JPH0548401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サポート、サポートに関して可動で
長手軸心を規定しているアーム、可動アームの一
端に配置された探子、アームをサポートに接続す
る接続装置であつて、長手軸心に対して垂直に伸
び、その１つがサポートに接続され、別のがアー
ムに接続されている複数の部材と、これらの部材
の相対変位を可能にする支点とを有し、その変位
が長手軸心に関して横切る少なくとも１つの軸心
を中心とした主に単なる相対回転から成つている
接続装置、可動アームの休止状態を規定するスラ
スト装置、および可動アームの休止状態からの変
位に関する検出装置から構成されたワークの寸法
のような直線寸法の検出ヘツドに関する。

〔従来技術と問題点〕

機械加工されたワークあるいは機械加工すべき
ワークおよび工具の直線寸法を検出するヘツドを
ターニング機械および加工センターン備える傾向
が高くなつていることが知られている。これらの
検出ヘツドは普通、ワークおよび工具と接触する
ために用いられる探子を支持するアーム、サポー
ト、アームをサポートに拙続し一軸心あるいは数
軸心に沿う探子の変位を可能にする接続装置、お
よび検出装置から構成されている。検出装置は、
測定信号（普通は比較形式）を発生するる位置変
換器、あるいは探子とワーク（あるいは工具）と
の機械的な接触が生じた際に開く電気接点を有す
る。後者の場合電気接点の開放は、検出ヘツドお
よびないしワークおよびないし工具が配置されて
いる機械工具スライダと連動して変換器で発生さ
れた測定信号の読み取りを制御する論理信号を発
生する。

上述の用途に対して採用される検出ヘツドに対
しては健全性が反復性が基本的に要求される。

更に検出ヘツドの寸法はしばしば、特別な接続
装置の形式にすべき空間および、特に工具の交換
のため自動装置を備えたラツチに関して機械工具
の中に収容するための都合から小さくなければな
らない。

これらの検出ヘツドに対する別の重要な要求
は、（測定ヘツドに関する限り）大きな値の測定
範囲を得るためおよびないし安全の理由のために
可動アームの変位が幾分の大きな振幅であること
にある。勿論検出ヘツドの全寸法が非常に小さけ
れば、検出ヘツドの健全性および反復性を同時に
保証した状態で可動アームの長い変位を得ること
は難しくなる。

周知の検出ヘツドはこれらの矛盾する要求を満
足に妥協させていない。

実際反復性が過度の遊びおよび電気構成要素の
中の望ましくない動きによつて損なわれるか、あ
るいは変位の振幅が検出ヘツド自体の寸法により
制限される。

1981年11月20日付け出願のイタリア特許出願第
3578A／81中明細書には、アームをサポートに接
続する装置が、可動アームがそこを中心として回
転変位できる支点を規定する薄肉部を持つた一体
部材によつて形成されているような測定ヘツドが
記載されている。しかしその構造形式のためにそ
れらの支点は小さな振幅の角運動を可能にし、大
きな値の測定範囲を得るためには、一体部材およ
び従つて検出ヘツドに対しかなりの寸法にする必
要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、可動アームの大きな振幅の３
次元変位の検出を可能とする一方で高い反復性お
よび精度を保証し、小さな寸法に構成できる検出
ヘツドを堤供することある。

〔発明の概要〕

本発明によればこの目的は冒頭に述べた形式の
検出ヘツドにおいて、部材が個々の部材によつて
形成され、支点が長手軸心に関しずらされている
回転軸心を規定するために部材間に配置された要
素から成り、スラスト装置が相対回転の際だけ前
記部材の相対変位の発生を保証するような力を支
点の要素および部材に与えるスラスト要素から成
つていることによつて達成される。

〔実施例〕

以下図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。

第１図および第２図に示した検出ヘツドのアー
ムセツトは覆いを兼ねるサポート１に取り付けら
れ、サポート１および検出ヘツドの長手軸心と休
止状態において一致する長手軸心を持つた可動ア
ーム２を有している。このアーム２の一端には探
子３が固定され、この探子３は接近する対象物４
と検出ヘツドとの相対変位の結果対象物４に接触
する。

アーム２は接続装置によつてサポート１に接続
され、この接続装置は３つの部分、即ち（休止位
置において）ほぼ上下に配置され検出ヘツドの長
手軸心に対しほぼ垂直方向に伸びている別個の３
つの部材あるいは板５，６，７から成つている。
部材５と７はそれぞれアーム２およびサポート１
に（図示してない方法で）直接固定され、一方部
材６は中間位置に配置されている。

