JPH0769172B2

JPH0769172B2 - 三軸変位構造体

Info

Publication number: JPH0769172B2
Application number: JP1238572A
Authority: JP
Inventors: 英夫森田; 賢二安孫子; 和義岡田; 双一佐藤
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH03100415A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は三軸変位構造体に関し、三次元測定機、自動工
作機械等に支持される検出器、あるいは、三軸方向アク
チュエータ等の構造体として利用できる。

〔背景技術〕被測定物の寸法、形状等を測定する装置として、種々の
三次元測定機が広範に利用されている。この種の三次元
測定機の中には、例えば、被測定物の表面を当接あるい
は摺動させること、すなわち、接触式で、その寸法、形
状等を測定する検出器を備えたものがある。このような
検出器としては、被測定物に対しいかなる方向から当接
されてもその形状等を測定できなければならない。この
ため、この種検出器には、直交三軸（X,Y,Z軸）方向に
変位可能な構造体が必要とされ、このような構造体を有
する検出器としては、例えば、特公昭54−6218号公報に
その技術的思想が開示されている。

すなわち、この検出器は、X,Y,Z軸の夫々の軸方向に変
位する弾性四辺体を板ばねを介して、Ｚ軸方向に縦一列
に装着して構成されており、最下段の弾性四辺体下部
に、複数の測定子が取着されるとともに、前記夫々の弾
性四辺体内に、前記複数の測定子の変位を検出する信号
発生器が夫々装着されている。そこで、この検出器で被
測定物の寸法、形状等を測定する場合には、例えば、夫
々の軸方向に対応する測定子で基準位置を設定した後、
被測定物に前記夫々の測定子を摺動させることで行って
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この検出器は、夫々の弾性四辺体を縦一
列に装着しているためＺ軸方向に長くなり、その分、こ
の検出器を取着するコラム等も長くなって、ひいては、
この検出器が取付けられる三次元測定機等も大型化する
虞れがある。

また、一般にアッベの原理といわれる測定に関する原理
があり、これは、測定の基準尺と、被測定物に当接する
測定子とが同一直線上にある場合に測定誤差が最も小さ
くなり、両者が離れる、すなわち、オフセットされるに
従って測定誤差が大きくなるという原理である。従っ
て、前記特公昭54−6218号公報のように、弾性四辺体を
一列に積み重ねたのでは、測定子による測定点と測定位
置とが大きく離れ、所謂アッベの誤差を生じるという欠
点がある。

また、例えば、特公昭53−40465号公報には他の技術的
思想が開示されている。

この思想は、三つの弾性四辺体の内二つ、すなわち、X,
Y軸方向の弾性四辺体を一組みにして、残りのＺ軸方向
の弾性四辺体をその下に設け、更に、信号発生器を夫々
の弾性四辺体内に取着して構成されている。

しかしながら、この場合、やはり、前記信号発生器は夫
々別異の位置にある（Ｚ軸方向に高さ位置が相違する）
ため、やはり、アッブ誤差を惹起し、その結果、精密測
定が困難となる不都合が生じる。

また、X,Y軸方向の弾性四辺体を一組みにすることで、
かなり小型化されたが、まだ小型化する余地は残されて
いる。すなわち、Ｚ軸方向の弾性四辺体も前記X,Y軸方
向の弾性四辺体と組合わせれば、小型化できると考えら
れる。しかし、この場合、組合わされたX,Y軸方向の弾
性四辺体の板ばねは、共に同一の方向、すなわち、Ｚ軸
方向に延長されているため、これに更にＺ軸を組合わせ
ることはできない。従って、この技術的思想によって
も、三つの弾性四辺体を直接組合わせて検出器を正常に
作動させることは、不可能となる欠点が露呈する。

いずれにしても、従来の三軸方向の検出器は小型化され
ておらず、検出誤差も大きなものであった。

また、以上のような検出器に限らず、三軸方向に変位可
能なアクチュエータにあっても、小型のものが要望され
ていた。

本発明の目的は、小型化できるとともに、安価に製造で
き、かつ、変位特性に方向性がない三軸変位構造体を提
供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、対向された少なくとも一対の辺が一軸方向に
変位可能となるよう弾性変形部材を介して四角形枠状の
枠状単位部材を構成し、この枠状単位部材を３個用い、
かつ、これらの３つの枠状単位部材の変位の軸方向を互
いに略90度回転させて組合わせることにより、三軸全て
の組合わせを可能にして前記目的を達成しようとするも
のである。

