JP3130286B2 - Touch signal probe - Google Patents

Touch signal probe

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JP3130286B2
JP3130286B2 JP10102832A JP10283298A JP3130286B2 JP 3130286 B2 JP3130286 B2 JP 3130286B2 JP 10102832 A JP10102832 A JP 10102832A JP 10283298 A JP10283298 A JP 10283298A JP 3130286 B2 JP3130286 B2 JP 3130286B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機ある
いは工作機械等の形状測定に好適なタッチ信号プローブ
に関するもので、より詳しくは、低測定力、高感度の加
振式タッチ信号プローブに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch signal probe suitable for measuring a shape of a three-dimensional measuring machine or a machine tool, and more particularly to a vibrating touch signal probe having a low measuring force and a high sensitivity. Things.

【0002】[0002]

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機としてハイトゲージ(一次元測定機)、三次元測定
機、輪郭測定機等が知られている。その場合の座標検出
や位置検出を行うために、測定機には、被測定物との接
触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。このタ
ッチ信号プローブの検出原理として、先端に被測定物と
接触する接触部を有する略円柱状のスタイラスと、この
スタイラスを加振するとともに接触部が被測定物に接触
する際の接触に伴う振動状態の変化を検出する加振・検
出手段とを備え、加振・検出手段で検出した振動が検出
トリガレベルまで減衰した時にタッチトリガ信号を発信
し、その時の座標値を読み込む構造がある。
2. Description of the Related Art A height gauge (one-dimensional measuring machine), a three-dimensional measuring machine, a contour measuring machine and the like are known as measuring machines for measuring the shape and dimensions of an object to be measured. In order to perform coordinate detection and position detection in that case, a touch signal probe that detects contact with an object to be measured is used for the measuring device. As a principle of detection of this touch signal probe, a substantially cylindrical stylus having a contact portion at its tip which comes into contact with an object to be measured, vibration of the stylus and vibration caused by contact when the contact portion comes into contact with the object to be measured There is a structure that includes vibration / detection means for detecting a change in state, transmits a touch trigger signal when vibration detected by the vibration / detection means attenuates to a detection trigger level, and reads coordinate values at that time.

【0003】この加振型タッチ信号プローブの応用範囲
を広げるためにスタースタイラス化を図ることが望まれ
ており、そのためには、スタイラスを十字に配置した形
態が有効である。図8は加振型タッチ信号プローブの従
来例1を示す。従来例1は、両端にスタイラス2を突出
させた一対のスタイラス支持体3をX,Y軸方向に組合
わせ、各スタイラス支持体3の上部にそれぞれ加振・検
出手段である圧電素子4をそれぞれスタイラス2に沿っ
て配置し、各スタイラス支持体3をプローブ軸となるプ
ローブ本体5の先端に固定した構造であり、各スタイラ
ス2を圧電素子4で振動させつつその先端の接触球2a
を被測定物に接触させることで、その振動状態の変化を
検出するものである。また、従来では、ブロック状のス
タイラス支持体の上下面の四隅に突設された設置用突起
部にそれぞれ加振・検出手段である圧電素子を配置し、
各側面中心位置にそれぞれX軸、Y軸方向に一致する互
いに対称な第1,第2のスタイラスを配置したスタース
タイラス化したタッチ信号プローブがある(特願平8-33
6986号:従来例2)。
[0003] In order to widen the application range of the vibrating touch signal probe, it is desired to use a stylus, and for that purpose, a form in which the stylus is arranged in a cross shape is effective. FIG. 8 shows a first conventional example of a vibration type touch signal probe. In Conventional Example 1, a pair of stylus supports 3 having styluses 2 protruding at both ends are combined in the X and Y-axis directions, and a piezoelectric element 4 serving as a vibration / detection unit is provided above each stylus support 3. The stylus support 3 is arranged along the stylus 2 and each stylus support 3 is fixed to the tip of a probe main body 5 serving as a probe shaft.
Is brought into contact with the object to be measured to detect a change in the vibration state. Conventionally, a piezoelectric element serving as a vibration / detection unit is disposed on each of the mounting projections projecting from the four corners of the upper and lower surfaces of the block-shaped stylus support,
There is a touch signal probe in the form of a star stylus in which first and second styli that are symmetric with each other in the X-axis and Y-axis directions are arranged at the center position of each side surface (Japanese Patent Application No. 8-33).
No. 6986: Conventional example 2).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来例1では、2組の
真直なスタイラス支持体3を組み合わせた構造であり、
スタイラスが同一平面内に配置されていないので、使い
にくくなるうえ、小型化しにくい。この点、従来例2で
は、スタイラス支持体の各側面中心位置にそれぞれX
軸、Y軸方向に一致する互いに対称な第1,第2のスタ
イラスが配置されているため、従来例1のような不都合
がない。
The prior art 1 has a structure in which two sets of straight stylus supports 3 are combined.
Since the stylus is not arranged in the same plane, it is difficult to use, and it is difficult to reduce the size. In this respect, in Conventional Example 2, X is located at the center of each side surface of the stylus support.
Since the first and second styli that are symmetrical with each other in the axial and Y-axis directions are arranged, there is no inconvenience as in Conventional Example 1.

【0005】しかし、従来例2では、1枚の圧電素子で
X軸及びY軸の双方にそれぞれ往復振動を発生させるた
め、4組の振動系が連成した構成となり、従来例1に比
べて共振状態における振動のQ値が高くなりにくい。図
9には周波数と振幅との関係を示すグラフであり、その
うち、(A)はQ値が小さい場合が示され、(B)はQ
値が大きい場合が示されている。非接触状態の共振点に
おける振幅と接触後の共振点における振幅との差(接触
による振幅変化量)Dは、Q値が小さい場合に対してQ
値が大きい場合の方が大きい。従って、図9より、接触
による共振状態の変化を検出原理とする加振型タッチ信
号プローブにおいて、共振状態における振動のQ値は感
度を直接左右する重要な要素であることがわかる。
However, in the conventional example 2, since a single piezoelectric element generates reciprocating vibrations in both the X-axis and the Y-axis, a configuration in which four sets of vibration systems are coupled is provided. It is difficult for the Q value of the vibration in the resonance state to increase. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the frequency and the amplitude, wherein (A) shows the case where the Q value is small, and (B) shows the case where the Q value is small.
The case where the value is large is shown. The difference D between the amplitude at the resonance point in the non-contact state and the amplitude at the resonance point after the contact (amplitude change due to the contact) is Q
Larger values are larger. Therefore, from FIG. 9, it can be seen that, in the vibrating touch signal probe based on the principle of detection of a change in the resonance state due to contact, the Q value of the vibration in the resonance state is an important factor directly affecting the sensitivity.

