JP2001091206A - タッチセンサ - Google Patents
タッチセンサInfo
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Abstract
成分のみとすることで、微細な表面形状の測定を可能に
するタッチセンサを提供する。 【解決手段】 スタイラス1は、その軸方向に略対称の
構造である。スタイラス1とスタイラスホルダ5とを連
結する支持部材6〜9のスタイラス側の支持部10〜1
3は、スタイラスの重心3に対してスタイラスの軸方向
に対称となる複数個所で、更に、その各個所においてス
タイラスの軸4に対称な複数個所である。スタイラスの
軸方向同一個所における各組の支持部材の重心が略前記
軸上に有る。加振手段31および検出手段32の少なく
とも一方は、重心3から等距離となる少なくともスタイ
ラス上の2個所に橋渡しされるように設けられている。
Description
状測定機や表面粗さ測定機などによって被測定物の微細
な表面形状を測定する場合、あるいは、小穴測定機で穴
の内面形状を測定する場合などに用いられるプローブ用
のタッチセンサに関する。
ーブが使用される。たとえば、小穴測定機用の接触式タ
ッチトリガプローブの1つに、特願平10−22047
4号(本出願人が出願したもの)で開示される超音波式
のタッチ信号プローブがある。図6に、そのプローブ用
センサの概略を示す。このプローブ用センサ100は、
図6に示すように、スタイラスホルダ101と、このス
タイラスホルダ101に2個所の支持部102,103
で支持されるとともに、先端に被測定物と接触する接触
部104を有するスタイラス105と、このスタイラス
105の2個所の支持部102,103の中央部を振動
の節として、スタイラス105の軸方向の固有振動数に
等しい振動数でスタイラス105を加振する加振手段1
06と、スタイラス105の接触部104が被測定物に
接触する際に発生する振動状態の変化から、その接触を
検知する検出手段107とを含む構造であって、スタイ
ラス105の2個所の支持部102,103の中央部
が、スタイラス105の重心と一致するように、しか
も、スタイラス105の軸方向振動の節となるようした
ことを特徴としている。なお、図中に示す108はカウ
ンタバランス、109は支持部102,103を形成す
る支持部材である。
方向に略対称の構造を有し、加振手段106と検出手段
107とを支持部102,103の近傍に配置してい
る。加振手段106により、スタイラス105自身は非
接触時には共振状態にあり、スタイラス105の先端に
ある接触部104が被測定物に接触する際の共振状態の
変化を検出手段107により検出し、その接触状態を知
る。これが、スタイラス105が振動子と呼ばれる所以
であり、また、スタイラス105自身が接触状態を検知
できる機能を有しているのでセンサとも呼ばれる所以で
ある。加振手段106と検出手段107とは、たとえ
ば、圧電素子で実装される。
機に用いられる接触式タッチトリガプローブとして、特
願平10−240351号(本出願人が出願したもの)
で開示されるプローブ用センサがある。図7に、そのプ
ローブ用センサの概略を示す。このプローブ用センサ2
00は、図7に示すように、1枚の金属板をエッチング
などでくり抜き、水熱合成法で加振手段201および検
出手段202をスタイラス203の表面に形成(加振手
段201の裏側に検出手段202が形成される)した構
造である。ここで、201Aは加振手段201を構成す
る圧電材料膜、201Bは加振手段201を構成する導
電材料層、204はスタイラス203の先端にある接触
部、205はスタイラスホルダ、206,207はスタ
イラス203の軸方向と直交する方向に設けられてスタ
イラス203を支持する支持部、208は取り付け用の
孔である。
サ100と同様に、スタイラス203がその軸方向に縦
振動の共振を起こすように、加振手段201に正弦波の
駆動信号が与えられ、スタイラス203の先端にある接
触部204が被測定物に接触したときの振動変化を検出
手段202で検出することで、被測定物との接触を検知
する原理のセンサである。図6で開示されるプローブ用
センサ100と比較して、小形化が可能であり、また、
大量生産が可能であることで安価なものとなるという特
徴がある。
つのプローブ用センサ100,200の大きな違いの1
つは、スタイラスの支持法である。すなわち、図6に示
すプローブ用センサ100では、スタイラス105の支
持部102,103は、スタイラス105の軸方向に沿
った2個所であるが、図7に示すプローブ用センサ20
