JPH0370762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば自動車のボデーのように三次
元的に形状が変化する面すなわち自由曲面などの
形状を測定する形状測定機に関する。

従来、被測定物の外面形状もしくは被測定物の
設計外面形状に対する歪等を測定する場合には、
三次元測定機あるいは輪郭測定機を用いるのが一
般的である。この際、三次元測定機を用いて測定
する場合は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動自在な測定
子を被測定面に当接させ、この測定子のＸ、Ｙ、
Ｚ軸方向の移動量を検出して測定するが、この測
定子の移動量を検出するスケールは、前記Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸方向に平行な方向にしか移動できないた
め、被測定面が傾斜面であるような場合には、三
次元測定機に接続されているコンピユータを用い
て座標変換を行ない、この変換された座標に基づ
いて外面形状あるいは歪を測定している。このた
め、大掛りな装置とならざるを得ないという欠点
がある。また、輪郭測定機を用いて測定する場合
は、揺動自在なアームの一端に設けられたスタイ
ラス（測定針）を被測定面に当接させるととも
に、このアームをアームの軸線方向に移動させて
スタイラスを被測定面に倣つて上下動させ、この
スタイラスの上下動に基づくアームの揺動を検出
して測定するものであるが、このような輪郭測定
機はアームを支持するフレームが全く固定的に設
けられているか、もしくはアームの揺動面内にの
み傾斜可能であり、かつ、前記三次元測定機のよ
うに座標変換を行ないうるコンピユータ等の機器
を備えていないのが一般である。このため、被測
定物の被測定面がアームの揺動面に対してアーム
の軸心を中心とした回転方向に傾斜している場合
には、そのままでは測定できず、従つて被測定物
側を傾斜させてアームの揺動面に直交するように
配置しなければならない。従つて、被測定物が大
型である場合には輪郭測定機による形状測定は不
可能である。

このような事情から、コンピユータを備えた三
次元測定機のような大型の装置を必要とせず、か
つ、大型の被測定物をも傾斜させることなく測定
できる形状測定機の開発が望まれていた。

本発明の目的は、簡単な構成で、かつ、被測定
物を傾斜等させることなく被測定面の形状を測定
できる形状測定機を提供するにある。

本発明は、支持部材に鉛直方向等の第１の軸線
を中心として回動自在に支持された懸下フレーム
と、この懸下フレームに水平方向等の前記第１の
軸線と異なる方向の第２の軸線を中心として回動
自在にかつ略中心部分で支持された揺動フレーム
とを設け、この揺動フレームに対しスライダを揺
動フレームの案内部材に沿つて移動可能かつこの
移動方向を中心軸線として回動自在に支持し、こ
のスライダの前記移動方向の移動変位を検出する
第１の変位検出器を設け、かつ、前記スライダ
に、測定子をスライダ移動方向と直交する方向に
移動自在に支持し、この測定子の前記移動方向の
移動変位を検出する第２の変位検出器を設け、さ
らにスライダを任意位置で固定する固定手段を設
け、これにより測定子の移動方向の軸線を自由曲
面に対し常にほぼ法線方向に向けうるようにする
とともに、測定子のスライダ移動方向及びこれに
直交する測定子移動方向の変位を検出できるよう
にして前記目的を達成しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第１，２図において、図示しない装置支持用コ
ラムに取付けられた基礎部材１には鳩尾形溝２を
介して支持部材３が第１図中紙面直交方向すなわ
ち矢印Ｐ方向に摺動自在に支持され、この支持部
材３は送りねじ軸４の回転に伴ない矢印Ｐ方向に
移動できるようにされている。

前記支持部材３の中央部には、前記支持部材３
の移動方向と直交する所定方向すなわち第１図中
上下（鉛直）方向に延長された支持軸５が一体に
突設され、この支持軸５にはベアリング６を介し
て懸下フレーム７が第１の軸線である鉛直軸線を
中心としてγ方向に回転自在に支持されている。
この懸下フレーム７の上部には円板状のγ方向回
動フランジ８が突設され、この回動フランジ８の
上方にはフランジ８とほぼ同形状の固定フランジ
９が前記支持軸５から一体に突設されている。こ
の固定フランジ９にはロツクねじ１０がねじ込ま
れるとともに、このロツクねじ１０はハンドル１
１により進退されて回動フランジ８に当接もしく
は離反されるようにされ、このロツクねじ１０の
回動フランジ８への当接、締付けにより、回動フ
ランジ８と固定フランジ９すなわち支持部材３と
懸下フレーム７とが一体に固定されるようになつ
ている。また、これらの回動フランジ８、固定フ
ランジ９、ロツクねじ１０及びハンドル１１によ
りγ方向固定手段１２が構成されている。

