JPH03100415A - 三軸変位構造体 - Google Patents

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〕 本発明は三軸変位構造体に関し、三次元測定機、自動工
作機械等に支持される検出器、あるいは、三軸方向アク
チュエータ等の構造体として利用できる。

〔背景技術〕

被測定物の寸法、形状等を測定する装置として、種々の
三次元測定機が広範に利用されている。この種の三次元
測定機の中には、例えば、被測定物の表面を当接あるい
は摺動させること、すなわち、接触式で、その寸法、形
状等を測定する検出器を備えたものがある。このような
検出器としては、被測定物に対しいかなる方向から当接
されてもその形状等を測定できなければならない、この
ため、この種検出器には、直交三軸（Ｘ、Ｙ、ｚ軸）方
向に変位可能な構造体が必要とされ、このような構造体
を有する検出器としては、例えば、特公昭５４−６２１
８号公報にその技術的思想が開示されている。

すなわち、この検出器は、ｘ、ｙ、ｚ軸の夫々の軸方向
に変位する弾性四辺体を板ばねを介して、Ｙ軸方向に縦
一列に装着して構成されており、最下段の弾性四辺体内
部に、複数の測定子が取着されるとともに、前記夫々の
弾性四辺体内に、前記複数の測定子の変位を検出する信
号発生器が夫々装着されている。そこで、この検出器で
被測定物の寸法、形状等を測定する場合には、例えば、
夫々の軸方向に対応する測定子で基準位置を設定した後
、被測定物に前記夫々の測定子を摺動させることで行っ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この検出器は、夫々の弾性四辺体を縦一
列に装着しているためＹ軸方向に長くなり、その分、こ
の検出器を取着するコラム等も長くなって、ひいては、
この検出器が取付けられる三次元測定機等も大型化する
虞れがある。

また、一般にアツベの原理といわれる測定に関する原理
があり、これは、測定の基準尺と、被測定物に当接する
測定子とが同一直線上にある場合に測定誤差が最も小さ
くなり、両者が離れる、すなわち、オフセットされるに
従って測定誤差が大きくなるという原理である。従って
、前記特公昭５４−６２１８号公報のように、弾性四辺
体を一列に積み重ねたのでは、測定子による測定点と測
定位置とが大きく離れ、所謂アツベの誤差を生じるとい
う欠点がある。

また、例えば、特公昭５３−４０４６５号公報には他の
技術的思想が開示されている。

この思想は、三つの弾性四辺体の内二つ、すなわち、Ｘ
、Ｙ軸方向の弾性四辺体を−組みにして、残りのＹ軸方
向の弾性四辺体をその下に設け、更に、信号発生器を夫
々の弾性四辺体内に取着して構成されている。

しかしながら、この場合、やはり、前記信号発生器は夫
々別異の位置にある（Ｙ軸方向に高さ位置が相違する）
ため、やはり、アツベ誤差を惹起し、その結果、精密測
定が困難となる不都合が生じる。

また、Ｘ、Ｙ軸方向の弾性四辺体を−組みにすることで
、かなり小型化されたが、まだ小型化する余地は残され
ている。すなわち、Ｙ軸方向の弾性四辺体も前記Ｘ、Ｙ
軸方向の弾性四辺体と組合わせれば、小型化できると考
えられる。しかし、この場合、組合わされたＸ、Ｙ軸方
向の弾性四辺体の板ばねは、共に同一の方向、すなわち
、Ｙ軸方向に延長されているため、これに更にｚ軸を組
合わせることはできない、従って、この技術的思想によ
っても、三つの弾性四辺体を直接組合わせて検出器を正
常に作動させることは、不可能となる欠点が露呈する。

いずれにしても、従来の三軸方向の検出器は小型化され
ておらず、検出誤差も大きなものであった。

また、以上のような検出器に限らず、三軸方向に変位可
能なアクチュエータにあっても、小型のものが要望され
ていた。

本発明の目的は、小型化された三軸変位構造体を提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、対向された少なくとも一対の辺が一軸方向に
変位可能となるよう弾性変形部材を介して四角形枠状の
枠状単位部材を構成し、この枠状単位部材を３個用い、
かつ、これらの３つの枠状単位部材の変位の軸方向を互
いに略９０度回転させて組合わせることにより、三軸全
ての組合わせを可能にして前記目的を達成しようとする
ものである。

