JPH0431524B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、テーブル上に載置された被測定物と
測定子とを三次元的に関与させて被測定物の寸
法、形状等を測定する三次元測定機に関する 〔背景技術とその問題点〕 従来、三次元測定機には、門形支柱タイプ、カ
ンチレバータイプ等種々の型式があり、その目的
に応じて使用されている。また、それらの構造
は、例えば門形支柱タイプにあつては、載置台上
に移動可能な門形支柱を備え、この門形支柱には
支柱横桁に沿つて移動可能なスライダおよびこの
スライダに上下方向移動自在なＺスピンドルを介
してタツチプローブ等の測定子が着脱可能に取り
付けられて構成され、また、カンチレバータイプ
は載置台を有する測定機本体にコラムが前後左右
移動可能、あるいは、コラムが前後移動可能、載
置台が左右移動可能に設けられ、このコラムの上
端に設けられたカンチレバーにＺスピンドルが上
下方向摺動自在に設けられ、このＺスピンドルの
下端部に測定子が着脱可能に取り付けられて構成
されている。このように、従来の三次元測定機に
おいては、使用者が取り外せるのは測定子の部分
のみであり、Ｚスピンドル、その他の機構は測定
精度を維持しる上からも取り外しができないもで
あった。

ところで、近年、三次元測定機の使用範囲が拡
大するに伴い、測定子の取付構造あるいはＺスピ
ンドルの内部構造に種々の工夫が施され、種々の
機能が付加されるようになつてきた。すなわち、
Ｚスピンドルを水平方向に移動可能にしてこのＺ
スピンドルの先端に測定子を取り付けるもの、Ｚ
スピンドル内に測定子の自動着脱機構を組み込
み、測定子を自動的に交換して測定するもの、Ｚ
スピンドル内に測定子回転機構を設け、真円度測
定に供したり、プローブ姿勢制御に供したりする
もの等がある。

しかし、前述のような機能を有する新しいタイ
プの三次元測定機においては、各機構がＺスピン
ドル等に直接組み込まれているため、異なる機能
の測定を行おうとする場合には、測定機本体の構
造を大幅に変更する必要があったり、異なる機能
の測定機全体を購入しなければならないという問
題があり、測定の多様化に対応できないという不
都合があつた。

このため、種々の機能を有する簡易な構成の三
次元測定機が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、測定機本体の構造を変更する
ことなく、種々の測定機能の変更が簡易にできる
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、測定子を水平方向に支持する機能、
着脱可能にする機能、回転させる機能等を有する
部分を、測定機本体の可動部材から分離してそれ
ぞれ別個の部材すなわち測定ヘツドとし、これら
の異なる機能を有する測定ヘツドを可動部材に着
脱可能にし、必要に応じてこれらの測定ヘツドを
変更して使用するようにし、前記目的を達成しよ
うとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図の全体構成を示す斜視図において、フレ
ーム１１の前面側には左右方向すなわちＸ方向に
移動可能なテーブル１２が設けられるとともに、
フレーム１１の後面中央側には前後方向すなわち
Ｙ方向移動可能なコラム１３が設けられ、これら
のフレーム１１、テーブル１２およびコラム１３
によりシングルコラム・ジグボーラ型の測定機本
体１０が構成されている。また、コラム１３は、
コラム本体１４と、このコラム本体１５を覆うカ
バー１５から構成されている。

前記コラム１３には、カンチレバー状の可動部
材４０が上下方向すなわちＺ方向移動可能に設け
られ、この可動部材４０の先端には測定ヘツド５
０が着脱可能に設けられ、さらに、この測定ヘツ
ド５０の下端部にはタツチプローブ等の測定子５
１がクランプ機構５２により着脱可能に設けられ
ている。ここにおいて、各移動可能な部分、すな
わち、コラム１３と可動部材４０との間、フレー
ム１１とコラム１３との間およびフレーム１１と
テーブル１２との間には、それぞれ蛇腹状のシー
トからなる防塵カバー１７が設けられ、測定機内
への塵埃等の浸入が防止されている。また、前記
フレーム１１の前面側には、操作パネル１８が設
けられるとともに、ジヨイステイツク型の操作レ
バー１９が設けられ、これらの操作レバー１９等
を操作することにより、テーブル１２、コラム１
３、可動部材４０等を所定方向に移動できるよう
になつている。

