JPH10253311A - 接触型変位測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定
圧になる接触型変位測定装置の実現。 【解決手段】 ベース10と、被測定物101,102 の表面に
接触する測子14を有する変位部材13と、変位部材をベー
スに対して移動可能に支持する支持機構と、変位部材の
変位を検出するための変位検出機構とを備え、変位部材
の移動に応じて測子の被測定物の表面との接触圧が変化
する接触型変位測定器において、変位部材13と同じよう
に移動する変位部材から独立した第１の移動部材16と、
第１の移動部材16に設けられた滑車18と、第１の移動部
材16と同じ方向に移動可能で、係合手段により滑車を介
してベース10に係合された第２の移動部材19と、変位部
材と第２の移動部材との間に設けられたバネ20とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測子が被測定物
（ワーク）の表面に接触し、表面位置に応じて変化する
測子の変位を検出することによりワークの表面位置を測
定する電気マイクロメータなどの接触型変位測定器に関
し、特に表面位置の異なるワークを測定する場合も、測
子のワーク表面に対する接触圧が変化しない接触型変位
測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの表面位置を測定する装置として
電気マイクロメータなどの装置が広く使用されている
が、このような電気マイクロメータを２個組み合わせる
ことによりワークの寸法を測定することができる。この
ようなワークの寸法を測定する装置を使用して、加工中
のワークの寸法を測定し、その検出値に応じて加工動作
を制御することにより、高精度の加工を行うことが行わ
れており、このような目的で使用される寸法測定装置を
自動定寸装置と呼んでいる。

【０００３】電気マイクロメータなどで表面位置又は寸
法を測定する場合、測子を所定の圧力でワークの表面に
接触させる必要がある。この接触圧を測定圧と呼んでい
る。一般に、非常に精密な測定を行う場合には、測定圧
を小さくしてワークを移動させる速度を小さくして測定
を行うが、上記のような加工中のワークの寸法を測定す
る自動定寸装置などでは、ワークが加工のために高速で
回転している上、切削油が供給されるため、ある程度の
測定圧が必要である。

【０００４】電気マイクロメータなどの接触型変位測定
器では、ワークの表面に接触する測子が設けられる変位
部材が、接触位置に応じて変位するようになっており、
その変位部材の位置を検出するようにしている。例えば
電気マイクロメータでは、一端に測子が設けられ、他端
に鉄心が設けられたアームを、支点の回りに回転自在に
支持し、測子の位置に応じてアームが回転して鉄心の位
置が変化し、その位置変化を差動トランスで検出してい
る。このようなアームが支点の回りを回転できる機構で
は、使用に従って支点部が磨耗するという問題がある。
このような問題を防止するため、板バネで弾性支点を形
成する機構が使用されている。

【０００５】図１は、板バネで弾性支点を形成した接触
型変位測定装置の基本構成を示す図である。図１に示す
ように、固定台１１に２枚の板バネ１２ａと１２ｂが平
行に取り付けられている。板バネ１２ａと１２ｂの他の
端は、変位部材１３に取り付けられている。このような
機構により、変位部材１３は固定台１１に対する姿勢を
維持したまま変位できる。変位部材１３にはワーク１０
０の表面に接触する測子１４と鉄心１５が設けられてお
り、ワーク１００の表面位置に応じて測子１３が変位
し、それに応じて変位部材１３と鉄心１５が変位する。
鉄心１５の回りには、差動トランスのボビン２１が設け
られており、鉄心１５の変位が検出できるようになって
いる。差動トランスについては広く知られているので、
ここでは差動トランスについての説明は省略する。上記
の定寸装置では、このような機構が２組設けられてお
り、ワークの径に相当する部分に２個の測子が接触する
ようになっている。

