JP5260849B2 - Touch probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タッチプローブに関する。たとえば、三次元測定機等によって被測定物の形状等を測定する場合に利用することができる。 The present invention relates to a touch probe. For example, it can be used when measuring the shape or the like of an object to be measured with a three-dimensional measuring machine or the like.
被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定機としてハイトゲージ(一次元測定機)、三次元測定機、輪郭測定機等が知られている。このような測定機には、座標検出や位置検出を行うために、被測定物との接触を検出するタッチプローブが備えられている。
たとえば、三次元測定機では、タッチプローブと載物台に載置された被測定物とを三次元方向へ相対移動させながら接触させ、両者が接触した瞬間の各送り軸方向の座標値を読み取る。このため、三次元測定機の測定精度を向上するためには、タッチプローブの検出精度を高める必要がある。
Height gauges (one-dimensional measuring machines), three-dimensional measuring machines, contour measuring machines, and the like are known as measuring machines that measure the shape, dimensions, etc. of an object to be measured. Such a measuring machine is equipped with a touch probe for detecting contact with the object to be measured in order to perform coordinate detection and position detection.
For example, in a three-dimensional measuring machine, a touch probe and an object to be measured placed on a mounting table are brought into contact with each other while moving relative to each other in a three-dimensional direction, and the coordinate values in the respective feed axis directions at the moment when both touch each other are read. . For this reason, in order to improve the measurement accuracy of the coordinate measuring machine, it is necessary to increase the detection accuracy of the touch probe.
検出精度のよいタッチプローブとしては、スタイラスの途中に圧電素子を取り付け、この圧電素子によってスタイラスを振動させ、スタイラスの先端部が被測定物に接触した際の振幅の減少から接触状態を検出するものが知られている(たとえば、特許文献1)。 As a touch probe with good detection accuracy, a piezoelectric element is attached in the middle of the stylus, the stylus is vibrated by this piezoelectric element, and the contact state is detected from the decrease in amplitude when the tip of the stylus contacts the object to be measured. Is known (for example, Patent Document 1).
微細な測定箇所を測定するためのタッチプローブにおいては、プローブの小型化が必須である。特に、スタイラスを長く、径小にすることが必要となるが、上述のようなタッチプローブにおいては、スタイラスに圧電素子を設けるためのスペースを要するので、スタイラスの径小化には限界がある。また、スタイラスを長くするとスタイラスの先端部と圧電素子の位置とが離れるため、検出精度が低下する。さらに、上述のようなタッチプローブにおいては、被測定物とスタイラスとの接触によって生じた衝撃が、スタイラスに設けた圧電素子や、プローブ本体を破損させるおそれがあるので、別途衝撃を逃がす機構を設ける必要があった。 In a touch probe for measuring a minute measurement location, it is essential to reduce the size of the probe. In particular, it is necessary to make the stylus long and small in diameter, but in the touch probe as described above, there is a limit in reducing the diameter of the stylus because a space for providing a piezoelectric element on the stylus is required. Also, if the stylus is lengthened, the detection accuracy is lowered because the tip of the stylus is separated from the position of the piezoelectric element. Furthermore, in the touch probe as described above, an impact generated by the contact between the object to be measured and the stylus may damage the piezoelectric element provided on the stylus and the probe body. There was a need.
本発明の目的は、長くて径小なスタイラスを有し、被測定物とスタイラスとの接触によって生じた衝撃による破損の可能性が低く、検出精度のよいタッチプローブを提供することである。 An object of the present invention is to provide a touch probe that has a long and small diameter stylus, has a low possibility of breakage due to an impact caused by contact between an object to be measured and the stylus, and has high detection accuracy.
本発明のタッチプローブは、プローブ本体と、前記プローブ本体に設けられたスタイラス支持手段と、前記スタイラス支持手段に略重心位置を支持された棒状のスタイラスと、前記スタイラスの変位を検出する検出手段と、を備え、前記スタイラス支持手段は、弾性部材から形成され、外周部を前記プローブ本体に固定され中心部に前記スタイラスを支持する2枚のダイヤフラムを有し、前記スタイラスは、前記ダイヤフラムに垂直に支持され、一端に被測定物と接触される接触部を有し、前記2枚のダイヤフラムは、弾性部材から形成され、外周部が、前記スタイラスの軸方向に厚みを持つスペーサリングを介して互いに結合され、中心部近傍が互いに近接する方向に湾曲し、当該中心部が互いに結合され、当該中心部にプリロードが係る状態で前記スタイラスを支持することを特徴とする。 The touch probe according to the present invention includes a probe main body, a stylus support means provided on the probe main body, a rod-like stylus supported by the stylus support means at a substantially center of gravity, and a detection means for detecting displacement of the stylus. The stylus support means is formed of an elastic member, and has two diaphragms whose outer periphery is fixed to the probe body and supports the stylus at the center, and the stylus is perpendicular to the diaphragm and supported, have a contact portion which is contacted with the object to be measured at one end, the two diaphragms are formed from an elastic member, the outer peripheral portion, with each other via a spacer ring having a thickness in the axial direction of the stylus Combined, the vicinity of the central part is curved in the direction close to each other, the central parts are connected to each other, and the central part is preloaded. Characterized by supporting the stylus state.
