JP2001264046A - ３次元座標測定用タッチプローブ - Google Patents
３次元座標測定用タッチプローブInfo
- Publication number
- JP2001264046A JP2001264046A JP2000069686A JP2000069686A JP2001264046A JP 2001264046 A JP2001264046 A JP 2001264046A JP 2000069686 A JP2000069686 A JP 2000069686A JP 2000069686 A JP2000069686 A JP 2000069686A JP 2001264046 A JP2001264046 A JP 2001264046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- ball
- probe
- light
- touch probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動部の質量を軽減してセンサの感度を上
げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素な構造の
３次元座標測定用タッチプローブを提供することを目的
とする。 【解決手段】 一対もしくは複数組の投光用光ファイバ
ー７と受光用光ファイバー８とからなる光ファイバー変
位計の先端に球面形状の反射部材５を移動自在に配設し
たことを特徴とする３次元座標測定用タッチプローブ
で、測定用タッチプローブにおける可動部材はボール等
の球面形状の反射部材５のみであるため、質量がきわめ
て小さく、センサーとしての感度を格段に向上させるこ
とができ、しかも、敏感になったセンサーの微動の変動
分を光ファイバー変位計における光変動により精密に検
出することができるので、高精度にて測定物の測定が可
能となる。
げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素な構造の
３次元座標測定用タッチプローブを提供することを目的
とする。 【解決手段】 一対もしくは複数組の投光用光ファイバ
ー７と受光用光ファイバー８とからなる光ファイバー変
位計の先端に球面形状の反射部材５を移動自在に配設し
たことを特徴とする３次元座標測定用タッチプローブ
で、測定用タッチプローブにおける可動部材はボール等
の球面形状の反射部材５のみであるため、質量がきわめ
て小さく、センサーとしての感度を格段に向上させるこ
とができ、しかも、敏感になったセンサーの微動の変動
分を光ファイバー変位計における光変動により精密に検
出することができるので、高精度にて測定物の測定が可
能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の投光用光フ
ァイバーと受光用光ファイバーとからなる光ファイバー
の受光率の変動に基づく出力電圧を計測する光ファイバ
ー変位計を利用した３次元座標測定用タッチプローブに
関する。
ァイバーと受光用光ファイバーとからなる光ファイバー
の受光率の変動に基づく出力電圧を計測する光ファイバ
ー変位計を利用した３次元座標測定用タッチプローブに
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、機械の精密加工等のための３次元
座標測定に用いられるタッチトリガーブローブ（接触式
検出器）あるいはタッチブローブとしては、小型化、高
分解能化等の性能向上が要求されるようになってきてい
る。従来、典型的なタッチトリガーブローブとして図１
２（Ａ）に示すような３次元座標測定用タッチトリガー
ブローブが、タッチブローブとして図１３に示すような
３次元座標測定用タッチブローブが一般的である。これ
を説明すると、図１２に示した３次元座標測定機用タッ
チトリガーブローブは、先端に球状部品であるボール１
０５が形成されたシャンク（柄）１０４からなるスタイ
ラス部（触針）１０３と、測定物とボール１０５との接
触で生じた変位や加速度が伝達される検出器であるセン
サ部１０２とから構成され、取付用ブローブヘッド１０
１によって基台等に固定され、空間内を移動する。ボー
ル１０５が測定対象物に接触すると、その変位または加
速度は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝
達される。センサ部１０２はある設定値以上の変位や加
速度が検出された場合に、ボール１０５が測定物に接触
したものと判断される。ボール１０５は様々な角度、方
向から測定物に接触する可能性があるため、一般にセン
サ部１０２は、図１２（Ｂ）に示すような方向からの変
位、加速度の検出が可能である。一般的にタッチトリガ
ーブローブは接触のタイミングを得る装置で方向を検知
するには不向きである。
座標測定に用いられるタッチトリガーブローブ（接触式
検出器）あるいはタッチブローブとしては、小型化、高
分解能化等の性能向上が要求されるようになってきてい
る。従来、典型的なタッチトリガーブローブとして図１
２（Ａ）に示すような３次元座標測定用タッチトリガー
ブローブが、タッチブローブとして図１３に示すような
３次元座標測定用タッチブローブが一般的である。これ
を説明すると、図１２に示した３次元座標測定機用タッ
チトリガーブローブは、先端に球状部品であるボール１
０５が形成されたシャンク（柄）１０４からなるスタイ
ラス部（触針）１０３と、測定物とボール１０５との接
触で生じた変位や加速度が伝達される検出器であるセン
サ部１０２とから構成され、取付用ブローブヘッド１０
１によって基台等に固定され、空間内を移動する。ボー
ル１０５が測定対象物に接触すると、その変位または加
速度は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝
達される。センサ部１０２はある設定値以上の変位や加
速度が検出された場合に、ボール１０５が測定物に接触
したものと判断される。ボール１０５は様々な角度、方
向から測定物に接触する可能性があるため、一般にセン
サ部１０２は、図１２（Ｂ）に示すような方向からの変
位、加速度の検出が可能である。一般的にタッチトリガ
ーブローブは接触のタイミングを得る装置で方向を検知
するには不向きである。
【０００３】タッチブローブとしては、図１３に示すよ
うな３次元座標測定用タッチブローブが一般的で、先端
に球状部品であるボール１０５が形成されたシャンク
（柄）１０４からなるスタイラス部（触針）１０３と、
測定物とボール１０５との接触で生じた変位や加速度が
伝達される検出器であるセンサ部１０２とから構成さ
れ、取付用ブローブヘッド１０１によって基台等に固定
され、空間内を移動する。センサ部１０２は、ＸＹＺ微
動機構を構成して変位センサが３つ組み込まれている。
このような構成のタッチブローブにおいて、ボール１０
５が測定対象物に接触すると、その変位または加速度
は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝達さ
れる。センサ部１０２は測定対象物への接触に対応して
ＸＹＺ方向に変形し、ＸＹＺ方向それぞれの変位が測定
される。ボール１０５が測定対象物から離れるとセンサ
部の変形は元にもどる。
うな３次元座標測定用タッチブローブが一般的で、先端
に球状部品であるボール１０５が形成されたシャンク
（柄）１０４からなるスタイラス部（触針）１０３と、
測定物とボール１０５との接触で生じた変位や加速度が
伝達される検出器であるセンサ部１０２とから構成さ
れ、取付用ブローブヘッド１０１によって基台等に固定
され、空間内を移動する。センサ部１０２は、ＸＹＺ微
動機構を構成して変位センサが３つ組み込まれている。
このような構成のタッチブローブにおいて、ボール１０
５が測定対象物に接触すると、その変位または加速度
は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝達さ
れる。センサ部１０２は測定対象物への接触に対応して
ＸＹＺ方向に変形し、ＸＹＺ方向それぞれの変位が測定
される。ボール１０５が測定対象物から離れるとセンサ
部の変形は元にもどる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のタッチトリガーブローブあるいはタッチブロ
ーブにおいては、測定物とボールとの接触で生じた変位
や加速度はシャンク１０４を通じてセンサ部１０２に伝
達されるため、特に長いスライタス１０３を装着した場
合等では、可動部となるボールとシャンク１０４の質量
増加により、固有振動数が低くなって外部からの振動に
も弱いものとなり、検出分解能の向上が困難となってい
た。また、タッチブローブの場合では、空間内のＸＹＺ
方向の変位の検出のためのセンサ部は機械的にも複雑な
構造を呈して、将来の小型化が期待できないものであっ
た。
うな従来のタッチトリガーブローブあるいはタッチブロ
ーブにおいては、測定物とボールとの接触で生じた変位
や加速度はシャンク１０４を通じてセンサ部１０２に伝
達されるため、特に長いスライタス１０３を装着した場
合等では、可動部となるボールとシャンク１０４の質量
増加により、固有振動数が低くなって外部からの振動に
も弱いものとなり、検出分解能の向上が困難となってい
た。また、タッチブローブの場合では、空間内のＸＹＺ
方向の変位の検出のためのセンサ部は機械的にも複雑な
構造を呈して、将来の小型化が期待できないものであっ
た。
【０００５】そこで本発明では、前記従来の３次元座標
測定用タッチプローブの諸課題を解決して、可動部の質
量を軽減してセンサの感度を上げ、高精度にて測定物の
測定を可能にした簡素な構造の３次元座標測定用タッチ
プローブを提供することを目的とする。
測定用タッチプローブの諸課題を解決して、可動部の質
量を軽減してセンサの感度を上げ、高精度にて測定物の
測定を可能にした簡素な構造の３次元座標測定用タッチ
プローブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、一対
の投光用光ファイバーと受光用光ファイバーとからなる
光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射部材を移動
自在に配設したことを特徴とする３次元座標測定用タッ
チプローブにある。また本発明は、前記光ファイバー変
位計を複数個束ねたことを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計を、一組または複数
組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を適
宜組み合わせて構成したことを特徴とするものである。
また本発明は、前記光ファイバー変位計の先端と反射部
材との間を光透過性の弾性部材により接合したことを特
徴とするものである。また本発明は、前記弾性部材が紫
外線硬化樹脂であることを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計の中心部にダミーブ
ローブを配設したことを特徴とするものである。また本
発明は、前記複数個の光ファイバー変位計間および中心
部にダミーブローブを配設したことを特徴とするもので
ある。また本発明は、前記中心部のダミーブローブに前
記反射部材に接合される弾性部材を装着したことを特徴
とするもので、これらを課題解決のための手段とするも
のである。
の投光用光ファイバーと受光用光ファイバーとからなる
光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射部材を移動
自在に配設したことを特徴とする３次元座標測定用タッ
チプローブにある。また本発明は、前記光ファイバー変
位計を複数個束ねたことを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計を、一組または複数
組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を適
宜組み合わせて構成したことを特徴とするものである。
また本発明は、前記光ファイバー変位計の先端と反射部
材との間を光透過性の弾性部材により接合したことを特
徴とするものである。また本発明は、前記弾性部材が紫
