JPH10253309A

JPH10253309A - 接触型変位測定器

Info

Publication number: JPH10253309A
Application number: JP5150197A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ko; 博史高; Naoki Asada; 直樹浅田; Hideki Machitori; 秀樹待鳥; Koichi Kizaki; 廣一鬼崎
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定
圧になる接触型変位測定装置の実現。【解決手段】ベース10と、被測定物101,102 の表面に
接触する測子14を有する変位部材13と、変位部材をベー
スに対して移動可能に支持する支持機構と、変位部材の
変位を検出するための変位検出機構15とを備え、変位部
材の移動に応じて測子の被測定物の表面との接触圧が変
化する接触型変位測定器において、バネ17と、軸がベー
スに固定された軸の回りに回転可能なカム16と、バネの
一端をベースに係合し、他端をカムを介して変位部材に
係合する係合手段18とを備え、変位部材13の移動に応じ
てカム16が回転し、係合手段を介してバネが変位部材を
付勢する力が変化し、変位部材（１３）の移動に応じた
測子の被測定物との接触圧の変化が、バネによる付勢力
の変化で相殺されるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測子が被測定物
（ワーク）の表面に接触し、表面位置に応じて変化する
測子の変位を検出することによりワークの表面位置を測
定する電気マイクロメータなどの接触型変位測定器に関
し、特に表面位置の異なるワークを測定する場合も、測
子のワーク表面に対する接触圧が変化しない接触型変位
測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの表面位置を測定する装置として
電気マイクロメータなどの装置が広く使用されている
が、このような電気マイクロメータを２個組み合わせる
ことによりワークの寸法を測定することができる。この
ようなワークの寸法を測定する装置を使用して、加工中
のワークの寸法を測定し、その検出値に応じて加工動作
を制御することにより、高精度の加工を行うことが行わ
れており、このような目的で使用される寸法測定装置を
自動定寸装置と呼んでいる。

【０００３】電気マイクロメータなどで表面位置又は寸
法を測定する場合、測子を所定の圧力でワークの表面に
接触させる必要がある。この接触圧を測定圧と呼んでい
る。一般に、非常に精密な測定を行う場合には、測定圧
を小さくしてワークを移動させる速度を小さくして測定
を行うが、上記のような加工中のワークの寸法を測定す
る自動定寸装置などでは、ワークが加工のために高速で
回転している上、切削油が供給されるため、ある程度の
測定圧が必要である。

【０００４】電気マイクロメータなどの接触型変位測定
器では、ワークの表面に接触する測子が設けられる変位
部材が、接触位置に応じて変位するようになっており、
その変位部材の位置を検出するようにしている。例えば
電気マイクロメータでは、一端に測子が設けられ、他端
に鉄心が設けられたアームを、支点の回りに回転自在に
支持し、測子の位置に応じてアームが回転して鉄心の位
置が変化し、その位置変化を差動トランスで検出してい
る。このようなアームが支点の回りを回転できる機構で
は、使用に従って支点部が磨耗するという問題がある。
このような問題を防止するため、板バネで弾性支点を形
成する機構が使用されている。

【０００５】図１は、板バネで弾性支点を形成した接触
型変位測定装置の基本構成を示す図である。図１に示す
ように、固定台１１に２枚の板バネ１２ａと１２ｂが平
行に取り付けられている。板バネ１２ａと１２ｂの他の
端は、変位部材１３に取り付けられている。このような
機構により、変位部材１３は固定台１１に対する姿勢を
維持したまま変位できる。変位部材１３にはワーク１０
０の表面に接触する測子１４と鉄心１５が設けられてお
り、ワーク１００の表面位置に応じて測子１３が変位
し、それに応じて変位部材１３と鉄心１５が変位する。
鉄心１５の回りには、差動トランスのボビン３１が設け
られており、鉄心１５の変位が検出できるようになって
いる。差動トランスについては広く知られているので、
ここでは差動トランスについての説明は省略する。上記
の定寸装置では、このような機構が２組設けられてお
り、ワークの径に相当する部分に２個の測子が接触する
ようになっている。