本発明によれば、スタイラス支持手段は、弾性部材から形成され、中心部にスタイラスを支持するダイヤフラムを有し、スタイラスは、ダイヤフラムに垂直に支持され、一端に被測定物と接触される接触部を有するので、接触部が被測定物と接触されると、スタイラスが、ダイヤフラムを弾性変形させながら、軸方向に移動することができ、また、ダイヤフラムに支持された略重心位置を中心に傾くことができる。この時、検出手段が、スタイラスの変位を検出する。そして、接触部が被測定物から離れると、スタイラスおよびダイヤフラムは元の位置および形状にもどる。 According to the present invention, the stylus support means is formed of an elastic member, and has a diaphragm that supports the stylus at the center, and the stylus is supported perpendicularly to the diaphragm and is in contact with the object to be measured at one end. Therefore, when the contact portion comes into contact with the object to be measured, the stylus can move in the axial direction while elastically deforming the diaphragm, and tilts about the position of the center of gravity supported by the diaphragm. Can do. At this time, the detecting means detects the displacement of the stylus. And when a contact part leaves | separates from a to-be-measured object, a stylus and a diaphragm will return to the original position and shape.
スタイラスは、略重心位置をダイヤフラムの中心部に支持されるので、スタイラスの変位は、軸方向に力が加えられた場合は軸方向のみに、軸に垂直な方向に力が加えられた場合は略重心位置を中心にした1方向への傾きのみに限定される。また、軸方向に力が加えられた場合には、略重心位置を中心にした傾きは発生しにくく、軸に垂直な方向に力が加えられた場合には、軸方向への変位は発生しにくい。すなわち、運動の独立性が高いので、スタイラスは、外から力が加えられた方向にのみ変位し、他の方向への運動が発生しない。つまり、任意の向きの力に対して、軸方向の力の成分と軸に垂直な方向の力の成分に応じて、それぞれ軸方向の変位と、略重心位置を中心にした1方向への傾きとが発生する。したがって、検出誤差の原因となる複合的な変位が生じることがなく、検出手段が、接触部の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
また、接触部が被測定物と接触されると、ダイヤフラムを弾性変形させながら、スタイラスが変位するので、接触の衝撃によって部品を破損する可能性が低い。そして、スタイラスの変位を検出することで、接触部と被測定物との接触を検出することができるので、スタイラスに圧電素子を設ける必要がなく、スタイラスを長く径小にすることができる。
Since the stylus is supported at the center of the diaphragm at a substantially center of gravity, the displacement of the stylus is only in the axial direction when a force is applied in the axial direction, and when the force is applied in a direction perpendicular to the axis. It is limited only to the inclination in one direction with the approximate center of gravity as the center. In addition, when a force is applied in the axial direction, a tilt around the approximate center of gravity is unlikely to occur, and when a force is applied in a direction perpendicular to the axis, a displacement in the axial direction occurs. Hateful. That is, since the independence of the movement is high, the stylus is displaced only in the direction in which a force is applied from the outside, and the movement in the other direction does not occur. That is, for a force in any direction, depending on the force component in the axial direction and the force component in the direction perpendicular to the axis, the displacement in the axial direction and the inclination in one direction centered on the approximate center of gravity position, respectively. Occurs. Therefore, a complex displacement that causes a detection error does not occur, and the detection unit can detect the contact of the contact portion with the object to be measured with high accuracy.
Further, when the contact portion comes into contact with the object to be measured, the stylus is displaced while elastically deforming the diaphragm, so that the possibility of damaging the component due to the impact of the contact is low. By detecting the displacement of the stylus, the contact between the contact portion and the object to be measured can be detected. Therefore, it is not necessary to provide a piezoelectric element in the stylus, and the stylus can be made long and small in diameter.
