JP6063233B2 - Probe support mechanism and probe - Google Patents
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Description
本発明は測定子支持機構及びプローブに関し、例えば形状測定に供される測定子支持機構及びプローブに関する。 The present invention relates to a probe support mechanism and a probe, for example, a probe support mechanism and a probe used for shape measurement.
今日、立体的形状を有する製作物の加工精度などを検査するために、例えば三次元測定機などの形状測定手段が用いられる。このような三次元測定機は、例えば倣いプローブを立体的形状に沿って移動させることにより、形状測定を行う。 Today, in order to inspect the processing accuracy of a product having a three-dimensional shape, a shape measuring means such as a three-dimensional measuring machine is used. Such a three-dimensional measuring machine performs shape measurement, for example, by moving the scanning probe along a three-dimensional shape.
プローブは、スタイラスの先端に測定対象物と接触する接触子が設けられる。接触子は例えば球体形状を有し、この場合は接触子を先端球と称する。先端球が測定対象物と接触すると、先端球は接触による力を受けて変位する。三次元測定機は、先端球の変位が一定となるように測定対象物の表面を走査し、取得された座標値の演算により測定結果を出力する。 The probe is provided with a contact that contacts the measurement object at the tip of the stylus. The contact has, for example, a spherical shape. In this case, the contact is referred to as a tip sphere. When the tip sphere comes into contact with the object to be measured, the tip sphere is displaced under the force of the contact. The three-dimensional measuring machine scans the surface of the measurement object so that the displacement of the tip sphere is constant, and outputs a measurement result by calculating the acquired coordinate value.
三次元測定機のプローブには、次に示す機能が要求される。1つ目は、測定子のX、Y、Z軸方向の微小変位ΔX、ΔY、ΔZを検出するセンシング機能である。これにより、正確に測定子の変化を捉えた形状測定が可能となる。2つ目は、測定子のX、Y、Z軸方向の変位の検出に異方性が無いことである。これにより、測定した形状の誤差、歪みを防止することができる。3つ目は、三次元測定機によるプローブ走査(測定対象へのアプローチおよび被測定面の倣い測定などの運動)時には、プローブの速度変動や駆動振動などの外乱が生じる。こうした外乱による測定精度の劣化を防ぐため、プローブ可動部の慣性負荷により、変位発生に対するロバスト性を有していることが求められる。 The following functions are required for the probe of the CMM. The first is a sensing function that detects minute displacements ΔX, ΔY, ΔZ in the X, Y, and Z axis directions of the measuring element. As a result, it is possible to perform shape measurement that accurately captures changes in the probe. Second, there is no anisotropy in detecting displacement of the probe in the X, Y, and Z axis directions. Thereby, errors and distortions of the measured shape can be prevented. Thirdly, disturbances such as probe speed fluctuations and drive vibrations occur during probe scanning by the coordinate measuring machine (approach to the measurement object and movement such as scanning measurement of the surface to be measured). In order to prevent the measurement accuracy from being deteriorated due to such disturbance, it is required to have robustness against displacement due to the inertial load of the probe movable part.
上記のセンシング機能及び異方性の除去については、プローブ単独の機能として様々な施策が可能である。変位発生に対するロバスト性については、制御や補正アルゴリズムによりロバスト性を付与する計測システムが知られている(特許文献1)。例えば、測定対象物が有する円弧面に沿って倣い測定をする場合、プローブの測定子を含む可動部及び三次元測定機の各軸の駆動機構は円弧中心に向かって加速度を受ける。そのため、加速に応じた遠心力により、各部が変形して測定誤差が発生する。そこで、予め、既知の曲率半径を有する球や円筒が有する円弧を、測定速度、測定方向及び測定個所などの測定条件を変えて測定し、参照値を取得する。そして、測定物の形状と参照値との差分及び測定条件を、補正パラメータとしてデータ処理装置に記憶する。実際に倣い測定を行うときには、測定条件に対応した補正パラメータを読み出し、測定データを補正した結果を測定結果として出力する。 Regarding the above-described sensing function and removal of anisotropy, various measures are possible as the function of the probe alone. Regarding the robustness against the occurrence of displacement, a measurement system that provides robustness by control or correction algorithm is known (Patent Document 1). For example, when scanning measurement is performed along an arc surface of a measurement object, the movable part including the probe probe and the driving mechanism of each axis of the coordinate measuring machine receive acceleration toward the arc center. Therefore, due to the centrifugal force corresponding to the acceleration, each part is deformed and a measurement error occurs. Therefore, a sphere having a known radius of curvature or an arc of a cylinder is measured in advance by changing measurement conditions such as measurement speed, measurement direction, and measurement location, and a reference value is acquired. Then, the difference between the shape of the measurement object and the reference value and the measurement conditions are stored in the data processing apparatus as correction parameters. When actually performing the copying measurement, the correction parameter corresponding to the measurement condition is read, and the result of correcting the measurement data is output as the measurement result.
ところが、発明者は、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。三次元測定機は、測定精度のグレードの相違などにより、基本構造、測定範囲の大きさ、駆動案内機構、制御方式などが異なる。そのため、プローブに加わる外乱も態様が異なる。 However, the inventor has found that the above-described method has the following problems. CMMs differ in basic structure, size of measurement range, drive guide mechanism, control method, etc., due to differences in measurement accuracy grades. Therefore, the disturbance applied to the probe has a different aspect.
また、プローブには、測定対象物にアプローチする際の加速度、測定対象物接触に到達するまでの駆動による振動などの測定動作に起因する外乱や、測定対象物との接触時の摩擦に起因するスティック・スリップなどの非線形の力学的な外乱を受ける。 Also, the probe is caused by disturbances caused by measurement operations such as acceleration when approaching the measurement object, vibration due to driving until reaching the measurement object contact, and friction at the time of contact with the measurement object Subject to nonlinear mechanical disturbances such as stick-slip.
こうした測定環境による外乱、測定動作に起因する外乱、非線形の力学的な外乱といったランダムな誤差に対して前もって参照値を取得するのは困難である。従って、上述の補正アルゴリズムでは、こうした外乱に対処し得ない。 It is difficult to obtain reference values in advance for random errors such as disturbances due to measurement environments, disturbances caused by measurement operations, and nonlinear mechanical disturbances. Therefore, the above-described correction algorithm cannot cope with such disturbance.
本発明の第1の態様である測定子支持機構は、先端に測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第1の方向を軸とする軸部材と、前記軸部材が挿通され、前記第1の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第1の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第1の弾性部材と、前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第2の弾性部材と、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第3の弾性部材と、を備えるものである。 The measuring element support mechanism according to the first aspect of the present invention includes a shaft member having a first direction as an axis in a state where a measuring element can be attached to a tip and no load is applied to the measuring element, A shaft member is inserted, and has elasticity that allows displacement of the shaft member in the first direction and prevents displacement of the shaft member in a plane perpendicular to the first direction. A first elastic member; a second elastic member through which the shaft member is inserted and allowing displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member; the first elastic member and the second elastic member; And a third elastic member that can be expanded and contracted and has flexibility.
