JPH0152681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は少なくとも直角２次元における変位測
定装置に関する。

枢動の中心を含む軸の面で枢動するようにハウ
ジングに支持された針を有するプローブと、軸か
ら離隔した位置で針とハウジングの間に配された
センサとをそなえ、軸に対して横方向における針
の加工品接触端の変位を感知する変位測定装置は
公知である。

本発明の目的は公知の装置を軸方向の変位をも
測定できるように改良することである。

本発明によるプローブにおいては、針が軸にそ
つて移動するようにハウジングに支持され、第２
のセンサが少なくとも前記軸にそう針の変位を感
知するように針とハウジングの間に配設され、２
つのセンサがそれぞれ出力を有し、これら出力が
これら出力間の差を定める信号を形成する手段に
接続されており、横方向変位を別個に測定できる
ようになされている。

以下、本発明を添付図面を参照して説明する。

第１図および第２図において、プローブ９は針
１０をそなえ、この針１０はスプリング１１にと
りつけられている。スプリング１１は針と支持部
材即ちハウジング１４の間に伸展した４つのリム
１２をもつている。スプリングは板状であつて、
プローブの対称軸Ｂに直角な面Ａ―Ａ上にある。
針は、スプリング１１の中央部１５の上下にそれ
ぞれのびる部分１６，１７をそなえ、これらの部
分は相互に螺合されて、相互の間に中央部分１５
を固定している。リム１２の間には取付フランジ
１８があつて、これでスプリングをハウジング１
４に確保している。

各リム１２の基本的形状は第２図に影１２Ａを
つけて示したようになつており、これから、リム
が中央部１５とフランジ１８の間に、ほぼＵ字状
をなして曲線状にのびていることがわかると思
う。スプリングは各リムの所に部分１９を有し、
この部分はリムとフランジを接続するものであ
る。

ハウジング１４は座標測定装置（公知なので図
示せず）の作動ヘツドにとりつけるためのアーバ
２１をそなえている。この場合ヘツドは第１図お
よび第２図にＸ，Ｙ，Ｚで示した三次元の移動に
対しそれぞれの直線キヤリツジで支持されてい
る。このキヤリツジは与えられたデータに関する
ヘツド位置を連続モニタするための測定装置に接
続されている。動作を説明すれば、ヘツドは、針
の球状端２２が加工品の面に接触するまで加工品
に対して移動される。この接触点以上にヘツドが
移動すれば、ヘツドに関して針が変位することと
なり、このような変位が測定機械においてデータ
に関して加工品の面の位置を決定するのに用いら
れる。

スプリング１１が自由状態にある場合、即ち針
の端部２２に重力以外の他の力が加わらない場
合、針は休止位置にあると言う。針、即ちその端
部２２の変位は、リム１２の曲げ、ねじれを含
む、スプリングの偏倚となる。Ｘ又はＹ方向の変
位中、針はスプリングの中心Ｃを中心として枢動
し、Ｚ方向変位中は、中心Ｃは軸Ｂにそつて移動
する。リム１２が、スプリング板厚よりも大きい
幅を面Ａ―Ａ上にもつていて、リムが曲つたり、
ねじれたりする一方で面Ａ―Ａ上にある力に抗し
得るので、針がＸ或はＹ方向に平行動作すること
は防止できる。

針の変位は、４つの感知トランスジユーサ２５
Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄで測定される。これ
らトランスジユーサは軸Ｂを中心とする共通円周
上でしかもＸ方向Ｙ方向にある２つの直径上に配
設されている（第２図）。各トランスジユーサは
誘導巻線２６と可動コア２７をそなえ、巻線のイ
ンダクシヨンはコアの位置が変化するにつれて変
化するようになつている。このようなトランスジ
ユーサ自体は公知のものである。各コア２７は、
針に固定したアーム２８に可撓線を介して接続さ
れている。

各トランスジユーサ２５はそれぞれのインダク
シヨンブリツジ３０（第３図）に接続されてい
る。このブリツジは、ブリツジ自体のバランスに
応じて正、負、ゼロの出力を発生するものであ
る。以上４つのブリツジの出力をそれぞれ２９
Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄで示す。針が静止し
ている場合、すべてのトランジスジユーサの出力
がゼロであるように、トランスジユーサが位置づ
けられ更にブリツジが調整されている。ブリツジ
出力２９Ａ，２９Ｂは（その一方がインバータ３
１を介し）加算増幅器３２に接続されて出力の差
２９Ａ―２９Ｂを得るようになされている。針が
Ｘ方向に移動すれば、出力２９Ａ，２９Ｂはそれ
ぞれ正、負となるので、増幅器の出力は針のＸ方
向変位に比例した信号３３で休止位置から離隔し
た方向センスを示す符号をもつていることは容易
にわかるであろう。

