(57)【要約】【課題】本発明の目的は、表面性状測定プローブの接触球付近を照明可能で、なおかつ照明装置による発熱や重量の影響を受けずに、測定精度を劣化させることのない照明装置を提供することにある。【解決手段】被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに被測定物の表面性状を測定するプローブにおいて、照明装置をプローブの近傍に備え、表面性状測定プローブの測定部を局所照明することによって、照明装置の照明電力の低減と重量の軽減をはかる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに該被測定物の表面性状を測定するプローブにおいて、
前記プローブの近傍に可視領域の照明光を照射する照明装置を備え、
前記プローブが前記被測定物を測定する測定部を前記照明光が局所照明する、
ことを特徴とする表面性状測定プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定プローブにおいて、
前記照明光の照明方向は調整可能とされたことを特徴とする表面性状測定プローブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表面性状測定プローブにおいて、
前記照明装置は着脱可能とされたことを特徴とする表面性状測定プローブ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の表面性状測定プローブにおいて、
前記照明光は、前記照明装置に内蔵された電源によって発光することを特徴とする表面性状測定プローブ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載の表面性状測定プローブを用いた表面性状測定機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の表面性状を測定するプローブに関し、特に被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに被測定物の表面性状を測定するプローブの照明装置およびこれを用いた表面性状測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真円度、表面粗さ、輪郭形状、三次元座標などの表面性状を測定するプローブとしては、被測定物表面へ光を照射し、その反射光に基づいて測定を行う画像プローブなどがある（例えば、特許文献１）。
この被測定物表面へ照射する光としては、通常、可視領域の光を用いているので、測定用の照射光（測定光）は、測定機の作業者にとって照明光としても働く。このことから、可視領域の光に基づいて被測定物の表面性状を測定するプローブにおいては、測定光と照明光を兼用できるので、特別に照明を専用に行う照明装置は、ほとんど必要とされない。
【０００３】
これに対して、例えば先端に接触球を備えたタッチ信号プローブや倣いプローブ、あるいは静電容量式ギャップセンサなどの、可視領域の光に基づかずに被測定物の表面性状を測定するプローブでは、測定に際しては被測定物表面へ照射する測定光を必要としない。
従って、照明を必要とする場合は、照明装置を別途も受ける必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５４０９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのプローブでは照明装置が発生する熱がプローブや被測定物に伝わって各部の温度分布が不均一になり、測定精度劣化の原因となるため、照明装置をプローブ近傍へ設置することは好ましいことではなかった。また、照明装置の重量面から、プローブ近傍に設置することは好ましくなかった。
【０００６】
従って、例えば三次元座標測定機のZ軸スピンドルの先端にタッチ信号プローブを取り付けて、被測定物の測定を行う場合には、プローブ先端付近は暗くなりがちで、特にジョイスティックなどを用いた手動測定を行う場合には、プローブ先端の測定部（接触球）を被測定物へ接触させて測定を行う際に、プローブを被測定物へ不用意に衝突させてしまうなどの不具合が発生していた。更には、これらの不具合に起因して測定誤差の増加や、プローブや測定機本体の破損を招くこともあった。
