JPH04113210A - 変位測定装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、被測定物にスタイラスを接触させて相対的に
移動させることにより変位測定を行う変位測定装置に関
する。

（従来の技術） 被測定物の形状を検知する変位測定装置は、軸方向に移
動自在に支持されたプローブ軸の先端部にスタイラスが
設けられ、このスタイラスを被測定物に接触させ、被測
定物の形状に倣って進退動作するスタイラスのストロー
クを前記プローブ軸に伝達するようになっている。前記
プローブ軸は、摩擦力を軽減するために空気軸受により
非接触軸支されている。また、前記スタイラスは、その
位置に関係なく被測定物に一定の接触圧で接触するよう
になっている。

すなわち、第６図は、従来の変位測定装置（Ａ）を示し
ている。この変位測定装置（＾）は、円筒状のハウジン
グ（Ｘ）　と、このハウジング（Ｘｌ　の内部に設けら
れた空気軸受（Ｂ）　と、この空気軸受（Ｂ）に軸方向
に移動自在に軸支されたプローブ軸（Ｃ）と、このプロ
ーブ軸（Ｃ）の先端に設けられたスタイラス（Ｄ）と、
プローブ軸（Ｃ）の末端に設けられプローブ軸（Ｃ）の
移動量を検出するためのコーナキューブ（Ｅ）と、プロ
ーブ軸（Ｃ）の後端部に環装されたコア（Ｆ）　と、こ
のコア（Ｆ）を非接触で囲繞するようにハウジング（Ｘ
）　に設けられたバイアスコイル［Ｇ）　とからなって
いる。前記プローブ軸（Ｃ）は、横断面形状が矩形であ
って、これに対応して空気軸受（８）の軸受穴も矩形に
なっていて、プローブ軸（Ｃ）の軸の回りの回転を防止
できるようになっている。

一方、第７図は、従来の他の変位測定装置（Ｈ）を示し
ている。この変位測定装置（Ｈ）は、円筒状のハウジン
グ（１）と、この／Ｓウシング（１）の内部に設けられ
た軸受（１）　と、この軸受（１）に軸方向に移動自在
に静圧軸支されたプローブ軸（Ｋ）　　と、このプロー
ブ軸ｆＫ）の先端に取付られたスタイラス（Ｌ）　　と
、プローブ軸（Ｋ）の後端に軸方向に沿って設けられた
凹溝（Ｍ＋　と、ハウシング（１）の内部に凹溝（ｉｌ
りに遊挿するように突設され回転止めピン（Ｎ）　　と
からなっている。そして、軸受（ｊ）　　とプローブ軸
（Ｋ）　　とのギャップには、空気流路（Ｐｉ　を経由
して空気流入口（Ｒ）から圧縮空気が供給されるように
なっている。さらに、軸受（Ｊ）とプローブ軸（Ｋ）　
とのギャップに供給された圧縮空気は、空気流出口（Ｓ
）から外部に放出されるように°なっている。そして、
空気流出口（Ｐ）の開口面積の調整は、図示せぬ調整ね
しにより行うようになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかして、前者の変位測定装置（＾）においては、プロ
ーブ軸（Ｃ）の横断面形状を矩形に形成し、これに対応
して空気軸受（Ｂ）の軸受穴を矩形に形成することによ
り、プローブ軸（Ｃ）の軸線の回りの回転を防止してい
るが、プローブ軸ＦＣ）の横断面形状が円形のものに比
べて、軸受ブツシュの組立て、軸受すきまの調整など加
工・組立て上の手間が増える。

一方、後者の変位測定装置（）Ｉ）においては、プロー
ブ軸（に）の後端に軸方向に沿って設けられた凹溝（Ｍ
）に、ハウジング（１）の内部に突設され回転止めピン
（Ｎ）を遊挿させることにより、プローブ軸（Ｋ）の軸
線の回りの回転を防止しているが、この方法では、プロ
ーブ軸（Ｋ）の回転を回転止めピン（Ｎ）により強制的
に止めるため、軸受（１）により実現されているプロー
ブ軸（Ｋ）の滑らかな動きが損なわれる。また、回転止
めピン（Ｎ）のプローブ軸（Ｋ）への接触により、スタ
イラス（Ｌ）での測定力が変動する虞がある。

