JPS6064206A - 二次元および三次元変位検出装置 - Google Patents

二次元および三次元変位検出装置

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JPS6064206A
JPS6064206A JP17378283A JP17378283A JPS6064206A JP S6064206 A JPS6064206 A JP S6064206A JP 17378283 A JP17378283 A JP 17378283A JP 17378283 A JP17378283 A JP 17378283A JP S6064206 A JPS6064206 A JP S6064206A
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JP
Japan
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dimensional
movable member
displacement
displacement detection
fixed part
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Application number
JP17378283A
Other languages
English (en)
Inventor
Akitoshi Kamei
亀井 明敏
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6064206A publication Critical patent/JPS6064206A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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】 乙の発明は主として座標測定機に取付けられて、対象物
体の寸法、形状を二次元もしくは三次元に、すなわちX
、、YもしくはX、Y、Zの方向に検出する装置に係る
。づ列えば接触子をその物体の設計された形状に沿って
移動させたとき、物体形状の設計値からの誤差により接
触子が変位する。そのときの変位量を二次元もしくは三
次元に検出ずろ装置である。
ここて三次元検出装置について、その必要条件を考える
に、第1に接触子(よ接触により三次元方向に自由に変
位してベクトル変位量X、Y、Z方向における変位量の
成分として検出できること、第2は接触が解除されたと
きには、接触子は高精度に一定位置に復帰できる乙と、
第3に三次元座標測定機の測定範囲を損なわない為に小
型である乙と、第4に座標測定機の移動機構の正誤差を
極力小さくするためにその重量を出来ろだけ軽くするこ
と等である。
これらの点から判断して従来使用された検出装置には欠
点があった。例えば特公昭54−6218号に示された
「多次元電子センサ」は、この目的のために考えられた
もので、第1、第2の上記条件はこれを満している。し
かし第2の条件を満すために[個々の直線案内装置X、
Y1Z3段の中に精密鎖錠装置を設は更に機械的幾何学
的零点が電気的零点に一致するようにする為に電動調整
装置により調整可能な係止m構」 (公告公報の第3図
)を必要としている。そしてこれ等は夫々V型鎖錠溝、
鎖錠味、レバー、板バネ、カム板及びこれらの駆動源で
ある電!1tlJ機等数多くの部品で構成されるため直
線案内装置の内部空間は充満し、更に必要とする付加装
置を内蔵することが不可能なためXYZ3段の」一部に
更に大きなセンシングヘッドを設ける事を余儀な(され
、前述した第3・第4の小型軽量化の条件に反し重く大
型な構造になっている。更に上部に設けた付加装置の作
動には長いリンク機構を必要とし、乙のリンク部材が中
芯部を通過する為精密計測の原理であるアツベの原理に
適した中心線上に変位センサーを設ける事が出来ず精度
上も問題があった。
そこで第1、第2の条件を完全に満足させ、かつ第3、
