JP2011085404A

JP2011085404A - 検出器、及び測定機

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Publication number: JP2011085404A
Application number: JP2009236127A
Authority: JP
Inventors: Junsuke Yasuno; 順介安野; Hideki Shindo; 秀樹進藤
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: JP5331645B2; US20110083335A1; EP2312260A1; US8302322B2; EP2312260B1

Abstract

【課題】検出器をスタイラスの軸方向に沿って移動させることで被測定物等にスタイラスを接触させた場合であっても検出器の破損を防止することができる検出器の提供。
【解決手段】検出器４は、スタイラス４１と、スタイラス４１の基端部を保持する保持部４２と、保持部４２を回転軸Ｐまわりに回動自在に支持する本体部４３と、保持部４２の回転変位を検出するセンサ４４とを備える。保持部４２は、スタイラス４１の基端部が当接される当接部材４２１と、スタイラス４１の基端部を当接部材４２１に向かって付勢する板バネ４２２とを備える。当接部材４２１は、スタイラス４１の基端部が当接される溝部４２４Ａと、溝部４２４Ａの底と比較して板バネ４２２側に向かって突出する半球部４２５Ａとを備える。スタイラス４１の基端部には、回転軸Ｐ側に向かうにしたがって、板バネ４２２側に傾斜する基端傾斜部４１２が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、検出器、及び検出器を備える測定機に関する。

従来、被測定物に接触する接触子を先端部に有する棒状のスタイラスと、スタイラスの基端部を保持する保持部と、保持部を所定の回転軸まわりに回動自在に支持する本体部と、保持部の回転変位を検出するセンサとを備え、保持部の回転変位に基づいて、スタイラスの先端部の変位（以下、単にスタイラスの変位とする）を検出する測定機用の検出器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプローブ（検出器）は、スタイラスと、スタイラスホルダ（保持部）と、プローブ本体（本体部）とを備え、スタイラスホルダの回転変位に基づいて、スタイラスの変位を検出している。そして、このプローブを備える真円度測定機は、プローブを所定の方向（以下、測定方向）に移動させてスタイラスの測定子（接触子）を被測定物に接触させることでスタイラスを変位させ、プローブにて検出されるスタイラスの変位に基づいて被測定物を測定している。

また、特許文献１に記載のプローブは、測定方向とは逆方向へのスタイラスホルダの回転を検出するための接触式のスイッチを備えている。そして、スイッチにて測定方向とは逆方向へのスタイラスの変位を検出した場合には、真円度測定機は、プローブの移動を停止する等の処理を行うことで被測定物等との衝突によるプローブの破損を防止している。
しかしながら、特許文献１に記載のプローブでは、プローブに新たにスイッチを取り付けなければならないので、部品点数が増加し、製造コストが増加するという問題がある。また、プローブにスイッチを取り付けるためのスペースを設けなければならないので、プローブが大型化するという問題がある。
これに対して、センサにて検出されるスタイラスの変位に基づいて、被測定物等との衝突による検出器の破損を防止することが考えられる。これによれば、検出器に新たな部品を取り付ける必要がないので、製造コストを低減させることができるとともに、検出器を小型化することができる。

図６は、従来の検出器１００の構成を示す模式図である。
検出器１００は、図６に示すように、被測定物に接触する接触子１１１を先端部に有する棒状のスタイラス１１０と、スタイラス１１０の基端部を保持する保持部１２０と、保持部１２０を所定の回転軸Ｐまわりに回動自在に支持する本体部１３０と、保持部１２０の回転変位を検出するセンサ１４０とを備える。なお、図６では、説明のために本体部１３０を透視している。
保持部１２０は、スタイラス１１０の基端部が当接される溝部１２１Ａを有する当接部材１２１と、スタイラス１１０の軸、及び回転軸Ｐと直交する方向（図６中左右方向）に沿って当接部材１２１と対向して配設され、スタイラス１１０の基端部を溝部１２１Ａに向かって付勢する付勢部材としての板バネ１２２と、当接部材１２１、及び板バネ１２２を支持するとともに、本体部１３０に回動自在に支持される支持部材１２３とを備える。
センサ１４０は、支持部材１２３に取り付けられるコア１４１と、本体部１３０に取り付けられる２つのコイル１４２とを備え、差動トランス方式によってコア１４１の変位を検出することで保持部１２０の回転変位を検出する。

