(57)【要約】【課題】測定の際にプローブ係る荷重のばらつきを抑制することができる多関節のアーム型三次元測定装置を提供する。【解決手段】アーム型三次元測定装置は、先端にプローブを備え手動移動される測定ヘッドと、測定ヘッドを支持する多関節の測定アームと、プローブの位置座標を演算する制御部と、作業者に対する報知を行う報知部と、を有する。測定ヘッドは、プローブに係る荷重を検出する荷重センサを備え、制御部は、荷重センサの出力に基づき、プローブに係る荷重が所定範囲内か否かを作業者に報知すべく、報知手段を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にプローブを備え手動移動される測定ヘッドと、
前記測定ヘッドを支持する多関節の測定アームと、
前記プローブの位置座標を演算する制御部と、
作業者に対する報知を行う報知部と、
を有するアーム型三次元測定装置であって、
前記測定ヘッドは、前記プローブに係る荷重を検出する荷重センサを備え、
前記制御部は、前記荷重センサの出力に基づき、前記プローブに係る荷重が所定範囲内か否かを前記作業者に報知すべく、前記報知手段を制御することを特徴とするアーム型三次元測定装置。
【請求項２】
前記測定ヘッドは、測定実行操作を受け付ける入力手段をさらに備え、
前記制御部は、前記入力手段が測定実行操作を受け付けると、前記荷重センサが検出する荷重が所定範囲内である場合に前記プローブの位置座標を演算することを特徴とする請求項１に記載のアーム型三次元測定装置。
【請求項３】
前記入力手段は、測定実行操作を行うと必然的に測定予備操作が行われることを特徴とする請求項２に記載のアーム型三次元測定装置。
【請求項４】
先端にプローブを備え手動移動される測定ヘッドと、
前記測定ヘッドを支持する多関節の測定アームと、
前記プローブの位置座標を演算する制御部と、
を有するアーム型三次元測定装置であって、
前記測定ヘッドは、
前記プローブに係る荷重を検出する荷重センサと、
測定実行操作を受け付ける入力手段とを備え、
前記制御部は、前記荷重センサが検出する荷重が所定範囲外であるときに測定実行操作を受け付け、その後、測定実行操作が継続した状態で、前記荷重センサが検出する荷重が所定範囲に達すると、その達したタイミングで前記プローブの位置座標を演算することを特徴とするアーム型三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節アーム型の三次元測定装置に係り、特に、測定の際にプローブ係る荷重のばらつきを抑制することができる多関節アーム型の三次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すような多関節アームの先端に設けられたプローブ先端の接触子を手動で測定位置に接触させ、そのときの各アームの角度をもとに測定位置の三次元座標を得る三次元測定装置が実用化されている。このような多関節アームを備える三次元測定装置は、プローブやアームの長さを既知の情報として、これらに検出した各関節の角度を組み合わせて演算することによってプローブ先端の位置情報を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０８７１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、プローブやアームの長さは既知であることから、原理的にはプローブ先端の位置座標は関節の角度に基づいて正確に求められる。しかし、実際には、プローブ先端の接触子を測定位置に接触させる際に、プローブの基部と接触子とをつなぐスタイラス部に荷重が加わることによりスタイラスが変形し、算出される位置座標に誤差が生じる。特に、慣れない作業者が測定した場合などでは、測定の都度、荷重にばらつきが生じることにより測定の誤差が生じることがある。
【０００５】
本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、測定の際にプローブ係る荷重のばらつきを抑制することができる多関節アーム型の三次元測定装置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】
【０００６】
