JPH0262162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、測定子と被測定物とを三次元的に関
与させ、両者の相対移動変位量から当該被測定物
の形状等を計測する三次元測定機に係り、いかな
る式の三次元測定機にも適用できる。

［背景技術とその問題点］ 近年、載物台上に載置された被測定物の外径寸
法、孔直径およびその中心位置等の各種形状等を
計測する三次元測定機が知られ、立体物の高精度
測定等に広く普及、利用されている。

従来、このような三次元測定機の一般的構造
は、例えば、第３図に示されるような構造であ
る。即ち、第３図において、支持台１に載置され
た石定盤等からなる載物台２上には一対の支柱３
が立設され、これらの支柱３上には図示しないエ
アベアリング等により円滑に前後方向即ちＹ軸方
向に移動可能にされた横部材４が載置され、この
横部材４と前記支柱３との相対移動量は光学式変
位検出器等からなるＹ軸用変位検出器５により検
出されるようになつている。

前記横部材４にはスライダ６がエアベアリング
（図示しない）等により左右方向即ちＸ軸方向に
円滑に移動自在に設けられ、このスライダ６の横
部材４に対する相対移動量は光学式変位検出器等
からなるＸ軸用変位検出器７により検出されるよ
うになついる。また、スライダ６には下端に測定
子８を有する角軸状のスピンドル９が図示しない
エアベアリング等により上下方向即ちＺ軸方向に
摺動自在に支持され、このスピンドル９とスライ
ダ６との相対移動量は前記各検出器と同様な光学
式変位検出器等からなるＺ軸用変位検出器１０に
より検出されるようになつている。ここにおい
て、前記横部材４、スライダ６およびスピンドル
９により測定子支持部材１１が構成され、従つて
この測定子支持部材１１により前記測定子８が支
持され、測定子８が載物台２上に載置された被測
定物１２に対しＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の三次元的に相
対移動可能に支持されている。

このような構成において被測定物１２の形状等
を測定するには、スピンドル９を人手により或は
自動測定の場合はロボツトのハンドルにより把持
して載物台２上に予め設定した原点に測定子８を
接触させて極座標の基準とし、次いで測定子８を
被測定物１２の各測定点に接触させ、この測定子
８の前記原点からのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対移動
量を前記各検出器５，７，１０により検出し、図
示しないコンピユータ等からなる演算処理装置で
各検出器５，７，１０からの信号を適宜処理して
測定値として計測するものである。

ところで、このような三次元測定機において
は、高精度達成のために、各部の構造は堅牢に形
成され、かつ、前記測定子８が測定子支持部材１
１に対して定位置関係に一体的に取付けられてい
る。従つて、このような従来の三次元測定機にお
いては次のような問題点がある。

測定子８を被測定物１２の所望測定面に移動
させるには、当然に移動機構全体即ち測定子支
持部材１１と共に移動させなければならず、ま
た、被測定物１２の形状によつて迂回して移動
をする必要もあることから、作業能率が悪く、
更に、迂回時において測定子８の衝突による破
損等を招く虞れもある。

被測定物１２に突出部があり、この突出部の
下面に形成された部分を測定する場合のよう
に、測定子８を当接できないまたは極めて当接
が困難な測定面が生じ、慎重操作をするとか、
被測定物１２の姿勢変更のための取付け作業を
必要とする場合がある。

測定箇所には、厚さ、或は位置があまり問題
でなく単に孔径だけが必要であるような場合の
孔の寸法測定等のように、絶対座標系において
の位置付け即ち前記原点からの位置を必要とし
ない測定点も多くあるが、これらも全て前記従
来例のように測定子８を三次元的に移動させて
作業しなければならない。

このように上述の問題点は何れも作業能率を低
下させるもので、測定対象物の適用の拡大並びに
形状の複雑化に伴ない、前記問題点を解決しなけ
れば、三次元測定機の普及の妨げとなる重要な課
題となつてきている。

なお、三次元測定機には前記第３図で示した形
状に限らず、門型のコラムが載物台に摺動自在に
されたもの、測定子支持部材が片持ち梁状にされ
たもの、更には載物台がＹ軸方向に可動にされた
もの等種々の形式があるが、前記問題点はあらゆ
る形式の三次元測定機において共通する問題であ
る。

