JPS60224010A - 自動三次元測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、被測定物に測定子を三次元的に当接させて被
測定物の形状等を測定する三次元測定機に係り、特に被
測定物と測定子とを自動的に相対移動させて測定する自
動三次元測定機に関する。

［背景技術］ 一般に、三次元測定機における測定子の移動機構として
は、三次元の各軸の構造物を順次積重ねていく方法がと
られているが、謂わゆる自動型の場合は、積重ね方式と
すると測定子側機構が次の機構への荷重となるので高出
力の駆動源を必要とし、装置全体の大型化を招くという
問題がある。

また、これは精度保証上も不利であり、かつ、移動スピ
ードの関係から測定能率が悪いという欠点もある。

これを解決すべく、本出願人！±、測定子を三次元的に
移動させるのではなく、測定子側は二次元的に移動させ
るとともに、被測定物を一次元的に移動させて結果的に
相対三次元移動させるテーブル移動型自動三次元測定機
を提案している。これによれば、測定子保持側移動機構
は、−動方向減った分、軽量、小型となり、前記欠点が
解消される。しかしながら、テーブルの移動機構に新た
な問題が生じた。

即ち、他の移動機構の可動部に対し、テーブル移動型で
は可動部たるテーブルが大型となるため、総合精度がｌ
ｐｍ以下を要求される測定機にあっては、その移動の直
線性等の確保が難しいということである。

一方、平面的テーブルを水平移動させるには、熱的変形
等を考慮してテーブルの一側を基準とした謂わゆる片側
基準のテーブルとすることが多く行われているが、測定
機においては必ずしも得策ではない。その収縮、伸張自
体が測定精度に影響を及ぼすが、その際に基準部位から
離れた他側部が大きな影響を受けるからである。これは
、駆動軸の配置関係で平行移動を困難とする問題、即ち
、駆動軸たる送りねじ軸を片側に配置すると、この軸の
曲がりによる他側の受ける影響が大きいという問題もあ
る。

また、テーブルの固定側における案内は、一般的にＶ溝
の延長方向案内とされるが、これは直交三軸のうち、■
溝に直交する２軸の各軸方向の位置規制の調整が困難な
ため、各軸方向毎の位置規制の調整を正確に必要とする
三次元測定機にあっては、実用上採用すべき理由がない
。この意味で従来の三次元測定機ではテーブル移動型が
採用されていなかったといえる。

また、三次元測定機においてテーブル移動型を採用しよ
うとする場合、テーブルの案内の信頼性即ち真直な案内
の保証およびその経年変化の少ない保証を得ることが必
要とされ、更にはその加工の容易性も必要とされる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、テーブル移動型の自動三次元測定様の
特徴を発揮でき、真直な案内および経年変化がなく、か
つ、加工も容易な移動案内機構を備えた自動三次元測定
機を提供するにある。

［発明の構成］ 本発明は、基台を天然石材またはセラミ・ンクスからな
る毛様部材とするとともに、テーブルを水平面内の軸で
あるＹ軸方向に自動駆動されるように設け、このテーブ
ルを駆動方向に直交するテーブルの幅方向の中間におい
て基台側に軸支された送りねし軸に連結しするとともに
、基台の幅方向中心部にＸ軸に直交する相互に平行な２
つの案内面を有する毛様部材からなる第１の案内部材を
Ｙ軸方向に配置し、この第１の案内部材をＹ軸方向に少
なくとも３組以上配列した曲がり辺止部材で真直度を矯
正しつつ基台に取付け、更に、第１の案内部材のＸ軸方
向両側位置においてＺ軸方向に直交する相互に平行な２
つの案内面を有する毛様部材からなる第２の案内部材を
Ｙ軸方向に沿って基台に一対固定し、かつ、前記テーブ
ルを前記第１、第２の案内部材の各案内部材を利用した
エアベアリングを介してＹ軸方向に案内するようにした
もので、これにより送りねじ軸をテーブルの幅方向の中
間に配置したことでねし軸の曲がり等によるる影響を片
側基準の場合に比べて約半分に減少させ、かつ、Ｘおよ
びＺ軸方向位置規制を第１、第２の案内部材の各案内面
で案内させて真直に行ない、これらの第１、第２の案内
部材を毛様部材とすることで経年変化を少なくし、更に
、第１、第２の案内部材を各別に設けることにより各軸
毎の調整を可能としてテーブルの正確な送りを達成しう
るようにし、かつ、加工を容易にしたものである。