上記の課題を解決すべく、本発明の一実施形態に係るアーム型三次元測定装置は、先端にプローブを備え手動移動される測定ヘッドと、測定ヘッドを支持する多関節の測定アームと、プローブの位置座標を演算する制御部と、作業者に対する報知を行う報知部と、を有する。アーム型三次元測定装置において、測定ヘッドは、プローブに係る荷重を検出する荷重センサを備え、制御部は、荷重センサの出力に基づき、プローブに係る荷重が所定範囲内か否かを作業者に報知すべく、報知手段を制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、測定ヘッドは、測定実行操作を受け付ける入力手段をさらに備え、制御部は、入力手段が測定実行操作を受け付けると、荷重センサが検出する荷重が所定範囲内である場合にプローブの位置座標を演算するとよい。
【０００８】
本発明では、入力手段は、測定実行操作を行うと必然的に測定予備操作が行われるように構成されるとよい。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態に係るアーム型三次元測定装置は、先端にプローブを備え手動移動される測定ヘッドと、測定ヘッドを支持する多関節の測定アームと、プローブの位置座標を演算する制御部と、を有する。このアーム型三次元測定装置において、測定ヘッドは、プローブに係る荷重を検出する荷重センサと、測定実行操作を受け付ける入力手段とを備え、制御部は、荷重センサが検出する荷重が所定範囲外であるときに測定実行操作を受け付け、その後、測定実行操作が継続した状態で、荷重センサが検出する荷重が所定範囲に達すると、その達したタイミングでプローブの位置座標を演算することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】三次元測定装置の構成をワークとともに示す模式図である。
【図２】三次元測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】測定ヘッドの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置１の構成をワークとともに示す模式図である。また、図２は、三次元測定装置１の構成を示すブロック図である。三次元測定装置１は、被測定物（ワーク）Ｗを測定する接触型のボールプローブを有する測定ヘッド１００と、この測定ヘッド１００の支持手段である測定アーム１１０と、この測定アーム１１０を特定の位置及び姿勢に制御する制御部１２０とを備えている。
【００１３】
測定アーム１１０は、第１リンク１１１、第２リンク１１２、支柱１１３及びこれらを連結する第１関節１１５、第２関節１１６、第３関節１１７を備えている。
【００１４】
支柱１１３は、作業台等に固定された基台１１４に垂直に立設され、第３関節１１７を介して第２リンク１１２の一端と連結されている。
【００１５】
第３関節１１７は、支柱１１３と第２リンク１１２の一端とを、２つの回転軸に対して回動自由に接続する。ここで２つの回転軸とは、支柱１１３の中心軸を回転中心として旋回する第１軸ＡＸ１（旋回・捻りの中心となる軸）と、支柱１１３と第２リンク１１２との成す角を変化させる第２軸ＡＸ２（屈曲・伸展の中心となる軸）をと指す。第３関節１１７は、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２のそれぞれについての回転角度を検出可能なロータリーエンコーダを内蔵する。また、第３関節１１７は、制御部１２０の制御に基づき上記２つの回転軸のうち少なくとも一方を軸とする回転を規制する電磁式ブレーキ１１７ａが内蔵されている。電磁式ブレーキ１１７ａは本発明における制動機構の一例である。
【００１６】
第２関節１１６は、第２リンク１１２の他端と第１リンク１１１の一端とを、２つの回転軸に対して回動自由に接続する。なお、２つの回転軸とは、第３関節１１７と同様、旋回・捻りの中心となる軸（第３軸ＡＸ３）と屈曲・伸展の中心となる軸（第４軸ＡＸ４）とを指す。第２関節１１６は、第３軸ＡＸ３及び第４軸ＡＸ４のそれぞれについての回転角度を検出可能なロータリーエンコーダを内蔵する。
【００１７】
第１関節１１５は、第１リンク１１１の他端と測定ヘッド１００とを、２つの回転軸に対して回動自由に接続する。なお、２つの回転軸とは、第３関節１１７と同様、旋回・捻りの中心となる軸（第５軸ＡＸ５）と屈曲・伸展の中心となる軸（第６軸ＡＸ６）とを指す。第１関節１１５は、第５軸ＡＸ５及び第６軸ＡＸ６のそれぞれについての回転角度を検出可能なロータリーエンコーダを内蔵する。
【００１８】