本発明は、上記事情を参酌してなされたもので、回転止
めピンとの機械的接触やプローブ軸の断面形状を加工・
組立ての難しい矩形の空気軸受にすることなく、プロー
ブ軸の回転を防止することのできる変位測定装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の変位測定装置は、プローブ軸に取付けられた複
数の第１の永久磁石とこれらの第１の永久磁石に対向し
て固設された第２の永久磁石との間に働く磁気力により
、プローブ軸の回転を非接触状態にて止めるようにした
ので、プローブ軸の軸方向の移動時に摺動抵抗が加わる
こきなく、プローブ軸を常に安定した状態に維持するこ
とができる。したがって、変位測定精度並びに信頼性の
向上に寄与するところ大である。また、プローブ軸を横
断面矩形に加工する必要がなくなるので、加工・組立て
作業性が向上することは−もとより、製造コストの低減
にも寄与することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は、この実施例の変位測定装置（Ｐｌ）を示して
いる。この変位測定装置（Ｐｌ）は、円筒状のハウジン
グ（１）と、このハウジング（１）の内部に設けられた
空気軸受（２）と、この空気軸受（２）により軸方向に
移動自在に非接触軸支され且つ非磁性材料からなる円柱
状のプローブ軸（３）と、このプローブ軸（３）の前端
に同軸に設けられ変位量か測定される被測定物に直接当
接するスタイラス（４）と、プローブ軸（３）とスタイ
ラス（４）の間に介設されプローブ軸（３）の軸方向の
移動を規制するストッパ（５）と、プローブ軸（３）の
後端部に設けられこのプローブ軸（３）の移動量を検出
するためのコーナキューブ（６ａ）を有する測長部（６
）と、プローブ軸（３）及びハウシング（１）の内部の
後端部に設けられた接触圧調整部（７）と、プローブ軸
（３）とストッパ（５）の間に設けられプローブ軸（３
）の軸線の回りの回転を防止する回転止め部（８）とか
らなっている。しかして、ハウシング（１）は、コーナ
キューブ（６ａ）を同軸に囲繞する第１ハウジング部（
１０）と、この第１ハウシング部（１０）に連接し接触
圧調整部（７）を保持する第２ハウシング部（ＩＩ）と
、この第２ハウジング部（１１）に連接し空気軸受（２
）を保持する第３ハウジング部（１２）と、この第３ハ
ウシング部（１２）に連接し回転１１：、め部（８）を
同軸に囲繞する第４ハウジング部（１３）と、この第４
ハウジング部（１３）に連接しストッパ（５）か同軸に
遊挿される第５ハウシング部（１４）とからなっている
。この第５ハウシング部（１４）は、円筒部（１５）と
、この円筒部（１５）の一端部に設けられた端板（１６
）とからなっている。そして、円筒部（１５）の−端部
側の周縁部にはテーパ面（１６ａ）が形成されている。

このテーパ面（１６ａ）には、一端部が円筒部（１５）
の内部に開口する透孔（！７）・・・の他端部が開口し
ている。また、端板（１６）には、ストッパ（５）の一
部が挿通ずる透孔（１８）か、同軸に穿設されている。

