JPS6324403Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、タツチ信号プローブに係り、特に、
３次元測定機或いは位置測定機に用いるに好適
な、被測定物との接触による接触子の３次元的な
変位をとらえて、接触子と被測定物との接触を検
知するタツチ信号プローブの改良に関する。

一般に、測定基盤上に載置された被測定物の大
きさ及び形状を測定する３次元測定機或いは、工
作機械の刃物台と被加工物との相対的な位置を測
定する位置測定機が知られており、これらの測定
機においては、被測定物に対して任意の方向に移
動可能な移動台に、被測定物との接触による接触
子の３次元的な変位をとらえて、接触子と被測定
物との接触を検知するタツチ信号プローブを装着
し、このタツチ信号プローブにより被測定物との
接触が検知された時の位置信号を測定値とするこ
とにより、正確な測定値を得るようにされてい
る。このタツチ信号プローブは、被測定物と交互
に係合及び離脱させながら１つの装定点から次の
測定点へと迅速に移動させ得るようになつている
が、通常、接触子と被測定物とが係合した瞬間に
直ちにブローブの動きを停止することができない
ので、ブローブが限られた量だけ係合点からオー
バーランし得るように、接触子を機構学的位置決
め装置によつて基部に取付け、接触子が基部に対
して相対的に限られた範囲で移動するので許容し
得るようになつている。又、ブローブが被測定物
から離れた時に、接触子を、その初期位置、即ち
静止位置へと復帰するための復元機構が設けられ
ており、前記のオーバーランはこの復元機構の作
用に抗して起こることにされている。

このようなタツチ信号プローブにおいては、接
触子と被測定物との接触を正確に検出できると共
に、被測定物に当接する接触子が損傷を受けるこ
とのない構造とすることが必要であり、(1)接触子
が被測定物と接触していない状態においては、接
触子とブローブ本体及び移動台との相対位置関係
が常に一定となること、(2)比較的慣性の大きい移
動台に装着される場合や、移動台が高速で移行運
転される場合には、接触時に接触子がブローブ本
体に対して傾き或いは移動して、タツチ信号プロ
ーブのオーバーラン時における接触子に加わる過
大な負荷を吸収できるよう、位置決め装置により
許容される接触子の変位量が大きいこと、(3)接触
子が被測定物に係合した瞬間に発生する接触信号
の応答性が優れていること、(4)被測定物に係合し
た時に接触子に働く力が十分に小さいこと、(5)プ
ローブ移動台がプローブを加速又は減速する際に
接触子又はプローブの他の構成部材に作用する慣
性力により、疑似信号が発生しないこと、等が要
求される。

前記のような目的を達成するタツチ信号プロー
ブとして、例えば特開昭49−94370号に示される
如く、２個の球軸受を接近配置してＶ溝を形成
し、このＶ溝を円周上に120度間隔で３個配設し、
各Ｖ溝に、中央部が接触子の非接触側端部に固定
された円盤状の部材から放射状に延長された軸を
それぞれ収容させるようにして、前記各球軸受と
各軸との係合の有無から接触子と被測定物の接触
を感知するようにしたタツチ信号プローブが提案
されている。

しかしながら前記タツチ信号プローブは、接触
子を上方で支持するための上支点がないために、
定位置復帰への繰返し精度が悪く、更に、Ｚ軸方
向については、前記３本の軸を持ち上げることに
よつて測定することになるので、繰返し精度が低
く、不感帯の幅も大きくなるという不都合があつ
た。

更にまた、このタツチ信号プローブは、構造が
複雑であり、Ｖ溝を形成するに際し、それぞれの
Ｖ溝が同一形状となるよう球軸受を精密に固定し
なければならず、又、ケーシングに対し各Ｖ溝の
高さ方向を正確に位置決めしなければならず、更
に、各球軸受の加工精度も高度のものが要求され
る等の製造上の欠点を有するだけでなく、外部か
ら侵入した塵埃や構成部品の摩耗により発生した
塵が、前記Ｖ溝内に堆積すると精度が低下し、
又、保守点検も容易ではないという使用上の欠点
を有していた。更に、接触子が球軸受の半径に対
応する角度を越えて回動してしまつた場合には、
円盤状の部材から延長された軸が元のＶ溝内に戻
ることができず、測定に大きな支障をきたす恐れ
もあつた。又、構造が複雑で、各構成要素の加工
精度、組立時の誤差が直ちに精度に影響を与える
ため、特に、数μmオーダーの精度を要求される
３次元測定機等には不適であつた。

