JP2008298584A - 寸法測定ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】測定結果の安定性を向上する。
【解決手段】接触子２０を保持するアーム部２と、アーム部２を変位可能にする機構と、アーム部２の変位量を検知するセンサ部８と、アーム部２を直動変位可能に付勢するための付勢部材６を備えている。付勢部材６は、所定間隔を置いて平行に組み付けられた二枚の付勢板バネ６０と、各付勢板バネ６０の一部に設けられた補強部材６２と、各補強部材６２を平行に保つための平行保持部材６３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤等の工作機械で加工されたワークの寸法を測定する寸法測定ヘッドに関するものである。

寸法測定ヘッドは、旋盤等の工作機械で加工されたワークが所定の加工条件を有するか否かを判定するために、ワークの外径等の寸法を測定するものである。寸法測定ヘッドは、変位可能なアーム部と、アーム部に設けられた接触子と、アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備えている。寸法測定ヘッドは、接触子がワークに当接するようにアーム部を変位させ、このアーム部の変位量をセンサ部で検知することにより、ワークの寸法を測定する（例えば、特許文献１参照）。

センサ部の測定精度を上げるために、アーム部材を直動変位可能に付勢するための付勢部材が提案されている（特許文献２及び３参照）。この付勢部材は、平行に組み付けられた二枚の板バネで構成されている。ただ、この付勢部材によると、測定中にワークがずれてアーム部材が回転する等の予期せぬ負荷（トルク等）が生じたり、アーム部材が長尺だったりすると、板バネが撓んだり（座屈）捩れたりして、測定結果が不安定になることがあった。
特開２００５−１６９７２号公報 特願２００６−１４７９５８号、図１等、符号３（３Ａ，３Ｂ） 特願２００７−１３８２６号、図２等、符号６（６０，６１）

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、さらなる測定結果の安定性を向上することにある。

本発明は、接触子を保持するアーム部と、アーム部を変位可能にする機構と、アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備え、アーム部を変位し接触子をワークに当接してワーク寸法を測定する寸法測定ヘッドにおいて、アーム部を直動変位可能に付勢するための付勢部材を備え、付勢部材は、所定間隔を置いて平行に組み付けられた二枚の付勢板バネと、各付勢板バネの一部に設けられた補強部材と、各補強部材を平行に保つための平行保持部材とを備えている。

好ましくは、補強部材は、付勢板バネの中央部に設けられた補強プレートからなる。

さらに好ましくは、平行保持部材は、各補強部材を連結する保持板バネからなる。

さらに好ましくは、平行保持部材は、各補強部材の間に設けられたリング部材と、リング部材を各補強部材で挟むためのコイルバネとを備えている。

本発明に係る寸法測定ヘッドは、アーム部材を直動変位可能に付勢するための付勢部材を備えている。そして、付勢部材は、平行に組み付けられた二枚の付勢板バネと、それぞれの付勢板バネの一部に設けられた補強部材と、各補強部材を平行に保つための平行保持部材とを備えている。この補強部材及び平行保持部材によって、アーム部材を直動変位可能に付勢する機能を有すると共に、付勢板バネにおける、撓みや捩れに対する剛性を強化することができる。

これにより、付勢板バネの動作方向（直動方向）以外のトルク（回転モーメント）等に対する剛性が向上するので、測定中に予期せぬ負荷が生じたりする場合でも、安定性に優れた測定を可能とする。さらに、アーム部材の測定ストローク範囲を拡大することも可能とする。

以下、図面に基づいて、本発明に係る寸法測定ヘッドについて説明する。

［第一実施形態］
先ず、第一実施形態の付勢部材を備えた寸法測定ヘッドについて説明する。
図１は、寸法測定ヘッドを示す正面図である。寸法測定ヘッドは、ベース部Ｔを備えている。ベース部Ｔは、水平方向１ａに設けられた上板Ｔ１及び下板Ｔ２を有する。寸法測定ヘッドは、ベース部Ｔの両側に一対の測定ユニット１，１を備えている。測定ユニット１，１は、上板Ｔ１に固定され垂下している。測定対象となるワークWは、ベース部の下板Ｔ２に載置される。ワークＷは、各測定ユニット１，１の間に配置される。

測定ユニット１は、後述する付勢部材６等を内蔵したブロック部４を備えている。また、測定ユニット１は、アーム部２を備えている。アーム部２は、下部に接触子２０を備えている。接触子２０は、水平方向１ａに延設されている。各測定ユニット１，１に設けられた接触子２０，２０は、それぞれ対向している。

