JPH04526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、載物台上の測定対象物と支柱に変位
可能に支持された検出子とを三次元方向に相対移
動させつつ形状、寸法等を測る三次元測定機の改
良に関する。

〔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、基台に固定
されまたは移動可能とされた支柱にＸ軸およびＺ
軸方向に変位可能に支持されたタツチ信号プロー
ブ、ビデオカメラ等の検出子と、を三次元方向に
相対移動させつつその測定対象物の形状や寸法を
測るいわゆる三次元測定機が知られ、高精度測定
可能なことから多くの産業分野で利用されてい
る。

かかる三次元測定機の一般的構造は、検出子を
支持しかつそれを三次元方向（Ｘ、ＹおよびＺ軸
方向）に移動させるための移動機構と載物台とか
ら形成される機械部と、検出子からの信号を所定
処理し形状等を求めるデータ処理装置を含む電子
部とから構成されている。

ここに、従来三次元測定機の上記機械部につい
て図面を参照しながら説明すると、まず第７図に
示したような支柱固定型が知られ、この支柱固定
型は、基台３上に載物台２０と支柱２５，２５が
設けられ、支柱２５，２５上をＹ軸方向に移動可
能とされたＹスライダ３７，３７、このＹスライ
ダ３７，３７に渡架された横桁部材３０上をＸ軸
方向に移動可能とされたＸスライダ３５およびこ
のＸスライダ３５に支持されたＺ案内ボツクス４
０内をＺ軸方向に移動可能なスピンドル４１とか
ら移動機構を形成し、そのスピンドル４１の先端
側に検出子４２を取り付けて機械部を構成してい
た。

一方、第８図に示したような支柱可動型は、載
物台２０の両側端にＹ案内レール３８，３８を固
定し、このＹ案内レール３８，３８にＹ軸方向に
移動可能とされたＹスライダ３７，３７とこのＹ
スライダ３７，３７に基端部が固着された支柱２
５，２５上に渡架された横桁部材３０上をＸ軸方
向に移動可能とされたＸスライダ３５およびこの
Ｘスライダ３５に支持されたＺ案内ボツクス４０
内をＺ軸方向に移動可能なスピンドル４１とから
移動機構を形成し、検出子４２をスピンドル４１
に取り付けて機械部を構成していた。

従つて、両型ともスピンドル４１を把持しつつ
手動でまたは図示しない駆動装置によつて検出子
４２を載物台２０上に載置された測定対象物に対
し三次元方向に移動し、関与させつつ寸法等を測
定することができた。

しかしながら、上述の従来三次元測定機では次
のような問題点を有していた。

1μｍ前後の高精度を保障するためには、支
柱２５，２５等構成要素の変形、撓みは許され
ないから、それらの機械的剛性、機械的強度は
堅牢としなければならない。ところが、上記い
ずれの型においても支柱２５，２５上にＸスラ
イダ３５等が設けられており、かつ各支柱２
５，２５は載物台２０より下方側で支持される
ものとなつていた。従つて支柱２５，２５は、
大きな垂直荷重に耐えるべくより堅牢としなけ
ればならないという問題があつた。このこと
は、支柱可動型（第８図）の場合、Ｙ案内レー
ル３８，３８、これらを載物台２０に取り付け
るための支持部材等をも強化しなければならな
いので全体として大型化、不経済を招いてい
た。

また、支柱固定型の場合には、基台３の両側
に各支柱２５，２５を立設させるために、有効
測定範囲が狭くなるばかりか、載物台２０上へ
の図示なき測定対象物の搬入出に支障を来た
し、さらにその自動化を困難とする問題もあつ
た。一方、支柱可動型はこれら欠点をある程度
解消できるが、とりわけＹ案内レール３８，３
８に取り付けられるＹ軸変位検出手段としての
スケール（図示省略）の保護を強化しなければ
ならず一層構造を複雑化させた。また、防塵対
策を施さなければ精度保障も困難とする等の問
題を有していた。

