JPH0783626A - 非接触式変位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡易で、変位計の高さ位置を高精度に
維持出来る非接触式変位測定装置を提供する。 【構成】 非接触式変位計４を走査方向とは直交する方
向(Ｙ軸方向)へ移動させると共に、走査方向への移動中
は変位計４をＹ軸回りに回転させる副往復駆動装置２を
具えている。該副往復駆動装置２は、Ｙ軸方向の移動と
Ｙ軸回りの回転が可能に水平に支持されて外周面にはね
じ溝とスプライン溝が形成された主軸５と、主軸５のね
じ溝に係合するボールねじナットと、主軸５のスプライ
ン溝に係合するボールスプラインナットと、両ナットを
夫々独立に回転駆動する第１原動機構６及び第２原動機
構７を具え、主軸５の先端部に変位計４が取り付けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物の立体形状
を非接触で測定するための変位測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、斯種変位測定装置として、Ｘ、Ｙ
及びＺの３軸方向に往復駆動されるクロスヘッドの先端
部に、角度変位機構を介して変位計を取り付け、該角度
変位機構の動作によって、変位計から出射されるレーザ
光の測定対象物に対する照射角度を一定に保つ装置が提
案されている(特公平5-19641号〔G01B11/24〕)。

【０００３】又、図４に示す非接触式変位測定装置は、
ロボット(95)によってＹ軸及びＺ軸方向の駆動とレーザ
光照射角度の調整を行なうものであって、第１アーム(9
6)及び第２アーム(97)から構成されるロボットアームの
先端部に支持片(98)を介して変位計(４)が取り付けられ
ている。一方、測定対象物(８)は、往復駆動装置(９)に
よってＸ軸方向に往復駆動される固定具(82)上に設置さ
れている。往復駆動装置(９)は、枠体(91)にボールねじ
(92)を回転自由に架設すると共に、該ボールねじ(92)に
スライドブロック(93)を係合せしめ、ボールねじ(92)を
モータ(94)によって回転駆動するものである。

【０００４】該非接触式変位測定装置においては、往復
駆動装置(９)の駆動によって測定対象物(８)がＸ軸方向
に移動し、この過程で変位計(４)からのレーザ光(40)に
よる走査が行なわれる。又この過程で、ロボット(95)の
第１及び第２アーム(96)(97)の屈伸動作及び支持片(98)
の回転動作によって、変位計(４)のビーム照射方向が測
定対象物(８)の表面に対して略垂直となる様に調整され
る。そして、１ラインの走査後、第１及び第２アーム(9
6)(97)の動作によって、変位計(４)がＹ軸方向に１ピッ
チだけ移動し、次の走査ラインにビームが照射されるの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、角度変位機
構を具えた従来の非接触式変位測定装置においては、Ｘ
軸或いはＹ軸方向の駆動を行なう往復駆動装置の出力部
に、往復駆動装置とは別体に角度変位機構が取り付けら
れていたから、測定装置全体の構成が複雑であるばかり
でなく、往復駆動装置の出力部に角度変位機構の全重量
が作用して、往復駆動装置の撓みによって変位計が垂直
方向に変位する問題があった。

【０００６】又、ロボットを用いた図４の非接触式変位
測定装置においても、ロボットアーム(96)(97)が伸びた
状態と縮んだ状態では、アームの自重による垂直方向の
撓み量が変化し(例えばアーム水平移動１００ｍｍ当り
略２ｍｍ)、変位計(４)の高さ位置に誤差が生じる問題
があった。