［発明の目的］ 本発明の目的は、被測定物の測定箇所の性質に
応じた測定ができ、測定能率を極めて向上させる
ことのできる三次元測定機を提供するにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明は、被測定物が載置される載物台に対し
三次元的に相対移動できる測定子を設けるととも
に、この測定子のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の載物台に対
する相対移動量をそれぞれ検出するＸ，Ｙ，Ｚ軸
用変位検出器を設け、かつ、往復移動可能な接触
子およびこの接触子の移動変位量を検出するため
の接触子変位検出器を有しかつその検出結果を出
力させる発信スイツチを含む携帯型の検出ユニツ
トを設け、これらの検出ユニツトおよびＸ，Ｙ，
Ｚ軸用検出器を、各々からの信号を演算処理する
データ処理部、その処理結果および検出ユニツト
の使用を指示する測定指示信号を適宜出力する出
力回路をも含む演算処理装置の入力回路に接続
し、各軸変位検出器および検出ユニツトの各変位
量相当出力信号を利用して被測定物の形状等を演
算処理装置で計測するようにし、演算処理手段の
出力回路から出力される測定指示信号に基づいて
使用すべき検出ユニツトを指示する測定指示手段
を設けることにより、絶対座標系における位置付
けを必要とする測定箇所はＸ，Ｙ，Ｚ軸変位検出
器により計測するとともに、厚さ等の絶対座標系
における位置付けを必ずしも要しない箇所につい
ては、演算処理装置から測定指示信号を出して作
業者等に検出ユニツトを使用させ、当該箇所の測
定結果を発信ボタンで演算処理装置に送信させる
ことで簡易に測定できるようにし、前記目的を達
成しようとするものである。

［実施例］ 以下、本発明を前記従来例とは異なる形式の三
次元測定機に適用した一実施例を図面に基づいて
説明する。

全体の概略構成を示す第１図において、石定盤
等からなる載物台２１上には門型のコラム２２が
図示しないエアベアリング等により前後方向即ち
Ｙ軸方向に摺動自在に載置され、このコラム２２
の載物台２１に対する相対移動量はＹ軸用変位検
出器２３により検出されるようになつている。

前記コラム２２の上部桁にはスライダ２４が図
示しないエアベアリング等により左右方向即ちＸ
軸方向移動自在に設けられ、このスライダ２４と
コラム２２との相対移動量はＸ軸用変位検出器２
５により検出されるようになつている。

前記スライダ２４には角軸状のスピンドル２６
がエアベアリング（図示しない）等により上下方
向即ちＺ軸方向に摺動自在に設けられ、このスピ
ンドル２６のスライダ２４に対する相対移動量は
Ｚ軸用変位検出器２７により検出され、かつ、ス
ピンドル２６の下端には測定子２８が着脱可能に
取付けられている。ここにおいて、前記コラム２
２、スライダ２４およびスピンドル２６により測
定子支持部材２９が構成され、従つて、前記測定
子２８はこの測定子支持部材２９により載物台２
１上に載置された被測定物３０に対しＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向即ち三次元的に相対移動可能にされ、か
つ、この相対移動量は前記各軸用検出器２３，２
５，２７により検出され、これらの検出器２３，
２５，２７からの検出信号は各軸信号用コード３
１を介して演算処理装置３２に入力されるように
なつている。また、各検出器２３，２５，２７
は、0.1μmの単位長さ当りに１パルスのデジタル
信号を発する光学式検出器等から構成され、
0.1μmの精度で測定可能とされている。

前記コラム２２および載物台２１の所定位置に
は、ジヤツク３３が複数箇設けられ、これらのジ
ヤツク３３はユニツト信号用コード３４を介して
前記演算処理装置３２に接続されている。また、
前記ジヤツク３３には、ノギス型の検出ユニツト
３５にケーブル３６を介して接続されたプラグ３
７或いはマイクロメータ型の検出ユニツト３８に
ケーブル３９を介して接続されたプラグ４０が接
続可能にされ、これらの検出ユニツト３５，３８
による測定値信号がケーブル３６，３９、プラグ
３７，４０、ジヤツク３３およびユニツト信号用
コード３４を介して前記演算処理装置３２に入力
されるようになつている。

