JPH06201366A - 測長用接触子の接触弾性変形を自動的に補償する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密製造や精密測定において使用できる、駆
動制御された接触子棒と測定力の変化とを用いる少なく
とも２つの異なった測定力のための弾性的接触子と制御
・計算・表示用複合装置とを含む測長用接触子の接触弾
性変形を自動的に補償する装置において、弾性的接触変
形の合理的かつ包括的な補償を可能にし、それにより機
械的に接触する測長用接触子において測定精度を上昇す
るように、変形が含まれないか、又は著しく変形の少な
い被検物測定値の迅速な表示ができるようにする。 【構成】 異なった接触状態で求めた測長用接触子の測
定力比から求められる補正因子を制御・計算・表示用複
合装置に入力し、そして各対応する測定値を、変形のな
い、又は著しく変形の少ない被検物測定値が表示される
ように補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械的に接触する測長用
接触子の寸法測定の精度の上昇及び合理化に役立つもの
である。これは精密長さ測定が正確で時間がかからず、
かつ取り扱いの容易な、接触弾性変形の補償を必要とす
るところで用いることができる。これは中でも高分解能
の行程測定のための測長用接触子について当てはまる。

【０００２】機械構造及び精密機器における全ての測定
の約８０％が接触による長さ測定であって、その際精密
部分の割合が絶えず上昇しているということから、多面
的な用途がもたらされる。例えばブロックゲージ、ゲー
ジ類及び標準器の監視において、種々異なった材料の精
密部分の寸法測定において、球体、円筒体、及び針金の
特殊な測定目的において、さらにはまた、中でも合成樹
脂よりなる変形を受けやすい部材の測定において有利に
用いることができる。

【０００３】被検物と接触部材との機械的な接触に際し
て現れる相互作用は材料工学的及び表面的関連について
精度の要求を伴う寸法測定に際して種々の障害をもたら
す。すなわち被検物と接触子の変形の形の測定力に基づ
く弾性的な接触変形は一般にその測定値の精度を著しく
低下させる。上述の変形の影響を包括的に低下させるた
めの、既に古くから求められていた種々の要求に対し
て、現在入手できる機械的な接触による測長用接触子を
用いては、限定された精度で、時間がかかり、そして大
きな取り扱い並びに評価のための煩瑣とともにしか対応
することができない。本発明によればそれらの諸欠点を
回避し、そしてその構造及び作用の態様によって、高い
精度の合理的な寸法測定を与えるような新規な装置が提
案される。

【０００４】

【従来の技術】機械的に接触する測長用接触子の弾性的
な接触変形の制御についての従来技術水準は次の用に表
わすことができる： ○接触変形と補正対策との様式 弾性的接触変形においては被検物と接触要素とのところ
の非線形的なヘルツの扁平化変形や線形的な扁平化変
形、並びに接触子の反作用に基づく接触子の線形的変形
を区別しなければならない。補正対策は公知の測長用接
触子においては本質的に、個々の影響を低下させると言
うことに限定されている。 ○非線形的なヘルツ扁平化の計算による補正 例えば平面と球との接触に際して精度の要求に基づいて
行われるような、非線形的ヘルツ扁平化の計算による補
正が公知である。ヘルツの扁平化理論〔ベルリンのＶＥ
Ｂ Ｖｅｒｌａｇ Ｔｅｃｈｎｉｋ Ｂｅｒｌｉｎ刊行
（１９７２）のＨ． Ｚｉｌｌ著“Ｍｅｓｓｅｎ ｕｎ
ｄ Ｌｅｈｒｅｎ ｉｍ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ
ｕｎｄ ｉｎ ｄｅｒ Ｆｅｉｎｇｅｒａｅｔｅｔｅｃ
ｈｎｉｋ”第２版、６８−７１頁〕の各扁平化式から、
この接触の場合に下記式

