JP2545082B2 - 接触検出プロ−ブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ワークピースの寸法を測定するためのプロ
ーブに関するものである。

［従来の技術］ 座標測定機械あるいは工作機械において、ワークピー
スに関連してプローブの座標位置を決定することにより
ワークピースの寸法を測定する測定用プローブを含む測
定装置が知られている。その測定装置は、座標位置が測
定されるワークピースの表面に向けてプローブを移動さ
せるべく操作されるものである。そして、プローブ部分
にはワークピース表面と係合し得るスタイラスが形成さ
れており、プローブは当該係合に応じて検出信号を出力
するように構成されている。

所謂「トリガ・プローブ」においては、プローブの検
出信号はスタイラスとワークピース表面との係合に応じ
て生成されるステップ信号であり、表面の位置は係合の
直後に機械の測定デバイスの読みに換算して測定され
る。ステップ信号は、プローブの電気回路の一部をなす
スタイラスが休止位置から変位して回路状態に変化を生
じさせることによって生成される。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のトリガプローブにおいては、スタイラスがワー
クピースに係合する時点と、スタイラスの変位により誘
起されるステップ信号が機械に受容される時点とを精確
に関連づけることは困難なことである。何故なら、上記
２つの事柄間での避け難いスタイラスの変位（スタイラ
スの“先行変位”）は装置操作における全つの状況にお
いて常に一様であるとは限らないからである。特に、ベ
ースに対するスタイラスの変位の方向によって、先行変
位は異り得るものであり、また、上述機械の測定装置に
よる測定はプローブの動作する間に行われ、それ故、動
作の速度により先行変位が異り、測定結果の変動を招く
ものである。

欧州特許明細書第0068899号において、スタイラスの
変位について、分離して取扱う試みがなされた。すなわ
ち、プローブの検出信号を生成するためのスタイラスの
変位および、検出信号が生成された後、機械が停止する
までにプローブあるいは機械への損傷を防止するうえで
要請されるスタイラスの変位（あるいはスタイラスの過
変位）である。この特許明細書には、プローブ本体と中
間部材との間にあって、スタイラスの軸まわりの３ケ所
に配設された歪検出要素によって構成される検出システ
ムが開示されている。この歪検出要素は、同様に中間部
材に装着されたスタイラスがその休止位置から変位する
以前に、中間部材のベースに対する変位を予め指示する
のに用いられる。

上述した構成はスタイラスの先行変位の量を減ずるけ
れども、ワークピースによってスタイラスの変位の方向
が異る場合、特にプローブの軸からオフセットされた位
置でワークピースと接触するスタイラスを用いる場合に
生ずる先行変位のばらつきは解消されないままである。

国際特許明細書第WO 85/04706号にはプローブを用い
たより精確な測定のための試みが開示されている。この
明細書においては、スタイラスの変位に関した複数のセ
ンサを用い、複数センサの合成した信号がスタイラスの
予め定められた変位を指示する所定の閾値に達したとき
にのみ、機械との情報伝達のための１つの検出信号を生
成するという概念が記述されている。従って、機械のコ
ンピュータを適切にプログラムすることにより既知のス
タイラスの変位を演算すると共に、機械はそのような変
位に先だつ位置、換言すればスタイラスのワークピース
との最初の接触における位置を指示するよう構成され
る。

しかしながら、上記システムは以下で示すような意味
である限界を有する。すなわち、プローブの軸と同軸に
あるスタイラスの場合にのみ上記システムは実現可能な
ものである。また、上記明細書に示される変換器を具え
たプローブは比較的高価なものとなり、さらに異った長
さのスタイラスに応じた新たな調整を必要とする。また
上記のプローブにおいては、過変位による装置の保護が
限られたものとなってしまう。

