(57)【要約】      （修正有）【課題】計測用リニアエンコーダの位置関係の姿勢変化に伴うＡＢＢＥ誤差を抑え、測定子の座標位置を高精度に読める門型構造の三次元測定装置を提供する。【解決手段】基台１４の案内１４Ａ〜１４Ｄに沿って第１の軸方向に移動可能な第１のキャリッジ１２と、第２の軸方向に移動させるための案内に沿って第２の軸方向に移動可能な第２のキャリッジ１８と、基台１４の案内１４Ａ〜１４Ｄに沿って第１の軸方向に移動可能な補助キャリッジ６０と、補助キャリッジ６０を第１の軸方向に移動させる第１の駆動機構４０と、第１のキャリッジ１２と補助キャリッジ６０とを係合し、第１の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の第１の伝達手段と、を備え、複数の第１の伝達手段は、第１および第２のキャリッジ１２、１８の移動に伴う第１および第２のキャリッジを含む第１の軸方向に移動する第１の移動体の重心の移動範囲を挟むように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸方向に移動させるための案内を有する基台と、
前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に移動させるための案内を有し、前記基台の案内に沿って前記第１の軸方向に移動可能な第１のキャリッジと、
前記第２の軸方向に移動させるための案内に沿って前記第２の軸方向に移動可能な第２のキャリッジと、
前記基台の案内に沿って前記第１の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、
前記補助キャリッジを前記第１の軸方向に移動させる第１の駆動機構と、
前記第１のキャリッジと前記補助キャリッジとを係合し、前記第１の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の第１の伝達手段と、
を備え、
前記複数の第１の伝達手段は、前記第１および第２のキャリッジの移動に伴う前記第１および第２のキャリッジを含む前記第１の軸方向に移動する第１の移動体の重心の移動範囲を挟むように配置され、
前記複数の第１の伝達手段のうち、少なくとも１つの伝達手段の駆動力は、制御可能である
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第１のキャリッジの第１の位置を検出する第１の位置検出手段と、
前記第１のキャリッジの第２の位置を検出する第２の位置検出手段と、
前記第１の伝達手段の前記駆動力を制御する制御手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１および第２の位置検出手段で検出された前記第１のキャリッジの前記脚部の前記第１および前記第２の位置に基づいて前記第１の伝達手段の前記駆動力を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記第１の移動体は、
前記第１の軸方向および前記第２の軸方向のそれぞれに直交する第３の軸方向に移動可能な第３のキャリッジと、
前記第３のキャリッジに取り付けられた測定子と、
をさらに備え、
前記複数の第１の伝達手段は、前記第２および第３のキャリッジおよび前記測定子を含む第２の移動体を前記第２の軸方向で移動可能な範囲で移動させた場合の前記第１の移動体の重心の移動する範囲を挟むように配置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記複数の第１の伝達手段の前記第３の軸方向における位置は、前記第１の移動体における前記第３のキャリッジおよび前記測定子を含む前記第３の軸方向に移動する第３の移動体の前記第３の軸方向の移動範囲の中央近傍に位置する
ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記補助キャリッジは、前記第２のキャリッジを前記第２の軸方向に移動させるための第２の駆動機構を備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記第２の伝達手段の前記第３の軸方向における位置は、前記第２の移動体における前記第３の移動体の前記第３の軸方向の移動範囲の中央近傍に位置する
ことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記補助キャリッジは、前記第１のキャリッジの脚部の外側を囲み、前記第２の軸方向に移動させるための案内で連結した門型構造を有する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記基台の案内は、前記第１のキャリッジと前記補助キャリッジとで共有される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
第１の軸方向に移動させるための案内を有する基台と、
第２の軸方向に移動させるための案内と、当該案内の両側に設けられた脚部を有し、前記基台の案内に沿って前記第１の軸方向に移動可能な第１のキャリッジと、
第３の軸方向に移動させるための案内を有し、前記第１のキャリッジの案内に沿って前記第２の軸方向に移動可能な第２のキャリッジと、
測定子を有し、前記第２のキャリッジの案内に沿って前記第３の軸方向に移動可能な第３のキャリッジと、
前記基台の案内に沿って前記第１の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、
前記補助キャリッジを前記第１の軸方向に移動させる駆動機構と、
前記案内の両側に設けられた脚部の各々と前記補助キャリッジとを係合し、前記第１の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の伝達手段と、
を備えることを特徴とする３次元測定装置。
【請求項１０】
前記複数の伝達手段は、前記第１のキャリッジの案内に対して下方に設けられることを特徴とする請求項９に記載の３次元測定装置。
【請求項１１】
前記複数の伝達手段のうち、少なくとも１つの伝達手段の駆動力は、制御可能であることを特徴とする請求項９に記載の３次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関し、特に、Ｙ軸方向に移動可能な門型構造のＹキャリッジと、Ｘ軸方向に移動可能なＸキャリッジと、Ｚ軸方向に移動可能なＺキャリッジの３軸駆動ステージを有する３次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、門型構造の３次元測定機の３軸駆動ステージは、ワークを搭載するための基台と、Ｙキャリッジと、Ｘキャリッジと、Ｚキャリッジとを備える。Ｙキャリッジは、一対の脚部の上端部がＸガイドで連結されている、門型構造で構成される。そして、基台の両側に配置されたエアベアリングガイドが、Ｙキャリッジの一対の脚部の下端をＹ軸方向に移動可能に支持する。Ｙキャリッジの上端部を連結するＸガイドには、Ｘキャリッジがエアガイドを介して、Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘキャリッジには、Ｚキャリッジがエアガイドを介して、Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｚキャリッジの下端部には、被測定物を測定するための測定子が設けられ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動可能となっている。
【０００３】
ここで、測定子のＸ軸方向の位置座標を読み取るために、Ｘ座標測定用のリニアエンコーダがＸガイドに配置されている。また、Ｙ軸方向の位置座標を読み取るために、Ｙ座標測定用のリニアエンコーダがＹキャリッジの一方の脚部の下端近傍に配置されている。さらに、Ｚ軸方向の位置座標を読み取るために、Ｚ座標測定用のリニアエンコーダがＺキャリッジに配置されている。ＹキャリッジをＹ方向に移動させるための駆動機構は、Ｙ座標測定用のリニアエンコーダが配置された側の脚部の下端に設けられており、この駆動機構で一方の脚部を移動させることにより、門型構造のＹキャリッジ全体をＹ軸方向に移動させる。
【０００４】
