JPH06186024A

JPH06186024A - 三次元測定機

Info

Publication number: JPH06186024A
Application number: JP4284094A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Aoki; 保夫青木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-07-08
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JP3089859B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プーリ間にバーを挟み込まなくとも、ベルト
を強く張ることができる三次元測定機を得ることを目的
とする。【構成】Ｘ軸ビーム１の両端部内部にプーリを有するプ
ーリ機構１１、１２の一部又は全部が埋設されると共
に、プーリ１７、１８の間にベルト部材２４の移動空間
を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元測定機に関し、特
に測定子をもつスピンドルをＸ軸キャリッジを利用して
Ｘ軸ビームの長手方向に移動させる三次元測定機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置は図８及び図９に示
すような構造であった。図８において、Ｘ軸ビーム１０
０は、支柱１０１及び支柱１０２の上端で連結されてお
り、Ｘ軸方向に移動するＸ軸キャリッジ１０３を案内し
ている。Ｘ軸キャリッジ１０３は、Ｚ軸方向に移動する
Ｚ軸スピンドル１０４を有し、Ｚ軸スピンドル１０４の
下方先端には測定子１０５を備えている。

【０００３】そして、Ｘ軸キャリッジ１０３は、複数の
エアべアリング１０６、１０７（それぞれの面に対して
少なくとも２つのエアベアリングが配設されている。）
によって、Ｘ軸ビーム１００の両側面１００ａ、１００
ｂと、Ｚ軸方向上面１００ｃと、Ｚ軸方向下面（不図
示）とに案内され、Ｘ軸方向に駆動される。Ｘ軸キャリ
ッジ１０３の駆動装置は、以下の様に構成される。

【０００４】ボールねじ１０８は、ナット部材１０９が
螺合されると共に、Ｘ軸ビーム１００の側面１００ａに
固定された支持部品１１０、１１１によって支持されて
いる。支持部品１１０、１１１には不図示の軸受け（ボ
ールねじ１０８を回転可能に支持できればどの様なもの
でもよい。）が備えており、ボールねじ１０８を回転可
能に支持している。

【０００５】一方の支持部品１１０には、モータ台１１
２が固定され、そのモータ台１１２にモータ１１３が固
定されている。モータ１１３の回転軸は、連結部材１１
４によってボールねじ１０８と連結されている。そし
て、ナット部材１０９は、Ｘ軸キャリッジ１０３と連結
されている。

【０００６】このような構成において、モータ１１３を
回転させるとボールねじ１０８が回転すると共に、ナッ
ト部材１０９が直線運動し、Ｘ軸キャリッジ１０３がＸ
軸方向に移動する。しかし、図８における駆動装置で
は、ボールねじ１０８を使用している為、振動と騒音と
が発生し、測定精度に悪影響を及ぼしていた。

【０００７】次に、振動と騒音を解消した駆動装置を図
９に示す。尚、ここでは説明簡略の為、三次元測定機の
本体構成は図８と同じ構成なので説明を省略し、同じ図
番を使用する。図９における駆動装置は、プーリ保持部
材１２２、１２３によって回転可能に支持された一対の
プーリ１２０、１２１と、一対のプーリ１２０、１２１
の間に渡設されたスチールベルト１２４と、一方のプー
リ１２０の回転軸に取り付けられたモータ１２５とから
構成されている。スチールベルト１２４は、係止片１２
８によってＸ軸キャリッジ１０３と連結されている。

【０００８】プーリ１２０とプーリ１２１との間には、
スチールベルト１２４の張力の影響が測定精度に影響を
与えないようにする為に、バー１２５が設けられてい
る。そして、駆動装置は、バー１２５を固定部材１２
６、１２７に係合し、その固定部材１２６、１２７を介
して、Ｘ軸ビーム１００の側面１００ａに固定される。

