JPH10288502A - Touch signal probe - Google Patents

Touch signal probe

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JPH10288502A
JPH10288502A JP10032794A JP3279498A JPH10288502A JP H10288502 A JPH10288502 A JP H10288502A JP 10032794 A JP10032794 A JP 10032794A JP 3279498 A JP3279498 A JP 3279498A JP H10288502 A JPH10288502 A JP H10288502A
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signal
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deformation
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Kunitoshi Nishimura
国俊 西村
Sanehiro Ishikawa
修弘 石川
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a touch signal probe that is simple in structure and has no directional dependability. SOLUTION: A stylus 1 is provided with a detection element supporting part 1C for supporting and securing four deformation detecting elements (piezoelectric elements) 21 to 24, and this detection element supporting part 1C is a regular polyhedron whose section being orthogonalized with a shaft of the stylus 1 is formed into a regular polygon. Each of these deformation detecting elements 21 to 24 is attached to respective sides of this regular polyhedron, and the arithmetic processing of a sum, a difference and a square sum or the like is carried out on each signal to be outputted from these deformation detecting elements 21 to 24, and thus a contact detecting signal is generated on the basis of the result of the arithmetic processing. In succession, the sum of signals to be outputted from these elements 21 to 24, extracting a strain component acting on the stylus axial direction, and likewise any difference in signals to be outputted from these elements 21 to 24 is operated, extracting the bending strain component acting on the stylus shaft.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機等に
よって被測定物の形状等を測定するために用いられるタ
ッチ信号プローブに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch signal probe used for measuring the shape and the like of an object to be measured by a coordinate measuring machine or the like.

【0002】[0002]

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機とし三次元測定機等が知られているが、その場合の座
標検出や位置検出を行うために、測定機には、スタイラ
スの先端部分に接触部を備え、この接触部が被測定物と
接触したことを検出するタッチ信号プローブが用いられ
る。タッチ信号プローブの従来例が特公昭60-48681号
(従来例1)、特開昭54-78164号(従来例2)及び特開
平8-327308号(従来例3)に示されている。
2. Description of the Related Art A three-dimensional measuring machine or the like is known as a measuring machine for measuring the shape and dimensions of an object to be measured, but a stylus is used for measuring coordinates and position in such a case. A touch signal probe is provided that has a contact portion at the tip of the sensor and detects that the contact portion has come into contact with the object to be measured. Conventional examples of the touch signal probe are disclosed in Japanese Patent Publication No. Sho 60-48681 (conventional example 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-78164 (conventional example 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-327308 (conventional example 3).

【0003】従来例1では、測定ヘッドあるいは測定プ
ローブは可動部分と固定部分とからなり、これらは互い
に着座機構を介して連結されている。可動部分は2分割
された2つの部材から構成され、これらの部材間に引張
及び圧縮に高感度に応答する測定素子(圧電素子)が設
けられている。従来例2では、スタイラスの一部に圧電
素子が組み込まれたり、スタイラスを2分割し、これら
の分割されたスタイラスの間に圧電素子が挟み込まれた
り、スタイラスの先端に設けられた接触部に圧電素子を
細工したり、さらには、接触部とスタイラスの接続部分
に圧電素子を挟み込む構造である。従来例3では、円盤
状の基板の中心にスタイラスが取り付けられ、このスタ
イラスの周囲に複数の圧電素子が放射状に配置されてい
る。スタイラスが被測定物に当接したことを検知するた
めに、各圧電素子から出力される信号の絶対値の和が検
出される。
In Conventional Example 1, a measuring head or a measuring probe comprises a movable portion and a fixed portion, which are connected to each other via a seating mechanism. The movable part is composed of two divided members, and a measuring element (piezoelectric element) that responds to tension and compression with high sensitivity is provided between these members. In Conventional Example 2, a piezoelectric element is incorporated in a part of a stylus, a stylus is divided into two parts, a piezoelectric element is sandwiched between the divided styluses, and a piezoelectric element is attached to a contact portion provided at the tip of the stylus. It is a structure in which the element is worked up, and furthermore, the piezoelectric element is interposed between the contact portion and the stylus. In Conventional Example 3, a stylus is attached to the center of a disk-shaped substrate, and a plurality of piezoelectric elements are radially arranged around the stylus. In order to detect that the stylus has contacted the object to be measured, the sum of the absolute values of the signals output from the respective piezoelectric elements is detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来例1及び2では、
圧電素子を1個設置する場合、複数個設置する場合等、
各種の場合が開示されている。一般に、圧電素子の数が
少ない方がスタイラスの構造が単純で組み立てが容易で
あるため、コストを低くできるという利点があるもの
の、異なる方向での検出精度が十分でなく、方向依存性
を有することになる。これに対して、圧電素子(測定素
子)を複数組み込む場合には、これらの組み合わせの仕
方によって方向依存性が少なくなるが、構造が複雑にな
るという不都合がある。
In the conventional examples 1 and 2,
When installing one piezoelectric element, when installing multiple piezoelectric elements, etc.
Various cases are disclosed. In general, a smaller number of piezoelectric elements has the advantage of lower cost because the stylus structure is simpler and easier to assemble, but it has insufficient detection accuracy in different directions and has direction dependency. become. On the other hand, when a plurality of piezoelectric elements (measuring elements) are incorporated, the direction dependency is reduced depending on the way of combining them, but there is a disadvantage that the structure becomes complicated.

【0005】ここで、方向依存性とは、スタイラスの先
端部分の測定球と被測定物とが接触する際に、接触部の
接触箇所により測定素子の応答感度の異なる程度を意味
するものであるが、従来例1では、測定素子がX軸測定
用とY軸測定用とに分かれているものの、それ以上に方
向依存性を考慮したものではなく、よって、方向依存性
の改善が必ずしも十分とはいえない。同様に、従来例2
においても、方向依存性と圧電素子の配置との関係まで
は考慮されていない。また、従来例3では、スタイラス
の先端部分が被測定物と接触する際の検出感度に方向性
が生じないように複数の圧電素子から出力される信号の
絶対値の和を演算して検出信号を取り出しているが、ス
タイラス軸に直交する方向から被測定物に接する場合に
おいては、検出感度の方向依存性の改善は十分とはいえ
ない。また、スタイラス軸方向から接する場合に関して
は何ら言及されていない。
[0005] Here, the direction dependency means the degree to which the response sensitivity of the measuring element differs depending on the contact point of the contact portion when the measuring ball at the tip of the stylus contacts the object to be measured. However, in the conventional example 1, although the measuring element is divided into one for X-axis measurement and one for Y-axis measurement, the direction dependency is not taken into consideration any more, and therefore, the improvement of the direction dependency is not necessarily sufficient. I can't say. Similarly, Conventional Example 2
Does not consider the relationship between the direction dependence and the arrangement of the piezoelectric elements. In Conventional Example 3, the sum of the absolute values of the signals output from the plurality of piezoelectric elements is calculated so that the detection sensitivity when the tip of the stylus comes into contact with the object to be measured does not have directivity. However, in the case where the device comes into contact with the object to be measured from a direction perpendicular to the stylus axis, the direction dependency of the detection sensitivity is not sufficiently improved. No mention is made of the case of contact from the stylus axis direction.

