JP2014238376A - Measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置に関し、特に、Y軸方向に移動可能な門型構造のYキャリッジと、X軸方向に移動可能なXキャリッジと、Z軸方向に移動可能なZキャリッジの3軸駆動ステージを有する3次元測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus, and in particular, a three-axis drive stage including a Y-shaped carriage that can move in the Y-axis direction, an X carriage that moves in the X-axis direction, and a Z carriage that moves in the Z-axis direction. It relates to a three-dimensional measuring apparatus having
一般的に、門型構造の3次元測定機の3軸駆動ステージは、ワークを搭載するための基台と、Yキャリッジと、Xキャリッジと、Zキャリッジとを備える。Yキャリッジは、一対の脚部の上端部がXガイドで連結されている、門型構造で構成される。そして、基台の両側に配置されたエアベアリングガイドが、Yキャリッジの一対の脚部の下端をY軸方向に移動可能に支持する。Yキャリッジの上端部を連結するXガイドには、Xキャリッジがエアガイドを介して、X軸方向に移動可能に支持されている。Xキャリッジには、Zキャリッジがエアガイドを介して、Z軸方向に移動可能に支持されている。そして、Zキャリッジの下端部には、被測定物を測定するための測定子が設けられ、X軸、Y軸、Z軸の3軸方向に移動可能となっている。 Generally, a three-axis driving stage of a three-dimensional measuring machine having a portal structure includes a base for mounting a workpiece, a Y carriage, an X carriage, and a Z carriage. The Y carriage has a portal structure in which the upper ends of a pair of legs are connected by an X guide. And the air bearing guide arrange | positioned at the both sides of a base supports the lower end of a pair of leg part of Y carriage so that a movement to a Y-axis direction is possible. The X carriage is supported by the X guide connecting the upper end of the Y carriage so as to be movable in the X-axis direction via the air guide. The X carriage supports the Z carriage via an air guide so as to be movable in the Z-axis direction. A measuring element for measuring an object to be measured is provided at the lower end of the Z carriage, and is movable in the three axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis.
ここで、測定子のX軸方向の位置座標を読み取るために、X座標測定用のリニアエンコーダがXガイドに配置されている。また、Y軸方向の位置座標を読み取るために、Y座標測定用のリニアエンコーダがYキャリッジの一方の脚部の下端近傍に配置されている。さらに、Z軸方向の位置座標を読み取るために、Z座標測定用のリニアエンコーダがZキャリッジに配置されている。YキャリッジをY方向に移動させるための駆動機構は、Y座標測定用のリニアエンコーダが配置された側の脚部の下端に設けられており、この駆動機構で一方の脚部を移動させることにより、門型構造のYキャリッジ全体をY軸方向に移動させる。 Here, in order to read the position coordinates of the probe in the X-axis direction, a linear encoder for X-coordinate measurement is arranged in the X guide. In order to read position coordinates in the Y-axis direction, a Y-coordinate measuring linear encoder is disposed in the vicinity of the lower end of one leg of the Y carriage. Furthermore, in order to read the position coordinate in the Z-axis direction, a linear encoder for measuring the Z coordinate is arranged on the Z carriage. The drive mechanism for moving the Y carriage in the Y direction is provided at the lower end of the leg on the side where the linear encoder for Y coordinate measurement is arranged, and by moving one leg with this drive mechanism The entire Y-carriage having the portal structure is moved in the Y-axis direction.
上記の、一般的な門型構造の3次元測定機のYキャリッジをY軸方向に移動する場合、Yキャリッジには駆動力と慣性力によるZ軸周りのモーメントが発生する。すなわち、駆動機構が設けられた一方の脚部が先にY軸方向に移動し、次に他方の脚部が遅れてY軸方向に移動する。さらに、YキャリッジをY軸方向に移動させるための駆動機構は、一方の脚部の下端に設けられているので、YキャリッジにはX軸周りのモーメントが発生する。すなわち、Yキャリッジの脚部の下端が先にY軸方向に移動し、Yキャリッジの上端が遅れてY軸方向に移動する。これらのモーメントにより、測定子のY軸座標位置をY軸リニアエンコーダで読み取ると、測定子のY座標位置にYキャリッジの姿勢変化に伴うABBE誤差が生じる。 When the Y carriage of the above-described general portal-type three-dimensional measuring machine is moved in the Y-axis direction, a moment around the Z-axis is generated in the Y carriage due to driving force and inertial force. That is, one leg portion provided with the drive mechanism first moves in the Y-axis direction, and then the other leg portion moves in the Y-axis direction with a delay. Furthermore, since the drive mechanism for moving the Y carriage in the Y-axis direction is provided at the lower end of one leg, a moment about the X-axis is generated in the Y carriage. That is, the lower end of the leg portion of the Y carriage moves in the Y-axis direction first, and the upper end of the Y carriage moves in the Y-axis direction with a delay. Due to these moments, when the Y-axis coordinate position of the probe is read by the Y-axis linear encoder, an ABBE error accompanying a change in the posture of the Y carriage occurs at the Y-coordinate position of the probe.
