JPH0320688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、被測定物に測定子を三次元的に当接
させて被測定物の形状等を測定する三次元測定機
に係り、特に被測定物と測定子とを自動的に相対
移動させて測定する自動三次元測定機に関する。

［背景技術］ 一般に、三次元測定機における測定子の移動機
構としては、三次元の各軸の構造物を順次積重ね
ていく方法がとられているが、謂わゆる自動型の
場合は、積重ね方式とする測定子側機構が次の機
構への荷重となるので高出力の駆動源を必要と
し、装置全体の大型化を招くという問題がある。
また、これは精度保証上も不利であり、かつ、移
動スピードの関係から測定能率が悪いという欠点
もある。

これを解決すべく、本出願人は、測定子を三次
元的に移動させるのではなく、測定子側は二次元
的に移動させるとともに、被測定物を一次元的に
移動させて結果的に相対三次元移動させるテーブ
ル移動型自動三次元測定機を提案している。これ
によれば、測定子保持側移動機構は、一軸方向減
つた分、軽量、小型となり、前記欠点が解消され
る。しかしながら、テーブルの移動機構に新たな
問題が生じた。

即ち、他の移動機構の可動部に対し、テーブル
移動型では可動部たるテーブルが大型となるた
め、総合精度が1μm以下を要求される測定機にあ
つては、その移動の直線性等の確保が難しいとい
うことである。

一方、平面的テーブルを水平移動させるには、
熱的変形等を考慮してテーブルの一側を基準とし
た謂わゆる片側基準のテーブルとすることが多く
行われているが、測定機においては必ずしも得策
ではない。その収縮、伸張自体が測定精度に影響
を及ぼすが、その際に基準部位から離れた他側部
が大きな影響を受けるからである。これは、駆動
軸の配置関係で平行移動を困難とする問題、即
ち、駆動軸たる送りねじ軸を片側に配置すると、
この軸の曲がりによる他側の受ける影響が大きい
という問題もある。

また、テーブルの固定側における案内は、一般
的にＶ溝の延長方向案内とされるが、これは直交
三軸のうち、Ｖ溝に直交する２軸の各軸方向の位
置規制の調整が困難なため、各軸方向毎の位置規
制の調整を正確に必要とする三次元測定機にあつ
ては、実用上採用すべき理由がない。この意味で
従来の三次元測定機ではテーブル移動型が採用さ
れていなかつたといえる。

また、三次元測定機においてテーブル移動型を
採用しようとする場合、テーブルの案内の信頼性
即ち真直な案内の保証およびその経年変化の少な
い保証を得ることが必要とされ、更にはその加工
の容易性も必要とされる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、テーブル移動型の自動三次元
測定機の特徴を発揮でき、真直な案内および経年
変化がなく、かつ、加工も容易な移動案内機構を
備えた自動三次元測定機を提供するにある。

［発明の構成］ 本発明は、基台を天然石材またはセラミツクス
からなる石様部材とするとともに、テーブルを水
平面内の軸であるＹ軸方向に自動駆動されるよう
に設け、このテーブルを駆動方向に直交するテー
ブルの幅方向の中間において基台側に軸支された
送りねじ軸に連結しするとともに、基台の幅方向
中心部にＸ軸に直交する相互に平行な２つの案内
面を有する石様部材からなる第１の案内部材をＹ
軸方向に配置し、この第１の案内部材をＹ軸方向
に少なくとも３組以上配列した曲がり矯正部材で
真直度を矯正しつつ基台に取付け、更に、第１の
案内部材のＸ軸方向両側位置においてＺ軸方向に
直交する相互に平行な２つの案内面を有する石様
部材からなる第２の案内部材をＹ軸方向に沿つて
基台に一対固定し、かつ、前記テーブルを前記第
１、第２の案内部材の各案内部材を利用したエア
ベアリングを介してＹ軸方向に案内するようにし
たもので、これにより送りねじ軸をテーブルの幅
方向の中間に配置したことでねじ軸の曲がり等に
よるる影響を片側基準の場合に比べて約半分に減
少させ、かつ、ＸおよびＺ軸方向位置規制を第
１、第２の案内部材の各案内面で案内させて真直
に行ない、これらの第１、第２の案内部材を石様
部材とすることで経年変化を少なくし、更に、第
１、第２の案内部材を各別に設けることにより各
軸毎の調整を可能としてテーブルの正確な送りを
達成しうるようにし、かつ、加工を容易にしたも
のである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

