JP3197860B2 - タッチ信号プローブ - Google Patents
タッチ信号プローブInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
- G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
- G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機ある
いは工作機械等の形状測定に好適なタッチ信号プローブ
に関するもので、より詳しくは、低測定力、高感度の加
振式タッチ信号プローブに関するものである。
いは工作機械等の形状測定に好適なタッチ信号プローブ
に関するもので、より詳しくは、低測定力、高感度の加
振式タッチ信号プローブに関するものである。
【０００２】
【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機としてハィトゲージ（一次元測定機）、三次元測定
機、輪郭測定機等が知られている。その場合の座標検出
や位置検出を行うために、測定機には、被測定物との接
触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。このタ
ッチ信号プローブの検出原理としては、先端に被測定物
と接触する接触部を有する略円柱状のスタイラスと、こ
のスタイラスを加振するとともに前記接触部が被測定物
に接触する際の接触に伴う振動状態の変化を検出する加
振・検出素子とを備えた構造がある。
機としてハィトゲージ（一次元測定機）、三次元測定
機、輪郭測定機等が知られている。その場合の座標検出
や位置検出を行うために、測定機には、被測定物との接
触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。このタ
ッチ信号プローブの検出原理としては、先端に被測定物
と接触する接触部を有する略円柱状のスタイラスと、こ
のスタイラスを加振するとともに前記接触部が被測定物
に接触する際の接触に伴う振動状態の変化を検出する加
振・検出素子とを備えた構造がある。
【０００３】この加振型タッチ信号プローブの応用範囲
を広げるためにスタースタイラス化を図るためには、ス
タイラスを十字に配置した形態が有効である。図４は従
来の加振型タッチ信号プローブにおいてスタイラスを十
字型に組み合わせた例を示す。図におけるタッチ信号プ
ローブは、両端にスタイラス２を突出させた一対のスタ
イラス支持体３をＸ，Ｙ軸方向に組合わせ、各スタイラ
ス支持体３の上部にそれぞれ加振・検出素子である圧電
素子４を配置するとともに、各スタイラス支持体３をプ
ローブ軸となるプローブ本体５の先端に固定した構造で
あり、各スタイラス２を圧電素子４で振動させつつその
先端の接触球２ａを被測定物に接触させることで、その
振動状態の変化を検出するものである。
を広げるためにスタースタイラス化を図るためには、ス
タイラスを十字に配置した形態が有効である。図４は従
来の加振型タッチ信号プローブにおいてスタイラスを十
字型に組み合わせた例を示す。図におけるタッチ信号プ
ローブは、両端にスタイラス２を突出させた一対のスタ
イラス支持体３をＸ，Ｙ軸方向に組合わせ、各スタイラ
ス支持体３の上部にそれぞれ加振・検出素子である圧電
素子４を配置するとともに、各スタイラス支持体３をプ
ローブ軸となるプローブ本体５の先端に固定した構造で
あり、各スタイラス２を圧電素子４で振動させつつその
先端の接触球２ａを被測定物に接触させることで、その
振動状態の変化を検出するものである。
【０００４】しかしながら、この構造では、スタイラス
２を２組重ねて十字型に組み合わせることになるので、
各スタイラス２の先端の接触球２ａは同一平面上には配
置されず、使いにくくなるうえ、小型化しにくい。その
ため、スタイラス先端の接触球が同一平面上に配置され
た形態で加振型タッチセンサを実現する必要があり、タ
ッチ信号プローブのスタイラス支持体を同一平面上でラ
ジアル方向に加振する構造が本出願人によって提案され
た（特願平8-336986号）。
２を２組重ねて十字型に組み合わせることになるので、
各スタイラス２の先端の接触球２ａは同一平面上には配
置されず、使いにくくなるうえ、小型化しにくい。その
ため、スタイラス先端の接触球が同一平面上に配置され
た形態で加振型タッチセンサを実現する必要があり、タ
ッチ信号プローブのスタイラス支持体を同一平面上でラ
ジアル方向に加振する構造が本出願人によって提案され
た（特願平8-336986号）。
【０００５】図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）は、その
タッチ信号プローブの具体的構造を示す。スタイラス支
持体１０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に一致すべ
く、Ｘ，Ｙ平面の形状が正方形であって、扁平なブロッ
クであり、その上下面の四隅に突設された設置用突起部
１１にそれぞれ圧電素子により構成された加振・検出素
子１２を接着配置し、さらに各側面中心位置にそれぞれ
Ｘ軸、Ｙ軸方向に一致する互いに対称な第１，第２のス
タイラスの合計４つのスタイラス１３を配置している。
タッチ信号プローブの具体的構造を示す。スタイラス支
持体１０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に一致すべ
く、Ｘ，Ｙ平面の形状が正方形であって、扁平なブロッ
クであり、その上下面の四隅に突設された設置用突起部
１１にそれぞれ圧電素子により構成された加振・検出素
子１２を接着配置し、さらに各側面中心位置にそれぞれ
Ｘ軸、Ｙ軸方向に一致する互いに対称な第１，第２のス
タイラスの合計４つのスタイラス１３を配置している。
【０００６】スタイラス支持体１０の支持構造として
は、スタイラス支持体１０の平面中心に貫通した嵌合孔
１４にＺ軸に延びるプローブ本体１５の先端１５ａを嵌
合することによって行われる。プローブ本体１５に対す
る加振・検出素子１２の干渉を防止するため、各圧電素
子１２の中心に先端１５ａの外径より十分大きな内径の
