JP6530974B2

JP6530974B2 - 測定機の衝突防止装置

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Publication number: JP6530974B2
Application number: JP2015117543A
Authority: JP
Inventors: 祥一田中
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: DE102016210328B4; CN106248021A; DE102016210328A1; JP2017003424A; CN106248021B; US10001356B2; US20160363431A1

Description

本発明は、測定機の衝突防止装置に係り、詳しくは、被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置に関する。

非接触式プローブを用いた測定機として、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ被測定物または非接触式プローブを移動させ、非接触式プローブによって取り込まれた画像から被測定物の寸法等を測定できる三次元画像測定機が知られている。

このような三次元画像測定機において、非接触式プローブは、被測定物に近接した位置で使用される。特に、測定の際には、非接触式プローブを、被測定物に対して三次元方向に移動させる。
このとき、オペレータの不注意やコンピュータへの座標の入力設定ミス等により、非接触式プローブを被測定物に衝突させてしまうことがある。

このような衝突による、非接触式プローブや測定機本体および被測定物等の破損を防止するために、測定機の衝突防止装置が提案されている（特許文献１）。
特許文献１の衝突防止装置では、非接触式プローブを覆うリング状の衝突検知部を設け、衝突検知部が非接触式プローブに対して相対変位した際に、これを検知して移動停止または退避移動を指令するようにしている。

特許第３８３１５６１号公報

前述した特許文献１の衝突防止装置は、三次元移動のいずれの方向にも衝突防止を有効にするために、非接触式プローブの外周を覆うリング状の衝突検知部を用いている。
しかし、次のような条件下では、特許文献１の衝突防止装置の有効性が十分に発揮されないという問題があった。

第１に、プローブの表面に操作部分があり、オペレータが操作を行うものである場合。このようなプローブに対しては、前述した衝突防止装置では、リング状の衝突検知部がプローブの操作部分を隠してしまい、オペレータの操作ができなくなってしまう。

第２に、被測定物の測定対象面が平面であり、高さ方向に凹凸が無い場合。このような被測定物においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向（それぞれ測定対象面に沿った方向）の移動時には衝突の恐れが無く、Ｚ軸方向の衝突のみ防止すればよい。しかし、前述した衝突防止装置では、Ｚ軸の周囲を取り囲むリング状の衝突検知部を用いており、過剰な装置構成となる。

第３に、プローブのＺ軸方向の作動距離が極めて短い場合。前述した衝突防止装置では、接触に対して応答するのに一定の移動距離が必要である。そして、Ｚ軸方向の移動の際に、リング状の衝突検知部の一部が被測定物の平面に当接しても、さらにＺ軸方向に移動してリング状の衝突検知部の大部分が接触するようになるまで、接触を検知することができず、安全に停止させることができない場合がある。

本発明の目的は、非接触式プローブを覆うことがなく、構造が簡素で、かつＺ軸方向の移動距離が短くても接触を検知可能な測定機の衝突防止装置を提供することにある。

本発明は、被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置であって、前記非接触式プローブに沿って延びる棒状の衝突部材と、前記衝突部材をその先端が前記非接触式プローブより突出した状態で支持する支持機構と、前記衝突部材と前記被測定物との衝突を検知するスイッチとを備え、前記支持機構は、前記衝突部材の長手方向の支持位置を調節可能な調節機構を有することを特徴とする。
あるいは、本発明は、被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置であって、前記非接触式プローブに沿って延びる棒状の衝突部材と、前記衝突部材をその先端が前記非接触式プローブより突出した状態で支持する支持機構と、前記衝突部材と前記被測定物との衝突を検知するスイッチとを備え、前記支持機構は、前記衝突部材の長手方向の支持位置を、前記非接触式プローブの機種に応じて切換可能なプローブ切換機構を有することを特徴とする。