さらに、空気軸受（２）は、第３ハウジング部（１２）
に内嵌された金属製のブツシュ（１９）と、このブツシ
ュ（１９）の外面に設けられた一対のリング状案内溝ｆ
２０］、　（２０）　と、これらの案内溝（２０）、　
（２０１に連通してブツシュ（１９）の等開位置にて複
数個穿設されプローブ軸（３）に向かって圧縮空気を噴
出する絞り孔（２１）・・・と、ブツシュ（１９）の一
対のリング状案内溝（２０）、　（２０）間に等配して
穿設され絞り孔（２１）・・・からブツシュ（１９）の
内部に供給された空気を外部に排出するための排気孔（
２２）・・・とからなっている。また、第３ハウジング
部（１２）の排気孔（２２）・・・に対応する位置には
、排気孔（２２）・・・に対して同軸に排気孔（２２ａ
）・・・が穿設されている。また、第３ハウジング部（
１２）の案内溝（２０）、　（２０）に対応する位置に
は、圧縮空気をこれら案内溝（２０）、　（２０）に導
入するだめの圧縮空気導入孔（２４）、　（２４）が穿
設されている。この圧縮空気導入孔（２４）、　（２４
）は、図示せぬ導管を介して、図示せぬ圧縮空気源に接
続されている。さらに、ストッパ（５）は、プローブ軸
（３）に同軸に連結され一端部が透孔（１８）から突出
する細部（２５）と、この軸部（２５）の中途部に設け
られた鍔部（２６）とからなっている。しかして、この
鍔部（２６）は、ブツシュ（１９）と端板（１６）によ
り規制される範囲内で進退自在となっている。

さらに、スタイラス（４）は、軸部（２５）の先端に同
軸に取付けられた基軸（２７）と、この基軸（２７）の
先端に同軸に連結されたルヒー製の球体部（２８）とか
らなっている。一方、測長部（６）は、プローブ軸（３
）の軸線に対して４５度傾斜し且つ互いに直交する一対
の反射面（２９ａ）、　（２９ｂ）か設けられたコーナ
キューブ（６ａ）と、一対の反射面（２９ａ）、　（２
９ｂ）にて入反射したレーザ光（３０）、　　（３１）
の干渉特性によりプローブ軸（３）の変位量を検出する
レーザ干渉式測長器（３２）とからなっている。上記レ
ーザ干渉式測長器（３２）は、プローブ軸（３）の軸線
に沿って一対の反射面（２９ａ）、　（２９ｂ）のうち
一方のものにレーザ光（３０）を投射するように設けら
れている。そして、一方の反射面（２９ａ）に入射した
レーザ光（３０）は、他方の反射面（２９ｂ）にて反射
し、このとき反射したレーザ光（３１）が、再びプロー
ブ軸（３）の軸線に沿ってレーザ干渉式測長器（３２）
に戻ってくるようになっている。さらに、接触圧調整部
（７）は、第２ハウシング部（ｊｌ）に内嵌され非磁性
体からなる円筒状のボビン（３３）と、このボビン（３
３）に巻回された一対のバイアスコイルｆ３６）、　ｆ
３７）　　と、プローブ軸（３）のボビン（３３）に対
向する位置に外嵌された円筒状のコア（３８）とからな
っている。そして、上記バイアスコイル［３６）、　（
３７）は、図示せぬ電源から給電され、給電量の調整に
よりバイアスコイル（３６）、　（３７］　とコア（３
８）との間に発生する磁力を変化させることができるよ
うになっている。この給電によりバイアスコイル（３６
）、　（３７）が発熱するので、第２ハウジング部（１
１）の外周部には、鍔状のフィン（３９）・・・が突設
されている。さらに、回転止め部（８）は、第２図に示
すように、ストッパ（５）の軸部（２５）とプローブ軸
（３）との間に同軸に介挿・固定された円柱状の軸体（
４０）と、この軸体（４０）の外周面の軸線に直交する
円周方向に沿う４箇所に等配して固着された断片状の第
１の永久磁石（４１）・・・と、軸体（４０）を同軸に
囲繞する第４ハウジング部（１３）の内壁面に上記各第
１の永久磁石（４１）・・・と対向するように４個固着
された第２の永久磁石（４２）・・・からなっている。