挿通孔１６を形成する。従って、この構造を実現できれ
ば、各スタイラス１３先端の球状の接触部１３ａが同一
平面上に配置された十字型タッチセンサを得ることがで
き、機構が簡素で小型化にも好適なものとなる。
は、スタイラス支持体１０の平面中心に貫通した嵌合孔
１４にＺ軸に延びるプローブ本体１５の先端１５ａを嵌
合することによって行われる。プローブ本体１５に対す
る加振・検出素子１２の干渉を防止するため、各圧電素
子１２の中心に先端１５ａの外径より十分大きな内径の
挿通孔１６を形成する。従って、この構造を実現できれ
ば、各スタイラス１３先端の球状の接触部１３ａが同一
平面上に配置された十字型タッチセンサを得ることがで
き、機構が簡素で小型化にも好適なものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特願平8-3369
86号で示されるタッチ信号プローブの構造では、加振・
検出素子１２が振動しているとき、スタイラス支持体１
０は図６（ｂ）及び（ｃ）に示すようなラジアル方向に
拡縮する変形運動を行っている。そのため、スタイラス
支持体１０をプローブ本体１５に取り付けると、この変
形運動が阻害されてしまい、タッチ信号プローブが被測
定物との接触に対して鋭敏に反応するような振動状態を
維持したままスタイラス支持体１０を支持することが困
難となり、測定精度に影響するという問題点がある。
86号で示されるタッチ信号プローブの構造では、加振・
検出素子１２が振動しているとき、スタイラス支持体１
０は図６（ｂ）及び（ｃ）に示すようなラジアル方向に
拡縮する変形運動を行っている。そのため、スタイラス
支持体１０をプローブ本体１５に取り付けると、この変
形運動が阻害されてしまい、タッチ信号プローブが被測
定物との接触に対して鋭敏に反応するような振動状態を
維持したままスタイラス支持体１０を支持することが困
難となり、測定精度に影響するという問題点がある。
【０００８】本発明の目的は、スタイラスを同一平面で
ラジアル方向に加振して高精度の測定を行えるとともに
小型化できるタッチ信号プローブを提供するものであ
る。
ラジアル方向に加振して高精度の測定を行えるとともに
小型化できるタッチ信号プローブを提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、ス
タイラス支持体に形成された被嵌合部の周囲にスタイラ
ス支持体の振動をプローブ本体の嵌合位置周縁から絶縁
するための空隙を設けて前記目的を達成しようとするも
のである。具体的には、本発明のタッチ信号プローブ
は、プローブ本体と、このプローブ本体の先端部に備え
られたスタイラス支持体と、このスタイラス支持体から
突出支持されるとともに先端に被測定物と接触する接触
部を有するスタイラスと、このスタイラスの固有振動数
と略一致した振動数で前記スタイラスを加振するととも
に前記接触部が被測定物に接触する際の接触に伴う振動
状態の変化を検出する加振・検出素子と、を備えたタッ
チ信号プローブにおいて、前記スタイラス支持体に前記
プローブ本体を嵌合するための被嵌合部を形成し、この
被嵌合部の周囲に空隙を設けることにより、前記スタイ
ラス支持体の振動を前記プローブ本体の嵌合位置周縁部
から絶縁し、前記スタイラス支持体は、前記空隙を挟ん
で互いに対向配置された前記嵌合位置周縁部とスタイラ
ス支持部とが弾性ヒンジで連結されている、ことを特徴
とする。
タイラス支持体に形成された被嵌合部の周囲にスタイラ
ス支持体の振動をプローブ本体の嵌合位置周縁から絶縁
するための空隙を設けて前記目的を達成しようとするも
のである。具体的には、本発明のタッチ信号プローブ
は、プローブ本体と、このプローブ本体の先端部に備え
られたスタイラス支持体と、このスタイラス支持体から
突出支持されるとともに先端に被測定物と接触する接触
部を有するスタイラスと、このスタイラスの固有振動数
と略一致した振動数で前記スタイラスを加振するととも
に前記接触部が被測定物に接触する際の接触に伴う振動
状態の変化を検出する加振・検出素子と、を備えたタッ
チ信号プローブにおいて、前記スタイラス支持体に前記
プローブ本体を嵌合するための被嵌合部を形成し、この
被嵌合部の周囲に空隙を設けることにより、前記スタイ
ラス支持体の振動を前記プローブ本体の嵌合位置周縁部
から絶縁し、前記スタイラス支持体は、前記空隙を挟ん
で互いに対向配置された前記嵌合位置周縁部とスタイラ
ス支持部とが弾性ヒンジで連結されている、ことを特徴
とする。
【００１０】この構成の本発明では、測定のため、タッ
チ信号プローブを移動させて被測定物に接触させるが、
この際、加振・検出素子でスタイラス支持体を介してス
タイラスを振動させる。このスタイラスの接触部が被測
定物に接触すると、スタイラスの振動が拘束され、その
振動状況が加振・検出素子で検出される。本発明のタッ
チ信号プローブでは、前記スタイラス支持体を振動させ
た際の振動の腹となる位置に前記スタイラスを突出支持
した構成とすると、前記スタイラス支持体の振動に伴う
外側部の拡縮は、前記空隙により吸収され、その振動は
プローブ本体に対して絶縁される。そのため、スタイラ
スを同一平面でラジアル方向（スタイラスの軸方向）に
加振できるだけでなく、プローブ本体でスタイラス支持
体を固定支持してもスタイラス支持体の変形運動を阻害
することがないため、接触感度を劣化させることなく高
精度測定に適したタッチ信号プローブを構成できる。し
かも、スタイラスを同一平面内に配置できるから、タッ
チ信号プローブを４方向にスタイラスを支持したにもか
かわらず、小型化することができる。その上、弾性ヒン
ジが振動を確実に吸収するように変形したから、加振・
検出素子で生じる振動がスタイラス支持体のプローブ本
体の嵌合位置周縁に伝達されることがない。
チ信号プローブを移動させて被測定物に接触させるが、
この際、加振・検出素子でスタイラス支持体を介してス
タイラスを振動させる。このスタイラスの接触部が被測
定物に接触すると、スタイラスの振動が拘束され、その
振動状況が加振・検出素子で検出される。本発明のタッ
チ信号プローブでは、前記スタイラス支持体を振動させ
た際の振動の腹となる位置に前記スタイラスを突出支持
