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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024125793
(43)【公開日】2024-09-19
(54)【発明の名称】三次元測定機およびインライン測定システム
(51)【国際特許分類】
G01B 5/00 20060101AFI20240911BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20240911BHJP
B23Q 17/20 20060101ALI20240911BHJP
B23Q 17/24 20060101ALI20240911BHJP
【ＦＩ】
G01B5/00 B
G01B11/00 G
B23Q17/20 A
B23Q17/24 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023033859
(22)【出願日】2023-03-06
(71)【出願人】
【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】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】日高 和彦
【テーマコード（参考）】
2F062
2F065
3C029
【Ｆターム（参考）】
2F062AA04
2F062AA51
2F062CC22
2F062CC23
2F062CC27
2F062EE01
2F062EE09
2F062FF05
2F062FG07
2F062GG17
2F062GG71
2F062GG75
2F062HH01
2F062HH04
2F065AA02
2F065AA04
2F065AA09
2F065BB01
2F065DD03
2F065DD06
2F065FF51
2F065GG04
2F065HH04
2F065JJ03
2F065JJ26
3C029BB02
3C029EE02
3C029EE20
(57)【要約】
【課題】工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行える三次元測定機およびインライン測定システムを提供する。
【解決手段】搬送経路３でワーク２を搬送しつつ工作機械４で加工する製造ライン１には、工作機械４で加工されるワーク２を測定可能な三次元測定機５が設置され、インライン測定システム６が構成される。三次元測定機５は、工作機械４の側方に設置された測定機本体２０と、測定機本体２０から工作機械４まで延びる支持体２３と、支持体２３で支持されて工作機械４で加工されるワーク２を測定可能なプローブ２４と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】搬送経路３でワーク２を搬送しつつ工作機械４で加工する製造ライン１には、工作機械４で加工されるワーク２を測定可能な三次元測定機５が設置され、インライン測定システム６が構成される。三次元測定機５は、工作機械４の側方に設置された測定機本体２０と、測定機本体２０から工作機械４まで延びる支持体２３と、支持体２３で支持されて工作機械４で加工されるワーク２を測定可能なプローブ２４と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械で加工されるワークを測定可能な三次元測定機であって、
前記工作機械の側方に設置される測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有する三次元測定機。
前記工作機械の側方に設置される測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有する三次元測定機。
【請求項2】
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記支持体には、前記プローブを支持する部分の前記測定機本体に対する変位を検出する変位検出装置が設置されている三次元測定機。
前記支持体には、前記プローブを支持する部分の前記測定機本体に対する変位を検出する変位検出装置が設置されている三次元測定機。
【請求項3】
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記変位検出装置は、
前記支持体の前記プローブを支持する部分に設置された反射器と、
前記支持体の前記測定機本体の側に設置されて前記反射器との間にレーザビームを形成するレーザ干渉計と、
前記反射器の入射側に設置されて前記レーザビームを分割して前記測定機本体の側へ送るビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの前記レーザビームを受光して前記レーザビームの二次元受光位置を検出する二次元センサと、を有する三次元測定機。
前記変位検出装置は、
前記支持体の前記プローブを支持する部分に設置された反射器と、
前記支持体の前記測定機本体の側に設置されて前記反射器との間にレーザビームを形成するレーザ干渉計と、
