JP2000190169A - 測定ヘッド - Google Patents

測定ヘッド

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JP2000190169A
JP2000190169A JP10373923A JP37392398A JP2000190169A JP 2000190169 A JP2000190169 A JP 2000190169A JP 10373923 A JP10373923 A JP 10373923A JP 37392398 A JP37392398 A JP 37392398A JP 2000190169 A JP2000190169 A JP 2000190169A
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康浩 倉橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定動作時に測定ヘッドに発生する振動を抑
制、減衰すること。 【解決手段】 中空のハウジング9から外部へ突き出す
ように延設され、その一端において前記ハウジング9内
に配設された支持板5に取り付けられて揺動自在に支持
された長尺部材より成るフィーラ7により測定対象物と
の接触を検知する測定ヘッド11において、支持板5の
一側に当接して支持板5を支持する支点13と、支持板
5を支点13へ押圧、付勢するばね17と、ばね17に
関して並列に配置されたダッシュポット15とを含む制
振手段をハウジング9内に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、座標測定機械、工
作機械等において使用される測定対象物との接触又は接
触による変位を検知する測定ヘッドに関し、特に、測定
時におけるフィーラの振動を抑制する手段を備えた測定
ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】測定対象物との接触又は接触後の変位を
測定する測定ヘッドは、中空のハウジングと、測定対象
物に接触させるためのフィーラとを具備している。フィ
ーラは長尺の部材より成り、その一端においてハウジン
グ内に設けられた支持部材(支持板)に固定されてい
る。該支持板は、ハウジング内においてばね等により変
位自在に支持されている。更に、ハウジング内には支持
板が変位したことを検知するための検知器が配設されて
いる。この種の測定ヘッドでは、フィーラが、その先端
部において測定対象物に接触すると、フィーラの先端が
変位し、その変位が支持板の変位として現れ、接触した
瞬間が検知器にて検知されるのである。検知器には、測
定対象物との接触を検知するマイクロスイッチによるタ
ッチ式や、フィーラの変位を検知する差動トランスによ
る変位測定式などがある。
【0003】このような測定ヘッドは、二次元形状や三
次元形状を測定する測定機械において使用される。ま
た、この測定ヘッドを工作機械の主軸に装着することも
可能である。この場合には、測定対象物と接触したとき
の工作機械のもつX、Y、Z軸の位置座標を工作機械の
NC装置を介して読み取り、測定対象物の寸法、例え
ば、加工されたワークの寸法を測定する。この場合に
は、例えば、ワークの加工不足の部分を再度加工するた
めに測定した寸法を利用する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】測定時の位置決め又は
接近動作を行ったときの加速及び停止によって貫性力が
加えられると、測定ヘッド、特にフィーラに振動が発生
する。その振動の振幅は測定ヘッドの検知器によって接
触又は変位として誤検知され、測定誤差を生じたり測定
の再現性が悪化する問題がある。この問題を避けるため
に、従来技術では、測定ヘッドに振動が生じない程度ま
で送り速度を低下させている。
【0005】本発明は、測定動作時に測定ヘッドに発生
する振動を抑制、減衰し、それにより高精度の測定を行
うことを可能とさせる測定ヘッドを提供することを目的
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定動作時に
おける振動を抑制、減衰するための緩衝手段を測定ヘッ
ドのハウジング内に設けることによりこの問題を解決す
る。すなわち、本発明は、ハウジングと、ハウジングに
支持され且つ被測定物と接触する測定フィーラとを備え
る測定ヘッドにおいて、前記ハウジング内に設けられ、
前記測定フィーラの基端部を固定する支持部材と、前記
支持部材を支持する支点と、前記支持部材を前記支点へ
押圧するばねと、前記支持部材と前記ハウジングとの間
に設けられた緩衝手段と、を具備することを特徴とした
測定ヘッド。
【0007】
【作用】請求項1に記載の本発明では、ばねが支持部材
をハウジング内に設けられた支点へ押圧する。この押圧
力により支持部材の変位が抑制され、以てフィーラの振
動が抑制されることとなる。フィーラ及び支持部材の振
動エネルギは緩衝手段により熱に変換され散逸する。
【0008】請求項3に記載の本発明では、ばねによる
振動の抑制作用に加えて、加振器が支持部材に取り付け
た振動センサにより検知された振動に関して逆位相の等
価な振動を発生し、支持部材又はフィーラの振動を相殺
する。
【0009】
【発明の実施の形態】図1を参照して本発明第1の実施
形態を説明する。第1の実施形態による測定ヘッド11
は、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるた
めのフィーラ7とを具備している。フィーラ7は長尺の
