JPH1047941A - タッチ信号プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スタイラスを十字型に形成しても、高精度の測
定を行えるタッチ信号プローブを提供すること。 【解決手段】接触部９を有する第１及び第２の略柱状ス
タイラス６，10と、これらのスタイラス６，10の固有振
動数の略一致した振動数でスタイラス６，10を加振する
加振素子７Ａと、接触部９が被測定物に接触する際の接
触に伴う振動状態の変化を検出する検出素子７Ｂとを備
え、これらのスタイラス６，10は、その軸方向が交差す
るように配置され、かつ、その軸方向に沿ったスタイラ
ス接線を含む平面内で曲げられ、この曲げられたスタイ
ラス６，10は、前記振動の節を通りスタイラス接線に直
交する面に面対称となるように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、より詳しくは、低測
定力、高感度の加振式タッチ信号プローブに関するもの
である。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機としてハイトゲージ（一次元測定機）、三次元測定
機、輪郭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、被測定物との
接触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。従来
の加振式タッチ信号プローブの構造が特開平6-221806号
に示されている。このタッチ信号プローブは、スタイラ
スホルダに軸方向の略中央部がピンで支持されていると
ともに先端に接触部を有するスタイラスを取り付け、こ
のスタイラスを加振するとともにスタイラスの振動変化
から被測定物への接触に伴う振動状態の変化を検出する
圧電素子をスタイラスに取り付けた構造である。

【０００３】横穴を有する等、種々の形状の被測定物を
容易に測定するために、スタイラスの本数を複数にした
プローブが知られている。前記タッチ信号プローブは、
スタイラスの軸線を中心とした対称構造であるため、こ
のタッチ信号プローブの構成から図１に示されるＴ型の
スタイラス構造が考えられる。即ち、図１において、タ
ッチ信号プローブは、円柱状のスタイラス支持部８１の
先端に略箱状の圧電素子取付部８２を取り付け、この圧
電素子取付部８２の両端部に接触部８３が備えられたス
タイラス８４をそれぞれスタイラス支持部８１の軸心に
対して直角に取り付け、圧電素子取付部８２の両側面に
圧電素子８５を取り付けた構造である。

【０００４】この構造のタッチ信号プローブを利用し
て、図２に示される十字型のスタイラス構造が考えられ
る。即ち、図２において、タッチ信号プローブは、スタ
イラス支持部８１の先端に第１の圧電素子取付部８２を
取り付け、この第１の圧電素子取付部８２の両端部に接
触部８３が備えられた第１のスタイラス８４をそれぞれ
取り付け、第１の圧電素子取付部８２に第２の圧電素子
取付部８６を取り付け、この第２の圧電素子取付部８６
の両端部に接触部８３が備えられた第２のスタイラス８
７をそれぞれ取り付け、これらの圧電素子取付部８２，
８６の両側面にそれぞれ圧電素子８５を取り付け、第１
のスタイラス８４と第２のスタイラス８７との角度を直
角にした構造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２で示されるタッチ
信号プローブでは、第１及び第２の圧電素子取付部８
２，８６がスタイラス支持部８１の軸線上の並べて配置
されており、これらの取付部８２，８６の両端部にそれ
ぞれ取り付けられた第１のスタイラス８４と第２のスタ
イラス８７とは同一平面上に位置していない。そのた
め、スタイラス支持部８１の軸線方向における第１のス
タイラス８４と第２のスタイラス８７との座標が相違す
るので、複雑な形状の被測定物を正確に測定できない不
都合が生じる。

【０００６】本発明の目的は、スタイラスを十字型に形
成しても、高精度の測定を行えるタッチ信号プローブを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、軸
方向が交差するように複数配置されたスタイラスのうち
少なくとも１本のスタイラスを所定方向に曲げて前記目
的を達成しようとするものである。具体的には、第１の
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と、このス
タイラスの軸方向固有振動数の節近傍に配置されるとと
もに前記固有振動数の略一致した振動数で前記スタイラ
スを加振する加振素子と、前記スタイラスの節近傍に配
置され前記接触部が被測定物に接触する際の接触に伴う
振動状態の変化を検出する検出素子と、を備えたタッチ
信号プローブにおいて、前記スタイラスは、その軸方向
が交差するように複数配置され、これらのスタイラスの
両端部には前記接触部がそれぞれ設けられ、前記スタイ
ラスのうち少なくとも１本のスタイラスは、その軸方向
に沿ったスタイラス接線を含む平面内で曲げられ、この
曲げられたスタイラスは、前記振動の節を通り前記スタ
イラス接線に直交する面に面対称となるように配置され
たことを特徴とする。