この誤差を解消するため、特許文献1は、Xキャリッジの移動に伴うY軸方向移動体のX軸方向の重心の移動に追従するような重心追従ブロックがXガイドの近傍に配置されている門型構造の3次元測定機を開示している。Y軸方向移動体の駆動手段である駆動キャリッジとYキャリッジとの間に、重心追従ブロックが配置されていることで、駆動キャリッジがY軸方向移動体をY軸方向に移動させるために与える駆動力は、常に重心追従ブロックを介してYキャリッジに与えられる。これにより、Y軸方向移動体は、Z軸周りのモーメントが抑えられた状態でY軸方向に移動が可能である。また、Xガイドの近傍に重心追従ブロックが配置されているため、Z軸方向の重心に近い場所に駆動力が与えられている。これにより、Y軸方向移動体は、Yキャリッジに発生するX軸周りのモーメントは小さく抑えられた状態でY軸方向に、移動が可能である。従って、測定子のY座標位置にYキャリッジの姿勢変化に伴うABBE誤差が抑えられ、測定子のY座標位置を高精度に読み取ることが可能である。 In order to eliminate this error, Patent Document 1 discloses a gate in which a center-of-gravity tracking block that follows the movement of the center of gravity in the X-axis direction of the Y-axis direction moving body accompanying the movement of the X carriage is disposed in the vicinity of the X guide. A three-dimensional measuring machine having a mold structure is disclosed. Since the center-of-gravity tracking block is disposed between the drive carriage, which is the drive means for the Y-axis moving body, and the Y carriage, the drive carriage gives to move the Y-axis moving body in the Y-axis direction. Force is always applied to the Y carriage via the center of gravity tracking block. Thereby, the Y-axis direction moving body can move in the Y-axis direction with the moment around the Z-axis being suppressed. In addition, since the center-of-gravity tracking block is disposed in the vicinity of the X guide, a driving force is applied to a place near the center of gravity in the Z-axis direction. As a result, the Y-axis direction moving body can move in the Y-axis direction with a small moment around the X-axis generated in the Y carriage. Therefore, the ABBE error accompanying the change in the posture of the Y carriage is suppressed at the Y coordinate position of the probe, and the Y coordinate position of the probe can be read with high accuracy.
しかしながら、特許文献1の3次元測定機は、Xガイドの近傍に重心追従ブロックが配置されているが、一般的な門型構造の3次元測定機のY軸方向移動体のZ軸方向の重心は、Xガイドの近傍にあるとは限らない。例えば、X軸方向の移動可能範囲が短く、Z方向の移動可能範囲が長い3次元計測機である場合、Xガイドに対してYキャリッジの一対の脚部が長いのでYキャリッジの脚部の重量が大きくなる。このため、X軸方向移動体に対してYキャリッジの重量が重いのでこの場合の重心は、Xガイドがある位置よりも低い位置にあり、低重心となる。このような低重心の3次元測定機に対して重心追従ブロックを重心に一致させるのは困難である。すなわち、Yキャリッジの1対の脚部とXガイドの間の空間に、重心追従ブロックそのものや、重心追従ブロックを駆動させるためのガイドレールなどの駆動機構などを配置しなくてはならず、3次元測定機が大きくなり、また、コストも掛かることになる。さらに、測定子の走査範囲を狭めてしまうため、3次元測定機の大きさの割に、小型の測定物しか測定できなくなってしまう。Y軸方向移動体の上方に重量物を載せるなどしてXガイドと同じ高さにZ軸方向の重心を移動させる場合、特許文献1のような配置でも、測定子の走査範囲を狭めることはないが、Y軸方向移動体の重量が増える分、Y方向移動体の制御性能が低下してしまう。 However, although the center of gravity tracking block is arranged in the vicinity of the X guide in the three-dimensional measuring machine of Patent Document 1, the center of gravity in the Z-axis direction of the Y-axis direction moving body of a general portal-type three-dimensional measuring machine. Is not necessarily in the vicinity of the X guide. For example, in the case of a three-dimensional measuring instrument having a short movable range in the X-axis direction and a long movable range in the Z direction, the pair of legs of the Y carriage is long with respect to the X guide, so the weight of the legs of the Y carriage Becomes larger. For this reason, since the weight of the Y carriage is heavier than that of the X-axis direction moving body, the center of gravity in this case is lower than the position where the X guide is located, and the center of gravity is low. It is difficult to match the center of gravity tracking block to the center of gravity for such a low center of gravity three-dimensional measuring machine. That is, the center of gravity tracking block itself, a driving mechanism such as a guide rail for driving the center of gravity tracking block, and the like must be arranged in the space between the pair of legs of the Y carriage and the X guide. The dimension measuring machine becomes large and the cost is high. Furthermore, since the scanning range of the probe is narrowed, only a small measurement object can be measured for the size of the three-dimensional measuring machine. When moving the center of gravity in the Z-axis direction to the same height as the X guide, such as by placing a heavy object above the Y-axis direction moving body, the scanning range of the probe cannot be narrowed even with the arrangement as in Patent Document 1. However, as the weight of the Y-axis direction moving body increases, the control performance of the Y-direction moving body decreases.
