CN107044818B - 测量探头和测量探头系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量探头和测量探头系统。一种测量探头(124)，其用于对设为能够相对于其相对旋转的滚珠丝杠(102)的螺纹槽(102A)进行测量，其包括：测头(126)，其具有能够与螺纹槽(102A)接触的顶端部(126A)；径向移位机构(127)，其将测头(126)支承成能够沿着朝向滚珠丝杠(102)的轴心(O)的(X)方向移位；轴向移位机构(131)，其将测头(126)支承能够沿着轴心(O)的轴向(Z方向)移位；以及传感器(135、136)，其用于对测头(126)的由径向移位机构(127)和轴向移位机构(131)产生的移位进行检测。由此，能够高精度地测量设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面的预定的位置。

Description

测量探头和测量探头系统

技术领域

本发明涉及测量探头和测量探头系统，尤其是，涉及能够高精度地测量设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面的预定的位置的测量探头和测量探头系统。

背景技术

以往，使用了日本特开2010－2392号公报(以下称为专利文献1)所示那样的测量探头。该测量探头具有可插入到圆柱凸轮的凸轮槽的测量触头(测头)，成为如下结构：通过该测量探头与旋转的圆柱凸轮的凸轮槽的上下表面接触并上下运动，测量工件的侧面形状即圆柱凸轮的轮廓。

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1是如下结构：由于圆柱凸轮的旋转而从凸轮槽对测量触头施加力，测量探头上下运动。因此，测量触头并不一定会可靠地与凸轮槽的所期望的预定的位置接触，有可能无法高精度地进行该预定的位置的测量。

本发明是为了解决所述的问题点而做成的，课题在于提供一种能够高精度地测量设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面的预定的位置的测量探头和测量探头系统。

用于解决问题的方案

本申请的技术方案1的发明是一种测量探头，其用于对设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面形状进行测量，其通过包括如下构件而解决了所述课题：测头，其具有能够与所述工件的侧面接触的顶端部；径向移位机构，其将该测头支承成能够沿着朝向该工件的轴心的方向移位；轴向移位机构，其将该测头支承成沿着该轴心的轴向移位；以及传感器，其对该测头的由该径向移位机构和该轴向移位机构产生的移位进行检测。

在本申请的技术方案2的发明中，所述径向移位机构包括：径向移位构件，其与所述测头一体地设置；多个第1铰接构件，其与该径向移位构件连接，与该测头的移位相对应地变形；以及径向外壳，其借助该多个第1铰接构件支承该径向移位构件，并且，所述轴向移位机构包括：轴向移位构件，其用于支承该径向外壳；多个第2铰接构件，其与该轴向移位构件连接，与该测头的移位相对应地变形；以及轴向外壳，其借助该多个第2铰接构件支承该轴向移位构件。

在本申请的技术方案3的发明中，所述传感器包括：第1传感器，其具有：第1基准构件，其设于所述径向移位构件的与测头相反侧的端部；以及第1检测构件，其以与该第1基准构件对峙的方式固定于所述径向外壳，用于对该第1基准构件的位置进行检测；以及第2传感器，其具有：第2基准构件，其设于所述轴向移位构件的端部；以及第2检测构件，其以与该第2基准构件对峙的方式固定于所述轴向外壳，用于对该第2基准构件的位置进行检测。

在本申请的技术方案4的发明中，具有能够使与所述第1铰接构件、所述第2铰接构件的变形量相对应地增大的恢复力分别降低的缓冲机构。

在本申请的技术方案5的发明中，所述缓冲机构包括两个磁性构造体，将该两个磁性构造体以彼此对称的方式设置于所述径向移位构件的侧面。

在本申请的技术方案6的发明中，所述径向移位机构具有将所述径向移位构件临时夹紧于所述径向外壳的夹紧机构。

在本申请的技术方案7的发明中，所述顶端部设为多个，能够相对地调整该顶端部的彼此的位置。

本申请的技术方案8的发明是一种测量探头系统，其具有技术方案1～5中任一项所记载的测量探头，其包括：旋转机构，其能够使所述工件相对于所述测量探头相对旋转；以及信号处理装置，其对该旋转机构进行控制，且对该测量探头的输出进行处理。

在本申请的技术方案9的发明中，所述信号处理装置具有通过对所述测量探头的输出进行处理而求出该工件的实际侧面形状的处理部，所述旋转机构具有将所述工件的相对的旋转角度输出的回转式编码器，利用该处理部通过求出以使该旋转机构的旋转开始位置分别不同的状态为初始状态的多个该实际侧面形状，进行该多个实际侧面形状彼此的运算，从而降低因该旋转机构产生的测量误差。

本申请的技术方案10的发明中，具有将所述测量探头支承成随着由所述旋转机构产生的旋转能够沿着所述轴向移动的探头支承机构，该探头支承机构具有将所述测量探头在该轴向上的位置输出的线性编码器，利用所述处理部在求出所述实际侧面形状之际，对所述测量探头、该线性编码器以及所述回转式编码器这三者的输出响应特性进行校正。

