JPH0588761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は物体の位置感知用プローブに関するも
のである。斯種のプローブは座標測定器に用いら
れ、この測定器ではプローブおよび物体は、三次
元的に動くように相対的に支持される。プローブ
は、斯様な動きによつてそれが物体の表面と掛合
する際に信号を発生して、基準面に対するその表
面の位置を決定するのに用いられる。

［従来技術の説明］ 従来の接触感知プローブ（米国特許第4523383
号）は、固定部材と、可動部材と、各々基準面を
有している３つの接続ユニツトとを具え、これら
ユニツトの基準面は相対的に垂直で、しかも共通
の交差点を有しており、また各ユニツトは中間部
材と、これらの中間部材を可動部材に接続する２
つの平行なリンクと、中間部材を固定部材に接続
するピボツトとを具えていて、中間部材は全体的
に剛性のものとし、リンクは全体的に曲げ力に対
しては弾性的であるも、張力および圧縮力に対し
ては剛性のものとし、３つの接続ユニツトを共働
させて、固定部材に対する可動部材の並進的な変
位は阻止するも、可動部材を固定部材に対しては
回転させるようにし、いずれか１つのユニツトに
おけるピボツトのピボツト軸を他の２つのユニツ
トに対応するピボツト軸に垂直とし、いずれか１
つのユニツトにおけるリンクをそのユニツトの基
準面からずれている面内に位置させ、かつ前記可
動部材の並進を測定する手段を設けている。

可動部材は固定部材に対して回転しないように
拘束する必要がある。その理由は、可動部材から
延在しているスタイラスによつてプローブを物体
と掛合させる場合に、スタイラスの感知端は基準
面の前記共通点から不可避的に離れており、しか
も上記拘束がなくては可動部材を回転させてしま
うため、必然的に誤つた測定をすることになるか
らである。

可動部材の並進によつてリンクは剛性部材に対
して偏倚される。この可動部材の並進範囲は上記
リンクの長さに依存し、すなわちリンクの所定の
許容偏倚度に対してリンクを長くすればする程並
進範囲は大きくなる。しかし、リンクの長さを長
くすると、プローブ全体の大きさが不所望に大き
くなつてしまう。

［発明の概要］ 本発明は、固定部材と、固定部材に対して３つ
の直交する各軸線上を並進可能な可動部材と、可
動部材を固定部材に接続し、可動部材が各直交軸
線のまわりを回転するのを各々抑制する３つの接
続ユニツトとを具え、各接続ユニツトが、中間部
材と、中間部材を可動部材に接続する一対の平行
な第１リンクと、中間部材を固定部材に接続する
一対の平行な第２リンクとを具えており、中間部
材が全体的に剛性で、リンクが張力および圧縮力
に対しては剛性であるも、曲げ力に対しては全体
的に可撓性の部分を少なくとも有しており、かつ
各ユニツトのリンクが、それらの正常の非偏倚位
置にある際に、各ユニツトの第２リンクの面が第
１リンクの面に対して平行に位置するようにした
ことを特徴とする。

［実施例の説明］ 第１図〜第３図に示す本発明プローブは、スピ
ゴツト１１を有している固定部材、すなわちハウ
ジング１０を有しており、スピゴツト１１はハウ
ジング１０を座標測定器（図示せず）のヘツド１
２に固定させる。座標測定器は、基準面に対する
加工片１３の表面１４の位置を決定するために、
加工片１３に対して一次的な三次元変位をするハ
ウジング１０を支持する。

プローブは、ハウジング１０によつて支持され
て、このハウジング１０に対して二次的な三次元
変位をする可動感知部材、すなわちスタイラス１
５も有している。加工片に対するハウジング１０
の前記一次的な変位の期間中にスタイラス１５が
加工片の表面１４と掛合すると、ハウジング１０
に対するスタイラス１５の前記二次的変位が生ず
る。なお、測定器を斯かる二次的変位の範囲内で
停止させることは勿論である。

測定器は前記一次的変位用の一次測定系を有し
ており、またプローブは前記二次的変位用の二次
測定系を有している。加工片の表面１４の位置は
一次と二次変位の各測定値の差によつて決定する
ことができる。このような測定法は本来周知であ
る。

