JPS61213623A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三次元測定機に関し、特にプローブが交換され
る三次元測定機に係り、使用プローブ数の削減、測定作
業の迅速化に利用できるものである。

〔背景技術とその問題点〕

載物台に載置した測定対象物と測定機本体に支持された
プローブとを移動機構によって三次元方向に相対移動さ
せ、測定対象物の測定面とプローブの測定子との相対移
動変位量を検出し、この検出変位量をデータ処理装置で
所定処理して測定対象物の寸法等を計測する三次元測定
機が知られ、複雑形状の物品の寸法、形状等を高精度且
つ迅速に計測できることから広く利用されている。

ところで、この測定機には、測定対象物とプローブとの
相対移動を手動によって行うタイプと、モータ等の駆動
により自動的に行うタイプとがあり、自動型の場合、測
定作業の迅速化と無人化を図るためには測定対象物の測
定箇所の形状に応じた測定子を有するプローブを自動交
換するようにしなければならない、プローブを自動交換
できる従来の一般的な三次元測定機は、前記測定機本体
、多くの三次元測定機にあってはプローブを鉛直方向に
移動させるためのスピンドルの先端に複数個のプローブ
を装着し、この状態において測定箇所に応した測定子を
選択し且つ姿勢を確立できるようにプローブ毎に測定子
の姿勢変更用のモータが内蔵されていた。

従って従来の三次元測定機には次のような問題点があり
、自動型三次元測定機の飛躍的普及拡大を妨げていた。

■複数のプローブを測定機本体に装着すると、荷重が大
きくなるため測定機全体の構造を強靭としなければなら
ない。

■あるプローブで測定面を計測しているときは他のプロ
ーブの測定子の姿勢を変えることはできない、何故なら
前記モータの駆動による振動等により測定精度が低下し
或いは測定不能となってしまうからである。従って測定
子の姿勢変更を計測工程の間に行わなければならず、特
にこれは測定箇所が変わる毎に必要となるため測定作業
が長時間化し、自動型三次元測定機のメリットが削減さ
れる。

■測定子の姿勢変更用の駆動源によっては測定機に熱的
変形や錆等を発生させる不都合が生じる。

■取り分け、例えば穴の真円度を計測する場合のように
同種形状の異径穴を測定する場合、径が変わる毎にそれ
に応じた測定子のプローブを設けなければならないため
、前記■の問題がここでも生ずるとともに、装着できる
プローブの数が制限されることから測定可能な測定対象
物も制限され、三次元測定機の利用可能範囲が限られた
ものとなってしまう。

〔発明の目的〕

本発明は以上の如き従来の問題点を解決すべくなされた
もので、本発明の目的は、測定子の姿勢調整を計測工程
中に行えるようにし、これにより測定作業時間の短縮化
を図ることができ、また１つのプローブで計測できる穴
径等の範囲を拡大し、プローブ数の削減をも達成できる
ようにした三次元測定機を提供するところにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕このため本
発明は、測定子の姿ｇｌ！１１整装置を姿勢変更機構と
駆動手段とで構成し、前者をプローブ側に設け、後者を
他の場所に設け、測定機が計測動作中に次計測工程用の
測定子をこの次計測工程に即応した姿勢に変更調整する
ようにしたものである。

具体的には、載物台に載置された測定対象物と測定機本
体に支持されたプローブとを移動機構によって三次元的
に相対移動させ、前記測定対象物の測定面と前記プロー
ブの測定子との相対移動変位量を検出し、この検出変位
量をデータ処理装置で所定処理して前記測定対象物の寸
法等を計測する三次元測定機において、前記測定子を前
記プローブの本体に連結するとともに、このプローブ本
体に対して測定子の姿勢を変更するための姿勢変更機構
と、前記測定機本体から取外したプローブを支持するプ
ローブストフカに設けられ、支持したプローブの前記姿
勢変更機構と連結されて前記測定子の姿勢を変更すべく
この姿勢変更機構を作動させるための駆動手段と、前記
測定機本体から取外したプローブを前記プローブストフ
カに移替えるとともに測定子の姿勢が変更されたプロー
ブを再びこの測定機本体に装着するためのプローブ着脱
装置とを含んで構成されたところに特徴を有する。

〔実施例〕

第１図は本実施例にかかる三次元測定機の全体斜視図で
ある。基台１の上部には左右２個の起壁部材２の間に位
置して載物台３が配置され、上面に測定対象物４が載置
されるこの載物台３は基台１に対しＹ軸方向へ移動自在
になっている。

