JP2628523B2 - 表面形状測定用トレーサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面形状測定用トレー
サ、特にワーク表面への追従性に優れた高精度の表面形
状測定用トレーサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークの表面形状を連続的に追従測定す
る接触式表面形状測定装置が周知であり、ＣＮＣ三次元
測定機等に表面形状測定用トレーサを装着し、このトレ
ーサの触針をワークに接触させながら、このときの触針
の三次元移動座標を検出することによって、ワーク表面
をトレースしながらその形状を知ることができ、複雑な
形状のワーク測定に極めて有用である。

【０００３】従来において、この種のトレーサとしては
例えば米国特許第３８６９７９９号が周知であり、三軸
方向に自由に検出ピンが移動可能であり、このピンをワ
ークに沿って追従させることによって所望の表面形状ト
レースを行うことができる。この種の表面形状測定用ト
レーサは触針が常時ワークに接触しており、このときの
触針の変位量を測定しトレーサ自体の移動位置と前記測
定された各軸方向の触針移動量とを演算して所望の表面
座標が求められ、あるいは触針の変位量を常時一定値に
保つようにトレーサ自体の移動を制御し、これによって
トレーサ自体の移動座標から表面の座標が記録される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように触針は所
定の押圧力でワークに接触し、特に触針の押圧力を全方
向にわたって一定に保つように基台に対して触針が保持
されなければならず、このような安定した押圧力を得る
ためには各部における摩擦抵抗あるいはばね等のヒステ
リシス特性を著しく減少させなければならない。

【０００５】前記従来装置においては、各軸方向に対し
て平行ばねを用いて接触時の押圧力を確保し、また原点
基準位置への戻り力を与えているが、このような従来装
置では板ばねの固定時の位置精度のばらつき非線形特
性、変形の程度により発生するＺ軸方向誤差等によって
トレーサの測定値に方向性が出てしまうという欠点があ
った。

【０００６】また、従来においても、更に他の各種の表
面形状測定用トレーサが提案されていたが、これらはい
ずれも摺動部の摩擦損失その他によって表面の追従性が
悪く、形状測定時にトレーサを移動する速度に限界が生
じてしまい、良好な形状測定を行うことができないとい
う問題があった。

【０００７】本発明は上記従来の課題に鑑み為されたも
のであり、触針のあらゆる方向への接触に対しても一定
の安定した測定圧で測定でき、また追従性の良い表面形
状測定用トレーサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基台に対してそれぞれ直交方向に移動自
在なＸ，Ｙ，Ｚスライダを有し、これらのスライダ群は
基台に対して吊りばねにて上下方向に吊り下げ支持され
ている。

【０００９】前記基台には、Ｚ方向に延びるＺ方向ガイ
ドが設けられている。 前記Ｚスライダは、上端を前記基
台に対して固定された吊りばねによって吊り下げ支持さ
れている。また、前記Ｚ方向ガイドにＺ方向のみの動き
が許容されて係合するＺ方向被ガイド部を有し、これに
よってＺ方向のみに摺動する。さらに、Ｙスライダの移
動のガイドとなるＹ方向ガイドを有しており、これは前
記Ｚ方向と直交するＹ方向に延びて設けられている。 前
記Ｙスライダは、前記Ｙ方向ガイドにＹ方向のみの動き
が許容されて係合するＹ方向被ガイド部を有し、これに
よってＺスライダに対してＹ方向のみに摺動する。さら
に、Ｘスライダの移動のガイドとなるＸ方向ガイドを有
しており、これは前記Ｚ方向およびＹ方向の各々と直交
するＸ方向に延びて設けられている。 前記Ｘスライダ
は、前記Ｘ方向ガイドにＸ方向のみの動きが許容されて
係合するＸ方向被ガイド部を有し、これによってＹスラ
イダに対してＸ方向のみに摺動する。 触針は、前記Ｘス
ライダに固定され、測定時においてはワークの表面に沿
って摺動する。

【００１０】そして、ＸスライダとＹスライダの相対変
位を電気信号に変換するＸセンサと、ＹスライダとＺス
ライダの相対変位を電気信号に変換するＹセンサと、Ｚ
スライダと基台の相対変位を電気信号に変換するＺセン
サを有している。この３つのセンサによって、被測定物
の表面形状に応じて移動する触針の３方向の変位を検出
する。