本発明の目的は、従来のプローブシステムにおいて生
ずるスタイラスの先行変位のばらつきを減ずるようにし
たワークピース測定用プローブを提供することにある。

本発明の他の目的は、事実上先行変位を高い値に維持
して機械の外的振動や加速による誤ったトリガの発生を
ほぼ回避するようにしたプローブを提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、６つの互いに直交した方
向で作用し、上述した２つの目的を６つの全ての方向に
おいて達成するようなプローブを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ そのために、本発明では、ワークピースの測定を行う
ための接触検出プローブにおいて、軸を有した本体と、
該本体に含まれる固定構造部材であって、当該本体に固
定された第１部分と、該第１部分から前記本体の前記軸
の方向に離隔された第２部分とを有し、該第１および第
２部分は、当該固定構造部材に負荷が作用したときに歪
んだ状態となる相対的に弱い構造部材によって相互に連
結される固定構造部材と、前記本体に少なくとも当該一
部分が含まれ、ワークピースに接触するための１つ以上
のスタイラスを接続可能なスタイラスホルダを有した可
動構造部材と、前記固定構造部材の前記第２部分におけ
る休止位置で前記可動構造部材を支持するための支持手
段と、前記可動構造部材を前記休止位置へ付勢するため
の偏倚手段であって、スタイラスがワークピースと接触
し、当該接触によって当該スタイラスに変位力が作用し
たとき前記可動構造部材は前記偏倚手段に対抗していず
れの方向にも傾くことができ、かつ前記軸の方向におい
て前記休止位置から変位でき、前記変位力が作用しなく
なったとき、前記可動構造部材を前記休止位置へ復帰さ
せるように作用する偏倚手段と、前記スタイラスとワー
クピースとの接触を検出し、当該接触を示す電気信号を
供給するための検出手段と、前記電気信号を処理するた
めの電気回路と、を具え、前記相対的に弱い構造部材
は、前記固定構造部材の前記第１部分と前記第２部分と
の間に延在して前記本体の前記軸の周囲で等間隔に配置
される少なくとも３つの柱を有し、前記検出手段は少な
くとも３つの縦軸を有した細長い歪感知素子を有し、前
記歪感知素子の少なくとも１つは、当該縦軸を前記本体
の前記軸に対して傾けて前記柱のそれぞれに装着される
ことを特徴とする。

［作用］ 本発明の有効性は相対的に弱い構造部材を構成する、
例えば柱の寸法および位置、柱に関連した歪検出素子の
位置および方向が、誤ったトリガ発生を回避するために
必要とするスタイラスの先行変位を生ずることにおいて
最大に活用される得る。更に、これら寸法，位置および
方向は、スタイラスの変位の方向にかかわらず、またス
タイラスの軸がプローブ軸に対して傾いていたり、ある
いはオフセットされている場合でさえ、非常にばらつき
の少ないスタイラスの先行変位を生ずることにおいても
最大に活用され得るものである。

［実施例］ 以下に示す図面を参照して本発明の一実施例を詳細に
説明する。

第１図〜第３図には測定用プローブ10が示されてい
る。プローブ10は測定機械あるいは工作機械（不図示）
の可動滑動部によって支持されるようにし、これにより
プローブ10は機械のベース14上に位置したワークピース
12に関して移動可能となる。この機械の滑動によりプロ
ーブはワークピース12の表面と係合し、もってワークピ
ース12の位置を検出する。また、当該表面との係合によ
りプローブは機械に信号を供給する。この信号により空
間におけるプローブの位置座標が決定される。この座標
の決定は、機械に装着された位置カウンタを用いて機械
滑動部の位置を記録することによって行われるものであ
る。

プローブはプローブ本体16を有し、本体16は機械との
接続のためのシャンク18を有する。これからわかるよう
に、本体16はプローブの固定的構造を成し得るものであ
り、また、軸16Aを有する。

本体16の内部で支持される可動構造は概略参照番号19
で示されるものであり、その中にはスタイラスホルダ20
が含まれ、ホルダ20にはスタイラスクラスタ21が接続さ
れている。本例におけるスタイラスクラスタは５個のス
タイラス22を有し、スタイラス22の各々はクラスタの中
央から互いに直交する方向へ展開している。これら５個
のスタイラスの各々は、プローブと多様なワークピース
の表面との係合を可能にするものであり、これら係合は
互いに直交する６つの方向における任意の方向への機械
の移動によって行われるものである。

スタイラスホルダ20は、軸16Aを中心軸とする三角中
央板24（図２）と合体しており、三角中央板24は３個の
座部26を有し、これら座部26は三角中央板24の頂点の各
々において、ころの形態で軸16Aに対して放射状に延在
されている。板24は休止位置においては中間部材28に支
持されており、かかる支持は中間部材28により支持され
る一対の座部要素30によってなされるものである。すな
わち、座部要素30はころ26と係合し、これら付加的支持
手段は伴って中間部材28への板24の動的な支持を形成す
る。

