JPH08313242A - タッチプローブおよびタッチプローブによる計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチバック的な複雑な送りを行うことな
く、高速度計測と高精度計測とを両立することができる
タッチプローブを提供すること。 【構成】 スタイラス３５のルビー球３７が被測定物Ｗ
の測定面ｆに接触することを検出する従来と同様の接触
式検知部に加えて、電磁誘導式近接センサの電磁誘導コ
イル３９をルビー球３７に埋め込み、ルビー球３７が測
定面ｆに対して所定ギャップｇ範囲内に近接したことを
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タッチプローブおよび
タッチプローブによる計測方法に関し、特にＮＣ工作機
械において、段取り時の被加工物の位置決めや被加工物
の寸法測定などに用いられるタッチプローブおよびタッ
チプローブによる計測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械において、主軸にタッチプ
ローブ（タッチセンサ）を取り付け、タッチプローブに
よって段取り時などの加工物の位置決めのための位置計
測や被加工物の寸法測定などを行うことは従来より行わ
れている。

【０００３】タッチプローブは測定子としてのスライタ
スを有しており、このタッチプローブには、スライタス
が測定面との接触によって傾斜することにより機械的な
接点が変化する接点信号式のものと、スライタスが測定
面との接触によってスライタスと測定面とが電気的に導
通関係になることを検出する接触信号式のものとがあ
る。

【０００４】何れの方式のタッチプローブによる計測で
も、スライタスが測定面に接近する方向へタッチプロー
ブと被測定物とを相対的に移動させることによりスライ
タスを測定面に接触させ、この接触時のＮＣ座標を読み
取ることによって被加工物の位置の計測や被加工物の寸
法測定を行う。

【０００５】このタッチプローブを使用した接触式の計
測では、タッチプローブと被測定物との相対的移動速
度、即ち送り速度が速いと、スピディに計測が行われる
反面、計測値がばらついて計測精度が低下する。これと
は反対に送り速度が遅いと、計測値のばらつきが少なく
て高い計測精度が得られるが、その反面、計測に時間が
かかり、作業効率のよい計測が行われない。

【０００６】このことに対して、先ず高速送りを行って
スライタスを測定面に接触させ、接触検知により高速送
りを停止して、所定量だけスライタスが測定面より離れ
る方向にタッチプローブあるいは被測定物を逆移動させ
てスライタスを測定面より一旦少しだけ離間させ、この
位置より低速送りによってスライタスを測定面に再度接
触させ、この二回目の接触により位置決めを行うことが
特公昭５７−５５５４６号公報に示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特公昭５７−５５５４
６号公報に示されている位置決め方法は、所期の目的を
達成するが、しかしこの方法では、スイッチバック的な
複雑な送りが行われるから、複雑なシーケンス制御が必
要になり、送り制御のためのプログラムも複雑なものに
なる。

【０００８】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、スイッチバック的な複雑な送りを行
うことなく、高速度計測と高精度計測とを両立するタッ
チプローブおよびタッチプローブによる計測方法を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るために、請求項１によるタッチプローブは、測定子が
被測定物の測定面に接触することを検出する接触式検知
部と、前記測定子が前記測定面に対して所定ギャップ範
囲内に近接したことを検出する非接触式検知部とを有し
ていることを特徴としている。

【００１０】請求項２によるタッチプローブは、請求項
１に記載のタッチプローブにおいて、前記測定子は非導
電性の球状先端部を有し、前記接触式検知部は前記球状
先端部による測定面との接触を上下左右の何れの方向の
ものも検出し、前記非接触式検知部は電磁誘導式近接セ
ンサにより構成され、前記電磁誘導式近接センサの電磁
誘導コイルが前記球状先端部の中心部に埋め込まれ、前
記電磁誘導式近接センサは上下左右の何れの方向におい
ても前記球状先端部が前記測定面に対して所定ギャップ
範囲内に近接したことを検出することを特徴としてい
る。

【００１１】上述の如き目的を達成するために、請求項
３によるタッチプローブによる計測方法は、請求項１ま
た２に記載のタッチプローブを使用し、前記測定子が測
定面に接近する方向へ前記タッチプローブと前記被測定
物とを高速度にて相対的に移動させ、この高速度相対的
移動下で前記非接触式検知部によって測定子が前記測定
面に対して所定ギャップ範囲内に近接したことを検出
し、この検出時点を速度変化基準時点として前記タッチ
プローブと前記被測定物との相対的移動速度を高速度よ
り低速度に変化させ、低速度相対的移動下で前記接触式
検知部によって測定子が前記測定面に接触したことを検
出し、この検出時点の位置を計測することを特徴として
いる。

