JP3285320B2

JP3285320B2 - タッチ信号プローブ

Info

Publication number: JP3285320B2
Application number: JP03279498A
Authority: JP
Inventors: 国俊西村; 修弘石川
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH10288502A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機等に
よって被測定物の形状等を測定するために用いられるタ
ッチ信号プローブに関するものである。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機とし三次元測定機等が知られているが、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、スタイラ
スの先端部分に接触部を備え、この接触部が被測定物と
接触したことを検出するタッチ信号プローブが用いられ
る。タッチ信号プローブの従来例が特公昭60-48681号
（従来例１）、特開昭54-78164号（従来例２）及び特開
平8-327308号（従来例３）に示されている。

【０００３】従来例１では、測定ヘッドあるいは測定プ
ローブは可動部分と固定部分とからなり、これらは互い
に着座機構を介して連結されている。可動部分は２分割
された２つの部材から構成され、これらの部材間に引張
及び圧縮に高感度に応答する測定素子（圧電素子）が設
けられている。従来例２では、スタイラスの一部に圧電
素子が組み込まれたり、スタイラスを２分割し、これら
の分割されたスタイラスの間に圧電素子が挟み込まれた
り、スタイラスの先端に設けられた接触部に圧電素子を
細工したり、さらには、接触部とスタイラスの接続部分
に圧電素子を挟み込む構造である。従来例３では、円盤
状の基板の中心にスタイラスが取り付けられ、このスタ
イラスの周囲に複数の圧電素子が放射状に配置されてい
る。スタイラスが被測定物に当接したことを検知するた
めに、各圧電素子から出力される信号の絶対値の和が検
出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例１及び２では、
圧電素子を１個設置する場合、複数個設置する場合等、
各種の場合が開示されている。一般に、圧電素子の数が
少ない方がスタイラスの構造が単純で組み立てが容易で
あるため、コストを低くできるという利点があるもの
の、異なる方向での検出精度が十分でなく、方向依存性
を有することになる。これに対して、圧電素子（測定素
子）を複数組み込む場合には、これらの組み合わせの仕
方によって方向依存性が少なくなるが、構造が複雑にな
るという不都合がある。

【０００５】ここで、方向依存性とは、スタイラスの先
端部分の測定球と被測定物とが接触する際に、接触部の
接触箇所により測定素子の応答感度の異なる程度を意味
するものであるが、従来例１では、測定素子がＸ軸測定
用とＹ軸測定用とに分かれているものの、それ以上に方
向依存性を考慮したものではなく、よって、方向依存性
の改善が必ずしも十分とはいえない。同様に、従来例２
においても、方向依存性と圧電素子の配置との関係まで
は考慮されていない。また、従来例３では、スタイラス
の先端部分が被測定物と接触する際の検出感度に方向性
が生じないように複数の圧電素子から出力される信号の
絶対値の和を演算して検出信号を取り出しているが、ス
タイラス軸に直交する方向から被測定物に接する場合に
おいては、検出感度の方向依存性の改善は十分とはいえ
ない。また、スタイラス軸方向から接する場合に関して
は何ら言及されていない。

【０００６】本発明の目的は、構造が簡易であり、方向
依存性がないタッチ信号プローブを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、正
多角形体の検出素子支持部の側面に取り付けた変形検出
素子から出力される信号の和、差及び自乗和に基づいて
接触検知信号を発生して前記目的を達成しようとするも
のである。具体的には本発明にかかるタッチ信号プロー
ブは、先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱状
のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触したこと
を検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プローブ
において、前記スタイラスは、前記変形検出素子を支持
固定するための検出素子支持部を有し、この検出素子支
持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正多角形と
される正多角形体であり、この正多角形体の各側面のう
ち少なくとも２面に前記変形検出素子をそれぞれ取り付
け、前記検出素子支持部の中央部を括れるように形成
し、前記変形検出素子は、その両端部が前記検出素子支
持部の両側部に支持固定され、その中央部が検出素子支
持部との間で隙間が形成され、前記変形検出素子から出
力される信号に対し演算処理を行い、演算処理の結果に
基づいて接触検知信号を発生することを特徴とする。

