JPS60224005A - 自動三次元測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は自動三次元測定機に関する。

［背景技術］ 従来、タッチ信号プローブを三次元的に移動させて被測
定物の形状を測定する三次元測定機が知られている。こ
のような三次元測定機は、一般的には、基台に支柱を前
後方向すなわちＹ軸方向移動自在に設けるとともに、こ
の支柱の上端間に横架された梁上にスライダを左右方向
すなわちＸ軸方向に移動自在に設け、このスライダに鉛
直方向すなわちＸ軸方向にＺスピンドルを移動自在に設
けて構成されている。これらの基台に対する支柱、支柱
に対するスライダ、スライダに対するＺスピンドルは、
この順序で順次組み上げていく積重ね構造とされている
。

従って、基台からＺスピンドルに至るまで順次強靭構造
としなければ精度的保証が困難となっている。これは、
各軸を自動駆動型とするいわゆる自動三次元測定機では
、高重量負荷による駆動源の大馬力化、高イナーシャの
ための制御系の高級化あるいは高速送りの困難化などの
欠点要因となり、かつ、全体構造が大型化するため経済
的にも不利であるという欠点がある。

また、自動三次元測定機といっても、従来はタッチ信号
プローブは人手により交換しており、より完全な自動化
の行なえる自動三次元測定機が望まれている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、送り機構を簡易化でき、全体構造を小
型化できるとともに、より自動化を進めた自動三次元測
定機を提供するにある。

［発明の構成］ 本発明は、基台に対しテーブルを可動型とする一方、大
型支柱は基台に固定し、かつ、自動化の実効を期してタ
ー２チ信号プローブの自動着脱を行えるプローブ着脱機
構を設けるとともに、可動テーブル上にプローブを複数
保持可能なプローブストッカを設けるという構成とし、
これにより、可動部の小型化に伴ない送り構造を小型化
するとともに、プローブの着脱は被測定物の移動に必要
なテーブル等の駆動機構を利用することによってプロー
ブ着脱機構には特別の送りのための機械、制御回路等を
必要としないようにして技術的、経済゛的価値を大きな
ものとしたものである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

全体構成を示す第１図および第２図において、天然石材
、セラミック等の石様部材からなる基台１０は設置床ｌ
上に水平に設置され、この基台ｌＯは略凸字状に形成さ
れるとともに、この凸字状の基台１０の上面中央には基
台ｌＯと同様の石様部材からなりＹ軸方向の案内面を形
成する第１の案内部材１１がねじ止め固定され、更に、
この第１の案内部材１１の両側には同じく石様部材から
なる偏平な一対の第２の案内部材１２が一部を基台１０
の凸部上面から突出された状態で対称にねじ止め固定さ
れている。ここにおいて、本明細書におけるＸ軸方向と
は第２図中左右方向を、Ｙ軸方向とは同図中紙面直交方
向を、Ｘ軸方向とは同図中上下方向即ち鉛直方向を意味
し、従って、これらのｘ、ｙ、ｚ軸はＸ、Ｙ軸を水平面
内の軸とし、Ｘ軸方向を鉛直方向とする互いに直交する
三軸とされている。

前記基台ｌＯ上には金属製のテーブル５０がＹ軸方向に
移動可能に設けられている。このテーブル５０の下面に
は、前記第１の案内部材１１の平行案内面１８に対抗さ
れるエアベアリング５１がブラケット５２を介して取付
けられるとともに、前記第２の案内部材１２の上下の平
行案内面２０に対向されるエアベアリング５３およびブ
ラケット５５を介したエアベアリング５４が夫々取付け
られ、これらの各エアベアリング５１，５３．５４によ
りテーブル５０は基台１０上をわずかな力で移動できる
ようにされ、かつ、第１の案内部材１１とエアベアリン
グ５１との作用によりＸ軸方向への移動が規制され、ま
た、第２の案内部材１２とエアベアリング５３．５４と
の作用によりＸ軸方向の移動が規制され、Ｙ軸方向にの
み真直に移動できるようになっている。

