JPH0330815Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、自動駆動型三次元測定機に係り、特
にプログラムによる予設定モードに対して実モー
ドに差異が生じたときに作動する安全装置を設け
た三次元測定機に関する。

〔背景技術とその問題点〕

載物台に載置された測定対象物と、垂直方向に
変位可能なスピンドルの先端に取付けられた検出
子とを三次元的に相対移動させ、両者を接触等さ
せて関与せしめ、そのときの相対移動変位量から
測定対象物の形状、寸法等を測定する三次元測定
機が知られている。近年、前記相対移動をコンピ
ユータのプログラムにより自動的に行わせ、測定
作業の効率向上、省力化等を図るようにした自動
駆動型三次元測定機が普及しつつある。

従来、自動駆動型三次元測定機では、検出子と
して例えばタツチ信号式プローブを採用した場
合、机上の計算に基づいてまたは基準体に沿つて
倣い運転させて収拾したデータに基づいて測定対
象物とプローブとの相対移動軌跡や速度等をプロ
グラミングし、実測定は測定対象物を載物台に載
置固定したのちそのプログラムによつて自動駆動
することにより行つていた。プログラムの基準目
標値の手前で測定対象物と検出子とが関与したと
き、または基準目標値を行き過ぎて両者が関与し
たとき、あるいは測定対象物に対する検出子の相
対オーバーラン量が一定量を越えたとき前記相対
移動が停止されるようになつている。オーバーラ
ン許容量は検出子の構造に基づいて設定され、一
般的に数mmである。

ここで、いずれの場合であつても三次元測定機
の本体構造、駆動機構、イナーシヤ等の事項を考
慮して、タツチ信号式プローブからタツチ信号が
発信されると前記相対移動が減速または停止、ま
たは減速したのち停止するように構成されてい
た。

しかし、以上のように許容されるオーバーラン
量を越えたときに停止させたりタツチ信号が発信
されたときに減速、停止させたりする手段を講じ
ても、実用上問題が残されていた。すなわち、 測定対象物の測定面が予め定められた目標値
近傍にない場合には、低速切換え前の高速運転
中に検出子が測定面に激突し、測定データの収
拾が不能になるばかりか検出子、またはプラス
チツク等の軟弱測定対象物の場合にはその測定
対象物が破損するという問題がある。一方、低
速切換え後目標値を越えてもなお測定面に到達
しない場合にはいたずらに無駄な時間を費やす
ことになり、作業効率が低下するという問題が
生ずる。

測定対象物を前回測定時と同じ三次元的位置
で載物台に固定しないと、前記の不都合が顕
著かつ多くの箇所で生じることになり、このた
めこれを回避すべく極めて精巧な取付治具を測
定対象物毎に準備しなければならず、またその
取付け、取り外しの作業とともに経済的負担も
大きい。

測定対象物が所定位置から大きくかけ離れて
載物台にセツトされているときには、検出子以
外の測定機構造物が測定対象物に激突するた
め、測定機構造物は検出子のオーバーストロー
クの如き吸収特性を有しないことからその破損
等は著しいものになる。

自動駆動型三次元測定機には各種のタイプが
あり、特に必ずしも測定対象物の測定点の全て
を自動測定するように構成されていないもの、
またはそのように運用されないものがある。例
えば、同じプログラムで近似的測定対象物につ
いて駆動運転し、その余りは検出子の代わりの
補助測定器による測定データで補正するように
したものがある。

このようなタイプの三次元測定機の自動運転
中に測定機構造物が測定作業者に衝突しあるい
は測定機構造物と測定対象物との間に作業者が
挟まれ、機器の破損が発生するばかりか作業者
の安全対策上問題が生じていた。

測定機構造物との接触、衝突事故は以上の他
に例えば他の長寸部材の搬入時にこれが過つて
測定範囲内に突出した場合や測定作業者以外の
者が覗き込む行為を行つた場合等にも生じる。

