特許 6366926 産業機械及びその伸縮量測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6366926

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】産業機械及びその伸縮量測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20180723BHJP

   G01B 21/32 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/00 L

   G01B21/00 C

   G01B21/32

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-232675(P2013-232675)

(22)【出願日】2013年11月11日

(65)【公開番号】特開2015-94610(P2015-94610A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】境 久嘉

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１７２７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１７２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１８３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１８５９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００６６８３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構と、
前記移動機構の構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材と、
温度変化による前記構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記低熱膨張部材を基準として測定する伸縮量測定手段と
を具備し、
前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含み、
前記移動機構は、
前記ワークが設置されるベース上面が形成されたベースと、
前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するブリッジ構造であるＹキャリッジと、
前記Ｙキャリッジに支持され、前記Ｙキャリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、
前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムと
を備え、
前記ベース上面は前記Ｚ軸方向に直交し、
前記Ｙキャリッジは、
前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設され、前記Ｘ軸方向に互いに離れたコラム及びサポータと、
前記コラム及び前記サポータに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームと
を備え、
前記低熱膨張部材は、
前記コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、
前記サポータを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材と
を含み、
前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、
前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器と
を更に具備し、
前記第１低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備え、
前記第１下端部は、前記コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記コラムの熱膨脹差により前記コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第２低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備え、
前記第２下端部は、前記サポータの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記サポータの熱膨脹差により前記サポータに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記伸縮量測定手段は、
前記第１上端部を基準として前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第２上端部を基準として前記サポータの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記ベース上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記Ｚスケールの熱膨張係数は、前記Ｚラムの熱膨張係数よりも小さく、
前記Ｚスケールは、前記プローブ又は前記工具側の端部が固定されている
産業機械。

【請求項2】

前記低熱膨張部材は、前記コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第３低熱膨張部材を更に含み、
前記第１低熱膨張部材は、前記コラムの第１位置に配置され、
前記第３低熱膨張部材は、前記第１位置から前記Ｙ軸方向に離れた前記コラムの第２位置に配置され、
前記伸縮量測定手段は、
前記第１位置における前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第１低熱膨張部材を基準として測定し、
前記第２位置における前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第３低熱膨張部材を基準として測定する
請求項１に記載の産業機械。

【請求項3】

直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構と、
前記移動機構の構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材と、
温度変化による前記構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記低熱膨張部材を基準として測定する伸縮量測定手段と
を具備し、
前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含み、
前記移動機構は、
ベースと、
前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するＹテーブルと、
前記ベースに固定された固定ブリッジと、
前記固定ブリッジに支持され、前記固定ブリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、
前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムと
を備え、
前記ワークが設置されるテーブル上面が前記Ｙテーブルに形成され、
前記テーブル上面は前記Ｚ軸方向に直交し、
前記固定ブリッジは、
前記Ｙテーブルを前記Ｘ軸方向に跨ぐ両側で前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設された第１コラム及び第２コラムと、
前記第１コラム及び前記第２コラムに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームと
を備え、
前記低熱膨張部材は、
前記第１コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、
前記第２コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材と
を含み、
前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、
前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器と
を更に具備し、
前記第１低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備え、
前記第１下端部は、前記第１コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記第１コラムの熱膨脹差により前記第１コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第２低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備え、
前記第２下端部は、前記第２コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記第２コラムの熱膨脹差により前記第２コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記伸縮量測定手段は、
前記第１上端部を基準として前記第１コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第２上端部を基準として前記第２コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記テーブル上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記Ｚスケールの熱膨張係数は、前記Ｚラムの熱膨張係数よりも小さく、
前記Ｚスケールは、前記プローブ又は前記工具側の端部が固定されている
産業機械。

【請求項4】

前記低熱膨張部材は、前記構成要素の内部に形成された空洞に配置される
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の産業機械。

【請求項5】

前記伸縮量測定手段は、接触測定子を有する差動トランス式変位計、渦電流式変位計、静電容量式変位計、又は光学式変位計を含む
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の産業機械。

【請求項6】

前記低熱膨張部材の温度を検出する温度検出センサと、
前記温度、前記低熱膨張部材の熱膨脹係数、及び基準温度における前記低熱膨張部材の寸法に基づいて前記低熱膨張部材の伸縮量を算出し、前記低熱膨張部材の前記伸縮量に基づいて前記構成要素の前記伸縮量を補正する伸縮量補正手段と
を更に具備する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の産業機械。

【請求項7】

直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構を備える産業機械の伸縮量測定方法であって、
温度変化による前記移動機構の構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材を基準として測定し、
前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含み、
前記移動機構は、
前記ワークが設置されるベース上面が形成されたベースと、
前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するブリッジ構造であるＹキャリッジと、
前記Ｙキャリッジに支持され、前記Ｙキャリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、
前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムと
を備え、
前記ベース上面は前記Ｚ軸方向に直交し、
前記Ｙキャリッジは、
前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設され、前記Ｘ軸方向に互いに離れたコラム及びサポータと、
前記コラム及び前記サポータに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームと
を備え、
前記低熱膨張部材は、
前記コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、
前記サポータを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材と
を含み、
前記産業機械は、
前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、
前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器と
を更に具備し、
前記第１低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備え、
前記第１下端部は、前記コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記コラムの熱膨脹差により前記コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第２低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備え、
前記第２下端部は、前記サポータの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記サポータの熱膨脹差により前記サポータに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第１上端部を基準として前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第２上端部を基準として前記サポータの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記ベース上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記Ｚスケールの熱膨張係数は、前記Ｚラムの熱膨張係数よりも小さく、
前記Ｚスケールは、前記プローブ又は前記工具側の端部が固定されている
産業機械の伸縮量測定方法。