第２図には、第１図のコラム１３、正確にはコ
ラム本体１４の上端部と可動部材４０との詳細構
造が示されている。この図において、コラム本体
１４には、角筒状に形成されたキヤリツジ４１が
エアベアリングを構成する複数のエアパツド４２
を介して上下方向摺動自在に設けられ、このキヤ
リツジ４１の前面側には、先端に測定ヘツド取付
部４３を有するアーム４４が一体に固定されてい
る。ここのおいて、キヤリツジ４１とアーム４４
とにより前記可動部材４０が構成されている。ま
た、キヤリツジ４１にはボールナツト４５が取り
付けられ、このボールナツト４５は、コラム本体
１４の上端に固定されたブラケツト２１と、コラ
ム本体１４の側面に取り付けられた軸受箱２２と
の間に回転自在に支持されたボールねじ軸２３に
螺合され、ボールねじ軸２３の回転に伴いボール
ナツト４５を介してキヤリツジ４１延いては可動
部材４０が上下動されるようになつている。

前記ボールねじ軸２３のブラケツト２１からの
突出端部には、タイミングプーリ２４が固定さ
れ、このタイミングプーリ２４にはタイミングベ
ルト２５を介してもう一方の小径のタイミングプ
ーリ２６が連結されている。この小径のタイミン
グプーリ２６のプーリ軸２７は、ブラケツト２１
に回転自在に支持されるとともに、密着巻コイル
ばねからなるカツプリング２８を介して駆動源と
してのモータ２９の出力軸に連結されている。こ
のモータ２９はブラケツト２１に取り付けられる
とともに、モータ２９の駆動に伴いタイミングプ
ーリ２６、タイミングベルト２５、タイミングプ
ーリ２４等を介して前記ボールねじ軸２３が駆動
されて可動部材４０を上下に移動させ得るように
なつている。

前記ブラケツト２１には、キヤリツジ４１の上
面に当接されるストツパ３１が上下摺動可能に設
けられ、このストツパ３１は、ばね３２により常
時突出方向に付勢されるとともに、図示しない止
めねじにより抜け止めされ、さらに、このストツ
パ３１が上昇してくるキヤリツジ４１によりブラ
ケツト２１内に所定量没入されると、図示しない
リミツトスイツチ等が作動して前記モータ２９を
停止させ、キヤリツジ４１のそれ以上の上昇がな
されないようにされている。

前記可動部材４０のアーム４４の先端に設けら
れた測定ヘツド取付部４３には、このヘツド取付
部４３に着脱可能な可動部材取付部５３を有する
測定ヘツド５０が取り付けられている。この測定
ヘツド５０は、使用目的に応じて異なる機能を有
するものが複数用意されて交換使用されるもので
あり、例えば、第２図に示されるものの他、第４
図〜第７図にそれぞれ示されるものがある。本明
細書において、これらの測定ヘツド５０を総称す
るときは、符号５０で表し、各ヘツドを個別に指
称するときは、第２，４〜７図の各図のものをそ
れぞれ符号５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５
０Ｅで表す。この関係は測定子５１に関しても同
様であり、測定子５１を総称するときは符号５１
で、個別に指称するときは、第２，４〜７図の各
図のものをそれぞれ符号５１Ａ，５１Ｂ，５１
Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅで表す。

