JPS5965702A - 多次元測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定子と被測定物との当接位置から被測定物
の形状や寸法等を求める多次元測定機に関するものであ
る。

一般に、移動体に測定子を二次元方向或いは三次元方向
へ移動可能に取付け、この測尾子をテーブル等にセット
された被測定物に当接させながら被測定物の形状や寸法
等を求める、いわゆる多次元測定機は、二次元或いは三
次元の各軸方向に対応して配設された精密な手ンコーダ
とデータ処理装置とを備える構成によシ複雑形状や大型
物品の検査等が可能なため、広く採用されている。

従来、このような多次元測定機では、自動測定にせよ、
手動測定にせよ全ての測定に際して、常に移動体をテー
ブルに対して二次元方向或いは三次元方向へ移動させな
ければならなかった。

従って、比較的軽量でかつ小型物品や対象測定寸法が小
さい場合でも、慣性の大きい移動体側を移動させなけれ
ばならないため、迅速な測定が期待できない上、オーバ
ーストロークに対する許容範囲の大きな測定子を用いな
ければならなかった。

このようなことから、測定能率の向上や経済的負担の軽
減上の対策が望まれていた。

本発明の目的は、このような従来の欠点を解決すべくな
されたもので、測定能率の向上および経済的負担の軽減
をはかった多次元測定機を提供することにある。

そのため、本発明では、変位検出器に関連する測定子を
被測定物を載置するベーステーブルに対して二次元捷た
は三次元的に移動自在に構成するとともに、ベーステー
ブルに、被測定物を互いに直交する二軸方向へ向って移
動自在に支持する載物台を設け、この載物台の移動変位
置を他の変位検出器によって検出するように構成し、測
定条件によつそ測定子および被測定物のいずれかを選択
的に移動できるようにすることにより、上記目的を達成
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図は三次元測定機を示している。同図において、略
直方体に形成された石定盤からなるベッド１には、その
上面に互いに直交する３軸のうち２軸方向へ移動可能で
かつ他の１軸を中心として回動可能な載物台１００が着
脱自在に載置されているとともに、前後方向（Ｙ軸方向
）のそれぞれの端面に把手２が、幅方向（Ｘ軸方向）の
端面に複数の支持軸３を介してＹ軸方向と平行な案内レ
ール４，５がそれぞれ設けられている。前記両側の案内
レール４，５には、角柱状の支柱７，８がＹ軸方向へそ
れぞれ移動自在に設けられている。

このうち、一方側の支柱７の内部には、例えば案内レー
ル４の長手方向に沿って設けられた図示しないスケール
の目盛を光学的に読み取り、支柱７のＹ軸方向への移動
量を検出する変位検出器６が設けられている。

甘た、前記両側の支柱７，８の上部間には、内支柱７，
８の間隔を所定寸法に設定するだめの横部材９．２本の
スライダ案内レール１０．１１およびスライダ微動レー
ル１２がＸ軸方向へ掛は渡されている。前記スライダ案
内レール１０．１１には、箱状のスライダ１３がＸ軸方
向へ移動自在に支持されている。スライダ１３には、そ
の内部に例えば前記スライダ案内レール１１の長手方向
に沿って設けられた図示しないスケールの目盛を光学的
に読み取りスライダ１３のＸ軸方向への移動量を検出す
る変位検出器１９が設けられているとともに、前面に角
度計測手段１４を介して箱状のスピンドル支持体１５が
Ｙ軸線を中心として傾斜可能に支持されている。スピン
ドル支持体１５には、スピンドル１６がスピンドル支持
体１５の回動軸に対して直交する方向へ摺動自在に支持
されているとともに、例えばスピンドル１６の長手方向
に沿って設けられた図示しないスケールの目盛を光学的
に読み取りスピンドル１６のＺ軸方向への移動量を検出
する変位検出器１８が設けられている。

