JP2976039B2 - Displacement detector - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、倣い工作機械、デジタ
イジング機、三次元測定機などの変位検出装置にかか
り、特に、その三次元倣い検出軸のＸ、ＹおよびＺ軸方
向振動に対し、ほぼ、同等のダンピング特性を備えるよ
う調整した前記検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement detecting device such as a copying machine tool, a digitizing machine, a three-dimensional measuring machine and the like. , Which are adjusted to have substantially equivalent damping characteristics.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種型式の変位検出装置において本出
願人は、既に、 摺動部分が一切なく摩擦抵抗が零であって鋭敏に変位
を検出する。 トレーサ軸（検出軸）が平行移動する方式で、そのた
め変位検出がトレーサ軸の長さ・径の影響を受けない。 薄肉平板、リボンを等方、等質にすることができ高精
度の検出が可能。 使用による摩擦がなく、経年劣化がない。 軽い力で変位するため母形に対する追随作用が敏感
で、早い送り速度で倣い検出が可能。 嵌合部分がなく、製作容易で安価。 といった数々の特徴を備えた倣い検出装置を提示してい
る（特公昭54−43230号公報、倣い検出装置 参照）。2. Description of the Related Art In this type of displacement detecting device, the applicant has already detected a displacement sharply with no sliding portion and no frictional resistance. In this method, the tracer shaft (detection shaft) moves in parallel, so that displacement detection is not affected by the length and diameter of the tracer shaft. Thin plates and ribbons can be made isotropic and homogeneous, enabling high-precision detection. No friction due to use and no aging. Because it is displaced by a light force, the follow-up action on the master shape is sensitive, and scanning can be detected at a high feed rate. Easy to manufacture and inexpensive with no fitting parts. (Refer to JP-B-54-43230, see the profile detection device).
【０００３】上記装置の作動原理は、上下を長手軸方向
に直交する薄肉平板によって支持されたトレーサ軸（検
出軸）と、前記薄肉平板周縁を、その両端面で固定する
トレーサ軸と共軸の中空部材と、前記中空部材を囲んで
同心円筒状にハウジングに設けた薄肉円筒体と、同薄肉
円筒体と前記中空部材との各長手軸方向中央部のみで両
者を連結する手段と、前記ハウジングに固定され、前記
トレーサ軸の変位を検出（測定）する機器とを備え、前
記１対の薄肉平板のばね定数の和と、前記薄肉円筒体の
ばね定数の和とを、それぞれ等しく設定・形成すること
にある。The principle of operation of the above device is that a tracer shaft (detection axis) supported by a thin plate perpendicular to the longitudinal axis in the upper and lower directions, and a coaxial axis with the tracer shaft fixing the peripheral edge of the thin plate at both end surfaces. A hollow member, a thin-walled cylindrical body provided in a housing concentrically around the hollow member, means for connecting the thin-walled cylindrical body and the hollow member only at central portions in the longitudinal direction thereof, and the housing And a device for detecting (measuring) the displacement of the tracer shaft, wherein the sum of the spring constants of the pair of thin plates and the sum of the spring constants of the thin cylinders are set and formed equally. Is to do.
【０００４】以上のような構成要素からなる変位検出装
置は、トレーサ軸とハウジング間の相対変位を、すべて
支持部材の変位によって行わせるようにしたから、上述
のとおり摩擦抵抗が零の倣い検出が可能である。これ
は、薄肉平板は平板方向には変位し難く軸線方向には変
位しやすい、また薄肉円筒体は軸線方向には変位し難く
直交方向には変位しやすいように構成され、また、復元
するように構成されることを利用したものである。In the displacement detecting device having the above-described components, the relative displacement between the tracer shaft and the housing is entirely performed by the displacement of the support member. It is possible. This is because the thin flat plate is hardly displaced in the flat plate direction and is easily displaced in the axial direction, and the thin cylindrical body is hardly displaced in the axial direction and easily displaced in the orthogonal direction. This is based on the configuration.
【０００５】上記原理の利点を損なうことなく、これを
具体的にし、かつ実用化した倣い装置の機構が、本出願
前、国内に頒布された特公昭54−43231 号公報において
当業者が容易に実施できる程度に開示されている。[0005] Without impairing the advantages of the above-mentioned principle, the mechanism of the copying apparatus which has been realized and put into practical use has been easily disclosed by Japanese Patent Publication No. 54-43231 which was distributed in Japan before the present application. It is disclosed to the extent that it can be implemented.
【０００６】ところで、この種の型式の変位検出装置
は、高精度の変位検出を可能にするため、さきに述べた
ように可動部材（検出軸および、これに関連する機構）
が、内部摩擦のない状態で支持されているため、この可
動部材に外力（衝撃）が加わった場合に、その運動エネ
ルギーが吸収されることなく振動が継続して検出軸変位
の測定が不可能となるので可動部材に減衰能を与え、前
述振動を減衰させる必要がある。By the way, this type of displacement detection apparatus is capable of detecting displacement with high accuracy, as described above, by a movable member (detection shaft and mechanism related thereto).
Is supported without internal friction, so when an external force (shock) is applied to this movable member, its kinetic energy is not absorbed and vibration continues, making it impossible to measure the detected axis displacement. Therefore, it is necessary to provide the movable member with a damping ability to damp the vibration.
