CH721071B1 - Verschiebungserfassungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) umfasst einen Tastereinsatz (4), ein Drehelement (30), das den Tastereinsatz (4) trägt und sich mit einem Drehpunkt (P1) als Basispunkt dreht, wenn der Tastereinsatz (4) ein Messobjekt (W) berührt, eine Welle (32), auf der eine Skala (54) vorgesehen ist, einen Betatigungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung des Drehelements (30) bei Kontakt des Tastereinsatzs (4) mit dem Messobjekt (W) in eine axiale Bewegung der Welle (32) umwandelt, und einen Sensor (56), der eine axiale Verschiebung der Skala (54) erfasst. Der Tastereinsatz (4) ist abnehmbar an dem Drehelement (30) angebracht.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschiebungserfassungsvorrichtung, die durch die Drehung eines Tastereinsatzes erfasst werden.

Stand der Technik

[0002] Hebelmessgerate (Fühlhebelmessgeräte) sind als Wegmessgeräte bekannt. Fühlhebelmessgeräte verfügen über einen Tastereinsatz mit einem Kontaktgeber, eine Skala, die sich in Verbindung mit der Drehung des Tastereinsatzes in axialer Richtung verschiebt, und einen Sensor, der die Verschiebung der Skala erfasst (vgl. Patentliteratur 1).

[0003] Ein solches Fühlhebelmessgerät kann die Oberflächenform und -verschiebung des Messobjekts messen, indem es die Drehverschiebung des Tastereinsatzes, wenn der Tastereinsatz das Messobjekt berührt, in die axiale Verschiebung der Skala umwandelt und die axiale Verschiebung erfasst. Indem der Tastereinsatz mit einem von der Spindel einer Werkzeugmaschine gehaltenen Werkstück in Kontakt gebracht und das Werkstuck in diesem Zustand gedreht wird, kann auch der axiale Rundlauf des Werkstücks gemessen werden.

Liste des Standes der TEchnik

[0004] Patentliteratur 1: JP 2021-071376 A

Überblick

Technische Aufgabe

[0005] Bei einer Vorrichtung zur Erfassung von Verschiebungen ragt der Tastereinsatz aus dem Gehäuse, in dem sich die Skala befindet, nach vorne, und der Kontaktgeber an seiner Spitze berührt die Oberfläche des Messobjekts. Am vorderen Ende des Gehäuses befindet sich ein Lager, das als Drehpunkt für die Drehung des Tastereinsatzs dient. Bei einer solchen Konfiguration muss der Tastereinsatz entsprechend der Struktur des Messobjekts in Kontakt mit dem Messobjekt gebracht werden, um die Messgenauigkeit zu gewährleisten.

Lösung der Aufgabe

[0006] Eine Verscheibungserfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Tastereinsatz, ein Drehelement, das den Tastereinsatz trägt und sich mit einem Drehpunkt als Basispunkt dreht, wenn der Tastereinsatz ein Messobjekt berührt, eine Welle, auf der eine Skala vorgesehen ist, einen Betätigungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung des Drehelements bei Kontakt des Tastereinsatzs mit dem Messobjekt in eine axiale Bewegung der Welle umwandelt, und einen Sensor, der eine axiale Verschiebung der Skala erfasst.

[0007] Der Tastereinsatz ist abnehmbar am Drehelement befestigt.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

[0008] Die vorliegende Erfindung stellt eine Verschiebungserfassungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, den Tastereinsatz mit einem Messobjekt entsprechend der Struktur des Messobjekts in Kontakt zu bringen und die Messgenauigkeit sicherzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren

[0009] FIG. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Verschiebungserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. FIG. 2 ist eine Ansicht, die den inneren Aufbau des Messinstrumentes zeigt. FIG. 3 ist eine Ansicht, die den inneren Aufbau des Messinstrumentes zeigt. FIG. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A von FIG. 3. FIG. 5A bis 5C zeigen die Konfiguration eines Verbindungselements im Detail. Die FIG. 6A bis 6C veranschaulichen die Funktionsweise eines Kippmechanismus. Die FIGUREN 7A bis 7C veranschaulichen den Aufbau und die Funktionsweise des Tastereinsatzes und seiner Umgebung. FIG. 8 zeigt schematisch einen Betätigungsumwandlungsmechanismus und einen Verschiebungsverstärkungsmechanismus. FIG. 9A und 9B zeigen schematisch einen zweiten Verstärkungsmechanismus, der den Verschiebungsverstärkungsmechanismus darstellt. Die FIG. 10A und 10B zeigen schematisch das Prinzip der Verschiebungsverstärkung. Die FIG. 11A und 11B zeigen die Unterschiede in der Konfiguration zwischen einer Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel. FIG. 12A und 12B zeigen die Details der Befestigungs-/Lösestruktur eines Tastereinsatzes. FIG. 13 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Informationsverarbeitungseinrichtung. FIG. 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Fehler zwischen der von einem Messgerät gemessenen Länge und der tatsächlichen Länge zeigt. FIG. 15 ist eine Ansicht, die ein Korrekturverfahren zeigt, das während des Austauschs eines Tastereinsatzes durchgeführt wird. FIG. 16A und 16B zeigen ein Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern des Tastereinsatzes.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0010] Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beschrieben. Der Einfachheit halber kann die folgende Beschreibung die Positionsbeziehung jeder Struktur anhand des in den Figuren dargestellten Zustands ausdrücken. In den folgenden Ausführungsformen und Abwandlungen werden nahezu identische Komponenten mit denselben Symbolen gekennzeichnet, und ihre Beschreibungen werden gegebenenfalls weggelassen.

[0011] Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Verschiebungserfassungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform zeigt.

[0012] Die Verschiebungserfassungsvorrichtung 1 umfasst ein Messinstrument 100 und eine Informationsverarbeitungseinrichtung 102. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 ist eine Einrichtung, die die vom Messgerät 100 erfassten Informationen verarbeitet und über ein Kabel 104 mit dem Messgerät 100 verbunden ist. Das Kabel 104 dient als Stromversorgungsleitung und Kommunikationsleitung.

[0013] Die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 ist mit einem Monitor 106 zur Anzeige der vom Messgerät 100 gemessenen Messwerte und anderer Informationen ausgestattet. Auf der Oberfläche des Monitors 106 ist ein Berührungsfeld installiert, und der Benutzer kann die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 über das Berührungsfeld bedienen. Der Monitor 106 entspricht der unten beschriebenen Anzeigeeinheit 110, und das Touchpanel entspricht der unten beschriebenen Eingabeeinheit 112 (siehe FIG. 13).

[0014] Das Messinstrument (hierin auch: Messgerät) 100 umfasst ein Gehäuse 2, das interne Mechanismen beherbergt, einen Tastereinsatz 4, der einen Kontaktabschnitt aufweist, der ein Messobjekt berührt, und ein Tragelement 6, das den Tastereinsatz 4 trägt. Das Tragelement 6 hat eine Bogenform und ist um eine Drehachse L1 drehbar, die bezüglich des Gehäuses 2 festgelegt ist. Beide Enden des Tragelements 6 befinden sich auf der Drehachse L1.

[0015] Der Tastereinsatz 4 ist abnehmbar in der Mitte des Spitzenbereichs des Tragelements 6 befestigt. Die Achse L2 des Tastereinsatzes 4 steht senkrecht zur Drehachse L1 des Tragelements 6. Die beiden Enden des Tragelements 6 befinden sich jeweils an den Seiten des Gehäuses 2. Das Tragelement 6 kann sich um die Drehachse L1 drehen und ist in einer Art und Weise gelagert, dass es in Richtung der Vorderseite des Gehäuses 2 übersteht. Der Tastereinsatz 4 hat an seiner Spitze einen kugelförmigen Kontaktgeber 7.

[0016] FIG. 2 und 3 sind Ansichten, die den inneren Aufbau des Messgeräts 100 zeigen. FIG. 2 ist eine perspektivische Ansicht, und FIG. 3 ist eine Draufsicht. FIG. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in der FIG. 3. Jede Figur zeigt den Zustand, in dem ein Teil des Gehäuses 2 im Messgerät 100 entfernt ist.

[0017] Wie in FIG. 2 dargestellt, sind im Inneren des Gehäuses 2 ein Lager 8 und ein Zylinder 10 vorgesehen. Das Lager 8 fungiert als Drehpunkt (erster Drehpunkt) für das Tragelement 6 auf der Drehachse L1. Der Zylinder 10 nimmt eine Skala oder dergleichen (siehe unten) auf. Das Lager 8 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Kugellager und umfasst einen ringförmigen Außenring 12 und einen Innenring 14 mit einer kugelförmigen Außenfläche. Der Außenring 12 ist an dem Gehäuse 2 befestigt. Der Innenring 14 ist über einen Verbindungsabschnitt 16 mit dem inneren Mechanismus des Gehäuses 2 verbunden.

