JPH074742B2 - トレ−サヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、工作機械の倣い制御および三次元座標測定機
器、デジタイジングマシン等の一構成部品として使用さ
れるトレーサヘツドに関する。

〈従来技術〉 この種のトレーサヘツドには、第６図の如く、直進運動
軸（X,Y,Z）を３軸直角に配したものと、第５図の如く
２軸（X,Y）の旋回運動軸に直進運動軸１軸（Ｚ軸）を
組合せたものがある。図中ＡはＸ軸運動機構、ＢはＹ軸
運動機構、ＣはＺ軸運動機構を示す。

２軸（X,Y）の旋回運動機構を有するトレーサヘツド
は、平面内（Ｘ−Ｙ平面）の旋回運動を各軸方向の軸変
位（X,Y）に分解し検出する必要がある。以下に現在実
施しているトレーサヘツドについて説明する。

第一のトレーサヘツドは、第７図の如く、旋回軸13（ピ
ボツト）の回転量を検出するものである。第７図中１は
ピボツト、２はＸ軸変位検出器、３はＹ軸変位検出器、
４は測定圧発生ばね、５は測定針である。

第二のトレーサヘツドは、第8,9図の如く、検出器に検
出方向と直角方向の動きを吸収する間隙を持たせたもの
である。第8,9図中、６は検出筒、７は検出子である。

また、第三のトレーサヘツドは、第10図の如く、平行板
ばねを用いたX,Y直動機構に機械的なユニバーサルジヨ
イント、例えば球面軸受を組合せたものである。第10図
中、８はX,Y直動機構、９は検出器、10はユニバーサル
ジヨイントである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来の構成において、第一のトレーサヘツドは大変
位には向くが、検出の分解能が悪く、測定圧発生ばねを
互いに干渉しないように、X,Y方向に組込む必要があ
る。

また第二のトレーサヘツドは、検出器の直角方向の間隙
によつて検出範囲が限定され、大きな変位を必要とする
物には不向きである。

また第三のトレーサヘツドは、ユニバーサルジヨイント
部に摩擦がありヒステリシス発生の原因となり、また旋
回運動によるＺ方向の逃げ機構を付ける必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、無摩擦、ノーバツクラツ
シユで運動変換でき、構造が簡単で、旋回軸の旋回運動
による高さ方向の変化を薄板ばね等の隔膜のたわみによ
り吸収でき、また検出器に左右されず、大変位の可能な
トレーサヘツドの提供を目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明による問題点解決手段は、トレーサヘツド本体11
にＸ−Ｙ平面内で旋回運動可能に支持され下端に測定針
12を有する変位検出用旋回軸13と、該旋回軸13に設けら
れたＺ軸変位機構14と、該Ｚ軸変位機構14の変位量を検
出するＺ軸検出器15と、前記本体11に設けられ前記旋回
軸13の旋回運動をＸ軸方向及びＹ軸方向の直進運動成分
に変換するＸ軸直動機構16およびＹ軸直動機構17と、前
記Ｘ軸直動機構16の変位量を検出するＸ軸検出器18と、
前記Ｙ軸直動機構17の変位量を検出するＹ軸検出器19
と、前記旋回軸13の上端と前記Ｘ軸直動機構16およびＹ
軸直動機構17との間に連結されて旋回軸13のＸ−Ｙ平面
内の旋回運動を前記Ｘ軸直動機構16およびＹ軸直動機構
17に伝達するための変位量伝達用隔膜20とを具えて成る
ものである。

〈作用〉 上記問題点解決手段において、旋回軸13はピボツト22を
支点としてＸ−Ｙ軸平面内で自由に旋回する。

測定針12に変位を与えると、旋回軸13はピボツト22を中
心に旋回し、上下の長さに比例した比率（b/a）で旋回
軸13の上端隔膜取付け位置が変位する。隔膜20はその性
質上膜厚方向には剛性が低く、その直角方向には剛性が
非常に高いのでＸ−Ｙ軸平面内の変位を正確にＸ軸直動
機構16およびＹ軸直動機構17に伝える。

Ｘ軸直動機構16およびＹ軸直動機構17では平行板ばね3
1,32,38,39がたわみ、その反力が測定圧となる。また、
変位量はＸ軸およびＹ軸検出器（デジタルリニアスケー
ルまたは差動トランスジユーサ）で検出され、Ｘ−Ｙ軸
方向の変位量となる。

なお、旋回軸13の旋回による高さ方向変化及びＸ軸直動
機構16、Ｙ軸直動機構17の変位による高さ方向変位は第
２図に示すように隔膜20がたわみ吸収される。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基いて
説明する。第１図は本発明の一実施例を示すトレーサヘ
ツドの斜視図、第２図（ａ）（ｂ）は夫々隔膜部の詳細
な正面図および斜視図、第３図はトレーサヘツドの縦断
面図、第４図はＸ軸直動機構の斜視図である。