ハウジング１０におけるスタイラス１５の支持
部材は、スタイラス１５を固着させる可動部材、
すなわちキユーブ１６と、このキユーブ１６とハ
ウジング１０との間に互いに独立して各々接続さ
れる３つの支持ユニツト２０，３０，４０とを具
えている。ユニツト２０，３０，４０は、キユー
ブ１６をハウジング１０に対しては三次元的に並
進させるも、キユーブ１６が相対的に垂直の軸線
Ｘ，Ｙ，Ｚのまわりをそれぞれ回転するのは阻止
する。

各ユニツト２０，３０，４０は同様な構成のも
のとし、例えばユニツト２０は第１対の平行リン
ク２１、第１中間部材２２、第２対の平行リンク
２３、第２中間部材２４および第３対の平行リン
ク２５をこの順序で具えている。種々の対を成す
これらリンクの平面は、それらリンクが偏倚され
ていない正規の位置にある場合には互いに平行で
ある。リンク２１，２３は中間部材２２，２４に
隣接する端部にてそれらの中間部材に固着する。
中間部材２２とは反対側のリンク２１の端部は取
付部品２６によつてキユーブ１６に固着する。中
間部材２４とは反対側のリンク２５の端部はハウ
ジング１０に固着し、かつこれらのリンク２５の
両端部によつて公称ピボツト軸線Ｙ１を有するピ
ボツトを規定する。リンク２１，２３，２５は曲
げ力に対しては全体的に弾性であるも、張力およ
び圧縮力に対しては剛性である。中間部材２２，
２４は特に軸線Ｚに平行な軸線Ｚ１，Ｚ２のまわ
りの捩りに対しては剛性である。

各ユニツト３０，４０もリンク２１，２３，２
５および中間部材２２，２４に相当するリンクお
よび中間部材を有している。軸線Ｘ，Ｙはユニツ
ト２０の基準面XYを規定し、リンク２１はこの
基準面XY内にある。ユニツト３０も対応する基
準面XZを有しており、このユニツトの第１対の
リンク３１、すなわち第１対のリンク２１に相当
するリンクは面XZ内にある。ユニツト４０も対
応する基準面XZを有しており、このユニツト４
０の第１対のリンク４１は面YZ内にある。面
XY，XZ，YZは相対的に垂直であり、これらの
面は共通の交差点Ｃを有している。

リンク２１，２３，２５と中間部材２２，２４
とが共働して、軸線Ｚのまわりをキユーブ１６が
回転するのを阻止し、かつ他の２つのユニツト３
０および４０の対応するリンクおよび中間部材が
他の２つの軸線ＹおよびＸのまわりをキユーブ１
６が回転するのをそれぞれ阻止することは明らか
である。これがため、いずれにしてもキユーブ１
６は自由には回転しないが、キユーブ１６はいず
れの方向にも自由に並進し、このキユーブの並進
はリンク２１，２３，２５の曲げ偏倚（撓み）に
よつて起こり、これらのリンクは変位力がなくな
ると名目上真直ぐな初期位置に戻る。

各面XY，XZ，YZにおけるユニツト２０，３
０，４０の第１対のリンク２１，３１，４１の配
置は、いずれかの対のリンクを平行にさせまいと
する如何なる力をも最小にする。例えば、軸線Ｘ
を中心にキユーブ１６を回転させようとするスタ
イラス１５に及び力は、取付部品２６に同等の力
で、しかも反対方向に作用し、このようにして斯
様な力によりキユーブ１６に及ぶ捩り運動を最小
にする。少なくとも２対、本例の場合には３対の
リンクを連続的に配置することによつて、長さが
各リンク対の長さの和に等しい１対の仮説的な棒
と同等なものと見なされる各対のリンクを曲げ撓
ませることになる。これがため、斯様なリンク配
置によつて、斯様な仮説的な対によるも、その対
の空間的制限を受けることなく許容し得る範囲に
わたり、すなわちハウジング１０の全体の寸法に
較べて大きな範囲にわたりキユーブ１６、従つて
スタイラス１５を変位させることができる。この
ことは特に、リンク２１および２３が文字「Ｕ」
の両側に位置し、その文字の中間部が中間部材２
２で形成されることから明らかである。