【請求項8】

直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構を備える産業機械の伸縮量測定方法であって、
温度変化による前記移動機構の構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材を基準として測定し、
前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含み、
前記移動機構は、
ベースと、
前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するＹテーブルと、
前記ベースに固定された固定ブリッジと、
前記固定ブリッジに支持され、前記固定ブリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、
前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムと
を備え、
前記ワークが設置されるテーブル上面が前記Ｙテーブルに形成され、
前記テーブル上面は前記Ｚ軸方向に直交し、
前記固定ブリッジは、
前記Ｙテーブルを前記Ｘ軸方向に跨ぐ両側で前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設された第１コラム及び第２コラムと、
前記第１コラム及び前記第２コラムに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームと
を備え、
前記低熱膨張部材は、
前記第１コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、
前記第２コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材と
を含み、
前記産業機械は、
前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、
前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器と
を更に具備し、
前記第１低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備え、
前記第１下端部は、前記第１コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記第１コラムの熱膨脹差により前記第１コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第２低熱膨張部材は、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備え、
前記第２下端部は、前記第２コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定され、
前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記第２コラムの熱膨脹差により前記第２コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容され、
前記第１上端部を基準として前記第１コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第２上端部を基準として前記第２コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、
前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記テーブル上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致し、
前記Ｚスケールの熱膨張係数は、前記Ｚラムの熱膨張係数よりも小さく、
前記Ｚスケールは、前記プローブ又は前記工具側の端部が固定されている
産業機械の伸縮量測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの測定又は加工に用いられる産業機械及びその伸縮量測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークの測定に用いられる産業機械である三次元測定機（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）は、互いに直交する三軸にそれぞれ対応する案内と、案内に沿って移動する可動体と、可動体の移動量を測定するためのスケールと、測定対象であるワークとの接触を検知するプローブを備え、各軸方向の移動量からプローブの三次元座標値を求めることができる。三次元測定機の構造形態には多くのバリエーションが存在するが、ブリッジ移動形三次元測定機が最も普及している。

【0003】

ブリッジ移動形三次元測定機は、互いに直交する三軸にそれぞれ対応する駆動案内機構をシリアルに積み上げた構造を有している。すなわち、ブリッジ移動形三次元測定機は、ベースと、Ｙキャリッジと、Ｘスライダと、Ｚラムとを備える。ベースには、Ｙ軸方向に延びるＹレールが固定されている。Ｙキャリッジは、Ｙレールに案内されてベース上面を移動可能なブリッジ構造に形成されている。Ｙキャリッジは、コラムと、サポータと、コラム及びサポータに支持されてＸ軸方向に延びるＸビームとを備える。Ｘスライダは、Ｘビームに案内されて移動可能である。Ｚラムは、Ｘスライダに設けられたガイド部に案内されてＺ軸方向に移動可能であり、且つ、プローブを保持する。

【0004】

ブリッジ移動形三次元測定機は、Ｘスケール、Ｙスケール、及びＺスケールを用いてプローブの各軸方向の位置を測定する。例えば、Ｘスライダに設けられたＺ検出器でＺラムに固定されたＺスケールの値を読み取ることで、Ｚ軸方向の位置を測定する。尚、三次元測定機が備えるＸスケール、Ｙスケール、及びＺスケールで構成される三次元座標系を「機械座標系」と称している。

【0005】

ところで、特許文献１では、ブリッジ移動形三次元測定機のＸスケール、Ｙスケール、及びＺスケールに温度センサを装着し、環境温度の変化によってスケール材質固有の熱膨脹係数に応じてスケールが伸縮する場合でも、温度補正機能によってスケールの伸縮量を補正している。しかし、スケール以外の構成部品であるコラムやサポータが温度変化によりＺ軸方向に伸縮すると、Ｘスライダを案内するＸビームがコラム及びサポータによって支持されているため、Ｘスライダに設けられたＺ検出器がＺ軸方向に変位する。その結果、プローブの座標値にＺ軸方向の誤差が発生するという課題がある。

【0006】

特許文献２は、特許文献１の課題に着目してなされた発明を開示している。すなわち、特許文献２では、温度変化によるコラム及びサポータの伸縮に起因するＺ検出器のＺ軸方向の変位に対応するため、コラム及びサポータに温度検出センサを設けて温度を測定している。そして、コラム及びサポータの温度及び熱膨脹係数に基づいてコラム及びサポータのＺ軸方向の伸縮量の推定値を算出し、推定値に基づいて補正を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００１−２１３０３号公報

【特許文献2】特開２０１２−５３０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献２に開示された補正方法を実施するにあたっては、コラム及びサポータの温度及び熱膨脹係数から算出される伸縮量の推定値が必ずしも実態を反映せず、伸縮量の推定値に不確かさが存在するという課題がある。

【0009】

すなわち、三次元測定機のコラム及びサポータは、サイズ及び質量が大きく、温度変化に関わる時定数も大きい。そのため、コラム及びサポータの温度分布に起因する不確かさが伸縮量の推定値に存在する。例えば、温度検出センサをコラム及びサポータの表面の特定部分に配置した場合、コラム及びサポータの表面温度と内部温度との差に起因する不確かさが存在する。また、コラム及びサポータを形成する材料の公称熱膨脹係数の不確かさ及び温度検出センサの不確かさも伸縮量の推定値の不確かさの原因となる。

【0010】

本発明は、上記課題を解決するため、温度変化による伸縮量を正確に測定することができる産業機械及びその伸縮量測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の観点による産業機械は、直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構と、前記移動機構の構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材と、温度変化による前記構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記低熱膨張部材を基準として測定する伸縮量測定手段とを具備する。

【0012】

前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含んでもよい。前記移動機構は、前記ワークが設置されるベース上面が形成されたベースと、前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するブリッジ構造であるＹキャリッジと、前記Ｙキャリッジに支持され、前記Ｙキャリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムとを備えてもよい。前記ベース上面は前記Ｚ軸方向に直交する。前記Ｙキャリッジは、前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設され、前記Ｘ軸方向に互いに離れたコラム及びサポータと、前記コラム及び前記サポータに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームとを備える。この場合、前記低熱膨張部材は、前記コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、前記サポータを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材とを含むことが好ましい。前記伸縮量測定手段は、前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第１低熱膨張部材を基準として測定し、前記サポータの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第２低熱膨張部材を基準として測定することが好ましい。

【0013】

前記低熱膨張部材は、前記コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第３低熱膨張部材を更に含むことが好ましい。前記第１低熱膨張部材は、前記コラムの第１位置に配置され、前記第３低熱膨張部材は、前記第１位置から前記Ｙ軸方向に離れた前記コラムの第２位置に配置されることが好ましい。前記伸縮量測定手段は、前記第１位置における前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第１低熱膨張部材を基準として測定し、前記第２位置における前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第３低熱膨張部材を基準として測定することが好ましい。

