JP2534425B2 - 多座標接触ヘッド - Google Patents

多座標接触ヘッド

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JP2534425B2
JP2534425B2 JP4194210A JP19421092A JP2534425B2 JP 2534425 B2 JP2534425 B2 JP 2534425B2 JP 4194210 A JP4194210 A JP 4194210A JP 19421092 A JP19421092 A JP 19421092A JP 2534425 B2 JP2534425 B2 JP 2534425B2
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、各軸受位置が軸方向
と半径方向に対して互いに調節できる軸受本体と対置部
材の表面領域の作用により形成され、多数の軸受位置を
有する軸受中に支承されていて、複数の座標方向に傾斜
可能な少なくとも１つの接触ピンを備えた多座標接触ヘ
ッドに関する。
【０００２】この発明は、多座標接触ヘッドで測定した
り切換を行う場合に使用される。両方の実施態様のタイ
プでは、加工品を任意の接触方向から接触測定する場合
に接触ピンを再現性を持って傾斜きることが特に重要で
ある。このため、接触ピンに対して既に種々のタイプの
軸受が提唱されている。
【０００３】
【従来の技術】ドイツ特許第 27 42 817号明細書には、
多数の軸受位置を有する多座標接触ヘッドが開示されて
いる。接触ピンに連結する測定ディスクには、Ｖ溝が接
触ヘッドの中心軸の周りに同心状に配置されている。接
触ヘッドのケースにも同じようにリング状に延びるＶ溝
が対向している。これ等のＶ溝の各々には、多数のボー
ルが埋め込んであり、各軸受位置が３個のボールと作用
して形成されている。これ等のボールは測定ディスク中
のどのボールも二つのボールが接触ヘッドにケース内で
接触するように対向配置されている。ボールの間で望ま
しい接触が行われることを保証にするため、調節時にこ
れ等のボールを溝の中で自在に転がし、測定ディスクに
働くバネ力とボール自体の湾曲により整列させる。この
調節後にＶ溝に付けた接着剤が固まり、これ等のボール
をＶ溝に保持する。
【０００４】どのボールも他の全てのボールに応じて周
方向に調節されるので、調節時にも摩擦力が加算され、
調節に必要な力が高まる。更に、個々のボールとＶ溝と
の間に不規則でかなり大きな接着隙間が生じるため、個
々の軸受位置に不均一な弾性特性と剛性が誘起する。特
にＶ溝の周方向の大きな接着隙間は、温度変化や湿度の
作用がある時、ボールを移動させる。
【０００５】ドイツ特許第 35 08 396号明細書（特開昭
61 − 207902 号公報に対応）によれば、どの軸受位置
も他の軸受位置に無関係に調節できる多座標接触ヘッド
も知られている。軸受位置の各々は一個のボールとＶ溝
を有する一個の調節可能なシリンダー本体とで構成され
ている。シリンダー本体の各々はその中心軸の回りに回
転し、軸方向に移動できるため、Ｖ溝を付属するボール
に調節できる。
【０００６】この装置の難点は、どの軸受位置も一つの
Ｖ溝と一個のボールの間の二つの接触点でのみ形成され
ている点にある。この点接触は個々の軸受位置に比較的
小さな剛性を与える。剛性を高めるため、ドイツ特許第
36 40 160号明細書（特開昭 63 − 142209号公報に対
応）には、どの軸受位置も軸方向と半径方向に調節でき
る一つの軸受本体と対置部材で構成されている多座標接
触ヘッドが開示されている。軸受本体のその時の表面領
域と付属する対置部材の表面領域の接触部分はそれぞれ
一つの円曲線を形成する。一つのボールに対して円錐穴
を調節するには二重偏心体を用いて行われる。この円錐
穴は回転可能なシリンダーの回転軸の外側に付けてあ
る。このシリンダは再び回転可能な収納シリンダーの中
に偏心状態で支承されている。調節には、内部シリンダ
ーと収納シリンダーを互いに捩じり、軸方向に移動させ
る必要がある。
【０００７】この接触ヘッドは確かに性能を発揮する
