JP2006266903A - 接触式変位測長器 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式変位測長器による被測定物の計測において、正確で再現性のある計測結果を得ること。
【解決手段】第１の直線方向に往復移動が可能な第１の移動体２と、第１の移動体２を駆動する駆動部３と、第１の移動体２の移動に連動して第１の直線方向に平行な第２の直線方向に往復移動が可能な第２の移動体４と、第２の移動体４の先端に交換可能に取り付けられた測定子８と、測定子８が被測定物に当接した状態のときに被測定物に及ぼす測定力を第２の移動体４の後端において検出する測定力検出部９と、第２の移動体４の移動量を測定子８と測定力検出部９の間において検出する位置検出部１０と、測定力検出部９の出力に応じて測定力を一定に保つように第１の移動体２の移動量を制御する制御装置３００と、を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、接触式変位測長器に関し、特にスピンドルの先端に取り付けられた測定子を被測定物に対して低い測定力で当接させ、かつその測定力をスピンドルの動作範囲内において一定に保った状態で被測定物の計測を行う接触式変位測長器に関する。

従来、接触式変位測長器として、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測定力検出部を有し、スピンドルの中央部にスピンドルの変位を検出するための位置検出部を有し、さらにスピンドルの後端にスピンドルを軸線方向に可動させるためのリニアアクチュエータを有する構成のものが公知である（例えば、非特許文献１参照。）。このような構成の接触式変位測長器では、測定力検出部を介して位置検出部によって、被測定物の計測が行われる。

図１３は、上記非特許文献１に開示された接触式変位測長器の構成を示す概略図である。図１３に示すように、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が設けられている。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。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る。共振状態にある振動子のホーン先端が被測定物１５０に接触して拘束を受けると、スタイラス１０４の共振状態が変化する。

この共振状態の変化を検出用電極が検出することによって、被測定物１５０にスタイラス１０４の先端が接触したことが検知される。また、スピンドル１０１の後端部には、粗大変位を発生させる可動コイル型アクチュエータ１０５が配置されている。この可動コイル型アクチュエータ１０５と圧電素子１０２による精粗駆動方式により、被測定物形状にスタイラス１０４の先端を追従させる際の微小な変位は圧電素子１０２によって行われ、大きな変位は可動コイル型アクチュエータ１０５によって行われる。

被測定物形状のＺ軸方向（スタイラス１０４の先端が接触している面に対して垂直な方向）の測定量としては、静電容量型変位検出器１０３によって検出される値が用いられる。また、被測定面の表面形状を計測する表面形状計測装置として、微小移動可能な移動体の下面に平行ばねを有し、その平行ばねの一端部に、被測定面に接触する触針を有し、移動体の変位量を検出するための移動体変位検出手段と、平行ばねの変位量を検出する弾性体変位検出手段を有する構成のものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−１４７８８６号公報 西村 国俊、外７名、"非破壊表面形状ナノ測定機の開発"、［online］、新エネルギー・産業技術総合開発機構、［平成１６年１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nedo.go.jp/itd/teian/ann-mtg/fy11/seika/98y28001/98y28001s.html＞

しかしながら、上記非特許文献１に開示された接触式変位測長器では、スタイラスの先端が被測定物に接触して振動子の振動モードが変化すると、測定力検出部に歪みが生じ、測定力検出部自体の寸法が変化してしまう。そのため、被測定物を計測する際に誤差が生じて、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点がある。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おいて用いられている、被測定物の形状に合った測定子を、スピンドルの先端に取り付けて測定を行うことができないという問題点がある。