図３は、測定ヘッドの構成を示す模式図である。測定ヘッド１００は、第１関節１１５に接続されるアーム接続部１０１と、プローブが設けられるヘッド本体１０２と、アーム接続部１０１とヘッド本体１０２との間に設けられるヘッド関節１０７とを備える。ヘッド関節１０７は、ヘッド本体１０２とアーム接続部１０１とを、測定ヘッド１００が備えるスタイラスの中心軸を中心とする第７軸ＡＸ７に対して回転自由に接続する。ヘッド関節１０７は、第７軸ＡＸ７についての回転角度を検出可能なロータリーエンコーダを内蔵する。
【００１９】
このように、本実施形態の三次元測定装置１は、測定アーム１１０が６軸の回転軸を有し、測定ヘッドが１軸の回転軸を有する、合計７軸の多関節アーム型の三次元測定装置として構成される。
【００２０】
測定ヘッド１００のヘッド本体１０２は、グリップ１０３と、ハードプローブ１０５と、報知手段１０６とを備える。
【００２１】
ハードプローブ１０５は、ヘッド本体１０２のヘッド関節１０７とは反対側に着脱可能に設けられる。ハードプローブ１０５は、ヘッド本体１０２との接続構造を有する取付部１０５ａと、ロードセル１０５ｂと、ロードセル１０５ｂの取付部１０５ａとは反対側の面から延出するスタイラス１０５ｃと、スタイラス１０５ｃの先端に設けられる球状の測定子（先端球）１０５ｄとを備える。
【００２２】
ロードセル１０５ｂは、スタイラス１０５ｃと取付部１０５ａとの間に設けられ、スタイラス１０５ｃに加わる荷重を検出し、当該荷重に応じた信号を出力する。ロードセル１０５ｂの出力信号は、制御部１２０に伝達される。
【００２３】
スタイラス１０５ｃは、高剛性の円柱形状の部材であり、ワークＷに干渉せずに測定箇所に測定子１０５ｄを接触させることができる適切な長さを有する。測定子１０５ｄは、所定の径の球形とされ、当該測定子１０５ｄを測定箇所に接触した状態で測定アーム１１０や測定ヘッド１００の各関節に設けられたロータリーエンコーダから各関節の角度を取得し、演算することで、測定子１０５ｄによる接触点の位置座標を求めることができる。なお、ハードプローブ１０５を測定箇所に接触させる際には、スタイラス１０５ｃが測定箇所を含む面に垂直となる姿勢で、測定ヘッド１００をスタイラス１０５ｃの長手方向に移動させて測定箇所に当たることが好ましい。また、測定箇所に測定子１０５ｄを接触させて位置座標を求める際には、測定誤差を抑制すべく、スタイラス１０５ｃに加わる荷重を所定の範囲内とすることが好ましい。なお、スタイラス１０５ｃから先（すなわちスタイラス１０５ｃ及び測定子１０５ｄ）をロードセル１０５ｂから取り外して交換できるように構成してもよい。
【００２４】
報知手段１０６は、作業者に、警告などの情報を報知する手段である。報知手段１０６は、例えば、音声データ記憶部、ＤＡ変換器、スピーカ等を備える音声再生手段とするとよい。この場合、スピーカから警報音を発することにより作業者への報知が行われる。また、報知手段１０６は、ランプ等の発光素子としてもよい。この場合、発光素子の点灯により作業者への報知が行われる。
【００２５】
なお、ヘッド本体１０２は、上述のハードプローブ１０５の他、様々なプローブを取り付け可能に構成されている。例えば、ＣＣＤカメラやイメージセンサを用いた画像プローブ、レーザ走査方式のレーザプローブなどの非接触型のプローブに付け替えることができる。
【００２６】
グリップ１０３はユーザが測定ヘッド１００を持つ際の握り部分である。三次元測定装置１でワークＷの三次元形状を測定する際には、作業者が測定ヘッド１００のグリップ１０３を掴んで操作する。即ち、作業者は、ワークＷに対してハードプローブ１０５を自由な方向から近づけることができ、自由な角度で接触させることが可能である。グリップ１０３には、ユーザにより把持されたことを検知する把持センサを備え、当該把持センサの検出信号を制御部１２０に出力する。
【００２７】
また、グリップ１０３には測定指示ボタン１０４が設けられる。作業者は、測定実行操作として測定指示ボタン１０４を押下することで、制御部１２０に対し測定子１０５ｄによる接触点の位置座標を得るための指示を与えることができる。
【００２８】
制御部１２０は、マイクロコントローラ等により構成され、三次元測定装置１の各部の制御を司る。具体的には、制御部１２０は、測定アーム１１０の第３関節１１７に設けられた電磁式ブレーキ１１７ａを制御し、測定ヘッド１００の移動を制限する。例えば、制御部１２０は、測定ヘッド１００に設けられたグリップ１０３を作業者が離している間は電磁式ブレーキ１１７ａを効かせるよう制御し、測定ヘッド１００の移動を規制する。一方、制御部１２０は、グリップ１０３を作業者が握っている間は、電磁式ブレーキ１１７ａを解除し、測定ヘッド１００を自由に移動できるようにする。
