特許 6846672 三次元座標測定装置

(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】6846672

(24)【登録日】2021年3月4日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】三次元座標測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20210315BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20210315BHJP

   G01B 5/00 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/00 L

   G01B21/00 E

   G01B5/008

   G01B5/00 L

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-63443(P2017-63443)

(22)【出願日】2017年3月28日

(65)【公開番号】特開2018-165687(P2018-165687A)

(43)【公開日】2018年10月25日

【審査請求日】2020年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】菅野 幸男

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１４５８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００２１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７１８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００３３２５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面及び側面を有し、前記上面に測定対象物が載置される定盤と、
前記測定対象物に当接される測定プローブを支持し、前記定盤の前記側面に沿って移動自在なキャリッジと、
前記定盤の前記側面に押圧当接されるローラを有し、前記ローラを回転させることにより前記キャリッジを前記定盤の前記側面に沿って移動させる駆動部と、
を備え、
前記駆動部の前記ローラは、金属製の軸部材と、前記軸部材の外周面に外装された樹脂製で筒状のローラ部と、を有し、
前記軸部材の外周面を前記ローラの回転方向に沿って展開した際に、前記軸部材の外周面には、前記ローラの回転方向に対して傾斜した回り止め用溝が形成される、三次元座標測定装置。

【請求項2】

前記回り止め溝は、前記ローラの回転方向に沿って等間隔に複数本形成される、請求項１に記載の三次元座標測定装置。

【請求項3】

前記回り止め溝は、第１溝群と第２溝群とを有し、前記第１溝群と前記第２溝群とは、前記ローラの回転方向に対して、同一の角度で互いに逆方向に傾斜している、請求項１又は２に記載の三次元座標測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は三次元座標測定装置に係り、特に定盤の側面に沿ってキャリッジを移動させて測定対象物の形状を測定する三次元座標測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１等に開示された三次元座標測定装置では、定盤の上部にＹキャリッジが前後方向（Ｙ軸方向）に移動自在に配置される。Ｙキャリッジは、左右方向（Ｘ軸方向）に沿って架け渡されたＸガイドを有し、ＸガイドにはＸキャリッジがＸ軸方向に移動自在に支持される。また、Ｘキャリッジには、Ｚキャリッジが上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持され、Ｚキャリッジの下端には測定プローブが取り付けられる。

【0003】

特許文献１の三次元座標測定装置では、Ｙキャリッジを定盤の側面に沿ってＹ軸方向に移動させる駆動部を備えている。この駆動部は、定盤の側面に当接されるローラと、このローラを回転させるモータと、を有し、モータによってローラを回転させることにより、ローラと定盤の側面との間の摩擦力を利用してＹキャリッジをＹ軸方向に移動させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−１４５８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のようにＹキャリッジを移動させるローラは、芯金である金属製の軸部材と、軸部材の外周面に外装される筒状のローラ部と、から構成されるのが一般的である。また、ローラ部は、ウレタン又はポリウレタン等の樹脂製であることが多く、このローラ部は、定盤の側面に押し付けられることにより弾性変形されて使用される。これにより、ローラ部と定盤の側面との間で良好な摩擦力を得ることができるので、ＹキャリッジをＹ軸方向に移動させることができる。

【0006】

ところで、樹脂製のローラ部を使用するローラの形態として、以下の第１及び第２の従来例がある。

【0007】

第１の従来例は、金属製の軸部材と樹脂製のローラ部とが一体化されたローラである。このローラは、軸部材にローラ部を焼き付けて接合したものであり、軸部材とローラ部とが完全に一体化されている。

【0008】

第２の従来例は、軸部材とローラ部とが接合されておらず、軸部材の外周面にローラ部を外装させたローラである。このローラは、軸部材に対してローラ部が空回りするのを防止するために、軸部材の外周面には複数の回り止め用溝が形成されている。この回り止め用溝の形成方向について説明すると、軸部材の外周面をローラの回転方向に沿って展開した際に、ローラの回転方向に対して直交する方向に形成することが一般的である。この方向に回り止め用溝を形成することで、回り止めの作用を効果的に発揮することができる。

【0009】

しかしながら、上述の第１及び第２の従来例は、以下の問題がある。

【0010】

第１の従来例は、軸部材とローラ部とが接合されているため、軸部材とローラ部の同軸度誤差を逃がすことができない。このため、定盤の側面からローラが受ける反力（側面に垂直な方向の反力）は、ローラの１周毎に大きなうねりとなって発生し、このうねりがＹキャリッジに伝達される。この結果、第１の従来例を使用した場合には、定盤の側面に垂直な方向の誤差成分が発生するという問題があった。