した構成とすると、前記スタイラス支持体の振動に伴う
外側部の拡縮は、前記空隙により吸収され、その振動は
プローブ本体に対して絶縁される。そのため、スタイラ
スを同一平面でラジアル方向（スタイラスの軸方向）に
加振できるだけでなく、プローブ本体でスタイラス支持
体を固定支持してもスタイラス支持体の変形運動を阻害
することがないため、接触感度を劣化させることなく高
精度測定に適したタッチ信号プローブを構成できる。し
かも、スタイラスを同一平面内に配置できるから、タッ
チ信号プローブを４方向にスタイラスを支持したにもか
かわらず、小型化することができる。その上、弾性ヒン
ジが振動を確実に吸収するように変形したから、加振・
検出素子で生じる振動がスタイラス支持体のプローブ本
体の嵌合位置周縁に伝達されることがない。
【００１１】ここで、本発明では、前記弾性ヒンジは前
記スタイラス支持体の振動の節となる位置に配置した構
造としてもよい。この構造では、弾性ヒンジが振動の節
に位置するから、この点からも、加振・検出素子で生じ
る振動がスタイラス支持体のプローブ本体の嵌合位置周
縁に伝達されることがなくなる。そのため、嵌合位置周
縁部が変形することがないから、プローブ本体に振動が
伝達されることがなく、この点からも高精度な測定に適
したタッチ信号プローブを構成できる。
記スタイラス支持体の振動の節となる位置に配置した構
造としてもよい。この構造では、弾性ヒンジが振動の節
に位置するから、この点からも、加振・検出素子で生じ
る振動がスタイラス支持体のプローブ本体の嵌合位置周
縁に伝達されることがなくなる。そのため、嵌合位置周
縁部が変形することがないから、プローブ本体に振動が
伝達されることがなく、この点からも高精度な測定に適
したタッチ信号プローブを構成できる。
【００１２】さらに、本発明では、前記スタイラス支持
体を振動させた際の振動の節となる位置に前記スタイラ
スを突出支持した構成としてもよい。この構成では、ス
タイラス先端の接触部は円弧方向に振動するため、この
方向に略一致する方向から被測定物に接触したとき、ラ
ジアル方向（スタイラスの軸方向）にスタイラスを振動
させた場合よりも感度よく接触を検知可能である。
体を振動させた際の振動の節となる位置に前記スタイラ
スを突出支持した構成としてもよい。この構成では、ス
タイラス先端の接触部は円弧方向に振動するため、この
方向に略一致する方向から被測定物に接触したとき、ラ
ジアル方向（スタイラスの軸方向）にスタイラスを振動
させた場合よりも感度よく接触を検知可能である。
【００１３】また、本発明では、前記スタイラス支持体
は前記プローブ本体を通る中心軸と直交する面が正方形
である略直方体に形成されている構成でもよい。この構
成では、スタイラス支持体の中心位置を複数の軸の原点
に容易に一致させることができるので、タッチ信号プロ
ーブの組立作業が容易となる。これに対して、前記スタ
イラス支持体は前記プローブ本体を通る中心軸と直交す
る面が円形である略円柱状に形成された構成でもよい。
この構成では、スタイラス支持体の最も剛性の高い部分
である加振・検出素子の取付位置を避けて弾性ヒンジを
配置することができる。
は前記プローブ本体を通る中心軸と直交する面が正方形
である略直方体に形成されている構成でもよい。この構
成では、スタイラス支持体の中心位置を複数の軸の原点
に容易に一致させることができるので、タッチ信号プロ
ーブの組立作業が容易となる。これに対して、前記スタ
イラス支持体は前記プローブ本体を通る中心軸と直交す
る面が円形である略円柱状に形成された構成でもよい。
この構成では、スタイラス支持体の最も剛性の高い部分
である加振・検出素子の取付位置を避けて弾性ヒンジを
配置することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここ
で、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説
明を省略若しくは簡略にする。図１及び図２には本発明
の第１実施形態が示されている。なお第１実施形態は基
本的に従来の図６に示す構造であるので、その同一部分
には同一符号を付し、新たに付加された部分にのみ、異
なる符号を用いて説明する。
について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここ
で、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説
明を省略若しくは簡略にする。図１及び図２には本発明
の第１実施形態が示されている。なお第１実施形態は基
本的に従来の図６に示す構造であるので、その同一部分
には同一符号を付し、新たに付加された部分にのみ、異
なる符号を用いて説明する。
【００１５】図１（ａ）は第１実施形態にかかるタッチ
信号プローブの分解斜視図、図１（ｂ）はタッチ信号プ
ローブの斜視図、図２（ａ）はタッチ信号プローブの平
面図である。これらの図において、スタイラス支持体１
０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に一致すべく、平
面形が正方形の扁平な略直方体状のブロックであり、そ
の上下面の四隅に突設された設置用突起部１１にそれぞ
れ平面形が正方形の扁平な加振・検出素子としての圧電
素子１２を接着配置し、さらに各側面中心位置にそれぞ
れＸ軸、Ｙ軸方向に軸心が一致して延び原点に対して対
称な一対の第１，第２のスタイラスの合計４つのスタイ
ラス１３を配置している。これらのスタイラス１３はス
タイラス支持体１０を振動させた際の振動の腹となる位
置に突出支持されている。
信号プローブの分解斜視図、図１（ｂ）はタッチ信号プ
ローブの斜視図、図２（ａ）はタッチ信号プローブの平
面図である。これらの図において、スタイラス支持体１
０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に一致すべく、平
面形が正方形の扁平な略直方体状のブロックであり、そ
の上下面の四隅に突設された設置用突起部１１にそれぞ
れ平面形が正方形の扁平な加振・検出素子としての圧電
素子１２を接着配置し、さらに各側面中心位置にそれぞ