【0006】そのため、従来例2のスタースタイラス化
されたタッチ信号プローブは、同じスタイラス長さを有
する従来例1よりも感度が悪い上、検出応答時間のバラ
ツキが大きくなってしまう。また、スタイラスの接触速
度が高速(現状では、10mm/秒以上)の場合、接触時
の衝撃力によりタッチ信号プローブが加振されるため、
検出される振幅変化に予測できない乱れが生じる。つま
り、スタイラスが高速で被測定物に接触すると、図10
(A)に示される通り、検出される振動変位は接触開始
から規則的に減衰するが、一方において、図10(B)
に示される通り、衝撃力により新たに発生する振動波形
が検出される。これらの信号が重畳されたものがスタイ
ラスの検出信号となる。
[0006] Therefore, the touch signal probe of the related art 2 having a stylus has a lower sensitivity than that of the related art 1 having the same stylus length, and has a large variation in detection response time. When the stylus contact speed is high (currently, 10 mm / sec or more), the touch signal probe is vibrated by the impact force at the time of contact,
Unpredictable disturbance occurs in the detected amplitude change. That is, when the stylus comes in contact with the object to be measured at a high speed, FIG.
As shown in FIG. 10A, the detected vibration displacement attenuates regularly from the start of the contact, while, on the other hand, FIG.
As shown in (2), a vibration waveform newly generated by the impact force is detected. The superimposition of these signals is the stylus detection signal.

【0007】図10(C)には、スタイラスで検出され
る信号を直流レベルに変換された振幅量として表し、こ
の振幅量と時間との関係のグラフが示されている。図1
0(C)において、衝撃力による振動が同位相として加
わる場合(実線で示す)と衝撃力による振動が逆位相と
して加わる場合(点線で示す)とでは、タッチトリガ信
号の検出レベルに達するまでの時間が相違することにな
り、この時間の相違が検出応答時間のバラツキ誤差Cと
なって、検出誤差が生じることになる。従って、接触速
度が高速になるほど検出応答時間のバラツキが増大す
る。なお、この現象は、従来の加振型タッチ信号プロー
ブ総てに共通して必ず生じる問題点である。接触によっ
て励振される振動数はスタイラス及びスタイラス支持体
からなる振動子の固有振動数であり、共振周波数で加振
・検出を行う原理上、両信号成分の分離は困難である。
FIG. 10 (C) shows a signal detected by the stylus as an amplitude converted into a DC level, and shows a graph of the relationship between the amplitude and time. FIG.
At 0 (C), when the vibration due to the impact force is applied as the same phase (shown by a solid line) and when the vibration due to the impact force is applied as an opposite phase (shown as a dotted line), it takes until the detection level of the touch trigger signal is reached. The time differs, and this difference in time becomes a variation error C in the detection response time, and a detection error occurs. Therefore, as the contact speed increases, the variation in the detection response time increases. This phenomenon is a problem that always occurs in all of the conventional vibrating touch signal probes. The frequency excited by the contact is the natural frequency of the vibrator composed of the stylus and the stylus support, and it is difficult to separate both signal components from the principle of vibration and detection at the resonance frequency.

【0008】本発明の目的は、十字型に形成した際に高
精度の測定を行えるとともに小型化できるタッチ信号プ
ローブを提供するものである。
An object of the present invention is to provide a touch signal probe which can perform high-precision measurement when formed in a cross shape and can be downsized.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、十
字型に形成された振動子を共振振動する際に、Q値が高
いモード共振で振動子を加振して前記目的を達成しよう
とするものである。具体的には、本発明のタッチ信号プ
ローブは、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の原点を
中心とするスタイラス支持体と、このスタイラス支持体
に設けられX軸及びY軸の少なくとも一方に沿って固定
されたスタイラスとを有する振動子と、前記スタイラス
支持体のZ軸に垂直な面に配置し前記振動子を所定の周
波数で加振するとともに前記スタイラスが被測定物に接
触する際に変化する振動の状態を検出する加振・検出手
段とを備え、前記スタイラスが被測定物と接触する際に
振動の状態が変化することから被測定物との接触を検知
するタッチ信号プローブであって、前記振動子の第1次
固有振動数ω1及び第2次固有振動数ω2(ω2≠ω1)の
いずれか一方に等しい加振振動数で前記振動子を加振
し、前記スタイラスが被測定物と接触する際に発生する
振動における第1次固有振動数ω1及び第2次固有振動
数ω2のいずれか他方の振動成分の重畳によって前記ス
タイラスが被測定物と接触する際における振動の状態変
化を増強することを特徴とする。なお、本発明における
第1次固有振動数ω1及び第2次固有振動数ω2は、振動
子固有のものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention aims to achieve the above object by vibrating the vibrator with mode resonance having a high Q factor when the cross-shaped vibrator is vibrated at resonance. Is what you do. Specifically, the touch signal probe of the present invention includes a stylus support centered on the origin of the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other, and at least one of the X axis and the Y axis provided on the stylus support. A vibrator having a stylus fixed along the axis thereof, and a vibrator vibrating at a predetermined frequency arranged on a surface perpendicular to the Z-axis of the stylus support, and the stylus coming into contact with an object to be measured. Exciting / detecting means for detecting a state of vibration that changes to a touch signal probe that detects contact with the object to be measured because the state of vibration changes when the stylus contacts the object to be measured. Then, the vibrator is vibrated at a vibration frequency equal to one of the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2 (ω2 ≠ ω1) of the vibrator, and the stylus is subjected to vibration. When it comes into contact with the measured object The change in the state of vibration when the stylus comes into contact with the object to be measured is enhanced by superposition of the other one of the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2 of the generated vibration. And Note that the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2 in the present invention are unique to the vibrator.

【0010】この構成の本発明では、測定のため、タッ
チ信号プローブを移動させて被測定物に接触させるが、
この際、加振・検出手段で振動子をQ値の高い振動モー
ド、例えば、第2次固有振動数ω2に等しい加振振動数
で加振して共振状態を構成する。第2次固有振動数での
振動(2次モード共振)では、Q値が高いものの応答振
幅が小さいので、この振動に第1次固有振動数ω1の振
動成分を重畳して振動状態の変化を大きくする。この構
成の振動子と加振方向であれば第2次固有振動数での振
動においても、振動子のスタイラスの先端での振幅幅は
第1次固有振動数での振動に比べて小さくならず、被測
定物への接触によりスタイラスの振動が確実に拘束され
るので、接触による振動状態の変化が確実に発生する。
そのため、スタイラスの振動が確実に拘束され、その振
動状況が加振・検出素子で正確に検出される。しかも、
スタイラスを同一平面内に配置できるから、スタイラス
支持体にスタイラスを十字型に支持しても、タッチ信号
プローブを小型化することができる。
In the present invention having this configuration, the touch signal probe is moved to make contact with the object to be measured for measurement.
At this time, the vibrator is vibrated by the vibration / detection means in a vibration mode having a high Q value, for example, a vibration frequency equal to the second natural frequency ω2 to form a resonance state. In the vibration at the second natural frequency (second mode resonance), the Q value is high but the response amplitude is small. Therefore, the vibration component of the first natural frequency ω1 is superimposed on this vibration to change the vibration state. Enlarge. With the vibrator having this configuration, if the vibration is in the vibration direction, the amplitude width at the tip of the stylus of the vibrator is not smaller than the vibration at the primary natural frequency even in the vibration at the second natural frequency. Since the vibration of the stylus is surely restrained by the contact with the object to be measured, the change of the vibration state due to the contact surely occurs.
Therefore, the vibration of the stylus is reliably restrained, and the vibration state is accurately detected by the vibration / detection element. Moreover,
Since the stylus can be arranged on the same plane, the touch signal probe can be downsized even if the stylus is supported in a cross shape on the stylus support.

