JPH05196406A - 位置検出プローブの検出回路 - Google Patents

位置検出プローブの検出回路

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JPH05196406A
JPH05196406A JP4199963A JP19996392A JPH05196406A JP H05196406 A JPH05196406 A JP H05196406A JP 4199963 A JP4199963 A JP 4199963A JP 19996392 A JP19996392 A JP 19996392A JP H05196406 A JPH05196406 A JP H05196406A
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JP
Japan
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constant current
sensor
position detection
detection probe
resistance
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JP4199963A
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English (en)
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Clifford W Archer
ウィリアム アーチャー クリフォード
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Renishaw Metrology Ltd
Original Assignee
Renishaw Metrology Ltd
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Publication date
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • GPHYSICS
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/002Constructional details of contacts for gauges actuating one or more contacts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S33/00Geometrical instruments
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出回路での電力消費を軽減させる。 【構成】 マシンツールまたは座標測定装置の接触トリ
ガプローブは、プローブのスタイラスの撓みに応動する
3つのストレンゲージSG1〜SG3を有し、トリガ信
号を信号処理回路SPで発生させる。電力消費を軽減す
るため、従って、プローブの熱に起因して寸法が増大す
ることを軽減するため、ストレンゲージに定電流源CS
1〜CS3により定電流を供給する。定電流源CS1〜
CS3は、基準抵抗Rref および定電流源CS4により
構成される回路からの信号に基づき増幅器A4によりサ
ーボ制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プローブ、例えば、ト
リガープローブに関し、座標測定装置(CMS)、マシ
ンツールおよび他の位置決め装置上で用いられ、ワーク
ピースの寸法を測定するプローブに関する。特に、この
ようなプローブで用いられる検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ストレンゲージまたはピエゾセンサのよ
うな歪みまたは応力応動素子をこのようなプローブで用
いることは益々普通になってきている。これら歪みまた
は応力応動素子は、プローブの可撓性のあるスタイラス
がワークピースに接触したときや、プローブがワークピ
ースに対して動く間に生じる微小な力や応力に対して応
動する。このような力や歪みが検出されると、プローブ
はトリガ信号を発生する。このトリガ信号はプローブを
取り付けたマシーンにより用いられ、マシーンのワーキ
ングボリューム(working volume)内で
のプローブの瞬間位置座標x,y,zを読み取る。
【0003】米国特許3,817,362号には、この
ようなプローブが記載してあり、プローブには3つのス
トレンゲージがプローブの軸の回りに等間隔に配置して
ある。ストレンゲージは検出回路の一部を形成し、検出
回路は各ストレンゲージが分圧器の固定抵抗と直列に接
