JPS61105413A - 多次元測定機 - 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】 ［産業上の利用分野］ 采発明は、多次元測定機に係り、被測定物の寸法や形状
等を迅速にかつ高精度に測定する際に利用される多次元
測定機に関する。

［″ｆｒ景技景色術の問題点］ 一般に、形状が複雑な被測定物の寸法や形状等を高精度
に測定するには、多次元測定機が広く用いられている。

多次元測定機のうち、例えば三次元測定機には、人がプ
ローブまたはプローブの近傍を手でつかみ、プローブを
予め定められた測定手順に従って被測定物の測定面へ順
次当接させ、その当接時点・のプローブの移動変位量か
ら被測定物の寸法や形状等を求める手動型と１例えばＣ
ＮＣ三次元測定機のように、測定機本体にプローブをＸ
、Ｙ。

Ｚ軸の各軸方向へ移動させるためのスクリューやモータ
等の駆動装置を装備させ、これらの駆動装置を予めプロ
グラムされた手順に従って自動的に制御しながらプロー
ブを被測定物の測定面へ順次当接させる自、動車と、が
知られている。

前者の型式は、構造が簡単であるため構造上測定精度に
影響を与える要素が少なく、高精度な測定値が得られる
利点がある反面、次のような欠点がある。即ち、 Φ被測定物毎に測定箇所および手順を人が全て記憶しな
ければならないので、作業ミスが生じやすい、しかも、
これは被測定物毎に変る。

（りそれと同時に、データ処理装置との一連的作業を要
するので、専門的かつ技術的知識が必要とされる結果、
誰でもが運転できるわけではない。

また、専門家は、測定態様から見れば測定機に占有され
、他の作業に活用できない、また、かかる人を集めるこ
とも難しい。

（■大きな測定範囲を許容する大型の測定機にあっては
、被測定物の全ての測定点を測定するような場合、測定
者が測定機の周囲を動き回らなくてはならなかったり、
測定台の上に乗って操作しなければならないので、測定
能率が低下し、かつ安全性にも欠ける。

［株］操作時間が長くなる場合には、体温が手からプロ
ーブ等へ伝達され、その結果プローブ等の熱膨張によっ
て測定精度の低下が生じる場合がある。

これに対し、後者の型式は、同一性のある被測定物を繰
返し測定するのに適している反面、プローブをｘ、ｙ、
ｚ軸の各軸方向へ自動的に移動させるためにスクリュー
やモータ等の駆動装置を測定機本体、特にプローブ軸を
支持するスライダ、更にはスライダを支持する梁に装着
しなければならないので、これらを支持する構造が大型
にならざるを得ない、すると、これら装置の重量増加に
伴い、基礎構造に歪や撓みが生じる結果、これにより測
定精度−が低下する欠点がある。

以上述べた両型式の問題点は、三次元測定機のみならず
、ハイドゲージ等の二次元測定機でも同様である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、このような従来例の欠点を解消すべく
なされたもので、測定機本体とは独立したロボット機構
により測定機の移動機構を介して検出子を移動させるこ
とにより、手動型および自動型の欠点を全て解消し、予
め定められた手順に従って被測定物の寸法や形状等を迅
速にかつ高精度に測定する多次元測定機を提供す−るこ
とにある。

他の目的は、ロボット機構と測定機の移動機構とを、測
定機の有効測定空間を阻害することなく連結できるよう
にした多次元測定機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］そのため、
本発明では、移動撒構を介して多次元方向へ移動可能な
タッチ信号プローブ等の検出子ｔ、測定機本体とは別個
独立なロボット機構により行い、つまり自動化のための
駆動装置を別個独立にし、これにより上述した両型式の
問題を解決する一方、ロボット機構の腕と測定機の移動
機構とを、載物台の上方に形成される有効測定空間を除
く位置において互いに連結し、これににより有効測定空
間を確保しようとするものである。

具体的には、載物台上の被測定物に関与させる検出子を
多次元方向へ移動させる移動機構、検出子の移動変位量
を検出するための変位検出器および変位検出器の出力信
号を所定処理して被測定物の寸法等を求めるデータ処理
装置を含む多次元測定機において、多次元的に移動可能
な腕を有し、測定機本体と別個独立しかつ測定機本体に
近接配設されたロボット機構と、前記データ処理装置に
予め設定された測定手順プログラムからの指令に基づい
て前記ロボット機構を運転するためのロボット作動指令
装置と、を備え、前記載物台の上方に形成される有効測
定空間を除く位置において、前記ロボット機構の腕と前
記測定機の移動機構とを互いに連結し、ロボット機構に
よって前記検出子を多次元方向へ移動させるように構成
した。ことを特徴としている。