これらの検出ユニツト３５，３８は、前記載物
台２１上に載置された被測定物３０の何れの測定
対象面にも接近できるように前記ケーブル３６お
よび３９が十分な長さを有するように形成されて
おり、かつ、被測定物３０の測定対象面の寸法等
を0.1μmの精度で測定でき、かつ、0.1μm／パル
スのデジタル信号を測定値として、即ちそのまま
デジタル表示できる形の信号として出力できるよ
うに形成されている。

前記演算処理装置３２は、入力回路４１、デー
タ処理部４２および出力回路４３を備え、前記入
力回路４１はその入力信号の性質に応じて、波形
整形回路４４およびカウンタ回路４５を介して或
いは介さずに直接に入力信号を受入れ得るように
なつている。この際、本実施例では、Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸用検出器２３，２５，２７からの出力信号は何
ら波形処理等がなされていないため、前記波形整
形回路４４およびカウンタ回路４５を介してそれ
ぞれ入力されるようにされ、かつ、前記各検出ユ
ニツト３５，３８は、それ自身の中に波形整形用
およびカウンタ用等のデバイスを有しているた
め、計測値の値を謂わゆる測定値信号として出力
できることから、直接入力回路４１に信号入力で
きるようにされている。

前記入力回路４１からの信号は、データ処理部
４２により適宜に処理、即ち、例えば３点の信号
として与えられた円の情報を処理して円の直径或
いはその中心位置を演算するような処理、このよ
うな演算された値を何番目に出力するか、更に
は、複数回の信号から平均値を算出する等の測定
に必要なあらゆる処理を行われ、このデータ処理
部４２からの信号は、出力回路４３を介して陰極
線管４６、プリンタ４７、その他の外部出力装置
に出力されるようになつている。また、出力回路
４３からは、検出ユニツト３５，３８を使用すべ
き測定箇所にきたときに、当該検出ユニツト３５
或は検出ユニツト３８が使用されるべきであるこ
とを指示するための測定指示信号ライン４８が設
けられ、この測定指示信号ライン４８からの信号
により検出ユニツト３５或は検出ユニツト３８
は、当該ユニツト３５，３８に所定の指示が出さ
れたことが解るようにされている。

なお、検出ユニツト３５，３８のケーブル３
６，３９の長さが十分にあれば、プラグ３７，４
０を演算処理装置３２に直接接続してもよい。

第２図にはマイクロメータ型の検出ユニツト３
８の詳細構造が示され、この検出ユニツト３８
は、ボデー５１に往復移動可能に支持された接触
子５２を備えるとともに、この接触子５２を往復
移動させるシンブル５３を備え、前記接触子５２
とボデー５１に設けられたアンビル５４との間に
被測定物３０の測定部位を挾持してその部位の寸
法をボデー５１と接触子５２との相対移動によつ
て接触子変位検出器５０としてのリニアエンコー
ダ或いはロータリエンコーダにより検出してその
信号を電気的に処理し、インチ或いはmmとしてデ
ジタル表示器５５に表示できるようになつてい
る。また、ボデー５１には電源ON−OFF用の
ON−OFFスイツチ５６、インチ或いはmmの表示
を切換えるためのインチ−ミリメータ切換スイツ
チ５７、デジタル表示器５５に表示された測定値
をクリアするためのクリアスイツチ５８、ボデー
５１の接触子５２の動きにより測定されたデータ
のうち必要なデータを前記演算処理装置３２に送
るための指令を発する発信スイツチ５９、測定デ
ータを保持しておくためのホールドスイツチ６
０、測定データのうち最大値或は最小値を選びだ
してデジタル表示器５５に表示するための最大値
表示スイツチ６１および最小値表示スイツチ６２
を備えるとともに、前記接触子変位検出器５０か
らの信号をこれらの各スイツチの機能を達成させ
るように処理するユニツト演算処理回路６３を備
え、更に、前記演算処理装置３２の出力回路４３
からの信号により当該検出ユニツト３８が測定を
行う測定部位の測定状態にあることを表示するた
めの測定指示手段としての測定指示ランプ６４を
備えている。

