JPH02247517A - 三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車の車体パネルに代表されるような三次
元形状の被測定物の寸法測定を行うための三次元測定装
置に関する。

従来の技術 この種の三次元測定装置としては例えば特開昭６２−２
３２５０９号公報に開示されているものがある。この測
定装置は第８図に示すように、測定に先立って測定ロボ
ット１００のハンド１０１で治具置台１０２上の位置決
め治具１０３を把持して定盤１０４上に順次セットし、
その定盤１０４上の位置決め治具１０３の上にワークＷ
ａを位置決めしたのちに、ハンド１０１が測定用センサ
１０５に持ち替えてワークＷａの寸法測定を行うもので
ある。１０６は制御装置である。

また、上記の構造に代わるものとして特開昭６２−２４
２８１１号公報に開示されているものがある。これは上
記の構造を基本とした上で測定ロボットには測定用セン
サのみを持たせ、定盤の周囲には該定盤と治具置台との
間で位置決め治具の入れ替えを行う治具移載装置を独立
して設けているものである。

発明が解決しようとする課題 このような従来の測定装置においては、装置そのものの
設置場所の雰囲気条件によっては定盤１０４平面上にほ
こり等がたまるほか、被測定物Ｗａに付着して持ち込ま
れた異物が同様に定盤１０４平面上にたまることになる
。特に自動車の車体パネルのようにプレスによるせん断
加工を経て成形された被測定物Ｗａについては、プレス
時に生じた細かい切屑等が付着したままで持ち込まれる
ことが多い。

そして、上記のようにごみがたまった定盤１０４の平面
上に位置決め治具１０３をセットした場合には、ごみに
よる治具の位置決め誤差が直ちに測定誤差として測定精
度に影響することから、従来は実際の測定を行う前に必
ず作業者が定盤１０４上のごみを払拭するべく清掃を行
わなければならず、きわめて作業性が悪いものとなって
いる。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、測定に先立つて定盤の平面を
自動的に清掃する機能を有した三次元測定装置を提供す
ることにある。

課題を解決するための手段 本発明の三次元測定装置は、測定の基準となる平面を有
する定盤と、アーム先端にセンサヘッドを備えた測定母
機と、前記アームの先端に取り付けられてフィクスチャ
ユニットと清掃ユニットとを持ち替え可能なハンドと、
前記ハンドに把持されて測定母機の動きにより定盤上の
所定位置に位置決めされたのちに、被測定物を位置決め
する際の基準となる複数のフィクスチャユニットと、前
記ハンドに把持されて測定母機の動きにより定盤平面内
を移動し、定盤平面上のごみを吸い取りながら清掃する
清掃ユニットとを備えている。

清掃ユニットとしては、例えば定盤平面上のほこりや異
物の捕捉を目的とした回転式のブラシと、捕捉したほこ
りや異物等を吸い取って所定位置に集積する機・能を備
えたものが使用される。

作用 この構造によると、測定母機の制御装置に予め清掃ユニ
ットを移動させるべき軌跡等のデータを予めインプット
しておくことにより、測定に際しては先ず最初に測定母
機のハンドが清掃ユニットを把持し、上記のデータに基
づいて定盤平面上を移動することにより目動的に清掃が
行われる。

そして、清掃が終了すれば測定母機のハンドは清掃ユニ
ットに代わってフィクスチャユニットを把持し、複数の
フィクスチャユニットを順次定盤上の所定位置に位置決
めした上で、被測定物の投入を待って測定作業に移行す
る。

実施例 第１図は本発明の一実施例を示す装置全体の構成説明図
であって、１は装置の中心となる測定母機、２は測定の
基準となる平面２ａを有する定盤である。測定母機１は
定盤２上をＸ方向に移動可能なコラム３と、コラム３に
対してＹ方向に移動可能なキャリア４と、キャリア４に
対して２方向に移動可能なアーム５とを備えている。こ
れらのコラム３．キャリア４およびアーム５は、それぞ
れにサーボモータ６．７．８とボールねじ９．　１０等
のはたらきにより各軸方向に移動する。１１゜１２はレ
ールである。