【0011】ここで、本発明では、第1次固有振動数ω
1と第2次固有振動数ω2との重畳により発生するビート
信号を検出するためのビート信号成分抽出手段を備えた
構成としてもよい。この構成では、ビート信号のうなり
周期は2つの周波数の差分で決まるため、ビート信号成
分の周波数は固有振動数とは全く異なった値をとる。そ
のため、発生したビート信号成分をフィルタや共振器等
で電気的に抽出することが簡単であり、第1次固有振動
数ω1と第2次固有振動数ω2との重畳状態を確実に検出
して接触時に発生する振動を積極的に検出できる。その
ため、S/N比の改善に効果がある。
Here, in the present invention, the first natural frequency ω
A configuration may be provided including a beat signal component extracting means for detecting a beat signal generated by the superposition of 1 and the second natural frequency ω2. In this configuration, since the beat period of the beat signal is determined by the difference between the two frequencies, the frequency of the beat signal component takes a value completely different from the natural frequency. Therefore, it is easy to electrically extract the generated beat signal component with a filter, a resonator, or the like, and the superposed state of the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2 is reliably detected. Vibration generated at the time of contact can be positively detected. This is effective in improving the S / N ratio.

【0012】さらに、前記スタイラスは、X軸に沿って
固定され原点を挟んで対称配置された第1のスタイラス
の対と、Y軸に沿って固定され原点を挟んで対称配置さ
れた第2のスタイラスの対とを備えて構成してもよい。
この構成では、スタイラス支持体の4側面からX軸及び
Y軸にそれぞれスタイラスが延びた十字型のスタイラス
とすることができる。
Further, the stylus is fixed along the X-axis and arranged symmetrically with respect to the origin, and the second stylus is fixed along the Y-axis and arranged symmetrically with respect to the origin. A stylus pair may be provided.
With this configuration, it is possible to provide a cross-shaped stylus in which the stylus extends from the four side surfaces of the stylus support to the X axis and the Y axis, respectively.

【0013】これに対して、前記スタイラスは、X軸及
びY軸のいずれか一方に沿って前記スタイラス支持体に
設けられ、前記スタイラス支持体のX軸及びY軸に沿っ
た方向であって前記スタイラスが設けられていない部分
には前記スタイラスと力学的に等価な形状とされたバラ
ンス部材が設けられている構成としてもよい。この構成
では、X軸及びY軸のいずれか一方に沿ってスタイラス
がスタイラス支持体に設けられた変則的な構造の振動子
であっても、バランス部材がスタイラスとの振動上のバ
ランスをとることにより、精度の高い測定が行える。
On the other hand, the stylus is provided on the stylus support along one of the X-axis and the Y-axis, and is provided in a direction along the X-axis and the Y-axis of the stylus support, and A configuration in which a stylus is not provided may be provided with a balance member having a shape mechanically equivalent to the stylus. In this configuration, even if the stylus is an oscillator having an irregular structure provided on the stylus support along one of the X axis and the Y axis, the balance member balances the vibration with the stylus. Thereby, highly accurate measurement can be performed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここ
で、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説
明を省略若しくは簡略にする。図1から図6には本発明
の第1実施形態が示されている。図1は第1実施形態に
かかるタッチ信号プローブの斜視図である。図1におい
て、タッチ信号プローブは、スタイラス支持体10にス
タイラス13を設けて構成された振動子16と、この振
動子16を加振するとともにスタイラス13が被測定物
に接触する際に変化する振動の状態を検出する加振・検
出手段としての圧電素子12と、この圧電素子12で検
出される振動子16の振動状態の変化を検出してタッチ
トリガー信号を発信する制御回路17とを備えて構成さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. 1 to 6 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of the touch signal probe according to the first embodiment. In FIG. 1, a touch signal probe includes a vibrator 16 configured by providing a stylus 13 on a stylus support 10, and a vibration that vibrates the vibrator 16 and changes when the stylus 13 comes into contact with an object to be measured. And a control circuit 17 for detecting a change in the vibration state of the vibrator 16 detected by the piezoelectric element 12 and transmitting a touch trigger signal. It is configured.

【0015】スタイラス支持体10は、その中心をX,
Y,Z軸の原点に一致し、かつ、Z軸と垂直な平面の形
状が正方形の略直方体状のブロックであり、そのZ軸と
垂直な上下の2平面の四隅に突設された設置用突起部1
1にそれぞれ圧電素子12が接着配置され(図1では1
枚の圧電素子12のみ示す)、さらに各側面中心位置に
それぞれX軸、Y軸方向に軸心が一致して延び原点に対
して対称な一対の第1,第2のスタイラスの合計4つの
スタイラス13が配置されている。これらのスタイラス
13は、それぞれ先端に被測定物と接触する接触部13
aを有するものであり、その基端がスタイラス支持体1
0に接着、溶接等で固定された構造である。スタイラス
支持体10はZ軸に延びた略円柱状のプローブ本体15
に取り付けられている。プローブ支持体15は圧電素子
12の中央部と所定の隙間をもって挿通している。
The stylus support 10 has its center at X,
A substantially rectangular parallelepiped block having a plane that is coincident with the origin of the Y and Z axes and that is perpendicular to the Z axis and has a square shape, and is installed at four corners of two upper and lower planes perpendicular to the Z axis. Projection 1
1, the piezoelectric elements 12 are bonded and arranged (in FIG.
(Only one piezoelectric element 12 is shown), and a pair of first and second styli extending in the center of each side surface in the X-axis and Y-axis directions and symmetrical with respect to the origin. 13 are arranged. Each of these styluses 13 has a contact portion 13 at its tip which comes into contact with the object to be measured.
a, the base end of which is a stylus support 1
0 is fixed by bonding, welding or the like. The stylus support 10 has a substantially cylindrical probe body 15 extending in the Z-axis.
Attached to. The probe support 15 is inserted through the center of the piezoelectric element 12 with a predetermined gap.