なお、スタイラスの材質は、特に限定されないが、金属であることが好ましく、タングステンカーバイトの粉末をコバルト中に分散させて焼結したものが、特に好適に用いられる。タングステンカーバイトの粉末をコバルト中に分散させて焼結したものは、超硬と呼ばれる特質を有するので、スタイラスを長く径小に形成した場合でも、スタイラスの変形、破損が起こりにくくなる。 The material of the stylus is not particularly limited, but is preferably a metal, and a material obtained by dispersing tungsten carbide powder in cobalt and sintering it is particularly preferably used. Sintered tungsten carbide powder dispersed in cobalt has a characteristic called carbide. Therefore, even when the stylus is formed long and small in diameter, the stylus is hardly deformed or broken.
本発明において、前記スタイラス支持手段は、前記プローブ本体に外周部が固定された2枚のダイヤフラムを有し、前記2枚のダイヤフラムは、弾性部材から形成され、外周部が、前記スタイラスの軸方向に厚みを持つスペーサリングを介して互いに結合され、中心部が、互いに結合されるとともに前記スタイラスを支持することを特徴とする。
このような構成によれば、弾性部材から形成された2枚のダイヤフラムは、外周部が、スタイラスの軸方向に厚みを持つスペーサリングを介して互いに結合され、中心部が、互いに結合されているので、2枚のダイヤフラムの中心部に互いにプリロードがかかり、2枚のダイヤフラムの中心部の剛性が高められ、スタイラスの姿勢復元性が向上する。したがって、スタイラス支持手段が、スタイラスを確実に支持することができる。
In the present invention, the stylus support means includes two diaphragms whose outer peripheral portions are fixed to the probe body, and the two diaphragms are formed of an elastic member, and the outer peripheral portions are arranged in the axial direction of the stylus. to be coupled to each other via a spacer ring having a thickness, a center portion, characterized in that for supporting the stylus while being coupled to each other.
According to such a configuration, the two diaphragms formed from the elastic member are coupled to each other through the spacer ring having a thickness in the axial direction of the stylus, and the center is coupled to each other. Therefore, preloading is applied to the center portions of the two diaphragms, the rigidity of the center portions of the two diaphragms is increased, and the posture recovery of the stylus is improved. Therefore, the stylus support means can reliably support the stylus.
本発明において、前記ダイヤフラムは、前記スタイラスを支持する中心部と、前記プローブ本体に固定された外周部と、前記中心部と前記外周部との間に放射状に設けられ前記中心部と前記外周部とを連結する複数のリムと、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、ダイヤフラムは、スタイラスを支持する中心部と、プローブ本体に固定された外周部と、中心部と外周部との間に放射状に設けられ中心部と外周部とを連結する複数のリムと、を備えるので、剛性の高い中心部がしっかりとスタイラスを支持し、剛性の低いリムが弾性変形してスタイラスの変位を許容することができる。
In the present invention, the diaphragm includes a central portion that supports the stylus, an outer peripheral portion that is fixed to the probe body, and is provided radially between the central portion and the outer peripheral portion. It is preferable to provide a plurality of rims connecting the two.
According to such a configuration, the diaphragm has a central portion that supports the stylus, an outer peripheral portion that is fixed to the probe body, and is radially provided between the central portion and the outer peripheral portion and connects the central portion and the outer peripheral portion. Since the center part with high rigidity firmly supports the stylus, the rim with low rigidity can be elastically deformed to allow displacement of the stylus.
ダイヤフラムとしては、たとえば、円形の金属箔の径方向の中間部に、エッチング等によって、金属箔の外周部と中心部とをつなぐリムを形成したものが使用できる。このような金属箔の中心部にスタイラスを固定すれば、金属箔の中心部が有する剛性により、スタイラスを確実に支持することができるとともに、リムの弾性変形により、スタイラスの軸方向への変位およびスタイラスの略重心位置を中心とした傾きが許容される。
また、ダイヤフラムの径を小さくすれば、タッチプローブを大幅に小型化することが可能である。
As the diaphragm, for example, a rim that connects the outer peripheral portion and the central portion of the metal foil by etching or the like can be used at the radial intermediate portion of the circular metal foil. If the stylus is fixed to the central part of the metal foil, the rigidity of the central part of the metal foil can surely support the stylus, and the elastic deformation of the rim causes the stylus to be displaced in the axial direction. A tilt around the approximate center of gravity of the stylus is allowed.
Moreover, if the diameter of the diaphragm is reduced, the touch probe can be significantly reduced in size.