[0018] Wie auch in FIG. 3 gezeigt, hat das Tragelement 6 einen am Verbindungsabschnitt 16 befestigten Gelenkabschnitt 18 und einen am Gelenkabschnitt 18 befestigten Tragabschnitt 20. Sowohl der Gelenkabschnitt 18 als auch der Tragabschnitt 20 haben eine Bogenform. Das Tragelement 6 weist eine Doppelbogenstruktur auf, wobei der Verbindungsabschnitt 18 den inneren Bogen und der Tragabschnitt 20 den äußeren Bogen bildet. An der Innenseite des Tragelements 6 (innerhalb der Bogenform) ist ein Lager 8 vorgesehen.

[0019] Zurückkommend zu FIG. 2 ist der mittlere Teil des Gelenkabschnitts 18 mit einer Schraube 22 am Verbindungsabschnitt 16 befestigt, und beide Enden des Tragabschnitt 20 sind an jedem Ende des Verbindungsabschnitts 18 mit einer Schraube 24 befestigt (ein Beispiel für ein „Befestigungselement“). Die Achse der Schraube 24 befindet sich auf der Drehachse L1. Die Achse L2 des Tastereinsatzes 4 und die Achse des Verbindungsabschnitts 16 sind eingerichtet, auf derselben Achse zu liegen, wenn der Gelenkabschnitt 18 und der Tragabschnitt 20 in einer Referenzposition befestigt sind, in der ihre vorderen Enden parallel zueinander sind.

[0020] Am vorderen Ende des Tragabschnitt 20 ist ein Befestigungsabschnitt 26 vorgesehen, an dem der Tastereinsatz 4 befestigt und abgenommen werden kann. Ein Befestigungselement 28 ist in der Mitte der Vorderseite des Befestigungsabschnitts 26 vorgesehen, und der Tastereinsatz 4 ist an dem Befestigungselement 28 befestigt. Ein Innengewinde im Befestigungselement 28 und ein Außengewinde an der Basis des Tastereinsatzs 4 sind miteinander verschraubt, und der Tastereinsatz 4 ist am Befestigungselement 28 festgelegt.

[0021] In dieser Konfiguration dreht sich der Tastereinsatz 4 zusammen mit dem Tragelement 6 mit dem Lager 8 („erster Drehpunkt P1'', siehe unten) als Basispunkt durch den Widerstand (Druckkraft), wenn der Kontaktgeber 7 das Messobjekt berührt. Diese Drehverschiebung des Tastereinsatzes 4 wird in eine axiale Verschiebung der Skala im Gehäuse 2 umgewandelt, die vom Sensor erfasst wird (Einzelheiten siehe unten).

[0022] Die Befestigungskraft des Tragabschnitt 20 an dem Gelenkabschnitt 18 durch die Schraube 24 ist so eingestellt, dass sie größer ist als die Widerstandskraft, wenn der Tastereinsatz 4 das Messobjekt berührt, und kleiner als die Befestigungskraft des Gelenkabschnitts 18 an dem Verbindungsabschnitt 16 durch die Schraube 22. Mit anderen Worten, der Benutzer kann den Montagewinkel (Relativwinkel) des Tragabschnitt 20 zum Gelenkabschnitt 18 von der in FIG. 2 gezeigten Referenzposition nach Bedarf ändern, und das Messgerät 100 kann auch nach der Änderung ordnungsgemäß funktionieren. Der Montagewinkel kann entsprechend dem Zweck der Verschiebungserfassungsvorrichtung 1, der Form des Messobjekts oder anderen Faktoren geändert werden (siehe Details unten).

[0023] Wie in FIG. 4 dargestellt, hat der Zylinder 10 eine hohlzylindrische Form und ist am Gehäuse 2 befestigt. Der Zylinder 10 ist so angeordnet, dass die Achse L3 des Zylinders 10 senkrecht zur Drehachse L1 steht. Der erste Drehpunkt P1 befindet sich auf der Drehachse L1. Die Position des ersten Drehpunkts P1 im Messgerät 100 ändert sich nicht. Befindet sich der Tastereinsatz 4 in der oben beschriebenen Referenzposition, so fallen die Achse L2 des Tastereinsatzes 4 und die Achse L3 des Zylinders 10 zusammen. Innerhalb des Zylinders 10 sind eine sich entlang der Achse L3 erstreckende Welle 32, ein Stützteil 34, der die Welle 32 in axialer Richtung verschiebbar stützt, und ein Verbindungselement 36, das die Welle 32 und den Verbindungsabschnitt 16 verbindet, vorgesehen. Die Achse L3 ist auch die Achse der Welle 32.

[0024] Der Stützteil 34 ist in der vorliegenden Ausfü hrungsform ein Lager mit endlichem Hub. Da dieses Lager ein vorgespanntes Kugellager (Wälzlager) ist, gibt es kein Klappern zwischen diesem und der Welle 32, wodurch die Geradheit der Welle 32 gewährleistet wird. Es eliminiert auch die Hysterese, wenn sich die Welle 32 hin und her bewegt, und sorgt für eine stabile Führung der Welle 32.

[0025] Das Verbindungselement 36 umfasst einen Körper 40, der von einem am Zylinder 10 befestigten Basiselement 38 getragen wird, und eine Stange 42, die den Körper 40 und den Verbindungsabschnitt 16 verbindet. Das Basiselement 38 ist scheibenförmig und dient zum Verschließen der vorderen Endöffnung des Zylinders 10. In der Mitte des Basiselements 38 befindet sich ein Einführloch 44. Der Körper 40 hat eine abgestufte zylindrische Form und wird von einer Vielzahl von Stiften (siehe unten) getragen, die sich von dem Basiselement 38 aus erstrecken. Eine Kugel 48 ist an dem Ende des Körpers 40, das dem Basiselement 38 gegenüberliegt, in passender Weise befestigt.

[0026] Die Stange 42 wird entlang der Achse L4 des Körpers 40 eingepresst und am Körper 40 befestigt. Der Spitzenabschnitt der Stange 42 ragt aus dem Körper 40 heraus, führt durch das Einführloch 44 und ist mit dem Lager 8 so verbunden, dass der Spitzenabschnitt in den Verbindungsabschnitt 16 passt (für Einzelheiten siehe unten). Der Mittelpunkt P der Kugel 48 befindet sich auf der Achse L4. Mit anderen Worten: Der Körper 40 hält die Kugel 48 auf der Achse L4.

[0027] Ein Aufnahmeabschnitt 50 ist an einem Ende der Welle 32 befestigt. Der Aufnahmeabschnitt 50 hat eine umgekehrte konische Aufnahmefläche 52. Die Kugel 48 wird in dem Aufnahmeabschnitt 50 aufgenommen, während sie die Aufnahmefläche 52 berührt. Die Aufnahmefläche 52 ist konisch und hat einen Neigungswinkel α (in der vorliegenden Ausführungsform 30 Grad) in Bezug auf eine Bezugslinie, die senkrecht zur Achse L3 der Welle 32 verläuft.

[0028] Am anderen Ende der Welle 32 (d.h. am Ende gegen über der Kugel 48) ist eine Skala 54 vorgesehen. Die Welle 32, der Aufnahmeabschnitt 50 und die Skala 54 sind entlang der Achse L3 angeordnet.

[0029] Am anderen Ende des Zylinders 10 ist eine ringförmige Federaufnahme 55 vorgesehen, und zwischen dem Aufnahmeteil 50 und der Federaufnahme 55 ist eine Feder 57 angeordnet. Die Feder 57 drückt den Aufnahmeteil 50 und damit die Welle 32 nach vorne, d. h. in Richtung der Kugel 48 (d. h. gegenüber der Seite, in die die Welle 32 während der Messung gedrückt wird). Diese Druckkraft der Feder 57 kann das Verbindungselement 36, die Kugel 48, den Aufnahmeabschnitt 50 und die Skala 54 miteinander verbinden und in axialer Richtung der Welle 32 verschieben. Insbesondere das erste Übertragungselement, das aus dem Verbindungselement 36 und der Kugel 48 besteht, und das zweite Übertragungselement, das aus dem Aufnahmeabschnitt 50, der Welle 32 und der Skala 54 besteht, sind miteinander in Kontakt und können in Richtung der Achse L3 verschoben werden, während sie in einer Richtung senkrecht zur Achse L3 relativ verschoben werden. Der Tastereinsatz 4 kann nach der Verschiebungsmessung in seine Referenzposition zurückgebracht werden.

[0030] Mit anderen Worten, wenn der Tastereinsatz 4 das Messobjekt W während der Messung berührt, kann sich der Tastereinsatz 4 in vertikaler (oder nach oben/unten) und horizontaler (oder nach links/rechts) Richtung aus der Ausgangsposition (siehe unten) zusammen mit dem Tragelement 6 mit dem ersten Drehpunkt P1 als Basispunkt gegen die Kraft der Feder 57 drehen. Andererseits kann der Tastereinsatz 4, wenn er nach der Messung vom Objekt W abgenommen wird, durch die Druckkraft der Feder 57 schnell in seine Ausgangsposition zurückgebracht werden.