なお、図示しないが、ノギス型の検出ユニツト
３５も検出ユニツト３８と全く同様な機能を有す
るようにされており、以下の説明で検出ユニツト
３８が有する各構成部品は検出ユニツト３５も有
するものとして説明する。

次に本実施例の使用法につき説明する。

測定開始にあたり、被測定物３０の形状により
１台若しくは複数台の検出ユニツト３５および／
または検出ユニツト３８を用意し、測定に都合の
よい箇所のジヤツク３３に当該検出ユニツト３
５，３８のプラグ３７，４０を差込んでおく。次
いで、測定に必要な電源等のスイツチを投入状態
にして、測定を開始するのであるが、前記測定子
２８による測定は、前記従来例と同様にスピンド
ル２６をもつて測定子２８を載物台２１上に載置
された被測定物３０に対し三次元的に相対移動さ
せ、測定子２８を被測定物３０の測定部位に接触
させることによつて行う。この測定子２８による
測定は、通常予め指示された順序で行われるが、
この測定子２８による測定の途中において、検出
ユニツト３５或いは検出ユニツト３８を用いて測
定した方が便利であるような測定部位の測定を行
う場合には、演算処理装置３２から所定の検出ユ
ニツト３５或いは検出ユニツト３８に測定指示信
号が送られ、この信号により測定指示ランプ６４
が点灯される。この点灯の指示に従つて測定者
は、当該検出ユニツト３５或いは検出ユニツト３
８を用いて必要な測定を行う。

例えば、被測定物３０に突出部（図示せず）が
形成されていてその厚みを測定する場合には、演
算処理装置３２の出力回路４３から測定指示信号
ライン４８に、例えば検出ユニツト３８の使用を
指示する測定指示信号が出力される。すると、対
応する検出ユニツト３８の測定指示ランプ６４が
点灯し、この検出ユニツト３８で前記突出部の厚
みを測定することが可能になる。

そこで、検出ユニツト３８の接触子５２とアン
ビル５４との間に前記被測定物３０の突出部を挾
持させると、その厚みはデジタル表示器５５に表
示される。また、この時、発信スイツチ５９を押
すことにより、その測定データ（厚み）が演算処
理装置３２に出力される。そして、演算処理装置
３２で所定の演算処理がなされた後、陰極線管４
６に表示されるとともに、プリンタ４７に出力さ
れる。このようにして突出部の厚みが測定され
る。

これにより、この突出部の厚みは、測定指示に
基づいて検出ユニツト３８で挾持させるだけでよ
いので、従来のような測定子２８を複数点当接さ
せるといつた煩雑な作業を不要とすることがで
き、その測定作業を簡素化するとともに、測定作
業時間を短縮して作業効率を向上することが可能
となる。

以下、測定子２８或いは検出ユニツト３５およ
び／または検出ユニツト３８を用いて順次被測定
物３０の測定を行い、全ての測定部位の測定を行
つて測定を完了する。このようにして検出された
測定信号は、演算処理装置３２の入力回路４１を
介してデータ処理部４２で所定の処理がなされ、
出力回路４３を介して出力装置としての陰極線管
４６に表示されるとともに、プリンタ４７により
プリントアウトされる。