基台１に固定された左右２本の支柱５め上部には梁部材
６が横断架設され、この梁部材６にはスライダ７がＸ軸
方向へ摺動自在に取付けられている、スライダ７と一体
化されているスピンドルケース８には四角柱状のスピン
ドル９が垂直方向即ちＸ軸方向に移動自在に設けられ、
スピンドル９の下端にプローブ１０が連結支持される０
以上の支柱５、梁部材６、スライダ７、スピンドル９等
により測定機本体１１が構成され、この測定機本体１１
にプローブ１０が取付けられている。

前記基台ｌに対する載物台３のＹ軸方向移動は蛇腹カバ
ー１２の内部に配置されているモータやボールねじ等に
よる駆動装置によって自動的に行われ、スライダ７のＸ
軸方向移動及びスピンドル９のＸ軸方向移動も梁部材６
、スピンドルケース８に組込まれている駆動装置によっ
て行われる。

これらの駆動装置等によって前記測定対象物４とプロー
ブ１０とに三次元の移動変位を生じさせる移動機構が構
成され、載物台３はこの移動機構のＹ軸方向における可
動側部材となっており、測定機本体１１は静止側部材と
なっている。また、スライダ７、スピンドル９はＸ軸方
向、Ｘ軸方向の可動側部材で、梁部材６、スピンドルケ
ース８は静止側部材になっている。

載物台３の後端部にはプローブストッカ１３が取付けら
れている。第３図はこのプローブストッカ１３を示す、
プローブストフカ１３は載物台３の上面に固定された底
部１３Ａと、底部１３Ａから垂直に起立した脚部１３Ｂ
と、脚部１３Ｂに載物台３の上面から間隔を開けて水平
に設けられた頂部１３Ｃとからなり、側面コ字型になっ
ている。

頂部１３Ｃには前方へ開口した平面Ｕ字状の溝１４が形
成され、この溝１４に前記プローブｌＯが挿入係合され
てプローブストッカ１３に支持されるようになっている
。この溝１４はプローブストッカ１３に複数個のプロー
ブ１０を支持できるように複数個形成されている。

プローブ１０はプローブ本体１５と、測定子の姿勢変更
機構１６と、検出ユニット１７と、測定子とを備えて構
成され、第３図で示されたこのプローブ１０は内径また
は外径の真円度または円筒度の測定用プローブであるた
め、測定対象物４の測定面に当接する測定子１８は検出
ユニット１７に測定面からの反力により姿勢変化可能、
具体的には傾動可能に且つこの反力が除かれたときに原
姿勢に復帰可能に支持されているとともに、検出ユニッ
ト１７は測定子１８が傾動したときこの傾動量に応じた
アナログ信号を連続的に出力する検出部を含んで構成さ
れている。このようにプローブ１０は測定子１８の傾動
量、或いは測定対象物４に当接した瞬間とその後の傾動
量を捉える機能を有している測定信号発生器になってい
る。

前記プローブ本体１５は前記画定機本体１１を構成する
スピンドル９にプローブ１０を取付けるためのシャンク
部１５Ａと、このシャンク部１５Ａの下部に設けられた
テーパー突部１５Ｂ及びフランジ部１５Ｃとを有し、フ
ランジ部１５Ｃが前記溝１４の周辺に係止される。プロ
ーブ本体１５の下面には水平方向への長さを有する支持
部材１９が取付けられ、この支持部材１９の両端部に設
けられた軸受部材２０でボールねじであるねじ軸２１が
回転自在に支持される。水平方向を軸線方向とするこの
ねじ軸２１に螺合するナツト部材２２は保持部材２３の
内部に保持され、この保持部材２３に前記検出ユニット
１７が連結支持される。

保持部材２３の上面は支持部材１９の下面に摺動自在に
接触して保持部材２３の回転が阻止され、ねじ軸２１が
回転するとねじ軸２１のねじ送り作用により保持部材２
３は水平方向に移動し、測定子１８の姿勢が変更される
０以上の支持部材１９、ねじ軸２１、ナツト部材２２等
で前記測定子の姿勢変更機構１６が構成される。

ねじ軸２１の一端部は一方の軸受部材２０から突出し、
この突出した端部に第１クラッチ部材２４が取付けられ
る。プローブ１０をプローブストッカ１３に支持させた
際、この第１クラッチ部材２４は前記脚部１３Ｂに形成
された孔２５を貫通し、プローブストッカ１３の後方へ
突出する。

