JP5349122B2 - 同期移動装置および画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期移動装置および画像測定装置に関する。

装置本体にスライダを移動可能に支持し、このスライダにＣＣＤカメラなどの撮像手段を搭載し、この撮像手段と被測定物とを相対移動させながら撮像手段にて被測定物を撮像し、この撮像された画像データに基づいて被測定物の形状あるいは寸法を測定する画像測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような画像測定装置では、スライダに搭載された撮像手段への電力供給、撮像手段との間での信号授受（制御、画像データなど）を行うために、移動可能なスライダへケーブルの配線を行う必要がある。
従来、このような移動可能なスライダ（可動部）へケーブルの配線を行う場合、ケーブルの支持、案内を行うために、可動部の移動に追従して屈曲可能なケーブル支持帯、例えば、ケーブルベア（登録商標）が一般的に利用されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２６６７４８号公報 特開２００１−２２４１５９号公報

ケーブルベア（登録商標）は、一端（固定端）が装置本体に固定され、他端（可動端）が可動部に固定される構造であるため、ケーブルベア（登録商標）の移動に伴う挙動、例えば、ケーブルの捩れやその反力の影響が可動部側（撮像手段側）に伝わり、測定精度を悪化させる要因となっていた。

本発明の目的は、ケーブル支持帯の移動に伴う挙動の影響を受けにくく、測定精度の悪化を防止できる同期移動装置、および、この同期移動装置を備えた画像測定装置を提供することにある。

本発明の同期移動装置は、装置本体と、この装置本体に移動可能に設けられた可動部と、前記装置本体に回転自在に支持され前記可動部を移動させる送りねじ軸と、前記送りねじ軸に螺合されたナット部材と、前記可動部および前記ナット部材を連結する連結装置と、前記可動部へ配線されるケーブルの支持および案内を行うケーブル支持帯とを備えた同期移動装置において、前記連結装置は、前記可動部に固定された第１の部材と、前記ナット部材に固定された第２の部材と、前記第１の部材および前記第２の部材に介在して設けられ、かつ、前記送りねじ軸の軸線に対して直交する面内での当該送りねじ軸の振れ運動を吸収する中間部材とを含んで構成され、前記可動部へ前記ケーブルを配線する側の前記ケーブル支持帯の端部は、接続部材を介して前記第２の部材に接続され、前記可動部に同期して移動される、ことを特徴とする。

ここで、送りねじ軸およびナット部材によって可動部を移動させる送りねじ機構が構成されており、送りねじ機構としてはボールねじ機構を例示できる。
この構成において、送りねじ軸を回転させると、それに螺合されたナット部材および連結装置を介して可動部が移動される。連結装置は、可動部に固定された第１の部材と、ナット部材に固定された第２の部材と、これらの間に介在して設けられ送りねじ軸の軸線に対して直交する面内での送りねじ軸の振れ運動を吸収する中間部材とを含んで構成されているから、送りねじ軸の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）が、連結装置の中間部材で吸収される。従って、送りねじ軸の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）が可動部に伝わらないので、高精度な送りが期待できる。

また、連結装置の第２の部材に接続部材を介してケーブル支持帯の可動端、つまり、可動部へケーブルを配線する側のケーブル支持帯の端部が接続されているので、可動部の移動に伴ってケーブル支持帯の可動端も追従移動される。このとき、ケーブル支持帯の移動に伴う挙動が、第２の部材に伝わったとしても、振れ運動と同様に中間部材によって吸収される。従って、送りねじ軸の振れ運動、および、ケーブル支持帯自体の移動に伴う挙動による可動部への影響を同時に抑えることができる。そのため、測定精度の悪化を防止できる。

本発明の同期移動装置では、前記接続部材はワイヤであることが好ましい。
この構成によれば、ケーブル支持帯と第２の部材とをワイヤで接続する際に、ワイヤの延設方向を比較的容易に変化させることができるので、装置本体に対する可動部およびケーブル支持帯の位置関係に応じて両者を接続することができる。また、ベルトやチェーンに比べ、配置スペースを小さくすることができる。