図示の如く、本発明に係るトレーサヘツドは、トレーサ
ヘツド本体11にＸ−Ｙ平面内で旋回運動可能に支持され
下端に軸方向（Ｚ軸方向）へ移動自在な測定針12を有す
る変位検出用旋回軸13と、該旋回軸13に設けられたＺ軸
変位機構14と、該Ｚ軸変位機構14の変位量を検出するＺ
軸検出器15と、Ｚ軸ダンパ36と、前記本体11に設けられ
前記旋回軸13の旋回運動をＸ軸方向及びＹ軸方向の直進
運動成分に変換するＸ軸直動機構16およびＹ軸直動機構
17と、前記Ｘ軸直動機構16の変位量を検出するＸ軸検出
器18と、前記Ｙ軸直動機構17の変位量を検出するＹ軸検
出器19と、Ｘ軸ダンパ46、Ｙ軸ダンパ47と、前記旋回軸
13の上端と前記Ｙ軸直動機構17との間に連結されて旋回
軸13のＸ−Ｙ平面内の旋回運動を前記Ｘ軸直動機構16お
よびＹ軸直動機構17に伝達するための変位量伝達用隔膜
20とを具えて成るものである。

前記旋回軸13は、筒状に形成され、その上部が前記筒体
の本体11に内装され、下部がトレーサヘツド本体11から
下方へ突出されている。そして、旋回軸13は、その長さ
の比率a/bの位置で、本体11の下端の内フランジ21にピ
ボツト22によりＸ−Ｙ平面内で旋回運動可能に支持され
る。また、旋回軸13の下端には測定針12がその軸方向に
沿つて出退自在に内嵌され、旋回軸13の上部に測定針12
に連結される前記Ｚ軸変位機構14が内嵌される。なお、
図中23は旋回軸13に取付けられた測定針自重調整リング
で、該リング23と主軸48のフランジ24との間にばね25が
張設される。また26は旋回軸13の下端と主軸48の下端と
の間に張設されたばねである。この２本の圧縮ばねによ
りＺ軸の触圧が発生される。28はＺ軸ガイドベアリング
で、主軸48の軸方向（Ｚ方向）移動を案内している。主
軸48は前記測定針を下端に固定し上端にＺ軸検出器15が
設けられる。Ｚ軸検出器15の上端にＺ軸ダンパ36が設け
られる。

前記Ｘ軸直動機構16は、前記本体11の上端に上部支持部
材29により下方に配されＹ軸直動機構17と共用する中間
可動部材30と、前記上部支持部材29と中間可動部材30に
差渡し固定された前後面各一対の平行板ばね31,32とか
ら成る。

前記中間可動部材30のＸ軸方向の変位を電気信号に変換
するＸ軸検出器18は、前記上部支持部材29から下方へ突
設された剛性のＸ軸支持杆33と、Ｘ軸支持杆33に固定さ
れたＸ軸検出軸34と、前記中間可動部材30に固定された
Ｘ軸検出ヘツド35からなり、上部支持部材29と中間可動
部材30のＸ軸方向の相対変位を検出するよう構成され
る。

そして、前記測定針12先端のＸ軸方向の測定圧は前記平
行板ばね31,32のたわみによる反力で発生させる。した
がつて、平行板ばね31,32は、その板厚方向がＸ軸方向
となるよう配されている。なお、Ｘ軸ダンパ46は一端を
Ｘ軸支持杆33に固定され、他端を中間可動部材30に固定
され、Ｘ軸直動機構16の振動を吸収するよう構成され
る。

前記Ｙ軸直動機構17は、前記中間可動部材30と、中間可
動部材30の下方位置で前記隔膜20と連結される下可動部
材37と、該下可動部材37と前記中間可動部材30に差渡し
固定された左右面各一対の平行板ばね38,39とから成
る。

前記下可動部材37のＹ軸方向の変位を電気信号に変換す
るＹ軸検出器19は、前記下可動部材37から上方へ突設さ
れた剛性のＹ軸支持杆41と、該支持杆41に固定されたＹ
軸検出器42と、前記中間可動部材30に固定されたＹ軸検
出ヘツド43から成り、中間可動部材30と下可動部材37の
Ｙ軸方向の相対変位を検出するよう構成される。

そして、前記測定針12先端のＹ軸方向の測定圧は前記平
行板ばね38,39のたわみによる反力で発生される。した
がつて、平行板ばね38,39は、その板厚方向がＹ軸方向
となるよう配されている。なお、Ｙ軸ダンパ47は、一端
をＹ軸支持杆41に固定され他端を中間可動部材30に固定
され、Ｙ軸直動機構の振動を吸収する。

前記隔膜20は、第２図（ｂ）の如く、例えば円板状の薄
板ばねから成り、その前後端が前記旋回軸13の上端に、
隔膜20から下方へ突出する前後一対の取付片45により固
定され、左右端が前記下可動部材37の下端に、隔膜20か
ら上方へ突出する左右一対の取付片27により固定され
る。そして、前後一対の取付片45を結ぶ線分と左右一対
の取付片27とを結ぶ線分は互いに直交するよう取付片2
7,45は配されている。