ここで、前記スピンドル１６は、その下端に測定子１７
を有し、前記スピンドル支持体１５の傾斜が苓のとき、
Ｚ軸方向へ移動できるように設定されている。

一方、前記載物台１００は、第２図に示す如く、前記ベ
ーステーブル１の上面に着脱自在に取付けられた基台１
０１と、この基台１０１．にその幅方向（Ｘ軸方向）へ
移動自在に設けられた第１のテーブル１０２と、この第
１のテーブル１０２に前記基台１０１の前後方向（Ｙ軸
方向）へ移動自在に設けられた第２のテーブル１０３と
、この第２のテーブル１０３にその第２のテーブル１０
３および前記第１のテーブル１０２の移動方向とそれぞ
れ直交する方向（、Ｚ　４ｉ１１１方向）の軸線を中心
として回動自在に設けられた第３のテーブル１′０４と
から構成されている。

前記基台１０１には、その前後縁から上方へ向ってやや
立上った前後壁１１１のそれぞれ内面にガイドブＬ／−
）１１２が前後方向へ進退自在に設けられているととも
に、−側端中央から外方へ向って水平に突出した突出部
１１３の上面に軸受台１１４が取付けられている。前記
両側のガイドプレート１１２間には、案内機構１１５を
介し、て前記第１のテーブル１０２がＸ軸方向へ移動自
在に支持されている。案内機構１１５は、前記前後のガ
イドプレート１１２のそれぞれ内面に水平方向へ向かっ
てＶ字状に開口された■溝１１６と、前記第１のテーブ
ル１０２の前後面下′部に前記■溝１１６と対向して開
口された■溝１１７と、この対向する”’満１１６，１
１７間の対角面に外周面が接するようにリティーナ１１
８に回転自在に支持された複数のロー２１１９とから構
成されている。

リテイーナ１１８は、前記ガイドプレート１１２の両端
に取付けられる保持片１１０によって抜は止めされてい
る。前記ローラ１１９は、第３図に示す如く、直径に対
して長さかわすかに小さな寸法の短円柱状に形成され、
かつ隣接するものどうしの回動軸が互いに交差するよう
に傾斜して前記リティーナ１１８に保持されている。１
だ、前記軸受台１１４には、その内部に止ねじ１２０に
よって保持されるスリーブ１２１を介して、前記第１の
テーブル］０２をＸ軸方向へ移動させる送シねじ軸１２
２が回転自在に支持されている。前記スリーブ１２１の
外端には、外周に基線を有する基線盤１２３が一体的に
形成さｎている。また、送りねじ軸１２２には、その一
端部に前記第１のテーブル１０２に螺合されるねじ部１
２４が、他端部に前記基線盤１２３とともにマイクロメ
ータヘッド１２７を構成する目盛盤１２５がそれぞれ設
けられている。目盛盤１２５には、その外周面に目盛が
、端面に操作ハンドル１２６がそれぞれ設けられている
。これにより、輪作ハンドル１２６の操作により送りね
じ軸１２２が回動され、前記第１のテーブル１０２がＸ
軸方向へ移動された際、その第１のテーブル１０２のＸ
軸方向における位置を基線盤１２３０基線と対応する目
盛盤１２５の目盛によって読みとることができるように
なっている。

前記第１のテーブル１０２には、その上部両側面に案内
機構１３１を介して前記第２のテーブル１０３がＹ軸方
向へ移動自在に支持されているとともに、内部にＹ軸方
向へ沿って案内溝１３２が、前端縁中央からＭｉＪ方へ
向かって水平に突出した突出部１３３の上面に軸受台１
３４が取付けられている。前記案内機構１３１は、前記
案内機構１１５と同様に、第１のテーブル１０２の両側
面上部に水平方向へ向かってＶ字状に開口された■溝１
３５と、前記第２のテーブル１０３の両側面に前記■溝
１３５と対向して設けられたＶ溝１３６と、この対向す
る■溝１３５，１３６の対角面に外周面が接するように
リティーナ１３７に回転自在に支持された複数のロー２
１３８とから構成されている。