付加的変位手段としてのばね32の引張り力は板24を座
部要素30との休止位置へ付勢するものであり、さらに、
スタイラスホルダの明確な位置づけを確定にするもので
ある。しかしながら、スタイラスホルダは傾いて、ある
いは軸方向下方にばねの付勢力に抗して、その休止位置
から変位可能であり、これら変位はスタイラス22のいず
れかがワークピース12と係合している場合に生ずる。

中間部材28は、また可動構造19の一部を成し、三角板
を有してプローブ本体16に動的に支持される。かかる動
的支持は、中間部材に配設された球状の座部要素30と、
環状板36A上に放射状に展開したころの形態で配設され
た３対の座部要素34とによってなされる。座部要素30は
下方に付勢されて、ころ34と係合する。この付勢はばね
38によってなされるものであり、これにより中間部材は
板36A上に明確に位置づけられる。しかし、中間部材は
ばねの付勢力に抗して傾いて、あるいは軸方向に板36A
から変位可能であり、これら変位はスタイラス22のいず
れかがワークピースに係合する場合に生ずる。本例にお
いて、ばね38は円錐形のばね支持部材42によって位置づ
けられ、ひるがえって、支持部材42は環状板36Aに接続
した三角固定構造40に反作用を及ぼす。上記構成におい
てばね38は通常、圧縮状態にある。環状板36Aは中間部
材28を支持するための底板を成す。

環状板36Aは環状固定構造36の一部を成すものであ
り、環状固定構造36のもう一方の部分である36Bはその
外周面でプローブ本体16と接続している。

構造36の２つの部分36Aおよび36Bは、円周方向に間隔
をおいた少なくとも３つの柱44によって互いに接続す
る。柱44はスタイラスホルダとプローブ本体との間の負
荷経路において相対的に弱い領域を形成する。従って、
スタイラスに力が加わったときの負荷経路において最大
歪の領域を形成することになる。柱は軸44Aを有し、こ
れらはプローブ本体の軸16Aに平行となっている。

検出装置46は細長い半導体歪ゲージの形態で、柱の各
々に装着され、各々の歪ゲージは、その軸46Aを柱の軸4
4Aに対してθだけ傾けて位置づけられる。これら構成に
よって、歪が引張り，圧縮あるいは捩り、またはこれら
の合成されたもののいずれであっても、柱に歪が生じた
とき歪ゲージのいずれも検出信号を供給し得るものとな
る。

柱の寸法d,b,およびｌ、柱の数および構造36の外周に
おける柱の位置を適切なものとすることにより、歪ゲー
ジ軸が傾いていることと相俟って最大にその効果を発揮
するものであり、極めて高い感度を得ることができ、か
つ機械の振動や加速による誤ったトリガを回避するとい
う相反する要請をも満足できる。また、これら構成はス
タイラス22の任意の１つにおける力の作用の全ての方向
で先行変位のばらつきを最小にもする。

実際的なプローブ構造の一例としては、各々0.5mmの
長さの３つの柱が構造36の周上に等間隔で配設され、各
々の柱には半導体歪ゲージが装着されているものであ
る。これらゲージの縦軸はゲージの装着された各々の柱
の軸に対して25度傾けられている。このプローブでもっ
て、スタイラス22の先端に作用する力の方向にかかわら
ず、スタイラスのプラスあるいはマイナス0.5ミクロン
の動きでトリガ信号を生成することが可能である。セン
タが図の０で示す位置にあり、51で示される半球状のエ
ンベロープに格納されたスタイラスが水平，垂直あるい
は他の任意の位置のいずれであっても上述したことは可
能である。プローブ本体16の下部はスリーブ48によって
被覆され、またゴムシール149によって密閉される。こ
れにより装置の損傷や塵埃の侵入を防止する。

感度のよい歪ゲージおよび短い柱を採用することによ
り、構造36の相対的な剛性は高いものとなり、さらに誤
ったトリガをほぼ回避し、システムにおける機械的ヒス
テリシスを無視し得るものとなる。

