(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ数値制御によりプローブを互いに直交する３つの駆動軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに沿って移動させ、測定対象に当接させて測定対象の寸法を計測するためのＸ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段であって、前記プローブの軸は前記Ｚ軸と平行であり、該プローブは前記Ｘ軸駆動手段にマウントされ、該Ｘ軸駆動手段は前記Ｙ軸駆動手段にマウントされ、該Ｙ軸駆動手段は前記Ｚ軸駆動手段にマウントされたものと、
該Ｘ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段を全て収めるための一体化された筐体と、
前記Ｚ軸駆動手段上に設けられた、該Ｚ軸駆動手段をスタンドに取付けるための取付手段と、
を備えたことを特徴とする座標測定用ヘッドユニット。
【請求項２】
前記Ｘ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段、Ｚ軸駆動手段の少なくともいずれか一つが、リニアガイドとボールねじとモータの組合せでなることを特徴とする請求項１に記載の座標測定用ヘッドユニット。
【請求項３】
前記プローブが交換可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の座標測定用ヘッドユニット。
【請求項４】
前記取付手段の取付面が前記Ｚ軸と平行であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の座標測定用ヘッドユニット。
【請求項５】
前記Ｚ軸駆動手段が前記プローブを移動させ、前記Ｘ軸駆動手段及び前記Ｙ軸駆動手段が前記Ｚ軸駆動手段によって移動されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の座標測定用ヘッドユニット。
【請求項６】
前記座標測定用ヘッドユニットが前記スタンド及びベースから分離され、該スタンド及びベースを含まないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の座標測定用ヘッドユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の座標測定用ヘッドユニットと、
測定対象が載置されるベースと、
該ベース上で前記座標測定用ヘッドユニットを支持するためのスタンドと、
を備えたことを特徴とする座標測定機。
【請求項８】
前記スタンドに上下方向へのＺ軸駆動手段が取付けられていることを特徴とする請求項７に記載の座標測定機。
【請求項９】
請求項６に記載の座標測定用ヘッドユニットが取付けられていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の座標測定機が、駆動用バッテリと共に台車に搭載されていることを特徴とする可搬型の座標測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標測定用ヘッドユニット及び座標測定機に係る。特に、小型、安価で、高速の高精度測定が可能であり、工作機械における機上測定や搬送ライン等での現場（インサイト）測定が容易な、座標測定用ヘッドユニット、及び、該座標測定用ヘッドユニットを備えた座標測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度の３次元座標測定を行う測定装置として、３次元座標測定機（以下ＣＭＭとも称する）が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来のＣＭＭは、一般に、測定ストロークが５００ｍｍ程度と大きく、測定対象（例えばワーク）が載置される大きなベース（定盤）と、該ベースに対して測定用プローブ（例えば測定対象と接触した時にタッチ信号を発生する接触式のタッチプローブや、測定対象の画像を得る非接触式の光学プローブ等）を移動するための大きな門型又はＣ型フレームを備え、該門型又はＣ型フレームをベースに対して一軸方向（例えば前後方向）に相対移動させると共に、該門型又はＣ型フレーム上を、前記一軸と直交する他の一軸方向（例えば左右方向）に相対移動可能なヘッドを備え、該ヘッドに対してプローブを前記二軸と直交する上下方向に移動するようにしていた。従って、測定箇所の大きさではなく、測定物を全てカバーする大きさで、かつ、その測定ストローク全範囲の精度を維持しなければならなかった。ゆえに、大型で設置スペースが大きく、高価で、機上測定やインサイト測定に適していなかった。
【０００４】
このような問題点を解決するべく、出願人は特許文献１で、製造ラインに組込み可能な簡易型ＣＭＭを提案し、特許文献２で、マシニングセンタに組込み可能なＣＭＭを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３４３５６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や２の技術は、測定ストロークの大きな大型のＣＭＭの使用を前提に、工作機械や製造ラインに組込むものであったため、高価で、広い設置スペースを必要とするという問題があった。