第4の条件をも満すものが要望されている。この発明は
第2の条件の復帰機構に簡単で高精度なものを採用する
と共に、この復帰機構によって得られた安定な機械的原
点に電気的零点を一致させるようにしたものである。
第1図は本発明の実施の一例の概要を示す。
最上部の固定部1は三次元座標測定機の垂直軸に取付け
られ、接触子2の変位はその上のX、YXZ変位検出ユ
ニット3.4.5によって検出される。なおことて各変
位検出ユニットにおいては、次に示すように駆動源を必
要としない自動原点復帰機構を採用する。またx、y、
zの各変位検出ユニットの組合せは、その順序を自由に
変更することが可能である。
第2図は変位検出ユニットの一例を示す。変位検出ユニ
ットは固定部、第1可動部材、第2可動部材の三つの構
成要素からなり、固定部6はL字型をなし、第1可動部
材7が平行ばね8.9によって同定部6の下方に吊され
ている。そして固定部6のL字型の下端と第i nJ動
部材7どの間に第1ストツパ10を設け、このストッパ
が常時接触しているように、引張りスプリング1]を固
定部6と第1可動部材7との間に入れろ。
また固定部6から平行ばね13.14をもって第2可動
部材12を下げ、これに接触子2を取付ける。
そして第1可動部材7と第2可動部材12との間に第2
ストッパ15を設け、これが常時接触するようにスプリ
ング16を入れる。そし−(第21+J @J部材12
と固定部6との間に変位検出器17を設ける。なおこの
検出器としては差動変圧器、モアレスケール等の直線変
位検出部が使用できろ。
このような構造において接触子2に(+X)の変位が加
わると、第2可動部材12はスプリング16を伸はし、
ストッパ15を離して+X量平行に変位して、これが変
位fll+X)として検出部17によって検出される。
次に(−Xlの変位が加わると、第2可動部祠12は(
−入)量平行に移動して、第2ストyパ15を介して第
1可動部材7を(−)方向に移動させる。この時スプリ
ング11ば1申ばされ、ストッパ10は離れ、そのとき
の変位量(−XI Iよ検出部17によって検出される
。そして接触イが被測定物より離れ(+X)又は(−X
)の変位が解除されると二組の平行ばね8.9と13.
14及び二つの引張りスプリング11.16によって他
の駆動力を用いる事なく自動的に原点に復帰する。
第3図は変位検出二1.ニットの他の実施例を示す。こ
こては前記の三つの構成要素の連結方法を一部変える。
すなわち固定部6に対して第1可動部材20を平行ばね
で関連させ、その間にストッパ21を設け、常時接触す
る方向にスプリングを設け、かつ第1i3JIllJ部
材20に対して第2可動部材22を平行ばねて第1、第
2可動部材を平行に関連させ、その間にストッパ23を
設け、常時接触する方向のスプリングを設は第2 nJ
動部材22と固定部6との間に検出部17を設けろ。ま
た第2可動部材22に接触子2を取付ける1、そして(
+X)方向変位に対してはストッパ21が開き、(−X
)方向変位に対してはストッパ23が開く。なお変位量
の検出、自動原点1に帰については第2図に示した第1
の実施例とまっノこく同様である。
このように構成された第1実施例あるし)は第2実施例
の検出ユニットを90°回転ずればY方向に、横に使用
すればZ方向の検出装置となる。
そしてこれを第1図に示すように積み重ねるのであるが
、X方向変位ユニット3における固定部6をY方向変位
ユニット4の第2可動部利に、Y方向変位ユニット4の
固定部をZ方向変位ユニシト5の第2可動部材に連結す
る。
以上に示すユニットはそのいずれを使用しても、また混
合使用しても良いが以下の使用例て(よ第2図のユニッ
トを使用した場合を示す。
第4図において最下段のユニット3は第2図に示すもの
とまったく同じでX方向の変位量の検出を行なう。ここ
で乙の平行ばねはそれぞれY方向の力には強い剛性を有
するので、Y方向の変位2よ(図面に対し直角な方向)
はそのまま中段Y方向ユニット4に伝達される。そして
変位がX、Y方向の中間方向であれば、X方向成分j!