【０００９】このような構成において、モータ１２５を
回転させることにより、プーリ１２０が回転し、プーリ
１２０の回転がスチールベルト１２４を伝達し、もう一
方のプーリ１２１を回転させる。即ち、モータ１２５が
回転することによって、スチールベルト１２４がＸ軸方
向に移動し、スチールベルト１２４と連結されたＸ軸キ
ャリッジ１０３がＸ軸ビームに沿ってＸ軸方向に移動す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来の技
術においては、スチールベルト１２４を渡設する場合、
両プーリ１２０、１２１間にバー１２５を挟み込まなけ
れば、スチールベルト１２４を強く張ることができなか
った。さらに、バー１２５を挟んでスチールベルト１２
４を強く張った場合、Ｘ軸ビーム１００をたわませてし
まい、Ｘ軸ビーム１００を案内面として移動するＸ軸キ
ャリッジ１０３に影響を及ぼすことになり、精度の良い
測定ができながった。

【００１１】また、両プーリ１２０、１２１の回転軸を
結んだ軸線と、Ｘ軸ビーム１００の延設方向（Ｘ軸ビー
ムのＸ方向）とを平行にし、両プーリ１２０、１２１が
傾かないようにしないと、スチールベルト１２４にねじ
りが生じ、Ｘ軸キャリッジの移動にヨーイングやピッチ
ングが発生し、測定精度に影響を及ぼすことになる。従
って、両プーリ１２０、１２１とバー１２５とは、ベル
ト１２４にねじりが生じないように調整しなければなら
ないが、その調整作業が困難であった。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、両プーリ間にバーを挟み込まなくと
も、スチールベルトを強く張ることができ、なおかつベ
ルトにねじりを生じることがない三次元測定機を得るこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、被測定物を載置する定盤（８）と、２つの脚と該２
つの脚（２ａ、２ｂ）を上端で連結するＸ軸ビーム
（１）とで構成される門型構造体と、門型構造体を定盤
（８）上でＹ軸方向に移動させるために、２つの脚（２
ａ、２ｂ）の下端と定盤（８）との間に形成されるエア
ガイドと、測定子（７）をもつＺ軸スピンドル（４）を
備えると共に、Ｘ軸ビーム（１）に案内されるＸ軸キャ
リッジ（５）と、Ｘ軸ビーム（１）の長手方向の両端部
にそれぞれ配設されたプーリ（１７、１８）と、プーリ
（１７、１８）に渡設され、Ｘ軸キャリッジに連結され
るベルト部材（２４）とからなる駆動装置とを備え、駆
動装置によって、Ｘ軸キャリッジ（５）をＸ軸方向に駆
動する三次元測定機において、Ｘ軸ビーム（１）には、
Ｘ軸ビーム（１）の両端部内部にプーリ（１７、１８）
の一部又は全部が埋設されると共に、プーリ（１７、１
８）の間にベルト部材（２４）の移動空間を形成した。

【００１４】請求項２に記載の本発明は、被測定物を載
置する定盤（８）と、２つの脚と該２つの脚（２ａ、２
ｂ）を上端で連結するＸ軸ビーム（１）とで構成される
門型構造体と、門型構造体を定盤（８）上でＹ軸方向に
移動させるために、２つの脚（２ａ、２ｂ）の下端と定
盤（８）との間に形成されるエアガイドと、測定子
（７）をもつＺ軸スピンドル（４）を備えると共に、Ｘ
軸ビーム（１）に案内されるＸ軸キャリッジ（５）と、
Ｘ軸ビーム（１）の長手方向の両端部にそれぞれ配設さ
れたプーリ（１７、１８）と、プーリ（１７、１８）に
渡設され、Ｘ軸キャリッジに連結されるベルト部材（２
４）とからなる駆動装置とを備え、駆動装置によって、
Ｘ軸キャリッジ（５）をＸ軸方向に駆動する三次元測定
機において、Ｘ軸ビーム（１）には、Ｘ軸ビームの両端
部内部にプーリ（１７、１８）の一部又は全部が埋設さ
れると共に、プーリ（１７、１８）の間であり、かつＸ
軸ビーム（１）の略中央部にＺ軸スピンドル（４）及び
ベルト部材（２４）の移動空間が形成され、Ｘ軸キャリ
ッジ（５）の略中央部にＺ軸スピンドル（４）を設け、
Ｚ軸スピンドル（４）を移動空間に通すと共に、ベルト
部材（２４）にＸ軸キャリッジ（５）を連結し、なおか
つＸ軸キャリッジ（５）を両持ちにＸ軸ビーム（１）に
案内した。

