JPS59142402A - Contact detector - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a contact detector having simple construction, high sensitivity and accuracy and excellent resettability by suspending an intermediate plate which is reducible in distance from a fixing part provided to a holding shaft and is variable in direction by means of three connecting mechanisms, and providing a measuring element which projects downward to the intermediate plate which is energized downward. CONSTITUTION:Three conical holes 3-5 are provided at 120 deg. interval in a fixing part 2 at a right angle to a holding shaft 1, on the concentrical circle centering at the central axis X of said fixing part. Similar three conical holes 7-9 are provided to an intermediate plate 6 as well. The part 2 and the plate 6 are connected by means of connecting members which connect balls 10, 11 by elastically deformable steel wires 12. The plate 6 is energized downward by a spring 13. The balls 10, 11 of the connecting members move freely in the holes 3-5, 7-9, and the steel wires 12 curve, then a measuring element 14 changes its direction. When a contact ball 15 contacts with a conductive object, current is detected with a plate 18 attached via an insulating plate 17 to the lower part of the plate 6 and an electric wire. The contact detector having the simple construction, high sensitivity and accuracy and excellent resettability is thus obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は座標測定機やＮＣ工作機械の主軸に取付け、
対象物体の位置検出のために使用される接触検出器に係
るものである。[Detailed Description of the Invention] This invention can be attached to the main shaft of a coordinate measuring machine or NC machine tool,
This invention relates to a contact detector used to detect the position of a target object.

これらの機械装置においては、その測定の原点を定め、
かつ対象物体の所定点の原点からの寸法を読み取る等の
ために、接触検出器が使用される。これにはその検出器
の測子先端の接触球が対象物体に当ったとき、その位置
を正確に瞬間的に検出して信号を発信し、かつ対象物体
から接触球が離れたとき完全に元の位置に復帰する必要
がある。For these mechanical devices, the origin of measurement is determined,
In addition, a contact detector is used to read the dimensions of a predetermined point on the target object from the origin. When the contact ball at the tip of the detector hits the target object, the position is accurately and instantaneously detected and a signal is transmitted, and when the contact ball leaves the target object, the contact ball returns to its original state. It is necessary to return to the position.

ところが従来装置においては、接触球が物体に当ったと
きから信号が発信されるまでの間に時間のずれがあった
り、接触球が対象物体から離れたとき元の定位置に復帰
しないものがあった。これが測定誤差の要因となり、復
帰性を良くするため測子を強いスプリングで付勢すれば
側圧が犬となり、対象物体を変形させたり、傷付ける等
の問題が生ずるのは避けられなかった。However, with conventional devices, there is a time lag between when the contact ball hits the object and when the signal is sent, and in some cases the contact ball does not return to its original position when it leaves the target object. Ta. This causes measurement errors, and if the probe is biased with a strong spring to improve return performance, the lateral pressure will increase, inevitably causing problems such as deforming or damaging the target object.

また、従来技術として特開昭４９−９４３７０号公報に
示されたものがある。これは三つの′Ｍｒ、気接点全接
点するもので、接触球が物体に当る際。Further, as a conventional technique, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-94370. This is because all three points of contact are in contact, and when the contact ball hits an object.

肖る方向によって信号発生の時間差を生ずるためこれが
検出誤差となり、かつその製作には高精度の加工技術を
要する欠点があった。なお。There is a time difference in signal generation depending on the direction in which the camera is viewed, resulting in a detection error, and its manufacture also has the disadvantage of requiring high-precision processing technology. In addition.

その他にも板ばねを二段に組み上げたもの等いろいろと
考えられているが機構が複雑で２時間差があり、復帰性
が不確実である等の欠点があった。Various other methods have been considered, such as one in which leaf springs are assembled in two stages, but they have drawbacks such as a complicated mechanism, a two-hour difference, and uncertain return performance.

本発明はこれらの点を改善し、構造が簡単で製作が容易
であり、しかも高精度、高信頼性を有する接触検出器の
提供を可能とするものである。The present invention improves these points and makes it possible to provide a contact detector that has a simple structure, is easy to manufacture, and has high precision and high reliability.

本発明の原理をまず説明する。第１図におい方にある一
点をＤとし、Ａｌ）、ＢＤ、ＣＤを結び。First, the principle of the present invention will be explained. In Figure 1, mark one point on the side as D, and connect Al), BD, and CD.

