JPH02253113A

JPH02253113A - 座標測定装置

Info

Publication number: JPH02253113A
Application number: JP7467989A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Ogiwara; 真一郎荻原
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1990-10-11
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551652B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は座標測定装置に係り、特に被測定物との接触位
置を高精度に測定する座標測定装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、変位検出プローブを備えた座標測定機は、変位
検出プローブの触針を常時測定物に接触させ、このとき
触針の変位量を測定し、変位検出プローブを移動させる
キャリッジの移動位置と前記測定した変位量とを加算し
て測定物の表面座標を求め、或いは、触針の変位量を常
時一定値に保つようにキャリッジ自体の移動を制御し、
これによってキャリッジ自体の移動座標から測定物の表
面形状を測定するようにしている。

方、上記変位検出プローブをタッチプローブとして使用
する場合には、変位検出プローブを測定物に向けて移動
させ、触針が測定物に接触してその変位量が所定の設定
変位を越えたとき、接触があったものと判定し、データ
の取り込みを行うようにしている。

これに対して、従来のタッチプローブには、複数の着座
部を電気接点とし、前記触針の支持部材が各着座部に位
置決め支持されている時、各着座部の電気接点を直列接
続した電気回路が閉じるように構成し、前記支持部材が
傾動して複数の電気接点のうちの少なくとも１つの電気
接点が開く時、即ち前記電気回路が開くことを検出する
ことにより、触針が被測定物と接触したことを検知する
ものがある。

〔発肋が解決しようとする課題〕

しかし、変位検出プローブを急速に加減速すると、変位
検出プローブに加わる慣性力によって変位検出プローブ
の触針が移動及び振動し、触針の変位量が設定変位を越
え、誤ったデータを取り込む虞があった。

一方、変位検出プローブに大きな加減速が加わらないよ
うにすると、測定時間が長くなる。また、触針が測定物
に接触する以外には変位量が所定の設定変位を越えない
ように設定変位を大きく設定すると、変位検出プローブ
によって検知される変位量の検出精度の影響を受けやす
くなり、高精度の測定がてきないという問題がある。尚
、変位検出プローブは検出する方向によって検出精度に
ばらつきがあり、また、変位量が大きくなればそれに従
って検出精度も低下する。

また、タッチプローブは、触針と共働する支持部材の復
帰にスプリングを使用しているが、接触信号を高感度で
得るためには、スプリングの弾発力を弱くすることが必
要である。しかし、スプリングの弾発力を弱くしすぎる
と、支持部材を速やかに正しい位置に着座させることが
できなくなったり、着座時に支持部材（触針）が振動し
、誤検出する虞がある。従って、スプリングの弾発力を
弱くするには限度がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定
時間を短縮すると共に、測定精度を向上させることので
きる座標測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は前記目的を達成するために、変位検出プローブ
の変位データと該変位検出プローブを移動させるキャリ
ッジの移動位置データとを演算して測定物の表面形状等
を測定する座標測定装置において、前記変位検出プロー
ブの先端に被測定物との接触検知を行う接触検知プロー
ブを取り付け、該接触検知プローブによって被測定物と
の接触を検出したとき、前記キャリッジの位置データを
ラッチし、ラッチ後所定時間内に前記変位検出プローブ
の変位データが予め設定した闇値を越えた場合に、前記
ラッチした位置データを有効として読み込むようにした
ことを特徴としている。

また、触針の傾動に連動して電気接点を開き被測定物と
の接触を示す接触信号を出力する接触検知プローブに、
前記電気接点の開による接触検知よりも前記触針と被測
定物との接触検知の感度の高い圧電素子を設け、前記圧
電素子の検出出力が所定の閾値を越えたとき、前記接触
検知プローブを移動させるキャリッジの位置データをラ
ッチし、ラッチ後所定時間内に前記電気接点が開となっ
た場合に、前記ラッチした位置データを有効として読み
込むようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、変位検出プローブの先端に取り付けら
れた接触検知プローブによって被測定物との接触を検知
し、接触を検知した瞬間に変位検出プローブを移動させ
るキャリジの位置ブータララッチするようにしている。

