JP6825884B2 - 三次元測定機 - Google Patents

Description

本発明は、三次元測定機に係り、特に、相応の精度を保ちながら簡便な構成で低コスト化が可能な三次元測定機に関する。

従来、特許文献１の背景技術に示されるような三次元測定機が用いられている。この三次元測定機は、ワークを検出するプローブと、該プローブを支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構と、を備えている。このような三次元測定機は、高精度にワークを測定することが可能となっている。

特開２０１２−２７１５号公報

しかしながら、特許文献１で示すような三次元測定機は、移動機構が大がかりで高価であり、その価格に見合うようにワークを測定するためには、整った測定環境において測定を行うことが望ましい。つまり、相応の精度を保ちながらワークを手軽に測定しようとすると、特許文献１で示すような三次元測定機は機構が複雑で高価であり、使用することが最適でない場合が想定される。

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、相応の精度を保ちながら簡便な構成で低コスト化が可能な三次元測定機を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、ワークを検出するプローブと、該プローブを支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構と、を備える三次元測定機において、前記移動機構が、第１相対移動部と、該第１相対移動部を１方向に相対移動可能とする第１ガイド部と、を備え、該第１相対移動部が、回転駆動源と該回転駆動源による回転を出力する駆動回転体を備える回転駆動機構と、該第１相対移動部の相対移動方向において両端が前記第１ガイド部に固定され、該駆動回転体の出力軸に係合するオープンベルトと、を備え、前記移動機構が、更に、前記第１相対移動部と一体に固定された第２相対移動部と、該第２相対移動部を前記相対移動方向と直交する１方向に相対移動可能とする第２ガイド部と、を備え、前記回転駆動源の軸心の位置と前記駆動回転体の軸心の位置とが前記相対移動方向において異なる際には、前記駆動回転体に対して、反回転駆動源側に前記第２ガイド部が配置されていたことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記駆動回転体が、駆動プーリとされ、前記回転駆動源とエンドレスベルトで連結されたものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記第１ガイド部に、前記オープンベルトを挟んで前記第１相対移動部を前記相対移動方向に移動可能とする１対のガイドレールを設けたものである。

本願の請求項４に係る発明は、前記出力軸を、前記第１ガイド部と前記オープンベルトとの間に配置したものである。

本願の請求項５に係る発明は、前記オープンベルトが複数の歯が設けられたタイミングベルトとされ、且つ前記出力軸には前記複数の歯に噛み合う歯形が設けられたものである。

本願の請求項６に係る発明は、前記第１ガイド部が、鉛直方向であるＺ方向に移動するスピンドルとされ、前記プローブを支持するようにしたものである。

本願の請求項７に係る発明は、前記第１相対移動部が、前記オープンベルトが前記出力軸及び前記第１ガイド部に沿うように、該オープンベルトに係合して配置される複数のローラを備えているようにしたものである。

本願の請求項８に係る発明は、前記複数のローラのうちの少なくとも１つの位置を調整可能としたものである。

本願の請求項９に係る発明は、前記複数のローラのうちの少なくとも２つ以上の位置を相対的に変化させることで、前記オープンベルトの異なる部分を互いに当接させ、前記第１相対移動部の前記第１ガイド部に対する相対移動を停止可能としたものである。

本願の請求項１０に係る発明は、ワークを検出するプローブと、該プローブを支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構と、を備える三次元測定機において、前記移動機構が、第１相対移動部と、該第１相対移動部を１方向に相対移動可能とする第１ガイド部と、を備え、該第１相対移動部が、回転駆動源と該回転駆動源による回転を出力する駆動回転体を備える回転駆動機構と、該第１相対移動部の相対移動方向において両端が前記第１ガイド部に固定され、該駆動回転体の出力軸に係合するオープンベルトと、該オープンベルトが前記出力軸及び前記第１ガイド部に沿うように、該オープンベルトに係合して配置される複数のローラと、を備え、該複数のローラのうちの少なくとも１つの位置が調整可能とされ、該複数のローラのうちの少なくとも２つ以上の位置を相対的に変化させることで、前記オープンベルトの異なる部分を互いに当接させ、前記第１相対移動部の前記第１ガイド部に対する相対移動を停止可能としたものである。

本発明によれば、三次元測定機において、相応の精度を保ちながら簡便な構成で低コスト化が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る三次元測定機の一例を示す正面図 図１の三次元測定機の側面図 図１の三次元測定機のスピンドル上に配置されたガイドレールとオープンベルトの位置関係を示す図 図１の三次元測定機のＺ軸駆動部周辺を示す図（Ｚ軸駆動部を示す一部断面図（Ａ）、オープンベルトの歯とスピンドルの対峙面とを示す断面図（Ｂ）、オープンベルトの歯と出力軸の歯形を示す断面図（Ｃ）） 本発明の第２実施形態に係る三次元測定機のＺ軸駆動部周辺を示す図（Ｚ軸駆動部が相対移動可能な状態を示す図（Ａ）、Ｚ軸駆動部が相対移動不可能な状態を示す図（Ｂ）） 本発明の第３実施形態に係る三次元測定機のＺ軸駆動部周辺を示す図 本発明に係る比較例を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

