JPH0758181B2 - 三次元測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車の車体パネルに代表されるような三次
元形状の被測定物の寸法測定を行うための三次元測定装
置に関する。

従来の技術とその課題 この種の三次元測定装置としては例えば特開昭62−2325
09号公報に開示されているものがある。この測定装置は
第６図に示すように、測定に先立って測定ロボット60の
ハンド61で治具置台62上の位置決め治具63を把持して定
盤64上に順次セットし、その定盤64上の位置決め治具63
の上にワークWaを位置決めしたのちに、ハンド61が測定
用センサ65に持ち替えてワークWaの寸法測定を行うもの
である。66は制御装置である。

しかしながら従来の測定装置においては、位置決め治具
63という重量物のハンドリングを目的としたハンド61が
測定用センサ65に持ち替えて測定を行うものであるた
め、ハンド61による測定用センサ65の把持精度が直接測
定精度に影響し、測定精度の向上に限界がある。

一方、上記の構造に代わるものとして特開昭62−242811
号公報に開示されているものがある。これは上記の構造
を基本とした上で測定ロボットには測定用センサのみを
持たせ、定盤の周囲には該定盤と治具置台との間で位置
決め治具の入れ替えを行う治具移載装置を独立して設け
ているものである。

この構造においては、測定用センサは測定ロボットに支
持されたままであるので、前述の測定精度上の問題は解
消されるものの、測定ロボットから独立した移載装置に
は、位置決め治具という重量物をハンドリングして定盤
上の所定位置に位置決めするという機能よりして、３軸
以上の動作自由度と堅牢性が要求され、そのために装置
全体が大型かつ複雑化するとともに、設置スペースとし
て大きなスペースを必要とすることになる。

本発明は上記のような種々の問題点に鑑みてなされたも
ので、測定母機に、センサヘッドと、フィクスチャユニ
ットを移動させるためのハンドとを具備させてそれらを
選択使用するものとし、さらにフィクスチャユニットに
は定盤上での移動を容易にする走行補助手段を設け、こ
れにより測定精度の向上と装置全体の簡素化を図った三
次元測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の三次元測定装置は、少なくとも直交３軸の自由
度を有する測定母機と、測定母機の定盤上に移動可能に
設けられるとともに定盤上での移動を容易にするための
走行補助手段を有して、被測定物を所定の測定位置に位
置決めする複数のフィクスチャユニットと、測定母機の
アーム先端に取り付けられたセンサヘッドと、同じく測
定母機のアーム先端に取り付けられて、測定に先立って
前記フィクスチャユニットを定盤上の指定された位置ま
で移動させるハンドとから構成される。

上記の走行補助手段は、ハンドによりフィクスチャユニ
ットを定盤上で移動させる際に、その移動に要するハン
ド側での負荷を軽減させるためのもので、例えば移動の
際にフィクスチャユニット全体を所定量だけ浮上させる
空気軸受や、あるいは移動の時にだけ機能するキャスタ
ー等を用いることができる。

作用 この構造によると、測定母機のアームには常にセンサヘ
ッドとハンドとが付帯していることから、測定に先立っ
て先ずハンドが選択使用され、定盤上のフィクスチャユ
ニットを順次指定された位置まで移動させて位置決めす
る。この時には前述した走行補助手段がはたらくので、
フィクスチャユニットを持ち上げて移動させる必要はな
く、実質的に定盤上を滑らせるようにしてフィクスチャ
ユニットの移動が行われる。

必要数のフィクスチャユニットが指定された位置に位置
決めされると、これらのフィクスチャユニット上に被測
定物が位置決めされるのを待ってハンドに代わってセン
サヘッドが選択使用される。そして、センサヘッドが指
定された軌跡に沿って動くことにより寸法測定が行われ
る。

実施例 第１図〜第３図は本発明の一実施例を示す装置全体の構
成説明図であって、その中心となる門型の測定母機１
は、定盤２と、定盤２上をＸ方向に移動可能なコラム３
と、コラム３に対してＹ方向に移動可能なキャリア４
と、キャリア４に対してＺ方向に移動可能なアーム５と
を備えている。これらのコラム3,キャリア４およびアー
ム５は、それぞれにサーボモータ6,7,8とボールねじ9,1
0等のはたらきにより各軸方向に移動する。11,12はレー
ルである。

