WO2012137768A1 - 位置検出器 - Google Patents

位置検出器 Download PDF

Info

Publication number
WO2012137768A1
WO2012137768A1 PCT/JP2012/059056 JP2012059056W WO2012137768A1 WO 2012137768 A1 WO2012137768 A1 WO 2012137768A1 JP 2012059056 W JP2012059056 W JP 2012059056W WO 2012137768 A1 WO2012137768 A1 WO 2012137768A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection needle
position detector
support point
support
detection
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/059056
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宣夫 福久
Original Assignee
日新産業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日新産業株式会社 filed Critical 日新産業株式会社
Priority to JP2013508876A priority Critical patent/JP5936199B2/ja
Priority to CN201280014896.8A priority patent/CN103459972B/zh
Publication of WO2012137768A1 publication Critical patent/WO2012137768A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor

Definitions

  • the present invention relates to a position detector that measures a positional relationship between a member on which a detection needle is mounted and the target object by bringing the detection needle supported so as to be swingable into contact with the target object.
  • the present invention relates to a technique for improving the accuracy of the return position of a later detection needle.
  • This type of position detector is often used to measure the positional relationship between a workpiece (object) to be machined with a machine tool and a tool post (a member equipped with a detection needle). For example, when machining a die with a machining center, the position of the workpiece is measured with a position detector, thereby setting the tool origin position relative to the workpiece and measuring the machining accuracy of the workpiece.
  • the accuracy of repeated measurement by the position detector can be improved by improving the support structure of the detection needle (the structure of the part that supports the base end of the detection needle so as to be swingable).
  • the support structure proposed by the applicant of this application in Patent Documents 1 and 2, etc. a repeater measurement accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m is realized in a position detector equipped with a detection needle with a length of about 30 to 40 mm. is doing.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams showing an example of a support structure of the detection needle 1 in the position detector proposed in Patent Document 1.
  • FIG. This support structure is a set of two, three sets of six spheres 5 arranged on a circumference centered on the axis of the detection needle 1, and three pieces provided radially at the base end 2 of the detection needle 1.
  • This structure supports the cylindrical body 3.
  • three cylindrical bodies 3 are provided in the radial direction at intervals of 120 degrees on the proximal end 2 of the detection needle 1 having the distal end 13 as a detection end, and each cylindrical body 3 is fixed to the seat 12 of the housing 4.
  • This structure is supported by a recess 15 formed between a set of spheres 5.
  • Two spheres 5 are arranged at intervals of 120 degrees on the circumference centered on the axis of the detection needle 1.
  • the six spheres 5 are positioned by a hemispherical or conical concave seat 12 provided on the housing 4 of the position detector.
  • the housing 4 is provided with six screw holes 8 facing the sphere 5, and screws 9 each having a convex conical surface 11 at the tip are screwed into the screw holes.
  • screws 9 each having a convex conical surface 11 at the tip are screwed into the screw holes.
  • the contact between the detection needle 1 and the object can be detected by an electric circuit having a contact point (external contact) as a contact point between the surface of the object and the detection needle when the object is a conductor.
  • a contact point external contact
  • the object can be detected by an electric circuit using the support points 10 of the sphere 5 and the cylinder 3 as contacts (internal contacts).
  • the electric circuit provided with the internal contacts is an electric circuit 17 for connecting six support points of the cylindrical body 3 and the sphere 5 in series as schematically shown in FIG.
  • the separation of the detection needle 1 from the rest position that is, the separation of any of the spheres 5 and the cylindrical body 3 can be detected by blocking the electric circuit 17.
  • a position detector with a long detection needle 1 is required.
  • a position detector having at least a detection needle having a length of about 150 mm is required.
  • the detection needle In the measurement using the position detector, the detection needle is slightly swung during measurement. Therefore, if the length of the detection needle is increased, the amount of rocking of the detection needle relative to the amount of movement of the detection end is reduced, and the measurement accuracy is improved. descend.
  • a position detector having a detection needle length of about 30 to 40 mm can cope with measurement of a workpiece such as a general high-precision mold machined by a machining center, but the detection needle length is 80.
  • a position detector of ⁇ 100 mm or more has a problem that it cannot cope with such workpiece measurement.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and in a position detector having a detection needle length of 80 to 100 mm or more, a position detector capable of realizing a measurement accuracy of about ⁇ 0.1 ⁇ m is obtained. It is an issue.
  • the measurement accuracy decreases when the length of the detection needle is increased, mainly because of the variation in the return position of the detection needle after the detection end is separated from the object. It was inferred that there was.
  • the detection needle 1 having the support structure shown in FIGS. 4 and 5 is a three-dimensional space of the detection needle 1 by the contact of six support points 10 formed by three cylindrical bodies 3 and six spheres 5.
  • the positions in the three orthogonal directions and the phase (angle) around the three axes are defined.
