JPS5937681Y2

JPS5937681Y2 - 自動計測装置の接触感知センサ−

Info

Publication number: JPS5937681Y2
Application number: JP1977090538U
Authority: JP
Inventors: 保山本
Original assignee: 株式会社池貝
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1984-10-19
Also published as: JPS5417989U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、主として数値制御工作機械に使用される自動
計測装置の接触感知センサーに関するものである。

出願人は、先に昭和５１年特許願第１４７３８６号にお
いて第１図に示すような自動計測装置を提案した。

すなわち、数値制御タレット旋盤のクロススライドＣ上
で回転割出可能なタレット刃物台１の任意の工具取付面
に触針ヘッド２が取付けられ、この触針ヘッド２の先端
には電気的絶縁物２１を介して触針２２が取付げられて
いる。

そしてこの触針２２の電気的絶縁物２１への取り付は端
の点Ｐがタレット刃物台１０回転中心軸上に設けたスリ
ップリング３を介して接触感知回路４に接続されて（・
る。

なおこの接触感知回路４は旋盤主軸の先端のチャック５
に把持された被加工物６から触針２２が離れた瞬間を検
知する機能を有している。

しかして、図示しな（・数値制御装置に入力された指令
情報にもとづいて駆動されるパルスモータ７．８により
タレット刃物台１を数値制御移動させて、被加工物６の
計測すべき加工孔の直径方向に対向するＡ、Ｂ２点に触
針２２を交互に当接せしめる。

このときタレット刃物台１のＸ方向の移動量はクロスス
ライドＣに平行して設けたディジタルリニアスケール９
により絶えず監視されており、触針２２が被加工物６の
加工孔のＸ方向直径上の一方の点Ａを離れる瞬間から他
方の点Ｂに接する瞬間までのタレット刃物台１の移動量
と触針２２９先端の直径とから目的とする被加工物６の
加工孔の直径が得られる。

上記の自動計測装置において、測定精度を高めるため、
触針２２は導電性を有しかつ非磁性の材料例えばステン
レス材などでつくられ、密着部分の全くない、すなわち
摩擦機構のないコイルバネ状の形状であってその先端部
は外力によりＸ方向、Ｚ方向およびＸ−Ｚ平面に垂直な
Ｙ方向に数朋程度の弾性変形が可能なものであり、かつ
外力が除去された時に初期位置への復元性の極めて良好
なものとして形成されている。

しかしながら以下に記述するように実用性の上で問題を
有していた。

すなわち、実際の切削力任では水溶性の切削剤が使用さ
れており、切削加工直後に被加工物の測定面に触針を当
接して測定を行なうと触針が被加工物から離れる瞬間に
おいて、はんの僅かの間ではあるが、触針と被加工物の
測定面とが水溶性切削剤の表面張力の作用で電気的には
離れていない状態が生じ、そのため測定精度が低下する
。

また、切削加工直後の被加工物の測定面の状態は目に見
えない程度の細いひげ状の突起がある場合も多々ありそ
のためマイクロメータやシリンダケージのような測定器
で測った測定値と比較して僅かではあるが外径の場合は
大きめに、内径の場合は小さめな計測値となるｍ１Ｊｌ
ｉ誤差が生じる。

また、被加工物の材質にもよるが、細かい切屑が触針に
付着して触針の復元精度が低下する。

また、被加工物が金属等の導電性を有したものでなげれ
ばＭＩＪｆ対象とすることが出来ず、例えば合成樹脂等
の導電性を有しないものは測定対象にならない。

本考案は叙上の如き欠点を排除し、より実用的なセンサ
ーを提供することを目的としたものである。

本考案に係る接触感知センサーは、従来の触針と同様に
数値制御タレット旋盤のタレット刃物台又はクロススラ
イドの任意の取付面に取り付けられ、接触感知回路と電
気的に接続されており、数値制御装置に入力された指令
情報にもとづいてタレット刃物台を数値制御移動させて
測定対象としての被加工物即ち被損１淀物の測定すべき
２点間の距離を測定する際に被測定物２１２点に接離す
る瞬間を検知するものである。

以下本考案の実施例を第２図乃至第１図を参照して説明
する。

第２図、第３図において、ケース１０は中空円筒状をな
し、このケース１０の先端部内には棒状の触針ロッド１
１がその略中央位置で摩擦機構の少ないピン１２により
Ｘ−２面内でｌト角度に回動自在に枢支されている。