れＸ軸、Ｙ軸方向に軸心が一致して延び原点に対して対
称な一対の第１，第２のスタイラスの合計４つのスタイ
ラス１３を配置している。これらのスタイラス１３はス
タイラス支持体１０を振動させた際の振動の腹となる位
置に突出支持されている。
【００１６】圧電素子１２は、その表面電極が少なくと
も４分割されており、その裏面は共通電極とされてい
る。圧電素子１２の表面電極は、スタイラス１３を軸方
向（ラジアル方向）に沿って振動させる加振用電極と検
出用電極とが正方向と負方向とに分けて構成されてい
る。これらの電極には特開平6-221806号で示される既存
の駆動回路及び検出回路が接続されている。なお、第１
実施形態では、複数枚（例えば、４枚）の圧電素子を利
用し、これらの圧電素子を加振専用又は検出専用として
使用するものでもよい。第１実施形態では、スタイラス
１３がその軸方向に一致した方向から被測定物に接触し
た場合が最も感度が高い。
も４分割されており、その裏面は共通電極とされてい
る。圧電素子１２の表面電極は、スタイラス１３を軸方
向（ラジアル方向）に沿って振動させる加振用電極と検
出用電極とが正方向と負方向とに分けて構成されてい
る。これらの電極には特開平6-221806号で示される既存
の駆動回路及び検出回路が接続されている。なお、第１
実施形態では、複数枚（例えば、４枚）の圧電素子を利
用し、これらの圧電素子を加振専用又は検出専用として
使用するものでもよい。第１実施形態では、スタイラス
１３がその軸方向に一致した方向から被測定物に接触し
た場合が最も感度が高い。
【００１７】スタイラス支持体１０の支持構造は、スタ
イラス支持体１０の平面中心に貫通した嵌合孔１４にＺ
軸に延びたプローブ本体１５の先端１５ａを嵌合するこ
とで行われる。ここで、嵌合孔１４は被嵌合部を構成す
るものであり、この被嵌合部は本実施形態ではスタイラ
ス支持体１０に形成された非貫通状態の穴でもよい。プ
ローブ本体１５に対する圧電素子１２の干渉を防止する
ため、各圧電素子１２の中心に先端１５ａの外径より十
分大きな内径の挿通孔１６が形成されている。
イラス支持体１０の平面中心に貫通した嵌合孔１４にＺ
軸に延びたプローブ本体１５の先端１５ａを嵌合するこ
とで行われる。ここで、嵌合孔１４は被嵌合部を構成す
るものであり、この被嵌合部は本実施形態ではスタイラ
ス支持体１０に形成された非貫通状態の穴でもよい。プ
ローブ本体１５に対する圧電素子１２の干渉を防止する
ため、各圧電素子１２の中心に先端１５ａの外径より十
分大きな内径の挿通孔１６が形成されている。
【００１８】スタイラス支持体１０の嵌合孔１４の周縁
にはスタイラス支持体１０の各辺に沿って４つの長穴状
の空隙１７が上下（Ｚ軸方向）に貫通して形成されてい
る。スタイラス支持体１０は、空隙１７を挟んで互いに
対向配置された嵌合位置周縁部とスタイラス支持部とか
ら構成され、これらは弾性ヒンジ１８を介して互いに連
結されている。これらの弾性ヒンジ１８はスタイラス支
持体１０が振動する際に、振動の節となる位置に配置さ
れている。
にはスタイラス支持体１０の各辺に沿って４つの長穴状
の空隙１７が上下（Ｚ軸方向）に貫通して形成されてい
る。スタイラス支持体１０は、空隙１７を挟んで互いに
対向配置された嵌合位置周縁部とスタイラス支持部とか
ら構成され、これらは弾性ヒンジ１８を介して互いに連
結されている。これらの弾性ヒンジ１８はスタイラス支
持体１０が振動する際に、振動の節となる位置に配置さ
れている。
【００１９】以上のような構造とすることにより、プロ
ーブ本体１５に固定してラジアル方向に振動させたと
き、スタイラス支持体１０は、図２（ｂ）及び（ｃ）に
示すようなラジアル方向に拡縮する変形運動を行う。こ
の振動による変形は空隙１７が吸収するうえ、振動が最
小となる弾性ヒンジ１８でつながっており、弾性ヒンジ
１８が弾性変形して中心軸まわりの回転変形成分を吸収
するため、スタイラス支持体１０とプローブ本体１５の
間では振動が絶縁される。
ーブ本体１５に固定してラジアル方向に振動させたと
き、スタイラス支持体１０は、図２（ｂ）及び（ｃ）に
示すようなラジアル方向に拡縮する変形運動を行う。こ
の振動による変形は空隙１７が吸収するうえ、振動が最
小となる弾性ヒンジ１８でつながっており、弾性ヒンジ
１８が弾性変形して中心軸まわりの回転変形成分を吸収
するため、スタイラス支持体１０とプローブ本体１５の
間では振動が絶縁される。
【００２０】従って、第１実施形態では、プローブ本
体１５と、このプローブ本体１５の先端部に備えられた
スタイラス支持体１０と、このスタイラス支持体１０か
ら突出支持されるとともに先端に被測定物と接触する接
触部１３ａを有するスタイラス１３と、このスタイラス
１３の固有振動数と略一致した振動数でスタイラス１３
を加振するとともに接触部１３ａが被測定物に接触する
際の接触に伴う振動状態の変化を検出する加振・検出素
子１２とを備え、スタイラス支持体１０にプローブ本体
１５を嵌合するための被嵌合部１４を形成し、この被嵌
合部１４の周囲に空隙１７を設けることにより、スタイ
ラス支持体１０の振動をプローブ本体１５の嵌合位置周
縁部から絶縁したから、スタイラス支持体１０の振動に
伴う外側部の拡縮は、空隙１７により吸収され、その振
動はプローブ本体１５に対して絶縁される。そのため、
加振型タッチ信号プローブのラジアル方向の振動が阻害
されず、プローブの振動特性に影響を与えることがな
く、しかも、プローブ本体１５でスタイラス支持体１０
を固定支持してもスタイラス支持体１０の変形運動を阻
害することがないため、測定精度を高いものにできる。
しかも、スタイラス１３を同一平面内に配置できるか
ら、タッチ信号プローブを４方向にスタイラスを支持し
たにもかかわらず小型化することができる。その上、ス
タイラス支持体１０への加振により変形する部分が加振
・検出素子（圧電素子）１２を支持するための部分と機
能的に独立した構造なので、設計の自由度が高く、振動
特性を犠牲にしない形状や寸法を設定できる。
体１５と、このプローブ本体１５の先端部に備えられた
スタイラス支持体１０と、このスタイラス支持体１０か
ら突出支持されるとともに先端に被測定物と接触する接
