JPH0333205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は自動三次元測定機に関する。

〔背景技術〕

従来、タツチ信号プローブを三次元的に移動さ
せて被測定物の形状を測定する三次元測定機が知
られている。このような三次元測定機は、一般的
には、基台に支柱を前後方向すなわちＹ軸方向移
動自在に設けるとともに、この支柱の上端間に横
架された梁上にスライダを左右方向すなわちＸ軸
方向に移動自在に設け、このスライダに鉛直方向
すなわちＺ軸方向にＺスピンドルを移動自在に設
けて構成されている。これらの基台に対する支
柱、支柱に対するスライダ、スライダに対するＺ
スピンドルは、この順序で順次組み上げていく積
重ね構造とされている。

従つて、基台からＺスピンドルに至るまで順次
強靭構造としなければ精度的保証が困難となつて
いる。これは、各軸を自動駆動型とするいわゆる
自動三次元測定機では、高重量負荷による駆動源
の大馬力化、高イナーシヤのための制御系の高級
化あるいは高速送りの困難化などの欠点要因とな
り、かつ、全体構造が大型化するため経済的にも
不利であるという欠点がある。

また、自動三次元測定機といつても、従来はタ
ツチ信号プローブは人手により交換しており、よ
り完全な自動化の行なえる自動三次元測定機が望
まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、送り機構を簡易化でき、全体
構造を小型化できるとともに、より自動化を進め
た自動三次元測定機を提供するにある。

〔発明の構成〕

本発明は、基台に対しテーブルを可動型とする
一方、大型支柱は基台に固定し、かつ、自動化の
実効を期してタツチ信号プローブの自動着脱を行
えるプローブ着脱機構を設けるとともに、可動テ
ーブル上にプローブを複数保持可能なプローブス
トツカを設けるという構成とし、これにより、可
動部の小型化に伴ない送り構造を小型化するとと
もに、プローブの着脱は被測定物の移動に必要な
テーブル等の駆動機構を利用することによつてプ
ローブ着脱機構には特別の送りのための機械、制
御回路等を必要としないようにして技術的、経済
的価値を大きなものとしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

全体構成を示す第１図および第２図において、
天然石材、セラミツク等の石様部材からなる基台
１０は設置床１上に水平に設置され、この基台１
０は略凸字状に形成されるとともに、この凸字状
の基台１０の上面中央には基台１０と同様の石様
部材からなりＹ軸方向の案内面を形成する第１の
案内部材１１がねじ止め固定され、更に、この第
１の案内部材１１の両側には同じく石様部材から
なる偏平な一対の第２の案内部材１２が一部を基
台１０の凸部上面から突出された状態で対称にね
じ止め固定されている。ここにおいて、本明細書
におけるＸ軸方向とは第２図中左右方向を、Ｙ軸
方向とは同図中紙面直交方向を、Ｚ軸方向とは同
図中上下方向即ち鉛直方向を意味し、従つて、こ
れらのＸ，Ｙ，Ｚ軸はＸ，Ｙ軸を水平面内の軸と
し、Ｚ軸方向を鉛直方向とする互いに直交する三
軸とされている。

前記基台１０上には金属製のテーブル５０がＹ
軸方向に移動可能に設けられている。このテーブ
ル５０の下面には、前記第１の案内部材１１の平
行案内面１８に対向されるエアベアリング５１が
ブラケツト５２を介して取付けられるとともに、
前記第２の案内部材１２の上下の平行案内面２０
に対向されるエアベアリング５３およびブラケツ
ト５５を介したエアベアリング５４が夫々取付け
られ、これらの各エアベアリング５１，５３，５
４によりテーブル５０は基台１０上をわずかな力
で移動できるようにされ、かつ、第１の案内部材
１１とエアベアリング５１との作用によりＸ軸方
向への移動が規制され、また、第２の案内部材１
２とエアベアリング５３，５４との作用によりＺ
軸方向の移動が規制され、Ｙ軸方向にのみ真直に
移動できるようになつている。

