JPH023924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、三次元測定機に関する。更に詳しく
は、Ｚ軸の重量をエアーによつてバランスさせる
エアーバランス機能を有するものにおいて、エア
ー喪失等によるＺ軸の自然落下を防止する安全機
能を備えた三次元測定機に関する。

［背景技術とその問題点］ タツチ信号プローブや工具顕微鏡等（以下、測
定子等と略す。）と載物台上のワークとを三次元
方向へ相対移動させ、両者が当接したときの相対
移動変位量からワークの形状等を測定する三次元
測定機にあつては、測定子等を比較的軽い力で移
動させるべく、測定子等を保持するＺ軸構造体を
本体静止部に対し摺動自在に案内させるととも
に、Ｚ軸構造体の重量をエアーによつてバランス
させる機種が出現しつつある。

本出願人は、この種のエアーバランス装置に関
し、例えば特開昭59−40101号等を提案している。
ところが、これら従来のエアーバランス装置は、
供給空気圧が変動或いは喪失すると、測定子等を
含むＺ軸構造体が落下するという問題があるた
め、例えばコンプレツサ停止等により作動する電
磁ブレーキを別に設ける必要があつた。

このような、安全装置は、コンプレツサーから
のエアーをエアーバランス装置へ供給するエアー
配管に例えばリーク等が発生しエアーバランス装
置内の圧力が低下しても電磁ブレーキが働らかな
いばかりか、エアーバランス装置のエアー回路と
は別に電気回路を付設しなければならないので測
定機自体が複雑で高価となる欠点があつた。

［発明の目的］ ここに、本発明の目的は、比較的簡単な構成に
より、Ｚ軸の落下を安全かつ確実に防止できる三
次元測定機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ そのため、本発明は、下端部に測定子等が設け
られかつ鉛直方向へ摺動自在に案内されたＺ軸構
造体の中空部分を利用したシリンダと、このシリ
ンダ内に収納されたピストンとからなるエアーバ
ランス装置を備えた三次元測定機において、前記
Ｚ軸構造体に、ばねによつて常時一方向へ付勢さ
れたロツクピンと、このロツクピンを前記ばねの
付勢力とは反対方向へ引戻すシリンダ装置とをそ
れぞれ設けるとともに、前記Ｚ軸構造体の摺動方
向に沿つて前記ロツクピンに対応する径の係止孔
を多数有する係止部材を設け、前記エアーバラン
ス装置のシリンダ内の圧力が所定値低下したと
き、前記シリンダ装置への供給空気を遮断して前
記ロツクピンをばねの付勢力により係止部材のい
ずれかの係止孔に挿入させる異常検出弁装置を設
けた、ことを特徴としている。

［実施例］ 第２図は本実施例の三次元測定機の外観を示し
ている。同三次元測定機は、定盤１の両側に設け
られた支柱２Ａ，２Ｂを介して水平ビーム３が前
記定盤１の前後方向（Ｙ軸方向）へ、この水平ビ
ーム３に沿つてスライダ４が前記定盤１の左右方
向（Ｘ軸方向）へ、このスライダ４に下端にタツ
チ信号プローブや工具顕微鏡等（以下、測定子等
と略す。）５を有するＺ軸構造体６が前記定盤１
の上下方向（Ｚ軸方向）へ、それぞれ移動自在に
設けられている。つまり、これらの三次元測定機
を介して測定子等５が三次元方向へ移動自在に設
けられている。また、測定子等５が三次元方向へ
移動され、前記定盤１に載置された図示しない被
測定物に当接されると、水平ビーム３のＹ軸方向
における位置、スライダ４のＸ軸方向における位
置およびＺ軸構造体６のＺ軸方向における位置が
それぞれ図示しない検出器によつて検出された
後、表示器にそれぞれ表示されるようになつてい
る。

前記Ｚ軸構造体６の内部構造は、第３図に示す
如く、前記スライダ４の前面上下位置に一体的に
構成された保持枠１１に、中心軸方向へ向つて円
形の中空穴１２を有する四角柱状の軸材１３が昇
降自在つまりＺ軸方向へ移動自在に保持されてい
る。軸材１３と前記保持枠１１との間には、第４
図に示す如く、軸材１３の４つの外側面に対して
圧縮空気を噴出するエアーパツド１４がルト１５
を介してそれぞれ保持されている。また、軸材１
３には、その下端に前記測定子等５を取付けるた
めのホルダ１６が設けられているとともに、中空
穴１２の内部にエアーバランス装置１７が設けら
れている。