全体構成を示す第１図および第２図において、
天然石材、セラミツクス等の石様部材からなる基
台１０は、複数の水平出し治具３０を介して設置
床１上に水平に設置される。この基台１０は略凹
字状に形成されるとともに、この凸字状の基台１
０の上面中央には基台１０と同様の石様部材から
なりＹ軸方向の案内面を形成する第１の案内部材
１１がねじ止め固定され、さらに、この第１の案
内部材１１の両側には同じく石様部材からなる偏
平な一対の第２の案内部材１２が一部を基台１０
の凸部上面から突出された状態で対称にねじ止め
固定されている。この際、案内部材１１および第
２の案内部材１２の基台１０への固定構造は、第
３図に示されるように、基台１０に設けられた盲
孔１３内に接着固定された固定金具１４のねじ孔
に第１の案内部材１１あるいは第２の案内部材１
２を貫通してボルト１６をねじ込むことによりな
される。また、本明細書におけるＸ軸方向とは第
２図中左右方向を、Ｙ軸方向とは同図中紙面直交
方向を、Ｚ軸方向とは同図中上下方向すなわち鉛
直方向を意味し、従つて、これらのＸ，Ｙ，Ｚ軸
はＸおよびＹ軸を水平方向の軸とし、Ｚ軸方向を
鉛直方向とする互いに直交する三軸とされてい
る。

前記水平出し治具３０は、第４図に示されるよ
うに、側面略凹字状に形成されたベース３１と、
このベース３１内に摺動自在に収納され上面に傾
斜面３２を形成された摺動片３３と、前記ベース
３１の立上り部に進退可能にねじ込まれ前記摺動
片３３をベース３１の底面に沿つて進退させるボ
ルト３４、前記ベース３１の両側の側壁内に上下
方向摺動可能に設けられるとともに前記摺動片３
３の傾斜面３２に係合する傾斜面３５を有しかつ
前記基台１０の下面に当接された当接片３６とか
ら構成され、前記ボルト３４をまわすことにより
両傾斜面３２，３５の作用によつて設置床１に対
する基台１０の高さ位置を調整し、基台１０の水
平位置出しを行なえるようになつている。

前記第１の案内部材１１の両側位置には、複数
対例えば３対以上、実際には16ないし32対程度の
曲がり矯正手段４０が配置され、第１の案内部材
１１の真直度が出せるようになつている。この曲
がり矯正手段４０は、第５図に示されるように、
基台１０の上面に形成された溝１７の側面に接着
固定されるとともにこの固定面とは反対側の面に
傾斜面４１を有する固定片４２と、この固定片４
２の傾斜面４１に係合される傾斜面４３を有する
とともにこの傾斜面４３とは反対側において第１
の案内部材１１のＸ軸方向規制用平行案内面１８
に当接される垂直面４４を有する可動片４５と、
前記基台１０に形成された盲孔１９内に接着固定
されるとともに中心にねじ孔４６を有する固定金
具４７と、前記可能片４５を貫通して固定金具４
７のねじ孔にねじ込まれるボルト４８とから構成
され、ボルト４８のねじ込み量を調整することに
より、傾斜面４１と傾斜面４３との係合位置を変
化させて垂直面４４により平行案内面１８を押圧
して第１の案内部材１１の真直度を矯正できるよ
うになつている。

前記基台１０上には金属製のテーブル５０がＹ
軸方向に移動可能に設けられている。このテーブ
ル５０の下面には、前記第１の案内部材１１の平
行案内面１８に対向されるエアベアリング５１が
ブラケツト５２を介して取付けらるとともに、前
記第２の案内部材１２の上下のＺ軸方向移動規制
用平行案内面２０のうち上方の案内面２０に対向
される比較的大型のエアベアリング５３が設けら
れ、更に、平行案内面２０の下側の案内面２０に
対向されるエアベアリング５４がブラケツト５５
を介して取付けられ、これらの各エアベアリング
５１，５３，５４によりテーブル５０は基台１０
上をわずかな力で移動できるようにされ、かつ、
第１の案内部材１１とエアベアリング５１との作
用によりＸ軸方向の移動が規制され、また、第２
の案内部材１２とエアベアリング５３，５４との
作用によりＺ軸方向の移動が各軸別に調整されて
規制され、Ｙ軸方向のみ真直に移動できるように
なつている。