また、基台１０とテーブル５０との間には、テ
ーブル５０をＹ軸方向に駆動するＹ軸方向駆動機
構６０が設けられている。このＹ軸方向駆動機構
６０は、第３図に示されるように、基台１０にブ
ラケツト６１を介して固定されたモータ６２を備
え、このモータ６２により駆動される送りねじ軸
６４に螺合されたナツト部材６６がブラケツト６
５を介してテーブル５０に固定され、送りねじ軸
６４の回転に伴ないナツト部材６６を介してテー
ブル５０が送りねじ軸６４の軸方向に移動される
ようになつている。この際、送りねじ軸６４は第
１の案内部材１１の溝２１内に配置されている。
また、テーブル５０の送り量は、図示しないＹ軸
方向変位検出手段により計測されるようになつて
いる。

第２図において、前記基台１０の両側面には
夫々支柱９０が固定されている。これらの支柱９
０は夫々鉄等の金属から形成されるとともに、こ
れらの支柱９０の上端間には前記基台１０と同様
な石様部材からなる非移動体側構造体としての梁
１００が横架固定されている。この梁１００の上
には、スライダ１１０がＸ軸方向移動自在に支持
されるとともに、このスライダ１１０はモータ１
２２、送りねじ軸１２４、ナツト部材１２９等か
らなるＸ軸方向駆動機構１２０によりＸ軸方向に
自動送りされ、かつ、その移動量は図示しないＸ
軸方向変位検出手段により計測されるようになつ
ている。

前記スライダ１１０は、第４図に示されるよう
に、前記梁１００を囲むように設けられるととも
に梁１００の四角の各面に対向して夫々エアベア
リング１１１を有するＸ軸方向案内用軸受箱１１
２と、このＸ軸方向案内用軸受箱１１２の前面に
取付けられるとともに内部に平面四角形状に配置
されたエアベアリング１１３を有する上下一対の
Ｚ軸方向案内用軸受箱１１４と、これらのＺ軸方
向案内用軸受箱１１４内にＺ軸方向移動自在に挿
入されたＺ軸構造物１８０と、前記Ｘ軸方向案内
用軸受箱１１２上に立設された支持フレーム１１
５に支持されたＺ軸方向駆動機構１４０と、前記
支持フレーム１１５の上端部に設けられるととも
に前記Ｚ軸方向駆動機構１４０の自由回転を阻止
して前記Ｚ軸構造物１８０の落下を防止するロツ
ク装置１６０とを備えている。

前記Ｚ軸方向駆動機構１４０は、前記支持フレ
ーム１１５に支持されたモータ１４１を備え、こ
のモータ１４１によりタイミングベルト１４２を
介して送りねじ軸１４５を回転駆動できるように
なつている。この送りねじ軸１４５にはナツト部
材１４６が螺合されるとともに、このナツト部材
１４６は一対のローラ１４８および支持フレーム
１１５に固定された案内レール１４７により回動
不能に軸方向に案内されるようになつており、更
に、このナツト部材１４６に固定された連結板１
４９を前記Ｚ軸構造物１８０の上端部に固定され
たブラケツト１５２により軸方向移動不可能かつ
半径方向移動可能に挟持することによつてナツト
部材１４６の軸方向の動きをＺ軸構造物１８０に
伝達できるようになつている。この際、送りねじ
軸１４５の曲がり、偏心等による影響は、連結板
１４９とブラケツト１５２との間の半径方向の滑
りにより吸収され、Ｚ軸構造物１８０にはナツト
部材１４６のＺ軸方向の動きだけが伝達されるよ
うになつている。

