JPH081365B2

JPH081365B2 - 光電式変位検出装置

Info

Publication number: JPH081365B2
Application number: JP2095969A
Authority: JP
Inventors: 秀夫坂田; 秀夫臼田; 直義寺尾
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH03293503A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は変位検出装置に関し、一層詳細には、光学的
手段を用いて測定子の変位量を検出する光電式変位検出
装置の改良に関する。

〔背景技術〕被測定物に一方向から測定子を当接させることによ
り、前記被測定物の寸法、形状等を測定する種々の光電
式変位検出装置が広範に利用されており、この種の検出
装置の中には、例えば、第５図及び第６図に示すような
ものがある。

すなわち、第５図において、光電式変位検出装置210
は、取付台220に支持されており、また、この光電式変
位検出装置210はケーブル211を介して演算表示手段230
に接続されている。

前記光電式変位検出装置210は、後に詳述する被測定
物Ｗに当接する円柱状の測定子212を含み、この測定子2
12の先端には、前記測定子212を矢印Ｚ方向に変位させ
るリフティングレバー213が取着されている。

測定子212の上部は、第６図の断面図に示されるよう
に、筐体214内に突出され、その上端には、Ｌ字形の取
付部材215を介してスケール216が取付けられている。ス
ケール216と対向する位置には、筐体214に立設されたブ
ラケット214Aに支持されて測定子212の変位を光学的に
検知する検出器217が設けられている。

前記取付部材215のＬ字の突出辺215Aには、筐体214か
ら立設されたガイド軸218が挿通され、測定子212の回転
防止がなされている。また、ガイド軸218の上端と取付
部材215の突出辺215Aとの間には、圧縮コイルばね219が
介装され、ばね219の付勢力によって測定子212は突出方
向に付勢されている。

一方、取付台220は、基台221を有し、この基台221上
には載物台222が設けられるとともに、円柱223が立設さ
れる。前記載物台222上に載置される被測定物Ｗは、そ
れぞれ高さ寸法がL₁,L₂,L₃とされた平面M₁,M₂,M₃を含む
階段状に形成される。

前記取付台220の円柱223には、支持部材224が矢印Ｚ
方向へ摺動自在に嵌挿されている。この支持部材224に
はねじ225が螺合され、このねじ225により、前記支持部
材224を円柱223の任意の位置で固定できるようになって
いる。

更に、支持部材224の略中央には、光電式変位検出装
置210の一部を挿入するための孔部226が穿設されるとと
もに、先端には、この孔部226に達するすり割227を介し
て一対の突出部228A,228Bが所定間隔離間した位置に設
けられている。これらの突出部228A,228Bの間には、ね
じ229が螺合されており、このねじ229を締付けること
で、光電式変位検出装置210が支持部材227に固定できる
よう構成される。

前記取付台220の近傍には、前記演算表示手段230が位
置され、この演算表示手段230の筐体231の傾斜する前面
231Aには、被測定物Ｗの変位量を表示する表示部232
と、表示された数値を０にセットするリセットスイッチ
233と、ミリメータ、インチ等のモードを切り替える変
換スイッチ234と、電源スイッチ235とが設けられる。

このように構成された光電式変位検出装置210で、例
えば、被測定物Ｗの寸法L₁を測定する場合には、先ず、
測定子212を載物台222の上面に当接させて、演算表示手
段230のリセットスイッチ233を押圧し、表示部232を０
にリセットする。

次いで、リフティングレバー213に指等を掛けて測定
子212を矢印Z₁方向に変位させた後、被測定物Ｗの平面M
₁を測定子212の直下に位置させ、測定子212の先端を平
面M₁に当接させる。これにより、表示部232にその寸法L
₁が表示される。

更に、寸法L₂,L₃を前記と同様の作業をすることで測
定し、寸法L₁,L₂,L₃の寸法測定が終了する。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら、前記従来の光電式変位検出装置210で
は、寸法L₁,L₂,L₃を測定する際に、同一の作業を３回繰
り返さなければならない。このため、その作業が極めて
煩雑となるとともに、その都度被測定物Ｗを移動させる
ために、測定誤差を惹起する虞がある。