けをX方向コニットが検出し、Y方向成分はY方向ユニ
ットが検出する。なお第4図においてY方向ユニット4
は断面を図示している。
そしてその上に重ねられたY方向ユニット−5+よ平行
ばねが水平になるように、X方向ユニツI・3を横にし
た姿勢となる。なおX方向ユニソ)・3の固定部がY方
向ユニット4の第2可動部材に、Y方向ユニット4の固
定部がZ方向ユニット5の第2可動部材26に連結され
る。ここてX、Y方向ユニット3.4及び接触子2の重
量が総てZ方向ユニット5の第2可動部ヰ426にかか
ることになるので、乙の重量のバランスを取り、第2可
動部材26にZ方向の変位量だけが伝達されるように、
スプリング27.28によって吊り、二つのストッパが
常時接触しているように調整する。
なお上記においては三つのユニットを重ねる方式を示し
たが、これをX、Y二段とすることも可能である。また
三つのユニット各々を組込むことも可能である。すなわ
ち、例えばX方向ユニットの内部にY方向ユニットを)
It込み、更にその中にZ方向ユニットを入れる。第5
図はこれを示すものであるが、接触子を、1ずZ方向ユ
ニットの第2可動部材に連結し、その固定部をこれを取
巻いて位置しているY方向ユニノ)−に連結(Y方向ユ
ニットは紙面に直角方向なので図示省略)し、更にその
外側をX方向コニノドに連結したものである。なお接触
子の重紙は貫通ずる調整可能のスプリング30によって
吊ってバランスを取る。そしてこの組合せは自由に取る
ことが可能であって、第6図てCよ接触子をZ方向ユニ
ットに取付け、X方向ユニットとY方向ユニットとを組
込んで2方向ユニツトの上に重ねて取付けろ。こうする
と平行ばねの長さを長く取ることが可能となる。
次に各々の変位検出ユニットの直線変位検出器の電気的
零点を機械的原点と一致させる下段について説明する。
一般に電気的零点はミクロン的に見た場合渦電変化等の
外乱により長詩間においては磯城的M点に一致しない事
か知らM’している。本装置では各ユニットの第1、第
2ストツパを本体と電気絶縁して接触により導通状態と
なる電気接点を兼ねて使用′4る。第7図第8図におい
て示ずスイノ:f31.32は第1及び第2のストッパ
を電気(に点としt:ものである。測定の開始時或いは
一定時間経過し、電気的零点の不一致が予測された時、
−L勤スイッチ又は)−ケンス信号に、1.り零点一致
指令信号を加える。
この侶月はストッパ接点侶号3] 、32とのAND回
路33に加又られ、接点がONの状態すなわち接触子が
被測定物体等に触れていない事が確認されたときこの状
態におけろ直線変位検出器(第7図においては差動変圧
器17)の出力電圧Aは誤差信号として記憶回路34に
記憶される。この状態における検出器の出力電圧は、零
である様に作られてはいるが製作時の誤差或いは経時変
化等により零であるとは限らない1、との(flが測定
誤差となる。記憶回934の誤差にうぢは常時Bとして
読み出され、次に設けられ/、: ?1n iF演W器
35に導かれ直線変位検出器17からのイ、1号Aとの
間でA−Bの演算が行なわれ出力4フ;号となる。
零点一致指令信号が加えられl一時点てIt A= 1
3てありA−B=Oとなり、2つのス1 ツバ3I。
32が接触してし)る暗部ら機械的原点て(よ電気的出
力は常に零となり一致ずろ。被測定物の測定時に於ても
記憶回路出力Bは出力されているので誤差量は常に補正
演算され正しい測定(Inが得られる。第7図に示すも
のは−1−記した直線変位検出器の電気的零点を機械的
原点と一致させる方法としてアナログメモリによるアナ
ログ出力回路による実施例でありまた第8図に示すもの
はAD変換したディジタル回路によるものである。ディ
ジタル回路による補止は検出部がモアレスケール等のデ
ィノタルスケール方式とその読取装置を使用する場合に
は同様てあ−、て、第9図にその回路を示す。
零点一致指令(g号を発生ずるシーケンス信号にはタイ
マー等に、Lろ定時間毎の方式の他に第10図に示す様
にスhソバ接点31.32がONの時、A−Bの補正演
算器35の出力信号を零電圧検出回路36に加え予しめ
設定した許容電圧値以−1−になった時零点一致指令信
号を自動的に発生させろ方ン去もある。
以上訂述した。Lうに本発明によれば各検出ユニソ)・
