JPH05506713A - 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】 プローブ 本発明は、目的物との接触を表示する座標測定装置及び同様の機械に使用される プローブに関するものである。

座標測定装置及び同様の機械において、目的物の測定は、プローブと該目的物と の「接触」が表示されるまで、プローブ及び目的物が制御された状態で通常、基 準点から相対的に動（程度により行われる。その接触位置の座標が記録される。

かかる動作を反復することにより、その目的物の寸法を測定することが出来る。

かかる測定の目的は、０．５ミクロン以下の再現可能性で１ミクロン以上の精度 を実現することである。従って、その「接触」動作は極めて応答性に優れ、誤差 が生じないものでなければならないのは勿論である。かかる接触動作を実現する プローブは通常、目的物に接触するボール端を硬買な材料で形成した軽量でかつ 薄い触針を使用する。この接触動作により触針がプローブ内の取り付は真円で偏 向し、その触針の偏向を検出し、座標をして記録させる。

公知のプローブは、多くの測定時に良好な結果を示すが、ある測定の場合、記録 された座標の修正では補正し得ない測定誤差が生じることがある。かかる誤差の 一つの原因は、触針を異なる方向に偏向させるためには、その検出前に異なる程 度に偏向させることが必要とされることである。別の原因は、触針により作動さ れる電気機械式スイッチを使用して検出動作を行い、そのスイッチ接点箇所のア ーク又は腐食によりスイッチの接続又は接続解除が均一でないためである。従来 から使用されているプローブは、触針に対する電気的又は機械的接続部を備えて いる。

英国特許出願第８９１５３０３．５号には、外部の制限手段と、触針の偏向時、 検出器から光を偏向させ得るように触針に設けられたミラーから成ることが望ま しい検出機構とを備えるプローブが示されている。

本発明によれば、位置測定装置等用のプローブにして、ハウジングと、ハウジン グ内の検出スペースと、該検出スペースの開口と、前記開口を通って検出スペー ス外に伸長する触針と、前記開口に設けられた触針支持手段と、前記支持手段上 で位置測定のため変位するのを許容する一方、前記触針を前記支持手段と低摩擦 係合状態でかつ略中立軸線に向けて制限する手段とを備え、前記触針が、前記触 針から及び前記触針に沿って横方向に伸長する第］のレバー要素と、前記第１の レバーから伸長し、触針の変位を前記制限手段に伝達し、制限程度を前記制限手 段から前記触針に伝達する第２のレバーとを備え、前記レバー機構が、前記第２ のレバーが係合可能な当接部を備えることを特徴とするプローブが提供される。

プローブ触針は、前記支持手段に球状面を有し、支持手段は、前記球状面に対し 局部的接触のみを許容し得るようにすることが出来る。この局部的接触はボール により実現することが出来る。該触針は、球状面を備え、ボールは前記開口の周 囲に収容することが便宜である。

該触針は、上記第１のレバーとして、均一に伸長するカラーを備えることが出来 る。制限手段は、上記ハウジング内に設け、上記ハウジング内に保持された上記 当接部と係合可能な従動子の第２のレバーを介し上記触針カラーの第１のレバー に作用させることが出来る。上記制限手段は、第１のレバーの抵抗力に抗して第 ２のレバーを上記当接部上に付勢させ、触針を中立軸線上に低摩擦係合状態に維 持する。これにより、予応力が生じることが都合がよい。当接部は円形であるハ ウジングの内側に沿ってあり、第２のレバーは前記当接部に嵌まるように円形で ある一方、第１のレバーは円形でかつ当接部内にあり、中立位置にあるとき、当 接部及び第２のレバーの高さと等しい高さか又はその僅か上方に位置するように することが望ましい。

プローブの構成部品は、その関係を保持し、中立軸線を中心として相対的に回転 しないように配置することが出来る。検出スペースは、検出手段の放射線を送出 する手段と、検出手段に対し放射線を集める手段と、触針に設けられ、送出され た放射線をコレクタ手段に反射させる反射器手段とを備え、その反射は、上記の 位置測定変位により触針が球状動作するとき、該反射器が上記制限手段に対して 変位されるまで行われるようにする。

本発明を具体化するプローブの概略図的な断面図である添付図面を参照しつつ、 本発明の実施例について、以下に説明する。

一つの添付図面を参照すると、ハウジングが全体として符号１０で示してあり、 該本体１０は端部カバー１３を受け入れる取り付は軸部１２と、ねじ付き端部と を有する本体１１を備えている。

触針キャリア１４が本体１１と端部カバー１３との間でハウジング内にクランプ 止めされる。該触針４０は、その１つを符号５ｏで示した等間隔で離間した３つ のボール上でキャリア１４の開口１６内に支持される。

