JPH068732B2 - 多次元測定機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多次元測定機に係り、被測定物の寸法や形状
等を迅速にかつ高精度に測定する際に利用される多次元
測定機に関する。

［背景技術とその問題点］ 一般に、形状が複雑な被測定物の寸法や形状等を高精度
に測定するには、多次元測定機が広く用いられている。

多次元測定機のうち、例えば三次元測定機には、人がプ
ローブまたはプローブの近傍を手でつかみ、ブローブを
予め定められた測定手順に従って被測定物の測定面へ順
次当接させ、その当接時点のプローブの移動変位量から
被測定物の寸法や形状等を求める手動型と、例えばＣＮ
Ｃ三次元測定機のように、測定機本体にプローブをＸ，
Ｙ，Ｚ軸の各軸方向へ移動させるためのスクリューやモ
ータ等の駆動装置を装備させ、これらの駆動装置を予め
プログラムされた手順に従って自動的に制御しながらプ
ローブを被測定物の測定面へ順次当接させる自動型と、
が知られている。

前者の型式は、構造が簡単であるため構造上測定精度に
影響を与える要素が少なく、高精度な測定値が得られる
利点がある反面、次のような欠点がある。即ち、 被測定物毎に測定箇所および手順を人が全て記憶しな
ければならないので、作業ミスが生じやすい。しかも、
これは被測定物毎に変る。

それと同時に、データ処理装置との一連的作業を要す
るので、専門的かつ技術的知識が必要とされる結果、誰
でもが運転できるわけではない。また、専門家は、測定
態様から見れば測定機に占有され、他の作業に活用でき
ない。また、かかる人を集めることも難しい。

大きな測定範囲を許容する大型の測定機にあっては、
被測定物の全ての測定点を測定するような場合、測定者
が測定機の周囲を動き回らなくてはならなかったり、測
定台の上に乗って操作しなければならないので、測定能
率が低下し、かつ安全性にも欠ける。

操作時間が長くなる場合には、体温が手からプローブ
等へ伝達され、その結果プローブ等の熱膨張によって測
定精度の低下が生じる場合がある。

これに対し、後者の型式は、同一性のある被測定物を繰
返し測定するのに適している反面、プローブをＸ，Ｙ，
Ｚ軸の各軸方向へ自動的に移動させるためにスクリュー
やモータ等の駆動装置を測定機本体、特にプローブ軸を
支持するスライダ、更にはスライダを支持する梁に装着
しなければならないので、これらを支持する構造が大型
にならざるを得ない。すると、これら装置の重量増加に
伴い、基礎構造に歪や撓みが生じる結果、これにより測
定精度が低下する欠点がある。

以上述べた両型式の問題点は、三次元測定機のみなら
ず、ハイトゲージ等の二次元測定機でも同様である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、このような従来例の欠点を解消すべく
なされたもので、手動型および自動型の欠点を全て解消
し、予め定められた手順に従って被測定物の寸法や形状
等を迅速にかつ高精度に測定する多次元測定機を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ そのため、本発明では、移動機構を介して多次元方向へ
移動可能なタッチ信号プローブ等の検出子を、測定機本
体とは別個独立なロボット機構により行い、つまり自動
化のための駆動装置を別個独立にし、これにより上述し
た両型式の問題を解決する一方、ロボット機構の作動に
伴なって移動される検出子の移動軌跡を測定機の変位検
出器の出力信号を利用して記憶させた後、この記憶され
た移動軌跡データに基づいてロボット機構を作動させる
ようにしたものである。