二次的な測定系、すなわちハウジング１０に対
するスタイラス１５の並進的変位を測定する系
は、軸線Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向におけるス
タイラス１５の並進を測定する３個の差動的な容
量性トランスジユーサ５０，６０，７０を具えて
いる。トランスジユーサ５０は内側のコンデンサ
プレート５２の両側に位置する２つの外側のコン
デンサプレート５１，５３によつて規定される差
動コンデンサで構成する。外側のコンデンサプレ
ート５１，５３はハウジング１０に固着したブラ
ケツト２７に取付ける。内側プレート５２は細長
い接続部材２９に固着したブラケツト２８に取付
け、この接続部材２９の一端はキユーブ１６に固
着し、他端にはスタイラス１５を固着させる。プ
レート５２はガードリングによつて囲むことがで
きる。

プレート５１，５２，５３はYZ面に平行な平
面内にあり、しかも軸線Ｘの方向に離間している
ため、この方向のスタイラス１５の並進によつて
プレート５１と５２との間の間隔はプレート５２
と５３との間の間隔に対して変化する。この変化
がトランスジユーサ回路によつて検出され、この
回路の出力はスタイラス１５の並進の大きさに比
例する。軸ＹまたはＺ方向のスタイラス１５の並
進は部分的にはトランスジユーサの出力に影響を
及ぼさない。その理由は、プレート５１，５２，
５３間の間隔は斯様な方向の並進によつては影響
されないからであり、また部分的には図示のよう
に、プレート５１，５３の表面積は、プレート５
２よりも十分に大きく作るため、プレート５２が
支持ユニツト３０，４０の並進範囲内でＹまたは
Ｚ方向の並進によつてプレート５１，５３の範囲
から外れて通過することはないからである。同様
な理由からして、ガードリングは慣例のものより
も大きく作る必要がある。トランスジユーサ６
０，７０もトランスジユーサ５０と同じプレート
構造とし、これらは同じブラケツト２７，２８に
取付けるも、トランスジユーサ６０および７０の
コンデンサプレート６１，６２，６３および７
１，７２，７３はそれぞれ軸線ＹおよびＺの方向
に離間させる。換言するに、各トランスジユーサ
のプレート間隔はいずれも他の２つのトランスジ
ユーサのプレート間隔に対して垂直とする。各プ
レートは、プレート５２，６２，７２が概念的な
キユーブにおける３つの隣接面に位置し、かつプ
レート５１，６１，７１および５３，６３，７３
がプレート５２，６２，７２にそれぞれ勿論平行
となるように配置する。このようにすれば、プレ
ートの相対位置が良好に定まり、トランスジユー
サの構成がコンパクトになる。

ついで第４図〜第９図に示したプローブにつき
説明する。

第４図および第５図から明らかなように、この
プローブはハウジング１００と２つの垂直柱１０
１，１０２とを具えている固定部材１１０を有し
ている。スタイラス１５は可動部材１１６に固着
し、この可動部材１１６は頂部プレート１０５
と、底部プレート１０６と、３つの垂直支柱１０
７，１０８，１０９とを具えており、これらの垂
直支柱は頂部プレート１０５と底部プレート１０
６との間に延在させる。前述したように、ハウジ
ング１１０は座標測定器のヘツド１２におけるス
ピゴツト１１によつて支承される。同じく可動部
材１１６も前述したように、３つの各直交軸線上
に可動部材を並進させる３つの接続ユニツトによ
つてハウジング１１０内に支持され、各接続ユニ
ツトは可動部材１１６が各軸線のまわりを回転す
るのを阻止する。

これら接続ユニツトの内の特に第１接続ユニツ
ト１２０を第４図，第６図および第７図につき説
明する。これは可動部材１１６の頂部プレート１
０５の片側から第１中間部材１２２まで延在して
いる第１対の平行リンク１２１と、第１中間部材
１２２から第２中間部材１２４まで延在している
第２対の平行リンク１２３とを具えている。リン
ク１２１，１２３および中間部材１２２，１２４
は前述した例における対応するリンクおよび中間
部材２１，２３，２４と同様なものである。しか
し、リンク２５の代りに、第２中間部材１２４は
垂直柱１０１，１０２に固定される固定部材の部
分１０３に対して２対の直交平面ばね１２５によ
つて回動する。これらのばねは前述した例におけ
る第３対の平行リンク２５と同じ目的、すなわち
可動部材１１６を中間部材１２４の回転によつて
リンク１２１，１２３に対して平行な方向に並進
し易くするのに仕える。２個の直交ばね対の代り
に単一の平面ばねを２個用いることもできるが、
直交ばね対の方が可動部材の捩り運動に対して優
れた抗性を呈するので好適である。

