CN107525457B - 工业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工业机械。该工业机械简单且高精度地计算由工件的载荷引起的引导部的变形量。该三维测量装置(1)包括：立柱(22)，其相对于载置工件的载置面(11)能够相对移动；引导部(12)，其设于载置面(11)上，引导立柱(22)；直线编码器(50)的标尺(52)，其被支承在引导部(12)的侧面(12a)；以及检测器(56、57)，其设于立柱(22)，检测与标尺(52)之间的相对位移，其中，检测器(56、57)分别检测立柱(22)的移动方向以及铅垂方向上的位移，该工业机械还包括变形量计算部(943)，该变形量计算部(943)根据检测器(56、57)的检测结果，获取引导部(12)相对于标尺(52)的相对的变形量。

Description

工业机械
技术领域
本发明涉及一种工业机械。
背景技术
作为工业机械，例如应用有在正交的三轴方向上移动来测量工件(被测量物)的坐标等的三维测量装置。在三维测量装置中，在基座的载置面上载置有工件的状态下，一边使支承有探针的移动体沿着基座的引导部移动，一边利用探针测量工件。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在载置面上载置有工件时，存在基座变形的情况。例如，存在因工件的载荷而使基座的引导部以挠曲的方式变形的情况。该情况下，由于移动体在挠曲了的状态下的引导部上移动，因此，导致由支承于移动体的探针对工件进行测量的测量结果产生误差。为了校正这样的误差，要求恰当地计算引导部的变形量。
于是，本发明即是鉴于这样的问题而做成的，其目的在于简单且高精度地计算由工件的载荷引起的引导部的变形量。
用于解决问题的方案
根据本发明的一实施方式，提供一种工业机械，该工业机械包括：移动体，其相对于载置工件的载置面能够相对移动；引导部，其设于所述载置面上，引导所述移动体；直线编码器的标尺，其被支承在所述引导部的侧面；以及检测器，其设于所述移动体，检测与所述标尺之间的相对位移，其中，所述检测器分别检测所述移动体的移动方向以及铅垂方向上的位移，该工业机械还包括变形量获取部，该变形量获取部根据所述检测器的检测结果，获取所述引导部相对于所述标尺的相对的变形量。
另外，也可以是，所述检测器沿所述移动方向设有多个，所述变形量获取部比较多个所述检测器各自检测到的检测结果，计算所述引导部的变形量。
另外，也可以是，在所述标尺上设有沿着所述铅垂方向以预定间隔形成的多个第1刻度，所述变形量获取部比较多个所述检测器各自检测到的所述第1刻度的值，计算所述引导部的变形量。
另外，也可以是，在所述标尺上形成有沿着所述移动方向以预定间隔形成的多个第2刻度，该多个第2刻度用于确定所述移动体的所述移动方向上的位置。
另外，也可以是，所述检测器为检测与所述标尺之间的距离的距离检测传感器，所述变形量获取部比较多个所述距离检测传感器各自检测到的距离，计算所述引导部的变形量。
另外，也可以是，在所述引导部的所述侧面设有多个支承部，该多个支承部在所述移动方向上点支承所述标尺。
另外，也可以是，所述标尺固定于以能够以与所述移动方向平行的状态沿铅垂方向位移的方式被所述引导部支承的壳体。
另外，也可以是，该工业机械还包括校正部，该校正部根据所述变形量获取部计算出的所述引导部的变形量，计算校正用的所述引导部的直线度误差或角度误差。
发明的效果
采用本发明，起到能够简单且高精度地计算由工件的载荷引起的引导部的变形量的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的三维测量装置1的外观结构的一例子的立体图。
图2是用于说明直线编码器50的结构的图。
图3A是用于说明支承标尺52的支承部15a、15b的结构的图。
图3B是用于说明支承部15b及周边部的详细结构的示意图。
图4是表示图3A的基座10发生了变形的状态的图。
图5是表示检测器56的结构的图。
图6是用于说明控制装置90的结构的一例子的框图。
图7是用于说明第1变形例所涉及的结构的图。
图8是用于说明第2变形例所涉及的结构的图。
图9是用于说明第3变形例所涉及的结构的图。
图10是用于说明第4变形例所涉及的结构的示意图。