  • the tip 13 of the detection needle held in the stationary position in this way comes into contact with the object, the contact point with the object becomes the seventh support point, and the support point for defining the attitude of the detection needle is Since one is excessive, at least one of the six support points by the cylinder 3 and the sphere 5 is separated, and the remaining five support points and one contact point of the object are six points.
  • the posture of the detection needle 1 is defined. At this time, the detection needle 1 slightly swings from its stationary position.
  • the detection needle 1 When the detection needle 1 is separated from the object after the measurement is finished, the detection needle 1 returns to the posture defined by the original six support points 10 by the biasing force of the spring 16. If the return to the stationary position is incomplete, an angular error after the swinging remains at the stationary position of the detection needle, and this error becomes a measurement error at the next measurement. Even if the remaining angle error is the same, the longer the detection needle, the greater the error in the position of the tip 13 of the detection needle, and the greater the measurement error. For this reason, in the position detector with a long detection needle, a phenomenon that the measurement accuracy is lowered has occurred.
  • the inventor of the present application reduces the frictional resistance between the cylindrical body 3 and the sphere 5 at the support point 10 to reduce the detection needle 1 to the stationary position by the biasing force of the spring 16.
  • the present invention was completed by conducting a verification test on the assumption that the measurement could be repeated, and that a repeatable measurement accuracy of about ⁇ 0.1 ⁇ m could be realized even in a position detector with a long detection needle.
  • the position detector of the present invention has a DLC (diamond-like carbon) coating on six supporting points 10 by contact between a sphere and a sphere, a sphere and a cylinder, and a sphere and a plane that support the detection needle 1, and By limiting the pressing force acting on the support point 10, the repeat measurement accuracy at the tip 13 of the detection needle having a length of 80 mm achieves an accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m.
  • DLC coating on the tip of the detection needle has been proposed by Patent Documents 4 and 5, etc., but recognition of the necessity of DLC coating on the support point that defines the stationary position of the detection needle and its necessity. There was no.
  • the surface of both members pressed against each other at the six support points 10 is DLC coated, and the pressing force at each contact by the spring 16 is 10 N (Newton) or less, particularly Preferably it is 3N or less.
  • the DLC coating imparts the necessary hardness and wear resistance to the support point 10 of the detection needle, but in order to improve the peel resistance and scratch resistance, the PVD method, preferably the sputtering method, particularly the plasma booster sputtering method.
  • the sputtering method particularly the plasma booster sputtering method.
  • the plasma booster sputtering method is also referred to as “Plasma booster Sputtering”, “Plasma EnhancedeMagnetron Sputtering”.
  • Non-Patent Document 1 It is preferable to perform DLC coating (formation of DLC thin film) on the supporting point.
  • the support structure of the detection needle 1 shown in FIGS. 4 and 5 is a structure in which three two-point support portions for supporting the cylindrical body 3 with two spheres 5 are provided, but one sphere is composed of three spheres.
  • Six support points are formed by a three-point support unit that supports a single cylinder, a two-point support unit that supports one cylindrical body with two spheres, and a one-point support unit that supports a plane with one sphere.
  • Such a position detector is also known (see Patent Document 3). Even in a position detector having such a support structure, by adopting a support structure in which a DLC thin film is formed at a support point and the pressing force at each support point is 10 N, particularly preferably 3 N or less, The problem can be solved.
  • General DLC thin film is not conductive. Therefore, if a DLC thin film is formed on the support point 10 of the detection needle 1, the support point 10 cannot be used as an internal contact.
  • a DLC thin film in which conductive metal atoms such as lithium (Li) are dispersed may be formed on the surface of the support point 10.
  • Such a DLC thin film can be formed by irradiating the material metal surface with fullerene (C60) containing lithium or other conductive metal atoms by an ion beam or the like (for example, Non-Patent Document 2).
  • fullerene is a hollow atom composed of 60 carbon atoms.
  • the fullerene When the surface of the material is irradiated with conductive metal atoms such as lithium atoms contained in the fullerene, the fullerene is exposed to a collision with the surface of the material. The fullerene collapses, the conductive metal atoms contained therein are dispersed, and a DLC thin film having conductivity is formed. Thereby, the contact between the detection end 13 and the object can be detected by the electric circuit 17 as shown in FIG.
  • conductive metal atoms such as lithium atoms contained in the fullerene
  • the pressing force between the members at this support point is 3 N
  • the length of the detection needle is 150 mm
  • the DLC thin film has sufficient hardness and wear resistance to obtain accurate posture retention and durability at the return position of the detection needle required by the position detector, and a method for forming the DLC thin film Thus, necessary peel resistance can be imparted.
  • a position detector having high repetitive measurement accuracy required for shape measurement of a high-precision mold machined by a machining center, which is a deep recess like a mold for molding a bumper or bonnet of an automobile. It is possible to provide a position detector including a long detection needle capable of measuring a mold including
  • a position detector having a detection needle length of about 250 mm is about ⁇ 0.1 ⁇ m at the detection end. It is possible to realize the repeated measurement accuracy, and it is possible to perform highly accurate shape measurement for various workpieces using a relatively simple position detector.
