非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構
【課題】測定ヘッドの軸ストロークおよび測定時における測定ヘッドの移動に要する時間を短縮できる非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を提供する。
【解決手段】３次元直交座標系７２中の被測定物７３における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッド７１を、位置、姿勢を制御可能に保持する機構において、３次元直交座標系７２の各軸上を移動可能な基台１１と、第１，第２アーム１２，１３を設ける。第１アーム１２は、基台１１の下面に一端側を軸支してその軸周り方向に回転自在とし、他端側を下方側に曲げ形成する。第２アーム１３は、第１アーム１２の他端側の下面に一端側を軸支してその軸周り方向に回転自在とし、他端側を下方側に曲げ形成し、その下面に測定ヘッド７１を下方側に向けて取り付ける。第２アーム１３が軸周りに回転したとき、測定ヘッド７１の投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くようにする。
【解決手段】３次元直交座標系７２中の被測定物７３における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッド７１を、位置、姿勢を制御可能に保持する機構において、３次元直交座標系７２の各軸上を移動可能な基台１１と、第１，第２アーム１２，１３を設ける。第１アーム１２は、基台１１の下面に一端側を軸支してその軸周り方向に回転自在とし、他端側を下方側に曲げ形成する。第２アーム１３は、第１アーム１２の他端側の下面に一端側を軸支してその軸周り方向に回転自在とし、他端側を下方側に曲げ形成し、その下面に測定ヘッド７１を下方側に向けて取り付ける。第２アーム１３が軸周りに回転したとき、測定ヘッド７１の投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構（非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて非接触で３次元直交座標を測定する非接触３次元座標測定装置は、光を光源から被測定物に投射し、その反射光を光センサで受け、上記光源の位置、光の投射角度・位置、光センサの位置等から三角測量の原理により求められる光源−被測定物間の距離に基づき、被測定物表面の３次元座標を測定する周知の座標測定装置である。
このような非接触３次元座標測定装置は、例えばクランクシャフトの鍛造型のような複雑な表面形状の各点の座標、ひいてはその表面形状の測定に好適であるが、この種の座標測定装置の測定ヘッド（上記光源、光センサ等を備えて構成され、一般にセンサと称される部品）の保持機構は、従来、次のように構成されていた。
すなわち、図８に示すように、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、３つの回転軸（ｒ１軸、ｒ２軸及びｒ３軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、ｒ１軸は、測定ヘッド７１からの投射光７４の光軸に平行に測定ヘッド７１を貫く軸であり、測定ヘッド７１はこの軸の周りに回転可能である。ｒ２軸はｒ１軸に直交する軸（アームの回転軸）、ｒ３軸はｒ１軸及びｒ２軸に直交する軸（アームの回転軸）である（特許文献１参照）。
【０００３】
非接触３次元座標測定装置は、このように保持された測定ヘッド７１を、上記３つの回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３の周りに適宜回転して所定の姿勢に制御し、３次元直交座標系７２中の被測定物７３表面の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、光、詳しくは投射光７４及びその反射光７５を用いて非接触で測定するものである。座標測定に当たり、測定ヘッド７１を所定の姿勢に制御するのは、投射光７４及び反射光７５による座標測定を可能とするためである。
図示を省略しているが、上記３つの回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３は、３次元直交座標系７２のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台に連結、保持されており、この基台の移動によって測定ヘッド７１の位置が制御される。
図中、ＤＺ、ＤＸは、座標（ｘ，ｙ，ｚ）の測定に当たって、測定ヘッド７１を破線アで示す位置から実線で示す位置に移動させる際の移動軸（Ｚ、Ｘ）、移動方向（下向き、右向き）及び移動量（Ｄ、Ｄ）を示す。
測定ヘッド７１は、このＤＺ、ＤＸの移動が終了した後（あるいは移動と共に）、回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３の周りに適宜回転され、実線で示す姿勢に制御される。つまり、測定ヘッド７１の焦点位置ｆが被測定物７３上の所望位置に合わされ、その座標（ｘ，ｙ，ｚ）が測定される
ここで焦点位置ｆとは、測定ヘッド７１から３次元座標を測定したい方向（投射光７４の投射方向）において、実際にその３次元座標の測定が可能な距離範囲（レンジ）内の各位置を指し、上記焦点位置ｆが合わされるとは、３次元座標を測定する際に、その測定が可能な上記レンジ内に測定ヘッド７１を位置させることをいう。
【０００４】
なお、特許文献１に記載の技術は、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構（位置／姿勢制御機構）に係るものではないが、この特許文献１に記載の多関節ロボットにおける工具把持部材の保持機構（位置／姿勢制御機構）は、従来、一般的に行われている上述した測定ヘッド保持機構に共通する技術である。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、次のような問題が生じていた。
すなわち、上記のような非接触３次元座標測定装置において、クランクシャフトの鍛造型のような３次元的に複雑な形状をもつ被測定物を測定対象とした場合、投射光の拡散反射率を確保するためには測定ヘッド（センサ）を多方向に向けて、つまり、姿勢を様々に変えて測定する必要がある。しかし、上記従来技術においては、姿勢を変えると焦点位置が変化、つまり測定したい位置から外れてしまい、焦点位置を測定したい位置に合わせるためには測定ヘッドを大きく移動させなければならない。このため従来技術では、被測定物の長さに比較して軸ストロークを長くしなければならず、加えて、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も長くなった。
【０００７】