附图标记说明
1、三维测量装置；10、基座；11、载置面；12、引导部；12a、侧面；15a、15b、支承部；22、立柱；52、标尺；53、第1刻度；54、第2刻度；56、57、检测器；70、壳体构件；81、82、非接触式传感器；943、变形量获取部；944、校正部。
具体实施方式
＜三维测量装置的结构＞
参照图1，说明作为本发明的一实施方式所涉及的工业机械的一例子的三维测量装置1的结构。
图1是表示一实施方式所涉及的三维测量装置1的外观结构的一例子的立体图。如图1所示，三维测量装置1具有基座10和移动机构20。
如图1所示，基座10形成为矩形板状。在此，基座10由石料形成，但并不限定于此。基座10支承于架台(图2所示的架台60)。另外，基座10具有载置作为被测量物的工件的载置面11。
在基座10的X轴方向上的一端侧，在载置面11上沿着Y轴方向设有引导部12。引导部12引导移动机构20(具体而言，移动机构20的立柱22)在Y轴方向上的移动。另外，在引导部12的侧面12a设有后述的直线编码器(图2)。
移动机构20使安装于柱塞25的顶端的探针28沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向移动。移动机构20具有立柱22、横梁23、滑块24以及柱塞25。另外，移动机构20具有用于驱动立柱22、滑块24以及柱塞25的驱动部29(参照图6)。
立柱22竖立设置于引导部12上。立柱22利用驱动部29而能够在引导部12上沿Y轴方向移动。在本实施方式中，立柱22对应于相对于载置工件的载置面11能够相对移动的移动体。
横梁23以沿X轴方向延伸的方式设置。横梁23的长度方向上的一端侧支承于立柱22，横梁23的长度方向上的另一端侧支承于支柱26。横梁23与立柱22一起沿Y轴方向移动。
滑块24支承于横梁23，并沿Z轴方向形成为筒状。滑块24利用驱动部29而能够在横梁23上沿X轴方向移动。
柱塞25贯穿于滑块24的内部，与滑块24一起沿X轴方向移动。另外，柱塞25利用驱动部29而能够在滑块24内沿Z轴方向移动。
然而，在三维测量装置1中，存在基座10发生变形的情况。例如，因载置于基座10的载置面11的工件的载荷而使基座10挠曲。另外，在基座10为石料基座的情况下，随着温度变化，石料的温度分布产生偏差，因此，基座10发生弯曲、鼓起或者凹陷。另外，石料中还含有具有吸收水分的性质的物质，存在因水分的出入而导致基座10鼓起或者凹陷的情况。
在基座10发生变形时，基座10的引导部12也发生变形。在引导部12发生变形时，立柱22成为在发生了变形的状态下的引导部12上移动，因而，导致利用借助立柱22进行支承的探针28得到的工件的测量结果产生误差。
相对于此，在本实施方式中，利用后述的直线编码器50，对由包含引导部12在内的基座10的变形引起的立柱22的变形量进行计算。而且，后述的控制装置90根据立柱22的变形量，获得引导部12的变形量，并对直线度误差、角度误差进行校正。由此，能够高精度地校正误差。
＜直线编码器的结构＞
参照图2，说明设于引导部12的侧面12a的直线编码器50的详细结构。
图2是用于说明直线编码器50的结构的图。直线编码器50用于检测被支承于引导部12的立柱22的移动方向(Y轴方向)以及铅垂方向(Z轴方向)上的位移。直线编码器50包含标尺52和检测器56、57。
标尺52例如为玻璃制，被支承在引导部12的侧面12a。标尺52并不是固定于侧面12a，而是利用设于侧面12a的两个支承部15a、15b进行支承。两个支承部15a、15b在Y轴方向上分开预定距离，对标尺52的底面进行点支承。
图3A是用于说明支承标尺52的支承部15a、15b的结构的图。在此，两个支承部15a、15b为轴状的销。两个支承部15a、15b中的支承部15a为以不约束标尺52的方式进行支承的非约束支承部，支承部15b为以约束标尺52的方式进行支承的约束支承部。
图3B是用于说明支承部15b及周边部的详细结构的示意图。如图3B所示，支承部15b被夹在标尺52的V字状的槽52a处。在此，由于设为支承部15b夹在槽52a处，因此，支承部15b的直径大于支承部15a的直径。另外，并不限定于此，例如，还可以是，直径与支承部15a的直径相同的大小的支承部15b的中心在Z轴方向上位于比支承部15a的中心靠上方的位置。而且，支承部15b将标尺52夹持在支承部15b与弹簧17之间。弹簧17对标尺52朝向支承部15b施力。