各アーム部２，２は、ワークＷに対して近接、離反する方向（水平方向１ａ）に変位自在な機構を備えている。そして、各アーム部２，２は、接触子２０，２０がワークＷに当接するまで移動（変位）して、各アーム部２，２の変位量を測定して合算することで、ワークＷの外径寸法を測定する。

尚、ワークＷの板厚等を測定する場合には、測定ユニット１は一つであっても良い。又、測定ユニット１は、スライドベアリングやシリンダ装置等により、昇降、水平移動可能に構成されても良い。

図２は、ブロック部の内部を示す正面図である。測定ユニット１は、ブロック部４の内部に進退ブロック５を備えている。進退ブロック５は、下端にアーム部２が連結されている。ブロック部４は、底面に貫通孔４０を備えている。アーム部２は、貫通孔４０を通じてブロック部４から垂下している。なお、アーム部２は、垂直方向１ｂの外に、水平方向１ａに延設することがある。

測定ユニット１は、付勢部材６を備えている。付勢部材６は、垂直方向１ｂに延設された２枚の付勢板バネ６０，６０を備えている。各付勢板バネ６０，６０は、同一長さ及び同一素材等（同一構成）であって、所定間隔を置いて平行に配置されている。

付勢板バネ６０，６０は、上端が板バネ支持部６ａを介してブロック部４に固定されている。付勢板バネ６０，６０は、下端が進退ブロック５に連結されている。従って、付勢板バネ６０，６０は、上端が固定端、下端が自由端となっている。

付勢部材６は、補強プレート（補強部材）６２，６２を備えている。補強プレート６２，６２は、垂直方向１ｂに延設されている。補強プレート６２，６２は、各付勢板バネ６０，６０の中央部に設けられている。補強プレート６２，６２の長さは、付勢板バネ６０，６０の長さの約１／２で構成されている。また、補強プレート６２，６２の厚みは、付勢板バネ６０，６０の厚みに対して約２０倍で構成されている。補強プレート６２，６２の幅（図面奥行方向の長さ）は、付勢板バネ６０，６０と略同じである。

補強プレート６２，６２の長さは、付勢板バネ６０，６０の長さの１／３〜２／３程度であればよい。また、補強プレート６２，６２の厚みは、付勢板バネ６０，６０の厚みに対して１０〜３０倍程度であればよい。即ち、補強部材６２，６２は、アーム部２が直動変位する際に、付勢板バネ６０，６０の撓みや捩れに対する所定の剛性を確保し、所定の測定安定性を確保できるように設計される。

さらに、付勢部材６は、保持板バネ（平行保持部材）６３，６３を備えている。保持板バネ６３，６３は、補強プレート６２，６２の上部及び下部に設けられている。保持板バネ６３，６３は、各補強プレート６２，６２を架け渡たすように連結している。保持板バネ６３，６３は、水平方向１ａの部分の長さが、付勢板バネ６０，６０の間隔距離と略同じなっている。

図３は、第一実施形態の付勢部材を分解して示す正面断面図である。補強プレート６２，６２は、第一プレート６２ａと第二プレート６２ｂとからなる。第一プレート６２ａは、付勢板バネ６０，６０の外側に、第二プレート６２ｂは、付勢板バネ６０，６０の内側に取り付けられる。

保持板バネ６３，６３は、断面コ字状に構成されている。保持板バネ６３，６３の垂直方向１ｂの部分が、付勢板バネ６０，６０と第二プレート６２ｂ，６２ｂとの間に配置される。そして、ビス等の連結部材６ｂで、付勢板バネ６０，６０、補強プレート６２，６２及び保持板バネ６３，６３等を連結する。

進退ブロック５は、付勢部材６によって変位規制されることによって、水平方向１ａに略直動変位可能となる。なお、進退ブロック５の直動移動により、アーム部２が直動変位する。アーム部２は貫通孔４０を通じているので、貫通孔４０の空間がアーム部２の移動可能な範囲となる（図２）。

