JPH1062150A - ボールプローブおよびこれを用いた座標測定機 - Google Patents

ボールプローブおよびこれを用いた座標測定機

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JPH1062150A
JPH1062150A JP8235940A JP23594096A JPH1062150A JP H1062150 A JPH1062150 A JP H1062150A JP 8235940 A JP8235940 A JP 8235940A JP 23594096 A JP23594096 A JP 23594096A JP H1062150 A JPH1062150 A JP H1062150A
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ball
probe
measured
shaft
contact
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JP8235940A
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Sadayuki Matsumiya
貞行 松宮
Shigeo Miyamoto
繁雄 宮本
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012Contact-making feeler heads therefor
    • G01B5/016Constructional details of contacts

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元測定機およびデジタイザによる薄板状
の測定において、接触位置がボールの最大円周部分から
ずれることで発生する誤差を防止するボールプローブを
提供する。 【解決手段】 被測定物に接触するボールと、このボー
ルの一端に垂直に立設したシャフトと、このシャフトの
中心軸に対して垂直な面に含まれる前記ボールの最大円
周に付けられた所定幅のマークを備える。作業者はこの
マークと被測定物が接触するように容易にプローブを移
動させることができるので、接触位置がボールの最大円
周部分からずれることで発生する誤差を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、手動操作形の三次
元測定機およびデジタイザのボールプローブに関し、特
に厚みが薄い板状の被測定物の測定に使用して測定誤差
の増大を防止できるボールプローブおよびこのボールプ
ローブを備えた座標測定機に関する。
【0002】
【背景技術】例えば、手動操作の三次元測定機では、プ
ローブ先端に被測定物に接触させるためのボールを備え
たプローブを手動で三次元方向へ相対移動させて、この
ボールを被測定物に接触させた瞬間または接触している
最中にこのボールの中心座標値を計測して、後にこのボ
ールの中心座標値に対してボールの半径分のオフセット
処理を行い、ボールと被測定物との接触位置を計測可能
である。ただし、この計測されたボールの中心座標値に
対するオフセットの方向は予め特定しておくか、あるい
は計測された複数のボールの中心座標値を使って幾何計
算により求める必要がある。例えば計測対象が穴である
場合、この穴の内側3箇所にボールを誘導して接触させ
てそれぞれ中心座標値を計測する。次にこの3つの座標
値に円あてはめ計算を行い円の中心と半径を求め、この
半径値にボール半径値を加えると穴の半径を求めること
が可能である。
【0003】しかし、被測定物の厚みが上記のボールの
半径に比べて小さい板金等の薄物の場合、上記のような
穴測定ではボールの頂点を被測定物に接触させるように
プローブを誘導させなくてはならないので、作業が難し
く熟練が必要である。また図4に示すように、薄物の板
金9に対してプローブ10の本来接触させるべき測定位
置7に対して、誤って測定位置8のようにずれた位置で
測定してしまうと大きな測定誤差が発生してしまうとい
う問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、上記の問題への
対策として、前記ボールプローブの代わりに図5に示す
ような円筒形プローブ11が使用されている。この円筒