図９は、従来技術において、実線で示す位置、姿勢にある測定ヘッド７１を移動して、被測定物７３長手方向の両端の上面隅部の座標α，βを測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α，βの測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この場合、測定ヘッド７１は、実線で示す姿勢から破線アで示す姿勢に変えられ、次に測定ヘッド７１の全軸ストロークＬ１の右端まで移動され、最後に高さＨ１だけ下降される。これにより、測定ヘッド７１は、その焦点位置につき座標αの測定を可能とする位置、姿勢とされる（破線イで示す測定ヘッド７１参照）。
上述動作は座標αの測定時に係るもので、座標βの測定時には、座標αの測定時とは左右を逆にした動作が行われる。座標αの測定に続いて座標βの測定を行う場合、換言すれば、測定ヘッド７１を図９中の破線ウに示す姿勢に制御する場合には、座標αの測定時に行った高さ（Ｚ）方向の移動は無用となる。
いずれにしても、従来技術においては、測定ヘッド７１の被測定物長手方向に対応する全軸ストロークＬ１は、被測定物７３の長手方向の長さＬ１１よりもかなり長くなり、また、高さ（Ｚ）方向の移動も必要となった。
【０００８】
図１０は、図９の右側面（被測定物７３短手方向）において、その両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α１，α２の測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この図において、破線エは座標α１測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示し、破線オは座標α２測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示す。
この図１０に示すように、被測定物７３短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する際にも、測定ヘッド７１の被測定物短手方向に対応する全軸ストロークＬ２は、被測定物７３の短手方向の長さＬ２１よりもかなり長くなり、また、高さ（Ｚ）方向の移動も必要となった。
なお、これらの位置、姿勢の制御は、測定ヘッド保持機構を構成する基台（図示せず）及び回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３（図８参照）を制御して行われることは勿論である。
【０００９】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、測定ヘッドの軸ストロークを短縮でき、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も短縮できる非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【００１１】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、（５）項が請求項５に、（６）項が請求項６に、各々対応する。
【００１２】
（１）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（２）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（３）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（４）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（５）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられ、前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くように構成されたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（６）前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描かせるために、前記第１アームの他端側及び／又は前記第２アームの他端側を下方側に曲げ、又は前記第１アームと前記第２アームとの間及び／又は前記第２アームと前記測定ヘッドとの間に傾斜面付きブラケットを挿入することを特徴とする（５）に記載の非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定ヘッドの軸ストロークを短縮でき、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も短縮できる非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を提供できる。
本発明が上記のような効果を発揮できることは、非接触３次元座標測定装置を小型化でき、また、非接触３次元座標測定装置における座標測定時間を短縮できることをも意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本明細書で参照される各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第１実施形態を示す構成図である。
この図に示すように、第１実施形態の測定ヘッド保持機構は、基台１１と第１アーム１２と第２アーム１３とを備えてなる。
【００１５】
ここで、基台１１は、３次元直交座標系７２のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な、つまり図中の左右方向、図示面と直交する方向及び図中の上下方向に移動可能な台である。
第１アーム１２は、基台１１の下面に一端部が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端部が下方側に曲げられたアームである。
第２アーム１３は、第１アーム１２の他端部の下面に一端部が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端部が下方側に曲げられたアームである。
測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第２アーム１３の他端部の下面に取り付けられている。
【００１６】
すなわち、本実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、２つの回転軸（Ｒ１軸及びＲ２軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム１２はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。Ｒ２軸は第１アーム１２の下方側に曲げられた他端部の平坦面に直交する軸であり、第２アーム１３はこのＲ２軸の軸周りに回転可能である。