【0014】

上記産業機械は、前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器とを更に具備してもよい。この場合、前記第１低熱膨張部材は、前記コラムの内部に形成された空洞に配置され、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備えることが好ましい。前記第１下端部は、前記コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定されることが好ましい。前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記コラムの熱膨脹差により前記コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容されていることが好ましい。前記第２低熱膨張部材は、前記サポータの内部に形成された空洞に配置され、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備えることが好ましい。前記第２下端部は、前記サポータの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定されることが好ましい。前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記サポータの熱膨脹差により前記サポータに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容されていることが好ましい。前記伸縮量測定手段は、前記第１上端部を基準として前記コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、前記第２上端部を基準として前記サポータの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定することが好ましい。前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記ベース上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致することが好ましい。前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致することが好ましい。

【0015】

前記直交三軸方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を含んでもよい。前記移動機構は、ベースと、前記ベースに支持され、前記ベースに対して前記Ｙ軸方向に移動するＹテーブルと、前記ベースに固定された固定ブリッジと、前記固定ブリッジに支持され、前記固定ブリッジに対して前記Ｘ軸方向に移動するＸスライダと、前記Ｘスライダに支持され、前記Ｘスライダに対して前記Ｚ軸方向に移動し、前記プローブ又は前記工具を保持するＺラムとを備えてもよい。前記ワークが設置されるテーブル上面が前記Ｙテーブルに形成される。前記テーブル上面は前記Ｚ軸方向に直交する。前記固定ブリッジは、前記Ｙテーブルを前記Ｘ軸方向に跨ぐ両側で前記Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設された第１コラム及び第２コラムと、前記第１コラム及び前記第２コラムに支持され、前記Ｘスライダを前記Ｘ軸方向に案内するＸビームとを備える。この場合、前記低熱膨張部材は、前記第１コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第１低熱膨張部材と、前記第２コラムを形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された第２低熱膨張部材とを含むことが好ましい。前記伸縮量測定手段は、前記第１コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第１低熱膨張部材を基準として測定し、前記第２コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を、前記第２低熱膨張部材を基準として測定することが好ましい。

【0016】

上記産業機械は、前記Ｚラムに固定され、前記Ｚ軸方向に延びるＺスケールと、前記Ｘスライダに設けられ、前記Ｚスケールの値を読み取るＺ検出器とを更に具備してもよい。この場合、前記第１低熱膨張部材は、前記第１コラムの内部に形成された空洞に配置され、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第１上端部及び第１下端部を備えることが好ましい。前記第１下端部は、前記第１コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定されることが好ましい。前記第１上端部は、前記第１低熱膨張部材と前記第１コラムの熱膨脹差により前記第１コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容されていることが好ましい。前記第２低熱膨張部材は、前記第２コラムの内部に形成された空洞に配置され、前記Ｚ軸方向の両側にそれぞれ位置する第２上端部及び第２下端部を備えることが好ましい。前記第２下端部は、前記第２コラムの前記ベース側の端部に対して前記Ｚ軸方向に変位しないように固定されることが好ましい。前記第２上端部は、前記第２低熱膨張部材と前記第２コラムの熱膨脹差により前記第２コラムに対して前記Ｚ軸方向に自由に変位することを許容されていることが好ましい。前記伸縮量測定手段は、前記第１上端部を基準として前記第１コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定し、前記第２上端部を基準として前記第２コラムの前記Ｚ軸方向の伸縮量を測定することが好ましい。前記第１下端部及び前記第２下端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記テーブル上面の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致することが好ましい。前記第１上端部及び前記第２上端部の前記Ｚ軸方向の位置は、前記Ｚ検出器の検出基準点の前記Ｚ軸方向の位置に概ね一致することが好ましい。

【0017】

前記低熱膨張部材は、前記構成要素（例示：前記コラム、前記サポータ、前記第１コラム、前記第２コラム）の内部に空洞が形成されていない等の場合は、前記構成要素の外に配置されてもよい。

【0018】

前記伸縮量測定手段は、接触測定子を有する差動トランス式変位計、渦電流式変位計、静電容量式変位計、又は光学式変位計を含むことが好ましい。

【0019】

上記産業機械は、前記低熱膨張部材の温度を検出する温度検出センサと、前記温度、前記低熱膨張部材の熱膨脹係数、及び基準温度における前記低熱膨張部材の寸法に基づいて前記低熱膨張部材の伸縮量を算出し、前記低熱膨張部材の前記伸縮量に基づいて前記構成要素の前記伸縮量を補正する伸縮量補正手段とを更に具備することが好ましい。

【0020】

本発明の第２の観点による産業機械の伸縮量測定方法は、直交三軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ又は工具とワークを相対移動する移動機構を備える産業機械の伸縮量測定方法であって、温度変化による前記移動機構の構成要素の前記直交三軸方向の一方向の伸縮量を、前記構成要素を形成する材料よりも熱膨脹係数が小さい材料で形成された低熱膨張部材を基準として測定する。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、温度変化による伸縮量を正確に測定することができる産業機械及びその伸縮量測定方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施の形態１にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図2】実施の形態１にかかる三次元測定機の測定機本体の平面図である。

【図3】実施の形態１にかかる三次元測定機のＺ軸方向変位に関わる要素を抽出して示す図である。

【図4】実施の形態２にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図5】実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す図である。

【図6】実施の形態４にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す斜視図である。

【図7】実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す図である。

【図8A】変形例１にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8B】変形例２にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8C】変形例３にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8D】変形例４にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8E】変形例５にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8F】変形例６にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8G】変形例７にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【図8H】変形例８にかかる三次元測定機（産業機械）の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

【0024】

図１は、実施の形態１に係る産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。
図１において、三次元測定機１は、測定機本体２と、測定機本体２の駆動制御や三次元座標値の演算処理などを実行する制御部３と、被測定物であるワークＷと測定子４ａとの接触を示す信号や接触による測定子４ａの変位量の信号を制御部３に出力するプローブ４とを備える。三次元測定機１は、ブリッジ移動形三次元測定機である。また、三次元測定機１は、三軸直交座標を有するブリッジ構造形機械装置と称される場合がある。