【０００８】測定のため、第１の発明のタッチ信号プロ
ーブを移動する。加振素子で振動されたスタイラスの接
触部が被測定物に接触すると、スタイラスの振動が拘束
され、その振動状態の変化が検出素子で検出される。本
発明では、被測定物が複雑な形状であっても、第１及び
第２のスタイラスを組み合わせてスタイラスが十字型に
形成されているため、所定のスタイラスを被測定物を接
触させることにより、その位置が確実に読み取られる。

【０００９】これらのスタイラスのうち、少なくとも１
本のスタイラスは曲げられているため、全ての接触部の
スタイラス並び方向の位置が近接する、例えば、全ての
接触部を略同一平面内に位置させることにより、測定を
高精度に行うことができる。その上、曲げられたスタイ
ラスは、スタイラスの振動の節を通りスタイラス接線に
直交する面に面対称となっているため、外乱振動に対す
る安定性が向上して誤検出をなくすことができる。

【００１０】ここで、本発明では、前記スタイラスは、
その軸線が互いに直角となるように２本配置され、これ
らのスタイラスの両端部に設けられた接触部が略同一平
面上に位置する構造としてもよい。この構造では、同一
平面内の互いに直交する２方向の座標を正確に読み取る
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図３から図８には本実施
の形態にかかるタッチ信号プローブが示されている。図
３は本実施の形態にかかるタッチ信号プローブの全体構
成を示す斜視図である。

【００１２】図３において、タッチ信号プローブは、図
示しない三次元測定機の移動軸に取り付けられた支柱１
と、この支柱１の端部側一側面１Ａに支持金具２を介し
て取り付けられた第１の測定部材３と、支柱１の前記一
側面１Ａと隣合う側面１Ｂに支持金具２を介して取り付
けられた第２の測定部材４とを備えて構成されている。
第１の測定部材３の構成が図４（Ａ）に示されている。
図４（Ａ）において、第１の測定部材３は、支持金具２
に固定された角柱状の圧電素子取付部材５と、この圧電
素子取付部材５に中心部が貫通して固定された第１のス
タイラス６と、圧電素子取付部材５の側面に取り付けら
れた圧電素子７とを備えて構成されている。

【００１３】第１のスタイラス６は、その中心部（軸方
向固有振動数の節近傍）が圧電素子取付部材５に支持固
定された略円柱状の本体８と、この本体８の両端に固定
され図示しない被測定物と接触する略球状の接触部９と
を有する構造である。圧電素子７は、第１のスタイラス
６の固有振動数の略一致した振動数で第１のスタイラス
６を加振する加振素子としての加振用電極７Ａと、接触
部９が被測定物に接触する際の接触に伴う振動状態の変
化を検出する検出素子としての検出用電極７Ｂとに分け
られる。これらの電極７Ａ，７Ｂには特開平6-221806号
に示される駆動回路及び検出回路が接続されており、検
出回路には信号処理回路が接続されている。

【００１４】第１のスタイラス６は、図５に示される通
り、その本体８が軸方向に沿ったスタイラス接線Ｐを含
む平面Ｑ内で曲げられ、この曲げられた本体８は、振動
の節（中心部）を通りスタイラス接線Ｐに直交する面Ｒ
に対して面対称となるように配置されている。図４
（Ａ）に示される通り、第１のスタイラス６の曲げ量は
δであり、この曲げ量δが大きすぎると、十分な振動特
性が得られない虞れがある。即ち、スタイラス６の曲げ
量δ（mm）と最大振幅の変化量（dB）との関係を示す図
６において、曲げ量δが０の時は最大振幅の変化量も０
であるが、曲げ量δが大きくなるのに従って最大振幅の
低下量も多くなり、例えば、曲げ量δが１mmの時は最大
振幅の低下量は−０．６dBとなる。従って、スタイラス
６の曲げ量δの具体的な数値は、最大振幅の変化量との
関係で決定される。

