(57)【要約】【課題】広範囲の測定ができ、起動特性や温度特性に優れ、更に指示寸法の校正のためのマスタが少なくて済むデジタル測定ヘッドを提供すること。【解決手段】ワークＷに接触子１４を当接させて測定する測定装置の測定ヘッドの構造を、支点を中心に回転可能に支持されたアーム１２と、先端に接触子１４を有しアームの先端部に取付けられたフィンガ１３と、アーム１２の後端部に設けられたスケール１５又は読取りヘッド１６と、で構成し、ワークＷと接触する接触子１４の変位を、スケール１５と読取りヘッド１６で検出するようにして、広範囲の測定ができ、起動特性や温度特性に優れ、更に指示寸法の校正のためのマスタは最初の調整時に使用するのみとした。【選択図】　　　　　図２
2004069510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに接触子を当接させて該ワークを測定する測定装置の測定ヘッドにおいて、
支点を中心に回転可能に支持されたアームと、
先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、
前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、
を有し、
前記ワークと接触する前記接触子の変位を、前記スケールと読取りヘッドとで検出することを特徴とするデジタル測定ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定ヘッドに関するもので、特にマシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシンコントロールゲージや表面粗さ輪郭形状測定機等に用いられるシーソー式の測定ヘッドにおいては、接触子の変位を検出するセンサにＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と呼ばれる線形電圧差動変圧器（通称差動トランス）が用いられていた。
【０００３】
図２２はこの従来の測定ヘッドの概念図である。図２２に示す測定ヘッド１１０は、シーソー機構を２個組み合わせた外径測定用の測定ヘッドである。従来の測定ヘッド１１０は、図２２に示すように、支点部材１１１を中心に回動可能に支持された接触子１１４の移動量が、支点部材１１１と反対方向に設けられたＬＶＤＴ１１５で電圧の変化として検出される。このＬＶＤＴ１１５の検出値が管制部１４０で処理され、移動量として求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の測定ヘッド１１０はセンサにＬＶＤＴを用いているので以下のような問題があった。即ち、ＬＶＤＴの直線範囲が狭いので測定範囲が狭く（通常１ｍｍ程度）広範囲の測定ができない。
【０００５】
また指示寸法の校正のために大範と小範の２個の校正用マスタが必要である。例えば、Φ３０±０．０１ｍｍのワークを測定する場合、Φ３０．０１（大範）とΦ２９．９９（小範）のマスタを使用して感度を調整する。
【０００６】
特に１台の測定ヘッドで数種類のワーク径に対応できるようにしたサイズシフト機能を有する測定ヘッドの場合は、測定する各寸法毎に大・小範マスタが必要であった。例えば２０ｍｍ径差対応の場合、２０ｍｍの範囲内ならどこでもゼロ点を設定できるが、あくまで測定範囲は１ｍｍ程度であるので、３種類のワークを測定しょうとする時は夫々大・小範計６個のマスタが必要となる。これはＬＶＤＴの直線性が場所によって異なるためである。
【０００７】
更に、段取り替え及びマスタによる校正作業等のため、測定のためのセッティングに時間が掛かる。その上、温度特性が悪くその補正のための調整や検査に時間が掛かり、また電源投入後安定するまでに時間が掛かるので起動特性が悪い、といった問題である。
【０００８】
これらの問題を解決するために、実願昭６２−０７８４６２号公報では直動運動する光学式デジタル方式を採用したデジタル測定ヘッドが提案されている。しかし、ここに開示されている内容では、支点部材を中心に回動可能に支持された接触子の移動量を直動運動の移動量に変換するための機構を設ける必要がある。
【０００９】
しかしこの回転運動を直動運動に変換する機構は、複雑な構造となることからコストアップにつながるとともに、可動部分の質量の増加やリンク支点の摩擦などにより、応答周波数を悪化させることとなり、高速応答周波数特性が要求される表面粗さ測定ヘッドには適さない、という問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、広範囲の測定ができ、起動特性や温度特性、更には応答周波数特性に優れ、加えて指示寸法の校正のためのマスタが少なくて済むデジタル測定ヘッドを提供すること、また、広範囲の測定ができ高速応答周波数特性に優れていることから輪郭形状測定機と表面粗さ測定機に共用可能なデジタル測定ヘッドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ワークに接触子を当接させて該ワークを測定する測定装置の測定ヘッドにおいて、支点を中心に回転可能に支持されたアームと、先端に接触子を有し前記アームの先端部に取付けられたフィンガと、前記アームの後端部に設けられたスケール又は読取りヘッドと、を有し、前記ワークと接触する前記接触子の変位を、前記スケールと読取りヘッドとで検出することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、ワークと接触する接触子の変位を、スケールと読取りヘッドとで検出するので、広範囲の測定ができ、起動特性や温度特性、更には応答周波数特性に優れ、加えて指示寸法の校正のためのマスタは最初の調整時に使用するのみとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係るデジタル測定ヘッドの好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は符号を付している。
【００１４】
図１は、本発明に係るデジタル測定ヘッドの構成を示す側断面図である。デジタル測定ヘッド１０は、図１に示すように、ベース２１、支点部材１１、アーム１２、フィンガ１３、接触子１４、スケール１５、図示しない読取りヘッド、加圧部材１７、ダンパ１８、ブーツ１９、及びケース２２等から構成されている。
【００１５】
支点部材１１はホルダ２０に支持されてベース２１に取付けられている。アーム１２は支点部材１１に保持され、支点部材１１を中心にシーソー回動自在になっている。アーム１２の一端にはフィンガ１３がネジ止めされ、フィンガ１３の先端にはワークＷに当接する接触子１４が取付けられている。一方、アーム１２の他端にはセンサとしてのスケール１５が取付けられている。また、スケール１５の目盛りを読取る読取りヘッドがベース２１に固定されている。
【００１６】
アーム１２には接触子をワークＷに向けて押圧する加圧部材１７が設けられている。この加圧部材には圧縮バネが用いられているが、引張りバネやその他の弾性部材等、アーム１２に回転力を発生させることのできるものなら何でもよい。更に、アーム１２にはダンパ１８が設けられ、接触子１４の飛び跳ねや振動を抑制する。
【００１７】
アーム１２の先端部、フィンガ１３、及び接触子１４を除くその他の部材はケース２２で覆われている。このケース２２には開口部がありこの開口部からアーム１２の先端部が飛び出している。また、この開口部にはブーツ１９が設けられ、ケース２２内部への塵埃やミストの侵入を防止している。
【００１８】
次に、このように構成されたデジタル測定ヘッド１０の作用について説明する。先ずデジタル測定ヘッド１０がワークＷに対してセットされる。接触子１４は加圧部材１７によってワークＷに押圧されているので、ワークＷの寸法に応じて支点部材１１を中心に回動変位される。接触子１４が回動変位されるとアームに取付けられたスケール１５も回動変位される。このスケール１５の変位量は読取りヘッドで検出されて検出信号がＡ／Ｄ変換部３０で処理され、管制部４０に送られてワークＷの寸法が求められる。
【００１９】
この時アーム１２にはダンパ１８が設けられているので、接触子１４の飛び跳ねや振動が防止される。また、ケース２２の開口部にはブーツ１９が取付けられているので、加工液やミスト、及びその他塵埃等がケース２２内に浸入する事がない。
【００２０】
図１に示したデジタル測定ヘッド１０は、ワークＷの厚さや段差、輪郭形状、及び表面状態を測定する測定ヘッド（以下Γ型測定ヘッドと称する）であるが、図２に示すデジタル測定ヘッド１０は、図１で示した構造を対称に２個組み合わせ、ワークＷの外径を測定するようにした測定ヘッドである。この測定ヘッドでは、図２に示した外径測定用の他に、接触子１４を逆向きに取付け、加圧部材１７の加圧方向を逆向きにした内径測定用ヘッドもある。外径測定用ヘッドおよび内径測定用ヘッド（以下Σ型測定ヘッドと称する）の動作作用は、基本的に図１に示したΓ型測定ヘッドと同じであるので、説明は省略する。
【００２１】
次に各部について、より詳細に説明する。先ず、デジタル測定ヘッド１０の本体構造は、フィンガ１３と接触子１４を除いた各主要構成要素を全てベース２１に取付け１つのユニットにした上でケース２２に取付けてある。　ベース２１をワークＷと同じ材質あるいは同じ熱膨張係数の材質にすることで、温度特性に優れた測定ヘッドになる。これは、環境温度が変化するとワークＷは膨張あるいは収縮する。この時同じ線膨張係数であれば、ベース２１は固定したネジ部を基点にワークＷと同じように伸び縮みするため測定誤差を小さくできるからである。また、同じ材質であっても、各要素がケース２２の異なる場所に固定されている場合は、場所により変化量が異なるため誤差が大きく生ずる。Σ型測定ヘッドは、図２に示すように、熱の影響を受け難いシンメトリ構造になっている。
【００２２】
支点部材１１は、図３（ａ）に示すような十字ばね支点が用いられている。十字ばね支点は、図３（ａ）左側の図に示すような板ばねを２枚クロスして並べる構成もあるが、本実施の形態では図３（ａ）右側の図に示すような、ワイヤカット加工による削り出しで一体化したものを用いている。この一体化した十字ばね支点は、加工費が高いが剛性があり繰返し精度も良いので、高精度の支点に適している。
【００２３】
支点部材１１は上記の外に、図３（ｂ）に示すＬ字ばね支点、図３（ｃ）に示す弾性支点、更にベアリングやピボット支点等を使用することができる。Ｌ字ばね支点は精度は十字ばねには及ばないが安価であり、一般的に広く用いられている支点である。しかし、旋回運動に伴い支点中心が移動するという欠点を有しており、センサにＬＶＤＴを用いている場合は問題にならないレベルであるが、センサがスケールの場合は無視できない誤差となる。このため、旋回運動と支点中心の移動量との関係を計算で求め、ソフトウエアで補正する。
【００２４】
弾性支点は、高精度であるが僅かな旋回角度しかとれないので、測定範囲の狭い場合に安価に使用できる。ベアリング支点は、旋回角度に制限がないが、摩耗により精度低下が生じるので定期的に交換する必要がある。
【００２５】
フィンガ１３は、ワーク形状に合わせて交換できるように、アーム１２とは別体で、アーム１２にネジで固定するようになっているが、アーム１２と一体型であっても構わない。また、フィンガ１３の材質はステンレススチールが用いられているが、鉄に防錆メッキを施したものやセラミックス等を使用してもよい。断面形状的には、クーラントをかけながら加工するワークＷを測定する場合、クーラントがフィンガ１３にもかかるため、クーラントの圧力が測定に及ぼす影響を少なくするため円形の断面になっている。しかし、円形に限るものではなく、角型断面、楕円形断面等を用いてもよい。
【００２６】
接触子１４は、図１、及び図２に示すように、ネジ式の接触子１４が用いられ、高さ方向の微調整ができるようになっている。尚、接触子１４を直接フィンガ１３に埋め込んで、高さ方向の調整はフィンガの取付け部で行う構造であってもよい。また、Γ型測定ヘッドの場合は測定ヘッド全体を移動して高さ方向の調整を行うこともできる。
【００２７】
ワークＷと接触する接触子１４の先端部分には、超鋼またはダイヤモンドが埋め込まれている。この先端部分は摩耗に強いことが必要で、超鋼、ダイヤモンド、ルビー等が一般に用いられるが、ワークＷの材質によっても使い分けられる。
【００２８】
鉄やステンレス等の硬い材質を測定する場合は価格の安い超鋼が用いられるが、回転するワークＷを測定する場合はより摩耗に強いダイヤモンドが用いられる。また、アルミ、銅、軟質ガラス等の軟らかい材質を測定する場合は、滑りの良いダイヤモンドが使用され、測定力を小さくしたり、リトラクト状態からの落下速度を遅くしたりして傷やへこみの発生が防止される。
【００２９】
接触子１４の先端形状は、通常Ｒ形状が用いられる。Ｒの大きさは種々用いられるが、特にインプロセスで加工中のワークＷを測定する場合は、切屑を噛み込まないようにＲ０．５〜Ｒ１．５ｍｍ程度のＲの小さな先端形状が用いられる。
【００３０】
また、測定面が粗い場合、細かい粗さを拾って値がばらつくことがあるので、平均化の意味でＲの大きな先端形状が用いられる。このような場合、Ｒ３〜Ｒ６ｍｍ程度が標準的に用いられる先端Ｒである。軟質ワークＷの場合も、接触時のワークＷのへこみを小さくする意味でＲ３ｍｍ以上が使用され、Ｒ３〜Ｒ６ｍｍ程度が標準的に用いられる。
【００３１】
歯車のような不連続面を測定する場合は、図４に示すように、溝を跨ぐ大きさのＲとし、溝と平行な方向のＲはＲ１．５程度にし、全体として船形形状の接触子１４が用いられる。
【００３２】
回転する歯車の外径を測定する場合、小さな接触子１４では落ち込みと跳ね上がりの量が大きく測定値がばらつくため、谷から山にうまく乗り上がる構造にする必要がある。また、溝を跨ぐ構造にしたとしても落ち込み跳ね上がりは完全には抑えられず、回転が速くなるとがたつきが大きくなったり、跳ね上がったままでほとんど接触しない状態になる。そのためダンパ１８の効果を強くするとともに、ワークＷの周速や接触、非接触時間を規制する必要がある。測定はワークＷを一周以上回転させて最大値を記憶する方法が用いられている。
【００３３】
その他、円筒状の超鋼製接触子１４が用いられることもある。この場合、フィンガ１３の接触子挿入孔に割りを入れておき、割り締めで固定する。また、ワークＷとの接触部が摩耗したら回転させて固定しなおし、未使用面を使うことで寿命を延ばすようにしている。しかしこの円筒状の接触子１４はワークＷとの平行出しが難しいので、狭くてＲ型接触子が使えない場合のような、特殊な条件の時に用いられる。
【００３４】
なお、輪郭形状測定機の場合は接触子１４の先端形状はＲ０．０１〜Ｒ１．０ｍｍ、また表面粗さ測定機の場合はＲ０．００２〜Ｒ０．０１０ｍｍが通常である。
【００３５】
図５は、スケール部の構成を説明する斜視図である。スケール部は図５に示すように、スケール１５と読取りヘッド１６とからなっている。　スケール１５は光の回折干渉を利用した反射型スケールが用いられ、支点部材１１を中心に回動するアーム１２に固定されている。スケール１５の近傍には読取りヘッド１６が配置され、スケール１５の移動量を検出する。読取りヘッド１６は、図示しない光源としての発光素子、コリメートレンズあるいは集光レンズ、及び受光手段としての受光素子とからなっている。
【００３６】
図６は、スケール１５に透過型のモアレスケールを用いた場合の構成を表わす斜視図である。透過型モアレスケールの場合は、アーム１２に固定されているスケール１５がメインスケールであり、読取りヘッド１６はメインスケールに近接配置されたインデックススケール１６Ａ、光源としての発光素子１６Ｃ、コリメートレンズ１６Ｄ、及び受光手段としての受光素子１６Ｂとからなっている。
【００３７】
尚、前記実施の形態においては、スケール１５として回折干渉を利用した反射型スケールや透過型のモアレスケールを示したが、本発明はこれに限らず、回折干渉を利用した透過型スケール、あるいは反射型のモアレスケール等々種々のスケールを用いることができる。
【００３８】
スケール１５が、反射型スケールの場合でも、透過型スケールの場合でも、どちらの方式もスケールパターンは円弧上に形成されている。そのため、図７（ａ）に示すように、読取り点の円弧の中心とアーム１２の回転中心である支点部材１１の中心とが一致するように配置されている。この位置決めが狂うと偏心誤差が発生するので、正確に調整されている。
【００３９】
スケールパターンは円弧状のため、読取り位置によりパターンピッチが異なる。図７（ｂ）はスケール１５の円弧パターンを拡大した図であるが、同図に示すように、半径方向の位置によってパターンピッチがａ、ｂ、ｃのように異なる。そのため、読取り位置で所望のピッチになるように設計されている。
【００４０】
スケール１５を読み取るに当たっての原点は、リミットスイッチ等の機械原点を設けても良いが、本実施の形態では図７（ａ）に示すように、スケール上に原点を設けた。スケール上の原点では１個のスリットをスケール上に形成しておき、このスリットが通過したかどうかを光学的に検出する方式であるが、１個のスリットではなくパターンを形成してもよい。原点が形成されていないスケール１５では、ノイズ等によりミスカウントが発生した場合、マスタを用いてゼロセットをやり直さなければならないが、原点付の場合は原点を一度通過させれば復帰する。
【００４１】
前述の実施の形態では、読取りヘッド１６が固定でスケール１５が旋回運動する構成としたが、これに限らず、スケール１５が固定で読取りヘッド１６が旋回運動するようにしても良い。この場合、読取りヘッド１６から出ている信号線の配線処理に工夫が必要である。
【００４２】
モアレスケール方式は、図８に示すように、発光素子１６ＣであるＬＥＤから発光した光をコリメートレンズ１６Ｄで平行光線にしてインデックススケール１６Ａとメインスケールであるスケール１５を照明する。インデックススケール１６Ａとメインスケールであるスケール１５との組み合わせにより生じたモアレ縞を受光素子１６Ｂであるフォトダイオードで読み取る。
【００４３】
図９はリニア型モアレスケールの場合の説明図である。メインスケールに対してインデックススケール１６Ａを傾けることによりモアレ縞が生じる。このモアレ縞のピッチは、パターンのピッチと両スケール間の傾き角に依存している。このモアレ縞から０°、９０°、１８０°、及び２７０°の４相信号が得られるように、４個のフォトダイオードを用い、モアレ縞とフォトダイオードとの位置関係が調整されている。尚、フォトダイオードは４個に限らず、例えば２４個使用して４相信号を得る６組の信号から平均化するようにしてもよい。
【００４４】
円弧スケールの場合も同様に、メインスケールとインデックススケール１６Ａのパターンを同一に形成し、両者を傾けて配置すると、図１０に示すように、パターンと垂直方向に円弧のモアレ縞が発生する。また、同一の円弧パターンを有するメインスケールとインデックススケール１６Ａとを半径方向にずらして配置すると、パターンと平行な方向にモアレ縞が発生する。更に、メインとインデックスのパターンピッチあるいは円弧半径を異なるパターンで形成し、同様に半径方向にずらしてもパターンに平行なモアレ縞が生じる。
【００４５】
前述の他、リニア型ではインデックススケール１６Ａに位相の異なる複数の格子を形成し、各位相毎にメインスケールとの組み合わせでその位相の位置全体が明及び暗に変化するヌルフリンジ型を構成し、位相のずれた夫々の格子の後にフォトダイオードセルを配置する方式がある。このヌルフリンジ型を円弧スケールに応用する場合は、インデックススケール１６Ａの円弧半径の異なる複数の位置に位相をずらしてパターンを形成しなければならないため、図１１に示すように、円弧半径の異なる位置に応じて位相とともにピッチも変えて形成される。
【００４６】
図１２に３種類のスケール１５の取付け位置の例を示した。図１２（ａ）はフィンガ１３と同一直線上に設けた場合を表わし、図１２（ｂ）はフィンガ１３と４５°の方向に設けた場合で、図１２（ｃ）はフィンガ１３と直角方向に設けた場合を表わしている。スケール１５の取付け位置は、支点部材１１の回転中心とスケール１５の円弧パターンの円弧の中心とが一致していればどの角度でもよいし、アーム１２やフィンガ１３が途中でどんな形状であってもよい。但し、接触子１４に図２（ａ）のような矢印方向からの力が加わる場合は、図２（ａ）ではほとんど誤差にならないが、図１２（ｃ）では読み取り誤差に直結する。
【００４７】
図１３は、Σ型測定ヘッドにおいてスケールユニットを１個で共用する場合を表わしている。この実施の形態では図１４に示すように、上側の接触子１４用のアーム１２にはスケール１５が取付けられ、下側の接触子１４用のアーム１２には読取りヘッド１６が取付けられている。更に、両方のアーム１２、１２の支点部材１１、１１は回転中心が同一直線上に位置するように配置されている。この構成の場合は、スケールユニットが１セットで済み安価に構成されるだけでなく、読み取りの分解能が２倍になるというメリットも有している。
【００４８】
尚、上記構成は接触子１４、１４の向きを反転し測定圧の加える方向を反転した内径用測定ヘッドへの変形例も含んでいる。
【００４９】
スケールユニットの配置構造の変形例として、図１４に示すように、アーム１２の後端に設けたＲ面を有する部材に格子を形成する方式や、Ｒ面にテープスケールを貼付した方式で、Ｒ面に対向する位置に干渉計を配したものである。この変形例の場合は、測定ヘッド全体の厚さを薄くすることができるが、長手方向の寸法が増加する。
【００５０】
図１５はダンパ１８の原理を表わす断面図である。ダンパ１８は、ワークが回転する場合の接触子１４の飛び跳ね減衰用で、特に歯車のような不連続面を測定する場合に必要なものである。ダンパ１８はダッシュポット型ダンパで、ダンパー材１８Ｅが充填されたシリンダ１８Ａ内をシャフト１８Ｃに取付けられたピストン１８Ｂがピストン運動を行う。シリンダ１８Ａの移動に伴ってダンパー材１８Ｅが狭い流路を通って移動する時に流路の抵抗に基いてピストン１８Ｂの両側に圧力差が発生し、それがピストン面に働いてピストン運動に抵抗を与えるというものである。図１５（ａ）はピストン１８Ｂに形成された孔１８Ｄが流路となっている場合を示し、図１５（ｂ）はピストン１８Ｂとシリンダ１８Ａとの隙間が流路になっている場合を示している。
【００５１】
図１６は、本実施の形態のダンパ１８を説明する側測断面図である。ダンパ１８は、図１６に示すように、シリンダ１８Ａ、ピストン１８Ｂ、シャフト１８Ｃ、ダンパー剤１８Ｅ、ブーツ１８Ｆ、ヒンジピン１８Ｇ等からなっている。シリンダ１８Ａは円筒形状で、内部にダンパー剤１８Ｅとしてシリコンオイルが充填されている。ピストン１８Ｂはシリンダ１８Ａの内径より僅かに小径の球状体で、シャフト１８Ｃの一端に連結され、シリンダ１８Ａ内を往復移動する。
【００５２】
シャフト１８Ｃの他端はヒンジピン１８Ｇを介してアーム１２と回動自在に連結されている。また、シリンダ１８Ａの上部にはブーツ１８Ｆが取付けられ、内部に充填されているダンパー剤１８Ｅが漏れないようになっている。このダンパー剤１８Ｅはシリコンオイルに限らず、水でもエンジンオイル等でもよく、また空気であってもよい。ダンパー効果を高める場合は粘度の高いものが用いられる。
【００５３】
尚、シャフト１８Ｃをヒンジピン１８Ｇを介してアーム１２と回動自在に連結したが、ピストン１８Ｂが球状体であるので、測定ストロークの少ない測定ヘッドの場合にはヒンジピン１８Ｇを省略してシャフト１８Ｃをアーム１２に固定してもダンパー効果は得られる。
【００５４】
図１６（ａ）はアーム１２が右上がりの状態を表わし、図１６（ｂ）はアーム１２が水平状態で、図１６（ｃ）はアーム１２が右下がりの状態を表わしている。図に示すように、シャフト１８Ｃの出入りに伴う体積変化をブーツ１８Ｆが膨縮することで吸収している。
【００５５】
図１７はダンパ１８の変形例を表わしている。この変形例は、球状のピストン１８Ｂの両側に夫々同じ径のシャフト１８Ｃ、１８Ｃを設けたもので、ブーツ１８Ｆも両側に取付けられている。この変形例によれば、シャフト１８Ｃが押込まれた分反対側のシャフト１８Ｃが飛び出すので、あるいはシャフト１８Ｃが引き抜かれた分反対側のシャフト１８Ｃが入り込むので体積変化がなく、ブーツ１８Ｆが膨縮する必要がないのでブーツ１８Ｆの耐久性が増大する。
【００５６】
微妙なダンパー効果を実現させるためには、キャビテーション現象を考慮する必要がある。これは流れの中に圧力の低い所ができた時に気泡や空洞が生じる現象のことで、流体の粘度と隙間と速度がある条件を満たしたときに発生する。特に粘度が高く、隙間が狭く、速度が速い場合に生じやすく、ダンパー効果を高く且つ接触子１４の急激な変位に対応させたい場合に障害になる。
【００５７】
図１８は、球状のピストン１８Ｂの表面に放射状に複数の溝を形成した状態を示したもので、前述のキャビテーション現象を生じさせないようにした変形例である。図１８（ａ）は側面図で、図１８（ｂ）は平面図である。この場合、球状のピストン１８Ｂの直径を僅かに小さくして隙間を広げ、その分溝による粘性抵抗を増やしている。但し粘性抵抗による抵抗力は、隙間による抵抗力に比べてはるかに小さいので、ダンパー剤１８Ｅの粘度を高くしている。
【００５８】
なお、上記実施の形態ではピストン１８Ｂを球状にしたが、球の上下をスライスして側面のみを球面にした形状でもよく、あるいは樽型形状であってもよく、シャフト１８Ｃの傾きに対応できる形状であれば種々の形状を用いることができる。
【００５９】
次に、シーソー式の測定ヘッドで問題になる円弧誤差の補正について説明する。センサにスケール１５を使用することで広範囲測定が可能になるが、例えば外径測定において、図１９に示すように、接触子１４の円弧運動に伴って接触子１４のワークＷとの接触点がワークＷの軸心からずれる。ワークＷの最小径から最大径まで直線的に変化するなら最小径と最大径の２つのマスタで校正すればよいが、実際には３次曲線状に変化するため、ソフトウエアで補正する。アーム１２の支点とワークＷとの位置関係から、接触子１４のワークＷとの接触点の軌跡を計算し、スケールゼロ点を基準とした各測定径における誤差を計算して補正している。
【００６０】
図２０に、ワークＷの半径Ｒ１＝４ｍｍ、接触子１４の先端半径Ｒ２＝１．５ｍｍの時の外径測定時の芯ずれ誤差のグラフを示している。また、これを基に、支点部材１１の中心から接触子１４の先端までの距離が１５５ｍｍの場合で算出した補正値を図２１のグラフで示した。
【００６１】
また、Σ型測定ヘッドにおいて、上下の接触子１４、１４の当たり点のズレをなくし、ワークＷの軸心高さとΣ型測定ヘッドの上下方向中心位置を揃えることにより、校正に使用するマスタは１個でよく、更に工場調整時に用いるだけで客先ではマスタレスにすることができる。
【００６２】
本発明のデジタル測定ヘッド１０には、図示しないリトラクト手段が設けられている。リトラクト手段は、デジタル測定ヘッド１０を測定点に移動させる時にフィンガ１３を開又は閉の状態にする逃がし機構である。このリトラクト手段はエアーシリンダやラッチングソレノイドを用いてレバーを押し引きする機構が用いられている。
【００６３】
エアーシリンダやラッチングソレノイドの外にモータを使用したり、デジタル測定ヘッド１０の出し入れの動きに連動してレバーを押し引きする機構を別に設けてもよい。また、リトラクト状態からの接触子１４の落下速度の制御が必要な場合は、エアーシリンダに絞りを付けてエアの流量で制御する。また、このリトラクト手段はデジタル測定ヘッド１０の内部に搭載した内蔵型でもよく、あるいは外部に設けた外付け型でもよい。
【００６４】
デジタル測定ヘッド１０に急激な温度変化を与えると結露が生じる場合がある。その場合、配線部分の電気的な絶縁不良と錆の発生、更にはスケール１５の光学的読み取り不良や信号レベルの低下等の不都合が生じる。そのため、本実施の形態では、エアーパージ方式をとっている。これはデジタル測定ヘッド１０のケース２２内部に乾燥空気を送り込んで結露を防ぐ方式である。この場合リトラクト手段で用いるエアを分岐して使用してもよい。また、エアーパージ方式の他に二重ケース構造方式、ヒーター組込み方式、等を用いてもよい。
【００６５】
本発明のデジタル測定ヘッド１０による測定項目としては、外径、内径、段差（高さ）、厚み等の寸法測定、また粗さ、うねり等の表面測定、また形状測定、また位置測定、更に同軸度、同心度、真直度、円筒度、直角度、平行度、テーパ度、線の輪郭度、面の輪郭度、傾斜度、位置度、対称度、円周振れ、全振れ等の幾何公差測定等がある。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のデジタル測定ヘッドによれば、センサにスケールを使用しているので、センサにＬＶＤＴを使用した時の測定範囲１ｍｍ程度に比べ、実用的には数十ｍｍの測定範囲が得られ、広範囲測定が可能になる。また、校正用のマスタをサイズシフトの径毎に用意する必要がなく、マスタの数が削減できるので、セットアップ時間や段取り時間が短縮でき、変種変量生産への対応が簡単になる。マスタ数の削減は、メーカー側及びユーザー側共に、マスタの製作、管理、納期、価格等の面でメリットが大きい。
【００６７】
また、ＬＶＤＴはアナログ信号なのでゼロ点ずれとドリフトがあり、安定待ち時間が必要であったが、本発明のデジタル測定ヘッドではスケールを使用しているので、スケールの読み取り直後にデジタル変換するため、信号処理を行う電気回路もデジタル処理系でよく、起動測定（コールドスタート）が可能であり、起動特性が向上する。
【００６８】
更に温度特性がＬＶＤＴに比べて著しく向上する。その上ＬＶＤＴは器差が大きいため、補正する場合は１つ１つ補正量を確認して補正しなければならず、時間がかかるのに対し、スケールは器差がほとんどないため調整、及び検査の工数を大幅に削減することができる。
【００６９】
また、直動運動する光学式デジタル方式を採用したデジタル測定ヘッドの場合、接触子の回転移動量を直動運動の移動量に変換するための複雑な機構が必要で、可動部分の質量の増加やリンク支点の摩擦などにより応答周波数が悪化するのに対し、本発明のデジタル測定ヘッドは広範囲の測定ができる上に、高速応答周波数特性に優れていることから輪郭形状測定機や表面粗さ測定機等に共用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタル測定ヘッドを表わす側断面図
【図２】Σ型の外径測定用測定ヘッドを表わす側断面図
【図３】支持部材を表わす斜視図
【図４】歯車測定説明する概念図
【図５】回折干渉型スケールユニットを表わす斜視図
【図６】モアレスケールユニットを表わす斜視図
【図７】円弧パターンスケールを説明する概念図
【図８】モアレスケールユニットを表わす構成図
【図９】モアレ縞の読み取りを説明する概念図
【図１０】モアレ縞を表わす平面図
【図１１】ヌルフリンジ型スケールを説明する概念図
【図１２】スケールの配置を説明する概念図
【図１３】本発明の実施形態の変形例を表わす斜視図
【図１４】本発明の別の変形例を表わす概念図
【図１５】ダンパの原理を説明する断面図
【図１６】本発明の実施形態のダンパを説明する断面図
【図１７】ダンパの変形例を説明する断面図
【図１８】ピストンの変形例を説明する概念図
【図１９】円弧誤差を説明する概念図
【図２０】芯ずれ誤差を説明するグラフ
【図２１】円弧誤差の補正値を説明するグラフ
【図２２】従来の測定ヘッドを表わす概念図
【符号の説明】
１０…デジタル測定ヘッド、１１…支点部材、１２…アーム、１３…フィンガ、１４…接触子、１５…スケール、１６…読取りヘッド、１７…加圧部材、１８…ダンパ、１９…ブーツ、２０…ホルダ、２１…ベース、２２…ケース、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…管制部、Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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