JP2579802B2 - 三次元測定用計測プローブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、三次元測定用計測プローブの改良に関す
る。

【従来の技術】

従来の三次元測定機においては、接触型センサーのプ
ローブ端子が被測定物に接触する際に、プローブの取付
け部根元に設置されている電気接点がオフすることによ
り信号を出し、その瞬間の位置を検出する計測プローブ
が用いられている。

【発明が解決しようとする課題】

上記従来の計測プローブは接点の構造、接点構成部品
の面粗度、使用電圧等により最小測定範囲が限られてい
る。また、運動しているプローブ端子が被測定物に接触
する瞬間に測定するので、当然時間による影響も存在す
る。更にまた、三次元の作動方向により測定圧が大巾に
変化することも避けられないので、これも測定誤差を生
ずる大きな原因となっており、実際例として、上記従来
型の計測プローブでは測定誤差を２μ以内に抑えること
は困難である。 本発明は上記の問題を解決したものであって、その目
的はプローブ端子の三次元方向別の変位を光電変換系に
より電気パルス信号として捕え、時間係数に関係のない
正確な測定データを得ることができるように改良した三
次元測定用計測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】

上記目的を達成するために、本発明の特徴とする三次
元測定用計測プローブは被測定物に機械的に接触し該被
測定物の形状に対応して三次元方向に変位するプローブ
端子と、このプローブ端子に連結された操作ロッドを有
する測定部と；上記操作ロッドの三次元方向の移動に対
しそれぞれ対応するように設置された摺動テーブルと、
この摺動テーブルと上記操作ロッドの移動を案内するベ
アリングユニットを有する摺動案内部と；上記操作ロッ
ドと摺動テーブルの三次元方向の移動に関係なく設置さ
れた光源と、この光源の光路上に位置し上記操作ロッド
を含めた摺動テーブルの三次元方向の移動にそれぞれ追
従して変位するガラススケールと、このガラススケール
にそれぞれ対向させて設置されたバーニアと、このバー
ニアとそれぞれ対向させて設置された受光素子を有する
計測部とによって構成されている。

【発明の具体的内容】

プローブ端子の変位を三次元方向別に分解し、各方向
毎にガラススケールにより変位量を測定して、デジタル
発信することができるように構成されている。そして、
三次元Ｘ・Ｙ・Ｚ方向分別にはそれぞれ精密なベアリン
グユニットによって支持された小型の三次元摺動テーブ
ルが用いられ、各次元別にガラススケール、バーニア、
光源、集光レンズ、受光素子等が備えられており、各移
動部材はバネ機構によってそれぞれ中立点に正確に保持
され、この中立点からそれぞれ±2mm程度移動可能とな
っている。測定の際、移動した量をデジタル測定すると
共に、中立点に向かって正確な復帰圧が与えられてお
り、これがプローブ端子の測定圧となっている。