部材６と７はアーム２が通る貫通孔８，９を有
し、アーム２はこれらの貫通孔８，９の中で所定
の振幅で横方向変位ができる十分な遊びを持つて
貫通している。

接続装置はまた支点を有し、この支点は部材６
と７に関して中間に配置された個々の２つの要素
あるいは球１０と１１を有し、特にこれらの球１
０，１１は部材６の表面１２に固定（例えば貼
着）され、それぞれ部材７の表面１３に設けられ
た円錐座１４と１５の表面と協働する。

表面１２と１３との間に配置された２つの復帰
ばね１６と１７を有するスラスト装置は球１０と
１１と円錐座１４と１５との接触を常に保ち、従
つて休止状態および作動状態の両方において部材
６と７を互いに接続した状態にする。

検出ヘツドはれぞれ表面１２と表面１３に固定
された２つの電気接点１８と１９を持つた検出装
置を有し、これらの電気接点１８，１９は休止状
態において互いに閉じられる。電気接点１８と１
９は球１０と１１が配置されている検出ヘツドの
長手軸心の側（第１図および第２図における左
側）と反対の側（第１図および第２図における右
側）に配置されている。

検出ヘツドの長手軸心に対し垂直の横軸心にそ
の中心が並んでいる２つの球１０と１１は一組の
電気接点１８と１９と一諸に、部材６と７の相対
位置を決定する支持台として作用し、円錐座１４
と１５の中における球１０と１１の運動は球の中
心によつて規定された上述の横軸心を中心とした
部材６，７の相対回転を可能にする。

別の支点は一組の球２０（第１図では１個しか
見えず）から成り、これらの球２０は検出ヘツド
の長手軸心に関して右側に部材５と６に関し中間
に配置されている。

特にこれらの球２０は部材６の表面２１に固定
（例えば貼着）され、部材５の表面２２に設けら
れた対応した円錐凹所２３（第１図では１つしか
見えず）の中に収容されている。

第１図および第２図では見えない別の組の復帰
ばね１６と１７と同じ作用を有し、球２０を常に
部材５と接触させている。

２つの電気接点２４と２５はそれぞれ検出ヘツ
ドの長手軸心に関し左側において表面２１と表面
２２に取り付けられ、休止状態において互いに閉
じられている。

この組の球２０の中心は、アーム２の長手軸心
に対し垂直で球１０と１１中心によつて規定され
た横軸心に対して平行な横軸心に並べられてい
る。電気接点２４と２５は検出ヘツドの長手軸心
に関して球２０によつて規定された横軸心の反対
側に配置されている。

休止状態において前記の２つの横軸心および各
組の電気接点１８，１９と２４，２５は、アーム
２の長手軸心即ち検出ヘツドの長手軸心から逆向
きに同じ間隔を隔てられている。

第２組の球２０の作用は第１組の球１０と１１
と全く同じであり、電気接点２４，２５と一諸
に、部材５と６の相対位置を決定し、球面、円錐
座およびばねの協働により前述した横軸心を中心
とした部材５，６の間の相対回転を可能にしてい
る。

圧縮ばね２６からなるスラスト装置は、サポー
ト１に設けられた円錐座２７およびアーム２に設
けられた円形肩部２８と協働して、可動アーム２
の休止位置を規定し、探子３と対象物４との接触
力の値を決定し、即ち部材５，６，７の間におけ
る相対変位、特に相対回転を生ずるために必要な
力を決定する。

制限装置はほぼ円筒状の２つのストツパ２９と
３０から成り、これらのストツパ２９，３０はサ
ポート１の内側面３１に固定され、部材５および
それに固定されたアーム２の回転運動を制限する
ためにストツパあるいは部材５の基準面３５と協
働するために用いられる。

部材５に設けられた２つの円筒状座３３と３４
は、探子３に対し軸方向に押すために部材５が球
２０，１０，１１によつて規定された支点を中心
とした部材５，６と６，７の間の逆の相対回転か
ら生ずる軸方向の変位を行う際、ストツパ２９と
３０を収容するために用いられる。

検出ヘツドは次のように作用する。

第５図において、検出ヘツドが対象物４に接近
され、探子３が対象物に接触した後、相対変位が
継続するため、探子３は図面に矢印−Ｘで示した
方向に向いた力を受ける。

この力はアーム２を介して検出ヘツドのアーム
セツトに伝えられ、もしそれがばね２６によつて
与えられる対抗力を打ち負かせるならば、アーム
２に固定された部材５は第２組の球２０によつて
規定された横軸心を中心として回転する。

