JP3404259B2 - Touch signal probe - Google Patents

Touch signal probe

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JP3404259B2
JP3404259B2 JP20311097A JP20311097A JP3404259B2 JP 3404259 B2 JP3404259 B2 JP 3404259B2 JP 20311097 A JP20311097 A JP 20311097A JP 20311097 A JP20311097 A JP 20311097A JP 3404259 B2 JP3404259 B2 JP 3404259B2
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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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch signal probe used for measuring the shape of an object to be measured by a coordinate measuring machine or the like.

【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球を備え、この接触球が被測定物と
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。このタッチ信号プローブとして、スタイラスに圧電
素子等の検出素子を設け、スタイラス先端の接触球が被
測定物に接触する際の衝撃をその検出素子により検出
し、接触検知を行う従来例があるが、この従来例は比較
的に構成が簡単となる長所があるものの、接触球がどの
方向から接触したかにより感度が異なる、つまり、方向
依存性を有するという短所があった。
BACKGROUND ART A coordinate measuring machine or the like is known as a measuring machine for measuring the shape and size of an object to be measured. In order to detect coordinates and position in that case, a stylus is used as a measuring machine. A touch signal probe is used which is provided with a contact ball at the tip portion of and which detects that the contact ball contacts the object to be measured. As this touch signal probe, a stylus is provided with a detection element such as a piezoelectric element, and the impact when the contact ball at the tip of the stylus contacts the object to be measured is detected by the detection element, and there is a conventional example in which contact detection is performed. This conventional example has an advantage that the structure is relatively simple, but has a disadvantage that the sensitivity is different depending on from which direction the contact ball comes into contact, that is, it has direction dependency.

【0003】そのため、本件出願人は、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として特願平
9-32149 号で示されるタッチ信号プローブを提案した。
このタッチ信号プローブは、先端に被測定物と接触する
接触球を有する略柱状のスタイラスに4個の圧電素子を
90度間隔で取り付けた構造であり、圧電素子から出力
された信号から接触信号を生成する回路構成が図1
示されている。
Therefore, the applicant of the present invention has filed a patent application as a touch signal probe having a simple structure and no direction dependence.
I proposed a touch signal probe shown in 9-32149.
This touch signal probe has a structure in which four piezoelectric elements are attached at 90-degree intervals to a substantially columnar stylus having a contact sphere that comes into contact with the object to be measured at the tip, and the contact signal is output from the signal output from the piezoelectric element. circuitry for generating is shown in Figure 1 1.

【0004】図1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31〜34で増幅されて
1〜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V1, V3は、その差(V
1−V3)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,
4は、その差(V2−V4)が差動増幅回路42で演算
される。これらの差動増幅回路41,42で生成された
信号は自乗回路71,72でそれぞれ自乗された後、加
算回路8で加算されて1つの信号Vvとなる。この信号
vはスタイラス軸と垂直方向の振動成分に対応する信
号である。
[0004] In FIG. 1 1, the signal output from the piezoelectric elements 21 to 24, after being amplified by the amplifier circuit 31 to 34 is the V 1 ~V 4, the piezoelectric element 21 in the front and back of each other, The signals V 1 and V 3 output from 23 are the difference (V
1 -V 3) is calculated by the differential amplifier circuit 41, the signal V 2 output from the piezoelectric elements 22 and 24 on the front and back of each other,
V 4 is the difference (V 2 -V 4) is calculated by the differential amplifier circuit 42. The signals generated by the differential amplifier circuits 41 and 42 are squared by the squaring circuits 71 and 72, respectively, and then added by the adding circuit 8 to form one signal V v . This signal V v is a signal corresponding to the vibration component in the direction perpendicular to the stylus axis.

【0005】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、
これらの和が加算回路5で演算され、この加算回路5で
信号VH が生成される。この信号VH はスタイラス軸方
向の振動成分に対応する信号である。加算回路5で演算
された信号VH 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出力される第1の接触信号
H がOR回路13を介して発信し、他方、加算回路8
から出力された信号Vv 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出力される第2の接触信
号Sv がOR回路13を介して発信する。
Further, the signals V 1 to V 4 output from the piezoelectric elements 21 to 24 and amplified by the amplifier circuits 31 to 34 are:
The sum of these is calculated in the adder circuit 5, and the adder circuit 5 generates the signal V H. This signal V H is a signal corresponding to the vibration component in the stylus axis direction. The signal V H calculated by the adder circuit 5 is compared with the reference value by the comparison circuit 14, and the first contact signal S H output when this signal exceeds the reference value is transmitted via the OR circuit 13. , On the other hand, the adder circuit 8
The comparison circuit 12 compares the signal Vv output from the reference signal with a reference value, and when the reference value is exceeded, the second contact signal Sv output is transmitted via the OR circuit 13.

【0006】ここで、スタイラス軸を含む平面内の角度
をαとし、スタイラス軸と垂直な平面内の角度をβとす
ると、スタイラス軸と垂直方向の振動成分に対応する信
号Vv を抽出する段階において、V13とV24との自乗和
を求めているので、αを固定し、βのみが変化するよう
な方向から接触をした際の方向依存性を低減することは
できる。しかし、スタイラス軸方向の縦振動成分に対応
する信号VH が比較回路14の閾値に達し、比較回路1
4から出力される第1の接触信号SH が一定レベルに達
する時刻と、スタイラス軸と垂直方向の横振動成分に対
応する信号Vv が比較回路12の閾値に達し、比較回路
12から出力される第2の接触信号Sv が一定レベルに
達する時刻とには時間差Δtが生じる。
When the angle in the plane including the stylus axis is α and the angle in the plane perpendicular to the stylus axis is β, the signal Vv corresponding to the vibration component in the direction perpendicular to the stylus axis is extracted. , V 13 and V 24 are calculated, it is possible to fix α and reduce the direction dependency when the contact is made from the direction in which only β changes. However, the signal V H corresponding to the vertical vibration component in the stylus axis direction reaches the threshold value of the comparison circuit 14, and the comparison circuit 1
And time in which the first contact signal S H reaches a certain level outputted from the 4, the signal corresponding to the lateral vibration component of the stylus axis direction perpendicular Vv reaches the threshold of the comparator circuit 12, is output from the comparator circuit 12 There is a time difference Δt with the time when the second contact signal Sv reaches a certain level.