  • the graph which shows the dynamic friction coefficient between the members which formed the DLC thin film when the pressing force of a support point was 1N
  • the support structure of the detection needle 1 in the position detector of the embodiment has three cylindrical bodies 3 provided in the base end 2 of the detection needle and extending in the radial direction. This is a structure that is received by three pairs of spheres 5 arranged in pairs on the circumference.
  • the sphere 5 is inserted into the bottom of a hole 6 drilled in the housing 4 with a ball end mill, and a V-shaped recess 15 that supports the cylindrical body 3 is formed between two spheres that form a pair.
  • a screw hole 8 is provided in the housing 4 toward the top of the sphere 5 located at the bottom of the hole 6, and a screw 9 having a conical pointed tip is screwed into the screw hole.
  • a needle for needle bearing was used for the cylindrical body 3 in the above support structure, and a bearing ball was used for the sphere 5, and a DLC coating was applied to a portion serving as a support point on the surface.
  • the arc ion plating method is mainly used at present, but the plasma booster sputtering (PBS) method is used so as to prevent the occurrence of droplets that cause a decrease in sliding characteristics.
  • PBS plasma booster sputtering
  • the spring 16 pressing the cylindrical body 3 against the spherical body 5 uses a spring in which the normal direction pressing force at each support point 10 is 1N.
  • a measurement test was performed with a position detector equipped with a detection needle with a length of 150 mm from the support point to the tip of the detection needle, a repeatable measurement accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m can be achieved as shown in Table 1. It was. This is considered to be a result of improving the return accuracy of the detection needle to the stationary position using the urging force of the spring 16 because the friction coefficient of the support point that defines the stationary position of the detection needle is reduced.
  • FIGS. 1 to 3 show changes in the dynamic friction coefficient when a DLC-coated cemented carbide chip and a DLC-coated bearing ball (diameter: 6 mm) are subjected to a friction test at a load of 1 N, 5 N, and 10 N without lubrication. Show. A tribometer manufactured by CSEM ⁇ (Switzerland) was used for the measurement.
  • the friction coefficient is 0.1 or less, and it is stable with a very small friction coefficient of about 0.05 at a test load of 5N and about 0.005N at a test load of 1N. Accordingly, DLC coating is applied to the support points of both the cylindrical body and the sphere supporting the detection needle, and the pressing force at each support point is 10 N or less, particularly preferably about 3N, where the decrease in the coefficient of friction is considered to be significant.
  • the coefficient of dynamic friction when the friction test between the hardened steels (SUJ2) not coated with DLC without lubrication was about 0.6.
  • the friction coefficient is reduced to 0.18, and the friction coefficient is lowered by DLC coating.
  • a detection needle having a length of 150 mm with a pressing force of 10 N at each support point is used. Repeated measurement accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m or less in the provided position detector could not be achieved. However, it is considered that repeated measurement accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m or less can be achieved by making the pressing force at each support point smaller.
  • sliding characteristics can be achieved by DLC coating by the plasma booster sputtering (PBS) method on the spherical, cylindrical or planar support points of the support that supports the detection needle of the position detector so as to be capable of micro-oscillation. Since a smooth surface free from droplets that cause a reduction is obtained and the detection needle is accurately returned to the stationary position, it is possible to greatly improve the repeated measurement accuracy of the position detector.
  • PBS plasma booster sputtering
  • the friction coefficient of friction without DLC coating is about 0.6
  • the friction coefficient decreases to about 0.18.
  • the friction coefficient is reduced to about 0.05, and a repeatable measurement accuracy of ⁇ 0.1 ⁇ m or less can be achieved in a position detector having a detection needle length of 150 mm or more. Note that the DLC thin film coated under appropriate conditions does not peel off even when sliding under a load exceeding 20 N, and there is no problem in the durability of the thin film.
  • Table 1 is a table showing the measurement results of the return accuracy of the position detector having the support structure shown in FIGS.
  • the column of “Cemented carbide ball” indicates that the base material of the cylindrical body 3 and the sphere 5 forming the support point is a cemented carbide containing nickel
  • the column of “Steel ball” indicates that these are steel.
  • “No treatment” is a measurement value for the case where the DLC coating treatment was not performed on the support point
  • “treatment” is a measurement value for the case where the DLC coating treatment was performed.
  • the measuring instrument used is an instrument with an indication error of 0.02 ⁇ m manufactured by Karl Marl Finprey.
  • the force of the spring 16 pressing the supporting points is 3N, and the cylindrical body 3 and the sphere 5 of the six supporting points are in contact with each other at an angle of 30 degrees. Therefore, the pressing force in the normal direction of each supporting point is 1N.
  • the numbers in the table indicate errors from the original rest position of the detection needle tip that has returned to the rest position. 50 measurements are performed twice.
  • the detection needle is returned to the stationary position with very high accuracy by DLC coating the support point. That is, by performing DLC coating, the measurement error of the position detector based on the return error of the detection needle, which has fluctuated in the range of ⁇ 1 to 2 ⁇ m, can be reduced to ⁇ 0.1 ⁇ m or less.