次に、ラッチ後所定時間内に変位検出プローブの変位デ
ータが所定の閾値を越えた場合に前記ラッチした位置デ
ータを有効とするようにしている。即ち、接触を検知し
た瞬間に位置データをラッチするようにしているので、
精度の高い測定が可能である。また、変位検出プローブ
の先端に接触検知プローブを取り付けているので、座標
測定時の測定力を低くすることができ、わずかな接触で
も検知することが可能となる。

また、接触検知プローブに設けた圧電素子の検出出力が
所定の閾値を越えたときには、直ちにキャリッジの位置
データをラッチする。次に、ラッチした時点から所定の
時間内に、接触検知プローブの触針の傾動に伴って電気
接点が開となった場合には、前記ラッチした位置データ
を有効とするようにしている。

〔実施例〕

以下、添付図面に従って本発明に係る座標測定装置の好
ましい実施例を詳説する。

第１図は本発明に係る座標測定装置の実施例に使用され
るプローブの概略を示す断面図である。

第１図のプローブ１０は変位検出プローブ１２と接触検
知プローブ１６より構成される。変位検出プローブ１２
は座標測定装置のキャリッジ１１に取り付けられており
、可動接点台１３が遊動することにより変位量の検出を
行う。変位検出プｏ　−ブ１２は変位センサ１５を有し
ており、この変位センサ１５は可動接点台１３の中立位
置からの変位量に応じた変位信号を出力する。また、キ
ャリング１１の移動位置は図示しないセンサによって常
時検出されている。

可動接点台１３の下端には接触検知プローブ１６が取り
付けられ、この接触検知プローブ１６は触針１８が被測
定物２０に接触する瞬間を高感度で検知する。

第２図は第１図のプローブ１０を使用した本発明に係る
座標測定装置の信号処理回路の一例を示すブロック図、
第３図は座標測定時のタイミングチャートで、被測定物
の座標測定を行う場合は以下のようにして行う。第２図
のブロック図に示すように、キャリッジ１１の位置デー
タはラッチ回路２０を介して演算器２４に出力され、変
位検出プローブ１２の変位データは比較器２８の六入力
に出力されるとともに、ラッチ回路２２を介して演算器
２４に出力される。演算器２４はラッチ回路２０．２２
から加えられるデータを演算し、これをゲート回路２６
に出力する。

比較器２８のＢ入力は、閾値設定器３０から所定の閾値
ＳＨＩが加えられており、比較器２８は変位データが閾
値ＳＨＩよりも大きいとき（Ａ＞Ｂ）　、Ｈレベル信号
をアンド回路３２に出力する。

尚、閾値設定器３０は、変位検出プローブ１２が被測定
物２０に接触したときのみ変位データが閾値ＳＨＩを越
えることができるように、閾値ＳＨ１が設定されている
。即ち、キャリッジ１１の加減速等による変位検出プロ
ーブ１２の振動に伴って生じる変位データは、前記閾値
ＳＨＩを越えないようになっている。

一方、接触検知プローブ１６の出力信号はフリップフロ
ップ３８のセント人力Ｓに加えられている。

フリップフロップ３８は、接触検知プローブ１６が接触
を検知し、接触検知信号（Ｈレベル信号）がセット人力
Ｓに加えられるとセットされ、出力端子ＱからＨレベル
信号をラッチ回路２０．２２のラッチ人力に出力し、こ
れによりラッチ回路２０．２２はラッチされ、その出力
データは固定される（第３図（Ａ）、（Ｂ）参照）。ま
た、フリップフロップ３８の出力端子Ｑから出力される
Ｈレベル信号は、微分回路４０に加えられる。

微分回路４０は入力するＨレベル信号の立ち上がり微分
をとり、その微分信号（トリガパルス）をワンショット
回路４２に加える。

ワンショット回路４２は上記トリガパルスを入力すると
、所定のパルス幅ＴＶ　のパルスをアンド回路３２及び
微分回路４４に出力する（第３図（Ｃ）参照）。ところ
で、ワンショット回路４２には、キャリッジ１１の速度
データが加えられており、ワンショット回路４２はこの
速度データに応じて前記パルス幅ＴＶ　を自動設定でき
るようになっている。即ち、パルス幅Ｔｖ　は、次式、
Ｔｖ　−３Ｈ１／　ＶＩＬ＋　α（ｍｓｅｃ）に基づい
て設定される。尚、上記式において、ＳＨｌは前述した
変位データに対する閾値であり、Ｖヶはキャリッジ１１
の速度データであり、αは余裕時間であり。また、キャ
リッジ１１の速度デクＶ。は例えばキャリッジ１１の位
置データを微分することによって得ることができる。

