JPS62277501A - 位置感知プロ−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】 ［発明の分野］ 本発明は物体の位置感知用プローブに関するものである
。断種のプローブは座標測定器に用いられ、この測定器
ではプローブおよび物体は、三次元的に動くように相対
的に支持される。プローブは、斯様な動きによってそれ
が物体の表面と掛合する際に信号を発生して、基準面に
対するその表面の位置を決定するのに用いられる。

［従来技術の説明］ 従来の接触感知プローブ（米国特許第 ４．５２３．３８３号）は、固定部材と、可動部材と、
各々基準面を有している３つの接続ユニットとを具え、
これらユニットの基準面は相対的に垂直で、しかも共通
の交差点を有しており、また各ユニットは中間部材と、
これらの中間部材を可動部材に接続する２つの平行なリ
ンクと、中間部材を固定部材に接続するピボットとを具
えていて、中間部材は全体的に剛性のものとし、リンク
は全体的に締力に対しては剛性のものとし、３つの接続
ユニットを共働させて、固定部材に対する可動部材の並
進的な変位は阻止するも、可動部材を固定部材に対して
は回転させるようにし、いずれか１つのユニットにおけ
るピボットのピボット軸を他の２つのユニットに対応す
るピボット軸に垂直とし、いずれか１つのユニットにお
けるリンクをそのユニットの基準面からずれている面内
に位置させ、かつ前記可動部材の並進を測定する手段を
設けている。

可動部材は固定部材に対して回転しないように拘束する
必要がある。その理由は、可動部材から延在しているス
タイラスによってプローブを物体と掛合させる場合に、
スタイラスの感知端は基準面の前記共通点から不可避的
に離れており、しかも上記拘束がなくては可動部材を回
転させてしまうため、必然的に誤った測定をすることに
なるからである。

可動部材の並進によってリンクは剛性部材に対リンクの
長さに依存し、すなわちリンクの所定の許容偏倚度に対
してリンクを長くすればする程並進範囲は大きくなる。

しかし、リンクの長さを長くすると、プローブ全体の大
きさが不所望に大きくなってしまう。

［発明の概要コ 本発明は、固定部材と、固定部材に対して３つの直交す
る各軸線上を並進可能な可動部材と、可動部材を固定部
材に接続し、可動部材が各直交軸線のまわりを回転する
のを各々抑制する３つの接続ユニットとを具え、各接続
ユニットが、中間部材と、中間部材を可動部材に接続す
る一対の平行な第１リンクと、中間部材を固定部材に接
続する一対の平行な第２リンクとを具えており、中間部
材が全体的に剛性で、リンクが張力および圧縮力に対し
ては剛性であるも、曲げ力に対しては全体的に可撓性の
部分を少なくとも有しており、かつ各ユニットのリンク
が、それらの正常の非偏倚位置にある際に、各ユニット
の第２リンクの面が第１リンクの面に対して平行に位置
するようにしたことを特徴とする。

［実施例の説明］ 第１図〜第３図に示す本発明プローブは、スピゴット１
１を有している固定部材、すなわちハウジングｌＯを有
しており、スピゴット１１はハウジングｌＯを座標測定
器（図示せず）のヘッド１２に固定させる。座標測定器
は、基準面に対する加工片１３の表面１４の位置を決定
するために、加工片１３に対して一次的な三次元変位を
するハウジングｌＯを支持する。

プローブは、ハウジング１０によって支持されて、この
ハウジング１０に対して二次的な三次元変位をする可動
感知部材、すなわちスタイラス１５も有している。加工
片に対するハウジングｌＯの前記−次的な変位の期間中
にスタイラス１５が加工片の表面１４と掛合すると、ハ
ウジング！０に対するスタイラス１５の前記二次的変位
が生ずる。なお、測定器を斯かる二次的変位の範囲内で
停止させることは勿論である。

