JPH0347688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面形状測定用トレーサ、特にワーク
表面への追従性に優れた高精度の表面形状測定用
トレーサに関するものである。

［従来の技術］ ワークの表面形状を連続的に追従測定する接触
式表面形状測定装置が周知であり、CNC三次元
測定機等に表面形状測定用トレーサを装着し、こ
のトレーサの触針をワークに接触させながら、こ
のときの触針の三次元移動座標を検出することに
よつて、ワーク表面をトレースしながらその形状
を知ることができ、複雑な形状のワーク測定に極
めて有用である。

従来において、この種のトレーサとしては例え
ば米国特許第3869799号が周知であり、三軸方向
に自由に検出ピンが移動可能であり、このピンを
ワークに沿つて追従させることによつて所望の表
面形状トレースを行うことができる。この種の表
面形状測定用トレーサは触針が常時ワークに接触
しており、このときの触針の変位量を測定しトレ
ーサ自体の移動位置と前記測定された各軸方向の
触針移動量とを演算して所望の表面座標が求めら
れ、あるいは触針の変位量を常時一定値に保つよ
うにトレーサ自体の移動を制御し、これによつて
トレーサ自体の移動座標から表面の座標が記録さ
れる。

従つて、いずれの場合においても触針は所定の
押圧力でワークに接触しており、特に触針の押圧
力を全方向にわたつて一定に保つように基台に対
して触針が保持されなければならず、このような
安定した押圧力を得るためには各部における摩擦
抵抗あるいはばね等のヒステリシス特性を著しく
減少させなければならない。

前記従来装置においては、各軸方向に対して平
行ばねを用いて接触時の押圧力を確保し、また原
点基準位置への戻り力を与えているが、このよう
な従来装置では板ばねの固定時の位置精度のばら
つき、非線形特性、変形の程度により発生するＺ
軸方向誤差等によつてトレーサの測定値に方向性
が出てしまうという欠点があつた。

また、従来においても、更に他の各種の表面形
状測定用トレーサが提案されていたが、これらは
いずれも摺動部の摩擦損失その他によつて表面の
追従性が悪く、形状測定時にトレーサを移動する
速度に限界が生じてしまい、良好な形状測定を行
うことができないという問題があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来の課題に鑑み為されたもので
あり、その目的は、触針のあらゆる方向への接触
に対しても一定の安定した測定圧で測定でき、ま
た原点基準位置への戻り特性に優れた追従性の良
い表面形状測定用トレーサを提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、基台に
対してそれぞれ直交方向に移動自在なＸ，Ｙ，Ｚ
スライダを有し、Ｚスライダは基台に対して吊り
ばねにて上下方向に吊下げ支持されている。

前記基台は実際上基台ブロツクから支持脚によ
つて垂下した軸受を為し、Ｚスイラダがこの軸受
に上下方向移動自在に支持され、このＺスライダ
に順次Ｙスライダ及びＸスライダがそれぞれ直交
方向に移動できるように各スライダ間に設けたス
ライド溝にて係合している。そして、最下位置に
あるＸスライダにはワークに接触するための触針
が連結固定されている。

そして、前記Ｘ，Ｙスライダの原点基準位置を
定めるため、Ｘスライダにはロツド状の戻しばね
の下端が固定され、この戻しばねの上端は前記基
台に上下方向に摺動自在に支持されている。

従つて、前述した吊りばね及び戻しばねの両者
によつて触針がその原点基準位置が定められるこ
ととなる。

更に、本発明においては、前記各スライダの摺
動面に加圧空気が導入され空気軸受を形成し、各
スライダは浮上状態で軸支されていることを特徴
とし、これによつて、各スライダは摩擦損失のな
い戻り特性の優れた移動作用を行うことができ
る。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

基台ブロツク１０は図示していないが周知の
CNC三次元測定機のプローブホルダにその上面
が固定可能であり、三次元測定機によつて手動あ
るいは自動的にトレーサ自体を任意の座標位置に
移動することができる。

前記基台ブロツク１０には固定脚１２，１４を
介して基台１６が固定されており、Ｚスライダ１
８、Ｙスライダ２０及びＸスライダ２２を介して
触針２４を任意の方向に移動自在に支持すること
ができる。

前記基台１６は第３図から明らかなように、角
筒形状からなり、その内周スライド面１６ａにＺ
スライダ１８の角柱状のＺスライド軸１８ａが上
下方向（Ｚ軸）に摺動自在に装着されている。

そして、Ｚスライダ１８は、第２図に示される
ように、Ｙスライダ２０のＹスライド溝２０ａと
係合するガイド軸１８ｂを有する。従つて、Ｙス
ライダ２０はＺスライダ１８に対してＹ軸方向に
自由に摺動移動することができる。

更に、Ｙスライダ２０は、第１図に示されるよ
うに、スライド溝２０ｂを有し、このスライド溝
２０ｂにはＸスライダ２０のＸスライド軸２２ａ
が摺動自在に係合しており、この結果、Ｘスライ
ダ２２はＹスライダ２０に対してＸ軸方向に自由
に摺動することができる。