このような本発明では、支持機構により棒状の衝突部材が非接触式プローブに沿って配置される。この際、衝突部材は、その先端が非接触式プローブより突出した状態とされる。このため、非接触式プローブが被測定物に近接する場合、非接触式プローブと被測定物とが衝突する前に、衝突部材の先端が被測定物に衝突するため、これをスイッチで検知して移動を停止させることができる。

本発明では、衝突部材を棒状としたので、非接触式プローブを覆うことがなく、非接触式プローブに操作部分がある場合でもオペレータによる操作を妨げることがない。
また、衝突部材が棒状であるため、従来のリング状の衝突検知部よりも構造を簡素にすることができる。
さらに、棒状の衝突部材の先端が被測定物に接触した時点で、衝突を検知することができ、従来のリング状の衝突検知部よりも衝突検知ないし移動停止を確実に行うことができる。
さらに、調節機構を有する本発明では、調節機構により衝突部材の先端の位置を調節することができる。このような調節により、衝突部材の先端が非接触式プローブから突出する量を調節することができ、衝突の検知特性を調節することができる。また、非接触式プローブの寸法が変わった場合でも、これに対応するべく衝突部材の支持位置を調節することができる。
あるいは、プローブ切換機構を有する本発明では、プローブ切換機構により、衝突部材の支持位置を、非接触式プローブの機種に応じて切換可能である。このため、非接触式プローブの機種が変更された場合でも、非接触式プローブに対する衝突部材の先端の位置を所定の状態に維持することができる。

本発明の測定機の衝突防止装置において、前記衝突部材は、前記衝突部材の長手方向に伸縮自在な伸縮機構を有することが好ましい。

このような本発明では、伸縮機構が伸縮することで、衝突部材の先端が衝突部材の長手方向に変位可能となり、被測定物に衝突した際の衝撃を緩和し、被測定物に傷などが生じることを防止できる。
なお、同様に被測定物に傷などが生じることを防止する目的で、衝突部材の先端を合成樹脂成型品としてもよい。

本発明の測定機の衝突防止装置において、前記支持機構は、前記衝突部材を退避させる退避機構を有することが好ましい。

このような本発明では、退避機構により衝突部材を、衝突検知を行う位置つまり被測定物と接触可能な位置から、被測定物と接触しない位置へと退避させることができる。被測定物と接触しない位置としては、少なくとも衝突部材の先端が非接触式プローブの先端から突出しない状態にできればよい。
このため、衝突検知を行う必要がない場合、例えば非接触式プローブを被測定物の表面に沿って移動させる場合など、予め衝突部材を退避させておくことで、衝突部材と被測定物との不必要な接触を未然に防止することができる。

本発明によれば、非接触式プローブを覆うことがなく、構造が簡素で、かつＺ軸方向の移動距離が短くても接触を検知可能な測定機の衝突防止装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の三次元測定機を示す正面図。前記実施形態の非接触式プローブおよび衝突防止装置を示す拡大斜視図。前記実施形態の衝突防止装置の要部を示す拡大側面図。前記実施形態の衝突防止装置の未衝突状態を示す断面図。前記実施形態の衝突防止装置の衝突状態を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機〕
図１において、三次元測定機１０は、基台１１の上面にステージ１２および門型のコラム１３を有し、コラム１３のクロスレール１４にはスライダ１５が支持されている。スライダ１５は下向きにラム１６が設置され、ラム１６の先端には非接触式プローブ１７が装着されている。

三次元測定機１０において、ステージ１２は基台１１に対してＸ軸方向へ移動可能とされ、スライダ１５はクロスレール１４に沿ってＹ軸方向へ移動可能とされ、ラム１６はスライダ１５に対してＺ軸方向へ移動可能である。
これらの各軸移動により、非接触式プローブ１７は、ステージ１２に対して任意の三次元位置に移動することが可能である。

ステージ１２には、被測定物であるワーク９が載置されている。ワーク９は表面が平坦とされ、この表面の微細な形状を非接触式プローブ１７で測定される。
非接触式プローブ１７は、ワーク９の表面画像を撮影し、画像処理することで表面の微細な形状を測定するものである。