【０００８】測定のため、本発明のタッチ信号プローブ
を移動してスタイラスの接触部が被測定物に接触する
と、接触時の衝撃力が変形検出素子で検出される。この
際、各変形検出素子から検出信号が出力されるが、各変
形検出素子から出力される信号に対し演算処理を行う。
例えば、まず、これらの信号の和及び差をそれぞれ生成
する。各変形検出素子から出力される信号の和を演算す
るのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分を除去して
スタイラス軸方向に作用する縦歪成分を抽出するためで
あり、各変形検出素子から出力される信号の差を演算す
るのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分を抽出する
ためである。

【０００９】その後、これらの和の信号と差の信号との
自乗和をそれぞれ生成する。各信号をそれぞれ自乗する
のは、各変形検出素子から出力される信号の極大値を変
形検出素子の取付方位と被測定物との接触方位のなす角
度にかかわらず完全一定にするためである。さらに、各
信号を自乗和することにより、大きな検出信号を得るこ
とができ、測定精度を向上させることができる。自乗和
から生成された信号に基づいて接触検知信号を発生し、
接触検知信号が発生された点における座標を測定値とし
て読みとる。従って、本発明では、各変形検出素子から
出力される信号の処理により方向依存性をなくして精度
の高い測定が行える。さらに、多角形体の側面に変形検
出素子を取り付けるものであるから、タッチ信号プロー
ブの構造を簡易なものにできる。

【００１０】また、本発明にかかるタッチ信号プローブ
は、先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱状の
スタイラスに、前記接触部が被測定物に接触したことを
検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プローブに
おいて、前記スタイラスは、前記変形検出素子を支持固
定するための検出素子支持部を有し、この検出素子支持
部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正方形であ
り、この正方形の各側面に合計４個の前記変形検出素子
をそれぞれ取り付け、これらの変形検出素子のうち前記
検出素子支持部を挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位
置する２組の変形検出素子から出力される２つの差動信
号と、４個の変形検出素子の全てから出力される和の信
号あるいは互いに表裏に位置する関係の２個の変形検出
素子から出力される和の信号とから接触検知信号を発生
することを特徴とする。この構成では、スタイラス軸を
中心として互いに９０度間隔に配置された４個の変形検
出素子から出力される信号に基づいて接触検知信号が発
生されるため、精度のよい測定が行える。

【００１１】ここで、本発明では、前記表裏の関係に位
置する２組の変形検出素子から出力される２つの差動信
号を自乗して和することにより第１の接触信号を生成
し、かつ、第１の接触信号を基準値と比較して第１の検
知信号を生成するとともに、前記４個の変形検出素子か
ら出力される和の信号あるいは表裏の関係に位置する２
個の変形検出素子から出力される和の信号より第２の接
触信号を生成し、第２の接触信号を基準値と比較して第
２の検知信号を生成し、この第２の検知信号を所定の時
間だけ遅延させた後、第１の検知信号との論理和により
接触検知信号を発生する構成でもよい。この構成では、
第１の接触信号と第２の接触信号とから論理和により接
触検知信号を生成するにあたり、時間的に早く極大値を
形成する第２の検知信号を所定の時間だけ遅らせること
により、接触部の接触部位にかかわらず同じ接触検知信
号が発生する。

【００１２】また、前記各変形検出素子から出力される
和の信号あるいは表裏の関係に位置する２個の変形検出
素子から出力される和の信号の大きさを調整して所定時
間遅らせた１つの信号と、前記表裏の関係に位置する変
形検出素子から出力される２つの差動信号との合計３つ
の信号をそれぞれ自乗した後、和した信号を用いて接触
検知信号を発生する構成でもよい。この構成では、前述
と同様に、接触部の接触部位にかかわらず同じ出力が発
生する。さらに、前記変形検出素子を圧電素子または歪
みゲージから構成してもよい。この構成では、スタイラ
スの接触部が被測定物に接触した際の衝撃力を変形検出
素子で確実に検出することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１には本発明の第１実施
形態にかかるタッチ信号プローブの全体構成が示されて
おり、（Ａ）は変形検出素子としての圧電素子が取り付
けられる前の状態を示し、（Ｂ）は圧電素子が取り付け
られた後の状態を示す。