【００１５】請求項３に記載の本発明は、プーリ（１
７、１８）のうち一方のプーリ（１７）の回転軸にモー
タ（２１）及び減速機（２０）を取り付け、モータ（２
１）及び減速機（２０）を脚（２ａ）に内蔵した。

【００１６】

【作用】本発明においては、２つのプーリの一部又は全
部をＸ軸ビームの内部に埋設したので、プーリ間にバー
を設けて２つのプーリを連結しなくても、ベルトを強く
張ることができる。さらに、あらかじめＸ軸ビームには
プーリの固定面が形成してあるので、その固定面にプー
リを固定し、そのプーリにベルトを渡設するだけなの
で、ベルトにねじりが生じないようにする調整が不必要
になる。

【００１７】また、プーリ及びベルトがＸ軸ビームの内
部にあるので、駆動装置に防塵装置や安全対策としての
保護カバーを新たに設ける必要がなくなる。Ｘ軸ビーム
に、プーリの間であり、かつＸ軸ビームの略中央部にＺ
軸スピンドル及びベルト部材の移動空間を設け、Ｘ軸キ
ャリッジの略中央部にＺ軸スピンドルを設け、Ｚ軸スピ
ンドルを移動空間に通すと共に、ベルト部材にＸ軸キャ
リッジを連結し、なおかつＸ軸キャリッジを両持ちにＸ
軸ビームに案内するようにしたので、Ｚ軸スピンドルを
含むＸ軸キャリッジの重心位置を駆動することができ、
Ｘ軸キャリッジを常に安定した状態でＸ軸ビームを案内
することができる。

【００１８】プーリの回転軸に取り付けられるモータ及
び減速機を支柱内に設けたので、３次元測定機自体がコ
ンパクトにできる。

【００１９】

【実施例】図１、図２、図３、図４は本発明の第１実施
例である。定盤８上を移動する門型構造体は、定盤８と
の間に不図示のエアパッドを有する支柱２ａと、Ｙ軸キ
ャリッジ９と一体になっている支柱２ｂと、支柱２ａと
支柱２ｂとの上端に固定されたＸ軸ビーム１とから構成
され、定盤８上にはＹ軸ガイド６が固定されている。

【００２０】Ｙ軸キャリッジ９には、不図示の複数のエ
アパッド（Ｙ軸ガイド６の案内面と定盤８とに対応させ
て設けられる）が備えられている。門型構造体を構成す
るＸ軸ビーム１と、各支柱２ａ、２ｂとは、軽量化の
為、リブ構造となっている。従って、門型構造体は、Ｙ
軸キャリッジ９が有する不図示のエアパッドとＹ軸ガイ
ド６の案内面及び定盤８との間にエアギャップを形成す
ると共に、定盤８と支柱２ａが有する不図示のエアパッ
ドとの間にエアギャップを形成して、Ｙ軸ガイド６に沿
って定盤８上をＹ軸方向に移動可能である。

【００２１】Ｘ軸ビーム１は、一対の案内部３ａ、３ｂ
と、一対の案内部３ａ、３ｂの両端にそれぞれ挟み込ま
れるプーリ固定部１０ａ、１０ｂ（１０ｂは図面上では
隠れている）とから一体に構成され、プーリ固定部１０
ａ、１０ｂを凹形状で形成すると共に、その凹形状の底
面をそれぞれ同一平面上に形成している（本発明におけ
る埋設とは、Ｘ軸ビームに埋め込まなくとも、Ｘ軸ビー
ムとプーリとの関係が外観上Ｘ軸ビームの内部に固定さ
れているものをいう）。