〔考案の目的〕

本考案は、以上の各問題は三次元測定機がNC
工作機械の如く加工目標値に向かつて駆動制御さ
れるのとは異なり、測定すべき真値がその中に含
まれている一定幅をもついわば目安的目標値に対
して駆動運転されるという特殊性を有すること、
また、測定精度がμｍ単位で測定力が例えば50ｇ
程度の精巧な測定条件となつていること、更には
測定対象物と測定機構造物とが三次元の相対移動
を行い、しかもこの相対移動が基台から突出した
箇所で行われること、などの固有の特性に起因し
て生じていると認識されて成されたものであり、
検出子の作動前の異常を察知して具体的処理を行
う安全装置を自動駆動型の三次元測定機に装備す
べく本考案は成された。

本考案の目的は、載物台に所定位置から大きく
かけ離れてセツトされた測定対象物や不用意に行
動した測定作業者或いはその他の者に測定機構造
物であるスピンドルが接触や衝突したり、また測
定作業者等が測定対象物とスピンドルとの間に挟
まれたりするプログラム予定外の事態が生じたと
きにこれを検出し、三次元測定作業の自動運転を
緊急に停止させて作業者、機器の安全を確保でき
るようにした自動駆動型三次元測定機を提供する
ところにある。

また本考案の目的は、例えば化学工場の如く悪
影響物質が浮遊する悪環境下においても使用で
き、外的要因に対する耐久性を有し、前記事態の
検出を長期間に亙たり保障できる安全装置を備え
た自動駆動型三次元測定機を提供するところにあ
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕 このため本考案に係る自動駆動型三次元測定機
は、載物台に載置された測定対象物と、本体構造
に垂直方向に変位可能に支持されたスピンドルの
先端に取り付けられた検出子とを三次元方向に相
対移動させ、両者を関与させたときの相対変位量
から前記測定対象物の形状、寸法等を測定する自
動駆動型三次元測定機において、前記スピンドル
の外面の少なくとも四方に取付けられ長さが前記
スピンドルの長手方向に延びる感圧検出器を含
み、この感圧検出器に異物が接触したときに発せ
られるこの感圧検出器の出力信号で前記測定対象
物と前記検出子とを相対移動させる駆動装置を緊
急停止させる安全装置を備えたものである。

以上において、前記四方とは前記三次元の例え
ば水平方向における四方向である。

自動運転中にスピンドルが測定対象物や作業者
等の異物に接触や衝突すると、感圧検出器への接
触による出力信号によつて安全装置により駆動装
置の駆動が停止せしめられ、それ以上の異常事態
が防止される。

感圧検出器は圧力を電気信号に変換する圧電素
子によつて構成され、その表面に例えば合成樹脂
による保護物質を被覆しても圧力の感知による出
力信号の発信は可能であり、外部悪環境から隔絶
保護した状態で使用できる。

感圧検出器をスピンドルの外面における水平方
向四方向に取付けると、前記衝突等の発生を検出
するだけでなく、この衝突等が発生した方向を弁
別することが可能になり、駆動装置の緊急停止と
ともに衝突等の発生方向とは逆方向への後退移動
も実現できるようになる。

〔実施例〕

第１図は本実施例に係る三次元測定機の全体斜
視図である。基台１には載物台２がＹ軸方向へ移
動自在に配置され、基台１の左右側面に固定され
た支柱３の上部には横桁部材４が横断配置されて
いる。横桁部材４にはスライダ５がＸ軸方向へ摺
動自在に設けられ、スライダ５と一体化されたス
ピンドル支持部材６にはスピンドル７が垂直方向
すなわちＺ軸方向に移動自在に支持されている。
スピンドル７の下端には検出子８が装着され、本
実施例ではこの検出子８は載物台２に載置固定さ
れた測定対象物９に接触することによりタツチ信
号を出力するタツチ信号式プローブになつてい
る。

基台１に対して載物台２が移動することにより
検出子８と測定対象物９とのＹ軸方向への相対移
動がなされ、またスライダ５が横桁部材４に対し
て移動することにより検出子８は測定対象物９に
対してＸ軸方向へ移動し、スピンドル支持部材６
に対してスピンドル７が移動変位することにより
検出子８と測定対象物９との間でＺ軸方向への相
対移動が生ずる。以上の直交三軸方向への相対移
動変位量は基台１と載物台２との間に設けられた
Ｙ軸変位検出装置１０（第４図参照）、横桁部材
４とスライダ５との間に設けられたＸ軸変位検出
装置１１、スピンドル支持部材６とスピンドル７
との間に設けられたＺ軸変位検出装置１２により
検出され、これらの検出装置１０，１１，１２は
光学的スケール、光電変換素子等により構成され
ている。

