JPS62265520A - ２つの検出子を備えた三次元測定機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、テーブル上の測定対象物と支柱に変位可能に
支持された検出子とを三次元方向に相対移動させつつ形
状、寸法等を測る三次元測定機の改良に関する。

〔１？景技術とその問題点〕 テーブルにａ置された測定対象物と、基台に固定されま
たは移動可能とされた支柱にＸ軸およびＺ軸方向に変位
可能に支持された検出子とを三次元方向に相対移動させ
つつその測定対象物の形状や寸法を測るいわゆる三次元
測定機が知られ、高精度−１定可能なことから多くの産
業分野で利用されている。

かかる三次元測定機の一般的構造は、検出子を支持しか
つそれを三次元方向（Ｘ、ＹおよびＺ軸方向）に移動さ
せるための移動機構とテーブルとから形成される機械部
と、検出子からの信号を所定処理し形状等を求めるデー
タ処理装置を含む電子部とから構成されている。

ここに、従来三次元測定機の上記機械部について第６図
を参照しながら説明すると、この支柱固定型は、基台ｌ
上にテーブル７と支柱２．２が設けられ、支柱２，２上
をＹ軸方向に移動可能とされたＸスライダ１９，１９、
このＸスライダ１９゜１９に渡架された横桁部材３上を
Ｘ軸方向に移動可能とされたＸスライダ４およびこのＸ
スライダ４に支持されたＺ案内ボックス５内をＺ軸方向
に移動可能なスピンドル６とから移動機構を形成し、そ
のスピンドル６の先端側に検出子１０を取り付けて機械
部を構成していた。したがって、テーブル７に載置した
測定対象物（図示省略）に対しスピンドル６を把持して
検出子１０を接触等させつつそのスピンドル６の三次元
的座標値を順次検出し図示省略の電子部で所定処理する
ことによって測定対象物の形状、寸法等を測ることがで
きた。

しかしながら、上記従来の三次元測定機には次のような
問題点があった。

（９二次元測定機の普及に伴いその測定対象物も拡大さ
れ、検出子１０をタッチ信号プローブ等に限定していた
のではその接触子が妥当関与できず（たとえば、プリン
ト配線基盤の電子部品取付穴等の穴径、大間ピンチを測
る場合、その穴に接触子が入らない）測定不能というこ
とが生した。そこで、従来、タッチ信号プローブ等の検
出子ｌＯに代えて工具顕微鏡をスピンドル６に取り付け
て測る方法が採られる場合があった。しかし、この場合
いは検出子１０を代えるごとにいわゆる雰合わせ作業を
行わなければならず極めて作業能率の悪いものであった
。

■また、測定対象物の適応性拡大は、上記の場合でいう
タッチ信号プローブと工具顕微鏡とのいずれか一方では
全点測定を行うことができない場合が多く生じたが、ス
ピンドル６へそれら検出子ＩＯを交換取付すること自体
が接触子等の位置づれけを起こさせてしまうため、結果
として測定精度が低くなり、測定作業の限定がされてし
まうという問題があった。しかも、作業者ごとのねじ締
付は等の差異も精度に大きな影ツを残し統一的管理、生
産ができないという欠点もあった。

■また、上記雨検出子ＩＯの交換は、その作業の煩雑化
、位置づれ誤差の発生等のみならず、測定工程中に手作
業が入るためのコンピュータ制御いわゆるＣＮＣ三次元
測定機の達成が困難であるという致命的欠陥を有すると
いう問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来問題点を除去し、検出子交換作業を
することなく迅速かつ高精度で測定対象の広い２つの検
出子を備えた三次元測定機の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
相互に一定の関連を持たせた２つの検出子を備えること
によって煩雑作業をすることなく高速で高精度の測定を
できるようするのである。これがため、テーブル上の測
定対象物と検出手段とを三次元方向に相対移動しつつ測
定対象物の寸法形状等を測る三次元測定機において、前
記検出手段を各軸線がＺ軸線と平行であってＺ軸線方向
に変位可能かつＸＩ！ｔｈ線およびＹ軸線方向に変位不
能された２つの検出子を備えて構成し前記目的を達成す
るのである。