Abstract

　微小揺動自在に支持された検出針の先端を対象物に接触させて対象物との位置関係を計測する位置検出器に関し、検出針の長さが８０～１００ｍｍ以上ある位置検出器において、±０.１μｍ前後の計測精度を実現する。検出針を支持している球体と球体、円筒体又は平面との接触による支持点をＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングし、かつ、ばねによる各接点における押圧力を１０Ｎ（ニュートン）以下にする。８０ｍｍ以上の長さを有する検出針の先端において±０.１μｍ前後の繰り返し計測精度を実現している。

Description

位置検出器
　この発明は、揺動可能に支持された検出針を対象物に接触させることにより、検出針を装着した部材と当該対象物との位置関係を計測する位置検出器に関し、対象物に接触させた後の検出針の復帰位置の精度を向上させる技術に関する。
　この種の位置検出器は、工作機械で加工されるワーク（対象物）と刃物台（検出針を装着した部材）との位置関係を計測する際に多く用いられている。例えば、マシニングセンタで金型を加工する際に、位置検出器でワークの位置を計測することにより、ワークに対する工具の原点位置の設定やワークの加工精度の計測などを行っている。
　金型加工用の高精度のマシニングセンタでは、制御器からの０．１μｍ単位の指令で加工を行う機械が実現されている。しかし、現在一般的な位置検出器の繰り返し計測の精度は、±１μｍ程度であり、マシニングセンタの加工精度に追従できていない。
　位置検出器の繰り返し計測の精度は、検出針の支持構造（検出針の基端を揺動可能に支持している部分の構造）を改良することによって改善できる。本願の出願人が特許文献１、２などで提案した支持構造を採用することにより、３０～４０ｍｍ程度の長さの検出針を備えた位置検出器において、±０.１μｍの繰り返し計測精度を実現している。
　図４及び５は、特許文献１で提案した位置検出器における検出針１の支持構造の一例を示した図である。この支持構造は、検出針１の軸心を中心とする円周上に配置した２個一組の３組６個の球体５で、検出針１の基端２に放射状に設けた３本の円筒体３を支持する構造である。
　すなわち、先端１３を検出端とした検出針１の基端２に３本の円筒体３を互いに１２０度の間隔で放射方向に設け、各円筒体３をハウジング４の受座１２に固定した２個一組の球体５の間に形成される凹部１５で支持する構造である。球体５は、検出針１の軸心を中心とする円周上に１２０度の間隔で２個ずつ配置されている。３本の円筒体３の総てがそれぞれを支持する２個の球体の表面に当接することにより、検出端１３の静止位置（復帰位置ないし安定位置）が規定される。
　すなわち、円筒体３をこれらの球体５に向けて押し付けるばね１６を設けることにより、検出針の検出端１３の三次元空間内での３軸方向の位置及び当該３軸回りの位相（角度）が円筒体３と球体５との６個の支持点１０によって規定される。検出端１３と計測対象物との接触により検出針１が揺動したときは、いずれかの球体と円筒体との当接が離れる。検出針１に作用する外力がなくなったときは、検出端１３は、常に上記の静止位置に復帰する。
　６個の球体５は、位置検出器のハウジング４に設けた半球形ないし円錐形の凹形の受座１２で位置決めされている。ハウジング４には、６個の球体５に向くねじ孔８が設けられ、このねじ孔のそれぞれに先端を凸円錐面１１としたねじ９が螺合されている。ねじ９を均一な力でねじ込むことにより、ねじ９の先端は、対向する球体５をそれぞれの受座１２に押圧して固定する。この構造により、球体５と受座１２との間に接着剤層などを介在させることなく、受座１２上での球体５の位置が正確に設定され、位置検出器の計測精度の向上を図ることができる。
　検出針１と対象物との接触は、対象物が導電体であるときは、当該対象物の表面と検出針との接触点を接点（外部接点）とする電気回路により検出できる。対象物が導電体でないときは、球体５と円筒体３の支持点１０を接点（内部接点）とする電気回路により検出できる。内部接点を備えた電気回路は、たとえば図６に模式的に示すように、円筒体３と球体５との６個の支持点を直列接続する電気回路１７である。検出針１の静止位置からの離隔、すなわちいずれかの球体５と円筒体３との離隔は、電気回路１７が遮断されることで検出することができる。
国際公開第ＷＯ２００８／１０４９２号パンフレット 国際公開第ＷＯ２００９／１１２６２号パンフレット 実公平６－３１３６３号公報 特開２００１－９９６３７号公報 特開２００６－２０１１０５号公報
