JPH0426404B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はワークの寸法をチエツクするための測
定ヘツドに係り、とりわけ、ケーシングと、ケー
シングに対し可動に取付けられた測定アームと、
測定アームの端部に固定され、チエツクされるべ
きワークに接触するフイーラと、測定アームの位
置に応じた信号を発する少なくとも２つの要素か
らなるトランスデユーサと、第１の位置で２つの
トランスデユーサ構成要素を互いに予め定められ
た位置に設定し、第２の位置で測定アームおよび
少なくとも１つのトランスデユーサの変位を可能
とする、可動停止手段を備えた機械的零調整装置
とを備えた測定ヘツドに関する。

高精度でかつ反復可能性（例えばミクロン範囲
内で）を備えた、機械部品のリニア（一次）寸法
をチエツクするための測定ゲージが知られている
が、従来の測定ゲージは例えば数ミリメートルの
狭い測定範囲しか備えていないものであつた。測
定範囲の幅は、基本的にはトランスデユーサによ
り決定される。頻繁に用いられるトランスデユー
サの１つとしては、直線電圧差動変圧器（リニア
ボルテージデイフアレンシヤルトランスフオーマ
LVDT）型トランスデユーサがある。このトラ
ンスデユーサは、電気コイルを備えた第１の構成
要素と、前記コイルに対して可動なコアを備えた
第２の構成要素とからなつている。

トランスデユーサの測定範囲の幅より大きく異
なつた寸法を有するワークのチエツクのために測
定ゲージを用いるために、測定ゲージは、通常、
機械的零調整装置を備えている。

米国特許第3863350号明細書においては、置換
可能な目盛を付けられた照合用部材を内蔵した零
調整装置を有し、異なつた位置への測定ゲージ
（１つのフイーラを備えている）の移動が可能な、
電気的測定ゲージが開示されている。測定ゲージ
のそれぞれの位置は、目盛を付けられた照合用部
材を用いて設定された零調整位置を与える。この
方法は、迅速で単純な零調整作業を可能とする
が、この作業は特別の条件下においてのみ行うこ
とができ、いくつかの目盛を付けられた照合用部
材を必要とする。

他に知られている零調整装置としては、１又は
数個の測定ヘツド構成要素の適宜な変位（例え
ば、フイーラ、測定アームに取付けられフイーラ
を支持する構成要素、トランスデユーサ構成要素
等の調整）により、実質的に測定範囲の変更を行
うものがある。このような特徴を備えた測定ヘツ
ドとしては、西独特許公開第3248587号公報に記
載されている。

一方では、正確さ、繰返し可能性、応答の線形
性等の必要な測定性能を備えた状態で広い測定範
囲を有することが望まれ、他方では零調整装置に
より、相当な長さの調整を、非熟練者によりロス
タイムを最小限にして、安全、迅速に行えること
が重要であることは容易に理解することができ
る。さらに、補助的な工具および装置を必要とし
ないで零調整作業をすることができることも重要
である。

これらの要求は、特に、研削盤においてインプ
ロセスの測定ヘツドとして用いる場合重要であ
る。これらの測定ヘツドは、研削作業中にワーク
の寸法（通常、内径および／または外径、厚さ、
軸方向寸法）をチエツクすることができる。これ
らの測定ヘツドは、また、剛性、衝撃に対する抵
抗力、振動に対する最小感度等の好ましい特性が
要求される。

米国特許第3122838号明細書に開示されている
測定ヘツドは、作業台上でチエツクを行うための
ものであり、摩擦ねじにより結合された２つの構
成要素からなる可動測定アームを備えている。２
つの構成要素の相互の角度位置は、ねじを作動す
ることにより調整することができ、荒い零調整を
行うこのができる。さらに、もしフイーラを備え
た構成要素が衝撃荷重を受けた場合には、この構
成要素は他の構成要素のまわりを回転し、測定ヘ
ツドのよりデリケートな構成要素の破損を防止す
る。

