JPS6145902A - タツチ信号プロ−ブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタッチ信号プローブ、特に圧電素子を用いてに
針とワークとの接触を電気的に検出するプローブの改良
に関するものである。

［従来の技術］ 三次元座標測定機等においては基台十に置かれたワーク
にプローブを接触させ、この接触点を三次元的に測定す
ることによって複雑な形状のワークに対しても正確な立
体測定を行うことができ、精密測定分野において広範囲
の利用に供されている。

この種の測定機では、三次元方向に任意に手動あるいは
自動的に移動可能なプローブがワークに対して所定測定
点で接触し、このときの各軸の送り座標が読取られるが
、近年のブ［１−ブに４５いては、ワークとの接触を自
動的に電気的なタッチ信号として検出するタッチ信号ブ
Ｏ−ブが広く用いられており、プローブの自動送りそし
て複雑な形状のワークを自動測定することを可能にして
いる。

従来の一般的なタッチ信号プローブはワークと接触する
触針がプローブケースに移動自在に支持されてＪ３す、
ワークとの接触時の触針の変移を吸収する構成から成り
、またタッチ信号を電気的に出力するために、触針の支
持機構部に設りられた電気接点が６受けられている。

また、触針の支持部に設けられた接点は、通常の場合支
持部が３点支持であるために測定に方向性が生じ、全方
位に対して安定した測定力を１与ることができず、誤差
原因となり、またこのようなプラ向竹は補正不能である
ために問題であった。

従来の他のタッチ信号プローブとして前述した電気接点
を用いることなく他の検出素子を用いるプローブも提案
されており、例えば特開昭５３−１１７４６４には圧電
素子を用いたプローブが開示されている。

このような圧電素子によれば、触釧どワークとの接触時
に圧電素子に加わる圧縮力（張力）を電気的な信号どし
て取出すことができ、この圧電検出信号がタッチ信号と
して用いら机る。

しかしながら、このような圧縮力（張力）を用い／＝　
ｆｆＥ電索ｒて（，１環境温度変化により焦電効果が発
生し、誤差の原因となる他、より構造が簡単で検出感度
の良好な方向性のない安定した検出器が求められていた
。

［発明の目的１ 本発明は上記従来の課題に鑑み為さねＩ；−、Ｇのであ
り、その目的は、剪断力に対しＣ感応りる圧電素子を用
いて温度変化による彩管のない等方向ｆ１で高感度な安
定した検出器を提供づることにある。

［問題点を解決覆るだめの手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、触針どワークと
の接触時に生じる作用力を従来のような圧電素子に対す
る圧縮力（張ツノ）方向では／、ｆ＜剪断力方向に働か
せるように融層ど触針基台との間に少なくとｂ２個の剪
断に対して感応づる圧電素子を介挿したことを特徴どし
、これら２個の圧電素子はそれぞれ印加剪断力に対づる
感度が方向性を有し、この方向性を互いに補うために、
前記２個の圧電素子は異なる方向に配置されていること
を特徴とする。

このために、本発明によれは、融層は触１１ホルダに固
定され、またこの融層ホルダは各軸方向にλ１しく連結
板によって触１１塁台に連結され、触？、１ホルダと連
結板どの間に少なくとも２個の圧電素子が直交配向さｈ
ている。

両ロニ電累子は同一の圧電検出方向特性を右１ノ、これ
らの直交配置によって、触１１とワークとの接触にＪ、
るｉ３ｒ＞らゆる方向の作用力が両圧電素子の合成出力
によ）て−補完され、極めて安定した高感度のタッチ信
号検出作用を行うことができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明づ−る
。

第１へ・３図には三次元測定機に好適４１本発明に係る
タッチ信２Ｊプローブの実施例が示されており、三次元
測定機の移動部に固定される基部１０はほぼリング状の
側板１２及び受は板１４が順次ｇ１層固定され、またそ
の外周をｊＪバー１６にＣ覆−）てブｌ：１−　’７ケ
ース１８が形成されている。ぞして、このブ１］−ブケ
ース１８の内部には触釧２０を後述する連結部を介して
担持する触ａ１基台２２が支持されている。