上記の、一般的な門型構造の３次元測定機のＹキャリッジをＹ軸方向に移動する場合、Ｙキャリッジには駆動力と慣性力によるＺ軸周りのモーメントが発生する。すなわち、駆動機構が設けられた一方の脚部が先にＹ軸方向に移動し、次に他方の脚部が遅れてＹ軸方向に移動する。さらに、ＹキャリッジをＹ軸方向に移動させるための駆動機構は、一方の脚部の下端に設けられているので、ＹキャリッジにはＸ軸周りのモーメントが発生する。すなわち、Ｙキャリッジの脚部の下端が先にＹ軸方向に移動し、Ｙキャリッジの上端が遅れてＹ軸方向に移動する。これらのモーメントにより、測定子のＹ軸座標位置をＹ軸リニアエンコーダで読み取ると、測定子のＹ座標位置にＹキャリッジの姿勢変化に伴うＡＢＢＥ誤差が生じる。
【０００５】
この誤差を解消するため、特許文献１は、Ｘキャリッジの移動に伴うＹ軸方向移動体のＸ軸方向の重心の移動に追従するような重心追従ブロックがＸガイドの近傍に配置されている門型構造の３次元測定機を開示している。Ｙ軸方向移動体の駆動手段である駆動キャリッジとＹキャリッジとの間に、重心追従ブロックが配置されていることで、駆動キャリッジがＹ軸方向移動体をＹ軸方向に移動させるために与える駆動力は、常に重心追従ブロックを介してＹキャリッジに与えられる。これにより、Ｙ軸方向移動体は、Ｚ軸周りのモーメントが抑えられた状態でＹ軸方向に移動が可能である。また、Ｘガイドの近傍に重心追従ブロックが配置されているため、Ｚ軸方向の重心に近い場所に駆動力が与えられている。これにより、Ｙ軸方向移動体は、Ｙキャリッジに発生するＸ軸周りのモーメントは小さく抑えられた状態でＹ軸方向に、移動が可能である。従って、測定子のＹ座標位置にＹキャリッジの姿勢変化に伴うＡＢＢＥ誤差が抑えられ、測定子のＹ座標位置を高精度に読み取ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１３９９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の３次元測定機は、Ｘガイドの近傍に重心追従ブロックが配置されているが、一般的な門型構造の３次元測定機のＹ軸方向移動体のＺ軸方向の重心は、Ｘガイドの近傍にあるとは限らない。例えば、Ｘ軸方向の移動可能範囲が短く、Ｚ方向の移動可能範囲が長い３次元計測機である場合、Ｘガイドに対してＹキャリッジの一対の脚部が長いのでＹキャリッジの脚部の重量が大きくなる。このため、Ｘ軸方向移動体に対してＹキャリッジの重量が重いのでこの場合の重心は、Ｘガイドがある位置よりも低い位置にあり、低重心となる。このような低重心の３次元測定機に対して重心追従ブロックを重心に一致させるのは困難である。すなわち、Ｙキャリッジの１対の脚部とＸガイドの間の空間に、重心追従ブロックそのものや、重心追従ブロックを駆動させるためのガイドレールなどの駆動機構などを配置しなくてはならず、３次元測定機が大きくなり、また、コストも掛かることになる。さらに、測定子の走査範囲を狭めてしまうため、３次元測定機の大きさの割に、小型の測定物しか測定できなくなってしまう。Ｙ軸方向移動体の上方に重量物を載せるなどしてＸガイドと同じ高さにＺ軸方向の重心を移動させる場合、特許文献１のような配置でも、測定子の走査範囲を狭めることはないが、Ｙ軸方向移動体の重量が増える分、Ｙ方向移動体の制御性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、Ｙキャリッジ、Ｘキャリッジ、およびＺキャリッジを移動して被測定物を測定する際のモーメントを抑えて高精度に測定が可能な３次元測定機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様は、測定装置であって、第１の軸方向に移動させるための案内を有する基台と、第１の軸方向と直交する第２の軸方向に移動させるための案内を有し、基台の案内に沿って第１の軸方向に移動可能な第１のキャリッジと、第２の軸方向に移動させるための案内に沿って第２の軸方向に移動可能な第２のキャリッジと、基台の案内に沿って第１の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、補助キャリッジを第１の軸方向に移動させる第１の駆動機構と、第１のキャリッジと補助キャリッジとを係合し、第１の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の第１の伝達手段と、を備え、複数の第１の伝達手段は、第１および第２のキャリッジの移動に伴う第１および第２のキャリッジを含む第１の軸方向に移動する第１の移動体の重心の移動範囲を挟むように配置され、複数の第１の伝達手段のうち、少なくとも１つの伝達手段の駆動力は、制御可能である。