また、上記特許文献１に開示された表面形状計測装置では、触針が被測定面の表面形状に追随して上下動すると、それに伴って平行ばねが撓むため、平行ばねの先端に取り付けられている触針の横方向の位置が、平行ばねの基端側にずれてしまう。そのため、計測結果に誤差が生じるという問題点がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、正確で再現性のある計測結果を得ることができる接触式変位測長器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる接触式変位測長器は、第１の直線方向に往復移動が可能な第１の移動体と、前記第１の移動体を駆動する駆動部と、前記第１の移動体の移動に連動して前記第１の直線方向とは異なる第２の直線方向に往復移動が可能な第２の移動体と、前記第２の移動体の先端に取り付けられた測定子と、前記測定子が被測定物に当接した状態のときに該被測定物に及ぼす測定力を前記第２の移動体の後端において検出する測定力検出部と、前記第２の移動体の移動量を前記測定子と前記測定力検出部の間において検出する位置検出部と、前記測定力検出部の出力に応じて前記測定力を一定に保つように前記第１の移動体の移動量を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、前記第２の直線方向は、前記第１の直線方向に平行であることを特徴とする。また、前記第２の移動体を前記第２の直線方向に移動可能に支持する支持部は、前記第１の移動体と一体化されており、前記第２の移動体は前記支持部に、同第２の移動体に前記第２の直線方向の一方の向きの力を付与する第１のコイルばねと、同第２の移動体に前記一方の向きと逆向きの力を付与する第２のコイルばねを介して支持されていることを特徴とする。

また、前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定された差動トランス本体と、前記第２の移動体の後端に設けられたコアよりなる差動トランスを備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体とともに前記コアが移動し、そのコアの移動量を前記差動トランス本体で検出することによって、測定力を検出することを特徴とする。

また、前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定されているとともに前記第２の移動体の後端に固定された薄板と、該薄板に貼り付けられた歪みゲージを備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体が移動し、その第２の移動体の移動によって前記薄板が歪み、その薄板の歪み量を前記歪みゲージで検出することによって、測定力を検出することを特徴とする。

また、前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定された第１の導電体と、該第１の導電体から離れ、かつ前記第２の移動体の後端に固定された第２の導電体を備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体が移動し、その第２の移動体の移動によって前記第１の導電体と前記第２の導電体の間の距離が変化し、その導電体間の距離の変化に伴って変化する静電容量の変化量を検出することによって、測定力を検出することを特徴とする。

また、前記制御装置は、前記第２の移動体の姿勢に応じて変化する測定力を補正する補正手段を備えていることを特徴とする。また、前記測定子は、前記第２の移動体に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、測定子と測定力検出部の間に位置検出部が設けられていることにより、測定力検出部の歪みの影響が位置検出部に及ぶのを防ぐことができるので、測定力検出部の歪みによる誤差を含まない計測結果を得ることができる。また、第１の移動体の移動範囲において測定力が一定で低い値となり、被測定物に加わる荷重が小さくなるので、測定子の接触による被測定物の変形を抑えることができる。従って、より正確で再現性のある計測結果を得ることができる。また、支持部が第１の移動体から独立していることにより、第１の移動体の移動に伴って生じる摩擦変動等による負荷変動の影響が測定力検出部に及ぶのを防ぐことができるので、安定した測定力を保つことができる。

また、第２の移動体が支持部の両端に第１のコイルばねと第２のコイルばねで支持されていることにより、第２の移動体と測定子を合わせた重さとの均衡をとることができるので、被測定物に適当な測定力を与えることができる。また、第１のコイルばねと第２のコイルばねのばね定数や初期の弾性変形量を適当に選択することによって、第２の移動体の移動量と差動トランスの出力値の関係においてリニアリティの高い範囲を利用して被測定物の計測を行うことができる。

また、第２の移動体の姿勢、すなわち第２の移動体の傾き具合に応じて第２の移動体と測定子を合わせた重さの鉛直成分が変化し、それが原因で測定力が変化してしまうが、その測定力の変化分を補正することができる。従って、例えば被測定物に測定子を下から当てたり、横から当てるなど、あらゆる姿勢で被測定物の計測を行うことができる。また、一般的な接触式変位測長器において用いられている、被測定物の形状に合った測定子を用いて被測定物の計測を行うことができる。

本発明にかかる接触式変位測長器によれば、被測定物が変形しない程度の一定で低い測定力でもって被測定物の計測を行い、正確で再現性のある計測結果を得ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる接触式変位測長器の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明にかかる接触式変位測長器の構成を示す概略図である。図１に示すように、実施の形態の接触式変位測長器は、図示しない被測定物に当接させられる検出器２００と、検出器２００の制御を行う制御装置３００からなる。検出器２００と制御装置３００がケーブル４００を介して接続されている。また、制御装置３００には、検出器２００により得られた計測結果を表示し、また記録するためのコンピュータ５００がケーブル６００を介して接続されている。