外線硬化樹脂であることを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計の中心部にダミーブ
ローブを配設したことを特徴とするものである。また本
発明は、前記複数個の光ファイバー変位計間および中心
部にダミーブローブを配設したことを特徴とするもので
ある。また本発明は、前記中心部のダミーブローブに前
記反射部材に接合される弾性部材を装着したことを特徴
とするもので、これらを課題解決のための手段とするも
のである。
【０００７】以下、本発明の３次元座標測定用タッチプ
ローブの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１お
よび図２は本発明の３次元座標測定用タッチプローブの
第１実施の形態を示し、図１は本発明の３次元座標測定
用のタッチトリガーブローブの原理図、図２は球面形状
の反射部材であるボールの変位と受光率変化の説明図で
ある。図１に示すように、本発明の３次元座標測定用タ
ッチプローブは、一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端に球面形状の反射部材（ボール）５を移動自在に
配設したことを特徴とする。前記一対の投光用光ファイ
バーの束７と受光用光ファイバーの束８とからなる光フ
ァイバー変位計はシャンク（柄）１０内に結束されてお
り、光源６から出た光は投光用光ファイバーの束７を通
じて照射され、所定位置（中立位置）にあるボール５に
て反射された後、反射光の一部は受光用（戻り光用）フ
ァイバーの束８を通じて受光素子９に導かれる。
ローブの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１お
よび図２は本発明の３次元座標測定用タッチプローブの
第１実施の形態を示し、図１は本発明の３次元座標測定
用のタッチトリガーブローブの原理図、図２は球面形状
の反射部材であるボールの変位と受光率変化の説明図で
ある。図１に示すように、本発明の３次元座標測定用タ
ッチプローブは、一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端に球面形状の反射部材（ボール）５を移動自在に
配設したことを特徴とする。前記一対の投光用光ファイ
バーの束７と受光用光ファイバーの束８とからなる光フ
ァイバー変位計はシャンク（柄）１０内に結束されてお
り、光源６から出た光は投光用光ファイバーの束７を通
じて照射され、所定位置（中立位置）にあるボール５に
て反射された後、反射光の一部は受光用（戻り光用）フ
ァイバーの束８を通じて受光素子９に導かれる。
【０００８】前記一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端とボール５との間は移動自在に構成されている。
ボール５等の反射部材を光ファイバー変位計に対して移
動自在に構成するために、図３にて後述するように両者
を紫外線硬化樹脂等のような光透過性の弾性部材にて接
合するようにしてもよいし、適宜の弾性枠体にて取り囲
むように支持させたり、あるいは後述するように鋼製の
弾性部材を介在させてもよい。なお、前記一対の投光用
光ファイバーの束７と受光用光ファイバーの束８とから
構成される光ファイバー変位計としては、極端には２本
一対の光ファイバーから構成されてもよいが、通常は、
後述する図５および図９に示すように、多数の投光用フ
ァイバー（白丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）と
をランダムに束ねたもの、半分ずつに分けたもの、ある
いは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周囲
を受光用ファイバー群にて取り囲んだもの等適宜採用さ
れ得る。
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端とボール５との間は移動自在に構成されている。
ボール５等の反射部材を光ファイバー変位計に対して移
動自在に構成するために、図３にて後述するように両者
を紫外線硬化樹脂等のような光透過性の弾性部材にて接
合するようにしてもよいし、適宜の弾性枠体にて取り囲
むように支持させたり、あるいは後述するように鋼製の
弾性部材を介在させてもよい。なお、前記一対の投光用
光ファイバーの束７と受光用光ファイバーの束８とから
構成される光ファイバー変位計としては、極端には２本
一対の光ファイバーから構成されてもよいが、通常は、
後述する図５および図９に示すように、多数の投光用フ
ァイバー（白丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）と
をランダムに束ねたもの、半分ずつに分けたもの、ある
いは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周囲
を受光用ファイバー群にて取り囲んだもの等適宜採用さ
れ得る。
【０００９】図５は、このような構成のタッチトリガー
ブローブの試作例であり、多数の投光用ファイバー（白
丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに
束ねたもの、半分ずつに分けたもの、あるいは中心部に
投光用ファイバーの束を配置してその周囲を受光用ファ
イバー群にて取り囲んだもの等からなる市販のものと同
様な光ファイバー変位計のブローブの先端に、ステンレ
ス鋼球を紫外線硬化樹脂等の光透過性の弾性部材を介し
て接合したもので、該変位計の諸元は、感度：０．０１
μｍ／ｍＶ、分解能：０．００３μｍ、ステンレス鋼球
（ＳＵＳ球）の直径：１．２とした。一般に、光ファイ
バー型変位計の出力電圧とギャップ量の関係は、図６の
ごとくであり、電圧の線形領域には近域と遠域とがあっ
て、分解能が高い近域が用いられる。
ブローブの試作例であり、多数の投光用ファイバー（白
丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに
束ねたもの、半分ずつに分けたもの、あるいは中心部に
投光用ファイバーの束を配置してその周囲を受光用ファ
イバー群にて取り囲んだもの等からなる市販のものと同
様な光ファイバー変位計のブローブの先端に、ステンレ
ス鋼球を紫外線硬化樹脂等の光透過性の弾性部材を介し
て接合したもので、該変位計の諸元は、感度：０．０１
μｍ／ｍＶ、分解能：０．００３μｍ、ステンレス鋼球
（ＳＵＳ球）の直径：１．２とした。一般に、光ファイ
バー型変位計の出力電圧とギャップ量の関係は、図６の
ごとくであり、電圧の線形領域には近域と遠域とがあっ
て、分解能が高い近域が用いられる。
【００１０】本発明では、可能な限り、ボール５の少な
い変位を検出するので、電圧曲線の最も急峻な近域を用
いるが、実際には、市販の光ファイバー変位計の出力電
圧とギャップ量の関係図は測定対象物が平面の場合の測
定結果に基づくものであるので、本発明で使用する測定
対象物となる球面状のボール表面における出力電圧特性
とは異なる。そこで、本発明では、ボールとブローブと
の間に紫外線硬化樹脂を流し込んでおき、ボールとブロ
ーブとの間の相対変位を調整して、電圧の変動が最も急
峻となったとき、紫外線を照射して樹脂を固化して製作
する。このようにして製作されたギャップ量は０．０２
〜０．０３程度になる。以上のように製作した３Ｄタッ
チトリガーブローブのボール先端に外力を加えたとき、
出力電圧が変動することでボール先端の測定対象物の接
触が検知できることが確認できた。
い変位を検出するので、電圧曲線の最も急峻な近域を用
いるが、実際には、市販の光ファイバー変位計の出力電
圧とギャップ量の関係図は測定対象物が平面の場合の測
定結果に基づくものであるので、本発明で使用する測定
対象物となる球面状のボール表面における出力電圧特性
とは異なる。そこで、本発明では、ボールとブローブと
の間に紫外線硬化樹脂を流し込んでおき、ボールとブロ
ーブとの間の相対変位を調整して、電圧の変動が最も急
峻となったとき、紫外線を照射して樹脂を固化して製作
する。このようにして製作されたギャップ量は０．０２
〜０．０３程度になる。以上のように製作した３Ｄタッ
チトリガーブローブのボール先端に外力を加えたとき、
出力電圧が変動することでボール先端の測定対象物の接
触が検知できることが確認できた。
【００１１】このような構成のもと、ボール５に測定対
象物が接触していない場合は、光ファイバー変位計であ
る光ファイバー束７、８の端部とボール５との間の相対
位置関係は変動（中立位置）せず、受光素子９に入射す
る光量は一定であり、受光素子９は受光量に応じた一定
の電圧を出力する。次に、図２に示すように、ボール５
に測定対象物等が接触すると、光ファイバー束７、８の
端部とボール５との間の相対位置関係が変動し、例え
ば、図２（Ａ）に示すように、ボール５の下部に接触す
ればボール５は上向きに移動するために、投光用光ファ
イバーの束７から照射されてボール５により反射した光
は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動し、受
光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力する。こ
の出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が測定対
象物に接触したと判断される。また、図２（Ｂ）に示す
ように、ボール５の横に測定対象物等が接触した場合
は、ボール５は水平方向に移動し、この場合も、投光用
光ファイバーの束７から照射されてボール５により反射
した光は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動
し、受光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力す
る。この出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が
測定対象物に接触したと判断される。
象物が接触していない場合は、光ファイバー変位計であ
る光ファイバー束７、８の端部とボール５との間の相対
位置関係は変動（中立位置）せず、受光素子９に入射す
る光量は一定であり、受光素子９は受光量に応じた一定
の電圧を出力する。次に、図２に示すように、ボール５
に測定対象物等が接触すると、光ファイバー束７、８の
端部とボール５との間の相対位置関係が変動し、例え
ば、図２（Ａ）に示すように、ボール５の下部に接触す
ればボール５は上向きに移動するために、投光用光ファ
イバーの束７から照射されてボール５により反射した光
は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動し、受
光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力する。こ
の出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が測定対
象物に接触したと判断される。また、図２（Ｂ）に示す
ように、ボール５の横に測定対象物等が接触した場合
は、ボール５は水平方向に移動し、この場合も、投光用
光ファイバーの束７から照射されてボール５により反射
した光は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動
し、受光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力す
る。この出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が
測定対象物に接触したと判断される。
【００１２】以上のように、本発明の測定用タッチプロ
ーブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部材
のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーとし
ての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏感
になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密に