【0016】圧電素子12は、平面形が正方形の扁平状
な板状に形成されるとともに、Z軸と直交する平面内に
配置されている。圧電素子12は、その表面電極が少な
くとも4分割されており、その裏面は共通電極とされて
いる。圧電素子12の表面電極は、スタイラス13を軸
方向(ラジアル方向)に沿って振動させる加振用電極と
検出用電極とが正方向と負方向とに分けて構成されてい
る。第1実施形態では、複数枚(例えば、4枚)の圧電
素子を利用し、これらの圧電素子を加振専用又は検出専
用として使用するものでもよい。第1実施形態では、ス
タイラス13がその軸方向に一致した方向から被測定物
に接触した場合が最も感度が高い。
The piezoelectric element 12 is formed in a flat plate shape having a square planar shape, and is disposed in a plane orthogonal to the Z axis. The front surface electrode of the piezoelectric element 12 is divided into at least four parts, and the back surface is a common electrode. The surface electrode of the piezoelectric element 12 is configured such that a vibrating electrode for vibrating the stylus 13 in the axial direction (radial direction) and a detecting electrode are divided into a positive direction and a negative direction. In the first embodiment, a plurality of (for example, four) piezoelectric elements may be used, and these piezoelectric elements may be used exclusively for vibration or only for detection. In the first embodiment, the highest sensitivity is obtained when the stylus 13 contacts the object to be measured from a direction coinciding with the axial direction.

【0017】次に、制御回路17を用いた第1実施形態
の測定基本原理を説明する。図2は振動子16の振動モ
ードを示すもので、(A)は基本構造を示し、(B)は
共振の1次モードを示し、(C)は共振の2次モードを
示す。図2において、振動子16は各スタイラス13に
ラジアル方向の振動が付与されるものであり、隣り合っ
たスタイラス13の各方向での振動形態は同じである
が、その位相は(B)で示される1次モードでは逆とな
り、(C)で示される2次モードでは同じとなる。この
位相の相違はスタイラスをラジアル方向に加振する場合
の大きな特徴である。
Next, the basic measurement principle of the first embodiment using the control circuit 17 will be described. 2A and 2B show a vibration mode of the vibrator 16, in which FIG. 2A shows a basic structure, FIG. 2B shows a primary mode of resonance, and FIG. 2C shows a secondary mode of resonance. In FIG. 2, the vibrator 16 applies radial vibration to each stylus 13, and the stylus 13 adjacent to each other has the same vibration form in each direction, but its phase is indicated by (B). The opposite is true in the primary mode, and the same is true in the secondary mode shown in FIG. This phase difference is a major feature when the stylus is vibrated in the radial direction.

【0018】図8で示される真直な振動子は、その振動
モードが図3に示されている。図3の(A)は振動子の
基本構造を示し、(B)は1次モード共振を示し、
(C)は2次モード共振を示す。図3において、振動子
16は各スタイラス2に軸方向に沿った振動が付与され
るものであり、圧電素子3の伸縮方向とスタイラス2の
伸縮方向とは、(B)で示される1次モード共振では同
位相となってスタイラス2の先端の変位が大きくなる
が、(C)で示される2次モード共振では逆位相となっ
てスタイラス2の先端の変位が小さくなる(感度が低
い)。しかしながら、第1実施形態では、圧電素子12
でスタイラス13をラジアル方向に加振すれば、圧電素
子12の振幅の割にスタイラス13の先端の振幅が小さ
くなるようなことはなく、第2次固有振動数(2次モー
ド共振)での加振においてもタッチ信号プローブとして
十分な感度が得られる。
The vibration mode of the straight vibrator shown in FIG. 8 is shown in FIG. 3A shows the basic structure of the vibrator, FIG. 3B shows the first-order mode resonance,
(C) shows second-order mode resonance. In FIG. 3, the vibrator 16 applies vibration to each stylus 2 along the axial direction. The direction of expansion and contraction of the piezoelectric element 3 and the direction of expansion and contraction of the stylus 2 correspond to the primary mode shown in FIG. In the resonance, the tip of the stylus 2 becomes in phase and the displacement of the tip of the stylus 2 increases, but in the secondary mode resonance shown in (C), the phase of the stylus 2 becomes the opposite phase and the displacement of the tip of the stylus 2 decreases (low sensitivity). However, in the first embodiment, the piezoelectric element 12
When the stylus 13 is vibrated in the radial direction, the amplitude of the tip of the stylus 13 does not become small compared to the amplitude of the piezoelectric element 12, and the vibration at the second natural frequency (second mode resonance) is applied. Sufficient sensitivity as a touch signal probe can be obtained in vibration.

【0019】図4は振動子の共振特性を示すグラフであ
る。図4(A)では、図2で示される振動子16の通常
の共振特性を示すもので、第2次固有振動数ω2での振
動は、第1次固有振動数ω1(ω2≠ω1)での振動に比
べて振幅が小さい。この状態では、スタイラス13の振
動の変化を確実に検出できないので、第1実施形態で
は、図4(B)に示される通り、第2次固有振動数ω2
での振幅を第1次固有振動数ω1での振幅と略同じ大き
さにする。第2次固有振動数ω2での振幅を大きくする
ため、スタイラス13の長さを設定する、長さに代えて
スタイラス13の太さや材質を設定してもよい。具体的
には、1次モード共振の振幅が最大となるようなスタイ
ラス13の長さと、2次モード共振の振幅が最大になる
ようなスタイラス13の長さとが異なっているため、こ
れらの長さの中間の長さをFEM等のCAE(Computer
Aided Engineering)技術を用いて設定する。
FIG. 4 is a graph showing resonance characteristics of the vibrator. FIG. 4A shows a normal resonance characteristic of the vibrator 16 shown in FIG. 2, and the vibration at the second natural frequency ω2 is the first natural frequency ω1 (ω2 ≠ ω1). The amplitude is smaller than the vibration of. In this state, a change in the vibration of the stylus 13 cannot be reliably detected. Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the second natural frequency ω2
Is substantially the same as the amplitude at the first natural frequency ω1. In order to increase the amplitude at the second natural frequency ω2, the length of the stylus 13 is set. Instead of the length, the thickness and material of the stylus 13 may be set. More specifically, the length of the stylus 13 at which the amplitude of the primary mode resonance is maximized is different from the length of the stylus 13 at which the amplitude of the secondary mode resonance is maximized. CAE such as FEM (Computer
Aided Engineering) technology.