そこで、このような測定誤差を最小限にするために
は、寸法L₁,L₂,L₃を１回の作業で測定すればよいことが
容易に考えられる。この場合には、それぞれの平面M₁,M
₂,M₃に測定子212を３本同時に当接させることが考えら
れる。しかし、その際、特に平面M₁,M₂,M₃の測定面が幅
狭であると、測定子212を同時にそれぞれの平面M₁〜M₃
に当接させることは、従来の光電式変位検出装置210の
筐体214が幅広のため、困難となる欠点が露呈する。

すなわち、筐体214内には、測定子212と平行に、検出
器217の取付用ブラケット214A及び回転防止用ガイド軸2
18が設けられているため、筐体214が必然的に幅広とな
るからである。

そこで、３本の測定子212を、それぞれの平面M₁〜M₃
に同時に当接させるためには、測定子212よりやや太い
程度の変位検出装置が案出できればよい。しかし、従来
は、このように小径の光電式変位検出器は、提案されて
いない。

ところで、前記光電式変位検出装置210における測定
精度は、測定子212の動きが如何にスケール216に忠実に
ガタなく伝えられ、このスケール216の動きが検出器217
で如何に正確に読取られるかに関係してくる。

しかしながら、前記変位検出装置210においては、測
定子212に取付けられるスケール216は、測定子212とは
別体の取付部材215を介して取付けられ、このスケール2
16の動きを読み取る検出器217も、筐体214に別体に立設
され、かつ、２部材からなる取付用ブラケット214Aを介
して筐体214に支持されている。また、測定子212の回転
防止は、測定子212と別体の取部部材215と、筐体214と
は別体のガイド軸218とにより行われ、しかも、測定子2
12を案内するステム214Bも筐体214とは別体に形成され
ている。

このように従来の変位検出装置210では、測定子212の
動きを規制し、検出するための部材が、各々複数個づつ
の連結された部品として形成されているため、各部品の
接続部で誤差を生ずる可能性があり、必然的に寸法精度
を低くならざるを得ないという欠点があった。

また、部材が複数の部品の接続品であることから、た
とえ、正確な組立てを行っても、変位検出装置210をど
こかに当接させて衝撃力を加えたり、大きな変形力を加
えたりすると、各部品の接続部が歪んで寸法誤差を発生
するおそれがあった。

具体的には、筐体214に衝撃力が加わったり、測定子2
12に曲げ応力等が加わったりして測定子212が僅かにず
れたり、撓んだりすると、スケール216と検出器217との
間が所定間隔を保持することが困難となり、その間隔が
変動し、その分が測定誤差となって表示される不都合が
生じる。また、回転防止をする取付部材215とガイド軸2
18との関係においても、同様なことが生じる。

本発明の目的は、外形寸法を小さくできることによ
り、例えば、段階状の被測定物の測定をも一度でかつ瞬
間的に測定でき、しかも、測定誤差を最小限にして精密
測定可能となる光電式変位検出装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来の光電式変位検出装置においては、測
定子を案内する部材、測定子の回り止めに関与する部材
及び検出器を取付ける部材がそれぞれ別部材として設け
られることに起因して測定誤差が発生することに着目す
るとともに、前記各部材が測定子の摺動方向に対して半
径方向に離れた（オフセットされた）状態で取付けられ
ることに起因して外形寸法が大きくなることに着目して
なされたものであり、測定子を案内する部材、測定子の
回り止めに関与する部材及び検出器を取付ける部材を一
体の部材とし、かつ、同軸上に配置したものである。

具体的には、本発明は、被測定物に対して測定子を関
与させることにより前記被測定物の寸法、形状等を測定
する光電式変位検出装置において、その主要部となる本
体と、この本体の内部を摺動する軸状部を有するととも
に本体との間に回転防止手段を介装されかつ光学格子を
有するスケールがその一端に取着された測定子と、この
測定子の変位を光学的に検出するとともに前記スケール
に対して所定間隔離間する位置で前記本体に取着される
検出器とを備え、前記本体は、測定子の軸状部を摺動自
在に案内する第１部材、測定子の回転を防止する回転防
止手段の一部を構成する第２部材及び前記検出器を取付
ける第３部材を有し、これらの第１、第２、第３部材が
測定子の摺動方向に沿って同軸上に配置され、かつ、一
体の部材から形成されていることを特徴とする光電式変
位検出装置である。