また、基台１０とテーブル５０との間には、テ
ーブル５０をＹ軸方向に駆動するＹ軸方向駆動機
構６０が設けられている。このＹ軸方向駆動機構
６０は、第６図に示されるように、基台１０にブ
ラケツト６１を介して固定されたモータ６２と、
このモータ６２の出力軸に連結されたボールねじ
軸からなる送りねじ軸６４と、この送りねじ軸６
４に移動可能に螺合されるとともにブラケツト６
５を介してテーブル５０に固定されたナツト部材
６６とを備えて構成され、モータ６２の駆動によ
りテーブル５０をＹ軸方向に駆動できるようにな
つている。この際、送りねじ軸６４は第１の案内
部材１１の溝２１内に配置され、これにより送り
ねじ軸６４はテーブル５０の幅方向即ちＸ軸方向
の中、略中央に位置するようにされている。

前記モータ６２によるテーブル５０の送り量
は、第２図に示されるように、前記第１の案内部
材１１側に設けられたスケール７６およびテーブ
ル５０のブラケツト５２側に設けられた検出部７
７からなるＹ軸方向移動量計測手段７５により計
測され、また、テーブル５０の原点位置即ち絶対
位置測定するための零点位置は、前記第１の案内
部材１１側に設けられたゼロマーク８１およびテ
ーブル５０側に設けられた検出スイツチ８２から
なるゼロセツト手段８０により設定されるように
なつている。さらに、テーブル５０の移動範囲の
規制は、基台１０上に設けられたドツク８５およ
びテーブル５０側に設けられた図示しないリミツ
トスイツチにより行われるようになつている。

第２図において、前記基台１０の両側面には
夫々支柱９０が固定されている。この支柱９０の
基台１０に対する固定構造は、基台１０の両側面
に沿つてＹ軸方向に夫々複数箇所設けられた孔２
２内に挿入された略杵状の締付金具２３に貫孔２
４を貫通してねじ込まれるボルト２５により行わ
れている。これらの支柱９０は夫々鉄等の金属か
ら形成されるとともに、これらの支柱９０の上端
間には前記基台１０と同様な石様部材からなる非
移動体側構造体としての梁１００が横架固定され
ている。この簗１００と支柱９０との固定構造
も、前記支柱９０と基台１０との固定構造と同様
に、天然石材等からなる簗１００側に設けられた
孔１０１と、この孔１０１内に挿入される金属材
からなる略杵状の締付金具１０２と、梁１００側
に設けられた貫孔１０３を貫通して締付金具１０
２のねじ穴に螺合されるボルト１０４とから構成
されている。

前記梁１００上にはスライダ１１０がＸ軸方向
移動自在に支持されるとともに、このスライダ１
１０は、モータ１２２、送りねじ軸１２４、ナツ
ト部材１２９等からなるＸ軸方向駆動機構１２０
によりＸ軸方向に自動送りされ、かつ、梁１００
の背面にはスライダ１１０をＸ軸方向に案内する
ためのガイドレール１０５およびスライダ１１０
の移動量を検出するためのスケール１０６が夫々
設けられている。

前記スライダ１１０は、第７図に示されるよう
に、前記梁１００を囲むように設けられるととも
に梁１００の四角の各面に対向して夫々エアベア
リング１１１を有するＸ軸方向案内用軸受箱１１
２と、このＸ軸方向案内用軸受箱１１２の前面に
取付けられるとともに内部に平面四角形状に配置
されたエアベアリング１１３を有する上下一対の
Ｚ軸方向案内用軸受箱１１４と、これらのＺ軸方
向案内用軸受箱１１４内にＺ軸方向移動自在に挿
入されたＺ軸構造物１８０と、前記Ｘ軸方向案内
用軸受箱１１２上に立設された支持フレーム１１
５に支持されたＺ軸方向駆動機構１４０と、前記
支持フレーム１１５の上端部に設けられるととも
に前記Ｚ軸方向駆動機構１４０の自由回転を阻止
して前記Ｚ軸構造物１８０の落下を防止するロツ
ク装置１６０とを備えている。

