JPH0330083B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、アーム先端のスタイラスを被測定物
に当接移動させたときのアームの傾斜角度の変化
から被測定物の輪郭（形状）を測定する輪郭測定
機に関する。

［背景技術］ 回動支点を中心に回動自在に支持したアーム先
端に取付けたスタイラスを被測定物の表面上に当
接させつつ、前記回動支点と被測定物とを所定方
向に沿つて相対移動させ、このときのアームの傾
斜角度の変化から被測定物の輪郭を測定する、輪
郭測定機が知られており、立体物の連続測定等に
広く用いられている。

このような輪郭測定機においては、アームを円
弧運動させるにもかかわらず、アームの傾斜角度
を検出するのは互いに直交するＸ方向およびＹ方
向（第１図参照）の夫々に設けられた検出器であ
る。そのため、例えば、第１図において、アーム
１を回動支点０を中心に所定角度だけ回動させて
アーム１の先端のスタイラス２がＹ方向に寸法ｙ
だけ上昇したときを想定すると、このＹ方向の変
位ｙについてはそのまま検出されるが、一方、Ｘ
方向の変位δについては、回動支点０が不動であ
るところから何ら検出されないこととなる。即
ち、円弧誤差δが生じるのである。

従つて、かかる輪郭測定機において高精度測定
を達成するには、単に各構成部品の加工および組
立精度を高めるだけでなく、前記円弧誤差δを極
微化させるよう補正しなければならない。

円弧誤差δを補正する手段としてはリンク機構
等を用いた機械式と、検出器の出力信号を操作す
る電気式とがあるが、電気式補正手段には、例え
ば、既に本出願人が提案したように（特公昭54−
26387号）、前記円弧誤差δが次式 δ＝ｌ−√²−² ……(1) で表わされることに着目し、この式(1)を直接用い
て、或いはこの式(1)の近似式を用いて、前記アー
ム１の長さｌおよびＹ方向の変位ｙの夫々に相当
する電気量を演算処理して円弧誤差δを打消すよ
う利用しようとするものがある。

ところで、回動支点０を通過するＸ方向の仮想
線、別言すれば、回動支点０の移動軌跡を示す仮
想線を基準線Ｔとすると、基準線Ｔに沿つた回動
支点０の移動量がＸ方向の変位として検出される
ものであるが、ここにおいて、前記の式(1)はスタ
イラス２の先端が基準線Ｔ上に正確に位置してい
ることを前提にして成立するものである。ところ
が、アーム１やスタイラス２の加工製作時の精度
や組立、交換時の取付部分の組立精度、更には、
固定の際の締付力等の影響により、スタイラス２
が基準線Ｔ上から位置ずれしていることがある。
それにもかかわらず、従来は、スタイラス２の先
端が基準線Ｔ上に正確に位置しているか否かを確
認する手段がなく、確認するとしても組立て後
に、別個に用意した他の測定機器類により困難な
実測作業を行つていたため、煩雑であり、作業能
率が極めて低く、しかも、基準線上からの正確な
ずれを確認することが困難であつた。

また、主としてスタイラス２の被測定物表面へ
の当接追随を支障なく行わせるため、第２図に示
されるように、スタイラス２の先端が基準線Ｔか
ら寸法Ｈだけ偏位している場合もある。このよう
な場合には、前出の式(1)をそのまま用いることは
できず、前記偏位寸法Ｈを、Ｙ方向の変位ｙに加
算（減算）したときにも、スタイラス２の先端が
基準線Ｔから正確に偏位寸法Ｈだけ離れた位置に
あるか否かを容易に確認する手段はなかつた。

こうした事情から従来、各構成部品の加工、組
立精度を高め、且つ、円弧誤差を電気式或いは機
械式と補正する手段を講じても、必ずしも、高精
度な測定結果を得ることができなかつた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、スタイラス先端の正確な位置
を容易に確認することができ、高精度な測定結果
を得ることのできる輪郭測定機を提供することに
ある。