さらに、両側とも載物台２０に対して検出子
４３側を三次元方向に移動させる構造であつた
ため、精巧な前記移動機構を確立する観点から
支柱２５，２５等の振動等を防止する機構を付
加させなければならず、これは、自動移動型と
するのに不利であつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来問題点に鑑みなされたもの
で、構造簡単化、防塵対策等による安定性を確保
しつつ高精度測定を保障する優れた三次元測定機
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は、上記従来問題点が検出子移動型であ
ること、支柱を載物台の上面から遥か下方より立
設させていること、Ｙスライダ等が露出させて設
けられていること等に起因していることに着目
し、支柱寸法を短小化するとともに載物台移動型
としかつその駆動手段等を載物台と基台との間に
収納させるよう構成しその問題点を解消したもの
である。

これがため、載物台上の測定対象物と支柱上に
変位可能に支持された検出子とを三次元方向に相
対移動させつつ形状寸法等を測る三次元測定機に
おいて、 基台にＸ軸方向に所定幅、Ｚ軸方向に所定深さ
とされかつＹ軸方向に伸びる凹所を設けるととも
に、この基台の凹所に中心振り分けの１組のＹ案
内レールを設け、 前記載物台を該Ｙ案内レールに沿つて移動可能
に該基台に支持させかつ前記支柱を該基台の両側
端に起立固定し、 該基台に対する前記載物台のＸ軸方向位置を規
制するためのＸ軸位置規制手段、Ｚ軸方向位置を
規制するためのＺ軸位置規制手段、Ｙ軸方向に前
記載物台を自動送りするためのＹ軸用の駆動手段
およびＹ軸方向の前記載物台の移動変移量を検出
するためのＹ軸変移検出手段を前記載物台の凹所
内に配設した構成とし前記目的を達成するのであ
る。

本発明は、このように構成されているから、基
台の凹部に駆動手段等を収容させることができる
ので載物台、その案内レール等と支柱との取付位
置の相対関係を改良できる結果、支柱を短寸化で
き有効測定範囲、測定精度の拡大、向上を図れ
る。また、載物台を移動させるように形成してい
るのでその支柱と基台との取り付けが強固かつ構
造簡単化でき組立調整に有利である。また、駆動
手段等を基台の凹部に収容させたので、全体を小
型軽量化できる。以上のような効果を奏しながら
載物台上に取り付けた測定対象物の形状、寸法等
を高精度かつ円滑に測定できるよう使用する。

〔実施例〕

本発明に係る三次元測定機の一実施例を図面を
参照しながら説明する。

この実施例の三次元測定機は第１図ないし第６
図に示され、まず、第１図ないし第３図に見られ
るように全体が構成されている。

すなわち、ベース１上には、基台３が設置され
る。この基台３にはＸ軸方向に一対の支柱２５，
２５がその基端部２７を固着させて立設されてい
る。支柱２５，２５にはＸ軸方向に伸びる横桁部
材３０が渡架され、この横桁部材３０に沿つて移
動可能とされたＸスライダ３５にはＺ案内ボツク
ス４０が一体的に設けられている。先端にビデオ
カメラとされた検出子４２を有するスピンドル４
１はＺ案内ボツクス４０にＺ軸方向に摺動可能に
支持されている。ここに、検出子４２の移動機構
は検出子４２をＸ軸方向とＺ軸方向に移動できる
ものと形成されている。一方、載物台２０はＹ軸
方向に移動可能として基台３に支持されている。
従つて、載物台２０上に載置される測定対象物
（図示省略）と検出子４２とは三次元方向に相対
移動可能とされている。

また、基台３はセンター振り分けの断面コ字状
の凹所５がＹ軸方向に沿つて設けられており、そ
の両端側には凹部５を閉成し、かつ後記防塵装置
９０の蛇腹９２の一端側を固定する蛇腹取付板９
４，９４が設けられ、凹部５内には後記のＸ軸位
置規制手段５０、Ｚ軸位置規制手段６０、Ｙ軸変
位検出手段７０および駆動手段８０等が収容され
ている。なお、データ処理装置等電子部は図示省
略している。

