(57)【要約】【課題】表面形状測定装置のＺ軸案内装置の高さをコンパクトにするとともに、Ｚ軸案内装置本体の重量を減らす。【解決手段】先端に測定用検出部を保持した軸が案内装置本体に対し上下方向に移動可能となっており、軸の自重との釣り合いをとる付勢手段が設けられている表面形状測定装置のＺ軸案内装置。案内装置本体には第１の巻き掛け運動伝達支持部材と第２の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定され、付勢手段の一端には第３の巻き掛け運動伝達支持部材と第４の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定される。軸に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材が第１の巻き掛け運動伝達支持部材、第３の巻き掛け運動伝達支持部材、第２の巻き掛け運動伝達支持部材、第４の巻き掛け運動伝達支持部材の順で巻き掛けられ、巻き掛け運動伝達部材の他端が案内装置本体に固定される。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に測定用検出部を保持した軸が案内装置本体に対し上下方向に移動可能となっているとともに、前記軸の自重との釣り合いをとる付勢手段が設けられている表面形状測定装置のＺ軸案内装置において、
前記案内装置本体には第１の巻き掛け運動伝達支持部材と第２の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定され、
前記付勢手段の一端には第３の巻き掛け運動伝達支持部材と第４の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定され、
前記軸に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材が前記第１の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第３の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第２の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第４の巻き掛け運動伝達支持部材の順で巻き掛けられ、該巻き掛け運動伝達部材の他端が前記案内装置本体に固定されることを特徴とする表面形状測定装置のＺ軸案内装置。
【請求項２】
前記付勢手段は前記案内装置本体に固定される固定部と、該固定部と摺動可能な移動部とよりなっている請求項１に記載の表面形状測定装置のＺ軸案内装置。
【請求項３】
前記付勢手段がシリンダ部材である請求項１又は２に記載の表面形状測定装置のＺ軸案内装置。
【請求項４】
前記付勢手段が鉛直線に対し所定の傾斜角度をもって配されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置のＺ軸案内装置。
【請求項５】
前記表面形状測定装置が三次元座標測定装置である請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面形状測定装置のＺ軸案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面形状測定装置のＺ軸案内装置に係り、特に、先端に測定用検出部を保持した軸の自重との釣り合いがとられるとともに、コンパクトな外形とできる表面形状測定装置のＺ軸案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、表面形状測定装置としては、表面粗さ測定装置（たとえば、東京精密社製、商品名：サーフコム）、輪郭形状測定装置（たとえば、東京精密社製、商品名：コンターレコード）、真円度測定装置（たとえば、東京精密社製、商品名：ロンコム）、三次元座標測定装置等が知られている。
【０００３】
これらの表面形状測定装置の多くは、接触式の触針（プローブ）を被測定物の表面に接触させながら、触針と被測定物とを相対移動させ、これにより被測定物の表面形状を測定している。このうち、真円度測定装置、三次元座標測定装置等においては、触針のＺ軸移動（鉛直線方向移動）の機構が必要となる。
【０００４】
図５は、真円度測定装置２００のスタンド２１０の概略断面図（右側断面図）であり、Ｚ方向案内手段２４４の構成を説明するものである。このＺ方向案内手段２４４は、カップリング２５０を介してモータ２５２に連結されたねじ軸２１４の回転により移動子２１６に固定された、ねじ軸２１４と螺合するナット部材が駆動されることにより構成される。