第２図に示される測定ヘツド５０Ａの可動部材
取付部５３は、第３図に一部断面して示されるよ
うに、平面Ｌ字形の溝５４を有するとともに、こ
の取付部５３の上部にはトツププレート５５が固
定され、さらに、取付部５３を斜め方向に貫通す
る固定ボルト５６を有して構成されている。一
方、アーム４４の測定ヘツド取付部４３は、可動
部材取付部５３のＬ字形の溝５４に丁度係合する
直交平面からなる取付面４６を有するとともに、
前記斜め方向に挿入される固定ボルト５６の延長
位置に形成された縦方向のＴ溝４７を有し、この
Ｔ溝４７内にはＴナツト４８が上下方向移動自在
に挿入され、このＴナツト４８に前記固定ボルト
５６が螺合されることにより、固定ボルト５６の
引張力で取付面４６の直交部とＬ字形溝５４の直
角部とを当接させて測定ヘツド５０Ａをアーム４
４に固定できるようになつている。この際、測定
ヘツド取付部４３の取付面４６と、可動部材取付
部５３の溝５４およびトツププレート５５とによ
り、測定ヘツド５０Ａおよびアーム４４は常に一
定の位置関係で取り付けられることとなる。

前記測定ヘツド５０Ａに測定子５１Ａを着脱可
能に固定するクランプ機構５２は、ヘツド５０Ａ
にネジ込まれその先端で測定子５１Ａの取り付け
軸（図示せず）を押圧固定するボルト５８と、こ
のボルト５８の外端に揺動自在に取り付けられた
馬蹄形のつまみ５９とからなり、このつまみ５９
を持つてボルト５８を回転させることにより、測
定子５１Ａの固定あるいは固定解除を行なえるよ
うになつている。

次に、第４図に示される測定ヘツド５０Ｂは、
測定子５１Ｂの自動着脱機構を内蔵したものであ
る。この測定ヘツド５０Ｂは、第２，３図に示さ
れる測定ヘツド５０Ａの可動部材取付部５３と全
く同一構造の可動部材取付部５３を有し、アーム
４４の測定ヘツド取付部４３に測定ヘツド５０Ａ
と同一状態で取り付け得るようになつている。ま
た、測定ヘツド５０Ｂ内にはシリンダ６０が設け
られるとともに、このシリンダ６０のピストンロ
ツド６１の先端には、ヘツドボデー６２の孔６３
内に軸方向摺動自在に収納されたチヤツク６４が
固定され、このチヤツク６４は半径方向移動可能
な複数のボール６５を備えており、このボール６
５が孔６３内にあるときは、ボール６５がチヤツ
ク６４の内方に突出して測定子５１Ｂのテーパシ
ヤンク６６の先端に固定されたプルスタツド６７
をチヤツク６４内に保持できるようにされ、一
方、チヤツク６４が孔６３に連設された大径孔６
８内に位置されたときは、ボール６５が半径方向
外方に動いて前記プルスタツド６７を開放できる
ようにされている。なお、テーパシヤンク６６
は、前記大径孔６８に連設されたテーパ孔６９に
係合されて測定子５１Ｂがヘツドボデー６２に確
実に固定されるようになつている。この際、ヘツ
ドボデー６２の下端に形成された位置決めピン７
０によりヘツドボデー６２と測定子５１との周方
向の相対位置関係が規定されるようになつてい
る。

この第４図の測定ヘツド５０Ｂにおいては、シ
リンダ６０を作動させることによりピストンロツ
ド６１が進退され、チヤツク６４が大径孔６８の
位置にあるときには、測定子５１Ｂのプルスタツ
ド６７がチヤツク６４内に浸入あるいはチヤツク
６４から取り外すことができ、一方、ピストンロ
ツド６１が縮小されてチヤツク６４のボール６５
が孔６３内に位置されたときは、プルスタツド６
７がチヤツク６４に把持されて上方に引き上げら
れ、測定子５１Ｂのヘツドボデー６２への固定が
なされ、従つて、この測定ヘツド５０Ｂはいわゆ
る測定子着脱機能を有し、測定子５１Ｂの自動交
換が可能となつている。