この五角錐を水平面で切り、ＡＤ、ＢＤ、ＣＤの交点を
α、　ｂ、　ｃとし線Ｘとの交点を０２とする。いまＡ
α、Ｂｈ、Ｃｃの距離をＬＣ，Ｌｌ！ｌ。Cut this pentagonal pyramid on the horizontal plane, let the intersections of AD, BD, and CD be α, b, and c, and let the intersection with line X be 02. Now A
The distances of α, Bh, and Cc are LC, Ll! l.

ＬＣとし、各々の間を糸で結んだとする。なお。Let's assume that LC is connected with a thread. In addition.

三角形ａｂｃを自重を有する板と考え、０２からＸ線上
に測子を下し、その先端に接触球Ｅを設けたと考える。Consider the triangle abc to be a plate with its own weight, and consider that a probe is lowered from 02 onto the X-ray and a contact ball E is provided at its tip.

ここでＡ、　Ｂ、　Ｃ点は固定であるので、三角形αｂ
ｃはその自重と、測子および接触球の目方により平衡を
とって全体は常に定位置をとる。いま物体が接触球Ｅに
横から。Here, points A, B, and C are fixed, so triangle αb
c is balanced by its own weight and the orientation of the probe and contact ball, so that the whole always maintains a fixed position. Now the object is touching ball E from the side.

もしくは下から当ったとすると、糸Ａα、Ｂｈ。Or if it hits from below, the threads Aα, Bh.

Ｃｃは自由にたるみ彎曲して、接触球Ｅは移動する。し
かし物体が接触球Ｅから離れると正常位置に復帰する。Cc freely slackens and curves, and the contact ball E moves. However, when the object leaves the contact ball E, it returns to its normal position.

ここで線Ｘ　ＶＣｆＧって、上のＡＢＣの面と、板αｈ
ｃの間に反撥スプリングを入れて板ａｈｃｆ下方に押し
付けておけばその復帰はより確実に、より早くなる。Here, the line X VCfG is the plane of ABC above and the plate αh
If a repulsion spring is inserted between c and presses the plate ahcf downward, its return will be more reliable and faster.

本発明は幾何学的に成立するこの原理によるのであるが
、実際には糸を使うことはできないので連結機構を考え
る。また、実際に設計、製作するためには固定部に設け
る三角形ＡＢＣおよび中間板上の三角形αｈｃを正三角
形とし。The present invention is based on this geometrically valid principle, but since threads cannot actually be used, a connecting mechanism will be considered. In addition, for actual design and manufacturing, the triangle ABC provided on the fixed part and the triangle αhc on the intermediate plate should be equilateral triangles.

線Ｘをこの検出器の保持軸の中心とし、正三角形ＡＢＣ
の中心をこれと一致させる。こうするとＬｃＬ二Ｉ、　
ｂ　＝　Ｌ　ｃとなり、保持軸の中心線上に接触球Ｅが
きて調整、使用に便利である。なお、中間の板ａｂｃを
水平でなく傾斜させ、測子も傾斜させて接触球だけが線
Ｘ上にくるようにすることができて、これでも充分に使
用可能である。しかしスプリングの力線方向から考える
と中間板は固定部と平行であることが望ましい０ ここでＡα、Ｂｈ、Ｃｃ間の連結機構について考えると
、その条件としては、その間の距離りが伸びないこと、
すなわち最大長が常に一定であること、そしてその距離
の収縮方向の変化は自由に可能であることである。With line X as the center of the holding axis of this detector, an equilateral triangle ABC
Align the center of this with this. In this way, LcL2I,
b = L c, and the contact ball E is on the center line of the holding shaft, making it convenient for adjustment and use. It should be noted that the intermediate plate abc can be tilted instead of horizontal, and the probe can also be tilted so that only the contact ball is on the line X, and even this can be used satisfactorily. However, considering the direction of the force lines of the spring, it is desirable that the intermediate plate be parallel to the fixed part. Now, considering the connection mechanism between Aα, Bh, and Cc, the condition is that the distance between them does not increase. ,
That is, the maximum length is always constant, and the distance can be freely changed in the direction of contraction.

第２・３・４図は本発明の好適な実施例である。保持軸
１に直角な固定部２（これは外装部の一部をなす）の中
心軸線Ｘを中心とする同心円上に１２０°　の角度間隔
をもって、線Ｘ上の１点に向って三つの円錐孔３．　４
．　５を設ける。Figures 2, 3 and 4 show preferred embodiments of the invention. On a concentric circle centered on the central axis X of the fixing part 2 (which forms part of the exterior part) perpendicular to the holding shaft 1, three cones are drawn toward a point on the line X at an angular interval of 120°. Hole 3. 4
．． 5 will be provided.

