JPH05332759A - タッチ信号プローブ - Google Patents

タッチ信号プローブ

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JPH05332759A
JPH05332759A JP13879492A JP13879492A JPH05332759A JP H05332759 A JPH05332759 A JP H05332759A JP 13879492 A JP13879492 A JP 13879492A JP 13879492 A JP13879492 A JP 13879492A JP H05332759 A JPH05332759 A JP H05332759A
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JP
Japan
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probe
stylus
output
contact
displacement
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Withdrawn
Application number
JP13879492A
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English (en)
Inventor
Kunitoshi Nishimura
国俊 西村
Hideo Morita
英夫 森田
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プローブの加速、減速時に発生するノイズを
識別した、プローブと被測定物との接触を確実に検出す
ることができるタッチ信号プローブを提供する。 【構成】 プローブ本体11に加速度検出器17を設け
るとともに、この加速度検出器17の出力とスタイラス
12の変位を検出する変位検出器16x,16y,16
zの出力とからスタイラス12と被測定物とが接触した
かを判定する信号処理回路18を設ける。加速度検出器
からの出力と変位検出器の出力とから判定しているか
ら、プローブの加速、減速時に発生するノイズを識別し
て、プローブと被測定物との接触を確実に検出すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物との接触状態
を電気的に検出して接触信号を発するタッチ信号プロー
ブに関する。例えば、三次元測定機などに利用すること
ができる。
【0002】
【背景技術】例えば、三次元測定機では、タッチ信号プ
ローブと定盤上に載置された被測定物とを三次元方向へ
相対移動させながら接触させ、プローブが被測定物に接
触した瞬間を捉え、この瞬間を電気的ドリガとして各送
り軸方向の座標値を読み取ることから、測定精度の向上
をはかるためには、プローブの検出感度を高める必要が
ある。
【0003】しかし、プローブの検出感度をいたずらに
高めると、ノイズと接触信号とを混同する虞れが生じ
る。何故なら、プローブが単に移動する場合において
も、プローブは加速度、減速度を受けるため信号を発生
してしまい、プローブが実際に被測定物に接触したとき
の接触信号と混同されるためである。以後、単にプロー
ブが移動する場合に発生する信号をノイズと呼ぶ。
【0004】従来、この混同を避けるための方法とし
て、特公昭60−48681号公報で示された方法、あ
るいは、特開昭64−69910号公報で示された方法
が知られている。
【0005】前者の特公昭60−48681号公報で示
された方法は、プローブの先端接触球の衝突に高感度に
応答する測定素子を測定ヘッドに設け、この測定素子か
らの出力信号の初期の立ち上がりを第1のパルスとし、
この時点の座標値を記憶しておく。先端接触球と被測定
物との接触状態は100msec のオーダで持続するの
で、この時点で測定素子からの出力信号があることを条
件として第2の識別パルスを発生させる。第2の識別パ
ルスが発生したことを条件として第1のパルスによる座
標値を正式な測定値として採用するという方法である。
【0006】後者の特開昭64−69910号公報の中
で示された方法は、上記特公昭60−48681号公報
による方法において、第2の識別パルスとして、逃げ機
構が静止位置から移動したときに発生するパルスを利用
するという方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前者の方法は、プロー
ブの加速、減速時に発生するノイズが振動的であるのに
対し、衝突時の信号がある程度持続する現象を利用して
識別しているため、非常に簡便であるものの、衝突時の
信号は様々であり、100msec のオーダで持続すると
は限らない。このため、しばしば誤動作を起こすという
問題がある。
【0008】後者の方法は、確実であるが、逃げ機構が
動作してから三次元測定機本体に停止命令を発生するた
め、オーバトラベル量が多くなるという欠点がある。こ
のオーバトラベル量が多くなると、プローブは静止位置
に復帰し難く、結局、測定速度や測定精度の低下につな
がる。
【0009】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を解消し、プローブの加速、減速時に発生するノ
イズを識別して、プローブと被測定物との接触を確実に
検出することができるタッチ信号プローブを提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】一般に、プローブが外部
から加振されて発生するノイズは加速度に起因する信号
であるため、加速度信号と何らかの関係がある。これに
対して、先端接触球が被測定物と衝突する際にはスタイ
