JPH01308902A

JPH01308902A - 接触センサー

Info

Publication number: JPH01308902A
Application number: JP13937288A
Authority: JP
Inventors: Naoya Nishino; 西野　直也; Tetsuya Suzuki; 徹也鈴木
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は接触センサーに関するもので、より具体的に
は、測定箇所の基準面からの距離並びに傾斜度等を測定
することのできる接触センサーに関するものである。

（従来の技術）従来、基準面上に載置されたワークのある地点の高さ（
基準面とその地点との距離）を測定するセンサーとして
、例えば、ワークに接触する接触子と、その接触子をＸ
−Ｙ平面（基準面と平行な平面）でワークとの接触面に
垂直に振子状に揺動させる機構と、Ｚ軸方向（基準面と
直交する方向）に沿って接触子を上下移動させる別の機
構とを備えた接触センサーがある。

そして、この接触センサーでは、接触子を振子状に揺動
させながら下降移動させ、接触子のＸ。

Ｙ、Ｚ方向のいずれの変位も一定になった時に座標読取
りの指示を出すトリガを出力し、そのときの２軸の座標
を読み取ることにより高さを検出するようになっている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記した従来のセンサーでは、ワークと
接触する接触子の下端部は、大きさをもたない点である
とともにワークに測定圧を与え無いという理想のもとに
なされたものであるが、実際には係る接触子等を製造す
ることはできない。

従って、接触子の下端は一定の半径からなる球状にする
とともに、接触子の下端を測定するワークのある地点に
対し圧力を加え、その接触により生じる圧力を検出する
ことにより測定するようにしている。その結果、測定値
がばらつき、誤差を生じてしまうという問題を有する。

すなわち、接触子の下端部がある形を有する（点ではな
い）とともに、その下端部とワークとの間に生じる摩擦
力（測定圧をかける以上摩擦力の発生を無くすことはで
きない）により、接触子がワークの測定地点に対して垂
直に接触せずに、斜めに傾斜してワークに接触するおそ
れがある。そして、傾斜して接触した場合には、接触子
の下端部の位置と上端部の位置の差（高さ）が接触子の
長さより短くなり、この結果測定値に誤差を生じる。ま
た、接触子が傾斜するということは、測定すべき目的の
地点と異なる場所に接触子の下端部が当接することにな
り、そこにおいても誤差を生じてしまう。

この発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、たとえ被測定物のｎ１定面が
傾斜等していても誤差を生じることなく、再現性良く測
定することができるとともに、その測定面の傾斜角度も
測定することのできる接触センサーを提供するにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するため、本発明にかかる接触セン
サーでは、披１１１１１定物に対して前後進移動すると
ともにその先端が該被ｎ１定物と当接可能な接触子と、
該接触子の基端側に接続された圧電素子と、該接触子が
該被測定物に当接した際に生じる該圧電素子の変形に伴
なう起電力を検出する手段とを倫えた。

（作　用）接触子の先端が被測定物に当接するまで接触センサーを
被測定物に対して前進させる。そして、当接した接触圧
を圧電素子にて検出し、接触センサーの前進移動を停止
させる。そのときの接触センサーの移動量を検出するこ
とにより測定地点の基準面からの距離を測定する。

また、測定地点が傾斜しており、その傾斜角度を測定す
るには、上記した状態からさらに接触センサーを前進さ
せるように付勢する。すると、センサーの先端部が測定
地点の傾斜面に沿って移動し、その変位量を圧電素子を
介して検出するとともに、所定の補正計算を行うことに
より、傾斜角度を７ｉｐ＋定することができる。

（実　施　例）以下、本発明の好適な実施例について添付図面を参照に
して説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示している。

同図に示すように、本実施例では、まず、中空円筒状の
圧電素子１の下端開口部に略同−径からなる円板状の底
板２を固着し、その底板２の下面中央位置に接触子３を
垂下形成している。そして、これら圧電素子１．底板２
並びに接触子３は一体化されており、ワークなどの被測
定物に接触した場合には全体的に変形するようになって
いる。

さらに、圧電素子１の下方外周面には、径方向両側にＸ
軸方向の変位量を検出するための第１の電極板４．４が
貼着されている。また、その第１の電極板４，４と直交
する方向の圧電素子１の外周面には、Ｙ軸方向の変位量
を検出するための第２の電極板５，５が貼着されている
。さらに、圧電素子１の上方外周面にはその周方向に沿
って環状の第３の電極板６が貼着されており、Ｚ方向の
変位量を検出できるようになっている。