周知のごとく、触ｆ、１２０寸なわら融層基台２２は融
層２０がワークと接触していない状態ではｔ１ｉ＝−の
静止位置に位置決めされなりれぽならず、また触針２０
がワークと接触したときにはあらゆる方向に触釧２０を
退避さけるように移動できな（）ればならず、このため
に、実施例にＪ３ける触針基台２２は第２図に詳細に示
さｆ＋るごとく１２０度の角度間隔で３個の突出腕２２
ａ、２２ｂそして２２ｃを有し、各突出腕にはそ杓ぞね
先端が球状の支持脚２４がねじ止め固定されている。

一方、前記受は板１４の上面に（，１、第３図に詳細に
示されるごとく、前記各突出腕２２ε〕、２２ｂ、２２
ｃと対応して３個の受り座２６ａ、２６ｂ、２６ｃがね
じ止め固定されている。そして、受【プ座２６ａはその
表面が平面に、受Ｕ座２６１）は捕り鉢面にそして受は
座２６ｃは）／満面に形成されており、前記３本の支梢
脚２／ｌの球面がこれら平面、捕り鉢面そしてＶ漏に当
接することににって、接触基台２２はその静Ｊ１−位置
が確実に１ｆ１７．ＩのぐｒｆｆＪに規制されることと
なる。

前記触針基台２２を第１図の下方に向かっで押圧し、前
記３木の支持脚２４を合量Ｃｌ　ＩＴＳ　２６に押圧イ
」勢覆るため、融層基台２２と基部１０との間には付勢
スプリング２８が挿入されている。

９なわち、付勢スプリング２８の上端は基部１０にねじ
止めされ！ごばね受【ノ３０と係合し、またその下端に
固定された先端が尖ったばね受は駒３２が前記触針基台
２２の上面に固定された受は座３４と係合している。

木実前例にＪ３ける触針基台２２は以上のごとくその静
止位置が単一に位置決めされまた触針２０がワークに接
触したとぎにはあらゆる方向に）口跡移動可能であるが
、以下に触針基台２２と触針２０どの連結部の栴造を説
明する。

前記融層２０は触針ホルダ３６にねじ３８でねし止め固
定され、実施例において、触２１２０はホルダ３６に対
して任意の形状に交換可能である。

前記触眉ボルダ３６は第３図に示されるごとく、その上
面が正方形状を為し、その各４辺には後述するごとく圧
電素子を介しで連結（ル４０ａ、／１０ｂ、４０ｃ、　
／ＩＯｄが装着されでいる。

そして、前記連結板４０の外側に＋、Ｌ更に固定板／１
２ａ、４２ｂ、４２＜：、４２ｄ１．＝よ・）ティれぞ
れ保持ばね４．４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄが強固に
ねじ止め固定されている。

１１ｕ記４枚の保持ばね４４は、第１図に示されるよう
に、その上部が前記触針基台２２の弁型凸部２２ｄの各
４辺にねし止め固定されている。

従って、触針ホルダ３６は保持ぽね４．４ａ、／１４Ｃ
対によってＹ方向に沿つＣ触？１基台２２に対して平行
移動可能となり、同様に、板ばね／Ｉ／Ｉｂ。

４／Ｉｄ対によってＸ方向に沿って触２１基台２２に対
して移動可能に支持される。

もっとも、図示のごとく、直交する２相の平行ばねによ
って触針ホルダ３６が融層ｖ台２２に対して支持される
結果、実際上は、Ｘ軸に治った触針ホルダ３６の移動は
他方の平行板ばね対４４８゜４４Ｇの長手方向剛性によ
って移１ｌｌｌＪ不能であり、同様にＹ方向に沿った触
眉ホルダ３６の移動はＸ方向の平行板ばね対４＝１ｂ、
４４ｄによって移動不能となり、単に、このような直交
平行ばね支持践構、は触眉ホルダ３６すなわち触針２０
と触針基台２２どの間に介挿される後述する圧電素子に
Ｘ及びＹ＠方向の剪断力を与えるために機能することと
なる。

本発明にＪ３いて特徴的なことは、触、針２０と触針基
台２２どの連結部に少なくとし２個の圧電素子が異なる
方向で介挿固定され−Ｃいることであり、実施例におい
て、前記融層ホルグ３６の４辺と連結板４０どの間に圧
電素子４６ａ、４６ｂ、４６Ｇ、４６ｄが介挿固定され
ている。