本発明は上記構成とされているから、一方検出了を用い
た測定と他方検出子を用いた測定並びに雨検出子のＸ軸
方向およびＹ軸方向の相対変位が不能とされているから
原点合わせ等を都度しなくとも、雨検出子を両用した測
定が検出子を交換することなく迅速かつ精度よく行うこ
とができる。

また、２つの検出が備えられているので接触型と非接触
型あるいは一般的精度検出子と高精度検出子というよう
な組み合わせ使用ができるので適用性を飛！ｒＪ的に向
上できる。

〔実施例〕

本発明に係る２つの検出子を備えた三次元測定機の一実
施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、第１図〜第３図をもって三次元測定機の概略全体
構成を説明すると、基台１のＸ軸方向の両側に一対の支
柱２，２が立設され、この支柱２２の上記側にＸスライ
ダ４をＸ軸方向に摺動自在に案内する横桁部材３が渡架
されている。Ｘスライダ４に一体的に設けられたＺ案内
ボックス５には、Ｙ軸方向に変位可能な変位部材たるス
ピンドル６と角柱体２５が支持され、スピンドル６には
検出手段ｌＯの一方検出子たるタッチ信号プローブ１１
が角柱体２５にはその他方検出子たるビデオカメラ２１
にＺ軸を合わせる鏡筒２２が設けられている。この鏡筒
２２には拡大レンズ（図示省略）が倍率切替可能に内蔵
されている。そして、測定対象物（図示省略）を取り付
けるためのテーブル７は基台ｌに対しＹ軸方向に移動可
能とされている。したがって、２つの検出子をＸスライ
ダ４に一体的とされたＺ案内ボックス５に取り付けても
、それら検出子側すなわち検出手段１０側をｆ多動させ
る必要がないから本体構造を小型軽量化できる。

なお、基台ｌにはＹ軸方向に沿って断面コ字状の凹所１
４が設けられ、ここに図示省略したテーブル７の基台！
に対するＸ軸位置規制手段、Ｘ軸位置規制手段、Ｙ軸方
向変位検出手段等が収容できるようされており、蛇１１
１８．８等による防塵装置によりそれら手段に塵埃等が
侵入しないよう構成されいる。

次に、第４図を参照して雨検出子の相互関係を示す構造
を説明する。これはＺ案内ボックス５に収容されており
、第２図のＩＶ−［Ｖ矢視線に基づく側断面図である。

第４図に見られるように先端側に接触子１２を有するタ
ッチ信号プローブ１１が設けられたスピンドル６は、Ｘ
スライダ４に支持されたエアベアリング９にＹ軸方向に
慴動自在に支持されるとともに、同じくＸスライダ４に
支柱部材８４で支持さた保持部材８３に回動可能とされ
たローラ８２，８２に渡架された吊ひも８０でバランス
ウェイト８１とウェイトバランスされている。したがっ
て、スピンドル６は微力でＹ軸方向に移動させることが
できる。

そして、このスピンドル６は、第１駆動手段３０によっ
て自動運転あるいはＣＮＣ運転できるよう構成されてい
る。第１駆動手段３０は、Ｘスライダ４に一体的に設け
られた支持台３６に上端面側に固着されたモータ３１、
このモータ３１で駆動されるギヤ３２，３３、このギヤ
３３で回動駆動されるねじ軸３４およびこのねじ軸３４
に螺合されスピンドル６に一体化形成されたナツト部材
３５とから形成されている。これにより、スピンドル６
は、モータ３１を駆動制御することによってＹ軸方向に
定量的に移動制御できるようなっている。