本発明は、Yキャリッジ、Xキャリッジ、およびZキャリッジを移動して被測定物を測定する際のモーメントを抑えて高精度に測定が可能な3次元測定機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring machine capable of measuring with high accuracy by suppressing a moment when a workpiece is measured by moving a Y carriage, an X carriage, and a Z carriage.
本発明の態様は、測定装置であって、第1の軸方向に移動させるための案内を有する基台と、第1の軸方向と直交する第2の軸方向に移動させるための案内を有し、基台の案内に沿って第1の軸方向に移動可能な第1のキャリッジと、第2の軸方向に移動させるための案内に沿って第2の軸方向に移動可能な第2のキャリッジと、基台の案内に沿って第1の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、補助キャリッジを第1の軸方向に移動させる第1の駆動機構と、第1のキャリッジと補助キャリッジとを係合し、第1の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の第1の伝達手段と、を備え、複数の第1の伝達手段は、第1および第2のキャリッジの移動に伴う第1および第2のキャリッジを含む第1の軸方向に移動する第1の移動体の重心の移動範囲を挟むように配置され、複数の第1の伝達手段のうち、少なくとも1つの伝達手段の駆動力は、制御可能である。ことを特徴とする測定装置。 An aspect of the present invention is a measuring apparatus having a base having a guide for moving in the first axial direction and a guide for moving in the second axial direction orthogonal to the first axial direction. A first carriage movable in the first axial direction along the guide of the base, and a second carriage movable in the second axial direction along the guide for moving in the second axial direction. A carriage, an auxiliary carriage movable in the first axial direction along the guide of the base, a first drive mechanism for moving the auxiliary carriage in the first axial direction, and the first carriage and the auxiliary carriage. And a plurality of first transmission means for transmitting a driving force for engaging and moving in the first axial direction, wherein the plurality of first transmission means are the first and second carriages. The first movement that moves in the first axial direction including the first and second carriages accompanying the movement Disposed of so as to sandwich the moving range of the center of gravity, out of the plurality of first transmission means, the driving force of at least one transmission means is controllable. A measuring device.
本発明によれば、Yキャリッジ、Xキャリッジ、およびZキャリッジを移動して被測定物を測定する際のモーメントを抑えて高精度に測定が可能な3次元測定機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional measuring machine which suppresses the moment at the time of measuring a to-be-measured object by moving a Y carriage, an X carriage, and a Z carriage can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る3次元測定機10について説明する。図1は、本実施形態に係る3次元測定機10の斜視図であり、図2は、3次元測定機10の平面図であり、図3は、3次元測定機10の背面図であり、図4は、図3におけるA−A’の断面図である。3次元測定機10は、基台14と、Yキャリッジ12と、Xキャリッジ18と、Zキャリッジ22と、測定子24とを備える。なお、図面上で、Yキャリッジ12が移動する方向をY軸方向とし、Xキャリッジ18が移動する方向をX軸方向とし、Zキャリッジ22が移動する方向をZ軸とし、それぞれお互いに直交する。