前記懸下フレーム７の下部は二股状に形成され
るとともに、この二股状の下端部において、ベア
リング１３を介して揺動フレーム１４の略中心部
分の両側に突出された回転軸１５が第２の軸線で
ある水平軸線を中心としてβ方向に回転自在に支
持されている。この両側の回転軸１５のうち、第
２図中右方の回転軸１５の外端は懸下フレーム７
から突出され、この突出部にはウオームホイール
１６が一体に固定されている（第２図参照）。こ
のウオームホイール１６にはウオーム１７が噛合
されるとともに、これらのウオームホイール１６
及びウオーム１７を覆うようにカバー１８が設け
られている。このカバー１８は前記懸下フレーム
７に固定された軸受箱１９に固定されるととも
に、このカバー１８を貫通してウオーム１７の一
端に軸部が突出され、この突出軸部（図示せず）
にウオーム回転用丸ハンドル２０が固定されてい
る。この丸ハンドル２０、前記ウオーム１７及び
ウオームホイール１６により揺動フレーム１４の
β方向回転角度微調整機構２１が構成されてい
る。

前記揺動フレーム１４は、前記回転軸１５の作
用によりβ方向に回動可能に支持されるととも
に、第１図中上下方向が開口された方形枠状に形
成され、この枠は所定方向（以下、Ｘ軸線方向と
いう。）に延長されている。この揺動フレーム１
４の長手方向の一側面すなわち第１図中手前側の
面には、前記懸下フレーム７を挾んで対称位置に
一対の弧状ガイド２２が互いに内向きにかつ同一
円周上に配置されるよう固定されている。これら
の弧状ガイド２２は、第３図に示されるように、
断面中空箱状に形成され、これらの弧状ガイド２
２内にはそれぞれ各１個の移動駒２３が摺動自在
に配置されている。また、これらの弧状ガイド２
２の外面には懸下フレーム７の両側面からそれぞ
れ突設されたβ方向固定ブラケツト２４の先端部
が摺接され、これらの固定ブラケツト２４の先端
部には、一端にロツクねじ２５を有するハンドル
２６が回動可能に取付けられている。このハンド
ル２６のロツクねじ２５は、前記弧状ガイド２２
の外面中央部に弧状に設けられた溝２７を介して
弧状ガイド２２内に挿入され、前記移動駒２３に
螺合されている。これにより、ハンドル２６を操
作してロツクねじ２５と移動駒２３との螺合を移
動駒２３が弧状ガイド２２の内壁から離れる方向
に緩めることにより、固定ブラケツト２４と弧状
ガイド２２すなわち揺動フレーム１４との相対移
動が可能となり、一方、ハンドル２６を逆に操作
してロツクねじ２５を締めつけることにより固定
ブラケツト２４と弧状ガイド２２すなわち揺動フ
レーム１４との固定がなしうるようになつてい
る。ここにおいて、これらの弧状ガイド２２、移
動駒２３、β方向固定ブラケツト２４、ロツクね
じ２５を有するハンドル２６によりβ方向固定手
段２８が構成されている。

前記揺動フレーム１４の中心部にはＸ軸線方向
に延長された案内部材としての案内軸２９が配置
され、この案内軸２９の両端部はそれぞれベアリ
ング３０を介してＸ軸線を中心としてα方向に回
転自在に支持されている。この案内軸２９の両端
部は、揺動フレーム１４からそれぞれ突出され、
これらの両端の突出部にはそれぞれ側板３１がナ
ツト３２により固定され、案内軸２９と一体回転
するようにされている。これらの側板３１の上端
部は揺動フレーム１４の上縁を越えて延長され、
これらの上端部間にはチエンカバー３３が設けら
れ、このチエンカバー３３内において無端帯とし
てのチエン３４が配設されている。このチエン３
４の一側、第１図中右端は、右方の側板３１に固
定された駆動源としての正逆転モータ３５に減速
機３６及びスプロケツト３７を介して連結され、
他側、第１図中左端は左方の側板３１に固定され
た従動スプロケツト３８に巻回されている。ここ
において、これらのチエン３４、モータ３５、減
速機３６、スプロケツト３７及び従動スプロケツ
ト３８によりスライダ移動機構３９が構成されて
いる。

