JP3787721B2 - 測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法に係り、特にマシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドにおいては、接触子の変位を検出するセンサにＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と呼ばれる線形電圧差動変圧器（通称差動トランス）、リニアスケール等が用いられていた（たとえば、特許文献１。）。
【０００３】
図９は、このような従来の測定ヘッドの概念図である。同図に示される測定ヘッド１１０は、シーソー機構を２個組み合わせた外径測定用の測定ヘッドである。このような従来の測定ヘッド１１０は、図９に示されるように、支点部材１１１を中心に回動可能に支持された接触子１１４の移動量が、支点部材１１１と反対方向に設けられたＬＶＤＴ１１５で電圧の変化として検出される。このＬＶＤＴ１１５の検出値が管制部１４０で処理され、移動量として求められる。
【０００４】
このようなシーソー機構を２個対称に組み合わせ、被測定物Ｗの外径又は内径を測定するようにした測定ヘッド以外にも、シーソー機構を１個設け、被測定物Ｗの厚さや段差、輪郭形状、及び表面状態を測定する測定ヘッドも極めて一般的である。
【０００５】
図１０は、このような測定ヘッドの接触子の変位を検出するセンサに、リニアスケールを使用した例であり、同図（ａ）は、支点部材１１１よりスケール２１５までの部分の概念図であり、同図（ｂ）は、スケール２１５の円弧パターンを拡大した図である。
【０００６】
スケール２１５のパターンは円弧状のため、読取り位置によりパターンピッチが異なる。図１０（ｂ）に示されるように、半径方向の位置によってパターンピッチがａ、ｂ、ｃのように異なる。そのため、読取り位置で所望のピッチになるように設計されている。
【０００７】
スケール２１５を読み取るに当たっての原点を設ける必要があり、この原点は、通常は図１０（ａ）に示されるように、中心線ＣＬ上に設けられることが望ましい。ところが、スケール２１５は絶対スケールではないことより、電源を投入した際のアームの位置が原点となってしまい、中心線ＣＬ上に原点が来る訳ではない。
【０００８】
これに対処すべく、中心線ＣＬ上の位置等にリミットスイッチ等を設け、電源投入直後に初期化処理としてアームを揺動させ、アームがリミットスイッチ等を通過したときにカウンタをゼロリセットすることにより、アーム位置の原点を求める方法が採用されている。
【０００９】
【特許文献１】
実開昭６３−１８７００６号公報（実願昭６２−７８４６２号のマイクロフィルム）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法では、リミットスイッチ等を精度良く取り付けるための調整作業が必要である。また、長期間の使用によっても、リミットスイッチ等の取り付け位置がズレないような工夫が必要である。更に、アームを交換し、他の種類の測定を行う場合、交換したアームに対して原点位置の調整が必要になるという各種不具合が指摘されている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、上記従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、原点位置の検出が容易かつ高精度で行える測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、を有し、被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、所定の段差を有する基準ブロックを第一の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ２を検出し記憶するステップと、前記基準ブロックを第二の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ３を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ４を検出し記憶するステップと、記憶された前記アームの角度位置Θ１、Θ２、Θ３及びΘ４より前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供する。
【００１３】
本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを準備し、この基準ブロックを二箇所の位置で測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００１４】
また、本発明は、測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、を有し、被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、前記接触子を所定の段差αを有する基準ブロックＡの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１１を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックＡの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１２を検出し記憶するステップと、前記接触子を所定の段差βを有する基準ブロックＢの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１３を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックＢの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１４を検出し記憶するステップと、記憶された前記アームの角度位置Θ１１、Θ１２、Θ１３、Θ１４及び所定の段差α、βより前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを２種類準備し、この基準ブロックを測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００１６】