【0020】次に、制御回路17の具体的構成を図5に
基づいて説明する。図5において、制御回路17は、圧
電素子12の加振用電極を駆動制御する加振回路18
と、圧電素子12の検出用電極から出力された信号から
タッチトリガ信号を発する検出回路19とを備え、スタ
イラス13が被測定物と接触する際に発生する振動にお
ける第1次固有振動数ω1の振動成分の重畳によってス
タイラス13が被測定物と接触する際における振動の状
態変化を増強する構成である。
Next, a specific configuration of the control circuit 17 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, a control circuit 17 includes a vibration circuit 18 for driving and controlling a vibration electrode of the piezoelectric element 12.
And a detection circuit 19 that generates a touch trigger signal from a signal output from the detection electrode of the piezoelectric element 12, wherein the first natural frequency ω 1 of the vibration generated when the stylus 13 contacts the object to be measured is provided. This configuration is configured to enhance the change in the state of vibration when the stylus 13 contacts the object to be measured by superimposing the vibration component.

【0021】加振回路18は、圧電素子12の検出用電
極から出力される振動信号を検知するとともに振動子1
6の第2次固有振動数ω2のみを抽出する固有振動数抽
出手段20と、この固有振動数抽出手段20からの信号
を受けて圧電素子12の加振用電極を振動子16の第2
次固有振動数ω2で振動させる駆動信号発生手段21と
から構成される。検出回路19は、第1次固有振動数ω
1と第2次固有振動数ω2との重畳により発生するビート
信号を検出するためのビート信号成分抽出手段22と、
このビート信号成分抽出手段22で出力された信号を振
幅−直流レベルに変換する振幅−直流レベル変換手段2
3と、この振幅−直流レベル変換手段23で出力された
信号からタッチトリガ信号を発生するタッチトリガ信号
発生手段24とを備えた構成である。振幅−直流レベル
変換手段23及びタッチトリガ信号発生手段24は、従
来と同様の構成であり、タッチトリガ信号発生手段24
で信号を発した時のタッチ信号プローブの座標位置が測
定値として読み込まれる。なお、第1実施形態では、ビ
ート信号成分抽出手段22を省略した構造でもよい。
The vibrating circuit 18 detects a vibration signal output from the detecting electrode of the piezoelectric element 12 and simultaneously detects the vibration signal.
6, a natural frequency extracting means 20 for extracting only the second natural frequency ω 2, and receiving a signal from the natural frequency extracting means 20 to change the vibrating electrode of the piezoelectric element 12 to the second
And a drive signal generating means 21 for vibrating at the next natural frequency ω2. The detection circuit 19 calculates the first natural frequency ω
A beat signal component extracting means 22 for detecting a beat signal generated by superimposing 1 and the second natural frequency ω2;
Amplitude-DC level conversion means 2 for converting the signal output from the beat signal component extraction means 22 to amplitude-DC level
3 and a touch trigger signal generating means 24 for generating a touch trigger signal from the signal output from the amplitude-DC level converting means 23. The amplitude-DC level converting means 23 and the touch trigger signal generating means 24 have the same configuration as the conventional one, and the touch trigger signal generating means 24
The coordinate position of the touch signal probe at the time when the signal is issued is read as a measured value. In the first embodiment, a structure in which the beat signal component extracting means 22 is omitted may be used.

【0022】ビート信号成分抽出手段22を次に説明す
る。一般的に、2自由度振動系の主振動系における振動
は次式で表現される。
Next, the beat signal component extracting means 22 will be described. Generally, the vibration in the main vibration system of the two-degree-of-freedom vibration system is expressed by the following equation.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】ここで、ω1は振動系の第1次固有振動数
であり、ω2は第2次固有振動数であり、φ1とφ2は任
意の定数である。この振動系を例えば、第2次固有振動
数ω2で加振し共振状態を構成すると、第2次振動の方
が支配的となるため、見かけ上の振動は次式で表される
定常的なものとなる。
Here, ω1 is the first natural frequency of the vibration system, ω2 is the second natural frequency, and φ1 and φ2 are arbitrary constants. When this vibration system is vibrated at, for example, the second natural frequency ω2 to form a resonance state, the secondary vibration is more dominant, and the apparent vibration is a steady state represented by the following equation. It will be.

【0025】[0025]

【数2】 (Equation 2)

【0026】このとき、振動子16が被測定物との接触
を開始すると、共振状態が変化するため、[数2]で表
された振動状態が[数1]のように変化する。つまり、
振動子16が被測定物と接触することで、加振していた
共振周波数とは異なる振動数の振動成分が発生し重畳さ
れ始めることになる。具体的には、スタイラス13が被
測定物と接触を開始した時の振幅−直流レベル変換され
た検出信号が図6のグラフに示されている。図6におい
て、直流レベル変換された振幅量は時間の経過に伴って
振動しながら低下する。これは、加振している第2次固
有振動数(2次振動モード)に第1次固有振動数(1次
振動モード)が重畳した結果、1次と2次との周波数の
差に相当する周期の変動Kとなって現れるというもので
ある。これにより、従来の第1次固有振動数で振動子1
6を加振していた場合(図6中、点線で示す)に比べ、
接触による信号の変動が激しくなり、十字型のタッチ信
号プローブの見かけ上の感度や応答性をT1だけ向上さ
せることができる。なお、図6では、ビート信号成分抽
出手段22を使わず、振幅−直流レベル変換手段23だ
けで処理された信号波形が示されている。
At this time, when the vibrator 16 starts contact with the object to be measured, the resonance state changes, so that the vibration state represented by [Equation 2] changes as shown by [Equation 1]. That is,
When the vibrator 16 comes into contact with the object to be measured, a vibration component having a frequency different from that of the excited resonance frequency is generated and starts to be superimposed. Specifically, the graph of FIG. 6 shows the amplitude-DC level converted detection signal when the stylus 13 starts contacting the object to be measured. In FIG. 6, the DC level-converted amplitude decreases while oscillating with the passage of time. This is equivalent to the difference between the primary and secondary frequencies as a result of superimposing the primary natural frequency (primary vibration mode) on the excited secondary natural frequency (secondary vibration mode). It appears as a variation K of the cycle. As a result, the vibrator 1 can be driven at the conventional primary natural frequency.
6 (shown by a dotted line in FIG. 6)
The signal greatly fluctuates due to the contact, and the apparent sensitivity and responsiveness of the cross-shaped touch signal probe can be improved by T1. FIG. 6 shows a signal waveform processed only by the amplitude-DC level converter 23 without using the beat signal component extractor 22.

