JP2002243538A - 弾性体の振動検出システム - Google Patents
弾性体の振動検出システムInfo
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Abstract
弾性体の振動を高精度に把握できるとともに、簡単かつ
安価な構成を有する弾性体の振動検出システムを提供す
ること。 【解決手段】振動検出システムにおいて、スタイラス2
1の振動状態を検出する検出手段23からの検出信号を
磁気回路30の1次コイル31で受け、相互誘導により
2次コイル32で発生した出力信号を用いてスタイラス
21の振動を検出した。スタイラス21を主要振動モー
ドで加振して、スタイラス21の質量等によりスタイラ
ス21に高周波成分を含んだ多重の振動モードの振動が
生じても、コイルは高周波の電流が流れにくい性質を有
するため、2次コイル32からの出力信号には高周波成
分がほとんど反映されない。従って、主要振動モードの
振動挙動を高精度に反映した出力信号を得ることがで
き、この出力信号を観測すれば、スタイラス21の振動
状態を高精度に把握できる。
Description
システムに係り、詳しくは、多重の振動モードを有する
弾性体の振動を検出する弾性体の振動検出システムに関
する。
を行う測定機としてハイトゲージ(一次元測定機)、三
次元測定機、表面性状測定機や小穴測定機等が知られて
いる。これらの測定機には接触式プローブを用いたもの
があり、この接触式プローブによって、被測定物との接
触を検出して被測定物の座標値や、被測定物と測定機と
の位置関係の検出等を行っている。通常、接触式プロー
ブは、先端に被測定物と接触する接触部を有したスタイ
ラスと、このスタイラスを振動させる加振手段と、スタ
イラスの振動状態を検出する検出手段とを備えている。
このような構成の接触式プローブでは、まず、加振手段
でスタイラスを加振し、スタイラスの接触部と被測定物
との接触に際して生じるスタイラスの振動状態の変化を
検出手段によって検出している。そして、検出手段から
出力される検出信号の変化を観測することでスタイラス
の振動状態の変化を検知できるようになっている。
うな接触式プローブでは、スタイラスを所定の振動状態
で振動させるために、通常、加振手段によって主要振動
モード(たとえば1次振動モード)で振動させる。しか
しながら、主要振動モードでスタイラスを加振しても、
スタイラスの形状やスタイラスに装着される素子(たと
えば、加振手段や検出手段を構成する圧電素子等)の質
量の影響等により、スタイラスには主要振動モードの振
動の他に多重の振動モードの振動が発生してしまう。こ
のため、検出手段から得られる検出信号には、主要振動
モードの振動の挙動の他に、多重の振動モードの振動の
挙動が反映され、この多重の振動モードの振動挙動が、
主要振動モードの振動挙動のノイズとなってSN比が低
下するという問題がある。そして、検出手段の検出可能
な振動の周波数範囲が広ければ広いほどノイズを拾って
しまい、SN比がより低下してしまう。このような検出
信号のノイズを抑制するため、特定の伝達特性を有する
フィルタを用いることが考えられるが、主要振動モード
に対応した特定の伝達特性を有するフィルタは、その構
成が複雑かつ高価であるという問題がある。
号を得ることができて弾性体の振動を高精度に把握でき
るとともに、簡単かつ安価な構成を有する弾性体の振動
検出システムを提供することにある。
出システムは、上記目的を達成するために、以下の構成
を備える。請求項1に記載の発明は、弾性体の振動を検
出する弾性体の振動検出システムであって、加振される
弾性体の振動状態を検出するとともに、前記振動状態に
応じた検出信号を出力する検出手段と、1次コイルおよ
び2次コイルを有するとともに、これら1次コイルおよ
び2次コイル間の電磁気的結合を密にする磁気回路とを
備え、前記検出手段からの前記検出信号を前記1次コイ
ルで受け、これにより前記2次コイルに発生する出力信
号を用いて前記弾性体の振動を検出することを特徴とす
るものである。
号を磁気回路の1次コイルで受け、相互誘導により2次
コイルで発生した出力信号を用いて弾性体の振動を検出
している。コイルは、周波数の高い電流ほどインピーダ
ンスが上がる性質を有している、つまり、高周波の電流
が流れにくい性質を有しているから、ノイズとなる多重
の振動モードに対応する検出信号の成分である高周波成
分を大幅に除去できるようになる。これにより、1次コ
イルで受けた検出信号からノイズを除去した出力信号を
2次コイルで発生させることができるから、2次コイル
で発生した出力信号の変化を高精度に把握でき、弾性体
