JPH0339609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三次元測定機に関し、特にプローブが
交換される三次元測定機に係り、使用プローブ数
の削減、測定作業の迅速化に利用できるものであ
る。

〔背景技術とその問題点〕

載物台に載置した測定対象物と測定機本体に支
持されたプローブとを三次元方向に相対移動さ
せ、測定対象物の測定面とプローブの測定子との
相対移動変位量を検出し、この検出変位量をデー
タ処理装置で所定処理して測定対象物の寸法等を
計測する三次元測定機が知られ、複雑形状の物品
の寸法、形状等を高精度且つ迅速に計測できるこ
とから広く利用されている。

ところで、この測定機には、測定対象物とプロ
ーブとの相対移動を手動によつて行うタイプと、
モータ等の駆動により自動的に行うタイプとがあ
り、自動型の場合、測定作業の迅速化と無人化を
図るためには測定対象物の測定箇所の形状に応じ
た測定子を有するプローブを自動交換するように
しなければならない。プローブを自動交換できる
従来の一般的な三次元測定機は、前記測定機本
体、多くの三次元測定機にあつてはプローブを鉛
直方向に移動させるためのスピンドルの先端に複
数個のプローブを装着し、この状態において測定
箇所に応じた測定子を選択するようにしていた。

従つて従来の三次元測定機には次のような問題
点があり、自動型三次元測定機の飛躍的普及拡大
を妨げていた。

複数のプローブを測定機本体に装着すると、
荷重が大きくなるため測定機全体の構造を強靭
としなければならない。

他のプローブの測定子を変えることは計測工
程の間に、即ち測定対象物をセツトした状態で
行わなければならず、特にこれは測定箇所が変
わる毎に必要となるため測定作業が長時間化
し、自動型三次元測定機のメリツトが削減され
る。

測定子の姿勢変更用の駆動源によつては測定
機に熱的変形や錆等を発生させる不都合が生じ
る。

取り分け、例えば穴の真円度を計測する場合
のように同種形状の異径穴を測定する場合、径
が変わる毎にそれに応じた測定子のプローブを
設けなければならないため、前記の問題がこ
こでも生ずるとともに、装着できるプローブの
数が制限されることから測定可能な測定対象物
も制限され、三次元測定機の利用可能範囲が限
られたものとなつてしまう。

〔発明の目的〕

本発明は以上の如き従来の問題点を解決すべく
なされたもので、本発明の目的は、測定子の位置
を計測する穴径に応じて調整できるようにし、こ
れにより１つのプローブで計測できる穴径等の範
囲を拡大し、プローブ数の削減を実現でき、また
測定子の位置変更を計測工程中に行えるようにし
て測定作業時間の短縮を図ることができるように
した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〕

このため本発明は、測定子の位置を変更する位
置変更機構をプローブ側に設け、この位置変更機
構を作動する駆動手段をプローブストツカに設
け、測定機が計測動作中に次計測工程用の測定子
をこの次の計測工程に即応した位置に変更調整す
るようにしたものである。

具体的には、載物台に載置された測定対象物と
測定機本体に支持されたプローブとを三次元的に
相対移動させ、前記測定対象物の測定面と前記プ
ローブの測定子との相対移動変位量を検出し、こ
の検出変位量をデータ処理装置で所定処理して前
記測定対象物の寸法等を計測する三次元測定機に
おいて、前記載物台に設けられてプローブを支持
するプローブストツカと、前記測定機本体および
載物台の少なくとも一方に設けられて前記プロー
ブと測定対象物とを相対的に回転させる回転手段
と、前記測定子をプローブ本体に対して前記回転
軸線に直交する方向に移動させてその位置を変更
する位置変更機構と、前記プローブストツカに取
付けられるとともに、ストツカに支持されている
プローブの位置変更機構に連結されてこの位置変
更機構を作動する駆動手段と、前記プローブスト
ツカに支持されたプローブを測定機本体に装着す
るプローブ着脱装置とを備えたことを特徴とす
る。

〔実施例〕

第１図は本実施例にかかる三次元測定機の全体
斜視図である。基台１の上部には左右２個の起壁
部材２の間に位置して載物台３が配置され、上面
に測定対象物４が載置されるこの載物台３は基台
１に対しＹ軸方向へ移動自在になつている。