本発明の三次元測定機に係る第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。

最初に、三次元測定機１００の全体構成を説明する。

三次元測定機１００は、図１に示す如く、ワークを検出するプローブ１０２と、プローブ１０２を支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構１１０と、を備える。移動機構１１０は、架台１０４に載置された定盤１０６上に固定された片持ちコラム１０８に設けられている。

ここで、プローブ１０２は、例えば、先端部１０２Ａが球とされたタッチ式プローブとされている（これに限定されず、プローブは倣いプローブや、非接触式プローブであってもよい）。プローブ１０２は、スピンドル１６２の下端部であって、先端部１０２Ａがスピンドル１６２の中心軸Ｑ上にくるように取り付けられている。

一方、架台１０４は、三次元測定機１００の電源や制御装置などを収納している。定盤１０６は、ワークが載置される場所であり、例えば、鉄あるいは花崗岩（黒御影石）などの石材とされている。片持ちコラム１０８は、図１に示す如く、略Ｔ型形状であり、定盤１０６の一端側に固定されている。図１に示す如く、片持ちコラム１０８の上端部は定盤１０６の一辺よりも長くされ、且つ、片持ちコラム１０８の下端部は定盤１０６の一辺よりも短くされている。このため、ワークの定盤１０６への出し入れが容易となっている。また、ワークが定盤１０６からはみ出すような大きさであっても、ワークの測定を行うことができる。片持ちコラム１０８は、ほぼ定盤１０６の大きさのワークをプローブ１０２で測定可能とする移動機構１１０を支持している。

以下、移動機構１１０について、より詳細に説明する。

移動機構１１０は、図１に示す如く、Ｘ軸移動機構１１２と、Ｙ軸移動機構１１８と、Ｚ軸移動機構１４０と、を備える。

Ｘ軸移動機構１１２は、図１、図２に示す如く、片持ちコラム１０８の上端部で支持されるＸ軸ガイド部１１４と、Ｘ軸ガイド部１１４でＸ方向に移動可能とされたＸ軸スライダ１１６と、を備える。Ｘ軸ガイド部１１４は、例えば、図示せぬ１対のガイドレールと、エンドレスベルトと、回転駆動源と、リニアエンコーダと、を備える。例えば、Ｘ軸スライダ１１６は、エンドレスベルトに固定され、１対のガイドレール上に配置されている。リニアエンコーダは、一方のガイドレールに沿って配置されている。回転駆動源は、例えばロータリーエンコーダとブレーキ付きのモータ（変速機構を備えてもよい）である。例えば、ロータリーエンコーダの出力でモータを制御し、実際のＸ軸スライダ１１６の位置はリニアエンコーダで測定する構成となっている（以下に示す回転駆動源とリニアエンコーダも同様の構成）。Ｘ軸スライダ１１６は、Ｙ軸移動機構１１８を一体に支持している。なお、エンドレスベルトは、複数の歯が設けられたタイミングベルトであってもよいし、歯が設けられていないベルトであってもよい（以下に示すエンドレスベルトも同様の構成）。

Ｙ軸移動機構１１８は、図１、図２に示す如く、Ｘ軸スライダ１１６に固定されるＹ軸ガイド部（第２ガイド部）１２０と、Ｙ軸ガイド部１２０でＹ方向（１方向）に相対移動可能とされたＹ軸スライダ（第２相対移動部）１３８と、を備える。Ｙ軸ガイド部１２０は、シャフト部１２２と、Ｙ軸駆動部１２４と、１対のガイドレール１３０と、を備える。シャフト部１２２は、図１、図２に示す如く、１対のガイドレール１３０を支持している。Ｙ軸駆動部１２４は、回転駆動源１２６と、エンドレスベルト１２８と、を備え、シャフト部１２２と一体とされている。本実施形態では、エンドレスベルト１２８の回転軸となる方向がＸ方向であり、１対のガイドレール１３０がエンドレスベルト１２８を上下で挟む構成となっている。このため、１対のガイドレール１３０で構成される平面上にエンドレスベルト１２８が配置されている構成である。Ｙ軸スライダ１３８は、エンドレスベルト１２８の上側（下側でもよい）に固定され、ガイドレール１３０上に配置されている。リニアエンコーダ１３２は、一方のガイドレール１３０に沿って配置されている。つまり、シャフト部１２２の側面（Ｚ方向下側）にリニアエンコーダ１３２のスケール１３４が配置され、Ｙ軸スライダ１３８にリニアエンコーダ１３２の検出器１３６が支持されている。Ｙ軸スライダ１３８は、Ｚ軸移動機構１４０を一体に支持している。

