JP4398011B2

JP4398011B2 - 接触プローブ

Info

Publication number: JP4398011B2
Application number: JP17465399A
Authority: JP
Inventors: ボイドモリソン，ロバート; ピーターケンネスヘリアー，
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1998-06-20
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: EP0967455A2; JP2000024860A; DE69919457D1; EP0967455A3; GB9813263D0; DE69919457T2; EP0967455B1; US6275053B1; EP0967455B9

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ内の受座（seat）に取り付けられ、受座内にばね付勢されるスタイラスを有する形態の接触プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プローブは機械のアームに取り付け可能なものであり、ワークピースに接触させるべくスタイラスを駆動するために、ワークピースに向けて移動可能である。ワークピースとの接触に応じて、スタイラスはその受座から付勢手段の作用に抗して変位（deflect）し、この動きによって信号が発生して機械に伝えられ、信号が着信した時点で、プローブが取り付けられている機械のアームの瞬間位置を機械が記録することができる。
【０００３】
かかる接触プローブの一形態として、本出願人の米国特許第4,143,998号に開示されたものが知られている。ここでは、特に、スタイラスホルダにスタイラスがねじ込まれているプローブが開示されており、スタイラスホルダはスタイラス軸の周りに120度の角度をもって半径方向に延在する３つのアームにより受座内に支持されている。受座は近接配置された１対のボールによって形成される略Ｖ字状ノッチで構成され、それらボールはプローブのハウジング上のソケット内に接着（glue）されており、当該接着剤がボールとハウジングとの間の絶縁バリアを形成するようになっている。それらボールは電気回路内に直列接続され、３本のアームすべてがそれぞれ１対のボールによって形成されるＶ字状（vee）ノッチに着座し、ボール間のギャップをブリッジしているときにのみ電気回路が閉成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ソケット内へのボールの接着および電気回路内での各ボールの接続は時間のかかる作業であり、プローブのコスト上昇につながるほか、他の問題も生じ得る。例えば、プローブの作動中に何らかの大きな温度変化が生じた場合、接着剤の存在によって正確な作動が阻害されうる。また、個々の配線が断線したり、使用中にボールから外れたりすることもあるので、配線はプローブの誤動作の原因ともなりうる。
【０００５】
本発明は、プローブにおける上記問題の少なくとも一つを改善するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、ワークピースと接触するためのスタイラス（１８）を接続可能なスタイラスホルダ（１６）と、
プローブ内の受座エレメント（２０）と、
前記受座エレメントと協働して前記スタイラスホルダを前記プローブ内に配置するために前記スタイラスホルダに設けた支持エレメント（２４）と、
前記受座エレメントを含む電気回路であって、前記支持エレメント（２４）が前記受座エレメントのすべてと接触しているときに閉成され、前記支持エレメントの一つと前記受座エレメントの一つとの接触が解かれたときに遮断される当該電気回路と、を含む接触プローブであって、
前記電気回路の一部をなし、前記受座エレメント間を相互に接続するべく位置づけられた導電性エレメント（４４;５０）と、クランプ力を作用して前記受座エレメントを適切な位置にクランプさせるとともに、前記受座エレメントおよび前記導電性エレメントを付勢して互いに電気的に接続させるためのクランプ（３０，５４）と、をさらに具えたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、ハウジング（１２）およびそこから内方に張り出したフランジ（１４）を有し、前記受座エレメントおよび前記支持エレメントが協働して前記フランジ上に前記スタイラスホルダを位置させ、前記クランプが前記フランジに向かって押圧されるプラグ（３０）を具備することができる。
