JPS5825202B2 - 測定装置用探針 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は測定される工作物に対して運動する様に支承
されたヘッドを備える型の測定装置において使用される
探針に関するものである。

測定操作は一般に、ヘッドに連結された触針が工作物と
係合するまでヘッドを移動させる段階と、この係合の際
にデータに対してヘッドの位置を記録する段階とから成
る。

探針は測定装置のヘッドの上に触針を支承する装置であ
る。

この様な公知の１つの探針は、固定部材上において３個
の互いに離間した座に支承される位置に弾発される可動
部材または触針ホルダを備えている。

この触針ホルダに固着さづ′また触針が転位される時、
触針ホルダはその転位力の方向に応じて、これら３個の
座のいずれか１つまたは２つを中心として傾斜する。

この様な傾斜モードは互いに相違しているので、これに
対応して探針の感度の変動を生じる。

何故かならば、１つの座を中心としてホルダを傾斜させ
るのに要する力は２つの座を中心として傾斜させるのに
必要な力の２倍になるからである。

この様な問題を解決し若しくは軽減する事がこの発明の
目的である。

この発明によれば、上記の型の測定装置に使用され７る
探針において、共通軸線上に配置された第１部材、第２
部材及び第３部材を備え、上記第２部材の軸方向におい
で一方の側面上に軸線を中心として一定間隔で配置され
た第１座を備え、上記第１部材はこの第１座と係合する
事ができ、また隣接の２個の第１座の中間にそれぞれ配
置される様に、上記第３部材の上に第２座が備えられ、
上記第２部材の軸方向の他側面はこの第２座と係合し、
また上記第１部材を上記の第１座と係合する様に弾発し
、且つ上記第２部材を上記第２座と係合する様に弾発す
る為のパン、手段を備え、上記第１部材は触針ホルダを
成して、上記バネ手段の力に対抗して、上記第１座のい
ずれか隣接の２個を結ぶ直線を中心として傾斜可能であ
り、また上記第２部材を介して、上記第２座のいずれか
の隣接２座を結ぶ直線を中心として傾斜可能である様に
した探針が提供される。

好ましくは３個のみ第１座と３個のみの第２座を備える
。

この様にして、３座支承の固有の安定性が得られると同
時に、ホルダの傾斜中心となる６個の座が与えられる。

この事は探針の感度の改良をもたらす。

付図について述べれば、この発明による探針は、第１部
材、即ち触針ホルダ１０と、第２部材即ち中間部材１１
と、第３部材、即ちハウジング１２を備え、これらの部
材は総て共通軸線Ｚ上に配置されている。

ホルダ１０は、中間部材１１の一方の軸方向側面１１Ａ
に対して、３個の第１座Ａ。

Ｂ、Ｃにおいて係合する。

中間部材１１の他方の軸方向側面１１Ｂは、３個の２座
り、Ｅ、Ｆにおいてハウジング１２と係合する。

これら２組の座は、探針の軸線Ｚを中心として対称的に
配置されているが、この軸線を中心として角度的に片寄
っているので、軸線の方向に見た場合、座Ａ、Ｂまたは
Ｃは、２個の対応の座り、ＥまたはＦの角度的に中間に
配置されている。

バネ１３がハウジング１２とホルダ１０との中間に配置
されて、軸線Ｚに沿って作用する弾発力Ｐを生じ、この
力Ｐのもとに、ホルダ１０は各床Ａ、Ｂ、Ｃにおいて中
間部材１１の上に支承され、また中間部材１１が座り、
Ｅ、Ｆにおいてハウジング１２の上に支承される。

この様に２個の可動部材の得る位置は、ホルダもしくは
探針の゛ゼロ位置″と呼ばれる。

この探針の使用に際して、ハウジング１２はそれ自体公
知の対応の測定機のヘッドＨに固着され、ホルダ１０に
対して、触針１４が固着され、これによって工作機械の
テーブルの上に載置さ石た工作物Ｗと係合する。

触針をヘッドＨの軸線Ｐに対して横方向に工作物と係合
する様にヘッドを動かした場合、この触針に対して例え
ば力Ｑ１が加えられ、ホルダおよび／または中間部材は
座Ａ−Ｆのいくつかを中心さして傾斜させられる。

この転位力はバネ１３の力によって対抗され、転位力が
中１卜した時、バネが探針をゼロ位置に戻す。

後で詳細に述べる様に、触針を転位させるのに必要とさ
れる力は軸線Ｚを中心とするこの力の角度に応じて異な
る。

この様な触針転位力の差違は、座Ａ−Ｆの多角形順位に
対応するものであって転位力の作用を受ける触針の僅か
の、しかし避けがたい曲げの差違を生じる。

この事は実際上、探針の感度が、軸線Ｚを中心とする総
ての方向において均一ではない事を意味している。

しかしながら下記に説明する様に、６個の座Ａ−Ｆを備
える構造は３個の座のみをもつ従来構造に比べて大きな
改良であって、実際上の目的からは、上記の感度の不当
な差違を防止するのに充分である。

