JP2582210B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は相対移動する２つの部材
間の相対移動変位量を測定する変位測定装置に係り、例
えば、プローブ等の移動量を測定する変位測定装置に関
する。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機としてハイトゲージ（一次元測定機）、三次元測定
機、輪郭測定機等が知られている。この種の測定機は被
測定物に当接するスクライバーやプローブ等の測定子を
支持する移動部材を測定機の案内レールに沿って相対移
動させ、それらが被測定物に関与（接触又は非接触）し
たときの相対移動量を基に被測定物の形状や寸法等を測
定するが、この移動部材の相対移動量は、案内レールに
密着して装着されたスケールと、光源、受光素子等の光
学的な検出器等から構成された変位測定装置によって測
定される。

【０００３】一般に、変位測定装置を構成するスケール
は通常ガラス材料で形成されており、一方、このスケー
ルが取付けられる測定機の案内レールはグラナイト（は
んれい岩）、ステンレス、セラミックス等によって形成
されている。即ち、スケールと、スケールが密着して取
付けられる案内レールとは線膨張係数の異なる異種材料
で形成されているので温度変化があった場合には線膨張
係数の差によってスケールと案内レールとの間に熱応力
が生じ、この熱応力に伴う歪みがスケールの均一な伸縮
を妨げ、測定精度を悪化させる場合がある。

【０００４】そこで、従来、温度変化に伴う測定精度の
悪化を防止するために、スケールとスケールが取付けら
れる案内レールとの間には以下の対策が施されている。
図５は従来の測定機におけるスケールと、スケールが取
付けられた案内レールとの関係を示した正面図である。

【０００５】図５に示すように測定機の案内レール１０
にはスケール１２が板ばね１４で押圧されて案内レール
１０に密着されて支持され、温度変化によって案内レー
ル１０とスケール１２とが伸縮する際にスケール１２と
案内レール１０とを各々独立して伸縮させることでスケ
ール１２に熱応力が生じないようにしている。そして、
測定時には移動部材１６に配設された変位検出器１８に
よってスケール１２の目盛りを読み取り、これにより移
動部材１６の案内レール１０に対する相対移動量が測定
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した図５
の構造では板ばね１４による押圧箇所に大きな摩擦力が
生じており、このため温度変化があった場合には案内レ
ール１０とスケール１２との間に生じる熱応力を完全に
解消することができず、測定誤差の悪化を防止できない
欠点がある。

【０００７】そこで、温度変化に基づく精度の悪化を所
定の演算処理によって補正することも考えられるが、例
えば２０℃の設定に対して温度が２０℃以下の状態から
２０℃になる場合と、２０℃以上の状態から２０℃にな
る場合では摩擦を受ける力の向きが逆となるため、補正
係数が一致しなくなり、測定誤差を十分に補正すること
はできなかった。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は相対移動する２つの部材間の相対変
位量を周囲の温度変化に影響されず、高精度に測定でき
る変位測定装置を提供するところにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対移動する
一方の部材に取付けられるとともに、その一方の部材と
異なる線膨張係数の材料で形成され、且つ相対移動する
方向に沿って目盛りを有するスケールと、前記相対移動
する他方の部材に取付けられ前記スケールの目盛りを読
み取る検出器とを備え、前記スケールは前記一方の部材
に対して弾性部材によって押圧されて取付けられている
とともに、前記一方の部材とスケールとの間、及び前記
弾性部材とスケールとの間にはそれぞれ板状の摩擦低減
材が介在されていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明では、スケールと、スケールが取付けら
れる一方の部材とが各々異なる線膨張係数の材料で形成
されている場合に、スケールを一方の部材に対して弾性
部材によって押圧して取付けるとともに、一方の部材と
スケールとの間に摩擦低減材を介在させている。このた
め、スケールと一方の部材との間に生じる摩擦力は極め
て低くなり、測定機が使用される環境温度の変化により
スケールと一方の部材とが各々異なる伸縮量を示したと
しても、スケールと一方の部材は相互に拘束されること
なく自由に伸縮する。従って、熱応力に基づく歪みが低
減され、一方の部材と他方の部材との相対移動量を検出
する際の測定精度が向上する。また、スケールと弾性部
材との間にも摩擦低減材を介在させたため、スケールと
弾性部材との間の摩擦も低減できるようになり、測定精
度を一層高めることができる。 さらに、摩擦低減材は板
状でありスケールとの接触面積が大きいため、弾性部材
の押圧が局部的に集中されることなく分散されて、スケ
ールと、一方の部材及び弾性部材との間に生じる摩擦力
を低くすることができ、測定精度をさらに向上させるこ
とができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明に係る変位測定装置について好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説
明する。