First, the three-
基台14は、測定する際に被測定物である不図示のワークを載置するものであり、Yキャリッジ12を移動させるための案内面14A、14B、14C、14Dが両側に配置されている。Yキャリッジ(第1のキャリッジ)12は、案内面14A、14B、14C、14Dに沿ってY軸方向(第1の軸方向)に移動する。
The
Yキャリッジ12は、一対の脚部12A(一方の脚部)、12B(他方の脚部)と、脚部12A、12Bの上端部を連結しているXガイド12Cとで門型構造に構成されている。脚部12A、12Bは、案内面14A、14B、14C、14Dに沿って、対向するエアパッド31A、31B、31C、31DによりY軸方向に移動可能に支持されている。門型構造の上部にあるXガイド12Cには、Xキャリッジ(第2のキャリッジ)18がXガイド12Cに沿ってX軸方向(第2の軸方向)に移動可能に支持されている。
The
Xキャリッジ18は、Xキャリッジ18をXガイド12Cに沿ってX軸方向に移動させるためのXスライダ18Aと、Zキャリッジ(第3のキャリッジ)22をZ軸方向(第3の軸方向)に移動可能にさせるためのZガイド18Bとを備える。また、Xキャリッジ18は、Z軸方向の駆動機構および位置座標を計測するためのリニアエンコーダなどの計測器を内部に備える。
The
Zキャリッジ22の下端部には測定子24が設けられている。そして、3次元測定機10は、測定子24をX、Y、Z軸の3方向に移動させて、基台14上に載置された不図示のワークの測定点を検出することによりワーク形状などを測定する。
A
また、3次元測定機10は、駆動キャリッジ(補助キャリッジ)60を備える。駆動キャリッジ60は、Yキャリッジ12の一対の脚部12A、12Bの外側を外殻のように囲み、それぞれをXガイド12Cで連結した門型構造となっている。そして、駆動キャリッジ60は、第1の駆動力伝達手段41および第2の駆動力伝達手段42を介してYキャリッジと連結している。なお、駆動キャリッジ60は、Yキャリッジと同じ案内面14A、14B、14C、14Dを共有し、案内面14A、14B、14C、14Dに沿ってY軸方向に移動する。
The three-
第1の駆動力伝達手段41は、Yキャリッジ12の脚部12Aに固定された球体41Aと、駆動キャリッジ60に固定されたブロック41Bとを備える。なお、球体41Aはブロック41Bの凹部内に回動可能に嵌入されている。第2の駆動力伝達手段42は、Yキャリッジ12の脚12Bに固定されたボイスコイルモータの可動子42Aと、駆動キャリッジ60に固定されたボイスコイルモータの固定子42Bとを備える。
The first driving force transmission means 41 includes a
また、Yキャリッジ12の脚部12A側の駆動キャリッジ60の下端部には駆動機構40が配設されている。駆動機構(第1の駆動機構)40は、駆動キャリッジ60に固定されたシャフト形リニアモータの可動子40Bと、Y軸方向に平行に配置された固定子40Cと、固定子の両端を基台14に固定する固定部40Aおよび40Dとを備える。さらに、可動子40Bに接続する不図示のケーブルを備える。また、基台14の両側面には、Y軸方向移動体(第1の移動体)の位置を測定するために、Y軸方向に平行してリニアエンコーダ16A(第1の位置検出手段)および17A(第2の位置検出手段)が固定されている。そして、Yキャリッジの脚部12Aの下端部に16Aの座標を読み取るセンサ16Bが固定されており、Yキャリッジの脚部12Bの下端部に17Aの座標を読み取るセンサ17Bが固定されている。なお、Y軸方向移動体とは、Xキャリッジ18、Yキャリッジ12、Zキャリッジ22、および測定子24を含む、Y軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。また、X軸方向移動体(第2の移動体)とは、Xキャリッジ18、Zキャリッジ22、測定子24を含む、X軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。さらに、Z軸方向移動体(第3の移動体)とは、Zキャリッジ22、測定子24を含む、Z軸方向に移動する全ての移動体の総称とする。
A
ここで、Y軸方向移動体の重心の内、Z軸方向の重心位置は、Zキャリッジ22の移動に伴って変化する。第1の駆動力伝達手段41および第2の駆動力伝達手段42は、Zキャリッジ22を移動範囲の上端から下端まで移動した時のY軸方向移動体のZ軸方向における重心位置の移動範囲のほぼ中央(中央近傍)に位置するように固定されている。
Here, the center-of-gravity position in the Z-axis direction of the center of gravity of the Y-axis direction moving body changes as the
駆動キャリッジ60の上方端付近には、ZキャリッジをX軸方向に移動させるための駆動機構(第2の駆動機構)50が配設されている。駆動機構50は、駆動源の駆動モータ50Aと、X軸方向に平行に配置されたボールねじ軸50Cと、可動子としてのナット(第2の伝達手段)50Dと、ボールねじ軸50Cの両端を駆動キャリッジ60に固定する軸受50Bおよび50Eとを備える。駆動モータ50Aは、ボールねじ軸50Cの同軸上でYキャリッジ12の脚部12A側の端部に連結される。この構成は、X軸方向移動体を移動する際の駆動反力により計測誤差が生じることがあるからである。すなわち、Yキャリッジの脚部の下端は、Y軸方向には移動可能に支持されているが、X軸方向には移動が拘束されているので、この駆動反力によって、YキャリッジがX軸方向に変形する。X軸方向移動体を駆動する際の駆動反力がYキャリッジ伝わることにより、Yキャリッジ上部のXガイドに配置されたX軸リニアエンコーダと基台の位置がずれてしまうことで計測誤差生じてしまう。従って、この計測誤差を低減するために上記のような構成とする。