发明的效果

根据本发明，能够高精度地测量设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面的预定的位置。

通过以下对优选实施方式的详细说明，本发明的这些新的特征和优点以及其它新的特征和优点将变得清楚。

附图说明

将参照附图说明优选的实施方式，在附图中，用相同的附图标记指代各图中相同的元件，其中：

图1是表示本发明的第1实施方式的测量探头系统的一个例子的示意图。

图2的(A)是图1的测量探头的功能图。

图2的(B)是图1的测量探头的剖视图。

图2的(C)是图1的测量探头的第1铰接构件的图。

图3的(A)是说明螺纹槽的形状误差的图，是螺纹槽的哥特式尖拱形状和接触点的图。

图3的(B)是说明螺纹槽的形状误差的图，是槽径不均的图。

图3的(C)是说明螺纹槽的形状误差的图，是导程不均的图。

图4的(A)是表示在利用测头测量螺纹槽之际的课题的示意图，是测头以两点与螺纹槽接触的状态的图。

图4的(B)是表示在利用测头测量螺纹槽之际的课题的示意图，是测头以单点与螺纹槽接触的状态的图。

图5是本发明的第2实施方式的测量探头的示意图。

图6的(A)是对图5的测量探头的缓冲机构进行说明的图，是表示施加于缓冲机构的多个力的图。

图6的(B)是对图5的测量探头的缓冲机构进行说明的图，是表示沿着X方向施加的力的图。

图6的(C)是对图5的测量探头的缓冲机构进行说明的图，是表示沿着Z方向施加的力的图。

图6的(D)是对图5的测量探头的缓冲机构进行说明的图，是表示测头的移位区域与XZ坐标中的力之间的关系的图。

图7是本发明的第3实施方式的测量探头的示意图。

图8是本发明的第4实施方式的测量探头的示意图。

图9的(A)是本发明的第5实施方式的测量探头的功能图。

图9的(B)是表示本发明的第5实施方式的测量探头的测头的顶端部和螺纹槽的图。

图9的(C1)是本发明的第5实施方式的测量探头的以预先旋转角度θi＝0度测量之际的接触部的初始位置、滚珠丝杠的初始位置的图以及接触点的移位的图。

图9的(C2)是本发明的第5实施方式的测量探头的以预先旋转角度θi＝120度测量之际的接触部的初始位置、滚珠丝杠的初始位置的图以及接触点的移位的图。

图9的(C3)是本发明的第5实施方式的测量探头的以预先旋转角度θi＝240度测量之际的接触部的初始位置、滚珠丝杠的初始位置的图以及接触点的移位的图。

图10的(A)是表示图9所示的滚珠丝杠的形状与旋转机构的旋转精度之间的关系的图，是预先旋转角度θi＝0度的图。

图10的(B)是表示图9所示的滚珠丝杠的形状与旋转机构的旋转精度之间的关系的图，是预先旋转角度θi＝120度的图。

图10的(C)是表示图9所示的滚珠丝杠的形状与旋转机构的旋转精度之间的关系的图，是预先旋转角度θi＝240度的图。

图10的(D)是表示图9所示的滚珠丝杠的形状与旋转机构的旋转精度之间的关系的图，是全部相加了时的图。

图10的(E)是表示图9所示的滚珠丝杠的形状与旋转机构的旋转精度之间的关系的图，是全部平均了时的图。

图11的(A)是本发明的第6实施方式的测量探头的功能图。

图11的(B)是作为本发明的第6实施方式的测量探头的工件的定标块(日文：フリックスタンダード，英文：flick standard)(倍率校正器)的俯视图。

图11的(C1)是本发明的第6实施方式的测量探头中的输出指令时的X方向移位和实际上延迟输出的X方向移位的图。

图11的(C2)是本发明的第6实施方式的测量探头中的输出指令时的Z方向移位和实际上延迟输出的Z方向移位的图。

图11的(C3)是本发明的第6实施方式的测量探头的回转式编码器中的输出指令时的旋转角度和实际上延迟输出的旋转角度的图。

图11的(C4)是本发明的第6实施方式的测量探头的线性编码器中的输出指令时的Z方向移位和实际上延迟输出的Z方向移位的图。

具体实施方式

以下，参照图1―图4，详细地说明本发明的第1实施方式的一个例子。

最初，对测量探头系统的概略进行说明。

如图1所示，测量探头系统100包括基座106、旋转机构108、测量探头124、探头支承机构142、以及信号处理装置168。

此外，在本实施方式中，作为测量对象的工件为滚珠丝杠102。例如，如图3的(A)所示，滚珠丝杠102用于使固定于螺母NT的直动载台的滑动件等(未图示)借助滚珠BL高精度地移动。如图3的(A)所示，在滚珠丝杠102的侧面以成为恒定的节距的方式设有螺旋状的螺纹槽102A(滚珠BL的滚动面)(即，工件的侧面形状为螺纹槽102A)。如图3的(A)所示，例如为了容易调整滚珠BL的间隙，螺纹槽102A的截面为将两个圆CS的圆弧(螺纹槽上表面102B的截面形状、螺纹槽下表面102C的截面形状)重叠而成的哥特式尖拱形状。滚珠BL以螺纹槽上表面102B的1点和螺纹槽下表面102C的1点合计两点的接触点TP与螺纹槽102A接触。相对于该圆CS而言，如图3的(B)所示，在实际的螺纹槽102A，在进行加工时产生槽径不均EG。因此，如图3的(C)所示，使螺纹槽102A产生相应的导程不均(接触点TP的乱扣等)。因而，滚珠丝杠102除了产生其母材的形状误差(外径误差、轴心误差、正圆误差等)，还相应地产生了螺纹槽102A的形状误差(节距误差、导程不均等)。