【００２９】
また、制御部１２０は、ロードセル１０５ｂの出力信号を受け取り、スタイラス１０５ｃにかかる荷重が所定の範囲となっているか否か（例えば所定範囲に入っていること）をユーザに報知するよう報知手段を制御する。
【００３０】
また、制御部１２０は、測定指示ボタン１０４が押下されると、ロードセル１０５ｂが検出した荷重が所定範囲内であることを示している場合に、これに応じて測定アーム１１０の各関節に設けられたロータリーエンコーダから各関節の角度を取得し、測定子１０５ｄの接触点の位置座標を演算する。一方、測定指示ボタン１０４が押下されたときに、ロードセル１０５ｂが検出した荷重が所定範囲でない場合には、制御部１２０は、測定子１０５ｄの位置座標を求めない。
【００３１】
このような構成により、第１実施形態に係る三次元測定装置１では、プローブに係る荷重が適正範囲内か否かを作業者に知らしめることができる。また、プローブに係る荷重が適正範囲内でない場合には位置座標の演算を行わないことにより、誤差の少ない測定値（位置座標）を得ることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態の三次元測定装置１は、前記第１実施形態の三次元測定装置１と略同様の構成を備えるが、測定指示ボタン１０４に対する入力操作（押下等）に応じた動作が異なる。以下、第１実施形態と異なる点につき説明する。
【００３３】
本実施形態では、測定指示ボタン１０４に対する入力操作として、測定予備操作と測定実行操作とが可能とされる。測定実行操作は、位置座標を求めることを制御部１２０に指示するための操作である。測定予備操作は、測定実行操作に先立って行われる操作であり、間もなく位置座標を求める指示が行われることを、制御部１２０に伝える操作である。本実施形態では、測定予備操作は、測定指示ボタン１０４を浅く押し込む操作（いわゆる半押し）とする。また、測定実行操作は、測定指示ボタン１０４を深く押し込む操作（いわゆる全押し）とする。なお、測定予備操作と測定実行操作は、上記以外の操作としてもよいが、測定実行操作を行うと必然的に測定予備操作が行われるような操作とすることが好ましい。
【００３４】
本実施形態の三次元測定装置１では、測定ヘッド１００が自在に移動できる自在移動状態であるときに、測定指示ボタン１０４に対し測定予備操作がなされると、プローブがワークＷに過度な力で押しあてられないよう測定ヘッド１００の急な動きを抑制する移動抑制状態となる。
【００３５】
測定時の作業者の操作と制御部１２０による制御について、以下具体的に説明する。制御部１２０は、グリップ１０３を作業者が握っており、且つ、測定指示ボタン１０４を押していない間、電磁式ブレーキ１１７ａを解除し、測定ヘッド１００を軽い力で自在に移動できる自在移動状態とする。作業者は、この自在移動状態にて、測定ヘッド１００を適切な角度でワークに近づける。
【００３６】
測定ヘッド１００をある程度ワークＷに近づけてから、作業者がグリップ１０３を握ったまま、測定指示ボタン１０４を半押しすると、制御部１２０は測定予備操作としてこれを認識する。そして、制御部１２０は電磁式ブレーキ１１７ａを効かせるよう制御し、測定ヘッド１００の移動を規制する。すなわち、三次元測定装置１は移動抑制状態となり、測定ヘッドの急な動きが抑制され、プローブがワークＷに過度な力で押し当てられにくくすることができる。
【００３７】
続いて、作業者は移動抑制状態を維持しながら（つまり、測定指示ボタン１０４を半押し状態としたまま）測定ヘッド１００をさらに移動させて、測定子１０５ｄをワークＷに接触させる。このとき、電磁式ブレーキ１１７ａにより測定ヘッド１００の移動が規制されているため、測定子１０５ｄが過度に強い力でワークＷに押し当てられることを防ぐことができる。この状態で作業者が測定指示ボタン１０４を全押しすると、制御部１２０は測定実行操作としてこれを認識する。そして制御部１２０は、ロータリーエンコーダから各関節の角度を取得し、測定子１０５ｄの接触点の位置座標を演算により求める。
【００３８】
このような構成により、第２実施形態に係る三次元測定装置１では、位置座標の主直に先立つ測定予備操作によって測定ヘッド１００の急な動きを抑制し、プローブがワークＷに過度な力で押し当てられるのを防ぐことができる。
【００３９】
〔実施形態の変形〕
なお、上記に本発明の各実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００４０】