A drive mechanism (second drive mechanism) 50 for moving the Z carriage in the X-axis direction is disposed near the upper end of the
ここで、X軸方向移動体の重心の内、Z軸方向の重心位置は、Zキャリッジ22の移動に伴って変化する。ナット部材50Dは、Zキャリッジ22を移動範囲の上端から下端まで移動した時のX軸方向移動体のZ軸方向における重心位置の移動範囲のほぼ中央に位置するように、Xキャリッジ18に固定されている。また、ナット部材50Dの位置は、X軸方向移動体のX軸方向およびY軸方向における重心位置にも一致している。
Here, among the centroids of the X-axis direction moving body, the centroid position in the Z-axis direction changes as the
Yキャリッジ12の上端部を連結しているXガイド12Cの下面には、X軸方向に平行に不図示のリニアエンコーダがXガイド12Cに固定されている。そして、リニアエンコーダの座標を読み取る不図示のセンサがXキャリッジ18に固定されている。
A linear encoder (not shown) is fixed to the
次に、Y軸方向移動体のY軸方向の移動において、Yキャリッジ12の一対の脚部12A、12Bを均等に移動させるためのXY制御システム300について、図5を参照して説明する。
Next, an
まず、目標値算出部301は、測定子24のXおよびY座標の目標値Xin、Yinと、Z軸周りの回転量θin=0で構成された目標値行列Tin=(Xin、Yin、0)を出力する。そして、測定子座標演算部310は、現在値行列Toutを出力する。Toutは、出力された測定子24のXおよびY座標の現在値Xout、YoutおよびZ軸まわりの回転量θの現在値θoutで構成され、Tout=(Xout、Yout、θout)となる。次に、減算器302は、TinからToutを減算し、その減算値は、PID補償器303に入力される。PID補償器303からの出力値は、駆動伝達力演算部304に入力され、駆動伝達力演算部304は、非干渉化行列であり、入力値に応じた3つの制御値UX、UYc、UYrを出力する。
First, the target
制御値UXは、駆動機構50に入力され、制御値UXによって駆動モータ50Aが駆動する。駆動モータ50Aが駆動することで、駆動キャリッジ60とXキャリッジ18との間にX軸方向の伝達力FXが発生し、X軸方向移動体がX軸方向に移動する。
The control value UX is input to the
制御値UYcは、駆動機構40に入力され、制御値UYcによって可動子40Bが駆動する。可動子40Bが駆動することで、基台14と駆動キャリッジ60の間にY軸方向の力が発生する。基台14と駆動キャリッジ60の間に発生した力は、第1および第2の駆動伝達手段41、42(複数の第1の伝達手段)によって配分され、駆動伝達手段41からY軸方向の伝達力FYlが発生し、係合したYキャリッジ12の脚部12Aへ伝達される。
The control value UYc is input to the
制御値UYrは、Yキャリッジ12の脚12Bと駆動キャリッジ60との間に設けられた第2の駆動力伝達手段42に入力される。制御値UYrおよび上記の配分された基台14と駆動キャリッジ60の間に発生した力によってボイスコイルモータの可動子42Aが駆動する。ボイスコイルモータの可動子42Aが駆動することで、駆動キャリッジ60とYキャリッジ12との間にY軸方向の伝達力FYrが発生する。そして、Y軸方向の伝達力FYrがYキャリッジ12の脚部12Bへ伝達される。そして、Y軸方向の伝達力FYlおよびFYrによってY軸方向移動体がY軸方向に移動する。
The control value UYr is input to the second driving force transmission means 42 provided between the
X軸方向移動体の移動量は、Xガイド12Cの下面にX軸方向に平行に設置されたリニアエンコーダの不図示のセンサによって読み取られ、値Xoutが出力される。Y軸方向移動体の移動量は、Yキャリッジ12の一対の脚部12A、12Bに設置されたリニアエンコーダのセンサ16B、17Bによって読み取られ、値Ylout、Yroutが出力される。
The amount of movement of the X-axis direction moving body is read by a sensor (not shown) of a linear encoder installed on the lower surface of the
値Xout、Ylout、Yroutは、測定子座標演算部310に入力される。測定子座標演算部310では、Xガイド12Cの長さなどのY軸方向移動体の各種寸法情報と、3つのセンサの読み取り値Xout、Ylout、Yroutを基に、測定子24の位置と姿勢を計算し、行列Tout=(Xout、Yout、θout)を算出する。
The values Xout, Ylout, and Yrout are input to the probe coordinate
測定子24のX座標の入力値(Xin−Xout)を入力値とする制御値UX、UYc、UYrでは、測定子24は、X軸方向に移動するのみで、Y軸周りおよびZ軸周りの回転は生じない。測定子24のY座標の入力値(Yin−Yout)を入力値とする制御値UX、UYc、UYrでは、測定子24は、Y軸方向に移動するのみで、X軸周りおよびZ軸周りの回転は生じない。測定子24のθ座標の入力値(0−θout)を入力値とする制御量UX、UYc、UYrでは、測定子24は、θ方向に移動するのみで、X軸方向およびY軸方向の移動は生じない。