【0027】さらに、接触時の衝撃力により励起される
振動成分はQ値が低い(外力による変動を受けやすい)
ほうの第1次固有振動数ω1が主となるので、衝撃力に
より励起された振動成分が加振している振動成分と重な
って不安定となることはない。それは、加振には第2次
固有振動数ω2を用いており、衝撃力により励起される
振動成分とは周波数が全く異なるからである。寧ろ、こ
の励起された第1次固有振動成分は接触による信号の変
動を激しくし、タッチ信号プローブの見かけ上の感度や
応答性を高くする効果を生じる。そのため、接触速度が
高速な領域においてもタッチ信号プローブの検出応答時
間のバラツキ誤差を低減できる。
Further, the vibration component excited by the impact force at the time of contact has a low Q value (it is susceptible to fluctuation due to external force).
Since the primary natural frequency ω1 is mainly used, the vibration component excited by the impact force does not overlap with the vibrating vibration component and does not become unstable. This is because the second natural frequency ω2 is used for excitation, and the frequency is completely different from the vibration component excited by the impact force. Rather, the excited first-order natural vibration component causes a signal to fluctuate greatly due to contact, and has the effect of increasing the apparent sensitivity and responsiveness of the touch signal probe. Therefore, even in a region where the contact speed is high, it is possible to reduce a variation error in the detection response time of the touch signal probe.

【0028】図6で示されるビート信号は、第1次固有
振動数ω1と第2次固有振動数ω2との重畳により発生す
るものであり、そのうなり周期Kは2つの周波数の差分
で決まる。そのため、ビート信号成分の周波数が固有振
動数とは全く異なる値をとるので、ビート信号成分抽出
手段22は、発生したビート信号成分をフィルタや共振
器等で電気的に抽出する。なお、このビート信号は接触
しなければ発生せず、定常状態では、原理的に無信号で
ある。そのため、検出のS/N比の点で有効である。
The beat signal shown in FIG. 6 is generated by the superposition of the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2, and the beat period K is determined by the difference between the two frequencies. Therefore, since the frequency of the beat signal component takes a value completely different from the natural frequency, the beat signal component extracting means 22 electrically extracts the generated beat signal component using a filter, a resonator, or the like. Note that this beat signal is not generated unless it is touched, and is in principle no signal in a steady state. Therefore, it is effective in terms of the S / N ratio for detection.

【0029】従って、第1実施形態では、互いに直交
するX軸、Y軸及びZ軸の原点を中心とするスタイラス
支持体10と、このスタイラス支持体10に設けられX
軸及びY軸に沿って固定されたスタイラス13とを備え
て振動子16を構成し、この振動子16を加振するとと
もにスタイラス13が被測定物に接触する際に変化する
振動の状態を検出する加振・検出手段(圧電素子)12
をスタイラス支持体10のZ軸に垂直な面に配置してタ
ッチ信号プローブを構成したから、スタイラス13を同
一平面内に配置することで、タッチ信号プローブを小型
化することができる。
Therefore, in the first embodiment, the stylus support 10 centered on the origin of the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other, and the X provided on the stylus support 10
A vibrator 16 includes a stylus 13 fixed along the axis and the Y-axis, and vibrates the vibrator 16 and detects a state of vibration that changes when the stylus 13 contacts an object to be measured. Vibration / detection means (piezoelectric element) 12
Are arranged on a plane perpendicular to the Z-axis of the stylus support 10 to constitute the touch signal probe. By arranging the stylus 13 in the same plane, the touch signal probe can be downsized.

【0030】しかも、第1実施形態のタッチ信号プロ
ーブは、振動子16の第2次固有振動数ω2に等しい加
振振動数で振動子16を加振し、スタイラス13が被測
定物と接触する際に発生する振動における第1次固有振
動数ω1の振動成分の重畳によってスタイラス13が被
測定物と接触する際における振動の状態変化を増強する
構成であるから、振動子16のスタイラス13の先端で
の振幅幅は第1次固有振動数ω1での振動に比べて小さ
くならず、被測定物への接触によりスタイラス13の振
動が確実に拘束されるので、接触による振動状態の変化
が確実に発生する。そのため、スタイラス13の振動が
確実に拘束され、その振動状況が加振・検出素子12で
正確に検出される。
Further, the touch signal probe according to the first embodiment vibrates the vibrator 16 at a vibrating frequency equal to the second natural frequency ω2 of the vibrator 16, and the stylus 13 comes into contact with the object to be measured. Since the stylus 13 is configured to enhance the change in the state of vibration when the stylus 13 contacts the object to be measured by superimposing the vibration component of the first natural frequency ω1 on the vibration generated at the time, the tip of the stylus 13 of the vibrator 16 Is not smaller than the vibration at the first natural frequency ω1, and the vibration of the stylus 13 is securely restrained by the contact with the object to be measured. appear. Therefore, the vibration of the stylus 13 is reliably restrained, and the vibration state is accurately detected by the vibration / detection element 12.

【0031】また、第1実施形態では、制御回路17
を、第1次固有振動数ω1と第2次固有振動数ω2との重
畳により発生するビート信号を検出するためのビート信
号成分抽出手段22を備えて構成すれば、ビート信号の
うなり周期は2つの周波数の差分で決まるため、ビート
信号成分の周波数は固有振動数とは全く異なった値をと
る。そのため、発生したビート信号成分をフィルタや共
振器等で電気的に抽出することが簡単であり、第1次固
有振動数ω1と第2次固有振動数ω2との重畳状態を確実
に検出して接触時に発生する振動を積極的に検出でき、
S/N比の改善に効果がある。
In the first embodiment, the control circuit 17
Is provided with a beat signal component extracting means 22 for detecting a beat signal generated by superimposing the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2, the beat signal has a beat cycle of 2 Since the frequency of the beat signal component is determined by the difference between the two frequencies, the frequency of the beat signal component takes a value completely different from the natural frequency. Therefore, it is easy to electrically extract the generated beat signal component with a filter, a resonator, or the like, and the superposed state of the first natural frequency ω1 and the second natural frequency ω2 is reliably detected. Vibration generated at the time of contact can be positively detected,
This is effective for improving the S / N ratio.

【0032】さらに、スタイラス支持体10はX,Y
平面が正方形とされた直方体に形成されているから、ス
タイラス支持体10の中心位置をX,Y,Z軸の原点に
容易に一致させることができるので、タッチ信号プロー
ブの組立作業を容易に行える。また、スタイラス13
は、X軸に沿って固定され原点を挟んで対称配置された
第1のスタイラスの対と、Y軸に沿って固定され原点を
挟んで対称配置された第2のスタイラスの対とを備えて
構成されているので、スタイラス支持体10の4側面か
らX軸及びY軸にそれぞれスタイラス13が延びた十字
型のスタイラスとすることができる。
Further, the stylus support 10 has X, Y
Since the plane is formed in a rectangular parallelepiped, the center position of the stylus support 10 can be easily matched with the origin of the X, Y, and Z axes, so that the touch signal probe can be easily assembled. . Also, stylus 13
Comprises a pair of first styli fixed along the X-axis and symmetrically arranged about the origin, and a pair of second styli fixed along the Y-axis and symmetrically arranged about the origin. With this configuration, a cross-shaped stylus in which the stylus 13 extends from the four side surfaces of the stylus support 10 in the X axis and the Y axis, respectively, can be provided.