まず、検出器２００の構成について説明する。制御装置３００については後述する。図２は、検出器２００の一例の要部を示す斜視図である。図２に示すように、フレーム１内に、第１の直線方向に往復移動が可能な第１の移動体２と、この第１の移動体２を駆動する駆動部３と、第２の移動体４が納められている。第２の移動体４は、第１の移動体２に固定された支持部５と、その支持部５の両端に設けられた圧縮コイルばね６，７により、第２の直線方向に往復移動が可能な状態で支持されている。

第２の移動体４は、支持部５および圧縮コイルばね６，７を介して、第１の移動体２の移動に連動して移動する。第１の直線方向と第２の直線方向は、一致していないが、平行である。第２の移動体４の先端には、測定子８が着脱可能に取り付けられている。測定子８は、図示しない被測定物の形状等に応じて最適なものに交換される。

また、フレーム１内には、測定子８が被測定物に当接した状態のときに被測定物に及ぼす測定力を検出する測定力検出部９と、第２の移動体４の移動量を検出する位置検出部１０が納められている。測定力検出部９は、第２の移動体４の後端において測定力を検出する。位置検出部１０は、測定子８と測定力検出部９の間、すなわち測定力検出部９よりも測定子８に近い側において第２の移動体４の移動量を検出する。第２の移動体４の先端は、フレーム１に設けられたステム１１内を通ってフレーム１の外に突き出ている。

フレーム１の開口部は、図示しない蓋体により塞がれる。この接触式変位測長器では、後述する制御装置３００（図１参照）が、測定力検出部９により検出された測定力を一定に保つように、駆動部３による第１の移動体２の移動を制御し、それによって、一定の測定力で被測定物の計測を行う。検出器２００は、フレーム１内の図示省略した回路基板（図２参照）に接続された図示しないケーブルを介して制御装置３００に接続される（図１参照）。そのケーブルは、フレーム１に設けられたケーブル取り出し口１２を介して、フレーム１の外に引き出される。

図３は、図２に示す検出器２００の分解斜視図である。図３に示すように、駆動部３は、リニアアクチュエータの一種である、例えばヨ字状のヨーク１３と磁石１４とコイル１５よりなるボイスコイル型リニアモータ（ＶＣＭ）により構成されている。コイル１５は、図示しないケーブルを介して制御装置３００に接続される（図１参照）。コイル１５には、例えば棒状の第１の移動体２の一端が固定されている。第１の移動体２の他端は、前記支持部５とともにリニアガイド１６に固定されている。

リニアガイド１６は、リニアガイド取り付け板１７に設けられた直線状の案内レール１８に案内されて、前記第１の直線方向に往復移動する。つまり、第１の移動体２は、駆動部３の駆動力に応じて、リニアガイド１６および案内レール１８に案内されて第１の直線方向に往復移動する。その第１の移動体２の移動に伴って、第２の移動体４が測定範囲内で第２の直線方向に移動する。

リニアガイド取り付け板１７は、フレーム１に固定されている。支持部５は、リニアガイド取り付け板１７に一端が取り付けられた引っ張りばね１９によって駆動部３側に吊り上げられている。これは、駆動部３が非通電状態のときに第２の移動体４が自重により自由に動いてしまうのを抑えるためである。

第２の移動体４は、棒状のスピンドル２０と、その後端に設けられた磁性体よりなるコア２１により構成されている。スピンドル２０は、前記圧縮コイルばね６，７と支持部５に通され、スケール２２を保持するスケールホルダー２３に固定されている。支持部５は、スケールホルダー２３に、圧縮コイルばね６，７の弾性復帰力によってスケールホルダー２３に対して移動可能なように取り付けられている。スピンドル２０が測定力に応じて移動するように、支持部５は、ボールスライドによって構成されている。

また、リニアガイド取り付け板１７には、ＬＥＤ等の発光素子２４と、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ＩＣ２５が、スケール２２を挟んで対向するように取り付けられている。位置検出部１０は、これら発光素子２４、受光ＩＣ２５およびスケール２２により構成される光学式のエンコーダである。スケール２２には、第２の直線方向に対して垂直な方向に伸びる明部と暗部が第２の直線方向に交互に並ぶ縞が形成されている。

