JP3019987B2 - 自動寸法測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動寸法測定器に係わ
り、特に、変位プローブと、前記変位プローブの検出方
向と同じ方向移動自在に前記変位プローブを支持し前記
変位プローブの移動量を検出する測長手段と、から構成
され、前記変位プローブの検出量と移動量を演算してワ
ークの寸法を測定する自動寸法測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定範囲の広いワークを自動的に測定す
るには、測定範囲の広い測長手段の検出端にタッチプロ
ーブ（ワークに当接した瞬間に信号を出力する電子プロ
ーブ）を取り付けてワークに当接した瞬間の位置を測長
手段で読みとる方法と、測定範囲の広い測長手段の検出
端に変位プローブ（ある範囲の測定が可能な電子プロー
ブ）を取り付けて変位プローブの測定値と測長手段の測
定値を演算する方法とがある。しかし、タッチプローブ
を用いる方法は測定点を連続して測定できないので、ワ
ークの形状を測定する等測定点を連続して測定したい場
合は変位プローブを用いる方法が採用される。この場
合、通常、測定の主体は測長手段で、変位プローブは測
長手段がワーク測定面の変化に追従しきれない分を検出
するように用いられる。したがって、変位プローブから
の出力信号が所定の値の近傍になるように変位プローブ
の位置が制御され、その値からずれた分は変位プローブ
で検出する。 また、測定範囲の広い測長手段には一般
的にディジタル方式が用いられ、変位プローブの位置を
制御する制御回路には一般的にアナログ信号が用いられ
る。

【０００３】従来の自動寸法測定器を使用した例が「自
動寸法形状測定器」として「実公昭６１−２６８８１
号」にて開示されている。この自動寸法形状測定器は、
ワークに当接する検出子の変位をレバー機構により差動
トランス等のアナログ方式で検出する方法で変位プロー
ブを構成し、その変位プローブを検出方向と同じ上下方
向移動自在に支持するとともに、その移動量をディジタ
ル方式の測長手段で検出する構造になっている。また、
ワークは別の水平移動手段で移動され、これによってワ
ークの形状を測定している。この場合、変位プローブか
ら出力されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換器でディジタル
信号に変換され、測長手段から出力されたディジタル信
号と演算されて測定値として出力される。また、変位プ
ローブから出力されたアナログ信号（電圧）は変位プロ
ーブの上下駆動手段の制御部に送られ、変位プローブか
ら出力されたアナログ信号が所定の値（この場合は零）
の近傍になるように変位プローブの位置を制御する。零
近傍を追跡するのは、変位プローブの検出子の支持機構
がレバー機構であるために変位プローブで測定できる直
線範囲が短く精度上零近傍の方がよいからである。（こ
の自動寸法形状測定器の特徴の一つは、ワークに当接す
る検出子の支持機構をレバー機構にすることにより、ワ
ークを水平移動手段で移動させたときの検出子のワーク
形状への追従性を向上させた点である。）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワーク
には各種の材質があり、材質によって測定圧を変更する
必要があるが、「実公昭６１−２６８８１号」の方法
は、変位プローブから出力されたアナログ信号が零近傍
になるように変位プローブの測定基準位置を制御するの
で、検出子がワークに当接する測定圧はほぼ一定であ
り、測定圧を変更するには変位プローブの測定圧を手動
で変更しなければならないという問題がある。また、こ
の測定器は測定方向が１軸１方向（下方向）のみであ
り、上方向を測定するには検出子の方向を手動で変更し
なければならないという問題がある。