本発明の第2の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材は、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材との間で、前記軸部材を包囲するように配置されるものである。 A probe support mechanism according to a second aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the third elastic member is between the first elastic member and the second elastic member. The shaft member is disposed so as to surround the shaft member.
本発明の第3の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材は、一端が前記第1の弾性部材と接合され、他端が前記第2の弾性部材と接合されたベローズであるものである。
The probe support mechanism according to the third aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the third elastic member has one end joined to the first elastic member and the other end connected to the first elastic member. This is a bellows joined to the
本発明の第4の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材は、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材との間で、前記軸部材と前記第3の弾性部材との間の空間を密閉するものである。 A probe support mechanism according to a fourth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the third elastic member is between the first elastic member and the second elastic member. The space between the shaft member and the third elastic member is sealed.
本発明の第5の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第4の弾性部材を更に備え、前記第4の弾性部材は、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材との間で、前記第3の弾性部材と前記軸部材との間に前記軸部材を包囲するように配置され、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の空間を密閉するものである。 A measuring element support mechanism according to a fifth aspect of the present invention is the above-described measuring element support mechanism, which is extendable and flexible and connects the first elastic member and the second elastic member. And a fourth elastic member between the first elastic member and the second elastic member and between the third elastic member and the shaft member. It arrange | positions so that the said shaft member may be surrounded, and seals the space between a said 3rd elastic member and a said 4th elastic member.
本発明の第6の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第4の弾性部材は、一端が前記第1の弾性部材と接合され、他端が前記第2の弾性部材と接合されたベローズであるものである。
A probe support mechanism according to a sixth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the fourth elastic member has one end joined to the first elastic member and the other end connected to the first elastic member. This is a bellows joined to the
本発明の第7の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の前記空間に部分的に充填された非圧縮性粘性流体と、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の前記空間のうち、前記非圧縮性粘性流体が充填されていな部分を満たす気体と、を更に備えるものである。 A measuring element support mechanism according to a seventh aspect of the present invention is the above-described measuring element support mechanism, wherein the space between the third elastic member and the fourth elastic member is partially filled. An incompressible viscous fluid, and a gas that fills a portion of the space between the third elastic member and the fourth elastic member that is not filled with the incompressible viscous fluid. Is.
本発明の第8の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記気体は、圧力が調整可能であるものである。 A probe support mechanism according to an eighth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the pressure of the gas is adjustable.
本発明の第9の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、外部の部材に固定された支持部材を更に備え、前記第1の弾性部材は、前記支持部材に固定され、前記支持部材は、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材と間の前記空間と、当該測定子支持機構の外部と、を結ぶ管部を備え、前記気体は、前記管部を介して、当該測定子支持機構の外部の圧力調整装置により圧力が調整されるものである。 A probe support mechanism according to a ninth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, further including a support member fixed to an external member, wherein the first elastic member is attached to the support member. The support member includes a tube portion that connects the space between the third elastic member and the fourth elastic member and the outside of the probe support mechanism, and the gas includes the tube The pressure is adjusted by a pressure adjusting device outside the probe support mechanism via the unit.
本発明の第10の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材は、一端が前記第1の弾性部材と接合され、他端が前記第2の弾性部材と接合されたコイルばねであるものである。
A probe support mechanism according to a tenth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the third elastic member has one end joined to the first elastic member and the other end connected to the first elastic member. This is a coil spring joined to the
本発明の第11の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第3の弾性部材は、一端が前記第1の弾性部材と接合され、他端が前記第2の弾性部材と接合された三条ばねであるものである。 A probe support mechanism according to an eleventh aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the third elastic member has one end joined to the first elastic member and the other end connected to the first elastic member. It is a three-way spring joined to the elastic member.
本発明の第12の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第1の弾性部材及び前記第2の弾性部材は、中央に設けられた開口部に前記軸部材が挿通される円盤状の弾性部材で構成されるダイアフラムであるものである。 A probe support mechanism according to a twelfth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the first elastic member and the second elastic member are arranged in the center at an opening provided in the center. This is a diaphragm composed of a disk-shaped elastic member through which the member is inserted.
本発明の第13の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第2の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有するものである。 A probe support mechanism according to a thirteenth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the second elastic member allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member, And it has the elasticity which prevents the displacement of the said shaft member in the surface perpendicular | vertical to the axial direction of the said shaft member.
本発明の第14の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第2の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を許容する弾性を有するものである。 A probe support mechanism according to a fourteenth aspect of the present invention is the probe support mechanism described above, wherein the second elastic member allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member, And it has the elasticity which accept | permits the displacement of the said shaft member in the surface perpendicular | vertical to the axial direction of the said shaft member.
本発明の第15の態様であるプローブは、測定対象物に接触する測定子と、先端に前記測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第1の方向を軸とする軸部材と、前記軸部材が挿通され、前記第1の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第1の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第1の弾性部材と、前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第2の弾性部材と、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第3の弾性部材と、を備えるものである。 The probe according to the fifteenth aspect of the present invention has a measuring element in contact with a measuring object, and the measuring element can be attached to the tip, and the first direction is set in a state where no load acts on the measuring element. A shaft member serving as a shaft; and the shaft member is inserted, allows displacement of the shaft member in the first direction, and is perpendicular to the first direction. A first elastic member having elasticity for preventing displacement; a second elastic member through which the shaft member is inserted and allowing displacement of the shaft member in an axial direction of the shaft member; and the first elastic member. And a third elastic member that is extendable and flexible and connects the second elastic member.
本発明によれば、外乱の影響を抑制できる測定子支持機構及びプローブを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring element support mechanism and probe which can suppress the influence of a disturbance are realizable.
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description and the accompanying drawings. The accompanying drawings are presented for purposes of illustration only and are not intended to limit the present invention.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.