前述した各スライダ１８，２０，２２は基台側
に対して吊り下げ支持されており、第１図におい
て、Ｚスライダ１８のガイド軸１８ｂの両端に突
出して設けられたばね掛け２６，２８にはそれぞ
れ吊りばね３０，３２の下端が係止され、両吊り
ばね３０，３２の上端は基台ブロツク１０に固定
されており、この結果、スライダ組立体は触針２
４を含む全重量が吊りばね３０，３２の引張り力
と釣合う位置にて吊り下げ支持されることとな
る。

前記吊りばね３０，３２はその上端が、実施例
においてばね掛け３４，３６を介してばね位置調
整板３８に固定されており、このばね調整板３８
を上下方向に移動することによつて、前記吊りば
ね３０，３２によるスライダ群の保持位置を調整
することができる。すなわち、ばね調整板３８は
そのナツト部３８ａが基台ブロツク１０の上下に
軸支されたねじ軸４０とねじ結合しており、この
ねじ軸４０を回転することによつて、ばね調整板
３８の上下位置を任意に選択することができる。
なお、ばね調整板３８はストツパピン４２によつ
て回り止めされており、ねじ軸４０とともに回転
することはない。

実施例において、前記ねじ軸４０を回転するた
めに、該ねじ軸４０には傘歯車４４が固定されて
おり、これと噛み合う傘歯車４６の軸４８を外部
から回転することによつて前記ばね位置の調整が
行われる。基台ブロツク１０の側面には作業孔１
０ａが設けられており、外部からドライバ等によ
つて前記軸４８を回転することができる。

以上のようにして、本発明によれば、上下方向
すなわちＺ軸方向に対してはスライダ群が吊りば
ね３０，３２によつて吊り下げ支持され、その原
点基準位置が定められるが、Ｘ，Ｙ軸平面におけ
る原点基準位置を定めるため、本発明において
は、戻しばね５０が設けられている。戻しばね５
０は円形断面の線ばねからなり、その下端はコレ
ツトチヤツク５２によつてＸスライダ２２に固定
され、このコレツトチヤツク５２は締めねじ５４
を回転することによつて強固に戻しばね５０を掴
み固定することができる。

そして、前記戻しばね５０の上端は基台１６に
対して上下移動自在に支持され、実施例において
は、戻しばね５０の上端は基台１６に直接支持さ
れることなく、基台１６内で上下方向に摺動する
前述したＺスライド軸１８ａに固定された軸受５
６内で摺動自在に支持されている。すなわち、戻
しばね５０の上端にはスライド軸５８が固定され
ており、このスライド軸５８が前記軸受５６内で
Ｚ軸方向に摺動自在に支持される。

従つて、戻しばね５０の上端はそのXY平面に
おいて基準の位置をとり、一方他端はＸスライダ
２２に固定されているので、触針２４のXY平面
に沿つた移動に対して全方向に戻り付勢力を与
え、これによつて、XY平面の原点基準位置を定
めることができる。

そして、スライド軸５８は軸受５６内でＺ軸方
向に摺動できるため、XY平面に沿つた移動によ
つてその位置が変化しても上下方向の変位が吸収
される。

戻しばね５０のばね特性を変えるため、本実施
例によれば、前記コレツトチヤツク５２による戻
しばね５０の下端掴み位置を変えることによつて
行うことができ、戻しばね５０の上端がＺ軸方向
に摺動自在に支持されることによつて、前記コレ
ツトチヤツク５２による戻しばね５０の下端掴み
位置変更を容易に行うことが可能となる。

以上のようにして、XYスライダ群は単一の原
点基準位置が定められ、更に各軸方向に均一の押
圧力で移動できることが理解される。

そして、前記Ｘスライダ２２には触針２４が固
定保持され、図示していないワークに触針２４を
接触させると、各軸方向に均一な押圧力で触針２
４が移動できることとなる。

実施例において、触針２４は触針ホルダ６０に
着脱自在に固定されており、この触針ホルダ６０
は振動子６２を介して前記Ｘスライダ２２に連結
されており、振動子６２は触針ホルダ６０と振動
子ホルダ６４との間に挟持固定されている。そし
て、この電歪型振動子６２の機械的な微小振動に
よつて、触針２４はワーク表面に振動しながら接
触することとなり、これによつて触針２４とワー
クの表面との接触摩擦を低減させ、触針２４の追
従性を著しく改善している。

前記各スライド軸１８，２０，２２の原点基準
位置からの移動量を測定するために、各軸毎にス
ケールが配置され、光学センサによつて各スライ
ダの移動量が検出される。

Ｚ軸スケール６６はＺスライダ１８から立上が
り、これに隣接対向して前記基台１６にはＺセン
サ６８が設けられており、両者の相対移動によつ
て触針２４のＺ軸方向の移動量を知ることができ
る。