［実施例］ 第１図は本実施例の三次元測定機の外観を示している。

同図において、設置台ｌの上面には、三次元測定機本体
２が設置されているとともに、この三次元測定機本体２
と別個独立に構成されかつロボット作動指令装置ｉから
の作動指令に従って動作するロボット機構４が設置され
ている。なお、三次元測定機本体２によって測定された
測定データは、データ処理装置５へ送られ、そこで所定
処理された後被測定物の寸法や形状を表わす値として出
力される。

前記三次元測定機本体２は、被測定物１１を載置した載
物台１２の両側にそれぞれ案内レール１３を介して支柱
１４が前記載物台１２の前後方向（Ｙ軸方向）へ、この
両支社１４間に掛渡された水平ビーム１５に沿ってスラ
イダ１６が前記載物台１２の左右方向（Ｘ軸方向）へ、
このスライダ１６に下端に検出子としてのタッチ信号プ
ローブ１７を有するプローブ軸１８が前記載物台１２の
上下方向（Ｘ軸方向）へ、それぞれ移動自在に設けられ
ている。ここで、支柱１４．スライダ１６およびプロー
ブ軸１８等からなる移動機構１９は、例えばエアーベア
リング等により比較的軽い力でタッチ信号プローブ１７
を三次元方向へ移動させることができるようになってい
る。これにより、タッチ信号プローブ１７が移動される
と、タッチ信号プローブ１７が被測定物１１に当接した
とき、支柱１４のＹ軸方向の位置、スライダ１６のＸ軸
方向の位置およびプローブ軸１８のＸ軸方向の位置が前
記データ処理装置５へ送られ、そこで所定処理された後
測定値としてデジタル表示される。

前記ロボット機構４は、第２図にも示す如く。

前記載置台ｌの上面に固定された基台２０に垂直に立設
されたＺ軸２１と、このＺ軸２１にＺ軸駆動モータ２２
の駆動によりＸ軸方向へ昇降自在に設（すられた昇降ブ
ロック２３と、この昇降ブロック２３にＹ軸駆動モータ
２４の駆動によりＹ軸方向へ進退可能に設けられた互い
に平行な２木の進退杆２５と、これら２木の進退杆２５
の一端にＺ軸と平行にかつ旋回駆動モータ２６の駆動に
より回転可能に設けられた回転軸２７と、この回転軸２
７に基端が固定された旋回アーム２８と、この旋回アー
ム２８の先端と前記スライダ１６の上方へ突出したプロ
ーブ軸１８の上端とを互いに連結する連結アーム２９と
から構成されている。つまり、進退杆２５．旋回アーム
２８やよび連結アーム２９等からなるロボット機構４の
腕は、三次元方向へ移動可能で、かつ前記載物台１２の
上方に形成される有効測定空間を除く位置において、プ
ローブ軸１８に連結されている。連結アーム２９は、プ
ローブ軸１８側の一端が止めねじ３０によりプローブ軸
１８に固定されているとともに、旋回アーム２８側の他
端が連結軸３１とベアリング３２とにより旋回アーム２
８に対して回転可能に連結されている。これにより、ロ
ボット機構４の作動により移動機構１９を介してタッチ
信号プローブ１７が三次元方向へ移動されるようになっ
ている。

第３図は本測定システムの回路構成を示している。同図
において、４１は前記スライダ１６のＸ軸方向の移動変
位量つまりタッチ信号プローブ１７のＸ軸方向の移動変
位量を検出するＸ軸変位検出器、４２は支柱１４のＹ軸
方向における移動変位量つまりタッチ信号プローブ１７
のＹ軸方向における移動変位量を検出するＹ軸変位検出
器、４３はプローブ軸１ＢのＸ軸方向における移動変位
量つまりタッチ信号プローブ１７のＸ軸方向における移
動変位量を検出するＺ軸変位検出器である。これら変位
検出器４１．４２．４３で検出されたタッチ信号プロー
ブ１７のｘ、ｙ、ｚ軸方向における測定データは、前記
タッチ信号プローブ１７の測定子１７Ａが被測定物１１
に当接し、そのタッチ信号プローブ１７からのタッチ信
号がデータ処理装置５へ与えられたとき、データ処理装
置５内へ取込まれるようになっている。