が、製造時にかなり大きな経費を必要とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、指
定されたしかも一定の接触条件を全ての接触方向で保証
する多座標接触ヘッドの軸受を提供することにある。更
に、この発明の課題は軸受の安定性と剛性を周知の接触
ヘッドに比べて高めることができ、正確で簡単な組立や
調節を可能にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、各軸受位置が軸方向と半径方向に対して互いに
調節できる軸受本体１５と対置部材１４の表面領域の作
用により形成され、多数の軸受位置を有する軸受中に支
承されていて、複数の座標方向に傾斜可能な少なくとも
１つの接触ピンを備えた多座標接触ヘッドにあって、軸
受本体１５や対置部材１４が台座１８中で中心点の周り
に全ての方向に回転可能に支承されたボール本体１６を
介して調節できることによって解決されている。
【００１０】更に、上記の課題は、この発明により、上
に規定する多座標接触ヘッドで軸受位置の軸受本体１５
や対置部材１４を軸方向と半径方向に調節する方法にあ
って、各軸受位置が軸受本体１５と対置部材１４の表面
領域の作用により形成され、調節の間に表面領域に加わ
る力Ｆがボール本体１６の回転点Ｄに関して前記ボール
本体１６にトルクを与え、軸受本体１５を付属する対置
部材１４に合わせ、調節後にボール本体１６が台座１８
に不動となるように組み込まれていることによって解決
されている。
【００１１】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１２】
【実施例】以下、図面に基づきこの発明の実施例をより
詳しく説明する。図１と図２には多座標接触ヘッドの全
体構造が示してある。図示する接触ヘッドはスイッチ接
触子として形成されている。この種の多座標接触ヘッド
は３Ｄ接触子、トリガープローブあるいはタッチセンサ
とも言われている。このヘッドは図示していない測定機
械あるいは工作機械の回転軸に納める装着シャフト１を
備えた微細機械加工装置である。接触ピン２はあらゆる
方向に傾斜する。パッキング３は接触ヘッドのケース４
と接触ピン２の間の中間スペースを遮断する。薄板保護
体５は高温の切り屑によるパッキング３の損傷を防止し
ているが、接触ピン２に零位置から一定の傾きを保証す
る自由空間６を与えている。
【００１３】接触ピン２は測定ディスク１０に連結して
いる。このディスクの端面には、対向体としての多数の
ブッシュ１４がリング状配置にして挿入されている。こ
れ等のブッシュ１４は軸受本体としてのボール１５の上
に載っている。どのブッシュ１４もボール１５と共に一
個の軸受位置を形成している。例えば、 12 個の同じ軸
受位置が一つの平面内で接触ヘッドの中心軸の周りに同
心状に配設されている。接触ピン２に固定されている接
触ボール１１が加工品に接触すると、測定ディスク１０
が圧縮バネ１２の作用に逆らって持ち上がり、測定ディ
スク１０の中心が接触方向に無関係に上に向けて、つま
り装着シャフト１の方向に移動する。
【００１４】ＬＥＤ７，レンズ系９および差動受光素子
８で構成される光スイッチの形の検出装置は、測定ディ
スク１０が、従ってレンズ系９が一定の傾斜値になると
接触パルスを出力する。この接触パルスあるいはスイッ
チングパルスは座標測定機械の測定値を送る時点を決め
るため、あるいは工作機械を制御するために使用され
る。
【００１５】接触ボール１１の横移動とレンズ系９の上
下移動との間の変換を接触方向に無関係に一定に維持す
るため、接触ヘッドのケースの底１３にあるボール１５
をブッシュ１４に対して軸方向および半径方向に調節で
きる。この調節可能性により製作時の避けがたい許容公
差を互いに相殺できる。調節には、各ボール１５を中心
点の周りで全ての方向に旋回可能なボール本体１６の中
に固定、好ましくは穴７に押し込む。
【００１６】より良く理解するため、図３に軸受位置の
断面を拡大し、図４で斜視図にして示す。どのボール本
体１６も台座１８中に回転可能に支承されている。台座
１８は軸方向に移動できるホルダー１９にブッシュの形
にして装着され、台座１８の表面は、ボール本体１６が
中心点の周りにできる限り遊びのない状態で回転できる