実施の形態1
まず、実施の形態1にかかる形状測定装置100について説明する。図1は、実施の形態1にかかる形状測定装置100の構成を模式的に示す斜視図である。形状測定装置100は、三次元測定機1及びコンピュータ2を有する。三次元測定機1とコンピュータ2とは、ケーブル3を介して接続される。
First, the
三次元測定機1は、例えば図1に示すように構成されており、除震台10の上には、定盤11が、その上面(ベース面)が水平面(図1のXY平面)と一致するように設置される。定盤11のX方向の一端の上には、Y方向に延びるY軸駆動機構14が設置されている。Y軸駆動機構14上には、ビーム支持体12aが立設されている。これにより、Y軸駆動機構14は、ビーム支持体12aをY方向に駆動する。定盤11のX方向の他端の上には、ビーム支持体12bが立設されている。ビーム支持体12bの下端は、エアーベアリングによってY軸方向に移動可能に支持されている。X軸方向に延びるビーム13は、ビーム支持体12a及び12bにより両端のそれぞれが支持され、かつ、垂直方向(Z軸方向)に延びるコラム15を支持する。コラム15は、ビーム13に沿ってX軸方向に駆動される。コラム15には、スライダ16がコラム15に沿ってZ軸方向に駆動されるように設けられている。スライダ16の下端には、倣いプローブ17が装着されている。また、倣いプローブ17のスタイラス17bの取付け部には、スタイラス17bが着脱可能に取り付けられる。スタイラス17bの先端には、例えば球状の先端球17aが設けられている。
The coordinate measuring
先端球17aは、定盤11上に載せられた被測定物31に接触し、その基準位置(中立位置)から所定の押し込み量だけ押し込まれる。倣いプローブ17に内蔵された先端球変位検出部19aは押し込み量(X,Y,Z軸の各軸方向)を出力し、その際の先端球17aのXYZ座標値(基準位置からのシフト量)をコンピュータ2が取り込む。
The
コンピュータ2は、三次元測定機1を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に、被測定物の表面性状算出に必要な演算処理を実行する。コンピュータ2は、コンピュータ本体21、キーボード22、マウス23、モニタ24及びプリンタ25を有する。キーボード22、マウス23、モニタ24及びプリンタ25については、それぞれ一般的なものを用いることが可能であるので、詳細については説明を省略する。コンピュータ本体21の詳細については、後述する。
The
次に、図2を参照して、形状測定装置100の機能構成について説明する。図2は、実施の形態1にかかる形状測定装置100の機能ブロック図である。三次元測定機1は、XYZ軸駆動部18及びスケール部19bを有する。XYZ軸駆動部18は、倣いプローブ17をXYZ軸方向に駆動する。スケール部19bは、XYZ軸方向の移動に伴って、スライダ16の各軸方向の移動パルスを出力する。
Next, the functional configuration of the
スケール部19bは、X軸スケール部19bx、Y軸スケール部19by及びZ軸スケール部19bzを有する。X軸スケール部19bxは、ビーム13に配置され、コラム15のX軸方向変位を検出する。Y軸スケール部19byは、Y軸駆動機構14の近傍に配置され、ビーム支持体12aのY軸方向変位を検出する。Z軸スケール部19bzは、コラム15に配置され、スライダ16のZ軸方向変位を検出する。検出した先端球17aの変位情報(先端球変位検出部19aから出力されるXYZ軸のそれぞれのシフト量)及びスライダ16の変位情報(スケール部19bから出力されるXYZ軸のそれぞれの変位)は、後述する演算部212に出力される。なお、スケール部19bは、スケール部19bと先端球17aの基準位置との間に相対変位が発生していない時の先端球17aの基準位置を出力するように調整されている。
The
コンピュータ2のコンピュータ本体21は、記憶部211、演算部212、表示制御部213及びI/F(インタフェース)214〜216により構成される。記憶部211は、入力される情報を記憶する。演算部212は、CPU等により構成され、例えばモーションコントローラ2121を有する。演算部212は、モーションコントローラ2121から三次元測定機1が有するサーボアンプ部41に駆動指令を出す。サーボアンプ部41は、受け取った指令に従った電力を三次元測定機1に内蔵されるXYZ軸駆動部のアクチュエータに供給する。また、演算部212は、モーションコントローラ2121によりスケール部19b及び先端球変位検出部19aからの帰還信号を基に駆動制御を行い、さらに測定値を算出する。表示制御部213は、モニタ24に表示する画像の制御を行う。なお、記憶部211には、三次元測定機1を駆動させる表面性状測定プログラム、及びその測定により検出された検出値、被測定物の設計値などが記憶されている。演算部212は、記憶部211から表面性状測定プログラムを読み出し、被測定物の形状を測定する。
The computer
演算部212は、キーボード22及びマウス23からI/F(インタフェース)214を介して入力されたオペレータの指示情報を受け付ける。また、演算部212は、検出した先端球変位情報及びスライダ変位情報を取り込む。演算部212は、これらの入力情報、オペレータの指示情報及び記憶部211に格納されたプログラムに基づいて、XYZ軸駆動部18によるスライダ16の移動、測定値の補正処理等の各種の処理を実行する。演算部212は、各種処理により算出された測定値を、I/F(インタフェース)215を介してプリンタ25に出力する。なお、I/F(インタフェース)216は、外部の図示しないCADシステム等より提供される被測定物31のCADデータを、所定の形式に変換してコンピュータ本体21に入力するためのものである。
The
続いて、倣いプローブ101について説明する。図3は、倣いプローブ101のXZ平面における断面図である。倣いプローブ101は、図1及び2のプローブ17に対応する。倣いプローブ101は、プローブハウジング110、プローブ主軸120、プローブ主軸支持機構130、スタイラスモジュール160、被検出部190を有する。プローブハウジング110は、スライダ16の下端から、Z軸のマイナス方向に向けて延びている。プローブハウジング110のZ軸のマイナス方向側の端部には、プローブ主軸支持機構130が取り付けられている。プローブ主軸支持機構130のZ軸のマイナス方向側の端部には、スタイラスモジュール160が取り付けられている。なお、プローブ主軸120は、単に軸部材とも称する。
Next, the
なお、図3では倣いプローブ101のXZ平面を示しているが、倣いプローブ101はZ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Z軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図3と同様である。
Although FIG. 3 shows the XZ plane of the
プローブハウジング110は、円筒形状を有する部材である。プローブハウジング110の中心軸はZ軸と平行である。プローブハウジング110は、三次元測定機1に固定される。具体的には、スライダ16の下端に接合される。
The
プローブ主軸支持機構130は、弾性支持機構140及びジョイント部150を有する。プローブ主軸支持機構130は、測定子支持機構とも称する。弾性支持機構140は、ベローズ端フランジ141、ダイアフラム142、ベローズ143、ベローズ端フランジ144及びダイアフラム145を有する。
The probe
なお、ベローズ端フランジ141は、支持部材とも称する。ダイアフラム142は、第1の弾性部材とも称する。ダイアフラム145は、第2の弾性部材とも称する。ベローズ143は、第3の弾性部材とも称する。
The bellows end
ベローズ端フランジ141は、プローブハウジング110のZ軸のマイナス方向側の端部に固定されている。ベローズ端フランジ141は、中心に開口部を有するドーナツ状の平面ディスク形状を有し、主面がZ軸に垂直な状態で、プローブハウジング110に取り付けられる。
The bellows end
ダイアフラム142は、ベローズ端フランジ141のZ軸プラス側の面上に固定される。ダイアフラム142の中央には、開口部が設けられる。プローブ主軸120はこの開口部を貫通しており、ダイアフラム142はプローブ主軸120を支持する。ダイアフラム142は、プローブ主軸120のZ軸方向の変位を許容するが、Z軸に垂直な方向(ダイアフラム142の主面内)でのプローブ主軸120の変位を許容しない程度の剛性を有する弾性部材で構成される。