【0011】

第２の従来例は、軸部材とローラ部とが接合されていないため、軸部材とローラ部の同軸度誤差は、軸部材に対してローラ部が浮くことにより逃がすことができる。しかしながら、軸部材の外周面に形成された回り止め用溝（ローラの回転方向に対して直交する方向の溝）がローラ部を介して定盤の側面に押し付けられると、ローラ部の一部が回り止め用溝に入り込むため、複数本の回り止め用溝の位置でローラの直径が周期的に変化してしまう。このようにローラの直径が変化すると、定盤の側面からローラが受ける反力が周期的に変動する。この結果、第２の従来例を使用した場合でも、定盤の側面に垂直な方向の誤差成分が発生するという問題があった。

【0012】

上記の如く、従来では、軸部材とローラ部の同軸度誤差を解消しつつ、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を抑えることができる三次元座標測定装置が存在していなかった。

【0013】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軸部材とローラ部の同軸度誤差を解消しつつ、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を抑えることができる三次元座標測定装置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】

【0014】

本発明の目的を達成するための三次元座標測定装置は、上面及び側面を有し、上面に測定対象物が載置される定盤と、測定対象物に当接される測定プローブを支持し、定盤の側面に沿って移動自在なキャリッジと、定盤の側面に押圧当接されるローラを有し、ローラを回転させることによりキャリッジを定盤の側面に沿って移動させる駆動部と、を備え、駆動部のローラは、金属製の軸部材と、軸部材の外周面に外装された樹脂製で筒状のローラ部と、を有し、軸部材の外周面をローラの回転方向に沿って展開した際に、軸部材の外周面には、ローラの回転方向に対して傾斜した回り止め用溝が形成される。

【0015】

本発明によれば、軸部材にローラ部を外装させてローラを構成したので、軸部材とローラ部の同軸度誤差を解消することができ、また、軸部材の外周面に形成される回り止め用溝は、ローラの回転方向に対して傾斜して形成されているので、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を抑えることができる。

【0016】

本発明の一形態は、回り止め溝は、ローラの回転方向に沿って等間隔に複数本形成されることが好ましい。

【0017】

本発明の一形態によれば、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を更に抑えることができる。

【0018】

本発明の一形態は、複数本の回り止め溝は、第１溝群と第２溝群とを有し、第１溝群と第２溝群とは、ローラの回転方向に対して、同一の角度で互いに逆方向に傾斜していることが好ましい。

【0019】

本発明の一形態によれば、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を抑えつつ、ローラ部の空回りを効果的に抑制することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、軸部材とローラ部の同軸度誤差を解消しつつ、回り止め用溝に起因するローラの直径の変化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明が適用される三次元座標測定装置の外観を示した斜視図

【図2】図１に示した三次元座標測定装置の正面図

【図3】駆動部のローラの組立図

【図4】軸部材の外周面をローラの回転方向に沿って展開した展開図

【図5】第１溝群の８本の回り止め用溝のみを有する軸部材の展開図

【図6】第２溝群の８本の回り止め用溝のみを有する軸部材の展開図

【図7】ローラの回転角度に対するローラの直径の変化量を比較したグラフ

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面に従って本発明に係る三次元座標測定装置について説明する。

【0023】

図１は、実施形態の三次元座標測定装置１０の外観を示した斜視図であり、図２は、三次元座標測定装置１０の正面図である。

【0024】

三次元座標測定装置１０は、設置面に架台１２を介して設置される定盤１４を有する。定盤１４は、例えば花崗岩又は大理石等の石材によって直方体形状に構成され、測定対象物を載置する平坦な上面１４Ａを有する。上面１４Ａは、水平方向に直交するＸ軸及びＹ軸に対して平行に配置され、かつ鉛直方向のＺ軸に対して直交方向に配置される。

【0025】

定盤１４の上面１４Ａ側には、定盤１４を跨ぐように門型のＹキャリッジ（キャリッジ）１６が設置される。Ｙキャリッジ１６は、Ｚ軸方向に沿って立設された右Ｙキャリッジ１８及び左Ｙキャリッジ２０を有する。また、Ｙキャリッジ１６は、右Ｙキャリッジ１８及び左Ｙキャリッジ２０の上端部にＸ軸方向に沿って架け渡された梁状のＸガイド２２を有する。

