JPH0330817Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、自動駆動型三次元測定機に係り、特
にプログラムによる予設定モードに対して実モー
ドに差異が生じたときに作動する安全装置を設け
た三次元測定機に関する。

〔背景技術とその問題点〕

載物台に載置された測定対象物と、垂直方向に
変位可能なスピンドルの先端に取付けられた検出
子とを三次元的に相対移動させ、両者を接触等さ
せて関与せしめ、そのときの相対移動変位量から
測定対象物の形状、寸法等を測定する三次元測定
機が知られている。近年、前記相対移動をコンピ
ユータのプログラムにより自動的に行わせ、測定
作業の効率向上、省力化等を図るようにした自動
駆動型三次元測定機が普及しつつある。

従来、自動駆動型三次元測定機では、検出子と
して例えばタツチ信号式プローブを採用した場
合、机上の計算に基づいてまたは基準体に沿つて
倣い運転させて収拾したデータに基づいて測定対
象物とプローブとの相対移動軌跡や速度等をプロ
グラミングし、実測定は測定対象物を載物台に載
置固定したのちそのプログラムによつて自動駆動
することにより行つていた。プログラムの基準目
標値の手前で測定対象物と検出子とが関与したと
き、または基準目標値を行き過ぎて両者が関与し
たとき、あるいは測定対象物に対する検出子の相
対オーバーラン量が一定量を越えたとき前記相対
移動が停止されるようになつている。オーバーラ
ン許容量は検出子の構造に基づいて設定され、一
般的に数mmである。

ここで、いずれの場合であつても三次元測定機
の本体構造、駆動機構、イナーシヤ等の事項を考
慮して、タツチ信号式プローブからタツチ信号が
発信されると前記相対移動が減速または停止、ま
たは減速したのち停止するように構成されてい
た。

しかし、以上のように許容されるオーバーラン
量を越えたときに停止させたりタツチ信号が発信
されたときに減速、停止させたりする手段を講じ
ても、実用上問題が残されていた。すなわち、 測定対象物の測定面が予め定められた目標値
近傍にない場合には、低速切換え前の高速運転
中に検出子が測定面に激突し、測定データの収
拾が不能になるばかりか検出子、またはプラス
チツク等の軟弱測定対象物の場合にはその測定
対象物が破損するという問題がある。一方、低
速切換え後目標値を越えてもなお測定面に到達
しない場合にはいたずらに無駄な時間を費やす
ことになり、作業効率が低下するという問題が
生ずる。

測定対象物を前回測定時と同じ三次元的位置
で載物台に固定しないと、前記の不都合が顕
著かつ多くの箇所で生じることになり、このた
めこれを回避すべく極めて精巧な取付治具を測
定対象物毎に準備しなければならず、またその
取付け、取り外しの作業とともに経済的負担も
大きい。

測定対象物が所定位置から大きくかけ離れて
載物台にセツトされているときには、検出子以
外の測定機構造物が測定対象物に激突するた
め、測定機構造物は検出子のオーバーストロー
クの如き吸収特性を有しないことからその破損
等は著しいものになる。

自動駆動型三次元測定機には各種のタイプが
あり、特に必ずしも測定対象物の測定点の全て
を自動測定するように構成されていないもの、
またはそのように運用されないものがある。例
えば、同じプログラムで近似的測定対象物につ
いて駆動運転し、その余りは検出子の代わりの
補助測定器による測定データで補正するように
したものがある。

このようなタイプの三次元測定機の自動運転
中に測定機構造物が測定作業者に衝突しあるい
は測定機構造物と測定対象物との間に作業者が
挟まれ、機器の破損が発生するばかりか作業者
の安全対策上問題が生じていた。

測定機構造物との接触、衝突事故は以上の他
に例えば他の長寸部材の搬入時にこれが過つて
測定範囲内に突出した場合や測定作業者以外の
者が覗き込む行為を行つた場合等にも生じる。

〔考案の目的〕

本考案は、以上の各問題は三次元測定機がNC
工作機械の如く加工目標値に向かつて駆動制御さ
れるのとは異なり、測定すべき真値がその中に含
まれている一定幅をもついわば目安的目標値に対
して駆動運転されるという特殊性を有すること、
また、測定精度がμｍ単位で測定力が例えば50ｇ
程度の精巧な測定条件となつていること、更には
測定対象物と測定機構造物とが三次元の相対移動
を行い、しかもこの相対移動が基台から突出した
箇所で行われること、などの固有の特性に起因し
て生じていると認識されて成されたものであり、
検出子の作動前の異常を察知して具体的処理を行
う安全装置を自動駆動型の三次元測定機に装備す
べく本考案は成された。