そして、スピンドル２０の移動に伴ってスケール２２が発光素子２４と受光ＩＣ２５の間で移動すると、発光素子２４から発せられた光が受光ＩＣ２５に明滅する状態で届く。受光ＩＣ２５は、光の明滅を受光し、明（「１」）と暗（「０」）の２値よりなるデジタル信号に変換し出力する。このデジタル信号のパルス数をカウントし、そのカウント数と、予め設定されている１カウントあたりの移動量のかけ算を行うことによって、スピンドル２０の移動量が検出される。位置検出部１０の分解能、すなわち１カウントあたりのスピンドル２０の移動量は、特に限定しないが、例えば０．１μｍである。

受光ＩＣ２５は、フレキシブル・プリント基板（ＦＰＣ）２６を介して回路基板２７に接続されている。回路基板２７には、フレキシブル・プリント基板２６が接続されるコネクタ２８が設けられている。受光ＩＣ２５の受光信号は、フレキシブル・プリント基板２６を介して回路基板２７に送られ、さらに回路基板２７に接続された図示しないケーブルを介して制御装置３００に送られる（図１参照）。

測定力検出部９は、２つのコイルを有する差動トランス本体２９およびスピンドル２０の後端のコア２１よりなる差動トランスと、前記圧縮コイルばね６，７により構成されている。差動トランス本体２９は、ブラケットを介して第１の移動体２に固定されており、第１の移動体２とともに移動する。コア２１は、スピンドル２０の移動によって差動トランス本体２９の２つのコイルの近傍を移動する。差動トランス本体２９に対するコア２１の移動可能な範囲は、特に限定しないが、例えば約１ｍｍである。それに対して、差動トランス本体２９の移動可能な範囲、すなわち第１の移動体２の移動可能な範囲は、コア２１の移動可能な範囲よりも広い。

差動トランス本体２９の２つのコイルに交流電圧が印加された励磁状態でコア２１が移動すると、２つのコイルのリアクタンスが変化して、コア２１の移動量に応じた出力電圧が得られる。この出力電圧に基づいて測定力が検出される。測定力検出部９の出力信号は、図示しないケーブルを介して回路基板２７に送られ、さらに回路基板２７に接続された図示しないケーブルを介して制御装置３００に送られる（図１参照）。

スピンドル２０の位置は、スピンドル２０、測定子８、コア２１、スケール２２およびスケールホルダー２３を合わせた重さと、支持部５を挟む２つの圧縮コイルばね６，７の弾性復帰力の均衡によって決まる。これは、例えば検出器の姿勢が、被測定物に測定子８を上から当てる姿勢（以下、正姿勢とする）である場合だけでなく、下から当てる姿勢（以下、逆姿勢とする）や、横から当てる姿勢（以下、横姿勢とする）や、斜め下または斜め上から当てる姿勢（以下、斜め姿勢とする）の場合も同様である。

正姿勢で計測を行う場合には、測定子８側に位置する第１の圧縮コイルばね６がスピンドル２０等の負荷を支える。一方、逆姿勢で計測を行う場合には、コア２１側に位置する第２の圧縮コイルばね７がスピンドル２０等の負荷を支える。横姿勢や斜め姿勢で計測を行う場合には、２つの圧縮コイルばね６，７が均衡状態にある。

ここで、支持部５を挟む２つの圧縮コイルばね６，７のばね定数や初期の弾性変形量を適当に選択することによって、スピンドル２０の移動量と差動トランスの出力値の関係が高いリニアリティを有する範囲を利用して被測定物の計測を行うことができる。例えば図４は、圧縮コイルばね６，７のばね定数や初期の弾性変形量を適当に選択した場合のスピンドル２０の移動量に対して差動トランスの出力電圧値（増幅値）とその変化量の一例をプロットした特性図である。

図４に示すような特性の場合、例えば検出器２００が、横姿勢であるときにスピンドル２０が差動トランスの本来のゼロ点から１．５ｍｍずれたところに位置するように、圧縮コイルばね６，７を選択すればよい。この場合、特に限定しないが、例えば検出器の姿勢に応じてスピンドル２０の位置が±０．２ｍｍ程度変位するような設計であれば、差動トランスの出力電圧値（増幅値）は、±５００ｍＶ程度変化することになるが、図４に示す例では、この変化の範囲は、十分にリニアリティの高い範囲に含まれている。

