(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、
前記測定フィーラに重りを長手軸線方向に移動可能に取付け、又は重りを取替え可能に取付け、前記測定ヘッドの動剛性を可変にすることを特徴とした測定ヘッド。
【請求項２】
測定ヘッドのハウジングに支持され、被測定物と接触する測定フィーラにおいて、
前記測定フィーラの長手軸線方向に重りを移動可能に取付けて、又は重りを取替え可能に取付けて構成することを特徴とした測定フィーラ。
【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、工作機械などにおいて使用される被測定物との接触及び接触による変位を検出する測定ヘッド及びその測定ヘッドの測定フィーラに関し、特に、測定時における振動を抑制する手段を備えた測定ヘッド及び測定フィーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物との接触及び接触後の変位を検出する測定ヘッドは、被測定物に接触する測定フィーラと、測定フィーラを支持するフィーラ支持部と、フィーラ支持部の変位を検出する検出器とを備える。測定フィーラは金属、カーボン、セラミックス等の均質な材料からなる単純な直線形状のものが使用されている。また、検出器には、被測定物との接触を検出するマイクロスイッチなどの手段によるタッチ式や、測定フィーラの変位を検出する差動トランスなどの手段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、二次元形状及び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、被測定物と接触したときの工作機械のもつｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の座標の読みを位置読み取り装置が読み取って、被測定物の寸法、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、測定した寸法が利用される。
【０００４】
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た場合には、測定フィーラ及び測定ヘッドに振動が発生する。その振動の振幅は測定ヘッドの検出器によって接触又は変位として誤検出される可能性がある。したがって、高精度の測定を行うためには、この振動に対する対策を施す必要がある。
【０００５】
このような振動に対する解決策の１つは、発生する振動を所望の測定精度に影響を与えない水準まで減衰させることである。振動を減衰させる変位測定装置が特開平第５−３０９５５１号公報において開示されている。この変位測定装置においては、ハウジング内を液体で満たして、ハウジング内の検出軸のまわりに狭い隙間を設け、その隙間を流体が流通するときの粘性抵抗によって振動減衰を生じさせている。
【０００６】
振動に対する別の解決策は、測定機械又は工作機械の振動による測定フィーラのたわみと接触によって発生する測定フィーラのたわみとを識別することである。振動と接触とによる測定フィーラのたわみを識別する信号処理回路が特開平第５−１８７８０８号公報において開示されている。この信号処理回路においては、たわみに対する信号に対して比較的低めの閾値と比較的高めの閾値との２種類の閾値を設定することによって、誤った信号識別の頻度を少なくしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
測定ヘッドに発生する振動に関しては、上記のような解決策が公知であるが、いずれも測定フィーラ単体で振動を抑制する機能をもつものではなく、公知の測定フィーラでは、測定時の位置決め又は接近動作を行ったときに発生する測定フィーラの振動及びそれに伴う測定ヘッド内の測定フィーラ支持部の振動を抑制することはできない。そのために、測定ヘッドの測定精度又は再現性が悪化し、測定ヘッドの高精度の測定を困難にさせている。
【０００８】
本発明の目的は、測定動作時に測定フィーラに発生する振動を抑制し、それによって測定ヘッド全体の振動を抑制して、高精度の測定を行うことを可能とさせる測定ヘッド及び測定フィーラを提供することである。
【０００９】
【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測定に悪影響を与えない水準まで抑制するために動剛性を変化させる動剛性変更手段を備える測定ヘッド及び測定フィーラを提供する。動剛性変更手段は、測定フィーラに振動減衰性を付与すること及び測定フィーラの系の共振振動数を測定時に発生する振動数の範囲から外すことによって、動剛性を向上させ、測定時の測定フィーラの振動を所望の水準以下にさせる。また、動剛性は、静剛性を高めることによっても高めることができる。
【００１０】
ここで、動剛性は、弾性体の一着力点に作用する周期的な加振力をＦ、同じ弾性体の他の一点でＦによって生ずる変位をＸとするとき、Ｘ／Ｆで定義される特性である。すなわち動剛性は、変動荷重及び慣性力による振動の生じにくい性質を意味しており、動剛性を高めるとは、あらゆる振動数に対する振幅を小さくすることを意味する。動剛性は、静剛性、共振振動数、減衰係数によって変化し、静剛性及び減衰係数を大きくするほど動剛性は高くなる。また、発生する振動の振動数が共振振動数から外れていれば、振幅は小さくなる。
【００１１】
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、前記測定フィーラに重りを長手軸線方向に移動可能に取付け、又は重りを取替え可能に取付け、前記測定ヘッドの動剛性を可変にするようにした測定ヘッドを提供する。
