JPS6147502A - タツチ信号検出回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はタッチ信号検出回路、特に低周波ドリフト成分
を含むプロー１１３号を波形整形して検出誤差の少ない
タッチ信号を出力づ゛ることのできる改良されたタップ
信阿検出回路に関するものである。

［従来の技術］ 三次元座標測定（幾その他に（ｂいて、タップ信号プロ
ーブが被ｉ１１！Ｉ定物に接触し！ごときのクツｆ１を
号を正確に検出覆ることが要望されている。

周知のごとり、Ｆ′ｆ−標測定改においては、プ１］−
ブが被測定物に接触したときの各軸スウールの座標を読
取記憶し、これに基づいて被測定物の各測定点を求める
（１η成から成り、このために、プローブと被測定物と
の接〃１：助に出力されるタップ信号にばらつきがある
と、これがそのまま誤差となって現れる。従って、各種
の測定条１′１あるいはプローブと被測定物との接触状
態にかかわらず、【よぼ−・定の微小遅れにてタッチ信
号が出力されなければならない。

従来の一般的なタッチ信号プローブとしては、被測定物
どの接触時に生じる触針の傾きあるい【、）移動を用い
て接点の接ｒ、＋ｔを行わせ、接点から侃接電気的なオ
ン・オフ信号を得ていたが、このような接点方式による
タッチ信号プローブでは接点の接触状態が不安定どなり
ノイズを拾いいやずく、また信号検出に方向性があるこ
とから必ずしも高精度のタラ′ｆ−は号検出ができない
という欠点を有していた。

近年に、１３いて、タッチ１３号プローブに従来の接点
の代りに他の電気的な検出水子を用いたプローブが実用
化されて、タッチ信号検出のＩＺ頼性を著しく改善し、
また高精度の検出作用を可能としている。

この独の検出水子としては、例えば圧電素子が知られて
Ｊ３す、プローブの触針と被測定物との接触時に生じる
作用力を用いて圧電素子に圧縮力（張力）を与え、この
ときに発生するピエゾ電圧を用いてタッチ信号が１ｑら
れる。

また、このような圧電素子のピエゾ効果を１１ａ記圧縮
力（張力）とは異なる剪断力にＪ：る圧電効果として利
用する素子ら最近になって注目され、タッチ信号プロー
ブとしてはこのＪ：うな剪断力にて信号を得ることがそ
の効率を改善づ゛るために著しく右利であることが解明
されてさた。

以上のように、近年においては、圧電素子その他によっ
て高感度の信号検出が可能となってきたが、この種の素
子はそれ自体島インピーダンス素子であり、また検出回
路にインピーダンス変換用のプリアンプを必要とし、こ
の結果、圧電素子及びプリアンプから百１うれたプロー
ブ信号には周囲温度あるいはプリアンプ特性に基づく低
周波トリット成分が含まれることどなり、その信号処即
時に触針の接触時にお（）る変化分絶対値を得るための
波形整形処理が圓めて困デ「であるという欠点があった
。また、前記低周波ドリフト成分を含むた°め、接触１
１４の１８８を検出するためにプローブ１を号とｆ、”
、　ｉ、％！：　１ｉ（ｉどを比較する際に、そのＯレ
ベルを決めにくいという問題があり、検出信号に誤差成
分を含ませる原因どなり、また多１１１１プローブ１３
号を相ｉ合ｌる間合に絶対値出力を必要とザる場合があ
るが、このにうな場合には、前記Ｏレベルの誤差が無視
できない検出精度の低下原因を為していた。