「ＤＬＣの応用技術―進化するダイヤモンドライクカーボンの産業応用と未来技術」 (新材料・新素材シリーズ) 、大竹 尚登 (監修)、出版社: シーエムシー出版、発売日： 2008年1月、p.77以下 「高機能化のためのＤＬＣ成膜技術」池永　勝（監修）日刊工業新聞社、2007年9月28日、p.161以下
　深い凹所を有する対象物の加工精度を計測する際には、長い検出針１を備えた位置検出器が必要である。例えば、自動車のバンパーやボンネット用の金型の加工精度を計測する際には、少なくとも長さ１５０ｍｍ程度の検出針を備えた位置検出器が必要である。
　位置検出器を用いた計測では、計測時に検出針の微小な揺動動作が伴うため、検出針の長さが長くなると、検出端の移動量に対する検出針の揺動量が小さくなり、計測精度が低下する。前述したように、検出針の長さが３０～４０ｍｍ程度の位置検出器では、マシニングセンタで加工した一般的な高精度金型のようなワークの計測に対応できるが、検出針の長さが８０～１００ｍｍ以上の位置検出器では、そのようなワークの計測に対応できないという問題があった。
　この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、検出針の長さが８０～１００ｍｍ以上の位置検出器において、±０.１μｍ前後の計測精度を実現できる位置検出器を得ることを課題としている。
　本願の発明者らの研究の結果、検出針の長さが長くなると計測精度が低下するのは、検出端が対象物から離れた後の検出針の復帰位置にばらつきが生ずることが主たる原因であると推察された。
　図４、５に示した支持構造の検出針１は、３本の円筒体３と６個の球体５とで形成される６個の支持点１０の当接で、検出針１の三次元空間内における直交３軸方向の位置と、当該３軸回りの位相（角度）とが、規定されている。このようにして静止位置を保持された検出針の先端１３が対象物に接触すると、その対象物との接触点が第７番目の支持点となり、検出針の姿勢を規定するための支持点が１個過剰になるため、円筒体３と球体５による６個の支持点の内の少なくとも１個が離隔して、残る５個の支持点と対象物との１個の接触点との６点で検出針１の姿勢が規定される。このとき、検出針１は、その静止位置から僅かに揺動する。
　計測を終了して検出針１を対象物から離隔すると、ばね１６の付勢力によって検出針１は元の６個の支持点１０で規定される姿勢に復帰する。この静止位置への復帰が不完全であると、検出針の静止位置に揺動の後の角度誤差が残り、その誤差が次の計測時の計測誤差となる。残っている角度誤差が同じであっても、検出針が長いほど検出針の先端１３の位置の誤差が大きくなり、計測誤差が大きくなる。このため、検出針の長い位置検出器において、計測精度が低下するという現象を生じていたのである。
　本願の発明者は、上記の知見から、支持点１０における円筒体３と球体５との間の摩擦抵抗を小さくすることにより、ばね１６の付勢力による検出針１の静止位置へのより完全な復帰が行われると考え、これによって検出針の長い位置検出器においても±０.１μｍ前後の繰り返し計測精度が実現できるのではないかと考えて実証試験を行うことにより、この発明を完成させた。
　この発明の位置検出器は、検出針１を支持している球体と球体、球体と円筒体、球体と平面の接触による６個の支持点１０がＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングされており、かつ支持点１０に作用する押圧力を制限することにより、８０ｍｍの長さを有する検出針の先端１３における繰り返し計測精度が±０.１μｍの精度を実現していることを特徴とする。従来、検出針の先端にＤＬＣコーティングをすることは、特許文献４、５などにより提案されているが、検出針の静止位置を規定する支持点にＤＬＣコーティングをすることやその必要性についての認識はなかった。上記の繰り返し計測精度を実現するには、６個の支持点１０で互いに押圧されている両方の部材表面をＤＬＣコーティングし、かつ、ばね１６による各接点における押圧力を１０Ｎ（ニュートン）以下、特に好ましくは３Ｎ以下にすることが望ましい。