［発明の構成］ そのため、本発明は、先端側にスタイラスを有
するアームを基端側の回動支点を中心にしてアー
ム支持体に回動自在に支持し、スタイラスを被測
定物に当接させながら被測定物とアーム支持体と
を所定方向に相対移動させたときのアームの傾斜
角度をＹ方向検出器で検出するとともに、アーム
の円弧運動に起因する円弧誤差を補正する円弧誤
差補正手段を備えた輪郭測定機において、前記相
対移動方向と平行で前記回動支点を通過する基準
線からの偏位寸法が既知の偏位寸法検査面を設け
るとともに、この偏位寸法検査面にスタイラスを
当接させたときのアームの傾斜角度を検出する偏
位寸法検出器を設け、更に、前記偏位寸法検査面
を形成した偏位寸法検査体を、前記アーム支持体
又はこのアーム支持体と結合している部材に着脱
可能に取付け、前記偏位寸法検出器によりスタイ
ラス先端の正確な位置を把握することを可能にし
て前記目的を達成しようとするものである。な
お、ここでいう「偏位」には偏位零を含むものと
する。

［実施例の説明］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第３図には本発明に係る輪郭測定機の一実施例
が示され、図中、ベース１１上には支柱１２が立
設され、支柱１２には昇降箱１３が支持され、昇
降箱１３はハンドル１４の駆動により支柱１２に
沿つて昇降するようになつている。また、昇降箱
１３は、内部に駆動モータ１５を備え、この駆動
モータ１５の回転は歯車連動機構１６を介して送
りねじ軸１７に伝えられ、この送りねじ軸１７の
回転量、即ち送り量はロータリエンコーダ等のＸ
方向検出器１８により検出されるようになつてい
る。送りねじ軸１７にはナツト部材１９が螺合さ
れ、送りねじ軸１７の回転に伴ないＸ方向に移動
するようにされている。このナツト部材１９には
アーム支持体２１が接続され、アーム支持体２１
はナツト部材１９とともにＸ方向に移動するよう
になつている。

アーム支持体２１には、アーム１がその基端側
の回動支点０を中心にして回動自在に支持され、
また、アーム１の先端側にはスタイラス２が取付
けられている。アーム１の途中には差動トランス
等のＹ方向検出器２２が設けられ、スタイラス２
の先端のＹ方向の変位が検出されるようになつて
いる。

昇降箱１３の適宜位置には偏位寸法検査体２３
が着脱可能に取付けられ、この偏位寸法検査体２
３には偏位寸法検査面２４が形成されている。検
査面２４はＸ方向に向けられ、スタイラス２が当
接可能にされるとともに、偏位寸法検査面２４と
基準線Ｔとの距離、別言すれば、偏位寸法検査面
２４の基準線Ｔからの偏位寸法Ｈは既知である。
偏位寸法検査面２４にスタイラス２の先端を当接
させたときのアーム１の傾斜角は偏位寸法検出器
により検出されるが、本実施例では、前記Ｙ方向
検出器２２がこれを兼ねており、偏位寸法の検出
と通常の輪郭測定とについて切換使用できるよう
になつている。この偏位寸法検出器を兼用するＹ
方向検出器２２によりスタイラス２の先端の偏位
寸法Ｈからの微小なずれΔHが検出される。

また、ベース１１には万力台２５が設けられ、
万力台２５上に載置された被測定物２６の表面上
をスタイラス２が当接移動可能とされ、このとき
のアーム１の傾斜角度がＹ方向検出器２２で検出
されるようになつている。

第４図には本実施例の電気系統が示され、図
中、Ｘ方向検出器１８で検出される回動支点０の
変位量ｘはこれに相当する電気量Ｅ（ｘ）として
円弧誤差補正手段３１に出力され、Ｙ方向検出器
２２の出力信号は信号調整部３２へ送られ、この
信号調整部３２には測定／検出切換手段３３が接
続され、この手段３３の切換操作により信号調整
部３２からは、スタイラス２の先端の基準線Ｔか
らの変位量ｙに相当する電気量Ｅ（ｙ）、および、
前記微小なずれΔHに相当する電気量Ｅ（ΔH）が
選択的に出力されるようになつている。