図７は、被測定物Ｗにスタイラス１１０を接触させた状態を示す図である。なお、図７（Ａ）は、検出器１００をスタイラス１１０の軸、及び回転軸Ｐと直交する方向（以下、接触方向とする）に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス１１０を接触させた状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、検出器１００をスタイラス１１０の軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス１１０を接触させた状態を示す図である。

検出器１００を接触方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス１１０を接触させた場合には、図７（Ａ）に示すように、スタイラス１１０は変位し、コア１４１は保持部１２０の回転に伴って変位するので、センサ１４０は、保持部１２０の回転変位に基づいて、スタイラス１１０の変位を検出することができる。したがって、測定機は、例えば、スタイラス１１０の変位が所定の閾値より大きい場合に検出器１００の移動を停止する等の処理を行うことで被測定物Ｗとの衝突による検出器１００の破損を防止することができる。

特開２００４−２３３１３１号公報

しかしながら、検出器１００をスタイラス１１０の軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス１１０を接触させた場合には、図７（Ｂ）に示すように、スタイラス１１０は変位しないので、センサ１４０は、スタイラス１１０の変位を検出することができない。したがって、測定機は、検出器１００の移動を停止する等の処理を行うことができず、被測定物Ｗとの衝突による検出器１００の破損を防止することができないという問題がある。

本発明の目的は、検出器に新たな部品を取り付けることなく、検出器をスタイラスの軸方向に沿って移動させることで被測定物等にスタイラスを接触させた場合であっても被測定物等との衝突による検出器の破損を防止することができる検出器、及び検出器を備える測定機を提供することにある。

本発明の検出器は、被測定物に接触する接触子を先端部に有する棒状のスタイラスと、前記スタイラスの基端部を保持する保持部と、前記保持部を所定の回転軸まわりに回動自在に支持する本体部と、前記保持部の回転変位を検出するセンサとを備え、前記保持部の回転変位に基づいて、前記スタイラスの先端部の変位を検出する測定機用の検出器であって、前記保持部は、前記スタイラスの基端部が当接される溝部を有する当接部材と、前記スタイラスの軸、及び前記回転軸と直交する方向に沿って前記当接部材と対向して配設され、前記スタイラスの基端部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材とを備え、前記当接部材は、前記溝部の延出方向に沿って前記溝部と隣り合うとともに、前記溝部に対して前記回転軸側に設けられ、前記溝部の底と比較して前記付勢部材側に向かって突出する突出部を備え、前記スタイラスの基端部には、前記回転軸側に向かうにしたがって、前記付勢部材側に傾斜する基端傾斜部が形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、スタイラスの基端部は、当接部材の溝部と、付勢部材とで挟持されているので、検出器をスタイラスの軸方向に沿って移動させることで被測定物にスタイラスを接触させた場合にスタイラスの先端部側から基端部側に向かってスタイラスに対して力が加わると、スタイラスは溝部に沿って回転軸側に向かって摺動する。
スタイラスが溝部に沿って回転軸側に向かって摺動すると、当接部材の突出部にスタイラスの基端傾斜部が乗り上げていくこととなり、スタイラスの基端部は、付勢部材側に移動する。このとき、スタイラスの先端部は、被測定物に接触しているので、摩擦力によって移動が抑制される。すなわち、保持部は、回転軸まわりに回転することとなるので、スタイラスの先端部側から基端部側に向かってスタイラスに対して加わる力を、保持部の回転変位に変換することができる。
したがって、センサは、スタイラスの先端部側から基端部側に向かってスタイラスに対して加わる力を、スタイラスの変位として検出することができるので、検出器に新たな部品を取り付けることなく、検出器をスタイラスの軸方向に沿って移動させることで被測定物等にスタイラスを接触させた場合であっても被測定物等との衝突による検出器の破損を防止することができる。