触部１３ａを有するスタイラス１３と、このスタイラス
１３の固有振動数と略一致した振動数でスタイラス１３
を加振するとともに接触部１３ａが被測定物に接触する
際の接触に伴う振動状態の変化を検出する加振・検出素
子１２とを備え、スタイラス支持体１０にプローブ本体
１５を嵌合するための被嵌合部１４を形成し、この被嵌
合部１４の周囲に空隙１７を設けることにより、スタイ
ラス支持体１０の振動をプローブ本体１５の嵌合位置周
縁部から絶縁したから、スタイラス支持体１０の振動に
伴う外側部の拡縮は、空隙１７により吸収され、その振
動はプローブ本体１５に対して絶縁される。そのため、
加振型タッチ信号プローブのラジアル方向の振動が阻害
されず、プローブの振動特性に影響を与えることがな
く、しかも、プローブ本体１５でスタイラス支持体１０
を固定支持してもスタイラス支持体１０の変形運動を阻
害することがないため、測定精度を高いものにできる。
しかも、スタイラス１３を同一平面内に配置できるか
ら、タッチ信号プローブを４方向にスタイラスを支持し
たにもかかわらず小型化することができる。その上、ス
タイラス支持体１０への加振により変形する部分が加振
・検出素子（圧電素子）１２を支持するための部分と機
能的に独立した構造なので、設計の自由度が高く、振動
特性を犠牲にしない形状や寸法を設定できる。
【００２１】さらに、第１実施形態では、空隙１７を
スタイラス支持体１０の嵌合位置である嵌合孔１７の周
りに４ヶ所配置し、この空隙１７を挟んで互いに対向配
置されたスタイラス支持体１０のを挟んで嵌合位置周縁
部とスタイラス支持部とを弾性ヒンジ１８で連結し、こ
れらの弾性ヒンジ１８をスタイラス支持体１０の振動の
節となる位置に配置したから、加振・検出素子１２によ
ってスタイラス１３を振動させた際に、４ヶ所の空隙１
７が振動を確実に吸収するように変形し、かつ、弾性ヒ
ンジ１８が振動の節に位置するから、加振・検出素子１
２で生じる振動がスタイラス支持体１０の嵌合位置周縁
に伝達されることがない。よって、嵌合位置周縁が変形
することがないから、プローブ本体１５に振動が伝達さ
れることがなく、この点からも高精度な測定を行うこと
ができる。
スタイラス支持体１０の嵌合位置である嵌合孔１７の周
りに４ヶ所配置し、この空隙１７を挟んで互いに対向配
置されたスタイラス支持体１０のを挟んで嵌合位置周縁
部とスタイラス支持部とを弾性ヒンジ１８で連結し、こ
れらの弾性ヒンジ１８をスタイラス支持体１０の振動の
節となる位置に配置したから、加振・検出素子１２によ
ってスタイラス１３を振動させた際に、４ヶ所の空隙１
７が振動を確実に吸収するように変形し、かつ、弾性ヒ
ンジ１８が振動の節に位置するから、加振・検出素子１
２で生じる振動がスタイラス支持体１０の嵌合位置周縁
に伝達されることがない。よって、嵌合位置周縁が変形
することがないから、プローブ本体１５に振動が伝達さ
れることがなく、この点からも高精度な測定を行うこと
ができる。
【００２２】さらに、スタイラス支持体１０はＸ，Ｙ
平面が正方形とされた直方体に形成されているから、ス
タイラス支持体１０の中心位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に
容易に一致させることができるので、タッチ信号プロー
ブの組立作業を容易に行える。
平面が正方形とされた直方体に形成されているから、ス
タイラス支持体１０の中心位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点に
容易に一致させることができるので、タッチ信号プロー
ブの組立作業を容易に行える。
【００２３】次に、本発明の第２実施形態を図３に基づ
いて説明する。第２実施形態は加振・検出素子及びスタ
イラス支持体の平面形状が第１実施形態と相違するもの
で、他の構造は第１実施形態と同じである。図３におい
て、スタイラス支持体２０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸
の原点に一致すべく、Ｘ、Ｙ平面が円盤状の短寸円柱状
ブロックであり、その上下の４ヶ所に突設された設置用
突起部２１にそれぞれ平面形が円盤状の扁平な加振・検
出素子としての圧電素子２２を接着配置し、さらに側面
中心位置にそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向に一致する一対の第
１，第２のスタイラスの合計４つのスタイラス２３を配
置している。これらのスタイラス２３は、その先端に被
測定物と接触する接触部２３ａを備えて構成されてい
る。スタイラス２３はスタイラス支持体２０を振動させ
た際の振動の節となる位置に取り付けられている。圧電
素子２２は、径方向に沿って四分割されており、その作
動により、スタイラス２３先端の接触部２３ａがＺ軸の
軸回り方向（矢印Ｐ方向）に振動する。第２実施形態で
は、スタイラス１３がその軸方向に対して垂直な方向か
ら被測定物に接触した場合が最も感度が高い。
いて説明する。第２実施形態は加振・検出素子及びスタ
イラス支持体の平面形状が第１実施形態と相違するもの
で、他の構造は第１実施形態と同じである。図３におい
て、スタイラス支持体２０は、その中心をＸ，Ｙ，Ｚ軸
の原点に一致すべく、Ｘ、Ｙ平面が円盤状の短寸円柱状
ブロックであり、その上下の４ヶ所に突設された設置用
突起部２１にそれぞれ平面形が円盤状の扁平な加振・検
出素子としての圧電素子２２を接着配置し、さらに側面
中心位置にそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向に一致する一対の第
１，第２のスタイラスの合計４つのスタイラス２３を配
置している。これらのスタイラス２３は、その先端に被
測定物と接触する接触部２３ａを備えて構成されてい
る。スタイラス２３はスタイラス支持体２０を振動させ
た際の振動の節となる位置に取り付けられている。圧電
素子２２は、径方向に沿って四分割されており、その作
動により、スタイラス２３先端の接触部２３ａがＺ軸の
軸回り方向（矢印Ｐ方向）に振動する。第２実施形態で
は、スタイラス１３がその軸方向に対して垂直な方向か
ら被測定物に接触した場合が最も感度が高い。
