産業機械
【課題】熱膨張によるラムのＺ軸シフト量を高精度に算出可能な産業機械を提供する。
【解決手段】三次元測定機１（産業機械）は、Ｚ軸に沿うコラム２２１およびサポータ２２５と、これらの間に設けられたビーム２２２上で移動可能なスライダ２２３と、スライダ２２３にＺ軸方向に移動可能に保持されたラム２２４と、コラム２２１、サポータ２２５、及びラム２２４のそれぞれの温度を検出する温度検出センサー２２６および温度検出部３２と、これらのコラム２２１、サポータ２２５、及びラム２２４の各温度、基準温度におけるこれらの位置関係を示す基準位置データ、及びこれらの熱膨張係数に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出するシフト量算出部３３と、を備えた。
【解決手段】三次元測定機１（産業機械）は、Ｚ軸に沿うコラム２２１およびサポータ２２５と、これらの間に設けられたビーム２２２上で移動可能なスライダ２２３と、スライダ２２３にＺ軸方向に移動可能に保持されたラム２２４と、コラム２２１、サポータ２２５、及びラム２２４のそれぞれの温度を検出する温度検出センサー２２６および温度検出部３２と、これらのコラム２２１、サポータ２２５、及びラム２２４の各温度、基準温度におけるこれらの位置関係を示す基準位置データ、及びこれらの熱膨張係数に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出するシフト量算出部３３と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース面に対して直交するＺ軸方向にラムを移動可能な機構を有する産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベース面に対して直交する方向に保持されたラムをＺ軸方向に移動させる産業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の産業機械は、三次元測定機である。この三次元測定機は、ベース面に対して直交し、Ｙ軸方向に移動可能なコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータの端部間に設けられるビームと、ビーム上でＸ軸方向に移動可能なスライダと、スライダにＺ軸方向に移動可能に設けられ、先端にプローブが設けられるラムとを備えている。
この三次元測定機は、ＸＹＺ軸の各軸に沿ってスケールが配置され、このスケールの読み取り値を基準とした測定座標系を設定している。そして、この三次元測定機では、温度環境を監視し、温度変化が観測されたときに、測定座標系を再構築する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１では、スケールが熱膨張のために寸法変化した場合でも、精度の高い測定を実施することができる。しかしながら、スケール以外の構成部材である、例えばコラムやサポータやラムが熱膨張した場合には対応しておらず、この場合、特に、Ｚ軸方向での測定精度が低下するという問題があり、測定環境を正確に制御する必要があるという問題がある。例えば、三次元測定機の電源をＯＮ状態にした後、測定座標系の原点位置を示すマスターボールを、プローブを用いて連続測定した場合、測定子を駆動させるための駆動モーターの温度上昇により、コラムやサポータ、ラムでの熱膨張による寸法変化量がそれぞれ異なるため、電源ＯＮ直後のスタート時に対して、主にＺ軸の値がシフトし、Ｚ軸測定精度が低下してしまう。このようなＺ軸測定精度の低下を防ぐために、熱膨張によるラムのＺシフト量を正確に算出可能な産業機械が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、熱膨張によるラムのＺ軸シフト量を高精度に算出可能な産業機械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】
【０００６】
本発明の産業機械は、ベース面に対して直交するＺ軸に沿って立設されたコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータの間に設けられたビーム上を移動可能なスライダと、前記スライダに、Ｚ軸方向に移動可能に保持されたラムと、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度変化による前記ラムのＺ軸方向に沿ったＺ軸シフト量を算出するシフト量算出手段と、を具備し、前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度を所定の基準温度に設定した状態での前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムの位置関係を示す基準位置データと、温度変化による前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムのＺ軸方向への寸法変動量を算出するための補正係数と、に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、温度検出手段により、コラム、サポータ、ラムのそれぞれの温度を検出する。そして、シフト量算出手段は、これらの温度検出手段により検出されたコラム、サポータ、およびラムの温度と、基準温度（例えば２０度）におけるコラム、サポータ、およびラムの位置関係を示す基準位置データと、補正係数とに基づいて、コラム、サポータ、およびラムの温度が所定の温度の際のラムのシフト量を算出する。
このような構成では、コラム、サポータ、及びラムが、それぞれ異なる温度に変動し、それに伴う熱膨張によりそれぞれ異なる寸法だけ変動した場合であっても、これらのコラム、サポータ、及びラムに対応した補正係数と、それぞれの温度とを用いて、それぞれの寸法変動量を算出することができる。したがって、この寸法変動量と基準位置データに基づいてＺ軸シフト量を正確に算出することができる。
【０００８】
本発明の産業機械では、前記温度検出手段は、前記コラムの平均温度、前記サポータの平均温度、および前記ラムの平均温度をそれぞれ検出することが好ましい。
【０００９】
この発明では、温度検出手段は、これらの温度検出センサーで検出された各温度の平均を算出する。これには、例えば、コラム、サポータ、及びラムに、Ｚ軸方向に沿って互いに離間する温度検出センサーを設け、これらの温度検出センサーにより検出される温度の平均値を算出してもよく、例えばコラム、サポータ、及びラムに、Ｚ軸方向の中心位置に１つの温度検出センサーを設け、この温度検出センサーから出力される温度を平均温度として取得してもよい。
コラムやサポータ、ラムにおけるＺ軸方向の位置により温度が異なることがある。例えば、コラムをＹ軸方向に沿って移動させるための駆動モーターが、コラムの下部に設けられている場合、この駆動モーターからの距離によりコラムの各位置での温度が異なり、コラムの駆動モーターに近い領域では、熱膨張による寸法変動も大きくなり、駆動モーターから遠い位置では、熱膨張による寸法変動が小さくなる。ここで、コラムに伝達される熱は、駆動モーターからの距離に対して略比例するため、本発明のように、コラム全体の平均温度を求めることで、コラムの熱膨張による寸法変動量を容易に、かつ正確に算出することができる。サポータやラムに対しても同様であり、サポータの平均温度や、ラムの平均温度を算出することで、これらの寸法変動量を容易に算出でき、シフト量算出手段は、ラムのＺ軸シフト量を精度良く、かつ容易に算出することができる。
【００１０】
本発明の産業機械は、前記ラムに設けられ、前記ラムのＺ軸方向への移動量を測定するための目盛が設けられたＺ軸スケール、および前記スライダに設けられ、前記Ｚ軸スケールの目盛を検出するＺ検出部を備え、前記基準位置データは、前記基準温度における前記ベース面から前記Ｚ検出部までの距離Ｌ１、前記基準温度における前記ラムの前記ベース面に対向する先端部から前記ラムのＺ軸スケールの固定位置まで距離Ｌ２、前記スライダを前記コラムに最も近接させた際の前記コラムの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ０、前記スライダを前記サポータに最も近接させた状態の前記サポータの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ１、および前記スライダがＸ軸方向への移動可能な距離Ｘ２を含み、前記補正係数は、前記コラムの熱膨張係数αｃ、前記サポータの熱膨張係数αｓ、および前記ラムの熱膨張係数αｒを含み、前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラムの温度Ｔｃ、前記温度検出手段により検出された前記サポータの温度Ｔｓ、前記温度検出手段により検出された前記ラムの温度Ｔｒ、及び前記スライダの位置座標ｘに基づいて、次式により前記Ｚ軸シフト量を算出することが好ましい。
【００１１】
［数１］
（Ｚ軸シフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）３×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）３＋△Ｃ−△Ｚ …（１）