本考案の目的は、載物台に所定位置から大きく
かけ離れてセツトされた測定対象物や不用意に行
動した測定作業者或いはその他の者がスピンドル
に接触や衝突したり、また測定対象物とスピンド
ルとの間に測定作業者が挟まれたりするプログラ
ム予定外の事態が生じたときにこれを検出し、こ
れにより自動運転を停止させてそれ以上の事態を
防止し、作業者、機器等の安全を確保できるよう
にした自動駆動型三次元測定機を提供するところ
にある。

また本考案の目的は、測定対象物等の異物がス
ピンドルに大きな衝撃力で衝突した場合は勿論の
こと、軽く接触した場合や接触直前に達した場合
も検出できるようにし、異常事態の検出を幅広く
行える安全装置を備えた自動駆動型三次元測定機
を提供するところにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

このため本考案に係る自動駆動型三次元測定機
は、載物台に載置された測定対象物と、本体構造
に垂直方向に変位可能に支持されたスピンドルの
先端に取り付けられた検出子とを三次元方向に相
対移動させ、両者を関与させたときの相対移動変
位量から前記測定対象物の形状、寸法等を測定す
る自動駆動型三次元測定機において、前記スピン
ドルの先端側と前記本体構造の一方に発光器を、
他方にこの発光器からの光線を受ける受光器を前
記光線が前記スピンドルの長手方向となるように
スピンドルの少なくとも四方をカバーしてそれぞ
れ取付け、異物が前記光線を遮断したときに出力
を発する前記受光器に接続された検出装置を設
け、この検出装置の出力信号で前記相対移動を強
制的に停止させるための緊急停止装置を含んで構
成されたものである。

以上において、前記四方とは前記三次元の例え
ば水平方向における四方向である。

異物が前記光線を遮断することによつてスイツ
チング作用が生じ、この結果、検出装置からの出
力信号に基づき緊急停止装置は測定対象物と検出
子とに相対移動を行わせる駆動装置を緊急に停止
させる。この緊急停止作動は異物が光線を遮断す
れば行われ、異物とスピンドルとの衝突力の大
小、或いは衝突の有無を問わず実現可能である。

発光器、受光器をスピンドルの三次元の水平方
向における四方向をカバーして設けると、前記衝
突等の方向を弁別することができるようになり、
これにより、駆動装置を停止させるだけでなく、
衝突等が生じた方向とは逆方向へスピンドルを後
退移動させることも可能になる。

〔実施例〕

第１図は本実施例に係る三次元測定機の全体斜
視図である。基台１には載物台２がＹ軸方向へ移
動自在に配置され、基台１の左右側面に固定され
た支柱３の上部には横桁部材４が横断配置されて
いる。横桁部材４にはスライダ５がＸ軸方向へ摺
動自在に設けられ、スライダ５と一体化されたス
ピンドル支持部材６にはスピンドル７が垂直方向
すなわちＺ軸方向に移動自在に支持されている。
スピンドル７の下端には検出子８が装着され、本
実施例ではこの検出子８は載物台２に載置固定さ
れた測定対象物９に接触することによりタツチ信
号を出力するタツチ信号式プローブになつてい
る。

基台１に対して載物台２が移動することにより
検出子８と測定対象物９とのＹ軸方向への相対移
動がなされ、またスライダ５が横桁部材４に対し
て移動することにより検出子８は測定対象物９に
対してＸ軸方向へ移動し、スピンドル支持部材６
に対してスピンドル７が移動変位することにより
検出子８と測定対象物９との間でＺ軸方向への相
対移動が生ずる。以上の直交三軸方向への相対移
動変位量は基台１と載物台２との間に設けられた
Ｙ軸変位検出装置１０（第４図参照）、横桁部材
４とスライダ５との間に設けられたＸ軸変位検出
装置１１、スピンドル支持部材６とスピンドル７
との間に設けられたＺ軸変位検出装置１２により
検出され、これらの検出装置１０，１１，１２は
光学的スケール、光電変換素子等により構成され
ている。

