JPH0421802B2 - - Google Patents

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JPH0421802B2
JPH0421802B2 JP57090402A JP9040282A JPH0421802B2 JP H0421802 B2 JPH0421802 B2 JP H0421802B2 JP 57090402 A JP57090402 A JP 57090402A JP 9040282 A JP9040282 A JP 9040282A JP H0421802 B2 JPH0421802 B2 JP H0421802B2
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JP
Japan
Prior art keywords
probe shaft
bearing member
spring
main body
spherical
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57090402A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58205801A (en
Inventor
Hironori Noguchi
Juji Yuzunaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP9040282A priority Critical patent/JPS58205801A/en
Publication of JPS58205801A publication Critical patent/JPS58205801A/en
Publication of JPH0421802B2 publication Critical patent/JPH0421802B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045Correction of measurements

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定ヘツドに係り、更に詳しくは形状
測定用の測定ヘツドの改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to measuring heads, and more particularly to improvements in measuring heads for shape measurements.

2次元または3次元自由曲面を形状測定機によ
り測定する方法としては、自由曲面上の複数点の
座標をいわゆるタツチ信号プローブで検知してこ
れらを演算処理する方法が識られている。しかし
ながらこのような方法を採用する場合にあつて
は、複雑な形状の曲面を測定するには極めて多数
の点についての座標を求めなければならず、迅速
作業が不可能となり、しかも、高価な演算装置を
用いなければならないという短所がある。
As a method for measuring a two-dimensional or three-dimensional free-form surface using a shape measuring machine, a method is known in which the coordinates of a plurality of points on the free-form surface are detected with a so-called touch signal probe and then arithmetic processing is performed. However, when adopting such a method, it is necessary to obtain the coordinates of an extremely large number of points in order to measure a curved surface with a complex shape, making it impossible to work quickly and requiring expensive calculations. The disadvantage is that a device must be used.

そこで、曲面に沿つてプローブ軸を移動させて
連続信号として曲面形状を検知する方法が既に識
られているが、従来は曲面の向きが変化するとプ
ローブ軸を追従させることができなくなる場合が
ある等、1個のプローブ軸では十分な測定が出来
ず、測定能率の劣るものであつた。
Therefore, a method is already known in which the shape of the curved surface is detected as a continuous signal by moving the probe axis along the curved surface, but in the past, if the direction of the curved surface changes, the probe axis may not be able to follow it, etc. However, sufficient measurement could not be performed with one probe axis, resulting in poor measurement efficiency.

本発明は、本体ケースと、この本体ケースから
突出された先端に接触子を有するとともに長手方
向中間部に球状周面部を有するプローブ軸と、前
記本体ケースに支持されるとともにプローブ軸が
挿通される中心部に前記球状周面部と同芯状の球
状受面が形成された軸受部材と、この軸受部材の
球状受面とプローブ軸の球状周面部との間に介装
された多角錐状のリテーナと、このリテーナの周
面に転動自在に保持された転動球と、前記プロー
ブ軸を軸受部材側に押圧するばねと、前記軸受部
材に転動球およびリテーナを介して支持されたプ
ローブ軸を所定の姿勢に保持する付勢手段と、
各々がプローブ軸に径方向より常時当接するよう
に付勢される可動片を有するとともに、軸受部材
に平行ばねを介して取付けられ、かつ、互いに直
交する直線変位を検出する2個の直接変位検出器
と、を設けたことを特徴としている。
The present invention includes a main body case, a probe shaft having a contact at a tip protruding from the main case and a spherical circumferential surface portion at a longitudinally intermediate portion, and the probe shaft is supported by the main body case and inserted through the probe shaft. A bearing member having a spherical bearing surface concentric with the spherical peripheral surface portion formed in the center thereof, and a polygonal pyramid-shaped retainer interposed between the spherical bearing surface of the bearing member and the spherical peripheral surface portion of the probe shaft. a rolling ball held on the circumferential surface of the retainer in a freely rolling manner; a spring that presses the probe shaft toward the bearing member; and a probe shaft supported by the bearing member via the rolling ball and the retainer. biasing means for holding the in a predetermined posture;
Two direct displacement detectors, each of which has a movable piece that is always urged to contact the probe shaft from the radial direction, and which are attached to the bearing member via a parallel spring and which detect linear displacement perpendicular to each other. It is characterized by having a container and.

