JPH04297803A - タッチシグナルプローブ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば三次元測定装
置において、測定子のワークへの接触位置を検出するた
め、測定子の微小変位をとらえてトリガ信号を発生させ
るタッチシグナルプローブに関し、特に検出手段として
非接触検出器を使用したタッチシグナルプローブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なタッチシグナルプローブ
は、測定子がハウジングに対して３点支持されており、
この支持部が電気接点を形成することにより、任意方向
の測定子の変位を検出するようにしている。しかし、こ
のような従前のタッチシグナルプローブでは、支持部が
３点支持されているために測定に方向性が生じ、全方位
にわたって正確な変位を検出することができないという
問題点がある。

【０００３】そこで、例えば測定子と同軸結合された支
持軸の両端部を、夫々下ダイアフラム及び上ダイアフラ
ムで支持し、これら上下のダイアフラムの間の前記支持
軸の部分に差動トランス等の非接触検出手段を設けるよ
うにしたものも提案されている（特開昭６１−５３５０
２号）。 この従来例では、測定子がワークに接触すると、両ダイ
アフラム及び支持軸が弾性変形するので、これによって
前記非接触検出手段の出力が変化し、この変化を捉えて
検出信号を出力することができる。このタッチシグナル
プローブでは、測定子が等方的に弾性変形する２枚の円
板状のダイアフラム及び支持軸に弾性支持され、且つ変
位の検出手段として非接触検出手段を使用しているため
、全方位にわたって正確な変位検出が可能であるという
利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のタッチシグナルプローブでは、測定子を支持す
る弾性部品が３つの部品から構成されているため、部品
誤差及び組立誤差等によって変位伝達誤差が生じ易いと
いう問題点がある。また、上記タッチシグナルプローブ
では、支持軸の両端を支持する方式であるため、測定子
の変位伝達効率が悪く、検出感度が低いという問題点が
ある。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点を解
決するためになされたもので、変位伝達誤差を低減する
と共に、変位伝達効率を向上させたタッチシグナルプロ
ーブを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るタッチシ
グナルプローブは、測定装置の可動部に固定されるハウ
ジングと、外周部が前記ハウジングに固定された円板状
のダイアフラムと、このダイアフラムの中心部を介して
相互が釣り合うように同軸結合され互いの結合端部とは
反対側の端部が夫々自由端となる測定子及び検出ロッド
と、前記検出ロッドの自由端の変位を非接触で検出する
非接触検出手段とを具備してなることを特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明によれば、測定子と検出ロッドとの同
軸結合体が一つのダイアフラムのみに弾性支持されてい
るので、測定子がワークに接触すると、測定子の変位に
応じてダイアフラムが変形し、ダイアフラムの中心部を
中心としててこの原理により検出ロッドが比較的大きな
ストロークで変位する。このため、測定子で生じた変位
を効率良く伝達することができる。

【０００８】また、この発明によれば、ダイアフラムと
いった極めて単純な形状のただ一つの弾性部品によって
測定子と検出ロッドとを支持するようにしているので、
部品誤差や組立誤差といった誤差要因を排除することが
できる。このため、変位伝達誤差を従来よりも低減する
とことができる。なお、測定子と検出ロッドとは、ダイ
アフラムへの取り付け点を中心として相互に釣り合いが
とれた状態で結合されているので、プローブの移動に伴
う振動に対しても、またプローブの姿勢を横向き又は斜
めに変えたときでも、測定子及び検出ロッドの静止位置
が安定に維持されることになる。

【０００９】なお、ハウジングとダイアフラムとで密閉
空間を形成し、更にこの密閉空間にオイルを充填すると
共に、検出ロッドにダンパーを取り付けるようにすると
、検出ロッドに対するオイルダンピング効果によってプ
ローブを静止位置で安定に維持させることができ、振動
発生時の誤検出を効果的に防止することができる。

【００１０】また、前記ダイアフラムを構成する円板状
弾性部の外周に前記円板状弾性部よりも厚肉の環状フレ
ーム部を形成するようにすると、ダイアフラムのハウジ
ングへの取付け時に、無用な歪みが上記円板状弾性部に
加わることがなく、組立時の誤差及び熱的変形等を防止
することができる。また、前記円板状弾性部は、その中
央部が最大応力発生点となるが、この円板状弾性部の中
央部に円柱状の測定子取付け部を一体的に形成すること
により、中心部の強度を増すことができる。

【００１１】更に、ダイアフラムを波型円板状に形成す
ると、軸方向のバネ定数を低減することができるので、
ダイアフラムの外形、ひいてはプローブの外形を小さく
することができる。