載物台２のＹ軸方向移動、スライダ５のＸ軸方
向移動、スピンドル７のＺ軸方向移動は第４図で
示したＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の各モータ１３，１４，
１５を駆動源とする駆動装置により行われ、この
駆動装置は例えば送りねじ軸やプーリ、ベルト等
により構成されている。それぞれのモータ１３，
１４，１５はドライバ１６，１７，１８及び駆動
制御回路１９を介してCPU（中央処理装置）２０
に接続され、CPU２０は前記検出装置１０，１
１，１２による電気信号のデータに基づいて測定
対象物９の形状、寸法等を求める演算機能を有す
るとともに、予め設定されたプログラムに従いそ
れぞれのモータ１３，１４，１５毎に設けられた
ドライバ１６，１７，１８を制御する駆動制御回
路１９に電気指令信号を出力する機能を有し、こ
れによりプログラム通りに各モータ１３，１４，
１５の起動タイミング、回転数、回転速度等が制
御され、前記検出子８が測定対象物９に対して自
動的に三次元軌跡を描きながら移動し、三次元測
定が行われる。

ここで、前記プログラムはNC工作機械のよう
に検出子８を一定の目標値に向かつて駆動制御す
るように設定されておらず、ある幅を持ついわば
目安的目標値に向かつて検出子８が駆動制御され
るように設定されており、この目安的目標値の中
に測定すべき真値が含まれ、それぞれの測定対象
物９毎に異なる真値に対応できるようになつてい
る。従つてスピンドル７、検出子８は目安的目標
値の幅内では測定対象物９毎に異なる移動変位を
行う。

第２図は前記スピンドル７の縦断面図を示す。
このスピンドル７の外面には圧力を電気信号に変
換する圧電素子からなる感圧検出器２１が貼付等
されて取付けられ、この感圧検出器２１はスピン
ドル７の長手方向への長さを有する。感圧検出器
２１は予め全体が例えば合成樹脂によつて被覆加
工された後にこの合成樹脂を介してスピンドル７
に間接的に取付けられ、或いはスピンドル７に直
接取付けられた後、外部に露呈する表面が例えば
合成樹脂によつて被覆される。いずれにしても感
圧検出器２１は外部環境から隔絶保護されてい
る。第３図の通りスピンドル７はＸ軸、Ｙ軸の水
平四方向に四側面が向いた平断面四角形状になつ
ており、感圧検出器２１はこれらの四側面に各１
個２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ設けられてい
る。

それぞれの感圧検出器２１は第４図の通り異常
検出回路２２に接続され、更に緊急停止回路２３
を介して前記駆動制御回路１９に接続されてい
る。これらの感圧検出器２１、異常検出回路２
２、緊急停止回路２３により本実施例では前記駆
動装置を緊急に停止させるため安全装置２４が構
成される。

次に作用について述べる。

プログラムに基づくCPU２０の作動により駆
動制御回路１９、ドライバ１６，１７，１８を介
して駆動装置を構成するＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の各モ
ータ１３，１４，１５が駆動し、これにより検出
子８が測定対象物９に対して相対三次元移動を行
い、この相対三次元移動変位量はＹ軸、Ｘ軸、Ｚ
軸の各変位検出装置１０，１１，１２により検出
され、それぞれの変位検出装置１０，１１，１２
からのsin波、cos波の電気信号は変位検出回路２
５，２６，２７において分割、波形整形されて移
動変位量に応じた数のパルスが発信される。この
パルスの数はカウンタ２８，２９，３０において
計数され、計数値信号はCPU２０に入力される。
タツチ信号式プローブである検出子８が測定対象
物９の測定箇所に接触すると検出子８からタツチ
信号が発信され、これがCPU２０に入力される。
これによりタツチ信号発信時におけるカウンタ２
８，２９，３０からの計数値信号に基づき測定対
象物９の形状、寸法等がCPU２０において演算
され、演算結果はCPU２０に接続された表示装
置に表示され、また、記録装置に記録される。