ただし、 △Ｃ＝（Ｔｃ−Ｔ０）×Ｌ１×αｃ
△Ｓ＝（Ｔｓ−Ｔ０）×Ｌ１×αｓ
△Ｚ＝（Ｔｒ−Ｔ０）×Ｌ２×αｒ
Ｔ０：基準温度
【００１２】
本発明の産業機械では、コラムおよびサポータによりビームを保持するが、コラムやサポータの熱膨張により、ビームが傾斜する場合がある。特に、コラムがＹ軸方向に移動可能で、スライダがＸ軸方向に移動可能で、ラムがＺ軸方向に移動可能な産業機械、例えば三次元測定機では、一般にサポータのベース面に対向する端部は自由端であり、この場合、サポータは、ベース面に対向する自由端がコラム側に移動し、ビームを保持する端部がコラムから離れる側に移動して、Ｚ軸に対して傾斜し、これにより、ビームもベース面に対して傾斜する。この時、ビーム上のスライダのＺ軸シフト量は、Ｚ−Ｘ面状の面内で、上記式（１）に示すような三次曲線に略沿って変動する。すなわち、上記式（１）に基づいて、Ｚ軸シフト量を算出することにより、ラムのＺ軸シフト量をより精度良く算出することができる。
【００１３】
本発明の産業機械は、前記ラムの先端に設けられた測定子を用いて、前記ベース面に載置された被測定対象を測定する測定機であり、前記シフト量算出手段により算出された前記Ｚ軸シフト量に基づいて、前記測定子で測定された前記被測定対象のＺ軸測定値を補正する補正手段を備えたことが好ましい。
【００１４】
このような測定機では、ベース面に載置された被測定対象を測定する際、ラムのベース面に対向する先端に設けられた測定子を接触させて測定する。この時、コラムやサポータ、ラムが熱膨張して、ラムがＺ軸方向にシフトした場合でも、上述のように、シフト量算出手段により、そのＺ軸シフト量を正確に算出することができる。また、補正手段は、このＺ軸シフト量に基づいて、被測定対象のＺ測定値を補正することで、被測定対象の正確な寸法測定を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、コラムやサポータ、ラムの熱膨張をも考慮した位置補正を行うことができ、産業機械におけるラムのＺ軸シフト量をより精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る一実施形態の三次元測定機（測定装置）の概略構成を示す図である。
【図２】シフト量算出部によるＺ軸シフト量の算出方法を説明するための図である。
【図３】シフト量算出部により算出されたＺ軸シフト量により、補正部で補正を行った場合のマスターボールのＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、およびコラム、ラム、及びサポータの各温度検出結果を示すグラフである。
【図４】シフト量算出部によるＺ軸シフト量の算出、および補正部による補正を行わなかった場合のマスターボールのＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、および各温度検出センサーの温度検出結果を示すグラフである。
【図５】Ｚ測定値補正の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施形態の三次元測定機（産業機械）について、図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図１は、本発明に係る一実施形態の産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。
図１において、三次元測定機１（産業機械）は、本体２と、本体２の駆動制御を実行する制御部３とを備えている。
【００１８】
本体２は、ベース２１と、ベース２１に設けられるスライド機構２２とを備える。
ベース２１は、被測定物（図示略）を載置させるベース面２１１を有する矩形板状に形成されている。また、ベース２１の−Ｘ軸方向側には、＋Ｚ軸方向側に向かって突出するとともに、Ｙ軸方向に沿って直線状に形成され、スライド機構２２をＹ軸方向に沿ってガイドするガイド部２１２が形成されている。さらに、ベース面２１１には、半径既知の真球に加工されたマスターボール２１３が固定されている。
なお、本実施形態においては、「Ｚ軸方向」を「Ｚ方向」、「Ｚ軸」（例えば、「Ｚ軸側」）、または「Ｚ」（例えば、「Ｚ側」）等と略して記載することがある。同様に「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」をそれぞれ「Ｘ」、「Ｙ」（例えば、「Ｘ側」、「Ｙ側」）等と略して記載することがある。
【００１９】
スライド機構２２は、ガイド部２１２に取り付けられ、ガイド部２１２上をＹ軸方向に沿って移動可能に設けられるコラム２２１と、コラム２２１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２２２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２２２上をＸ軸方向に沿って移動可能に設けられるスライダ２２３と、スライダ２２３の内部に挿入され、スライダ２２３内をＺ軸方向に沿って移動可能に設けられるラム２２４とを備える。また、ビーム２２２における＋Ｘ軸方向側の端部には、Ｚ軸方向に沿って延出するサポータ２２５が形成されている。さらに、ラム２２４における−Ｚ軸方向側の端部には、被測定物を測定するための測定子２２７が取り付けられている。
そして、スライド機構２２は、コラム２２１、スライダ２２３、及びラム２２４を駆動する駆動モーター２２８を備え、制御部３による制御の下で測定子２２７をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に沿って移動させる。なお、図１において、コラム２２１をＹ軸方向に沿って移動させる駆動モーター２２８のみを図示する。
【００２０】
また、本体２は、コラム２２１、スライダ２２３、及びラム２２４の各軸方向の位置を検出するための測定手段が設けられている。具体的には、ガイド部２１２には、Ｙ軸方向に沿ったＹ軸スケール２１２Ａが設けられており、コラム２２１には、このＹ軸スケール２１２Ａの値を読み取るＹ軸スケールセンサー（図示略）が設けられている。また、ビーム２２２には、Ｘ軸方向に沿ったＸ軸スケール２２２Ａが設けられており、スライダ２２３には、このＸ軸スケール２２２Ａの値を読み取るＸ軸スケールセンサー（図示略）が設けられている。さらに、ラム２２４には、Ｚ軸方向に沿ったＺ軸スケール２２４Ａが固定されており、ラム２２４をＺ軸方向に移動可能に保持するスライダ２２３内に、Ｚ軸スケール２２４Ａの値を読み取るＺ軸スケールセンサー２２３Ａが設けられている。
【００２１】
さらに、コラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５には、それぞれ温度を検知する温度検出センサー２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃ，２２６Ｄ，２２６Ｅ）が設けられている。これらの温度検出センサー２２６は、本発明の温度検出手段を構成する。
温度検出センサー２２６Ａは、コラム２２１の−Ｚ側端部に設けられ、温度検出センサー２２６Ｂは、コラム２２１の＋Ｚ軸側端部に設けられ、それぞれＺ方向に沿って互いに離間している。このとき、これらの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂは、コラム２２１のＺ軸方向における中心点からの距離が略等しくなるように設けられることが好ましい。
また、温度検出センサー２２６Ｃは、サポータ２２５のＺ方向における中心点に設けられている。
さらに、温度検出センサー２２６Ｄは、ラム２２４の−Ｚ側端部に設けられ、温度検出センサー２２６Ｅは、ラム２２４の＋Ｚ側端部に設けられ、それぞれＺ軸方向に沿って互いに離間している。このとき、これらの温度検出センサー２２６Ｄ，２２６Ｅは、ラム２２４のＺ軸方向における中心点からの距離が略等しくなるように設けられることが好ましい。
【００２２】
制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどを備えて構成され、記憶部３１と、各温度検出センサー２２６で検出された温度を取得する温度検出部３２と、各スケールセンサーで検出された測定子の座標位置、および温度検出センサー２２６で検出された温度に基づいて、ラム２２４のＺシフト量を算出するシフト量算出部３３（シフト量算出手段）と、算出されたＺシフト量から、Ｚ軸の測定値を補正する補正部３４とを備える。なお、本実施形態では、温度検出部３２および各温度検出センサー２２６により、本発明の温度検出手段が構成されている。
【００２３】
記憶部３１は、制御部３で用いられる情報を記憶するものであり、三次元測定機１の製造時に予め測定した、基準温度（例えば２０度）における基準位置データや、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の熱膨張係数（補正係数）などのパラメータを記憶している。