【００１５】第２の測定部材４の構成が図４（Ｂ）に示
されている。図４（Ｂ）において、第２の測定部材４
は、支持金具２に固定された角柱状の圧電素子取付部材
５と、この圧電素子取付部材５に中心部が貫通して固定
された第２のスタイラス１０と、圧電素子取付部材５の
側面に取り付けられた圧電素子７とを備えて構成されて
いる。第２のスタイラス１０は、その中心部（軸方向固
有振動数の節近傍）が圧電素子取付部材５に支持固定さ
れた略円柱状の本体１１と、この本体１１の両端に固定
された接触部９とを有する構造である。略円柱状の本体
１１は、第１のスタイラス６の本体８と同様に、その軸
方向に沿ったスタイラス接線を含む平面内で曲げられ、
この曲げられた本体１１は、振動の節（中心部）を通り
スタイラス接線に直交する面に面対称となるように配置
されている。

【００１６】図３において、第２のスタイラス１０と第
１のスタイラス６とは、互いの軸方向が直交するように
配置されている。第１のスタイラス６は接触部９が上方
になるように曲げられ、第２のスタイラス１０は接触部
９が下方になるように曲げられている。これらのスタイ
ラス６，１０の接触部９は、支柱１の長手方向と直交す
る略同一平面内に位置する。つまり、各接触部９は支柱
１の長手方向と直交する位置が正確に同一である必要は
なく、多少の誤差があってもよい。第１及び第２のスタ
イラス６，１０の曲げ形状は、図４（Ａ）（Ｂ）に示さ
れる通り、略曲線状に湾曲したものでもよいが、図７
（Ａ）に示される通り、直線状に曲がったもの、あるい
は、図７（Ｂ）に示される通り、折れ線状に曲がったも
のでもよい。

【００１７】この構成の本実施の形態では、タッチ信号
プローブを移動して測定を行うが、そのため、圧電素子
７に通電し、加振素子である加振用電極７Ａで第１及び
第２のスタイラス６，１０を加振する。この加振用電極
７Ａで振動させたスタイラス６，１０の接触部９が被測
定物に接触すると、スタイラス６，１０の振動が拘束さ
れ、その振動状態の変化が検出素子である検出用電極７
Ｂで検出される。

【００１８】従って、本実施の形態では、それぞれ先端
に被測定物と接触する接触部９を有する第１及び第２の
略柱状スタイラス６，１０と、これらのスタイラス６，
１０の固有振動数の略一致した振動数でスタイラス６，
１０を加振する加振素子（電極）７Ａと、接触部９が被
測定物に接触する際の接触に伴う振動状態の変化を検出
する検出素子（電極）７Ｂと、を備え、第１及び第２の
スタイラス６，１０は、その軸方向が交差するように配
置され、これらのスタイラス６，１０は、その軸方向に
沿ったスタイラス接線Ｐを含む平面Ｑ内で曲げられ、こ
の曲げられたスタイラス６，１０は、前記振動の節を通
りスタイラス接線Ｐに直交する面Ｒに面対称となるよう
に配置されたから、十字型に形成された第１及び第２の
スタイラス６，１０を被測定振物に接触させることによ
り、被測定物が複雑な形状であっても、その位置が確実
に読み取られ、高精度の測定を行える。

【００１９】また、各スタイラス６，１０の軸方向固有
振動数の節近傍に加振素子７Ａ及び検出素子７Ｂからな
る圧電素子７が配置されているから、スタイラス６，１
０の共振特性及び検出感度が向上し、低測定力での測定
が可能となる。さらに、本実施の形態では、スタイラス
６，１０は、その軸線が互いに直角となるように２本配
置され、これらのスタイラス６，１０の両端部に設けら
れた接触部９が略同一平面上に位置する構造であるか
ら、同一平面内の互いに直交する２方向の座標を正確に
読み取ることができる。