前記案内軸２９の一端、第１図中右端は、右方
の側板３１から突出され、この突出部にはウオー
ムホイール４０が一体に固定されている。このウ
オームホイール４０にはウオーム４１が噛合され
るとともに、これらのウオームホイール４０及び
ウオーム４１を覆うようにカバー４２が設けられ
ている。このカバー４２は前記右方の側板３１に
支持ブラケツト４３を介して固定されるととも
に、このカバー４２を貫通してウオーム４１の一
端の軸部が突出され、この突出軸部（図示せず）
にウオーム回転用丸ハンドル４４が固定されてい
る。この丸ハンドル４４、前記ウオーム４１及び
ウオームホイール４０により案内軸２９のα方向
回転角度微調整機構４５が構成されている。

前記右方の側板３１には、この側板３１を貫通
してα方向固定手段としてのロツクねじ４６がね
じ込まれ、このロツクねじ４６を締め込んでロツ
クねじ４６の先端を揺動フレーム１４の右側面に
強く当接させることにより、揺動フレーム１４に
対する側板３１すなわち案内軸２９の固定ができ
るようにされている。

前記案内軸２９にはスライダ４７が案内軸２９
の軸線方向に沿つて摺動自在に支持されるととも
に、このスライダ４７の上端にはクランプ４８が
一体に設けられ、このクランプ４８は前記チエン
３４に係脱可能に係合されている。これによりク
ランプ４８のチエン３４への係合状態においてチ
エン３４が正逆転モータ３５によつて回転される
と、クランプ４８を介してスライダ４７が案内軸
２９に沿つてＸ軸線方向に移動できるようにされ
ている。この際、クランプ４８の構造としては、
チエン３４の任意位置を洗濯ばさみ状に挾持する
もの、あるいは、チエン３４に比較的短かいピツ
チの所定間隔で多数設けられたドツグ（図示せ
ず）に穴とピンなどにより容易に係脱できるよう
に構成されたものなど種々考えられる。

前記案内軸２９の一側面にはその軸線方向に沿
つて光学的、磁気的あるいは電磁気的などの目盛
を有するスケール４９が設けられるとともに、こ
のスケール４９に対するスライダ４７の移動量を
読取る読取り機構５０がスライダ４７内に設けら
れ、これらのスケール４９及び読取り機構５０に
より第１の変位検出器５１が構成されている。

前記スライダ４７の下面には前記第１の変位検
出器５１とほぼ同様な構成の第２の変位検出器５
２が取付けられ、この第２の変位検出器５２の中
心にはＺ測定軸５３を介して測定子５４が、前記
Ｘ軸線方向とは直交するＺ軸線方向に移動自在に
支持されている。この測定子５４は先端を半球状
に形成されるとともに、ねじ込み等によりＺ測定
軸５３に着脱可能に取付けられ、かつ、この測定
子５４の軸線方向の動き、すなわち、Ｚ測定軸５
３の動きは、前記第２の変位検出器５２により検
出されるようになつている。また、第２の変位検
出器５２によるＺ測定軸５３の支持は、例えば、
120度等配位置に配置された３個一組のラジアル
ベアリングを複数組用いてなされ、非常に小さい
力でＺ測定軸５３の移動がなしうるようになつて
いる。

なお、図中符号５５は左右の側板３１をそれぞ
れ覆うカバーである。

次に本実施例の使用法につき、第４図ないし第
６図をも参照して説明する。

第４図において、α方向固定手段としてのロツ
クねじ４６をゆるめた状態でα方向回転角度微調
整機構４５の丸ハンドル４４を回転させ、被測定
物６０の被測定面６１上の被測定点の接線T₁に
Ｚ測定軸５３の中心線が垂直となるように、すな
わち測定子５４の先端が被測定面６１に法線方向
から当接するように、ウオーム４１及びウオーム
ホイール４０を介して案内軸２９をα₁度回転させ
る。これによりスライダ４７を介してＺ測定軸５
３の中心線が接線T₁に垂直となると、α方向固
定手段としてのロツクねじ４６を締めつけ、揺動
フレーム１４に対するＺ測定軸５３の中心線位置
を固定する。