装置の操作において、プローブは自身の装着された機
械によって駆動され、ワークピース12の表面へ移動す
る。５つの直交するスタイラス22を有するスタイラスク
ラスタを採用することにより、６つの直交する方向の任
意の方向において測定が可能となる。中間部材へのスタ
イラスホルダの支持および構造36への中間部材の支持は
動的なものであるので、従って全ての可動構造および構
造40は、ばねの付勢力がスタイラスがワークピースの表
面と接触することによるスタイラスに作用する変位力に
勝っているうちは、単一の固定構造とみなされるからで
ある。

このように、ワークピースとの最初の接触ではどのよ
うなスタイラスの変位も単一の固定構造に生ずるような
歪をもたらし、これら歪は柱の部分で最大となるもので
あり、歪ゲージ46によって検出される。歪ゲージからの
信号はワイヤ47を介してプローブ本体内部の電気回路50
に供給される。上記検出では歪ゲージにおける抵抗の変
化が検出されるものである。電気回路50はトリガ信号を
生成し、このトリガ信号はプローブの外部装置である第
２の電気回路（本例においては第５図のインタフェース
ユニットIF）に供給される。機械の測定装置に供給され
る前に、信号はこの回路で処理されて、プローブの瞬間
的な位置を読取るためや機械を停止するために供され
る。機械は瞬時に停止することができないから、機械が
停止するまではスタイラスはさらに変位し、この変位は
２つのばねのどちらかの付勢力が抗しきれなくなるか、
あるいはスタイラスホルダや中間部材がそれぞれの動的
支持部から浮き上がってしまうまで続けられる。この作
用によって、プローブに損傷を与えることを防止するた
めの機械の６方向全てにおける付加的な制動動作ももた
らされる。

付加的なフェイルセーフ構成として、休止位置からの
スタイラスの変位は電気回路49によっても検出されるも
のであり、この回路49は全ての半球要素30を直列に接続
してスイッチ接点を構成する。これらスイッチは休止位
置にある座部要素26,34によって構成される。かくの如
くして、スタイラスの変位は座部要素の浮上をもたら
し、この浮上によって各々の接点は回路49を開放する。
この回路49は電気回路50に接続されており、回路50は回
路49の状態変化を検出する。

上述されたプローブは直交する軸±X,±Ｙおよび±Ｚ
の６つの方向に動作可能なスタイラスを有するものであ
るが、本発明は５つの方向にのみ動作可能なスタイラス
を有するプローブにも適用可能であることは明らかであ
ろう。すなわち、スタイラスが垂直下方（−Ｚ方向）に
動作不可能なものである。

また、固定および可動構造における座部要素の位置あ
るいは相対的変位は種々のものとすることができ、本発
明の基本原理を離脱しない範囲で動的支持機構の構成を
選択できる。

電気回路50の詳細を第４図を参照して説明する。３つ
の歪ゲージSG1,SG2およびSG3は供給電圧Vsと基準電圧Vo
との間で抵抗R1,R2およびR3とそれぞれ接続される。供
給電圧Vsは直流電源VDCから供給され、この供給電圧Vs
および基準電圧VoはインタフェースユニットIFとそれぞ
れ接点T1およびT5でそれぞれ接続する。供給電圧は電圧
レギュレータVRで一定値に調整される。上記各々の抵抗
の値は各々の歪ゲージに付加される公称抵抗と等しいも
のとされ、これにより抵抗と歪ゲージとの間の分岐点J
1,J2およびJ3における公称電圧は0.5Vsとなる。歪ゲー
ジで抵抗値が変化すれば、これら３ケ所の分岐点での電
圧が変化し、これら変化は増幅器A1,A2およびA3で増幅
される。これらの増幅器は出力A01,A02およびA03を出力
し、この出力はウィンドウコンパレータW1,W2およびW3
にそれぞれ供給され、ウィンドウコンパレータはプロー
ブからのトリガ信号を機械に供給する。歪ゲージの公称
抵抗値から抵抗値の変動や製造仕様またはドリフトにお
ける誤差あるいは環境条件に起因した誤ったトリガ信号
を回避するために、自動ゼロ調整回路（auto−zeroing
circuit）が組込まれており、この回路は増幅器の各々
からの出力を0.5Vsとする。ここではただ１つの増幅
器、例えばA1について自動ゼロ調整回路の説明をする。
この説明では0.5Vsはゼロとされる。