【００１２】

【実施例】以下、添付の図面を参照してこの発明の実施
例について説明する。図１は、この発明の一実施例に係
るタッチシグナルプローブの構成を示す縦断面図である
。

【００１３】円柱状のシャンク１は、図示しない三次元
測定装置の可動部に着脱自在に装着され、上記可動部と
共に三軸方向に移動する。このシャンク１の先端には、
円筒状のキャップ２と、後述する非接触検出器１２を支
持及び内蔵する円筒状の検出器ベース３と、円筒状のハ
ウジング４とが、この順に同軸的に固定されている。ハ
ウジング４の更に先端側の端部には、ダイアフラム５が
固定されており、このダイアフラム５とハウジング４と
検出器ベース３とで内部に密閉空間が形成されている。 この密閉空間の内部には、オイル６が充填されている。

【００１４】ダイアフラム５は、例えばステンレス製の
バネ材にて形成され、図２に示すように、厚み０．４ｍ
ｍ　　程度の円板状弾性部５ａと、この円板状弾性部５
ａの外周部に形成された厚肉の環状フレーム部５ｂと、
円板状弾性部５ａの中央部に、プローブ先端側に延出す
るように形成された円柱状の測定子取付け部５ｄとによ
り構成されている。これら各部は、例えば放電加工、プ
レス、研磨等の方法により一体に形成されたものとなっ
ている。環状フレーム部５ｂには、周方向に一定の間隔
でネジ孔５ｄが形成されており、このネジ孔５ｄを介し
てダイアフラム５がハウジング４の先端縁部に，ネジ１
４によってネジ止めされるようになっている。測定子取
付け部５ｃの先端部には、測定子７が、ハウジング４及
び測定子取付け部５ｃと同軸的に、例えばネジ止め等の
方法により、交換可能に装着されるようになっている。

【００１５】一方、ダイアフラム５の中心部で測定子７
の取付け側とは反対側には、測定子７に対して同軸的に
検出ロッド８が固定されている。この検出ロッド８は、
全体が前記オイル６内に存在し、その他方が自由端とな
っており、この自由端に検出駒９を装着したものとなっ
ている。この検出駒９と対向する検出器ベース３の四方
の側壁及び上部壁には、例えば５つの差動トランス１０
が、ネジ１１によって進退調整可能に取り付けられてい
る。そして、この差動トランス１０と検出駒９とが静止
状態において一定の微小間隙を介して対向配置されるこ
とにより、差動トランス型の非接触検出器１２を構成し
ている。また、この非接触検出器１２の代わりに、イン
ダクタンス変換型検出器、リニアスケール等の他の非接
触検出器を使用するようにしても良い。

【００１６】また、検出ロッド８のハウジング５内に位
置する部分には、ダンパー１３が装着されている。この
ダンパー１３は、図３に示すように、放射状に延びる複
数のフィン１３ａによって構成されている。そして、こ
のダンパー１３とオイル６とで、オイルダンピング機構
が構成されている。また、ダイアフラム５の検出ロッド
８の取付け部を支点Ｐ（実質的にはダイアフラム５の中
心であると共に、前記ダイアフラム５の板厚方向に対し
ても中心位置に存在する点である。）としたとき、この
支点Ｐを中心として測定子７の先端部と検出ロッド８の
先端部とは、１対１のてこ比が与えられるように、その
長さが決定されている。また、上記支点Ｐを中心として
測定子７側と検出ロッド８側とは、ほぼバランスがとれ
るようにその重量比等が決定されている。

【００１７】次にこのように構成された、本実施例に係
るタッチシグナルプローブの作用について説明する。測
定子７の先端が図４に示すように、ワーク１６の側面に
接触すると、ダイアフラム５の中心の支点Ｐを回転中心
とする図中矢印で示す回転方向のたわみ弾性変形が発生
し、測定子７が回転変位する。また、測定子７が図５に
示すように、ワーク１６の上面に接触すると、ダイアフ
ラム５に図中矢印で示す軸方向のたわみ弾性変形が発生
し、測定子７が軸方向変位する。更に、ワークの面の方
向によっては、これら回転方向及び軸方向の合成変位が
生じることもある。ここで、回転変位と軸方向変位とは
互いに独立であるから、お互いを拘束しない。測定子７
がワーク１６から離れると、ダイアフラム５の弾性によ
って、測定子７は元の静止位置に復帰する。

【００１８】この測定子７の変位は、検出ロッド８の自
由端の検出駒９に１対１のてこ比で伝達されるので、差
動トランス１０の出力は変動する。そこで、差動トラン
ス１０からの３軸分の合成出力又は二乗和出力が一定の
スレッショルドレベルを越えたときにタッチ信号を発生
することにより、測定子７のワーク１６への接触を高精
度に検出することができる。なお、スレッショルドレベ
ルを、測定以外の機械的な振動等によって発生する出力
よりも十分に高いレベルに設定することにより、プロー
ブ移動時等における誤検出を防止することができる。

【００１９】この実施例によれば、測定子７が一つのダ
イアフラム５のみに支持されているので、部品誤差及び
組立て誤差等の誤差要因を排除することができ、安定し
た測定が可能になる。

【００２０】なお、測定子７がダイアフラム５のみによ
って支持されているため、プローブの移動時等の振動に
対しては、十分な考慮が必要であるが、この実施例では
、検出ロッド８に固定されたダンパー１３とオイル６と
によるダンピング効果により、検出ロッド８が差動トラ
ンス１０に対して必要以上に移動するのを防止すること
ができる。

