JP4141637B2 - 部品の線形寸法を検査するためのヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、工作機械又は計測機械の部品の線型寸法を検査するためのヘッドであって、支持構造と、検査されるべき部品と接触するためのフィーラー（ｆｅｅｌｅｒ）を支持するアームを含む実質的に剛性の可動アームセットと、支持構造と可動アームセットとの間に配置された押圧装置と、幾何学的第１軸線を中心として回転対称の構造を持つ第１拘束システムと、この第１拘束システムとは種類が異なる第２拘束システムとを有し、第１及び第２の拘束システムは、押圧装置の作用で可動アームセットの６度の自由度をなくすため、支持構造と可動アームセットとの間に配置されており、第１拘束システムによってなくされる自由度には、幾何学的第１軸線に沿った可動アームセットの並進を含み、可動アームセットの位置に応じて信号を提供するための検出装置を更に有する、ヘッドに関する。
【０００２】
背景技術
機械加工が施された又は機械加工中の部品や、工具、機械テーブル等の検査を行うため、接触検出ヘッド即ちタッチトリガープローブ及び計測ヘッドが座標計測機械及び工作機械、特にマシニングセンタ及び旋盤で用いられている。これらのヘッドは、一般的には、一つ又はそれ以上のフィーラーを備えたアームを持つ可動アームセットと、このアームセットを支持構造に押し付けるための押圧装置と、一つ又はそれ以上のスイッチ、又はトリガー信号を提供する他の装置又は位置トランスジューサを持つ検出装置とを含む。
【０００３】
接触検出ヘッドと関連して、部品との接触によるフィーラーの変位により検出装置がトリガーされ、これにより機械の摺動と関連したトランスジューサの読みを制御し、基準位置又は領域に関する計測値を提供する。
【０００４】
これらのヘッドについての基本的な必要条件は、再現性、即ちフィーラーの所定の位置と検出装置即ち計測ヘッドについてのトリガーとの対応、ヘッドのトランスジューサの信号の値、信頼性、頑丈さ、全体寸法が小さいこと、及び安価であることである。
【０００５】
これらのヘッドについての受容可能な再現エラーの値は、１μｍ又はそれ以下である。
【０００６】
幾つかのヘッドは、フィーラーの横方向変位のため、検出装置のトリガーに関して異方性である。これに関し、横方向変位は、通常は、純粋な並進ではなく、例えば可動アームセットの回転変位と対応するということが指摘される。しかしながら、フィーラーの変位が全体として小さいため、通常は、横方向軸線方向に沿ったフィーラーの変位に関する。
【０００７】
実質的には、異方性の概念は、横方向変位の方向が変化するとき、ヘッドの幾何学的長さ方向軸線に関するフィーラーの異なる偏心性の値と対応して検出装置がトリガーされる。
【０００８】
ヘッドの強い異方性の一例が、米国特許第４，１５３，９９８号の図１乃至図３に示されている。
【０００９】
別の異方性ヘッドが特開昭６３−２６３４０６号に記載されている。
【００１０】
米国特許第５，２９９，３６０号、英国特許第２，２０５，６５０号、及びソ連発明者証第１５１６７８６号に記載された他の周知のヘッド、及び米国特許第５，１４６，６９１号に記載されたヘッドのうちの幾つか、詳細には後者の特許の図１乃至図３に示すヘッドが、少なくとも概念的に、等方性型である。
【００１１】
従来のヘッドのうちの別の相違について、可動アームセットを支持構造に拘束するためのシステムに関する。
【００１２】
周知のように、空間内で自由な剛性本体は、デカルト座標系に関し、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿った並進及びこれらの軸線を中心とした回転の６度の自由度を有する。
【００１３】
一例として、米国特許第５，２９９，３６０号に記載されたヘッドの可動アームセットは、フィーラーに力が作用していない場合、２度の自由度を有する（Ｘ軸及びＹ軸を中心として回転できる）。米国特許第４，１５３，９９８号の図１乃至図３に示すヘッドの可動アームセット、即ちいわゆるボーイズジョイント（Ｂｏｙ’ｓ ｊｏｉｎｔ）（アームセットに固定された３個の円筒形要素及び支持構造に固定された３対のボール）によって構成された拘束システムを介して支持構造に連結されたアームセットは、フィーラーに力が作用していなくても、任意の自由度を持たない。
【００１４】
可動アームセットを支持構造に関して拘束するシステムは、強制的に閉鎖し及び／又は変形する特徴を有する。
【００１５】
運動学的拘束システム（強制閉鎖により形状を拘束する）では、力、例えばシステムの概念的に剛性の要素を「閉鎖」し、これらを接触状態に維持する弾性力の作用で、自由度（１又はそれ以上）がなくされる。上述した以上の値の力がフィーラーに加わると、フィーラーが変位し、拘束システムの変形を生じることなく（概念的には、特に理想的剛体に関して）問題の拘束状態が解消される。全力閉鎖が行われる拘束システムを持つヘッドの一例は、米国特許第４，１５３，９９８号の図１乃至図３に示す、上述したヘッドであり、これは、ボーイズジョイント、即ち代表的には異方性構造を持つことを特徴とするシステムを備えていることを特徴とする。