【０００８】
これらにおいて、前記フランジ（１４）は導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは絶縁性の支持体層（４２）上に部分的に環状に形成された金属製のストリップ（４４）を具備し、前記支持体層が前記フランジの導電性表面と接触するよう前記フランジ上に位置づけられているものとすることができる。そして、前記受座エレメント（２０）は導電性材料で作成され、前記フランジ（１４）の導電性表面には当該受座エレメントを配置するための凹部（２２）が設けられ、該凹部を覆って前記導電性エレメント（４４）が位置づけられるとともに、前記クランプによってクランプ力が作用したときの前記凹部内への前記受座エレメントの変位により変形するものとすることができる。
【０００９】
あるいは、前記フランジは非導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの非導電性表面に当接する部分的に環状の金属製のストリップ（４０）を具備するものとすることができる。そして、前記受座エレメント（２０）は導電性材料で作成され、前記フランジ（１４）の非導電性表面には当該受座エレメントを配置するための凹部（２２）が設けられ、前記導電性エレメントは、非導電性コネクタ（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）で接続されたセクション（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ）を持つ部分的環状の金属製ストリップ（５０）を具備し、前記セクションは前記受座エレメントを少なくとも部分的に覆っているものとすることができる。
【００１０】
また、前記受座エレメント（２０）は導電性材料で作成され、前記プラグ（３０）は非導電性材料で作成されるとともに、前記受座エレメントを配置するための凹部（３２）を有し、前記フランジは非導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの表面に当接する部分的環状の金属製ストリップ（４０）を具備するものとすることができる。
【００１１】
また、前記プラグ（３０）のクランプ圧力は、前記ハウジング端部上のリップ（５４）がロールオーバして前記フランジに向けて前記プラグを付勢することで発生するものとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明に係るプローブの諸実施形態を説明する。
【００１３】
添付図面の図１および図２を参照するに、プローブは好適には鋼製の外側ハウジング１２を有しており、該ハウジング１２は半径方向内方に向いた環状のフランジ１４を有している。ハウジング内にはスタイラスホルダ１６が取り付けられ、このホルダに、ハウジングの長手方向の軸に一致する軸１８Ａをもって延在するスタイラス１８が接続される。
【００１４】
スタイラスおよびスタイラスホルダの一部は、ハウジングの一端の開口２０を介して軸１８Ａの方向にハウジングから突出し、プローブとワークピースまたは工具との間の相対移動が生じたときに、ワークピースまたは工具との接触または被接触が可能となる。
【００１５】
フランジ１４には６つの凹部２２が設けられ、開口２０から遠ざかる方向に向かって開いている。これら凹部は２つを一組として配設され、各組は軸１８Ａの周りに120度の角度をもって配置されている。凹部はボール２０を受容するべく構成されたものであり、円錐状や三角形状など、その形状は適切に定めることができる。これによって、ボールが凹部に受容されたときに安定位置にとどめられる。各組内のボール間隔は、スタイラスホルダ１６によって搬送されるローラ２４がブリッジ可能で、かつローラ２４に対し安定な受座を形成するように定められる。
【００１６】
ローラ２４はスタイラスホルダ１６の穴２６に嵌入しており、軸１８Ａの周りに120度間隔で配置されている。そして穴に沿ってまずプラスチック製の挿入体２８（長さ方向に沿って割れ目を付けたものとすることができる）が取り付けられ、そこにローラが圧入される。
【００１７】
双方のボールは、開放端を有する硬質プラスチック製の円筒状プラグ３０により、それぞれ凹部内に配置およびクランプされる。当該開放端の環状表面において、プラグ３０は適切な間隔をもって配設された６つの凹部３２を有し、プローブを組み立てた状態で、凹部３２はボールに被さってフィットする。また、この開放端において、プラグ３０には延長スロット３４が形成され、スタイラスの端部に作用する力によってスタイラスホルダはチルトし、鉛直方向に移動するので、ローラに対するガイドとして機能作用する。