【０００７】そこで図３に示すように、一般的には粘弾
性流体（シリコンオイルなど）を変位検出装置のハウジ
ング内部に充填し、可動部材表面に作用する流体の粘性
抵抗により前記部材の振動エネルギーを吸収して、可動
部振動に対して減衰機能を持たせているが、可動部材の
内部構造の不等方向性のために可動部材のＸ、Ｙ軸とＺ
軸方向との粘性抵抗が異なるので、目標のダンピング特
性を備えるよう全軸（三軸方向）バランス良く設定する
ことができず、安定した高精度の測定ができない。Therefore, as shown in FIG. 3, a viscoelastic fluid (such as silicon oil) is generally filled in the housing of the displacement detecting device, and the vibration energy of the member is vibrated by viscous resistance of the fluid acting on the surface of the movable member. To absorb the vibration of the movable part, but due to the unequal direction of the internal structure of the movable member, the X, Y axes and Z
Since the viscous resistance is different from that in the axial direction, it is not possible to set all the axes (three-axis directions) in a well-balanced manner so as to provide the target damping characteristics, and stable high-precision measurement cannot be performed.
【０００８】従来装置には、また、検出軸先端に取付け
るスタイラスの重量の違いによって検出軸のＺ軸方向位
置がハウジングに対して変位するのを補正する機構（零
ポイント補正機構）を検出軸回りに付設しているので、
それがＺ軸方向のダンピング特性を向上させる効用はあ
るが、全体として径の大きな中空部材が形成されて装置
を小型化することが困難であった。The conventional apparatus also includes a mechanism (zero-point correction mechanism) for correcting displacement of the position of the detection shaft in the Z-axis direction with respect to the housing due to a difference in the weight of a stylus attached to the tip of the detection shaft. Because it is attached to
Although this has the effect of improving the damping characteristics in the Z-axis direction, a hollow member having a large diameter is formed as a whole, making it difficult to reduce the size of the device.
【０００９】ここで、従来装置に付属していた、前記零
ポイント補正機構について図３に基づき説明する。ま
ず、スタイラス３を検出軸２に装着しない状態で薄肉円
板５、６が、ほぼ水平、つまりＸ、ＹおよびＺ軸用変位
測定器である各差動トランス12、13および14の出力が零
となるようにストッパ20の位置を、ねじ調節する。Here, the zero point correcting mechanism attached to the conventional apparatus will be described with reference to FIG. First, when the stylus 3 is not mounted on the detection shaft 2, the thin disks 5, 6 are substantially horizontal, that is, the outputs of the differential transformers 12, 13, and 14 which are displacement measuring devices for the X, Y and Z axes are zero. The screw position of the stopper 20 is adjusted so that
【００１０】つぎに、スタイラス３を検出軸２に装着し
たとき、その重量によって検出軸２は下へ変位し、Ｚ軸
用差動トランス14の出力はスタイラス３の重量による変
位に相当した出力を発する。しかし、この位置を零ポイ
ントにしなければならないので、調節ナット21を回転し
て検出軸２のハウジング１に対するＺ軸方向変位が零に
なるように、ねじ調節する。調節ナット21を回転し、そ
のねじ作用によって相対的に下方に下げると、その内部
に刻設した円形溝21ａに嵌合しているピン22も、回転す
ることなく下方へ下がる。Next, when the stylus 3 is mounted on the detecting shaft 2, the detecting shaft 2 is displaced downward by its weight, and the output of the Z-axis differential transformer 14 is an output corresponding to the displacement of the stylus 3 due to the weight. Emit. However, since this position must be set to the zero point, the adjustment nut 21 is rotated to adjust the screw so that the displacement of the detection shaft 2 with respect to the housing 1 in the Z-axis direction becomes zero. When the adjusting nut 21 is rotated and lowered relatively downward by the screw action, the pin 22 fitted in the circular groove 21a engraved therein is also lowered without rotating.
【００１１】ピン２２と一体的に設けられているロッド
２３は検出軸２の内部を下方へ移動し、ロッド２３上部
に一体的に設けられたピン２４を下方へ下げる。する
と、ピン２４を有するばね受け金具２５が下方へ引っ張
られ、圧縮ばね２６を縮める。圧縮ばね２６は、中空部
材４の内部に設けられた節状円板１１と検出軸２との間
に設けられているため、ばね受け金具２５によって下方
に押し縮められると検出軸２を中空部材４に対して持ち
上げる作用をし、結局、差動トランス１４の出力は零に
戻る。別の重さのスタイラスを検出軸に装着したときに
は、同様の操作を行って零ポイント補正を行うのであ
る。The rod 23 provided integrally with the pin 22 moves downward inside the detection shaft 2 and lowers the pin 24 provided integrally on the upper part of the rod 23. Then, the spring receiving member 25 having the pin 24 is pulled downward, and the compression spring 26 is contracted. Since the compression spring 26 is provided between the knotted disk 11 provided inside the hollow member 4 and the detection shaft 2, the compression spring 26 compresses the detection shaft 2 downward by the spring receiving bracket 25, so that the detection shaft 2 is compressed. 4, and eventually the output of the differential transformer 14 returns to zero. When a stylus of another weight is mounted on the detection shaft, the same operation is performed to perform zero point correction.
【００１２】ここで、上記従来装置の可動部材のダンピ
ング特性の一例を、図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４
（ａ）は、可動部材のＸ、Ｙ軸方向のダンピング特性
を、図４（ｂ）はＺ軸方向のダンピング特性を示すもの
で、それぞれ横軸は時間を、縦軸には変位量を採ってあ
る。なお、可動部材のＸ軸方向、Ｙ軸方向の構成は各同
一形状・構造であるから、Ｘ軸、Ｙ軸のダンピング特性
は自づと同一である。 振幅減少率；Ｄ＝（Ｘ1 −Ｘ2 ／Ｘ1 ）×100 ％ ただし、 Ｘ1 ＝基準位置からの第１回目の変位量 Ｘ2 ＝基準位置からの同方向への第２回目の変位量 としたとき 目標振幅減少率；90％≦Ｄ0 ≦100 ％ であって、図中、Ｘ軸・Ｙ軸のダンピング特性、Ｚ軸の
ダンピング特性は、共に適正値を示している。FIGS. 4A and 4B show an example of the damping characteristic of the movable member of the conventional device. FIG.