この触針ロッド１１の先端部には被測定物と当接する両
端が球面をなす触針頭１３がビス１４により取り付けら
れ、後端部には接触ピン１５が固着されている。

この触針頭１３と接触ピン１５とは前記ピン１２を中心
としてほぼ同じ距離ｔに位置している。

前記ケース１０内の接触ピン１５の近傍位置には触針ロ
ッド１１を両側より弾撥するコイルバネ等からなる１対
の保持部材１６が配設されている。

この保持部材１６はケース１０に螺合した調整ボルト１
６′によりその弾撥力がそれぞれ調整されるようになっ
ており、触針ロッド１１をその中心軸線Ｓがケース１０
の中心軸線ｍと一致する位置すなわち中立位置に保持し
ている。

また前記ケース１０の先端部には、先端開口部にキャッ
プ１Ｔを嵌着したカバー１８が取り付げられて切屑が触
針ロッド１１に直接巻きついたりしないように保護して
いる。

このカバー１８の先端部には触針頭１３が突出しかつ触
針頭１３が変位する際に触れない程度の小さな孔１９が
設けられている。

前記ケース１０内の触針ｑラド１１の枢支部附近にばＯ
リング等の軟質シール材２０が配設され、ケース１０内
へ切削液や細かい切屑等が混入するのを防止している。

以上のようにして第１触針部２１が構成されている。

なお上記軟質シール材２０は接触ピン１５の復元性を阻
害するものと考えられるが、接触ピン１５の復元性は後
述するようにかなり粗（・ものでもよく、また触針頭１
３のＸ方向の変位量はケース１０の中心軸線ｍを境にし
て士両方向にたかだか１ｍｍ程度であり、そのときの軟
質シール材２０が配設された位置における触針ロッド１
１のＸ方向の変位量はたかだか０．１５ｍｍ程度である
ため、接触ピン１５の復元性を大巾に阻害することはな
く、測定精度に悪影響を与えることはな（・。

一方前記ケース１０の後端部内には絶縁ブツシュ２２が
嵌合されている。

この絶縁ブツシュ２２の先端部には密着部分の全くない
、すなわち摩擦機構のないコイルバネ状の弾性体２３が
締付ボルト２４により取り付けられている。

この弾性体２３の自由端は、外力によりＸ方向、２方向
およびＸ−２平面に垂直なＹ方向に数ｍｌ程度の弾性変
形が可能で、かつ外力が除去された時に初期位置への復
元性の極めて良好なものとして形成され、そしてこの自
由端の先端面には第４図に示す如く接触ピン１５の直径
Ｄ２より約１一度山の広い溝巾Ｄ１を有する係合溝部２
５が設けられて、この係合溝部２５に接触ピン１５が挿
入され間隙をもって係合している。

すなわち、前記触針ロッド１１が両側の保持部材１６に
より弾撥されて中立位置に保持されているとき、接触ピ
ン１５は係合溝部２５の一方の溝壁２５ａと他方の溝壁
２５ｂとの中間に位置し係合溝部２５とは接触していな
い。

以上のようにして第２触針部２６が構成されている。

上記絶縁ブツシュ２２は非導電性の合成樹脂等よりなり
、他の部材は全て導電性の金属よりなるため、前記第１
触針部２１の接触ピン１５が触針ロッド１１の回動に伴
なって上記第２触針部２６の係合溝部２５と接触しない
かぎり第１触針部２１と第２触針部２６とは電気的に絶
縁されている。

前記ケース１０と締付ボルト２４はそれぞれ独立してリ
ード線２７，２８により接触感知回路２９に電気的に接
続されている。

次にこの接触感知回路２９を第６図および第７図を参照
して説明する。

上記リード線２Ｔと２８との間に抵抗３０と電源３１と
が直列に接続されており、該抵抗３０の一端とリード線
２８との接続点Ｈは、前記接触ピン１５と係合溝部２５
とが接触したとき、すなわちリード線２１と２８とが短
絡したときにはＯｖとなり、逆に前記接触ピン１５と係
合溝部２５とが離間してリード線２７と２８とが絶縁し
ているときには電源３１の電圧例えば５Ｖとなる。