１だ、前記軸受台１３４には、その内部に止めねじ１３
９によって保持されるスリーブ１４０を介して、前記第
２のテーブル１０３をＹ軸方向へ向かって移動させる送
シねじ軸１４１が回転自在に支持されている。前記スリ
ーブ１４０の外端には外周に基線を有する基線盤１４２
が一体的に形成されている。また、送りねじ軸１４１に
は、その一端に前記第２のテーブル１０３に螺合される
ねじ部１４３が、他端部に前記基線盤１４２とともにマ
イクロメータヘッド１４６を構成する目盛盤１４４がそ
れぞれ設けられている。目盛盤１４４には、その外周面
に目盛が、端面に操作ハンドル１４５がそれぞれ設けら
れている。これによシ、操作ハンドル１４５の操作によ
り送りねじ軸１４１が回動され、第２のテーブル１０３
がＹ軸方向へ移動された際、その第２のテーブル１０３
のＹ軸方向における位置を基勝盤１４２の基線と対応す
る目盛盤１４４の目盛から読みとることができるように
なっている。

前記第２のテーブル１０３には、その両側縁から下方へ
向ってやや突出された両側壁１５１のそれぞれ内面に前
記Ｖ満１３６を有しかつ左右方向へ進退自在なガイドプ
レート１５２が、中央下面に前記送りねじ軸１４１のね
じ部１４３が螺合されかつ前記第１のテーブル１０２の
案内溝１３２に沿って摺動自任々摺動ブロック１５３が
それぞれ設けられているとともに、上面中央に円部状の
支持台１５４が設けられている。前ｈ［１ガイドプレー
）１５２の両端には、リテイーナ１３７を保持する保持
片１５５が設けられている。まだ、支持台１５４には、
その上面に前記第３のテーブル１０４がＺ軸方向の軸線
を中心として水平方向へ回′動自在に叉持嘔れている。

前記第３のテーブル１０４には、第４図に示す如く、そ
の下面中心から前記支持台１５４を通って前記第２のテ
ーブル１０３に回転自在に支持されたシャフト１６１に
、ウオームホイール１６２と第３のチー７ブル１０４の
回動角度を検出し図示しない表示器等に表示させるロー
タリエンコーダ１６３とがそれぞれ設けられているとと
もに、上面に被数の逆′ｒ字状のワーク取付溝１６４が
放射状に形成されている。ここにおいて、このロータリ
エンコータ゛１６３および前記マイクロメータヘッド１
２７，１４６により、他の変位検出器１８０が構成され
ている。また、前記ウオームホイール１６２に（ｄ１前
記第３のデープル１０４をＺ軸方向の軸線を中心として
回動させる回動機構１６５が係脱自在に噛合されるよう
になっている。回動機構１６５は、第５図および第６図
に示す如く、前記支持台１５４の周壁から一体的に突出
された外筒１６６の内部に内筒６７が１１４１Ｉ受リン
グ１６６Ａを介して回動自在に嵌挿され、その内筒１６
７の偏心位置軸方向に沿って偏心軸１６８が回動自在に
嵌挿されている。前記内筒１６７には、外部に突出した
端部にその内筒１６７を外筒１６６に対して回動させる
回動アーム１６９が一体的に設けられている。回動アー
ム１６９の先端には、前記内筒１６７が第６図の実線の
状態および反時計方向へ９０度回動された鎖線の状態に
おいて、前記外筒１６６に設けられた係止孔１７３に係
止されるボルト１７０が螺合されている。また、前記偏
心１ｉ１ｉ　１６８には、その−°端部に前記内筒１６
７が第６図中反時計方向へ９０度回動された状態におい
てウオームホイール１６２に噛合されるウオームギヤ１
７１が、他端部に操作ハンドル１７２がそれぞれ設けら
れている。

次に、本実施例の作用を説明する。使用開始に当り、載
物台１００の第３のテーブル１０４に、その第３のテー
ブル１０４のワーク取付溝１６４に係止される治具等を
利用して被測定物を固定した後、σｌす定作業を行う。