【００１８】
スタイラスに力が加わらないときには、スタイラスホルダはばね３６によって中立位置に付勢される。このばね３６は、軸１８Ａの方向の力を発生して、ボール２０間に形成される受座内方にローラを付勢するものである。
【００１９】
チルトおよび鉛直方向移動によるいずれのスタイラスの変位時にもプローブが信号を発生できるようにするために、各組のボールの双方にローラが接触することによって閉成される回路形成されるよう、ボールは電気的に接続される。
【００２０】
ボールは導電性のある硬質材料、例えば鋼あるいはタングステンカーバイドなどで形成され、そしてそれ故に、凹部２２内の鋼製の本体と接触するのであれば当該鋼製の本体と絶縁されていなければならない。
【００２１】
本体からのボールの絶縁および電気回路へのボールの相互直列接続は、２層構成の薄い可撓性導電エレメント４０を用いる本発明の一実施形態に係る新規な手法によって達成される。一方の層４２は絶縁性材料で形成され、他方の層４４は部分的に環状とした導電性材料で形成される。可撓性エレメントを作成するには多くの材料の組み合わせが可能であるが、ここで述べる好適実施例においては、図３に示すように、一方の面に薄く銅をコーティングして部分的に環状の導電領域４４を形成した薄いプラスチック４２からなるエレメントとしてある。
【００２２】
プローブの組立に際して、環状の薄いエレメントはその絶縁側がフランジに接触し、導電領域が凹部２２の上に配置されるよう、環状フランジ１４上に位置決めされる。ボールはプラグ内の凹部３２に受容され、そしてプラグはその他端にクランプ力を作用させる位置に圧入される。
【００２３】
ボールに作用するクランプ力によって、ボールの下にある可撓性部材の導電領域は凹部２２内方に変形し、ボールの良好な電気的接続と安定した着座とが行われる。凹部内において部材４０上でのボールの安定した着座状態を補助するために、図４に示すように、可撓性部材に適切な形状の６つの切り込み部を設け、クランプ圧力の作用に伴って凹部内に折れ曲がるそれぞれ３つフラップ４８が形成されるようにしてもよく、これによれば各ボールは各凹部内で３点支持されることになる。
【００２４】
本発明は図１ないし図４を参照して説明した実施形態に限定されるものではない。他の実施形態においては、本体部分１２または少なくともそのフランジ１４はアルミニウムで作成され、これを陽極酸化して絶縁層を形成し、その上に適切な導電材料を直接保持または付着（deposit）させることができる。あるいは、本体部分１２または少なくともそのフランジ１４は、比較的硬質の非導電性プラスチックまたはセラミック材料で作成することもできる。これらの他の実施形態とともに、薄い部分的に環状の導電部材をボールの上部に配置し、ボールの安定した位置決めと所要の電気的接続力とがクランプ力によって維持されるように構成することも可能である。かかる実施形態では、ボールの十分な領域がさらされるようにしてローラ２４との間の電気的接続がなされるようにするべきである。
【００２５】
図５はこの構成の一例を示すものであり、前図までと同様の各部には同一の参照符号を付してある。可撓性金属エレメント５０は、４つの主ピース５０ａ，５０ｂ，５０ｃおよび５０ｄとして示され、これらはローラ２４端部をバイパスする４つの絶縁コネクタ５２ａ，５２ｂ，５２ｃおよび５２ｄで接続されている。金属エレメント５０はボール２２の上部に配置され、クランピングプラグ３０により押圧されてそれらの良好な電気的接続が行われる。
【００２６】
クランプ力は様々な方法で作用させることができるが、本例においては、ハウジング端部上のリップ５４がロールオーバし、プローブハウジング内でプラグを下方に付勢している。
【００２７】
またその他、例えば本体にねじ込まれてプラグ３０に押圧力を作用するねじ付き端部キャップを設けたり、プラグとハウジングの端部壁との間のばねによりばね力を作用させるようにしたり、あるいはプラグを押圧するねじを用いてハウジング上に端部プレートを取り付けるようにしたものでもよい。
【００２８】
プローブ外部に対して電気回路が形成されるようにするために、硬質のプラスチックプラグ３０を通して２本の接触ピン５６が圧入され、それらの導通端は金属製の導通エレメントの他端に圧接される。
【００２９】