本発明では、前記スタイラスの中間部には、前記回転軸とは反対側に向かうにしたがって、前記当接部材側に傾斜する中間傾斜部が形成され、前記スタイラスの基端から前記中間傾斜部までの長さは、前記溝部における前記回転軸とは反対側の一端から前記突出部までの長さより短いことが好ましい。

このような構成によれば、スタイラスが溝部に沿って回転軸側に向かって摺動すると、スタイラスの基端から中間傾斜部までの長さは、溝部における回転軸とは反対側の一端から突出部までの長さより短いので、まず、溝部に中間傾斜部が乗り上げていくこととなり、スタイラスの基端部は、当接部材側に移動する。次に、突出部に基端傾斜部が乗り上げていくこととなり、スタイラスの基端部は、付勢部材側に移動する。すなわち、保持部は、回転軸まわりの両側にそれぞれ回転することとなる。したがって、いずれか一方の接触方向へのスタイラスの変位のみを検出するようにセンサを構成した場合であっても、センサは、スタイラスの先端部側から基端部側に向かってスタイラスに対して加わる力を、スタイラスの変位として検出することができるので、検出器の利便性を向上させることができる。

本発明の測定機は、前述した検出器を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、測定機は、前述した測定機を備えるので、前述した検出器と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係る真円度測定機を示す模式図。前記実施形態における検出器の詳細構成を示す模式図。前記実施形態における被測定物にスタイラスを接触させるときのスタイラスの動きを示す図。本発明の第２実施形態に係る検出器の詳細構成を示す模式図。前記実施形態における被測定物にスタイラスを接触させるときのスタイラスの動きを示す図。従来の検出器の構成を示す模式図。被測定物にスタイラスを接触させた状態を示す図。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る真円度測定機１を示す模式図である。
真円度測定機１は、図１に示すように、基台２と、基台２の上面に所定の回転軸Ｌ（図１中一点鎖線）を中心として回転自在に設けられる回転テーブル３と、回転テーブル３の上面に載置される被測定物Ｗの表面の位置を検出するための検出器４と、検出器４を移動させる移動機構５と、真円度測定機１全体を制御する制御装置６とを備え、制御装置６による制御の下、移動機構５にて検出器４を移動させて被測定物Ｗに接触させることで被測定物Ｗの真円度を測定する測定機である。

回転テーブル３は、制御装置６による制御の下、基台２の内部に設けられたモータなどで構成される駆動機構（図示略）にて駆動されることで回転軸Ｌを中心として回転する。
移動機構５は、基台２の上面に立設されるコラム５１と、コラム５１にて支持され、基台２の上面に対して昇降自在に設けられるスライダ５２と、スライダ５２にて支持され、回転テーブル３に対して進退自在に設けられるアーム５３とを備える。そして、検出器４は、アーム５３の回転テーブル３側の一端に取り付けられている。また、移動機構５は、制御装置６による制御の下、コラム５１や、スライダ５２の内部に設けられたモータなどで構成される駆動機構（図示略）にて駆動されることで検出器４を移動させる。

図２は、検出器４の詳細構成を示す模式図である。
検出器４は、図２に示すように、被測定物Ｗに接触する接触子４１１を先端部に有する棒状のスタイラス４１と、スタイラス４１の基端部を保持する保持部４２と、保持部４２を所定の回転軸Ｐまわりに回動自在に支持する本体部４３と、保持部４２の回転変位を検出するセンサ４４とを備える。なお、図２では、説明のために本体部４３を透視している。以下の図面においても同様である。
保持部４２は、スタイラス４１の基端部が当接される当接部材４２１と、スタイラス４１の軸、及び回転軸Ｐと直交する方向、すなわち接触方向（図２中左右方向）に沿って当接部材４２１と対向して配設され、スタイラス４１の基端部を当接部材４２１に向かって付勢する付勢部材としての板バネ４２２と、当接部材４２１、及び板バネ４２２を支持するとともに、本体部４３に回動自在に支持される支持部材４２３とを備える。