如图1所示，所述基座106是支承旋转机构108和探头支承机构142的基础。同时，基座106支承着滚珠丝杠102。

如图1所示，所述旋转机构108是使滚珠丝杠102旋转的机构。也就是说，旋转机构108能够使滚珠丝杠102相对于测量探头124相对旋转。旋转机构108具有立柱110、引导件112、驱动源(马达)118、以及回转式编码器120(也就是说，旋转机构108具有将滚珠丝杠102的相对的旋转角度输出的回转式编码器120)。立柱110竖立设置于基座106，支承着引导件112。引导件112将一个工件支承构件114支承成能够相对于直接配置于基座106的另一个工件支承构件114靠近·远离。工件支承构件114借助旋转轴104将滚珠丝杠102支承成能够旋转。也就是说，通过使支承于引导件112的工件支承构件114移动，能够利用两个工件支承构件114将各种长度的滚珠丝杠102支承成能够旋转。

如图1所示，旋转轴104以能够装卸的方式安装于滚珠丝杠102(即，旋转轴104的轴心O成为滚珠丝杠102的轴心)。并且，旋转轴104借助同步带116利用驱动源118进行旋转驱动。另外，旋转轴104与回转式编码器120直接连结(此外，旋转轴104也可以与滚珠丝杠102一体地固定)。回转式编码器120与显示装置122连接。因此，能够在显示装置122的显示部122A中确认滚珠丝杠102的旋转角度。此外，驱动源118和显示装置122连接于信号处理装置168。

如图1所示，所述测量探头124以与滚珠丝杠102的螺纹槽(侧面)102A对峙的方式配置，可以接触能够利用旋转机构108进行旋转的滚珠丝杠102的侧面形状(螺纹槽102A)来测量滚珠丝杠102的侧面形状(螺纹槽102A)。随后详细论述测量探头124。

如图1所示，所述探头支承机构142是将测量探头124支承成能够与滚珠丝杠102的侧面对峙的机构。探头支承机构142具有调整载台144、立柱146、Z载台148、线性编码器150以及平衡机构158。调整载台144为了进行测量探头124相对于旋转轴104的轴心O的定位而被设为在基座106上能够沿着X方向移动(也可以设为不仅能够沿着X方向移动、还能够沿着与X方向正交的Y方向移动)。立柱146竖立设置于调整载台144，支承着Z载台148。Z载台148将测量探头124支承成能够沿着Z方向移动。此外，在立柱146上配置有线性编码器150。即，探头支承机构142将测量探头124支承成能够随着由旋转机构108产生的旋转而沿着轴向(Z方向)移动。并且，探头支承机构142具有将测量探头124的轴向(Z方向)上的位置输出的线性编码器150。

如图1所示，线性编码器150具有检测头152和直线检测元件154。检测头152固定于测量探头124，直线检测元件154固定于立柱146。显示装置156与线性编码器150连接。因此，能够在显示装置156的显示部156A中确认测量探头124的Z方向上的位置。此外，如图1所示，调整载台144和显示装置156连接于信号处理装置168。

如图1所示，平衡机构158是用于以较小的力实现测量探头124的移动的机构。也就是说，利用平衡机构158，驱动源118能够以较小的转矩使测量探头124移动，并且能够缩小测量探头124的Z方向上的测量力。平衡机构158具有操作线160、平衡块166以及两个滑轮162、164。操作线160将测量探头124和与测量探头124大致同等重量的平衡块166连结起来。两个滑轮162、164以能够旋转的方式固定于立柱146，将操作线160支承成能够移动。不过，这样的平衡机构不是必须的。

如图1所示，所述信号处理装置168配置于测量探头124的外部，具有预先存储有各种初始值的存储部和将存储于存储部的各种初始值读出并进行运算处理的处理部。具体而言，处理部从存储部读出滚珠丝杠102的设计数据而求出表示螺纹槽102A的形状的坐标。另外，处理部对驱动源118进行控制并使滚珠丝杠102旋转。并且，处理部使从回转式编码器120输出的滚珠丝杠102的旋转角度与从线性编码器150输出的测量探头124的Z方向上的位置相关联而对测量探头124的输出进行处理。也就是说，处理部能够通过对测量探头124的输出进行处理，来求出滚珠丝杠102的实际侧面形状(螺纹槽102A的实际形状)。换言之，信号处理装置168对旋转机构108进行控制、且对测量探头124的输出进行处理。此外，键盘、鼠标等输入装置与信号处理装置168连接，能够进行适当指令的输入、初始值的设定、处理方法的选择·决定。