定盤２上には被測定物であるワーク（この実施例では自
動車の車体パネルを例示している）Ｗを位置決めするた
めの高さの異なる複数のフィクスチャユニット13,13…
が設けられているほか、アーム５の一側面にはセンサヘ
ッド14が取り付けられ、また反対側の面にはフィクスチ
ャユニット13を把持して移動させるためのハンド15が取
り付けられている。センサヘッド14はαおよびβ方向に
旋回可能であって、またセンサヘッド14およびハンド15
はいずれもアクチュエータ16,17のはたらきによりＺ方
向でのシフト動作が可能となっている。つまり、センサ
ヘッド14とハンド15は下降限位置で選択的に使用される
ものであって、いずれか一方、例えば第２図に示すよう
にセンサヘッド14が下降限位置にある時には他方のハン
ド15は上昇限退避位置で待機している。そして、センサ
ヘッド14による測定系だけについてみたとき、測定母機
１のX,Y,Z方向の直交３軸の自由度にα，βの旋回２軸
の自由度を加えて全体として５軸の自由度を有してい
る。

第４図および第５図はフィクスチャユニット13とハンド
15の詳細を示す図で、フィクスチャユニット13は円筒状
のハウジング18の上下面にアルミニウム製のベースプレ
ート19とヘッドプレート19aとを装着したもので、その
中央部にはワーク受面となる球状のゲージ20を先端にも
つシャフト21が配設されている。そして、シャフト21の
上半部にはスプライン軸受21aが、また下半部には後述
するナット部材29とともにボールねじ22を構成するスク
リューシャフト部21bがそれぞれに形成されており、ス
プライン軸受21aはヘッドプレート19a側のブッシュ23と
ボールスプライン結合されている。これにより、シャフ
ト21はハウジング18に対しその回転運動が阻止されて昇
降動作のみが可能となっている。

ハウジング18内には、ケース24,電機子25,マグネット26
および中空シャフト27等からなるモータ28が収容されて
おり、モータ軸となる中空シャフト27には、スクリュー
シャフト部21bと螺合するナット部材29が一体に結合さ
れている。したがって、モータ28のはたらきにより中空
シャフト27と一体のナット部材29が回転運動することで
シャフト21が昇降動作する。そして、モータ28と並んで
位置検出器としてのロータリーエンコーダ30が設けられ
ていることから、前述したシャフト21すなわちゲージ20
の高さ位置がロータリーエンコーダ30によって検出され
る。

ハウジング18底部のベースプレート19には、フィクスチ
ャユニット13を定盤２上の所定位置に固定するための電
磁石31が設けられている。この電磁石31はフェライト製
の巻心32とコイル33、およびベースプレート19から外部
に露出する磁性体34とから構成されており、この電磁石
31には、後述するハンド15側の可動電極46とヘッドプレ
ート19a上の固定電極40との圧接により給電ケーブル35
を介して励磁電流が給電される。つまり、給電によって
磁性体34が定盤２をその磁力により吸着することでフィ
クスチャユニット13が竪固に固定され、逆にフィクスチ
ャユニット13を移動させる際には消磁電流を通電して上
記の磁力を消磁させること電磁石31による吸着力が解除
されるようになっている。

また、ベースプレート19には、フィクスチャユニット13
を定盤２上で移動させる際に走行補助手段として機能す
る空気軸受（静圧軸受）36が設けられている。この空気
軸受36は、ベースプレート19の底面に形成されたエアポ
ケット部37と、後述する空気導入口41およびパイプ49を
介して圧縮空気が導入される空気供給路38と、この空気
供給路38から分岐形成されてエアポケット部37に開口す
る複数の空気吹出口39とから構成されており、エアポケ
ット部37の圧力を高めることでフィクスチャユニット13
を微少量だけ浮上させることができる。その結果とし
て、定盤２上でフィクスチャユニット13を移動させる際
に軽い操作力で移動させることができるようになる。

ヘッドプレート19aには、前述した給電用の一対の固定
電極40と、空気導入口41を有するゴム製のシールブロッ
ク42のほか、後述するハンド15との係合部となるピンブ
ロック43が設けられている。このピンブロック43はヘッ
ドプレート19aの円周上に複数個設けられており、各ピ
ンブロック43の中央部には円錐状の噛み合い面44が形成
されている。