ブリツジ出力２９Ｃ，２９Ｄは（一方がインバ
ータ３５を介して）加算増幅器３６に接続され
て、針のＹ方向変位に比例した信号３７を発生す
る。

更に全ブリツジ出力２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，
２９Ｄは加算増幅器３９に接続され、この増幅器
の出力４０は従つて針のＺ方向変位に比例し、Ｚ
方向変位のセンスに対応した符号をもつている。
このようにして、Ｚ方向変位は、３次元間の弁別
を失なうことなく、ＸおよびＹ方向変位と同じト
ランスジユーサで感知される。

針が２次元或は３次元の移動成分を含むような
移動をする場合は、それぞれの増幅器はこれら成
分を別々にあらわす。

出力３３，３７，４０は、各々、校正ポテンシ
ヨメータ４２、Ａ―Ｄコンバータ４３、デジタル
表示装置４４に接続されている。別々のポテンシ
ヨメータが必要な理由は次の通りである。即ち、
増幅器３２，３６が２入力であるのに対し増幅器
４０は４入力であるために、出力３３，３７は出
力４０と同一スケールではない（その関係は２：
４）。

図示してないが、変形例では、各対のトランス
ジユーサのたつた１つの出力がＺ次元の測定に用
いられている。例えば、出力２９Ａ，２９Ｂだけ
が加算増幅器３９に接続される。この場合、各対
のトランスジユーサの２つの出力を用いる場合ほ
どには正確ではないが、真Ｚの読みを発生する。

第４図および第５図に示したプローブは、ハウ
ジング１１４内に支持されたスプリング１１１に
取付けた針１１０をそなえている。針、スプリン
グ、ハウジングの構成は第１図，第２図に示した
ものとほぼ同様であり、スプリングは面Ａ―Ａ上
に配され、針が休止位置からＸ，Ｙ，Ｚの方向に
変位できるようにしている。Ｚ方向はプローブの
対称軸Ｂの方向である。針変位は３つの感知トラ
ンスジユーサ１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃで測
定され、これらトランスジユーサは各々インダク
シヨン巻線１２６と可動コア１２７をそなえてい
る。２つのトランスジユーサ１２５Ａ，１２５Ｃ
は軸ＢからＸ方向Ｙ方向にそれぞれ離隔した位置
にあて、巻線とコアはロツドを介してハウジング
１１４と針１１０にそれぞれ取付けられている。
他のトランスジユーサ１２５Ｂは針の中空部１５
０内で軸Ｂ上に配設されていて、その巻線は中空
部にとりつけられ、コアは線１５１を介してハウ
ジング１１４に固定されている。

トランスジユーサ１２５はそれぞれインダクシ
ヨンブリツジ１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ（第
６図）に接続され、これらブリツジはそれぞれ出
力１２９Ａ，１２９Ｂ，１２９Ｃを発生する。出
力１２９Ａ，１２９Ｂは（一方がインバータ１３
１を介して）加算増幅器１３２に接続されている
増幅器１３２はＸ方向の針の変位に比例した出力
１３３を発生する。一方、出力１２９Ｂ，１２９
Ｃは（一方がインバータ１３５を介して）加算増
幅器１３６に接続され、この増幅器１３６はＹ方
向の針の変位に比例した出力１３７を発生する。
ＸおよびＹ次元の測定に関する限り、出力１２９
ＢはＺ方向の変位があるまでは何の役目もしない
ことは容易にわかるであろう。この場合、インバ
ータ１３１，１３５を介して接続することによつ
て、Ｚ変位がＸ或はＹの次元における測定を誤ま
らせないようにしている。

出力１２９Ｂ自体はＺ方向の変位に比例し、出
力１４０を有する増幅器１３９に直接に接続され
ている。

出力１３３，１３７，１４０はそれぞれの針変
位に対応して１：１に校正されたポテンシヨメー
タを介して出力される。

第７図と第８図に示したプローブは、ハウジン
グ２１４内に支持されたスプリング２１１に固定
した針をそなえている。針、スプリング、ハウジ
ングの構成は第１図および第２図のものと、ほぼ
同様で、スプリングは面Ａ―Ａ上に配され、針が
休止位置からＸ，Ｙ，Ｚの方向に変位できるよう
にしている。Ｚ方向はプローブの対称軸Ｂの方向
である。針の変位は３つの感知トランスジユーサ
２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃで測定される。こ
れらトランスジユーサは各々インダクシヨン巻線
２２６と可動コア２２７をそなえている。また３
つのトランスジユーサは軸Ｂを中心とする共通円
周上に等間隔に配置されている。トランスジユー
サ２２５ＡはＸ方向の半径上にあり、トランスジ
ユーサ２２５Ｂ，２２５ＣはＸ方向とそれぞれ60
度の角度をなす半径上でしかもＹ方向と平行な線
上にある。トランスジユーサの巻線はハウジング
２１４に取付けられ、コアはロツド２２８を介し
て針に固定されている。