【０００６】図２は、図１に示した機構で測子１４が変
位した時の様子を示す図であり、（１）はワーク１０１
の径が小さく、測子１４が変位範囲の一方の端（下限）
付近にある場合を示し、（２）はワーク１０２の径が大
きく、測子１４が上側大きく変位した場合を示す。参照
番号１０は固定台１１が取付けられる筐体（ベース）を
示す。この機構では、板バネ１２ａと１２ｂが弾性支点
を形成するため、図２の（２）の場合は、板バネ１２ａ
と１２ｂによるバネの力が下方向に働き、測定圧が図２
の（１）の場合に比べて大きくなる。このような測子の
変位に応じた測定圧の変化は、変位部材の自重のみが測
定圧になる場合を除いて、変位部材に何らかのバネ機構
が接続されている場合には、常に生じる。例えば、前述
のアームを支点で支持し、アームの回転モーメントをバ
ランスさせた上で、所定の測定圧を印加するためにアー
ムをバネで付勢する構成でも、測子の変位に応じて測定
圧が変化する。また、図３は測子の変位に応じて測定圧
が変化する機構の他の例を示す図であり、測子がワーク
の下側に接触する場合の機構を示しており、（１）はワ
ーク１０１の径が小さく、測子５５が変位範囲の一方の
端（上限）付近にある場合を示し、（２）はワーク１０
２の径が大きく、測子５５が下側に大きく変位した場合
を示す。図３の機構では、ベース５０に設けられた摺動
軸５１に、変位部材５４に設けられた摺動部材５２ａと
５２ｂが嵌め合わされ、変位部材５４が摺動軸５１、す
なわち、ベース５０に対して移動可能になっている。変
位部材５４は、ベース５０から引張バネ５３で吊り下げ
られており、所定の変位範囲では上側に測定圧が生じる
ようになっている。図３の機構は、上記の摺動部の磨耗
という問題がある。また、図３の機構は、図２の場合と
同様に、変位に応じて測定圧が変化する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、接触型
変位測定装置では、変位部材の自重のみが測定圧になる
場合以外の、変位部材に何らかのバネ機構が接続されて
いる場合には、変位に応じて測定圧が変化する。ワーク
の硬度が十分に高く測定圧の変化が問題にならない場合
もあるが、ワークが柔らかい材質である場合には、測定
圧が大きくなると変形や傷等の問題が発生し、正確な測
定ができない。また、高精度の測定を行うためには、常
時一定の測定圧であることが一般的には望ましい。もち
ろん、ワークの表面位置又は径に応じて測定装置の位置
を調整すれば、測定圧を一定にすることができる。しか
し、測定するワークが異なる度にそのような調整を行う
のは煩雑で、生産工程で使用される定寸装置の場合には
そのような設定を行うために、生産工程を一時停止する
必要があり、コストアップを招くという問題があった。
そのため、ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定
圧になる接触型変位測定装置が要望されていた。

【０００８】本発明はこのような要望を実現するための
もので、ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定圧
になる接触型変位測定装置の実現を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の接触型変位測定装置では、付勢力が測子が
取り付けられる変位部材の変位に応じて変化するバネと
カムで構成される付勢手段を設けて変位部材を付勢す
る。そして、この付勢手段の付勢力の変化で、測定圧の
変化を相殺する。本発明の第１の態様では、カムは１個
で、バネの一端はベースに固定され、他端はカムを介し
て変位部材に係合されるようにする。

【００１０】すなわち、本発明の第１の態様の接触型変
位測定装置は、ベースと、被測定物の表面に接触する測
子を有する変位部材と、変位部材をベースに対して移動
可能に支持する支持機構と、変位部材の変位を検出する
ための変位検出機構とを備え、変位部材の移動に応じて
測子の被測定物の表面との接触圧が変化する接触型変位
測定器において、バネと、軸がベースに固定され、軸の
回りに回転可能なカムと、バネの一端をベースに係合
し、他端をカムを介して変位部材に係合する係合手段と
を備え、変位部材の移動に応じてカムが回転し、係合手
段を介してバネが変位部材を付勢する力が変化し、変位
部材の移動に応じた測子の被測定物の表面との接触圧の
変化が、バネによる付勢力の変化で相殺されるように設
定されていることを特徴とする。

