测量机的碰撞防止装置的制作方法

本申请要求2015年6月10日递交的日本专利申请No.2015-117543的优先权，通过引用特将其全部公开内容明确地并入本文。

技术领域

本发明涉及测量机的碰撞防止装置。更具体地，本发明涉及在使被测物体与非接触式探针相对移位的同时测量被测物体的尺寸等的测量机的碰撞防止装置。

背景技术：

已知的使用非接触式探针的测量机的示例为坐标图像测量装置，该坐标图像测量装置能够使被测物体或非接触式探针沿相互正交的X、Y和Z轴方向移位，并且能够基于通过非接触式探针得到的图像测量被测物体的尺寸等。

在这种坐标图像测量装置中，非接触式探针被在与被测物体相邻的位置处使用。特别地，在测量期间，非接触式探针相对于被测物体沿三维方向移位。在这方面，非接触式探针可能会因操作者的不注意、输入计算机的坐标的错误设定等而与被测物体发生碰撞。

为了防止非接触式探针、测量装置主体、被测物体等因该碰撞而损坏，已经提出一种用于测量机的碰撞防止装置(日本特许第3831561号公报)。在日本特许第3831561号公报所说明的碰撞防止装置中，环状碰撞检测部被设置成覆盖非接触式探针，当碰撞检测部相对于非接触式探针移位时，会检测到相对移位并下达指令以停止移位或退避。

为了使日本特许第3831561号公报中说明的碰撞防止装置在防止三维移 位中的任一方向上的碰撞方面有效，使用覆盖非接触式探针的外周的环状碰撞检测部。然而，在以下条件下，根据日本特许第3831561号公报的碰撞防止装置可能不完全有效。

首先，在操作部分设置于探针的表面并且操作者操作该操作部分的情况下。利用上述碰撞防止装置，环状碰撞检测部可能会隐藏该操作部分，从而可能防止操作者操作该探针上的该操作部分。

其次，在被测物体的被测表面是平坦的并且不包括高度方向上的凹凸的情况下。利用该被测物体，不存在在沿X轴方向和Y轴方向(这两方向均沿着被测表面)移位时被碰撞的风险。仅防止在Z轴方向上的碰撞就足够了。然而，上述碰撞防止装置使用包围Z轴区域的环状碰撞检测部。该构造是过剩的。

再次，在探针的Z轴方向上的工作距离极小的情况下。利用上述碰撞防止装置，为了响应接触，要求一定的移位距离。另外，即使当环状碰撞检测部的一部分在沿Z轴方向移位的同时与被测物体的平坦表面接触时，在一些情况下，直至沿Z轴方向进一步移位并且环状碰撞检测部的大部分发生接触为止，不能检测到该接触，从而不能使移位安全地停止。

技术实现要素：

本发明的非限制性特征提供一种如下测量机的碰撞防止装置：该碰撞防止装置具有不覆盖非接触式探针的简单结构，并且即使当Z轴方向上的移位距离小时也能够检测接触。

本发明涉及在使被测物体和非接触式探针相对移位的同时测量被测物体的尺寸等的测量机的碰撞防止装置。该碰撞防止装置包括：棒状的冲突构件，其与非接触式探针并排地延伸；支撑机构，其以使得冲突构件的前端比非接触式探针突出的方式支撑冲突构件；以及开关，其检测冲突构件与被测 物体之间的碰撞。

利用本发明，使用支撑机构使棒状的冲突构件与非接触式探针并排地设置。在该情形下，冲突构件的前端比非接触式探针突出。因此，当非接触式探针靠近被测物体时，冲突构件的前端会在非接触式探针与被测物体之间发生碰撞之前与被测物体发生碰撞。通过开关检测碰撞，从而能够使移位停止。

在本发明中，冲突构件为棒状，因此冲突构件不覆盖非接触式探针。即使在非接触式探针包括操作部分的情况下，冲突构件也不会妨碍操作者的操作。另外，因为冲突构件为棒状，所以能够使结构比传统的环状碰撞检测部的结构简单。另外，能够在棒状冲突构件的前端与被测物体接触时检测到碰撞，从而能够比传统的环状碰撞检测部更可靠地执行碰撞检测和移位中止。

