JP3122949B2

JP3122949B2 - タッチセンサ

Info

Publication number: JP3122949B2
Application number: JP07117595A
Authority: JP
Inventors: 章松橋
Original assignee: Metrol Co Ltd
Current assignee: Metrol Co Ltd
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH08278107A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、寸法あるいは位置制御
におけるタッチセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元測定システムにおけるタッ
チプローブとしては図７に示す構成のものが良く知られ
ている。すなわち、図７は従来例の原理を示す斜視図で
あって、２１は測定子で先端にコンタクト２２を有する
とともに、可動盤２３の中心に固定され、可動盤２３に
は測定子２１と直角な水平面上の３方向に向けて配置さ
れた棒状の可動接点軸２４がそれぞれ可動盤２３に絶縁
された状態で固定されており、ばね２６の押力により、
本体側の一対のＶ状接点２７の中間位置でそれぞれ受け
られている。これらのＶ状接点２７は可動接点軸２４を
挟んで直列に配線されているので、測定子２１の動きに
よって可動接点軸２４とＶ状接点２７との抵抗値に変化
を与え、その瞬間をトリガー信号として出力するように
してある。

【０００３】上記構成では、切削刃具、たとえば旋盤の
バイトの刃先の位置を規定する場合のように、被切削物
の回転の中心線、すなわちＸ−Ｘ’の方向の刃先位置の
測定を必要とする場合（右側面切削バイト、左側面切削
バイトの位置規定等）と、上記Ｘ−Ｘ’と直角の方向で
あるＹ−Ｙ’方向の刃先の位置の測定を必要をする場合
（平バイト、穴ぐりバイトの位置規定等）には、上記
Ｘ、Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向の位置制御のうち、どの方
向の位置データであるかを位置情報とともに出力するこ
とは不可能であった。

【０００４】位置情報とともに方向情報が出力可能な従
来例として、図８にその平面図を示す。すなわち、Ｘ、
Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向にそれぞれ単独のタッチセンサ
３１、３２、３３、３４、を設けた構成である。

【０００５】上記構成ではタッチする面の間隔が数十ミ
リメートル離れてしまうために、旋盤等に取付ける際に
取付けスペースが無かったり、またバイト等が２本平行
にタッチする面の間隔より狭く並んでいるような場合に
は測定が不可能であった。また４方向それぞれにタッチ
センサを設けるためにコストが上昇した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｘ、Ｘ’、
Ｙ、Ｙ’の４方向の位置制御において、どの方向の位置
データかを位置情報とともに出力し得るタッチセンサを
提供することを第一の目的としている。

【０００７】更に、本発明は、バイト等のタッチする面
の間隔が極めて短かくコンパクトで使い勝手がよく、コ
ストの安いＸ、Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向の位置制御のタ
ッチセンサを提供することを第二の目的としている。

【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、本発明のタッチセンサは正四角形を含む矩形の各辺
の交点をそれぞれ球の中心とする四つの球状の可動接点
を可動板に配置するとともに、上記可動板には上記矩形
の中心を通り上記矩形の面に垂直方向に延びて先端にコ
ンタクトを有する測定軸を突出させ、上記可動接点に対
向する基板には、上記それぞれの可動接点に対応する位
置に四つの固定接点を備え、付勢手段により上記可動接
点のそれぞれが、対応した固定接点に接触するように
し、更に上記基板上には、上記矩形の各一辺に平行であ
って上記可動接点のうち相隣る二つの可動接点に外接す
る側面を有する絶縁性のガイドを、それぞれ配設するよ
うに構成することにより、上記コンタクトに被測定物が
上記矩形の一辺に対して垂直方向に接触すると、上記四
つの可動接点のうち相隣る二つの可動接点が、それぞれ
接触する上記固定接点と上記ガイドにより回転支点とな
ることによって、上記相隣る二つの可動接点の対辺にあ
る二つの可動接点が対応した二つの固定接点より離間す
るようにしたものである。