なお以下の断面図も同様であるが、第３図に示すように
１２００に配置されたものを１８０°に展開して示す。Note that the following cross-sectional views are also the same, but as shown in FIG. 3, the one arranged at 1200 is shown expanded at 180°.

ここで円錐孔は上を広く、下を狭く作る。この固定部２
の下に中間板６を置き。Here, the conical hole is made wide at the top and narrow at the bottom. This fixed part 2
Place the intermediate plate 6 under.

これに１２０°の角度間隔をとって、その中心線を固定
部２の円錐孔の中心線に一致させて１円錐孔７．８．９
を設ける。なお、中間板では円錐孔は下を広く作る。そ
して三つの上下の円錐孔の中（−第４図に示す球１０．
１１を弾性変形可能の鋼線１２をもって結んだ連結部材
の球を入れ、固定部２と中間板６との間の中央にスプリ
ング１３を入れて中間板を下方に押し付ける。A conical hole 7.8.9 is provided with an angular interval of 120° and its center line is aligned with the center line of the conical hole of the fixing part 2.
will be established. In addition, in the intermediate plate, the conical hole is made wider at the bottom. and inside the three upper and lower conical holes (-ball 10 shown in Figure 4).
11 connected with elastically deformable steel wires 12 is inserted, and a spring 13 is inserted in the center between the fixed part 2 and the intermediate plate 6 to press the intermediate plate downward.

そして中間板の中心下方に測子１４ヲ出し、その下端に
接触球１５を取付ける。ここで中間板６は三つの連結機
構によって１２００の位置において吊り下げられ、かつ
スプリング１３の反撥力によって下方に押し付けられて
いる。そして連結部材の球は円錐孔のほぼ中央部に位置
する。Then, a probe 14 is placed below the center of the intermediate plate, and a contact ball 15 is attached to the lower end of the probe 14. Here, the intermediate plate 6 is suspended at the position 1200 by three connecting mechanisms, and is pressed downward by the repulsive force of the spring 13. The ball of the connecting member is located approximately at the center of the conical hole.

第５図は接触球１５に対して物体１６が横から当った状
態であって、連結部材の球１０．１１は円錐孔内を自由
に移動し、かつ鋼線１２は彎曲してその長さ・方向を変
えている。FIG. 5 shows a state in which an object 16 hits the contact ball 15 from the side, the ball 10.11 of the connecting member moves freely in the conical hole, and the steel wire 12 is curved to its length. - Changing direction.

なお接触検出器には二つの形式のものがある。There are two types of contact detectors.

一つは接触球が物体に接触すると電気的に導通すること
によって検知する方式のもので、他の一つは検出器内部
に電気スイッチ機構を内蔵して、これにより接触信号を
発信するものであるが９本発明は両方の方式にこれを採
用することができる。One type detects when the contact ball makes contact with an object by creating electrical continuity, and the other type has an electric switch mechanism built into the detector, which sends out a contact signal. However, the present invention can employ this for both methods.

そこで第６図によって上記の第一の方式、つまり電気的
導通方式による接触検出器について説明する。図におい
て、中間板６の下に電気絶縁板１７を挾んで板１８を取
付け、この板１８に電線を連結し、電圧を加える。なお
、この板１８の下に測子１４接触球１５を取イ１１けて
、接触球と検出器外装部との間を絶縁状態にする。Therefore, the contact detector using the first method, that is, the electrical continuity method, will be explained with reference to FIG. In the figure, a plate 18 is attached below the intermediate plate 6 with an electrically insulating plate 17 interposed therebetween, an electric wire is connected to this plate 18, and a voltage is applied. Note that a probe 14 and a contact ball 15 are placed under this plate 18 to provide insulation between the contact ball and the detector exterior.

そして導電性を有する対象物に接触球１５が接触するこ
とにより、を流がアースされ接触を検知する。When the contact ball 15 comes into contact with a conductive object, the current is grounded and contact is detected.

つぎに第７，８図によって上記の第二の方式。Next, the second method described above is shown in Figures 7 and 8.

つまり内部に電気スイッチ機構を有する接触検出器につ
いて説明する。図において、固定部２に投光器２０．受
光部２１　を配置し、中間板６の上に反射鏡２２を設け
、接触球１５が対象物体に接触していない状態のときに
は、投光器２０から出た幅の狭い光は反射鏡２２に当り
反射して受光部２１に入る。そして接触球１５が移動し
、中間板６が微動すると反射角が変化して受光部２１に
光が入らずに接触信号を出す。また中間板６の下に圧電
素子２３を取付ける。That is, a contact detector having an electric switch mechanism inside will be explained. In the figure, a projector 20 is attached to a fixed part 2. The light receiving unit 21 is arranged, and a reflecting mirror 22 is provided on the intermediate plate 6. When the contact ball 15 is not in contact with the target object, the narrow light emitted from the projector 20 hits the reflecting mirror 22 and is reflected. and enters the light receiving section 21. When the contact ball 15 moves and the intermediate plate 6 moves slightly, the reflection angle changes and a contact signal is output without light entering the light receiving section 21. Further, a piezoelectric element 23 is attached under the intermediate plate 6.