研削作業中にワークをチエツクするインプロセ
ス測定ヘツドとして用いられる前述の測定ヘツド
とほぼ同一の技術的解決手段が、米国特許第
4238886号明細書に開示されている。この測定ヘ
ツドは外径をチエツクするために用いられ、一端
部にフイーラが取付けられ、他端部に位置トラン
スデユーサの２つの構成要素が取付けられている
２つの可動測定アームから構成されている。それ
ぞれの測定アームは、摩擦装置により連結された
２つの部分からなつている。零調整操作は、２つ
のトランスデユーサ構成要素が取付けられた測定
アームの２つの部分を、予め定められた位置に設
定した状態でロツクし、続いて他の２つの部分を
チエツクされるべきワークにフイーラを接触させ
るよう移動し、最後に前記最初の２つの部分を再
びアンロツクの状態にすることにより行われる。

摩擦装置は、ワークにフイーラを接触させるた
めに、測定アームの２つの部分を手動で変位させ
得るよう比較的低い抵抗値でなければならず、ま
た同時に、測定中に滑らないように十分高い抵抗
値でなければならない。

米国特許第3122838号および第4238886号明細書
に記載されている２つの測定ヘツドは、フイーラ
あるいはフイーラを保持する測定アームの部分
に、衝撃あるいは振動、他のストレスが作用した
場合、摩擦装置の小さな滑り変位あるいは容易に
気付かない滑り変位を生じ、使用者が見過してし
まう零調整状態の誤差を生ずるという欠点を有し
ている。この場合、使用者はなんら調整すること
なく、測定ゲージにより与えられる測定寸法（実
際は誤つているのだが）に対し信頼し続けること
となる。もし、測定ヘツドの信号が、研削盤のオ
ペレーシヨンサイクルを制御するために用いられ
たならば、公差を外れた最終寸法のワークが加工
されることとなる。

本発明は上記の欠点を取除くためになされたも
のであり、簡単、迅速かつ安全に零調整操作を行
うことのできる測定ヘツドを提供することを目的
とする。

第１図および第２図に示す電気測定ヘツドは、
支持体であり、保護部材である測定ヘツドケーシ
ング１を有し、このケーシング１は開口側を有す
る箱体とその閉鎖カバー（第１図および第２図で
は図示せず）とからなつている。

後で第５図を参照して説明するように、ピン２
および３を含む据付け部材がケーシング１に取付
けられている。

２つの可動測定用アーム４および５が、それぞ
れピン２および３に対し回転可能に取付けられて
いる。測定アーム４および５は、ケーシング１の
開口６および７を貫通しており、ケーシングより
外側の端部には、それぞれ外径を測定されるべき
ワーク１０（第１図参照）の表面に接触するフイ
ーラ（接触部）８および９が設けられている。

測定ヘツドは、ケーシング１内に配置された測
定アーム４および５の端部に取付けられた小さな
ボール１１および１２を含む機械的零調整手段を
有している。

ケーシング１内には、さらに２本の短アーム１
３，１４が配設され、この短アーム１３，１４の
端部には、ピン２，３に枢着されている。短アー
ム１３，１４のピン２，３に対する結合は、以後
説明するように摩擦手段を介してなされている。

LVDTタイプの位置トランスデユーサ１５を
構成する２つの要素は、それぞれ測定アーム４お
よび短アーム１３に固定されている。すなわち、
マグネチツクコア（図示せず）の自由端に設けら
れたステム１６はアーム４に固着され、差動トラ
ンスフオーマのコイルのハウジングであるサポー
ト１７は短アーム１３に固着されている。

同様に、他のマグネチツクコア（図示せず）の
自由端に設けられたステム１８は測定アーム５に
固着され、他の位置トランスデユーサ２０の差動
トランスフオーマのコイルのハウジングであるサ
ポート１９は短アーム１４に固着されている。