しかして、第１の永久磁石（４１）・・・と第２の永久
磁石（４２）・・・とは、互いに異極同志か対向するよ
うに設けられている。たとえば、第１の永久磁石（４１
）・・・の第２の永久磁石（４２）・・・に対向する面
か、Ｓ極とすると、第２の永久磁石（４２）・・・の第
１の永久磁石（４１）・・に対向する面は、Ｎ極に設定
する。したがって、第１の永久磁石（４１）・・・と第
２の永久磁石（４２）・・・との間には、磁気的吸引力
か常に作用していることになる。また、第１の永久磁石
（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）、・・とは、
幅と厚さがほぼ等しく設けられている。さらに、第１の
永久磁石（４１）・・・の長さをＬｌ、第２の永久磁石
（４２）・・・の長さをＬ２、また、スタイラス（４）
のストローク長さをＬ３とすると、これらは次式■、■
を満足するように設定されている（第３図参照）。

Ｌ　１．　＜　Ｌ　２・・・・・・・・・・・・■Ｌ３
＜Ｌ２・・・・・・・・・・・・■すなわち、プローブ
軸（３）か最も前進した場合と、プローブ軸（３）が最
も後退した場合でも、第１の永久磁石（４１）・・・は
、第２の永久磁石（４２）・・・に常に対向し、第１の
永久磁石（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）・・
・とは、常に対向する面積が変化しないように設けられ
ている。

つぎに、上記構成の変位測定装置（Ｐｌ）の作動につい
て述べる。

まず、図示せぬ圧縮空気源から圧縮空気を圧縮空気導入
孔（２４１，（２４）から案内溝（２０）、　ｆ２０）
に供給する。すると、圧縮空気は、これら案内溝（２１
］）、　（２１１）から絞り孔（２１）・・・を経由し
てプローブ軸（３）とハウジング（１）の内壁面との間
のギャップに供給される。その結果、プローブ軸（３）
は、ハウジング（１）に静圧軸支される。このとき、絞
り孔（２１）・・・から噴出した圧縮空気は、排気孔（
２２）・・・排気孔（２２ａ）・・・、透孔（１７）・
・・及び透孔（４２）・・・を介して、外部に放出され
る。このとき、レーザ干渉式測長器（３２）からは、レ
ーザ光（３０）をコーナキューブ（６ａ）の反射面（２
９ａ）に投射し、反射面（２９Ｎから反射されたレーザ
光（３１）を受光して、プローブ軸（３）の変位量を測
定できるようにしておく。

また、バイアスコイル（３６）、　（３７）には、所定
量だけ給電しておく。かくて、プローブ軸（３）がスタ
イラス（４）を介して被測定物に当接した際には、プロ
ーブ軸（３）は、矢印（５２ａ）方向に後退するが、バ
イアスコイル（３６）、　（３７）とコア（３８）との
間に発生する磁力により、プローブ軸（３）は、矢印（
５２ｂ）方向に押し戻され、これにより被測定物に対す
るプローブ軸（３）の接触圧が発生する。ところで、ス
タイラス（４）を介してプローブ軸（３）に、これを回
転させようとする外乱力が働いたとする。その結果、第
１の永久磁石（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）
・・・との対向する面積が変化する。しかし、第１の永
久磁石（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）・・・
との間には、磁気的吸引力が作用しているので、それら
の対向面積の変化を妨げようとする拘束力が両者間に働
く。この拘束力によりプローブ軸（３）の回転は止めら
れ、プローブ軸（３）は、安定し゛た状態を保つことが
できる。とくに、第３図に示すように、第１の永久磁石
（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）・・・とは、
プローブ軸（３）が最も前進した場合と、プローブ軸（
３）か最も後退した場合でも、第２の永久磁石（４２）
・・・に第１の永久磁石（４１）・・・か常に対向し、
且つ、それらの対向する面積が変化しないように設けら
れているので、磁気的吸引力のバランスは一定に保たれ
、プローブ軸（３）の回転止め効果が一層確実かつ安定
したものとなる。