第１図に示されるように、これら圧電素子４６は触針ホ
ルダ３６と連結板４０との間に絶縁材を挟んで接着固定
されている。各圧電素子４６はＰＺＴＷの圧縮力、引張
力には感応しないが、剪断力及びねじり力には感応する
セラミック圧電素子から成り、矩形薄板形状から成り、
これらの圧電素子４６によって触針ホルダ３６と連結板
４０とが固定される結果、触針２０がワークと接触した
ときの作用力はこれらの圧電素子４６を介しで触針基台
２２へ伝達されることどなる。従って、圧電素ｆには、
ワークどの接触時に大きな作用力が与えられるが、本発
明においてｆｉ　′ｇｉ的なことは、この作用力が各圧
電素子４６の薄板面方向に沿って剪断力又はねじり力と
してｆ［用づることを特徴とする。

すなわち、圧電素子は通常の場合その薄板平面に垂直な
方向に圧縮力あるいは張力として印加されるが、このよ
うな作用力印加方法によれば、タッチ信号プローブに圧
電素子を組込んだ場合、触眉２０のワークとの接触時の
動きを確実に汀電索ｆの平面に垂直な方向に加えること
が極めて困難であり、また、素子の取イ」１）法によっ
てはＦ「縮力でなくモーメント力が作用するとか、素子
の人ぎさもスペースの関係から小さなものを選択しな（
）ればならないなどのため、この結果、従来においては
、その検出感度が著しく低下してしまうという問題があ
った。

本発明においては、触眉２０あるいは触ｉ１ホルグ３６
の側面に沿って月縮力、引張力には感応しないが、剪断
力及びねじり力には感応する圧電素子を配′１１シたこ
と）こｊこり、圧電素子／１６には触５′１２０のワー
クどの接触時にその作用力が剪断力として加わり、微小
な接触状態におりる触針ホルダ３６の回転中心（よホル
ダ３６の中心になり、触針に対するどの方向からの接触
に対しても、すべてねじり力と剪断ノコどして素子に作
用づる上、構造士素子の大きさも大きくでき、また現在
の段階においてはこの種のＩＹＡ断用圧用圧電素子が圧
縮用の圧電素子により感度が高い等のため従来に比して
」分に大きな圧電出力を取出すことが可能となる。

前述した本発明に係る圧電素子群はその剪断力に、）：
）で出力が取出されるが、この剪断力は各圧電素子の分
極方向に対して特定の方向特性を示し、−・般に、分極
方向に対しては高感度の出力特性そして分極方向に対し
て直交方向には低感度の出力特性を示づ。

第４△、４Ｂ図にはそれぞれ、本実施例にお【プる各圧
電素子４６の固定配置方向が示されており、各圧電素子
４６はその分極り向がＺ軸に並行り゛るように配置され
る。

従って、Ｘ　ｆｆ４＋に平ｉ）几電索子／１６ａ、４６
ｃは、第４Ａ図に示されるようにＸ　７１１１１１１に
ａ３いてへの７特性を示し、同様に、Ｙ軸に平行配ドさ
れた圧電素子４６ｂ、４６ｄはＹＺ軸に沿ったへの７特
性を示−リ。

いずれにしても１本実施例によれば、各■−霜索Ｆ４６
に７方向の作用力が加わ−″）　Ｉ＝　ＩＩｓにこれが
分極方向と一致Ｊるので大ぎな出力を１ｇることが可能
どなる。

第５図には前述した配置によるＩコミ晃イの各軸に対づ
る出力作用が示されている。

まずＸ軸方向に作用力が加わると、触狙２０を介して、
触針ホルダ３６にはこの作用力がホルダ３６の基部を中
心としたモーメン１へとして加わり、圧電素子／１６ｂ
にはＺｂ（＋）なるＺ軸の上向さに治った剪断力が佳し
、−プｊにおいて、圧電素子４６ｄ側にはＺｄ　（−）
なるＺ軸の下側に向かう剪断力が生じ、また、このＸ軸
力向のｆ′１用力に対して、汗電累子子４６Ｇには図示
のごときＺＧ（１，Ｚｃ　（−）なるねじりモーメント
が加わり、同様にＢ］電晃了４６ａにもこれと類似した
ねじりモーメント・が加わって、これらは互いに各圧電
素子４６ｃ、４６ａに対する剪断力として作用する。従
って、これら圧電素子４６ａ、４６ｂ。

