JPS6130688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は３次元自由曲面を有する被測定物表面
の座標値を測定する測定機の改良に関する。

３次元自由曲面を有する被測定物表面を測定す
る場合に測定子の先端に有する球部による測定誤
差を無くするために、先端を針状にした測定子を
使用する測定機と、他に３軸等方向性バネで支持
された先端球部を有する測定子が球部半径と等し
く変位したときの座標値を読み取る測定機とが従
来より知られている。

しかし、前者の測定機は、接触圧による面圧が
増大して被測定物表面を傷つけたり測定子の針状
先端の摩耗等により高精度の測定が困難である。
また後者の測定機は、３軸等方向性バネ支持機構
において可動距離を大きくすることは困難で、１
mm前後が限度であり、このため測定子先端球部は
半径１mm程度以下のものを使用する必要があり、
さらに測定子を球部半径を等しい量だけ変位させ
る必要があり、球部半径の増大とともに触圧も大
きくなり、被測定物が粘度や石こうなど軟い材質
の場合に測定子の接触により傷や窪みが発生する
ため高精度の測定が困難である。

本発明は、上記従来の測定機では困難な軟い材
質の被測定物表面の座標値を高精度で測定可能と
することを目的としてなされたものである。

以下、本発明を図面の実施例に基いて説明する
と、これは、３次元自由曲面を有する被測定物表
面Ｃに、測定ヘツド１を移動させることにより測
定子４の先端球部を接触させて表面Ｃ上の座標値
測定するものにおいて、測定子４をＸ、Ｙ、Ｚの
各軸に等方向性バネ８，１４，１５で測定ヘツド
１に支持し、ヘツド１と測定子４との相対変位量
に比例した変位ベクトル信号Ｅ_X，Ｅ_Y，Ｅ_Zを出
力する検出器２２，２７，２１を含む検出装置Ａ
を設け、相対変位量のベクトル値が、先端球部の
半径ｒより相当小さい値εを生じたときに、測定
ヘツド１の移動距離と変位ベクトル信号とにより
表面Ｃの求める位置P₃の座標値を算出する演着装
置Ｂを設けている。

なお、第１，２図において、円筒形のヘツド１
の下端面に開口２が形成され、該ヘツド１の中央
には上下方向に、軸３が挿入されており、その下
側の一部が開口２からケース１の下方に突出さ
れ、さらに該軸３の下端に被測定物表面に接触し
ながらその形状を追従する先端球部を有する測定
子４が装着されている。５は、ケース１内に配設
され軸３が嵌入された支持筒で、該支持筒５と軸
３との間隙に上下各一個ずつ配設されたスライド
ベアリング６，７により、軸３は上下方向へ摺動
自在に支持されている。該支持筒５の外側全周に
は複数個の例えばピアノ線のような小径バネ８が
均等間隔で円筒篭状に（第２図）配置され、該小
径バネ８の各々の上端は、ヘツド１と一体的に固
定された止めリング９に固着されると共に、その
下端は、支持筒５の下端に水平に突出して形成さ
れた鍔１０に固着され、支持筒５はこれら小径バ
ネ８により吊下げられている。前記軸３の上側は
段付部１１が形成された小径部１２とされ、また
軸３の下側部であつてヘツド１外に突出されない
部分に大径環１３が固定されており、これら小径
部１２及び大径環１３の下側の軸３に夫々圧縮バ
ネ１４，１５が嵌挿されている。上側のバネ１４
は、その上端が支持筒５の内側に水平に突出して
形成されたバネ受け１６に、その下端が軸３の段
付部１１によつて夫々支承され、これによつて軸
３が下方へ押圧されており、一方下側のバネ１５
は、その上端が大径環１３の下面に、その下端が
ケース１の下面にボール１７を介して支持された
バネ座１８に夫々支承され、これによつて軸３が
上方へ押圧されている。そして軸３はこれら両バ
ネ１４，１５によつて上下方向の中立位置が弾性
的に保持されているものである。１９は上下及び
水平方向に伸縮自在でかつねじれ方向には伸縮不
能な筒形の弾性体で、その上端が、ケース１と一
体的に内側に固定されたリング２０に固着される
と共に、その下端が前記大径環１３の上面に固着
され、該弾性体１９により軸３が回転しないよう
にされている。ケース１内にあつて支持筒５の上
側位置には三個の検出器２１，２２，２７が取付
られており、これらのうちの一個の検出器２１
は、軸３の上端から上方へ延出された検出棒２３
に接続されて軸３の上下方向（Ｚ軸方向）の変位
を検出し、他の検出器２２，２７は、支持筒５の
上端から上方へ突出された案内片２４，２４′を
介して水平方向へ固定された検出棒２５，２８に
接続されて支持筒５及び支持筒５に支持された軸
３の水平方向（Ｘ、Ｙ軸方向）の変位を検出す
る。また本実施例では、前記小径バネ８が水平方
向へ弾み過ぎないようにケース１内には粘性を有
する油２６が適当量だけ満たされている。なお、
前記検出器２１，２２，２７の一例として差動変
圧器が利用され、これは１次コイルの両側に２次
コイルが配置された円筒とその内部のコアからな
り、コアが円筒の長手方向に移動したときの１次
コイルと２次コイルの磁気的結合度が変化するた
めのコアの変位が電気的に測定される。