また、基台１０とテーブル５０との間には、テーブル５
０をＹ軸方向に駆動するＹ軸方向駆動機構６０が設けら
れている。このＹ軸方向駆動機構６０は、第３図に示さ
れるように、基台１０にブラケット６１を介して固定さ
れたモータ６２を備え、このモータ６２により駆動され
る送りねじ軸６４に螺合されたナツト部材６６がブラケ
ット６５を介してテーブル５０に固定され、送りねじ軸
６４の回転に伴ないナツト部材６６を介してテーブル５
０が送りねじ軸６４の軸方向に移動されるようになって
いる。この際、送りねじ軸６４は第１の案内部材１１の
溝２１内に配置されている。

また、テーブル５０の送り量は１図示しないＹ軸方向変
位検出手段により計測されるようになっている。

第２図において、前記基台ｉｏの両側面には夫々支柱９
０が固定されている。これらの支柱９０は夫々鉄等の金
属から形成されるとともに、これらの支柱９０の上端間
には前記基台ｌＯと同様な石様部材からなる非移動体側
構造体としての梁１００が横架固定されている。この梁
１００の上には、スライダ１１０がＸ軸方向移動自在に
支持されるとともに、このスライダ１１０はモータ１２
２、送りねじ軸１２４、ナツト風材１２９等からなるＸ
軸方向駆動機構１２０によりＸ軸方向に自動送りされ、
かつ、その移動量は図示しないＸ軸方向変位検出手段に
より計測されるようになつ゛ている。

前記スライダ１１０は、第４図に示されるように、前記
梁ｌＯＯを囲むように設けられるとともに梁１００の四
角の各面に対向して夫々エアベアリングＩｌｌを有する
Ｘ軸方向案内用軸受箱１１２と、このＸ軸方向案内用軸
受箱１１２の前面に取付けられるとともに内部に平面四
角形状に配置されたエアベアリング１１３を有する上下
一対のＸ軸方向案内用軸受箱１１４と、これらのＸ軸方
向案内用軸受箱１１４内にＸ軸方向移動自在に挿入され
たＺ軸構造物１８０と、前記Ｘ軸方向案内用輪受箱１１
２上に立設された支持フレーム１１５に支持されたＸ軸
方向駆動機構１４０と、前記支持フレーム１１５の上端
部に設けられるとともに前記Ｚ軸方向駆動機構１４０の
自由回転を阻止して前記Ｚ軸構造物１８０の落下を防止
するロック装置１６０とを備えている。

前記Ｚ軸方向駆動機構１４０は、前記支持フレーム１１
５に支持されたモータ１４１を備え、このモータ１４１
によりタイミングベルト１４２を介して送りねじ軸１４
５を回転駆動できるようになっている。この送りねじ軸
１４５にはナツト部材１４６が螺合されるとともに、こ
のナツト部材１４６は一対のローラ１４８および支持フ
レーム１１５に固定された案内レール１４７により回動
不能に軸方向に案内されるようになっており、更に、こ
のナツト部材１４６に固定された連結板１４９を前記Ｚ
軸構造物１８０の上端部に固定されたブラケッ）１５２
により軸方向移動不可能かつ半径方向移動可能に挟持す
ることによってナツト部材１４６の軸方向の動きをＺ軸
構造物１８０に伝達できるようになっている。この際、
送りねじ軸１４５の曲がり、偏心等による影響は、連結
板１４９とブラケッ）１５・２との間の半径方向の滑り
により吸収され、Ｚ軸構造物１８０にはナツト部材１４
６のＺ軸方向の動きだけが伝達されるようになっている
。

前記Ｚ軸構造物１８０は、四角筒からなりＺ軸部材とし
ての中空の筐体１８１を備えるとともに、この筐体１８
１内にエアバランス機構１９０およびプローブ着脱機構
２００を備えている。このエアバランス機構１９０は、
筐体１８１に固定されるとともに下端を開放されたシリ
ンダ１９１と、このシリンダ１９１内に収納されるとと
もに前記支持フレーム１１５にピストンロッド１９４を
介して支持されたピストン１９２とを備えて構成され、
このピストン１９２とシリンダ１９１の上部との間に圧
縮空気を供給することにより、この圧縮空気の作用でＺ
軸構造物１８０の自重を支持してＺ軸構造物１８０の自
重による送りねじ軸１４５側への荷重の軽減が図られて
いる。また、Ｚ軸構造物１８０のＺ軸方向の移動量は図
示しないＺ軸方向変位検出手段により検出されるように
なっている。