【０００９】また、上記四つの可動接点と上記四つの
固定接点とは、直列に接続されているようにした。

【００１０】また、上記四つの可動接点と上記四つの
固定接点は、すべて並列に接続されているようにした。

【００１１】

【作用】直列接続の場合においては、被測定物、例えば
バイトがコンタクトに、四つの球状の可動接点の中心を
結ぶ矩形の一辺に対して垂直な方向に接触すると、四つ
の可動接点のうち相隣る二つの可動接点が、それぞれ接
触する固定接点とガイドにより回転支点となることによ
って、上記相隣る二つの可動接点の対辺にある二つの可
動接点が対応した二つの固定接点より離間するので、そ
の離間の瞬間に直列接続したリード線に接続された制御
装置に、位置情報としてのＯＦＦ信号を送る。

【００１２】並列接続に場合においては、被測定物、例
えばバイトがコンタクトに、四つの球状の可動接点の中
心を結ぶ矩形の一辺に対して垂直な方向に接触すると、
四つの可動接点のうち相隣る二つの可動接点が、それぞ
れ接触する固定接点とガイドにより回転支点となること
によって、上記相隣る二つの可動接点の対辺にある二つ
の可動接点が対応した二つの固定接点より離間するの
で、その離間の瞬間にそれぞれの可動接点と固定接点に
接続したリード線に接続される制御装置にＯＦＦ信号を
送るので、位置情報とともに、どの方向からコンタクト
に接触したかという方向情報も得られる。すなわち、今
タッチ面側の二つの可動接点がＯＮのままであるのに対
し、反対側の可動接点がＯＦＦとなるので、この四つの
信号を制御装置の送出することにより、位置情報ととも
に、どの方向からコンタクトに接触したかという方向情
報も得られることとなる。

【００１３】

【実施例】実施例について図面を参考にして説明する
と、図１は平面図を、図２は図１および図３のＡＢＣＤ
で断面（コンタクト部は断面にせず）にした正面図を、
図３は図２のＥＦで断面にした下面図をそれぞれ示して
いる。

【００１４】図１、図２、図３において１はハウジン
グ、２は基板であって、基板２の中央孔を貫通して測定
軸３がハウジング１の上部に突出し、その反対側のハウ
ジング１内の端部には可動板４が挿着されており、可動
板４にはめねじを有する絶縁材料よりなる四つのスリー
ブ５ａ、５ｂ（図には表われず）、５ｃ、５ｄ（図には
表われず）が、めねじの中心線が測定軸３の中心線と平
行になるように固着されており、その各めねじには導電
性で固い材質の球状可動接点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを
先端に固定したビス７ａ、７ｂ（図には表われず）、７
ｃ、７ｄ（図には表われず）がねじ込まれている。

【００１５】一方、基板２の内面には、球状可動接点６
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにほぼ対向する位置に導電性で固
い材質の固定接点板８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが絶縁材料
よりなるホルダ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを介して基板２
の内面と平行に保持されている。可動板４はハウジング
１の内面と測定軸３の端部との間に設けた圧縮コイルバ
ネ１０により、球状可動接点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは
対向して設けられた固定接点板８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ
上に接触する方向に付勢され、それぞれの球状可動接点
が全て対向した固定接点板に接触するようにビス７ａ、
７ｂ、７ｃ、７ｄを回して微調整した後で、ビス７ａ、
７ｂ、７ｃ、７ｄをスリーブ５ａ，５ｄ、５ｃ、５ｄに
対して接着剤等で固着してある。

【００１６】このように調整固定された球状可動接点６
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの中心を結んで想定される四つの
線は矩形または止四角形を形成するが、本実施例では正
四角形として説明していく。この正四角形は測定軸３の
中心線に対して垂直であり、正四角形の中心は測定軸３
の中心と一致する。また、正四角形の各辺の中央と測定
軸３の中心を結ぶ仮想中心線は図１と図３に示すよう
に、それぞれＸ−Ｘ’とＹ−Ｙ’としてある。