【0006】本発明の目的は、構造が簡易であり、方向
依存性がないタッチ信号プローブを提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a touch signal probe which has a simple structure and has no direction dependency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、正
多角形体の検出素子支持部の側面に取り付けた変形検出
素子から出力される信号の和、差及び自乗和に基づいて
接触検知信号を発生して前記目的を達成しようとするも
のである。具体的には本発明にかかるタッチ信号プロー
ブは、先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱状
のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触したこと
を検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プローブ
において、前記スタイラスは前記変形検出素子を支持固
定するための検出素子支持部を有し、この検出素子支持
部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正多角形とさ
れる正多角形体であり、この正多角形体の各側面のうち
少なくとも2面に前記変形検出素子をそれぞれ取り付
け、これらの変形検出素子から出力される信号に対し演
算処理を行い、演算処理の結果に基づいて接触検知信号
を発生することを特徴とする。
Therefore, the present invention provides a contact detection signal based on a sum, a difference and a sum of squares of signals output from a deformation detection element attached to a side face of a detection element support of a regular polygon. It is intended to achieve the above purpose. Specifically, in the touch signal probe according to the present invention, a deformation detecting element that detects that the contact portion has contacted the object to be measured is disposed on a substantially columnar stylus having a contact portion at the tip thereof that contacts the object to be measured. In the touch signal probe described above, the stylus has a detection element support portion for supporting and fixing the deformation detection element, and the detection element support portion has a regular polygon whose cross section orthogonal to the axis of the stylus is a regular polygon. The deformation detection elements are attached to at least two of the side surfaces of the regular polygon, and arithmetic processing is performed on signals output from these deformation detection elements, and contact is made based on the result of the arithmetic processing. It is characterized by generating a detection signal.

【0008】測定のため、本発明のタッチ信号プローブ
を移動してスタイラスの接触部が被測定物に接触する
と、接触時の衝撃力が変形検出素子で検出される。この
際、各変形検出素子から検出信号が出力されるが、各変
形検出素子から出力される信号に対し演算処理を行う。
例えば、まず、これらの信号の和及び差をそれぞれ生成
する。各変形検出素子から出力される信号の和を演算す
るのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分を除去して
スタイラス軸方向に作用する縦歪成分を抽出するためで
あり、各変形検出素子から出力される信号の差を演算す
るのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分を抽出する
ためである。
For the measurement, when the contact portion of the stylus comes into contact with the object to be measured by moving the touch signal probe of the present invention, the impact force at the time of the contact is detected by the deformation detecting element. At this time, a detection signal is output from each deformation detection element, and an arithmetic process is performed on the signal output from each deformation detection element.
For example, first, a sum and a difference of these signals are generated. The reason for calculating the sum of the signals output from each deformation detection element is to remove the bending distortion component acting on the stylus axis and to extract the longitudinal distortion component acting in the stylus axis direction. The reason for calculating the difference between the output signals is to extract a bending distortion component acting on the stylus axis.

【0009】その後、これらの和の信号と差の信号との
自乗和をそれぞれ生成する。各信号をそれぞれ自乗する
のは、各変形検出素子から出力される信号の極大値を変
形検出素子の取付方位と被測定物との接触方位のなす角
度にかかわらず完全一定にするためである。さらに、各
信号を自乗和することにより、大きな検出信号を得るこ
とができ、測定精度を向上させることができる。自乗和
から生成された信号に基づいて接触検知信号を発生し、
接触検知信号が発生された点における座標を測定値とし
て読みとる。従って、本発明では、各変形検出素子から
出力される信号の処理により方向依存性をなくして精度
の高い測定が行える。さらに、多角形体の側面に変形検
出素子を取り付けるものであるから、タッチ信号プロー
ブの構造を簡易なものにできる。
Thereafter, a sum of squares of the sum signal and the difference signal is generated. The reason for squaring each signal is to make the maximum value of the signal output from each deformation detection element completely constant irrespective of the angle between the mounting direction of the deformation detection element and the contact direction with the object to be measured. Further, by summing the squares of the signals, a large detection signal can be obtained, and the measurement accuracy can be improved. Generating a contact detection signal based on the signal generated from the sum of squares,
The coordinates at the point where the contact detection signal is generated are read as measured values. Therefore, in the present invention, high-precision measurement can be performed by eliminating the direction dependency by processing the signal output from each deformation detection element. Further, since the deformation detecting element is attached to the side surface of the polygon, the structure of the touch signal probe can be simplified.

【0010】ここで、本発明では、前記検出素子支持部
の断面を正方形とするとともに、その各側面に合計4個
の前記変形検出素子をそれぞれ取り付けた構造でもよ
い。この場合、これらの変形検出素子のうち前記検出素
子支持部を挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位置する
2組の変形検出素子から出力される2つの差動信号と、
4個の変形検出素子の全てから出力される和の信号ある
いは互いに表裏の関係に位置する2個の変形検出素子か
ら出力される和の信号とから接触検知信号を発生する構
成でもよい。この構成では、スタイラス軸を中心として
互いに90度間隔に配置された4個の変形検出素子から
出力される信号に基づいて接触検知信号が発生されるた
め、精度のよい測定が行える。
Here, in the present invention, a structure may be employed in which a cross section of the detection element support section is square and a total of four deformation detection elements are attached to each side surface thereof. In this case, of these deformation detection elements, two differential signals output from two sets of deformation detection elements located in a front-to-back relationship with each other across the detection element support portion,
The configuration may be such that a contact detection signal is generated from a sum signal output from all four deformation detection elements or a sum signal output from two deformation detection elements located in a front-to-back relationship with each other. In this configuration, the contact detection signal is generated based on the signals output from the four deformation detection elements arranged at intervals of 90 degrees about the stylus axis, so that accurate measurement can be performed.

【0011】さらに、前記表裏の関係に位置する2組の
変形検出素子から出力される2つの差動信号を自乗して
和することにより第1の接触信号を生成し、かつ、第1
の接触信号を基準値と比較して第1の検知信号を生成す
るとともに、前記4個の変形検出素子から出力される和
の信号あるいは表裏の関係に位置する2個の変形検出素
子から出力される和の信号より第2の接触信号を生成
し、第2の接触信号を基準値と比較して第2の検知信号
を生成し、この第2の検知信号を所定の時間だけ遅延さ
せた後、第1の検知信号との論理和により接触検知信号
を発生する構成でもよい。この構成では、第1の接触信
号と第2の接触信号とから論理和により接触検知信号を
生成するにあたり、時間的に早く極大値を形成する第2
の検知信号を所定の時間だけ遅らせることにより、接触
部の接触部位にかかわらず同じ接触検知信号が発生す
る。
Further, a first contact signal is generated by squaring and summing two differential signals output from the two sets of deformation detecting elements located in the front-back relationship, and
Is compared with a reference value to generate a first detection signal, and a sum signal output from the four deformation detection elements or output from two deformation detection elements positioned in a front-to-back relationship. A second contact signal is generated from the sum signal, the second contact signal is compared with a reference value to generate a second detection signal, and after the second detection signal is delayed by a predetermined time, , A contact detection signal may be generated by a logical sum with the first detection signal. In this configuration, when generating the contact detection signal by the logical OR from the first contact signal and the second contact signal, the second contact that forms the local maximum value earlier in time is obtained.
Is delayed by a predetermined time, the same contact detection signal is generated regardless of the contact portion of the contact portion.