［発明が解決しようとづ°る問題点］ 本発明は上記従来の課題に鑑み為されたしので７１６す
、その１」的は低周波ドリフトの影響を除去してプロー
ブは号に最適な基準値を与え、これに、Ｊζっで、プ「
ｉ−ブど被測定物との接ＶＩＪ！助にＪ３１：ｌる変化
分絶対値出力を検出し、これに基づいて高精度のタッチ
は８を検出可能な改良されたタッチ信号検出回路を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成゛す゛るために、本発明は、プローブ信
号に含まれている低周波ドリフト成分とプローブが非ｉ
ｆ！ＩＩ　’ｉ物に接触したと３の変化分の立上がりに
よる周波数成分には著しい相違があり、急峻な立上がり
周波数は低周波ドリフト成分に比して」−分に高い周波
数を右することに着目し、基準値どしてプローブ信号自
体をイ１効に用いることを１−７徴とする。

このために、水光明においては、プローブ信号はローパ
スフィルタ及び１ノンプル小−ルド回路にＪ：って基準
１ｆｉに変換され、この’；’ｓ　’ｌ’　ｆＬ＋とプ
ローブ信号とが差演惇されて接触１；ｌ、にお（づる変
化分絶対値が胃られる。

前記ローパスフィルタは、低周波ドリフ１〜成づ）はそ
のまま通過させるが忠峻な）７上がりを有する接別：時
の変化分には充分な遅れ特性を５えることを１４ｍどし
、このｉ、１１果、プローブ信号と基準値との化校ｆ、
二Ｊ：り容易にタッチ信号が検出可能である。

前記差演沖出力である変化分絶対１１／ｊ　Ｌ、’Ｌ所
定のスレッシ−１ルドＩ直と比較されて変化分絶対値が
スレッショルド（１１°１を越えたときにタッチ信号ど
して出力されるつそして、このタッチ信号は」ン］−ロ
ーラにトリガ信弓どじて与えられ、前記→ノンプルホー
ルド回路及びローパスフィルタが」ン１−ローラからの
制卯イに号にＪ、って制御され、更にＪＴ廁には、タッ
プ１ｇ号検出時にサンプルホールドがリンブリング１′
［用を行い、これと同時にローパスフィルタはそのカッ
１−オフ周波数が高ｌ或側に切替えられてプローブ伝号
の接触変化成分に対しても匠延を与えることなくそのま
ま通過させる特性となり、これにＪ：って、プローブが
被測定物り目う８（１れた後にＪ）　ＩＪ　？ｓ）不ｇ
な１ｔ）３発生を避けることがでさる。

［実施例］ 以ＩＳ図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第３図には本発明が適用されるタッチ信号検出回路をａ
む二次元座際測定（戊の慨略的な（に成が示されており
、ＸＹＺ軸に治って［１意位首に移動自在なプローブ１
０には全方向に移動自在ｌよ触釦１２が設けられてＪ３
す、この融層１２を：１１測定物１４に接触さけてこの
とぎのクッヂ濡弓により各軸のスケール座標が読取られ
る。

７’ｒｌ−７１０にｆ、ｔＸ軸ＩＩ　ｉ？ｉ　Ａ　Ｔ　
１６　、　Ｙ　４１１１圧電素子１８及び７軸ｆｆ電素
子２０が順次’Ａ層して配列されて（１３す、＋Ｉｊ記
触針゛１２の５ｆ多動が各圧電素子１６〜２０ににって
電気的に検出され、タッチ１こ９倹出回路２２に供給凸
れる。本実施例における各圧電素子１６−２０はその剪
断力によるピエゾ圧電りＪ果を用いて（１３す、この結
果、良好な映出感度を右するが、その−・方にＪ３いて
、触３１１２の移動に対し圧電効果が方向性を右し、−
・般に、圧電素子の分極方向に沿った剪゛断］ｊには高
感度の検出特性を示すが、これと直交する方向に対して
は：２−の検出感麿が著しく低下する。

従って、タップ信８検出回路２２内にＪ３いては、それ
ぞれ固有の検出方向に沿って配列された圧電素子１６〜
２０の出力を合成して、全方向における触針１２の移動
をほぼ同様の遅れ特性で演９フする。