[0031] Die Skala 54 ist zur Außenseite des Zylinders 10 hin offen. Im Inneren des Gehäuses 2 befindet sich ein Sensor 56. Die Skala 54 und der Sensor 56 bilden einen so genannten linearen Maßstab (linearer Encoder). Der Sensor 56 ist ein magnetischer Sensor und ist so angeordnet, dass er dem Muster (Magnetisierungsmuster) der Skala 54 gegenüberliegt. Bei dieser Konfiguration liest der Sensor 56 das Muster der Skala 54 als Positionsinformation, wenn die Welle 32 verschoben wird. Das Erfassungssignal des Sensors 56 wird über eine Kommunikationsleitung 58 an die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 ausgegeben.

[0032] In den FIG. 5A bis 5C ist die Konfiguration des Verbindungselements 36 im Detail dargestellt. FIG. 5A ist eine perspektivische Ansicht, FIG. 5B ist eine Vorderansicht und FIG. 5C ist eine Seitenansicht.

[0033] Wie in FIG. 5A dargestellt, verfügt das Verbindungselement 36 über einen Kippmechanismus 60 zum Kippen des Körpers 40 gegenüber dem Basiselement 38. Der Kippmechanismus 60 umfasst vier Stifte 62, die an dem Basiselement 38 vorgesehen sind, und vier Stifte 64, die an dem Körper 40 vorgesehen sind. Die Stifte 62 sind an dem Basiselement 38 befestigt, während sie das Basiselement 38 in axialer Richtung durchdringen. Die Stifte 64 sind an der vorderen Endfläche des Gehäuses 40 befestigt.

[0034] Wie auch in FIG. 5B gezeigt, ist in der Mitte des Basiselements 38 ein Einführloch 44 vorgesehen, durch das die Stange 42 koaxial verläuft. Im Basiselement 38 sind vier Durchgangslöcher 66 vorgesehen, die das Einführloch 44 zentrieren, und jeder der Stifte 62 wird in das jeweilige Durchgangsloch 66 eingeführt und befestigt. Die vier Durchgangslöcher 66 befinden sich jeweils an den Positionen der Scheitelpunkte eines virtuellen Quadrats, das auf das Einführloch 44 zentriert ist.

[0035] Wie auch in FIG. 5C gezeigt, ist jeder der Stifte 62 derart mit einer leichten Neigung versehen, dass er sich allmählich der Achse L4 nach hinten (in Richtung der Seite der Kugel 48) nähert. Mit anderen Worten, der Winkel des Durchgangslochs 66 ist als solcher festgelegt. Der Körper 40 ist auf der Seite, die den Stiften 62 jeweils zugewandt ist, mit Einstecklöchern 68 versehen, um das Einstecken der Stifte 62 zu gestatten. Der Innendurchmesser des Einführlochs 68 ist ausreichend größer als der Außendurchmesser des Stifts 62.

[0036] Wie in FIG. 5A gezeigt, sind an den oberen, unteren, linken und rechten Außenkanten der vorderen Endfläche des Körpers 40 Wände 70 vorgesehen, und Stifte 64 sind jeweils innerhalb der Wände 70 angeordnet und befestigt. Jeder der Stifte 64 ist parallel zur vorderen Endfläche des Gehäuses 40 angeordnet. Die beiden Stifte 64 an der Ober- und Unterseite sind parallel zueinander, und die beiden Stifte 64 an der linken und rechten Seite sind parallel zueinander.

[0037] Wie auch in FIG. 5B gezeigt, befinden sich die vier Stifte 62 jeweils innerhalb einer Ecke des von den vier Stiften 64 gebildeten quadratischen Bereichs. Wie auch in FIG. 5C gezeigt, ist jeder der Stifte 62 in Kontakt mit den beiden Stiften 64, die diese Ecke bilden. Durch diese Anordnung kann der Kippmechanismus 60 wie unten beschrieben funktionieren.

[0038] Die FIG. 6A bis 6C zeigen die Wirkung des Kippmechanismus 60. FIG. 6A zeigt den Kippmechanismus 60 im Ruhezustand, FIG. 6B zeigt den Kippmechanismus 60 in vertikaler Richtung, und FIG. 6C zeigt den Kippmechanismus 60 in horizontaler Richtung. In diesen Figuren ist die Stange 42 der Einfachheit halber weggelassen.

[0039] Wie in FIG. 6A gezeigt, fallen in dem Zustand, in dem der Kippmechanismus 60 nicht wirkt, die Achse L5 des Basiselements 38 und die Achse L4 des Körpers 40 zusammen. Wie in FIG. 4 gezeigt, fällt die Achse L5 des Basiselements 38 mit der Achse L3 der Welle 32 zusammen, da das Basiselement 38 am Zylinder 10 befestigt ist.

[0040] Andererseits wird, wenn der Kippmechanismus 60 in vertikaler Richtung wirkt, wie in FIG. 6B gezeigt, entweder der obere oder der untere Stift 64 zu einem Drehpunkt (der zweite Drehpunkt P2: siehe FIG. 4), und der Körper 40 kippt in Bezug auf die Achse L5. Wird das Verbindungselement 36 nach oben gekippt, so fungiert der obere Stift 64, der mit dem Basiselement 38 in Kontakt ist, als zweiter Drehpunkt P2, und der Körper 40 kippt mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt nach oben. Dadurch wird die Kugel 48 nach oben bewegt. Dabei bleiben die beiden oberen Stifte 62 jeweils in die Einführlöcher 68 gedrückt. Wird hingegen der untere Stift 64 vom Basiselement 38 getrennt, treten die beiden unteren Stifte 62 aus den Einführlöchern 68 aus. Umgekehrt fungiert der untere Stift 64, der das Basiselement 38 berührt, als zweiter Drehpunkt P2, wenn das Verbindungselement 36 nach unten gekippt wird, und der Körper 40 kippt nach unten, wobei der zweite Drehpunkt P2 als Basispunkt dient. Dadurch wird die Kugel 48 nach unten bewegt. Somit ändern sich die jeweiligen Positionen der mehreren zweiten Drehpunkte P2 in dem Messgerät 100 nicht, jedoch wird jeder der Stifte 64 entsprechend der Wirkung des Kippmechanismus 60 verschoben. Jeder der zweiten Drehpunkte P2 (siehe FIG. 4), der den Stift 64 überlappt, fungiert als Drehpunkt (Basispunkt der Kippung) des Kippmechanismus 60.

[0041] Wirkt, wie in FIG. 6C gezeigt, der Kippmechanismus 60 in horizontaler Richtung, so wirkt einer der Stifte 64 auf der linken oder rechten Seite als Drehpunkt (der zweite Drehpunkt) und der Körper 40 kippt in Bezug auf die Achse L5. Insbesondere wenn das Verbindungselement 36 nach links gekippt wird, fungiert der Stift 64 auf der linken Seite, der mit dem Basiselement 38 in Kontakt ist, als zweiter Drehpunkt, und der Körper 40 kippt nach links mit diesem zweiten Drehpunkt als Basispunkt. Dadurch wird die Kugel 48 nach links bewegt. Dabei bleiben die beiden Stifte 62 auf der linken Seite jeweils in die Einführlöcher 68 gedrückt. Wird hingegen der rechte Stift 64 vom Basiselement 38 getrennt, so verlassen die beiden Stifte 62 auf der rechten Seite die Einführlöcher 68. Wird das Verbindungselement 36 nach rechts gekippt, so fungiert der rechte Seitenstift 64, der das Basiselement 38 berührt, als zweiter Drehpunkt, und der Körper 40 kippt nach rechts mit diesem zweiten Drehpunkt als Basispunkt. Dadurch wird die Kugel 48 nach rechts bewegt. Durch diese Anordnung kann der Tastereinsatz 4 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung verschoben werden, wie durch die gestrichelten Pfeile in FIG. 2 dargestellt. Auf diese Weise können die vertikalen und horizontalen Verschiebungen des Messobjekts gemessen werden. Die oben beschriebene Wirkung des Kippmechanismus 60 steht im Zusammenhang mit der weiter unten beschriebenen Offset-Funktion und damit mit der Funktion des Verschiebungsverstärkungsmechanismus.

[0042] FIG. 7A bis 7C veranschaulichen den Aufbau und die Funktionsweise des Tastereinsatzes 4 und seiner Umgebung. FIG. 7A zeigt die Funktion des Tastereinsatzes 4 während der Erfassung der Verschiebung. FIG. 7B und 7C zeigen, wie der Winkel des Tastereinsatzes 4 eingestellt wird.