前記Ｚ軸構造物１８０は、四角筒からなりＺ軸
部材としての中空の筐体１８１を備えるととも
に、この筐体１８１内にエアバランス機構１９０
およびプローブ着脱機構２００を備えている。こ
のエアバランス機構１９０は、筐体１８１に固定
されるとともに下端を開放されたシリンダ１９１
と、このシリンダ１９１内に収納されるとともに
前記支持フレーム１１５にピストンロツド１９４
を介して支持されたピストン１９２とを備えて構
成され、このピストン１９２とシリンダ１９１の
上部との間に圧縮空気を供給することにより、こ
の圧縮空気の作用でＺ軸構造物１８０の自重を支
持してＺ軸構造物１８０の自重による送りねじ軸
１４５側への荷重の軽減が図られている。また、
Ｚ軸構造物１８０のＺ軸方向の移動量は図示しな
いＺ軸方向変位検出手段により検出されるように
なつている。

前記Ｚ軸構造物１８０は、第５図に示されるよ
うに、四角筒からなるＺ軸部材としての中空の筐
体１８１を備え、この筐体１８１内には、上部に
エアバランス機構１９０が設けられるとともに、
下部にＺスピンドル２２０が固定されている。こ
のＺスピンドル２２０は、プローブ取付部として
のテーパ状の孔２１９を有するとともに、内部に
プローブ支持手段としての下部が中空のボールホ
ルダ２２６を軸方向移動可能に収納している。こ
のボールホルダ２２６は、その下端部に半径方向
移動可能かつ落下防止された複数のボール２２５
を備えるとともに、駆動棒としてのピストンロツ
ド２３２により上下動されるようになつている。
このピストンロツド２３２は多段にピストン２３
３を備え、これらのピストン２３３は、仕切壁２
３４を有する押出し手段としてのアクチエータ２
３５内に収納されて直列な多段の受圧面を有する
ようにされている。また、ピストンロツド２３２
は、引込み手段としての皿ばね２２８により常時
上方、即ち、ボールホルダ２２６を常時小径のガ
イド孔２２１内に引込む方向に付勢されている。
このボールホルダ２２６のガイド孔２２１内への
引込み時には、このガイド孔２２１の作用により
ボール２２５がボールホルダ２２６の内方に突出
され、このボール２２５によりプローブホルダ２
５０の上端のプルスタツド２５１を係止できるよ
うになつている。一方、アクチエータ２３５の作
動により、ピストンロツド２３２が皿ばね２２８
に抗して下方に押圧されたときは、ボールホルダ
２２６が小径のガイド孔２２１内から押出され、
プローブホルダ２５０のチヤツクを解除できるよ
うになつている。また、このピストンロツド２３
２の動きは、ドツグ２３６及び一対の検出器２３
７からなる軸方向位置検出手段２３８により検出
される。

前記Ｚスピンドル２２０は、その下面にプロー
ブホルダ２５０の位置決め用突部２３９を有する
とともに、電気接点としての固定ピン２４３を有
し、この固定ピン２４３によりプローブホルダ２
５０ひいてはこのホルダ２５０に取付けられるタ
ツチ信号プローブ２７０或いは２８０（第６，７
図参照）と電気的導通がとれるようになつてい
る。

なお、前記押出し手段としてのアクチエータ２
３５、引込み手段としての皿ばね２２８およびプ
ローブ支持手段としてのボールホルダ２２６によ
りプローブ着脱機構２００が構成され、このプロ
ーブ着脱機構２００により、プローブ取付部とし
てのＺスピンドル２２０の孔２１９にタツチ信号
プローブ２７０，２８０のプローブホルダ２５０
が着脱されるようになつている。

前記プローブホルダ２５０は、第６図および第
７図に示されるように、上端にプルスタツド２５
１を有するとともに途中にフランジ部２５２およ
びテーパ面２５３を有するホルダ本体２５６を備
え、このホルダ本体２５６の下端部には、下端部
に夫々測定子２７１或いは２８１を有しかつ上部
に雄ねじ２７２或いは２８２を有する形状の異な
るタツチ信号プローブ２７０或いは２８０がねじ
込み固定されるようになつている。この際、タツ
チ信号プローブ２８０は、前記測定子２８１を有
する回動部２８３を備え、この回動部２８３の部
分が雄ねじ２８２を有する本体２８４に対して回
動かつその回動位置で固定可能になるようにされ
ている。