に外部作用力が作用(たとえば、被測定物との接触)し
た場合には、その弾性体の振動の挙動変化を高精度に把
握できるようになる。また、磁気回路では、1次コイル
と2次コイルとが電磁気的結合を密にしているから、1
次コイルに交流信号が流れたときに2次コイルに電圧が
生じ、1次コイルに電流に変化のない直流信号が流れた
ときには2次コイルには電圧が生じない。このことによ
り、弾性体に、たとえば被測定物が接触した際に、静電
気が生じたとしても静電気は直流なので、2次コイルで
発生する電圧への静電気の影響を回避できる。さらに、
1次コイルの巻数よりも2次コイルの巻数を多くすれ
ば、1次コイルで受ける検出信号の振幅を昇圧して増大
した出力信号の振幅を2次コイルで発生させることがで
きる。そして、1次コイルおよび2次コイル間の電磁気
的結合を密にする磁気回路を用いているから、特定の伝
達特性を有するフィルタを用いた従来と異なり、振動検
出システムを簡単かつ安価な構成にすることができる。
の弾性体の振動検出システムにおいて、前記検出手段
は、前記弾性体に装着されているとともに、圧電素子ま
たは歪み検出素子で構成されていることを特徴とするも
のである。この発明によれば、検出手段を弾性体に装着
するとともに圧電素子または歪み検出素子で構成してい
るから、構成の簡素化およびコストダウンを図ることが
できる。ここで、歪み検出素子とは、ストレインゲージ
等の個体の歪み量に応じた電位を出力する素子のことで
ある。なお、ここでいう装着には、圧電素子または歪み
検出素子を弾性体に直接装着した場合と、たとえば弾性
体を保持する部材を介して間接的に装着した場合との両
方が含まれる。
の弾性体の振動検出システムにおいて、前記検出手段
は、前記弾性体の周辺に配置されているとともに、弾性
体の振動状態を非接触で検出する非接触検出素子で構成
されていることを特徴とするものである。この発明によ
れば、検出手段をたとえば光学的ファイバ、レーザドッ
プラー等の非接触検出素子で構成しているため、弾性体
と検出手段との接触による弾性体の振動への影響をなく
すことができ、これによって、弾性体の振動状態の検出
をより精度よく行えるようになる。
に基づいて説明する。 [第1実施形態]図1には、本発明の第1実施形態に係
る振動検出システム1が示され、この振動検出システム
1は、加振エネルギー電源10、接触式プローブ20、
磁気回路30、および信号処理部40を備えている。こ
のうち、加振エネルギー電源10は、接触式プローブ2
0の後述する加振手段22に所定の交流信号を与える装
置である。
すように、本発明の弾性体としてのスタイラス21と、
このスタイラス21を振動させる加振手段22と、スタ
イラス21の振動を検出する検出手段23とを含んで構
成されている。スタイラス21は、略柱状に形成され、
その先端には被測定物と接触する円盤状の接触部21A
が設けられ、後端には必要に応じてカウンタバランス2
1Bが設けられている。このようなスタイラス21はそ
の中央部分がスタイラスホルダ24によって保持されて
いる。スタイラスホルダ24は、図示しない測定機(た
とえば、ハイトゲージ、三次元測定機、表面性状測定機
や小穴測定機等)の移動軸に取り付けるための固定部2
41と、スタイラス21を接着固定するためのスタイラ
ス取付部242とを有し、これら固定部241およびス
タイラス取付部242は一体的に形成されている。スタ
イラス取付部242は、二股に分かれており、この二股
の先端2箇所でスタイラス21を軸方向に沿って2点支
持している。スタイラス21が接着されるスタイラス取
付部242の先端は、断面コ字状に形成されており、そ
の開口内にスタイラス21が配置されている。加振手段
22および検出手段23は、それぞれ加振用圧電素子お
よび検出用圧電素子から構成されており、これら2枚の
圧電素子の表裏面にはそれぞれ電極が形成されている。
これら圧電素子は、対向配置され、スタイラス取付部2
42の二股部分にまたがって上面および下面にそれぞれ
取り付けられている。なお、加振手段22は、加振エネ
ルギー電源10からの交流的信号が印加されて振動する
ようになっている。
角枠状のコア部材33と、このコア部材33の対向する
二辺にそれぞれ巻き回された1次コイル31および2次
コイル32とを含んで構成されており、1次コイル31
および2次コイル32間の電磁気的結合は密になってい
る。1次コイル31の両端は、接触式プローブ20の検
出手段23の両端にそれぞれ接続され、1次コイル31
には検出手段23(検出用圧電素子)の両端に発生する
電荷が与えられる。つまり、1次コイル31は、検出手
段23によって電圧が印加される。一方、2次コイル3