ようにボール本体１６に合わせてある。ボール本体１６
の直径を例えば 5 mm に、そして押し込んだボール１５
の直径を例えば 3 mm に選ぶ。
【００１７】調節時には、台座１８と測定ディスク１０
のホルダー１９用の穴２０に速乾性接着剤を塗布する。
ボール本体１６をホルダー１９の台座１８に入れ、ホル
ダー１９を測定ディスク１０の穴２０に挿入する。ホル
ダー１９は各表面領域の接触部分がそれぞれ円曲線を形
成するように各ボール１５が付属するブッシュ１４に作
用するまで、軸方向（Ｚ方向）に移動させる。
【００１８】図３で、ボール１５がボール本体１６の回
転によりどのようにブッシュ１４に合うのかかが分か
る。ホルダー１９にＺ方向の力Ｆを加えれば、ブッシュ
１４とボール１５の表面領域の間の噛み合わせ点Ａで調
節に狂いがある時、この力Ｆが働く。力Ｆはボール本体
１６の回転点Ｄに対してボール本体１６にトルクを与
え、合成力ＦＲがレーバーアームＨに加わる。このトル
クはボール１５がブッシュ１４に対向してリング状に接
触するまで、ボール本体１６に回転を与える。このよう
に、各ボール１５の位置は対応するブッシュ１４に合わ
される。一つのボール１５の位置は、図４に斜視図にし
て示してある。各軸受位置の剛性はボール１５がブッシ
ュ１４の丸みを付けた縁部に作用すると、特に良好であ
る。
【００１９】接着剤が硬化すると、この軸受は接触方向
に無関係により、強くしかも一様な剛性を与え、従って
非常に良好なスイッチ特性を保証する。調節に必要な力
Ｆは、例えばホルダー１９に付属するバネを備えた装置
で生じるか、ホルダー１９に圧搾空気を印加して生じ
る。どのボール１５も付属するボール本体１６の中心点
の周りの回転により自動的に半径方向に調節され、ホル
ダー１９の移動によりＺ方向の再調節が行われることが
容易に分かる。
【００２０】図示する実施例では、ボール１５用の対置
部材として測定ディスク１０に、接着されたブッシュが
使用されている。対置部材としては、各ボール１５に対
しても球面状に曲げた表面でボール１５に作用する多数
のローラ状部材中の穴あるいは溝を使用してもよい。対
置部材として図５の配置が有利であることが分かる。ボ
ール１５１の対置部材としては、一つの平面内で互いに
120°ほどずれた三つのボール１４１，１４２，１４３
が測定ディスク１０１中に固定されいる。図示する状態
では、３つのボール１４１，１４２，１４３の中心にボ
ール１５１があり、どのボール１４１，１４２，１４３
も一点で接触する。図示していないが、多数のボール、
例えば４個のボールも対置部材を形成する。
【００２１】図６に示すように、対置部材としてボール
１５４用の円錐穴１４４も使用できる。図示していない
が、逆ピラミット頂点の形状の窪みも可能である。この
場合、付属するボールが三つのピラミッド面の各々の軸
受本体として一点で支持され、どの軸受位置も三点軸受
を形成する。上に説明した実施例では、当然対置部材に
作用する軸受本体を必ず独立したボールとして形成する
必要がある。対置部材と作用する球状に曲がった表面
は、調節のため中心点の周りに回転可能なボール本体に
もモールド成形できる。
【００２２】軸受本体は、図７によれば、ボール本体１
６５に一体に成形された円錐１５５としても形成でき
る。対置部材として、測定ディスク１０５中のブッシュ
１４５を使用できる。同様に、測定ディスクに設けた
穴、溝、ローラ状の物体、あるいは図５に示す 120°ほ
ど互いにずれた３つのボールの配置にされ、その中心に
ボールが止まる対置部材も考えられる。
【００２３】円錐１５５の代わりに、特に対置部材とし
て互いに 120°ほどずれた３つのボールに作用するピラ
ミッド頂点も使用できる。図示する状態では、どのボー
ルも一点でピラミッド面に接触し、どの軸受位置も３点
支承に相当する。図８に示すように、軸受本体はブッシ
ュ１５６としてボール本体１６６中に固定できる。対置
部材としては、測定ディスク１０６に装着されたボール
１４６が示してあるが、同様に円錐も考えられる。
【００２４】図９には、ボール本体１６７が円錐の穴１
５７を付けた軸受本体として直接使用される。図示する
実施例では、対置部材としての円錐１４７は円錐穴１５
