JPH0617766B2 - タッチ信号プロ−ブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタッチ信号プローブ、特にワークと接触する触
針の多軸方向の接触動作を高精度で等方向的に検出する
ことのできる改良されたタッチ信号プローブに関するも
のである。

［従来の技術］ 三次元座標測定機等においては基台上に置かれたワーク
にプローブを接触させ、この接触点を三次元的に測定す
ることによって複雑な形状のワークに対しても正確な立
体測定を行うことができ、精密測定分野において広範囲
の利用に供されている。

この種の測定機では、三次元方向に任意に手動あるいは
自動的に移動可能なプローブがワークに対して所定測定
点で接触し、このときの各軸の送り座標が読取られる
が、近年のプローブにおいては、ワークとの接触を自動
的に電気的なタッチ信号として検出するタッチ信号プロ
ーブが広く用いられており、プローブの自動送りそして
複雑な形状のワークを自動測定することを可能にしてい
る。

従来の一般的なタッチ信号プローブはワークと接触する
触針がプローブケースに移動自在に支持されており、ワ
ークとの接触時の触針の変多を吸収する構成から成り、
またタッチ信号を電気的に出力するために、触針とワー
クとの間あるいは触針の支持機構部に接点が設けられて
いる。

しかしながら、このような従来の接点式プローブにおい
ては、触針の支持部に設けられた接点は、通常の場合支
持部が３点支持であるために測定に方向性が生じ、全方
位に対して安定した測定力を得ることができず、またこ
のような方向性は補正不能であるために問題であった。

従来の他のタッチ信号プローブとして、前述した接点を
用いることなく、例えば差動トランスによって触針の傾
きあるいは移動を電気的に検出するプローブが提案され
ているが、このような従来の差動トランス型プローブに
おいても、実際上良好な検出感度を得ることができず、
また特に触針の移動に対して検出感度が方向性を有する
という問題があり、十分に実用性のある装置を得ること
ができなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来の課題に鑑み為されたものであり、そ
の目的は差動トランスの原理を用いて、方向性のない高
精度のタッチ信号検出作用を行うことのできる改良され
たタッチ信号プローブを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、単一の静止位置
を有するとともに多軸方向に移動自在にプローブケース
内に位置決め保持された触針基台を設け、この触針基台
により触針を支持する。さらに、触針基台の上下に等方
向的形状を有する上ダイアフラム及び下ダイアフラムを
設け、触針を担持した触針ホルダ体を、両ダイアフラム
によって触針基台に対して移動自在に支持する。

さらに、触針あるいは触針ホルダ体の動きを電気的に検
出するために、差動トランス原理を用いた検出手段を設
ける。この検出手段は、３対以上のコア対及び３対以上
の検出コイル対を有している。各コア対は、それぞれ触
針の軸方向に対して略同一の角度をなす相異なる少なく
とも３本以上の軸の上に平行に位置するよう、触針ホル
ダ体に両ダイアフラムの間において固定する。各検出コ
イル対は、触針基台に各コア対と腕接対向して固定す
る。

従って、本発明においては、各コア対が上下ダイアフラ
ムの間に位置しているためダイアフラムの等方向的形状
によって、触針がワークに接触したときにはそのあらゆ
る接触方向に対して各コア対は等方向性の動きをするこ
とが可能になる。また、その動きは、差動トランス原理
によって電気的な信号として検出される。各検出コイル
対から得られる信号を合成することによって、所望の等
方向性タッチ信号を検出することが可能になる。

なお、コア対が位置する軸が略直交する３軸である場
合、前記略同一の角度は、触針の軸方向に対して略５５
度４４分傾いた方向となる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明に係るタッチ信号プローブの好適な実
施例が示され、プローブケース１０はその上面に固定さ
れる取付ブラケットによって図示していないが周知の三
次元座標測定機の可動部に着脱自在に装着される。

プローブケース１０の下面開口部１０ａには底板１４が
ネジ固定され、該底板１４とプローブケース１０との間
にほぼリング状の受け板１６が挟持固定されている。

前記プローブケース１０の内部には触針基台１８が単一
の静止位置を保ちながらかつ移動自在に支持されてお
り、後述する触針２０を上ダイアフラム３８、下ダイア
フラム４０及び支持軸４８を介して保持する。

実施例における触針基台１８は基台スプール２２の上下
面に上板２４及び下板２６が固定された形状からなり、
前記受け板１６の上に単一の静止位置にて載置されてい
る。

すなわち、受け板１６にはほぼ１２０度間隔で３個の受
座２８ａ，２８ｂ，２８ｃが嵌着され、また、前記触針
基台１８の下板２６にはそれぞれ前記受座２８と対応す
る位置にボール受３０が嵌着され、受ボール３２がボー
ル受３０に固定され、受座２８は受ボール３２を挿入す
ることにより、触針基台１８を正しい位置に位置決め載
置することができる。