如上所述，由于标尺52未固定于侧面12a而是支承于支承部15a、15b，因此，即使基座10变形，标尺52也不会变形。
图4是表示图3A的基座10发生了变形的状态的图。在此，设为由于载置于基座10的载置面11(图1)的工件而使基座10(引导部12)挠曲。对比图3A和图4能够明确在基座10变形时，两个支承部15a、15b在Z轴方向上位移。
另外，在上述说明中，设为了利用两个支承部15a、15b来支承标尺52的结构，但支承标尺52的结构还可以是上述结构以外的结构。例如，还可以使用日本特许4722400号公报所记载的支承构件(例如，图2等所示的支承装置300)来支承标尺52。对于这样的支承构件而言，即使在引导部12发生变形，也能够抑制变形向标尺52传递。
回到图2，标尺52具有第1刻度53和第2刻度54。
第1刻度53形成于标尺52的上半部分。第1刻度53用于确定引导部12的Z轴方向上的位移。第1刻度53沿着Z轴方向以预定间隔形成有多个。具体而言，作为第1刻度53，在Z轴方向上以预定间隔形成有多条与Y轴方向平行的直线。
第2刻度54形成于标尺52的下半部分。第2刻度54用于确定立柱22的Y轴方向上的位置。第2刻度54沿着Y轴方向以预定间隔形成有多个。具体而言，作为第2刻度54，在Y轴方向上以预定间隔形成有多条与Z轴方向平行的直线。
另外，在上述说明中，第1刻度53和第2刻度54均形成为直线，但并不限定于此，还可以以其他的形态形成。另外，在上述说明中，设为了第1刻度53形成于标尺52的上半部分且第2刻度54形成于标尺52的下半部分，但并不限定于此，还可以是第1刻度53形成于标尺52的下半部分且第2刻度54形成于标尺52的上半部分。
检测器56、57在Y轴方向上分开了预定间隔。检测器56、57分别经由连结部58连结于立柱22。因此，检测器56、57与立柱22连动地进行移动。检测器56、57分别检测引导部12的Y轴方向以及Z轴方向上的位移。
图5是表示检测器56的结构的图。检测器56具有第1检测部56a和第2检测部56b。
第1检测部56a以与第1刻度53相对的方式设于上侧，第2检测部56b以与第2刻度54相对的方式设于下侧。通过第1检测部56a检测第1刻度53，能够检测Z轴方向上的相对于标尺52的位移，通过第2检测部56b检测第2刻度54，能够检测Y轴方向上的相对于标尺52的位移。
另外，上述说明中，第1检测部56a和第2检测部56b设于一个部件，但并不限定于此，第1检测部56a和第2检测部56b还可以分别设于独立的部件。
如后述的图6所示，检测器57也具有第1检测部57a和第2检测部57b。由于第1检测部57a和第2检测部57b具有与检测器56的第1检测部56a和第2检测部56b相同的结构，因此，省略详细的说明。
通过设置上述的标尺52和检测器56、57，如图4所示，在基座10发生了变形的情况下，通过比较两个检测器56、57的检测结果，能够检测出立柱22的位移量。具体而言，通过比较检测器56的第1检测部56a的检测结果和检测器57的第1检测部57a的检测结果，能够检测出立柱22的Z轴方向上的位移量以及绕X轴的旋转角度位移量。
＜控制装置的结构＞
参照图6，说明控制装置90的结构。控制装置90根据检测器56、57的检测结果，获得引导部12相对于标尺52的相对的变形量，并进行校正。
图6是用于说明控制装置90的结构的一例子的框图。控制装置90控制三维测量装置1的全部动作。控制装置90具有动作控制器91和主计算机92。
动作控制器91执行三维测量装置1的主体的控制。动作控制器91具有驱动控制部91a和计数部91b。
驱动控制部91a执行移动机构20的驱动部29的驱动控制。
计数部91b对自标尺传感器96输出的脉冲信号和自探针28的探针传感器97输出的脉冲信号进行计数。例如，计数部91b包含：标尺计数器，其对自标尺传感器96输出的脉冲信号进行计数而测量移动机构20的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上的移动量；以及探针计数器，其对自探针传感器97输出的脉冲信号进行计数而测量探针28的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上的移动量。另外，图6所示的标尺传感器96包含所述的直线编码器50的检测器56、57。