0では、スタイラス203の支持部206,207は、
スタイラス203の軸に対して直角方向に位置する2個
所である。この違いにより、それぞれ長所、短所が生ず
る。
感度でありながら、外乱振動に強い特徴を有し、小型化
に適した構造である。しかしながら、スタイラス105
は片側で支持され、支持部102,103を形成する支
持部材109の重心がスタイラス105の軸上にないた
め、スタイラス105の曲げ剛性は方向によって異なる
結果となる。すなわち、スタイラス105の先端におい
て、スタイラス軸に対して直角方向に様々な方向から力
を加える場合、その方向により曲げの量が異なることに
なる。このため、スタイラス105の軸方向に共振振動
をさせる場合、軸方向ばかりでなく、曲げ振動が重畳さ
れることになる。
定機のプローブ用センサとして用いる場合を図8に示
す。同図に示すように、スタイラス105の触針部(先
端)は理想的には実線で示すように垂直方向のみの振動
であるが、曲げ振動が重畳されると、点線で示すよう
に、斜めの姿勢で被測定物の表面に接することになる。
従って、被測定物表面との接触点がスタイラス軸の延長
上より外れるため、本来の形状を忠実に表現できない欠
点が生ずる。
様に高感度であることに加えて、図6で示すプローブ用
センサ100の欠点であった、スタイラス軸に直角方向
から接触する場合の方向による感度の差が顕著に現れな
いという長所がある。しかし、スタイラス203を支持
する支持部206,207がスタイラス203の軸方向
に関しては1個所しかないため、本来はスタイラスホル
ダ205の作る面と振動子(スタイラス203)の作る
面とは一致する筈であるが、僅かな加工誤差や加工歪み
により両者の面がねじれるという欠点がある。この欠点
は、振動子(スタイラス203)の大きさが小さいほど
顕著となり、所望の振動を阻害する要因となる。つま
り、センサとしての感度を鈍化させる原因となる。
場合でも、この支持法では測定の誤差を発生しかねない
という問題が残る。なぜならば、支持部206,207
がスタイラス203の軸方向に関して1個所であるた
め、被測定物の外力によりスタイラス203が支持部2
06,207を支点として図中の矢印の方向に回転運動
を起こし易く、これがために、図8に示すように、走査
方向に依存してスタイラス先端に作用する摩擦力によ
り、スタイラス203の先端があるべき位置から位置ず
れを起こしてしまうからである。
れたものであって、スタイラスの軸方向共振振動を完全
に軸方向成分のみとすることで、微細な表面形状の測定
を実現可能とするタッチセンサを提供することにある。
に、本発明のタッチセンサは、スタイラスホルダと、こ
のスタイラスホルダに支持されるスタイラスと、前記ス
タイラスを軸方向に共振状態で振動させるための加振手
段と、前記スタイラスの先端部が被測定物に接触する際
に生ずる前記共振状態の変化から前記接触を検出する検
出手段とを含むタッチセンサにおいて、前記スタイラス
は、その軸方向に略対称の構造であり、前記スタイラス
と前記スタイラスホルダとを連結する支持部材のスタイ
ラス側の支持部は、前記スタイラスの重心に対して前記
スタイラスの軸方向に対称となる複数個所で、更に、そ
の各個所において前記スタイラスの軸に対称な複数個所
であり、前記スタイラスの軸方向同一個所における各組
の支持部材の重心が略前記軸上に有ることを特徴とす
る。
構成を、図1を参照して説明する。図中、1はスタイラ
ス、2はスタイラス1の先端に設けられる接触部、3は
スタイラス重心、4はスタイラス軸、5はスタイラスホ
ルダ、6,7,8,9は支持部材を構成するスタイラス
支持部材、10,11,12,13は支持部を構成する
スタイラス支持部である。本発明では、支持部は、スタ
イラス1の重心3に対してスタイラス1の軸方向に対称
となる複数個所で、更に、その各個所においてスタイラ
ス1の軸4に対称な複数個所(たとえば、2個所)であ
り、この構成に従って、図1に示すように、スタイラス
1をたとえば4点で支持するようにしたことを特徴とし
ている。
00の場合、スタイラス105の支持は、スタイラス1
05の軸方向に沿った2個所であり、図7に示すプロー
ブ用センサ200の場合、スタイラス203の支持は、
スタイラス203の軸方向に直交する方向の2個所であ
るのに対して、本発明では、スタイラス1をたとえば4
点で支持するようにしたことを特徴としている。
ス1をその軸方向に複数個所で支持することにより、ス
タイラス1の先端に設けられる接触部2の位置決めを確
固たるものとし、また、その各個所で、スタイラス1の
軸方向と直交する方向に複数個所、たとえば、2個所で