前記３個の受座２８はそれぞれの受面が異なる形状を有
し、第１図における受座２８ａは擂り鉢状の受面を有
し、また他の受座２８ｂ，２８ｃはそれぞれ第２，３図
に示されるように、Ｖ溝及び平面形状からなり、これら
の各受座２８によって基台１８の静止位置が確実に定め
られる。

前記触針基台１８を前記受座群２８に落着かせるため、
触針基台１８の下板２６に設けられたバネ受３３ａと前
記受け板１６に設けられたバネ受３４との間には付勢ス
プリング３６が装着され、このスプリング３６をほぼ１
２０度間隔で３本設けることによって触針基台１８は確
実に受け板１６に向って押付けられ、その静止位置を保
持することが可能となる。

本発明においては、触針２０を各３軸、すなわちＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向に対して良好な感度で移動できるように、
触針ホルダ体１２が触針基台１８に対して支持軸４８と
２枚のダイアフラム３８，４０によって支持されている
ことを特徴とする。

すなわち、スプール２２と前記上板２４及び下板２６と
の間には第４図に示されるような上ダイアフラム３８及
び下ダイアフラム４０がそれらの外周で強固に挟持固定
されている。

そして、上ダイアフラム３８の中央部には上触針ホルダ
４２がワッシャ４４及び止めネジ４６によってしっかり
と固定保持されている。

上下ダイアフラム３８，４０は触針２０にワークが接触
していないときは、上下触針ホルダ４２，５４及び触針
ホルダ体１２を介して触針２０を高精度で一定位置に保
持するとともに、触針２０がワークに接触したときは、
コア受台６２が変位し高感度で触針２０の接触を検知す
る。

そして、上触針ホルダ４２は触針ホルダ体１２の支持軸
４８と連結された割リングになっており、このために、
支持軸４８の上端はリング５２に螺合したねじ５０を締
付けることによって上触針ホルダ４２にしっかりと固定
され、また支持軸４８の下端は触針２０が着脱自在に固
定されている下触針ホルダ５４の上部に固定され、これ
によって、触針基台１８による触針２０吊り支持構造が
達成されている。

そして、前記下ダイアフラム４０の中央部には前記下触
針ホルダ５４が前記上触針ホルダ４２と同様にワッシャ
５８及びネジ止め６０にて強固に固定結合されている。

本発明において特徴的なことは、前記触針２０すなわち
触針ホルダ体１２のワークとの接触時に、この接触移動
を等方向性特性で電気的に検出することを特徴とし、こ
のために触針ホルダ体１２と触針基台１８との間に差動
トランス原理を利用した複数対の検出手段が設けられて
いる。

すなわち、前記支持軸４８にはコア受台６２が固定され
ており、このコア受台６２は第５図の正面図で示される
ように、上下対称な六面体から成り、その平面を示す第
６図から明らかなように、互いに斜め上下で相対向する
３対の面６２ａと６２ｂ、６２ｃと６２ｄそして６２ｅ
と６２ｆにはフェライト等から成るコア対６４ａと６４
ｂ，６５ａと６５ｂそして６６ａと６６ｂが設けられて
いる。実施例において、前記コア６４（６５，６６）
は、第７図の断面で示されるように薄板円板状コア６４
ａ，６４ｂがコア受台６２に埋め込まれた構成から成
る。

以上のように、本実施例では、３対のコア６４，６５，
６６が前記コア受台６２の異なる受面に設けられること
となり、実施例においてはこの３対のコア６４，６５，
６６はそれぞれ互いに直交配列され、また触針２０の軸
線に沿った、すなわちＺ軸に対して５５度４４分傾いた
角度に配置され、これによって、触針２０のあらゆる方
向に対して等方向性の検出作用を行うことが可能とな
る。

前記コア６４，６５，６６に対応して、触針基台１８側
には検出コイルが固定され、第１図において、コア対６
４ａと６４ｂと対向配置された検出コイル６８ａ及び６
８ｂがそれぞれカップ状コア７０ａ，７０ｂ内に固定さ
れている。前記カップ状コア７０ａ，７０ｂはその軸７
２ａ，７２ｂが前述する触針基台１８のスプール２２に
固定されており、これによって、固定側検出コイル対６
８ａ，６８ｂとこれに対向する可動コア対６４ａ，６４
ｂによって差動トランス原理を用いた検出手段が形成さ
れることとなる。

前記固定側の検出コイル６８ａ，６８ｂは軸７２ａ，７
２ｂをスプールの保持孔に対して摺動させることによ
り、前記コア対６４ａ，６４ｂとの間隙を任意に調整す
ることができる。

