JP2000199710A - タッチ信号プロ―ブの接触部位検出構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波式タッチ信号プローブを倣い測定、
連続測定に利用することのできる接触部位検出構造を提
供すること。 【解決手段】タッチ信号プローブ１０の接触部位検出構
造１は、スタイラス１０２を平面Ａ内で走査運動させる
円運動発生手段３０と、走査円運動の回転位置を表す位
相値θを検出する位相値検出手段５０と、検出手段１０
３Ｂで検出された検出信号値Ｖおよび位相値θから接触
部１０２Ａの接触部位を検出する接触部位検出手段７０
とを備えている。接触部位検出手段７０で接触部１０２
Ａの接触部位が検出できるので、タッチ信号プローブ１
０を被測定物の倣い測定、連続測定に利用することが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部からの指令に
より三次元空間内を所定の速度ベクトルで運動するスタ
イラス支持体と、このスタイラス支持体に機械的に結合
され、前記スタイラスを支持するスタイラスホルダと、
このスタイラスホルダに支持され、被測定物と接触する
接触部を先端に有するスタイラスと、前記スタイラスホ
ルダの一部に設けられ、前記スタイラスを軸方向に共振
させる加振手段と、前記スタイラスホルダの一部に設け
られ、前記加振手段による振動の変化を検出する検出手
段とを備え、前記接触部が前記被測定物と接触した際の
振動の変化を、前記検出手段により検出するタッチ信号
プローブにおける前記被測定物に対する前記接触部上の
接触部位を検出するタッチ信号プローブの接触部位検出
構造に関する。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機
器としてハイトゲージ（一次元測定器）、三次元測定機
や輪郭測定器が知られている。これらの測定機器には、
測定機器本体と被測定物との位置関係を検出するために
各種プローブが使用される。これらのプローブは、非接
触式プローブと接触式プローブに、あるいは連続測定プ
ローブとタッチトリガプローブ等に分類される。

【０００３】上述した三次元測定機用の接触式タッチト
リガプローブとしては、特開平６−２２１８０６号公報
で開示される超音波式タッチ信号プローブが知られてい
る。このタッチ信号プローブ１００は、図１０に示すよ
うに、スタイラスホルダ１０１、スタイラス１０２、圧
電素子１０３等から構成される。スタイラスホルダ１０
１は、図示しない外部からの指令により三次元空間を所
定の速度ベクトルで運動するスタイラス支持体に取り付
けられ、スタイラス１０２がこのスタイラス支持体とと
もに移動しながら被測定物との接触を検出し、接触時の
座標を読み取ることにより、被測定物の端部位置を検出
する。

【０００４】スタイラスホルダ１０１は、中空の円筒状
に形成され、その内側下端にはスタイラス１０２がその
軸方向の略中央部の支持点に設けられた一対の係合ピン
１０４によって支持されている。スタイラス１０２の下
端には、測定時に被測定物と当接する球状表面を有する
接触部１０２Ａが取り付けられているとともに、その上
端には、接触部１０２Ａと同重量のカウンタバランス１
０２Ｂが取り付けられ、スタイラスホルダ１０１に対す
る支持点がスタイラス１０２の重心と一致している。ま
た、スタイラス１０２には、圧電素子１０３の取付部と
して一対の溝部１０５が外周部に切り欠かれて形成され
ており、この溝部１０５には、同一形状の２つの圧電素
子１０３が接着剤等によって、両端が密着した状態で取
り付けられている。

【０００５】これらの圧電素子１０３は、スタイラス１
０２の支持点を中心としてスタイラス１０２の軸方向に
沿って略対称に配置されているとともに、スタイラス１
０２を共振させる加振手段１０３Ａと、スタイラス１０
２の振動の変化を検出する検出手段１０３Ｂとに二分さ
れている。このようなタッチ信号プローブ１００は、加
振手段１０３Ａによりスタイラス１０２を軸方向に沿っ
て振動させ、球状の接触部１０２Ａが被測定物と接触す
ると、接触力によりスタイラス１０２の振動が拘束され
て振動状態が変化するので、この振動状態の変化を検出
手段１０３Ｂで検出することにより、被測定物の端部位
置等を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成を有するタッチ信号プローブ１００では、被
測定物に対する球状の接触部１０２Ａの接触部位や、接
触部１０２Ａの接触力による押し込み量の違いによって
スタイラス１０２の振動状態の変化が異なるため、被測
定物に対して接触部１０２Ａの種々の部位を接触させ、
被測定物の形状を測定する倣い測定、連続測定用のプロ
ーブとしては必ずしも適切ではない。

