JPH0342768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、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。

〔発明の目的〕

本発明は、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置を行
う安全装置を自動駆動型の三次元測定機に装備す
べく本発明は成された。

本発明の目的は、測定機構造物であるスピンド
ル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、測定作業者に接触や衝突し
たり、測定作業者がスピンドルと測定対象物との
間に挟まれたりするプログラム予定外の緊急事態
が生じたときにこれを検出し、自動運転を停止さ
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。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

このため本発明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、導電性材料
からなる前記スピンドル、およびこのスピンドル
の外面と離隔しかつスピンドルの長手方向に長さ
が延びる導電部材を含んで構成された異常検出器
と、前記導電部材が前記スピンドルに接触するこ
とによるこの異常検出器からの出力信号を受けて
前記測定対象物と前記検出子とを相対移動させる
ための駆動装置を緊急に停止させる緊急停止手段
とから構成された安全装置を備えている。

作業者などがスピンドルに接触する異常事態発
生時には導電部材はこの作業者などに押圧されて
スピンドルに接触し、これにより異常検出器はス
イツチング作動する。異常検出器が出力信号を発
信すると、緊急停止手段により駆動装置の駆動が
停止されてそれ以上の異常事態が防止される。前
記導電部材を相対移動方向における少なくとも水
平四方向に設けると、駆動装置を停止させるだけ
でなく、前記接触などの発生方向とは逆方向へ三
次元測定機を後退駆動させることが可能になる。

〔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
動的に三次元軌跡の描きながら移動し、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の縦断面図を示し、
このスピンドル７は金属等の導電材により形成さ
れている。スピンドル７にはスピンドル７の長手
方向に沿つてワイヤ状の導電部材２１が配設さ
れ、この導電部材２１はスピンドル７の外面から
離隔されつつ上下端が保持部材２２，２３で保持
され、導電部材２１の上下端の保持は絶縁部材２
４，２５を介して行われているためスピンドル７
と導電部材２１とは通常時電気的絶縁状態になつ
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、導電部材２１はこれらの四側面に各
１個２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ設けられて
いる。

この実施例では導電部材２１が異常検出部２６
を構成し、また導電部材２１と、導電部材２１と
ともに電気的スイツチ作用を有する導電性スピン
ドル７とで異常検出器２７が構成される。異常検
出器２７は導電部材２１の個数が４個であるため
４個あり、これらの異常検出器２７は第４図の通
りスピンドル７を共通端子として異常検出回路２
８に接続され、異常検出回路２８は緊急停止回路
２９を介して前記駆動制御回路１９に接続されて
いる。

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３
０，３１，３２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３３，３４，３５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３
３，３４，３５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がカウント３３，３４，３５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３３，３４，３５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には導電部材２１が設けられ
ているため、測定対象物９等は導電部材２１を横
方向から押圧して弾性的に撓ませ、この結果導電
部材２１はスピンドル７に接触して電気的閉ルー
プの電気回路が形成される。導電部材２１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、測定対象物９等がスピンドル７の長手方向
の任意の箇所に衝突等しても電気的閉ループが形
成される。

スピンドル７と導電部材２１とによるスイツチ
ング作用により電気信号が発生し、この電気信号
は異常検出回路２８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２９
において行われる。緊急停止回路２９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１３，１
４，１５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、それ以上の異常状態は防止される。

異常事態の発生原因となつた測定対象物９等が
取り除かれると、導電部材２１はそれ自身の弾性
力によりもとの直線状態に復元する。

この実施例では異常検出回路２８と緊急停止回
路２９とにより駆動装置を緊急停止させるための
緊急停止手段３６が構成される。この緊急停止手
段３６は駆動装置を直接停止させるのではなく、
ブレーキ装置を作動させて駆動装置をい間接的に
停止させるものでもよい。

また異常検出回路２８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２８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
異常検出回路２８によつて緊急停止手段３６が構
成される。

第５図はスピンドル７および４個の導電部材２
１が接続される電気回路を異常検出、方向弁別回
路３７とした場合の実施例を示す。この回路３７
は前記異常検出回路２８と同様に電気的閉ループ
電気回路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に設けられた導電部材２１Ａ，
２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのいずれの導電部材２１
がスイツチング作用を行つたかを判別する。これ
により測定対象物９等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３７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、測定対象物９等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時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個の導電部材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等が衝突等する場合を考慮し
て導電部材２１を第６図の通り配置してもよい。
即ち、導電部材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個の導電部材２
１Ｅ，２１Ｆ，２１Ｇ，２１ＨをＸ軸、Ｙ軸の対
角水平四方向に設ける。導電部材２１が２個（例
えば２１Ｅ，２１Ｆ）同時に作動したときはＸ
軸、Ｙ軸の四方向に一方向から、また導電部材２
１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等がスピンドル７
に衝突等したことを弁別できる。導電部材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、また以上の導電部材２１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、それぞれの導電部材２１を並列ま
たは直列にまとめて接続して異常検出回路２８ま
たはこれと同様な機能を有する電気回路に接続し
てもよい。

第７図は導電部材２１を直線の緊張状態にする
ことができる実施例を示す。導電部材２１の下端
は絶縁部材３８を介して保持部材３９で保持さ
れ、上端は絶縁部材４０を介してばね４１で上方
へ引つ張られ、常に導電部材２１にはばね４１に
よる引張力が作用している。これによると、導電
部材２１は通常時直線状となつて攣曲することは
ないため、スピンドル７に接触して誤動作するの
を防止できる。

なお第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、本発明は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。

〔発明の効果〕

本発明によれば、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。

【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図は異常検出部である導電部材の
配置位置に係る別実施例を示す第３図と同様の
図、第７図は導電部材に引張力を作用させた実施
例を示すスピンドルの縦断面図である。 ２……載置台、７……スピンドル、８……検出
子、９……測定対象物、２１……導電部材、２７
……異常検出器、３６……緊急停止手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、導電性材料
   からなる前記スピンドル、およびこのスピンドル
   の外面と離隔しかつスピンドルの長手方向に長さ
   が延びる導電部材を含んで構成された異常検出器
   と、前記導電部材が前記スピンドルに接触するこ
   とによるこの異常検出器からの出力信号を受けて
   前記測定対象物と前記検出子とを相対移動させる
   ための駆動装置を緊急に停止させる緊急停止手段
   とから構成された安全装置を備えた自動駆動型三
   次元測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記導電部
   材は前記相対移動方向における少なくとも水平四
   方向に設けられていることを特徴とする自動駆動
   型三次元測定機。