プローブストッカ１３にはブラケット２６を介してモー
ター２７が取付けられ、プローブストフカ１３側に配置
されたこのモーター２７の出力軸には前記第１クラッチ
部材２４と対をなす第２クラッチ部材２８が設けられる
。これらの第１クラッチ部材２４及び第２クラッチ部材
２８で断接自在な電磁クラッチ２９が構成される。また
モーター２７は前記姿勢変更機構１６を作動させるため
の駆動手段３０を構成し、これらの姿勢変更機構１６及
び駆動手段３０により測定子の姿勢調整装置が構成され
る。モーター２７にはロータリーエンコーダ３１が連結
され、このロータリーエンコーダ３１によりモーター２
７の回転量即ち電磁クラッチ２９が接続したときのねじ
軸２１の回転量が検出される。

第２図は第１図で示された前記スピンドル９の内部構造
を示す、スピンドル９の内部には中空の中心軸３２が上
下２個の軸受ブツシュ３３で垂直軸回りに回転自在に支
持されて収納されている。

中心軸３２の下端にはプローブ１０の前記テーパー突部
１５Ｂと対応した形状のテーパ一孔３４が形成され、こ
のテーパ一孔３４の上部には大径孔３５を介してプロー
ブ保持部材としてのボールホルダー３６を上下摺動自在
に収納する収納孔３７が設けられている。ボールホルダ
ー３６は駆動棒３８の下端に結合され、この駆動棒３８
はばね３９で常時上方へ付勢されている。

スピンドル９の内部にはエアーシリンダ４０がブラケッ
ト４１に取付けられて収納され、このエアーシリンダ４
０のピストン４０Ａのピストンロッド４０Ｂは下方へ延
び、前記駆動棒３８と接続されている。この接続はボー
ル４２を介して行われ、駆動棒３８とピストンロッド４
０Ｂとは軸方向に一体に移動するが駆動棒３８はピスト
ンロッド４０Ｂに対し回転できるようになっている。前
記ボールホルダー３６の内部には複数のボール４３が配
置され、これらのボール４３は軸径方向に移動自在にな
っている０以上のボールホルダー３６、駆動棒３８、ば
ね３９、エアーシリンダ４０、ボール４３等によりプロ
ーブ着脱装置４４が構成される。

プローブ１０はボール４３により前記シャンク部１５Ａ
が押さえられてボールホルダー３６に保持されるが、エ
アーシリンダ４０によりピストンロッド４０Ｂ及び駆動
棒３８をばね３９に抗して押下げるとボールホルダー３
６は下降し、ボール４３はプローブ１０の重量及びシャ
ンク部１５Ａの作用により外径方向へ移動せしめられて
前記大径孔３５に入り込むため、シャンク部１５Ａはボ
ールホルダー３６から開放されてプローブ１０はスピン
ドル９から取外される。また、ボールホルダー３６を下
降させた状態でボールホルダー３６の内部にシャンク部
１５Ａを挿入し、エアーシリンダ４０のエアー圧力を解
除してボールホルダー３６をばね３９の付勢力で上昇さ
せると、ボール４３は収納孔３７の内周壁に押されて内
径方向へ移動するため、第２図に示されている通りボー
ル４３でシャンク部１５Ａが押さえられ、且つテーパー
突部１５Ｂがテーパ一孔３４に位置決め密着してプロー
ブ１０はボールホルダー３６で保持される。このとき、
中心軸３２の下端に結合された底部材４５の突起４６は
プローブＩＯの前記フランジ部ｌ・５Ｃに形成されてい
る穴に係合し、プローブ１０の回転方向の位置決めがな
される。

前記スピンドル９の内部にはブラケット４７によりモー
ター４８が下向きに取付けられ、このモーター４８の出
力軸４８Ａに小径歯車４９が設けられている。前記中心
軸３２の上端部にはこの小径歯車４９と噛合する大径歯
車５０が設けられ、モーター４８の回転駆動力は小径歯
車４９、大径歯車５０を介して減速されながら中心軸３
２に伝達される。これらのモーター４８、小径歯車４９
、大径歯車５０等により真円度測定等の場合にプローブ
１０を回転させる回転装置５１が構成される。

第１図において、コンピュータで制御される前記移動機
構により前記載物台３に取付けられた測定対象物４と測
定機本体１１のスピンドル９に装着されたプローブ１０
とが三次元的に移動変位せしめられる。コンピュータの
プログラムによる次の計測工程が第３図で示された真円
度等の測定用プローブ１０を用いて行う場合には、前の
計測工程を行っているときに前記測定子姿勢調整装置に
より測定子１８の姿勢を所定のもの覧変更調整しておく
。

