JPS63159707A - プロ−ブ姿勢変更装置 - 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、プローブ姿勢変更装置に係り、４１す定対象
物に関与して座標等を検出させるためのプローブ姿勢を
自動的に変更できるようにしたものである。

座標測定機、三次元測定機等に利用される。

〔背景技術とその問題点〕

測定対象物とプローブとを相対移動させ、プローブが測
定対象物と関与したときの信号を所定処理してその形状
、寸法等を測る座標測定機、二次元測定機あるいは三次
元測定等が広く普及している。

かかる測定機の従来構造は、例えば、三次元測定機の場
合、第６図に示すよう構成されていた。

第６図において、測定対象物Ｗを載置するための載物台
２上に立設された一対の支柱３Ａ、３Ｂと、この支柱３
″Ａ、３Ｂ間に渡架された横梁部材４と、この横梁部材
４上を図でＸ軸方向に移動自在とされたＸスライダ５と
、このＸスライダ５に図でＺ軸方向に移動自在に装着さ
れたＺスピンドル７と、このＺスピンドル７の先端側に
嵌挿する軸６３、検出部６２及び測定子６１から形成さ
れたタッチ信号プローブ６０と、検出部６２からの信号
と各軸方向の変位検出器９Ｘ、９Ｙ、９Ｚがらの信号を
受けて寸法等を求めるデータ処理装置８とから三次元測
定機１が構成されていた。

したがって、Ｚスピンドル７を三次元方向に移動させて
タッチ信号プローブ６０の測定子６１を測定対象物Ｗに
当接関与させればデータ処理装置８において当該測定対
象物Ｗの寸法や形状を測定することができた。

しかしながら、上記従来の三次元測定機１、特にタッチ
信号プローブ６０の構造では次のような問題を有してい
た。

第１に、タッチ信号プローブ６０すなわち測゛定子６１
の姿勢はＺスピンドル７に対して一定とされているので
、例えば第４図の如く形態の測定個所を有する測定対象
物Ｗにあうでは測定個所（穴Ｈ＋　、Ｈｚ　、Ｈｚ　）
の姿勢ごとに測定子６１すなわちタッチ信号プローブ６
０の姿勢を手動で支軸６６を中心に傾斜変更しなければ
ならないので極めて測定能率が悪いという問題を有して
いた。

第２に、その姿勢変更作業に相当の熟練を存するばかり
か、決められた角度姿勢に設定することが困難であるか
ら測定対象物Ｗを載物台２に固定したままでは測定不能
という事態も招来させるという問題がありた。

第３に、プローブ６０の姿勢変更を手動しなければなら
ないとすると、予めプログラムされた手順に従って自動
運転するといういわゆるＣＮＣ型の測定機を実現するこ
とができないという問題点があった。このことが現今に
おいてＣＮＣ型の普及を妨げあるいは適用範囲を狭小に
制限する要因となっていた。

第４に、例えば第５図に示すように光学方式の非接触型
のプローブ６０を用いたとしても前記と同様な姿勢変更
をしなければならないので測定面（Ｆ＋　、Ｆｚ　、Ｆ
３　）、さらには３次元自由曲面を測定することができ
なかった。Ｚスピンドルに対して発受光器の光軸（測定
子相当）の角度を微細かつ定量的にコントロールするこ
とができなかったからである。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点を除去すべく鑑みなされた
もので、その目的とするところは自動的かつ定量的にプ
ローブの姿勢を変更できるプローブ姿勢変更装置の提供
にある。

〔問題を解決するための手段および作用〕本発明は、固
定部材とこの固定部材に回動可能な回動部材とを含み、
両者の係合によって固定部材に対する回動部材の相対角
度割出ができるよう形成された角度割出手段と、この角
度割出手段の固定部材と回動部材とを付勢して係合させ
当該割出角度を支持するための付勢手段と、この付勢手
段の付勢力に抗し前記固定部材と回動部材とを軸方向に
離隔させる離隔手段と、この離隔手段が離隔作動してい
るときに前記回動部材を所定角度だけ回動させるための
回動手段と、前記角度割出手段の割出角度を検出するた
めの角度検出手段とから構成された姿勢変更手段を２組
み設けるとともに一方の姿勢変更手段はシャンクに対す
る本体の姿勢変更ができるよう、かつ多能の姿勢変更手
段は本体に対するプローブの姿勢変更ができるように両
姿勢変更手段を前記本体に装着させた構成とし前記目的
を達成するのである。