【０００５】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、変位プローブと、前記変位プローブの検出方向
と同じ方向移動自在に前記変位プローブを支持し前記変
位プローブの移動量を検出する測長手段と、から構成さ
れ、前記変位プローブの検出量と移動量を演算してワー
クの寸法を測定する自動寸法測定器において、測定圧が
自動的に変更できるとともに、測定方向が１軸２方向に
自動的に切換え可能な自動寸法測定器を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題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、前記変位プローブを検出子の変位量に応じ
て測定圧が変化する構造とし、基準測定圧を入力する入
力部と、前記基準測定圧を相当する基準電圧に変換し設
定する基準電圧設定部と、前記変位プローブの出力信号
と前記基準電圧を比較して前記変位プローブの測定圧が
前記基準測定圧になるように前記変位プローブの位置を
制御する制御部と、前記変位プローブの出力信号と前記
測長手段の出力信号を演算する演算部と、前記演算され
た信号から測定データを算出し出力するデータ出力部を
設けた。また、前記変位プローブの検出子を検出方向平
行に移動自在に支持するとともに、その検出子を１軸２
方向の検出が可能な形状とした。

【０００７】

【作用】本発明によれば、測定圧は検出子の変位量に応
じて変化するが、予め求められた検出子の変位量と変位
プローブの出力電圧の関係から、基準電圧設定部では基
準測定圧に相当する基準電圧を求め設定する。また、前
記変位プローブの出力信号は、前記変位プローブがアナ
ログ方式の場合はそのままで、ディジタル方式の場合は
アナログに変換された後、いずれも電圧として制御部に
入力され、前記変位プローブの出力電圧が前記基準電圧
になるように、前記変位プローブの位置を制御する。こ
れによって、入力部から前記基準測定圧を変更すること
により自動的に測定圧の変更ができる。この場合、前記
変位プローブの検出子を検出方向に平行移動自在に支持
したことにより前記変位プローブで測定できる直線範囲
が長くなっているので、測定圧の変更範囲を広くとるこ
とができる。また、前記変位プローブの検出子を１軸２
方向の検出が可能な形状としたので、検出子の方向を手
動で変更しなくても自動的にワークの１軸２方向の測定
ができる。

【０００８】

【実施例】図４に本発明に係る自動寸法測定器を用いた
自動寸法形状測定機の実施例の全体図を示す。図４に示
す自動寸法形状測定機の構造は前述した従来の自動寸法
形状測定器を鉛直方向に９０゜回転した形になってお
り、前述した従来の自動寸法形状測定器ではワークの上
下方向の変位を検出したが、図４に示す自動寸法形状測
定機ではワークの水平方向の変位を検出する。図４にお
いて、ベース２１にコラム２２が立設され、コラム２２
に測長手段４０が上下自在に設けられている。測長手段
４０はガイド４１、ガイド４１に水平方向移動自在に設
けられたスライダ４２、ガイド４１に設けられた送りネ
ジ４３、スライダ４２に固着された送りナット４４、送
りネジ４３を回動するモータ４５、スライダ４２に設け
られたスケール４６、ガイド４１に設けられた検出ヘッ
ド４７、変位プローブ３０を支持するホルダ４８から構
成されている。また、ホルダ４８に支持された変位プロ
ーブ３０には検出子３０ａが備えられ、検出子３０ａの
先端は少なくとも変位プローブ３０の測定方向（Ｘ方向
左右）には検出可能になっている。さらに、ベース２１
にはワーク載せ台２３が設けられ、ワーク載せ台２３に
はワーク１０が固定されている。これによって、モータ
４５が駆動されると送りネジ４３が回動されて送りナッ
ト４３を介してスライダ４２が駆動され、変位プローブ
３０がＸ方向左右に駆動されてワーク１０の測定面１０
ａや１０ｂが測定されるとともに、変位プローブ３０の
移動量も測長手段４０のスケール４６と検出ヘッド４７
で検出され、変位プローブ３０の検出量と変位プローブ
３０の移動量（測長手段４０の検出量）との演算量がワ
ーク１０の測定値となる。なお、図４ではワーク１０の
右側の測定面１０ａを測定している状態を示している
が、検出子３０ａがワーク１０の左側の測定面１０ｂに
当接するまで変位プローブ３０を左方向に移動させると
左側の測定面１０ｂを測定することができる。

