JPH0131566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、三次元測定機に関するものである。

三次元測定機は、三次元的に移動可能な測定子
を被測定物に当接させ、その測定子の移動変位か
ら被測定物の形状や寸法を測定するものである。
使用態様からみると、被測定物の型形状等をデー
タとして把握するために測定子を被測定物に順次
当接させ、その各位置でのデータを読み取るよう
にしたいわば型取用測定機と、被測定物の寸法等
が基準寸法に対する許容範囲内であるか否かを検
査するためのいわば検査用測定機とに分類され
る。

従来、このような測定機の構造は、両使用態様
に供せられるように、かつまた計測精度がμｍオ
ーダを確保できるように、門型に構成したものが
主である。この場合、門型を構成する横桁を例え
ばＹ軸線方向へ移動自在とした場合、その横桁に
Ｘ軸線方向へ移動するスライダを、そのスライダ
に案内部材を介してＺ軸線方向へ移動するスライ
ダを、順次積重ねるようにして取付ける構成であ
る。

ところが、このような構成であると、可動部分
特に横桁にかかる重量が大きいため、イナーシヤ
が大きくそれらの可動部分を高速駆動させること
は極めて困難である。その上、門型構造であるこ
とによつて、測定機全体が大きくなるわりには測
定範囲が制限される欠点をもつ。

本発明の目的は、高速駆動が可能で、かつ有効
測定範囲を拡大させることができる三次元測定機
を提供することにある。

そのため、本発明では、基台に、鉛直方向のＺ
軸線を中心として回動可能な回転テーブルを水平
面内に含まれるＸ軸線方向へ移動自在に設けると
ともに、Ｘ軸およびＺ軸の両方に直交するＹ軸線
方向へ向つて互いに平行な第１および第２のＹ軸
線方向案内部材を設け、第１のＹ軸線方向案内部
材にＹ方向スライダをＹ軸線方向へ移動自在に設
け、このＹ方向スライダに、下端が第２のＹ軸線
方向案内部材に摺動自在なＺ軸線方向案内部材を
Ｚ軸線方向へ変位可能に転倒防止用の連結具を介
して連結し、このＺ軸線方向案内部材にＺ軸線方
向へ移動自在なＺ方向スライダを介してプローブ
を取付け、前記回転テーブル上に載置された被測
定物とプローブとを相対移動させる際、Ｘ軸線方
向における可動部をＹ、Ｚ軸線方向における可動
部と分離し、かつＹ軸線方向へ移動するＹ方向ス
ライダに連結されたＺ軸線方向案内部材の下端を
第２のＹ軸線方向案内部材に摺動自在に支持させ
てＺ軸線方向案内部材とＺ方向スライダとがなす
重心の直下に第２のＹ軸線方向案内部材がくるよ
うにし、垂直荷重のほとんどをこのＹ軸線方向案
内部材に支持させることにより、そのＹ方向スラ
イダにかかるＺ軸線方向案内部材およびＺ方向ス
ライダの荷重を軽減し、かつ、Ｚ軸線方向案内部
材を水平方向に安定した状態で移動可能とし、こ
れによりＸ、Ｙ、Ｚ軸線方向へ移動するそれぞれ
の可動部にかかる荷重を軽減し、それらの可動部
の高速駆動を可能にする一方、回転テーブルをＺ
軸線を中心として回動可能にすることにより有効
測定範囲を拡大し、上記目的を達成しようとする
ものである。

以下、本発明の一実施例を図面について説明す
る。

第１図は本実施例の全体の外観を、第２図はそ
の一部を切欠いた側面をそれぞれ示している。こ
れらの図において、基台１は、両側に水平な摺動
面２を有するベツド３の一端部に、支台４が直角
にかつ一体的に立設されている。前記ベツド３の
上面には、載物台５がベツド３の長手方向（以下
Ｘ軸線方向といい、このＸ軸線は水平面内に含ま
れる）へ向つて摺動自在に設けられている。