4A shows the damping characteristics of the movable member in the X and Y directions, and FIG. 4B shows the damping characteristics in the Z direction. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents displacement. It is. Since the movable member has the same configuration and structure in the X-axis direction and the Y-axis direction, the damping characteristics of the X-axis and the Y-axis are the same. Amplitude reduction rate; D = (X 1 −X 2 / X 1 ) × 100% where X 1 = first displacement from reference position X 2 = second displacement from reference position in the same direction When the amount is set, the target amplitude reduction rate is 90% ≦ D 0 ≦ 100%. In the drawing, the damping characteristics of the X-axis and Y-axis and the damping characteristics of the Z-axis both show appropriate values.
【００１３】しかしながら最近、 （１）検出軸（可動部材）の変位測定機器12、13および
14の性能アップ（具体的には、コアの薄い差動トランス
を設置することにより、可動部材のより長いストローク
について、変位の正確な測定が可能になる）によって、
可動部材のストロークを大きくすることができるように
なった。However, recently, (1) displacement measuring devices 12 and 13 for a detection shaft (movable member) and
By improving the performance of 14 (specifically, installing a differential transformer with a thin core enables accurate measurement of displacement for a longer stroke of the movable member)
The stroke of the movable member can be increased.
【００１４】（２）スタイラス重さの相違による検出軸
基準位置（零ポイント）補正のための機構を取外し、そ
の基準位置の設定を差動トランス出力を変位検出装置の
外部で演算することにより算出・補正することができる
ようになった。このために、上記の条件に沿うような改
良型、たとえば、図５に示すような零ポイント補正機構
が付属してない可動部材が単純・小型化した変位検出装
置が考えられる。しかし、この場合、可動部材のＺ軸方
向の表面積が減少して粘弾性流体の抵抗に基づくＺ軸方
向のダンピング特性が、液面レベルの変更、または流体
の粘性度の変更だけでは設定しきれない場合がでてき
た。(2) The mechanism for correcting the reference position (zero point) of the detection axis due to the difference in stylus weight is removed, and the setting of the reference position is calculated by calculating the output of the differential transformer outside the displacement detection device.・ It can now be corrected. For this purpose, an improved type that satisfies the above conditions, for example, a displacement detector in which a movable member not provided with a zero point correction mechanism as shown in FIG. However, in this case, the surface area of the movable member in the Z-axis direction decreases, and the damping characteristics in the Z-axis direction based on the resistance of the viscoelastic fluid can be set only by changing the liquid level or the viscosity of the fluid. There are no cases.
【００１５】そしてＺ軸方向のダンピング特性改善の
ため検出軸の表面積を増加する方法を採れば、可動部材
の大型化および重量増加につながって装置の大型化およ
び性能低下を避けることができない。 可動部品のＸ、Ｙ軸方向とＺ軸方向のダンピング特性
を同時に満足させることが困難。 といった不都合が生ずる。ところで、本件変位検出装置
は、三次元センサーなのでＸ、ＹおよびＺ軸のすべてを
上記目標値とするダンピング特性を備えるよう調整する
ことが望ましい。しかし、上記のように、ハウジング内
に充填する粘性流体の同一液面レベルでは、構造上、
Ｘ、Ｙ軸とＺ軸可動部材の実効表面積が異なるために、
単に流体の粘性抵抗を利用するだけでは、三軸共目標と
するダンピング特性を同時に得ることはできない。If the method of increasing the surface area of the detection shaft for improving the damping characteristics in the Z-axis direction is adopted, it is inevitable that the size and the performance of the apparatus are reduced due to the increase in the size and weight of the movable member. It is difficult to simultaneously satisfy the damping characteristics of the movable component in the X, Y axis directions and the Z axis direction. Such a disadvantage occurs. By the way, since the present displacement detection device is a three-dimensional sensor, it is desirable to adjust the displacement detection device so as to have a damping characteristic in which all of the X, Y, and Z axes are the target values. However, as described above, at the same liquid level of the viscous fluid filling the housing, structurally,
Because the effective surface areas of the X, Y axis and Z axis movable members are different,
Simply using the viscous resistance of the fluid cannot simultaneously obtain the desired damping characteristics for the three axes.
【００１６】図６（ａ）、（ｂ）は、上記改良型装置の
ダンピング特性の一例を示す。可動部材のＸ、Ｙ軸方向
実効表面積は、そのＺ軸方向実効表面積よりも大である
ので、図６（ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸のダンピング特性が
適正値であった場合にも、ハウジング内の液体が同一レ
ベルの場合は、図６（ｂ）に示すＺ軸のダンピング特性
は、アンダーダンピングになる。上記のような改良型変
位検出装置における可動部材の構造では一般に、Ｘ、Ｙ
軸のそれに比べ、Ｚ軸方向の振動減衰特性が良くない、
といった問題点を解決することができなかった。FIGS. 6A and 6B show an example of the damping characteristics of the improved device. Since the effective surface area in the X and Y directions of the movable member is larger than the effective surface area in the Z axis direction, even when the damping characteristics of the X axis and the Y axis shown in FIG. When the liquid in the housing is at the same level, the damping characteristic of the Z axis shown in FIG. In the structure of the movable member in the improved displacement detection device as described above, generally, X, Y
The vibration damping characteristics in the Z-axis direction are not as good as those of the shaft.
