JPH0259921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は３次元位置検出装置、特にその一端に
電極触子を有するスタイラスの保持機構を備えた
位置検出装置の検出精度及び信頼性を向上させる
ための改良に関する。

背景技術とその問題点 周知の如くフライス盤等の工作機械において、
加工後の被加工物の３次元の寸法計測をその加工
機械上で行なう機能を有することが益々要求され
る傾向になりつつある。このため従来、例えば第
１図及び第２図に示すような位置検出装置を用い
て、被加工物の基準面、端面の位置検出、基準
面、端面からの加工位置検出等を行なつていた。

第１及び２図において、１１は導電性球体から
成る電極触子で、フイラー１２の一端に設けられ
ており、その保持機構は次のように構成されてい
る。

即ち、ハウジング１内において、フイラー１２
は円板４に固定され、また受け部材６，７，８が
絶縁板５を介して上記円板４に保持固定されてい
る。

ハウジング１の底部にはほぼ３等分された位置
に球体２を有する押ネジ３が配設されている。こ
の球体は受け部材６，７，８に対接するようにな
つていて、バネ１０により絶縁部材９を介して押
圧力が印加され、圧接されている。

１４は押ネジ３をロツクするためのロツクネジ
である。上述した構成の位置検出装置は、例えば
第３図に示す如くシヤンク１３により工作機械１
４に取り付け、フイラー１２と被加工物１４とは
検出回路１６に電気的に接続されていてテーブル
１５上に載置された被加工物１４に電極触子１１
が接触すると、この接触が検出回路１６によつて
直接電気的に検出され、位置等の検知が行なわれ
る。

しかるに上述した従来位置の位置検出方法で
は、検出精度は良好であるが、被加工物が導電性
のものでなかつたり、その表面に酸化等によつて
非導電皮膜が形成されていたりすると、検出不可
能になるので、特に自動加工の場合、事故になる
欠点がある。またスタイラスの保持機構が第２図
から明らかなように受け部材６，７，８の形状を
円錐、Ｖ溝、平面とし、夫々が各球体２と対接す
ることにより、３次元方向で唯一の安定した位置
を確保するようになつている。

従つて電極触子の接触時における方向による測
定圧のばらつきが多く、また部品点数も多くな
り、しかも前記受け部材の加工も面倒で作業工数
がかかりコスト高となる欠点もある。

また、上述した被加工物との電極触子との接触
を直接電気的に検出する、いわばハウジング外部
のスイツチ機能を利用する外部スイツチ方式をと
るものに対し、例えば特開昭56−8502号公報に開
示されているように、電極触子が被加工物と接触
することによりハウジング内のスタイラス保持機
構の位置変化が生じ、これに応答して該機構に設
けたスイツチ（内部スイツチ）がオンオフして上
記接触を検知する外部スイツチ方式をとるものが
ある。

この方式によれば電極触子が非導電体であつて
も位置検出可能であるが、上記内部スイツチは被
加工物に電極触子が接触しスタイラスに応力が作
用してから作動することになるので、その間スタ
イラスは曲がつている結果となつてしまう。これ
により位置検出に誤差を伴なうことになつて、例
えば被加工物との接触時に電極触子に作用する作
動応力が50ｇの時、位置検出誤差は10μm位にな
つてしまう。

しかも第１２図に示す如く上記作動応力Ｓ及び
位置検出誤差Ｅは方向によつて異なつているが、
これはスタイラス保持機構の動作支点が３点のた
めである。

発明の目的 本発明の目的は上述した内部スイツチング方式
と外部スイツチング方式との長所を有し、検出精
度が良好で信頼性の高い３次元位置検出装置を提
供するにある。

発明の概要 本発明の位置検出装置は上記目的を達成するた
め、導電性電極触子をスタイラスを介してハウジ
ング内の保持手段により保持し、上記電極触子と
被測定物との接触による両者間の導電性の変化又
はこの時の上記保持手段の変位に応答して信号を
発生するように構成したことを特徴とする。

上記電極触子は例えば導電性球体から成り、ま
た前記保持手段はハウジング内の圧接されている
第１及び第２保持部材から構成され、第１の保持
部材は上記同心球面と線接触になつていて、両保
持部材の一方には導電膜が形成され、他方は絶縁
物から構成され、上記スタイラス及び又は導電膜
から被加工物と電極触子との接触に応答する信号
を検出するように構成される。

