JPH02247518A - 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を測定する三次元測定装置に関
する。

従来の技術 この種の三次元測定装置としては例えば特開昭６２−２
４２８１２号公報に開示されているものがある。この測
定装置は第８図に示すように、定盤８１の周囲に配置さ
れた治具置台８２の上に複数の基準ブロック８３を整列
しておき、測定対象となるワークＷａの形状に応じて各
基準ブロック８３の高さを高さ調整装置８４にて調整し
た上で、各基準ブロック８３を移載装置８５のアーム８
６で把持して定盤８１上の所定位置まで搬送してセット
する。そして、定盤８１上に置かれた基準ブロック８３
の上に測定対象となるワークＷａを位置決めし、測定ロ
ボット８７に持たせた測定用センサ８８を動かしてワー
クＷａの形状寸法を測定するものである。基準ブロック
８３は第９図に示すようにワーク受は面となる支持板８
９を備えており、この支持板８９は軸部材９０を回転操
作することにより上下動してその高さ調整が可能となっ
ている。

発明が解決しようとする課題 上記の構造においては、基準ブロック８３のうち平板状
の支持板８９にてワークＷａを受けて位置決めするよう
にしているため、平板状に近いワークＷａの場合には特
に問題にならないものの、三次元曲面部が多いワークの
場合には支持板８９もしくは基準プロ・ツク８３全体を
取り替えないかぎり対応することができない。その結果
、測定に先立つ予備作業に多大な工数と時間を要し、作
業能率が悪くなる。

また、被測定物であるワークＷａを複数の基準ブロック
８３で受けて位置決めする場合、全ての基準ブロック８
３の受は面（支持板８９）が均等にワークＷａに接触し
ていることが理想であるが、例えば基準ブロック８３に
高さ調整誤差があると、特定の基準ブロックがワークＷ
ａに接触（着座）せずにワークＷａが基準ブロック８３
から浮いていることが予想される。

そして、特定の基準ブロックがワークＷａに接触してい
なくとも測定作業そのものは可能であるが、測定によっ
て得た寸法データに基づいてワークＷａの寸法精度を評
価するにあたり、上記の着座状態を把持している場合と
そうでない場合とでは評価結果の信頼性が大幅に異なっ
てくる。

すなわち、特定の基準ブロックにワークＷａが接触して
いなかった場合において、測定によって得られたデータ
のうち上記の未着座部分で大きな寸法誤差が表れたと仮
定したとき、未着座の基準ブロックが特定されていれば
その未着座状態を考慮した寸法評価ができるようになり
、寸法評価結果の信頼性の向上が図れる。このようなこ
とから、各基準ブロック８３はワークＷａの着座状態を
個々に検知できる機能を有していることが望ましい。

本発明は以上のような背景のもとになされたもので、そ
の目的とするところは、従来の基準ブロックに相当する
部材がどのような被測定物の形状にも対応できるように
汎用性を有し、しかも被測定物の着座状態を検知できる
機能を有した三次元測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、前述したように定盤上に置かれた複数のフィ
クスチャユニットを基準として被測定物を位置決めした
上で、測定母機のアーム先端に取り付けられたセンサヘ
ッドにより被測定物の寸法を測定する装置において、前
記フィクスチャユニットは、被測定物に接触してこれを
支持する高さ調整可能な球状の支持部材と、支持部材に
被測定物が接触したことを検知する着座検知手段とを備
えていることを特徴としている。

着座検知手段としては、例えば支持部材を高周波で振動
させるとともにその振動を加速度計で検知する方式とし
、支持部材に被測定物が着座している場合とそうでない
場合の波形変化を弁別して被測定物の着座、未着座を検
知する。

作用 この構造によると、支持部材が球状であるために被測定
物がどの方向から接触してきたとしても確実に被測定物
を支持することができる。しかも、被測定物の形状を問
わずに被測定物の着座、未着座を検知できるようになる
。

実施例 第２図および第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、１は装置の中心となる測定母機
、２は測定の基準となる平面２ａを仔する定盤である。