の第1’rrJ !FI+部イイおよび第2可動部材を
それぞれ一対の平行ばねて支持するという簡単な構造で
接触子が?IQ i!!Q定物に接触した瞬間を検出す
ることかてき、かつその接触が解除されたときはその接
触子は、!−&精度に原点位置に復帰し、さらにこの高
精度に14帰した供城的昂点に電気的零点を容易に一致
させることかできるという種々の省れた効果を炎するこ
とがCきた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の概要を示す説明図、第2図
は本発明を構成する変位検出ユニットの構造説明図、第
3図は変位検出ユニソ1−の他の実施例を示す説明図、
第4図は本発明の一実施例における構造説明図、第5図
は他の実施例を示す構造説明図、第6図は他の実施例の
概要を示す説明図、第7図はアナログ方式に、Lる機械
的原点と電気的零点を一致させる為の回路図、第8図は
ディジタル方式における機械的原点と電気的零点を一致
させる為の回路図、第9図はスケール読取方式におけろ
機械的19点と電気的零点を一致さゼる為の回路図、第
1O図はアナログ方式における機織的原点と電気的零点
を一致させるだめの自動シーケンスを;Iくず回路図3
゜2=接触子 3.4、s :x、 y、 z方向変位検出ユニット6
:固定部 7.20:第1可動部オイ10.15.21
.23:ストソバ 11.16:引張りスプリング12
.22:第2可動部材 27.28.30:調整スフリ
レグ31.32:ストツバ兼電気接点 特許出願人 株式会社 東京vP(密 零占−=秒指1デ信号 零点一致指令信号

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固定部、第1可動部材、第2可動部材の相互間を
    2絹の平行ばねをもって相互に平行に連結し、上記圧つ
    の主要構成部月間に常に接触状態に付勢されている第1
    、第2のストッパを設け、第2可動部材に接触子を設け
    、第2可動部材と固定部との間に変位検出部を設けてな
    る変位検出ユニν1・の固定部を他の変位検出ユニット
    の第2可動部材に順次連結ずろことにより、X、Y、も
    しく1.lX、Y、Zの三方向に組合せてなる二次元お
    よび三次元変位検出装置。
  2. (2)請求のFu囲井筒項におい−(、固定部に対して
    第1可動部祠及び第2可動部材を連結し、第1可動部ヰ
    」と第2 ijJ動部材との間及び固定部と第1 nJ
    動部材との間にストッパを設けてなる変位検出ユニット
    を使用した二次元及び三次元変位検出装置。
  3. (3)請求の@井筒1項において、固定部に対して第1
    可動部材、第1可動部材に対して第2可動部材を連結し
    、固定部と第1可動部材、第1可動部材と第2可動部材
    との間にストンパを設けてなる二次元及び三次元変位検
    出装置。
  4. (4)請求の範囲第1項、第2項、第3項において、変
    位検出ユニットを混合して組合せた二次元及び三次元変
    位検出装置。
  5. (5)請求の範囲第1項において、変位検出ユニットを
    直列に組立ててなる二次元及び三次元変位検出装置。
  6. (6)H求の範囲第1項において、変位検出ユニットを
    、一つのユニットの内に他を組込みI’4 Hする関係
    に組合せてなる二次元及び三次元変位検出装置。
  7. (7)請求の範囲第1項において、変位検出ユニットの
    一つを他の中に組込み、更に残りの一つを直列に組合せ
    てなる二次元及び三次元変位検出装置。
  8. (8)請求の範囲第1項において、変位検出ユニットの
    第1、第2のストッパを電気接点とし、この二つの接点
    の導通状態のときの変位検出器の出力を記憶し、この信
    号を用いて電気的零点を機械的原点と一致させる乙とを
    特徴とした二次元及び三次元変位検出装置。
JP17378283A 1983-09-19 1983-09-19 二次元および三次元変位検出装置 Pending JPS6064206A (ja)

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