斯様な第２中間部材およびその中間部材と固定
部材との回動的接続は、例えばリンク１２１をリ
ンク１２３から十分に離間させて、そのような動
きが中間部材１２２の傾斜によつて成されるよう
にする場合には、必ずしも必要でないことは明ら
かである。

第１接続ユニツト１２０は作動は前述した例に
おける対応する支持ユニツト２０の作動と同様で
あるため、ここではそれについての説明は省略す
る。

第２接続ユニツトを特に第４図，第８図および
第９図につき説明する。これは垂直支柱１０９か
ら垂直の棒状の第１中間部材１３２まで延在して
いる第１対の平行リンク１３１を具えている。第
２対のリンク１３３は第１中間部材１３２から第
２中間部材１３４まで延在している。第２中間部
材１３４は２個の垂直方向に離間させた直交平面
ばね対１３５によつて固定部材１１０の垂直柱１
０１にヒンジされる。

第３接続ユニツトも同様に、第４図，第８図お
よび第９図に示すように、第１対のリンク１４１
と、第２対のリンク１４３と、第１中間部材１４
２と、直交ばね１４５によつて垂直柱１０２に対
して回動する第２中間部材１４４とを具えてい
る。

３つの接続ユニツトは直交方向Ｘ，ＹおよびＺ
のいずれかの方向に可動部材１１６を並進させ
る。第１接続ユニツト１２０は、可動部材１１６
のＺ軸線を中心とする回転を阻止し、第２接続ユ
ニツトはＸ軸線を中心とする回転を阻止し、また
第３接続ユニツトはＹ軸線を中心とする回転を阻
止する。

図面から明らかなように、前述した例とは異な
り、第１対のリンク１３１と第２対のリンク１３
３の面の位置は一致してる。同様に、第１対のリ
ンク１４１と第２対のリンク１４３の面も一致し
ている。さらに、リンク１３１は前述した例に較
べて互いに非常に離間しており、一方のリンクは
プローブの頂部付近にあり、他方のリンクは底部
付近にある。同様に、リンク１３３，１４１およ
び１４３の間隔も広くなつている。このように、
リンク間隔を広くすることによつて接続ユニツト
の捩り負荷に対する抗性が改善されている。

リンク１２１，１２３，１３１，１３３，１４
１，１４３はすべていずれの方向にも弾性的に曲
がるも、張力および圧縮力に対しては抗性を呈す
るワイヤまたは棒で構成する。しかし、リンクを
両端部に近い部分でだけ曲げるようにするため
に、中間部は比較的剛性のスリーブを覆う。これ
は例えば第７図から明らかであり、ここではリン
ク１２３の弾性ワイヤを１２３Ａにて示してあ
り、それを覆うスリーブを１２３Ｂにして示して
ある。

トランスジユーサ装置は第４図から明らかであ
る。これは固定ブロツク１２７を具えており、こ
のブロツクは固定の垂直柱１０１と１０２との間
に懸垂させて取付ける。可動トランスジユーサブ
ロツク１２８は３つの垂直支柱１０７，１０８，
１０９の間に懸垂させて取付ける。前述したよう
に、トランスジユーサの可動部は概念的なキユー
ブにおける３つの隣接する直交面に配置される３
個のコンデンサプレートで構成する。トランスジ
ユーサは第１図および第３図に示したと同じよう
に配置するため、ここではその説明は省略する。
所要に応じ、トランスジユーサブロツク１２７を
可動部材１１６の上に設けて、トランスジユーサ
ブロツク１２８を固定構体に取付けることができ
ることは勿論である。

トランスジユーサを上述したように懸垂配置す
ることの利点は次の通りである。先ず、第１図の
接続ユニツトの例について云えば、２対のリンク
２１，２３が互いに背中合わせで有効に２倍とな
るため、これらは長さの長い単一対のリンクと同
じ機能をする。第２として、スタイラス１５をＺ
方向に動かす場合に、リンク２１は可動部材をＸ
方向に横向きの負荷をかけようとする（従つてＸ
方向の動き並びにＺ方向の動きを誘起させようと
する）傾向が、リンク２３によつて生ずるほぼ等
しい反対方向の傾向によつて相殺される。このよ
うな相殺作用は例えば第４図のリンク１２１，１
２３の場合に特に云えることである。