【００１４】図１（Ａ）において、第１実施形態のタッ
チ信号プローブは、先端に被測定物と接触する接触部１
Ａを有する略柱状のスタイラス１に４個の圧電素子２１
〜２４を取り付けた構造であり、スタイラス１は、前記
接触部１Ａと、この接触部１Ａが一端部に取り付けられ
た断面円形のスタイラス本体１Ｂと、このスタイラス本
体１Ｂの他端部に一体形成された検出素子支持部１Ｃ
と、この検出素子支持部１Ｃの端部に設けられ図示しな
いプローブ本体に装着するねじ部１Ｄとを備え、これら
の部材はスタイラス軸上に配置されている。

【００１５】検出素子支持部１Ｃはスタイラス軸と直交
する断面が正方形とされる直方体であり、この直方体の
各側面に前記圧電素子２１〜２４がその全面において接
着剤等でそれぞれ固着されている。このうち、圧電素子
２１，２３は検出素子支持部１Ｃを挟んで互いに表裏の
関係にあり、圧電素子２２，２４は圧電素子２１，２３
と隣り合う位置において、互いに表裏の関係にある。図
１（Ｂ）に示される通り、圧電素子２１〜２４は、その
長手方向がスタイラス軸と平行である平面矩形状とされ
ている。

【００１６】図２（Ａ）はタッチ信号プローブの接触部
１Ａにスタイラス軸と直交する方向から被測定物に接触
する場合を示す正面図であり、図２（Ｂ）は、図２
（Ａ）の場合における１個の圧電素子２１の出力の時間
的な変化を示すグラフである。図２（Ｂ）において、被
測定物と接触後、スタイラス１の固有振動数等によって
定まるToの時点で圧電素子２１の出力は極大値Voとな
る。

【００１７】この極大値Voの大きさは圧電素子２１の取
付方位とスタイラス１が被測定物と接触する方位とのな
す角度、つまり、圧電素子２１のスタイラス１の軸周り
の角度θ（図３参照）によって異なり、図４で示すよう
に、３６０度の周期で正弦波状に変化する。出力極大値
Voが最大値Vmaxとなるのは、圧電素子２１が曲げ変形を
受けやすい角度（θ＝０）で被測定物とスタイラス１が
接触する場合であることがわかる。

【００１８】図５は４個の圧電素子２１〜２４からの出
力により接触信号を生成するためのブロック図であり、
図６は，その回路図である。図５及び図６において、各
圧電素子２１〜２４から出力される信号は、増幅回路３
１〜３４で増幅されてＶ₁〜Ｖ₄とされた後、互いに表裏
の関係にある圧電素子２１，２３から出力される信号Ｖ
₁,Ｖ₃は、その差Ｖ₁₃が差動増幅回路４１で演算され、
互いに表裏の関係にある圧電素子２２，２４から出力さ
れる信号Ｖ₂,Ｖ₄は、その差V₂₄が差動増幅回路４２で演
算される。

【００１９】さらに、圧電素子２１〜２４から出力され
て増幅回路３１〜３４で増幅された信号Ｖ₁〜Ｖ₄は、こ
れらの和Ｖ₁₂₃₄が加算回路５で演算され、この加算回路
５で第２の接触信号が生成される。この第２の接触信号
を基準値と比較してデジタル信号からなる第２の検知信
号が生成される。ここで、圧電素子２１，２３（２２，
２４）の出力信号の差Ｖ₁₃（Ｖ₂₄）を演算するのは、ス
タイラス軸を中心として１８０度取付角度の異なる圧電
素子２１，２３（２２，２４）からの出力信号の位相が
１８０度異なり、この演算によりスタイラス軸に作用す
る曲げ歪成分を抽出するためである。

【００２０】また、４個の圧電素子２１〜２４の和Ｖ
₁₂₃₄を演算するのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成
分を除去してスタイラス軸方向に作用する縦歪成分を抽
出するためである。ただし、本実施形態では、縦歪成分
を抽出するにあたり、４個全ての圧電素子２１〜２４の
出力信号の和を求めるものに限定されるものではなく、
互いに表裏関係にある２個の圧電素子２１，２３又は圧
電素子２２，２４から出力信号の和を演算するものでも
よい。