続されている。プローブのスタイラスがワークピースに
接触し、1つ以上のストレンゲージで歪みが生じると、
歪みに応じて分圧器の電圧が変化し、その電圧が増幅さ
れる。この増幅された信号が閾値を超えるとトリガ信号
が発生される。
【0004】プローブの精度が増々上がったので、熱運
動によりプローブの寸法が大きくなった場合、測定誤差
が生じる虞のあることを考慮にいれるのが望ましいこと
が分かっている。このように熱により寸法が大きくなっ
た場合、ワークピースに接触しているスタイラスの先端
の静止位置は、マシーン上のプローブの取り付け位置に
対して変化することがある。このように変化した場合、
そのプローブを較正しないかぎり、その後の測定にも対
応する誤差が生じる。プローブ内に収容された検出回路
で電力が消費され、熱により寸法が大きくなることが分
かっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、位置決め装置
上で用いられ、ワークピースと検出関係になったときに
信号を生成する位置検出プローブであって、前記検出関
係に達したときに抵抗値が変化する少なくとも1つのセ
ンサと、前記抵抗値の変化を検出する手段とを備え、前
記センサに定電流を供給する定電流源を備えたことを特
徴とする位置検出プローブを提供する。
【0006】本発明の好ましい形態では、それぞれ定電
流源を有する2つ以上のセンサを有することができる。
基準抵抗を有することができ、抵抗値の変化を検出する
手段が差動増幅器であり、該差動増幅器の一方の入力端
子には前記センサ間の電圧の変化が入力され、他方の入
力端子には前記基準抵抗間の電圧が入力される。前記基
準抵抗はまた定電流源を有することができる。前記セン
サまたは各センサに対する1つの定電流源または複数の
定電流源を制御し、基準抵抗に対して定電流源の動作を
鏡像動作させるようにすることができる。ワークピース
に対する検出関係は通常ワークピースとの接触を含むこ
とになるが、ワークピースへの接触ではなく近接を検出
するセンサを除くわけではない。
【0007】少なくとも本発明の好ましい実施態様で
は、任意の感度に対して、検出回路での電力消費を軽減
させることができる。あるいはまた、電力の消費を軽減
することが特に問題にならない場合は、感度に応じて電
力消費を増加させずにその感度を上げることができる。
【0008】
【実施例】本発明の実施態様を図面を参照して説明す
る。図1は接触トリガプローブのための検出回路の概略
を示す図である。
【0009】接触トリガプローブは米国特許4,81
7,362号に記載されたタイプと同様のタイプであ
り、詳細は当該特許を参照されたい。当該特許で説明し
たように、プローブは半導体ストレンゲージの形態の3
つのセンサSG1,SG2,SG3を含み、3つのセン
サSG1,SG2,SG3がプローブの軸の回りに等間
隔で配置されている。これらストレンゲージはプローブ
がワークピースに接触すると、プローブのスタイラスの
撓みに応動する。各ストレンゲージは電力供給線Vと0
Vアースリターン線の間に設けた各定電流源CS1,C
S2,CS3に直列に接続されている。これら定電流源
は、米国特許4,817,362号に記載された固定抵
抗であって、各ストレンゲージに直列に接続されている
固定抵抗に替えることができる。
【0010】各ストレンゲージSG1〜SG3間の電圧
はモニタされ、モニタされた電圧の変化は各増幅器A
1,A2,A3により増幅される。これらの増幅器は差
動増幅器であり、各差動増幅器の他の入力端子は基準抵
抗Rref 間の電圧変化をモニタする。基準抵抗Rref
各ストレンゲージの公称抵抗値、すなわち歪みがないと
きの抵抗値と同一の抵抗値を有する。基準抵抗はそれ自
体がさらに同様のストレンゲージであって、歪まないよ
うにプローブ内のある位置に取り付けたものであっても
良い。基準抵抗はプローブの一部分であって、ストレン
ゲージSG1〜SG3を取り付けた部分に近接した部分
に取り付けられ、同様の熱慣性を有するのが望ましい。
これらストレンゲージSG1〜SG3および基準抵抗R
ref により、ストレンゲージSG1〜SG3の周囲温度
の変化に起因するドリフトが基準抵抗Rref により追跡
されることが確認できる。基準抵抗Rref は電力供給線
Vと0V線0Vの間の定電源CS4とさらに直列に接続
されている。差動増幅器A1〜A3は基準抵抗間の電圧
に対するストレンゲージ電圧の変化を増幅するだけであ
る。この目的のため、(別のストレンゲージではない
が、定電流源を有さない)基準抵抗を用いることは、米
国特許4,817,362号に記載されたプローブの商
品から知られる。
【0011】各増幅器A1〜A3の出力は各自動零位調
整回路(auto−zeroingcircuit)A
Z1,AZ2,AZ3に供給される。これにより、自動
零位調整回路が熱運動に起因するドリフトに不感である