　ＤＬＣコーティングは、検出針の支持点１０に必要な硬度と耐摩耗性とを付与するが、耐剥離性や耐スクラッチ性を良好にする上でＰＶＤ法、好ましくはスパッタリング法、特にプラズマブースタスパッタリング法（"Plasma booster Sputtering"、"Plasma Enhanced Magnetron Sputtering"とも言う。例えば非特許文献１）で支持点のＤＬＣコーティング（ＤＬＣ薄膜形成）を行うのが好ましい。
　図４、５に示した検出針１の支持構造は、円筒体３を２個の球体５で支持する２点支持部を３個設けた構造であるが、１個の球体を３個の球体で支持する３点支持部と、１個の円筒体を２個の球体で支持する２点支持部と、平面を１個の球体で支持する１点支持部とで６個の支持点を形成した位置検出器も知られている（特許文献３参照）。このような支持構造を備えた位置検出器においても、支持点にＤＬＣ薄膜を形成し、各支持点における押圧力を１０Ｎ、特に好ましくは３Ｎ以下とした支持構造を採用することにより、本願発明の課題を解決することができる。
　一般的なＤＬＣ薄膜は導電性を備えていない。従って、検出針１の支持点１０にＤＬＣ薄膜を形成すると、支持点１０を内部接点とすることができなくなる。支持点を内部接点とする場合は、支持点１０の表面にリチウム（Ｌｉ）などの導電性金属原子を分散したＤＬＣ薄膜を形成すればよい。このようなＤＬＣ薄膜は、リチウムその他の導電性金属原子を内包したフラーレン（Ｃ６０）をイオンビームなどによって素材金属表面に照射することによって形成できる（例えば非特許文献２）。フラーレンは、周知のように６０個の炭素原子からなる中空の原子で、このフラーレン内にリチウム原子などの導電性金属原子を封じ込めた状態で素材表面に照射すると、素材表面との衝突の際にフラーレンが崩壊して、内包した導電性金属原子が分散し、導電性を備えたＤＬＣ薄膜が形成される。これにより、図６に示したような電気回路１７で検出端１３と対象物との接触を検出することができる。
　検出針の支持点を形成する部材表面にＤＬＣ薄膜を形成し、かつこの支持点における部材相互の押圧力を３Ｎとし、検出針の長さを１５０ｍｍとした位置検出器において、±０.１μｍの繰り返し計測精度を実現することができた。
　ＤＬＣ薄膜は、位置検出器が必要とする検出針の復帰位置での正確な姿勢の保持と耐久性とを得るのに十分な硬度と耐摩耗性とを備えており、ＤＬＣ薄膜を形成する方法により、必要な耐剥離性を付与することができる。
　そして、本願発明により、マシニングセンタで加工された高精度金型の形状計測に必要な高い繰り返し計測精度を備えた位置検出器であって、自動車のバンパーやボンネットを成形する金型のような深い凹部を備えた金型の計測も可能な長い検出針を備えた位置検出器を提供することができる。
　この発明によれば、支持点の部材相互を押圧するばね１６の付勢力を小さくすることにより、検出針の長さが２５０ｍｍ程度の位置検出器であっても、検出端における±０.１μｍ程度の繰り返し計測精度を実現することが可能であり、比較的簡便な位置検出器を用いた種々のワークに対する高い精度の形状計測が可能になるという効果がある。
支持点の押圧力を１ＮとしたときのＤＬＣ薄膜を形成した部材相互の動摩擦係数を示すグラフ 支持点の押圧力を５Ｎとしたときの図１と同様の図 支持点の押圧力を１０Ｎとしたときの図１と同様の図 検出針の支持構造の一例を示す斜視図 図４の支持構造における支持点の断面図 接触検出回路の一例を示す模式図
　実施例の位置検出器における検出針１の支持構造は、図４に示した従来構造と同様に、検出針の基端２に設けた放射方向に伸びる３本の円筒体３をハウジング４の円周上に配置した２個一組の３組の球体５で受ける構造である。
　球体５は、ハウジング４にボールエンドミルで穿設した穴６の底部に挿入されており、対となる２個の球体の間に円筒体３を支持するＶ形の凹部１５が形成されている。ハウジング４には、穴６の底部に位置する球体５の頂部に向けて、ねじ孔８が設けられ、このねじ孔に先端を円錐状に尖らしたねじ９が螺入されている。穴６に球体５を挿入してからねじ９を締め付けることによって、ねじ先端の凸円錐面１１が球体５の頂部に当接し、６個の球体５が、楔作用により、穴６の底面と金属表面相互が直接当接した状態で、定位置に固定されている。
　上記の支持構造における円筒体３には、ニードルベアリング用のニードルを用い、球体５には、ベアリング球を用い、その表面の支持点となる部分にＤＬＣコーティングを施した。ＤＬＣ薄膜の形成については、アークイオンプレーティング法が現在主流となっているが、摺動特性低下の原因となるドロップレットが発生しないように、プラズマブースタースパッタリング（ＰＢＳ）法で行った。ＰＢＳ法で作製したＤＬＣ皮膜表面の顕微鏡観察により、ドロップレットの発生のない平滑な表面が得られている。