Ｚ軸移動機構１４０は、図１、図２に示す如く、Ｙ軸スライダ１３８に固定されるＺ軸駆動部（第１相対移動部）１４１と、Ｚ軸駆動部１４１をＺ方向（１方向）に相対移動可能とするスピンドル（第１ガイド部）１６２と、を備える（つまり、移動機構１１０は、更に、Ｚ軸駆動部１４１と一体に固定されたＹ軸スライダ１３８と、Ｙ軸スライダ１３８をＺ軸駆動部１４１の相対移動方向（Ｚ方向）と直交する１方向に相対移動可能とするＹ軸ガイド部１２０と、を備えている構成である）。

Ｚ軸駆動部１４１は、図１、図４（Ａ）に示す如く、回転駆動機構１４２と、オープンベルト１６４と、を備える。回転駆動機構１４２は、回転駆動源１４８と、回転駆動源１４８による回転を出力する駆動プーリ（駆動回転体）１５０と、を備える。ここで、図４（Ａ）に示す如く、回転駆動源１４８の軸心Ｏの位置と駆動プーリ１５０の軸心Ｐの位置とがＺ方向において異なる。このとき、本実施形態では、図１、図４（Ａ）に示す如く、駆動プーリ１５０に対して、反回転駆動源側にＹ軸ガイド部１２０が配置されている。回転駆動源１４８と駆動プーリ１５０とは、Ｙ軸スライダ１３８に固定されるフレーム部１４４に取り付けられている。駆動プーリ１５０は、回転駆動源１４８とエンドレスベルト１５２で連結されている。

図４（Ａ）に示す如く、駆動プーリ１５０の軸心Ｐには、オープンベルト１６４に係合する出力軸１５４が設けられている。本実施形態では、オープンベルト１６４は、図４（Ｃ）に示す如く、Ｘ方向で出力軸１５４よりも上側に配置される。即ち、出力軸１５４は、図４（Ａ）に示す如く、スピンドル１６２とオープンベルト１６４との間に配置されている構成となっている。なお、オープンベルト１６４は、例えば、ファイバー入りのゴム製であり、Ｚ軸駆動部１４１の相対移動方向（Ｚ方向）において両端がベルト止め部１６４Ａ、１６４Ｂでスピンドル１６２の凹部１６２Ａに固定されている。オープンベルト１６４は、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す如く、複数の歯が設けられたタイミングベルトとされ、且つ出力軸１５４にはタイミングベルトの複数の歯に噛み合う歯形が設けられている。

スピンドル１６２は、図１、図２に示す如く、鉛直方向であるＺ方向に移動し、その下端部でプローブ１０２を支持している。スピンドル１６２は、例えばアルミニウム製で中空の構造とされ、プローブ１０２を安定的に支持可能な最低限の剛性を備えている。オープンベルト１６４をＺ軸駆動部側（Ｘ方向）から正面視した場合のスピンドル１６２の両側面（の中央部）には、図２に示す如く、１対のガイドレール１６８が設けられている。即ち、スピンドル１６２に、オープンベルト１６４を挟んでＺ軸駆動部１４１をＺ方向に移動可能とする１対のガイドレール１６８が設けられている構成である。さらに言えば、図３に示す如く、１対のガイドレール１６８の間の中央にオープンベルト１６４が配置されている構成である。ここで、オープンベルト１６４はスピンドル１６２の凹部１６２Ａに配置されているので、図１に示す如く、ガイドレール１６８からオープンベルト１６４までの距離Ｌ０は短くされている。

図４（Ａ）に示す如く、１対のローラ（アイドラあるいはテンショナとも称する）１５６、１５８がそれぞれ、Ｘ方向において、駆動プーリ１５０の軸心Ｐよりもスピンドル１６２の対峙面側の近傍に配置されている。同時に、１対のローラ１５６、１５８はそれぞれ、Ｚ方向で出力軸１５４を挟むように対称的にフレーム部１４４に回転可能に配置されている。１対のローラ１５６、１５８の高さはそれぞれ、ボルトＢＴで調整される。１対のローラ１５６、１５８は、Ｘ方向で下側にくるオープンベルト１６４をスピンドル１６２の対峙面１６６に押しつけるようにされている。同時に、１対のローラ１５６、１５８は、出力軸１５４の外周にオープンベルト１６４を、より長い距離で当接させている。即ち、Ｚ軸駆動部１４１は、オープンベルト１６４が出力軸１５４及びスピンドル１６２に沿うように、オープンベルト１６４に係合して配置される２つのローラ１５６、１５８を備えている構成である。なお、フレーム部１４４には、ローラ１５８のＺ方向真横の部分にねじ穴が設けられている。このねじ穴にはローラ１５８の回転軸をＺ方向に移動可能とする調整ねじ１４６が螺合している。このため、調整ねじ１４６のねじ穴への螺合状態を変更することで、ローラ１５８の位置は調整可能とされている。