データ処理装置５は、変位検出器４１，４２゜４３から
与えられる測定データを記憶するためのメモリ、これら
メモリに記憶された測定データを基に測定モードに応じ
た演算を行うための演算処理プログラムを記憶するメモ
リのほかに、測定手順が設定された複数ステップからな
る測定手順プログラムを記憶する測定手順プログラムメ
モリ４４を備え、この測定手順プログラムメモリ４４に
記憶された測定手順プログラムに従って、ＷＳ４図中鎖
線より左側に示すフローチャートの処理を実行する。

即ち、測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測定
手順プログラムに従って、ステップ起動指令ＳＥＣを前
記ロボット作動指令装置３へ与え、これによりロボット
作動指令装置３からの指令でロボット機構４が所定の動
作を行う中で変位検出器４１，４２．４３からの測定デ
ータが予め設定された数だけ入力されると、これらの測
定データを基に演算処理を実行した後、次のステップ起
動指令ＳＥＣをロボット作動指令装！１３へ与える。こ
れを測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測定手
順プログラムの全ステップについて行う。

一方、前記ロボット作動指令装置３は、前記Ｚ軸駆動モ
ータ２２、Ｙ軸駆動モータ２４および旋回駆動モータ２
６を駆動させるモータ駆動装置５１と、前記ロボット機
構４の移動軌跡つまりタッチ信号プローブ１７の移動軌
跡を記憶する移動軌跡記憶装置５２と、前記データ処理
装置５からステップ起動指令ＳＥＣがり゛・えられた際
、移動軌跡記憶装置５２に記憶された移動軌跡データに
基づきモータ駆動装置５１を介してＺ軸駆動モータ２２
、Ｙ軸駆動モータ２４および旋回駆動モータ２６を駆動
させる運転指令！Ａ置５３と１手動操作に基づきモータ
駆動装Ｎ５１を介してＺ軸駆動モータ２２、Ｙ軸駆動モ
ータ２４および旋回駆動モータ２６を駆動させるジョイ
ステック５０とを含む、移動軌跡記憶装！１５２および
運転指令装置５３には、前記Ｚ軸駆動モータ２２によっ
て昇降される昇降ブロック２３のＺ軸方向の位置を検出
するＺ軸位置検出器５４からの位置データ、前記Ｙ軸駆
動モータ２４″によって移動される進退杆２５のＹ軸方
向における位置を検出するＹ軸位置検出器５５の位置デ
ータおよび旋回駆動モータ２６によって旋回される旋回
アーム２８の旋回角度を検出するθ角検出器５５からの
角度データがそれぞれ入力されるようになっている。

次に、本実施例の測定方法を説明する０本システムによ
る測定では、まずロボット作動指令装置３のジョイステ
ィック５０の操作によりロボット機構４を作動させ、三
次元測定機本体２のタッチ信号プローブ１７を、データ
処理装置ｉ５の測定手順プログラムメモリ４４に予め設
定された測定手順プログラムに従って移動させる。する
と、タッチ信号プローブ１７が移動する各時点における
ロボット機構４の位置データ、つまりＺ軸位置検出器５
４で検出されたＺ軸方向における位置データ、Ｙ軸位置
検出器５５で検出されたＹ軸方向における位置データお
よびθ角検出器５５で検出された角度データがロボット
作動指令装置３の移動軌跡記憶装置５２へ順次記憶され
る。つまり。

タッチ信号プローブ１７が測定手順プログラムに従って
移動したときのロボット機構４の移動軌跡が移動軌跡記
憶装置５２に記憶される。これを。

測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測定手順プ
ログラムの全ステップについて行うと、移動軌跡記憶装
置５２には、測定手順プログ２ムの各ステップに対応し
てロボット機構４の移動軌跡が順次記憶される。