また、Ｅ（ｙ）は円弧誤差補正手段３１に入力
され、Ｅ（ΔH）は偏位表示装置３４に入力され
てこの偏位表示装置３４においてΔHが表示され
るが、Ｅ（ΔH）は必要により、円弧誤差補正手
段３１或いは偏位寸法設定手段３５に入力される
ようになつていてもよい。この偏位寸法設定手段
３５により前記偏位寸法Ｈに相当する電気量Ｅ(H)
が設定され、円弧誤差補正手段３１では、これに
入力される電気量Ｅ（ｘ）、Ｅ（ｙ）、Ｅ（ΔH）、Ｅ
(H)に前出の式(1)或いはこの近似式を用いる等して
必要な演算が施されてＥ（x′）およびＥ（y′）が算
出され、これらがＸ−Ｙレコーダ等の記録計３６
に入力されて測定結果が記録される。

ここで、円弧誤差補正手段３１で施される演算
式の一例を示せば次の通りである。

Ｅ（x′）＝Ｅ（ｘ）−Ｅ（δ） ＝Ｅ（ｘ）−（Ｅ(l)−√(l)²−（）²） ＝Ｅ（ｘ）−（Ｅ(l) −√(l)²−｛()±（(H)±（））｝²）
……(2) Ｅ（y′）＝Ｅ（ｙ）±（Ｅ(H)±Ｅ（ΔH））……(3) 式(2)、(3)中Ｅ（δ）、Ｅ(l)は夫々円弧誤差δ、ア
ーム１の長さｌに相当する電気量である。なお、
円弧誤差補正手段３１は電気式に限らず、例えば
リンク機構等を用いた機械式のものであつてもよ
い。機械式である場合、ずれΔHを直接円弧誤差
の補正操作に利用するものでなければ、スタイラ
ス２を調整或いは交換する等してΔHが許容され
る範囲内まで調整し直す等してもよい。

このような本実施例によれば次のような効果が
ある。

偏位寸法検査面２４を有する偏位寸法検査体
２３と偏位寸法検出器（Ｙ方向検出器２２）と
を設けてあるため、スタイラス２の先端の正確
な位置、別言すれば、スタイラス２の正確な長
さを確認することができる。しかも、偏位寸法
検査面２４を設けるだけで、輪郭測定のために
本来的に備えられているＹ方向検出器２２を偏
位寸法検出器として兼用できる。従つて、極め
て簡単な構造を付加するだけで偏位寸法Ｈから
のずれΔHを確認することができる。

偏位寸法検査体２３は昇降箱１３に着脱可能
に取付けられているため、この偏位寸法検査体
２３を種々の寸法のものと交換することによ
り、検査面２４を種々の値に設定することがで
きる。そのため、スタイラス２の長さに応じた
スタイラス２の先端の基準線Ｔからの正確な偏
位寸法位置（或いはスタイラス２の実寸法）を
確認することができ、スタイラス２の長さ別の
種類を増大させることができ、且つ、各個の製
造も容易なものとさせても測定精度上問題がな
い。

設定した偏位寸法ＨからのずれΔHをも円弧
誤差補正回路３１における補正操作に利用する
ものであるため、この点からも、正確な測定結
果を得ることができる。この場合、 円弧誤差補正手段３１が電気式であるとき
は特に次のような効果がある。

基準線Ｔにスタイラス２の先端を一致さ
せる方法でも、Ｈだけずらせる方法でも、
ΔHを調整できるから正確測定ができる。

自動補正を行わせて（第４図中破線部参
照）ΔHを都度手調整しなくともよいよう
にできる。

円弧誤差補正手段３１が機械式であるとき
は、偏位寸法検査面２４にスタイラス２の先
端を当接させたときの偏位寸法検出器として
のＹ方向検出器２２を指標としながら、スタ
イラス２の交換等を行うことができ、その後
誤差なく測定できる。