本考案は上記従来の不都合に鑑みてなされたも
のであつて、原点復帰性に優れた繰返し精度の高
いタツチ信号プローブを提供することを目的とす
る。

又この発明は、簡単な構造により接触子と被測
定物との接触状態を確実に検知することができ、
実用性の高いタツチ信号プローブを提供すること
を目的とする。

この考案は、本体ケーシングに３次元的変位可
能に支持された測定子を備え、該測定子の被測定
物との接触による３次元的変位にもとづく、前記
本体ケーシングに設けられた固定接点部材と前記
測定子に設けられた可動接点部材との接離からタ
ツチ信号を検知するようにしたタツチ信号プロー
ブにおいて、前記測定子の前記本体ケーシング内
基端部を先端が先細りとなるテーパ面を備えた錐
体形状とし、該錐体形状基端部を、この錐体中心
軸の周囲に等角度間隔に配置した複数のガイド部
材間に挿通し、かつ、該ガイド部材を介して前記
本体ケーシングに支持させて、測定子の上部支点
を形成し、前記固定接点部材と可動接点部材を、
前記測定子中心軸の周囲に同一半径上で等角度間
隔に配置された複数の球状体及び前記中心軸を中
心として前記球状体に接触するように形成された
傾斜面との組わせから構成し、かつ、前記測定子
には、その中心軸廻りの回転止めを設けることに
よつて上記目的を達成するものである。

又本考案は前記タツチ信号プローブにおいて前
記ガイド部材を球体とすることによつて上記目的
を達成するものである。

又本考案は前記タツチ信号プローブにおいて、
前記ガイド部材を、弾性部材を介して前記本体ケ
ーシングに支持することによつて上記目的を達成
するものである。

又本考案は前記タツチ信号プローブにおいて、
前記基端部の端面と前記ケーシングの間に圧縮コ
イルばねを装架することによつて上記目的を達成
するものである。

以下本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。

この実施例は、図に示されるように、本体ケー
シング１に３次元的変位可能に支持された測定子
２を備え、該測定子２の被測定子（図示省略）と
の接触による３次元的変位に基づく、前記本体ケ
ーシング１に設けられた固定接点部材３と、前記
測定子２に設けられた可動接点部材４Ａ〜４Ｃと
の接離からタツチ信号を検知するようにしたタツ
チ信号プローブＰにおいて、前記測定子２の前記
本体ケーシング１内の基端部５を、先端が先細り
となるテーパ面５Ａを備えた逆円錐台形状とし、
該逆円錐台形状基端部５を、その中心軸の周囲に
等角度間隔に配置した３個の球状ガイド部材６間
に挿通し、かつ該球状ガイド部材６を介して前記
本体ケーシング１に支持させて、測定子２の上部
支点を形成したものである。

前記３つの球状ガイド部材６は、ボルト７によ
つて本体ケーシング１に取付けられた板ばね８の
自由端上面に固着され、前記基端部５は前記３個
の球状ガイド部材６の中心位置において前記板ば
ね８に形成された挿通孔９に上方から挿通される
ことによつて、球状ガイド部材６に支持されてい
る。又前記基端部５の端面５Ｂと本体ケーシング
１の蓋部１Ａとの間には圧縮コイルばね１０が装
架され、これによつて前記基端部５は下方に付勢
されている。

前記板ばね８のばね定数は、前記圧縮コイルば
ね１０のばね定数よりも大きくされ、これによつ
て板ばね８は圧縮コイルばね１０によつて付勢さ
れている測定子２を、定常状態で水平に維持でき
るようにされている。

前記測定子２は、本体ケーシング１の下部開口
１１から下方に突出するスピンドル１２を備え、
このスピンドル１２はその先端に球状の接触子１
３を一体的に備えている。又スピンドル１２には
本体ケーシング１内の位置において、該スピンド
ル１２の軸線と直交する円板１４を一体的に備え
ている。

前記円板１４の外周近傍下側面には、前記スピ
ンドル１２の中心軸を中心とする円に沿つて下向
きのＶ字溝１５が形成されている。このＶ字溝１
５には120゜の等角度間隔で前記球状の３個の可動
接点部材４Ａ〜４Ｃが前記円板１４と一体的に取
付けられている。

この３個の球状可動接点部材４に対応して、前
記固定接点部材３は、スピンドル１２の軸線を中
心として前記球状の可動接点部材４に接触するよ
うに、外側に斜上向きに形成された輪状傾斜面３
Ａを備え、両者間に電気接点が構成されるように
なつている。

又前記円板１４の上面には、垂直上方に延在す
る一対の線状ばね１６Ａ，１６Ｂがピン１７によ
つて支持、取付けられている。これら線状ばね１
６Ａ，１６Ｂは、平行かつ接触した状態で配置さ
れ、その上端は、前記本体ケーシング１から水平
かつ半径方向内側に向つて突出したストツパー１
８の先端部を挾持し、これによつて円板１４即ち
測定子２の軸廻りの回転を弾性的に阻止する回転
止めを形成している。