測定器は前記−次的変位用の一次測定系を首しており、
またプローブは前記二次的変位用の二次測定系を有して
いる。加工片の表面１４の位置は一次と二次変位の各測
定値の差によって決定することができる。このような測
定法は本来周知である。

ハウジングｌＯにおけるスタイラス１５の支持部材は、
スタイラス１５を固着させる可動部材、すなわちキュー
ブ１６と、このキューブ１６とハウジング１０との間に
互いに独立して各々接続される３つの支持ユニット２０
．３０．４０とを具えている。ユニット２０．３０．４
０は、キューブ１６をハウジングｌＯに対しては三次元
的に並進させるも、キューブ１６が相対的に垂直の軸線
Ｘ、Ｙ、Ｚのまわりをそれぞれ回転するのは阻止する。

各ユニット２０．３Ｑ、４０は同様な構成のものとし、
例えばユニット２０は第１対の平行リンク２１．第１中
間部材２２．第２対の平行リンク２３．第２中間部材２
４および第３対の平行リンク２５をこの順序で具えてい
る。種々の対を成すこれらリンクの平面は、それらリン
クが偏倚されていない正規の位置にある場合には互いに
平行である。リンク２１．２３は中間部材２２．２４に
隣接する端部にてそれらの中間部材に固着する。中間部
材２２とは反対側のリンク２１の端部は取付部品２６に
よってキューブ１６に固着する。中間部材２４とは反対
側のリンク２５の端部はハウジング１０に固着し、かつ
これらの端部によって公称ピボット軸線Ｙｌを有するピ
ボットを規定する。リンク２１，２３．２５は曲げ力に
対しては全体的に弾性であるも、張力および圧縮力に対
しては剛性である。中間部材２２．２４は特に軸線Ｚに
平行な軸、線Ｚｌ、Ｚ２のまわりの涙りに対しては剛性
である。

各ユニット３０．４０もリンク２１．２３’、２５およ
び中間部材２２．２４に相当するリンクおよび中間部材
を有している。軸線ｘ、Ｙはユニット２０の基準面ＸＹ
を規定し、リンク２１はこの基準面ＸＹ内にある。ユニ
ット３０も対応する基準面ＸＺを有しており、このユニ
ットの第１対のリンク３１、すなわち第１対のリンク２
１に相当するリンクは面ＸＺ内にある。ユニット４０も
対応する基準面×ｚを有しており、この二二ット４０の
第１対のリンク４１は面ＹＺ内にある。面ＸＹ、ＸＺ、
Ｙ２は相対的に垂直であり、これらの面は共通の交差点
Ｃを有している。

リンク２１．２３．２５と中間部材２２．２４とが共働
して、軸線２のまわりをキューブ１６が回転するのを阻
止し、かつ他の２つのユニット３０および４０の対応す
るリンクおよび中間部材が他の２つの軸線ＹおよびＸの
まわりをキューブ１６が回転するのをそれぞれ阻止する
ことは明らかである。これがため、いずれにしてもキュ
ーブ１６は自由には回転しないが、キューブ１６はいず
れの方向にも自由に並進し、このキューブの並進はリン
ク２’ｌ、２３．２５の曲げ偏倚（撓み）によって起こ
り、これらのリンクは変位力がなくなると名目上真直ぐ
な初期位置に戻る。

各面ＸＹ、ＸＺ、ＹＺニおけルユニット２０，３０．４
０ノ第１対のリンク２１，３１．４１の配置は、いずれ
かの対のリンクを平行にさせまいとする如何なる力をも
最小にする。例えば、軸線Ｘを中心にキューブ１６を回
転させようとスタイラス１５に及ぶ力は、取付部品２６
に同等の力で、しかも反対方向に作用し、このようにし
て斯様な力によりキューブ１６に及ぶｔ戻り運動を最小
にする。少なくとも２対、本例の場合には３対のリンク
を連続的に配置することによって、長さが各リンク対の
長さの和に等しい１対の仮説的な棒と同等なものと見な
される各対のリンクを曲げ撓ませることになる。これが
ため、斯様なリンク配置によって、斯様な仮説対による
も、その対の空間的制限を受けることなく許容し得る範
囲にわたり、すなわちハウジング１０の全体の寸法に較
べて大きな範囲にわたりキューブ１８、従ってスタイラ
ス１５を変位させることができる。このことは特に、リ
ンク２１および２３が文字「Ｕ」の両側に位置し、その
文字の中間部が中間部材２２で形成されることから明ら
かである。