一方、他方の検出子たるビデオカメラ２１に主軸を一致
させる鏡筒２２を支持する角柱体２５はスピンドル６に
一体化形成された下支持板１７に−設けられたエアヘア
リング２９にＹ軸方向に摺動自在に支持されるとともに
、第２駆動手段４０でさらにＹ軸方向に相対移動可能と
されている。この第２駆動手段４０は、スピンドル６と
一体的な下支持板１６と下支持板１７とに回動可能に支
持されたねし軸４２と、このねし軸４２に螺合されたナ
ツト部材２３およびねじ軸４２を駆４動するためのモー
タ４１とから構成されている。なお、４３はロータリー
エンコーダであって、スピンドル６に対する角柱体２５
の２軸方向移動変位量を検出するためのものである。こ
こに、角柱体２５すなわち他方の検出子たるビデオカメ
ラ２１　、　Ｇｎ筒２２は第２駆動手段４０によってス
ピンドル６すなわち一方の検出子たるタッチ（３゛号プ
ローブ１１に対し相対変位可能とされかつ、第２駆動手
段４０を駆動させないときはスピンドル６と一体的に、
すなわち同期的にＹ軸方向に変位可能と構成されている
。

また、この実施例における電子部は、第５図に見られる
ようにビデオ測定回′８５０とタッチ測定回路６０がデ
ータ処理装置７０等から構成されるいる。

タッチ測定回路６０は、検出手段１０の一方の検出子で
あるタッチ信号プローブ１１の接触子１２が測定対象物
（図示省略）に当接されたときにタッチ信号プローブ１
１から発せられるタッチ信号に基づいて測定対象物の当
該測定面の座１　（Ｘ。

ＹおよびＺ軸方向の基準点に対する当該位置）データを
特定するデータ特定回路６１とこのデータ特定回路６１
で特定した座標データを測定プログラムに基づいて所定
処理し、寸法形状を求める測定部６２とからなついる。

したがって、データ特定回路６１には、Ｘ軸方向変位検
出器６５、Ｙ軸方向変位検出器６６およびＺ軸方向変位
検出器６７の各出力が入力され、また、後記ビデオ測定
回路５０のためのロータリーエンコーダ４３も接続され
ている。

また、ビデオ測定回路５０は、鏡筒２２から入射された
測定対象物の測定面からの反射光を受けてその測定面を
観察するビデオカメラ２１からの出力信号を白、黒の二
値化信号に変換する信号変換回路５１と、この二値化信
号を画像蓄積する配位回路５２と、その二値化信号され
た画像を写すモニタ７２と、このモニタ７２に写された
画像の３１測すべきポイント、線あるいは面積を特定す
るためにエツジ検出するためのエツジ検出手段５３およ
びこのエツジ検出手段５３で検出した、例えば、ポイン
ト−ポイント間の長さをビデオカメラ２１で決定されて
いるピクセルの数との関係から求める測定部５４とから
形成されている。測定部５４には、上記のポイント−ポ
イントの両ポイントがモニタ７２に同時的に写し出せな
い場合にはその間の比較的大きい距離をも勘案して全長
を測らなければならないことからデータ特定回路６１か
らＸ軸方向およびＹ軸方向の座標データが入力され、ま
た装置形成便宜上Ｚ軸方向の座標データも入力されてい
る。

データ処理装置７０は、ＣＰＵ７３、キーボード７１、
モニタ７２およびプリンタ、ＣＲＴ等の出力手段７４と
から形成されており、ＣＰＵ７３は、ビデオ測定回路５
０、タッチ測定回路６０の双方またはいずれか一方を利
用して測定するための測定プログラム、駆動プログラム
さらに出力手段７４をコントロールすべき出力プログラ
ム等に基づきそれら回路、１段等を制御、監視等するも
のとされている。また、キーボード７１は、再測定回路
５０．６０を制御するための指令信号を出力、特定する
ほか前記エツジ検出手段５３のすべてまたはその一部と
兼用し、モニタ７２も各メソセージの表示はか、上記の
画像を表示するものとされている。