具体的には、載物台上の被測定物に関与させる検出子を
多次元方向へ移動させる移動機構、検出子の移動変位量
を検出するための変位検出器および変位検出器の出力信
号を所定処理して被測定物の寸法等を求めるデータ処理
装置を含む多次元測定機において、測定機本体と別個独
立して設けられかつ前記移動機構を介して前記検出子を
移動させるためのロボット機構と、このロボット機構の
作動に伴って移動される前記検出子の移動軌跡を前記変
位検出器の出力信号を利用して記憶する移動軌跡記憶装
置と、この移動軌跡記憶装置に記憶された移動軌跡デー
タに基づいて前記ロボット機構を運転して前記検出子を
移動させる運転指令装置と、を備えて構成されるととも
に、前記ロボット機構は、前記載物台上の測定範囲に干
渉しない位置に設けられた軸と、この軸に昇降自在に設
けられたブロックと、このブロックに前記軸と直交方向
に移動可能に設けられた進退杆と、この進退杆に回動自
在に軸支された旋回アームと、この旋回アームと前記検
出子あるいは検出子を支持する支持部材との間を連結す
る連結アームと、を備えたことを特徴としている。

［実施例］ 第１図は三次元測定機を用いた本実施例の測定、システ
ムの外観を示している。同図において、載置台１の上面
には、三次元測定機本体２が設置されているとともに、
この三次元測定機本体２と別個独立に構成されかつロボ
ット作動指令装置３からの作動指令に従って動作するロ
ボット機構４が設置されている。なお、三次元測定機本
体２によって測定された測定データは、データ処理装置
５へ送られ、そこで所定処理された後被測定物の寸法や
形状を表わす値として出力される。

前記三次元測定機本体２は、被測定物１１を載置した載
物台１２の両側にそれぞれ案内レール１３を介して支柱
１４が前記載物台１２の前後方向（Ｙ軸方向）へ、この
両支柱１４間に掛渡された水平ビーム１５に沿ってスラ
イダ１６が前記載物台１２の左右方向（Ｘ軸方向）へ、
このスライダ１６に下端に検出子としてのタッチ信号プ
ローブ１７を有するプローブ軸１８が前記載物台１２の
上下方向（Ｚ軸方向）へ、それぞれ移動自在に設けられ
ている。ここで、支柱１４、スライダ１６および検出子
の支持部材としてのプローブ軸１８等からなる移動機構
１９は、例えばエアーベアリング等により比較的軽い力
でタッチ信号プローブ１７を三次元方向へ移動させるこ
とができるようになっている。これにより、タッチ信号
プローブ１７が移動されると、タッチ信号プローブ１７
が被測定物１１に当接したとき、支柱１４のＹ軸方向の
位置、スライダ１６のＸ軸方向の位置およびプローブ軸
１８のＺ軸方向の位置が、前記データ処理装置５へ送ら
れ、そこで所定処理された後測定値としてデジタル表示
される。

ロボット機構４は、第２図にも示す如く、前記載置台１
の上面に固定された基台２０に垂直に立設されたＺ軸２
１と、このＺ軸２１にＺ軸駆動モータ２２の駆動により
Ｚ軸方向へ昇降自在に設けられた昇降ブロック２３と、
この昇降ブロック２３にＹ軸駆動モータ２４の駆動によ
りＹ軸方向へ進退可能に設けられた互いに平行な２本の
進退杆２５と、これら２本の進退杆２５の一端にＺ軸と
平行にかつ旋回駆動モータ２６の駆動により回転可能に
設けられた回転軸２７と、この回転軸２７に基端が固定
された旋回アーム２８と、この旋回アーム２８の先端と
前記タッチ信号プローブ１７近傍のプローブ軸１８とを
互いに連結する連結アーム２９とから構成されている。
連結アーム２９は、プローブ軸１８側の一端が止めねじ
３０によりプローブ軸１８に固定されているとともに、
旋回アーム２８側の他端が連結軸３１とベアリング３２
とにより旋回アーム２８に対して回転可能に連結されて
いる。これにより、ロボット機構４の作動により移動機
構１９を介してタッチ信号プローブ１７が三次元方向へ
移動されるようになっている。

