JPS6256810A - 自動駆動型三次元測定機 - 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、プログラムによって自動運転される自動駆動
型三次元測定機に係り、特に測定有効空間に物体が侵入
したとき自動運転を緊急停止させる安全装置を設けた三
次元測定機に関する。

（ｆ景技術とその問題点〕 載物台に載置された測定対象物と、垂直方向に変位可能
なスピンドルの先端に取付けられた検出子とを三次元的
に相対移動させ、両者を接触等させて関与せしめ、その
ときの相対移動変位量から測定対象物の形状、寸法等を
測定する三次元測定機が知られている。近年、前記相対
移動をコンビュータのプログラムにより自動的に行わせ
、測定作業の効率向上、省力化等を図るようにした自動
駆動型三次元測定機が背反しつつある。

従来、自動駆動型三次元測定機では、検出子として例え
ばタッチ信号式プローブを採用した場合、机上の計算に
基づいてまたは基準体に沿って倣い運転させて収拾した
データに基づいて測定対象物とプローブとの相対移動軌
跡や速度等をプログラミングし、実測定は測定対象物を
載物台に載置固定したのちそのプログラムによって自動
駆動することにより行っていた。プログラムの基準目標
値の手前で測定対象物と検出子とが関与したとき、また
は基準目標値を行き過ぎて両者が関与したとき、あるい
は測定対象物に対する検出子の相対オーバーラン量が一
定量を越えたとき前記相対移動が停止されるようになっ
ている。オーバーラン許容量は検出子の構造に基づいて
設定され、一般的に数ｍｍである。

ここで、いずれの場合であっても三次元測定機の本体構
造、駆動機構、イナーシャ等の事項を考慮して、タッチ
信号式プローブからタッチ信号が発信されると前記相対
移動が減速または停止、または減速したのち停止するよ
うに構成されていた。

以上のように従来の自動駆動型三次元測定機では測定対
象物と検出子との相対移動はオーバーラン量が一定量を
越えたり検出子がタッチ信号を発信した場合に減速、停
止するようになっており、プログラムで予め設定された
事項についてのｈ　’ｌ＆速、停止が実施される。しか
し、測定作業を行っている自動運転中にプログラム予定
事項のみが生じるとは限らず、例えば、測定作業者が不
用意に手を出したりすると、これが測定対象物に対して
相対三次元移動を行っている検出子の取付部子Ａとして
の前記スピンドルに接触或いは衝突し、また、測定作業
者等が覗き込むなどして載物台のと方の測定有効空間に
身体を突出させると測定対象物とスピンドルに挟まれる
。

自動駆動型三次元測定機はＮＣ工作機械のように加工目
標値に向かって駆動制御されるのとは異なり、測定すべ
き真値がその中に含まれている一定幅をもついわば目安
的目標値に対して駆動運転され、この一定幅内では各測
定対象物毎に移動変位量が異なるため、特に以上のプロ
グラム予定外の軍略に対する対策が必要とされる。

これらの異常事態に対処するためにスピンドルに測定作
業者等の物体が接触するとこれを検出する検出器を設け
、この検出器からの出ノＪ信号により測定対象物と検出
子の相対三次元移動を行わせる駆動装置を緊急停止させ
るようにしてもよい。

しかしこの対策手段によると、物体がスピンドルに現に
接触または衝突するか、スピンドルに接触直前の接近位
置に達した後でなければ駆動装置は緊２停止されないこ
とになる。三次元測定機は測定精度がμｍ単位で、測定
力が５０ｇ程度の精巧な機械的構造になっているため、
測定機構造物であるスピンドルに物体が接触や衝突する
こと或いは接近状態になることをその検出作動の前提条
件とすることは好ましくない、またスピンドルは測定有
効空間である三次元空間を移動し、この三次元空間は外
部に開放された状態になっていて例えば長寸部材等の物
体が容易に侵入できるようになっており、このような状
態のもとて三次元測定機は自動運転されるという三次元
測定機固有の特性をも考慮しなければならないい 〔発明の目的〕 本発明の目的は、測定対象物に対して検出子、スピンド
ルが相対三次元移動を行う測定有効空間に物体が侵入し
た場合にこれを検出し、スピン１′ル等の測定機構造物
にこの物体が衝突等する以前に前記相対三次元移動を緊
急に停止させ、自動運転中における測定ｅ！構造物及び
その機器類の安全を確保するようにした自動駆動型三次
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
発明に係る自動駆動型三次元測定機は、載物台に載置さ
れた測定対象物と、本体構造に垂直方向に変位可能に支
持されたスピンドルの先端に取り付けられた検出子とを
三次元方向に相対移動させ、両者を関与させたときの相
対＋＞　’Ｉ’Ｊ］変位量から前記測定対象物の形状、
寸法等を測定する自動駆動型三次元測定機において、発
信器と、この発信器から発せられる信号流を受けて電気
信号に変換する受信器と、前記信号流が侵入物体により
遮断されたときムこ検出信号を発する異常検出回路と、
この異常検出回路の異常検出出力信号が発信されたとき
にｎＩ記相対移動を緊急停止するための緊急停止装置と
、を含み、前記発信器と前記受信器とを前記信号流が前
記載物台の上方に形成される測定有効空間を囲む載物台
の上面に垂直な四つの面を形成するように配設した安全
装置を備えるものである。