【０００５】
真円度測定装置２００では、プーリ２３４、２３４をＺ方向案内手段２４４の上端部の近傍に設け、これにワイヤ２３２を巻き掛けて、移動子２１６等とバランスウェイト２３０との釣り合いを取る構成が採用されている。
【０００６】
すなわち、スタンド２１０の内部前方（図５では、左方）には、Ｚ方向案内手段２４４が鉛直に配設されている。そして、移動子２１６にはＸ方向移動手段２４６（図では想像線で表示）を支持するＺ方向テーブル２４１が固着されている。移動子２１６及びＸ方向移動手段２４６の合計重量と釣り合う重量のバランスウェイト２３０は、鉛直に配設された軸２３１に貫通され上下移動が可能な状態で、Ｚ方向案内手段２４４の上端部の近傍に設けられるプーリ２３４、２３４を介してワイヤ２３２により移動子２１６と連結されている。
【０００７】
このような構成によれば、移動子２１６の自重及び移動子２１６に取り付けられている他の構成部材（本例ではＺ方向テーブル２４１及びＸ方向移動手段２４６）の合計重量と略同一重量のバランスウェイト２３０により釣り合いがとれる。したがって、移動子２１６の自重等による影響はなく、駆動推力が変動を受けにくく案内精度誤差を生じさせない。
【０００８】
一方、三次元座標測定装置においては、Ｚ方向案内手段の釣り合いを取る構成でバランスウェイトが使用されず、エアシリンダが採用されることが多い（たとえば、特許文献１参照。）。この理由は、先端に測定用検出部を保持した軸を上下方向に案内するＺ軸案内装置本体の重量を極力減らし、コンパクトにすると言う要求によるところが多い。
【０００９】
すなわち、三次元座標測定装置においては、測定用検出部を手動により被測定物に接触させる使用方法が多く採られ、この作業を容易とするためには、Ｚ軸案内装置本体の重量を極力減らし、コンパクトにすることが有効だからである。
【００１０】
図６に示されるような三次元座標測定装置のＺ軸案内装置１において、エアシリンダ３が採用され、かつ、動滑車と定滑車とが組み合わされ、装置本体の重量を極力減らし、また装置本体高さをコンパクトにする工夫がなされている。
【００１１】
図６において、先端に図示しない測定用検出部を保持した軸２が案内装置４に対し上下方向に移動可能となっており、ワイヤ５を介して自重との釣り合いが取られる。Ｚ軸案内装置１の装置本体内の上部には定滑車６、７が左右の所定距離をおいて固定されており、装置本体内下部に固定されたエアシリンダ３のシリンダロッド８の先端には動滑車９が固定されている。軸２の上端に一端が固定されたワイヤ５が定滑車６、定滑車７、動滑車９の順で巻き掛けられ、ワイヤ５の他端が装置本体内の上部に固定される。
【００１２】
この構成によれば、軸２の作動距離はエアシリンダ３のシリンダロッド８の作動距離の２倍となる。これにより、エアシリンダ３の長さを短いものとすることができ、その結果、装置の高さをコンパクトにできる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−２０１００３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の三次元座標測定装置においても、設置場所の制約、特に天井高さの制約を受けない、よりコンパクトな設計が求められており、Ｚ軸案内装置においても、装置の高さをコンパクトにするとともに、一層の装置本体の重量を極力減らすことが求められている。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、上記従来よりの課題を達成できる表面形状測定装置のＺ軸案内装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、先端に測定用検出部を保持した軸が案内装置本体に対し上下方向に移動可能となっているとともに、前記軸の自重との釣り合いをとる付勢手段が設けられている表面形状測定装置のＺ軸案内装置において、前記案内装置本体には第１の巻き掛け運動伝達支持部材と第２の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定され、前記付勢手段の一端には第３の巻き掛け運動伝達支持部材と第４の巻き掛け運動伝達支持部材とが固定され、前記軸に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材が前記第１の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第３の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第２の巻き掛け運動伝達支持部材、前記第４の巻き掛け運動伝達支持部材の順で巻き掛けられ、該巻き掛け運動伝達部材の他端が前記案内装置本体に固定されることを特徴とする表面形状測定装置のＺ軸案内装置を提供する。