ここで、基準位置データとしては、基準温度におけるベース面２１１からＺ軸スケールセンサー２２３Ａまでの距離Ｌ１（図２参照）、基準温度におけるラム２２４の測定子２２７が固定される端部から、Ｚ軸スケール２２４Ａの固定位置までの距離Ｌ２（図２参照）、スライダ２２３を最もコラム２２１側に移動させた（ｘ＝０に設定した）際のコラム２２１の中心軸とスライダ２２３の中心軸との距離Ｘ０（図２参照）、スライダ２２３を最もサポータ２２５側に移動させた（ｘ＝ｘmaxに設定した）際のスライダ２２３の中心軸とサポータ２２５の中心軸との距離Ｘ１、スライダ２２３の移動可能距離Ｘ２（＝ｘmax）が記録されている。
また、記憶部３１には、制御部３にてラム２２４の熱膨張によるＺ軸方向のシフトを補正するためのＺシフト補正プログラムが記憶されている。
【００２４】
温度検出部３２は、各温度検出センサー２２６の温度を検出するとともに、これらの温度から、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５における平均温度を算出する。ここで、温度検出センサー２２６Ａの温度をＴ１、温度検出センサー２２６Ｂの温度をＴ２、温度検出センサー２２６Ｃの温度をＴ３、温度検出センサー２２６Ｄの温度をＴ４、温度検出センサー２２６Ｅの温度をＴ５とすると、温度検出部３２は、次式により、コラム２２１の平均温度Ｔｃ、ラム２２４の平均温度Ｔｒ、及びサポータ２２５の平均温度Ｔｓを算出する。
【００２５】
［数２］
Ｔｃ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２ …（２）
Ｔｒ＝（Ｔ４＋Ｔ５）／２ …（３）
Ｔｓ＝Ｔ３ …（４）
【００２６】
シフト量算出部３３は、測定環境の変化によりコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５が熱膨張した際に発生するラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出する。
図２は、シフト量算出部３３によるＺシフト量の算出方法を説明するための図である。
図２に示すように、基準温度におけるベース面２１１からＺ軸スケールセンサー２２３Ａまでの距離がＬ１、基準温度におけるラム２２４の測定子２２７が固定される端部から、Ｚ軸スケール２２４Ａの固定位置までの距離がＬ２に設定されたコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５が熱膨張により、それぞれ△Ｃ、△Ｚ、△Ｓだけ寸法が変動する。このとき、これらのパラメータ△Ｃ、△Ｚ、△Ｓは、基準温度Ｔ０を２０度、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の熱膨張係数をそれぞれ、αｃ、αｒ、αｓとすると、上述した式（１）の条件式から、以下のように算出することができる。
【００２７】
［数３］
△Ｃ＝（Ｔｃ−２０）×Ｌ１×αｃ …（５）
△Ｓ＝（Ｔｓ−２０）×Ｌ１×αｓ …（６）
△Ｚ＝（Ｔｒ−２０）×Ｌ２×αｒ …（７）
【００２８】
また、スライド機構２２が熱膨張により寸法変動を起こす場合、コラム２２１を駆動するための駆動モーター２２８がコラム２２１の−Ｚ側に位置しているため、コラム２２１への熱影響が、サポータ２２５への熱影響よりも大きくなり、熱膨張による変動値も大きくなる。ここで、サポータ２２５のベース面２１１側の端部は、自由端となっているため、上記のようにコラム２２１、サポータ２２５がそれぞれ熱膨張により変形すると、ビーム２２２の自重等により、サポータ２２５の自由端（−Ｚ側端部）が−Ｘ側に変位し、ビーム２２２は、図２の下図に示す直線Ａに示すように、＋Ｘ方向に向かうに従って、−Ｚ側にシフトするように傾斜する。この時、ビーム２２２上で、スライダ２２３をＸ軸方向に沿って移動させると、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量は、スライダ２２３の位置、すなわちｘ座標の３次関数に従って、上述した式（１）のように変位する。
このため、シフト量算出部３３は、上記式（１）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出することで、正確な値を算出することが可能となる。
【００２９】
補正部３４は、シフト量算出部３３にて算出されたＺシフト量に基づいて、Ｚ軸スケールセンサー２２３Ａにより測定されたＺ測定値を補正する。
【００３０】
図３は、シフト量算出部３３により算出されたＺシフト量により、補正部３４で補正を行った場合のマスターボール２１３のＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、およびコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の各平均温度検出結果を示すグラフである。一方、図４は、シフト量算出部３３によるＺシフト量の算出、および補正部３４による補正を行わなかった場合のマスターボール２１３のＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、および各温度検出センサー２２６の温度検出結果を示すグラフである。この図４において、Ｔｃｂは、温度検出センサー２２６Ａでの温度測定結果、Ｔｃｔは、温度検出センサー２２６Ｂでの温度測定結果、Ｔｓは、温度検出センサー２２６Ｃでの温度測定結果、Ｔｒｂは、温度検出センサー２２６Ｄでの温度測定結果、Ｔｒｔは、温度検出センサー２２６Ｅでの温度測定結果である。なお、図３および図４において、横軸は三次元測定機１における電源投入後の稼動時間を示す。また、縦軸は同じスケールである。
図４に示すように、Ｚシフト量による補正を行わない場合、稼動初期時間の範囲でマスターボール２１３のＺ位置はシフトする。これに対して、図３に示すように、シフト量算出部３３により算出されたＺシフト量で補正を行った場合、稼動開始からマスターボール２１３のＺ位置は殆どシフトしておらず、その効果が確認できる。
【００３１】
〔Ｚ測定値補正の方法〕
次に、Ｚ測定値補正の方法について説明する。
図５は、Ｚ測定値補正の方法を示すフローチャートである。
制御部３は、記憶部３１に記憶されたＺシフト補正プログラムが実行されると、図５に示すように、以下のステップＳ１〜Ｓ３を実行する。
【００３２】
Ｚシフト補正プログラムが実行されると、温度検出部３２は、各温度検出センサー２２６の温度を検出し、上述した式（２）〜（４）に基づいて、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の各平均温度をそれぞれ算出する（Ｓ１：温度検出ステップ）。
次に、シフト量算出部３３は、記憶部３１から、基準位置データ（Ｌ１、Ｌ２、Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２）を取得し、ステップＳ１の温度検出ステップにより算出された各平均温度、およびスライダ２２３の位置であるｘ座標を用い、上述した式（５）〜（７）に基づいて、Ｚシフト量を算出する（Ｓ２：Ｚシフト量算出ステップ）。
Ｚシフト量算出ステップＳ２でＺシフト量が算出されると、補正部３４は、Ｚ軸スケール２２４ＡおよびＺ軸スケールセンサー２２３Ａにより測定されたＺ測定値を、Ｚシフト量で補正する（Ｓ３：補正ステップ）。
以上のステップＳ１〜Ｓ３を実行することによって、制御部３は、Ｚ測定値から、Ｚシフト量を加減算することで、正確なＺ測定値を測定することができる。
【００３３】
〔本実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施形態の三次元測定機１では、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５にそれぞれ温度検出センサー２２６が設けられ、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６から、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５のそれぞれの平均温度を検出する。そして、シフト量算出部３３は、検出された各平均温度（Ｔｃ，Ｔｒ，Ｔｓ）、基準温度における基準位置データ（Ｌ１，Ｌ２，Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２）、及び補正係数である熱膨張係数（αｃ，αｒ，αｓ）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺ軸に沿うＺシフト量を算出する。
このため、Ｚ軸に沿うコラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５が、例えば駆動モーター２２８の熱によりそれぞれ異なる温度に変動し、それに伴う熱膨張による寸法変動が生じた場合であっても、これらのコラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５の熱膨張係数からそれぞれの寸法変動量を算出することができ、この寸法変動量に基づいてＺシフト量を容易に算出することができる。また、このようなＺシフト量に基づいて、補正部３４でＺ測定値を補正することで、適切に測定値を補正することができ、精度の高い測定を実施することができる。
【００３４】