一方、ハンド15の先端のホルダプレート45には、固定電
極40に対向する一対の可動電極46と、シールブロック42
に対向する接続パイプ47、およびピンブロック43に対向
するピン48が設けられている。可動電極46は図示外の電
源に接続されるとともに、樹脂製のホルダ50にスプリン
グ51を介して上下動可能に弾性支持され、ピン48もまた
スプリング52を介して上下動可能に弾性支持されてい
る。

ここで、第４図および第５図では図示省略してあるが、
電磁石31への給電用の電極40,46と同じ構成のもう一組
のモータ給電用の電極が設けられていて、これによって
ハンド15側からモータ28へ給電されるようになってい
る。

次に上記のように構成された測定装置の作用について説
明する。

先ず図示しない測定装置の制御盤には、測定対象となる
ワークＷの種類に応じて、必要とされるフィクスチャユ
ニット13の数と種類、定盤２上でのフィクスチャユニッ
ト13の位置、ゲージ20の高さ、センサヘッド14を移動す
べき軌跡等に関するデータ、さらにはワークＷが設計デ
ータ通りに仕上がっていると仮定したときの測定基準デ
ータが予め入力されている。

測定に先立って測定対象となるワークＷの種別データを
制御盤に入力すると、そのワークＷの種別に応じた前記
の各種のデータが呼び出される。そして、最初にアクチ
ュエータ16,17のはたらきにより第２図の状態からセン
サヘッド14が上昇する一方でハンド15が下降して第１図
の状態となる。この時、定盤２上に置かれた各フィクス
チャユニット13の位置は制御盤側で予め把握されている
ことから、ハンド15は制御盤側からの指示に基づいて移
動して、複数のフィクスチャユニット13を測定対象とな
るワークＷを位置決めすべき位置まで順次移動させる。

より詳しくは第１図のほか第４図および第５図に示すよ
うに、定盤２上に置かれたフィクスチャユニット13の真
上から該フィクスチャユニット13との位相合わせが施さ
れたハンド15が下降すると、ピン48とピンブロック43と
が圧接・係合すると同時に、接続パイプ47とシールブロ
ック42同士、および可動電極46と固定電極40同士が相互
に圧接・係合する。

この時、各フィクスチャユニット13は電磁石31の残留磁
気による吸着力によって定盤２の吸着固定されているの
で、先ず可動電極46と固定電極40との圧接により電磁石
31のコイル33に対して所定時間通電し、磁性体34と定盤
２との間に作用している磁力を消磁させることで上記の
磁気吸着力が解除される。

同時に、図示外の電磁弁が開き、接続パイプ47とシール
ブロック42ならびにパイプ49を介して空気軸受36のエア
ポケット部37に圧縮空気が導入される。その結果、エア
ポケット部37内の圧力とフィクスチャユニット13の重量
とがつり合うようになり、フィクスチャユニット13が定
盤２から微少量だけ浮上する。

こののち、制御盤からの指令に基づいてハンド15が定盤
２と平行な平面内で移動を開始すると、ピン48とピンブ
ロック43との係合のためにフィクスチャユニット13がハ
ンド15に引きずられるようにして所定位置まで移動して
位置決めされる。

この時、フィクスチャユニット13は前述したように空気
軸受36のはたらきにより定盤２から微少量だけ浮上して
いることから、フィクスチャユニット13はハンド15の動
きに追従して定盤２上を滑らかに移動する。つまり、上
記の空気軸受36は、フィクスチャユニット13の移動に際
して定盤２との間の摩擦力ひいてはハンド15側に必要と
されるフィクスチャユニット13の移動操作力を軽減する
走行補助手段として機能する。

フィクスチャユニット13が所定位置まで移動して位置決
めされると、空気軸受36への圧縮空気の供給が断たれて
フィクスチャユニット13が定盤２に密着する一方、再び
電磁石31に励磁電流が通電されてフィクスチャユニット
13は電磁石31の磁気吸着力によって定盤２に吸着固定さ
れる。

