JP2551652B2

JP2551652B2 - 座標測定装置

Info

Publication number: JP2551652B2
Application number: JP1074679A
Authority: JP
Inventors: 真一郎荻原
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH02253113A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は座標測定装置に係り、特に被測定物との接触
位置を高精度に測定する座標測定装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、変位検出プローブを備えた座標測定機は、変
位検出プローブの触針を常時測定物に接触させ、このと
き触針の変位量を測定し、変位検出プローブを移動させ
るキャリッジの移動位置と前記測定した変位量とを加算
して測定物の表面座標を求め、或いは、触針の変位量を
常時一定値に保つようにキャリッジ自体の移動を制御
し、これによってキャリッジ自体の移動座標から測定物
の表面形状を測定するようにしている。

一方、上記変位検出プローブをタッチプローブとして
使用する場合には、変位検出プローブを測定物に向けて
移動させ、触針が測定物に接触してその変位量が所定の
設定変位を越えたとき、接触があったものと判定し、デ
ータの取り込みを行うようにしている。

これに対して、従来のタッチプローブには、複数の着
座部を電気接点とし、前記触針の支持部材が各着座部に
位置決め支持されている時、各着座部の電気接点を直列
接続した電気回路が閉じるように構成し、前記支持部材
が傾動して複数の電気接点のうちの少なくとも１つの電
気接点が開く時、即ち前記電気回路が開くことを検出す
ることにより、触針が被測定物と接触したことを検知す
るものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、変位検出プローブを急速に加減速すると、変
位検出プローブに加わる慣性力によって変位検出プロー
ブの触針が移動及び振動し、触針の変位量が設定変位を
越え、誤ったデータを取り込む虞があった。

一方、変位検出プローブに大きな加減速が加わらない
ようにすると、測定時間が長くなる。また、触針が測定
物に接触する以外には変位量が所定の設定変位を越えな
いように設定変位を大きく設定すると、変位検出プロー
ブによって検知される変位量の検出精度の影響を受けや
すくなり、高精度の測定ができないという問題がある。
尚、変位検出プローブは検出する方向によって検出精度
にばらつきがあり、また、変位量が大きくなればそれに
従って検出精度も低下する。

また、タッチプローブは、触針と共働する支持部材の
復帰にスプリングを使用しているが、接触信号を高感度
で得るためには、スプリングの弾発力を弱くすることが
必要である。しかし、スプリングの弾発力を弱くしすぎ
ると、支持部材を速やかに正しい位置に着座させること
ができなくなったり、着座時に支持部材（触針）が振動
し、誤検出する虞がある。従って、スプリングの弾発力
を弱くするには限度がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測
定時間を短縮すると共に、測定精度を向上させることの
できる座標測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するために、変位検出プロー
ブの変位データと該変位検出プローブを移動させるキャ
リッジの移動位置データとを演算して測定物の表面形状
等を測定する座標測定装置において、前記変位検出プロ
ーブの先端に被測定物との接触検知を行う接触検知プロ
ーブを取り付け、該接触検知プローブによって被測定物
との接触を検出したとき、前記キャリッジの位置データ
をラッチし、ラッチ後所定時間内に前記変位検出プロー
ブの変位データが予め設定した閾値を越えた場合に、前
記ラッチした位置データを有効として読み込むようにし
たことを特徴としている。

また、触針の傾動に連動して電気接点を開き被測定物
との接触を示す接触信号を出力する接触検知プローブ
に、前記電気接点の開による接触検知よりも前記触針と
被測定物との接触検知の感度の高い圧電素子を設け、前
記圧電素子の検出出力が所定の閾値を越えたとき、前記
接触検知プローブを移動させるキャリッジの位置データ
をラッチし、ラッチ後所定時間内に前記電気接点が開と
なった場合に、前記ラッチした位置データを有効として
読み込むようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、変位検出プローブの先端に取り付け
られた接触検知プローブによって被測定物との接触を検
知し、接触を検知した瞬間に変位検出プローブを移動さ
せるキャリッジの位置データをラッチするようにしてい
る。次に、ラッチ後所定時間内に変位検出プローブの変
位データが所定の閾値を越えた場合に前記ラッチした位
置データを有効とするようにしている。即ち、接触を検
知した瞬間に位置データをラッチするようにしているの
で、精度の高い測定が可能である。また、変位検出プロ
ーブの先端に接触検知プローブを取り付けているので、
座標測定時の測定力を低くすることができ、わずかな接
触でも検知することが可能となる。

