JP7255074B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は形状測定装置に係り、特にカバーによって覆われた形状測定装置に関する。

被測定物であるワークに接触子を接触させ、ワークと接触子とを相対移動させることでワークの形状を測定する形状測定装置が知られている。例えば、ワークの真円度を測定する形状測定装置として、真円度測定機が知られている（特許文献１参照）。真円度測定機は、ベースと、ベースに配置され、上面にワークを載置して回転する回転テーブルと、ベースに立設されたコラムと、鉛直方向に移動自在にコラムに支持されたキャリッジと、水平方向に移動自在にキャリッジに支持されたアームと、アームに支持され、回転テーブルに載置されたワークの表面に接触する測定子の変位を検出する検出器と、を備えている。

このような真円度測定機は、設置面の振動の影響を抑制するために、装置本体が除振台上に設けられる。

特開２０１６－６５７５１号公報

真円度測定機は、測定環境下の熱及び風の外乱の影響によりベース及びコラムに温度勾配が発生すると、測定精度が悪化する。これを防止するため、装置本体をカバーで覆い、装置本体の温度を安定化することが考えられる。しかしながら、カバーが除振台に設置されると質量が増加することで除振台が不安定になり、測定精度が悪化するという問題があった。

これに対し、カバーを装置の設置面に設置することが考えられる。しかしながら、除振台に連動するワークとカバーとが、除振台の振動により接触する場合があるという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定環境の外乱の影響を抑制して高精度な測定を行う形状測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために形状測定装置の一の態様は、被測定物に接触子を接触させ、被測定物と接触子とを相対移動させて被測定物の形状を測定する形状測定装置において、設置面に設置される除振台と、除振台に載置される装置本体と、設置面に設置され、装置本体及び除振台を囲繞する第１カバーと、第１カバーの内部の空間を、少なくとも装置本体の一部が配置される本体室と少なくとも被測定物が配置される被測定物室とに区画し、装置本体の一部が挿通する開口部を有する第２カバーと、を備え、第２カバーは、装置本体に支持され、第１カバーと第２カバーとは可撓性部材によって接続される形状測定装置である。

本態様によれば、設置面に設置される除振台と、除振台に載置される装置本体と、設置面に設置され、装置本体及び除振台を囲繞する第１カバーと、装置本体の一部が挿通する開口部を有し、第１カバーの内部の空間を装置本体が配置される本体室と、被測定物が設置される被測定物室とに区画する第２カバーと、を備え、第２カバーは、装置本体に支持され、第１カバーと第２カバーとは可撓性部材によって接続されるようにしたので、測定環境の外乱の影響を抑制して高精度な測定を行うことができる。

可撓性部材は気密性を有することが好ましい。これにより、本体室の気密性を高めることができ、本体室の温度を安定させて高精度な測定を行うことができる。

第１カバーの内側には断熱材が設けられていることが好ましい。これにより、第１カバー外部の熱が第１カバーの内部に伝達することを防止し、高精度な測定を行うことができる。

第１カバーの外面は白色であることが好ましい。これにより、第１カバーの外部からの光及び赤外線を反射して第１カバーの内部の温度上昇を低減し、高精度な測定を行うことができる。

第１カバーの外面は光及び赤外線の非吸収材料で塗装されていることが好ましい。これにより、第１カバーの外部からの光及び赤外線を反射して第１カバーの内部の温度上昇を低減し、高精度な測定を行うことができる。

第１カバーは、被測定物室に被測定物を出し入れするための扉を備え、扉は、透明な部材で構成された窓部を有することが好ましい。これにより、被測定物室に被測定物を容易に出し入れすることができ、さらに扉を閉じた状態で窓部から内部を観察し、被測定物の位置合わせ及び形状測定が可能となる。したがって、外乱を最小にし、高精度な測定を行うことができる。