形プローブ11を使えば中心軸と平行な方向にプローブ
のどの部分で接触しても正確に板金等の薄物の計測が可
能である。しかしこの円筒形プローブ11で測定した場
合は、高さ方向の被測定物と接触した位置が特定できな
いという欠点がある。つまり薄物でない通常の被測定物
の測定には高さ位置が特定できないため不向きである。
例えば球の測定や円筒形状の測定にはこの円筒形プロー
ブは使えない。従って薄物と通常の形状が混在する被測
定物の場合は、計測の途中でプローブを交換しなくては
ならないので非常に手間が掛かり、なお且つプローブの
交換に伴う位置ずれ誤差が発生し易くなるという問題が
ある。また、図6に示すように円筒形プローブ11と薄
物の板金9の中心軸とが直交していないと、当然大きな
測定誤差が発生してしまうという問題がある。また、円
筒形プローブ11は比較的重量が大きく、そのため慣性
力が大きいので操作が難しい。特に板金のように剛性が
小さな被測定物を測定するときには、この大きなプロー
ブ自身の慣性力のため被測定物が歪んだり変形して測定
誤差を増大させることがある。
【0005】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、手動操作の三次元測定機およびデ
ジタイザによる測定において、厚みが薄い板金等の薄物
の被測定物の測定に使用して測定誤差の増大を防止でき
るボールプローブを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被測定物に接触するボールと、このボー
ルの一端に垂直に立設したシャフトと、このシャフトの
中心軸に対して垂直な面に含まれる前記ボールの最大円
周に付けられた所定幅のマークと、を備えたことを特徴
とする。
【0007】また、本発明は上記手段に加え、被測定物
に接触するボールと、このボールの一端に垂直に立設し
たシャフトと、このシャフトの中心軸に対して垂直な面
に含まれる前記ボールの最大円周に設けられた所定幅の
帯状領域を挟んで付けられた2本の所定幅のマークと、
を備えることで構成することも可能である。
【0008】また、本発明は夫々直交するX,Y,Z駆
動軸を備えると共にどれか1つの軸の先端に上記手段に
より構成されたボールプローブを備えることで座標測定
機を構成可能である。
【0009】また、本発明は複数のアーム間を回動自由
な関節で接続すると共にこのアーム先端に上記手段によ
り構成されたボールプローブを備えたえることでアーム
型多関節座標測定機を構成可能である。
【0010】ボールの最大円周に所定幅のマークを付け
ることで、作業者はこのマークと被測定物が接触するよ
うに容易にプローブを移動させることができる。また、
ボールの最大円周を挟むように付けられた2本のマーク
を目安に最大円周と被測定物が接触するように容易にプ
ローブを移動させることができる。従って測定位置が最
大円周からずれることにより発生する測定誤差を容易に
防止することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中に
おいて同一符号を付したものは同一構成要素を表わして
いる。図1に本発明を用いたボールプローブ1を示す。
このボールプローブ1は通常、三次元測定機(図示せ
ず)のZ軸先端に備えられたプローブヘッドに取り付け
られる。作業者はこのボールプローブ1を手動、あるい
はジョイスティックによりX,Y,Z方向に速度調節可
能なモータにより自由に移動させることができる。この
ようにしてボール2を三次元測定機の基台に載置された
被測定物上の目標箇所へ接触させ、接触させた瞬間のボ
ール2の中心座標値を取得可能である。
【0012】このボールプローブ1は被測定物に接触す
るボール2とこのボール2の一端に垂直に立設されたシ
ャフト3とが備えられている。さらにこのシャフト3の
中心軸に対して垂直な面に含まれるボール2の最大円周
に付けられた所定幅のマーク4が備えられている。この
マーク4は塗料、例えばアクリル系の塗料等で簡単に付
けられるほか、金属の蒸着、メッキ、シールの貼着であ
っても構わない。またマーク4をつける箇所にボール2
とは色の異なる部材をはめ込んでも構わない。ただし、
あまり厚みのあるものは測定誤差発生の要因となるので
好ましくない。また、被測定物に頻繁に接触するため、
耐摩耗性にも優れていなくてはならない。
【0013】次に、上記のボールプローブ1を使った板