本発明において、前記リムは、前記ダイヤフラムの周方向または径方向への折り返し構造を介して前記ダイヤフラムの前記中心部と前記外周部とを連結することが好ましい。
このような構成によれば、ダイヤフラムのリムが、ダイヤフラムの周方向または径方向に折り返し構造を有するので、リムの剛性が低くなり、弱い力でリムが弾性変形を起こすことができる。これにより、小さな接触力でもスタイラスの変位が起こりやすくなり、接触部の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
In this invention, it is preferable that the said rim | limb connects the said center part and the said outer peripheral part of the said diaphragm via the folding structure to the circumferential direction or radial direction of the said diaphragm.
According to such a configuration, the rim of the diaphragm has a folded structure in the circumferential direction or the radial direction of the diaphragm, so that the rigidity of the rim is lowered, and the rim can be elastically deformed with a weak force. Accordingly, the stylus is easily displaced even with a small contact force, and the contact of the contact portion with the object to be measured can be detected with high accuracy.
本発明において、前記検出手段は、前記スタイラスの前記接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの面を有する電極と、前記電極の三つの面に対向して設けられ前記電極の三つの面との距離の変化を検出する三つの静電容量式変位センサと、を備えることが好ましい。
このような構成によれば、検出手段は、スタイラスの接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの面を有する電極と三つの静電容量式変位センサと、を備えるので、接触部の被測定物に対する接触による、スタイラスの所定の1方向への変位を検出することができる。また、検出手段が、ノイズが小さく感度の高い静電容量式変位センサを備えるので、接触部の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
In the present invention, the detection means is provided at the end of the stylus opposite to the contact portion and having three surfaces whose normal directions are perpendicular to each other, and facing the three surfaces of the electrode. And three capacitive displacement sensors for detecting a change in distance from the three surfaces of the electrode.
According to such a configuration, the detection means includes the electrodes having three surfaces that are provided at the end opposite to the contact portion of the stylus and whose normal directions are perpendicular to each other, and the three capacitive displacement sensors. Since it is provided, it is possible to detect displacement of the stylus in one predetermined direction due to contact of the contact portion with the object to be measured. Moreover, since the detection means includes a capacitive displacement sensor with low noise and high sensitivity, it is possible to detect the contact of the contact portion with the object to be measured with high accuracy.
本発明の他のタッチプローブは、前記検出手段は、前記スタイラスの前記接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの鏡面と、前記三つの鏡面に対向して設けられ前記三つの鏡面に光線を照射する三つの光学式変位センサと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、検出手段は、スタイラスの接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの鏡面と、三つの鏡面に光線を照射する三つの光学式変位センサと、を備えるので、接触部の被測定物に対する接触による、スタイラスの所定の1方向への変位を検出することができる。また、検出手段が、感度の高い光学式変位センサを備えるので、接触部の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
In another touch probe of the present invention, the detecting means is provided at an end portion of the stylus opposite to the contact portion and provided with three mirror surfaces perpendicular to each other in a normal direction and facing the three mirror surfaces. And three optical displacement sensors for irradiating the three mirror surfaces with light rays.
According to the present invention, the detection means includes three mirror surfaces that are provided at an end opposite to the contact portion of the stylus and whose normal directions are perpendicular to each other, and three optical displacement sensors that irradiate the three mirror surfaces with light rays. Therefore, the displacement of the stylus in one predetermined direction due to the contact of the contact portion with the object to be measured can be detected. Moreover, since the detection means includes an optical displacement sensor with high sensitivity, the contact of the contact portion with the object to be measured can be detected with high accuracy.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1に、第1実施形態のタッチプローブ1の斜視図を、図2に、第1実施形態のタッチプローブ1のスタイラス支持手段11近傍の断面図を示す。