前記反射器の入射側に設置されて前記レーザビームを分割して前記測定機本体の側へ送るビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの前記レーザビームを受光して前記レーザビームの二次元受光位置を検出する二次元センサと、を有する三次元測定機。
【請求項4】
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記支持体には、前記プローブを支持する部分での前記支持体の延伸方向の傾斜を検出する傾斜検出装置を有する三次元測定機。
前記支持体には、前記プローブを支持する部分での前記支持体の延伸方向の傾斜を検出する傾斜検出装置を有する三次元測定機。
【請求項5】
ワークを加工する工作機械と、前記工作機械に支持された前記ワークを測定する三次元測定機と、を有するインライン測定システムであって、
前記三次元測定機は、前記工作機械の側方に設置された測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有するインライン測定システム。
前記三次元測定機は、前記工作機械の側方に設置された測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有するインライン測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は製造ライン上のワークを測定する三次元測定機およびインライン測定システムに関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械を用いる製造ラインでは、工作機械で加工されるワークの形状寸法を、工作機械からワークを取り出すことなく測定するために、インライン測定システムが用いられている。
例えば、工作機械を有する製造ラインの途中に三次元測定機を設置し、工作機械で順次加工されたワークの形状寸法をインライン測定している（特許文献１参照）。
また、製造ラインに設置された工作機械にタッチ信号プローブを装着し、加工中のワークの形状寸法を機上測定すること、つまり工作機械の三次元測定機化も行われている（特許文献２参照）。
例えば、工作機械を有する製造ラインの途中に三次元測定機を設置し、工作機械で順次加工されたワークの形状寸法をインライン測定している（特許文献１参照）。
また、製造ラインに設置された工作機械にタッチ信号プローブを装着し、加工中のワークの形状寸法を機上測定すること、つまり工作機械の三次元測定機化も行われている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００－５５６４４号公報
【特許文献2】特開２０１６－８０５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述した特許文献１では、製造ラインの途中に設置された三次元測定機により、工作機械から送り出されたワークを測定できる。しかし、特許文献１では、工作機械で加工途上のワークの測定はできない。
前述した特許文献２では、加工途上のワークの測定が可能であるが、工作機械を加工および測定に兼用するために、加工時には主軸に刃物を装着し、測定時には主軸にプローブを装着する。つまり、測定のつどプローブの交換動作が必要であり、作業効率の低下が避けられない。
このようなことから、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行えるようにすることが求められていた。
前述した特許文献２では、加工途上のワークの測定が可能であるが、工作機械を加工および測定に兼用するために、加工時には主軸に刃物を装着し、測定時には主軸にプローブを装着する。つまり、測定のつどプローブの交換動作が必要であり、作業効率の低下が避けられない。
このようなことから、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行えるようにすることが求められていた。
【0005】
本発明の目的は、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行える三次元測定機およびインライン測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の三次元測定機は、ワークを加工する工作機械に支持された前記ワークを測定可能な三次元測定機であって、前記工作機械の側方に設置される測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有する。
このような本発明では、工作機械の側方あるいは隣接した位置に設置された測定機本体から支持体を延ばしてプローブを工作機械の加工領域内に導入し、ワークの三次元形状を測定することができる。プローブとしては、接触式のタッチプローブや倣いプローブ、非接触式のラインレーザプローブや粗さ測定プローブなどが適宜利用できる。
本発明では、工作機械でワークの加工を進めつつ、途上の段階で測定機本体から支持体を延ばして加工途上のワークの測定を行うことができる。工作機械においては、ワークの測定の際に工具とプローブとの交換などを行う必要がない。これにより、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行うことができる。