この接触ピン１５と係合溝部２５との接離の際の信号伝
達状況を第１図のタイムチャートを参照して説明すると
、時間軸３２において、ｔｌおよびｔ３の時点を接触ピ
ン１５と係合溝部２５とが接触する瞬間とし、ｔ２およ
びｔ４の時点を接触ピン１５と係合溝部２５とが離間す
る瞬間とすると、Ｈ点の状態はタイムチャート３３に示
すように、ｔｌ、ｔ２゜ｔ３およびｔ４の各時点におい
て接離の瞬間の直后数１０ｍ５ｅｃの間は通常の電気接
点と同様にチャタリング現象を起しその後、接触した場
合にはＯｖに、離間した場合には５ｖに安定する。

チャタリング除去回路３４はＨ点の上記タイムチャート
３３に示す信号を入力しこのチャタリングを含んだ信号
を整形し第７図のタイムチャート３５に示すような矩形
波信号を出力する。

ゲート信号回路３６は上記チャタリング除去回路３４の
出力信号を入力して、該チャタリング除去回路３４の矩
形波出力がＯｖかも５ｖに変化する瞬間毎にその出力を
反転するもので、第７図に示すタイムチャート３７の信
号を出力する。

すなわち、時間ｔ２直后に５ｖとなり、時間ｔ４までこ
の状態を維持し、時間ｔ４直后にＯＶとなる。

なお、接触ピン１５が係合溝部２５に接触する直前に絶
縁破壊による放電で両者の接触面が損傷され、そのため
に測定精度が低下することが考えられるが、ここで必要
とする電流は電源３１と抵抗３０とにより決まるが、数
１０ｍＡ程度で充分であり、本出願人が開示した実用新
案登録第９９３８３３号に記載したように、４００ｍ
Ａ以下の電流であれば放電による接触面の損傷はなく測
定精度を低下させる惧れはない。

次に接触感知センサーの動作を第５図を参照して説明す
る。

接触感知センサーは、従来のものと同様に、例えば数値
制御旋盤のタレット刃物台の任意の工具取付面に装着さ
れており、その触針頭１３がクロススライドの数値制御
移動に伴なって被加工物６の計測すべき加工孔のＸ方向
直径上の対向する２点Ａ、Ｂに交互に当接せしめる。

まず第５図ａに示すように、触針頭１３が測定すべき被
加工物６の被測定個所に当接せず接触ピン１５が係合溝
部２５と接触していない状態から同図すに示すように触
針頭１３を被加工物６の孔の対向する２点Ａ、Ｂの一方
の点Ａに当接せしめる。

すると触針ロッド１１がピン１２を支点として保持部材
１６０弾撥力に抗し反時計方向にわずかに回動し、接触
ピン１５が係合溝部２５の一方の溝壁２５ａに接触する
。

これによって第１触針部２１と第２触針部２６とが電気
的に接続され、接触感知回路２９の接続点Ｈにおける電
位がＯｖとなり接触ピン１５が溝壁２５ａと接触する瞬
間（第７図に示す時間軸３２のｔｌの時点）が検知され
る。

次に触針頭１３を被加工物６の一方の点Ａから離間させ
て同図Ｃに示すように他方の点Ｂに当接せしめる。

すると触針ロッド１１がピン１２を支点として保持部材
１６に抗し上記とは逆に時計方向にわずかに回動され、
接触ピン１５が保合溝部２５の他方の溝壁２５ｂに接触
する。

これによって第１触針部２１と第２触針部２６とが電気
的に接続され、接触感知回路２９の接続点Ｈにおける電
位がＯｖとなり、接触ピン１５が他方の溝壁２５ｂに接
触した瞬間（第７図に示す時間軸３２のｔ３の時点）が
検知される。

その接触針頭１３を被加工物６の他方の点Ｂから離間さ
せて再び同図ａに示す最初の状態に戻す。

ここで、第５図すから同図Ｃへ移行する際、すなわち同
図ｄに示す状態において、触針類１３は被加工物６の一
方の点Ａに保持部材１６０弾撥力により１ｏ０１ｆｉ’
乃至２００１程度の当接力で当接しており、このｄに示
す状態から触針類１３が被加工物６の一方の点Ａから離
間すると、触針ロッド１１が反時計方向に回動した状態
からピン１２を支点として保持部材１６０弾撥力により
中立位置に復帰し、接触ピン１５が係合溝部２５の一方
の溝壁２５ａから離れる。

これによって第１触針部２１と第２触針部２６との電気
的接続が断たれ接触感知回路２９の接続点Ｈにおける電
位が５ｖとなり、接触ピン１５が一方の溝壁２５ａから
離れた瞬間（第７図に示す時間軸３２のｔ２の時点）が
検知される。