従つて、本発明は、前記プローブ軸が球状周面
部の中心点を回動中心として自在に回動するた
め、接触子はプローブ軸の径方向に自在に移動
し、またプローブ軸の回動時における摩擦とがた
つきは前記多角錐状のリテーナと転動球とからな
るころがり装置により防止され、さらにプローブ
軸は前記付勢手段により常に適宜な方向へ付勢可
能とすることにより、接触子は迅速かつ正確にト
レースできるとともに、変位検出器は前記接触子
の移動変位を検出できることにより前記目的を達
成しようとするものである。
Therefore, in the present invention, since the probe shaft freely rotates around the center point of the spherical circumferential surface, the contactor can freely move in the radial direction of the probe shaft, and when the probe shaft rotates, Friction and rattling in the contactor are prevented by the rolling device consisting of the polygonal pyramidal retainer and the rolling balls, and the probe shaft is always biased in an appropriate direction by the biasing means. can be quickly and accurately traced, and the displacement detector is capable of detecting the movement and displacement of the contact, thereby achieving the above object.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1,2図には本発明による測定ヘツドの一実
施例が示されており、これらの図において、シヤ
ンク1の上端側には図示しない測定機本体の可動
部が連結されるようになつている。なお、ここに
いう測定機本体とは数値制御工作機械等の加工機
械を含むものである。
1 and 2 show an embodiment of the measuring head according to the present invention, and in these figures, a movable part of the measuring machine main body (not shown) is connected to the upper end side of the shank 1. There is. Note that the measuring machine body referred to herein includes a processing machine such as a numerically controlled machine tool.

シヤンク1の下端側には、厚肉円盤状の上蓋部
2を介して円筒状の本体ケース3が固定され、本
体ケース3内にはプローブ軸4が本体ケース3の
中心線に沿つて収納されている。プローブ軸4の
先端には接触子5が設けられ、接触子5は本体ケ
ース3の下端側より所定長だけ突出している。ま
た、プローブ軸4の中心軸線は前記シヤンク1の
中心軸線と重なり合つて一致できるようになつて
おり、ここにおいて、重なり合つて一致した状態
におけるプローブ軸4の中心軸線方向を中立軸線
方向ということとする。
A cylindrical main body case 3 is fixed to the lower end side of the shank 1 via a thick disk-shaped upper lid part 2, and a probe shaft 4 is housed inside the main body case 3 along the center line of the main body case 3. ing. A contact 5 is provided at the tip of the probe shaft 4, and the contact 5 protrudes from the lower end side of the main body case 3 by a predetermined length. Further, the central axis of the probe shaft 4 is designed to overlap and coincide with the central axis of the shank 1, and herein, the direction of the central axis of the probe shaft 4 in the overlapping and coincident state is referred to as the neutral axis direction. shall be.

プローブ軸4の長手方向中間部には球体6が設
けられている。球体6の中心点はプローブ軸4の
軸線上に位置されるとともに、球体6の周面によ
り球状周面部6Aが構成されている。また、プロ
ーブ軸4は前記球体6の下方側近傍において厚肉
円盤状の軸受部材7の中心部に挿通されている。
軸受部材7の上端面側には半球状の球状受面7A
が形成され、球状受面7Aは前記球状周面6Aと
同芯状に位置されている。
A sphere 6 is provided at the longitudinally intermediate portion of the probe shaft 4 . The center point of the sphere 6 is located on the axis of the probe shaft 4, and the circumferential surface of the sphere 6 forms a spherical circumferential surface portion 6A. Further, the probe shaft 4 is inserted through the center of a thick disk-shaped bearing member 7 near the lower side of the sphere 6.
A hemispherical spherical bearing surface 7A is provided on the upper end surface side of the bearing member 7.
is formed, and the spherical receiving surface 7A is located concentrically with the spherical peripheral surface 6A.

球状受面7Aと球状周面6Aとの間にはころが
り装置8が介装され、このころがり装置8は、第
3,4図にも示されるように、八角錐台状のリテ
ーナ9と、リテーナ9の台形板状の各周面の各々
に3個づつ保持されたベアリングボール状の転動
球10とを有している。このころがり装置8を介
して軸受部材7に支持されるプローブ軸4はプロ
ーブ軸4の軸線上の一点、即ち球体6の中心点を
回動中心としてあらゆる方向に回動自在とされて
おり、ここにおいて、プローブ軸4を本体ケース
3に支持し且つ接触子5の本体ケース3に対する
移動変位を許容する支持手段が、前記球状周面部
6A、球状受面7Aを有する軸受部材7、および
ころがり装置8により構成されている。
A rolling device 8 is interposed between the spherical receiving surface 7A and the spherical peripheral surface 6A, and as shown in FIGS. 3 and 4, the rolling device 8 includes a truncated octagonal pyramid-shaped retainer 9 and a Three rolling balls 10 in the form of bearing balls are held on each peripheral surface of the trapezoidal plate shape of 9. The probe shaft 4 supported by the bearing member 7 via the rolling device 8 is rotatable in all directions about a point on the axis of the probe shaft 4, that is, the center point of the sphere 6. In this, the supporting means for supporting the probe shaft 4 on the main body case 3 and allowing the movement of the contactor 5 with respect to the main body case 3 includes the spherical peripheral surface portion 6A, the bearing member 7 having the spherical receiving surface 7A, and the rolling device 8. It is made up of.