（数分回路４４はワンンヨ７）回路４２から出力される
パルスの立ち下がり１並分をとり、その微分信号（リセ
ット入力）をフリンブフロノプ３８のリセット入力Ｒに
加える。これにより、フリップフロ７プ３８はりセット
され、ラッチ回路２０．２２のラッチは解除される。

また、アンド回路３２は、比較器２８の出力とワン／ヨ
ツト回路の出力とのアンド条件が成立すると、ゲート回
路２６にＨレベル信号を出力し、演算器２４からの人力
データをゲート回路２６を介して出力させる。

上記構成の信号処理回路によれば、接触検知プローブ１
６から接触検知信号（Ｈレベル信号）が出力されると（
第３図（Ａ））、そのときのキャリッジ１１の位置デー
タ及び変位検出プローブ１２の変位データはラッチ回路
２０．２２によって直ちにラッチされる（第３図（Ｂ）
）。また、ワンショｙ）回路４２からは所定のパルス幅
ＴＶ　のパルスがアンド回路３２に出力されアンド回路
３２が動作可能になる。

その後、時間ＴＶ　の間に、キャリラン１１の移動速度
の伴って変位検出プローブ１２の変位データが大きくな
り、閾値ＳＨＩを越えると（第３図（Ｄ））　、比較器
２８からアンド回路３２を介してＨレベル信号（パルス
信号）がゲート回路２６に出力される（第３図（Ｅ））
。

これにより、ゲート回路２６は、ラッチ回路２０．２２
でラッチされ、演算器２４で加算されたデータを有効な
測定データとして通過させ、このようにして測定データ
が取り込まれる（第３図（Ｆ））。

一方、接触検知プローブ１６の振動等に起因してキマリ
ンジ１１の位置データ及び変位データがラッチされた場
合には、そのラッチした時点から時間ＴＶ　の間に変位
データが閾値ＳＨＩを越えることがなく、時間ＴＶ後に
ラッチが解除され、弓き続き測定が続行される。

尚、ラッチ時における変位検出プローブ１２の変位デー
タが無視てきる程度に小さい場合には、ラッチ回路２２
、演算器２４は不要になる。

第４図は本発明に係る座標測定装置の他の実施例に使用
されるプローブの概略を示す断面図である。また、第５
図は第４図のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、第６図は第
５図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

これらの図面に示すように、この接触検知プロブ１００
の触針１０２は圧電素子１．１０を介して円形基板１２
０の下部に固設され、この円形基板１２０の周面には３
本のビン１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃが等間隔に半径
方向に突設形成されている。

ケーンンク１４０は、３つの着座部１５０Ａ。

１、５０　Ｂ、１５０Ｃを有し、各着座部は隣接する２
つの球１５２．１５４から構成されている（第６図参照
）。ケーソング１４０はこれらの３つの着座部１５０Ａ
、１５０Ｂ、１５０Ｃに前記円形基板１２０の３本のビ
ン１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃを着座させることによ
り触針１０２を定位置に収斂させる。尚、各着座部は、
電気接点のうちの固定接点となっており、各ビンは可動
接点となっている。そして、触針１０２が定位置に収斂
されているときには、これらの接点は常にＯＮ状態にな
っている。

更に、ケーンング１４０と円形基板１２０との間にはス
プリング１６０が配設され、円形基板１２０全体を下方
に押し付け、ビン１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃが各々
着座部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃに安定して収まる
ようにしている。

第７図は第５図のプローブ１００を使用した本発明に係
る座標測定装置の信号処理回路の一例を示すブロフク図
であり、第８図は座標測定時のタイミングチャートであ
る。尚、第７図において、第２図と共通の部分に関して
は同一の符号を付し、その説明は省略する。

第７図において、比較器３４の、へ入力には、圧電素子
１１０の出力信号が加えられており、比較器３４のＢ入
力には、闇値設定器３６から所定の閾値ＳＨ２が加えら
れており、比較器３４は圧電素子１１０の出力信号が閾
値ＳＨ２よりも大きいとき（Ａ＞Ｂ）　、Ｈレベル信号
をフリップフロップ３８のセット人力Ｓに出力する（第
３図（Ａ）参照）。