定盤２上には被測定物であるワーク（この実施例では自
動車の車体パネルを例示している）Ｗを位置決めするた
めの高さの異なる複数のフィクスチャユニット１３．１
３・・・と清掃ユニット６０とが設けられている。また
、アーム５の一側面にはセンサヘッド１４が取り付けら
れ、反対側の面にはフィクスチャユニット１３もしくは
清掃ユニット６０を把持して移動させるためのハンド１
５が取り付けられている。センサヘッド１４はαおよび
β方向に旋回可能であって、またセンサヘッド１４およ
びハンド１５はいずれもアクチュエータ１６．１７のは
たらきによりＺ方向でのシフト動作が可能となっている
。つまり、センサヘッド１４とハンド１５は下降限位置
で選択的に使用されるものであって、いずれか一方、例
えば第６図に示すようにセンサヘッド１４が下降限位置
にある時には他方のハンド１５は上昇限退避位置で待機
している。そして、センサヘッド１４による測定系だけ
についてみたとき、測定母機１のＸ、Ｙ。

２方向の直交３軸の自由度にα、βの旋回２軸の自由度
を加えて全体として５軸の自由度を有している。

第２図および第３図はフイクスチャユニット１３とハン
ド１５の詳細を示す図で、フイクスチャユニット１３は
円筒状のノ＼ウジング１８の上下面にアルミニウム製の
ベースプレー）１９とヘッドプレート１９ａとを装着し
たもので、その中央部にはワーク受面となる球状のゲー
ジ２０を先端にもつシャフト２１が配設されている。そ
して、シャフト２１の上半部にはスプライン軸部２１ａ
が、また下半部には後述するナツト部材２９とともにボ
ールねじ２２を構成するスクリューシャフト部２１ｂが
それぞれに形成されており、スプライン軸部２１ａはヘ
ッドプレート１９ａ側のブツシュ２３とボールスプライ
ン結合されている。これにより、シャフト２１はハウジ
ング１８に対しその回転運動が阻止されて昇降動作のみ
が可能となっている。

ハウジング１８内には、ケース２４．電機子２５、マグ
ネット２６および中空シャフト２７等からなるモータ２
８が収容されており、モータ軸となる中空シャフト２７
には、スクリューシャフト部２１ｂと螺合するナツト部
材２９が一体に結合されている。したがって、モータ２
８のはたらきにより中空シャフト２７と一体のナツト部
材２９が回転運動することでシャフト２１が昇降動作す
る。そして、モータ２８と並んで位置検出器としてのロ
ータリーエンコーダ３０が設けられていることから、前
述したシャフト２１すなわちゲージ２０の高さ位置がロ
ータリーエンコーダ３０によって検出される。

ハウジング１８底部のベースプレート１９には、フィク
スチャユニット１３を定盤２上の所定位置に固定するた
めの電磁石３１が設けられている。

この電磁石３１はフェライト製の巻心３２とコイル３３
、およびベースプレート１９から外部に露出する磁性体
３４とから構成されており、この電磁石３１には、後述
するハンド１５側の可動電極４６とヘッドプレート１９
ａ上の固定電極４０との圧接により給電ケーブル３５を
介して励磁電流が給電される。つまり、給電によって磁
性体３４が定盤２をその磁力により吸着することでフィ
クスチャユニット１３が堅固に固定され、逆にフィクス
チャユニット１３を移動させる際には消磁電流を通電し
て上記の磁力を消磁させることで電磁石３１による吸着
力が解除されるようになっている。

また、ベースプレート１９には、フィクスチャユニット
１３を定盤２上で移動させる際に走行補助手段として機
能する空気軸受（静圧軸受）３６が設けられている。こ
の空気軸受３６は、ベースプレート１９の底面に形成さ
れたエアポケット部３７と、後述する空気導入口４１お
よびバイブ４９を介して圧縮空気が導入される空気供給
路３８と、この空気供給路３８から分岐形成されてエア
ポケット部３７に開口する複数の空気吹出口３９とから
構成されており、エアポケット部３７の圧力を高めるこ
とでフィクスチャユニット１３を微少量だけ浮上させる
ことができる。その結果として、定盤２上でフィクスチ
ャユニット１３を移動させる際に軽い操作力で移動させ
ることができるようになる。

ヘッドプレート１９ａには、前述した給電用の一対の固
定電極４０と、空気導入口４１を有するゴム製のシール
ブロック４２のほか、後述するノ１ンド１５との係合部
となるピンブロック４３が設けられている。このピンブ
ロック４３はヘッドプレート１９ａの円周上に複数個設
けられており、各ピンブロック４３の中央部には円錐状
の噛み合い面４４が形成されている。