前記エアーバランス装置１７は、前記軸材１３
の中空穴１２内に嵌挿されかつ連結盤１８を介し
て軸材１３と一体的に連結されたシリンダ１９
と、このシリンダ１９の内部に摺動自在に嵌挿さ
れたピストン２１と、前記シリンダ１９の上端に
被嵌されたシリンダヘツド２０と、このシリンダ
ヘツド２０の中心を貫通し下端が前記ピストン２
１に連結されたピストンロツド２２とから構成さ
れている。前記ピストンロツド２２の上端は、前
記スライダ４に係止部材４１を介して固定された
ブラケツト２３の挿通穴２４を通つて上方へ突出
されている。ブラケツト２３の上方へ突出したピ
ストンロツド２２の端部には、ブラケツト２３の
上面にベアリング２５を介して支持される鍔板２
６がナツト２７により固定されている。つまり、
ピストンロツド２２の上端は、ブラケツト２３に
前記シリンダ１９の径方向へ変位可能に支持され
ている。

また、前記係止部材４１には、前記軸材１３の
摺動方向つまりＺ軸方向に沿つて複数の係止孔４
２が一定ピツチ間隔で設けられているとともに、
ブラケツト４３を介して異常検出弁装置６１が取
付けられている。一方、前記連結盤１８上には、
第５図に示す如く、２つの軸受５１を介してロツ
クピン５２が水平にかつ前記係止部材４１の係止
孔４２が穿設された面に対して直角方向へ移動自
在に支持されているとともに、このロツクピン５
２と平行に前記異常検出弁装置６１により作動さ
れるシリンダ装置５３が取付けられている。前記
ロツクピン５２は、先端部分つまり係止部材４１
の係止孔４２内へ挿入される部分に強摩擦材料が
付設され、かつばね５４により前記係止部材４１
の係止孔４２内へ挿入される方向へ常時付勢され
ているとともに、連結片５５を介して前記シリン
ダ装置５３のピストンロツド５６に連結されてい
る。これにより、ロツクピン５２は、シリンダ装
置５３が作動中（ピストンロツド５６が進出した
状態）ではばね５４に抗して係止孔４２から外れ
る方向へ変位されている一方、シリンダ装置５３
が解放された状態では、ばね５４により係止孔４
２へ挿入されるようになつている。

また、前記シリンダヘツド２０には、２つの接
続孔２８，２９が穿設されている。一方の接続孔
２８には、エアー供給回路３０が接続されてい
る。また、他方の接続孔２９には、前記異常検出
弁装置６１が接続されている。

前記エアー供給回路３０は、第１図に示す如
く、高圧の空気圧源３１から供給される一定空気
圧、例えば５Kg・ｆ／cm²の空気がエアーフイルタ
３２およびマイクロミストセパレータ３３を通つ
てエアーレギユレータ３４へ与えられている。エ
アーレギユレータ３４は、二次側が前記エアーパ
ツド１４、流量調整減圧弁３５および前記異常検
出弁装置６１にそれぞれ接続され、かつ二次側の
圧力が設定圧例えば４Kg・ｆ／cm²に維持されるよ
うになつている。流量調整減圧弁３５は、二次側
が前記シリンダ１９内および異常検出弁装置６１
に接続され、かつ二次側の圧力つまりシリンダ１
９内の圧力が設定圧例えば２Kg・ｆ／cm²に維持さ
れるようになつている。

一方、前記異常検出弁装置６１は、第６図に示
すように構成されている。即ち、弁箱６２の内部
には、その上部に第１の室６３が、中央部に前記
第１の室６３に連通孔６４を介して連通された第
２の室６５がそれぞれ形成されているとともに、
下部に三方弁６６が設けられている。

前記第１の室６３には、その中心部に前記弁箱
６２の上面に回動可能かつ軸方向へ変位不能に支
持された圧力設定ねじ軸７１が臨ませられている
とともに、上下方向の途中２個所にはその第１の
室６３を３つの各室７２，７３，７４に区分する
２つのダイヤフラム７５，７６が設けられてい
る。前記圧力設定ねじ軸７１には、その先端に球
状の弁７７が設けられているとともに、回り止め
７８により回動規制されかつ圧力設定ねじ軸７１
の軸方向へ変位可能なねじブツシユ７９が螺合さ
れている。ねじブツシユ７９には、前記上方のダ
イヤフラム７５の中心部に固着された駒８０が軸
方向へ変位可能に嵌合されている。一方、下方の
ダイヤフラム７６の中心部には、弁座８１が固着
されている。弁座８１の中心には、前記弁７７に
よつて閉塞される貫通孔８２が上下面に貫通して
形成されている。また、弁座８１の上面と前記駒
８０の下面との間にはその両者を互いに離隔する
方向へ付勢するばね８３が、弁座８１の下面と第
１の室６３の底壁との間には弁座８１を上方へ付
勢するばね８４が、それぞれ介装されている。更
に、前記各室７２の周壁には前記流量調整減圧弁
３５の二次側空気を各室７２へ導入する供給孔８
５が、各室７３の周壁には大気開放孔８６が、各
室７４の周壁には前記シリンダ１９内の空気圧を
各室７４へ導入するための供給孔８７が、それぞ
れ穿設されている。