【数９】 〔但しこの式において

【数１０】 である〕の扁平化が与えられる。

【０００５】ここではその補正の精度はその測定力Ｆを
正確に知ることに強く左右される。これはまた、実際に
おいてはしばしば、構造的な出発分解度のみならず長期
間の挙動に関しても変動を受ける。加えて、接触部材の
大きな移動行程に基づく大きな測定領域での測長用接触
子において実現される特定的な測定力が種々の困難をも
たらす。従って総括するならば、測定力の知識の或る限
定された精度からしか出発することしかできず、これは
補正の対策に際して多様的な精度の低下をもたらす。す
なわち装置仕様書に記載されている測定力目標値が補正
のためにしばしば用いられるが、これは経験によれば接
触子の製造における許容公差に基づき、また上述した他
の種々の原因に基づいて、実際に存在する測定力から著
しく偏っている場合が生じうる。

【０００６】その補正の中に取り入れられる球直径ｄは
その実際の寸法についてよく測定されていなければなら
ないが、被検物と接触要素との弾性的物質定数Ｅ’、
Ｅ”、ｍ’、ｍ”の影響は臨界的に考えなければならな
い。上にあげた補正式から、計算的な補正値は一般にそ
れら物質定数の正確な知識を前提条件とすることが結論
されるが、これは材料毎の変化や不均一性によって不確
実である。その上に、扁平化の種々の関係の複雑な構成
によって、時間がかかりかつ入力誤差の生じやすい補正
方法が導かれる。 ○測定力切り換えを行う測長用接触子 更にまた、僅かな例ではあるが、測定力の切り換えによ
って測長用接触子を取り扱うことが知られている。すな
わち、例えばＤＲ．ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨ
ＡＩＮ ＧｍｂＨ社の、モータで駆動されるＣＥＲＴＯ
−測定用接触子ＣＴ６０Ｍにおいてはその測定力は、垂
直な下向きの接触に際して１Ｎから１．２５Ｎ又は１．
７５Ｎへ切り換えられる（ドイツ連邦共和国のＤＲ．Ｊ
ＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧｍｂＨの社
報：印刷物番号２０８４９８０１・３０・９／９０・
Ｈ）。

【０００７】この、より小さな測定力の方向への測定力
切り換えは作用に感じやすい表面をいたわるように接触
するのに適している。しかしながらこれはまた、高めら
れた測定力によって臨界的な境界条件及び周縁部条件に
対してよりよく適合すると言う可能性ももたらす。これ
に対して、この測定力切り換えの採用は弾性的な接触変
形を低下させるためには非常に限定してしか可能ではな
い。この場合により低い測定力を選ぶことによって、変
形されやすい被検物に適合させることはできるかもしれ
ないが、ほとんどの場合にその変形の影響を充分に低下
させることはできず、と言うのは測定力の低下はその目
的に従って許容できない程に高い残存応力に結びつく場
合があるからである。 ○ヘルツの扁平化の低次の計算的補正を用いる測長用接
触子 例えばＣＥＲＴＯ−ＣＴ６０Ｍのそれのように、記載さ
れた測定力を用いる測長用接触子を選ぶときに、ヘルツ
の扁平化変形の計算の補正は上述した種々の欠点に基づ
いて充分には正確でない。加えて、モータを用いる接触
により迅速に得られた各測定値に、すでに説明したよう
な時間のかかる態様で、その都度の測定値に従属する計
算補正値が後続するのである。更にまた重要なことは、
実際に存在している測定力での測定及び予め与えられて
いる目標値測定力での測定値補正によって変形の低下に
際して著しい差が生じうるということである。精密測定
においてもしばしば多数の測定値を求めるので、引き続
く、手動的に実施され、又は手動的に開始される補正は
全測定過程を妨害し、そしてこれを多少とも取り扱い者
に不都合な態様に構成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
のような従来技術水準より公知の種々の技術手段の上述
の欠点を除き、そして弾性的扁平化変形の合理的に行わ
れる包括的な補償によって、機械的に接触する測長用接
触子における測定精度の上昇を達成することである。本
発明の課題は、長さ測定及び測定値補正の過程を、これ
が全面的に、又は部分的に自動化して進行するように一
緒に行い、そしてこの同時的に行うことによってその測
定値と材料に基づく種々の影響とを合理的に分離するこ
とが高い精度で、かつ時間的に迅速に行われて、その結
果として変形のない、又は極めて変形の少ない被検物測
定値が表示されるようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、制御・演算・表示用複合装置が異なった接触時に属
する上記各補正因子