即ち第３図において、次の計測工程が真円度等の測定で
あるとの信号が三次元測定機の制御装置から出力される
と、前記電磁クラッチ２９が接続され駆動手段３０とし
てのモーター２７が回転駆動する。これにより前記姿勢
変更機構１６が作動せしめられ、回転する前記ねじ軸２
１のねし送り作用により検出ユニット］７．ｆｉ定子１
８がプローブ本体１５の径方向に直線的に移動せしめら
れる。この移動量は前記ロータリーエンコーダ３１で検
出され、測定子１８等の直線移動量が真円度等が測定さ
れる測定対象物４の穴の口径等に適合゛したものになる
と、前記制御装置からの信号によりモーター２７の回転
駆動は停止し、且つ電磁クラッチ２９の接続状態は断た
れる。

このように測定子１８はプローブ１０がプローブスト７
カ１３に待機している間に姿勢変更され、測定子１８の
姿勢変更工程は前の計測工程が行われている間に実施さ
れてこれらの工程を並行して同時に行えるため測定作業
時間を短縮化できる。

前の計測工程が終了すると前記載物台３がＹ軸方向へ移
動してスピンドル９の下方位置まで前記プローブストッ
カ１３が移動せしめられる。また前記スライダ７がＸ軸
方向へ移動してスピンドル９も下降し、第２図で示され
たエアーシリンダ４０にエアー圧力が供給されることに
よる前記プローブ着脱装置４４の作動でプローブ１０が
スピンドル９から取外されてプローブストッカ１３の位
置づけられた所定位置に収納支持される。この後スピン
ドル９は上昇し、またスライダ７はＸ軸方向へ移動し、
スピンドル９の位置が測定子１８の姿勢変更が終了して
いる前記真円度等の測定用プローブ１０の真上に達する
と、スピンドル９は下降してプローブ着脱装置４４によ
りこのプローブ１０がスピンドル９に装着支持される。

次いで前記移動機構の作動により真円度等が測定される
測定対象物４の穴等の中心軸線とスピンドル９の中心軸
線とが一致するまでプローブ１０は移動変位し、測定子
１８が測定対象物４の測定面に接触した後に前記回転装
置５１が駆動される。

この結果、プローブ１０は垂直なスピンドル９の軸線を
中心に回転し、測定子１８の傾動量に応じてアナログ信
号を出力する前記検出ユニット１７により真円度等が計
測される。

なお、この真円度等の測定はスピンドル９の内部に回転
装置５１を設けず載物台３に測定対象物４を載せるター
ンテーブルを設けることにより行ってもよい。

真円度等の測定が終了すると、プローブ１０はプローブ
ストッカ１３の対応位置づけられた所定位置に前記移動
機構の作動により収納支持される。

以上において、三次元測定機のスピンドル９に真円度等
の測定用プローブ１０を装着できるようにすると、三次
元測定機は従来の真円度等測定機と同じ機能を有すると
ともに、複数の座標位置を検出してこれを演算処理し真
円度等を測定する方式に比べ、測定時間を大幅に短縮で
き、かつ連続したアナログ信号を得られるという利点が
ある。

また、真円度等の測定用プローブ１０には長さの長い前
記ねじ軸２１を取付けることができ、測定子１８に大き
な直線移動量を与えることができるため、径が小さな穴
等から径が大きな穴等まで１つのプローブｌＯで真円度
等を測定でき、プローブ１０の適用範囲が拡大されプロ
ーブ数を削減できる。このため、三次元測定機で測定可
能な測定対象物４の範囲が拡大されるとともに、スピン
ドル９に装着するプローブの数を従来のように複数とす
ることは不要になり、スピンドル９に作用するプローブ
の重量の減少により三次元測定機の構造の強度を高める
必要性をなくすことができる。

更に、プローブ１０の前記姿勢変更機構１６を作動させ
る前記駆動手段３０は前記プローブストッカ１３に取付
けられ、プローブ１０には設けられていないため、その
分スピンドル９に作用するプローブ１０の重量を減少さ
せることができるとともに前記姿勢変更機構１６を大型
化できるようになり、この点においても測定子１８の姿
勢変更可能範囲を拡大してプローブ１０の適用範囲を広
げることができる。またプローブ１０による測定作業が
行われているときはプローブ１０と駆動手段３０とは分
離した状態になっているため、駆動手段３０の発熱等の
悪影響が測定作業中のプローブ１０に及ぶのを防止でき
る。