また、上述したように、コラム２２１には、２つの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂが設けられ、ラム２２４にも、２つの温度検出センサー２２６Ｄ，２２６Ｅが設けられており、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｄ，２２６Ｅから検出された温度からコラム２２１の平均温度、ラム２２４の平均温度を算出する。
このような構成では、コラム２２１やラム２２４において、熱源である駆動モーター２２８からの距離により、温度差が生じる場合がある。ここで、熱源から伝達される熱量は、距離に略比例するため、コラム２２１やラム２２４の平均温度に基づいて、コラム２２１やラム２２４の熱膨張による寸法変動量を算出することができる。
また、サポータ２２５は、駆動源の駆動力が伝達されない部材であり、コラム２２１やラム２２４よりも駆動モーター２２８から遠い位置に設けられているので、サポータ２２５の−Ｚ側端部と＋Ｚ軸側端部において温度差がほとんどない。このため、本実施形態では、サポータ２２５には１つの温度検出センサー２２６Ｃを、Ｚ軸方向の中心点に設ける構成とした。これに対して、サポータ２２５の近傍に他の駆動源などの熱源がある場合、この熱源の影響によりサポータ２２５の各位置における温度に差が生じる場合がある。この場合では、コラム２２１やラム２２４と同様に、サポータ２２５にも複数の温度検出センサー２２６を設け、温度検出部３２は、サポータ２２５に設置されたこれらの温度検出センサー２２６からサポータ２２５の平均温度を算出してもよい。
【００３５】
そして、シフト量算出部３３は、温度検出部３２により検出された各平均温度（Ｔｃ，Ｔｒ，Ｔｓ）、基準位置データ（Ｌ１、Ｌ２、Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２）、及びスライダ２２３のｘ座標を用い、上述した式（１）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出する。この式（１）は、コラム２２１の熱膨張により、−Ｚ側端部が自由端であるサポータ２２５がベース面２１１に対して傾斜し、スライダ２２３のｘ座標位置に対するラム２２４のＺシフト量が3次関数に従って変化する関係式を表すものであり、式（１）に基づいて、Ｚシフト量を算出することで、例えば図３に示すように、より精度の高いＺシフト量を算出することができる。
【００３６】
〔変形例〕
なお、本発明は、上述した一実施の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以下に示される変形をも含むものである。
【００３７】
例えば、上記実施形態において、産業機械として、三次元測定機１を例示したが、これに限定されない。すなわち、産業機械としては、ベース面に対して立設されるコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータ間のビーム上で移動可能なスライダと、このスライダにＺ軸方向に移動可能なラムが設けられる装置であれば、いかなるものに対しても適用することができ、例えば、ラムの先端にワークを加工するための加工具などが取り付けられた作業ロボット等の産業機械などであってもよい。このような産業機械では、温度変化に伴うＺシフト量を算出し、この算出されたＺシフト量に基づいて、ラムの位置を調整することで、ワーク上の適切な位置を加工することが可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態において、シフト量算出部３３は、式（１）に基づいて、Ｚシフト量を算出する構成としたが、これに限定されず、例えば下記式（８）（９）に示すようなｘの1次式、ｘの2次式に基づいて、Ｚシフト量を算出するものであってもよい。
【００３９】
［数４］
（Ｚシフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）２×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）２＋△Ｃ−△Ｚ …（８）
【００４０】
［数５］
（Ｚシフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）＋△Ｃ−△Ｚ …（９）
【００４１】
また、コラム２２１及びラム２２４には、それぞれ２つの温度検出センサー２２６が設けられ、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６により、コラム２２１の平均温度、ラム２２４の平均温度を算出するとしたが、これに限定されず、例えば、コラム２２１やラム２２４のＺ軸方向の中心点にそれぞれ１つの温度検出センサー２２６を設ける構成としてもよい。また、コラム２２１及びラム２２４にそれぞれ２つずつ温度検出センサー２２６を設ける構成としたが、例えば、３つ以上の温度検出センサー２２６が設けられている構成としてもよい。また、上述したように、サポータ２２５に対しても複数の温度検出センサー２２６が設けられる構成としてもよい。
【００４２】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ベース面に対して直交するＺ軸方向にラムを移動可能な機構を有する産業機械に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…三次元測定機（産業機械）、３２…温度検出手段を構成する温度検出部、３３…シフト量算出手段であるシフト量算出部、３４…補正手段である補正部、２１１…ベース面、２２１…コラム、２２２…ビーム、２２３…スライダ、２２３Ａ…Ｚ検出部であるＺ軸スケールセンサー、２２４…ラム、２２４Ａ…Ｚ軸スケール、２２５…サポータ、２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃ，２２６Ｄ，２２６Ｅ）…温度検出手段を構成する温度検出センサー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース面に対して直交するＺ軸方向にラムを移動可能な機構を有する産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベース面に対して直交する方向に保持されたラムをＺ軸方向に移動させる産業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の産業機械は、三次元測定機である。この三次元測定機は、ベース面に対して直交し、Ｙ軸方向に移動可能なコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータの端部間に設けられるビームと、ビーム上でＸ軸方向に移動可能なスライダと、スライダにＺ軸方向に移動可能に設けられ、先端にプローブが設けられるラムとを備えている。
この三次元測定機は、ＸＹＺ軸の各軸に沿ってスケールが配置され、このスケールの読み取り値を基準とした測定座標系を設定している。そして、この三次元測定機では、温度環境を監視し、温度変化が観測されたときに、測定座標系を再構築する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１では、スケールが熱膨張のために寸法変化した場合でも、精度の高い測定を実施することができる。しかしながら、スケール以外の構成部材である、例えばコラムやサポータやラムが熱膨張した場合には対応しておらず、この場合、特に、Ｚ軸方向での測定精度が低下するという問題があり、測定環境を正確に制御する必要があるという問題がある。例えば、三次元測定機の電源をＯＮ状態にした後、測定座標系の原点位置を示すマスターボールを、プローブを用いて連続測定した場合、測定子を駆動させるための駆動モーターの温度上昇により、コラムやサポータ、ラムでの熱膨張による寸法変化量がそれぞれ異なるため、電源ＯＮ直後のスタート時に対して、主にＺ軸の値がシフトし、Ｚ軸測定精度が低下してしまう。このようなＺ軸測定精度の低下を防ぐために、熱膨張によるラムのＺシフト量を正確に算出可能な産業機械が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、熱膨張によるラムのＺ軸シフト量を高精度に算出可能な産業機械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】
【０００６】