【０００７】本発明の目的は、構成が簡易であり、然も
動作状態に拘わらず往復駆動装置の垂直方向の撓みが可
及的に抑制されて、変位計の高さ位置を高精度に維持出
来る非接触式変位測定装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る非接触式変位
測定装置は、非接触式変位計(４)と、変位計(４)を測定
対象物(８)の表面に沿って走査方向(Ｘ軸方向)へ相対的
に移動させる主往復駆動装置(１)と、変位計(４)を走査
方向とは直交する方向(Ｙ軸方向)へ移動させると共に、
走査方向への相対移動中は変位計(４)をＹ軸回りに回転
させる副往復駆動装置(２)とから構成される。副往復駆
動装置(２)は、Ｙ軸方向の移動とＹ軸回りの回転が可能
に水平に支持されて、外周面にはねじ溝(51)とスプライ
ン溝(52)が形成された主軸(５)と、主軸(５)のねじ溝(5
1)に係合する第１ナット(64)と、主軸(５)のスプライン
溝(52)に係合する第２ナット(74)と、前記第１及び第２
ナット(64)(74)を夫々独立に回転駆動する原動機構とを
具え、主軸(５)の先端部に変位計(４)が取り付けられて
いる。

【０００９】具体的構成において、主軸(５)は支持アー
ム(21)の先端部に支持され、原動機構は、支持アーム(2
1)に基端部に配置された第１モータ(61)と、第１モータ
(61)の回転を第１ナット(64)へ伝達する第１ベルト機構
と、支持アーム(21)の基端部に配置された第２モータ(7
1)と、第２モータ(71)の回転を第２ナット(74)へ伝達す
る第２ベルト機構とを具えている。

【００１０】

【作用】主往復駆動装置(１)によって変位計(４)を走査
方向(Ｘ軸方向)へ移動させる過程では、副往復駆動装置
(２)の第２ナット(74)を回転させて、主軸(５)をＹ軸回
りに回転駆動する。この際、第１ナット(64)は、Ｙ軸方
向の位置が変動しない様に、主軸(５)の回転に従動して
自由に回転させ、或いは主軸(５)の回転に応じて回転駆
動する。これによって、主軸(５)が回転して、変位計
(４)のビーム照射方向が変化する。

【００１１】主往復駆動装置(１)を停止し、副往復駆動
装置(２)によって変位計(４)をＹ軸方向に１ピッチだけ
移動させる際は、第２ナット(74)の回転を停止した状態
で、第１ナット(64)を回転駆動する。これによって、主
軸(５)がＹ軸方向に移動して、変位計(４)のビーム照射
位置が次の走査ラインへ移ることになる。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係る非接触式変位測定装置にお
いて、主軸には主軸の自重と変位計の重量が作用するに
過ぎず、原動機構の重量は作用しないから、主軸のＹ軸
方向の位置に拘わらず、主軸の垂直方向の撓みは殆ど零
である。従って、変位計は、動作状態に拘わらず高さ位
置を高精度に保つことが出来る。又、変位計の向きを変
えるための機構は、Ｙ軸方向の往復駆動機構の一部であ
る主軸を利用してコンパクトに構成されているから、測
定装置全体の構成は簡易である。

【００１３】又、上記の具体的構成においては、重量の
嵩む第１モータ(61)及び第２モータ(71)が支持アーム(2
1)の基端部に配置され、第１ナット(64)及び第２ナット
(74)への回転伝達は軽量のベルト機構によって行なわれ
るから、支持アーム(21)の撓みが可及的に抑制され、変
位計(４)の高さ位置の精度が保証される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を、物体の３次元形状を測定す
る非接触式倣い測定装置に実施した一例につき、図面に
沿って詳述する。図１の如く測定対象物(８)は、測定台
(81)上に設置した固定具(82)に取り付けられている。該
測定対象物(８)の表面へレーザ光(40)を照射すべき変位
計(４)は、測定台(81)上に、主往復駆動装置(１)、昇降
駆動装置(３)及び副往復駆動装置(２)を介して支持され
ている。

【００１５】主往復駆動装置(１)は、測定台(81)上に固
定された枠体(11)に、Ｘ軸方向へ伸びるボールねじ(12)
が回転自由に架設される共に、該ボールねじ(12)に係合
するボールねじナット(図示省略)を内蔵したスライドブ
ロック(13)が、Ｘ軸方向へ摺動可能に係合し、ボールね
じ(12)の一端はモータ(14)の出力軸に連結されている。
従って、モータ(14)の駆動によってボールねじ(12)が回
転すると、スライドブロック(13)がＸ軸方向に往復移動
することになる。