このような本発明では、工作機械の側方あるいは隣接した位置に設置された測定機本体から支持体を延ばしてプローブを工作機械の加工領域内に導入し、ワークの三次元形状を測定することができる。プローブとしては、接触式のタッチプローブや倣いプローブ、非接触式のラインレーザプローブや粗さ測定プローブなどが適宜利用できる。
本発明では、工作機械でワークの加工を進めつつ、途上の段階で測定機本体から支持体を延ばして加工途上のワークの測定を行うことができる。工作機械においては、ワークの測定の際に工具とプローブとの交換などを行う必要がない。これにより、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行うことができる。
【0007】
本発明の三次元測定機において、前記支持体には、前記プローブを支持する部分の前記測定機本体に対する変位を検出する変位検出装置が設置されていることが好ましい。
このような本発明では、支持体のプローブを支持する部分の測定機本体に対する変位を変位検出装置で検出することで、支持体の変形等に基づく変位を補正することができる。
変位としては、支持体の延伸方向に直交する２軸の変位（例えば垂直方向および水平方向）、および支持体の延伸方向の変位が該当する。とくに、本発明では、支持体の変形の主因が重力による垂れ下がりであり、支持体のプローブを支持する部分の垂直方向の変位の補正が最も必要となる。
支持体の延伸方向の変位の検出には、例えばレーザ干渉計などの高精度距離測定装置が利用できる。支持体の延伸方向に直交する２軸の変位については、支持体に平行なレーザビームを二次元センサで受光する構成などが利用できる。
既存の三次元測定機では、プローブの３軸座標を測定機本体に設置された各軸方向のスケールなどで検出している。測定機本体と工作機械との距離が大きくなった際には、支持体の測定機本体側の位置からプローブ支持位置までの距離が大きくなり、支持体のプローブを支持する部分の測定機本体に対する変位が拡大し、測定機本体側での測定精度が低下する可能性がある。これに対し、変位検出装置により、支持体の変形を検出して測定機本体での測定値を補正することで、高精度かつ効率的な測定を行うことができる。
このような本発明では、支持体のプローブを支持する部分の測定機本体に対する変位を変位検出装置で検出することで、支持体の変形等に基づく変位を補正することができる。
変位としては、支持体の延伸方向に直交する２軸の変位（例えば垂直方向および水平方向）、および支持体の延伸方向の変位が該当する。とくに、本発明では、支持体の変形の主因が重力による垂れ下がりであり、支持体のプローブを支持する部分の垂直方向の変位の補正が最も必要となる。
支持体の延伸方向の変位の検出には、例えばレーザ干渉計などの高精度距離測定装置が利用できる。支持体の延伸方向に直交する２軸の変位については、支持体に平行なレーザビームを二次元センサで受光する構成などが利用できる。
既存の三次元測定機では、プローブの３軸座標を測定機本体に設置された各軸方向のスケールなどで検出している。測定機本体と工作機械との距離が大きくなった際には、支持体の測定機本体側の位置からプローブ支持位置までの距離が大きくなり、支持体のプローブを支持する部分の測定機本体に対する変位が拡大し、測定機本体側での測定精度が低下する可能性がある。これに対し、変位検出装置により、支持体の変形を検出して測定機本体での測定値を補正することで、高精度かつ効率的な測定を行うことができる。
【0008】
本発明の三次元測定機において、前記変位検出装置は、前記支持体の前記プローブを支持する部分に設置された反射器と、前記支持体の前記測定機本体の側に設置されて前記反射器との間にレーザビームを形成するレーザ干渉計と、前記反射器の入射側に設置されて前記レーザビームを分割して前記測定機本体の側へ送るビームスプリッタと、前記ビームスプリッタからの前記レーザビームを受光して前記レーザビームの二次元受光位置を検出する二次元センサと、を有することが好ましい。
このような本発明では、レーザ干渉計で支持体の延伸方向の変位を検出しつつ、二次元センサで支持体の延伸方向に交差する２軸方向の変位を検出できる。この際、二次元センサで検出するレーザビームは、レーザ干渉計によるレーザビームを分割して利用しており、構造の簡素化および稼働電力の抑制ができる。
このような本発明では、レーザ干渉計で支持体の延伸方向の変位を検出しつつ、二次元センサで支持体の延伸方向に交差する２軸方向の変位を検出できる。この際、二次元センサで検出するレーザビームは、レーザ干渉計によるレーザビームを分割して利用しており、構造の簡素化および稼働電力の抑制ができる。
【0009】
本発明の三次元測定機において、前記支持体には、前記プローブを支持する部分での前記支持体の延伸方向の傾斜を検出する傾斜検出装置を有することが好ましい。
このような本発明では、傾斜検出装置により、支持体のプローブを支持する部分での支持体の延伸方向の傾斜を検出できる。例えば、変位検出装置により、支持体の測定器本体側に対するプローブを支持する部分における、支持体の延伸方向に交差する２軸方向の変位を検出すると、検出された変位量には、当該部分の並進成分だけでなく回転成分の影響が含まれる。ここで、傾斜検出装置により当該部分の傾斜から回転成分を検出することで、並進成分と角度成分とを併て補正演算を行うことができ、より適切な補正を行うことができる。