[0043] Wie oben beschrieben, ist der Tastereinsatz 4 an dem Tragabschnitt 20 des Tragelements 6 befestigt, und der Gelenkabschnitt 18 des Tragelements 6 ist an dem Verbindungsabschnitt 16 befestigt. Der Verbindungsabschnitt 16 ist an dem Innenring 14 des Lagers 8 befestigt. Wie in FIG. 7A dargestellt, dreht sich daher der Tastereinsatz 4 zusammen mit dem Tragelement 6 um die Drehachse L1 mit dem Lager 8 (dem ersten Drehpunkt) als Basispunkt. Die Drehachse L1 steht senkrecht zur Achse L3 der Welle 32. Die Achse L2 des Trageinsatzes 4 bildet mit der Achse L3 einen Winkel θ entsprechend seiner Drehung.

[0044] Wie bereits erwähnt, kann die Ausgangsposition (Ausgangswinkel) des Tastereinsatzes 4 je nach Anwendung der Verschiebungserfassungsvorrichtung 1 und der Form des Messobjekts geändert werden. Wie in FIG. 7B gezeigt, kann der Winkel des Tragabschnitts 20 in Bezug auf den Gelenkabschnitt 18, d.h. der Anfangswinkel θset des Tastereinsatzes 4, um die Schraube 24 herum verändert werden. Diese Ausgangsposition (Ausgangswinkel) ist auch die Ausgangsposition (Ausgangswinkel) der Welle 32 in Bezug auf die Achse L3. Mit anderen Worten, es wird ein Schwenkmechanismus des Tastereinsatzes 4 gegenüber dem Gehäuse 2 realisiert. Wird die Schraube 24 nach der Änderung wieder angezogen, so dreht sich der Tastereinsatz 4 in Bezug auf den geänderten Ausgangswinkel θset, wie in FIG. 7C gezeigt.

[0045] Selbst wenn der Anfangswinkel θset auf einen anderen Winkel als 0 Grad eingestellt wird, bleibt der Drehpunkt des Tastereinsatzes 4 mit der Drehachse L1 unverändert, d. h. der Basispunkt der Drehung bleibt am Lager 8 (dem ersten Drehpunkt). Der Drehpunkt des Tastereinsatzes 4 befindet sich an einer Position, die von dem Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungsabschnitt 16 und der Stange 42 entfernt ist (siehe FIG. 9B). Daher erhöht sich der Messfehler nicht.

[0046] Als nächstes werden der Betätigungsumwandlungsmechanismus und der Verschiebungsverstärkungsmechanismus der vorliegenden Ausfü hrungsform beschrieben.

[0047] Das Messgerät 100 umfasst einen Betätigungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung des Tastereinsatzes 4 in eine axiale Bewegung der Welle 32 umwandelt, und einen Verschiebungsverstärkungsmechanismus, der die Verschiebung (Auslenkung) der Welle 32 in Abhängigkeit von der Drehung des Tastereinsatzes 4 verstärkt. Diese Mechanismen zur Betätigungsumwandlung und zur Verschiebungsverstärkung bilden einen Mechanismus zur Übertragung der Verschiebung, der die Verschiebung des Trägereinsatzes 4 verstärkt und auf die Welle 32 und damit auf die Skala 54 überträgt. Der Mechanismus wird im Folgenden beschrieben.

[0048] FIG. 8 zeigt schematisch den Betätigungsumwandlungsmechanismus und den Verschiebungsverstärkungsmechanismus. FIG. 9A und 9B zeigen schematisch einen zweiten Verstärkungsmechanismus, der den Verschiebungsverstärkungsmechanismus bildet. FIG. 9A ist eine vergrößerte Ansicht von Abschnitt B in FIG. 4. FIG. 9B veranschaulicht den Aufbau und die Wirkungsweise des zweiten Verstärkungsmechanismus.

[0049] Wie in Fig. 8 dargestellt, wird die Stange 42, wenn sich der Verbindungsabschnitt 16 zusammen mit dem Tastereinsatz 4 dreht, zur gegenüberliegenden Seite des Verbindungsabschnitts 16 gekippt und leicht in axialer (rückwärtiger) Richtung geschoben.

[0050] Wie in FIG. 9A gezeigt, hat der Verbindungsabschnitt 16, der eine abgestufte zylindrische Form hat, einen vertieften Passabschnitt 71, der den Spitzenabschnitt der Stange 42 aufnimmt. Andererseits weist der Außenumfang des Spitzenabschnitts der Stange 42 eine geneigte Fläche 72 (konische Fläche) auf, deren Durchmesser zur Spitze hin abnimmt. Dadurch kann sich der Stab 42 drehen, ohne zu blockieren, wenn der Tastereinsatz 4 gedreht wird, wie in FIG. 9B gezeigt. Die Stange 42 ist in Bezug auf den Verbindungsabschnitt 16 leicht nach hinten (in der Figur nach rechts) verschoben, während sie sich mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt dreht.

[0051] Zurückkommend auf FIG. 8: Da der mit der Stange 42 integrierte Körper 40 zu diesem Zeitpunkt ebenfalls geneigt ist, bewegt sich die Kugel 48 auf der Aufnahmefläche 52 des Aufnahmeabschnitts 50, und ihr Mittelpunkt P ist gegenüber der Achse L3 der Welle 32 versetzt. Dabei dreht sich das Verbindungselement 36 um den zweiten Drehpunkt P2, der gegenüber der Achse L3 versetzt ist, wodurch die Aufnahmefläche 52 in axialer Richtung (in der Figur nach rechts) deutlich nach hinten gedrückt wird. Dies erhöht den Verschiebungsbetrag des nach hinten (in der Figur nach rechts) geschobenen Aufnahmeabschnitts 50.

[0052] Auf diese Weise wird die Drehung des Tastereinsatzes 4 in eine axiale Bewegung der Welle 32 umgewandelt, und die Verschiebung der Welle 32 entsprechend der Drehung wird verstärkt. Mit anderen Worten, diese Reihe von Mechanismen fungiert als ein Betätigungsumwandlungsmechanismus, ein Offset-Mechanismus und ein Verschiebungsverstärkungsmechanismus.

[0053] Der durch den Verschiebungsverstärkungsmechanismus verursachte Verschiebungsbetrag kann durch Vergrößerung des Neigungswinkels α der Aufnahmefläche 52 erhöht werden. Je größer jedoch der Neigungswinkel α ist, desto größer ist der Widerstand gegen die Bewegung der Kugel 48, was das Funktionieren des Verschiebungsmechanismus erschwert. Mit zunehmendem Widerstand steigt auch die Kraft, die vom Messobjekt auf den Tastereinsatz 4 ausgeübt wird (Messkraft), was zu Problemen wie schwereren Messvorgängen führen kann. Aus diesem Grund beträgt der Neigungswinkel α vorzugsweise 20 bis 40 Grad, noch bevorzugter 20 bis 30 Grad, und in der vorliegenden Ausführungsform ist der Neigungswinkel α auf 30 Grad eingestellt.

[0054] Als der Verschiebungsverstärkungsmechanismus trägt nicht nur die relative Verschiebung zwischen der Kugel 48 und der Aufnahmefläche 52 (siehe FIG. 8), sondern auch die relative Verschiebung zwischen dem Verbindungsabschnitt 16 und der Stange 42 (siehe FIG. 9B) bei. Daher kann man sagen, dass der Verschiebungsverstärkungsmechanismus der Ausführungsform einen ersten Verstärkungsmechanismus, der durch die Kugel 48 und die Aufnahmefläche 52 realisiert wird, und einen zweiten Verstärkungsmechanismus, der durch den Verbindungsabschnitt 16 und die Stange 42 realisiert wird, umfasst. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Welle 32 und damit die Skala 54 in gleichem oder größerem Maße verschoben wie die vertikale Verschiebung des Tastereinsatzes 4.

[0055] FIG. 10A und 10B veranschaulichen schematisch das Prinzip der Verschiebungsverstärkung. FIG. 10A zeigt das Prinzip der Ausführungsform, und FIG. 10B zeigt das Prinzip des Vergleichsbeispiels 1.

[0056] Der linke Teil von Fig. 10A zeigt den Zustand des Tastereinsatzes 4 unmittelbar vor dem Kontakt des Tastereinsatzes 4 mit dem Messobjekt W. Der rechte Teil von Fig. 10A zeigt den Zustand nach dem Kontakt des Tastereinsatzes 4 mit dem Messobjekt W. In der vorliegenden Ausführungsform überträgt der Verschiebungsübertragungsmechanismus die durch den Kontakt des Kontaktgebers 7 mit dem Messobjekt W verursachte Verschiebung des Tastereinsatzes 4 auf die Welle 32. Der Verschiebungsübertragungsmechanismus hat einen ersten Drehpunkt P1 und einen zweiten Drehpunkt P2. Dieser Verschiebungsübertragungsmechanismus (Mechanismus zur Übertragung der Verschiebung) überträgt die Verschiebung des Tastereinsatzes 4 auf die Welle 32 in Abhängigkeit von der Drehung des Tastereinsatzes 4.