第１アーム１２の他端部の曲げ角度は、Ｒ１軸とＲ２軸の交点が測定ヘッド７１の焦点位置にほぼ一致するような角度に選定される。ここでは、第１アーム１２の一端部の平坦面に対して約３５度の角度で下方側に曲げられている。実際には、焦点位置は測定ヘッドからの投射光７４の光軸（投射光軸）上に或る距離範囲を有しているので、第１アーム１２の他端部の曲げ角度は、Ｒ１軸とＲ２軸の交点が測定ヘッド７１の焦点位置の上記距離範囲（レンジ）内のほぼ中央に位置するような角度に選定されている。
第２アーム１３の他端部の曲げ角度も、ここでは第１アーム１２の曲げ角度と同様に設定されている。この曲げ角度によれば、第２アーム１３がＲ２軸の軸周りをＲ１軸側に回転した場合に、その他端部が第１アーム１２の一端部の直下に重なる。また図示例では、第２アーム１３がＲ２軸を中心に回転した場合に、第２アーム１３の他端部が第１アーム１２の一端部の直下に重なった際に、測定ヘッド７１の投射光軸がＲ１軸と重なるように構成されている。
なお、上記基台１１、第１，第２アーム１２，１３の各駆動機構としては、図示を省略しているが、多関節ロボットの制御等に通常用いられている公知の駆動機構が用いられる。
【００１７】
以上の構成によれば、第２アーム１３がＲ２軸の軸周りに回転した場合に、測定ヘッド７１の投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くようになる。つまり、測定ヘッド７１の姿勢を変えても焦点位置（逆円錐状の円錐頂点）は変化しなくなる。また、第１アーム１２がＲ１軸の軸周りに回転した場合も、焦点位置は変わらない。
したがって、測定したい位置を焦点位置から外すことなく測定ヘッド７１の姿勢を変えられる。つまり、座標測定できない（投射光７４の拡散反射率を確保できない）姿勢を、第１，第２のＲ１軸，Ｒ２軸の回転によって測定できる姿勢を変えることができる。このとき、基台１１の３次元座標系上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を移動させる必要はない。
このことは、被測定物７３の長手方向両端の上面隅部の座標α，βや、被測定物７３の短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２の測定についても同様である。
以上の作用、効果を発揮できれば、第１，第２アーム１２，１３のいずれか一方のみに曲げを形成するようにしてもよい。
【００１８】
以下、座標α，βや座標α１，α２の測定について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本実施形態において、実線で示す位置、姿勢にある測定ヘッド７１を移動して、被測定物７３の長手方向両端の上面隅部の座標α，βを測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α，βの測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この場合、測定ヘッド７１は、実線で示す姿勢から破線カで示す姿勢に変えられ、次に、その姿勢のまま、測定ヘッド７１の全軸ストロークＬ３の右端まで移動される。これにより、測定ヘッド７１は、その焦点位置につき座標αの測定を可能とする位置、姿勢とされる（破線キで示す測定ヘッド７１参照）。この間、従来技術におけるような高さＨ１（図９参照）の下降は必要ない。
上述動作は座標αの測定時に係るもので、座標βの測定時には、座標αの測定時とは左右を逆にした動作が行われる。座標αの測定に続いて座標βの測定を行う場合、換言すれば、測定ヘッド７１を図２中の破線クに示す姿勢に制御する場合も、高さ（Ｚ）方向の移動は無用である。
いずれにしても、本実施形態においては、測定ヘッド７１の被測定物長手方向に対応する全軸ストロークＬ３が被測定物７３の長手方向の長さよりも長くなることはなく、図示例では被測定物の長手方向の長さと同じである。また、高さ（Ｚ）方向の移動も無用となる。
すなわち、座標α，βの測定時において、被測定物長手方向の全軸ストロークＬ３を従来技術の全軸ストロークＬ１（図９参照）に比べて大幅に短縮できると共に、測定ヘッド７１の移動に要する時間も従来技術に比べて大幅に短縮できる。
【００１９】
図３は、図２の右側面（被測定物７３短手方向）において、その両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α１，α２の測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この図において、破線ケは座標α１測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示し、破線コは座標α２測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示す。
この図３に示すように、被測定物７３の短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する際にも、測定ヘッド７１の被測定物短手方向に対応する全軸ストロークＬ４は、被測定物７３の短手方向の長さよりも長くなることはなく、図示例では被測定物７３の短手方向の長さと同じである。また、高さ（Ｚ）方向の移動も無用となる。
すなわち、座標α１，α２の測定時において、被測定物短手方向の全軸ストロークＬ４を従来技術の全軸ストロークＬ２（図１０参照）に比べて大幅に短縮できると共に、測定ヘッド７１の移動に要する時間も従来技術に比べて大幅に短縮できる。
なお上述動作において、測定ヘッド７１の位置、姿勢の制御は、測定ヘッド保持機構を構成する基台１１及び回転軸Ｒ１及びＲ２（図１参照）を制御して行われることは勿論である。
【００２０】
図４は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第２実施形態を示す構成図である。
この第２実施形態においては、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム４１とで構成している。
ここで、基台１１は図１に示す基台１１と同様である。第１アーム４１は、図１に示す第１アーム１２とほぼ同様に構成されている。すなわち、基台１１の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられている。この第１アーム４１は２段に曲げられている。
第１アーム４１の他端側には測定ヘッド７１が直接、つまり図１に示す第２アーム１３等を介することなく、かつ第１アーム４１に回転可能とされずに、取り付けられている。測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第１アーム１３の他端部の下面に取り付けられている。
【００２１】