【０００７】すなわち、図１１（Ａ）に示すように、ス
タイラス１０２の軸方向（振動方向）と直交する方向で
接触部１０２Ａが被測定物Ｗと接触する場合、接触部１
０２Ａの接触力Ｆ１による被測定物Ｗに対する押し込み
量が増大しても、スタイラス１０２の軸方向に沿った振
動の状態は大きく変化しない。一方、図１１（Ｂ）に示
すように、接触部１０２Ａがスタイラス１０２軸方向
（振動方向）に沿って被測定物Ｗと接触する場合、接触
部１０２Ａの接触力Ｆ２による被測定物Ｗに対する押し
込み量がわずかに変化しても、スタイラスの振動状態は
大きく変化する。これらの状態を図１２に示すと、前者
の場合、グラフＧ１０に示すように、スタイラス１０２
の振動状態の変化を表す検出信号Ｖは、押し込み量Ｌの
変化に対して緩やかに変化する。一方、後者の場合、グ
ラフＧ１１に示すように、押し込み量Ｌがわずかに変化
しても、検出信号Ｖは、大きく変化する。

【０００８】従って、スタイラス支持体とともに、タッ
チ信号プローブ１００を三次元方向に移動させて被測定
物Ｗの形状を測定する倣い測定を行う場合、スタイラス
１０２の振動状態の変化が接触部１０２Ａの接触部位に
よって大きく異なるため、スタイラス１０２の振動状態
の変化の大きさにより、被測定物Ｗのエッジを一義的に
判別することが困難であるという問題がある。よって、
このような超音波式タッチ信号プローブ１００は、被測
定物Ｗの倣い測定、連続測定用のプローブとしては、必
ずしも適切ではないという問題がある。更に、プローブ
を小型化すると、スタイラスの剛性が低く、柔らかくな
る。そのため、連続測定ではスタイラスの軸方向の共振
状態を保つことができなくなり、感度の低下、すなわ
ち、精度の低下を招くという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、上述した超音波式タッチ
信号プローブを、被測定物の形状を測定する倣い測定、
連続測定に利用することができ、かつ被測定物の形状を
高精度に測定することのできるタッチ信号プローブの接
触部位検出構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係るタッチ信号プローブの接触部位検出構
造は、外部からの指令により三次元空間内を所定の速度
ベクトルで運動するスタイラス支持体と、このスタイラ
ス支持体に機械的に結合され、前記スタイラスを支持す
るスタイラスホルダと、このスタイラスホルダに支持さ
れ、被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラ
スと、前記スタイラスホルダの一部に設けられ、前記ス
タイラスを軸方向に共振させる加振手段と、前記スタイ
ラスホルダの一部に設けられ、前記加振手段による振動
の変化を検出する検出手段とを備え、前記接触部が前記
被測定物と接触した際の振動の変化を、前記検出手段に
より検出するタッチ信号プローブにおける前記被測定物
に対する前記接触部上の接触部位を検出するタッチ信号
プローブの接触部位検出構造であって、前記スタイラス
の軸に直交する平面内で当該スタイラスを所定の半径、
所定の角速度で走査円運動させる円運動発生手段と、こ
の円運動発生手段による走査円運動の回転位置を表す位
相値を検出する位相値検出手段と、前記接触部が前記被
測定物と接触している際に、前記検出手段で検出された
検出信号値と、前記位相値検出手段で検出された位相値
とに基づいて、前記接触部の前記被測定物との接触部位
を検出する接触部位検出手段とを備えていることを特徴
とする。

【００１１】ここで、円運動発生手段としては、スタイ
ラスの軸と直交する平面内で当該スタイラスを、互いに
直交するＸ軸およびＹ軸方向に移動させる駆動機構と、
半径Ｒ、回転角θという円運動の軌跡に対して、駆動機
構にＸ＝Ｒｃｏｓθ、Ｙ＝Ｒｓｉｎθという制御信号を
与える回転制御機構とを備えた円運動発生手段を採用す
ることができる。また、位相値検出手段は、前記回転制
御機構から出力される制御信号に基づいて、回転角θを
取得するように構成することができる。

