JPS60224009A - 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、被測定物に測定子を三次元的に当接させて被
測定物の形状等を測定する三次元測定機に係り、特に被
測定物と測定子とを自動的に相対移動させて測定する自
動三次元測定機に関する。

［背景技術］ 一般に、三次元測定機における測定子の移動機構として
は、三次元の各軸の構造物を順次積重ねていく方法がと
られているが、謂ゎゆる自動型の場合は、積重ね方式と
すると測定子側機構が次の機構への荷重となるので高出
力の駆動源を必要とし、装置全体の大型化を招くという
問題がある。

また４これは精度保証上も不利であり、かつ、移動スピ
ードの関係から測定能率が悪いという欠点もある。

これを解決すべく１本出願人は、測定子を三次元的に移
動させるのではなく、測定子側は二次元的に移動させる
とともに、被測定物を一次元的に移動させて結果的に相
対三次元移動させるテーブル移動型自動三次元測定機を
提案している。これによれば、測定子保持側移動機構は
、−軸方向減った分、軽量、小型となり、前記欠点が解
消される。しかしながら、テーブルの移動機構に新たな
問題が生した。

即ち、他の移動機構の可動部に対し、テーブル移動型で
は可動部たるテーブルが大型となるため、総合精度が１
ルｍ以下を要求される測定機にあっては、その移動の直
線性等の確保が難しいということである。

一方、平面的テーブルを水平移動させるには。

熱的変形等を考慮してテーブルの一側を基準とした謂わ
ゆる片側基準のテーブルとすることが多く行われている
が、測定機においては必ずしも得策ではない。その収縮
、伸張自体が測定精度に影響を及ぼすが、その際に基準
部位から離れた他側部が大きな影響を受けるからである
。これは、駆動軸の配置関係で平行移動を困難とする問
題、即ち、駆動軸たる送りねじ軸を片側に配置すると、
この軸の曲がりによる他側の受ける影響が大きいという
問題もある。

また、テーブルの固定側における案内は、一般的にＶ溝
の延長方向案内とされるが、これは直交三輪のうち、■
溝に直交する２軸の各軸方向の位置規制の調整が困難な
ため、各軸方向毎の位置規制の調整を正確に必要とする
三次元測定機にあっては、実用上採用すべき理由がない
。この意味で従来の三次元測定機ではテーブル移動型が
採用されていなかったといえる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、テーブル移動型の自動三次元測定機の
特徴を発揮できる移動案内機構を備えた自動三次元測定
機を提供するにある。

［発明の構成］ 本発明は、テーブルを水平面内の軸である゛ＹＹ軸方向
自動駆動されるように設けるとともに、このテーブルを
駆動方向に直交するテーブルの幅方向の中間において基
台側に軸支された送りねじ軸に連結し、この送りねじ軸
を中心とした左右即ち幅方向に各一対設けたエアベアリ
ングを含んで構成されるＸおよびＸ軸方向位置規制手段
を介して前記テーブルを基台に案内するようにしたもの
で、これにより送りねじ軸をテーブルの幅方向の中間に
配置したことでねじ軸の曲がり等による影響を片側基準
の場合に比べて約半分に減少させ、かつ、ＸおよびＸ軸
方向位置規制手段を各別に設けることにより各軸毎の調
整を可能としてテーブルの正確な送りを達成しうるよう
にしたものである。

［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６様部材からなる基台１０は、複数の
水平出し冶具３０を介して設置床１上に水平に設置され
る。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１０と同様の６
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、さらに、この第１の案内
部材１１の両側には同じく６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ｌＯ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。この
際、案内部材１１および第２の案内部材１２の基台１ｏ
への固定構造は、基台１０に設けちれた盲孔１３内に接
着固定された固　□定金具１４のねじ孔に第１の案内部
材１１あるいは第２の案内部材１２を貫通してポルト１
６をねじ込むことによりなされる。また、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すな
わち鉛直方向を意味し、従って、これらのｘ、ｙ、ｚ軸
はＸおよびＹ軸を水平方向の軸とし、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。