【0007】この時間差Δtのため、αが変化するよう
な方向から接触した際には、方向依存性が生じてしま
う。Δtは接触により生じるスタイラス軸と垂直の振動
成分、つまり、横波が圧電素子に伝わる速度と、接触に
より生じるスタイラス軸方向の振動成分、つまり、縦波
が圧電素子に伝わる速度に差があるために生じる時間差
である。従って、予め、遅延回路75により、時間差Δ
tだけ第1の接触信号SH を遅らせることにより、αが
変化するような方向から接触をした際の方向依存性につ
いても低減させることができる。
Due to this time difference Δt, when a contact is made from a direction in which α changes, direction dependency occurs. Δt is because there is a difference between the vibration component generated by the contact and perpendicular to the stylus axis, that is, the speed at which the transverse wave is transmitted to the piezoelectric element, and the vibration component generated by the contact in the stylus axis direction, that is, the speed at which the longitudinal wave is transmitted to the piezoelectric element. It is the time difference that occurs. Therefore, the time difference Δ is set in advance by the delay circuit 75.
By delaying the first contact signal S H by t, it is possible to reduce the direction dependency when the contact is made from the direction in which α changes.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】タッチ信号プローブを
用いて座標検出や位置検出を行うにあたり、スタイラス
を交換することは一般に行われているが、前述の特願平
9-32149 号で示されるタッチ信号プローブでは、スタイ
ラスが一定の場合を想定しており、交換される場合まで
想定していない。スタイラスの大きさ、形状等により、
前記時間差Δtが相違するものであり、スタイラスを変
えると、αが変化するような方向から接触をした際に
は、時間差Δtによって方向依存性が生じてしまう。
When performing coordinate detection or position detection using a touch signal probe, it is common to replace the stylus.
The touch signal probe shown in No. 9-32149 assumes a constant stylus, not a replacement. Depending on the size and shape of the stylus,
The time difference Δt is different, and when the stylus is changed, when the stylus is contacted from a direction in which α changes, the time difference Δt causes direction dependency.

【0009】本発明の目的は、いかなるスタイラスを装
着しても、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。
It is an object of the present invention to provide a touch signal probe which does not depend on the direction of any stylus.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、装
着するスタイラス毎に縦振動成分に対応する第1の接触
信号と横振動成分に対応する第2の接触信号との時間差
を求め、この時間差を補正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球を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触球が被測定物に接触し
たことを検出する検出用圧電素子を複数配置し、これら
の検出用圧電素子から出力される信号の和、差及び自乗
和を演算することによって前記スタイラスの軸方向に沿
った縦振動成分に対応する信号と前記スタイラスの軸方
向と直交する方向に沿った横振動成分に対応する信号と
をそれぞれ生成し、前記縦振動成分に対応する信号から
第1の接触信号を生成し、前記横振動成分に対応する信
号から第2の接触信号を生成し、前記第1の接触信号と
前記第2の接触信号との論理和により接触信号を発生す
るタッチ信号プローブであって、前記第1の接触信号が
発生してから前記第2の接触信号が発生するまでの時間
差を測定する時間差測定回路と、前記第1の接触信号と
前記第2の接触信号との論理和を求めるに際して前記第
1の接触信号を設定された遅延時間遅延させる遅延回路
とを備え、前記時間差測定回路は、前記スタイラスを交
換する毎に前記時間差を前記遅延時間として前記遅延回
路に設定する遅延時間設定動作を行うことを特徴とす
る。
Therefore, according to the present invention, the time difference between the first contact signal corresponding to the longitudinal vibration component and the second contact signal corresponding to the lateral vibration component is obtained for each stylus to be mounted, and The purpose is to correct the time difference and achieve the above-mentioned object. Specifically, the touch signal probe according to the present invention, a substantially columnar stylus having a contact ball that contacts the object to be measured at the tip, a detection piezoelectric element for detecting that the contact ball has contacted the object to be measured. By arranging a plurality of signals and calculating the sum, difference and sum of squares of the signals output from these detection piezoelectric elements, the signal corresponding to the longitudinal vibration component along the axial direction of the stylus and the axial direction of the stylus are orthogonal. And a signal corresponding to the lateral vibration component along the direction, the first contact signal is generated from the signal corresponding to the longitudinal vibration component, and the second contact signal is generated from the signal corresponding to the lateral vibration component. A touch signal probe for generating a touch signal by a logical sum of the first touch signal and the second touch signal, wherein the second touch is generated after the first touch signal is generated. The signal is A time difference measuring circuit for measuring a time difference until the generation, and a delay circuit for delaying the first contact signal by a set delay time when obtaining a logical sum of the first contact signal and the second contact signal The time difference measuring circuit is configured to perform a delay time setting operation for setting the time difference in the delay circuit as the delay time each time the stylus is replaced.

【0011】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球が被測定物に接触する
と、接触時の衝撃力が検出用圧電素子で検出される。こ
の際、各検出用圧電素子から検出信号が出力されるが、
まず、各検出用圧電素子から出力される信号の和及び差
をそれぞれ生成する。各検出用圧電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振動成
分を抽出するためであり、各検出用圧電素子から出力さ
れる信号の差を演算するのは、各検出用圧電素子から出
力される位相の異なる信号からスタイラス軸に作用する
横振動成分を抽出するためである。
For measurement, when the touch signal probe of the present invention is moved and the contact ball of the stylus contacts the object to be measured, the impact force at the time of contact is detected by the detecting piezoelectric element. At this time, a detection signal is output from each detection piezoelectric element,
First, the sum and difference of the signals output from each of the detection piezoelectric elements are generated. The sum of the signals output from each detection piezoelectric element is calculated in order to remove the bending strain component acting on the stylus axis and extract the longitudinal vibration component acting in the stylus axis direction. The reason why the difference between the signals output from the elements is calculated is to extract the lateral vibration component acting on the stylus axis from the signals output from the respective piezoelectric detection elements and having different phases.