[0057] Wie im rechten Teil von FIG. 10A gezeigt, dreht sich das Verbindungselement 36 mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt, der näher als der erste Drehpunkt P1 an der Welle 32 angeordnet ist. Der erste Drehpunkt P1 befindet sich auf der Achse L3 der Welle 32, während der zweite Drehpunkt P2 von der Achse L3 der Welle 32 versetzt ist. Der Verschiebungsverstärkungsmechanismus dreht das Verbindungselement 36 mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt entsprechend der Drehung des Tastereinsatzes 4 mit dem ersten Drehpunkt P1 als Basispunkt. DAbei wird das Verbindungselement 36 in der axialen Richtung der Welle 32 gedrückt, während es sich um den zweiten Drehpunkt P2 dreht. Infolgedessen bewegt sich die Kugel 48 auf der Schräge (der Aufnahmefläche 52) des Aufnahmeabschnitts 50, während sie in axialer Richtung der Welle 32 geschoben wird. Der Auslenkungswinkel der Stange 42 relativ zur Verschiebung des Tastereinsatzes 4 nimmt ebenfalls zu. Infolgedessen nimmt die axiale Verschiebung der Welle 32 zu. Mit anderen Worten wird, entsprechend der Drehung des Tastereinsatzes 4 mit dem ersten Drehpunkt P1 als Basispunkt, das Verbindungselement 36 in Richtung der Welle 32 gedrückt, während es relativ zum Tastereinsatz 4 in der axialen Richtung der Welle 32 verschoben wird. Außerdem dreht sich das Verbindungselement 36 entsprechend der Drehung des Tastereinsatzes 4 mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt, und die Welle 32 wird nach innen gedrückt, während er relativ zum Verbindungselement 36 in axialer Richtung verschoben wird.

[0058] Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch Drehen des Verbindungselements 36 mit dem zweiten Drehpunkt P2 als Basispunkt, der von der Achse L3 versetzt ist, die Welle 32 weiter eingeschoben werden, während die Kugel 48 selbst eingeschoben wird. In einem Fall mit den in der FIgur gezeigten Abmessungen (mm) beträgt beispielsweise die axiale Verschiebung der Welle 32 (Verschiebung der Skala 54) 1,12 mm, wenn die Verschiebung des Tastereinsatzes 4 (Verschiebung des Kontaktpunktes Pc mit dem Messobjekt W) 1 mm beträgt.

[0059] Der linke Teil von FIG. 10B zeigt den Zustand des Tastereinsatzes 204 unmittelbar vor dem Kontakt des Tastereinsatzes 204 mit dem Messobjekt W in Vergleichsbeispiel 1. Der rechte Teil von FIG. 10B zeigt den Zustand nach dem Kontakt des Tastereinsatzes 204 mit dem Messobjekt W. Wie im linken Teil von FIG. 10B gezeigt, verfügt das Vergleichsbeispiel 1 über den ersten Drehpunkt P1, aber nicht über den zweiten Drehpunkt P2. Der Stab 142, an dem die Kugel 48 an der Spitze befestigt ist, und der Tastereinsatz 204 bestehen aus einem Stück und drehen sich mit dem ersten Drehpunkt P1 als Basispunkt. Wie im rechten Teil von FIG. 10B gezeigt, bietet diese Konfiguration nicht die Verschiebungsverstärkungswirkung wie die vorliegende Ausführungsform, da die Kugel 48 selbst nicht eingedrückt wird, wenn der Tastereinsatz 204 verschoben wird. Beträgt beispielsweise in einem Fall mit den in der Figur gezeigten Abmessungen (mm) die Verschiebung des Tastereinsatzs 204 (Verschiebung des Kontaktpunkts Pc mit dem Messobjekt W) 1 mm, so ist die axiale Verschiebung der Welle 32 (d. h. die Verschiebung der Skala 54) 0,59, was kleiner ist als bei der vorliegenden Ausführungsform.

[0060] Mit anderen Worten, gemäß der vorliegenden Ausfü hrungsform kann die Verschiebung (Auslenkung) der Skala relativ zur Verscheibung des Tastereinsatzes durch die beiden Drehpunkte (der erste Drehpunkt P1 und der zweite Drehpunkt P2) größer sein (d.h. verstärkt werden) als im Vergleichsbeispiel 1.

[0061] FIG. 11A und 11B veranschaulichen schematisch die Unterschiede in der Konfiguration und Wirkung zwischen der Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel. FIG. 11A zeigt die Konfiguration der Ausführungsform und FIG. 11B zeigt die Konfiguration von Vergleichsbeispiel 2.

[0062] Wie in FIG. 11A dargestellt, bilden in dieser Ausführungsform das Tragelement 6 und der Verbindungsabschnitt 16 das Drehelement 30, das sich mit dem ersten Drehpunkt P1, der sich in der Mitte des Lagers 8 befindet, als Basispunkt dreht. Die Skala 54 hat ein periodisch magnetisch aufgezeichnetes Muster 59 (Magnetisierungsmuster) in Längsrichtung der Welle 32. Der Sensor 56 erfasst die Verschiebung der Skala 54 (Verschiebung des Musters 59), die durch eine vertikale oder horizontale Drehung des Tastereinsatzes 4 verursacht wird.

[0063] Da mehrere Typen von Tastereinsätzen 4 mit unterschiedlichen Längen am Drehelement 30 befestigt und von diesem gelöst werden können, kann der Tastereinsatz 4 je nach Messobjekt oder Messpunkt ausgetauscht werden. Ändert sich die Länge des Tastereinsatzes 4 aufgrund des Austauschs, so muss die unten beschriebene Korrektur durchgeführt werden; diese Korrektur kann relativ einfach durchgeführt werden, da das gleiche Messschema verwendet wird, bei dem der Sensor 56 die Verschiebung des Tastereinsatzes 4 als die Verschiebung des Musters 59 abliest.

[0064] Im Vergleichsbeispiel 2 hingegen sind ein Tastereinsatz 204 und ein Stab 242 koaxial über einen Innenring 214 eines Lagers 208 verbunden. Das Lager 208 ist ein kugelförmiges Lager und umfasst einen ringförmigen Außenring 212 und einen Innenring 214 mit einer kugelförmigen Außenfläche. Der Drehpunkt P1 befindet sich in der Mitte des Lagers 208. Der Tastereinsatz 204, der Innenring 214 und die Stange 242 sind fest miteinander verbunden und bilden das Drehelement 230. Mit anderen Worten, der Tastereinsatz 204 ist nicht vom Drehelement 230 abnehmbar.

[0065] Im Vergleichsbeispiel 2 ist am Ende der Stange 242 eine Aufnahmefläche 252 und an einem Ende der Welle 232 eine Kugel 248 vorgesehen. Die Welle 232 wird in eine durch ein zylindrisches Element 231 gebildete Führungsbohrung 233 eingeführt und ist in axialer Richtung gleitend gelagert. Vier Federn 260 (radiale Vorspannmittel zur Rückführung der Neigung des Drehelements 230 in den Ausgangszustand) sind vorgesehen, um die Stange 242 in radialer Richtung (senkrecht zur Achsenlinie) vorzuspannen.

[0066] Vergleichsbeispiel 2 unterscheidet sich von der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass der Verschiebungsbetrag der Welle 232 durch einen Differenzialtransformator erfasst wird, der aus einem Kern 254 und einer Spule 256 besteht. Der Kern 254 ist am anderen Ende der Welle 232 angeordnet. Wenn der Kern 254 durch die Drehung des Tastereinsatzes 204 verschoben wird, ändert sich die Impedanz der Spule 256 entsprechend dem Verschiebungsbetrag, und der Ausgangssignalpegel ändert sich. Durch Erfassen dieser Änderung des Ausgangssignalpegels kann die Verschiebung des Tastereinsatzes 204 gemessen werden. In Vergleichsbeispiel 2 ist es im Gegensatz zu der Konfiguration, die die Verschiebung des Musters wie in der aktuellen Ausführungsform erfasst, schwierig, eine Linearität zwischen der Verschiebung des Tastereinsatzes 204 und dem erfassten Wert (Impedanz) zu erhalten, so dass eine Kompensation, wenn sich die Länge des Tastereinsatzes 204 ändert, nicht einfach ist und ein Tastereinsatzwechsel von vornherein schwierig ist.

[0067] FIG. 12A und 12B veranschaulichen die Details der Befestigungs-/Lösestruktur eines Tastereinsatzes 4. FIG. 12A zeigt die Befestigungsstruktur des Tastereinsatzes 4 und des Tragelements 6. FIG. 12B veranschaulicht, wie der Tastereinsatz 4 ausgetauscht wird.

[0068] Wie in FIG. 12A gezeigt, befindet sich eine vertikale Achse L6 in der Mitte des vorderen Endes des Tragabschnitts 20 im Tragelement 6, und es ist eine Öffnung 80 vorgesehen, die sich in der Richtung von vorne nach hinten öffnet. Der obere und der untere Teil des BEfestigungsabschnitts 26, in dem sich die Öffnung 80 befindet, sind mit Durchgangslöchern 82 bzw. 84 entlang der Achse L6 versehen.