前記プローブストフカ１３に収納支持されるプローブは
測定子の姿勢が変更されるものとされないものの両方で
あってもよく、また測定子の姿勢が変更されるプローブ
のみを収納支持してもよい。

測定子の姿勢の調整は、本実施例のようにプローブ本体
の径方向に直線移動させるものに限らず、例えば測定子
をプローブ本体に対し水平軸を中心に首振りさせるもの
、垂直軸を中心に回動させるもの、垂直軸に沿って上下
動させるもの、或いはこれらの動きを複合的に行わせる
ものであってもよい、プローブストッカ１３に測定子の
姿勢が変更される複数のプローブを支持させる場合には
、測定子の姿勢変更機構を作動させるモーター等による
前記駆動手段３０をそれぞれのプローブ毎に設けてもよ
いが、７１個の駆動手段３０を複数のプローブに併用す
るようにしてもよい。

本実施例におけるプローブは真円度等の測定用のもので
あったため、前記検出ユニット１７は連続したアナログ
信号を出力する検出部を有するものであったが、この検
出ユニットは測定子が測定対象物に接触し姿勢変化が生
じたときにタッチ信号を出力する検出部を含むものであ
ってもよい。

即ち、プローブは三次元測定機に取付けられる例えば光
学的スケールによる変位検出器により測定対象物の座標
位置や長さ寸法等を測定するためのタッチ信号プローブ
であってもよく、要すれば測定子が測定対象物に接触し
て姿勢変化が生じたときに出力信号を発生する検出部を
含んで形成される検出ユニットを備えた測定信号発生器
であればよい、また前記姿勢変更機構１６を構成する前
記保持部材２３に検出ユニット１７を固定的に取付ける
のではなく、着脱自在に取付ける構造とすることにより
、アナログ信号発生用の検出ユニットとタッチ信号発生
用の検出ユニットとを交換できるようにしてもよい。

本実施例ではプローブストッカ１３は前記載物台３に設
けられていたが、これを他の三次元測定機構成部材に設
けてもよく或いは三次元測定機以外の場所に設けてもよ
い、前記プローブ着脱装置４４はスピンドル９に配置さ
れていたが、これを他の場所に設けることも可能であり
且つその構造も本実施例に限らず任意である。

更に本発明はプローブを自動交換するタイプの三次元測
定機のみならず手動で交換するタイプの三次元測定機に
も適用でき、また三次元測定機は本実施例のように自動
送り型に限らず手動送り型であうでもよい。

更にまた本発明は測定対象物に対しプローブが移動する
三次元測定機、プローブに対し測定対象物が移動する三
次元測定機、及びこれらの両方が移動する三次元測定機
に適用でき、要すれば載物台に載置された測定物と測定
機本体に支持されたプローブとが相対移動するものであ
ればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、計測工程中において測定子の姿勢の変
更調整を行えるようになり、このため測定時間の短縮化
を図ることができ、また１つのプローブで測定できる穴
の径等の範囲が拡大しプローブの適用範囲の拡大により
必要とされるプローブの数の減少を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元測定機の全体斜視図、第２図は第１図で
示されたスピンドルの内部構造を示す断面図、第３図は
プローブスト７カ周辺の構造を示す一部断面側面図であ
る。 ３・・・載物台、４・・・測定対象物、９・・・スピン
ドル、１０・・・プローブ、１１・・・測定機本体、１
３・・・プローブストッカ、１５・・・プローブ本体、
１６・・・姿勢変更機構、１８・・・測定子、２９・・
・電磁クラッチ、３０・・・駆動手段、４４・・・プロ
ーブ着脱装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）載物台に載置された測定対象物と測定機本体に支
   持されたプローブとを移動機構によって三次元的に相対
   移動させ、前記測定対象物の測定面と前記プローブの測
   定子との相対移動変位量を検出し、この検出変位量をデ
   ータ処理装置で所定処理して前記測定対象物の寸法等を
   計測する三次元測定機において、前記測定子を前記プロ
   ーブの本体に連結するとともに、このプローブ本体に対
   して測定子の姿勢を変更するための姿勢変更機構と、前
   記測定機本体から取外したプローブを支持するプローブ
   ストッカに設けられ、支持したプローブの前記姿勢変更
   機構と連結されて前記測定子の姿勢を変更すべくこの姿
   勢変更機構を作動させるための駆動手段と、前記測定機
   本体から取外したプローブを前記プローブストッカに移
   替えるとともに測定子の姿勢が変更されたプローブを再
   びこの測定機本体に装着するためのプローブ着脱装置と
   を含んで構成されたことを特徴とする三次元測定機。