【0026】

右Ｙキャリッジ１８の下端部は、図２の如く、定盤１４の側面１４ＢにＹ軸方向に移動自在に支持されており、左Ｙキャリッジ２０の下端部は、定盤１４の上面１４Ａに摺動自在に支持されている。右Ｙキャリッジ１８の下端部には駆動部２４が設けられており、この駆動部２４の駆動力によってＹキャリッジ１６がＹ軸方向に移動される。駆動部２４については後述する。

【0027】

Ｘガイド２２には、Ｚコラム２６がＸガイド２２に沿ってＸ軸方向に移動自在に支持される。Ｚコラム２６は、Ｘガイド２２に当接する駆動部を内蔵しており、その駆動部の駆動力によってＸガイド２２に沿ってＸ軸方向に移動される。

【0028】

また、Ｚコラム２６の内部には、Ｚ軸に沿って延在する柱状のＺキャリッジ２８がＺ軸方向に移動自在に支持されており、Ｚキャリッジ２８の下端部側がＺコラム２６の下端部側から突出されている。Ｚコラム２６は、Ｚキャリッジ２８に当接する駆動部を内蔵しており、その駆動部の駆動力によってＺキャリッジ２８がＺ軸方向に移動される。

【0029】

Ｚキャリッジ２８の下端部には、タッチプローブ等の測定プローブ３０が取り付けられる。測定プローブ３０は、例えば、先端球を有する棒状のスタイラス３２を有する。測定プローブ３０は、スタイラス３２の先端球の測定対象物への接触の有無、及びスタイラス３２の先端球の測定対象物への接触により生じるスタイラス３２の変位量を検出する。

【0030】

上記の如く構成された三次元座標測定装置１０によれば、Ｙキャリッジ１６のＹ軸方向への移動、Ｚコラム２６のＸ軸方向への移動、及びＺキャリッジ２８のＺ軸方向への移動によって測定プローブ３０のスタイラス３２をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させ、定盤１４の上面１４Ａに載置された測定対象物の表面に沿わせてスタイラス３２の先端球を移動させる。そして、そのときのＹキャリッジ１６のＹ軸方向の位置（移動量）、Ｚコラム２６のＸ軸方向の位置（移動量）、Ｚキャリッジ２８のＺ軸方向の位置（移動量）、及びスタイラス３２の位置（変位量）を計測することにより、測定対象物の表面の各位置の三次元座標を測定する。なお、三次元座標の測定に関する処理については周知であるので詳細な説明は省略する。

【0031】

次に、Ｙキャリッジ１６をＹ軸方向に移動させる駆動部２４について説明する。

【0032】

図２の如く、駆動部２４は、定盤１４の側面１４Ｂに押圧当接されるローラ３４を有する。また、駆動部２４は、ローラ３４を回転させるモータ３５を有し、このモータ３５によってローラ３４を正転方向及び逆転方向に駆動することにより、Ｙキャリッジ１６を定盤１４の側面１４Ｂに沿ってＹ軸方向に往復移動させることができる。

【0033】

Ｙキャリッジ１６の右Ｙキャリッジ１８は、複数のエアパッドを介して定盤１４に摺動支持されている。具体的には、右Ｙキャリッジ１８は、エアパッド４２を介して定盤１４の上面１４Ａに摺動支持され、エアパッド４４を介して定盤１４の下面１４Ｃに摺動支持される。また、図２では不図示であるが、ローラ３４を挟んでＹ軸方向に配置された一対のエアパッドを介して定盤１４の側面１４Ｂに右Ｙキャリッジ１８が摺動支持されている。また、左Ｙキャリッジ２０も同様にエアパッド４６を介して定盤１４の上面１４Ａに摺動自在に支持される。このようなエアパッド４２、４４、４６を介して右Ｙキャリッジ１８が定盤１４に摺動自在に支持されることにより、Ｙキャリッジ１６が定盤１４に対してＹ軸方向に移動可能な状態となる。

【0034】

図３は、駆動部２４のローラ３４の組立図である。

【0035】

ローラ３４は、金属製の軸部材３６と、軸部材３６の外周面３６Ａに外装される樹脂製で筒状のローラ部３８と、を有する。

【0036】

図４は、軸部材３６の外周面３６Ａをローラ３４の回転方向Ａに沿って展開した展開図である。図４の如く、軸部材３６の外周面３６Ａには、ローラ３４の回転方向Ａに対して傾斜した８本の回り止め用溝４０Ａからなる第１溝群と、同じく８本の回り止め用溝４０Ｂからなる第２溝群と、からなる１６本の回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂが形成される。