【００１１】本発明の第１の態様によれば、変位部材が
変位するとカムが回転し、バネが変位部材を付勢する力
が変化する。従って、変位部材の移動に応じた測子の被
測定物の表面との接触圧の変化を、カムの形状とバネの
定数を適当に設定することにより、バネによる付勢力の
変化で相殺されるように設定すれば、常に一定の測定圧
になる。第１の態様では、バネの一端はベースに係合さ
れているため、変位部材が移動するとバネの長さが変化
してバネ圧が変化する。従って、カムの形状を決定する
時には、バネ圧の変化も考慮して決定する必要がある。

【００１２】また、本発明の第２の態様では、カムは２
個で、バネの両端はそれぞれのカムを介して変位部材の
両側に係合されるようにする。すなわち、本発明の第２
の態様の接触型変位測定装置は、ベースと、被測定物の
表面に接触する測子を有する変位部材と、変位部材をベ
ースに対して移動可能に支持する支持機構と、変位部材
の変位を検出するための変位検出機構とを備え、変位部
材の移動に応じて測子の被測定物の表面との接触圧が変
化する接触型変位測定器において、バネと、軸が前記ベ
ースに固定され、該軸の回りに回転可能な第１のカム
と、軸がベースに固定され、軸の回りに回転可能な第２
のカムと、バネの一端を第１のカムを介して変位部材の
一方の側に係合し、バネの他端を第２のカムを介して変
位部材の他方の側に係合する係合手段とを備え、変位部
材の移動に応じて第１及び第２のカムが回転し、係合手
段を介してバネが変位部材を付勢する力が変化し、変位
部材の移動に応じた測子の被測定物の表面との接触圧の
変化が、バネによる付勢力の変化で相殺されるように設
定されていることを特徴とする。

【００１３】本発明の第２の態様によれば、変位部材は
バネの力を両側に受け、全体としてバネから受ける力
は、これらの力の差で決定される。変位部材が変位する
と２個のカムが回転し、それぞれの側からバネが変位部
材を付勢する力が変化するので、変位部材がバネから受
ける力も変化する。従って、変位部材の移動に応じた測
子の被測定物の表面との接触圧の変化を、カムの形状と
バネの定数を適当に設定することにより、バネによる変
位部材に与えられる力の変化で相殺されるように設定す
れば、常に一定の測定圧になる。

【００１４】支持機構は、例えば、図１に示したような
板バネにより弾性支点を形成する構造を有する。本発明
は、図３に示した機構や、前述の支点を中心としてアー
ムが回転する機構でバネにより測定圧を与える機構にも
適用可能であるが、変位による測定圧の変化が問題にな
るのは、図１に示したような板バネにより弾性支点を形
成する構造であり、このような構造の接触型変位測定器
に適用すると、特に効果的である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の第１実施例の接
触型変位測定器の測定ヘッドの構成を示す図であり、
（１）はワーク１０１の径が小さく、測子１４が変位範
囲の一方の端（下限）付近にある場合を示し、（２）は
ワーク１０２の径が大きく、測子１４が上側大きく変位
した場合を示す。図示のように、第１実施例の測定ヘッ
ドは、図１及び図２に示した従来の構成に、カム１６と
バネ１７とワイヤ１８を付加した構成である。従って、
この付加した部分についてのみ説明し、従来の構成につ
いては説明を省略する。

【００１６】図４に示すように、変位部材１４の一部
が、ワイヤ１８により偏心カム１６を介して引張バネ１
７の一端に係合されており、引張バネ１７の他端はワイ
ヤによりベースに係合されている。偏心カム１６は偏心
した回転軸穴を有し、この回転軸穴がベースに固定され
た軸に嵌め合わされており、この軸の回りを回転でき
る。ワイヤ１８は偏心カム１６ですべらないように、偏
心カム１６に複数回巻き付けられている。