前記固定接点部材３の輪状傾斜面３Ａと、前記
３個の球状可動接点部材４Ａないし４Ｃはその接
触箇所において、電気接点を構成しているが、こ
れら電気接点は、第３図に示されるように、検出
回路１９に直列に接続され、これによつて前記電
気接点の少なくとも１個がオフ状態になつたこと
から、球状接触子１３と被測定物との接触を検出
するようにされている。

具体的には、固定接点部材３の前記３個の可動
接点部材４Ａないし４Ｃに対応する輪状傾斜面３
Ａの各部分を他の部分に対して絶縁状態とし、各
可動接点４及びこれと一体の円板１４を接地する
か、又は３個の可動接点部材４Ａないし４Ｃを
各々他の部分から絶縁状態とし、かつ固定接点部
材３を接地して直列回路を構成する。

次に上記実施例の作用を説明する。

まず接触子１３が被測定物と接触していない定
常状態においては、測定子２の自重及び基端部５
の端面５Ｂを付勢する圧縮コイルばね１０の反発
力とによつて、可動接点部材４Ａ〜４Ｃが固定接
点部材３に全て接触し、かつ基端部５が球状ガイ
ド部材６の中心に同軸的に位置されている。従つ
て球状接触子１３はXY方向及びＺ方向に同時に
位置決めされている。

プローブ移動台等の移動に伴つてタツチ信号プ
ローブＰが移動され、測定子２の先端の球状接触
子１３が被測定物に当接すると、測定子２は、そ
の自重及び圧縮コイルばね１０に抗して３次元方
向に変位し、前記３個の球状可動接点部材４Ａな
いし４Ｃの内少なくとも１つが固定接点部材３の
輪状傾斜面３Ａに対して非接触状態となる。

するとこの非接触状態が前記検出回路１９によ
り検出され、被測定物と接触子１３との接触が検
出されることになる。

この際において、測定子２は上端の基端部５に
おいて、３個の球状ガイド部材６に載置されてい
るので、該基端部５のテーパ面５Ａと球状ガイド
部材６の接点を支点として、傾動され、たとえ球
状の可動接点４が固定接点部材３の輪状傾斜面３
Ａに対して滑りを生じたとしても、該滑りを生じ
た接点部材が傾動の支点となることはないので、
接触子１３と被測定物との接触の検出精度にばら
つきを生じることはない。又基端部５は錐体形状
であつて下向きに先細りのテーパ面５Ａによつて
球状ガイド部材６に接触しているので、該基端部
５が測定子２の全体の傾動の支点となる場合に過
大な荷重が生じないという利点がある。

更に基端部５はその上端面５Ｂが圧縮コイルば
ね１０によつて下方に付勢されているので、傾動
位置からの原点復帰が迅速かつ確実になされると
いう利点もある。また、圧縮コイルばね１０が設
けられていない場合でも、測定子２は、可動接点
４と輪状傾斜面３Ａによる位置規制に加えて、基
端部５のテーパ面５Ａと球状ガイド部材６の接触
による規制があるので原点復帰が確実になされ
る。

又測定子２全体をその中心軸廻りに回転させる
力が働いても、線状ばね１６Ａ，１６Ｂとストツ
パ１８の作用によつて弾性的に原的復帰がなされ
る。

この実施例は、比較的容易に高精度を得られる
球状可動接点部材４Ａ〜４Ｃを介して、測定子２
を輪状傾斜面３Ａに支持する構成であるので、加
工性、組立性に優れている。

なお上記実施例において、基端部５は球状ガイ
ド部材６によつて支持されているが、このガイド
部材は基端部５のテーパ面５Ａとの関係におい
て、測定子２の傾動時にその支点となり、かつ原
点復帰を容易とする形状であれば良い。従つて球
面以外の異形曲面或いは、例えば断面が円形のリ
ングの内側を周方向に適宜間隔で切欠きを構成
し、非切欠き部分において基端部５のテーパ面５
Ａに接触する構成、等であつても良い。又ガイド
部材６の個数も実施例のものに限定されない。

但し、球状ガイド部材６の場合は、精度の高い
鋼球等比較的低コストでかつ入手しやすい部材で
構成できるという利点がある。更に球状ガイド部
材６の個数については、前記球状可動接点部材４
と対応する位置に設けることによつて、いずれか
の球状可動接点部材４を中心として測定子２が傾
動されることを確実に阻止し、対応する球状ガイ
ド部材６とテーパ面５Ａとの接点を傾動支点とす
ることができるという利点がある。