【００１２】図１は本実施例に係る変位測定装置が適用
された三次元測定機の斜視図、図２は図１の三次元測定
機における変位測定装置の要部を示す要部斜視図、図３
は図２の変位測定装置のスケールと、スケールが取付け
られた案内レールとの関係を示した断面図、図４はスケ
ールが取付けられた案内レールの要部正面図である。

【００１３】図１の三次元測定機２０は定盤２２と、こ
の定盤２２上をＹ軸方向に移動可能な門型フレーム２４
とを備え、定盤２２の一方側には案内レール２６が取付
けられ、門型フレーム２４の一方の脚部２４Ａがこの案
内レール２６に沿ってＹ軸方向に摺動しながら移動す
る。なお、門型フレーム２４の他方の脚部２４Ａの下面
には図示しないエアベアリングが配設され、このエアベ
アリングによって脚部２４Ａが定盤２２上に摺動自在に
支持されている。

【００１４】案内レール２６には図２及び図３に示すよ
うにグラナイト（はんれい岩）、ステンレス、アルミナ
セラミックス等からなるスケールベース２８が設けら
れ、このスケールベース２８の上部にはターカイト（商
品名）製の摩擦低減材３０がＹ軸方向に沿ってコーティ
ングされ、または貼り付けられている。また、スケール
ベース２８の下部にはスペーサ３３を介して押さえばね
３４がボルト３１により一定間隔毎に取付けられてい
る。

【００１５】押さえばね３４とスケールベース２８の上
部との間には、スケールベース２８と線膨張係数の異な
るガラス製のスケール３２が押圧、挟持されている。従
って、スケールベース２８とスケール３２との間には摩
擦低減材３０が介在されている。尚、押さえばね３４と
スケール３２との間にも摩擦低減材３６が介在されてい
る。

【００１６】ここで、摩擦低減材３０に用いられている
ターカイト（商品名）はフッ化炭素重合体と呼ばれる高
分子材料であり、自己潤滑性を持ち摩擦係数が非常に小
さいのが特徴で、工作機械等の滑り摺動案内面に多用さ
れ機械加工性に優れている。従って、摩擦低減材３０と
スケール３２との間の摩擦係数は０．０５以下となり、
この値は金属とガラスとの間の摩擦係数の５分の１から
１０分の１程度である。これにより、スケール３２と、
案内レール２６のスケールベース２８との間に生じる摩
擦力は極めて低くなっている。

【００１７】更に、スケール３２には、案内レール２６
と門型フレーム２４の脚部２４Ａとの相対移動方向に沿
って目盛りが設けられているとともに、この目盛りを読
み取る検出器２９が脚部２４に設けられている。スケー
ル３２の目盛りは、一定幅の光反射帯及び光吸収帯をＹ
軸方向に交互に形成したもの、或いは光遮断帯及び光透
過帯をＹ軸方向に交互に形成したもの等、検出器２９に
よって変位を検出できればどのようなものでもよい。

【００１８】一方、図１に示すように門型フレーム２４
のブリッジ部２４ＢにはＸ軸スライダ３８がＸ軸方向に
摺動自在に配設され、ブリッジ部２４ＢとＸ軸スライダ
３８との相対移動量が前記Ｙ軸方向の場合と同様に光学
的な変位検出器によって測定される。更に、Ｘ軸スライ
ダ３８にはＺ軸支持部材４０が設けられ、このＺ軸支持
部材４０にはＺ軸方向に摺動しながら移動するプローブ
４２が配設されている。プローブ４２とＺ軸支持部材４
０との相対移動量は前記門型フレーム２４及びＸ軸スラ
イダ３８の場合と同様な変位検出器によって測定され
る。