フィクスチャユニット13が吸着固定されると、制御盤か
らの指令に基づいてモータ28が起動し、ゲージ20と一体
のシャフト21を昇降させて、測定対象となるワークＷの
形状に見合うようにゲージ20の高さを調整する。

ゲージ20の高さ調整が完了すると、ハンド15が上昇して
フィクスチャユニット13から離間し、以降はフィクスチ
ャユニット13は電磁石31の残留磁気によって定盤２上に
吸着固定された状態を維持する。

このような操作を複数回繰り返すことで、測定対象とな
るワークＷの位置決めに必要な全てのフィクスチャユニ
ット13が所定位置に位置決め固定される。この場合、複
数のフィクスチャユニット13のうちいずれか一つもしく
は二つのフィクスチャユニットとしては、第２図に示す
ようにフィクスチャユニット13とワークＷとの位置決め
精度を確保するためにゲージ20の先端にロケートピン53
を有するものが使用される。

上記のように測定に必要な全てのフィクスチャユニット
13の位置決めが完了すると、これらの複数のフィクスチ
ャユニット13の上に作業者の手によって測定対象となる
ワークＷがセットされる。つまり、セットされたワーク
Ｗが自重によって撓むことがないように前述したフィク
スチャユニット13の数や位置、さらにはゲージ20の高さ
等が考慮されているのである。

続いて、制御盤に対して測定開始信号を入力すると、第
２図に示すようにアクチュエータ16,17のはたらきによ
りハンド15が上昇するのに対してセンサヘッド14が下降
し、センサヘッド14は指定された経路に沿って移動して
ワークＷの形状寸法を測定する。そして、制御盤側では
測定データと測定基準データとを比較し、例えば測定結
果をグラフィックディスプレイに表示するとともにＸ−
Ｙプロッタで作図する。

測定が終了するとセンサヘッド14は測定母機１のアーム
５ごと原点位置に復帰し、さらに測定が終了したワーク
Ｗを作業者が定盤２上から除去することで一連の作業を
完了する。

ここで前記実施例ではフィクスチャユニット13の走行補
助手段として空気軸受36を用いているが、これに代えて
例えばボールキャスターを用いることもできる。つま
り、フィクスチャユニット13を移動させる際にはボール
キャスターによってフィクスチャユニット13の移動を補
助し、定盤２にフィクスチャユニット13を固定する際に
は上記実施例と同様に磁石を用いて吸着固定するように
してもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、測定母機のアーム自体が
フィクスチャユニットを移動させるためのハンドと、セ
ンサヘッドとを備えており、しかも定盤上のフィクスチ
ャユニットが、ハンドによる移動操作力を軽減させる走
行補助手段を有しているものであるから、ハンドがセン
サヘッドを持ち替える必要がないのでセンサヘッドの把
持精度による測定精度への影響がなく、測定精度が向上
する。

また、測定母機は定盤上でフィクスチャユニットを移動
させる装置と兼用しており、しかも走行補助手段を併用
しているものであるから、重量物であるフィクスチャユ
ニットを移動させる能力としては小さくて済むととも
に、装置全体の構造の簡素化と小型化が図られ、設置ス
ペースの面でも著しく有利となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図で装置全体の斜視
図、第２図は同じく第１図の正面図、第３図は同じく定
盤の平面説明図、第４図はフィクスチャユニットとハン
ドの詳細を示す拡大断面図、第５図は第４図と異なる断
面線での拡大断面図、第６図は従来の測定装置の一例を
示す構成説明図である。 １……測定母機、２……定盤、５……アーム、13……フ
ィクスチャユニット、14……センサヘッド、15……ハン
ド、20……ゲージ、31……電磁石、36……走行補助手段
としての空気軸受、Ｗ……被測定物としてのワーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも直交３軸の自由度を有する測定
   母機と、測定母機の定盤上に移動可能に設けられるとと
   もに定盤上での移動を容易にするための走行補助手段を
   有して、被測定物を所定の測定位置に位置決めする複数
   のフィクスチャユニットと、測定母機のアーム先端に取
   り付けられたセンサヘッドと、同じく測定母機のアーム
   先端に取り付けられて、測定に先立って前記フィクスチ
   ャユニットを定盤上の指定された位置まで移動させるハ
   ンドとを備えていることを特徴とする三次元測定装置。