検出子８がカウンタ２８，２９，３０に接続さ
れている場合には、検出子８からタツチ信号が発
信されるとカウンタ２８，２９，３０で計数され
たパルス数がホールドされ、このホールドされた
パルス数に基づきCPU２０において測定対象物
９の寸法、形状等が演算される。

例えば測定対象物９が載物台２に所定位置から
大きくかけ離れてセツトされたり、三次元測定機
の自動運転時に作業者が過つて三次元測定領域に
手を出したりすると三次元運動を行つているスピ
ンドル７に測定対象物９等の異物が接触、或いは
衝突する。このようなプログラム予定外の事態が
生じたとき、スピンドル７には感圧検出器２１が
設けられているため、異物は感圧検出器２１に接
触してこれを押圧する。これにより感圧検出器２
１から電気出力信号が発信される。感圧検出器２
１はスピンドル７の長手方向（Ｚ軸方向）の長さ
を有するため、異物がスピンドル７の長手方向の
任意の箇所に衝突等しても感圧検出器２１は感圧
スイツチとして作動する。

感圧検出器２１からの出力信号は異常検出回路
２２に送られてパルスへの波形整形等の処理が行
われ、更に駆動制御回路１９に入力させるための
増幅等の処理が緊急停止回路２３において行われ
る。緊急停止回路２３からの信号により駆動制御
回路１９はドライバ１６，１７，１８を介して前
記駆動装置の各モータ１３，１４，１５を停止さ
せ、測定対象物９に対するスピンドル７、検出子
８の移動変位を停止させる。これにより三次元測
定機の自動運転は緊急停止され、それ以上の異常
事態は防止される。

以上のようにこの実施例では感圧検出器２１等
からなる前記安全装置２４は駆動装置を直接停止
させるようになつているが、安全装置はブレーキ
装置を作動させて駆動装置を間接的に停止させる
ものでもよい。

また異常検出回路２２の出力をCPU２０に入
力させることにより前記プログラムに割込ませ、
これにより駆動装置を緊急停止させてもよく、更
に異常検出回路２２の出力をドライバ１６，１
７，１８に入力させて駆動装置を緊急停止させる
ようにしてもよい。このように構成した場合には
感圧検出器２１と異常検出回路２２によつて安全
装置２４が構成される。

以上において感圧検出器２１は前述の通り合成
樹脂等にる保護物質によつて外部から隔絶された
状態になつているため、例えば化学工場のように
感圧検出器２１にとつて悪影響のある物質が浮遊
する環境下に三次元測定機を設置しても、確実な
作動を長期間に亙たり保障できる。

なお、この浮遊物質により金属製のスピンドル
７が腐蝕する虞れがある場合には感圧検出器２１
を非腐蝕性取付部材を介してスピンドル７に取付
けてもよい。

第５図は４個の感圧検出器２１が接続される電
気回路を異常検出、方向弁別回路３１とした場合
の実施例を示す。この回路３１は前記異常検出回
路２２と同様に感圧検出器２１からの信号をパル
スに波形整形等するとともに、Ｘ軸、Ｙ軸の水平
四方向に一致せしめられてスピンドル７に設けら
れた感圧検出器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ
のいずれの感圧検出器２１が電気出力信号を発信
したかを判別する。これにより測定対象物９等の
異物がいずれの方向からスピンドル７に衝突等し
たか弁別され、異常検出、方向弁別回路３１から
の信号はCPU２０に送られて処理される。この
結果、駆動装置は緊急停止するだけでなく、異物
が衝突等した方向とは逆方向へスピンドル７を後
退移動させてスピンドル７、検出子８を異常事態
から回避させる。検出子８が測定対象物９の測定
箇所に近づくまでは測定時間の短縮のためスピン
ドル７はＸ軸、Ｙ軸の合成方向に移動せしめられ
るが、それ以後、検出子８が測定箇所に接触する
まではスピンドル７は一般的にＸ軸、Ｙ軸のいず
れかの方向へ移動せしめられるため、衝突等の方
向の弁別のためには前記４個の感圧検出器２１で
足りる。