前記水平出し治具３０は、側面略凹字状に形成されたベ
ース３１と、このベース３工内に摺動自在に収納され上
面に傾斜面を形成された摺動片３３と、前記ベース３１
の立上り部に進退可能にねじ込まれ前記摺動片３３をベ
ース３１の底面に沿って進退させるポルト３４と、前記
ベース３１の両側の側壁内に上下方向摺動可能に設けら
れるとともに前記摺動片３３の傾斜面に係合する傾斜面
を有しかつ前記基台ｌＯの下面に当接された当接片３６
とから構成され、前記ボルト３４をまわすことにより両
傾刺面の作用によって設置床１に対する基台１０の高さ
位置を調整し、基台ｌＯの水平位置出しを行なえるよう
になっている。

前記第１の案内部材１１の両側位置には、前記水平用し
冶具３０と同様に傾斜面を利用した複数対例えば３対以
上、実際には１６ないし３２対程度の曲がり矯正手段４
０が配置され、第１の案内部材１１の両側に形成された
Ｘ軸方向移動規制用平行案内面１８の真直度が出せるよ
うになっている。

前記基台１０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に対向さ
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Ｘ
軸方向移動規制用平行案内面２０のうち上方の案内面２
０に対向される比較的大型のエアベアリング５３が設け
られ、更に、平行案内面２０の下側の案内面２０に対向
されるエアベアリング５４がブラケット５５を介して取
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゜５
４との作用によりＸ軸方向の移動が各軸別に調整されて
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と、このモータ６２の出力軸に連結され
たポールねじ軸からなる送りねじ軸６４と、この送りね
じ軸６４に移動可能に螺合されるとともにブラケット６
５を介してテーブル５０に固定されたナツト部材６６と
を備えて構成され、モータ６２の駆動によりテーブル５
０をＹ軸方向に駆動でき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、これにより送りねじ軸６４はテーブル５０の幅方
向即ちＸ軸方向の中間、略中夫に位置するようにされて
ｌ、％る。

前記モータ６２によるテーブル５０の送り量は、第２図
に示されるように、前記第１の案内部材１１側に設けら
れたスケール７６およびテーブル５０のブラケット５２
側に設けられた検出部７７からなるＹ軸方向移動量計測
手段７５により計測され、また、テーブル５０の原点位
置即ち絶対位置測定するための零点位置は、前記第１の
案内部材ｌｌ側に設けられたゼロマーク８１およびテー
ブル５０側に設けられた検出スイ・ンチ８２からなるゼ
ロセット手段８０により設定されるようになっている。

さらに、テーブル５０の移動範囲の規制は、基台ｌＯ上
に設けられたド・ンク８５およびテーブル５０側に設け
られた図示しないリミットスイッチにより行われるよう
になって１／）る。

第２図において、前記基台ｌＯの両側面には夫々支柱９
０が固定されている。この支柱９０の基台１０に対する
固定構造は、基台１０の両側面に沿ってＹ軸方向に夫々
複数箇所設けられた孔２２内に挿入された略杵状の締付
金具２３に貫孔２４を貫通してねじ込まれるボルト２５
により行われている。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１０と同様な毛様部材からなる非移動体側
構造体としての梁ｌＯＯが横架固定されている。この梁
ｌＯＯと支柱９０との固定構造も、前記支柱９０と基台
ｌＯとの固定構造と同様に、天然石材等からなる梁１０
０側に設けられた孔ｌＯ１と、この孔１０１内に挿入さ
れる金属材からなる略杵状の締付金具１０２と、梁１０
０側に設けられた貫孔１０３を貫通して挿入され締付金
具　、１０２のねじ穴に螺合されるボルト１０４とから
構成されている。

前記梁１００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
１２２、送りねじ軸１２４．ナツト部材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、梁ｌＯＯの背面にはスライダ１１０をＸ軸方
向に案内するためのガイドレール１０５およびスライダ
１１０の移動量を検出するためのスケール１０６が夫々
設けられている。