クッヂ信同検出回路２２の出力であるタッチ１３号は座
（票読取り回路２４にイル、給され、プローブ１０の各
軸に治った位置を示づ゛Ｘスケール２６．Ｙスケ〜ル２
８．Ｚスケール３０の接触時における座標１直を読取り
、これをレジスタ３２に記憶する。

て−１）で、レジスタ３２の出力はコンビューウ３４に
（へ袷さ（ｔて所定の演Ｃ仝に倶されるどどしに８淑に
応じて表示器３６にて測定点座標を表示す゛ることがで
きる。

本発明にｉｌｊいては、前記クッヂイエ号検出回路２２
にＪ５いて１）０記各圧電素子１Ｇへ−２０によって得
られたプ１］−ブイ３号を所望のタッチ信号に整形処１
里１．て（１５す、このタッチ信号検出回路のｌ：Ｅ　
意の−・軸に対りる形成が第１図に示されている。

圧電素子、１列えぼＸ軸圧電索子１６は１１感度ｚ゛ｓ
インピーダンスの」ンｆンサ素Ｔとして考えることがで
き、その出力はプリアンプ１１０によってインピーダン
ス変換され、プローブ信Ｑ１００として出力される。

従って、このプローブ信号１００内には圧電素子１Ｇあ
るいはプリアンプ４ｏの特性にｊ；（づく低周波ドリフ
ト、一般的に１／１００トＩＺ程度のトリット成分が含
まれてｔ’１３す、従って、固定；＝　ｔｅａ　＋直ど
の差演算を行い接触時の変化分出力を１９ようどしても
、そのＯレベルが変動するために、変化分絶対竹田〕〕
としては大ぎな誤Ｚ−を含・むことどなる。

このために、本発明にｄ３いては、プローブ信月１００
自体を用いてか）実弾の基準１ｌ１７を形成Ｌ１−るこ
とを特徴とする。

以下に、第１図の実施例に１１’ｊ　Ｕる＋ｂ”Ｊ成を
第２！７！の各部波形図を参照しながらその作用とどし
に説明する。

第２図のプローブ信号１００は時刻１．　にｄ３いてブ
ロー１が被測定物に接触してだ！餞な立上がり特性を示
し、；Ｌだ、ｌ］５刻１（においてブｆコープが■び被
測定物から離れるので、その信号値が立下がる特性を示
す。

なお、図にＪ３いては、プローブ信号１ｏｏに低周波ド
リフト成分が含まれることを判りゃすく示すために、信
号１００には細かい変動成分が図示されているが、実際
上は、この変動成分は図示したものより十分に大ぎな波
長で変化しており、このような短い周期となることはな
い。

本発明において特徴的なことは、前記プローブ信号１０
０がローパスフィルタ４２及びサンプルホールド回路４
４を通って基準値１０４に変換されることであり、この
基準値１０４と前記プローブ信号１００どが差演算器４
６によって差演停され変化分絶対ＩＵ　１０６として出
力される。

前記ローパスフィルタ４２には、低周波ドリフｌ−成分
をそのまま通過させ、急峻な立上がりを有する接触口・
１の変化分については所定の遅延を与えるために低戦側
のカットオフ周波数が例えば１Ｈ７に設定され、このよ
うなローパスフィルタ特性／Ｊ１１うすれば、出力１０
２は第２図の鎖線１０２−で示されるごとき出力となる
。しかしながら、本発明に−３いては、このローパスフ
ィルタ４２は前記低域側のカットオフ周波数ばかりでな
く高域側のカットオフ周波数例えばＩ　Ｋ　Ｉ−Ｉ　Ｚ
程度の高域特性にも切替え可能であり、このような高域
カットオフ周波数ではローパスフィルタ４２は接触時の
高周波変化分に対しても河等号延特性を与えることがな
く、単なる増幅度１の増幅器として働き、プローブ信号
１００をそのまま出力することとなる。