具体的には、本発明は、四角形枠状に形成されるととも
に、四角形の各辺を構成する辺のうち互いに対向された
一対の辺を一軸方向に平行変位可能にする弾性変形部材
が残る一対の辺に設けられて枠状単位部材が構成され、
この枠状単位部材は、その中心軸方向寸法をａ、一対の
弾性変形部材の内面間の寸法をｂ、平行変位可能な一対
の辺の内面間の寸法をｃ、平行変位可能な一対の辺の外
面間の寸法をｄとしたとき、ａ＜ｃ、ｄ＜ｂの条件を満
足し、かつ、互いに同一構造からなる第１、第２、第３
の３個用意されるとともに、これらの第１、第２、第３
の枠状単位部材はその変位方向が互いに90度づつ回転し
た直交する三軸をなすように組合わされて３個の枠状単
位部材により、あたかも六面体を構成するように配置さ
れ、更に、第１の枠状単位部材の平行変位可能な一対の
辺の一方に対して変位する他方の辺に、第２の枠状単位
部材の平行変位可能な一対の辺の一方が固定され、この
第２の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の他方
に、第３の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の一
方が固定されたことを特徴とする三軸変位構造体であ
る。

本発明において、弾性変形部材としては、板ばねを用い
ることが製造上有利である。

前述の構成の三軸変位構造体を用いて三軸の変位検出器
を構成する場合、各枠状単位部材の各一対の変位可能な
辺間に、差動トランス、その他の変位検出用のセンサを
設けて、各軸での変位量を検出するようにすればよい。
一方、三軸のアクチュエータを構成する場合は、前記セ
ンサを設ける位置に、ピエゾ素子等の駆動源を組み込む
ことによって、任意の方向への微少変位あるいは位置決
めを行なえるものとできる。また、変位検出用のセンサ
を設ける代わりに、オン−オフ用スイッチを設ければ、
所謂タッチセンサプローブとすることもできる。

〔作用〕

本発明に係る三軸変位構造体で変位検出器を構成した場
合、第１の枠状単位部材の変位可能な一方の辺を測定
機、例えば三次元測定機の可動軸（Ｚ軸スライダ）に取
り付ける一方、第３の枠状単位部材の変位可能な他方の
辺に測定子（接触子）を取り付ける。

前述の状態で、前記可動軸を手動若しくは自動的に移動
させ、測定子を被測定物に当接させる。この際、測定子
が被測定物に当接した後、可動軸が更に移動されると、
この可動軸と測定子との相対変位が弾性変形部材で吸収
され、かつ、センサでその変位量が検出されることとな
る。この際、直交三軸であるX,Y,Z軸の夫々の変位量
は、夫々各軸の一対の相対移動可能な辺に取り付けられ
たセンサで検出されるので、あらゆる方向の三次元的変
位を検出できることとなる。

また、センサの代わりにオン−オフスイッチを設けた場
合は、各枠状単位部材の一対の辺の相対移動があると、
前記スイッチが作動されることから、測定子がいずれの
方向から被測定物に当たっても、当該方向のスイッチで
接触が検知され、この検知信号により、三次元測定機の
可動軸の現在の位置信号をホールドすることで、被測定
物との接触を検出できることとなる。

更に、本発明に係る三軸構造体でアクチュエータを構成
した場合は、相対変位させようとする一方の部材に第１
の枠状単位部材の一方を、他方の部材に第３の枠状単位
部材の他方を夫々取り付ける。この状態で、各軸のピエ
ゾ素子等に所定の電圧を印加することによって、所定量
の変位を行わせる。これにより、任意の方向への位置決
めが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る三軸変位構造体について好適な実施
例を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、第１図及び第２図により本発明の基本的構成の実
施例を説明する。

第１図には、三軸変位構造体１の基本的全体構成が示さ
れている。三軸変位構造体１は、第２図に示される枠状
単位部材２を３個備えている。

枠状単位部材２は、弾性変形部材としての一対の平行な
板ばね３を備え、これらの板ばね３の両端間に板状の一
対の連結部材４が平行に固定され、全体として四角形枠
状に形成されている。これにより、枠状単位部材２は、
板ばね３の作用によって、互いに対向された一対の辺で
ある一対の連結部材４のどちらか一方が矢印Ｐで示す一
軸方向に変位可能にされている。