第５図の測定ヘツド５０Ｃは、第４図の測定子
５０Ｂにさらに測定子５１Ｃの旋回機能を持たせ
たもので、真円度の測定あるいは測定子５１Ｃの
周方向位置の姿勢制御が行なえるものである。こ
の測定ヘツド５０Ｃは、ヘツドボデー７１内に測
定子回転軸７２を回転自在に備え、この回転軸７
２の上端には大ギヤ７３が固定され、この大ギヤ
７３にはモータ７４の出力軸に固定されたピニオ
ン７５が噛合されている。このモータ７４はヘツ
ドボデー７１に固定されるとともに、モータ７４
の駆動に伴いピニオン７５および大ギヤ７３を介
して回転軸７２が所定角度回転されるようになつ
ている。この際、大ギヤ７３とピニオン７５との
間に適宜なクラツチブレーキ機構を介装すれば、
大ギヤ７３を全く自由回転可能にしたり、所定角
度位置でロツクしたりすることができる。

前記測定子回転軸７２の孔７６内には、ボール
７７を半径方向移動自在に支持するチヤツク７８
が軸方向移動可能に設けられている。このチヤツ
ク７８のロツド７９の先端側と、前記孔７６の上
部に連設されこの孔７６より大径の上部孔８０の
段部に係止可能なばね受け板８１との間には、ロ
ツド７９を常時上方に付勢する圧縮ばね８２が介
装され、このばね８２の付勢力によりチヤツク７
８は常時孔７６内に位置するにされ、これによつ
て前記第４図の測定ヘツド５０Ｂと同様に、測定
子５１Ｃのテーパシヤンク６６の先端に設けられ
たプルスタツド６７を回転軸７２内に引き込み、
テーパシヤンク６６を回転軸７２のテーパ孔８３
に係合させて測定子５１Ｃを回転軸７２に固定で
きるようになつている。この際、回転軸７２内に
は、孔７６とテーパ孔８３との間に大径孔８４が
連設され、チヤツク７８がばね８２に抗してこの
大径孔８４内まで押し下げられたときは、ボール
７７によるプルスタツド６７の把持の開放がなさ
れるようになつており、一方、チヤツク７８がば
ね８２により孔７６内に引き上げられたときは、
ボール７７によりプルスタツド６７のロツクがで
きる。また、回転軸７２の下面には測定子５１Ｃ
の取り付け位置を規制する位置決めピン８５が設
けられている。さらに、この測定ヘツド５０Ｃに
取り付けられる測定子５１Ｃはその先端部８６が
折り曲げ可能かつその折り曲げ位置で固定可能に
設けられている。

前記チヤツク７８のロツド７９の先端部には、
ヘツドボデー７１に固定されたシリンダ８８のピ
ストンロツド８９が前記大ギヤ７３の中心部を貫
通して当接され、このピストンロツド８９の下方
への進出に伴い、ロツド７９をばね８２に抗して
押し下げ、チヤツク７８を大径孔８４内に位置さ
せ得るようになつている。

従つて、この測定ヘツド５０Ｃは、モータ７４
を駆動することにより回転軸７２を回転させて測
定子５１Ｃの回転方向の姿勢制御をできるととも
に、連続回転させることにより円筒状物の真円度
等を測定することができ、かつ、シリンダ８８を
作動させてチヤツク７８を進退させることにより
測定子５１Ｃの自動的な着脱を行うことができ
る。すなわち、この測定ヘツド５０Ｃは、測定子
自動着脱機能と測定子旋回機能とを有していると
いえる。

第６図の測定ヘツド５０Ｄも前記他の測定ヘツ
ド５０と同様な可動部材取付部５３を有し、可動
部材４０の測定ヘツド取付部４３に同様に取り付
け得るようになつている。また、この測定ヘツド
５０Ｄは、前記第２図の測定ヘツド５０Ａと略同
一の構成であるが、測定子５１Ｄが非接触式の測
定子であることと、この測定子５１Ｄを取り付け
る部分のいわゆる首下長さが異なるのみである。
この非接触式の測定子５１Ｄは、その先端からレ
ーザ等の光を出し、テーブル１２上に載置された
被測定物１００に反射させてその反射光を受光し
て被測定物１００の寸法等を測定するものであ
る。