物体が測定有効空間番こ侵入するときに信号流が遮断さ
れるため異常検出回路から検出信号が発信され、緊急停
止装置により測定対象物と検出子とを相対移動させる駆
動装置が停止される。信号流は測定有効空間を囲んで設
ＡＪられているため、物体が任意な方向から侵入しても
検出できるい信号流によって三次元の水平方向ムこおけ
る四方向と対向する四つの面が形成されるようにすると
ともに、前記発信器、受信器をこれらの回毎に設ＧＪる
と、物体の侵入の検出だｉＪでなく、物体の侵入方向の
弁別を行えるようになり、これによりスピンドルや測定
対象物をこの侵入方向とは反対方向に後退さゼ゛ること
も可能になる。

信号流、は発信器を発光器、受信器を受光邪とすること
により光線となり、信号流はこれ以り１に例えば超音波
、電磁波とすることもできる。

〔実施例〕

第１図は本実施例に係る三次元測定機の全体斜視図であ
る。基台１には載物台２がＹ軸方向へ移動自在に配置さ
れ、基台１の左右側面に固定さねた支柱３の上部には横
桁部材４が横断配置されている。横桁部材４にはスライ
ダ５がＸ軸方向へ、摺動自在に設けられ、スライダ５と
一体化されたスピンドル支持部材６にはスピンドル７が
垂直方向すなわちＺ軸方向に移動自在に支持されている
。

スピンドル７の下端には検出ｒ８が装着され、本実施例
ではこの検出子８は載物台２にｔＷ固定された測定対象
物９に接触することによりタッチ信号を出力するタッチ
信号式プローブになっている。

基台１に対して載物台２が移動することにより検出子８
と測定対象物９とのＹ軸方向への相対移動がなされ、ま
たスライダ５が横桁部材４に対して移動することにより
検出子８は測定対象物９に対してＸ軸方向へ移動し、ス
ピンドル支持部材６に対してスピンドル７が移動変位す
ることにより検出子８と測定対象物９との間でＺ軸方向
への相対移動が生ずる。以上の直交三輪方向への相対移
動変位量は基台１と載物台２との間に設けられたＸ軸変
位検出装置１０（第２図参照）、横桁部材４とスライダ
５との間に設けられたＸ軸変位検出装置１１、スピンド
ル支持部材６とスピンドル７との間に設けられたＺ軸変
位検出′装置１２により検出され、これらの検出装置ｔ
ｏ、１１．１２は光学的スケール、光電変換素子等によ
り構成されている。

載物台２のＹ軸方向移動、スライダ５のＸ軸方向移動、
スピンドル７のＸ軸方向移動は第２図で示したＹ軸、Ｘ
軸、Ｚ軸の各モータ１３，１４゜１５を駆動源どする駆
動装置により行われ、この駆動装置−“例えば送りねし
輔やプーリ、ヘルド等により構成されている。それぞれ
のモータ１３゜１４．１５はドライバ１６，１７．１８
及び駆動制御回路１９を介してｃｐｕ　ｃ中央処理装置
）２０に接続され、ＣＰＵ２０は前記検出装置１０゜１
１．１２による電気信号のデータに基づいて測定対象物
９の形状、寸法等を求める演算機能を有するとともに、
予め設定されたプログラムに従いそれぞれのモータ１３
．１４．１５毎に設けられたドラ・イハ１６．１７．１
８を制御する駆動制御回路１９に電気指令信号を出力す
る機能をイラし、これによりプログラム通りに各千−夕
１３．１．ｉ。