さらに、具体的には圧電素子１の内周面にも電極板（図
示せず）が貼着されており、その電極板と上記した第１
〜第３の電極板４〜６間で生じる電位差を検出すること
により、上記した各軸方向の変位量を検出するようにな
っている。

そして、上記構成の接触センサー８が図示しない移動機
構に連繋されており、３次元方向に移動できるようなっ
ている。

次に、本実施例における作用について説明する。

まず、第２図（Ａ）に示すように、被測定物たるワーク
１０を基準面１２の上に載置する。このワーク１０の測
定面１０ａが、基準面１２と平行となっている場合に付
いて説明すると、上記した図外の移動機構を作動させて
、接触センサー８をワーク１０の測定したい地点の真°
上に位置させる。

次いで、接触センサー８を真っ直ぐに下降移動させ、そ
の下降移動を続けると、接触子の下端部がワーク１０に
当接する。そして、その状態からさらに下降移動するよ
うに作動させると、接触子３とワーク１０の間に生じる
接触圧により圧電素子１が若干縦方向に収縮する。そし
て、その収縮を上記したＺ方向の変位を検出する第３の
電極板６を介して検出し、移動機構に停止命令を発する
（理想上では接触した瞬間に停止したいが、実際には圧
電素子の検出能力等の影響から停止命令が若干遅れて発
生する。）。次いで、このときの圧電素子１の上端部の
高さ（基準面１２からの距離）ｈｌを計測する。そして
、接触センサー８の長さ（圧電素子１が同等伸縮などし
ていない状態における長さ）ｈ２は予めわかっており、
また、上記した第３の電極６から圧電素子１の収縮量ａ
ｈも検出できる。従って、ワーク１０の測定地点の高さ
ｈは、ｈ−ｈｌ−ｈ２＋、６ｈ・・・・・・■により、求めら
れる。

また、測定面が第２図（Ｂ）に示すように、傾斜してい
る場合であっても圧電素子にて接触子３の下端が計１定
面に当接したことを検出し、接触子３の下降移動を停止
する間には、接触センサー８は真っ直ぐの状態を維持し
ているため、上記した補正式にて高さを求めることがで
きる。但し、この場合にｎ１定面１０′　ａから受ける
反作用力の向きは測定面と直交する方向なので、傾斜角
度が大きくなるにしたがって第１または第２電極４．５
にて接触子３の当接を検出するようになる。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、ワーク１０′の測定
面１０′　ａが傾斜している場合における傾斜角度を測
定する方法に付いて説明する。

まず、基本的な操作は上記した場合と同様に行い、接触
子３がワーク１０に接触するまで、接触センサー８を下
降移動させる。そして、その状態のままさらに接触セン
サー８を下降させると、接触子３の下端がワーク１０の
傾斜面に沿って斜め下方向に移動する。すなわち、所望
の位置（正規の測定地点）に対して横（Ｘ　−Ｙ）方向
並びに縦（Ｚ）方向にそれぞれ位置ズレを生じてしまう
。

そして、Ｘ−Ｙ方向の変位量１３ｘ、Ａｙは、圧電素子
１の変形により生じる起電力を第１．第２の電極板４，
５介して検出することにより測定できる。高さ方向の変
位量Ｊｚは、接触子３の下端が測定面（具体的には点ｄ
）に当接した後、停止するまでに移動した距離を測定す
ることにより求めることができる。

また、第３図に示すように接触子３の高さ方向の変位ｆ
ｆｉ　Ａ　ｚには、接触センサー８がその上端部を中心
として回転しく横方向へ移動）接触子３の下端が上昇す
ることにより生じる差Ｊｚｌと、ワーク１２の測定地点
の高低差により生じる差、ｄｚ２とがある。

そして１．ｄｚｌは、三角形ａｂｃを想定した場合に接
触センサー８の長さｈから辺ａｂの長さを引いた値であ
るため、により求められる。ここで、ｚｘ並びにｊｙはともに正
規の測定地点から実際に接触子３が当接している箇所ま
でのＸ−Ｙ平面での変位量である。

従って、１ｌｚ２は１、ａ　ｚ　　２−１３　ｚ　−１３ｚ　　１により求め
られる。

そして、三角形ｂｅｄについて考えると、ｔａｎθ−、
ｄｚ２／７丙Ｔ〒７７弓が成り立ち、これにより、ｅ　−ｔ　ａ　ｎ−１（Ｊ、ｚ　２／ｒ了７７弓より傾
斜角度θを求めることができる。