前記枠状単位部材２は、三軸変位構造体１を構成するた
め、３個用いられ、これらの３個の枠状単位部材２は、
夫々の変位軸方向が90度回転された状態で組合わされ、
全体としてあたかも六面体を構成するように配置されて
いる。

具体的には、３個の枠状単位部材２の各々を第１、第
２、第３の枠状単位部材2A,2B,2Cとすると、第１の枠状
単位部材2Aは第１図中略前後方向であるＸ方向に、第２
の枠状単位部材2Bは略左右方向であるＹ方向に、第３の
枠状単位部材2Cは略上下方向であるＺ方向に夫々変位可
能とされて組合わされている。

ここにおいて、第１、第２、第３の枠状単位部材2A,2B,
2Cの各構成部品（連結部材及び板ばね）を他の枠状単位
部材と区別して指称するときは、夫々の符号にA,B,Cを
付し、更に同一構成部品を区別して指称するときは、添
字1,2を付すものとする。

前記各枠状単位部材2A〜2Cが変位軸方向を90度回転され
て組合わされるためには、第２図に示される枠状単位部
材２の各部寸法は次の条件を満足するようにされてい
る。すなわち、連結部材４の縦幅、換言すると枠体の中
心軸方向幅をａ、連結部材４の横幅、換言すると一対の
板ばね３間の寸法をｂ、連結部材４の内面間の寸法を
ｃ、連結部材４の外面間の寸法をｄとすると、ａ＜c,d
＜ｂの条件を満足し、かつ、板ばね３については、その
板厚及び前記各寸法が剛性、その他の特性を十分満足す
る値とされる。

また、前記第１の枠状単位部材2Aの変位可能な一対の連
結部材4A₁,4A₂のうち、一方の連結部材4A₁に対して変位
する他方の連結部材4A₂には、第２の枠状単位部材2Bの
一対の連結部材4B₁,4B₂のうちの一方の連結部材4B₁が固
定され、この第２の枠状単位部材2Bの他方の連結部材4B
₂には、第３の枠状単位部材2Cの一対の連結部材4C₁,4C₂
の一方の連結部材4C₁が固定されている。

このように構成された三軸変位構造体１を変位検出器と
して使うには、各枠状単位部材２の一対の連結部材４間
に、当該枠状単位部材２の変位可能な軸方向の変位量を
測定できるセンサ（図示せず）を介装するとともに、第
１の枠状単位部材2Aの一方の連結部材4A₁を図示しない
三次元測定機等の測定機の可動軸（Ｚ軸スライダ）に固
定し、かつ、第３の枠状単位部材2Cの他方の連結部材4C
₂に同じく図示しない測定子（接触子）を固定する。

この状態で、測定機の可動軸を移動し、測定子を被測定
物に当接させると、被測定物との当接方向に応じて各枠
状単位部材２の板ばね３が変形し、変位することとな
る。この際、各枠状単位部材２の板ばね３は、その板厚
方向である一軸方向の力によってのみ変形し、他の二軸
方向の力では変形しないため、当該一軸方向の変位が当
該枠状単位部材２のセンサによって夫々検出され、他の
軸方向に変位する枠状単位部材２のセンサで検出される
ことはない。これにより、各軸毎の変位量が検出でき、
これらの値の合成値として測定子の全変位量が測定でき
る。

また、前記センサにおいて一定変位量でトリガ信号を発
生させるか、センサの代わりにオン−オフスイッチを設
ければ、タッチ信号プローブとして使用できる。更に、
ピエゾ素子等の駆動源を設ければ、微少位置決めを行な
えるアクチュエータとして使用できる。

前述のような三軸変位構造体１によれば、三軸方向の各
枠状単位部材２が全て略重なった位置に配置されるた
め、全体の構造がコンパクト（小型）になり、省スペー
スを図ることができるという効果がある。また、小型化
されることから、取付けスペースの狭い機器にも適用で
き、応用範囲が広いという効果もある。

更に、各軸について同一構造の枠状単位部材２を用いる
ことができるから、量産化できて安価に提供でき、か
つ、変位特性に方向性がない。また、組立ての際、互い
の連結部材２を基準にできるので、組立てが容易である
という効果もある。

更に、本三軸変位構造体１を測定器用の変位検出器とし
て用いる場合、前述のように小型化されることから、ア
ッベ誤差等の寸法に比例する誤差も小さくできるという
効果もある。