【0012】その後、これら差の信号について自乗和を
生成する。各信号の自乗和を生成するのは、各検出用圧
電素子から出力される信号の極大値を検出用圧電素子の
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
ず完全に一定にするためである。さらに、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。和、差及び自乗和から生成された信号に基づいて前
記スタイラスの軸方向に沿った縦振動成分に対応して第
1の接触信号と、前記スタイラスの軸方向と直交する方
向に沿った横振動成分に対応して第2の接触信号とをそ
れぞれ生成し、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。この接触検知信
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1の接触信号が遅延回路によって所定の時間差Δtだ
け遅れることにより、接触球の接触部位にかかわらず同
じ接触検知信号が発生する。
After that, a sum of squares is generated for these difference signals. The sum of squares of each signal is generated so that the maximum value of the signal output from each detection piezoelectric element is made completely constant regardless of the angle between the mounting direction of the detection piezoelectric element and the contact direction with the DUT. This is because Furthermore, a large detection signal can be obtained, and the measurement accuracy can be improved. A first contact signal corresponding to a longitudinal vibration component along the axial direction of the stylus based on signals generated from the sum, difference and sum of squares , and lateral vibration along a direction orthogonal to the axial direction of the stylus. A second touch signal is generated corresponding to each component, and a touch detection signal is generated by a logical sum from the first touch signal and the second touch signal. In generating the contact detection signal, the first contact signal that forms the maximum value earlier in time is delayed by the delay circuit by the predetermined time difference Δt, so that the same contact detection signal is generated regardless of the contact portion of the contact ball. To do.

【0013】本発明では、測定に先立ち、装着したスタ
イラスの接触球を所定の角度、例えば、45度で被測定
物に接触させ、この時の前記第1の接触信号が発生して
から前記第2の接触信号が発生するまでの時間差Δtを
時間差測定回路によって求める。従って、本発明では、
装着するスタイラスの形状が変わっても、スタイラス毎
に第1の接触信号と第2の接触信号との時間差Δtが補
正されるため、方向依存性をなくして精度の高い測定が
行える。
In the present invention, prior to the measurement, the contact ball of the stylus attached is brought into contact with the object to be measured at a predetermined angle, for example, 45 degrees, and the first contact signal at this time is generated before the first contact signal is generated. The time difference Δt until the second touch signal is generated is obtained by the time difference measuring circuit. Therefore, in the present invention,
Even if the shape of the stylus to be mounted changes, the time difference Δt between the first contact signal and the second contact signal is corrected for each stylus, so that direction dependency is eliminated and highly accurate measurement can be performed.

【0014】ここで、本発明では、前記時間差測定回路
は、前記第1の接触信号が発生してから前記第2の接触
信号が発生するまで出力信号を出力するフリップフロッ
プ回路と、このフリップフロップ回路で出力信号が出力
された時間を計時して前記時間差を演算する計時回路と
を備えた構成でもよい。この構成では、装着したスタイ
ラスの第1の接触信号と第2の接触信号との時間差Δt
をフリップフロップ回路及び計時回路で求めるととも
に、この時間差Δtを求めた後、通常の測定を行う。
Here, in the present invention, the time difference measuring circuit outputs a signal from the first touch signal to the second touch signal, and a flip-flop circuit that outputs the output signal. It may be configured to include a clock circuit that clocks the time when the output signal is output by the circuit and calculates the time difference. In this configuration, the time difference Δt between the first contact signal and the second contact signal of the stylus attached is
Is calculated by the flip-flop circuit and the clock circuit, and after the time difference Δt is calculated, normal measurement is performed.

【0015】[0015]

【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。ここで、図1で示された構
成要素と同一の構成要素は同一符号を付して説明を簡略
にする。図1には本発明の一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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Here, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals to simplify the description. FIG. 1 shows an overall configuration of a touch signal probe according to an embodiment of the present invention, (A) shows a state before a piezoelectric element is attached, and (B) shows a state after the piezoelectric element is attached. Indicates the state of.

【0016】図1(A)において、本実施形態のタッチ
信号プローブは、先端に被測定物と接触する接触球1A
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
触球1Aと、この接触球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圧電素子支持部1Cと、
この圧電素子支持部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。
In FIG. 1 (A), the touch signal probe of this embodiment has a contact ball 1A at the tip which contacts the object to be measured.
The four columnar stylus 1 having four piezoelectric elements 21 to
The stylus 1 has a structure in which 24 is attached. The stylus 1 is integrally formed with the contact ball 1A, a stylus body 1B having a circular cross section with the contact ball 1A attached to one end, and the other end of the stylus body 1B. A piezoelectric element supporting portion 1C,
The piezoelectric element support portion 1C has a screw portion 1D provided at an end portion thereof and attached to a probe body (not shown), and these members are arranged on the stylus shaft.

【0017】圧電素子支持部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は圧電素子支持部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。
The piezoelectric element supporting portion 1C is a rectangular parallelepiped having a square cross section orthogonal to the stylus axis, and the piezoelectric elements 21 to 24 are fixed to the respective side surfaces of the rectangular parallelepiped over the entire surface thereof with an adhesive or the like. Of these, the piezoelectric elements 21 and 23 are in a front-back relationship with each other with the piezoelectric element supporting portion 1C interposed therebetween, and the piezoelectric elements 22 and 24 are the piezoelectric elements 21 and 23.
At the position adjacent to, there is a front-back relationship with each other. As shown in FIG. 1B, each of the piezoelectric elements 21 to 24 has a planar rectangular shape whose longitudinal direction is parallel to the stylus axis.

【0018】図2(A)はタッチ信号プローブの接触球
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。
FIG. 2A is a front view showing a case where the contact ball 1A of the touch signal probe is brought into contact with the object to be measured from a direction orthogonal to the stylus axis, and FIG.
It is a graph which shows the time change of the output of one piezoelectric element 21 in the case of (A). In FIG. 2B, after the contact with the object to be measured, the output of the piezoelectric element 21 has a maximum value V O at a time point To determined by the natural frequency of the stylus 1 and the like.

【0019】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。
The magnitude of the maximum value V O is the angle formed by the mounting direction of the piezoelectric element 21 and the direction in which the stylus 1 contacts the object to be measured, that is, the angle Θ about the axis of the stylus 1 of the piezoelectric element 21 (Fig. 3), and as shown in FIG. 4, it changes in a sinusoidal shape with a cycle of 360 degrees. It can be seen that the output maximum value V O becomes the maximum value V max when the stylus 1 contacts the object to be measured at an angle (Θ = 0) at which the piezoelectric element 21 is susceptible to bending deformation.