【０００６】図２は、図１に示した機構で測子１４が変
位した時の様子を示す図であり、（１）はワーク１０１
の径が小さく、測子１４が変位範囲の一方の端（下限）
付近にある場合を示し、（２）はワーク１０２の径が大
きく、測子１４が上側大きく変位した場合を示す。参照
番号１０は固定台１１が取付けられる筐体（ベース）を
示す。この機構では、板バネ１２ａと１２ｂが弾性支点
を形成するため、図２の（２）の場合は、板バネ１２ａ
と１２ｂによるバネの力が下方向に働き、測定圧が図２
の（１）の場合に比べて大きくなる。このような測子の
変位に応じた測定圧の変化は、変位部材の自重のみが測
定圧になる場合を除いて、変位部材に何らかのバネ機構
が接続されている場合には、常に生じる。例えば、前述
のアームを支点で支持し、アームの回転モーメントをバ
ランスさせた上で、所定の測定圧を印加するためにアー
ムをバネで付勢する構成でも、測子の変位に応じて測定
圧が変化する。また、図３は測子の変位に応じて測定圧
が変化する機構の他の例を示す図であり、測子がワーク
の下側に接触する場合の機構を示しており、（１）はワ
ーク１０１の径が小さく、測子５５が変位範囲の一方の
端（上限）付近にある場合を示し、（２）はワーク１０
２の径が大きく、測子５５が下側に大きく変位した場合
を示す。図３の機構では、ベース５０に設けられた摺動
軸５１に、変位部材５４に設けられた摺動部材５２ａと
５２ｂが嵌め合わされ、変位部材５４が摺動軸５１、す
なわち、ベース５０に対して移動可能になっている。変
位部材５４は、ベース５０から引張バネ５３で吊り下げ
られており、所定の変位範囲では上側に測定圧が生じる
ようになっている。図３の機構は、上記の摺動部の磨耗
という問題がある。また、図３の機構は、図２の場合と
同様に、変位に応じて測定圧が変化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、接触型
変位測定装置では、変位部材の自重のみが測定圧になる
場合以外の、変位部材に何らかのバネ機構が接続されて
いる場合には、変位に応じて測定圧が変化する。一般的
に、高精度の測定を行うためには、常時一定の測定圧で
あることが必要である。また、ワークの硬度が十分に高
く測定圧の変化が問題にならない場合もあるが、ワーク
が柔らかい材質である場合には、測定圧が大きくなると
変形や傷等の問題が発生し、正確な測定ができない。も
ちろん、ワークの表面位置又は径に応じて測定装置の位
置を調整すれば、測定圧を一定にすることができる。し
かし、測定するワークが異なる度にそのような調整を行
うのは煩雑で、生産工程で使用される定寸装置の場合に
はそのような設定を行うために、生産工程を一時停止す
る必要があり、コストアップを招くという問題があっ
た。そのため、ワークの大小にかかわらず、常に一定の
測定圧になる接触型変位測定装置が要望されていた。

【０００８】本発明はこのような要望を実現するための
もので、ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定圧
になる接触型変位測定装置の実現を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図４は、本発明を板バネ
で弾性支点を形成する構成に適用した場合の基本構成を
示す図であり、（１）はワーク１０１の径が小さく、測
子１４が変位範囲の一方の端（下限）付近にある場合を
示し、（２）はワーク１０２の径が大きく、測子１４が
上側に大きく変位した場合を示す。

【００１０】上記目的を実現するため、本発明の接触型
変位測定装置では、測子１４が設けられる変位部材１３
からは独立しているが、変位部材１３と同じように移動
する第１の移動部材１６に滑車１８を設け、第１の移動
部材１６と同じ方向に移動する第２の移動部材１９をこ
の滑車１８を介してベースに係合する。そして、変位部
材１３と第２の移動部材１９をバネ２０で係合する。