又上記実施例は、球状ガイド部材６が弾性部材
である板ばね８によつて支持されているが、これ
は本体ケーシング１と一体の部材に支持するよう
にしても良い。但しこの場合は、傾動した測定子
２の原点復帰の際に、板ばね８のたわみ作用を期
待できないので、原点復帰が前記実施例ほど滑ら
かにはならないこともある。

又前記実施例において、基端部５の端面５Ｂと
前記本体ケーシング１との間には圧縮コイルばね
１０が装架されているが、測定子２の自重によつ
て、原点復帰が容易にできるものであれば必ずし
も必要でない。

又前記可動接点部材４は球状とされ、かつ固定
接点部材３はこの可動接点部材と接触する輪状傾
斜面３Ａを備えているが、これらは逆に配置して
も良い。従つて本体ケーシング側の固定接点部材
を球状とし、測定子２側の可動接点部材を輪状傾
斜面としても良い。

又前記実施例は、測定子２の周り止めを線状ば
ね１６Ａ，１６Ｂとこれと係合するストツパー１
８によつて構成しているが、これは測定子２の本
体ケーシング１に対するその軸線廻りの回転を阻
止するものであれば良く実施例の構成に限定され
ない。従つて例えば基端部５を逆三角錐形状と
し、その各々のテーパ面に、前記球状の球状ガイ
ド部材６が接触することによつて、これに周り止
めを兼ねさせるようにしても良い。又固定接点部
材３と３個の球状可動接点部材４との関係におい
て、例えば可動接点部材４が固定接点部材３側の
２個の球の間に入り込む構成、或いは固定接点部
材３側のＶ字溝に接触する構成等両接点部材間で
測定子２の軸線廻りの回転を阻止する回転止めを
構成するようにしても良い。

但し固定接点部材３と可動接点部材４を実施例
のように輪状傾斜面３Ａと球状体との関係とする
と、測定子２の軸線廻りの製作誤差が問題となら
ないので、製作が容易であるという利点がある。

更に上記実施例は、測定子２の基端部５を下向
きに先細りのテーパ面５Ａを備えた円錐体として
いるが、この場合、板ばね８を第１図に示される
ように略三角形状に構成し、これに挿通孔９を形
成する場合は、基端部５を、第２図に示されるよ
うに、そのねじ部５Ｃにおいてスピンドル１２の
上端に螺合させるようにすると組立てに便利であ
る。

本考案は上記のように構成したので、簡単な構
造により原点位置復帰性を向上させ、従つて接触
子と被測定物との接触状態を確実かつ高精度に検
知することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るタツチ信号プローブの実
施例を示す平断面図、第２図は同縦断面図、第３
図は同実施例における検出回路を示すブロツク図
である。 Ｐ……タツチ信号プローブ、１……本体ケーシ
ング、１Ａ……蓋部、２……測定子、３……固定
接点部材、３Ａ……輪状傾斜面、４Ａ〜４Ｃ……
可動接点部材、５……基端部、５Ａ……テーパ
面、５Ｂ……端面、６……球状ガイド部材、８…
…板ばね、９……挿通孔、１０……圧縮コイルば
ね、１２……スピンドル、１３……球状接触子、
１６Ａ，１６Ｂ……線状ばね、１８……ストツパ
ー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 本体ケーシングに３次元的変位可能に支持さ
   れた測定子を備え、該測定子の被測定物との接
   触による３次元的変位にもとづく、前記本体ケ
   ーシングに設けられた固定接点部材と前記測定
   子に設けられた可動接点部材との接離からタツ
   チ信号を検知するようにしたタツチ信号プロー
   ブにおいて、前記測定子の前記本体ケーシング
   内基端部を先端が先細りとなるテーパ面を備え
   た錐体形状とし、該錐体形状基端部を、この錐
   体中心軸の周囲に等角度間隔に配置した複数の
   ガイド部材間に挿通し、かつ、該ガイド部材を
   介して前記本体ケーシングに支持させて、測定
   子の上部支点を形成してなり、前記固定接点部
   材と可動接点部材は、前記測定子中心軸の周囲
   に同一半径上で等角度間隔に配置された複数の
   球状体及び前記中心軸を中心として前記球状体
   に接触するように形成された傾斜面との組合せ
   からなり、前記測定子には、中心軸廻りの回転
   止めが設けられたことを特徴とするタツチ信号
   プローブ。 (2) 前記ガイド部材は球体とされたことを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項記載のタツ
   チ信号プローブ。 (3) 前記ガイド部材は、弾性部材を介して前記本
   体ケーシングに支持されたことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項又は第２項記載の
   タツチ信号プローブ。 (4) 前記基端部端面と前記ケーシング側の間には
   圧縮コイルばねが装架されたことを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項、第２項又は第
   ３項記載のタツチ信号プローブ。