二次的な測定系、すなわちハウジング１０に対するスタ
イラス１５の並進的変位を測定する系は、軸線Ｘ、Ｙ、
Ｚのそれぞれの方向におけるスタイラス１５の並進を測
定する３個の差動的な容量性トランスジューサ５０．！
ｉ０．７０を具えている。トランスジューサ５０は内側
のコンデンサプレート５ｚの両側に位置する２つの外側
のコンデンサブレー）−５１，５３によって規定される
差動コンデンサで構成する。外側のコンデンサプレート
５１．５３はハウジング１０に固着したブラケット２７
に取付ける。内側プレート５２は細長い接続部材２９に
固着したブラケット２８に取付け、この接続部材２９の
一端はキューブ１６に固着し、他端にはスタイラス１５
を固着させる。プレート５２はガードリングによって囲
むことができる。

プレート５１，５２．５３は７７面に平行な平面内にあ
り、しかも軸線Ｘの方向に離間しているため、この方向
のスタイラス１５の並進によってプレート５１と５２と
の間の間隔はプレート５２と５３との間の間隔に対して
変化する。この変化がトランスジューサ回路によって検
出され、この回路の出力はスタイラス１５の並進の大き
さに比例する。ＩＴｂＹまたはＺ方向のスタイラス１５
の並進は部分的にはトランスジューサの出力に影響を及
ぼさない。その理由進によっては影響されないからであ
り、また部分的には図示のように、プレート５１．５３
の表面積は、プレート５２よりも十分に大きく作るため
、プレート５２が支持ユニット３０．４０の並進範囲内
でＹまたはＺ方向の並進によってプレート５１．５３の
範囲から外れて通過することはないからである。同様な
理由からして、ガードリングは慣例のものよりも大きく
作る必要かある。トランスジューサ８０．７０もトラン
スジューサ５０と同じプレート構造とし、これらは同じ
ブラケット２７．２８に取付けるも、トランスジューサ
６０および７０のコンデンサプレート６１，６２．６３
および７１，７２．７１］はそれぞれ＠線ＹおよびＺの
方向に離間させる。換言するに、各トランスジューサの
プレート間隔はいずれも他の２つのトランスジューサの
プレート間隔に対して垂直とする。各プレートは、プレ
ート５２，６２．７２が概念的なキューブにおける３つ
の隣接面に位置し、かつプレート５１．８１．７１およ
び５３，６３．７３がプレート５２．６２．７２にそれ
ぞれ勿論平行となるように配置すス　　　′＋　ハ　ト
　ら　？岬　す　＋＊１．−Ｆ　　　　−＋＋、　　　
　＋＋　のＩＨ立４イ台竿＾（白好に定まり、トランス
ジューサの構成がコンパクトになる。

ついで第４図〜第９図に示したプローブにつき説明する
。

第４図および第５図から明らかなように、このプローブ
はハウジング１００と２つの垂直柱１０１゜１０２とを
具えている固定部材１１０を有している。

スタイラス１５は可動部材１１６に固着し、この可動部
材１１６は頂部プレート１０５　と、底部プレート＋０
６と、３つの垂直支柱１０７，１０８，１０９とを具え
ており、これらの垂直支柱は頂部プレート１０５と底部
プレート１０６との間に延在させる。前述したように、
ハウジング１１０は座標測定器のヘッド１２におけるス
ピゴット１１によって支承される。同じく可動部材１１
６も前述したように、３つの各直交軸線上に可動部材を
並進させる３つの接続ユニットによってハウジング１１
０内に支持され、各接続ユニットは可動部材１１Ｂが各
軸線のまわりを回転するのを阻止する。

