JPS6154410A - 三次元測定機の安全装置 - 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、三次元測定機に関する。更に詳しくは、Ｚ軸
の重量をエアーによってバランスさせるエアーバランス
機能を有するものにおいて、エアー喪失等によるＺ軸の
自然落下を防止する安全機能を備えた三次元測定機に関
する。

［背景技術とその問題点］ タッチ信号プローブや工具顕微鏡等（以下、測　′副子
等と略す、）と載物台上のワークとを三次元方向へ相対
移動させ１両者が当接したときの相対接°動変位量から
ワークの形状等を測定する三次元１１１１定槻にあって
は、測定子等を比較的軽い力で移動させるべく、測定子
等を保持するＺ＠構造体を本体静止部に対し摺動自在に
案内させるとともに、２軸構造体の重量をエアーによっ
てバランスさせるｎ、踵が出現しつつある。

本出願人は、この種のエアーバランス装置に関し、例え
ば特開昭５９−４０１０１号等を提案している。ところ
が、これら従来のエアーバランス装置は、供給空気圧が
変動或いは喪失すると、７１＋１定子等を含むＺ軸構造
体が落下するという問題があるため、例えばコンプレッ
サ停止等により作動する電磁ブレーキを別に設ける必要
があった。　　′このような安全装置は、コンプレッサ
ーからのエアーをエアー１＜ランス装置へ供給するエア
ー配管に例えばリーク等が発生しエアーバランス装置内
の圧力が低下しても電磁ブレーキが働らかないばかりか
、エアーバランス装置のエアー回路とは別に電気回路を
付設しなければならないので測定機自体が複雑で高価と
なる欠点があった。

そこで、エアーバランス装置のシリンダ内の圧力を検出
し、この検出圧力が所定値低下したとき電磁ブレーキを
働かす方法も考えられる。ところが、このような方法で
は、Ｚ軸の重量変化（５１１定子等の交換）に対応して
エアーバランス装置の圧力を変化させた際、前記シリン
ダ内の検出圧力も変動するため、基準圧力をＺ軸の重量
に応じて変更しなければならない、従って、Ｚ軸のＬＩ
ｆｆｉ変化に対する圧力調整が極めて面倒であった。ま
た、エアー供給源側が一時的に変動しても、電磁ブレー
キが作動してしまうため、４１４定作業が中断される恐
れがある。

しかも、ｌｐｍ以下の精度が要求される三次元１１１１
足機では、これらの問題は直接、間接に精度に影響を及
ぼすので、更に問題を誘発することとなり、総合的解決
が望まれていた。

［発明の目的］ ここに１本発明の目的は、比較的簡単な構成によりＺ　
４１＋の落下を安全かつ確実に防止でき、かつＺ軸の重
量に応じて圧力調整を容易にに行ない得る三次元ＩＩ呵
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１
本発明では、高圧空気を減圧してＺ軸構造体のエアーバ
ランス用シリンダへ供給する所定圧力の二次空気を得る
圧力調整弁の二次空気圧力と前記シリンダ内の圧力との
圧力差を検出し、このシリンダ内の圧力が前記二次空気
圧力に対して所定値低下したとき三方弁の入力口と出力
口とを遮断するとともに出力口と大気開放口とを連通さ
せ、この山カロに接続された係止手段によってＺ軸構造
体と測定機本体の静止体とを機械的に一体化係止させる
ようにしたものである。

［実施例］ 第２図は本実施例の三次元測定機の外観を示している。

同三次元測定機は、定盤ｌの両側に設けられた支柱２Ａ
　、２Ｂを介して水平ビーム３が前記定盤１の前後方向
（Ｙ軸方向）へ、この水平ビーム３に沿ってスライダ４
が前記定盤１の左右方向（Ｘ軸方向）へ、このスライダ
４に下端にタッチ信号プローブや工具顕微鏡等（以下、
測定子等と略す、）５を有するＺ軸構造体６が前記定盤
１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。つまり、これらの三次元構造体を介して測
定子等５が三次元方向へ移動自在に設けられている。ま
た、測定子等５が三次元方向へ移動され、前記定ＩＢｌ
に裁置された図示しない被測定物に当接されると、水平
ビーム３のＹ軸方向における位；４．スライダ４のＸ軸
方−１における位置およびＺ軸構造体６のＸ軸方向にお
ける位置がそれぞれ図示しない検出器によって検出され
た後１表示器にそれぞれ表示されるようになっている。