すなわち、請求項１及び請求項２に係る発明に共通した有利な効果は、１）リミットスイッチ等の取り付け時の調整作業が不要になる、２）アームを交換した際の調整作業が不要になる、３）経時変化による装置誤差の影響を受けにくい、等である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法が適用される測定ヘッドの構成を示す側断面図である。
【００１８】
測定ヘッド１０は、図１に示されるように、ベース２１、支点部材１１（支点に該当する）、アーム１２、フィンガ１３、接触子１４、スケール１５、図示しない読取りヘッド、加圧部材１７、ダンパ１８、ブーツ１９、及びケース２２等から構成されている。なお、ベース２１は、ケース２２内の紙面奥側の全面に形成されている。
【００１９】
支点部材１１は、ホルダ２０に支持されてベース２１に取付けられている。アーム１２は、支点部材１１に保持され、支点部材１１を中心にシーソー回動自在になっている。アーム１２の一端にはフィンガ１３がネジ止めされ、フィンガ１３の先端には被測定物Ｗに当接する接触子１４が取付けられている。
【００２０】
一方、アーム１２の他端には、センサとしてのスケール１５が取付けられている。また、スケール１５の目盛りを読取る読取りヘッド（図示略）がベース２１に固定されている。同様に、アーム位置の原点を検出するリミットスイッチ（図示略）がベース２１に固定されている。
【００２１】
アーム１２には接触子を被測定物Ｗに向けて押圧する加圧部材１７が設けられている。この加圧部材には圧縮バネが用いられているが、引張りバネやその他の弾性部材等、アーム１２に回転力を発生させることのできるものなら何でもよい。更に、アーム１２にはダンパ１８が設けられ、接触子１４の飛び跳ねや振動を抑制できるようになっている。
【００２２】
アーム１２の先端部、フィンガ１３、及び接触子１４を除くその他の部材はケース２２で覆われている。このケース２２には開口部がありこの開口部からアーム１２の先端部が飛び出している。また、この開口部にはブーツ１９が設けられ、ケース２２内部への塵埃やミストの侵入を防止している。
【００２３】
次に、このように構成された測定ヘッド１０の作用について説明する。先ず測定ヘッド１０が被測定物Ｗに対してセットされる。接触子１４は加圧部材１７によって被測定物Ｗに押圧されているので、被測定物Ｗの寸法に応じて支点部材１１を中心に回動変位される。接触子１４が回動変位されるとアームに取付けられたスケール１５も回動変位される。このスケール１５の変位量は読取りヘッドで検出されて検出信号がＡ／Ｄ変換部３０で処理され、管制部４０に送られて被測定物Ｗの寸法が求められる。
【００２４】
この時アーム１２にはダンパ１８が設けられているので、接触子１４の飛び跳ねや振動が防止される。また、ケース２２の開口部にはブーツ１９が取付けられているので、加工液やミスト、及びその他塵埃等がケース２２内に浸入する事がない。
【００２５】
図１に示した測定ヘッド１０は、被測定物Ｗの厚さや段差、輪郭形状、及び表面状態を測定する測定ヘッド（以下Γ型測定ヘッドと称する）であるが、図２に示される測定ヘッド１０は、図１で示される構造を対称に２個組み合わせ、被測定物Ｗの外径を測定するようにした測定ヘッドである。この測定ヘッドでは、図２に示した外径測定用の他に、接触子１４を逆向きに取付け、加圧部材１７の加圧方向を逆向きにした内径測定用ヘッドもある。外径測定用ヘッドおよび内径測定用ヘッド（以下Σ型測定ヘッドと称する）の動作作用は、基本的に図１に示したΓ型測定ヘッドと同じであるので、説明は省略する。
【００２６】
次に、図１に示される測定ヘッド１０を使用した測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法について説明する。図３は、測定ヘッドによる測定の原理を説明する概念図である。この測定ヘッド１０は既述の構成と略同一であるが、支点部材１１がＸ方向に移動可能となっており、この支点部材１１の移動量がスケール１０５で検出可能となっている点が相違する。なお、支点部材１１の移動量は、後述する図４でのＸs に該当する。
【００２７】
図４は、測定位置の座標を説明する概念図であり、アーム１２先端の接触子１４と支点部材１１とを結ぶ直線が、基準点となる中心線ＣＬより角度θだけ回転した状態を示している。この場合、接触子１４先端部のＸ、Ｚ座標は、それぞれ同図の式（１）、（２）のようになる。
【００２８】
以下、測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の第一の実施態様について説明する。この実施態様は、請求項１に係る発明に該当する。
【００２９】
図５は、接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図である。このうち、同図（Ｂ）に示される実施態様は、請求項１に記載のように、所定の段差を有する基準ブロックＭを第一の位置に配し、接触子１４を基準ブロックＭの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＭの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ２を検出し記憶するステップと、基準ブロックＭを第二の位置に配し、接触子１４を基準ブロックＭの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ３を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＭの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ４を検出し記憶するステップと、よりなる方法が採用されている。