　上記方法でＤＬＣコーティングした円筒体３と球体５とを用い、円筒体３を球体５に押し付けているばね１６の付勢力が各支持点１０における法線方向の押圧力が１Ｎとなるばねを用い、支持点から検出針先端までの長さが１５０ｍｍの検出針を取り付けた位置検出器で計測試験を行ったところ、表１に示すように±０．１μｍの繰り返し計測精度を達成することができた。これは、検出針の静止位置を規定する支持点の摩擦係数が小さくなったことにより、ばね１６の付勢力を利用した検出針の静止位置への復帰精度が向上した結果と考えられる。
　上記方法でＤＬＣコーティングした超硬合金チップと、ＤＬＣコーティングしたベアリング球（直径６ｍｍ）とを、１Ｎ、５Ｎ及び１０Ｎの荷重で無潤滑で摩擦試験した際の動摩擦係数の変化を図１ないし３に示す。測定には、ＣＳＥＭ杜（スイス）製トライボメータを使用した。
　いずれの荷重でも摩擦係数は０．１以下であり、試験荷重５Ｎでは０．０５、試験荷重１Ｎでは０．００５Ｎ程度の非常に小さな摩擦係数で安定に推移している。このことより、検出針を支持している円筒体と球体の両方の支持点をＤＬＣコーティングし、各支持点における押圧力が１０Ｎ以下、特に好ましくは摩擦係数の低下が顕著になると考えられる３Ｎ程度となるようにばね１６の付勢力を設定することにより、繰り返し計測精度の飛躍的向上が期待できる。
　上記の試験条件で、ＤＬＣコーティングをしていない焼入鋼（ＳＵＪ２）同士を無潤滑で摩擦試験した際の動摩擦係数は、０．６程度であった。また、ベアリング球のみにＤＬＣコーティングしたものでは、摩擦係数は０．１８に低下し、ＤＬＣコーティングによって低摩擦係数化が図られるが、各支持点での押圧力１０Ｎで１５０ｍｍ長さの検出針を備えた位置検出器における±０．１μｍ以下の繰り返し計測精度を達成することはできなかった。しかし、各支持点における押圧力をより小さくすることにより、±０．１μｍ以下の繰り返し計測精度を達成することが可能と考えられる。
　以上のことから、位置検出器の検出針を微小揺動可能に支持する支持部における球体、円筒体ないし平面の支持点部分にプラズマブースタースパッタリング（ＰＢＳ）法でＤＬＣコーティングすることで、摺動特性低下の原因となるドロップレットのない平滑な表面が得られ、検出針の静止位置への正確な復帰が行われることから、位置検出器の繰り返し計測精度を大幅に向上させることが可能である。
　すなわち、ＤＬＣコーティングなしの摩擦係数が０．６程度であるのに対し、球体のみにＤＬＣコーティングすれば０．１８程度に低下する。さらに両方の部材表面にＤＬＣコーティングすると、摩擦係数は０．０５程度にまで低下し、検出針の長さが１５０ｍｍ以上の位置検出器において、±０．１μｍ以下の繰り返し計測精度を達成できる。なお、適正条件でコーティングされたＤＬＣ薄膜は、２０Ｎを超える荷重を与えて摺動しても剥離せず、薄膜の耐久性にも問題がない。
　表１は、図４、５に示した支持構造を備えた位置検出器の復帰精度の測定結果を示した表である。表中、「超硬合金球」の欄は、支持点を形成する円筒体３及び球体５の基材をニッケルを含有する超硬合金としたもの、「スチール球」の欄は、これらを鋼としたものの測定値であり、「処理無し」が支持点にＤＬＣコーティング処理を行わなかったものについての測定値、「処理」がＤＬＣコーティング処理をしたものの測定値である。
　使用した測定器は、カールマール・ファィンプリュー社製の指示誤差０．０２μｍのものである。支持点を押圧しているばね１６の力は３Ｎで、６個の支持点の円筒体３と球体５が３０度の角度で接触しているので、各支持点の法線方向の押圧力は１Ｎとなる。表中の数字は、静止位置に復帰した検出針先端の本来の静止位置からの誤差を示している。５０回の測定を２度行っている。
　表から明らかなように、支持点をＤＬＣコーティングすることにより、非常に高い精度で検出針が静止位置に復帰していることが分かる。すなわち、ＤＬＣコーティングを行うことにより、－１～２μｍの範囲で変動していた検出針の復帰誤差に基づく位置検出器の測定誤差を±０．１μｍ以下にすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１　検出針
　２　検出針の基端
　３　円筒体
　４　ハウジング
　５　球体
　８　ねじ孔
　９　ねじ
　11　凸円錐面
　12　受座
　15　凹部
　16　ばね