【0020】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
1 , V3 は、その差( V1 −V3 )が差動増幅回路4
1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(V2
4 )が差動増幅回路42で演算される。
FIG. 5 is a block diagram for generating a contact signal by the outputs from the four piezoelectric elements 21-24.
FIG. 6 is a circuit diagram thereof. In FIG. 5 and FIG. 6, the signals output from the respective piezoelectric elements 21 to 24 are the amplification circuit 3
The signals V 1 and V 3 output from the piezoelectric elements 21 and 23 which are in a front-back relationship with each other after being amplified by Vs 1 to 34 into V 1 to V 4 have a difference (V 1 −V 3 ). Differential amplifier circuit 4
1, the piezoelectric elements 22, which are in a front-back relationship with each other,
The signals V 2 and V 4 output from 24 are the difference (V 2
V 4 ) is calculated by the differential amplifier circuit 42.

【0021】ここで、圧電素子21,23(22,2
4)の出力信号の差( V1 −V3 )(V2 −V4 )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
ラス軸の軸方向と直交する方向に沿った横振動成分を抽
出するためである。また、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
らの和が加算回路5で演算される。4個の圧電素子21
〜24の和を演算するのは、スタイラス軸に作用する横
振動成分を除去してスタイラス軸方向に作用する縦振動
成分を抽出するためである。ただし、本実施形態では、
縦振動成分を抽出するにあたり、4個全ての圧電素子2
1〜24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。差動増幅回路41,42で生成された
信号と、加算回路5で生成された信号とから接触検知回
路6で検知信号が生成される。加算回路5で演算された
和の信号VH は、K1 を増幅率とすると、次の式で求め
られる。
Here, the piezoelectric elements 21, 23 (22, 2
The difference (V 1 −V 3 ) (V 2 −V 4 ) between the output signals in 4 ) is calculated from the piezoelectric elements 21, 23 (22, 24) having different mounting angles of 180 degrees about the stylus axis. This is because the phases of the output signals are different by 180 degrees, and the lateral vibration component along the direction orthogonal to the axial direction of the stylus axis is extracted by this calculation. The sum of the signals V 1 to V 4 output from the piezoelectric elements 21 to 24 and amplified by the amplifier circuits 31 to 34 is calculated by the adder circuit 5. Four piezoelectric elements 21
The reason for calculating the sum of ˜24 is to remove the lateral vibration component acting on the stylus axis and extract the longitudinal vibration component acting on the stylus axis direction. However, in this embodiment,
When extracting the longitudinal vibration component, all four piezoelectric elements 2
The present invention is not limited to the one that calculates the sum of the output signals of 1 to 24, and two piezoelectric elements 21,
Alternatively, the sum of output signals from 23 or the piezoelectric elements 22 and 24 may be calculated. The contact detection circuit 6 generates a detection signal from the signals generated by the differential amplifier circuits 41 and 42 and the signal generated by the addition circuit 5. The sum signal V H calculated by the adder circuit 5 is obtained by the following equation, where K 1 is the amplification factor.

【0022】[0022]

【数1】 [Equation 1]

【0023】また、差動増幅回路41,42で生成され
た信号は自乗回路71,72でそれぞれ自乗された後、
加算回路8で加算されて信号Vv となる。この信号Vv
はスタイラス軸と垂直方向に沿った横振動成分に対応す
る信号である。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
らの出力信号をΘによらず一定にするためである。加算
回路8で演算された信号Vv は、K2 を増幅率とする
と、次の式で求められる。
The signals generated by the differential amplifier circuits 41 and 42 are squared by the squaring circuits 71 and 72, respectively,
The signal is added by the adder circuit 8 to obtain the signal Vv. This signal Vv
Is a signal corresponding to the lateral vibration component along the direction perpendicular to the stylus axis. Here, the squared addition is performed so that the output signals from the piezoelectric elements 21, 23 (22, 24) having different 90-degree mounting angles are constant regardless of Θ. The signal Vv calculated by the adder circuit 8 is obtained by the following equation, where K 2 is an amplification factor.

【0024】[0024]

【数2】 [Equation 2]

【0025】信号Vv の極大値を形成する時間と信号V
H 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、
信号VH の方が時間的に早い。そのため、時間的に早く
極大値を形成する縦振動成分に相当する信号VH を所定
の時間だけ遅らせることにより、横振動成分に相当する
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う
にした。具体的には、加算回路5で演算された信号VH
を比較回路14で基準値(Hレベル)と比較し、この信
号が基準値(Hレベル)を越えた場合に出力される第1
の接触信号SH を遅延回路15で所定時間遅れた後OR
回路13を介して発生させる。また、加算回路8で演算
された信号Vv を比較回路12で基準値(Hレベル)と
比較し、この信号が基準値(Hレベル)を越えた場合に
出力される第2の接触信号Sv をOR回路13を介して
発生させる。
The time for forming the maximum value of the signal Vv and the signal V
The times at which H forms a local maximum are generally different. In other words, since the rigidity in the longitudinal direction is generally higher than the bending rigidity,
The signal V H is earlier in time. Therefore, by delaying the signal V H corresponding to the vertical vibration component that forms the maximum value earlier in time by a predetermined time, the maximum value is formed at the same timing as the signal corresponding to the horizontal vibration component. The same output can be generated no matter where it touches 1A. Specifically, the signal V H calculated by the adder circuit 5
Is compared with a reference value (H level) by a comparison circuit 14, and is output when this signal exceeds the reference value (H level).
After delaying the contact signal S H of
It is generated via the circuit 13. Further, the signal Vv calculated by the adder circuit 8 is compared with the reference value (H level) by the comparison circuit 12, and the second contact signal Sv output when this signal exceeds the reference value (H level) is obtained. It is generated via the OR circuit 13.