【００２１】差動増幅回路４１，４２で生成された信号
と、加算回路５で生成された第２の接触信号とから接触
信号検知回路６で検知信号が生成される。接触信号検出
回路６では、出力信号の差（Ｖ₁₃,Ｖ₂₄)は、自乗回路７
１，７２でそれぞれ自乗された後、加算回路８で加算さ
れて第１の接触信号となる。第１の接触信号を基準値と
比較してデジタル信号からなる第１の検知信号が生成さ
れる。ここで、自乗して加算するのは、９０度取付角度
が異なる圧電素子２１，２３（２２，２４）からの出力
の最大値を角度θによらず一定にするためである。即
ち、圧電素子２１，２３の差動出力の極大値を

【００２２】

【数１】

【００２３】圧電素子２２，２４の差動出力の極大値を

【００２４】

【数２】

【００２５】と、それぞれ表すと、

【００２６】

【数３】

【００２７】であるから、角度θoによらず、時間Ｔ_oに
おける出力の極大値は（Ｖmax）²となる。以上の説明は
スタイラス１がスタイラス軸と直交する方向から接触部
１Ａに被測定物が接触した場合であり、スタイラス軸と
角度βの角度で接する場合（図７参照）の出力の極大値
は｛Ｖmax×ＣＯＳβ｝²となる。なお、図７において、
角度βとは、スタイラス軸と直交する方向と、接触部１
Ａが被測定物に当たる方向とがなす角度である。第１の
接触信号Ｖ₁₃（Ｖ₂₄）はスタイラス軸に表裏に貼られた
圧電素子２１，２３（２２，２４）の差動信号であるか
ら、Ｖmax×ＣＯＳβは検出素子支持部１Ｃの曲げ歪成
分を表す信号といえる。

【００２８】図６において、加算回路５で演算された和
の信号Ｖ₁₂₃₄は、Ｋを増幅率とすると、次の式で求めら
れる。

【００２９】

【数４】

【００３０】Ｖ₁₂₃₄は、曲げ歪成分を除いた縦歪成分を
表す信号であり、βが９０度、即ち、スタイラス軸の方
向から被測定物に接触部１Ａが接触した場合に最大値Ｖ
_Mとなり、スタイラス軸とβの角度で接する場合の出力
の極大値は、

【００３１】

【数５】

【００３２】となる。ただし、｛Ｖmax×ＣＯＳβ｝²の
極大値を形成する時間とＶ₁₂₃₄が極大値を形成する時間
は一般的に異なっている。つまり、曲げ剛性より縦方向
の剛性が一般的に高いので、Ｖ₁₂₃₄の方が時間的に早
い。従って、Ｖ_M＝Ｖmaxとなるようにゲイン調整した
後、遅延回路９でＶ₁₂₃₄信号に適当な時間遅れをもた
せ、さらに、しかる後、自乗回路７３で自乗する。自乗
回路７３で自乗した（Ｖ₁₂₃₄）²信号と、｛Ｖmax×ＣＯ
Ｓβ｝²信号とを加算回路１０で加算すると、

【００３３】

【数６】

【００３４】となり、接触角度βによらず、一定の信号
となる。つまり、時間的に早く極大値を形成する縦歪に
相当する信号を所定の時間だけ遅らせることにより、曲
げ歪に相当する信号と同じタイミングで極大値を形成す
るようにして測定球１Ａのどこと接触しても同じ出力が
発生できるよにした。その後、比較回路１１で所定の基
準値と比較し、この基準値を越えた場合に接触信号が発
生する。なお、本実施形態では、（Ｖ₁₂₃₄）信号を自乗
した後に適当な時間遅れをかけ手法に限定されるもので
はなく、遅延させた後に自乗する等、本実施形態の趣旨
に従って変更してもよい。さらに、（Ｖ₁₂₃₄）信号に適
当な時間遅れをかけた後に