支持ボールに実際に接触する触針の部分４３は、それ自体、球状であり、大きい ボール軸受を機械加工したものであることが望ましい。これにより、触針に対す る低摩擦の支持体が形成される。触針は本体１１内のばね２ｏにより、低摩擦の 支持体上の画成された着座位置に付勢される。ばね２０は、図示するように配置 されたカラー２１、従動子２２及びカップ２３を介して機能する。カラー２１は 、第１のレバーを形成する一方、従動子２２は第２のレバーを形成する。キャリ ア１４の端部１５は第２のレバー２２に対する当接部を提供する。カラー２１は 触針４０と一体化し、又は圧力嵌めすることが出来る。カラー２１は、従動子に 作用する鋭角な端縁による悪影響を解消すると共に、必要とされる僅かな程度の 摺動を許容し得るような外端縁半径であることが望ましい。

一つの構成例において、カラー２１は、当接部１５から僅かに（約１ミクロン程 度）突出さ也ばね２０が従動子２２を当接部１５に付勢させ、幾分かの予応力が 存在するようにカラー２１を僅かに変形させ得るように配置する。別の形態にお いて、予応力が全く存在しないように空隙を残すことも出来る。別の構成におい て、従動子２２に向けた当接部１５の面及びカラー２１の面は、共に一回、ラッ ピング加工を行い、従動子２２に向けた共通の平坦面を形成する一方、この共通 面に接触する従動子２２のそれぞれの面はそれ自体、ラッピング加工されるよう にする。このように、偏向後、触針は最初の位置、即ち中立位置により正確に復 帰することが出来る。

従動子２２及びカップ２３は、ばね２０をそれぞれのキャビティ内に収容する。

カラー２１は、球状部分４３から伸長するネック４４の周囲で触針４０に取り付 けられる。固定構造体と接触させる（「触れさせる」）ことにより、キャリア１ ４内で触針４０を傾動させると、カラー２１は第１のレバーとして機能し、第２ のレバーとして機能する従動子２２を傾動させ、ばね２０を従動子の上昇領域の 上方に偏向させ、ばねを圧縮する。従動子は、触針のカラーにより傾動されると 、キャリア１４の端部１５に係合し、レバーの動作に対する当接部として機能す る。触針が傾動する原因が除去され、圧縮されたばねがカラー２１のレバー２２ 及び従動子２２を付勢させ、触針を適正に画成された休止位置に復帰させる。

従動子２２は、常に、キャリア１４の当接端１５に着座する位置に復帰するため 、この従動子はカラー２１を介して触針上に機能することによりこの休止位置を 画成する。構成部品２０．２１．２２．２３．４０は、ばね２０の作用により中 立軸線及びキャリア１４を中心として相対的回転動作しないようにすることが望 ましいが、必要であれば、更に別の手段を利用することも出来る。プローブ零か らの変化を回避するために、かかる回転は阻止する必要がある。又、この構成は 再現性を向上させる単一点接触を促進することが注目される。

便宜な検出機構は、凹型ミラー４２を触針４０上に取り付け、光ファイバ装！３ ０から光を向け、ミラー４２により光フアイバ装置３０に反射させて戻し、検出 されるようにすることである。偏向したミラーにより反射されて戻った光がファ イバコアから離れるのに伴い、輝度の変化が適当な光電子回路により検出される 。

１０ｍｖ／ミクロンの応答性が実現され、１ミクロン以下の変位感度が得られる 。

特別な構成において、ミラー及びファイバは、触針が休止位置にあるとき、ロス を除いて光ファイバからミラーに達する全ての光が、反射されるように配置する 。

触針の先端がその先端の半径（−例として１ｍｍ）の半分に相当する距離だけ偏 向するとき、反射光は、固定モニタ源（検出源からの光の一部であることが望ま しい）からの光量まで減少するように配置する。かかる構成により高感度の検出 が可能となる。デジタルシグナル又はアナログ信号のような信号、又は開放又は 閉塞スイッチの何れかを形成し得るように検出器機構を提供することが出来る。

接触状態及びその方向の双方を検出する必要がある場合、光フアイバ機構は、中 心点の周囲に別個の検出領域、及びそれぞれの検出手段を提供し得るように機能 を拡大することが出来、これにより、各領域の相対的輝度を比較し、反射光の伝 播方向を測定することが出来る。

本発明を具体化するプローブの一例を使用するとき、休止位置（プローブの測定 位置ではなく）は、数１０ミクロンの範囲内で画成されることが分かった。ある 箇所の座標を連続的に５０回測定した場合、その測定誤差は、座標測定機械の解 像限界値である１ミクロン以内であった。