図1に示すように、タッチプローブ1は、円筒形のプローブ本体10と、プローブ本体10に設けられたスタイラス支持手段11と、スタイラス支持手段11に略重心位置122を支持された棒状のスタイラス12と、スタイラス12の変位を検出する検出手段13と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of the touch probe 1 of the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view of the vicinity of the stylus support means 11 of the touch probe 1 of the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the touch probe 1 includes a cylindrical probe
スタイラス支持手段11は、弾性部材から形成されるダイヤフラム111と、補強板112と、を備える。
ダイヤフラム111は、図1および図2に示すように、スタイラス12を支持する中心部113と、プローブ本体10に固定された外周部114と、中心部113と外周部114との間に放射状に設けられ中心部113と外周部114とを連結する複数のリム115と、を備える。ダイヤフラム111は、円形の金属箔の径方向の中間部に、エッチング等によって、金属箔の外周部114と中心部113とをつなぐリム115を形成したものである。
補強板112は、ダイヤフラム111の中心部113に設けられ、ダイヤフラム111の中心部113の剛性を補強し、中心部113とともにスタイラス12を支持する樹脂製の円盤状部材である。
The stylus support means 11 includes a
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The reinforcing
スタイラス12は、図1に示すように、プローブ本体10と逆側の一端に被測定物と接触される球状の接触部121を、他の一端に後述する検出手段13の電極131を有する棒状の部材である。スタイラス12は、電極131も含んだ全体の略重心位置122を、ダイヤフラム111の中心部113に、スタイラス12の軸がダイヤフラム111に垂直になるように支持されている。
なお、スタイラス12は、タングステンカーバイトの粉末をコバルト中に分散させて焼結したものから形成される。
As shown in FIG. 1, the
The
検出手段13は、図1に示すように、スタイラス12の接触部121と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの面131A、131B、131Cを有する電極131と、電極131の三つの面131A、131B、131Cに対向して設けられ電極131の三つの面131A、131B、131Cとの距離の変化を検出する三つの静電容量式変位センサ132A、132B、132Cと、を備える。
As shown in FIG. 1, the detection means 13 includes an
図3に、スタイラス12と電極131との分解図を、図4に、検出手段13を上から見た断面図を示す。
電極131は、金属箔を折り曲げて成形した、直角三角形状の断面を有する矩形状の中空部材である。図3において、電極131の側面131A、側面131B、上面131Cは、その法線方向が互いに垂直に交わるように構成され、電極131の下面は開口部となっている。電極131の他の側面131Dは、図4に示すように、スタイラス12の接触部121と逆側の端部に設けられた電極支持溝123に係合されている。
3 is an exploded view of the
The
三つの静電容量式変位センサ132A、132B、132Cは、プローブ本体10を貫通するように、電極131の三つの面131A、131B、131Cに対向して設けられ、電極131の三つの面131A、131B、131Cとの距離の変化を検出するセンサである。
なお、図1に示すように、側面131A、側面131B、上面131Cの法線方向は、測定器の載物台等によって、タッチプローブ1が被測定物に対して相対移動されるX、Y、Z方向とそれぞれ等しくなるように構成されている。
The three
As shown in FIG. 1, the normal directions of the
このようなタッチプローブ1の接触部121を、被測定物に接触させた時の作用を説明する。
測定器の載物台等によって、タッチプローブ1を被測定物に対してX、Y、Z方向のいずれか一方向に相対移動させ、接触部121を、被測定物に接触させる。
タッチプローブ1と被測定物とが、X方向に接触された場合、接触部121が、X方向に押されるので、スタイラス12が、略重心位置122を中心にX方向に傾けられる。すると、電極131の側面131Aが、静電容量式変位センサ132Aから離れる方向に移動される。この時、静電容量式変位センサ132Aが、側面131Aとの距離の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
An operation when the
The touch probe 1 is moved relative to the object to be measured in any one of the X, Y, and Z directions by the mounting table of the measuring instrument and the
When the touch probe 1 and the object to be measured are brought into contact with each other in the X direction, the
タッチプローブ1と被測定物とが、Y方向に接触された場合、接触部121が、Y方向に押されるので、スタイラス12が、略重心位置122を中心にY方向に傾けられる。すると、電極131の側面131Bが、静電容量式変位センサ132Bから離れる方向に移動される。この時、静電容量式変位センサ132Bが、側面131Bとの距離の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
タッチプローブ1と被測定物とが、Z方向に接触された場合、接触部121が、Z方向に押されるので、スタイラス12が、軸方向上側に移動される。すると、電極131の上面131Cが、静電容量式変位センサ132Cに近づく方向に移動される。この時、静電容量式変位センサ132Cが、上面131Cとの距離の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
接触部121が被測定物から離れると、スタイラス12およびダイヤフラム111は元の位置および形状にもどる。
When the touch probe 1 and the object to be measured are brought into contact with each other in the Y direction, the
When the touch probe 1 and the object to be measured are contacted in the Z direction, the
When the
本実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
(1) スタイラス12は、略重心位置122をダイヤフラム111の中心部113に支持されるので、スタイラス12の変位は、軸方向への移動および略重心位置122を中心にした1方向への傾きのいずれか一つに限定される。したがって、検出誤差の原因となる複合的な変位が生じることがなく、検出手段13が、接触部121の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
According to the present embodiment, there are the following effects.