ことを特徴とする測定装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｙキャリッジ、Ｘキャリッジ、およびＺキャリッジを移動して被測定物を測定する際のモーメントを抑えて高精度に測定が可能な３次元測定機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元測定機の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る３次元測定機の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る３次元測定機の背面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＸＹ制御システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１３】
まず、本実施形態に係る３次元測定機１０について説明する。図１は、本実施形態に係る３次元測定機１０の斜視図であり、図２は、３次元測定機１０の平面図であり、図３は、３次元測定機１０の背面図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ’の断面図である。３次元測定機１０は、基台１４と、Ｙキャリッジ１２と、Ｘキャリッジ１８と、Ｚキャリッジ２２と、測定子２４とを備える。なお、図面上で、Ｙキャリッジ１２が移動する方向をＹ軸方向とし、Ｘキャリッジ１８が移動する方向をＸ軸方向とし、Ｚキャリッジ２２が移動する方向をＺ軸とし、それぞれお互いに直交する。
【００１４】
基台１４は、測定する際に被測定物である不図示のワークを載置するものであり、Ｙキャリッジ１２を移動させるための案内面１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが両側に配置されている。Ｙキャリッジ（第１のキャリッジ）１２は、案内面１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿ってＹ軸方向（第１の軸方向）に移動する。
【００１５】
Ｙキャリッジ１２は、一対の脚部１２Ａ（一方の脚部）、１２Ｂ（他方の脚部）と、脚部１２Ａ、１２Ｂの上端部を連結しているＸガイド１２Ｃとで門型構造に構成されている。脚部１２Ａ、１２Ｂは、案内面１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿って、対向するエアパッド３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１ＤによりＹ軸方向に移動可能に支持されている。門型構造の上部にあるＸガイド１２Ｃには、Ｘキャリッジ（第２のキャリッジ）１８がＸガイド１２Ｃに沿ってＸ軸方向（第２の軸方向）に移動可能に支持されている。
【００１６】
Ｘキャリッジ１８は、Ｘキャリッジ１８をＸガイド１２Ｃに沿ってＸ軸方向に移動させるためのＸスライダ１８Ａと、Ｚキャリッジ（第３のキャリッジ）２２をＺ軸方向（第３の軸方向）に移動可能にさせるためのＺガイド１８Ｂとを備える。また、Ｘキャリッジ１８は、Ｚ軸方向の駆動機構および位置座標を計測するためのリニアエンコーダなどの計測器を内部に備える。
【００１７】
Ｚキャリッジ２２の下端部には測定子２４が設けられている。そして、３次元測定機１０は、測定子２４をＸ、Ｙ、Ｚ軸の３方向に移動させて、基台１４上に載置された不図示のワークの測定点を検出することによりワーク形状などを測定する。
【００１８】
また、３次元測定機１０は、駆動キャリッジ（補助キャリッジ）６０を備える。駆動キャリッジ６０は、Ｙキャリッジ１２の一対の脚部１２Ａ、１２Ｂの外側を外殻のように囲み、それぞれをＸガイド１２Ｃで連結した門型構造となっている。そして、駆動キャリッジ６０は、第１の駆動力伝達手段４１および第２の駆動力伝達手段４２を介してＹキャリッジと連結している。なお、駆動キャリッジ６０は、Ｙキャリッジと同じ案内面１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを共有し、案内面１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿ってＹ軸方向に移動する。