【００１７】
本発明によれば、軸に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材が、装置本体に固定された第１の巻き掛け運動伝達支持部材、付勢手段の一端に固定された第３の巻き掛け運動伝達支持部材、装置本体に固定された第２の巻き掛け運動伝達支持部材、付勢手段の一端に固定された第４の巻き掛け運動伝達支持部材の順で巻き掛けられ、この巻き掛け運動伝達部材の他端が案内装置本体に固定される。これにより、軸の作動距離は付勢手段の作動距離の４倍となる。その結果、装置の高さを大幅にコンパクト化できる。
【００１８】
なお、「表面形状測定装置」とは、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、三次元座標測定装置等で代表される、被測定物の表面に沿って検出部を相対移動させることにより、この被測定物の表面形状の測定を行う装置を指し、物体の外表面のみならず、たとえば、円筒物の内周面等の測定を行う装置をも含むものである。
【００１９】
また、「検出部」とは、一般的には触針（プローブ）を被測定物の表面に接触させながら測定する接触式の検出部が採用されるが、これに限られず、非接触式の検出部、たとえば、レーザ方式の検出部等も含むものである。
「巻き掛け運動伝達部材」とは、機構学での巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、ベルト、チェーン、ワイヤ等が該当する。また、「巻き掛け運動伝達支持部材」とは、同じく巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、プーリ、ベルト車、スプロケット等が該当する。
【００２０】
本発明において、前記付勢手段は前記案内装置本体に固定される固定部と、該固定部と摺動可能な移動部とよりなっていることが好ましい。また、本発明において、前記付勢手段がシリンダ部材であることが好ましい。このように付勢手段が固定部と移動部とよりなっていれば、本発明の効果が一層発揮できるからである。
【００２１】
また、本発明において、前記付勢手段が鉛直線に対し所定の傾斜角度をもって配されていることが好ましい。このように付勢手段、たとえばエアシリンダが鉛直線に対し所定の傾斜角度をもって配されていれば、構成部材との干渉が避けられ、案内装置本体をよりコンパクトなものとできる効果が得られ、また、巻き掛け運動伝達部材の巻き掛け角度を大きくできる効果も得られるからである。
【００２２】
ここで、「鉛直線」とは、重力の方向、すなわち物体を吊り下げた糸の示す方向の直線（以上、広辞苑より。）を意味する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って、本発明に係る表面形状測定装置のＺ軸案内装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、三次元座標測定装置１０の全体を示す斜視図であり、図２及び図３は、図１に示した三次元座標測定装置１０のＺ軸案内装置１８の構成を示す要部断面図である。
【００２４】
三次元座標測定装置１０は、装置架台１２と、定盤１４と、門型支柱１６と、Ｚ軸案内装置１８と、軸２０と、測定用検出部２２等とで構成される。装置架台１２の上には定盤１４が固定され、定盤１４の両側辺近傍には門型支柱１６のガイド部１６Ａ、１６Ａが前後方向（Ｘ方向）に摺動自在に係合する。門型支柱１６のビーム部１６ＢにはＺ軸案内装置１８が左右方向（Ｙ方向）に摺動自在に係合する。Ｚ軸案内装置１８において、軸２０が案内装置本体に対し上下方向に移動可能となっている。
【００２５】
図２及び図３において、案内装置本体は、各構成部材を固定するシャーシ３０と外表面を覆うカバー１８Ａとより構成される。シャーシ３０の下部には、軸２０の案内部材であるエア軸受３２が固定されている。エア軸受３２には図示しないエア供給手段より所定流量のエアが供給され、非接触状態で軸２０を上下方向（Ｚ軸方向）へ案内する。なお、エア軸受３２に代えて転がり軸受（ボールスプライン）を使用することもできる。
【００２６】
シャーシ３０の中央部の右側には、付勢手段としてのシリンダ部材であるエアシリンダ３４が固定されている。エアシリンダ３４は、案内装置本体のシャーシ３０に固定される固定部であるシリンダ本体３４Ａと、シリンダ本体３４Ａと摺動可能な移動部であるシリンダロッド３６とよりなっている。また、エアシリンダ３４は、鉛直線に対し所定の傾斜角度θをもって配されている。傾斜角度θに特に制限はないが、１０〜４５度の範囲が好ましく採用でき、２０〜３５度の範囲がより好ましく採用できる。
