JP2000329508A - タッチプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定子の揺動手段を改善して、高精度な三次
元のタッチプロープを得る。 【解決手段】 測定子７の中間に設けた第二のボール４
と、第二のボール４の外周とハウジング１との間に、測
定子７の中心軸とほぼ垂直になるように固定した薄い板
ばね８を設けるとともに、測定子７が貫通し、第二のボ
ール４のコンタクトの方向へのスラストを受けるハウジ
ング１に固定したスラスト軸受１ａとにより構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、寸法検出あるいは
位置制御を二次元、あるいは三次元の方向で検知するタ
ッチプローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元測定システムにおけるタッ
チプローブとしては図１１に示す構成のものが良く知ら
れている。すなわち、図１１は従来例の原理を示す斜視
図であって、６１は測定子で先端にコンタクト６２を有
するとともに、可動盤６３の中心に固定され、可動盤６
３には測定子６１と直角な水平面上の３方向に向けて配
置された棒状の可動接点軸６４がそれぞれ可動盤６３に
絶縁された状態で固定されており、ばね６６の押力によ
り、本体側の一対のＶ状接点６７の中間位置でそれぞれ
受けられている。

【０００３】これらのＶ状接点６７は可動接点軸６４を
挟んで直列に配線されているので、測定子６１の動きに
よって可動接点軸６４とＶ状接点６７との接触状態の変
化をトリガー信号として出力するようにしてある。

【０００４】前記構成のタッチプローブは、その構造が
測定子６１を３個所のＶ状接点６７で受けている。この
三点支持の構造は測定子６１の全方向の搖動に対して測
定圧に微妙な差がでるために、測定値に方向性が現れ
て、真円のものを測定しても正しい円形として測定され
ない、いわゆるロービング特性と言われる現象が発生し
て測定値に対して、後で面倒な補正を必要とするという
問題点がある。（精密工学会誌５２／４／１９８６にも
記載されている）。

【０００５】本出願人は特願平４−７９４３１号および
特願平４−１５７２３０号で前記ロービング現象を解決
するための発明を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記本出願人による発
明における測定子の揺動手段は、精度保持上更に改善が
望まれた。また更に、上記発明には測定子の回動止めが
なく、測定子の回動により、測定精度の再現性が低下し
た。本発明は測定子の揺動手段を改善し、測定子が回ら
ないようにして測定精度の向上を狙ったものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタッチプローブは、測定子のハウジング部
より突出した端部にはコンタクトを、そのほぼ中央部で
上記ハウジングとの間には、上記測定子の揺動手段を、
上記測定子が中立位置にあるとき、その測定子の中心軸
の他端側の延長直線上を中心として摺動するような摺動
部を上記ハウジングに設け、上記測定子の他端と上記摺
動部の測定子側端との間には、上記測定子の揺動運動を
上記摺動部の摺動運動に変換する第一のボールを含む変
換手段を備えるとともに、上記摺動部を常時上記測定子
の他端に圧接するばねを設け、更に上記ハウジングに上
記摺動部の摺動の変位を感知して信号を出力するセンサ
を設置したタッチプローブであって、上記揺動手段は、
上記測定子の中間に設けた第二のボールと、上記測定子
の中立位置の中心線と一致し、上記第二のボールの外径
が嵌合する上記ハウジングに設けた揺動軸受と、上記第
二のボールの外径に固定した第三のボールが上記揺動軸
受の壁に設けた測定子の中心線と平行に設けた溝に接触
する回り止め手段と、上記第三のボールが上記溝の一方
の壁に接触させるためのねじりコイルばねと、上記測定
子が貫通し、上記第二のボールの上記コンタクト方向へ
のスラストを受ける上記ハウジングに固定したスラスト
軸受とにより構成され、上記測定子が上記被測定物に接
触して、揺動、または測定子の中立位置で、その中心線
上を変位することにより、上記摺動部が変位して、上記
センサが信号を出力するようにしたものである。