また、前記プローブホルダ２５０のフランジ部
２５２の上面には、前記Ｚスピンドル２２０の下
端部に設けられた突部２３９に係合可能にされ突
部２３９と共に位置決め手段を構成する溝状の係
合凹部２５７が設けられるとともに、前記Ｚスピ
ンドル２２０の下端部に設けられた固定ピン２４
３に当接される接点ピン２６６（第７図参照）が
設けられている。また、フランジ部２５２の下面
には、ピン孔２６８および係合溝２６９が形成さ
れている。

第１図および第２図において、前記テーブル５
０上には、プローブストツカ２９０が設けられて
いる。このプローブストツカ２９０は、第８図に
も示されるように、テーブル５０の一端即ち後端
側に固定された保持台２９１と、この保持台２９
１の上部に固定されるとともにテーブル５０の他
端側即ち前端側に向つて開口された複数の切欠部
２９２を有しテーブル５０の上面と所定間隔を離
された保持板２９３と、この保持板２９３の上面
において前記切欠部２９２の両側位置に突設され
前記プローブホルダ２５０のフランジ部２５２の
下面に形成されたピン孔２６８および係合溝２６
９に係合可能にされこれらのピン孔２６８および
係合溝２６９と共にプローブ姿勢維持手段を構成
するピン２９４およびピン２９５と、から構成さ
れ、このプローブストツカ２９０の保持板２９３
上には前記プローブホルダ２５０が位置調整され
て夫々載置されている。

なお、第１図中符合３１０は、簡略図示されて
いるが、表示部３１１を有するとともに図示しな
いプリンタ、CRT等の周辺機器を有し、更に、
内部に演算機能、記憶機能等を持つ計算機システ
ムを有し、所定のプログラムに従つて各部の動き
を制御する制御装置、符号３２０はテーブル５０
上に載置された被測定物、符合２６はＹ軸方向駆
動機構６０を防塵する蛇腹カバー、符合２７はサ
イドカバーである。また、前記プローブ着脱機構
２００とプローブストツカ２９０とにより、プロ
ーブ自動着脱装置が構成されている。

次に、本実施例の作用につき説明する。

テーブル５０上に固定されたプローブストツカ
２９０の保持板２９３上に所定の形状のタツチ信
号プローブ２７０或いは２８０を取付けたプロー
ブホルダ２５０をセツトし、かつ、テーブル５０
上に被測定物３２０を載置固定する。この状態
で、制御装置３１０により所定の指令を与える
と、この指令によりＹ軸方向駆動機構６０のモー
タ６２が駆動されて送りねじ軸６４等を介してテ
ーブル５０が第１図中左前方に移動され、プロー
ブストツカ２９０が丁度Ｚ軸構造物１８０の下方
に位置するようにされる。一方、Ｙ軸方向駆動機
構６０の駆動とともに、Ｘ軸方向駆動機構１２０
のモータ１２２が駆動され、スライダ１１０がＸ
軸方向に移動されてＺ軸構造物１８０がプローブ
ストツカ２９０上に載置された所定のプローブホ
ルダ２５０の直上位置に移動されて停止される。

この状態で、スライダ１１０内にあるＺ軸方向
駆動機構１４０のモータ１４１が作動されてＺ軸
構造物１８０が下降され、Ｚ軸構造物１８０の内
部に収納されたＺスピンドル２２０のプローブ取
付部としての孔２１９にプローブホルダ２５０が
収納されるようになる。この際、第５図におい
て、アクチエータ２３５が作動され、駆動棒とし
てのピストン２３２を皿ばね２２８に抗して押し
下げているため、ボールホルダ２２６はガイド孔
２２１から外れボール２２５がフリーの状態にあ
り、このため、プローブホルダ２５０の上端のプ
ルスタツド２５１がボールホルダ２２６内に容易
に挿入されることなる。

