JP3455083B2 - 接触センサおよびその取付構造 - Google Patents

接触センサおよびその取付構造

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JP3455083B2 JP28302597A JP28302597A JP3455083B2 JP 3455083 B2 JP3455083 B2 JP 3455083B2 JP 28302597 A JP28302597 A JP 28302597A JP 28302597 A JP28302597 A JP 28302597A JP 3455083 B2 JP3455083 B2 JP 3455083B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、被測定物の有無
を検出する3次元スキャナー等に使用される接触センサ
およびその取付構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、接触子の先端で被測定物の表
面をなぞりその有無および外形を検出する3次元スキャ
ナー等が開発されており、その検出部には、接触センサ
が用いられている。このような接触センサとして、特開
平8−210805号公報に開示されているものがあ
る。
【0003】この接触センサは、図7に示すように、箱
型のケース1の内部に断面形状がL字状の取付台座2が
設けられ、その取付台座2上に、ゴム製の固定部材3を
介して接触センサ4が固定されている。この接触センサ
4は、振動板5の下面に圧電素子6が貼着され、その下
面に駆動電極7と検出電極8が設けられている。
【0004】そして、この駆動電極7と検出電極8から
は、それぞれ引き出し線9,10がケース1の一方側外
部に向けて延設されている。また、振動板5は、圧電素
子6の電極を兼ねており、この振動板5からは、ケース
1の一方側外部に向けて引き出し線11が延設されてい
る。
【0005】また、上記振動板5の上面における中央部
からは、ケース1の他方側外部に向けて線状の接触子1
2が延びている。したがって、駆動電極7に交流信号を
加えて圧電素子6を振動させると、検出電極8には、そ
の振動の大きさに比例した電圧の交流信号が発生する。
その状態で、接触子12の先端を被測定物に接触させ
て、上記振動板5の振動を抑制することにより被測定物
の有無を検出できるというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような接触セン
サ4における振動板5や圧電素子6の部分は、一般的な
家庭用品に用いられる圧電ブザーと同様の構成からなっ
ている。したがって、このような接触センサ4の場合、
印加電圧が大きいと振動板5がブザー音を出し作業者が
不快感を感じるという問題がある。
【0007】また、振動板5および圧電素子6は振動の
際、図8に示した破線a,bのように、上下にたわみを
反転させながら、接触子12を揺動させるようになって
いる。しかしながら、接触子12の根本側端部が振動板
5の中央部に固定されているため、振動板5と圧電素子
6の振幅が大きい割には接触子12の先端側の揺動の振
幅はそれほど大きくはならない。
【0008】その結果、印加電圧が大きいと前述したよ
うに不快音を発生し、印加電圧が小さいと接触子12が
あまり振動せず、その先端に接触する被測定物の検出が
できなくなるという問題が生じている。また、接触子1
2が振動する際、その胴部が振動板5の縁部に接触し、
この接触によって接触子12に適正な振動を与えること
が妨げられる。その結果、センサとしての機能が低下す
るという問題も生じている。これを避けるためには、接
触子の根本側をL字状に折り曲げて形状を変える等の面
倒な加工作業が必要となってくる。
【0009】また、上記の例では、接触センサ4を取付
台座2に固定する固定部材3がゴム製であるため、強度
や耐久性が劣るという問題もある。さらに、ゴム製の固
定部材3で振動板5を確実に固定することは困難である
ため、振動の際に、振動板5が不安定になる。これによ
り、上記と同様、接触子12に適正な振動を与えること
が妨げられるという問題が生じるようになる。
【0010】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ブザー音が生じない程度の振動板の振動で十
分に被測定物の検出ができ、かつ、その精度がよく、さ
らに、接触子の振動板への取り付けが容易になる接触セ
ンサ、および、振動板の固定を確実にすることによりさ
らに精度のよい被測定物の検出が行えるようになる上記
接触センサの取付構造の提供をその目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明にかかる接触センサは、金属板の一面中央
側に、電圧が印加されることによって伸縮する圧電素子
を貼着して振動板を構成するとともに、この振動板にお
ける金属板の他面縁部側に接触子の根本側端部を取り付
けて構成されている。
【0012】すなわち、この接触センサでは、接触子の
根本側端部を振動板における金属板の縁部側に取り付け
て、振動板の振幅が小さい場合でも接触子の先端の振動
幅が大きくなるようにするとともに、接触子の胴部が振
動板の縁部に接触しないようにしている。
【0013】したがって、印加電圧を小さくしてブザー
音が発生しないようにした状態でも、被測定物の確実な
検出ができるようになる。また、従来例のように、接触
子の胴部が振動板の縁部に接触することがなくなるた