【００２０】なお、本発明は前述の各実施の形態に限定
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、前記
各実施の形態では、加振素子として圧電素子７，２５を
使用したが、本発明では、これに限らず、他のアクチュ
エータでもよい。

【００２１】また、本実施の形態では、第１及び第２の
測定部材３，４の支柱１に対する取付位置は限定される
ものではない。例えば、図８に示される通り、第１及び
第２の測定部材３，４を支持金具２を介して支柱１の端
面１Ｃに取り付けた構造としてもよい。この場合、支持
金具２同士は一部重なり合う状態になる。

【００２２】さらに、第１及び第２のスタイラス６，１
０のうちいずれか一方が曲がった構造でもよい。また、
特開平6-221806号で開示された超音波共振形タッチセン
サを適用したが、これに限定されるものではなく、例え
ば、公開昭64-69910号に示される圧電センサを適用する
ものでもよく、あるいは、特開平6-34311 号に示される
センサ（被測定物と測定球との間の静電容量から接触を
検出するセンサ）に適用してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、それぞれ
先端に被測定物と接触する接触部を有する第１及び第２
の略柱状スタイラスと、これらのスタイラスの固有振動
数の略一致した振動数でスタイラスを加振する加振素子
と、接触部が被測定物に接触する際の接触に伴う振動状
態の変化を検出する検出素子と、を備え、第１及び第２
のスタイラスは、その軸方向が交差するように配置さ
れ、これらのスタイラスは、その軸方向に沿ったスタイ
ラス接線を含む平面内で曲げられ、この曲げられたスタ
イラスは、前記振動の節を通りスタイラス接線に直交す
る面に面対称となるように配置されたから、十字型に形
成された第１及び第２のスタイラスを被測定振物に接触
させることにより、被測定物が複雑な形状であっても、
その位置が確実に読み取られ、高精度の測定を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が提案される前提となったタッチ信号プ
ローブの斜視図である。

【図２】本発明が提案される前提となった図１とは異な
るタッチ信号プローブの斜視図である。

【図３】本発明の一実施の形態にかかるタッチ信号プロ
ーブの斜視図である。

【図４】（Ａ）（Ｂ）は前記タッチ信号プローブのスタ
イラスを示す正面図である。

【図５】スタイラスが曲げられた状態を説明するための
斜視図である。

【図６】スタイラスの曲げ量δと最大振幅の変化量との
関係を示すグラフである。

【図７】（Ａ）（Ｂ）はスタイラスの図４とは異なる曲
げ状態を示す正面図である。

【図８】図３に示すスタイラス取付状態とは異なるスタ
イラス取付状態を示すタッチ信号プローブの斜視図であ
る。

【符号の説明】

６，10 スタイラス ７ 圧電素子 ７Ａ 加振素子 ７Ｂ 検出素子 ９ 接触部 Ｐ スタイラス接線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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と、このスタイラスの軸方向固有振
   動数の節近傍に配置されるとともに前記固有振動数の略
   一致した振動数で前記スタイラスを加振する加振素子
   と、前記スタイラスの節近傍に配置され前記接触部が被
   測定物に接触する際の接触に伴う振動状態の変化を検出
   する検出素子と、を備えたタッチ信号プローブにおい
   て、前記スタイラスは、その軸方向が交差するように複
   数配置され、これらのスタイラスの両端部には前記接触
   部がそれぞれ設けられ、前記スタイラスのうち少なくと
   も１本のスタイラスは、その軸方向に沿ったスタイラス
   接線を含む平面内で曲げられ、この曲げられたスタイラ
   スは前記振動の節を通り前記スタイラス接線に直交する
   面に面対称となるように配置されたことを特徴とするタ
   ッチ信号プローブ。
2. 【請求項２】請求項１記載のタッチ信号プローブにおい
   て、前記スタイラスは、その軸線が互いに直角となるよ
   うに２本配置され、これらのスタイラスの両端部に設け
   られた接触部が略同一平面上に位置することを特徴とす
   るタッチ信号プローブ。