(57)【要約】【課題】測定子昇降体の本体を高剛性かつ軽量にしつつ不通気かつ平滑なガイド面が得られる形状測定装置およびその測定子昇降体を提供する。【解決手段】形状測定装置（三次元測定機）に設置されたエアパッド８１によりＺ軸方向へ移動可能に支持される測定子昇降体（Ｚスピンドル２）は、Ｚ軸方向へ延びる本体２１と、本体２１の側面に形成されてエアパッド８１との間に空気膜８２を形成するガイド面２２とを有し、本体２１は繊維強化プラスチック製であり、ガイド面２２は改質層で形成されている。改質層は、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティング、または、表面が平滑な金属製板材を貼って形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状測定装置に設置されたエアパッドによりＺ軸方向へ移動可能に支持される測定子昇降体であって、
Ｚ軸方向へ延びる本体と、前記本体の側面に形成されて前記エアパッドとの間に空気膜を形成するガイド面とを有し、
前記本体は繊維強化プラスチック製であり、
前記ガイド面は改質層で形成されている
ことを特徴とする測定子昇降体。
【請求項２】
請求項１に記載の測定子昇降体において、
前記改質層は、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングで形成されていることを特徴とする測定子昇降体。
【請求項３】
請求項１に記載の測定子昇降体において、
前記改質層は、表面が平滑な金属製板材を前記本体に貼って形成されていることを特徴とする測定子昇降体。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した測定子昇降体を有することを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置およびその測定子昇降体に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状測定装置として、測定対象であるワークに対して測定子（プローブ）を三次元移動させる三次元測定機が知られている。大型の三次元測定機では、ワークを跨ぐ門型の移動機構が用いられている（特許文献１）。
門型の三次元測定機は、ワークを載置するテーブルと、その両側に設置された一対のコラムと、一対のコラムに架構されたＸ軸方向のビームと、ビーム上を移動可能なスライダと、スライダに対して昇降するＺスピンドル（測定子昇降体）とを備え、Ｚスピンドルの下端にプローブが装着される。そして、コラムおよびビームがテーブルに対してＹ軸方向に相対移動され、スライダがビームに沿ってＸ軸方向に移動され、Ｚスピンドルがスライダに対してＺ軸方向（昇降方向）に移動されることで、プローブをテーブル上のワークに対して三次元移動させることができる。これらのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の移動は、各軸駆動機構であるモータ等により行われる。
【０００３】
従来、三次元測定機のＺスピンドルは、例えば角筒状に形成されたアルミニウム合金製の本体を有する。昇降機構（Ｚ軸方向の移動機構）には、Ｚスピンドルをガイドする案内機構として、例えばエアパッド（空気静圧軸受の類）が設置される。エアパッドは、Ｚスピンドルを支持するスライダ側に設置され、Ｚスピンドルの本体の側面に形成された平滑なガイド面との間に、極薄い空気膜を形成する。エアパッドは、空気膜を介してＺスピンドルを非接触で保持することができ、これによりスライダとＺスピンドルとの間には、高精度かつ低摩擦の案内性能が得られる。
【０００４】
従来、Ｚスピンドルの昇降機構には、前述したエアパッド式の案内機構およびモータ等の駆動機構に加えて、Ｚスピンドルの自重と釣り合うカウンターバランサが設置される（特許文献２）。また、カウンターバランサの異常時などに、Ｚスピンドルが落下して高価なプローブを損傷することを防止するために、Ｚスピンドルの落下防止機構あるいは離脱機構が設置される（特許文献３）。