ラスに加速度変化を生じさせるが、プローブ本体には影
響をもたらさない。あるいは、影響の程度が少ない。そ
こで、本発明では、加速度検出器からの出力と変位検出
器からの出力とからスタイラスと被測定物とが接触した
かを判定し、両者の接触を確実に判別できるようにした
ものである。
【0011】具体的には、プローブ本体と、スタイラス
と、このスタイラスを前記プローブ本体の中立位置に保
持するとともにそのスタイラスを中立位置に対して変位
可能かつ復帰可能に支持する保持機構と、前記スタイラ
スの変位を検出する変位検出器とを有するタッチ信号プ
ローブにおいて、前記プローブ本体に加速度検出器を設
けるとともに、この加速度検出器からの出力と前記変位
検出器からの出力とからスタイラスと被測定物とが接触
したかを判定する判別手段を設けた、ことを特徴として
いる。
【0012】
【作用】プローブ本体に設けられた加速度検出器からの
出力と変位検出器からの出力とからスタイラスと被測定
物とが接触したかを判定するようにしたので、プローブ
の加速、減速時に発生するノイズを識別して、プローブ
と被測定物との接触を確実に検出することができる。
【0013】そこで、本発明の検出原理の一例を説明す
る。いま、図1に示す如く、プローブ本体101に対し
てばね102(ばね定数k)を介してスタイラス103
(質量m)が保持されているモデルを想定すると、この
系の運動方程式は、次式で与えられる。
【0014】 m・d2β/dt2 +k(β−α)=0 ……(1) ここで、βはプローブ本体101の変位、αはスタイラ
ス103の変位である。また、(β−α)は変位検出器
で検出される量であるから、これをγと置き、前記
(1)式を書き直せば、 d2γ/dt2 +ω0 2・γ+d2α/dt2 =0……(2) となる。ただし、ω0 2=k/mである。上記(2)式に
おいて、d2α/dt2 は加速度検出器で検出される加速度
であるから、変位検出器の出力γとの間で上式の関係が
成り立つ。つまり、変位検出器の出力がノイズか、先端
接触球が被測定物に接触した場合の接触信号かの判別
を、上記(2)式が成立するか否かにより行うことがで
きる。
【0015】
【実施例】以下、本発明のタッチ信号プローブについて
好適な実施例を挙げ、図2〜図4を参照しながら詳細に
説明する。
【0016】図4は三次元測定機を示している。同図に
おいて、基台1の上には被測定物(図示省略)を載置す
るテーブル2が設けられている。テーブル2には、門型
コラム3が前後方向(Y軸方向)へ、また、門型コラム
3の水平ビーム4に沿ってスライダ5が左右方向(Z軸
方向)へ、更に、スライダ5にZ軸スピンドル6が上下
方向(X軸方向)へ、それぞれ移動可能に設けられてい
る。Z軸スピンドル6の下端には、本実施例のタッチ信
号プローブ7が設けられている。つまり、タッチ信号プ
ローブ7と被測定物とが、三次元方向へ相対移動可能に
構成されている。
【0017】前記タッチ信号プローブ7は、図2に示す
如く、前記Z軸スピンドル6の下端に着脱自在に取り付
けられるプローブ本体11を有する。プローブ本体11
には、その下部位置にスタイラス12をプローブ本体1
1の中立位置に保持するとともにそのスタイラス12を
中立位置に対して変位可能かつ復帰可能に支持する保持
機構としての2枚のダイヤフラム13,14が設けられ
ているとともに、上部位置に隔壁15が形成されてい
る。スタイラス12は、先端に接触球12Aを、基端に
検出頭12Bをそれぞれ有する。隔壁15には、その下
面側に前記スタイラス12が中立位置に対してX,Y,
Z軸方向へ変位したことを検出する3つの変位検出器1
6x,16y,16zが設けられているとともに、上面
側にX,Y,Z軸方向への加速度を検出する3軸の加速
度検出器17および判別手段としての信号処理回路18
がそれぞれ設けられている。
【0018】前記信号処理回路18は、X,Y,Z軸ご
とに設けられている。ここでは、X軸における信号処理
回路18xについて説明し、他を省略する。信号処理回
路18xは、図3に示す如く、前記変位検出器16xの
出力γを基準レベルと比較する第1の比較器21と、前
記変位検出器16xの出力γを時間的に2階微分する2
階微分回路22と、この2階微分回路22の出力、前記
変位検出器16xの出力γ、加速度検出器17の出力d2
α/dt2 および定数ω0 2を入力として前記(2)式を演
算する演算回路24と、この演算回路24の出力を基準
レベルと比較する第2の比較器25と、この両比較器2
1,25の出力を入力とするアンド回路26とから構成
されている。
【0019】次に、本実施例の作用を説明する。いま、
例えば、タッチ信号プローブのスタイラス12がX軸方
向に変位すると、そのスタイラス12が変位した方向の
変位検出器16xに出力γが生じる。すると、第1の比
較器21の基準レベルに対して変位検出器16xの出力
γが大きくなるから、アンド回路26にHレベルの信号
が与えられる。
【0020】同時に変位検出器16xの出力γが2階微
分回路22で2階微分された値、変位検出器16xの出
力γ、加速度検出器17の出力d2α/dt2 および定数ω
0 2を入力として、演算回路24において、前記(2)式
が演算されたのち、第2の比較器25で基準レベルと比
較される。
【0021】このとき、変位検出器16xの出力がノイ
ズであれば、演算回路24の演算結果は理想的には零で
あるから、第2の比較器25からはLレベルの信号がア
ンド回路26へ与えられる。また、変位検出器16xの
出力が被測定物との接触信号であれば、演算回路24の
演算結果は零より大きくなるから、第2の比較器25か
らはHレベルの信号がアンド回路26へ与えられる。
【0022】その結果、アンド回路26からは、第1お
よび第2の比較器25からの出力が共にHレベルのと