【００２１】また、ワークの形状によっては、プローブ
を横向き又は傾斜した姿勢にして測定を行う場合がある
が、この実施例では、測定子７と検出ロッド８とのバラ
ンスがとれている点及び上述したオイルダンピング効果
により、検出駒９と差動トランス１０との相対位置を一
定間隔に安定に維持することができる。

【００２２】なお、このように、測定子７がダイアフラ
ム５のみによって支持されていると、ダイアフラム５の
組み立て時、特にネジ締め時にダイアフラム５に無用な
歪みが発生すると、温度変化などによって検出駒９と差
動トランス１０との相対位置が変動し、意図しない検出
誤差を生起させることになる。この点、この実施例によ
れば、ダイアフラム５の外周部が厚肉のフレーム部５ｂ
を形成しているので、ハウジング４への組付けに際して
、円板状弾性部５ａに歪みが加わらず、円板状弾性部５
ａに無理な内部応力が発生することはない。

【００２３】また、この実施例によれば、ダイアフラム
５の検出ロッド８側の面がオイル６に接しているため、
このオイル６への放熱によってダイアフラム５の温度を
ほぼ一定に維持することができる。このため、ダイアフ
ラム５が周囲温度の影響を受けて変形するのを効果的に
防止することができる。

【００２４】更に、ダイアフラム５の中央部の支点Ｐの
部分は、たわみ弾性変形時に最大応力が作用する点にな
るが、この実施例では、測定子取付け部５ｃが円板状弾
性部５ａと一体的に形成されているので、上記応力に十
分に耐えうる強度を持たせることができる。

【００２５】なお、上記実施例では、ダイアフラム５を
平面円板状に形成したが、例えば図６に示すように、ダ
イアフラム２０の円板状弾性部２０ａを波型円板状に形
成するようにしても良い。この場合には、平板状の場合
によりも軸方向へのバネ定数を低減させることができる
ので、プローブ径を縮小することができ、プローブの小
型軽量化を図ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、　　この発明によれ
ば、測定子と検出ロッドとの同軸結合体が一つのダイア
フラムのみに弾性支持され、測定子の変位をダイアフラ
ムの中心部を中心としたてこの原理により検出ロッドの
自由端の変位として検出するようにしたので、変位伝達
効率を向上させることができる。

【００２７】また、この発明によれば、ダイアフラムと
いった極めて単純な形状のただ一つの弾性部品によって
測定子と検出ロッドとを支持するようにしているので、
部品誤差や組立誤差といった誤差要因を排除することが
でき、変位伝達誤差を大幅に低減することができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例に係るタッチシグナルプ
ローブの縦断面図である。

【図２】　　同タッチシグナルプローブにおけるダイア
フラムの斜視図である。

【図３】　　同タッチシグナルプローブにおけるダンパ
ーの斜視図である。

【図４】　　同タッチシグナルプローブの接触子がワー
ク側面に接触した状態を示す部分断面図である。

【図５】　　同タッチシグナルプローブの接触子がワー
ク上面に接触した状態を示す部分断面図である。

【図６】　　本発明の他の実施例に係るタッチシグナル
プローブの部分断面図である。

【符号の説明】

１…シャンク、２…キャップ、３…検出器ベース、４…
ハウジング、５…ダイアフラム、６…オイル、７…測定
子、８…検出ロッド、９…検出駒、１０…差動トランス
、１２…非接触検出器、１３…ダンパー、１６…ワーク
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　測定装置の可動部に固定されるハウジ
   ングと、外周部が前記ハウジングに固定された円板状の
   ダイアフラムと、このダイアフラムの中心部を介して相
   互が釣り合うように同軸結合され互いの結合端部とは反
   対側の端部が夫々自由端となる測定子及び検出ロッドと
   、前記検出ロッドの自由端の変位を非接触で検出する非
   接触検出手段とを具備してなることを特徴とするタッチ
   シグナルプローブ。
2. 【請求項２】　　前記ハウジング及び前記ダイアフラム
   は前記検出ロッドが配置される空間に密閉空間を形成す
   るものであり、この密閉空間にはダンピング用のオイル
   が充填され、前記検出ロッドには前記オイルと共にダン
   ピング効果を発揮するダンパーが固定されていることを
   特徴とする請求項１記載のタッチシグナルプローブ。
3. 【請求項３】　　前記ダイアフラムは、円板状弾性部と
   、この円板状弾性部の外周に設けられ前記円板状弾性部
   よりも厚肉の環状フレーム部と、前記円板状弾性部の中
   央部に設けられた円柱状の測定子取付け部とを一体的に
   形成してなるものであることを特徴とする請求項１又は
   ２記載のタッチシグナルプローブ。
4. 【請求項４】　　前記ダイアフラムは、波型円板状に形
   成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれか１項記載のタッチシグナルプローブ。