トランスデユーサ１５および２０は、それぞれ
測定アーム４および５の位置に応じて測定信号を
発生する。

ケーシング１内の短アーム１３，１４の自由端
には、それぞれボール１１，１２と同一直径のボ
ール２１，２２が固着されている（これらのボー
ル２１，２２は零調整手段の構成要素である）。

多角形（すなわち正方形断面）のシヤフト２３
からなる調整および案内手段もまた零調整手段を
構成しており、シヤフト２３は、ケーシング１の
穴２６，２７に枢着された円筒形部分２４，２４
により、ケーシング１に対して回転可能に連結さ
れている。

さらに、零調整手段は調整レバー２８を有し、
この調整レバー２８はケーシング１の外側に配置
され、シヤフト２３の端部２４に固着されてい
る。

零調整手段の停止および案内手段であり、ほぼ
同一形状の２つのブロツク２９，３０がシヤフト
２３に摺動可能に取付けられている。ブロツク２
９，３０はシヤフト２３の長手方向軸線に沿つて
摺動可能であり、この軸線はピン２，３の軸線と
直交している。

第３図および第４図に示すように、ブロツク２
９は２つの分解可能な部材３１および３２により
構成されている。部材３１はほぼ円筒形状をして
おり、部材３２は、部材３１の平らな側面３３に
ねじ止めされた板状をなしている。したがつて、
ブロツク２９は、正方形断面をした多角形の長手
方向貫通穴３４を有し、この貫通穴３４にシヤフ
ト２３が係合することにより、ブロツク２９がシ
ヤフト２３に沿つて移動することができる。

部材３１の円筒形状部分は、貫通穴３４および
シヤフト２３の軸線に対し偏位した位置にあり、
固定カム３５を構成している。

部材３１は、ボール１１および２１を取囲む２
つのスロツト３６および３７を有している。

第１図、第３図および第４図に示すように、ス
ロツト３６，３７は、ボール１１，２１をシヤフ
ト２３の軸線方向に移動可能に取囲む幅広の第１
の部分と、ボール１１，２１の直径よりわずかに
大きい幅の狭い第２の部分と、両部分を連結する
中間部分と、ブロツク２９，３０の回転変位（シ
ヤフト２３の回転変位）を制限する２つの端部表
面とを有している。

開口６，７はケーシング１と測定アーム４，５
に連結されたベローズ３８，３９によりシールさ
れている。ガスケツトあるいは他のシール材料に
より、ケーシングの他のすべての開口、例えば図
示しないが、トランスデユーサ１５，２０に接続
されたケーブルの通路などもシールされている。
測定器は完全にシールされている。

測定アーム４，５およびケーシング１には、戻
しばね４０，４１の両端が固着されている。これ
らのばね４０，４１は、フイーラ８，９をワーク
１０に押付けるように、測定方向に沿つた測定ア
ーム４，５の回転をコントロールする。

第５図に示すように、ピン３はケーシング１の
箱部分の壁に直接取付けられた端部４２と、ケー
シング１に取付けられたプレート４５の穴４４内
に配置された他方の端部４３とを有している。端
部４３はケーシング１の閉鎖カバー４６に隣接し
ている。

ピン３に対し、外輪が可動測定アーム５の２つ
の隣接する側面に硬く固定されているボールベア
リング４７，４８の内輪がキー止めされている。
したがつて、可動測定アーム５はピン３の軸のま
わりを、ボールベアリング４７，４８の外輪とと
もに回動可能である。

零調整手段を構成する摩擦装置が短アーム１４
をピン３に連結している。摩擦装置は、ピン３が
貫通している短アーム１４の端部５１側に配設さ
れた２つのワツシヤ４９，５０と、ワツシヤ４９
の側面に配設された２つの皿ばね５２，５３とピ
ン３にねじ込まれたリングナツト５４とからなつ
ている。ワツシヤ５０は、ピン３に取付けられた
ストツプリング５５に接触している。

リングナツト５４をねじ込むことにより、ピン
３の軸に対する短アーム１４の回転をコントロー
ルするために要求される最適な力を得るために、
摩擦装置の予荷重を調整することができる。