【００１２】このような本発明によれば、円運動発生手
段、位相値検出手段、および接触部位検出手段を備えて
いるので、以下のようにして被測定物に対する接触部の
接触部位を求めることが可能となる。まず、スタイラス
の接触部を被測定物の端部と接触させた状態で円運動発
生手段によりスタイラスを振動方向と直交する平面内で
走査円運動させる。さらに、走査円運動中における検出
手段で検出されたスタイラスの振動状態の変化を検出信
号値として検出し、その際の円運動の位相値を位相値検
出手段で検出する。そして、検出された検出信号値およ
び位相値に基づいて、接触部位検出手段により、接触部
の被測定物との接触部位を検出する。従って、超音波式
タッチ信号プローブによって、接触部の接触部位を検出
することが可能となり、この接触部位を検出することで
被測定物の形状を高精度に測定することが可能となり、
タッチ信号プローブを被測定物の形状を測定する倣い測
定、連続測定用のプローブとして利用することが可能と
なる。

【００１３】以上において、前記接触部は球状の表面を
有し、上述した接触部位は、この球状表面の点として規
定されるとともに、スタイラスの軸と直交する平面内の
角度位置として規定される経度位置と、スタイラスの軸
を含む平面内の角度位置として規定される緯度位置とに
よって与えられ、接触部位検出手段は、接触部が走査円
運動をしながら被測定物と接触している際に、検出信号
値の変化量が最大となる位相値から経度位置を求め、こ
の最大となる位相値と、接触により検出信号値が変化す
る位相値の区間を表す接触位相区間幅とから、緯度位置
を求めるように構成することができ、具体的には、以下
のような手順に従って、経度位置および緯度位置を取得
することができる。

【００１４】今、図１の垂直断面図に示すように、被測
定物Ｗのエッジ近傍において、円運動発生手段によりス
タイラス１０２を走査円運動させ、走査円運動の軌道Ｓ
１の一部で接触部１０２Ａが被測定物Ｗと接触している
状態を考える。 (1) 経度位置の検出 図１に示される接触部１０２Ａと被測定物Ｗとの接触状
態が、図２（Ａ）、（Ｂ）の平面図に示されるように、
接触部１０２Ａの進行方向Ｇに対して、被測定物Ｗの端
面が直交配置されている場合（図２（Ａ）参照）、接触
部１０２Ａの進行方向Ｇに対して、被測定物Ｗの端面が
傾いて配置されている場合（図２（Ｂ）参照）を考え
る。

【００１５】図２（Ａ）に示すように、被測定物Ｗの端
面が接触部１０２Ａの進行方向Ｇに対して直交配置され
ている場合、接触部１０２Ａと被測定物Ｗの接触部位の
平面位置は、進行方向Ｇに沿った点Ｐ０となる。この状
態でスタイラス１０２を円運動発生手段により走査円運
動させると、走査円運動の軌道Ｓ１のうち、点Ｐ１〜点
Ｐ２の間では、走査円運動によりスタイラス１０２には
接触力が作用し、スタイラス１０２の振動が拘束され
る。従って、図３に示すように、点Ｐ１〜点Ｐ２（位相
値θ１〜θ２）間において、検出手段による検出信号値
Ｖは、非接触時と比較して小さくなる。そして、位相値
θ１と位相値θ２の略中央となる位相値θmax（被測定
物Ｗの端面と直交する位相値）で検出信号値Ｖの変化量
は最大となる。

【００１６】一方、図２（Ｂ）に示すように、被測定物
Ｗの端面が接触部１０２Ａの進行方向Ｇに対して傾いて
いる場合、端面が傾いている分、接触部１０２Ａの進行
方向Ｇから所定の角度傾いた点Ｐ０’が接触部１０２Ａ
の被測定物Ｗとの接触部位となる。この状態でスタイラ
ス１０２を走査円運動させると、走査円運動の軌道Ｓ１
のうち、接触力が作用し始める点Ｐ１’、接触力が作用
し終わる点Ｐ２’は、図２（Ａ）の場合よりも遅れを生
じることとなり、これに伴い、検出信号値Ｖの変化量が
最大となる位置にも遅れを生じることとなる。従って、
図３に示すように、接触力が作用して検出信号値Ｖに変
化が生じる点Ｐ１’〜点Ｐ２’（位相値θ１’〜θ
２’）の範囲は、前記の図２（Ａ）の場合よりも遅れを
生じることとなり、これに伴い、検出信号値Ｖの最大変
化量を与える位相値θmax’にも遅れを生じることとな
る。