図２にも示すように、非接触式プローブ１７は角柱状のプローブ本体１７１を有し、プローブ本体１７１には下向きに延びる鏡筒１７２が設置されている。鏡筒１７２には撮影用の光学系が格納され、下端に前述した対物レンズ１７３が設置されている。

非接触式プローブ１７は、ワーク９の表面の測定時に、対物レンズ１７３をワーク９の表面に近接させる。
このような近接時に、非接触式プローブ１７とワーク９の表面との衝突を防止するために、非接触式プローブ１７には衝突防止装置２０が設置されている。

〔衝突防止装置２０〕
衝突防止装置２０は、衝突部材であるスピンドル２１と、このスピンドル２１を非接触式プローブ１７に沿って支持する支持機構２２とを有する。
図３にも示すように、スピンドル２１の軸線Ａｂは、非接触式プローブ１７の光路の軸線Ａｐと平行に配置される。

また、スピンドル２１の先端は、非接触式プローブ１７の対物レンズ１７３の先端よりも突出するように支持されている。
すなわち、非接触式プローブ１７をワーク９の表面に近接させた際には、スピンドル２１の先端とワーク９の表面との距離Ｄｂが、対物レンズ１７３の先端とワーク９の表面との距離Ｄｐよりも小さくなるように、つまり近くなるように設定されている。

〔支持機構２２〕
支持機構２２は、支持アーム２２０、上部アーム２２１、中間アーム２２２および下部ブロック２２３を有する。
支持アーム２２０は、角棒状に形成されプローブ本体１７１の下面の一角に下向きに固定されている。
上部アーム２２１は、角棒状に形成され、所定長さにわたって支持アーム２２０の表面（側面）に沿わされたうえ、複数のボルト締めにより相互に固定されている。

中間アーム２２２は、角棒状に形成され、所定長さにわたって上部アーム２２１の表面（支持アーム２２０に取り付けられた側面と直交する側面）に沿わされたうえ、複数のボルト締めにより相互に固定されている。
下部ブロック２２３は、箱状に形成され、中間アーム２２２の下端部に固定されるとともに、下面側にスピンドル２１を支持している。

これらの支持アーム２２０、上部アーム２２１、中間アーム２２２および下部ブロック２２３の間には、調節機構２２４、退避機構２２５、プローブ切換機構２２６が形成されている。

〔調節機構２２４〕
上部アーム２２１と支持アーム２２０とは、相互の固定を行う複数のボルトを緩めることで、支持アーム２２０に対する上部アーム２２１の固定位置を各々の長手方向に微小距離だけ調整可能である。これにより、スピンドル２１の長手方向の支持位置を調節する調節機構２２４が構成されている。

このような調節機構２２４により、スピンドル２１の先端が非接触式プローブ１７の先端から突出する量（前述した距離Ｄｂと距離Ｄｐとの差）を調節することができ、衝突防止の感度を調節することができる。

〔退避機構２２５〕
中間アーム２２２と上部アーム２２１とは、相互の固定を行う複数のボルトを緩めることで、上部アーム２２１に対する中間アーム２２２の固定位置を各々の長手方向に、調節機構２２４の調節代に比べて十分に大きい距離変更することが可能である。これにより、スピンドル２１を通常の支持位置から退避させる退避機構２２５が構成されている。

このような退避機構２２５により、スピンドル２１の先端が非接触式プローブ１７の先端から突出しない状態まで、スピンドル２１を退避させることができ、衝突防止機能が必要ない状態でのスピンドル２１とワーク９などどの干渉を避けることができる。
退避機構２２５によるスピンドル２１の変位量は、例えば１０ｍｍである。

〔プローブ切換機構２２６〕
下部ブロック２２３と中間アーム２２２との固定部分は、複数の位置で係止可能なスライド機構、例えばラッチ付のガイドレール機構などとされ、下部ブロック２２３は、中間アーム２２２の長手方向の複数の位置で固定可能である。