め、その検出の精度が良好なものとなる。
【0014】また、上記接触センサの取付構造は、振動
板における金属板の縁部側を複数個のねじによって取付
部材に固定するようになっている。したがって、従来例
と比較して、取付部材への取り付けが強固になるととも
に、振動板が安定した振動をするようになり、検出精度
が向上するようになる。
【0015】さらに、接触子の根本側端部の金属板への
取り付け位置を、複数個のねじのうちの隣り合った2個
のねじの略中央部になるようにすることにより、振動板
における振動の殆ど生じない固定部分から最も遠い位置
に接触子が取り付けられるようになる。その結果、金属
板の縁部における最も振動が伝達されやすい部分に、接
触子が取り付けられることになり、効果的な検出が可能
になる。
【0016】また、上記振動板の取付部材への取り付け
は、3個または2個のねじで行うことが好ましく、その
固定位置は、円板状の振動板に内接する略正三角形の角
部の3カ所または2カ所に対応する部分にすることが好
ましい。以下、この発明にかかる接触センサおよびその
接触センサの取付構造を図面を用いて詳しく説明する。
【0017】
【発明の実施の形態】図1および図2は、この発明にか
かる接触センサの一例を示している。この接触センサ2
0では、黄銅からなる円板状の金属板21の一方の面の
中央に、圧電セラミックス22と電極23からなる圧電
素子24が貼着されている。そして、電極23における
中央部から下端部にかけての部分が逆U字状に切りかか
れて、その部分に下部側の圧電セラミックス22が露呈
している。
【0018】上記電極23における逆U字状部分22a
の外側部分は主電極23aを構成し、逆U字状部分22
aの内側部分は帰環電極23bを構成している。また、
金属板21はアース電極となっている。そして、この主
電極23a,帰環電極23b,アース電極には、それぞ
れプリント基板(図示せず)に連結されるリード線2
5,26,27が接続されている。
【0019】上記圧電素子24は、主電極23aと金属
板21の間に電圧を印加すると、圧電効果により歪みが
生じるようになっており、この歪みによって圧電素子2
4が伸縮するようになる。そして、この圧電素子24の
伸縮によって、金属板21が振動するようになってお
り、この圧電素子24と金属板21とで振動板28が形
成される。
【0020】また、振動板28の他方の面における下端
縁部側には、ステンレス製の針金からなる接触子29の
根本側端部29aが半田付けによって固定されている。
この接触子29は、上記振動板28の振動により、図3
に示すように、鎖線c,d間で揺動する。なお、この図
3および図8では、接触子29,12の動きをわかりや
すく説明するためにオーバーにしているが、実際の動作
ではその先端部の振幅は、1μm程度である。
【0021】このように構成された接触センサ20は、
図4および図5に示したようにして取付部材30に取り
付けられる。この取付部材30は、図6に示した3次元
スキャナー31のキャリッジ32に取り付けられるもの
で、四角形の板状体からなっている。この取付部材30
には、正三角形を描くようにして3個のねじ33が貫通
しており、そのねじ部に、両端にねじ穴が設けられた3
個の長ナット34のねじ穴の一方側が螺合して固定され
ている(図では、ねじ33、長ナット34ともに2個し
か見えない)。
【0022】そして、上記長ナット34のねじ穴の他方
側にそれぞれねじ35が螺合し、長ナット34とねじ3
5の間に、振動板28の縁部側部分が挟持されている。
なお、この場合、接触センサ20は、接触子29の根本
側端部29aが、下側の2個のねじ35の中央に位置す
るようにして位置決めされている。また、上記取付部材
30における左右両側には、キャリッジ32に取り付け
るための2個のねじ挿通穴36,37が穿設されてい
る。
【0023】この取付部材30が取り付けられる3次元
スキャナー31は、図6に示すように、キャリッジ32
が水平方向に平行に延びる2本のレール38,39に沿
って左右(X方向)に移動可能になっている。そして、
被測定物40を固定するテーブル41が、レール(図で
は隠れて見えない。)に沿って前後(Y方向)に移動可
能になっている。
【0024】また、キャリッジ32には、縦方向に平行
に延びる2本のレール42,43が設けられ、このレー
ル42,43に沿って固定部材44が上下(Z方向)に
移動可能な状態で取り付けられている。そして、この固
定部材44に、接触センサ20が取り付けられた取付部
材30がねじ穴36,37を挿通する2個のねじ45を
介して固定されている。
【0025】したがって、接触センサ20の接触子29
は、被測定物40に対して、相対的に、X,Y,Z方向
に移動可能になっている。また、この接触子29は、振
動した状態で、その先端部が被測定物40に接触する
と、その振動が制止されるようになっている。
【0026】この構成において、上記3次元スキャナー
31で、被測定物40の検出を行う場合には、まず、接
触センサ20を取付部材30に取り付けるとともに、そ
の取付部材30をキャリッジ32の固定部材44に固定
する。ついで、テーブル41上に被測定物40を固定す
る。
【0027】そして、リード線25,27を介して、3
次元スキャナー31の制御部から送られてくる信号をも
とに圧電素子24に電圧を印加することにより圧電素子
24を伸縮させ、振動板28を振動させる。その結果、
接触子29は小刻みに振動するようになる。その状態
で、キャリッジ32,テーブル41,固定部材44をそ