本発明に係るプローブ姿勢変更装置は、所望時に離隔手
段を作動させ角度割出手段の固定部材と回動部材とを付
勢手段の付勢力に抗し離隔させた後、所定の信号を受け
た回動手段によって回動部材を微細かつ定量的角度だけ
回動させその回動部材側に設けられたプローブの姿勢を
その固定部材側に対して変更し、その後離隔手段を不動
作とすれば付勢手段によって角度割出手段の固定部材と
回動部材とが係合され、プローブの変更後の姿勢を確実
に保持することができる。この手順を両姿勢変更手段に
ついて行えばシャンクに対するプローブの姿勢を任意に
自動的、定量的に行うことができる。

なお、この発明におけるプローブとは、測定対象物に接
触あるいは非接触に関与させるものをいい、上記タッチ
信号プローブや発受光器からなる光学式ユニットに限ら
ず、例えば導通式の場合の一方電極型測定子や超音波発
振器等その型をを問わないものである。

〔実施例〕

本発明に係るプローブ姿勢変更装置の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。

この実施例は、前出第６図に示す三次元測定機１に用い
られるようなタッチ信号プローブ６０の姿勢変更をする
ものと形成され、第１図及び第２図に断面図が示されて
いる。

このプローブ姿勢変更装置は、２組みの姿勢変更手段１
００■、１００Ｈとこれら姿勢変更手段１０、ＯＶ、１
００Ｈを収容する本体７０と本体７０を前記三次元測定
機１に装着するためのシャ゛ンク８０とから構成されて
いる。

そして、姿勢変更手段１００Ｖ（１００Ｈ）は、角度割
出手段１０Ｖ（ＩＯＨ）、付勢手段２０Ｖ（２０Ｈ）　
、離隔手段３０Ｖ（３０Ｈ）、回動手段４０Ｖ（４０Ｈ
）、角度検出手段５０Ｖ（５０Ｈ）とから形成されてい
る。

一方の姿勢変更手段１００ｖはシャンク８０に対する本
体７０の姿勢変更ができるよう形成されるとともに他方
の姿勢変更手段１００Ｈは本体７０に対するタッチ信号
プローブ６０の姿勢変更ができるよう本体７０にそれぞ
れ装着されている。

まず、一方の姿ｔＪｉ！Ｒ更手段１００Ｖについて詳述
する。角度割出手段１０Ｖは固定部材１１Ｖと回動部材
１５Ｖとから形成されており、固定部材１１Ｖには第１
図で上方端面に歯型１２Ｖが設けられかつ周面には歯車
１３Ｖが設けられ、シャンク８０の軸部８１の下端側に
ビス止めされている。

これに対して回動部材１５Ｖはシャンク８０に被嵌され
たシール筒体１７Ｖに嵌合され、全体としては円板形状
に形成され、その周縁部分が本体７０の上部筒体７１に
一体的に取付けられている。

この場合後記回動手段４０のビニオン４３Ｖが歯車１３
Ｖを周方向に回動走行することによって本体７０を介し
て回動部材１５Ｖが回動するよう構成されている。そし
て、両部材１１Ｖ、１５Ｖの両歯型１２Ｖ、１６Ｖはそ
れぞれ３６０度を７゜５度に等分する４８ケの凸凹から
なり全体としてカーピックカップリングを形成するもの
とされている。

付勢手段２０Ｖは、シャンク８０に被嵌されるとともの
その鍔部８５の凹部８３と回動部材１５■との間に介装
されたコイルバネからなり、通常において回動部材１５
Ｖを固定部材１１ｖに押圧係合させるものと形成されて
いる。一方、離隔手段３０Ｖは、付勢手段２０Ｖの付勢
力に抗して回動部材１５Ｖを固定部材１１Ｖから離隔さ
せようとするもので、空気作動式とされている。すなわ
ち離隔手段３０Ｖは、シャンク８０の外周面とシール筒
体１７Ｖの上端面と回動部材１５Ｖの内周面とに囲まれ
た圧力室３２Ｖと、この圧力室３″２Ｖに圧搾空気を供
給するための回動部材１５Ｖ内を径方向に貫通する空気
供給路３１Ｖとから形成されている。圧力室３２Ｖのシ
ール性確保のためにシャンク８０と回動部材１５Ｖとの
間にシール部材８４が、シール筒体１７Ｖと回動部材１
５Ｖとの間にシール部材１８Ｖが装着されているのであ
る。したがって、空気供給路３１Ｖを通し圧力室３２Ｖ
に圧搾空気を供給すると回動部材１５Ｖを固定部材１１
Ｖから図で上方側に離隔し両部材１５Ｖ、ＩＩＶの係合
を解くことができる。