(1) Since the
(2)接触部121が被測定物と接触されると、ダイヤフラム111を弾性変形させながら、スタイラス12が変位するので、接触の衝撃によって部品を破損する可能性が低い。
(3)スタイラス12の接触部121と逆側の端部に設けられた検出手段13が、接触部121の被測定物に対する接触を検出するように構成したので、スタイラスに設けた圧電素子により接触部の被測定物に対する接触を検出するタッチプローブと異なり、圧電素子を設けるスペースを確保する必要がなく、スタイラス12を、長く径小にすることができる。これにより、太く短いタッチプローブでは測定できなかった微細な測定箇所も測定することができ、多様な被測定物の形状に広く対応することができる。
(4)スタイラス12が、タングステンカーバイトの粉末をコバルト中に分散させて焼結したものから形成され、超硬と呼ばれる特質を有するので、スタイラス12が長く径小であっても、スタイラス12の変形、破損が起こりにくい。
(2) When the
(3) Since the detection means 13 provided at the end opposite to the
(4) Since the
(5)ダイヤフラム111は、スタイラス12を支持する中心部113と、プローブ本体10に固定された外周部114と、中心部113と外周部114との間に放射状に設けられ中心部113と外周部114とを連結する複数のリム115と、を備えるので、中心部113がしっかりとスタイラス12を支持し、剛性の低いリム115が弾性変形してスタイラス12の変位を許容することができる。
(6)ダイヤフラム111の径を小さくすれば、タッチプローブ1を大幅に小型化することが可能である。
(7)ダイヤフラム111の中心部113に設けられた補強板112が、中心部113の剛性を補強し、中心部113とともにスタイラス12を支持するので、スタイラス12の支持を確実なものとすることができる。また、樹脂製の補強板112は、軽量なので、スタイラス12の変位を妨げることなく、ダイヤフラム111の中心部113を補強することができる。
(8)検出手段13が、ノイズが小さく感度の高い静電容量式変位センサ132A、132B、132Cを備えるので、接触部121の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
(5) The
(6) If the diameter of the
(7) Since the reinforcing
(8) Since the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係るタッチプローブ1のスタイラス支持手段11の、分解図を図5に、断面図を図6に示す。
ここにおいて、本実施形態は、スタイラス支持手段11の構成が、前述の第1実施形態と異なる。その他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付してそれらの説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an exploded view and FIG. 6 is a cross-sectional view of the stylus support means 11 of the touch probe 1 according to the second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the configuration of the stylus support means 11 is different from that of the first embodiment. Since other configurations and operations are the same, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
図5および図6に示すように、スタイラス支持手段11は、プローブ本体10に外周部が固定された2枚のダイヤフラム111A、111Bを有する。
2枚のダイヤフラム111A、111Bは、外周部114が、スタイラス12の軸方向に厚みを持つスペーサリング116を介して互いに結合され、中心部113が、互いに結合されるとともにスタイラス12を支持する。ダイヤフラム111Aの中心部113の上面およびダイヤフラム111Bの中心部113の下面には、補強板112が設けられている。
なお、2枚のダイヤフラム111A、111Bおよび補強板112の形状および材質は、第1実施形態と同様である。ただし、ダイヤフラム111Aのリム115およびダイヤフラム111Bのリム115の中心部113近傍は、互いに近接する方向に湾曲している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the stylus support means 11 includes two
The two
The shapes and materials of the two
上述のような本実施形態によれば、前述の第1実施形態の効果(1)ないし(8)に加えて、次のような効果がある。
(9)2枚のダイヤフラム111A、111Bの、外周部114が、スタイラス12の軸方向に厚みを持つスペーサリング116を介して互いに結合され、中心部113が、互いに結合されているので、図6に示すように、2枚のダイヤフラム111A、111Bの中心部113に互いにプリロードがかかり、2枚のダイヤフラム111A、111Bの中心部113の剛性が高められ、スタイラス12の姿勢復元性が向上する。したがって、スタイラス支持手段11が、スタイラス12をより確実に支持することができる。また、接触部121が被測定物から離れたときに、2枚のダイヤフラム111A、111Bが、元の形状にもどりやすい。
According to the present embodiment as described above, in addition to the effects (1) to (8) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(9) Since the outer
[第3実施形態]
図7に、本発明の第3実施形態に係るタッチプローブ1の検出手段13の拡大斜視図を、図8に、検出手段13を上から見た端面図を示す。
ここにおいて、本実施形態は、検出手段13の構成が、前述の第1実施形態と異なる。その他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付してそれらの説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows an enlarged perspective view of the detection means 13 of the touch probe 1 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows an end view of the detection means 13 as viewed from above.