エアパッドでＺスピンドルをガイドする昇降機構においては、落下防止機構として、カウンターバランサの異常を検出した際に、エアパッドをスライダ側から押し出してＺスピンドルのガイド面に押し付け、これによりＺスピンドルの落下を制動する構成が採用されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２１１８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０７２８１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、Ｚスピンドルは、駆動系に対するプローブの位置精度を確保するために、それ自体に高い剛性が要求される。つまり、Ｚスピンドルが延びて支持部位からプローブが離れた状態では、Ｚスピンドルの撓みによりプローブの実位置が変動し、テーブルからＺスピンドルに至る移動機構で検出される制御上の位置から乖離してしまう。このような誤差をなくすために、Ｚスピンドルの剛性は重要である。
大型の三次元測定機では、Ｚスピンドルも長大化し、剛性を確保するためにＺスピンドルの重量が増大する傾向にある。例えば、Ｚ寸法＝２０００ｍｍのものでは、Ｚスピンドルの質量が５０ｋｇに及ぶ。一方で、移動に伴う精度を高めるために、可動部分の慣性質量の低減つまり軽量化も要求される。
このような剛性確保と軽量化という相反する要求に対し、ＺスピンドルをＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で形成することが試みられている。
【０００７】
しかし、ＺスピンドルをＣＦＲＰ製とした場合、次のような問題がある。
エアパッドに対応する平滑なガイド面が得られない。ＣＦＲＰ材料は、強化用のカーボン繊維にエポキシ樹脂などの合成樹脂（プラスチック＝熱可塑性樹脂に限定されない）を含浸させるが、カーボン繊維の間に空隙が残ることがある。このため、ガイド面に通気隙間が生じてエアパッドとの間に空気膜を維持できない可能性がある。また、空隙が塞がれて空気膜を維持できたとしても、ガイド面に微小な凹凸が残り、ガイド面として十分な平滑性が得られない可能性がある。
さらに、前述のようなエアパッド押し付け式の落下防止機構を利用する場合、ＣＦＲＰ製のガイド面にエアパッド（アルミ合金製で表面アルマイト処理）が押し付けられ、ガイド面に疵付きが生じ、ガイド面の平滑性を損なう可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、測定子昇降体の本体を高剛性かつ軽量にしつつ不通気かつ平滑なガイド面が得られる形状測定装置およびその測定子昇降体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の測定子昇降体は、形状測定装置に設置されたエアパッドによりＺ軸方向へ移動可能に支持される測定子昇降体であって、Ｚ軸方向へ延びる本体と、前記本体の側面に形成されて前記エアパッドとの間に空気膜を形成するガイド面とを有し、前記本体は繊維強化プラスチック製であり、前記ガイド面は改質層で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、測定子昇降体の本体が繊維強化プラスチック製であるため、測定子昇降体の本体を高剛性かつ軽量にすることができる。また、改質層により不通気かつ平滑なガイド面を形成することができ、エアパッドとの間に良好な空気膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の測定子昇降体において、前記改質層は、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングで形成されていることが望ましい。
本発明では、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングで改質層を形成するため、不通気かつ平滑なガイド面を容易かつ確実に形成することができる。
【００１２】
本発明の測定子昇降体において、前記改質層は、表面が平滑な金属製板材を前記本体に貼って形成されていてもよい。
本発明では、表面が平滑な金属製板材がガイド面となり、かつ金属製板材を貼るだけでよいから、不通気かつ平滑なガイド面を容易かつ確実に形成することができる。
【００１３】
本発明の形状測定装置は、前述した本発明の測定子昇降体を有することを特徴とする。
本発明によれば、前述した本発明の測定子昇降体で説明した通りの作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定子昇降体の本体を高剛性かつ軽量にしつつ不通気かつ平滑なガイド面が得られる形状測定装置およびその測定子昇降体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の三次元測定機を示す正面図。