この解決策として、蛍光灯ユニットなどの照明装置をプローブから離隔した位置に設けることが行われているが、離隔距離に応じて照明を明るくする必要があり、その照明装置の発熱が測定機全体に対して悪影響を与えるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかる表面性状測定プローブは、被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに該被測定物の表面性状を測定するプローブにおいて、前記プローブの近傍に可視領域の照明光を照射する照明装置を備え、前記プローブが前記被測定物を測定する測定部を前記照明光が局所照明する、ことを特徴とする。
【０００８】
この発明は、プローブの接触球などの測定部を局所的に照明することによって、照明電力の低減化と重量の軽減化をはかることができるので、照明装置をプローブの近傍に設置することが可能となり、しかも発熱による測定誤差の発生を防止することができる。
ここで、被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに該被測定物の表面性状を測定するプローブとは、具体的には先端の接触球を被測定物の表面に接触させて測定を行うタッチ信号プローブや倣いプローブあるいは非接触で測定を行う静電容量式や電磁結合式のギャップセンサなどであり、可視領域の光を被測定物表面へ照射し、その反射光によって被測定物の表面性状を測定するプローブを含まない。但し、用いる光が赤外光など、可視領域でない光を測定に用いるプローブは含む。
【０００９】
また、この発明において、前記照明光の照明方向は調整可能とされることが好ましい。
これによって、例えばタッチ信号プローブにおいて、プローブ本体から先端の測定部（接触球）までのスタイラスの長さが変わった場合でも、適切に接触球付近の照明が行える。
また、この発明において、前記照明装置は着脱可能とされることが好ましい。これによって、スポット照明や面照明などの異なるタイプの照明装置を用いることが可能になる他、被測定物の測定位置の関係から照明装置が被測定物と干渉する場合には取り外すことが可能になる。さらに、取り外した照明装置を手持ちで用いて、より細部の被測定物形状を確認することが容易になる。
【００１０】
また、この発明において、前記照明光は、前記照明装置に内蔵された電源によって発光することが好ましい。
これによって、可動部に設置されることが多いプローブの場合、電力線の接続が不要になって、取扱いが容易になる。
また、前記目的を達成するために、本発明にかかる表面性状測定機はこれらの表面性状測定プローブを用いることが好ましい。
これによって、消費電力の多い大型照明装置のための設置スペースが不要になるほか、照明装置の発熱による表面性状測定機自体の変形などに起因する測定誤差を低減して、精度の高い測定が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には、本発明の一実施形態にかかる表面性状測定プローブを用いた三次元座標測定機１のブロック図を示す。
三次元座標測定機１は三次元座標測定機本体２と制御装置３により構成されている。
三次元座標測定機本体２は、Ｚ軸駆動機構１００、Ｙ軸駆動機構２００、Ｘ軸駆動機構３００を備えており、Ｚ軸駆動機構１００の可動部（Ｚ軸スピンドル）先端には、表面性状測定プローブが設置される。
この三次元座標測定機１の座標系は、水平面内で互いに直交するＸ軸とＹ軸の他に、このＸ軸とＹ軸のいずれにも直交するＺ軸を備えており、三次元空間の任意位置における三次元座標値が取得可能になっている。
【００１２】
各駆動機構は、軸方向への移動ガイドと制御モータが備えられており、可動部を軸方向へ任意位置へ任意速度で制御可能となっており、軸方向への可動部の移動量はリニヤスケールによって読取可能となっている。
Ｙ軸駆動機構２００とＸ軸駆動機構３００は、Ｚ軸駆動機構１００を水平面内で移動させ、位置決めさせるもので、Ｚ軸駆動機構１００を任意位置へ任意速度で制御可能である。
Ｚ軸駆動機構１００の可動部先端には、プローブアダプタ１０を介して表面性状測定プローブ２０が設置されており、このＺ軸駆動機構によって、表面性状測定プローブ２０を上下方向（垂直方向）の任意位置へ任意速度で制御可能である。
【００１３】
従って、Ｚ軸駆動機構１００、Ｙ軸駆動機構２００、Ｘ軸駆動機構３００によって、表面性状測定プローブ２０は三次元空間内の任意位置へ任意速度で制御可能となっている。
制御装置３は、Ｚ軸駆動機構１００、Ｙ軸駆動機構２００、Ｘ軸駆動機構３００の各制御モータを制御すると共に、各軸のリニヤスケールの座標値を読取るＺ軸駆動部１０１、Ｙ軸駆動部２０１、Ｘ軸駆動部３０１を備えており、計算処理部４０１によって位置決め制御が行われる。