【0037】

第１溝群の８本の回り止め用溝４０Ａは、ローラ３４の回転方向Ａに沿って等ピッチＰで形成される。また、ローラ３４の周方向における１本の回り止め用溝４０Ａが形成される幅Ｗも等しく形成され、更に、ピッチＰと幅Ｗとが等しくなるように形成されている。

【0038】

また、第２溝群の８本の回り止め用溝４０Ｂも同様に、ローラ３４の回転方向Ａに沿って等ピッチＰで形成される。また、ローラ３４の周方向における１本の回り止め用溝４０Ｂが形成される幅Ｗも等しく形成され、更に、ピッチＰと幅Ｗとが等しくなるように形成されている。更に、第１溝群の８本の回り止め用溝４０Ａと第２溝群の８本の回り止め用溝４０Ｂとは、ローラ３４の回転方向Ａに対して、同一の角度αで互いに逆方向に傾斜して形成されている。よって、回り止め用溝４０Ａ、４０ＢのピッチＰ、幅Ｗ及び角度αを適宜変更することにより様々は形態の回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂを形成することができる。

【0039】

図３の第１溝群の８本の回り止め用溝４０Ａは、ローラ３４の回転方向Ａに直交する方向Ｂにおいて、端部ａ、ｂを有する。回り止め用溝４０Ａの端部ａは、隣接する回り止め用溝４０Ａの端部ｂと方向Ｂにおいて重なった位置に形成され、回り止め用溝４０Ａの端部ｂは、隣接する回り止め用溝４０Ａの端部ａと方向Ｂにおいて重なった位置に形成されている。

【0040】

第２溝群の８本の回り止め用溝４０Ｂも同様であるが、８本の回り止め用溝４０Ｂは、ローラ３４の回転方向に直交する方向Ｂにおいて、端部ｃ、ｄを有する。回り止め用溝４０ｂの端部ｃは、隣接する回り止め用溝４０Ｂの端部ｄと方向Ｂにおいて重なった位置に形成され、回り止め用溝４０Ｂの端部ｄは、隣接する回り止め用溝４０Ｂの端部ｃと方向Ｂにおいて重なった位置に形成されている。

【0041】

上記の如く構成された駆動部２４によれば、図３の如く、軸部材３６にローラ部３８を外装させてローラ３４を構成したので、軸部材３６とローラ部３８の同軸度誤差を解消することができる。また、図４の如く、軸部材３６の外周面３６Ａに形成される複数本（実施形態では１６本）の回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂは、ローラ３４の回転方向Ａに対して傾斜して形成されているので、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂを外周面３６Ａに形成したことに起因するローラ３４の直径の変化を抑えることができる。

【0042】

つまり、従来の回り止め用溝は、ローラの回転方向に対して直交する方向に形成されているので、その回り止め用溝がローラ部を介して定盤の側面に押し付けられた際に、回り止め用溝に入り込むローラ部の入り込み量が多くなる。これにより、ローラの直径の変化量が大きくなり、三次元座標測定装置の測定精度に影響を与えてしまう。

【0043】

これに対して、実施形態のローラ３４では、軸部材３６の外周面３６Ａに形成される回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂは、ローラ３４の回転方向Ａに対して傾斜して形成されているので、その回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂがローラ部３８を介して定盤１４の側面１４Ｂに押し付けられた際に、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂに入り込むローラ部３８の入り込み量が少なくなる。これによって、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂに起因するローラ３４の直径の変化を抑えることができ、三次元座標測定装置の測定精度を向上させることができる。

【0044】

また、回り止め溝４０Ａ、４０Ｂは、ローラ３４の回転方向Ａに沿って等間隔（ピッチＰ）に形成されているので、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂに起因するローラ３４の直径の変化を更に抑えることができる。なお、回り止め溝４０Ａ、４０Ｂは、必ずしも等間隔に形成する必要はないが、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂに起因するローラ３４の直径の変化、及び軸部材３６に対するローラ部３８の空回りを考慮すれば等間隔で形成されることが好ましい。また、回り止め溝４０Ａ、４０Ｂの本数も８本に限定されるものではなく、例えば、１本の回り止め用溝を軸部材３６の外周面３６Ａに螺旋状に形成したものであってもよい。この螺旋状の１本の回り止め用溝であっても、ローラの回転方向に対して傾斜した回り止め用溝に含まれる。