このようにして、測定手順プログラムに対応するロボッ
ト機構４の移動軌跡をロボット作動指令装置３の移動軌
跡記憶装Ｒ５２へ記憶させた後。

測定を行う。

測定は、第４図に示すフローチャートの処理に従って行
われる。即ち、データ処理装Ｗ１５が測定モードに設定
されると、データ処理装！Ｉ５およびロボット作動指令
装置３では共に測定のための準備処理が行われた後、デ
ータ処理装置５において、測定手順プログラムメモリ４
４に記憶された測定手順プログラムの中から第１番目の
ステップ、つまり第１番目の測定項目が指示され、この
測定項目に対応するステップ起動指令５ＥＣ−がロボッ
ト作動指令装置３の運転指令装置１１５３へ与えられる
。

ロボット作動指令装置３の運転指令装置５３では、前記
データ処理装置５からのステップ起動指令Ｓ　Ｅ　Ｃ＋
が与えられると、そのステップ起動指令Ｓ　Ｅ　Ｃ＋に
対応する移動軌跡データを移動軌跡記憶装置５２の中か
ら読出し、この移動軌跡データに基づきモータ駆動装Ｍ
５１を介してＺ軸駆動モータ２２、Ｙ軸駆動モータ２４
および旋回駆動モータ２６を駆動させる。すると、ロボ
ット機構４を介してタッチ信号プローブ１７が移動され
る。タッチ信号プローブ１７の移動により。

タッチ信号プローブ１７が被測定物１１に当接すると、
タッチ信号プローブ１７からタッチ信号がデータ処理装
置５へ与えられる。このとき、Ｘ軸変位検出器４１によ
って検出されたＸ軸方向の位置データ、Ｙ軸変位検出器
４２によって検出されたＹ軸方向における位置データお
よびＸ軸変位検出器４３によって検出されたＸ軸方向に
おける位置データがそれぞれデータ処理装置５内へ取込
まれる。

すると、データ処理装置５では、Ｘ軸変位検出器４１．
Ｙ軸変位検出器４２およびＸ軸変位検出器４３から与え
られる測定データが所定数入力されると、それらの測定
データに基づき被測定物１１の寸法等を演算し、その演
算結果を例えばプリンタ等により出力する。この演算終
了後に、測定手順プログラムメモリ４４に記憶された測
定手順プログラムの中から第２番口のステップ、つまり
第２番目の測定項目が指示され、これに基づくステップ
起動指令Ｓ　Ｅ　Ｃ２がロボット作動指令装置３の運転
指令装置５３へ与えられる。

ロボット作動指令装置３の運転指令装置５３では、デー
タ処理装置５からのステップ起動指令５ＥＣ２が与えら
れると、そのステップ起動指令５ＥＣ２に対応する移動
軌跡データを移動軌跡記憶装置５２の中から読出し、そ
の移動軌跡データに基づきモータ駆動装置５１を介して
Ｚ輪駆動上−タ２２、Ｙ＠駆動モータ２４および旋回駆
動モータ２６を駆動させる。

このようにして、測定手順プログラムの全ステップにつ
いて自動的に測定が行われる。

従って、本実施例によれば、タッチ信号プローブ１７を
三次元測定機本体２とは別個独立なロボット機構４によ
って移動させるようにしたので、手動型のもつ欠点およ
び自動型のもつ欠点を共に解決することができる。つま
り、大型の測定機でも測定者が定位置で遠隔操作できる
ため、測定能率の向上と共に安全な測定が可能であり、
しかも測定者がプローブ等を直接つかむ必要がないこと
から、温度変化の影響が極めて少ない、また、三次元測
定機本体２にタッチ信号プローブ１７を移動させるため
のスクリューやモータ等を装備させる必要がないことか
ら構造も簡素化でき、その重量で歪や撓みが発生するこ
とがなく、その結果高精度測定が可能である。

また、ロボット作動指令装置ｔ３の移動軌跡記憶装置５
２に記憶された移動軌跡データに基づいてロボットａ構
４を作動させるようにしたので、手動型のように被測定
物毎に測定箇所および手順を人が記憶する必要がなく、
ミス作業をなくすことができる。しかも、専門家にロボ
ット機構４を模範運転させ、その移動軌跡を移動軌跡記
憶装置５２へ一旦記憶させれば１．後は自動運転するこ
とができるので、専門家の負担を軽減することができ、
飛躍的普及が期待できる。