【００１１】すなわち、本発明の接触型変位測定装置
は、ベース１０と、被測定物１０１、１０２の表面に接
触する測子１４を有する変位部材１３と、変位部材１３
をベース１０に対して移動可能に支持する支持機構１２
ａ、１２ｂと、変位部材１３の変位を検出するための変
位検出機構１５とを備え、変位部材１３の移動に応じて
測子１４の被測定物１０１、１０２の表面との接触圧が
変化する接触型変位測定器において、変位部材１３と同
じように移動する変位部材１３から独立した第１の移動
部材１６と、第１の移動部材１６に設けられた滑車１８
と、第１の移動部材１６と同じ方向に移動可能で、係合
手段により滑車１８を介して第１の移動部材１６に係合
された第２の移動部材１９と、変位部材１３と第２の移
動部材１９との間に設けられたバネ２０とを備えること
を特徴とする。

【００１２】本発明の接触型変位測定装置では、滑車１
８は動滑車であり、第２の移動部材１９はこの滑車１８
を介してベースに係合されている。そのため、図４の
（２）に示すように、変位部材１３がＬだけ移動すると
第１の移動部材１６もＬだけ移動するが、第２の移動部
材１９は２倍の２Ｌ移動する。従って、変位部材１３と
第２の移動部材１９の間をバネ２０で係合すれば、バネ
の長さはＬだけ変化することになり、変位部材１３が受
けるバネ圧が変化することになる。このバネ圧の変化
で、変位部材の移動に応じた測子の被測定物の表面との
接触圧の変化を相殺すれば、常に一定の接触圧（測定
圧）とすることができる。

【００１３】第１の移動部材１６は、変位部材１３から
独立しているが、変位部材１３と同じように移動する必
要がある。そこで、第１の移動部材１６には、測子１４
が被測定物１０１、１０２の表面に接触する近辺で、被
測定物１０１、１０２の表面に接触する接触子１７を設
ける。これにより、第１の移動部材１６は変位部材１３
と同じように移動することになる。

【００１４】第１の移動部材１６と第２の移動部材１９
が変位部材１３を同じ方向に移動するようにガイドを設
ける必要があるが、このガイドはたとえば変位部材１３
に設ける。支持機構は、例えば、図１に示したような板
バネにより弾性支点を形成する構造を有する。本発明
は、図３に示した機構や、前述の支点を中心としてアー
ムが回転する機構でバネにより測定圧を与える機構にも
適用可能であるが、変位による測定圧の変化が問題にな
るのは、図１に示したような板バネにより弾性支点を形
成する構造であり、このような構造の接触型変位測定器
に適用すると、特に効果的である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図５は、本発明の実施例の接触型
変位測定器の測定ヘッドの構成を示す図であり、（１）
は側面図を、（２）は右方向から見た時の断面図であ
る。図示のように、第１実施例の測定ヘッドは、図１及
び図２に示した従来の構成に、第１及び第２の移動部材
１６、１９、滑車１８、及びバネ２０などを付加した構
成である。従って、この付加した部分についてのみ説明
し、従来の構成については説明を省略する。なお、図示
した部分の周囲には、ベース１０の部分に相当する筐体
が設けられており、図示した部分はこの筐体内に収容さ
れ、測子の部分のみが外部に延びた構造になっている
が、ここでは説明を簡単にするために筐体は省略してあ
る。

【００１６】前述のように、変位部材１３は板バネ１２
ａと１２ｂでベースに取り付けられており、測子１４と
鉄心１５が取り付けられている。鉄心１５の回りにはベ
ース１０に固定された差動トランス２１が設けられてい
る。変位部材１３には、更に第１の移動部材１６のため
のガイド３３と第２の移動部材１９のためのガイド４３
が設けられている。ガイド４３は、変位部材１３の両側
の案内溝４３ａと４３ｂであり、ガイド３３も同様であ
る。

【００１７】第１の移動部材１６にはガイド３３に嵌め
合わされるガイド軸３１と３２が設けられており、ガイ
ド３３に沿って移動可能になっている。ガイド軸３２に
は滑車１８が回転自在に取り付けられている。第１の移
動部材１６の下側には、ワーク１００に接触する接触子
１７が設けられている。従って、接触子１７をワーク１
００に接触するようにしておけば、第１の移動部材１６
は変位部材１３と同じように移動することになる。