当接部材４２１は、スタイラス４１側の幅広部４２４と、回転軸Ｐ側の幅狭部４２５とを有する断面略Ｌ字状に形成されている。そして、幅広部４２４には、スタイラス４１の基端部が当接される溝部４２４Ａが形成され、幅狭部４２５には、溝部４２４Ａの底と比較して板バネ４２２側に向かって突出する半球部４２５Ａが形成されている。すなわち、本実施形態では、突出部は、半球部４２５Ａで構成されている。
また、スタイラス４１の基端部には、回転軸Ｐ側に向かうにしたがって、板バネ４２２側に傾斜する基端傾斜部４１２が形成されている。
センサ４４は、支持部材４２３に取り付けられるコア４４１と、本体部４３に取り付けられる２つのコイル４４２とを備え、差動トランス方式によってコア４４１の変位を検出することで保持部４２の回転変位を検出する。

図３は、被測定物Ｗにスタイラス４１を接触させるときのスタイラス４１の動きを示す図である。なお、図３（Ａ）は、検出器４を移動させる前の状態を示す図であり、図３（Ｂ）は、検出器４をスタイラス４１の軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス４１を接触させた状態を示す図である。
スタイラス４１の基端部は、図３（Ａ）に示すように、当接部材４２１の溝部４２４Ａと、板バネ４２２とで挟持されている。したがって、検出器４をスタイラス４１の軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス４１を接触させた場合にスタイラス４１の先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１に対して力が加わると、スタイラス４１は溝部４２４Ａに沿って回転軸Ｐ側に向かって摺動する。

スタイラス４１が溝部４２４Ａに沿って回転軸Ｐ側に向かって摺動すると、図３（Ｂ）に示すように、半球部４２５Ａに基端傾斜部４１２が乗り上げていくこととなり、スタイラス４１の基端部は、板バネ４２２側に移動する。このとき、スタイラス４１の先端部は、被測定物Ｗに接触しているので、摩擦力によって移動が抑制される。すなわち、保持部４２は、回転軸Ｐまわりに回転することとなるので、スタイラス４１の先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１に対して加わる力を、保持部４２の回転変位に変換することができる。したがって、センサ４４は、スタイラス４１の先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１に対して加わる力を、スタイラス４１の変位として検出することができる。
そして、制御装置６は、例えば、スタイラス４１の変位が所定の閾値より大きい場合に検出器４の移動を停止する等の処理を行う。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）真円度測定機１は、センサ４４を備え、センサ４４は、スタイラス４１の先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１に対して加わる力を、スタイラス４１の変位として検出することができるので、検出器４に新たな部品を取り付けることなく、検出器４をスタイラス４１の軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗ等にスタイラス４１を接触させた場合であっても被測定物Ｗ等との衝突による検出器４の破損を防止することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る検出器４Ａの詳細構成を示す模式図である。
本実施形態では、検出器４Ａは、図４に示すように、スタイラス４１Ａを備え、スタイラス４１Ａの中間部には、テーパ部４１３が形成されている点で前記第１実施形態と異なる。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
テーパ部４１３は、回転軸Ｐとは反対側に向かうにしたがって、径が大きくなるように形成されている。すなわち、本実施形態では、テーパ部４１３は、回転軸Ｐとは反対側に向かうにしたがって、当接部材４２１側に傾斜するように形成された中間傾斜部として機能する。
また、スタイラス４１Ａの基端からテーパ部４１３までの長さは、溝部４２４Ａにおける回転軸Ｐとは反対側の一端から半球部４２５Ａまでの長さより短い。

図５は、被測定物Ｗにスタイラス４１Ａを接触させるときのスタイラス４１Ａの動きを示す図である。なお、図５（Ａ）は、検出器４Ａを移動させる前の状態を示す図であり、図５（Ｂ）は、検出器４Ａをスタイラス４１Ａの軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス４１Ａを接触させた状態を示す図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の状態から更に検出器４Ａを移動させた状態を示す図である。
検出器４をスタイラス４１Ａの軸方向に沿って移動させることで被測定物Ｗにスタイラス４１Ａを接触させた場合にスタイラス４１Ａの先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１Ａに対して力が加わると、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、スタイラス４１Ａは溝部４２４Ａに沿って回転軸Ｐ側に向かって摺動する。