このような本発明では、傾斜検出装置により、支持体のプローブを支持する部分での支持体の延伸方向の傾斜を検出できる。例えば、変位検出装置により、支持体の測定器本体側に対するプローブを支持する部分における、支持体の延伸方向に交差する２軸方向の変位を検出すると、検出された変位量には、当該部分の並進成分だけでなく回転成分の影響が含まれる。ここで、傾斜検出装置により当該部分の傾斜から回転成分を検出することで、並進成分と角度成分とを併て補正演算を行うことができ、より適切な補正を行うことができる。
【0010】
本発明のインライン測定システムは、ワークを加工する工作機械と、前記工作機械に支持された前記ワークを測定する三次元測定機と、を有するインライン測定システムであって、前記三次元測定機は、前記工作機械の側方に設置された測定機本体と、前記測定機本体から前記工作機械まで延びる支持体と、前記支持体で支持されて前記工作機械で加工される前記ワークを測定可能なプローブと、を有する。
このような本発明のインライン測定システムによれば、前述した本発明の三次元測定機で説明した通りの効果を得ることができる。
このような本発明のインライン測定システムによれば、前述した本発明の三次元測定機で説明した通りの効果を得ることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、工作機械で加工途上のワークの測定を効率よく行える三次元測定機およびインライン測定システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態の製造ラインを示す平面図。
【図2】前記実施形態の三次元測定機およびインライン測定システムを示す立面図。
【図3】前記実施形態の変位検出装置を示す立面図。
【図4】前記実施形態の二次元センサを示す正面図。
【図5】前記実施形態の支持体の変位の並進成分を示す模式図。
【図6】前記実施形態の支持体の変位の回転成分を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１において、製造ライン１は、ワーク２を搬送する搬送経路３を有する。搬送経路３の途中にはワーク２を加工する複数の工作機械４，４１，４２，４３が設置されている。工作機械４の側方には、工作機械４で加工されるワーク２のインライン測定を行うための三次元測定機５が設置されている。
【0014】
製造ライン１および三次元測定機５には、制御装置７および操作端末８が接続されている。制御装置７は、操作端末８からの操作指示に基づいて、製造ライン１におけるワーク２の搬送動作、および工作機械４，４１～４３による加工動作の制御を行う。さらに、制御装置７は、製造ライン１における搬送動作および加工動作に連携して、三次元測定機５にワーク２の測定動作を実行させる。操作端末８には、製造ライン１における動作状況、および三次元測定機５による測定結果などが適宜表示される。
これらの製造ライン１および三次元測定機５により、インライン測定システム６が構成されている。
これらの製造ライン１および三次元測定機５により、インライン測定システム６が構成されている。
【0015】
図２において、工作機械４は、床面に固定されたベッド１１と、ベッド１１の上面に支持されたテーブル１２とを有する。テーブル１２は、製造ライン１の搬送経路３の一部を構成するものであり、テーブル１２の上面には搬送経路３の上流側（図１上方、図２奥側）からワーク２が順次搬送される。
テーブル１２の上方には、３軸移動可能な移動機構１３により主軸ヘッド１４が支持されている。主軸ヘッド１４には電動モータで回転駆動される主軸１５が支持されている。主軸１５には切削加工用の工具１６が装着されている。
このような工作機械４では、主軸１５を回転させた状態で、移動機構１３により工具１６をワーク２に近接させることで、ワーク２の切削加工が可能である。
テーブル１２の上方には、３軸移動可能な移動機構１３により主軸ヘッド１４が支持されている。主軸ヘッド１４には電動モータで回転駆動される主軸１５が支持されている。主軸１５には切削加工用の工具１６が装着されている。
このような工作機械４では、主軸１５を回転させた状態で、移動機構１３により工具１６をワーク２に近接させることで、ワーク２の切削加工が可能である。
【0016】
工作機械４には、ベッド１１の上面に三次元測定機５の校正動作に用いる基準球１７が設置されている。
三次元測定機５においては、プローブ２４で基準球１７の表面を検出する校正動作により、プローブ２４の校正動作を行うことができる。
基準球１７を用いた校正動作は、基本的に製造ライン１および三次元測定機５の起動時に１回だけ行う。ただし三次元測定機５の校正動作は、必要に応じて随時行ってもよい。
製造ライン１に設置された他の工作機械４１～４３は、各々の加工内容に応じて相違があるが、それぞれ工作機械４と同様に構成されている。
三次元測定機５においては、プローブ２４で基準球１７の表面を検出する校正動作により、プローブ２４の校正動作を行うことができる。
基準球１７を用いた校正動作は、基本的に製造ライン１および三次元測定機５の起動時に１回だけ行う。ただし三次元測定機５の校正動作は、必要に応じて随時行ってもよい。
製造ライン１に設置された他の工作機械４１～４３は、各々の加工内容に応じて相違があるが、それぞれ工作機械４と同様に構成されている。
【0017】