第３図は本測定システムの回路構成を示している。同図
において、４１は前記スライダ１６のＸ軸方向の移動変
位量つまりタッチ信号プローブ１７のＸ軸方向の移動変
位量を検出するＸ軸変位検出器、４２は支柱１４のＹ軸
方向における移動変位量つまりタッチ信号プローブ１７
のＹ軸方向における移動変位量を検出するＹ軸変位検出
器、４３はプローブ軸１８のＺ軸方向における移動変位
量つまりタッチ信号プローブ１７のＺ軸方向における移
動変位量を検出するＺ軸変位検出器である。これら変位
検出器４１，４２，４３で検出されたタッチ信号プロー
ブ１７のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向における測定データは、前記
タッチ信号プローブ１７の測定子１７Ａが被測定物１１
に当接し、そのタッチ信号プローブ１７からのタッチ信
号がデータ処理装置５へ与えられたとき、データ処理装
置５内へ取込まれるようになっているとともに、移動軌
跡記憶時には移動軌跡記憶装置５２に取込まれタッチ信
号プローブ１７の移動軌跡データとして記憶される。

データ処理装置５は、変位検出器４１，４２，４３から
与えられる測定データを記憶するためのメモリ、これら
メモリに記憶された測定データを基に測定モードに応じ
た演算を行うための演算処理プログラムを記憶するメモ
リのほかに、測定手順が設定された複数ステップからな
る測定手順プログラムを記憶する測定手順プログラムメ
モリ４４を備え、この測定手順プログラムメモリ４４に
記憶された測定手順プログラムに従って、第４図中鎖線
より左側に示すフローチャートの処理を実行する。

即ち、測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測定
手順プログラムに従って、ステップ起動指令ＳＥＣを前
記ロボット作動指令装置３へ与え、これによりロボット
作動指令装置３からの指令でロボット機構４が所定の動
作を行う中で変位検出器４１，４２，４３からの測定デ
ータが予め設定された数だけ入力されると、これらの測
定データを基に演算処理を実行した後、次のステップ起
動指令ＳＥＣをロボット作動指令装置３へ与える。これ
を測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測定手順
プログラムの全ステップについて行う。

一方、前記ロボット作動指令装置３は、前記Ｚ軸駆動モ
ータ２２、Ｙ軸駆動モータ２４および旋回駆動モータ２
６を駆動させるモータ駆動装置５１と、前記データ処理
装置５からステップ起動指令ＳＥＣが与えられた際、前
記移動軌跡記憶装置５２に記憶された移動軌跡データを
ロボット機構４の各モータ２２，２４，２６の駆動量に
換算し、その換算後のデータに基づきモータ駆動装置５
１を介してＺ軸駆動モータ２２、Ｙ軸駆動モータ２４お
よび旋回駆動モータ２６を駆動させる運転指令装置５３
と、手動操作に基づきモータ駆動装置５１を介してＺ軸
駆動モータ２２、Ｙ軸駆動モータ２４および旋回駆動モ
ータ２６を駆動させるジョイスティック５０とを含む。
運転指令装置５３には、前記Ｚ軸駆動モータ２２によっ
て昇降される昇降ブロック２３のＺ軸方向の位置を検出
するＺ軸位置検出器５４からの位置データ、前記Ｙ軸駆
動モータ２４によって移動される進退杆２５のＹ軸方向
における位置を検出するＹ軸位置検出器５５の位置デー
タおよび旋回駆動モータ２６によって旋回される旋回ア
ーム２８の旋回角度を検出するθ角検出器５６からの角
度データがそれぞれフィードバック信号として入力され
るようになっている。