前記球体6は下半分側が球状受面7A内に嵌入
される一方、プローブ軸4の軸受部材7の下方側
の所定位置にはばね受け11が被嵌固定されると
ともに、ばね受け11と軸受部材7との間はプロ
ーブ軸4を下方に付勢する比較的微弱な圧縮コイ
ルばね12がプローブ軸4を囲繞する状態で介装
されており、プローブ軸4は中立軸線に保持され
るように軸受部材7に押圧されるとともに、球状
周面部6Aおよびころがり装置8、ころがり装置
8および球状受面7Aの各々は互いに所定圧力で
当接とされている。また、軸受部材7の上端面上
には、比較的短寸の円管体13が球体6の上半分
側を囲繞するようにして固定され、この円管体1
3により前記ころがり装置8が適正位置に維持さ
れるようになつている。
The lower half of the sphere 6 is fitted into the spherical receiving surface 7A, while a spring receiver 11 is fitted and fixed at a predetermined position below the bearing member 7 of the probe shaft 4, and the spring receiver 11 and the bearing member A relatively weak compression coil spring 12 that urges the probe shaft 4 downward is interposed between the probe shaft 4 and the probe shaft 7 in a state surrounding the probe shaft 4. While being pressed by the member 7, the spherical peripheral surface portion 6A, the rolling device 8, the rolling device 8, and the spherical receiving surface 7A are brought into contact with each other under a predetermined pressure. Further, a relatively short cylindrical body 13 is fixed on the upper end surface of the bearing member 7 so as to surround the upper half side of the sphere 6.
3, the rolling device 8 is maintained in a proper position.

軸受部材7にはボールブツシユ14を介して厚
肉リング状の固定リング15が被嵌され、軸受部
材7は固定リング15に対してプローブ軸4の中
立軸線方向に沿つて移動変位可能となつており、
さらに、前記移動変位は変位検出器16により検
出されるようになつている。変位検出器16は、
軸受部材7に垂設されたスピンドル17と、スピ
ンドル17の上端側に固定されたコア18と、コ
ア18を囲繞するよう支持杆19を介して本体ケ
ース3に支持されたコイル20とを有し、コイル
20内を直線状に変位するコア18の変位量が電
気信号として検出される差動トランス型検出器と
して構成されている。
A thick ring-shaped fixing ring 15 is fitted onto the bearing member 7 via a ball bush 14, and the bearing member 7 is movable relative to the fixing ring 15 along the neutral axis direction of the probe shaft 4. ,
Further, the movement displacement is detected by a displacement detector 16. The displacement detector 16 is
It has a spindle 17 vertically disposed on the bearing member 7, a core 18 fixed to the upper end side of the spindle 17, and a coil 20 supported on the main body case 3 via a support rod 19 so as to surround the core 18. , is configured as a differential transformer type detector in which the amount of displacement of the core 18 linearly displaced within the coil 20 is detected as an electrical signal.

また、軸受部材7および固定リング15は下部
支持体21を介して本体ケース3に支持されてい
る。下部支持体21は、下端側の略半分が上端側
の略半分に比して小径な略段付き円筒状に形成さ
れ、下部支持体21の内周側の水平面21A上に
前記軸受部材7および固定リング15が載置され
ている。固定リング15は下部支持体21に固定
され、一方、軸受部材7は下部支持体21内に埋
設された緩衝部材としてのコイルばね22により
上方側に付勢されており、軸受部材7の上方への
移動変位が容易になるとともに下方への移動変位
の勢いが緩げられるようになつている。
Further, the bearing member 7 and the fixing ring 15 are supported by the main body case 3 via a lower support member 21. The lower support body 21 is formed into a substantially stepped cylindrical shape with a diameter of approximately half of the lower end side being smaller than that of the upper end side, and the bearing member 7 and A fixing ring 15 is placed. The fixing ring 15 is fixed to the lower support 21, and the bearing member 7 is biased upward by a coil spring 22 as a buffer member embedded in the lower support 21. This makes it easier to move, and the momentum of the downward movement is lessened.

下部支持体21は、本体ケース3の下端開口部
に嵌合されてボルトにより固定されるとともに、
下部支持体21の下端側の小径部21Bには略リ
ング状の回転体24が回転自在に被嵌されてい
る。回転体24は、前記小径部21Bの下端に固
定された鍔部材23により摺動自在に保持される
とともに、回転体24の外周部には平歯状の歯車
部24Aが刻設され、この歯車部24Aにはピニ
オン25が噛合されている。ピニオン25は、下
部支持体21の外周部に取付けられたモータ26
の出力軸に固定され、モータ26により回転体2
4は反転可能に回転されるようになつている。
The lower support body 21 is fitted into the lower end opening of the main body case 3 and fixed with bolts, and
A substantially ring-shaped rotating body 24 is rotatably fitted into the small diameter portion 21B on the lower end side of the lower support body 21. The rotating body 24 is slidably held by a collar member 23 fixed to the lower end of the small diameter portion 21B, and a spur gear portion 24A is carved on the outer circumference of the rotating body 24. A pinion 25 is meshed with the portion 24A. The pinion 25 is connected to a motor 26 attached to the outer periphery of the lower support 21.
is fixed to the output shaft of the rotating body 2 by the motor 26.
4 is adapted to be rotated reversibly.