また、ロボット機構４を起動させるには、データ処理装
置５からステップ起動指令ＳＥＣをロボット作動指令装
置３の運転指令装置５３へ与えればよいので、つまりデ
ータ処理装置５とロボット作動指令装置３とをステップ
起動指令ＳＥＣを介して連結すればよいので、既設の手
動型三次元測定機に取入れる場合でも容易にかつ経済的
に構成することができる。

しかも、ロボット機構４は、タッチ信号プローブ１７の
許容オーバーストローク（中１０〜５■）の精度で位置
づけできれば十分であるから。

高級ロボット機構等を必要とすることがない、つまり、
タッチ信号プローブ１７は上記範囲程度のオーバースト
ロークを許容でき、かつ自由状態において所定の姿勢に
自動復帰できる構造であるが、オーバーランしても当接
時点に発するタッチ信号をもって測定データを取込むの
で、高級口ポット機構を用いなくても測定誤差が生じる
ことがないという測定機固有の利益がある。このことは
また、両者のマツチングをそれほど厳格にしなくてもよ
いという利益もある。

また、ロボット機構４の腕の先端のアーム、つまり連結
アーム２９の一端をプローブ軸１８の上端に係合させる
ようにしたので、ロボット機構４の各アームが被測定物
１１にぶつかることがないので、有効側定範囲を縮小さ
せることがない、しかも、このようにすると、ロボット
機構４を測定機本体２の側方に配置できるため、載物台
１２の前後方向の空間を確保することができる。

なお、実施に当って、三次元測定機本体２側の移動機構
１９は上記実施例の構造に限らず、タッチ信号プローブ
１７を比較的軽い力で三次元方向へ移動させることがで
きるものであればよい、同様に、ロボット機構４につい
ても、移動機構１９の三次元的移動を行えるものであれ
ばよい。

また、ロボット機構４は三次元測定機本体２と全く別体
に構成したが、タッチ信号プローブ１７の可動部に重量
の負担をかけなければ、例えば載物台１２等に取付は或
いは併用するようにしてもよい、このようにすると、装
置全体がコンパクトに構成できる利点がある。

また、ロボット機構４の各駆動源としては、上記実施例
で述べたモータに限らず、例えば油圧、空気圧等の他の
動力源でもよい。

更に、検出子としては、上記実施例で述べたタッチ信号
プローブ１７に限らず、例えば光学式の非接触検出器等
でもよい。

なお、本発明は、上記実施例で説明した三次元測定機に
限られるものではなく、二次元測定機等にも適用できる
ものである。

［発明の効果］ 以、ヒの通り、本発明によれば、測定機本体とは独立し
たロボット機構により移動機構を介して検出子を移動さ
せるようにしたので、手動型および自動型のもつ欠点を
全て解決でき、しかも有効測定空間を確保しつつ、迅速
かつ高精度な測定が可能な多次元測定機を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図は木発鳴の一実施例を示すもので、第１図は全体の斜
視図、第２図はロボット機構の要部を示す側面図、第３
図は回路構成を示すブロック図、第４図はデータ処理装
置とロボット作動指令装置との処理動作を示すフローチ
ャートである。 ２・・・三次元測定機本体、３・・・ロボット作動指令
装置、４・・・ロボット機構、５・・・データ処理装置
、１１・・・被測定物、１２・・・載物台、１７・・・
検出子としてのタッチ信号プローブ、１９・・・移動機
構、２５・・・進退杆、２８・・・旋回アーム、２９・
・・連結アーム、４１・・・Ｘ軸変位検出器、４２・・
・Ｙ軸変位検出器、４３・・・Ｘ軸変位検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）載物台上の被測定物に関与させる検出子を多次元
   方向へ移動させる移動機構、検出子の移動変位量を検出
   するための変位検出器および変位検出器の出力信号を所
   定処理して被測定物の寸法等を求めるデータ処理装置を
   含む多次元測定機において、 多次元的に移動可能な腕を有し、測定機本体と別個独立
   しかつ測定機本体に近接配設されたロボット機構と、 前記データ処理装置に予め設定された測定手順プログラ
   ムからの指令に基づいて前記ロボット機構を運転するた
   めのロボット作動指令装置と、を備え、 前記載物台の上方に形成される有効測定空間を除く位置
   において、前記ロボット機構の腕と前記測定機の移動機
   構とを互いに連結し、ロボット機構によって前記検出子
   を多次元方向へ移動させるように構成した、 ことを特徴とする多次元測定機。