トランスジユーサ２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５
Ｃは、それぞれインダクシヨンブリツジ２３０
Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃに接続され、これらブリ
ツジはそれぞれ出力２２９Ａ，２２９Ｂ，２２９
Ｃを発生する。

針がＸ方向に変位する間、出力２２９Ａは正
に、出力２２９Ｂ，２２９Ｃは負となり、或はこ
の反対の状態となる。しかし、アーム２２８Ｂ，
２２８Ｃが60゜の角度をなしていることにより、
トランスジユーサ２２５Ｂ，２２５Ｃの出力はト
ランスジユーサ２２５Ａの出力の半分である。Ｘ
方向の移動を測定するために、出力２２９Ｂと２
２９Ｃは加算増幅器２４１に接続されている。こ
の増幅器２４１の出力はインバータ２３１に加え
られ、このインバータ２３１の出力と出力１２９
Ａとが加算増幅器２３２に加えられる。この増幅
器は下記のような差出力２３３を送出する。

233＝229A−｛−229B＋（−229C）｝＝229A＋
229B＋229C この値は針のＸ方向変位に比例する。Ｘ変位の
信号２９９Ａの大きさを１単位とすれば、信号２
２９Ｂと２２９Ｃはそれぞれ1/2単位で、従つて
信号２３３は２単位の大きさをもつ。

針のＹ方向変位中、トランスジユーサ２２５Ａ
は影響されないが、トランスジユーサ２２５Ｂ，
２２５Ｃは等しく且つ反対の出力を発生する。ア
ーム２２８Ｂ，２２８Ｃは60゜の角度をなしてい
るので、後者の出力は各々１の0.866倍に比例す
る。Ｙ方向の移動を測定するために、ブリツジ出
力２２９Ｂ，２２９Ｃの一方がインバータ２３５
を介して取り出され、このインバータの出力は他
方のブリツジ出力と共に加算増幅器２３６に加え
られる。この増幅器の出力は下記の差であらわさ
れる。

237＝229B−（−229C） これはＹ方向の針変位に比例する。この信号は
２×0.866＝1.732単位の大きさをもつている。

針がＺ方向に移動する場合は、全トランスジユ
ーサ２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃは同一の大き
さと符号の出力を発生する。この移動を測定する
ために、出力２２９Ａ，２２９Ｂ，２２９Ｃは加
算増幅器２３９に接続され、この増幅器の出力２
４０はＺ方向の針変位に比例し、３単位の大きさ
をもつている。

出力２３３，２３７，２４０は、それぞれの針
変位に対応して１：１に校正した、即ち単位の変
位に対して同一出力をなすようにされたポテンシ
ヨンメータ２４２Ａ，２４２Ｂ，２４２Ｃにそれ
ぞれ加えられる。即ち、ポテンシヨメータ２４２
Ａは信号２３３を２で割るように設定され、ポテ
ンシヨメータ２４２Ｃは信号２３７を1.732で割
るように設定され、ポテンシヨメータ２４２Ｂは
信号２４０を３で割るように設定される。

ポテンシヨメータ２４２Ｂの出力は分岐出力２
４２BXを有し、これが入力として加算増幅器２
３２に加えられ、信号２３２からＺ変位の影響を
除去するようにしている。信号２３７に対してこ
のような処理をすることは、Ｚ変位の影響がイン
バータ２３５でキヤンセルされるので、不要であ
る。

第１０図は第１図のプローブで、軸Ｂ方向に移
動するようにガイド５１に支持されたスライド５
０に接続したものを示す。ガイド５１は軸Ｂに対
して横方向にガイド５３にそつて移動するよう支
持されたキヤリツジ５２をそなえている、このよ
うにして、測定される加工品に対して移動するよ
うにプローブを支持する装置を構成している。