７の表面と作用するが、同様に円錐も対置部材として考
えられる。図示していないが、ボール本体中にボール、
円錐あるいは円筒形状のローラ状本体と作用する溝を付
けてもよい。
【００２５】軸受本体として説明した部材や表面形状を
対置部材としても使用できる。その場合、対置部材は軸
受本体として使用される。同じように、説明した相手の
本体はこの発明に従って支承され調節できるボール本体
中に設けることもできる。説明した全ての実施例では、
軸受本体がＺ方向（軸方向）に移動できるが、当然軸受
本体はＺ方向にも固定でき、しかもＺ方向に再調節する
ため、対置部材を軸方向に移動させることもできる。更
に、台座を有する調節可能な軸受本体にも測定ディスク
中に設けることもできる。その場合、今度は対置部材が
接触ヘッドのケースの底に配設されている。
【００２６】既に説明したように、軸受本体を対置部材
に対して整列させた後、接着剤を硬化させて台座にボー
ル本体を固定すると特に有利である。更に、ボール本体
の位置を台座に対して固定する他の方法も考えられる。
例えば、調節を行った後に鋳造するような方法も考えら
れる。この発明による軸受は、欧州特許第 0 103 090号
明細書に記載されているように過負荷を保護する場合に
も、あるいは接触ピン、接触ヘッドおよび工具用の交換
装置で使用することもできる。
【００２７】
【発明の効果】この発明による重要な利点は、各軸受位
置の軸受本体が他の軸受本体に無関係に付属する対置部
材に対して自動的に調節される点にある。従って、測定
の再現性が接触方向に無関係に保証される接触ピンの軸
受を提供できる。この軸受を形成することにより、高い
剛性と安定性がどの軸受位置でも保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による接触ヘッドの縦断面図、
【図２】 測定ディスクを取り除いた図１の接触ヘッド
の線分II−IIに沿った断面図、
【図３】 図１と図２の接触ヘッドの軸受位置を示す断
面図、
【図４】 図３の軸受本体と対置部材の斜視図、
【図５】 軸受本体と対置部材の他の実施例を示す一部
を断面図にして示す側面図、
【図６】 軸受本体と対置部材の他の実施例を示す一部
を断面図にして示す側面図、
【図７】 軸受本体と対置部材の他の実施例を示す一部
を断面図にして示す側面図、
【図８】 軸受本体と対置部材の他の実施例を示す一部
を断面図にして示す側面図、
【図９】 軸受本体と対置部材の他の実施例を示す一部
を断面図にして示す側面図。
【符号の説明】 １ 装着シャフト ２ 接触ピン ３ パッキング ４ 接触ヘッドのケース ５ 保護板 ６ 自由空間 ７ ＬＥＤ ８ 差動受光素子 ９ レンズ系 １０，１０１，１０５，１０６ 測定ディスク １１ 接触ボール １２ 張力バネ １４，１４５，１５６ ブッシュ １５，１４１，１４２，１４３，１４６，１４７，１５
１，１５４，１５５ボール １６，１６５，１６６，１６７ ボール本体 １７，２０ 穴 １８ 台座 １９ ホルダー １４４，１５７ ボール穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−207902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−148114（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−86002（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−9105（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−179105（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各軸受位置が軸方向と半径方向に対して
    互いに調節できる軸受本体（１５）と対置部材（１４）
    の表面領域の作用により形成され、多数の軸受位置を有
    する軸受中に支承されていて、複数の座標方向に傾斜可
    能な少なくとも１つの接触ピンを備えた多座標接触ヘッ
    ドにおいて、軸受本体（１５）や対置部材（１４）が台