き、接触信号が出される。つまり、第2の比較器25か
らの信号レベルによって、プローブの加速、減速時に発
生するノイズか、プローブと被測定物との接触による接
触信号かを確実に判別することができる。よって、安定
した高精度な測定を行える。
【0023】従って、本実施例によれば、プローブ本体
11に加速度検出器17を設けるとともに、この加速度
検出器17の出力とスタイラス12の変位を検出する変
位検出器16x,16y,16zの出力とからスタイラ
ス12と被測定物とが接触したかを判定するようにした
ので、プローブの加速、減速時に発生するノイズを識別
して、プローブと被測定物との接触を確実に検出するこ
とができる。
【0024】特に、加速度検出器17の出力と変位検出
器16x,16y,16zの出力とからノイズか接触か
を判定するに当たって、上記(2)式が成立するか否か
によって判定するようにしたので、判定を精度よく行う
ことができる。
【0025】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能である。
【0026】例えば、スタイラス12の変位を検出する
変位検出器としては、上記実施例に限らず、圧電素子や
速度検出器などでもよい。また、保持機構についても、
上記実施例の構造に限らず、他の構成でもよい。更に、
ノイズか接触かの判定をハード的に行う例で説明した
が、CPUなどを用いてソフト的に行うようにしてもよ
い。
【0027】また、プローブ本体の力学モデルを(1)
式で示すように1自由度のモデルで表わしたが、2自由
度、3自由度、更にもっと多い自由度のモデルで表わし
てもよい。自由度の多いモデル程、高い検出精度が得ら
れるが、検出回路は複雑化する。
【0028】
【発明の効果】以上の通り、本発明のタッチ信号プロー
ブによれば、プローブ本体に設けた加速度検出器とスタ
イラスの変位を検出する変位検出器との出力からスタイ
ラスと被測定物との接触を判別するようにしたので、プ
ローブの加速、減速時に発生するノイズを識別して、プ
ローブと被測定物との接触を確実に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の検出原理のモデルを示す図である。
【図2】本発明の一実施例のタッチ信号プローブを示す
断面図である。
【図3】同上実施例の信号処理回路を示すブロック図で
ある。
【図4】同上実施例のタッチ信号プローブを三次元測定
機に取り付けた状態の斜視図である。
【符号の説明】
7 タッチ信号プローブ 11 プローブ本体 12 スタイライ 13,14 ダイヤフラム(保持機構) 16x,16y,16z 変位検出器 17 加速度検出器 18 信号処理回路(判別手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プローブ本体と、スタイラスと、このスタ
    イラスを前記プローブ本体の中立位置に保持するととも
    にそのスタイラスを中立位置に対して変位可能かつ復帰
    可能に支持する保持機構と、前記スタイラスの変位を検
    出する変位検出器とを有するタッチ信号プローブにおい
    て、 前記プローブ本体に加速度検出器を設けるとともに、こ
    の加速度検出器からの出力と前記変位検出器からの出力
    とからスタイラスと被測定物とが接触したかを判定する
    判別手段を設けた、ことを特徴とするタッチ信号プロー
    ブ。
JP13879492A 1992-05-29 1992-05-29 タッチ信号プローブ Withdrawn JPH05332759A (ja)

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JP13879492A JPH05332759A (ja) 1992-05-29 1992-05-29 タッチ信号プローブ

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JP13879492A JPH05332759A (ja) 1992-05-29 1992-05-29 タッチ信号プローブ

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JPH05332759A true JPH05332759A (ja) 1993-12-14

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JP13879492A Withdrawn JPH05332759A (ja) 1992-05-29 1992-05-29 タッチ信号プローブ

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JP (1) JPH05332759A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139769A (ja) * 2005-11-14 2007-06-07 Immobilien Ges Helmut Fischer Gmbh & Co Kg 特に、薄層の厚さ測定装置用の測定プローブ
JP2008076089A (ja) * 2006-09-19 2008-04-03 Mitsutoyo Corp タッチプローブ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139769A (ja) * 2005-11-14 2007-06-07 Immobilien Ges Helmut Fischer Gmbh & Co Kg 特に、薄層の厚さ測定装置用の測定プローブ
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990803