前記Ｚ軸構造体６の内部構造は、第３図に示す如く、前
記スライダ４の前面上下位置に一体的に構成された保持
枠１１に、中心軸方向へ向って円形の中空穴１２を有す
る四角柱状の軸材１３が昇降自在つまりＸ軸方向へ移動
自在に保持されている。ＩｈＩＩ材１３と１１ｉｊ記保
持枠１１との間には、第４図に示す如く、軸材１３の４
つの外側面に対して圧縮空気を噴出するエアーパッド１
４がポルト１５゛を介してそれぞれ保持されている。ま
た、軸材１３には、その下端に前記測定子等５を取付け
るためのホルダ１６が設けられているとともに、中空穴
１２の内部にエアーバランス装置１７が設けられている
。

前記エアーバランス装置１７は、前記軸材１３の中空穴
１２内に嵌挿されかつ連結器１８を介して軸材１３と一
体的に連結されたシリンダ１９と、このシリンダ１９の
内部に摺動自在に嵌挿されたピストン２１と、前記シリ
ンダ１９の上端に被ｉ＆されたシリンダヘッド２０と、
このシリンダヘッド２０の中心を貫通し下端が前記ピス
トン２１に連結されたピストンロッド２２とから構成さ
れている。前記ピストンロッド２２の上端は、前記スラ
イダ４に係止部材４１を介して固定されたブラケット２
３の挿通穴２４を通って上方へ突出されている。ブラケ
ット２３の上方へ突出したピストンロッド２２の端部に
は、ブラケット２３の上面にベアリング２５を介して支
持される鍔板２６がナフト２７により固定されている。

つまり、ピストンロッド２２の上端は、ブラケット２３
に１ｊｎ記シリンダ１９の径方向へ変位可能に支持され
ている。

また、前記係止部材４１には、前記軸材１３の摺動方向
つまりＺ軸方向に沿って複数の係止孔４２が一定ピッチ
間隔で設けられているとともに、ブラケット４３を介し
て異常検出弁装置６１が取付けられている。一方、前記
連結［１８上には、第５図に示す如く、２つの軸受５１
を介してロックピン５２が水平にかつ前記係止部材４１
の係止孔４２が穿設された面に対して直角方向へ移動自
在に支持されているとともに、このロックピン５２と平
行に前記異常検出弁装置６１により作動されるシリンダ
装置５３が取付けられている。前記ロックピン５２は、
先端部分つまり係止部材４１の係止孔４２内へ挿入され
る部分に強摩擦材料が付設され、かっばね５４により前
記係止部材４１の係止孔４２内へ挿入される方向へ常時
付勢されているとともに、連結片５５を介して前記シリ
ンダ装置５３のピストンロッド５６に連結されている。

これにより、ロックピン５２は、シリンダ装置５３が作
動中（ピストンロッド５６が進出した状態）ではばね５
４に抗して係止孔４２から外れる方向へ変位されている
一方、シリンダ装置５３が解放された状１懲では、ばね
５４により係止孔４２内へ挿入されるようになっている
。ここにおいて、前記係止部材４１．ばね５４によって
付勢されたロックピン５２およびシリンダ装置５３によ
り、未実施例の係止手段４０が構成されている。

また、前記シリンダヘッド２０には、２つの接続孔２８
．２９が穿設されている。一方の接続孔２８には、エア
ー供給回路３０が接続されている。また、他方の接続孔
２９には、前記異常検出弁装置６１が接続されている。