在根据本发明的测量机的碰撞防止装置中，优选地，冲突构件包括沿该冲突构件的长度方向伸缩的伸缩机构。

在本发明中，伸缩机构伸缩，由此能够使冲突构件的前端沿该冲突构件的长度方向移位，从而减轻了被测物体被碰撞时的冲击，并且能够防止被测物体损坏等。同样地，为了防止被测物体的损坏等，冲突构件的前端可以由合成树脂成型品构成。

在根据本发明的测量机的碰撞防止装置中，优选地，支撑机构包括能够调节冲突构件的长度方向上的支撑位置的调节机构。

在本发明中，能够通过调节机构来调节冲突构件的前端的位置。通过该调节，能够调节冲突构件的前端突出超过非接触式探针的量，从而能够调节碰撞检测的特性。另外，即使在非接触式探针的尺寸已经发生变化的情况下，也能够调节冲突构件的支撑位置以适应该变化。

在根据本发明的测量机的碰撞防止装置中，优选地，支撑机构包括使冲突构件退避的退避机构。

在本发明中，使用退避机构，能够使冲突构件从执行碰撞检测的位置 (即，能与被测物体接触的位置)退避至不与被测物体接触的位置。不与被测物体接触的位置至少可以包括冲突构件的前端不突出超过非接触式探针的前端的状态。因此，在不必进行碰撞检测情况下(例如，在非接触式探针沿着被测物体的表面移位的情况下)，通过使冲突构件提前退避，能够在冲突构件与被测物体之间的不必要的接触发生之前防止该接触。

在根据本发明的测量机的碰撞防止装置中，优选地，支撑机构包括探针切换机构，该探针切换机构能够根据非接触式探针的种类来切换冲突构件的长度方向上的支撑位置。

在本发明中，使用探针切换机构，能够根据非接触式探针的种类来切换冲突构件的支撑位置。因此，即使在非接触式探针的种类已经发生变化的情况下，也能够相对于非接触式探针以预定的关系维持冲突构件的前端的位置。

根据本发明，能够提供一种如下测量机的碰撞防止装置：该碰撞防止装置具有不覆盖非接触式探针的简单结构，并且即使当Z轴方向上的移位距离小时也能够检测接触。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的示例性实施方式的非限定性示例、参照已注明的多个附图来进一步说明本发明，在附图的若干视图中，用相同的附图标记表示相似的部件，在附图中：

图1是根据本发明第一实施方式的坐标测量装置的主视图；

图2是根据上述实施方式的非接触式探针和碰撞防止装置的放大立体图；

图3是根据上述实施方式的碰撞防止装置的相关部分的放大侧视图；

图4是根据上述实施方式的碰撞防止装置的未冲突状态的截面图；以及

图5是根据上述实施方式的碰撞防止装置的冲突状态的截面图。

具体实施方式

本文中示出的细节仅作为示例且仅用于示例性说明本发明的实施方式的目的，并且出于提供对本发明的原理和概念方面来说被认为是最有用且最易理解的说明而提出。在这方面，不再试图示出比对本发明的基本理解所必要的更详细的本发明的结构细节，结合附图进行说明可以使本领域技术人员明了在实践中本发明的形式是如何实施的。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

坐标测量装置

在图1中，坐标测量装置10包括位于基台11的上表面的台架(stage)12和门状的柱13。滑动件15支撑在柱13的横梁14上。滑动件15具有被设置成向下指向的撞棒(ram)16，非接触式探针17安装于撞棒16的前端。

在坐标测量装置10中，台架12能够相对于基台11沿X轴方向移位；滑动件15能够沿着横梁14进行Y轴移位；撞棒16能够相对于滑动件15进行Z轴移位。这种沿着各轴的移位能够使非接触式探针17相对于台架12移位至期望的三维位置。