所要に応じ、いずれの例にも非容量性のトラン
スジユーサを設けることができる。例えば、コン
デンサプレート５１，５３を誘導性のコイル状の
トランスジユーサ素子と代えることができ、また
可動プレート５２を磁性または導電性の多少大き
目のプレートと代えることができる。この場合、
可動プレートの動きがコイルの相対的なインダク
タンスに差動的な作用を及ぼし、これを測定する
ことができる。これと同様な誘導性のトランスジ
ユーサをプレート６１，６２，６３および７１，
７２，７３の代りに配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプローブの第１例を一部
断面にて示す立面図、第２図は第１図の−線
上での断面図、第３図は第１図の−線上での
断面図、第４図は本発明によるプローブの第２例
で、第５図の−線上における一部断面にて示
す立面図、第５図，第６図，第８図および第９図
は第４図の−，−，−および−
線上での断面図、第７図は第５図および第６図の
−線上における部分的平面図である。 １０…ハウジング（固定部材）、１１…スピゴ
ツト、１２…座標測定器のヘツド、１３…加工
片、１４…加工片の表面、１５…スタイラス15、
１６…可動部材（キユーブ）、２０，３０，４０
…支持（接続）ユニツト、２１…第１平行リン
ク、２２…第１中間部材、２３…第２平行リン
ク、２４…第２中間部材、２５…第３平行リン
ク、２６…取付部品、２７，２８…ブラケツト、
２９…接続部材、５０，６０，７０…トランスジ
ユーサ、５１，５２，５３；６１，６２，６３；
７１，７２，７３…コンデンサプレート、１００
…ハウジング10、１０１，１０２…垂直柱、１０
３…固定部材の一部、１０５…頂部プレート、１
０６…底部プレート、１０７，１０８，１０９…
垂直支柱、１１０…固定部材、１１６…可動部
材、１２０…第１接続ユニツト、１２１，１３
１，１４１…第１平行リンク、１２２，１３２，
１４２…第１中間部材、１２３，１３３，１４３
…第２平行リンク、１２３Ａ…弾性ワイヤ、１２
３Ｂ…スリーブ、１２４，１３４，１４４…第２
中間部材、１２５，１３５，１４５…直交平面ば
ね、１２７…トランスジユーサの固定ブロツク、
１２８…トランスジユーサの可動ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定部材と、 該固定部材に対して３つの直交する各軸線上を
   並進可能な可動部材と、 各々が該可動部材と前記固定部材との間に接続
   され、前記可動部材が各直交軸線のまわりに回転
   するのを各々抑制する３つの接続ユニツトとを具
   え、 前記各接続ユニツトが、 中間部材と、 該中間部材を前記可動部材に接続する第１リン
   ク手段と、 前記中間部材を前記固定部材に接続する第２リ
   ンク手段とを具えており、前記第１および第２の
   リンク手段は、それらが正常で非偏倚位置にある
   際に、それぞれ平行な面内に位置し、 前記中間部材は剛性で、 前記第１および第２のリンク手段は前記各直交
   軸線のまわりの前記回転を抑制するのに協働する
   よう引張力および圧縮力に対しては剛性であり、 かつ、前記第１および第２のリンク手段は、３
   つの直交する各軸線上の前記可動部材の並進を許
   容するのに協働するよう曲げ力に対しては可撓性
   の部分を少なくとも有していることを特徴とする
   位置感知プローブ。 ２ 前記第１および第２のリンク手段は、各々一
   対の平行なリンクを備えており、各リンクは引張
   力および圧縮力に対しては剛性であるも、曲げ力
   に対しては全体的に可撓性の部分を有しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の位
   置感知プローブ。 ３ 前記第１および第２のリンク手段が、概念的
   に見て文字「Ｕ」の両側に位置し、その文字の中
   間部が前記中間部材によつて形成されるように、
   少なくとも１つの前記接続ユニツトの第１および
   第２のリンク手段および中間部材を相対的に位置
   させることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の位置感知プローブ。 ４ 少なくとも１つの前記接続ユニツトの第２リ
   ンク手段の面を前記ユニツトの第１リンク手段の
   面と一致させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項のいずれかに記載の位置感知
   プローブ。 ５ 少なくとも１つの前記接続ユニツトが、前記
   固定部材に回動自在に取付けられる剛性の第２の
   中間部材も具え、前記第２リンク手段が該第２中
   間部材を介して前記固定部材に接続されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれかに記載の位置感知プローブ。 ６ 前記第２中間部材を直交平面ばねによつて前
   記固定部材に回動自在に取付けることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項に記載の位置感知プロー
   ブ。