増幅器A1の電圧出力A01は相互コンダクタンス増幅器T
C1の電圧入力の１つに接続しており、TC1への他の電圧
入力は0.5Vsである。

電流入力Iaもまた増幅器TC1に供給され、TC1の出力TC
01、これは電流出力であるが、電圧入力A01と0.5Vsとの
差および電流入力Iaに従う。相互コンダクタンス増幅器
TC1の作用は以下のようなものである。すなわち、上記
入力電圧の差あるいは電流Iaがゼロの場合、出力TC01は
ゼロとなる。出力TC01はコンデンサC1を介して電位0.5V
sおよび増幅器A1の入力の両方と接続している。

増幅器A1の入力はハイインピーダンスとなり、これに
よって電流出力TC01はコンデンサC1へ流れ込み、その電
位を変化させて増幅器A1に電圧入力を供給する。これら
のことから、増幅器A1からの出力がゼロに維持される間
は増幅器TC1からの出力TC01がゼロであるが、歪ゲージ
の抵抗が変化すれば分岐的J1の電圧が変化し、増幅器A1
からの出力A01を生成するということが理解される。こ
のことは、ひるがえって、増幅器TC1からの出力が生成
されることであり、この出力はコンデンサC1からの増幅
器A1に対する補正電圧入力を生成し、さらにこの補正電
圧入力は増幅器A1の出力をゼロにしようとするものであ
る。

サフィックス２および３を有する同一文字を付した同
様の部分は、それぞれ、歪ゲージSG2およびSG3の自動ゼ
ロ調整回路を構成するが、これら回路については詳述を
行わない。ひとたび増幅器A1,A2およびA3の出力が安定
すると、どの歪ゲージ出力に、どの方向にいかなる変化
が生じても、各増幅器出力に変化を生じさせるものとな
る。この変化は、公称で＋100mVおよび−100mVに設定さ
れているウィンドウコンパレータW1,W2およびW3のしき
い値より大であれば、増幅器出力が正であったか負であ
ったかに拘らず、ウィンドウコンパレータの論理をハイ
からローにスイッチングするであろう。どのコンパレー
タが「ロー」となっても、それはすべてのコンパレータ
を接続した接続点JCを「ロー」にする。「ロー」信号は
インバータＩを介し、端子T2に結合した電子回路から
「プローブトリガ」信号として通常の論理「ハイ」の出
力がなされる。

プローブがスイッチオンされたときには、自動ゼロ調
整回路が比較的速やかに動作して増幅器A1,A2およびA3
の出力を安定させるのが望ましい。しかし、プローブの
動作中には、増幅器からの信号は、それらがウィンドウ
コンパレータをトリガするのに必要なしきい値レベルに
達するまでは自動ゼロ調整回路によってゼロにされるこ
とはない。自動ゼロ調整回路の動作速度はそれゆえ可変
でなければならず、そしてこれは電流Iaをハイレベルか
らローレベルに変更することによって実現できる。

高速モードで動作させるためには、起動回路Ｓに約３
秒にわたって定常的にハイレベルの直流電流を発生さ
せ、高電流入力Iaを相互コンダクタンス増幅器の各々に
供給する。従って、増幅器A1,A2またはA3のいずれから
でも出力がある間は、各増幅器TC1,TC2またはTC3の出力
がハイとなり、コンデンサC1,C2またはC3を速やかに充
電させ、これによって増幅器A1,A2またはA3に電圧入力
が与えられて接続点J1,J2およびJ3からのいかなる入力
も無効とされる。

低速で動作させるためには、発振回路OCから電流Iaを
供給させる。この回路としては、高いマーク・スペース
比（high mark space ratio）で直流電流パルスを発生
する能力、例えば約550:1で電流レベルIaを低減化する
ような能力があれば、公知のいかなるものも用いること
が可能である。発振器出力は加算点J4に供給される。従
って、自動ゼロ調整電流入力は、相互コンダクタンス増
幅器の出力がゼロとなる間の短いパルス期間においての
み有効となる。これによりコンデンサは、増幅器A1,A2
およびA3からの出力があるときには短くバーストする電
流の供給を受け、コンデンサの充電速度は著しく減少す
る。この減少によって、自動ゼロ調整を低速化し、プロ
ーブ動作中に歪ゲージ出力が変化するときに、1/10の速
度とすることができる。