具体的には、本発明は、四角形枠状に形成されるととも
に、四角形の各辺を構成する辺のうち互いに対向された
少なくとも一対の辺を一軸方向に変位可能にする弾性変
形部材が設けられて枠状単位部材が構成され、この枠状
単位部材は第１、第２、第３の３個用意されるとともに
、これらの第１、第２、第３の枠状単位部材はその変位
方向が互いに９０度づつ回転した直交する三軸をなすよ
うに組合わされて３個の枠状単位部材により、あたかも
六面体を構成するように配置され、更に、第１の枠状単
位部材の平行変位可能な一対の辺の一方に対して変位す
る他方の辺に、第２の枠状単位部材の平行変位可能な一
対の辺の一方が固定され、この第２の枠状単位部材の平
行変位可能な一対の辺の他方に、第３の枠状単位部材の
平行変位可能な一対の辺の一方が固定されたことを特徴
とする三軸変位構造体である。

本発明において、弾性変形部材としては、板ばねを用い
ることが製造上有利である。

前述の構成の三軸変位構造体を用いて三軸の変位検出器
を構成する場合、各枠状単位部材の各−対の変位可能な
辺間に、差動トランス、その他の変位検出用のセンサを
設けて、各軸での変位置を検出するようにすればよい、
一方、三軸のアクチュエータを構成する場合は、前記セ
ンサを設ける位置に、ピエゾ素子等の駆動源を組み込む
ことによって、任意の方向への微少変位あるいは位置決
めを行なえるものとできる。また、変位検出用のセンサ
を設ける代わりに、オン−オフ用スイッチを設ければ、
所謂タッチセンサプローブとすることもできる。

〔作用〕

本発明に係る三軸変位構造体で変位検出器を構成した場
合、第１の枠状単位部材の変位可能な一方の辺を測定機
、例えば三次元測定機の可動軸（２軸スライダ）に取り
付ける一方、第３の枠状単位部材の変位可能な他方の辺
に測定子（接触子）を取り付ける。

前述の状態で、前記可動軸を手動若しくは自動的に移動
させ、測定子を被測定物に当接させる。

この際、測定子が被測定物に当接した後、可動軸が更に
移動されると、この可動軸と測定子との相対変位が弾性
変形部材で吸収され、かつ、センサでその変位量が検出
されることとなる。この際、直交三軸であるｘ、ｙ、ｚ
軸の夫々の変位量は、夫々各軸の一対の相対移動可能な
辺に取り付けられたセンサで検出されるので、あらゆる
方向の三次元的変位を検出できることとなる。

また、センサの代わりにオン−オフスイッチを設けた場
合は、各枠状単位部材の一対の辺の相対移動があると、
前記スイッチが作動されることから、測定子がいずれの
方向から被測定物に当たっても、当該方向のスイッチで
接触が検知され、この検知信号により、三次元測定機の
可動軸の現在の位置信号をホールドすることで、被測定
物との接触を検出できることとなる。

更に、本発明に係る三軸構造体でアクチエエータを構成
した場合は、相対変位させようとする一方の部材に第１
の枠状単位部材の一方を、他方の部材に第３の枠状単位
部材の他方を夫々取り付ける。この状態で、各軸のピエ
ゾ素子等に所定の電圧を印加することによって、所定量
の変位を行わせる。これにより、任意の方向への位置決
めが可能となる。

〔実施例］ 以下、本発明に係る三軸変位構造体について好適な実施
例を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、第１図及び第２図により本発明の基本的構成の実
施例を説明する。

第１図には、三軸変位構造体１の基本的全体構成が示さ
れている。三軸変位構造体１は、第２図に示される枠状
単位部材２を３個備えている。

枠状単位部材２は、弾性変形部材としての一対の平行な
板ばね３を備え、これらの板ばね３の両端間に板状の一
対の連結部材４が平行に固定され、全体として四角形枠
状に形成されている。これにより、枠状単位部材２は、
板ばね３の作用によって、互いに対向された一対の辺で
ある一対の連結部材４のどちらか一方が矢印Ｐで示す一
軸方向に変位可能にされている。

前記枠状単位部材２は、三軸変位構造体１を構成するた
め、３個用いられ、これらの３個の枠状単位部材２は、
夫々の変位軸方向が９０度回転された状態で組合わされ
、全体としてあたがも六面体を構成するように配置され
ている。

具体的には、３個の枠状単位部材２の各々を第１、第２
、第３の枠状単位部材２Ａ、２Ｂ、２Ｃとすると、第１
の枠状単位部材２Ａは第１図中略前後方向であるＸ方向
に、第２の枠状単位部材２Ｂは略左右方向であるＸ方向
に、第３の枠状単位部材２Ｃは路上下方向であるＸ方向
に夫々変位可能とされて組合わされている。