すなわち、第２実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、１つの回転軸（Ｒ１軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム４１はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。
第１アーム４１の他端部の曲げ角度は、測定ヘッド７１の焦点位置がＲ１軸上に位置するような角度に選定される。したがって、第１アーム４１がＲ１軸を中心に回転した場合に、焦点位置がＲ１軸上に位置したまま測定ヘッド７１が回転する。つまり、姿勢を変えても焦点位置が変わることがない。
【００２２】
図５は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第３実施形態を示す構成図である。
この第３実施形態においては、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム４１とで構成している。
ここで、基台１１及び第１アーム４１は、図４に示す基台１１及び第１アーム４１と同様であるが、測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第１アーム４１の他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在である。
【００２３】
すなわち、第３本実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、２つの回転軸（Ｒ１軸及びＲ２軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム４１はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。Ｒ２軸は第１アーム４１の下方側に曲げられた他端部の平坦面に直交する軸であるが、図１に示すＲ２軸とは異なり第２アーム１３を回転可能とする軸ではなく、測定ヘッド７１の投射光軸を回転させる軸である。
第１アーム４１の他端部の曲げ角度は、測定ヘッド７１がＲ２軸上の図示回転角度にあるときにその焦点位置がＲ１軸上に位置するような角度に選定される。したがって、測定ヘッド７１がＲ２軸上の図示回転角度にあるときに、第１アーム４１がＲ１軸を中心に回転した場合、焦点位置がＲ１軸上に位置したまま測定ヘッド７１が回転する。つまり、姿勢を変えても焦点位置が変わることがない。Ｒ２軸の周りに測定ヘッド７１を回転させれば、基台１１を移動させずに焦点位置を移動できる。
【００２４】
図６は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第４実施形態を示す構成図である。
この第４実施形態は、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム１２と第２アーム１３とで構成している。
すなわちこの第４実施形態は、図１に示す第１実施形態とほぼ同様に構成されている。しかし測定ヘッド７１については、第１実施形態では第２アーム１３に回転可能とされずに取り付けられているのに対して、この第４実施形態では第２アーム１３の他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在である
したがって第４本実施形態では、図１に示す第１実施形態における動作に加えて、測定ヘッド７１のＲ３軸の周りの回転動作が可能であり、更なる姿勢制御（焦点位置を変える制御を含む）を、基台１１を移動させずに可能である。
【００２５】
なお、図１、図４〜図６のいずれの実施形態にあっても、測定ヘッド７１の投射光軸をＲ１軸に交差又は接近させるための傾きを、アーム１２，１３，４１の曲げによって与えていたが、これを、傾斜面付きブラケットを用いて与えるようにしてもよい。
図４に示した第２実施形態において、傾斜面付きブラケットを適用した例を図７に示す。この図に示すように、測定ヘッド７１は、曲げのない第１アーム４１の他端部の下面に、傾斜面１０１が形成されたブラケット（傾斜面付きブラケット）１０２を介して取着されており、測定ヘッド７１の投射光軸（投射光７４）は、傾斜面付きブラケット１０２によってＲ１軸に交差する方向に向けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による測定ヘッド保持機構の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その１）の説明図である。
【図３】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その２）の説明図である。
【図４】本発明による測定ヘッド保持機構の第２実施形態を示す構成図である。
【図５】同じく第３実施形態を示す構成図である。
【図６】同じく第４実施形態を示す構成図である。
【図７】第１〜４実施形態とは異なる実施形態を示す構成図である。
【図８】従来技術による測定ヘッド保持機構の構成図である。
【図９】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その１）の説明図である。
【図１０】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その２）の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１：基台、１２，４１：第１アーム、１３：第２アーム、７１：測定ヘッド、７２：３次元直交座標系、７３：被測定物、７４：投射光、７５：反射光、７６：光投射口、ｆ：焦点位置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構（非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて非接触で３次元直交座標を測定する非接触３次元座標測定装置は、光を光源から被測定物に投射し、その反射光を光センサで受け、上記光源の位置、光の投射角度・位置、光センサの位置等から三角測量の原理により求められる光源−被測定物間の距離に基づき、被測定物表面の３次元座標を測定する周知の座標測定装置である。
このような非接触３次元座標測定装置は、例えばクランクシャフトの鍛造型のような複雑な表面形状の各点の座標、ひいてはその表面形状の測定に好適であるが、この種の座標測定装置の測定ヘッド（上記光源、光センサ等を備えて構成され、一般にセンサと称される部品）の保持機構は、従来、次のように構成されていた。