【００３０】
これに対し、図５（Ａ）に示される実施態様は、所定の同じ段差を２段有する基準ブロックＭを使用して、この基準ブロックＭを所定位置に配した状態で、接触子１４を基準ブロックＭの１段目、２段目及び３段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θを、それぞれ検出し記憶するステップよりなる方法が採用されている。すなわち、所定の段差を有する基準ブロックＭを二箇所の位置に配して測定する代わりに、所定の同じ段差を２段有する基準ブロックＭを使用して一箇所の位置での測定で済ます方法であり、請求項１の発明と均等の発明思想に基くものである。
【００３１】
なお、図５（Ａ）、（Ｂ）に示される実施態様では、アーム１２のそれぞれの角度位置Θを測定しているが、図４に示されるような、アーム１２先端の接触子１４と支点部材１１とを結ぶ直線がなす角度θをそれぞれ検出し記憶するステップよりなる方法を採用するのでもよい。これらは、いずれも同一の発明思想に基くものであり、略同一の結果が得られるからである。
【００３２】
図６は、アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図であり、図５（Ｂ）に示される実施態様で測定したそれぞれの角度位置Θを、重ねて図示したものである。このうち、αとβは、基準ブロックＭの段差であるが、同一の基準ブロックＭを使用しているので、当然同一の値である。
【００３３】
図６に示されるアームの各位置と基準点との関係より以下の等式が成り立つ。
【００３４】
【数１】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ１−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ２−Θ０）
＝Ｒ・Ｓｉｎ（Θ３−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ４−Θ０） …（式１）
ここで、左式の第１項は▲１▼の高さであり、第２項は▲２▼の高さである（図では負の値）。右式の第１項は▲３▼の高さであり、第２項は▲４▼の高さである（図では負の値）。この式１では、全ての項に係るＲは略分できる。
【００３５】
式１を加法定理により展開し、更に纏めると次式が求まる。なお、中間結果は省略する。
【００３６】
【数２】
Θ０＝−Ｔａｎ-1（（ＳｉｎΘ１−ＳｉｎΘ２−ＳｉｎΘ３＋ＳｉｎΘ４）／（−ＣｏｓΘ１＋ＣｏｓΘ２＋ＣｏｓΘ３−ＣｏｓΘ４））…（式２）
したがって、記憶されたアーム１２の角度位置Θ１、Θ２、Θ３及びΘ４より、アーム１２の角度位置Θ０が算出でき、これより接触子１４の基準点を求めることが容易にできる。
【００３７】
以下、測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の第二の実施態様について説明する。この実施態様は、請求項２に係る発明に該当する。
【００３８】
図７は、接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図である。同図では、請求項２に記載のように、接触子１４を所定の段差αを有する基準ブロックＡの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１１を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＡの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１２を検出し記憶するステップと、接触子１４を所定の段差βを有する基準ブロックＢの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１３を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＢの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１４を検出し記憶するステップと、よりなる方法が採用されている。
【００３９】
なお、図示は省略したが、基準ブロックＡと基準ブロックＢとを用いる方法に代えて、所定の段差α及びβを有する３段の基準ブロックＢを使用して、この基準ブロックＢを所定位置に配した状態で、接触子１４を基準ブロックＢの１段目、２段目及び３段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θを、それぞれ検出し記憶するステップよりなる方法が採用できる。この方法も、請求項２の発明と均等の発明思想に基くものである。
【００４０】
図８は、アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図であり、図７に示される実施態様で測定したそれぞれの角度位置Θを、重ねて図示したものである。このうち、αとβは、それぞれ基準ブロックＡ、基準ブロックＢの段差である。
【００４１】
図８に示されるアームの各位置と基準点との関係より以下の等式が成り立つ。
【００４２】
【数３】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ１−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ２−Θ０）＝α …（式３）