【図２】前記実施形態の稼働時のＺスピンドルおよび落下防止機構を示す模式図。
【図３】前記実施形態の落下時のＺスピンドルおよび落下防止機構を示す断面図。
【図４】前記実施形態のＺスピンドルを示す模式図。
【図５】本発明の他の実施形態のＺスピンドルを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、三次元測定機１は、本発明に基づく形状測定装置であり、測定子昇降体であるＺスピンドル２を備えている。Ｚスピンドル２の下端にはプローブ３が装着されている。
【００１７】
三次元測定機１は、上面にワーク４が載置されるテーブル５と、テーブル５を跨ぐ門型の移動機構６とを備えている。
門型の移動機構６は、テーブル５の両側に設置された一対のコラム６１と、一対のコラム６１に架構されたＸ軸方向のビーム６２と、ビーム６２に沿って移動可能なスライダ６３と、を備えている。スライダ６３には昇降機構７が設置され、昇降機構７によりＺスピンドル２が昇降自在に支持されている。
【００１８】
テーブル５には、図示しないＹ軸駆動機構が設置され、門型に形成されたコラム６１およびビーム６２に対してＹ軸方向に移動可能である。これにより、ビーム６２はテーブル５に対してＹ軸方向に相対移動可能である。
ビーム６２とスライダ６３との間には、図示しないＸ軸駆動機構が設置され、スライダ６３はビーム６２に沿ってＸ軸方向に移動可能である。
【００１９】
昇降機構７は、Ｚスピンドル２をＺ軸方向（昇降方向）にガイドする案内機構８を有するとともに、図示しないＺ軸駆動機構を有し、Ｚスピンドル２はスライダ６３に対してＺ軸方向に移動可能である。
これらのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸移動により、Ｚスピンドル２に装着されたプローブ３を、テーブル５上のワーク４に対して三次元移動させることができる。
【００２０】
図２および図３に示すように、Ｚスピンドル２は、角筒状に形成されたＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）製の本体２１を有する。本体２１の４つの側面は、それぞれ案内機構８でガイドされるガイド面２２とされる。
本体２１は、４つのガイド面２２を含む全体に、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングが施され、これらのコーティングにより表面が平滑かつ気密性を有する改質層２３が形成されている。
【００２１】
図２において、案内機構８は、Ｚスピンドル２の４つのガイド面２２に対向配置された複数のエアパッド８１を備えている。
エアパッド８１は、昇降機構７のスライダ６３に固定された側に設置され、外部から圧縮空気を供給されることで、Ｚスピンドル２のガイド面２２との間に、極薄い空気膜８２を形成し、この空気膜８２を介してＺスピンドル２を非接触で保持することができる。なお、図２では空気膜８２を誇張して描いているが、その厚みは数μｍ〜数十μｍ程度である。
このようなエアパッド８１を用いた案内機構８により、スライダ６３および昇降機構７の固定側とＺスピンドル２との間には、高精度かつ低摩擦の案内性能が得られる。
【００２２】
さらに、昇降機構７は、Ｚスピンドル２の荷重を相殺するために、図示しない重錘吊下式などのカウンターバランサを備えている。
そして、カウンターバランサの障害時にＺスピンドル２の落下を防止できるように、昇降機構７には、案内機構８のエアパッド８１を用いた落下防止機構９が設置されている。
【００２３】
落下防止機構９でエアパッド８１を利用するために、案内機構８においては、エアパッド８１がガイド面２２に向けて進退自在に支持されている。
落下防止機構９は、エアパッド８１をガイド面２２に向かって進出するように付勢するコイルばね等の弾性体９１と、弾性体９１の付勢力に抗してエアパッド８１をガイド面２２から離れる方向へ駆動するソレノイド等の拘束器９２とを備えている。
これらの弾性体９１および拘束器９２は、各々のエアパッド８１に個々に設置されている。弾性体９１および拘束器９２は、全てのエアパッド８１に設置されていてもよいし、一部のエアパッド８１に設置されていてもよい。
【００２４】
落下防止機構９は落下検出装置９３を有し、全ての拘束器９２は落下検出装置９３に接続されている。