【００１７】そして、図３における位相値θmaxと、位
相値θmax’とのずれは、図２（Ａ）、図２（Ｂ）から
判るように、接触部１０２Ａの被測定物Ｗに対する接触
部位のスタイラス１０２の軸に直交する平面内の角度位
置、すなわち経度位置を表している。よって、それぞれ
の経度位置を求めることができ、かつ位相値θmaxを基
準として、位相値θmax’のずれ量を検出すれば、スタ
イラス１０２の進行方向Ｇに対する接触部１０２Ａの接
触部位Ｐ０’の傾きを検出することが可能となる。

【００１８】(2) 緯度位置の算出 次に、スタイラス１０２の軸を含む平面内の角度位置と
して規定される接触部１０２Ａの接触部位となる緯度位
置の算出について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）に示す
ように、スタイラス１０２の軸に対して互いに傾きの異
なる端面を有する被測定物Ｗ、Ｗ’を考え、半径Ｒの接
触部１０２Ａの接触部位を規定する緯度位置をスタイラ
ス１０２の軸を含む平面内の角度位置をβおよびβ’と
する（β＜β’）。

【００１９】この状態で、円運動発生手段により、スタ
イラス１０２を走査円運動させると、図４（Ａ）の場
合、接触部１０２Ａは、Ｒｃｏｓβを半径とする円弧の
一部で被測定物Ｗの端面と接触し、同様に、図４（Ｂ）
の場合、Ｒｃｏｓβ’を半径とする円弧の一部で被測定
物Ｗ’の端面と接触する。Ｒｃｏｓβ＞Ｒｃｏｓβ’で
あるから、図５に示すように、接触部位の緯度位置が小
さい角度βにおける接触力の作用する位相区間幅Ｂは、
接触部位の緯度位置が大きい角度β’における接触力の
作用する位相区間幅Ｂ’よりも大きくなる。

【００２０】すなわち、前記角度βおよび角度β’にお
ける検出信号値Ｖの最大変化量を与える位相値θmaxの
差異を把握すれば、接触部１０２Ａの被測定物に対する
接触力作用開始点および接触力作用終了点を取得するこ
とにより、前記位相区間幅Ｂおよび位相区間幅Ｂ’の差
異を検出することができ、この位相区間幅Ｂ、位相区間
幅Ｂ’の差異から接触部１０２Ａの被測定物Ｗに対する
接触部位の緯度位置を取得することが可能となる。よっ
て、上述の方法により、検出手段および位相値検出手段
の検出状態に基づいて、接触部位検出手段により、接触
部１０２Ａの経度位置および緯度位置を取得し、タッチ
信号プローブ１００の接触部１０２Ａにおける接触部位
を検出することが可能となる。

【００２１】また、上述したタッチ信号プローブの接触
部位検出構造は、検出信号値の最大変化量が所定の値を
超え、かつ位相区間が所定の値よりも小さい場合、前記
スタイラス支持体の運動を規制する修正信号を前記スタ
イラス支持体の制御部に出力する修正信号発生手段を備
えているのが好ましい。すなわち、修正信号発生手段を
備えているので、検出信号値の最大変化量等に応じてス
タイラス支持体に停止、後退等の動作を与えることがで
き、過大な接触力によりタッチ信号プローブに損傷等が
生じることを防止することが可能となる。

【００２２】さらに、上述した修正信号発生手段による
修正信号は、接触部位検出手段により求められる経度位
置および緯度位置を基点として、接触部の球面の法線方
向で被測定物から離間する方向の修正ベクトル信号であ
り、この修正ベクトル信号の大きさは、位相値検出手段
で検出された位相区間幅が所定の位相区間幅となるよう
に、かつ検出手段で検出された検出信号値の最大変化量
が所定の範囲内となるような大きさであるのが好まし
い。すなわち、修正信号がこのような修正ベクトル信号
であるので、修正信号によりスタイラス支持体の動作が
規制されても、スタイラスの接触部と被測定物との接触
が適切な状態で維持され、続けて測定を再開することが
でき、被測定物の連続測定、倣い測定等に好適である。

【００２３】そして、円運動発生手段による走査円運動
の全体に亘って、接触部位検出手段が検出信号値の変化
を検出した場合、上述した修正信号発生手段は、これを
回避する方向の修正信号を出力するように構成されてい
るのが好ましい。すなわち、走査円運動の全体に亘って
検出信号値の変化を検出した場合、上述した位相区間幅
を検出することができなくなるので、修正信号発生手段
がこのような場合に回避する修正信号を出力すれば、被
測定物に対する接触部の接触部位が検出できなくなる状
況が生じることもない。