前記Ｚ軸構造物１８０は、第５図に示されるように、四
角筒からなるＺ軸部材としての中空の筐体１８１を備え
、この筐体１８１内には、上部にエアバランス機構１９
０が設けられるとともに、下部にＺスピンドル２２０が
固定されている。このＺスピンドル２２０は、プローブ
取付部としてのテーバ状の孔２１９を有するとともに、
内部にプローブ支持手段としての下部が中空のポールホ
ルダ２２６を軸方向移動可能に収納している。このポー
ルホルダ２２６は、その下端部に半径方向移動可能かつ
落下防止された複数のポール２２５を備えるとともに、
駆動棒としてのピストンロッド２３２により上下動され
るようになっている。

このピストンロッド２３２は多段にピストン２３３を備
え、これらのピストン２３３は、仕切壁２３４を有する
押出し手段としてのアクチェータ２３５内に収納されて
直列な多段の受圧面を有するようにされている。また、
ピストンロッド２３２は、引込み手段としての皿ばね２
２８により常時上方、即ち、ポールホルダ２２６を常時
小径のガイド孔２２１内に引込む方向に付勢されている
。。

このポールホルダ２２６のガイド孔２２１内への引込み
時には、このガイド孔２２１の作用によりボー・ル２２
５がポールホルダ２２６の内方に突出され、このポール
２２５によりプローブホルダ２５０の上端のプルスタッ
ド２５１を係止できるようになっている。一方、アクチ
ェータ２３５の作動により、ピストンロッド、２３２が
皿ばね２２８に抗して下方に押圧されたときは、ポール
ホルダ２２６が小径のガイド孔２２１内から押出され、
プローブホルダ２５０のチャックを解除できるようにな
っている。また、このピストンロッド２３２の動きは、
ドッグ２３６及び一対の検出器２３７からなる軸方向位
置検出手段２３８により検出される。

前記Ｚスピンドル２２０は、その下面にプローブホルダ
２５０の位置決め用突部２３９を有するとともに、電気
接点としての固定ピン２４３を有し、この固定ピン２４
３によりプローブホルダ２５０ひいてはこのホルダ２５
０に取付けられるタッチ信号プローブ２７０或いは２８
ｏ（第６゜７図参照）と電気的導通がとれるようになっ
ている。

なお、前記押出し手段としてのアクチェータ２３５、引
込み手段としての皿ばね２２８およびプローブ支持手段
としてのポールホルダ２２６によりプローブ着脱機構２
００が構成され、このプローブ着脱機構２００により、
プローブ取付部としてのＺスピンドル２２０の孔２１９
にタッチ信号プローブ２７０．２８０のプローブホルダ
２５０が着脱されるようになっている。

前記プローブホルダ２５０は、第６図および第７図に示
されるように・、上端にプルスタッド２５１を有すると
ともに途中にフランジ部２５２およびテーパ面２５３を
有するホルダ本体２５６を備え、このホルダ本体２５６
の下端部には、下端部に夫々測定子２７１或いは２８１
を有しかつ上部に雄ねじ２７２或いは２８２を有する形
状の異なるタッチ信号プローブ２７０或いは２８０がね
じ込み固定されるようになっている。この際、タッチ信
号プローブ２８０は、前記測定子２８１を有する回動部
２８３を備え、この回動部２８３の部分が雄ねじ２８２
を有する本体２８４に対して回動かつその回動位置で固
定可能になるようにされている。