基台１に固定された左右２本の支柱５の上部に
は梁部材６が横断架設され、この梁部材６にはス
ライダ７がＸ軸方向へ摺動自在に取付けられてい
る。スライダー７と一体化されているスピンドル
ケース８には四角柱状のスピンドル９が垂直方向
即ちＺ軸方向に移動自在に設けられ、スピンドル
９の下端にプローブ１０が連結支持される。以上
の支柱５、梁部材６、スライダ７、スピンドル９
等により測定機本体１１が構成され、この測定機
本体１１にプローブ１０が取付けられている。

前記基台１に対する載物台３のＹ軸方向移動は
蛇腹カバー１２の内部に配置されているモータや
ボールねじ等による駆動装置によつて自動的に行
われ、スライダ７のＸ軸方向移動及びスピンドル
９のＺ軸方向移動も梁部材６、スピンドルケース
８に組込まれている駆動装置によつて行われる。
これらの駆動装置等によつて前記測定対象物４と
プローブ１０とに三次元の移動変位を生じさせる
移動機構が構成され、載物台３はこの移動機構の
Ｙ軸方向における可動側部材となつており、測定
機本体１１は静止側部材となつている。また、ス
ライダ７、スピンドル９はＸ軸方向、Ｚ軸方向の
可動側部材で、梁部材６、スピンドルケース８は
静止側部材になつている。

載物台３の後端部にはプローブストツカ１３が
取付けられている。第３図はこのプローブストツ
カ１３を示す。プローブストツカ１３は載物台３
の上面に固定された底部１３Ａと、底部１３Ａか
ら垂直に起立した脚部１３Ｂと、脚部１３Ｂに載
物台３の上面から間隔を開けて水平に設けられた
頂部１３Ｃとからなり、側面コ字型になつてい
る。

頂部１３Ｃには前方へ開口した平面Ｕ字状の溝
１４が形成され、この溝１４に前記プローブ１０
が挿入係合されてプローブストツカ１３に支持さ
れるようになつている。この溝１４はプローブス
トツカ１３に複数個のプローブ１０を支持できる
ように複数個形成されている。

プローブ１０はプローブ本体１５と、測定子の
位置変更機構１６と、検出ユニツト１７と、測定
子１８とを備えて構成され、第３図で示されたこ
のプローブ１０は内径または外径の真円度または
円筒度の測定用プローブであるため、測定対象物
４の測定面に当接する測定子１８は検出ユニツト
１７に測定面からの反力により姿勢変化可能、具
体的には傾動可能に且つこの反力が除かれたとき
に原姿勢に復帰可能に支持されているとともに、
検出ユニツト１７は測定子１８が傾動したときこ
の傾動量に応じたアナログ信号を連続的に出力す
る検出部を含んで構成されている。このようにプ
ローブ１０は測定子１８の傾動量、或いは測定対
象物４に当接した瞬間とその後の傾動量を捉える
機能を有している測定信号発生器になつている。

前記プローブ本体１５は前記測定機本体１１を
構成するスピンドル９にプローブ１０を取付ける
ためのシヤンク部１５Ａと、このシヤンク部１５
Ａの下部に設けられたテーパー突部１５Ｂ及びフ
ランジ部１５Ｃとを有し、フランジ部１５Ｃが前
記溝１４の周辺に係止される。プローブ本体１５
の下面には水平方向への長さを有する支持部材１
９が取付けられ、この支持部材１９の両端部に設
けられた軸受部材２０でボールねじであるねじ軸
２１が回転自在に支持される。水平方向を軸線方
向とするこのねじ軸２１に螺合するナツト部材２
２は保持部材２３の内部に保持され、この保持部
材２３に前記検出ユニツト１７が連結支持され
る。保持部材２３の上面は支持部材１９の下面に
摺動自在に接触して保持部材２３の回転が阻止さ
れ、ねじ軸２１が回転するとねじ軸２１のねじ送
り作用により保持部材２３は水平方向に移動し、
測定子１８の位置が変更される。以上の支持部材
１９、ねじ軸２１、ナツト部材２２等で前記測定
子の位置変更機構１６が構成される。

ねじ軸２１の一端部は一方の軸受部材２０から
突出し、この突出した端部に第１クラツチ部材２
４が取付けられる。プローブ１０をプローブスト
ツカ１３に支持させた際、この第１クラツチ部材
２４は前記脚部１３Ｂに形成された孔２５を貫通
し、プローブストツカ１３の後方へ突出する。