ここで、固定可能な複数の位置は、非接触式プローブ１７の種類に応じて設定されている。すなわち、第１のプローブであれば第１の位置、第２のプローブであれば第２の位置とすることにより、スピンドル２１の先端をプローブの先端に対して適切な突出量で配置することができるようになっている。

これにより、スピンドル２１の長手方向の支持位置を、非接触式プローブ１７の機種に応じて切換可能なプローブ切換機構２２６が構成されている。
プローブ切換機構２２６によるスピンドル２１の変位量は、例えば上下にそれぞれ２．２ｍｍである。

〔スピンドル２１〕
スピンドル２１は、前述した支持機構２２により、非接触式プローブ１７に沿って、その先端が非接触式プローブ１７より突出した状態で支持されている棒状の部材である。
図４および図５には、スピンドル２１の内部構造が示されている。なお、図４および図５はそれぞれスピンドル２１の軸線Ａｂに沿った断面図であるが、各々は互いに９０度異なる向きの断面を表している。

図４および図５において、スピンドル２１は、中空筒状のスピンドル本体２１１と、その内部を移動可能な移動部材２１２とを有する。
スピンドル本体２１１の上端側は、支持機構２２の下部ブロック２２３に下面側から挿入され、止めねじ２１３で固定されている。

移動部材２１２の上端には、端部材２１６が装着され、端部材２１６はスピンドル本体２１１のスリーブ２１５の上端と当接し、下方への移動を拘束される。
移動部材２１２の中間部には段差が形成され、この段差より上側は所定長さにわたって、段差より下側の径よりも小径とされ、この小径部分の外周にはコイルばね２１４が装着されている。

コイルばね２１４は、下端が移動部材２１２の中間部の段差に係合されている。
スピンドル本体２１１とスピンドル本体２１１の間にはスリーブ２１５が設けられており、コイルばね２１４の上端側はこのスリーブ２１５上端に設けられた突出部に係止されている。

このコイルばね２１４により、移動部材２１２は、スピンドル本体２１１に対して下向きに付勢されている。
従って、移動部材２１２は、コイルばね２１４で下向きに付勢され、通常はその移動下限つまり端部材２１６とスリーブ２１５とが当接した状態に維持される。

移動部材２１２の下端には、合成樹脂製のチップ２１０が装着されている。
チップ２１０は、通常の移動部材２１２が移動下限にある状態では、スピンドル本体２１１の先端との間に間隔Ｄｂ０が空けられている（図４参照）。
この状態では、前述の通り、端部材２１６とスリーブ２１５とが当接した状態である。

ここで、チップ２１０がワーク９に衝突した場合など、移動部材２１２に上向きの外力が加えられると、移動部材２１２はコイルばね２１４の付勢力に抗して上向きに移動し、スピンドル本体２１１の先端との間に間隔Ｄｂ１が狭まる（図５参照）
この状態では、端部材２１６とスリーブ２１５とが離れ、各々の間には間隔ΔＤｂが生じる。

このように、スピンドル２１においては、スピンドル本体２１１に対して移動部材２１２が進退することで、チップ２１０までの長さが変化する。これらにより、スピンドル２１には伸縮機構２１９が構成されている。
この際、チップ２１０の移動量つまりスピンドル２１の伸縮量は、間隔ΔＤｂ＝Ｄｂ０−Ｄｂ１である。伸縮量である間隔ΔＤｂは、例えば１．２ｍｍとされる。

〔スイッチ２３〕
衝突防止装置２０は、スピンドル２１とワーク９との衝突を検知するスイッチ２３を備えている。
スイッチ２３は、スピンドル本体２１１の上端に接続された外筒２３１と、端部材２１６に接続された内筒２３２と、外筒２３１の上部を貫通する固定接点２３３と、内筒２３２の上端近傍を貫通する移動接点２３４とを備えている。