【００１２】請求項４によるタッチプローブによる計測
方法は、請求項３に記載のタッチプローブによる計測方
法において、前記タッチプローブをＮＣ工作機械の主軸
に取り付け、測定子が前記測定面に接触した時点のＮＣ
座標値を読み取ることを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１によるタッチプローブでは、接触式検
知部によって測定子が被測定物の測定面に接触したこと
を検出でき、非接触式検知部によって測定子が測定面に
対して所定ギャップ範囲内に近接したことを検出でき
る。

【００１４】請求項２によるタッチプローブでは、接触
式検知部は測定子の球状先端部に測定面に対する接触が
上下左右の何れの方向のものも検出し、電磁誘導式近接
センサにより構成された非接触式検知部は、電磁誘導コ
イルが球状先端部の中心部に埋め込まれていることで、
測定子が測定面に対して所定ギャップ範囲内に近接した
ことの検出を上下左右の何れの方向についても行う。

【００１５】請求項３によるタッチプローブによる計測
方法では、測定子が測定面に接近する方向へタッチプロ
ーブと被測定物とを高速度にて相対的に移動させた状態
で非接触式検知部によって測定子が測定面に対して所定
ギャップ範囲内に近接したことを検出し、この検出時点
を速度変化基準時点としてタッチプローブと被測定物と
の相対的移動速度を高速度より低速度に変化させ、この
低速度相対的移動下で前記接触式検知部によって測定子
が前記測定面に接触したことを検出し、この検出時点の
位置を計測する。

【００１６】請求項４によるタッチプローブによる計測
方法では、タッチプローブをＮＣ工作機械の主軸に取り
付け、測定子が測定面に接触した時点のＮＣ座標値を読
み取り、インプロセス寸法測定を行う。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１８】図１は本発明によるタッチプローブを使用
した計測を実施されるＮＣ工作機械を示している。ＮＣ
工作機械は、ベッド１と、ベッド１上にＹ軸方向に移動
可能に設けられてＹ軸テーブル３と、Ｙ軸テーブル３上
にＸ軸方向に移動可能に設けられてＸ軸テーブル５とを
有し、Ｘ軸テーブル５上に被測定物（被加工物）Ｗを固
定載置される。

【００１９】Ｙ軸テーブル３はＹ軸サーボモータ７によ
ってＹ軸方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５はＸ軸サーボ
モータ９によってＸ軸方向に駆動され、Ｘ軸テーブル５
上の被加工物Ｗは、Ｙ軸サーボモータ７によるＹ軸テー
ブル３のＹ軸方向の移動とＸ軸サーボモータ９によるＸ
軸テーブル５のＸ軸方向の移動により、Ｘ軸とＹ軸によ
る水平面に沿ってＸ座標とＹ座標による任意に座標位置
に移動する。

【００２０】ＮＣ工作機械のコラム１１にはＺ軸スライ
ダ１３が上下方向、即ちＺ軸方向に移動可能に装着され
ており、Ｚ軸スライダ１３はＺ軸サーボモータ１５によ
ってＺ軸方向に駆動される。

【００２１】Ｚ軸スライダ１３には主軸頭１７が取り付
けられており、主軸頭１７には主軸１９がＺ軸に回転可
能に装着されている。主軸１９は主軸モータ２１により
回転駆動される。

【００２２】Ｘ軸サーボモータ９、Ｙ軸サーボモータ
７、Ｚ軸サーボモータ１５の各々にはロータリエンコー
ダ２３、２５、２７が装着されており、このロータリエ
ンコーダ２３、２５、２７は各軸のサーボモータ９、
７、１５の回転角を検出し、回転角情報をＮＣ装置２９
へ出力する。

【００２３】ＮＣ装置２９は、ＮＣ加工プログラムを実
行し、ロータリエンコーダ２３、２５、２７が検出する
各サーボモータの回転角情報をフィードバック信号とし
て入力して各軸指令を出力する。

【００２４】主軸１９にはタッチプローブ３１が交換可
能に装着される。タッチプローブ３１は、接点信号式あ
るいはレニショー式と云われる形式のタッチプローブを
ベースにしたものであり、プローブボディ３３に全方向
に傾斜可能に取り付けられたスタイラス３５を有し、ス
タイラス３５の傾斜によりプローブボディ３３に内蔵さ
れている接点が切り換わり、オン信号を出力する従来通
りの接触式検知部を具備している。スタイラス３５が全
方向に傾斜可能であることから、接触式検知部は、従来
のものと同様に、被測定物Ｗの測定面ｆとの接触を上下
左右の何れのものも検出する。