【００２４】また、上述した円運動発生手段による走査
円運動の周期および振幅は、加振手段の動作とは独立に
構成されているのが好ましい。すなわち、円運動発生手
段による走査円運動が加振手段の動作と独立して構成さ
れているので、スタイラスの振動状態に影響されること
なく、スタイラスに走査円運動をさせることができ、接
触部位検出手段により接触部の接触部位を確実に取得す
ることが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明
した部分または部材と同一または類似の部分等について
は、同一または類似の符号を付してその説明を省略また
は簡略する。図６には、本発明の実施形態に係るタッチ
信号プローブの接触部位検出構造が示されている。この
接触部位検出構造１は、タッチ信号プローブ１０、円運
動発生手段３０、位相値検出手段５０、接触部位検出手
段７０、および修正信号発生手段９０を含んで構成され
ている。

【００２６】タッチ信号プローブ１０は、背景技術で説
明したタッチ信号プローブ１００と略同様の構造を有
し、不図示の制御部からの制御指令に基づいて、三次元
空間内を所定の速度ベクトルで移動するスタイラス支持
体１１と、このスタイラス支持体１１に機械的に結合さ
れるスタイラスホルダ１０１と、スタイラス１０２、接
触部１０２Ａ、加振手段１０３Ａ、検出手段１０３Ｂを
含むプローブ本体１３とを備えている。

【００２７】円運動発生手段３０は、上述したスタイラ
ス１０２を、当該スタイラス１０２の軸方向に直交する
平面Ａ内で所定の半径Ｒ、所定の角速度で走査円運動さ
せるものである。この円運動発生手段３０は、スタイラ
ス支持体１１およびスタイラスホルダ１０１の間に介在
して設けられる駆動機構３１と、この駆動機構３１に制
御信号を与える回転制御機構３３とを含んで構成され
る。

【００２８】駆動機構３１は、前記平面Ａ内に設定され
る互いに直交するＸ軸、Ｙ軸に沿ってスタイラス１０２
を移動させるＸ軸駆動部３１１およびＹ軸駆動部３１２
を備えている。回転制御機構３３は、所定の周期で与え
られる角度制御信号Ｓθに対して、Ｘ軸制御信号ＳＸ＝
Ｒｃｏｓθ、Ｙ軸制御信号ＳＹ＝Ｒｓｉｎθを生成し、
前記Ｘ軸駆動部３１１にＸ軸制御信号ＳＸ、前記Ｙ軸駆
動部３１２にＹ軸制御信号ＳＹを出力するように構成さ
れている。そして、一定周期で角度制御信号Ｓθが与え
られることにより、Ｘ軸駆動部３１１およびＹ軸駆動部
３１２が一定周期で動作し、スタイラス１０２は、前記
平面Ａ内で所定の半径Ｒ、所定の角速度で走査円運動を
行うこととなる。

【００２９】位相値検出手段５０は、回転制御機構３３
から出力されるＸ軸制御信号ＳＸおよびＹ軸制御信号Ｓ
Ｙと、これらの制御信号ＳＸ、ＳＹが出力される周期に
基づいて、スタイラス１０２の走査円運動における回転
位置を検出するものである。そして、この位相値検出手
段５０は、検出されたスタイラス１０２の回転位置θを
接触部位検出手段７０に出力されるように構成されてい
る。

【００３０】接触部位検出手段７０は、プローブ本体１
３の検出手段１０３Ｂで検出されたスタイラス１０２の
振動状態を表す検出信号値Ｖを取得し、この検出信号値
Ｖと位相値検出手段５０からのスタイラス１０２の回転
位置θとに基づいて、スタイラス１０２の接触部１０２
Ａの経度位置、緯度位置を算出するように構成されてい
る。また、この接触部位検出手段７０は、検出した検出
信号値Ｖの変化量や、検出信号値Ｖが変化している状態
におけるスタイラス１０２の回転位置の範囲を表す位相
区間幅Ｂを修正信号発生手段９０に出力するように構成
されている。

【００３１】修正信号発生手段９０は、接触部位検出手
段７０からの検出信号値Ｖ、位相区間幅Ｂに基づいて、
スタイラス支持体１１を制御する制御部（図示略）に修
正信号ＳＲを出力するように構成されている。具体的に
は、検出信号値Ｖの変化量が所定の値よりも大きくなっ
たり、位相区間幅Ｂが所定の値よりも小さい場合に、修
正信号発生手段９０は、修正信号ＳＲを制御部に出力す
る。