【００１２】
さらに、本発明は、測定ヘッドのハウジングに支持され、被測定物と接触する測定フィーラにおいて、前記測定フィーラの長手軸線方向に重りを移動可能に取付けて、又は重りを取替え可能に取付けて構成するようにした測定フィーラを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の測定ヘッド及び測定フィーラを実施形態に関して詳細に説明する。
図１は、本発明の測定ヘッド及び測定フィーラの実施形態の概念を表す略図である。図１は、タッチ式の測定ヘッドを示しているが、他の形式、例えば、変位測定式の測定ヘッドであってもよい。
【００１４】
測定ヘッド１１は、ハウジング１５と、ハウジング１５に支持されている測定フィーラ１３とを備える。ハウジング１５は、測定フィーラ１３を支持するフィーラ支持部材１７と、フィーラ支持部材１７を付勢する付勢手段１９と、付勢されたフィーラ支持部材１７が突き当たる支点部材２１と、フィーラ支持部材１７の変位を検出する検出器２３とを収容する。図１のタッチ式の測定ヘッド１１の場合には、検出器２３はマイクロスイッチである。変位測定式の測定ヘッド１１の場合には、検出器２３は差動トランスのような変位測定手段となる。
【００１５】
本発明の測定フィーラ１３は、ばね要素２５と減衰要素２７と質量部２９とからなる動剛性変更手段３１を備え、動剛性変更手段３１によって、測定フィーラ１３、及び、測定フィーラ１３と測定ヘッド１１の付勢手段１９とを含めた測定ヘッド全体の動剛性を変化させる。具体的には、ばね要素２５のばね定数、減衰要素２７の減衰係数、質量部２９の質量といった物理定数の少くとも１つを変更すれば良い。
【００１６】
測定ヘッド１１の動剛性を変化させて測定フィーラ１３の振動を抑制するためには、測定フィーラ１３の系に振動減衰性を付与すること又は測定フィーラ１３の系の共振振動数を測定時に発生する振動の振動数の範囲から外すことによって、測定時に発生する振動を測定精度に悪影響を与えない水準以下にすればよい。測定フィーラ１３の系の共振振動数を測定時に発生する振動の振動数の範囲から外すことで、発生し得る振動数範囲内における最大振幅が下がり、見かけ上の動剛性が向上する。また、動剛性は、一定条件であれば、静剛性と比例するので、静剛性を向上させることによって、動剛性を向上させ、測定フィーラ１３の系の振動を抑制することも可能である。
【００１７】
測定フィーラ１３の振動を抑制することは、測定フィーラ１３及び付勢手段１９を含む測定ヘッド１１全体の振動を抑制することにつながる。したがって、測定フィーラ１３の振動を抑制することによって、測定ヘッド１１は高精度の測定をすることが可能となる。
以下において、振動を抑制する動剛性変更手段３１の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
以下の２つの実施形態においては、動剛性変更手段３１は主として測定フィーラ１３の振動減衰性を変化させることによって、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の動剛性を変化させる。
図２は、動剛性変更手段３１の第一実施形態を示す測定フィーラ１３の側面断面図である。図２においては、測定フィーラ１３の測定軸３３の内部に空洞３５を設け、その空洞３５内に振動減衰材３７が封入されている。この場合には、振動減衰材３７として、例えば、オイル、シリコングリース、ウレタンなどが使用される。空洞３５内に振動減衰材３７を封入することにより、測定フィーラ１３、さらには測定ヘッド１１全体の振動減衰性を変化させ、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１に所望の振動減衰性を付与することが可能となる。例えば、オイルの流体摩擦によって振動が減衰される。また、振動減衰材３７を空洞３５に封入することにより、測定フィーラ１３の質量及び内部減衰を変化させ、それによって共振振動数及び振動振幅を変化させて、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の動剛性を変化させることも可能となる。
【００１９】
図３は、動剛性変更手段３１の第二実施形態を示す測定フィーラ１３の側面図である。図３に示される実施形態においては、フィーラ支持部材１７との接合部である測定フィーラ１３の基端部分３９に振動減衰材４１が取り付けられている。この場合には、振動減衰材４１としては、例えば、ゴム、プラスチックなどが使用される。フィーラ支持部材１７と測定フィーラ１３との接合部に振動減衰材４１が取り付けられることによって、測定フィーラ１３に発生した振動が減衰され、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の動剛性が向上する。
【００２０】
測定フィーラ１３の動剛性を変化させるには、測定フィーラ１３の共振振動数を変化させてもよい。以下の２つの実施形態においては、動剛性変更手段３１は主として測定フィーラ１３の共振振動数を変化させる。