【００２２】そして、Ｘ軸ビーム１には、案内部３ａ、
３ｂとプーリ固定部１０ａ、１０ｂとで囲まれる様に、
Ｘ軸ビーム１の略中央部にＸ軸方向へ長孔が形成され、
さらに、プーリ固定部１０ａ、１０ｂには、プーリ機構
１１、１２が固定されている。図２、図３、図４に示す
様に、プーリ機構１１、１２は、Ｕ形状部材１３、１４
と、Ｕ形状部材１３、１４の底面と対向して、Ｕ形状部
材１３、１４とプーリ固定部１０ａ、１０ｂとに両持ち
にねじ等で固定される蓋部１５、１６と、プーリ１７、
１８と、プーリ１７、１８に渡設されるシート状のベル
ト２４とから構成される。

【００２３】Ｕ形状部材１３、１４の底面と蓋部１５、
１６とには、軸受１９がそれぞれ備えられており、軸受
１９にプーリ１７、１８の回転軸を係合させて回転可能
にプーリ１７、１８を支持している。一方のプーリ機構
１１の回転軸には、減速機２０及びモータ２１が直結さ
れており、減速機２０及びモータ２１は、Ｘ軸ビーム１
と支柱２ａとに設けられた貫通孔を通って支柱２ａの内
部に内蔵される。

【００２４】他方のプーリ機構１２は、プーリの回転軸
と垂直な方向からボルト２２が螺合されており、そのボ
ルト２２はＸ軸ビーム１に、プーリ固定部１０ｂに両持
ちに固定されたボルト止め２３に螺合している。さら
に、蓋部１６は、プーリ固定部１０ｂに固定する為のネ
ジ穴がＸ軸方向に向かう長孔になっている。従って、プ
ーリ機構１２は、ボルト２２を回転させることによっ
て、長孔の大きさの分だけ、Ｘ軸方向にスライドさせる
ことができる。

【００２５】プーリ機構１２をこの様な構成にすること
によって、プーリ間に渡設されるベルト２４の張力を容
易に調整することができる。再び図１において、Ｘ軸キ
ャリッジ５は、複数のエアパッド２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ、２５ｄ、２５ｅ・・を有し、複数のエアパッド２５
ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ・・と、Ｘ軸ビー
ム１の一対の案内部３ａ、３ｂの上面１ａ、１ｂと両側
面１ｃ、１ｄとの間にエアギャップを形成し、Ｘ軸ビー
ム１に両持ちで案内されてＸ軸方向に移動可能である。
（エアパッドはＸ軸ビーム１の案内面に対して２組配設
される。）Ｘ軸キャリッジ５の略中央部に案内されるＺ軸スピンド
ル４は、Ｘ軸ビーム１の長孔を通してＺ軸方向及びＸ軸
方向へ移動自在である。Ｚ軸スピンドル４の下端には測
定子７が装着されている。

【００２６】プーリ１７、１８に渡設されたベルト２４
の端は、Ｚ軸スピンドル４がＸ軸ビーム１の重心位置
（本発明の重心位置とは、Ｘ軸ビーム１の重心を通り、
Ｘ方向に伸びる線をいう）を移動できるように、Ｚ軸ス
ピンドル４の重心を通るＸ−Ｘ線上でＸ軸キャリッジ５
に固定されている（図３参照）。Ｘ軸キャリジ５をＸ軸
方向に駆動する為の２つのプーリ１１、１２の一部又は
全部をＸ軸ビーム１の内部に埋設するようにしたので、
ベルト２４の張力がＸ軸ビーム１に略均等に及ぼすこと
になり、プーリ１１、１２間にベルト２４の張力の影響
を防ぐ為のテンションバーを設けなくとも強い張力でベ
ルトを張ることができる。

【００２７】第１実施例において、Ｘ軸キャリッジ５
は、Ｘ軸ビーム１の上面１ａと両側面１ｃ、１ｂとに案
内されているが、Ｘ軸ビーム１の上面１ａと両側面１
ｃ、１ｂと下面（不図示）とに案内されてもよい。上記
の様に、Ｘ軸キャリッジ５は、Ｘ軸ビーム１に両持ちで
案内され、かつＺ軸スピンドル４はＸ軸キャリッジ５の
略中央部に案内されるので、Ｘ軸キャリッジ５とＺ軸ス
ピンドル４との重量がＸ軸キャリッジ５の中央部ににか
かり、安定にかつ精度良くＸ軸キャリッジ５を案内する
ことができる。従って、門型構造体の重心が安定するの
で高精度の測定ができる。