【００１７】基板２の内面には絶縁材料よりなる角柱状
のガイド１１、１２、１３、１４が配置され、ガイド１
１の内側の側面１１ａには球状可動接点６ａ，６ｂが、
ガイド１２の内側の側面１２ａには球状可動接点６ｂ，
６ｃが、ガイド１３の内側の側面１３ａには球状可動接
点６ｃ，６ｄが、ガイド１４の内側の側面１４ａには球
状可動接点６ｄ，６ａが軽く接触するように、それぞれ
が基板２にビス等で仮止めした上で接着剤等で固定され
ていて、角柱状の各ガイド１１、１２、１３、１４は球
状可動接点６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが固定接点板８ａ、
８ｂ、８ｃ、８ｄ上にそれぞれ接触する位置を常に一定
にする働きを有している。

【００１８】測定軸３の突出端には超硬材料等で作ら
れ、被測定物である切削工具が接触する四角柱状のコン
タクト１５が一体的に取り付けられていて、四角柱の１
５ｘ、１５ｘ’面は上記の中心線Ｘ−Ｘ’に垂直であ
り、１５ｙ、１５ｙ’面は上記の中心線Ｙ−Ｙ’に垂直
である。なお、１６はゴムブーツであって、ハウジング
１および基板２で形成された内部空間を防塵するために
設けられている。

【００１９】図４は配線図を示しており、球状可動接点
側は球状可動接点６ｂと６ｃとをリード線Ｌ３で接続す
るとともに、球状可動接点６ａと６ｄとをリード線Ｌ５
で接続してあり、固定接点側は固定接点板８ｃと８ｄと
をリード線Ｌ４で接続するとともに、固定接点板８ａに
はリード線Ｌ１の一端を、固定接点板８ｂにはリード線
Ｌ２の一端を接続し、それぞれのリード線の他端は図に
は記していない制御装置に接続してある。すなわち、リ
ード線Ｌ１とリード線Ｌ２とは固定接点板８ａ、球状可
動接点６ａ、球状可動接点６ｄ、固定接点板８ｄ、固定
接点板８ｃ、球状可動接点６ｃ、球状可動接点６ｂ、固
定接点板８ｂを経て図には記していない制御装置に直列
に接続されていることになる。

【００２０】図５は別配線図であって、各固定接点板８
ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄはそれぞれリード線、、、
の一端が接続され、これらのリード線の他端は図には
記してない制御装置に接続しており、球状可動接点６
ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは一つのリード線にまとめら
れ、他端は上記制御装置に接続している。すなわち、リ
ード線、、、のそれぞれと、リード線とはす
べて制御装置に並列に接続されていることになる。

【００２１】図６は図５の並列接続における被測定物が
コンタクト１５に接触する４つの方向Ｘ、Ｘ’、Ｙ、
Ｙ’のそれぞれに対する各リード線、、、の送
出信号を表わし、○はＯＮ信号、×はＯＦＦ信号を表し
ている。

【００２２】次に簡単に動作を説明すると、図４の直列
接続の場合においては、被測定物、例えばバイトがコン
タクト１５の１５ｘ面にタッチすると、測定軸３は、固
定接点板８ｃ、８ｄとガイド１２、１３、１４の側面１
２ａ、１３ａ、１４ａによってガイドされた球状可動接
点６ｃ、６ｄの中心を回転中心として、図２の紙面で右
方に傾き、球状可動接点６ａ、６ｂは固定接点板８ａ、
８ｂより離間し、離間した瞬間にリード線Ｌ１とＬ２の
導通がなくなり、リード線Ｌ１、Ｌ２に接続される制御
装置に位置情報としてのＯＦＦ信号を送る。同様に、バ
イトがコンタクト１５の１５ｘ’、１５ｙ、１５ｙ’面
のそれぞれに接触した場合にも接触の瞬間にリード線Ｌ
１とＬ２の導通がなくなり、リード線に接続される制御
装置にＯＦＦ信号を送る。