[0069] Ein Kernteil 86 ist koaxial mit dem unteren Durchgangsloch 84 befestigt. Das Kernteil 86 hat eine abgestufte zylindrische Form, und sein oberer Teil bildet einen Befestigungsabschnitt 88. Auf der anderen Seite hat das Befestigungselement 28 einen Befestigungs-/Löseteil 90, an dem der Tastereinsatz 4 befestigt und gelöst wird, und einen Verbindungsteil 92, der mit dem Kernelement 86 verbunden ist. Durch den Verbindungsteil 92 ist ein Passloch 94 mit einer zum Passabschnitt 88 komplementären Form ausgebildet. Der Befestigungs-/Löseteil 90 ist entlang der Achse L2 mit einem Innengewinde 96 versehen.

[0070] Nach dem Anbringen des Verbindungsteils 92 am Kernteil 86 wird eine Schraube 98 in das Durchgangsloch 82 geschraubt. Die Unterseite der Schraube 98 ist kugelförmig und richtet sich selbständig aus, indem sie gegen das obere Ende des Passlochs 94 gedrückt wird. Durch das Anziehen der Schraube 98 in diesem Zustand wird die Schraube 98 an dem Befestigungsabschnitt 26 befestigt. Infolgedessen wird auch das Befestigungselement 28 so am Befestigungsabschnitt 26 befestigt, dass es zwischen dem Kernelement 86 und der Schraube 98 eingeklemmt ist.

[0071] In diesem Zustand ist der Tastereinsatz 4 an dem Befestigungselement 28 befestigt. Die Basis des Tastereinsatzes 4 ist mit einem Außengewinde 99 versehen, das mit dem Innengewinde 96 korrespondiert. Durch Einschrauben des Außengewindes 99 in das Innengewinde 96 wird der Tastereinsatz 4 an dem Befestigungselement 28 befestigt. Dadurch kann der Tastereinsatz 4 am Befestigungsabschnitt 26 und damit am Tragelement 6 befestigt werden. Durch Lösen der Schrauben kann der Tastereinsatz 4 auch wieder aus dem Befestigungsabschnitt 26 entfernt werden.

[0072] Die Verbindung zwischen dem Tastereinsatz 4 und dem Befestigungselement 28 ist derart genormt, dass mehrere Arten von Tastereinsätzen 4 mit unterschiedlichen Längen angebracht und abgenommen werden können. Insbesondere sind die Formen der Basisenden mehrerer Typen von Tastereinsätzen 4 standardisiert. Daher kann, wie in FIG. 12B gezeigt, je nach Messobjekt oder Messpunkt ein kürzerer Tastereinsatz 4a (Länge la) oder ein längerer Tastereinsatz 4b (Länge lb) angebracht werden.

[0073] Wirdjedoch die Länge des Tastereinsatzes 4 auf diese Weise verändert, so ändert sich die Übereinstimmung zwischen der Verschiebung des Tastereinsatzes 4 und der Verschiebung der Welle 32 während der Messung derart, dass der ermittelte Wert korrigiert werden muss. Dieses Korrekturverfahren wird im Folgenden beschrieben.

[0074] FIG. 13 ist ein Funktionsblockdiagramm der Informationsverarbeitungseinrichtung 102.

[0075] Jede Komponente des Informationsverarbeitungsgeräts 102 wird durch Hardware, einschließlich Recheneinheiten wie Zentraleinheiten (CPUs) und verschiedene Computerprozessoren, eine Speichereinrichtung wie Speicher und Ablagen und verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsleitungen, die diese Einheiten und Einrichtungen verbinden, und Software, die in den Speichereinrichtungen gespeichert ist und die Verarbeitungsanweisungen an die Recheneinheiten liefert, realisiert. Computerprogramme können aus Gerätetreibern, Betriebssystemen, verschiedenen Anwendungsprogrammen auf höheren Schichten und einer Bibliothek bestehen, die diesen Programmen gemeinsame Funktionen zur Verfügung stellt. Jeder der nachstehend beschriebenen Blöcke ist ein Funktionsblock, kein Hardware-Block.

[0076] Die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 umfasst eine Benutzerschnittstellen-Verarbeitungseinheit 114, eine Datenverarbeitungseinheit 116, eine Kommunikationseinheit 118 und eine Datenspeichereinheit 120.

[0077] Die Benutzerschnittstellen-Verarbeitungseinheit 114 ist für die Verarbeitung im Zusammenhang mit der Benutzerschnittstelle zuständig, z. B. für die Bildanzeige und die Audioausgabe, sowie für die Annahme von Vorgängen des Benutzers. Die Kommunikationseinheit 118 ist für die drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation mit externen Geräten zuständig. Die Datenverarbeitungseinheit 116 führt verschiedene Prozesse anhand der von der Benutzerschnittstellen-Verarbeitungseinheit 114 und der Kommunikationseinheit 118 erfassten Daten, der vom Sensor 56 erfassten Informationen und der in der Datenspeichereinheit 120 gespeicherten Daten aus. Die Datenverarbeitungseinheit 116 fungiert auch als Schnittstelle zu der Benutzerschnittstellen-Verarbeitungseinheit 114, der Kommunikationseinheit 118 und der Datenspeichereinheit 120. Die Datenspeichereinheit 120 speichert verschiedene Programme und Einstellungsdaten.

[0078] Die Benutzerschnittstellen-Verarbeitungseinheit 114 umfasst eine Eingabeeinheit 112 und eine Ausgabeeinheit 122.

[0079] Die Eingabeeinheit 112 nimmt Eingaben des Benutzers über das Touchpanel auf dem Monitor 106 entgegen. Die Ausgabeeinheit 122 umfasst eine Anzeigeeinheit 110. Die Anzeigeeinheit 110 zeigt verschiedene Bilder an.

[0080] Die Datenverarbeitungseinheit 116 umfasst eine Messeinheit 124 und eine Anzeigesteuereinheit 126.

[0081] Die Messeinheit 124 misst den Verschiebungsbetrag des Tastereinsatzes 4 anhand der vom Sensor 56 erfassten Informationen und misst somit den Verschiebungsbetrag des Messobjekts. Die Anzeigesteuereinheit 126 erzeugt ein Bild und zeigt es auf der Anzeigeeinheit 110 an.

[0082] Als nächstes wird die Methode zur Korrektur der Messwerte beschrieben.

[0083] Obwohl das oben genannte Messgerät 100 zur Messung der Verschiebung und der Länge des Messobjekts verwendet werden kann, können, da die Messung mithilfe einer mechanischen Struktur erfolgt, leichte Fehler zwischen dem Messwert und dem tatsächlichen Wert auftreten. Daher kompensiert die Informationsverarbeitungseinrichtung 102 diesen Fehler. Die Datenspeichereinheit 120 speichert einen Korrekturkoeffizienten für diesen Fehler. Die Messeinheit 124 korrigiert den Messwert anhand dieses Korrekturkoeffizienten und speichert ihn in der Datenspeichereinheit 120.

[0084] FIG. 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Fehler zwischen der vom Messgerät 100 gemessenen Länge und der tatsächlichen Länge zeigt.

[0085] In diesem Beispiel wird die Messlänge kürzer als die tatsächliche Länge, und je länger die Messlänge ist, desto größer ist der Fehler. Daher stellt die Messeinheit 124 aufgrund dieses Trends einen Korrekturkoeffizienten ein, um den Fehler entsprechend der Messlänge gegen Null zu bringen. Auf diese Weise lassen sich genauere Messwerte erzielen. In dieser Ausführungsform ist es ausreichend, eine nahezu lineare Korrektur anzuwenden.

[0086] FIG. 15 ist eine Ansicht, die ein Korrekturverfahren zeigt, das während des Austauschs des Tastereinsatzes 4 durchgeführt wird.

[0087] Der Abstand von der Drehachse L1 zum Kontaktgeber 7 ist bei Verwendung des Tastereinsatzes 4a anders als bei Verwendung des Tastereinsatzes 4b (l2 > l1). Daher ist die erfasste Verschiebung in Drehrichtung (Verschiebung in Höhenrichtung) unterschiedlich (h2 > h1), selbst wenn der Drehwinkel θ, der die Verschiebung der Welle 32 beeinflusst, gleich ist.

[0088] Tauscht der Benutzer den Tastereinsatz 4 aus, so gibt er daher die Länge des Tastereinsatzes 4 nach dem Austausch über das Touchpanel auf dem Monitor 106 ein. Die Messeinheit 124 stellt einen Korrekturkoeffizienten entsprechend dieser Länge des Tastereinsatzes 4 ein und speichert ihn in der Datenspeichereinheit 120. Ist beispielsweise die Messung mit dem Tastereinsatz 4a als Standard (Korrekturkoeffizient = 1) eingestellt ist, wird der Korrekturkoeffizient k (= h1/h2) eingestellt, wenn der Tastereinsatz 4b verwendet wird. Die Messeinheit 124 korrigiert bei der Messung mit dem Messgerät 100 den Messwert mit diesem Korrekturkoeffizienten und zeigt den korrigierten Messwert auf der Anzeigeeinheit 110 an. Auf diese Weise können Fehler korrigiert und die Erfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden.