ことが確認される。詳細は米国特許4,817,362
号に記載されている。自動零位調整回路の出力は、さら
に、信号処理回路SPに供給される。信号処理回路SP
は米国特許4,817,362号に記載されている方法
か、あるいは特願平4−176672号(英国特許出願
番号9114353.7号および9114371.9号
に基づき優先権主張された)に記載されている方法と同
様の方法により所望のトリガ信号を生成する。望ましい
場合は、他の例の信号処理によりスタイラスの撓みの量
を表すアナログ出力を供給できる。
【0012】定電流源CS1〜CS4は従来のように構
成することができる。例えば、定電流源CS1〜CS4
はそれぞれトランジスタを備え、エミッタは0Vに接続
され、ベースとコレクタは対応するストレンゲージに接
続する。しかし、このような構成が簡単な定電流源より
はむしろ、制御可能な定電流源を用いる方がよい。各定
電流源CS1〜CS4から供給される定電流は、差動増
幅器A4の出力により制御される。差動増幅器A4の一
方の入力端子には、基準電圧V/2、すなわち、供給電
圧Vの1/2の電圧が入力されされている。他方の入力
端子は基準抵抗Rref とその定電流源CS4の間の節点
に接続され、増幅器A1〜A3に並列に接続した抵抗R
ref 間の電圧の変化をモニタする。従って、増幅器A4
は基準抵抗Rref 間の電圧変化を修正する誤差増幅器と
して動作し、絶えず定電流源CS4から定電流を供給す
る。定電流源CS1〜CS3により供給される定電流は
定電流源CS4からの定電流と鏡像動作し、定電流源C
S4からの定電流と並列に制御される。
【0013】望ましくは、定電流源はそれぞれ同一の半
導体チップ上に設けられ、その結果、定電流源は温度変
化を等しく受ける。定電流源はそれぞれCA3046の
ようなトランジスタアレイ集積回路のうちの1つのトラ
ンジスタを備えることができる。しかし、むしろ、4つ
の定電流源は、増幅器A1〜A4および自動零位調整回
路AZ1〜AZ3を含む他の回路素子とともに、受注生
産されるASIC(application spec
ific integrated circuit)上
に集積した方が良い。
【0014】次の比較例は、ストレンゲージおよび定電
流源のうちの1つ、例えば、SG1およびCS1で消費
される電力と、米国特許4,817,362号に記載の
対応するストレンゲージおよび固定抵抗で消費される電
力とを比較する。この例では、それぞれの場合、ストレ
ンゲージは公称抵抗値、すなわち、歪みがない場合は、
1kΩを有し、しかも、米国特許4,817,362号
に記載された回路の固定抵抗も1kΩと仮定する。それ
ぞれの場合、感度(ストレンゲージ間の電圧変化)はス
トレンゲージの抵抗が1Ω増加するのに対して2.5m
Vである装置に対して消費電力が計算される。
【0015】米国特許4,817,362号に記載の回
路では、上述した感度のレベルは供給電圧を10Vにす
ることにより達成することができる。ストレンゲージの
抵抗と固定抵抗を結合した抵抗値は2kΩであり、その
結果、零入力電流は5mAになる。ストレンゲージの抵
抗が歪みにより1kΩから1.001kΩに変化した場
合、全抵抗が2.001kΩになり、電流が4.997
5mAになり、ストレンゲージ間の電圧は5Vから4.
9975×1.001=5.0025Vに増加する。従
って、電圧が2.5mVだけ増加する。消費電力は10
V×5mA=50mWになる。
【0016】以上説明した本発明の実施例に係る回路を
用いると、5Vの電圧を供給した場合、同様に2.5m
Vの感度を達成することができる。定電流源により供給
される定電流は2.5mAに設定される。ストレンゲー
ジSG1間の電圧は2.5mA×1kΩ=2.5Vにな
る。ストレンゲージの抵抗が1Ωだけ増加した場合、ス
トレンゲージ間の電圧が新たに2.5mA×1.001
kΩ=2.5025Vになる。従って、電圧の増加は
2.5mVであり、すなわち、前と同じ感度である。し
かし、消費電力は5V×2.5mA=12.5mWにな
る。この比較例では、そのため、同一の感度に対して消
費電力が4倍も減少する。消費電力は、他の2つのスト
レンゲージの回路および基準抵抗Rref の回路でも同様
に減少する。
【0017】望ましくは、回路は、例えば、供給電圧を
10Vに増加させ、かつ、定電流を5mAに増加させる
ことにより、感度は上げても消費電力を必ず増加させな
いように設計することができる。これらの値を用いる
と、消費電力は米国特許4,817,362号に記載の
固定抵抗の例と同一になるが、感度は2倍になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
SG1〜SG3 抵抗 Rref 基準抵抗 CS1〜CS4 定電流源 A1〜A4 差動増幅器 AZ1〜AZ3 自動零位調整回路 SP 信号処理回路