【００４３】
【数４】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ３−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ４−Θ０）＝β …（式４）
ここで、式３の第１項は▲５▼の高さであり、第２項は▲６▼の高さである。式４の第１項は▲７▼の高さであり、第２項は▲８▼の高さである（図では負の値）。
【００４４】
式３及び式４を連立して、Ｒを除去し、更に纏めると次式が求まる。なお、中間結果は省略する。
【００４５】
【数５】
Θ０＝−Ｔａｎ-1（β（ＳｉｎΘ２−ＳｉｎΘ１）＋α（ＳｉｎΘ３−ＳｉｎΘ４））／（β（ＣｏｓΘ１−ＣｏｓΘ２）−α（ＣｏｓΘ３−ＣｏｓΘ４））…（式５）
このうち、Θ１、Θ２、Θ３、Θ４及びα、βはいずれも既知である。したがって、記憶されたアーム１２の角度位置Θ１、Θ２、Θ３、Θ４及びα、βより、アーム１２の角度位置Θ０が算出でき、これより接触子１４の基準点を求めることが容易にできる。
【００４６】
以上、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００４７】
たとえば、実施形態の例では、円弧パターンのスケール１５が使用されているが、これに代えて直線パターンのスケールを使用することもできる。この場合には、円弧誤差の補正手段を設ければ所定の精度が得られる。
【００４８】
また、スケール１５として、回折干渉を利用した反射型スケールや透過型のモアレスケールが好ましく採用できるが、本発明においてはこれに限らず、回折干渉を利用した透過型スケール、又は反射型のモアレスケール等々種々のスケールを用いることができる。
【００４９】
本発明の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法が適用される測定項目としては、外径、内径、段差（高さ）、厚み等の寸法測定、また粗さ、うねり等の表面測定、また形状測定、また位置測定、更に同軸度、同心度、真直度、円筒度、直角度、平行度、テーパ度、線の輪郭度、面の輪郭度、傾斜度、位置度、対称度、円周振れ、全振れ等の幾何公差測定等がある。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを準備し、この基準ブロックを二箇所の位置で測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００５１】
また、本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを２種類準備し、この基準ブロックを測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に使用される測定ヘッドを表わす側断面図
【図２】Σ型の外径測定用測定ヘッドを表わす側断面図
【図３】測定ヘッドによる測定の原理を説明する概念図
【図４】測定位置の座標を説明する概念図
【図５】接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図
【図６】アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図
【図７】接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図
【図８】アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図
【図９】従来の測定ヘッドを表わす概念図
【図１０】円弧パターンのスケールを説明する概念図
【符号の説明】
１０…測定ヘッド、１１…支点部材、１２…アーム、１３…フィンガ、１４…接触子、１５…スケール、１６…読取りヘッド、１７…加圧部材、１８…ダンパ、１９…ブーツ、２０…ホルダ、２１…ベース、２２…ケース、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…管制部、Ｍ…基準ブロック、Ａ…基準ブロックＡ、Ｂ…基準ブロックＢ、Ｗ…被測定物
【発明の属する技術分野】
本発明は測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法に係り、特にマシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドにおいては、接触子の変位を検出するセンサにＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と呼ばれる線形電圧差動変圧器（通称差動トランス）、リニアスケール等が用いられていた（たとえば、特許文献１。）。
【０００３】
図９は、このような従来の測定ヘッドの概念図である。同図に示される測定ヘッド１１０は、シーソー機構を２個組み合わせた外径測定用の測定ヘッドである。このような従来の測定ヘッド１１０は、図９に示されるように、支点部材１１１を中心に回動可能に支持された接触子１１４の移動量が、支点部材１１１と反対方向に設けられたＬＶＤＴ１１５で電圧の変化として検出される。このＬＶＤＴ１１５の検出値が管制部１４０で処理され、移動量として求められる。
【０００４】
このようなシーソー機構を２個対称に組み合わせ、被測定物Ｗの外径又は内径を測定するようにした測定ヘッド以外にも、シーソー機構を１個設け、被測定物Ｗの厚さや段差、輪郭形状、及び表面状態を測定する測定ヘッドも極めて一般的である。
【０００５】
図１０は、このような測定ヘッドの接触子の変位を検出するセンサに、リニアスケールを使用した例であり、同図（ａ）は、支点部材１１１よりスケール２１５までの部分の概念図であり、同図（ｂ）は、スケール２１５の円弧パターンを拡大した図である。