【００２８】図５は、ベルト２４が温度の影響を補正す
る構成を示す図である。図５に示すように、ベルト２４
をコの字形状つなぎ部材３０の先端からＸ軸方向に突出
した突出部３３に固定されている。つなぎ部材３０の外
側には、つなぎ部材３０より線膨張係数の大きい材質の
板３１が接着剤により、張り合わせられている。尚、つ
なぎ部材３０と板３１との張り合わせは、接着剤ではな
く、ボルト締結でもよい。

【００２９】そして、つなぎ部材３０は、固定部３２を
介して、Ｘ軸キャリッジ５の所定の位置（Ｚ軸スピンド
ル４とＸ軸キャリッジ５との間に設けられ、Ｘ軸キャリ
ッジ５に固定される）に固定されている。上記の様に構
成されたつなぎ部材３０にベルト２４を取り付けること
によって、ベルト２４が温度変化すると同時に、つなぎ
部材３０のコの字間隔が変化することによって、ベルト
２４の温度変化を打ち消している。

【００３０】従って、ベルト２４が温度変化して伸びた
場合、つなぎ部材３０のコの字間隔が狭くなり、また、
逆にベルト２４が温度変化して縮んだ場合、つなぎ部材
３０のコの字間隔が広がることによってベルト２４の張
力を常に一定に保つことをできるようになる。本実施例
では、Ｘ軸キャリッジ５は、Ｘ軸ビーム１の案内部３
ａ、３ｂの上面１ａ、１ｂと両側面１ｃ、１ｄとに案内
されているが、図６に示す様に、Ｘ軸ビーム１の案内部
３ａの上面１ａと、案内部３の両側面１ｄ、１ｅと、案
内部３ｂの上面１ｂとに案内されてもよい。

【００３１】即ち、ナローガイド式の案内駆動になり、
Ｚ軸スピンドル４を含んだＸ軸キャリッジ５の重心位置
が、Ｘ軸ビーム１の重心位置からはなれても、Ｘ軸キャ
リッジ５を安定させて駆動することができる。また、図
７に示す様に、一本の切断されていないエンドレスなベ
ルト４０を使用した例を示す図である。

【００３２】図７において、プーリ１７、１８は、プー
リ１７、１８の回転軸をＸ軸ビーム１の中心線上に配置
し、そのプーリ１７、１８にベルト４０を渡設し、ベル
ト４０の一部をＸ軸キャリッジ５に係止したものであ
る。このような構成にすることによって、プーリ１７、
１８を大きくすることができ、ベルト４０の厚さも厚く
することをできるので、駆動剛性を向上することをでき
る。

【００３３】本実施例ではＸ軸ビーム１の中央部をＺ軸
スピンドル４を移動するような構成にしているが、従来
のようなＸ軸ビームの側面をＺ軸スピンドルを移動する
三次元測定機にも適用できる。さらに、本実施例におい
て、門型構造体を構成するＸ軸ビーム１、支柱２ａ、２
ｂをセラミックス材料で構成することにより、環境温度
の変化に強く、かつ高剛性の門型構造体を得ることがで
きる。また、門型構造体だけでなくＹ軸ガイド６に沿っ
て移動するＹ軸キャリッジ９およびＸ軸キャリッジ５も
セラミックス材料で構成してもよい。