【0012】また、前記各変形検出素子から出力される
和の信号あるいは表裏の関係に位置する2個の変形検出
素子から出力される和の信号の大きさを調整して所定時
間遅らせた1つの信号と、前記表裏の関係に位置する変
形検出素子から出力される2つの差動信号との合計3つ
の信号をそれぞれ自乗した後、和した信号を用いて接触
検知信号を発生する構成でもよい。この構成では、前述
と同様に、接触部の接触部位にかかわらず同じ出力が発
生する。さらに、前記変形検出素子を圧電素子または歪
みゲージから構成してもよい。この構成では、スタイラ
スの接触部が被測定物に接触した際の衝撃力を変形検出
素子で確実に検出することができる。
In addition, the sum signal output from each of the deformation detecting elements or the sum signal output from the two deformation detecting elements located in a front-to-back relationship is adjusted to be delayed by a predetermined time. After squaring a total of three signals, that is, a signal and two differential signals output from the deformation detection elements positioned in the front-back relationship, a contact detection signal may be generated using the summed signal. In this configuration, as described above, the same output is generated irrespective of the contact portion of the contact portion. Further, the deformation detecting element may be constituted by a piezoelectric element or a strain gauge. According to this configuration, the impact force when the contact portion of the stylus comes into contact with the object to be measured can be reliably detected by the deformation detection element.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1には本発明の第1実施
形態にかかるタッチ信号プローブの全体構成が示されて
おり、(A)は変形検出素子としての圧電素子が取り付
けられる前の状態を示し、(B)は圧電素子が取り付け
られた後の状態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the entire configuration of a touch signal probe according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a state before a piezoelectric element as a deformation detecting element is attached, and FIG. This shows the state after the device has been attached.

【0014】図1(A)において、第1実施形態のタッ
チ信号プローブは、先端に被測定物と接触する接触部1
Aを有する略柱状のスタイラス1に4個の圧電素子21
〜24を取り付けた構造であり、スタイラス1は、前記
接触部1Aと、この接触部1Aが一端部に取り付けられ
た断面円形のスタイラス本体1Bと、このスタイラス本
体1Bの他端部に一体形成された検出素子支持部1C
と、この検出素子支持部1Cの端部に設けられ図示しな
いプローブ本体に装着するねじ部1Dとを備え、これら
の部材はスタイラス軸上に配置されている。
Referring to FIG. 1A, a touch signal probe according to a first embodiment has a contact portion 1 at its tip which comes into contact with an object to be measured.
And four piezoelectric elements 21 on the substantially columnar stylus 1
The stylus 1 is formed integrally with the contact portion 1A, a stylus body 1B having a circular cross section with the contact portion 1A attached to one end, and the other end of the stylus body 1B. Detection element support 1C
And a screw portion 1D provided at an end of the detection element support portion 1C and attached to a probe body (not shown), and these members are arranged on a stylus shaft.

【0015】検出素子支持部1Cはスタイラス軸と直交
する断面が正方形とされる直方体であり、この直方体の
各側面に前記圧電素子21〜24がその全面において接
着剤等でそれぞれ固着されている。このうち、圧電素子
21,23は検出素子支持部1Cを挟んで互いに表裏の
関係にあり、圧電素子22,24は圧電素子21,23
と隣り合う位置において、互いに表裏の関係にある。図
1(B)に示される通り、圧電素子21〜24は、その
長手方向がスタイラス軸と平行である平面矩形状とされ
ている。
The detecting element supporting portion 1C is a rectangular parallelepiped having a square cross section orthogonal to the stylus axis, and the piezoelectric elements 21 to 24 are fixed to the side surfaces of the rectangular parallelepiped with an adhesive or the like on the entire surface. Among them, the piezoelectric elements 21 and 23 are in a front-to-back relationship with each other across the detection element supporting portion 1C, and the piezoelectric elements 22 and 24 are
Are adjacent to each other at the position adjacent to the. As shown in FIG. 1B, each of the piezoelectric elements 21 to 24 has a planar rectangular shape whose longitudinal direction is parallel to the stylus axis.

【0016】図2(A)はタッチ信号プローブの接触部
1Aにスタイラス軸と直交する方向から被測定物に接触
する場合を示す正面図であり、図2(B)は、図2
(A)の場合における1個の圧電素子21の出力の時間
的な変化を示すグラフである。図2(B)において、被
測定物と接触後、スタイラス1の固有振動数等によって
定まるToの時点で圧電素子21の出力は極大値Voとな
る。
FIG. 2A is a front view showing a case where the contact portion 1A of the touch signal probe comes into contact with an object to be measured from a direction orthogonal to the stylus axis, and FIG. 2B is a front view.
6 is a graph illustrating a temporal change in the output of one piezoelectric element 21 in the case of FIG. 2B, the output of the piezoelectric element 21 reaches a local maximum value Vo at a point of time To determined by the natural frequency of the stylus 1 or the like after contact with the object to be measured.

【0017】この極大値Voの大きさは圧電素子21の取
付方位とスタイラス1が被測定物と接触する方位とのな
す角度、つまり、圧電素子21のスタイラス1の軸周り
の角度θ(図3参照)によって異なり、図4で示すよう
に、360度の周期で正弦波状に変化する。出力極大値
Voが最大値Vmaxとなるのは、圧電素子21が曲げ変形を
受けやすい角度(θ=0)で被測定物とスタイラス1が
接触する場合であることがわかる。
The magnitude of the maximum value Vo is determined by the angle between the mounting direction of the piezoelectric element 21 and the direction in which the stylus 1 contacts the object to be measured, that is, the angle θ of the piezoelectric element 21 around the axis of the stylus 1 (FIG. 3). 4), and changes sinusoidally at a cycle of 360 degrees as shown in FIG. Output maximum
It can be seen that Vo reaches the maximum value Vmax when the object to be measured comes into contact with the stylus 1 at an angle (θ = 0) at which the piezoelectric element 21 is easily subjected to bending deformation.

【0018】図5は4個の圧電素子21〜24からの出
力により接触信号を生成するためのブロック図であり、
図6は,その回路図である。図5及び図6において、各
圧電素子21〜24から出力される信号は、増幅回路3
1〜34で増幅されてV1〜V4とされた後、互いに表裏
の関係にある圧電素子21,23から出力される信号V
1,V3は、その差V13が差動増幅回路41で演算され、
互いに表裏の関係にある圧電素子22,24から出力さ
れる信号V2,V4は、その差V24が差動増幅回路42で演
算される。
FIG. 5 is a block diagram for generating a contact signal based on the output from the four piezoelectric elements 21 to 24.
FIG. 6 is a circuit diagram thereof. 5 and 6, the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24
After being amplified is a V 1 ~V 4 at 1 to 34, the signal V outputted from the piezoelectric elements 21 and 23 on the front and back of each other
1 and V 3 , the difference V 13 is calculated by the differential amplifier circuit 41,
Signals V 2, V 4 outputted from the piezoelectric elements 22 and 24 on the front and back relationship to each other, the difference V 24 is computed by the differential amplifier circuit 42.

【0019】さらに、圧電素子21〜24から出力され
て増幅回路31〜34で増幅された信号V1〜V4は、こ
れらの和V1234が加算回路5で演算され、この加算回路
5で第2の接触信号が生成される。この第2の接触信号
を基準値と比較してデジタル信号からなる第2の検知信
号が生成される。ここで、圧電素子21,23(22,
24)の出力信号の差V13(V24)を演算するのは、ス
タイラス軸を中心として180度取付角度の異なる圧電
素子21,23(22,24)からの出力信号の位相が
180度異なり、この演算によりスタイラス軸に作用す
る曲げ歪成分を抽出するためである。
Further, the sum V 1234 of the signals V 1 to V 4 output from the piezoelectric elements 21 to 24 and amplified by the amplification circuits 31 to 34 is calculated by the addition circuit 5, and the sum V 1234 is calculated by the addition circuit 5. Two touch signals are generated. The second touch signal is compared with a reference value to generate a second detection signal including a digital signal. Here, the piezoelectric elements 21 and 23 (22,
The difference V 13 (V 24 ) between the output signals in 24 ) is calculated because the phases of the output signals from the piezoelectric elements 21 and 23 (22, 24) having different mounting angles by 180 degrees around the stylus axis differ by 180 degrees. This is to extract the bending strain component acting on the stylus axis by this calculation.