前記エアー供給回路３０は、第１図に示す如く、高圧の
空気圧源３１から供給される一定空気圧１例えば５　Ｋ
ｇＩＩｆ　／ｃｒｎ’の空気がエアーフィルタ３２およ
びマイクロミストセパレータ３３を通ってエアーレギュ
レータ３４へ与えられている。エアーレギュレータ３４
は、二次側が前記エアーパッド１４、圧力調整弁として
の流量調整減圧弁３５および前記異常検出弁装置６１に
それぞれ接続され、かつ二次側の圧力が設定圧例えば４
Ｋｇ拳ｆ　／ｃｒｎ’に維持されるようになっている。

流量調整減圧弁３５は、二次側が前記シリンダ１９内お
よび異常検出弁装２２６エに接続され、かつ二次側の圧
力つまりシリンダ１９内の圧力が設定圧例えば２Ｘｇ＊
ｆ／Ｃｍ’に維持されるようになっている。

一方、前記異常検出弁装置６１は、第６図に示すように
構成されている。即ち、弁箱６２の内部には、その上部
に第１の室６３が、中央部に前記第１の室６３に連通孔
６４を介して連通された第２の室６５がそれぞれ形成さ
れているとともに、下部に三方弁６６が設けられている
。

前記ｆＪＳｌの室６３には、その中心部に前記弁箱６２
の上面に回動可能かつ軸方向へ変位下部に支持された圧
力設定ねじ軸７１が臨ませられているとともに、上下方
向の途中２個所にはその第１の室゛６３を３つの各室７
２．７３．７４に区分する２つのダイヤスラム７５．７
６が設けられている。前記圧力設定ねじ軸７１には、そ
の先端に球状の弁７７が設けられているとともに１回り
止め７８により回動規制されかつ圧力設定ねじ輔７１の
軸方向へ変位可能なねじブツシュ７９が螺合されている
。ねじブツシュ７９には、前記上方のダイヤフラム７５
の中心部に固着された駒８０が軸方向へ変位可能に嵌合
されている。一方、下方のダイヤフラム７６の中心部に
は、弁座８１が固着されている。弁座８１の中心には、
前記弁７７によって閉塞される貫通孔８２が上下面に貫
通して形成されている。また、弁座８１の上面と前記駒
８０の下面との間にはその両者を互いに離隔する方向へ
付勢するばね８３が、弁座８１の下面と第１の室６３の
底壁との間には弁座８１を上方へ付勢するばね８４が、
それぞれ介装されている。更に、前記各室７２の周壁に
は前記流量調整減圧弁３５の二次側空気を各室７２へ導
入する供給孔８５が、各室７３の周壁には大気開放孔８
６が、各室７４の周壁には前記シリンダ１９内の空気圧
を各室７４へ導入するための供給孔８７が、それぞれ穿
設されている。ここにおいて、前記圧力設定ねじ軸７１
を有する第１の室６３．ダイヤフラム７５．７６、ねじ
ブツシュ７９、駒８０．貫通孔８２を有する弁座８１お
よびばね８３により、本実施例の検出部１１１が構成さ
れている。

また、前記第２の室６５には、その室６５を上下の各室
９１．９２に仕切るダイヤフラム９３が設けられている
。各室９２の周壁には火気開放孔９４が穿設されている
。また、前記ダイヤフラム９３には、前記弁箱６２の中
心に軸方向へ移動自在に設けられた駆動棒９５の上端が
一体的に取付けられている。駆動棒９５は、ばね９６に
よ−り前記各室７４へ向って付勢されている。ここにお
いて、前記各室９１．ダイヤフラム９３、駆動棒９５お
よびばね９６により、本実施例の切換機構１１２が構成
されている。