検出することができるので、高精度にて測定物の測定を
可能にした。
ーブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部材
のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーとし
ての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏感
になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密に
検出することができるので、高精度にて測定物の測定を
可能にした。
【００１３】図３および図４は本発明の３次元座標測定
用タッチプローブの第２実施の形態を示し、図３（Ａ）
は本発明の３次元座標測定用のタッチブローブの原理
図、図３（Ｂ）は光ファイバー変位計の断面で図３
（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、
図４（Ｂ）は球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。本実施の形態のものは、図
３（Ａ）に示すように、一対の投光用光ファイバーと受
光用光ファイバーとからなる光ファイバー変位計を複数
個（図示の例では６−１、６−２、６−３の３個）を束
ねたことを特徴とする。前記光ファイバー変位計６−
１、６−２、６−３の先端と反射部材であるボール５と
の間を光透過性の弾性部材７、例えば紫外線硬化樹脂に
より接合したものである。図３（Ｂ）の断面図に示すよ
うに、前記３個の光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３は、中心距離ｄにて互いに外接配置され、１２０
°の円周角度にて束ねられている。
用タッチプローブの第２実施の形態を示し、図３（Ａ）
は本発明の３次元座標測定用のタッチブローブの原理
図、図３（Ｂ）は光ファイバー変位計の断面で図３
（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、
図４（Ｂ）は球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。本実施の形態のものは、図
３（Ａ）に示すように、一対の投光用光ファイバーと受
光用光ファイバーとからなる光ファイバー変位計を複数
個（図示の例では６−１、６−２、６−３の３個）を束
ねたことを特徴とする。前記光ファイバー変位計６−
１、６−２、６−３の先端と反射部材であるボール５と
の間を光透過性の弾性部材７、例えば紫外線硬化樹脂に
より接合したものである。図３（Ｂ）の断面図に示すよ
うに、前記３個の光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３は、中心距離ｄにて互いに外接配置され、１２０
°の円周角度にて束ねられている。
【００１４】図７は、本第２実施の形態の３Ｄ変位検出
型のタッチブローブの試作変形例であり、図９のような
多数の投光用ファイバー（白丸）と多数の受光用ファイ
バー（黒丸）とをランダムに束ねたもの、半分ずつに分
けたもの、あるいは中心部に投光用ファイバーの束を配
置してその周囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだも
の等からなる市販のものと同様な光ファイバー変位計の
ブローブを３本束ねたもので、ダミーブローブとして中
心部のものを含めて空のパイプ４本とともに太い外径φ
３のパイプ内に収納して構成したものである。これによ
って、３本の光ファイバー変位計は正確に１２０°の円
周角度の間隔に設定できる。
型のタッチブローブの試作変形例であり、図９のような
多数の投光用ファイバー（白丸）と多数の受光用ファイ
バー（黒丸）とをランダムに束ねたもの、半分ずつに分
けたもの、あるいは中心部に投光用ファイバーの束を配
置してその周囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだも
の等からなる市販のものと同様な光ファイバー変位計の
ブローブを３本束ねたもので、ダミーブローブとして中
心部のものを含めて空のパイプ４本とともに太い外径φ
３のパイプ内に収納して構成したものである。これによ
って、３本の光ファイバー変位計は正確に１２０°の円
周角度の間隔に設定できる。
【００１５】本実施の形態では、図４（Ａ）に示すよう
に、束ねられた複数（図示の例では３本）の光ファイバ
ー変位計６−１、６−２、６−３の先端部に光透過性の
ある弾性部材を介して配設されたボール５について、中
立位置における各光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３とボール５との間の間隔ａ、ｂ、ｃをそれぞれ測
定しておき、図４（Ｂ）に示すように、ボール５の左側
に測定対象物が接触して、相対的にボール５が水平右方
向に変位すると、各光ファイバー変位計６−１、６−
２、６−３とボール５との間隔ａ、ｂ、ｃがそれぞれ変
動する。例えば、間隔ａが増加し、かつ間隔ｂが減少す
ればボール５は右方向へ移動したことが検知される。ま
た、間隔ａ、ｂ、ｃが同じ量減少すれば、ボール５は上
方へ移動したことになる。このように、ボール５の曲率
半径および光ファイバー変位計の中心間距離ｄ等が判っ
ていれば、間隔ａ、ｂ、ｃの３つの量を光ファイバー変
位計で得ることにより、ボール５の中心位置のＸＹＺ方
向の変位は幾何学的あるいは実験的に求めることが可能
となる。
に、束ねられた複数（図示の例では３本）の光ファイバ
ー変位計６−１、６−２、６−３の先端部に光透過性の
ある弾性部材を介して配設されたボール５について、中
立位置における各光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３とボール５との間の間隔ａ、ｂ、ｃをそれぞれ測
定しておき、図４（Ｂ）に示すように、ボール５の左側
に測定対象物が接触して、相対的にボール５が水平右方
向に変位すると、各光ファイバー変位計６−１、６−
２、６−３とボール５との間隔ａ、ｂ、ｃがそれぞれ変
動する。例えば、間隔ａが増加し、かつ間隔ｂが減少す
ればボール５は右方向へ移動したことが検知される。ま
た、間隔ａ、ｂ、ｃが同じ量減少すれば、ボール５は上
方へ移動したことになる。このように、ボール５の曲率
半径および光ファイバー変位計の中心間距離ｄ等が判っ
ていれば、間隔ａ、ｂ、ｃの３つの量を光ファイバー変
位計で得ることにより、ボール５の中心位置のＸＹＺ方
向の変位は幾何学的あるいは実験的に求めることが可能
となる。
【００１６】図８は、本発明の３次元座標測定用タッチ
プローブの第３実施の形態を示すもので、前記第２実施
の形態のものの中心部のダミーブローブ（第１実施の形
態のものにおける光ファイバー変位計の中心部にダミー
ブローブを配設したものでもよい）に、前記反射部材で
あるボールに接合される弾性部材を装着したことを特徴
とする。弾性部材として、球座（材質は鋼等でよい）を
ボールに接合し、球座の上部柄部分を前記ブローブ内の
ダミーブローブ内に挿入して装着するものである。本実
施の形態では、比較的大きなボールを採用する際には、
紫外線効果樹脂等の弾性部材を使用する場合よりも耐久
性の面で有利となる。
プローブの第３実施の形態を示すもので、前記第２実施
の形態のものの中心部のダミーブローブ（第１実施の形
態のものにおける光ファイバー変位計の中心部にダミー
ブローブを配設したものでもよい）に、前記反射部材で
あるボールに接合される弾性部材を装着したことを特徴
とする。弾性部材として、球座（材質は鋼等でよい）を
ボールに接合し、球座の上部柄部分を前記ブローブ内の
ダミーブローブ内に挿入して装着するものである。本実
施の形態では、比較的大きなボールを採用する際には、
紫外線効果樹脂等の弾性部材を使用する場合よりも耐久
性の面で有利となる。
【００１７】図９は、ブローブの種類と選択の基準につ
いての説明図であり、前述したように、光ファイバー配
列方式としては、多数の投光用ファイバー（白丸）と多
数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに束ねたラ
ンダム形（Ｒ）、半分ずつに分けたハーフ形（Ｈ）、あ
るいは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周
囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだ投光中心形（Ｃ
Ｔ１）があり、ランダム形（Ｒ）はフロントスロープの
勾配が最も高く、最も高感度にて測定することができる
反面、測定レンジは最も狭い。したがって、短いレンジ
で高感度な測定を行うのに適していることが判る。投光
中心形（ＣＴ１）、ハーフ形（Ｈ）となるにつれて、フ
ロントスロープの感度は低くなり、反面、測定レンジは
大きくなる（但し、エッジの検出については、ハーフ形
を使用した方がより高感度の測定ができる）。以上の特
性を踏まえて最適のモデルが選定される。
いての説明図であり、前述したように、光ファイバー配
列方式としては、多数の投光用ファイバー（白丸）と多
数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに束ねたラ
ンダム形（Ｒ）、半分ずつに分けたハーフ形（Ｈ）、あ
るいは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周
囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだ投光中心形（Ｃ
Ｔ１）があり、ランダム形（Ｒ）はフロントスロープの
勾配が最も高く、最も高感度にて測定することができる
反面、測定レンジは最も狭い。したがって、短いレンジ
で高感度な測定を行うのに適していることが判る。投光
中心形（ＣＴ１）、ハーフ形（Ｈ）となるにつれて、フ
ロントスロープの感度は低くなり、反面、測定レンジは
大きくなる（但し、エッジの検出については、ハーフ形
を使用した方がより高感度の測定ができる）。以上の特
性を踏まえて最適のモデルが選定される。
【００１８】図１０は、ブローブにおける一組の投光用
ファイバー束と複数の受光用ファイバー束を用いた例の
原理図で、この例では、一つの光源６による一組の投光
用光ファイバー（束）７と複数の受光用光ファイバー
（束）８−１、８−２および８−３を用いて受光素子９
−１、９−２および９−３に光が戻る光ファイバー変位
計を構成したもので、このようなプローブを用いても前
述の図３および図４に示すような３次元の変位を検出す
ることが可能である。
ファイバー束と複数の受光用ファイバー束を用いた例の
原理図で、この例では、一つの光源６による一組の投光
用光ファイバー（束）７と複数の受光用光ファイバー
（束）８−１、８−２および８−３を用いて受光素子９
−１、９−２および９−３に光が戻る光ファイバー変位
計を構成したもので、このようなプローブを用いても前
述の図３および図４に示すような３次元の変位を検出す
ることが可能である。
【００１９】図１１は、前記図１０に示したプローブに
おける光ファイバー束の配列例を示す図で、図１１
（Ａ）はパイプに収納された４本の光ファイバー束７、
８の中の１本の束７を投光用とするもの、図１１（Ｂ）
は投光用ファイバー７と受光用ファイバー８をランダム
に配したファイバー束を三組用いたもの、図１１（Ｃ）
は１本のパイプ内にファイバー束を収納し、その中央部
のみの束を投光用７としたもの、図１１（Ｄ）は１本の
パイプ内にファイバー束を収納し、投光用と受光用ファ
イバー７と８をランダムに配列したものである。
おける光ファイバー束の配列例を示す図で、図１１
（Ａ）はパイプに収納された４本の光ファイバー束７、
８の中の１本の束７を投光用とするもの、図１１（Ｂ）
は投光用ファイバー７と受光用ファイバー８をランダム
に配したファイバー束を三組用いたもの、図１１（Ｃ）
は１本のパイプ内にファイバー束を収納し、その中央部
のみの束を投光用７としたもの、図１１（Ｄ）は１本の
パイプ内にファイバー束を収納し、投光用と受光用ファ
イバー７と８をランダムに配列したものである。
【００２０】以上、本発明の３次元座標測定用タッチプ
ローブの実施の形態を説明してきたが、本発明の趣旨の
範囲内で、光ファイバー変位計である投光用光ファイバ