【００１６】
これに対し、英国特許第２，２０５，６５０号に記載されたヘッドのリーフばね等の変形を伴うことを特徴とする拘束体に関し、拘束システムの一つ又はそれ以上の要素の弾性変形により、フィーラーの変位が起こる。
【００１７】
変形を伴うことを特徴とする拘束システムには、変形が永久的な変形にならないようにするために変形を制限する必要があり、またシステムが通常は丈夫さに欠けるという特徴を持つため、幾つかの問題点がある。詳細には、この種の欠点は、フィーラーが大きく移動できなければならない場合に生じ、例えば、工作機械で用いられる接触検出ヘッドでは非常に高速の計測サイクルが必要とされる。同様に、トリガー信号の発生後のフィーラーの「過剰移動」の大きな値を許容しなければならない。
【００１８】
幾つかの従来のヘッドでは、これらのヘッドで用いられた拘束システムが、可動アームセットの１又はそれ以上の自由度をなくすのに必要とされる以上の拘束により過剰拘束状態を生じるため、別の欠点が生じる。例えば、ヘッドが、可動アームセットの軸線方向並進に関して二つの独立した拘束システムを備えている場合、ヘッドの不安定性の問題点及びこれによるヘッドの再現性が乏しいという問題点をなくすため、フィーラーに作用する一方の拘束システムの効果をなくすための連結解除装置を加えることを必要とする。過剰拘束をなくす上で、ヘッド構造が複雑になるといった他の問題点がある（変形に応じて作用する連結解除要素を用い、アームセットが互いに移動可能な複数の要素を含み、複数の押圧装置を必要とする）。同様の状況が上述した米国特許第５，１４６，６９１号でも起こる。
【００１９】
発明の開示
本発明の目的は、再現性、丈夫さ、等方性、信頼性、構造の簡単さ、計測部門や工場環境の両方で用いることができる、といった特徴又はこれらの特徴のうちの幾つかと関連した、従来技術に関して有利な解決を可能にする、接触検出ヘッド又は計測ヘッドを提供することである。
【００２０】
比較的一般的な特徴を持つ望ましい解決は、第１拘束システム及び第２拘束システムが全体として強制的に閉鎖される英国特許第２，２０５，６５０号に開示されたヘッドに対応する、冒頭に言及した種類のヘッドによって得られる。
【００２１】
更に一般的には、本発明は、拘束システム、押圧装置、及び検出装置の構造及び機能の、単一の又は他の特徴と組み合わせた特徴に関する。
【００２２】
以下、本発明を、一例でかつ非限定的な目的で与えられた添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１及び図２のヘッドは、支持構造即ちケーシング１を有し、このケーシングは、実質的に円筒形でかつ上部ベース３を持つ有する第１部材２と、実質的にかつ下部ベース５を有する第２部材４とを含む。第１及び第２の部材２、４は、ベース３及び５とは反対側の端部が、非常に概略に示してある固定連結部又は取り外し自在の連結部６によって、対応して互いに固定されている。
【００２４】
ヘッドの可動アームセット７はアーム９を有する。このアームのケーシング１の外側の端部には、フィーラー１０が設けられており、他端には、フィーラー１０に向かって突出した環状部分１２を備えた円形のディスク１１の形状を持つ部材が設けられている。
【００２５】
平らな壁を持つ３枚のプレート即ちベーン１３が、ディスク１１の下面とアーム９の上部分との間でアームセット７に固定されている。これらのプレート１３の壁は、半径方向に延びるとともにヘッドの幾何学的長さ方向軸線Ｚに沿って延びており、Ｚ軸に関して互いに１２０°の角度をなして離間されている。
【００２６】
Ｚ軸と平行な平らな半径方向の壁を持つ３枚の他のプレート即ちベーン１４が部材４に固定されており、これらのプレートは、互いに１２０°の角度をなして離間されている。
【００２７】
二重コイルばね１５がベース３の下面とディスク１１の上面との間に配置されており、このばねには、図１及び図２に矢印で示す軸線方向予荷重、及び捩じり予荷重を可動アームセット７に加えるように予荷重が加えられており、図１及び図２には、捩じり予荷重が可動アームセット７に回転モーメントを時計廻り方向に加えることが示されている。
【００２８】
自由ボール１６が構成する３個の中間転動要素が夫々のプレート１３、１４の隣接した表面間に配置されている。ばね１５によって加えられた捩じり予荷重により、３個のボール１６は、プレート１３、１４からなる対と部材４の円筒形の内壁１７との間に捕捉されたままである。部材４の横方向平面１８は、ボール１６に対して軸線方向制限ストップを提供する。ボール１６に対する別の軸線方向制限ストップは、ディスク１１の下面によって提供される。