Could not be solved.
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】上述のような不都合を
解消するため、本件発明は、可動部材のＺ軸に非接触で
メカニカルなダンパー機構を付加し、可動部材の表面積
に作用する流体の粘性抵抗のほかに、同時に流体が絞り
通路を通るようにしＺ軸方向の粘性抵抗を増加させ、振
動を減衰させるようにし、Ｘ、Ｙ軸のダンピング特性と
は別個にＺ軸方向の同特性の設定を可能にし、三次元方
向共、同時に、ほぼ同等の目標値以内に、そのダンピン
グ特性を調整できる新規な高精度の変位検出装置を提供
することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned disadvantages, the present invention adds a non-contact mechanical damper mechanism to the Z-axis of the movable member, and the viscosity of the fluid acting on the surface area of the movable member is reduced. In addition to the resistance, the fluid simultaneously passes through the throttle passage to increase the viscous resistance in the Z-axis direction to attenuate vibration, and to set the same characteristics in the Z-axis direction separately from the damping characteristics in the X and Y axes It is an object of the present invention to provide a novel high-precision displacement detection device capable of adjusting the damping characteristics thereof in the three-dimensional directions and at the same time, within substantially the same target value.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本件発明は、上述目的を
達成するため、以下に述べるとおりの各構成要件を具備
するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following components to achieve the above object.
【００１９】（１） ハウジングと、前記ハウジングを
貫通するよう設けられ先端にスタイラスが装着された検
出軸と、前記検出軸を包囲するよう配置され一端が前記
ハウジングの先端部に他端が前記検出軸に固定されたベ
ローズと、前記検出軸を内包して両端部が前記検出軸の
軸線方向と直角に平行配置された円筒状の中空部材と、
中央部が前記検出軸に外周縁部が前記中空部材の両端部
にそれぞれ固定され、かつ相互に平行配置された薄肉平
板と、前記検出軸を包囲するよう配置され両端部が前記
中空部材の両円環状端面に中央部が前記ハウジングに固
定された複数個のリボンと、前記検出軸の変位を検出す
る測定器とを備えた変位検出装置において、前記ハウジ
ングの内部に入れた流体と、先端側の薄肉平板の上側で
前記検出軸に突設したフランジ状ピストン、前記ピスト
ンの外周との間に微小間隔を設け前記中空部材に形成し
たシリンダ、前記ピストンより上側の前記中空部材の内
周壁に設けられた節状部材、前記節状部材の中央孔内周
と前記検出軸の外周との間に微小間隔を設け前記フラン
ジ状ピストンと前記節状部材との間に形成した流体空間
で構成される減衰機構と、を具備する変位検出装置。[0019] (1) housing, and a detection axis of the stylus is attached to provided the tip to penetrate the housing and the other end to the previous end of the arranged end the housing so as to surround the detection axis the a base <br/> rose fixed to the detection shaft, a hollow member axially and disposed in parallel at a right angle cylindrical end portions and containing the detection axis the detection axis,
Outer peripheral edge center part in the detection axis are fixed to both ends <br/> of the hollow member, and a thin flat plate which is arranged parallel to each other, the detection shaft both ends arranged to encirclement in the displacement detecting device and a measuring device for detecting a plurality of ribbon central portion is fixed to the housing on both annular shaped end face of the hollow member, the displacement of the detection axis, the inner portion of the housing With the fluid put in, above the thin plate on the tip side
A flange-like piston protruding from the detection shaft;
A minute space is provided between the outer periphery of the hollow member and the hollow member.
Cylinder, inside the hollow member above the piston
A node-like member provided on a peripheral wall, an inner periphery of a central hole of the node-like member
Providing a minute gap between the outer periphery of the detection shaft and
Fluid space formed between the jig-shaped piston and the node-like member
And a damping mechanism comprising:
【００２０】[0020]
【作用】ハウジングと中空部材との間は円筒面上に等間
隔に配列したリボンを介して連結されており、このため
前記中空部材はハウジングに対して円筒状に配列したリ
ボンの円筒状形軸線に直角な方向にのみ、軽く、摩擦抵
抗もなく変位することができる。なお、ハウジングと中
空部材との間の連結は、リボンの両端をハウジング側
に、同リボンの長手中央を中空部材側に固定しても、同
効である。次に、中空部材と検出軸との間は薄肉平板に
より連結されており、したがって、一枚の薄肉平板の中
央部における変位（すなわち、検出軸のＺ軸方向の変
位）は、前記薄肉平板に対して直角方向にのみ許され、
しかも軽く摩擦抵抗は零であるから、軸方向に離れた
上、下一対の薄肉平板によって支承された検出軸の軸方
向変位は、中空部材に対して、角度方向の変位を拘束さ
れ、同部材に対する中心軸（Ｚ軸）上の移動以外は許さ
れない。The housing and the hollow member are connected via ribbons arranged at regular intervals on the cylindrical surface, and the hollow member is connected to the housing by the cylindrical axis of the ribbon arranged cylindrically. Can be displaced lightly and without frictional resistance only in a direction perpendicular to. The connection between the housing and the hollow member is effective even if both ends of the ribbon are fixed to the housing and the longitudinal center of the ribbon is fixed to the hollow member. Next, the hollow member and the detection shaft are connected by a thin flat plate. Therefore, the displacement at the center of one thin flat plate (that is, the displacement of the detection shaft in the Z-axis direction) is applied to the thin flat plate. Only at right angles to the
In addition, since the frictional resistance is lightly zero, the axial displacement of the detection shaft supported by the pair of thin plates separated from each other in the axial direction is restricted in the angular displacement with respect to the hollow member. Other than the movement on the central axis (Z-axis) with respect to.