実施例 以下図面に示す実施例を参照して本発明を説明
すると、第４図ａ，ｂ及び第５図において、電極
触子２１はスタイラス２２の一端に取付けられ、
ハウジング２６内の第１保持部材、例えば円板２
３にはスタイラス２２の他端が固定されている。
円板２３３の円周部は回転曲面体２４をなすよう
に形成されている。

ハウジング２６の底部には第２保持部材２５が
配設されており、回転曲面体２４と該第２保持部
材とはバネ２８によつて圧接されていて、その保
持部材２５の接触面は図示の如く電極触子２１と
同心球状をなしている。

また回転曲面体２４には金属膜２９ａ，２９
ｂ，２９ｃがほぼ３等分の位置に設けられ、各金
属膜には端子２９a′，２９b′，２９c′が配設され
ていて、夫々の端子よりリード線l₁，l₂，l₃が引
出され第１０図に示す如くオア回路ORに接続さ
れている。このオア回路には更にスイツチSW及
びインバータ回路INVを介してスタイラス２２
からのリード線l₄が接続されている。

更にハウジング２６の上部には中継板２７が設
けられていて、この中継板２７にはシヤンク２９
が取り付けられており、前記したように該シヤン
クを介して上述した本発明の位置検出装置は第６
図に示す如く工作機械４２等に装着されている。

さて上述した本発明の装置において、電極触子
２１の位置決めをするための第２保持部材２５の
接触面に仮に第７図に示す如く第１保持部材２３
が３点Ａ，Ｂ，Ｃで接触しているとすれば、電極
触子２１の中心Ｑに対して半径Ｒの球面上にあ
る。

前述したように電極触子２１の中心と第２保持
部材２５の接触面（球面）の中心は一致している
ので、球面上の３点Ａ，Ｂ，Ｃ内の一点をＰとす
れば、＝ＲでＡ，Ｂ，Ｃ、即ちＰの位置が変
つてもＱの位置は不変である。

次にもし＝Ｒ＋ΔR、即ちΔRの誤差が生じ
て、ＰがΔdずれたとすると、ＱはQ′の位置にず
れ、その誤差′＝εは下記のようになる。

ε＝ΔdΔR／Ｒ 従つて電極触子の保持部材の設定位置にΔdの
誤差があつても、電極触子の誤差はΔR／Ｒに減
少せしめられるが、更に本発明の構成では第１保
持部材２３の回転曲面体２４がスタイラス２２の
軸を中心軸としており、第２保持部材２５の同心
球面に円状線ｌに線接触するように圧接されてい
て、しかも回転曲面体２４の周辺はハウジング２
６と静合的に嵌合しているので、静止状態でΔd
≒０であつて、前記誤差εは極めて小さくなる。
また如何なる３次元的方向の力が電極触子に加わ
つても円滑に動作できる。

回転曲面体２４は例えば絶縁物から成り、被測
定物（導電体又は絶縁体）に電極触子２１が接触
する瞬間機械的変位により、常時は全てが第２保
持部材２５と接触している前記金属膜の何れかの
接触がオフ状態となり、位置検出が行なわれる。
即ち内部スイツチ機能が得られるが、前記スタイ
ラスからのリード線により外部スイツチ出力も得
られる。

第６図は本発明に使用される接触位置検出回路
の一例で、ハウジング２６に結合され前記オア回
路ORの出力に接続されたコネクター３０からの
リード線３１，３２及び被加工物３３を載置する
テーブル３５からのリード線３６は増幅器３７の
入力に接続されている。増幅器３７の出力はリレ
ー３８の励磁巻線３８′に接続され、またリレー
３８を介して電源３９がランプ、ブザー等の報知
装置４０及びカウンター４１に接続されている。

さて、今、工作機械のテーブル３５又はその主
軸４１を矢印方向に上下左右送りで移動させ被加
工物３３の端面へ電極触子２１を接近させ接触さ
せると、増幅器３７の入力は閉回路となり、その
出力によりリレー３８が作動せしめられる。従つ
て報知装置４０が付勢されて、接触点が迅速かつ
正確に検出される。また同時にカウンター４１に
入力が与えられるので、該入力によりカウンター
４１を零にリセツトし、この時点からカウントを
開始させれば、テーブル又は主軸の移動距離を知
ることができる。