また、前記三方弁６６は、前記弁箱６２の周壁に形成さ
れた入力口１０１．出力口１０２および大気開放口１０
３と、これらを互いに連通させる流路１０４の途中に形
成された弁座１０５と、ばね１０６によりこの弁座１０
５を閉塞する方向へ伺勿されかつ前記駆動棒９５によっ
てばね１０６の付勢方向とは反対方向へ変位されるバル
ブ１０７とから構成されている。前記ズカロ１０１には
前記流量調整減圧弁３５の一次側が、前記出力口１０２
には前記シリンダ装置５３がそれぞれ接続されている。

ここで、バルブ１０７が第６図の状態では、入力口１０
１と出力口１０２とが互いに連通される。すると、流量
調整減圧弁３５の一次側が入力口１０１および出力口１
０２を通ってシリンダ装置５３内へ供給される結果、ロ
ックピン５２は係止孔４２から外れる。一方、バルブ１
０７が弁座１０５を閉塞した状態では、入力口１０１が
閉塞され、出力口１０２が大気開放口１０３と連通され
る。すると、シリンダ装置３５内の空気が出力口１０２
および大気開放口１０３を通って大気に排出される結果
、ロックピン５２はばね５４の作用により係止孔４２内
へ挿入される。

次に、本実施例の作用を説明する。まず、流量調整減圧
弁３５を調整し、その流量調整減圧弁３６の二次側圧力
をＺ軸構造体６の重量に見合う圧力に設定する。いま、
軸材１３、ホルダ１６．測定子等５、シリンダ１９およ
びシリンダヘッド２０等を含むＺ軸構造体６の総重量を
Ｍ［Ｋｇ・ｆｌ、シリンダ１９の内径（直径）をＤ　［
ｍｍ］　とすると、シリンダ１９内の圧力Ｐは、 Ｐ＝４Ｍ／πＤ　２　［Ｋｇｌｌ　ｆ／ｃ’ｍ’］とな
る。

従って、ｆＲ，量調整減圧弁３５の二次側圧力を圧力Ｐ
に設定する。これにより、流量調整減圧弁３５の二次側
圧力Ｐがシリンダ１９内へ供給されるとともに、異常検
出弁装置６１の供給口８５を通って各室７２へ供給され
る。一方、シリンダ１９内の圧力が信号圧として異常検
出弁装置６１の供給口８７を通って各室７４へ与えられ
る。

ここで、予め、異常検出弁装置６１の圧力設定ねじ輔７
１を回動させ、ばね８３の圧縮力を各室７４内の信号圧
に平衡するように設定しておくと；ダイヤフラム７６の
下面には信号圧による力とばね８４の反撥力（これは、
信号圧の微小変動により信号圧が設定圧より減少するよ
をさけるための予圧）とが、上面にはばね８３の反撥力
が作用する結果、ダイヤフラム７６は第６図中上方へ押
上げられる。すると、ダイヤフラム７６の押上げによっ
て貫通孔８２が弁７７によって閉じられる結果、各室７
４の信号圧は連通孔６４を通って各室９１へ入り、ダイ
ヤフラム９３を第６図中下方へ押下げる。ダイヤフラム
９３が押下げられると、駆動４ｔ５９５を介してバルブ
１０７がばね１０６に抗して弁座１０５から解放される
結果、入力口１０１と出力口１０２とが連通される。

これにより、レギュレータ３４の二次側圧力がシリンダ
装置５３へ供給される。シリンダ装置５３に空気が供給
されると、そのピストンロッド５６が進出し、そのピス
トンロッド５６に連結片５５を介して連結されたロック
ピン５２がばね５４に抗して第５図中上方へ変位するの
で、Ｚ軸構造体６を昇降させることが可能となる。

この状態において、測定を行う、測定にあたっては、Ｚ
軸構造体６の下端を手で持ち測定子等５を三次元方向へ
移動させ、被測定物へ順次当接させる。すると、測定子
等５が被測定物に当接したＸ、Ｙ、Ｚ、ｌｉｈ方向へお
ける位置が図示しない検出器によりそれぞれ検出された
後、表示器等に表示される。

