JP2015227816A

JP2015227816A - 多関節アーム形測定機

Info

Publication number: JP2015227816A
Application number: JP2014113547A
Authority: JP
Inventors: 祐一長瀧; Yuichi Nagataki; 賢太郎根本; Kentaro Nemoto
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US20150345933A1; US9689663B2

Abstract

【課題】精度を損なうことなく多関節アーム形測定機の使い勝手を向上する。【解決手段】多関節機構１０の先端に複数のプローブ（接触式プローブ３０、レーザプローブ３４）が装着され、測定対象部位に応じてこれらを使い分けるようにされた多関節アーム形測定機において、一方のプローブ（３０）の回りに他方のプローブ（３４）を回転可能に保持すると共に、回転位置を複数位置で固定可能なプローブ回転保持機構（ラチェット機構５０、クリック止め機構７０）を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、多関節アーム形測定機に係り、特に、多関節機構の先端に複数のプローブ（例えば接触式プローブと非接触式プローブ）が装着され、測定対象部位に応じてこれらを使い分けるようにされた多関節アーム形測定機の改良に関する。

図１に例示するような、多関節機構１０を備えた多関節アーム形測定機が知られている（特許文献１、２）。ここで、多関節機構１０は、図示しない作業台又は三脚上に固定されるベース１２と、該ベース１２に第１関節１４を介して支持される第１アーム１６と、該第１アーム１６の先端に第２関節１８を介して支持される第２アーム２０と、該第２アーム２０の先端に第３関節２２を介して支持されるアームヘッド２４と、該アームヘッド２４を作業者が保持するためのグリップ２６と、前記アームヘッド２４の先端に固定されたボールプローブ等の接触式プローブ（ハードプローブとも称する）３０を備えており、例えば図中に示した７軸の回転機構を持っている。

前記アームヘッド２４には、更に図１（Ｂ）に詳細に示す如く、測定対象部位に合わせて広範囲の非接触測定を行なうための光学式プローブ、例えばレーザ照射口３４Ａから照射したレーザ光の反射光を入射口３４Ｂでとらえて、光切断法により断面形状を得るレーザプローブ３４がレーザ取付ブラケット３２を介して取り付けられている。

このようにして、２つのプローブ３０、３４を設けることで、高精度の接触測定と広範囲の非接触測定のハイブリッド測定が可能とされている。

特表２００５−５１７９１４号公報特表２００７−５２７３２３号公報

従来、アームヘッド２４にレーザプローブ３４を固定するに際しては、図２（Ａ）に示す如く、レーザ取付ブラケット３２の裏に３箇所に設けられた球３２Ａと、図２（Ｂ）に示す如く、アームヘッド２４に固定された取付ベース２５の３箇所に設けられたころ２５Ａとを合わせ、レーザプローブ締結リング３６を締込み（ねじ締結）、レーザ取付ブラケット３２をアームヘッド２４に固定していた。

しかしながら、ねじ締結で固定すると相対位置が一義的に決まってしまうため、レーザプローブ３４とワーク位置が重なってしまい、ワークが見え難い場合がある。又、横向きにレーザを当てる場合、グリップ２６を横向きにしての測定が必要であるが、その状態で高い位置の測定を行なうと腕を高く上げなくてはならないため、長時間測定を行なうのが困難である等の問題点を有していた。

なお特許文献１や２には、接触式プローブの周りに光学式プローブを相対回転自在とすることが記載されているが、相対回転位置が自由で規制されていなかったため、測定途中で回転する虞があり、高精度の測定は困難であった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、精度を損なうことなく、多関節アーム形測定機の使い勝手を向上することを課題とする。

本発明は、多関節機構の先端に複数のプローブが装着され、測定対象部位に応じてこれらを使い分けるようにされた多関節アーム形測定機において、一方のプローブの回りに他方のプローブを回転可能に保持すると共に、回転位置を複数位置で固定可能なプローブ回転保持機構を備えることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記プローブ回転保持機構を、ラチェット機構により回転位置を複数位置で固定可能なものとすることができる。