【0045】

更に、実施形態の回り止め用溝は、８本の回り止め用溝４０Ａからなる第１溝群と、８本の回り止め用溝４０Ｂからなる第２溝群と、を有しており、第１溝群と第２溝群とが、ローラ３４の回転方向Ａに対して、同一の角度αで互いに逆方向に傾斜している。

【0046】

このような回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂを形成することにより、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂに起因するローラ３４の直径の変化を抑えつつ、ローラ部３８の空回りを効果的に抑制することができる。

【0047】

以下、軸部材３６の外周面３６Ａに形成される回り止め用溝の変形例について説明する。

【0048】

図３及び図４では、回り止め用溝の形態として第１溝群及び第２溝群とを有しているが、図５の展開図の如く、第１溝群の８本の回り止め用溝４０Ａのみを有する第２形態でもよい。同様に、図６の展開図の如く、第２溝群の８本の回り止め用溝４０Ｂのみを有する第３形態でもよい。

【0049】

ここで、図７に示すグラフを用いて、ローラの回転角度に対するローラの直径の変化量について比較する。図７では、ローラの直径の変化量を縦軸で示し、ローラの回転角度を横軸で示している。グラフの実線線Ｃが、図５及び図６で示した第２及び第３形態でのローラの直径の変化量を示し、グラフの破線線Ｄが、従来のローラの直径の変化量を示している。従来のローラとして、ローラの回転方向に直交する方向に沿って回り止め用溝が等間隔で８本形成されたものを例示する。

【0050】

図５に示した第２形態でのローラの直径の変化量は、回り止め用溝４０Ａの端部ａと、この回り止め用溝４０Ａに隣接する回り止め用溝４０Ａの端部ｂとが、方向Ｂにおいて重なった４５度の間隔で微小な変化量ｅが発生する。図６の第３形態のローラも同様である。

【0051】

これに対して、従来のローラは、ローラの回転方向に対して直交する方向に回り止め用溝が形成されているので、４５度の間隔で大きな変化量ｆが発生する。

【0052】

したがって、図７のグラフから分かるように、傾斜した回り止め用溝４０Ａ又は回り止め用溝４０Ｂを軸部材３６に備えることにより、従来のローラに対してローラ３４の直径の変化を大幅に抑えることができる。

【0053】

一方、図５に示した第２形態の変形例として、回り止め用溝４０ＡのピッチＰ及び幅Ｗを変えて、回り止め用溝４０Ａの端部ａと、この回り止め用溝４０Ａに隣接する回り止め用溝４０Ａの端部ｂとが、方向Ｂにおいて重ならないように回り止め用溝４０Ａを形成してもよい。同様に、図６に示した第３形態の変形例として、回り止め用溝４０ＢのピッチＰ及び幅Ｗを変えて、回り止め用溝４０Ｂの端部ｃと、この回り止め用溝４０Ｂに隣接する回り止め用溝４０Ｂの端部ｄとが、方向Ｂにおいて重ならないように回り止め用溝４０Ｂを形成してもよい。

【0054】

上記の第２形態の変形例、及び第３形態の変形例によれば、ローラの直径の変化量を、図７の変化量ｅよりも減少させることができる。なお、これらの変形例は、軸部材３６の外周面３６Ａの周方向において、回り止め用溝４０Ａ、４０Ｂが存在しない部分が生じ、空回りに対する効果が低減する場合があるので、空回りを確実に防止する観点から見れば、これらの変形例よりも図５の第２形態、及び図６の第３形態が好ましい。

【符号の説明】

【0055】

１０…三次元座標測定装置、１２…架台、１４…定盤、１６…Ｙキャリッジ、１８…右Ｙキャリッジ、２０…左Ｙキャリッジ、２２…Ｘガイド、２４…駆動部、２６…Ｚコラム、２８…Ｚキャリッジ、３０…測定プローブ、３２…スタイラス、３４…ローラ、３５…モータ、３６…軸部材、３６Ａ…外周面、３８…ローラ部、４０Ａ…回り止め用溝、４０Ｂ…回り止め用溝、４２…エアパッド、４４…エアパッド、４６…エアパッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】