JP2005265648A - Contact displacement length measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接触式の変位測長器に関する。特に、スピンドルの先端に設けられた測定子を被測定物に対して低圧力で当接させ、且つスピンドルの動作範囲内において定圧力となるような構成とした接触式変位測長器に関する。 The present invention relates to a contact-type displacement measuring instrument. In particular, the present invention relates to a contact-type displacement measuring device configured such that a measuring element provided at the tip of a spindle is brought into contact with an object to be measured at a low pressure and a constant pressure is maintained within an operating range of the spindle.
接触式変位測長器の周知の構成は、スピンドルの先端に被測定物との接触を検出するための接触圧力検出部が設けられており、スピンドルの中央部にはスピンドルの変位を検出するための位置検出部が設けられており、スピンドルの後端にはスピンドルを軸線方向に可動するためのリニアアクチュエータが取り付けられている(例えば、非特許文献1参照。)。 In the known configuration of the contact-type displacement measuring device, a contact pressure detection unit for detecting contact with the object to be measured is provided at the tip of the spindle, and the displacement of the spindle is detected at the center of the spindle. And a linear actuator for moving the spindle in the axial direction is attached to the rear end of the spindle (see, for example, Non-Patent Document 1).
この種の接触式変位測長器では、スピンドルの先端に被測定物との接触を検出するための接触圧力検出部が取り付けてあって、被測定物の測長はこの接触圧力検出部を介してスピンドルの中央部にある変位を検出するための位置検出部によって行われる。 In this type of contact-type displacement measuring instrument, a contact pressure detector for detecting contact with the object to be measured is attached to the tip of the spindle, and the measurement of the object to be measured is performed via this contact pressure detector. This is performed by a position detector for detecting a displacement at the center of the spindle.
以下、図面を参照して従来技術における接触式変位測長器について説明する。図4は、背景技術を示す平面図である。フレーム100の中央部に鉛直方向に移動するスピンドル101を設け、スピンドル101の先端部には微小変位を発生させる圧電素子102を介して静電容量型変位検出器103とスタイラス104が取り付けられている。ここで用いられるスタイラス104は、支持点を振動の節とし、両端を振動の腹とする一次モードで共振する振動子からなり、この共振状態にある振動子のホーン先端を被測定物150へ近づけ、先端が被測定物150より拘束を受けると共振状態が変化する。この変化を検出用電極により検出することにより、接触状態を検知する。また、スピンドル101後端部には粗大変位を発生させる可動コイル型アクチュエータ105が配置される。被測定物形状へのスタイラス104先端の追従動作の際、微小な変位は圧電素子102で行い、大きな変位は可動コイル型アクチュエータ105でなされる精粗駆動方式を採用している。被測定物形状のZ軸方向の測定量は、スタイラス104直近に配した静電容量型変位検出器103によって検出される値を用いる。
Hereinafter, a contact-type displacement measuring instrument in the prior art will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a plan view showing the background art. A
しかしながら、背景技術で示した接触式変位測長器では、被測定物の測長はスピンドルの先端に設けた被測定物に接触したことを検出する接触圧力検出部を介して、スピンドルの中央部にある変位を検出するための変位検出部によって行われる。被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部が、被接触物に接触することで振動モードが変化し、この変化にともなって歪みを生じ自己の寸法が変化してしまう。この寸法変化が被測定物を測長する場合に誤差となって、正しい計測結果や再現性のある計測結果が得られないという問題があった。 However, in the contact-type displacement measuring instrument shown in the background art, the measurement of the object to be measured is performed at the center part of the spindle via the contact pressure detection part that detects that the object to be measured is provided at the tip of the spindle. This is performed by a displacement detector for detecting a displacement in When the contact pressure detection unit for detecting contact with the object to be measured comes into contact with the object to be contacted, the vibration mode changes, and this change causes distortion and changes its own size. This dimensional change becomes an error when measuring the object to be measured, and there is a problem that correct measurement results and reproducible measurement results cannot be obtained.
また、被測定物に当接する部分がスタイラスで構成されているため、一般的な接触式変位測長器に用いられる被測定物の形状に合った測定子を取り付けて測定することができな
いという問題があった。
In addition, since the portion in contact with the object to be measured is composed of a stylus, it is not possible to attach and measure a measuring element suitable for the shape of the object to be measured used in a general contact displacement measuring instrument. was there.