〔作用〕

このように構成された本発明に係る光電式変位検出装
置において、衝撃等の外力が加わったとしても、測定子
が案内される第１部材と一体に形成された第２、第３部
材に回転防止手段の一部が設けられ、かつ、検出器が取
付けられているから、測定に関与する部品の変形等が生
ずる可能性は極めて少なく、精密な測定を維持できる。

また、本体を構成する第１、第２、第３部材が同軸に
配置されることで寸法的にも小さくでき、狭小な測定ス
ペースにも本発明の光電式変位検出装置を配置できる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る光電式変位検出装置について好適
な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

第１図において、参照符号10は、本実施例に係る光電
式変位検出装置を示す。本実施例において、光電式変位
検出装置10は、３個設けられているが、これらは全て同
一構成のため、同一符号を付して説明し、３個の各々を
個別に説明する必要があるときは、各変位検出装置10あ
るいはその構成部材の参照符号の後に、それぞれA,B,C
を付して区別するものとする。また、各光電式変位検出
装置10を支持する取付台120に、３つの変位検出装置10
に対応して３つ設けられる支持部130についても、同様
にA,B,Cで各個を区別し、強いて区別する必要のない時
は、A,B,Cを付さないものとする。

前記３つの光電式変位検出装置10A,10B,10Cは、取付
台120の各支持部130A,130B,130Cに支持されるととも
に、途中にそれぞれアンプ111A,111B,111Cを有するケー
ブル112A,112B,112Cを介して演算表示手段140へと接続
される。

前記取付台120は、端部円形を呈する基台121を含み、
この基台121には載物台122が設けられている。この載物
台122上には、高さ寸法がL₁,L₂,L₃の平面M₁,M₂,M₃を有
する階段状の被測定物Ｗが載置される。

また、前記基台121に、前記３つの支持部130A〜130C
が設けられている。これらの各支持部130A〜130Cは、同
一の構成とされるとともに、それぞれ円柱からなる支柱
131A,131B,131Cを有しており、これらの支柱131A〜131C
には、略コ字状の移動部材132A,132B,132Cがそれぞれ矢
印Ｚ方向へ摺動自在に取着されている。これらの移動部
材132A〜132Cには、止めねじ133A,133B,133Cがそれぞれ
螺合され、これらの止めねじ133A〜133Cを締め付けるこ
とで、移動部材132A〜132Cを各支柱131A〜131Cの任意の
位置で位置決め可能となる。

前記各移動部材132A〜132Cに二股状の先端間には、そ
れぞれロッド134A,134B,134Cが設けられており、これら
のロッド134A〜134Cには、それぞれエアシリンダ135A,1
35B,135Cが取着されている。これらのエアシリンダ135A
〜135C内には、それぞれ矢印Ｘ方向に摺動自在なピスト
ン136A,136B,136Cが設けられている。これらのピストン
136A〜136Cには、それぞれ先端略Ｃ字形状の支持部材13
7A,137B,137Cが図示しない軸を介して着脱自在に取着さ
れ、更に、これらの支持部材137A〜137Cに、前記各光電
式変位検出装置10A〜10Cがそれぞれ保持されることにな
る。

前記演算表示手段140の前面パネル141には、それぞれ
の光電式変位検出装置10A〜10Cの変位量を示す表示部14
2A,142B,142Cと、この表示部を０にセットするリセット
スイッチ143A,143B,143Cと、ミリメータ、インチ等のモ
ードを切り替える変換スイッチ144A,144B,144Cと、電源
スイッチ145とが設けられている。