【００２１】すなわち、検出軸は中空部材に対し最初の
姿勢を維持したまま、その軸線方向にのみ、軽く摩擦抵
抗なく変位することができる。以上のことからして本件
変位検出装置では、検出軸はハウジングに対し、最初の
姿勢を保ち平行に三次元方向に自由に変位することがで
き、しかも、その変位は軽く摩擦抵抗は零で、精度が高
い三次元位置検出が可能となる。しかしながら、前記型
式の装置では検出軸の変位が軽く摩擦なしで行われるこ
とが、検出軸の振動に対するダンピング特性を悪くし、
測定を困難にしていることに鑑み、ハウジング内に流体
を注入し、同流体に検出軸を含む可動部材を浸漬して可
動部材の振動エネルギーを、その接触表面積における流
体の粘性抵抗によって吸収し減衰させる方式が採用され
ている。That is, the detection shaft can be displaced lightly and without frictional resistance only in the axial direction while maintaining the initial posture with respect to the hollow member. In view of the above, in the present displacement detection device, the detection axis can be freely displaced in the three-dimensional direction in parallel with the housing while maintaining the initial posture, and the displacement is light and the frictional resistance is zero. High-accuracy three-dimensional position detection becomes possible. However, in the device of the type described above, the displacement of the detection shaft is performed lightly and without friction, which deteriorates the damping characteristics with respect to the vibration of the detection shaft,
In view of the difficulty of measurement, a fluid is injected into the housing, and a movable member including a detection shaft is immersed in the fluid to absorb and attenuate the vibration energy of the movable member by viscous resistance of the fluid in the contact surface area. The method of making it do is adopted.
【００２２】同方式によれば、可動部材のＸ、Ｙ軸方向
に対する実効表面積は比較的に大きく、ハウジングに充
填された流体のレベル調整もしくは粘度調節によって、
Ｘ、Ｙ軸方向に対するダンピング特性を適正値に納める
ことは困難ではない。しかし、可動部材のＺ軸方向変位
に対する実効表面積（ほぼ、検出軸表面積に等しい）は
比較的に小さく、軸変位による流体の粘性抵抗は、その
ダンピング特性を適正値に調整できる程、検出軸の変位
に影響を及ぼすことができないのが一般である。したが
って、Ｘ、ＹおよびＺ軸方向のダンピング特性を、ほぼ
同一に調整することは極めて困難なことであった。According to this method, the effective surface area of the movable member in the X and Y axis directions is relatively large, and the level or viscosity of the fluid filled in the housing is adjusted.
It is not difficult to set the damping characteristics in the X and Y axis directions to appropriate values. However, the effective surface area (approximately equal to the detection axis surface area) of the movable member with respect to the Z-axis direction displacement is relatively small, and the viscous resistance of the fluid due to the axial displacement is such that the damping characteristic of the detection axis can be adjusted to an appropriate value. Generally, the displacement cannot be affected. Therefore, it has been extremely difficult to adjust the damping characteristics in the X, Y, and Z axis directions to be almost the same.
【００２３】そこで本件発明では、Ｘ、Ｙ軸設定時に調
整した液面レベル・粘度の状態のまま、中空部材と検出
軸との間のＺ軸方向の変位に対して流体制動を及ぼすよ
うな減衰機構を設けて、検出軸のＺ軸方向の変位に対す
る本来の粘性抵抗に加え、同時に上記流体制動による同
方向への抵抗力を発生させてＺ軸方向のダンピング特性
を、Ｘ、Ｙ軸のそれに比べて充分に対応できる程度に改
良するようにしたものである。上述の流体制動力の大き
さは、ダッシュポット（流体減衰機構）に設けた流体通
路のポート面積を調整することによって任意に選択する
ことができるから、たとえば、カット・アンド・トライ
方式によって、検出軸のＺ軸方向のダンピング特性を、
Ｘ、Ｙ軸特性を変えることなくＸ、Ｙ軸方向のそれと同
じく目標ダンピング特性、すなわち適正値に調整するこ
とができる。これによって、コンパクトで、Ｘ、Ｙおよ
びＺ軸の各ダンピング特性を全軸適正値に設定すること
が可能となり、安定した高精度の三次元変位検出装置を
提供することができる。Therefore, in the present invention, damping is performed so as to exert fluid braking on the displacement in the Z-axis direction between the hollow member and the detection shaft while maintaining the liquid level and viscosity adjusted at the time of setting the X and Y axes. By providing a mechanism, in addition to the original viscous resistance to the displacement of the detection axis in the Z-axis direction, at the same time, the resistance in the same direction is generated by the above-mentioned fluid braking, so that the damping characteristic in the Z-axis direction is reduced to that of the X and Y axes This is an improvement that can sufficiently cope with this. The magnitude of the above-described fluid braking force can be arbitrarily selected by adjusting the port area of the fluid passage provided in the dashpot (fluid damping mechanism). Therefore, the magnitude can be detected by, for example, a cut-and-try method. The damping characteristics in the Z-axis direction
The target damping characteristic, that is, the appropriate value can be adjusted similarly to that in the X and Y axis directions without changing the X and Y axis characteristics. Thus, a compact, X, each damping characteristics of the Y and Z-axis it is possible to set the all axes proper value, it is possible to provide a three-dimensional displacement detecting device stable and accurate.