【００２９】
平らな環状ゾーン２０，即ち部分１２の下面に設けられた環状形状が、ばね１５によって、部材４の上部分の対応する平らな環状ゾーン２１に押し付けられ、可動アームセット７をケーシング１に関して強制的に閉鎖する第１拘束システムを提供する。この拘束システムは、ばね１５によって加えられる軸線方向予荷重によって閉鎖され、長さ方向軸線Ｚに沿った並進及びデカルト座標系の横方向軸線Ｘ及びＹを中心とした回転に関する３度の自由度をなくす。
【００３０】
第２拘束システムは、プレート１３、１４、ボール１６、及び壁１７を含む。このシステムもまた、閉鎖を強制的に行う。第２拘束システムは、ばね１５によって加えられた捩じり横方向荷重により閉鎖され、可動アームセット７のＸ軸及びＹ軸に沿った並進及びＺ軸を中心とした回転に関する他の３度の自由度をなくす。
【００３１】
ばね１５によって加えられた軸線方向予荷重の値よりも大きい軸線方向力、特にＺ軸に沿った軸線方向力が、検査されるべき部品との接触によりフィーラー１０に加えられると、Ｚ軸に沿った並進変位が可動アームセット７に加わり、環状ゾーン２０が平らな環状ゾーン２１から離れる。
【００３２】
ヘッドの構造は、三つの頂点が各ボール１６のプレート１３、１４、及び壁１７との接触点と一致する三角形が、プレート１４（定置）及び壁１７（これもまた定置）との接触点が基辺を形成する二等辺三角形であるように形成されている。従って、並進変位中、ボール１６は夫々のプレート１３、１４、及び壁１７上で転動する。ボール１６の移動が純粋に転動型であるため、摩擦力は無視できる値である。
【００３３】
逆に、検査されるべき部品との接触により、十分な半径方向力、即ちＸ、Ｙ、Ｚ座標系の子午平面内の力がフィーラー１０に加わると、環状ゾーン２０と平らな環状ゾーン２１との間の接触点で可動アームセット７に傾斜変位が加わり、この接触点から平らな環状ゾーン２１が環状ゾーン２０から離れる。この傾斜移動中、ボール１６はプレート１３、１４、及び壁１７の夫々の上で転動する。
【００３４】
シーリング・保護ガスケット２２が可動アームセット９とベース４との間に配置されている。
【００３５】
第１拘束システムの係合解除、即ち環状ゾーン２１が環状ゾーン２０から全体に又は部分的に離れることは、交流電源に接続された検出装置によって検出される。検出装置は、環状部分１２及び部材４に設けられたドーナッツ状の凹部２５、２６に配置された二枚の環状プレート２３、２４を含むコンデンサーを含む。凹部２５及び２６を誘電体で充填し、導体２７、２８を埋設し、これらの導体の夫々をプレート２３、２４及び上部ベース３に固定されたプリント回路２９に接続する。
【００３６】
可動アームセット７がケーシング１に関して変位すると、プレート２３、２４を含むコンデンサーの容量が変化し、プリント回路２９に接続された外部回路によって検出される。
【００３７】
適正な変更が加えられた検出回路に接続された誘導結合を持つ回路を、プレート２３、２４を含むコンデンサーに代えて用いることができるということは明らかである。
【００３８】
図１及び図２のヘッドに関する変形例に関する図３及び図４では、図１及び図２に示されているのと同じ又は等価の要素には同じ符号が付してある。
【００３９】
図１及び図２と同様に、ディスク１１及び部材４の上部分が二つの平らな環状ゾーン２０及び２１を有し、これらのゾーンは、可動アームセット３２の３度の自由度（Ｚ軸に沿った並進、及びＸ軸及びＹ軸を中心とした回転）をなくすようになされた第１拘束システムを構成する。
【００４０】
第２拘束システムは、３本一組の円筒形第１ピン３４及び３本一組の円筒形第２ピン３５によって構成される。ピン３４は、部材４に固定されており、実質的に長さ方向軸線Ｚの方向に配置されており、互いに１２０°の角度で離間されている。ピン３５は、ディスク１１に固定されており、長さ方向軸線Ｚの方向に配置されており、互いに１２０°の角度で離間されている。
【００４１】
３個のボール１６がピン３４及び３５からなる夫々の対間に配置されている。
【００４２】
ばね１５によって加えられた予荷重により、各ボール１６は、ピン３４及び３５からなる対及びアーム９の上部分の間に捕捉されたままであり、定置要素（ピン３４）と一つの点で接触し、可動要素（ピン３５及びアーム９）と二つの点で接触する。
【００４３】
ヘッドの構造は、三つの頂点が各ボール１６とピン３４及び３５及び可動アーム９との接触点と一致する三角形が、ピン３５（可動）及びアーム９（これもまた可動）との接触点が基辺を形成する二等辺三角形であるようになっている。
【００４４】
十分な値の力がフィーラー１０に加わったとき、図１及び図２に示すヘッドの可動アームセット７を参照して説明したのと同様の変位が可動アームセット３２に加わる。
【００４５】