固定接点２３３と移動接点２３４とは、互いに交差方向に配置され、各々の中間部位で互いに当接可能である。
スピンドル２１において、移動部材２１２が移動下限にある状態（図４参照）では、端部材２１６とスリーブ２１５とが接触するとともに、固定接点２３３と移動接点２３４とが接触し、固定接点２３３と移動接点２３４とは電気的に導通状態となる。

一方、チップ２１０がワーク９に衝突した場合など、移動部材２１２が上向きに移動した場合（図５参照）、端部材２１６とスリーブ２１５との間に間隔ΔＤｂが生じるとともに、固定接点２３３と移動接点２３４との間にも間隔ΔＤｂが生じ、固定接点２３３と移動接点２３４とは電気的に絶縁状態となる。
従って、外部回路において固定接点２３３と移動接点２３４との導通の有無を監視することで、スピンドル２１とワーク９との衝突を検知することができる。

なお、図２に示すように、スイッチ２３は、スピンドル２１の上端部に設置されるものであり、同上端部とともに下部ブロック２２３の内部に収容される。
そして、スイッチ２３の固定接点２３３および移動接点２３４からの配線は、支持機構２２に沿って上方へ導かれ、プローブ本体１７１の近傍に設置された配線ボックス２３５を介してプローブ本体１７１の配線と接続可能である。

〔実施形態の効果〕
以上のような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態では、支持機構２２により棒状のスピンドル２１（衝突部材）が非接触式プローブ１７に沿って配置される。この際、スピンドル２１は、その先端が非接触式プローブ１７より突出した状態とされる。このため、非接触式プローブ１７がワーク９（被測定物）に近接する場合、非接触式プローブ１７とワーク９とが衝突する前に、スピンドル２１の先端がワーク９に衝突するため、これをスイッチ２３で検知して移動を停止させることができる。

本実施形態では、スピンドル２１を棒状としたので、非接触式プローブ１７を覆うことがなく、非接触式プローブ１７に操作部分がある場合でもオペレータによる操作を妨げることがない。
また、スピンドル２１が棒状であるため、従来のリング状の衝突検知部よりも構造を簡素にすることができる。
さらに、棒状のスピンドル２１の先端がワーク９に接触した時点で、衝突を検知することができ、従来のリング状の衝突検知部よりも衝突検知ないし移動停止を確実に行うことができる。

本実施形態では、スピンドル２１に伸縮機構２１９を設けたので、スピンドル２１の先端がワーク９に接触した際にスピンドル２１を伸縮させることができ、スピンドル２１の先端（チップ２１０）がスピンドル２１の長手方向に変位可能となり、ワーク９に衝突した際の衝撃を緩和し、ワーク９の表面に傷などが生じることを防止できる。
さらに、本実施形態では、スピンドル２１の先端に合成樹脂製のチップ２１０を設けたため、接触時にワーク９の表面に傷などが生じることを防止できる。

本実施形態では、調節機構２２４により、スピンドル２１の先端の位置を調節することができる。このような調節により、スピンドル２１の先端が非接触式プローブ１７から突出する量を調節することができ、衝突の検知特性を調節することができる。また、非接触式プローブ１７の寸法が変わった場合でも、これに対応するべくスピンドル２１の支持位置を調節することができる。

本実施形態では、退避機構２２５によりスピンドル２１を、衝突検知を行う際のワーク９と接触可能な位置から、ワーク９と接触しない位置へと退避させることができる。
このため、衝突検知を行う必要がない場合、例えば非接触式プローブ１７をワーク９の表面に沿って移動させる場合など、予めスピンドル２１を退避させておくことで、スピンドル２１とワーク９との不必要な接触を未然に防止することができる。

本実施形態では、プローブ切換機構２２６により、スピンドル２１の支持位置を、非接触式プローブ１７の機種に応じて切換可能である。このため、非接触式プローブ１７の機種が変更された場合でも、非接触式プローブ１７に対するスピンドル２１の先端の位置を所定の状態に維持することができる。