【０００７】
一方、実際のアプリケーションを見ると、外寸４０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の小物ワークを測定対象としたり、大物ワークであっても、内径や軸部分の外径の測定等、必ずしも大きな測定ストロークは必要としない場合も多い。このような場合、小型であっても測定ストロークが５００ｍｍ以上と大きな従来の大半のＣＭＭでは、測定対象（部分）に対して設置スペースが極端に大きくなってしまう。
【０００８】
又、工作機械上で測定を行おうとする場合、刃工具の代わりに測定用のセンサ（例えばタッチプローブ）を付けて測定することが考えられるが、この場合、測長系（ガイドやスケール）は工作機械のものを利用するため、工作機械の運動誤差を検出することは出来ないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、小型、安価で、高速の高精度測定が可能であり、工作機械における機上測定や搬送ラインでのインサイト測定が容易な、座標測定用ヘッドユニット、及び、該座標測定用ヘッドユニットを備えた座標測定機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、小さな測定対象や、大きな測定対象の部分の測定に際しては、ＣＭＭによる高精度の測定が必要なストロークは、必ずしも大きくないことに着目してなされたもので、コンピュータ数値制御（Ｃomputer  Ｎumerical  Ｃontrol；ＣＮＣ）によりプローブを互いに直交する３つの駆動軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに沿って移動させ、測定対象に当接させて測定対象の寸法を計測するためのＸ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段であって、前記プローブの軸は前記Ｚ軸と平行であり、該プローブは前記Ｘ軸駆動手段にマウントされ、該Ｘ軸駆動手段は前記Ｙ軸駆動手段にマウントされ、該Ｙ軸駆動手段は前記Ｚ軸駆動手段にマウントされたものと、該Ｘ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段を全て収めるための一体化された筐体と、前記Ｚ軸駆動手段上に設けられた、該Ｚ軸駆動手段をスタンドに取付けるための取付手段と、を備えたことを特徴とする座標測定用ヘッドユニットにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
ここで、前記Ｘ軸駆動手段、Ｙ軸駆動手段、Ｚ軸駆動手段の少なくともいずれか一つを、リニアガイドとボールねじとモータの組合せとすることができる。
【００１４】
又、前記プローブを交換可能とすることができる。
又、前記取付手段の取付面を前記Ｚ軸と平行とすることができる。
又、前記Ｚ軸駆動手段は前記プローブを移動させ、前記Ｘ軸駆動手段及び前記Ｙ軸駆動手段は前記Ｚ軸駆動手段によって移動されるようにすることができる。
又、前記座標測定用ヘッドユニットを前記スタンド及びベースから分離させ、該スタンド及びベースを含まないようにすることができる。
【００１５】
本発明は、又、前記座標測定用ヘッドユニットと、測定対象が載置されるベースと、該ベース上で前記座標測定用ヘッドユニットを支持するためのスタンドと、を備えたことを特徴とする座標測定機を提供するものである。
【００１６】
ここで、前記スタンドに上下方向へのＺ軸駆動手段を取付けることができる。
【００２５】
本発明は、又、前記座標測定用ヘッドユニットが取付けられていることを特徴とするロボットアームを提供するものである。
【００２６】
本発明は、又、前記座標測定機が駆動用バッテリと共に台車に搭載された、可搬型の座標測定機を提供するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、座標測定用ヘッドユニットの測定ストロークを小さくして、ベースやスタンドから独立させたので、小型、安価で、高速の高精度測定が可能であり、工作機械における機上測定や搬送ラインでのインサイト測定が容易となる。特に、測定ストロークが小さいので、大型のＣＭＭでは困難であった高速測定と高精度測定の両立が可能となる。又、工作機械や搬送ライン（製造ラインや検査ラインも含む）への組込みも容易である。
【００２８】
特に、プローブを３次元方向に移動自在とし、該プローブを、その軸方向に移動するための駆動手段を、前記取付手段側に配置したので、高精度の３次元測定が可能である。
【００２９】
又、測定対象が載置されるベースと、該ベース上で前記座標測定用ヘッドユニットを支持するためのスタンドとを備えた場合には、設置スペースの非常に小さい、高精度でしかも安価な超小型のＣＭＭを提供できる。
【００３０】
又、カンチレバー型の構造を構成するスタンドが正面から見て奥行き方向（Ｙ軸方向）に配置されている場合、正面から見て横方向（Ｘ軸方向）へ移動する荷重が最も軽くなるように構成するために、Ｘ軸駆動軸を最下層に備えることが最も精度的に有利となる。
【００３１】
更に、前記ベースに、測定対象を移動するための、移動量測定手段を備えたテーブルを備えた場合には、座標測定用ヘッドユニットのストロークを越えるワークにも対応でき、座標測定用ヘッドユニット自体を移動させるよりも安価且つ高精度に対応できる。