Ｙ軸スケール７０は、第２図に示されるように
Ｙスライダ２０に設けられており、これと隣接対
向配置されたＺスライダ１８に設けられたＹセン
サ７２との協働によつてＹ軸方向の移動量が測定
される。

同様に、Ｘ軸スケール７４が第１図に示され、
Ｘセンサ７６と協働してＹスライダ２４に対する
Ｘスライダ２２の移動が検出される。

本実施例においては、前記各軸方向に対して任
意に移動できるとともに、いずれかに選択された
軸方向移動禁止することも可能であり、ソレノイ
ドによつて係止ピンを相対移動部に押し当てて所
定軸の移動を禁止している。

Ｚ軸の移動禁止は第２，３図に示されるＺスラ
イダ１８の溝１８ｃと基台１６に設けられている
溝１６ｃとの間で行なわれ、これら両溝１８ｃ，
１６ｃに対向する位置でストツパピン７８がソレ
ノイド８０から突出可能に設けられており、ソレ
ノイド８０を励磁することによつてストツパピン
７８を前記溝１８ｃ，１６ｃに向かつて突出さ
せ、この状態でＺスライダ１８の移動を停止する
ことができる。

同様に、Ｙスライダ２０の停止は溝２０ｄとＺ
スライダ１８の溝１８ｄとにより行なわれ、前述
したと同様にソレノイド８２で駆動されるストツ
パピン８４にてＹスライダ２０の移動が禁止され
る。

そして、Ｘスライダに対しては溝２２ｅとＹス
ライダ２０に設けられた溝２０ｅとの間で行なわ
れ、このためにソレノイド８６で駆動されるスト
ツパピン８８が設けられている。

本発明においては、前記各スライダ１８，２
０，２２の移動を低摩擦で行うために各スライダ
のスライド面すなわち１６ａ，２０ａ，２０ｂに
は加圧空気が供給されている。

すなわち、第２図において、基台ブロツク１０
内に設けられた加圧空気分配器９０には図示して
いないが外部からコンプレツサによつて加圧空気
が供給され、ここからダクト９２，９４を介して
前記各摺動面に加圧空気が供給され空気軸受が形
成されている。

Ｚ軸方向の摺動面１６ａに加圧空気を供給する
ために、前記ダクト９２は導入孔９４から基台１
６内に設けられた図示していない空気溝に導か
れ、摺動面１６ａの所定の複数個所に設けられた
小孔から加圧空気が吹出され、この空気軸受によ
つて、Ｚスライド軸１８ａは基台１６内において
浮上軸受されることとなる。

一方、前記ダクト９４からの加圧空気は導入部
９８からＹスライダ２０に導かれ、このＹスライ
ダ２０はＹスライダ溝２０ａ及びスライド溝２０
ｂを有するので、ここから図示していない空気溝
を通つて各溝２０ａ，２０ｂに前述したと同様の
複数の小孔から加圧空気を送出し、この空気軸受
によつて、Ｙスライダ２０及びＸスライダ２２も
同様に浮上支持することができる。

従つて、本発明によれば、各スライダ間の摩擦
を著しく小さくすることができ、その原点戻り特
性を改善可能である。

実施例において、前記基台ブロツク１０内部に
は前記各センサ６８，７２，７６から得られる電
気的な信号を漸次増幅するプリアンプ９８，１０
０，１０２が内蔵されており、これによつて電気
的な特性に優れた信号を取出すことが可能とな
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、XYZ
の三軸方向に安定した接触圧あるいは移動特性を
与えまた原点基準位置への復帰が極めて容易に行
なわれ、ワーク表面への追従性に優れた高精度の
表面形状測定用トレーサを提供することができ、
特にワーク表面の自動測定等に極めて有用なトレ
ーサを提供可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る表面形状測定用トレーサ
の好適な実施例を示す縦断面図、第２図は第１図
の−断面図、第３図は第２図の−断面図
である。 １０…基台ブロツク、１６…基台、１８…Ｚス
ライダ、２０…Ｙスライダ、２２…Ｘスライダ、
２４…触針、３０，３２…吊りばね、５０…戻し
ばね、６２…振動子、９２，９４…加圧空気ダク
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基台に対してＺスライダ、Ｙスライダ及びＸ
   スライダが順次互いに直交方向に摺動自在に支持
   され、前記Ｘスライダにワークと接触する触針が
   連結固定され、触針をワークの表面に沿つて摺動
   させ、表面形状を電気的な信号として検出する表
   面形状測定用トレーサにおいて、前記Ｚスライダ
   は吊りばねによつて上下方向に基台から吊下げ支
   持され、前記触針を担持するＸスライダにはXY
   平面に対して基準位置戻り力を与える戻しばねの
   一端が固定され、前記戻しばねの他端は基台に対
   してＺ軸方向に摺動自在に支持され、前記各スラ
   イダのスライド面には加圧空気が供給され空気軸
   受を構成することを特徴とする表面形状測定用ト
   レーサ。