１５の起動タイミング、回転数、回転速度等が制御され
、前記検出子８が測定対象物９に対して自動的に三次元
軌跡を描きながら移動し、三次元測定が行われる。

ここで、前記プログラムはＮ　ＣＬ作機械のように検出
子８を一定の目標値に向かって駆動制御するように設定
されておらず、ある幅を持ついわば目安的目標値に向か
って検出子８が駆動制御０されるように設定されており
、この目安的目標値の中に測定すべき真値が含まれ、そ
れぞれの測定対象物９毎に異なる真価に対応できるよう
になっている。従ってスピンドル７、検出子８は目安的
目標値の幅内では測定対象物９毎に異なる移動変位を行
う。

第１図の通り三次元測定機の近辺四隅位置には支柱２１
が立設され、四角柱状のこれらの支柱２１の互いに対向
する２つの面の一方には発信器でる発光器２２が、他方
には受信器である受光器２３がそれぞれ設けられる。受
光器２３は発光器２２からの光線２４を受けて電気出力
に変換する光電変換器ともなっており、これらの発光器
２２）受光器２３及び光線２４により光電スイッチ２５
が構成される。水平方向に対向して対をなす発光器２２
）受光器２３はそれぞれの支柱２１の長さ方向に複数段
けられ、従って光電スイッチ２５も支柱２１の上下方向
に複数あり、これらの光電スイッチ２５の光ｖＡ２４に
より垂直な面が形成されるようになっている。

上下複数で一徂をなず光電スイッチ２５の組は支柱２１
の本数と同し四ｍ２５Ａ、２５ｒ３．２５Ｃ１２５Ｄあ
り、これら四組の光電スイッチ２５の光線２４による四
つの面ば前記測定対象物９に対してスピンドル７、検出
子８が相対三次元移動を行う測定有効空間２６を囲むと
ともに、測定対象物９が載置固定される載物台２の上面
に垂直な面にな、っている、四組の光電スイッチ２５の
光線２４の進行方向はＸ軸方向、Ｙ軸方向と一致してい
るため、これらの四つの面は三次元の水平方向における
Ｙ軸、Ｙ軸の四方向と対向しており、換言するとＸ軸方
向、Ｙ軸方向と直角をなす。

三次元測定機の外部床面には感圧マット２７が敷設され
、この感圧マット２７の内部には圧力を受けると電気出
力を発生ずる圧電素子が設けられている。感圧マット２
７は三次元測定機の前後左右に四枚２７Ａ、２７Ｂ、２
７Ｃ１２７Ｄあり、従って前記四組の光電スイッチ２５
Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ１２５Ｄの光線２４による四つの面
と対応して三次元の水平方向におけるＹ軸、Ｙ軸の四方
向毎に設けられている。これらの感圧マット２７は載物
台２の上面と平行な面を形成するとともに、前記支柱２
１よりも外側に延長され、四組の光電スイッチ２５Ａ、
２５Ｂ、２５Ｃ１２５Ｄの光線２４による面から水平方
向に延びる面を形成している。

次に作用について述べる。

プログラムに基づ＜　ＣＰＵ２０の作動により駆動制御
回路１９、ドライバ１６，１７．１８を介して駆動装置
を構成するＹ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各モータ１３．１４．１
５が駆動し、これにより検出子８が測定対象物９に対し
て相対三次元移動を行い、この相対三次元移動変位量は
Ｙ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の各変位検出装置１０．１１．１２に
より検出され、それぞれの変位検出装置１０．１１．１
２からのｓｉｎ波、ｃｏｓ波の電気信号は変位検出回路
２Ｂ、２９．３０において分割、波形整形されて移動変
位量に応じた数のパルスが発信される。

このパルスの数はカウンタ３１．３２．３３において計
数され、計数値信号はＣＰＵ２０に入力される。タッチ
信号式プローブである検出子８が測定対象物９の測定箇
所に接触すると検出子８からタッチ信号が発信され、こ
れがＣＰＵ２０に入力される。これによりタッチ信号発
信時におけるカウンタ３１．３２．３３からの計数値信
号に基づき測定対象物９の形状、寸法等がＣＰＵ２０に
おいて演算され、演算結果はＣＰＵ２０に接続された表
示装置に表示され、また、記録装置に記録される。