上述のような本実施例によれば、絶対座標系に
よる位置付けを必要とする測定部位は、従来の三
次元測定機と同様に絶対測定可能な測定子２８に
より計測できるとともに、絶対座標系における位
置付けを必ずしも必要としない厚さ等の測定部位
は、携帯用の検出ユニツト３５および／または検
出ユニツト３８により計測できるから、被測定物
３０の形状等の性質に応じて検出手段の使い分け
ができ、測定の作業能率を極めて向上できる。ま
た、測定子２８の姿勢変更等も必要とすることが
少ないから、この点からも作業能率を向上でき、
かつ、この場合における原点位置の再チエツクが
必要なくなり、更に作能率を向上できる。更に、
被測定物３０を迂回することによつて生じる測定
子２８の損傷等を防止できる。また、各検出ユニ
ツト３５，３８は測定機本体の組立て調整にも利
用でき、測定機の製作コストを低減できる。ま
た、検出ユニツト３５，３８は携帯型であるから
被測定物３０の四方八方から作業でき、被測定物
３０の突出部における裏面等の測定も容易で、更
に、使用上便利な位置のジヤツク３３を利用する
ことにより、更に使い勝手を向上できる。また、
検出ユニツト３５，３８による測定結果も一般の
測定と一連的に演算処理装置３２により処理され
るので、格別のデータ処理作業が必要でなく、陰
極線管４６、プリンタ４７に表示されるデータを
そのまま測定値として利用できる。更に、検出ユ
ニツト３５，３８の形状を従来のマイクロメー
タ、ノギス、デプスゲージ、ホールテスタ等の本
体構造と同等構造とすれば、従来のこれらの各種
測定機の測定作業と違和感がなく、この点からも
作業能率の向上を図ることができる。

また、検出ユニツト３５，３８は、発信スイツ
チ５９を有するから、ミスデータ等を演算処理装
置３２に送ることなく、必要データのみを送るこ
とができるから、演算処理装置３２における処理
を混乱させることがない。更に、検出ユニツト３
８は、ホールドスイツチ６０、最大値表示スイツ
チ６１、最小値表示スイツチ６２を有するから、
測定の途中において必要なデータを表示器５５に
表示でき、かつ、インチ−ミリメータ切換スイツ
チ５７によりインチとmmの切換えも行える。ま
た、使用すべき検出ユニツト３５，３８は、測定
指示ランプ６４により指示されるから、測定ミス
を防止できるとともに、測定能率の向上も図れ
る。

なお、前記実施例においては、Ｘ線用変位検出
器２５、Ｙ軸用変位検出器２３およびＺ軸用変位
検出器２７は、波形整形およびカウンタ等の処理
回路を有さず、一方、検出ユニツト３５および３
８はこれらを有するものとして述べたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、各軸用検出器
２５，２３，２７に波形整形およびカウンタ回路
を組込んでもよく、一方、検出ユニツト３５，３
８にはこれらを組込まず、演算処理装置３２側に
設けた波形整形回路４４、カウンタ回路４５を介
して入力回路４１に信号を入力するようにしても
よい。また、本発明に係る三次元測定機は、第１
図の実施例に示す形式の三次元測定機に限らず、
第３図に示した形式の三次元測定機、載物台を移
動できる形式の三次元測定機、その他の形式の三
次元測定機にも適用でき、かつ、測定子２８の駆
動方法は、人手によるもの或いは自動的にロボツ
ト、或いは各軸毎のモータを設けたもの等、その
駆動形態を問わないものである。更に、各検出ユ
ニツト３５，３８の機能は、第２図に示される各
種スイツチにより規定されるものではなく、これ
らのスイツチの一部のみを有するもの或いはこれ
らとは異なる機能を有するものでもよく、また、
測定指示ランプ６４もブザー等他の指示手段を用
いてもよく、かつ、測定指示手段を設ける位置も
各検出ユニツト３５，３８に限らず、陰極線管４
６等の外部出力装置、その他の部分に設けてもよ
いが、検出ユニツト３５，３８に設ければ測定手
順上便利である。また、各軸用検出器２５，２
３，２７および各検出ユニツト３５，３８からの
出力信号は、デジタル信号に限らず、アナログ信
号でもよいが、デジタル信号とすれば、信号処理
が容易で、かつ、ノイズ等の影響が少ないという
利点がある。更に、前記実施例においては、検出
ユニツト３５，３８はケーブル３６，３９および
コード３４を介して演算処理装置３２に接続され
ているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、検出ユニツト３５，３８と演算処理装置３２
とを電波或いは光波等によるワイヤレス接続した
ものであつてもよい。このようにワイヤレス接続
すれば検出ユニツト３５，３８の使い勝手をより
良好にできる。また、本明細書中において、用い
た絶対座標系なる用語は、Ｘ，Ｙ，Ｚの各面にお
ける原点が全て同一の原点によるものを意味する
ものではなく、例えば各面毎に異なる原点を基準
として座標系を表し、各測定部位の位置を表すよ
うな場合、或いは、測定時の座標系を演算処理装
置３２で適宜な座標系に変換して測定値を表示す
るような場合も含む概念である。

