特許 7144920 形状測定装置および移動機構

(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】

(24)【登録日】2022-09-21

(45)【発行日】2022-09-30

(54)【発明の名称】形状測定装置および移動機構

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20220922BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20220922BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20220922BHJP

【ＦＩ】

G01B5/00 L

G01B5/008

G01B21/00 L

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017001270

(22)【出願日】2017-01-06

(65)【公開番号】P2018112414

(43)【公開日】2018-07-19

【審査請求日】2019-12-16

【審判番号】

【審判請求日】2022-01-11

(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】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 正洋

(72)【発明者】

【氏名】大山 良和

(72)【発明者】

【氏名】滝澤 将人

(72)【発明者】

【氏名】竹迫 康次

【合議体】

【審判長】中塚 直樹

【審判官】濱野 隆

【審判官】波多江 進

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４２５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／１４４９０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01B 5/00

G01B 21/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の移動方向に相対移動する第１部材および第２部材と、
前記第１部材に形成され、前記移動方向に延びかつ互いに平行であって重ならないガイド領域および駆動領域を同一平面上に有するガイド面と、
前記第２部材に形成されて前記ガイド領域に対向するエアパッドと、
前記第２部材に形成されて前記駆動領域を転動する駆動ローラと、を有することを特徴とする形状測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載した形状測定装置において、
前記エアパッドは、同じ前記ガイド領域に対して複数が前記移動方向の異なる位置に設置されているとともに、
前記駆動ローラは、前記駆動領域に対向する位置であって、前記移動方向の位置は前記エアパッドの中間に配置されていることを特徴とする形状測定装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載した形状測定装置において、
前記第１部材が測定対象物を支持するテーブルであり、前記ガイド面は前記テーブルの側面に形成されているとともに、
前記第２部材は測定機を支持するコラムであり、前記エアパッドおよび前記駆動ローラは前記コラムの前記ガイド面に対向する部分に設置されていることを特徴とする形状測定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した形状測定装置において、
前記ガイド面には、前記ガイド領域よりも上側に前記駆動領域が形成されていることを特徴とする形状測定装置。

【請求項5】

第１部材および第２部材を所定の移動方向に相対移動させる移動機構であって、
前記第１部材に形成され、前記移動方向に延びかつ互いに平行であって重ならないガイド領域および駆動領域を同一平面上に有するガイド面と、
前記第２部材に形成されて前記ガイド領域に対向するエアパッドと、
前記第２部材に形成されて前記駆動領域を転動する駆動ローラと、を有することを特徴とする移動機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状測定装置および移動機構に関する。

【背景技術】

【0002】

形状測定装置として、測定対象であるワークに対して測定子（プローブ）を三次元移動させる三次元測定機が知られている。大型の三次元測定機では、ワークを跨ぐ門型の移動機構が用いられている（特許文献１参照）。
門型の三次元測定機は、ワークを載置するテーブルと、その両側に設置された一対のコラムと、一対のコラムに架構されたＸ軸方向のビームと、ビーム上を移動可能なスライダと、スライダに対して昇降するＺスピンドルとを備え、Ｚスピンドルの下端にプローブが装着される。そして、コラムおよびビームがテーブルに対してＹ軸方向に相対移動され、スライダがビームに沿ってＸ軸方向に移動され、Ｚスピンドルがスライダに対してＺ軸方向（昇降方向）に移動されることで、プローブをテーブル上のワークに対して三次元移動させることができる。これらのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の移動は、各軸移動機構であるモータ等により行われる。

【0003】

従来、テーブルとコラムとをＹ軸方向に相対移動させる移動機構としては、例えばテーブル側面をガイド面としつつローラ駆動する構成が採用される（特許文献２参照）。
詳述すると、テーブルには、その上面の両側および側面にそれぞれ平坦度の高いガイド面が形成され、一対のコラムには各ガイド面に対向するエアパッド（空気静圧軸受）が設置される。エアパッドのうち、テーブル上面に対向するエアパッドにより、各コラムの荷重が支持される。また、テーブルの両側面を各コラムのエアパッドで挟み込むことで、Ｙ軸方向のガイドが行われる。
コラムには、テーブルの側面を転動する駆動ローラが設置される。この駆動ローラでテーブルに対して一方のコラム駆動することで、ビームないし他方のコラムを含む門型構造の全体がテーブルに対してＹ軸方向へ駆動される。
ローラの表面には、テーブルに対する摩擦力を強化するために、摩擦力強化材料として数ｍｍ厚程度のウレタンやゴム、シリコン樹脂などが貼られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１２２１１８号公報