触針キャリア１４に球状面を設け、ポールを触針内に収容することも勿論可能で あり、この場合、ポールは球状とする必要はない。所望であれば、触針及びキャ リアの双方は、その間にポールが収容された球状の形態とすることも出来る。別 の構成例において、キャリア１４は、触針の球状面を支持し得るように刃状端縁 又はその他の面積の小さい面を備えるようにすることも出来る。空気軸受とする ことも又可能である。その他の詳細及び構成は当業者に明らかであろう。

ハウジング［１０コを有し、前記ハウジング内に検出スペース及び前記検出スペ ースに対する開口［１６］を備える位置測定装置等用のプローブであって、前記 開口を通って検出スペースから伸長する触針［４０］と、前記開口に設けられた 触針支持手段［１４コと、前記支持手段上で位置測定変位を許容する一方、前記 触針を前記支持手段と低摩擦係合状態でかつ略中立軸に向けて規制された状態に 維持する手段［２０コとを備えるプローブにして、前記触針からかつ該触針に沿 って横方向に伸長する第１のレバー要素［２１］と、前記第１のレバーから伸長 し、触針の変位を前記制限手段に伝達すると共に、制限程度を前記制限手段から 前記触針に伝達する第２のレバー［２２コとを有するレバー機構を介して前記触 針が前記制限手段に連結され、前記レバー機構が、前記第２のレバーが係合可能 な当接部口１５］を備えることを特徴とするプローブ。

−・−贈中−ａｅｅｍ−＋、ｅＭｉ＋−ＰＣＴ／ＧＢ　９１１０００５９国際調 査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジング［１０］を有し、前記ハウジング内に検出スペース及び前記検出 スペースに対する開口［１６］を備える位置測定装置等用のプローブであって、 前記開口を通って検出スペースから伸長する触針［４０］と、前記開口に設けら れた触針支持手段［１４］と、前記支持手段上で位置測定変位を許容する一方、 前記触針を前記支持手段と低摩擦係合状態でかつ略中立軸に向けて親制された状 態に維持する手段［２０］とを備えるプローブにして、前記験計からかつ該触針 に沿って横方向に伸長する第１のレバー要素［２１］と、前記第１のレバーから 伸長し、触針の変位を前記制限手段に伝達すると共に、制限程度を前記制限手段 から前記触針に伝達する第２のレバー［２２］とを有するレバー機構を介して前 記触針が前記制限手段に連結され、前記レバー機構が、前記第２のレバーが係合 可能な当接部［１５］を備えることを特徴とするプローブ。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のプローブにして、前記プローブ触針が、前記支持 手段に球状面［４３］を有し、前記支持手段が、前記球状面に局部的にのみ接触 ［５０］することを特徴とするプローブ。
3. ３．請求の範囲第２項に記載のプローブにして、前記局部的接触がポールにより 付与されることを特徴とするプローブ。
4. ４．請求の範囲第３項に記載のプローブにして、前記触針が球状面を備え、前記 ボールが前記開口の周囲に収容されることを特徴とするプローブ。
5. ５．請求の範囲第１項に記載のプローブにして、前記触針が前記第１のレバーと して均一に伸長するカラーを備えることを特徴とするプローブ。
6. ６．請求の範囲第５項に記載のプローブにして、前記制限手段が前記ハウジング 内にあり、前記ハウジング内に保持された前記当接部と係合可能な従動子の第２ のレバーを介して前記触針のカラーの第１のレバーに作用することを特徴とする プローブ。
7. ７．請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載のプローブにして、前記制限手 段が、第１のレバーの抵抗力に抗して前記第２のレバーを前記当接部に付勢させ 、中立軸線上で触針との低摩擦係合状態を維持し得るようにしたことを特徴とす るプローブ。
8. ８．請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載のプローブにして、前記レバー の少なくとも一方に予応力が存在することを特徴とするプローブ。
9. ９．請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載のプローブにして、前記当接部 が円形である前記ハウジングの内側に沿って設けられ、前記第２のレバーが前記 当接部に嵌まり得るように円形であり、前記第１のレバーが円形でかつ前記当接 部の内側にあり、中立位置にあるとき、前記当接部及び第２のレバーの高さより も上方でない位置となるようにしたことを特徴とするプローブ。
10. １０．請求の範囲第１項乃至第９項の何れかに記載のプローブにして、前記プロ ーブの構成部品がその関係を維持し、中立軸線を中心として相対的に回転しない ように配置されることを特徴とするプローブ。
11. １１．請求の範囲第１項乃至第１０項の何れかに記載のプローブにして、前記検 出スペースが、検出手段の放射線を送出する手段と、検出手段に対して放射線を 集める手段と、前記触針上に設けられ、前記位置測定変位により触射が球状に動 くとき、制限手段に反射する反射器手段とを備えることを特徴とするプローブ。