【００１１】さらに、本発明においては、基台および各
スライダの互いに係合するガイド部と被ガイド部の間に
加圧空気が供給され、空気軸受けが形成されている。し
たがって各スライダは浮上状態で支持され、これによっ
て各スライダは極めて摩擦損失の少ない移動作用を行う
ことができる。 また、前記吊りばねは、前記基台に対し
Ｚ方向に移動可能に支持される調整部材に、その上端が
係止されている。前記調整部材のＺ方向位置を調整する
ことによって、前記触針の位置が調整可能となってい
る。

【００１２】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。図１及び図２に本実施例の断面図を示す。基
台ブロック１０は、図示されていない周知のＣＮＣ三次
元測定機のプローブホルダにその上面が固定可能であ
り、三次元測定機によって手動あるいは自動的にトレー
サ自体を任意の座標位置に移動することができる。

【００１３】前記基台ブロック１０には固定脚１２，１
４を介して基台１６が固定されており、Ｚスライダ１
８，Ｙスライダ２０及びＸスライダ２２を介して触針２
４を任意の方向に移動自在に支持することができる。

【００１４】前記基台１６は図３から明らかなように、
角筒形状からなり、その内周スライド面１６ａにＺスラ
イダ１８の角柱状のＺスライド軸１８ａが上下方向（Ｚ
軸）に摺動自在に装着されている。

【００１５】そして、Ｚスライダ１８は、図２に示され
るように、Ｙスライダ２０のＹスライド溝２０ａと係合
するガイド軸１８ｂを有する。従って、Ｙスライダ２０
はＺスライダ１８に対してＹ軸方向に自由に摺動移動す
ることができる。

【００１６】更に、Ｙスライダ２０は、図１に示される
ように、スライド溝２０ｂを有し、このスライド溝２０
ｂにはＸスライダ２０のＸスライド軸２２ａが摺動自在
に係合しており、この結果、Ｘスライダ２２はＹスライ
ダ２０に対してＸ軸方向に自由に摺動することができ
る。

【００１７】前述した各スライダ１８，２０，２２は基
台側に対して吊り下げ支持されており、図１において、
Ｚスライダ１８のガイド軸１８ｂの両端に突出して設け
られたばね掛け２６，２８にはそれぞれ吊りばね３０，
３２の下端が係止され、両吊りばね３０，３２の上端は
基台ブロック１０に固定されており、この結果、スライ
ダ組立体は触針２４を含む全重量が吊りばね３０，３２
の引張り力と釣合う位置にて吊り下げ支持されることと
なる。

【００１８】前記吊りばね３０，３２はその上端が、実
施例においてばね掛け３４，３６を介してばね位置調整
板３８に固定されており、このばね調整板３８を上下方
向に移動することによって、前記吊りばね３０，３２に
よるスライダ群の保持位置を調整することができる。す
なわち、ばね調整板３８はそのナット部３８ａが基台ブ
ロック１０の上下に軸支されたねじ軸４０とねじ結合し
ており、このねじ軸４０を回転することによって、ばね
調整板３８の上下位置を任意に選択することができる。
なお、ばね調整板３８はストッパピン４２によって回り
止めされており、ねじ軸４０とともに回転することはな
い。

【００１９】実施例において、前記ねじ軸４０を回転す
るために、該ねじ軸４０には傘歯車４４が固定されてお
り、これと噛み合う傘歯車４６の軸４８を外部から回転
することによって前記ばね位置の調整が行われる。基台
ブロック１０の側面には作業孔１０ａが設けられてお
り、外部からドライバ等によって前記軸４８を回転する
ことができる。

【００２０】以上のようにして、本発明によれば、上下
方向すなわちＺ軸方向に対してはスライダ群が吊りばね
３０，３２によって吊り下げ支持され、その原点基準位
置が定められるが、Ｘ，Ｙ軸平面における原点基準位置
を定めるため、本発明においては、戻しばね５０が設け
られている。戻しばね５０は円形断面の線ばねからな
り、その下端はコレットチャック５２によってＸスライ
ダ２２に固定され、このコレットチャック５２は締めね
じ５４を回転することによって強固に戻しばね５０を掴
み固定することができる。

【００２１】そして、前記戻しばね５０の上端は基台１
６に対して上下移動自在に支持され、実施例において
は、戻しばね５０の上端は基台１６に直接支持されるこ
となく、基台１６内で上下方向に摺動する前述したＺス
ライド軸１８ａに固定された軸受５６内で摺動自在に支
持されている。すなわち、戻しばね５０の上端にはスラ
イド軸５８が固定されており、このスライド軸５８が前
記軸受５６内でＺ軸方向に摺動自在に支持される。