【0025】

測定機本体２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向からなる直交三軸方向にプローブ４を移動する移動機構２ａを備える。移動機構２ａは、主な構成要素として、ベース２１、Ｙレール２１２、Ｙキャリッジ２２、Ｘスライダ２３、及びＺラム２４を備える。ベース２１は、設置床の所定の位置に設置される。Ｙレール２１２は、ベース２１に固定されＹ軸方向に延びる。Ｙキャリッジ２２は、Ｙレール２１２に沿ってベース２１のベース上面２１１を移動可能である。Ｘスライダ２３は、Ｙキャリッジ２２に支持されてＹキャリッジ２２に対してＸ軸方向に移動可能である。Ｚラム２４は、Ｘスライダ２３に支持されてＸスライダ２３に対してＺ軸方向に移動可能であり、プローブ４を保持する。

【0026】

ベース２１のベース上面２１１には、ワークＷ及びマスタボール２１３が設置される。ベース上面２１１は、Ｚ軸方向に直交する。Ｙキャリッジ２２は、ベース２１に支持され、Ｙレール２１２に案内されて、ベース２１に対してＹ軸方向に移動するブリッジ構造である。Ｙキャリッジ２２は、Ｚ軸方向に沿ってそれぞれ立設されたコラム２２２及びサポータ２２３と、Ｘ軸方向に延びるＸビーム２２１とを備える。コラム２２２及びサポータ２２３は、互いにＸ軸方向に離れている。

【0027】

Ｘビーム２２１は、コラム２２２及びサポータ２２３によって支持され、Ｘスライダ２３を案内する。Ｘスライダ２３は、Ｘビーム２２１に沿って移動可能である。Ｚラム２４は、Ｘスライダ２３の内部に設けられたガイド部に沿ってＺ軸方向に移動可能である。すわわち、移動機構２ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ４（プローブ４を保持するＺラム２４）とワークＷ（ワークＷが設置されるベース２１）を相対移動することができる。

【0028】

Ｙキャリッジ２２のＺ軸方向（鉛直方向）の重量は、コラム２２２の下端面に設けられるエアパッド２２５Ａ及び２２５Ｂと、サポータ２２３の下端面に設けられるエアパッド２２５Ｃにより、全３ヵ所で支持される。エアパッド２２５Ａ及び２２５Ｂは、互いにＹ軸方向に離れている。エアパッド２２５Ａ〜２２５Ｃの各々は、静圧気体軸受の機能を有する要素部品である。また、コラム２２２とエアパッド２２５Ａのジョイント部、コラム２２とエアパッド２２５Ｂのジョイント部、及びサポータ２２３とエアパッド２２５Ｃのジョイント部にはそれぞれ調整ねじ２２４が設けられ、Ｘスライダ２３の運動がベース上面２１１と平行になるように三点の支持高さを調整できるようになっている。

【0029】

図２は、Ｚ軸上方から見た測定機本体２を示している。エアパッド２２５Ａ〜２２５Ｃにそれぞれ対応する位置Ａ〜ＣにＺ補正基準ユニット２５が設けられている。Ｚ補正基準ユニット２５は、それぞれエアパッド２２５Ａ〜２２５Ｃの上方に設けられる。Ｚ補正基準ユニット２５は、低熱膨張部材である低熱膨張シャフト２５１と、ガイドユニット２５３とを備える。Ｚ補正基準ユニット２５については、以下に詳しく説明する。

【0030】

図１に戻って、コラム２２２及びサポータ２２３の内部には空洞が形成されている。エアパッド２２５Ａに対応する位置Ａに設けられたＺ補正基準ユニット２５は、エアパッド２２５Ａに対応する調整ねじ２２４の軸上に配置された低熱膨張シャフト２５１と、低熱膨張シャフト２５１をコラム２２２の空洞内でＺ軸方向に平行に支持するガイドユニット２５３と、低熱膨張シャフト２５１を基準として位置Ａにおけるコラム２２２のＺ軸方向の相対変位を検出する変位計２５２とを備える。

【0031】

エアパッド２２５Ｂに対応する位置Ｂに設けられたＺ補正基準ユニット２５は、エアパッド２２５Ｂに対応する調整ねじ２２４の軸上に配置された低熱膨張シャフト２５１と、低熱膨張シャフト２５１をコラム２２２の空洞内でＺ軸方向に平行に支持するガイドユニット２５３と、低熱膨張シャフト２５１を基準として位置Ｂにおけるコラム２２２のＺ軸方向の相対変位を検出する変位計２５２とを備える。

【0032】

エアパッド２２５Ｃに対応する位置Ｃに設けられたＺ補正基準ユニット２５は、エアパッド２２５Ｃに対応する調整ねじ２２４の軸上に配置された低熱膨張シャフト２５１と、低熱膨張シャフト２５１をサポータ２２３の空洞内でＺ軸方向に平行に支持するガイドユニット２５３と、低熱膨張シャフト２５１を基準として位置Ｃにおけるサポータ２２３のＺ軸方向の相対変位を検出する変位計２５２とを備える。

【0033】

低熱膨張シャフト２５１は、温度変化にロバストな低熱膨張材料により形成される。したがって、位置Ａ及びＢに配置される低熱膨張シャフト２５１を形成する材料の熱膨脹係数はコラム２２２を形成する材料の熱膨脹係数より小さく、位置Ｃに配置される低熱膨張シャフト２５１を形成する材料の熱膨脹係数はサポータ２２３を形成する材料の熱膨脹係数より小さい。

【0034】

低熱膨張シャフト２５１の下端部は、ベース上面２１１の近傍に配置され、調整ねじ２２４の頭頂部に接触している。したがって、低熱膨張シャフト２５１の下端部は、コラム２２２又はサポータ２２３の下端部（ベース２１側の端部）に対してＺ軸方向に変位しないように固定された固定端となっている。尚、低熱膨張シャフト２５１は、必ずしもエアパッド２２５Ａ〜２２５Ｃの中心軸上（調整ねじ２２４の軸上）に配置される必要はない。

【0035】

ガイドユニット２５３は、例えばストロークベアリングを備えることで、低熱膨張シャフト２５１とコラム２２２又はサポータ２２３との伸縮量の差によるＺ軸方向の相対変位を拘束することなく低熱膨張シャフト２５１を支持する。したがって、低熱膨張シャフト２５１の上端部は、低熱膨張シャフト２５１とコラム２２２又はサポータ２２３との熱膨脹差によりコラム２２２又はサポータ２２３の上端部に対してＺ軸方向に自由に変位することを許容された自由端となっている。