４．６ｃ、／１６ｄの剪断力をその絶対値又は２乗演弁
値と１ノで加算づ−れば、高感度の検出信号を得ること
が可能となる。

同様に、Ｙ軸方向の作用力に対しては、圧電累Ｊ″４６
ａ、４６ｃが検出素子として働き、圧電素子４６ａ側に
はＺ’ａ（＋＞（’ｕて４６ＣＩｌｌｌｌには７Ｃ（−
）なるｉη剪断力働き、圧電素子４６ｂ、　４６ｄには
共にねじりモーメントによる剪断力が働きこれによって
、両者の絶対値又は２東和を加算することによって良好
な検出作用を得ることができる。

以上のように、Ｘ、Ｙ＠７ｊ向に対する作用力は触↑ｔ
　２０及び触針ホルダ３６をテコとして用い、これによ
って、圧電素子に効率の良い切断力を発生させ、小甲の
装置であっても充分に高感度の検出作用を住じさけるこ
とができる。

また、Ｚ軸方向の作用力に関しては、全部の圧電素ｒに
Ｚ軸に沿った上向きの剪断力Ｚａ（＋、）。

Ｚｂ　（＋）　、　Ｚｃ　（＋）　、　Ｚｄ　（＋）な
る作用力が生じ、これらに関しては触♀１２０及び触針
プローブ３６のテコ作用は住じないが、４個の圧電素子
４６群の出力の合成にＪ、り効率の良い検出作用を得る
ことが可能となる。

更に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿っていないどのブう向からの接
触に対しても、これらの素子の配列から６素ｒにそれぞ
れ何らかの剪断力又ｔ、Ｌねしり力が作用し高感度に方
向性に関係なく検出覆ることが可能である。

以上のように、本実施例にｊ；れは、Ｘ及びＹ軸方向に
それぞれ−・対の圧電素子を配置し、触′＋１がワ、−
りと接触したどきの作用力を剪断力として受け、これに
よって、高感度の検出特性を１ｑることができるので、
両圧電素子の出力を合成することによって従来の単なる
）■縮力（張力）による圧電出力ＣＬＪ　ｌワることの
できない高感度の出力作用を行うことができ、タッチ信
号ブ１」−ブどしてノイズ２１２人のない高感度のタッ
チ信号を検出可能である。

図示した実施例においては、Ｘ及びＹ＠方向のぞれぞれ
一対の圧電素子が配置されているが、本発明においては
、いずれか１個づつのの圧電素子Ｃ良好な検出作用を行
うことができ、また図においては両汁電累了が直交配置
されているが、この、ノ：）な配置はプ［］＝−ブの構
造に合Ｕで眉なる軸力向に配「１゛ツねばＪ、く、所定
の偏向角度で配力可能である。

また、本実施例においては、融層ど触釧基台どの間が２
対の直交づる平行ぽねにて連結されいるが、このＪ：う
な支持機構も任意の支持ｌ！！椙で代替１ゴ１１ピであ
る５゜ ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、圧電素ｆの剪断
力による信号出力作用を利用して高感度のタッチ信号検
出作用が達成でさ、また２個の圧電素子の絹含ゼによっ
Ｃブノ向↑（１のｔ＋′い全方位型検出作用を得ること
ができ、三次元」り宝典等に用いるタップ信号プローブ
どして極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタップ伝号ブ［１−１の好適な実
施例を示す縦断面図、 第２図は第１図のＩＩ−ＩＴ断面図、 第３図は第１図の支持脚２４を除いたｍ−ｍ断面図、 第４Δ及び第４Ｂ図はそれぞれ実施例におりる・圧電素
ｆの検出特性図、 第５図は本実施例におりる剪断力を用いた圧電素ｒの検
出作用を説明覆る要部斜視図である。 １８　・・・　プローブケース、 ２０　・・・　触ε１． ２２　・・・　触針基台、 ２４　・・・　支持脚、 ２６　・・・　受ｔ）座、 ３６　・・・　触針ホルダ、 ／ＩＱ　・・　連結板、 ４４　・・・　支持ばね、 ４６　・・・　圧電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プローブケース内に触針を担持した触針基台が単
   一の静止位置を有するとともに多軸方向に移動自在に位
   置決め支持され、ワークに対する触針の接触を電気的に
   検出するタッチ信号プローブにおいて、前記触針と前記
   触針基台との連結部に両者の間に生じる剪断力を受ける
   少なくとも２個の圧電素子が介挿され、両圧電素子は異
   なる軸方向に配置され両圧電素子の方向特性を互いに補
   完してあらゆる方向に対する触針の接触を高感度で検出
   することを特徴とするタッチ信号プローブ。