【文献】特開２０１６－１４２５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述のように、テーブルの一方の側面には、駆動ローラが転動する領域と、エアパッドが対向するガイド面とが設定される。
前述した特許文献２など、従来はローラの駆動領域とガイド面とが重複して設定されていた。すなわち、駆動側のコラムには、ガイド用の一対のエアパッドが設置されるとともに、その間に駆動ローラが設置され、この駆動ローラがガイド面を転動されていた。
このような構成では、ローラの転動によりローラ表面の摩擦力強化材料が擦り切れて粉塵となり、この粉塵がガイド面に付着することがある。
このような粉塵等がガイド面に付着すると、ガイド面の平滑性が損なわれ、エアパッドの微小間隔での静圧浮上が適切に行われず、所期のガイド機能が得られなくなる可能性があった。一方で、粉塵の発生を回避するために、摩擦力強化材料の硬さや強度を高める等すると、ローラによる駆動性能が適切に得られなくなる可能性があった。

【0006】

本発明の目的は、エアパッドによるガイド機能および駆動ローラによる駆動性能がそれぞれ適切に得られる形状測定装置および移動機構を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の形状測定装置は、所定の移動方向に相対移動する第１部材および第２部材と、前記第１部材に形成され、前記移動方向に延びかつ互いに平行なガイド領域および駆動領域を有するガイド面と、前記第２部材に形成されて前記ガイド領域に対向するエアパッドと、前記第２部材に形成されて前記駆動領域を転動する駆動ローラと、を有することを特徴とする。

【0008】

本発明では、ガイド面に対向するエアパッドにより、第１部材に対して第２部材がガイドされる。そして、ガイド面を転動する駆動ローラにより、第１部材に対して第２部材が駆動される。この際、エアパッドが対向するのはガイド面のガイド領域であり、駆動ローラが転動するのはガイド面の駆動領域であり、各々は互いに平行であって重ならない領域である。このため、駆動ローラの転動により摩擦力強化材料の粉塵が生じても、この粉塵は専ら駆動領域に付着し、ガイド領域への付着は防止できる。その結果、ガイド領域の平滑性ないしエアパッドによるガイド機能を常に維持することができる。

【0009】

本発明の形状測定装置において、前記エアパッドは、同じ前記ガイド領域に対して複数が前記移動方向の異なる位置に設置されているとともに、前記駆動ローラは、前記駆動領域に対向する位置であって、前記移動方向の位置は前記エアパッドの中間に配置されていることが望ましい。

【0010】

本発明では、駆動ローラがガイド面の駆動領域に押し付けられることで、第１部材には第２部材からの押圧力が作用するが、駆動ローラの移動方向の両側にエアパッドが配置され、不必要なモーメントなどが発生することがないので、第１部材に対する第２部材の姿勢を維持することができ、移動方向に沿ったガイド機能を適切に維持することができる。

【0011】

本発明の形状測定装置において、前記第１部材が測定対象物を支持するテーブルであり、前記ガイド面は前記テーブルの側面に形成されているとともに、前記第２部材は測定機を支持するコラムであり、前記エアパッドおよび前記駆動ローラは前記コラムの前記ガイド面に対向する部分に設置されていることが望ましい。

