JPH047444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は三次元座標測定機等に用いられる三
次元変位検出装置（プローブ）の必要とする任意
の軸と方向に測定力を発生させ更に同一機構を用
いて所定の軸の動きを機械的原点にクランプする
機構に係るものである。

三次元変位検出装置は三次元空間の全方向に検
出方向を持つているため、接触子が自由の状態即
ち接触していない状態では、機械的原点の位置
（中心）にあつて、何れの方向にも測定力を持つ
ていない。今接触によつて一方向に変位が与えら
れるとこの変位の逆方向即ち中心へ向つて復元し
ようとする力が発生し、これが測定力として働
く。手動測定により作業者が常に被測定物に接触
させ測定する場合は何の支障も生じないがNC制
御により自動的に測定を行なう場合次の様な不都
合を生じる。

即ち第１図に示す様な被測定物Ｗを自動測定す
る場合、三次元座標測定機に付けられた三次元変
位検出器の接触子は、設計値の軌跡（点線）を描
く様にNC制御される。第１図のＡからＢの様な
状態の場合接触子は被測定物に接触し三次元変位
検出器に変位を与え誤差が有ることが検出され
る。しかし第１図ＢからＣの状態の場合接触子は
設計上の寸法を示す空間を通過するだけで被測定
物に接触しない。この時三次元変位検出器は機械
的原点を保ち被測定物の寸法誤差は零であること
を示してしまう。この様な誤りを防ぐ為には三次
元変位検出器と被測定物の位置関係を判断し接触
子に測定力を与えて予想される誤差範囲をカバー
出来る量だけ接触子先端位置を変位させればよ
い。原点位置が変ることなく任意方向に測定力を
加える方法が本発明の要点である。

第２図に本発明の基になる三次元変位検出器の
概要を示す。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の変位検出ユニツト
は基本的には同一機構の物で測定部の先端にある
接触子に与えられた変位はフイラーを経て順次各
ユニツトに伝えられそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ直交座標
系の一軸方向の変位成分のみ検出する様に構成さ
れている。各ユニツトの機構は同一なのでＸ軸に
ついて説明する。

第３図はＸ軸の内部構造を示す。基礎部１をベ
ースにして１組の平行バネ２，３により第１可動
部材４を吊し、４の先に測定軸１２を設け更にフ
イラーを経て接触子９が接続される。基礎部１を
ベースにして別の１組の平行バネ６，７は平行バ
ネ２，３に平行に取付けられて第２可動部８を吊
している。平行バネ２，３及び６，７は捩れ方向
に対して強い剛性を有しＸ方向以外の変位を生じ
ない機構となつている。基礎部１から伸びた腕３
０と第２可動部８の間には機械的ストツパー１０
を設け、また第１可動部４から伸びた腕３１と第
２可動部８の間には機械的ストツパー５を設け、
このストツパーを常に接触状態に不勢するための
スプリング３２，３３を設けている。この機構に
より測定部の接触子９の位置は非接触時に於いて
は常に定位置にあり安定な機械的原点を得られ
る。基礎部１の腕３０と第１可動部４の腕３１の
間には相対変位を検出する直線変位検出器１１が
設けられ機械的原点にある時出力信号が零になる
様に設定される。

このような構造おいて接触子９に右方向変位が
与えられると第１可動部４はスプリング３２の力
に抗して右に変位し、逆に左方向変位が与えられ
ると第１可動部４はストツパー５を左へ押し、ス
プリング３３を伸して第２可動部８を左へ変位さ
せる。変位量は直線検出器１１により出力され
る。接触子９が被測定物より離れ、変位入力がな
くなると再びスプリング３２あるいは３３の力に
より機械的原点に復帰し、直線検出器１１の出力
も零になる。

次に本発明の第１の目的である測定力発生機構
について説明する。第３図において第１可動部４
の腕３１と第２可動部８との間に第１コイル１３
及びＥ型の第一磁石１４を設ける。第１コイル１
３の各線は第１可動部４がＸ方向に変位したと
き、磁石１４の磁束を切る様に組み合わされる。
この機構自体は音響用スピーカーのボイスコイル
部分と同様である。同様に第２可動部８と基礎部
１の腕３０との間に第２コイル１５及び第２磁石
１６を設ける。