工件9(被测物体)载置于台架12。工件9的表面是平坦的，并且通过非接触式探针17测量该表面的精细形状。非接触式探针17拍摄工件9的表面的图像并通过图像处理来测量该表面的精细形状。

如图2所示，非接触式探针17包括矩形柱状(rectangaular columnar)的探针主体171。向下延伸的镜筒172设置于探针主体171。摄像用的光学系统收纳在镜筒172中，场镜173设置于镜筒172的底端。

当利用非接触式探针17测量工件9的表面时，场镜173靠近工件9的表面。在该靠近期间，为了防止非接触式探针17与工件9的表面之间发生碰撞，碰 撞防止装置20设置于非接触式探针17。

碰撞防止装置20

碰撞防止装置20包括作为冲突构件(还称作“杆”)的主轴21以及与非接触式探针17并排地支撑主轴21的支撑机构22(还称作“支撑件”)。如图3所示，主轴21的轴线Ab与非接触式探针17的光路的轴线Ap平行地设置。

另外，主轴21的前端被支撑成比非接触式探针17的场镜173的前端突出。换言之，当非接触式探针17靠近工件9的表面时，主轴21的前端与工件9的表面之间的距离Db被限定成小于场镜173的前端与工件9的表面之间的距离Dp(即，比场镜173的前端与工件9的表面之间的距离Dp近)。

支撑机构22

支撑机构22包括支撑臂220、上部臂221、中间臂222和下部块223。支撑臂220为矩形棒状并向下指向地固定于探针主体17的底表面的一个角。上部臂221被形成为矩形棒状。上部臂221的预定长度位于支撑臂220的表面(侧表面)上，这两个构件通过拧紧多个螺栓而彼此固定。

中间臂222被形成为矩形棒状。中间臂222的预定长度位于上部臂221的表面(与附接于支撑臂220的侧表面正交的侧表面)上，这两个构件通过拧紧多个螺栓而彼此固定。下部块223被形成为箱状并固定于中间臂222的底端部。另外，主轴21支撑在下部块223的底表面侧。

调节机构224、退避机构225和探针切换机构226设置于支撑臂220、上部臂221、中间臂222和下部块223。

调节机构224

通过松开使上部臂221和支撑臂220固定的多个螺栓，能够沿上部臂221和支撑臂220的各长度方向微小距离地调节上部臂221相对于支撑臂220的固定位置。这样构成了调节主轴21的长度方向上的支撑位置的调节机构224。

使用这种调节机构224，能够调节主轴21的前端突出超过非接触式探针 17的前端的量(以上记录的距离Db与距离Dp之间的差)，从而能够调节碰撞防止的灵敏度。

退避机构225

通过松开使中间臂222和上部臂221固定的多个螺栓，能够沿中间臂222和上部臂221的各长度方向以与调节机构224的调节范围相比大得多的距离地变更中间臂222相对于上部臂221的固定位置。这样构成使主轴21从正常支撑位置退避或缩回的退避机构(还称作“缩回件”)225。

使用这种退避机构225，主轴21能够退避，直至主轴21的前端部不突出超过非接触式探针17的前端为止，从而能够避免在不需要主轴21用于碰撞防止时主轴与工件9等之间的干涉。使用退避机构225，主轴21的移位量为例如10mm。

探针切换机构226

下部块223和中间臂222彼此固定的部分被处理成能够在多个位置处接合的滑动机构(例如，具有锁定件(latch)的导轨机构)，从而使下部块223能够在中间臂222的长度方向上的多个位置处固定。

在本示例中，根据非接触式探针17的种类来限定能够供下部块223固定的多个位置。换言之，通过指定非接触式探针17为第一探针时的第一位置和非接触式探针17为第二探针时的第二位置，能够使主轴21的前端相对于探针的前端以适当的突出量定位。

这样构成能够根据非接触式探针17的种类来切换主轴21的长度方向上的支撑位置的探针切换机构(还称作“探针切换件”)226。使用探针切换机构226，主轴21的例如向上和向下两者的移位量为2.2mm。