【００２５】図２に示されているように、スタイラス３
５の先端には非導電性のルビー球３７が設けられてお
り、ルビー球３７の球心部に非接触式検知部をなす電磁
誘導式近接センサの電磁誘導コイル３９が埋め込まれて
いる。電磁誘導コイル３９は、高周波発振回路４１と接
続され、所定ギャップｇによる磁界をルビー球３７の全
表面部に生成する。この磁界中に金属が存在すると、電
磁誘導によって誘導電流（うず電流）がその金属に流
れ、うず電流によるエネルギ消費による発振が停止する
から、電磁誘導式近接センサでは、発振出力を検波回路
４３により検出し、検波回路４３の出力をインバータを
含む出力回路４５により増幅出力する。出力回路４５は
発振停止時に出力信号をオフ信号よりオン信号へ変化す
る。

【００２６】これにより電磁誘導式近接センサは、ルビ
ー球３７が金属製の被測定物Ｗの測定面ｆに所定ギャッ
プｇの範囲内に近接したことを検出する。

【００２７】電磁誘導式近接センサは電磁誘導コイル３
９によってルビー球３７の全表面部に所定ギャップｇに
よる磁界を生成しているから、上下左右の何れの方向に
おいてもルビー球３７が測定面ｆに対して所定ギャップ
ｇの範囲内に近接したことを検出する。

【００２８】次に上述の如き構成よりなるタッチプロー
ブ３１を使用した計測法を図３を参照して説明する。

【００２９】タッチプローブ３１を主軸１９に取り付け
た状態で、先ず最初は、測定面ｆがスタイラス３５に接
近する方向（前進方向）へＹ軸テーブル３をＹ軸方向へ
あるいはＸ軸テーブル５をＸ軸方向へ速度Ｖ_a によって
高速送りし、この高速送り状態で非接触式検知部の出力
回路４５の出力信号がオフ信号よりオン信号へ変化する
ことを監視する。これにより測定面ｆはスタイラス３５
に対して高速度にて接近する。

【００３０】ルビー球３７が測定面ｆに対して所定ギャ
ップｇの範囲内に近接すると、出力回路４５の出力信号
がオフ信号よりオン信号へ変化し、この変化時点Ｔ₁ で
Ｙ軸テーブル３あるいはＸ軸テーブル５の送り速度を低
速度Ｖ_b に変化させ、これより以降は高速送り時と同方
向（前進方向）へ低速送りを行う。この低速送り状態で
は接触式検知部の出力信号がオフ信号よりオン信号へ変
化することを監視し、接触式検知部の出力信号がオフ信
号よりオン信号へ変化した時点Ｔ₂ 、即ちルビー球３７
が測定面ｆに当接し、スタイラス３５が傾斜した時点Ｔ
₂ のＮＣ座標値を図示されていないニリアスケール等に
より読み取る。

【００３１】ルビー球３７は低速度Ｖｂをもって測定面
ｆに当接するから、計測値がばらつくことがなく、高精
度な計測が行われる。

【００３２】時点Ｔ₁ における送り速度の低下は、急激
減速以外、図３に破線により示されているように、漸減
速であってよい。またここで云う低速とは、ほとんど零
に近い極微速を含むものであり、この速度は要求される
計測精度に応じて適宜に設定されればよい。

【００３３】上述の実施例では、テーブル送りにより被
測定物Ｗをスタイラス３５に接近させたが、主軸頭１７
がＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動する形式のＮＣ工作機械で
は、主軸頭１７Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の送りによりスタイ
ラス３５に被測定物Ｗを接近させればよい。

【００３４】また上述の実施例では、非接触式検知部は
電磁誘導式近接センサにより構成したが、本発明による
タッチプーロブはこれに限定されるものでなく、非接触
式検知部は、光電式、静電容量式、超音波式などの近接
センサにより構成されてもよい。

【００３５】また上述の実施例では、タッチプーロブ３
１をＮＣ工作機械の主軸１９に取り付けて計測を行った
が、このタッチプーロブ３１は計測専用機にて使用され
てよく、ＮＣ工作機械ではタッチプーロブ３１をテーブ
ル側に取り付けて工具寸法を計測したり、主軸１９にテ
ストバーを取り付けてテーブルの熱変位を計測すること
にも使用できる。