金の測定方法について説明する。図3にこのボールプロ
ーブ1が板金9に接触している様子を示す。前述したよ
うに作業者は手動操作、あるいはジョイスティックの操
作により、ボールプローブ1を被測定物上の目標測定箇
所まで移動させる。次にシャフト3の中心軸と板金9の
面がほぼ垂直になるようにボールプローブ1の姿勢を調
節しながらマーク4と板金9の端部を接触させるように
する。このとき真横から見てマーク4と板金の中心線が
1直線上に並ぶように調節すれば、略シャフト3を板金
9の面に対して垂直に位置させることが容易に可能であ
る。前述したように三次元測定機のZ軸先端にはプロー
ブヘッドが備えられていて、このプローブヘッドの角度
調節機構を使ってボールプローブ1と板金9との相対角
度を調節すればよい。
【0014】次に図2に本発明を用いた別のボールプロ
ーブ2を示す。ボールプローブ1と同様にこのボールプ
ローブ2は被測定物に接触するボール2とこのボール2
の一端に垂直に立設されたシャフト3とが備えられてい
る。さらにこのシャフト3の中心軸に対して垂直な面に
含まれるボール2の最大円周に設けられた所定幅6aの
帯状領域6を挟んで付けられた2本の所定幅のマーク5
a,5bとが備えられている。このマーク5a,5bは
塗料、例えばアクリル系の塗料等で簡単に付けられるほ
か、金属の蒸着、メッキ、シールの貼着であっても構わ
ない。またマーク5a,5bをつける箇所にボール2と
は色の異なる部材をはめ込んでも構わない。ただし、あ
まり厚みのあるものは測定誤差発生の要因となるので好
ましくない。また、被測定物に接触することもあるの
で、耐摩耗性にも優れていなくてはならない。帯状領域
6の所定幅6aの大きさは測定しようとしている板金の
厚みと同じであれば、作業者にはプローブの誘導がやり
やすい。この場合、板金の上面あるいは下面とマーク5
aあるいは5bの内側の縁とを一致させるようにプロー
ブを誘導すればより正確にボールの最大円周を板金に接
触させることができる。
【0015】次に上記のボールプローブ2を使った板金
の測定方法について説明する。図7にこのボールプロー
ブ2が板金9に接触している様子を示す。使い方はボー
ルプローブ1のときと略同じであるが、相違点は、板金
9が接触する位置はマーク5a,5bにより挟まれたマ
ークの付けられていない帯状領域6である点である。す
なわち作業者はマーク5a,5bを目安として、これら
により挟まれた帯状領域6へ板金9が接触するようにボ
ールプローブ2を容易に誘導可能である。帯状領域6に
はマークが付けられていないので、マークのためにつけ
られた塗料等が被測定物との摩擦により剥がれたり、ま
たは塗料等の厚みによる測定誤差も発生することがな
い、というボールプローブ1にはない効果を奏する。
【0016】帯状領域6の所定幅6aの大きさは測定し
ようとしている板金の厚みと同じであれば、作業者には
プローブの誘導がやりやすい。この場合、板金の上面あ
るいは下面とマーク5aあるいは5bの内側の縁とを一
致させるようにプローブを誘導すればより正確にボール
の最大円周を板金に接触させることができる。
【0017】以上、本発明について好適な実施の形態を
挙げて説明したが、本発明は、この実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が
可能である。
【0018】たとえば、上記実施例では、ボールプロー
ブを備えた三次元測定機に限って説明したが、同様に、
図8に示すように多関節を持ったアーム型多関節座標測
定機50、いわゆる三次元デジタイザにおいても本発明
を実施可能である。このアーム型多関節座標測定機50
は、作業台等に固定された基台59に垂直に立設する支
柱58を備えている。この支柱58と第2アーム57の
一端とは2軸方向に対して回動自由でかつそれぞれの回
転角度を検出可能なロータリーエンコーダ(図示せず)
を内蔵した第3関節55を介して接続されている。第2
アーム57の他端と第1アーム56の一端とは、第3関
節55と同様な第2関節54を介して接続されている。
さらに第1アーム56の他端とプローブヘッド52と
は、第2関節55と同様な第1関節54を介して接続さ
れている。このプローブヘッド52の先端には前述した
本発明に係るボールプローブ51が備えられている。従
って、作業者はこのプローブヘッド52を掴んで操作す
ることで、被測定物に対してボールプローブ51を自由