ここにおいて、第１、第２、第３の枠状単位部材２Ａ、
２Ｂ、２Ｃの各構成部品（連結部材及び板ばね）を他の
枠状単位部材と区別して指称するときは、夫々の符号に
Ａ、Ｂ、Ｃを付し、更に同一構成部品を区別して指称す
るときは、添字１゜２を付すものとする。

前記各枠状単位部材２Ａ〜２Ｃが変位軸方向を９０度回
転されて組合わされるためには、第２図に示される枠状
単位部材２の各部寸法は次の条件を満足するようにされ
ている。すなわち、連結部材４の縦幅、換言すると枠体
の中心軸方向幅をａ。

連結部材４の横幅、換言すると一対の板ばね３間の寸法
をｂ、連結部材４の内面間の寸法をＣ１連結部材４の外
面間の寸法をｄとすると、ａ＜ｃｄ＜ｂの条件を満足し
、かつ、板ばね３については、その板厚及び前記各寸法
が剛性、その他の特性を十分満足する値とされる。

また、前記第１の枠状単位部材２Ａの変位可能な一対の
連結部材４　Ａ１．４　Ａｘのうち、一方の連結部材４
Ａ、に対して変位する他方の連結部材４Ａ、には、第２
の枠状単位部材２Ｂの一対の連結部材４Ｂ＋、４８ｇの
うちの一方の連結部材４Ｂ１が固定され、この第２の枠
状単位部材２Ｂの他方の連結部材４Ｂｔには、第３の枠
状単位部材２Ｃの一対の連結部材４Ｃ１，４Ｃｔの一方
の連結部材４Ｃ，が固定されている。

このように構成された三軸変位構造体１を変位検出器と
して使うには、各枠状単位部材２の一対の連結部材４間
に、当該枠状単位部材２の変位可能な軸方向の変位量を
測定できるセンサ（図示せず）を介装するとともに、第
１の枠状単位部材２Ａの一方の連結部材４Ａ、を図示し
ない三次元測定機等の測定機の可動軸（２軸スライダ）
に固定し、かつ、第３の枠状単位部材２Ｃの他方の連結
部材４Ｃ，に同じく図示しない測定子（接触子）を固定
する。

この状態で、測定機の可動軸を移動し、測定子を被測定
物に当接させると、被測定物との当接方向に応じて各枠
状単位部材２の板ばね３が変形し、変位することとなる
。この際、各枠状単位部材２の板ばね３は、そ、の板厚
方向である一軸方向の力によってのみ変形し、他の二軸
方向の力では変形しないため、当該−軸方向の変位が当
該枠状単位部材２のセンサによって夫々検出され、他の
軸方向に変位する枠状単位部材２のセンサで検出される
ことはない。これにより、各軸毎の変位量が検出でき、
これらの値の合成値として測定子の全変位量が測定でき
る。

また、前記センサにおいて一定変位量でトリガ信号を発
生させるか、センサの代わりにオン−オフスイッチを設
ければ、タッチ信号プローブとして使用できる。更に、
ピエゾ素子等の駆動源を設ければ、微少位置決めを行な
えるアクチュエータとして使用できる。

前述のような三軸変位構造体１によれば、三軸方向の各
枠状単位部材２が全て略重なった位置に配置されるため
、全体の構造がコンパ・クト（小型）になり、省スペー
スを図ることができるという効果がある。また、小型化
されることから、取付はスペースの狭い機器にも適用で
き、応用範囲が広いという効果もある。

更に、各軸について同一構造の枠状単位部材２を用いる
ことがてきるから、量産化できて安価に提供でき、かつ
、変位特性に方向性がない、また、組立ての際、互いの
連結部材２を基準にできるので、組立てが容易であると
いう効果もある。

更に、本三軸変位構造体１を測定器用の変位検出器とし
て用いる場合、前述のように小型化されることから、ア
ツベ誤差等の寸法に比例する誤差も小さくできるという
効果もある。

次に、本発明に係る三軸変位構造体をより具体化し、三
次元測定機に適用した実施例を、第３図ないし第８図を
参照して説明する。

第３図において、参照符号１０は本実施例に係る三軸変
位構造体（後述する）を有する三次元測定機を示し、こ
の三次元測定機１０は床上に配置される基台１１を含み
、この基台１１上には傾斜部１２Ａと平面部１２Ｂとを
有する載置台１２が固設される。前記傾斜部１２Ａには
、床と略平行な上面１３Ａを有する支持台１３が固定さ
れており、この支持台１３には、Ｘ軸スライダ１４がエ
アベアリング（図示せず）を介して矢印Ｘ方向へ変位自
在に設けられ、更に、このＸ軸スライダ１４上には、例
えば直方体状の被測定物Ｗが載置される。