【0033】次に、本発明の第2実施形態を図7に基づ
いて説明する。第2実施形態は振動子26の形状が第1
実施形態と相違するもので、他の構造は第1実施形態と
同じである。図7において、第2実施形態の振動子26
は、前記スタイラス支持体10と、このスタイラス支持
体10の一側面においてX軸に沿って設けられたスタイ
ラス13と、スタイラス支持体10のX軸及びY軸に沿
った方向であってスタイラス13が設けられていない側
面に設けられたバランス部材33とを備えて構成されて
いる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the shape of the vibrator 26 is the first
The third embodiment is different from the first embodiment, and the other structure is the same as that of the first embodiment. In FIG. 7, the vibrator 26 of the second embodiment
The stylus support 10, a stylus 13 provided on one side surface of the stylus support 10 along the X axis, and a stylus 13 in a direction along the X axis and the Y axis of the stylus support 10. And a balance member 33 provided on a side surface not provided.

【0034】X軸上に設けられたバランス部材33は、
略直方体状のブロックであり、スタイラス13と力学的
に等価な形状とされている。ここで、力学的に等価であ
るか否かはバランス部材33の質量や剛性等で決定され
る。スタイラス支持体10のY軸上に沿った両側面にそ
れぞれ固定されたバランス部材33は、X軸上に設けら
れたバランス部材33と同じ形状であり、原点を中心と
して等間隔に配置されている。スタイラス支持体10の
Z軸と直交した上下2平面には前記圧電素子12がそれ
ぞれ配置されている。この圧電素子12の加振に伴っ
て、スタイラス13のみならずバランス部材33がX軸
あるいはY軸に沿って振動する。
The balance member 33 provided on the X axis is
The block is a substantially rectangular parallelepiped and has a shape that is mechanically equivalent to the stylus 13. Here, whether or not they are mechanically equivalent is determined by the mass, rigidity, and the like of the balance member 33. The balance members 33 fixed to both side surfaces of the stylus support 10 along the Y axis have the same shape as the balance members 33 provided on the X axis, and are arranged at equal intervals around the origin. . The piezoelectric elements 12 are respectively arranged on upper and lower two planes orthogonal to the Z axis of the stylus support 10. With the vibration of the piezoelectric element 12, not only the stylus 13 but also the balance member 33 vibrates along the X axis or the Y axis.

【0035】スタイラス支持体10はプローブ本体25
に取り付けられている。このプローブ支持体25はZ軸
に延びてスタイラス支持体10を支持固定する円柱部2
5Aと、この円柱部25Aに一体形成されX軸に延びた
ロッド部25Bとを備えて構成され、円柱部25Aは圧
電素子12の中央部と所定の隙間をもって挿通されてい
る。なお、第2実施形態では、スタイラス13はY軸に
沿って設けられてもよく、この場合、X軸に沿ってバラ
ンス部材33が設けられる。
The stylus support 10 comprises a probe body 25
Attached to. The probe support 25 extends in the Z-axis to support and fix the stylus support 10.
5A and a rod portion 25B integrally formed with the cylindrical portion 25A and extending in the X-axis direction. The cylindrical portion 25A is inserted through the center of the piezoelectric element 12 with a predetermined gap. In the second embodiment, the stylus 13 may be provided along the Y axis. In this case, the balance member 33 is provided along the X axis.

【0036】従って、第2実施形態においても〜に
示す前記第1実施形態と同様な効果が得られる他に、
スタイラス13は、X軸及びY軸のいずれか一方に沿っ
てスタイラス支持体10に設けられ、スタイラス支持体
10のX軸及びY軸に沿った方向であってスタイラス1
3が設けられていない部分にはスタイラス13と力学的
に等価な形状とされたバランス部材33が設けられてい
るので、X軸及びY軸のいずれか一方に沿ってスタイラ
ス13がスタイラス支持体10に設けられた変則的な構
造の振動子26であっても、バランス部材33がスタイ
ラス13との振動上のバランスをとることにより、精度
の高い測定が行える。
Therefore, in the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above,
The stylus 13 is provided on the stylus support 10 along one of the X axis and the Y axis, and is in a direction along the X axis and the Y axis of the stylus
Since the balance member 33 having a shape that is mechanically equivalent to the stylus 13 is provided in a portion where the stylus 13 is not provided, the stylus 13 is moved along the one of the X axis and the Y axis. Even if the vibrator 26 has an irregular structure, the balance member 33 balances the vibration with the stylus 13 so that highly accurate measurement can be performed.

【0037】なお、本発明は前述の前記各実施形態に限
定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲
であれば次に示す変形例を含むものである。例えば、前
記各実施形態では、加振・検出手段として圧電素子12
を使用したが、本発明では、これに限らず、他のアクチ
ュエータでもよい。さらに、加振・検出手段はスタイラ
ス支持体10の片方の平面にのみ設けるものであっても
よい。また、スタイラス支持体10及び圧電素子12
は、平面円形形状であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, but includes the following modifications as long as the object of the present invention can be achieved. For example, in each of the above embodiments, the piezoelectric element 12
However, the present invention is not limited to this, and another actuator may be used. Further, the vibration / detection means may be provided on only one plane of the stylus support 10. Further, the stylus support 10 and the piezoelectric element 12
May have a planar circular shape.

【0038】さらに、前記実施形態では、振動子16の
第2次固有振動数ω2に等しい加振振動数で振動子16
を加振し、スタイラス13が被測定物と接触する際に発
生する振動における第1次固有振動数ω1の振動成分を
重畳したが、本発明では、前記実施形態の逆、つまり、
振動子16の第1次固有振動数ω1に等しい加振振動数
で振動子16を加振し、スタイラス13が被測定物と接
触する際に発生する振動における第2次固有振動数ω2
の振動成分を重畳する構成であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the vibrator 16 has a vibration frequency equal to the second natural frequency ω 2 of the vibrator 16.
And the vibration component of the first natural frequency ω1 in the vibration generated when the stylus 13 comes into contact with the object to be measured is superimposed. In the present invention, the reverse of the above-described embodiment, that is,
The vibrator 16 is vibrated at a vibration frequency equal to the first natural frequency ω1 of the vibrator 16, and the second natural frequency ω2 of the vibration generated when the stylus 13 contacts the object to be measured.
May be superimposed.

【0039】[0039]

【発明の効果】従って、本発明では、タッチ信号プロー
ブを十字型に形成した際に高精度の測定を行えるととも
に小型化できるという効果を奏することができる。
Therefore, according to the present invention, when the touch signal probe is formed in a cross shape, it is possible to perform the measurement with high accuracy and to reduce the size.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態にかかるタッチ信号プロ
ーブの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a touch signal probe according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態の振動子の振動モードを示すもの
で、(A)は振動子の基本構造を示す概略平面図、
(B)は1次モード共振を示す概略平面図、(C)は2
次モード共振を示す概略平面図である。
FIG. 2 shows a vibration mode of the vibrator according to the first embodiment, in which (A) is a schematic plan view showing a basic structure of the vibrator,
(B) is a schematic plan view showing the first-order mode resonance, and (C) is a schematic plan view showing the first-order mode resonance.
FIG. 4 is a schematic plan view showing next mode resonance.