これら接続ユニットの内の特に第１接続二ニツト１２０
を第４図、第６図および第７図につき説明する。これは
可動部材＋１６の頂部プレート１０５の片側から第１中
間部材１２２まで延在している第１対の平行リンク１２
１と、第１中間部材１２２から第２中間部材１２４まで
延在している第２対の平行リンク１２３　とを具えてい
る。リンク１２１，１２３および中間部材１２２，１２
４は前述した例における対応するリンクおよび中間部材
２１．２３．’２４と同様なものである。しかし、リン
ク２５の代りに、第２中間部材１２４は垂直柱１ｔ１１
．１０２に固定される固定部材の部分１０３に対して２
対の直交平面ばね１２５によって回動する。これらのば
ねは前述した例における第３対の平行リンク２５と同じ
目的、すなわち可動部材１１６を中間部材１２４の回転
によってリンク１２１゜１２３に対して平行な方向に並
進し易くするのに仕える。２個の直交ばね対の代りに単
一の平面ばねを２個用いることもできるが、直交ばね対
の方が可動部材の捩り運動に対して優れた抗性を呈する
ので好適である。

斯様な第２中間部材およびその中間部材と固定部材との
回動的接続は、例えばリンク１２１をリンク１２３から
十分に離間させて、そのような動きが中間部材１２２の
傾斜によって成されるようにする場合には、必ずしも必
要でないことは明らかである。

第１接続ユニツト１２０は作動は前述した例における対
応する支持ユニット２０の作動と同様であるため、ここ
ではそれについての説明は省略する。

第２接続ユニツトを特に第４図、第８図および第９図に
つぎ説明する。これは垂直支柱１０９から垂直の棒状の
第１中間部材１３２まで延在している第１対の平行リン
ク１３１を具えている。第２対のリンク１３３は第１中
間部材１３２から第２中間部材１３４まて延在している
。第２中間部材１３４は２個の垂直方向に離間させた直
交平面ばね対１３５によって固定部材１１０の垂直柱１
０１にヒンジされる。

第３接続ユニツトも同様に、第４図、第８り１４１と、
第２対のリンク１４３と、第１中間部材１４２と、直交
ばね１４５によって垂直柱１０２に対して回動する第２
中間部材１４４　とを具えている。

３つの接続ユニットは直交方向Ｘ、Ｙおよび２のいずれ
かの方向に可動部材１１６を並進させる。第１接続ユニ
ツト１２０は、可動部材１１６のＺ軸線を中心とする回
転を阻止し、第２接続ユニツトはＸ軸線を中心とする回
転を阻止し、また第３接続ユニツトはＹ軸線を中心とす
る回転を阻止する。

図面から明らかなように、前述した例とは異なり、第１
対のリンク１３１　と第２対のリンク１３３の面の位置
は一致してる。同様に、第１対のリンク１４１と第２対
のリンク１４３の面も一致している。

さらに、リンク１３１は前述した例に較べて互いに非常
に離間しており、一方のリンクはプローブの頂部付近に
あり、他方のリンクは底部付近にある。同様に、リンク
１３３，１４１および１４３の間隔も広くなっている。

このように、リンク間隔を広くすることによって接続ユ
ニットのｔ戻り負荷に対すス片硅Ｍ　？Ｉｊ　ｍざねて
ｌハス リンク１２１，１２３，１３１，１３３，１４１，１４
３はすべていずれの方向にも弾性的に曲がるも、張力お
よび圧縮力に対しては抗性を呈するワイヤまたは棒で構
成する。しかし、リンクを両端部に近い部分でだけ曲げ
るようにするために、中間部は比較的剛性のスリーブを
覆う。これは例えば第７図から明らかであり、ここでは
リンク１２３の弾性ワイヤを１２３Ａにて示してあり、
それを覆うスリーブを１２３Ｂにして示しである。