接着，主要使用图2的(A)―图2的(C)对测量探头124进行说明。

如图2的(A)和图2的(B)所示，测量探头124包括测头126、径向移位机构127、轴向移位机构131、以及传感器135、136。测头126具有能够与螺纹槽102A接触的顶端部126A和支承顶端部126A的杆部126B。顶端部126A是球形状，设为与滚珠BL大致相同的大小，以两点(接触点TP)与螺纹槽102A接触。因此，可根据滚珠BL的尺寸来变更顶端部126A的大小。杆部126B是棒状构件，支承于径向移位机构127。

如图2的(B)所示，径向移位机构127将测头126支承成能够沿着朝向滚珠丝杠102的轴心O的X方向移位。具体而言，如图2的(B)所示，径向移位机构127包括：径向移位构件128，其与测头126一体地设置；两个第1铰接构件129，其与径向移位构件128连接，与测头126的(X方向)移位相对应地变形(第1铰接构件129是两个以上即可)；以及径向外壳130，其借助两个第1铰接构件129支承径向移位构件128。移位构件128是棒状构件，其两端附近支承于第1铰接构件129。

如图2的(C)所示，第1铰接构件129是圆板形状的构件。第1铰接构件129具有中心部129A、边缘部129B以及周边部129C。中心部129A支承着径向移位构件128。边缘部129B利用缺口而相对于轴线Q对称地设置有两个折回部TR1、TR2。边缘部129B的一端与中心部129A连接，另一端与周边部129C连接。边缘部129B沿着周向以等间隔配置有3个。周边部129C借助边缘部129B支承着中心部129A。周边部129C支承于圆筒形状的径向外壳130。因此，若从X方向对顶端部126A施加外力，则在两个折回部TR1、TR2处弹性变形。此时，与径向移位构件128一体化的测头126不绕轴线P旋转，而以恒定的弹簧常数沿着X方向移位。

如图2的(B)所示，轴向移位机构131将测头126支承成能够沿着滚珠丝杠102的轴心O的轴向(Z方向)移位。具体而言，如图2的(B)所示，轴向移位机构131包括：轴向移位构件132，其用于支承径向外壳130；两个第2铰接构件133，其与轴向移位构件132连接，与测头126的(Z方向)移位相对应地变形(第2铰接构件133也是两个以上即可)；以及轴向外壳134，其借助两个第2铰接构件133支承轴向移位构件132。轴向移位构件132是棒状构件，其两端附近支承于第2铰接构件13。

第2铰接构件133是与第1铰接构件129同样的圆板形状的构件。因此，省略第2铰接构件133的说明。轴向外壳134是圆筒形状的构件，支承着第2铰接构件133。此外，轴向外壳134具有即使径向外壳130的位置变化、也能够保持与径向外壳130之间的非接触状态的开口部134A、134B。在本实施方式中，轴向外壳134与测量探头124的壳体125设为一体。

如图2的(A)所示，传感器135、136分别能够对测头126的由径向移位机构127和轴向移位机构131产生的X方向移位和Z方向移位进行检测。传感器135具有设于径向移位构件128的与测头相反侧的端部的基准构件135A和以与基准构件135A对峙的方式固定于径向外壳130的检测构件135B。传感器135成为如下结构：例如以利用了光的反射的三角测距方式从检测构件135B将光向基准构件135A照射、并对反射的光的位置的变化进行检测，从而对基准构件135A在X方向上的位置进行检测。传感器136是与传感器135同样的结构，具有设于轴向移位构件132的端部的基准构件136A和以与基准构件136A对峙的方式固定于轴向外壳134的检测构件136B。此外，作为传感器，也可以使用线性编码器、差动变压器、静电电容传感器等。传感器135、136的输出向信号处理装置168输入，作为测头126的移位来处理。

接着，说明测量探头124对螺纹槽102A的测量顺序。

首先，利用旋转轴104将作为测量对象的滚珠丝杠102以能够旋转的方式安装于工件支承构件114。此时，进行调整，以使旋转轴104的轴心O与滚珠丝杠102的中心轴线尽量相同。接着，利用探头支承机构142进行调整，以使测量探头124的高度与滚珠丝杠102的测量开始位置的高度对齐，测量探头124的轴线P与轴心O交叉。并且，利用旋转机构108对滚珠丝杠102进行调整，以使螺纹槽102A的位置来到测量探头124的轴线P上。并且，利用探头支承机构142的调整载台进行测量探头124的X方向的位置调整，以使测量探头124的测头126的顶端部126A与螺纹槽102A恰当地接触。