【００３５】

【数７】

【００３６】の演算をしてもよい。この場合でも前述と
同じ結果を得ることができる。

【００３７】従って、第１実施形態では、先端に接触部
１Ａを有する略柱状のスタイラス１に接触部１Ａが被測
定物に接触したことを検出する変形検出素子としての圧
電素子２１〜２４を配置し、スタイラス１は圧電素子２
１〜２４を支持固定するための検出素子支持部１Ｃを有
し、この検出素子支持部１Ｃはスタイラス１の軸と直交
する断面が正多角形とされる正多角形体であり、この正
多角形体の各側面のうち少なくとも２面に圧電素子２１
〜２４をそれぞれ取り付け、これらの圧電素子２１〜２
４から出力される信号の和、差及び自乗和を生成し、こ
の生成した信号に基づいて接触検知信号を発生する構成
としたから、各圧電素子２１〜２４から出力される信号
の処理により方向依存性をなくして精度の高い測定が行
える。

【００３８】つまり、圧電素子２１〜２４から出力され
る信号の和を演算することにより、スタイラス軸に作用
する曲げ歪成分を除去してスタイラス軸方向に作用する
歪成分を抽出し、圧電素子２１〜２４から出力される信
号の差を演算することにより、各圧電素子２１〜２４か
ら出力される位相の異なる信号に基づいてスタイラス軸
に作用する曲げ歪成分を抽出し、さらに、これらの和の
信号と差の信号との自乗和をそれぞれ生成することによ
り、スタイラス軸に対して取付角度の異なる各圧電素子
２１〜２４から出力される信号の極大値を変形検出素子
の取付方位と被測定物との接触方位のなす角度θにかか
わらず一定にしたから、測定球１Ａの被測定物に接触す
る角度にかかわらず測定の高精度化を図ることができ
る。しかも、多角形体の側面に圧電素子２１〜２４を取
り付ける構造であるから、タッチ信号プローブの構造を
簡易なものにできる。

【００３９】また、第１実施形態では、検出素子支持部
１Ｃの断面を正方形とするとともに、その各側面に合計
４個の圧電素子２１〜２４をそれぞれ取り付けた構造で
あるから、圧電素子２１〜２４のうち検出素子支持部１
Ｃを挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位置する２組の
変形検出素子２１，２３（２２，２４）から出力される
２つの差動信号Ｖ₁₃,Ｖ₂₄と、４個の圧電素子２１〜２
４の全てから出力される和の信号Ｖ₁₂₃₄あるいは表裏に
位置する２個の変形検出素子から出力される和の信号と
から接触検知信号を発生する構成であるから、スタイラ
ス軸を中心として互いに９０度間隔に配置された４個の
圧電素子２１〜２４から出力される信号に基づいて接触
検知信号が発生されるため、精度のよい測定が行える。

【００４０】さらに、表裏に位置する２組の変形検出素
子２１，２３（２２，２４）から出力される２つの差動
信号Ｖ₁₃,Ｖ₂₄より第１の接触信号を生成し、第１の接
触信号を基準信号と比較することにより第１の検知信号
を生成するとともに、４個の変形検出素子２１〜２４か
ら出力される和の信号Ｖ₁₂₃₄あるいは表裏に位置する２
個の変形検出素子２１，２３（２２，２４）から出力さ
れる和の信号より第２の接触信号を生成し、第２の接触
信号を基準信号と比較することにより第２の検知信号を
生成し、第２の検知信号を所定の時間だけ遅延させた
後、第１の検知信号との論理和により接触検知信号を発
生する構成としたから、第１の検知信号と第２の検知信
号とから論理和により接触検知信号を生成するにあた
り、時間的に早く極大値を形成する縦歪に相当する第２
の検知信号を所定の時間だけ遅らせることにより、接触
部のどこと接触しても同じ出力が発生するから、この点
からも測定の高精度化を図ることができる。また、第１
実施形態では変形検出素子として圧電素子２１〜２４を
用いたから、スタイラス１の接触部１Ａが被測定物に接
触した際の衝撃力を確実に検出することができる。その
ため、精度の高い測定が行える。