［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
、セラミックス等の毛様部材からなる基台ｌＯは、複数
の水平出し治具３０を介して設置床ｌ上に水平に設置さ
れる。この基台ｌＯは略凸字状に形成されるとともに、
この凸字状の基台ｌＯの上面中央には基台ｌＯと同様の
毛様部材からなりＹ軸方向の案内面を形成する第１の案
内部材ｌｌがねじ止め固定され、さらに、この第１の案
内部材１１の両側には同しく毛様部材からなる偏平な一
対の第２の案内部材１２か一部を基台１０の凸部上面か
ら突出された状態で対称にねし止め固定されている。こ
の際、案内部材１１および第２の案内部材１２の基台１
０への固定構造は、第３図に示されるように、基台１０
に設けられた盲孔１３内に接着固定された固定金具１４
のねし孔に第１の案内部材１１あるいは第２の案内部材
１２を貫通してボ２しｈ１６をねし込むことによりなさ
れる。また、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、Ｘ軸方
向とは同図中上下方向すなわち鉛直方向を意味し、従っ
て、これらのｘ、ｙ、ｚ軸はＸおよびＹ軸を水平方向の
軸とし、Ｘ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。

前記水平出し冶具３０は、第４図に示されるように、側
面略凹字状に形成されたベース３１と、このベース３１
内に摺動自在に収納され上面に傾斜面３２を形成された
摺動片３３と、前記ベース３１の立上り部に進退可能に
ねじ込まれ前記摺動片３３をベース３１の底面に沿って
進退させるボルト３４と、前記ベース３１の両側の側壁
内に上下方向摺動可能に設けられるとともに前記摺動片
３３の傾斜面３２に係合する傾斜面３５を有しかつ前記
基台１０の下面に当接された当接片３６とから構成され
、前記ボルト３４をまわすことにより両頭斜面３２．３
５の作用によって設置床１に対する基台ｌＯの高さ位置
を調整し、基台１０の水平位置出しを行なえるようにな
っている。

前記第１の案内部材１１の両側位置には、複数対例えば
３対以上、実際には１６ないし３２対程度の曲がり矯正
手段４０が配置され、第１の案内部材１１の真直度が出
せるようになっている。この曲がり矯正手段４０は、第
５図に示されるように、基台１０の上面に形成された溝
１７の側面に接着固定されるとともにこの固定面とは反
対側の面に傾斜面４１を有する固定片４２と、この固定
片４２の傾斜面４１に係合される傾斜面４３を有すると
ともにこの傾斜面４３とは反対側において第１の案内部
材１１のＸ軸方向移動規制用平行案内面１８に当接され
る垂直面４４を有する可動片４５と、前記基台ｌＯに形
成された盲孔１９内に接着固定されるとともに中心にね
し孔４６を有する固定金具４７と、前記可動片４５を貫
通して固定金Ｊｔ４７のねし孔にねじ込まれるボルト４
８とから構成され、ホルト４８のねじ込み量を調整する
ことにより、Ｍｌ＜面４１と傾斜面４３との保合位置を
変化させて垂直面４４により平行案内面１８を押圧して
第１の案内部材１１の真直度を矯正できるようになって
いる。