れぞれ所定の方向に移動させることにより、接触子29
の先端を被測定物40の表面における所定の部分に接触
させる。
【0028】その結果、接触子29の振動が止まり、同
時に振動板28の振動も停止するようになる。なお、帰
環電極23bは、圧電素子24が振動する際に発生する
電圧を感知しデータとしてフィードバックするようにな
っており、この電圧の変化によって、接触子29が被測
定物40に接触したことがわかるようになっている。
【0029】この接触子29と被測定物40の接触点を
座標上の点として求めておく。そして、さらに、接触子
29と被測定物40の相対的位置を少し変えて同様の操
作を行うことにより、次の接触点を求める。これを順次
行って、被測定物40の表面全面にわたる接触点を座標
上の点として求めることにより、被測定物40の形状デ
ータを得ることができる。
【0030】この場合、振動板28から接触子29に振
動が敏感に伝達されるため、圧電素子24に印加する電
圧を小さくしても、被測定物40の確実な検出ができる
ようになる。また、その検出の精度も良好なものとな
る。さらに、この例で使用する接触センサ20における
振動板28は、一般に使用される圧電ブザーの振動板と
同様の構成であるため、この振動板を利用することもで
きる。これによって、安価につき、経済的な効果も奏し
うるようになる。
【0031】なお、上記例にかかる取付構造では、接触
センサ20の取付部材30への取り付けを等間隔に配置
されたそれぞれ3個のねじ33,長ナット34,ねじ3
5で行っているが、これに限定するものでなく、それぞ
れが2個でもよいし、3個より多くともよい。実験によ
ると、2個の場合には、上記例における三角形の頂部に
相当する位置のねじ35等を除いた場合に、良好な結果
を得ることができた。
【0032】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる接触セ
ンサは、金属板の縁部側に接触子の根本側端部を取り付
けているため、ブザー音が発生しないように印加電圧を
小さくしても、被測定物の確実な検出ができるようにな
る。また、接触子の胴部が振動板の縁部に接触すること
がなくなるため、その検出の精度が良好なものとなる。
【0033】また、接触センサは、複数個のねじによっ
て、取付部材に固定されるため、取付構造が強固になる
とともに、振動板が安定した振動を発生するようにな
る。これによって、検出の精度がさらに向上するように
なる。さらに、接触子の金属板への取り付け位置が隣合
った2個のねじの略中央部になるようにしているため、
振動板の振動が効率よく接触子に伝達されるようにな
り、被測定物の効果的な検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一例による接触センサを示す背面図
である。
【図2】接触センサの正面図である。
【図3】接触子が振動する状態を示す説明図である。
【図4】接触センサを取付部材に取り付けた状態を示す
正面図である。
【図5】接触センサを取付部材に取り付けた状態を示す
側面図である。
【図6】接触センサが取り付けられる3次元スキャナー
の要部を示す正面図である。
【図7】従来例による接触センサを示す断面図である。
【図8】従来例による接触センサが振動する状態を示す
説明図である。
【符号の説明】
20 …接触センサ 21 …金属板 24 …圧電素子 28 …振動板 29 …接触子 29a…根本側端部 30 …取付部材 33,35…ねじ 34 …長ナット 40 …被測定物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−210805(JP,A) 特開 昭56−162072(JP,A) 特開 昭54−31776(JP,A) 特開 昭53−47858(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 G01B 21/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物に対して相対的にX,Y,Z方
    向に移動する取付部材に取り付けられ、接触子の先端を
    被測定物に接触させてその検出を行う接触センサであっ
    て、 金属板の一面中央側に、電圧が印加されることによって
    伸縮する圧電素子を貼着して振動板を構成するととも
    に、上記金属板の他面縁部側に線状の接触子の根本側端
    部を取り付けてその先端部を外側に突出させ、所定間隔に保たれた複数個のねじによって、上記接触セ
    ンサにおける金属板の縁部が取付部材に固定され、接触
    子の根本側端部の金属板への取り付け位置が上記複数個
    のねじのうちの隣り合った2個のねじの略中央部になる
    ように構成し、 上記圧電素子に電圧を印加し圧電素子を伸縮させること
    によって上記振動板を振動させ、その状態で上記取付部
    材を移動させ上記接触子の先端を被測定物に接触させて
    上記振動を抑制することにより被測定物の検出を行うよ
    うにしたことを特徴とする接触センサ。
  2. 【請求項2】 振動板が円板状に形成され、この振動板
    の取付部材への取り付けが、振動板に内接する略正三角
    形の角部の3カ所または2カ所に対応する部分をねじで
    固定することによってなされている請求項1に記載の接
    触センサの取付構造。
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