また、接触検知プローブに設けた圧電素子の検出出力
が所望の閾値を越えたときには、直ちにキャリッジの位
置データをラッチする。次に、ラッチした時点から所定
の時間内に、接触検知プローブの触針の傾動に伴って電
気接点が開となった場合には、前記ラッチした位置デー
タを有効とするようにしている。

〔実施例〕

以下、添付図面に従って本発明に係る座標測定装置の
好ましい実施例を詳説する。

第１図は本発明に係る座標測定装置の実施例に使用さ
れるプローブの概略を示す断面図である。第１図のプロ
ーブ10は変位検出プローブ12と接触検知プローブ16より
構成される。変位検出プローブ12は座標測定装置のキャ
リッジ11に取り付けられており、可動接点台13が遊動す
ることにより変位量の検出を行う。変位検出プローブ12
は変位センサ15を有しており、この変位センサ15は可動
接点台13の中立位置からの変位置に応じた変位信号を出
力する。また、キャリッジ11の移動位置は図示しないセ
ンサによって常時検出されている。

可動接点台13の下端には接触検知プローブ16が取り付
けられ、この接触検知プローブ16は触針18が被測定物20
に接触する瞬間を高感度で検知する。

第２図は第１図のプローブ10を使用した本発明に係る
座標測定装置の信号処理回路の一例を示すブロック図、
第３図は座標測定時のタイミングチャートで、被測定物
の座標測定を行う場合は以下のようにして行う。第２図
のブロック図に示すように、キャリッジ11の位置データ
はラッチ回路20を介して演算器24に出力され、変位検出
プローブ12の変位データは比較器28のＡ入力に出力され
るとともに、ラッチ回路22を介して演算器24に出力され
る。演算器24はラッチ回路20、22から加えられるデータ
を演算し、これをゲート回路26に出力する。

比較器28のＢ入力は、閾値設定器30から所定の閾値SH
1が加えられており、比較器28は変位データが閾値SH1よ
りも大きいとき（Ａ＞Ｂ）、Ｈレベル信号をアンド回路
32に出力する。尚、閾値設定器30は、変位検出プローブ
12が被測定物20に接触したときのみ変位データが閾値SH
1を越えることができるように、閾値SH1が設定されてい
る。即ち、キャリッジ11の加減速等による変位検出プロ
ーブ12の振動に伴って生じる変位データは、前記閾値SH
1を越えないようになっている。

一方、接触検知プローブ16の出力信号はフリップフロ
ップ38のセット入力Ｓに加えられている。

フリップフロップ38は、接触検知プローブ16が接触を
検知し、接触検知信号（Ｈレベル信号）がセット入力Ｓ
に加えられるとセットされ、出力端子ＱからＨレベル信
号をラッチ回路20、22のラッチ入力に出力し、これによ
りラッチ回路20、22はラッチされ、その出力データは固
定される（第３図（Ａ）、（Ｂ）参照）。また、フリッ
プフロップ38の出力端子Ｑから出力されるＨレベル信号
は、微分回路40に加えられる。微分回路40は入力するＨ
レベル信号の立ち上がり微分をとり、その微分信号（ト
リガパルス）をワンショット回路42に加える。

ワンショット回路42は上記トリガパルスを入力する
と、所定のパルス幅T_Vのパルスをアンド回路32及び微分
回路44に出力する（第３図（Ｃ）参照）。ところで、ワ
ンショット回路42には、キャリッジ11の速度データが加
えられており、ワンショット回路42はこの速度データに
応じて前記パルス幅T_Vを自動設定できるようになってい
る。即ち、パルス幅T_Vは、次式、 T_V＝SH1/V_M＋α（msec）に基づいて設定される。尚、上記式において、SH1は前
述した変位データに対する閾値であり、V_Mはキャリッジ
11の速度データであり、αは余裕時間であり。また、キ
ャリッジ11の速度データV_Mは例えばキャリッジ11の位置
データを微分することによって得ることができる。