測定母機ｌは定盤２上をＸ方向に移動可能なコラム３と
、コラム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Ｘ方向に移動可能なアーム５とを備
えている。コラム３は図示外のサーボモータとボールね
じ９のはたらきにより、またキャリア４とアーム５はサ
ーボモータ７．８とボールねじ６，１０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
後述するようにフィクスチャ°ユニット１３のゲージ２
１を昇降駆動させるためのドライブユニット１５が取り
付けられている。センサヘッドＩ４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およびドライ
ブユニット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とドライブユニット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４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ドライブユニット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ｌ
のＸ、Ｙ、Ｚ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１図はフィクスチャユニット１３の詳細を示す図で、
フィクスチャユニット１３は円筒状のハウジング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２０とを装着したもので、その中央部にはワー
ク受は面となる支持部材としての球状のゲージ２１を先
端にもつシャフト２２が配設されている。そして、シャ
フト２２の上半部にはスプライン軸部２２ａが、また下
半部には後述するナツト部材２７とともにボールねじ２
３を構成するスクリューシャフト部２２ｂがそれぞれに
形成されており、スプライン軸部２２ａはヘッドプレー
ト２０側のブツシュ２４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２２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内にはシャフト２２と同芯状に電磁ブレ
ーキ２５と中空シャフト２６とが収容されており、中空
シャフト２６にはスクリューシャフト部２２ｂと螺合す
るナツト部材２７が一体に結合され、さらにナツト部材
２７にはドリブンギヤ２８が一体に結合されている。２
９は中空シャフト２６を回転可能に支持しているベアリ
ングである。またハウジング１８内にはシャフト２２と
平行な操作部材としての中間シャフト３０がベアリング
３１を介して回転可能に支持されている。

そして、ヘッドプレート２０から突出する中間シャフト
３０の上端には円錐状の噛み合い面３２ａを有するフェ
ースプレート３２が一体に取り付けられ、また中間シャ
フト３０の下端にはドリブンギヤ２８と噛み合うドライ
ブギヤ３３が取り付けられている。

つまり、中間シャフト３０を回転操作することでナツト
部材２７が回転し、それによって先端にゲージ２１をも
つシャフト２２が昇降動作する構成となっており、シャ
フト２２、ボールねじ２３、ギヤ２８．３３および中間
シャフト３０等によりゲージ２１の高さ調整機構３４が
構成されている。

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１−１３を定盤２上の所定位置に固定する
ための吸着固定手段としての電磁石３５が設けられてい
る。この電磁石３５はフェライト製の巻心３６とコイル
３７、およびベースプレート１９から外部に露出する磁
性体３８とから構成されており、この電磁石３５には図
示外の給電ケーブルを介して励磁電流が給電される。つ
まり、給電によって磁性体３８が定盤２をその磁力によ
り吸着することでフィクスチャユニット１３が堅固に固
定され、逆にフィクスチャユニット１３を定盤２上で移
動させる際には消磁電流を通電して上記の磁力を消磁さ
せることで電磁石３５による吸着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、フィクスチャユニット
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）３９が設けられている。こ
の空気軸受３９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４０と、バイブ４１を介して圧縮空
気が導入される空気供給路４２と、この空気供給路４２
から分岐形成されてエアポケット部４０に開口する複数
の空気吹出口４３とから構成されており、エアポケット
部４０の圧力を高めることでフィクスチャユニット１３
を微少量だけ浮上させることができる。その結果として
、定盤２上でフィクスチャユニット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。

シャフト２２の上端部のうちゲージ２１の基部近傍には
第４図にも示すように振動発生源である圧電素子型の加
振器６１が取り付けられている一方、ゲージ２１内に位
置するシャフト２２の上端面には加速度計６２が取り付
けられており、これら加振器６１と加速度計６２とで着
座検知手段６３が構成されている。この着座検知手段６
３は、加振器６１によりゲージ２１を高周波で振動させ
るとともに、その振動を加速度計６２にてピックアップ
するもので、加速度計６２の出力は第５図に示すように
チャージアンプ６４で増幅されたのちに着座判定回路部
６５に入力される。