【0020】また、4個の圧電素子21〜24の和V
1234を演算するのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成
分を除去してスタイラス軸方向に作用する縦歪成分を抽
出するためである。ただし、本実施形態では、縦歪成分
を抽出するにあたり、4個全ての圧電素子21〜24の
出力信号の和を求めるものに限定されるものではなく、
互いに表裏関係にある2個の圧電素子21,23又は圧
電素子22,24から出力信号の和を演算するものでも
よい。
The sum V of the four piezoelectric elements 21 to 24 is
The reason why 1234 is calculated is to remove the bending strain component acting on the stylus axis and extract the longitudinal distortion component acting in the stylus axis direction. However, in the present embodiment, the extraction of the longitudinal distortion component is not limited to the method of calculating the sum of the output signals of all four piezoelectric elements 21 to 24,
The sum of the output signals may be calculated from the two piezoelectric elements 21 and 23 or the piezoelectric elements 22 and 24 that are in front and back relationship with each other.

【0021】差動増幅回路41,42で生成された信号
と、加算回路5で生成された第2の接触信号とから接触
信号検知回路6で検知信号が生成される。接触信号検出
回路6では、出力信号の差(V13,V24)は、自乗回路7
1,72でそれぞれ自乗された後、加算回路8で加算さ
れて第1の接触信号となる。第1の接触信号を基準値と
比較してデジタル信号からなる第1の検知信号が生成さ
れる。ここで、自乗して加算するのは、90度取付角度
が異なる圧電素子21,23(22,24)からの出力
の最大値を角度θによらず一定にするためである。即
ち、圧電素子21,23の差動出力の極大値を
A contact signal detection circuit 6 generates a detection signal from the signals generated by the differential amplifier circuits 41 and 42 and the second contact signal generated by the addition circuit 5. In the contact signal detection circuit 6, the difference between the output signals (V 13 , V 24 ) is calculated by the square circuit 7.
After being squared by 1 and 72, respectively, they are added by an adder circuit 8 to form a first contact signal. The first touch signal is compared with a reference value to generate a first detection signal including a digital signal. Here, the reason why the squares are added is that the maximum value of the output from the piezoelectric elements 21 and 23 (22, 24) having different mounting angles is made constant regardless of the angle θ. That is, the maximum value of the differential output of the piezoelectric elements 21 and 23 is

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】圧電素子22,24の差動出力の極大値をThe maximum value of the differential output of the piezoelectric elements 22 and 24 is

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】と、それぞれ表すと、## EQU2 ##

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】であるから、角度θoによらず、時間To
おける出力の極大値は(Vmax)2となる。以上の説明は
スタイラス1がスタイラス軸と直交する方向から接触部
1Aに被測定物が接触した場合であり、スタイラス軸と
角度βの角度で接する場合(図7参照)の出力の極大値
は{Vmax×COSβ}2となる。なお、図7において、
角度βとは、スタイラス軸と直交する方向と、接触部1
Aが被測定物に当たる方向とがなす角度である。第1の
接触信号V13(V24)はスタイラス軸に表裏に貼られた
圧電素子21,23(22,24)の差動信号であるか
ら、Vmax×COSβは検出素子支持部1Cの曲げ歪成
分を表す信号といえる。
[0027] a since, regardless of the angle .theta.o, the maximum value of the output at time T o is the (Vmax) 2. The above description is for the case where the object to be measured contacts the contact portion 1A from the direction in which the stylus 1 is perpendicular to the stylus axis. When the stylus 1 contacts the stylus axis at an angle β (see FIG. 7), the maximum value of the output is {. Vmax × COSβ} 2 . In FIG. 7,
The angle β is defined as the direction orthogonal to the stylus axis and the contact portion 1
This is the angle between the direction in which A hits the object to be measured. Since the first contact signal V 13 (V 24 ) is a differential signal of the piezoelectric elements 21 and 23 (22, 24) affixed to the front and back sides of the stylus axis, Vmax × COSβ is the bending distortion of the detection element support 1C. It can be said that the signal represents the component.

【0028】図6において、加算回路5で演算された和
の信号V1234は、Kを増幅率とすると、次の式で求めら
れる。
In FIG. 6, the sum signal V 1234 calculated by the adding circuit 5 is obtained by the following equation, where K is an amplification factor.

【0029】[0029]

【数4】 (Equation 4)

【0030】V1234は、曲げ歪成分を除いた縦歪成分を
表す信号であり、βが90度、即ち、スタイラス軸の方
向から被測定物に接触部1Aが接触した場合に最大値V
Mとなり、スタイラス軸とβの角度で接する場合の出力
の極大値は、
V 1234 is a signal representing the longitudinal distortion component excluding the bending distortion component, and β is 90 degrees, that is, the maximum value V when the contact portion 1A comes into contact with the DUT from the direction of the stylus axis.
M , and the maximum value of the output when contacting the stylus axis at an angle of β is

【0031】[0031]

【数5】 (Equation 5)

【0032】となる。ただし、{Vmax×COSβ}2
極大値を形成する時間とV1234が極大値を形成する時間
は一般的に異なっている。つまり、曲げ剛性より縦方向
の剛性が一般的に高いので、V1234の方が時間的に早
い。従って、VM=Vmaxとなるようにゲイン調整した
後、遅延回路9でV1234信号に適当な時間遅れをもた
せ、さらに、しかる後、自乗回路73で自乗する。自乗
回路73で自乗した(V12342信号と、{Vmax×CO
Sβ}2信号とを加算回路10で加算すると、
## EQU1 ## However, the time when the maximum value of {Vmax × COSβ} 2 is formed and the time when V 1234 forms the maximum value are generally different. In other words, the vertical stiffness than the bending stiffness because generally higher, temporally earlier of V 1234. Therefore, after adjusting the gain so that V M = Vmax, the V 1234 signal is given an appropriate time delay by the delay circuit 9, and then squared by the square circuit 73. (V 1234 ) 2 signals squared by the squaring circuit 73 and ΔVmax × CO
When the Sβ} 2 signal is added by the adder circuit 10,

【0033】[0033]

【数6】 (Equation 6)

【0034】となり、接触角度βによらず、一定の信号
となる。つまり、時間的に早く極大値を形成する縦歪に
相当する信号を所定の時間だけ遅らせることにより、曲
げ歪に相当する信号と同じタイミングで極大値を形成す
るようにして測定球1Aのどこと接触しても同じ出力が
発生できるよにした。その後、比較回路11で所定の基
準値と比較し、この基準値を越えた場合に接触信号が発
生する。なお、本実施形態では、(V1234)信号を自乗
した後に適当な時間遅れをかけ手法に限定されるもので
はなく、遅延させた後に自乗する等、本実施形態の趣旨
に従って変更してもよい。さらに、(V1234)信号に適
当な時間遅れをかけた後に
Thus, a constant signal is obtained irrespective of the contact angle β. In other words, by delaying the signal corresponding to the longitudinal strain which forms the local maximum value earlier in time by a predetermined time, the local maximum value is formed at the same timing as the signal corresponding to the bending strain so that the position of the measurement sphere 1A is The same output can be generated even when touched. Thereafter, the comparison circuit 11 compares the value with a predetermined reference value, and when the reference value is exceeded, a contact signal is generated. In the present embodiment, the method is not limited to a method in which an appropriate time delay is applied after squaring the (V 1234 ) signal, and may be changed according to the purpose of the present embodiment, such as squaring after delaying. . Further, after applying an appropriate time delay to the (V 1234 ) signal,

【0035】[0035]

【数7】 (Equation 7)

【0036】の演算をしてもよい。この場合でも前述と
同じ結果を得ることができる。
The above operation may be performed. In this case, the same result as described above can be obtained.