装置本体は、ベースと、ベースに配置され、上面にワークを載置して回転する回転テーブルと、ベースに立設されたコラムと、鉛直方向に移動自在にコラムに支持されたキャリッジと、水平方向に移動自在にキャリッジに支持されたアームと、アームに支持される検出器であって、回転テーブルに載置されたワークの表面に接触する測定子の変位を検出する検出器と、を有し、第２カバーの開口部は、回転テーブルが挿通する第１開口部及びアームが挿通する第２開口部を有し、第２カバーは、ベース及びコラムに支持される。これにより、被測定物の真円度を測定する真円度測定機に適用し、高精度な測定を行うことができる。

第１カバーの外面は、コラムの上端の高さの位置からベースの下端の高さの位置まで無段差形状であることが好ましい。これにより、第１カバー表面の温度勾配の発生を防止し高精度な測定を行うことができる。

本発明によれば、外乱の影響を抑制して高精度な測定を行うことができる。

真円度測定機の外観斜視図 真円度測定機の構成概要図 真円度測定機の構成概要図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。

＜真円度測定機の構成＞
図１は、本実施形態に係る形状測定装置の一例である真円度測定機１０の外観斜視図である。また、図２は、真円度測定機１０の構成概要図である。

図１及び図２に示すように、真円度測定機１０は、本体ベース１２、回転テーブル１４、コラム１６、キャリッジ１８、アーム２０、検出器２２、及び測定子２４からなる本体部２６（装置本体の一例）、除振台２８、第１カバー３０、及び第２カバー５０等を備えて構成される。

除振台２８は、パッシブ式又はアクティブ式の除振装置である。除振台２８は、上面の除振面２８Ａの振動を低減する。本体ベース１２は、除振台２８の除振面２８Ａに載置される。これにより、外乱により本体ベース１２に発生する振動が抑制される。

本体ベース１２には、被測定物であるワークＷを載置する回転テーブル１４が設けられている。回転テーブル１４は、±Ｘ方向微動つまみ（不図示）及び±Ｙ方向微動つまみ（不図示）によって±Ｘ方向及び±Ｙ方向に微動送りがされ、±Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及び±Ｙ方向傾斜つまみ（不図示）によって±Ｘ方向及び±Ｙ方向に傾斜が調整されるようになっている。

なお、±Ｘ方向、±Ｙ方向、及び±Ｚ方向は互いに直交する方向であり、±Ｘ方向は水平方向（後述するアーム２０の移動方向）、±Ｙ方向は±Ｘ方向に直交する水平方向、±Ｚ方向は鉛直方向（後述するキャリッジ１８の移動方向）である。以下において、＋Ｘ方向を左、－Ｘ方向を右、＋Ｙ方向を手前、－Ｙ方向を奥、＋Ｚ方向を上、－Ｚ方向を下、と表記する場合があるが、これらの語句は説明のために便宜上使用するものであり、装置を使用する際の向きを限定するものではない。

本体ベース１２の内部には、回転テーブル１４に連結されるモータ（不図示）が備えられている。回転テーブル１４は、±Ｚ方向に平行な回転軸を中心に回転する。

回転テーブル１４の上面には、ワークＷが載置される。ワークＷは、その中心軸が回転テーブル１４の回転軸と同軸上となるように載置される。回転テーブル１４に載置されたワークＷは、回転テーブル１４とともに回転軸を中心に回転する。

また、本体ベース１２上には、±Ｚ方向に延びるコラム１６が立設され、コラム１６にはキャリッジ１８が±Ｚ方向に移動自在に支持されている。キャリッジ１８は、モータ（不図示）の駆動により±Ｚ方向に移動する。

キャリッジ１８には、アーム２０が±Ｘ方向に移動自在に支持されている。アーム２０は、モータ（不図示）の駆動により±Ｘ方向に移動する。

アーム２０の先端には検出器２２が着脱可能に取り付けられる。検出器２２は、ワークＷの表面に接触する測定子２４を備えている。検出器２２は、例えば、差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用される。検出器２２は、回転テーブル１４とともに回転するワークＷの表面に測定子２４を接触させ、測定子２４の変位を検出することで、ワークＷの表面性状を測定する。