ーおよび受光用光ファイバーの形状、形式、複数個の光
ファイバー変位計の束ね形態、反射部材の形状、材質、
光ファイバー変位計と反射部材との関連構成、弾性部材
の形状、材質、光ファイバー変位計におけるダミーブロ
ーブの配設形態、ダミーブローブへの弾性部材の装着形
態、光ファイバー変位計における受光に基づく電圧の測
定形態等については適宜選定できるものである。
ローブの実施の形態を説明してきたが、本発明の趣旨の
範囲内で、光ファイバー変位計である投光用光ファイバ
ーおよび受光用光ファイバーの形状、形式、複数個の光
ファイバー変位計の束ね形態、反射部材の形状、材質、
光ファイバー変位計と反射部材との関連構成、弾性部材
の形状、材質、光ファイバー変位計におけるダミーブロ
ーブの配設形態、ダミーブローブへの弾性部材の装着形
態、光ファイバー変位計における受光に基づく電圧の測
定形態等については適宜選定できるものである。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、一対の投光用光ファイバーと受光用光ファイバー
とからなる光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射
部材を移動自在に配設したことにより、測定用タッチプ
ローブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部
材のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーと
しての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏
感になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密
に検出することができるので、高精度にて測定物の測定
が可能となる。また、前記光ファイバー変位計を複数個
束ねた場合は、ボール等の球面形状の反射部材の曲率半
径および光ファイバー変位計の中心間距離等を予め把握
しておくことにより、測定物のＸＹＺ方向の３次元的な
変位を、複数の光ファイバー変位計と反射部材との間の
各間隔の変動を測定することにより求めることが可能と
なる。また、前記光ファイバー変位計を、一組または複
数組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を
適宜組み合わせて構成した場合は、投光用および受光用
ファイバー束の組合せを種々の形態から選択できて設計
の自由度が向上する。
れば、一対の投光用光ファイバーと受光用光ファイバー
とからなる光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射
部材を移動自在に配設したことにより、測定用タッチプ
ローブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部
材のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーと
しての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏
感になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密
に検出することができるので、高精度にて測定物の測定
が可能となる。また、前記光ファイバー変位計を複数個
束ねた場合は、ボール等の球面形状の反射部材の曲率半
径および光ファイバー変位計の中心間距離等を予め把握
しておくことにより、測定物のＸＹＺ方向の３次元的な
変位を、複数の光ファイバー変位計と反射部材との間の
各間隔の変動を測定することにより求めることが可能と
なる。また、前記光ファイバー変位計を、一組または複
数組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を
適宜組み合わせて構成した場合は、投光用および受光用
ファイバー束の組合せを種々の形態から選択できて設計
の自由度が向上する。
【００２２】さらに、前記光ファイバー変位計の先端と
反射部材との間を光透過性の弾性部材により接合した場
合は、光ファイバー変位計の先端と反射部材との間の接
合部材が、反射部材の位置の保持と復元機能を同時に兼
ね備えるので、製作および構造が単純化されるととも
に、部品点数が削減されて低コストとなる。さらにま
た、前記弾性部材が紫外線硬化樹脂である場合は、未固
化状態の硬化樹脂に紫外線を照射して光ファイバー変位
計と反射部材との間の電圧変動を最適のものに容易に設
定することができる。また、前記光ファイバー変位計の
中心部あるいは複数個の光ファイバー変位計間にダミー
ブローブを配設した場合は、光ファイバー変位計と反射
部材との間に配設される弾性部材として適宜の材質のも
のを採用することができ、あるいは光ファイバー変位計
間の間隔を適正に保持することが可能となる。かくし
て、本発明によれば、可動部の質量を軽減してセンサの
感度を上げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素
な構造の３次元座標測定用タッチプローブが提供され
る。
反射部材との間を光透過性の弾性部材により接合した場
合は、光ファイバー変位計の先端と反射部材との間の接
合部材が、反射部材の位置の保持と復元機能を同時に兼
ね備えるので、製作および構造が単純化されるととも
に、部品点数が削減されて低コストとなる。さらにま
た、前記弾性部材が紫外線硬化樹脂である場合は、未固
化状態の硬化樹脂に紫外線を照射して光ファイバー変位
計と反射部材との間の電圧変動を最適のものに容易に設
定することができる。また、前記光ファイバー変位計の
中心部あるいは複数個の光ファイバー変位計間にダミー
ブローブを配設した場合は、光ファイバー変位計と反射
部材との間に配設される弾性部材として適宜の材質のも
のを採用することができ、あるいは光ファイバー変位計
間の間隔を適正に保持することが可能となる。かくし
て、本発明によれば、可動部の質量を軽減してセンサの
感度を上げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素
な構造の３次元座標測定用タッチプローブが提供され
る。
【図１】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
１実施の形態を示し、タッチトリガーブローブの原理図
である。
１実施の形態を示し、タッチトリガーブローブの原理図
である。
【図２】同、球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。
受光率変化の説明図である。
【図３】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
２実施の形態を示し、図３（Ａ）は本発明の３次元座標
測定用のタッチブローブの原理図、図３（Ｂ）は光ファ
イバー変位計の断面で図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
２実施の形態を示し、図３（Ａ）は本発明の３次元座標
測定用のタッチブローブの原理図、図３（Ｂ）は光ファ
イバー変位計の断面で図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
【図４】同、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、図４（Ｂ）
は球面形状の反射部材であるボールの変位と受光率変化
の説明図である。
は球面形状の反射部材であるボールの変位と受光率変化
の説明図である。
【図５】タッチトリガーブローブの試作例を示す図であ
る。
る。
【図６】光ファイバー型変位計の出力電圧とギャップ量
の関係図である。
の関係図である。
【図７】本第２実施の形態の３Ｄ変位検出型のタッチブ
ローブの試作変形例図である。
ローブの試作変形例図である。
【図８】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
３実施の形態を示す要部拡大図である。
３実施の形態を示す要部拡大図である。
【図９】ブローブの種類と選択の基準についての説明図
である。
である。
【図１０】ブローブにおける一組の投光用ファイバー束
と複数の受光用ファイバー束を用いた例の原理図 であ
る。
と複数の受光用ファイバー束を用いた例の原理図 であ
る。
【図１１】ブローブにおける光ファイバー束の配列例を
示す図である。
示す図である。
【図１２】従来の３次元座標測定機用タッチブローブの
説明図である。
説明図である。
【図１３】従来の３次元座標測定機用変位検出型タッチ
ブローブの説明図である。
ブローブの説明図である。
５ ボール（反射部材） ６ 光源 ６−１ 光ファイバー変位計 ６−２ 光ファイバー変位計 ６−３ 光ファイバー変位計 ７ 投光用ファイバー束 ８ 受光用ファイバー束 ９ 受光素子 １０ シャンク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月１９日（２０００．４．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 ３次元座標測定用タッチプローブ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の投光用光フ
ァイバーと受光用光ファイバーとからなる光ファイバー
の受光率の変動に基づく出力電圧を計測する光ファイバ
ー変位計を利用した３次元座標測定用タッチプローブに
関する。
ァイバーと受光用光ファイバーとからなる光ファイバー
の受光率の変動に基づく出力電圧を計測する光ファイバ
ー変位計を利用した３次元座標測定用タッチプローブに
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、機械の精密加工等のための３次元
座標測定に用いられるタッチトリガープローブ（接触式
検出器）あるいはタッチプローブとしては、小型化、高
分解能化等の性能向上が要求されるようになってきてい
る。従来、典型的なタッチトリガープローブとして図１
２（Ａ）に示すような３次元座標測定用タッチトリガー
プローブが、タッチプローブとして図１３に示すような
３次元座標測定用タッチプローブが一般的である。これ
を説明すると、図１２に示した３次元座標測定機用タッ
チトリガープローブは、先端に球状部品であるボール１
０５が形成されたシャンク（柄）１０４からなるスタイ
ラス部（触針）１０３と、測定物とボール１０５との接
触で生じた変位や加速度が伝達される検出器であるセン
サ部１０２とから構成され、取付用プローブヘッド１０
１によって基台等に固定され、空間内を移動する。ボー
ル１０５が測定対象物に接触すると、その変位または加
速度は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝
達される。センサ部１０２はある設定値以上の変位や加
速度が検出された場合に、ボール１０５が測定物に接触
したものと判断される。ボール１０５は様々な角度、方
向から測定物に接触する可能性があるため、一般にセン
サ部１０２は、図１２（Ｂ）に示すような方向からの変
位、加速度の検出が可能である。一般的にタッチトリガ
ープローブは接触のタイミングを得る装置で方向を検知
するには不向きである。
座標測定に用いられるタッチトリガープローブ（接触式
検出器）あるいはタッチプローブとしては、小型化、高
分解能化等の性能向上が要求されるようになってきてい
る。従来、典型的なタッチトリガープローブとして図１
２（Ａ）に示すような３次元座標測定用タッチトリガー
プローブが、タッチプローブとして図１３に示すような
３次元座標測定用タッチプローブが一般的である。これ
を説明すると、図１２に示した３次元座標測定機用タッ
チトリガープローブは、先端に球状部品であるボール１
０５が形成されたシャンク（柄）１０４からなるスタイ
ラス部（触針）１０３と、測定物とボール１０５との接
触で生じた変位や加速度が伝達される検出器であるセン
サ部１０２とから構成され、取付用プローブヘッド１０
１によって基台等に固定され、空間内を移動する。ボー
ル１０５が測定対象物に接触すると、その変位または加
