JPH1073430A - タッチ信号プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容易にスタースタイラス化を実現できるタッチ
信号プローブを提供すること。 【解決手段】互いに直交する２方向の一方向に伸縮させ
ると他方向に同じ寸法だけ伸縮する弾性リング部材21，
22を前記一方向が一致し前記他方向が互いに直交するよ
うに２個組み合わせて立体パンタグラフ23を形成する。
この立体パンタグラフ23の内部に弾性梁24が前記一方向
に沿って差し渡す。弾性梁24の略中央部に加振手段25A
及び検出手段25B を弾性梁24に配置し、立体パンタグラ
フ23に前記一方向に沿って第１のスタイラス26を取り付
け、立体パンタグラフ23に前記他方向に沿って第２及び
第３のスタイラス27，28を取り付ける。

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】ところで、タッチ信号
プローブを使用して測定を行う分野では、周知の通り、
スタイラスを星型にする、いわゆるスタースタイラスの
必要性が極めて高く、必然的に、振動変化により接触を
検知するスタースタイラスの実現は、これまで大きな懸
案の一つであった。図２で示されるタッチ信号プローブ
は、２本のスタイラス８４，８７を組み合わたものであ
り、この考え方を応用してＸ，Ｙ，Ｚ軸の３本のスタイ
ラスを組み合わせれば、原理的にスタースタイラス化は
可能である。しかし、現実には、３本のスタイラスを組
み合わせることは機構的に困難であり、この実現は困難
性を伴うことが予想される。

【０００６】本発明の目的は、スタースタイラス化を容
易に実現でき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、弾
性リング部材から形成した立体パンタグラフに第１から
第３のスタイラスを取り付けて前記目的を達成しようと
するものである。具体的には、本発明のタッチ信号プロ
ーブは、加振手段と検出手段とを有し、この加振手段に
より振動するスタイラスが被測定物と接触する際に変化
する振動の状態を前記検出手段により検出するタッチ信
号プローブにおいて、互いに直交する２方向の一方向に
伸縮させると他方向に同じ寸法だけ伸縮する弾性リング
部材を前記一方向が一致し前記他方向が互いに直交する
ように２個組み合わせて立体パンタグラフを形成し、こ
の立体パンタグラフの内部に弾性梁を前記一方向に沿っ
て差し渡し、この弾性梁の略中央部に前記一方向に沿っ
て前記弾性梁を伸縮させる前記加振手段を配置し、この
弾性梁の振動を検出する前記検出手段を前記弾性梁に配
置し、前記立体パンタグラフに前記一方向に沿って第１
の前記スタイラスを取り付け、前記立体パンタグラフに
前記他方向に沿って第２及び第３の前記スタイラスを取
り付け、これらの第１から第３のスタイラスは、その先
端に被測定物と接触する接触部をそれぞれ有することを
特徴とする。

【０００８】この構造の本発明では、加振手段で弾性梁
を加振すると、その振動が２組の弾性リング部材からな
る立体パンタグラフに伝達された後、第１ないし第３の
スタイラスに伝達させる。第１ないし第３のうちいずれ
かのスタイラスの接触部が被測定物に接触すると、その
スタイラスの振動が拘束され、その振動状態の変化が立
体パンタグラフ及び弾性梁を介して検出手段で検出され
る。本発明では、被測定物が複雑な形状であっても、そ
れぞれＸＹＺ各軸に延びる第１ないし第３のスタイラス
を組み合わせてスタースタイラスが形成されているた
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】ここで、本発明では、前記２個の弾性リン
グ部材と前記弾性梁とが弾性素材により一体成形された
構造でもよい。この構造では、加振手段の振動がスタイ
ラスに確実に伝達され、さらに、スタイラスの振動変化
が検出手段に確実に伝達されることにより、測定精度を
高くできる。

【００１０】また、本発明では、前記第１から第３のス
タイラスは、それぞれ前記立体パンタグラフを挟んで２
本ずつ対向配置され、これら６本のスタイラスのうち１
本のスタイラスを遮蔽し前記立体パンタグラフを保持す
る保持部材が前記弾性梁に取り付けられた構造でもよ
い。この構造では、１本のスタイラスが遮蔽されて被測
定物と接触することがないので、このスタイラスが立体
パンタグラフ全体の振動状態の適正を図るために機能す
ることになる。