【0012】

本発明の形状測定装置としては、例えば三次元測定機を採用することができる。そして、テーブルおよびコラムとしては、三次元測定機のテーブルおよびコラムとすることができる。例えば三次元測定機には、コラムに支持されるクロスビームに対して移動するスライダ、スライダに対して昇降移動するＺスピンドルがあり、これらの移動機構として本発明を適用してもよい。しかし、コラムとテーブルとの移動機構は、例えばコラムないしＺスピンドルを含む門型構造を移動部分とする場合でも、あるいは門型構造を固定してテーブル側を移動部分とする場合でも、移動部分の質量が大きく、駆動ローラによる駆動力が最も大きくなる。そして、駆動力が大きくなることから、粉塵が発生する頻度も高く、本発明の効果が最も有効となる。

【0013】

本発明の形状測定装置において、前記ガイド面は、前記ガイド領域よりも上側に前記駆動領域が形成されていることが望ましい。
本発明では、駆動ローラがガイドパッドより上方に配置されることになり、駆動ローラからの駆動力を、コラムおよびこれを含む移動部分の重心に近い位置で作用させることができ、移動精度を良好にできる。一方、駆動ローラの粉塵は上方の駆動領域からガイド領域へと落下する可能性があるが、ガイド領域であるため駆動ローラで押し付けられることはなく、ガイド領域を通るエアパッドからの排気で除去されることもあり、ガイド領域への付着を回避できる。

【0014】

本発明の移動機構は、第１部材および第２部材を所定の移動方向に相対移動させる移動機構であって、前記第１部材に形成され、前記移動方向に延びかつ互いに平行なガイド領域および駆動領域を有するガイド面と、前記第２部材に形成されて前記ガイド領域に対向するエアパッドと、前記第２部材に形成されて前記駆動領域を転動する駆動ローラと、を有することを特徴とする。
本発明の移動機構では、所定の移動方向に相対移動する第１部材および第２部材を有する形状測定装置などに適用することで、前述した本発明の形状測定装置で説明した通りの効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ローラの転動で生じる粉塵のガイド面への付着を抑制できる形状測定装置および移動機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態の三次元測定機を示す斜視図。

【図2】前記実施形態のＹ軸駆動部分を示す正面図。

【図3】前記実施形態のＹ軸駆動部分を示す拡大側面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、三次元測定機１は、本発明の形状測定装置であり、上面にワーク２が載置されるテーブル３と、テーブル３を跨ぐ門型の構造体４とを備えている。構造体４には測定プローブ５が装着され、測定プローブ５は構造体４によりワーク２に対して三次元移動される。

【0018】

門型の構造体４は、テーブル３の両側に設置された一対のコラム４１，４２と、コラム４１，４２に掛け渡されたＸ軸方向のビーム４３と、ビーム４３に沿って移動可能なスライダ４４と、を備えている。スライダ４４にはＺスピンドル４５が支持され、測定プローブ５はＺスピンドル４５の下端に装着されている。

【0019】

ビーム４３とスライダ４４との間には、図示しないＸ軸移動機構が設置され、スライダ４４はビーム４３に沿ってＸ軸方向に移動可能である。
スライダ４４とＺスピンドル４５との間には、図示しないＺ軸移動機構が設置され、Ｚスピンドル４５はスライダ４４に対してＺ軸方向に移動可能である。
テーブル３とコラム４１，４２との間には、Ｙ軸移動機構１０が設置され、コラム４１，４２を含む門型の構造体４は、テーブル３に対してＹ軸方向へ移動可能である。
これらのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸移動により、構造体４に装着された測定プローブ５を、テーブル３上のワーク２に対して三次元移動させることができる。

【0020】

Ｙ軸移動機構１０は、門型の構造体４の荷重をテーブル３に支持させつつ、テーブル３に対して構造体４をＹ軸方向へ正確にガイドし、同方向に駆動するものである。
ここで、構造体４の荷重支持はコラム４１，４２の双方で分担されるが、Ｙ軸方向へのガイドおよび駆動は専らコラム４１側で行われる。
Ｙ軸移動機構１０に対する防塵などの保護のため、テーブル３のコラム４１側はケース６で囲われている。ケース６は上面に伸縮式のカバーを有し、コラム４１のＹ軸移動を妨げることがない。