【００１８】また、第２の移動部材１９にはガイド４３
ａと４３ｂに嵌め合わされるガイド軸４１ａ、４１ｂ、
４２ａ、４２ｂが設けられており、ガイド４３に沿って
移動可能になっている。第２の移動部材１９は、ワイヤ
３４で滑車１８を介してベース１０に係合されており、
変位部材１３に設けられた部材４４との間に圧縮バネ２
０が配置されている。

【００１９】変位部材１３がＬだけ上方に移動すると、
滑車１８もＬだけ上方に移動するが、滑車１８は動滑車
であるから、第２の移動部材１９は上方に２Ｌ移動する
ことになる。従って、変位部材１３と第２の移動部材１
９の距離はＬだけ短くなり、圧縮バネ２０の長さはＬだ
け縮む。従って、この縮んだ分バネ圧が大きくなり、移
動部材１９が変位部材１３を押し上げる力がこのバネ圧
の変化分大きくなることになる。従って、変位部材１３
が上方に移動して板バネ１２ａと１２ｂが曲がることに
より増加する測定圧を、この圧縮バネ２０のバネ圧の変
化で相殺するように設定すれば、測定圧は常に一定にな
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定圧になる接
触型変位測定装置が実現され、ワークが柔らかい材質で
ある場合でも変形や傷等の問題を発生せずに正確な測定
が行えるようになる。また、ワークの形状が変化しても
測定装置の位置を調整する必要がないため、煩雑な作業
を必要とせず、生産工程の効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】板バネで弾性支点を形成した従来の接触型変位
測定装置の基本構成を示す図である。

【図２】図１に示した機構で測子が変位した時の様子を
示す図である。

【図３】変位に応じて測定圧の変化が生じる他の機構例
を示す図である。

【図４】本発明を板バネで弾性支点を形成した機構に適
用した場合の基本構成を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例の測定ヘッドの構成を示す
図である。

【符号の説明】

１０…ベース １１…固定台 １２ａ、１２ｂ…板バネ １３…変位部材 １４…測子 １５…鉄心 １６…第１の移動部材 １７…接触子 １８…滑車 １９…第２の移動部材 ２０…バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼崎 廣一 東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号 株式 会社東京精密内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース（１０）と、 被測定物（１０１、１０２）の表面に接触する測子（１
   ４）を有する変位部材（１３）と、 該変位部材（１３）を前記ベース（１０）に対して移動
   可能に支持する支持機構と、 前記変位部材（１３）の変位を検出するための変位検出
   機構（１５）とを備え、前記変位部材（１３）の移動に
   応じて前記測子（１４）の前記被測定物（１０１、１０
   ２）の表面との接触圧が変化する接触型変位測定器にお
   いて、 前記変位部材（１３）と同じように移動する前記変位部
   材（１３）から独立した第１の移動部材（１６）と、 該第１の移動部材（１６）に設けられた滑車（１８）
   と、 前記第１の移動部材（１６）と同じ方向に移動可能で、
   係合手段により前記滑車（１８）を介して前記ベース
   （１０）に係合された第２の移動部材（１９）と、 前記変位部材（１３）と前記第２の移動部材（１９）と
   の間に設けられたバネ（２０）とを備えることを特徴と
   する接触型変位測定器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の接触型変位測定器であ
   って、 前記第１の移動部材（１６）は、前記測子（１４）が前
   記被測定物（１０１、１０２）の表面に接触する近辺
   で、前記被測定物（１０１、１０２）の表面に接触する
   接触子（１７）を有する接触型変位測定器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の接触型変位測定
   器であって、 前記変位部材（１３）は、前記第１の移動部材（１６）
   と前記第２の移動部材（１９）の移動方向を規定するガ
   イド（３３、４３）を備える接触型変位測定器。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
   接触型変位測定器であって、 前記支持機構は、前記固定台（１１）と前記変位部材
   （１３）に固定された、前記移動方向に略垂直な平面が
   板面である複数枚の平行な板バネ（１２ａ、１２ｂ）で
   ある接触型変位測定器。