〔変形例〕
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内での変形などは、本発明に含まれるものである。
例えば、支持機構２２において、調節機構２２４、退避機構２２５、プローブ切換機構２２６は必須ではなく、いずれかを省略してもよい。

また、調節機構２２４、退避機構２２５、プローブ切換機構２２６は、それぞれスピンドル２１を変位させる点で共通であり、いずれかにより他を兼ねるようにしてもよい。
さらに、調節機構２２４、退避機構２２５、プローブ切換機構２２６は、それぞれボルト締めを緩めて位置調整するものなどに限定されず、位置調整が可能な既存の構成であれば適宜採用することができる。

前記実施形態では、スピンドル２１に伸縮機構２１９を設けたが、伸縮機構２１９はスピンドル本体２１１と移動部材２１２とによる進退式の伸縮を行うものに限らず、スピンドル２１を弾性部材で形成して伸縮させてもよい。さらに、スピンドル２１は伸縮しないものであってもよく、先端のチップ２１０でクッション性を確保してもよい。

前記実施形態では、スピンドル２１の伸縮機構２１９を利用して、その伸縮により固定接点２３３と移動接点２３４との導通の有無を切り替えたが、他の構成によるスイッチであってもよい。
例えば、光学的なセンサによりスピンドル本体２１１に対する移動部材２１２の移動を検知してもよい。また、スピンドル２１を先端まで導電性とし、ワーク９との間の電気的導通を検知してもよい。

本発明は、被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置として利用できる。

１０…三次元測定機、１１…基台、１２…ステージ、１３…コラム、１４…クロスレール、１５…スライダ、１６…ラム、１７…非接触式プローブ、１７１…プローブ本体、１７２…鏡筒、１７３…対物レンズ、２０…衝突防止装置、２１…スピンドル、２１０…チップ、２１１…スピンドル本体、２１２…移動部材、２１３…止めねじ、２１４…コイルばね、２１５…スリーブ、２１６…端部材、２１９…伸縮機構、２２…支持機構、２２０…支持アーム、２２１…上部アーム、２２２…中間アーム、２２３…下部ブロック、２２４…調節機構、２２５…退避機構、２２６…プローブ切換機構、２３…スイッチ、２３１…外筒、２３２…内筒、２３３…固定接点、２３４…移動接点、２３５…配線ボックス、９…ワーク、Ａｂ，Ａｐ…軸線、Ｄｂ，Ｄｐ…距離、Ｄｂ０，Ｄｂ１，ΔＤｂ…間隔。

Claims

被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置であって、
前記非接触式プローブに沿って延びる棒状の衝突部材と、前記衝突部材をその先端が前記非接触式プローブより突出した状態で支持する支持機構と、前記衝突部材と前記被測定物との衝突を検知するスイッチとを備え、
前記支持機構は、前記衝突部材の長手方向の支持位置を調節可能な調節機構を有することを特徴とする測定機の衝突防止装置。
被測定物と非接触式プローブとを相対移動させながら被測定物の寸法等を測定する測定機の衝突防止装置であって、
前記非接触式プローブに沿って延びる棒状の衝突部材と、前記衝突部材をその先端が前記非接触式プローブより突出した状態で支持する支持機構と、前記衝突部材と前記被測定物との衝突を検知するスイッチとを備え、
前記支持機構は、前記衝突部材の長手方向の支持位置を、前記非接触式プローブの機種に応じて切換可能なプローブ切換機構を有することを特徴とする測定機の衝突防止装置。
請求項１に記載された測定機の衝突防止装置において、
前記支持機構は、前記衝突部材の長手方向の支持位置を、前記非接触式プローブの機種に応じて切換可能なプローブ切換機構を有することを特徴とする測定機の衝突防止装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された測定機の衝突防止装置において、
前記衝突部材は、前記衝突部材の長手方向に伸縮自在な伸縮機構を有することを特徴とする測定機の衝突防止装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された測定機の衝突防止装置において、
前記支持機構は、前記衝突部材を退避させる退避機構を有することを特徴とする測定機の衝突防止装置。