図４は、リトラクト機構を説明するための正面図である。寸法測定ヘッドにワークＷを設置する際、リトラクト機構７を用いて、接触子２０をワークＷから離間した、待機位置に配置する。待機位置へ移動する時は、図４に示すように、アクチュエータ７２を作動して、押圧部７１を下方へ移動する。これにより、押圧部７１が回転ローラ７０を押圧して、進退ブロック５及びアーム部２を移動する。そして、接触子２０を測定位置へ移動する時は、図２に示すように、押圧部７１を上方へ移動し、進退ブロック５及びアーム部２を変位自在にする。

図５は、図２に示すＩ−Ｉ線断面図である。測定ユニット１はセンサ部８を備えている。センサ部８は、センサロッド８０及びセンサヘッド８１を備えている。センサロッド８０は、水平方向１ａに延設されている（図２）。センサロッド８０は、両端がロッド支持部８２を介してブロック部４に固定されている。センサヘッド８１は、進退ブロック５に設けられている（図５）。センサヘッド８１は、センサロッド８０を貫通している。

図６は、センサ部を示す拡大断面図である。センサロッド８０は、非磁性化された軸本体８０ａを備えている。軸本体８０ａは、中心軸部が中空となっており、この中空部に、磁性部材８０ｂと非磁性部材８０ｃとが交互に内蔵されている。センサヘッド８１は、コイル部８１ａを備えている。

上述のように、進退ブロック５は、付勢部材６によって水平方向１ａに直動する。そのため、進退ブロック５に設けられたセンサヘッド８１が直動進退するので、センサロッド８０の軸径Ｂ１が大きくても、センサヘッド８１の内径Ｂ２と接触する虞が小さく、軸径Ｂ１を大きくすることができ、測定精度が向上する。又、繰り返しスライド移動しても、磁性部材が接触することがないので、磨耗したり損傷しない。

更に、センサロッド８０は、非磁性化された軸本体８０ａを備え、内部に磁性部材８０ｂと非磁性部材８０ｃとが交互に配置されているので、磁気結合の変化を敏感に検知でき、高精度な測定が可能となる。例えば、０．１μｍ単位の分解能を得ることができる。

上述の通り、ワークＷの寸法を測定する際、先ず、リトラクト機構７を作動して、接触子２０をワークＷから離間する待機位置に配置する。次に、リトラクト機構７を解除すると、付勢部材６の付勢力により、接触子２０（アーム部２）が移動してワークＷに当接し、ワークＷの寸法を測定する。

図７は、第一実施形態の付勢部材における、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。図７に示すように、付勢部材６の付勢及び変形によって、進退ブロック５が直動変位し、接触子２０がワークｗ１に当接する。

進退ブロック５が直動変位する際に、保持板バネ６３，６３の付勢力（保持力）によって、各補強プレート６２，６２は略平行に保たれる。また、補強プレート６２，６２の剛性によって、付勢板バネ６０，６０の中央部の変形（撓み及び捩れ）が規制される。即ち、補強プレート６２，６２及び保持板バネ６３，６３が、剛性の擬似的な平行四辺形リンクを構成し、付勢板バネ６０，６０の中央部に、擬似平行四辺形リンクが設けられるようになっている。

また、付勢板バネ６０，６０は、補強プレート６２，６２の上方側の上部６０ａ及び下方側の下部６０ｂで変形するので、進退ブロック５の直動変位を可能とする。このように、付勢板バネの変形部分６０ａ，６０ｂを、付勢板バネ６０，６０の全長に対して短く（約１／３〜２／３）して、直動変位する際においても、付勢板バネ６０，６０に撓みや捩れが生じ難いようになっている。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態の付勢部材について説明する。
図８は、第二実施形態の付勢部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図９は、第二実施形態の付勢部材を分解して示す正面図である。なお、第一実施形態と異なる部分のみ、詳細に説明する。

付勢部材６は、第一実施形態と同様に、付勢板バネ６０，６０及び補強プレート６２，６２を備えている（図８（ａ））。本実施形態では、付勢部材６は、一対のリング部材６４，６４を備えている。各リング部材６４，６４は、各補強プレート６２，６２の間の上部及び下部に配置されている。リング部材６４は、両側のリングプレート６４ａ，６４ａと、各リングプレート６４ａ，６４ａを連結する軸部６４ｂとからなる（図８（ｂ））。

付勢部材６は、ワイヤ６５を備えている。ワイヤ６５は、板バネ支持部６ａに固定され垂下している。ワイヤ６５は、リング部材の軸部６４ｂ，６４ｂを挿通して固定されている（図８（ｂ））。ワイヤ６５により、リング部材６４，６４は、各補強プレート６２，６２の間の位置に吊下げ保持される。