2の両端は、信号処理部40に接続されている。この信
号処理部40は、2次コイル32からの交流的信号(出
力信号)を受け取り、この交流的信号を解析処理した解
析結果に基づいて外部へ信号を出力している。
いて、検出手段23からの検出信号(電圧)が1次コイ
ル31に印加されると、相互誘導により2次コイル32
で出力信号(交流的信号)が発生する。コイルは、周波
数の高い電流ほどインピーダンスが上がる性質を有して
おり、高周波の電流が流れにくい性質を有している。こ
のため、1次コイル31で受けた検出手段23からの検
出信号に高周波成分が含まれていた場合には、この高周
波成分が大幅に除去された出力信号が2次コイル32に
生じる。ここで、1次コイル31および2次コイル32
は、巻数比は所定比とされ、1次コイル31の巻数より
も2次コイル32の巻数の方が多くなっている。これに
より、1次コイル31で受ける検出信号の振幅を昇圧し
て増大した出力信号の振幅を2次コイル32で発生させ
ることができるようになっている。
ず、加振エネルギー電源10により電気エネルギを加振
手段22に与えて、すなわち加振用圧電素子に所定周波
数の電圧を印加して、スタイラス21を軸方向に主要振
動モード(たとえば1次振動モード)で振動させる。こ
の際、スタイラス21の形状、スタイラス21が接着さ
れるスタイラスホルダ24の質量や、スタイラス21に
装着された加振手段22および検出手段23の質量等の
影響により、スタイラス21には主要振動モードの他に
高周波成分を含んだ多重の振動モードが発生する。スタ
イラス20の多重の振動モードの振動は、直接検出手段
23(検出用圧電素子)に伝搬し、この検出手段23も
スタイラス21と同様に多重の振動モードで振動する。
このため、検出手段23から発生する検出信号には、主
要振動モードの振動の挙動の他に、多重の振動モードの
振動の振動挙動が反映される。
次コイル31に印加されると、相互誘導により2次コイ
ル32で出力信号(交流的信号)が発生する。コイル
は、上述したように、高周波の電流が流れにくい性質を
有しているため、1次コイル31で受けた検出手段23
からの検出信号に高周波成分が含まれていた場合には、
この高周波成分が大幅に除去された出力信号が2次コイ
ル32に生じることとなる。これにより、主要振動モー
ドの振動挙動のノイズを大幅に除去することができ、S
N比が改善された出力信号が得られる。そして、このよ
うな主要振動モードの振動挙動を高精度に反映した出力
信号を信号処理部40で解析処理して観測することで、
スタイラス21の振動状態を高精度に把握できるように
なる。
ば、三次元測定機等の接触式タッチトリガプローブに用
いられる。具体的には、加振手段22によってスタイラ
ス21が軸方向に沿って主要振動モードで振動している
状態において、被測定物と接触式プローブ20とを相対
移動させ、スタイラス21の接触部21Aが被測定物に
接触すると、スタイラス21の振動が拘束され、スタイ
ラス21の主要振動モードの振動が減衰する。ここで、
磁気回路30では、検出手段23からの検出信号の高周
波成分(ノイズ)が大幅に除去されるから、信号処理部
40では、主要振動モードの振動の減衰を高精度に検出
できるようになっている。そして、主要振動モードの振
動が所定レベルまで減衰したときに、信号を外部に出力
するように信号処理部40を設定しておけば、スタイラ
ス21と被測定物との接触を確実に検出でき、かつ、三
次元測定機等による測定圧を常に一定にできる。
うな効果がある。 (1)振動検出システム1において、検出手段23から
の検出信号を磁気回路30の1次コイル31で受け、相
互誘導により2次コイル32で発生した出力信号を用い
てスタイラス21の振動を検出しているから、ノイズと
なる多重の振動モードに対応する検出信号の成分である
高周波成分を大幅に除去できる。従って、スタイラス2
1に働いた外部作用力の作用(たとえば被測定物との接
触等)を2次コイル32で発生した出力信号の変化から
高精度に把握できるようになる。また、磁気回路30で
は、1次コイル31と2次コイル32とが電磁気的結合
を密にしているから、1次コイル31に交流信号が流れ
たときに2次コイル321に電圧が生じ、1次コイル3
1に電流に変化のない直流信号が流れたときには2次コ
イル32には電圧が生じない。従って、スタイラス21
に、たとえば被測定物が接触した際に、静電気が生じた
としても静電気は直流なので、2次コイル32で発生す
る電圧への影響を回避できる。
装着することで加振手段22および検出手段23を構成
しているから、振動検出システム1の構成の簡素化およ
びコストダウンを図ることができる。なお、本実施形態