速度は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝
達される。センサ部１０２はある設定値以上の変位や加
速度が検出された場合に、ボール１０５が測定物に接触
したものと判断される。ボール１０５は様々な角度、方
向から測定物に接触する可能性があるため、一般にセン
サ部１０２は、図１２（Ｂ）に示すような方向からの変
位、加速度の検出が可能である。一般的にタッチトリガ
ープローブは接触のタイミングを得る装置で方向を検知
するには不向きである。
【０００３】タッチプローブとしては、図１３に示すよ
うな３次元座標測定用タッチプローブが一般的で、先端
に球状部品であるボール１０５が形成されたシャンク
（柄）１０４からなるスタイラス部（触針）１０３と、
測定物とボール１０５との接触で生じた変位や加速度が
伝達される検出器であるセンサ部１０２とから構成さ
れ、取付用プローブヘッド１０１によって基台等に固定
され、空間内を移動する。センサ部１０２は、ＸＹＺ微
動機構を構成して変位センサが３つ組み込まれている。
このような構成のタッチプローブにおいて、ボール１０
５が測定対象物に接触すると、その変位または加速度
は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝達さ
れる。センサ部１０２は測定対象物への接触に対応して
ＸＹＺ方向に変形し、ＸＹＺ方向それぞれの変位が測定
される。ボール１０５が測定対象物から離れるとセンサ
部の変形は元にもどる。
うな３次元座標測定用タッチプローブが一般的で、先端
に球状部品であるボール１０５が形成されたシャンク
（柄）１０４からなるスタイラス部（触針）１０３と、
測定物とボール１０５との接触で生じた変位や加速度が
伝達される検出器であるセンサ部１０２とから構成さ
れ、取付用プローブヘッド１０１によって基台等に固定
され、空間内を移動する。センサ部１０２は、ＸＹＺ微
動機構を構成して変位センサが３つ組み込まれている。
このような構成のタッチプローブにおいて、ボール１０
５が測定対象物に接触すると、その変位または加速度
は、スタライス１０３を介してセンサ部１０２に伝達さ
れる。センサ部１０２は測定対象物への接触に対応して
ＸＹＺ方向に変形し、ＸＹＺ方向それぞれの変位が測定
される。ボール１０５が測定対象物から離れるとセンサ
部の変形は元にもどる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のタッチトリガープローブあるいはタッチプロ
ーブにおいては、測定物とボールとの接触で生じた変位
や加速度はシャンク１０４を通じてセンサ部１０２に伝
達されるため、特に長いスライタス１０３を装着した場
合等では、可動部となるボールとシャンク１０４の質量
増加により、固有振動数が低くなって外部からの振動に
も弱いものとなり、検出分解能の向上が困難となってい
た。また、タッチプローブの場合では、空間内のＸＹＺ
方向の変位の検出のためのセンサ部は機械的にも複雑な
構造を呈して、将来の小型化が期待できないものであっ
た。
うな従来のタッチトリガープローブあるいはタッチプロ
ーブにおいては、測定物とボールとの接触で生じた変位
や加速度はシャンク１０４を通じてセンサ部１０２に伝
達されるため、特に長いスライタス１０３を装着した場
合等では、可動部となるボールとシャンク１０４の質量
増加により、固有振動数が低くなって外部からの振動に
も弱いものとなり、検出分解能の向上が困難となってい
た。また、タッチプローブの場合では、空間内のＸＹＺ
方向の変位の検出のためのセンサ部は機械的にも複雑な
構造を呈して、将来の小型化が期待できないものであっ
た。
【０００５】そこで本発明では、前記従来の３次元座標
測定用タッチプローブの諸課題を解決して、可動部の質
量を軽減してセンサの感度を上げ、高精度にて測定物の
測定を可能にした簡素な構造の３次元座標測定用タッチ
プローブを提供することを目的とする。
測定用タッチプローブの諸課題を解決して、可動部の質
量を軽減してセンサの感度を上げ、高精度にて測定物の
測定を可能にした簡素な構造の３次元座標測定用タッチ
プローブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、一対
の投光用光ファイバーと受光用光ファイバーとからなる
光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射部材を移動
自在に配設したことを特徴とする３次元座標測定用タッ
チプローブにある。また本発明は、前記光ファイバー変
位計を複数個束ねたことを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計を、一組または複数
組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を適
宜組み合わせて構成したことを特徴とするものである。
また本発明は、前記光ファイバー変位計の先端と反射部
材との間を光透過性の弾性部材により接合したことを特
徴とするものである。また本発明は、前記弾性部材が紫
外線硬化樹脂であることを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計の中心部にダミープ
ローブを配設したことを特徴とするものである。また本
発明は、前記複数個の光ファイバー変位計間および中心
部にダミープローブを配設したことを特徴とするもので
ある。また本発明は、前記中心部のダミープローブに前
記反射部材に接合される弾性部材を装着したことを特徴
とするもので、これらを課題解決のための手段とするも
のである。
の投光用光ファイバーと受光用光ファイバーとからなる
光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射部材を移動
自在に配設したことを特徴とする３次元座標測定用タッ
チプローブにある。また本発明は、前記光ファイバー変
位計を複数個束ねたことを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計を、一組または複数
組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を適
宜組み合わせて構成したことを特徴とするものである。
また本発明は、前記光ファイバー変位計の先端と反射部
材との間を光透過性の弾性部材により接合したことを特
徴とするものである。また本発明は、前記弾性部材が紫
外線硬化樹脂であることを特徴とするものである。また
本発明は、前記光ファイバー変位計の中心部にダミープ
ローブを配設したことを特徴とするものである。また本
発明は、前記複数個の光ファイバー変位計間および中心
部にダミープローブを配設したことを特徴とするもので
ある。また本発明は、前記中心部のダミープローブに前
記反射部材に接合される弾性部材を装着したことを特徴
とするもので、これらを課題解決のための手段とするも
のである。
【０００７】以下、本発明の３次元座標測定用タッチプ
ローブの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１お
よび図２は本発明の３次元座標測定用タッチプローブの
第１実施の形態を示し、図１は本発明の３次元座標測定
用のタッチトリガープローブの原理図、図２は球面形状
の反射部材であるボールの変位と受光率変化の説明図で
ある。図１に示すように、本発明の３次元座標測定用タ
ッチプローブは、一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端に球面形状の反射部材（ボール）５を移動自在に
配設したことを特徴とする。前記一対の投光用光ファイ
バーの束７と受光用光ファイバーの束８とからなる光フ
ァイバー変位計はシャンク（柄）１０内に結束されてお
り、光源６から出た光は投光用光ファイバーの束７を通
じて照射され、所定位置（中立位置）にあるボール５に
て反射された後、反射光の一部は受光用（戻り光用）フ
ァイバーの束８を通じて受光素子９に導かれる。
ローブの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１お
よび図２は本発明の３次元座標測定用タッチプローブの
第１実施の形態を示し、図１は本発明の３次元座標測定
用のタッチトリガープローブの原理図、図２は球面形状
の反射部材であるボールの変位と受光率変化の説明図で
ある。図１に示すように、本発明の３次元座標測定用タ
ッチプローブは、一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端に球面形状の反射部材（ボール）５を移動自在に
配設したことを特徴とする。前記一対の投光用光ファイ
バーの束７と受光用光ファイバーの束８とからなる光フ
ァイバー変位計はシャンク（柄）１０内に結束されてお
り、光源６から出た光は投光用光ファイバーの束７を通
じて照射され、所定位置（中立位置）にあるボール５に
て反射された後、反射光の一部は受光用（戻り光用）フ
ァイバーの束８を通じて受光素子９に導かれる。
【０００８】前記一対の投光用光ファイバーの束７と受
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端とボール５との間は移動自在に構成されている。
ボール５等の反射部材を光ファイバー変位計に対して移
動自在に構成するために、図３にて後述するように両者
を紫外線硬化樹脂等のような光透過性の弾性部材にて接
合するようにしてもよいし、適宜の弾性枠体にて取り囲
むように支持させたり、あるいは後述するように鋼製の
弾性部材を介在させてもよい。なお、前記一対の投光用
光ファイバーの束７と受光用光ファイバーの束８とから
構成される光ファイバー変位計としては、極端には２本
一対の光ファイバーから構成されてもよいが、通常は、
後述する図５および図９に示すように、多数の投光用フ
ァイバー（白丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）と
をランダムに束ねたもの、半分ずつに分けたもの、ある
いは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周囲
を受光用ファイバー群にて取り囲んだもの等適宜採用さ
れ得る。
光用光ファイバーの束８とからなる光ファイバー変位計
の先端とボール５との間は移動自在に構成されている。
ボール５等の反射部材を光ファイバー変位計に対して移
動自在に構成するために、図３にて後述するように両者
を紫外線硬化樹脂等のような光透過性の弾性部材にて接
合するようにしてもよいし、適宜の弾性枠体にて取り囲
むように支持させたり、あるいは後述するように鋼製の
弾性部材を介在させてもよい。なお、前記一対の投光用
光ファイバーの束７と受光用光ファイバーの束８とから
構成される光ファイバー変位計としては、極端には２本
一対の光ファイバーから構成されてもよいが、通常は、
後述する図５および図９に示すように、多数の投光用フ
ァイバー（白丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）と
をランダムに束ねたもの、半分ずつに分けたもの、ある
いは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周囲
を受光用ファイバー群にて取り囲んだもの等適宜採用さ
れ得る。
【０００９】図５は、このような構成のタッチトリガー
プローブの試作例であり、多数の投光用ファイバー（白
丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに
束ねたもの、半分ずつに分けたもの、あるいは中心部に
投光用ファイバーの束を配置してその周囲を受光用ファ
イバー群にて取り囲んだもの等からなる市販のものと同
様な光ファイバー変位計のプローブの先端に、ステンレ
ス鋼球を紫外線硬化樹脂等の光透過性の弾性部材を介し
て接合したもので、該変位計の諸元は、感度：０．０１
μｍ／ｍＶ、分解能：０．００３μｍ、ステンレス鋼球
（ＳＵＳ球）の直径：１．２とした。一般に、光ファイ
バー型変位計の出力電圧とギャップ量の関係は、図６の
ごとくであり、電圧の線形領域には近域と遠域とがあっ
て、分解能が高い近域が用いられる。
プローブの試作例であり、多数の投光用ファイバー（白