付勢部材６は、引張コイルバネ６６，６６を備えている。コイルバネ６６，６６は、各補強プレートの第一プレート６２ａ，６２ａを架け渡して連結している。そして、コイルバネ６６，６６は、各補強プレートの第一プレート６２ａ，６２ａ同士が互いに接近するように付勢する。リング部材のリングプレート６４ａ，６４ａは、コイルバネ６６，６６の付勢力によって、各補強プレートの第一プレート６２ａ，６２ａで挟まれて位置保持される。

第一実施形態と同様に、ビス等の連結部材６ｂで、付勢板バネ６０，６０、補強プレート６２，６２及びリング部材６４等を連結して、付勢部材６が組み付けられる（図９）。

図１０は、第二実施形態における、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。進退ブロック５が直動変位して、接触子２０がワークｗ２に当接する際、リング部材のリングプレート６４ａ，６４ａによって、各補強プレート６２，６２の間隔距離が保持され、平行に保たれる。また、補強プレート６２，６２の剛性によって、付勢板バネ６０，６０の中央部の変形（撓み及び捩れ）が規制される。

補強プレート６２，６２及びリング部材６４，４６（リングプレート６４ａ，６４ａ）によって、付勢板バネ６０，６０の中央部に、擬似平行四辺形リンクが設けられる。付勢板バネ６０，６０は、補強プレート６２，６２の上方側の上部６０ａ及び下方側の下部６０ｂで変形するので、進退ブロック５の直動変位を可能とする。

［変形例］
上述の通り、補強部材は、アーム部２が直動変位する際に、付勢板バネ６０，６０の撓みや捩れに対する剛性を強化し、所定の測定安定性を確保できるように、全長（付勢板バネ６０の長さに対する）や素材、厚み等が設計される。補強部材は、１本又はそれ以上の補強バーや、１枚又は数枚の補強プレート等で構成されてもよい。

平行保持部材は、補強部材と組み合わされて、付勢板バネ６０，６０の一部に、擬似平行四辺形リンクを構成するように設計される。これにより、付勢部材６が、アーム部２を直動変位可能にすると共に、付勢板バネにおける、撓みや捩れに対する剛性を強化する。平行保持部材は、補強部材に軸支された一対のリンク部材や、十字板バネ等で構成されていてもよい。また、保持板バネ６３，６３は、補強プレート６２，６２に溶接接合等で連結されていてもよい。補強プレート６２，６２を平行に保つことができれば、リング部材６４が一つでもよい。

寸法測定ヘッドを示す正面図である。 ブロック部の内部を示す正面図である。 第一実施形態の付勢部材を分解して示す正面断面図である。 リトラクト機構を説明するための正面図である。 図２に示すＩ−Ｉ線断面図である。 センサ部を示す拡大断面図である。 第一実施形態の付勢部材における、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。 第二実施形態の付勢部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第二実施形態の付勢部材を分解して示す正面図である。 第二実施形態における、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。

符号の説明

１ 測定ユニット
２ アーム部
２０ 接触子
５ 進退ブロック
６ 付勢部材
６０，６０ 付勢板バネ
６２，６２ 補強プレート（補強部材）
６３，６３ 保持板バネ（平行保持部材）
６４，６４ リング部材（平行保持部材）
６５ ワイヤ
６６ コイルバネ
７ リトラクト機構
８ センサ部
８０ センサロッド
８１ センサヘッド
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 接触子を保持するアーム部と、前記アーム部を変位可能にする機構と、前記アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備え、前記アーム部を変位し前記接触子をワークに当接してワーク寸法を測定する寸法測定ヘッドにおいて、前記アーム部を直動変位可能に付勢するための付勢部材を備え、
   前記付勢部材は、所定間隔を置いて平行に組み付けられた二枚の付勢板バネと、前記各付勢板バネの一部に設けられた補強部材と、前記各補強部材を平行に保つための平行保持部材とを備えていることを特徴とする寸法測定ヘッド。
2. 前記補強部材は、前記付勢板バネの中央部に設けられた補強プレートからなることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定ヘッド。
3. 前記平行保持部材は、前記各補強部材を連結する保持板バネからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の寸法測定ヘッド。
4. 前記平行保持部材は、前記各補強部材の間に設けられたリング部材と、前記リング部材を前記各補強部材で挟むためのコイルバネとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の寸法測定ヘッド。

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