JPS5920081B2 - 物体測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体測定装置、特に基準位置を自動的に設定
可能にした物体測定装置に関する。

載物台に測定用物体をおき、その位置、形状を検出する
物体測定装置では、基準位置をいかに与えるかというこ
とが極めて重要である。従来は、載物台に基準位置検出
用ブロックをのせておきプローブを接触させ、手動によ
り、その時の位置を５ セットさせて基準位置を設定し
ていた。このやり方は人間の介在する割合が大きく、且
つ精密さに欠ける欠点を持つていた。本発明はかかる欠
点を解消して人間の関与する余地を大巾になくしてなる
物体測定装置を提供す１０るものである。

本発明の要旨は、基準位置に到達した段階を自動的に検
出し、それに従つて、基準位置をプリセットせしめよう
とするものである。

第１図は本発明の対象となる位置検出器の全体１５構成
を示す図である。

図に於いて、モータ１００は正転、逆転が可能なモータ
であり、この回転トルクは一対のプーリ１１４およびベ
ルト１１５を介してスピンドル駆動用ねじ軸１０２に伝
達されている。更に、スピンドル、駆動用ねじ軸１０２
に２０はロータリエンコーダディスク１０１が固定して
取りつけられている。更に、このねじ軸１０２にはスピ
ンドル１０３の上部ねじ部が螺合されている。ロータリ
エンコーダディスク１０１はねじ軸１０２の動きと共に
回転し、光源１０９の光を受２５光素子１１０で選択的
に受光することによつてロータリエンコーダとしての回
転量を検出し、この検出信号を端子１１２から出力する
ようになつている。スピンドル１０３はねじ軸１０２の
動きに併せて上昇、又は下降する構成である。また、こ
３０のスピンドル１０３にはプローブ１０３Ａが上下動
可能かつ回転不可能に取りつけられている。プローブ１
０３Ａの先端の接触子はスピンドル１０３の下部の開口
部を通して外部に突出している。更に、プローブ１０３
Ａの後端はＬ字形となつてお３５り、接触検出用スイッ
チ１０４に自重で接触している。そして、プローブ１０
３Ａの先端の接触子が載物台１０８の上に乗つている物
体１０１に接触すると同時に、該プローブ１０３Ａの横
棒部はスピンドル１０３に設けられたスリツト１１３内
上方に、その接触子と物体１０７との接触抵抗の大きさ
によつて決まる力（プロープ１０３Ａの自重以上である
）に応じて浮き上がるようになつている。この時、プロ
ーブ１０３Ａはスイツチ１０４から離れスイツチ１０４
はオフとなる。この結果が検出回路１０６で検出される
。但し、自重でスピンドルと共にプローブ１０３Ａが移
動すを定常状態下ではプローブ１０３Ａの横棒部がスイ
ツチ１０４に接触し、該スイツチ１０４はオンとなつて
いる。このようなプローブの構成によつて物体１０７を
ソフトタツチで測定できる利点を生む。物体１０７は測
定プロツクの時もあれば、基準位置を決めるためのプリ
セツト用基準プロツクの時もある。本発明にとつて重要
な点は、プリセツト用基準プロツクの時である。勿論基
準プロツクをおく代りに、載物台１０８を上下させてプ
リセツトさせるようにしてもよい。第２図は第１図の物
体測定装置に適用して効果の大なる本発明の実施例を示
す図である。

図に於いて、ロータリエンコーダ１（第１図のデイスク
１０１．光源１０９、受光素子１１０に相当する）は、
スピンドル駆動軸にとりつけられている。このスピンド
ルは駆動軸を駆動するモータによつて上昇（ＵＰ）と下
降（ＤＯｗｎ）の駆動が行われる。この際、上記ロータ
リエンコーダ１はその駆動軸の移動に従つて回転する。
ロータリエンコーダ１は例えば１２５本の明暗を持ち、
回転することによつて、光センサを介してその回転位置
が検出されるようになつている。ロータリエンコーダの
１回転でスピンドルは例えば０．５１ｆ１１ｎ動くよう
に構成される。ロータリエンコーダは上述の上昇と下降
とに応じて異つた信号を発生するようになつている。こ
の進行方向を検出するために増巾器２，３、５波形整形
回路４，５、微分回路６，７、進行方向判別検出回路８
が設けられている。この際の各部波形を第３図に示す。
先ず、ロータリエンコーダ１は、モータによるスピンド
ル駆動軸の移動距離に応じた信号Ａ，Ｂ４を発生する。

信号ＡとＢとは正弦波を半波整流した如き波形であり、
且つ信号ＡとＢとは９０流の位相差を持つ。信号Ｂ−１
は上昇（ＵＰ）時の信号Ｂを示し、信号Ｂ−２は下降（
ＤＯｗｎ）時の信号ＪＢを示す。