主轴21

主轴21为由上述支撑机构22与非接触式探针17并排地支撑的棒状构件，使得主轴21的前端比非接触式探针17突出。图4和图5示出了主轴21的内部结 构。另外，尽管图4和图5均为沿着主轴21的轴线Ab的截面图，但是分别示出了彼此相差90°的取向处的截面。

在图4和图5中，主轴21包括中空筒状的主轴主体211以及能够移位穿出主轴主体211内部的移位构件212。主轴主体211的上端侧从支撑机构22的下部块223的底表面侧插入下部块223，并且通过设定螺钉213固定就位。

端构件216安装于移位构件212的顶端。端构件216与主轴主体211的套筒215的顶端抵接，以限制向下移位。台阶形成于移位构件212的中间部。归因于该台阶，移位构件212的上侧遍及预定长度地具有比台阶靠下的部分的直径小的直径。螺旋弹簧214安装于该小直径部的外周。

螺旋弹簧214的底端与位于移位构件212的中间部的台阶接合。套筒215设置在主轴主体211与移位构件212之间，螺旋弹簧214的上端侧接合于设置于套筒215的顶端的突起。

通过螺旋弹簧214对移位构件212施加相对于主轴主体211向下的力。因此，移位构件212受到螺旋弹簧214施加的向下的力，通常地维持了移位构件212的移位下限(即，端构件216与套筒215抵接的状态)。

合成树脂制的片210安装于移位构件212的底端。在移位构件212处于移位下限的常规状态下，片210与主轴主体211的前端之间存在间隔Db0(参见图4)。在该状态下，如所记录的，端构件216和套筒215处于彼此接触的状态。

在该示例中，在片210碰到工件9等的情况下，当有向上的外力施加于移位构件212时，移位构件212抵抗螺旋弹簧214的施力并向上移位，从而使到主轴主体211的前端的间隔减小至Db1(参见图5)。在该状态下，端构件216远离套筒215，从而在这两者之间产生间隔ΔDb。

以该方式，在主轴21中，移位构件212相对于主轴主体211进退，因而主轴21至片210的长度发生变化。这样在主轴21中构成伸缩机构(还称作“移位件”)219。在该情况下，片210的移位量(即，主轴21的伸缩量)为间隔 ΔDb＝Db0-Db1。间隔ΔDb(伸缩量)为例如1.2mm。

开关23

碰撞防止装置20包括检测主轴21与工件9之间的碰撞的开关23。开关23设置有：外筒231，其与主轴主体211的顶端连接；内筒232，其与端构件216连接；固定触点233，其穿过外筒231的上部；以及移位触点234，其穿过内筒232的顶端附近。

固定触点233和移位触点234沿相互交叉的方向设置，并且能够在各自的中间部位处彼此抵接。在移位构件212处于移位下限的状态下(参见图4)，在主轴21中，端构件216与套筒215彼此接触，固定触点233与移位触点234也彼此接触。由此固定触点233和移位触点234进入电导通状态。

同时，在片210与工件9发生碰撞的情况下，例如，在移位构件212向上移位的情况下(参见图5)，端构件216与套筒215之间产生间隔ΔDb，固定触点233与移位触点234之间也产生间隔ΔDb。由此固定触点233和移位触点234进入电绝缘状态。因此，能够通过在外部电路中监测固定触点233与移位触点234之间是否存在导通来检测主轴21与工件9之间的冲突。

如图2所示，开关23配置于主轴21的顶端部并与该顶端部一起容纳在下部块223的内部。另外，来自开关23的固定触点233和移位触点234的配线的路线为沿着支撑机构22向上，并且该配线能够经由设置在探针主体171附近的配线盒235与探针主体171的配线连接。