ここで、スピンドル支持部材６はスピンドル７
に対して三次元測定機の本体構造をなしている。

載物台２のＹ軸方向移動、スライダ５のＸ軸方
向移動、スピンドル７のＺ軸方向移動は第４図で
示したＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の各モータ１３，１４，
１５を駆動源とする駆動装置により行われ、この
駆動装置は例えば送りねじ軸やプーリ、ベルト等
により構成されている。それぞれのモータ１３，
１４，１５はドライバ１６，１７，１８及び駆動
制御回路１９を介してCPU（中央処理装置）２０
に接続され、CPU２０は前記検出装置１０，１
１，１２による電気信号のデータに基づいて測定
対象物９の形状、寸法等を求める演算機能を有す
るとともに、予め設定されたプログラムに従いそ
れぞれのモータ１３，１４，１５毎に設けられた
ドライバ１６，１７，１８を制御する駆動制御回
路１９に電気指令信号を出力する機能を有し、こ
れによりプログラム通りに各モータ１３，１４，
１５の起動タイミング、回転数、回転速度等が制
御され、前記検出子８が測定対象物９に対して自
動的に三次元軌跡を描きながら移動し、二次元測
定が行われる。

ここで、前記プログラムはNC工作機械のよう
に検出子８を一定の目標値に向かつて駆動制御す
るように設定されておらず、ある幅を持ついわば
目安的目標値に向かつて検出子８が駆動制御され
るように設定されており、この目安的目標値の中
に測定すべき真値が含まれ、それぞれの測定対象
物９毎に異なる真値に対応できるようになつてい
る。従つてスピンドル７、検出子８は目安的目標
値の幅内では測定対象物９毎に異なる移動変位を
行う。

第２図は前記スピンドル７の周辺のスピンドル
支持部材６の縦断面図を示す。三次元測定機の本
体構造としてのスピンドル支持部材６の内部には
スピンドル７のＺ軸方向移動を案内するエアベア
リング２１が設けられ、このエアベアリング２１
はスピンドル支持部材６のカバー６Ａで覆われた
本体６Ｂに保持されている。スピンドル７の先端
即ち下端にはフランジ２２が取付けられ、このフ
ランジ２２の上面と、フランジ２２に上下に対向
する本体６Ｂの下面とのいずれか一方に発光器２
３が、他方に受光器２４がそれぞれ設けられてい
る。発光器２３と受光器２４との間には三次元測
定機の自動運転中、光線２５がスピンドル７の長
手方向に常時照射されている。受光器２４は光電
変換器ともなつており、発光器２３、受光器２
４、光線２５により光電スイツチ２６が構成され
る。

第３図の通りスピンドル７はＸ軸、Ｙ軸の水平
四方向に四側面が向いた平断面四角形状になつて
おり、光電スイツチ２６はこれらの四側面に各１
個２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ設けられ、従
つてスピンドル７のＸ軸、Ｙ軸の水平四方向がカ
バーされている。

次に作用について述べる。

プログラムに基づくCPU２０の作動により駆
動制御回路１９、ドライバ１６，１７，１８を介
して駆動装置を構成するＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の各モ
ータ１３，１４，１５が駆動し、これにより検出
子８が測定対象物９に対して相対三次元移動を行
い、この相対三次元移動変位量はＹ軸、Ｘ軸、Ｚ
軸の各変位検出装置１０，１１，１２により検出
され、それぞれの変位検出装置１０，１１，１２
からのsin波、cos波の電気信号は変位検出回路２
７，２８，２９において分割、波形整形されて移
動変位量に応じた数のパルスが発信される。この
パルスの数はカウンタ３０，３１，３２において
計数され、計数値信号はCPU２０に入力される。
タツチ信号式プローブである検出子８が測定対象
物９の測定箇所に接触すると検出子８からタツチ
信号が発信され、これがCPU２０に入力される。
これによりタツチ信号発信時におけるカウンタ３
０，３１，３２からの計数値信号に基づき測定対
象物９の形状、寸法等がCPU２０において演算
され、演算結果はCPU２０に接続された表示装
置に表示され、また、記録装置に記録される。

検出子８がカウンタ３０，３１，３２に接続さ
れている場合には、検出子８からタツチ信号が発
信されるとカウンタ３０，３１，３２で計数され
たパルス数がホールドされ、このホールドされた
パルス数に基づきCPU２０において測定対象物
９の寸法、形状等が演算される。