[0089] FIG. 16A und 16B zeigen ein Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern des Tastereinsatzes.

[0090] Wie in FIG. 16A gezeigt, wird der Tastereinsatz 4 zu Beginn der Messung vorzugsweise parallel (im Beispiel in FIG. 16A horizontal zur Oberseite des Messobjekts W) zur Bezugsfläche Sb (der Fläche an der Bezugsposition für die Verschiebung) des Messobjekts W platziert. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Verschiebungsrichtung des Tastereinsatzes 4 im Allgemeinen mit der Verschiebungsrichtung des Messobjekts W zusammen (siehe den doppelt gestrichelten Pfeil). Daher entspricht der vom Messgerät 100 gemessene Messwert der Verschiebung des Messobjekts W.

[0091] Wenn andererseits, wie in FIG. 16B gezeigt, der Tastereinsatz 4 zu Beginn der Messung in einem Winkel α zur Bezugsebene Sb platziert ist, fällt die Richtung der Verschiebung des Tastereinsatzes nicht mit der Richtung der Verschiebung des Messobjekts W zusammen (siehe doppelt gestrichelter Pfeil). Daher ist die Auslenkung des Messobjekts W der Messwert des Messgeräts 100 multipliziert mit cos α.

[0092] Ist also der Tastereinsatz 4 in einem Winkel α zur Bezugsebene Sb eingestellt, so gibt der Benutzer den Winkel α des Tastereinsatzes 4 über das Touchpanel des Monitors 106 ein. Der dem Winkel α entsprechende Korrekturkoeffizient wird im Voraus in der Datenspeichereinheit 120 gespeichert. Die Messeinheit 124 stellt den Korrekturkoeffizienten ein, der dem Winkel α des Tastereinsatzes 4 entspricht. Der Messwert wird bei der Messung mit dem Messgerät 100 unter Verwendung dieses Korrekturkoeffizienten korrigiert, und der korrigierte Messwert wird auf der Anzeigeeinheit 110 angezeigt. Auf diese Weise können Fehler korrigiert und die Erfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden.

[0093] Wie oben erläutert, ist der Tastereinsatz 4 bei der vorliegenden Ausführungsform der Verschiebungserfassungsvorrichtung 1 abnehmbar an dem Tragelement 6 angebracht. Daher ist es möglich, den Tastereinsatz 4 durch einen Tastereinsatz mit einer anderen Länge entsprechend der Form des Messobjekts oder des Messpunkts zu ersetzen, um den Tastereinsatz mit einem Messobjekt entsprechend der Struktur des Messobjekts in Kontakt zu bringen, die Messgenauigkeit zu gewährleisten und die Verschiebungserfassung in geeigneter Weise durchzuführen. Ist der Tastereinsatz 4 beschädigt, so muss nur der Tastereinsatz 4 durch einen neuen ersetzt werden, und das Gehäuse 2 und der interne Mechanismus können ohne Austausch weiter verwendet werden, wodurch sich die Betriebskosten verringern.

[0094] Darüber hinaus kann das Gehäuse 2 kompakt gestaltet werden, indem der Tragabschnitt 20 des Tragelements 6 bogenförmig geformt und an der Außenseite des Gehäuses 2 angebracht wird, z. B. indem die Breite des Gehäuses 2 so klein wie nötig gemacht wird. Insbesondere wenn ein kugelförmiges Lager als Lager 8 verwendet wird, wie in der obigen Ausführungsform, ist es schwierig, das untere Ende des Tragelements 6 in das Gehäuse 2 einzupassen, da das Lager selbst eine große Breite einnimmt. Indem beide Enden des gewölbten Teils des Tragabschnitt 20 auf der Außenfläche des Gehäuses 2 angeordnet werden, wird das Problem der Raumbelegung innerhalb des Gehäuses 2 beseitigt.

[0095] Indem der Befestigungswinkel des Tragabschnitts 20 am Gehäuse 2 variabel gestaltet wird, kann der Anfangswinkel des Tastereinsatzs 4 flexibel an die Form des Messobjekts und des Messpunkts angepasst werden. Auf diese Weise kann der Tastereinsatz 4 in Kontakt mit dem Messobjekt gebracht werden, ohne die umgebenden Strukturen zu beeinträchtigen. Dadurch kann die Messgenauigkeit gewährleistet und die Verschiebungserfassung angemessen durchgeführt werden.

[0096] Da die Verschiebung der Welle 32 in Abhängigkeit von der Drehung des Tastereinsatzes 4 durch den oben beschriebenen Mechanismus verstärkt wird, ist eine elektrische Verstärkung nicht erforderlich. Daher können die Messergebnisse direkt wiedergegeben werden, und die Erfassungsgenauigkeit kann auf einem hohen Niveau gehalten werden. Mit anderen Worten, die Verschiebung des Messobjekts kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.

[0097] Da der Verschiebungsverstärkungsmechanismus mit einem einfachen Mechanismus implementiert werden kann, der hauptsächlich das Verbindungselement 36, die Kugel 48 und den Aufnahmeabschnitt 50 umfasst, kann der Verschiebungsverstärkungsmechanismus auf relativ kompakte Weise eingerichtet werden, was in Bezug auf die Kosten vorteilhaft ist und Probleme wie Fehlfunktionen unterdrückt. Da als Stützteil 34 ein Lager verwendet wird, kann der Widerstand gegen die Verschiebung der Welle 32 in axialer Richtung reduziert werden. Daher kann auch die Belastung der Feder 57 für die Rückstellung gering gehalten werden. Obwohl der Tastereinsatz 4 bei dieser Ausführung während der Messung vertikal und horizontal verschoben werden kann, reicht es aus, ein axiales Vorspannmittel zu haben, das den Tastereinsatz 4 in die axiale Richtung der Welle 32 drückt (Belastung durch die Feder 57), um den Tastereinsatz 4 nach der Messung in seine Ausgangsposition zurückzubringen. Eine Feder, die das Verbindungselement 36 in radialer Richtung (senkrecht zur Achse) vorspannt (ein radiales Vorspannmittel zur Rückführung der Neigung in den Ausgangszustand), ist beispielsweise nicht erforderlich. Diese Faktoren ermöglichen eine kompakte Bauweise der Verschiebungsmessvorrichtung 1.

MODIFIKATIONEN

[0098] Wie in den FIG. 12A und 12B dargestellt, zeigt die obige Ausführungsform eine Konfiguration, bei der der Tastereinsatz 4 an dem am Tragelement 6 befestigten Befestigungselement 28 angebracht und von diesem gelöst wird, wenn der Tastereinsatz 4 ersetzt wird. In einer abgewandelten Form kann der Tastereinsatz 4 durch Anbringen (Befestigen) und Abnehmen (Lösen) des Befestigungselements 28, an dem der Tastereinsatz 4 vormontiert ist, am Trägerelement 6 ersetzt werden. Das Lösen der Schraube 98 ermöglicht einen solchen Austausch. In einem solchen Fall muss jedoch der Befestigungswinkel des Befestigungselements 28 am Trägerelement 6 neu eingestellt werden, was die Arbeit erschweren kann. Daher ist es vorzuziehen, das Befestigungselement 28 in der richtigen Position zum Trägerelement 6 zu belassen und nur den Tastereinsatz 4 auszutauschen.

[0099] In der obigen Ausführungsform ist die Schraube 98 von dem Befestigungsabschnitt 26 abnehmbar und daran befestigbar. In einer Abwandlung kann z.B. ein Stift anstelle der Schraube 98 verwendet und durch Verstemmen oder andere Befestigungsmittel an dem Befestigungsabschnitt 26 befestigt werden.

[0100] Wie in FIG. 4 gezeigt, zeigt die obige Ausfü hrungsform eine Konfiguration, bei der die Kugel 48 auf der Seite des Verbindungselements 36 und der Aufnahmeabschnitt 50 auf der Seite der Welle 32 vorgesehen ist. Umgekehrt kann in einer Modifikation der Aufnahmeabschnitt auf der Seite des Verbindungselements und die Kugel auf der Seite der Welle vorgesehen sein. Mit anderen Worten, die Kugel kann auf der Wellenachse gehalten werden, während die Seite des Aufnahmeabschnitts geneigt ist, um als Verschiebungsverstärkungsmechanismus zu fungieren.