ベローズ端フランジ141はプローブハウジング110に固定されているので、プローブ主軸120とダイアフラム142との接合部は、Z軸に垂直な方向(ダイアフラム142の主面内)での変位はほぼ0に制限される。よって、プローブ主軸120は、ダイアフラム142に対して、Z軸方向の運動及びプローブ主軸120とダイアフラム142との接合部を中心とするピボット運動のみが可能である。
Since the bellows end
ベローズ143は、伸縮可能な蛇腹形状を有する弾性部材である。換言すれば、ベローズ143は、主軸方向で伸縮が可能な、可撓性を有する弾性部材である。ベローズ143は、円環状の圧延金属の薄板を重ね合わせてその内外周を交互にレーザにより精密溶接を施した構造を有する。ベローズ143は、機械的に組み込むために占有する空間容積に対して、非常に大きな表面積を有する。ベローズ143のZ軸プラス方向の端部は、ベローズ端フランジ141のZ軸のマイナス方向側の面と接合される。ベローズ143のZ軸マイナス方向の端部は、ベローズ端フランジ144のZ軸プラス方向側の面と接合される。つまり、ベローズ143は、ベローズ端フランジ141とベローズ端フランジ144との間で、伸縮可能に配置される。
The bellows 143 is an elastic member having an expandable bellows shape. In other words, the
ダイアフラム145は、ベローズ端フランジ144のZ軸マイナス側の面に接合される。ダイアフラム145の中央には、開口部が設けられる。プローブ主軸120はこの開口部を貫通しており、ダイアフラム145はプローブ主軸120を支持する。ダイアフラム145は、プローブ主軸120の軸方向の変位を許容するが、軸方向に垂直な方向(ダイアフラム145の主面内)でのプローブ主軸120の変位を許容しない程度の剛性を有する部材で構成される。
The
ベローズ端フランジ144は、ベローズ端フランジ141と異なり、プローブハウジング110に固定されていない。従って、プローブ主軸120が上述のピボット運動を行うのに追従して、プローブ主軸120とダイアフラム145との接合部は、Z軸方向だけでなく、X軸方向及びY軸方向に変位することができる。
Unlike the bellows end
ジョイント部150は、ジョイントディスク151、ころ152、永久磁石153を有する。ジョイントディスク151は、ダイアフラム145を覆うように、ベローズ端フランジ144のZ軸マイナス側の面に接合される。プローブ主軸120のZ軸マイナス側端部は、ジョイントディスク151と接合される。ジョイントディスク151のZ軸マイナス側の面には、3個のころ152が設けられている。また、ジョイントディスク151のZ軸マイナス側の面の中央には、永久磁石153が設けられている。
The
スタイラスモジュール160は、ジョイント部170、測定子180を有する。ジョイント部170は、ジョイントディスク171、ボール172、吸着板173を有する。ジョイントディスク171のZ軸プラス側の面には、ボール172が設けられる。ボール172は、例えば2個1組で設けられる。ジョイントディスク171のZ軸プラスの面の中央には、吸着板173が設けられている。吸着板173は、例えば鉄を含む部材で構成され、永久磁石153により吸着される。これにより、スタイラスモジュール160は、プローブ主軸支持機構130に着脱可能に取り付けられる。
The
ここで、ジョイント部150とジョイント部170との接合について説明する。図4は、図3に示すIV−IV線におけるジョイント部150及び170の要部断面図である。ジョイント部170のころ152が2個1組のボール172に嵌まり込むことで、ジョイント部150に対するジョイント部170の位置が決まる。
Here, the joining of the
図5Aは、図3に示すA方向から見た場合のジョイント部150の平面図である。図3に示すA方向は、Z軸のマイナス側からプラス側に向かう方向である。ジョイントディスク151上には、ジョイントディスク151の中心を基準として同心円上に120°ずつ離隔して、3つのころ152が設けられる。それぞれのころ152には、ジョイントディスク171に固定された2個のボール172が嵌合する。また、ジョイントディスク151の中央には、永久磁石153が固定されている。
FIG. 5A is a plan view of the
図5Bは、図3に示すB方向から見た場合のジョイント部170の平面図である。図3に示すB方向は、Z軸のプラス側からマイナス側に向かう方向である。ジョイントディスク171上には、ジョイントディスク171の中心を基準として同心円上に120°ずつ離隔して、2個1組のボール172が3組設けられる。それぞれボール172の組に、ジョイントディスク151に固定されたころ152が嵌合する。また、ジョイントディスク171の中央には、吸着板173が固定されている。
FIG. 5B is a plan view of the
図3に戻り、スタイラスモジュール160の構成について引き続き説明する。測定子180は、スタイラスシャフト181及び接触子182を有する。スタイラスシャフト181のZ軸プラス側端部は、ジョイントディスク171のZ軸マイナス側の面と接合される。スタイラスシャフト181のZ軸のマイナス側端部には、測定対象物と接触する接触子182が接合されている。
Returning to FIG. 3, the configuration of the
被検出部190は、反射鏡191及び反射鏡ホルダ192を有する。反射鏡ホルダ192は、プローブ主軸120のZ軸プラス側の端部に固定される。反射鏡191は、反射鏡ホルダ192のZ軸プラス側の端部に固定される。図示しないが、光源からレーザ光が反射鏡191に照射され、反射鏡191で反射される。そして受光部が反射光を受光することにより、反射鏡191の変位が検出される。反射鏡191は、反射鏡ホルダ192、プローブ主軸120、ジョイント部150、ジョイント部170、スタイラスシャフト181を介して、接触子182と連結されている。よって、三次元測定機は、反射鏡191の変位を検出することで、測定子180の接触子182の変位を検出することができる。
The detected
続いて、ダイアフラム142の構成について説明する。図6Aは、ダイアフラム142をZ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。ダイアフラム142は、円盤状の薄板の弾性材により構成される。ダイアフラム142の円盤部材142Aは、接触子182に負荷がかかっていない状況で、主面がZ軸に垂直になるように配置される。ダイアフラム142では、円盤部材142Aの中央に、円形の開口部142Bが穿たれている。また、開口部142Bの外側の円盤部材142Aには、3本の抜き溝142Cが設けられている。3本の抜き溝142Cは、直線部と円弧部からなる略「く」の字形状を有し、開口部142Bを中心として120°ずつ離隔して配置される。
Next, the configuration of the
開口部142Bと3本の抜き溝142Cとの間の円盤部材142Aは、プローブ主軸120のZ軸プラス側端部のテーパ部に均一に押し付けられて固定される。3本の抜き溝142Cの外側の円盤部材142Aは、ベローズ端フランジ141のZ軸プラス側の面に均一に押し付けられて固定される。プローブ主軸120は、開口部142Bを貫いており、開口部142Bと接触することでダイアフラム142により支持される。
The
続いて、ダイアフラム145の構成について説明する。図6Bは、ダイアフラム145をZ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。ダイアフラム145は、ダイアフラム142と同様の構成を有する。ダイアフラム145は、円盤状の薄板の弾性材により構成される。ダイアフラム145の円盤部材142Aは、接触子182に負荷がかかっていない状況で、主面がZ軸に垂直になるように配置される。ダイアフラム145では、円盤部材145Aの中央に、円形の開口部145Bが穿たれている。また、開口部145Bの外側の円盤部材145Aには、3本の抜き溝145Cが設けられている。3本の抜き溝145Cは、直線部と円弧部からなる略「く」の字形状を有し、開口部145Bを中心として120°ずつ離隔して配置される。
Next, the configuration of the
開口部145Bと3本の抜き溝145Cとの間の円盤部材145Aは、プローブ主軸120のZ軸マイナス側端部のテーパ部に均一に押し付けられて固定される。3本の抜き溝145Cの外側の円盤部材145Aは、ベローズ端フランジ144のZ軸マイナス側の面に均一に押し付けられて固定される。プローブ主軸120は、開口部145Bを貫いており、開口部145Bと接触することでダイアフラム145により支持される。