本発明においては、後述するごとく、プローブの接触開
始時刻１．からΔｔだけ遅れた時刻ｔ２においてタッチ
信号が出力されるとともに、この時ローパスフィルタ４
２は高域側に切替えられ、この結果、ローパスフィルタ
出力１０２としては第２図の実線で示されるごとく、時
刻ｔ２以降はプローブ信号１００と同一の波形となる。

サンプルホールド回路４４は通常の状態ではローパスフ
ィルタ出力１０２をそのまま出力しており、プローブと
被測定物とが接触しない状態では、この基１１ｕｌ直１
０４はプローブ信号１００と同一であることが明らかで
ある。

従って、差演算器４６はこのようなプローブのＵｔ接接
触辺は何等１ｇ号を出力することなく、このことから低
周波ドリフト成分があってしこれによるＯレベルの変動
を確実に除去することが可能どなる。

一方、プローブが被測定物に接触１゛ると、））ひ述し
たように、この高周波変化成分はローパスフィルタ４２
によって遅延が与えられ、この結果、サンプルホールド
回路４４の出力であるＷ　＋−１ζｆｉｆｆ　１　Ｑ４
はそのｆ：ｌ′ｆがブ１」−ブ信号１００とは異なる俯
どなる。従って、差演算器４６からは変化分絶対（直１
０６が出力される。そして、この変化分絶対値１０６（
よ次の比較器４８にＪ５いて、スレッショルド（ｉｉ’
Ｊ、　Ｖ　ｔ　ｈと比較されこのスレッショルド値Ｖｔ
ｈ　Ｌ；Ｊ：予め定められた一定１ｆｌであって、第２
図に示されるよ）に変化分絶対１直１０６がこのスレッ
シ−］ルドｌａ　Ｖ　ｔ　ｈを越えたとき、ずなわち接
触開始ｌ：１　から△ｔ　Ｘｉ過後の１１．）刻［２に
Ｊ３いてタッチ信号１０８を出力りる。

前記ローパスフィルタ出力が仮想１ｉｃｆ　１０２−で
ありた場合、差演算器４６の出力である変化分絶対ｌ１
１１０６も第２図の鎖線で示される仮想値１０６′とな
るが、実際は、前述したように、ローパスフィルタ７Ｉ
２の特性が切替えられ、また更に重要なことは、サンプ
ルホールド回路４４の１　ｔ（ｑ値１０４が時刻Ｌ２に
Ｊ３いて゛リンブリング周定されるため、時刻し２以降
においては変化分絶対値１０６は実線で示されるごとき
波形を示す。

この変化分絶対値１００はプローブ１０の触針１２が被
測定物１４と接触し、このとき圧儒累子１６から１ｇら
れる剪断力に基づくピエゾ電圧の絶対値を示し、本発明
においては、サンプルホールド回路４４のり゛ンブリン
グにより、触針１２が被測定物１４と接触している間、
はぼプローブ信号１００に相似した波形となり、このこ
とから、時刻１．、ザなわら前述した触針１２が被測定
物１４から離れる時刻シ鴫　よりわり”かにΔ１−′だ
けＩ前のｎ、ｙ刻ｔ、にて再び前記スレッショルドＫｉ
　Ｖ　ｔ　ｈを横切り、この段階でタッチ信号１０８が
Ｏレベルに復帰する。

本発明においては、前記タップ信号１０８が出力された
時刻し２においてタッチ信号１０８はコン１−ローラ５
０にトリガ信号として供給され、コント・ローラ５０１
はこの時点でザンブルホールド回路４４を１ナンブリン
グ状態とし、これによって、タッチ信号１０８の立下が
りを変化分絶対値１０６の波形にＪ：ってのみ依存させ
る。