丸）と多数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに
束ねたもの、半分ずつに分けたもの、あるいは中心部に
投光用ファイバーの束を配置してその周囲を受光用ファ
イバー群にて取り囲んだもの等からなる市販のものと同
様な光ファイバー変位計のプローブの先端に、ステンレ
ス鋼球を紫外線硬化樹脂等の光透過性の弾性部材を介し
て接合したもので、該変位計の諸元は、感度：０．０１
μｍ／ｍＶ、分解能：０．００３μｍ、ステンレス鋼球
（ＳＵＳ球）の直径：１．２とした。一般に、光ファイ
バー型変位計の出力電圧とギャップ量の関係は、図６の
ごとくであり、電圧の線形領域には近域と遠域とがあっ
て、分解能が高い近域が用いられる。
【００１０】本発明では、可能な限り、ボール５の少な
い変位を検出するので、電圧曲線の最も急峻な近域を用
いるが、実際には、市販の光ファイバー変位計の出力電
圧とギャップ量の関係図は測定対象物が平面の場合の測
定結果に基づくものであるので、本発明で使用する測定
対象物となる球面状のボール表面における出力電圧特性
とは異なる。そこで、本発明では、ボールとプローブと
の間に紫外線硬化樹脂を流し込んでおき、ボールとプロ
ーブとの間の相対変位を調整して、電圧の変動が最も急
峻となったとき、紫外線を照射して樹脂を固化して製作
する。このようにして製作されたギャップ量は０．０２
〜０．０３程度になる。以上のように製作した３Ｄタッ
チトリガープローブのボール先端に外力を加えたとき、
出力電圧が変動することでボール先端の測定対象物の接
触が検知できることが確認できた。
い変位を検出するので、電圧曲線の最も急峻な近域を用
いるが、実際には、市販の光ファイバー変位計の出力電
圧とギャップ量の関係図は測定対象物が平面の場合の測
定結果に基づくものであるので、本発明で使用する測定
対象物となる球面状のボール表面における出力電圧特性
とは異なる。そこで、本発明では、ボールとプローブと
の間に紫外線硬化樹脂を流し込んでおき、ボールとプロ
ーブとの間の相対変位を調整して、電圧の変動が最も急
峻となったとき、紫外線を照射して樹脂を固化して製作
する。このようにして製作されたギャップ量は０．０２
〜０．０３程度になる。以上のように製作した３Ｄタッ
チトリガープローブのボール先端に外力を加えたとき、
出力電圧が変動することでボール先端の測定対象物の接
触が検知できることが確認できた。
【００１１】このような構成のもと、ボール５に測定対
象物が接触していない場合は、光ファイバー変位計であ
る光ファイバー束７、８の端部とボール５との間の相対
位置関係は変動（中立位置）せず、受光素子９に入射す
る光量は一定であり、受光素子９は受光量に応じた一定
の電圧を出力する。次に、図２に示すように、ボール５
に測定対象物等が接触すると、光ファイバー束７、８の
端部とボール５との間の相対位置関係が変動し、例え
ば、図２（Ａ）に示すように、ボール５の下部に接触す
ればボール５は上向きに移動するために、投光用光ファ
イバーの束７から照射されてボール５により反射した光
は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動し、受
光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力する。こ
の出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が測定対
象物に接触したと判断される。また、図２（Ｂ）に示す
ように、ボール５の横に測定対象物等が接触した場合
は、ボール５は水平方向に移動し、この場合も、投光用
光ファイバーの束７から照射されてボール５により反射
した光は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動
し、受光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力す
る。この出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が
測定対象物に接触したと判断される。
象物が接触していない場合は、光ファイバー変位計であ
る光ファイバー束７、８の端部とボール５との間の相対
位置関係は変動（中立位置）せず、受光素子９に入射す
る光量は一定であり、受光素子９は受光量に応じた一定
の電圧を出力する。次に、図２に示すように、ボール５
に測定対象物等が接触すると、光ファイバー束７、８の
端部とボール５との間の相対位置関係が変動し、例え
ば、図２（Ａ）に示すように、ボール５の下部に接触す
ればボール５は上向きに移動するために、投光用光ファ
イバーの束７から照射されてボール５により反射した光
は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動し、受
光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力する。こ
の出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が測定対
象物に接触したと判断される。また、図２（Ｂ）に示す
ように、ボール５の横に測定対象物等が接触した場合
は、ボール５は水平方向に移動し、この場合も、投光用
光ファイバーの束７から照射されてボール５により反射
した光は受光用光ファイバーの束８から戻る光量が変動
し、受光素子９は受光量変動に応じた電圧変化を出力す
る。この出力値が所定範囲を超えた場合に、ボール５が
測定対象物に接触したと判断される。
【００１２】以上のように、本発明の測定用タッチプロ
ーブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部材
のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーとし
ての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏感
になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密に
検出することができるので、高精度にて測定物の測定を
可能にした。
ーブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部材
のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーとし
ての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏感
になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密に
検出することができるので、高精度にて測定物の測定を
可能にした。
【００１３】図３および図４は本発明の３次元座標測定
用タッチプローブの第２実施の形態を示し、図３（Ａ）
は本発明の３次元座標測定用のタッチプローブの原理
図、図３（Ｂ）は光ファイバー変位計の断面で図３
（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、
図４（Ｂ）は球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。本実施の形態のものは、図
３（Ａ）に示すように、一対の投光用光ファイバーと受
光用光ファイバーとからなる光ファイバー変位計を複数
個（図示の例では６−１、６−２、６−３の３個）を束
ねたことを特徴とする。前記光ファイバー変位計６−
１、６−２、６−３の先端と反射部材であるボール５と
の間を光透過性の弾性部材７、例えば紫外線硬化樹脂に
より接合したものである。図３（Ｂ）の断面図に示すよ
うに、前記３個の光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３は、中心距離ｄにて互いに外接配置され、１２０
°の円周角度にて束ねられている。
用タッチプローブの第２実施の形態を示し、図３（Ａ）
は本発明の３次元座標測定用のタッチプローブの原理
図、図３（Ｂ）は光ファイバー変位計の断面で図３
（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、
図４（Ｂ）は球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。本実施の形態のものは、図
３（Ａ）に示すように、一対の投光用光ファイバーと受
光用光ファイバーとからなる光ファイバー変位計を複数
個（図示の例では６−１、６−２、６−３の３個）を束
ねたことを特徴とする。前記光ファイバー変位計６−
１、６−２、６−３の先端と反射部材であるボール５と
の間を光透過性の弾性部材７、例えば紫外線硬化樹脂に
より接合したものである。図３（Ｂ）の断面図に示すよ
うに、前記３個の光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３は、中心距離ｄにて互いに外接配置され、１２０
°の円周角度にて束ねられている。
【００１４】図７は、本第２実施の形態の３Ｄ変位検出
型のタッチプローブの試作変形例であり、図９のような
多数の投光用ファイバー（白丸）と多数の受光用ファイ
バー（黒丸）とをランダムに束ねたもの、半分ずつに分
けたもの、あるいは中心部に投光用ファイバーの束を配
置してその周囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだも
の等からなる市販のものと同様な光ファイバー変位計の
プローブを３本束ねたもので、ダミープローブとして中
心部のものを含めて空のパイプ４本とともに太い外径φ
３のパイプ内に収納して構成したものである。これによ
って、３本の光ファイバー変位計は正確に１２０°の円
周角度の間隔に設定できる。
型のタッチプローブの試作変形例であり、図９のような
多数の投光用ファイバー（白丸）と多数の受光用ファイ
バー（黒丸）とをランダムに束ねたもの、半分ずつに分
けたもの、あるいは中心部に投光用ファイバーの束を配
置してその周囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだも
の等からなる市販のものと同様な光ファイバー変位計の
プローブを３本束ねたもので、ダミープローブとして中
心部のものを含めて空のパイプ４本とともに太い外径φ
３のパイプ内に収納して構成したものである。これによ
って、３本の光ファイバー変位計は正確に１２０°の円
周角度の間隔に設定できる。
【００１５】本実施の形態では、図４（Ａ）に示すよう
に、束ねられた複数（図示の例では３本）の光ファイバ
ー変位計６−１、６−２、６−３の先端部に光透過性の
ある弾性部材を介して配設されたボール５について、中
立位置における各光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３とボール５との間の間隔ａ、ｂ、ｃをそれぞれ測
定しておき、図４（Ｂ）に示すように、ボール５の左側
に測定対象物が接触して、相対的にボール５が水平右方
向に変位すると、各光ファイバー変位計６−１、６−
２、６−３とボール５との間隔ａ、ｂ、ｃがそれぞれ変
動する。例えば、間隔ａが増加し、かつ間隔ｂが減少す
ればボール５は右方向へ移動したことが検知される。ま
た、間隔ａ、ｂ、ｃが同じ量減少すれば、ボール５は上
方へ移動したことになる。このように、ボール５の曲率
半径および光ファイバー変位計の中心間距離ｄ等が判っ
ていれば、間隔ａ、ｂ、ｃの３つの量を光ファイバー変
位計で得ることにより、ボール５の中心位置のＸＹＺ方
向の変位は幾何学的あるいは実験的に求めることが可能
となる。
に、束ねられた複数（図示の例では３本）の光ファイバ
ー変位計６−１、６−２、６−３の先端部に光透過性の
ある弾性部材を介して配設されたボール５について、中
立位置における各光ファイバー変位計６−１、６−２、
６−３とボール５との間の間隔ａ、ｂ、ｃをそれぞれ測
定しておき、図４（Ｂ）に示すように、ボール５の左側
に測定対象物が接触して、相対的にボール５が水平右方
向に変位すると、各光ファイバー変位計６−１、６−
２、６−３とボール５との間隔ａ、ｂ、ｃがそれぞれ変
動する。例えば、間隔ａが増加し、かつ間隔ｂが減少す