信号Ｂ−１は信号Ａよりも９０時位相遅れ、信号Ｂ−２
は信号Ａよりも９００位相進みとなつている。増巾器２
，３では信号増巾を行い、波形整形回路４，５では、上
記信号ＡとＢとを矩形波信号Ｃ，Ｄ（但し、信号Ｂ−１
，Ｂ−２も処理は同じである故、信号Ｂ−１の場合で説
明する）に変換する。この信号Ｃ，Ｄは、更に微分回路
６，７に送られ微分回路６，７では矩形波信号Ｃ，Ｄの
立上り、立下り時点のパルス信号Ｅ，Ｆを検出する。こ
の結果、信号Ａ，Ｂの１周期に対して４個のパルス信号
が発生することになる。これは、１周期１個のパルス信
号では位置検出が上記ロータリエンコーダの精度上の制
約で決まつてしまう。このロータリエンコーダの個有の
精度を信号処理の中で更に分解能を上げるためにそれぞ
れ立上り立下りで信号変化をとらえるようにしている。
従つて、実際上の分解能は４倍化したことになる。信号
Ｅ，Ｆは進行方向判別検出回路８に送られる。但し、信
号Ｅ，Ｆがそのまま入力するようになつているが、実際
上は方向性を得るために、信号Ｅ，Ｆが立上り、立下り
でのパルスに分解されて、検出回路８に入力するように
なつている。検出回路８では、上記入力パルス信号をも
とに方向性を見い出ずべく論理がとられており、その結
果方向に沿つた信号Ｇ，Ｈが出力される。信号Ｇは上昇
（ＵＰ）時のパルス信号、信号Ｈは下降（ＤＯｗｎ）時
のパルス信号であり、且つこれらは上記４倍化された形
でパルス信号そのものである。カウンタ９はアツプ・ダ
ウン機能を持つた４桁１０進カウンタであり、各桁はＢ
ＣＤ化されている。このカウンタ９には、上記検出回路
８の出力Ｇ、又はＨが入力し、信号Ｇの時にはカウント
アツプ、信号Ｈの時にはカウントダウンを行う。更に、
該カウンタ９はクリア端子ＣＬ、ラツチ端子ＬＡとを持
ち、端子ＣＬに信号が入つた時にぽクリアされ、端子Ｌ
Ａに信号が入つた時にはその時点の計数値をラツチする
ようになつている。このラツチを行つている時点でも、
アツプ・ダウンのカウント機能は働いており、従つて、
信号Ｇ又はＨからの入力パルスがあれば、カウントはそ
のまま継続されていることになる。このカウント９は桁
上げ、桁下げがあれば、その時の桁上げ信号（ＣＯｒｒ
ｙ）Ｉと、桁下げ信号（ＢＯｒｒＯｖ）Ｊとを出力する
。カウンタ１０はプリセツタブル機能とアツプ・ダウン
のカウント機能との両機能を持つカウンタである。

アツプ・ダウンの機能は、上述のカウンタ９の桁上げ信
号１１桁下げ信号Ｊに応じてなされる。即ち、この際に
は５桁目のカウンタとなる。こ一方、プリセツタブル機
能は、クリア端子ＣＬとロード端子ＬＤの入力によつて
決まる。クリア端子ＣＬに信号が印加した際には、その
内容がクリアされる。これはゼロをプリセツトしたこと
を意味する。ロード端子ＬＤに信号が印加した際には
１その時にプリセツトデータ端子ＰＤに加わるデータが
プリセツトデータとしてセツトされる。レジスタ１１は
、カウンタ１０の出力をうけとり、ラツチ端子ＬＡに印
加するラツチ信号によつてその伏態をラツチするもので
ある。このレジスタ１１は表示機能及びプリセツトデー
タをラツチするために主として使用される。スイツチ１
２は、第１図のスイツチ１０４に相当し、前述した如く
載物台又は該台上の基準プロツク又は測定プロツクと、
プローブとが接触した時、オンするスイツチである。

（第１図ではオフであるが、これは電気的にはオンでも
オフでもよく、ここでは説明の都合上、接触によつてオ
ンになるものとする）。プローブは、スピンドルに半固
定している。即ち、スピンドルが載物台又は基準プロツ
ク、又は測定プロツクと充分離れた状態ではプローブは
それ自身の自重でスピンドノレにぶらさがつている。こ
の段階では、プローブはスピンドルの動きと全く同じ動
さをする。然るに、更にスピンドルがその方向に移動し
続け、何らかの物体面にプローブが接触するまで移動す
ると、プローブはその物体面に接触する。この接触と同
時にスピンドルを動かしているモータが同時停止すれば
よいが、接触と同時にモータへ停止指令を与えてもモー
タは貫性によりスピンドルを慣性分だけ移動させる。こ
の際、プローブをスピンドルに固定しておいた場合には
プローブにカカ伽わる。４：）Ｕ接触した物体面がプラ
スチツクの如きやわらかい面であれば、面がプローブに
よりひこんでしまうことになり、正しい座標測定ができ
ないことになる。