前記基台１０上には金属製のテーブル５０か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かブラケット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Ｘ
軸方向移動規制用平行案内面２０のうち上方の案内面２
０に対向される比較的大型のエアベアリング５３が設け
られ、更に、平行案内面２０の下側の案内面２０に対向
されるエアベアリング５４がプラケフト５５を介して取
付けられ、これらの各エアヘアリング５１，５３．５４
によりテーブル５０は基台１０上をわすかな力で移動で
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軸方向への移動か規制され
、また、第２の案内部材１２とエアベアリング５３゜５
４との作用によりＸ軸方向の移動が各軸別に調整されて
規制され、Ｙ軸方向にのみ真直に移動できるようになっ
ている。

また、基台１０とテーブル５０との間には、テーブル５
０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６図に示さ
れるように、基台１０にプラケフト６１を介して固定さ
れたモータ６２と、このモータ６２の出力軸に連結され
たポールねじ軸からなる送りねじ軸６４と、この送りね
じ軸６４に移動可能に螺合されるとともにブラダ・ント
６５を介してテーブル５０に固定されたす・ント部材６
６とを備えて構成され、モータ６２の駆動によりテーブ
ル５０をＹ軸方向に駆動できるようになっている。この
際、送りねじ軸６４は第１の案内部材１１の溝ｚｌ内に
配置され、これにより送りねじ軸６４はテーブル５０の
幅方向即ちＸ軸方向の中間、略中夫に位置するようにさ
れている。

前記モータ６２によるテーブル５０の送り量は、第２図
に示されるように、前記第１の案内部材１１側に設けら
れたスケール７６およびテーブル５０のグラケント５２
側に設けられた検出部７７からなるＹ軸方向移動量計測
手段７５により計測され、また、テーブル５０の原点位
置即ち絶対位置測定するための零点位置は、前記第１の
案内部材１１側に設けられたゼロマーク８１およびテー
ブル５０側に設けられた検出スイッチ８２からなるゼロ
セット手段８０により設定されるようになっている。さ
らに、テーブル５０の移動範囲の規制は、基台１０上に
設けられたドック８５およびテーブル５０側に設けられ
た図示しないリミットスイッチにより行われるようにな
っている。

第２図において、前記基台ｌＯの両側面には夫々支柱９
０が固定されている。この支柱９０の基台１０に対する
固定構造は、基台１０の両側面に沿ってＹ軸方向に夫々
複数箇所設けられた孔２２内に挿入された略杵状の締付
金具２３に貫孔２４を貫通してねじ込まれるボルト２５
により行われている。これらの支柱９０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と同様な毛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ｇ
ｔｏｏと支柱９０との固定構造も、前記支柱９０と基台
１０との固定構造と同様に、天然石材等からなる梁１０
０側に設けられた孔１０１と、この孔１０１内に挿入さ
れる金属材からなる略杵状の締付金具１０２と、梁１０
０側に設けられた貫孔１０３を貫通して挿入され締付金
具１０２のねし穴に螺合されるポル）１０４とから構成
されている。

前記梁１００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
１２２、送りねじ軸１２４、ナ、ント部材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、梁１００の背面にはスライダ１１０をＸ軸
方向に案内するためのカイトレール１０５およびスライ
ダ１１０の移動量を検出するためのスケール１０６か夫
々設けられている。