前記光電式変位検出装置10A〜10C、すなわち10は、第
２図乃至第４図において、詳細に示されている。

第２図において、光電式変位検出装置10は、その主要
部となる本体20を含み、この本体20の一端側には、キャ
ップ41が螺合されている。このキャップ41と、本体20内
を摺動自在な測定子60の一端に設けられた接触チップ61
との間には、伸縮自在な弾性体、例えば、ゴムブーツ45
が介装されている。

一方、本体10の他端側には、スリーブ46を介してカバ
ー47の一端が螺合され、このカバー47の他端には、袋ナ
ット51が螺合されている。この袋ナット51からは、ケー
ブル112が引出されている。

第3,4図において、測定子60の接触チップ61は、一端
にテーパ部62を介して球体63を埋め込まれ、途中にロー
レット部64及び切欠溝65を有し、かつ、他端に雄ねじ部
66を有している。この接触チップ61の切欠溝65には前記
ゴムブーツ45の一端が係合され、ゴムブーツ45の他端
は、前記キャップ41に設けられた切欠溝42に係合されて
いる。

前記接触チップ61の雄ねじ部66は、測定子60の軸状部
（スピンドル）71の一端に設けられた雌ねじ部72に、前
記ゴムブーツ45及びキャップ41を貫通して螺合され、接
触チップ61と軸状部71とが一体に連結されている。

測定子60の軸状部71の他端側には、半径方向に形成さ
れた孔部73及び周方向の切欠溝74が設けられ、他端のテ
ーパ部75には、光学格子76を有するスケール77が、軸状
部71の軸線上に、その長手方向が平行となるように固着
されている。また、軸状部71の孔部73には、回転防止手
段80の一部、すなわち、テーパ面81を有するピン82が圧
入等により固定されている。

前記本体20は、前記測定子60の軸状部71を摺動自在に
案内する円筒状の第１部材21と、この第１部材21より少
し径小とされ、前記測定子60に設けられたピン82ととも
に測定子60の回転防止手段80を構成しかつピン82をガタ
なく案内する軸線方向に沿った長孔83を有する円筒状の
第２部材22と、後述する検出器85を取着するための第３
部材23とが一体の部材により、測定子60の摺動方向に沿
って同軸上に一体的に形成されている。これらの第１、
第２及び第３部材21,22,23の一体的な成形は、一本の金
属材からの切削加工、FRP（繊維強化樹脂）、熱膨張係
数の小さい超エンジニアプラスチックによる成形加工等
により作成できる。

前記第１部材21と第２部材22との内部には、円形孔か
らなる摺動部24が画成されており、この摺動部24内に
は、周面に複数の球体25を回転自在に有する筒状のベア
リング26を介して前記測定子60を軸状部71が軸方向摺動
自在に案内されている。また、第１部材21の先端にはね
じ部27が設けられ、このねじ部27に前記キャップ41のね
じ孔43が螺合されている。前記第２部材22の図中上部に
は、前記長孔83と連通して円形孔部28が設けられ、この
円形孔部28に短寸円柱状のストッパ29が嵌合されてい
る。このストッパ29には、前記円形孔部28に連通する長
孔82内を摺動自在なピン82が当接されるようになってい
る。

また、第２部材22の後端にはねじ部31が刻設されてお
り、このねじ部31に前記カバー47のねじ孔48が螺合され
ている。この際、第２部材22へのカバー47のねじ込みに
先立ち、第２部材22の外周にはスリーブ46が被嵌され、
長孔83等の被覆がなされる。

前記第３部材23の第２部材22側の一端部32と、他端部
33とではその形状が異なっている。

すなわち、第3,4図中、第３部材23の上面側は、一端
部32及び他端部33の両端を通して円柱を切欠かれた同一
の平面状に形成されている。この平面の軸中心側におい
て、一端部32側には長孔34が貫通して形成されるととも
に、他端部33側には凹溝35が形成され、これらの凹溝35
及び長孔34内を、前記測定子60の軸状部71に固定された
スケール77が軸方向に進退できるようになっている。