また、接触検知プローブ１００の出力信号（即ち電気接
点が開いたときにはＨレベル信号、閉じているときには
Ｌレベル信号となる信号（第８図（Ｄ））がアンド回路
３２に加えられている。

上記構成の信号処理回路によれば、圧電素子１１０の出
力信号が閾値ＳＨ２を越えると（第８図（Ａ））　、そ
のときのキャリッジ１１の位置データはラッチ回路２０
によって直ちにラッチされる（第８図（Ｂ））。また、
ワンショット回路４２からは所定のパルス幅Ｔ、のパル
ス（第８図（Ｃ））がアンド回路３２に出力されアンド
回路３２が動作可能になる。

その後、時間Ｔ、の間に、キャリッジ１１の移動速度に
伴って接触検知プローブ１００の触針１０２が傾動し、
電気接点が開くとく第８図（Ｄ））、アンド回路３２を
介して（第８図（Ｅ））ゲート回路２６を開く。

これにより、ゲート回路２６は、ラッチ回路２０でラッ
チされたデータを有効な測定データとして通過させ、こ
のようにして測定データが取り込まれる（第８図（Ｆ）
）。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る座標測定装置によれ
ば、変位検出プローブが被測定物に接触したときのみを
検知するようにしたため、比較的重い変位検出プローブ
を急速に加減速して変位検出プローブに振動等が発生し
ても、これに起因して誤った測定データを取り込むこと
がなくなり、測定時間の短縮化が可能になり、また、接
触検知プローブが被測定物に接触した瞬間にデータをラ
ッチするので、変位検出プローブによって検出される変
位量の測定誤差の影響を最小限にすることができ、測定
精度が高くなる。

また、触針の傾動に応じて電気接点が開閉するタイプの
接触検知プローブに更に圧電素子を設けるようにし、圧
電素子の検出出力が所定の値に達した瞬間に位置データ
をラッチし、接点が開いたときにラッチした位置データ
を有効と判断するようにしたため、上記の場合と同様に
最小の測定力で座標測定を行うことができ精度の高い測
定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る座標測定装置の一実施例に使用さ
れるプローブの概略を示す断面図、第２図は第１図のプ
ローブによって座標測定を行う場合の信号処理回路の一
実施例を示したブロック図、第３図は第１図のプローブ
を使用して座標測定を行う場合を示すタイミングチャー
ト、第４図は本発明に係る座標測定装置の他の実施例に
使用されるプローブの概略を示す断面図、第５図は第４
図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第６図は第５図のＢＢ線に
沿う断面図、第７図は第５図の接触検知プローブによっ
て座標測定を行う場合の信号処理回路の一実施例を示し
たブロック図、第８図は第５図のプローブを使用して座
標測定を行う場合を示すタイミングチャート、である。１２・・・変位検出プローブ、　　１１・・・キャリッ
ジ、１６．１００・・・接触検知プローブ、　　１８．
１０２・・・触針、　２０．２２・・ラッチ回路、　　
２４・・・演算器、　２６・・・ゲート回路、　２８．
３４・・・比較器、　３２・・・アンド回路、　４２・
・・ワンショット回路、　　１１０・・・圧電素子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）変位検出プローブの変位データと該変位検出プロ
ーブを移動させるキャリッジの移動位置データとを演算
して測定物の表面形状等を測定する座標測定装置におい
て、前記変位検出プローブの先端に被測定物との接触検知を
行う接触検知プローブを取り付け、該接触検知プローブ
によって被測定物との接触を検出したとき、前記キャリ
ッジの位置データをラッチし、ラッチ後所定時間内に前
記変位検出プローブの変位データが予め設定した閾値を
越えた場合に、前記ラッチした位置データを有効として
読み込むようにしたことを特徴とする座標測定装置。
（２）触針の傾動に連動して電気接点を開き被測定物と
の接触を示す接触信号を出力する接触検知プローブに、
前記電気接点の開による接触検知よりも前記触針と被測
定物との接触検知の感度の高い圧電素子を設け、前記圧
電素子の検出出力が所定の閾値を越えたとき、前記接触
検知プローブを移動させるキャリッジの位置データをラ
ッチし、ラッチ後所定時間内に前記電気接点が開となっ
た場合に、前記ラッチした位置データを有効として読み
込むようにしたことを特徴とする座標測定装置。