キャリッジ１８の±Ｚ方向の移動及びアーム２０の±Ｘ方向の移動により、検出器２２の±Ｚ方向及び±Ｘ方向の位置を変更することができる。

真円度測定機１０は、床１の設置面１Ａに載置される。詳細には、除振台２８及び第１カバー３０がＸＹ平面に平行な設置面１Ａに載置される。

第１カバー３０は、本体部２６及び除振台２８の、前方向、後方向、右方向、左方向、及び上方向を囲繞する。第１カバー３０は、それぞれ板状の部材で構成される前面カバー３２、背面カバー３４、左側面カバー３６、右側面カバー３８、及び上面カバー４０を備えている。

前面カバー３２及び背面カバー３４は、それぞれＸＺ平面に平行に、かつ一定の間隔を持って立設される。左側面カバー３６及び右側面カバー３８は、それぞれＹＺ平面に平行に、かつ一定の間隔を持って立設される。左側面カバー３６及び右側面カバー３８は、それぞれ前面カバー３２及び背面カバー３４を連結する。上面カバー４０は、ＸＹ平面に平行に配置され、前面カバー３２、背面カバー３４、左側面カバー３６、及び右側面カバー３８の上端を連結する。

なお、右側面カバー３８は、その上部に左側に傾斜する傾斜部３８Ａを有しており、傾斜部３８Ａにおいて上面カバー４０と連結される。

第１カバー３０には断熱材が設けられる。ここでは、第１カバー３０の内側に断熱材が貼り付けられている。

第１カバー３０の外面は白色である。また、第１カバー３０の外面は、光及び赤外線の反射率の高い、光及び赤外線の非吸収材料で塗装されている。さらに、第１カバー３０の外面は、コラム１６の上端の高さの位置から本体ベース１２の下端の高さの位置まで、±Ｚ方向に平行に設けられた無段差形状である。

真円度測定機１０は、第２カバー５０を備えている。第２カバー５０は、光及び赤外線を透過させない素材によって構成される。第２カバー５０は、第１カバー３０の内部を少なくとも本体ベース１２、コラム１６、キャリッジ１８（装置本体の一部の一例）、及び除振台２８を収容する本体室６０Ａと、少なくともワークＷを収容するワーク室６０Ｂ（被測定物室の一例）とに区画する。

第２カバー５０は、水平部５０Ａ及び垂直部５０Ｂから構成される。水平部５０ＡはＸＹ平面に水平に配置される。また、垂直部５０ＢはＹＺ平面に水平に配置される。ワーク室６０Ｂの背面、左側面、右側面、上面、及び底面は、それぞれ背面カバー３４、左側面カバー３６、垂直部５０Ｂ、上面カバー４０、及び水平部５０Ａによって構成される。なお、ワーク室６０Ｂの前面については後述する。

第２カバー５０は、除振台２８の除振面２８Ａに連動して支持される。ここでは、第２カバー５０は、水平部５０Ａが支持部５２Ａにより本体ベース１２に支持され、垂直部５０Ｂが支持部５２Ｂによりコラム１６に支持される。

また、第２カバー５０には、水平部５０Ａに開口部５４Ａ（第１開口部の一例）が、垂直部５０Ｂに開口部５４Ｂ（第２開口部の一例）が設けられている。開口部５４Ａには回転テーブル１４が挿通し、開口部５４Ｂには、アーム２０が挿通する。開口部５４Ａ及び５４Ｂは、それぞれ本体ベース１２及びコラム１６を基準として位置合わせされている。

第１カバー３０と第２カバー５０とは、可撓性を有する材質を用いて接続される。ここでは、第１カバー３０の左側面カバー３６と第２カバー５０の水平部５０Ａとが可撓性部材５６Ａによって接続され、第１カバー３０の上面カバー４０と第２カバー５０の垂直部５０Ｂとが可撓性部材５６Ｂによって接続されている。可撓性部材５６Ａ及び５６Ｂは、それぞれ略気密性を有している。