ついで、第５図に示されるように、β方向固定
手段２８のロツクねじ２５をハンドル２６により
ゆるめた状態で、β方向回転角度微調整機構２１
の丸ハンドル２０を回転させ、被測定物６０の被
測定面６１における平均的な接線方向に、Ｚ測定
軸５３の中心線が垂直になるようにウオーム１７
及びウオームホイール１６を介して揺動フレーム
１４を回転軸１５を中心としてβ₁度回転させ、Ｚ
測定軸５３の中心線が所定の角度になつたら、β
方向固定手段としてのロツクねじ２５を締めつ
け、懸下フレーム７に対する揺動フレーム１４の
位置、ひいてはＺ測定軸５３の中心線位置を固定
する。

さらに、第６図に示されるように、γ方向固定
手段１２のロツクねじ１０をゆるめた状態で懸下
フレーム７を鉛直線を中心として水平面内でγ方
向に回転させ、揺動フレーム１４すなわち案内軸
２９の中心軸を初期位置に対しγ₁度傾いた測定方
向に設定し、この状態でγ方向固定手段１２のロ
ツクねじ１０を締めつけ、支持軸５に懸下フレー
ム７を固定する。

このようにして被測定物６０の被測定面６１に
対し、測定子５４の先端がほぼ法線方向となるよ
うに設定され、かつ、その移動方向が設定され
て、各固定手段１２，２８，４６によりその位置
すなわちスライダ４７の姿勢が保持されると、駆
動源としての正逆モータ３５が所定方向に駆動さ
れ、これに伴ない回行するチエン３４とクランプ
４８との作用、さらには案内軸２９との作用によ
りスライダ４７が所定方向に移動される。このた
め、スライダ４７に第２の変位検出器５２を介し
てＺ軸線方向移動自在に支持され、かつ、図示し
ないばねなどにより常時突出方向に付勢されてい
る測定子５４は、被測定面６１に接しながら被測
定面６１の形状に倣つて進退され、この進退すな
わちＺ軸線方向の移動量が第２の変位検出器５２
により検出されて図示しない記録手段等に入力さ
れる。また、スライダ４７の案内軸２９の軸線方
向（Ｘ軸線方向）の動きは第１の変位検出器５１
により検出されて前記記録手段に入力され、これ
らの第１、第２の変位検出器５１，５２から記録
手段に入力されたデータは、例えばデジタル量と
してＸ−Ｙプロツタに記録され、あるいは、デジ
タル量をアナログ量に変換してＸ−Ｙレコーダに
形状として記録される。これによりスライダ４７
の移動方向と同一方向における被測定面６１の形
状が測定でき、設計形状との比較等が行なえる。

なお、装置全体は必要に応じて支持部材３の移
動により矢印Ｐ方向に所定距離移動され、その位
置での測定が前述と同様にして行なわれる。

上述のような本実施例によれは、先端が半球状
の測定子５４を用い、かつ、この測定子５４の被
測定面６１への接触方向をほぼ法線方向にできる
ようにしたから、計算機等の大掛りな装置による
座標変換を行なう必要がなく、かつ、被測定物６
０側の移動をも行なわず、簡単に被測定物６０の
形状を測定することができ、特に自動車外装部品
等の面歪の測定に好適である。また、懸下フレー
ム７以下の部分が全体として支持軸５を中心にγ
方向に回転でき、懸下フレーム７に対して揺動フ
レーム１４をβ方向に回転でき、かつ揺動フレー
ム１４に対して案内軸２９をα方向に回転できる
ので、案内部材としての案内軸２９の軸線方向す
なわち測定方向を自由に設定することができる。
このため、自動車外装部品等の連続する被測定面
６１の表面形状の測定を、案内軸２９を被測定面
６１に平行に設定してスライダ４７を移動させる
だけで連続的にかつ容易に行うことができる。こ
の際、第１の変位検出器５１によりスライダ４７
の案内軸２９に沿つた方向の移動量を検出でき、
第２の変位検出器５２により測定子５４の軸線方
向の移動量を検出できるので、被測定面６１の表
面形状を各検出器５１，５２の検出値から直接検
出することができ、検出値を座標変換する等の処
理を行う必要がなく、被測定面６１の表面形状を
容易に測定することができる。さらに、各固定手
段１２，２８，４６をはじめ各部の機構が簡単で
あるから、安価に提供できる。また、測定子５４
が取付けられるＺ測定軸５３は第２の変位検出器
５２の作用により常時突出する方向に付勢されて
いるから、測定子５４の被測定面６１への接触を
確実に行なうことができる。さらに、β方向回転
角度微調整機構２１及びα方向回転角度微調整機
構４５等の微調整手段が設けられているから、揺
動フレーム１４のβ方向の回転角度及び案内軸２
９すなわちスライダ４７のα方向の回転角度を微
少かつ容易に調整できる。また、スライダ４７は
スライダ移動手段３９のチエン３４に係脱可能な
クランプ４８を介して係合されているから、クラ
ンプ４８を解除した状態ではスライダ４７を手動
により迅速に任意の位置に移動させることがで
き、測定作業の能率化を図ることがでる。さら
に、揺動フレーム１４はその略中心部分で懸下フ
レーム７に支持されて揺動フレーム１４の重量バ
ランスが良いので、懸下フレーム７に偏つた荷重
等が加わらずに懸下フレーム７の撓み等も発生せ
ず、測定精度を向上できる。