次いで、アクチエータ２３５の作動を解除する
と、皿ばね２２８の作用によりピストンロツド２
３２が上昇されるため、ボールホルダ２２６によ
りプルスタツド２５１が引込まれ、プローブホル
ダ２５０のテーパ面２５３が孔２１９に係合さ
れ、かつ、プローブ着脱機構２００の下端部に形
成された突部２３９がプローブホルダ２５０の係
合凹部２５７へ挿入され、更にプローブ着脱機構
２００の固定ピン２４３がプローブホルダ２５０
の接点ピン２６６に接触され電気的な導通がなさ
れる。

このようにして、プローブ着脱機構２００への
プローブホルダ２５０の取付けが調整された後、
前記Ｙ軸方向駆動機構６０、Ｘ軸方向駆動機構１
２０およびＺ軸方向駆動機構１４０を制御装置３
１０の指令により駆動し、Ｚ軸構造物１８０の下
端に取付けられたタツチ信号プローブ２８０の測
定子２８１を被測定物３２０の所定位置に接触さ
せ、その接触時における測定子２８１のＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向の位置を制御装置３１０で記憶し、順次
この測定子２８１による被測定物３２０への接触
点の測定を行つて被測定物３２０の計測を終了す
る。この被測定物３２０の測定にあたり、タツチ
信号プローブ２８０を取換える必要があるとき
は、前述と同様にしてＺ軸構造物１８０をプロー
ブストツカ２９０の上方位置に位置させ、プロー
ブストツカ２９０上に載置された所定のプローブ
ホルダ２５０をＺ軸構造物１８０に取付けること
により行うことができる。この際、使用済のプロ
ーブホルダ２５０は、プローブストツカ２９０の
切欠部２９２の内、空いている個所に戻すことと
なるが、この戻し作業は、空いている切欠部２９
２の位置にＺ軸構造物１８０を位置させた後、ア
クチエータ２３５を作動させ、皿ばね２２８に抗
してピストン２３２を下降させ、ボールホルダ２
２６によるプルスタツド２５１の把持を開放し、
この開放状態のままＺ軸構造物１８０を上昇させ
ればよい。

上述のような本実施例によれば次のような効果
がある。

すなわち、本実施例は、テーブル５０を可動と
したから、重量の大きい支柱９０等を動かす必要
がなく、その駆動機構すなわちＹ軸方向駆動機構
６０を小さな動力としてよく、かつ、慣性も小さ
くなるからテーブル５０の停止位置も正確にでき
る。また、Ｚ軸構造物１８０内にはプローブ着脱
機構２００を設けるとともに、テーブル５０上に
プローブストツカ２９０を設け、かつ、テーブル
５０を移動させる構造としたから、タツチ信号プ
ローブ２７０，２８０の自動取換えの機能を小型
かつ簡易に達成することができる。また、複数の
タイプのタツチ信号プローブ２７０，２８０を予
じめプローブホルダ２５０に取付けてプローブス
トツカ２９０上に姿勢調整のうえ用意してあるか
ら、タツチ信号プローブ２７０，２８０の交換作
業はタツチ信号プローブ２７０，２８０による一
点の測定動作と同程度の時間で行なうことがで
き、タツチ信号プローブ２７０，２８０を取換え
ながらの作業を極めて迅速に行なえる。この際、
タツチ信号プローブ２７０，２８０の取換え毎
に、図示しない原点位置にタツチ信号プローブ２
７０，２８０を接触させて原点チエツクを行なつ
ても良く、このように交換毎に原点チエツクをす
れば、より測定精度を向上できる。また、プロー
ブ着脱機構２００におけるピストンロツド２３２
の駆動源は、複数の受圧面を有するアクチエータ
２３５により行なつたから、一般の工場に配設さ
れている比較的低圧の圧縮空気を用いて、プロー
ブホルダ２５０の保持を行なつている皿ばね２２
８を強力なばね力としても、十分に皿ばね２２８
のばね力に打勝つてピストンロツド２３２を駆動
することができ、プローブホルダ２５０の取付け
を確実に行なうことができる。また、Ｚスピンド
ル２２０とプローブホルダ２５０とは、突部２３
９と係合凹部２５７とにより位置決めされるか
ら、Ｚスピンドル２２０に対する取付位置を正確
に設定することができる。また、プローブホルダ
２５０のプローブストツカ２９０への設置時に
は、ピン孔２６８および係合溝２６９とピン２９
４および２９５とにより位置決めされるから、そ
の設置位置を正確に行なうことができる。更に、
基台１０および梁１００は石様部材で構成されて
いるから、経時変化による精度低下を有効に防止
できる。