【０００８】また、測定子のハウジング部より突出した
端部にはコンタクトを、そのほぼ中央部で上記ハウジン
グとの間には、上記測定子の揺動手段を、上記測定子が
中立位置にあるとき、その測定子の中心軸の他端側の延
長直線上を中心として摺動するような摺動部を上記ハウ
ジングに設け、上記測定子の他端と上記摺動部の測定子
側端との間には、上記測定子の揺動運動を上記摺動部の
摺動運動に変換する第一のボールを含む変換手段を備え
るとともに、上記摺動部を常時上記測定子の他端に圧接
するばねを設け、更に上記ハウジングに上記摺動部の摺
動の変位を感知して信号を出力するセンサを設置したタ
ッチプローブであって、上記揺動手段は、上記測定子の
中間に設けた第二のボールと、上記測定子の中立位置の
中心線と一致し、上記第二のボールの外径が嵌合する上
記ハウジングに設けた揺動軸受と、上記第二のボールの
外径に固定した第三のボールが上記揺動軸受の壁に設け
た測定子の中心線と平行に設けた溝に接触する回り止め
手段と、上記第三のボールが上記溝の一方の壁に接触さ
せるためのねじりコイルばねと、上記測定子が貫通し、
上記第二のボールの上記コンタクト方向へのスラストを
受ける上記ハウジングに固定したスラスト軸受とにより
構成され、上記測定子が上記被測定物に接触して、揺
動、または測定子の中立位置で、その中心線上を変位す
ることにより、上記摺動部が変位して、上記センサが信
号を出力するようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照して説明すると、図１
は本発明の第一の実施の形態の正面断面図を示し、１は
ハウジング、２はハウジングより突出した測定子外軸
で、その左端部には被測定物に接触するコンタクト３が
固定され、その反対側には第二のボール４が測定子外軸
２と一体化して固定されており、第二のボール４の右方
には、測定子内軸５が第二のボール４の外径に嵌合して
固定している。１ａはハウジングと一体的に固定し、測
定子外軸２が貫通するスラスト軸受で、第二のボール４
のスラスト力を受ける。

【００１０】測定子内軸５の右側には、円形穴軸６が固
定され、円形穴軸６には真円度が良く表面硬度が高い円
形穴６ａが穿たれている。円形穴軸６の右端には、円形
穴６ａを囲むような円錐穴６ｂを穿った円錐盤６ｃが取
り付けられている。

【００１１】コンタクト３の中心と測定子外軸２の中心
線と、第二のボール４の中心とスラスト軸受１ａの穴の
中心線と、円形穴６ａの中心線と円錐穴６ｂの中心線は
一致するようになっているとともに、コンタクト３、測
定子外軸２、第二のボール４、測定子内軸５、円形穴軸
６、円錐盤６ｃは一体化されており、これを総称して測
定子７と呼ぶ。

【００１２】測定子内軸５の外径部５ａとハウジング１
間には薄い板ばね８がナット５ｂと１ｂによって止めら
れている。薄い板ばね８は図９の側面図のような形状を
しており、一例として、複数の穴８ａが適所に明けられ
ていて、たわみ易くしてある。９はハウジング１と測定
子外軸２間の防塵用のゴムブーツである。

【００１３】円形穴軸６の右方には第一のボール１０が
摺動体１１に一体に固定されており、摺動体１１に植え
られた一対の摺動ガイド軸１２ａ、１２ｂは、ハウジン
グ１の後部に締結した後部ハウジング１３の壁１３ａに
摺動自在の軸受されている。摺動体１１のほぼ中央には
コア１４を保持している軸１４ａが固定されており、コ
ア１４は後部ハウジング１３の壁１３ａ内に埋められた
コイル１５内を移動可能な状態で収められている。

【００１４】１６は圧縮コイルばねで、摺動体１１を左
方に押圧するので、第一のボール１０は左方に押され、
第一のボール１０が円形穴６ａを押圧するので、測定子
７は第二のボール４がスラスト軸受１ａに圧せられた状
態で図１のように中立位置に保たれる。測定子が中立状
態にあるときは、測定子７の中心線上に第一のボールの
中心があるように位置し、摺動ガイド軸１２ａ、１２ｂ
は測定子７の中心線と平行して摺動するようになってい
る。１７はコイル１５のリード線、１８は後部ハウジン
グ１３の後蓋である。