【０００９】図５から図７に変位プローブ３０の３種類
の実施例の構造概要を示す。図５において、実施例１の
変位プローブ３０Ａは、上板３１、縦板３２・３２、下
板３３が十字板バネ３４で連結されて平行リンク機構を
構成し、上板３１に対して下板３３が水平方向移動自在
となっている。また、上板３１の下側にはコイル３５が
固着され、コイル３５の中に遊挿されたコア３６が下板
３３の上側に固着されていて、コイル３５とコア３６で
差動トランスを構成している。さらに、下板３３の下側
には検出子３０ａが取り付けられている。これによっ
て、上板３１に対する検出子３０ａの水平方向位置が検
出され、アナログ信号（この場合は電圧）が出力され
る。

【００１０】また、図６に示す実施例２の変位プローブ
３０Ｂは、検出子３０ａの案内機構は前述した検出器と
同じく平行リンク機構であるが、下板３３の上側には光
学スケール３７が固着され、光学スケール３７の位置を
検出する検出ヘッド３８が上板３１の下側に固着されて
いる。これによって、上板３１に対する検出子３０ａの
水平方向位置が検出され、デジィタル信号が出力され
る。

【００１１】さらに、図７に示す実施例３の変位プロー
ブ３０Ｃは、前述した２種類の変位プローブ３０Ａおよ
び３０Ｂを２つ合わせた構成になっており、図７は検出
方向と直角方向の中央断面図で、図７のＥ−Ｅ断面図が
図５（実施例１）と、図７のＦ−Ｆ断面図が図６（実施
例２）と同様である。つまり、変位プローブ３０Ｃは変
位プローブ３０Ａおよび３０Ｂと同じ平行リンク機構
で、上板３１の下側にコイル３５と検出ヘッド３８が固
着され、下板３３の上側にコイル３５と検出ヘッド３８
に対応するようにコア３６と光学スケール３７が固着さ
れて、上板３１に対する検出子３０ａの水平方向位置が
両方の検出手段で同時に検出され、アナログ（この場合
は電圧）とディジタル両方の信号が出力される。

【００１２】このような自動寸法測定器の制御関係のブ
ロック図を図１から図３に示す。図１に示す実施例１の
ブロック図は、変位プローブ３０Ａ（アナログ方式）の
場合で、変位プローブ３０Ａの出力信号（電圧）はその
まま制御部５３に送られるとともに、Ａ／Ｄ変換器５４
でディジタル信号に変換されて演算部５５に送られる。
同時に測長手段４０から出力されたディジタル信号も演
算部５５に送られ、ディジタル信号に変換された変位プ
ローブ３０Ａの信号と演算される。演算された信号はデ
ータ出力部５６に送られて測定値として出力される。ま
た、入力部５１から入力された基準測定圧は基準電圧設
定部５２で基準電圧に変換され制御部５３に送られる。
制御部５３では変位プローブ３０Ａから出力された電圧
が基準電圧になるように、モータ３５を駆動して変位プ
ローブ３０Ａの位置を制御する。

【００１３】図２に示す実施例２のブロック図は、変位
プローブ３０Ｂ（ディジタル方式）の場合で、変位プロ
ーブ３０Ｂの出力信号はそのまま演算部５５に送られ、
測長手段４０から出力されたディジタル信号と演算され
る。演算された信号はデータ出力部５６に送られて測定
値として出力される。また、入力部５１から入力された
基準測定圧は基準電圧設定部５２で基準電圧に変換さ
れ、変位プローブ３０Ｂの出力信号はＤ／Ａ変換器５７
で電圧に変換されて制御部５３に送られる。制御部５３
ではＤ／Ａ変換器５７から出力された電圧が基準電圧に
なるように、モータ３５を駆動して変位プローブ３０Ｂ
の位置を制御する。

【００１４】図３に示す実施例３のブロック図は、変位
プローブ３０Ｃ（ディジタル方式およびアナログ方式両
方の検出手段を備えた変位プローブ）の場合で、変位プ
ローブ３０Ｃの出力信号のうちディジタル信号はそのま
ま演算部５５に送られ、測長手段４０の出力信号と演算
される。演算された信号はデータ出力部５６に送られて
測定値として出力される。また、入力部５１から入力さ
れた基準測定圧は基準電圧設定部５２で基準電圧に変換
され、変位プローブ３０Ｃの出力信号のうちアナログ信
号（電圧）は制御部５３に送られる。制御部５３では変
位プローブ３０Ｃから出力された電圧が基準電圧になる
ように、モータ３５を駆動して変位プローブ３０Ｃの位
置を制御する。