前記載物台５は、第３図および第４図に示す如
く、前記ベツド３の上面に略正方形形状の枠体６
が移動自在に設けられ、この枠体６の上面中央に
円形の凹部７が形成され、この凹部７が底部に円
筒状の位置規制部材８が固定されているととも
に、その上方に回転テーブル９が上下方向へ昇降
自在にかつ回転自在に収納されている。前記位置
規制部材８には、その中心に昇降機構１０を収納
する収納穴１１が設けられているとともに、上面
外周縁の全周に鋸歯状の凹凸１２が連続的に形成
されている。前記昇降機構１０は、前記回転テー
ブル９を昇降させるもので、前記収納穴１１の上
部に昇降自在に収納されかつ上面に前記回転テー
ブル９の底面に当接するボールベアリング１３を
有する昇降枠１４と、前記収納穴１１の底面に固
定され昇降枠１４を昇降させるシリンダ１５とか
ら構成されている。また、前記回転テーブル９
は、その上面に治具円盤２１を着脱自在に係止す
る複数の係止突起２４を、下面に円筒状のスカー
ト部１６を有し、そのスカート部１６の上部に上
方へ向うに従つて径小となる円錐面１７が形成さ
れているとともに、スカート部１６の下面外周縁
に前記凹凸１２の１山を両側から挾む２つの突起
からなる係合部１８が120度間隔で形成されてい
る。前記治具円盤２１には、内部に前記係止突起
２４に係止される複数の係止孔２２が、外周に角
度位置検出用の切欠き２３がそれぞれ形成されて
いる。また、前記円錐面１７の全周には、回転テ
ーブル９が昇降機構１０の作動によつて上昇さ
れ、その回転テーブル９の係合部１８が位置規制
部材８の凹凸１２に対して外れた際、図示しない
駆動モータによつて駆動されるウオーム１９にか
み合う歯車部２０が形成されている。

また、前記基台１の一端側において、前記支台
４には第１のＹ軸線方向案内部材３１が、前記ベ
ツド３には第２のＹ軸線方向案内部材３２がそれ
ぞれ前記ベツド３の幅方向（以下Ｙ軸線方向とい
い、このＹ軸線は前記Ｘ軸線に直交され、かつ、
水平面内に含まれる）へ向つて固定されている。
前記第１のＹ軸線方向案内部材３１には、その前
面に鳩尾形状の係合突条３３がＹ軸線方向へ向つ
て形成され、この係合突条３３にＹ方向スライダ
３４の係合溝３５が摺動自在に嵌合されている。
係合溝３５には、第５図に示す如く、その各係合
面３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに係合突条３３の各係
合面３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃへ向つて圧縮空気を
噴出する噴出口を有する１個以上のエアーパツド
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃがそれぞれ設けられてい
る。これらの中で、下側の係合面３５Ｃに設けら
れたエアーパツド３６Ｃは、係合突条３３の係合
面３３Ｃに当接するように、スプリング３７によ
り付勢されている。従つて、他のエアーパツド３
６Ａ，３６Ｂもそれぞれ係合突条３３の係合面３
３Ａ，３３Ｂに当接された状態に常に保たれてい
る。

また、前記Ｙ方向スライダ３４には、その上下
面に互いに平行に取付けられた転倒防止用連結具
としての一対のばね部材４１Ａ，４１Ｂを介し
て、Ｚ軸線方向案内部材４２が前記ベツド３の長
手方向（Ｘ軸線方向）および幅方向（Ｙ軸線方
向）に対して直交方向（以下Ｚ軸線方向といい、
このＺ軸線方向は鉛直方向とする）へ変位可能に
連結されている。前記一対のばね部材４１Ａ，４
１Ｂは、略中央にＶ字状の切欠き４３が形成さ
れ、前記Ｚ軸線方向案内部材４２を直立状態のま
まＺ軸線方向へ僅か変位可能に支持し、このＺ軸
線方向案内部材４２の垂直荷重のほとんどを前記
第２のＹ軸線方向案内部材３２に支持させるよう
になつている。また、前記Ｚ軸線方向案内部材４
２には、その下端に前記第２のＹ軸線方向案内部
材３２の上面に対して圧縮空気を噴出しながら摺
動するエアーベアリング４４が、上端に滑車４５
がそれぞれ設けられているとともに、両側面に鳩
尾状の係合溝４６がＺ軸線方向へ向つて形成さ
れ、この係合溝４６にＺ方向スライダ４７が摺動
自在に嵌合されている。前記滑車４５には、一端
が前記Ｚ方向スライダ４７に、他端がＺ方向スラ
イダ４７の重量とバランスされた重錘４８にそれ
ぞれ連結されたロープ４９が巻回され、前記Ｚ軸
線方向案内部材４２、Ｚ方向スライダ４７および
重錘４８の３者のなす重心直下に第２のＹ軸線方
向案内部材３２の上面がくるようにされている。