さて、基台３の凹部５の低部は磁性体部分であ
る中間床部４とされ、また両側方には立上部７，
７を設け形成されている。なお、１７，１７は調
整ボルトでベース１に対し基台３の姿勢を正すた
めのものである。基台３の中間床部４にはセンタ
ー振り分けのＹ案内レール３８，３８がＹ軸方向
に沿つて設けられボルトによつて固着されてい
る。Ｙ案内レール３８の断面は直方形であつて各
面は平滑仕上げされている。従つて、載物台２０
はこのＹ案内レール３８，３８の上面および側面
を基準に位置出しされるよう形成されている。そ
して、支柱２５，２５の基端部２７，２７は固定
ボルト２６，２６で基台３の立上部７，７の上端
面にそれぞれ固定されている。これにより支柱２
５，２５の高さは、載物台２０を案内するＹ案内
レール３８，３８よりもその基端部２７，２７が
高位置であるため短小化することができる。

Ｚ軸位置規制手段６０は、載物台２０の下端面
２２に設けられた一対のエアベアリング６１，６
１と、基台３の中間床部４と吸引作用する載置台
２０に取付けられたマグネツト６２と、を含み構
成されている。エアベアリング６１，６１は図示
しないエア源より圧搾空気が供給され、その空気
をＹ案内レール３８，３８の上端面に噴出させる
ことによつて載物台２０を数μｍ〜数＋μｍだけ
浮上させＺ軸方向の位置を制御するとともに載物
台２０のＹ軸方向移動を許容するものである。こ
こで、載物台２０が小型軽量のときまたは設置す
る測定対象物（図示省略）の重量等を考慮して、
載物台２０を第４図で下方向に引き下す手段とし
てマグネツト６２が設けられているのである。マ
グネツト６２は調整ボルト６４で高さ方向調整が
行われ、取付ボルト６５で載物台２０に固定され
ている。なお、磁性体６３は磁気効率向上のため
設けられ、さらに非磁性体６６を介し載物台２０
に固定されている。従つて、載物台２０は磁力に
よる下方向吸引力と、これに抗するエアベアリン
グ６１の空気圧力とのバランスによつてＺ軸方向
の位置規制が行われるよう形成されている。

一方、Ｘ軸方向位置規制手段５０は、各Ｙ案内
レール３８，３８の各側面に対応するエアベアリ
ング５１，５１から形成され、各エアベアリング
５１，５１は、ボール５２，５２を介し姿勢の自
由性を確保しつつ調整ボルト５３，５３によつて
そのクリアランスが調整できるようされている。

また、Ｙ軸変位検出手段７０は、基台３のＸ軸
方向の中心部に立設されたスケール支持台７６に
支持されたメインスケール７１と、このメインス
ケール７１と対応するインデツクススケール７２
および検出回路を含む検出器７３とから形成され
基台３に対する載物台２０のＹ軸方向変位量を検
出できるよう構成されている。インデツクススケ
ール７２のメインスケール７１に対する姿勢を調
整するための位置調整ボルト７４，７５が設けら
れている。なお、このメインスケール７１等の型
は不問だが、この実施例では光学格子を有する光
電型とされている。

また、駆動手段８０は、載物台２０をＹ軸方向
に自動的に移動させるためのもので、基台３に固
定された支持台８３に回動自在に支持されたボー
ルネジ８１、このボールネジ８１に螺合され載物
台２０に取り付けられているナツト部材８２およ
び図示しないモータとから形成されている。