次に、本実施例の測定方法を説明する。本システムによ
る測定では、まずロボット作動指令装置３のジョイステ
ィック５０の操作によりロボット機構４を作動させ、三
次元測定機本体２のタッチ信号プローブ１７を、データ
処理装置５の測定手順プログラムメモリ４４に予め設定
された測定手順プログラムに従って移動させる。する
と、タッチ信号プローブ１７が移動する各時点の位置デ
ータ、つまりＸ軸変位検出器４１で検出されたＸ軸方向
における位置データ、Ｙ軸変位検出器４２で検出された
Ｙ軸方向における位置データおよびＺ軸変位検出器４３
で検出されたＺ軸方向における位置データが移動軌跡記
憶装置５２へ順次記憶される。つまり、タッチ信号プロ
ーブ１７が測定手順プログラムに従って移動したときの
タッチ信号プローブ１７の移動軌跡が移動軌跡記憶装置
５２に記憶される。これを、測定手順プログラムメモリ
４４に記憶された測定手順プログラムの全ステップにつ
いて行うと、移動軌跡記憶装置５２には、測定手順プロ
グラムの各ステップに対応してタッチ信号プローブ１７
の移動軌跡が順次記憶される。

このようにして、測定手順プログラムに対応するタッチ
信号プローブ１７の移動軌跡を測定機の変位検出器４
１，４２，４３からの出力信号を利用して移動軌跡記憶
装置５２へ記憶させた後、測定を行う。

測定は、第４図に示すフローチャートの処理に従って行
われる。即ち、データ処理装置５が測定モードに設定さ
れると、データ処理装置５およびロボット作動指令装置
３では共に測定のための準備処理が行われた後、データ
処理装置５において、測定手順プログラムメモリ４４に
記憶された測定手順プログラムの中から第１番目のステ
ップ、つまり第１番目の測定項目が指示され、この測定
項目に対応するステップ起動指令ＳＥＣ_１がロボット作
動指令装置３の運転指令装置５３へ与えられる。

ロボット作動指令装置３の運転指令装置５３では、前記
データ処理装置５からのステップ起動指令ＳＥＣ_１が与
えられると、そのステップ起動指令ＳＥＣ_１に対応する
移動軌跡データを移動軌跡記憶装置５２の中から読出
し、この移動軌跡データをロボット機構４の各モータ２
２，２４，２６の駆動量に換算し、この換算後のデータ
に基づきモータ駆動装置５１を介してＺ軸駆動モータ２
２、Ｙ軸駆動モータ２４および旋回駆動モータ２６を駆
動させる。すると、ロボット機構４を介してタッチ信号
プローブ１７が移動される。タッチ信号プローブ１７の
移動により、タッチ信号プローブ１７が被測定物１１に
当接すると、タッチ信号プローブ１７からタッチ信号が
データ処理装置５へ与えられる。このとき、Ｘ軸変位検
出器４１によって検出されたＸ軸方向の位置データ、Ｙ
軸変位検出器４２によって検出されたＹ軸方向における
位置データおよびＺ軸変位検出器４３によって検出され
たＺ軸方向における位置データがそれぞれデータ処理装
置５内へ取込まれる。

すると、データ処理装置５では、Ｘ軸変位検出器４１、
Ｙ軸変位検出器４２およびＺ軸変位検出器４３から与え
られる測定データが所定数入力されると、それらの測定
データに基づき被測定物１１の寸法等を演算し、その演
算結果を例えばプリンタ等により出力する。この演算終
了後に、測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測
定手順プログラムの中から第２番目のステップ、つまり
第２番目の測定項目が指示され、これに基づくステップ
起動指令ＳＥＣ_２がロボット作動指令装置３の運転指令
装置５３へ与えられる。

ロボット作動指令装置３の運転指令装置５３では、デー
タ処理装置５からのステップ起動指令ＳＥＣ_２が与えら
れると、そのステップ起動指令ＳＥＣ_２に対応する移動
軌跡データを移動軌跡記憶装置５２の中から読出し、そ
の移動軌跡データをロボット機構４の各モータ２２，２
４，２６の駆動量に換算し、この換算後のデータに基づ
きモータ駆動装置５１を介してＺ軸駆動モータ２２、Ｙ
軸駆動モータ２４および旋回駆動モータ２６を駆動させ
る。