【００１５】次に簡単に動作を説明すると、図１の中立
状態から被測定物（図には記さず）に接触したコンタク
ト３が紙面で前後、上下方向、すなわちＸ，Ｙ方向また
はこれらの合成した方向に変位をする。図７は、上記変
位のうちコンタクト３が紙面で下方向に変位した場合を
示しており、第二のボール４がスラスト軸受１ａに接触
したままで、板ばね８を変形させながら回動するので、
円形穴軸６は紙面で上方に揺動する。

【００１６】円形穴軸６の揺動により、摺動体１１に固
定された第一のボール１０は円形穴６ａから外方に移動
するので、摺動体１１は摺動ガイド軸１２ａ、１２ｂに
ガイドされて紙面で右方向に変位してコア１４がコイル
１５内を動く。コア１４がコイル１５内を動と、コイル
１５内には交流が流れているので、コイル１５のインダ
クタンスが変化をし、この変化電流を検出して制御回路
（図には記さず）にＯＮ（またはＯＦＦ）信号を送出す
る。

【００１７】被測定物のコンタクト３への接触が解除さ
れると、圧縮コイルばね１６の押圧力により、再び図１
の中立状態の戻る。中立状態の戻り易くするために、測
定子７が揺動して第一のボール１０が円形穴６ａから移
動する際、第一のボール１０が円錐穴６ｂの斜面を上乗
り上げるようになっているので、中立状態の戻るとき
は、その斜面を滑り降りるようになって中立状態に戻り
やすくしている。

【００１８】閃１の中立状態から、被測定物に接触した
コンタクト３が紙面で右方向、すなわちＺ方向に変位を
すると、測定軸７は中立状態のまま右に変位して、第一
のボール１０は円錐穴６ｂの中心位置に接触したままで
右に変位し、摺動体１１は摺動ガイド軸１２ａ、１２ｂ
にガイドされて紙面で右方向に変位して上記と同様にコ
ア１４がコイル１５内を動いて、制御回路に信号を送出
している。

【００１９】図２は第二の実施の形態で、図１における
センサ部の無接点スイッチを接点式スイッチに変更した
場合の正面断面図を示し、図１と異なる構成のみ記す
と、２２は後部ハウジング２３の壁２３ａに設けられた
摺動軸で、その左端部には一体的に取り付けられたボー
ルホルダ２１を介して第一のボール２０が固定され、そ
の右端部は後部ハウジング２３の壁２３ａに埋め込まれ
たスイッチ２４のアクチュエータ２４ａを作動せしめる
可動体２５が固定されている。２４ｂはアクチュエータ
２４ａに取り付けられた可動接点で、弱い圧縮コイルば
ねにより２４ｄにより固定接点２４ｃに接触すべく付勢
されている。

【００２０】２６は強い圧縮コイルばねで、図１の圧縮
コイルばね１６に相当して摺動軸２２を左方に押圧して
測定子７を中立に保つとともに、この圧縮コイルばね２
６により押された可動体２５はスイッチ２４の可動接点
２４ｂを固定接点２４ｃより常時開くようにしている。
２７はスイッチ２４のリード線、２８は可動体２５の回
り止めピンである。

【００２１】次に動作であるが、スイッチ部の動作は図
８と同様であるので、図８で後述する。

【００２２】図３は本発明の第三の実施の形態の正面断
面図を示し、（ａ）において３１はハウジング、３２は
ハウジングより突出した測定子外軸で、その左端部には
被測定物に接触するコンタクト３３が固定され、その反
対側には第二のボール３４が測定子外軸３２と一体化し
て固定されており、第二のボール３４の右方には、測定
子内軸３５が第二のボール３４と一体化して固定してい
る。３１ａはハウジングに固定した測定子外軸２が貫通
するスラスト軸受で、第二のボール３４のスラスト力を
受ける。

【００２３】測定子内軸３５の右端は、円形穴軸３６が
固定され、円形穴軸３６には真円度が良く表面硬度が高
い円形穴３６ａが穿たれている。円形穴軸３６の右端に
は、円形穴３６ａを囲むような円錐穴３６ｂ穿った円錐
盤３６ｃが取り付けられている

【００２４】コンタクト３３の中心と測定子外軸３２の
中心線と第二のボール３４の中心と測定子内軸３５の中
心線と、円形穴３６ａと円錐穴３６ｂの中心線は一致す
るようになっているとともに、コンタクト３３、測定子
外軸３２、第二のボール３４、測定子内軸３５、円形穴
軸３６、円錐盤３６ｃは一体化されており、総称して測
定子３７と呼ぶ。