スタイラス４１Ａが溝部４２４Ａに沿って回転軸Ｐ側に向かって摺動すると、スタイラス４１Ａの基端からテーパ部４１３までの長さは、溝部４２４Ａにおける回転軸Ｐとは反対側の一端から半球部４２５Ａまでの長さより短いので、図５（Ｂ）に示すように、まず、溝部４２４Ａにテーパ部４１３が乗り上げていくこととなり、スタイラス４１Ａの基端部は、当接部材４２１側に移動する。次に、図５（Ｃ）に示すように、半球部４２５Ａに基端傾斜部４１２が乗り上げていくこととなり、スタイラス４１Ａの基端部は、板バネ４２２側に移動する。すなわち、保持部４２は、回転軸Ｐまわりの両側にそれぞれ回転することとなる。

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（２）いずれか一方の接触方向へのスタイラス４１Ａの変位のみを検出するようにセンサ４４を構成した場合であっても、センサ４４は、スタイラス４１Ａの先端部側から基端部側に向かってスタイラス４１Ａに対して加わる力を、スタイラス４１Ａの変位として検出することができるので、検出器４Ａの利便性を向上させることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、突出部は、半球部４２５Ａで構成されていたが、他の形状で形成されていてもよい。要するに、突出部は、溝部の延出方向に沿って溝部と隣り合うとともに、溝部に対して回転軸側に設けられ、溝部の底と比較して付勢部材側に向かって突出する部分であればよい。
前記実施形態では、中間傾斜部は、テーパ部４１３で構成されていたが、他の形状で形成されていてもよい。要するに、中間傾斜部は、スタイラスの中間部に形成され、回転軸とは反対側に向かうにしたがって、当接部材側に傾斜する部分であればよい。
前記実施形態では、測定機として真円度測定機１を例示したが、例えば、三次元測定機などの他の測定機であってもよい。

本発明は、検出器、及び検出器を備える測定機に好適に利用することができる。

１…真円度測定機（測定機）
４，４Ａ…検出器
４１，４１Ａ…スタイラス
４２…保持部
４３…本体部
４４…センサ
４１１…接触子
４１２…基端傾斜部
４１３…テーパ部（中間傾斜部）
４２１…当接部材
４２２…板バネ（付勢部材）
４２４Ａ…溝部
４２５Ａ…半球部（突出部）
Ｗ…被測定物

Claims

被測定物に接触する接触子を先端部に有する棒状のスタイラスと、前記スタイラスの基端部を保持する保持部と、前記保持部を所定の回転軸まわりに回動自在に支持する本体部と、前記保持部の回転変位を検出するセンサとを備え、前記保持部の回転変位に基づいて、前記スタイラスの先端部の変位を検出する測定機用の検出器であって、
前記保持部は、
前記スタイラスの基端部が当接される溝部を有する当接部材と、
前記スタイラスの軸、及び前記回転軸と直交する方向に沿って前記当接部材と対向して配設され、前記スタイラスの基端部を前記溝部に向かって付勢する付勢部材とを備え、
前記当接部材は、
前記溝部の延出方向に沿って前記溝部と隣り合うとともに、前記溝部に対して前記回転軸側に設けられ、前記溝部の底と比較して前記付勢部材側に向かって突出する突出部を備え、
前記スタイラスの基端部には、前記回転軸側に向かうにしたがって、前記付勢部材側に傾斜する基端傾斜部が形成されていることを特徴とする検出器。
請求項１に記載の検出器において、
前記スタイラスの中間部には、前記回転軸とは反対側に向かうにしたがって、前記当接部材側に傾斜する中間傾斜部が形成され、
前記スタイラスの基端から前記中間傾斜部までの長さは、前記溝部における前記回転軸とは反対側の一端から前記突出部までの長さより短いことを特徴とする検出器。
請求項１または請求項２に記載の検出器を備えることを特徴とする測定機。