主计算机92向动作控制器91提供预定的指令，并且，执行引导部12的形状分析等运算处理。例如，主计算机92通过向动作控制器91提供指令，从而控制三维测量装置1的主体。主计算机92具有存储部93和控制部94。
存储部93例如包含ROM(Read Only Memory)和RAM(Random Access Memory)。存储部93存储供控制部94执行的程序、各种数据。例如，存储部93存储检测器56、57的检测结果。
控制部94例如为CPU(Central Processing Unit)。控制部94通过执行存储于存储部93的程序，从而控制三维测量装置1的动作。控制部94作为检测结果获取部942、变形量计算部943以及校正部944而发挥功能。
检测结果获取部942获取检测器56、57的检测结果。具体而言，检测结果获取部942获取检测器56的第1检测部56a和第2检测部56b的检测结果、及检测器57的第1检测部57a和第2检测部57b的检测结果。
变形量计算部943为根据检测器56、57的检测结果来获取引导部12相对于标尺52的相对的变形量的变形量获取部。即，变形量计算部943根据检测结果获取部942所获取到的检测器56、57的检测结果，而获取引导部12的相对的变形量。
变形量计算部943对检测器56、57各自检测到的检测结果进行比较而计算引导部12的变形量。具体而言，变形量计算部943比较检测器56的第1检测部56a所检测到的检测结果和检测器57的第1检测部57a所检测到的检测结果，计算引导部12的变形量。
校正部944具有校正误差的功能。在本实施方式中，校正部944根据变形量计算部943计算出的引导部12的变形量，计算校正用的引导部12的直线度误差或角度误差。校正部944将计算出的误差设为空间校正参数，进行校正计算。
＜本实施方式的效果＞
上述的三维测量装置1具有检测器56、57，该检测器56、57检测与被支承在引导部12的侧面12a的标尺52之间的相对位移。检测器56、57设于立柱22，检测立柱22的Y轴方向以及Z轴方向上的位移。而且，根据立柱22的位移的检测结果，获取引导部12相对于标尺52的相对的变形量。
采用上述的结构，即使假设引导部12发生变形，通过利用标尺52和检测器56、57检测立柱22的位移，也能够简单且高精度地计算引导立柱22的引导部12的变形量。
＜变形例＞
以下参照图7～图9说明上述的三维测量装置1的变形例。
图7是用于说明第1变形例所涉及的结构的图。
上述说明中，设为标尺52支承于支承部15a、15b(参照图3A)，但在第1变形例中，如图7所示，固定有标尺52的壳体构件70支承于支承部15a、15b。
壳体构件70以能够以与Y轴方向平行的状态沿Z轴方向位移的方式点支承于支承部15a、15b。由此，与上述的实施方式相同，能够恰当地获取立柱22的位移量。另外，壳体构件70构成块状的形状。壳体构件70由刚性较高、热变形较小的材料形成，在此，壳体构件70为陶瓷制。该情况下，即使发生温度变化，由温度的偏差引起的直线度变形也较小。另外，由于刚性也较高，因此，由振动引起的误差也较小。
图8是用于说明第2变形例所涉及的结构的图。
上述说明中，设为标尺52的第1刻度53和第2刻度54分开地形成(参照图5)，但在第2变形例中，如图8所示，设有以刻度相交的方式形成的刻度55。该情况下，由于检测器56、57的一个检测部(图8所示的检测部56c)检测刻度55，因此，能够使检测器56、57小型化。
图9是用于说明第3变形例所涉及的结构的图。
上述说明中，设为检测器56的第1检测部56a和检测器57的第1检测部57a检测标尺52的第1刻度53，但在第3变形例中，代替第1检测部56a、57a，而设有非接触式传感器81、82。非接触式传感器81、82安装于立柱22，并与标尺52分开。另外，检测器56、57具有第2检测部56b、57b(参照图6)。