次に、制御装置３００について説明する。図５は、検出器２００および制御装置３００の構成を示すブロック図である。図５において、各ブロックをつなぐ線のうち、二重線は機械的な結合を表し、矢印線は電気的な結合を表し矢印が指し示す向きに信号が流れる。検出器２００において、駆動部３、測定力検出部９、位置検出部１０、スピンドル２０および測定子８の機械的な結合の構成は、上述した通りである。

検出器２００の回路基板２７には、検波器３１、アンプ３２および波形発生器３３が設けられている。一方、制御装置３００には、パワーアンプ３４、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３５、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）３６、ＣＰＵ３７、カウンタ３８およびホスト・インターフェース３９が設けられている。

波形発生器３３は、交流信号を生成して測定力検出部９に供給する。測定力検出部９のコイルは、この交流信号により励磁される。検波器３１は、測定子８が被測定物に触れてスピンドル２０が押されることによって測定力検出部９から出力された測定力検出信号を検波する。アンプ３２は、検波器３１の出力信号を増幅する。このアンプ３２により増幅された信号が、図４に示す差動トランスの特性図における差動トランスの出力電圧値（増幅値）である。

アンプ３２により増幅された信号は、制御装置３００のアナログ・デジタル変換器３６に送られる。アナログ・デジタル変換器３６は、アンプ３２から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換して、ＣＰＵ３７に供給する。ＣＰＵ３７は、アナログ・デジタル変換器３６から受け取った信号に基づいて、測定力が一定の低い値となるようにスピンドル２０の位置を制御するための制御信号を生成する。その制御信号は、デジタル・アナログ変換器３５に供給される。

デジタル・アナログ変換器３５は、ＣＰＵ３７から供給された制御信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換する。その際、オペレータは、デジタル・アナログ変換器３５におけるデジタル・アナログ変換量（間引き量）を任意に設定することができ、それによってスピンドル２０の移動速度を調節することができる。パワーアンプ３４は、デジタル・アナログ変換器３５により変換されたアナログ信号を、検出器２００の駆動部３を駆動するレベルまで増幅して検出器２００の駆動部３に供給する。駆動部３は、パワーアンプ３４から供給された駆動信号に基づいて、スピンドル２０等の部材を駆動する。

一方、スピンドル２０の変位に伴って位置検出部１０から出力された位置検出信号は、制御装置３００のカウンタ３８に送られる。カウンタ３８は、位置検出部１０から受け取ったデジタル信号のパルス数をカウントする。ただし、被測定物の計測開始時に、カウンタ３８の値が初期値に戻される。

カウンタ３８は、カウント値をＣＰＵ３７に供給する。ＣＰＵ３７は、検波器３１、アンプ３２およびアナログ・デジタル変換器３６を介して測定力検出部９から供給された測定力検出信号と、カウンタ３８を介して位置検出部１０から供給された位置検出信号を、ＲＳ２３２ＣやＲＳ４８５等のシリアル通信用のホスト・インターフェース３９を介して、ホスト・コンピュータ５００に送る。コンピュータ５００は、送られてきた測定データをディスプレイの画面５０１（図１参照）に表示したり、ハードディスク等の記録装置に記録する。また、コンピュータ５００から検出器２００の動作の開始や停止を行うことができるようになっている。

次に、図６〜図８に示すフローチャートを参照しながら検出器２００および制御装置３００の動作を説明する。オペレータが制御装置３００の電源を投入すると、ＣＰＵ３７は、ＣＰＵ３７の内蔵メモリから被測定物の計測処理プログラムを読み出し、被測定物の計測処理を開始する。計測処理が開始されると、まず、ＣＰＵ３７は、測定力検出部９から出力されたアナログの測定力検出信号を検波器３１、アンプ３２およびアナログ・デジタル変換器３６を介してデジタル信号に変換して取り込む（図６、ステップＳ１）。

続いて、測定力を判定する。すなわち、ＣＰＵ３７は、ステップＳ１で取り込んだ測定力検出信号よりなる測定力検出値と、ＣＰＵ３７の内蔵メモリに予め設定された値（以下、設定値とする）を比較し、測定子８に過大な負荷がかかっているか否かを判定する（図６、ステップＳ２）。その結果、ステップＳ１で取り込んだ測定力検出値が設定値よりも高い場合（ステップＳ２：「Ｈ」）には、ＣＰＵ３７は、何らかの異状事態が発生して測定子８に過大な負荷がかかっていると判断して、コンピュータ５００にエラー信号を送る。そして、コンピュータ５００は、ディスプレイの画面５０１（図１参照）にエラーメッセージを表示する（図６、ステップＳ８）。