【００１５】なお、前述した変位プローブ３０Ａ・３０
Ｂ・３０Ｃの測定圧は十字板バネ３４の撓みによって発
生するようにしている。中立の位置では測定圧零であ
り、測定圧は上板３１に対する検出子３０ａの水平方向
位置で決まるので、中立の位置からの検出子３０ａの変
位量を監視することによって、測定圧を監視する。した
がって、変位プローブ３０Ａおよび３０Ｃの場合は差動
トランスの中立位置を出力電圧零として測定圧（すなわ
ち中立の位置からの検出子３０ａの変位量）と出力電圧
の関係式を予め求めておき、その関係式から基準電圧設
定部５２では入力部５１に入力された基準測定圧を基準
電圧に変換する。また、変位プローブ３０Ｂの場合は光
学スケール３７の中央に原点が検出できるようにしてお
き、そこを基準として測定圧と変位量の関係式を予め求
めておくとともに、Ｄ／Ａ変換器５７では測定圧と電圧
の比率が、基準電圧設定部５２で基準測定圧を基準電圧
に変換する比率と同じになるように変位量を電圧に変換
する。

【００１６】このように構成された自動寸法形状測定機
でワーク１０の形状を測定する場合、作業者がワーク１
０をワーク載せ台２３の所定の位置および姿勢に固定す
るとともに、入力部５１から基準測定圧を入力した後、
起動スイッチを入れると、検出子３０ａがワーク１０の
測定面に当接し変位プローブ３０の出力電圧（変位プロ
ーブ３０がディジタル方式の場合はＤ／Ａ変換器５７で
電圧に変換されて）が基準電圧になるように、モータ３
５が駆動されて変位プローブ３０の位置が制御される。
変位プローブ３０の出力電圧が基準電圧になると、その
ときの変位プローブ３０の測定信号（変位プローブ３０
がアナログ方式の場合はＡ／Ｄ変換器５４でディジタル
信号に変換されて）と測長手段４０の出力信号が演算さ
れて測定値が出力される。一つの測定点の測定が終了す
ると測長手段４０を上下方向に移動させワーク１０の別
の測定点を測定するが、測定は測長手段４０を上下方向
に移動させながらでも、測長手段４０を停止してからで
もよい。測長手段４０を上下方向に移動させながら測定
するとワーク１０の測定面の連続した形状を測定するこ
とができる。

【００１７】この場合、測長手段４０を上下方向に移動
させる代りにワーク載せ台２３に上下駆動機構を設けて
上下に駆動してもよい。また、ワーク載せ台２３に回転
駆動機構を設けたり、紙面と直角方向の駆動機構を設け
て、ワーク１０の回転方向や紙面と直角方向の形状を測
定してもよい。いずれにしても、変位プローブ３０およ
び測長手段４０の検出方向と異なる方向に、変位プロー
ブ３０および測長手段４０とワーク１０とを相対移動さ
せてワーク１０の形状を測定する。