【００１７】図４の（１）のワーク１０１の径が小さ
く、測子１４が変位範囲の一方の端にある状態では、偏
心カム１６は、長い径が変位部材１４側にきており、短
い径がバネ１７側にきている。長い径と短い径の長さを
それぞれＰとＱとすると、バネ１７がＦ１のバネ力が生
じる状態では、変位部材１３にかかる力Ｆ２は、Ｑ／Ｐ
×Ｆ１で表される。Ｐの方がＱより大きいので、変位部
材１３にかかる力Ｆ２はバネ力Ｆ１より小さい。この状
態から、図４の（２）の径が大きいワーク１０２を測定
する状態に変化したとすると、変位部材１３は上方向に
移動し、バネ１７は縮んで、偏心カム１６が回転する。
この状態で、偏心カム１６の変位部材１４側の半径が
Ｐ’になり、バネ１７側の半径がＱ’になり、バネ１７
のバネ力がＦ１’になったとすると、変位部材１３にか
かる力Ｆ２’は、Ｑ’／Ｐ’×Ｆ１’で表される。バネ
１７は縮むのでＦ１’はＦ１より小さくなるが、Ｐ’の
方がＱ’より小さいので、変位部材１３にかかる力Ｆ
２’はバネ力Ｆ１’より大きくなる。ここで、バネ１７
のバネ定数と偏心カム１６の形状を適当に選択すること
により、図４の（２）の状態で、バネ１７が変位部材１
３にかける力Ｆ２’をＦ２より大きくすることができ
る。すなわち、Ｆ２’−Ｆ２は正であり、図４の（２）
の状態では（１）の状態よりＦ２’−Ｆ２だけ大きな上
方向の力がかかる。

【００１８】ここで、図４の（１）の状態では、板バネ
１２ａと１２ｂは曲がっておらず、変位部材１３に上下
方向の力を与えない。そのため、変位部材１３の自重
と、バネ１７が変位部材１３にかかる力Ｆ２が釣り合う
ようにしておけば、ワーク１０１にかかる測定圧はほぼ
ゼロである。図４の（２）の状態では、板バネ１２ａと
１２ｂは曲がり、変位部材１３に下方向の力を与える。
上記のＦ２’−Ｆ２の力が、この下方向の力と相殺し合
うように設定すれば、測定圧は図４の（１）の状態と同
様にほぼゼロである。

【００１９】なお、第１実施例では、板バネで弾性支点
を形成する構成に本発明を適用した例を示したが、図３
に示した機構や、前述の支点を中心としてアームが回転
する機構でバネにより測定圧を与える機構にも適用可能
である。更に、測定圧をほぼゼロにする例を示したが、
所定の測定圧が常時かかるようにすることもできる。こ
の条件は、板バネの変位範囲、変位部材の自重、バネ１
７の定数、及びカム１６の形状を選択することにより任
意に設定できる。

【００２０】図５は、本発明の第２実施例の接触型変位
測定器の測定ヘッドの構成を示す図であり、（１）はワ
ーク１０１の径が小さく、測子１４が変位範囲の一方の
端（下限）付近にある場合を示し、（２）はワーク１０
２の径が大きく、測子１４が上側大きく変位した場合を
示す。図示のように、第２実施例の測定ヘッドと、第１
実施例の測定ヘッドの構成で異なるのは、２個の偏心カ
ム１９及び２０が設けられており、バネ２１の両端はそ
れぞれのカム１９及び２０を介して変位部材１３の両側
に係合されている点である。変位部材１３はバネ２１の
力を両側に受け、全体としてバネから受ける力は、これ
らの力の差で決定される。第１実施例で説明したのと同
様に、変位部材１３が変位すると２個のカム１９及び２
０が回転し、それぞれの側からバネが変位部材１３を付
勢する力が変化するので、変位部材１３がバネ２０から
受ける力も変化する。従って、板バネ１２ａ及び１２ｂ
の変位による被測定物の表面との接触圧の変化を、２個
の偏心カム１９及び２０の形状とバネ２１の定数を適当
に設定することにより、バネ２１による変位部材１３に
与えられる力の変化で相殺されるように設定すれば、常
に一定の測定圧にできる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワークの大小にかかわらず、常に一定の測定圧になる接
触型変位測定装置が実現され、ワークが柔らかい材質で
ある場合でも変形や傷等の問題を発生せずに正確な測定
が行えるようになる。また、ワークの形状が変化しても
測定装置の位置を調整する必要がないため、煩雑な作業
を必要とせず、生産工程の効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】板バネで弾性支点を形成した従来の接触型変位
測定装置の基本構成を示す図である。