すなわち、図８に示すように、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、３つの回転軸（ｒ１軸、ｒ２軸及びｒ３軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、ｒ１軸は、測定ヘッド７１からの投射光７４の光軸に平行に測定ヘッド７１を貫く軸であり、測定ヘッド７１はこの軸の周りに回転可能である。ｒ２軸はｒ１軸に直交する軸（アームの回転軸）、ｒ３軸はｒ１軸及びｒ２軸に直交する軸（アームの回転軸）である（特許文献１参照）。
【０００３】
非接触３次元座標測定装置は、このように保持された測定ヘッド７１を、上記３つの回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３の周りに適宜回転して所定の姿勢に制御し、３次元直交座標系７２中の被測定物７３表面の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、光、詳しくは投射光７４及びその反射光７５を用いて非接触で測定するものである。座標測定に当たり、測定ヘッド７１を所定の姿勢に制御するのは、投射光７４及び反射光７５による座標測定を可能とするためである。
図示を省略しているが、上記３つの回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３は、３次元直交座標系７２のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台に連結、保持されており、この基台の移動によって測定ヘッド７１の位置が制御される。
図中、ＤＺ、ＤＸは、座標（ｘ，ｙ，ｚ）の測定に当たって、測定ヘッド７１を破線アで示す位置から実線で示す位置に移動させる際の移動軸（Ｚ、Ｘ）、移動方向（下向き、右向き）及び移動量（Ｄ、Ｄ）を示す。
測定ヘッド７１は、このＤＺ、ＤＸの移動が終了した後（あるいは移動と共に）、回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３の周りに適宜回転され、実線で示す姿勢に制御される。つまり、測定ヘッド７１の焦点位置ｆが被測定物７３上の所望位置に合わされ、その座標（ｘ，ｙ，ｚ）が測定される
ここで焦点位置ｆとは、測定ヘッド７１から３次元座標を測定したい方向（投射光７４の投射方向）において、実際にその３次元座標の測定が可能な距離範囲（レンジ）内の各位置を指し、上記焦点位置ｆが合わされるとは、３次元座標を測定する際に、その測定が可能な上記レンジ内に測定ヘッド７１を位置させることをいう。
【０００４】
なお、特許文献１に記載の技術は、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構（位置／姿勢制御機構）に係るものではないが、この特許文献１に記載の多関節ロボットにおける工具把持部材の保持機構（位置／姿勢制御機構）は、従来、一般的に行われている上述した測定ヘッド保持機構に共通する技術である。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、次のような問題が生じていた。
すなわち、上記のような非接触３次元座標測定装置において、クランクシャフトの鍛造型のような３次元的に複雑な形状をもつ被測定物を測定対象とした場合、投射光の拡散反射率を確保するためには測定ヘッド（センサ）を多方向に向けて、つまり、姿勢を様々に変えて測定する必要がある。しかし、上記従来技術においては、姿勢を変えると焦点位置が変化、つまり測定したい位置から外れてしまい、焦点位置を測定したい位置に合わせるためには測定ヘッドを大きく移動させなければならない。このため従来技術では、被測定物の長さに比較して軸ストロークを長くしなければならず、加えて、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も長くなった。
【０００７】
図９は、従来技術において、実線で示す位置、姿勢にある測定ヘッド７１を移動して、被測定物７３長手方向の両端の上面隅部の座標α，βを測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α，βの測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この場合、測定ヘッド７１は、実線で示す姿勢から破線アで示す姿勢に変えられ、次に測定ヘッド７１の全軸ストロークＬ１の右端まで移動され、最後に高さＨ１だけ下降される。これにより、測定ヘッド７１は、その焦点位置につき座標αの測定を可能とする位置、姿勢とされる（破線イで示す測定ヘッド７１参照）。
上述動作は座標αの測定時に係るもので、座標βの測定時には、座標αの測定時とは左右を逆にした動作が行われる。座標αの測定に続いて座標βの測定を行う場合、換言すれば、測定ヘッド７１を図９中の破線ウに示す姿勢に制御する場合には、座標αの測定時に行った高さ（Ｚ）方向の移動は無用となる。
いずれにしても、従来技術においては、測定ヘッド７１の被測定物長手方向に対応する全軸ストロークＬ１は、被測定物７３の長手方向の長さＬ１１よりもかなり長くなり、また、高さ（Ｚ）方向の移動も必要となった。
【０００８】
図１０は、図９の右側面（被測定物７３短手方向）において、その両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α１，α２の測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この図において、破線エは座標α１測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示し、破線オは座標α２測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示す。
この図１０に示すように、被測定物７３短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する際にも、測定ヘッド７１の被測定物短手方向に対応する全軸ストロークＬ２は、被測定物７３の短手方向の長さＬ２１よりもかなり長くなり、また、高さ（Ｚ）方向の移動も必要となった。
なお、これらの位置、姿勢の制御は、測定ヘッド保持機構を構成する基台（図示せず）及び回転軸ｒ１、ｒ２及びｒ３（図８参照）を制御して行われることは勿論である。
【０００９】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、測定ヘッドの軸ストロークを短縮でき、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も短縮できる非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【００１１】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（４）項が請求項４に、（５）項が請求項５に、（６）項が請求項６に、各々対応する。
【００１２】