【実 施 例】

以下に、本発明の実施例を添付図面を参照しながら説
明する。 第１図〜第５図において、後述する摺動案内部及び計
測部を収容するケーシング１の上部は基台１を固定する
ことにより閉塞されている一方、このケーシング１の下
部はプローブ端子４を装着するために開口部３を設けて
ある。そして、プローブ端子４の根元部4aは操作ロッド
５の下端に連結され、その連結部分には上記開口部３を
外部と遮断する防塵膜６を取付けてあり、プローブ端子
４と操作ロッド５によって測定部を構成している。な
お、プローブ端子４と操作ロッド５の連結には通常の自
在継手が用いられ、プローブ端子４の傾きを調節でき
る。 操作ロッド５は三次元方向に向かって移動できるよう
に支持されている。先ず、操作ロッド５は、第１図に矢
印で示すＺ軸方向へ移動ができるようにベアリングユニ
ット８を介して第１の摺動テープル７に支持され、この
第１の摺動テーブル７には第２図に矢印で示すＸ軸方向
へ該第１の摺動テーブル７と一緒に移動できるように第
２の摺動テーブル９が連結ピン11により結合している。 第２の摺動テーブル９は第１図に矢印で示すＹ軸方向
へ移動できる第３の摺動テーブル12にベアリングユニッ
ト13を介して支持され、また、第３の摺動テーブル12は
基台２にベアリングユニット14を介して支持されてお
り、第１、第２及び第３の摺動テーブル7,9,12とベアリ
ングユニット8,13,14によって操作ロッド５の摺動案内
部を構成している。 ケーシング１内には光源（例えば発光ダイオード）21
a、プリズム22a及び集光レンズ23aからなる光学系を設
けると共に、操作ロッド５には上記集光レンズ23aに対
向させてガラススケール24aを取付けてあり、また、第
１の摺動テーブル７には上記ガラススケール23aに対向
させた位置にバーニア25aと受光素子26aを取付けてあ
る。次に、基台２に設けたトンネル2a内には１対の光源
（例えば発光ダイオード）21b,21c、プリズム22b,22c及
び集光レンズ23b,23cからなる光学系を設けると共に、
第２の摺動テーブル９には上記集光レンズ23b,23cにそ
れぞれ対向させてガラススケール24b,24cを取付け、ま
た、ケーシング１内に横架固定した取付け板27には上記
両ガラススケール24b,24cにそれぞれ対向させた位置に
バーニア25b,25cと受光素子26b,26cを取付けてある。そ
して、これらの光源21a,21b,21cと、プリズズム22a,22
b,22cと、集光レンズ23a,23b,23cと、ガラススケール24
a,24b,24cと、バーニア25a,25b,25c及び受光素子26a,26
b,26cによって計測部を構成している。なお、第２及び
第３の摺動テーブル9,12は集光レンズ23b,23cの光路に
当る部分が通し孔28に形成されており、また、各受光素
子26a,26b,26cはプリント基板29a,29b,29cにそれぞれ接
続されている。 操作ロッド５と第２及び第３の摺動テーブル9,12に
は、これらの部材を非作動位置（中立位置）に保持する
ためのバネ機構を設けてある。 先ず、Ｚ軸方向に移動する操作ロッド５のバネ機構に
ついて説明すると、操作ロッド５には該操作ロッド５と
直交させて保持ピン31を突設し、この保持ピン31は第１
の摺動テーブル７に設けた案内孔7aから突出している。
そして、保持ピン31と第１の摺動テーブル７との間に戻
しバネ32を掛け止める一方、常時は保持ピン31に当接し
ているＬ字状に折り曲がった保持アーム33と第１の摺動
テーブル７との間に戻しバネ34を掛け止め、また、保持
アーム33を位置決めピン35に当接させて、操作ロッド５
を常時は非作動位置に保持している。なお、第１の摺動
テーブル７には戻しバネ32,34の掛け止めピン36が固定
されている。 次に、操作ロッド５とともにＸ軸及びＹ軸方向に移動
する第２及び第３の移動テーブル9,12のバネ機構につい
て説明すると、第３の摺動テーブル12には、該第３の摺
動テーブル12を貫通し直角方向へ向けて保持ピン31aが
固定されており、この保持ピン31aは第２の摺動テーブ
ル９に設けた案内孔9aから突出している。そして、保持
ピン31aの上下両端部側には前述した操作ロッド５のバ
ネ機構と同様な部材が関係付けられていて、保持ピン31
aを介して第２及び第３の摺動テーブル9,12を常時は非
作動位置に保持している。なお、第２及び第３の摺動テ
ーブル9,12のバネ機構を構成する部材は操作ロッド５の
それと同一であるから、その図示されている部材につい
ては操作ロッド５のバネ機構の説明に用いた符号にそれ
ぞれａ、ｂを付けて説明を省略する。 また、前述したベアリングユニット8,13,14として
は、例えば第６図第７図に示すように窓穴42を設けてあ
る保持板41と多数個のローラ43によって構成されたもの
が用いられ、各ローラ43は隣り合ったローラ同志を互い
に直角に交叉させた状態で窓穴42の縁部に形成した支持
部44にそれぞれ回転自在に支持されており、また、各ロ
ーラ43の両端面部には段落した肩部43aを設けて、この
肩部43aの部分でローラ43は支持部44に支持されてい
る。なお、45は摺動体、46,47は軌道体である。 上記構成の計測プローブにおいて、測定部のプローブ
端子４の先端を非測定物（図示せず）の表面に接触させ
ながらケーシング１を所定方向に移動させるか、または
非測定物を所定方向に移動させると、プローブ端子４は
非測定物の形状にしたがって変位し、この変位に応じて
操作ロッド５は所定方向に移動する。操作ロッド５が三
次元方向へ移動変位すると、第２及び第３の摺動テーブ
ル9,12は摺動案内部に案内され、Ｘ軸及びＹ軸方向に所
定量だけ移動する。一方、計測部においては、各々の光
源21a,21b,21cから発せられた光線がガラススケール24
a,24b,24cとバーニア25a,25b,25cを通して受光素子26a,
26b,2cに入射される。操作ロッド５と第２及び第３の摺
動テーブル9,12の移動によってガラススケール24a,24b,
24cもそれぞれ移動し、受光素子26a,26b,26cに入射され
る光線はパルス光線となり、このパルス光線に応じて受
光素子26a,26b,26cからプローブ端子４の変位量に対応
した電気パルス信号が得られる。したがって、この電気
パルス信号を電気的に処理すれば、被測定物の寸法や形
状を三次元的に測定することができる。 以下に、実際例として数値データを列記すると、ベア
リングユニットに2kgの側圧を与えて保持した際の該ベ
アリングユニットの転がり摩擦は4g程度であり、十分な
方向維持と軽快で精密な測定機としての機能が得られ
る。また、ガラススケールとバーニアの間のギャップは
精密に被接触で保持されるので、0.1μの測定も可能で
ある。 このようにして、測定された数値はプローブ取付け部
に対するプローブ端子の三次元別の変位量であるから、
この数値を三次元測定器のメインスケールの読みと減算
することにより、プローブ端子の正確な位置が計測され
る。そして、大きな特長の一つとしてプローブ端子の移
動範囲内（即ち±2mm以内）であれば、プローブ端子が
被測定物に接触している間は常に計測実施時間であるか
ら、測定要因から時間に関するものを取り除くことがで
きる。また、測定圧は10g程度に下げることができる上
に、三次元の各方向に対してそれぞれ±５〜10％位に確
保することが容易である。