測定作業は、測定子１７および載物台１００のいずれか
一方を測定条件に応じて選択的に移動させ、測定子１７
と被測定物の各測定点を１１次接触させる。

例えは、被…１ｊ定物の各測定点間の寸法が比較的大き
い賜合にＩｆ：Ｊ：　、従来の三次元測定機と同様に測
定子１７を移動させる。これには、支柱７，８が案内レ
ール４，５に沿ってＹ軸方向へ、スライダ１３がスライ
ダ案内レール１０．１１に沿ってＸ軸方向へ、スピンド
ル１６がＺ軸方向へ移動可能であるから、スピンドル１
６の下部を把持した状態でスピンドル１６を所望方向へ
移動させ、測定子１７をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の所望位ｊｔ
へ移動させる。

ここで、測定子１７が被測定物に接触すると、その接触
時点における測定子１７のＸ、ＹおよびＺ軸方向の移動
量が変位検出器１９，６．１８にょシ読み取られた後、
図示しない表示器に表示され、かつプリンタによりプリ
ントアウトされる。

一方、被測定物の各測定点間の寸法が比較的近接してい
る場合には、被測定物側っまシ載物台１００を移動させ
る。これには、操作ハンドル１２６の回動操作により送
りねじ軸１２２の回転を介して第１のテーブル１０２を
Ｘ軸方向へ、また操作ハンドル１４５の回動操作により
送りねじ軸１４１の回転を介して第２のテーブル［０３
をＹ軸方向へそれぞれ移動させ、被測定物の測定点を測
定子１７へ向って移動させる。ここで、被測定物が測定
子１７に接触したとき、基線盤１２３の基線と対応する
目盛盤１２５の目盛から第１のテーブル１０２のＸ軸方
向への移動量っまシ被測定物のＸ軸方向の移動量を、ま
た基線盤１４２の基線と対応する目盛盤１４４の目盛か
ら第２のテーブル１０３のＹ軸方向への移動量つ捷り被
測定物のＹ軸方向への移動量をそれぞれ読み取ることが
できるから、この被測定物のＸおよびＹ軸方向への移動
量とぜ］定子１７のＸおよびＹ軸方向への移動量とをｆ
Ｌ算すれは、ベーステーブル１０基準位置から被測定物
と測定子１７とが接した位置捷での絶対距離を求めるこ
とができる。従って、測定点間の寸法が比較的近接し２
ているような場合には、高負荷となる測定子１７側を移
動させなくてよいから、つまシ慣性の小さい被測定物側
を微量たけ変位場せればよいから、オーバストローク量
を小さくでき、その結果被測定物や測定子１７の破損を
防止できるばかりでなく、迅速な測定を行える。

また、被測定物の複数の面、例えば互いに直交する複数
の而に渡って測定を行う場合でも、被測定物の姿勢を変
化させることによって、測定子１７をそれらの面に対向
するように順次移動させなくてもよい。これには、載物
台１００の第３のテーブル１０４を直接まだは回動機構
１６５を介して回動させ、被測定物の各測定面を測定子
１７に順次対向させればよい。回動機構１６５によって
第；３のテーブル１０４を回動させるには、ボルト１７
０をゆるめて一方の係孔１７３がら外した後、第６図の
鎖線の位置まで回動させる。すると、外筒１６６に対し
て内筒１６７が第６図中反時計方向へ９０度回動される
ため、その内筒１６７の偏心位置に挿通されている偏心
軸１６８が第５図中下方へ半行移動され、ウオームギヤ
１７１がウオームホイール１６２に噛合された状態とな
る。

この状態において、操作ハンドル１７２を回動操作する
と、ウオームギヤ１７１およびウオームホイール１６２
を介して第３のテーブル１０４がＺ軸方向の軸線を中心
として水平方向へ回動される結果、その第３のテーブル
１０４上にセットされた被測定物の姿勢が変化される。

この除、第３のテーブル１０４が回動されると、その第
３のテーブル１０４の回動角度がロータリエンコーダ１
６３によって検出され、図示しない表示器されるから、
被測定物の姿勢を所定の角度に正しく変化させることが
できる。