図２において、三次元測定機５は、製造ライン１の側方に設置された測定機本体２０と、測定機本体２０から製造ライン１まで延びる支持体２３と、支持体２３で支持されて搬送経路３で搬送されるワーク２を測定可能なプローブ２４と、を有する。
測定機本体２０は、工作機械４に隣接する床面上に固定されたベッド２１と、ベッド２１の上面に支持されたコラム２２とを有する。コラム２２の側面には、ブロック２５が昇降自在に支持されている。ブロック２５には、水平に延びる長尺の支持体２３が支持されている。
支持体２３は、測定機本体２０から工作機械４のテーブル１２の上面まで達する十分な長さとされており、先端に支持されたプローブ２４がテーブル１２に支持されたワーク２に接触可能である。
プローブ２４としては、接触式のタッチプローブや倣いプローブ、非接触式のラインレーザプローブや粗さ測定プローブなどが適宜利用できる。
測定機本体２０は、工作機械４に隣接する床面上に固定されたベッド２１と、ベッド２１の上面に支持されたコラム２２とを有する。コラム２２の側面には、ブロック２５が昇降自在に支持されている。ブロック２５には、水平に延びる長尺の支持体２３が支持されている。
支持体２３は、測定機本体２０から工作機械４のテーブル１２の上面まで達する十分な長さとされており、先端に支持されたプローブ２４がテーブル１２に支持されたワーク２に接触可能である。
プローブ２４としては、接触式のタッチプローブや倣いプローブ、非接触式のラインレーザプローブや粗さ測定プローブなどが適宜利用できる。
【0018】
ベッド２１とコラム２２との間には、図示しないＹ軸移動機構が設置され、コラム２２、ブロック２５、支持体２３ないしプローブ２４はベッド２１に対してＹ軸方向（図２奥行き方向、支持体２３の延伸方向に直交する２軸のうち水平方向）へ移動可能である。
コラム２２とブロック２５との間には、図示しないＺ軸移動機構が設置され、ブロック２５、支持体２３およびプローブ２４は、コラム２２およびベッド２１に対してＺ軸方向（図２上下方向、支持体２３の延伸方向に直交する２軸のうち垂直方向）へ昇降可能である。
ブロック２５と支持体２３との間には、図示しないＸ軸移動機構が設置され、支持体２３およびプローブ２４は、コラム２２およびベッド２１に対してＸ軸方向（図２左右方向、支持体２３の延伸方向）へ移動可能である。
これらのＸＹＺ各軸の移動量は、各軸に沿って設置された図示しないスケールにより検出可能である。
コラム２２とブロック２５との間には、図示しないＺ軸移動機構が設置され、ブロック２５、支持体２３およびプローブ２４は、コラム２２およびベッド２１に対してＺ軸方向（図２上下方向、支持体２３の延伸方向に直交する２軸のうち垂直方向）へ昇降可能である。
ブロック２５と支持体２３との間には、図示しないＸ軸移動機構が設置され、支持体２３およびプローブ２４は、コラム２２およびベッド２１に対してＸ軸方向（図２左右方向、支持体２３の延伸方向）へ移動可能である。
これらのＸＹＺ各軸の移動量は、各軸に沿って設置された図示しないスケールにより検出可能である。
【0019】
このような三次元測定機５では、制御装置７の制御により各軸移動機構を動作させ、支持体２３の先端に支持されたプローブ２４を工作機械４のテーブル１２の上方へ進出させ、プローブ２４をワーク２に接触させるとともに、プローブ２４で接触が検知された際の各軸移動量を検出することで、ワーク２の表面の三次元座標位置を測定可能である。
【0020】
三次元測定機５の支持体２３には、プローブ２４を支持する部分の測定機本体２０に対する変位を検出する変位検出装置３０が設置されている。
ブロック２５にはレーザ干渉計３１および二次元センサ３４が設置され、プローブ２４が装着される支持体２３の先端部分には反射器３２およびビームスプリッタ３３が設置されている。
ブロック２５にはレーザ干渉計３１および二次元センサ３４が設置され、プローブ２４が装着される支持体２３の先端部分には反射器３２およびビームスプリッタ３３が設置されている。
【0021】
図３において、レーザ干渉計３１は支持体２３と平行なレーザビームＢ１を形成し、反射器３２で反射されたレーザビームＢ２がレーザ干渉計３１に戻される。レーザ干渉計３１はレーザビームＢ２を参照して反射器３２までの距離を測定し、測定機本体２０の機械座標系に対するプローブ２４のＸ軸方向位置を高精度に測定可能である。
【0022】
ビームスプリッタ３３は、ハーフミラー３３１，３３２を有する。ハーフミラー３３１は、反射器３２の入射側に設置されてレーザ干渉計３１からのレーザビームＢ１を分割し、ハーフミラー３３２は、測定機本体２０側へ戻る支持体２３と平行なレーザビームＢ３を形成する。
二次元センサ３４は、ビームスプリッタ３３からのレーザビームＢ３を受光し、レーザビームＢ３の二次元受光位置を検出する。
二次元センサ３４としては、例えばフォトダイオードの表面抵抗を利用した二次元ＰＳＤ（二次元位置検出センサ）が利用でき、連続したＸ座標およびＹ座標の電気信号が得られ、位置分解能および応答性に優れるとされている。二次元センサ３４として、ＣＣＤ（電荷結合素子）を利用した二次元イメージセンサを用いてもよい。
二次元センサ３４は、ビームスプリッタ３３からのレーザビームＢ３を受光し、レーザビームＢ３の二次元受光位置を検出する。