Here, the present embodiment differs from the first embodiment described above in the configuration of the detection means 13. Since other configurations and operations are the same, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
図7および図8に示すように、検出手段13は、スタイラス12の接触部121と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの鏡面12A、12B、12Cと、三つの鏡面12A、12B、12Cに光線を照射する三つの光学式変位センサ133A、133B、133Cと、を備える。なお、図8において、光学式変位センサ133Cは紙面手前側に存在するため、図示されていない。
三つの光学式変位センサ133A、133B、133Cは、三つの鏡面12A、12B、12Cに光線を照射し、三つの鏡面12A、12B、12Cに反射された反射光を受光し、受光量の変化を検出する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the detection means 13 includes three
The three
このような第3実施形態のタッチプローブ1の接触部121を、被測定物に接触させた時の検出手段13の作用を説明する。
測定器の載物台等によって、タッチプローブ1を被測定物に対してX、Y、Z方向のいずれか一方向に相対移動させ、接触部121を、被測定物に接触させる。
タッチプローブ1と被測定物とが、X方向に接触された場合、接触部121が、X方向に押されるので、スタイラス12が、略重心位置122を中心にX方向に傾けられる。すると、鏡面12Aが、光学式変位センサ133Aから離れる方向に移動される。この時、光学式変位センサ133Aが、鏡面12Aからの反射光の受光位置および受光量の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
The operation of the detection means 13 when the
The touch probe 1 is moved relative to the object to be measured in any one of the X, Y, and Z directions by the mounting table of the measuring instrument and the
When the touch probe 1 and the object to be measured are brought into contact with each other in the X direction, the
タッチプローブ1と被測定物とが、Y方向に接触された場合、接触部121が、Y方向に押されるので、スタイラス12が、略重心位置122を中心にY方向に傾けられる。すると、鏡面12Bが、光学式変位センサ133Bから離れる方向に移動される。この時、光学式変位センサ133Bが、鏡面12Bからの反射光の受光位置および受光量の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
タッチプローブ1と被測定物とが、Z方向に接触された場合、接触部121が、Z方向に押されるので、スタイラス12が、軸方向上側に移動される。すると、鏡面12Cが、光学式変位センサ133Cに近づく方向に移動される。この時、光学式変位センサ133Cが、鏡面12Cからの反射光の受光位置および受光量の変化を検出し、測定機に接触部121と被測定物とが接触したことを通知する。
When the touch probe 1 and the object to be measured are brought into contact with each other in the Y direction, the
When the touch probe 1 and the object to be measured are contacted in the Z direction, the
上述のような本実施形態によれば、前述の第1実施形態の効果(1)ないし(7)に加えて、次のような効果がある。
(10)検出手段13が、感度の高い光学式変位センサ133A、133B、133Cを備えるので、接触部121の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
According to the present embodiment as described above, in addition to the effects (1) to (7) of the first embodiment described above, the following effects are obtained.
(10) Since the
なお、本発明は、前記各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他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
(i)ダイヤフラム111は、スタイラス12の略重心位置122を支持する剛性と、スタイラス12の軸方向への移動または略重心位置122を中心にした1方向への傾きを許容する弾性を有するものであればよく、その形状および材質は前記各実施形態に限定されない。
たとえば、図9に示すように、リム115が、ダイヤフラム111の径方向に折り返し構造を備えていてもよく(A)、また、リム115が、ダイヤフラム111の周方向に折り返し構造を備えていてもよい(B)。このようなダイヤフラム111においては、リム115の剛性が低くなり、弱い力でダイヤフラム111が弾性変形を起こすことができる。これにより、スタイラス12の変位が起こりやすくなり、接触部121の被測定物に対する接触を高精度に検出することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes other configurations that can achieve the object of the present invention, and includes the following modifications and the like.
(I) The
For example, as shown in FIG. 9, the
(ii)前記各実施形態において、スタイラス12は、タングステンカーバイトの粉末をコバルト中に分散させて焼結したものから形成されるとしたが、これに限定されない。
たとえば、他の金属や樹脂等でもよく、接触部121の被測定物に対する接触により変形や破損を起こさない程度の剛性を有する材質からなるものであれば、問題なく利用することができる。
(Ii) In each of the embodiments described above, the
For example, other metals, resins, and the like may be used as long as they are made of a material having a rigidity that does not cause deformation or breakage due to contact of the
(iii)前記各実施形態において、中心部113は樹脂製で円盤状の補強板112を有するが、補強板112はなくてもよい。たとえば、ダイヤフラム111の中心部113を肉厚にすれば、補強板112を設けなくても、中心部113の剛性を高めることができる。
また、補強板112は、高い剛性を有し、ダイヤフラム111の中心部113を補強することができるものであれば良く、樹脂製のものに限定されない。たとえば、補強板112は、金属やセラミックス等で形成されてもよい。
(Iii) In each of the above embodiments, the
The reinforcing
本発明は、被測定物との接触を検出するタッチプローブとして利用できる。 The present invention can be used as a touch probe for detecting contact with an object to be measured.