図２に示す如く、スピンドル１６２の背面（オープンベルト１６４の配置されている反対側の表面）の凹部１６２Ｂには、リニアエンコーダ１７２が配置されている。つまり、スピンドル１６２の凹部１６２Ｂの表面にリニアエンコーダ１７２のスケール１７４が取り付けられ、且つフレーム部１４４から伸びる延在部１６０に、リニアエンコーダ１７２の検出器１７６が支持されている。なお、符号１７０は、スピンドル１６２の脱落を防止するためのストッパである。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する前に、図７に示す比較例を説明する。比較例では、オープンベルトの代わりにエンドレスベルトを用いて、Ｚ軸移動機構を実現することを想定している。具体的に、比較例では、スピンドルＳＰの表面にガイドレールＧＲを配置し、その上でＺ軸スライダＭＢが移動可能とされている。このとき、Ｚ軸駆動部ＦＲは、回転駆動源ＲＢと駆動プーリＤＰとを備え、スピンドルＳＰに固定されている。回転駆動源ＲＢの出力により、エンドレスベルトＬＢ１を介して駆動プーリＤＰが回転する。エンドレスベルトＬＢ２でＺ軸スライダＭＢを移動させるために、図７では駆動プーリＤＰと対となる従動プーリＰＰが設けられ、Ｚ軸スライダＭＢとガイドレールＧＲとの間にエンドレスベルトＬＢ２が配置されている。エンドレスベルトＬＢ２にＺ軸スライダＭＢの一部が固定されている。

即ち、比較例では、エンドレスベルトＬＢ２を用いているので、エンドレスベルトＬＢ２の占有する体積を確保する必要がある。このため、ガイドレールＧＲとエンドレスベルトＬＢ２の（Ｘ方向の）上部までの距離Ｌ１を長くとらざるを得ない構成となっている（オフセットの必要な構造）。つまり、比較例では、Ｚ軸スライダＭＢの重心を低くすることが困難である。よって、比較例では、Ｚ軸移動機構をコンパクトにすること、高速移動をすること、及び移動に伴うＺ軸スライダＭＢのピッチングやヨーイングなどの傾き等を防止することを実現することも困難である。

同時に、比較例では、従動プーリＰＰ、エンドレスベルトＬＢ２で生じるＺ軸スライダＭＢの位置を維持するための部材、及びＺ軸駆動部ＦＲとは分離したＺ軸スライダＭＢを必要としている。また、エンドレスベルトＬＢ２を用いることで、そのストロークに応じて、ストローク毎にエンドレスベルトＬＢ２のテンションを調整するためのテンションバーが必要となる。このため、比較例では、Ｚ軸移動機構の複雑化、大型化、及び大重量化を招くおそれがある。更には、比較例では、ストロークが長くなるほど駆動プーリＤＰと従動プーリＰＰとが離れるため、エンドレスベルトＬＢ２のテンションの調整に余計に時間を要することも想定される。

これに対して、本実施形態では、上述してきたように、オープンベルト１６４の両端が、スピンドル１６２の表面に固定されている（オフセットの不要な構造）。つまり、オープンベルト１６４の占有する体積は小さく、ガイドレール１６８とオープンベルト１６４までの距離Ｌ０を、距離Ｌ１よりもはるかに短くすることができる。このため、本実施形態では、Ｚ軸駆動部１４１の重心を低くすることが容易である。同時に、Ｚ軸移動機構１４０をコンパクトにすること、高速移動をすること、及び移動に伴うＺ軸駆動部１４１のピッチングやヨーイングなどの傾きや倒れやねじれを防止すること等も容易に実現することができる。

また、本実施形態では、比較例で必要とした従動プーリＰＰ、エンドレスベルトＬＢ２で生じるＺ軸スライダＭＢの位置を維持するための部材を不要とすることができる。同時に、Ｚ軸駆動部１４１自体をスピンドル１６２に対して相対移動させることで、使用する部材の体積と重量を減容している。このため、比較例に比べて、Ｚ軸移動機構１４０の簡素化、小型化、及び軽量化を実現することができる。これらに伴い、本実施形態では、Ｚ軸移動機構１４０の共振周波数を高くすることができるので、応答速度を上げることができる。つまり、Ｚ軸移動機構１４０の制御性を高くでき、高速応答が可能である。