プローブストツカ１３にはブラケツト２６を介
してモーター２７が取付けられ、プローブストツ
カ１３側に配置されたこのモーター２７の出力軸
には前記第１クラツチ部材２４と対をなす第２ク
ラツチ部材２８が設けられる。これらの第１クラ
ツチ部材２４及び第２クラツチ部材２８で断接自
在な電磁クラツチ２９が構成される。またモータ
ー２７は前記位置変更機構１６を作動させるため
の駆動手段３０を構成し、これらの位置変更機構
１６及び駆動手段３０により測定子の位置調整装
置が構成される。モーター２７にはロータリーエ
ンコーダ３１が連結され、このロータリーエンコ
ーダ３１によりモーター２７の回転量即ち電磁ク
ラツチ２９が接続したときのねじ軸２１の回転量
が検出される。

第２図は第１図で示された前記スピンドル９の
内部構造を示す。スピンドル９の内部には中空の
中心軸３２が上下２個の軸受ブツシユ３３で垂直
軸回りに回転自在に支持されて収納されている。
中心軸３２の下端にはプローブ１０の前記テーパ
ー突部１５Ｂと対応した形状のテーパー孔３４が
形成され、このテーパー孔３４の上部には大径孔
３５を介してプローブ保持部材としてのボールホ
ルダー３６を上下摺動自在に収納する収納孔３７
が設けられている。ボールホルダー３６は駆動棒
３８の下端に結合され、この駆動棒３８はばね３
９で常時上方へ付勢されている。

スピンドル９の内部にはエアーシリンダ４０が
ブラケツト４１に取付けられて収納され、このエ
アーシリンダ４０のピストン４０Ａのピストンロ
ツド４０Ｂは下方へ延び、前記駆動棒３８と接続
されている。この接続はボール４２を介して行わ
れ、駆動棒３８とピストンロツド４０Ｂとは軸方
向に一体に移動するが駆動棒３８はピストンロツ
ド４０Ｂに対し回転できるようになつている。前
記ボールホルダー３６の内部には複数のボール４
３が配置され、これらのボール４３は軸径方向に
移動自在になつている。以上のボールホルダー３
６、駆動棒３８、ばね３９、エアーシリンダ４
０、ボール４３等によりプローブ着脱装置４４が
構成される。

プローブ１０はボール４３により前記シヤンク
部１５Ａが押えられてボールホルダー３６に保持
されるが、エアーシリンダ４０によりピストンロ
ツド４０Ｂ及び駆動棒３８をばね３９に抗して押
下げるとボールホルダー３６は下降し、ボール４
３はプローブ１０の重量及びシヤンク部１５Ａの
作用により外径方向へ移動せしめられて前記大径
孔３５に入り込むため、シヤンク部１５Ａはボー
ルホルダー３６から開放されてプローブ１０はス
ピンドル９から取外される。また、ボールホルダ
ー３６を下降させた状態でボールホルダー３６の
内部にシヤンク部１５Ａを挿入し、エアーシリン
ダ４０のエアー圧力を解除してボールホルダー３
６をばね３９の付勢力で上昇させると、ボール４
３は収納孔３７の内周壁に押されて内径方向へ移
動するため、第２図に示されている通りボール４
３でシヤンク部１５Ａが押さえられ、且つテーパ
ー突部１５Ｂがテーパー孔３４に位置決め密着し
てプローブ１０はボールホルダー３６で保持され
る。このとき、中心軸３２の下端に結合された底
部材４５の突起４６はプローブ１０の前記フラン
ジ部１５Ｃに形成されている穴に係合し、プロー
ブ１０の回転方向の位置決めがなされる。

前記スピンドル９の内部にはブラケツト４７に
よりモーター４８が下向きに取付けられ、このモ
ーター４８の出力軸４８Ａに小径歯車４９が設け
られている。前記中心軸３２の上端部にはこの小
径歯車４９と噛合する大径歯車５０が設けられ、
モーター４８の回転駆動力は小径歯車４９、大径
歯車５０を介して減速されながら中心軸３２に伝
達される。これらのモーター４８、小径歯車４
９、大径歯車５０等により真円度測定等の場合に
プローブ１０を回転させる回転手段としての回転
装置５１が構成される。

第１図において、コンピユータで制御される前
記移動機構により前記載物台３に取付けられた測
定対象物４と測定機本体１１のスピンドル９に装
着されたプローブ１０とが三次元的に移動変位せ
しめられる。コンピユータのプログラムによる次
の計測工程が第３図で示された真円度等の測定用
プローブ１０を用いて行う場合には、前の計測工
程を行つているときに前記測定子位置調整装置に
より測定子１８の位置を所定のものに変更調整し
ておく。