【００２４】スタイラス支持体２０の支持構造は、スタ
イラス支持体２０の平面中心に貫通した嵌合孔２４にＺ
軸に延びたプローブ本体２５の先端２５ａを嵌合するこ
とで行われる。ここで、嵌合孔２４は被嵌合部を構成す
るものであり、この被嵌合部は本実施形態ではスタイラ
ス支持体２０に形成された非貫通状態の穴でもよい。プ
ローブ本体２５に対する圧電素子２２の干渉を防止する
ため、各圧電素子２２の中心に先端２５ａの外径より十
分大きな内径の挿通孔２６が形成される。嵌合孔２４の
周囲にはこれと同心状の４つの空隙２７が上下に貫通形
成され、各空隙２７の間の弾性ヒンジ２８はスタイラス
支持体２０の周縁部と嵌合孔２４の周囲とを４カ所で連
結している。この弾性ヒンジ２８はスタイラス支持体１
０が振動する際に、振動の節となる。第１実施形態で
は、スタイラス支持体１０を振動させた際の振動の腹と
なる位置にスタイラス１３を突出支持した構成とした
が、第２実施形態では、スタイラス支持体２０を振動さ
せた際の振動の節となる位置にスタイラス２３を突出支
持した構成にする。
イラス支持体２０の平面中心に貫通した嵌合孔２４にＺ
軸に延びたプローブ本体２５の先端２５ａを嵌合するこ
とで行われる。ここで、嵌合孔２４は被嵌合部を構成す
るものであり、この被嵌合部は本実施形態ではスタイラ
ス支持体２０に形成された非貫通状態の穴でもよい。プ
ローブ本体２５に対する圧電素子２２の干渉を防止する
ため、各圧電素子２２の中心に先端２５ａの外径より十
分大きな内径の挿通孔２６が形成される。嵌合孔２４の
周囲にはこれと同心状の４つの空隙２７が上下に貫通形
成され、各空隙２７の間の弾性ヒンジ２８はスタイラス
支持体２０の周縁部と嵌合孔２４の周囲とを４カ所で連
結している。この弾性ヒンジ２８はスタイラス支持体１
０が振動する際に、振動の節となる。第１実施形態で
は、スタイラス支持体１０を振動させた際の振動の腹と
なる位置にスタイラス１３を突出支持した構成とした
が、第２実施形態では、スタイラス支持体２０を振動さ
せた際の振動の節となる位置にスタイラス２３を突出支
持した構成にする。
【００２５】従って、第２実施形態においてもに示
す前記第１実施形態と同様な効果が得られる。即ち、第
１及び第２のいずれの実施形態においても、スタイラス
１３，２３はスタイラス１３，２３の固有振動数と略一
致した振動数で振動するように構成され、しかも、プロ
ーブ本体１５，２５とは空隙１７，２７及び弾性ヒンジ
１８，２８により外乱振動の影響を受けにくい構造にな
っているので、安定した振動検知が可能である。従っ
て、感度の高い高精度測定に適した振動式のタッチ信号
プローブを構成可能である。その上、図示のごとく、ス
タイラス支持体２０の最も剛性の高い部分である設置用
突起部２１の位置をさけて弾性ヒンジ２８を配置し、し
かも、スタイラス２３がスタイラス支持体２０を振動さ
せた際の振動の節となる位置に取り付けられたからスタ
イラス２３がさらに振動しやすいものとなる。
す前記第１実施形態と同様な効果が得られる。即ち、第
１及び第２のいずれの実施形態においても、スタイラス
１３，２３はスタイラス１３，２３の固有振動数と略一
致した振動数で振動するように構成され、しかも、プロ
ーブ本体１５，２５とは空隙１７，２７及び弾性ヒンジ
１８，２８により外乱振動の影響を受けにくい構造にな
っているので、安定した振動検知が可能である。従っ
て、感度の高い高精度測定に適した振動式のタッチ信号
プローブを構成可能である。その上、図示のごとく、ス
タイラス支持体２０の最も剛性の高い部分である設置用
突起部２１の位置をさけて弾性ヒンジ２８を配置し、し
かも、スタイラス２３がスタイラス支持体２０を振動さ
せた際の振動の節となる位置に取り付けられたからスタ
イラス２３がさらに振動しやすいものとなる。
【００２６】なお、本発明は前述の前記各実施形態に限
定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲
であれば次に示す変形例を含むものである。例えば、前
記各実施形態では、加振・検出素子として圧電素子１
２，２２を使用したが、本発明では、これに限らず、他
のアクチュエータでもよい。また、特開平6-221806号で
開示した超音波共振形タッチセンサを適用したが、これ
に限定されるものではなく、例えば、特開昭64-69910号
に示される圧電センサを適用するものでもよく、あるい
は、特開平6-34311号に示されるセンサに適用してもよ
い。
定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲
であれば次に示す変形例を含むものである。例えば、前
記各実施形態では、加振・検出素子として圧電素子１
２，２２を使用したが、本発明では、これに限らず、他
のアクチュエータでもよい。また、特開平6-221806号で
開示した超音波共振形タッチセンサを適用したが、これ
に限定されるものではなく、例えば、特開昭64-69910号
に示される圧電センサを適用するものでもよく、あるい
は、特開平6-34311号に示されるセンサに適用してもよ
い。
【００２７】さらに、前記各実施形態では、スタイラス
１３，２３をＸ軸方向に延びて配置され互いに対称な一
対の第１のスタイラスと、Ｙ軸に延びて配置され互いに
対称な一対の第２のスタイラスとの４本から構成した
が、本発明では、スタイラスはこの構造に限定されるも
のではない。例えば、スタイラス１３，２３をＸ軸に沿
って配置された１本又は２本の第１のスタイラス、ある
いは、Ｙ軸に沿って配置された１本又は２本の第２のス
タイラスから構成してもよい。さらに、Ｚ軸に沿って第
３のスタイラスを設けるものでもよい。
１３，２３をＸ軸方向に延びて配置され互いに対称な一
対の第１のスタイラスと、Ｙ軸に延びて配置され互いに
対称な一対の第２のスタイラスとの４本から構成した
が、本発明では、スタイラスはこの構造に限定されるも
のではない。例えば、スタイラス１３，２３をＸ軸に沿
って配置された１本又は２本の第１のスタイラス、ある
いは、Ｙ軸に沿って配置された１本又は２本の第２のス
タイラスから構成してもよい。さらに、Ｚ軸に沿って第
３のスタイラスを設けるものでもよい。