次に、本発明に係る三軸変位構造体をより具体化し、三
次元測定機に適用した実施例を、第３図ないし第８図を
参照して説明する。

第３図において、参照符号10は本実施例に係る三軸変位
構造体（後述する）を有する三次元測定機を示し、この
三次元測定機10は床上に配置される基台11を含み、この
基台11上には傾斜部12Aと平面部12Bとを有する載置台12
が固設される。前記傾斜部12Aには、床と略平行な上面1
3Aを有する支持台13が固定されており、この支持台13に
は、Ｘ軸スライダ14がエアベアリング（図示せず）を介
して矢印Ｘ方向へ変位自在に設けられ、更に、このＸ軸
スライダ14上には、例えば直方体状の被測定物Ｗが載置
される。

一方、前記載置台12の平面部12Bには略台形状の取付台1
5が一体に立設され、この取付台15上には、Ｙ軸スライ
ダ16が図示しないエアベアリングを介して矢印Ｙ方向へ
変位自在に設けられている。このＹ軸スライダ16には、
Ｚ軸スライダ17がエアベアリング（図示せず）を介して
矢印Ｚ方向へ変位自在に装着される。このＺ軸スライダ
17の先端には円柱体18が取着され、この円柱体18には、
回転子18Aを介して本実施例に係る三軸変位構造体（後
に詳述）を含む検出器20が着脱自在に取着される。

なお、載置台12の傾斜部12Aには、一対のジョイスティ
ック19A,19Bが設けられ、一方のジョイスティック19Aを
矢印Ｘ方向に変位させると、Ｘ軸スライダ14が矢印Ｘ方
向へ、このジョイスティック19Aを矢印Ｙ方向に変位さ
せるとＹ軸スライダ16が矢印Ｙ方向へ、他方のジョイス
ティック19Bを矢印Ｘ方向へ変位させると、Ｚ軸スライ
ダ17が矢印Ｚ方向へ、夫々移動するよう構成される。

前記検出器20は、第４図ないし第６図に示すように、中
空円柱状のケーシング21を含み、このケーシング21内に
夫々略四角枠状に形成された第１の枠状単位部材40と、
第２の枠状単位部材50と、第３の枠状単位部材60とが夫
々略直交する位置で、かつ、それらの一部が互いに連結
されて一体化され、三軸変位構造体30が構成されてい
る。

すなわち、第１の枠状単位部材40は、ケーシング21の上
部に嵌合されたシャンク22に支持される凹形状の一方の
連結部材41と、この一方の連結部材41と一対の辺をなす
とともに矢印Ｘ方向のみに変位可能な他方の連結部材42
と、これらの一対の連結部材41,42の両端間を連結する
弾性変形部材としての一対の板ばね43とを備えている。
前記一方の連結部材41のＸ方向両側面下部には、ねじ孔
44Aないし44Dが螺刻され、一方、前記他方の連結部材42
の両側面にはねじ孔45Aないし45Dが螺刻されている。

そして、前記一方の連結部材41と、他方の連結部材42と
は、夫々のねじ孔44Aないし44D及び45Aないし45Dに、前
記２つの板ばね43と４つの板ばね押え46とを介して、ボ
ルト47を螺合することにより連結、支持されて略四角形
枠状とされている。また、これらの一対の板ばね43の作
用により、他方の連結部材42は矢印Ｘ方向のみに変位す
るよう構成される。

また、前記第１の枠状単位部材40の他方の連結部材42の
一端上には、第２の枠状単位部材50の一方の連結部材51
が連結部材42と直交して固着されており、この連結部材
51と対をなす他方の連結部材52は、前記第１の枠状単位
部材40の他方の連結部材42の他端に非接触の状態で対向
配置され、これらの一対の連結部材51,52の両端間には
弾性変形部材としての一対の板ばね53が連結されるよう
になっている。この連結は、一方の連結部材51の両端に
螺刻されたねじ孔54Aないし54D及び他方の連結部材52の
両端に螺刻されたねじ孔55Aないし55Dに、夫々板ばね押
え56及び板ばね53を介してボルト57を螺合することによ
り行われる。

この際、第２の枠状単位部材50を構成する一対の連結部
材51,52は、第１の枠上単位部材40の一対の板ばね43と
干渉しないよう板ばね43のやや内側となるよう配置され
ている。