一方、前記載置台１２の平面部１２Ｂには略台形状の取
付台１５が一体に立設され、この取付台１５上には、Ｙ
軸スライダ１６が図示しないエアベアリングを介して矢
印Ｙ方向へ変位自在に設けられている。このＹ軸スライ
ダ１６には、Ｚ軸スライダ１７がエアベアリング（図示
せず）を介して矢印Ｚ方向へ変位自在に装着される。こ
のＺ軸スライダ１７の先端には円柱体１８が取着され、
この円柱体１８には、回転子１８Ａを介して本実施例に
係る三軸変位構造体（後に詳述）を含む検出器２０が着
脱自在に取着される。

なお、載置台１２の傾斜部１２Ａには、一対のジョイス
ティック１９Ａ、１９Ｂが設けられ、−方のジョイステ
ィック１９Ａを矢印Ｘ方向に変位させると、Ｘ軸スライ
ダ１４が矢印Ｘ方向へ、このジョイスティック１９Ａを
矢印Ｙ方向に変位させるとＹ軸スライダ１６が矢印Ｙ方
向へ、他方のジョイスティック１９Ｂを矢印Ｘ方向へ変
位させると、Ｚ軸スライダ１７が矢印Ｚ方向へ、夫々移
動するよう構成される。

前記検出器２０は、第４図ないし第６図に示すように、
中空円柱状のケーシング２１を含み、このケーシング２
１内に夫々略四角枠状に形成された第１の枠状単位部材
４０と、第２の枠状単位部材５０と、第３の枠状単位部
材６０とが夫々略直交する位置で、かつ、それらの一部
が互いに連結されて一体化され、三軸変位構造体３０が
構成されている。

すなわち、第１の枠状単位部材４０は、ケーシング２１
の上部に嵌合されたシャンク２２に支持される凹形状の
一方の連結部材４１と、この一方の連結部材４１と一対
の辺をなすとともに矢印Ｘ方向のみに変位可能な他方の
連結部材４２と、これらの一対の連結部材４１．４２の
両端間を連結する弾性変形部材としての一対の板ばね４
３とを備えている。前記一方の連結部材４１のＸ方向両
側面下部には、ねじ孔４４Ａないし４４Ｄが螺刻され、
一方、前記他方の連結部材４２の両側面にはねじ孔４５
Ａないし４５Ｄが螺刻されている。

そして、前記一方の連結部材４１と、他方の連結部材４
２とは、夫々のねじ孔４４Ａないし４４Ｄ及び４５Ａな
いし４５Ｄに、前記２つの仮ばね４３と４つの板ばね押
え４６とを介して、ボルト４７を螺合することにより連
結、支持されて略四角形枠状とされている。また、これ
らの一対の板ばね４３の作用により、他方の連結部材４
２は矢印Ｘ方向のみに変位するよう構成される。

また、前記第１の枠状単位部材４０の他方の連結部材４
２の一端上には、第２の枠状単位部材５０の一方の連結
部材５１が連結部材４２と直交して固着されており、こ
の連結部材５１と対をなす他方の連結部材５２は、前記
第１の枠状単位部材４０の他方の連結部材４２の他端に
非接触の状態で対向配置され、これらの一対の連結部材
５１゜５２の両端間には弾性変形部材としての一対の板
ばね５３が連結されるようになっている。この連結は、
一方の連結部材５１の両端に螺刻されたねじ孔５４Ａな
いし５４Ｄ及び他方の連結部材５２の両端に螺刻された
ねじ孔５５Ａないし５５Ｄに、夫々仮ばね押え５６及び
板ばね５３を介してボルト５７を螺合することにより行
われる。

この際、第２の枠状単位部材５０を構成する一対の連結
部材５１．５２は、第１の枠状単位部材４０の一対の板
ばね４３と干渉しないよう板ばね４３のやや内側となる
よう配置されている。

また、前記連結により、第２の枠状単位部材５０も略四
角形枠状に形成され、かつ、他方の連結部材５２は一方
の連結部材５１に対して矢印Ｙ方向のみに変位するよう
に構成される。従って、この他方の連結部材５２は、第
１の枠状単位部材４０の一方の連結部材４１に対しては
、第１、第２の各一対の板ばね４３．５３の作用によっ
て矢印Ｘもしくは矢印Ｙあるいはそれらの合成方向に変
位自在となるよう構成される。