回転体24の下端開口部には、円盤状の回転盤
27が前記開口部を閉塞するようにボルトを介し
て固定されている。回転盤27の中心部には挿通
孔27Aが穿設され、この挿通孔27Aにはプロ
ーブ軸4が所定の間隙を有しながら挿通されてい
る。また、回転盤27の上端面には取付板28を
介して付勢手段としての板ばね状の1個のばね2
9の基端が固定されている。
A disk-shaped rotary disk 27 is fixed to the lower end opening of the rotating body 24 via bolts so as to close the opening. An insertion hole 27A is formed in the center of the rotary disk 27, and the probe shaft 4 is inserted through the insertion hole 27A with a predetermined gap. Further, a leaf spring-like spring 2 is attached to the upper end surface of the rotary disk 27 via a mounting plate 28 as a biasing means.
The proximal end of 9 is fixed.

ばね29の先端は、プローブ軸4に被嵌固定さ
れたベアリング30を介して、プローブ軸4にこ
ろがり係合されており、プローブ軸4は前記ばね
29により付勢され前記中立軸線位置に対して傾
いた所定の姿勢に保持されるよう構成されてい
る。また、プローブ軸4を中心としてばね29の
反対側には、板ばね状の位置規制部材61が回転
盤27上に固定されており、プローブ軸4が前記
ばね29により傾けられた状態においてプローブ
軸4の傾き状態を規制するようになつている。
The tip of the spring 29 is rollingly engaged with the probe shaft 4 via a bearing 30 fitted and fixed to the probe shaft 4, and the probe shaft 4 is biased by the spring 29 toward the neutral axis position. It is configured to be held in a predetermined tilted posture. Further, on the opposite side of the spring 29 with respect to the probe shaft 4, a plate spring-shaped position regulating member 61 is fixed on the rotary disk 27, and when the probe shaft 4 is tilted by the spring 29, the probe shaft The tilt state of 4 is regulated.

また、軸受部材7上には、本体ケース3に対す
る接触子5の移動変位を互いに直交する2成分の
移動変位量として検出する2個の変位検出器41
および42が設けられている(第2図参照)。こ
れら変位検出器41,42を併せて説明すれば、
変位検出器41,42は差動トランス型検出器よ
りなり、軸受部材7に台ブロツク43を介して垂
設された支持杆44により所定の高さに固定され
たコイル45と、コイル45内をプローブ軸4の
径方向に沿つて移動変位するコア46と、コア4
6の移動変位方向即ちプローブ軸4の径方向に沿
つてコア46の中心部を貫通するスピンドル47
と、により構成されている。
Further, on the bearing member 7, there are two displacement detectors 41 for detecting the movement displacement of the contactor 5 with respect to the main body case 3 as the movement displacement amount of two components perpendicular to each other.
and 42 are provided (see Figure 2). If these displacement detectors 41 and 42 are explained together,
The displacement detectors 41 and 42 are composed of differential transformer type detectors, and include a coil 45 fixed at a predetermined height by a support rod 44 vertically installed on the bearing member 7 via a stand block 43, and a coil 45 fixed at a predetermined height. A core 46 that moves and is displaced along the radial direction of the probe shaft 4;
6, that is, along the radial direction of the probe shaft 4, the spindle 47 passes through the center of the core 46.
It is composed of.

スピンドル47の一端はプローブ軸4に突出
し、この端部には略L字型の可動片48の一端側
が固定されている。可動片48は、互いに平行に
配された2枚の板ばねよりなる平行ばね49によ
り前記台ブロツク43を介して軸受部材7に支持
されている。平行ばね49の各々の板ばねにはス
ピンドル47が挿通される小孔が穿設されるとと
もに、前記各板ばねには両側より保形部材50が
取付けられている。保形部材50は中央部に丸穴
51を有する所定の厚さの角型板状に形成され、
また、保形部材50により両側から挾持された前
記板ばねの撓み具合が調節されており、前記平行
ばね49により連結されるスピンドル47と可動
片48とは水平方向に沿つて互いに平行且つ同じ
向きに移動変位するよう構成されている。
One end of the spindle 47 projects onto the probe shaft 4, and one end of a substantially L-shaped movable piece 48 is fixed to this end. The movable piece 48 is supported by the bearing member 7 via the base block 43 by a parallel spring 49 consisting of two leaf springs arranged parallel to each other. Each leaf spring of the parallel springs 49 has a small hole through which the spindle 47 is inserted, and shape retaining members 50 are attached to each leaf spring from both sides. The shape-retaining member 50 is formed into a square plate shape with a predetermined thickness and a round hole 51 in the center.
Further, the degree of deflection of the leaf spring held from both sides by the shape retaining member 50 is adjusted, and the spindle 47 and the movable piece 48 connected by the parallel spring 49 are parallel to each other and in the same direction along the horizontal direction. It is configured to move and displace.