第７図の測定ヘツド５０Ｅも、同じく同一構造
の可動部材取付部５３を備えており、可動部材４
０の取付部４３に着脱可能にされている。このヘ
ツド５０Ｅは、測定子５１Ｅをアーム４４に対し
て水平方向に取り付け得る点で第２図の測定ヘツ
ド５０Ａと異なつているのみであり、他の構成は
全く同様であるから説明を省略する。

このような本実施例の三次元測定機を用いて測
定を行うには、テーブル１２上に被測定物を取り
付け、操作パネル１８および操作レバー１９を操
作してテーブル１２の駆動モータ（図示せず）、
コラム１３の駆動モータ（図示せず）および可動
部材４０の駆動モータ２９を適宜に操作して被測
定物と測定子５０とを三次元的に移動、関与さ
せ、被測定物の寸法等の測定を行うものであり、
通常の三次元測定機と同様である。

次いで、被測定物の形状等に基づいて、測定ヘ
ツド５０を交換する必要があるときには、測定ヘ
ツド５０のうち所定の機能を有する測定ヘツド５
０Ａ〜５０Ｅのうち最適の機能を有するものを選
択し、可動部材４０のアーム４４の測定ヘツド取
付部４３に固定ボルト５６を用いて取り付け、前
述と同様にして測定する。この際、第４図に示さ
れる測定ヘツド５０Ｂにあつては、適宜な測定子
置台等を設けることにより測定子５１Ｂを予め複
数用意しておき、測定子５１Ｂを順次自動的に取
り換えながら測定できる。また、第５図の測定ヘ
ツド５０Ｃにあつては測定子５１Ｃの自動交換の
他に、測定子５１Ｃの回転をも行え、第６図の測
定ヘツド５０Ｄにあつては測定子５１の接触によ
つて被測定物１００の形状等が変化する部材、例
えば布等の形状を非接触で測ることができ、第７
図の測定ヘツド５０Ｅでは測定子５１Ｅを軸線方
向を水平方向として測定することができる。

上述のような本実施例によれば、従来Ｚスピン
ドル等の可動部材に一体に組み込まれており、測
定子５１に種々の機能を与える部分を、本実施例
では測定ヘツド５０として可動部材４０から分離
し、かつ、この測定ヘツド５０を可動部材４０の
測定ヘツド取付部４３に対し常に同一の構造であ
る可動部材取付部５３により取り付けるようにし
たから、測定機本体１０の構造変更を行うことな
く測定を多様化できる。また、可動部材４０およ
び測定ヘツド５０の取付部４３および５３の構造
は極めて簡易であるから、安価に提供でき、しか
も、前記Ｔナツト４８に螺合される固定ボルト５
６により取付面４６の直交部とＬ字形溝５４の直
角部とを当接させて測定ヘツド取付部４３と可動
部材取付部５３とを連結するため、可動部材４０
に対する測定ヘツド５０の取付位置精度を常に確
保でき、測定誤差の発生をなくすことができる。
さらに、測定ヘツド５０として、取付部５３から
測定子５１を取り付ける位置までの長さ、すなわ
ち、首下長さの異なるヘツド５０を用いれば、テ
ーブル１２上の被測定物から測定子５１までの距
離、いわゆるワークハイトを容易に変更できる。
また、取付部４３，５３の形状さえ同一にしてお
けば測定ヘツド５０の大きさには制限が少ないた
め、設計の自由度を向上できる。

また本実施例によれば、測定ヘツド５０に対し
て測定子５１は着脱自在となつているため、測定
子５１を例えば第４図で示したタイプや第５図で
示したタイプ、あるいは第２図の接触型や第６図
の非接触型に交換可能であり、かつ、可動部材４
０に対して測定ヘツド５０は交換自在になつてい
るため、測定ヘツドを第４図の通り測定子５１Ｂ
の着脱用のチヤツク６４を上下動させるシリンダ
６０だけを内蔵したものや、第５図の通り測定子
５１Ｃの着脱用のチヤツク７８を上下動させるシ
リンダ８８と測定子５１Ｃを回動させるモータ７
４とを内蔵したものに交換でき、このため、単に
測定子５１だけが交換可能である場合と比べ、三
次元測定機に交換可能に装着できる測定子５１の
種類を増すことができる。