な方向から接近させ、自由な角度で接触させることが可
能である。例えば、板金等を測定する場合、作業者はプ
ローブヘッド52を掴み、板金の表面に対してボールプ
ローブ51の姿勢を垂直に維持すると共に、ボールプロ
ーブ51の表面に付けられたマークと板金の縁が接触す
るようにボールプローブ51を容易に誘導可能である。
従来、多関節タイプの座標測定機による板金等の薄い板
の測定は、姿勢が自由に変えられるために、逆に作業者
による測定結果のばらつきがあったが、本発明により作
業者は容易にボールプローブの最大円周部分を正確に被
測定物に接触させることができるようになるので、作業
者による測定結果のばらつきの発生を抑えることが可能
となる。
【0019】以上、ボールプローブ1のマーク4および
ボールプローブ2のマーク5a,5bを実線として説明
したが、このマークを破線や点線で描いても構わない。
【0020】
【発明の効果】手動操作の三次元測定機およびデジタイ
ザによる厚みが薄い板金等の薄物の測定において、ボー
ルの最大円周部分に付けられたマークに被測定物を接触
させるようにボールプローブを誘導してボール上の測定
位置ずれによる測定誤差の増大を簡単に防止できる。ま
た、ボールの最大円周に設けられた所定幅の帯状領域を
挟んで付けられた2本の所定幅のマークを備えること
で、マークのためにつけられた塗料等が剥がれたり、ま
た塗料等の厚みによる測定誤差も発生することなく、ボ
ールの最大円周部分に被測定物を接触させるようにボー
ルプローブを誘導してボール上の測定位置ずれによる測
定誤差の増大を簡単に防止できる。また、従来、多関節
タイプの座標測定機による板金等の薄い板の測定は、姿
勢が自由に変えられるために、逆に作業者による測定結
果のばらつきがあったが、本発明により作業者は容易に
ボールプローブの最大円周部分を正確に被測定物に接触
させることができるようになるので、作業者による測定
結果のばらつきの発生を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るボールプローブの一実施例であ
る。
【図2】本発明に係るボールプローブの一実施例であ
る。
【図3】本発明に係るボールプローブによる板金測定を
示す図である。
【図4】従来のボールプローブによる板金測定での不具
合を示す図である。
【図5】従来の円筒形プローブによる板金測定を示す図
である。
【図6】従来の円筒形プローブによる板金測定での不具
合を示す図である。
【図7】本発明に係るボールプローブによる板金測定を
示す図である。
【図8】本発明に係るボールプローブを備えたアーム型
多関節座標測定機を示す図である。
【符号の説明】
1,2,51 ボールプローブ 3 シャフト 4,5a,5b マーク 6 帯状領域 9 板金 11 円筒形プローブ 50 アーム型多関節座標測定機 52 プローブヘッド 53,54,55 関節 58 支柱 59 基台

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物に接触するボールと、このボー
    ルの一端に垂直に立設したシャフトと、このシャフトの
    中心軸に対して垂直な面に含まれる前記ボールの最大円
    周に付けられた所定幅のマークと、を備えたことを特徴
    とするボールプローブ。
  2. 【請求項2】 被測定物に接触するボールと、このボー
    ルの一端に垂直に立設したシャフトと、このシャフトの
    中心軸に対して垂直な面に含まれる前記ボールの最大円
    周に設けられた所定幅の帯状領域を挟んで付けられた2
    本の所定幅のマークと、を備えことを特徴とするボール
    プローブ。
  3. 【請求項3】 夫々直交するX,Y,Z駆動軸を備える
    と共にどれか1つの軸の先端に請求項1または2のボー
    ルプローブを備えたことを特徴とする座標測定機。
  4. 【請求項4】 複数のアーム間を回動自由な関節で接続
    すると共にこのアーム先端に請求項1または2のボール
    プローブを備えたことを特徴とするアーム型多関節座標
    測定機。
JP8235940A 1996-08-19 1996-08-19 ボールプローブおよびこれを用いた座標測定機 Pending JPH1062150A (ja)

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