【0037】従って、第1実施形態では、先端に接触部
1Aを有する略柱状のスタイラス1に接触部1Aが被測
定物に接触したことを検出する変形検出素子としての圧
電素子21〜24を配置し、スタイラス1は圧電素子2
1〜24を支持固定するための検出素子支持部1Cを有
し、この検出素子支持部1Cはスタイラス1の軸と直交
する断面が正多角形とされる正多角形体であり、この正
多角形体の各側面のうち少なくとも2面に圧電素子21
〜24をそれぞれ取り付け、これらの圧電素子21〜2
4から出力される信号の和、差及び自乗和を生成し、こ
の生成した信号に基づいて接触検知信号を発生する構成
としたから、各圧電素子21〜24から出力される信号
の処理により方向依存性をなくして精度の高い測定が行
える。
Therefore, in the first embodiment, the piezoelectric elements 21 to 24 as deformation detecting elements for detecting that the contact portion 1A has come into contact with the object to be measured are arranged on the substantially columnar stylus 1 having the contact portion 1A at the tip. And the stylus 1 is the piezoelectric element 2
The stylus 1 has a detection element support 1C for supporting and fixing the stylus 1 to 24. The detection element support 1C is a regular polygon whose cross section orthogonal to the axis of the stylus 1 is a regular polygon. The piezoelectric element 21 is provided on at least two of the
To 24, respectively, and these piezoelectric elements 21 to 2
The sum, the difference and the sum of squares of the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24 are generated, and the contact detection signal is generated based on the generated signals. A highly accurate measurement can be performed without dependency.

【0038】つまり、圧電素子21〜24から出力され
る信号の和を演算することにより、スタイラス軸に作用
する曲げ歪成分を除去してスタイラス軸方向に作用する
歪成分を抽出し、圧電素子21〜24から出力される信
号の差を演算することにより、各圧電素子21〜24か
ら出力される位相の異なる信号に基づいてスタイラス軸
に作用する曲げ歪成分を抽出し、さらに、これらの和の
信号と差の信号との自乗和をそれぞれ生成することによ
り、スタイラス軸に対して取付角度の異なる各圧電素子
21〜24から出力される信号の極大値を変形検出素子
の取付方位と被測定物との接触方位のなす角度θにかか
わらず一定にしたから、測定球1Aの被測定物に接触す
る角度にかかわらず測定の高精度化を図ることができ
る。しかも、多角形体の側面に圧電素子21〜24を取
り付ける構造であるから、タッチ信号プローブの構造を
簡易なものにできる。
That is, by calculating the sum of the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24, the bending distortion component acting on the stylus axis is removed, and the distortion component acting on the stylus axis direction is extracted. By calculating the difference between the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24, the bending distortion component acting on the stylus axis is extracted based on the signals having different phases output from the piezoelectric elements 21 to 24. By generating the sum of squares of the signal and the difference signal, the maximum value of the signal output from each of the piezoelectric elements 21 to 24 having a different mounting angle with respect to the stylus axis is determined by the mounting orientation of the deformation detecting element and the DUT. Irrespective of the angle θ formed by the contact azimuth with the object, the measurement accuracy can be improved irrespective of the angle at which the measuring ball 1A contacts the object to be measured. Moreover, since the piezoelectric elements 21 to 24 are attached to the side surfaces of the polygonal body, the structure of the touch signal probe can be simplified.

【0039】また、第1実施形態では、検出素子支持部
1Cの断面を正方形とするとともに、その各側面に合計
4個の圧電素子21〜24をそれぞれ取り付けた構造で
あるから、圧電素子21〜24のうち検出素子支持部1
Cを挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位置する2組の
変形検出素子21,23(22,24)から出力される
2つの差動信号V13,V24と、4個の圧電素子21〜2
4の全てから出力される和の信号V1234あるいは表裏に
位置する2個の変形検出素子から出力される和の信号と
から接触検知信号を発生する構成であるから、スタイラ
ス軸を中心として互いに90度間隔に配置された4個の
圧電素子21〜24から出力される信号に基づいて接触
検知信号が発生されるため、精度のよい測定が行える。
In the first embodiment, the detection element support 1C has a square cross section, and a total of four piezoelectric elements 21 to 24 are attached to each side surface. 24 of the detection element support portions 1
Two differential signals V 13 and V 24 output from two sets of deformation detecting elements 21 and 23 (22 and 24) located in a front-to-back relationship with each other across C, and four piezoelectric elements 21 and 2
4 and the sum signal output from the two deformation detecting elements located on the front and back sides, the contact detection signal is generated from the sum signal V 1234 and the sum signal output from the two deformation detection elements. Since the contact detection signal is generated based on the signals output from the four piezoelectric elements 21 to 24 arranged at an interval, accurate measurement can be performed.

【0040】さらに、表裏に位置する2組の変形検出素
子21,23(22,24)から出力される2つの差動
信号V13,V24より第1の接触信号を生成し、第1の接
触信号を基準信号と比較することにより第1の検知信号
を生成するとともに、4個の変形検出素子21〜24か
ら出力される和の信号V1234あるいは表裏に位置する2
個の変形検出素子21,23(22,24)から出力さ
れる和の信号より第2の接触信号を生成し、第2の接触
信号を基準信号と比較することにより第2の検知信号を
生成し、第2の検知信号を所定の時間だけ遅延させた
後、第1の検知信号との論理和により接触検知信号を発
生する構成としたから、第1の検知信号と第2の検知信
号とから論理和により接触検知信号を生成するにあた
り、時間的に早く極大値を形成する縦歪に相当する第2
の検知信号を所定の時間だけ遅らせることにより、接触
部のどこと接触しても同じ出力が発生するから、この点
からも測定の高精度化を図ることができる。また、第1
実施形態では変形検出素子として圧電素子21〜24を
用いたから、スタイラス1の接触部1Aが被測定物に接
触した際の衝撃力を確実に検出することができる。その
ため、精度の高い測定が行える。
Further, a first contact signal is generated from two differential signals V 13 and V 24 output from the two sets of deformation detecting elements 21 and 23 (22 and 24) located on the front and back, and the first contact signal is generated. The first detection signal is generated by comparing the contact signal with the reference signal, and the sum signal V 1234 output from the four deformation detection elements 21 to 24 or the two signals located on the front and back are output.
A second touch signal is generated from the sum signal output from the deformation detection elements 21 and 23 (22, 24), and a second detection signal is generated by comparing the second touch signal with a reference signal. Then, after delaying the second detection signal by a predetermined time, the contact detection signal is generated by the logical sum of the first detection signal and the first detection signal. In generating the contact detection signal by OR from the second, the second corresponding to the longitudinal distortion that forms the local maximum value earlier in time
By delaying the detection signal by a predetermined time, the same output is generated no matter where the contact portion comes into contact, so that measurement accuracy can be improved from this point as well. Also, the first
In the embodiment, since the piezoelectric elements 21 to 24 are used as the deformation detecting elements, it is possible to reliably detect the impact force when the contact portion 1A of the stylus 1 contacts the object to be measured. Therefore, highly accurate measurement can be performed.