前記スライダ１１０は、第４図に示されるように、前記
梁１００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１１１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軸方向案内用軸受箱１１
２上に立設された支持フレームｌ１５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Ｘ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Ｘ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と、このモータ１４１によ
りタイミングベルト１４２を介して回転駆動されるとと
もに支持フレーム１１５の上下部に夫々その上下端部を
回転自在に支持された比較的大きな例えば４ｍｍ以上の
ねじピッチを有する送りねじ軸１４５と、この送りねじ
軸１４５に軸方向移動可能に支持されたナツト部材１４
６と、このナツト部材１４６に回転自在に支持されると
ともに前記支持フレーム１１５の第４図中手前側の壁面
（図示せず）に取をけられたガイドレール１４７の両側
壁を挟持するように当接されガイドレール１４７に沿っ
てナツト部材１４６をＸ軸方向移動容易かっ回動不能に
案内する一対のローラ１４８と、前記ナツト部材１４６
に固定された連結板１４９と、この連結板１４９の突出
端上下面に送りねじ軸１４５の軸方向移動不可能かつ半
径方向移動容易に連結されるとともに前記Ｚ軸構造物１
８０の上端部に固定されたブラケット１５２と、を備え
て構成され、前記モータ１４１の駆動によりブラケット
１５２を介してＺ軸構造物１８０をＸ軸方向に駆動でき
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に対し送りねじ
軸１４５の軸方向移動不可能かつ半径方向移動可能にさ
れた部分で吸収され、Ｚ軸構造物１８０にはナツト部材
１４６のＸ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
での中空の筐体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にピストソロ１．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の重量を支持してＺ軸構造物１８０の
自重による送りねじ軸１４５側への負荷の軽減が図られ
ている。また、筐体１８１と前記支柱フレーム１１５と
の間には図示しないスケールと検出器とからなるＸ軸方
向移動量検出手段が設けられ、Ｚ軸構造物１８０の軸方
向の移動量が検出されるようになっている。

前記プローブ着脱機構２００は、その内部に回転可能な
Ｚスピンドル２２０を備え、このＺスピンドル２２０の
下端に設けられたプローブ取付用孔にはプローブホルダ
２５０を（第１，２図参照）介して測定子２８１を有す
るタッチ信号プローブ２８０が取付けられている。

前記テーブル５０上には、その一端側即ち第１図中右奥
側にプローブストッカ２９０が設けられている。このプ
ローブストッカ２９０は、保持台２９１を介してテーブ
ル５０と所定間隔をおいて取付けられた保持板２９３（
第２図参照）を備え、この保持板２９３にはテーブル５
ｏの他端側即ち第１図中、左手前側に向って開口された
多数のＵ字状の切欠部２９２が設けられ、これらの切欠
部２９２には所定のタッチ信号プローブ２８０を有する
プローブホルダ２５０が、所定の取付姿勢で載置支持さ
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いプリンタ、Ｃ
ＲＴ等の周辺機器を有し、更に、内部に演Ｘ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５゜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。

次に、本実施例の作用につき説明する。

制御装置３２０からの指令により、テーブル５０をＹ軸
方向駆動機構６ｏにより駆動し、Ｚスピンドル２２０の
下方にプローブストッカ２９０を位置させ、この状態で
スライダー１０およびＺ軸構造物１８０をＸおよびＺ軸
方向に移動させてＺスピンドル２２０の下端にプローブ
ストッカ２９０上の所定のプローブホルダ２５０を挿入
固着する。このプローブホルダ２５０のＺスピンドル２
る。

ついで、テーブル５０を後退させれば、プローブホルダ
２５０がプローブストッカ２９０がら外れ、タッチ信号
プａ−プ２８０による測定が可能な状態となる。この状
態で、Ｚ軸構造物１８０、スライダー１０およびテーブ
ル５ｏを制御装置３１０からの指令によりｚ、ｘ、ｙ軸
方向に移動させながらタッチ信号プローブ２８０の測定
子２８１を被測定物３２０の被測定個所に順次当接させ
て被測定物３２０の形状測定を行い、制御装置３去Ｏの
表示部３１１に表示させ、かつ、プリントアウトさせる
。