【００２２】従って、戻しばね５０の上端はそのＸＹ平
面において基準の位置をとり、一方他端はＸスライダ２
２に固定されているので、触針２４のＸＹ平面に沿った
移動に対して全方向に戻り付勢力を与え、これによっ
て、ＸＹ平面の原点基準位置を定めることができる。

【００２３】そして、スライド軸５８は軸受５６内でＺ
軸方向に摺動できるため、ＸＹ平面に沿った移動によっ
てその位置が変化しても上下方向の変位が吸収される。

【００２４】戻しばね５０のばね特性を変えるため、本
実施例によれば、前記コレットチャック５２による戻し
ばね５０の下端掴み位置を変えることによって行うこと
ができ、戻しばね５０の上端がＺ軸方向に摺動自在に支
持されることによって、前記コレットチャック５２によ
る戻しばね５０の下端掴み位置変更を容易に行うことが
可能となる。

【００２５】以上のようにして、ＸＹＺスライダ群は単
一の原点基準位置が定められ、更に各軸方向に均一の押
圧力で移動できることが理解される。

【００２６】そして、前記Ｘスライダ２２には触針２４
が固定保持され、図示していないワークに触針２４を接
触させると、各軸方向に均一な押圧力で触針２４が移動
できることとなる。

【００２７】実施例において、触針２４は触針ホルダ６
０に着脱自在に固定されており、この触針ホルダ６０は
振動子６２を介して前記Ｘスライダ２２に連結されてお
り、振動子６２は触針ホルダ６０と振動子ホルダ６４と
の間に挟持固定されている。そして、この電歪型振動子
６２の機械的な微小振動によって、触針２４はワーク表
面に振動しながら接触することとなり、これによって触
針２４とワークの表面との接触摩擦を低減させ、触針２
４の追従性を著しく改善している。

【００２８】前記各スライド軸１８，２０，２２の原点
基準位置からの移動量を測定するために、各軸毎にスケ
ールが配置され、光学センサによって各スライダの移動
量が検出される。

【００２９】Ｚ軸スケール６６はＺスライダ１８から立
上がり、これに隣接対向して前記基台１６にはＺセンサ
６８が設けられており、両者の相対移動によって触針２
４のＺ軸方向の移動量を知ることができる。

【００３０】Ｙ軸スケール７０は、図２に示されるよう
にＹスライダ２０に設けられており、これと隣接対向配
置されたＺスライダ１８に設けられたＹセンサ７２との
協働によってＹ軸方向の移動量が測定される。

【００３１】同様に、Ｘ軸スケール７４が図１に示さ
れ、Ｘセンサ７６と協働してＹスライダ２４に対するＸ
スライダ２２の移動が検出される。

【００３２】本実施例においては、前記各軸方向に対し
て任意に移動できるとともに、いずれかに選択された軸
方向移動禁止することも可能であり、ソレノイドによっ
て係止ピンを相対移動部に押し当てて所定軸の移動を禁
止している。

【００３３】Ｚ軸の移動禁止は第２，３図に示されるＺ
スライダ１８の溝１８ｃと基台１６に設けられている溝
１６ｃとの間で行なわれ、これら両溝１８ｃ，１６ｃに
対向する位置でストッパピン７８がソレノイド８０から
突出可能に設けられており、ソレノイド８０を励磁する
ことによってストッパピン７８を前記溝１８ｃ，１６ｃ
に向かって突出させ、この状態でＺスライダ１８の移動
を停止することができる。

【００３４】同様に、Ｙスライダ２０の停止は溝２０ｄ
とＺスライダ１８の溝１８ｄとにより行なわれ、前述し
たと同様にソレノイド８２で駆動されるストッパピン８
４にてＹスライダ２０の移動が禁止される。

【００３５】そして、Ｘスライダに対しては溝２２ｅと
Ｙスライダ２０に設けられた溝２０ｅとの間で行なわ
れ、このためにソレノイド８６で駆動されるストッパピ
ン８８が設けられている。

【００３６】本発明においては、前記各スライダ１８，
２０，２２の移動を低摩擦で行うために各スライダのス
ライド面すなわち１６ａ，２０ａ，２０ｂには加圧空気
が供給されている。