この際、Ｚ軸構造体６の軸材１３を上昇させると、シリ
ンダ１９内の容積が増加し、そのシリンダ１９内の圧力
が低下し始める。このとき、流量調整減圧弁３５は、シ
リンダ１９内の圧力低下によって二次側圧力が設定圧よ
り低下すると、内蔵されたバルブが開く方向へ動作し、
二次側圧力つまりシリンダ１９内の圧力を設定圧に保持
させる。

一方、バランス状態から前記軸材１３を下降させると、
シリンダ１９内の容積が減少し、そのシリンダ１９内の
圧力が上昇し始める。このとき、流量調整減圧弁３５は
、二次側圧力が設定圧より上昇すると、内蔵されたバル
ブが閉じる方向へ動作し、かつ余剰空気を外部へ放出し
、シリンダ１９内の圧力を設定圧に保持させる。このよ
うに、Ｚ軸構造体６を構成する各部材の重量が空気圧に
よってバランスされているので、測定時Ｚ軸構造体６を
比較的軽い力で上下方向へ操作させることかで・きる。

このａｌｌ定時において、各測定項目毎に各種の測定子
等５をホルダ１６に取付けると、測定子等５に応じて総
重量が変化するため、その総重量に応じてシリンダ１９
内の圧力を変化させる必要がある。そこで、流量調整減
圧弁３５の二次側圧力をｆｆ１ｆｆｉ量に見合う圧力に
設定し、その二次側圧力をシリンダ１９に供給してバラ
ンスをとる一方、異常検出弁装置６１の供給孔８５を通
じて各室７２にも供給する。

この際、ねじブツシュ７９は固定されているが、各室７
２内に供給された空気圧力がダイヤプラム７５を介して
駒８０に作用するので、その駒８０の変位に応じてばね
８３が圧縮される。従って、ホルダ１６に取付けられた
測定子等５によって総重量が変化し、その総重量に応じ
て流量調整減圧弁３５の二次側圧力を変化させたとして
も、その二次側圧力に応じてばね８３の圧縮力が変化す
るので、前記と同様に信号圧が設定圧より高い場合は入
力口ｌＯ１と出力口１０２とが互いに連通されたままで
ある。

仮に、信号圧が何らかの原因、例えばエアー配管のリー
ク等により設定圧より低下すると、ダイヤフラム７６が
押下げられる。すると、弁座８１の貫通孔８２が弁７７
から解放されるので、各室７４内の空気は貫通孔８２を
通って各室７３へ入り、大気開放孔８６から排出される
。そのため、駆動棒９５がばね９６により押上げられる
結果、バルブ１０７はばね１０６により今まで通じてい
た回路を遮断し、出力口１０２と大気開放口１０３とを
連通させる。

これにより、レギュレータ３４の二次側圧力がシリンダ
装置５３へ供給されなくなるとともに。

シリンダ装置５３が大気に解放される。その結果、ロッ
クピン５２がばね５４の作用により第５図中上方へ変位
し、係止部材４１のいずれかの係止孔４２内へ挿入され
る。従って、シリンダ１９内の圧力が設定圧より低下す
ると、ロックピン５２が係止孔４２内へ入り、Ｚ軸構造
体６の落下が防止される。

従って１本実施例によれば、Ｚ軸構造体６を構成する部
材の総重量をシリンダ装置１７の空気圧によりバランス
させたものにおいて、エアーバランス装置１７のシリン
ダ１９内の圧力が所定値低下したとき、異常検出弁装置
６１によってシリンダ装置５３を解放し、ロックピン５
２をばね５４の作用により係止部材４１のいずれかの係
止孔４２へ挿入させるようにしたので、エアー回路のみ
の比較的簡単な構成により、シリンダ１９内の圧力低下
に伴なうＺ軸構造体６の落下を未然に防止できる。しか
も、シリンダ装置１７のシリンダ１９内の圧力を検出し
ているので、そのシリンダ１９ヘエアーを供給する配管
に例えばリーク等が発生しても、Ｚ軸構造体６の落下を
安全かつ確実に防止できる。