【００３２】次に、このようなタッチ信号プローブの接
触部位検出構造１による被測定物の倣い測定を図７
（Ａ）、（Ｂ）に基づいて説明する。 (1) 図７（Ａ）に示すように、スタイラス支持体１１
により、被測定物Ｗの上方からスタイラス１０２を降下
させると（状態Ｉ）、接触部１０２Ａは、被測定物Ｗの
点Ｑ１の部分で接触する（状態II）。 (2) 接触部１０２Ａが被測定物Ｗと点Ｑ１で接触した
状態で、円運動発生手段３０により、スタイラス１０２
の走査円運動を開始する。位相値検出手段５０は、回転
制御機構３３から出力されるＸ軸制御信号ＳＸおよびＹ
軸制御信号ＳＹに基づいて、スタイラス１０２の回転位
置θを算出し、接触部位検出手段７０にこの回転位置θ
を出力する。

【００３３】(3) 接触部位検出手段７０では、前記回
転位置θ、および検出手段１０３Ｂからの検出信号値Ｖ
に基づいて、図８のＧ１に示すように、検出信号値Ｖの
最大変化量を表す位相値θmax、検出信号値Ｖが変化し
た状態におけるθの範囲である位相区間幅Ｂを取得し、
これら位相値θmaxおよび位相区間幅Ｂから点Ｑ１にお
ける接触部１０２Ａの接触部位の経度位置および緯度位
置を算出する。

【００３４】(4) このままスタイラス１０２を降下さ
せると、位相値θmaxにおける検出信号値Ｖ、位相区間
幅Ｂは大きくなっていくが、これらの値が所定の値より
も大きくなった場合、修正信号発生手段９０は、位相値
θmaxおよび位相区間幅Ｂに基づいて修正信号ＳＲを出
力し、スタイラス支持体１１の動作を修正する。具体的
には、修正信号ＳＲは、接触部位検出手段７０で算出さ
れた接触部位の経度位置および緯度位置を基点として、
接触部１０２Ａの球面の法線方向で被測定物Ｗから離間
する方向Ｈの修正ベクトル信号である（図７（Ｂ）参
照）。そして、この修正信号ＳＲにより、スタイラス１
０２の被測定物Ｗに対する接触力が低減される（状態II
I）。尚、修正信号ＳＲの修正ベクトル信号の大きさ
は、図８のＧ２に示すように、位相区間幅Ｂが位相区間
幅Ｂ’となるように、また、位相値θmaxにおける検出
信号値Ｖの変化量が所定の範囲内となるような大きさと
され、接触部１０２Ａには、常に、走査円運動の軌道Ｓ
１の一部で接触力が作用するようになっている。

【００３５】(5) 以上のようなスタイラス支持体１１
の動作修正を繰り返しつつ、スタイラス１０２をさらに
降下させ、スタイラス１０２の軸方向に直交する部分で
ある点Ｑ２で接触部１０２Ａが接すると、図８のＧ３に
示すように、検出信号値Ｖの変化量が最大変化量Ｖlim
を超えることとなる。このような場合、修正信号発生手
段９０は、測定を中断する旨の修正信号ＳＲを出力し、
この修正信号ＳＲに基づいて、スタイラス支持体１１が
スタイラス１０２を上昇させる動作を行う。

【００３６】(6) また、修正信号発生手段９０は、図
９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、走査円運動の全体、す
なわち、位相区間幅の３６０°に亘って、検出信号値Ｖ
の変化を検出した場合、接触部位検出手段７０が位相区
間幅Ｂを検出できなくなるので、これを回避する方向の
修正信号ＳＲを出力するように構成されている。この修
正信号ＳＲは、図９（Ａ）に示すように、スタイラス１
０２を被測定物Ｗの接触部分から離間する方向Ｉの修正
ベクトル信号である。

【００３７】前述のような本実施形態によれば、以下の
ような効果がある。すなわち、円運動発生手段３０、位
相値検出手段５０、および接触部位検出手段７０を備え
ているので、走査円運動における検出手段１０３Ｂによ
る検出信号値Ｖ、および位相値検出手段５０による回転
位置θに基づいて、被測定物Ｗに対する接触部１０２Ａ
の接触部位を、接触部位検出手段７０によって検出する
ことができる。従って、このような接触部位検出構造１
によれば、タッチ信号プローブ１０を利用して被測定物
Ｗの倣い測定、連続測定を行うことができる。また、検
出された接触部位に基づいて、スタイラス支持体１１の
動作を修正することにより、適切な状態で測定すること
ができる。