【0041】次に、本発明の第2実施形態を図8に基づ
いて説明する。第2実施形態は変形検出素子の構成が第
1実施形態と異なるもので、他の構成は第1実施形態と
同じである。そのため、第2実施形態の説明において
は、第1実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説
明を省略若しくは簡略する。図8(A)は変位検出素子
としての歪みゲージが取り付けられる前の状態を示す斜
視図であり、(B)は歪みゲージが取り付けられた後の
状態を示す斜視図である。図8(A)(B)において、
第2実施形態の変位検出素子は、前記検出素子支持部1
Cの各面に貼付された歪みゲージ21〜24であり、こ
れらの歪みゲージ21〜24は、スタイラス1の接触部
1Aが被測定物に接触した際のスタイラス本体1B及び
検出素子支持部1Cの変形を検出するものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the deformation detecting element, and the other configurations are the same as the first embodiment. Therefore, in the description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted or simplified. FIG. 8A is a perspective view showing a state before a strain gauge as a displacement detecting element is attached, and FIG. 8B is a perspective view showing a state after the strain gauge is attached. In FIGS. 8A and 8B,
The displacement detection element according to the second embodiment includes the detection element support 1
C are the strain gauges 21 to 24 attached to the respective surfaces of the stylus main body 1B and the detection element support 1C when the contact portion 1A of the stylus 1 contacts the object to be measured. This is to detect deformation.

【0042】歪みゲージ21〜24と図示しないブリッ
ジ回路から出力された信号は、第1実施形態の圧電素子
21〜24から出力される信号と同じように、図5及び
図6で示される手段で接触信号が生成される。即ち、歪
みゲージ21〜24から出力される信号は、増幅回路3
1〜34で増幅されてV1〜V4とされた後、互いに表裏
の関係にある歪みゲージ21,23から出力される信号
1,V3は、その差V1 3が差動増幅回路41で演算さ
れ、互いに表裏の関係にある歪みゲージ22,24から
出力される信号V2,V4は、その差V24が差動増幅回路4
2で演算される。これらの差動増幅回路41,42で第
1の接触信号が生成される。さらに、歪みゲージ21〜
24から出力されて増幅回路31〜34で増幅された信
号V1〜V4は、これらの和V1234が加算回路5で演算さ
れ、この加算回路5で第2の接触信号が生成される。以
降、第1実施形態と同様に信号が処理されて接触信号が
発生される。
The signals output from the strain gauges 21 to 24 and the bridge circuit (not shown) are supplied to the means shown in FIGS. 5 and 6 in the same manner as the signals output from the piezoelectric elements 21 to 24 of the first embodiment. A touch signal is generated. That is, the signals output from the strain gauges 21 to 24 are
After being amplified is a V 1 ~V 4 at 1 to 34, the signal V 1 output from the strain gauges 21 and 23 at the front and back relationship with each other, V 3, the difference V 1 3 differential amplifier circuit The signals V 2 , V 4 calculated at 41 and output from the strain gauges 22, 24 having a front-to-back relationship with each other are represented by the difference V 24 between the differential amplifier circuit 4
2 is calculated. These differential amplifier circuits 41 and 42 generate a first contact signal. Furthermore, the strain gauges 21 to
The sum V 1234 of the signals V 1 to V 4 output from 24 and amplified by the amplification circuits 31 to 34 is calculated by the addition circuit 5, and the addition circuit 5 generates the second contact signal. Thereafter, the signals are processed in the same manner as in the first embodiment to generate a contact signal.

【0043】従って、第2実施形態によれば、前記第1
実施形態と同様の構成を有するため、第1実施形態と同
じ作用効果を奏することができる。さらに、第2実施形
態では、変位検出素子を歪みゲージ21〜24としたか
ら、歪みゲージ21〜24は比較的に安価に提供される
ことから、タッチ信号プローブの製造コストを低くする
ことができる。
Therefore, according to the second embodiment, the first
Since it has the same configuration as the embodiment, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the second embodiment, since the strain gauges 21 to 24 are used as the displacement detection elements, the strain gauges 21 to 24 are provided at relatively low cost, so that the manufacturing cost of the touch signal probe can be reduced. .

【0044】なお、本発明は前述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれ
ば次に示す変形例を含むものである。例えば、本発明で
は、図9に示される通り、加算回路8から出力された信
号{Vmax×COSβ}2を比較回路12で基準値と比較
し、その基準値を越えた場合にOR回路13を経由して
接触信号を発生し、他方、加算回路5で演算された和の
信号V1234を比較回路14で基準値と比較し、この信号
が基準値を越えた場合に、遅延回路15で所定時間遅ら
せてOR回路13を経由して接触信号を発生する構成で
もよい。さらに、図6及び図9では、接触信号生成回路
をアナログ回路から構成したが、この接触信号生成回路
をデジタル回路から構成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes the following modifications as long as the object of the present invention can be achieved. For example, in the present invention, as shown in FIG. 9, the signal {Vmax × COSβ} 2 output from the addition circuit 8 is compared with a reference value by the comparison circuit 12, and when the reference value is exceeded, the OR circuit 13 is activated. A contact signal is generated via the adder 5. On the other hand, the sum signal V1234 calculated by the adder circuit 5 is compared with a reference value by a comparator circuit 14. When this signal exceeds the reference value, a delay circuit 15 A configuration in which a contact signal is generated via the OR circuit 13 with a time delay may be employed. Further, in FIGS. 6 and 9, the contact signal generation circuit is configured by an analog circuit, but the contact signal generation circuit may be configured by a digital circuit.

【0045】また、本発明では、変位検出素子21〜2
4からの出力を増加させるために、図10(A)(B)
に示される通り、検出素子支持部1Cの中央部を括れる
ように形成し、変位検出素子21〜24は、その両端部
が検出素子支持部1Cの両側部に支持固定され、その中
央部が検出素子支持部1Cとの間で隙間が形成される構
造でもよい。この際、検出素子支持部1Cのうち変位検
出素子21〜24を支持する両側部の断面が正方形とさ
れる。この構造では、検出素子支持部1Cの剛性が図1
の検出素子支持部1Cより低下しているため、変位検出
素子21〜24の変形量が多くなる。そのため、変位検
出素子21〜24の出力が大きくなるから、測定精度の
向上が図れる。
In the present invention, the displacement detecting elements 21 to 2
10 (A) and 10 (B) to increase the output from FIG.
As shown in the figure, the central part of the detection element support part 1C is formed so as to be constricted, and both ends of the displacement detection elements 21 to 24 are supported and fixed to both side parts of the detection element support part 1C. A structure in which a gap is formed between the detecting element supporting portion 1C and the detecting element supporting portion 1C may be employed. At this time, the cross sections of both sides of the detection element supporting portion 1C that support the displacement detection elements 21 to 24 are square. In this structure, the rigidity of the detection element supporting portion 1C is lower than that of FIG.
, The amount of deformation of the displacement detection elements 21 to 24 increases. As a result, the outputs of the displacement detection elements 21 to 24 increase, and the measurement accuracy can be improved.