接着，根据来自输入装置(未图示)的指令，利用信号处理装置168使螺纹槽102A的测量程序开始。由此，使滚珠丝杠102以恒定速度旋转。于是，测头126的顶端部126A接触着的螺纹槽102A的Z方向的位置变化，测量探头124的高度变化。并且，从测量探头124、线性编码器150、回转式编码器120实时地使检测信号输出，利用信号处理装置168处理这些输出。此外，该处理既可以与控制同时进行，也可以在控制结束后进行处理。

并且，利用测量程序的结束或者来自输入装置的指令使滚珠丝杠102的测量结束。

在此，如图4的(A)的以比较例所示，在测量探头中，利用第1铰接构件HG使测头ST仅能够沿着X方向移动。此时，如图4的(B)所示，在滚珠丝杠W旋转而使螺纹槽产生不仅包含X方向上的移位ΔX在内、还包含Z方向上的移位ΔZ在内的移位ΔRR之际，将可能导致测头ST的顶端部不与螺纹槽两点接触，而成为1点接触。此时，测头ST的X方向上的移动量不是本来应该检测的移位ΔX，而是成为移位ΔX1(＞ΔX)。也就是说，在这样的测量探头中，难以准确地测量本来应该检测的移位ΔX。

此外，在专利文献1的图7中记载有能够进行如图4的(A)和图4的(B)所示那样的测头ST的运动的结构。即，在专利文献1中，能够进行测头ST的X方向上的移动以及检测，但X方向上的移动终归是支承测头ST的测量探头进行的。也就是说，在专利文献1中，可以说第1铰接构件HG位于测量探头的外侧。因此，出于上述的准确的测量这样的观点考虑，可以说专利文献1的结构也无法起到图4的(A)和图4的(B)的结构的作用效果。

与此相对，在本实施方式中，测量探头124自身具有将测头126支承成能够向X方向和Z方向这两个方向移动的径向移位机构127和轴向移位机构131。也就是说，能够实现测头126的两个方向上的较高的响应速度，在测量探头124中能够追随螺纹槽102A的细微的形状变化。因此，即使产生图4的(B)那样的移位ΔRR，测头126也能够保持两点接触，测量探头124能够实现高精度的测量。

而且，在本实施方式中，测量探头124具有分别针对X方向和Z方向分别独立地检测移位的传感器135、136。因此，能够高精度地测量X方向的移位和Z方向的移位。此外，并不限于此，也可以使用对X方向和Z方向这两个方向的移位同时进行检测的传感器。

另外，在本实施方式中，成为径向移位机构127支承测头126、轴向移位机构131支承该径向移位机构127的结构。因此，能够更高速地响应滚珠丝杠102的X方向上的细微的形状变化。同时，测头126与螺纹槽102A对峙而朝向X方向，根据该关系，其结果，能够简化结构，能够紧凑地完成测量探头124。此外，并不限于此，也可以是轴向移位机构支承测头、径向移位机构支承该轴向移位机构的结构。另外，轴向移位机构和径向移位机构并不限定于本实施方式那样的结构，径向移位机构是将测头支承成能够沿着朝向滚珠丝杠的轴心O的X方向移位的机构、而轴向移位机构是将测头支承成能够沿着滚珠丝杠的轴心O的轴向(Z方向)移位的机构即可。

另外，在本实施方式中，测量探头系统100包括：旋转机构108，其能够使滚珠丝杠102相对于测量探头124相对旋转；以及信号处理装置168，其对旋转机构108进行控制，且对测量探头124的输出进行处理。因此，即使假设不利用线性编码器150和回转式编码器120的输出，也能够对随着滚珠丝杠102的旋转的螺纹槽102A的大致的X方向和Z方向上的形状变化进行判别。当然，通过利用线性编码器150和回转式编码器120的输出，在本实施方式中，能够使螺纹槽102A的来自设计形状的误差明确化，能够测量螺纹槽102A的周期比较长的误差、接触点的偏差(波动)(乱扣、导程不均)等。

即，在本实施方式中，能够高精度地测量设为能够相对于其相对旋转的滚珠丝杠102的螺纹槽102A的预定的位置。

列举第1实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行改良以及设计的变更是不言而喻的。

例如，在第1实施方式中，是测量探头124的X方向和Z方向上的测量力根据第1铰接构件129和第2铰接构件133的弹簧常数而随着移位增大的结构，但本发明并不限定于此。例如，也可以如图5、图6的(A)―图6的(D)所示的第2实施方式那样。在第2实施方式中，仅是在第1实施方式的测量探头新设置了缓冲机构。因此，除了缓冲机构的结构以外，基本上仅将附图标记的第1位数字变更，省略说明。

在本实施方式中，缓冲机构237是能够使与第1铰接构件229、第2铰接构件233的变形量相对应地增大的恢复力分别降低的机构。具体而言，如图5所示，缓冲机构237包括两个磁性构造体238、239。磁性构造体238具有支承部238A、磁性构件238B以及永磁体238C、238D、238E。磁性构造体239也具有支承部239A、磁性构件239B以及永磁体239C、239D、239E。