回動手段４０Ｖは、第２図に示したように本体７０に固
定された直流モータ４１Ｖとその軸に固定され固定部材
１１■の歯車１３Ｖと噛合うピニオン４３Ｖとから形成
され、両部材１５Ｖ、１１■が離隔された状態において
モータ４１Ｖを回転させることによって固定部材１１Ｖ
に対して本体７０を回動させ、その結果として回動部材
１５Ｖを固定部材ＩＩ■に対して相対的に回動できるよ
う形成されている。なお、このモータ４ＬＶへは前出第
６図に示したと同様なデータ処理装置８または格別の制
御装置から所定角度だけ回動停止ができるよう信号が入
力されるものと形成されている。これがため、固定部材
１１Ｖの歯車１３Ｖに噛合うピニオン５３Ｖを介しボテ
ジョンメータ５１■が設けられ、正確な回動角度制御で
きるようされている。ここに、ポテンショメータ５１Ｖ
とビニオン５３Ｖとから角度検出手段５０が構成されて
いる。

次に、他方の姿勢変更手段１００Ｈは、基本的には一方
の姿勢変更手段１００■と構成を同じくするが、その形
態が異なる。但し、同種構成要素については手段１００
Ｈのものと同一の番号を付し、付記の■をＨと代えて表
示している。

すなわち、角度割出手段１０Ｈの固定部材１１Ｈは縦状
態とされ本体７０の下部筒体７２の内側にビス止め固定
されているとともにその中心に長寸の軸部１４が設けら
れている。一方、回動部材１５Ｈはその軸部１４に被嵌
された回動筒体１９にスロープ支持部材２９とともにビ
ス止め固定されている０回動筒体１９は軸部１４の軸方
向に゛摺動可能である。

したがって、角度割出手段１０Ｈの回動部材１５はコイ
ルスプリングから形成された付勢手段２０Ｈの付勢力に
抗して離隔手段３０Ｈを作動させれば回動筒体１９と一
体的に軸部１４に沿って移動できる。なお、離隔手段３
０Ｈは、本体７０の凹所７３とシール筒体１７Ｈの各内
端平面で囲まれた圧力室３２Ｈと図示省略の空気供給路
から形成されている。また、回動手段４０Ｈは本体７０
に収容されたモータ４１と所定の歯車比とされたギヤト
レイン４２Ｈと最終段のビニオン４３Ｈとから形成され
ている。また、角度検出手段５０Ｈは前記ピニオン４３
Ｈの軸５３Ｈで回転されるボテジョンメータ５１Ｈから
構成されている。

そして、この他方の姿勢変更手段１００Ｈにあっては、
回動筒体１９に被嵌されたプローブ保持部材２９が回動
筒体１９とともに回動部材１５Ｈに一体的に設けられて
いる。このプローブ保持部材２９の穴２９−１にプロー
ブ６０の軸６３を嵌挿することによって、プローブ６０
は固定部材１５Ｈの軸部１４の軸線を中心として回動部
材１５Ｈと同期して回動することができる。

次に、この実施例の作用についての説明する。

予め、データ処理装置８または格別の駆動制御装置（図
示省略）からの指令信号に対する各角度割出手段１０Ｖ
、ＩＯＨの固定部材１１Ｖ、１１Ｈと回動部材１５Ｖ、
１５Ｈとの相対回転角度を整合しておく、また、各角度
割出手段１０Ｖ、１０Ｈの基準位置を定めておく、これ
らは各角度検出手段５０Ｖ、５０Ｈ（７）ポｆ’ｉａ　
７メータ５１　Ｖ。

５１Ｈの出力信号をもって確認する。

測定においては、データ処理装置８のプログラム指令に
よりＸスライダ５、Ｚスピンドル７等を図示省略の駆動
回路によって順次駆動し２スピンドル７の先端側に取付
けられたプローブ６０を三次元方向に連続的または／及
び間歇的に移動させる。なお、各変位検出器９Ｘ、９Ｚ
、９Ｙからの移動変位量検出については説明を省略する
。

こ、こに、プローブ６０を三次方向に移動させ測定対象
物Ｗの所定の測定面に到達する以前に両姿勢変更手段１
００Ｖ、１００１−１を作動させ、当該測定面に最適な
プローブ６０の姿勢に変更するようプローブ姿勢変更装
置は作用する。