今探針の構造細部について述べれは、ホルダ１０は円板
１５から成り、この日板１５は中間部材１１の各床Ａ、
Ｂ、Ｃにおいて、円筒面１６をそれぞれ備え、またハウ
ジング１２はリング状フランジ２０から成り、このフラ
ンジは各床Ｄ 、 Ｅ。

Ｆにおいて円筒面１９を備えている。

中間部材１１はリング２１から成り、このリングは中間
部材１１の一方の側面１１Ａに複数の球形面１γを備え
、他側面１１Ｂに複数の球形面１８を備えている。

この構造においては、いずれか１個の円筒面１６が隣接
の一対の球形面１γと係合してホルダ１０を中間部材１
１の上に支承し、またいずれか一対の隣接球形面１８が
いずれか１個の円筒面１９と係合して中間部材をハウジ
ングの上に支承する如くなっている。

ホルダ１０と中間部材１１は、バネ応力の作用のもとに
、容易にゼロ位置をとって、この位置に確実に配置され
る。

対応の円筒面１６によって係合される一対の球面１γは
、これらの球面の間に円筒面１６が係合する位置に滑り
込む様に集中しており、更に各対の球形面１γは軸線Ｚ
を含む面に対して対称的であるから、それぞれの座Ａ、
Ｂ。

Ｃの球面が相互に共働して、ホルダ１０を軸線Ｚに対し
て横方向及び回転方向において確実に固定している点に
注意しなければならない。

中間部材１１の上にホルダ１０を正確に且つ安定的に配
置する事は、対向面１６，１γが相互に三次元的に突形
を成している事、即ちこの場合にはそれぞれが円筒形及
び球形である事によって保証される。

相互に集中して対応の円筒面１９を受ける球形面１８に
ついても同様である。

円筒面１６．１９は、硬化処理され研磨された鋼円筒部
材２２．２３によって限定され、これらの円筒部材は、
それぞれ合成樹脂から成る円板１５とフランジ２０に対
して固着されている。

また球面１７．１８は、硬化処理され研磨された鋼球２
４によって限定され、これらの鋼球２４は、合成樹脂か
ら成るリング２１に対して固着されている。

ホルダ１０は、リング２１（！：フランジ２０のそれぞ
れの中に形成された開口２０Ａと２１Ａを通して円板１
５から突出した延長部１０Ａを備えている。

この構造により、部品の経済的組立が可能となる。

延長部１０Ａの自由端は、加工の型に応じて相異なる触
針を取付ける為のネジ山１０Ｂを備えている。

リング２１は環状に配置された複数の開孔２１Ｄを備え
（第３図）、これらの開孔はリングの交互に傾斜した部
分２１Ｂ、２１Ｃの中に備えられ、また各開孔２１Ｄは
それぞれ１個の鋼球２４を収容している。

これらの傾斜部の故に、鋼球部材は共通のピッチ円の上
に配置されて、円筒部材２２゜２３と接触する事が可能
になる。

リング２１の上に球面の対１γ、１γおよび１８．１８
を備える事が好ましいのであるが、経済的とは言えない
けれどもホルダ及びハウジングの上に球面の対を備えて
、リング上の対応面と共働させる事も可能である。

また、リング２１の中に収容された鋼球部材２４の代わ
りに、他の円形断面要素を使用する事ができる。

例えば、ホルダとハウジングの上に備えられた球形部材
と共働する円筒形部材を使用する事もできる。

この装置の操作に際して、ヘッドＨの軸線Ｐに対する転
位力の方向に応じて、ホルダの傾斜作用４１々のモード
で生起する。

これらのモードの説明の目的から、面１６〜１９の間の
合力は、共通ピッチ円２６の上に位置する点ａ ＝ ｆ
を通り、またこれらの点ａ ＝ ｆは、それぞれ２個の
隣接球２４の中心を結ぶ線の両端の中間に位置するもの
と仮定する。