図６および図７は本発明のさらなる実施形態を示し、部材３０内の凹部３２の形状を適切に定めることボール２０の正確な配置が行われるようにしたものである。例えば、図６に示すように、凹部を円錐状とすることによって、クランプ力が各ボールに作用したときに各ボールは正確かつ反復的に位置決めされる。
【００３０】
ローラ２４が緩く案内される部材３０におけるスロット３４内に各ボールの一部が突出することよって、プローブがボール表面に着座する動作およびボール表面から外れる動作を通じてローラが移動可能となる。この実施形態においては、導電性エレメントには、クランプ圧力の作用下でボールとの良好な電気的接続を確保するのに十分な変形性を持たせれば足り、またそれが適用されるフランジの表面は非導電性であれば足りる。
【００３１】
従ってもう一度クランプ力が作用すれば、ボールは案内無しに正確に位置決めされ、配線の必要無しに導電性エレメントとボールとの良好な電気的接続が行われる。
【００３２】
導電性エレメントは図１ないし図４において示したような変形を要することなく、多くの形態をとることができる。例えば、図５の実施形態および図６の実施形態においては、導電性エレメントはボール用凹部内に変形する必要がないので、より薄くすることができ、かつ可撓性も小さいものとすることができる。従って導電性エレメントの他の形態には、ボール間の短絡を防ぐための切り欠きを持つ単純な金属製のストリップも含まれ、プローブ組立体の絶縁部に接触するか否かに応じて、絶縁層を持つもの、または持たないものとすることができる。
【００３３】
受座エレメントおよび支持エレメントはそれぞれボール２０およびローラ２４として例示したが、この代わりにボールまたはローラの公知の組み合わせを用いることができる。
【００３４】
上述した組み立て方法は、どのような目的のプローブを構成する場合にも用いることができるが、好適な本実施形態は特に工具セッティングプローブに関する。かかるプローブは図８および図９に示されており、スタイラスがその自由端にねじ込まれた方形チップを有している。このプローブは工具セッティングアーム６０に取り付けるのに適したものである。
【００３５】
図８および図９を参照するに、プローブはアーム端部のボア６２に圧入され、ボア内の端フランジ６４に当接する。ボア６２は直径方向の線７０を挟んで対向する側に２つの表面６６，６８を有するよう形状が定められており、プローブ本体がこれら表面に接触して横方向に支持される。それら表面は適当な手法で形成することができ、Ｖ溝の側部として形成された平坦な表面でもよい。あるいは、図８の好適な実施形態に示すように、ボア壁から側面部分（profiled section）６５を切り欠いた結果として形成されるエッジでもよい。表面６６，６８はボアのほぼ全長にわたって延在し、後述するプローブチップの調整を通じてプローブの傾斜を阻止する。
【００３６】
プローブの外表面にはほぼ直角をなす側面７６，７８および８０，８２をそれぞれ有する２つのＶ字状ノッチ７２，７４が設けられる。これらＶ字状ノッチは直径方向の線７０を挟んで対向する側に対称に設けられ、それぞれが持つ表面の一つ７６および８２は直径方向線７０の法平面内で整列している。
【００３７】
平坦な端部を持つ無頭ねじ８４，８６がアーム６０の本体のねじ穴８８，９０にねじ込まれ、それらの平坦な端部がＶ字状ノッチ７２，７４の表面７６，８２に接する。
【００３８】
機械のアームにプローブを組み込むときには、アーム上のマークとプローブ上のアライニングマークとを用い、スタイラスの方形チップ５８の側部が機械のｘ軸およびｙ軸にできるだけ整列した状態となるようプローブをまず位置決めする。そして機械に取り付けたダイヤルゲージインジケータを用いつつ、無頭ねじ８４，８６を平坦面７６および８２の一方または他方に対してねじ込み、プローブをその長手方向の軸１８Ａの回りの双方向に回動させながらスタイラス先端を機械の軸に整列させることで、微調整が行なわれる。この回動を通じてプローブ本体は傾くこと（tipping）なく表面６６，６８上を摺動する。
【００３９】
スタイラス先端のアライメントが正確に行なわれたことをダイヤルゲージが示したとき、無頭ねじの双方は締め付けられて表面６６，６８に対する位置にプローブをロックする。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、工作機械用プローブのスタイラス支持に用いられる支持構造を構成するボール等の部材の取付けが簡略かつ確実なものとなり、かつ煩雑な配線を不要としつつも良好な電気的接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプローブの一実施形態を示す立断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図であり、組み立てられたプローブを示すものである。