（１）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（２）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（３）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（４）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（５）３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第１アームと、この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第２アームとを備え、前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられ、前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くように構成されたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
（６）前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描かせるために、前記第１アームの他端側及び／又は前記第２アームの他端側を下方側に曲げ、又は前記第１アームと前記第２アームとの間及び／又は前記第２アームと前記測定ヘッドとの間に傾斜面付きブラケットを挿入することを特徴とする（５）に記載の非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定ヘッドの軸ストロークを短縮でき、測定時における測定ヘッドの移動に要する時間も短縮できる非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構を提供できる。
本発明が上記のような効果を発揮できることは、非接触３次元座標測定装置を小型化でき、また、非接触３次元座標測定装置における座標測定時間を短縮できることをも意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本明細書で参照される各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第１実施形態を示す構成図である。
この図に示すように、第１実施形態の測定ヘッド保持機構は、基台１１と第１アーム１２と第２アーム１３とを備えてなる。
【００１５】
ここで、基台１１は、３次元直交座標系７２のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な、つまり図中の左右方向、図示面と直交する方向及び図中の上下方向に移動可能な台である。
第１アーム１２は、基台１１の下面に一端部が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端部が下方側に曲げられたアームである。
第２アーム１３は、第１アーム１２の他端部の下面に一端部が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端部が下方側に曲げられたアームである。
測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第２アーム１３の他端部の下面に取り付けられている。
【００１６】
すなわち、本実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、２つの回転軸（Ｒ１軸及びＲ２軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム１２はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。Ｒ２軸は第１アーム１２の下方側に曲げられた他端部の平坦面に直交する軸であり、第２アーム１３はこのＲ２軸の軸周りに回転可能である。
第１アーム１２の他端部の曲げ角度は、Ｒ１軸とＲ２軸の交点が測定ヘッド７１の焦点位置にほぼ一致するような角度に選定される。ここでは、第１アーム１２の一端部の平坦面に対して約３５度の角度で下方側に曲げられている。実際には、焦点位置は測定ヘッドからの投射光７４の光軸（投射光軸）上に或る距離範囲を有しているので、第１アーム１２の他端部の曲げ角度は、Ｒ１軸とＲ２軸の交点が測定ヘッド７１の焦点位置の上記距離範囲（レンジ）内のほぼ中央に位置するような角度に選定されている。
第２アーム１３の他端部の曲げ角度も、ここでは第１アーム１２の曲げ角度と同様に設定されている。この曲げ角度によれば、第２アーム１３がＲ２軸の軸周りをＲ１軸側に回転した場合に、その他端部が第１アーム１２の一端部の直下に重なる。また図示例では、第２アーム１３がＲ２軸を中心に回転した場合に、第２アーム１３の他端部が第１アーム１２の一端部の直下に重なった際に、測定ヘッド７１の投射光軸がＲ１軸と重なるように構成されている。
なお、上記基台１１、第１，第２アーム１２，１３の各駆動機構としては、図示を省略しているが、多関節ロボットの制御等に通常用いられている公知の駆動機構が用いられる。
【００１７】
以上の構成によれば、第２アーム１３がＲ２軸の軸周りに回転した場合に、測定ヘッド７１の投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くようになる。つまり、測定ヘッド７１の姿勢を変えても焦点位置（逆円錐状の円錐頂点）は変化しなくなる。また、第１アーム１２がＲ１軸の軸周りに回転した場合も、焦点位置は変わらない。
したがって、測定したい位置を焦点位置から外すことなく測定ヘッド７１の姿勢を変えられる。つまり、座標測定できない（投射光７４の拡散反射率を確保できない）姿勢を、第１，第２のＲ１軸，Ｒ２軸の回転によって測定できる姿勢を変えることができる。このとき、基台１１の３次元座標系上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を移動させる必要はない。
このことは、被測定物７３の長手方向両端の上面隅部の座標α，βや、被測定物７３の短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２の測定についても同様である。
以上の作用、効果を発揮できれば、第１，第２アーム１２，１３のいずれか一方のみに曲げを形成するようにしてもよい。
【００１８】