上記構成において、旋回軸13はピボツト22を支点として
Ｘ−Ｙ軸平面内で自由に旋回する。

測定針に変位を与えると、旋回軸13はピボツト22を中心
に旋回し、上下の長さに比例した比率（b/a）で旋回軸1
3の上端隔膜取付け位置が変位する。隔膜20はその性質
上膜厚方向には剛性が低く、その直角方向には剛性が非
常に高いのでＸ−Ｙ軸平面内の変位を正確にＸ軸直動機
構16およびＹ軸直動機構17に伝える。

Ｘ軸直動機構16およびＹ軸直動機構17では平行板ばね3
1,32,38,39がたわみ、その反力で測定針12の測定圧が発
生する。また、変位量はＸ軸およびＹ軸検出器（デジタ
ルリニアスケースまたは差動トランスジユーサ）で検出
され、Ｘ−Ｙ軸方向の変位量となる。

Ｘ軸直動機構16およびＹ軸直動機構17は直角に配されX,
Y方向の変位ばね定数は同一であるため、測定針のＸ−
Ｙ平面内の変位ベクトルは正確にX,Y変位成分に分解で
きる。

なお、旋回軸の旋回による高さ方向変化及びＸ軸直動機
構16、Ｙ軸直動機構17の変位による高さ方向変化ｈは第
２図（ａ）に示すように隔膜20がたわみ吸収される。

なお、平行板ばね31,32,38,39は、板厚方向には剛性が
低いが、その直角方向には剛性が非常に高いので、下可
動部材37の変位によりＹ軸直動機構17の平行板ばね38,3
9はＹ軸方向へのみたわみ、Ｘ軸方向へはたわむことな
く、そのＸ変位を中間可動部材30に直接伝える。同様に
Ｘ軸直動機構16の平行板ばね31,32はＸ軸方向へのみた
わみ、Ｙ軸方向へはたわむことなく、Ｘ軸直動機構16お
よびＹ軸直動機構17はそれぞれ確実にＸ軸変位およびＹ
軸変位を検出できる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正および変
更を加え得ることは勿論である。例えば、隔膜20は、上
記実施例の如き薄板ばねに限るものではなく、ダイヤフ
ラム、膜板等により構成してもよい。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかな通り、本発明においては、旋回
軸はピボツトを支点としてＸ−Ｙ軸平面内で自由に旋回
し、旋回軸の隔膜取付け位置が変位し、隔膜によりＸ−
Ｙ軸平面内の変位を正確にＸ軸直動機構およびＹ軸直動
機構に伝えるので、無摩擦、ノーバツクラツシユで運動
変換ができ、構造が簡単で、検出器に左右されず、大変
位の可能なトレーサヘツドが提供できる。また、旋回軸
の旋回運動による高さ方向の変化を薄板ばね等の隔膜の
たわみにより吸収できるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すトレーサヘツドの斜視
図、第２図（ａ）（ｂ）は夫々隔膜部の詳細な正面図お
よび斜視図、第３図はトレーサヘツドの縦断面図、第４
図はＸ軸直動機構の斜視図、第５図はＺ軸旋回運動およ
び１軸直進軸を有するトレーサヘツドの斜視図、第６図
は３軸直進軸を有するトレーサヘツドの斜視図、第７図
は従来の旋回軸を有する第一のトレーサヘツドの斜視
図、第８図は従来の旋回軸を有する第二のトレーサヘツ
ドの側面図、第９図は同正面断面図、第10図は従来の旋
回軸を有する第三のトレーサヘツドの正面断面図であ
る。 11……本体、12……測定針、13……旋回軸、14……Ｚ軸
変位機構、15……Ｚ軸検出器、16……Ｘ軸直動機構、17
……Ｙ軸直動機構、18……Ｘ軸検出器、19……Ｙ軸検出
器、20……隔膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トレーサヘツド本体にＸ−Ｙ平面内で旋回
   運動可能に支持され下端に測定針を有する変位検出用旋
   回軸と、該旋回軸に設けられたＺ軸変位機構と、該Ｚ軸
   変位機構の変位量を検出するＺ軸検出器と、前記本体に
   設けられ前記旋回軸の旋回運動をＸ軸方向及びＹ軸方向
   の直進運動成分に変換するＸ軸直動機構およびＹ軸直動
   機構と、前記Ｘ軸直動機構の変位量を検出するＸ軸検出
   器と、前記Ｙ軸直動機構の変位量を検出するＹ軸検出器
   と、前記旋回軸の上端と前記Ｘ軸直動機構およびＹ軸直
   動機構との間に連結されて旋回軸のＸ−Ｙ平面内の旋回
   運動を前記Ｘ軸直動機構およびＹ軸直動機構に伝達する
   ための変位量伝達用隔膜とを具えて成ることを特徴とす
   るトレーサヘツド。