このように電流Iaを減少させる方法の利点は、直流電
圧Vsから低電流Iaを生成するときに必要とされる高抵抗
を要しないことである。発振器により作り出される平均
値の低い電流によって、低平均の電流を供給する限りは
小型で低い容量のコンデンサの使用が可能となる。

プローブがトリガされた後に、自動ゼロ調整回路は、
スタイラスがたわんでいる間に増幅器A1,A2およびA3の
出力が減少してウィンドウコンパレータのしきい値以下
の値となるのを妨げることは禁止される。これは、可動
構造がその休止位置に復帰したかのような誤った指示を
機械に与え、そしてワークピースからスタイラスが係合
解除されて可動部材がその休止位置に復帰するときに誤
ったトリガ信号を発生させることになるであろうからで
ある。ゼロ調整回路を抑制するために、接続点JCとの連
結INを施し、発振回路OCに対してウィンドウコンパレー
タがトリガ信号を発生しているときにはその動作を禁ず
る信号を供給する。プローブの可動構造がその休止位置
に復帰し、ウィンドウコンパレータ出力がローからハイ
に戻った状態になったときに、出力信号の変化は自動的
に禁止信号を解除する。

ひとたび禁止信号が生じると、プローブはスタイラス
を伴ってそのたわみが生じた位置から遠く移動していっ
てしまうので、外部リセット能力が必要である。このよ
うな状況では、コンデンサC1,C2またはC3から放電が生
じ、それぞれの増幅器A1,A2およびA3への電圧入力が変
化してしまい、そしてプローブがワークピースから引戻
されてスタイラスがその休止位置に復帰するときに、回
路はトリガされた状態を指示し続けることになるであろ
うからである。それゆえ、リセット回路RSを設け、プロ
ーブが10秒以上たわんだままになったときには必ず、リ
セット回路が信号RS1により賦活されるようにして、速
やかに自動ゼロ調整状態を得るべくハイレベルの直流電
流Iaを再供給するようにする。

回路50にはさらに、ウィンドウコンパレータのしきい
値制御回路TCを付加する。これは、プローブが操作間に
急激に移動させられたときに、プローブの衝撃的負荷の
ために生じる回路のサージを防止すべく、コンパレータ
をスイッチングしてハイゲインからローゲインとするこ
とが可能である。この回路は、回路Ｓと同様に、インタ
フェースユニットからの信号TCSによって作動する。

付加回路49を設けて、付加的なスタイラス変位信号を
端子T2に供給するようにしてもよい。回路49は一端を基
準電圧Voに接続し、他端を抵抗器RDを介しインバータＩ
に接続してある。抵抗器RDと供給電圧Vsとの間にはプル
アップ抵抗器RPを設けてある。回路49を設けるときに
は、インバータに対し（1/2）Ｖの新たな基準電圧が供
給されるように抵抗器RDの値を定める。スタイラスが変
位して回路49が開放されると、プルアップ抵抗器RPはイ
ンバータ基準電圧を引き上げてVsとし、機械に信号を送
出させる。

本発明の一実施例においては、リセット回路RSおよび
しき値制御回路TCの操作は機械もしくはインタフェース
ユニット（図示はしないが、それ自体公知である。）の
諸制御回路から行う。これら制御回路は通常供給電圧よ
り小さい電圧で動作し、端子T3およびT4でプローブに各
別の外部接続を要する。プローブと機械またはインタフ
ェースとの間のすべての伝送はプローブにただ２つの外
部接続を施すことによってなされる。これによってプロ
ーブは従来のプローブと交換可能なものに作成できる。

このためには、プローブとインタフェースユニットと
の間でこのような接続を第５図に示すように変形しても
よい。ここでは、図に示すように、端子T1を端子ET1に
直接接続するとともに、端子T5を端子ET2に接続してあ
る。ET1およびET2はプローブ上ただ２つの外部端子とし
て形成され、ここでインタフェースに対する送受信が行
われる。端子T2からのプローブトリガ信号は電子スイッ
チユニットESおよび負荷抵抗器RLを介して端子ET1に接
続する。端子T3は端子ET2で基準電圧ラインVoに接続さ
れ、従ってリセット回路は有効にインキャパシテイト
（incapacitating）される。端子T4は端子T1の上流、す
なわち電圧レギュレータVRの上流の供給源に接続する。