ばね１６と１７は実際ばね２６によつて与えら
れるよりも大きな対抗力を供給するように作ら
れ、このようにして部材６は部材７と一体のまま
にでき、相互に付勢される電気接点１８，１９を
操作するためにサポート１とも一体のままにでき
る。

部材５と６の相対回転は電気接点２４と２５を
開かせ、探子３の−Ｘ方向における変位の発生を
示す論理信号を発生する。探子３が＋Ｘ方向に付
勢される場合（例えば対象物４に関しアーム２の
軸心を中心として対称に配置された対象物４に接
触するため）、もしその力がばね２６を圧縮する
に十分であるならば、表面２１と２２の間に配置
された第２組の復帰ばねと電気接点２４と２５の
接合の複合作用は部材５と６の静止相対位置を保
ち、アーム２と一体に球１０と１１の中心によつ
て規定された横軸心を中心としたこれらの部材の
回転を生じさせる。この回転は電気接点１８と１
９を開き、探子の＋Ｘ方向の変位を検出する論理
信号を発生する。

回転の代わりに直線方向の探子３の変位につい
ても考慮しなければならいが、この変位は非常に
小さな振幅であるので、この変位は実際ほぼ直線
であると考えることができる。

検出ヘツド構造は探子３が矢印＋Ｙ方向に変位
することを可能にしている。探子３がこの方向に
付勢されることによつて球１０，１１と２０の組
によつて規定された２つの横軸心を中心とした逆
向きの回転運動の組合せから生ずる探子３および
アーム２の変位が生ずる。

この動きは二組の電気接点１８，１９と２４，
２５によつて構成されたスイツチを開く。電気接
点１８，１９と２４，２５が論理ユニツトに接続
された直列回路に配置されているので、いずれか
の電気接点の開放が探子３の変位を検出する。前
記直列回路および論理ユニツトは既に良く知られ
ているので図面には示されてない。

上述した制限装置の特殊な構造は大きな利点を
生ずる。まずアーム２の横方向変位の制限が孔９
の表面にアーム２が接触することによつて行われ
るならば、この接触は球１０，１１，２０によつ
て規定された支点の完全性および正確さに対する
危険をもたらす。部材５とストツパ２９，３０と
の接触が、少なくとも探子３に与えられる力の標
準値に対してこの危険をなくす。

更に探子３の矢印＋Ｙ方向の変位が同じ振幅の
部材５の軸方向変位を生ずる間、探子３の＋Ｘ
（あるいは−Ｘ）方向の変位が（第１図の要素に
比例した寸法の要素から成る検出ヘツドに対し）
部材５の表面３２の点の小さな振幅の軸方向変位
の分力を生ずることを考慮しなければならない。
これはもし円筒状座３３，３４が設けられていな
ければ、ストツパ２９，３０と表面３２との間の
距離によつて決められた探子３のストロークの振
幅が矢印＋Ｘ（あるいは−Ｘ）方向におけるより
も矢印＋Ｙ方向の方が小さいことを意味してい
る。

従つてそれを防止するために座３３，３４が設
けられている。このようにして軸方向の変位が心
配される限り探子３の移動は表面３２とサポート
１の内側表面３１との接触によつて制限される。

本発明に基づく検出ヘツドは、異なつた数の第
１図の部材５，６，７と同じ部材あるいは僅かに
異なつた形状およびないし輪郭をした部材を用い
ることによつて作れる。

特にたつた２つの部材（および即ち部材間に配
置されたたつた１組の球）を持つた検出ヘツドを
作ることができ、これはただ1/2軸心に沿つた探
子の変位を生ずる。

第４図および第５図に概略的に示したアームセ
ツトを持つた検出ヘツドのような５つの部材を持
つた検出ヘツドを作ることもでき、この構造によ
つて可動アーム５１に固定された探子５０は２＋
１／２軸心に沿つて、特に図面において矢印＋Ｘ、−
Ｘ、＋Ｚ、−Ｚ、＋Ｙの方向に３次元的に変位でき
る。

第１図の部材５，６，７と同じである５つの部
材あるいは板５２，５３，５４，５５，５６（５
２はアーム５１に固定され、５６はサポート５７
に固定されている）は、（休止状態において）ほ
ぼ平行な状態で相互に配置され、数組の球５８，
５９，６０，６１は中間に配置され部材に貼着さ
れ、隣の部材に設けられた円錐座の中で自由に回
転し、直列回路に接続された数組の電気接点６
２，６３，６４，６５は同じ部材の間で（休止状
態において）閉じられている。復帰ばね（図示せ
ず）は球５８〜６１をそれらの両端に位置する２
つの部材に接触させている。