非接触式传感器81、82分别为检测立柱22与标尺52之间的距离(例如Z轴方向上的距离)的距离检测传感器。该情况下，变形量计算部943通过比较非接触式传感器81、82的检测结果，能够计算引导部12的Z轴方向上的变形量。另外，由于设置非接触式传感器81、82，因而不需要在标尺52上设置第1刻度53。
图10是用于说明第4变形例所涉及的结构的示意图。
在上述的第1变形例中，设为在壳体构件70上固定有标尺52，该标尺52具有沿着Z轴方向以预定间隔形成的第1刻度53和沿着Y轴方向以预定间隔形成的第2刻度54。
相对于此，在第4变形例中，如图10所示，在壳体构件70上除了固定有标尺52以外还固定有第2标尺85，该第2标尺85具有沿着X轴方向以预定间隔形成的第3刻度85a。具体而言，标尺52固定于壳体构件70的侧面70a，第2标尺85固定于壳体构件70的上表面70b。另外，在图10中未示出，与检测器56、57相同的结构的检测器检测相面对的第3刻度85a。
在除了设有标尺52以外还设有第2标尺85的情况下，在引导部12以在X轴方向上鼓出的方式发生了变形的情况下，还能够检测引导部12的X轴方向上的鼓出。由此能够更高精度地计算引导部12的变形量。
另外，上述说明中，作为工业机械而说明了三维测量装置1，但并不限定于此。例如，工业机械还可以是机床、机器人等。
另外，上述说明中，设为引导部12沿着Y轴方向设置，但并不限定于此，引导部12还可以沿着X轴方向设置。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的保护范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。明确的是，只要是本领域技术人员，就能够对上述实施方式施加各种变更或改良。根据权利要求书的记载而明确的是，施加了这样的变更或改良的实施方式也能够包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种工业机械，该工业机械包括：
移动体，其相对于载置工件的载置面能够相对移动；
引导部，其设于所述载置面上，引导所述移动体；
直线编码器的标尺，其被支承在所述引导部的侧面；以及
检测器，其设于所述移动体，检测与所述标尺之间的相对位移，其中，
所述检测器分别检测所述移动体的移动方向以及铅垂方向上的位移，
该工业机械还包括变形量获取部，该变形量获取部根据所述检测器的检测结果，获取所述引导部相对于所述标尺的相对的变形量，
在所述引导部的所述侧面设有多个支承部，该多个支承部在所述移动方向上点支承所述标尺，
所述多个支承部是对所述标尺的底面进行点支承的轴状的销。
2.根据权利要求1所述的工业机械，其中，
所述检测器沿所述移动方向设有多个，
所述变形量获取部比较多个所述检测器各自检测到的检测结果，计算所述引导部的变形量。
3.根据权利要求2所述的工业机械，其中，
在所述标尺上设有沿着所述铅垂方向以预定间隔形成的多个第1刻度，
所述变形量获取部比较多个所述检测器各自检测到的所述第1刻度的值，计算所述引导部的变形量。
4.根据权利要求3所述的工业机械，其中，
在所述标尺上形成有沿着所述移动方向以预定间隔形成的多个第2刻度，该第2刻度用于确定所述移动体的所述移动方向上的位置。
5.根据权利要求4所述的工业机械，其中，
多个所述检测器各自包含检测所述第1刻度的第1检测部和检测所述第2刻度的第2检测部。
6.根据权利要求2所述的工业机械，其中，
所述检测器为检测与所述标尺之间的距离的距离检测传感器，
所述变形量获取部比较多个所述距离检测传感器各自检测到的距离，计算所述引导部的变形量。
7.根据权利要求1所述的工业机械，其中，
所述多个支承部包含以约束状态支承所述标尺的长度方向上的一端侧的约束支承部和以非约束状态支承所述标尺的长度方向上的另一端侧的非约束支承部。
8.根据权利要求1所述的工业机械，其中，
所述标尺固定于以能够以与所述移动方向平行的状态沿铅垂方向位移的方式被所述引导部支承的壳体。
9.根据权利要求1所述的工业机械，其中，
该工业机械还包括校正部，该校正部根据所述变形量获取部计算出的所述引导部的变形量，计算校正用的所述引导部的直线度误差或角度误差。
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