【０００６】
スケール２１５のパターンは円弧状のため、読取り位置によりパターンピッチが異なる。図１０（ｂ）に示されるように、半径方向の位置によってパターンピッチがａ、ｂ、ｃのように異なる。そのため、読取り位置で所望のピッチになるように設計されている。
【０００７】
スケール２１５を読み取るに当たっての原点を設ける必要があり、この原点は、通常は図１０（ａ）に示されるように、中心線ＣＬ上に設けられることが望ましい。ところが、スケール２１５は絶対スケールではないことより、電源を投入した際のアームの位置が原点となってしまい、中心線ＣＬ上に原点が来る訳ではない。
【０００８】
これに対処すべく、中心線ＣＬ上の位置等にリミットスイッチ等を設け、電源投入直後に初期化処理としてアームを揺動させ、アームがリミットスイッチ等を通過したときにカウンタをゼロリセットすることにより、アーム位置の原点を求める方法が採用されている。
【０００９】
【特許文献１】
実開昭６３−１８７００６号公報（実願昭６２−７８４６２号のマイクロフィルム）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法では、リミットスイッチ等を精度良く取り付けるための調整作業が必要である。また、長期間の使用によっても、リミットスイッチ等の取り付け位置がズレないような工夫が必要である。更に、アームを交換し、他の種類の測定を行う場合、交換したアームに対して原点位置の調整が必要になるという各種不具合が指摘されている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、上記従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、原点位置の検出が容易かつ高精度で行える測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、を有し、被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、所定の段差を有する基準ブロックを第一の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ２を検出し記憶するステップと、前記基準ブロックを第二の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ３を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ４を検出し記憶するステップと、記憶された前記アームの角度位置Θ１、Θ２、Θ３及びΘ４より前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供する。
【００１３】
本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを準備し、この基準ブロックを二箇所の位置で測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００１４】
また、本発明は、測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、を有し、被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、前記接触子を所定の段差αを有する基準ブロックＡの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１１を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックＡの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１２を検出し記憶するステップと、前記接触子を所定の段差βを有する基準ブロックＢの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１３を検出し記憶するステップと、前記接触子を該基準ブロックＢの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１４を検出し記憶するステップと、記憶された前記アームの角度位置Θ１１、Θ１２、Θ１３、Θ１４及び所定の段差α、βより前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを２種類準備し、この基準ブロックを測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００１６】
すなわち、請求項１及び請求項２に係る発明に共通した有利な効果は、１）リミットスイッチ等の取り付け時の調整作業が不要になる、２）アームを交換した際の調整作業が不要になる、３）経時変化による装置誤差の影響を受けにくい、等である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法が適用される測定ヘッドの構成を示す側断面図である。
【００１８】
測定ヘッド１０は、図１に示されるように、ベース２１、支点部材１１（支点に該当する）、アーム１２、フィンガ１３、接触子１４、スケール１５、図示しない読取りヘッド、加圧部材１７、ダンパ１８、ブーツ１９、及びケース２２等から構成されている。なお、ベース２１は、ケース２２内の紙面奥側の全面に形成されている。
【００１９】
支点部材１１は、ホルダ２０に支持されてベース２１に取付けられている。アーム１２は、支点部材１１に保持され、支点部材１１を中心にシーソー回動自在になっている。アーム１２の一端にはフィンガ１３がネジ止めされ、フィンガ１３の先端には被測定物Ｗに当接する接触子１４が取付けられている。
【００２０】