【００１９】
第１の駆動力伝達手段４１は、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ａに固定された球体４１Ａと、駆動キャリッジ６０に固定されたブロック４１Ｂとを備える。なお、球体４１Ａはブロック４１Ｂの凹部内に回動可能に嵌入されている。第２の駆動力伝達手段４２は、Ｙキャリッジ１２の脚１２Ｂに固定されたボイスコイルモータの可動子４２Ａと、駆動キャリッジ６０に固定されたボイスコイルモータの固定子４２Ｂとを備える。
【００２０】
また、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ａ側の駆動キャリッジ６０の下端部には駆動機構４０が配設されている。駆動機構（第１の駆動機構）４０は、駆動キャリッジ６０に固定されたシャフト形リニアモータの可動子４０Ｂと、Ｙ軸方向に平行に配置された固定子４０Ｃと、固定子の両端を基台１４に固定する固定部４０Ａおよび４０Ｄとを備える。さらに、可動子４０Ｂに接続する不図示のケーブルを備える。また、基台１４の両側面には、Ｙ軸方向移動体（第１の移動体）の位置を測定するために、Ｙ軸方向に平行してリニアエンコーダ１６Ａ（第１の位置検出手段）および１７Ａ（第２の位置検出手段）が固定されている。そして、Ｙキャリッジの脚部１２Ａの下端部に１６Ａの座標を読み取るセンサ１６Ｂが固定されており、Ｙキャリッジの脚部１２Ｂの下端部に１７Ａの座標を読み取るセンサ１７Ｂが固定されている。なお、Ｙ軸方向移動体とは、Ｘキャリッジ１８、Ｙキャリッジ１２、Ｚキャリッジ２２、および測定子２４を含む、Ｙ軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。また、Ｘ軸方向移動体（第２の移動体）とは、Ｘキャリッジ１８、Ｚキャリッジ２２、測定子２４を含む、Ｘ軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。さらに、Ｚ軸方向移動体（第３の移動体）とは、Ｚキャリッジ２２、測定子２４を含む、Ｚ軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。
【００２１】
ここで、Ｙ軸方向移動体の重心の内、Ｚ軸方向の重心位置は、Ｚキャリッジ２２の移動に伴って変化する。第１の駆動力伝達手段４１および第２の駆動力伝達手段４２は、Ｚキャリッジ２２を移動範囲の上端から下端まで移動した時のＹ軸方向移動体のＺ軸方向における重心位置の移動範囲のほぼ中央（中央近傍）に位置するように固定されている。
【００２２】
駆動キャリッジ６０の上方端付近には、ＺキャリッジをＸ軸方向に移動させるための駆動機構（第２の駆動機構）５０が配設されている。駆動機構５０は、駆動源の駆動モータ５０Ａと、Ｘ軸方向に平行に配置されたボールねじ軸５０Ｃと、可動子としてのナット（第２の伝達手段）５０Ｄと、ボールねじ軸５０Ｃの両端を駆動キャリッジ６０に固定する軸受５０Ｂおよび５０Ｅとを備える。駆動モータ５０Ａは、ボールねじ軸５０Ｃの同軸上でＹキャリッジ１２の脚部１２Ａ側の端部に連結される。この構成は、Ｘ軸方向移動体を移動する際の駆動反力により計測誤差が生じることがあるからである。すなわち、Ｙキャリッジの脚部の下端は、Ｙ軸方向には移動可能に支持されているが、Ｘ軸方向には移動が拘束されているので、この駆動反力によって、ＹキャリッジがＸ軸方向に変形する。Ｘ軸方向移動体を駆動する際の駆動反力がＹキャリッジ伝わることにより、Ｙキャリッジ上部のＸガイドに配置されたＸ軸リニアエンコーダと基台の位置がずれてしまうことで計測誤差生じてしまう。従って、この計測誤差を低減するために上記のような構成とする。
【００２３】
ここで、Ｘ軸方向移動体の重心の内、Ｚ軸方向の重心位置は、Ｚキャリッジ２２の移動に伴って変化する。ナット部材５０Ｄは、Ｚキャリッジ２２を移動範囲の上端から下端まで移動した時のＸ軸方向移動体のＺ軸方向における重心位置の移動範囲のほぼ中央に位置するように、Ｘキャリッジ１８に固定されている。また、ナット部材５０Ｄの位置は、Ｘ軸方向移動体のＸ軸方向およびＹ軸方向における重心位置にも一致している。