【0021】

図２において、テーブル３のコラム４１側の側面にはガイド面３１が形成されている。テーブル３の上面には、ガイド面３１が形成された側面に沿って溝３２が形成され、この溝３２と側面との間にガイドレール３３が形成されている。
コラム４１には、水平に対向するエアパッド１１，１２と、上下に対向するエアパッド１３，１４が設置されている。

【0022】

エアパッド１１は、ガイド面３１に対向配置されている。エアパッド１２は、溝３２内に設置されてガイドレール３３の側面に対向配置されている。これらのエアパッド１１，１２により、ガイドレール３３が水平に挟み込まれている。
エアパッド１３は、ガイドレール３３の上面に対向配置されている。エアパッド１４は、ガイドレール３３の直下の位置においてテーブル３の下面に対向配置されている。
ここで、エアパッド１３は、構造体４の荷重支持に必要な十分な負荷容量が設定されている。これに対し、エアパッド１４は、エアパッド１３とともにテーブル３を上下に挟み込むものであって、比較的小型とされている。

【0023】

これらのエアパッド１１～１４により、コラム４１を含む構造体４は、テーブル３に対してＹ軸方向へ正確にガイドされている。
また、エアパッド１３により、コラム４１の荷重をテーブル３に伝達可能である。
なお、反対側のコラム４２の下面にも、コラム４１のエアパッド１３と同様なエアパッドが設置され、テーブル３の上面に対してコラム４２の荷重を伝達可能である。

【0024】

コラム４１には、ガイド面３１と対向する部位に、駆動ローラ１９が設置されている。
駆動ローラ１９は、ガイド面３１を転動するとともに、モータ１８で駆動され、ガイド面３１に対してＹ軸方向の駆動力を伝達可能である。

【0025】

図３に示すように、エアパッド１１は、コラム４１のＹ軸方向の異なる位置に２個設置されている。
これらのエアパッド１１は、ともに数十μｍ程度の静圧隙間を介してガイド面３１のガイド領域３１１に対向配置されている。

【0026】

駆動ローラ１９は、Ｙ軸方向の位置が２つのエアパッド１１の中間であって、高さ方向には上方へずれた位置とされ、駆動ローラ１９が転動する駆動領域３１２は、ガイド領域３１１の上側に隣接し、かつ平行とされた状態で設けられている。つまり、ガイド領域３１１と駆動領域３１２とは重ならないようにして設けられている。なお、駆動領域３１２とガイド領域３１１の間には、少し隙間が設けられていても良い。
駆動ローラ１９の周面には、転動するガイド面３１との間の摩擦力を強化するために、ゴム等の摩擦力強化材料が貼られている。摩擦力強化材料は、駆動ローラ１９の周面にコーティングされるものであってもよく、駆動ローラ１９自体が摩擦力強化材料で形成されていてもよい。

【0027】

本実施形態においては、ワーク２に対する測定プローブ５の三次元移動のうちＹ軸方向の移動は、Ｙ軸移動機構１０により構造体４をテーブル３に対して移動させることで実行される。
Ｙ軸移動機構１０においては、４方向のエアパッド１１～１４により、テーブル３（第１部材）に対して構造体４のコラム４１（第２部材）がガイドされる。そして、ガイド面３１を転動する駆動ローラ１９により、テーブル３に対してコラム４１が駆動される。

【0028】

この際、エアパッド１１が対向するのはガイド面３１のガイド領域３１１であり、駆動ローラ１９が転動するのはガイド面３１の駆動領域３１２であり、各々は互いに平行であって重ならない領域である。
このため、駆動ローラ１９の転動により摩擦力強化材料の粉塵が生じても、この粉塵は専ら駆動領域３１２に付着し、ガイド領域３１１への付着は防止できる。その結果、ガイド領域３１１の平滑性ないしエアパッド１１によるガイド機能を常に維持することができる。