【００１６】昇降駆動装置(３)は、主往復駆動装置(１)
のスライドブロック(13)上に取り付けられた枠体(31)
に、Ｚ軸方向へ伸びるボールねじ(32)が回転自由に架設
される共に、該ボールねじ(32)に係合するボールねじナ
ット(図示省略)を内蔵したスライドブロック(33)が、Ｚ
軸方向へ摺動可能に係合し、ボールねじ(32)の一端はモ
ータ(34)の出力軸に連結されている。従って、モータ(3
4)の駆動によってボールねじ(32)が回転すると、スライ
ドブロック(33)がＺ軸方向に往復移動することになる。

【００１７】副往復駆動装置(２)は、昇降駆動装置(３)
のスライドブロック(33)に固定された支持アーム(21)を
具え、該支持アーム(21)の先端部には、主軸(５)が水平
に支持されており、該主軸(５)の一端に支持片(41)を介
して変位計(４)が取り付けられている。変位計(４)はレ
ーザ光(40)を発する発光器と、反射レーザ光(40)を検知
する受光器から構成され、周知の測定回路(図示省略)が
接続されている。支持アーム(21)には、主軸(５)をＹ軸
方向及びＹ軸回りに駆動するための第１原動機構(６)及
び第２原動機構(７)が配備されている。

【００１８】主軸(５)は、図３の如く外周面にねじ溝(5
1)とスプライン溝(52)が凹設されており、ねじ溝(51)に
は、第１原動機構(６)を構成するボールねじナット(64)
が係合し、スプライン溝(52)には、第２原動機構(７)を
構成するボールスプラインナット(74)が係合している。
ボールねじナット(64)の内部には、主軸(５)のねじ溝(5
1)に転動可能に嵌まる多数のボール(65)が循環してお
り、ボールねじナット(64)が回転することによって、主
軸(５)がＹ軸方向へ駆動される。又、ボールスプライン
ナット(74)の内部には、主軸(５)のスプライン溝(52)に
転動可能に嵌まる多数のボール(75)が循環しており、ボ
ールスプラインナット(74)が回転することによって、主
軸(５)がＹ軸回りに駆動される。

【００１９】ボールねじナット(64)及びボールスプライ
ンナット(74)には夫々プーリ(63)(73)が一体に連結され
ており、これらのプーリ(63)(73)は図２の如くタイミン
グベルト(62)(72)を介して、夫々原動モータ(61)(71)へ
繋がっている。両モータ(61)(71)は、図１に示す支持ア
ーム(21)の基端部に設置されている。斯くして、主軸
(５)をＹ軸方向に駆動するための第１原動機構(６)と、
主軸(５)をＹ軸回りに駆動するための第２原動機構(７)
が構成される。

【００２０】上記非接触式倣い測定装置においては、主
往復駆動装置(１)によって変位計(４)をＸ軸方向へ移動
させて、レーザ光(40)による測定対象物(８)表面の走査
が行なわれ、１ラインの走査が終了する度に、副往復駆
動装置(２)によって変位計(４)をＹ軸方向へ１ピッチだ
け移動させ、次のラインの走査に移行する。主往復駆動
装置(１)の変位計(４)をＸ軸方向へ移動させる過程で
は、副往復駆動装置(２)の第２原動機構(７)によって、
主軸(５)をＹ軸回りに回転駆動する。この際、主軸(５)
の回転角度は、測定対象物(８)からの反射光の検出に基
づいて、レーザ光(40)が測定対象物(８)の表面へ垂直に
照射される様、制御される。該制御については周知のと
ころであるので、説明を省略する。

【００２１】尚、主軸(５)の回転に伴って、第１原動機
構(６)のボールねじナット(64)のボール(65)も回転移動
することとなるため、ボールねじナット(64)をＹ軸方向
の一定位置に保持するべく、モータ(61)の駆動によっ
て、ボールねじナット(64)を主軸(５)と同一方向へ同一
角度だけ回転させる。この結果、主軸(５)がＹ軸方向の
一定位置にて回転し、変位計(４)のビーム照射方向が変
化する。