【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。図３において、タッチ信号プローブは、２個の平面
八角形の弾性リング部材２１，２２を組み合わせて形成
された立体パンタグラフ２３と、この立体パンタグラフ
２３の内部に差し渡された弾性梁２４と、この弾性梁２
４の略中央部の両側にそれぞれ設けられた２枚の圧電素
子２５と、立体パンタグラフ２３に設けられた第１から
第３のスタイラス２６〜２８と、立体パンタグラフ２３
を保持する２個の保持部材２９と、を備えた構造であ
る。

【００１２】一方の弾性リング部材２１は、互いに直交
するＸ軸，Ｙ軸方向のＸ軸方向に伸縮させるとＹ軸方向
に同じ寸法だけ伸縮する構造のものであり、他方の弾性
リング部材２２は、互いに直交するＺ軸，Ｙ軸方向のＺ
軸方向に伸縮させるとＹ軸方向に同じ寸法だけ伸縮する
構造のものである。これらの２個の弾性リング部材２
１，２２はＹ軸方向が一致しＸ軸，Ｚ軸方向が互いに直
交するように配置されている。

【００１３】弾性梁２４は立体パンタグラフ２３の内部
にＹ軸方向に沿って差し渡されたものであり、弾性梁２
４と２個のリング部材２１，２２とは、ベリリウム銅、
ばね用ステンレス、ジュラルミン等の均質な弾性素材に
より一体成形されている。弾性梁２４の圧電素子２５が
設けられた側面と隣合う側面には、その軸方向固有振動
数の節近傍（略中央部）に保持部材２９を保持するため
の凹部２４Ａが形成され、この凹部２４Ａには保持部材
２９を弾性梁２４に取り付けるためのねじ孔２４Ｂが形
成されている。なお、弾性梁２４の圧電素子２５側側面
には圧電素子２５の設置電極の配線用切欠２４Ｃが形成
されている。

【００１４】圧電素子２５は、弾性梁２４の固有振動数
の略一致した振動数でＹ軸方向に沿って弾性梁２４を加
振する加振手段としての加振用電極２５Ａと、弾性梁２
４の振動を検出する検出手段としての検出用電極２５Ｂ
とを備えた構成である。これらの電極２５Ａ，２５Ｂ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。

【００１５】第１から第３のスタイラス２６〜２８は、
その先端に被測定物と接触する球状の接触部３０をそれ
ぞれ有する。第１のスタイラス２６はＸ軸方向において
立体パンタグラフ２３を挟んで２本ずつ対向配置されて
いる。第２のスタイラス２７はＹ軸方向において立体パ
ンタグラフ２３を挟んで２本ずつ対向配置されている。
第３のスタイラス２８はＺ軸方向において立体パンタグ
ラフ２３を挟んで２本ずつ対向配置されている。保持部
材２９は、２本の第３のスタイラス２８のうち１本のス
タイラス２８の両側を遮蔽するもので、それぞれ一端部
が弾性梁２４の凹部２４Ａに取り付けられ、その他端部
は三次元測定機の移動軸に取り付けられている。

【００１６】この構成の本実施の形態では、加振手段で
ある加振用電極２５Ａで弾性梁２４を加振すると、その
振動が２組の弾性リング部材２１，２２からなる立体パ
ンタグラフ２３に伝達された後、第１ないし第３のスタ
イラス２６〜２８に伝達させる。第１ないし第３のうち
いずれかのスタイラス２６〜２８の接触部３０が被測定
物に接触すると、そのスタイラス２６〜２８の振動が拘
束され、その振動状態の変化が立体パンタグラフ２３及
び弾性梁２４を介して検出手段である検出用電極２５Ｂ
で検出される。

【００１７】従って、本実施の形態では、互いに直交す
る２方向の一方向に伸縮させると他方向に同じ寸法だけ
伸縮する弾性リング部材２１，２２を前記一方向が一致
し前記他方向が互いに直交するように２個組み合わせて
立体パンタグラフ２３が形成され、この立体パンタグラ
フ２３の内部には弾性梁２４が前記一方向に沿って差し
渡され、この弾性梁２４の略中央部には前記一方向に沿
って弾性梁２４を伸縮させる加振手段２５Ａが配置さ
れ、この弾性梁２４の振動を検出する検出手段２５Ｂが
弾性梁２４に配置され、立体パンタグラフ２３には前記
一方向に沿って第１のスタイラス２６が取り付けられ、
立体パンタグラフ２３には前記他方向に沿って第２及び
第３のスタイラス２７，２８が取り付けられ、これらの
第１から第３のスタイラス２６〜２８は、その先端に被
測定物と接触する接触部３０をそれぞれ有する構造であ
るため、所定のスタイラス２６〜２８の接触部３０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、高精度の測定を行える。そのため、スタースタ
イラス化の実現が容易である。