部材より成り、その中心軸線Oを中心として、その先端
7aが触れ回りできるように揺動自在にハウジング9に
支持されている。より詳細には、フィーラ7は、その基
端部7bがハウジング9内に配設された支持板5(支持
部材)に取り付けられており、該支持板5は、ハウジン
グ9の内面から突き出した支点13と、支持板5を支点
13へ押圧、付勢するためのばね17と、ばね17に関
して並列に配設された緩衝手段としてのダッシュポット
15とにより支持されている。ばね17及びダッシュポ
ット15がフィーラ7の振動を抑制、吸収する振動抑制
手段として作用する。更に、ハウジング9内には支持板
5が変位したことを検知するためのマイクロスイッチ1
9が配設されている。マイクロスイッチ19は、支持板
5が変位したことを検知して検知信号を発生する。な
お、図1には2つの支点13が図示されているが、実際
上は、支持板5は3つの支点13により三点支持され
る。
【0010】測定ヘッド11を例えば工作機械(図示せ
ず)の主軸等に取り付け、工作機械の送り装置(図示せ
ず)によりワーク(図示せず)等の測定対象物に対して
X、Y、Zの3軸方向に相対的に送ることにより、ワー
クの各部の寸法を測定するために用いることができる。
その際、フィーラ7が、その先端部7aにおいて測定対
象物に接触すると、フィーラ7の先端部7aが変位し、
その変位が支持板5の変位として現れ、接触した瞬間が
マイクロスイッチ19にて検知され、マイクロスイッチ
19から検知信号が発生したときのX、Y、Z軸の位置
座標を例えば工作機械のNC装置等により読み取ること
によりワークの形状測定が可能となる。
【0011】測定ヘッド11にX、Y、Zの3軸方向の
相対送りを与えるとき、及び、測定ヘッド11のフィー
ラ7が測定対象物に接触したとき、フィーラ7が振動す
る。従来技術による測定ヘッドでは、フィーラの振動の
収束に時間がかかり、これが測定誤差の要因となった
り、位置測定の再現性を低下させる原因となっている。
本実施形態によれば、制振手段としてのばね17とダッ
シュポット15がフィーラ7の振動を抑制、減衰するの
で上述した従来技術の問題が解決される。
【0012】次に、図2を参照して本発明第2の実施形
態を説明する。第2の実施形態による測定ヘッド21
は、第1の実施形態の測定ヘッド11と概ね同様に構成
されており、中空のハウジング9と、測定対象物に接触
させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は、変
位可能にハウジング9に支持されている。より詳細に
は、フィーラ7の基端部7bが取り付けられた支持板5
は、ハウジング9の内面から突き出した支点13と、支
持板5を支点13へ押圧、付勢するためのばね27及び
ばね27に関して並列に配設されたダッシュポット25
とにより支持されている。支持板5にはマイクロスイッ
チ29が取り付けられている。また、図2には2つの支
点23が図示されているが、実際上は、支持板5は3つ
の支点23により三点支持される点も第1の実施形態と
同様である。
【0013】第1の実施形態では、支点13は、ハウジ
ング9内において支持板5に関してフィーラ7の反対側
に配設されている(図1参照)が、第2の実施形態で
は、支点23はハウジング9内において支持板5に関し
てフィーラ7側に配設されており、制振手段としてのば
ね27及びこれに並列に配設されたダッシュポット25
が、支持板5に関してフィーラ7の反対側に配設されて
いる。第2の実施形態においても、制振手段としてのば
ね27及びダッシュポット25がフィーラ7の振動を抑
制、減衰する点は第1の実施形態と同様である。
【0014】次に、図3を参照して本発明第3の実施形
態を説明する。第3の実施形態による測定ヘッド31
は、第1と第2の実施形態の測定ヘッド11、21と同
様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させる
ためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺動自在に
ハウジング9に支持されているが、第3の実施形態で
は、第1と第2の実施形態とは異なり、ハウジング9内
には支持板5を支持するための支点が配設されていな
い。支持板5は、支持板5に関してフィーラ7側に配設
された第1の制振手段としての第1のばね37a及びこ
れに並列に配設された第1のダッシュポット35aと、
支持板5に関してフィーラ7の反対側に配設された第2
の制振手段としての第2のばね37bと、第2のばね3
7bに関して並列に配設された第2のダッシュポット3
5bとにより支持されている。支持板5にはマイクロス
イッチ39が取り付けられている。第3の実施形態にお
いても、第1の制振手段としての第1のばね37a、第
1のダッシュポット35a、及び、第2の制振手段とし
ての第2のばね37b、第2のダッシュポット35bが
フィーラ7の振動を抑制、減衰する点は第1と第2の実
施形態と同様である。
【0015】既述の実施形態では、制振手段はフィーラ
7の中心軸線Oに関して概ね平行に配設されているが、
本発明はこれに限定されず、軸線Oに関して垂直方向に
設けても良い。
【0016】次に、図4を参照して本発明第4の実施形
態を説明する。第4の実施形態による測定ヘッド41
は、既述した実施形態の測定ヘッド11、21、31と
同様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させ
るためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺動自在