こうした欠点を防ぐために、接触と同時にプローブはス
ピンドルの動きに無関係に浮くようになつている。この
浮く状態時点のプローブへの接触力の大きさはプローブ
の自重そのものである。そして、スピンドフルが上昇し
、自重でプローブがスヒソドルに固定するまで浮く伏態
は続く。

スイツチ１２は上記接触した時点にオンとなるスイツチ
である。

具体的にはこのスイツチ１２はスピンドノレにプローブ
が自重でぶらさがつている状態でオフ、浮き上がつた状
態でオンになるようになつている。接触検出回路１３は
、上記スイツチ１２がオンになつた場合の各種指令信号
を発生する回路である。接触検出回路１３の入出力波形
信号Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎのタイムチヤートを第４図に示す。
スイツチ２２は、プリセツトデータ設定用スイツチであ
り、接点２２０に切換えた時にはデータＤ１をプリセツ
トし、接点２２１に切換えた時にはデータＤ２をプリセ
ツトするようになつている。

但し、以後の説明ではデータＤ２を数値ゼロとしている
。即ちゼロセツトである。スイツチ２５はプリセツト設
定かプローブの位置検出（カウント機能指示）かの指示
を行うものであり、接点２５１の時がプリセツト設定、
接点２５０がカウント機能指示を示すようになつている
。発光ダイオード２０はモータ停止表示用であり、発光
ダイオード３０はプリセツト設定表示用である。

その他の各種構成要素は以下の動作説明の中で述べる。
先ず、プリセツト動作を説明しよう。

スイツチ２５を接点２５１に切換える。この結果、接点
２５０がうくため、ナンドゲート２３，２４の接点２５
０を介した入力はハイレベル（以下、ＨＬと称す）なる
。次に、スイツチ２２を接点２２０，２２１のいずれか
に切換えると、その切換つた接点側がローレベル（以下
ＬＬと称す）となり、他方がＨＬとなる。今、接点２２
１側に切換つたとする。この結果、ゲート２３の出力は
ＬＬ、ゲート２４の出力はＨＬとなり、フリツプ・フロ
ツプ（ＦＦ）２６の出力はＨＬ，ＦＦ２７の出力はＬＩ
Ｊとなる。両ＦＦの出力はオアゲート２８を通り、トラ
ンジスタ２９をオンして、プリセツト表示用ダイオード
３０を発光させ、プリセツトの表示を行う。一方、ＦＦ
２６の出力ＨＬはアンドゲート１５に入力する。ＦＦ２
７の出力ＬＬはアンドゲート１４に入力する。他方、ス
ピンドルが下降している段階ではスイツチ１２がオフに
なつているため検出回路１３の出力Ｌ，Ｍ，Ｎはすべて
ＬＬとなつている。

そして、プローブがブリセツト用の物体面に接触すると
スイツチ１２はオンする。この間カウンタ９，１０はス
ピンドルの下降に応じてパルスをカウントしている。ス
イツチ１２がオンになると、微小時間Ｔ。なる巾のパル
ス信号Ｌを発生する。この結果、ＦＦ２６の出力がＨＬ
，ＦＦ２７の出力がＬＬ故、ゲート１４の出力はＬＬで
変らず、ゲート１５の出力のみがＨＬとなる。次いで、
インバータ１６の出力がＨＬのまま変らず、ゲート１７
の出力がＨＬとなる。インバータ１６の出力はカウンタ
１０のロード端子ＬＤに入力しているが、このロード端
子ＬＤの入力は負論理になつており、従つて、カウンタ
１０はロードされない。一方、カウンタ９，１０のクリ
ア端子へはゲート１５の出力ＨＬ、ゲート１７の出力Ｈ
Ｌが入力する。正論理でクリアするものとすると、この
入力信号により、カウンタ９，１０は両者クリアされる
。即ち、カウンタ９，１０はそれまでのスピンドルの移
動に伴つてカウントしてきた計数値がスイツチ１２がオ
ンしたことによつてクリアされることとなる。カウンタ
１０がクリアされることは、いわゆるゼロをプリセツト
したことを意味する。一方、スイツチ２２を接点２２０
に切換えた場合には、ＦＦ２６の出力がＬＬ，ＦＦ２７
の出力がＨＬとなり、先の接点２２１と全く逆の状態と
なる。しかし、ゲート２８を通して発光ダイオード３０
はブリセツト表示を行う。一方、信号Ｌによりゲート１
４の出力はＨＬ、ゲート１５の出力はＬＬとなり、カウ
ンタ９のみがクリアとなる。カウンタ１０にはインバー
タ１６を介してロード端子ＬＤにロード信号が印加する
。この時、ＦＦ２７の出力ＨＬがプリセツトデータ端子
ＰＤを通してカウンタ１０に取り込まれ、カウンタ１０
の内部のプリセツトデータＤ，をセツトする。以上の動
作を要約すれば、スイツチ２５を接点２５１側に切換え
てプリセツト状態とし、且つスイツチ２２を接点２２０
側に切換え、且つプローブが接触しスイツチ１２がオン
になると、カウンタ９は２クリア、カウンタ１０はデー
タＤ，をプリセツトする。一方、スイツチ２２を接点２
２１側に切換えた場合には、カウンタ９，１０共にクリ
アされ、カウンタ１０にはゼロがプリセツトされる。ノ 以上の動作が終了すると検出回路１３から信号Ｍが発生
する。

