JPH02147806A - 三次元測定装置 - 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、自動車の車体パネルに代表されるような三次
元形状の被測定物の寸法測定を行うための三次元測定装
置に関する。

従来の技術とその課題 この種の三次元測定装置としては例えば特開昭６２−２
３２５０９号公報に開示されているものがある。この測
定装置は第６図に示すように、測定に先立って測定ロボ
ット６０のハンド６１で治具置台６２上の位置決め治具
６３を把持して定盤６４上に順次セットし、その定盤６
４上の位置決め治具６３の上にワークＷａを位置決めし
たのちに、ハンド６１が測定用センサ６５に持ち替えて
ワークＷａの寸法測定を行うものである。６６は制御装
置である。

し、かじながら従来の測定装置においては、位置決め治
具６３という重量物のハンドリングを目的としたハンド
６１が測定用センサ６５に持ち替えて測定を行うもので
あるため、ハンド６１による測定用センサ６５の把持精
度が直接測定精度に影響し、測定精度の向上に限界があ
る。

一方、上記の構造に代わるものと１．て特開昭６２−２
４２８１１号公報に開示されているものがある。これは
上記の構造を基本としたＬで測定口ポットには測定用セ
ンサのみを持たせ、定盤の周囲には該定盤と治具置台と
の間で位置決め治具の入れ替えを行う治具移載装置を独
立して設けているものである。

この構造においては、測定用センサは測定ロボットに支
持されたままであるので、前述の測定精度上の問題は解
消されるものの、測定ロボットから独立した移載装置に
は、位置決め治具という重量物をハンドリングして定盤
上の所定位置に位置決めするという機能よりして、３軸
以上の動作自由度と堅牢性が要求され、そのために装置
全体が大型かつ複雑化するとともに、設置スペースとし
て大きなスペースを必要とすることになる。

本発明は上記のような種々の問題点に鑑みてなされたも
ので、測定母機に、センサヘッドと、フィクスチャユニ
ットを移動させるためのハンドとを具備させてそれらを
選択使用するものとし、さらにフィクスチャユニットに
は定盤上での移動を容易にする走行補助手段を設け、こ
れにより測定精度の向上と装置全体の簡素化を図った三
次元測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の三次元測定装置は、少なくとも直交３軸の自由
度を有する測定母機と、測定母機の定盤上に移動可能に
設けられるとともに定盤上での移動を容易にするための
走行補助手段を有して、被測定物を所定の測定位置に位
置決めする複数のフィクスチャユニットと、測定母機の
アーム先端に取り付けられたセンサヘッドと、同じ（測
定母機のアーム先端に取り付けられて、測定に先立って
前記フィクスチャユニットを定盤上の指定された位置ま
で移動させるハンドとから構成される。

上記の走行補助手段は、ハンドによりフィクスチャユニ
ットを定盤上で移動させる際に、その移動に要するハン
ド側での負荷を軽減させるためのもので、例えば移動の
際にフィクスチャユニット全体を所定量だけ浮上させる
空気軸受や、あるいは移動の時にだけ機能するキャスタ
ー等を用いることができる。

作用 この構造によると、測定母機のアームには常にセンサヘ
ッドとハンドとが付帯していることから、測定に先立っ
て先ずハンドが選択使用され、定盤上のフィクスチャユ
ニットを順次指定された位置まで移動させて位置決めす
る。この時には前述した走行補助手段がはたらくので、
フィクスチャユニットを持ち上げて移動させる必要はな
く、実質的に定盤上を滑らせるようにしてフィクスチャ
ユニットの移動が行われる。

必要数のフィクスチャユニットが指定された位置に位置
決めされると、これらのフィラスチャユニット上に被測
定物が位置決めされるのを待ってハンドに代わってセン
サヘッドが選択使用される。

そして、センサヘッドが指定された軌跡に沿って動（こ
とにより寸法測定が行われる。

実施例 第１図〜第３図は本発明の一実施例を示す装置全体の構
成説明図であって、その中心となる門型の測定母機１は
、定盤２と、定盤２上をＸ方向に移動可能なコラム３と
、フラム３に対してＹ方向に移動可能なキャリア４と、
キャリア４に対して２方向に移動可能なアーム５とを備
えている。これらのコラム３．キャリア４およびアーム
５は、それぞれにサーボモータ６．７．８とボールねじ
９．１０等のはたらきにより各軸方向に移動する。