微分回路44はワンショット回路42から出力されるパル
スの立ち下がり微分をとり、その微分信号（リセット信
号）をフリップフロップ38のリセット入力Ｒに加える。
これにより、フリップフロップ38はリセットされ、ラッ
チ回路20、22のラッチは解除される。

また、アンド回路32は、比較器28の出力とワンショッ
ト回路の出力とのアンド条件が成立すると、ゲート回路
26にＨレベル信号を出力し、演算器24からの入力データ
をゲート回路26を介して出力させる。

上記構成の信号処理回路によれば、接触検知プローブ
16から接触検知信号（Ｈレベル信号）が出力されると
（第３図（Ａ））、そのときのキャリッジ11の位置デー
タ及び変位検出プローブ12の変位データはラッチ回路2
0、22によって直ちにラッチされる（第３図（Ｂ））。
また、ワンショット回路42からは所定のパルス幅T_Vのパ
ルスがアンド回路32に出力されアンド回路32が動作可能
になる。

その後、時間T_Vの間に、キャリッジ11の移動速度の伴
って変位検出プローブ12の変位データが大きくなり、閾
値SH1を越えると（第３図（Ｄ））、比較器28からアン
ド回路32を介してＨレベル信号（パルス信号）がゲート
回路26に出力される（第３図（Ｅ））。

これにより、ゲート回路26は、ラッチ回路20、22でラ
ッチされ、演算器24で加算されたデータを有効な測定デ
ータとして通過させ、このようにして測定データが取り
込まれる（第３図（Ｆ））。

一方、接触検知プローブ16の振動等に起因してキャリ
ッジ11の位置データ及び変位データがラッチされた場合
には、そのラッチした時点から時間T_Vの間に変位データ
が閾値SH1を越えることがなく、時間T_V後にラッチが解
除され、引き続き測定が続行される。

尚、ラッチ時における変位検出プローブ12の変位デー
タが無視できる程度に小さい場合には、ラッチ回路22、
演算器24は不要になる。

第４図は本発明に係る座標測定装置の他の実施例に使
用されるプローブの概略を示す断面図である。また、第
５図は第４図のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、第６図は
第５図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

これらの図面に示すように、この接触検知プローブ10
0の触針102は圧電素子110を介して円形基板120の下部に
固設され、この円形基板120の周面には３本のピン130
A、130B、130Cが等間隔に半径方向に突設形成されてい
る。

ケーシング140は、３つの着座部150A、150B、150Cを
有し、各着座部は隣接する２つの球152、154から構成さ
れている（第６図参照）。ケーシング140はこれらの３
つの着座部150A、150B、150Cに前記円形基板120の３本
のピン130A、130B、130Cを着座させることにより触針10
2を定位置に収斂させる。尚、各着座部は、電気接点の
うちの固定接点となっており、各ピンは可動接点となっ
ている。そして、触針102が定位置に収斂されていると
きには、これらの接点は常にON状態になっている。

更に、ケーシング140と円形基板120との間にはスプリ
ング160が配設され、円形基板120全体を下方に押し付
け、ピン130A、130B、130Cが各々着座部150A、150B、15
0Cに安定して収まるようにしている。

第７図は第５図のプローブ100を使用した本発明に係
る座標測定装置の信号処理回路の一例を示すブロック図
であり、第８図は座標測定時のタイミングチャートであ
る。尚、第７図において、第２図と共通の部分に関して
は同一の符号を付し、その説明は省略する。

第７図において、比較器34のＡ入力には、圧電素子11
0の出力信号が加えられており、比較器34のＢ入力に
は、閾値設定器36から所定の閾値SH2が加えられてお
り、比較器34は圧電素子110の出力信号が閾値SH2よりも
大きいとき（Ａ＞Ｂ）、Ｈレベル信号をフリップフロッ
プ38のセット入力Ｓに出力する（第３図（Ａ）参照）。