【００２３】図５の並列接続においては、上記のように
バイトがコンタクト１５の１５ｘ面にタッチした場合で
は、リード線とリード線間と、リード線とリード
線間との導通は維持するが、球状可動接点６ａ、６ｂ
は固定接点板８ａ、８ｂから離れ、その瞬間にリード線
とリード線間と、リード線とリード線間との導
通がなくなる。同様に、バイトがコンタクト１５の１５
ｘ’、１５ｙ、１５ｙ’面に接触した場合も併せて図６
には、リード線、、、に対するリード線との
導通維持の場合は○、導通がなくなる場合は×で表わし
てあり、この○と×の組合せ信号をＯＮ、ＯＦＦ信号と
して制御装置に送出することにより、コンタクト１５に
接触した瞬間の位置情報とともに、どの方向からコンタ
クト１５に接触したかの方向情報も得られるようにな
る。

【００２４】本実施例では、測定軸３およびコンタクト
１５は図２に示されているように、基板２より上方に突
出しているが、ハウジング１の下部より下方に突出する
ように構成してもよい。またコンタクト１５は四角柱と
したが、被測定物によっては、円柱状でも球状にするこ
とは任意である。また図５においては、四つの球状可動
接点を共通のリード線で接続したが、個別にリード線を
使用しても勿論良く、また四つの固定接点の方を共通の
リード線で接続するようにしてもよい。同様に上記した
実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しな
い範囲において種々の変更を加えることができる。

【００２５】

【発明の効果】バイト等のタッチするコンタクトのタッ
チ面の間隔が極めて短かくなるので、コンパクトで使い
勝手がよいＸ、Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向の位置制御のタ
ッチセンサを得ることができる。

【００２６】Ｘ、Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向の位置制御の
うち、コンタクトに接触した瞬間の位置情報とともに、
どの方向からコンタクトに接触したかの方向情報も制御
装置に出力できるタッチセンサを得ることができる。

【００２７】また更に、一つのスイッチ機構でＸ、
Ｘ’、Ｙ、Ｙ’の４方向の位置情報を含んだ位置制御が
可能なので、安価なタッチセンサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タッチセンサの平面図である。

【図２】図１および図３のＡＢＣＤで断面にした正面図
である。

【図３】図２のＥＦで断面にした下面図である。

【図４】配線図である。

【図５】別配線図である。

【図６】図５の配線における接触方法とリード線の出力
との関係を表わした図表である。

【図７】従来例の原理を示す斜視図である。

【図８】別の従来例の平面図である。

【符号の説明】

１ハウジング２基板３測定軸４可動板６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ球状可動接点８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ固定接点板１０圧縮コイルバネ１１、１２、１３、１４ガイド１５コンタクトＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５リード線、、、、リード線２１測定子２４可動接点軸２７Ｖ状接点３１、３２、３３、３４タッチセンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正四角形を含む矩形の各辺の交点をそれ
ぞれ球の中心とする四つの球状の可動接点を可動板に配
置するとともに、上記可動板には上記矩形の中心を通り上記矩形の面に垂
直方向に延びて先端にコンタクトを有する測定軸を突出
させ、上記可動接点に対向する基板には、上記それぞれの可動
接点に対応する位置に四つの固定接点を備え、付勢手段
により上記可動接点のそれぞれが、対応した固定接点に
接触するようにし、更に上記基板上には、上記矩形の各一辺に平行であって
上記可動接点のうち相隣る二つの可動接点に外接する側
面を有する絶縁性のガイドを、それぞれ配設するように
構成することにより、上記コンタクトに被測定物が上記矩形の一辺に対して垂
直方向に接触すると、上記四つの可動接点のうち相隣る
二つの可動接点が、それぞれ接触する上記固定接点と上
記ガイドにより回転支点となることによって、上記相隣
る二つの可動接点の対辺にある二つの可動接点が対応し
た二つの固定接点より離間することを特徴とするタッチ
センサ。
【請求項２】上記四つの可動接点と上記四つの固定接
点とは、直列に接続されていることを特徴とする請求項
１記載のタッチセンサ。
【請求項３】上記四つの可動接点と上記四つの固定接
点は、すべて並列に接続されており、コンタクトへの接
触方向を示す位置情報を出力することを特徴とする請求
項１記載のタッチセンサ。