With the control values UX, UYc, UYr having the X coordinate input value (Xin−Xout) of the
以上のような構成によって、XY制御システム300は、クローズドフィードバックループを形成する。そして、接触子24のZ軸周りの回転量θin=0となるように第1の駆動伝達手段41の伝達力FYlと、第2の駆動伝達手段42の伝達力FYrが発生するので、Y軸方向移動体をY軸方向に駆動しても、Y軸方向移動体にはZ軸周りのモーメントが生じない。すなわち、YキャリッジをY軸方向に移動する際に、一対の脚部12A、12Bは均等に移動する。
With the above configuration, the
また、駆動キャリッジ60は、Yキャリッジ12の一対の脚部12A、12Bを外殻のように囲み、Xガイド12Cで連結した門型構造となっている。この構造によって、第1および第2の駆動伝達手段41、42を、Y軸方向移動体の重心を挟むようにYキャリッジ12のXガイド12Cの下方のそれぞれの脚部12A、12Bに設けることが可能となり、Z軸方向の配置する高さを自由に選択することができる。ここで、Y軸移動体の重心を挟むとは、Y軸移動体における各キャリッジがそれぞれ移動することにより、Y軸移動体の重心が移動し、その重心の移動範囲を、第1および第2の駆動伝達手段41、42が挟むような状態である。すなわち、Y軸駆動体における各キャリッジが移動した場合のY軸移動体の重心の移動範囲が第1および第2駆動伝達手段を通る範囲内に収まるように駆動伝達手段を配置すればよい。また、Y方向移動体のZ方向の重心位置がXガイド12Cよりも低い場合でも、その高さに駆動力伝達手段を配置することで、X軸回りのモーメントが生じないように駆動力を作用させることが可能である。
The
さらに、第1の駆動力伝達手段41および第2の駆動力伝達手段42は、Zキャリッジ22を移動範囲の上端から下端まで移動した場合のY軸方向移動体のZ軸方向の重心位置の変化範囲のほぼ中央の高さにて配置されている。そのため、Z軸方向の重心移動があった場合でも、発生するX軸周りのモーメントは最小限に抑えることができる。
Further, the first driving force transmission means 41 and the second driving force transmission means 42 change the center of gravity position in the Z-axis direction of the Y-axis direction moving body when the
また、本実施形態では、Y軸方向移動体のZ軸方向の重心位置を移動させる余分な駆動機構を配置させることで測定子24の走査範囲を狭めてしまうということがない。すなわち、Y軸方向移動体の上方に重量物を載せるなどしてXガイド18と同じ高さにZ軸方向の重心位置を移動させる必要はないので、Y軸方向移動体の重量が増えることによるY軸方向移動体の制御性能の低下を考慮する必要がない。
In this embodiment, the scanning range of the
さらに、Xキャリッジ18にX軸方向の駆動力を伝達する駆動機構50の軸受50B、50Eを駆動キャリッジ60に固定したので、Xキャリッジ18を移動する際の駆動反力は駆動キャリッジ60に伝わるが、Yキャリッジ12へは伝わらない。従って、Xキャリッジ18を移動する際の駆動反力によって、Yキャリッジ12がX軸方向に変形することがない。
Further, since the
さらにナット部材50DのZ軸方向の取り付け位置をX軸方向移動体の重心位置にとしたので、X軸方向移動体に発生するモーメントは小さく抑えられ、X軸方向移動体のX軸方向の移動の際のY軸およびX軸周りの回転を小さく抑えることができる。
Further, since the mounting position of the
これらの効果によって、Xキャリッジ、Yキャリッジ、Zキャリッジに備え付けられた計測用リニアエンコーダの位置関係の姿勢変化に伴うABBE誤差は小さく抑えられ、測定子の座標位置をさらに高精度に読み取ることができる。 With these effects, the ABBE error due to the positional change of the positional relationship of the measurement linear encoders provided in the X carriage, the Y carriage, and the Z carriage can be suppressed small, and the coordinate position of the probe can be read with higher accuracy. .
以上により、本実施形態によれば、3次元測定機を駆動させる際の各軸のモーメントの発生を最小限に抑えることができ、高精度にワークを測定することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to minimize the generation of moment of each axis when driving the three-dimensional measuring machine, and it is possible to measure the workpiece with high accuracy.