二次元センサ３４としては、例えばフォトダイオードの表面抵抗を利用した二次元ＰＳＤ（二次元位置検出センサ）が利用でき、連続したＸ座標およびＹ座標の電気信号が得られ、位置分解能および応答性に優れるとされている。二次元センサ３４として、ＣＣＤ（電荷結合素子）を利用した二次元イメージセンサを用いてもよい。
【0023】
図４には、二次元センサ３４におけるレーザビームＢ３の受光状態が示されている。
二次元センサ３４は、微細な光センサを二次元配列したパネル状のセンサであり、レーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３について、基準位置Ｐ０からのＺ軸方向の変位ｄＺおよびＹ軸方向の変位ｄＹを検出可能である。
支持体２３が、測定機本体２０に対して設計上の基準位置にあるとき、二次元センサ３４におけるレーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３は基準位置Ｐ０となる。一方、支持体２３の変形あるいは測定機本体２０に対する変位が生じた際には、二次元センサ３４におけるレーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３が基準位置Ｐ０からずれて変位ｄＹ，ｄＺが生じる。
支持体２３の変形あるいは測定機本体２０に対する変位は、測定機本体２０のＹＺ各軸スケールで測定されるプローブ２４の各軸位置の誤差となる。これに対し、二次元センサ３４で変位ｄＹ，ｄＺを検出し、制御装置７において変位ｄＹ，ｄＺに基づく幾何学的演算を行ってＹＺ各軸位置を補正することで、測定されるワーク２の表面の三次元座標位置を高精度に維持可能である。
二次元センサ３４は、微細な光センサを二次元配列したパネル状のセンサであり、レーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３について、基準位置Ｐ０からのＺ軸方向の変位ｄＺおよびＹ軸方向の変位ｄＹを検出可能である。
支持体２３が、測定機本体２０に対して設計上の基準位置にあるとき、二次元センサ３４におけるレーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３は基準位置Ｐ０となる。一方、支持体２３の変形あるいは測定機本体２０に対する変位が生じた際には、二次元センサ３４におけるレーザビームＢ３の受光位置ＰＢ３が基準位置Ｐ０からずれて変位ｄＹ，ｄＺが生じる。
支持体２３の変形あるいは測定機本体２０に対する変位は、測定機本体２０のＹＺ各軸スケールで測定されるプローブ２４の各軸位置の誤差となる。これに対し、二次元センサ３４で変位ｄＹ，ｄＺを検出し、制御装置７において変位ｄＹ，ｄＺに基づく幾何学的演算を行ってＹＺ各軸位置を補正することで、測定されるワーク２の表面の三次元座標位置を高精度に維持可能である。
【0024】
前述した変位検出装置３０において、二次元センサ３４で検出される変位ｄＹ，ｄＺは、支持体２３およびプローブ２４の全体としての各軸方向のずれに起因する変位（並進成分）と、支持体２３の延伸軸線の撓みによる測定機本体２０の支持部分に対するプローブ２４支持部分の傾きに起因する変位（回転成分）と、を含んでいる。
例えば、支持体２３の変形では重力によるＺ方向下向きの変位が大きいが、Ｚ軸方向の変位ｄＺは図５および図６に示す並進成分ｄＺｔと回転成分ｄＺｒとが合成されたものとなる。
例えば、支持体２３の変形では重力によるＺ方向下向きの変位が大きいが、Ｚ軸方向の変位ｄＺは図５および図６に示す並進成分ｄＺｔと回転成分ｄＺｒとが合成されたものとなる。
【0025】
図５において、支持体２３は、主に重力により全体として測定機本体２０の支持部分に対して下方へ変位し、その変位量はＺ軸と平行な並進成分ｄＺｔとなる。
図６において、支持体２３に対する重力の影響は、測定機本体２０側に対してプローブ２４側が下向きに撓むように変形させ、この撓みによる変形は支持体２３のプローブ２４支持部分での傾きＲｚとして現れ、二次元センサ３４においては回転成分ｄＺｒとなる。
従って、プローブ２４支持部分での傾きＲｚを検出し、回転成分ｄＺｒを演算したうえ、二次元センサ３４で検出されたＺ軸方向の並進成分である変位ｄＺと併せて補正演算を行うことで、Ｚ軸位置の補正に適用すべき適切な並進成分ｄＺｔを補正値として算出することができる。
これは、Ｙ軸方向の変位ｄＹについても同様であり、回転成分ｄＹｒを検出することで補正に適用すべき並進成分ｄＹｔを算出することができる。
図６において、支持体２３に対する重力の影響は、測定機本体２０側に対してプローブ２４側が下向きに撓むように変形させ、この撓みによる変形は支持体２３のプローブ２４支持部分での傾きＲｚとして現れ、二次元センサ３４においては回転成分ｄＺｒとなる。
従って、プローブ２４支持部分での傾きＲｚを検出し、回転成分ｄＺｒを演算したうえ、二次元センサ３４で検出されたＺ軸方向の並進成分である変位ｄＺと併せて補正演算を行うことで、Ｚ軸位置の補正に適用すべき適切な並進成分ｄＺｔを補正値として算出することができる。
これは、Ｙ軸方向の変位ｄＹについても同様であり、回転成分ｄＹｒを検出することで補正に適用すべき並進成分ｄＹｔを算出することができる。
【0026】
三次元測定機５の支持体２３には、プローブ２４を支持する部分での測定機本体２０に対する支持体２３延伸方向の傾斜（図６の傾きＲｚ）を検出する傾斜検出装置３５が設置されている。