【００２４】
Ｙキャリッジ１２の上端部を連結しているＸガイド１２Ｃの下面には、Ｘ軸方向に平行に不図示のリニアエンコーダがＸガイド１２Ｃに固定されている。そして、リニアエンコーダの座標を読み取る不図示のセンサがＸキャリッジ１８に固定されている。
【００２５】
次に、Ｙ軸方向移動体のＹ軸方向の移動において、Ｙキャリッジ１２の一対の脚部１２Ａ、１２Ｂを均等に移動させるためのＸＹ制御システム３００について、図５を参照して説明する。
【００２６】
まず、目標値算出部３０１は、測定子２４のＸおよびＹ座標の目標値Ｘｉｎ、Ｙｉｎと、Ｚ軸周りの回転量θｉｎ＝０で構成された目標値行列Ｔｉｎ＝（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ、０）を出力する。そして、測定子座標演算部３１０は、現在値行列Ｔｏｕｔを出力する。Ｔｏｕｔは、出力された測定子２４のＸおよびＹ座標の現在値Ｘｏｕｔ、ＹｏｕｔおよびＺ軸まわりの回転量θの現在値θｏｕｔで構成され、Ｔｏｕｔ＝（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ、θｏｕｔ）となる。次に、減算器３０２は、ＴｉｎからＴｏｕｔを減算し、その減算値は、ＰＩＤ補償器３０３に入力される。ＰＩＤ補償器３０３からの出力値は、駆動伝達力演算部３０４に入力され、駆動伝達力演算部３０４は、非干渉化行列であり、入力値に応じた３つの制御値ＵＸ、ＵＹｃ、ＵＹｒを出力する。
【００２７】
制御値ＵＸは、駆動機構５０に入力され、制御値ＵＸによって駆動モータ５０Ａが駆動する。駆動モータ５０Ａが駆動することで、駆動キャリッジ６０とＸキャリッジ１８との間にＸ軸方向の伝達力ＦＸが発生し、Ｘ軸方向移動体がＸ軸方向に移動する。
【００２８】
制御値ＵＹｃは、駆動機構４０に入力され、制御値ＵＹｃによって可動子４０Ｂが駆動する。可動子４０Ｂが駆動することで、基台１４と駆動キャリッジ６０の間にＹ軸方向の力が発生する。基台１４と駆動キャリッジ６０の間に発生した力は、第１および第２の駆動伝達手段４１、４２（複数の第１の伝達手段）によって配分され、駆動伝達手段４１からＹ軸方向の伝達力ＦＹｌが発生し、係合したＹキャリッジ１２の脚部１２Ａへ伝達される。
【００２９】
制御値ＵＹｒは、Ｙキャリッジ１２の脚１２Ｂと駆動キャリッジ６０との間に設けられた第２の駆動力伝達手段４２に入力される。制御値ＵＹｒおよび上記の配分された基台１４と駆動キャリッジ６０の間に発生した力によってボイスコイルモータの可動子４２Ａが駆動する。ボイスコイルモータの可動子４２Ａが駆動することで、駆動キャリッジ６０とＹキャリッジ１２との間にＹ軸方向の伝達力ＦＹｒが発生する。そして、Ｙ軸方向の伝達力ＦＹｒがＹキャリッジ１２の脚部１２Ｂへ伝達される。そして、Ｙ軸方向の伝達力ＦＹｌおよびＦＹｒによってＹ軸方向移動体がＹ軸方向に移動する。
【００３０】
Ｘ軸方向移動体の移動量は、Ｘガイド１２Ｃの下面にＸ軸方向に平行に設置されたリニアエンコーダの不図示のセンサによって読み取られ、値Ｘｏｕｔが出力される。Ｙ軸方向移動体の移動量は、Ｙキャリッジ１２の一対の脚部１２Ａ、１２Ｂに設置されたリニアエンコーダのセンサ１６Ｂ、１７Ｂによって読み取られ、値Ｙｌｏｕｔ、Ｙｒｏｕｔが出力される。
【００３１】
値Ｘｏｕｔ、Ｙｌｏｕｔ、Ｙｒｏｕｔは、測定子座標演算部３１０に入力される。測定子座標演算部３１０では、Ｘガイド１２Ｃの長さなどのＹ軸方向移動体の各種寸法情報と、３つのセンサの読み取り値Ｘｏｕｔ、Ｙｌｏｕｔ、Ｙｒｏｕｔを基に、測定子２４の位置と姿勢を計算し、行列Ｔｏｕｔ＝（Ｘｏｕｔ、Ｙｏｕｔ、θｏｕｔ）を算出する。
【００３２】
測定子２４のＸ座標の入力値（Ｘｉｎ−Ｘｏｕｔ）を入力値とする制御値ＵＸ、ＵＹｃ、ＵＹｒでは、測定子２４は、Ｘ軸方向に移動するのみで、Ｙ軸周りおよびＺ軸周りの回転は生じない。測定子２４のＹ座標の入力値（Ｙｉｎ−Ｙｏｕｔ）を入力値とする制御値ＵＸ、ＵＹｃ、ＵＹｒでは、測定子２４は、Ｙ軸方向に移動するのみで、Ｘ軸周りおよびＺ軸周りの回転は生じない。測定子２４のθ座標の入力値（０−θｏｕｔ）を入力値とする制御量ＵＸ、ＵＹｃ、ＵＹｒでは、測定子２４は、θ方向に移動するのみで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動は生じない。