【数１１】

【数１２】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）のための入力部と表
示装置とを含み、その際この表示装置は、素材に依存せ
ず、変形のない、又は変形を減少させた被検物測定値を
自動的に表示するようにすることにより、測長用接触子
において弾性的な接触変形を自動的に補償する装置を用
いて解決される。

【００１０】上記の制御・計算・表示複合装置において
補正因子

【数１３】

【数１４】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）が既に算出されてい
る場合に、これらを手動により上記制御・演算・表示用
複合装置に入力できるのも有利である。

【００１１】更にまた、各測定力又はそれらの測定力比
をそれらの継続的測定と組合わせて公知の手段により手
動的又は自動的に上記制御・演算・表示用複合装置に入
力した後で、各補正因子

【数１５】

【数１６】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）をこの制御・演算・
表示用複合装置の中で算出するのが有利である。

【００１２】この場合に目標測定力から、又は実際に作
用する実測定力から導き出された補正因子

【数１７】

【数１８】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）を、それらの既に算
出された値のその都度可能な入力により、又はそれらの
測定力又はその測定力比のその都度可能な入力によっ
て、その制御・演算・表示用複合装置の中に入力する有
利な可能性が存在する。

【００１３】この装置の主要な利点は、全面的に、又は
部分的に自動化して迅速に、かつ高い精度で変形のな
い、又は著しく変形の少ない被検物測定値が表示され、
その際現れる種々の接触変形の全てがその設計思想に取
り入れられているということである。これは中でも、実
際に存在する種々の材料や寸法に依存性の被検物の多様
性について当てはまる。

【００１４】特に有利なことは、測定力関係に立ち返る
こと及びこれから導かれる各補正因子である。すなわち
測定力関係は一般に重力に基づいて接触子の向きととも
に変化するが、しかしながらそれぞれの向きにおいて検
出することができ、かつ補正因子としてその制御・計算
・表示用複合装置に入力することができる。更にまたそ
れら補正因子を測定力目標値又は実際値に関連させるこ
とができるのが有利である。すなわち、接触子の検量測
定によって実際に作用している各測定力を検出し、そし
て制御・計算・表示用複合装置のための極めて誤差のな
い補正因子に変えることができる。従って、特定的ない
くつかの測定力を維持するための臨界的な製造時許容公
差の問題は回避され、そしてその接触子の製造が経済的
に構成される。このような、測定力に関連する、接触子
の検量測定又は基準測定の可能性は、極めて高い精度の
求められる接触子や接触子の測定力の確実な長期間挙動
にも有利な態様で貢献することが出来る。従って、例え
ばバネ要素等の老化による長期的に変化し得る測定力は
その制御・計算・表示用複合装置に新しい各補正因子を
入力することによってその接触子への製造技術的な干渉
を行う必要なく対処することが出来る。

【００１５】多くの異なった接触子測定力を制御・計算
・表示用複合装置のための各該当する補正因子で実現す
ることによって、測定力の影響を受けやすい被検物表面
や誤差の原因となりやすい境界−及び周縁部条件への適
合化が可能になることも有利である。

【００１６】総括するならば、各被検物測定値のより認
知された記述に結びつけられる各構造材料に関連する諸
影響因子と検出値とを分離することによって上述の各装
置的利点を説明することが出来る。従って、最近の接触
子測定系の極めて高い測定値の解答能はこの材料工学的
干渉量の自動化された補償によって評価され、そして最
適の解答能がもたらされる。

【００１７】

【実施例】本発明の本質は添付の図面に示した垂直方向
からの接触を行う実施例を参照して更に詳細に説明す
る。種々の実用の可能性はこの例のみに限定されるもの
ではなく、そして中でも制御・計算・表示用複合装置に
おいて極めて多種多様の制御技術、計算技術及び表示技
術の組み合わせが含まれる。