また、前記第２の室６５には、その室６５を上
下の各室９１，９２に仕切るダイヤフラム９３が
設けられている。各室９２の周壁には大気開放孔
９４が穿設されている。また、前記ダイヤフラム
９３には、前記弁箱６２の中心に軸方向へ移動自
在に設けられた駆動棒９５の上端が一体的に取付
けられている。駆動棒９５は、ばね９６により前
記各室７４へ向つて付勢されている。

また、前記三方弁６６は、前記弁箱６２の周壁
に形成された入力口１０１、出力口１０２および
大気開放口１０３と、これらを互いに連通させる
流路１０４の途中に形成された弁座１０５と、ば
ね１０６によりこの弁座１０５を閉塞する方向へ
付勢されかつ前記駆動棒９５によつてばね１０６
の付勢方向とは反対方向へ変位されるバルブ１０
７とから構成されている。前記入力口１０１には
前記流量調整減圧弁３５の一次側が、前記出力口
１０２には前記シリンダ装置５３がそれぞれ接続
されている。ここで、バルブ１０７が第６図の状
態では、入力口１０１と出力口１０２とが互いに
連通される。すると、流量調整減圧弁３５の一次
側が入力口１０１および出力口１０２を通つてシ
リンダ装置５３内へ供給される結果、ロツクピン
５２は係止孔４２から外れる。一方、バルブ１０
７が弁座１０５を閉塞した状態では、入力口１０
１が閉塞され、出力口１０２が大気開放口１０３
と連通される。すると、シリンダ装置３５内の空
気が出力口１０２および大気開口１０３を通つて
大気に排出される結果、ロツクピン５２はばね５
４の作用により係止孔４２内へ挿入される。

次に、本実施例の作用を説明する。まず、流量
調整減圧弁３５を調整し、その流量調整減圧弁３
６の二次側圧力をＺ軸構造体６の重量に見合う圧
力に設定する。いま、軸材１３、ホルダ１６、測
定子等５、シリンダ１９およびシリンダヘツド２
０等を含むＺ軸構造体６の総重量をＭ［Ｋｇ・
ｆ］、シリンダ１９の内径（直径）をＤ［mm］とす
ると、シリンダ１９内の圧力Ｐは、 Ｐ＝4M／πD²［Ｋｇ・ｆ／ｃm²］ となる。

従つて、流量調整減圧弁３５の二次側圧力を圧
力Ｐに設定する。これにより、流量調整減圧弁３
５の二次側圧力がＰがシリンダ１９内へ供給され
るとともに、異常検出弁装置６１の供給孔８５を
通つて各室７２へ供給される。一方、シリンダ１
９内の圧力が信号圧として異常検出弁装置６１の
供給口８７を通つて各室７４へ与えられる。

ここで、予め、異常検出弁装置６１の圧力設定
ねじ軸７１を回動させ、ばね８３の圧縮力を各室
７４内の信号圧に平衡するように設定しておく
と、ダイヤフラム７６の下面には信号圧による力
とばね８４の反撥力（これは、信号圧の微小変動
により信号圧が設定圧より減少するのをさけるた
めの予圧）とが、上面にはばね８３の反撥力が作
用する結果、ダイヤフラム７６は第６図中上方へ
押上げられる。すると、ダイヤフラム７６の押上
げによつて貫通孔８２が弁７７によつて閉じられ
る結果、各室７４の信号圧は連通孔６４を通つて
各室９１へ入り、ダイヤフラム９３を第６図中下
方へ押下げる。ダイヤフラム９３が押下げられる
と、駆動棒９５を介してバルブ１０７がばね１０
６に抗して弁座１０５から解放される結果、入力
口１０１と出力口１０２とが連通される。