以上のように、この実施例の変位測定装置（Ｐｌ）は、
回転止め部（８）は、第１の永久磁石（４１）・・・と
第２の永久磁石（４２）・・との間に働く磁気的吸引力
により、プローブ軸（３）の回転を非接触状態にて止め
るようにしたので、プローブ軸（３）の軸方向の移動時
に摺動抵抗が加わることなく、プローブ軸（３）を常に
安定した状態に維持することができる。したがって、変
位測定精度並びに信頼性の向上に寄与するところ大であ
る。また、プローブ軸（３）を横断面矩形に加工する必
要がなくなるので、加工・組立て作業性が向上すること
はもとより、製造コストの低減にも寄与することができ
る。

つぎに、第４図は、本発明の他の実施例の変位測定装置
（Ｐｌ）を示している。なお、この第４図において、回
転止め部（８−１）及びこの回転止め部（８−１）を保
持している第４ハウシング部（＋３−１＋以外は、変位
測定装置（ＰＩ）と同一構成なので、同一部分には同一
符号を付し、詳細な説明を省略する。

しかして、上記第４ハウシング部（１３−１）は横断面
が矩形状に形成されている。また、上記回転止め部（８
−１）は、第５図に示すように、ストッパ（５）の軸部
（２５）とプローブ軸（３）との間に同軸に介挿・固定
された横断面矩形状の軸体（７０）と、この軸体（ＴＯ
）の四つの外側面に等配して固着された断片状の第１の
永久磁石（７１）・・・と、軸体（７０）を同軸に囲繞
する第４ハウジング部（＋３−１）の横断面矩形状の内
壁面に上記各第１の永久磁石（７１）・・・と対向する
ように４個固着された第２の永久磁石（７２）・・・か
らなっている。しかして、第１の永久磁石（７１）・・
・と第２の永久磁石（７２）・・・とは、すべて互いに
同極同志が対向するように設けられている。−たとえば
、第１の永久磁石（７１）・・・の第２の永久磁石（７
２）・・・に対向する面が、すべてＮ極とすると、第２
の永久磁石（７２）・・・の第１の永久磁石（７１）・
・・に対向する面は、すべてＮ極に設定する。したかつ
て、第１の永久磁石（７Ｉ）・・・と第２の永久磁石（
７２）・・・との間には、磁気的反発力が常に作用して
いることになる。この場合、同極となる対向する極性は
すべて同一でなければならない。たとえば、同極となる
対向する極性かＮ極の中に、Ｓ極が混在していてはなら
ない。なぜならば、この場合には、対向するもの同志間
に磁気的反発力が作用していても、隣接するもの同志の
うち一部のものの間に磁気的吸引力が作用する結果、プ
ローブ軸（３）が不安定化するからである。さらに、第
１の永久磁石（７１）・・・の幅をＷｌ、第２の永久磁
石（７２）・・・の幅をＷ２とすると、これらは次式■
を満足するように設定されている。

ｗ２＞ｗｌ・・・・・・・・・・・・■また、第１の永
久磁石（７１）・・・の長さをＬｌ、第２の永久磁石（
７２）・・・の長さをＬ２、また、スタイラス（４）の
ストローク長さをＬ３とすると、これらは次式■、■を
満足するように設定されている。

ＬＬ＞Ｌ２・・・・・・・・・・・−■ＬＬ＞Ｌ３　・
・・・・・・・・・・・■すなわち、プローブ軸（３）
が最も前進した場合と、プローブ軸（３）が最も後退し
た場合でも、第２の永久磁石（７２）・・・は、第１の
永久磁石（７１）・・・に対向し、第１の永久磁石（７
１）・・・と第２の永久磁石（７２）・・・とは、常に
対向する面積が変化しないように設けられている。