一方、アーム１２の他端には、センサとしてのスケール１５が取付けられている。また、スケール１５の目盛りを読取る読取りヘッド（図示略）がベース２１に固定されている。同様に、アーム位置の原点を検出するリミットスイッチ（図示略）がベース２１に固定されている。
【００２１】
アーム１２には接触子を被測定物Ｗに向けて押圧する加圧部材１７が設けられている。この加圧部材には圧縮バネが用いられているが、引張りバネやその他の弾性部材等、アーム１２に回転力を発生させることのできるものなら何でもよい。更に、アーム１２にはダンパ１８が設けられ、接触子１４の飛び跳ねや振動を抑制できるようになっている。
【００２２】
アーム１２の先端部、フィンガ１３、及び接触子１４を除くその他の部材はケース２２で覆われている。このケース２２には開口部がありこの開口部からアーム１２の先端部が飛び出している。また、この開口部にはブーツ１９が設けられ、ケース２２内部への塵埃やミストの侵入を防止している。
【００２３】
次に、このように構成された測定ヘッド１０の作用について説明する。先ず測定ヘッド１０が被測定物Ｗに対してセットされる。接触子１４は加圧部材１７によって被測定物Ｗに押圧されているので、被測定物Ｗの寸法に応じて支点部材１１を中心に回動変位される。接触子１４が回動変位されるとアームに取付けられたスケール１５も回動変位される。このスケール１５の変位量は読取りヘッドで検出されて検出信号がＡ／Ｄ変換部３０で処理され、管制部４０に送られて被測定物Ｗの寸法が求められる。
【００２４】
この時アーム１２にはダンパ１８が設けられているので、接触子１４の飛び跳ねや振動が防止される。また、ケース２２の開口部にはブーツ１９が取付けられているので、加工液やミスト、及びその他塵埃等がケース２２内に浸入する事がない。
【００２５】
図１に示した測定ヘッド１０は、被測定物Ｗの厚さや段差、輪郭形状、及び表面状態を測定する測定ヘッド（以下Γ型測定ヘッドと称する）であるが、図２に示される測定ヘッド１０は、図１で示される構造を対称に２個組み合わせ、被測定物Ｗの外径を測定するようにした測定ヘッドである。この測定ヘッドでは、図２に示した外径測定用の他に、接触子１４を逆向きに取付け、加圧部材１７の加圧方向を逆向きにした内径測定用ヘッドもある。外径測定用ヘッドおよび内径測定用ヘッド（以下Σ型測定ヘッドと称する）の動作作用は、基本的に図１に示したΓ型測定ヘッドと同じであるので、説明は省略する。
【００２６】
次に、図１に示される測定ヘッド１０を使用した測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法について説明する。図３は、測定ヘッドによる測定の原理を説明する概念図である。この測定ヘッド１０は既述の構成と略同一であるが、支点部材１１がＸ方向に移動可能となっており、この支点部材１１の移動量がスケール１０５で検出可能となっている点が相違する。なお、支点部材１１の移動量は、後述する図４でのＸs に該当する。
【００２７】
図４は、測定位置の座標を説明する概念図であり、アーム１２先端の接触子１４と支点部材１１とを結ぶ直線が、基準点となる中心線ＣＬより角度θだけ回転した状態を示している。この場合、接触子１４先端部のＸ、Ｚ座標は、それぞれ同図の式（１）、（２）のようになる。
【００２８】
以下、測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の第一の実施態様について説明する。この実施態様は、請求項１に係る発明に該当する。
【００２９】
図５は、接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図である。このうち、同図（Ｂ）に示される実施態様は、請求項１に記載のように、所定の段差を有する基準ブロックＭを第一の位置に配し、接触子１４を基準ブロックＭの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＭの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ２を検出し記憶するステップと、基準ブロックＭを第二の位置に配し、接触子１４を基準ブロックＭの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ３を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＭの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ４を検出し記憶するステップと、よりなる方法が採用されている。
【００３０】
これに対し、図５（Ａ）に示される実施態様は、所定の同じ段差を２段有する基準ブロックＭを使用して、この基準ブロックＭを所定位置に配した状態で、接触子１４を基準ブロックＭの１段目、２段目及び３段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θを、それぞれ検出し記憶するステップよりなる方法が採用されている。すなわち、所定の段差を有する基準ブロックＭを二箇所の位置に配して測定する代わりに、所定の同じ段差を２段有する基準ブロックＭを使用して一箇所の位置での測定で済ます方法であり、請求項１の発明と均等の発明思想に基くものである。
【００３１】
なお、図５（Ａ）、（Ｂ）に示される実施態様では、アーム１２のそれぞれの角度位置Θを測定しているが、図４に示されるような、アーム１２先端の接触子１４と支点部材１１とを結ぶ直線がなす角度θをそれぞれ検出し記憶するステップよりなる方法を採用するのでもよい。これらは、いずれも同一の発明思想に基くものであり、略同一の結果が得られるからである。
【００３２】