【0036】

変位計２５２は、コラム２２２又はサポータ２２３の上端部（例えば上面）に配置されている。コラム２２２又はサポータ２２３の上端部は、Ｘビーム２２１側の端部である。変位計２５２は、Ｚ軸方向に変位するプランジャー式の接触測定子２５２ａを備える。接触測定子２５２ａの先端は、低熱膨張シャフト２５１の上端部（例えば上端面）に接触している。変位計２５２は、例えば、差動トランス式変位計である。位置Ａに設けられた変位計２５２は、温度変化により生じた位置Ａにおけるコラム２２２のＺ軸方向の伸縮量を、位置Ａに設けられた熱膨張シャフト２５１の上端部を基準として直接測定し、測定信号を制御部３に出力する。位置Ｂに設けられた変位計２５２は、温度変化により生じた位置Ｂにおけるコラム２２２のＺ軸方向の伸縮量を、位置Ｂに設けられた熱膨張シャフト２５１の上端部を基準として直接測定し、測定信号を制御部３に出力する。位置Ｃに設けられた変位計２５２は、温度変化により生じた位置Ｃにおけるサポータ２２３のＺ軸方向の伸縮量を、位置Ｃに設けられた熱膨張シャフト２５１の上端部を基準として直接測定し、測定信号を制御部３に出力する。

【0037】

したがって、三次元測定機１の移動機構２ａの構成要素であるコラム２２２及びサポータ２２３の温度変化による伸縮量を正確に測定することができる。また、本実施の形態にかかる伸縮量の測定方法は、コラム２２２及びサポータ２２３に複数の温度検出センサを配置して温度を測定し、コラム２２２及びサポータ２２３の温度及び熱膨脹係数に基づいて伸縮量を推定する方法に比べて簡便である。

【0038】

測定機本体２は、プローブ４のＸ軸方向の移動量を測定するためのＸスケール２３１及びＸ検出器２３２と、プローブ４のＹ軸方向の移動量を測定するためのＹスケール２１４及びＹ検出器２２６と、プローブ４のＺ軸方向の移動量を測定するためのＺスケール２４１及びＺ検出器２３３とを備える。Ｘスケール２３１は、Ｘビーム２２１に固定され、Ｘ軸方向に延びている。Ｘ検出器２３２は、Ｘスライダ２３に設けられ、Ｘスケール２３１の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３に出力する。Ｙスケール２１４は、Ｙレール２１２に固定され、Ｙ軸方向に延びている。Ｙ検出器２２６は、コラム２２２に設けられ、Ｙスケール２３１の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３に出力する。Ｚスケール２４１は、Ｚラム２４に固定され、Ｚ軸方向に延びている。Ｚ検出器２３３は、Ｘスライダ２３に設けられ、Ｚスケール２４１の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３に出力する。

【0039】

制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、メモリなどを備えて構成され、記憶部３１と、変位検出部３２と、補正演算部３３とを備える。記憶部３１は、制御部３で用いられる情報を記憶する。変位検出部３２及び補正演算部３３の機能は後述する。

【0040】

図３は、温度変化によるＺ軸座標の変位を補正する機能を説明するため、三次元測定機１におけるＺ軸方向変位に関わる要素を抽出して示す。コラム２２２の高さをＬｃ、低熱膨張シャフト２５１の長さをＬｓとする。Ｚスケール２４１の固定点Ｅは、Ｚラム２４の先端部（プローブ４側の端部）に固定されている。Ｚスケール２４１の固定点Ｅ以外の部分は、温度変化によるＺスケール２４１とＺラム２４の伸縮差を逃がすことができるようにＺラム２４に装着されている。固定点Ｅは、Ｚスケール目盛検出下端と称される場合がある。Ｚスケール２４１の熱膨脹係数がＺラム２４の熱膨脹係数より小さい場合、固定点Ｅはプローブ４に近いことが好ましい。ラム２４を最下端に下した際のＺ検出器２３３の検出基準点Ｏと固定点Ｅとの距離（Ｏ−Ｅ）をＺ軸測定範囲Ｌｚとしている。Ｚ検出器２３３の検出基準点ＯのＺ軸方向の位置は、低熱膨張シャフト２５１の上端部のＺ軸方向の位置に一致している。尚、検出基準点Ｏは、スケール検出基準点と称される場合がある。

【0041】

変位検出部３２は、変位計２５２が出力した測定信号に基づいて、変位量を算出する。例えば、変位検出部３２は、コラム２２２及びサポータ２２３の伸縮に起因して生じる、Ｘスライダ２３又はＺラム２４のＺ軸方向の変位量を算出する。補正演算部３３は、変位検出部３２が算出した変位量に基づいて補正を行う。換言すると、制御部３は、温度変化によるコラム２２２及びサポータ２２３のＺ軸方向の伸縮量に基づいて、プローブ４又はワークＷの座標を算出することができる。

【0042】

通常、ワークＷ及びマスタボール２１３は、ベース上面２１１に設置される。マスタボール２１３の球中心座標が「ワーク座標系」と呼ばれるワークＷ側の座標基準点となる。したがって、特許文献１及び２に関わる技術的な問題点を言い換えると、Ｘスケール２３１、Ｙスケール２１４、及びＺスケール２４１で構成される「機械座標系」と「ワーク座標系」が温度変化に起因してＺ軸方向に相対的に変位するということである。

【0043】

以上により、Ｚ補正基準ユニット２５により測定したコラム２２２及びサポータ２２３のＺ軸方向の伸縮量を用いて温度変化によるＺ軸方向の変位を補正することができる。したがって、三次元測定機１の「機械座標系」におけるＺ座標は、コラム２２２及びサポータ２２３を低熱膨張材料で形成した場合と同等の熱的安定度を得ることができる。尚、温度変化によるプローブ長Ｌｐの伸縮量をＺ補正基準ユニット２５により補正することはできないが、プローブ長Ｌｐが比較的短いことに加え、プローブ４の筐体を低熱膨張材料で形成するなどの工夫によって、温度変化によるプローブ長Ｌｐの伸縮はほとんど問題にならない。Ｚラム２４の固定点Ｅより下側の部分及びプローブ４の温度とそれらの熱膨脹係数に基づいて、プローブ長Ｌｐの伸縮量を補正してもよい。