【００４１】次に、本発明の第２実施形態を図８に基づ
いて説明する。第２実施形態は変形検出素子の構成が第
１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と
同じである。そのため、第２実施形態の説明において
は、第１実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説
明を省略若しくは簡略する。図８（Ａ）は変形検出素子
としての歪みゲージが取り付けられる前の状態を示す斜
視図であり、（Ｂ）は歪みゲージが取り付けられた後の
状態を示す斜視図である。図８（Ａ）（Ｂ）において、
第２実施形態の変形検出素子は、前記検出素子支持部１
Ｃの各面に貼付された歪みゲージ２１〜２４であり、こ
れらの歪みゲージ２１〜２４は、スタイラス１の接触部
１Ａが被測定物に接触した際のスタイラス本体１Ｂ及び
検出素子支持部１Ｃの変形を検出するものである。

【００４２】歪みゲージ２１〜２４と図示しないブリッ
ジ回路から出力された信号は、第１実施形態の圧電素子
２１〜２４から出力される信号と同じように、図５及び
図６で示される手段で接触信号が生成される。即ち、歪
みゲージ２１〜２４から出力される信号は、増幅回路３
１〜３４で増幅されてＶ₁〜Ｖ₄とされた後、互いに表裏
の関係にある歪みゲージ２１，２３から出力される信号
Ｖ₁,Ｖ₃は、その差Ｖ₁ ₃が差動増幅回路４１で演算さ
れ、互いに表裏の関係にある歪みゲージ２２，２４から
出力される信号Ｖ₂,Ｖ₄は、その差V₂₄が差動増幅回路４
２で演算される。これらの差動増幅回路４１,４２で第
１の接触信号が生成される。さらに、歪みゲージ２１〜
２４から出力されて増幅回路３１〜３４で増幅された信
号Ｖ₁〜Ｖ₄は、これらの和Ｖ₁₂₃₄が加算回路５で演算さ
れ、この加算回路５で第２の接触信号が生成される。以
降、第１実施形態と同様に信号が処理されて接触信号が
発生される。

【００４３】従って、第２実施形態によれば、前記第１
実施形態と同様の構成を有するため、第１実施形態と同
じ作用効果を奏することができる。さらに、第２実施形
態では、変位検出素子を歪みゲージ２１〜２４としたか
ら、歪みゲージ２１〜２４は比較的に安価に提供される
ことから、タッチ信号プローブの製造コストを低くする
ことができる。

【００４４】なお、本発明は前述の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、本発明で
は、図９に示される通り、加算回路８から出力された信
号｛Ｖmax×ＣＯＳβ｝²を比較回路１２で基準値と比較
し、その基準値を越えた場合にＯＲ回路１３を経由して
接触信号を発生し、他方、加算回路５で演算された和の
信号Ｖ₁₂₃₄を比較回路１４で基準値と比較し、この信号
が基準値を越えた場合に、遅延回路１５で所定時間遅ら
せてＯＲ回路１３を経由して接触信号を発生する構成で
もよい。さらに、図６及び図９では、接触信号生成回路
をアナログ回路から構成したが、この接触信号生成回路
をデジタル回路から構成してもよい。

【００４５】また、本発明では、変形検出素子２１〜２
４からの出力を増加させるために、図１０（Ａ）（Ｂ）
に示される通り、検出素子支持部１Ｃの中央部を括れる
ように形成し、変形検出素子２１〜２４は、その両端部
が検出素子支持部１Ｃの両側部に支持固定され、その中
央部が検出素子支持部１Ｃとの間で隙間が形成される構
造でもよい。この際、検出素子支持部１Ｃのうち変形検
出素子２１〜２４を支持する両側部の断面が正方形とさ
れる。この構造では、検出素子支持部１Ｃの剛性が図１
の検出素子支持部１Ｃより低下しているため、変形検出
素子２１〜２４の変形量が多くなる。そのため、変形検
出素子２１〜２４の出力が大きくなるから、測定精度の
向上が図れる。

【００４６】さらに、前記実施形態では、変形検出素子
２１〜２４を４個設置する場合について説明したが、本
発明では、図１１（Ａ）（Ｂ）に示される通り、検出素
子支持部１Ｃの互いに隣り合う２側面に２個の変形検出
素子２１，２２を固着する構造でもよい。この場合、図
６の接触信号生成回路において、変形検出素子２１，２
２から出力される信号を差動増幅する必要がないが、こ
の信号成分には検出素子支持部１Ｃの曲げ歪成分だけで
なく、縦歪成分も含まれているから、簡易回路といえ
る。従って、スタイラス軸と直交する方向が被測定物に
接する場合は、θの方向には方向依存性が発生しない
が、そうでない場合は、βの方向には方向依存性が残る
ことになる。ただし、簡易な測定には不都合はない。