上述のような本実施例によれば、テーブル５゜を可動型
にすることにより、測定子２８１を有する可動部分をス
ライダ１１０以後の軽量な部分として測定子２８１側に
おける可動部の重量による撓みを極めて少なくして測定
精度の向上を図ることができる。可動型のテーブル５０
において、その駆動用の送りねじ軸６４をテーブル５０
の中間、特にその中央部に配置したから、その片側に配
置したものに比べ送りねじ軸６４の曲がり等により生じ
るテーブル５０の側縁における誤差を小さくできる。ま
た、テーブル５０のｙ軸方向への案内にあたり、Ｙ軸に
直交するＸ軸方向およびＺ軸方向への移動の規制は、そ
れぞれ第１の案内部材１１および第２の案内部材１２で
各別に行うようにしたから、■溝で規制する構造に比へ
極めて高精度に案内できる。この際、第１．第２の案内
部材１１．１２は、共に基台ｌＯとは別体に製作されて
いるから、それらの各案内面１８．２０を容易に平行面
に形成でき、かつ、第１の案内部材１１は曲がり矯正手
段４０により真直に矯正できるから、この点からもより
高精度な案内を行える。更に、第１．第２の案内部材１
１．１２は共に天然石材等の６様部材であるから経年変
化が極めて少なく長年にわたり精度保証をできる。また
、テーブル５０の支持は、エアベアリング５１．５３．
５４により行われるから、Ｙ軸方向駆動機構６０の負荷
を小さくできる。更に、送りね　゛じ軸６４をテーブル
５ｏの幅方向に配置したから、エアベアリング５１，５
３．５４への空気停止蒔におけるクリアランスは、送り
ねじ軸６４の僅かな撓みによって吸収できる。

なお、前記実施例における駆動源としてのモータ１４１
．１６２は、ＡＣ、ＤＣ、パルス電動機に限らず、エア
モータ、油圧モータ等でもよい。

上述のように本発明によれば、テーブル移動型の自動三
次元測定機を実現するのに有効な移動案内機構を提供で
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ぶ１視図、
第２図はその一部を切欠いた正面図、第３図はＹ軸方向
駆動機構の拡大側面図、第４図はスライタの一部を切欠
いた拡大側面図である。 １０・・・基台、１１．１２・・・Ｙ軸方向の案内面を
形成しＸおよびＺ軸方向位置規制手段を構成するｉｆ、
　第２の案内部材、１８．２０・・・平行案内面、５０
・・・テーブル、５１，５３．５４・・・エアベアリン
グ、６０・・・Ｙ軸方向駆動機構、６２・・・モータ、
６４・・・送りねじ軸　６６・・・す・ント部材、１２
０・・・Ｘ軸方向駆動機構、１２２・・・モータ、１２
４・・・送りねじ軸、１２９・・・ナンド部材、１４０
・・・Ｘ軸方向駆動機構、１４１・・・モータ、１４５
・・・送りねじ軸、１４６・・・ナツト部材、１８０・
・・Ｚ軸構造物、２２０・・・Ｚスピンドル、２８０・
・・タッチ信号プローブ、２８１・・・測定子、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 □ 一口 第４図 １１：ｌＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに直交するｘ、ｙ、ｚ三軸のうちＹ軸を水平
   面内の軸とし、先端にタッチ信号プローブを有し基台に
   対し相対的にＸおよびＺ軸方向に自動駆動されるＺスピ
   ンドルと、Ｙ軸方向に自動駆動されるテーブルとを備え
   た自動三次元測定機であって、前記テーブルをその駆動
   方向に直交する幅方向の中間において基台側に軸支され
   た送りねじ軸に連結するとともに、この送りねじ軸を中
   心として前記幅方向に各一対設けたエアベアリングを含
   んでそれぞれ構成されるＸおよびＺ軸方向位置規制手段
   を介して前記テーブルを基台に案内したことを特徴とす
   る自動三次元測定機。