［発明の効果］ 上述のように本発明によれば、被測定の測定部
位の形状により能率のよい測定を行うことができ
る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図は本発明に係る三次元測定機の一実施例
を示す概略構成図、第２図は本発明に用いられる
検出ユニツトの一実施例を示す正面図、第３図は
従来一般の三次元測定機の一例を示す斜視図であ
る。 ２１……載物台、２３……Ｙ軸用変位検出器、
２５……Ｘ軸用変位検出器、２７……Ｚ軸用変位
検出器、２９……測定子支持部材、３０……被測
定物、３２……演算処理装置、３５，３８……検
出ユニツト、４１……入力回路、４２……データ
処理部、４３……出力回路、４８，６４……測定
指示手段である測定指示信号ラインおよび測定指
示ランプ、５５……デジタル表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物が載置される載物台と、この載物台
   に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の三次元的に相対移動
   可能に支持された測定子とを有し、これらの載物
   台と測定子との相対移動変位量から前記被測定物
   の形状等を計測する三次元測定機において、 前記被測定物と測定子とのＸ，Ｙ，Ｚの各軸方
   向相対移動変位量をそれぞれ検出して信号出力す
   るためのＸ，ＹおよびＺ軸用変位検出器を設ける
   とともに、 往復移動可能な接触子およびこの接触子の移動
   変位量を検出するための接触子変位検出器を有し
   かつこの接触子変位検出器での検出結果を表す信
   号を出力する発信スイツチを含む携帯型の検出ユ
   ニツトを設け、 前記各軸用変位検出器と検出ユニツトの接触子
   変位検出器とを、各々から出力される信号を演算
   処理するデータ処理部、その処理結果および前記
   検出ユニツトの使用を指示する測定指示信号を適
   宜出力する出力回路をも含む演算処理装置の入力
   回路に接続し、かつ、前記演算処理装置を前記各
   軸変位検出器および検出ユニツトの接触子変位検
   出器からの各変位量相当出力信号を利用して当該
   被測定物の形状等を計測可能に形成し、 前記演算処理装置の出力回路から出力される測
   定指示信号に基づいて使用すべき検出ユニツトを
   指示する測定指示手段を設けたことを特徴とする
   三次元測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記携帯型
   の検出ユニツトは複数台設けられていることを特
   徴とする三次元測定機。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記検出ユニツトが単位長さ当り１パルスを
   出力できるように形成されていることを特徴とす
   る三次元測定機。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れか
   において、前記検出ユニツトが前記接触子の移動
   変位量相当の測定値を出力できるよう形成されて
   いることを特徴とする三次元測定機。 ５ 特許請求の範囲第４項において、前記検出ユ
   ニツトが前記測定値をデジタル表示するためのデ
   ジタル表示器を含んで形成されていることを特徴
   とする三次元測定機。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項の何れか
   において、前記測定指示手段が前記演算処理装置
   からの測定指示信号を前記検出ユニツトに伝達す
   る手段と、前記検出ユニツトに設置されて測定指
   示信号を受信したことを表示する手段とを含んで
   形成されていることを特徴とする三次元測定機。 ７ 特許請求の範囲第１項ないし第６項の何れか
   において、前記検出ユニツトが前記載物台上に載
   置された被測定物の何れの測定対象面にも接近で
   きるように十分な長さを有するケーブルを介して
   前記演算処理装置の入力回路に接続されているこ
   とを特徴とする三次元測定機。 ８ 特許請求の範囲第１項ないし第６項の何れか
   において、前記検出ユニツトが前記演算処理装置
   の入力回路とワイヤレス接続されていることを特
   徴とする三次元測定機。