また、シリンダ装置５３およびロックピン５２をＺ軸構
造体６側に、係止部材４１を本体側（ここでは、スライ
ダ４）にそれぞれ設けた構成なので、全体として小型か
つ安価にできる利点がある。更に、ロックピン５２の先
端部分、つまり係止部材４１の係止孔４２内へ挿入され
る部分には、強摩擦材料が付設されているため、係止部
材４１との摺接に伴なうロックピン５２の摩耗を防止で
きる。

また、異常検出弁装置６１は、エアーバランス装置１７
のシリンダ１９内の圧力をＺ軸構造体６の、Ｔ、　、；
）に見合う圧力に設定する流量調整減圧弁３５の二次側
出力直後の圧力とシリンダ１９内の圧力とを比較し、シ
リンダ１９内の圧力が二次側出力直後の圧力に対して所
定値低下したときシリンダ装置５３を解放するようにし
たため、空気圧源側が一時的に変動しても、シリンダ装
置５３が解放されることがないので、これによる測定作
業の中断がない。

また、＋！１１定子等５の交換により、Ｚ軸構造体６の
重量が変化し、その重量に応じて流量調整減圧弁３５の
二次側圧力を変化させると、その二次側出力によってシ
リンダ１９内の圧力と平衡するばね８３の圧縮量が変化
するので、流量調整減圧弁３５を変化させても、ばね８
３９圧縮力を調整する圧力設定ねじ輔７１を微調整しな
くてもよいから、減圧弁３５のみをｖＡ整すればよく、
従って調整が容易である。しかも、圧力設定ねじ軸７１
により設定圧を微小にコントロールできる。

なお、実施に当って、係止手段４０は、上記実施例で述
べた構成、つまりロックピン５２、シリンダ装置５３お
よび係止部材４１の組合わせに限られるものでなく、Ｚ
軸構造体６を測定機本体の静止側部材に機械的に一体化
係止するものであればいずれでもよい。

また、上記実施例では１手動式の三次元測定機を対象と
したが、本発明は、予め定められた手順に従って測定子
等を自動的に駆動させるものであってもよい。

［発明の効果コ 以上の通り１本発明によれば、比較的簡単な構成により
Ｚ軸の落下を安全かつ確実に防止でき。

かつＺ軸の重量に応じて圧力調整を容易に行ない得る三
次元測定機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は全体の系
統図、第２図は三次元測定機の斜視図、第３図はｚｉＦ
ｔｈ構造体の内部構造を示す断面図、第４図は第３図の
ＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線断面図
、第６図は異常検出弁装置の内部構造を示す断面図であ
る。 ６・・・Ｚ軸構造体、１７・・・エアーバランス装置、
１９・・・シリンダ、３５・・・圧力調整弁としての流
量調整減圧弁、６６・・・三方弁、１０１・・・入力口
、１０２・・・出力口、１０３大気開放口、１１１・・
・検出部、１１２・・・切換機構。 第４図 １ｂ 第５図 １０４　　　′Ｏ３１０６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧空気を減圧してＺ軸構造体のエアーバランス
   用シリンダへ供給する所定圧力の二次空気を得る圧力調
   整弁と、 この圧力調整弁の二次空気圧力と前記シリンダ内の圧力
   との圧力差を検出する検出部と、前記圧力調整弁の一次
   側に接続される入力口、大気開放口および出力口を有す
   る三方弁と、前記シリンダ内の圧力が所定値低下したと
   きに作動する前記検出部挙動に基づき前記入力口と出力
   口とを遮断するとともに出力口と大気開放口とを連通さ
   せる切換機構とからなる異常検出弁装置と、 この異常検出弁装置の出力口に接続され前記シリンダ内
   の圧力が低下したときに前記Ｚ軸構造体と測定機本体の
   静止体とを機械的に一体化係止させるための係止手段と を備えたことを特徴とする三次元測定機の安全装置。