傾斜検出装置３５としては、重力方向を検出して重力方向に対するプローブ２４支持部分の傾きを測定する傾斜センサなどが利用できる。傾斜センサとしては、例えば、重錘あるいは振り子を用いる機械式センサあるいはＭＥＭＳ（微小な電気機械システム）センサや、液面を検出する液体式センサなどが利用できる。
傾斜検出装置３５としては、他に光学的な方位センサなどを用いてもよく、レーザ干渉計３１に角度検出機能がある場合、これを利用してもよく、重力が関与しないＹ軸方向の回転成分ｄＹｒの検出にはこのような光学的なセンサが好ましい。
傾斜検出装置３５としては、重力方向を検出して重力方向に対するプローブ２４支持部分の傾きを測定する傾斜センサなどが利用できる。傾斜センサとしては、例えば、重錘あるいは振り子を用いる機械式センサあるいはＭＥＭＳ（微小な電気機械システム）センサや、液面を検出する液体式センサなどが利用できる。
傾斜検出装置３５としては、他に光学的な方位センサなどを用いてもよく、レーザ干渉計３１に角度検出機能がある場合、これを利用してもよく、重力が関与しないＹ軸方向の回転成分ｄＹｒの検出にはこのような光学的なセンサが好ましい。
【0027】
本実施形態によれば次のような効果が得られる。
本実施形態では、製造ライン１および三次元測定機５によりインライン測定システム６が形成される。インライン測定システム６においては、製造ライン１の側方に設置された測定機本体２０から支持体２３を延ばしてプローブ２４を製造ライン１内に導入し、ワーク２の三次元形状のインライン測定を行うことができる。
本実施形態では、測定機本体２０は製造ライン１の側方に設置されるため、製造ライン１の途中に三次元測定機５の設置スペースを確保する必要がなく、製造ライン１の長大化を回避できる。
これにより、製造ライン１の長大化を回避しつつ、専用の三次元測定機５を用いた効率的なインライン測定を実現できる。
本実施形態では、製造ライン１および三次元測定機５によりインライン測定システム６が形成される。インライン測定システム６においては、製造ライン１の側方に設置された測定機本体２０から支持体２３を延ばしてプローブ２４を製造ライン１内に導入し、ワーク２の三次元形状のインライン測定を行うことができる。
本実施形態では、測定機本体２０は製造ライン１の側方に設置されるため、製造ライン１の途中に三次元測定機５の設置スペースを確保する必要がなく、製造ライン１の長大化を回避できる。
これにより、製造ライン１の長大化を回避しつつ、専用の三次元測定機５を用いた効率的なインライン測定を実現できる。
【0028】
本実施形態では、三次元測定機５におけるプローブ２４の３軸座標を、基本的に測定機本体２０に設置された各軸方向のスケールで検出している。Ｘ軸座標はレーザ干渉計３１でも検出できる。Ｘ軸座標はレーザ干渉計３１だけで検出し、測定機本体２０に設置されたＸ軸方向のスケールによる検出は省略してもよい。さらに、三次元測定機５においては、変位検出装置３０で支持体２３のプローブ２４を支持する部分の測定機本体２０に対する変位を検出することで、支持体２３の変形等に基づく変位を補正することができる。
とくに、本実施形態の変位検出装置３０では、レーザ干渉計３１および反射器３２で支持体２３の延伸方向（Ｘ軸方向）の変位を検出しつつ、二次元センサ３４で支持体２３の延伸方向に交差する２軸方向（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の変位を検出できる。この際、二次元センサ３４で検出するレーザビームＢ３は、レーザ干渉計３１によるレーザビームＢ１をビームスプリッタ３３分割して利用しており、構造の簡素化および稼働電力の抑制ができる。
とくに、本実施形態の変位検出装置３０では、レーザ干渉計３１および反射器３２で支持体２３の延伸方向（Ｘ軸方向）の変位を検出しつつ、二次元センサ３４で支持体２３の延伸方向に交差する２軸方向（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の変位を検出できる。この際、二次元センサ３４で検出するレーザビームＢ３は、レーザ干渉計３１によるレーザビームＢ１をビームスプリッタ３３分割して利用しており、構造の簡素化および稼働電力の抑制ができる。
【0029】
さらに、本実施形態では、傾斜検出装置３５により、支持体２３のプローブ２４を支持する部分での支持体２３の延伸方向の傾斜を検出し、支持体２３の変形等に基づく変位の補正を適切に行うことができる。
前述した通り、本実施形態では、変位検出装置３０により、支持体２３の測定機本体２０側に対するプローブ２４を支持する部分における、支持体２３の延伸方向に交差する２軸方向（ＹＺ軸方向）の変位を検出している。そして、検出されたＹＺ軸方向の変位量には、当該部分の並進成分だけでなく回転成分の影響が含まれる。ここで、傾斜検出装置３５により当該部分の傾斜から回転成分を検出することで、回転成分と並進成分とを併せて補正演算を行うことができ、適切な補正を行うことができる。
前述した通り、本実施形態では、変位検出装置３０により、支持体２３の測定機本体２０側に対するプローブ２４を支持する部分における、支持体２３の延伸方向に交差する２軸方向（ＹＺ軸方向）の変位を検出している。そして、検出されたＹＺ軸方向の変位量には、当該部分の並進成分だけでなく回転成分の影響が含まれる。ここで、傾斜検出装置３５により当該部分の傾斜から回転成分を検出することで、回転成分と並進成分とを併せて補正演算を行うことができ、適切な補正を行うことができる。