A
接触子182に負荷がかかっていない場合には、ダイアフラム142(開口部142B)の中心とダイアフラム145(開口部145B)の中心とは、Z軸上に整列する。
When the
続いて、倣い測定時の倣いプローブ101の動作について説明する。測定子180の接触子182が測定対象に接触し、Z軸プラス方向に押し込まれた場合について説明する。図7Aは、接触子182がZ軸プラス方向に押し込まれた場合の倣いプローブ101の動きを模式的に示す図である。図7Aでは、図面の簡略化のため、倣いプローブ101の動作を理解するために必要な構成要素である、プローブ主軸120、ベローズ端フランジ141、ダイアフラム142、ベローズ143、ダイアフラム145、スタイラスシャフト181、接触子182を表示している。
Next, the operation of the
この場合、接触子182はZ軸プラス方向の測定力F1を受け、プローブ主軸120はZ軸プラス方向に変位する。このとき、プローブ主軸120は、ダイアフラム142の開口部142Bと、ダイアフラム145の開口部145Bとを、Z軸プラス方向に変位させる。そして、プローブ主軸120はZ軸プラス方向に変位することにより、ベローズ143はZ軸方向に圧縮される。つまり、ダイアフラム142、ダイアフラム145及びベローズ143が変形しつつ、プローブ主軸120を支持する。
In this case, the
次に、測定子180の接触子182が測定対象に接触し、Z軸方向に垂直な方向(X方向、Y方向)に押し込まれた場合について説明する。図7Bは、接触子182がZ軸方向に垂直な方向(X方向、Y方向)に押し込まれた場合の倣いプローブ101の動きを模式的に示す図である。図7Bでは、図面の簡略化のため、倣いプローブ101の動作を理解するために必要な構成要素である、プローブ主軸120、ベローズ端フランジ141、ダイアフラム142、ベローズ143、ダイアフラム145、スタイラスシャフト181、接触子182を表示している。
Next, the case where the
この場合、接触子182はZ軸に垂直な方向の測定力F2を受ける。上述のように、ダイアフラム142はプローブハウジング110に固定され、かつ、Z軸に垂直な方向(ダイアフラム142の主面内)でのプローブ主軸120の変位を許容しない程度の剛性を有する。よって、プローブ主軸120の開口部142Bへの接触部は、Z軸に垂直な方向(X方向及びY方向)へは変位しない。
In this case, the
一方、上述のように、ダイアフラム145はプローブハウジング110には固定されず、ベローズ143を介してベローズ端フランジ141と連結されている。そのため、ダイアフラム145の開口部145Bは、上述のコニカル運動により、Z軸に垂直な方向(X方向及びY方向)へ変位することができる。
On the other hand, as described above, the
よって、プローブ主軸120は、Z軸上の開口部142Bの中心を回転中心として、ベローズ143の撓みを伴うコニカル運動を行うこととなる。ベローズ143及びダイアフラム142及びダイアフラム145は弾性材料からなる部品であり、プローブ主軸120のダイアフラム145への接触部のコニカル運動による変位及びZ軸方向の変位を許容する柔軟なばね定数を有している。なお、ベローズ143は、ベローズ143の主軸周りのねじれに高い剛性を有している。そのため、コニカル運動によりベローズ143が撓んだ場合でも、主軸周りの回転運動は生じない。そのため、倣いプローブ101の測定結果に、ベローズ143の主軸周りの回転運動による誤差が混入することはない。
Therefore, the probe
本構成によれば、倣いプローブ101は、弾性部材であるダイアフラム142、ダイアフラム145、ベローズ143により、プローブ主軸120を支持する。従って、スライダ16に固定されたベローズ端フランジ141を介して振動(すなわち外乱)の伝搬を、弾性部材により防止又は緩和できる。そのため、本構成によれば、測定子180に伝わる外乱の伝搬を防止又は緩和し、測定動作に起因する外乱や非線形な外乱による測定精度の劣化を抑制することができる。
According to this configuration, the
本構成によれば、接触子182側のダイアフラム145は、被検出部190側のダイアフラム142と比べて、運動の自由度が大きく、Z軸に垂直な方向(X方向及びY方向)へ変位することが可能である。よって、Z軸に垂直な方向(X方向及びY方向)の押し込み量が大きい場合でも、接触子182が測定対象物の形状に追従することができる。
According to this configuration, the
よって、本構成によれば、接触子182側のダイアフラム145が固定されている場合と比べて、凹凸の大きな形状や複雑な形状の表面形状測定を行うことが可能である。従って、本構成によれば、より高度な形状測定を実現することができる。
Therefore, according to this configuration, it is possible to perform surface shape measurement with a large unevenness or a complicated shape as compared with the case where the
実施の形態2
次に、実施の形態2にかかる倣いプローブ201について説明する。倣いプローブ201は、図1及び2のプローブ17に対応する。図8は、倣いプローブ201のXZ平面における断面図である。倣いプローブ201は、倣いプローブ101のプローブ主軸支持機構130をプローブ主軸支持機構230に置換した構成を有する。プローブ主軸支持機構230は、プローブ主軸支持機構130の弾性支持機構140を弾性支持機構240に置換した構成を有する。
Next, the
なお、図8では倣いプローブ201のXZ平面を示しているが、倣いプローブ201はZ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Z軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図8と同様である。
In FIG. 8, the XZ plane of the
弾性支持機構240は、弾性支持機構140に、ベローズ146を追加した構成を有する。なお、ベローズ146は、第4の弾性部材とも称する。ベローズ146は、ベローズ143よりも内径が小さく、伸縮可能な蛇腹形状を有する弾性部材である。換言すれば、ベローズ146は、主軸方向で伸縮が可能な、可撓性を有する弾性部材である。ベローズ146は、円環状の圧延金属の薄板を重ね合わせてその内外周を交互にレーザにより精密溶接を施した構造を有する。ベローズ146は、機械的に組み込むために占有する空間容積に対して、非常に大きな表面積を有する。
The
ベローズ146は、ベローズ143に包囲されるように、ベローズ端フランジ141とベローズ端フランジ144との間に配置される。ベローズ146のZ軸プラス方向の端部は、ベローズ端フランジ141のZ軸のマイナス方向側の端部と接合される。ベローズ146のZ軸マイナス方向の端部は、ベローズ端フランジ144のZ軸プラス方向側の端部と接合される。つまり、ベローズ146は、ベローズ端フランジ141とベローズ端フランジ144との間で、伸縮可能に配置される。
The bellows 146 is disposed between the bellows end
ベローズ146が上述のように配置されることで、ベローズ143とベローズ146とは、二重ベローズ147を構成する。ベローズ143とベローズ146との間には、密閉された空間が存在する。この空間には、非圧縮性粘性流体148A及びガス148Bが封入される。非圧縮性粘性流体148Aは、典型的には液体であり、ガス148Bと比べて圧縮性及び膨張性が無視し得るほど小さな流体を用いる。非圧縮性粘性流体148Aには、例えば各種の鉱物油を用いることができきる。ガス148Bには、空気や窒素などの気体を用いることができる。
By arranging the
非圧縮性粘性流体148Aは、密閉された空間に封入されるので、二重ベローズ147の撓み状況にかかわりなく、外部へ漏れることなく流動する。また、非圧縮性粘性流体148Aは外部の雰囲気から隔離されているので、非圧縮性粘性流体148Aの経時的な変質を防止することができる。
Since the incompressible
倣いプローブ201のその他の構成は、倣いプローブ101と同様であるので、説明を省略する。
Since the other configuration of the