また、前記プローブホルダ２５０のフランジ部２５２の
上面には、前記Ｚスピンドル２２０の下端部に設けられ
た突部２３９に保合可能にされ突部２３９と共に位置決
め手段を構成する溝状の係合凹部２５７が設けられると
ともに、前記Ｚスピンドル２２０の下端部に設けられた
固定ピン２４３に当接される接点ビン２６６（第７図参
照）が設けられている。また、フランジ部２５２の下面
には、ビン孔２６８および係合溝２６９が形成されてい
る。

第１図および第２図において、前記テーブル５０上には
、プローブストッカ２９０が設けられている。このプロ
ーブストッカ２９０は、第８図にも示されるように、テ
ーブル５０の一端即ち後端側に固定された保持台２９１
と、この保持台２９１の上部に固定されるとともにテー
ブル５ｏの他端側即ち前端側に向って開口された複数の
切欠部２９２を有しテーブル５０の上面と所定間隔を離
された保持板２９３と、この保持板２９３の上面におい
て前記切欠部２９２の両側位置に突設され前記プローブ
ホルダ２５０のフランジ部２５２の下面に形成されたビ
ン孔２６８および係合溝２６９に係合可能にされこれら
のビン孔２６８および係合溝２６９と共にプローブ姿勢
維持手段を構成するピン２９４およびピン２９５と、か
ら構成され、このプローブストッカ２９０の保持板２９
３上には前記プローブホルダ２５０が位置調整されて夫
々載置されている。

なお、第１図中符号３１０は、簡略図示されているが、
表示部３１１を有するとともに図示しなイフリンタ、Ｃ
ＲＴ等の周辺機器を有し、更に、内部に演算機能、記憶
機能等を持つ計算機システムを有し、所定のプログラム
に従って各部の動きを制御する制御装置、符号３２０は
テーブル５０上に載置された被測定物、符号２６はＹ軸
方向駆動機構６０を防塵する蛇腹カバー、符号２７はサ
イドカバーである。また、前記プローブ着脱機構２００
とプローブストッカ２９０とにより、プローブ自動着脱
装置が構成されている。

次に、本実施例の作用につき説明する。

テーブル５０上に固定されたプローブストッカ２９０の
保持板２９３上に所定の形状のタッチ信号プローブ２７
０或いは２８０を取付けたプローブホルダ２５０をセッ
トし、かつ、テーブル５０上に被測定物３２０を載置固
定する。この状態で、制御装置３１０により所定の指令
を与えると、この指令によりＹ軸方向駆動機構６０のモ
ータ６２が駆動されてカップリング６３、送りねじ軸６
４等を介してテーブル５０が第１ｒＩ！Ｊ中左前方に移
動され、プローブストッカ２９０が丁度Ｚ軸構造物１８
０の下方に位置するようにされる。一方、Ｙ軸方向駆動
機構６０の駆動とともに、Ｘ軸方向駆動機構１２０のモ
ータ１２２が駆動され、スライダ１１０がＸ軸方向に移
動されてＺ軸構造物１８０がプローブストッカ２９０上
に載置された所定のプローブホルダ２５０の直上位置に
移動されて停止される。

この状態で、スライダ１１０内゛にあるＺ軸方向駆動機
構１４０のモータ１４１が作動されてＺ軸構造物１８０
が下降され、Ｚ軸構造物１８０の内部に収納されたＺス
ピンドル２２０のプローブ取付部としての孔２１９にプ
ローブホルダ２５０が収納されるようになる。この際、
第５図において、アクチェータ２３５が作動され、駆動
棒としてのピストン２３２を皿ばね２２８に抗して押し
下げているため、ポールホルダ２２６はガイド孔２２１
から外れポール２２５がフリーの状態にあり、このため
、プローブホルダ２５０の上端のプルスタッド２５１が
ポールホルダ２２６内に容易に挿入されることなる。

次いで、アクチェータ２３５の作動を解除すると、皿ば
ね２２８の作用によりピストンロッド２３２が上昇され
るため、ポールホルダ２２６によりプルスタッド２５１
が引込まれ、プローブホルダ２５０のテーパ面２５３が
孔２１９に係合され、かつ、プローブ着脱機構２００の
下端部に形成された突部２３９がプローブホルダ２５０
の係合凹部２５７へ挿入され、更にプローブ着脱機構２
００の固定ピン２４３がプローブホルダ２５０の接点ピ
ン２６６に接触され電気的な導通がなされる。