数組の球５８と５９は、±Ｘ方向に対し平行な
軸心を中心とした部材５２，５３と５３，５４の
相対回転のための検出ヘツド長手軸心から同じ距
離だけ隔てられた２つの支点を形成するため用い
られる支点を形成する。同様に数組に球６０と６
１は、±Ｚ方向に対し平行な軸心を中心とした部
材５４，５５と５５，５６の相対回転のための検
出ヘツド長手軸心から同じ距離だけ隔てられた２
つの支店を形成している。

更に第３図および第４図の検出ヘツドは第１図
および第２図に示したと同じか相応した要素を有
し、即ちばね２６に対応したばね、ストツパ２９
と３０、座３３と３４および表面３１に対応した
ストツパおよび座（環状ストツパあるいはケーシ
ング５７に固定された複数のストツパ、部材５２
に設けられた環状溝およびケーシング５７のスト
ツパ面）を有している。

作用は第１図は検出ヘツドの作用と全く同じで
ある。より明らかにするために、＋Ｘ方向および
₊Y方向に沿う探子５０の変位に関して説明する。

探子５０が第３図に示したようにう対象物６６
に接触すると、探子５０は＋Ｘ方向に力を受け
る。部材の間に配置された数組の球５８，５９，
６０と数組の電気接点６２，６３，６４を相対接
触させるため、４つの部材５２，５３，５４，５
５およびアーム５１は、部材５６に関し一組の球
６１によつて規定された横軸心を中心として一体
に回転し、部材５５と５６の間に配置された一組
の電気接点６５が開き、この開放は₊X方向の探
子５０の変位を検出する論理信号を発生する。

探子５０が＋Ｙ方向に移動すると、部材５２は
アーム５１と一体に、部材５２と５３の球５８を
中心とした相対回転、部材５３と５４の球５９を
中心とした相対回転、部材５４と５５の球６０を
中心とした相対回転および部材５５と５６の球６
１を中心とした相対回転の組合せの結果から変位
を生ずる。

この変位は種々の組の電気接点を開放せず、こ
れらの電気接点が論理ユニツト（図示せず）に接
続された直列回路に配置されているので、どれか
一組の電気接点の開放は＋Ｙ方向の探子５０の動
きを検出する。

部材の数はどうであつても部材の間の球の位置
は製造工程中において円錐座の位置決めによつ
て、即ち連続される２つの部材の一方だけに実施
される加工作業によつて決定され、実際他方の部
材への貼着は、種々の部材が積み重ねられ対応す
る座の中に球が挿入された後組立工程において実
施される。これは種々の部材の位置の困難な一致
を行わせる必要をなくすることによつて容易にで
きる。

更に部材の間に配置された数組の球に関し、こ
れらの数組の球はただストツパおよび支点として
機械的な作用を持つているだけであり、一方電気
的な検出は別の要素（特に第１図における実施例
の場合数組の電気接点１８，１９と２４，２５）
によつて行われる。従つてこれらの球はその電気
的な特性に無関係に機械的に適した材料（特に摩
擦係数が小さく耐磨耗性の材料）を用いて製造さ
れる。

上述したすべての検出ヘツドは接触検出形であ
るが、電気接点の代わりに位置変換器の対応した
要素を使用することができ、そのようにして測定
ヘツドを製造できる。

また別の方式で、例えば隣の部材に固定された
２つのリングおよび遊びをなくすために軸受に予
圧をかけるための装置を持つたローラ軸受あるい
は球軸受を使用して支点を得ることもできる。支
点の別の実施形態に基づいて、各組の球は部材に
溶接され、座がそれぞれ円錐座そよびＶ字形座の
ように形成される。