又、前記プローブ回転保持機構に、一方のプローブに対する他方のプローブの回転角を検出するためのロータリーエンコーダを備えることができる。

又、前記プローブ回転保持機構が、接触式プローブの回りに非接触式プローブを回転するようにすることができる。

又、前記プローブを、接触式プローブと非接触式プローブとすることができる。

又、前記接触式プローブをボールプローブ、前記非接触式プローブを光学式プローブとすることができる。

本発明によれば、一方のプローブの回りに他方のプローブを回転可能に保持しつつ、回転位置を複数位置で固定可能としたので、プローブとワークの位置関係に応じて一方のプローブと他方のプローブの相対回転位置を調整でき、利き腕等に左右されずに使い勝手を向上することができる。更に、測定途中にプローブが回転することがなく、高精度の測定が可能である。

従来の多関節アーム形測定機の一例の（Ａ）全体構成を示す斜視図及び（Ｂ）レーザプローブ取付後のアームヘッド近傍を示す拡大斜視図レーザプローブのアームヘッドへの従来の固定方法を説明するための（Ａ）レーザ取付ブラケットの背面から見た斜視図及び（Ｂ）同じく正面側から見た分解斜視図本発明の第１実施形態の全体構成を示す、一部ブロック図を含む斜視図同じく（Ａ）アームヘッド周辺の側面図及び（Ｂ）図４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図同じくレーザ取付ブラケットを示す（Ａ）斜視図及び（Ｂ）図５（Ａ）とは逆方向から見た斜視図同じくアームヘッド周辺を示す斜視図ラチェット機構の概念図本発明の第２実施形態のアームヘッド周辺を示す（Ａ）平面図及び（Ｂ）図８（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図同じくレーザ取付ブラケットの斜視図同じく（Ａ）アームヘッドの斜視図及び（Ｂ）検出器部分を示す拡大斜視図本発明の第３実施形態で用いられるクリック止め機構を示す概念図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明が適用される多関節アーム形測定機は、図３に示す如く、従来と同様の多関節機構１０と、処理部１００とを有する。なお、本実施形態では図示されていないが、処理装置や表示装置や入力装置が接続されていても良い。又、この多関節アーム形測定機で図示せぬワークの３次元形状を測定する際には、作業者は、グリップ２６を直接掴んで操作し、プローブ３０、３４を手動移動させる。即ち、この多関節アーム形測定機は多関節機構の軸に駆動源を有しない受動的な構成とされている。そして、作業者は、その他説明を省略する関節機構と併せてワークに対してプローブ３０、３４を自由な方向から近付けることができ、自由な角度で接触又は接近させることが可能である。

前記処理部１００は、演算部１１０と記憶部１２０とを有する。即ち、処理部１００は、演算部１１０で演算した結果を記憶部１２０に記憶したり、記憶部１２０に記憶されたデータを呼び出して演算部１１０で演算したりすることができる。この処理部１００は、例えばベース１２に備えられていてもよい。

本発明の第１実施形態は、図３に示したような全体構成の多関節アーム形測定機において、図４に示す如く、アームヘッド２４とレーザ取付ブラケット３２の間に、歯車５２と歯止め（爪）５４でなるラチェット機構５０を設けたものである。

前記歯車５２は、図５（Ａ）、（Ｂ）に詳細に示す如く、例えばレーザ取付ブラケット３２の内周面に形成されている。

前記歯止め５４は、図６に詳細に示す如く、例えばアームヘッド２４側の取付ベース２５の表面に配設されている。なお、歯車５２と歯止め５４の配置は逆でもよい。

前記歯止め５４は歯車５２にもたれ掛かるように配置され、歯車５２が適する方向（図７では矢印で示す反時計方向）に回転するときは、歯止め５４が歯車５２の歯を容易に乗り換えて再び元の位置に落ち着くが、逆方向（図７では時計方向）に回そうとすると、歯止め５４の先端が歯車５２に食い込んで回転することができない。このようにして、歯車５２の一番低い位置に歯止め５４の先端が落ちた状態の所定位置で、レーザ取付ブラケット３２、従ってレーザプローブ３４を固定することができる。