可動片48の一側縁にはプローブ軸4の径方向
に沿つて当接ピン52が係合片53に向つて突設
されている。係合片53はプローブ軸4の上端に
設けられた小球体よりなり、一方、可動片48の
上端に突設された取付ピン54と、前記係合片5
3の上端側にプローブ軸4の軸方向に沿つて設け
られた固定ピン55との間には比較的微弱な引張
りコイルばね56が介装され、前記スピンドル4
7は可動片48および当接ピン52を介して常時
係合片53に当接するようになつている。すなわ
ち、コイルばね56は、変位検出器のスピンドル
47を可動片48、当接ピン52を介しプローブ
軸4に対して付勢するようになつている。
An abutment pin 52 is provided on one side edge of the movable piece 48 to protrude toward the engagement piece 53 along the radial direction of the probe shaft 4 . The engagement piece 53 is made of a small sphere provided on the upper end of the probe shaft 4, and the attachment pin 54 protrudes from the upper end of the movable piece 48, and the engagement piece 5
A relatively weak tension coil spring 56 is interposed between a fixing pin 55 provided along the axial direction of the probe shaft 4 on the upper end side of the spindle 4.
7 is adapted to constantly abut against the engagement piece 53 via the movable piece 48 and the abutment pin 52. That is, the coil spring 56 urges the spindle 47 of the displacement detector against the probe shaft 4 via the movable piece 48 and the abutment pin 52.

次に本実施例の作用につき、第5図を参照して
説明する。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to FIG.

第5図において、前記本体ケース3は測定機本
体71のスライダ72に取付けられ、スライダ7
2には駆動部73が連結されている。スライダ7
2の移動変位は検出部74により互いに直交する
3軸方向の成分として検出される。検出部74に
より検出された検出信号は、計測制御部75の信
号処理部76へ入力され、また、この信号処理部
76には本体ケース3内の変位検出器41,4
2,16からの検出信号も入力される。
In FIG. 5, the main body case 3 is attached to a slider 72 of a measuring instrument main body 71, and the slider 72
2 is connected to a drive section 73. Slider 7
The movement displacement of No. 2 is detected by the detection unit 74 as components in three axes directions orthogonal to each other. The detection signal detected by the detection unit 74 is input to the signal processing unit 76 of the measurement control unit 75.
Detection signals from 2 and 16 are also input.

信号処理部76は制御部77に接続され、制御
部77からは前記駆動部73およびモータ26へ
と制御信号が送られる。また、制御部77は出力
部78を介してX−Yプロツタ79、プリンタ8
0、あるいはCRT(図示せず)等の測定結果表示
装置に接続されている。
The signal processing section 76 is connected to a control section 77, and the control section 77 sends control signals to the drive section 73 and the motor 26. The control unit 77 also outputs an X-Y plotter 79 and a printer 8 via an output unit 78.
0 or a measurement result display device such as a CRT (not shown).

プローブ軸4を基準体(図示せず)に沿つて手
動により移動させて軌跡プログラムを制御部77
に記憶させ、自動測定に際しては前記軌跡プログ
ラムに倣つてプローブ軸4を自動送りさせる。
The control unit 77 manually moves the probe axis 4 along a reference body (not shown) and executes a trajectory program.
The probe shaft 4 is automatically fed in accordance with the trajectory program during automatic measurement.

自動測定時にあつては、プローブ軸4がワーク
81の測定対象である自由曲面81Aに沿つて移
動するが、この際、モータ26は制御部77によ
つて適宜駆動され、ばね29の付勢方向を適宜変
換させ、接触子5は常に自由曲面81Aに当接す
る。したがつて、基準軌跡と前記自由曲面81A
とが一致しない部分をプローブ軸4が移動する際
には、プローブ軸4は球体6の中心点を回動中心
として適宜回動する。プローブ軸4のこのような
回動は変位検出路41,42により互いに直交す
るX、Y軸方向の成分として検出され、また、
X、Y軸に垂直なZ軸方向の移動変位は変位検出
器16により検出され、すなわち、基準軌跡に対
する接触子5の移動変位軌跡の偏差が遂次検出さ
れ、この検出信号は信号処理部76へと入力され
る。
During automatic measurement, the probe shaft 4 moves along the free-form surface 81A of the workpiece 81 to be measured. At this time, the motor 26 is appropriately driven by the control section 77, and the biasing direction of the spring 29 is controlled. is changed appropriately, and the contactor 5 always comes into contact with the free-form surface 81A. Therefore, the reference locus and the free-form surface 81A
When the probe shaft 4 moves through a portion where the two do not coincide with each other, the probe shaft 4 rotates appropriately about the center point of the sphere 6 as a rotation center. Such rotation of the probe shaft 4 is detected by the displacement detection paths 41 and 42 as components in the mutually orthogonal X and Y axis directions, and
The movement displacement in the Z-axis direction perpendicular to the X and Y axes is detected by the displacement detector 16, that is, the deviation of the movement displacement trajectory of the contactor 5 from the reference trajectory is sequentially detected, and this detection signal is sent to the signal processing unit 76. is input to.