そして、ゲージ２１が振動している場合において、第７
図に示すようにゲージ２１に被測定物であるワークＷが
着座している時と着座していない時とでは振動波形が大
きく変化することから、この波形変化を着座判定回路部
６５において特定のしきい値によって弁別することでゲ
ージ２１に対するワークＷの着座、未着座を検知するよ
うになっている。６６は装置全体の制御装置、また第４
図の６７は給電用および信号取り出し用のケーブルであ
る。

ヘッドプレート２０には、後述するドライブユニット１
５との係合部となるピンブロック４４が設けられている
。このピンブロック４４はヘッドプレート２０の円周上
に複数個設けられており、各ピンブロック４４の中央部
には円錐状の噛み合い面４４ａが形成されている。

第６図は前記ドライブユニット１５の詳細を示す図で、
その本体となるベース４５にはエンコーダ４６付きのモ
ータ４７が取り付けられているほか、先端に一対のピン
４８を有するドライブシャフト４９がベアリング５０を
介して回転可能に支持されている。ドライブシャフト４
９の上端にはプーリ５１が取り付けられており、このプ
ーリ５１とモータ４７側のプーリ５２との間にタイミン
グベルト５３が巻き掛けられ、ドライブシャフト４９は
モータ４７によって回転駆動されるようになっている。

また、ベース４５には第１図のピンブロック４４と対向
するピン５４かピンホルダ５５に支持されている。

上記のピン４８および５４は第１図に示すようにそれぞ
れに圧縮コイルスプリング５６．５７を介して上下動可
能に弾性支持されており、これによってピン４８．５４
はピンブロック４４および中間シャフト３０側のフェー
スプレート３２と圧接・係合す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。

先ず測定装置の制御装置６６（第５図）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・ノド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２１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
制御装置６６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
第２図のアクチュエータ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が上昇する一方でドラ
イブユニット１５が下降して第６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１−１３
の位置は制御装置６６側で予め把握されていることから
、ドライブユニット１５は制御装置６６側からの指示に
基づいてアーム５ごと移動して、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２図のほか第１図および第６図に示すよ
うに、定ｆ２上に置かれたフィクスチャユニットＩ３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
施されたドライブユニット１５が下降すると、ピン５４
とピンブロック４４とが圧接・係合すると同時に、ピン
４８とフェースプレート３２とが相互に圧接・係合する
。

この時、各フィクスチャユニット１３は電磁石３５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、先ず電磁石３５のコイル３７に対して所定時間
通電し、磁性体３８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、パイプ４１を介して空
気軸受３９のエアポケット部４０に圧縮空気が導入され
る。その結果、エアポケット部４０内の圧力とフィクス
チャユニット１３の重量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、制御装置６６からの指令に基づいてドライブ
ユニット１５が定盤２と平行な平面内で移動を開始する
と、ピン５４とピンブロック４４およびピン４８とフェ
ースプレート３２との係合のためにフィクスチャユニソ
ト１３がドライブユニット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３９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はドライ
ブユニット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３９は、フィクスチャ
ユニット１３の移動に際して定盤２との間の摩擦力ひい
てはドライブユニット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３９への圧縮空気の供給が断た
れてフイクスチャユニット１３が定盤２に密着する一方
、再び電磁石３５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３５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、制御装
置６６からの指令に基づいてモータ４７が起動すると同
時に第１図の電磁ブレーキ２５のブレーキ力が解除され
る。これにより、ドライブシャフト４９と中間シャフト
３０等を介してナツト部材２７が回転してゲージ２１と
一体のシャフト２２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２１の高さを調整する
。

ゲージ２１の高さ調整が完了すると、モータ４７が停止
すると同時に再び電磁ブレーキ２５がはたらいてシャフ
ト２２を拘束し、さらにドライブユニット１５がアーム
５ごと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ット１３は電磁石３５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２１の先端にロケー
トピン６０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）
１３の位置決めが完了すると、これらの複数のフィクス
チャユニット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
１の高さ等が考慮されているのである。しかもゲージ２
１自体が球状であるために、ワークＷが傾斜面あるいは
曲率面を有していたとしてもワークＷの形状を問わずに
確実に位置決めすることができることになる。