そこで本発明は、測長器の一部分が被測定物に当接することで被測定物の寸法を計測する接触式変位測長器において、スピンドルの一端に取り付けられている測定子と、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部と、測定子と接触圧力検出部の間に配置された変位検出部と、スピンドルを軸線方向に動作させるためのリニアアクチュエータと、スピンドルと同軸上に配置されるリニアアクチュエータの可動軸とを備え、該リニアアクチュエータの可動軸の一端とスピンドルの他端とが接触圧力検出部を介して固定され、接触圧力検出部の出力に応じてスピンドルを軸線方向に動作させ、測定子と被測定物との接触圧力を一定に保つように構成したことを特徴とするものである。 Accordingly, the present invention provides a contact-type displacement length measuring device that measures a dimension of a measured object by a part of the length measuring device coming into contact with the measured object, a measuring element attached to one end of a spindle, and the measuring element A contact pressure detector for contacting the object to be measured and detecting the contact pressure, a displacement detector disposed between the probe and the contact pressure detector, and a linear for operating the spindle in the axial direction. An actuator and a movable shaft of a linear actuator arranged coaxially with the spindle, and one end of the movable shaft of the linear actuator and the other end of the spindle are fixed via a contact pressure detector, The spindle is moved in the axial direction according to the output, and the contact pressure between the measuring element and the object to be measured is kept constant.
以上述べたように、本発明によれば、スピンドルの一端に測定子が取り付けられ、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部がスピンドルの他端に取り付けられ、測定子と接触圧力検出部の間に変位検出部を配置することによって、被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部自身の歪みによる誤差を測長結果に含むことなく、スピンドルの移動領域において接触圧力を一定で低圧力にすることができるため、被測定物へ加わる荷重が小さく被測定物の変形が押さえられ、より正確で再現性のある計測結果が得られるような高精度な接触式変位測長器を構成することができる。 As described above, according to the present invention, the probe is attached to one end of the spindle, and the contact pressure detector for contacting the probe with the object to be measured and detecting the contact pressure is provided at the other end of the spindle. An error due to distortion of the contact pressure detection unit itself for detecting contact with the object to be measured is included in the length measurement result by arranging a displacement detection unit between the probe and the contact pressure detection unit. Therefore, the contact pressure can be kept constant and low in the spindle movement area, so that the load applied to the object to be measured is small and the deformation of the object to be measured is suppressed, resulting in more accurate and reproducible measurement results. A highly accurate contact displacement measuring instrument can be constructed.
更に、本発明の接触式変位測長器の構成によれば、一般的な接触式変位測長器に用いられる測定子が、スピンドルの先端に取り替え設置可能な状態にあり、被測定物の形状に合わせて様々な形状の測定子が取り付けられることができるので、被測定物の形状を制限することなく汎用性のある計測が可能となる。 Furthermore, according to the configuration of the contact-type displacement measuring instrument of the present invention, the measuring element used in a general contact-type displacement measuring instrument can be replaced and installed at the tip of the spindle, and the shape of the object to be measured Since various types of measuring elements can be attached to the measurement object, versatile measurement is possible without restricting the shape of the object to be measured.