本発明の同期移動装置において、前記装置本体には、ガイドレールが前記可動部の移動方向と平行に設けられ、このガイドレールに沿って支持プレートが移動可能に設けられ、前記ケーブル支持帯の端部は、前記支持プレートに固定されている、ことが好ましい。
この構成によれば、ケーブル支持帯の端部は、支持プレートおよびガイドレールによって移動方向がガイドされているから、ケーブルの捩れが生じることも少なく、また、その反力による影響も少ないから、ケーブル支持帯の端部を円滑にスライド動作させることができる。

本発明の画像測定装置は、上述したいずれかに記載の同期移動装置と、被測定物が載置される載物台と、前記可動部に設けられ前記被測定物を撮像する撮像手段と、前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させる移動機構とを備え、前記撮像手段にて撮像された画像データに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を測定することを特徴とする。
この構成において、同期移動装置の送りねじ機構により可動部に設けられた撮像手段を移動させると、ケーブル支持帯の端部（可動端）も撮像手段に追従して移動させることができる。この際、前述の同期移動装置と同様に、連結装置によって、送りねじ軸の振れ運動およびケーブル支持帯の移動に伴う挙動が、可動部に伝わらないので、測定精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体斜視図。 前記実施形態の画像測定装置の移動機構を示す斜視図。 前記実施形態の移動機構における送りねじ機構を拡大して示す部分斜視図。 図３の送りねじ機構の分解図。 前記実施形態の移動機構の可動部と送りねじ機構との連結部分の断面図。

＜実施形態の構成＞
本実施形態は画像測定装置に適用した例である。
本実施形態の画像測定装置１は、図１に示すように、装置本体としての架台２と、この架台２の上面にＹ軸方向へ移動可能に設けられ被測定物が載置される載物台３と、被測定物を撮像する撮像手段としての光学装置４と、この光学装置４を２次元方向（Ｘ軸方向、Ｚ軸方向）へ移動させる移動機構５と、光学装置４への電力供給や光学装置４との間での信号授受（制御、画像データなど）を行うケーブルの支持案内を行うケーブル支持機構６と、光学装置４のＸ軸方向への移動に連動してケーブル支持機構６を同期移動させる同期機構８とを備える。

載物台３は、詳細構造を図示しないが、駆動機構によってＹ軸方向に駆動される本体フレームと、本体フレーム上に固定された載物ガラス３１とを備えている。載物ガラス３１の上に被測定物が載置される。
光学装置４は、ＣＣＤカメラによって構成されている。
移動機構５は、載物台３を挟んだ架台２の両側辺に立設された一対のビーム支持体５１と、このビーム支持体５１の上端間にＸ軸方向と平行に架設されたＸ軸ビーム５２と、このＸ軸ビーム５２に沿って移動自在に支持された可動部としてのＸスライダ５３と、このＸスライダ５３をＸ軸方向に送る送りねじ機構としてのボールねじ機構５４とを備える。なお、Ｘスライダ５３には図示省略のＺスライダがＺ軸方向へ移動自在に設けられ、このＺスライダに光学装置４が取り付けられている。

Ｘ軸ビーム５２は、図２に示すように、Ｙ軸方向に直交する一対の側面５２１，５２２と、Ｚ軸方向に直交する上面５２３および下面５２４とを有し、一方の側面５２１に溝部５２５がＸ軸方向に沿って形成された断面コ字状に形成されている。
Ｘスライダ５３は、図２に示すように、Ｘ軸ビーム５２の一対の側面５２１，５２２および上面５２３の３面を覆う略コ字状に形成され、これらの３面に対して空気軸受で支持され、Ｘ軸方向に移動可能に設けられている。

ボールねじ機構５４は、図２および図３に示すように、Ｘ軸ビーム５２の溝部５２５内にＸ軸方向に沿って平行にかつ回転可能に支持された送りねじ軸５４１と、この送りねじ軸５４１に螺合されたナット部材５４２と、このナット部材５４２およびＸスライダ５３を連結する連結装置としてのフローティングユニット７と、送りねじ軸５４１を回転させるモータ５４３とを備える。モータ５４３によって送りねじ軸５４１が回転されると、送りねじ軸５４１に螺合されたナット部材５４２およびフローティングユニット７を介してＸスライダ５３がＸ軸方向へ移動されるようになっている。