ここで圧電素子としては高性能のものを使用する。そう
すると接触球１５に物体が接触した瞬間にただちに圧電
素子２３が信号を発する。Here, a high performance piezoelectric element is used. Then, the moment an object comes into contact with the contact ball 15, the piezoelectric element 23 immediately emits a signal.

そして接触球１５の位置が変化すると受光部２１が受光
していない状態に変り信号を発する。この信号によって
圧電素子２３からの信号が真に接触球１５の接触による
ものであることを確認する。すなわち、接触瞬間の圧電
素子の発信から、一定時間内に光電方式による信号が発
せられた場合のみ、これを検出信号として外部に出力す
る。When the position of the contact ball 15 changes, the light receiving section 21 changes to a state where it does not receive light and emits a signal. This signal confirms that the signal from the piezoelectric element 23 is truly due to the contact of the contact ball 15. That is, only when a photoelectric signal is emitted within a certain period of time after the piezoelectric element emit the signal at the moment of contact, this signal is outputted to the outside as a detection signal.

このように二重の検出によるのは圧電素子の応答が敏感
であって、振動等による誤動作を起こして信号を送る危
険があるので、これを防止するためである。従って高感
度、高精度の検出を要しない場合は光電方式の検出だけ
でもよい。The purpose of this double detection is to prevent the sensitive response of the piezoelectric element, which may cause malfunctions due to vibrations and the like and send signals. Therefore, if high sensitivity and high precision detection is not required, only photoelectric detection may be used.

なお、前記連結機構の実施例の説明においては、固定部
及び中間板に相対して円錐孔を設けたものについて述べ
たが、連結機構の条件を満足させる方法は他にいろいろ
と考えられる。第９図は固定部２の上面に球１０を受け
る座２３を設け、鋼線１２の通る孔を円孔２４とし、そ
の下を鋼線が自由に彎曲できるように広くしたもので、
中間板６にもこれと同じ方法をとる。In addition, in the description of the embodiment of the connection mechanism, a conical hole was provided opposite to the fixed part and the intermediate plate, but various other methods can be considered to satisfy the conditions of the connection mechanism. In Fig. 9, a seat 23 for receiving the ball 10 is provided on the upper surface of the fixed part 2, the hole through which the steel wire 12 passes is made into a circular hole 24, and the space below is widened so that the steel wire can bend freely.
The same method is applied to the intermediate plate 6.

なお、そのいずれかを前記の円錐孔とすることも可能で
ある。また一端に球を付けずに直接固定部もしくは中間
板に取付け、他端に球を付けて、これを円錐孔もしくは
第９図に示す状態に移動、彎曲可能に取付けることも可
能である。In addition, it is also possible to make either of them into the said conical hole. It is also possible to attach the ball directly to the fixed part or the intermediate plate without attaching a ball to one end, and to attach a ball to the other end so that it can be moved and bent into the conical hole or the state shown in FIG.

第１０図はこれを示す。なお、連結機構としては前述の
条件を満足させるものであれば鋼線に限るものでなく、
長さに誤差発生のないチェーン等も使用できる。Figure 10 shows this. The connection mechanism is not limited to steel wire, as long as it satisfies the above conditions.
A chain or the like that does not cause any error in length can also be used.