同様な構成要素が測定アーム４および短アーム
１３にも取付けられている。

次に測定ヘツドの作用、とりわけ零調整操作に
ついて説明する。

測定状態においては、第３図に示すように、固
定カム３５がケーシング１の壁面に弾力的に当接
され、ブロツク２９，３０はシヤフト２３に対し
て変位しない。さらに、ボール１１はスロツト３
６の幅広の部分内に配置され、したがつて測定ア
ーム４がばね４０により付勢され、ピン２のまわ
りの限定された測定変位を与えている。この変位
の最大値は、ボール１１のスロツト３６に対する
接触により決定される。ボール２１もまた、スロ
ツト３７の幅広部分内に配置されているが、短ア
ーム１３は、摩擦装置４９乃至５５によりロツク
されており、測定アーム４に連結されていないの
で変位しない。

この測定状態において、測定アーム４に偶然の
衝撃が作用した場合には、測定ヘツドのよりデリ
ケートな要素（例えばトランスデユーサ）にダメ
ージを与えない。ピン２の軸方向およびこれに平
行な方向に作用した衝撃力は、測定アーム４を支
持する構成要素の堅牢さにより有害な結果を生じ
させない。同様に、測定アーム４をピン２のまわ
りに回転させようとするモーメント力は、ボール
１１とブロツク２９を介してケーシング１に解消
され、同様に測定アーム４に連結されたボールベ
アリングおよびピン２を介して解消される。

同様のことが測定アーム５に対しても適用され
る。

したがつてすべての構成要素について重大な変
形を生じない。さらに、衝撃により重大な応力が
短アーム１３，１４に伝達されず、したがつて測
定ゲージの零調整状態は変化しない。

操作者により非常に大きい衝撃が与えられ、測
定アーム４，５に永久の変形を生じさせることが
考えられる。この場合には、操作者は零調整状態
をチエツクし、もし必要であれば測定アーム４，
５を真直ぐにし、新しい零調整操作を行えばよ
い。零調整操作は、レバー２８を約120゜時間方向
に回転させ、シヤフト２３およびブロツク２９，
３０を回転させて、第４図に示すようにブロツク
２９，３０のカム３５をケーシング１との当接状
態から解放する。これによりボール１１，２１
（同様にボール１２，２２）がスロツト３６，３
７の幅の狭い方の部分に配置される。その後、マ
スターあるいは標準のパーツを測定位置（詳しく
は、研削盤のセンター間）に配置し、測定アーム
４，５を手動で動かしてフイーラ８，９をパーツ
に接触させる。

測定アーム４，５の回転は、ブロツク２９，３
０がボール１１，１２に押されてシヤフト２３に
沿つて移動することにより行われる。ブロツク２
９，３０の移動は、ボール２１，２２がスロツト
３７の側壁に接触し、摩擦装置の抵抗に打ち勝つ
ことにより、測定アーム１３，１４に回転変位を
生じさせる。この状態において、トランスデユー
サ１５，２０のそれぞれの構成要素１６，１７お
よび１８，１９の相互の位置は変化せず、測定ア
ーム４，５の位置に対して独立しているトランス
デユーサ１５，２０は、予め定められた定常信号
を発する。

続いて、ブロツク２９，３０のカムがケーシン
グ１に摩擦と弾性変形により固定されるまでレバ
ー２８を反時計方向に回転し、ボール１１，１２
をスロツトの幅の大きい部分内に配置し、測定ア
ーム４，５の測定変位が可能であるようにする。
これにより零調整操作を終了する。

測定ヘツドは平滑な表面を有するワークだけで
なく、スプラインのような断続的な表面を有する
ワークの寸法も、研削作業中に測定することがで
きる。後者の場合、緩衝用流体をケーシング１内
に注入することにより測定アームの変位を緩衝す
ること（例えば米国特許第4279079号明細書参
照）、あるいは米国特許第3345753号明細書に記載
された２つのシリンダピストン緩衝器を用いて測
定アーム４，５の変位を緩衝することが望まし
い。なお、上記緩衝器は、アーム４，１３および
アーム５，１４にそれぞれ取付けることができ
る。