フローティングユニット７は、図３〜図５に示すように、Ｘスライダ５３の内方に当該Ｘスライダ５３と一体で形成された取付部５３２に４本のボルト７４（図４）で固定された第１の部材７１と、ナット部材５４２に４本のボルト７５で固定され中央部に送りねじ軸５４１が挿通された第２の部材７２と、第１の部材７１および第２の部材７２に介在して設けられ、かつ、送りねじ軸５４１の軸線に対して直交する面内での送りねじ軸５４１の振れ運動を吸収しつつ第２の部材７２の軸方向の移動を第１の部材７１に伝達する中間部材７３とを有する三重構造として構成されている。
つまり、第２の部材７２は中間部材７３に対してストロークベアリング機構を介してＺ軸方向へ変位可能に構成され、中間部材７３は第１の部材７１に対してストロークベアリング機構を介してＹ軸方向へ変位可能に構成されているため、送りねじ軸５４１の振れ運動が中間部材７３によって吸収され、Ｘスライダ５３にはボールねじ機構５４の推力のみが伝達される構造になっている。

第１の部材７１を固定するＸスライダ５３の取付部５３２は、図５に示すように、第１の部材７１に対して送りねじ軸５４１の軸方向に並んで設けられ、内部にナット部材５４２を収納する収納空間５３３を有している。ナット部材５４２は、第２の部材７２に対して軸方向に並んで設けられ、この第２の部材７２の端部に形成されたフランジ部７２２に連結されている。

ケーブル支持機構６は、図２に示すように、Ｘ軸ビーム５２に固定された支持台６１と、この支持台６１の上に支脚６２を介してＸ軸方向と平行に支持されたガイドレール６３と、このガイドレール６３に沿って移動可能に設けられた支持プレート６４と、基端（固定端）が支持台６１に固定されかつ先端（可動端）が支持プレート６４に固定されたケーブル支持帯６５とから構成されている。
ケーブル支持帯６５は、Ｘスライダ５３へ配線されるケーブル（図示省略）の支持および案内を行うもので、内部にケーブルを保持し、固定端を支点として可動端が屈曲可能かつ復帰可能に構成されている。この例では、ケーブルベア（登録商標）によって構成されている。ケーブル支持帯６５によって支持されるケーブル（図示省略）は、電源からケーブル支持帯６５を通じて支持プレート６４の内部または下面に沿って配線されたのち、光学装置４に接続されている。これにより、ケーブルを介して、光学装置４に電力が供給されるとともに、光学装置４との間で信号の授受が行われる。

同期機構８は、図２に示すように、フローティングユニット７の第２の部材７２に固定されたワイヤ固定部材８４と、一端がワイヤ固定部材８４に連結され他端がケーブル支持機構６の支持プレート６４の右辺（図２中右側辺）に連結された接続部材としての第１のワイヤ８５と、一端がワイヤ固定部材８４に連結され他端がケーブル支持機構６の支持プレート６４の左辺（図２中左側辺）に連結された接続部材としての第２のワイヤ８６とを含んで構成されている。

ワイヤ固定部材８４は、図４に示すように、２本のスペーサ８４１を介して第２の部材７２にねじ８４２でねじ止めされる。２本のスペーサ８４１は、第２の部材７２に形成されたタップ部７２１（２箇所）に螺合されている。また、ワイヤ固定部材８４には、ワイヤ８５，８６を固定するための取付孔８４３（２箇所）が形成され、この取付孔８４３にワイヤ８５，８６の端部がそれぞれ連結されている。

ここで、第１のワイヤ８５および第２のワイヤ８６の旋回ループを説明するにあたって、図２において、右方向（図２中右上方向）をＸ＋、左方向（図２中左下方向）をＸ−、前方向（図２中右下方向）をＹ＋、後方向（図２中左上方向）をＹ−、上方向（図２中上方向）をＺ＋、下方向（図２中下方向）をＺ−として説明する。
第１のワイヤ８５は、ワイヤ固定部材８４からＸ−方向へ延長されたのち、ボールねじ軸５４１の端部で滑車８５Ａを介してＹ−方向へ方向変換され、ついで、Ｙ軸方向後方において、滑車８５Ｂを介してＸ＋方向へ方向変換され、更に、Ｘ軸方向の端部において、滑車８５Ｃ，８５Ｄを介してＸ−方向へ方向変換されたのち、支持プレート６４の右辺に連結されている。従って、Ｘスライダ５３が図２中右方向（Ｘ＋）へ移動されると、支持プレート６４（ケーブル支持帯６５の可動端）も図２中右方向（Ｘ＋）へ移動される。

第２のワイヤ８６は、ワイヤ固定部材８４からＸ＋方向へ延長されたのち、ボールねじ軸５４１の端部で滑車８６Ａ、８６Ｂ，８６Ｃを介してＹ−方向へ方向変換され、ついで、Ｙ軸方向後方において、滑車８６Ｄを介してＸ−方向へ方向変換され、更に、Ｘ軸方向の端部において、滑車８６Ｅを介してＸ＋方向へ方向変換されたのち、支持プレート６４の左辺に連結されている。従って、Ｘスライダ５３が図２中左方向（Ｘ−）へ移動されると、支持プレート６４（ケーブル支持帯６５の可動端）も図２中左方向（Ｘ−）へ移動される。なお、Ｘスライダ５３には、送りねじ軸５４１に沿って延設されたワイヤ８６が挿通されたワイヤ貫通孔５３１がＸ軸方向に沿って形成されている。

このような構成において、載物ガラス３１に被測定物を載置したのち、光学装置４を被測定物の測定部位に応じて移動させながら、光学装置４によって被測定物を撮像する。
この際、送りねじ軸５４１を回転させると、それに螺合されたナット部材５４２およびフローティングユニット７を介してＸスライダ５３が移動される。フローティングユニット７は、Ｘスライダ５３に固定された第１の部材７１と、ナット部材５４２に固定された第２の部材７２と、これらの間に介在して設けられ送りねじ軸５４１の軸線に対して直交する面内での送りねじ軸５４１の振れ運動を吸収する中間部材７３とを含んで構成されているから、送りねじ軸５４１の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）が、フローティングユニット７の中間部材７３で吸収される。従って、送りねじ軸５４１の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）がＸスライダ５３に伝わらないので、高精度な送りが期待できる。

同時に、Ｘスライダ５３にフローティングユニット７、第１のワイヤ８５および第２のワイヤ８６を介して連結された支持プレート６４も、Ｘスライダ５３と同じ方向へ移動されるから、ケーブル支持帯６５の可動端も一緒に移動される。
このとき、ケーブル支持帯６５の可動端の挙動が第１のワイヤ８５および第２のワイヤ８６を介してフローティングユニット７の第２の部材７２に加わるが、送りねじ軸５４１の振れ運動と同様に中間部材７３によって吸収される。従って、送りねじ軸５４１の振れ運動、および、ケーブル支持帯６５自体の移動に伴う挙動によるＸスライダ５３への影響を同時に抑えることができる。

＜実施形態の効果＞
（１）ボールねじ機構５４の送りねじ軸５４１の回転によりＸスライダ５３を移動させると、同期機構８を介してケーブル支持帯６５の可動端もＸスライダ５３に同期して移動するから、Ｘスライダ５３の移動に追従してケーブル支持帯６５の可動端を移動させることができる。

（２）ボールねじ機構５４のナット部材５４２とＸスライダ５３とを連結するフローティングユニット７は、Ｘスライダ５３に固定された第１の部材７１と、ナット部材５４２に連結された第２の部材７２と、これらの間に介在されこれらに対してＹ軸方向およびＺ軸方向へ変位可能な状態で第２の部材７２の軸方向変位を第１の部材７１に伝達する中間部材７３とを有する構造であるから、中間部材７３によって送りねじ軸５４１の回転に伴って発生する振れ運動（振れ）を吸収することができる。

（３）また、ケーブル支持帯６５の可動端が、第１のワイヤ８５および第２のワイヤ８６を介してフローティングユニット７の第２の部材７２に連結されているから、ケーブル支持帯６５の可動端の挙動が中間部材７３によって吸収される。
従って、送りねじ軸５４１の振れ運動、および、ケーブル支持帯６５自体の移動に伴う挙動によるＸスライダ５３への影響を同時に抑えることができるから、測定精度の悪化を防止できる。

（４）また、Ｘビーム５２に支持台６１を介してガイドレール６３がＸスライダ５３の移動方向と平行に設けられ、このガイドレール６３に沿って支持プレート６４が移動可能に設けられ、この支持プレート６４にケーブル支持帯６５の可動端が固定されているから、つまり、ケーブル支持帯６５の可動端は、支持プレート６４およびガイドレール６３によって移動方向がガイドされているから、ケーブルの捩れが生じることも少なく、また、その反力による影響も少ないから、ケーブル支持帯６５の可動端を円滑にスライド動作させることができる。