以上詳述したように本発明によればＸ、　Ｙ、　Ｚいず
れの方向からの接触に対しても高感度、高精度で検出で
き、接触子の原位置への復帰性がすぐれ、しかも構造が
簡単で低コストの接触検出器を得ることができる。As detailed above, according to the present invention, contact from any of the X, Y, and Z directions can be detected with high sensitivity and accuracy, and the return of the contact to its original position is excellent, and the structure is simple. A simple and low cost contact detector can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の原理説明図、第２図は概要を示す断面
図（第３図の■−■断面図）第３図は第２図のｔ−ｍ断
面図、第４図は連結部材の一例を示す図、第５図は動作
説明図、第６図は接触導電方式における実施例を示す断
面図、第７図はスイッチ内蔵方式における実施例を示す
断面図、第８図はその平面断面図、第９図・第１０図は
連結機構の他の実施例を示す説明図。 １：保持軸　　　２：固定部 ３、４．５．７．８．９　：円錐孔　　　６：中間板ｔ
ｏ、　ｉｉ　：球　　１２：鋼線　　１３ニスプリング
１５：接触球　　　１７：絶縁板　　２０：投光器２１
：受光素子　　　２２：反射鏡 ２３：圧電素子 特許出願人 株式会社　東京精　密 第５図 第７図　　　　　　　　　　　　　　第８図第９図　　
　　　　　　　　　　第１０図０Fig. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing the outline (■-■ sectional view of Fig. 3), Fig. 3 is a t-m sectional view of Fig. 2, and Fig. 4 is a connection diagram. A diagram showing an example of a member, FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation, FIG. 6 is a sectional view showing an embodiment in a contact conduction method, FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment in a built-in switch method, and FIG. The plan sectional view and FIGS. 9 and 10 are explanatory diagrams showing other embodiments of the coupling mechanism. 1: Holding shaft 2: Fixed part 3, 4.5.7.8.9: Conical hole 6: Intermediate plate t
o, ii: Ball 12: Steel wire 13 Spring 15: Contact ball 17: Insulating plate 20: Floodlight 21
: Light receiving element 22: Reflector 23: Piezoelectric element Patent applicant Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Figure 5 Figure 7 Figure 8 Figure 9
Figure 10 0

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１）保持軸に設けられた固定部と、距離を長くするこ
とが不可能で、距離の短縮、方向の変更を可能とし、そ
の延長線が一点で交わる三つの連結機構によって吊り下
げられ、かつ下方に付勢され、その下端に接触球を有す
る測子を下方に突出させた中間板とからなる接触検出器
。 （２、特許請求の範囲第１項において、固定部と中間板
を平行とし、固定部並びに中間板の連結機構の取付位置
を互に大きさが異る三角形の頂点（Ａ、　Ｂ、　、Ｃ，
ａ、　ｈ、　ｃ　）　トＬｉ接触検出器０ （３）特許請求の範囲第１項、第２項において。 連結機構の取付方向を保持軸の中心線Ｘ上の一点りに集
中する方向とした接触検出器。 （４）特許請求の範囲第１項、第２項、第３項において
、固定部と中間板との間を２両端に球を有し、その間を
長さ不変の線状体をもって連結した三つの連結機構によ
って構成される接触検出器。 （５）特許請求の範囲第１項、第２項、第３項において
、固定部もしくは中間板のいずれかに長さ不変の線状体
の末端を固定し、他端に球を取付けて連結する三つの連
結機構によって構成される接触検出器。 （６）特許請求の範囲第４項もしくは第５項において、
中間板と測子との間を電気絶縁し、測子に電流を導いた
接触検出器。 （７）特許請求の範囲第４項もしくは第５項において、
中間板と測子との間に圧電素子を介在させ、これより接
触球の接触信号を取出し。 かつ固定部と中間板との間の変位信号を投光。 受光及び反射鏡の機構により取出す二重の検出装置を有
する接触検出器。[Claims] (1) A fixed part provided on the holding shaft and three connections whose extension lines intersect at one point, making it impossible to lengthen the distance, making it possible to shorten the distance and change the direction. A contact detector consisting of an intermediate plate that is suspended and urged downward by a mechanism, and has a probe having a contact ball at its lower end protruding downward. (2. In claim 1, the fixing part and the intermediate plate are parallel, and the mounting positions of the coupling mechanism of the fixing part and the intermediate plate are triangular vertices (A, B, , C) of different sizes. ，
a, h, c) Li contact detector 0 (3) In claims 1 and 2. A contact detector in which the connecting mechanism is installed in a direction that concentrates on one point on the center line X of the holding shaft. (4) In claims 1, 2, and 3, three balls are provided at both ends of the fixed part and the intermediate plate, and a linear body of constant length is used to connect the fixed part and the intermediate plate. A contact detector consisting of two connecting mechanisms. (5) In claims 1, 2, and 3, the end of a linear body of constant length is fixed to either the fixed part or the intermediate plate, and the other end is connected by attaching a ball. A contact detector consisting of three connecting mechanisms. (6) In claim 4 or 5,
A contact detector that electrically insulates between the intermediate plate and the probe and conducts current to the probe. (7) In claim 4 or 5,
A piezoelectric element is interposed between the intermediate plate and the probe, and the contact signal of the contact ball is extracted from this element. It also emits a displacement signal between the fixed part and the intermediate plate. A contact detector with a dual detection device that uses a light receiving and reflecting mirror mechanism.