落下検出装置９３は、Ｚスピンドル２の落下を検出し、検出時に拘束器９２によるエアパッド８１の拘束を解除する制御装置である。
Ｚスピンドル２の落下の検出は、主にカウンターバランサの障害の検出により行う。具体的には、カウンターバランサの吊り下げワイヤの張力を監視しておき切断を検出する構成、カウンターバランサの重錐の脱落を検出する構成などが利用できる。
【００２５】
落下防止機構９の動作は以下の通りである。
図２に示すように、カウンターバランサに異常がないとき、落下検出装置９３は、全ての拘束器９２を有効にする。拘束器９２が有効とされることで、エアパッド８１は弾性体９１に抗して後退した状態とされ、Ｚスピンドル２のガイド面２２との間に空気膜８２が形成される。その結果、Ｚスピンドル２はガイド面２２をエアパッド８１でガイドされ、Ｚ軸駆動機構の駆動により自由に昇降可能である。
【００２６】
一方、カウンターバランサに異常が検出されたとき、落下検出装置９３は、全ての拘束器９２を無効にする。
図４に示すように、拘束器９２が無効とされることで、エアパッド８１は弾性体９１により駆動されて前進し、Ｚスピンドル２のガイド面２２に押し付けられる。その結果、Ｚスピンドル２は、ガイド面２２とエアパッド８１との摩擦により制動され、落下が回避される。
【００２７】
本実施形態によれば、測定子昇降体であるＺスピンドル２の本体２１が繊維強化プラスチック製であるため、Ｚスピンドル２の本体２１を高剛性かつ軽量にすることができる。
また、本体２１の表面を被覆する改質層２３により、不通気かつ平滑なガイド面２２を形成することができ、案内機構８のエアパッド８１との間に良好な空気膜８２を形成することができる。
本実施形態では、Ｚスピンドル２のガイド面２２において、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングで改質層２３を形成したため、不通気かつ平滑なガイド面２２を容易かつ確実に形成することができる。
さらに、ガイド面２２が改質層２３で形成されるため、エアパッド押し付け式の落下防止機構でＣＦＲＰ製のガイド面と表面アルマイト処理されたアルミ合金製のエアパッドとを用いた際のような、ガイド面の疵付きやガイド面の平滑性の低下などを防止することができる。
【００２８】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、Ｚスピンドル２のガイド面２２において、セラミックス溶射または無電解ニッケルメッキによるコーティングで改質層２３を形成したが、ガイド面２２は他の改質層を用いるものであってもよい。
【００２９】
図５に示すように、本発明の他の実施形態として、Ｚスピンドル２の本体２１の側面に、表面が平滑な銅あるいはアルミニウム合金などの金属製板材を貼って改質層２４とし、その表面をガイド面２２としてもよい。
このような改質層２４では、表面が平滑な金属製板材がガイド面２２となり、かつ金属製板材を貼るだけでよいから、不通気かつ平滑なガイド面２２を容易かつ確実に形成することができる。
【００３０】
前記実施形態では、Ｚスピンドル２の本体２１の側面の全面にわたって改質層２３，２４を形成したが、改質層２３，２４はエアパッド８１と対向する領域のみに限定的に形成したものであってもよい。
前記実施形態では、測定子昇降体としてＺスピンドル２を用いたが、測定子（プローブ３など）を装着され、かつ昇降移動される部材であれば測定子昇降体として用いることができる。
前記実施形態では、形状測定装置として三次元測定機１を用いたが、Ｚスピンドル２などの測定子昇降体を有する形状測定装置であれば、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、形状測定装置およびその測定子昇降体に利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…三次元測定機、２…Ｚスピンドル、３…プローブ、４…ワーク、５…テーブル、６…移動機構、７…昇降機構、８…案内機構、９…落下防止機構、２１…本体、２２…ガイド面、２３…コーティングによる改質層、２４…金属製板材による改質層、６１…コラム、６２…ビーム、６３…スライダ、８１…エアパッド、８２…空気膜、９１…弾性体、９２…拘束器、９３…落下検出装置。
【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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