続いて、倣いプローブ201の動作について説明する。例えば接触子182が測定対象物に接触する場合や、倣いプローブ201の加速、通常走行を行う場合に、倣いプローブ201に駆動振動が加わると、プローブ主軸120は変位する。上述のように、倣いプローブ201は、二重ベローズ147の2つのベローズ143及びベローズ146の間に非圧縮性粘性流体148Aが封入されている。そのため、駆動振動によるプローブ主軸120の変位が生じると、非圧縮性粘性流体148Aが流動し、二重ベローズ147の撓みに対する抵抗が生じる。非圧縮性粘性流体148Aの流動抵抗は、流動に関与する固体(ベローズ143、ベローズ146)の壁面の面積と、壁面に沿う非圧縮性粘性流体148Aの流れの速度と、に比例して大きくなる。
Next, the operation of the
よって、三次元測定機1の外部からの振動や上述の駆動振動が、外乱として倣いプローブ201に加えられた場合、非圧縮性粘性流体148Aの流動抵抗により、測定子180の被測定物31との接触に伴う変位とは異なる、振動加速度に起因する誤差となる不要なプローブ主軸120の変位(振動振幅)を減衰させることができる。
Therefore, when vibration from the outside of the coordinate measuring
一般に、三次元測定機において、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下では、プローブに振動が加わる。しかし、本構成によれば、三次元測定機の外部からの振動や上述の駆動振動といった外乱に起因する、三次元測定機の形状測定での誤差の発生を防止することができる。さらに、粘性流体の流体抵抗による力の減衰効果は、ヒステリシスを伴わない。よって、ヒステリシスに起因する測定誤差を防止することが可能である。その結果、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下においても、測定の高精度化を実現することが可能である。 In general, in a coordinate measuring machine, vibration is applied to the probe in an environment where high-speed driving of the probe or acceleration / deceleration motion having a large acceleration is performed. However, according to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of errors in the shape measurement of the coordinate measuring machine due to disturbances such as vibrations from the outside of the coordinate measuring machine and the drive vibration described above. Further, the force damping effect due to the fluid resistance of the viscous fluid is not accompanied by hysteresis. Therefore, measurement errors due to hysteresis can be prevented. As a result, it is possible to achieve high measurement accuracy even in an environment where high-speed driving of the probe and acceleration / deceleration motion with large acceleration are performed.
実施の形態3
次に、実施の形態3にかかる倣いプローブ301について説明する。倣いプローブ301は、図1及び2のプローブ17に対応する。図9は、倣いプローブ301のXZ平面における断面図である。倣いプローブ301は、倣いプローブ201の変形例である。倣いプローブ301では、二重ベローズ147に封入されたガス148Bの圧力が可変である。
Embodiment 3
Next, the
倣いプローブ301は、倣いプローブ201のプローブ主軸支持機構230をプローブ主軸支持機構330に置換した構成を有する。プローブ主軸支持機構330は、プローブ主軸支持機構230の弾性支持機構240を弾性支持機構340に置換した構成を有する。
The
なお、図9では倣いプローブ301のXZ平面を示しているが、倣いプローブ301はZ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Z軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図9と同様である。
Although FIG. 9 shows the XZ plane of the
弾性支持機構340は、弾性支持機構240のベローズ端フランジ141を、ベローズ端フランジ341に置換した構成を有する。ベローズ端フランジ341には、二重ベローズ147の気体148Bが封入された空間に設けられた開口部342Aと、ベローズ端フランジ341の外部側面に設けられた開口部342Bと、の間に穿たれた管部342Cが設けられている。
The
倣いプローブ301の外部には、圧力調整装置310が設けられている。圧力調整装置310は、三次元測定機1に組み込まれていてもよいし、三次元測定機1の外部に設けられていてもよい。圧力調整装置310は、ガス配管311により開口部342Bと接続され、コンピュータ2からの指令を受けて、二重ベローズ147の内部のガス148Bの圧力を制御する。
A
倣いプローブ301のその他の構成は、倣いプローブ201と同様であるので、説明を省略する。
Since the other configuration of the
続いて、倣いプローブ301の動作について説明する。上述のように、倣いプローブ301では、コンピュータ2からの指令により、二重ベローズ147の内部のガス148Bの圧力を調整することができる。
Next, the operation of the
二重ベローズ147内のガス148Bの圧力を高くすれば、二重ベローズ147自体が有するばね定数kbに、ガス148Bが有する空気ばね定数kaが加わる。そのため、弾性支持機構340全体として見た場合、プローブ主軸120に作用するばね定数を大きくすることができる。つまり、二重ベローズ147内のガス148Bの圧力を高くすることにより、倣いプローブ301の可動部の質量とばね定数とで決まる倣いプローブ301の固有振動数を高く設定することができる。
If the pressure of the
一方、二重ベローズ147内のガス148Bの圧力を低くすれば、ガス148Bの圧力を大気圧に等しくすればガス148Bの内圧が大気圧とバランスし、倣いプローブ201と同等の条件になる。つまり、弾性支持機構340が有するばね定数の最小値は、二重ベローズ147自体が有するばね定数kbである。
On the other hand, if the pressure of the
一般に、三次元測定機において、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下で測定の高精度化、制御性能の向上を実現するには、三次元測定機の固有振動数を高く設定する必要が有る。一方、高い固有振動数を有する三次元測定機に装着されるプローブは、三次元測定機本体との共振を避ける必要が有る。 In general, in a CMM, in order to achieve higher measurement accuracy and improved control performance in an environment where the probe is driven at high speed and acceleration / deceleration movement with large acceleration is performed, the natural frequency of the CMM can be increased. Need to set high. On the other hand, a probe attached to a coordinate measuring machine having a high natural frequency needs to avoid resonance with the coordinate measuring machine main body.