また、前記連結により、第２の枠状単位部材50も略四角
形枠状に形成され、かつ、他方の連結部材52は一方の連
結部材51に対して矢印Ｙ方向のみに変位するように構成
される。従って、この他方の連結部材52は、第１の枠状
単位部材40の一方の連結部材41に対しては、第１、第２
の各一対の板ばね43,53の作用によって矢印Ｘもしくは
矢印Ｙあるいはそれらの合成方向に変位自在となるよう
構成される。

更に、前記第２の枠状単位部材50の他方の連結部材52の
一端には、第３の枠状単位部材60の一方の連結部材61が
連結部材52及び前記第１の枠状単位部材40の連結部材42
に共に直交して固着されており、この連結部材61と対を
なす他方の連結部材62は、前記第２の枠状単位部材50の
他方の連結部材52の他端に非接触の状態で対向配置さ
れ、これらの一対の連結部材61,62の両端間には弾性変
形部材としての一対の板ばね63が連結されるようになっ
ている。この連結は、一方の連結部材61の両端に螺刻さ
れたねじ孔64Aないし64D及び他方の連結部材62の両端に
螺刻されたねじ孔65Aないし65Dに、夫々板ばね押え兼用
で非磁性材からなる取付板66あるいは上下の固定台68,6
9、並びに板ばね63を介してボルト67を螺合することに
より行われる。

この際、第３の枠状単位部材60を構成する一対の連結部
材61,62は、第２の枠状単位部材50の一対の板ばね53を
干渉しないよう板ばね53のやや内側となるよう配置され
ている。

また、前記連結により、第３の枠状単位部材60も略四角
形枠状に形成され、かつ、他方の連結部材62は一方の連
結部材61に対して矢印Ｚ方向のみに変位するように構成
される。従って、この他方の連結部材62は、第１の枠状
単位部材40の一方の連結部材41に対しては、第１、第
２、第３の各一対の板ばね43,53,63の作用によって矢印
Ｘ、矢印Ｙもしくは矢印Ｚあるいはそれらの合成方向に
変位自在となるよう構成される。

更に、前記下方の固定台69の下面には、先端に球部25A
を有する測定子25が着脱可能に螺合されている。

前記第１、第２、第３の枠状単位部材40,50,60には、各
一対の連結部材41,42,51,52,61,62のX,Y,Z方向の相対的
変位量を検出するためのX,Y,Z軸変位検出手段70,80,90
が設けられている。

Ｘ軸変位検出手段70は、第１の枠状単位部材40の一方の
連結部材41の底面部に固定されたセラミック等の非磁性
材からなる逆凹形状の取付台71と、この取付台71のＸ方
向両側面に夫々固定された計２個のフェライト板等から
なる磁性材72と、これらの磁性材72に微少間隙を置いて
第２の枠状単位部材50に夫々対向配置された計２個のセ
ンサ73とから構成されている。

すなわち、これらのセンサ73は、所定値の電流が流れて
いる巻回コイル（図示せず）を内部に備えるとともに、
これらのセンサ73の一方は、第１の枠状単位部材40の他
方の連結部材42と一体の第２の枠状単位部材50の一方の
連結部材51に植設、固定され、他方は、第２の枠状単位
部材50の他方の連結部材52に植設、固定されている。こ
の際、前記各２個の磁性材72のセンサ73とにより、所謂
差動トランス型の変位検出手段が構成されている。

これにより、第１の枠状単位部材40の一方の連結部材41
に対し他方の連結部材42が変位されたとすると、前記各
２個の磁性材72とセンサ73との間の間隙が変化してセン
サ73内を流れる電流値も変化し、この電流値の変化に基
づいて両連結部材41,42のＸ方向に相対変位を検出でき
るようになっている。

また、Ｙ軸変位検出手段80は、第１の枠状単位部材40の
他方の連結部材42の上面部に固定され前記取付台71とは
直交配置されたセラミック等の非磁性材からなる凹形状
の取付台81と、この取付台81のＹ方向両側面に夫々固定
された計２個のフェライト板等からなる磁性材82と、こ
れらの磁性材82に微少間隙を置いて第３の枠状単位部材
60に夫々対向配置された計２個のセンサ83とから構成さ
れている。

すなわち、これらのセンサ83は、前記センサ73と同様
に、所定値の電流が流れている巻回コイル（図示せず）
を内部に備えるとともに、これらのセンサ83の一方は、
第２の枠状単位部材50の他方の連結部材52と一体の第３
の枠状単位部材60の一方の連結部材61に植設、固定さ
れ、他方は、第３の枠状単位部材60の他方の連結部材62
に植設、固定されている。この際、前記各２個の磁性材
82とセンサ83とにより、前述と同様に差動トランス型の
変位検出手段が構成されている。