【００１８】例えば種々の制御装置及び表示装置を計算
技術とともに、或いは種々の表示装置を計算技術及び全
体的な制御とともに、又は種々の制御装置をパーソナル
コンピュータ及び表示技術とともに、或いはパーソナル
コンピュータと総合的制御及び表示技術とともに実用化
できる。簡単な実用化の場合において測長用接触子、制
御装置及び表示装置を含む小型コンピュータよりなる装
置を使用することもできる。

【００１９】弾性的接触変形の自動的な補償のため、及
び変形のない、又は著しく変形の少ない被検物測定値を
示すために図１に、駆動制御された接触子棒の調節手段
及び２つの測定力Ｆ１及びＦ２のための測定力変化を含
む測長用接触子と、制御・計算・表示用複合装置との配
置を示す。

【００２０】最初の測定位置における垂直方向接触によ
る被検物高さｘの測定のために、図２はその測定装置構
造を図式的に示す。このものは基準面２を有する測定テ
ーブル１、及び従属する接触子棒５及びその接触球６を
備えて上記測定テーブル１と支台固定的に結合された測
長用接触子４を含む。制御・計算・表示用複合装置によ
る自動制御の利用のもとに測定力Ｆ１が加わっている接
触子棒５は測定テーブルの基準面２へ当接する。制御・
計算・表示用複合装置によってその接触球６が第１の測
定位置において上記測定テーブルの基準面２と接触した
ときに非線形的ヘルツの扁平変形及び線形的接触子変形
を含んだ測定値Ｍ１が検出される。次にこの第１の測定
位置７のところで更にその制御・計算・表示用複合装置
によるその自動化された制御を更に用いて測定力Ｆ２の
加わった接触子棒５の接触球６を介して測定力に依存す
る接触変形の加わった測定値Ｍ２がその制御・計算・表
示用複合装置によって求められる。第２の測定位置にお
いて垂直方向の接触による被検物の高さｘを測定するた
めに図３に、測定テーブルの基準面２の上に置かれた被
検物の高さｘを限定している被検物上面９を有する被検
物３及び変化した接触球の位置によって図２と異なって
いる測定装置構造を図式的に示す。制御・計算・表示用
複合装置による自動的な制御の利用のもとに測定力Ｆ１
の加わった接触子棒５は被検物３の被検物表面９に当接
する。制御・計算・表示用複合装置によりその接触球６
が第２の測定位置８において被検物表面９と接触した際
に、その測定テーブルの基準面２と被検物表面９との間
で材料が異なっているときに、変化した非線形的ヘルツ
扁平変形と線形的な接触子変形との含まれた測定値Ｍ３
が求められる。次に第２の測定位置８においてその制御
・計算・表示用複合装置による自動的な制御を再び利用
して測定力Ｆ２の加わった接触子棒５の接触球６を介し
て測定力に依存して変化した接触変形の含まれた測定値
Ｍ４がその制御・計算・表示用複合装置によって求めら
れる。

【００２１】測長用接触子４の測定力比（Ｆ２／Ｆ１）
＝ｂにおいて非線形的なヘルツの扁平化の、この場合に
ついて両方の補正因子

【数１９】 及び

【数２０】 を求めることができ、そしてこれはその制御・計算・表
示用複合装置に入力される。この補正過程において、次
に各測定値Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４が次式

【数２１】 の形で、被検物３の変形のない高さｘがその制御・計算
・表示用複合装置によって表示されるように合理的に補
正される。

【００２２】接触球６が円筒状接触面を備えた接触シリ
ンダと置き換えられた場合の測定テーブル基準面２又は
測定テーブル上面９のところにおける線形的な扁平化変
形を含む被検物３の高さｘの測定の、図示されていない
例については、この場合についての線形的な扁平化の測
長用接触子４の同じ測定力比（Ｆ２／Ｆ１）＝ｂにおい
て両方の補正因子（ｂ）及び（ｂ−１）が求められ、そ
してその制御・計算・表示用複合装置に入力される。

【００２３】この補正過程の間に次に、それぞれ従属す
る測定値Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４が下記式