スタイラス1を支持することにより、スタイラス軸方向
と直交する方向への横ぶれ振動が無視できるほど微小な
ものとすることを実現している。
の重心からスタイラス軸方向に対称な振動モードとなる
軸方向振動であり、これから、前記支持部材をスタイラ
ス軸に対して軸対称構造とすることで、前記支持部の中
心がスタイラスの軸方向振動の節と一致し、かつ、スタ
イラスの重心と一致するように構成することが好まし
い。更に、この効果を確かなものとするために、スタイ
ラスホルダをスタイラス軸に対して軸対称構造とするこ
とが好ましい。
ために、スタイラスを支持する全ての支持部を軸方向に
平均した位置がスタイラスの振動の節に略一致するよう
に設定されていることが好ましい。更に、スタイラスの
振動の節が1つ以上ある場合に、少なくとも1組の支持
部の軸方向位置をスタイラスの振動の節に略一致させる
ことにより、更に確実なスタイラスの支持が可能とな
る。また、前記加振手段および前記検出手段の少なくと
も一方は、前記重心から等距離となる少なくとも前記ス
タイラス上の2個所に橋渡しされるように設ける構造と
することによって、スタイラスをコンパクトにまとめる
ことができる。
一体の素子に形成し、この素子を、前記重心を境に前記
スタイラスの軸方向に前記加振手段、前記検出手段とな
るようにして、前記スタイラスの軸に沿った平面の表裏
もしくは前記平面と直交する2個所に配置することが好
ましい。このようにすると、スタイラスの重心に振動の
節を形成することができるとともに、加振手段および検
出手段のスタイラスへの取り付けも容易で、かつ、全体
として小型化できる。
するために、前記支持部材のスタイラス軸方向の曲げ剛
性がスタイラスの軸方向の剛性よりも低いように構成す
ることが好ましい。また、タッチセンサを構成する、前
記スタイラス、前記スタイラスホルダおよび前記支持部
材は、一体的に生成もしくは加工されていることが好ま
しい。このようにすれば、スタイラスホルダに対する取
付強度が強固なものとなることから、多少の外力が加わ
っても変形の心配がなく、安定した測定が可能になるう
え、ワイヤーカットや精密ロストワックスや電着メッキ
等の手段により一体化した製作が可能となることから、
安価で安定した特性のものを提供できる。
について、添付図面を参照して詳細に説明する。図2
に、本実施形態にかかるタッチセンサを示す。同図に示
すように、スタイラスホルダ5は取付部50と固定部5
1とを持つ。取付部50には、スタイラス1との連結を
実現するための4つのスタイラス支持部材6,7,8,
9が設けられ、一方、固定部51には、図示しない測定
器本体等に固定するためのねじ穴等(図示せず)が設け
られている。
する接触部2が設けられ、スタイラス1の他端には、カ
ウンタバランス20が必要に応じて設けられている。こ
のスタイラス1は、概ね同一断面形状からなる柱状体で
あり、その重心位置3は、略スタイラス1の軸方向の中
心であり、かつ、スタイラス軸4上にある。つまり、ス
タイラス1は、軸方向に略対称な構造である。
ローブ用センサとして用いる場合には、接触部2は球形
あるいは円盤状の形状となり、表面粗さ計のプローブ用
センサとして用いる場合には、図2に示すように、接触
部2はその先端が尖った触針形状となる。また、カウン
タバランス20は接触部2と同一形状でもよいが、重量
が同一の角形などの別形状でもよいし、その重量がスタ
イラス重量に比較して無視できる場合には省略すること
も可能である。
持部10,11,12,13が形成され、この部分でス
タイラス支持部材6,7,8,9と連結することで、ス
タイラスホルダ5と連結する。スタイラス支持部10,
11のスタイラス重心3からの距離は、スタイラス支持
部12,13のスタイラス重心3からの距離と一致して
いる。つまり、スタイラス支持部10,11とスタイラ
ス支持部12,13とは、スタイラス1の重心3に対し
てスタイラス1の軸方向に対称となる位置、具体的に
は、スタイラス1の重心3からスタイラス1の軸方向に
等距離となる個所に設けられている。そして、スタイラ
ス支持部10とスタイラス支持部11とは、スタイラス
軸4に対して軸対称の位置に設けられ、また、スタイラ
ス支持部12とスタイラス支持部13とは、スタイラス
軸4に対して軸対称の位置に設けられる。
0,11,12,13は、スタイラス1の重心(中心)
3に対して対称の位置に設けられ、かつ、スタイラス軸
4に対して軸対称の位置に設けられているこれらのスタ
イラス支持部10,11,12,13には、スタイラス
ホルダ5の取付部50から突出するスタイラス支持部材