第１図には詳細に示されていないが、前記コア対６４
ａ，６４ｂと直交するコア対６５ａ，６５ｂそして６６
ａ，６６ｂに対しても同様に検出コイル対が触針基台１
８に固定支持されており、これによって、実施例におい
ては、３対の直交する検出手段が設けられることとな
る。

本発明に係るタッチ信号プローブは以上の構成から成
り、触針基台１８はそれ自体が各軸方向に移動可能であ
ることから、触針２０が被測定物と接触したときの逃げ
作用を行う。また、触針２０は接触検知を行うため、前
記触針基台１８に吊り支持されており、更に詳細には両
ダイアフラム３８，４０及び支持軸４８によって吊り支
持されている。ここで、第８図に示されるように、触針
２０の先端部に被測定物が接することによる両ダイアフ
ラム３８，４０の変形及び支持軸４８の撓みは方向性を
有していないため、触針２０の先端部がどのような方向
から接触したとしても、この接触に基づく変位は正確に
支持軸４８の中間部に生じる変位として伝えられる。

このようにして、触針２０によるワークとの接触が正確
に触針ホルダ体１２に設けられたコア対の変位となりこ
の変位は触針基台１８に固定された検出コイル対によっ
て差動トランス原理を利用したインダクタンスの変化と
して検出され、このインダクタンス変化も各軸方向に対
して等方向性の検出作用を行うので、本発明によれば、
極めて高精度のタッチ信号検出作用を行うことができ
る。

前記各検出コイル対はそれぞれブリッジを形成すること
が好適であり、これによって、バランスのとれた検出信
号が得られる。

前述した実施例においては３対の検出手段が設けられて
いるが、これらの対数は３個以上であれば任意に設定可
能であり、また実施例においては３対の検出手段が直交
配置され更にＺ軸に対して55度44分の設置角度を有する
が、これらの設置位置は任意に選択可能である。

更に、前述した実施例においては、コア受台として六面
体が設けられているが、これを他の形状、例えば八面体
とすることも可能であり、この八面体から成るコア受台
の各４対の対向面に沿って４対の検出手段を設けること
によりあらゆる方向に対して触針の動きを検出可能とし
得る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、３対以上のコア
対及び３対以上の検出コイル対を有する検出手段を、両
ダイアフラムの間において触針ホルダ体に固定するよう
にしたため、タッチ信号プローブを小形化できる他、等
方向性の高精度タッチ信号検出が可能になり、三次元座
標測定機等に極めて好適なタッチ信号プローブを提供で
きる。すなわち、検出手段を上下ダイアフラムの間に配
置しているため及びこれらダイアフラムの等方向的形状
により、検出手段を上下ダイアフラムの外側に配置した
場合のように触針の傾きによって検出手段の傾きが発生
することがなく、等方向性の高い検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るタッチ信号プローブの好適な実施
例を示す縦断面図、 第２，３図は第１図における触針基台の支持部の構造を
示す要部断面図、 第４図は第１図におけるダイアフラムの平面図、 第５図は第１図の実施例におけるコア受台の正面図、 第６図は第５図に示したコア受台の平面図、 第７図は第６図における要部断面図、第８図は本実施例
において生じる支持軸の撓みを示す概念図である。 １０……プローブケース １２……触針ホルダ体 １８……触針基台 ２０……触針 ３８……上ダイアフラム ４０……下ダイアフラム ４２……上触針ホルダ ４８……支持軸 ５４……下触針ホルダ ６２……コア受台 ６４，６５，６６……コア ６８……検出コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 哲夫 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株式 会社三豊製作所マイクロコード本部内 (56)参考文献 特開 昭51−149049（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−72651（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】触針を間接的に支持した触針基台が、単一
   の静止位置を有するとともに多軸方向に移動自在にプロ
   ーブケース内に位置決め保持され、ワークに対する触針
   の接触を電気的に検出するタッチ信号プローブにおい
   て、前記触針基台の上下に触針の軸に対して等方向的形
   状を有する上ダイアフラム及び下ダイアフラムが設けら
   れ、触針を担持した触針ホルダ体が、両ダイアフラムに
   よって触針基台に対して移動自在に支持され、それぞれ
   触針の軸方向に対して略同一の鋭角をなし相異なる少な
   くとも３本以上の軸の上に相平行に位置するよう、３対
   以上のコア対が両ダイアフラムの間において触針ホルダ
   体に固定され、一方前記触針基台には前記３対以上のコ
   ア対と隣接対向して３対以上の検出コイル対が固定さ
   れ、触針の多軸方向移動を３対以上のコア対と検出コイ
   ル対とによって電気的に検出することを特徴とするタッ
   チ信号プローブ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のタッチ信号プ
   ローブにおいて、コア対が位置する軸が３本でありかつ
   互いに略直交し、前記略同一の鋭角は、触針の軸方向に
   対して略５５度４４分傾いた方向であることを特徴とす
   るタッチ信号プローブ。