更に、前記第２の枠状単位部材５０の他方の連結部材５
２の一端には、第３の枠状単位部材６０の一方の連結部
材６１が連結部材５２及び前記第１の枠状単位部材４０
の連結部材４２に共に直交して固着されており、この連
結部材６１と対をなす他方の連結部材６２は、前記第２
の枠状単位部材５０の他方の連結部材５２の他端に非接
触の状態で対向配置され、これらの一対の連結部材６１
゜６２の両端間には弾性変形部材としての一対の板ばね
６３が連結されるようになっている。この連結は、一方
の連結部材６１の両端に螺刻されたねし孔６４Ａないし
６４Ｄ及び他方の連結部材６２の両端に螺刻されたねじ
孔６５Ａないし６５Ｄに、夫々板ばね押え兼用で非磁性
材からなる取付板６６あるいは上下の固定台６Ｂ、６９
、並びに板ばね６３を介してボルト６７を螺合すること
により行われる。

この際、第３の枠状単位部材６０を構成する一対の連結
部材６１．６２は、第２の枠状単位部材５０の一対の板
ばね５３と干渉しないよう板ばね５３のやや内側となる
よう配置されている。

また、前記連結により、第３の枠状単位部材６０も略四
角形枠状に形成され、かつ、他方の連結部材６２は一方
の連結部材６１に対して矢印Ｘ方向のみに変位するよう
に構成される。従って、この他方の連結部材６２は、第
１の枠状単位部材４０の一方の連結部材４１に対しては
、第１、第２、第３の各一対の板ばね４３．５３．６３
の作用によって矢印Ｘ、矢印Ｙもしくは矢印Ｚあるいは
それらの合成方向に変位自在となるよう構成される。

更に、前記下方の固定台６９の下面には、先端に球部２
５Ａを有する測定子２５が着脱可能に螺合されている。

前記第１、第２、第３の枠状単位部材４０，５０．６０
には、各一対の連結部材４１，４２，５１．５２，６１
．６２のＸ、Ｙ、Ｘ方向の相対的変位量を検出するため
のｘ、ｙ、ｚ軸変位検出手段７０，８０．９０が設けら
れている。

Ｘ軸変位検出手段７０は、第１の枠状単位部材４０の一
方の連結部材４１の底面部に固定されたセラミック等の
非磁性材からなる逆回形状の取付台７Ｉと、この取付台
７１のＸ方向両側面に夫々固定された計２個のフェライ
ト板等からなる磁性材７２と、これらの磁性材７２に微
少間隙を置いて第２の枠状単位部材５０に夫々対向配置
された計２個のセンサ７３とから構成されている。

すなわち、これらのセンサ７３は、所定値の電流が流れ
ている巻回コイル（図示せず）を内部に備えるとともに
１、これらのセンサ７３の一方は、第１の枠状単位部材
４０の他方の連結部材４２と一体の第２の枠状単位部材
５ｏの一方の連結部材５１に植設、固定され、他方は、
第２の枠状単位部材５０の他方の連結部材５２に植設、
固定されている。この際、前記各２個の磁性材７２とセ
ンサ７３とにより、所謂差動トランス型の変位検出手段
が構成されている。

これにより、第１の枠状単位部材４０の一方の連結部材
４１に対し他方の連結部材４２が変位されたとすると、
前記各２個の磁性材７２とセンサ７３との間の間隙が変
化してセンサ７３内を流れる電流値も変化し、この電流
値の変化に基づいて再連結部材４１．４２のＸ方向の相
対変位を検出できるようになっている。

また、Ｙ軸変位検出手段８０は、第１の枠状単位部材４
０の他方の連結部材４２の上面部に固定され前記取付台
７１とは直交配置されたセラミンク等の非磁性材からな
る凹形状の取付台８１と、この取付台８１のＹ方向両側
面に夫々固定された計２個のフェライト板等からなる磁
性材８２と、これらの磁性材８２に微少間隙を置いて第
３の枠状単位部材６０に夫々対向配置された計２個のセ
ンサ８３とから構成されている。

すなわち、これらのセンサ８３は、前記センサ７３と同
様に、所定値の電流が流れている巻回コイル（図示せず
°）を内部に備えるとともに、これらのセンサ８３の一
方は、第２の枠状単位部材５０の他方の連結部材５２と
一体の第３の枠状単位部材６０の一方の連結部材６１に
植設、固定され、他方は、第３の枠状単位部材６０の他
方の連結部材６２に植設、固定されている。この際、前
記各２個の磁性材８２とセンサ８３とにより、前述と同
様に差動トランス型の変位検出手段が構成されている。