では、スタイラス取付部242を介して圧電素子をスタ
イラス21に装着しているが、圧電素子をスタイラス2
1に直接装着してもよく、このような場合も本発明に含
まれる。
イル32の巻数を多くしているから、1次コイル31で
受ける検出信号の振幅を昇圧して増大した出力信号の振
幅を2次コイル32で発生させることができる。
実施形態に係る振動検出システム2が示されている。こ
こで、本実施形態と、前述の第1実施形態とでは、スタ
イラスの振動を検出する検出手段の構成のみが異なり、
他の構成およびその作用効果は同一なので、同一の構成
および部分には同一の符号を付してその説明を省略、ま
たは簡略にする。なお、本実施形態では、加振エネルギ
ー手段および接触式プローブの一部分の図示を省略す
る。図4において、振動検出システム2の検出手段は、
スタイラス21の周辺に設置された非接触検出素子とし
てのレーザドップラー装置50から構成されている。こ
のレーザドップラー装置50は、ドップラー効果と光ヘ
テロダイン法を利用して、振動周波数を検出するととも
に、検出した振動周波数に応じた検出信号を磁気回路3
0の1次コイル(図示せず)に出力する装置である。こ
のような構成を有する振動検出システム2において、主
要振動モードでスタイラス21を加振すると、当該スタ
イラス21がその形状等の影響により高周波成分を含ん
だ多重の振動モードで振動する。このようなスタイラス
21の振動状態は、レーザドップラー装置50で検出さ
れて当該装置50は振動状態に応じた検出信号を磁気回
路30の1次コイルに出力する。そして、磁気回路30
では、検出手段23からの検出信号の高周波成分が大幅
に除去されるから、信号処理部40では、主要振動モー
ドの振動を高精度に検出できるようになる。
第1実施形態の効果(1),(3)に加えて、次のよう
な効果がある。 (4)検出手段をレーザドップラー装置50で構成して
いるため、スタイラス21と検出手段との接触によるス
タイラス21の振動への影響をなくすことができ、これ
によって、スタイラス21の振動状態の検出をより精度
よく行うことができる。
ものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。たとえば、
前記第2実施形態では、検出手段を構成する非接触検出
素子としてレーザドップラー装置50を用いたが、たと
えば、光ファイバから出射した光をスタイラス21に照
射して、その反射光の情報を検出することで振動周波数
を検出するとともに、検出した振動周波数に応じた検出
信号を出力する光ファイバ変位計を利用してもよく、要
するに、非接触でスタイラス21の振動状態を検出でき
る素子を用いればよい。
電素子により構成したが、たとえば、個体の歪み量に応
じた電位を出力するストレインゲージ等の歪み検出素子
により構成してもよく、このような場合も本発明に含ま
れる。
1,2を三次元測定機に用いたが、たとえば、ハイトゲ
ージ、表面性状測定機や小穴測定機等の各種測定機に用
いてもよく、このような場合も本発明に含まれる。
によれば、SN比を改善した検出信号を得ることができ
て弾性体の振動を高精度に把握できるとともに、簡単か
つ安価な構成にできるという効果がある。
に示すブロック図である。
視図である。
す図である。
模式的に示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】弾性体の振動を検出する弾性体の振動検出
システムであって、 加振される弾性体の振動状態を検出するとともに、前記
振動状態に応じた検出信号を出力する検出手段と、 1次コイルおよび2次コイルを有するとともに、これら
1次コイルおよび2次コイル間の電磁気的結合を密にす
る磁気回路とを備え、 前記検出手段からの前記検出信号を前記1次コイルで受
け、これにより前記2次コイルに発生する出力信号を用
いて前記弾性体の振動を検出することを特徴とする弾性
体の振動検出システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の弾性体の振動検出シス
テムにおいて、 前記検出手段は、前記弾性体に装着されているととも
に、圧電素子または歪み検出素子で構成されていること
を特徴とする弾性体の振動検出システム。 - 【請求項3】 請求項1に記載の弾性体の振動検出シス
テムにおいて、 前記検出手段は、前記弾性体の周辺に配置されていると
ともに、弾性体の振動状態を非接触で検出する非接触検
出素子で構成されていることを特徴とする弾性体の振動
検出システム。
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