なお上述した検出ヘツドは本発明の技術思想を
逸脱することなしに作用あるいは構造について変
更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく接触検出形のヘツドの
休止状態における縦断面図、第２図は第１図の
−線に沿うアームセツトの断面図、第３図は第
１図の検出ヘツドのアームに比べて多くの自由度
で動けるアームを持つた異なつた接触検出形の検
出ヘツドの主要構成要素の縦断面図、第４図は第
３図における−線に沿う断面図である。第５
図は検出ヘツドを＋Ｘ方向へ移動させて探子を対
象物に接触させた状態を示す断面図であり、第６
図は検出ヘツドを＋Ｙ方向へ移動させて探子を対
象物に接触させた状態を示す断面図である。 １……サポート、２……アーム、３……探子、
４……対象物、５，６，７……部材、８，９……
貫通孔、１０，１１……球、１２，１３……表
面、１４，１５……円錐座、１８，１９……電気
接点、２０……球、２２……表面、２３……円錐
凹所、２４，２５……電気接点、２６……ばね、
２９，３０……ストツパ、３３，３４……円筒状
座、５０……探子、５１……アーム、５２〜５６
……部材、５７……サポート、５８〜６１……
球、６２〜６５……電気接点、６６……対象物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長手軸心を規定するケーシング１；ケーシン
   グ１に関して可動のアーム２；可動のアーム２の
   一端に配置された探子３； アーム２をケーシング１に接続する接続装置で
   あつて、この接続装置は、 アーム２の長手軸心に沿つて互いに上下に配置
   された３個の剛体の部材５，６，７であつて、こ
   れらの部材５，６，７は長手軸心に対して垂直な
   方向に沿つて拡がり、その１つ７がケーシング１
   に固着され、別の５がアーム２に固着されて、第
   ３の部材６が他の２個の部材の間に配置された３
   個の部材５，６，７と、 前記これらの部材５，６，７の相対変位を可能
   にする支点装置であつて、この支点装置は２個の
   回転軸を規定するために近接する前記部材の間に
   配置された要素１０，１１，２０を有し、前記２
   個の回転軸は長手軸心に対して横方向にあるとと
   もにオフセツトしており、前記相対変位は前記２
   個の回転軸のまわりに生じる相対回転のみから実
   質的になる支点装置と、を含み； 可動アーム２の休止状態を規定するスラスト装
   置であつて、このスラスト装置は、前記部材５，
   ６，７間の相対変位が相対回転のみであることを
   保証するために、前記休止状態および前記変位中
   の両方において支点装置の要素１０，１１，２０
   を前記部材５，６，７と接触状態に保つ力を支点
   装置の要素１０，１１，２０および前記部材５，
   ６，７に与えるスラスト要素１６，１７を有し； および、可動アーム２の休止状態からの変位に
   応答し前記支点装置と別個の検出装置； を備えることを特徴とするワークの直線寸法を検
   出する検出ヘツド。 ２ 前記２個の回転軸は前記長手軸心から等しく
   離れており、前記検出装置は、前記探子の軸方向
   変位と前記探子の２個の対向する横方向の変位と
   を検出するために前記部材に関係する４個の電気
   的接点を有する２個の電気的スイツチを備えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の検
   出ヘツド。 ３ 支点装置の前記要素がほぼ球形をしており、
   各要素はその要素を間に配置する２個の近接する
   前記部材の一方の部材に固定され、他方の部材は
   その要素を滑動させるための座を規定することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の検出ヘ
   ツド。 ４ サポート； 長手軸線にそつて互いに上下に配置された５個
   の剛体の板であつて、これらの板は前記サポート
   にに固定された一方の端部の板と他方の端部の板
   と３個の中間の板とを含み； 前記他方の端部の板に固定された可動アームで
   あつて、このアームは検出される部品を接触する
   ための探子を有し； 各対の近接する前記板の間に配置される要素を
   有する第１、第２、第３および第４の支点装置で
   あつて、これらの要素は一方の板に固定され他方
   の板上を滑動可能であり、これらの支点装置は前
   記板の相対回転の４個の横方向の軸を規定し、相
   対回転のこれらの軸は２個ずつ平行で２個ずつ垂
   直であつて長手軸線に対しオフセツトを有し； 可動アームの静止状態を規定するスラスト装置
   であつて、このスラスト装置は、前記支点装置の
   前記要素の各々を関係する前記他方の板と接触状
   態を維持させる力を前記支点装置の前記要素およ
   び前記板にかけるために弾性要素を有し； および、前記板の相対回転による可動アームの
   休止状態からの変位を検出するために、前記板の
   近接する各対の間に配置された電気的接点の対を
   含む第１、第２、第３および第４のスイツチ手
   段；を備えることを特徴とする接触検出ヘツド。 ５ 前記４個の回転軸は前記長手軸心から等しく
   離れており、近接する前記板の間に配置された前
   記支点装置の前記要素は長手軸心に対して一方の
   側にに位置し、同じ前記板の間に配置された電気
   的接点の対は長手軸心に対して反対の側に位置す
   ることを特徴とする特許請請求の範囲第４項に記
   載の接触検出ヘツド。 ６ 前記板の４個の板は可動アームを通すための
   貫通穴を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の接触検出ヘツド。 ７ 前記サポートと可動アームが固定された前記
   端部の板とは可動アームの変位を制限するために
   複数の停止表面を形成することを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載の接触検出ヘツド。