一方、ステップＳ２での判定の結果、測定子８に過大な負荷がかかっていない場合、すなわちステップＳ１で取り込んだ測定力検出値が設定値よりも低い場合（ステップＳ２：「Ｌ」）には、ＣＰＵ３７は、検出器２００がスタンバイ状態（測定開始可能な状態）にあることをオペレータに知らせる（図６、ステップＳ３）。知らせる手段としては、例えばＣＰＵ３７の入出力ポートに接続された発光ダイオード（図１または図５では省略されている）を点灯させてもよいし、コンピュータ５００のディスプレイの画面５０１（図１参照）にスタンバイ状態であることを知らせるメッセージやシンボルなどを表示させてもよい。あるいは、音などでオペレータに知らせてもよい。

続いて、オペレータは、スタンバイ状態にあることを確認し、コンピュータ５００を操作して測定開始を指示するか、制御装置３００の開始スイッチ（図１または図５では省略されている）を操作する（図６、ステップＳ４）。それによって、ＣＰＵ３７は、図８に示す測定力設定処理のサブルーチンを実行する（図６、ステップＳ５）。測定力設定処理のサブルーチンでは、ＣＰＵ３７は、再び測定力検出部９から測定力検出値を取り込み、その値を基準値（ゼロ点）とする（図８、ステップＳ１９）。このとき、ＣＰＵ３７は、カウンタ３８の値を初期値に戻す。

そして、ＣＰＵ３７は、ステップＳ１９で設定した測定力の基準値に対してある値を加算して測定力比較値とする（図８、ステップＳ２０）。オペレータは、基準値に加算する値を任意に決めることができる。このように、測定力の基準値を設定し、その基準値を用いて測定力比較値を設定するのは、検出器２００の姿勢（正姿勢、逆止性、横姿勢または斜め姿勢）に応じてスピンドル２０の初期位置が異なり、それによって測定力が異なるので、計測時の検出器２００の姿勢においてスピンドル２０が初期位置にあるときの測定力を基準にするためである。このように、制御装置３００は、被測定物を計測する際の検出器２００の姿勢に応じて変化する測定力を補正する手段を有している。

測定力比較値を設定したら、ＣＰＵ３７は、測定力検出部９から測定力検出値を取り込む（図６、ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ３７は、ステップＳ６で取り込んだ測定力検出値と、ＣＰＵ３７の内蔵メモリの設定値を再び比較し、測定子８に過大な負荷がかかっているか否かを判定する（図６、ステップＳ７）。その結果、測定子８に過大な負荷がかかっている場合（ステップＳ７：「Ｈ」）には、ステップＳ８へ進み、ＣＰＵ３７は、コンピュータ５００のディスプレイの画面５０１（図１参照）にエラーメッセージを表示させる。

ステップＳ７での判定の結果、測定子８に過大な負荷がかかっていない場合（ステップＳ７：「Ｌ」）には、ＣＰＵ３７は、スピンドル２０を被測定物側へ移動させる、すなわち行き動作を行うための制御信号を生成する。この制御信号は、デジタル・アナログ変換器３５でアナログ信号に変換され、パワーアンプ３４で検出器２００の駆動部３を駆動するレベルまで増幅され、駆動部３に供給される。それによって、駆動部３が駆動され、スピンドル２０が被測定物側へ移動する（図７、ステップＳ１２）。

続いて、ＣＰＵ３７は、測定力検出部９から測定力検出値を取り込む（図７、ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ３７は、その取り込んだ測定力検出値がＣＰＵ３７の内蔵メモリの設定値に対して許容される範囲内に入っているか否かを判定する（図７、ステップＳ１４）。判定の結果、測定力検出値が設定値の許容範囲に入っていない場合（「ＭＩＤ」ではない場合）には、その測定力検出値が設定値の許容範囲の最大値よりも大きいのか、あるいは最小値よりも小さいのかを判定する（図７、ステップＳ１７）。