上術したヘッドの要素と同じ又は等価の要素に同じ符号が付してある図５乃至図７によるヘッドには、軸線方向及び捩じり方向の両方向に予荷重を加えるようになされた単一のばねでなく、二つのばねが設けられている。圧縮ばね３７がベース３の下面とディスク７の上面との間に配置されているのに対し、実質的に平らな捩じりばね３８がアーム９と下部ベース５との間に配置されている。ばね３８の中央部分は、アーム９の穴内に係止されており、二つの螺旋状コイルの端部がベース５に設けられた軸線方向穴内に固定されている。
【００４６】
ケーシング１に互いに１２０°の角度をなして固定された３つの半径方向ピン３９及びディスク１１に互いに１２０°の角度をなして実質的に長さ方向に固定された３つのピン４０は、Ｘ軸及びＹ軸に沿った並進及びＺ軸を中心とした回転に関して拘束を提供する。ばね３７及び３８の作用により、各ピン４０は対応するピン３９と強制的に接触させられる。
【００４７】
十分な値の力がフィーラー１０に加わると、図１乃至図４に示すヘッドのアームセットに加わるのと同様の変位が図５乃至図７のヘッドの可動アームセットに加わる。しかしながら、対をなしたピン３９及び４０の間の相互変位には摺動摩擦が伴う。摩擦を減少させるため、三つのボールベアリング（図示せず）を用いることができる。これらのボールベアリングは、内リングが定置のピン３９に夫々キー止めされており、外リングが可動ピン４０と接触している。
【００４８】
図８及び図９に示すヘッドは、Ｘ軸及びＹ軸に沿った並進及びＺ軸を中心とした回転に関して拘束を提供するため、３本のストラット４２を有する。これらのストラットの円錐形端部は、下部ベース５に固定された長さ方向ピン４３、及びディスク１１に固定された実質的に長さ方向のピン４４に設けられた対応する座に収容されている。
【００４９】
ストラット４２の端部は、ベース５の下面とディスク１１の上面との間に配置された圧縮ばね４６及び端部が夫々のピン４３及び４４に固定された３本の戻しばね４７の複合作用により、対応する座と接触した状態に維持される。ばね４７を配置することにより、捩じり予荷重が図９に矢印で示すようにヘッドの可動アームセットに加わるということは明らかである。
【００５０】
図１０は、本発明の別の実施の形態を部分的に示す。この実施の形態は、主に、実質的に環状形状の平らな環状表面を持つ第１拘束システムに代えて別の拘束システムを用いる点、及び回転対称の構造を持つが表面がＺ軸に対して傾斜している点で、図１乃至図９に示す実施の形態と異なっている。詳細には、プローブのケーシング５０の下部ベースは、可動アーム５１を通すための開口部と対応して、截頭円錐形形状の表面５２を画成し、この表面が、可動アーム５１に固定された半球形又は球形のセクタの形状を持つ要素５３と協働する。
【００５１】
この種の連結手段は、それ自体が、適当な押圧装置の作用により、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った並進を含む可動アームセットの３度の自由度をなくす。
【００５２】
第２拘束システムは、水平方向及び半径方向に配置されており且つケーシング５０に固定された３本一組の円筒形第１ピン５５によって、及び可動アーム５１の延長部５８に連結されたディスク５７に固定され、実質的にＺ軸に沿って配置され、３本一組の第１ピンに関して互いに１２０°離間された３本一組の円筒形第２ピン５６によって形成される。
【００５３】
端部がケーシング５０及び要素５３に固定された二重コイルばね６０が、定置ピン５５及び可動ピン５６からなる対応する対を接触状態に維持するため、軸線方向及び捩じり方向に予荷重を加える。
【００５４】
第２拘束システム自体が可動アームセットのＺ軸を中心とした回転及びＸ軸及びＹ軸に沿った並進を阻止するようになっている。
【００５５】
第２拘束システムは、第１拘束システムから長さ方向に大きく離間されて配置されている。詳細には、二つのピン５５、５６間の接触点から、截頭円錐形形状の表面５２と要素５３との間の理論的接触周囲を含む平面までの距離は、接触周囲の半径の数倍、例えば１０倍大きい。
【００５６】
従って、理論上の機構からの知られた定理に鑑み、第１拘束システム及び第２拘束システムの両方は一方だけでもＸ軸及びＹ軸に沿った並進を阻止するにも拘わらず、過剰拘束の問題を引き起こさない。これは、Ｘ軸及びＹ軸に沿った並進に関する２対の拘束の組み合わせ効果がＸ軸及びＹ軸に沿った並進に関して単一の拘束を提供することに加え、同じＸ軸及びＹ軸を中心とした回転に関して二つの拘束を提供するためである。
【００５７】
ピン５５及び５６の間の摺動摩擦をなくすため、図５乃至図７のヘッドに関して説明した３個のボールベアリング（図示せず）を図１０のヘッドにも配置することができる。
【００５８】
十分な値の力がフィーラー６１に加わり、半径方向に沿って作用したとき、要素５３が截頭円錐形形状の表面５２と係合した状態から部分的に離れ、この表面上で概念的に単一の接触点で摺動する。