測定に際しては、接触式プローブ３０とレーザプローブ３４の測定値間のオフセットデータをプローブ取付位置データ（プローブ姿勢データとも称する）として取得する必要があるが、レーザプローブ３４を回転させて測定姿勢を変える毎にオフセットデータを取得し直すことができる。あるいは、予めラチェット機構５０の歯車５２に対する歯止め５４の各位置に対するオフセットデータを取得してテーブル等で記憶しておき、基準位置から何番目の回転位置かを覚え込ませることによって、調整を簡略化することができる。この際、ラチェット機構であれば回転方向が決まっているので、対応付けが容易である。

あるいは、図８乃至図１０に示す第２実施形態の如く、レーザ取付ブラケット３２に組み込んだ（ロータリー）スケール６２（図９参照）と、アームヘッド２４側の取付ベース２５に取付けた、例えば反射型の光学式あるいは電磁式の検出器６４で構成されるロータリーエンコーダ６０によって、アームヘッド２４、即ち、接触式プローブ３０に対するレーザ取付ブラケット３２、即ち、レーザプローブ３４の回転角を検出するようにしても良い。

この第２実施形態によれば、任意の位置で、クオリフィケーションデータを一度取得することで、その後レーザプローブ３４の回転位置を変更しても、ロータリーエンコーダ６０で検出した角度データからクオリフィケーションデータを自動計算することができる。

なお、前記実施形態においては、いずれも、プローブ回転保持機構として、一方向のみの回転を許容するラチェット機構５０が用いられていたが、図１１に示す第３実施形態のような、双方向の回転を許容する、切り欠きホイール７２と、例えば板ばね７６で切り欠きホイール７２方向に付勢される回り止めストッパ７４で構成されたクリック止め機構７０を用いてもよい。

又、前記実施形態においては、接触式プローブがボールプローブとされ、非接触式プローブがレーザプローブとされていたが、プローブの種類はこれに限定されず、接触式プローブとしてボールプローブ以外のハードプローブを用いたり、非接触式プローブとしてレーザプローブ以外の光学式プローブを用いることができる。

１０…多関節機構
１２…ベース
１４、１８、２２…関節
１６、２０…アーム
２４…アームヘッド
２６…グリップ
３０…接触式プローブ
３２…レーザ取付ブラケット
３４…レーザプローブ
５０…ラチェット機構
５２…歯車
５４…歯止め（爪）
６０…ロータリーエンコーダ
６２…（ロータリー）スケール
６４…検出器
７０…クリック止め機構

Claims

多関節機構の先端に複数のプローブが装着され、測定対象部位に応じてこれらを使い分けるようにされた多関節アーム形測定機において、
一方のプローブの回りに他方のプローブを回転可能に保持すると共に、回転位置を複数位置で固定可能なプローブ回転保持機構を備えたことを特徴とする多関節アーム形測定機。
前記プローブ回転保持機構が、ラチェット機構により回転位置を複数位置で固定可能なものとされていることを特徴とする請求項１に記載の多関節アーム形測定機。
前記プローブ回転保持機構が、一方のプローブに対する他方のプローブの回転角を検出するためのロータリーエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多関節アーム形測定機。
前記プローブ回転保持機構が、接触式プローブの回りに非接触式プローブを回転するようにされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多関節アーム形測定機。
前記プローブが、接触式プローブと非接触式プローブであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の多関節アーム形測定機。
前記接触式プローブがボールプローブ、前記非接触式プローブが光学式プローブであることを特徴とする請求項５に記載の多関節アーム形測定機。