以下、座標α，βや座標α１，α２の測定について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本実施形態において、実線で示す位置、姿勢にある測定ヘッド７１を移動して、被測定物７３の長手方向両端の上面隅部の座標α，βを測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α，βの測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この場合、測定ヘッド７１は、実線で示す姿勢から破線カで示す姿勢に変えられ、次に、その姿勢のまま、測定ヘッド７１の全軸ストロークＬ３の右端まで移動される。これにより、測定ヘッド７１は、その焦点位置につき座標αの測定を可能とする位置、姿勢とされる（破線キで示す測定ヘッド７１参照）。この間、従来技術におけるような高さＨ１（図９参照）の下降は必要ない。
上述動作は座標αの測定時に係るもので、座標βの測定時には、座標αの測定時とは左右を逆にした動作が行われる。座標αの測定に続いて座標βの測定を行う場合、換言すれば、測定ヘッド７１を図２中の破線クに示す姿勢に制御する場合も、高さ（Ｚ）方向の移動は無用である。
いずれにしても、本実施形態においては、測定ヘッド７１の被測定物長手方向に対応する全軸ストロークＬ３が被測定物７３の長手方向の長さよりも長くなることはなく、図示例では被測定物の長手方向の長さと同じである。また、高さ（Ｚ）方向の移動も無用となる。
すなわち、座標α，βの測定時において、被測定物長手方向の全軸ストロークＬ３を従来技術の全軸ストロークＬ１（図９参照）に比べて大幅に短縮できると共に、測定ヘッド７１の移動に要する時間も従来技術に比べて大幅に短縮できる。
【００１９】
図３は、図２の右側面（被測定物７３短手方向）において、その両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する場合に、測定ヘッド７１の焦点位置を、座標α１，α２の測定を可能とする位置、姿勢に変化させる様子を例示する。
この図において、破線ケは座標α１測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示し、破線コは座標α２測定時の測定ヘッド７１の姿勢を示す。
この図３に示すように、被測定物７３の短手方向両端の上面隅部の座標α１，α２を測定する際にも、測定ヘッド７１の被測定物短手方向に対応する全軸ストロークＬ４は、被測定物７３の短手方向の長さよりも長くなることはなく、図示例では被測定物７３の短手方向の長さと同じである。また、高さ（Ｚ）方向の移動も無用となる。
すなわち、座標α１，α２の測定時において、被測定物短手方向の全軸ストロークＬ４を従来技術の全軸ストロークＬ２（図１０参照）に比べて大幅に短縮できると共に、測定ヘッド７１の移動に要する時間も従来技術に比べて大幅に短縮できる。
なお上述動作において、測定ヘッド７１の位置、姿勢の制御は、測定ヘッド保持機構を構成する基台１１及び回転軸Ｒ１及びＲ２（図１参照）を制御して行われることは勿論である。
【００２０】
図４は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第２実施形態を示す構成図である。
この第２実施形態においては、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム４１とで構成している。
ここで、基台１１は図１に示す基台１１と同様である。第１アーム４１は、図１に示す第１アーム１２とほぼ同様に構成されている。すなわち、基台１１の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられている。この第１アーム４１は２段に曲げられている。
第１アーム４１の他端側には測定ヘッド７１が直接、つまり図１に示す第２アーム１３等を介することなく、かつ第１アーム４１に回転可能とされずに、取り付けられている。測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第１アーム１３の他端部の下面に取り付けられている。
【００２１】
すなわち、第２実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、１つの回転軸（Ｒ１軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム４１はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。
第１アーム４１の他端部の曲げ角度は、測定ヘッド７１の焦点位置がＲ１軸上に位置するような角度に選定される。したがって、第１アーム４１がＲ１軸を中心に回転した場合に、焦点位置がＲ１軸上に位置したまま測定ヘッド７１が回転する。つまり、姿勢を変えても焦点位置が変わることがない。
【００２２】
図５は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第３実施形態を示す構成図である。
この第３実施形態においては、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム４１とで構成している。
ここで、基台１１及び第１アーム４１は、図４に示す基台１１及び第１アーム４１と同様であるが、測定ヘッド７１は、その光投射口７６を下方側に向けた状態で上記第１アーム４１の他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在である。
【００２３】
すなわち、第３本実施形態では、非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド７１を、２つの回転軸（Ｒ１軸及びＲ２軸）の周りに回転可能に保持したものである。ここで、Ｒ１軸はＸ−Ｙ平面に直交する軸であり、第１アーム４１はこのＲ１軸の軸周りに回転可能である。Ｒ２軸は第１アーム４１の下方側に曲げられた他端部の平坦面に直交する軸であるが、図１に示すＲ２軸とは異なり第２アーム１３を回転可能とする軸ではなく、測定ヘッド７１の投射光軸を回転させる軸である。
第１アーム４１の他端部の曲げ角度は、測定ヘッド７１がＲ２軸上の図示回転角度にあるときにその焦点位置がＲ１軸上に位置するような角度に選定される。したがって、測定ヘッド７１がＲ２軸上の図示回転角度にあるときに、第１アーム４１がＲ１軸を中心に回転した場合、焦点位置がＲ１軸上に位置したまま測定ヘッド７１が回転する。つまり、姿勢を変えても焦点位置が変わることがない。Ｒ２軸の周りに測定ヘッド７１を回転させれば、基台１１を移動させずに焦点位置を移動できる。
【００２４】
図６は、本発明による非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構の第４実施形態を示す構成図である。
この第４実施形態は、図示するように、測定ヘッド保持機構を、基台１１と第１アーム１２と第２アーム１３とで構成している。
すなわちこの第４実施形態は、図１に示す第１実施形態とほぼ同様に構成されている。しかし測定ヘッド７１については、第１実施形態では第２アーム１３に回転可能とされずに取り付けられているのに対して、この第４実施形態では第２アーム１３の他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在である