また、前記Ｚ方向スライダ４７の前面にはプロ
ーブホルダ５０が設けられている。プローブホル
ダ５０には、プローブ交換装置５１によつて、複
数種のプローブ５２が選択的に取付けられるよう
になつている。プローブ交換装置５１は、Ｘ軸線
方向へ向つて進退自在でかつＸ軸線を中心として
回転可能な割出盤５３の周囲に複数種のプローブ
５２を把持した複数のチヤツク５４が設けられて
いる。また、各プローブ５２の先端には、所定の
形状の測定子５２Ａが設けられている。ここで、
プローブ５２がプローブホルダ５０に取付けられ
た状態において、その測定子５２Ａが被測定物Ｗ
に当接すると、接触信号が図示しない制御装置へ
与えられるようになつている。制御装置は、接触
信号が与えられたとき、載物台５のＸ軸線方向の
移動量、Ｙ方向スライダ３４のＹ軸線方向の移動
量およびＺ方向スライダ４７のＺ軸線方向の移動
量をそれぞれ読み取り、それらを測定値として表
示または印字するようになつている。

次に、本実施例の作用を説明する。まず、測定
に当つて、被測定物Ｗを治具円盤２１に対して所
定の姿勢に固定し、この治具円盤２１の係止孔２
２を回転テーブル９の係止突起２４に係止し、治
具円盤２１を回転テーブル９の上面にセツトした
後、測定作業を行う。

測定作業は、載物台５をベツド３に対して、Ｙ
方向スライダ３４を第１のＹ軸線方向案内部材３
１に対して、Ｚ方向スライダ４７をＺ軸線方向案
内部材４２に対してそれぞれ移動させ、プローブ
５２の測定子５２Ａを被測定物Ｗの測定面に当接
させる。すると、そのプローブ５２の測定子５２
Ａが被測定物Ｗの測定面に当接したとき、載物台
５のＸ軸線方向の移動量、Ｙ方向スライダ３４の
Ｙ軸線方向の移動量およびＺ方向スライダ４７の
Ｚ軸線方向の移動量がそれぞれ読み取られた後、
それらのＸ、Ｙ、Ｚ軸線方向の移動量が測定値と
して表示または印字される。

このようにして、例えば第２図に示す被測定物
Ｗの各測定面のうち、プローブ５２と対向した測
定面の測定が終了した後、他の測定面について測
定する場合には、載物台５の回転テーブル９をＺ
軸線を中心として水平方向へ回動させる。この場
合には、まずシリンダ１５を作動させる。シリン
ダ１５の作動により、昇降枠１４が上昇される
と、その上面のボールベアリング１３が回転テー
ブル９の底面に当接し、回転テーブル９も同時に
上昇される。すると、回転テーブル９は、まず係
合部１８が位置規制部材８の凹凸１２から外れ回
転可能な状態になつた後、更に上昇されると歯車
部２０がウオーム１９に噛合された状態となる。
ここで、ウオーム１９を駆動し、回転テーブル９
を所定角度回動させて停止させた後、シリンダ１
５を元の状態へ復帰させる。これにより、昇降枠
１４が下降されるに伴つて回転テーブル９も下降
されてゆき、その回転テーブル９の係合部１８が
位置規制部材８の凹凸１２に係合され、回転テー
ブル９は回動規制された状態で位置決めされる。
このようにして、被測定物Ｗの各測定面をプロー
ブ５２に順次対向させ、それらの各測定面につい
て測定を行う。

一方、これらの測定に当つて、プローブ５２の
交換を必要とする場合には、プローブ５２の中心
軸がプローブ交換装置５１の割出盤５３の中心軸
に一致するように、Ｚ方向スライダ４７をＺ軸線
方向案内部材４２に対して移動させた後、Ｙ方向
スライダ３４をプローブ交換装置５１へ向つて移
動させると、プローブホルダ５０に保持されてい
るプローブ５２がチヤツク５４に把持された状態
となる。ここで、割出盤５３をＸ軸線方向へ向つ
て前進（第１図中右方）させ、チヤツク５４に把
持されたプローブ５２をプローブホルダ５０から
抜き取つた後、割出盤５３を回動させ、所望のプ
ローブ５２がチヤツクホルダ５０に対応した位置
で停止させる。この後、割出盤５３をＸ軸線方向
へ向つて後退（第１図中左方）させ、選択したプ
ローブ５２をプローブホルダ５０に挿入させた
後、Ｙ方向スライダ３４をプローブ交換装置５１
から離れる方向へ移動させる。すると、プローブ
ホルダ５０に挿入されたプローブ５２は、プロー
ブ交換装置５１のチヤツク５４から外され、プロ
ーブホルダ５０に装着される。このようにして、
測定項目に応じてプローブ５２の交換を行なわせ
る。