【００２２】副往復駆動装置(２)によって変位計(４)を
Ｙ軸方向に１ピッチだけ移動させる際は、第２原動機構
(７)のモータ(71)を停止した状態で、第１原動機構(６)
のモータ(61)を起動し、ボールねじナット(64)を所定の
一定角度だけ回転させる。これによって、主軸(５)が回
転を停止したままＹ軸方向に移動して、変位計(４)のビ
ーム照射位置が次の走査ライン上へ移ることになる。こ
の様にして測定対象物(８)の表面がレーザ光によって走
査され、その反射光の検出に基づいて、測定対象物(８)
の３次元形状が測定される。

【００２３】上記非接触式倣い測定装置においては、支
持アーム(21)及び主軸(５)が夫々片持ち支持された構造
であるが、重量の嵩むモータ(61)(71)は支持アーム(21)
の基端部に配置されているから、支持アーム(21)や主軸
(５)に大きな曲げ荷重は作用せず、Ｚ軸方向の撓みは殆
ど零である。従って、主軸(５)の伸縮過程で、変位計
(４)の高さ位置が垂直方向に大きく変動することはな
い。これによって、変位計(４)による測定精度が保証さ
れるのである。

【００２４】又、副往復駆動装置(２)は、図２及び図３
の如く主軸(５)を共通の出力軸としてコンパクトに構成
されているから、測定装置全体の構成は従来装置に比べ
て簡易である。

【００２５】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば図１の実施例では、主往復駆動装置
(１)によって変位計(４)をＸ軸方向へ駆動しているが、
図４の如く測定対象物(８)をＸ軸方向へ駆動する構成も
採用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触式変位測定装置の全体構成
を示す斜視図である。

【図２】第１原動機構及び第２原動機構の外観を示す斜
視図である。

【図３】第１原動機構及び第２原動機構の内部構造を示
す一部破断正面図である。

【図４】従来の非接触式変位測定装置の斜視図である。

【符号の説明】

(１) 主往復駆動装置 (２) 副往復駆動装置 (３) 昇降駆動装置 (４) 変位計 (５) 主軸 (６) 第１原動機構 (７) 第２原動機構 (８) 測定対象物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触式の変位計(４)と、変位計(４)を
   測定対象物(８)の表面に沿って走査方向(Ｘ軸方向)へ相
   対的に移動させる主往復駆動装置(１)と、変位計(４)を
   走査方向とは直交する方向(Ｙ軸方向)へ移動させると共
   に、走査方向への相対移動中は変位計(４)をＹ軸回りに
   回転させる副往復駆動装置(２)とを具えた非接触式変位
   測定装置において、副往復駆動装置(２)は、 Ｙ軸方向の移動とＹ軸回りの回転が可能に水平に支持さ
   れて、外周面にはねじ溝(51)とスプライン溝(52)が形成
   された主軸(５)と、 主軸(５)のねじ溝(51)に係合する第１ナット(64)と、 主軸(５)のスプライン溝(52)に係合する第２ナット(74)
   と、 前記第１及び第２ナット(64)(74)を夫々独立に回転駆動
   する原動機構とを具え、主軸(５)の先端部に変位計(４)
   が取り付けられていることを特徴とする非接触式変位測
   定装置。
2. 【請求項２】 主軸(５)は支持アーム(21)の先端部に支
   持され、原動機構は、支持アーム(21)に基端部に配置さ
   れた第１モータ(61)と、第１モータ(61)の回転を第１ナ
   ット(64)へ伝達する第１ベルト機構と、支持アーム(21)
   の基端部に配置された第２モータ(71)と、第２モータ(7
   1)の回転を第２ナット(74)へ伝達する第２ベルト機構と
   を具えている請求項１に記載の非接触式変位測定装置。