【００２５】第二のボール３４は、ハウジング３１にナ
ット３１ｂによって止められている揺動軸受３８に嵌合
しており、更に第二のボール３４の表面には第三のボー
ル３８ａが固着され、第三のボール３８ａは、中立位置
の測定子３７の中心線と平行に設けた揺動軸受３８の溝
３８ａに多少緩めに挿入されている。（図３（ｂ）参
照）。

【００２６】第三のボール３８ａは、図３（ｂ）のよう
に揺動軸受３８の溝３８ｂの片方３８ｃのみに接触する
ように、ハウジング３１と一体的に固着したばね受リン
グ３１ｃと円形穴軸３６間にねじりコイルばね３６ｄを
備えている。３９はハウジング３１と測定子外軸３２間
の防塵用のゴムブーツである。第一のボール１０より右
方は図１（第一の実施の形態）と同様なので省略する。
次に動作であるが、図８と同様であるので後述する。

【００２７】図４は第四の実施の形態の正面断面図であ
るが、測定子３７の揺動に関する部分は図３（第三の実
施の形態）と同様であり、第一のボール２０より右方は
図２（第二の実施の形態）と同様であるので、その構成
の説明は省略する。

【００２８】閃４により、簡単に動作を説明すると、図
４の中立状態から、被測定物（図には記さず）に接触し
たコンタクト３３が紙面で前後、上下方向、すなわち
Ｘ，Ｙ方向またはこれらの合成した方向に変位をする。

【００２９】図８は、上記変位のうちコンタクト３３が
紙面で下方向に変位した場合を示しており、第二のボー
ル３４がスラスト軸受３１ａに接触したままで、揺動軸
受３８内を回動するので、円形穴軸３６は紙面で上方に
揺動する。測定子３７は、第三のボール３８ａが溝３８
ｂの片方３８ｃ（図３（ｂ）参照）に、ねじりコイルば
ね３６ｄにより常時接触しているので、測定子３７は回
転することはない。

【００３０】円形穴軸３６の揺動により、摺動軸２２に
固定された第一のボール２０は円形穴３６ａから外方に
移動するので、摺動軸２２と可動体２５は右方に変位
し、スイッチ２４のアクチュエータ２４ａも圧縮コイル
ばね２４ｄにより右方に変位するので、可動接点２４ｂ
は固定接点２４ｃに接触して制御回路（図には記さず）
にＯＮ信号を送出する。測定子３７が中立状態の戻る場
合と、Ｚ方向に変位をする場合は図１と同様であるので
省略する。また、測定子３７が中立状態に戻りやすくす
る円錐穴３６ｂの働きについても、図７と同様であるの
で省略する。

【００３１】図５は図１の状態で、測定子４７側に第一
のボール４０が、摺動体４１側に円形穴軸４６が設けら
れた構成を示し、図６は図２の状態で、測定子４７側に
第一のボール４０が、摺動軸４２に円形穴軸４９が設け
られた構成を示している。これ等の動作についても図
７、図８と類似であるので省略する。また、図３および
図４でも同様の構成がなされるが省略する。

【００３２】閃１０（ａ）は図１ないし図４の円錐穴６
ｂ、３６ｂに相当する円錐穴５１に常時第一のボール１
０または２０が接触する場合を示しており、逆に図１な
いし図４の円形穴６ａ、３６ａは５６のように第一のボ
ール１０、２０に接しないように大きくしてある。図１
０（ｂ）は図５ないし図６に関してのもので、（ａ）と
同様の構成を示したものである。

【００３３】上記した実施の形態に限定されるものでな
く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加え
ることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の測定子の揺動手段は、測定子を
ハウジングに対して、極めて精度の高いとされているボ
ールを利用して保持せしめるようにしたために、その揺
動運動に高精度が得られ、極めて高精度のタッチプロー
ブが得られる。

【００３５】また、測定子の揺動手段に回転止め機構が
設けられているので、測定子が回転することによりる精
度の低下がない。

【００３６】従って、全く方向性のないタッチプローブ
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態の正面断面図である。