【００２８】
【発明の効果】従って、本発明ではスタイラスを同一平
面でラジアル方向に加振して高精度の測定を行えるとと
もに小型化できるという効果を奏することができる。
面でラジアル方向に加振して高精度の測定を行えるとと
もに小型化できるという効果を奏することができる。
【図１】（ａ）は第１実施形態によるタッチ信号プロー
ブの分解斜視図であり、（ｂ）はその斜視図である。
ブの分解斜視図であり、（ｂ）はその斜視図である。
【図２】（ａ）は前記タッチ信号プローブの平面図であ
り、（ｂ）及び（ｃ）は振動を加えた時の変形状態を示
す平面図である。
り、（ｂ）及び（ｃ）は振動を加えた時の変形状態を示
す平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるタッチ信号プロー
ブの分解斜視図である。
ブの分解斜視図である。
【図４】従来のタッチ信号プローブの斜視図である。
【図５】（ａ）は本発明の基礎となるタッチ信号プロー
ブの分解斜視図であり、（ｂ）はその斜視図である。
ブの分解斜視図であり、（ｂ）はその斜視図である。
【図６】（ａ）は図５のタッチ信号プローブの平面図で
あり、（ｂ）及び（ｃ）は振動を加えた時の変形状態を
示す平面図である。
あり、（ｂ）及び（ｃ）は振動を加えた時の変形状態を
示す平面図である。
１０，２０ スタイラス支持体 １１，２１ 設置用突起部 １２，２２ 加振・検出素子（圧電素子） １３，２３ スタイラス １３ａ，２３ａ 接触部 １４，２４ 非嵌合部（嵌合孔） １５，２５ プローブ本体 １６，２６ 挿通穴 １７，２７ 空隙 １８，２８ 弾性ヒンジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 5/00 - 7/34 102 G01B 21/00 - 21/32
Claims (7)
- 【請求項１】プローブ本体と、このプローブ本体の先端
部に備えられたスタイラス支持体と、このスタイラス支
持体から突出支持されるとともに先端に被測定物と接触
する接触部を有するスタイラスと、このスタイラスの固
有振動数と略一致した振動数で前記スタイラスを加振す
るとともに前記接触部が被測定物に接触する際の接触に
伴う振動状態の変化を検出する加振・検出素子と、を備
えたタッチ信号プローブにおいて、 前記スタイラス支持体に前記プローブ本体を嵌合するた
めの被嵌合部を形成し、この被嵌合部の周囲に空隙を設
けることにより、前記スタイラス支持体の振動を前記プ
ローブ本体の嵌合位置周縁部から絶縁し、前記スタイラ
ス支持体は、前記空隙を挟んで互いに対向配置された前
記嵌合位置周縁部とスタイラス支持部とが弾性ヒンジで
連結されている、ことを特徴とするタッチ信号プロー
ブ。 - 【請求項２】請求項１記載のタッチ信号プローブにおい
て、前記弾性ヒンジは前記スタイラス支持体の振動の節
となる位置に配置したことを待徴とするタッチ信号プロ
ーブ。 - 【請求項３】請求項１又は２記載のタッチ信号プローブ
において、前記スタイラス支持体を振動させた際の振動
の腹となる位置に前記スタイラスを突出支持したことを
特徴とするタッチ信号プローブ。 - 【請求項４】請求項１又は２記載のタッチ信号プローブ
において、前記スタイラス支持体を振動させた際の振動
の節となる位置に前記スタイラスを突出支持したことを
特徴とするタッチ信号プローブ。 - 【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記スタイラス支持体は前記プ
ローブ本体を通る中心軸と直交する面が正方形である略
直方体に形成されていることを特徴とするタッチ信号プ
ローブ。 - 【請求項６】請求項１から４のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記スタイラス支持体は前記プ
ローブ本体を通る中心軸と直交する面が円形である略円
柱状体に形成されていることを特徴とするタッチ信号プ
ローブ。 - 【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載のタッチ
信号プローブにおいて、前記スタイラスは、前記スタイ
ラス支持体の中心を通る第１の軸線上で且つ対称に配置
された一対の第１のスタイラスと、前記スタイラス支持
体の中心を通るとともに前記第１の軸線に直交する第２
の軸線上で且つ対称に配置された一対の第２のスタイラ
スとを備えたことを特徴とするタッチ信号プローブ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35487497A JP3197860B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | タッチ信号プローブ |
| EP98124553A EP0927867B1 (en) | 1997-12-24 | 1998-12-22 | Touch-signal probe |
| DE69809184T DE69809184T2 (de) | 1997-12-24 | 1998-12-22 | Kontaktmessfühler |
| US09/220,060 US6198298B1 (en) | 1997-12-24 | 1998-12-23 | Touch-signal probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35487497A JP3197860B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | タッチ信号プローブ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183105A JPH11183105A (ja) | 1999-07-09 |
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Family