その判定の結果、測定力検出値が設定値の許容範囲の最大値よりも大きい場合（ステップＳ１７：「Ｈ」の場合）には、ＣＰＵ３７は、スピンドル２０を測定力検出部９側へ移動させる、すなわち戻り動作を行うための制御信号を生成する。この制御信号は、デジタル・アナログ変換器３５およびパワーアンプ３４を経て検出器２００の駆動部３に供給される。それによって、駆動部３が駆動され、スピンドル２０が測定力検出部９側へ移動する（図７、ステップＳ１８）。その後、ステップＳ１３へ進み、測定力検出値の取り込みを行い、ステップＳ１４の判定を行う。

一方、ステップＳ１７での判定の結果、測定力検出値が設定値の許容範囲の最小値よりも小さい場合（ステップＳ１７：「Ｌ」）には、ステップＳ１２へ進み、スピンドル２０の行き動作を行った後にステップＳ１３へ進み、測定力検出値の取り込みを行い、ステップＳ１４の判定を行う。ステップＳ１４での判定の結果、測定力検出値が設定値の許容範囲に入っている場合（「ＭＩＤ」の場合）には、ＣＰＵ３７は、測定力が適当な大きさであると判断し、そのときの測定力検出値と位置検出値を制御装置３００の表示部３０１，３０２（図１参照）に表示するとともに、コンピュータ５００に送る。コンピュータ５００は、送られてきた測定力検出値と位置検出値をディスプレイの画面５０１（図１参照）に表示し、またハードディスク等の記録装置に記録する（図７、ステップＳ１５）。

その後、ＣＰＵ３７は、割り込みを許可し（図７、ステップＳ１６）、ステップＳ１３に戻る。以後、割り込みが発生するまで、ステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返し、被測定物の計測を継続する。計測を継続している最中に、オペレータがコンピュータ５００を操作して測定完了を指示するか、制御装置３００の終了スイッチ（図１または図５では省略されている）を操作すると、割り込みが発生する（図６、ステップＳ９）。

そして、例えばステップＳ３で発光ダイオードを点灯させていれば、その発光ダイオードが消灯する（図６、ステップＳ１０）。あるいは、コンピュータ５００のディスプレイの画面５０１（図１参照）に測定完了であることを知らせるメッセージやシンボルなどを表示させたり、音などを発してもよい。その後、スピンドル２０を元に戻し（図６、ステップＳ１１）、計測を終了する。

以上説明したように、実施の形態によれば、測定子８と測定力検出部９の間に位置検出部１０が設けられていることにより、測定力検出部９の歪みの影響が位置検出部１０に及ぶのを防ぐことができるので、測定力検出部９の歪みによる誤差を含まない計測結果を得ることができる。また、スピンドル２０の移動範囲において測定力が一定で低い値となり、被測定物に加わる荷重が小さくなるので、測定子８の接触による被測定物の変形を抑えることができる。従って、より正確で再現性のある計測結果を得ることができる。

また、支持部５が第１の移動体２から独立していることにより、第１の移動体２の移動に伴ってリニアガイド１６等で生じる摩擦変動等による負荷変動の影響が測定力検出部９に及ぶのを防ぐことができるので、安定した測定力を保つことができる。また、第２の移動体４を支持する支持部５が２つの圧縮コイルばね６，７で支持されていることにより、第２の移動体４と測定子８を合わせた重さとの均衡をとることができるので、被測定物に適当な測定力を与えることができる。

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、図９に示すように、図示しない第１の移動体２にブラケットを介して支持部材５１が固定され、その支持部材５１に薄板５２が接着剤５３により固定され、その薄板５２の両面に歪みゲージ５４が貼り付けられ、薄板５２にスピンドル２０の後端がねじ部材５５により固定された構成の測定力検出部５９を用いてもよい。この測定力検出部５９によれば、測定子８が被測定物に接触してスピンドル２０が押し上げられると、薄板２０が二点鎖線５６で示すように湾曲し、歪みゲージ５４に曲げ方向の応力が生じることによって、測定力を検出することができる。

あるいは、図１０に示すように、図示しない第１の移動体２にブラケットを介して支持部材６１が固定され、その支持部材６１に一対の導電体６２，６３が隙間をあけて接着剤６４により固定されており、スピンドル２０が一方の導電体６２を変位させ得る構成の測定力検出部６９を用いてもよい。この測定力検出部６９によれば、測定子８が被測定物に接触してスピンドル２０が押し上げられると、一対の導電体６２，６３の間の隙間が変化して静電容量が変化することによって、測定力を検出することができる。