【００４７】また、本発明では、図１２に示される通
り、検出素子支持部１Ｃの断面を正三角形とするととも
に、その各側面に合計３個の変形検出素子２１〜２３を
取り付けた構造でもよく、さらには、検出素子支持部１
Ｃの断面を正五角形、正六角形等に形成するものでもよ
い。検出素子支持部１Ｃの断面を正三角形とした場合、
３枚の変形検出素子２１〜２３の出力を自乗して加算す
ればスタイラス軸と直交する方向から被測定物に接する
場合には、角度θに依存しない一定の出力を得ることが
できるが、そうでない場合では、βの方向には方向依存
性が残ることになる。ただし、簡易な測定には不都合は
ない。

【００４８】さらに、以上において、検出素子支持部１
Ｃの中央部形状の断面を正多角形である場合について説
明したが、本発明では、図１３に示される通り、検出素
子支持部１Ｃの中央部を円形断面としてもよい。即ち、
本発明では、検出素子支持部１Ｃにおいて、変形検出素
子２１〜２４を直接支持する部分が断面正多角形であれ
ば足り、変形検出素子２１〜２４と接しない部位の形状
は限定されるものではない。また、前記各実施形態で
は、変形検出素子を圧電素子２１〜２４又は歪みゲージ
２１〜２４としたが、本発明では、スタイラス１の変位
を検出できる構造であるならば、変形検出素子は圧電素
子２１〜２４や歪みゲージ２１〜２４以外の構造のもの
でもよい。さらに、変形検出素子は、圧電素子２１〜２
４と歪みゲージ２１〜２４とを混合させたものでもよ
い。また、変形検出素子から出力される信号に対し演算
処理を行い、演算処理の結果に基づいて接触検知信号を
発生する構成であるなら、必ずしも前記実施形態のよう
に、信号の和と差を利用するものに限定されない。

【００４９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、先端に被
測定物と接触する接触部を有する略柱状のスタイラス
に、前記接触部が被測定物に接触したことを検出する変
形検出素子を配置したタッチ信号プローブにおいて、前
記スタイラスは、前記変形検出素子を支持固定するため
の検出素子支持部を有し、この検出素子支持部は前記ス
タイラスの軸と直交する断面が正多角形とされる正多角
形体であり、この正多角形体の各側面のうち少なくとも
２面に前記変形検出素子をそれぞれ取り付け、前記検出
素子支持部の中央部を括れるように形成し、前記変形検
出素子は、その両端部が前記検出素子支持部の両側部に
支持固定され、その中央部が検出素子支持部との間で隙
間が形成され、前記変形検出素子から出力される信号に
対し演算処理を行い、演算処理の結果に基づいて接触検
知信号を発生する構成としたから、各変形検出素子から
出力される信号の処理により方向依存性をなくして精度
の高い測定が行え、しかも、多角形体の側面に変形検出
素子を取り付けることによりタッチ信号プローブの構造
を簡易なものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るタッチ信号プロー
ブを示すもので、（Ａ）は変形検出素子としての圧電素
子が取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、
（Ｂ）は圧電素子が取り付けられた後の状態を示す斜視
図である。

【図２】（Ａ）はタッチ信号プローブの接触部にスタイ
ラス軸と直交する方向から被測定物に接触する場合を示
す正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の場合における１個
の圧電素子の出力の時間的な変化を示すグラフである。

【図３】圧電素子の取付方位とスタイラスが被測定物と
接触する方位とのなす角度θを説明するためのタッチ信
号プローブの斜視図である。

【図４】角度θと圧電素子の出力極大値Ｖoとの関係を
示すグラフである。

【図５】変形検出素子（圧電素子）から出力された信号
から接触信号を生成する構成を示すブロック図である。

【図６】変形検出素子（圧電素子）から出力された信号
から接触信号を生成する構成を示す回路図である。

【図７】スタイラス軸と直交する方向と接触部が被測定
物に当たる方向とがなす角度βを説明するためのスタイ
ラスの斜視図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係るタッチ信号プロー
ブを示すもので、（Ａ）は変形検出素子としての歪みゲ
ージが取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、
（Ｂ）は歪みゲージが取り付けられた後の状態を示す斜
視図である。