このようにして、測定手順プログラムの全ステップにつ
いて自動的に測定が行われる。

従って、本実施例によれば、タッチ信号プローブ１７を
三次元測定機本体２とは別個独立なロボット機構４によ
って移動させるようにしたので、手動型のもつ欠点およ
び自動型のもつ欠点を共に解決することができる。つま
り、大型の測定機でも測定者が定位置で遠隔操作できる
ため、測定能率の向上と共に安全な測定が可能であり、
しかも測定者がプローブ等を直接つかむ必要がないこと
から、温度変化の影響が極めて少ない。また、三次元測
定機本体２にタッチ信号プローブ１７を移動させるため
のスクリューやモータ等を装備させる必要がないことか
ら構造も簡素化でき、その重量で歪や撓みが発生するこ
とがなく、その結果高精度測定が可能である。

また、移動軌跡記憶装置５２に記憶された移動軌跡デー
タに基づいてロボット機構４を作動させるようにしたの
で、手動型のように被測定物毎に測定箇所および手順を
人が記憶する必要がなく、ミス作業をなくすことができ
る。しかも、専門家にロボット機構４を模範運転させ、
そのときのタッチ信号プローブ１７の移動軌跡を移動軌
跡記憶装置５２へ一旦記憶させれば、後は自動運転する
ことができるので、専門家の負担を軽減することがで
き、飛躍的普及が期待できる。

また、タッチ信号プローブ１７の移動軌跡を移動軌跡記
憶装置５２へ記憶させるに当っては、測定機の変位検出
器４１，４２，４３からの出力信号を利用して行なうよ
うにしたので、タッチ信号プローブ１７の移動軌跡を忠
実に記憶させることができる。もっとも、測定時におけ
るロボット機構４の運転時には、ロボット機構４の各検
出器５４，５５，５６からのフィードバック信号により
ロボット機構４の位置制御を行なうため、つまり移動軌
跡データの記憶用の検出器と位置制御用の検出器とが異
なるため、位置誤差が生じる問題が残るが、検出子とし
てタッチ信号プローブ１７を用いる場合には、１０〜５
mm程度の許容オーバストロークがあり、かつオーバラン
しても当接時点に発するタッチ信号をもって測定データ
を取込むので、構造的にも、また精度的にも問題はな
い。

このことは、ロボット機構４についても、タッチ信号プ
ローブ１７の許容オーバーストローク（≒１０〜５mm）
の精度で位置づけできれば十分であるから、高級ロボッ
ト機構等を必要とすることがない。同時に、両者のマッ
チングをさほど厳格にしなくてもよいという利益もあ
る。

また、ロボット機構４を起動させるには、データ処理装
置５からステップ起動指令ＳＥＣをロボット作動指令装
置３の運転指令装置５３へ与えればよいので、つまりデ
ータ処理装置５とロボット作動指令装置３とをステップ
起動指令ＳＥＣを介して連結すればよいので、既設の手
動型三次元測定機に取入れる場合でも容易にかつ経済的
に構成することができる。

なお、上記実施例では、測定機の変位検出器４１，４
２，４３からの出力信号を利用してタッチ信号プローブ
１７の移動軌跡を移動軌跡記憶装置５２へ記憶させる一
方、測定時におけるロボット機構４の運転時には、ロボ
ット機構４の各検出器５４，５５，５６からのフィード
バック信号によりロボット機構４の位置制御を行なうよ
うにしたが、例えば第５図のように構成すれば、軌跡記
憶時と位置制御時との間で位置誤差が生じることがな
い。第５図は、測定機の変位検出器４１，４２，４３か
らの出力信号をロボット作動指令装置３の運転指令装置
５３へフィードバック信号として与えるようにしたもの
である。このようにすると、位置誤差だけでなく、ロボ
ット機構４の検出器５４，５５，５６が不要になる利点
がある。