【００３８】また、接触部位が球状の接触部１０２Ａの
経度位置および緯度位置として与えられているので、検
出信号値Ｖの変化量が最大となる部分、検出信号値Ｖが
変化する回転位置θの範囲を得るだけで修正信号ＳＲを
得ることができ、接触部位検出手段７０および修正信号
発生手段９０における信号の取り扱いの容易化が図られ
る。さらに、修正信号発生手段９０がスタイラス支持体
１１の運動を規制する修正信号ＳＲを出力するように構
成されているので、検出信号値Ｖの最大変化量等に応じ
てスタイラス支持体１１に停止、後退等の動作を与える
ことができ、過大な接触力によりタッチ信号プローブ１
０に損傷等に生じることを防止できる。

【００３９】そして、修正信号ＳＲが検出された接触部
位Ｑ１から離間する方向の修正ベクトル信号であり、そ
の大きさが所定の位相区間幅Ｂ’を有するような修正ベ
クトル信号であるので、修正信号ＳＲによりスタイラス
支持体１１の動作が規制されても、スタイラス１０２の
接触部１０２Ａと被測定物Ｗとの接触が適切な状態で維
持され、測定を続けることができ、タッチ信号プローブ
１０を被測定物Ｗの形状を検出する倣い測定にも利用す
ることができる。

【００４０】また、円運動発生手段３０による走査円運
動の周期および振幅が加振手段１０３Ａの動作と独立に
構成されているので、スタイラス１０２の振動状態に影
響されることなく、スタイラス１０２に走査円運動をさ
せることができ、接触部位検出手段７０により、接触部
１０２Ａの接触部位を確実に取得することができる。

【００４１】尚、本発明は、前述の実施形態に限定され
るものではなく、以下に示すような変形をも含むもので
ある。前記実施形態では、円運動発生手段３０の駆動機
構３１は、Ｘ軸駆動部３１１およびＹ軸駆動部３１２を
備え、回転制御機構３３はこれらの各駆動部３１１、３
１２に制御信号ＳＸ、ＳＹを出力するように構成されて
いたが、これに限られない。すなわち、回転角θおよび
回転半径Ｒにより動作する駆動機構を採用してもよく、
要するに、スタイラスに走査円運動をさせることができ
れば、他の構造の駆動機構を採用してもよい。

【００４２】また、前記実施形態では、接触部１０２Ａ
が被測定物Ｗと接触してから走査円運動するように構成
されていたが、これに限らず、予めスタイラスを走査円
運動させながら、接触部を被測定物に接触させるように
構成してもよい。その他、本発明の実施の際の具体的な
構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で
他の構造等としてもよい。

【００４３】

【発明の効果】前述のような本発明によれば、円運動発
生手段、位相値検出手段、接触部位検出手段を備えてい
るので、位相値検出手段で検出される走査円運動の回転
位置を表す位相値、スタイラスの振動状態の変化を表す
検出信号値の変化に基づいて、スタイラス先端の接触部
の接触部位を検出することができ、この接触部位に応じ
てスタイラス支持体の動作修正を行うことにより、タッ
チ信号プローブを倣い測定、連続測定等に利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するためのスタイラスの接
触部と被測定物の接触状態を表す模式図である。