このようにして得られた検出信号は、スライダ
72の移動変位を検出する検出部74からの検出
信号と併せて処理し、X−Yプロツタ79により
自由曲面81Aの形状を描かせてもよいし、プリ
ンタ80により基準軌跡に対する自由曲面81A
の偏差を記録してもよいし、あるいはCRTによ
り表示させてもよい。
The detection signal obtained in this way may be processed together with the detection signal from the detection unit 74 that detects the movement displacement of the slider 72, and the shape of the free-form surface 81A may be drawn by the X-Y plotter 79. , a free-form surface 81A with respect to the reference trajectory by the printer 80.
The deviation may be recorded or displayed on a CRT.

このような本実施例によれば次のような効果が
ある。
This embodiment has the following effects.

測定対象である自由曲面81Aの向きが種々変
化しても、ばね29の付勢方向をモータ26によ
り適宜変換され、常に接触子5を当接させながら
プローブ軸4を移動変位させることができるた
め、自由曲面81Aの向きの変化に伴つて測定ヘ
ツドを交換する等の必要性が無く、したがつて、
測定能率を向上させることができる。特に、プロ
ーブ軸4は球体6の中心点を回動中心としてあら
ゆる方向に回動することができ、しかも、ころが
り装置8が設けられているため、自由曲面81A
の形状が複雑なものであつても容易且つ迅速に接
触子5を連続的に当接させることができ、高速測
定を行つても測定精度に支障をきたす虞れが全く
ない。
Even if the orientation of the free-form surface 81A to be measured varies, the biasing direction of the spring 29 is appropriately changed by the motor 26, and the probe shaft 4 can be moved and displaced while the contact 5 is always in contact with the probe shaft 4. , there is no need to replace the measuring head as the orientation of the free-form surface 81A changes, and therefore,
Measurement efficiency can be improved. In particular, since the probe shaft 4 can rotate in any direction about the center point of the sphere 6, and is provided with a rolling device 8, the free-form surface 81A
Even if the shape of the contactor 5 is complicated, the contactor 5 can be brought into continuous contact easily and quickly, and there is no risk of impairing measurement accuracy even when high-speed measurement is performed.

また、変位検出器41,42は、平行ばね49
を介して軸受部材7に支持されているから、常に
適正な状態でプローブ軸4の係合片53に当接さ
れ、正確な測定を行える。しかも、軸受部材7に
支持されていることから、プローブ軸4が軸方向
に変位してもプローブ軸4に対する変位検出器4
1,42の当接ピン52の当接位置は変化せず、
この軸方向変位に伴う誤差の発生もない。
Further, the displacement detectors 41 and 42 are connected to parallel springs 49
Since it is supported by the bearing member 7 via the probe shaft 4, it is always in contact with the engagement piece 53 of the probe shaft 4 in an appropriate state, and accurate measurements can be performed. Moreover, since the probe shaft 4 is supported by the bearing member 7, even if the probe shaft 4 is displaced in the axial direction, the displacement detector 4 with respect to the probe shaft 4
The contact positions of the contact pins 52 of Nos. 1 and 42 do not change,
No error occurs due to this axial displacement.

また、全体として構造が簡単で製造も容易であ
る。
Moreover, the overall structure is simple and manufacturing is easy.

なお、上述の実施例においては、軸受部材7は
プローブ軸4の中立軸線方向、即ちシヤンク1の
軸線方向に沿つて本体ケース3に対して移動変位
するものであつたが、軸受部材7は本体ケース3
に対して固定され且つ検出器16も設けられず、
接触子5の本体ケース3に対する移動変位は第5
図中X,Y方向の2成分についてのみ検出される
ものであつてもよい。
In the above-described embodiment, the bearing member 7 was movable with respect to the main body case 3 along the neutral axis direction of the probe shaft 4, that is, along the axial direction of the shank 1. Case 3
and is not provided with a detector 16,
The displacement of the contactor 5 with respect to the main body case 3 is the fifth
In the figure, only two components in the X and Y directions may be detected.

また、変位検出器41,42、および16は差
動トランス型検出器であつたが、光電エンコーダ
や磁気エンコーダ等の他の形式の変位検出器であ
つてもよい。
Moreover, although the displacement detectors 41, 42, and 16 are differential transformer type detectors, they may be other types of displacement detectors such as a photoelectric encoder or a magnetic encoder.

また、ころがり装置8は、第3,4図に示され
る構成のものに限らず、例えば、リテーナ9は八
角錐台以外の多角錐台であつてもよいし、転動球
10の数についても上述の場合に限らない。ただ
し前記ころがり装置8によればリテーナ9の台形
状の各周面を各々別個に製造することができるた
めに極めて正確精巧に製造でき、また、前記各周
面に転動球10を各々組み込んだ後に多角錐台と
することもできるため組み立ても容易で、この点
からも正確、精巧に製造することができ、プロー
ブ軸4を極めて円滑に姿勢変更させることができ
るという効果がある。
Further, the rolling device 8 is not limited to the configuration shown in FIGS. 3 and 4. For example, the retainer 9 may be a polygonal truncated pyramid other than an octagonal truncated pyramid, and the number of rolling balls 10 may also be changed. The case is not limited to the above case. However, according to the rolling device 8, each of the trapezoidal circumferential surfaces of the retainer 9 can be manufactured separately, so that it can be manufactured with great precision and precision. Since it can later be made into a truncated polygonal pyramid, it is easy to assemble, and from this point of view as well, it can be manufactured accurately and precisely, and the probe shaft 4 has the advantage of being able to change its posture extremely smoothly.