さらに、防塵装置９０が設けられ、防塵装置９
０は蛇腹装置９１と防塵カバー１０１とから構成
されている。この蛇腹装置９１は、第１図、第５
図および第６図から明らかのように、第１の蛇腹
９２ａと第２の蛇腹９２ｂとを有し、第１の蛇腹
９２ａは載物台２０のＹ軸方向一端側２３と蛇腹
端板９３，９３、蛇腹取付板９４を介し基台３の
一端側の蛇腹取付部６とに張設されている。第２
の蛇腹９２ｂも載物台２０のＹ軸方向他端側２４
と対応する基台３の他端側との間に第１の蛇腹９
２ａと同様に張設されている。従つて、両蛇腹９
２ａ，９２ｂは、それぞれ載物台２０のＹ軸方向
移動に伴つて伸縮することができ、各手段が配設
された基台３の凹部５を閉成することができる。
また、蛇腹装置９１は、蛇腹浮上防止機構９９を
含み形成されている。この蛇腹浮上機構９９は、
各蛇腹９２ａ，９２ｂが伸縮するときの風圧によ
つてＺ軸方向（図で上方向）に浮上することを防
止するものであつて、各蛇腹９２ａ，９２ｂの略
中央下端に設けられたＸ軸方向に開口する溝部９
７を有するガイドプレート９５と、先端側がこの
溝部９７に挿入され基端側が支持部材１１を介し
基台３に固定されたガイドレール９６とから構成
されている。従つて、蛇腹９２ａ，９２ｂはガイ
ドプレート９５を介しガイドレール９６によつて
軸方向の変位が規制されるので浮上が阻止され
る。

また、防塵カバー１０１，１０１は、支持部材
１１，１１を介し基台３に固定されその先端側が
載物台２０の各側面に設けられた凹部２１にそれ
ぞれ挿入可能とされている。従つて、載物台２０
の幅相当については蛇腹装置９１によつて、また
載物台２０と基台３の立上部７とのＸ軸方向隙間
については防塵カバー１０１，１０１によつて基
台３の凹部５は閉成されることができる。もとよ
り、Ｙ軸方向の基台３の両側端は前記蛇腹取付板
９４，９４によつて塞がれている。

１１は支持部材であつて、Ｙ軸方向に沿つて基
台３に固定配設され、前記防塵カバー１０１と、
蛇腹浮上防止機構９９を構成するガイドレール９
６とを支持するものである。また、凹所１２には
工具類を収容できるようゴム１３が貼設されてい
る。

なお、基台３に取り付けられたリミツトスイツ
チ１１１と載物台２０に取り付けられた係合部材
１１２とから形成される位置検出手段１１０は載
物台２０のＹ軸方向限界位置を検出するものであ
る。

このように構成された三次元測定機では、載物
台２０上に載置された測定対象物（図示省略）と
検出子４２とを三次元方向に相対移動させつつＹ
軸変位検出手段７０等からの出力信号を利用して
測定対象物の寸法等を高精度で測定することがで
きる。

ここに、載物台２０のＹ軸方向の移動は、駆動
手段８０のボールネジ８１をモータ（図示省略）
で回動させることによつて行われる。そして、載
物台２０は、予めクリアランス調整されたＸ軸位
置規制手段５０によつてＸ軸方向位置が規制さ
れ、一方Ｚ軸位置規制手段６０によつてＹ案内レ
ール３８，３８の上面に対しＺ軸方向位置が規制
される。従つて、載物台２０すなわちこれに載置
された測定対象物はＸおよびＺ軸方向に位置規制
されつつＹ軸方向に移動される。

このＹ軸方向移動中、蛇腹浮上防止機構９９の
作用も相俟つて蛇腹９２ａ，９２ｂは浮上するこ
となく載物台２０の移動に伴つてそれぞれ伸縮
し、凹部５に収容された変位検出手段７０等をカ
バーし防塵する。また、載物台２０と基台３との
Ｘ軸方向クリアランスは、防塵カバーによつてカ
バーされるので確実な防塵が行われる。

この実施例によれば、基台３に振り分けの凹部
５を設け、この凹部５にＹ案内レール３８，３８
を配設するとともに位置規制手段５０，６０、Ｙ
軸変位検出手段７０および駆動手段８０等を収容
したので、載物台２０のＺ軸方向高さを低くすな
わち支柱２５，２５を高い位置で基台３に取り付
けることができる。その結果、支柱２５，２５を
短寸化できるからその小型軽量化または／および
高剛性とすることができ検出子４２の位置を不動
のものとして高精度測定を達成することができ
る。