これにより、第２の枠状単位部材５０の一方の連結部材
５１に対し他方の連結部材５２が変位されたとすると、
前記各２個の磁性材８２とセンサ８３との間の間隙が変
化してセンサ８３内を流れる電流値も変化し、この電流
値の変化に基づいて再連結部材５１．５２のＹ方向の相
対変位を検出できるようになっている。

更に、Ｚ軸変位検出手段９０は、第３の枠状単位部材６
０の一方の連結部材６１の上下端部に固定されたセラミ
ック等の非磁性材からなる前記取付台６６の延長部９１
と、これらの延長部９１のＺ方向外側面に夫々固定され
た計２゛個のフェライト板等からなる磁性材９２と、こ
れらの磁性材９２に微少間隙を置いて夫々対向された計
２個のセンサ９３とから構成されている。これらのセン
サ９３は、前記センサ７３．８３と同様に所定値の電流
が流れている巻回コイル（図示せず）を内部に備えると
ともに、これらのセンサ９３の一方は、第３の枠状単位
部材６０の他方の連結部材６２の上端側に固定されたセ
ラミック等の非磁性材からなる固定台６日の延長部９４
に植設、固定され、他方は、他方の連結部材６２の下端
側に固定されたセラミック等の非磁性材からなる固定台
６９の延長部９５に植設、固定されている。この際、前
記各２個の磁性材９２とセンサ９３とにより、前述と同
様に差動トランス型の変位検出手段が構成されている。

これにより、第３の枠状単位部材６０の一方の連結部材
６１に対し他方の連結部材６２が変位されたとすると、
前記各２個の磁性材９２とセンサ９３との間の間隙が変
化してセンサ９３内を流れる電流値も変化し、この電流
値の変化に基づいて再連結部材６１．６２の２方向の相
対変位を検出できるようになっている。

本実施例に係る三軸変位構造体３０を有する三次元測定
機１０は基本的には、以上のように構成されるものであ
り、次に、その作用について説明する。

先ず、被測定物ＷをＸ軸スライダＩ４上に！３！置した
後、測定子２５０球部２５Ａ（以下、単に測定子２５と
いうこともある）を図示しない原点法に当接させて、測
定の原点を設定する。

次いで、被測定物Ｗの任意の点、例えば、第３図中後面
側の点Ｗ、にジョイスティック１９Ａ。

１９Ｂを介して、測定子２５を当接させると、前記測定
子２５は、当接した時点で停止する一方、Ｚ軸スライダ
１７に固定された円柱体１８は慣性で当接方向に更に移
動するため、測定子２５は、相対的に矢印Ｙ１方向に変
位することとなる。より具体的には、この測定子２５の
移動方向であるＹ方向に対しては、第１、第３の枠状単
位部材４０．６０の板ばね４３，６３は剛性を有するた
め、弾性変形をすることはなく、第１、第３の枠状単位
部材４０．６０は一体として移動する。従って、第２の
枠状単位部材５０の板ばね５３のみがＹ方向に弾性変形
してＺ軸スライダ１７側に対して測定子２５がＹ１方向
に変位する。これに伴い、第２の枠状単位部材５０の一
方の連結部材５１及び他方の連結部材５２に植設された
センサ８３と、第１の枠状単位部材４０の他方の連結部
材４２に取付台８１を介して取着された磁性材８２との
間隔が一方は挟まり、他方は広がってセンサ８３に流れ
る電流値が夫々変化する。この電流値の変化に基づいて
、図示しない演算手段等で測定子２５の変位量が検出さ
れる。この変位がわずかでもあると、この演算手段等か
ら前記測定子２５の変位を停止させる指令信号が出力さ
れるので、前記測定子２５は、点Ｗ１に当接した直後に
停止される。

この際、センサ８３の検出値に基づく変位量は、Ｙ軸ス
ライダ１６そのものの変位置の補正値として用いること
もできる。

そして、ジョイスティック１９．Ａ、１９Ｂを介して、
今度は前面側の点Ｗ！に測定子２５を当接させると、前
記と同様に、その変位が検出された後、測定子２５の移
動が停止される。この時、図示しない表示手段に被測定
物Ｗの一辺の長さ、すなわち、寸法ＷＩ！が表示される
ことになる。