一方、第３部材23の下面側において、一端部32側は、
前記長孔34の両側に円柱状の外形が残される反面、他端
部33側は、切欠かれて平面状とされ、この平面と前記凹
溝35との間に基板取付用連結部36が形成され、この連結
部36にはねじ孔37が形成されている。

これらにより、一端部32と他端部33との形状は、異な
らされている。

前記貫通孔34が形成された第３部材23の一端部32に
は、前記スケール77の光学格子76を読み取る検出器85が
取付けられており、この一端部32が検出器取付部とされ
ている。この検出器85は、光源（図示せず）からの光を
出力する発光器86と、その光を入射させる受光器87とで
構成され、前記発光器86は２本の接続端子88を有する一
方、受光器87は４本の接続端子89を備えている。

また、第３部材23の他端33には、屈曲形状を呈すると
ともに、ケーブル112が固定される基板90が係合、配置
されている。この基板90に穿設された孔部91にねじ92を
挿入して、第３部材23の連結部36に設けられたねじ孔37
に螺合することで、この基板90が一端33に固定されてい
る。基板90の上面93には、受光器87の４つの接続端子89
が固着され、底面94には、発光器86の２つの接続端子88
が固定される。

基板90に固定されたケーブル112は、前記袋ナット51
に形成された孔部52から引き出され、前記第１図に示さ
れるアンプ111に接続される。一方、袋ナット51に形成
されたねじ部53は、前記カバー47の後端に設けられた雄
ねじ部49に螺合される。

前記測定子60の軸状部71に設けられた切欠溝74には、
Ｃリング状のばね受96が係合され、一方、第２部材22内
に設けられた摺動部24の終端部38にも、リング状のばね
受97が係合されている。これらのばね受96,97間には、
測定子60を突出方向に付勢する付勢手段としての圧縮コ
イルばね98が介装されている。

本実施例に係る光電式変位検出装置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。

被測定物Ｗの寸法L₁,L₂,L₃を測定する場合には、先
ず、光電式変位検出装置10A〜10Cをそれぞれの移動部材
132A〜132Cに保持させた後、これらの移動部材132A〜13
2Cを所定の位置に固定する。

次いで、各変位検出装置10A〜10Cの測定子60A〜60Cの
先端、すなわち、球体63A〜63Cを載物台122に当接さ
せ、この状態で、演算表示手段140のリセットスイッチ1
43A〜143Cを押圧して表示部142A〜142Cの数値を０にす
る。

そして、測定子60A〜60Cを矢印Z₁方向に変位させた
後、被測定物Ｗを載物台122上に載置し、測定子60A〜60
Cの球体63A〜63Cをそれぞれ平面M₁,M₂,M₃に当接させ
る。これにより、寸法L₁,L₂,L₃の値が表示部142A〜142C
に表示されて、この寸法測定が終了する。

この時、必要に応じて、変換スイッチ144A〜144Cを押
圧することで、表示部142A〜142Cの数値を、ミリメータ
モードからインチモード、あるいは、その逆に切り替え
ることができる。

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、光電式変位検出装置10の本体20を構成する
第１部材21、第２部材22及び第３部材23は、一体形成さ
れているから、測定子60の軸状部71の摺動部24による案
内、回転防止手段80による回り止め及び第３部材23の一
端部32による検出器85の取付けを、一体の連続した部品
で行うことができる。従って、第１〜第３部材21〜23の
相互間の寸法精度を、精密加工を施すことにより向上さ
せれば、測定子60に設けられたスケール77と本体20に取
付けられる検出器85との位置を正確に設定できる。これ
により、光電式変位検出装置10のスケール77と検出器85
との間を、測定子60の摺動時に常に所定間隔に保持する
ことができるので、その測定誤差を最小限にでき、この
結果、精密測定が可能となる効果を奏する。

また、本体20が一体的に形成されていることから、光
電式変位検出装置10に衝撃が加わっても、測定子60の案
内部分と検出器85とは相対変位することがなく、しか
も、測定子60を本体20そのもので案内しているので、測
定精度が低下することがない。