一方、ハンド１５の先端のホルダプレート４５には、固
定電極４０に対向する一対の可動電極４６と、シールブ
ロック４２に対向する接続バイブ４７、およびピンブロ
ック４３に対向するピン４８が設けられている。可動電
極４６は図示外の電源に接続されるとともに、樹脂製の
ホルダ５０にスプリ、ング５１を介して上下動可能に弾
性支持され、ビン４８もまたスプリング５２を介して上
下動可能に弾性支持されている。

ここで、第２図および第３図では図示省略しであるが、
電磁石３１への給電用の電極４０．４６と同じ構成のも
う一組のモータ給電用の電極が設けられていて、これに
よってハンド１５側からモータ２８へ給電されるように
なっている。

第４図は清掃ユニット６０の詳細を示す図で、この清掃
ユニット６０は支持バー６１を中心として構成されてお
り、支持バー６１の上面にはブラケット６２を介して電
磁石６３が取り付けられている。また、支持バー６１の
両端部にはハンド１５側の可動電極４６に対応する給電
用の固定電極６４と、同じくハンド１５側の接続パイプ
４７に対応するシールブロック６５が設けられている。

そして、第４図に示すように支持バー６１の上方からハ
ンド１５を圧接させると、電極４６．６４を介して電磁
石６３に通電され、電磁石６３がハンド１５のホルダプ
レート４５を吸着することで清掃ユニット６０全体がハ
ンド１５に把持されるようになっている。同時に接続パ
イプ４７とシールブロック６５との圧接により、補助ブ
ロック６６を介して支持バー６１側に圧縮空気が供給さ
れる。

支持バー６１の下面中央部には、先端にブラシ６７を有
するカップ状のブラシホルダ６８がベアリング６９を介
して回転自在に支持されており、ブラシホルダ６８の上
端部には複数のブレード７０からなるファン７１が一体
に形成されている。

また、支持バー６１にはベンチュリノズル７２を有する
空気通路７３が形成されており、補助ブロック６６を通
して空気通路７３に導入された圧縮空気は支持バー６１
の他端のチャンバ部７４からフィルター７５を通して排
出される。

支持バー６１の一端下面には空気通路７３に連通するノ
ズル７６が取り付けられており、このノズル７６の先端
はファン７１の円周の接線方向を指向している。したが
って、空気通路７３に圧縮空気が導入されると、同時に
ノズル７６の先端から圧縮空気が吹き出し、この空気圧
力によってファン７１と一体のブラシ６７が回転するよ
うになっている。

ブラシホルダ６８の内周部は軸体７７の通路７８を介し
て空気通路７３であるベンチュリノズル７２のスロート
部に連通しており、したがって補助ブロック６６からチ
ャンバ部７４側に向かう圧縮空気の流れに応じて、ブラ
シホルダ６８内にはいわゆるスプレー作用によって空気
通路７３側に向かう負圧吸引力が生成されるようになっ
ている。

次に上記のように構成された測定装置の作用について説
明する。

先ず図示しない測定装置の制御盤の記憶部には、測定対
象となるワークＷの種類に応じて、必要とされるフィク
スチャユニット１３の数と種類、定盤２上でのフィクス
チャユニット１３の位置、ゲージ２０の高さ、センサヘ
ッド１４を移動すべき軌跡等に関するデータ、さらには
ワークＷが設計データ通りに仕上がっていると仮定した
ときの測定基準データが予め人力されている。また、定
盤２の平面２ａを清掃ユニット６０にて清掃するに際し
て、その平面２ａ上で清掃ユニット６ｏが移動すべき軌
跡に関するデータも同様に予め入力されている。

測定に先立って測定対象となるワークＷの種別データを
制御盤に入力すると、そのワークＷの種別に応じた前記
の各種のデータが呼び出される。

この時、複数のフィクスチャユニット１３．１３・・・
および清掃ユニット６０は第１図に示すように定盤上の
周縁部にまとめられて置かれており、かつそれらのフィ
クスチャユニット１３．１３・・・および清掃ユニット
６０の位置情報は制御盤側で把持されている。

そして、最初にアクチュエータ１６．１７のはたらきに
より第６図の状態からセンサヘッド１４が上昇する一方
でハンド１５が下降して第１図の状態となり、ハンド１
５は測定母機ｌの動きによって清掃ユニット６０（第１
図の仮想線位置）の真上まで移動する。