【００５９】
フィーラー６１の変位を検出するため、プローブケーシング５０の上部ベースにケーシングが固定されたマイクロスイッチ６２が設けられている。フィーラー６１に力の作用が全く加わっていない場合には、マイクロスイッチ６２の可動ステム６３は、ディスク５７に固定された衝合プレート６４から僅かの距離のところに配置されている。勿論、この隙間が、マイクロスイッチ６２の作動前の所定の予備ストロークを生じる。
【００６０】
図１１に示すヘッドは、概念的には図１０のヘッドと同じであるけれども、摺動摩擦が加わらない。
【００６１】
この目的のため、可動アームセット６５は、アーム５１を支持するプレート６６及び４本のスタッド６８でプレート６６に連結されたブロック６７を含む。捩じり・圧縮ばね６０の端部はブロック６７の上部分に固定されており、これに対してブロック６７の下部分は、表面５２に面する截頭円錐形形状の表面７０を画成する。ボール７２が截頭円錐形形状の表面５２と７０との間に配置されており、フィーラー６１の横方向変位により、表面５２及び７０に関して純粋に転動運動で移動できる。
【００６２】
ヘッドのケーシング５０は、互いに１２０°で配置された３本の長さ方向ピン７５を支持する環状内フランジ７４を含む。３個のボール７７がピン７５とピン５６との間に配置されており、可動ピン５６は定置ピン７５に関して摺動摩擦を全く伴わずに変位できる。
【００６３】
図３乃至図９に示すヘッドと関連して、簡略化を図る目的で、フィーラーの変位を検出するための検出装置及び／又は変位の実体を説明してこなかったということは理解されよう。
【００６４】
しかしながら、図１乃至図１１に示すヘッドの全てについて、図１及び図２を参照して説明した容量性装置、又は図１０及び図１１のヘッドで用いたマイクロスイッチ装置、あるいは他の種類の装置を用いることができる。
【００６５】
更に、線形可変差動トランスジューサ又は他の種類のトランスジューサを持つ装置等の検出装置及び計測トランスジューサを用いることができる。
【００６６】
図１２及び図１３は、図１乃至図１１に示す全ての実施の形態について用いることができる抵抗型検出装置を持つヘッド即ちプローブに関する。簡略化を図る目的で、図１２のプローブの拘束システムは部分的にしか示してない。
【００６７】
図１２に部分的に示すプローブは、下部ベース８２及び上部ベース８３を有するケーシング８１を含む支持・保護構造を有する。ケーシング８１は実質的に円筒形形状であり、幾何学的長さ方向軸線（デカルト座標系のＺ軸）を構成する。
【００６８】
可動アームセット８４はケーシング８１内に部分的に収容されており、支持要素８５と、この支持要素８５に連結されてかつケーシング８１から下部ベース８２の穴を通って部分的に突出したアーム８６と、このアーム８６の自由端に固定されたフィーラー８８とを含む。支持要素８５は、上部ベース９０と、環状端部で終端する円筒形部分９１と、環状端部に固定された電気絶縁材料製のリング９２と、このリング９２に固定された電気抵抗材料製の別のリング９３とを含む。
【００６９】
絶縁材料製の第３リング９５がケーシング８１の下部ベース８２の内部に固定されており、電気抵抗材料製の第４リング９６が第３リング９５に固定されている。
【００７０】
押圧装置は、リング９３の環状の下面９８をリング９６の環状の上面９９に押し付けてこれと接触させるため、ケーシング８１の上部ベース８３と支持要素８５との間に配置された圧縮ばね９７を含む。
【００７１】
アームセット８４が休止位置にあるとき、即ちフィーラー８８に作用する力がない場合、リング９３の環状の下面９８及びリング９６の環状の上面９９を含む拘束装置は、ばね９７が提供する力によって閉鎖され、プローブの長さ方向軸線（Ｚ軸）に沿った並進及び直交するＸ軸及びＹ軸を中心とした回転変位と関連した可動アームセット８４の変位を阻止する。
【００７２】
可動アームセット８４の拘束システムは、直交するＸ軸及びＹ軸に沿った可動アームセットの並進及び長さ方向軸線Ｚを中心とした回転を阻止するための別の拘束手段を有する。簡単化を図るため、他方の拘束手段は添付図面に示していない。これらの拘束手段は、別の方法で、例えば図１乃至図１１に従って（押圧装置と関連して）形成されているのがよい。
【００７３】
更に、図１２のヘッド（及び同様に図５、図８、図１０、及び図１１のヘッド）では、一つ又はそれ以上のガスケット又は同様のシーリング・保護要素（図示せず）が可動アーム８６とケーシング８１の下部ベース８２との間に固定されている。
【００７４】
図１３を参照すると、電子式検出装置は、リング９６の直径方向反対側の箇所に接続された二つの接点１０２、１０３間に電位差を加える発電機又は直流電源１０１、及び接点１０２、１０３に接続された箇所を含む同じ子午平面上に配置された（図１２の状態で）リング９３の直径方向反対側の箇所に接続された二つの接点１０４、１０５間に存在する電圧を受け入れる検出回路１１０を有する。