これにより、第２の枠状単位部材50の一方の連結部材51
に対し他方の連結部材52が変位されたとすると、前記各
２個の磁性材82とセンサ83との間の間隙が変化してセン
サ83内を流れる電流値も変化し、この電流値の変化に基
づいて両連結部材51,52のＹ方向の相対変位を検出でき
るようになっている。

更に、Ｚ軸変位検出手段90は、第３の枠状単位部材60の
一方の連結部材61の上下端部に固定されたセラミック等
の非磁性材からなる前記取付台66の延長部91と、これら
の延長部91のＺ方向外側面に夫々固定された計２個のフ
ェライト板等からなる磁性材92と、これらの磁性材92に
微少間隙を置いて夫々対向された計２個のセンサ93とか
ら構成されている。これらのセンサ93は、前記センサ7
3,83と同様に所定値の電流が流れている巻回コイル（図
示せず）を内部に備えるとともに、これらのセンサ93の
一方は、第３の枠状単位部材60の他方の連結部材62の上
端側に固定されたセラミック等の非磁性材からなる固定
台68の延長部94に植設、固定され、他方は、他方の連結
部材62の下端側に固定されたセラミック等の非磁性材か
らなる固定台69の延長部95に植設、固定されている。こ
の際、前記各２個の磁性材92とセンサ93とにより、前述
と同様に差動トランス型の変位検出手段が構成されてい
る。

これにより、第３の枠状単位部材60の一方の連結部材61
に対し他方の連結部材62が変位されたとすると、前記各
２個の磁性材92とセンサ93との間の間隙が変化してセン
サン93内を流れる電流値も変化し、この電流値の変化に
基づいて両連結部材61,62のＺ方向の相対変位を検出で
きるようになっている。

本実施例に係る三軸変位構造体30を有する三次元測定機
10は基本的には、以上のように構成されるものであり、
次に、その作用について説明する。

先ず、被測定物ＷをＸ軸スライダ14上に載置した後、測
定子25の球部25A（以下、単に測定子25ということもあ
る）を図示しない原点球に当接させて、特定の原点を設
定する。

次いで、被測定物Ｗの任意の点、例えば、第３図中後面
側の点W₁にジョイスティック19A,19Bを介して、測定子2
5を当接させると、前記測定子25は、当接した時点で停
止する一方、Ｚ軸スライダ17に固定された円柱体18は慣
性で当接方向に更に移動するため、測定子25は、相対的
に矢印Y₁方向に変位することとなる。より具体的には、
この測定子25の移動方向であるＹ方向に対しては、第
１、第３の枠状単位部材40,60の板ばね43,63は剛性を有
するため、弾性変形をすることはなく、第１、第３の枠
状単位部材40,60は一体として移動する。従って、第２
の枠状単位部材50の板ばね53のみがＹ方向に弾性変形し
てＺ軸スライダ17側に対して測定子25がY₁方向に変位す
る。これに伴い、第２の枠状単位部材50の一方の連結部
材51及び他方の連結部材52に植設されたセンサ83と、第
１の枠状単位部材40の他方の連結部材42に取付台81を介
して取着された磁性材82との間隔が一方は狭まり、他方
は広がってセンサ83に流れる電流値が夫々変化する。こ
の電流値の変化に基づいて、図示しない演算手段等で測
定子25の変位量が検出される。この変位がわずかでもあ
ると、この演算手段等から前記測定子25の変位を停止さ
せる指令信号が出力されるので、前記測定子25は、点W₁
に当接した直後に停止される。

この際、センサ83の検出値に基づく変位量は、Ｙ軸スラ
イダ16そのものの変位量の補正値として用いることもで
きる。

そして、ジョイスティック19A、19Bを介して、今度は前
面側の点W₂に測定子25を当接させると、前記と同様に、
その変位が検出された後、測定子25の移動が停止され
る。この時、図示しない表示手段に被測定物Ｗの一辺の
長さ、すなわち、寸法W₁₂が表示されることになる。