【0026】本実施形態では、スタイラス軸を含む平面
内の角度α(図7参照)を所定角度、例えば、45度と
してスタイラス1を被測定物に当接し、その時に第1の
接触信号SH が発生してから第2の接触信号Sv が発生
するまでの時間差Δtを時間差測定回路16で測定す
る。ここで、スタイラス1の被測定物への当接角度αは
45度に限定されるものではない。スタイラス軸方向の
縦振動成分と軸方向と直交する方向の横振動成分の2つ
の成分が生じるような角度であればよく、理論上は0
度、90度以外であればよい。ただし、実用上は、それ
ぞれの振動成分が発生した際の時間を検出しなければな
らないので、それぞれの振動成分の振幅がある程度の大
きさでなければならず、そのため、45度が好ましい。
この時間差測定回路16は、スタイラス1を交換する毎
に時間差Δtを遅延時間として遅延回路15に設定する
遅延時間設定動作を行うものであり、その構成は、図8
に示される通り、第1の接触信号SH が発生してから第
2の接触信号Sv が発生するまで出力信号を出力するフ
リップフロップ回路18と、このフリップフロップ回路
18で出力信号が出力された時間を計時して前記時間差
Δtを演算する計時回路19とを備えたものである。
[0026] In this embodiment, the angle alpha (see FIG. 7) at a predetermined angle in the plane including the stylus axis, for example, in contact with the workpiece the stylus 1 as 45 degrees, the first contact signal S H when the The time difference Δt from when the second contact signal Sv is generated to when the second contact signal Sv is generated is measured by the time difference measuring circuit 16. Here, the contact angle α of the stylus 1 to the object to be measured is not limited to 45 degrees. The angle should be such that two components, a vertical vibration component in the stylus axial direction and a lateral vibration component in the direction orthogonal to the axial direction, are generated, and theoretically 0
It may be anything other than 90 degrees. However, in practice, since it is necessary to detect the time when each vibration component is generated, the amplitude of each vibration component must be large enough to some extent. Therefore, 45 degrees is preferable.
The time difference measuring circuit 16 performs a delay time setting operation of setting the time difference Δt as a delay time in the delay circuit 15 every time the stylus 1 is replaced, and its configuration is shown in FIG.
As shown in, a flip-flop circuit 18 that outputs an output signal from the generation of the first contact signal S H to the generation of the second contact signal Sv, and the output signal is output by the flip-flop circuit 18. And a time counting circuit 19 for measuring the time and calculating the time difference Δt.

【0027】フリップフロップ回路18は、リセット・
セット・フリップフロップ(RS−FF)であり、第1
の接触信号SHが送られる比較回路14の出力をセット
の端子に接続し、第2の接触信号Svが送られる比較回
路12の出力をリセットの端子に接続し、第1の接触信
号SHがHレベルとなってから第2の接触信号SvがHレ
ベルとなるまでの間、その出力信号S1はHレベルとな
る(図9参照)。計時回路19は、クロックジェネレー
タ51と、このクロックジェネレータ51の信号、フリ
ップフロップ回路18の出力信号S1及び遅延時間設定
動作信号を受けて出力するアンド回路52と、このアン
ド回路52からの信号を受けて出力信号S1がHレベル
となっている時間から時間差Δtを演算するアップカウ
ンタ53とから構成されている。このアップカウンタ5
3は、リセット端子53Aを備えており、このリセット
端子53Aは三次元測定機の制御部(図示せず)に接続
されている。遅延動作を行う際に、遅延動作設定信号が
出力されると、アップカウンタ53はリセットされ、Δ
tを計時する。
The flip-flop circuit 18 has a reset /
First set flip-flop (RS-FF)
Of the output of the comparator circuit 1 4 contact signal S H is sent to connected to the cell Tsu City of terminals, connects the output of the comparator circuit 1 2 in which the second contact signal S v is sent to the reset terminal, The output signal S 1 is at the H level from the time when the first contact signal S H goes to the H level until the second contact signal S v goes to the H level (see FIG. 9). The clock circuit 19 outputs a clock generator 51, an AND circuit 52 that receives and outputs the signal of the clock generator 51, the output signal S 1 of the flip-flop circuit 18 and the delay time setting operation signal, and a signal from the AND circuit 52. It is composed of an up counter 53 which calculates a time difference Δt from the time when the output signal S 1 is at H level. This up counter 5
3 is provided with a reset terminal 53A, and this reset terminal 53A is connected to a control unit (not shown) of the coordinate measuring machine. When the delay operation setting signal is output during the delay operation, the up counter 53 is reset and Δ
Time t.

【0028】また、遅延回路15は、前記クロックジェ
ネレータ51からの信号、第1の接触信号SH 及び前記
遅延時間設定動作信号の反転信号を受けて出力するアン
ド回路56と、このアンド回路56からの信号及び第1
の接触信号SHを受けて前記アップカウンタ53より時
間差Δtがロードされるとともに、クロック信号が入力
されてダウンカウントが開始されるダウンカウンタ57
とから構成されている。
The delay circuit 15 receives the signal from the clock generator 51, the first contact signal S H and the inverted signal of the delay time setting operation signal and outputs the AND circuit 56, and the AND circuit 56. Signal and first
The down counter 57 is loaded with the time difference Δt from the up counter 53 in response to the contact signal S H of the down counter 57 and the clock signal is input to start down counting.
It consists of and.

【0029】ダウンカウンタ57は、その値が0となる
とボロウ(BORROW)信号が出力されるが、この信号は第
1の接触信号SH が時間差Δtだけ遅延させた信号SHD
として用いられる。本実施形態では、遅延回路15及び
時間差測定回路16の構成は、前述の構成に限定される
ものではない。例えば、クロックジェネレータ51は遅
延回路15及び時間差測定回路16で共通にしないで、
別々に設ける構成であってもよい。
The down counter 57 outputs a BORROW signal when its value becomes 0, which is a signal S HD obtained by delaying the first contact signal S H by the time difference Δt.
Used as. In the present embodiment, the configurations of the delay circuit 15 and the time difference measuring circuit 16 are not limited to the configurations described above. For example, the clock generator 51 is not shared by the delay circuit 15 and the time difference measuring circuit 16,
It may be provided separately.