【００２４】[0024]
【実施例】以下に本発明装置の好ましい一実施例を、図
面に沿って説明するが、本発明を構成する各要素の形状
・構造・材質は、本出願当時における当業界の技術レベ
ルの範囲内で当業者が適宜に設計変更を施すことが可能
なものが含まれているので、格別の理由を示すことなく
本件実施例の構成のみに基づいて、本発明の要旨を限定
的に解釈すべきではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. The shape, structure and material of each element constituting the present invention are within the range of the technical level in the art at the time of filing the present application. Among them, those that can be appropriately changed by those skilled in the art are included, so that the gist of the present invention is limitedly interpreted based only on the configuration of the present embodiment without special reason. Should not be.
【００２５】図１は、本発明の一実施例の縦断面図であ
って、図中、１はハウジング。２は、ハウジング１の長
手方向軸心を貫通する検出軸で、同軸２の先端部には着
脱可能なスタイラス３を装着する。４は、検出軸２を内
包する鼓状の中空部材で、その上、下端面環状部に、互
に平行に周縁部において取付けられた薄肉平板（ダイヤ
フラム）５，６の中心を貫いて検出軸２が取付けられ、
それにより前記検出軸２は中空部材４の長手方向中心軸
と同心に組付ける。薄肉平板５，６は、ステンレスの薄
板よりなり、一平面上において検出軸２を中心にし等方
に、複数本の放射方向に設けたスポークを形成してお
り、その周縁部は上記中空部材４の端面環状部に固定さ
れている。したがって、この薄肉平板の中心点は、当該
平面に対し直角方向にのみ変位することができる。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the present invention, in which 1 is a housing. Reference numeral 2 denotes a detection shaft that penetrates the longitudinal axis of the housing 1, and a detachable stylus 3 is attached to a distal end of the coaxial 2. Numeral 4 is a drum-shaped hollow member enclosing the detection shaft 2. The detection shaft extends through the center of a thin plate (diaphragm) 5, 6 attached to the annular portion at the lower end surface of the hollow member in parallel with the peripheral portion. 2 is attached,
Thereby, the detection shaft 2 is mounted concentrically with the longitudinal center axis of the hollow member 4. The thin flat plates 5 and 6 are made of a stainless steel thin plate, and form a plurality of radially extending spokes isotropically about the detection axis 2 on one plane, and the periphery thereof is formed by the hollow member 4. Is fixed to the annular portion of the end face. Therefore, the center point of the thin flat plate can be displaced only in a direction perpendicular to the plane.
【００２６】７は、軸線方向と平行に伸び、同部材の
上、下両端環状面の間に張設したステンレスよりなる複
数本のリボンで、同リボン７は前記中空部材４を同心に
囲む円筒面上で相互に等間隔に配置され、かつ、長手方
向に２回転捩られている。前記各リボン７は、その長手
方向中央部の一点において、それぞれハウジング１と連
結している。８は、検出軸２と同軸のベローズで、その
一側端はハウジング１の下端開口縁部に水密に固着し、
他側端は検出軸２に固定された円板部材の周縁に水密に
固着して、一つにはスタイラス３が、その長手軸（Ｚ
軸）回りに回動することを防止すると共に、二つにはハ
ウジング１の底部を水密に保持して、ハウジング内部に
粘性流体を充填したとき漏洩が生じないようにしてい
る。なお、上記ベローズ８は検出軸２のＸ、ＹおよびＺ
軸方向変位に対して何の拘束も与えない。Reference numeral 7 denotes a plurality of ribbons of stainless steel extending in parallel to the axial direction and stretched between upper and lower end annular surfaces of the member. The ribbon 7 is a cylindrical member which concentrically surrounds the hollow member 4. They are equally spaced from each other on the surface and twisted two turns in the longitudinal direction. Each of the ribbons 7 is connected to the housing 1 at one point in the center in the longitudinal direction. Reference numeral 8 denotes a bellows coaxial with the detection shaft 2, one end of which is fixed to the lower end opening edge of the housing 1 in a watertight manner.
The other end is fixed to the periphery of a disk member fixed to the detection shaft 2 in a water-tight manner.
In addition to preventing rotation around the axis, the bottom of the housing 1 is kept water-tight in two, so that leakage does not occur when the housing is filled with a viscous fluid. The bellows 8 is provided with X, Y and Z of the detection shaft 2.
No constraint is imposed on the axial displacement.
【００２７】９は、検出軸２の薄肉平板固着部に隣接し
て、その上側に設けたフランジ状ピストンで、同ピスト
ン外周面と、中空部材内壁から、その長手軸方向に前記
ピストン９取付け位置を越えて延出したシリンダ10の内
壁面との間に、粘弾性流体が流通することができる微小
隙間が設けられている。11は、中空部材４内側の筒状空
間を遮断するように、前記シリンダ10の一端を固着した
個所に対応して設けた節状の部材で、その中央孔には前
記検出軸２が無接触に貫通しており、その軸外周面と前
記中央孔との間にも微小間隙が設けてある。Numeral 9 denotes a flange-like piston provided on the upper side of the detection shaft 2 adjacent to the thin plate fixing portion. The piston 9 is mounted on the outer peripheral surface of the piston and the inner wall of the hollow member in the longitudinal axis direction. A minute gap through which a viscoelastic fluid can flow is provided between the cylinder and the inner wall surface of the cylinder 10 extending beyond the gap. Reference numeral 11 denotes a node-like member provided at a position where one end of the cylinder 10 is fixed so as to block the cylindrical space inside the hollow member 4. The detection shaft 2 does not contact the central hole. And a minute gap is also provided between the outer peripheral surface of the shaft and the central hole.