前記スライダ１１０は、第７図に示されるように、前記
第ｌＯＯ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１１２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Ｘ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１１
２上に立設された支持フレーム１１５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
するロック装置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１１
５に支持されたモータ１４１と、このモータ１４１によ
りタイミングヘルド１４２を介して回転駆動されるとと
もに支持フレーム１１５の上下部に夫々その上下端部を
回転自在に支持された比較的大きな例えば４ｍｍ以」二
のねしピッチを有する送りねじ軸１４５と、この送りね
じ軸１４５に軸方向移動可能に支持されたナツト部材１
４６と、このナツト部材１４６に回転自在に支持される
とともに前記支持フレーム１１５の第４図中手前側の壁
面（図示せず）に取付けられたガイトレール１４７の両
側壁を挟持するように当接されガイドレール１４７に沿
ってナツト部材１４６をＺ軸方向移動容易かつ回動不能
に案内する一対のローラ１４８と、前記ナツト部材１４
６に固定された連結板１４９と、この連結板１４９の突
出端上下面に送りねじ軸１４５の軸方向移動不可能かつ
半径方向移動容易に連結されるとともに前記Ｚ軸構造物
１８０の上端部に固定されたブラケット１５２と、を備
えて構成され、前記モータ１４１の駆動によりブラケッ
）１５２を介してＺ軸構造物１８０をＺ軸方向に駆動で
きるようになっている。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に対し送りね
じ軸１４５の軸方向移動不可能かつ半径方向移動可能に
された部分で吸収され、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っ
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１８
１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にピストンロッド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の重量を支持してＺ軸構造物１８０の自
重による送りねじ軸１４５側への負荷の軽減が図られて
いる。また、筐体１８１と前記支柱フレーム１１５との
間には図示しないスケールと検出器とからなるＺ軸方向
移動量検出手段が設けられ、Ｚ軸構造物１８０の軸方向
の移動量が検出されるようになっている。

前記プローブ着脱機構２００は、その内部に回転可能な
Ｚスピンドル２２０を備え、このＺスピンドル２２０の
下端に設けられたプローブ取付用孔にはプローブホルダ
２５０を（第１．２図参照）介して測定子２８１を有す
るタッチ信号プローブ２８０が取付けられている。

前記テーブル５０上には、その一端側即ち第１図中右奥
側にプローブストッカ２９０が設けられている。このプ
ローブストッカ２９０は、保持台２９１を介してテーブ
ル５０と所定間隔をおｌ、１て取付けられた保持板２９
３（第２図参照）を備え、この保持板２９３にはテーブ
ル５０の他端側即ち第１図中、左手前側に向って開口さ
れた多数のＵ字状の切欠部２９２が設けられ、これらの
切欠部２９２には所定のタッチ信号プローブ２８０を有
するプローブホルダ２５０が、所定の取付姿勢で載置支
持されている。

なお、第１図中符号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、Ｃ
ＲＴ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
に従っ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、符号２６はＹ軸
方向駆動機構６０を防塵する蛇腹力／クー、符号２７ｔ
まサイドカバーである。

次に、本実施例の作用につき説明する。

制御装置３２０からの指令により、テーブル５０をＹ軸
方向駆動機構６０により駆動し、Ｚスピンドル２２０の
下方にプローブスト−／力２９０を位置させ、この状態
でスライｐ゛ｌ　ｌ　ＯおよびＺ軸構造物１８０をＸお
よびＺ軸方向に移動させてＺスピンドル２２０の下端に
プローブストッカ２９０上の所定のプローブホルダ２５
０を挿入固着する。このプローブホルダ２５０のＺスピ
ンドル２２０への取付けは、Ｚスピンドル２２０内に設
けられた図示しないプローブ着脱機構により行われる。

ついで、テーブル５０を後退させれば、プローブホルダ
２５０がプローブストッカ２９０から外れ、タッチ信号
プローブ２８０による測定が可能な状態となる。この状
態で、２軸構造物１８０、スライダ１１０およびテーブ
ル５０を制御装置３１Ｏからの指令によりｚ、ｘ、ｙ軸
方向に移動させながらタッチ信号プローブ２８０の測定
子２８■を被測定物３２０の被測定個所に順次当接させ
て被測定物３２０の形状測定を行い、制御装置３２０の
表示部３１１に表示させ、かつ、プリントアウトさせる
。

」二連のような本実施例によれば、テーブル５０を可動
型にすることにより、測定子２８１を有する可動部分を
スライダ１１０以後の軽量な部分として測定子２８１側
における可動部の重量による撓みを極めて少なくし、測
定精度の向上を図ることができる。可動型のテーブル５
０において、その駆動用の送りねじ軸６４をテーブル５
０の中間、特にその中央部に配置したから、その片側に
配置したものに比べ送りねじ軸６４の曲がり等により生
じるテーブル５０の側縁における誤差を小さくできる。