なお、回転曲面体２４を導電体とし、第２保持
部材２５を絶縁体としてこれに第８図に示す如く
導電膜８a′，８ｂ，８ｃを設けてもよい。

また第９図又は第１１図に示すように第１保持
部材２３の底面を電極触子２１と同心状の凹球面
とし、第２保持部材２５に回転曲面体２４を設
け、何れか一方に導電膜を形成し、他方を絶縁物
としてもよい。

更にスイツチSWをオフにすれば、外部スイツ
チ機能を不動作にすることができる。このように
すれば加工に切削液等が使用されている場合に、
これによる導電のため誤つた位置の検出を防止で
きる。

第１３図は本発明の更に他の実施例で、前記内
部スイツチのリード線l₁〜l₃は第１オア回路OR₁
に接続され、その出力がインバータ回路INVの
出力と共に第２オア回路OR₂に接続されている。

また第１オア回路OR₁の出力は更にインバータ
回路INVの入力と共にアンド回路ANDに接続さ
れ、このアンド回路の出力でアラーム回路ALを
駆動するようになつている。

本実施例によれば、外部スイツチの不動作時
（電極触子が被加工物が接触していない時）に、
内部スイツチが動作した場合、この異常がアラー
ム回路ALによつて検出され、アラームを発生す
る。

発明の効果 以上説明した所から明らかなように本発明によ
れば、内部接点スイツチと外部接点スイツチとの
オアをとるようにしており、また電極触子の両保
持部材は線接触しているので、接触面積が大き
く、水平方向では如何なる方向に作動してもスタ
イラスの可動量は一定である。従つてスタイラス
の位置は機械的に精度良く、電極触子を一定の位
置になるように保持しているので、外部スイツチ
出力により正確に検出できる。しかも電極触子の
接触時にこの外部スイツチ出力が得られないよう
な事故があつても、前記内部スイツチ出力が得ら
れるので、大きな誤差を生じて事故となることは
ない。また被測定物が絶縁物でも測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来の位置検出装置の一例を示
す概略図、第２図ａ，ｂは第１図ａのＡ―Ａ線及
びＢ―Ｂ線矢視図、第３図はこの従来装置を用い
た位置検出回路の一例を示すブロツク図、第４図
ａ，ｂ、第５図及び第１０図は本発明の一実施例
を示す概略図、第６図は該実施例を用いた位置検
出回路を示すブロツク図、第７図ａ，ｂは上記実
施例の動作説明図、第８図、第９図及び第１１図
は夫夫本発明の他の実施例の主要部を示す概略
図、第１２図は作動応力Ｓと位置検出誤差Ｅとの
関係を示す実測グラフ、第１３図は本発明の更に
他の実施例を示す回路図である。 ２１……電極触子、２２……スタイラス、２３
……円板、２４……回転曲面体、２６……ハウジ
ング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性電極触子をスタイラスを介してハウジ
   ング内の保持手段により保持し、上記電極触子と
   被測定物との接触による両者間の導電性の変化又
   はこの時の上記保持手段の変位に応答して信号を
   発生するようにした位置検出装置において、 前記電極触子は導電性球体から成り、かつ前記
   保持手段はハウジング内の圧接されている第１及
   び第２の保持部材により成つていて、第１の保持
   部材は上記電極触子と同心球面をなし、第２の保
   持部材は上記同心球面と線接触するようになつて
   おり、両保持部材の一方には導電膜が形成され、
   他方は絶縁物から成つていて、上記スタイラス及
   び又は導電膜から被加工物と電極触子との接触に
   応答する信号を検出するように構成したことを特
   徴とする位置検出装置。 ２ 前記導電膜が前記一方の保持部材上の複数に
   分割した位置に設けられていて、夫々の導電膜及
   び前記スタイラスからのリード線がオア回路に接
   続されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の位置検出装置。 ３ 前記スタイラスからのリード線がスイツチを
   介して前記オア回路に接続されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の位置検出装置。 ４ 前記導電膜からのリード線に出力がある時に
   アラームを発生するようにように構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置検出
   装置。