如图5所示，支承部238A固定于径向移位构件228的侧面，以保持与径向外壳230之间的非接触状态的方式从径向外壳230的开口部230A向外部突出。在支承部238A的顶端固定有磁性构件238B。另一方面，支承部239A对称地固定于径向移位构件228的与固定有支承部238A的一侧相反的一侧的面，以保持与径向外壳230之间的非接触状态的方式从径向外壳230的开口部230B向外部突出。在支承部239A的顶端也固定有磁性构件239B。

如图5所示，磁性构件238B、239B分别呈例如长方体形状。永磁体238C、238D、238E、239C、239D、239E成形为板状，固定于与轴向外壳234一体的壳体225。在此，永磁体238C、238D、238E、239C、239D、239E配置成，相对于第1铰接构件229、第2铰接构件233没有变形的初始状态下的磁性构件238B、239B的中心位置(相当于图6的(A)和图6的(D)的黑点)而言，X方向、Z方向上各自的磁性吸附力相互抵消成0。在此，永磁体238C、238D、239C、239D的磁力全部相等、且永磁体238E、239E的磁力与永磁体238C的磁力的2倍相等。在该情况下，在X方向上，永磁体238C与磁性构件238B之间的距离分别同永磁体238D与磁性构件238B之间的距离、永磁体239C与磁性构件239B之间的距离、永磁体239D与磁性构件239B之间的距离相等。同时，在Z方向上，永磁体238E与磁性构件238B之间的距离同永磁体239E与磁性构件239B之间的距离相等。

在此，图6的(A)中简单地示出与缓冲机构237的结构相对应的磁性构件MB与永磁体MU、MD、MR、ML之间的关系。在图6的(A)中，磁性构件MB相当于磁性构件238B、239B，永磁体MU相当于永磁体238E，永磁体MD相当于永磁体239E，永磁体MR相当于永磁体238D、239D，永磁体ML相当于永磁体238C、239C。

在此，在图6的(B)和图6的(C)中的X、Z＝0的状态下，磁性构件MB配置于距永磁体MU、MD、MR、ML相等的距离。即，永磁体MU、MD、MR、ML的力F2、F4、F1、F3(实线箭头)的影响完全相互抵消。另一方面，若磁性构件MB从图6的(A)所示的虚线位置向实线位置移位，则在没有永磁体MU、MD、MR、ML的情况下，磁性构件MB产生利用第1、第2铰接构件229、233欲恢复原状的力F6(实线箭头)。不过，当磁性构件MB移位时，磁性构件MB靠近某一永磁体(图6的(A)中，是永磁体MU、ML)。因此，在与力F6相反的方向产生使力F6降低的力F5。其结果，在测头226移动到以图6的(D)所示的实线示出的移位区域AR时，缓冲机构237工作。

此外，在图6的(B)中，实线GX1表示在永磁体ML的磁力的作用下在X方向上施加于磁性构件MB的力，实线GX5表示在永磁体MR的磁力的作用下在X方向上施加于磁性构件MB的力，虚线GX2表示在永磁体ML、MR的磁力的合力的作用下在X方向上施加于磁性构件MB的力，实线GX3表示在第1铰接构件229的弹簧力的作用下在X方向上施加于磁性构件MB的力，实线GX4表示在永磁体ML、MR的磁力与第1铰接构件229的弹簧力的合力的作用下在X方向上施加于磁性构件MB的力。同样地，在图6的(C)中，实线GZ1表示在永磁体MU的磁力的作用下在Z方向上施加于磁性构件MB的力，实线GZ5表示在永磁体MD的磁力的作用下在Z方向上施加于磁性构件MB的力，虚线GZ2表示在永磁体MU、MD的磁力的合力作用下在Z方向上施加于磁性构件MB的力，实线GZ3表示在第2铰接构件233的弹簧力的作用下在Z方向上施加于磁性构件MB的力，实线GZ4表示在永磁体MU、MD的磁力与第2铰接构件233的弹簧力的合力的作用下在Z方向上施加于磁性构件MB的力。此外，测头226在测量螺纹槽102A时，以非零的测量力与螺纹槽102A接触。因此，测量时的最初的状态的测头226的位置PI成为如图6的(B)所示那样的在X方向上具有偏置值、如图6的(C)所示那样的在Z方向上不具有偏置值的状态。

因而，在本实施方式中，由于缓冲机构237，即使移位增大，测量力也不会急剧地变大。因此，即使测头226的移位量的变动变大，也能够在不降低精度的前提下进行测量。此外，并不限于此，缓冲机构也可以是在X方向和Z方向分别分开、使径向移位构件的移位和轴向移位构件的移位分别相对于径向外壳和轴向外壳进行缓冲的结构。

另外，在上述实施方式中，在两个方向上连续地容许测量探头中的测头的移位，但本发明并不限定于此。例如，也可以如图7所示的第3实施方式那样。在第3实施方式中，仅是在第1实施方式的测量探头新设置了夹紧机构。因此，除了夹紧机构的结构以外，基本上将附图标记的第1位数字变更，省略说明。