【００３２】
特に、座標測定用ヘッドユニットを工作機械のヘッド部或いはその近辺に取付けた場合には、工作機械の測長系とは独立した高精度の測長系で機上計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設されたＣＭＭを示す斜視図
【図２】交換可能なプローブの他の例を示す図
【図３】駆動部の配置と誤差の関係を示す図
【図４】駆動部の構成を示す図
【図５】図１のＣＭＭにテーブルを配設した状態を示す斜視図
【図６】本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設された放電加工機を示す斜視図
【図７】本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設された搬送ラインの要部を示す斜視図
【図８】本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設されたロボットアームを示す斜視図
【図９】座標測定用ヘッドユニットの参考例が配設された２次元座標測定機を示す斜視図
【図１０】本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設された可搬型ＣＭＭを示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３５】
図１に、本発明にかかる座標測定用ヘッドユニットの実施形態が配設されたＣＭＭを示す。
【００３６】
本実施形態の座標測定用ヘッドユニット１０は、プローブ１２をＸ軸方向（図の左右方向）に移動自在とするためのＸ軸駆動部１４、該Ｘ軸駆動部１４をＹ軸方向（図の前後方向）に移動自在とするためのＹ軸駆動部１６、及び、該Ｙ軸駆動部１６をＺ軸方向（図の上下方向）に移動自在とするためのＺ軸駆動部１８と、これらを収めるための一体化された筐体１３と、該筐体１３のいずれかの側面（ここでは後面）に設けられた、前記Ｚ軸駆動部１８を支持体（ここではベース３０に固定されたスタンド３２のサポート３４）に取付けるための取付手段（ここでは取付面）２０と、を備えている。ここで、各軸方向の測定ストロークは、たとえばＸ軸及びＹ軸方向４０〜１２０ｍｍ、Ｚ軸方向４０ｍｍとすることができる。
【００３７】
前記座標測定用ヘッドユニット１０には、前記駆動部１４、１６、１８を制御する制御装置４０がケーブル１９により接続され、該制御装置４０には、測定コマンドを送信したり、測定データを受信して幾何計算するホストコンピュータ４２、データ処理ソフトウェア４４、及び、駆動指令を送信するジョイスティックボックス４６が接続されている。
【００３８】
前記データ処理ソフトウェア４４は、例えばプローブ１２の先端球の座標位置と径を補正するためのプローブ補正機能、温度に応じて測定座標および測定対象（例えばワーク）の寸法を補正する温度補正機能、静的動的に空間精度を補正する空間精度補正機能等を含む。
【００３９】
前記座標測定用ヘッドユニット１０は、測定対象（図示省略）が載置されるベース３０に固定されたスタンド３２のサポート３４に取付けられている。該サポート３４は、スタンド３２の上端に配設されたハンドル３６により回動する送りねじ３８と螺合するねじ部３４Ａを有し、ハンドル３６を回動することにより、サポート３４、従って、座標測定用ヘッドユニット１０の上下位置を、測定開始前に測定対象位置に合わせて手動で初期調整可能とされている。
【００４０】
このように、例えばベース３０上にスタンド３２が固定され、該スタンド３２上をサポート３４が上下動するようにされた専用スタンドに座標測定用ヘッドユニット１０を取付けることにより、設置スペースの小さな超小型ＣＭＭを実現できる。プローブ１２も交換可能で、図１に示したようなタッチプローブや倣いプローブを用いればＣＭＭ、図２（Ａ）に例示するような微細プローブを用いれば微細形状測定機、図２（Ｂ）に例示するような画像プローブを用いれば画像測定機になる。
【００４１】
ここで、プローブ１２を、その軸方向（即ちＺ軸方向）に移動するためのＺ軸駆動部１８を、Ｘ軸駆動部１４及びＹ軸駆動部１６よりも取付面２０側に配置しているのは、次のような理由による。即ち、図３（Ａ）に示す如く、Ｚ軸駆動部１８を、Ｘ軸駆動部１４及びＹ軸駆動部１６よりもプローブ１２側（図の下側）に配置した場合には、測定中のＸ軸駆動部１４やＹ軸駆動部１６の移動による傾きがＺ軸駆動部１８で拡大されてしまい、プローブ１２先端（図の下端）の誤差が大きくなる。これに対して、図３（Ｂ）に示す如く、本実施形態のように、Ｚ軸駆動部１８を、Ｘ軸駆動部１４及びＹ軸駆動部１６よりも取付面２０側（図の上側）に配置した場合は、測定中のＸ軸駆動部１４やＹ軸駆動部１６の移動による傾きがＺ軸駆動部１８で拡大されることがなく、プローブ１２先端の誤差も大きくならないためである。
【００４２】
なお、Ｘ軸駆動部１４、Ｙ軸駆動部１６、Ｚ軸駆動部１８の駆動機構としては、例えば、図４に示す如く、リニアガイド１４Ａと、ボールねじ１４Ｂと、モータ１４Ｃの組合せを用いて、発熱を抑えることが好ましい。これは、駆動部を小型化するため小さなケースを用いると、熱がこもって、駆動系の発熱による測定誤差が問題となる可能性があるためである。なお、発熱が問題とならない場合や、送風、水冷等の発熱対策を採れる場合は、例えばリニアモータなど、他の駆動系を用いることもできる。