偏位寸法検査体２３は昇降箱１３に着脱可能
に取付けられているため、被測定物２６の輪郭
側定時には昇降箱１３から取外すことができ、
測定の妨げになることがない。

偏位寸法検査体２３は、スタイラス２、つま
りアーム支持体２１に結合されてアーム支持体
２１とともに昇降する昇降箱１３に取付けられ
ているため、アーム支持体２１の高さ位置が変
化しても、スタイラス２と偏位寸法検査体２３
の偏位寸法検査面２４との相対高さ位置は変わ
ない。従つて、アーム支持体２１の高さ位置、
つまりアーム１の回動支点の高さ位置を測定す
ることなく、スタイラス２を偏位寸法検査面２
４に当接させるだけでよいので、高精度の検査
が容易に行える。

実施にあたり、偏位寸法検査面２４にスタイラ
ス２を当接させたときのアーム１の傾斜角度を検
出する偏位寸法検出器は前記Ｙ方向検出器２２が
兼用される場合に限らず、Ｙ方向検出器２２とは
別個に設けてもよい。但し、このＹ方向検出器２
２を兼用させれば、単に切換手段３２を操作する
だけで本来的な測定値であるＹ方向の偏位および
偏位寸法ＨからのずれΔHを共に求めることがで
きるため、極めて便宜である。

また、偏位寸法検査体２３は昇降箱１３に着脱
可能に取付けられるものに限らず、アーム支持体
２１に着脱可能に取付けられるものでもよく、要
するに検査時には偏位寸法検査面がスタイラスに
当接可能となり、かつ測定時には偏位寸法検査面
がスタイラスに当接しない、つまり測定に支障の
ないように設けられていればよい。但し、交換可
能であれば被測定物２６の測定に対して邪魔にな
る恐れがないとともに、偏位寸法Ｈを種々の値に
設定できるという効果がある。

［発明の効果］ 上述のように本発明によれば、スタイラス先端
の正確な位置を容易に確認することができ、高精
度な測定結果を得ることができる輪郭測定機を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は動作状態にあるスタイラスを拡大して
示す側面図、第２図は静止状態にある前記以外の
スタイラスを拡大して示す側面図、第３図は本発
明に係る輪郭測定機の一実施例の全体構成を示す
側面図、第４図は前記実施例の電気系統を示すブ
ロツク図である。 １……アーム、２……スタイラス、１８……Ｘ
方向検出器、２１……アーム支持体、２２……Ｙ
方向検出器、２３……偏位寸法検査体、２４……
偏位寸法検査面、２６……被測定物、３１……円
弧誤差補正手段、３３……測定／検査切換手段、
３５……偏位寸法設定手段、３６……記録計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端側にスタイラスを有するアームを基端側
   の回動支点を中心にしてアーム支持体に回動自在
   に支持し、スタイラスを被測定物に当接させなが
   ら被測定物とアーム支持体とを所定方向に相対移
   動させたときのアームの傾斜角度をＹ方向検出器
   で検出するとともに、アームの円弧運動に起因す
   る円弧誤差を補正する円弧誤差補正手段を備えた
   輪郭測定機おいて、 前記相対移動方向と平行で前記回動支点を通過
   する基準線からの偏位寸法が既知の偏位寸法検査
   面を設け、かつ、この偏位寸法検査面にスタイラ
   スを当接させたときのアームの傾斜角度を検出す
   る偏位寸法検出器を設け、 更に、前記偏位寸法検査面を形成した偏位寸法
   検査体を、前記アーム支持体又はこのアーム支持
   体と結合している部材に着脱可能に取付けたこと
   を特徴とする輪郭測定機。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記偏位寸
   法検出器は、前記Ｙ方向検出器を兼用することを
   特徴とする輪郭測定機。