なお、本発明の実施にあたり、測定ヘツド５０
は前記実施例に示される第２，４〜７図に示され
る測定ヘツド５０Ａ〜５０Ｅに限らず、さらに他
の機能を有する測定ヘツドでもよく、要するに測
定上必要な各種機能を有する複数の測定ヘツド５
０が備えられていればよい。また、本発明は、前
記実施例のようにシングルコラム・ジグボーラ型
の三次元測定機にのみ適用されるものではなく、
門形支柱タイプの三次元測定機にも適用できる。
さらに、測定ヘツド５０を交換するにあたり、特
に本発明を門形支柱タイプの三次元測定機に適用
した場合、可動部材４０の重量が測定ヘツド５０
の重量により変化するため、可動部材４０を円滑
に移動させるためのバランス機構のバランスが崩
れる可能性があるが、この場合には、バランス機
構のバランスウエイトを最も軽い測定ヘツド５０
に合せたものとしておき、かつ、このバランスウ
エイトに外部から付加ウエイトを取り付け得るよ
うにし、さらに、各測定ヘツド５０と対にして各
測定ヘツド５０の重量増加分に応じた付加ウエイ
トを用意し、測定ヘツド５０の交換時にこの付加
ウエイトをバランス機構に取り付けるようにして
もよい。また、適用する三次元測定機は、前記実
施例のように自動運転型の三次元測定機に限ら
ず、手動運転型の三次元測定機にも適用できる
が、自動運転型の三次元測定機にした場合特に効
果が大きい。さらに、可動部材４０への測定ヘツ
ド５０の取り付けは、前記実施例のような取付部
４３，５３に限らず、電磁チヤツク式あるいは第
４，５図に示される測定子５１Ｂ，５１Ｃのプル
スタツド６７と同様構造の取付部とし、測定ヘツ
ド５０そのものを自動的に交換できるようにして
もよく、このようにすれば、三次元測定機の自動
化の上で大きな効果がある。

〔発明の効果〕

上述のような本発明によれば、測定機本体の構
造変更を伴うことなく、測定機能を多様化できる
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】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
全体構成を示す斜視図、第２図は第１図のコラム
および可動部材の部分の一部を断面した拡大図、
第３図は第２図の−線から見た一部拡大平面
図、第４図および第５図は本実施例に用いられる
それぞれ異なる形式の測定ヘツドを示す縦断面
図、第６図および第７図は同じく本実施例に用い
られるそれぞれ更に異なる形式の測定ヘツドの正
面図である。 １０……測定機本体、１２……テーブル、１３
……コラム、１４……コラム本体、４０……可動
部材、４３……測定ヘツド取付部、４４……アー
ム、４６……取付面、４７……Ｔ溝、４８……Ｔ
ナツト、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０
Ｄ，５０Ｅ……測定ヘツド、５１，５１Ａ，５１
Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ……測定子、５３…
…可動部材取付部、５４……溝、５６……固定ボ
ルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定機本体と、この測定機本体に移動可能に
   設けられるとともに測定ヘツド取付部を有する可
   動部材と、可動部材取付部を有するとともに測定
   子を有する異なる機能の複数の測定ヘツドとを備
   え、 前記測定ヘツド取付部と前記可動部材取付部と
   のいずれか一方にはＬ字形溝が設けられ、他方に
   はこの溝に係合可能な直交平面からなる取付面が
   設けられ、かつ、前記測定ヘツド取付部と前記可
   動部材取付部とのいずれか一方には、他方に配置
   されたナツトに螺合されて前記取付面の直交部と
   前記Ｌ字形溝の直角部とを当接させる固定ボルト
   が斜めに貫通され、 前記複数の測定ヘツドは前記ボルトと前記ナツ
   トによる前記可動部材取付部と前記測定ヘツド取
   付部との連結で前記可動部材に交換自在に取り付
   けられているとともに、前記測定子は前記測定ヘ
   ツドに着脱自在に取り付けられていることを特徴
   とする三次元測定機。