なお、この実施例では、選択によってＣＰＵ７３からの
測定プログラム、駆動プログラムに基づいて、第１およ
び第２駆動手段３０．４０を駆動制御し全自動測定が行
うことができるようされており、このためのビデオカメ
ラ２１はＺ軸方向についてオートフォーカス回路（図示
省略）が内蔵されている。なお、３８．４８はモータ３
１，４１を駆動するためのドライバーである。

このように構成された本実施例では次のような運転、測
定をすることができる。

〔準備〕

テーブル７上に測定対象物（図示省略）を取り付け、検
出手段１０とこの測定対象物との相対位置関係すなわち
基準位置合わせを公知の方法で完了しておく。

そして、タッチ測定回路６０による測定、ビデオ測定回
路５０による測定、両回路５０．６０の併用測定か否か
をキーボード７１で選択しておく。

（タッチ測定回路による測定〕 データ処理装置７０のＣＰＵ７３の指令に基づいて、図
示省略したＸ軸方向駆動手段、基台ｌの凹所１４に内蔵
されたＹ軸方向駆動手段並びに第１駆動手段３０が自動
運転され、検出手段１０と４Ｉす定対象物とは、Ｘ、Ｙ
およびＺ軸方向すなゎら三次元方向に自動的に連続的ま
たは／および間歇的に移動運転される。ここで、第１駆
動手段３゜は、ＣＰＵ７３からの指令に基づいてドライ
バー３８を介しモータ３１を駆動する。するとギヤ３２
．３３の回動によりねじ軸３４、ナツト部材３５とを介
することによって、スピンドル６をＺ軸方向に移動させ
ることができる。この場合、第２駆動手段４０は駆動さ
れないが予め手動により角柱体２５を第４図で最上端に
位置づけすることができ、鏡筒２２は、タッチ信号プロ
ーブ１１による測定を防げないものとされている。

したがって、タッチ信号プローブ１１の接触子１２が順
次測定対象物の測定面に当接され、当接されるごとに出
力されるタッチ信号に基づいてデータ特定回路６１で各
座標データを検出し、測定部６２によってその形状、寸
法等が自動測定される。この測定値は、出力手段７４た
るプリンタ等に表示記録される。このようにして、タッ
チ測定回路６０、データ処理装置７０により自動測定を
行うことができる。

〔ビデオ測定回路による測定〕

このビデオ測定回路５０による測定の場合にも検出手段
！Ｏの他方検出子たるビデオカメラ２１１筒２２）と測
定対象物とは前記タッチ測定回路６０の場合と同様に自
動的に相対移動される。

なお、この場合は前記場合と逆に一方検出子たるタッチ
信号プローブ１１例をＺ軸方向の最上位としておくのが
よい。また、ビデオカメラ２１のＺ軸方向はその鏡筒２
２が測定面と一定の距離となるよう、つまり鮮明画像を
検出できるようドライバー４８、モータ４１を介し第２
駆動手段４０（または／および第１駆動手段３０）によ
ってオートフォーカスされる。

したがって、測定対象物の測定面とビデオカメラ２１と
が所定の関係に位置づけされたときに捉えた画像を二値
化信号に変換された信号変換回路５１からの出力に基づ
いて所定位置でのエツジ検出とその寸法等測定をエツジ
検出手段５３、測定部５４の作用によって行うことがで
きる。なお、測定面の画像が例えば、拡大倍率によって
一度にモニタ７２の有効映像域に表示されない比較的大
きな寸法等を測るときは、先の画像が記憶回路５２に記
憶されかつ先のエツジ検出値が測定部５４に記ｔなされ
るよう形成されているから、データ１）足回路６１を介
し入力されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向座標データを利用し
て測定することができる。

ここに、ビデオ測定回路５０による測定は測定対象物に
非接触であって、また、ビデオカメラ２１の最小画要で
あるピクセルの数によって分解能が決定されるから１μ
ｍ以下の高精度で測定できる。

なお、この精度をより高くする便法として、特定の場合
に、モータ７２に写し出された測定面の拡大画像にエツ
ジ検出手段５３で、たとえば、モニタ７２上の電子表示
型カーソルの位置と方向を合わせることにより正確なエ
ツジ検出ができるよう部分的、一時的マニュアル操作も
できるよう形成されている。これは、キーボード７１の
操作によっと行うことができる。

〔併用４Ｉり定〕 タッチ測定回路６０とビデオ測定回路５０との゛併用に
よって測定する場合である。

この併用測定の場合にも、検出手段１０と測定対象物と
は前記二態様の場合と同様に三次元的に自動的に相対移
動が行なえる。但し、Ｚ軸方向に付いては、一方検出子
たるタッチ信号プローブ１１と他方検出子ためビデオカ
メラ２１　（鏡筒２２）との相対位置が測定対象物の形
状、位置等によって測定に最適となるようＣＰＵ７３の
指令によって自動制御される。

すなわら、第１駆動手段３０と第２駆動手段４０との駆
動と停止およびこれらの組合せによってＺ軸方向の位置
：ｆｉｌｌ　′４ｎか行われ、各検出子を支持するスピ
ンドル６と角柱体２５との相対移動がなされる。この相
対移動変位層はロークリエンコーダ４３によって検出さ
れている。

したがって、測定対象物の測定面の姿勢や形態に応じ再
測定態様を併用し広範囲に亘る自動測定が実行される。

特に、ある長さを測る場合その全長的精度は結局その両
側（両エツジ）の検出精度によるから相当長い測定範囲
でもビデオ測定回路５０とタッチ測定回路６０と組み合
わせ、併用によって高精度で測定することができる。な
お、両険出子の軸線間寸法は予め設定され、その値は測
定部５４．６２で自動補正されるものとなっている。

この実施例によれば、検出手段１０としての−方の検出
子たるタッチ信号プローブ１１と他方のビデオカメラ２
１　（鏡筒２２）とをＺ案内ボックス５内に一体的に収
納させであるからタッチ信号プローブ１１によるタッチ
測定とビデオカメラ２１による非接触のビデオ測定とを
各独立し又は両者併用の測定ができるので立体物のみな
らず立体物中の***やプリント基板の***をも一括的に
自動測定できるので測定対象物の著しい適用拡大を図る
ことができる。このことは、従来、その***等を測定で
きないがゆえに全体的なＣＮＣ達成をできないとしてい
た欠点を除去しＣＮＣ三次元測定機の”ｌ！′及を拡大
できるという効果もある。

また、そのタッチ信号プローブ１１とビデオカメラ２１
とはＸ軸方向およびＹ軸方向に一定位置関係をもって設
けられ、両者を交換使用する必要がないから、煩雑な交
換作業がなく長時間作業、取板いをしないから作業能率
を飛曜的に向上させることができるばかりか、着脱によ
るガタ等の誤差がないので高精度測定が保障される。ま
た、ビデオカメラ２１の分解能が１μｍ以下と高いので
長寸にあってもその両エツジの超高精度検出ができるの
で全体として測定精度を向上させることができる。

さらに、ビデオカメラ２１を支持する角柱体２５とタッ
チ信号プローブ１１を支持するスピンドル６とは、第１
駆動手段３０で一体的に移動されるほか、第２駆動手段
４０によってＺ軸方向に相対変位可能とされているから
、両検出子６．２１の各測定時に他方側の検出子がじゃ
まとならないので測定対象物に対する移動が容易となり
、迅速、薙実な測定をすることができる。

また、検出手段１０が各分解能の異なる２つの検出子す
なわちタッチ信号プローブ１１とビデオカメラ２１とか
ら形成されているから、徒らな必要以上の超高精度測定
を画一的に実行する必要がなく、反面全体として精度の
高い測定をすることができる。また、一方が接触型、他
方が非接触型とされているらプラスチック等軟弱物にも
検出手段ｌＯを交換することなく一連的測定ができ拡大
性を高めることができる。

さらにまた、三次元方向の一方向すなねたＹ軸方向の相
対移動−は測定対象物を取り付けるテーブル７を移動で
きるようしているから、２つの検出子を設けてもその１
多動機構を簡素化できるので小型、軽量化が達成される
ほか、これにより構造の撓み等を軽減でき、この点から
も高精度測定が保障される。

なお、以上の実施例では、一方検出子を接触型の夕・７
チ信号プローブ１１、他方検出子を非接触型のビデオカ
メラ２１としたが、両者ともに接触型または非接触型と
してもよい。また、非接触型はビデオカメラＩＩ用の画
像処理方式としたが光源とその反射光を利用するいわゆ
る三角測量方式等の検出子としてもよい、要は、一定の
相対位置関係が保たれた２つの検出子を備えればよいか
ら検出手段の型種、方式は限定されないものである。

但し、一方を接触型、他方を非接触型としておけば適用
拡大性等が著しく向上できる。

また、一方検出子を取り付けるスピンドル６と他方検出
子を取り付ける角柱体２５とをＺ軸方向に相対移動可能
としたが、必ずしも相対移動させる必要はなく、検出子
の形態や各軸線相互間の寸法等により選択すべきである
。但し、相対移動可能としておけば、円滑な移動、有効
測定範囲の拡大、さらには、上記オートフォーカス等機
能面をより向上させることができる。

また、可動テーブル型の三次元測定機としたが三次元測
定機の、たとえば、移動機構の構成、型＋＋ｒｔ等は問
われず、駆動方向も全自動、半自動、手動あるいはこれ
らの組み合わせも任意に選択できるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかの通り、本発明は、検出手段を交
換することなく２つの検出子によって測定対象物、測定
Ｂ　ｔｌを著しく拡大しつつ迅速かつ高精度で測定でき
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２つの検出子を伽えた三次元測定
機の全体構成図、第２図、第３図は同じく第１図に対応
させた正面図、側面図、第４図は同しく第２図のＴＶ−
ＩＶ矢視線に基づく要部側断面、第５図は同じく電子部
の回路図および第６図は従来の三次元測定機の全体構成
図である。 ７・・・テーブル、１０・・・検出手段、１１・・・一
方検出子であるタッチ信号プローブ、２１・・・他方検
出子であるビデオカメラ、３０・・・第１駆動手段、４
０・・・第２駆動手段、５０・・・ビデオ測定回路、６
０・・・タッチ測定回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）テーブル上の測定対象物と検出手段とを三次元方
   向に相対移動しつつ測定対象物の寸法、形状等を測る三
   次元測定機において、 前記検出手段を各軸線がＺ軸線と平行であってＺ軸線方
   向に変位可能かつＸ軸線およびＹ軸線方向に変位不能さ
   れた２つの検出子から構成したことを特徴とする２つの
   検出子を備えた三次元測定機。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、前記検出子
   の一方は前記測定対象物に接触されたときにタッチ信号
   を出力するタッチ信号プローブとされ、その他方は前記
   測定対象物に非接触で前記測定対象物の表面寸法等を測
   定できるものとされていることを特徴とする２つの検出
   子を備えた三次元測定機。
3. （３）前記特許請求の範囲第２項において、前記検出子
   の他方は画像処理方式で前記測定対象物の拡大された表
   面状態を測定するためのビデオカメラを含み形成されて
   いることを特徴とする２つの検出子を備えた三次元測定
   機。
4. （４）前記特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かにおいて、前記検出手段は、Ｚ軸方向に一体的に変位
   可能であるとともに各検出子がＺ軸方向に相対変位可能
   とされていることを特徴とする２つの検出子を備えた三
   次元測定機。