【００１８】なお、図４に示した実施例では本発明に係
る自動寸法測定器を自動寸法形状測定機に用いた例につ
いて説明したが、これに限らず、他の測定機に用いても
よい。また、実施例１・２・３では変位プローブ３０は
十字板バネ３４を支点とした平行リンク機構の場合につ
いて説明したが、これに限らず、平行板バネや回転ベア
リングを支点に用いた平行リンク機構でもよいし、検出
子３０ａが水平方向に移動自在であればリニアベアリン
グやエアベアリング等による案内でも本発明は適用でき
る。ただし、回転ベアリングを支点に用いた平行リンク
機構やリニアベアリング・エアベアリングの場合は、バ
ネ等別の手段で測定圧を付加する必要がある。さらに、
実施例では検出方向が水平方向の場合について説明した
が、従来の例に掲げた自動寸法形状測定器のように検出
方向が上下方向の場合についても本発明は適用できる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る自動寸
法測定器によれば、変位プローブ３０と、変位プローブ
３０の検出方向と同じ方向移動自在に変位プローブ３０
を支持し変位プローブ３０の移動量を検出する測長手段
４０と、から構成され、変位プローブ３０の検出量と移
動量を演算してワークの寸法を測定する自動寸法測定器
を以上のように構成した。これによって、測定圧は検出
子３０ａの変位量に応じて変化するので予め求められた
検出子３０ａの変位量と変位プローブ３０の出力電圧の
関係から、基準電圧設定部５２では基準測定圧に相当す
る基準電圧を求め設定する。また、変位プローブ３０の
出力信号は、変位プローブ３０がアナログ方式の場合は
そのままで、ディジタル方式の場合はアナログに変換さ
れた後、いずれも電圧として制御部５３に入力され、変
位プローブ３０の電圧が基準電圧になるように、変位プ
ローブ３０の位置が制御される。つまり、基準測定圧を
変更することにより自動的に測定圧の変更ができる。こ
の場合、変位プローブ３０の検出子３０ａを検出方向に
平行移動自在に支持したことにより変位プローブ３０で
測定できる直線範囲が長くなっているので、測定圧を変
更できる範囲が従来よりも広くとれる。また、変位プロ
ーブ３０の検出子３０ａを１軸２方向（図４で左右）の
検出が可能な形状としたので、検出子３０ａの方向を手
動で変更しなくても１軸２方向の測定の切換えが自動的
にできる。したがって、測定圧が自動的に変更できると
ともに、測定方向が１軸２方向に自動的に切換え可能な
自動寸法測定器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動寸法測定器の実施例１のブロ
ック図

【図２】本発明に係る自動寸法測定器の実施例２のブロ
ック図

【図３】本発明に係る自動寸法測定器の実施例３のブロ
ック図

【図４】本発明に係る自動寸法測定器を用いた自動寸法
形状測定機の実施例の全体図

【図５】本発明に係る自動寸法測定器の変位プローブ実
施例１の構造概要図

【図６】本発明に係る自動寸法測定器の変位プローブ実
施例２の構造概要図

【図７】本発明に係る自動寸法測定器の変位プローブ実
施例３の構造概要図

【符号の説明】 １０……ワーク ２１……べース ２２……コラム ２３……ワーク載せ台 ３０……変位プローブ ３０ａ…検出子 ３５……コイル ３６……コア ３７……光学スケール ３８……検出ヘッド ４０……測長手段 ５１……入力部 ５２……基準電圧設定部 ５３……制御部 ５４……Ａ／Ｄ変換器 ５５……演算部 ５６……データ出力部 ５７……Ｄ／Ａ変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変位プローブと、前記変位プローブの検出
   方向と同じ方向移動自在に前記変位プローブを支持し前
   記変位プローブの移動量を検出する測長手段と、から構
   成され、前記変位プローブの検出量と移動量を演算して
   ワークの寸法を測定する自動寸法測定器において、 検出子の変位量に応じて測定圧が変化する前記変位プロ
   ーブと、 基準測定圧を入力する入力部と、 前記基準測定圧を相当する基準電圧に変換し設定する基
   準電圧設定部と、 前記変位プローブの出力信号と前記基準電圧を比較し
   て、前記変位プローブの測定圧が前記基準測定圧になる
   ように前記変位プローブの位置を制御する制御部と、 前記変位プローブの出力信号と前記測長手段の出力信号
   を演算する演算部と、 前記演算された信号から測定データを算出し出力するデ
   ータ出力部と、 から構成され、 前記検出子が平行リンク機構に支持されて検出方向に平
   行移動自在に支持されるとともに、１軸２方向の検出が
   可能な形状を有することを特徴とする自動寸法測定器。
2. 【請求項２】前記平行リンク機構が十字板バネを支点と
   するものであることを特徴とする請求項１に記載の自動
   寸法測定器。
3. 【請求項３】 前記変位プローブの検出子の案内が十字
   板バネを支点とする平行リンク機構であることを特徴と
   する請求項２に記載の自動寸法測定器。