なお、Ｘ軸、Ｙ軸の合成方向移動中のスピンド
ル７に測定対象物９等の異物が衝突等する場合を
考慮して感圧検出器２１を第６図の通り配置して
もよい。即ち、感圧検出器２１の配置位置を平断
面四角形のスピンドル７の四隅位置とし、４個の
感圧検出器２１Ｅ，２１Ｆ，２１Ｇ，２１ＨをＸ
軸、Ｙ軸の対角水平四方向に設ける。感圧検出器
２１が２個例えば２１Ｅ，２１Ｆ同時に作動した
ときはＸ軸、Ｙ軸の四方向の一方向から、また感
圧検出器２１が１個例えば２１Ｅ作動したときは
対角四方向の一方向から測定対象物９等の異物が
スピンドル７に衝突等したことを弁別できる。感
圧検出器２１の数は以上の各実施例の４個に限ら
れず、例えば第３図と第６図の実施例を組み合わ
せて８個としてもよく、また以上の感圧検出器２
１の配置はスピンドル７が平断面円形の場合にも
適用できる。

以上において、前記衝突等の方向の弁別を行わ
ない場合には、それぞれの感圧検出器２１を並列
にまたは直列にまとめて接続して異常検出回路２
２またはこれと同様の機能を有する電気回路に接
続してもよい。

また、感圧検出器２１のタイプも図示のものに
限られず、衝突等の方向の弁別を行わない場合に
は例えば加圧導電ゴムをスイツチ素子としてワイ
ヤー状に形成されたものを使用してもよく、１本
のこのワイヤー状検出器をスピンドルの周囲に上
から下に螺旋状に巻き付けてもよい。

第１図で示した三次元測定機はＹ軸方向移動に
ついて検出子が固定側で測定対象物が移動側、Ｘ
軸方向移動およびＺ軸方向移動については検出子
が移動側で測定対象物が固定側のタイプであつた
が、本考案はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各移動方向につ
いて検出子、測定対象物のいずれが固定側或いは
移動側であつても適用でき、要すれば測定対象物
と検出子とが相対的に三次元移動を行つて測定対
象物の寸法、形状等を測定する三次元測定機であ
ればよい。また、前記実施例では検出子は測定対
象物に接触することによりタツチ信号を出力する
タツチ信号式プローブであつたが、この検出子の
タイプも任意であり、例えばレーザ光線による非
接触型検出子であつてもよい。

〔考案の効果〕

本考案によれば、スピンドルと測定対象物や測
定作業者等とが接触したり衝突したりするプログ
ラム予定外の異常事態が生ずると、これを検出し
て三次元測定機の自動運転を緊急停止させること
ができるため、作業者や機器の安全性を確保で
き、自動駆動型三次元測定機の実用化を図る上で
有効である。

また本考案によれば、スピンドルに設ける異常
検出器を感圧検出器とし、この感圧検出器は合成
樹脂等の保護物質を被覆しても圧力感知による作
動は可能であるため外部の悪影響物質から保護し
た状態で使用できるようになり、従つて三次元測
定機を悪環境下でも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元測定機の全体斜視図、第２図は
スピンドルの縦断面図、第３図は第２図の−
断面図、第４図は三次元測定機の電気的構成を示
すブロツク図、第５図は別実施例に係る要部のブ
ロツク図、第６図は感圧検出器の配置位置に係る
別実施例を示す第３図と同様の図である。 ２……載物台、７……スピンドル、８……検出
子、９……測定対象物、２１……感圧検出器、２
４……安全装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 載物台に載置された測定対象物と、本体構造
   に垂直方向に変位可能に支持されたスピンドル
   の先端に取り付けられた検出子とを三次元方向
   に相対移動させ、両者を関与させたときの相対
   移動変位量から前記測定対象物の形状、寸法等
   を測定する自動駆動型三次元測定機において、
   前記スピンドルの外面の少なくとも四方に取付
   けられ長さが前記スピンドルの長手方向に延び
   る感圧検出器を含み、この感圧検出器に異物が
   接触したときに発せられるこの感圧検出器の出
   力信号で前記測定対象物と前記検出子とを相対
   移動させる駆動装置を緊急停止させる安全装置
   を備えたことを特徴とする自動駆動型三次元測
   定機。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
   記四方とは前記三次元の水平方向における四方
   向であることを特徴とする自動駆動型三次元測
   定機。