【図3】図8に示す従来例の真直な振動子の振動モード
を示すもので、(A)は振動子の基本構造を示す概略平
面図、(B)は1次モード共振を示す概略平面図、
(C)は2次モード共振を示す概略平面図である。
3A and 3B show a vibration mode of the conventional straight vibrator shown in FIG. 8, wherein FIG. 3A is a schematic plan view showing a basic structure of the vibrator, and FIG. Figure,
(C) is a schematic plan view showing a second-order mode resonance.

【図4】第1実施形態の振動子の共振特性を示すグラフ
であり、(A)は通常の状態を示し、(B)は第2次固
有振動数での振幅を第1次固有振動数での振幅と略同じ
大きさにした場合を示す。
4A and 4B are graphs showing resonance characteristics of the vibrator according to the first embodiment, in which FIG. 4A shows a normal state, and FIG. 4B shows an amplitude at a second natural frequency; This shows a case where the amplitude is substantially the same as the amplitude at the time.

【図5】第1実施形態の制御回路の具体的構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration of a control circuit according to the first embodiment.

【図6】時間と直流レベル変換された振幅量との関係を
示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between time and a DC level-converted amplitude amount.

【図7】本発明の第2実施形態にかかるタッチ信号プロ
ーブの斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of a touch signal probe according to a second embodiment of the present invention.

【図8】従来例にかかるタッチ信号プローブを示す斜視
図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a touch signal probe according to a conventional example.

【図9】周波数と振幅との関係を示すグラフであり、
(A)はQ値が小さい場合が示され、(B)はQ値が大
きい場合が示されている。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between frequency and amplitude,
(A) shows a case where the Q value is small, and (B) shows a case where the Q value is large.

【図10】(A)はスタイラスの被測定物への接触によ
る振動変位と時間との関係を示すグラフであり、(B)
はスタイラスの被測定物への衝突による振動変位と時間
との関係を示すグラフであり、(C)は直流レベルに変
換された振幅量と時間との関係を示すグラフである。
FIG. 10A is a graph showing the relationship between vibration displacement and time due to contact of the stylus with the object to be measured, and FIG.
Is a graph showing the relationship between time and vibration displacement caused by the stylus colliding with the object to be measured, and FIG. 4C is a graph showing the relationship between the amount of amplitude converted into a DC level and time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 スタイラス支持体 12 加振・検出手段(圧電素子) 13 スタイラス 16,26 振動子 17 制御回路 22 ビート信号成分抽出手段 33 バランス部材 Reference Signs List 10 Stylus support 12 Vibration / detection means (piezoelectric element) 13 Stylus 16, 26 Vibrator 17 Control circuit 22 Beat signal component extraction means 33 Balance member

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/00 - 5/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 21/00-21/32 G01B 5/00-5/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の原点
を中心とするスタイラス支持体と、このスタイラス支持
体に設けられX軸及びY軸の少なくとも一方に沿って固
定されたスタイラスとを有する振動子と、前記スタイラ
ス支持体のZ軸に垂直な面に配置し前記振動子を所定の
周波数で加振するとともに前記スタイラスが被測定物に
接触する際に変化する振動の状態を検出する加振・検出
手段とを備え、前記スタイラスが被測定物と接触する際
に振動の状態が変化することから被測定物との接触を検
知するタッチ信号プローブであって、 前記振動子の第1次固有振動数ω1及び第2次固有振動
数ω2(ω2≠ω1)のいずれか一方に等しい加振振動数
で前記振動子を加振し、前記スタイラスが被測定物と接
触する際に発生する振動における第1次固有振動数ω1
及び第2次固有振動数ω2のいずれか他方の振動成分の
重畳によって前記スタイラスが被測定物と接触する際に
おける振動の状態変化を増強することを特徴とするタッ
チ信号プローブ。
1. A stylus support centered on an origin of an X axis, a Y axis and a Z axis orthogonal to each other, and a stylus provided on the stylus support and fixed along at least one of the X axis and the Y axis. And a vibrator arranged at a plane perpendicular to the Z-axis of the stylus support, vibrating the vibrator at a predetermined frequency, and detecting a state of vibration that changes when the stylus comes into contact with the object to be measured. A touch signal probe for detecting contact with the object to be measured because the state of vibration changes when the stylus comes into contact with the object to be measured. The vibrator is vibrated at a vibration frequency equal to one of the primary natural frequency ω1 and the secondary natural frequency ω2 (ω2 ≠ ω1), and is generated when the stylus comes into contact with the object to be measured. First-order vibration Frequency ω1
A touch signal probe for enhancing a state change of vibration when the stylus comes into contact with an object to be measured by superimposing a vibration component of the other one of the second natural frequency ω2 and the second natural frequency ω2.
【請求項2】請求項1に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記第1次固有振動数ω1と前記第2次固有振動
数ω2との重畳により発生するビート信号を検出するた
めのビート信号成分抽出手段を備えたことを特徴とする
タッチ信号プローブ。
2. A touch signal probe according to claim 1, wherein a beat signal component for detecting a beat signal generated by superimposing said first natural frequency ω1 and said second natural frequency ω2 is extracted. A touch signal probe comprising means.
【請求項3】請求項1又は2に記載のタッチ信号プロー
ブにおいて、前記スタイラスは、X軸に沿って固定され
原点を挟んで対称配置された第1のスタイラスの対と、
Y軸に沿って固定され原点を挟んで対称配置された第2
のスタイラスの対とを備えて構成されていることを特徴
とするタッチ信号プローブ。
3. The touch signal probe according to claim 1, wherein the stylus is fixed along the X-axis and symmetrically arranged with respect to an origin.
The second fixed along the Y-axis and symmetrically arranged around the origin
And a stylus pair.
【請求項4】請求項1又は2に記載のタッチ信号プロー
ブにおいて、前記スタイラスは、X軸及びY軸のいずれ
か一方に沿って前記スタイラス支持体に設けられ、前記
スタイラス支持体のX軸及びY軸に沿った方向であって
前記スタイラスが設けられていない部分には前記スタイ
ラスと力学的に等価な形状とされたバランス部材が設け
られていることを特徴とするタッチ信号プローブ。
4. The touch signal probe according to claim 1, wherein the stylus is provided on the stylus support along one of an X-axis and a Y-axis. A touch signal probe, characterized in that a balance member having a shape that is mechanically equivalent to the stylus is provided in a portion along the Y axis where the stylus is not provided.
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