このようにして、プローブ着脱機構２００へのプローブ
ホルダ２５０の取付けが調整された後、前記Ｙ軸方向駆
動機構６０、Ｘ軸方向駆動機構１２０およびＺ軸方向駆
動機構１４０を制御装置３１０の指令により駆動し、Ｚ
軸構造物１８０の下端に取付けられたタッチ信号プロー
ブ２８０の測定子２８１を被測定物３２０の所定位置に
接触させ、その接触時における測定子２８１のＸ、Ｙ。

Ｚ軸方向の位置を制御装置３１０で記憶し、順次この測
定子２８１による被測定物３２０への接触点の測定を行
って被測定物３２０の計測を終了する。この被測定物３
２０の測定にあたり、タッチ信号プローブ２８０を取換
える必要があるときは、前述と同様にしてＺ軸構造物１
８０をプローブストッカ２９０の上方位置に位置させ、
プローブストッカ２９０上に載置された所定のプローブ
ホルダ２５０をＺ軸構造物１８０に取付けることにより
行うことができる。この際、使用済のプローブホルダ２
５０は、プローブストッカ２９０の切欠部２９２の内、
空いている個所に戻すこととなるが、この戻し作業は、
空いている切欠部２９２の位置にＺ軸構造物１８０を位
置させた後、アクチェータ２３５を作動させ、皿ばね２
２８に抗してピストン２３２を下降させ、ポールホルダ
２２６によるプルスタッド２５．１の把持を開放し、こ
の開放状態のままＺ軸構造物１８０を上昇させればよい
。

上述のような本実施例によれば次のような効果がある。

すなわち、本実施例は、テーブル５０を可動としたから
、重量の大きい支柱９０等を動かす必要がなく、その駆
動機構すなわちＹ軸方向駆動機構６０を小さな動力とし
てよく、かつ、慣性も小さくなるからテーブル５０の停
止位置も正確にできる。また、Ｚ軸構造物１８０内には
プローブ着脱機構２００を設けるとともに、テーブル５
０上にプローブストッカ２９０を設け、かつ、テーブル
５０を移動させる構造としたから、タッチ信号プローブ
２７０．２８０の自動取換えの機能を小型かつ簡易に達
成することができる。また、複数のタイプのタッチ信号
プローブ２７０，２８０を予じめプローブホルダ２５０
に取付けてプローブストッカ２９０上に姿勢調整のうえ
用意しであるから、タッチ信号プローブ２７０．２８０
の交換作業はタッチ信号プローブ２７０．２８０による
一点の測定動作と同程度の時間で行なうことができ、タ
ッチ信号プローブ２７０．２８０を取換えながらの作業
を極めて迅速に行なえる。この際、タッチ信号プローブ
２７０．２８０の取換え毎に、図示しない原点位置にタ
ッチ信号プローブ２７０．２８０を接触させて原点チェ
ックを行なっても良く、このように交換毎に原点チェッ
クをすれば、より測定精度を向上できる。また、プロー
ブ着脱機構２００におけるピストンロッド２３２の駆動
源は、複数の受圧面を有するアクチェータ２３５により
行なったから、一般の工場に配設されている比較的低圧
の圧縮空気を用いて、プローブホルダ２５０の保持を行
なっている皿ばね２２８を強力なばね力としても、十分
に皿ばね２２８のばね力に打勝ってピストンロッド２３
２を駆動することができ、プローブホルダ２５０の取付
けを確実に行なうことができる。また、Ｚスピンドル２
２０とプローブホルダ２５０とは、突部２３９と係合凹
部２５７とにより位置決めされるから、Ｚスピンドル２
２０に対するの取付位置を正確に設定することができる
。また、プローブホルダ２５０のプローブストッカ２９
０への設置時には、ピン孔２６８および係合溝２６９と
ピン２９４および２９５とにより位置決めされるから、
その設置位置を正確に行なうことができる。更に、基台
ｌＯおよび梁１００は石様部材で構成されているから、
経時変化による精度低下を有効に防止できる。