6,7,8,9が連結されており、スタイラス支持部材
6とスタイラス支持部材7との組の重心がスタイラス軸
4上にあるとともに、スタイラス支持部材8とスタイラ
ス支持部材9との組の重心がスタイラス軸4上にあるよ
うに、これらのスタイラス支持部材6,7,8,9はス
タイラス軸対称に設けられている。
のスタイラス軸方向の曲げ剛性がスタイラス1の軸方向
の剛性よりも低くなるように、スタイラス支持部材6,
7,8,9の腕が細くなるように形成されている。これ
は、スタイラス支持部材6,7,8,9の曲げの剛性が
スタイラス1の軸方向の振動を妨げないようにするため
である。
一体の圧電素子30に形成され、そして、スタイラス1
の重心3を境にして、スタイラス1の軸方向に、たとえ
ば加振手段31がカウンタバランス20の側に配置さ
れ、たとえば検出手段32が接触部2の側に配置される
という形で並んで配列されるように形成される。このよ
うにして形成される圧電素子30は、スタイラス1の重
心3から等距離に設けられる2個所の支持部14,15
に、それらの中間にある窪み部分16を跨ぐような形
で、接着や半田付けなどの手段により固着される。
タイラス軸4が対称軸となるように同一形状の圧電素子
30が固着される。スタイラス1の中央部分が若干薄く
削られることより形成される窪み部分16が設けられる
ことで、圧電素子30との固定部分がその両端になるよ
うにと工夫されているが、これは圧電素子30を橋渡し
するための一手段に過ぎず、他の手段を用いることも可
能である。たとえば、圧電素子30の両端にのみ接着剤
を塗布し、スタイラス1に圧電素子30を押し付けて接
着を行うようにすれば、スタイラス1の中央部分を薄く
削らなくても固定部分が両端のみとなることで、この橋
渡しを実現できる。
出電極とに2分割されているが、接着面となる裏面は共
通電極として1つの電極構造となっている。そして、駆
動電極に駆動電圧を印加するためのリード線を設け、ま
た、検出電極に検出信号を取り出すためのリード線を設
けることで、それぞれ加振手段31、検出手段32が構
成される。
よりスタイラス1は軸方向に振動させられ、その振動の
節はスタイラス1の重心3の位置に略一致する。また、
4個所のスタイラス支持部10,11,12,13のそ
れぞれの位置を軸方向に平均した位置はスタイラス1の
重心3、すなわち、振動の節に略一致することになる。
スタイラス1をその軸方向に複数箇所(2個所)で支持
することにより、スタイラス1の先端に設けられる接触
部2の位置決めを確固たるものとし、また、その各個所
で、スタイラス1の軸方向と直交する方向に、たとえ
ば、2個所でスタイラス1を支持することにより、スタ
イラス軸方向と直交する方向への横ぶれ振動が無視でき
るほど微小なものとすることができる。
れば、スタイラス1の軸方向共振振動が完全に軸方向成
分のみとなり、微細な表面形状の測定を実現できるよう
になる。
とスタイラスホルダ5とを連結するスタイラス支持部材
6〜9のスタイラス1側の支持部10〜13が、スタイ
ラス1の重心3に対してスタイラス1の軸方向に対称と
なる各個所において、スタイラス1の軸4に対称な2個
所であったが、スタイラス1の重心3に対してスタイラ
ス1の軸方向に対称となる各個所において、スタイラス
1の軸4に対称な3個所以上であってもよい。
方向2個所において左右から、計4個所を支持する例を
示したが、スタイラス1の重心3位置を含む軸方向の奇
数個所で支持する構造とすることもできる。図3は、そ
の例を示すタッチセンサの側方断面図である。このセン
サでは、図2に対して、スタイラス1の重心3(振動の
節にあたる)の両側(左右)に支持部17,18が追加
されている。振動の節においては、振動変位が少ないた
め、この支持部17,18の部材には他の支持個所より
剛性の高い支持部材を用いることができる。このような
支持構造とすることによって、更に支持の安定度を高め
ることができる。
軸4に対して完全対称な構造となっているが、本発明は
これに限定されるものではなく、たとえば、図4に示す
ように、測定機本体のアーム40との装着法によっては
様々なスタイラスホルダ5の形状が考えられる。
手段31および検出手段32の配置についても、図2や
図4に示す実施形態に限定されるものではなく、たとえ
ば、図5に示すように、加振手段31と検出手段32と
をスタイラス1の軸方向に平行に配置する形で設けるよ
うにしてもよい。
も、図2や図4に示す実施形態のように、スタイラス1
の軸に沿った平面の表裏に配置する場合に限らず、たと
えば、図5に示すように、前記平面(スタイラス1の軸
に沿った平面)と直交する2個所、具体的には、スタイ