【００２８】これによって、シリンダ10の両端面の一方
側は、ピストン９により、他側は節状部材11によって緩
く閉鎖された流体空間15が形成され、いわゆる無接触型
振動減衰機構を構成する。上記構造で、今、検出軸２
が、その長手軸（Ｚ軸）方向に移動しようとすると、シ
リンダ10内部でピストン９と節状部材11との間隙が変動
する結果、両者間に挾まれた流体空間15の空隙容積が変
るので、その中に充填されている粘弾性流体はそれぞれ
の微小隙間を流通して、いずれかに移動するほかなく、
そこに粘性抵抗が発生し、ピストン９、すなわち、検出
軸２の変位動作を制動する。粘性抵抗の大きさは流通す
る微小隙間の面積・形状に関係する（勿論、流体の粘度
も関係する）ので、この隙間部分の調節を行うことによ
って粘性抵抗の大きさを調整することができる。As a result, a fluid space 15 which is loosely closed by the piston 9 on one side of the both ends of the cylinder 10 and the node-like member 11 on the other side is formed, and constitutes a so-called non-contact vibration damping mechanism. With the above structure, now the detection axis 2
However, if it is attempted to move in the direction of the longitudinal axis (Z axis), the gap between the piston 9 and the node-like member 11 in the cylinder 10 fluctuates, resulting in a change in the void volume of the fluid space 15 interposed therebetween. , The viscoelastic fluid filled in it flows through each minute gap, and must move to either,
A viscous resistance is generated there, and the piston 9, that is, the displacement operation of the detection shaft 2 is braked. Since the magnitude of the viscous resistance is related to the area and shape of the minute gap flowing (of course, the viscosity of the fluid is also related), the magnitude of the viscous resistance can be adjusted by adjusting the gap.
【００２９】かくして、可動部材（検出軸２）のＺ軸方
向のダンピング特性を適正値内に納めるための特性の補
正がＸ、Ｙ軸方向の、それとは無関係に調整できること
になる。 図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、上述構
造を利用して補正した可動部材のダンピング特性の一例
を示す図であって、図中、横軸は時間を、縦軸は可動部
材の変位量を表わす。Thus, the characteristic correction for keeping the damping characteristic in the Z-axis direction of the movable member (detection shaft 2) within an appropriate value can be adjusted independently in the X- and Y-axis directions. FIGS. 2A, 2B, and 2C are diagrams illustrating an example of the damping characteristic of the movable member corrected using the above-described structure, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents movable. Indicates the amount of displacement of the member.
【００３０】図２（ａ）は、本実施例装置における可動
部材のＸ、Ｙ軸ダンピング特性曲線であって、それぞれ
適正値であることを示している。Ｘ軸、Ｙ軸方向のダン
ピング特性は、ハウジング１内の可動部材の構造・形状
ならびにハウジングに充填する粘弾性流体の粘度および
液面レベルに関係する。図２（ｂ）は、図２（ａ）に対
応する可動部材のＺ軸方向ダンピング特性を示すもの
で、粘弾性流体の質および充填レベルを、そのままにし
て前記ダッシュポットの微小隙間を調節した結果、適正
値を得たものである。これによって、可動部材のＸ、Ｙ
およびＺ軸のダンピング特性を、三軸ほぼ等しくするこ
とができた。FIG. 2A shows the X and Y-axis damping characteristic curves of the movable member in the apparatus of the present embodiment, and shows that they are appropriate values. The damping characteristics in the X-axis and Y-axis directions are related to the structure and shape of the movable member in the housing 1 and the viscosity and liquid level of the viscoelastic fluid filled in the housing. FIG. 2 (b) shows the Z-axis damping characteristics of the movable member corresponding to FIG. 2 (a). The fine gap of the dashpot was adjusted while keeping the quality and filling level of the viscoelastic fluid. As a result, an appropriate value was obtained. Thereby, X, Y of the movable member
And the damping characteristics of the Z axis could be made substantially equal on the three axes.
【００３１】図２（ｃ）は、可動部材のＺ軸方向振動が
オーバーダンピングの場合の特性曲線を示すもので、要
するにダッシュポットに施した微小隙間が図２（ｂ）の
ものに比較して狭過ぎることによりＺ軸方向の変位を過
制動したことに原因するものである。仮にまた、上記微
小隙間を拡げ過ぎたときには、そのダンピング特性がア
ンダーダンピングの傾向となり、さきの図６（ｂ）に示
す曲線に近いものとなる。なお、図１において、検出軸
２のＸ、ＹおよびＺ軸方向の変位を検出する差動トラン
ス12，13および14が検出軸２の上部に設けられている。
その基本的原理は、従来公知のこの種装置における変位
測定器と相違はない。FIG. 2 (c) shows a characteristic curve in the case where the vibration of the movable member in the Z-axis direction is overdamping. In short, the minute gap provided in the dashpot is smaller than that in FIG. 2 (b). This is caused by over-braking the displacement in the Z-axis direction due to being too narrow. If the minute gap is excessively widened, the damping characteristic thereof tends to under-damping, and becomes close to the curve shown in FIG. 6B. In FIG. 1, differential transformers 12, 13, and 14 for detecting displacements of the detection shaft 2 in the X, Y, and Z-axis directions are provided above the detection shaft 2.
The basic principle is not different from the displacement measuring device in this type of device which is conventionally known.
【００３２】ただし、前述のように、トランスのコアを
薄くしてあり、外径の大きさは同一であっても計測可能
なストローク長さは、従来品に比較して増加している。
その他、本実施例の作用および効果は、さきの（作用）
の項に説明したとおりであるから、省略する。However, as described above, the core of the transformer is made thin, and the measurable stroke length is increased as compared with the conventional product even if the outer diameter is the same.