検出子８がカウンタ３１．３２．３３に接続されている
場合には、検出子８からタッチ４δ号が発信されるとカ
ウンタ３１．３２．３３で計数されたパルス数がホール
ドされ、このホールドされたパルス数に苓づきＣＰＵ２
０において測定対象物９の寸法、形状等が演算される。

光電スイッチ２５及び感圧マット２７の電源は三次元測
定機の非運転時にはオフ状態とされ、自動運転時にはオ
ン状態とされる。

自動運転時において、例えば三次元測定機の設置場所の
近くをワークを積載した運搬台車が通ったり、三次元測
定機に隣接して設Ｊｌられたワーク加工ステージョンか
ら長寸部材が過って突出した場合、これらのワークや長
寸部材等の物体が前記載物台２の上方の測定有効空間２
６に侵入しようとすると、信号流となっている光電スイ
ッチ２５の光線２４が遮断されてこの侵入が検出される
。

この光電スイッチ２５のスイッチング作動により前記受
光器２３から光電変換による通常時とは異なる電気信号
が発信される。光電スイッチ２５は前記支柱２１の上下
に複数設けられていて光線２４は前述の通り載物台２の
上面に垂直な面を形成し、この面はｖ！Ａ組の光電スイ
ッチ２５Ａ、２５Ｂ。

２５Ｃ１２５ＤによりＹ軸、Ｙ軸の四方向と対応して四
つあり、測定を効空間２６がこれらの面によって囲まれ
ているため、測定有効空間２６に任意な高さでＹ軸、Ｙ
軸の任意な方向から侵入しようとする物体のこの侵入を
確実に検出できる。

第２図の通りそれぞれの光電スイッチ２５の受光器２３
は異常検出回路３４に接続され、前記スイッチング作動
による受光器２３からの電気信号に基づき異常検出回路
３４からパルス等の異常検出出力信号が発信される。こ
の出力信号を駆動制御回路１９に入力さゼるための増幅
等の処理が緊急停止回路３５において行われる。緊急停
止回路３５からの信号により駆動制御回路１９はドライ
バ１６．１７．１８を介して前記駆動装置の各モータ１
３．１４．１５を停止させ、測定対象物１〕に対するス
ピンドル７、検出子８の移動変位を停止させる。これに
より前記侵入物体がスピン１゛ルア等の測定機構造物に
接触や衝突する以前に三次元測定機の自動運転は緊急停
止される。

また、測定作業者或いはその他の者が三次元測定機に近
づくとこれらの者が前記感圧マノ）２７を踏むため、感
圧マット２７から電気出力が発イ３される。感圧マット
２７は三次元測定機の周囲を囲んで設けられているため
、測定作業者がＹ軸、Ｙ軸のいずれの方向から三次元測
定機に近づいても感圧マット２７はスイッチング作動す
る。第２図の通りそれぞれの感圧マット２７も前記異常
検出回路３４に接続されているため、感圧マント２７か
らの電気出力に基づき異常検出回路３４は光電スイッチ
２５のスイッチング作動の場合と同しくパルス等の検出
信号を緊急停止回路３５に発信し、これにより前記駆動
装置が緊急停止されて測定対象物９とスピンドル７、検
出子８の相対移動が停止する。

以上のように本実施例では、長寸部材のように遠方から
三次元測定機の方向に延びる物体が測定有効空間２６に
侵入しようとした場合には光電スイッチ２５で検出でき
るとともに、測定作業者のように光電スイッチ２５の光
線２４を遮断する位置まで至らない者或いは物が三次元
測定機に近づいても感圧マット２７で検出できる。

この実施例では緊急停止回路３５により測定対象物９と
スピンドル７、検出子８の相対移動を緊急停止させるた
めの緊急停止装置が構成される。

この緊急停止装置はこの相対移動の停止のため駆動装置
を直接停止させるのではなく、ブレーキ装置を作動させ
て駆動装置を間接的に停止させるものでもよい。

また異常検出回路３４の出力をＣＰＵ２０に入力させる
ことにより前記プログラムに割込ませ、これにより駆動
装置を緊急停止させてもよく、更に異常検出回路３４の
出力をドライバ１６．１７゜１８に入力させて駆動装置
を緊急停止させるようにしてもよい。前者の場合にはＣ
ＰＵ２０が緊急停止装置を兼ね、後者の場合にはドライ
バ１６゜１７．１８が緊急停止装置を兼ねる。