即ち第３図において、次の計測工程が真円度等
の測定であるとの信号が三次元測定機の制御装置
から出力されると、前記電磁クラツチ２９が接続
され駆動手段３０としてのモーター２７が回転駆
動する。これにより前記位置変更機構１６が作動
せしめられ、回転する前記ねじ軸２１のねじ送り
作用により検出ユニツト１７、測定子１８がプロ
ーブ本体１５の径方向に直線的に移動せしめられ
る。この移動量は前記ロータリーエンコーダ３１
で検出され、測定子１８等の直線移動量が真円度
等が測定される測定対象物４の穴の口径等に適合
したものになると、前記制御装置からの信号によ
りモーター２７の回転駆動は停止し、且つ電磁ク
ラツチ２９の接続状態は断たれる。

このように測定子１８の位置は測定対象物４の
穴の口径等に適合したものに変更されるため、ス
ピンドル９に装着されるプローブの数を複数とし
て穴の口径等に応じ測定子を選択するということ
は不要になる。また測定子１８はプローブ１０が
プローブストツカ１３に待機している間に位置変
更され、測定子１８の位置変更工程は前の計測工
程が行われている間に実施されてこれらの工程を
並行して同時に行えるため測定作業時間を短縮化
できる。

前の計測工程が終了すると前記載物台３がＹ軸
方向へ移動してスピンドル９の下方位置まで前記
プローブストツカ１３が移動せしめられる。また
前記スライダ７がＸ軸方向へ移動してスピンドル
９も下降し、第２図で示されたエアーシリンダ４
０にエアー圧力が供給されることによる前記プロ
ーブ着脱装置４４の作動でプローブ１０がスピン
ドル９から取外されてプローブストツカ１３の位
置でけられた所定位置に収納支持される。この後
スピンドル９は上昇し、またスライダ７はＸ軸方
向へ移動し、スピンドル９の位置が測定子１８の
位置変更が終了している前記真円度等の測定用プ
ローブ１０の真上に達すると、スピンドル９は下
降してプローブ着脱装置４４によりこのプローブ
１０がスピンドル９に装着支持される。

次いで前記移動機構の作動により真円度等が測
定される測定対象物４の穴等の中心軸線とスピン
ドル９の中心軸線とが一致するまでプローブ１０
は移動変位し、測定子１８が測定対象物４の測定
面に接触した後に前記回転装置５１が駆動され
る。この結果、プローブ１０は垂直なスピンドル
９の軸線を中心に回転し、測定子１８の傾動量に
応じてアナログ信号を出力する前記検出ユニツト
１７により真円度等が計測される。

なお、この真円度等の測定はスピンドル９の内
部に回転装置５１を設けず載物台３に測定対象物
４を載せるターンテーブルを設けることにより行
つてもよい。

真円度等の測定が終了すると、プローブ１０は
プローブストツカ１３の対応位置づけられた所定
位置に前記移動機構の作動により収納支持され
る。

以上において、三次元測定機のスピンドル９に
真円度等の測定用プローブ１０を装着できるよう
にすると、三次元測定機は従来の真円度等測定機
と同じ機能を有するとともに、複数の座標位置を
検出してこれを演算処理し真円度等を測定する方
式に比べ、測定時間を大幅に短縮でき、かつ連続
したアナログ信号を得られるという利点がある。

また、真円度等の測定用プローブ１０には長さ
の長い前記ねじ軸２１を取付けることができ、測
定子１８に大きな直線移動量を与えることができ
るため、径が小さな穴等から径が大きな穴等まで
１つのプローブ１０で真円度等を測定でき、プロ
ーブ１０の適用範囲が拡大される。このため、三
次元測定機で測定可能な測定対象物４の範囲が拡
大されるとともに、前述の通りスピンドル９に装
着するプローブの数を複数とすることは不要にな
り、スピンドル９に作用するプローブの重量の減
少により三次元測定機の構造の強度を高める必要
性をなくすことができる。

更に、プローブ１０の前記位置変更機構１６を
作動させる前記駆動手段３０は前記プローブスト
ツカ１３に取付けられ、プローブ１０には設けら
れていないため、その分スピンドル９に作用する
プローブ１０の重量を減少させることができると
ともに前記位置変更機構１６を大型化できるよう
になり、この点においても測定子１８の位置変更
可能範囲を拡大してプローブ１０の適用範囲を広
げることができる。またプローブ１０による測定
作業が行われているときはプローブ１０と駆動手
段３０とは分離した状態になつているため、駆動
手段３０の発熱等の悪影響が測定作業中のプロー
ブ１０に及ぶのを防止できる。