【００１８】また、本実施の形態では、２個の弾性リン
グ部材２１，２２と弾性梁２４とが弾性素材により一体
成形されたから、加振手段２５Ａの振動が第１から第３
のスタイラス２６〜２８に確実に伝達され、さらに、第
１から第３のスタイラス２６〜２８の振動変化が検出手
段に確実に伝達されることにより、測定精度を高くでき
る。さらに、第１から第３のスタイラス２６〜２８は、
それぞれ立体パンタグラフ２３を挟んで２本ずつ対向配
置され、これら６本のスタイラス２６〜２８のうち１本
のスタイラス２８を遮蔽し立体パンタグラフ２３を保持
する保持部材２９が弾性梁２４に取り付けられたから、
１本のスタイラス２８が遮蔽されて被測定物と接触する
ことがなく、このスタイラス２８が立体パンタグラフ２
３全体の振動状態の適正を図るために機能することにな
る。

【００１９】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、加振手段として圧電素子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。さらに、前記実施の形態では、２個の
弾性リング部材２１，２２はＹ軸方向が一致しＸ軸，Ｚ
軸方向が互いに直交するように配置されてたが、本発明
では、図４に示される通り、２個の弾性リング部材２
１，２２の形状を円形としてもよい。

【００２０】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。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、互いに直
交する２方向の一方向に伸縮させると他方向に同じ寸法
だけ伸縮する弾性リング部材を前記一方向が一致し前記
他方向が互いに直交するように２個組み合わせて立体パ
ンタグラフが形成され、この立体パンタグラフの内部に
は弾性梁が前記一方向に沿って差し渡され、この弾性梁
の略中央部には前記一方向に沿って弾性梁を伸縮させる
加振手段が配置され、この弾性梁の振動を検出する検出
手段が弾性梁に配置され、立体パンタグラフには前記一
方向に沿って第１のスタイラスが取り付けられ、立体パ
ンタグラフには前記他方向に沿って第２及び第３のスタ
イラスが取り付けられ、これらの第１から第３のスタイ
ラスは、その先端に被測定物と接触する接触部をそれぞ
れ有する構造であるため、所定のスタイラスの接触部を
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、高精度の測定を行える。従って、スタースタ
イラス化の実現が容易である。

【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】図３に示す弾性リング部材の形状とは異なる弾
性リング部材の形状を示すタッチ信号プローブの斜視図
である。

【符号の説明】

２６〜２８ スタイラス ２５ 圧電素子 ２５Ａ 加振手段 ２５Ｂ 検出手段 ３０ 接触部 ２３ 立体パンタグラフ ２４ 弾性梁 ２９ 保持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加振手段と検出手段とを有し、この加振手
   段により振動するスタイラスが被測定物と接触する際に
   変化する振動の状態を前記検出手段により検出するタッ
   チ信号プローブにおいて、 互いに直交する２方向の一方向に伸縮させると他方向に
   同じ寸法だけ伸縮する弾性リング部材を前記一方向が一
   致し前記他方向が互いに直交するように２個組み合わせ
   て立体パンタグラフを形成し、この立体パンタグラフの
   内部に弾性梁を前記一方向に沿って差し渡し、この弾性
   梁の略中央部に前記一方向に沿って前記弾性梁を伸縮さ
   せる前記加振手段を配置し、この弾性梁の振動を検出す
   る前記検出手段を前記弾性梁に配置し、前記立体パンタ
   グラフに前記一方向に沿って第１の前記スタイラスを取
   り付け、前記立体パンタグラフに前記他方向に沿って第
   ２及び第３の前記スタイラスを取り付け、これらの第１
   から第３のスタイラスは、その先端に被測定物と接触す
   る接触部をそれぞれ有する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に記載のタッチ信号プローブにお
   いて、前記２個の弾性リング部材と前記弾性梁とが弾性
   素材により一体成形されたことを特徴とするタッチ信号
   プローブ。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載のタッチ信号プロー
   ブにおいて、前記第１から第３のスタイラスは、それぞ
   れ前記立体パンタグラフを挟んで２本ずつ対向配置さ
   れ、これら６本のスタイラスのうち１本のスタイラスを
   遮蔽し前記立体パンタグラフを保持する保持部材が前記
   弾性梁に取り付けられたことを特徴とするタッチ信号プ
   ローブ。