本発明の産業機械は、ベース面に対して直交するＺ軸に沿って立設されたコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータの間に設けられたビーム上を移動可能なスライダと、前記スライダに、Ｚ軸方向に移動可能に保持されたラムと、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度変化による前記ラムのＺ軸方向に沿ったＺ軸シフト量を算出するシフト量算出手段と、を具備し、前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度を所定の基準温度に設定した状態での前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムの位置関係を示す基準位置データと、温度変化による前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムのＺ軸方向への寸法変動量を算出するための補正係数と、に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、温度検出手段により、コラム、サポータ、ラムのそれぞれの温度を検出する。そして、シフト量算出手段は、これらの温度検出手段により検出されたコラム、サポータ、およびラムの温度と、基準温度（例えば２０度）におけるコラム、サポータ、およびラムの位置関係を示す基準位置データと、補正係数とに基づいて、コラム、サポータ、およびラムの温度が所定の温度の際のラムのシフト量を算出する。
このような構成では、コラム、サポータ、及びラムが、それぞれ異なる温度に変動し、それに伴う熱膨張によりそれぞれ異なる寸法だけ変動した場合であっても、これらのコラム、サポータ、及びラムに対応した補正係数と、それぞれの温度とを用いて、それぞれの寸法変動量を算出することができる。したがって、この寸法変動量と基準位置データに基づいてＺ軸シフト量を正確に算出することができる。
【０００８】
本発明の産業機械では、前記温度検出手段は、前記コラムの平均温度、前記サポータの平均温度、および前記ラムの平均温度をそれぞれ検出することが好ましい。
【０００９】
この発明では、温度検出手段は、これらの温度検出センサーで検出された各温度の平均を算出する。これには、例えば、コラム、サポータ、及びラムに、Ｚ軸方向に沿って互いに離間する温度検出センサーを設け、これらの温度検出センサーにより検出される温度の平均値を算出してもよく、例えばコラム、サポータ、及びラムに、Ｚ軸方向の中心位置に１つの温度検出センサーを設け、この温度検出センサーから出力される温度を平均温度として取得してもよい。
コラムやサポータ、ラムにおけるＺ軸方向の位置により温度が異なることがある。例えば、コラムをＹ軸方向に沿って移動させるための駆動モーターが、コラムの下部に設けられている場合、この駆動モーターからの距離によりコラムの各位置での温度が異なり、コラムの駆動モーターに近い領域では、熱膨張による寸法変動も大きくなり、駆動モーターから遠い位置では、熱膨張による寸法変動が小さくなる。ここで、コラムに伝達される熱は、駆動モーターからの距離に対して略比例するため、本発明のように、コラム全体の平均温度を求めることで、コラムの熱膨張による寸法変動量を容易に、かつ正確に算出することができる。サポータやラムに対しても同様であり、サポータの平均温度や、ラムの平均温度を算出することで、これらの寸法変動量を容易に算出でき、シフト量算出手段は、ラムのＺ軸シフト量を精度良く、かつ容易に算出することができる。
【００１０】
本発明の産業機械は、前記ラムに設けられ、前記ラムのＺ軸方向への移動量を測定するための目盛が設けられたＺ軸スケール、および前記スライダに設けられ、前記Ｚ軸スケールの目盛を検出するＺ検出部を備え、前記基準位置データは、前記基準温度における前記ベース面から前記Ｚ検出部までの距離Ｌ１、前記基準温度における前記ラムの前記ベース面に対向する先端部から前記ラムのＺ軸スケールの固定位置まで距離Ｌ２、前記スライダを前記コラムに最も近接させた際の前記コラムの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ０、前記スライダを前記サポータに最も近接させた状態の前記サポータの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ１、および前記スライダがＸ軸方向への移動可能な距離Ｘ２を含み、前記補正係数は、前記コラムの熱膨張係数αｃ、前記サポータの熱膨張係数αｓ、および前記ラムの熱膨張係数αｒを含み、前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラムの温度Ｔｃ、前記温度検出手段により検出された前記サポータの温度Ｔｓ、前記温度検出手段により検出された前記ラムの温度Ｔｒ、及び前記スライダの位置座標ｘに基づいて、次式により前記Ｚ軸シフト量を算出することが好ましい。
【００１１】
［数１］
（Ｚ軸シフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）３×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）３＋△Ｃ−△Ｚ …（１）
ただし、 △Ｃ＝（Ｔｃ−Ｔ０）×Ｌ１×αｃ
△Ｓ＝（Ｔｓ−Ｔ０）×Ｌ１×αｓ
△Ｚ＝（Ｔｒ−Ｔ０）×Ｌ２×αｒ
Ｔ０：基準温度
【００１２】
本発明の産業機械では、コラムおよびサポータによりビームを保持するが、コラムやサポータの熱膨張により、ビームが傾斜する場合がある。特に、コラムがＹ軸方向に移動可能で、スライダがＸ軸方向に移動可能で、ラムがＺ軸方向に移動可能な産業機械、例えば三次元測定機では、一般にサポータのベース面に対向する端部は自由端であり、この場合、サポータは、ベース面に対向する自由端がコラム側に移動し、ビームを保持する端部がコラムから離れる側に移動して、Ｚ軸に対して傾斜し、これにより、ビームもベース面に対して傾斜する。この時、ビーム上のスライダのＺ軸シフト量は、Ｚ−Ｘ面状の面内で、上記式（１）に示すような三次曲線に略沿って変動する。すなわち、上記式（１）に基づいて、Ｚ軸シフト量を算出することにより、ラムのＺ軸シフト量をより精度良く算出することができる。
【００１３】
本発明の産業機械は、前記ラムの先端に設けられた測定子を用いて、前記ベース面に載置された被測定対象を測定する測定機であり、前記シフト量算出手段により算出された前記Ｚ軸シフト量に基づいて、前記測定子で測定された前記被測定対象のＺ軸測定値を補正する補正手段を備えたことが好ましい。
【００１４】
このような測定機では、ベース面に載置された被測定対象を測定する際、ラムのベース面に対向する先端に設けられた測定子を接触させて測定する。この時、コラムやサポータ、ラムが熱膨張して、ラムがＺ軸方向にシフトした場合でも、上述のように、シフト量算出手段により、そのＺ軸シフト量を正確に算出することができる。また、補正手段は、このＺ軸シフト量に基づいて、被測定対象のＺ測定値を補正することで、被測定対象の正確な寸法測定を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、コラムやサポータ、ラムの熱膨張をも考慮した位置補正を行うことができ、産業機械におけるラムのＺ軸シフト量をより精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る一実施形態の三次元測定機（測定装置）の概略構成を示す図である。
【図２】シフト量算出部によるＺ軸シフト量の算出方法を説明するための図である。
【図３】シフト量算出部により算出されたＺ軸シフト量により、補正部で補正を行った場合のマスターボールのＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、およびコラム、ラム、及びサポータの各温度検出結果を示すグラフである。
【図４】シフト量算出部によるＺ軸シフト量の算出、および補正部による補正を行わなかった場合のマスターボールのＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、および各温度検出センサーの温度検出結果を示すグラフである。
【図５】Ｚ測定値補正の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施形態の三次元測定機（産業機械）について、図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図１は、本発明に係る一実施形態の産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。
図１において、三次元測定機１（産業機械）は、本体２と、本体２の駆動制御を実行する制御部３とを備えている。
【００１８】
本体２は、ベース２１と、ベース２１に設けられるスライド機構２２とを備える。
ベース２１は、被測定物（図示略）を載置させるベース面２１１を有する矩形板状に形成されている。また、ベース２１の−Ｘ軸方向側には、＋Ｚ軸方向側に向かって突出するとともに、Ｙ軸方向に沿って直線状に形成され、スライド機構２２をＹ軸方向に沿ってガイドするガイド部２１２が形成されている。さらに、ベース面２１１には、半径既知の真球に加工されたマスターボール２１３が固定されている。
なお、本実施形態においては、「Ｚ軸方向」を「Ｚ方向」、「Ｚ軸」（例えば、「Ｚ軸側」）、または「Ｚ」（例えば、「Ｚ側」）等と略して記載することがある。同様に「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」をそれぞれ「Ｘ」、「Ｙ」（例えば、「Ｘ側」、「Ｙ側」）等と略して記載することがある。
【００１９】