続いて、第４図に示すように、清掃ユニット６０の真上
から該清掃ユニット６０との位相合わせが施されたハン
ド１５がアーム５とともに下降すると、接続バイブ４７
とシールブロック６５同士、および可動電極４６と固定
電極６４同士が相互に圧接・係合する。その結果、可動
電極４６と固定電極６４との圧接により電磁石６３に通
電され、この電磁石６３のはたらきにより清掃ユニット
６０がハンド１５に吸着固定される。同時に図示外の電
磁弁が開き、接続バイブ４７とシールブロック６５およ
び補助ブロック６６を介して清掃ユニッ１−６０の空気
通路７３に圧縮空気が導入される。

その結果、ノズル７６からの空気の吹き出しによりブラ
シ６７が回転するとともに、ブラシホルダ６８内には空
気通路７３に向かう吸引力が作用するようになる。

こののち、制御盤からの指令に基づいてハンド１５に把
持された清掃ユニット６０が動き出し、ハンド１５は予
めインプットされている軌跡データ例えば第１図に示す
軌跡Ｑに沿って移動して定盤２の平面２ａを満遍なく清
掃する。すなわち、第４図に示すようにブラシホルダ６
８に支持されているブラシ６７が回転しながら移動する
と同時に、ブラシホルダ６８内には負圧吸引力が作用し
ていることから、定盤２の平面２ａ上にあるほこり、異
物等のごみはブラシ６７で捕捉されたのち、その負圧吸
引力により空気通路７３側に吸い込まれてチャンバ部７
４に収集される。

清掃ユニット６０による清掃が終了すると、ノ１ンド１
５は清掃ユニット６０を第１図の元の位置に戻し、電磁
石６３への通電を断つことにより清掃ユニット６０はハ
ンド１５から解放されて定盤２上に置かれる。そして、
ハンド１５は制御盤からの指示に基づいて第１図のフィ
ラスチャユニット１３側に移動して、複数のフィクスチ
ャユニット１３を測定対象となるワークＷを位置決めす
べき位置まで順次移動させる。

より詳しくは第２図のほか第３図および第５図に示すよ
うに、定盤２上に置かれたフィクスチ中ユニット１３の
真上から該フィクスチャユニット１３との位相合わせが
施されたハンド１５が下降すると、ビン４８とピンブロ
ック４３とが圧接・係合すると同時に、接続バイブ４７
とシールブロック４２同士、および可動電極４６と固定
電極４０同士が相互に圧接・係合する。

この時、各フィクスチャユニット１３は電磁石３１の残
留磁気による吸着力によって定盤２に吸着固定されてい
るので、先ず可動電極４６と固定電極４０との圧接によ
り電磁石３１のコイル３３に対して所定時間通電し、磁
性体３４と定盤２との間に作用している磁力を消磁させ
ることで上記の磁気吸着力が解除される。

同時に、図示外の電磁弁が開き、接続バイブ４７とシー
ルブロック４２ならびにパイプ４９を介して空気軸受３
６のエアポケット部３７に圧縮空気が導入される。その
結果、エアポケット部３７内の圧力とフィクスチャユニ
ット１３の重量とがつり合うようになり、フィクスチャ
ユニット１３が定盤２から微少量だけ浮上する。

こののち、制御盤からの指令に基づいてハンド１５が定
盤２と平行な平面内で移動を開始すると、ピン４８とピ
ンブロック４３との係合のためにフィクスチャユニット
１３がハンド１５に引きずられるようにして所定位置ま
で移動して位置決めされる。

この時、フィクスチャユニット１３は前述したように空
気軸受３６のはたらきにより定盤２から微少量だけ浮上
していることから、フィクスチャユニット１３はハンド
１５の動きに追従して定盤２上を滑らかに移動する。つ
まり、上記の空気軸受３６は、フィクスチャユニット１
３の移動に際して定盤２との間の摩擦力ひいてはハンド
１５側に必要とされるフィクスチャユニット１３の移動
操作力を軽減する走行補助手段として機能する。

フィクスチャユニットエ３が所定位置まで移動して位置
決めされると、空気軸受３６への圧縮空気の供給が断た
れてフィクスチャユニット１３が定盤２に密着する一方
、再び電磁石３１に励磁電流が通電されてフィクスチャ
ユニット１３は電磁石３１の磁気吸着力によって定盤２
に吸着固定される。