これにより、プローブとインタフェースユニットとの
間のすべての２方向伝送は、以下の如く達成される。

その通常レベウがVsである供給電圧によって、プロー
ブはハイゲインモードに設定され、「休止」（“quiesc
ent"）電流Iqはプローブを巡り、インタフェースユニッ
トに至る。プローブがトリガされると、信号は電子スイ
ッチESを動作させ、電流が一層負荷抵抗器RLに流れる。
この増加した電流は、インタフェースユニットによって
供給源に直列接続した低抵抗値の抵抗器Ｒの反対側の電
圧の増加分として検出される。抵抗器Ｒと並列に設けた
コンパレータＣはこの増加を検知し、出力COを発生す
る。この出力COをインタフェース内で適切に条件づけ
し、機械に受容させて、機械を停止して測定値読取りが
行われるようにする。プローブのスタイラスが休止位置
に復帰すると、スイッチESは消勢され、電流はIqに戻
る。

ウィンドウコンパレータにおいてゲインの変更が要求
されるときには、供給源からの電圧を公称３ボルト増加
してVS1とし、端子T4に信号TCSを供給してしきい値制御
回路TCを起動する。端子T4は電圧レギュレータVRの上流
で供給源に接続されているので、VRの下流の回路は影響
を受けない。レギュレータVRがプローブ回路に一定電圧
VS与え、休止電流Iqが影響を受けないからである。

リセット動作を得るには、供給電圧を短期間ほぼゼロ
にまで減少させ、続いてVSのレベルまたはより高いVS1
に戻す。これが起動回路Ｓを動作させ、リセット動作を
行わせる。

第５図中右側部分は電圧変化を得るための電気回路の
一例を示す。ここでは、まず入力部I/Pと出力部O/Pとを
有する電圧レギュレータVR2を抵抗器Ｒと電源VDCとの間
にさらに設けてある。このレギュレータは、例えばLM31
7という名称で市販されているもののような公知の構成
であり、３つの電圧レベル、すなわちレギュレータの検
出入力S2に適用される電圧を変更するスイッチS1および
S2の状態の変化に基づいて要求される３つの電圧レベル
を与えるべく、予めプログラムされている。スイッチは
機械制御用のコンピュータMCの制御の下に開放または閉
成される。コンピュータMCは、機械が操作される環境に
応じて電圧の変更に必要な値を決定するものである。参
照符号R10,R11およびR12で示す構成要素は抵抗器であ
り、回路を形成するためのものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、プローブシステムに
おけるスタイラスの先行変位のばらつきが減少し、また
機械の振動や加速による誤ったトリガの発生を回避する
ことも可能となった。