【0044】

更に、コラム２２２及びサポータ２２３のＺ軸方向の伸縮量を個別に測定しているため、ＸＺ平面内でのＸビーム２２１の傾き及びＸＺ平面内でのＺ軸の倒れ（Ｚ軸のＹ軸まわりの回転）を検出することができる。更に、Ｙ軸方向に互いに離れた位置Ａ及びＢにおけるコラム２２２のＺ軸方向の伸縮量を個別に測定しているため、ＹＺ平面内でのＺ軸の倒れ（Ｚ軸のＸ軸まわりの回転）を検出することができる。

【0045】

更に、固定端である低熱膨張シャフト２５１の下端部のＺ軸方向の位置がワークＷ及びマスタボール２１３が設置されるベース上面２１１のＺ軸方向の位置に概ね一致し、伸縮量測定の基準点である低熱膨張シャフト２５１の上端部のＺ軸方向の位置がＺ検出器２３３の検出基準点ＯのＺ軸方向の位置に概ね一致している。そのため、温度変化による「機械座標系」と「ワーク座標系」のＺ軸方向の相対変位をより正確に検出することができる。尚、Ｚスケール２４１とワークＷが測定中の誤操作により干渉し損傷することを防ぐためにスケール２４１を上方に配置すると、Ｚ検出器２３３も上方に配置する必要がある。このような場合、低熱膨張シャフト２５１の上端部をＸビーム２２１の内部に形成された空洞内に配置し、変位計２５２をＸビーム２２１に固定すればよい。

【0046】

更に、低熱膨張シャフト２５１がコラム２２２及びサポータ２２３の内部に形成された空洞に配置されているため、低熱膨張シャフト２５１は環境温度変化の影響を受けにくい。

【0047】

低熱膨張シャフト２５１を形成する低熱膨張材料としては、スーパインバー（ＦＮ−３１５）やインバー（ＦＮ−３６）が好適であるが、溶融石英や低熱膨張ガラスセラミックスを用いることもできる。スーパインバーやインバーで形成された低熱膨張シャフト２５１を用いることで、コラム２２２又は２２３をスーパインバーやインバーで形成した場合に比べてコストを削減できる。更に、コラム２２２及びサポータ２２３とは異なり、低熱膨張シャフト２５１にはＸビーム２２１等の重量がかからないため、高脆性材料を用いて低熱膨張シャフト２５１を形成することができる。また、低熱膨張シャフト２５１は、棒状であればよく、断面は円形に限らない。

【0048】

以上、実施の形態１に係る産業機械の例として三次元測定機１を説明した。尚、実施の形態１に係る産業機械は工作機械であってもよい。この場合、Ｚラム２４は、プローブ４又は、ワークＷを加工するための工具を保持する。

【0049】

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる産業機械を説明する。尚、実施の形態１と共通する事項の説明は省略される場合がある。以下、実施の形態２にかかる産業機械が三次元測定機の場合を説明するが、実施の形態２にかかる産業機械は工作機械であってもよい。

【0050】

図４は、実施の形態２に係る産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。
図４において、三次元測定機１０は、測定機本体２０と、測定機本体２０の駆動制御や三次元座標値の演算処理などを実行する制御部３０と、被測定物であるワークＷ（図４に示されず）と測定子との接触を示す信号や接触による測定子の変位量の信号を制御部３０に出力するプローブ４とを備える。三次元測定機１０は、固定ブリッジ形三次元測定機（ブリッジ固定テーブル移動形三次元測定機）である。また、三次元測定機１０は、三軸直交座標を有するブリッジ構造形機械装置と称される場合がある。

【0051】

測定機本体２０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向にそれぞれ平行な３つの移動軸を用いてプローブ４とワークＷを相対移動する移動機構２０ａを備える。移動機構２０ａは、主な構成要素として、ベース２０１、固定ブリッジ２２０、２本のＹレール２０２、Ｙテーブル２０４、Ｘスライダ２３、及びＺラム２４を備える。固定ブリッジ２２０は、ベース２０１のベース上面２０１ａに固定される。２本のＹレール２０２は、ベース上面２０１ａの中央部に形成された凹部に固定され、Ｙ軸方向に延びる。Ｙテーブル２０４は、２本のＹレール２０２に案内されてベース２０１上を移動可能である。Ｘスライダ２３は、固定ブリッジ２２０に支持されて固定ブリッジ２２０に対してＸ軸方向に移動可能である。Ｚラム２４は、Ｘスライダ２３に支持されてＸスライダ２３に対してＺ軸方向に移動可能であり、プローブ４を保持する。

【0052】

Ｙテーブル２０４のテーブル上面２０５には、ワークＷ及びマスタボール２１３（図４に示されず）が設置される。テーブル上面２０５は、Ｚ軸方向に直交する。テーブル上面２０５のＺ軸方向の位置は、ベース上面２０１ａのＺ軸方向の位置に概ね一致している。Ｙテーブル２０４は、２本のＹレール２０２を介してベース２０１に支持され、固定ブリッジ２２０をくぐるような態様でベース２０１に対してＹ軸方向に移動する。固定ブリッジ２２０は、Ｙテーブル２０４をＸ軸方向に跨ぐ両側でＺ軸方向に沿ってそれぞれ立設された２本のコラム２２８と、Ｘ軸方向に延びるＸビーム２２１とを備える。２本のコラム２２８は、互いにＸ軸方向に離れてベース上面２０１ａに固定されている。Ｘビーム２２１は、２本のコラム２２８に支持され、Ｘスライダ２３をＸ軸方向に案内する。

【0053】

２本のコラム２２８の内部には空洞が形成されている。コラム２２８の各々に対してＺ補正基準ユニット２５が設けられている。Ｚ補正基準ユニット２５は、コラム２２８の空洞内に配置された低熱膨張シャフト２５１と、低熱膨張シャフト２５１をコラム２２８の空洞内でＺ軸方向に平行に支持するガイドユニット２５３と、低熱膨張シャフト２５１を基準としてコラム２２８のＺ軸方向の相対変位を検出する変位計２５２とを備える。低熱膨張シャフト２５１を形成する材料の熱膨脹係数はコラム２２８を形成する材料の熱膨脹係数より小さい。

【0054】

低熱膨張シャフト２５１の下端部は、ベース上面２０１ａに接触している。したがって、低熱膨張シャフト２５１の下端部は、コラム２２８の下端部（ベース２０１側の端部）に対してＺ軸方向に変位しないように固定された固定端となっている。尚、低熱膨張シャフト２５１の下端部は、必ずしもベース上面２０１ａに支持される必要はなく、ベース上面２０１ａの近傍でコラム２２８の下端部に支持されてもよい。