なお、接触子が傾斜面に沿って移動する間においても、
圧電素子１が圧縮変形するため、前記した式■のように
その収縮量を考慮して補正をするのが望ましい。

第４図は、本発明の第２実施例を示している。

この実施例では、上記した第１実施例における円筒状の
圧電素子の替わりに、３本の角柱状の圧電素子２０ａ−
ｃを用いている。そして、これら３本の圧電素子２０　
ａ　−ｃは、それぞれ相互に直交するように配置され、
しかもｘ、ｙ、ｚ軸に沿うようになっている。そして、
各圧電素子２０ａ〜Ｃの交点部分の下面には接触子３が
垂下形成されている。

さらに上記した各圧電素子２０ａ−ｃは図示しないがそ
の先端部は測定基板に移動不能に固着されており、３つ
の固着箇所の相対位置は略不変となっている。

尚本実施例では、上記した各圧電素子は、薄片状の圧電
素子を複数個積層した状態のものを使用している。

次に、本実施例の作用に付いて説明すると、上記した第
１実施例と同様に接触センサー８′をワークに当接する
まで下降移動する。そして、ワークの測定面が平坦な場
合はＺ方向に配された圧電素子２０ｃのみが収縮するた
め、上記した第１実施例と同様の補正式により高さを測
定することができる。

また、第５図に示すように、ワーク１０の測定面１０ａ
が傾斜している場合には、接触子３の下端が測定面に当
接後さらに下降動させると、Ｚ方向に配された圧電素子
２０ｃの上端部Ｑを回転中心として接触子３の下端が傾
斜面に沿って回動する。すると、その回動に伴なってＸ
、Ｙ軸方向に配された圧電素子（本例ではＸ方向の圧電
素子２０ａのみ）が圧縮される。これにより接触子３の
下端がＸ方向にどれだけ変位したかを検出することがで
きる。また、同様に接触子３の変位にＹ軸方向の成分が
ある場合には、Ｙ軸方向に配された圧電素子２０ｂも伸
縮する。これにより、Ｘ−Ｙ方向の変位ｍＡ　ｘ　、　
Ａ　ｙを検出することができる。

そして、このようにしてＪｘ、４ｙを測定した後は、上
記した第１実施例と同様の補正式に従って、ワーク１０
の１ｌｐｊ定地点の傾斜角度を測定することができる。

さらに、上記した第１．第２実施例では、ともにワーク
の高さを測定する場合について説明したが、本発明はこ
れに限らず、接触子を水平状態に位置するように接触セ
ンサー配するとともにそれを水平方向に移動しながら被
測定物に近付けることにより任意の基準面からの測定地
点までの距離（高さに限らず）を測定することができる
。

（発明の効果）以上のように、本発明に係る接触センサーでは、たとえ
被測定物の測定面が傾斜等していても誤差を生しること
なく、再現性良く測定することができる。

また、その測定面の傾斜角度も測定することができる。

しかも、測定対象が、被ａｊ定物の高さに限られず、３
次元の任意方向の基準面からの距離を測定することがで
きるようになる。

さらに本発明の接触センサーは、被ＤＩ定物に対して真
っ直ぐ（−軸方向）に移動させてあげれば良く　（従来
のように振子状に揺動させる必要はない）、移動機構が
簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接触センサーの第１実施例を示す
斜視図、第２図、第３図はその作用を説明する図、第４
図は第２実施例を示す斜視図、第５図はその作用を説明
する図である。１・・・・・・圧電素子　　　　３・・・・・・接触子
４・・・・・・第１の電極板　　５・・・・・・第２の
電極板６・・・・・・第３の電極板　　８，８′・・・
接触センサー１０・・・ワーク　　　　　１２・・・基
準面２０ａ〜２０ｃ・・・圧電素子特許出願人　　　　　　　富士電気化学株式会社代　理
　人　　　　　　　弁理士　−色　健　補間　　　　　
　　　　弁理士　松　本　雅　利第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

被測定物に対して前後進移動するとともにその先端が該
被測定物と当接可能な接触子と、該接触子の基端側に接
続された圧電素子と、該接触子が該被測定物に当接した
際に生じる該圧電素子の変形に伴なう起電力を検出する
手段とを備えたことを特徴とする接触センサー。