【００３７】すなわち、図２において、基台ブロック１
０内に設けられた加圧空気分配器９０には図示していな
いが外部からコンプレッサによって加圧空気が供給さ
れ、ここからダクト９２，９４を介して前記各摺動面に
加圧空気が供給され空気軸受が形成されている。

【００３８】Ｚ軸方向の摺動面１６ａに加圧空気を供給
するために、前記ダクト９２は導入孔９４から基台１６
内に設けられた図示していない空気溝に導かれ、摺動面
１６ａの所定の複数個所に設けられた小孔から加圧空気
が吹出され、この空気軸受によって、Ｚスライド軸１８
ａは基台１６内において浮上軸受されることとなる。一
方、前記ダクト９４からの加圧空気は導入部９８からＹ
スライダ２０に導かれ、このＹスライダ２０はＹスライ
ダ溝２０ａ及びスライド溝２０ｂを有するので、ここか
ら図示していない空気溝を通って各溝２０ａ，２０ｂに
前述したと同様の複数の小孔から加圧空気を送出し、こ
の空気軸受によって、Ｙスライダ２０及びＸスライダ２
２も同様に浮上支持することができる。

【００３９】従って、本発明によれば、各スライダ間の
摩擦を著しく小さくすることができ、その原点戻り特性
を改善可能である。

【００４０】実施例において、前記基台ブロック１０内
部には前記各センサ６８，７２，７６から得られる電気
的な信号を漸次増幅するプリアンプ９８，１００，１０
２が内蔵されており、これによって電気的な特性に優れ
た信号を取出すことが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＸＹＺの三軸方向に安定した接触圧あるいは移動特性を
与え、ワーク表面への追従性に優れた高精度の表面形状
測定用トレーサを提供することができ、特にワーク表面
の自動測定等に極めて有用なトレーサを提供可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面形状測定用トレーサの好適な
実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】図２の III−III 断面図である。

【符号の説明】

１０ 基台ブロック １６ 基台 １８ Ｚスライダ ２０ Ｙスライダ ２２ Ｘスライダ ２４ 触針 ３０，３２ 吊りばね ５０ 戻しばね ６２ 振動子 ９２，９４ 加圧空気ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安孫子 賢二 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株 式会社 三豊製作所 マイクロコード本 部内 (72)発明者 中村 哲夫 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株 式会社 三豊製作所 マイクロコード本 部内 (56)参考文献 特開 昭58−88612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−173403（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168101（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−90116（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向であるＺ方向に延びて設けら
   れ、加圧空気が供給されて空気軸受けが形成されるＺ方
   向ガイドを有する基台と、 上端を前記基台に対して固定された吊りばねによって吊
   り下げ支持され、前記Ｚ方向ガイドにＺ方向のみの動き
   が許容されて係合するＺ方向被ガイド部と、前記Ｚ方向
   と直交するＹ方向に延びて設けられたＹ方向ガイドと、
   を有し、Ｚ方向のみに摺動するＺスライダと、 前記Ｙ方向ガイドにＹ方向のみの動きが許容されて係合
   し、加圧空気が供給されて空気軸受けが形成されるＹ方
   向被ガイド部と、前記Ｚ方向およびＹ方向の各々と直交
   するＸ方向に延びて設けられ、加圧空気が供給されて空
   気軸受けが形成されるＸ方向ガイドと、を有し、前記Ｚ
   スライダに対して、Ｙ方向のみに摺動するＹスライダ
   と、 前記Ｘ方向ガイドにＸ方向のみの動きが許容されて係合
   するＸ方向被ガイド部を有し、前記Ｙスライダに対し
   て、Ｘ方向のみに摺動するＸスライダと、 前記Ｘスライダに固定され、 ワークの表面に沿って摺動
   する触針と、前記Ｙスライダに対する 前記Ｘスライダの変位を電気信
   号に変換するＸセンサと、前記Ｚスライダに対する 前記Ｙスライダの変位を電気信
   号に変換するＹセンサと、前記基台に対する 前記Ｚスライダの変位を電気信号に変
   換するＺセンサと、 を有し、前記ワークの表面形状に沿って移動する触針の
   変位を前記Ｘセンサ、ＹセンサおよびＺセンサによって
   検出する表面形状測定用トレーサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の表面形状トレーサにお
   いて、前記基台に対してＺ方向位置を調整可能に支持さ
   れ、前記吊りばねの上端が係止される調整部材を有し、
   当該調整部材の位置調整によって、前記触針の位置を調
   整可能とした、表面形状測定用トレーサ。