さらに、上記効果はプローブが作用する６つの互いに
直交した方向のいずれにおいても発揮され得ることが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプローブの正断面図、 第２図はプローブにおける可動部の支持の態様を示す第
１図のII−II断面の平面図、 第３図は柱に組み合された本発明の歪検出要素を拡大し
て詳細に示す外観図、 第４図はプローブにおける信号発生システムの電子要素
を示す回路図、 第５図はプローブと、機械のインタフェースユニットと
の接続を示す回路図である。 10……プローブ、 12……ワークピース、 14……ベース、 16……本体、 16A……軸、 19……可動構造、 20……ホルダ、 22……スタイラス、 24……三角中央板、 26……座部、 28……中間部材、 36……環状固定構造、 38……ばね、 40……三角固定構造、 44……柱、 46……検出装置、 49,50……電気回路、 SG1,SG2,SG3……歪ゲージ、 R1,R2,R3……抵抗器、 C1,C2,C3……コンデンサ、 A1,A2,A3……増幅器、 W1,W2,W3……ウィンドウコンパレータ、 TC1,TC2,TC3……相互コンダクタンス増幅器、 VR……電圧レギュレータ、 OC……発振回路、 Ｉ……インバータ、 Ｓ……起動回路、 RS……リセット回路、 TC……しきい値制御回路、 T1〜T5,ET1,ET2……端子、 IF……インタフェースユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリフォード ウィリアム アーチャー 英国 ジーエル11 ４ディーピー グロ スターシャー州 ダースレイ ブラック ボーイズ ３ ハーボロ ハウス (56)参考文献 特開 昭58−44302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−9490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−81431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−42629（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−48681（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークピースの測定を行うための接触検出
   プローブにおいて、 軸を有した本体と、 該本体に含まれる固定構造部材であって、当該本体に固
   定された第１部分と、該第１部分から前記本体の前記軸
   の方向に離隔された第２部分とを有し、該第１および第
   ２部分は、当該固定構造部材に負荷が作用したときに歪
   んだ状態となる相対的に弱い構造部材によって相互に連
   結される固定構造部材と、 前記本体に少なくとも当該一部分が含まれ、ワークピー
   スに接触するための１つ以上のスタイラスを接続可能な
   スタイラスホルダを有した可動構造部材と、 前記固定構造部材の前記第２部分における休止位置で前
   記可動構造部材を支持するための支持手段と、 前記可動構造部材を前記休止位置へ付勢するための偏倚
   手段であって、スタイラスがワークピースと接触し、当
   該接触によって当該スタイラスに変位力が作用したとき
   前記可動構造部材は前記偏倚手段に対抗していずれの方
   向にも傾くことができ、かつ前記軸の方向において前記
   休止位置から変位でき、前記変位力が作用しなくなった
   とき前記可動構造部材を前記休止位置へ復帰させるよう
   に作用する偏倚手段と、 前記スタイラスとワークパースとの接触を検出し、当該
   接触を示す電気信号を供給するための検出手段と、 前記電気信号を処理するための電気回路と、 を具え、 前記相対的に弱い構造部材は、前記固定構造部材の前記
   第１部分と前記第２部分との間に延在して前記本体の前
   記軸の周囲で等間隔に配置される少なくとも３つの柱を
   有し、 前記検出手段は少なくとも３つの縦軸を有した細長い歪
   感知素子を有し、該歪感知素子の少なくとも１つが、当
   該縦軸を前記本体の前記軸に対して傾けて前記柱にそれ
   ぞれ装着されることを特徴とする接触検出プローブ。
2. 【請求項２】前記固定構造部材は、前記第１部分または
   前記第２部分の一方に接続されて前記偏倚手段の反作用
   が及ぶ部分をさらに有し、これにより、前記偏倚手段は
   前記相対的に弱い構造部材を介して当該力の反作用が及
   ぼされないようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の接触検出プローブ。
3. 【請求項３】前記支持手段は、前記可動構造部材または
   前記固定構造部材の一方における前記本体の前記軸回り
   で等間隔をおいた３つの位置のそれぞれに一対の支持要
   素を具え、該支持要素は、前記３つの位置のそれぞれに
   おいて前記可動構造部材または前記固定構造部材の当該
   他方に対面させられたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の接触検出プローブ。
4. 【請求項４】前記可動構造部材はスタイラスホルダおよ
   び中間部材を有し、該中間部材は、前記固定構造部材の
   前記支持手段における休止位置に向けて前記偏倚手段に
   よって付勢され、前記スタイラスホルダを前記中間部材
   における休止位置で支持するための付加的支持手段が前
   記本体の前記軸回りで等間隔をおいた３つの位置に設け
   られ、前記スタイラスホルダを前記付加的支持手段の前
   記休止位置に付勢するための付加的偏倚手段が設けられ
   たことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の接触
   検出プローブ。
5. 【請求項５】前記歪感知素子の各々は、DC電源と基準電
   圧との間の電気経路で付加的抵抗と接続してウィンドウ
   コンパレータに接続する分岐的を形成し、前記ウィンド
   ウコンパレータは該分岐点での電圧値の変動が所定値を
   越えたときパルス信号を出力し、該パルス信号は前記プ
   ローブの出力となることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の接触検出プローブ。
6. 【請求項６】前記分岐点の各々と、各々の分岐点にそれ
   ぞれ組合されたウィンドウコンパレータとの間に自動ゼ
   ロ調整回路が接続され、これにより、前記電圧値の変動
   をゼロに偏倚させて前記歪検出素子の抵抗値のドリフト
   を補償したことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
   載の接触検出プローブ。
7. 【請求項７】前記支持手段と前記付加的支持手段は同一
   の位置でかつ３ケ所に設けられたことを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載の接触検出プローブ。