【発明の効果】

本発明は上記の如くであって、三次元測定器の最大要
因であるセンサー部を根本的に改良したものであり、被
測定物の寸法と形状に対応して変位するプローブ端子の
移動を摺動案内部に伝達して、この摺動案内部を含む操
作ロッドの変位を光源、ガラススケール、バーニア及び
受光素子等からなる光電変換系によって電気パルス信号
に変換するようにしたから、プローブ端子と被測定物の
接触時間に関係なく高精度な測定が可能である計測プロ
ーブを提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は正断面
図、第２図は第１図の左側断面図、第３図は第１図の右
側断面図、第４図は第１図の下方から見た略示的断面
図、第５図はガラススケールとパーニアの平面図、第６
図は本発明の摺動案内部で用いられるベアリングユニッ
ト構成部の一例を示す断面図、第７図は第６図の要部斜
視図である。 図中、１はケーシング、２は基台、４はプローブ端子、
５は操作ロッド、７は第１の摺動テーブル、９は第２の
摺動テーブル、12は第３の摺動テーブル、8,13,14はベ
アリングユニット、21a,21b,21cは光源、24a,24b,24cは
ガラススケール、25a,25b,25cはバーニア、26a,26b,26c
は受光素子である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物に機械的に接触し該被測定物の形
   状に対応して三次元方向に変位するプローブ端子と、こ
   のプローブ端子に連結された操作ロッドを有する測定部
   と；上記操作ロッドの三次元方向の移動に対しそれぞれ
   対応するように設置された摺動テーブルと、この摺動テ
   ーブルと上記操作ロッドの移動を案内するベアリングユ
   ニットを有する摺動案内部と；上記操作ロッドと摺動テ
   ーブルの三次元方向の移動に関係なく設置された光源
   と、この光源の光路上に位置し上記操作ロッドを含めた
   摺動テーブルの三次元方向の移動にそれぞれ追従して変
   位するガラススケールと、このガラススケールにそれぞ
   れ対向させて設置されたバーニアと、このバーニアとそ
   れぞれ対向させて設置された受光素子を有する計測部と
   によって構成したことを特徴とする三次元測定用計測プ
   ローブ。