続いて、制御装置６６に対して測定開始信号を入力する
と、第１図および第４図に示す加振器６１が所定時間駆
動され、それによって各フィクスチャユニット１３のゲ
ージ２１が高周波で振動するとともに、ゲージ２１の振
動が加速度計６２でピックアップされて第５図の着座判
定回路部６５に入力される。そして、ゲージ２１にワー
クＷが正しく着座している場合とそうでない場合とでは
第７図に示すように加速度計６２の出力波形が太き（変
化することから、この波形を着座判定回路部６５におい
て所定のしきい値のもとで、弁別してワークＷの着座、
未着座を判定し、その判定出力を制御装置６６に送出す
る。制御装置６６では各フィクスチャユニット１３ごと
のワークＷの着座。

未着座状態を記憶し、後述する測定データとともにプリ
ントアウトする。

こののち、第２図に示すようにアクチュエータ１６．１
７のはたらきによりドライブユニット１５が上昇するの
に対してセンサヘッド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、制御装置６６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＞１’−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、前記実施例では測定母機１を、実際の測定のほ
かに定盤２上でフィクスチャユニット１３を移動させる
手段として共用化しているが、フィクスチャユニット１
３を把持して定盤２上で移動させるためのハンドを測定
母機１とは別のロボット等のハンドリング装置に保持さ
せて測定母機から独立させてもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、被測定物を位置決めする
フィクスチャユニットが、被測定物に接触してこれを支
持する高さ調整可能な球状の支持部材を備えるとともに
、支持部材が被測定物に接触したことを検知する着座検
知手段を備えていることにより、被測定物の形状を問わ
ずどのような形状の被測定物でも位置決めすることがで
きるためにフィクスチャユニットの汎用性が高く、従来
のように被測定物の形状に応じてその都度フィクスチャ
ユニットを交換する必要がなくなる。

また、各フィクスチャユニットの支持部材に被測定物が
確実に着座しているかどうかチエツクできるので、例え
ば支持部材の高さ調整誤差等によりワークに着座しない
支持部材があったとしてもそれを特定できることから、
測定によって得られた測定データに基づいて被測定物の
寸法精度の評価を行う場合に上記の特定部位の未着座状
態を考慮した評価ができるようになり、評価結果の信頼
性が向上する。

【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フィクスチャユニ
ットの断面図、第２図は同じく測定装置全体の構成説明
図、第３図は上記測定装置の定盤の平面図、第４図は第
１図の要部拡大断面図、第５図は着座検知手段の信号処
理系のブロック図、第６図はドライブユニットの断面図
、第７図は加速度計の出力波形の説明図、第８図は従来
の三次元測定装置の一例を示す構成説明図、第９図は第
８図の測定装置で使用される基準ブロックの斜視図であ
る。 １・・・測定母機、２・・・定盤、５・・・アーム、１
３・・・フィクスチャユニット、１４・・・センサヘッ
ド、２１・・・支持部材としてのゲージ、３４・・・高
さ調整機構、６１・・・加振器、６２・・・加速度計、
６３・・・着座検知手段、６５・・・着座判定回路部、
Ｗ・・・被測定物としてのワーク。 第３図 第 因 第 図 （Ａ） フーク羞１咥−時のシ皮升ら （Ｂ） フー７＃４座時のミ皮升ら 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）定盤上に置かれた複数のフィクスチャユニットを
   基準として被測定物を位置決めした上で、測定母機のア
   ーム先端に取り付けられたセンサヘッドにより被測定物
   の寸法を測定する装置において、 前記フィクスチャユニットは、被測定物に接触してこれ
   を支持する高さ調整可能な球状の支持部材と、支持部材
   に被測定物が接触したことを検知する着座検知手段とを
   備えていることを特徴とする三次元測定装置。