図６は、アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図であり、図５（Ｂ）に示される実施態様で測定したそれぞれの角度位置Θを、重ねて図示したものである。このうち、αとβは、基準ブロックＭの段差であるが、同一の基準ブロックＭを使用しているので、当然同一の値である。
【００３３】
図６に示されるアームの各位置と基準点との関係より以下の等式が成り立つ。
【００３４】
【数１】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ１−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ２−Θ０）
＝Ｒ・Ｓｉｎ（Θ３−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ４−Θ０） …（式１）
ここで、左式の第１項は▲１▼の高さであり、第２項は▲２▼の高さである（図では負の値）。右式の第１項は▲３▼の高さであり、第２項は▲４▼の高さである（図では負の値）。この式１では、全ての項に係るＲは略分できる。
【００３５】
式１を加法定理により展開し、更に纏めると次式が求まる。なお、中間結果は省略する。
【００３６】
【数２】
Θ０＝−Ｔａｎ-1（（ＳｉｎΘ１−ＳｉｎΘ２−ＳｉｎΘ３＋ＳｉｎΘ４）／（−ＣｏｓΘ１＋ＣｏｓΘ２＋ＣｏｓΘ３−ＣｏｓΘ４））…（式２）
したがって、記憶されたアーム１２の角度位置Θ１、Θ２、Θ３及びΘ４より、アーム１２の角度位置Θ０が算出でき、これより接触子１４の基準点を求めることが容易にできる。
【００３７】
以下、測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の第二の実施態様について説明する。この実施態様は、請求項２に係る発明に該当する。
【００３８】
図７は、接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図である。同図では、請求項２に記載のように、接触子１４を所定の段差αを有する基準ブロックＡの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１１を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＡの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１２を検出し記憶するステップと、接触子１４を所定の段差βを有する基準ブロックＢの１段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１３を検出し記憶するステップと、接触子１４を基準ブロックＢの２段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θ１４を検出し記憶するステップと、よりなる方法が採用されている。
【００３９】
なお、図示は省略したが、基準ブロックＡと基準ブロックＢとを用いる方法に代えて、所定の段差α及びβを有する３段の基準ブロックＢを使用して、この基準ブロックＢを所定位置に配した状態で、接触子１４を基準ブロックＢの１段目、２段目及び３段目に当接させた際のアーム１２の角度位置Θを、それぞれ検出し記憶するステップよりなる方法が採用できる。この方法も、請求項２の発明と均等の発明思想に基くものである。
【００４０】
図８は、アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図であり、図７に示される実施態様で測定したそれぞれの角度位置Θを、重ねて図示したものである。このうち、αとβは、それぞれ基準ブロックＡ、基準ブロックＢの段差である。
【００４１】
図８に示されるアームの各位置と基準点との関係より以下の等式が成り立つ。
【００４２】
【数３】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ１−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ２−Θ０）＝α …（式３）
【００４３】
【数４】
Ｒ・Ｓｉｎ（Θ３−Θ０）−Ｒ・Ｓｉｎ（Θ４−Θ０）＝β …（式４）
ここで、式３の第１項は▲５▼の高さであり、第２項は▲６▼の高さである。式４の第１項は▲７▼の高さであり、第２項は▲８▼の高さである（図では負の値）。
【００４４】
式３及び式４を連立して、Ｒを除去し、更に纏めると次式が求まる。なお、中間結果は省略する。
【００４５】
【数５】
Θ０＝−Ｔａｎ-1（β（ＳｉｎΘ２−ＳｉｎΘ１）＋α（ＳｉｎΘ３−ＳｉｎΘ４））／（β（ＣｏｓΘ１−ＣｏｓΘ２）−α（ＣｏｓΘ３−ＣｏｓΘ４））…（式５）
このうち、Θ１、Θ２、Θ３、Θ４及びα、βはいずれも既知である。したがって、記憶されたアーム１２の角度位置Θ１、Θ２、Θ３、Θ４及びα、βより、アーム１２の角度位置Θ０が算出でき、これより接触子１４の基準点を求めることが容易にできる。
【００４６】
以上、本発明に係る測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００４７】
たとえば、実施形態の例では、円弧パターンのスケール１５が使用されているが、これに代えて直線パターンのスケールを使用することもできる。この場合には、円弧誤差の補正手段を設ければ所定の精度が得られる。
【００４８】
また、スケール１５として、回折干渉を利用した反射型スケールや透過型のモアレスケールが好ましく採用できるが、本発明においてはこれに限らず、回折干渉を利用した透過型スケール、又は反射型のモアレスケール等々種々のスケールを用いることができる。
【００４９】