更に、本実施形態では、スピンドル１６２とオープンベルト１６４の長さを変えるだけで、テンションバー等がなくてもストロークを長くすることができる。つまり、Ｚ軸駆動部１４１の構成をそのまま流用して、スピンドル１６２のストロークを容易に変更することが可能である。同時に、本実施形態では、ストローク変更を行ってもオープンベルト１６４の調整のための時間が余計にかかることはなく、優れた組み立て性が見込める。

なお、オープンベルト１６４の代わりに、例えばラックとピニオンの組み合わせを想定する。すると、ラックとピニオンの部分が鉄製とならざるを得ない。ここで、スピンドルをアルミニウムで成形すると、鉄とアルミニウムの組み合わせが生じてしまい、測定精度からくる使用温度域が限定されてしまう結果となる。しかしながら、本実施形態では、スピンドル１６２がアルミニウム製で中空の構造であり、オープンベルト１６４がファイバー入りのゴム製で長さを容易に調整できる。このため、本実施形態では、ラックとピニオンの組み合わせとする場合に比べて、測定精度からくる使用温度域を、より広範囲にすることができる。同時に、Ｚ方向に移動するスピンドル１６２の重量を、より軽くすることができる。

また、本実施形態では、駆動回転体は、駆動プーリ１５０とされ、回転駆動源１４８とエンドレスベルト１５２で連結されている。このため、回転駆動機構１４２を、軽量・小型に構成でき、且つ低コスト化することができる。なお、これに限らず、回転駆動機構が変速機と回転駆動源との組み合わせであってもよい。

また、本実施形態では、スピンドル１６２に、オープンベルト１６４を挟んでＺ軸駆動部１４１をＺ方向に移動可能とする１対のガイドレール１６８が設けられている。加えて、１対のガイドレール１６８の間の中央にオープンベルト１６４が配置されている。更には、スピンドル１６２の側面の中央部にも１対のガイドレール１６８が設けられている。このため、１対のガイドレール１６８に直接接触するスライド部を高精度にすることなく、スピンドル１６２の傾斜を防止でき、オープンベルト１６４を介してスピンドル１６２を相応の位置再現性で上下動させることができる。なお、これに限らず、１対のガイドレールの間の中央にオープンベルトが配置されていなくてもよい。あるいは、スピンドルの側面の中央部から外れた位置に１対のガイドレールが設けられていてもよい。その際であっても、スライド部に、より精度の高い部材を用いることで、スピンドルの傾斜を防止して、オープンベルトを介してスピンドルを相応の位置再現性で上下動させることができる。勿論、ガイドレールは１対でなく１つであってもよい。

また、本実施形態では、出力軸１５４が、スピンドル１６２とオープンベルト１６４との間に配置されている。このため、不意の外力が加わっても、出力軸１５４からオープンベルト１６４が外れることを低減することができる。なお、これに限らず、出力軸がオープンベルトの外側で係合する構成であってもよい。

また、本実施形態では、オープンベルト１６４が複数の歯が設けられたタイミングベルトとされ、且つ出力軸１５４には複数の歯に噛み合う歯形が設けられている。このため、出力軸１５４におけるオープンベルト１６４の滑りを防止できるので、スピンドル１６２の正確な位置決めが可能である。なお、これに限らず、スピンドルのオープンベルトに対峙する面にも歯形が設けられていてもよい。この場合には、スピンドル１６２の、より正確な位置決めが可能である。あるいは、オープンベルトが全く歯形を備えないベルトであってもよい。

また、本実施形態では、Ｚ軸移動機構１４０のスピンドル１６２にオープンベルト１６４の構成が適用され、スピンドル１６２がプローブ１０２を支持している。即ち、Ｚ軸移動機構１４０が、小型・軽量化され、更に高速応答可能となるので、Ｚ軸移動機構１４０を支持するＸ軸移動機構１１２とＹ軸移動機構１１８とを小型・軽量化することができる。同時に、Ｘ軸移動機構１１２とＹ軸移動機構１１８とを高速応答可能とすることで、移動機構１１０全体を小型・軽量化し、更に高速応答可能とすることができる。結果的には、プローブ１０２の位置制御を高精度化することができる。なお、これに限らず、Ｚ軸移動機構のスピンドルにオープンベルトの構成を適用した際に、Ｚ軸駆動部がプローブを支持する構成となっていてもよい。あるいは、オープンベルトの構成をＸ軸移動機構やＹ軸移動機構に適用してもよい。その際には、Ｚ軸移動機構にオープンベルトの構成を適用しなくてもよい。