【００３６】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１によるタッチプローブでは、タッチプローブが被測定
物に接近する方向へ、その両者を相対的に移動させるこ
とで、先ず非接触式検知部によって測定子が測定面に対
して所定ギャップ範囲内に近接したことを検出でき、そ
の後に接触式検知部によって測定子が被測定物の測定面
に接触したことを検出でき、非接触式検知部によって測
定子が測定面に対して所定ギャップ範囲内に近接したこ
とが検出された時点で、相対移動速度を低速側に切り換
え、あるいは漸減速することにより、速度制御だけで、
複雑な送り制御を要することなく高速度計測と高精度計
測とを両立させることができる。

【００３８】請求項２によるタッチプローブでは、上述
のような計測が上下左右の何れの方向についても行え、
例えば孔径計測をＸ軸送りとＹ軸送りだけで簡単に行う
ことができる。

【００３９】請求項３によるタッチプローブによる計測
方法では、測定子が測定面に接近する方向へタッチプロ
ーブと被測定物とを高速度にて相対的に移動させた状態
で前記非接触式検知部によって測定子が前記測定面に対
して所定ギャップ範囲内に近接したことを検出し、この
検出時点を速度変化基準時点としてタッチプローブと被
測定物との相対的移動速度を高速度より低速度に変化さ
せ、この低速度相対的移動下で前記接触式検知部によっ
て測定子が前記測定面に接触したことを検出し、この検
出時点の位置を計測するから、速度制御だけで、複雑な
送り制御を要することなく高速度計測と高精度計測とが
両立する。

【００４０】請求項４によるタッチプローブによる計測
方法では、タッチプローブをＮＣ工作機械の主軸に取り
付け、測定子が測定面に接触した時点のＮＣ座標値を読
み取ることで、効率よく高精度にインプロセス寸法測定
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタッチプローブを使用した計測を
実施されるＮＣ工作機械を示す斜視図である。

【図２】本発明によるタッチプローブの一実施例を示す
概略構成図である。

【図３】本発明によるタッチプローブを使用してた計測
方法の実施例を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ ベッド ３ Ｙ軸テーブル ５ Ｘ軸テーブル ７ Ｙ軸サーボモータ ９ Ｘ軸サーボモータ １１ コラム １３ Ｚ軸スライダ １５ Ｚ軸サーボモータ １７ 主軸頭 １９ 主軸 ２１ 主軸モータ ２３、２５、２７ ロータリエンコーダ ２９ ＮＣ装置 ３１ タッチプローブ ３３ プローブボディ ３５ スタイラス ３７ ルビー球 ３９ 電磁誘導コイル ４１ 高周波発振回路 ４３ 検波回路 ４５ 出力回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定子が被測定物の測定面に接触するこ
   とを検出する接触式検知部と、前記測定子が前記測定面
   に対して所定ギャップ範囲内に近接したことを検出する
   非接触式検知部とを有していることを特徴とするタッチ
   プローブ。
2. 【請求項２】 前記測定子は非導電性の球状先端部を有
   し、前記接触式検知部は前記球状先端部による測定面と
   の接触を上下左右の何れの方向のものも検出し、前記非
   接触式検知部は電磁誘導式近接センサにより構成され、
   前記電磁誘導式近接センサの電磁誘導コイルが前記球状
   先端部の中心部に埋め込まれ、前記電磁誘導式近接セン
   サは上下左右の何れの方向においても前記球状先端部が
   前記測定面に対して所定ギャップ範囲内に近接したこと
   を検出することを特徴とする請求項１に記載のタッチプ
   ローブ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のタッチプロー
   ブを使用し、前記測定子が測定面に接近する方向へ前記
   タッチプローブと前記被測定物とを高速度にて相対的に
   移動させ、この高速度相対的移動下で前記非接触式検知
   部によって測定子が前記測定面に対して所定ギャップ範
   囲内に近接したことを検出し、この検出時点を速度変化
   基準時点として前記タッチプローブと前記被測定物との
   相対的移動速度を高速度より低速度に変化させ、低速度
   相対的移動下で前記接触式検知部によって測定子が前記
   測定面に接触したことを検出し、この検出時点の位置を
   計測することを特徴とするタッチプローブによる計測方
   法。
4. 【請求項４】 前記タッチプローブをＮＣ工作機械の主
   軸に取り付け、測定子が前記測定面に接触した時点のＮ
   Ｃ座標値を読み取ることを特徴とする請求項３に記載の
   タッチプローブによる計測方法。