【0055】

ガイドユニット２５３は、低熱膨張シャフト２５１とコラム２２８の伸縮量の差によるＺ軸方向の相対変位を拘束することなく低熱膨張シャフト２５１を支持する。したがって、低熱膨張シャフト２５１の上端部は、低熱膨張シャフト２５１とコラム２２８の熱膨脹差によりコラム２２８の上端部に対してＺ軸方向に自由に変位することを許容された自由端となっている。変位計２５２は、コラム２２８の上端部（例えば上面）に配置され、温度変化により生じたコラム２２８のＺ軸方向の伸縮量を、低熱膨張シャフト２５１の上端部を基準として直接測定し、測定信号を制御部３０に出力する。

【0056】

したがって、三次元測定機１０の移動機構２０ａの構成要素であるコラム２２８の温度変化による伸縮量を正確に測定することができる。

【0057】

測定機本体２０は、プローブ４のＸ軸方向の移動量を測定するためのＸスケール２３１及びＸ検出器２３２と、プローブ４のＹ軸方向の移動量を測定するためのＹスケール２０３及びＹ検出器２０６と、プローブ４のＺ軸方向の移動量を測定するためのＺスケール２４１及びＺ検出器２３３とを備える。Ｘ検出器２３２は、Ｘスケール２３１の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３０に出力する。Ｙスケール２０３は、ベース２０１に固定され、Ｙ軸方向に延びている。Ｙ検出器２０６は、Ｙテーブル２０４に設けられ、Ｙスケール２０３の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３０に出力する。Ｚ検出器２３３は、Ｘスライダ２３に設けられ、Ｚスケール２４１の値を読み取り、読み取り結果を示す信号を制御部３０に出力する。

【0058】

制御部３０は、記憶部３０１と、変位検出部３０２と、補正演算部３０３とを備える。制御部３０、記憶部３０１、変位検出部３０２、及び補正演算部３０３は、それぞれ、実施の形態１にかかる制御部３、記憶部３１、変位検出部３２、及び補正演算部３３に対応している。変位検出部３０２は、変位計２５２が出力した測定信号に基づいて、変位量を算出する。例えば、変位検出部３０２は、２本のコラム２２８の伸縮に起因して生じる、Ｘスライダ２３又はＺラム２４のＺ軸方向の変位量を算出する。補正演算部３０３は、変位検出部３０２が算出した変位量に基づいて補正を行う。換言すると、制御部３０は、温度変化によるコラム２２８のＺ軸方向の伸縮量に基づいて、プローブ４又はワークＷの座標を算出することができる。

【0059】

以上により、Ｚ補正基準ユニット２５により測定したコラム２２８のＺ軸方向の伸縮量を用いて温度変化によるＺ軸方向の変位を補正することができる。したがって、三次元測定機１０の「機械座標系」におけるＺ座標は、コラム２２８を低熱膨張材料で形成した場合と同等の熱的安定度を得ることができる。

【0060】

更に、２本のコラム２２８のＺ軸方向の伸縮量を個別に測定しているため、ＸＺ平面内でのＸビーム２２１の傾き及びＸＺ平面内でのＺ軸の倒れ（Ｚ軸のＹ軸まわりの回転）を検出することができる。更に、固定端である低熱膨張シャフト２５１の下端部のＺ軸方向の位置がワークＷ及びマスタボール２１３が設置されるテーブル上面２０５のＺ軸方向の位置に概ね一致し、伸縮量測定の基準点である低熱膨張シャフト２５１の上端部のＺ軸方向の位置がＺ検出器２３３の検出基準点ＯのＺ軸方向の位置に概ね一致している。そのため、温度変化による「機械座標系」と「ワーク座標系」のＺ軸方向の相対変位をより正確に検出することができる。

【0061】

（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニットを説明する。尚、実施の形態１及び２と共通する事項の説明は省略される場合がある。
図５は、実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す図である。実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニット２５は、実施の形態１及び２のいずれにも適用することができる。図５は、実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニット２５をコラム２２８に設けた例を示しているが、コラム２２２又はサポータ２２３に設けることも可能である。

【0062】

実施の形態３にかかるＺ補正基準ユニット２５は、低熱膨張シャフト２５１に取り付けられた温度検出センサ２５４を備える。温度検出センサ２５４は、低熱膨張シャフト２５１の温度を検出し、検出した温度を制御部３又は３０に出力する。制御部３又は３０は、低熱膨張シャフト２５１の温度、低熱膨張シャフト２５１の熱膨脹係数、及び基準温度（例えば２０℃）における低熱膨張シャフト長Ｌｓに基づいて、低熱膨張シャフト２５１の伸縮量を算出する。更に、制御部３又は３０は、低熱膨張シャフト２５１の伸縮量に基づいて、変位計２５２が測定したコラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の伸縮量を補正する。これにより、コラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の伸縮量を更に正確に測定することができる。また、低熱膨張シャフト２５１を支持する調整ねじ２２４を形成する材料にインバーやスーパインバーのような低熱膨張材料を用いることも有効である。

【0063】

（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかるＺ補正基準ユニットを説明する。尚、実施の形態１乃至３と共通する事項の説明は省略される場合がある。
図６は、実施の形態４にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す図である。実施の形態４にかかるＺ補正基準ユニット２５は、実施の形態１乃至３のいずれにも適用することができる。

【0064】

実施の形態４にかかるＺ補正基準ユニット２５は、プランジャー式の接触測定子２５２ａを備えた変位計２５２のかわりにリニアスケール２５５及びリニアエンコーダ２５６を備えることができる。リニアスケール２５５は、低熱膨張ガラスセラミックスのような低熱膨張材料により形成され、低熱膨張シャフト２５１の上端部に固定される。リニアエンコーダ２５６は、コラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の上端部に固定され、リニアスケール２５５に基づいてコラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の伸縮量を測定する光学式変位計である。

【0065】

尚、コラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の伸縮量を測定するために、渦電流式変位計、静電容量式変位計、及びレーザ干渉を用いた光学式変位計のような非接触変位計を用いてもよい。静電容量式変位計を用いる場合、静電容量式変位計の測定面は低熱膨張シャフト２５１の上端面である。