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位置決め装置上で用いられ、ワークピー
    スと検出関係になったときに信号を生成する位置検出プ
    ローブであって、 前記検出関係に達したときにその抵抗が変化する少なく
    とも1つのセンサと、 該センサの抵抗の変化を検出する手段と、 前記センサに定電流を供給する定電流源とを備えたこと
    を特徴とする位置検出プローブ。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記検出関係に達し
    たときに抵抗が変化する複数の前記センサと、 前記複数のセンサにそれぞれ定電流を供給する前記複数
    の定電流源とを備えたことを特徴とする位置検出プロー
    ブ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、基準信号に
    従って前記定電流源または複数の定電流源を制御する手
    段を含むことを特徴とする位置検出プローブ。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記検出関係に達し
    たときその抵抗値が変化しないように取り付けられた前
    記センサと、 該センサからの前記基準信号が入力されるように接続さ
    れた制御手段とをさらに含むことを特徴とする位置検出
    プローブ。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかの項におい
    て、 基準抵抗を備え、 前記抵抗変化を検出する手段は差動増幅器であって、そ
    の一方の入力端子には前記センサ間の電圧変化が入力さ
    れ、もう一方の入力端子には基準抵抗間の電圧変化が入
    力される差動増幅器を備えたことを特徴とする位置検出
    プローブ。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記基準抵抗は前記
    検出関係に達した時にもその抵抗値が変化しないように
    取り付けた前記センサをさらに備えたことを特徴とする
    位置検出プローブ。
  7. 【請求項7】 請求項5または6において、前記基準抵
    抗に定電流を供給する定電流源をさらに備えたことを特
    徴とする位置検出プローブ。
  8. 【請求項8】 請求項7において、前記センサのための
    定電流源を制御し、前記基準抵抗のための定電流源の動
    作を鏡像動作させる手段を含むことを特徴とする位置検
    出プローブ。
  9. 【請求項9】 位置決め装置上で用いられ、ワークピー
    スと検出関係になったとき信号を生成する位置検出プロ
    ーブにおいて、 その出力が前記検出関係に達したときに変化する少なく
    とも1つのセンサと、 基準素子と、 前記センサ出力の変化を検出し、前記基準素子からの出
    力とで差動的に動作する手段とを備え、 前記基準素子はその出力が前記検出関係に達したときに
    も変化しないように取り付けたセンサをさらに備えたこ
    とを特徴とする位置検出プローブ。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかの項にお
    いて、前記センサまたは各センサはストレンゲージを備
    えたことを特徴とする位置検出プローブ。
JP4199963A 1991-07-27 1992-07-27 位置検出プローブの検出回路 Pending JPH05196406A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB919116245A GB9116245D0 (en) 1991-07-27 1991-07-27 Sensing circuit for position-sensing probe
GB9116245.3 1991-07-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05196406A true JPH05196406A (ja) 1993-08-06

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ID=10699088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4199963A Pending JPH05196406A (ja) 1991-07-27 1992-07-27 位置検出プローブの検出回路

Country Status (4)

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US (1) US5295307A (ja)
EP (1) EP0526998A1 (ja)
JP (1) JPH05196406A (ja)
GB (1) GB9116245D0 (ja)

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