【００３３】
以上のような構成によって、ＸＹ制御システム３００は、クローズドフィードバックループを形成する。そして、接触子２４のＺ軸周りの回転量θｉｎ＝０となるように第１の駆動伝達手段４１の伝達力ＦＹｌと、第２の駆動伝達手段４２の伝達力ＦＹｒが発生するので、Ｙ軸方向移動体をＹ軸方向に駆動しても、Ｙ軸方向移動体にはＺ軸周りのモーメントが生じない。すなわち、ＹキャリッジをＹ軸方向に移動する際に、一対の脚部１２Ａ、１２Ｂは均等に移動する。
【００３４】
また、駆動キャリッジ６０は、Ｙキャリッジ１２の一対の脚部１２Ａ、１２Ｂを外殻のように囲み、Ｘガイド１２Ｃで連結した門型構造となっている。この構造によって、第１および第２の駆動伝達手段４１、４２を、Ｙ軸方向移動体の重心を挟むようにＹキャリッジ１２のＸガイド１２Ｃの下方のそれぞれの脚部１２Ａ、１２Ｂに設けることが可能となり、Ｚ軸方向の配置する高さを自由に選択することができる。ここで、Ｙ軸移動体の重心を挟むとは、Ｙ軸移動体における各キャリッジがそれぞれ移動することにより、Ｙ軸移動体の重心が移動し、その重心の移動範囲を、第１および第２の駆動伝達手段４１、４２が挟むような状態である。すなわち、Ｙ軸駆動体における各キャリッジが移動した場合のＹ軸移動体の重心の移動範囲が第１および第２駆動伝達手段を通る範囲内に収まるように駆動伝達手段を配置すればよい。また、Ｙ方向移動体のＺ方向の重心位置がＸガイド１２Ｃよりも低い場合でも、その高さに駆動力伝達手段を配置することで、Ｘ軸回りのモーメントが生じないように駆動力を作用させることが可能である。
【００３５】
さらに、第１の駆動力伝達手段４１および第２の駆動力伝達手段４２は、Ｚキャリッジ２２を移動範囲の上端から下端まで移動した場合のＹ軸方向移動体のＺ軸方向の重心位置の変化範囲のほぼ中央の高さにて配置されている。そのため、Ｚ軸方向の重心移動があった場合でも、発生するＸ軸周りのモーメントは最小限に抑えることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、Ｙ軸方向移動体のＺ軸方向の重心位置を移動させる余分な駆動機構を配置させることで測定子２４の走査範囲を狭めてしまうということがない。すなわち、Ｙ軸方向移動体の上方に重量物を載せるなどしてＸガイド１８と同じ高さにＺ軸方向の重心位置を移動させる必要はないので、Ｙ軸方向移動体の重量が増えることによるＹ軸方向移動体の制御性能の低下を考慮する必要がない。
【００３７】
さらに、Ｘキャリッジ１８にＸ軸方向の駆動力を伝達する駆動機構５０の軸受５０Ｂ、５０Ｅを駆動キャリッジ６０に固定したので、Ｘキャリッジ１８を移動する際の駆動反力は駆動キャリッジ６０に伝わるが、Ｙキャリッジ１２へは伝わらない。従って、Ｘキャリッジ１８を移動する際の駆動反力によって、Ｙキャリッジ１２がＸ軸方向に変形することがない。
【００３８】
さらにナット部材５０ＤのＺ軸方向の取り付け位置をＸ軸方向移動体の重心位置にとしたので、Ｘ軸方向移動体に発生するモーメントは小さく抑えられ、Ｘ軸方向移動体のＸ軸方向の移動の際のＹ軸およびＸ軸周りの回転を小さく抑えることができる。
【００３９】
これらの効果によって、Ｘキャリッジ、Ｙキャリッジ、Ｚキャリッジに備え付けられた計測用リニアエンコーダの位置関係の姿勢変化に伴うＡＢＢＥ誤差は小さく抑えられ、測定子の座標位置をさらに高精度に読み取ることができる。
【００４０】
以上により、本実施形態によれば、３次元測定機を駆動させる際の各軸のモーメントの発生を最小限に抑えることができ、高精度にワークを測定することができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、駆動キャリッジ６０は、Ｙキャリッジ１２の一対の脚部１２Ａ、１２Ｂを外殻のように囲み、それをＸガイド１２Ｃに沿って連結した門型構造となっているので、駆動キャリッジ６０のための余計な設置面積を必要としない。従って、３次元測定機１０の設置スペースは小さく抑えられ、かつ基台１４の後方からのワーク搬入やワーク測定を妨げることはない。
【００４２】