また、テーブル５０のＹ軸方向への案内にあたり、Ｙ軸
に直交するＸ軸方向およびＸ軸方向への移動の規制は、
それぞれ第１の案内部材１１および第２の案内部材１２
で各別に行うようにしたから、■溝で規制する構造に比
べ極めて高精度に案内できる。この際、第１．第２の案
内部材１１．１２は、共に基台ｌＯとは別体に製作され
ているから、それらの各案内面１８．２０を容易に平行
面に形成でき、かつ、第１の案内部材１１は曲がり矯正
手段４０により真直に矯正できるから、この点からもよ
り高精度な案内を行える。更に、第１、第２の案内部材
１１．１２は共に天然石材等の毛様部材であるから経年
変化が極めて少なく長年にわたり精度保証をできる。ま
た、テーブル５０の支持は、エアベアリング５１．５３
．５４により行われるから、Ｙ軸方向駆動機構６０の負
荷を小さくできる。更に、送りねじ軸６４をテーブル５
０の幅方向に配置したから、エアベアリング５１，５３
．５４への空気停止時におけるクリアランスは、送りね
じ軸６４の僅かな撓みによって吸収できる。

なお、前記実施例における駆動源としてのモータ１４１
．１６２は、ＡＣ、ＤＣ、パルス電動機に限らず、エア
モータ、油圧モータ等でもよい。

上述のように本発明によれば、テーブル移動型の自動三
次元測定機を実現するのに有効な移動案内機構を提供で
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図はその一部を切欠いた正面図、第３図養乃至第５図
は第２図の要部を示す拡大図、第６図はＹ軸方向駆動機
構の拡大側面図、第７図はスライダの一部を切欠いた拡
大側面図である。 １０・・・基台、１１．１２・・・Ｙ軸方向の案内面を
形成しＸおよびＸ軸方向位置規制手段を構成する第１、
第２の案内部材、１８．２０・・・平行案内面、４０・
・・曲がり矯正手段、５０・・・テーブル、５１．５３
．５４・・・エアベアリング、６０・・・Ｙ軸方向駆動
機構、１８０・・・Ｚ軸構造物、２２０・・・Ｚスピン
ドル、２８０・・・タッチ信号プローブ、２８１・・・
測定子、３１０・・・制御装置、３２０・・・被測定物
。 代理人　弁理士　木下　実三 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図 第６図 −）、−５０ −■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに直交するｘ、ｙ、ｚ三軸のうちＹ軸を水平
   面内の軸とし、先端にタッチ信号プローブを有し基台に
   対し相対的にＸおよびＸ軸方向に自動駆動されるＺスピ
   ンドルと、Ｙ軸方向に自動駆動されるテーブルとを備え
   た自動三次元測定機であって、前記基台を天然石材また
   はセラミックスからなる毛様部材で形成し、この基台の
   幅方向即ちＸ軸方向の中心部にＸ軸に直交する相互に平
   行な２つの案内面を有する毛様部材からなる第１の案内
   部材をＹ軸方向に沿って配置するとともに、この第１の
   案内部材をＹ軸方向に少なくとも３組以上配列された曲
   がり矯正手段を介して基台に取付け、この第１の案内部
   材のＸ軸方向両側位置においてＸ軸方向に直交する相互
   に平行な２つの案内面を有する毛様部材かならる第２の
   案内部材をＹ軸方向に沿って基台に一対固定し、かつ、
   前記テーブルを前記第１、第２の案内部材の各案内面を
   利用したエアヘアリングを介して基台にＹ軸方向移動可
   能に案内するとともに、前記第１の案内部材の両案内面
   の中間において基台側に回転可能に支持された駆動ねじ
   軸に前記テーブルを螺合連結したことを特徴とする自動
   三次元測定機。