また、図１１に示すように、ヨークの形状が日字状をしたボイスコイル型リニアモータにより構成された駆動部７３を用いてもよい。あるいは、図１２に示すように、ステッピングモータ８１でボールネジ８４を回転させることにより、そのボールネジ８４に螺合している第１の移動体８２が移動する構成の駆動部８３を用いてもよい。また、実施の形態中に記載した移動量や電圧値などの数値は一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる接触式変位測長器は、種々の製造物の部品等の寸法を計測する装置に有用である。

本発明にかかる接触式変位測長器の構成を示す概略図である。 図１に示す検出器の一例の要部を示す斜視図である。 図２に示す検出器を分解して示す斜視図である。 検出器の測定力検出部の出力特性を示す特性図である。 検出器および制御装置の構成を示すブロック図である。 検出器および制御装置の動作を説明するフローチャートである。 図６の続きを示すフローチャートである。 測定力設定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 測定力検出部の別の例を示す正面図である。 測定力検出部のさらに別の例を示す正面図である。 検出器の別の例の要部を示す斜視図である。 検出器のさらに別の例の要部を示す斜視図である。 従来の接触式変位測長器の構成を示す概略図である。

符号の説明

２，８２ 第１の移動体
３，７３，８３ 駆動部
４ 第２の移動体
５ 支持部
６ 第１のコイルばね
７ 第２のコイルばね
８ 測定子
９，５９，６９ 測定力検出部
１０ 位置検出部
２１ コア
２９ 差動トランス本体
５２ 薄板
５４ 歪みゲージ
６２，６３ 導電体
２００ 検出器
３００ 制御装置

Claims (8)

1. 第１の直線方向に往復移動が可能な第１の移動体と、
   前記第１の移動体を駆動する駆動部と、
   前記第１の移動体の移動に連動して前記第１の直線方向とは異なる第２の直線方向に往復移動が可能な第２の移動体と、
   前記第２の移動体の先端に取り付けられた測定子と、
   前記測定子が被測定物に当接した状態のときに該被測定物に及ぼす測定力を前記第２の移動体の後端において検出する測定力検出部と、
   前記第２の移動体の移動量を前記測定子と前記測定力検出部の間において検出する位置検出部と、
   前記測定力検出部の出力に応じて前記測定力を一定に保つように前記第１の移動体の移動量を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする接触式変位測長器。
2. 前記第２の直線方向は、前記第１の直線方向に平行であることを特徴とする請求項１に記載の接触式変位測長器。
3. 前記第２の移動体を前記第２の直線方向に移動可能に支持する支持部は、前記第１の移動体と一体化されており、前記第２の移動体は前記支持部に、同第２の移動体に前記第２の直線方向の一方の向きの力を付与する第１のコイルばねと、同第２の移動体に前記一方の向きと逆向きの力を付与する第２のコイルばねを介して支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接触式変位測長器。
4. 前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定された差動トランス本体と、前記第２の移動体の後端に設けられたコアよりなる差動トランスを備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体とともに前記コアが移動し、そのコアの移動量を前記差動トランス本体で検出することによって、測定力を検出することを特徴とする請求項３に記載の接触式変位測長器。
5. 前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定されているとともに前記第２の移動体の後端に固定された薄板と、該薄板に貼り付けられた歪みゲージを備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体が移動し、その第２の移動体の移動によって前記薄板が歪み、その薄板の歪み量を前記歪みゲージで検出することによって、測定力を検出することを特徴とする請求項３に記載の接触式変位測長器。
6. 前記測定力検出部は、前記第１の移動体に固定された第１の導電体と、該第１の導電体から離れ、かつ前記第２の移動体の後端に固定された第２の導電体を備えており、前記第１のコイルばねと前記第２のコイルばねの変形によって前記第２の移動体が移動し、その第２の移動体の移動によって前記第１の導電体と前記第２の導電体の間の距離が変化し、その導電体間の距離の変化に伴って変化する静電容量の変化量を検出することによって、測定力を検出することを特徴とする請求項３に記載の接触式変位測長器。
7. 前記制御装置は、前記第２の移動体の姿勢に応じて変化する測定力を補正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の接触式変位測長器。
8. 前記測定子は、前記第２の移動体に着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の接触式変位測長器。

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