すなわち、姿勢変更装置は、上記のプログラムによって
、Ｚスピンドル７等の移動や移動変位量検出とともに適
時に作動される。具体的には、データ処理装置８から次
の測定面に対応するプローブ６０の姿勢（第４図におけ
るタッチ信号プーブの場合にはその測定子６１の軸線角
度、第５図における非接触光学プローブの場合には上記
測定子６１相当の検出用光軸角度）に応じた指令信号に
より駆動制御される。

一方の姿勢変更手段１００■は、先立って空気源（図示
省略）から圧搾空気が供給されると、圧力室３２Ｖの室
圧力が高まる。Ｚスピンドル７に取付けられたシャンク
８０と一体的に固定された固定部材１１■に対して回動
部材１５Ｖが付勢手段２０Ｖの付勢力に抗し第１図およ
び第２図で上方に変位される。この場合、本体７０は回
動部材１５Ｖと一体的に変位する。このようにして離隔
手段３０Ｖで回動部材１５Ｖを固定部材１１ｖから離隔
させた後、回動手段４０Ｖによって両部材１５Ｖ、ＩＩ
Ｖを相対回転させる０回動手段４０Ｖのモータ４１Ｖが
回動させるとシャンク８０に一体的な固定部材１１ｖに
対し、歯車１３Ｖとピニオン４３Ｖとの協働により本体
７０とともに回動部材１５Ｖが回動する。この回動部材
１５Ｖは角度検出手段５０Ｖのボテンシｅンメータ５１
Ｖの出力信号を監視しつつモータ４１Ｖへの駆動をコン
トロールすることによって所定の値に決められる。

その後、離隔手段３０Ｖを解除すると圧力室３２■内の
内圧が低下するので回動部材１５Ｖは付勢手段２０Ｖの
付勢力によって固定部材１１Ｖに両歯型１２Ｖ、１６Ｖ
が噛み合って係合される。

このようにして、プローブ６０を支持する本体７０はシ
ャンク８０の軸線を中心として回動され、シャンク８０
に対して本体７０の姿勢が変更される。。

と同時に、またはその後に、他方の姿勢変更手段１００
Ｈが駆動され本体７０に対しプローブ支持部材２９すな
わちプローブ６０の姿勢が変更される。他方の姿勢変更
手段１００　Ｈにおいても、離隔手段３０Ｈによって角
度割出手段１０Ｈの回動部材１５Ｈを固定部材１１Ｈか
ら離隔（第１図でその軸部１４に沿って右方向に回動部
材１５Ｈを移動変位させる。）シ、その後角度検出手段
５０Ｈの信号を参照しつつ回動手段４０Ｈを駆動して回
動部材１５Ｈを所定角度だけ軸部１４の軸線を中心とし
て回動させる。後に、離隔手段３０１−１を解除して再
び付勢手段２０Ｈの付勢力によって回動部材１５Ｈを固
定部材ＬＩＨに係合させる。

ここに、回動部材１５Ｈの回動に伴ってプローブ支持部
材２９も当該角度だけ回動するから、穴２９−１に軸６
３を嵌挿されたプローブ６０の姿勢を変更することがで
きる。

かくして、両姿勢変更手段１ｏｏｖ、１００Ｈを作動さ
せ、シャンク８０に対してプローブ６０の姿勢を定量的
に自動かつ迅速に変更することができる。

したがって、この実施例によれば、プローブ６０を本プ
ローブ姿勢変更装置を介し三次元測定機１に取付ければ
、測定態様に応じデータ処理装置等から所定の指令信号
が入力されると両姿勢変更手段１００Ｖ、１００Ｈを駆
動制御することによってプローブ６０の姿勢を変更する
ことができるという優れた効果を有する。換言すれば、
測定対象物Ｗの取付姿勢を変更したり、手動かつ定量的
にＺスピンドル１に対してプローブ６０の角度を都度に
変更するという従来の欠点を一掃できるから測定能率を
極めて向上することができる。

また、プローブ６０の姿勢を自動的に変更できるのでい
わゆるＣＮＣ型と呼ばれる全自動化測定機を確立するこ
とができる。しかも、姿勢変更を連続的にできるからプ
ローブ６０を光学式の非接触方式とすれば三次元自由曲
面を能率よく測定することができる。

さらに、各姿勢変更手段１００Ｖ、１００Ｈの各角度割
出手段１０Ｖ（ＩＯＨ）の固定部材１１Ｖ（ＩＩＨ）と
回動部材１５Ｖ（１５Ｈ）、！＝はカーピックカップリ
ングすなわち円周を所定の数（この実施例では４８）で
正確に分割した機械的要素によって角度割出を行うよう
形成されているから、ブーロブ６０と測定対象物Ｗとの
相対関係を理想状態に保ち測定することができる。この
ことは所定の測定精度を保障できることを意味するもの
である。また、回動手段４０Ｖ（４０Ｈ）を最終割出角
度を保障できるような精密なものとしなくてもよいから
経済的である。しかも、離隔手段３０Ｖ（３０Ｈ）が設
けられているから回動手段４０Ｖ（４０Ｈ）を小型、軽
量化することができる。