以下に、本発明に係わる接触式変位測長器の具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明に係わる接触式変位測長器の一具体例の全体構成を示す概略図である。本発明の接触式変位測長器40には、主要構造部材を内蔵するためのフレーム1を有し、そのフレーム1の一部に、軸線方向に孔を有したステム2が取り付けられている。そのステム2の孔内には軸受け部であるリニアボールベアリングが内蔵されたリテーナ3を配しており、そのリテーナ3内をスピンドル4が滑動可能に配置されている。そして、スピンドル4の一部には等ピッチの明暗の縞が形成されたスケール5が、その縞がスピンドル4の軸線方向に対して直角方向となるように接着されており、スケール5はスピンドル4と共に軸線方向に移動する。そして、スピンドル4の先端には測定子6が取り付けられており、被測定物50に測定子6が当接して測定が行われる。そして、スケール5を挟むようにして受発光素子が配置されており、発光素子として反射型のLED7がフレーム1上に取り付けられている。受光素子には、フォトダイオード上に固定スケールパターンが焼き付けられた受光IC8が用いられており、その受光IC8は電源等の電子部品を搭載した基板9上にスケール5に対向するように配置されており、基板9は受光IC8の受光面とスケール5上の縞面が一定の間隔を保つようにフレーム1上に固定されている。このようにして、スケール5とLED7と受光IC8によって変位検出部10が構成される。この変位検出部10の構成は上述した光学式ばかりでなく磁気式や静電容量式のものを用いても構わない。
Hereinafter, specific examples of the contact-type displacement measuring instrument according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a specific example of a contact-type displacement measuring instrument according to the present invention. The contact-type
そして、スピンドル4の後端には、後述するひずみゲージの抵抗変化や金属板間の静電容量の変化によって被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部11が取り付
けられている。そして、接触圧力検出部11のスピンドル4が固定された面とは反対側の面には、スピンドル4の軸線と同一上に可動軸12が取り付けられている。そして、この可動軸12の先端にはリニアアクチュエータ18を構成するための筒型形状のボビン13が取り付けられており、このボビン13には銅線が巻き付けられコイル14が形成されている。そして、ボビン13の内外周間で磁気回路が形成されるように磁石15とヨーク16が配置されている。そして、スピンドル4の軸線上にあるボビン13の内壁面とヨーク16の端面の間には圧縮コイルバネ17が設けられ、スピンドル4を下死点方向に押し下げるように働いている。ここで本発明では、スピンドル4の初期位置が圧縮コイルバネ17の作用によって下死点側にある構成を説明したが、圧縮コイルバネ17を引っ張りコイルバネに替え、コイル14に流れる電流の向きを変えて、スピンドル4の初期位置を上死点側としてもよい。
At the rear end of the
図2は本発明に係わる接触式変位測長器の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部の構成を示す側面図である。本発明の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部11は、矩形形状をしたバネ性のある薄板20の上下面に、ひずみゲージ21が上下左右の対象位置4ヶ所に接着されており、ひずみゲージ21が接着された薄板20は、側面形状がコの字型状の支持部材22に薄板20の両端部が接着剤23により固定されている。そして、ひずみゲージ21が接着された薄板20の中央部には孔が設けられており、ここにスピンドル4の後端がネジ24によって固定されている。一方、支持部材22の薄板20が固定された面とは反対側の面には、スピンドル4の軸線と一致した方向にリニアアクチュエータの動作をスピンドル4側へ伝達するための可動軸12が取り付けられている。
FIG. 2 is a side view showing a configuration of a contact pressure detecting unit for detecting a contact pressure with respect to an object to be measured of the contact-type displacement measuring instrument according to the present invention. The contact pressure detecting unit 11 for detecting the contact pressure to the object to be measured according to the present invention has a
上述した構成における接触圧力検出部11の動作は、被測定物に測定子が接触してスピンドル4が押し上げられることによって、薄板20は二点鎖線25で示すように湾曲に変形し、ひずみゲージ21には曲げ方向の応力が生じることになる。このひずみゲージ21に生じる応力が一定となるように図1で示したリニアアクチュエータ18を軸線方向に可動させることで、リニアアクチュエータ18に連なる測定子6が被測定物50に対して定圧力で接触することになる。
The operation of the contact pressure detector 11 in the above-described configuration is that the
図3は本発明に係わる接触式変位測長器の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部の他の例を示す側面図である。本発明の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部11は、側面形状が略C型状で一部分が変形可能なように開口部を有する支持部材30に、金属板31と金属板32が対向して間隙を保つように配置され、金属板31と金属板32は電気的に絶縁されるように接着剤33により支持部材30に固定されている。そして、金属板31及び金属板32には、図示していない静電容量の変化を検出する回路部へ接続するためのリード線34が取り付けられている。そして、支持部材30の一面にはスピンドル4が固定されており、スピンドル4が固定された面とは反対側の面には、スピンドル4の軸線と一致した方向にリニアアクチュエータの動作をスピンドル4側へ伝達するための可動軸12が取り付けられている。
FIG. 3 is a side view showing another example of the contact pressure detecting unit for detecting the contact pressure to the object to be measured of the contact type displacement length measuring device according to the present invention. The contact pressure detection unit 11 for detecting the contact pressure to the object to be measured according to the present invention includes a metal plate 31 and a
上述した構成における接触圧力検出部11の動作は、被測定物に測定子が接触してスピンドル4が押し上げられることによって、金属板31と金属板32との間隙が変化し金属板間の静電容量が変化することになる。この金属板間の静電容量が一定となるように図1で示したリニアアクチュエータ18を軸線方向に可動させることで、リニアアクチュエータ18に連なる測定子6が被測定物50に対して定圧力で接触することになる。
The operation of the contact pressure detection unit 11 in the above-described configuration is that the contact between the measurement object and the
上述した様に、本実施例で示した接触式変位測長器の構成とすることで、スピンドルの一端に測定子が取り付けられ、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部がスピンドルの他端に取り付けられ、測定子と接触圧力検出部の間に