（５）また、ケーブル支持帯６５の先端を固定した支持プレート６４とフローティングユニット７の第２の部材７２とを第１のワイヤ８５および第２のワイヤ８６で接続したので、これらのワイヤ８５，８６の延設方向を比較的容易に変化させることができる。従って、Ｘスライダ５３およびケーブル支持帯６５の位置関係に応じて両者を接続することができる。また、ベルトやチェーンに比べても、配置スペースを小さくすることができる。

（６）Ｘスライダ５３の駆動のために、摩擦損失が少なく高精度な位置決めが可能なボールねじ機構５４を採用し、振れ運動を吸収するためのフローティングユニット７を備えたことにより、モータ５４３の出力を大きくしてＸスライダ５３の加速度を上げた場合であっても、高い測定精度を維持することができ、測定時間の短縮化が図れる。

＜変形例＞
なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、送りねじ機構としてはボールねじ機構を例示したが、送りねじ軸およびナット部材によってＸスライダを移動させる送りねじ機構であればボールねじ機構以外でもよい。
また、前記実施形態ではワイヤ８５，８６を第２の部材７２に接続するためにワイヤ固定部材８４を用いた場合を説明したが、これに限られず、他の方法によってワイヤ８５，８６を第２の部材７２に接続してもよい。

また、本発明の同期移動装置としては、前述の画像測定装置に用いる場合に限られず、例えば、他の測定機でもよい。あるいは、可動部にスピンドルおよびこれを回転させるモータなどを搭載するとともに、このモータに電力を供給するケーブル支持帯を可動部に追従可能に設けた工作機械などにも適用できる。

本発明は、画像測定装置、その他の可動部にケーブル支持帯を同期して移動させる同期移動装置に広く利用することができる。

１…画像測定装置、
２…架台（装置本体）、
３…載物台、
４…光学装置（撮像手段）、
５…移動機構、
６…ケーブル支持機構、
７…フローティングユニット（連結装置）、
８…同期機構、
５３…Ｘスライダ（可動部）、
６３…ガイドレール、
６４…支持プレート、
６５…ケーブル支持帯、
７１…第１の部材、
７２…第２の部材、
７３…中間部材、
８５…第１のワイヤ、
８６…第２のワイヤ、
５４１…送りねじ軸、
５４２…ナット部材。

Claims (4)

1. 装置本体と、
   この装置本体に移動可能に設けられた可動部と、
   前記装置本体に回転自在に支持され前記可動部を移動させる送りねじ軸と、
   前記送りねじ軸に螺合されたナット部材と、
   前記可動部および前記ナット部材を連結する連結装置と、
   前記可動部へ配線されるケーブルの支持および案内を行うケーブル支持帯とを備えた同期移動装置において、
   前記連結装置は、前記可動部に固定された第１の部材と、前記ナット部材に固定された第２の部材と、前記第１の部材および前記第２の部材に介在して設けられ、かつ、前記送りねじ軸の軸線に対して直交する面内での当該送りねじ軸の振れ運動を吸収する中間部材とを含んで構成され、
   前記可動部へ前記ケーブルを配線する側の前記ケーブル支持帯の端部は、接続部材を介して前記第２の部材に接続され、前記可動部に同期して移動される、ことを特徴とする同期移動装置。
2. 請求項１に記載の同期移動装置において、
   前記接続部材は、ワイヤであることを特徴とする同期移動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の同期移動装置において、
   前記装置本体には、ガイドレールが前記可動部の移動方向と平行に設けられ、このガイドレールに沿って支持プレートが移動可能に設けられ、
   前記ケーブル支持帯の端部は、前記支持プレートに固定されている、ことを特徴とする同期移動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の同期移動装置と、
   被測定物が載置される載物台と、
   前記可動部に設けられ前記被測定物を撮像する撮像手段と、
   前記被測定物と前記撮像手段とを相対移動させる移動機構とを備え、
   前記撮像手段にて撮像された画像データに基づいて前記被測定物の形状あるいは寸法を測定することを特徴とする画像測定装置。

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