このように、真円度測定機１０は、第１カバー３０及び第２カバー５０により、本体部２６が外部の熱、光、及び風から遮断されている。

前面カバー３２は、本体室６０Ａの前面を覆っている。前面カバー３２は、左側面カバー３６と連結される左前面カバー３２Ａ、及び右側面カバー３８と連結される右前面カバー３２Ｂから構成される。

左前面カバー３２Ａ及び右前面カバー３２Ｂは、それぞれＸＺ平面に平行に配置される。また、右前面カバー３２Ｂは、左前面カバー３２Ａよりも手前側に配置される。右前面カバー３２Ｂの左端には奥側に向けて傾斜する傾斜部３２Ｃが設けられており、右前面カバー３２Ｂは、傾斜部３２Ｃにおいて左前面カバー３２Ａと連結される。

第１カバー３０のワーク室６０Ｂの前面には、ワーク室６０ＢにワークＷを出し入れするための開閉機構である扉３２Ｄが設けられている。扉３２Ｄは、透明な部材で構成される窓部３２Ｅを有している。ここでは、扉３２Ｄの全体を透明な部材で構成し、扉３２Ｄ全体が窓部３２Ｅとして機能している。

第１カバー３０の内側には、扉３２Ｄを第１カバー３０の内面に沿ってスライドさせるためのガイド部（不図示）が設けられている。ユーザが扉３２Ｄを左側にスライドすると、扉３２Ｄはガイド部に沿って移動し開状態となり、ワーク室６０Ｂが開放される。図１は、扉３２Ｄが開状態の様子を示している。

ワーク室６０Ｂの扉３２Ｄを挟んだ位置には、操作部３２Ｆが設けられている。操作部３２Ｆは、ユーザが真円度測定機１０を操作するための入力インターフェースである。

＜比較例の真円度測定機の構成＞
図３は、比較例の真円度測定機１００の構成概要図である。なお、図２に示す構成概要図と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、真円度測定機１００は、本体ベース１２、回転テーブル１４、コラム１６、キャリッジ１８、アーム２０、検出器２２、測定子２４、除振台２８、第１カバー１０２、及び第２カバー１０４等を備えて構成される。

真円度測定機１００は、床１の設置面１Ａに載置される。詳細には、除振台２８及び第１カバー１０２が設置面１Ａに載置される。

第１カバー１０２は、設置面１Ａに載置される。第１カバー１０２は、本体ベース１２、回転テーブル１４、コラム１６、キャリッジ１８、アーム２０、検出器２２、及び測定子２４からなる本体部２６と除振台２８との、前方向、後方向、右方向、左方向、及び上方向を囲繞する。

第２カバー１０４は、除振台２８の除振面２８Ａに載置される。第２カバー１０４は、本体部２６のうち少なくとも本体ベース１２、コラム１６、及びキャリッジ１８を囲繞する。

第１カバー１０２の内部の空間は、第２カバー１０４により、第２カバー１０４の内部の空間である本体室１１０Ａと、第２カバー１０４の外部の空間であるワーク室１１０Ｂとに区画される。

また、第２カバー１０４には、回転テーブル１４が挿通する開口部１０４Ａ、及びアーム２０が挿通する開口部１０４Ｂが設けられている。

第１カバー１０２には、ワーク室１１０Ｂを開放する不図示の開口部と、ワーク室１１０ＢへのワークＷの出し入れを行うための不図示の開閉機構が設けられている。

＜真円度測定機の効果＞
真円度測定機１０によれば、以下のような効果を奏する。

第１カバー３０によって本体部２６が覆われているため、周辺環境の温度変化が本体部２６に伝達することを抑制し、本体部２６の温度を安定させることができる。また、第１カバー３０に断熱材を設けたため、周辺環境の温度変化の影響をさらに低減することができる。これにより、高精度な測定を行うことができる。