この信号Ｍはカウンタ９、レジスタ１１のラツチ端子Ｌ
Ａに入力しラツチ指令となる。この際カウンタ９でのラ
ツチはオールゼロ、レジスタ１１でのラツチは、カウン
タ１０のプリセツトした値としている。即ち、カウンタ
１０にプリセツトしたと同時にレジスタ１１にそのプリ
セツトデータが送られており、このデータを信号Ｍによ
りラツチすることとなる。但し、カウンタ９，１０では
プリセツトがなされた時点をゼロ位置として検出回路８
の出力パルスをこのラツチ区間中も順次カウントしてい
る。信号Ｍはラツチ指令の他に、バツフア２１を通して
モータに停止指令を送り、モータを停止させる。更に、
トランジスタ１９をオンとし、モータ停止表示用発光ダ
イオード２０を発光表示させる。次に、検出回路１３か
ら微小時間Ｔ，後Ｔ２なる巾の信号Ｎを発生する。

この信号ＮはＦＦ２６，２７をりセツトし、次いでプリ
セツト表示用発光ダイオード３０を消灯させる。これに
よつて、プリセツト状態が終了したことがわかる。ブリ
セツト終了後は、ＦＦ２６，２７がりセツトし、測定プ
ロツクを載物台にのせ、実際の測定を行う。

尚、計数値を表示、或いは外部に出力印字等をさせる場
合には、ラツチ信号をラツチ端子に印加させ、ラツチを
行わせ、その時の信号（データ）を外部出力させること
になる。以上の本発明によれば、第１図に示す如き物体
測定装置の電気回路として極めて実用的な回路を提供で
きた。

尚、本実施例は第１図の物体測定装置に適用して効果大
であるが、必ずしも他の構成の物体測定装置に適用でき
ないものではない。

例えば、接触検出用スイツチの構成は近接スイツチであ
つてもよく、或いはスピンドルとプローブとの関係も第
１図の如き場合だけではない。更に以上の実施例ではプ
リセツトとしてゼロとデータＤ，の事例を示したが、ゼ
ロ以外の任意の値Ｄ２をプリセツトするようにしてもよ
い。更に、２個のデータＤ，，Ｄ２以外に多数のデータ
をプリセツトするようにしてもよい。この際には、ＦＦ
２６，２７の他にデータ数に対応した数のＦＦを設け、
且つ、そのＦＦ出力によりプリセツト用データ設定回路
をアクセスして、カウンタ１０に転送するようにする。
また、位置検出用としてロータリエンコーダを使用した
が、リニアエンコードをスピンドルに取りつけるように
しても位置検出は可能である。本発明によれば、自動的
に基準位置をプリセツト可能にできた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となる物体測定装置の全体構
成図、第２図は本発明の実施例図、第３図、第４図はそ
れぞれ各部波形を示す図である。 １，１１０・・・ロータリエンコーダ、８・・・進行方
向判別検出回路、９，１０・・・カウンタ、１２，１０
３・・・プローブ接触検出用スイツチ、２５・・・プリ
セツト用スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 自動回転されるねじに螺合され上下動可能とされた
   スピンドルと、スピンドルに自重係止されスピンドルと
   相対上下可能とされたプローブと、プローブがスピンド
   ルから離反したことをもつて測定の基熟点となるべく与
   えられた物体面へのプローブの接触を検出する接触検出
   手段と、前記ねじの回転駆動に基づいてプローブの移動
   に応じた信号を出力する信号発生手段と、信号発生手段
   の出力信号によりプローブの位置を検出する位置検出用
   カウンタと、接触検出手段によつてプローブが上記物体
   面に接襲したことが検知された時該接触検出手段からの
   指令に基づき上記物体面の基準点をプリセットし、且つ
   位置検出用カウンタをクリアせしめる手段と、該プリセ
   ット及びリセット完了後上記位置検出用カウンタで位置
   変動をカウントさせる手段とを備えた物体測定装置。