次に、前記ジョイスティック19A,19Bを操作して、第３
図中右側面の点W₃に測定子25を当接させると、前述と同
様な原理で前記測定子25は矢印X₁方向に変位するので、
これに伴い、第１の枠状単位部材40の一方の連結部材41
に取付台71を介して取着された磁性材72と、第２の枠状
単位部材50の一方の連結部材51及び他方の連結部材52に
植設されたセンサ73との間隙が変化してセンサ73の図示
しないコイルに流れる電流値が変化する。この電流値が
図示しない演算手段等に入力されると、この演算手段等
で変位量が演算されるとともに、演算手段等から測定子
25を停止させる指令信号が出力されるので、測定子25は
点W₃に当接した直後に停止される。

そして、ジョイスティック19A,19Bを介して、今度は左
側面の点W₄に測定子25を当接させると、前記と同様にそ
の変化が検出された後、測定子25の移動が停止される。
この時、図示しない表示手段に被測定物Ｗの他の一辺の
長さ、すなわち、寸法W₃₄が表示されることになる。

更に、ジョイスティック19A,19Bを操作して、測定子25
を上面の点W₅に当接させると、前記測定子25は矢印Z₁方
向へ変位するので、これに伴い、第３の枠状単位部材60
の一方の連結部材61側に取付板66の延長部91を介して支
持された磁性材92と、他方の連結部材62側に固定台67,6
8の延長部94,95を介して支持されたセンサ93との間隔が
変化してセンサ60のコイル（図示せず）に流れる電流値
が変化する。この電流値変化が図示しない演算手段等に
入力されると、この演算手段等で変位量が演算されると
ともに、演算手段等から前記測定子25の変位を停止させ
る指令信号が出力されるので、前記測定子25は点W₅に当
接した直後に停止される。

そして、ジョイスティック19A,19Bを介して、Ｘ軸スラ
イダ14上の任意の点、例えば、点W₆に測定子25を当接さ
せると、前記と同様にその変位が検出された後、測定子
25の移動が停止される。この時、図示しない表示手段に
被測定物Ｗの更に他の一辺の寸法、すなわち、寸法W₅₆
が表示されることになり、これらによって、被測定物Ｗ
の矢印X,Y並びにＺ方向の全寸法W₁₂,W₃₄,W₅₆が測定され
る。

なお、被測定物Ｗの表面形状を測定したい場合には、測
定子25を被測定物Ｗに摺動させることにより測定でき
る。

前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。

すなわち、第１の枠状単位部材40、第２の枠状単位部材
50並びに第３の枠状単位部材60を夫々略直交する位置に
配置して構成された三軸変位構造体30を有する検出器20
を採用することにより、夫々の部材40,50,60を略六面体
状の一組にすることができ、これにより、検出器20自体
をコンパクトにすることができ、ひいては、三次元測定
機10を小型化することが可能となる効果を奏する。

また、検出器20を略六面体状の一組にすることができる
ので、X,Y方向のセンサ70,80を同一の高さに設置するこ
とが可能となり、高さ位置相違により発生する、所謂、
アッベ誤差をほとんど無くすことができる。この結果、
精密測定が可能となる効果が得られる。

更に、検出器20は、取付台81内の中心点から見て略点対
称となり、夫々の部材のバランスを均一にすることがで
きるので、この点からもアッベ誤差等を最小限にでき、
この結果、精密測定が可能となる。

また、弾性変形部材として板ばね43,53,63を用いている
から、板厚、幅等を適宜に設定することに容易に所望の
ばね定数を設定でき、任意の感度の検出器20を作成で
き、かつ、その製造も容易である。

更に、検出器20は、各センサ73,83,93により変位量その
ものを検出できるから、各枠状単位部材40,50,60の変位
の補正を行うことができる。一方、きわめてわずかな変
位で測定子25を停止させるように設定、あるいは、X,Y,
Z軸スライダ14,16,17そのものの変位量の検出手段（図
示せず）からの変位信号をホールドするようにすれば、
所謂タッチ信号プローブとしてそのまま使用することも
できる。

また、各磁性材72,82,92を支持する取付台71,81、取付
台66、固定台68,69等は非磁性材から形成されているか
ら、各連結部材41,42,51,52,61,62等が鉄等から構成さ
れていても、磁性材72,82,92の変位をセンサ73,83,93で
高感度に検出できる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
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なことは勿論である。