【0029】

本実施形態では、エアパッド１１は、同じガイド領域３１１に対して複数が移動方向の異なる位置に設置されており、駆動ローラ１９は、駆動領域３１２に対向する位置であって、移動方向の位置はエアパッド１１の中間に配置されている。
このため、駆動ローラ１９が駆動領域３１２に押し付けられることで、テーブル３にはコラム４１からの押圧力が作用するが、駆動ローラ１９の移動方向の両側にエアパッド１１が配置され、コラム４１に捻れを生じさせるようなモーメントなどが発生せず、テーブル３に対するコラム４１の姿勢を維持することができ、移動方向に沿ったガイド機能を適切に維持することができる。

【0030】

本実施形態では、Ｙ軸移動機構１０がテーブル３に対してコラム４１を含む門型の構造体４を移動させるものであり、移動部分の質量が大きく、駆動ローラ１９による駆動力が最も大きくなり、粉塵が発生する頻度も高いことから、本発明に基づく粉塵のガイド領域３１１への付着やエアパッド１１への支障を防ぐ効果が最も有効となる。

【0031】

本実施形態において、ガイド面３１は、ガイド領域３１１よりも上側に駆動領域３１２が形成されている。このため、駆動ローラ１９がエアパッド１１より上方に配置されることになり、駆動ローラ１９からの駆動力を、コラム４１およびこれを含む構造体４の重心に近い位置で作用させることができ、移動精度を良好にできる。一方、駆動ローラ１９の粉塵は上方の駆動領域３１２からガイド領域３１１へと落下する可能性があるが、ガイド領域３１１であるため駆動ローラ１９で押し付けられることはなく、ガイド領域３１１を通るエアパッド１１からの排気で除去されることもあり、ガイド領域３１１への付着を回避できる。

【0032】

なお、本発明は前記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、テーブル３の側面にガイド面３１を形成し、コラム４１の対向部分にガイド用のエアパッド１１および駆動ローラ１９を設置した。本発明の他の実施形態として、テーブル３の上面あるいは下面にガイド面を形成し、エアパッドおよび駆動ローラを設置してもよい。

【0033】

前記実施形態では、移動方向に並ぶ２つのエアパッド１１を用いたが、３つ以上であってもよく、あるいは１つだけでもよい。３つ以上の場合、そのうち２つの間に駆動ローラ１９を設置することが好ましい。また、１つだけの場合、エアパッドと駆動ローラの移動方向の位置を一致させることが望ましい。
前記実施形態では、２つのエアパッド１１の移動方向の中間で上側にずれた位置に駆動ローラ１９を設置したが、駆動ローラ１９は下側に配置してもよい。ただし、構造体４の重心から離れるため、精度確保のための他の対策などが適宜必要になることがある。

【0034】

前記実施形態では、三次元測定機１において、テーブル３（第１部材）に対して構造体４のコラム４１（第２部材）をＹ軸方向へ移動させるＹ軸移動機構１０に本発明を適用したが、ビーム４３（第１部材）に沿ってスライダ４４（第２部材）を移動させるＸ軸移動機構に適用してもよく、さらにはスライダ４４（第１部材）に対してＺスピンドル４５（第２部材）を昇降させるＺ軸移動機構に適用することも可能である。あるいは、門型の構造体４が基礎に固定され、テーブル３が基礎に対してＹ軸方向へ移動される形式の三次元測定機においては、テーブル３と基礎との間の移動機構に適用することができる。
さらに、本発明は三次元測定機１に限らず、テーブル（第１部材）に対してカメラを支持するコラム（第２部材）を移動させる画像測定機など、他の形状測定装置の移動機構に適用することもできる。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、形状測定装置および移動機構に利用できる。

【符号の説明】

【0036】

１…三次元測定機（形状測定装置）、１０…Ｙ軸移動機構、１１…エアパッド、１２…エアパッド、１３…エアパッド、１４…エアパッド、１８…モータ、１９…駆動ローラ、２…ワーク、３…テーブル（第１部材）、３１…ガイド面、３１１…ガイド領域、３１２…駆動領域、３２…溝、３３…ガイドレール、４…構造体、４１…コラム（第２部材）、４２…コラム、４３…ビーム、４４…スライダ、４５…Ｚスピンドル、５…測定プローブ、６…ケース。

【図1】

【図2】

【図3】