【図２】本発明の作用を説明するためのスタイラスの接
触部と被測定物の接触状態を表す模式図である。

【図３】本発明の作用を説明するためのグラフである。

【図４】本発明の作用を説明するためのスタイラスの接
触部と被測定物の接触状態を表す模式図である。

【図５】本発明の作用を説明するためのグラフである。

【図６】本発明の実施形態に係るタッチ信号プローブの
接触部位検出構造を表す模式図である。

【図７】前記実施形態の接触部位検出構造による測定手
順を説明するための模式図である。

【図８】前記実施形態の接触部位検出構造による測定手
順に従って得られる検出信号値の変化、位相区間幅を表
すグラフである。

【図９】前記実施形態における走査円運動全体に亘って
検出信号が変化した状態を説明するための模式図および
グラフである。

【図１０】従来のタッチ信号プローブを表す外観斜視図
である。

【図１１】従来のタッチ信号プローブによる問題点を説
明するための模式図である。

【図１２】図１１におけるタッチ信号プローブの押し込
み量と検出信号の関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１ 接触部位検出構造 １０ タッチ信号プローブ １１ スタイラス支持体 ３０ 円運動発生手段 ５０ 位相値検出手段 ７０ 接触部位検出手段 ９０ 修正信号発生手段 １０１ スタイラスホルダ １０２ スタイラス １０２Ａ 接触部 １０３Ａ 加振手段 １０３Ｂ 検出手段 Ｂ 位相区間幅 ＳＲ 修正信号 θmax 検出信号値の最大変化量を与える位相値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日高 和彦 茨城県つくば市上横場430−１ 株式会社 ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F063 AA04 AA49 DA02 DC08 EB02 EB22 KA01 2F069 AA04 AA98 GG01 GG09 GG12 GG19 GG62 HH01 JJ10 JJ25 LL02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部からの指令により三次元空間内を所定
   の速度ベクトルで運動するスタイラス支持体と、このス
   タイラス支持体に機械的に結合されるスタイラスホルダ
   と、このスタイラスホルダに支持され、被測定物と接触
   する接触部を先端に有するスタイラスと、前記スタイラ
   スホルダの一部に設けられ、前記スタイラスを軸方向に
   共振させる加振手段と、前記スタイラスホルダの一部に
   設けられ、前記加振手段による振動の変化を検出する検
   出手段とを備え、 前記接触部が前記被測定物と接触した際の振動の変化
   を、前記検出手段により検出するタッチ信号プローブに
   おける前記被測定物に対する前記接触部上の接触部位を
   検出するタッチ信号プローブの接触部位検出構造であっ
   て、 前記スタイラスの軸に直交する平面内で当該スタイラス
   を所定の半径、所定の角速度で走査円運動させる円運動
   発生手段と、 この円運動発生手段による走査円運動の回転位置を表す
   位相値を検出する位相値検出手段と、 前記接触部が前記被測定物と接触している際に、前記検
   出手段で検出された検出信号値と、前記位相値検出手段
   で検出された位相値とに基づいて、前記接触部の前記被
   測定物との接触部位を検出する接触部位検出手段とを備
   えていることを特徴とするタッチ信号プローブの接触部
   位検出構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載のタッチ信号プローブの接
   触部位検出構造において、 前記接触部は球状の表面を有し、 前記接触部位は、この球状表面の点として規定されると
   ともに、前記スタイラスの軸と直交する平面内の角度位
   置として規定される経度位置と、前記スタイラスの軸を
   含む平面内の角度位置として規定される緯度位置とによ
   って与えられ、 前記接触部位検出手段は、前記接触部が走査円運動をし
   ながら前記被測定物と接触している際に、前記検出信号
   値の変化量が最大となる位相値から前記経度位置を求
   め、この最大となる位相値と、接触により前記検出信号
   値が変化する位相値の区間を表す位相区間幅とから、前
   記緯度位置を求めるように構成されていることを特徴と
   するタッチ信号プローブの接触部位検出構造。
3. 【請求項３】請求項２に記載のタッチ信号プローブの接
   触部位検出構造において、 前記検出信号値の最大変化量が所定の値を超え、かつ前
   記位相区間幅が所定の値よりも狭小である場合、前記ス
   タイラス支持体の運動を規制する修正信号を、前記スタ
   イラス支持体の制御部に出力する修正信号発生手段を備
   えていることを特徴とするタッチ信号プローブの接触部
   位検出構造。
4. 【請求項４】請求項３に記載のタッチ信号プローブの接
   触部位検出構造において、 前記修正信号発生手段による修正信号は、前記接触部位
   検出手段により求められる前記経度位置および前記緯度
   位置を基点とし、前記接触部の球面の法線方向で前記被
   測定物から離間する方向の修正ベクトル信号であり、 この修正ベクトル信号の大きさは、前記位相区間幅が所
   定の位相区間幅となるように、かつ、前記検出信号値の
   最大変化量が所定の範囲内となるような大きさであるこ
   とを特徴とするタッチ信号プローブの接触部位検出構
   造。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４に記載のタッチ信
   号プローブの接触部位検出構造において、 前記円運動発生手段による走査円運動の全体に亘って、
   前記接触部位検出手段が前記検出信号値の変化を検出し
   た場合、 前記修正信号発生手段は、これを回避する方向の修正信
   号を出力するように構成されていることを特徴とするタ
   ッチ信号プローブの接触部位検出構造。
6. 【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタ
   ッチ信号プローブの接触部位検出構造において、 前記円運動発生手段による走査円運動の周期および振幅
   は、前記加振手段の動作とは独立に構成されていること
   を特徴とするタッチ信号プローブの接触部位検出構造。