In addition, the operation and effect of this embodiment are
Since it is as described in the section, the description is omitted.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、変位検出装置における
可動部材のＸ、Ｙ軸とＺ軸のダンピング特性を別個に設
定・調整できるメカニカルなダンパー機構をＺ軸に付加
することができた結果、Ｘ、ＹおよびＺ軸の各ダンピン
グ特性を全軸適正値に設定することが可能となり、安定
した高精度の測定ができる。その結果、検出速度が向上
し、しかもコンパクトな変位検出装置が実現したので、
狭い個所の倣い動作や、測定が可能となった。According to the present invention, a mechanical damper mechanism capable of separately setting and adjusting the damping characteristics of the X, Y and Z axes of the movable member in the displacement detecting device can be added to the Z axis. , X, Y, and Z axes can be set to appropriate values for all axes, and stable and accurate measurement can be performed. As a result, the detection speed has been improved, and a compact displacement detection device has been realized.
Copying operation and measurement of narrow places are now possible.
【図１】本発明装置の一実施例の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the device of the present invention.
【図２】本発明装置における可動部材のＸ、ＹおよびＺ
軸方向のダンピング特性曲線を示す。FIG. 2 shows X, Y and Z of movable members in the apparatus of the present invention.
3 shows an axial damping characteristic curve.
【図３】従来型の三次元倣い（変位）検出装置の縦断面
図を示す。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional three-dimensional scanning (displacement) detection device.
【図４】図３に示す従来型変位検出装置における可動部
材のＸ、ＹおよびＺ軸方向のダンピング特性曲線を示
す。FIG. 4 shows damping characteristic curves of the movable member in the conventional displacement detecting device shown in FIG. 3 in the X, Y and Z axis directions.
【図５】改良型変位検出装置の縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the improved displacement detection device.
【図６】図５に示す改良型変位検出装置における可動部
材のＸ、ＹおよびＺ軸方向のダンピング特性曲線を示
す。6 shows damping characteristic curves of the movable member in the X-, Y-, and Z-axis directions in the improved displacement detection device shown in FIG.
１ ハウジング ２ 検出軸（トレーサ軸） ３ スタイラス ４ 中空部材 ５ 薄肉平板（ダイヤフラム） ６ 薄肉平板（ダイヤフラム） ７ リボン ８ ベロース ９ フランジ状ピストン 10 シリンダ 11 節状円板 12 Ｘ軸用差動トランス 13 Ｙ軸用差動トランス 14 Ｚ軸用差動トランス 15 流体空間。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Detecting shaft (tracer shaft) 3 Stylus 4 Hollow member 5 Thin flat plate (diaphragm) 6 Thin flat plate (diaphragm) 7 Ribbon 8 Bellows 9 Flanged piston 10 Cylinder 11 Sectional disk 12 X-axis differential transformer 13 Y Shaft differential transformer 14 Z-axis differential transformer 15 Fluid space.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23Q 35/30 G01B 5/00 G01B 5/20 G01B 21/20 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B23Q 35/30 G01B 5/00 G01B 5/20 G01B 21/20 101
Claims (1)
るよう設けられ先端にスタイラスが装着された検出軸
と、前記検出軸を包囲するよう配置され一端が前記ハウ
ジングの先端部に他端が前記検出軸に固定されたベロー
ズと、前記検出軸を内包して両端部が前記検出軸の軸線
方向と直角に平行配置された円筒状の中空部材と、中央
部が前記検出軸に外周縁部が前記中空部材の両端部にそ
れぞれ固定され、かつ相互に平行配置された薄肉平板
と、前記検出軸を包囲するよう配置され両端部が前記中
空部材の両円環状端面に中央部が前記ハウジングに固定
された複数個のリボンと、前記検出軸の変位を検出する
測定器とを備えた変位検出装置において、 前記ハウジングの内部に入れた流体と、先端側の薄肉平板の上側で前記検出軸に突設したフラン
ジ状ピストン、前記ピストンの外周との間に微小間隔を
設け前記中空部材に形成したシリンダ、前記ピストンよ
り上側の前記中空部材の内周壁に設けられた節状部材、
前記節状部材の中央孔内周と前記検出軸の外周との間に
微小間隔を設け前記フランジ状ピストンと前記節状部材
との間に形成した流体空間で構成される減衰機構と、 を具備する ことを特徴とした変位検出装置。1. A housing, and penetrating the housing .
A detection axis stylus is attached to the distal end provided so that the bellows <br/>'s that arranged end the other end to the previous end of the housing is fixed to the detection shaft so as to surround the detection axis a cylindrical hollow member which is perpendicularly arranged parallel to the axis direction of the both ends the detection axis and containing the detection axis, an outer peripheral edge center part in the detection axis at both ends of the hollow member It is fixed, and fixing a thin flat plate which is arranged parallel to each other, in the central portion housing both end portions are arranged on both annular shaped end face of the hollow member to siege the detection axis
A plurality of ribbons, the displacement detecting device having a measuring device for detecting the displacement of the detection axis, and the fluid placed in the inner portion of the housing, the detection axis in the upper thin flat plate of the distal Protruding franc
A small gap between the piston and the outer circumference of the piston
A cylinder formed in the hollow member, the piston,
A knot-like member provided on the inner peripheral wall of the hollow member above
Between the inner periphery of the central hole of the node-like member and the outer periphery of the detection shaft
The flange-like piston and the node-like member provided with a minute interval
Displacement detecting apparatus characterized by forming the fluid space to anda damping mechanism configured between.
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