以上に加えて、前記プローブストツカ１３は載
物台３に設けられ、且つプローブ着脱装置４４は
測定機本体１１の構成部材であるスピンドル９に
設けられているため、プローブ１０の交換作業を
前記移動機構の三次元作動を利用して行えるよう
になり、また、プローブ着脱装置４４はスピンド
ルの内部に設けられているため、デツドスペース
を有効に利用してプローブ着脱装置４４の配置を
行え、省スペース化を実現できる。

前記プローブストツカ１３に収納支持されるプ
ローブは測定子の位置が変更されるものとされな
いものの両方であつてもよい。またプローブ着脱
装置４４の構造は本実施例に限定されず、任意な
ものでよい。

本実施例におけるプローブは真円度等の測定用
のものであつたため、前記検出ユニツトは連続し
たアナログ信号を出力する検出部を有するもので
あつたが、この検出ユニツトは測定子が測定対象
物に接触し姿勢変化が生じたときにタツチ信号を
出力する検出部を含むものであつてもよい。即
ち、プローブは三次元測定機に取付けられる例え
ば光学的スケールによる変位検出器により測定対
象物の座標位置や長さ寸法等を測定するためのタ
ツチ信号プローブであつてもよく、要すれば測定
子が測定対象物に接触して姿勢変化が生じたとき
に出力信号を発生する検出部を含んで形成される
検出ユニツトを備えた測定信号発生器であればよ
い。また前記位置変更機構１６を構成する前記保
持部材２３に検出ユニツト１７を固定的に取付け
るのではなく、着脱自在に取付ける構造とするこ
とにより、アナログ信号発生用の検出ユニツトと
タツチ信号発生用の検出ユニツトとを交換できる
ようにしてもよい。

更に本発明はプローブを自動交換するタイプの
三次元測定機のみならず手動で交換するタイプの
三次元測定機にも適用でき、また三次元測定機は
本実施例のように自動送り型に限らず手動送り型
であつてもよい。

更にまた本発明は測定対象物に対しプローブが
移動する三次元測定機、プローブに対し測定対象
物が移動する三次元測定機、及びこれらの両方が
移動する三次元測定機に適用でき、要すれば載物
台に載置された測定物と測定機本体に支持された
プローブとが移動機構により相対移動するもので
あればよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定子の位置を変更調整でき
るようにしたため、１つのプローブで測定できる
穴の径等の範囲が拡大しプローブの適用範囲の拡
大により必要とされるプローブの数の減少を達成
でき、また、測定子の位置変更を計測工程中に行
えるため測定作業時間の短縮を実現できるように
なる。

特に本発明によれば、プローブストツカを載物
台に設け、且つプローブ着脱装置を測定機本体に
設けたため、移動機構の作動を利用してプローブ
交換を行えるようになり、従つて構造の簡単化を
達成でき、更にはプローブ着脱装置をスペースの
有効利用によつて配置することが可能になる。

【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
第１図で示されたスピンドルの内部構造を示す断
面図、第３図はプローブストツカ周辺の構造を示
す一部断面側面図である。 ３…載物台、４…測定対象物、９…スピンド
ル、１０…プローブ、１１…測定機本体、１３…
プローブストツカ、１５…プローブ本体、１６…
位置変更機構、１８…測定子、２９…電磁クラツ
チ、３０…駆動手段、４４…プローブ着脱装置、
５１…回転手段である回転装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 載物台に載置された測定対象物と測定機本体
   に支持されたプローブとを三次元的に相対移動さ
   せ、前記測定対象物の測定面と前記プローブの測
   定子との相対移動変位量を検出し、この検出変位
   量をデータ処理装置で所定処理して前記測定対象
   物の寸法等を計測する三次元測定機において、 前記載物台に設けられてプローブを支持するプ
   ローブストツカと、 前記測定機本体および載物台の少なくとも一方
   に設けられて前記プローブと測定対象物とを相対
   的に回転させる回転手段と、 前記測定子をプローブ本体に対して前記回転軸
   線に直交する方向に移動させてその位置を変更す
   る位置変更機構と、 前記プローブストツカに取付けられるととも
   に、ストツカに支持されているプローブの位置変
   更機構に連結されてこの位置変更機構を作動する
   駆動手段と、 前記プローブストツカに支持されたプローブを
   測定機本体に装着するプローブ着脱装置とを備え
   たことを特徴とする三次元測定機。