【図２】第二の実施の形態の正面断面図である。

【図３】第三の実施の形態の正面断面図である。

【図４】第四の実施の形態の正面断面図である。

【図５】図１の状態の別構成を示す。

【図６】図２の状態の別構成を示す。

【図７】図１の構成の動作状態を示す。

【図８】図４の構成の動作状態を示す。

【図９】薄い板ばねの側面図である。

【図１０】（ａ）は図１ないし図４の別実施の形態の一
部正面断面図である。（ｂ）は図５ないし図６の別実施
の形態の一部正面断面図である。

【図１１】従来例の原理を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、３１ ハウジング １ａ、３１ａ スラスト軸受 ３、３３ コンタクト ４、３４ 第２のボール ６、３６、４６ 円形穴軸 ７、３７、４７ 測定子 ８ 板ばね １０、２０、４０ 第１のボール １１、４１ 摺動体 １４ コア １５ コイル １６、２６ 圧縮コイルばね ２２、４２ 摺動軸 ２４ スイッチ ２４ｂ 可動接点 ２４ｃ 固定接点 ２５ 可動体 ３８ 揺動軸受 ３８ａ 第３のボール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定子のハウジング部より突出した端部
   にはコンタクトを、そのほぼ中央部で上記ハウジングと
   の間には、上記測定子の揺動手段を、上記測定子が中立
   位置にあるとき、その測定子の中心軸の他端側の廷長直
   線上を中心として摺動するような摺動部を上記ハウジン
   グに設け、上記測定子の他端と上記摺動部の測定子側端
   との間には、上記測定子の揺動運動を上記摺動部の摺動
   運動に変換する第一のボールを含む変換手段を備えると
   ともに、上記摺動部を常時上記測定子の他端に圧接する
   ばねを設け、更に上記ハウジングに上記摺動部の摺動の
   変位を感知して信号を出力するセンサを設置したタッチ
   プローブであって、上記揺動手段は、上記測定子の中間
   に設けた第二のボールと、上記第二のボールの外周と上
   記ハウジング間に、上記測定子の中心軸とほぼ垂直にな
   るように固定した薄い板ばねと、上記測定子が貫通し、
   上記第二のボールの上記コンタクトの方向へのスラスト
   を受ける上記ハウジングに固定したスラスト軸受とによ
   り構成され、上記測定子が上記被測定物に接触して、揺
   動、または測定子の中立位置で、その中心線上を変位す
   ることにより、上記摺動部が変位して、上記センサが信
   号を出力することを特徴とするタッチプローブ。
2. 【請求項２】 測定子のハウジング部より突出した端部
   にはコンタクトを、そのほぼ中央部で上記ハウジングと
   の間には、上記測定子の揺動手段を、上記測定子が中立
   位置にあるとき、その測定子の中心軸の他端側の廷長直
   線上を中心として摺動するような摺動部を上記ハウジン
   グに設け、上記測定子の他端と上記摺動部の測定子側端
   との間には、上記測定子の揺動運動を上記摺動部の摺動
   運動に変換する第一のボールを含む変換手段を備えると
   ともに、上記摺動部を常時上記測定子の他端に圧接する
   ばねを設け、更に上記ハウジングに上記摺動部の摺動の
   変位を感知して信号を出力するセンサを設置したタッチ
   プローブであって、上記揺動手段は、上記測定子の中間
   に設けた第二のボールと、上記測定子の中立位置の中心
   線と一致し、上記第二のボールの外径が嵌合する上記ハ
   ウジングに設けた揺動軸受と、上記第二のボールの外径
   に固定した第三のボールが上記揺動軸受の壁に設けた測
   定子の中心線と平行に設けた溝に接触する回り止め手段
   と、上記第三のボールが上記溝の一方の壁に接触させる
   ためのねじりコイルばねと、上記測定子が貫通し、上記
   第二のボールの上記コンタクト方向へのスラストを受け
   る上記ハウジングに固定したスラスト軸受とにより構成
   され、上記測定子が上記被測定物に接触して、揺動、ま
   たは測定子の中立位置で、その中心線上を変位すること
   により、上記摺動部が変位して、上記センサが信号を出
   力することを特徴とするタッチプローブ。