また、第１カバー３０の外面を白色にすることで、周辺環境からの光及び赤外線を反射し、第１カバー３０の内部の温度上昇を低減することができる。さらに、第１カバー３０の外面を光及び赤外線の非吸収材料で塗装することで、周辺環境からの光及び赤外線を反射し、第１カバー３０の内部の温度上昇を低減することができる。これにより、本体部２６の温度を安定させることができ、高精度な測定を行うことができる。

さらに、設置面１Ａに配置された第１カバー３０によって本体部２６が覆われているため、周辺環境の風が本体部２６にあたることを防止することができ、風の巻き込みによる本体部２６の振動を低減することができる。これにより、高精度な測定を行うことができる。

また、本体部２６、特に本体ベース１２及びコラム１６に温度勾配が発生すると、熱変形により測定精度に悪影響がある。真円度測定機１０によれば、第１カバー３０の外面をコラム１６の高さから本体ベース１２の高さまで無段差形状としたため、風の乱流を防止し、温度勾配の発生を抑制することができる。これにより、高精度な測定を行うことができる。

扉３２Ｄに透明な部材で構成された窓部３２Ｅを設けたため、扉３２Ｄを閉じた状態で窓部３２Ｅからワーク室６０Ｂを観察することができる。これにより、ワークＷと測定子２４との位置合わせ及びワークＷの真円度測定が可能となり、外乱を最小にすることができる。また、外乱を与えることなく測定時の挙動を観察することができる。

なお、窓部３２Ｅを設けず、光及び赤外線を透過しない部材で扉３２Ｄを構成してもよい。これにより、周辺環境からのワーク室６０Ｂへの光及び赤外線の侵入を抑制し、さらに外乱を最小化することができる。この場合、ワーク室６０Ｂの内部を照明する光源及び観察するカメラを設けることで、扉３２Ｄを閉じた状態でワークＷと測定子２４との位置合わせ及びワークＷの真円度測定が可能となり、さらに好ましい。

第２カバー５０によって本体室６０Ａとワーク室６０Ｂとを区画し、第２カバー５０に開口部５４Ａ及び５４Ｂを設けたため、ワーク室６０ＢにあるワークＷの回転及びワークＷへの測定子２４の接触が可能となる。

ここで、比較例の真円度測定機１００では、第２カバー１０４の全体が除振台２８の除振面２８Ａに載置されている。第２カバー１０４を設置面１Ａに設置すると、除振面２８Ａの振動で開口部が回転テーブル１４又はアーム２０と接触する可能性があるためである。

これに対し、真円度測定機１０の第２カバー５０は、除振面２８Ａに載置される部分を最小化した。これにより、除振面２８Ａにかかる質量を低減することができ、除振台２８を安定化することができる。また、風の影響を受けるカバー面積が最小となることで、振動の影響を低減することができる。また、扉３２Ｄから入る光及び赤外線による熱を本体部２６に伝達する面積が最小となるため、本体部２６の温度が安定する。これらにより、測定を高精度化することができ、測定精度を高安定化することができる。

また、第１カバー３０と第２カバー５０とを可撓性部材５６Ａ及び５６Ｂを介して接続したため、第１カバー３０と第２カバー５０との間で振動が伝達されにくくなる。これにより、振動の影響を抑制して、測定を高精度化することができる。さらに、略気密性を有する可撓性部材５６Ａ及び５６Ｂを使用したため、本体室６０Ａの気密性を高めることができ、本体室６０Ａの温度を安定させることができる。これにより、温度外乱の影響を低減して測定を高精度化することができる。

真円度測定機１００のワーク室１１０Ｂと比較してワーク室６０Ｂの体積が小さいため、扉３２Ｄを開けてワークＷを交換する際に入れ替わる気体の体積が小さく、ワーク室６０Ｂの温度変化を最小化することができる。これにより、測定精度を安定化することができ、ワークＷの交換によるタクトタイムを短縮することができる。