【図９】本発明の変形例を示すもので、変形検出素子か
ら出力された信号から接触信号を生成する構成を示す回
路図である。

【図１０】本発明の変形例（検出素子支持部の形状が異
なる例）の全体を示すもので、（Ａ）は変形検出素子が
取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は
変形検出素子が取り付けられた後の状態を示す斜視図で
ある。

【図１１】本発明の変形例（変形検出素子の数が異なる
例）の全体を示すもので、（Ａ）は変形検出素子が取り
付けられる前の状態を示す斜視図であり、（Ｂ）は変形
検出素子が取り付けられた後の状態を示す斜視図であ
る。

【図１２】本発明の変形例（検出素子支持部の断面形状
が異なる例）の全体を示す斜視図である。

【図１３】本発明の変形例（検出素子支持部の形状が異
なる例）の全体を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１スタイラス１Ａ接触部１Ｃ検出素子支持部 21〜24 変形検出素子（圧電素子，歪みゲー
ジ）

フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−33301（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−45902（ＪＰ，Ａ) 特開平６−221806（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 5/00 - 7/34 102 G01B 21/00 - 21/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に被測定物と接触する接触部を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触し
たことを検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プ
ローブにおいて、前記スタイラスは、前記変形検出素子
を支持固定するための検出素子支持部を有し、この検出
素子支持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正多
角形とされる正多角形体であり、この正多角形体の各側
面のうち少なくとも２面に前記変形検出素子をそれぞれ
取り付け、前記検出素子支持部の中央部を括れるように
形成し、前記変形検出素子は、その両端部が前記検出素
子支持部の両側部に支持固定され、その中央部が検出素
子支持部との間で隙間が形成され、前記変形検出素子か
ら出力される信号に対し演算処理を行い、演算処理の結
果に基づいて接触検知信号を発生することを特徴とする
タッチ信号プローブ。
【請求項２】先端に被測定物と接触する接触部を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触し
たことを検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プ
ローブにおいて、前記スタイラスは、前記変形検出素子
を支持固定するための検出素子支持部を有し、この検出
素子支持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正方
形であり、この正方形の各側面に合計４個の前記変形検
出素子をそれぞれ取り付け、これらの変形検出素子のう
ち前記検出素子支持部を挟んでそれぞれ互いに表裏の関
係に位置する２組の変形検出素子から出力される２つの
差動信号と、４個の変形検出素子の全てから出力される
和の信号あるいは互いに表裏に位置する関係の２個の変
形検出素子から出力される和の信号とから接触検知信号
を発生することを特徴とするタッチ信号プローブ。
【請求項３】請求項２に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記表裏の関係に位置する２組の変形検出素子か
ら出力される２つの差動信号を自乗して和することによ
り第１の接触信号を生成し、かつ、第１の接触信号を基
準値と比較して第１の検知信号を生成するとともに、前
記４個の変形検出素子から出力される和の信号あるいは
表裏の関係に位置する２個の変形検出素子から出力され
る和の信号より第２の接触信号を生成し、第２の接触信
号を基準値と比較して第２の検知信号を生成し、この第
２の検知信号を所定の時間だけ遅延させた後、第１の検
知信号との論理和により接触検知信号を発生することを
特徴とするタッチ信号プローブ。
【請求項４】請求項２に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記各変形検出素子から出力される和の信号ある
いは表裏の関係に位置する２個の変形検出素子から出力
される和の信号の大きさを調整して所定時間遅らせた１
つの信号と、前記表裏の関係に位置する変形検出素子か
ら出力される２つの差動信号との合計３つの信号をそれ
ぞれ自乗した後に和した信号を用いて接触検知信号を発
生することを特徴とするタッチ信号プローブ。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記変形検出素子は圧電素子で
あることを特徴とするタッチ信号プローブ。
【請求項６】請求項１から４のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記変形検出素子は歪みゲージ
であることを特徴とするタッチ信号プローブ。