更に、ホルダの傾斜作用は、少なくともその傾斜の始ま
る瞬間においては、これらの点ａ −ｆのいずれか２点
を通る線を中心として生。

しるものと仮定する。

この場合、代表的な３モードのみを考慮する必要がある
。

第１モードにおいては、力Ｑ、 （第１図と第２図）は
ホルダ１０を線ａｂを中心として傾斜させ、座Ｃにおい
て、面１６と１γとが離間。

する。

力Ｑ、は、ウデ゛Ｚｇ作用するバネ１３の復元力Ｐに打
勝つのに充分でなければならない。

この傾斜に際して、点ａとｂを通る下向き荷重は点ｇを
通る合力を成し、この点ｇは三角形ｄ、ｅ。

ｆの西側にあるので、中間部材１１に対する傾斜・力は
生じない。

第２モードにおいては、力Ｑ２が煮立を中心としてホル
ダ１０を持ち上げようとするが、点Ｃを通る荷重は→角
形ｄ、ｅ、ｆの外部にあるから、中間部材１１は線ｄ、
ｅを中心きして傾斜し、ま・たこの線ｄ、ｅはその場合
ホルダ１０が傾斜する中心線を成している。

復元力はうでｚｈに作用するが、このうでｚｈは前記の
うでＺｇ吉同−長であるから、力Ｑ２は力Ｑ１と同一で
ある。

第３モードにおいては、力Ｑ３がホルダ１０を点ａを中
心として傾斜させようとするが、この力Ｑ３は点ａから
片寄った線に対して作用するのであるから、ホルダ１０
はまず線ａ、ｃを中心として傾斜しようとする。

しかし、力Ｑ３は点Ｃよりも点ａに近いから、この点ａ
を通る比較的大きな荷重が線ｅ、ｆを中心とする傾斜を
生じる。

言いかえるならば、ホルダ１０を同時に線ａｃとｅｆを
中心として傾斜させ、この傾斜の始まった時、□有効傾
斜軸線はこれら２つの軸線の交点■を通る。

復元力はうでＺｉに作用する。

このうでＺｌは上記のうえでＺｇまたはｚｈよりも約１
，１６の係数だけ犬である。

従って、摩擦作用を無視すれば、力Ｑ３は力Ｑ１または
Ｑ２よりも１．１６倍大である。

この係数１．１６が実際土兄られる最高の係数であるか
ら、他のモードを考慮する必要はない。

この係数１．１６は、探針感度の許容公差の範囲内にあ
るものと見なされ、一組の３座セツトのみを有する探針
の場合の係数２０よりも優れている。

触針１３のゼロ位置からの転位は、第３図に図示の様に
直列の接点を成す円筒部材２２．２３と球形部材２４を
通る電気回路２γによって検出される。

これらの円筒部材と球形部材を回路に接続させる為に、
１個の円筒部材２３が相互に絶縁された半体２３Ａに分
割され（第３図）、これらの半休に対してそれぞれ回路
の導線２γＡと２γＢがロウ付けされる。

触針のゼロ位置からの転位の結果、面１６，１γ及び１
８，１９のいずれかが非接触状態になり、回路２γの状
態を変更し、転位の生じた事の信号を発生する事は明ら
かである。