従って、本実施例によれば、移動量が変位検出器６，１
９．１８によってそれぞれ検出される測定子１７をベー
ステーブル１に対して三次元方向へ移動可能とする一方
、ベーステーブル１に、前記三次元方向のうちＸおよび
Ｙ　ｉｌ’ｌ１１方向へそれぞれ移動可能でかつＺ軸を
中心として回動可能な載物台１００を取付け、この載物
台１００のＸ軸方向の移動量をマイクロメータヘッド１
２７によって、Ｙ軸方向を移動路をマイクロメークヘッ
ド１４６によって、ＺＩｉＩｌｉＩを中心とする回動角
度をロータリエンコーダ１６３によってそれぞれ検出す
るようにしたので、測定条件に応じて測定子１７側およ
び被測定物側のいずれかを選択的に移動させて被測定物
の形状や寸法を求めることができる。その結果、例えば
＋−伏測定物が比奴的軽量でかつ各測定点間の寸法が近
接しているような場合には、慣性の大きい測定子１７側
を移動させなくても慣性の小さい被加工物側を移動させ
ればよいため、オーバーストロークによる被測定物およ
び測定子１７の破損を防げるばかりでなく、精度的にも
高精度でかつ迅速な測定を行うことができる。また、被
測定物の梱数面に渡る測定に際しても、載物台１００を
Ｚ軸を中心として回動させると、被測定物の姿勢が変る
ため、測定子１７を被測定物の各測定面に対向するよう
に順次移動させる必要がないから、より能率的な測定を
行うことができる。

ｌだ、載物台１００は、基台１０１に第１のテーブル１
０２をＸｔｑ方向へ移動可能に設け、この第１のテーブ
ル１０２に第２のテーブル１０３をＹ軸方向へ移動６ｆ
能に設け、この第２のテーブル１０３に第３のテーブル
１０４をＺ軸を中心として回動可能に設け、これらの各
テーブルをそれぞれの操作ハンドル１２６，１４５，１
７２の操作によって独立的に移動まだは回動させるよう
にしたので、測定子１７を被測定物に当接させた状態で
いずれかのテーブルの１つを移動させれば、測定子１７
が当接した被測定物の測定面の粗さを連続的に測定する
ことができる。ちなみに、従来の三次元測定機では測定
子を１軸方向へのみ移動させるのが比較的困難であるた
め、表面粗さの測定には不向きであったが、本実施例で
はこの点をも測定できる利点がある。更に、載物台１０
０はベーステーブル１に対゛して着脱自在に構成したの
で、ベーステーブル１に取付ける前の載物台１００に予
め被測定物をセントしておけば、被測定物のセツティン
グを迅速にでき、特に被測定物が複雑形状の場合により
効果かある。

更に、基台１０１と第１のテーブル１０２との間および
第１のテーブル１０２と第２のテーブル１０３との間に
、それぞれの案内部材側と可動部材側とに水平方向へ向
って相対して開口されだ■溝１１６，１１７と、この対
向するＶ＠１１６，１１７間の対角面に外周面が接する
ようにリテイーナ１１８に回転自在に保持されたローラ
１１９とからなる案内機構１１５をそれぞれ介在させた
ので、つ筐り案内部相似および可動部材側がローラ１１
９の外周面に対して線接触した構造なので、比較的大き
な負荷がかかつても、第１のテーブル１０２および第２
のテーブル１０３の移動を円滑にかつ軽快に行うことが
できる。しかも、■溝１１６゜１１７．１３５，１３６
が水平方向へ向って開口されているため、ごみ等のつま
りかないことから、テーブルの移動に支障をきたすこと
がない。