前記各実施例において、インダクシヨンブリツ
ジの出力を同一極性の単一出力を発生する回路に
加え、単一出力、例えば正の信号が、ブリツジの
うちの少なくとも１つが出力を有するかぎり、そ
の出力の正負に関係なく、発生させるようにして
もよい。例えば、第３図の信号２９Ａを偏極回路
５９Ａ（第１１図）に加え信号２９Ａが、ダイオ
ード６２，６３をそれぞれ有する分岐路６０，６
１に分割して加えることもできる。分岐路信号６
０はインバータ６４に加えて、信号６５を発生さ
せる。信号６１，６５はORゲート６６に加え
て、信号２９Ａの符号に無関係に正である単一信
号を発生させる。同様にして、回路５９Ｂ，５９
Ｃ，５９Ｄを信号２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄに対し
て設けて出力６７Ｂ，６７Ｃ，６７Ｄを発生さ
せ、これら出力をORゲート６８に加えれば単一
出力信号６９を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプローブの第１の実施例の側断面図、
第２図は第１線の線―による断面図、第３図
は第１図と第２図に示したプローブに接続された
電気回路図、第４図はプローブの第２の実施例の
側断面図、第５図は第４図の線―による断面
図、第６図は第４図および第５図に示したプロー
ブに接続した電気回路図、第７図はプローブの第
３の実施例を示す側断面図、第８図は第７図の線
―による断面図、第９図は第７図および第８
図に示したプローブに接続された電気回路図、第
１０図はプローブが移動できるように支持する装
置の側断面図、第１１図は第３図に示した構成の
変形例を示す図である。 ９…プローブ、１０，１１０，２１０…針、１
１，１１１，２１１…スプリング、１４，１１
４，２１４…ハウジング、２２…針の球状端、２
５，１２５，２２５…感知トランスジユーサ、２
６，１２６，２２６…巻線、２７，１２７，２２
７…可動コア、３０，１３０，２３０…ブリツ
ジ、３１，１３１，３５，１３５，２３１，２３
５…インバータ、３２，１３２，２３２，３６，
１３６，２３６，３９，１３９，２３９…加算増
幅器、４２，１４２，２４２…ポテンシヨメー
タ、５１，５３…ガイド、５２…キヤリツジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと、被測定物と接触する端部を有
   し軸方向に動きうるようにかつ前記軸を含む少く
   とも一つの面において前記軸上の枢支点を中心と
   して枢動しうるように前記ハウジングに支持され
   た針とを備えたプローブを有し前記軸方向の変
   位、および前記一つの面内にあり、前記軸方向に
   垂直な横方向の変位を測定する変位測定装置にお
   いて、 前記プローブはさらに、 互いに相対的に前記軸方向に可動な一対の部材
   を有し、その一方が通常前記軸から外れた第１の
   位置に位置し、前記針に結合されて前記針ととも
   に動き、該一方の部材の変位を示す電気信号出力
   を発生する第１のセンサ２５Ａ，１２５Ａ，２２
   ５Ａと、 前記第１の位置とは異なる第２の位置に設けら
   れ、互いに相対的に前記軸方向に可動な一対の部
   材を有し、その一方が前記針に結合されて前記針
   とともに動き、該一方の部材の変位を示す電気信
   号出力を発生する第２のセンサ２５Ｂ，１２５
   Ｂ，２２５Ｂとを備え、 前記第１および第２のセンサの出力は互いに独
   立しており、 前記変位測定装置はさらに、 前記第１および第２のセンサの出力を受け、こ
   れらの差に基いて横方向の変位を求める第１の電
   気回路手段と、 前記第１および第２のセンサのうち少くとも一
   方の出力を受け、軸方向の変位を求める第２の電
   気回路手段とを備えていることを特徴とする変位
   測定装置。 ２ 互いに相対的に可動な一対の部材を有し、そ
   の一方が前記針に結合されて前記針とともに動
   き、該一方の部材の変位を示す電気信号出力を発
   生する第３のセンサ２２５Ｃを備え、前記第１、
   第２および第３のセンサの前記一方の部材が通常
   前記軸に関し対称な位置にあることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の変位測定装置。 ３ 前記第１の電気回路手段が前記第１のセンサ
   の出力と前記第２および第３のセンサの出力の和
   との差を求めることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の変位測定装置。 ４ 前記ハウジングによる前記針の支持のため、
   枢支点を含みかつ前記垂直な面の方向に延びた板
   状スプリング１１が設けられ、該スプリングは前
   記針とハウジングの間に接続され、また曲線状に
   伸長した少くとも一つの部分１２を有して前記針
   の軸方向変位と横方向変位とを許容することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の変位測定装
   置。 ５ 前記プローブが、前記軸方向に移動するよう
   にガイド５１に支持されたスライドに接続され、
   このガイド自体が前記軸に対し横方向に他のガイ
   ド５３にそつて移動するように支持されたキヤリ
   ツジ５２をそなえたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の変位測定装置。