前記Ｚ軸方向駆動機構１４０は、前記支持フレ
ーム１１５に支持されたモータ１４１と、このモ
ータ１４１によりタイミングベルト１４２を介し
て回転駆動されるとともに支持フレーム１１５の
上下部に夫々その上下端部を回転自在に支持され
た比較的大きな例えば４mm以上のねじピツチを有
する送りねじ軸１４５と、この送りねじ軸１４５
に軸方向移動可能に支持されたナツト部材１４６
と、このナツト部材１４６に回転自在に支持され
るとともに前記支持フレーム１１５の第４図中手
前側の壁面（図示せず）に取付けられたガイドレ
ール１４７の両側壁を挟持するように当接されガ
イレール１４７に沿つてナツト部材１４６をＺ軸
方向移動容易かつ回動不能に案内する一対のロー
ラ１４８と、前記ナツト部材１４６に固定された
連結板１４９と、この連結板１４９の突出端上下
面に送りねじ軸１４５の軸方向移動不可能かつ半
径方向移動容易に連結されるとともに前記Ｚ軸構
造物１８０の上端部に固定されたブラケツト１５
２と、を備えて構成され、前記モータ１４１の駆
動によりブラケツト１５２を介してＺ軸構造物１
８０をＺ軸方向に駆動できるようになつている。
この際、送りねじ軸１４５の曲がり、偏心等によ
る影響は、連結板１４９に対し送りねじ軸１４５
の軸方向移動不可能かつ半径方向移動可能にされ
た部分で吸収され、Ｚ軸構造物１８０にはナツト
部材１４６のＺ軸方向の動きだけが伝達されるよ
うになつている。

前記Ｚ軸構造物１８０は、四角筒からなりＺ軸
部材としての中空の筐体１８１を備えるととも
に、この筐体１８１内にエアバランス機構１９０
およびプローブ着脱機構２００を備えている。こ
のエアバランス機構１９０は、筐体１８１に固定
されるとともに下端を開放されたシリンダ１９１
と、このシリンダ１９１内に収納されるとともに
前記支持フレーム１１５にピストンロツド１９４
を介して支持されたピストン１９２とを備えて構
成され、このピストン１９２とシリンダ１９１の
上部との間に圧縮空気を供給することにより、こ
の圧縮空気の作用でＺ軸構造物１８０の重量を支
持してＺ軸構造物１８０の自重による送りねじ軸
１４５側への負荷の軽減が図られている。また、
筐体１８１と前記支柱フレーム１１５との間には
図示しないスケールと検出器とからなるＺ軸方向
移動量検出手段が設けられ、Ｚ軸構造物１８０の
軸方向の移動量が検出されるようになつている。

前記プローブ着脱機構２００は、その内部に回
転可能なＺスピンドル２２０を備え、このＺスピ
ンドル２２０の下端に設けられたプローブ取付用
孔にはプローブホルダ２５０を（第１，２図参
照）介して測定子２８１を有するタツチ信号プロ
ーブ２８０が取付けられている。

前記テーブル５０上には、その一端側即ち第１
図中右奥側にプローブストツカ２９０が設けられ
ている。このプローブストツカ２９０は、保持台
２９１を介してテーブル５０と所定間隔をおいて
取付けられた保持板２９３（第２図参照）を備
え、この保持板２９３にはテーブル５０の他端側
即ち第１図中、左手前側に向つて開口された多数
のＵ字状の切欠部２９２が設けられ、これらの切
欠部２９２には所定のタツチ信号プローブ２８０
を有するプローブホルダ２５０が、所定の取付姿
勢で載置支持されている。

なお、第１図中符号３１０は、簡略図示されて
いるが、表示部３１１を有するとともに図示しな
いプリンタ、CRT等の周辺機器を有し、更に、
内部に演算機能、記憶機能等を持つ計算機システ
ムを有し、所定のプログラムに従つて各部の動き
を制御する制御装置、符号３２０はテーブル５０
上に載置された被測定物、符号２６はＹ軸方向駆
動機構６０を防塵する蛇腹カバー、符号２７はサ
イドカバーである。

次に、本実施例の作用につき説明する。

制御装置３２０からの指令により、テーブル５
０をＸ軸方向駆動機構６０により駆動し、Ｚスピ
ンドル２２０の下方にプローブストツカ２９０を
位置させ、この状態でスライダ１１０およびＺ軸
構造物１８０をＸおよびＺ軸方向に移動させてＺ
スピンドル２２０の下端にプローブストツカ２９
０上の所定のプローブホルダ２５０を挿入固着す
る。このプローブホルダ２５０のＺスピンドル２
２０への取付けは、Ｚスピンドル２２０内に設け
られた図示しないプローブ着脱機構により行われ
る。

