JPH0758182B2 - 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 この種の三次元測定装置としては例えば特開昭62−2428
12号公報に開示されているものがある。この測定装置は
第10図に示すように、治具置台101上に置かれた複数の
基準ブロック102を高さ調整装置103にて高さ調整した上
で、移載装置104のアーム105で把持して順次定盤106上
の所定位置にセットし、その定盤106上の基準ブロック1
02の上にワークWaを位置決めしたのちに、測定ロボット
107に支持させた測定用センサ108を動かしてワークWaの
寸法測定を行うようにしたものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら従来の構造においては、基準ブロック102
を移動させるに際して、その基準ブロック102を移載装
置104のアーム105で把持して搬送する方式であることか
ら、基準ブロック102自体がワークWaを安定的に支持す
るために比較的大きな重量を有していることを考慮する
と、移載装置104としへは可搬重量能力の大きなものが
必要となり、装置全体が大型化することになる。また、
基準ブロック102を持ち上げることなく定盤106上に滑ら
せるようにして動かすことも可能であるが、その場合に
は定盤106や基準ブロック102の底面に傷をつける結果と
なり実用上好ましくない。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
定盤上において上記の基準ブロックに相当するところの
フィクスチャユニットを軽い操作力で自由に動かすこと
ができ、それによってフィクスチャユニットを移動させ
る手段の簡素化と併せて定盤等の傷付き防止を図った測
定装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、測定母機の定盤上に置かれた複数のフィクス
チャユニットを、フィクスチャ移動手段により被測定物
の形状に応じて定盤上の所定の位置に移動させ、このフ
ィクスチャユニットを基準として被測定物を位置決めし
た上で測定母機のセンサヘッドにより被測定物の寸法を
測定する装置において、前記フィクスチャユニットは、
被測定物を支持する支持部材と、この支持部材を被測定
物の形状に応じて上下動させて高さを調整する高さ調整
機構と、フィクスチャユニットを定盤上の所定位置に吸
着固定する吸着固定手段と、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操作力を軽減させる走行
補助手段とを備えていることを特徴としている。

上記の走行補助手段は、フィクスチャ移動手段によりフ
ィクスチャユニットを定盤上で移動させる際に、その移
動に要するフィクスチャ移動手段側での負荷操作力を軽
減させるためのもので、例えばフィクスチャユニットの
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。

また、上記のフィクスチャ移動手段は測定母機と兼用す
ることもできるほか、測定母機とは別に、フィクスチャ
ユニットの移動のみを目的としたハンドリング装置をフ
ィクスチャ移動手段として設けてもよい。前者のように
フィクスチャ移動手段を測定母機と兼用する場合には、
例えば測定母機のアーム先端にセンサヘッドとは別にハ
ンドを設け、これらセンサヘッドとハンドとを選択的に
使用することで測定とフィクスチャユニットの移動とに
対応できる。

作用 この構造によると、フィクスチャ移動手段によってフィ
クスチャユニットを移動させる際には上記の走行補助手
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を移動させるだけで足り
る。そして、所定位置まで移動したフィクスチャユニッ
トは、上記の走行補助手段に代わって吸着固定手段がは
たらくので、これによって定盤に竪固に位置決め固定さ
れる。

実施例 第３図〜第５図は本発明の第１の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フィクスチャ
移動手段の一部であるハンド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４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は上昇退限避位
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１図および第２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支持部材としての球状のゲ
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部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エンコーダ30によって検出され
る。つまり、上記の各構成要素のうちシャフト21とボー
ルねじ22,モータ28およびロータリーエンコーダ30等に
よりゲージ20の高さ調整機構54を構成している。

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吸
着固定手段としての電磁石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で電磁
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、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１図および第２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４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３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３図のほか第１図および第２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に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７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を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４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
４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が
完了する。

第６図および第７図は本発明の第２の実施例を示す図
で、この実施例では走行補助手段として先の実施例の空
気軸受36に代えてボールキャスター66を用いるととも
に、吸着固定手段である電磁石61を可動式にしたもので
ある。

より詳しくは第６図に示すように、ハウジング18下部の
ベースプレート65にはカバープレート66を介して複数の
ボールキャスター60が取り付けられており、このボール
キャスター60のボール（転動体）67が定盤２に接地して
いる状態ではベースプレート65の最下面が定盤２から所
定量Ｃだけ浮上するように設定されている。

ベースプレート65内には永久磁石68が取り付けられてい
るとともに、その永久磁石68の下方に吸着固定手段とし
ての電磁石61が配設されている。この電磁石61は、フェ
ライト製の巻心62とコイル63および磁性体64とから構成
され、磁性体64は巻心62の両端にボルト69にて固定され
ている。そして、電磁石61全体はブッシュ70に案内され
て、Ｃなるクリアランスの間で上下動可能な構造となっ
ている。

この実施例構造によれば、第６図に示すように永久磁石
68に磁性体64を吸着させて定盤２から浮上させれば、ボ
ールキャスター60が走行補助手段としてはたらいて、フ
ィクスチャユニット13を軽い操作力で動かすことができ
るようになる。

一方、第７図に示すように電磁石61のコイル63に励磁電
流を流して、各磁性体64をそれに対応する永久磁石68の
端部の磁性と同じ極性をもたせることにより、電磁石61
が永久磁石68との間の反発力により下動して磁性体64が
定盤２に吸着する。その結果、ボールキャスター60が定
盤２に接地していながらも電磁石61の吸着力によってフ
ィクスチャユニット13が定盤２に固定される。この状態
はたとえ励磁電流を断っても磁性体64の残留磁気作用に
よって継続される。