にハウジング9に支持されている。フィーラ7の基端部
7bを固定する支持板5は、ハウジング5の内面から突
き出した支点43と、支持板5を支点43へ押圧、付勢
するためのばね47とにより支持されている。第4の実
施形態では、既述した実施形態とは異なり、ダッシュポ
ットは配設されておらず、これに代わって緩衝部材とし
ての弾性ゴム45により支持板5及び支点43が包被さ
れている。支持板5にはマイクロスイッチ49が取り付
けられている。
【0017】上述したようにして、測定中にフィーラ7
が振動すると、その振動は支持板5に伝達される。本実
施形態では、この振動は制振手段としてのばね47及び
弾性ゴム45により抑制、減衰される。弾性ゴム45の
内部減衰により振動を減衰可能であることは言うまでも
ないが、緩衝部材は、弾性ゴム45に代えて同様の作用
をなす振動吸収性の樹脂から形成することもできる。ま
た、図4では、支点43はハウジング9の内面において
支持板5のフィーラ側の面に当接するように配設されて
いるが、図2に示すように反対側の面に当接するように
設けても良い。更に、図4では、支点43及び支持板5
の全体が弾性ゴム45により包被されているが、弾性ゴ
ム45は、少なくとも支点43と支持板5の接触部にお
いて両者間を連結するように配設すればよい。緩衝手段
としてダッシュポットやゴム、樹脂を用いず、他の減衰
能を有する手段を用いても良い。また、ばね17,2
7,37a,37b,47の縮み代をねじ等で変更可能
にして、支持板5の支持力を変更して振動吸収性を変え
ることもできる。あるいは、ばね17,27,37a,
37b,47のばね定数をばね定数変更手段を用いて変
更可能にして、支持板5の支持力を変更して振動吸収性
を変えることもできる。
【0018】次に、図5を参照して、本発明第5の実施
形態を説明する。第5の実施形態による測定ヘッド51
は、既述した実施形態の測定ヘッド11、21、31、
41と同様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接
触させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺
動自在にハウジング9に支持されている。フィーラ7の
基端部7bが取り付けられた支持板5は、ハウジング5
の内面から突き出した支点53と、支持板5を支点53
へ押圧、付勢するためのばね57とにより支持されてい
る。第5の実施形態では、第4の実施形態と同様にダッ
シュポットは配設されておらず、これに代わって振動セ
ンサ59と、加振器55が支持板5に取り付けられてい
る。既述の実施形態と同様に支持板5にはマイクロスイ
ッチ61が取り付けられている。
【0019】測定中にフィーラ7が振動すると、その振
動は支持板5に伝達される。本実施形態では、この振動
は振動センサ59により感知され、その周波数と振幅が
検出される。振動センサ59により検出された周波数と
振幅に基づき、別途設けたマイクロプロセッサと加振器
のドライバ回路を含む加振器制御装置(図示せず)によ
り、振動センサ59により検出された振動を打ち消す振
動を加振器55により発生させる。これにより、フィー
ラ7の振動を抑制、減衰させることが可能となる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、フィーラの基端部が固
定された支持部材を支点へ押圧するばねと、支持部材と
ハウジングとの間に設けられた緩衝部材とを含む制振手
段がフィーラの振動を抑制、減衰するので、測定ヘッド
の測定精度や再現性を改善することが可能となる。更
に、本発明によれば、測定ヘッドの測定対象物への接近
又は離反動作の間、制振手段がフィーラの振動を抑制、
減衰するので測定ヘッドを高速にて移動させることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施形態による測定ヘッドの長手
方向断面図である。
【図2】本発明第2の実施形態による測定ヘッドの長手
方向断面図である。
【図3】本発明第3の実施形態による測定ヘッドの長手
方向断面図である。
【図4】本発明第4の実施形態による測定ヘッドの長手
方向断面図である。
【図5】本発明第5の実施形態による測定ヘッドの長手
方向断面図である。
【符号の説明】
5…支持板 9…ハウジング 7…フィーラ 11…測定ヘッド 13…支点 15…ダッシュポット 17…ばね

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングと、ハウジングに支持され且
    つ被測定物と接触する測定フィーラとを備える測定ヘッ
    ドにおいて、 前記ハウジング内に設けられ、前記測定フィーラの基端
    部を固定する支持部材と、 前記支持部材を支持する支点と、 前記支持部材を前記支点へ押圧するばねと、 前記支持部材と前記ハウジングとの間に設けられた緩衝
    手段と、 を具備することを特徴とした測定ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記緩衝手段は、減衰要素でなる請求項
    1に記載の測定ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記緩衝手段は、前記支持部材に設けら
    れ、前記支持部材又は測定フィーラの振動を検知する振
    動センサと、前記振動センサにより検知された振動を打
    ち消す振動を発生する加振器とから成る請求項1に記載
    の測定ヘッド。
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