【0030】従って、本実施形態では、先端に接触球1
Aを有する略柱状のスタイラス1に接触球1Aが被測定
物に接触したことを検出する圧電素子21〜24を配置
し、スタイラス1は圧電素子21〜24を支持固定する
ための圧電素子支持部1Cを有し、この圧電素子支持部
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21〜24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。
Therefore, in this embodiment, the contact ball 1 is attached to the tip.
Piezoelectric elements 21 to 24 for detecting that the contact ball 1A has come into contact with an object to be measured are arranged on a substantially columnar stylus 1 having A, and the stylus 1 is a piezoelectric element supporting portion for supporting and fixing the piezoelectric elements 21 to 24. 1C, the piezoelectric element supporting portion 1C is a regular polygonal body whose cross section orthogonal to the axis of the stylus 1 is a regular polygonal shape, and the piezoelectric elements 21 to 21 are provided on at least two sides of each side surface of the regular polygonal body. 24 is attached to each of the piezoelectric elements 21 to 24, the sum, the difference and the sum of squares of the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24 are generated, and the contact detection signal is generated based on the generated signals. By processing the signals output from ˜24, directional dependence can be eliminated and highly accurate measurement can be performed.

【0031】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
縦振動成分を抽出し、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21〜2
4から出力される位相の異なる信号に基づいてスタイラ
ス軸に作用する横振動成分を抽出し、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検出用圧
電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。
That is, by calculating the sum of the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24, the bending strain component acting on the stylus axis is removed to extract the longitudinal vibration component acting in the stylus axis direction, and the piezoelectric element is extracted. By calculating the difference between the signals output from 21-24, the piezoelectric elements 21-2
The lateral vibration components acting on the stylus axis are extracted on the basis of the signals with different phases output from 4, and the sum of squares of the sum signal and the difference signal of these components is respectively generated, so that the stylus axis is generated. The maximum value of the signal output from each of the piezoelectric elements 21 to 24 having different mounting angles is defined by the angle Θ between the mounting direction of the detecting piezoelectric element and the contact direction with the object to be measured.
Since it is constant regardless of the measurement accuracy, it is possible to improve the accuracy of the measurement regardless of the contact angle of the measurement sphere 1A with the object to be measured. Moreover, the piezoelectric elements 21 to 24 are attached to the side surfaces of the polygonal body.
Since the structure is attached, the structure of the touch signal probe can be simplified.

【0032】また、本実施形態では、圧電素子支持部1
C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のうち圧電素子支持部1C
を挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位置する2組の検
出用圧電素子21,23(22,24)から出力される
2つの差動信号(V1 −V3 ), (V2 −V4 )と、4
個の圧電素子21〜24の全てから出力される和の信号
とから第1及び第2の接触検知信号SH , Sv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9
0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。
Further, in this embodiment, the piezoelectric element supporting portion 1
The cross section of C is square, and total 4 on each side.
Since the piezoelectric elements 21 to 24 are attached to each other, the piezoelectric element supporting portion 1C of the piezoelectric elements 21 to 24 is included.
Two differential signals (V 1 -V 3 ), (V 2 -V 4 ) output from two sets of detection piezoelectric elements 21, 23 (22, 24) located in front and back relation with each other across And 4
Since the first and second contact detection signals S H and Sv are generated from the sum signal output from all the piezoelectric elements 21 to 24, they are separated from each other about the stylus axis by 9
Since the contact detection signal is generated based on the signals output from the four piezoelectric elements 21 to 24 arranged at 0 degree intervals, accurate measurement can be performed.

【0033】さらに、第1の接触信号SH と第2の接触
信号Sv との論理和から接触信号を発生させるにあた
り、第1の接触信号SH を時間差Δtだけ遅延させて発
生させる構成であるから、被測定物が測定球1Aのどこ
に接触しても、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、本実施形態
では、第1の接触信号SH が発生してから第2の接触信
号Sv が発生するまでの時間差を測定する時間差測定回
路16と、第1の接触信号S H と第2の接触信号Sv と
の論理和を求めるに際して第1の接触信号SH を設定さ
れた遅延時間Δtだけ遅延させる遅延回路15とを備え
て接触検知回路6を構成し、時間差測定回路16はスタ
イラス1を交換する毎に時間差Δtを遅延時間として遅
延回路15に設定する遅延時間設定動作を行う構成であ
るから、測定に先立ち、装着したスタイラス1の接触球
1Aを所定の角度、例えば、45度で被測定物に接触さ
せ、この時の第1の接触信号SH が発生してから第2の
接触信号Sv が発生するまでの時間差Δtを時間差測定
回路によって求めることにより、装着するスタイラス1
の形状が変わっても、スタイラス1毎に第1の接触信号
H と第2の接触信号Sv との時間差Δtが補正される
ため、この点からも、方向依存性をなくして精度の高い
測定が行える。
Further, the first touch signal SHAnd second contact
To generate a touch signal from the logical sum of the signal Sv
The first touch signal SHIs delayed by a time difference Δt
Since the structure is used, the object to be measured is located on the measuring ball 1A.
The same output is generated even if the
It is possible to improve the accuracy of measurement. In addition, this embodiment
Then, the first contact signal SHSecond contact after the occurrence of
Time difference measurement time to measure the time difference until signal Sv occurs
Path 16 and the first touch signal S HAnd the second contact signal Sv
When determining the logical sum of theHIs set
A delay circuit 15 for delaying the delay time Δt
The contact detection circuit 6 and the time difference measurement circuit 16 is
Every time the Iras 1 is replaced, the time difference Δt is used as the delay time.
The configuration is such that a delay time setting operation set in the delay circuit 15 is performed.
Therefore, the contact ball of the stylus 1 attached before the measurement
1A is contacted with the DUT at a predetermined angle, for example 45 degrees.
The first contact signal S at this timeHSecond from the occurrence of
Measure the time difference Δt until the contact signal Sv is generated.
Stylus 1 to be attached by asking by the circuit
Even if the shape of the stylus changes, the first touch signal for each stylus 1
S HAnd the time difference Δt between the second contact signal Sv is corrected.
Therefore, from this point as well, the direction dependency is eliminated and the accuracy is high.
Can measure.

【0034】さらに、遅延時間設定動作と通常の測定動
作とは遅延時間設定動作信号により識別されるから、誤
った時間差Δtを使用することがない。そのため、測定
の高精度化が確保される。
Further, since the delay time setting operation and the normal measurement operation are distinguished by the delay time setting operation signal, the wrong time difference Δt is not used. Therefore, high accuracy of measurement is ensured.