【数２２】 の形で、変形を含まない被検物３の高さがその制御・計
算・表示用複合装置によって表示されるように補正され
る。

【００２４】非線形的なヘルツの扁平化過程及び重畳さ
れた線形的な接触子変形がある１つの被検物測定につい
ての両方の測定位置において等しい測定力を導入した場
合にそれら線形的な接触子変形が異なっているように現
れるような測長用接触子４及び制御・計算・表示用複合
装置を用いる場合についてはそれら補正因子の帰属を変
えるのが好都合である。すなわち、測定力比（Ｆ２／Ｆ
１）＝ｂから求められた各補正因子（ｂ）、（ｂ−１）
を用いて、この場合に存在する各測定値Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３及びＭ４をその補正過程の間に、その制御・計算・表
示用複合装置によって、下記式

【数２３】 の形の極めて変形の減少した被検物測定値が表示される
ように補正することができる。この被検物測定値はかろ
うじて扁平化に基づく残存的変形の影響しか含まない。

【００２５】測定力変化と結び合わされた測長用接触子
４及び制御・計算・表示用複合装置を図示の有利な態様
で配置することによって、各接触変形は補償され、そし
て変形がないか、又は著しく変形の少ない被検物測定値
が表示されるけれども、それぞれ１つの測定力のみを用
いて被検物の測定を行うことも可能である。この単純な
接触測定過程は接触変形が一定に維持される場合、更に
はまた変形の影響が含まれてもよいような制度の低下し
た測定の場合にも好都合である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は機械的に接触する測長用接触子
の寸法測定の精度の上昇及び合理化に役立つもので、精
密長さ測定が正確で時間がかからず、かつ取り扱いの容
易な、接触弾性変形の補償を必要とするところで用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測長用接触子及び制御・計算・表示用複合装置
の配置のブロック線図

【図２】第１の測定位置の垂直方向の接触による被検物
高さ測定の状態の図式図

【図３】第２の測定位置の垂直方向の接触による被検物
高さ測定の状態の図式図

【符号の説明】

１ 測定テーブル ２ 測定テーブル基準面 ３ 被検物 ４ 測長用接触子 ５ 接触子棒 ６ 接触球 ７ 第１測定位置 ８ 第２測定位置 ９ 被検物上面 ｘ 被検物高さ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動制御された接触子棒調節手段と、ｎ
   個の異なった測定力のための測定力変化用要素 〔その際ｎ≧２であり、そしてこれにそれぞれ２つの異
   なった測定力Ｆ１及びＦ２についてのｂｍ＝（Ｆ２／Ｆ
   １）の測定力比｛但しｍ＝１，２，３・・・（ｎ／２）
   （ｎ−１）｝、及びこれの、重畳された線形的接触子変
   形による非線形的ヘルツ氏扁平化過程のための補正因子 【数１】 及び 【数２】 か、又は重畳された線形的接触子変形による線形的扁平
   化過程のための（ｂｍ）及び（ｂｍ−１）かがそれぞれ
   結合されている〕とを含む測長用接触子、接触子と被検
   物との支持手段、及び制御・演算・表示用複合装置を包
   含する、測長用接触子の接触弾性変形の自動的補償装置
   において、上記制御・演算・表示用複合装置が異なった
   接触時に属する上記各補正因子 【数３】 【数４】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）のための入力部と表
   示装置とを含み、その際この表示装置は、素材に依存せ
   ず、変形のない、又は変形を減少させた被検物測定値を
   自動的に表示することを特徴とする、上記補償用装置。
2. 【請求項２】 各補正因子 【数５】 【数６】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）が既に算出されてお
   り、そして手動により上記制御・演算・表示用複合装置
   に入力可能である、請求項１の装置。
3. 【請求項３】 各測定力又はこれら測定力の比を上記制
   御・演算・表示用複合装置に入力した後で、それらの継
   続的測定と組み合わせて、公知の手段により各接触過程
   において手動的又は自動的に上記各補正因子 【数７】 【数８】 及び／又は（ｂｍ）、（ｂｍ−１）を上記制御・演算・
   表示用複合装置の中で算出する、請求項１の装置。