【0046】さらに、前記実施形態では、変位検出素子
21〜24を4個設置する場合について説明したが、本
発明では、図11(A)(B)に示される通り、検出素
子支持部1Cの互いに隣り合う2側面に2個の変位検出
素子21,22を固着する構造でもよい。この場合、図
6の接触信号生成回路において、変位検出素子21,2
2から出力される信号を差動増幅する必要がないが、こ
の信号成分には検出素子支持部1Cの曲げ歪成分だけで
なく、縦歪成分も含まれているから、簡易回路といえ
る。従って、スタイラス軸と直交する方向が被測定物に
接する場合は、θの方向には方向依存性が発生しない
が、そうでない場合は、βの方向には方向依存性が残る
ことになる。ただし、簡易な測定には不都合はない。
Further, in the above embodiment, the case where four displacement detecting elements 21 to 24 are installed has been described. However, in the present invention, as shown in FIGS. A structure in which two displacement detection elements 21 and 22 are fixed to two side surfaces adjacent to each other may be used. In this case, in the contact signal generation circuit of FIG.
Although it is not necessary to differentially amplify the signal output from the signal generator 2, the signal component includes not only the bending distortion component of the detection element supporting portion 1C but also a vertical distortion component, and thus can be said to be a simple circuit. Therefore, when the direction orthogonal to the stylus axis is in contact with the measured object, no direction dependency occurs in the direction of θ, but otherwise, the direction dependency remains in the direction of β. However, there is no inconvenience for simple measurement.

【0047】また、本発明では、図12に示される通
り、検出素子支持部1Cの断面を正三角形とするととも
に、その各側面に合計3個の変位検出素子21〜23を
取り付けた構造でもよく、さらには、検出素子支持部1
Cの断面を正五角形、正六角形等に形成するものでもよ
い。検出素子支持部1Cの断面を正三角形とした場合、
3枚の変位検出素子21〜23の出力を自乗して加算す
ればスタイラス軸と直交する方向から被測定物に接する
場合には、角度θに依存しない一定の出力を得ることが
できるが、そうでない場合では、βの方向には方向依存
性が残ることになる。ただし、簡易な測定には不都合は
ない。
Further, in the present invention, as shown in FIG. 12, the cross-section of the detection element support 1C may be an equilateral triangle, and a total of three displacement detection elements 21 to 23 may be attached to each side surface. And the detection element support 1
The cross section of C may be formed into a regular pentagon, regular hexagon, or the like. When the cross section of the detection element support 1C is an equilateral triangle,
If the outputs of the three displacement detecting elements 21 to 23 are squared and added, a constant output that does not depend on the angle θ can be obtained when the object comes into contact with the object from a direction orthogonal to the stylus axis. Otherwise, direction dependency remains in the direction of β. However, there is no inconvenience for simple measurement.

【0048】さらに、以上において、検出素子支持部1
Cの中央部形状の断面を正多角形である場合について説
明したが、本発明では、図13に示される通り、検出素
子支持部1Cの中央部を円形断面としてもよい。即ち、
本発明では、検出素子支持部1Cにおいて、変位検出素
子21〜24を直接支持する部分が断面正多角形であれ
ば足り、変位検出素子21〜24と接しない部位の形状
は限定されるものではない。また、前記各実施形態で
は、変位検出素子を圧電素子21〜24又は歪みゲージ
21〜24としたが、本発明では、スタイラス1の変位
を検出できる構造であるたらば、変位検出素子は圧電素
子21〜24や歪みゲージ21〜24以外の構造のもの
でもよい。さらに、変位検出素子は、圧電素子21〜2
4と歪みゲージ21〜24とを混合させたものでもよ
い。また、変形検出素子から出力される信号に対し演算
処理を行い、演算処理の結果に基づいて接触検知信号を
発生する構成であるなら、必ずしも前記実施形態のよう
に、信号の和と差を利用するものに限定されない。
Further, in the above description, the detection element support 1
Although the case where the cross section of the central part shape of C is a regular polygon has been described, in the present invention, as shown in FIG. 13, the central part of the detection element support part 1C may have a circular cross section. That is,
In the present invention, in the detection element support portion 1C, it is sufficient that the portion directly supporting the displacement detection elements 21 to 24 has a regular polygonal cross section, and the shape of a portion that does not contact the displacement detection elements 21 to 24 is not limited. Absent. In each of the above embodiments, the displacement detecting element is the piezoelectric element 21 to 24 or the strain gauge 21 to 24. However, in the present invention, if the displacement detecting element has a structure capable of detecting the displacement of the stylus 1, the displacement detecting element is a piezoelectric element. Structures other than 21 to 24 and strain gauges 21 to 24 may be used. Further, the displacement detecting elements are piezoelectric elements 21 to 2
4 and the strain gauges 21 to 24 may be mixed. Also, if the configuration is such that the arithmetic processing is performed on the signal output from the deformation detecting element and the contact detection signal is generated based on the result of the arithmetic processing, the sum and difference of the signals are not necessarily used as in the above embodiment. It is not limited to what you do.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、先端に接
触部を有する略柱状のスタイラスに接触部が被測定物に
接触したことを検出する変形検出素子を配置し、スタイ
ラスは変形検出素子を支持固定するための検出素子支持
部を有し、この検出素子支持部はスタイラスの軸と直交
する断面が正多角形とされる正多角形体であり、この正
多角形体の各側面のうち少なくとも2面に変形検出素子
をそれぞれ取り付け、これらの変形検出素子から出力さ
れる信号に対し演算処理を行い、演算処理の結果に基づ
いて接触検知信号を発生する構成としたから、各変形検
出素子から出力される信号の処理により方向依存性をな
くして精度の高い測定が行え、しかも、多角形体の側面
に変形検出素子を取り付けることによりタッチ信号プロ
ーブの構造を簡易なものにできる。
As described above, according to the present invention, the deformation detecting element for detecting that the contact portion has contacted the object to be measured is disposed on the substantially columnar stylus having the contact portion at the tip, and the stylus detects the deformation. It has a detection element support for supporting and fixing the element, the detection element support is a regular polygon whose cross section orthogonal to the axis of the stylus is a regular polygon, and among the side faces of the regular polygon, At least two deformation detection elements are attached to at least two surfaces, arithmetic processing is performed on signals output from these deformation detection elements, and a contact detection signal is generated based on the result of the arithmetic processing. Processing of signals output from the sensor eliminates directional dependence and enables high-precision measurement. In addition, the deformation detection element is attached to the side of the polygon to simplify the structure of the touch signal probe It can be the thing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係るタッチ信号プロー
ブを示すもので、(A)は変位検出素子としての圧電素
子が取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、
(B)は圧電素子が取り付けられた後の状態を示す斜視
図である。
FIG. 1 shows a touch signal probe according to a first embodiment of the present invention, in which (A) is a perspective view showing a state before a piezoelectric element as a displacement detecting element is attached,
(B) is a perspective view showing a state after a piezoelectric element is attached.

【図2】(A)はタッチ信号プローブの接触部にスタイ
ラス軸と直交する方向から被測定物に接触する場合を示
す正面図であり、(B)は、(A)の場合における1個
の圧電素子の出力の時間的な変化を示すグラフである。
FIG. 2A is a front view showing a case where a contact portion of a touch signal probe comes into contact with an object to be measured from a direction perpendicular to a stylus axis, and FIG. 6 is a graph showing a temporal change of an output of a piezoelectric element.

【図3】圧電素子の取付方位とスタイラスが被測定物と
接触する方位とのなす角度θを説明するためのタッチ信
号プローブの斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a touch signal probe for describing an angle θ between a mounting direction of a piezoelectric element and a direction in which a stylus comes into contact with an object to be measured.

【図4】角度θと圧電素子の出力極大値Voとの関係を
示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an angle θ and a maximum output value Vo of a piezoelectric element.