【0035】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10に示される通り、ロード信号発生回路61を
有する構成でもよい。このロード信号発生回路61は前
記信号SHDを出力してから所定の時間経過後又は遅延時
間設定動作終了後にダウンカウンタ57に対してロード
信号を発生するものである
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes the following modifications as long as the object of the present invention can be achieved. For example, in the present invention, as shown in FIG. 10, the load signal generating circuit 61 may be included. The load signal generating circuit 61 generates a load signal to the down counter 57 after a predetermined time has elapsed from the output of the signal S HD or after the delay time setting operation is completed .

【0036】さらに、圧電素子21〜24からの出力を
増加させるために、圧電素子支持部1Cの中央部が括れ
るように形成され、圧電素子21〜24は、その両端部
が圧電素子支持部1Cの両側部に支持固定され、その中
央部が圧電素子支持部1Cとの間で隙間が形成される構
造でもよい。この構造では、圧電素子支持部1Cの剛性
が図1の圧電素子支持部1Cより低下しているため、圧
電素子21〜24の変形量が多くなる。そのため、圧電
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。
Further, in order to increase the output from the piezoelectric elements 21 to 24, the central portion of the piezoelectric element supporting portion 1C is formed so as to be constricted, and both ends of the piezoelectric elements 21 to 24 are piezoelectric element supporting portions. The structure may be such that it is supported and fixed to both side portions of 1C, and a central portion thereof forms a gap with the piezoelectric element supporting portion 1C. In this structure, since the rigidity of the piezoelectric element support portion 1C is lower than that of the piezoelectric element support portion 1C of FIG. 1, the amount of deformation of the piezoelectric elements 21 to 24 increases. Therefore, the outputs of the piezoelectric elements 21 to 24 become large, so that the measurement accuracy can be improved.

【0037】また、本発明では、圧電素子支持部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
の圧電素子21〜23を取り付けた構造でもよく、さら
には、圧電素子支持部1Cの断面を正五角形、正六角形
等に形成するものでもよい。圧電素子支持部1Cの断面
を正三角形とした場合、3枚の圧電素子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、即ち、曲げ歪み成分を得ることができ、3枚の
圧電素子21〜23の出力を加算すれば、縦歪み成分を
得ることができる。これらの信号に対して本発明を適用
することができる。
Further, in the present invention, the piezoelectric element supporting portion 1C may have a regular triangular cross section, and a total of three piezoelectric elements 21 to 23 may be attached to each side surface thereof. The cross section of 1C may be formed into a regular pentagon, a regular hexagon, or the like. When the cross section of the piezoelectric element support portion 1C is an equilateral triangle, the outputs of the three piezoelectric elements 21 to 23 are squared and added, and when contacting the object to be measured from the direction orthogonal to the stylus axis, the angle Θ is obtained. A constant output that does not depend, that is, a bending strain component can be obtained, and a vertical strain component can be obtained by adding the outputs of the three piezoelectric elements 21 to 23. The present invention can be applied to these signals.

【0038】さらに、前記実施形態では、圧電素子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、圧電素子支持部1Cの互いに隣り合う2側面に2
個の圧電素子21,22を固着する構造でもよい
Further, in the above embodiment, the piezoelectric element 21 is used.
Although the case where four to 24 are installed has been described, in the present invention, two piezoelectric elements are provided on two side surfaces adjacent to each other of the piezoelectric element support portion 1C.
A structure in which the individual piezoelectric elements 21 and 22 are fixed to each other may be used .

【0039】さらに、以上において、圧電素子支持部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、圧電素子支持部1Cの中央部を
円形断面としてもよい。即ち、本発明では、圧電素子支
持部1Cにおいて、圧電素子21〜24を直接支持する
部分が断面正多角形であれば足り、圧電素子21〜24
と接しない部位の形状は限定されるものではない。
Further, in the above, the piezoelectric element supporting portion 1
The case where the cross section of the central portion of C is a regular polygon has been described, but in the present invention, the central portion of the piezoelectric element supporting portion 1C may have a circular cross section. That is, in the present invention, in the piezoelectric element supporting portion 1C, it is sufficient if the portion that directly supports the piezoelectric elements 21 to 24 has a regular polygonal cross section, and the piezoelectric elements 21 to 24.
The shape of the portion that does not come into contact with is not limited.

【0040】[0040]

【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球を有する略柱状のスタイラス
に、前記接触球が被測定物に接触したことを検出する検
出用圧電素子を複数配置し、これらの検出用圧電素子か
ら出力される信号の和、差及び自乗和を演算することに
よって前記スタイラスの軸方向に沿った縦振動成分に対
応する信号と前記スタイラスの軸方向と直交する方向に
沿った横振動成分に対応する信号とをそれぞれ生成し、
前記縦振動成分に対応する信号から第1の接触信号を生
成し、前記横振動成分に対応する信号から第2の接触信
号を生成し、前記第1の接触信号と前記第2の接触信号
との論理和により接触信号を発生するタッチ信号プロー
ブであって、前記第1の接触信号が発生してから前記第
2の接触信号が発生するまでの時間差を測定する時間差
測定回路と、前記第1の接触信号と前記第2の接触信号
との論理和を求めるに際して前記第1の接触信号を設定
された遅延時間遅延させる遅延回路とを備え、前記時間
差測定回路は、前記スタイラスを交換する毎に前記時間
差を前記遅延時間として前記遅延回路に設定する遅延時
間設定動作を行うことにしたから、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1の接触
信号が遅延回路によって所定の時間差Δtだけ遅れるこ
とにより、接触球の接触部位にかかわらず同じ接触検知
信号が発生する。しかも、装着するスタイラスの形状が
変わっても、スタイラス毎に第1の接触信号と第2の接
触信号との時間差Δtが補正されるため、方向依存性を
なくして精度の高い測定が行える。
As described above, according to the present invention, a detection piezoelectric for detecting the contact of the contact ball with the object to be measured is provided on a substantially columnar stylus having a contact ball at the tip for contacting the object to be measured. A plurality of elements are arranged, and a signal corresponding to a longitudinal vibration component along the axial direction of the stylus and an axial direction of the stylus are calculated by calculating the sum, difference and sum of squares of signals output from these detection piezoelectric elements. And a signal corresponding to a lateral vibration component along a direction orthogonal to
A first contact signal is generated from the signal corresponding to the longitudinal vibration component, a second contact signal is generated from the signal corresponding to the lateral vibration component, and the first contact signal and the second contact signal are generated. A touch signal probe for generating a contact signal by OR of the time difference measuring circuit for measuring a time difference between the generation of the first contact signal and the generation of the second contact signal; A delay circuit that delays the first contact signal by a set delay time when the logical sum of the contact signal and the second contact signal is calculated, and the time difference measurement circuit replaces the stylus each time. Since the delay time setting operation for setting the time difference as the delay time in the delay circuit is performed, it takes time to generate the touch detection signal by the logical sum from the first touch signal and the second touch signal. The first contact signal for forming a fast maximum value is by delayed by a predetermined time difference Δt by the delay circuit, the same contact detection signal regardless of the contact portion of the contact sphere is generated. Moreover, even if the shape of the stylus to be mounted changes, the time difference Δt between the first contact signal and the second contact signal is corrected for each stylus, so that the direction dependency is eliminated and highly accurate measurement can be performed.