【0030】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、製造ライン１は搬送経路３および工作機械４，４１，４２，４３で構成され、工作機械４の側方に三次元測定機５が設置されていた。これに対し、工作機械４１，４２，４３の側方にそれぞれ同様な三次元測定機５を設置してもよい。また、工作機械４，４１，４２，４３の数は３以下でもよく、５以上であってもよい。
工作機械４の構成は任意であり、垂直な主軸１５を有するものに限らず、横向きの主軸を用いるものであってもよい。三次元測定機５の構成も任意であり、製造ライン１へと延びる支持体２３を支持しつつ３軸方向へ移動できる構成であればよい。
前記実施形態では、製造ライン１は搬送経路３および工作機械４，４１，４２，４３で構成され、工作機械４の側方に三次元測定機５が設置されていた。これに対し、工作機械４１，４２，４３の側方にそれぞれ同様な三次元測定機５を設置してもよい。また、工作機械４，４１，４２，４３の数は３以下でもよく、５以上であってもよい。
工作機械４の構成は任意であり、垂直な主軸１５を有するものに限らず、横向きの主軸を用いるものであってもよい。三次元測定機５の構成も任意であり、製造ライン１へと延びる支持体２３を支持しつつ３軸方向へ移動できる構成であればよい。
【0031】
変位検出装置３０としては、支持体２３の延伸方向（Ｘ軸方向）、同方向に交差する２軸方向（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の変位が検出できればよく、各軸に沿って高精度の変位検出器を設置してもよい。例えば、Ｚ軸変位ｄＺおよびＹ軸変位ｄＹについては、レーザ干渉計３１によるＸ軸ビームを利用する二次元センサ３４に代えて、各軸ごとに高精度の変位検出器、例えばレーザートラッカーを使用してもよい。ただし、前記実施形態の構成とすることで、レーザ干渉計３１によるＸ軸ビームを流用してＹ軸およびＺ軸の変位検出までを行うことができ、構成の簡素化が可能である。
前記実施形態では、傾斜検出装置３５を用いて支持体２３のプローブ２４支持位置の傾斜から回転成分を検出し、変位検出装置３０で検出される並進成分と回転成分とを併せて補正演算を行うことで、測定値の適切な補正による高精度化を図っていた。ここで、傾斜検出装置３５としては、重力式の傾斜センサに限らず、光学式の方位検出を行う機構であってもよく、例えば、二次元センサ３４とレーザビームＢ１，Ｂ３を用いる機構を２組設置し、並進成分と傾き成分とを検出してもよい。
前記実施形態では、支持体２３の延伸方向（Ｘ軸方向）、同方向に交差する２軸方向（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の各変位ｄＸ，ｄＹ，ｄＺを検出していたが、支持体２３の変形の主因が重力による垂れ下がりであり、支持体２３のプローブ２４を支持する部分の垂直方向の変位ｄＺの補正が最も必要であって、Ｘ軸方向の変位ｄＸ，Ｙ軸方向の変位ｄＹについては精度の緩和、簡素化あるいは省略してもよい。
前記実施形態では、傾斜検出装置３５を用いて支持体２３のプローブ２４支持位置の傾斜から回転成分を検出し、変位検出装置３０で検出される並進成分と回転成分とを併せて補正演算を行うことで、測定値の適切な補正による高精度化を図っていた。ここで、傾斜検出装置３５としては、重力式の傾斜センサに限らず、光学式の方位検出を行う機構であってもよく、例えば、二次元センサ３４とレーザビームＢ１，Ｂ３を用いる機構を２組設置し、並進成分と傾き成分とを検出してもよい。
前記実施形態では、支持体２３の延伸方向（Ｘ軸方向）、同方向に交差する２軸方向（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の各変位ｄＸ，ｄＹ，ｄＺを検出していたが、支持体２３の変形の主因が重力による垂れ下がりであり、支持体２３のプローブ２４を支持する部分の垂直方向の変位ｄＺの補正が最も必要であって、Ｘ軸方向の変位ｄＸ，Ｙ軸方向の変位ｄＹについては精度の緩和、簡素化あるいは省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明は製造ライン上のワークを測定する三次元測定機およびインライン測定システムに利用できる。
【符号の説明】
【0033】
１…製造ライン、１１…ベッド、１２…テーブル、１３…移動機構、１４…主軸ヘッド、１５…主軸、１６…工具、１７…基準球、２…ワーク、２０…測定機本体、２１…ベッド、２２…コラム、２３…支持体、２４…プローブ、２５…ブロック、３…搬送経路、３０…変位検出装置、３１…レーザ干渉計、３２…反射器、３３…ビームスプリッタ、３４…二次元センサ、３５…傾斜検出装置、４，４１，４２，４３…工作機械、５…三次元測定機、６…インライン測定システム、７…制御装置、８…操作端末、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…レーザビーム、ｄＹ，ｄＺ…変位、ｄＹｒ，ｄＺｒ…回転成分、ｄＹｔ，ｄＺｔ…並進成分、Ｐ０…基準位置、ＰＢ３…受光位置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】