また、移動軌跡記憶装置５２に記憶された移動軌跡デー
タを運転指令装置５３においてロボット機構４の各モー
タ２２，２４，２６の駆動量に換算するようにしたが、
移動軌跡記憶装置５２へ記憶させる際に換算して記憶す
るようにしてもよい。

また、三次元測定機本体２側の移動機構１９は上記実施
例の構造に限らず、タッチ信号プローブ１７を比較的軽
い力で三次元方向へ移動させることができるものであれ
ばよい。同様に、ロボット機構４についても、検出子自
体あるいは検出子を支持する支持部材に連結する連結ア
ーム２９を備え、検出子の三次元的移動を行なえるもの
であればよい。

また、上記実施例では、ロボット機構４の先端のハンド
をプローブ軸１８のタッチ信号プローブ１７の近傍に係
合させたが、タッチ信号プローブ１７或いはプローブ軸
１８の任意の位置でもよい。例えば、プローブ軸１８の
上端に係合させるようにすれば、ロボット機構４の各ア
ームが被測定物１１にぶつかることがないので、有効測
定範囲を縮小させることがない。しかも、このようにす
ると、測定機の側方にロボット機構４を配置できるの
で、載物台１２の前後方向の空間を確保できる。

また、ロボット機構４は三次元測定機本体２と全く別体
に構成したが、タッチ信号プローブ１７の可動部に重量
の負担をかけなければ、例えば載物台１２等に取付け或
いは併用するようにしてもよい。このようにすると、装
置全体がコンパクトに構成できる利点がある。

また、ロボット機構４の各駆動源としては、上記実施例
で述べたモータに限らず、例えば油圧、空気圧等の他の
動力源でもよい。

更に検出子としては、上記実施例で述べたタッチ信号プ
ローブ１７に限らず、例えば光学式の非接触型検出器で
もよい。

なお、本発明は、上記実施例で説明した三次元測定機に
限られるものではなく、二次元測定機等にも適用できる
ものである。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、手動型および自動型のも
つ欠点を全て解決でき、しかも迅速かつ高精度な測定が
可能な多次元測定機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は全体の斜視図、第２図はロボット機構の要部を示
す側面図、第３図は回路構成を示すブロック図、第４図
はデータ処理装置とロボット作動指令装置との処理動作
を示すフローチャートである。第５図は本発明の他の実
施例を示すブロック図である。 ２…三次元測定機本体、４…ロボット機構、５…データ
処理装置、１１…被測定物、１２…載物台、１７…検出
子としてのタッチ信号プローブ、１９…移動機構、４１
…Ｘ軸変位検出器、４２…Ｙ軸変位検出器、４３…Ｚ軸
変位検出器、５２…移動軌跡記憶装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】載物台上の被測定物に関与させる検出子を
   多次元方向へ移動させる移動機構、検出子の移動変位量
   を検出するための変位検出器および変位検出器の出力信
   号を所定処理して被測定物の寸法等を求めるデータ処理
   装置を含む多次元測定機において、 測定機本体と別個独立して設けられかつ前記移動機構を
   介して前記検出子を移動させるためのロボット機構と、 このロボット機構の作動に伴って移動される前記検出子
   の移動軌跡を前記変位検出器の出力信号を利用して記憶
   する移動軌跡記憶装置と、 この移動軌跡記憶装置に記憶された移動軌跡データに基
   づいて前記ロボット機構を運転して前記検出子を移動さ
   せる運転指令装置と、 を備えて構成されるとともに、 前記ロボット機構は、前記載物台上の測定範囲に干渉し
   ない位置に設けられた軸と、この軸に昇降自在に設けら
   れたブロックと、このブロックに前記軸と直交方向に移
   動可能に設けられた進退杆と、この進退杆に回動自在に
   軸支された旋回アームと、この旋回アームと検出子ある
   いは検出子を支持する支持部材との間を連結する連結ア
   ームとを備えることを特徴とする多次元測定機。