トランスジューサ装置は第４図から明らかである。これ
は固定ブロック１２７を具えており、このブロックは固
定の垂直柱１０１と１０２との間に懸垂させて取付ける
。可動トランスジューサブロック１２８は３つの垂直支
柱１０７，１０８，１０９の間に懸垂させて取付ける。

前述したように、トランスジューサの可動部は概念的な
キューブにおける３つの隣接する直交面に配置される３
個のコンデンサプレートで構成する。トランスジューサ
は第１図および第３図に示したと同じように配置するた
め、ここではその説明は省略する。所要に応じ、トラン
スジューサブロック１２７を可動部材１１６の上に設け
て、トランスジューサブロック１２８を固定構体に取付
けることができることは勿論である。

トランスジューサを上述したように懸垂配着することの
利点は次の通りである。先ず、第１図の接続ユニットの
例について云えば、２対のリンク２１．２３が互いに背
中合わせで有効に２倍となるため、これらは長さの長い
単一対のリンクと同じ機能をする。第２として、スタイ
ラス１５をＺ方向に動かす場合に、リンク２１は可動部
材をＸ方向に横向きの負荷をかけようとする（従ってＸ
方向の動き並びにＺ方向の動きを誘起させようとする）
傾向が、リンク２３によって生ずるほぼ等しい反対方向
の傾向によって相殺される。このような相殺作用は例え
ば第４図のリンク１２１，１２３の場合に特に云えるこ
とである。