在本实施方式中，如图7所示，径向移位机构327具有将径向移位构件328临时夹紧于径向外壳330的夹紧机构337。具体而言，在径向移位构件328设有凹部328A。在径向外壳330设有内螺纹，螺栓BT与内螺纹螺纹结合而卡定于凹部328A，从而构成了夹紧机构337(螺栓BT的螺纹结合状态的变更既可以手动，也可以电动)。

如此，在本实施方式中，使测头326的X方向上的移位完全停止(夹紧)，从而测量探头324能够高精度地测量仅Z方向上的移位。例如，如图7所示，能够适用这样的情况：工件是圆柱凸轮302，想要高精度地测量凸轮槽302A的凸轮槽上表面302B的仅Z方向上的移位。此时，该夹紧行为自身是临时的，因此，能够适当解除夹紧状态，使测头326能够在两个方向上移位。此外，并不限于此，夹紧的也可以是轴向移位构件。

另外，在上述实施方式中，在测量探头仅设置有1个顶端部，但本发明并不限定于此。例如，也可以如图8所示的第4实施方式那样。在第4实施方式中，仅是相对于第1实施方式的1个测头而设置了两个顶端部。因此，除了测头的结构以外，基本上仅将附图标记的第1位数字变更，省略说明。

在本实施方式中，顶端部426A、426AA设为两个，顶端部426A、426AA彼此的位置能够相对地进行调整。具体而言，测头426具有顶端部426A、426AA、杆部426B、426BB、固定部426C以及可变部426CC。顶端部426A固定于杆部426B的前端。并且，杆部426B的后端固定于固定部426C，支承于未图示的径向移位构件。另一方面，顶端部426AA固定于杆部426BB的前端。并且，杆部426BB的后端固定于可变部426CC。可变部426CC借助能够在两个方向上进行位置调整的螺栓BT1、BT2(既可以手动也可以电动)支承于固定部426C。即，顶端部426AA相对于顶端部426A的位置能够在Z方向上进行调整。

因此，在本实施方式中，如图8所示，能够调整成，利用两个顶端部426A、426AA与螺纹槽402A的螺纹槽上表面402B、螺纹槽下表面402C接触。由此，例如，不变更成具有与滚珠BL(图3的(A))同等的大小的顶端部的测头，就能够准确地测量螺纹槽402A。此外，并不限于此，顶端部也可以根据工件设为3个以上。

另外，在第1实施方式中，表示仅进行了1次螺纹槽102A的测量，但本发明并不限定于此。例如，也可以像图9的(A)―图9的(C3)、图10的(A)―图10的(E)所示的第5实施方式那样。在第5实施方式中，结构与第1实施方式的测量探头系统的结构大致相同，仅是对螺纹槽102A的测量进行新的处理。因此，对于构成，使附图标记相同而省略说明。此外，在图10的(A)―图10的(E)中，附图标记EE表示旋转不均，附图标记FG表示螺纹槽102A的形状，附图标记RE表示旋转机构108的旋转精度。另外，在图10的(A)―图10的(E)中，为了方便，螺纹槽102A的形状和旋转机构108的旋转精度分开地表示。

在本实施方式中，如图9的(C)所示，处理部求出以使旋转机构108的旋转开始位置分别不同的状态为初始状态的多个螺纹槽102A的实际形状。并且，处理部通过进行多个螺纹槽102A的实际形状彼此的运算，能够降低因旋转机构108产生的测量误差。例如，将开始测量前的滚珠丝杠102的预先旋转角度θi设为0度、120度、240度而预先进行旋转(图9的(C1)―图9的(C3)各自的右图)。也就是说，使测量初始条件以恒定的相位间隔(120度)错开(也称为相位差法)。从该状态起开始螺纹槽102A的测量，求出Z方向上的移位(图9的(C1)―图9的(C3)各自的左图)。于是，在将作为测量对象的螺纹槽102A的位置设为相同的情况下，如图10的(A)－图10的(C)所示，能够分别获得基于旋转机构108的旋转精度的Z方向上的不同的移位结果(导程不均EL)。即，在本实施方式中，将这3个移位结果(图10的(A)―图10的(C))例如利用处理部相加(图10的(D))而求出平均值(图10的(E))，从而能够降低因旋转不均EE产生的测量误差。即，在本实施方式中，能够实现更高精度的测量。此外，并不限于此，也可以进行两次测量、或者四次以上的测量并应用相位差法。

另外，在第1实施方式中，并没有特别考虑测量探头的输出、线性编码器以及回转式编码器的响应特性，但本发明并不限定于此。例如，也可以像图11的(A)－图11的(C4)所示的第6实施方式那样。在第6实施方式中，结构与第1实施方式的测量探头系统的结构大致相同，仅是对螺纹槽102A的测量进行新的处理。因此，对于构成，使附图标记相同而省略说明。

在本实施方式中，处理部在求出作为螺纹槽102A的实际形状的实际侧面形状之际，对测量探头124、线性编码器150、以及回转式编码器120这三者的输出响应特性进行了校正。实际上在进行该校正之际，如图11的(A)和图11的(B)所示，将JIS、ISO所规定的正圆度测量机用的定标块件(倍率校正器)103用作工件。