Claims (7)

  1. 　検出針の静止位置を規定するための複数の支持点と、検出針の基部を当該支持点に向けて付勢することにより検出針を前記静止位置に復帰させるばねとを備えた位置検出器において、前記支持点を形成する部材の表面にＤＬＣ薄膜を形成したことを特徴とする、位置検出器。
  2. 　検出針の静止位置を規定するための複数の支持点と、検出針の基部を当該支持点に向けて付勢することにより検出針を前記静止位置に復帰させるばねとを備えた位置検出器において、前記支持点で互いに押圧されている両方の部材の表面にＤＬＣ薄膜を形成すると共に、前記ばねの付勢力による当該支持点の押圧力を１０Ｎ以下としたことを特徴とする、位置検出器。
  3. 　検出針の静止位置を規定するための複数の支持点と、検出針の基部を当該支持点に向けて付勢することにより検出針を前記静止位置に復帰させるばねとを備えた位置検出器において、前記支持点で互いに押圧されている両方の部材の表面にＤＬＣ薄膜を形成すると共に、前記ばねの付勢力による当該支持点の押圧力を３Ｎ以下としたことを特徴とする、位置検出器。
  4. 　検出端となっている検出針の先端と、当該先端に最も近い支持点との距離が８０ｍｍないし２５０ｍｍである、請求項１、２又は３記載の位置検出器。
  5. 　支持点を形成している部材相互の動摩擦係数が０．１以下であることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の位置検出器。
  6. 　ＤＬＣ薄膜が、導電性金属原子を分散したＤＬＣ薄膜であることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の位置検出器。
  7. 　導電性金属原子が、リチウム原子であることを特徴とする、請求項６記載の位置検出器。
PCT/JP2012/059056 2011-04-05 2012-04-03 位置検出器 WO2012137768A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013508876A JP5936199B2 (ja) 2011-04-05 2012-04-03 位置検出器
CN201280014896.8A CN103459972B (zh) 2011-04-05 2012-04-03 位置检测器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-083885 2011-04-05
JP2011083885 2011-04-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012137768A1 true WO2012137768A1 (ja) 2012-10-11

Family

ID=46969165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/059056 WO2012137768A1 (ja) 2011-04-05 2012-04-03 位置検出器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5936199B2 (ja)
WO (1) WO2012137768A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004312A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Mitsutoyo Corp 着座機構
JP2001099637A (ja) * 1999-08-25 2001-04-13 Renishaw Plc 接触プローブのスタイラス
JP2004506161A (ja) * 2000-08-05 2004-02-26 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー ベアリング装置
WO2008010492A1 (fr) * 2006-07-18 2008-01-24 Nisshin Sangyo Co., Ltd. Détecteur de contact

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004312A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Mitsutoyo Corp 着座機構
JP2001099637A (ja) * 1999-08-25 2001-04-13 Renishaw Plc 接触プローブのスタイラス
JP2004506161A (ja) * 2000-08-05 2004-02-26 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー ベアリング装置
WO2008010492A1 (fr) * 2006-07-18 2008-01-24 Nisshin Sangyo Co., Ltd. Détecteur de contact

Also Published As

Publication number Publication date
CN103459972A (zh) 2013-12-18
JP5936199B2 (ja) 2016-06-22
JPWO2012137768A1 (ja) 2014-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102259277B (zh) 测量装置
US20150075020A1 (en) Lever type measuring machine
CN107401969A (zh) 一种汽车制动器制动蹄外圆弧面精度测量仪
TW201105927A (en) Shape measuring device
JPWO2009011262A1 (ja) 接触検出器
CN102670315B (zh) 制造牙科成型件的系统
JP5936199B2 (ja) 位置検出器
CN107614173B (zh) 可转位刀片式切削工具
CN105382579A (zh) 用于轴承座的加工工装
Ju et al. Scanning tunneling microscopy-based in situ measurement of fast tool servo-assisted diamond turning micro-structures
US9909648B2 (en) Anti-backlash worm gear assembly and machining tool position calibration device using same
JP2009180700A (ja) 円筒形状測定装置および円筒の表面形状測定方法
JP2006312227A (ja) 平行度調整装置
JP2001004356A (ja) タッチ信号プローブの着座機構
JP5008083B2 (ja) 硬さ試験機用アンビル
JP5133884B2 (ja) 接触検出器
JPH11271203A (ja) 摩擦・摩耗特性測定方法及び装置
JP2011242300A (ja) 雌ねじの有効径測定装置
CN105081885B (zh) 用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法和装置
JP2017090197A (ja) 測定装置及び測定方法
JP3169080U (ja) 膜厚角度ゲージ
CN103459972B (zh) 位置检测器
CN108871170A (zh) 触发式测头预紧力的配置方法及三坐标测量机
CN110006461B (zh) 一种标定工装
CN112730135B (zh) 用于材料直角自由切削实验的装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12767551

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013508876

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12767551

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1