従つて、本実施例によれば、基台１のベツド３
に被測定物Ｗを載置する載物台５をＸ軸線方向へ
向つて移動自在に設けるとともに、基台１の支台
４に第１のＹ軸線方向案内部材３１を介してＹ方
向スライダ３４をＹ軸線方向へ向つて移動自在に
設け、このＹ方向スライダ３４にＺ軸線方向案内
部材４２を介してプローブ５２を有するＺ方向ス
ライダ４７をＺ軸線方向へ移動自在に設けたの
で、つまり被測定物ＷをＸ軸線方向へ移動させる
ようにしたので、プローブ５２側ではそのプロー
ブ５２をＹ、Ｚ軸線方向へ移動させる機構だけで
よく、従つてＹ軸線方向へ移動するＹ方向スライ
ダ３４にかかる荷重をＺ軸線方向への駆動機構の
みに軽減することができる。更に、Ｚ軸線方向案
内部材４２を、一対の平行なばね部材４１Ａ，４
１Ｂを介して前記Ｙ方向スライダ３４にＺ軸線方
向へ変位可能に連結し、かつＺ軸線方向案内部材
４２の下端を第２のＹ軸線方向案内部材３２に摺
動自在に支持するようにしたので、そのＺ軸線方
向案内部材４２およびＺ方向スライダ４７の荷重
が第２のＹ軸線方向案内部材３２によつて受けら
れているため、Ｙ方向スライダ３４にかかる荷重
を軽減することができる。また、Ｚ軸線方向案内
部材４２、Ｙ方向スライダ４７および重錘４８の
３者のなす重心直下に第２のＹ軸線方向案内部材
３２が配置されたので、Ｚ軸線方向案内部材４２
は水平方向に安定した状態でＹ軸線方向へ移動す
ることができる。その結果、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸線方向
へ移動するそれぞれの可動部にかかる荷重が軽減
され、かつ、Ｙ方向スライダ３４に連結されたＺ
軸線方向案内部材４２が水平方向に安定した状態
で移動できることにより、これら各可動部を高速
駆動させることができる。

また、第１のＹ軸線方向案内部材３１とＹ方向
スライダ３４との間の摺動面にエアーパツド３６
Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを、第２のＹ軸線方向案内部
材３２と摺接するＺ軸線方向案内部材４２の下端
にエアーベアリング４４をそれぞれ設けたので、
Ｙ方向スライダ３４およびＺ軸線方向案内部材４
２を比較的小さな力で円滑に移動させることがで
きる。しかも、エアーパツド３６Ａ，３６Ｂ，３
６Ｃのうち、下側のエアーパツド３６ＣをＹ軸線
方向案内部材３１の係合突条３３に付勢してある
ので、Ｙ方向スライダ３４が常に係合突条３３に
付勢された状態にあるため、例えば熱変形があつ
たとしても、その間にガタが生じることがなく、
従つてプローブ５２にガタによる影響を与えるこ
とがない。

また、載物台５は、Ｘ軸線方向へ移動する枠体
６の中央に回転テーブル９を回動自在に設けた構
成なので、その回転テーブル９に治具円盤２１を
介して載置された被測定物Ｗを回転させることが
でき、従つて例えば被測定物Ｗの相対する面を測
定する場合にも被測定物を180度回転させるだけ
でよいため、プローブ５２の移動ストロークが少
なくて済み、結果として有効測定範囲を拡大する
ことができる。

また、枠体６に全周に鋸歯状の凹凸１２を有す
る位置規制部材８を固定し、この位置規制部材８
に対して回転テーブル９を昇降自在に設け、この
回転テーブル９に、その回転テーブル９の下降時
前記凹凸１２とかみ合う３組の係合部１８を、回
転テーブル９の上昇時ウオーム１９とかみ合う歯
車部２０をそれぞれ設けたので、回転テーブル９
を上昇させた状態で所定角度回転させた後下降さ
せると、その回転テーブル９は係合部１８が凹凸
１２にかみ合うことにより所定角度に位置決めさ
れると同時に回動規制されるため、回転テーブル
９を簡単な構成でかつ正確に位置決めおよび位置
規制することができる。しかも、係合部１８は
120度間隔でかつ凹凸１２の１山を挾む２つの突
起としたから、物体を空間の特定個所に静止させ
る６点支持法にかなうため、極めて再現性に優れ
測定機用の被測定物の位置決め手段として好適で
ある。その上、回転テーブル９を昇降させる昇降
機構１０を、シリンダ１５と、このシリンダ１５
によつて昇降される昇降枠１４とから構成し、昇
降枠１４の上面に回転テーブル９の底面に接する
ボールベアリング１３を設けたので、このボール
ベアリング１３によつて回転テーブル９を容易に
かつ円滑に回転可能な状態にすることができる。
更に、歯車部２０は円錐面１７に形成したので、
回転テーブル９の上昇時ウオーム１９に対して正
しくかみ合うため、両者の歯車がつぶれるような
ことはない。