図10は、スライダ16の固有振動数が60Hzの三次元測定機に任意の固有振動数を有するプローブが装着された時のスライダ16と倣いプローブ301の可動部との間の振動振幅に関する相対変位倍率を示すグラフである。図10では、横軸は三次元測定機に装着されるプローブの固有振動数を示し、縦軸はスライダ16と倣いプローブ301の可動部との間の相対変位倍率を示す。グラフ中のζは倣いプローブ301が有する減衰比を表す。
FIG. 10 shows a relative displacement related to the vibration amplitude between the
固有振動数が60Hzにおいて、減衰比ζが0.15のプローブが装着された場合、測定誤差となる相対変位倍率は3倍を超える。これに対し、減衰比ζが0.5のプローブが装着された場合、相対変位倍率は1倍に近づく。本構成では、二重ベローズ147の内部に非圧縮性粘性流体148Aを注入することで、ヒステリシスなく減衰を与え、測定誤差となる相対変位倍率を小さく抑えることができる。その結果、測定精度の向上を実現することができる。但し、減衰比ζが不適正に大きいと、三次元測定機で倣い測定を行うときに、プローブの追従性が劣化するので、追従性を考慮した減衰比とすることが望ましい。 When a natural frequency is 60 Hz and a probe with a damping ratio ζ of 0.15 is attached, the relative displacement magnification that is a measurement error exceeds three times. On the other hand, when a probe with an attenuation ratio ζ of 0.5 is attached, the relative displacement magnification approaches one. In this configuration, by injecting the incompressible viscous fluid 148A into the double bellows 147, attenuation without hysteresis is provided, and the relative displacement magnification that becomes a measurement error can be kept small. As a result, improvement in measurement accuracy can be realized. However, if the attenuation ratio ζ is improperly large, the followability of the probe is deteriorated when performing a scanning measurement with a coordinate measuring machine. Therefore, it is desirable to set the attenuation ratio in consideration of the followability.
一方、深穴測定などを行う場合、長く且つ質量の大きい測定子を用いる。そのため、プローブの可動部に加わる測定子の慣性質量の増加により、プローブの固有振動数が低下し、三次元測定機1本体との共振状態に近づくことがある。倣いプローブ301のように、測定対象との接触によってプローブ主軸120がコニカル運動を行う場合、弾性支持機構340のばね定数が同じまま長い測定子を装着すると、てこの原理により、測定子が長くなるほど接触子182における測定力が小さくなる。そのため、測定子の長さに応じ、弾性支持機構が有するばね定数を変更しなければならない。弾性支持機構のばね定数が調整できない場合には、測定子にあわせて弾性支持機構を交換することが必要となってしまう。
On the other hand, when performing deep hole measurement or the like, a long and large measuring element is used. For this reason, an increase in the inertial mass of the probe applied to the movable part of the probe may reduce the natural frequency of the probe, which may approach a resonance state with the three-
ところが、本構成では、弾性支持機構340が有するばね定数を高く設定できるので、測定子の長さに起因する測定力の減少を補償することができる。これにより、弾性支持機構を交換することなく、様々な長さの測定子を装着することが可能となる。その結果、測定子の交換が容易となり、かつ、異なるばね定数を有する弾性支持機構を複数個準備しなければならない状況を回避できる。
However, in this configuration, since the spring constant of the
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態1にかかる倣いプローブ101では、ベローズ143を用いる場合について説明したが、ベローズ143は他の弾性部材に置換することも可能である。例えば、ベローズ143をコイルスプリングに置換することもできる。コイルスプリングは、ベローズと比べて、伸縮に応じた主軸周りの回転力が強いが、測定精度を緩和できる測定環境下であれば、十分に適用可能である。また、例えば、ベローズ143を三条ばねに置換することもできる。ここでいう三条ばねとは、通常のスプリングや、削り出しで作成されたマシーンドスプリングなどを、主軸に対して120°ずつ回転させて3本組み合わせた構造を有する。三条ばねは、1本のコイルスプリングと比べ、伸縮に応じた主軸周りの回転力を相殺して、測定精度に影響する異方性を軽減できる。
Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the
また、ベローズ143は、複数のベローズに置換することも可能である。この場合、複数のベローズを、ベローズ端フランジ141とベローズ端フランジ144との間で、プローブ主軸120の周りに等間隔に配置することにより、ダイアフラム145はダイアフラム142に対して、倣いプローブ101と同様の運動を行うことが可能である。
The
また、二重ベローズ147は、複数の二重ベローズに置換することも可能である。この場合、複数の二重ベローズを、ベローズ端フランジ141とベローズ端フランジ144との間で、プローブ主軸120の周りに等間隔に配置することにより、ダイアフラム145はダイアフラム142に対して、倣いプローブ201又は301と同様の運動を行うことが可能である。
Further, the double bellows 147 can be replaced with a plurality of double bellows. In this case, a plurality of double bellows are arranged at equal intervals around the probe
上述の実施の形態では、ダイアフラム145は、プローブ主軸120の軸方向の変位を許容するが、軸方向に垂直な方向(ダイアフラム145の主面内)でのプローブ主軸120の変位を許容しない程度の剛性を有する部材であると説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、プローブ主軸120の軸方向の変位を許容できるならば、軸方向に垂直な方向(ダイアフラム145の主面内)でのプローブ主軸120の変位を許容する程度の剛性を有するダイアフラムに置換することも可能である。
In the above-described embodiment, the
1 三次元測定機
2 コンピュータ
3 ケーブル
10 除震台
11 定盤
12a ビーム支持体
12b ビーム支持体
13 ビーム
14 Y軸駆動機構
15 コラム
16 スライダ
17 プローブ
17a 先端球
17b スタイラス
18 XYZ軸駆動部
19a 先端球変位検出部
19b スケール部
19bx X軸スケール部
19by Y軸スケール部
19bz Z軸スケール部
21 コンピュータ本体
22 キーボード
23 マウス
24 モニタ
25 プリンタ
31 被測定物
41 サーボアンプ
100 形状測定装置
101、201、301 倣いプローブ
110 プローブハウジング
120 プローブ主軸
130、230、330 プローブ主軸支持機構
140、240、340 弾性支持機構
141、144、341 ベローズ端フランジ
142、145 ダイアフラム
142A、145A 円盤部材
142B、145B 開口部
142C、145C 抜き溝
143、146 ベローズ
147 二重ベローズ
148A 非圧縮性粘性流体
148B ガス
150 ジョイント部
151、171 ジョイントディスク
152 ころ
153 永久磁石
160 スタイラスモジュール
170 ジョイント部
171 ジョイントディスク
172 ボール
173 吸着板
180 測定子
181 スタイラスシャフト
182 接触子
190 被検出部
191 反射鏡
192 反射鏡ホルダ
211 記憶部
212 演算部
213 表示制御部
213〜216 I/F
310 圧力調整装置
311 ガス配管
342A、342B 開口部
342C 管部
2121 モーションコントローラ
DESCRIPTION OF
310
Claims (15)
前記軸部材が挿通され、前記第1の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第1の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第1の弾性部材と、
前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第2の弾性部材と、
前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第3の弾性部材と、を備える、
測定子支持機構。 A shaft member having a first direction as an axis in a situation where a probe can be attached to the tip and no load is applied to the probe,
The shaft member is inserted and has elasticity to allow displacement of the shaft member in the first direction and to prevent displacement of the shaft member in a plane perpendicular to the first direction. A first elastic member;
A second elastic member that is inserted through the shaft member and allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member;
A third elastic member that is extendable and flexible and connects the first elastic member and the second elastic member;
Probe support mechanism.