これにより、レギユレータ３４の二次側圧力が
シリンダ装置５３へ供給される。シリンダ装置５
３に空気が供給されると、そのピストンロツド５
６が進出し、そのピストンロツド５６に連結片５
５を介して連結されたロツクピン５２がばね５４
に抗して第５図中上方へ変位するので、Ｚ軸構造
体６を昇降させることが可能となる。

この状態において、測定を行う。測定にあたつ
ては、Ｚ軸構造体６の下端を手で持ち測定子等５
を三次元方向へ移動させ、被測定物へ順次当接さ
せる。すると、測定子等５が被測定物に当接した
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向における位置が図示しない検出
器によりそれぞれ検出された後、表示器等に表示
される。

この際、Ｚ軸構造体６の軸材１３を上昇させる
と、シリンダ１９内の容積が増加し、そのシリン
ダ１９内の圧力が低下し始める。このとき、流量
調整減圧弁３５は、シリンダ１９内の圧力低下に
よつて二次側圧力が設定圧より低下すると、内蔵
されたバルブが開く方向へ動作し、二次側圧力つ
まりシリンダ１９内の圧力を設定圧に保持させ
る。

一方、バランス状態から前記軸材１３を下降さ
せると、シリンダ１９内の容積が減少し、そのシ
リンダ１９内の圧力が上昇し始める。このとき、
流量調整減圧弁３５は、二次側圧力が設定圧より
上昇すると、内蔵されたバルブが閉じる方向へ動
作し、かつ余剰空気を外部へ放出し、シリンダ１
９内の圧力を設定圧に保持させる。このように、
Ｚ軸構造体６を構成する各部材の重量が空気圧に
よつてバランスされているので、測定時Ｚ軸構造
体６を比較的軽い力で上下方向へ操作させること
ができる。

この測定時において、各測定項目毎に各種の測
定子等５をホルダ１６に取付けると、測定子等５
に応じて総重量が変化するため、その総重量に応
じてシリンダ１９内の圧力を変化させる必要があ
る。そこで、流量調整減圧弁３５の二次側圧力を
総重量に見合う圧力に設定し、その二次側圧力を
シリンダ１９に供給してバランスをとる一方、異
常検出弁装置６１の供給孔８５を通じて各室７２
にも供給する。

この際、ねじブツシユ７９は固定されている
が、各室７２内に供給された空気圧力がダイヤフ
ラム７５を介して駒８０に作用するので、その駒
８０の変位に応じてばね８３が圧縮される。従つ
て、ホルダ１６に取付けられた測定子等５によつ
て総重量が変化し、その総重量に応じて流量調整
減圧弁３５の二次側圧力を変化させたとしても、
その二次側圧力に応じてばね８３の圧縮力が変化
するので、前記と同様に信号圧が設定圧より高い
場合は入力口１０１と出力口１０２とが互いに連
通されたままである。

仮に、信号圧が何らかの原因、例えばエアー配
管のリーク等により設定圧より低下すると、ダイ
ヤフラム７６が押下げられる。すると、弁座８１
の貫通孔８２が弁７７から解放されるので、各室
７４内の空気は貫通孔８２を通つて各室７３へ入
り、大気開放孔８６から排出される。そのため、
駆動棒９５がばね９６により押上げられる結果、
バルブ１０７はばね１０６により今まで通じてい
た回路を遮断し、出力口１０２と大気開放口１０
３とを連通させる。

これにより、レギユレータ３４の二次側圧力が
シリンダ装置５３へ供給されなくなるとともに、
シリンダ装置５３が大気に解放される。その結
果、ロツクピン５２がばね５４の作用により第５
図中下方へ変位し、係止部材４１のいずれかの係
止孔４２内へ挿入される。従つて、シリンダ１９
内の圧力が設定圧より低下すると、ロツクピン５
２が係止孔４２内へ入り、Ｚ軸構造体６の落下が
防止される。

従つて、本実施例によれば、Ｚ軸構造体６を構
成する部材の総重量をシリンダ装置１７の空気圧
によりバランスさせたものにおいて、エアーバラ
ンス装置１７のシリンダ１９内の圧力が所定値低
下したとき、異常検出弁装置６１によつてシリン
ダ装置５３を解放し、ロツクピン５２をばね５４
の作用により係止部材４１のいずれかの係止孔４
２へ挿入させるようにしたので、エアー回路のみ
の比較的簡単な構成により、シリンダ１９内の圧
力低下に伴なうＺ軸構造体６の落下を未然に防止
できる。しかも、シリンダ装置１７のシリンダ１
９内の圧力を検出しているので、そのシリンダ１
９へエアーを供給する配管に例えばリーク等が発
生しても、Ｚ軸構造体６の落下を安全かつ確実に
防止できる。