【００２７】
エアシリンダ３４のシリンダロッド３６の先端には、ステー３８が固定され、ステー３８には、第３の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４０と第４の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４２が、左右に並んで回動自在に固定されている。
【００２８】
シャーシ３０の上部には、第１の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４４と第２の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４６が、それぞれ左下、右上の位置に並んで回動自在に固定されている。
【００２９】
軸２０に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材であるワイヤ５０がプーリ４４、プーリ４０、プーリ４６、プーリ４２の順で巻き掛けられ、ワイヤ５０の他端がシャーシ３０の上部に固定されている。
【００３０】
以上に説明した構成により、プーリ４４とプーリ４６は定滑車として機能し、プーリ４０とプーリ４２は動滑車として機能する。その結果、軸２０の作動距離はエアシリンダ３４のシリンダロッド３６の作動距離の４倍となる。これにより、エアシリンダ３４の長さを非常に短いものとすることができ、その結果、装置の高さをコンパクトにできる。
【００３１】
この効果は、図６に示される、シリンダロッド８の作動距離を軸２の作動距離の１／２とできる従来例の構成に比べて、カバー１８Ａの上端部の高さを低くできるのみならず、カバー１８Ａの下端部の高さを高くでき、その結果、カバー１８Ａを従来例よりコンパクトにできる。
【００３２】
図２及び図３に示される本実施の形態において、エアシリンダ３４が鉛直線に対し所定の傾斜角度θをもって配されており、その結果、カバー１８Ａを従来例よりコンパクトにできる効果も得られている。すなわち、エアシリンダ３４を鉛直線に対し所定の傾斜角度θをもって配することにより、後述する図４に示される他の実施の形態、及び、図６に示される従来例の構成よりプーリ（定滑車）を１個省略でき、その分だけエアシリンダ３４等を左方に寄せることができ、カバー１８Ａのコンパクト化が図れる。
【００３３】
また、エアシリンダ３４を鉛直線に対し所定の傾斜角度θをもって配することにより、図４に対し図２及び図３のようにプーリ（定滑車）を１個省略する構成とした場合、ワイヤ５０のプーリ４４への巻き掛け角度を大きくできる効果も得られる。
【００３４】
更に、図２及び図３に示される構成のＺ軸案内装置１８において、ワイヤ５０の一端が軸２０の下端部の近傍に固定されている。このようにすることにより、エアシリンダ３４のシリンダロッド３６を下端まで移動させた場合には、図２に示されるように、軸２０がＺ軸案内装置１８内に略収納される。一方、エアシリンダ３４のシリンダロッド３６を上端まで移動させた場合には、図３に示されるように、軸２０のうちエア軸受３２により支持される箇所以外の部分は、Ｚ軸案内装置１８より露出する。したがって、軸２０を含めたＺ軸案内装置１８の高さを非常にコンパクトにできる。
【００３５】
図２及び図３に示されるＺ軸案内装置１８において、他の構成部材として、信号線ガイド５２が設けられている。信号線ガイド５２は、測定用検出部２２（図１参照）よりの信号線をシャーシ３０の側へ導く作用を果たす。
【００３６】
次に、Ｚ軸案内装置１８の作用について説明する。三次元座標測定装置１０を起動すると、図示しないエア源から圧縮エアが供給され、エア軸受３２が機能できるようになる。また、エア源より図示しないエアレギュレータを経てエアシリンダ３４に供給される圧縮エアにより、軸２０の自重とエアシリンダ３４の引張り力（付勢力）との釣り合いが取られる。
【００３７】
したがって、図２及び図３に示される状態での軸２０の上下方向の動きはなく、手動により軸２０を上下方向に移動させるのは容易であり、手動により軸２０を上下方向に移動させた後、手を離した状態で軸２０の上下位置の変動はない。これにより、三次元座標測定装置１０としての正常な機能が確保できる。
【００３８】
また、図１に示される操作部１０Ａ等を介して自動による動作を行う際には、プーリ４４を主駆動軸とすればよく、これによりエアシリンダ３４が駆動されるが、この際もシリンダロッド３６の作動距離は軸２０の作動距離の１／４であり、駆動は容易である。
【００３９】
