に設置された複数の前記ガススプリングと、前記ガススプリングにそれぞれ接続され、前記ガススプリングが縮んだ際に前記ガス経路からのガスを追加し、かつ前記ガススプリングが延びた際には前記ガススプリングからガスを排出する調整弁と、を有する傾き調整機能付き除振台であり、
前記昇降装置は、前記除振台と、前記調整弁を強制開閉させる弁開閉機構とを有し、
前記制御装置は、前記弁開閉機構により前記調整弁を強制開閉することで、前記ガススプリングへのガス供給を制御することを特徴とする測定機。 - 請求項5に記載した測定機において、
前記昇降装置は、前記テーブル装置に設置されて前記テーブルを昇降可能に支持する昇降機構であることを特徴とする測定機。
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