在本实施方式中，在求出测量形状之际，在处理部发出了输出指令之际，其响应速度在各构成要素处不同。即，分别如图11的(C1)―图11的(C4)所示，从测量探头124输出的X方向的移位ΔX能够以时间延迟TS利用处理部进行处理，Z方向的移位ΔZ能够以时间延迟TT利用处理部进行处理。另外，从回转式编码器120输出的旋转角度的移位θ能够以时间延迟TRE利用处理部进行处理，从线性编码器150输出的Z方向的移位Z能够以时间延迟TLE利用处理部进行处理。

因此，在本实施方式中，考虑这些时间延迟TS、TT、TRE、TLE，对测量探头124、线性编码器150、以及回转式编码器120这三者的输出响应特性进行校正，在此基础上，求出螺纹槽102A的作为实际形状的实际侧面形状，从而能够以比上述实施方式更高的精度进行测量。

另外，在上述实施方式中，设为利用旋转机构使工件旋转的结构，但本发明并不限定于此，也可以是滚珠丝杠被固定、测量探头绕滚珠丝杠旋转的结构。即，工件能够相对于测量探头相对旋转即可。

本发明能够广泛适用于测量设为能够相对旋转的工件的侧面形状的测量探头。

对本领域技术人员应当显而易见的是，上述实施方式仅是阐述本发明原理的应用的示例。在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，本领域技术人员能够容易想到各种其它配置。

相关申请的交叉引用

2015年10月6日递交的日本专利申请NO.2015-198959的包括说明书、附图和权利要求书在内的公开内容通过引用将其全部内容合并于此。

Claims (10)

1.一种测量探头，其能够对设为能够相对于其相对旋转的工件的侧面形状进行测量，其特征在于，

该测量探头包括：

测头，其具有能够与所述工件的侧面接触的顶端部；

径向移位机构，其将该测头支承成能够沿着朝向该工件的轴心的方向移位；

轴向移位机构，其将该测头支承成能够沿着该轴心的轴向移位；以及

传感器，其用于对该测头的由该径向移位机构和该轴向移位机构产生的移位进行检测，

所述径向移位机构包括：

径向移位构件，其与所述测头一体地设置；

多个第1铰接构件，其与该径向移位构件连接，与该测头的移位相对应地变形；以及

径向外壳，其借助该多个第1铰接构件支承该径向移位构件。

2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述轴向移位机构包括：

轴向移位构件，其用于支承所述径向外壳；

多个第2铰接构件，其与该轴向移位构件连接，与所述测头的移位相对应地变形；以及

轴向外壳，其借助该多个第2铰接构件支承该轴向移位构件。

3.根据权利要求2所述的测量探头，其特征在于，

所述传感器包括：

第1传感器，其具有：第1基准构件，其设于所述径向移位构件的与测头相反侧的端部；以及第1检测构件，其以与该第1基准构件对峙的方式固定于所述径向外壳，用于对该第1基准构件的位置进行检测；以及

第2传感器，其具有：第2基准构件，其设于所述轴向移位构件的端部；以及第2检测构件，其以与该第2基准构件对峙的方式固定于所述轴向外壳，用于对该第2基准构件的位置进行检测。

4.根据权利要求2所述的测量探头，其特征在于，

该测量探头具有能够使与所述第1铰接构件、所述第2铰接构件的变形量相对应地增大的恢复力分别降低的缓冲机构。

5.根据权利要求4所述的测量探头，其特征在于，

所述缓冲机构包括两个磁性构造体，该两个磁性构造体彼此对称地设于所述径向移位构件的侧面。

6.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述径向移位机构具有将所述径向移位构件临时夹紧于所述径向外壳的夹紧机构。

7.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述顶端部设为多个，该顶端部的彼此的位置能够相对地进行调整。

8.一种测量探头系统，其特征在于，其是具有权利要求1～7中任一项所述的测量探头的测量探头系统，其包括：

旋转机构，其能够使所述工件相对于所述测量探头相对旋转；以及

信号处理装置，其对该旋转机构进行控制，且对该测量探头的输出进行处理。

9.根据权利要求8所述的测量探头系统，其特征在于，

所述信号处理装置具有通过对所述测量探头的输出进行处理而求出该工件的实际侧面形状的处理部，所述旋转机构具有将所述工件的相对的旋转角度输出的回转式编码器，

该处理部通过求出以使该旋转机构的旋转开始位置分别不同的状态为初始状态的多个实际侧面形状，进行该多个实际侧面形状彼此的运算，从而降低因该旋转机构产生的测量误差。

10.根据权利要求9所述的测量探头系统，其特征在于，

该测量探头系统具有将所述测量探头支承成随着由所述旋转机构产生的旋转而能够沿着所述轴向移动的探头支承机构，该探头支承机构具有将所述测量探头在该轴向上的位置输出的线性编码器，

所述处理部在求出所述实际侧面形状之际对所述测量探头、该线性编码器和所述回转式编码器这三者的输出响应特性进行校正。

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