【図5】変位検出素子(圧電素子)から出力された信号
から接触信号を生成する構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration for generating a contact signal from a signal output from a displacement detection element (piezoelectric element).

【図6】変位検出素子(圧電素子)から出力された信号
から接触信号を生成する構成を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration for generating a contact signal from a signal output from a displacement detection element (piezoelectric element).

【図7】スタイラス軸と直交する方向と接触部が被測定
物に当たる方向とがなす角度βを説明するためのスタイ
ラスの斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of the stylus for explaining an angle β formed between a direction perpendicular to the stylus axis and a direction in which a contact portion contacts an object to be measured.

【図8】本発明の第2実施形態に係るタッチ信号プロー
ブを示すもので、(A)は変位検出素子としての歪みゲ
ージが取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、
(B)は歪みゲージが取り付けられた後の状態を示す斜
視図である。
FIG. 8A is a perspective view showing a touch signal probe according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8A is a perspective view showing a state before a strain gauge as a displacement detection element is attached;
(B) is a perspective view which shows the state after the strain gauge was attached.

【図9】本発明の変形例を示すもので、変位検出素子か
ら出力された信号から接触信号を生成する構成を示す回
路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a modification of the present invention and showing a configuration for generating a contact signal from a signal output from a displacement detection element.

【図10】本発明の変形例(検出素子支持部の形状が異
なる例)の全体を示すもので、(A)は変位検出素子が
取り付けられる前の状態を示す斜視図であり、(B)は
変位検出素子が取り付けられた後の状態を示す斜視図で
ある。
10A and 10B are perspective views showing a whole of a modified example (an example in which the shape of the detection element supporting portion is different) of the present invention, in which FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a state after the displacement detecting element is attached.

【図11】本発明の変形例(変位検出素子の数が異なる
例)の全体を示すもので、(A)は変位検出素子が取り
付けられる前の状態を示す斜視図であり、(B)は変位
検出素子が取り付けられた後の状態を示す斜視図であ
る。
FIGS. 11A and 11B are perspective views showing a modified example of the present invention (an example in which the number of displacement detection elements is different), wherein FIG. 11A is a perspective view showing a state before the displacement detection elements are attached, and FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a state after a displacement detection element is attached.

【図12】本発明の変形例(検出素子支持部の断面形状
が異なる例)の全体を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing an entire modified example of the present invention (an example in which the cross-sectional shape of the detection element support is different).

【図13】本発明の変形例(検出素子支持部の中央部形
状が異なる例)の全体を示す分解斜視図である。
FIG. 13 is an exploded perspective view showing the whole of a modification (an example in which the shape of the central portion of the detection element support is different) of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スタイラス 1A 接触部 1C 検出素子支持部 21〜24 変位検出素子(圧電素子,歪みゲー
ジ)
1 stylus 1A contact part 1C detecting element support part 21-24 Displacement detecting element (piezoelectric element, strain gauge)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】先端に被測定物と接触する接触部を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触し
たことを検出する変形検出素子を配置したタッチ信号プ
ローブにおいて、前記スタイラスは、前記変形検出素子
を支持固定するための検出素子支持部を有し、この検出
素子支持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正多
角形とされる正多角形体であり、この正多角形体の各側
面のうち少なくとも2面に前記変形検出素子をそれぞれ
取り付け、これらの変形検出素子から出力される信号に
対し演算処理を行い、演算処理の結果に基づいて接触検
知信号を発生することを特徴とするタッチ信号プロー
ブ。
1. A touch signal probe in which a deformation detecting element for detecting that the contact portion has come into contact with an object to be measured is disposed on a substantially column-shaped stylus having a contact portion at its tip which comes into contact with the object to be measured. Has a detection element support for supporting and fixing the deformation detection element, and the detection element support is a regular polygon whose cross section orthogonal to the axis of the stylus is a regular polygon. At least two of the deformation detecting elements are attached to at least two of the side surfaces of the form, and arithmetic processing is performed on signals output from the deformation detecting elements, and a contact detection signal is generated based on a result of the arithmetic processing. Characteristic touch signal probe.
【請求項2】請求項1記載のタッチ信号プローブにおい
て、前記検出素子支持部の断面を正方形とするととも
に、その各側面に合計4個の前記変形検出素子を取り付
け、これらの変形検出素子のうち前記検出素子支持部を
挟んでそれぞれ互いに表裏の関係に位置する2組の変形
検出素子から出力される2つの差動信号と、4個の変形
検出素子の全てから出力される和の信号あるいは互いに
表裏に位置する関係の2個の変形検出素子から出力され
る和の信号とから接触検知信号を発生することを特徴と
するタッチ信号プローブ。
2. A touch signal probe according to claim 1, wherein a cross section of said detection element support is square, and a total of four said deformation detection elements are attached to each side surface thereof. Two differential signals output from two sets of deformation detection elements located in a front-to-back relationship with each other across the detection element support, and a sum signal output from all four deformation detection elements or A touch signal probe, wherein a touch detection signal is generated from a sum signal output from two deformation detection elements having a relationship positioned on the front and back.
【請求項3】請求項2に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記表裏の関係に位置する2組の変形検出素子か
ら出力される2つの差動信号を自乗して和することによ
り第1の接触信号を生成し、かつ、第1の接触信号を基
準値と比較して第1の検知信号を生成するとともに、前
記4個の変形検出素子から出力される和の信号あるいは
表裏の関係に位置する2個の変形検出素子から出力され
る和の信号より第2の接触信号を生成し、第2の接触信
号を基準値と比較して第2の検知信号を生成し、この第
2の検知信号を所定の時間だけ遅延させた後、第1の検
知信号との論理和により接触検知信号を発生することを
特徴とするタッチ信号プローブ。
3. The touch signal probe according to claim 2, wherein two differential signals output from the two sets of deformation detecting elements positioned in the front-back relationship are squared and summed to make the first contact. A signal is generated, and the first touch signal is compared with a reference value to generate a first detection signal, and the sum signal output from the four deformation detection elements or is located in a front-back relationship. A second touch signal is generated from the sum signal output from the two deformation detection elements, and the second touch signal is compared with a reference value to generate a second detection signal. A touch signal probe which generates a contact detection signal by ORing with a first detection signal after delaying the touch signal by a predetermined time.
【請求項4】請求項2に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記各変形検出素子から出力される和の信号ある
いは表裏の関係に位置する2個の変形検出素子から出力
される和の信号の大きさを調整して所定時間遅らせた1
つの信号と、前記表裏の関係に位置する変形検出素子か
ら出力される2つの差動信号との合計3つの信号をそれ
ぞれ自乗した後に和した信号を用いて接触検知信号を発
生することを特徴とするタッチ信号プローブ。
4. The touch signal probe according to claim 2, wherein a magnitude of a sum signal output from each of said deformation detection elements or a sum signal output from two deformation detection elements located in a front-to-back relationship. 1 which was adjusted and delayed for a predetermined time
Generating a contact detection signal using a signal obtained by squaring a total of three signals, that is, two signals and two differential signals output from the deformation detection elements positioned in the front-back relationship, and then summing them. Touch signal probe.
【請求項5】請求項1から4のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記変形検出素子は圧電素子で
あることを特徴とするタッチ信号プローブ。
5. The touch signal probe according to claim 1, wherein said deformation detecting element is a piezoelectric element.
【請求項6】請求項1から4のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記変形検出素子は歪みゲージ
であることを特徴とするタッチ信号プローブ。
6. The touch signal probe according to claim 1, wherein said deformation detecting element is a strain gauge.
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