さて、この実施例の変位測定装置（Ｐｌ）において、回
転止め部（８−１１にてスタイラス（４）を介してプロ
ーブ軸（３）に、これを回転させようとする外乱力が働
いたとする。しかし、第１の永久磁石（７１）・・・と
第２の永久磁石（７２）・・・との間には、矩形をなす
ギャップ（７９）間にて磁気的反発力が作用しているの
で、プローブ軸（３）の回転を妨げようとする力が両者
間に働く。この力によりプローブ軸（３）の回転は止め
られ、プローブ軸（３）は、安定した状態を保つことが
できる。とくに、第１−の永久磁石（４１）・・・と第
２の永久磁石（４２）・・・とは、プローブ軸（３）が
最も前進した場合と、プローブ軸（３）が最も後退した
場合でも、第２の永久磁石（４２）・・・に第１の永久
磁石（４１）　　か常に対向し、且つ、それらの対向す
る面積か変化しないように設けられているので、磁気的
反発力のバランスは一定に保たれ、プローブ軸（３）の
回転止め効果か一層確実かつ安定したものとなる。

以上のように、この実施例の変位測定装置（Ｐｌ）は、
回転止め部（８）は、ギャップ（７９）間にて第１の永
久磁石（４１）・・・と第２の永久磁石（４２）・・・
との間に働く磁気的反発力により、プローブ軸（３）の
回転を非接触状態にて止めるようにしたので、プローブ
軸（３）の軸方向の移動時に摺動抵抗か加わることなく
、プローブ軸（３）を常に安定した状態に維持すること
ができる。したがって、変位測定精度並びに信頼性の向
上に寄与するところ大である。また、プローブ軸（３）
を横断面矩形に加工する必要がなくなるので、加工・組
立て作業性が向上することはもとより、製造コストの低
減にも寄与することができる。

［発明の効果］ 本発明の変位測定装置は、プローブ軸に取付けられた複
数の第１の永久磁石とこれらの第１の永久磁石に対向し
てハウジングの内壁に固設された第２の永久磁石との間
に働く磁気力により、プローブ軸の回転を非接触状態に
て止めるようにしたので、プローブ軸の軸方向の移動時
に摺動抵抗か加わることなく、プローブ軸を常に安定し
た状態に維持することかできる。したがって、変位測定
精度並びに信頼性の向上に寄与するところ大である。ま
た、プローブ軸を横断面矩形に加工する必要がなくなる
ので、加工・組立て作業性か向上することはもとより、
製造コストの低減にも寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の変位測定装置の構成図、第
２図は第１図の変位測定装置の要部断面図、第３図は第
１図の変位測定装置の作用説明図、第４図は本発明の他
の実施例の変位測定装置の構成図、第５図は第４図に示
す変位測定装置の要部拡大図、第６図及び第７図は従来
技術の説明図である。 （１）：ハウジング、（２）　　空気軸受、（３）プロ
ーブ軸、　　（４）　　ニスタイラス、（６）・測長部
。 （７）：接触圧調整部、　　ｆ８）　　：回転止め部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状のハウジングと、このハウジングの内部に設
   けられた静圧軸受と、この静圧軸受により軸方向に移動
   自在に非接触軸支された円柱状のプローブ軸と、このプ
   ローブ軸の一端に設けられ被測定物に当接するスタイラ
   スと、上記プローブ軸の一部に等配して取付けられた複
   数の第１の永久磁石及びこれらの第１の永久磁石に対向
   して上記ハウジングに取付けられた複数の第２の永久磁
   石からなり上記プローブ軸の軸線の回りの回転を防止す
   る回転止め部とを具備することを特徴とする変位測定装
   置。
2. （２）プローブ軸の一部が横断面矩形に形成され且つこ
   のプローブ軸の矩形部位をなす側面に第１の永久磁石が
   取付けられ、且つ、ハウジングの上記矩形部位を囲繞す
   る部位の内壁面の横断面形状は、上記プローブ軸の矩形
   部位に対応して上記プローブ軸が上記ハウジングに対し
   て非接触で軸方向に移動自在な矩形に形成され且つこの
   ハウジングの内壁面には上記第１の永久磁石に対向して
   第２の永久磁石が取付けられていることを特徴とする請
   求項（１）記載の変位測定装置。
3. （３）第１の永久磁石と第２の永久磁石は、互いに対向
   する面の極性が同種の同極に設けられていることを特徴
   とする請求項（２）記載の変位測定装置。