さらに、プローブ軸4を所定の姿勢、上述の場
合では接触子5が常に自由曲面81Aに当接する
ような姿勢、に保持する付勢手段はばね29であ
つたが、これに限らず、プローブ軸4の周囲に複
数個のばねを設けてこれらの複数個のばねの各々
でプローブ軸4を径方向に沿つて同時に引張り、
あるいは押圧する等してプローブ軸4が中立軸線
方向に沿つて保持されるよう構成されていてもよ
い。また、前記ばね29の付勢方向はモータ26
により適宜変換されるものとしたがが、モータ2
6は設けられず、回転体24は手動により回転さ
れるものでもよい。さらに、ばね29の先端はベ
アリング30を介してプローブ軸4にころがり係
合するものであつたが、ベアリング30が設けら
れずにばね29の先端が直接プローブ軸4の周面
に摩擦係合するものでもよい。ただし、ころがり
係合するよう構成されていれば、ばね29の付勢
方向の変換が極めて円滑になされ、かつ、測定精
度に対する悪影響が無い。
Further, although the spring 29 is used as the biasing means for holding the probe shaft 4 in a predetermined posture, such as in the above case, the contact 5 always comes into contact with the free-form surface 81A, the probe shaft 4 is not limited to this. A plurality of springs are provided around the probe shaft 4, and each of the plurality of springs simultaneously pulls the probe shaft 4 along the radial direction.
Alternatively, the probe shaft 4 may be held along the neutral axis direction by pressing or the like. Further, the biasing direction of the spring 29 is determined by the motor 26.
However, motor 2
6 may not be provided, and the rotating body 24 may be rotated manually. Furthermore, the tip of the spring 29 was supposed to roll and engage with the probe shaft 4 via a bearing 30, but the bearing 30 is not provided and the tip of the spring 29 directly frictionally engages with the circumferential surface of the probe shaft 4. It can be anything. However, if the spring 29 is configured to be engaged by rolling, the biasing direction of the spring 29 can be changed extremely smoothly, and there is no adverse effect on measurement accuracy.

また、位置規制部材61は設けられなくとも、
ばね29により付勢されるプローブ軸4の姿勢は
圧縮コイルばね12の作用により中立軸線に保持
されるので、必らずしも不安定なものではない
が、位置規制部材61があればより安定化すると
いう効果がある。
Furthermore, even if the position regulating member 61 is not provided,
The posture of the probe shaft 4 biased by the spring 29 is maintained at the neutral axis by the action of the compression coil spring 12, so it is not necessarily unstable, but it will be more stable if the position regulating member 61 is provided. It has the effect of becoming

さらに、上述においては第5図をも参照して本
実施例により自動測定を行う場合につき説明した
が、ここでいう測定機本体71は数値制御工作機
械等の加工機械を含むものであり、スライダ72
には切削具と本実施例の測定ヘツドとが適宜自動
交換されながら用いられるものでもよい。この際
加工プログラムをそのまま用いて加工精度を逐次
測定するようにしてもよい。さらに、自動測定に
限らず、手動により測定する場合に用いることも
できる。
Furthermore, in the above description, the case where automatic measurement is performed according to this embodiment has been explained with reference to FIG. 72
Alternatively, the cutting tool and the measuring head of this embodiment may be used while being automatically replaced as needed. At this time, the machining accuracy may be sequentially measured using the machining program as it is. Furthermore, it can be used not only for automatic measurement but also for manual measurement.