【００７５】
制御・ディスプレー・供給ユニット１１１に配置できる検出回路１１０は、電源１１３によって供給されるコンパレータ１１２を含む。このコンパレータは、接点１０４に接続された反転入力及び分圧器の抵抗器１１４を通して接点１０５に接続された非反転入力を有する。分圧器には、別の抵抗器１１５が設けられている。
【００７６】
環状表面９８、９９は、フィーラー８８に力が加わっていないときに全体に対面した領域を理論的に相互接触状態に近付けるように正確に重ね合されている。
【００７７】
この状態では、電流がリング９３を通って流れる。電位差（接点１０２と１０３との間に存在する電位差よりも小さいけれども、いずれにせよ、以下に説明する目的について十分な電位差）が接点１０４と１０５との間に存在する。
【００７８】
本質的には、電気の観点から見ると、リング９３及び９６は「実質的に」並列であると言うことができる。これに関し、接点が分配されているため、「並列」という用語は、完全には正しくないと言うことができる。
【００７９】
プローブと部品１１７との間がＺ軸に沿って互いに近付き、フィーラー８８が部品１１７と接触するため、可動アームセット８４がばね９７によって加えられる押圧力に抗して並進でき、リング９３が全体にリング９６から離れ、接点１０４と１０５との間の電位差がゼロに等しくなる。
【００８０】
直交方向に沿って、例えば図１２に示すようにＸ軸方向に沿って互いに近付きかつ接触する場合には、可動アームセット８４が表面９９の箇所の上で傾斜する。この場合も、リング９３を通る電流が停止し、接点１０４と１０５との間の電位差がゼロに等しくなる。
【００８１】
コンパレータ１１２は、電源１１３によって供給される分圧器１１４、１１５が決定した閾値を接点１０４と１０５との間の電位差と比較する。アーム８６が逸らされない場合には、出力１１６での信号は高レベルである。
【００８２】
図１４は、図１乃至図１１に示す全ての実施の形態について用いることができる電子光学型検出装置を持つプローブに関する。
【００８３】
図１４に概略的に示すプローブは、長さ方向軸線Ｚを構成する実質的に円筒形形状のケーシング１２１を含む支持・保護手段を有する。このケーシングは、実質的に平らでかつ環状の内支持面１３６を画成する下部ベース、及び上部ベースを有する。可動アームセット１２５は、部分的にケーシング１２１内に配置されており、実質的に回転対称の部分即ち環状縁部１２８を構成する支持要素１２７を含み、この支持要素にはアーム１３１が連結されており、このアームは、ケーシング１２１に関して下部ベースの穴を通って部分的に突出している。フィーラー１３３がアーム１３１の自由端に固定されている。
【００８４】
押圧装置は、アームセット１２５が休止状態にあり、フィーラー１３３と検査されるべき部品１３５との間に接触がない場合に環状縁部１２８及び支持面１３６を押圧して互いに接触させるため、ケーシング１２１の上部ベースの表面と支持要素１２７の表面との間に配置された圧縮ばね１３７を含む。
【００８５】
横方向並進の相互変位及び長さ方向軸線Ｚを中心とした回転を阻止するため、センタリング・抗回転装置（例えば、図１乃至図１１のヘッドに設けられた装置と同様の装置（これらの装置もまた押圧装置と関連している））が、例えば可動アームセット１２５とケーシング１２１との間に配置されている。これらの装置は、簡略化を図るため、図１４には示してない。
【００８６】
電子光学型検出装置は、エミッター装置及びレシーバー装置を含む。詳細には、二つの発光ダイオード１４１、１４３即ち「ＬＥＤ」がケーシング１２１の下部ベースに固定されている。これらのダイオードは、環状表面１３６が画成する平面と実質的に対応する直径方向に向き合った位置に配置されている。二つの受け入れフォトダイオード１４５、１４７もまたケーシング１２１の下部ベースにＬＥＤ１４１、１４３と実質的に同じ平面上に固定されており、これらのＬＥＤと向き合っている。ＬＥＤ／フォトダイオード対１４１／１４５及び１４３／１４７の各々の要素は、ＬＥＤが発した光線ビームが、ケーシング１２１の長さ方向軸線Ｚと交わる区分を含む所定の経路に沿って、対応するフォトダイオードに向かって差し向けられるように相互に配置されている。
【００８７】
二つのＬＥＤ１４１、１４３及び二つのフォトダイオード１４５、１４７は、図１４に符号１５０で概略的に示すケーブルによって電源及び処理ユニット１５１に電気的に接続されている。
【００８８】
シーリングガスケット１５７の端部は、ケーシング１２１の下部ベース及びアーム１３１の夫々に固定されており、プローブの内部アームセットを異物から保護する他、光線がプローブに入り込まないようにする。
【００８９】
直列に接続された二つのＬＥＤ１４１及び１４３には、直流又はパルス電流を供給することができる。
【００９０】