スライド機構２２は、ガイド部２１２に取り付けられ、ガイド部２１２上をＹ軸方向に沿って移動可能に設けられるコラム２２１と、コラム２２１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２２２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２２２上をＸ軸方向に沿って移動可能に設けられるスライダ２２３と、スライダ２２３の内部に挿入され、スライダ２２３内をＺ軸方向に沿って移動可能に設けられるラム２２４とを備える。また、ビーム２２２における＋Ｘ軸方向側の端部には、Ｚ軸方向に沿って延出するサポータ２２５が形成されている。さらに、ラム２２４における−Ｚ軸方向側の端部には、被測定物を測定するための測定子２２７が取り付けられている。
そして、スライド機構２２は、コラム２２１、スライダ２２３、及びラム２２４を駆動する駆動モーター２２８を備え、制御部３による制御の下で測定子２２７をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に沿って移動させる。なお、図１において、コラム２２１をＹ軸方向に沿って移動させる駆動モーター２２８のみを図示する。
【００２０】
また、本体２は、コラム２２１、スライダ２２３、及びラム２２４の各軸方向の位置を検出するための測定手段が設けられている。具体的には、ガイド部２１２には、Ｙ軸方向に沿ったＹ軸スケール２１２Ａが設けられており、コラム２２１には、このＹ軸スケール２１２Ａの値を読み取るＹ軸スケールセンサー（図示略）が設けられている。また、ビーム２２２には、Ｘ軸方向に沿ったＸ軸スケール２２２Ａが設けられており、スライダ２２３には、このＸ軸スケール２２２Ａの値を読み取るＸ軸スケールセンサー（図示略）が設けられている。さらに、ラム２２４には、Ｚ軸方向に沿ったＺ軸スケール２２４Ａが固定されており、ラム２２４をＺ軸方向に移動可能に保持するスライダ２２３内に、Ｚ軸スケール２２４Ａの値を読み取るＺ軸スケールセンサー２２３Ａが設けられている。
【００２１】
さらに、コラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５には、それぞれ温度を検知する温度検出センサー２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃ，２２６Ｄ，２２６Ｅ）が設けられている。これらの温度検出センサー２２６は、本発明の温度検出手段を構成する。
温度検出センサー２２６Ａは、コラム２２１の−Ｚ側端部に設けられ、温度検出センサー２２６Ｂは、コラム２２１の＋Ｚ軸側端部に設けられ、それぞれＺ方向に沿って互いに離間している。このとき、これらの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂは、コラム２２１のＺ軸方向における中心点からの距離が略等しくなるように設けられることが好ましい。
また、温度検出センサー２２６Ｃは、サポータ２２５のＺ方向における中心点に設けられている。
さらに、温度検出センサー２２６Ｄは、ラム２２４の−Ｚ側端部に設けられ、温度検出センサー２２６Ｅは、ラム２２４の＋Ｚ側端部に設けられ、それぞれＺ軸方向に沿って互いに離間している。このとき、これらの温度検出センサー２２６Ｄ，２２６Ｅは、ラム２２４のＺ軸方向における中心点からの距離が略等しくなるように設けられることが好ましい。
【００２２】
制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどを備えて構成され、記憶部３１と、各温度検出センサー２２６で検出された温度を取得する温度検出部３２と、各スケールセンサーで検出された測定子の座標位置、および温度検出センサー２２６で検出された温度に基づいて、ラム２２４のＺシフト量を算出するシフト量算出部３３（シフト量算出手段）と、算出されたＺシフト量から、Ｚ軸の測定値を補正する補正部３４とを備える。なお、本実施形態では、温度検出部３２および各温度検出センサー２２６により、本発明の温度検出手段が構成されている。
【００２３】
記憶部３１は、制御部３で用いられる情報を記憶するものであり、三次元測定機１の製造時に予め測定した、基準温度（例えば２０度）における基準位置データや、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の熱膨張係数（補正係数）などのパラメータを記憶している。
ここで、基準位置データとしては、基準温度におけるベース面２１１からＺ軸スケールセンサー２２３Ａまでの距離Ｌ１（図２参照）、基準温度におけるラム２２４の測定子２２７が固定される端部から、Ｚ軸スケール２２４Ａの固定位置までの距離Ｌ２（図２参照）、スライダ２２３を最もコラム２２１側に移動させた（ｘ＝０に設定した）際のコラム２２１の中心軸とスライダ２２３の中心軸との距離Ｘ０（図２参照）、スライダ２２３を最もサポータ２２５側に移動させた（ｘ＝ｘmaxに設定した）際のスライダ２２３の中心軸とサポータ２２５の中心軸との距離Ｘ１、スライダ２２３の移動可能距離Ｘ２（＝ｘmax）が記録されている。
また、記憶部３１には、制御部３にてラム２２４の熱膨張によるＺ軸方向のシフトを補正するためのＺシフト補正プログラムが記憶されている。
【００２４】
温度検出部３２は、各温度検出センサー２２６の温度を検出するとともに、これらの温度から、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５における平均温度を算出する。ここで、温度検出センサー２２６Ａの温度をＴ１、温度検出センサー２２６Ｂの温度をＴ２、温度検出センサー２２６Ｃの温度をＴ３、温度検出センサー２２６Ｄの温度をＴ４、温度検出センサー２２６Ｅの温度をＴ５とすると、温度検出部３２は、次式により、コラム２２１の平均温度Ｔｃ、ラム２２４の平均温度Ｔｒ、及びサポータ２２５の平均温度Ｔｓを算出する。
【００２５】
［数２］
Ｔｃ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２ …（２）
Ｔｒ＝（Ｔ４＋Ｔ５）／２ …（３）
Ｔｓ＝Ｔ３ …（４）
【００２６】
シフト量算出部３３は、測定環境の変化によりコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５が熱膨張した際に発生するラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出する。
図２は、シフト量算出部３３によるＺシフト量の算出方法を説明するための図である。
図２に示すように、基準温度におけるベース面２１１からＺ軸スケールセンサー２２３Ａまでの距離がＬ１、基準温度におけるラム２２４の測定子２２７が固定される端部から、Ｚ軸スケール２２４Ａの固定位置までの距離がＬ２に設定されたコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５が熱膨張により、それぞれ△Ｃ、△Ｚ、△Ｓだけ寸法が変動する。このとき、これらのパラメータ△Ｃ、△Ｚ、△Ｓは、基準温度Ｔ０を２０度、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の熱膨張係数をそれぞれ、αｃ、αｒ、αｓとすると、上述した式（１）の条件式から、以下のように算出することができる。
【００２７】
［数３］
△Ｃ＝（Ｔｃ−２０）×Ｌ１×αｃ …（５）
△Ｓ＝（Ｔｓ−２０）×Ｌ１×αｓ …（６）
△Ｚ＝（Ｔｒ−２０）×Ｌ２×αｒ …（７）
【００２８】
また、スライド機構２２が熱膨張により寸法変動を起こす場合、コラム２２１を駆動するための駆動モーター２２８がコラム２２１の−Ｚ側に位置しているため、コラム２２１への熱影響が、サポータ２２５への熱影響よりも大きくなり、熱膨張による変動値も大きくなる。ここで、サポータ２２５のベース面２１１側の端部は、自由端となっているため、上記のようにコラム２２１、サポータ２２５がそれぞれ熱膨張により変形すると、ビーム２２２の自重等により、サポータ２２５の自由端（−Ｚ側端部）が−Ｘ側に変位し、ビーム２２２は、図２の下図に示す直線Ａに示すように、＋Ｘ方向に向かうに従って、−Ｚ側にシフトするように傾斜する。この時、ビーム２２２上で、スライダ２２３をＸ軸方向に沿って移動させると、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量は、スライダ２２３の位置、すなわちｘ座標の３次関数に従って、上述した式（１）のように変位する。
このため、シフト量算出部３３は、上記式（１）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出することで、正確な値を算出することが可能となる。
【００２９】
補正部３４は、シフト量算出部３３にて算出されたＺシフト量に基づいて、Ｚ軸スケールセンサー２２３Ａにより測定されたＺ測定値を補正する。
【００３０】