また、本実施形態では、Ｙキャリッジ１２の駆動機構４０に、シャフト型リニアモータを使用しているが、これに限らずその他の型のリニアモータ、ボールねじ駆動、摩擦駆動などその他の方法を使用してもよい。さらに、本実施形態では、Ｘキャリッジ１８の移動にボールねじ駆動を使用しているが、これに限らずリニアモータ、摩擦駆動などその他の方法を使用してもよい。
【００４３】
また、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ａ、１２Ｂの下端に、座標位置を読み取るための２つのリニアエンコーダ１６Ａ、１７Ａおよびセンサ１６Ｂ、１７Ｂを用いたが、ＹキャリッジのＺ軸周りの回転を計測する手段は幾通りも考えられる。例えば、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ｂのリニアエンコーダ１７Ａ、センサ１７Ｂの代わりにジャイロ、加速度計を代用してもよい。また、計測をせずにＸキャリッジ１８、Ｙキャリッジ１２に与える駆動モーションを基にＹキャリッジ１２のＺ軸周りのモーメントを予測し、この予測値を使って駆動伝達手段への制御量を計算してもよい。
【００４４】
また、駆動キャリッジ６０からＹキャリッジ１２への駆動力伝達方法は、様々な組み合わせが考えられる。本実施形態では、第１の駆動力伝達手段として、第１の駆動力伝達手段４１を用い、第２の駆動力伝達手段として、第２の駆動力伝達手段４２を用いたが、この関係が逆であってもよい。すなわち、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ａ側にあるのがボイスコイルモータの可動子４２Ａ、固定子４２Ｂであり、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ｂ側にあるのが球体４１Ａ、ブロック４１Ｂという配置でもよい。さらに、第１の駆動力伝達手段、第２の駆動力伝達手段としてその両方に、第２の駆動力伝達手段４２を用いてもよい。Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ｂの下端にも駆動源４０を配置し、第１の駆動力伝達手段、第２の駆動力伝達手段としてその両方に駆動力伝達手段４１を用いてもよい。上記の方法に限らず、２つ以上の複数の駆動力伝達手段を組み合わせて用いてもよい。また、駆動力伝達手段として、第１および第２の駆動力伝達手段４１、４２を制御したが、どちらか一方を制御可能とし、他方を制御しない方法であってもよい。
【００４５】
また、本実施形態は、駆動キャリッジ６０をＹ軸方向へ駆動させる手段として、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ａ側の基台１４に駆動機構４０を配置するが、この駆動機構４０をＹ軸方向に対して左右対称の反対側の位置に配置してもよい。すなわち、Ｙキャリッジ１２の脚部１２Ｂ側、に配置してもよい。また、基台１４のどちらか一方の側だけでなく、両側に配置してもよい。さらに、基台１４の上または下に基台１４と別に駆動機構を配置したり、基台１４の上または下に角溝を設けたりしてもよい。加えて、各キャリッジのガイドとしてエアガイドなどを用いたが、転がり軸受などのメカガイドを用いてもよい。
【００４６】
本実施形態では、３次元測定機に適用する場合について説明したが、これに限定することなく、門型に構成されているキャリッジが存在するならば、２次元や３次元以上の多次元の測定機に適用してもよい。また、測定機に限らず、工作機械などの門型ステージに適用してもよい。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０            ３次元測定機
１２            Ｙキャリッジ
１２Ｃ          Ｘガイド
１４            基台
１４Ａ〜１４Ｄ  案内面
１８            Ｘキャリッジ
６０            駆動キャリッジ
４１            第１の駆動力伝達手段
４２            第２の駆動力伝達手段
４０            駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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