また、真円度測定機１００では、メンテナンスをするために本体部２６にアクセスするには、第１カバー１０２及び第２カバー１０４の両方にメンテナンス扉（不図示）を設ける必要がある。これに対し、真円度測定機１０は、第１カバー３０の本体室６０Ａ側に設けられた１枚のメンテナンス扉（不図示）を開放することで、本体部にアクセスすることができる。これにより、コストを低減し、良好なメンテナンス性とすることができる。

＜その他＞
ここでは、真円度測定機について説明したが、被測定物に接触子を接触させ、被測定物と接触子とを相対移動させて被測定物の形状を測定する形状測定装置に適用することができる。

本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。

１ 床
１Ａ 設置面
１０ 真円度測定機
１２ 本体ベース
１４ 回転テーブル
１６ コラム
１８ キャリッジ
２０ アーム
２２ 検出器
２４ 測定子
２６ 本体部
２８ 除振台
２８Ａ 除振面
３０ 第１カバー
３２ 前面カバー
３２Ａ 左前面カバー
３２Ｂ 右前面カバー
３２Ｃ 傾斜部
３２Ｄ 扉
３２Ｅ 窓部
３２Ｆ 操作部
３４ 背面カバー
３６ 左側面カバー
３８ 右側面カバー
３８Ａ 傾斜部
４０ 上面カバー
５０ 第２カバー
５０Ａ 水平部
５０Ｂ 垂直部
５２Ａ 支持部
５２Ｂ 支持部
５４Ａ 開口部
５４Ｂ 開口部
５６Ａ 可撓性部材
５６Ｂ 可撓性部材
６０Ａ 本体室
６０Ｂ ワーク室
１００ 真円度測定機
１０２ 第１カバー
１０４ 第２カバー
１０４Ａ 開口部
１０４Ｂ 開口部
１１０Ａ 本体室
１１０Ｂ ワーク室
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 被測定物に接触子を接触させ、前記被測定物と前記接触子とを相対移動させて前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
   設置面に設置される除振台と、
   前記除振台に載置される装置本体と、
   前記設置面に設置され、前記装置本体及び前記除振台を囲繞する第１カバーと、
   前記第１カバーの内部の空間を、少なくとも前記装置本体の一部が配置される本体室と少なくとも前記被測定物が配置される被測定物室とに区画し、前記装置本体の一部が挿通する開口部を有する第２カバーと、
   を備え、
   前記第１カバーと前記第２カバーとは可撓性部材によって接続される形状測定装置。
2. 前記可撓性部材は気密性を有する請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記第１カバーの内側には断熱材が設けられている請求項１又は２に記載の形状測定装置。
4. 前記第１カバーの外面は白色である請求項１から３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
5. 前記第１カバーの外面は光及び赤外線の非吸収材料で塗装されている請求項１から４のいずれか１項に記載の形状測定装置。
6. 前記第１カバーは、前記被測定物室に前記被測定物を出し入れするための扉を備え、
   前記扉は、透明な部材で構成された窓部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の形状測定装置。
7. 前記装置本体は、ベースと、前記ベースに配置され、上面にワークを載置して回転する回転テーブルと、前記ベースに立設されたコラムと、鉛直方向に移動自在に前記コラムに支持されたキャリッジと、水平方向に移動自在に前記キャリッジに支持されたアームと、前記アームに支持される検出器であって、前記回転テーブルに載置された前記ワークの表面に接触する測定子の変位を検出する検出器と、を有し、
   前記第２カバーの開口部は、前記回転テーブルが挿通する第１開口部及び前記アームが挿通する第２開口部を有し、
   前記第２カバーは、前記ベース及び前記コラムに支持される請求項１から６のいずれか１項に記載の形状測定装置。
8. 前記第１カバーの外面は、前記コラムの上端の高さの位置から前記ベースの下端の高さの位置まで無段差形状である請求項７に記載の形状測定装置。

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