所要に応じ、いずれの例にも非容量性のトランスジュー
サを設けることができる。例えば、コンデンサプレート
５１．５３を誘導性のコイル状のトランスジューサ素子
と代えることができ、また可動プレート５２を磁性また
は導電性の多少太き目のプレートと代えることができる
。この場合、可動プレートの動きがコイルの相対的なイ
ンダクタンスに差動的な作用を及ぼし、これを測定する
ことができる。これと同様な誘導性のトランスジューサ
をプレート６１，６２．６３および７１，７２．７３の
代りに配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプローブの第１例を一部断面にて
示す立面図、 第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ縁線上の断面図、第３図
は第１図のＩＩＩ　−Ｉ１１線上での断面図、第４図は
本発明によるプローブの第２例で、第５図のＩＶ　−Ｉ
Ｖ縁線上おける一部断面にて示す立面図、 第５図、第６図、第８図および第９図は第４図（７）Ｖ
−Ｖ、　Ｖｌ−Ｖｌ、　Ｖｌｌｌ−■およびＩＸ−ＩＸ
線上での断面図、 第７図は第５図および第６図の■−■線上におｌＯ・・
・ハウジング（固定部材）、 １１・・・スピゴット、 １２・・・座標測定器のヘッド、 １３・・・加工片、 １４・・・加工片の表面、 １５・・・スタイラス１５． １６・・・可動部材（キューブ）、 ２０．３０．４０・・・支持（接続）ユニット、２１・
・・第１平行リンク、 ２２・・・第１中間部オオ、 ２３・・・第２平行リンク、 ２４・・・第２中間部材、 ２５・・・第３平行リンク、 ２６・・・取付部品、 ２７．２８・・・ブラケット、 ２９・・・接続部材、 ５０．５０．７０・・・トランスジューサ、５１．５２
，５３．６１，６２，６３．７１，７．２．７３・・・
コンデンサプレート、 ｌＯＯ・・・ハウジング１０． １０１，１０２・・・垂直柱、 １０３・・・固定部材の一部、 １０５・・・頂部プレート、 ＋０６・・・底部プレート、 １０７　、１０８　、１０９・・・垂直支柱、１１０・
・−固定部材、 ＋１６・・・可動部材、 １２０　・・・第１接糸売ユニツト、 １２１．１３１，１４１・・・第１平行リンク、１２２
．１３２，１４２・・・第１中間部材、１２３．１３３
，１４３・・・第２平行リンク、１２３Ａ・・・弾性ワ
イヤ、 １２３Ｂ・・・スリーブ、 １２４．１３４．１４４・・・第２中間部材、１２５．
１３５．１４５・・・直交平面はね、１２７・・・トラ
ンスジューサの固定 ブロック、 １２８・・・トランスジューサの可動ブロック。 〜・２・ 〜、３゜ Ｉｙ−１ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６２−０６８，１４５号 ２、発明の名称 位置感知プローブ ３６補正をする者 事件との関係　　特許出願人 レニシコウ　パブリック　リミテッド　カンパニー４、
代理人 〒１０７ 東京都港区赤坂５丁目１番３１号 第６セイコービル　　３階 昭和６２年５月６日（発送日：昭和６２年５月２６日）
６、補正の対象 図面全図 ７６補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）固定部材と、該固定部材に対して３つの直交する各
   軸線上を並進可能な可動部材と、該可動部材を前記固定
   部材に接続し、前記可動部材が各直交軸線のまわりを回
   転するのを各々抑制する３つの接続ユニットとを具え、
   前記各接続ユニットが、中間部材と、該中間部材を前記
   可動部材に接続する一対の平行な第１リンクと、前記中
   間部材を前記固定部材に接続する一対の平行な第２リン
   クとを具えており、前記中間部材が全体的に剛性で、前
   記リンクが張力および圧縮力に対しては剛性であるも、
   曲げ力に対しては全体的に可撓性の部分を少なくとも有
   しており、かつ前記各ユニットのリンクが、それらの正
   常の非偏倚位置にある際に、前記各ユニットの第２リン
   クの面が前記第１リンクの面に対して平行に位置するよ
   うにしたことを特徴とする位置感知プローブ。 ２）前記第１および第２リンクが、概念的に見て文字「
   Ｕ」の両側に位置し、その文字の中間部が前記中間部材
   によって形成されるように、前記各ユニットのリンクお
   よび中間部材を相対的に位置させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の位置感知プローブ。 ３）前記各ユニットの第２リンクの面を前記各ユニット
   の第１リンクの面と一致させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の位置感知プローブ。 ４）前記各接続ユニットが、前記固定部材に回動自在に
   取付けられる全体的に剛性の第２の中間部材も具え、前
   記第２リンクの対を該第２中間部材を介して前記固定部
   材に接続することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の位置感知プローブ。 ５）前記第２中間部材を直交平面ばねによって前記固定
   部材に回動自在に取付けることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載の位置感知プローブ。 ６）固定部材と、該固定部材に対して３つの各直交する
   軸線上に並進可能な可動部材と、前記各直交軸線上の可
   動部材の並進を測定するトランスジューサ装置とを具え
   、該トランスジューサ装置が前記固定部材か、可動部材
   のいずれか一方の部材の上に３つのトランスジューサプ
   レートを具えており、これらのプレートをキューブの３
   つの直交する面として配置し、かつ前記トランスジュー
   サ装置が前記他方の部材の上に３対のトランスジューサ
   素子を具えており、前記各対のトランスジューサ素子を
   該素子の両側の前記各トランスジューサプレートと対向
   させると共に、これらのトランスジューサプレートと差
   動的に作用させることを特徴とする位置感知プローブ。 ７）前記トランスジューサプレートを前記可動部材に設
   け、かつ前記トランスジューサ素子を前記固定部材に設
   けることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の位
   置感知プローブ。 ８）前記各トランスジューサプレートが該プレートに対
   応する対のトランスジューサ素子と差動コンデンサを形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   位置感知プローブ。 ９）前記各トランスジューサプレートが、該プレートに
   対応するトランスジューサ素子よりも十分大きな有効表
   面積を有することを特徴とする特許請求の範囲第８項に
   記載の位置感知プローブ。