また、シリンダ装置５３およびロツクピン５２
をＺ軸構造体６側に、係止部材４１を本体側（こ
こでは、スライダ４）にそれぞれ設けた構成なの
で、全体として小型かつ安価にできる利点があ
る。更に、ロツクピ５２の先端部分、つまり係止
部材４１の係止孔４２内へ挿入される部分には、
強摩擦材料が付設されているため、係止部材４１
との摺接に伴なうロツクピン５２の摩耗を防止で
きる。

また、異常検出弁装置６１は、エアーバランス
装置１７のシリンダ１９内の圧力をＺ軸構造体６
の重量に見合う圧力に設定する流量調整減圧弁３
５の二次側出力直後の圧力とシリンダ１９内の圧
力とを比較し、シリンダ１９内の圧力が二次側出
力直後の圧力に対して所定値低下したときシリン
ダ装置５３を解放するようにしたため、空気圧源
側が一時的に変動しても、シリンダ装置５３が解
放されることがないので、これによる測定作業の
中断がない。

また、測定子等５の交換により、Ｚ軸構造体６
の重量が変化し、その重量に応じて流量調整減圧
弁３５の二次側圧力を変化させると、その二次側
出力によつてシリンダ１９内の圧力と平衡するば
ね８３の圧縮量が変化するので、流量調整減圧弁
３５を変化させても、ばね８３の圧縮力を調整す
る圧力設定ねじ軸７１を微調整しなくてもよいか
ら、減圧弁３５のみを調整すればよく、従つて調
整が容易である。しかも、圧力設定ねじ軸７１に
より設定値を微小にコントロールできる。

なお、上記実施例では、異常検出弁装置６１に
おいて、流量調整減圧弁３５の二次側出力直後の
圧力とシリンダ１９内の圧力とを比較するように
したが、単にシリンダ１９内の圧力を検出し、そ
の検出圧力に応じてシリンダ装置５３を解放させ
るようにしてもよい。

また、上記実施例では、手動試の三次元測定機
を対象としたが、本発明は、予め定められた手順
に従つて測定子等を自動的に駆動させるものであ
つてもよい。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、比較的簡単な構
成により、Ｚ軸の落下を安全かつ確実に防止でき
る三次元測定機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
全体の系統図、第２図は三次元測定機の斜視図、
第３図はＺ軸構造体の内部構造を示す断面図、第
４図は第３図の−線断面図、第５図は第３図
の−線断面図、第６図は異常検出弁装置の内
部構造を示す断面図である。 ５……測定子等、６……Ｚ軸構造体、１７……
エアーバランス装置、１９……シリンダ、２１…
…ピストン、４１……係止部材、４２……係止
孔、５２……ロツクピン、５３……シリンダ装
置、５４……ばね、６１……異常検出弁装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下端部に測定子等が設けられかつ鉛直方向へ
   摺動自在に案内されたＺ軸構造体の中空部分を利
   用したシリンダと、このシリンダ内に収納された
   ピストンとからなるエアーバランス装置を備えた
   三次元測定機において、 前記Ｚ軸構造体に、ばねによつて常時一方向へ
   付勢されたロツクピンと、このロツクピンを前記
   ばねの付勢力とは反対方向へ引戻すシリンダ装置
   とをそれぞれ設けるとともに、 前記Ｚ軸構造体の摺動方向に沿つて前記ロツク
   ピンに対応する径の係止孔を多数有する係止部材
   を設け、 前記エアーバランス装置のシリンダ内の圧力が
   所定値低下したとき、前記シリンダ装置への供給
   空気を遮断して前記ロツクピンをばねの付勢力に
   より係止部材のいずれかの係止孔に挿入させる異
   常検出弁装置を設けた ことを特徴とする三次元測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記ロツク
   ピンの先端部分には、強摩擦材料が付設されてい
   ることを特徴とする三次元測定機。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記係止孔は、前記Ｚ軸構造体の摺動方向に
   沿つて一定ピツチ毎に設けられていることを特徴
   とする三次元測定機。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かにおいて、前記異常検出弁装置は、前記エアー
   バランス装置のシリンダへエアーを供給するエア
   ー供給回路の二次空気圧力と前記エアーバランス
   装置のシリンダ内の圧力とを比較し、シリンダ内
   の圧力が前記二次空気圧力に対して所定値低下し
   たとき前記シリンダ装置への供給空気を遮断する
   よう構成されていることを特徴とする三次元測定
   機。