【図２】図１に示した機構で測子が変位した時の様子を
示す図である。

【図３】変位に応じて測定圧の変化が生じる他の機構例
を示す図である。

【図４】本発明を板バネで弾性支点を形成した機構に適
用した第１実施例の測定ヘッドの構成を示す図である。

【図５】本発明を板バネで弾性支点を形成した機構に適
用した第２実施例の測定ヘッドの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０…ベース１１…固定台１２ａ、１２ｂ…板バネ１３…変位部材１４…測子１５…鉄心１６、１９、２０…カム１７、２１…バネ１８、２２…ワイヤ（係合手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼崎廣一東京都三鷹市下連雀九丁目７番１号株式会社東京精密内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース（１０）と、被測定物（１０１、１０２）の表面に接触する測子（１
４）を有する変位部材（１３）と、該変位部材（１３）を前記ベース（１０）に対して移動
可能に支持する支持機構と、前記変位部材（１３）の変位を検出するための変位検出
機構（１５）とを備え、前記変位部材（１３）の移動に
応じて前記測子（１４）の前記被測定物（１０１、１０
２）の表面との接触圧が変化する接触型変位測定器にお
いて、バネ（１７）と、軸が前記ベースに固定され、該軸の回りに回転可能なカ
ム（１６）と、前記バネ（１７）の一端を前記ベース（１０）に係合
し、他端を前記カム（１６）を介して前記変位部材（１
３）に係合する係合手段（１８）とを備え、前記変位部材（１３）の移動に応じて前記カム（１６）
が回転し、前記係合手段（１８）を介して前記バネ（１
７）が前記変位部材（１３）を付勢する力が変化し、前記変位部材（１３）の移動に応じた前記測子（１４）
の前記被測定物（１０１、１０２）の表面との接触圧の
変化が、前記バネ（１６）による付勢力の変化で相殺さ
れるように設定されていることを特徴とする接触型変位
測定器。
【請求項２】ベース（１０）と、被測定物（１０１、１０２）の表面に接触する測子（１
４）を有する変位部材（１３）と、該変位部材（１３）を前記ベース（１０）に対して移動
可能に支持する支持機構と、前記変位部材（１３）の変位を検出するための変位検出
機構（２１）とを備え、前記変位部材（１３）の移動に
応じて前記測子（１４）の前記被測定物（１０１、１０
２）の表面との接触圧が変化する接触型変位測定器にお
いて、バネ（２１）と、軸が前記ベースに固定され、該軸の回りに回転可能な第
１のカム（１９）と、軸が前記ベースに固定され、該軸の回りに回転可能な第
２のカム（２０）と、前記バネ（２１）の一端を前記第１のカム（１９）を介
して前記変位部材（１３）の一方の側に係合し、前記バ
ネ（２１）の他端を前記第２のカム（２０）を介して前
記変位部材（１３）の他方の側に係合する係合手段（２
２）とを備え、前記変位部材（１３）の移動に応じて前記第１及び第２
のカム（１９，２０）が回転し、前記係合手段（２２）
を介して前記バネ（２１）が前記変位部材（１３）を付
勢する力が変化し、前記変位部材（１３）の移動に応じた前記測子（１４）
の前記被測定物（１０１、１０２）の表面との接触圧の
変化が、前記バネ（２１）による付勢力の変化で相殺さ
れるように設定されていることを特徴とする接触型変位
測定器。
【請求項３】請求項１に記載の接触型変位測定器であ
って、前記支持機構は、前記固定台（１１）と前記変位部材
（１３）に固定された、前記移動方向に略垂直な平面が
板面である複数枚の平行な板バネ（１２ａ、１２ｂ）で
ある接触型変位測定器。