また、時刻し２においてコントローラ５０は同時にロー
パスフィルタ４２の特性を裔域側に１凸え、その出力１
０６をプローブ信号１００とほぼ同一にづる。この特性
切替えは、第２図のローパスフィルタ出力１０２から明
らかなにうに、低域特性のままではプローブの触針が被
測定物から離れたときにもローパスフィルタ出力１０２
は十分に良い遅延時間例えば数秒に及ぶ遅延時間をプロ
ーブ信号１００に与える場合があり、このような場合に
は、前記時刻ｔｕにり後にＪ３いて前記遅延されたロー
パスフィルタ出力１０２によって不要な為タラ１−（ｇ
″；・Ｊが出てしまうことがあり、このような事態を防
ぐために、ローパスフィルタ４２の特性は！ナンブルホ
ールドとともに高域側に１凸えられる。

従って、本発明にＪ：れば、前述した偽タッチ信号が出
力されることはない。

以上のにうにして本発明によれば、差演ｐｉｉ４６から
【、１変化分絶対１１ｆｒ　１０６が出力され、これを
比較器／１８にＪ：って所望のスレッショルドｌｉｉ：
ｔと比較Ｊ′ることによってプローブ信Ｍ１００に含ま
れる低周波ドリフトを除去した極めて安定したタップは
［’Ｉ　０８を１！７ることが可能となる。

前記タッチ信号１０８が消滅した時刻し３以降において
、コントローラ５０はローパスフィルタ／Ｉ２及びシン
ブルホールド回路４４にリセツ１−信号を供給し、ｌ’
ｌＥＩ者の特性を低域側に切替え、またザンブル１１１
−ルドを解除する。

［発明の効果］ 以ｌ：説明したＪ：うに、本発明ににれば、プローブ信
号に含まれる低周波成分をよ除去して高ｖＪ度のタッチ
信号を検出することが可能となり、高精度の測定作用を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタッチ信号検出回路の好適な実施
例を示す回路図、 第２図は第１図の各部波形図、 第３図（ま本発明に係るタッチ信号検出回路を三次元測
定偶に適用した状態の全体的な概略説明図である。 １０　・・・　プローブ、 １４　・・・　被測定物、 １６．１８．２０　　・・・　圧電素子、２２　・・・
　タッチ１ｇｇ検出回路、ｔ＋Ｏ−°°　　フリアンプ
、 ４２　・・・　ローパスフィルタ、 ／１４　　・・・　リ゛ンブルホールド回路、４６　・
・・　７２演ｆ５器、 ４８　・・・　比較器、 ５０　・・・　コントローラ、 １００　・・・　プローブ信号。 １０２　・・・　［１−バスフィルタ出力、１０４　　
　・・・　　　基ｔ％Ｉ直、１０６　・・・　変化分絶
対値、 １０８　　・・・　タッチ信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低周波ドリフト成分を含むプローブ信号を整形し
   てプローブが非測定物に接触したときのタッチ信号を出
   力するタッチ信号検出回路において、プローブ信号の低
   周波ドリフト成分を通過させまた接触時における急峻な
   変化分に対しては所定の遅れ特性を与えるローパスフィ
   ルタと、前記ローパスフィルタの出力を所定タイミング
   でホールドするサンプルホールド回路と、前記プローブ
   信号とサンプルホールド出力とを差演算しサンプルホー
   ルド出力を基準値としてプローブ信号に含まれる接触時
   の変化分を絶対値として出力する差演算器と、前記差演
   算器の変化分絶対値出力と予め定められたスレッショル
   ド値とを比較して変化分絶対値がスレッショルド値を越
   えた時にタッチ信号を出力する比較器と、前記タッチ信
   号をトリガ入力として前記ローパスフィルタ及びサンプ
   ルホールド回路を制御するコントローラと、を含み、タ
   ッチ信号出力時にサンプルホールド回路のサンプリング
   を行うとともにローパスフィルタのカットオフ周波数を
   高域側に切替え、またタッチ信号検出後サンプルホール
   ド回路のサンプリング解除及びローパスフィルタのカッ
   トオフ周波数の低域側への復帰を制御して、プローブ信
   号に含まれる低周波ドリフト成分を除去して接触時の変
   化分絶対値に基づいたタッチ信号検出を行うことを特徴
   とするタッチ信号検出回路。