また、本実施形態によれば、駆動キャリッジ60は、Yキャリッジ12の一対の脚部12A、12Bを外殻のように囲み、それをXガイド12Cに沿って連結した門型構造となっているので、駆動キャリッジ60のための余計な設置面積を必要としない。従って、3次元測定機10の設置スペースは小さく抑えられ、かつ基台14の後方からのワーク搬入やワーク測定を妨げることはない。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、Yキャリッジ12の駆動機構40に、シャフト型リニアモータを使用しているが、これに限らずその他の型のリニアモータ、ボールねじ駆動、摩擦駆動などその他の方法を使用してもよい。さらに、本実施形態では、Xキャリッジ18の移動にボールねじ駆動を使用しているが、これに限らずリニアモータ、摩擦駆動などその他の方法を使用してもよい。
In this embodiment, a shaft type linear motor is used for the
また、Yキャリッジ12の脚部12A、12Bの下端に、座標位置を読み取るための2つのリニアエンコーダ16A、17Aおよびセンサ16B、17Bを用いたが、YキャリッジのZ軸周りの回転を計測する手段は幾通りも考えられる。例えば、Yキャリッジ12の脚部12Bのリニアエンコーダ17A、センサ17Bの代わりにジャイロ、加速度計を代用してもよい。また、計測をせずにXキャリッジ18、Yキャリッジ12に与える駆動モーションを基にYキャリッジ12のZ軸周りのモーメントを予測し、この予測値を使って駆動伝達手段への制御量を計算してもよい。
Further, although two
また、駆動キャリッジ60からYキャリッジ12への駆動力伝達方法は、様々な組み合わせが考えられる。本実施形態では、第1の駆動力伝達手段として、第1の駆動力伝達手段41を用い、第2の駆動力伝達手段として、第2の駆動力伝達手段42を用いたが、この関係が逆であってもよい。すなわち、Yキャリッジ12の脚部12A側にあるのがボイスコイルモータの可動子42A、固定子42Bであり、Yキャリッジ12の脚部12B側にあるのが球体41A、ブロック41Bという配置でもよい。さらに、第1の駆動力伝達手段、第2の駆動力伝達手段としてその両方に、第2の駆動力伝達手段42を用いてもよい。Yキャリッジ12の脚部12Bの下端にも駆動源40を配置し、第1の駆動力伝達手段、第2の駆動力伝達手段としてその両方に駆動力伝達手段41を用いてもよい。上記の方法に限らず、2つ以上の複数の駆動力伝達手段を組み合わせて用いてもよい。また、駆動力伝達手段として、第1および第2の駆動力伝達手段41、42を制御したが、どちらか一方を制御可能とし、他方を制御しない方法であってもよい。
Various combinations of driving force transmission methods from the driving
また、本実施形態は、駆動キャリッジ60をY軸方向へ駆動させる手段として、Yキャリッジ12の脚部12A側の基台14に駆動機構40を配置するが、この駆動機構40をY軸方向に対して左右対称の反対側の位置に配置してもよい。すなわち、Yキャリッジ12の脚部12B側、に配置してもよい。また、基台14のどちらか一方の側だけでなく、両側に配置してもよい。さらに、基台14の上または下に基台14と別に駆動機構を配置したり、基台14の上または下に角溝を設けたりしてもよい。加えて、各キャリッジのガイドとしてエアガイドなどを用いたが、転がり軸受などのメカガイドを用いてもよい。
In this embodiment, as a means for driving the
本実施形態では、3次元測定機に適用する場合について説明したが、これに限定することなく、門型に構成されているキャリッジが存在するならば、2次元や3次元以上の多次元の測定機に適用してもよい。また、測定機に限らず、工作機械などの門型ステージに適用してもよい。 In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a three-dimensional measuring machine has been described. However, the present invention is not limited to this, and if there is a carriage configured in a gate shape, two-dimensional or three-dimensional or more multidimensional measurement is possible. You may apply to the machine. Moreover, you may apply not only to a measuring machine but to portal type stages, such as a machine tool.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
10 3次元測定機
12 Yキャリッジ
12C Xガイド
14 基台
14A〜14D 案内面
18 Xキャリッジ
60 駆動キャリッジ
41 第1の駆動力伝達手段
42 第2の駆動力伝達手段
40 駆動機構
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に移動させるための案内を有し、前記基台の案内に沿って前記第1の軸方向に移動可能な第1のキャリッジと、
前記第2の軸方向に移動させるための案内に沿って前記第2の軸方向に移動可能な第2のキャリッジと、
前記基台の案内に沿って前記第1の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、
前記補助キャリッジを前記第1の軸方向に移動させる第1の駆動機構と、
前記第1のキャリッジと前記補助キャリッジとを係合し、前記第1の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の第1の伝達手段と、
を備え、
前記複数の第1の伝達手段は、前記第1および第2のキャリッジの移動に伴う前記第1および第2のキャリッジを含む前記第1の軸方向に移動する第1の移動体の重心の移動範囲を挟むように配置され、
前記複数の第1の伝達手段のうち、少なくとも1つの伝達手段の駆動力は、制御可能である
ことを特徴とする測定装置。
A base having a guide for moving in the first axial direction;
A first carriage having a guide for moving in a second axial direction orthogonal to the first axial direction, and movable in the first axial direction along the guide of the base;
A second carriage movable in the second axial direction along a guide for moving in the second axial direction;
An auxiliary carriage movable in the first axial direction along the guide of the base;
A first drive mechanism for moving the auxiliary carriage in the first axial direction;
A plurality of first transmission means for engaging the first carriage and the auxiliary carriage and transmitting a driving force for moving in the first axial direction;
With
The plurality of first transmission means move the center of gravity of the first moving body that moves in the first axial direction including the first and second carriages as the first and second carriages move. It is arranged so as to sandwich the range,
The measuring apparatus characterized in that the driving force of at least one of the plurality of first transmission means is controllable.