ID=18440492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35487497A Expired - Fee Related JP3197860B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | タッチ信号プローブ |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6198298B1 (ja) |
| EP (1) | EP0927867B1 (ja) |
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| US6650135B1 (en) * | 2000-06-29 | 2003-11-18 | Motorola, Inc. | Measurement chuck having piezoelectric elements and method |
| JP3819250B2 (ja) * | 2000-05-15 | 2006-09-06 | 株式会社ミツトヨ | 加振型接触検出センサ |
| GB0608998D0 (en) | 2006-05-08 | 2006-06-14 | Renishaw Plc | Contact sensing probe |
| NL1040175C2 (en) * | 2013-04-23 | 2014-10-27 | Xpress Holding B V | A vibrating system with multiple and equal natural frequencies. |
| US9903700B2 (en) * | 2015-01-07 | 2018-02-27 | Moog Inc. | Probe alignment fixture and method |
| EP3394561B1 (en) | 2015-12-22 | 2022-02-09 | Mitutoyo Corporation | Sensor signal offset compensation system for a cmm touch probe |
| JP6613162B2 (ja) * | 2016-02-10 | 2019-11-27 | 株式会社ミツトヨ | 三次元座標測定機用プローブヘッド及び接触検出方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2406835A1 (fr) * | 1977-10-22 | 1979-05-18 | Renishaw Electrical Ltd | Sonde de detection de contact |
| SU1095065A2 (ru) * | 1979-11-05 | 1984-05-30 | Вильнюсский Филиал Экспериментального Научно-Исследовательского Института Металлорежущих Станков | Измерительна головка |
| GB2070249A (en) * | 1980-02-21 | 1981-09-03 | Rank Organisation Ltd | Contact-sensitive probe |
| DE3728578A1 (de) | 1987-08-27 | 1989-03-09 | Zeiss Carl Fa | Tastsystem fuer koordinatenmessgeraete |
| GB2238616B (en) * | 1989-10-18 | 1993-06-23 | Mitutoyo Corp | Touch signal probe |
| KR0138754B1 (ko) * | 1990-08-06 | 1998-06-15 | 이노우에 아키라 | 전기회로측정용 탐침의 접촉검지장치 및 이 접촉검지장치를 이용한 전기회로 측정장치 |
| US5315259A (en) | 1992-05-26 | 1994-05-24 | Universities Research Association, Inc. | Omnidirectional capacitive probe for gauge of having a sensing tip formed as a substantially complete sphere |
| JP2625364B2 (ja) | 1992-12-03 | 1997-07-02 | 株式会社ミツトヨ | タッチ信号プローブ |
| DE4243284C2 (de) * | 1992-12-21 | 1996-09-12 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Tastelement für Koordinatenmeßsysteme |
| EP0764827B2 (en) * | 1995-09-25 | 2005-05-04 | Mitutoyo Corporation | Touch probe |
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1998
- 1998-12-22 DE DE69809184T patent/DE69809184T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-12-22 EP EP98124553A patent/EP0927867B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-23 US US09/220,060 patent/US6198298B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US6198298B1 (en) | 2001-03-06 |
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| EP0927867A2 (en) | 1999-07-07 |
| EP0927867B1 (en) | 2002-11-06 |
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