なお、本発明の実施にあたり、プローブ着脱機構２００
におけるプルスタッド２５１の支持部即ちポールホルダ
２２６は、前記構造に限らず、電磁石で支持するもの、
コレットチャックで支持するもの等でもよい。また、プ
ローブ着脱機構２００におけるプルスタッド２５１の支
持方法番ヨ、前記実施例のように常時挟持してＩｔ’る
ものに限らず、一旦、引込み完了後は、プローブホルダ
２５０のテーパ面２５京とＺスピンドＪし２２０のテー
パ孔２１９とで保持するものであってもよｌ、％、更に
、各ｙ　、ｘ、ｚ軸方向駆動機構６０，１２０゜１４０
のモータ６２，１２２，１４１ｔ±、ＡＣ。

ＤＣ，パルス電動機のみならず、エアモータ、油圧モー
タ等も含むものである。また、プローブ着脱機構２００
は、Ｚ軸構造物１８０中に設（するものに限らず、その
外部に設けるものであってもよく、かつ１、その構造も
前記実施例の構造に限定されない。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ直
交二軸のうちＺ軸ｔま必ずしも鉛直である必要はなく、
ｘ軸が鉛直であってもよく、この場合はＺスピンドル２
２０は水平に配置されることとなる。更に、本発明にお
けるタッチ信号プローブとは、タッチ信号プローブ２７
０．２８０そのものに限らず、プローブホルダ２５０は
取付けられたものをも含む概念である。

［発明の効果］ 上述のように本発明によれば、駆動部分の構造の小型、
簡易化ができるとともに、より自動化の進んだ自動三次
元測定機を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す斜視図、第
２図はその正面図、第３図はＹ軸方向駆動機構の拡大側
面図、第４図はスライダの一部を切欠いた拡大側面図、
第５図はプローブ着脱機構の拡大断面図、第６図はプロ
ーブホルダの一部を切欠いた拡大図、第７図は第６図の
平面図、第８図はプローブストッカの拡大平面図である
。 １０・・・基台、６０・・・Ｙ軸方向駆動機構、１００
・・・梁、１１０・・・スライダ、１２０・・・Ｘ軸方
向駆動機構、１４０・・・Ｚ軸方向駆動機構、１８０・
・・Ｚ軸構造物、２００・・・プローブ着脱機構、２１
９・・・プローブ取付部としての孔、２２０・・・Ｚス
ピンドル、２２６・・・ポールホルダ、２２８・・・引
込み手段としての皿ばね、２３５・・・押出し手段とし
てのアクチェータ、２５０・・・プローブホルダ、２７
０゜２８０・・・タッチ信号プローブ、２７１，２８１
・・・測定子、２９０・・・プローブストッカ、３１０
・・・制御装置、３２０・・・被測定物。 代理人　弁理士　木下　実三 （ほか１名） 第１図 第３図 −）、、−５０ ゛　！ −」 第５図 １−□ ＼、 ＼へ 徂 。青 １、−＋ｅ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙ軸を水平面内の軸とした互いに直交するｘ、ｙ
   、ｚ三軸のうち少なくともＹ軸方向の案内面を有する基
   台と、この基台に案内されＹ軸方向に自動送りされるテ
   ーブルと、下端部が基台に固定されるとともに基台の両
   側に立設された一対の支柱と、この一対の支柱間に横架
   された梁に保持されＸ軸方向に自動送りされるスライダ
   と、先端にタッチ信号プローブ取付部を有するとともに
   前記スライダに支持されＸ軸方向に自動送りされるＺス
   ピンドルと、前記テーブルに設けられ複数のり・ンチ信
   号プローブを整列保持するプローブストッカと、テーブ
   ルおよびスライダが静止状態にあるときにプローブスト
   ッカから選択されたｌのタッチ信号プローブを前記Ｚス
   ピンドルのタッチ信号プローブ取付部に装着するための
   プローブ着脱機構とを具備したことを特徴とする自動三
   次元測定機。