計算処理部４０１は、入出力部５０１の指示に基づいて各軸の制御を行うと共に、各軸の座標値を読取って記憶し、その結果から寸法その他の表面性状測定結果を入出力部５０１の表示装置や印字装置あるいは外部接続装置へ出力する。
【００１４】
入出力部５０１にはジョイスティックによる入力装置が備えられている。このジョイスティックのレバーを例えばＺ軸下降方向へ傾斜させれば、Ｚ軸駆動部１０１がＺ軸駆動機構１００の制御モータを制御し、その結果、Ｚ軸駆動部１００の可動部下端に設置された表面性状測定プローブ２０は、ジョイスティックレバーの傾斜角度に応じた速度で下降する。
このようにして表面性状測定プローブ２０は三次元空間内の任意位置へ任意速度で移動、位置決めされる。
表面性状測定プローブ２０が移動された結果、下部先端の接触球が被測定物に接触すると、表面性状測定プローブ２０からタッチ信号が出力される。このタッチ信号が、Ｚ軸駆動部１０１、Ｙ軸駆動部２０１、Ｘ軸駆動部３０１に入力されて、そのタッチ信号が出力された瞬間のリニヤスケールの値が読み込まれて計算処理部４０１に送られ、被測定物の三次元座標値として測定され、記憶される。
【００１５】
図２は、三次元座標測定機２のＺ軸駆動機構１００の可動部下部先端に表面性状測定プローブ２０を取り付けた様子を斜視図で示す。
表面性状測定プローブ２０はＺ軸駆動機構１００にプローブアダプタ１０を介して設置されており、その下部先端には接触球３０を備えている。プローブアダプタ１０には照明装置４０が着脱自在かつ照明光の照明方向自在に設置されている。より具体的には、照明装置４０はプローブアダプタ１０に対して球面軸受けで保持されており、照明装置４０の保持角度を自在にできる構造になっている。また、照明装置４０を取り外す際には、球面軸受けを保持する球面軸受ケーシングを解放することによって照明装置が着脱自在な構造である。
【００１６】
表面性状測定プローブ２０には各種の種類があり、例えば深穴用のプローブは、深穴内部の測定を行うために、プローブ本体から接触球までの長さが長い。従って、照明装置４０の照明方向が固定ではプローブを交換した際には適切に接触球部位の照明が行えない場合があるので、本実施形態では照明装置４０の保持角度を自在にできる構造として、照明光の照明角度を調整可能としている。
さらに、被測定物の測定部位によって、照明装置４０が被測定物に干渉する場合には、照明装置４０を取り外せるように着脱自在な保持構造としている。
照明装置４０には発光部４１が設けられており、この発光部４１から接触球に向かって照明光が照射される。また、照明装置４０には照明スイッチ４２が設けられており、必要のないときは、照明を切ることができる。
【００１７】
図３は、照明装置４０の電気回路を示し、電源４３と照明スイッチ４２と発光部４１が電気的に接続される。ここで、電源４３には電池を用いる。照明スイッチ４２はＯＮ／ＯＦＦ型のオルタネートスイッチ（交互入り切りスイッチ）で、発光部４１の発光ＯＮ／ＯＦＦを切りかえる。
発光部４１は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を平面状に配置して用いる。ここでは回路の簡略化のために、電流制限抵抗内蔵型の発光ダイオードを用いているので、図示の回路のように電池に直結可能となっている。
【００１８】
被測定物の三次元座標値を測定するに際して、作業者は被測定物および表面性状測定プローブ２０からある程度離れた位置からジョイスティックを操作して測定作業を行うために、表面性状測定プローブ２０の接触球付近の明るさが十分でなく、被測定物の測定位置の確認が十分できない場合がある。このような場合は、照明スイッチ４２をＯＮ位置に切換えて発光部４１を発光させて接触球付近を照明することによって、操作性が向上する。
【００１９】
この実施形態によれば次の効果がある。
（１）表面性状測定プローブ２０の近傍に可視領域の照明光を照射する照明装置４０を備え、表面性状測定プローブ２０の接触球（測定部）を局部に限定して照明したので、照明装置４０の発熱低減化、重量軽減化が可能となり、この照明装置４０の照明によって被測定物の測定に際して測定部位の確認が容易となり、表面性状測定プローブ２０を被測定物へ衝突させるなどの問題の発生を回避できる。
（２）照明装置４０の発光部４１として、発熱の少ないＬＥＤを用いたので、有害な発熱の影響を軽減でき、表面性状測定プローブ２０や被測定物の温度不均一化を防止できる。