前記第1のキャリッジの第2の位置を検出する第2の位置検出手段と、
前記第1の伝達手段の前記駆動力を制御する制御手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記第1および第2の位置検出手段で検出された前記第1のキャリッジの前記脚部の前記第1および前記第2の位置に基づいて前記第1の伝達手段の前記駆動力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
First position detecting means for detecting a first position of the first carriage;
Second position detecting means for detecting a second position of the first carriage;
Control means for controlling the driving force of the first transmission means;
Further comprising
The control means drives the first transmission means based on the first and second positions of the legs of the first carriage detected by the first and second position detection means. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the force is controlled.
前記第1の軸方向および前記第2の軸方向のそれぞれに直交する第3の軸方向に移動可能な第3のキャリッジと、
前記第3のキャリッジに取り付けられた測定子と、
をさらに備え、
前記複数の第1の伝達手段は、前記第2および第3のキャリッジおよび前記測定子を含む第2の移動体を前記第2の軸方向で移動可能な範囲で移動させた場合の前記第1の移動体の重心の移動する範囲を挟むように配置される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の測定装置。
The first moving body is:
A third carriage movable in a third axial direction orthogonal to each of the first axial direction and the second axial direction;
A probe attached to the third carriage;
Further comprising
The plurality of first transmission means is configured to move the second moving body including the second and third carriages and the measuring element within a range movable in the second axial direction. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring apparatus is disposed so as to sandwich a range in which the center of gravity of the movable body moves.
ことを特徴とする請求項3に記載の測定装置。
The position of the plurality of first transmission means in the third axial direction is a third movement of the first moving body that moves in the third axial direction including the third carriage and the measuring element. The measuring apparatus according to claim 3, wherein the measuring apparatus is located in the vicinity of the center of the third axial movement range of the body.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の測定装置。
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary carriage includes a second drive mechanism for moving the second carriage in the second axial direction.
ことを特徴とする請求項5に記載の測定装置。
The position of the second transmission means in the third axial direction is located in the vicinity of the center of the moving range of the third moving body in the third axial direction of the second moving body. The measuring apparatus according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の測定装置。
7. The auxiliary carriage has a portal structure that surrounds an outer side of a leg portion of the first carriage and is connected by a guide for moving in the second axial direction. The measuring device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の測定装置。
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the guide of the base is shared by the first carriage and the auxiliary carriage.
第2の軸方向に移動させるための案内と、当該案内の両側に設けられた脚部を有し、前記基台の案内に沿って前記第1の軸方向に移動可能な第1のキャリッジと、
第3の軸方向に移動させるための案内を有し、前記第1のキャリッジの案内に沿って前記第2の軸方向に移動可能な第2のキャリッジと、
測定子を有し、前記第2のキャリッジの案内に沿って前記第3の軸方向に移動可能な第3のキャリッジと、
前記基台の案内に沿って前記第1の軸方向に移動可能な補助キャリッジと、
前記補助キャリッジを前記第1の軸方向に移動させる駆動機構と、
前記案内の両側に設けられた脚部の各々と前記補助キャリッジとを係合し、前記第1の軸方向に移動するための駆動力を伝達するための複数の伝達手段と、
を備えることを特徴とする3次元測定装置。
A base having a guide for moving in the first axial direction;
A guide for moving in the second axial direction; and a first carriage having leg portions provided on both sides of the guide and movable in the first axial direction along the guide of the base ,
A second carriage having a guide for moving in the third axial direction and movable in the second axial direction along the guide of the first carriage;
A third carriage having a probe and movable in the third axial direction along a guide of the second carriage;
An auxiliary carriage movable in the first axial direction along the guide of the base;
A drive mechanism for moving the auxiliary carriage in the first axial direction;
A plurality of transmission means for engaging each of the leg portions provided on both sides of the guide with the auxiliary carriage and transmitting a driving force for moving in the first axial direction;
A three-dimensional measuring apparatus comprising:
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 9, wherein the plurality of transmission units are provided below the guide of the first carriage.
The three-dimensional measurement apparatus according to claim 9, wherein a driving force of at least one of the plurality of transmission units is controllable.
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