ついで、テーブル５０を後退させれば、プロー
ブホルダ２５０がプローブストツカ２９０から外
れ、タツチ信号プローブ２８０による測定が可能
な状態となる。この状態で、Ｚ軸構造物１８０、
スライダ１１０およびテーブル５０を制御装置３
１０からの指令によりＺ，Ｘ，Ｙ軸方向に移動さ
せながらタツチ信号プローブ２８０の測定子２８
１を被測定物３２０の被測定個所に順次当接させ
て被測定物３２０の形状測定を行い、制御装置３
２０の表示部３１１に表示させ、かつ、プリント
アウトさせる。

上述のように本実施例によれば、テーブル５０
を可動型にすることにより、測定子２８１を有す
る可動部分をスライダ１１０以後の軽量な部分と
して測定子２８１側における可動部の重量による
撓みを極めて少なくし、測定精度の向上を図るこ
とができる。可動型のテーブル５０において、そ
の駆動用の送りねじ軸６４をテーブル５０の中
間、特にその中央部に配置したから、その片側に
配置したものに比べ送りねじ軸６４の曲がり等に
より生じるテーブル５０の側縁における誤差を小
さくできる。また、テーブル５０のＹ軸方向への
案内にあたり、Ｙ軸に直交するＸ軸方向およびＺ
軸方向への移動の規制は、それぞれ第１の案内部
材１１および第２の案内部材１２で各別に行うよ
うにしたから、Ｖ溝で規制する構造に比べ極めて
高精度に案内できる。この際、第１、第２の案内
部材１１，１２は、共に基台１０とは別体に製作
されているから、それらの各案内面１８，２０を
容易に平行面に形成でき、かつ、第１の案内部材
１１は曲がり矯正手段４０により真直に矯正でき
るから、この点からもより高精度な案内を行え
る。更に、第１、第２の案内部材１１，１２は共
に天然石材等の石様部材であるから経年変化が極
めて少なく長年にわたり精度保証をできる。ま
た、テーブル５０の支持は、エアベアリング５
１，５３，５４により行われるから、Ｙ軸方向駆
動機構６０の負荷を小さくできる。更に、送りね
じ軸６４をテーブル５０の幅方向に配置したか
ら、エアベアリング５１，５３，５４への空気停
止時におけるクリアランスは、送りねじ軸６４の
僅かな撓みによつて吸収できる。

なお、前記実施例における駆動源としてのモー
タ１４１，１６２は、AC，DC，パルス電動機に
限らず、エアモータ、油圧モータ等でもよい。

上述のように本発明によれば、テーブル移動型
の自動三次元測定機を実現するのに有効な移動案
内機構を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す斜
視図、第２図はその一部を切欠いた正面図、第３
図乃至第５図は第２図の要部を示す拡大図、第６
図はＹ軸方向駆動機構の拡大側面図、第７図はス
ライダーの一部を切欠いた拡大側面図である。 １０…基台、１１，１２…Ｙ軸方向の案内面を
形成しＸおよびＺ軸方向位置規制手段を構成する
第１、第２の案内部材、１８，２０…平行案内
面、４０…曲がり矯正手段、５０…テーブル、５
１，５３，５４…エアベアリング、６０…Ｙ軸方
向駆動機構、１８０…Ｚ軸構造物、２２０…Ｚス
ピンドル、２８０…タツチ信号プローブ、２８１
…測定子、３１０…制御装置、３２０…被測定
物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ三軸のうちＹ軸を
   水平面内の軸とし、先端にタツチ信号プローブを
   有し基台に対し相対的にＸおよびＺ軸方向に自動
   駆動されるＺスピンドルと、Ｙ軸方向に自動駆動
   されるテーブルとを備えた自動三次元測定機であ
   つて、前記基台を天然石材またはセラミツクスか
   らなる石様部材で形成し、この基台の幅方向即ち
   Ｘ軸方向の中心部にＸ軸に直交する相互に平行な
   ２つの案内面を有する石様部材からなる第１の案
   内部材をＹ軸方向に沿つて配置するとともに、こ
   の第１の案内部材をＹ軸方向に少なくとも３組以
   上配列された曲がり矯正手段を介して基台に取付
   け、この第１の案内部材のＸ軸方向両側位置にお
   いてＺ軸方向に直交する相互に平行な２つの案内
   面を有する石様部材かならる第２の案内部材をＹ
   軸方向に沿つて基台に一対固定し、かつ、前記テ
   ーブルを前記第１、第２の案内部材の各案内面を
   利用したエアベアリングを介して基台にＹ軸方向
   移動可能に案内するとともに、前記第１の案内部
   材の両案内面の中間において基台側に回転可能に
   支持された駆動ねじ軸に前記テーブルを螺合連結
   したことを特徴とする自動三次元測定機。