更に、光電式変位検出装置10の本体20は、第１〜第３
部材21〜23が同軸上に配置されているから、測定子60よ
り僅かに太い径に形成することができ、光電式変位検出
装置10そのものを小径にできる。従って、被測定物Ｗの
幅狭な平面M₁,M₂,M₃であっても、３つの光電式変位検出
装置10A〜10Cにより、一度でその寸法L₁,L₂,L₃を測定す
ることが可能となる。この結果、その作業性を飛躍的に
向上させることが可能となり、しかも、被測定物Ｗの移
動に伴う測定誤差をなくすことができる。

また、光電式変位検出装置10の精度検査をする際に
は、この光電式変位検出器10を完全に組み立てることな
く、スリーブ46及びカバー47並びに袋ナット51を取り外
したままで行うことができる。従って、スケール77の変
位、検出器85等を目視できるために、たとえ前記スケー
ル77の変位不良、検出器85の作動不良等が発生しても、
その場で直ちに交換することができるので、その作業性
を向上させることが可能となる効果が得られる。

また、測定子60と本体20との間には、ピン82と長孔83
とからなる回転防止手段80が介装されているので、測定
中、測定子60の回転を未然に阻止することができ、この
点からも測定精度を向上させることが可能となる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの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、回転防止手段85は、半月キー、角柱状のキー
等で形成しても良く、その形状はどのような形状であっ
ても良い。要するに、測定子60の回転を防止するための
ものであればよい。また、回転防止手段85は、前記実施
例とは逆に、ピン82を本体20側に、長孔83を測定子60側
に設けてもよい。

更に、光電式変位検出装置10は、階段状の被測定物Ｗ
の測定に限らず、例えば、従来、取着が困難であった工
作機械等の狭小な場所に取付けて、その移動部材等の変
位量を測定することもできる。従って、その使用方法
は、要するに被測定物Ｗと光電式変位検出装置10の測定
子60とを一方向に相対変位させるものであれば、どのよ
うなものの測定も可能である。

〔発明の効果〕

前述のように本発明によれば、光電式変位検出装置の
外形寸法を小さくできるとともに、測定精度を向上で
き、しかも、衝撃等が加わっても測定精度の低下が極め
て少ないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電式変位検出装置の一実施例を
用いた測定状態を示す斜視図、第２図は第１図の実施例
の単品の斜視図、第３図及び第４図は第２図の分解斜視
図及び断面図、第５図は従来例の測定状態を示す斜視
図、第６図はその要部の断面図である。 10,10A〜Ｃ……光電式変位検出装置、20……本体、21…
…第１部材、22……第２部材、23……第３部材、24……
摺動部、25……球体、26……ベアリング、60……測定
子、61……接触チップ、71……軸状部、76……光学格
子、77……スケール、80……回転防止手段、85……検出
器、120……取付台。

フロントページの続き (56)参考文献実開昭61−147910（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−101980（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−5404（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−182410（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に対して測定子を関与させること
により前記被測定物の寸法、形状等を測定する光電式変
位検出装置において、その主要部となる本体と、この本
体の内部を摺動する軸状部を有するとともに本体との間
に回転防止手段を介装されかつ光学格子を有するスケー
ルがその一端に取着された測定子と、この測定子の変位
を光学的に検出するとともに前記スケールに対して所定
間隔離間する位置で前記本体に取着される検出器とを備
え、前記本体は、測定子の軸状部を摺動自在に案内する
第１部材、測定子の回転を防止する回転防止手段の一部
を構成する第２部材及び前記検出器を取付ける第３部材
を有し、これらの第１、第２、第３部材が測定子の摺動
方向に沿って同軸上に配置され、かつ、一体の部材から
形成されていることを特徴とする光電式変位検出装置。
【請求項２】請求項１記載の光電式変位検出装置におい
て、回転防止手段は、測定子側に取付けられた円柱状の
ピンと、このピンを摺動自在に案内するように本体の第
２部材に設けられた長孔とにより構成されることを特徴
とする光電式変位検出装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の光電式変位検出
装置において、本体の第１部材と測定子の軸状部との間
には、周面に複数の球体を有する筒状のベアリングが介
装されることを特徴とする光電式変位検出装置。