次に、前記ジョイスティック１９Ａ、１９Ｂを操作して
、第３図中右側面の点Ｗ、に測定子２５を当接させると
、前述と同様な原理で前記測定子２５は矢印Ｘ、力方向
変位するので、これに伴い、第１の枠状単位部材４０の
一方の連結部材４１に取付台７１を介して取着された磁
性材７２と、第２の枠状単位部材５０の一方の連結部材
５１及び他方の連結部材５２に植設されたセンサ７３と
の間隙が変化してセンサ７３の図示しないコイルに流れ
る電流値が変化する。この電流値が図示しない演算手段
等に入力されると、この演算手段等で変位量が演算され
るとともに、演算手段等から測定子２５を停止させる指
令信号が出力されるので、測定子２５は点Ｗ、に当接し
た直後に停止される。

そして、ジョイスティック１９Ａ、１９Ｂを介して、今
度は左側面の点Ｗ４に測定子２５を当接させると、前記
と同様にその変化が検出された後、測定子２５の移動が
停止される。この時、図示しない表示手段に被測定物Ｗ
の他の一辺の長さ、すなわち、寸法Ｗ３４が表示される
ことになる。

更に、ジョイスティック１９Ａ、１９Ｂを操作して、測
定子２５を上面の点Ｗ、に当接させると、前記測定子２
５は矢印Ｚ１方向へ変位するので、これに伴い、第３の
枠状単位部材６０の一方の連結部材６１側に取付板６６
の延長部９１を介して支持された磁性材９２と、他方の
連結部材６２側に固定台６７．６８の延長部９４．９５
を介して支持されたセンサ９３との間隔が変化してセン
サ６０のコイル（図示せず）に流れる電流値が変化する
。この電流値変化が図示しない演算手段等に入力される
と、この演算手段等で変位量が演算されるとともに、演
算手段等から前記測定子２５の変位を停止させる指令信
号が出力されるので、前記測定子２５は点Ｗ、に当接し
た直後に停止される。

そして、ジョイスティック１９Ａ、１９Ｂを介して、Ｘ
軸スライダ１４上の任意の点、例えば、点Ｗ＆に測定子
２５を当接させると、前記と同様にその変位が検出され
た後、測定子２５の移動が停止される。この時、図示し
ない表示手段に被測定物Ｗの更に他の一辺の寸法、すな
わち、寸法Ｗ、ｈが表示されることになり、これらによ
って、被測定物Ｗの矢印ｘ、Ｙ並びにＺ方向の全寸法Ｗ
１．。

ｗ、、、ＷＳ、が測定される。

なお、被測定物Ｗの表面形状を測定したい場合には、測
定子２５を被測定物Ｗに摺動させることにより測定でき
る。

前述のような本実施例によれば、次のような効果がある
。

すなわち、第１の枠状単位部材４ｏ、第２の枠状単位部
材５０並びに第３の枠状単位部材６ｏを夫々略直交する
位置に配置して構成された三軸変位構造体３０を有する
検出器２０を採用することにより、夫々の部材４０，５
０．６０を略六面体状の一組にすることができ、これに
より、検出器２０自体をコンパクトにすることができ、
ひいては、三次元測定機１０を小型化することが可能と
なる効果を奏する。

また、検出器２０を略六面体状の一組にすることができ
るので、Ｘ、Ｙ方向のセンサ７０８゜を同一の高さに設
置することが可能となり、高さ位置相違により発生する
、所謂、アツベ誤差をほとんど無くすことができる。こ
の結果、精密測定が可能となる効果が得られる。

更に、検出器２０は、取付台８１内の中心点から見て略
点対称となり、夫々の部材のバランスを均一にすること
ができるので、この点からもアツベ誤差等を最小限にで
き、この結果、精密測定が可能となる。

また、弾性変形部材として板ばね４３，５３゜６３を用
いているから、板厚、幅等を適宜に設定することに容易
に所望のばね定数を設定でき、任意の感度の検出器２０
を作成でき、かつ、その製造も容易である。

更に、検出器２０は、各センサ７３，８３．９３により
変位量そのものを検出できるから、各枠状単位部材４０
，５０．６０の変位の補正を行うことができる。一方、
きわめてわずかな変位で測定子２５を停止させるように
設定、あるいは、Ｘ。

Ｙ、Ｚ軸スライダ１４，１６．１７そのものの変位量の
検出手段（図示せず）からの変位信号をホールドするよ
うにすれば、所謂タッチ信号プローブとしてそのまま使
用することもできる。

また、各磁性材７２．８２．９２を支持する取付台７１
，８１、取付板６６、固定台６８．６９等は非磁性材か
ら形成されているから、各連結部材４１，４２，５１．
５２，６１．６２等が鉄等から構成されていても、磁性
材７２，８２．９２の変位をセンサ７３，８３．９３で
高感度に検出できる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