また、接触検知プローブ100の出力信号（即ち電気接
点が開いたときにはＨレベル信号、閉じているときには
Ｌレベル信号となる信号（第８図（Ｄ））がアンド回路
32に加えられている。

上記構成の信号処理回路によれば、圧電素子110の出
力信号が閾値SH2を越えると（第８図（Ａ））、そのと
きのキャリッジ11の位置データはラッチ回路20によって
直ちにラッチされる（第８図（Ｂ））。また、ワンショ
ット回路42からは所定のパルス幅T_Vのパルス（第８図
（Ｃ））がアンド回路32に出力されアンド回路32が動作
可能になる。

その後、時間T_Vの間に、キャリッジ11の移動速度に伴
って接触検知プローブ100の触針102が傾動し、電気接点
が開くと（第８図（Ｄ））、アンド回路32を介して（第
８図（Ｅ））ゲート回路26を開く。

これにより、ゲート回路26は、ラッチ回路20でラッチ
されたデータを有効な測定データとして通過させ、この
ようにして測定データが取り込まれる（第８図
（Ｆ））。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る座標測定装置によ
れば、変位検出プローブが被測定物に接触したときのみ
を検知するようにしたため、比較的重い変位検出プロー
ブを急速に加減速して変位検出プローブに振動等が発生
しても、これに起因して誤った測定データを取り込むこ
とがなくなり、測定時間の短縮化が可能になり、また、
接触検知プローブが被測定物に接触した瞬間にデータを
ラッチするので、変位検出プローブによって検出される
変位量の測定誤差の影響を最小限にすることができ、測
定精度が高くなる。

また、触針の傾動に応じて電気接点が開閉するタイプ
の接触検知プローブに更に圧電素子を設けるようにし、
圧電素子の検出出力が所定の値に達した瞬間に位置デー
タをラッチし、接点が開いたときにラッチした位置デー
タを有効と判断するようにしたため、上記の場合と同様
に最小の測定力で座標測定を行うことができ精度の高い
測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る座標測定装置の一実施例に使用さ
れるプローブの概略を示す断面図、第２図は第１図のプ
ローブによって座標測定を行う場合の信号処理回路の一
実施例を示したブロック図、第３図は第１図のプローブ
を使用して座標測定を行う場合を示すタイミングチャー
ト、第４図は本発明に係る座標測定装置の他の実施例に
使用されるプローブの概略を示す断面図、第５図は第４
図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第６図は第５図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第７図は第５図の接触検知プローブによ
って座標測定を行う場合の信号処理回路の一実施例を示
したブロック図、第８図は第５図のプローブを使用して
座標測定を行う場合を示すタイミングチャート、であ
る。 12……変位検出プローブ、11……キャリッジ、16、100
……接触検知プローブ、18、102……触針、20、22……
ラッチ回路、24……演算器、26……ゲート回路、28、34
……比較器、32……アンド回路、42……ワンショット回
路、110……圧電素子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】変位検出プローブの変位データと該変位検
出プローブを移動させるキャリッジの移動位置データと
を演算して測定物の表面形状等を測定する座標測定装置
において、前記変位検出プローブの先端に被測定物との接触検知を
行う接触検知プローブを取り付け、該接触検知プローブ
によって被測定物との接触を検出したとき、前記キャリ
ッジの位置データをラッチし、ラッチ後所定時間内に前
記変位検出プローブの変位データが予め設定した閾値を
越えた場合に、前記ラッチした位置データを有効として
読み込むようにしたことを特徴とする座標測定装置。
【請求項２】触針の傾動に連動して電気接点を開き被測
定物との接触を示す接触信号を出力する接触検知プロー
ブに、前記電気接点の開による接触検知よりも前記触針
と被測定物との接触検知の感度の高い圧電素子を設け、
前記圧電素子の検出出力が所定の閾値を越えたとき、前
記接触検知プローブを移動させるキャリッジの位置デー
タをラッチし、ラッチ後所定時間内に前記電気接点が開
となった場合に、前記ラッチした位置データを有効とし
て読み込むようにしたことを特徴とする座標測定装置。