なお、上記実施例では、載物台１００のＸおよびＹ軸方
向への移動量をマイクロメータヘッド１２７．１４６に
よ・つて検出するようにしたが、測定子１７の変位検出
器６，１９．１８と同種な光電型エンコーダ等によって
電気的に検出するようにしてもよい。この場合、第７図
に示すように、スライダｉ３のＸ軸方向への移動量を変
位検出器１９によって、支柱７，８のＹ軸方向への移動
量を変位検出器６によって、スピンドル１６の一２軸方
向への移動量を変位検出器１８によってそれぞれ検出す
るとともに、第１のテーブル１０２のＸ軸方向への移動
量を光電型エンコーダ２０１によって、第２のテーブル
１０３のＹ軸方向への移動ｉｔを光電型エンコーダ２０
２によって、第３のテーブル１０４の回動角度をロータ
リエンコーダ１６３によってそれぞれ検出する一方、演
算処理装置２０３において、前記各変位検出器１９，６
．１８からのデータＸ、Ｙ、Ｚと前記光電型エンコーダ
２０１゜２０２およびロークリエンコーダ１６３からの
データＸ′、　Ｙ’　、θとを演算し、その結果を表示
器２０−４に表示させるようにすると、基準位置から被
測定物と測定子１７とが当接した位置までの距離が自動
的に表示されるため、被測定物側を移動させても従来の
装溢を何ら変更さぜなくてよい。

しかも、載物台１０Ｑ側のエンコーダ２０１．２０２に
ついては比較的小ストロークでよいだめ、高精度なエン
コーダを容易に製作できる。

また、載物台１００をベーステーブル１に対して複数取
付けるようにすれば、１つづつ測定する場合に較べ、被
測定物の取付、位置出し作業が短縮できるため、ｏ＋１
＋定能率を向上させることができる。

また、上記実施例では、測定に際して、測定子１７およ
び載物台１００のいずれか一方を選択的に移動させるよ
うにしたが、測定条件によっていずれを移動させても精
度や能率面から不利とならないような％合には、両者を
同時に移動させてもよい。この場合、測定子１７および
載物台１００を手動的に移動させるよりも、予め定めた
手順に従って自動的に移動させる場合の方が効果的で、
一方のみの移動に比べ約半分の移動時間ですむ利点があ
る。

なお、本発明は、上記実施例で述べた三次元測定機に限
らず、例えば被測定物に当接される測定子等が二次元方
向へ移動するものであってもよい。

本発明によれば、各種の測定条件下において、測定能率
の向上および経済的負担の軽減をはかれる多次元測定機
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は載物
台の分解斜視図、第３図は案内機構の断面図、第４図は
第２のテーブルと第３のテーブルとを示す断面図、第５
図はその一部を切欠いた平面図、第６図は第５図の■−
ＶＴ線断面図、第７図は本発明の変形例を示すブロック
図である。 １・・・ベーステーブル、６，１９．１８・・・変位検
出器、１７・・・測定子、１００・・・載物台、１０１
・・・基台、１０２・・・第１のテーブル、１０３・・
・第２のテーブル、１０４・・・第３のテーブル、１８
０・・・他の変位検出器。 代理人　弁理士　木　下　實　三 （ほか１名） 第３図 １１９ 第４図 １５２１摩　１６１　　　　　　　　　１５２第５図 ０３１０４ 第６図 １７凸 １６６　　　１６６Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）変位検出器に関連する測定子を、二次元または三
   次元的に移動させながらベーステーブル上に載置された
   被測定物に当接させ、被測定物の形状や寸法等を求める
   多次元測定機において、前記ベーステーブルに設けられ
   前記被測定物を互いに直交する二ｉＩζ１１線方向へ向
   って移動可能に支持する載物台と、この載物台に取付け
   ″られた被測定物の前記ベーステーブルに対する移動変
   位斌を検出するだめの他の変位検出器とを備えたことを
   特徴とする多次元測定機。
2. （２）　　特許請求の範囲第１項において、前記載物台
   は、基台と、この基台に移動可能に設けられた第１のテ
   ーブルと、この第１のテーブルにその第１のテーブルの
   移動方向と直交する方向へ移動可能に設けられた第２の
   テーブルと、この第２のテーブルにその第２のテーブル
   および第１のテーブルの移動方向と互いに直交する軸を
   中心として回動可能に設けられた第３のテーブルとから
   構成されていることを特徴とする多次元測定機。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記第１のテー
   ブルおよび第２のテーブルは、前記測定子が移動可能と
   された直交軸線方向と同方向へ移動可能に配置されてい
   ることを特徴とする多次元測定機。
4. （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、前記他の変位検出器は、前記変位検出器と同種
   の検出器によって構成されていることを特徴とする多次
   元測定機。