次に、図４に示される要部断面図により、本発明に係る表面形状測定装置のＺ軸案内装置の他の実施の形態について説明する。なお、図２及び図３と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
このＺ軸案内装置１８においては、エアシリンダ３４が鉛直線方向に配されている。そのため、第３の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４０と第１の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４４との水平距離が大きくなり、プーリ４０とプーリ４２に加わる力がアンバランスとなることより、これに対処すべく、第１の巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ４４を複数とした。
【００４１】
すなわち、図４に示されるように、プーリ４４Ａとプーリ４４Ｂとを左右に並べて設け、両者にワイヤ５０を巻き掛ける構成とした。これによっても、図２及び図３に示される構成のＺ軸案内装置１８と略同様の機能が得られる。
【００４２】
以上、本発明に係る表面形状測定装置のＺ軸案内装置の実施形態の各例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たとえば、実施形態の例では、動滑車であるプーリ４０、プーリ４２、及び定滑車であるプーリ４４、プーリ４６を、いずれも別の軸に設けたが、動滑車であるプーリ４０、プーリ４２同士を同軸に、また、定滑車であるプーリ４４、プーリ４６同士を同軸に設ける構成も採用できる。このような構成を採用すれば、Ｚ軸案内装置１８の一層のコンパクト化が図れる。
【００４３】
また、発明の実施形態の例では、動滑車であるプーリを２個と定滑車であるプーリを２個組み合わせる構成を採用したが、更に動滑車であるプーリと定滑車であるプーリを増やす構成をも採用できる。このような構成を採用すれば、一層シリンダ部材の作動距離を短くでき、Ｚ軸案内装置１８の一層のコンパクト化が図れる。
【００４４】
本発明の実施形態の例では、付勢手段としてエアシリンダ３４のみを示したが、これ以外の各種の付勢手段も採用できる。案内装置本体に固定される固定部と、この固定部と摺動可能な移動部とよりなっている付勢手段としては、たとえば各種のばね部材が採用できる。また、単にバランスウェイトを付勢手段として採用することもできる。
【００４５】
また、本発明の実施形態の例では、三次元座標測定装置について説明したが、真円度測定装置等の他の表面形状測定装置に適用することもできる。このような表面形状測定装置においても本発明の効果が得られるからである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸に一端が固定された巻き掛け運動伝達部材が、装置本体に固定された第１の巻き掛け運動伝達支持部材、付勢手段の一端に固定された第３の巻き掛け運動伝達支持部材、装置本体に固定された第２の巻き掛け運動伝達支持部材、付勢手段の一端に固定された第４の巻き掛け運動伝達支持部材の順で巻き掛けられ、この巻き掛け運動伝達部材の他端が案内装置本体に固定される。これにより、付勢手段の軸の作動距離は付勢手段の作動距離の４倍となる。その結果、装置の高さを大幅にコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面形状測定装置の全体を示す斜視図
【図２】図１に示した表面形状測定装置のＺ軸案内装置の構成を示す要部断面図
【図３】図１に示した表面形状測定装置のＺ軸案内装置の構成を示す要部断面図
【図４】表面形状測定装置のＺ軸案内装置の他の構成を示す要部断面図
【図５】真円度測定装置のスタンドの概略断面図
【図６】従来の三次元座標測定装置のＺ軸案内装置
【符号の説明】
１０…三次元座標測定装置、１２…装置架台、１４…定盤、１６…門型支柱、１８…Ｚ軸案内装置、２０…軸、２２…測定用検出部、３４…エアシリンダ（付勢手段）、４０…プーリ（第３の巻き掛け運動伝達支持部材）、４２…プーリ（第４の巻き掛け運動伝達支持部材）、４４…プーリ（第１の巻き掛け運動伝達支持部材）、４６…プーリ（第２の巻き掛け運動伝達支持部材）、５０…ワイヤ（巻き掛け運動伝達部材）
【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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【図６】
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