【００４３】
図１の例では、測定対象をベース３０上に直接載置して３次元測定を行うようにされていたが、図５に示す変形例のように、ベース３０上に、１軸又は２軸（図ではＸ軸方向の１軸）に移動可能な、例えばリニヤエンコーダにより移動量を出力可能な測定対象（ワーク）移動テーブル３１を載置して、測定対象（図ではコネクションロッド）８に対する測定ストロークを１軸又は２軸方向（図ではＸ軸の１軸方向）に拡大することができる。このように、測定対象８側を移動可能とすることによって、座標測定用ヘッドユニット１０を移動させるよりも、安価で高精度に３次元測定のストロークを広げることができる。図５は１軸の例であるが、２軸のＸＹテーブルを用いても良い。
【００４４】
なお、ワークを搬送するのに搬送装置をコンピュータでシーケンス制御してもよいし、手動でワークを移動させても良い。更に、一軸、二軸の搬送装置も対応でき、ロボットアームでワークを搬送するようにしても良い。
【００４５】
図６に工作機械（図は放電加工機５０）に座標測定用ヘッドユニット１０を取付けた例を示す。工作機械加工用のヘッド部又はその近辺に小型の座標測定用ヘッドユニット１０を取付けることで、比較的安易に機上計測が可能となる。通常のセンサ（タッチプローブなど）を取付けるのと異なり、独立した測長系と駆動系を持っているので、工作機械の運動精度の影響を受けない。
【００４６】
なお、一般的な工作機械のストロークと比較して座標測定用ヘッドユニット１０のストロークは小さいが、加工が多数個取りのような場合、一つ一つは座標測定用ヘッドユニット１０のストローク内に収まる場合がある。このような場合は、座標測定用ヘッドユニット１０のみで測定可能であるが、全域を測定する場合は工作機械の測長系５２とリンクさせることもできる。
【００４７】
座標測定用ヘッドユニット１０を組込む対象は、放電加工機に限定されず、特許文献２のようにマシニングセンタに組み込んだり、他の工作機械一般に組み込むことができる。
【００４８】
更に、座標測定用ヘッドユニット１０を取付ける位置は、工作機械の加工用ヘッド部又はその周辺が望ましいが、工作機械のテーブルにアクセス可能であれば、加工用ヘッド部周辺でなくとも良く、さらに、工作機械から独立した位置からでも測定可能である。即ち、座標測定用ヘッドユニット１０が小型であるがゆえにフレキシブルな構成が可能になり、工作機械に組み込み型、工作機械に隣接型、工作機械と離れた位置にスタンドアローン配置型、工作機械からワークが出てきたところからライン上に複数配置など、様々な配置が可能である。
【００４９】
なお、前記実施形態においては、いずれもプローブ１２の軸方向が図の上下方向（即ち、Ｚ軸方向）の縦型とされていたが、プローブ１２の軸方向を水平方向の横型とすることもできる。
【００５０】
図７に、搬送ラインのコンベア６０近傍に、複数（図では２台）の座標測定用ヘッドユニット１０を、プローブ１２の軸方向を変えて、一方は縦型、一方は横型として配設した例を示す。
【００５１】
このように複数の座標測定用ヘッドユニット１０を配設することにより、搬送ライン上で迅速なオンライン測定が可能になる。
【００５２】
なお、座標測定用ヘッドユニット１０を配設する対象は、製造ライン、検査ライン等、対象を問わず、例えば図８に示すようにロボットのアーム７０に取付けることもできる。
【００５３】
図９に、Ｚ軸駆動部１８を省略して、２次元座標測定を行うようにした参考例を示す。
【００５４】
更に、図１に例示した超小型のＣＭＭを図１０に示すように駆動用バッテリ８２や無線送信装置８４と共に台車８０に搭載し、測定信号は無線で受信装置８６、演算装置８８、表示装置９０等へ送信するようにして、可搬型のＣＭＭを実現することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、複雑な形状の小部品の外形、例えば内燃機関のターボチャージャーやジェットエンジンのフィン形状の倣い測定や、穴の内径、軸の外径の測定等に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
８…測定対象（ワーク）
１０…座標測定用ヘッドユニット
１２…プローブ
１３…筐体
１４…Ｘ軸駆動部
１６…Ｙ軸駆動部
１８…Ｚ軸駆動部
２０…取付面
３０…ベース
３１…測定対象（ワーク）移動テーブル
３２…スタンド
３４…サポート
４０…制御装置
４２…ホストコンピュータ
４４…データ処理ソフトウェア
５０…放電加工機
６０…コンベア
７０…ロボットアーム
８０…台車
８２…駆動用バッテリ
【図１】
0005843531.tif 000002
【図３】
0005843531.tif 000003
【図４】
0005843531.tif 000004
【図５】
0005843531.tif 000005
【図６】
0005843531.tif 000006
【図７】
0005843531.tif 000007
【図８】
0005843531.tif 000008
【図９】
0005843531.tif 000009
【図１０】
0005843531.tif 000010
【図２】
0005843531.tif 000011