ればボール５は右方向へ移動したことが検知される。ま
た、間隔ａ、ｂ、ｃが同じ量減少すれば、ボール５は上
方へ移動したことになる。このように、ボール５の曲率
半径および光ファイバー変位計の中心間距離ｄ等が判っ
ていれば、間隔ａ、ｂ、ｃの３つの量を光ファイバー変
位計で得ることにより、ボール５の中心位置のＸＹＺ方
向の変位は幾何学的あるいは実験的に求めることが可能
となる。
【００１６】図８は、本発明の３次元座標測定用タッチ
プローブの第３実施の形態を示すもので、前記第２実施
の形態のものの中心部のダミープローブ（第１実施の形
態のものにおける光ファイバー変位計の中心部にダミー
プローブを配設したものでもよい）に、前記反射部材で
あるボールに接合される弾性部材を装着したことを特徴
とする。弾性部材として、球座（材質は鋼等でよい）を
ボールに接合し、球座の上部柄部分を前記プローブ内の
ダミープローブ内に挿入して装着するものである。本実
施の形態では、比較的大きなボールを採用する際には、
紫外線効果樹脂等の弾性部材を使用する場合よりも耐久
性の面で有利となる。
プローブの第３実施の形態を示すもので、前記第２実施
の形態のものの中心部のダミープローブ（第１実施の形
態のものにおける光ファイバー変位計の中心部にダミー
プローブを配設したものでもよい）に、前記反射部材で
あるボールに接合される弾性部材を装着したことを特徴
とする。弾性部材として、球座（材質は鋼等でよい）を
ボールに接合し、球座の上部柄部分を前記プローブ内の
ダミープローブ内に挿入して装着するものである。本実
施の形態では、比較的大きなボールを採用する際には、
紫外線効果樹脂等の弾性部材を使用する場合よりも耐久
性の面で有利となる。
【００１７】図９は、プローブの種類と選択の基準につ
いての説明図であり、前述したように、光ファイバー配
列方式としては、多数の投光用ファイバー（白丸）と多
数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに束ねたラ
ンダム形（Ｒ）、半分ずつに分けたハーフ形（Ｈ）、あ
るいは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周
囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだ投光中心形（Ｃ
Ｔ１）があり、ランダム形（Ｒ）はフロントスロープの
勾配が最も高く、最も高感度にて測定することができる
反面、測定レンジは最も狭い。したがって、短いレンジ
で高感度な測定を行うのに適していることが判る。投光
中心形（ＣＴ１）、ハーフ形（Ｈ）となるにつれて、フ
ロントスロープの感度は低くなり、反面、測定レンジは
大きくなる（但し、エッジの検出については、ハーフ形
を使用した方がより高感度の測定ができる）。以上の特
性を踏まえて最適のモデルが選定される。
いての説明図であり、前述したように、光ファイバー配
列方式としては、多数の投光用ファイバー（白丸）と多
数の受光用ファイバー（黒丸）とをランダムに束ねたラ
ンダム形（Ｒ）、半分ずつに分けたハーフ形（Ｈ）、あ
るいは中心部に投光用ファイバーの束を配置してその周
囲を受光用ファイバー群にて取り囲んだ投光中心形（Ｃ
Ｔ１）があり、ランダム形（Ｒ）はフロントスロープの
勾配が最も高く、最も高感度にて測定することができる
反面、測定レンジは最も狭い。したがって、短いレンジ
で高感度な測定を行うのに適していることが判る。投光
中心形（ＣＴ１）、ハーフ形（Ｈ）となるにつれて、フ
ロントスロープの感度は低くなり、反面、測定レンジは
大きくなる（但し、エッジの検出については、ハーフ形
を使用した方がより高感度の測定ができる）。以上の特
性を踏まえて最適のモデルが選定される。
【００１８】図１０は、プローブにおける一組の投光用
ファイバー束と複数の受光用ファイバー束を用いた例の
原理図で、この例では、一つの光源６による一組の投光
用光ファイバー（束）７と複数の受光用光ファイバー
（束）８−１、８−２および８−３を用いて受光素子９
−１、９−２および９−３に光が戻る光ファイバー変位
計を構成したもので、このようなプローブを用いても前
述の図３および図４に示すような３次元の変位を検出す
ることが可能である。
ファイバー束と複数の受光用ファイバー束を用いた例の
原理図で、この例では、一つの光源６による一組の投光
用光ファイバー（束）７と複数の受光用光ファイバー
（束）８−１、８−２および８−３を用いて受光素子９
−１、９−２および９−３に光が戻る光ファイバー変位
計を構成したもので、このようなプローブを用いても前
述の図３および図４に示すような３次元の変位を検出す
ることが可能である。
【００１９】図１１は、前記図１０に示したプローブに
おける光ファイバー束の配列例を示す図で、図１１
（Ａ）はパイプに収納された４本の光ファイバー束７、
８の中の１本の束７を投光用とするもの、図１１（Ｂ）
は投光用ファイバー７と受光用ファイバー８をランダム
に配したファイバー束を三組用いたもの、図１１（Ｃ）
は１本のパイプ内にファイバー束を収納し、その中央部
のみの束を投光用７としたもの、図１１（Ｄ）は１本の
パイプ内にファイバー束を収納し、投光用と受光用ファ
イバー７と８をランダムに配列したものである。
おける光ファイバー束の配列例を示す図で、図１１
（Ａ）はパイプに収納された４本の光ファイバー束７、
８の中の１本の束７を投光用とするもの、図１１（Ｂ）
は投光用ファイバー７と受光用ファイバー８をランダム
に配したファイバー束を三組用いたもの、図１１（Ｃ）
は１本のパイプ内にファイバー束を収納し、その中央部
のみの束を投光用７としたもの、図１１（Ｄ）は１本の
パイプ内にファイバー束を収納し、投光用と受光用ファ
イバー７と８をランダムに配列したものである。
【００２０】以上、本発明の３次元座標測定用タッチプ
ローブの実施の形態を説明してきたが、本発明の趣旨の
範囲内で、光ファイバー変位計である投光用光ファイバ
ーおよび受光用光ファイバーの形状、形式、複数個の光
ファイバー変位計の束ね形態、反射部材の形状、材質、
光ファイバー変位計と反射部材との関連構成、弾性部材
の形状、材質、光ファイバー変位計におけるダミープロ
ーブの配設形態、ダミープローブへの弾性部材の装着形
態、光ファイバー変位計における受光に基づく電圧の測
定形態等については適宜選定できるものである。
ローブの実施の形態を説明してきたが、本発明の趣旨の
範囲内で、光ファイバー変位計である投光用光ファイバ
ーおよび受光用光ファイバーの形状、形式、複数個の光
ファイバー変位計の束ね形態、反射部材の形状、材質、
光ファイバー変位計と反射部材との関連構成、弾性部材
の形状、材質、光ファイバー変位計におけるダミープロ
ーブの配設形態、ダミープローブへの弾性部材の装着形
態、光ファイバー変位計における受光に基づく電圧の測
定形態等については適宜選定できるものである。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、一対の投光用光ファイバーと受光用光ファイバー
とからなる光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射
部材を移動自在に配設したことにより、測定用タッチプ
ローブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部
材のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーと
しての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏
感になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密
に検出することができるので、高精度にて測定物の測定
が可能となる。また、前記光ファイバー変位計を複数個
束ねた場合は、ボール等の球面形状の反射部材の曲率半
径および光ファイバー変位計の中心間距離等を予め把握
しておくことにより、測定物のＸＹＺ方向の３次元的な
変位を、複数の光ファイバー変位計と反射部材との間の
各間隔の変動を測定することにより求めることが可能と
なる。また、前記光ファイバー変位計を、一組または複
数組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を
適宜組み合わせて構成した場合は、投光用および受光用
ファイバー束の組合せを種々の形態から選択できて設計
の自由度が向上する。
れば、一対の投光用光ファイバーと受光用光ファイバー
とからなる光ファイバー変位計の先端に球面形状の反射
部材を移動自在に配設したことにより、測定用タッチプ
ローブにおける可動部材はボール等の球面形状の反射部
材のみであるため、質量がきわめて小さく、センサーと
しての感度を格段に向上させることができ、しかも、敏
感になったセンサーの微動の変動分を光変動により精密
に検出することができるので、高精度にて測定物の測定
が可能となる。また、前記光ファイバー変位計を複数個
束ねた場合は、ボール等の球面形状の反射部材の曲率半
径および光ファイバー変位計の中心間距離等を予め把握
しておくことにより、測定物のＸＹＺ方向の３次元的な
変位を、複数の光ファイバー変位計と反射部材との間の
各間隔の変動を測定することにより求めることが可能と
なる。また、前記光ファイバー変位計を、一組または複
数組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束を
適宜組み合わせて構成した場合は、投光用および受光用
ファイバー束の組合せを種々の形態から選択できて設計
の自由度が向上する。
【００２２】さらに、前記光ファイバー変位計の先端と
反射部材との間を光透過性の弾性部材により接合した場
合は、光ファイバー変位計の先端と反射部材との間の接
合部材が、反射部材の位置の保持と復元機能を同時に兼
ね備えるので、製作および構造が単純化されるととも
に、部品点数が削減されて低コストとなる。さらにま
た、前記弾性部材が紫外線硬化樹脂である場合は、未固
化状態の硬化樹脂に紫外線を照射して光ファイバー変位
計と反射部材との間の電圧変動を最適のものに容易に設
定することができる。また、前記光ファイバー変位計の
中心部あるいは複数個の光ファイバー変位計間にダミー
プローブを配設した場合は、光ファイバー変位計と反射
部材との間に配設される弾性部材として適宜の材質のも
のを採用することができ、あるいは光ファイバー変位計
間の間隔を適正に保持することが可能となる。かくし
て、本発明によれば、可動部の質量を軽減してセンサの
感度を上げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素
な構造の３次元座標測定用タッチプローブが提供され
る。
反射部材との間を光透過性の弾性部材により接合した場
合は、光ファイバー変位計の先端と反射部材との間の接
合部材が、反射部材の位置の保持と復元機能を同時に兼
ね備えるので、製作および構造が単純化されるととも
に、部品点数が削減されて低コストとなる。さらにま
た、前記弾性部材が紫外線硬化樹脂である場合は、未固
化状態の硬化樹脂に紫外線を照射して光ファイバー変位
計と反射部材との間の電圧変動を最適のものに容易に設
定することができる。また、前記光ファイバー変位計の
中心部あるいは複数個の光ファイバー変位計間にダミー
プローブを配設した場合は、光ファイバー変位計と反射
部材との間に配設される弾性部材として適宜の材質のも
のを採用することができ、あるいは光ファイバー変位計
間の間隔を適正に保持することが可能となる。かくし
て、本発明によれば、可動部の質量を軽減してセンサの
感度を上げ、高精度にて測定物の測定を可能にした簡素
な構造の３次元座標測定用タッチプローブが提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
１実施の形態を示し、タッチトリガープローブの原理図
である。
１実施の形態を示し、タッチトリガープローブの原理図
である。
【図２】同、球面形状の反射部材であるボールの変位と
受光率変化の説明図である。
受光率変化の説明図である。
【図３】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
２実施の形態を示し、図３（Ａ）は本発明の３次元座標
