JPS61200421A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、測定子と被測定物との相対移動による計測装
置からの信号データにより被測定物の形状、寸法等を測
定する例えば三次元の測定機にかかり、特に、２設計測
方式を採用した測定機に関し、測定精度の高度化に利用
できるものである。

［背景技術とその問題点］ 測定子と被測定物とを相対移動せしめ、計測装置からの
出力信号データを所定処理することにより被測定物の形
状、寸法等を測定する測定機が知られており、従来のマ
イクロメータ、ノギス等に比べて高精度化、高速測定さ
らには複雑形状測定ができる等の特徴を有するため各種
産業の測定分野において広く普及しつつある。

第４図はかかる測定機である従来の三次元測定機を示す
、基台３１には載置盤３２が置かれ、被測定物を載置す
るためのこの載置盤３２には門型の測定子支持体３３が
載せられている。測定子支持体３３の構成部材である横
桁部材３４にはスライダ３５が設けられ、スライダ３５
に垂直方向移動自在に取付けられたスピンドル３６の下
端に測定子３７が設けられている。測定子３７は測定子
支持体３３が案内レール３８に沿って移動することによ
りＹ軸方向へ変位し、またスライダ３５が横桁部材３４
に沿って移動することによりＸ軸方向へ変位し、さらに
スピンドル３６がスライダ３５に対し上下に移動するこ
とによりＺ軸方向へ変位する０以上の載置盤３２）測定
子支持体３３スライダ３５、スピンドル３６等によりＪ
ｌ−文子３７が被測定物に対し移動せしめられる移動機
構が構成され、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の直交三輪方向への移
動量は計測装ご３９．４０．４１で夫々計測される。

前記移動機構により測定子３７を被測定物に対し移動せ
しめ１両者が一定の関係になったとき、例えば測定子３
７がタッチ信号式プローブの場合にはΔ＋＋＋定子３文
子被測定物の被測定箇所に接触して信号を出力したとき
の被測定物の被測定箇所に対する測定子３７の移動変位
量またはこの被測定箇所の原点からの座標が前記計測装
置３９，４０．４１で検出され、これらの計測装置３９
．４０．４１からの出力信号データが演算処理装置で所
定処理、例えば原点からの複数の被測定箇所の平均座標
を求めるための演算処理がなされて被測定物の形状、寸
法等が測定される。

測定子３７には前記タッチ信号式プローブの他にレーザ
ー光線等を使用する光学的非接触方式のものが含まれる
。また前記移動機構の作動方式には、操作者が測定子支
持体３３等を手押しする手動式と、測定子支持体３３等
にモーター等による駆動手段を設けて自動送りする自動
式とがある。

自動式によると被測定物の複数の被測定箇所をプログラ
ムによるコンピュータ制御で自動測定することが可能に
なる。さらに、第４図で示された三次元測定機は被測定
物を載置する蔵置盤３２に対し測定子３７が移動するタ
イプであったが、測定子を静止とし載置盤を移動させる
タイプもあり、また測定子、載置盤の両方を移動させる
タイプもある。

以上の測定機の測定精度は前記計測装置の精度によって
決定される。この計測装置は例えば微細な光透過部と光
非透過部とを交互に格子縞状に形成した長寸のスケール
を測定方向に延設することによって構成され、測定精度
の高度化を達成するためにはこのスケールを全測定スト
ロークに亘って細かく精密に形成することが必要となる
。しかし実際には長寸のスケールを累積等の誤差をなく
して作ることは技術的に難しく、またそのようなスケー
ルができたとしても組立、調整作業等の外部的要因によ
り、使用段階において測定ストローク全長に亘って均一
な精度とすることが困難である。このような問題は測定
機が大型化するほど、すなわち測定ストロークが大きく
なるほど顕著となり、高め得る測定精度には一定の限界
があった。

また前述のようにコンピュータ制御で前記移動機構を作
動させ、この移動機構を計測装置からのフィードバック
信号により制御するように構成した場合、スケールの誤
差によって移動機構が測定子の許容変位ストロークを越
えて作動してしまったり、また測定子が所定位置に達す
る前に作動が停止してしまう等の問題が発生する。

更に、前述の通りスケールが全測定ストロークに亘って
微細に形成されていると、スケールの読取り誤差を生じ
させないために前記移動機構による測定子と被測定物と
の相対移動速度を一定値以下に制限しなければならず、
測定作業の向上を図るとができない。

［発明の目的コ 本発明は、以上の従来の問題点が一つの方向における粗
範囲も狭小範囲も同じ計測装置によって計測されるため
に発生していることに着目してなされたものである。

本発明の目的は、測定子と被測定物の被測定箇所との相
対移動変位量等を検出する計測装置のスケールを全測定
ストロークに亘って細かく精密に形成することを不要に
し、計測装置の制作が容易で且つ測定ストロークが大き
くても高度の測定精度を得られる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
発明の構成は、測定子と被測定物とを相対移動させる移
動機構と、測定子と被測定物の被測定箇所との相対移動
変位量又は被測定箇所の座標を検出する計測装置と、測
定子と被測定物とが一定の関係になったときのこの計測
装置の出力信号データを所定処理して被測定物の形状、
寸法等を求める演算処理装置とを備えた測定機において
、前記計測装置を前記移動機構の可動側、静止側のいず
れか一方に取付けられ且つ測定方向に一定ピッチで並ん
だ接触面を有するスケールと。

前記移動機構による移動量がこれらの接触面のうちいず
れの接触面の近傍位置に達しているかを検出する第１検
出器と、前記移動機構の可動側、静止側の他方に取付け
られ、前記接触面に接触する接触子を有し前記ピッチの
長さを細分割した微少単位で測定する分割能を有する第
２検出器とを含んで構成し、前記演算処理装置をこの第
１及び第２の検出器の出力信号データを加減算して前記
測定子と被測定物の被測定箇所との相対移動変位量又は
被測定箇所の座標を求めた後に前記所定処理を行うよう
に構成し、前記計測装置を粗範囲検出用の第１検出器と
狭小範囲検出用の第２検出器とによる２段計測方式の構
成としたところに特徴を有する。

［実施例］ 第１図は本実施例に係る測定機を示し、この測定機は測
定子が移動するタイプの三次元測定機で上面ＩＡに被測
定物が載置される載置ｍ１の左右の側面ＩＢ、Ｉｃには
レール部材２が取付部材３で水平に取付けられ、これら
のレール部材２は載置盤１の長手方向であるＹ軸方向へ
延びている。測定子４を支持する測定子支持体５は左右
の支柱６．７と、これらの支柱６．７の上部に横断架設
された横桁部材８とからなる門型形状で、支柱６，７の
脚部６Ａ、７Ａの内部にはローラ等の転動部材が配置さ
れ、この転勤部材がレール部材２に転勤自在に係合する
ことにより測定子支持体５はレール部材２で重量が支持
されながらＹ軸方向へ移動できるようになっている。

前記横桁部材８にはスライダ９が摺動自在に取付けられ
、このスライダ９と一体化されているスピンドルケース
１０にはスピンドル１１が垂直方向に移動自在に設けら
れ、スピンドル１１の下端に前記測定子４が設けられて
いる。

測定子支持体５がレール部材２に沿って移動することに
より測定子４のＹ軸方向の移動がなされ、測定子４のＸ
＠ｂ方向移動はスライダ９が横桁部材８に沿って摺動す
ることにより、また測定子４のＸ軸方向移動はスピンド
ル１１がスピンドルケース１０に対し上下に移動するこ
とにより夫々なされる。

載置盤ｌの前記側面ＩＢにはレール部材２と平行にボー
ルねじによるねじ軸１２が設けられ、このねじ軸１２の
両端は軸受部材１３．１４で回転自在に支持され、ねじ
軸１２の一端には蔵置盤１の側面ＩＢにブラケット１５
で取付けられたモーター１６の駆動軸１６Ａが連結され
る。ねじ軸１２は前記支柱７の脚部７Ａを挿通し、この
脚部７Ａにはねじ軸１２に螺合するナツト部材が配置さ
れているため、ねじ軸１２がモーター１６で回転せしめ
られると測定子支持体５はねじ軸１２のねじ送り作用に
よりＹ軸方向へ移動する。スライダ９の横桁部材８に対
するＸ軸方向移動及びスピンドル１１のスピンドルケー
ス１０に対する２Ｍ方向移動もＹ軸方向移動と同様にモ
ーター等の駆動手段により自動送りとしてもよい。

以上の載置盤１．１定子女子支持、スライダ９．スピン
ドル１１．ねじ軸１２）モーター１６等でＩｌ！を置盤
１の上面ＩＡにａ、置される被測定物に対し測定子４を
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三輪方向へ移動させる移動機構
１７が構成され、載置盤１等は移動機構１７の静止側を
、測定子支持体５等は可動側を夫々構成する。

本実施例では測定子４はタッチ信号式のプローブであり
、被ＩＩ４足物の被測定箇所に接触することによりタッ
チ信号を出力する。

第２図に示す通りモーター１６にはパルスジェネレータ
ー１８が連結され、このパルスジェネレーター１８はモ
ーター１６の回転数に応じたパルスを発生する。第３図
の通りパルスジェネレーター１８は第１検出器１９に接
続され、第１検出器１９はパルスジェネレーター１８で
発生したパルス数をカウントして測定子支持体５の大ス
トロークの移動を粗分解能で検出する機能を有する。第
１図の通り前記載Ｍ盤ｌの側面ＩＢにはＹ軸方向の長さ
を有しかつ前記レール部材２．ねじ軸１２と平行なスケ
ール２０が設けられ、このスケール２０は両端で保持体
２１．２２により保持されている。このスケール２０は
例えば長短２種類のブロックゲージを厚さ方向に連結す
ることにより構成され、第２図の通り一定のどフチｔ　
（例えば２０ｍｍ）による垂直な接触面２０ＡがＹ軸方
向に並んで設けられる。

第１図のように前記測定子支持体５の支柱７の脚部７Ａ
にはスケール２０を挿通させるための連通溝２１が形成
され、測定子支持体５のＹ軸方向への移動が保障されて
いるとともに、第２図の通り脚部７Ａの内部には第２検
出器２２が配置されている。この第２検出器２２はスケ
ール２ｏの接触面２０Ａと接触するてこ式の接触子２２
Ａを有する。第３図の通り第２検出器２２は前記第１検
出器１９とともに演算処理装置２３に接続され、これら
の第１検出器１９．第２検出器２２）更にはスケール２
０等を含んで計測装置２４が構成される。

第１検出器１９は前記パルスジェネレータ１８で発生す
るパルス数をカウントすることにより前記移動機構１７
の作動量、即ち前記測定子支持体５の移動量がスケール
２０の多数の接触面２０Ａのうちのいずれの接触面２０
Ａの近傍位置に達しているかを検出する。これに対し第
２検出器２２は接触面２２Ａのピッチｔと同じかこれよ
りも太き目の測定範囲を有するとともに、ピッチＥの長
さを細分割した微小単位により測定子支持体５の移動量
を測定する分解能を有する。このため、第１検出器１９
は移動量がピッチＬのいくつの整数倍に相当するか大目
盛的に測定する粗範囲検出用であって、第２検出器２２
は夫々のピッチを内において移動量を小目盛的に測定す
る狭小範囲検出用であり、前記計測装置２４は第１及び
第２の検出器１９．２２による２段計測方式の構成とな
っている。

以上により、スケール２０は接触面２０Ａを一定のピッ
チｔで精密加工により形成すれば足り、ピッチを以下の
微小単位の目盛等を細かく正確に形成することは不要で
全測定ストロークに亘る細かい精密性は要求されず、ピ
ッチを以下の移動量は高分解能を有する第２検出器２２
で正確に測定できる。このため、測定ストロークが大き
くなってもこのスケール２０に一定ピッチの区分を設け
る作業だけを行なえばよいため製作が容易になり、また
累積等の誤差の発生も防止され、測定精度の向上を図る
ことができる。

なお、スケール２０の接触面２０Ａの夫々の間隔が正確
なピッチＥに対して比較的小さな量ではあるが誤差を有
する場合があるため、このような場合を考慮して基準点
からの夫々の接触面２０Ａの距離を予め精密測定し、こ
の測定結果による誤差を第３図で示した記憶装Ｒ２５に
記憶させておく。

本実施例ではＹ軸方向測定用の計測装置が第１及びＳ２
の検出器による２段計測方式になっているが、これをＸ
軸方向測定用、Ｘ軸方向測定用の計測装置について行っ
てもよい、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と対応して設けられ
る３個の計測装置の全てを第１検出器、第２検出器を含
んで構成される２設計測方式の計測装置としてもよい。

第３図で示した駆動回路２６によりモーター１６が駆動
せしめられるとねじ軸１２のねじ送り作用で前記測定子
支持体５は移動し、この移動は測定子４が被測定物の被
測定箇所に接触してタッチ信号を出力するまで行われ、
この信号は駆動回路２６に入力してモータ１６を停止さ
せる。なお、この移動のときにスケール２０を下降させ
て第２検出器２２の接触子２２Ａがスケール２０にぶつ
かるのを回避するようにしてもよい。つまりスケール２
０を保持する前記保持体２１．２２にスケール２０を昇
降動させる機能を持たせ、測定作業時のみにスケール２
０を上昇させて第２検出器２２の接触子２２Ａを接触面
２０Ａに接触させるようにしてもよい。

モーター１６の駆動によりパルスジェネレーター１８で
発生したパルスの数が第１検出器１９で検出され、この
結果、測定子支持体５の移動量がどのくらいの大きさに
なっているかが１ピツチｔを最小単位として検出される
。この検出量をｎＸｔとする。また、移動前の第２検出
器２２の指示値をｍ。とし、移動後の指示値をｍＩとす
る。

ｍＩ−ｍｏは測定子支持体５の移動量のピッチを以下の
端数、即ち測定子支持体５のピッチを以下の正確な移動
量を示す、ここで移動の前後において第２検出器２２の
接触子２２Ａが接触するスケール２０の２個の接触面２
０Ａの間隔の正確なｎＸｔに対する誤差をΔ見ｎとする
。

なお、例えば第２検出器２２を１ピツチｔの半分ずらし
て２個設け、スケール２０を凸部２０Ｂ、凹部２０Ｃが
１ピツチの半分づつずれた２木とすることにより、測定
子支持体５の任意の停止位置において第２検出器２２に
よる測定が可能となる。また、測定子支持体５を手動操
作で移動できるように構成した場合には、タッチ信号式
プローブである測定子４のオバーストロークを利用して
第２検出器２２の接触子２２Ａがスケール２０の四部２
０Ｃと一致した位置で測定子支持体５の移動を停止させ
るようにしてもよい。

前述の通り被測定箇所への接触により測定子４からタッ
チ信号が出力されると、この出力信号は第３図の通り前
記演算処理装置２３にも入力される。この入力信号は前
記第１検出器１９、第２検出器２２の測定データを演算
処理装置２３に入力させる指令信号となり、これらのデ
ータの入力とともに前記記憶装置２５に記憶されている
データに基づ〈前記Δ！；Ｌｎのデータも入力される。

これにより演算処理装置２３において第１検出器１９、
第２検出器２２）及び記憶装置２５からの出力信号デー
タが加減算される。この加減算の結果は測定子支持体５
の移動量、即ち測定子４の変位量りを示し、 Ｌ＝　（ｎＸ　ｔ）＋　（ｍＩ　　ｍｏ　）＋ΔＪｌｊ
ｎ以上のようにしてこの三次元測定機においては被測定
物の被測定箇所に対する測定子４の移動変位量または被
測定箇所の原点からの座標位置が求められ、次いで演算
処理装置２３において例えば複数の被測定箇所の平均座
標位置や穴の中心位置を求めるための測定値の所定処理
が行なわれ、この処理結果が表示器２７に表示され被測
定物の形状、寸法等が測定される。

以上において前記モーター１６を駆動させる駆動回路２
６は操作者のスイッチ操作で作動するよう°に構成する
こともできるが、プログラムによるコンピュータ制御で
作動させるように構成することもできる。このようにコ
ンピュータ制御を採用した場合には被測定物に多数の被
測定箇所が存在するとき、この被測定箇所をプログラム
に従った順序で迅速に測定できる等の利点を有するよう
になり、また第１検出器１９等の出力信号データをフィ
ードバックさせて移動機構１７の制御等を行なえるよう
になる。

なお、スケール２０の任意の接触面２０Ａの前記基準点
からの誤差が無視できる微小量のときは記憶装置２５の
データが零になる場合がある。

本実施例では測定子４はタッチ信号式プローブであった
が、測定子はこれに限らず例えばレーザー光線等による
光学的非接触方式のものを採用してもよく、要すれば測
定子と被測定物の被測定箇所とが一定の関係になったこ
とを検知できるものであればよい、また本実施例では、
スケール２０は移動機構１７の静止側部材を構成する蔵
置盤１に取付けられ、第２検出器２２は可動側部材を構
成する測定子支持体５に取付けられていたが、これらを
逆にしてもよい、また第１検出器は本実施例のようにパ
ルスカウンタとせず、例えば一定ピツチの目盛等を光学
的、或は磁気的に読取るものとしてもよく、これによっ
てもスケールを全測定ストロークに亘って細かく精密に
製作することを不要にでき、またこのスケールは目盛等
を微細に形成したものではないため読取誤差の問題を解
決する必要はなく、測定子と被測定物との相対移動速度
を高めることができる。

本発明は本実施例のように測定子が移動し被測定物が静
止の三次元測定機のみならず、測定子が静止で被測定物
が移動するタイプの測定機、あるいは測定子及び被測定
物の双方が移動するタイプの測定機にも適用でき、要す
れば測定子と被測定物とが相対移動する測定機に適用で
き、移動機構は測定子と被測定物とに相対移動を生じさ
せるものであれば任意な構成としてよい、さらに本発明
は、三次元測定機だけではなく二次元測定機あるいは測
定子と測定物とが一軸方向のみに相対移動する測定機に
も適用できる。

［発明の効果］ 本発明によれば測定子と被測定物の被測定箇所との相対
移動変位量等を検出する計測装置のスケールを全測定ス
トロークに亘って細かく精密に形成することが不要とな
り、従って計測装置の製作が容易でかつ測定ストローク
が犬きくなっても測定精度を高度にすることができる。

【図面の簡単な説明】

９５１図は本実施例にかかわる三次元測定機の斜視図、
第２図は計測装置の構成と移動機構による移動を示す図
、第３図は計測装置や演算処理装置等の接続状態を示す
ブロック図、第４図は従来例を示す斜視図である。 ｌ・・・載置盤、４・・・測定子、５・・・測定子支持
体、１７・・・移動機構、１９・・・第１検出器、２０
・・・スケール、２０Ａ・・・接触面、２２・・・第２
検出器、２３・・・演算処理装置、２４・・・計測装置
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定子と被測定物とを相対移動させる移動機構と
   、測定子と被測定物の被測定箇所との相対移動変位量又
   は被測定箇所の座標を検出する計測装置と、測定子と被
   測定物とが一定の関係になったときのこの計測装置の出
   力信号データを所定処理して被測定物の形状、寸法等を
   求める演算処理装置とを備えた測定機において、前記計
   測装置を前記移動機構の可動側、静止側のいずれか一方
   に取付けられ且つ測定方向に一定ピッチで並んだ接触面
   を有するスケールと、前記移動機構による移動量がこれ
   らの接触面のうちいずれの接触面の近傍位置に達してい
   るかを検出する第１検出器と、前記移動機構の可動側、
   静止側の他方に取付けられ、前記接触面に接触する接触
   子を有し前記ピッチの長さを細分割した微少単位で測定
   する分割能を有する第２検出器とを含んで構成し、前記
   演算処理装置をこの第１及び第２の検出器の出力信号デ
   ータを加減算して前記測定子と被測定物の被測定箇所と
   の相対移動変位量又は被測定箇所の座標を求めた後に前
   記所定処理を行うように構成したことを特徴とする測定
   機。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記移動機構は
   Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交三軸方向への移動機能を有する
   とともに、前記計測装置はこのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と対応
   して３個あり、これらの全ての計測装置が前記第１及び
   第２の検出器を含んで構成されていることを特徴とする
   測定機。