第３図はそれぞれの光電スイッチ２５の受光器２３及び
感圧マット２７が接続される電気回路を異常検出、方向
弁別回路３６とした場合の実施例を示す。この回路３６
は前記異常検出回路３４と同様に受光器２３、感圧マッ
ト２７からの電気信号に基づきパルス等の検出信号を出
力するとともに、Ｙ軸、ＹＭの水平四方向に対応して設
けられた四組の光電スイッチ２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ１
２５Ｄ、四枚の感圧マット２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ，２
７Ｄのいずれの光電スイッチ２５、感圧マット２７がス
イッチング作動を行ったかを判別する。これにより長寸
部材等がいずれの方向から測定有効空間２６に侵入した
か或いは三次元測定機に近づいたか弁別され、異常検出
、方向弁別回路３６からの信号はＣＰＵ２０に送られて
処理される。この結果、駆動装置は緊急停止するだけで
なく、長寸部材等が侵入等した方向とは逆方向へ載物台
２やスピンドル７を後退移動させ゛ζ測定対象物９、ス
ピンドル７、検出子８を異常事態から回避させる。

このように三次元測定機の安全装置を構成した場合には
、異常検出、方向弁別回路３６が異常検出回路の機能を
有し、ＣＰＵ２０が緊急停止装置を兼ねるや 以上において、前記侵入等の方向の弁別を行わない場合
には、それぞれの光電スイッチ２５の受光器２３、感圧
マット２７を並列または直列にまとめて接続して異常検
出回路３４またはこれと同様な機能を有する電気回路に
接続してもよい。

以上の実施例では信号流は発信器を発光器２２）受信器
を受光器２３とした光線２４であったが、これ以外に例
えば超音波、電磁波とすることもできる。

第１図で示１−だ三次元測定機はＹ軸方向移ＩＪＪにつ
いて検出子が固定側で測定対象物が移ＣＪ側、Ｘ軸方向
移動およびＸ軸方向移動については検出子が移動側で測
定対象物が固定側のタイプであったが、本発明はＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ柿の各移動方向について検出子、測定対象物の
いずれが固定側或いは移動側であっても適用でき、要す
れば測定対象物と検出子とが相対的に三次元移動を行っ
て測定対象物の寸法、形状等を測定する三次元測定機で
あればよい。また、前記実施例では検出子は測定対象物
に接触することによりタッチ信号を出力するタッチ信号
式プローブであったが、この検出子のタイプも任意であ
り、例えばレーザ光線による非接触型検出子であっても
よい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定有効空間に物体が侵入するとこれ
を検出し、スピンドル等の測定機構造物にこの物体が衝
突等する以前に自動運転を停止でき、測定機構造物やそ
の機器類の安全性を確保できるようになって自動駆動型
三次元測定機の実用化を図る上で有効である。

【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図は三次元測
定機の電気的構成を示すブロック図、第３図は別実施例
に係る要部のブロック図である。 ２・・・載物台、７・・・スピンドル、８・・・検出子
、９・・・測定対象物、２２・・・発信器である発光器
、２３・・・受信器である受光器、２４・・・信号流で
ある光線、２５・・・光電スイッチ、２６・・・測定有
効空間、２７・・・感圧マット、３４・・・異常検出回
路、３５・・・緊急停止装置である緊急停止回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）載物台に載置された測定対象物と、本体構造に垂
   直方向に変位可能に支持されたスピンドルの先端に取り
   付けられた検出子とを三次元方向に相対移動させ、両者
   を関与させたときの相対移動変位量から前記測定対象物
   の形状、寸法等を測定する自動駆動型三次元測定機にお
   いて、 発信器と、 この発信器から発せられる信号流を受けて電気信号に変
   換する受信器と、 前記信号流が侵入物体により遮断されたときに検出信号
   を発する異常検出回路と、 この異常検出回路の異常検出出力信号が発信されたとき
   に前記相対移動を緊急停止するための緊急停止装置と、
   を含み、 前記発信器と前記受信器とを前記信号流が前記載物台の
   上方に形成される測定有効空間を囲む載物台の上面に垂
   直な四つの面を形成するように配設した安全装置を備え
   る自動駆動型三次元測定機。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記四つの面と
   は前記三次元の水平方向における四方向と対向した面で
   、前記発信器、受信器はこれらの面毎に設けられている
   ことを特徴とする自動駆動型三次元測定機。