更に詳しく述べるならば、探針の感度は、触針が最初に
工作物と接触した瞬間と回路２γが開放される瞬間との
間における触針の曲げ度と定義する事ができる。

回路２γの開放される瞬間は、傾斜の始まる瞬間と同時
であるとみなすことができる。

実際問題として、測定装置のヘッドが停止するまでの暫
くの間、傾斜作用は任意に継続するのであるが、回路２
８が開放されたあとの状態変化、例えば任意の傾斜作用
または円筒体と球形体上の間の摩擦の増大などは、探針
の感度に関しては問題とならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は探針の部分断面を示す立面図、第２図は第１図
の■−■線に沿って取られた断面図、また第３図は第２
図の■線において取られた展開図である。 １０・・・・・・触針ホルダ（第１部材）、１１・・・
・・・中間部材（第２部材）、１２・・・・・・ハウジ
ング、２０・・・・・・フランジ（第３部材）、１３・
・・・・・バネ、１４・・・・・・触針、１６・・・・
・・円筒面、１γ・・・・・・球面、１８・・・・・・
球面、１９・・・・・・円筒面、２１・・・・・・リン
グ、２１Ｄ・・・・・・開孔、２１Ｂ、２１Ｃ・・・・
・・傾斜部、２２・・・・・・円筒体、２３・・・・・
・円筒体、２４・・・・・・球体、２６・・・・・・ピ
ッチ円、２γ・・・・・・電気回路、２γＡ。 Ｂ・・・・・・導線、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・・・第１座、
Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・・・・第２座。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定装置のヘッドに取付けられ、加工品に対して移
   動自在の測定装置用探針において前記測定装置用探針は
   、互いに共通軸に沿って軸方向に離間した第１部材１０
   と、第２部材１１と、第３部材２０とを有し、前記第２
   部材１１は上記第１部材１０と第３部材２０間に位置し
   、少なくても３つの第ｉｉＡ、Ｂ、ｃが前記共通軸の周
   りでかつ前記第２部材１１の一側面と上記第１部材１０
   間に配設され、前記共通軸の周りで、かつ上記第２部材
   １１の他側面と上記第３部材２０間に、第２座り、Ｅ、
   Ｆが配設され、この第２座り、Ｅ、Ｆの各々は上記２つ
   の隣接第１座間に位置し、上記測定装置用探針は前記第
   １部材１０を第２部材１１の方向に付勢してそれらを前
   記第１座Ａ、Ｂ。 Ｃにおいて係合させるとともに、前記第２部材１１を第
   ３部材２０の方向に付勢してそれからを第２座り、Ｅ、
   Ｆにおいて係合させるためのバネ手段１３を有し、上記
   第１部材１０は探針を保持するためのホルダからなり、
   上記第１部材１０は上記第１座Ａ、Ｂ、Ｃの２つの隣接
   部の中心を結ぶ直線ＡＢ、ＢＣ、ＣＡの各々を軸として
   前記バネ手段１３に抗して傾斜可能であり、上記第１部
   材１０は第２座り、Ｅ、Ｆの隣接する２つの座の中心を
   結ぶ直線ｄｅ、ｅｆ、ｆｄの各々を軸として第２部材１
   １を介して傾斜可能であることを特徴とする測定装置用
   探針。 ２ 上記第１座Ａ、Ｂ、Ｃの数は３個であり、上記第２
   座り、Ｅ、Ｆは上記第１座の中間角度位置に配置されて
   いる事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の測定
   装置用探針。 ３ 上記の第２部材１１と第３部材１２はリング状を成
   し、それぞれ開口２１Ａ、２０Ａを備え、上記第１部材
   １０は上記の開口を通る延長部１０Ａを備え、この延長
   部１０Ａはこれに触針１４を取付ける為の手段１０Ｂを
   有する事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の測
   定装置用探針。 ４ 上記の第２部材１１は環状のリング２１から成り、
   このリング２１は開孔２１Ｄを備え、この開孔２１Ｄ内
   に円形断面の支承要素２４が固着され、各支承要素２４
   はリング２１の軸方向両側面から突出した部分を備え、
   リング２１の一方の側面の突出部分が上記の第１座Ａ、
   、 Ｂ 、 Ｃを形成し、またリング２１の他側面の
   突出部分が上記の第２座り、Ｅ、Ｆと係合可能である事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の測定装置用
   探針。 ５ 上記の円形断面要素２４は共通ピッチ円２６上に等
   間隔に配置され、上記リング２１は交互に傾斜した部分
   ２１Ｂ、２１Ｃを備えた波形を成し、また上記開孔２１
   Ａと要素２４は上記の傾斜部分２１Ｂ、２１Ｃの中に配
   置されている事を特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の測定装置用探針。 ６ 上記第１部材と第２部材１０．１１のいずれかに備
   えられた複数対の球面１γ、１γと、上記第１部材と第
   ２部材１０．１１の他方に備えられて上記の各対の球面
   １γ、１γの間に係合可能の曲面１６とを備え、第２部
   材に備えられた面が上記の第１座Ａ、Ｂ、Ｃを成す事を
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の測定装置用探
   針。 １ 上記の第２部材と第３部材１１．１２のいずれかに
   備えられた複数対の球面１８．１８と、上記の二部材の
   他方に備えられ、上記の各対の球面の間に係合可能の曲
   面１９とを備え、上記の第３部材上に備えられた面が上
   記の第２座り、Ｅ、Ｆを成す事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の測定装置用探針。 ８ 上記の第１部材１０および第２部材１１は、それぞ
   れ、上記の第２部材１１および第３部材１２の上記の第
   １座Ａ、Ｂ、Ｃおよび第２座り。 Ｅ、Ｆと電気接点を成し、また上記の探針は、上記の各
   接点を相互に接続していずれかの接点が開放されたとき
   、状態を変更する電気回路手段を備える事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の測定装置用探針。 ９ 上記の第１部材１０は、上記第２部材１１の。 各対の隣接座Ａ、Ｂ、Ｃと係合可能の要素２２を有し、
   上記の第２部材は、第３部材１２の各対の隣接座り、Ｅ
   、Ｆと係合可能の要素２４を有し、上記の総ての要素と
   座は導電性物質から成って、直列に接続された接点を成
   し、上記の要と座のい。 ずれか１つは、電気回路２γのそれぞれの導線に接続さ
   れ相互に絶縁された部分２３Ａから成る事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の測定装置用探針。