なお、本実施形態では、Ｘ軸移動機構１１２とＹ軸移動機構１１８とにエンドレスベルト１２８等の構成を適用していたが、これに限定されず、いずれにもボールねじの構成を適用してもよい。

また、本実施形態では、移動機構１１０が、更に、Ｚ軸駆動部１４１と一体に固定されたＹ軸スライダ１３８と、Ｙ軸スライダ１３８をＹ方向に相対移動可能とするＹ軸ガイド部１２０と、を備えている。そして、回転駆動源１４８の軸心Ｏの位置と駆動プーリ１５０の軸心Ｐの位置とがＺ方向において異なる。このときに、駆動プーリ１５０に対して、反回転駆動源側にＹ軸ガイド部１２０が配置されている。即ち、発熱体となる回転駆動源１４８が駆動プーリ１５０に対してＹ軸ガイド部１２０の反対側に配置される。このため、Ｙ軸ガイド部１２０への熱的影響を低減でき、Ｙ軸移動機構１１８における移動精度の低下を防止することができる。更には、図１に示す如く、Ｚ軸駆動部１４１で回転駆動源１４８がＺ方向の最も上側に配置されるので、回転駆動源１４８の放熱が容易であり、且つ回転駆動源１４８の熱が他の部材に影響を及ぼすことを低減することができる。なお、これに限らず、回転駆動源が駆動プーリに対してＹ軸ガイド部と同一側であってもよい。勿論、回転駆動源が、Ｚ方向において、Ｙ軸ガイド部の下側に配置されてもよい。

また、本実施形態では、Ｚ軸駆動部１４１は、オープンベルト１６４が出力軸１５４及びスピンドル１６２に沿うように、オープンベルト１６４に係合して配置される１対（２つ）のローラ１５６、１５８を備えている。このため、出力軸１５４へのオープンベルト１６４の係合長さを増大できるので、出力軸１５４においてオープンベルト１６４の滑りを防止できる。そして、オープンベルト１６４及び出力軸１５４の摩耗も低減でき、長寿命化することができる。同時に、Ｚ軸駆動部１４１をスピンドル１６２にできるだけ接近させることができるので、Ｚ軸駆動部１４１の重心位置を、より安定して低くすることができる。つまり、Ｚ軸駆動部１４１に対するスピンドル１６２の位置決めを、より正確に行うことができる。なお、これに限らず、ローラは、なくてもよいし、１つでもよい。あるいは、ローラが３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、ローラ１５８の位置は調整ねじ１４６で調整可能とされている。このため、オープンベルト１６４の張力を調整できるので、例えば、温度変動等があった際に、その温度変動に対しての張力の調整をすることができる。例えば、温度が高ければスピンドル１６２が伸びるので、オープンベルト１６４の張力を下げるようにする、あるいは温度が低ければスピンドル１６２が縮むので、オープンベルト１６４の張力を上げるようにすることができる。このような動作は、温度センサを設けて自動で調整するようにしてもよい。なお、これに限らず、２つのローラの位置が互いに調整可能とされていてもよい。あるいは、工場出荷時に使用温度域をカバーできるようにオープンベルトの張力は調整されるので、全くローラの位置が調整可能とされていなくてもよい。

従って、本実施形態によれば、三次元測定機１００において、互いにストロークが異なってもＺ軸駆動部１４１の構成の共通化もでき、相応の精度を保ちながら簡便な構成で低コスト化が可能である。具体的には、組み立て性が優れていることもあり、三次元測定機１００を汎用的且つ低価格とすることができる。そして、精密に温度が管理された場所ではない、工場などの広範囲な温度環境の現場で、三次元測定機１００を使用することができる。つまり、本実施形態によれば、ワークを手軽に測定でき、低コストを保ちながら相応の測定精度を確保可能である。

なお、本実施形態では、スピンドル１６２とバランスをとるためのバランスウエイトを備えていない。このため、Ｚ軸移動機構１４０を、より簡素且つ小型とすることができる。勿論、バランスウエイトが備えられた構成をＺ軸移動機構が採用してもよい。

本発明について上記実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

例えば、第１実施形態では、２つのローラ１５６、１５８が用いられ、ローラ１５８の位置のみが調整可能とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す第２実施形態の如くであってもよい。第２実施形態では、第１実施形態とは主にローラの数とその機能が異なるだけなので、出力軸とローラとオープンベルトに係る構成以外は説明を省略する。

第２実施形態では、４つのローラ２５６、２５７、２５８、２５９の位置を相対的に変化させることで、オープンベルト２６４の異なる部分を互いに当接させ、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動が停止可能となっている。