さらにまた、角度検出手段５０Ｖ（５０Ｈ）が設けられ
ているので外部においてプローブ６０の姿勢を把握でき
るから各姿勢変更手段１００Ｖ（１００Ｈ）の駆動制御
をアブソリュート方式でもインクレメンタル方式でも行
うことができデータ処理装置あるいは格別の制御装置の
選択適用性が拡大できるばかりかフィードバック制御に
よって姿勢変更制御をすることもできる。

なお、以上の実施例では、一方の姿勢変更手段１００ｖ
の回動手段４０Ｖは本体７０側に設け、回動部材１５Ｖ
と回動手段４０Ｖとをシャンク８０に固定された固定部
材１１Ｖに対し自転するものとしたが回動手段４０’／
をシャンク８０側に設けた構成としてもよい。

また、角度割出手段１０Ｖ（ＩＯＨ）は、カービックカ
ップリング形式により最終割出角度を規制するようにし
たが、要は固定部材１１Ｖ（１１Ｈ）と回動部材１５Ｖ
（１５Ｈ）とを機械的に係合させることによって最終角
度の割出を行なえるものであればよいからノツチ形式等
としてもよい。

その分割数も４８として７．５度きざみに姿勢変更でき
るようしたが、その分割数は測定精度や測定態様等との
関係で任意に選択可能である。

さらに、本プローブ姿勢変更装置は三次元測定機１につ
いてタッチ信号方式のプローブ６０を取付ける場合につ
いて説明したが、要は測定対象物Ｗの測定面との関係に
おいてプローブ６０の姿勢を変更することが目的である
から、測定機は二次元測定機や輪郭測定機等であっても
よく１、また、プローブ６０自体の方式も前記の通りタ
ッチ信号方式、光学方式等いずれでもよい。

〔発明の効果〕 本発明は、自動的かつ定量的にプローブの姿勢を変更で
きるプローブ姿勢変更装置を提供することができるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る姿勢変更装置の一実施例を示す
断面正面図、第２図は同じく断面側面図、第３図は同じ
（一方の姿勢変更手段の要部拡大図、第４図、第５図、
第６図はプローブを測定機に直接取付けた場合の従来の
測定態様等を示し、第４図はタッチ信号プローブを採用
した場合、第５図は光学式プローブを採用した場合の各
要部拡大図、および第６図は測定機が三次元測定機とし
た場合の全体外観図である。 １０Ｖ、ＩＯＨ・・・角度割出手段、ＩＩＶ、１１Ｈ・
・・固定部材、１５Ｖ、１５Ｈ・・・回動部材、２゜Ｖ
、２０Ｈ・・・付勢手段、３０Ｖ、３０Ｈ・・・離隔手
段、４０Ｖ、４０Ｈ・−・回動手段、５０Ｖ、５０Ｈ・
・・角度検出手段、６０・・・プローブ、７ｏ・・・本
体、８０・・・シャンク、１ｏｏｖ、１００Ｈ・・・姿
勢変更手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定部材とこの固定部材に回動可能な回動部材と
   を含み、両者の係合によって固定部材に対する回動部材
   の相対角度割出ができるよう形成された角度割出手段と
   、 この角度割出手段の固定部材と回動部材とを付勢して係
   合させ当該割出角度を支持するための付勢手段と、 この付勢手段の付勢力に抗し前記固定部材と回動部材と
   を軸方向に離隔させる離隔手段と、この離隔手段が離隔
   作動しているときに前記回動部材を所定角度だけ回動さ
   せるための回動手段と、 前記角度割出手段の割出角度を検出するための角度検出
   手段とから構成された姿勢変更手段を２組み設けるとと
   もに一方の姿勢変更手段はシャンクに対する本体の姿勢
   変更ができるよう、かつ他方の姿勢変更手段は本体に対
   するプローブの姿勢変更ができるように両姿勢変更手段
   を前記本体に装着させたことを特徴とするプローブ姿勢
   変更装置。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、前記角度割
   出手段が、カービックカップリングから形成されている
   プローブ姿勢変更装置。
3. （３）前記特許請求の範囲第１項または第２項において
   、前記離隔手段が、空気作動機構から形成されているプ
   ローブ姿勢変更装置。