【0066】

（実施の形態５）
次に、実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニットを説明する。尚、実施の形態１乃至４と共通する事項の説明は省略される場合がある。
図７は、実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニットの概略構成を示す図である。実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニット２５は、実施の形態１乃至４のいずれにも適用することができる。図７は、実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニット２５をサポータ２２３に設けた例を示しているが、コラム２２２又は２２８に設けることも可能である。

【0067】

実施の形態５にかかるＺ補正基準ユニット２５においては、低熱膨張シャフト２５１が、コラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の外に配置される。本実施の形態５は、既存の三次元測定機にＺ補正基準ユニット２５を後から取り付ける場合や、コラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の内部に空洞が形成されていない場合に有効である。低熱膨張シャフト２５１がコラム２２２、サポータ２２３、又はコラム２２８の外に配置される場合であっても、低熱膨張シャフト２５１をカバー２５８で覆うことで、低熱膨張シャフト２５１が環境温度変化の影響を受けにくくすることができる。カバー２５８を断熱材で形成すれば、低熱膨張シャフト２５１が環境温度変化の影響を一層受けにくくすることができる。

【0068】

（低熱膨張シャフト、コラム、及びサポータの伸縮量についての考察）
次に、低熱膨張シャフト２５１を形成する材料としてスーパインバー材を用い、コラム２２２、サポータ２２３、及びコラム２２８を形成する材料としてアルミ合金系材料を用いた場合について、環境温度変化による低熱膨張シャフト２５１、コラム２２２、サポータ２２３、及びコラム２２８の伸縮量について考察する。低熱膨張シャフト２５１を形成するスーパインバーの熱膨脹係数α_Ｉは、０．５×１０^−６／Ｋであり、コラム２２２、サポータ２２３、及びコラム２２８を形成するアルミ合金系材料の熱膨張係数の約１／４５である。

【0069】

例えば、環境温度変化幅ΔＴが９Ｋ（１７℃〜２６℃）、低熱膨張シャフト長Ｌｓ（≒コラム高さＬｃ）が約１０００ｍｍであるならば、低熱膨張シャフト長Ｌｓの伸縮量ΔＬｓは、下記式で表される。

【数1】

したがって、補正の基準である低熱膨張シャフト２５１のＺ軸方向の変位は４．５μｍである。

【0070】

ここで、実施の形態３のように低熱膨張シャフト２５１に温度補正を適用するならば、スーパインバー材の熱膨脹係数の不確かさδα_Ｉを公称値の２０％とし、温度検出センサ２５４の検出不確かさδＴを検出幅の２０％とすると、温度補正量の不確かさδＬｓは、下記式で表される。

【数2】

したがって、低熱膨張シャフト２５１をより確かな長さ基準として、より高精度な補正を行うことが可能となる。

【0071】

因みに、コラム２２２、サポータ２２３、及びコラム２２８を形成するアルミ合金系材料の熱膨脹係数α_Ａは約２２．５×１０^−６／Ｋである。例えば、環境温度変化幅ΔＴが９Ｋ（１７℃〜２６℃）、コラム高さＬｃが約１０００ｍｍであるならば、コラム高さＬｃの伸縮量ΔＬｃは、下記式で表される。

【数3】

【0072】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図８Ａに示すように、変形例１にかかる産業機械１１は、ブリッジ、フロア形（ガントリー形）三次元測定機である。産業機械１１は、Ｘスケール１１Ｘ、Ｙスケール１１Ｙ、Ｚスケール１１Ｚ、及びＺ補正基準ユニット２５を備える。図８Ｂに示すように、変形例２にかかる産業機械１２は、ブリッジ、ベッド形三次元測定機である。産業機械１２は、Ｘスケール１２Ｘ、Ｙスケール１２Ｙ、Ｚスケール１２Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５を備える。

【0073】

図８Ｃに示すように、変形例３にかかる産業機械１３は、Ｌ形ブリッジ形三次元測定機である。産業機械１３は、Ｘスケール１３Ｘ、Ｙスケール１３Ｙ、Ｚスケール１３Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５を備える。図８Ｄに示すように、変形例４にかかる産業機械１４は、カンチレバーＹ軸移動形三次元測定機である。産業機械１４は、Ｘスケール１４Ｘ、Ｙスケール１４Ｙ、Ｚスケール１４Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５を備える。

【0074】

図８Ｅに示すように、変形例５にかかる産業機械１５は、シングルコラム、コラム移動形三次元測定機である。産業機械１５は、Ｘスケール１５Ｘ、Ｙスケール１５Ｙ、Ｚスケール１５Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５、Ｘ補正基準ユニット２５Ｘを備える。図８Ｆに示すように、変形例６にかかる産業機械１６は、シングルコラム、ＸＹテーブル形三次元測定機である。産業機械１６は、Ｘスケール１６Ｘ、Ｙスケール１６Ｙ、Ｚスケール１６Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５、Ｘ補正基準ユニット２５Ｘを備える。

【0075】

図８Ｇに示すように、変形例７にかかる産業機械１７は、ホリゾンタルアーム、テーブル移動形三次元測定機である。産業機械１７は、Ｘスケール１７Ｘ、Ｙスケール１７Ｙ、Ｚスケール１７Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５を備える。図８Ｈに示すように、変形例８にかかる産業機械１８は、ホリゾンタルアーム、固定テーブル形三次元測定機である。産業機械１８は、Ｘスケール１８Ｘ、Ｙスケール１８Ｙ、Ｚスケール１８Ｚ、Ｚ補正基準ユニット２５を備える。尚、産業機械１１〜１８は工作機械であってもよい。

【符号の説明】

【0076】

１、１０、１１〜１８ 三次元測定機
２、２０ 測定機本体
２ａ、２０ａ 移動機構
３、３０ 制御部
４ プローブ
２１、２０１ ベース
２２ Ｙキャリッジ
２３ Ｘスライダ
２４ Ｚラム
２５ Ｚ補正基準ユニット
２０１ａ、２１１ ベース上面
２０４ Ｙテーブル
２０５ テーブル上面
２２０ 固定ブリッジ
２２１ Ｘビーム
２２２、２２８ コラム
２２３ サポータ
２３３ Ｚ検出器
２４１ Ｚスケール
２５１ 低熱膨張シャフト
２５２ 変位計
２５２ａ 接触測定子
２５４ 温度検出センサ
Ａ〜Ｃ 位置
Ｏ スケール検出基準点
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】