また、第７図の状態において先の励磁電流と逆の電流コ
イル63に流して、少なくとも磁性体64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第６図の状態に復
帰する。この実施例の場合にも第１の実施例と同様の作
用効果が得られる。

第８図および第９図は本発明の第３の実施例を示す図
で、第１の実施例と共通する部分には同一符号を付して
ある。この実施例においては、第８図に示すように支持
部材としてのゲージ20を上下動させるアクチュエータと
してブレーキ付シリンダ80をフィクスチャユニット13の
ハウジング18内に配置するとともに、ゲージ20の高さを
決定するマスターゲージ81をハンド15側に具備させたも
のである。

より詳しくは、ハンド15のホルダプレート45には接続パ
イプ82,83が取り付けられるとともに、フィクスチャユ
ニット13側には接続パイプ82,83に対応するシールドブ
ロック84,85が取り付けられ、これら接続パイプ82,83と
シールブロック84,85との圧接によりシリンダ80に作動
流体が供給される。なお、第８図では図示省略してある
が、第１実施例と同様に吸着固定手段としての電磁石31
および走行補助手段としての空気軸受36を備えている。

マスターゲージ81の下半部にはスプライン軸部81aが、
またその上半部にはナット部材86とともにボールねじ87
を構成するスクリューシャフト部81bがそれぞれに形成
されている。そして、スプライン軸部81aはハンド本体8
8側のブッシュ89とボールスプライン結合され、これに
よりマスターゲージ81はハンド本体88に対し回転運動が
阻止されて上下動作のみが可能となっている。

ナット部材86はスクリューシャフト部81bと螺合すると
ともに、ハンド本体88にベアリング90を介して回転可能
に支持されており、ナット部材86と一体のプーリ91とモ
ータ92側のプーリ93との間にはタイミングベルト94が巻
き掛けられている。したがって、モータ92の回転により
マスターゲージ81が昇降動作する構成となっている。94
はロータリーエンコーダである。つまり、シリンダ80,
マスターゲージ81,ボールねじ87およびモータ92等によ
り、ゲージ20の高さ調整機構95が構成されている。

この実施例構造によれば、ゲージ20の高さを調整する操
作のみが第１の実施例と異なる。すなわち、図示外の制
御盤からの指示に基づいてモータ92を起動し、マスター
ゲージ81の先端面の高さ（これがゲージ20の高さとな
る）が指令された高さとなるようにマスターゲージ81を
上下動させて高さ調整を行う。続いて、マスターゲージ
81が所定の高さとなったならば、シリンダ80のブレーキ
力を解除してゲージ20を上下動させ、ゲージ20の先端面
をマスターゲージ81の先端面に当接させる。この結果、
マスターゲージ81を基準としてゲージ20の高さ調整が行
われ、シリンダ80への作動流体の供給を断つと再びブレ
ーキ力がはたらき、ゲージ20は所定の高さ位置に保持さ
れる。この実施例の場合にも第１の実施例と同様の作用
効果が得られる。

ここで、前記各実施例では実質的に測定母機を実際の測
定とフィクスチャユニットの移動とに共用化している
が、フィクスチャ移動手段の一部であるハンドを測定母
機とは別のロボット等のハンドリング装置に保持させ
て、測定母機とフィクスチャ移動手段とを相互に独立さ
せてもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、フィクスチャユニットに
空気軸受やボールキャスター等の走行補助手段を設けた
ものであるから、定盤上でのフィクスチャユニットの移
動に際してきわめて小さい操作力で済むとともに定盤等
に傷がつくおそれがない。その結果、フィクスチャ移動
手段としては可搬重量能力が小さいもので十分に対応で
き、装置全体の簡素化と小型化とを達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図でフィクスチャ
ユニットの断面図、第２図は第１図と異なる断面線での
断面図、第３図は測定装置全体の斜視図、第４図は第３
図の正面図、第５図は定盤の平面説明図、第６図は本発
明の第２の実施例を示すフィクスチャユニットの断面
図、第７図は第６図の作動説明図、第８図は本発明の第
３図の実施例を示すフィクスチャユニットの構成説明
図、第９図は同じくフィクスチャユニットとハンドとの
関係を示す構成説明図、第10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、13……フィクスチャユニ
ット、14……センサヘッド、15……ハンド（フィクスチ
ャ移動手段）、20……支持部材としてのゲージ、28……
モータ、31,61……吸着固定手段としての電磁石、36…
…走行補助手段としての空気軸受、54,95……高さ調整
機構、60……走行補助手段としてのボールキャスター、
80……シリンダ、81……マスターゲージ、92……モー
タ、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】測定母機の定盤上に置かれた複数のフィク
   スチャユニットを、フィクスチャ移動手段により被測定
   物の形状に応じて定盤上の所定の位置に移動させ、この
   フィクスチャユニットを基準として被測定物を位置決め
   した上で測定母機のセンサヘッドにより被測定物の寸法
   を測定する装置において、 前記フィクスチャユニットは、被測定物を支持する支持
   部材と、この支持部材を被測定物の形状に応じて上下動
   させて高さを調整する高さ調整機構と、フィクスチャユ
   ニットを定盤上の所定位置に吸着固定する吸着固定手段
   と、フィクスチャユニットを定盤上で移動させる際にそ
   の移動操作力を軽減させる走行補助手段とを備えている
   ことを特徴とする三次元測定装置。