【００１９】前記の如く構成した本実施例に係る変位測
定装置の作用は以下の通りである。

【００２０】前述したように、本実施例の変位測定装置
におけるスケール３２と、スケール３２が取付けられて
いるスケールベース２８とは、各々異種材料で形成さ
れ、従って環境温度が変化した場合はスケール３２及び
スケールベース２８は両部材の線膨張係数の違いにより
異なる伸縮量を示す。線膨張係数は、ガラス製のスケー
ル２８の場合は８．０×１０^-6であり、アルミナセラミ
ックス製のスケールベース２８の場合は４．３×１０^-6
である。このため、スケール３２とスケールベース２８
とが相互に密着している場合には両部材間の摩擦係数に
応じた摩擦力、つまり熱応力がスケール３２とスケール
ベース２８との間に生じることになる。

【００２１】ところが、本実施例では、スケール３２と
スケールベース２８との間に摩擦低減材３０を介在させ
るとともに、押さえばね３４とスケール３２との間に摩
擦低減材３６を介在させているので、スケール３２と、
スケールベース２８及び押さえばね３４との間に生じる
摩擦力は、従来に比較して５分の１から１０分の１程度
と極めて低くなっている。

【００２２】従って、環境温度が変化した場合でもスケ
ール３２とスケールベース２８とは相互に拘束しあうこ
となく自由に伸縮するため、熱応力はスケール３２にほ
とんど働かず、熱応力によってスケール３２に生じる歪
みを極めて少なくすることができる。これにより、温度
変化に伴う測定誤差を低減することが可能となり、測定
精度の向上に寄与する。

【００２３】以上、本発明について好適な実施例をあげ
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【００２４】例えば本実施例では、三次元測定機に適用
した場合について説明したが、これに限らずハイトゲー
ジ（一次元測定機）、輪郭測定機や工作機械等の相対移
動する２つの部材間の変位測定に適用することも可能で
ある。また、本実施例ではスケールベース２８に摩擦低
減材３０としてターカイトを用いたが、例えばスケール
ベース２８の表面にニッケル合金で多孔質のめっきを施
し、この多孔質層にテフロン等の摩擦低減材を含浸させ
ることによって両部材間に生じる摩擦力を低減してもよ
い。要は、低摩擦を得ることができれば、どのような手
段を用いてもよい。

【００２５】更に、本実施例では案内レール２６側にス
ケール２８を、案内レール２６に対して移動する門型フ
レーム２４にスケール３２の目盛りを読みとる変位検出
器２９を取付けたが、これとは逆に、門型フレーム２４
側にスケール２８を、案内レール２６側に変位検出器２
９を設けてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度変化に伴って発生する測定誤差を解消することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る変位測定装置が適用された三次
元測定機の斜視図である。

【図２】図１の三次元測定機における変位測定装置の要
部を示す要部斜視図である。

【図３】図２の変位測定装置のスケールと、スケールが
取付けられた案内レールとの関係を示した断面図であ
る。

【図４】スケールが取付けられた案内レールの要部正面
図である。

【図５】従来の変位測定装置におけるスケールと、スケ
ールが取付けられた案内レールとの関係を示した断面図
である。

【符号の説明】

２０ 三次元測定機 ２４ 門型フレーム ２６ 案内レール ２８ スケール取付けベース ２９ 変位検出器（検出器） ３０ ３６ 摩擦低減材 ３２ スケール ３４ 押さえばね（弾性部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外崎 雄 栃木県宇都宮市下栗町2200番地 株式会 社ミツトヨ内 (56)参考文献 特開 昭59−224501（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503107（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−57007（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対移動する一方の部材に取付けられる
   とともに、その一方の部材と異なる線膨張係数の材料で
   形成され且つ相対移動する方向に沿って目盛りを有する
   スケールと、前記相対移動する他方の部材に取付けられ
   前記スケールの目盛りを読み取る検出器とを備え、 前記スケールは前記一方の部材に対して弾性部材によっ
   て押圧されて取付けられているとともに、前記一方の部
   材とスケールとの間、及び前記弾性部材とスケールとの
   間にはそれぞれ板状の摩擦低減材が介在されていること
   を特徴とする変位測定装置。