（３）照明装置４０を表面性状測定プローブ２０の近傍に設けて局所照明としたので、より少ない照明電力で接触球近辺の照明が行える。
【００２０】
（４）照明光の照明方向を調整可能としたので、長さの異なる表面性状測定プローブ２０を用いた場合でも、測定部の局所照明が効果的に行える。
（５）照明装置４０を着脱可能としたので、被測定物と照明装置４０が干渉する場合でも、測定に支障を来さない。
（６）照明装置４０を着脱可能としたので、異なるタイプの照明装置４０を用いることが容易にできる。
（７）照明装置４０を着脱可能としたので、必要に応じて手持ち照明が可能である。
（８）照明装置４０の電源として電池を用いたので、電源コードを接続する必要がなく、取扱いが容易になる。
【００２１】
このように本発明によれば、照明装置の発熱の影響を回避して、表面性状測定プローブ２０の接触球付近の局所照明を効果的に行うことができるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、発光部４１は複数の発光ダイオードを平面状に配置したが、これらの発光ダイオードは立体状に配置しても良いし、発光ダイオードの数は１つでも良い。さらに、発光ダイオードに代えて、エレクトロルミネッセンスなどの消費電力の少ない発光体でも良い。
【００２２】
また、照明光の集光のために、レンズによる光学系を設けても良い。
さらに、照明光の発散のために、拡散フィルタを設けても良い。さらに、発光部にレーザダイオードを用いて、拡散させる構成でも良い。
また、照明光の照明方向を調整可能とするために、球面軸受けを用いたが、これに代えてフレキシブルチューブを用いても良い。
さらに、電源として電池を用いたが、この電池は充電可能な電池であっても良い。
【００２３】
また、電池に代えて、プローブアダプタから電磁誘導によって非接触給電を受けるものであっても良く、配線に支障のない構成であれば、有線による給電であっても良い。
さらに、照明スイッチ４２はＯＮ／ＯＦＦ型のオルタネートスイッチを用いたが、これを押しボタンスイッチとし、さらに限時回路を付加して、押しボタンスイッチが押されてから所定時間の間のみ照明が点灯し、その後は自動的に消灯するものであっても良い。
また、この表面性状測定プローブ２０を用いる測定機は三次元座標測定機の場合のみを示したが、真円度測定機、輪郭形状測定機、表面粗さ測定機などであっても良い。
【００２４】
さらに、被測定物から反射された可視領域の光に基づいて被測定物の表面性状を測定するプローブと、被測定物から反射された可視領域の光に基づかずに該被測定物の表面性状を測定するプローブとを併用する表面性状測定機であっても良い。
また、発光部４１の取付は、断熱部材を介して照明装置４０へ取り付けることによって、表面性状測定プローブ２０への熱の伝導を防止するものであっても良い。
さらに、発光部４１は、放熱部材によって発熱した熱を冷却し、表面性状測定プローブ２０への熱の伝導を防止するものであっても良い。
また、照明装置４０はプローブアダプタ１０へ取り付ける構成としたが、表面性状測定プローブ２０に取り付ける構成でも良い。
さらに、
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる表面性状測定プローブおよびこれを用いた表面性状測定機によれば、測定精度に悪影響を与えることなく表面性状測定プローブの測定部の局所照明が可能になるので、被測定物の測定および測定の段取りが容易に行えるほか、プローブの被測定物への衝突を防止できるので安全性の高い測定を行えるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる表面性状測定機のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる表面性状測定プローブの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる表面性状測定プローブの電気回路である。
【符号の説明】
１    三次元座標測定機
２    三次元座標測定機本体
３    制御装置
２０  表面性状測定プローブ
３０  接触球
４０  照明装置
４１  発光部
４２  照明スイッチ
【図１】
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【図２】
2004205219.tif 000004
【図３】
2004205219.tif 000005