フィクスチャユニット１３が吸着固定されると、制御盤
からの指令に基づいてモータ２８が起動し、ゲージ２０
と一体のシャフト２１を昇降させて、測定対象となるワ
ークＷの形状に見合うようにゲージ２０の高さを調整す
る。

ゲージ２０の高さ調整が完了すると、ハンド１５が上昇
してフィクスチャユニット１３から離間し、以降はフィ
クスチャユニット１３は電磁石３１の残留磁気によって
定盤２上に吸着固定された状態を維持する。

このような操作を複数回繰り返すことで、第５図〜第７
図に示すように測定対象となるワークＷの位置決めに必
要な全てのフィクスチャユニット１３が所定位置に位置
決め固定される。この場合、複数のフィクスチャユニッ
ト１３のうちいずれか一つもしくは二つのフィクスチャ
ユニットとしては、第６図に示すようにフィクスチャユ
ニット１３とワークＷとの位置決め精度を確保するため
にゲージ２０の先端にロケートピン５３を有するものが
使用される。

上記のように測定に必要な全てのフィクスチャユニット
１３の位置決めが完了すると、第６図および第７図に示
すようにこれらの複数のフィクスチャユニット１３の上
に作業者の手によって測定対象となるワークＷがセット
される。つまり、セットされたワークＷが自重によって
撓むことがないように前述したフィクスチャユニット１
３の数や位置、さらにはゲージ２０の高さ等が考慮され
ているのである。

続いて、制御盤に対して測定開始信号を入力すると、第
６図に示すようにアクチュエータ１６゜１７のはたらき
によりハンド１５が上昇するのに対してセンサヘッド１
４が下降し、センサヘッド１４は指定された経路に沿っ
て移動してワークＷの形状寸法を測定する。そして、制
御盤側では測定データと測定基準データとを比較し、例
えば測定結果をグラフィックデイスプレィに表示すると
ともにＸ−Ｙプロッタで作図する。

測定が終了するとセンサヘッド１４は測定母機ｌのアー
ム５ごと原点位置に復帰し、さらに測定が終了したワー
クＷを作業者が定盤２上から除去するのを待って、ハン
ド１５は各フィクスチャユニット１３．１３・・・を元
の位置に戻し、以上をもって一連の作業が完了する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、測定母機のハンドに把持
されて定盤平面上を移動することによって定盤平面を清
掃する清掃ユニットを備えていることにより、測定に先
立って定盤平面を自動清掃することができるようになる
ので、従来のように作業者がその都度清掃する必要がな
く、作業性がよくなる。

また、清掃ユニットにごみを吸い取る機能を付加したこ
とにより、ごみの捕捉率が高くなり、定盤平面をよりき
れいに清掃できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置全体の斜視図、第
２図はフィクスチャユニットの拡大断面図、第３図は同
じ（フィクスチャユニットの断面図で第２図と異なる断
面線での拡大断面図、第４図は清掃ユニットの拡大断面
図、第５図はフィクスチャユニットを定盤上に位置決め
した状態を示す斜視図、第６図は同じく第５図の正面図
、第７図は同じく定盤の平面説明図、第８図は従来の三
次元測定装置の一例を示す構成説明図である。 ■・・・測定母機、２・・・定盤、２ａ・・・平面、訃
・・アーム、１３・・・フィクスチャユニット、１４・
・・センサヘッド、１５・・・ハンド、６０・・・清掃
ユニット、６３・・・電磁石、６７・・・ブラシ、７３
・・・空気通路、Ｗ・・・被測定物としてのワーク。 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定の基準となる平面を有する定盤と、アーム先
   端にセンサヘッドを備えた測定母機と、前記アームの先
   端に取り付けられてフィクスチャユニットと清掃ユニッ
   トとを持ち替え可能なハンドと、 前記ハンドに把持されて測定母機の動きにより定盤上の
   所定位置に位置決めされたのちに、被測定物を位置決め
   する際の基準となる複数のフィクスチャユニットと、 前記ハンドに把持されて測定母機の動きにより定盤平面
   内を移動し、定盤平面上のごみを吸い取りながら清掃す
   る清掃ユニット、 とを備えていることを特徴とする三次元測定装置。