上記では、第１実施形態と第２実施形態とを個別の実施形態として記載したが、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせた構成としてもよい。すなわち、第２実施形態と同様に測定指示ボタン１０４に対する測定予備操作がなされると移動抑制状態とするように構成し、さらに、測定予備操作がなされている間、第１実施形態と同様に荷重が所定範囲内に入っているか否かを報知するとよい。また、測定指示ボタン１０４に対する測定実行操作が行われた場合には、第１実施形態と同様に、荷重量が所定範囲内であることを条件に、位置座標を演算するとよい。
【００４１】
また、上記の各実施形態の三次元測定装置１は、７軸の多関節アーム型の三次元測定装置として構成されたが、回転軸の数は軸に限らず、６軸以下又は８軸以上としてもよい。例えば、６軸の構成とする場合には、測定ヘッド１００のヘッド関節１０７を省くとよい。この場合、測定ヘッド１００はグリップ１０３を有さない構成とするとよい。
【００４２】
上記の各実施形態において、第３関節にのみ電磁式ブレーキが設けられたが、電磁式ブレーキは第１関節１１５、第２関節１１６、及びヘッド関節１０７にも配置されていてもよい。
【００４３】
上記第１実施形態では、ロードセル１０５ｂが検出した荷重が所定範囲内でない場合に、位置座標を演算しないこととしたが、ロードセル１０５ｂが検出した荷重が所定範囲内でない場合に、参考値として位置座標を求め、適切な荷重で測定された位置座標でないことが認識できるように提示するようにしてもよい。
【００４４】
上記第１実施形態では、ロードセル１０５ｂが検出した荷重が所定範囲内か否かを作業者に報知したが、これに代えて、ロードセル１０５ｂの検出した荷重が所定範囲外であるときに測定指示ボタン１０４が押下され、その後、測定指示ボタン１０４の押下が継続した状態で、ロードセル１０５ｂの検出する荷重が所定の範囲に達すると、その達したタイミングで制御部１２０が測定アーム１１０の各関節に設けられたロータリーエンコーダから各関節の角度を取得し、測定子１０５ｄによる接触点の位置座標を演算するように構成してもよい。
【００４５】
上記第２実施形態では、１つの測定指示ボタン１０４に対して測定予備操作と測定実行操作とが可能な構成としたが、測定予備操作と測定実行操作を異なる入力手段に行う（例えば、測定予備操作と測定実行操作のいずれか一方を、測定指示ボタン１０４以外のボタンに行う）ようにしてもよい。
【００４６】
上記第２実施形態では、制動機構として第３関節１１７に電磁式ブレーキ１１７ａを備える構成としたが、制動機構はこれに限定されない。例えば、電磁式ブレーキを他の関節（第１関節１１５、第２関節１１６、及びヘッド関節１０７の１つ又は複数）にも設ける構成としてもよい。
【００４７】
また、任意の関節に回転方向のトルクを発生させるアクチュエータを設け、測定指示ボタン１０４に対し測定予備操作がなされると、制御部１２０が、当該アクチュエータを、関節の動きに逆らう向きのトルクを発生させるよう制御することにより、制動機構を実現してもよい。
【００４８】
また、移動抑制状態において複数の関節の動きを規制する構成の場合、測定予備操作がなされると、制御部１２０は、スタイラス１０５ｃの長手方向に垂直な面方向への移動を、長手方向への移動よりも強く規制するよう制動機構を制御してもよい。このようにすれば、測定ヘッド１００は、スタイラス１０５ｃの長手方向には比較的動かしやすくなり、測定ヘッド１００を測定箇所に当てる際の移動方向を、スタイラス１０５ｃの長手方向に沿わせ易くすることができる。
【００４９】
その他、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５０】
１  三次元測定装置
１００  測定ヘッド
１０１  アーム接続部
１０２  ヘッド本体
１０３  グリップ
１０４  測定指示ボタン
１０５  ハードプローブ
１０５ａ  取付部
１０５ｂ  ロードセル
１０５ｃ  スタイラス
１０５ｄ  測定子
１０６  報知手段
１０７  ヘッド関節
１１０  測定アーム
１１１  第１リンク
１１２  第２リンク
１１３  支柱
１１４  基台
１１５  第１関節
１１６  第２関節
１１７  第３関節
１１７ａ  電磁式ブレーキ
１２０  制御部
Ｗ  ワーク
【図１】
2019203697.tif 000003
【図２】
2019203697.tif 000004
【図３】
2019203697.tif 000005