また、Ｚ軸位置規制手段６０は、エアベアリン
グ６１，６１とこれに抗して載物台２０を下方向
に付勢するマグネツト６２，６２利用の手段とか
ら構成されているから載物台２０が軽量でもある
いは載置すべき測定対象物が軽量である場合でも
エアベアリング６１，６１への供給空気の微小調
整をすることなく載物台２０のＺ軸方向位置を正
確に規制することができる。

さらに、基台３の各手段５０，６０，７０，８
０を収容させた凹部５をカバーする防塵装置９０
を設けているので、それら手段の特性、機能を安
定して維持することができるばかりか、安全作業
を保障することができる。また、蛇腹装置９１に
は蛇腹浮上防止機構９９を設けているので、この
点からも確実な防塵運転をすることができる。

さらにまた、駆動手段８０のボールネジ８１と
ナツト部材９２との螺合は、載物台２０の中央部
で行うよう形成されているから、Ｘ軸位置規制手
段５０の機能と相俟つてガタ、蛇行を防止しつつ
載物台２０をＹ軸方向に直動させることができ
る。この点からも高精度測定を保障できる。

なお、以上の実施例では、検出子４２がビデオ
カメラとされていたが、タツチ信号プローブ等で
もよく、その種別は不問である。また、Ｘスライ
ダ３５、スピンドル４１等はモータ送り方式でも
手動送り方式でもよい。さらに、防塵装置９０の
ガイドレール９６、防塵カバー１０１の各先端部
またはこれらに対応する凹部２１、溝部９７のい
ずれか一方に回転ローラを設け摺動性を向上させ
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかの通り、本発明は駆動手
段等を基台の凹部に収容させて小型軽量化を達成
できるとともに支柱を短小化することによつて高
精度測定を達成できるという優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元測定機の一実施例
の全体構成を示す斜視図、第２図、第３図は同じ
く第１図に対応させた正面図および側面図、第４
図は同じく第１図の−矢視線に基づく断面
図、第５図は同じく第１図の−矢視線に基づ
く断面図、第６図は蛇腹装置の要部斜視図、第７
図は従来の支柱固定型三次元測定機の全体構成図
および第８図は従来の支柱可動型三次元測定機の
全体構成図である。 ３……基台、５……凹部、２０……載物台、２
５……支柱、３８……Ｙ案内レール、４２……検
出子、５０……Ｘ軸位置規制手段、６０……Ｚ軸
位置規制手段、６１……エアベアリング、６２…
…マグネツト、６３……磁性体、７０……Ｙ軸変
位検出手段、８０……駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 載物台上の測定対象物と支柱上に変位可能に
   支持された検出子とを三次元方向に相対移動させ
   つつ形状寸法等を測る三次元測定機において、 基台にＸ軸方向に所定幅、Ｚ軸方向に所定深さ
   とされかつＹ軸方向に伸びる凹所を設けるととも
   に、この基台の凹所に中心振り分けの１組のＹ案
   内レールを設け、 前記載物台を該Ｙ案内レールに沿つて移動可能
   に該基台に支持させかつ前記支柱を該基台の両側
   端に起立固定し、 該基台に対する前記載物台のＸ軸方向位置を規
   制するためのＸ軸位置規制手段、Ｚ軸方向位置を
   規制するためのＺ軸位置規制手段、Ｙ軸方向に前
   記載物台を自動送りするためのＹ軸用の駆動手段
   およびＹ軸方向の前記載物台の移動変位量を検出
   するためのＹ軸変位検出手段を前記載物台の凹所
   内に配設したことを特徴とする三次元測定機。 ２ 前記特許請求の範囲第１項において、前記Ｚ
   軸位置規制手段が、前記Ｙ案内レールの上端面に
   対応させて前記載物台に取り付けたエアベアリン
   グと、前記基台の磁性体部分とこの磁性体部分と
   吸引作用する載物台に取り付けられたマグネツト
   とから形成され前記載物台を基台下方向に引張付
   勢する手段と、から構成されている三次元測定
   機。