図３は、シフト量算出部３３により算出されたＺシフト量により、補正部３４で補正を行った場合のマスターボール２１３のＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、およびコラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の各平均温度検出結果を示すグラフである。一方、図４は、シフト量算出部３３によるＺシフト量の算出、および補正部３４による補正を行わなかった場合のマスターボール２１３のＺ位置測定結果（ｘ＝４０）、および各温度検出センサー２２６の温度検出結果を示すグラフである。この図４において、Ｔｃｂは、温度検出センサー２２６Ａでの温度測定結果、Ｔｃｔは、温度検出センサー２２６Ｂでの温度測定結果、Ｔｓは、温度検出センサー２２６Ｃでの温度測定結果、Ｔｒｂは、温度検出センサー２２６Ｄでの温度測定結果、Ｔｒｔは、温度検出センサー２２６Ｅでの温度測定結果である。なお、図３および図４において、横軸は三次元測定機１における電源投入後の稼動時間を示す。また、縦軸は同じスケールである。
図４に示すように、Ｚシフト量による補正を行わない場合、稼動初期時間の範囲でマスターボール２１３のＺ位置はシフトする。これに対して、図３に示すように、シフト量算出部３３により算出されたＺシフト量で補正を行った場合、稼動開始からマスターボール２１３のＺ位置は殆どシフトしておらず、その効果が確認できる。
【００３１】
〔Ｚ測定値補正の方法〕
次に、Ｚ測定値補正の方法について説明する。
図５は、Ｚ測定値補正の方法を示すフローチャートである。
制御部３は、記憶部３１に記憶されたＺシフト補正プログラムが実行されると、図５に示すように、以下のステップＳ１〜Ｓ３を実行する。
【００３２】
Ｚシフト補正プログラムが実行されると、温度検出部３２は、各温度検出センサー２２６の温度を検出し、上述した式（２）〜（４）に基づいて、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５の各平均温度をそれぞれ算出する（Ｓ１：温度検出ステップ）。
次に、シフト量算出部３３は、記憶部３１から、基準位置データ（Ｌ１、Ｌ２、Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２）を取得し、ステップＳ１の温度検出ステップにより算出された各平均温度、およびスライダ２２３の位置であるｘ座標を用い、上述した式（５）〜（７）に基づいて、Ｚシフト量を算出する（Ｓ２：Ｚシフト量算出ステップ）。
Ｚシフト量算出ステップＳ２でＺシフト量が算出されると、補正部３４は、Ｚ軸スケール２２４ＡおよびＺ軸スケールセンサー２２３Ａにより測定されたＺ測定値を、Ｚシフト量で補正する（Ｓ３：補正ステップ）。
以上のステップＳ１〜Ｓ３を実行することによって、制御部３は、Ｚ測定値から、Ｚシフト量を加減算することで、正確なＺ測定値を測定することができる。
【００３３】
〔本実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施形態の三次元測定機１では、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５にそれぞれ温度検出センサー２２６が設けられ、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６から、コラム２２１、ラム２２４、及びサポータ２２５のそれぞれの平均温度を検出する。そして、シフト量算出部３３は、検出された各平均温度（Ｔｃ，Ｔｒ，Ｔｓ）、基準温度における基準位置データ（Ｌ１，Ｌ２，Ｘ０，Ｘ１，Ｘ２）、及び補正係数である熱膨張係数（αｃ，αｒ，αｓ）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺ軸に沿うＺシフト量を算出する。
このため、Ｚ軸に沿うコラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５が、例えば駆動モーター２２８の熱によりそれぞれ異なる温度に変動し、それに伴う熱膨張による寸法変動が生じた場合であっても、これらのコラム２２１、ラム２２４、およびサポータ２２５の熱膨張係数からそれぞれの寸法変動量を算出することができ、この寸法変動量に基づいてＺシフト量を容易に算出することができる。また、このようなＺシフト量に基づいて、補正部３４でＺ測定値を補正することで、適切に測定値を補正することができ、精度の高い測定を実施することができる。
【００３４】
また、上述したように、コラム２２１には、２つの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂが設けられ、ラム２２４にも、２つの温度検出センサー２２６Ｄ，２２６Ｅが設けられており、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｄ，２２６Ｅから検出された温度からコラム２２１の平均温度、ラム２２４の平均温度を算出する。
このような構成では、コラム２２１やラム２２４において、熱源である駆動モーター２２８からの距離により、温度差が生じる場合がある。ここで、熱源から伝達される熱量は、距離に略比例するため、コラム２２１やラム２２４の平均温度に基づいて、コラム２２１やラム２２４の熱膨張による寸法変動量を算出することができる。
また、サポータ２２５は、駆動源の駆動力が伝達されない部材であり、コラム２２１やラム２２４よりも駆動モーター２２８から遠い位置に設けられているので、サポータ２２５の−Ｚ側端部と＋Ｚ軸側端部において温度差がほとんどない。このため、本実施形態では、サポータ２２５には１つの温度検出センサー２２６Ｃを、Ｚ軸方向の中心点に設ける構成とした。これに対して、サポータ２２５の近傍に他の駆動源などの熱源がある場合、この熱源の影響によりサポータ２２５の各位置における温度に差が生じる場合がある。この場合では、コラム２２１やラム２２４と同様に、サポータ２２５にも複数の温度検出センサー２２６を設け、温度検出部３２は、サポータ２２５に設置されたこれらの温度検出センサー２２６からサポータ２２５の平均温度を算出してもよい。
【００３５】
そして、シフト量算出部３３は、温度検出部３２により検出された各平均温度（Ｔｃ，Ｔｒ，Ｔｓ）、基準位置データ（Ｌ１、Ｌ２、Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２）、及びスライダ２２３のｘ座標を用い、上述した式（１）に基づいて、ラム２２４（測定子２２７）のＺシフト量を算出する。この式（１）は、コラム２２１の熱膨張により、−Ｚ側端部が自由端であるサポータ２２５がベース面２１１に対して傾斜し、スライダ２２３のｘ座標位置に対するラム２２４のＺシフト量が3次関数に従って変化する関係式を表すものであり、式（１）に基づいて、Ｚシフト量を算出することで、例えば図３に示すように、より精度の高いＺシフト量を算出することができる。
【００３６】
〔変形例〕
なお、本発明は、上述した一実施の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以下に示される変形をも含むものである。
【００３７】
例えば、上記実施形態において、産業機械として、三次元測定機１を例示したが、これに限定されない。すなわち、産業機械としては、ベース面に対して立設されるコラムおよびサポータと、これらのコラムおよびサポータ間のビーム上で移動可能なスライダと、このスライダにＺ軸方向に移動可能なラムが設けられる装置であれば、いかなるものに対しても適用することができ、例えば、ラムの先端にワークを加工するための加工具などが取り付けられた作業ロボット等の産業機械などであってもよい。このような産業機械では、温度変化に伴うＺシフト量を算出し、この算出されたＺシフト量に基づいて、ラムの位置を調整することで、ワーク上の適切な位置を加工することが可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態において、シフト量算出部３３は、式（１）に基づいて、Ｚシフト量を算出する構成としたが、これに限定されず、例えば下記式（８）（９）に示すようなｘの1次式、ｘの2次式に基づいて、Ｚシフト量を算出するものであってもよい。
【００３９】
［数４］
（Ｚシフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）２×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）２＋△Ｃ−△Ｚ …（８）
【００４０】
［数５］
（Ｚシフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）＋△Ｃ−△Ｚ …（９）
【００４１】
また、コラム２２１及びラム２２４には、それぞれ２つの温度検出センサー２２６が設けられ、温度検出部３２は、これらの温度検出センサー２２６により、コラム２２１の平均温度、ラム２２４の平均温度を算出するとしたが、これに限定されず、例えば、コラム２２１やラム２２４のＺ軸方向の中心点にそれぞれ１つの温度検出センサー２２６を設ける構成としてもよい。また、コラム２２１及びラム２２４にそれぞれ２つずつ温度検出センサー２２６を設ける構成としたが、例えば、３つ以上の温度検出センサー２２６が設けられている構成としてもよい。また、上述したように、サポータ２２５に対しても複数の温度検出センサー２２６が設けられる構成としてもよい。