上述のように本発明によれば、測定能率の優れ
た測定ヘツドを提供することができる。
As described above, according to the present invention, a measurement head with excellent measurement efficiency can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による測定ヘツドの一実施例の
全体構成を示す断面図、第2図は前記実施例の上
蓋部を取外した状態での平面図、第3図は前記実
施例に用いられるころがり装置の構成を拡大して
示す正面図、第4図は前記ころがり装置の平面
図、第5図は前記実施例の一使用態様を示す説明
図である。 1……シヤンク、2……上蓋部、3……本体ケ
ース、4……プローブ軸、5……接触子、6……
球体、6A……球状周面部、7……軸受部材、7
A……球状受面、8……ころがり装置、9……リ
テーナ、10……転動球、12……圧縮コイルば
ね、14……ボールブツシユ、15……固定リン
グ、16……変位検出器、24……回転体、26
……モータ、27……回転盤、29……付勢手段
としてのばね、30……ベアリング、41および
42……変位検出器、45……変位検出器本体と
してのコイル、46……コア、47……スピンド
ル、48……可動片、49……平行ばね、50…
…保形部材、52……当接ピン、53……係合
片、56……引張りコイルばね、61……位置規
制部材。
FIG. 1 is a sectional view showing the overall configuration of an embodiment of the measuring head according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the embodiment with the top cover removed, and FIG. 3 is a measurement head used in the embodiment. FIG. 4 is a front view showing an enlarged configuration of the rolling device, FIG. 4 is a plan view of the rolling device, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing one mode of use of the embodiment. 1...Shank, 2...Top cover, 3...Main case, 4...Probe shaft, 5...Contact, 6...
Sphere, 6A... Spherical peripheral surface portion, 7... Bearing member, 7
A... Spherical bearing surface, 8... Rolling device, 9... Retainer, 10... Rolling ball, 12... Compression coil spring, 14... Ball bush, 15... Fixed ring, 16... Displacement detector, 24...Rotating body, 26
... Motor, 27 ... Rotating disk, 29 ... Spring as biasing means, 30 ... Bearing, 41 and 42 ... Displacement detector, 45 ... Coil as displacement detector main body, 46 ... Core, 47... Spindle, 48... Movable piece, 49... Parallel spring, 50...
... Shape retaining member, 52 ... Contact pin, 53 ... Engagement piece, 56 ... Tension coil spring, 61 ... Position regulating member.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 本体ケースと、この本体ケースから突出され
た先端に接触子を有するとともに長手方向中間部
に球状周面部を有するプローブ軸と、前記本体ケ
ースに支持されるとともにプローブ軸が挿通され
る中心部に前記球状周面部と同芯状の球状受面が
形成された軸受部材と、この軸受部材の球状受面
とプローブ軸の球状周面部との間に介装された多
角錐状のリテーナと、このリテーナの周面に転動
自在に保持された転動球と、前記プローブ軸を軸
受部材側に押圧するばねと、前記軸受部材に転動
球およびリテーナを介して支持されたプローブ軸
を所定の姿勢に保持する付勢手段と、各々がプロ
ーブ軸に径方向より常時当接するように付勢され
る可動片を有するとともに、軸受部材に平行ばね
を介して取付けられ、かつ、互いに直交する直線
変位を検出する2個の直線変位検出器と、が設け
られていることを特徴とする測定ヘツド。 2 特許請求の範囲第1項において、前記直線変
位検出器は、差動トランス型検出器であることを
特徴とする測定ヘツド。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記軸受部材はプローブ軸の中立軸線方向に
沿つて移動変位可能に本体ケースに支持されると
ともに、軸受部材の移動変位を検出する検出器が
設けられることを特徴とする測定ヘツド。 4 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
において、前記付勢手段は、先端がプローブ軸に
係合され且基端が本体ケース側に取付けられ、プ
ローブ軸を径方向に沿つて付勢する1個のばねよ
りなることを特徴とする測定ヘツド。 5 特許請求の範囲第4項において、前記ばねの
先端はプローブ軸にころがり係合されるととも
に、前記ばねの基端はプローブ軸の周面を回動可
能に本体ケース側に取付けられることを特徴とす
る測定ヘツド。 6 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
において、前記付勢手段は、プローブ軸を中立軸
線に保持するようプローブ軸を径方向に沿つて付
勢する複数個のばねよりなることを特徴とする測
定ヘツド。
[Scope of Claims] 1. A main body case, a probe shaft having a contact at its tip protruding from the main case and having a spherical circumferential surface portion at a longitudinally intermediate portion, and a probe shaft supported by the main body case and having a spherical peripheral surface portion at a longitudinally intermediate portion thereof. A bearing member having a spherical bearing surface concentric with the spherical peripheral surface portion formed in the center portion to be inserted, and a polygonal pyramid interposed between the spherical bearing surface of the bearing member and the spherical peripheral surface portion of the probe shaft. a shaped retainer, a rolling ball rotatably held on the circumferential surface of the retainer, a spring that presses the probe shaft toward a bearing member, and a spring supported by the bearing member via the rolling ball and the retainer. a biasing means for holding the probe shaft in a predetermined posture, and movable pieces each of which is biased so as to constantly contact the probe shaft from the radial direction, and is attached to the bearing member via a parallel spring, and , two linear displacement detectors for detecting mutually orthogonal linear displacements. 2. The measuring head according to claim 1, wherein the linear displacement detector is a differential transformer type detector. 3. In claim 1 or 2, the bearing member is supported by the main body case so as to be movable along the direction of the neutral axis of the probe shaft, and a detector for detecting the displacement of the bearing member is provided. A measuring head characterized in that it is provided with a measuring head. 4. In any one of claims 1 to 3, the biasing means has a distal end engaged with the probe shaft, a proximal end attached to the main body case side, and a biasing means that extends along the probe shaft in the radial direction. A measuring head characterized in that it consists of a biasing spring. 5. Claim 4 is characterized in that the tip of the spring is rollingly engaged with the probe shaft, and the base end of the spring is attached to the main body case so as to be rotatable around the circumferential surface of the probe shaft. measuring head. 6. In any one of claims 1 to 3, the biasing means includes a plurality of springs that bias the probe shaft in the radial direction so as to maintain the probe shaft on the neutral axis. Measuring head featuring:
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