例えば測定対象物９が載物台２に所定位置から
大きくかけ離れてセツトされたり、三次元測定機
の自動運転時に作業者が過つて三次元測定領域に
手を出したりすると三次元運動を行つているスピ
ンドル７に測定対象物９等の異物が接触、或いは
衝突する。このようなプログラム予定外の事態が
生じたとき、スピンドル７には光電スイツチ２６
が設けられているため、測定対象物９等は光電ス
イツチ２６の光線２５を遮断して受光器２４から
のこの遮断に関するスイツチング信号が出力され
る。光電スイツチ２６の発光器２３、受光器２４
は相対的にＺ軸方向移動を行うスピンドル支持部
材６とスピンドル７との分かれて取付けられてい
るため、スピンドル支持部材６からのスピンドル
７の突出量の如何にかかわらず前記光線２５はス
ピンドル支持部材６から露出しているスピンドル
７の外面の全Ｚ軸方向長さに亘たるものとなり、
スピンドル７の外面に異物が衝突すれば確実に光
線２５は遮断される。

第４図の通り光電スイツチ２６の受光器２４に
は異常検出回路３３が接続され、この異常検出回
路３３は緊急停止回路３４を介して前記駆動制御
回路１９に接続されている。光線２５の遮断に基
づく受光器２４からのスイツチング信号により異
常検出回路３３はパルス等の出力信号を発信し、
この出力信号は緊急停止回路３４において駆動制
御回路１９に入力させるために増幅等される。緊
急停止回路３４で増幅等の処理された信号により
駆動制御回路１９はドライバ１６，１７，１８を
介して前記駆動装置の各モータ１３，１４，１５
を停止させ、測定対象物９に対するスピンドル
７、検出子８の移動変位を強制的に停止される。
これにより三次元測定機の自動運転は緊急停止さ
れ、それ以上の異常事態は防止される。

この実施例では異常検出回路３３は光線２５が
遮断されると出力信号を発信する検出装置になつ
ており、また緊急停止回路３４は異常検出回路３
３からの出力信号により駆動装置を停止させて検
出子８と測定対象物９との相対移動を止めるため
の緊急停止装置になつている。この緊急停止装置
は本実施例のように駆動装置を直接停止させるも
のでもよいが、ブレーキ装置を作動させて駆動装
置を間接的に停止させるものでもよい。

また異常検出回路３３の出力信号をCPU２０
に入力させることにより前記プログラムに割込ま
せ、これにより駆動装置を緊急停止させてもよ
く、更に異常検出回路３３の出力信号をドライバ
１６，１７，１８に入力させて駆動装置を緊急停
止させるようにしてもよい。前者の場合はCPU
２０が緊急停止装置を兼ね、後者の場合はドライ
バ１６，１７，１８が緊急停止装置を兼ねる。

以上において、測定対象物９等の異物がスピン
ドル７に大きな衝撃力で衝突した場合でも、軽く
接触した場合でも、更に接触直前の接近に至つた
場合でも光線２５が異物によつて遮断されれば駆
動装置は停止され、従つて幅広く異常事態を検出
できる。

また、光電スイツチ２６は異物が光線２５を遮
断すればスイツチング作用を行うためスピンドル
７との位置関係を一定に定めて取付ける必要はな
く、三次元測定機の構造、測定作業態様等に対応
してスピンドル７の外面からの光線２５の位置等
を自由に設定できる。

第５図は前記４個の光電スイツチ２６Ａ，２６
Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄの受光器２４が接続される電
気回路を異常検出、方向弁別回路３５とした場合
の実施例を示す。この回路３５は前記異常検出回
路３３と同様に受光器２４からの信号により出力
信号を発信するとともに、Ｘ軸、Ｙ軸の水平四方
向に一致せしめられてスピンドル７に設けられた
光電スイツチ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄの
いずれの光電スイツチ２６がスイツチング作用を
行つたかを判別する。これにより測定対象物９等
の異物がいずれの方向からスピンドル７に衝突等
したか弁別され、異常検出、方向弁別回路３５か
らの信号はCPU２０に送られて処理される。こ
の結果、駆動装置は緊急停止するだけでなく、異
物が衝突等した方向とは逆方向へスピンドル７を
後退移動させてスピンドル７、検出子８を異常事
態から回避させる。検出子８が測定対象物９の測
定箇所に近づくまでは測定時間の短縮のためスピ
ンドル７はＸ軸、Ｙ軸の合成方向に移動せしめら
れるが、それ以後、検出子８が測定箇所に接触す
るまではスピンドル７は一般的にＸ軸、Ｙ軸のい
ずれかの方向へ移動せしめられるため、衝突等の
方向の弁別のためには前記４個の光電スイツチ２
６で足りる。