したがって第４本実施形態では、図１に示す第１実施形態における動作に加えて、測定ヘッド７１のＲ３軸の周りの回転動作が可能であり、更なる姿勢制御（焦点位置を変える制御を含む）を、基台１１を移動させずに可能である。
【００２５】
なお、図１、図４〜図６のいずれの実施形態にあっても、測定ヘッド７１の投射光軸をＲ１軸に交差又は接近させるための傾きを、アーム１２，１３，４１の曲げによって与えていたが、これを、傾斜面付きブラケットを用いて与えるようにしてもよい。
図４に示した第２実施形態において、傾斜面付きブラケットを適用した例を図７に示す。この図に示すように、測定ヘッド７１は、曲げのない第１アーム４１の他端部の下面に、傾斜面１０１が形成されたブラケット（傾斜面付きブラケット）１０２を介して取着されており、測定ヘッド７１の投射光軸（投射光７４）は、傾斜面付きブラケット１０２によってＲ１軸に交差する方向に向けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による測定ヘッド保持機構の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その１）の説明図である。
【図３】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その２）の説明図である。
【図４】本発明による測定ヘッド保持機構の第２実施形態を示す構成図である。
【図５】同じく第３実施形態を示す構成図である。
【図６】同じく第４実施形態を示す構成図である。
【図７】第１〜４実施形態とは異なる実施形態を示す構成図である。
【図８】従来技術による測定ヘッド保持機構の構成図である。
【図９】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その１）の説明図である。
【図１０】同上測定ヘッド保持機構の座標測定動作（その２）の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１：基台、１２，４１：第１アーム、１３：第２アーム、７１：測定ヘッド、７２：３次元直交座標系、７３：被測定物、７４：投射光、７５：反射光、７６：光投射口、ｆ：焦点位置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項２】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項３】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項４】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項５】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられ、
前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くように構成されたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項６】
前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描かせるために、前記第１アームの他端側及び／又は前記第２アームの他端側を下方側に曲げ、又は前記第１アームと前記第２アームとの間及び／又は前記第２アームと前記測定ヘッドとの間に傾斜面付きブラケットを挿入することを特徴とする請求項５に記載の非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項１】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項２】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に取り付けられたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項３】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第１アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項４】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在で、他端側が下方側に曲げられた第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に軸支されてその軸周り方向に回転自在になされたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項５】
３次元直交座標系中の被測定物における座標を、光を用いて非接触で測定する装置の測定ヘッドを、位置及び姿勢を制御可能に保持する機構において、
前記３次元直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの各軸上を移動可能な基台と、
この基台の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第１アームと、
この第１アームの他端側の下面に一端側が軸支されてその軸周り方向に回転自在の第２アームとを備え、
前記測定ヘッドは、その光投射口を下方側に向けた状態で前記第２アームの他端側の下面に取り付けられ、
前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描くように構成されたことを特徴とする非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【請求項６】
前記第２アームの回転中心軸を、該第２アームの下面側にて前記第１アームの回転中心軸側に向けて傾斜させると共に、前記第２アームが回転中心軸にて回転したときに前記測定ヘッドの投射光軸が逆円錐状の軌跡を描かせるために、前記第１アームの他端側及び／又は前記第２アームの他端側を下方側に曲げ、又は前記第１アームと前記第２アームとの間及び／又は前記第２アームと前記測定ヘッドとの間に傾斜面付きブラケットを挿入することを特徴とする請求項５に記載の非接触３次元座標測定装置の測定ヘッド保持機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１８５５４３（Ｐ２００８−１８５５４３Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３９３（Ｐ２００７−２１３９３）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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