このような構造においてコイル１３、１５に電
流を供給する装置を設け、（図示せず）電流の方
向、電流の大きさを設定する。コイル１３，１５
に電流を供給すると磁石とコイルの間には力が発
生し、その方向は磁石の極性と電流の方向により
決定され、反発力或いは吸引力となる。力の大き
さは流れる電流の大きさに比例する。今、第１コ
イル１３に反発力を発生させる方向に電流を流
す。電流値を増加すると反発力が増大し、ストツ
パー５を接触状態に付勢しているスプリング３２
の力より大きくなつたとき第１可動部４は右方向
へ移動し、これに連なるフイラー、接触子９も右
へ移動する。スプリング３２は伸びてコイル１３
の反発力と平衡に達したところで第１可動部４は
停止する。この時のコイル１３の反発力が右方向
の測定力として働く。なお第１可動部４が右に動
くとき反作用により第２可動部８を左に動かす力
が作用するが第２可動部８はスプリング３２によ
り右方向に付勢されているので動くことはない。

左方向の測定力を発生させる場合は、第２コイ
ル１５に反発力を発生する方向に電流を流し第２
可動部を左方へ変位させる。第１可動部４及びこ
れに連なるフイラー、接触子９はストツパー５を
介してスプリング３２で結合されているので左方
へ変位する。なお磁石およびコイルの位置を右に
取付けた場合には吸引力を発生させて測定力とす
れば同じ動作となる。以上説明したように任意の
方向に測定力を加え接触子位置を変位させること
が可能であるからNC制御信号より接触子の移動
方向の信号を得て移動方向に接触子を変位させて
使用することが出来る。

本装置の構造としては第３図に示す他、磁石の
大型化により可動部重量が増大して測定部の動き
を悪化させる心配のある場合は第４図のごとく第
１磁石１４、第２磁石１６とも基礎部１より腕部
３０に取付けても動作および効率は同じである。

次に本発明の第２の目的である同一機構を用い
たクランプ機構について説明する。第５図におい
てXY平面上に置かれた被測定物を三次元変位検
出装置をＸ軸にそつて（−）方向（図では左方
向）に移動し接触させ測定する場合を例示する。
三次元変位検出装置の原点がX₀の所で接触子９
が被測定物Ｗのの点で接触した後更に−ａ量Ｘ
軸方向に移動した場合、三次元変位検出装置内の
可動部は変位を生じる。この時生ずる変位量はＹ
軸方向に変位が生じない場合には−ａと逆方向の
Δ1となるが一般には被測定物と接触子の間の接
触角、摩擦係数、各軸相互の測定力の不均一性等
によりＸ軸方向変位０，Ｙ軸変位のみΔ4を示す
までの間の任意の変位を生じ一定とならない。Ｚ
軸変位を含む場合は更に複雑になる。実際の測定
の於ては指定する特定の軸方向変位を検知する必
要があり、この為にはそれ以外の軸方向変位を生
じない様にするクランプ装置が必要となる。本発
明においてはクランプ装置を特に設けることなく
前記した測定力発生用の磁石及びコイルを用い
て、コイルに吸引力が発する方向に電流を流し、
可動部の動きを制限することが可能である。

以上詳述したように本発明は三次元変位検出装
置のXYZ各軸ユニツトにそれぞれ２つの磁石お
よび電磁コイルを設け、所望する軸の２つの電磁
コイルを選択的に吸引あるいは反発させまたその
電流値を制御することによつて、その軸を変位さ
せて測定力を発生させると共に、同一機構を用い
て所望の軸を機械的原点にクランプするようにし
たものであつて、特に自動測定に際して測定誤差
を生ぜしめず、高精度の測定が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定力を付与しない状態におけるNC
測定の場合の測定位置の説明図、第２図は本発明
を内蔵する三次元変位検出器の外観図、第３図は
本発明の一実施例を示す正面図、第４図は他の実
施例正面図、第５図は軸をクランプしない状態に
おけるXY平面上での測定値のバラツキを示す説
明図。 １……基礎部、２，３，６，７……平行バネ、
４……第１可動部、５，１０……ストツパ、８…
…第２可動部、９……接触子、１１……直線検出
器、１３……第１コイル、１４……第１磁石、１
５……第２コイル、１６……第２磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基礎部に対し、２組の平行バネによつて関連
   された第１、第２の可動部材と第１可動部材に取
   付けられた測定部によつて構成された定方向の変
   位検出装置において基礎部、第１可動部材、第２
   可動部材の間に相対してコイル、磁石を設け、コ
   イルに流す電流の方向、電流値を制御可能とし、
   この電流の方向、電流値を制御することにより任
   意の方向に測定力を発生させ或いは任意の軸方向
   変位をクランプすることを可能にした変位量検出
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の記載において変位量
   検出装置を３ヶ用いて変位方向XYZ軸の座標系
   を構成したことを特徴とする変位量検出装置。