また前記演算装置Ｂは第３図の如く、Ａ／Ｄ変
換回路Ｄ、補正量算出演算回路Ｅ、座標値補正回
路Ｆ及びＸ、Ｙ、Ｚ座標読取装置Ｇから構成され
ている。そして補正量算出演算回路Ｅでは次の原
理に基いて補正量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）が演算さ
れる。

いま第５図の拡大図において＋Ｚ軸方向より被
測定物表面Ｃに測定子４が接近し、接触する場合
を考える。簡単のため、表面ＣはZX平面に垂直
でかつ微小局部内に十分平面であるものとする。
O₁は、測定子４が表面Ｃの点P₁で接触した瞬間
で測定子４とヘツド１の相対変位は零の状態での
測定子先端球部の中心（ヘツドの仮想中心）であ
り、O′₂はヘツド１を_{1 2}の距離だけ下方へ移動
させたときの先端球部の中心で、O₂O′₂は測定子
４の相対変位ベクトル量εで、O₂bはεのＺ軸成
分ε_Zである。表面Ｃ上の点P₃（又はO₃）の座標
値が求める値で、この点P₃ではεは先端球部の半
径ｒに等しくなる。そしてこの点P₃の座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、座標読取装置Ｇによる測定ヘ
ツド１の現在位置の仮想中心O₂での読み取り座
標値（X₀、Y₀、Z₀）に、座標値補正回路Ｆで_{2 3}
を補正減算して求められる。

即ち、 点P₃の座標値は、 Ｘ＝X₀、Ｙ＝Y₀、Ｚ＝Z₀−ΔＺ なお、表面Ｃに測定子４が＋Ｘ軸方向から接近
した場合は、 ΔＸ＝＝ε（ｒ−ε）／ε_Ｘ Ｘ＝X₀−ΔＸ、Ｙ＝Y₀、Ｎ＝N₀ また、表面Ｃに測定子が＋Ｙ軸方向から接近し
た場合は、 ΔＹ＝ε（ｒ−ε）／ε_Ｙ Ｘ＝X₀、Ｙ＝Y₀−ΔＹ、Ｚ＝Z₀ 上記において、測定ヘツド１を表面Ｃに接近さ
せて行き、ヘツド１が点O₂に達して該ヘツドと
測定子４との相対変位量のベクトル値が、測定子
の先端球部の半径ｒより相当小さい値εに達した
ときの検出器２２，２７，２１からのベクトル信
号Ｅ_X，Ｅ_Y，Ｅ_Zと、ｒとから（ΔＸ、ΔＹ、Δ
Ｚ）が求められ、この値と点O₂でのベツドの読
取り座標値（X₀、Y₀、Z₀）とから求める点P₃での
座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が求められる。

以上の説明から明らかな通り、本発明において
は、ヘツドと測定子との相対変位量のベクトル値
が測定子の先端球部の半径より相当小さい適当値
を生じたときに、ヘツドの移動距離と変位ベクト
ル信号とから、求める位置の座標値を算出するも
のであるから、本発明によると、次の効果が期待
できる。

被測定物表面の曲率が測定子先端球部半径に
比して十分小さければ、測定子先端球部半径に
制約がなく、軟かい材質の被測定物に対しては
先端球部半径の大きな測定子を使用できる。

測定子の変位量と測定子先端球部半径との間
には関係がなく、変位量は小さくても良いた
め、バネ支持での変位量に比例した接触圧を小
さくできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
検出装置部の縦断面図、第２図はバネ８部の横断
面図、第３図は構成図、第４図はフローチヤー
ト、第５図は測定子と被測定物表面の接触部の拡
大図である。 Ａ：検出装置、Ｂ：演算装置、Ｃ：被測定物表
面、１：測定ヘツド、４：測定子、８，１４，１
５：バネ、２１，２２，２７：検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３次元自由曲面を有する被測定物表面に、測
   定ヘツドを移動させることにより測定子の先端球
   部を接触させて前記３次元曲面上の座標値を測定
   するための測定機において、前記測定子をＸ、
   Ｙ、Ｚの各軸に等方向性のバネで測定ヘツドに支
   持し、前記測定ヘツドと測定子との相対変位量に
   比例した変位ベクトル信号を出力する検出装置を
   設け、前記相対変位量のベクトル値が、前記先端
   球部の半径ｒより相当小さい適当値εを生じたと
   きに、測定ヘツドの移動距離を表わす読取り座標
   値（X₀、Y₀、Z₀）と変位ベクトル信号ε_X，ε_Y，
   ε_Zとにより、被測定物表面の求める下記位置P₃
   の座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を下記式で算出する演算
   装置を設けたことを特徴とする３次元座標値測定
   機。 上記位置P₃は、前記相対変位量のベクトル値が
   前記先端球部の半径に等しい位置である。 Ｘ＝X₀−ε（ｒ−ε）／ε_Ｘ Ｙ＝Y₀−ε（ｒ−ε）／ε_Ｙ Ｚ＝Z₀−ε（ｒ−ε）／ε_Ｚ