請求項1に記載の測定子支持機構。 The third elastic member is disposed so as to surround the shaft member between the first elastic member and the second elastic member.
The probe support mechanism according to claim 1.
請求項1又は2に記載の測定子支持機構。 The third elastic member is a bellows having one end joined to the first elastic member via a first flange and the other end joined to the second elastic member via a second flange. ,
The measuring element support mechanism according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の測定子支持機構。 The third elastic member seals a space between the shaft member and the third elastic member between the first elastic member and the second elastic member;
The probe support mechanism according to claim 3.
前記第4の弾性部材は、
前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材との間で、前記第3の弾性部材と前記軸部材との間に前記軸部材を包囲するように配置され、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の空間を密閉する、
請求項4に記載の測定子支持機構。 A fourth elastic member that is extendable and flexible and connects the first elastic member and the second elastic member;
The fourth elastic member is
Between the first elastic member and the second elastic member, and disposed so as to surround the shaft member between the third elastic member and the shaft member; and Sealing a space between the fourth elastic member;
The probe support mechanism according to claim 4.
請求項5に記載の測定子支持機構。 The fourth elastic member has one end joined to the first elastic member via the first flange and the other end joined to the second elastic member via the second flange. Is,
The probe support mechanism according to claim 5.
前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の前記空間のうち、前記非圧縮性粘性流体が充填されていない部分を満たす気体と、を更に備える、
請求項5又は6に記載の測定子支持機構。 An incompressible viscous fluid partially filled in the space between the third elastic member and the fourth elastic member;
Of the space between the third elastic member and the fourth elastic member, further comprising a gas said incompressible viscous fluid fills the are not already partially filled,
The probe support mechanism according to claim 5 or 6.
請求項7に記載の測定子支持機構。 The gas is adjustable in pressure,
The probe support mechanism according to claim 7.
前記第1のフランジは、前記第3の弾性部材と前記第4の弾性部材との間の前記空間と、当該測定子支持機構の外部と、を結ぶ管部を備え、
前記気体は、前記管部を介して、当該測定子支持機構の外部の圧力調整装置により圧力が調整される、
請求項8に記載の測定子支持機構。 A first flange fixed to the external member;
Said first flange is provided with the space between the third elastic member and the fourth elastic member, and the outside of the measuring element support mechanism, a tube portion which connects,
The pressure of the gas is adjusted by a pressure adjusting device outside the probe support mechanism via the tube portion.
The probe support mechanism according to claim 8.
請求項1又は2に記載の測定子支持機構。 The third elastic member is a coil spring having one end joined to the first elastic member via a first flange and the other end joined to the second elastic member via a second flange. is there,
The measuring element support mechanism according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の測定子支持機構。 The third elastic member is a triple spring having one end joined to the first elastic member via a first flange and the other end joined to the second elastic member via a second flange. is there,
The measuring element support mechanism according to claim 1 or 2.
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の測定子支持機構。 The first elastic member and the second elastic member are diaphragms composed of a disk-shaped elastic member through which the shaft member is inserted into an opening provided in the center.
The probe support mechanism according to any one of claims 1 to 11.
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の測定子支持機構。 The second elastic member has elasticity that allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member and prevents displacement of the shaft member in a plane perpendicular to the axial direction of the shaft member. Have
The probe support mechanism according to any one of claims 1 to 12.
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の測定子支持機構。 The second elastic member has elasticity that allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member and allows displacement of the shaft member in a plane perpendicular to the axial direction of the shaft member. Have
The probe support mechanism according to any one of claims 1 to 12.
先端に前記測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第1の方向を軸とする軸部材と、
前記軸部材が挿通され、前記第1の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第1の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第1の弾性部材と、
前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第2の弾性部材と、
前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第3の弾性部材と、を備える、
プローブ。 A probe that contacts the measurement object;
A shaft member having the first direction as an axis in a situation in which a load is not applied to the probe;
The shaft member is inserted and has elasticity to allow displacement of the shaft member in the first direction and to prevent displacement of the shaft member in a plane perpendicular to the first direction. A first elastic member;
A second elastic member that is inserted through the shaft member and allows displacement of the shaft member in the axial direction of the shaft member;
A third elastic member that is extendable and flexible and connects the first elastic member and the second elastic member;
probe.
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