変位検出部を配置しているため、被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部自身の歪みによる誤差を測長結果に含むことなく、スピンドルの移動領域において接触圧力を一定で低圧力にすることができるため、被測定物へ加わる荷重が小さく被測定物の変形が押さえられ、より正確で再現性のある計測結果を得ることができる。
As described above, with the configuration of the contact-type displacement measuring instrument shown in the present embodiment, a probe is attached to one end of the spindle, the probe contacts the object to be measured, and the contact pressure is detected. The contact pressure detection unit is attached to the other end of the spindle, and the displacement detection unit is arranged between the probe and the contact pressure detection unit. Since the measurement result does not include errors due to distortion of the detector itself, the contact pressure can be kept constant and low in the moving area of the spindle, so the load applied to the object is small and the deformation of the object is suppressed. Therefore, more accurate and reproducible measurement results can be obtained.
更に、本発明の接触式変位測長器の構成によれば、一般的な接触式変位測長器に用いられる測定子が、スピンドルの先端に取り替え設置可能な状態にあり、被測定物の形状に合わせて様々な形状の測定子が取り付けることができるので、被測定物の形状を制限することなく汎用性のある計測が可能となる。 Furthermore, according to the configuration of the contact-type displacement measuring instrument of the present invention, the measuring element used in a general contact-type displacement measuring instrument can be replaced and installed at the tip of the spindle, and the shape of the object to be measured Since various types of measuring elements can be attached to the measurement object, versatile measurement is possible without limiting the shape of the object to be measured.
1 フレーム
2 ステム
3 リテーナ
4 スピンドル
5 スケール
6 測定子
7 LED
8 受光IC
9 基板
10 変位検出部
11 接触圧力検出部
12 可動軸
13 ボビン
14 コイル
15 磁石
16 ヨーク
17 圧縮コイルバネ
18 リニアアクチュエータ
20 金属板
21 ひずみゲージ
22 支持部材
23 接着剤
24 ネジ
25 二点鎖線
30 支持部材
31、32 金属板
33 接着剤
34 リード線
40 接触式変位測長器
50 被測定物
1
8 Light receiving IC
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記スピンドルの一端に取り付けられている測定子と、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部と、前記測定子と前記接触圧力検出部の間に配置された変位検出部と、前記スピンドルを軸線方向に動作させるためのリニアアクチュエータと、前記スピンドルと同軸上に配置される前記リニアアクチュエータの可動軸とを備え、該リニアアクチュエータの可動軸の一端と前記スピンドルの他端とが前記接触圧力検出部を介して固定され、前記接触圧力検出部の出力に応じて前記スピンドルを軸線方向に動作させ、前記測定子と被測定物との接触圧力を一定に保つように構成されていることを特徴とする接触式変位測長器。 A contact-type displacement measuring instrument having a spindle movably mounted with a scale and detecting the displacement of the spindle in the axial direction.
A measuring element attached to one end of the spindle, a contact pressure detecting unit for contacting the measuring element to an object to be measured, and detecting the contact pressure between the measuring element and the contact pressure detecting unit A displacement detection unit disposed; a linear actuator for operating the spindle in an axial direction; and a movable shaft of the linear actuator disposed coaxially with the spindle; and one end of the movable shaft of the linear actuator; The other end of the spindle is fixed via the contact pressure detector, and the spindle is operated in the axial direction according to the output of the contact pressure detector, so that the contact pressure between the probe and the object to be measured is constant. It is comprised so that it may be kept in contact type displacement measuring instrument characterized by the above-mentioned.
2. The contact-type displacement measuring instrument according to claim 1, further comprising a bearing portion of the spindle between the measuring element and the scale, wherein the bearing portion is of a linear ball bearing system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004079360A JP2005265648A (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Contact displacement length measurement apparatus |
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JP2004079360A JP2005265648A (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Contact displacement length measurement apparatus |
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Family Applications (1)
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