１１．１２はレールである。

定盤２上には被測定物であるワーク（この実施例では自
動車の車体パネルを例示している）Ｗを位置決めするた
めの高さの異なる複数のフィクスチャユニット１３．１
３・・・が設けられているほか、アーム５の一側面には
センサヘッド１４が取り付けられ、また反対側の面には
フィクスチャユニット１３を把持して移動させるための
ハンド１５が取り付けられている。センサヘッド１４は
αおよびβ方向に旋回可能であって、またセンサヘッド
１４およびハンド１５はいずれもアクチュエータ１６．
１７のはたらきによりＺ方向でのシフト動作が可能とな
っている。つまり、センサヘッド１４とハンド１５は下
降限位置で選択的に使用されるものであって、いずれか
一方、例えば第２図に示すようにセンサヘッド１４が下
降限位置にある時には他方のハンド１５は上昇限退避位
置で待機している。そして、センサヘッド１４による測
定系だけについてみたとき、測定母機１のＸ、Ｙ。

２方向の直交３軸の自由度にα、βの旋回２軸の自由度
を加えて全体として５軸の自由度を有している。

第４図および第５図はフィクスチャユニノト１３とハン
ド１５の詳細を示す図で、フィクスチャユニット１３は
円筒状のノ＼ウジング１８の上下面にアルミニウム製の
ベースプレート１９とヘッドプレート１９ａとを装着し
たもので、その中央部にはワーク受面となる球状のゲー
ジ２０を先端にもつ／ナフト２１が配設されている。そ
して、シャフト２１の上半部にはスプライン軸部２１ａ
が、また下半部には後述するナツト部材２９とともにボ
ールねじ２２を構成するスクリューシャフト部２１ｂが
それぞれに形成されており、スプライン軸部２１ａはヘ
ッドプレート１９ａ側のブツシュ２３とボールスプライ
ン結合されている。これにより、シャフト２１はハウジ
ング１８に対しその回転運動が阻止されて昇降動作のみ
が可能となっている。

ハウジング１８内には、ケース２４．電機子２５、マグ
ネット２６および中空シャフト２７等からなるモータ２
８が収容されており、モータ軸となる中空シャフト２７
には、スクリューシャフト部２１ｂと螺合するナツト部
材２９が一体に結合されている。したがって、モータ２
８のはたらきにより中空シャフト２７と一体のナツト部
材２９が回転運動することでシャフト２１が昇降動作す
る。そして、モータ２８と並んで位置検出器としてのロ
ータリーエンコーダ３０が設けられていることから、前
述したシャフト２１すなわちゲージ２０の高さ位置がロ
ータリーエンコーダ３０によって検出される。

ハウジング１８底部のベースプレート１９には、フィク
スチャユニット１３を定盤２上の所定位置に固定するた
めの電磁石３Ｉが設けられている。

この電磁石３１はフェライト製の巻心３２とコイル３３
、およびベースプレート１９から外部に露出する磁性体
３４とから構成されており、この電磁石３１には、後述
するハンド１５側の可動電極４６とヘッドプレート１９
ａ上の固定電極４０との圧接により給電ケーブル３５を
介［７て励磁電流が給電される。つまり、給電によって
磁性体３４が定盤２をその磁力により吸容することでフ
ィクスチャユニット１３が堅固に固定され、逆にフイク
スチャユニット１３を移動させる際には消磁電流を通電
してＬ記の磁力を消磁させることで電磁石３１による吸
青力が解除されるようになっている。

また、ベースプレート１９には、フィクスチャコニメト
１３を定盤２上で移動させる際に走行補助手段として機
能する空気軸受（静圧軸受）３６が設けられている。こ
の空気軸受３６は、ベースプレート１９の底面に形成さ
れたエアポケット部３７と、後述する空気導入口４１お
よびバイブ４９を介して圧縮空気が導入される空気供給
路３８と、この空気供給路３８から分岐形成されてエア
ポケット部３７に開口する複数の空気吹出口３９とから
構成されており、エアポケット部３７の圧力を高めるこ
とでフィクスチャユニット１３を微少量だけ浮りさせる
ことができる。その結果として、定盤２」二でフィクス
チャユニノト１３を移動させる際に軽い操作力で移動さ
せることができるようになる。

ヘッドプレート１９ａには、前述した給電用の一対の固
定電極４０と、空気導入口４１を有するゴム製のシール
ブロック４２のほか、後述するハンド１５との係合部と
なるビンブロック４３が設けられている。このビンブロ
ック４３はヘッドプレート１９ａの円周上に複数個設け
られており、各ビンブロック４３の中央部には円錐状の
噛み合い面４４が形成されている。

一方、ハンド１５の先端のホルダプレート４５には、固
定電極４０に対向する一対の可動電極４６と、シールブ
ロック４２に対向する接続バイブ４７、およびビンブロ
ック４３に対向するピン４８が設けられている。可動電
極４６は図示外の電源に接続されるとともに、樹脂製の
ホルダ５０にスプリング５１を介して上下動可能に弾性
支持され、ピン４８もまたスプリング５２を介して上下
動可能に弾性支持されている。

ここで、第４図および第５図では図示省略しであるが、
電磁石３１への給電用の電極４０．４６と同じ構成のも
う一組のモータ給電用の電極が設けられていて、これに
よってハンド１５側からモータ２８へ給電されるように
なっている。

次に上記のように構成された測定装置の作用について説
明する。

先ず図示しない測定装置の制御盤には、測定対象となる
ワークＷの種類に応じて、必要とされるフィクスチャユ
ニット１３の数と種類、定盤２上でのフィクスチャユニ
ット１３の位置、ゲージ２０の高さ、センサヘッド１４
を移動すべき軌跡等に関するデータ、さらにはワークＷ
が設計データ通りに仕上がっていると仮定したときの測
定基準データが予め入力されている。

測定に先立って測定対象となるワークＷの種別データを
制御盤に入力すると、そのワークＷの種別に応じた前記
の各種のデータが呼び出される。

そして、最初にアクチュエータ１６．１７のはたらきに
より第２図の状態からセンサヘッド１４が上昇する一方
でハンド１５が下降して第１図の状態となる。この時、
定盤２上に置かれた各フィクスチャユニット１３の位置
は制御盤側で予め把握されていることから、ハンド１５
は制御盤側からの指示に基づいて移動して、複数のフィ
クスチャユニット１３を測定対象となるワークＷを位置
決めすべき位置まで順次移動させる。

より詳しくは第１図のほか第４図および第５図に示すよ
うに、定盤２上に置かれたフィクスチャユニット１３の
真上から該フィクスチャユニット１３との位相合わせが
施されたハンド１５が下降すると、ピン４８とピンブロ
ック４３とが圧接・係合すると同時に、接続パイプ４７
とシールブロック４２同士、および可動電極４６と固定
電極４０同士が相互に圧接・係合する。

この時、各フィクスチャユニット１３は電磁石３１の残
留磁気による吸着力によって定盤２に吸着固定されてい
るので、先ず可動電極４６と固定電極４０との圧接によ
り電磁石３１のコイル３３に対して所定時間通電し、磁
性体３４と定盤２との間に作用している磁力を消磁させ
ることで上記の磁気吸着力が解除される。

同時に、図示外の電磁弁が開き、接続バイブ４７とシー
ルブロック４２ならびにバイブ４９を介して空気軸受３
６のエアポケット部３７に圧縮空気が導入される。その
結果、エアポケット部３７内の圧力とフィクスチャユニ
ット１３のｆｆ１ｆｆｉとがつり合うようになり、フィ
クスチャユニット１３が定盤２から微少量だけ浮上する
。

こののち、制御盤からの指令に基づいてハンド１５が定
盤２と平行な平面内で移動を開始すると、ピン４８とピ
ンブロック４３との係合のためにフィクスチャユニット
１３がハンド１５に引きずられるようにして所定位置ま
で移動して位置決めされる。

この時、フィクスチャユニット１３は前述したように空
気軸受３６のはたらきにより定盤２から微少量だけ浮上
していることから、フィクスチャユニット１３はハンド
１５の動きに追従して定盤２上を滑らかに移動する。つ
まり、上記の空気軸受３６は、フィクスチャユニット１
３の移動に際して定盤２との間の摩擦力ひいてはハンド
１５側に必要とされるフィクスチャユニット１３の移動
操作力を軽減する走行補助手段として機能する。

フィクスチャユニット１３が所定位置まで移動して位置
決めされると、空気軸受３６への圧縮空気の供給が断た
れてフィクスチャユニット１３が定盤２に密着する一方
、再び電磁石３１に励磁電流が通電されてフィクスチャ
ユニット１３は電磁石３１の磁気吸着力によって定盤２
に吸着固定される。

フィクスチャユニット１３が吸着固定されると、制御盤
からの指令に基づいてモータ２８が起動し、ゲージ２０
と一体のシャフト２１を昇降させて、測定対象となるワ
ークＷの形状に見合うようにゲージ２０の高さを調整す
る。

ゲージ２０の高さ調整が完了すると、ハンド１５が上昇
してフィクスチャユニット１３から離間し、以降はフィ
クスチャユニ・ｙト１３は電磁石３１の残留磁気によっ
て定盤２上に吸着固定された状態を維持する。

このような操作を複数回繰り返すことで、測定対象とな
るワークＷの位置決めに必要な全てのフィクスチャユニ
ット１３が所定位置に位置決め固定される。この場合、
複数のフィクスチャユニット１３のうちいずれか一つも
しくは二つのフィクスチャユニットとしては、第２図に
示すようにフィクスチャユニット１３とワークＷとの位
置決め精度を確保するためにゲージ２０の先端にロケー
トピン５３を有するものが使用される。

上記のように測定に必要な全てのフィクスチャユニット
１３の位置決めが完了すると、これらの複数のフィクス
チャユニッ）１３の上に作業者の手によって測定対象と
なるワークＷがセットされる。つまり、セットされたワ
ークＷが自重によって撓むことがないように前述したフ
ィクスチャユニット１３の数や位置、さらにはゲージ２
０の高さ等が考慮されているのである。

続いて、制御盤に対して測定開始信号を入力すると、第
２図に示すようにアクチュエータ１６゜１７のはたらき
によりハンド１５が上昇するのに対してセンサへ３．ド
１４が下降し、センサヘッド１４は指定された経路に沿
って移動してワークＷの形状寸法を測定する。そして、
制御盤側では測定データと測定基準データとを比較し、
例えば測定結果をグラフィックデイスプレィに表示する
とともにＸ−Ｙプロッタで作図する。

測定が終了するとセンサヘッド１４は測定母機１のアー
ム５ごと原点位置に復帰し、さらに測定が終了したワー
クＷを作業者が定盤２上から除去することで一連の作業
が完了する。

ここで前記実施例ではフィクスチャユニット１３の走行
補助手段として空気軸受３６を用いているが、これに代
えて例えばボールキャスターを用いることもできる。つ
まり、フィクスチャユニット１３を移動させる際にはボ
ールキャスターにょってフィクスチャユニット１３の移
動を補助し、定盤２にフィクスチャユニｙ）１３を固定
する際には」二足実施例と同様に磁石を用いて吸着固定
するようにしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、測定母機のアーム自体が
フィクスチャユニノトを移動させるためのハンドと、セ
ンサヘッドとを備えており、しかも定盤上のフィクスチ
ャユニットが、ハンドによる移動操作力を軽減させる走
行補助手段を有しているものであるから、ハンドがセン
サヘラドラ持ち替える必要がないのでセンサヘッドの把
持精度による測定精度への影響がなく、測定精度が向」
ニする。

マタ、測定母機は定盤上でフィクスチャユニットを移動
させる装置と兼用Ｉ２ており、しかも走行補助手段を併
用しているものであるから、重量物であるフィクスチャ
ユニットを移動させる能力としては小さくて済むととも
に、装置全体の構造の簡素化と小型化が図られ、設置ス
ペースの面でも著しく有利となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図で装置全体の斜視図
、第２図は同じく第１図の正面図、第３図は同じく定盤
の平面説明図、第４図はフィクスチャユニノトとハンド
の詳細を示す拡大断面図、第５図は第４図と異なる断面
線での拡大断面図、第６図は従来の測定装置の一例を示
す構成説明図である。 １・・・測定母機、２・・・定盤、５・・・アーム、１
３・・・フィクスチャユニノｌ＝、１４・・・センサヘ
ッド、１５・・・ハンド、２０・・・ゲージ、３１・・
・電磁石、３６・・・走行補助手段としての空気軸受、
Ｗ・・・被測定物としてのワーク。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも直交３軸の自由度を有する測定母機と
   、測定母機の定盤上に移動可能に設けられるとともに定
   盤上での移動を容易にするための走行補助手段を有して
   、被測定物を所定の測定位置に位置決めする複数のフィ
   クスチャユニットと、測定母機のアーム先端に取り付け
   られたセンサヘッドと、同じく測定母機のアーム先端に
   取り付けられて、測定に先立って前記フィクスチャユニ
   ットを定盤上の指定された位置まで移動させるハンドと
   を備えていることを特徴とする三次元測定装置。