測定ヘツドは２つの別々の位置トランスデユー
サを備えているので、奇数個の溝を有するスプラ
インの測定が可能である。この場合、一方のフイ
ーラがワークの外表面に接触している間、他のフ
イーラは溝内に位置している。トランスデユーサ
が２つあることにより、測定誤差を避けつつ連続
的にトランスデユーサ信号を得ることができる。
また、トランスデユーサが２つあることにより、
２つの可動測定アームと１つのトランスデユーサ
を備えた測定ヘツドに比べて、２倍の測定範囲を
有するという利点がある。

もちろん、本発明を１つの可動測定アームを有
する測定ヘツドに応用することもできる。この場
合には、図示する測定ヘツドにおいて、１つの測
定アームとトランスデユーサとを削除して単純化
することで十分である。

さらに図示する測定ヘツドは、簡単な変更によ
り、内径測定用の測定器として使用することもで
きる。このためには、ばね４０，４１により制御
される変位が、チエツクされるべき穴の内面に接
近するフイーラの動きとなるように、所望の形状
を備えた可動測定アームを用いるだけで十分であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定ヘツドの部分切欠部
を含む側面図であり、２つの測定用フイーラによ
り外径寸法を測定している状態を示す図、第２図
は第１図に示す測定ヘツドにおいて零調整操作の
状態を示す図、第３図は第１図および第２図に示
す測定ヘツドの部分拡大水平断面図であり、特に
零調整装置を示す図、第４図は第３図に示す断面
図において、零調整操作の状態を示す図、第５図
は第１図および第２図に示す測定ヘツドの部分拡
大水平断面図であり、特に測定ヘツドの可動アー
ムの保持装置を示す図である。 １……ケーシング、２，３……ピン、４，５…
…測定アーム、８，９……フイーラ、１０……ワ
ーク、１１，１２，２１，２２……ボール、２３
……シヤフト、２８……レバー、２９，３０……
ブロツク、３６，３７……スロツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシング１と； このケーシングに対し２つの相対向する方向に
   可動に取付けられた測定アーム４；５と； 測定アーム４；５の端部に固定され、チヤツク
   されるべきワーク１０に接触するフイーラ８；９
   と； ケーシングに前記２つの相対向する方向に調整
   可能に取付けられた第２のアーム１３；１４と； 前記第２のアーム１３；１４に対する前記２つ
   の相対向する方向における測定アームの位置に応
   じた信号を発する、測定アーム４；５と第２のア
   ーム１３；１４にそれぞれ固着された２つの要素
   １６，１７；１８，１９からなるトランスデユー
   サ１５；２０と； 前記トランスデユーサ構成要素１６，１７；１
   ８，１９に関する２つの位置に選択的に配置され
   る停止手段２９を備え、第１の位置において停止
   手段２９は測定アーム４；５と第２のアーム１
   ３；１４と協働して２つのトランスデユーサ構成
   要素１６，１７；１８，１９の互いに定められた
   位置を設定し、第２の位置において前記第２のア
   ーム１３；１４に対して測定アーム４；５を前記
   ２つの相対向する方向に変位させる、機械的零調
   整装置１１，２１，２３，２８，２９，４９−５
   ５と； 前記２つの位置のいずれか一方に前記停止手段
   ２９を移動させる制御および案内手段２３，２８
   と； を備え、 前記制御および案内手段２３，２８を操作して
   停止手段２９を前記第１の位置に配置し、互いに
   連動するよう組み合わされた測定アーム４；５と
   第２のアーム１３；１４およびトランスデユーサ
   １５；２０をケーシング１に対し前記２つの相対
   向する方向のいずれかの方向に変位させて零調整
   操作を行い、前記制御および案内手段２３，２８
   を操作して停止手段２９を前記第２の位置に配置
   し、この第２の位置において前記第２のアーム１
   ３；１４はケーシング１に対して静止した状態に
   あり、続いてトランスデユーサ１５；２０の作動
   範囲内において測定操作が行なわれる、 ワークの寸法をチエツクするために用いる測定ヘ
   ツド。 ２ 測定アーム４；５は、測定アームの回動中心
   軸を構成する取付手段２；３を介してケーシング
   １に取付けられ、第２のアーム１３；１４は、ケ
   ーシング１に回動可能に取付けられ、零調整装置