また、第５図Ｃから同図ａへ移行する際、すなわち同図
ｅに示す状態において、触針類１３は被加工物６の他方
の点Ｂに保持部材１６の弾撥力により１００ｆ乃至２０
０ｆ程度の当接力で当接しており、とのｅに示す状態か
ら触針類１３が被加工物６の他方の点Ｂより離間すると
、触針ロッド１１が時計方向に回動した状態からピン１
２を支点として保持部材１６０弾撥力により中立位置に
復帰し、接触ピン１５が係合溝部２５の他方の溝壁２５
ｂより離れる。

これによって第１触針部２１と第２触針部２６との電気
的接続が断たれ、接触感知回路２９の接続点Ｈにおける
電位が５Ｖとなり、接触ピン１５が他方の溝壁２５ｂが
ら離れた瞬間（第７図に示す時間軸３２のｔ４の時点）
が検知される。

以上のように触針類１３を被加工物６の測定すべき加工
孔のＸ方向直径上の対向する２点Ａ、Ｂに交互に当接す
ることによって、接触ピン１５と係合溝部２５との接離
した瞬間が接触感知回路２９により検知され、該接触感
知回路２９のゲート信号回路３６からの出力信号により
接触ピン１５が係合溝部２５の一方の溝壁２５ａから離
れた瞬間ｔ２から他方の溝壁２５ｂに接触し再び離れた
瞬間ｔ４までの時間が分かる。

この時間におけるクロススライドの移動量は従来と同様
にディジタルリニアスケールにより絶えず監視されてお
り、上記接触感知回路２９の働きにより触針類１３が被
測定物６のＡ点を離れてからＢ点を離れるまでのクロス
スライドの移動量が前記リニアスケールによりディジタ
ルに計数される。

このようにして得られたクロススライドの移動量と接触
頭１３の長さＤｓと、係合溝部２５の溝巾Ｄ１と接触ピ
ン１５の直径Ｄ２との差Ｄ１−Ｄ２とを関連づけること
により被力旺物６の測定すべき加工孔の内径Ｄｗを求め
ることが出来る。

次に第１触針部２１の触針ロッド１１および第２触針部
２６の弾性体２３の各々の中立位置への復元精度につい
て述べると、まず、触針ロッド１１の復元精度について
は、ピン１２で多少とも摩擦機構をもち、しかも軟質シ
ール材２０も阻害要因となっているため、あまり高い復
元精度を望めないが、触針ロッド１１が中立位置に復帰
したとき接触ピン１５が係合溝部２５の溝壁２５ａ
、２５ｂより離れていさえすればよい。

すなわち、係合溝部２５の溝巾Ｄ１と接触ピンの直径Ｄ
２との差Ｄ１−Ｄ２が一定であればよいので、低い復元
精度、例えば０・３ｒｒｒ！ｆＬ以下で充分である。

一方弁性体２３の復元精度については、前述した如く全
く摩擦機構を持たないコイルバネ状に形成されているた
め復元精度は１μｍ以下で極めて高く、通常の場合例等
精度上の問題は生じない。

このようにして、高い測定精度を得ることができること
は、触針ロッド１１がいわゆる剛体とされ、かつ係合溝
部２５が弾性体２３によって弾性的に支持されるといっ
たことの組合わせに基づ（ものである。

すなわち、触針ロッド１１が剛体であることにより、呵
動接点としての接触ピン１５が触針ロッド１１の中間部
の定められた１点を中心として確かに変位し、かつその
変位量が被測定物に接離する触針ロッド１１の触針類１
３の動きとｌ対ｌの一定した関係をもち、一方、係合溝
部２５が弾性的に支持されていることにより、その固定
接点としての係合溝部２５から可動接点としての接触ピ
ン１５が離れる瞬間、つまり検出すべき瞬間において、
その固定接点としての係合溝部２５が精度良く中立位置
に復帰するといったことが、検出すべき瞬間における触
針類１３と係合溝部２５との位置関係、つまり可動接点
と固定接点との位置関係を正確に定めることになって、
測定精度の向上につながるのである。

また、このように回動する触針ロッド１１についてはそ
の復帰精度が低くてもよく、固定接点としての係合溝部
２５の復帰精度については簡単に高くすることができる
といったことは、測定精度の高いこの種の接触感知セン
サーを簡単に成す上においてきわめて有利である。