实施方式的效果

根据上述实施方式能够获得以下优点。在本实施方式中，使用支撑机构22使棒状的主轴21(冲突构件)与非接触式探针17并排地设置。在该情况下，主轴21的前端被配置成比非接触式探针17突出。因此，当非接触式探针17靠近工件9(被测物体)时，主轴21的前端会在非接触式探针17与工件9之间发生冲突之前与工件9发生碰撞。通过开关23检测碰撞，从而能够使移位停止。

在本实施方式中，主轴21为棒状，因此主轴21不覆盖非接触式探针17。即使当非接触式探针17包括操作部分时，主轴21也不会妨碍操作者的操作。另外，因为主轴21为棒状，所以能够使结构比传统的环状碰撞检测部的结构简单。另外，能够在棒状主轴21的前端与工件9接触时检测到碰撞，从而能够比传统的环状碰撞检测部更可靠地执行碰撞检测和移位中止。

在本实施方式中，主轴21包括伸缩机构219。因此，主轴21能够在主轴21的前端与工件9接触时伸缩，并且主轴21的前端(片210)能够沿主轴21的长度方向移位，从而能够减轻当与工件9发生碰撞时的冲击，并且能够防止工件9的表面损坏等。此外。在本实施方式中，合成树脂制的片210设置于主轴21的前端，从而能够防止工件9的表面在接触时发生损坏等。

在本实施方式中，能够通过调节机构224调节主轴21的前端的位置。通过该调节，能够调节主轴21的前端突出超过非接触式探针17的量，从而能够调节碰撞检测的特性。另外，即使在非接触式探针17的尺寸已经发生变化的情况下，也能够调节主轴21的支撑位置以适应该变化。

在本实施方式中，使用退避机构225，能够使主轴21从在碰撞检测期间能与工件9接触的位置退避至不与工件9接触的位置。因此，在不必进行碰撞检测的情况下(例如，在非接触式探针17沿着工件9的表面移位的情况下)，通过使主轴21提前退避，能够在主轴21与工件9之间的不必要的接触发生之前防止该接触。

在本实施方式中，使用探针切换机构226，能够根据非接触式探针17的种类来切换主轴21的支撑位置。因此，即使在非接触式探针17的种类已经发生变化的情况下，也能够相对于非接触式探针17以预定的关系维持主轴21的前端的位置。

变型例

本发明不限于上述实施方式，而是包括在能够实现本发明的优点的范围 内的变型。例如，在支撑机构22中，调节机构224、退避机构225和探针切换机构226是非必须的，可以任意地省略这三个机构。

另外，调节机构224、退避机构225和探针切换机构226均具有使主轴21移位的共同点，这三者中的任一者可以与其余者组合。另外，调节机构224、退避机构225和探针切换机构226不限于通过松开对应的螺栓来调节主轴21的位置，而是代替地可以采用能够调节位置的任意现有的构造。

在上述实施方式中，主轴21包括伸缩机构219。然而，伸缩机构219不限于经由主轴主体211和移位构件212执行进退式伸缩，而是代替地可以通过形成具有弹性构件的主轴21来伸缩。另外，主轴21还可以为不伸缩的构件，并且可以通过位于主轴21的前端的片210来确保缓冲。

在上述实施方式中，使用主轴21的伸缩机构219，通过伸缩使固定触点233与移位触点234之间的导通接通和断开；然而，代替地，开关可以具有一些其它的构造。例如，可以通过光学传感器来检测移位构件212相对于主轴主体211的移位。另外，主轴21的前端可以始终具有导电性，从而可以检测主轴21与工件9之间的电导通。

本发明可以用作在使被测物体和非接触式探针相对移位的同时测量被测物体的尺寸等的测量机的碰撞防止装置。

注意，已经提供的前述示例仅是出于解释的目的，而绝不理解为是限制本发明。尽管已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本文中已经使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不超出本发明各方面的范围和精神的情况下，可以如目前陈述的和如修改的在所附权利要求的范围内进行改变。虽然本文已经参照特定的结构、材料和实施方式描述了本发明，但是本发明不意在限于本文所公开的细节；而是，本发明延伸至诸如在所附权利要求的范围内的所有在功能上等同的结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变和变型。