   １１，２１，２３，２８，２９，４９−５５は、
   第２のアーム１３；１４の回動変位に対して摩擦
   抵抗を及ぼす摩擦装置４９−５５を備えているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の測定
   ヘツド。 ３ 制御および案内手段はケーシングに対し測定
   アームの回動軸に直交する方向に取付けられた制
   御および案内シヤフトを備え、可動停止手段は前
   記制御および案内シヤフトに沿つて摺動可能なブ
   ロツクを備え、前記ブロツクは、測定アームの他
   端部および短アームの短部とそれぞれ係合する接
   触表面を備えており、測定アームと短アームの予
   め定められた互いの位置を設定することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の測定ヘツド。 ４ ブロツクは制御および案内シヤフトにより形
   成された軸のまわりを回転可能であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の測定ヘツド。 ５ ブロツクは測定アームの他端部および短アー
   ムの短部をそれぞれ取囲むスロツトを有し、この
   スロツトには前記接触表面が形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の測定ヘ
   ツド。 ６ ブロツクはケーシングに当接し、ブロツクを
   ケーシングに対し固定するためのカムを備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項または
   第５項記載の測定ヘツド。 ７ 測定アームの他端部および短アームの端部に
   はそれぞれボール状部材が取付けられ前記スロツ
   ト内に配置されているとともに前記接触表面を係
   合しており、前記スロツトのうち１つは幅の異な
   る２つの部分を有し、小幅の部分は測定アームの
   他端部に設けられたボール状部材に係合して前記
   ２つのアームの予め定められた相互の位置を設定
   し、前記短アームは回動軸の回りを回動可能であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項または
   第６項記載の測定ヘツド。 ８ 制御および案内手段はケーシングに対して回
   動可能であり、回動停止手段は前記制御および案
   内手段に対してそれと共に回動可能に連結されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第７項のいずれか１つに記載の測定ヘツド。 ９ ケーシングはほぼ密閉形をしており、短アー
   ムはケーシング内に完全に収納され、測定アーム
   は部分的にケーシング内に配置され、制御レバー
   を含む制御および案内手段はケーシングの外側に
   配置され、前記停止手段を第１の位置と第２の位
   置にそれぞれ変位させることにより、測定アーム
   とトランスデユーサを、手動により測定ヘツドを
   零調整する状態から測定する状態に位置させ得る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８
   項のいずれか１つに記載の測定ヘツド。 １０ ケーシングに対し可動に取付けられ、端部
   にワークに接触する第２のフイーラ９が固着され
   た第２の測定アーム５と、第２の測定アーム５の
   位置に応じた信号を発する２つのトランスデユー
   サ構成要素１８，１９を備えた第２のトランスデ
   ユーサ２０と、第２のトランスデユーサ２０の構
   成要素１８，１９の予め定められた位置を設定す
   るための第１の位置と、第２の測定アーム５と第
   ２のトランスデユーサ２０の少なくとも１つの構
   成要素１９との相互の変位を許容する第２の位置
   とに配置される第２の可動停止手段３０を含む機
   械的零調整装置と、第２のトランスデユーサ２０
   の２つの構成要素１８，１９の相互の位置と、第
   ２のトランスデユーサ２０の２つの構成要素１
   ８，１９の第２の測定アーム５に対する位置とを
   変化させることなく、ケーシングに対する第２の
   測定アーム５と第２のトランスデユーサ２０との
   変位を生じさせる制御および案内手段とを備えて
   なる特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか
   １つに記載の測定ヘツド。