以上説明したように本考案の接触感知センサーによれば
、一端に触針類を他端に接触ピンを設げた回動自在の触
針ロッド及びこの触針ロッドを中立位置に保持する保持
部材を有する第１触針部と、上記接触ピンと間隙をもっ
て係合する係合溝部を設けた弾性体及び絶縁ブツシュを
有する第２触針部とに分離して、触針類が直接被測定物
に接離する瞬間を検知する代わりに密閉されたケース内
に収納された接触ピンが係合溝部に接離する瞬間を検知
するように構成したので、触針類が被測定物から離れた
瞬間において両者が切削剤の膜を介して電気的接続状態
にあっても第１触針部と第２触針部とがすでに電気的絶
縁状態となっているため測定精度が低下する惧れはない
。

また被測定面に切削剤の膜や切削加工により生じた細か
いひげ状の突起があっても、接触ピンが係合溝部から離
れる瞬間には、末だ触針類は被測定面に１００Ｐｒ〜２
００Ｓ’ｒ程度の接触圧をもって接触しているので、油
膜やひげ状の突起の影響を受けず測定誤差が生じる惧れ
かない。

また、被加工物は導電性でなくてもよく例えば合成樹脂
材等でもよい。

また、可動接点としての接触ピンを有する触針ロッドを
いわゆる剛体とし、かつ固定接点としての係合溝部を弾
性体によって弾性的に支持するといったことの組み合わ
せによって、測定精度の向上を図ることができる。

すなわち、触針ロッドがいわゆる剛体であることにより
、可動接点としての接触ピンが触針ロッドの中間部の定
められた１点を中心として確かに変位し、かつその変位
量が被測定物に接離する触針ロッドの触針類の動きと一
定した関係をもち、一方、係合溝部が弾性的に支持され
ていることにより、その固定接点としての係合溝部から
可動接点としての接触ピンが離れる瞬間、つまり検出す
べき瞬間において、その固定接点としての係合溝部が精
度良く中立位置に復帰するといったことが、検出すべき
瞬間における触針類と係合溝部との位置関係、つまり可
動接点と固定接点との位置関係を正確に定めることにな
って、測定精度を向上させる。

また、回動する触針ロッドについてはその復帰精度が低
くてもよく、固定接点としての係合溝部の復帰精度につ
いては簡単に高くすることができるといったことは、測
定精度の高いこの種の接触感知センサーを簡単に戊す上
においてきわめて有効である。

なお実施例で示したように、第１触針部と第２触針部と
共にカバーにより保護するようにすれば、切削剤、切屑
、ゴ□等より保護され高い精度を永続的に維持出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は数値制御旋盤に適用した従来の自動計測装置の
ブロック線図、第２図は本考案の接触感知センサーの中
心軸における横断平面図、第３図は同縦断面図、第４図
は接触ピンと係合溝部との係合関係を示す説明図、第５
図は本考案の接触感知センサーのＸ−Ｚ平面における動
作を示す説明図、第６図は接触感知回路のブロック線図
、第７図は接触感知回路における信号伝達のタイムチャ
ートである。１１・・・・・・触針ロッド、１３・・・・・・触針類
、１５・・・・・・接触ピン、２５・・・・・・係合溝
部、２１・・・・・・第１触針部、２６・・・・・・第
２触針部、２２・・・・・・絶縁ブツシュ２３・・・
・・骨性体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

被測定物に接離して測定開始および測定終了を検知する
ように構成した自動計測装置の接触感知センサーにおい
て、筒状のケース内に、その長さ方向に沿う剛性の触針
ロッドの中間部が回動可能に支持され、その触針ロッド
の一端に触針部が他端に接触ピンが設けられ、かつ前記
ケース内に、前記触針ロッドを回動の中立位置に弾性保
持する保持部材が設けられてなる第１の触針部と、前記
ケース内に、先端を前記接触ピンに対向させた弾性体が
絶縁ブツシュを介して取付けられ、かつこの弾性体の先
端に、前記接触ピンと所定の隙間をもって係合する係合
溝部が設けられてなる第２の触針部とを具備し、前記触
針部が被測定物に当接したとき、前記触針ロッドが前記
保持部材に抗して回動し前記接触ピンが前記係合溝部に
接触して前記第１触針部と第２触針部とが電気的に接続
され、前記触針部が被測定物より離れたとき、前記触針
ロッドが前記保持部材により中立位置に復帰し前記接触
ピンが前記係合溝部から離れて前記第１触針部と前記第
２触針部とが電気的に絶縁されるように構成したことを
特徴とする自動計測装置の接触感知センサー。