なお、Ｘ軸、Ｙ軸の合成方向移動中のスピンド
ル７に測定対象物９等の異物が衝突等する場合を
考慮して光電スイツチ２６を第６図の通り配置し
てもよい。即ち、光電スイツチ２６の配置位置を
平断面四角形のスピンドル７の四隅位置とし、４
個の光電スイツチ２６Ｅ，２６Ｆ，２６Ｇ，２６
ＨをＸ軸、Ｙ軸の対角水平四方向に設ける。光電
スイツチ２６が２個（例えば２６Ｅ，２６Ｆ）同
時に作動したときはＸ軸、Ｙ軸の四方向の一方向
から、また光電スイツチ２６が１個（例えば２６
Ｅ）作動したときは対角四方向の一方向から測定
対象物９等がスピンドル７に衝突等したことを弁
別できる。光電スイツチ２６の数は以上の各実施
例の４個に限られず、例えば第３図と第６図の実
施例を組み合わせて８個としてもよく、また以上
の光電スイツチ２６の配置はスピンドル７が平断
面円形の場合にも適用できる。

以上において、衝突等の方向の弁別を行わない
場合には、それぞれの光電スイツチ２６の受光器
２４を並列にまたは直列にまとめて接続して異常
検出回路３３またはこれと同様の機能を有する電
気回路に接続してもよい。

第１図で示した三次元測定機はＹ軸方向移動に
ついて検出子が固定側で測定対象物が移動側、Ｘ
軸方向移動およびＺ軸方向移動については検出子
が移動側で測定対象物が固定側のタイプであつた
が、本考案はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各移動方向につ
いて検出子、測定対象物のいずれが固定側或いは
移動側であつても適用でき、要すれば測定対象物
と検出子とが相対的に三次元移動を行つて測定対
象物の寸法、形状等を測定する三次元測定機であ
ればよい。また、前記実施例では検出子は測定対
象物に接触することによりタツチ信号を出力する
タツチ信号式プローブであつたが、この検出子の
タイプも任意であり、例えばレーザ光線による非
接触型検出子であつてもよい。

〔考案の効果〕

本考案によれば、スピンドルと測定対象物や測
定作業者等とが接触したり衝突したりするプログ
ラム予定外の異常事態が生ずると、これを検出し
て三次元測定機の自動運転を緊急停止させること
ができるため、作業者や機器の安全性を確保で
き、自動駆動型三次元測定機の実用化を図る上で
有効である。

また本考案によれば、異物が光線を遮断すれば
スイツチング作用が生じるため、スピンドルと異
物との衝突力の程度や接触の有無を問わず異常事
態を検出でき、幅広い検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三次元測定機の全体斜視図、第２図は
スピンドルの周辺のスピンドル支持部材の縦断面
図、第３図は第２図の−断面図、第４図は三
次元測定機の電気的構成を示すブロツク図、第５
図は別実施例に係る要部のブロツク図、第６図は
発光器、受光器による光電スイツチの配置位置に
係る別実施例を示す第３図と同様の図である。 ２……載物台、６……本体構造であるスピンド
ル支持部材、７……スピンドル、８……検出子、
９……測定対象物、２３……発光器、２４……受
光器、２５……光線、２６……光電スイツチ、３
３……検出装置である異常検出回路、３４……緊
急停止装置である緊急停止回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 載物台に載置された測定対象物と、本体構造
   に垂直方向に変位可能に支持されたスピンドル
   の先端に取り付けられた検出子とを三次元方向
   に相対移動させ、両者を関与させたときの相対
   移動変位量から前記測定対象物の形状、寸法等
   を測定する自動駆動型三次元測定機において、
   前記スピンドルの先端側と前記本体構造の一方
   に発光器を、他方にこの発光器からの光線を受
   ける受光器を前記光線が前記スピンドルの長手
   方向となるようにスピンドルの少なくとも四方
   をカバーしてそれぞれ取付け、異物が前記光線
   を遮断したときに出力を発する前記受光器に接
   続された検出装置を設け、この検出装置の出力
   信号で前記相対移動を強制的に停止させるため
   の緊急停止装置を含んで構成された安全装置を
   備える自動駆動型三次元測定機。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
   記四方とは前記三次元の水平方向における四方
   向であることを特徴とする自動駆動型三次元測
   定機。