例えば、前記具体的実施例では、夫々のセンサ７３．８
３．９３は離れた位置に２つ設けて差動トランス型とし
たが、これらのセンサ７３，８３゜９３は２つを一箇所
にまとめた型式にしてもよく、更には、単に変位の有無
のみを検出するのならばコイルを各１個づつとしてもよ
い、また、Ｘ、Ｙ。

Ｚ軸変位検出手段７０，８０．９０は、前記実施例のよ
うにコイルの電流値で検出するものに限らず、磁性材７
１，８１．９１をそれぞれフェライトマグネット等の永
久磁石とする一方、センサ７３．８３．９３をホール素
子等の磁束密度の変化を検知する部材で構成して変位検
出をしてもよく、更には、光センサ等で検出してもよい
、また°、具体的実施例における変位検出手段７０，８
０．９０は、前記基本構成の実施例で説明したように、
オン−オフのスイッチ手段でもよく、このスイッチ手段
としては、電気的、磁気的、光学的等あらゆる型式のも
のを用いることができる。更に、変位検出手段７０，８
０．９０は、前述と同様にアクチュエータに代替しても
よい。

また、前記実施例では、磁性材７２，８２．９２を支持
する取付台７１．８１、取付板６６の延長部９１及び固
定台６８．６９の延長部９４．９５は非磁性材としたが
、取付台７１．８１等を含めて全てを磁性材で構成して
もよい。しかし、前述のように非磁性材とすれば、鉄材
等の磁性材からなる連結部材等で囲まれた中でセンサ７
３，８３９３の感度を良好にできるという利点がある。

更に、前記実施例の検出器２０は、シャンク２２の形状
を工作機械用工具のシャンク形状と同一にすれば、工作
機械用の検出手段としてそのまま使用することもできる
。従って、検出器２０は、その使用対象機器を測定機に
限定されないものである。

〔発明の効果〕

前述のように本発明によれば、三軸変位構造体の全体形
状を小型化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本的構成の実施例を示す
もので、第１図はその全体構造を示す斜視図、第２図は
第１図の構造に用いられる枠状単位部材の一つを示す斜
視図、第３図ないし第８図は本発明を三次元測定機に適
用した具体的な実施例を示すもので、第３図は三次元測
定機の全体構成を示す斜視図、第４図は検出器の斜視図
、第５図は第４図の縦断面図、第６図は第５図の■−■
線に沿う断面図、第７図は検出器の一部組立て状態の分
解斜視図、第８図は同じく検出器をより分解した状態の
分解斜視図である。 １・・・三軸変位構造体、２・・・枠状単位部材、３・
・・弾性変形部材としての仮ばね、４・・・連結部材、
１０・・・三次元測定機、２０・・・検出器、２５・・
・測定子、３０・・・三軸変位構造体、４０・・・第１
の枠状単位部材、４１・・・一方の連結部材、４２・・
・他方の連結部材、４３・・・弾性変形部材としての板
ばね、５０・・・第２の枠状単位部材、５１・・・一方
の連結部材、５２・・・他方の連結部材、５３・・・弾
性変形部材としての板ばね、６０・・・第３の枠状単位
部材、６１・・・−方の連結部材、６２・・・他方の連
結部材、６３・・・弾性変形部材としての板ばね、７０
・・・Ｘ軸変位検出手段、８０・・・Ｙ軸変位検出手段
、９０・・・Ｚ軸変位検出手段、Ｗ・・・被測定物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）四角形枠状に形成されるとともに、四角形の各辺
   を構成する辺のうち互いに対向された少なくとも一対の
   辺を一軸方向に変位可能にする弾性変形部材が設けられ
   て枠状単位部材が構成され、この枠状単位部材は第１、
   第２、第３の３個用意されるとともに、これらの第１、
   第２、第３の枠状単位部材はその変位方向が互いに略９
   ０度づつ回転した略直交する三軸をなすように組合わさ
   れて３個の枠状単位部材により、あたかも六面体を構成
   するように配置され、更に、第１の枠状単位部材の平行
   変位可能な一対の辺の一方に対して変位する他方の辺に
   、第２の枠状単位部材の平行変位可能な一対の辺の一方
   が固定され、この第２の枠状単位部材の平行変位可能な
   一対の辺の他方に、第３の枠状単位部材の平行変位可能
   な一対の辺の一方が固定されたことを特徴とする三軸変
   位構造体。
2. （２）請求項１に記載の三軸変位構造体において、弾性
   変形部材は板ばねにより構成されたことを特徴とする三
   軸変位構造体。