具体的には、２つのローラ２５６、２５８はそれぞれ、第１実施形態の２つのローラ１５６、１５８に対応している。つまり、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、２つのローラ２５６、２５８がそれぞれ、Ｘ方向において、駆動プーリ２５０の軸心Ｐよりもスピンドル２６２の対峙面側の近傍に配置されている。同時に、２つのローラ２５６、２５８はそれぞれ、Ｚ方向で出力軸２５４を挟むように対称的にフレーム部（図示せず）に回転可能に配置されている。但し、図５（Ａ）の白抜き矢印に示す如く、２つのローラ２５６、２５８は、Ｚ方向において、互いに離間する側に同一距離だけ移動可能とされている。

そして、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、２つのローラ２５７、２５９がそれぞれ、Ｘ方向において、駆動プーリ２５０の軸心Ｐと２つのローラ２５６、２５８との間の同一位置に配置されている。同時に、２つのローラ２５７、２５９はそれぞれ、Ｚ方向で出力軸２５４を挟むように対称的にフレーム部（図示せず）に回転可能に配置されている。但し、図５（Ａ）の白抜き矢印に示す如く、２つのローラ２５７、２５９は、Ｚ方向において、互いに接近する側に同一距離だけ移動可能とされている。なお、４つのローラ２５６、２５７、２５８、２５９の移動は、カム機構等（図示せず）を利用して容易に同期させることができる。

まず、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動を可能とする場合には、図５（Ａ）に示す如く、ローラ２５６、２５８はＺ方向で互いに最も接近した状態であり、且つローラ２５７、２５９はＺ方向で互いに最も離間した状態である。結果的には、ローラ２５６、２５７とローラ２５８、２５９とはそれぞれ、Ｚ方向でほぼ同一の位置に配置される。なお、ローラ２５６、２５８間の距離よりもローラ２５７、２５９間の距離の方が若干狭く、全てのローラ２５６、２５７、２５８、２５９がオープンベルト２６４と係合している。次に、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動を停止させる場合には、図５（Ｂ）に示す如く、ローラ２５７、２５９の内側にくるオープンベルト２６４の２つの異なる部分が互いに当接するまで、ローラ２５７、２５９をＺ方向で互いに接近させる。同時に、ローラ２５６、２５８の内側にくるオープンベルト２６４の２つの異なる部分にかかる張力を図５（Ａ）の状態から許容範囲（オープンベルト２６４の弾性変形範囲内）でしか変化しないように、ローラ２５６、２５８をＺ方向で互いに離間させる。これら一連の動作は、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動の停止のための停止ボタンを設けて、その停止ボタンが押された際に自動で行うようにしてもよい。

第２実施形態では、４つのローラ２５６、２５７、２５８、２５９の移動で、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動を停止させるので、停止状態を回転駆動源の電力で保持する場合に生じる消費電力を低減することができる。また、回転駆動源のブレーキに係る機構が簡素化できるので、回転駆動源の小型・低コスト化が期待できる。なお、これに限らず、ローラ２５６、２５７（あるいはローラ２５８、２５９）の位置が変化せず、ローラ２５８、２５９（あるいはローラ２５６、２５７）の位置のみが変化することで、Ｚ軸駆動部のスピンドル２６２に対する相対移動を停止させるようにしてもよい。

また、第１実施形態では、ガイドレール１６８がスピンドル１６２の側面に設けられ、且つ回転駆動源１４８がスピンドル１６２に沿うように配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示す第３実施形態の如くであってもよい。第３実施形態では、第１実施形態とは主にガイドレールの位置と回転駆動源の位置とが異なるだけなので、ガイドレールと回転駆動源に係る構成以外は、符号の下２桁を同一として説明を省略する。

第３実施形態では、Ｚ軸駆動部３４１からの正面視において、スピンドル３６２の表面にオープンベルト３６４とガイドレール３６８とが配置されている。即ち、オープンベルト３６４とガイドレール３６８とのＸ方向における距離はない状態とされている。また、フレーム部３４４に支持された回転駆動源３４８の軸心Ｏの位置と駆動プーリ３５０の軸心Ｐの位置とは、Ｚ方向において同一とされている。