図４は動剛性変更手段３１の第三実施形態を示しており、動剛性変更手段３１として重り４３を測定フィーラ１３に付加している。重り４３は測定フィーラ１３の長手軸線方向４５に移動可能となっている。好適には、重り４３はさらに任意の位置に移動可能に重りを固定するための固定手段４７、例えば、ネジを備える。この重り４３の質量及び位置を変更することによって、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の共振振動数が変化する。測定ヘッド１１が取り付けられる測定機械又は工作機械において測定動作時に発生する振動の主な振動数の範囲から共振振動数が外れるように重り４３の質量及び位置を変えることによって、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の動剛性を向上させることが可能となる。重り４３は取り外しを可能とさせることができることから、測定ヘッド１１が取り付けられる測定機械又は工作機械で測定時に発生する主な振動数から共振振動数が外れるように、重りは自由に取り替えることもできる。さらに、従来の測定フィーラ１３に重り４３を付加して、容易に測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の共振振動数を変化させる、すなわち、動剛性を変化させることが可能である。
【００２１】
重り４３は、細長い筒状に形成されたものでもよい。細長い筒状の形状とすることにより、測定フィーラ１３の静剛性を部分的に向上させることができ、それによって、さらに、測定フィーラ１３の動剛性を向上させることができる。
重り４３は複数の部分から構成され、測定フィーラ１３に取り付けるときに１つに組み立てられるようなものでもよい。
【００２２】
図５は動剛性変更手段３１の第四実施形態を示している。測定フィーラ１３の測定軸３３の内部に空洞４９を設け、空洞４９の内側にネジ山を設ける。図５においては、測定フィーラ１３の測定軸３３は測定フィーラ１３の基端部分３９と取り外し可能になっており、測定軸３３の内部の空洞４９は測定軸３３の端部５１において開口している。この測定軸３３の端部５１から動剛性変更手段３１である内部ネジ５３が空洞４９に挿入される。内部ネジ５３の位置を変えることによって、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の共振振動数を変化させる。図４の場合と同様に、測定ヘッド１１が取り付けられる測定機械又は工作機械において測定動作時に発生する振動の振動数の範囲から共振振動数が外れるように内部ネジ５３の位置を変えることによって、測定フィーラ１３及び測定ヘッド１１の動剛性を向上させることが可能となる。また、内部ネジ５３が長い場合には、測定フィーラ１３の静剛性自体に影響を与えるので、静剛性を変えることによって動剛性を変える効果も同時に有する。
【００２３】
図５において、測定フィーラ１３の内部に設けられた空洞４９にネジ山を設けない場合も可能である。この場合には、空洞４９に挿入されるのは内部ネジの代わりに筒状体又は円柱状体となる。このような筒状体又は円柱状体が摩擦力によって空洞内に固定されてもよい。
測定フィーラ１３の動剛性を変化させることは、測定フィーラ１３の質量分布、バネ定数を変えることによって静剛性を変化させることによっても可能となる。
【００２４】
図６は測定フィーラ１３の静剛性を変化させる１つの実施形態を示している。図６においては、測定フィーラ１３は質量分布、ばね定数を変化させるために、従来は均一であった測定フィーラ１３の測定軸３３の形状をテーパ形状にしている。テーパ形状にすることによって、例えば、測定フィーラ１３の質量及び長さを変えることなく、質量分布及びばね定数を変えることができる。
【００２５】
以上に述べたように、本発明によれば、測定フィーラ１３に簡単な改造を施すことによって、容易に測定ヘッド１１の測定精度を向上させることが可能となる。
本発明の測定フィーラは、測定フィーラに発生する振動を抑制するだけでなく、従来の既存の測定ヘッドの測定フィーラ部分に本発明の測定フィーラを適用することにより、測定ヘッド全体の振動を抑制し、高精度の測定を可能とさせる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、測定フィーラに動剛性変更手段を備えることによって、測定時の位置決め及び接近動作により発生する測定フィーラの振動又は測定ヘッド内のフィーラ支持部の振動を減衰又は制振して、測定ヘッドの測定精度（再現性、測定値のバラツキ度合い）を向上させ、高速で高精度の測定を可能にさせる。
【００２７】
さらに、本発明の測定フィーラを従来の減衰又は制振手段を持たない測定ヘッドに使用することで、従来の測定ヘッドの測定精度を向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定ヘッド及び測定フィーラの実施形態の概念を表す略図である。
【図２】測定フィーラに主として振動減衰性を付与する動剛性変更手段の第一実施形態を示す測定フィーラの側面断面図である。
【図３】測定フィーラに主として振動減衰性を付与する動剛性変更手段の第二実施形態を示す測定フィーラの側面図である。
【図４】測定フィーラの共振振動数を変化させる動剛性変更手段の第三実施形態を示す測定フィーラの側面図である。
【図５】測定フィーラの共振振動数を変化させる動剛性変更手段の第四実施形態を示す測定フィーラの側面断面図である。
【図６】測定フィーラの静剛性を変化させる１つの実施形態を示す測定フィーラの側面図である。
【符号の説明】
１１…測定ヘッド
１３…測定フィーラ
１５…ハウジング
２５…ばね要素
２７…減衰要素
２９…質量部
３１…動剛性変更手段
【図１】
0003815910.tif 000002
【図２】
0003815910.tif 000003
【図３】
0003815910.tif 000004
【図４】
0003815910.tif 000005
【図５】
0003815910.tif 000006
【図６】
0003815910.tif 000007