[0101] Die obige Ausführungsform zeigt eine Konfiguration, bei der die vier Stifte 62, die sich von dem Basiselement 38 erstrecken, und die vier Stifte 64 (zwei Paare paralleler Stifte), die an dem Körper 40 vorgesehen sind, als Drehpunktkomponenten verwendet werden, um den Kippmechanismus 60 zu realisieren. In einer Abwandlung kann eine Kugel anstelle eines oder beider der Stifte 62 und der Stifte 64 verwendet werden. Alternativ kann auch ein Vorsprung verwendet werden. Die Konfiguration ist derart ausreichend, dass die Drehpunktkomponente auf der Seite des Basiselements und die Drehpunktkomponente auf der Seite des Körpers einen Punktkontakt (Kontakt an zwei Punkten) für die Wirkung des Kippmechanismus herstellen.

[0102] Die Drehpunktkomponente auf der Seite des Basisteils und die Drehpunktkomponente auf der Seite des Körpers können beide derart die Form eines O-Rings haben, dass der Kippmechanismus nicht nur in vertikaler und horizontaler Richtung, sondern auch in einem beliebigen Winkel kippen kann.

[0103] In der obigen Darstellung ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Sensor 56 ein magnetischer Sensor ist. In abgewandelter Form können auch ein optischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein analoger Sensor wie ein Differenzialtransformator mit einer Spule oder andere Sensoren verwendet werden.

[0104] In der obigen Ausführungsform wird ein Lager mit endlichem Hub als Stützteil 34 verwendet, jedoch kann es auch kann ein Kugellager ohne Vorspannung sein. In einer Abwandlung kann das Stützteil mit einem Gleitlager eingerichtet werden. Da ein Wälzlager eine geringere Reibung als ein Gleitlager hat, kann der Widerstand gegen die Verschiebung der Welle 32 verringert werden. Daher kann die Empfindlichkeit des Tastereinsatzes 4 auch dadurch erhöht werden, dass die Belastung der Feder 57 gering gehalten wird. Es ist auch möglich, den Tastereinsatz 4 schnell in seine Ausgangsposition zurückzubringen, wenn der Tastereinsatz 4 vom Messobjekt W gelöst wird. Alternativ kann das Stützteil aus einem zylindrischen Element oder dergleichen ohne Lager bestehen, und die Welle 32 kann gleitend eingeführt und in axialer Richtung geführt werden.

[0105] In der obigen Ausführungsform wird eine umgekehrte konische Neigung als Aufnahmefläche 52 des Aufnahmeabschnitts 50 verwendet, es kann aber auch eine bogenförmige Neigung verwendet werden. Dadurch kann das in FIG. 14 gezeigte Kurvenprofil nicht elektrisch, sondern durch die Form (Gestalt) korrigiert werden.

[0106] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und deren Modifikationen beschränkt, und jede Komponente davon kann modifiziert und verkörpert sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die in der Ausführungsform beschriebenen Komponenten und Modifikationen können in geeigneter Weise kombiniert werden, um verschiedene Ausführungsformen zu bilden. Einige Komponenten können von den in der Ausführungsform und den Modifikationen dargestellten Komponenten weggelassen werden.

[0107] Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-143592, die am 9. September 2022 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2023-136327, die am 24. August 2023 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Claims (10)

1. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1), umfassend: einen Tastereinsatz (4); ein Drehelement (30), das den Tastereinsatz (4) trägt und sich mit einem Drehpunkt (P1) als Basispunkt dreht, wenn der Tastereinsatz (4) ein Messobjekt beruhrt; eine Welle (32), auf der eine Skala (54) angebracht ist; einen Betätigungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung des Drehelements (30) bei Kontakt des Tastereinsatzes mit dem Messobjekt in eine axiale Bewegung der Welle (32) umwandelt; und einen Sensor (56), der die axiale Verschiebung der Skala (54) erfasst, wobei der Tastereinsatz (4) abnehmbar am Drehelement (30) befestigt ist.

2. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Welle (32) in Längsrichtung mit einem Muster der Skala (54) versehen ist, der Sensor (56) die axiale Verschiebung des Musters der Skala (54) erfasst, der Tastereinsatz (4) in der Lage ist, sich mit dem Drehelement (30) in vertikaler und horizontaler Richtung zu einer Achse (L5) zu drehen, wobei der Drehpunkt (P1) als Basispunkt dient, und der Sensor (56) in der Lage ist, die axiale Verschiebung des Musters der Skala (54) zu erfassen, die durch die vertikale oder horizontale Drehung des Tastereinsatzes (4) verursacht wird.

3. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei das Drehelement (30) umfasst: einen bogenförmigen Tragabschnitt (20), der sich vor einem Gehäuse (2) erstreckt, wobei das Gehäuse (2)die Skala (54) und den Sensor (56) aufnimmt; und einen Befestigungsabschnitt (26), der am vorderen Ende des Tragabschnitts (20) vorgesehen ist und an dem der Tastereinsatz (4) befestigbar und von dem er abnehmbar ist.

4. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Befestigungsabschnitt (26) geeignet ist, mehrere Arten von Tastereinsätzen (4) unterschiedlicher Länge austauschbar anzubringen.

5. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein Lager (8), das die Welle (32) in axialer Richtung verschiebbar lagert; und eine Feder (57), die die Welle (32) in die axiale Richtung drückt, um den Tastereinsatz (4) in seine Ausgangsposition zurückzubringen, wenn der Tastereinsatz (4) vom Messobjekt gelöst wird, wobei der Tastereinsatz in der Lage ist, sich in vertikaler und horizontaler Richtung aus der Ausgangsposition zusammen mit dem Drehelement (30) mit dem Drehpunkt P1 als Basispunkt gegen die Druckkraft der Feder (57)zu drehen.

6. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, umfassend: einen Aufnahmeabschnitt (50), der eine umgekehrt konische Aufnahmefläche (52) aufweist und auf der Achse der Welle (L3) vorgesehen ist; eine Kugel (48), die in dem Aufnahmeabschnitt (50) derart aufgenommen ist, dass sie die Aufnahmefläche (52) berührt; und einen Offset-Mechanismus, der derart gestaltet ist, dass eine Schubkraft in axialer Richtung der Welle erhöht ist, indem die Kugel (48) auf der Aufnahmefläche (52) derart bewegt wird, dass der Mittelpunkt (P) der Kugel (48) entsprechend der Drehung des Drehelements (30) von der Achse der Welle (L3) versetzt ist, wobei die Feder (57) derart gestaltet ist, dass sie den Aufnahmeabschnitt (50) zu einer Seite drückt, die der Seite gegenüberliegt, in die die Welle (32) gedrückt wird.

7. Verschiebungserfassungsvorrichtung (4) nach Anspruch 2, wobei das Drehelement (30) umfasst: einen Tragabschnitt (20), der sich vor dem Gehäuse (2) erstreckt, wobei das Gehäuse (2) die Skala (54) und den Sensor (56) aufnimmt; einen Befestigungsabschnitt (26), der am vorderen Ende des Trägerabschnitts (20) vorgesehen ist, an dem der Tastereinsatz (4) befestigt ist; und einen Gelenkabschnitt (18), der an einem Verbindungsabschnitt (16) befestigt ist, der an einem Innenring (14) eines als Drehpunkt dienenden Lagers vorgesehen ist, wobei ein Ende des Tragabschnitt (20) über ein Befestigungselement (24) an dem Gelenkabschnitt (18) befestigt ist, und die Achse des Befestigungselements (24) auf einer Drehachse (L1) des Drehpunkts liegt.

8. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei eine Befestigungskraft des Tragabschnitt (20) an dem Gelenkabschnitt (18) so eingestellt ist, dass sie größer als die Widerstandskraft ist, wenn der Tastereinsatz (4) das Messobjekt berührt, und kleiner als eine Befestigungskraft des Gelenkabschnitts (18) an dem Verbindungsabschnitt (16).

9. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, die ferner Folgendes umfasst: eine Messeinheit (124), die derart gestaltet ist, dass sie den Verschiebungsbetrag des Messobjekts (W) basierend auf einer Erfassungsinformation des Sensors (56) misst, wobei die Messeinheit (124) weiter derart gestaltet ist, dass sie einen Korrekturkoeffizienten entsprechend der Länge des von dem Drehelement (30) getragenen Tastereinsatzes (4) einstellt und den Messwert unter Verwendung des eingestellten Korrekturkoeffizienten korrigiert, wenn der Verschiebungsbetrag gemessen wird.

10. Verschiebungserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, die ferner umfasst: eine Messeinheit (124), die derart gestaltet ist, das sie den Verschiebungsbetrag des Messobjekts (W) basierend auf einer Erfassungsinformation des Sensors (56) misst, wobei die Messeinheit derart gestaltet ist, dass sie einen Korrekturkoeffizienten entsprechend dem Winkel (α) einstellt, den der Tastereinsatz (4) in Bezug auf die Bezugsebene (Sb) des Messobjekts (W) einnimmt, und den Messwert unter Verwendung des eingestellten Korrekturkoeffizienten korrigiert, wenn der Verschiebungsbetrag gemessen wird.