なお、本発明の実施にあたり、プローブ着脱機
構２００におけるプルスタツド２５１の支持部即
ちボールホルダ２２６は、前記構造に限らず、電
磁石で支持するもの、コレツトチヤツクで支持す
るもの等でもよい。また、プローブ着脱機構２０
０におけるプルスタツド２５１の支持方法は、前
記実施例のように常時挟持しているものに限ら
ず、一旦、引込み完了後は、プローブホルダ２５
０のテーパ面２５３とＺスピンドル２２０のテー
パ孔２１９とで保持するものであつてもよい。更
に、各Ｙ，Ｘ，Ｚ軸方向駆動機構６０，１２０，
１４０のモータ６２，１２２，１４１は、AC，
DC、パルス電動機のみならず、エアモータ、油
圧モータ等も含むものである。また、プローブ着
脱機構２００は、Ｚ軸構造物１８０中に設けるも
のに限らず、その外部に設けるものであつてもよ
く、かつ、その構造も前記実施例の構造に限定さ
れない。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ直交三軸のうちＺ軸は
必ずしも鉛直である必要はなく、Ｘ軸が鉛直であ
つてもよく、この場合はＺスピンドル２２０は水
平に配置されることとなる。更に、本発明におけ
るタツチ信号プローブとは、タツチ信号プローブ
２７０，２８０そのものに限らず、プローブホル
ダ２５０に取付けられたものをも含む概念であ
る。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、駆動部分の構造
の小型、簡易化ができるとともに、より自動化の
進んだ自動三次元測定機を提供できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す斜
視図、第２図はその正面図、第３図はＹ軸方向駆
動機構の拡大側面図、第４図はスライダの一部を
切欠いた拡大側面図、第５図はプローブ着脱機構
の拡大断面図、第６図はプローブホルダの一部を
切欠いた拡大図、第７図は第６図の平面図、第８
図はプローブストツカの拡大平面図である。 １０…基台、６０…Ｙ軸方向駆動機構、１００
…梁、１１０…スライダ、１２０…Ｘ軸方向駆動
機構、１４０…Ｚ軸方向駆動機構、１８０…Ｚ軸
構造物、２００…プローブ着脱機構、２１９…プ
ローブ取付部としての孔、２２０…Ｚスピンド
ル、２２６…ボールホルダ、２２８…引込み手段
としての皿ばね、２３５…押出し手段としてのア
クチエータ、２５０…プローブホルダ、２７０，
２８０…タツチ信号プローブ、２７１，２８１…
測定子、２９０…プローブストツカ、３１０…制
御装置、３２０…被測定物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｙ軸を水平面内の軸とした互いに直交する
   Ｘ，Ｙ，Ｚ三軸のうち少なくともＹ軸方向の案内
   面を有する基台と、この基台に案内されＹ軸方向
   に自動送りされるテーブルと、下端部が基台に固
   定されるとともに基台の両側に立設された一対の
   支柱と、この一対の支柱間に横架された梁に保持
   されＸ軸方向に自動送りされるスライダと、先端
   にタツチ信号プローブ取付部を有するとともに前
   記スライダに支持されＺ軸方向に自動送りされる
   Ｚスピンドルと、前記テーブルに設けられ複数の
   タツチ信号プローブを整列保持するプローブスト
   ツカと、テーブルおよびスライダが静止状態にあ
   るときにプローブストツカから選択された１のタ
   ツチ信号プローブを前記Ｚスピンドルのタツチ信
   号プローブ取付部に装着するためのプローブ着脱
   機構とを具備したことを特徴とする自動三次元測
   定機。