1 タッチプローブ
10 プローブ本体
11 スタイラス支持手段
12 スタイラス
12A、12B、12C 鏡面
13 検出手段
111 ダイヤフラム
113 中心部
114 外周部
115 リム
116 スペーサリング
121 接触部
131 電極
132A、132B、132C 静電容量式変位センサ
133A、133B、133C 光学式変位センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記プローブ本体に設けられたスタイラス支持手段と、
前記スタイラス支持手段に略重心位置を支持された棒状のスタイラスと、
前記スタイラスの変位を検出する検出手段と、を備え、
前記スタイラス支持手段は、弾性部材から形成され、外周部を前記プローブ本体に固定され中心部に前記スタイラスを支持する2枚のダイヤフラムを有し、
前記スタイラスは、前記ダイヤフラムに垂直に支持され、一端に被測定物と接触される接触部を有し、
前記2枚のダイヤフラムは、弾性部材から形成され、外周部が、前記スタイラスの軸方向に厚みを持つスペーサリングを介して互いに結合され、中心部近傍が互いに近接する方向に湾曲し、当該中心部が互いに結合され、当該中心部にプリロードが係る状態で前記スタイラスを支持する
ことを特徴とするタッチプローブ。 A probe body;
Stylus support means provided on the probe body;
A rod-like stylus supported at a substantially center of gravity by the stylus support means;
Detecting means for detecting the displacement of the stylus,
The stylus support means is formed of an elastic member, and has two diaphragms whose outer peripheral part is fixed to the probe main body and supports the stylus at the center part,
The stylus is supported perpendicular to the diaphragm, it has a contact portion which is contacted with the object to be measured at one end,
The two diaphragms are formed of an elastic member, and the outer peripheral portions are coupled to each other via a spacer ring having a thickness in the axial direction of the stylus, and the central portions are curved in directions close to each other. The touch probes are coupled to each other and support the stylus in a state where the preload is applied to the central portion .
前記ダイヤフラムは、
前記スタイラスを支持する中心部と、
前記プローブ本体に固定された外周部と、
前記中心部と前記外周部との間に放射状に設けられ前記中心部と前記外周部とを連結する複数のリムと、を備えることを特徴とするタッチプローブ。 The touch probe according to claim 1 ,
The diaphragm is
A central portion supporting the stylus;
An outer periphery fixed to the probe body;
A touch probe comprising a plurality of rims provided radially between the central portion and the outer peripheral portion and connecting the central portion and the outer peripheral portion.
前記リムは、前記ダイヤフラムの周方向または径方向への折り返し構造を介して前記ダイヤフラムの前記中心部と前記外周部とを連結することを特徴とするタッチプローブ。 The touch probe according to claim 2 ,
The touch probe according to claim 1, wherein the rim connects the central portion and the outer peripheral portion of the diaphragm through a structure in which the diaphragm is folded in a circumferential direction or a radial direction.
前記検出手段は、
前記スタイラスの前記接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの面を有する電極と、
前記電極の三つの面に対向して設けられ前記電極の三つの面との距離の変化を検出する三つの静電容量式変位センサと、を備えることを特徴とするタッチプローブ。 The touch probe according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection means includes
An electrode provided at an end of the stylus opposite to the contact portion and having three surfaces whose normal directions are perpendicular to each other;
A touch probe comprising: three capacitive displacement sensors provided to face the three surfaces of the electrode and detecting a change in distance from the three surfaces of the electrode.
前記検出手段は、
前記スタイラスの前記接触部と逆側の端部に設けられ法線方向が互いに垂直な三つの鏡面と、
前記三つの鏡面に対向して設けられ前記三つの鏡面に光線を照射する三つの光学式変位センサと、を備えることを特徴とするタッチプローブ。 The touch probe according to any one of claims 1 to 3 ,
The detection means includes
Three mirror surfaces that are provided at the end of the stylus opposite to the contact portion and whose normal directions are perpendicular to each other;
A touch probe comprising: three optical displacement sensors provided to face the three mirror surfaces and irradiating the three mirror surfaces with light rays.
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