ＬＥＤ１４１及び１４３の電源が直流電源である場合の図１４のプローブの作動を以下に説明する。
【００９１】
フィーラー１３３と計測されるべき部品１３５との間に接触がない場合、アームセット１２５は、環状縁部１２８と支持面１３６とがばね１３７による押圧により互いに環状に接触した休止位置にある。この状態では、ＬＥＤ１４１、１４３が放出した光線ビームは、縁部１２８に当たるため、フォトダイオード１４５、１４７に届かない。
【００９２】
プローブと検査されるべき部品１３５との間の半径方向Ｘに沿った相互移動中、フィーラー１３３と部品１３５の表面との接触後、時間ｔ１後に、アーム１３１及び可動アームセット１２５全体がケーシング１２１に関して傾斜し、縁部１２８が環状表面１３６から部分的に持ち上がり、一方のＬＥＤ、例えばＬＥＤ１４３が放出した光線ビームを通す。光線ビームは対応するフォトダイオード１４７に当り、このフォトダイオードが信号Ｖ１を発生し、この信号を増幅器で増幅し、コンパレータで閾値ＶＴと比較する。時間ｔ１＋τで値ＶＴを越えたとき、フィーラー１３３と部品１３５との間で接触が起こったことを知らせる出力信号が発生する。
【００９３】
プローブと部品１３５との間で長さ方向移動が生じた場合、及びフィーラー１３３と部品１３５の横方向表面との間でＺ軸方向に沿って接触が生じた場合、アーム１３１及び可動アームセット１２５が持ち上がり、縁部１２８を環状表面１３６から離す。この状態では、ＬＥＤ１４１、１４３が放出する光線ビームが対応するフォトダイオード１４５、１４７に届き、これらのフォトダイオードが提供する信号Ｖ１を上述したように処理する。
【００９４】
図１４のプローブでは、他の変形及び変更を導入することができる。詳細には、上述したのとは異なる種類のエミッター及びレシーバーを用いることができる。例えば、フォトダイオードに代えてＣＣＤ装置（電荷結合素子）又はフォトトランジスターを用いることができる。更に、非光学システム、例えば超音波やマイクロウェーブに基づいたシステム等の他の放射システムを、ＬＥＤやフォトダイオードの代わりに用いることができる。
【００９５】
勿論、本発明の範囲から逸脱することなく、上述しかつ例示した実施の形態にに別の変更を導入することができる。
【００９６】
例えば、図１乃至図４、図１０及び図１１に示すプローブにおいて、捩じり・圧縮ばね１５でなく、図５乃至図７に示す実施の形態について説明したのと同様の二つのばねを用いることができ、その逆もまた可能である。
【００９７】
図１乃至図９のヘッドの異方性挙動を減少するため、環状表面２０と環状表面２１との間の環状接触ゾーンの幅を同じ環状ゾーンの内半径よりもかなり小さくするのが適当である。実際上の観点から見て、接触ゾーンは周囲と等価であると考えることができる。これに関し、図における寸法は、優れていると考えられてはならないということを指摘する。同じことが図１２乃至図１４のヘッドにも当てはまる。
【００９８】
かくして、図１乃至図１１に示す全ての実施の形態は、可動アームセットが均衡して連結され、接触検出プローブ及び計測プローブの両方についてフィーラーの横方向変位に関して概念的に異方性であり、全体として力を拘束するヘッドを持つという特徴を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施の形態による接触検出ヘッドの図２のＩ−Ｉ線に沿った長さ方向断面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、図１に示すヘッドの部分断面図である。
【図３】 図１及び図２に関する変形例による接触検出ヘッドを検出装置なしで示す、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った長さ方向断面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った、図３に示すヘッドの部分断面図である。
【図５】 図１及び図２に関する別の変形例による接触検出ヘッドを、検出装置なしで示す、図７のＶ−Ｖ線に沿った長さ方向断面図である。
【図６】 図５のヘッドをある程度詳細に示す、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った概略断面図である。
【図７】 図５及び図６のヘッドのばねを示す、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線を通る平面に沿った断面図である。
【図８】 図１及び図２に関する更に別の変形例による接触検出ヘッドを検出装置なしで示す長さ方向部分断面図である。
【図９】 図８のヘッドをある程度詳細に示す、図８のＩＸ−ＩＸ線を通る平面に沿った断面図である。
【図１０】 本発明の他の実施の形態によるヘッドの一部を示す長さ方向断面図である。