    座（１８）中で中心点の周りに全ての方向に回転可能に
    支承されたボール本体（１６）を介して調節できること
    を特徴とする多座標接触ヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１の多座標接触ヘッドで軸受位置
    の軸受本体（１５）や対置部材（１４）を軸方向と半径
    方向に調節する方法において、各軸受位置が軸受本体
    （１５）と対置部材（１４）の表面領域の作用により形
    成され、調節の間に表面領域に加わる力Ｆがボール本体
    （１６）の回転点Ｄに関して前記ボール本体（１６）に
    トルクを与え、軸受本体（１５）を付属する対置部材
    （１４）に合わせ、調節後にボール本体（１６）が台座
    （１８）に不動となるように組み込まれていることを特
    徴とする方法。
  3. 【請求項３】 軸受位置は接触ヘッドの中心軸の周りに
    同心状に配設されていることを特徴とする請求項１に記
    載の多座標接触ヘッド。
  4. 【請求項４】 軸受本体はボール（１５，１５１，１５
    ４）あるいは円錐（１５５）として形成され、これ等の
    部材は回転可能なボール本体（１５，１５５）に固定さ
    れているか、あるいはモールド成形されていることを特
    徴とする請求項１に記載の多座標接触ヘッド。
  5. 【請求項５】 各ボール（１５，１５１，１５４）ある
    いは各円錐（１５５）は、ボール（１５，１５１，１５
    ４）あるいは円錐（１５５）の各表面領域の接触領域が
    付属する対置部材（１４，１４４，１４５）の表面領域
    と共にそれぞれ一つの円曲線を形成するように、対置部
    材（１４，１４４，１４５）と作用することを特徴とす
    る請求項４に記載の多座標接触ヘッド。
  6. 【請求項６】 各ボール（１５，１５１，１５４）ある
    いは各円錐（１５５）は、対置部材となる穴（１４
    ４），ブッシュ（１４，１４５），多数のボール（１４
    １，１４２，１４３），多数のローラー状物体あるいは
    溝の表面領域と作用することを特徴とする請求項４に記
    載の多座標接触ヘッド。
  7. 【請求項７】 ボール（１５１）あるいは円錐はそれぞ
    れ 120°互いにずらして配設されたボール（１４１，１
    ４２，１４３）と作用し、各ボール（１５１）あるいは
    各円錐は前記３つのボール（１４１，１４２，１４３）
    と共に軸受位置としての三点軸受を形成することを特徴
    とする請求項６に記載の多座標接触ヘッド。
  8. 【請求項８】 軸受本体は穴、円錐穴（１５７），溝と
    して、あるいはブッシュ（１５６）の形に形成されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の多座標接触ヘッ
    ド。
  9. 【請求項９】 対置部材としてはそれぞれ一個のボール
    （１４６，１４７）あるいは一個の円錐であることを特
    徴とする請求項８に記載の多座標接触ヘッド。
  10. 【請求項１０】 ボール本体の台座は接触ピンに接続す
    る測定ディスク中に、また対置部材は接触ヘッドのケー
    スのところに設けてあることを特徴とする請求項１〜９
    の何れか１項に記載の多座標接触ヘッド。
  11. 【請求項１１】 ボール本体（１６）の台座（１８）は
    接触ヘッドのケース（４，１３）のところに、また対置
    部材（１４）は接触ヘッドのケース（４，１３）中に支
    承されている測定ディスク（１０）に設けてあることを
    特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の多座標接
    触ヘッド。
  12. 【請求項１２】 台座（１８）はボール本体（１６）や
    対置部材（１４）と共に軸方向に移動可能なホルダー
    （１９）に装着されていることを特徴とする請求項１〜
    １１の何れか１項に記載の多座標接触ヘッド。
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