【図３】プローブ内で用いるための可撓性導通エレメントの平面図である。
【図４】他の形態による可撓性導通エレメントの平面図である。
【図５】図２と同様の図であり、他の形態による可撓性導通エレメントを内蔵したプローブを示すものである。
【図６】本発明の更なる実施形態を特徴づけるプローブを示す立断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】工具セッティングアーム内に組み立てられた本発明プローブの平面図である。
【図９】図６に示すプローブの側面図である。
【符号の説明】
１２ハウジング
１４フランジ
１６スタイラスホルダ
２０ボール
２２凹部
２４ローラ
３０プラグ
３６ばね
４０可撓性導電エレメント

Claims

ワークピースと接触するためのスタイラスを接続可能なスタイラスホルダと、
プローブ内の受座エレメントの複数と、
前記受座エレメントと協働して前記スタイラスホルダを前記プローブ内に配置するために前記スタイラスホルダに設けた支持エレメントの複数と、
前記受座エレメントを含む電気回路であって、前記支持エレメントが前記受座エレメントのすべてと接触しているときに閉成され、前記支持エレメントの一つと前記受座エレメントの一つとの接触が解かれたときに遮断される当該電気回路と、を含む接触プローブであって、
前記電気回路の一部をなし、前記受座エレメント間を相互に接続するべく位置づけられた可撓性のある導電性エレメントと、クランプ力を作用して前記受座エレメントを適切な位置にクランプさせるとともに、前記受座エレメントおよび前記導電性エレメントが互いに接触するようにすることで、前記受座エレメントおよび前記導電性エレメントを互いに電気的に接続させるためのクランプと、をさらに具えたことを特徴とする接触プローブ。
ハウジングおよびそこから内方に張り出したフランジを有し、前記受座エレメントおよび前記支持エレメントが協働して前記フランジ上に前記スタイラスホルダを位置させ、前記クランプが前記フランジに向かって押圧されるプラグを具備することを特徴とする請求項１に記載の接触プローブ。
前記フランジは導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは絶縁性の支持体層上に部分的に環状に形成された金属製のストリップを具備し、前記支持体層が前記フランジの導電性表面と接触するよう前記フランジ上に位置づけられていることを特徴とする請求項２に記載の接触プローブ。
前記フランジは非導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの非導電性表面に当接する部分的に環状の金属製のストリップを具備することを特徴とする請求項２に記載の接触プローブ。
前記受座エレメントは導電性材料で作成され、前記フランジの導電性表面には当該受座エレメントを配置するための凹部が設けられ、該凹部を覆って前記導電性エレメントが位置づけられるとともに、前記クランプによってクランプ力が作用したときの前記凹部内への前記受座エレメントの変位により前記導電性エレメントが変形することを特徴とする請求項３に記載の接触プローブ。
前記受座エレメントは導電性材料で作成され、前記フランジの非導電性表面には当該受座エレメントを配置するための凹部が設けられ、前記導電性エレメントは、非導電性コネクタで接続されたセクションを持つ部分的環状の金属製ストリップを具備し、前記セクションは前記受座エレメントを少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする請求項４に記載の接触プローブ。
前記受座エレメントは導電性材料で作成され、前記プラグは非導電性材料で作成されるとともに、前記受座エレメントを配置するための凹部を有し、前記フランジは非導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの表面に当接する部分的環状の金属製ストリップを具備することを特徴とする請求項２に記載の接触プローブ。
前記プラグのクランプ圧力は、前記ハウジング端部上のリップがロールオーバして前記フランジに向けて前記プラグを付勢することで発生することを特徴とする請求項２に記載の接触プローブ。