なお、前記実施例においては、スライダ移動手
段３９はモータ３５とチエン３４とを用いた構成
であるが、これに限らず、送りねじ軸と送りナツ
トとを用いた構成、あるいは、流体圧シリンダを
用いた構成などでもよい。また、α、β、γ方向
固定手段１２，２８，４６は前記実施例の構成に
限らず、デイスクブレーキ方式、ベルトブレーキ
方式、電磁ブレーキ方式等他の固定手段でもよ
い。さらに、第１、第２の変位検出器５１，５２
もスケール４９等を用いた構造に限らず、レーザ
測長器など他の変位検出器でもよい。また、前記
実施例では支持軸５の回転中心、つまり懸下フレ
ーム７の回動中心である第１の軸線を鉛直方向と
して説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、支持軸５の回転中心、つまり懸下フレ
ーム７の回動中心である第１の軸線が斜め等の他
の方向を示すものでもよい。また、前記実施例で
は、懸下フレーム７、揺動フレーム１４及びスラ
イダ４７のγ、β、α方向回転角度は、予め１度
設定して各固定手段１２，２８，４６で固定して
測定するものとしたが、γ方向固定手段１２並び
にβ方向及びα方向回転角度微調整機構２１，４
５の丸ハンドル２０，４４をステツプモータ等を
用いた駆動手段とし、これらの駆動手段を被測定
面６１の設計形状に基づくプログラムに従つて駆
動し、常に測定子５４の先端を被測定面６１に法
線方向から当接させるようにすることもできる。

上述のように本発明によれば、簡単な構成でよ
り正確な測定を行なえる形状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図は本発明に係る形状測定機の一実施例を
示す一部を切欠いた正面図、第２図は一部を切欠
いた第１図の左側面図、第３図は第１図の−
線に沿う拡大断面図、第４図は使用状態を示す右
側面図、第５図は同じく正面図、第６図は同じく
平面図である。 １……基礎部材、３……支持部材、７……懸下
フレーム、１２……γ方向固定手段、１４……揺
動フレーム、２１……β方向回転角度微調整機
構、２８……β方向固定手段、２９……案内部材
としての案内軸、３４……無端帯としてのチエ
ン、３９……スライダ移動手段、４５……α方向
回転角度微調整機構、４６……α方向固定手段と
してのロツクねじ、４７……スライダ、４８……
クランプ、５１……第１の変位検出器、５２……
第２の変位検出器、５４……測定子、６０……被
測定物、６１……被測定面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持部材に第１の軸線を中心として回動自在
   に支持された懸下フレームと、この懸下フレーム
   に前記第１の軸線と異なる方向の第２の軸線を中
   心として回動自在にかつ略中心部分で支持された
   揺動フレームと、この揺動フレームに設けられた
   案内部材に沿つて所定方向移動自在にされるとと
   もにこの移動方向を中心軸線として回動自在に揺
   動フレームに支持されたスライダと、このスライ
   ダの前記所定方向の移動変位を検出する第１の変
   位検出器と、前記スライダに支持されるとともに
   スライダの移動方向に直交する方向に変位可能に
   された測定子と、この測定子の移動変位を検出す
   る第２の変位検出器と、前記スライダを任意の位
   置でその姿勢を保持するための固定手段とを具備
   したことを特徴とする形状測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記測定子
   は常時突出する方向に付勢された状態でスライダ
   に取付けられていることを特徴とする形状測定
   機。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記支持部材は懸下フレームの回動軸線に直
   交する方向に移動可能とされたことを特徴とする
   形状測定機。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かにおいて、前記スライダの回動量を微調整する
   微調整手段が設けられていることを特徴とする形
   状測定機。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かにおいて、前記スライダの移動はモータ駆動さ
   れる無端帯を介して行なわれるとともに、スライ
   ダと無端帯とは係脱可能なクランプを介して取付
   けられたことを特徴とする形状測定機。