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

【図1】本発明の一実施形態に係るタッチ信号プローブ
を示すもので、(A)は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。
1A and 1B show a touch signal probe according to an embodiment of the present invention, FIG. 1A is a perspective view showing a state before a piezoelectric element is attached, and FIG. 1B is a perspective view after the piezoelectric element is attached. It is a perspective view showing the state.

【図2】(A)はタッチ信号プローブの接触球にスタイ
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。
FIG. 2A is a front view showing a case in which the contact ball of the touch signal probe contacts the object to be measured from a direction orthogonal to the stylus axis, and FIG. 2B shows one of the cases in FIG. It is a graph which shows the time change of the output of a piezoelectric element.

【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。
FIG. 3 is a perspective view of a touch signal probe for explaining an angle Θ between the mounting direction of the piezoelectric element and the direction in which the stylus contacts the object to be measured.

【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。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle Θ and the output maximum value V o of the piezoelectric element.

【図5】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。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration for generating a contact signal from a signal output from a piezoelectric element.

【図6】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。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration for generating a contact signal from a signal output from a piezoelectric element.

【図7】スタイラス軸と直交する方向と接触球が被測定
物に当たる方向とがなす角度αを説明するためのスタイ
ラスの側面図である。
FIG. 7 is a side view of a stylus for explaining an angle α formed by a direction orthogonal to the stylus axis and a direction in which a contact ball hits an object to be measured.

【図8】遅延回路及び時間差測定回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing configurations of a delay circuit and a time difference measuring circuit.

【図9】第1の接触信号SH、第2の接触信号Sv及びフ
リップフロップ回路の出力信号S1との関係を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the first contact signal S H , the second contact signal S v, and the output signal S 1 of the flip-flop circuit.

【図10】本発明の変形例を示すもので、図8に相当す
る図である。
FIG. 10 shows a modified example of the present invention and is a diagram corresponding to FIG. 8.

【図11】背景技術として説明したタッチ信号プローブ
を示すもので、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。
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a touch signal probe described as background art and showing a configuration for generating a contact signal from a signal output from a piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スタイラス 1A 接触球 1C 圧電素子支持部 15 遅延回路 16 時間差測定回路 18 フリップフロップ回路 19 計時回路 20 リセット回路 21〜24 圧電素子 1 stylus 1A contact ball 1C Piezoelectric element support 15 Delay circuit 16 time difference measurement circuit 18 Flip-flop circuit 19 Clock circuit 20 Reset circuit 21-24 Piezoelectric element

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】先端に被測定物と接触する接触球を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触球が被測定物に接触し
たことを検出する検出用圧電素子を複数配置し、これら
の検出用圧電素子から出力される信号の和、差及び自乗
和を演算することによって前記スタイラスの軸方向に沿
った縦振動成分に対応する信号と前記スタイラスの軸方
向と直交する方向に沿った横振動成分に対応する信号と
をそれぞれ生成し、前記縦振動成分に対応する信号から
第1の接触信号を生成し、前記横振動成分に対応する信
号から第2の接触信号を生成し、前記第1の接触信号と
前記第2の接触信号との論理和により接触信号を発生す
るタッチ信号プローブであって、 前記第1の接触信号が発生してから前記第2の接触信号
が発生するまでの時間差を測定する時間差測定回路と、
前記第1の接触信号と前記第2の接触信号との論理和を
求めるに際して前記第1の接触信号を設定された遅延時
間遅延させる遅延回路とを備え、前記時間差測定回路
は、前記スタイラスを交換する毎に前記時間差を前記遅
延時間として前記遅延回路に設定する遅延時間設定動作
を行うことを特徴とするタッチ信号プローブ。
1. A detection device for detecting a plurality of piezoelectric elements for detecting the contact of the contact ball with an object to be measured, which is arranged on a substantially columnar stylus having a contact ball at the tip thereof for contacting the object to be measured. A signal corresponding to a longitudinal vibration component along the axial direction of the stylus and a lateral vibration component along a direction orthogonal to the axial direction of the stylus by calculating the sum, difference and sum of squares of the signals output from the piezoelectric element. And a signal corresponding to the vertical vibration component, a first contact signal is generated from the signal corresponding to the vertical vibration component, and a second contact signal is generated from the signal corresponding to the lateral vibration component. A touch signal probe for generating a touch signal by a logical sum of a touch signal and the second touch signal, the time difference from the generation of the first touch signal to the generation of the second touch signal. Time to measure Difference measuring circuit,
A delay circuit that delays the first contact signal by a set delay time when obtaining a logical sum of the first contact signal and the second contact signal, and the time difference measuring circuit replaces the stylus. The touch signal probe is configured to perform a delay time setting operation in which the time difference is set as the delay time each time the delay circuit is set in the delay circuit.
【請求項2】請求項1記載のタッチ信号プローブにおい
て、前記時間差測定回路は、前記第1の接触信号が発生
してから前記第2の接触信号が発生するまで出力信号を
出力するフリップフロップ回路と、このフリップフロッ
プ回路で出力信号が出力された時間を計時して前記時間
差を演算する計時回路とを備えたことを特徴とするタッ
チ信号プローブ。
2. The touch signal probe according to claim 1, wherein the time difference measuring circuit outputs an output signal from the generation of the first contact signal to the generation of the second contact signal. A touch signal probe comprising: a flip-flop circuit; and a clock circuit that clocks a time when an output signal is output by the flip-flop circuit to calculate the time difference.
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