【図１１】 図１０のヘッドに関する変形例によるヘッドを示す長さ方向断面図である。
【図１２】 抵抗型検出装置を持つヘッドを示す部分概略図である。
【図１３】 図１２のヘッドの検出回路を示す回路図である。
【図１４】 電子光学型検出装置を持つヘッドの部分概略図である。

Claims (15)

1. 工作機械又は計測機械の部品の線型寸法を検査するためのヘッドであって、
   支持構造と、
   検査されるべき部品と接触するためのフィーラーを支持するアームを含む実質的に剛性の可動アームセットと、
   前記支持構造と前記可動アームセットとの間に配置され、前記可動アームセットに対して幾何学的軸線に沿って押圧力を加える押圧装置と、
   第１拘束システムと、
   前記可動アームセットにしっかりと連結された第１の３個一組の要素と、前記支持構造にしっかりと連結された第２の３個一組の要素とを有する第２拘束システムとを備え、
   前記第１及び第２の拘束システムは、前記押圧装置の作用で前記可動アームセットの６度の自由度をなくすため、前記支持構造と前記可動アームセットとの間に配置されており、前記第１拘束システムによってなくされる自由度には、前記幾何学的軸線に沿った前記可動アームセットの並進を含み、
   前記可動アームセットの位置に応じて信号を提供するための検出装置を更に有する、ヘッドにおいて、
   前記第１拘束システムは、幾何学的軸線を中心として回転対称の構造を持つとともに、前記支持構造にしっかりと連結された第１要素と、前記可動アームセットにしっかりと連結された第２要素とを有し、前記第１要素及び前記第２要素は、前記押圧装置の作用で、前記幾何学的軸線に対して垂直な平面内にある周囲内に実質的に配置された複数の箇所で互いに接触することにより、押圧力を互いに加えるようになっており、
   前記押圧装置は、前記可動アームセットに前記幾何学的軸線を中心とした回転モーメントをも加えるようになっており、前記第２拘束システムの前記第１の３個一組の要素及び前記第２の３個一組の要素は、前記押圧装置の作用で、押圧力を互いに加えるようになっている、ことを特徴とするヘッド。
2. 前記第１拘束システムは、前記可動アームセットの３度の自由度をなくすようになっており、前記第２拘束システムは、前記可動アームセットの他の３度の自由度をなくすようになっている、請求項１に記載のヘッド。
3. 前記第１拘束システムの前記第１要素及び前記第２要素は、それぞれ環状表面及び実質的に平らな表面を含み、これらの二つの表面は、前記可動アームセットの３度の自由度をなくすため、押圧装置が提供する力によって押圧されて互いに実質的に環状をなして接触しており、前記３度の自由度は、前記幾何学的軸線に沿った並進及び前記幾何学的軸線に関して交差する幾何学的軸線を中心とした回転に関する、請求項１に記載のヘッド。
4. 前記３個一組の要素の各々の要素は、前記幾何学的軸線を中心として互いに１２０°の角度距離のところに配置されている、請求項１に記載のヘッド。
5. 前記第２拘束システムは、前記第１の３個一組の要素のうちの夫々一つと前記第２の３個一組の要素のうちの夫々一つとの間に配置された少なくとも三つの転動装置を有する、請求項１に記載のヘッド。
6. 前記転動装置の各々は、球形要素を含む、請求項５に記載のヘッド。
7. 前記支持構造は、前記三つの転動装置の球形要素用の軸線方向制限停止表面を画成する、請求項６に記載のヘッド。
8. 前記３個一組の要素の各々は、３つのピンを含む、請求項１に記載のヘッド。
9. 前記押圧装置は、二重コイルばねを含む、請求項１に記載のヘッド。
10. 前記検出装置は、前記第１拘束システムの係合解除を検出するようになっている、請求項１に記載のヘッド。
11. 前記第１の３個一組の要素及び前記第２の３個一組の要素のうちの一方は、前記幾何学的軸線と実質的に平行に配置された第１ピンを含み、前記第１の３個一組の要素及び前記第２の３個一組の要素のうちの他方は、実質的に半径方向に配置された第２ピンを含む、請求項１に記載のヘッド。
12. 前記第１ピンの各々は、前記第２ピンのうちの一つと接触したままである、請求項１１に記載のヘッド。
13. 前記第１拘束システムは、前記可動アームセットの３度の自由度をなくすため、前記幾何学的軸線に関して傾斜した少なくとも一つの回転表面との連結部を有し、前記３度の自由度は、前記幾何学的軸線及び前記幾何学的軸線と交差する幾何学的軸線に沿った並進に関する、請求項１に記載のヘッド。
14. 前記連結部は、実質的にボール−コーン型である、請求項１３に記載のヘッド。
15. 前記支持構造は、前記幾何学的軸線に沿って離間された第１部分及び第２部分を含み、前記第１拘束システムが前記第１位置に配置され、前記第２拘束システムが前記第２位置に配置されている、請求項１３または１４に記載のヘッド。

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