本実施形態では、オープンベルト３６４とガイドレール３６８とが同一平面上にあるので、よりＺ軸駆動部３４１の共通化を促進することが期待できる。

本発明は、ワークの三次元形状を測定するため使用される三次元測定機に広く適用することができる。

１００…三次元測定機
１０２…プローブ
１０２Ａ…先端部
１０４…架台
１０６…定盤
１０８…片持ちコラム
１１０…移動機構
１１２…Ｘ軸移動機構
１１４…Ｘ軸ガイド部
１１６…Ｘ軸スライダ
１１８…Ｙ軸移動機構
１２０…Ｙ軸ガイド部
１２２…シャフト部
１２４…Ｙ軸駆動部
１２６、１４８、３４８、ＲＢ…回転駆動源
１２８、１５２、３５２、ＬＢ１、ＬＢ２…エンドレスベルト
１３０、１６８、３６８、ＧＲ…ガイドレール
１３２、１７２…リニアエンコーダ
１３４、１７４…スケール
１３６、１７６…検出器
１３８…Ｙ軸スライダ
１４０…Ｚ軸移動機構
１４１、３４１、ＦＲ…Ｚ軸駆動部
１４２…回転駆動機構
１４４、３４４…フレーム部
１４６…調整ねじ
１５０、２５０、３５０、ＤＰ…駆動プーリ
１５４、２５４、３５４…出力軸
１５６、１５８、２５６、２５７、２５８、２５９、３５６、３５８…ローラ
１６０…延在部
１６２、２６２、３６２、ＳＰ…スピンドル
１６２Ａ、１６２Ｂ…凹部
１６４、２６４、３６４…オープンベルト
１６４Ａ、１６４Ｂ…ベルト止め部
１６６…対峙面
１７０…ストッパ
ＢＴ…ボルト
Ｌ０、Ｌ１…距離
ＭＢ…Ｚ軸スライダ
Ｏ、Ｐ…軸心
ＰＰ…従動プーリ
Ｑ…中心軸

Claims (10)

1. ワークを検出するプローブと、該プローブを支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構と、を備える三次元測定機において、
   前記移動機構は、第１相対移動部と、該第１相対移動部を１方向に相対移動可能とする第１ガイド部と、を備え、
   該第１相対移動部は、回転駆動源と該回転駆動源による回転を出力する駆動回転体を備える回転駆動機構と、該第１相対移動部の相対移動方向において両端が前記第１ガイド部に固定され、該駆動回転体の出力軸に係合するオープンベルトと、を備え、
   前記移動機構は、更に、前記第１相対移動部と一体に固定された第２相対移動部と、該第２相対移動部を前記相対移動方向と直交する１方向に相対移動可能とする第２ガイド部と、を備え、
   前記回転駆動源の軸心の位置と前記駆動回転体の軸心の位置とが前記相対移動方向において異なる際には、
   前記駆動回転体に対して、反回転駆動源側に前記第２ガイド部が配置されている
   ことを特徴とする三次元測定機。
2. 前記駆動回転体は、駆動プーリとされ、前記回転駆動源とエンドレスベルトで連結されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定機。
3. 前記第１ガイド部に、前記オープンベルトを挟んで前記第１相対移動部を前記相対移動方向に移動可能とする１対のガイドレールが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元測定機。
4. 前記出力軸は、前記第１ガイド部と前記オープンベルトとの間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元測定機。
5. 前記オープンベルトは複数の歯が設けられたタイミングベルトとされ、且つ前記出力軸には前記複数の歯に噛み合う歯形が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元測定機。
6. 前記第１ガイド部は、鉛直方向であるＺ方向に移動するスピンドルとされ、前記プローブを支持していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の三次元測定機。
7. 前記第１相対移動部は、前記オープンベルトが前記出力軸及び前記第１ガイド部に沿うように、該オープンベルトに係合して配置される複数のローラを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元測定機。
8. 前記複数のローラのうちの少なくとも１つの位置は調整可能とされていることを特徴とする請求項７に記載の三次元測定機。
9. 前記複数のローラのうちの少なくとも２つ以上の位置を相対的に変化させることで、前記オープンベルトの異なる部分を互いに当接させ、前記第１相対移動部の前記第１ガイド部に対する相対移動が停止可能となることを特徴とする請求項８に記載の三次元測定機。
10. ワークを検出するプローブと、該プローブを支持し互いに直交するＸＹＺ方向への移動を可能とする移動機構と、を備える三次元測定機において、
    前記移動機構は、第１相対移動部と、該第１相対移動部を１方向に相対移動可能とする第１ガイド部と、を備え、
    該第１相対移動部は、回転駆動源と該回転駆動源による回転を出力する駆動回転体を備える回転駆動機構と、該第１相対移動部の相対移動方向において両端が前記第１ガイド部に固定され、該駆動回転体の出力軸に係合するオープンベルトと、該オープンベルトが前記出力軸及び前記第１ガイド部に沿うように、該オープンベルトに係合して配置される複数のローラと、を備え、
    該複数のローラのうちの少なくとも１つの位置は調整可能とされ、
    該複数のローラのうちの少なくとも２つ以上の位置を相対的に変化させることで、前記オープンベルトの異なる部分を互いに当接させ、前記第１相対移動部の前記第１ガイド部に対する相対移動が停止可能となる
    ことを特徴とする三次元測定機。