【００４２】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ベース面に対して直交するＺ軸方向にラムを移動可能な機構を有する産業機械に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…三次元測定機（産業機械）、３２…温度検出手段を構成する温度検出部、３３…シフト量算出手段であるシフト量算出部、３４…補正手段である補正部、２１１…ベース面、２２１…コラム、２２２…ビーム、２２３…スライダ、２２３Ａ…Ｚ検出部であるＺ軸スケールセンサー、２２４…ラム、２２４Ａ…Ｚ軸スケール、２２５…サポータ、２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃ，２２６Ｄ，２２６Ｅ）…温度検出手段を構成する温度検出センサー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース面に対して直交するＺ軸に沿って立設されたコラムおよびサポータと、
これらのコラムおよびサポータの間に設けられたビーム上を移動可能なスライダと、
前記スライダに、Ｚ軸方向に移動可能に保持されたラムと、
前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、
前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度変化による前記ラムのＺ軸方向に沿ったＺ軸シフト量を算出するシフト量算出手段と、を具備し、
前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度を所定の基準温度に設定した状態での前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムの位置関係を示す基準位置データと、温度変化による前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムのＺ軸方向への寸法変動量を算出するための補正係数と、に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出する
ことを特徴とする産業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の産業機械において、
前記温度検出手段は、前記コラムの平均温度、前記サポータの平均温度、および前記ラムの平均温度をそれぞれ検出する
ことを特徴とする産業機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の産業機械において、
前記ラムに設けられ、前記ラムのＺ軸方向への移動量を測定するための目盛が設けられたＺ軸スケール、および前記スライダに設けられ、前記Ｚ軸スケールの目盛を検出するＺ検出部を備え、
前記基準位置データは、前記基準温度における前記ベース面から前記Ｚ検出部までの距離Ｌ１、前記基準温度における前記ラムの前記ベース面に対向する先端部から前記ラムのＺ軸スケールの固定位置まで距離Ｌ２、前記スライダを前記コラムに最も近接させた際の前記コラムの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ０、前記スライダを前記サポータに最も近接させた状態の前記サポータの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ１、および前記スライダがＸ軸方向への移動可能な距離Ｘ２を含み、
前記補正係数は、前記コラムの熱膨張係数αｃ、前記サポータの熱膨張係数αｓ、および前記ラムの熱膨張係数αｒを含み、
前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラムの温度Ｔｃ、前記温度検出手段により検出された前記サポータの温度Ｔｓ、前記温度検出手段により検出された前記ラムの温度Ｔｒ、及び前記スライダの位置座標ｘに基づいて、次式により前記Ｚ軸シフト量を算出する
［数１］
（Ｚ軸シフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）３×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）３＋△Ｃ−△Ｚ
（ただし、△Ｃ＝（Ｔｃ−Ｔ０）×Ｌ１×αｃ
△Ｓ＝（Ｔｓ−Ｔ０）×Ｌ１×αｓ
△Ｚ＝（Ｔｒ−Ｔ０）×Ｌ２×αｒ
Ｔ０：基準温度）
ことを特徴とする産業機械。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業機械において、
当該産業機械は、前記ラムの先端に設けられた測定子を用いて、前記ベース面に載置された被測定対象を測定する測定機であり、
前記シフト量算出手段により算出された前記Ｚ軸シフト量に基づいて、前記測定子で測定された前記被測定対象のＺ軸測定値を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする産業機械。
【請求項１】
ベース面に対して直交するＺ軸に沿って立設されたコラムおよびサポータと、
これらのコラムおよびサポータの間に設けられたビーム上を移動可能なスライダと、
前記スライダに、Ｚ軸方向に移動可能に保持されたラムと、
前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度を検出する温度検出手段と、
前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度変化による前記ラムのＺ軸方向に沿ったＺ軸シフト量を算出するシフト量算出手段と、を具備し、
前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラム、前記サポータ、および前記ラムのそれぞれの温度と、前記コラム、前記サポータ、および前記ラムの温度を所定の基準温度に設定した状態での前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムの位置関係を示す基準位置データと、温度変化による前記コラム、前記サポータ、及び前記ラムのＺ軸方向への寸法変動量を算出するための補正係数と、に基づいて、前記Ｚ軸シフト量を算出する
ことを特徴とする産業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の産業機械において、
前記温度検出手段は、前記コラムの平均温度、前記サポータの平均温度、および前記ラムの平均温度をそれぞれ検出する
ことを特徴とする産業機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の産業機械において、
前記ラムに設けられ、前記ラムのＺ軸方向への移動量を測定するための目盛が設けられたＺ軸スケール、および前記スライダに設けられ、前記Ｚ軸スケールの目盛を検出するＺ検出部を備え、
前記基準位置データは、前記基準温度における前記ベース面から前記Ｚ検出部までの距離Ｌ１、前記基準温度における前記ラムの前記ベース面に対向する先端部から前記ラムのＺ軸スケールの固定位置まで距離Ｌ２、前記スライダを前記コラムに最も近接させた際の前記コラムの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ０、前記スライダを前記サポータに最も近接させた状態の前記サポータの中心軸から前記スライダの中心軸までの距離Ｘ１、および前記スライダがＸ軸方向への移動可能な距離Ｘ２を含み、
前記補正係数は、前記コラムの熱膨張係数αｃ、前記サポータの熱膨張係数αｓ、および前記ラムの熱膨張係数αｒを含み、
前記シフト量算出手段は、前記温度検出手段により検出された前記コラムの温度Ｔｃ、前記温度検出手段により検出された前記サポータの温度Ｔｓ、前記温度検出手段により検出された前記ラムの温度Ｔｒ、及び前記スライダの位置座標ｘに基づいて、次式により前記Ｚ軸シフト量を算出する
［数１］
（Ｚ軸シフト量）＝（Ｘ０＋ｘ）３×（△Ｓ−△Ｃ）／（Ｘ０＋Ｘ１＋Ｘ２）３＋△Ｃ−△Ｚ
（ただし、△Ｃ＝（Ｔｃ−Ｔ０）×Ｌ１×αｃ
△Ｓ＝（Ｔｓ−Ｔ０）×Ｌ１×αｓ
△Ｚ＝（Ｔｒ−Ｔ０）×Ｌ２×αｒ
Ｔ０：基準温度）
ことを特徴とする産業機械。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業機械において、
当該産業機械は、前記ラムの先端に設けられた測定子を用いて、前記ベース面に載置された被測定対象を測定する測定機であり、
前記シフト量算出手段により算出された前記Ｚ軸シフト量に基づいて、前記測定子で測定された前記被測定対象のＺ軸測定値を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする産業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５３０３３（Ｐ２０１２−５３０３３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０７００（Ｐ２０１１−１６０７００）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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