【００３４】ここでいうセラミックス材料は、アルミ
ナ、窒化珪素、炭化珪素およびジルコニアなどのエンジ
ニアリング・セラミックスをいう。

【００３５】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、２つのプー
リの一部又は全部をＸ軸ビームの内部に埋設したので、
プーリ間にバーを設けて２つのプーリを連結しなくて
も、ベルトを強く張ることができる。また、Ｘ軸ビーム
の略中央部にＺ軸スピンドル及びベルト部材の移動空間
を設け、また、Ｘ軸キャリッジの略中央部にＺ軸スピン
ドルを設け、Ｚ軸スピンドルを移動空間に通すと共に、
ベルト部材にＸ軸キャリッジを連結し、なおかつＸ軸キ
ャリッジを両持ちにＸ軸ビームに案内するよることによ
って、Ｚ軸スピンドルを含むＸ軸キャリッジの重心位置
を駆動することができ、Ｘ軸キャリッジを常に安定した
状態でＸ軸ビームを案内することができるので高精度の
測定が可能になる。

【００３６】プーリの回転軸に取り付けられるモータ及
び減速機を支柱内に設けることによって、測定機自体が
コンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の第１実施例の斜視図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図１のＢ矢視上面図である。

【図４】図１のＣ矢視側面図である。

【図５】ベルトが温度の影響を補正する構成を示す図で
ある。

【図６】Ｘ軸キャリッジの駆動をナローガイドにした図
である。

【図７】エンドレスベルトを用いた場合を示す図であ
る。

【図８】従来技術を示す斜視図である。

【図９】従来技術を示す斜視図である。

【符号の説明】

１Ｘ軸ビーム２ａ、２ｂ支柱４Ｚ軸スピンドル５Ｘ軸キャリッジ１７、１８プーリ２４ベルト４０エンドレスベルト２０減速機２１モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物を載置する定盤と、２つの脚と該２つの脚を上端で連結するＸ軸ビームとで
構成される門型構造体と、前記門型構造体を定盤上でＹ軸方向に移動させるため
に、前記２つの脚の下端と前記定盤との間に形成される
エアガイドと、測定子をもつＺ軸スピンドルを備えると共に、前記Ｘ軸
ビームに案内されるＸ軸キャリッジと、前記Ｘ軸ビームの長手方向の両端部にそれぞれ配設され
たプーリと、前記プーリに渡設され、前記Ｘ軸キャリッ
ジに連結されるベルト部材とからなる駆動装置とを備
え、前記駆動装置によって、前記Ｘ軸キャリッジをＸ軸方向
に駆動する三次元測定機において、前記Ｘ軸ビームには、前記Ｘ軸ビームの両端部内部に前
記プーリの一部又は全部が埋設されると共に、前記プー
リの間に前記ベルト部材の移動空間が形成されることを
特徴とする三次元測定機。
【請求項２】被測定物を載置する定盤と、２つの脚と該２つの脚を上端で連結するＸ軸ビームとで
構成される門型構造体と、前記門型構造体を定盤上でＹ軸方向に移動させるため
に、前記２つの脚の下端と前記定盤との間に形成される
エアガイドと、測定子をもつＺ軸スピンドルを備えると共に、前記Ｘ軸
ビームに案内されるＸ軸キャリッジと、前記Ｘ軸ビームの長手方向の両端部にそれぞれ配設され
たプーリと、前記プーリに渡設され、前記Ｘ軸キャリッ
ジに連結されるベルト部材とからなる駆動装置とを備
え、前記駆動装置によって、前記Ｘ軸キャリッジをＸ軸方向
に駆動する三次元測定機において、前記Ｘ軸ビームには、前記Ｘ軸ビームの両端部内部に前
記プーリの一部又は全部が埋設されると共に、前記プー
リの間であり、かつ前記Ｘ軸ビームの略中央部に前記Ｚ
軸スピンドル及び前記ベルト部材の移動空間が形成さ
れ、前記Ｘ軸キャリッジの略中央部に前記Ｚ軸スピンドルを
設け、前記Ｚ軸スピンドルを前記移動空間に通すと共
に、前記ベルト部材に前記Ｘ軸キャリッジを連結し、な
おかつ前記Ｘ軸キャリッジを両持ちに前記Ｘ軸ビームに
案内することを特徴とする三次元測定機。
【請求項３】前記プーリのうち一方のプーリの回転軸に
モータ及び減速機を取り付け、前記モータ及び減速機を
前記脚に内蔵したことを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の三次元測定機。