なお、上記実施例では、第１のＹ軸線方向案内
部材３１に係合突条３３を、Ｙ方向スライダ３４
に係合溝３５をそれぞれ設けたが、係合突条３３
と係合溝３５とは逆でもよい。また、エアーパツ
ド３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃについても、係合突条
３３および係合溝３５のいずれに設けてもよい。
この場合、Ｙ方向スライダ３４が常に第１のＹ軸
線方向案内部材３１に付勢され、かつ下向へ向つ
て付勢されるように、エアーパツド３６Ａ，３６
Ｃのうちのいずれかを対応面へ向つて付勢する必
要がある。

また、位置規制部材８に係合部１８を、回転テ
ーブル９に凹凸１２を設けるようにしてもよい。
更に、係合部１８および凹凸１２の形状について
は、互いに係合する形状であれば、その他の形状
のものであつてもよい。

また、上記説明では、載物台５、Ｙ方向スライ
ダ３４、Ｚ方向スライダ４７およびプローブ交換
装置５１の駆動を個別に指令するようにしたが、
例えばコンピユータを利用し、被測定物Ｗの測定
項目と使用するプローブとを関連付けた測定手順
を予めプログラムし、そのプログラムに従つて載
物台５、Ｙ方向スライダ３４、Ｚ方向スライダ４
７およびプローブ交換装置５１の駆動を自動的に
制御するようにしてもよい。

以上の通り、本発明によれば、高速駆動が可能
で、かつ有効測定範囲が拡大した三次元測定機を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
全体の外観を示す斜視図、第２図はその一部を切
欠いた側面図、第３図は載物台の断面図、第４図
は載物台の要部を示す分解斜視図、第５図は第１
のＹ軸線方向案内部材とＹ方向スライダとの摺動
部の構造を示す部分断面図である。 １……基台、９……回転テーブル、３１……第
１のＹ軸線方向案内部材、３２……第２のＹ軸線
方向案内部材、３３……係合突条、３３Ａ，３３
Ｂ，３３Ｃ……係合面、３４……Ｙ方向スライ
ダ、３５……係合溝、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ…
…係合面、３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ……エアーパ
ツド、４１Ａ，４１Ｂ……ばね部材、４２……Ｚ
軸線方向案内部材、４７……Ｚ方向スライダ、５
２……プローブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基台と、この基台に水平面内に含まれるＸ軸
   線方向へ移動自在に設けられかつ鉛直方向のＺ軸
   線を中心として回動可能な回転テーブルと、前記
   基台にそれぞれ設けられ互いにＸ軸線およびＺ軸
   線の両方に直交するＹ軸線方向へ向かつて平行な
   第１のＹ軸線方向案内部材および第２のＹ軸線方
   向案内部材と、前記第１のＹ軸線方向案内部材に
   Ｙ軸線方向へ移動自在に設けられたＹ方向スライ
   ダと、このＹ方向スライダにＺ軸線方向へ変位可
   能に転倒防止用連結具を介して連結されかつ下端
   が前記第２のＹ軸線方向案内部材に摺動自在に支
   持されて垂直荷重のほとんどをこの第２のＹ軸線
   方向案内部材に支持されたＺ軸線方向案内部材
   と、このＺ軸線方向案内部材にＺ軸線方向へ移動
   自在に設けられたＺ方向スライダと、このＺ方向
   スライダに設けられたプローブとを具備したこと
   を特徴とする三次元測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記Ｚ軸線
   方向案内部材は、前記Ｙ方向スライダに対して、
   互いに平行な一対のばね部材を介してＺ軸線方向
   へ変位可能に連結されていることを特徴とする三
   次元測定機。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記第１のＹ軸線方向案内部材とＹ方向スラ
   イダとのいずれか一方にＹ軸線方向へ鳩尾状の係
   合突条を、他方にその係合突条に摺動自在に係合
   する係合溝をそれぞれ形成し、この係合突条と係
   合溝との各係合面にエアーパツドをそれぞれ介在
   させ、かつＹ方向スライダがＹ軸線方向案内部材
   および下方へ向かつて付勢されるようにいずれか
   のエアーパツドを付勢し、第１のＹ軸線方向案内
   部材にＹ方向スライダを移動自在に構成したこを
   特徴とする三次元測定機。