例えば、前記具体的実施例では、夫々のセンサ73,83,93
は離れた位置に２つ設けて差動トランス型としたが、こ
れらのセンサ73,83,93は２つを一箇所にまとめた型式に
してもよく、更には、単に変位の有無のみを検出するの
ならばコイルを各１個づつとしてもよい。また、X,Y,Z
軸変位検出手段70,80,90は、前記実施例のようにコイル
の電流値で検出するものに限らず、磁性材71,81,91をそ
れぞれフェライトマグネット等の永久磁石とする一方、
センサ73,83,93をホール素子等の磁束密度の変化を検知
する部材で構成して変位検出をしてもよく、更には、光
センサ等で検出してもよい。また、具体的実施例におけ
る変位検出手段70,80,90は、前記基本構成の実施例で説
明したように、オン−オフのスイッチ手段でもよく、こ
のスイッチ手段としては、電気的、磁気的、光学的等あ
らゆる型式のものを用いることができる。更に、変位検
出手段70,80,90は、前述と同様にアクチュエータに代替
してもよい。

また、前記実施例では、磁性材72,82,92を支持する取付
台71,81、取付板66の延長部91及び固定台68,69の延長部
94,95は非磁性材としたが、取付台71,81等を含めて全て
を磁性材で構成してもよい。しかし、前述のように非磁
性材とすれば、鉄材等の磁性材からなる連結部材等で囲
まれた中でセンサ73,83,93の感度を良好にできるという
利点がある。

更に、前記実施例の検出器20は、シャンク22の形状を工
作機械用工具のシャンク形状と同一にすれば、工作機械
用の検出手段としてそのまま使用することもできる。従
って、検出器20は、その使用対象機器を測定機に限定さ
れないものである。

〔発明の効果〕

前述のように本発明によれば、三軸変位構造体の全体形
状を小型化できるとともに、安価に製造でき、かつ、変
位特性に方向性がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本的構成の実施例を示す
もので、第１図はその全体構造を示す斜視図、第２図は
第１図の構造に用いられる枠状単位部材の一つを示す斜
視図、第３図ないし第８図は本発明を三次元測定機に適
用した具体的な実施例を示すもので、第３図は三次元測
定機の全体構成を示す斜視図、第４図は検出器の斜視
図、第５図は第４図の縦断面図、第６図は第５図のVI−
VI線に沿う断面図、第７図は検出器の一部組立て状態の
分解斜視図、第８図は同じく検出器をより分解した状態
の分解斜視図である。１……三軸変位構造体、２……枠状単位部材、３……弾
性変形部材としての板ばね、４……連結部材、10……三
次元測定機、20……検出器、25……測定子、30……三軸
変位構造体、40……第１の枠状単位部材、41……一方の
連結部材、42……他方の連結部材、43……弾性変形部材
としての板ばね、50……第２の枠状単位部材、51……一
方の連結部材、52……他方の連結部材、53……弾性変形
部材としての板ばね、60……第３の枠状単位部材、61…
…一方の連結部材、62……他方の連結部材、63……弾性
変形部材としての板ばね、70……Ｘ軸変位検出手段、80
……Ｙ軸変位検出手段、90……Ｚ軸変位検出手段、Ｗ…
…被測定物。

フロントページの続き (72)発明者佐藤双一神奈川県川崎市高津区坂戸165番地株式会社ミツトヨ研究開発本部内 (56)参考文献特開昭51−149050（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】四角形枠状に形成されるとともに、四角形
の各辺を構成する辺のうち互いに対向された一対の辺を
一軸方向に平行変位可能にする弾性変形部材残る一対の
辺に設けられて枠状単位部材が構成され、この枠状単位部材は、その中心軸方向寸法をａ、一対の
弾性変形部材の内面間の寸法をｂ、平行変位可能な一対
の辺の内面間の寸法をｃ、平行変位可能な一対の辺の外
面間の寸法をｄとしたとき、ａ＜ｃ、ｄ＜ｂの条件を満
足し、かつ、互いに同一構造からなる第１、第２、第３
の３個用意されるとともに、これら第１、第２、第３の枠状単位部材はその変位方向
が互いに90度づつ回転した略直交する三軸をなすように
組合わされて３個の枠状単位部材により、あたかも六面
体を構成するように配置され、更に、第１の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の
一方に対して変位する他方の辺に、第２の枠状単位部材
の平行変位可能な一対の辺の一方が固定され、この第２
の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の他方に、第
３の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の一方が固
定されたことを特徴とする三軸変位構造体。
【請求項２】請求項１に記載の三軸変位構造体におい
て、弾性変形部材は板ばねにより構成されたことを特徴
とする三軸変位構造体。