測定用のタッチプローブの原理図、図３（Ｂ）は光ファ
イバー変位計の断面で図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
２実施の形態を示し、図３（Ａ）は本発明の３次元座標
測定用のタッチプローブの原理図、図３（Ｂ）は光ファ
イバー変位計の断面で図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。
【図４】同、図４（Ａ）は要部拡大斜視図、図４（Ｂ）
は球面形状の反射部材であるボールの変位と受光率変化
の説明図である。
は球面形状の反射部材であるボールの変位と受光率変化
の説明図である。
【図５】タッチトリガープローブの試作例を示す図であ
る。
る。
【図６】光ファイバー型変位計の出力電圧とギャップ量
の関係図である。
の関係図である。
【図７】本第２実施の形態の３Ｄ変位検出型のタッチプ
ローブの試作変形例図である。
ローブの試作変形例図である。
【図８】本発明の３次元座標測定用タッチプローブの第
３実施の形態を示す要部拡大図である。
３実施の形態を示す要部拡大図である。
【図９】プローブの種類と選択の基準についての説明図
である。
である。
【図１０】プローブにおける一組の投光用ファイバー束
と複数の受光用ファイバー束を用いた例の原理図 であ
る。
と複数の受光用ファイバー束を用いた例の原理図 であ
る。
【図１１】プローブにおける光ファイバー束の配列例を
示す図である。
示す図である。
【図１２】従来の３次元座標測定機用タッチプローブの
説明図である。
説明図である。
【図１３】従来の３次元座標測定機用変位検出型タッチ
プローブの説明図である。
プローブの説明図である。
【符号の説明】 ５ ボール（反射部材） ６ 光源 ６−１ 光ファイバー変位計 ６−２ 光ファイバー変位計 ６−３ 光ファイバー変位計 ７ 投光用ファイバー束 ８ 受光用ファイバー束 ９ 受光素子 １０ シャンク
Claims (8)
- 【請求項１】 一対の投光用光ファイバーと受光用光フ
ァイバーとからなる光ファイバー変位計の先端に球面形
状の反射部材を移動自在に配設したことを特徴とする３
次元座標測定用タッチプローブ。 - 【請求項２】 前記光ファイバー変位計を複数個束ねた
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元座標測定用タ
ッチプローブ。 - 【請求項３】 前記光ファイバー変位計を、一組または
複数組の投光用および受光用光ファイバーまたはその束
を適宜組み合わせて構成したことを特徴とする請求項１
または２に記載の３次元座標測定用タッチプローブ。 - 【請求項４】 前記光ファイバー変位計の先端と反射部
材との間を光透過性の弾性部材により接合したことを特
徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元座
標測定用タッチプローブ。 - 【請求項５】 前記弾性部材が紫外線硬化樹脂であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の３次元座標測定用タッ
チプローブ。 - 【請求項６】 前記光ファイバー変位計の中心部にダミ
ーブローブを配設したことを特徴とする請求項１または
４ないし５のいずれかに記載の３次元座標測定用タッチ
プローブ。 - 【請求項７】 前記複数個の光ファイバー変位計間およ
び中心部にダミーブローブを配設したことを特徴とする
請求項２ないし５のいずれかに記載の３次元座標測定用
タッチプローブ。 - 【請求項８】 前記中心部のダミーブローブに前記反射
部材に接合される弾性部材を装着したことを特徴とする
請求項６または７に記載の３次元座標測定用タッチプロ
ーブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069686A JP3810609B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | ３次元座標測定用タッチプローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000069686A JP3810609B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | ３次元座標測定用タッチプローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264046A true JP2001264046A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3810609B2 JP3810609B2 (ja) | 2006-08-16 |
Family
ID=18588522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000069686A Expired - Fee Related JP3810609B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | ３次元座標測定用タッチプローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3810609B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308455A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Nec Corp | 電磁界検出素子とそれを用いた電磁界測定装置 |
| JP2008122370A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-29 | Fukuoka Prefecture | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2011043484A (ja) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | Toyota Motor Corp | エンジンマウントの変位量計測方法 |
| JP2015219169A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | リョーエイ株式会社 | 真円度測定用プローブ、真円度測定装置、及び真円度測定方法 |
| CN106595479A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 清华大学深圳研究生院 | 一种光纤式三维触发测头装置及测量方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101125866B1 (ko) * | 2009-12-30 | 2012-03-28 | 조선대학교산학협력단 | 광 커넥터 및 이를 채용한 구형 금속의 검사 장치 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000069686A patent/JP3810609B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005308455A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Nec Corp | 電磁界検出素子とそれを用いた電磁界測定装置 |
| JP2008122370A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-29 | Fukuoka Prefecture | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2011043484A (ja) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | Toyota Motor Corp | エンジンマウントの変位量計測方法 |
| JP2015219169A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | リョーエイ株式会社 | 真円度測定用プローブ、真円度測定装置、及び真円度測定方法 |
| CN106595479A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 清华大学深圳研究生院 | 一种光纤式三维触发测头装置及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3810609B2 (ja) | 2006-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1086354B1 (en) | Surface sensing device with optical sensor | |
| JP5210536B2 (ja) | 測定プローブ | |
| CN103256890B (zh) | 接触式探针 | |
| US7500319B2 (en) | Measurement probe for use in coordinate measuring machines | |
| US5118956A (en) | Touch probe including a waveguide | |
| JP3210963B2 (ja) | ボールステップゲージ | |
| JPH02161301A (ja) | 三次元変位量測定器 | |
| CN1979091A (zh) | 光学测量系统 | |
| JPH0224442B2 (ja) | ||
| US5509211A (en) | Multi-coordinate probe | |
| US5548902A (en) | Multi-coordinate probe | |
| JP3517185B2 (ja) | スケール部材、その製造方法及びそれを用いた変位計 | |
| JP2001264046A (ja) | ３次元座標測定用タッチプローブ | |
| EP0489399B1 (en) | Displacement detector | |
| JP2007155401A (ja) | 変位センサおよび形状測定装置 | |
| JP6540347B2 (ja) | 外力測定装置及び外力測定方法 | |
| JP4278032B2 (ja) | 光電式変位検出装置 | |
| JPH06273122A (ja) | 内径測定装置 | |
| JPH03229120A (ja) | オプトエレクトロニックデバイス | |
| JPH0961135A (ja) | シリンドリカル面の測定方法 | |
| JP2004198229A (ja) | 光学式エンコーダ | |
| JP2006349653A (ja) | 変位量測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050225 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050906 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051011 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060523 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060524 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100602 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110602 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120602 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130602 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |