(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、ハウジングに支持され且つ被測定物と接触する測定フィーラとを備える測定ヘッドにおいて、
前記ハウジング内に設けられ、前記測定フィーラの基端部を固定する支持部材と、
前記支持部材に関してフィーラ側に配設された第１の制振手段と、
前記支持部材に関してフィーラの反対側に配設された第２の制振手段と、
を具備し、前記支持部材を支持するための支点が配設されておらず、前記支持部材は、前記第１の制振手段及び前記第２の制振手段によって支持されていることを特徴とした測定ヘッド。
【請求項２】
前記第１の制振手段は、前記フィーラの中心軸線に関して概ね平行に配設された第１のばねと、該第１のばねに並列に配設された第１のダッシュポットとを具備し、
前記第２の制振手段は、前記フィーラの中心軸線に関して概ね平行に配設された第２のばねと、該第２のばねに並列に配設された第２のダッシュポットとを具備する請求項１に記載の測定ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標測定機械、工作機械等において使用される測定対象物との接触又は接触による変位を検知する測定ヘッドに関し、特に、測定時におけるフィーラの振動を抑制する手段を備えた測定ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象物との接触又は接触後の変位を測定する測定ヘッドは、中空のハウジングと、測定対象物に接触させるためのフィーラとを具備している。フィーラは長尺の部材より成り、その一端においてハウジング内に設けられた支持部材（支持板）に固定されている。該支持板は、ハウジング内においてばね等により変位自在に支持されている。更に、ハウジング内には支持板が変位したことを検知するための検知器が配設されている。この種の測定ヘッドでは、フィーラが、その先端部において測定対象物に接触すると、フィーラの先端が変位し、その変位が支持板の変位として現れ、接触した瞬間が検知器にて検知されるのである。検知器には、測定対象物との接触を検知するマイクロスイッチによるタッチ式や、フィーラの変位を検知する差動トランスによる変位測定式などがある。
【０００３】
このような測定ヘッドは、二次元形状や三次元形状を測定する測定機械において使用される。また、この測定ヘッドを工作機械の主軸に装着することも可能である。この場合には、測定対象物と接触したときの工作機械のもつＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置座標を工作機械のＮＣ装置を介して読み取り、測定対象物の寸法、例えば、加工されたワークの寸法を測定する。この場合には、例えば、ワークの加工不足の部分を再度加工するために測定した寸法を利用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
測定時の位置決め又は接近動作を行ったときの加速及び停止によって貫性力が加えられると、測定ヘッド、特にフィーラに振動が発生する。その振動の振幅は測定ヘッドの検知器によって接触又は変位として誤検知され、測定誤差を生じたり測定の再現性が悪化する問題がある。この問題を避けるために、従来技術では、測定ヘッドに振動が生じない程度まで送り速度を低下させている。
【０００５】
本発明は、測定動作時に測定ヘッドに発生する振動を抑制、減衰し、それにより高精度の測定を行うことを可能とさせる測定ヘッドを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定動作時における振動を抑制、減衰するための緩衝手段を測定ヘッドのハウジング内に設けることによりこの問題を解決する。
すなわち、本発明は、ハウジングと、ハウジングに支持され且つ被測定物と接触する測定フィーラとを備える測定ヘッドにおいて、前記ハウジング内に設けられ、前記測定フィーラの基端部を固定する支持部材と、前記支持部材に関してフィーラ側に配設された第１の制振手段と、前記支持部材に関してフィーラの反対側に配設された第２の制振手段とを具備し、前記支持部材を支持するための支点が配設されておらず、前記支持部材は、前記第１の制振手段及び前記第２の制振手段によって支持されていることを特徴とした測定ヘッドを要旨とする。
【０００７】
【作用】
請求項１に記載の本発明では、制振手段により支持部材を両側から支持する共に、支持部材の振動エネルギを熱に変換、散逸する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明に関連する第１の実施形態を説明する。
第１の実施形態による測定ヘッド１１は、中空のハウジング９と、測定対象物に接触させるためのフィーラ７とを具備している。フィーラ７は長尺の部材より成り、その中心軸線Ｏを中心として、その先端７ａが触れ回りできるように揺動自在にハウジング９に支持されている。より詳細には、フィーラ７は、その基端部７ｂがハウジング９内に配設された支持板５（支持部材）に取り付けられており、該支持板５は、ハウジング９の内面から突き出した支点１３と、支持板５を支点１３へ押圧、付勢するためのばね１７と、ばね１７に関して並列に配設された緩衝手段としてのダッシュポット１５とにより支持されている。ばね１７及びダッシュポット１５がフィーラ７の振動を抑制、吸収する振動抑制手段として作用する。更に、ハウジング９内には支持板５が変位したことを検知するためのマイクロスイッチ１９が配設されている。マイクロスイッチ１９は、支持板５が変位したことを検知して検知信号を発生する。なお、図１には２つの支点１３が図示されているが、実際上は、支持板５は３つの支点１３により三点支持される。
【００１０】
測定ヘッド１１を例えば工作機械（図示せず）の主軸等に取り付け、工作機械の送り装置（図示せず）によりワーク（図示せず）等の測定対象物に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に相対的に送ることにより、ワークの各部の寸法を測定するために用いることができる。その際、フィーラ７が、その先端部７ａにおいて測定対象物に接触すると、フィーラ７の先端部７ａが変位し、その変位が支持板５の変位として現れ、接触した瞬間がマイクロスイッチ１９にて検知され、マイクロスイッチ１９から検知信号が発生したときのＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置座標を例えば工作機械のＮＣ装置等により読み取ることによりワークの形状測定が可能となる。
【００１１】
測定ヘッド１１にＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の相対送りを与えるとき、及び、測定ヘッド１１のフィーラ７が測定対象物に接触したとき、フィーラ７が振動する。従来技術による測定ヘッドでは、フィーラの振動の収束に時間がかかり、これが測定誤差の要因となったり、位置測定の再現性を低下させる原因となっている。本実施形態によれば、制振手段としてのばね１７とダッシュポット１５がフィーラ７の振動を抑制、減衰するので上述した従来技術の問題が解決される。
【００１２】
次に、図２を参照して本発明に関連する第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態による測定ヘッド２１は、第１の実施形態の測定ヘッド１１と概ね同様に構成されており、中空のハウジング９と、測定対象物に接触させるためのフィーラ７とを具備し、フィーラ７は、変位可能にハウジング９に支持されている。より詳細には、フィーラ７の基端部７ｂが取り付けられた支持板５は、ハウジング９の内面から突き出した支点１３と、支持板５を支点１３へ押圧、付勢するためのばね２７及びばね２７に関して並列に配設されたダッシュポット２５とにより支持されている。支持板５にはマイクロスイッチ２９が取り付けられている。また、図２には２つの支点２３が図示されているが、実際上は、支持板５は３つの支点２３により三点支持される点も第１の実施形態と同様である。
【００１３】
第１の実施形態では、支点１３は、ハウジング９内において支持板５に関してフィーラ７の反対側に配設されている（図１参照）が、第２の実施形態では、支点２３はハウジング９内において支持板５に関してフィーラ７側に配設されており、制振手段としてのばね２７及びこれに並列に配設されたダッシュポット２５が、支持板５に関してフィーラ７の反対側に配設されている。第２の実施形態においても、制振手段としてのばね２７及びダッシュポット２５がフィーラ７の振動を抑制、減衰する点は第１の実施形態と同様である。
【００１４】
次に、図３を参照して本発明である第３の実施形態を説明する。
第３の実施形態による測定ヘッド３１は、第１と第２の実施形態の測定ヘッド１１、２１と同様に、中空のハウジング９と、測定対象物に接触させるためのフィーラ７とを具備し、フィーラ７は揺動自在にハウジング９に支持されているが、第３の実施形態では、第１と第２の実施形態とは異なり、ハウジング９内には支持板５を支持するための支点が配設されていない。支持板５は、支持板５に関してフィーラ７側に配設された第１の制振手段としての第１のばね３７ａ及びこれに並列に配設された第１のダッシュポット３５ａと、支持板５に関してフィーラ７の反対側に配設された第２の制振手段としての第２のばね３７ｂと、第２のばね３７ｂに関して並列に配設された第２のダッシュポット３５ｂとにより支持されている。支持板５にはマイクロスイッチ３９が取り付けられている。第３の実施形態においても、第１の制振手段としての第１のばね３７ａ、第１のダッシュポット３５ａ、及び、第２の制振手段としての第２のばね３７ｂ、第２のダッシュポット３５ｂがフィーラ７の振動を抑制、減衰する点は第１と第２の実施形態と同様である。
【００１５】
既述の実施形態では、制振手段はフィーラ７の中心軸線Ｏに関して概ね平行に配設されているが、本発明はこれに限定されず、軸線Ｏに関して垂直方向に設けても良い。
【００１６】
次に、図４を参照して本発明に関連する第４の実施形態を説明する。
第４の実施形態による測定ヘッド４１は、既述した実施形態の測定ヘッド１１、２１、３１と同様に、中空のハウジング９と、測定対象物に接触させるためのフィーラ７とを具備し、フィーラ７は揺動自在にハウジング９に支持されている。フィーラ７の基端部７ｂを固定する支持板５は、ハウジング５の内面から突き出した支点４３と、支持板５を支点４３へ押圧、付勢するためのばね４７とにより支持されている。第４の実施形態では、既述した実施形態とは異なり、ダッシュポットは配設されておらず、これに代わって緩衝部材としての弾性ゴム４５により支持板５及び支点４３が包被されている。支持板５にはマイクロスイッチ４９が取り付けられている。
【００１７】
上述したようにして、測定中にフィーラ７が振動すると、その振動は支持板５に伝達される。本実施形態では、この振動は制振手段としてのばね４７及び弾性ゴム４５により抑制、減衰される。弾性ゴム４５の内部減衰により振動を減衰可能であることは言うまでもないが、緩衝部材は、弾性ゴム４５に代えて同様の作用をなす振動吸収性の樹脂から形成することもできる。また、図４では、支点４３はハウジング９の内面において支持板５のフィーラ側の面に当接するように配設されているが、図２に示すように反対側の面に当接するように設けても良い。更に、図４では、支点４３及び支持板５の全体が弾性ゴム４５により包被されているが、弾性ゴム４５は、少なくとも支点４３と支持板５の接触部において両者間を連結するように配設すればよい。
緩衝手段としてダッシュポットやゴム、樹脂を用いず、他の減衰能を有する手段を用いても良い。
また、ばね１７，２７，３７ａ，３７ｂ，４７の縮み代をねじ等で変更可能にして、支持板５の支持力を変更して振動吸収性を変えることもできる。あるいは、ばね１７，２７，３７ａ，３７ｂ，４７のばね定数をばね定数変更手段を用いて変更可能にして、支持板５の支持力を変更して振動吸収性を変えることもできる。
【００１８】
次に、図５を参照して、本発明に関連する第５の実施形態を説明する。
第５の実施形態による測定ヘッド５１は、既述した実施形態の測定ヘッド１１、２１、３１、４１と同様に、中空のハウジング９と、測定対象物に接触させるためのフィーラ７とを具備し、フィーラ７は揺動自在にハウジング９に支持されている。フィーラ７の基端部７ｂが取り付けられた支持板５は、ハウジング５の内面から突き出した支点５３と、支持板５を支点５３へ押圧、付勢するためのばね５７とにより支持されている。第５の実施形態では、第４の実施形態と同様にダッシュポットは配設されておらず、これに代わって振動センサ５９と、加振器５５が支持板５に取り付けられている。既述の実施形態と同様に支持板５にはマイクロスイッチ６１が取り付けられている。
【００１９】
測定中にフィーラ７が振動すると、その振動は支持板５に伝達される。本実施形態では、この振動は振動センサ５９により感知され、その周波数と振幅が検出される。振動センサ５９により検出された周波数と振幅に基づき、別途設けたマイクロプロセッサと加振器のドライバ回路を含む加振器制御装置（図示せず）により、振動センサ５９により検出された振動を打ち消す振動を加振器５５により発生させる。これにより、フィーラ７の振動を抑制、減衰させることが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、フィーラの基端部が固定された支持部材を支点へ押圧するばねと、支持部材とハウジングとの間に設けられた緩衝部材とを含む制振手段がフィーラの振動を抑制、減衰するので、測定ヘッドの測定精度や再現性を改善することが可能となる。更に、本発明によれば、測定ヘッドの測定対象物への接近又は離反動作の間、制振手段がフィーラの振動を抑制、減衰するので測定ヘッドを高速にて移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図２】本発明第２の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図３】本発明第３の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図４】本発明第４の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図５】本発明第５の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【符号の説明】
５…支持板
９…ハウジング
７…フィーラ
１１…測定ヘッド
１３…支点
１５…ダッシュポット
１７…ばね
【図１】
0004079534.tif 000002
【図２】
0004079534.tif 000003
【図３】
0004079534.tif 000004
【図４】
0004079534.tif 000005
【図５】
0004079534.tif 000006