ラス1の側面に装着するようにしてもよい。
ンサによれば、完全な軸対称構造を有していることか
ら、スタイラスの軸方向共振振動は完全に軸方向成分の
みとなるので、微細な表面形状の測定が可能となる。
視図である。
側方断面図である。
斜視図である。
斜視図である。
る。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 スタイラスホルダと、このスタイラスホ
ルダに支持されるスタイラスと、前記スタイラスを軸方
向に共振状態で振動させるための加振手段と、前記スタ
イラスの先端部が被測定物に接触する際に生ずる前記共
振状態の変化から前記接触を検出する検出手段とを含む
タッチセンサにおいて、 前記スタイラスは、その軸方向に略対称の構造であり、 前記スタイラスと前記スタイラスホルダとを連結する支
持部材のスタイラス側の支持部は、前記スタイラスの重
心に対して前記スタイラスの軸方向に対称となる複数個
所で、更に、その各個所において前記スタイラスの軸に
対称な複数個所であり、 前記スタイラスの軸方向同一個所における各組の支持部
材の重心が略前記軸上に有る、 ことを特徴とするタッチセンサ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記各組の支持部材は、前記スタイラスの軸に対して軸
対称構造に配置されていることを特徴とするタッチセン
サ。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のタッチ
センサにおいて、 前記スタイラスホルダは、前記スタイラスの軸に対して
軸対称構造に形成されていることを特徴とするタッチセ
ンサ。 - 【請求項4】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記全ての支持部の位置を軸方向に平均した位置が前記
スタイラスの振動の節に略一致するように設定されてい
ることを特徴とするタッチセンサ。 - 【請求項5】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記少なくとも1組の支持部の位置が前記スタイラスの
振動の節に略一致するように設定されていることを特徴
とするタッチセンサ。 - 【請求項6】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記加振手段および前記検出手段の少なくとも一方は、
前記重心から等距離となる少なくとも前記スタイラス上
の2個所に橋渡しされるように設けられていることを特
徴とするタッチセンサ。 - 【請求項7】 請求項6に記載のタッチセンサにおい
て、 前記加振手段および前記検出手段は一体の素子に形成さ
れ、 この素子は、前記重心を境に前記スタイラスの軸方向に
前記加振手段、前記検出手段となるようにして、前記ス
タイラスの軸に沿った平面の表裏もしくは前記平面と直
交する2個所に配置されていることを特徴とするタッチ
センサ。 - 【請求項8】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記支持部材の前記軸方向の曲げ剛性が前記スタイラス
の軸方向の剛性よりも低いことを特徴とするタッチセン
サ。 - 【請求項9】 請求項1に記載のタッチセンサにおい
て、 前記スタイラス、前記スタイラスホルダおよび前記支持
部材は、一体的に生成もしくは加工されていることを特
徴とするタッチセンサ。
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JP27245199A JP3650555B2 (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | タッチセンサ |
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JP27245199A JP3650555B2 (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | タッチセンサ |
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JP27245199A Expired - Fee Related JP3650555B2 (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | タッチセンサ |
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