本発明の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法が適用される測定項目としては、外径、内径、段差（高さ）、厚み等の寸法測定、また粗さ、うねり等の表面測定、また形状測定、また位置測定、更に同軸度、同心度、真直度、円筒度、直角度、平行度、テーパ度、線の輪郭度、面の輪郭度、傾斜度、位置度、対称度、円周振れ、全振れ等の幾何公差測定等がある。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを準備し、この基準ブロックを二箇所の位置で測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【００５１】
また、本発明によれば、従来のリミットスイッチ等を使用した原点検出方法を採用する測定ヘッドであっても、所定の段差を有する基準ブロックを２種類準備し、この基準ブロックを測定することにより、容易にかつ精度良く接触子の基準点が検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に使用される測定ヘッドを表わす側断面図
【図２】Σ型の外径測定用測定ヘッドを表わす側断面図
【図３】測定ヘッドによる測定の原理を説明する概念図
【図４】測定位置の座標を説明する概念図
【図５】接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図
【図６】アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図
【図７】接触子と基準ブロックとの位置関係を説明する概念図
【図８】アームの各位置と基準点との関係を説明する概念図
【図９】従来の測定ヘッドを表わす概念図
【図１０】円弧パターンのスケールを説明する概念図
【符号の説明】
１０…測定ヘッド、１１…支点部材、１２…アーム、１３…フィンガ、１４…接触子、１５…スケール、１６…読取りヘッド、１７…加圧部材、１８…ダンパ、１９…ブーツ、２０…ホルダ、２１…ベース、２２…ケース、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…管制部、Ｍ…基準ブロック、Ａ…基準ブロックＡ、Ｂ…基準ブロックＢ、Ｗ…被測定物
Claims (2)
- 測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、
先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、
前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、
前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、
を有し、
被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、
前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、
所定の段差を有する基準ブロックを第一の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１を検出し記憶するステップと、
前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ２を検出し記憶するステップと、
前記基準ブロックを第二の位置に配し、前記接触子を該基準ブロックの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ３を検出し記憶するステップと、
前記接触子を該基準ブロックの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ４を検出し記憶するステップと、
記憶された前記アームの角度位置Θ１、Θ２、Θ３及びΘ４より前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法。 - 測定ヘッド本体に設けられた支点を中心に回転可能に支持されたアームと、
先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、
前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、
前記測定ヘッド本体に設けられた読取りヘッド又はスケールと、
を有し、
被測定物に前記接触子を当接させて、前記スケールと読取りヘッドとで前記接触子の変位を検出する測定装置の測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法であって、
前記測定装置の起動時における前記アームの角度位置Θ０を検出し記憶するステップと、
前記接触子を所定の段差αを有する基準ブロックＡの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１１を検出し記憶するステップと、
前記接触子を該基準ブロックＡの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１２を検出し記憶するステップと、
前記接触子を所定の段差βを有する基準ブロックＢの１段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１３を検出し記憶するステップと、
前記接触子を該基準ブロックＢの２段目に当接させた際の前記アームの角度位置Θ１４を検出し記憶するステップと、
記憶された前記アームの角度位置Θ１１、Θ１２、Θ１３、Θ１４及び所定の段差α、βより前記アームの角度位置Θ０を算出し、これより接触子の基準点を求めることを特徴とする測定ヘッドにおける接触子の基準点検出方法。
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