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JP3587915B2 - Touch signal probe - Google Patents
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JP3587915B2 - Touch signal probe - Google Patents

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JP3587915B2
JP3587915B2 JP26525795A JP26525795A JP3587915B2 JP 3587915 B2 JP3587915 B2 JP 3587915B2 JP 26525795 A JP26525795 A JP 26525795A JP 26525795 A JP26525795 A JP 26525795A JP 3587915 B2 JP3587915 B2 JP 3587915B2
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は三次元測定機等によって被測定物の形状等を測定する場合に用いられるタッチ信号プローブに係り、特に、振動子の支持部の構造の改良に関する。
【0002】
【背景技術】
被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定機としてハイトゲージ(一次元測定機)、三次元測定機、輪郭測定機等が知られているが、その場合の座標検出や位置検出を行うために、測定機には被測定物との接触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。
【0003】
このタッチ信号プローブの従来構造が特開平6−221806号に示されている。このタッチ信号プローブ110は、図6に示される通り、中空の円筒状のスタイラスホルダ112を備え、このスタイラスホルダ112の内側下端には略円柱状の振動子114がその軸方向の略中央部の支持点に貫通された支持ピン118で支持されている。
【0004】
振動子114の下端には、測定時に被測定物と当接する接触球114Aが取り付けられているとともに、その上端には、接触球114Aと同重量のバランサー114Bが取り付けられている。振動子114の略中央部には圧電素子116が接着剤等で取り付けられている。
この圧電素子116の表面電極は、振動子114を振動させる加振素子と、振動子114の振動を電気信号として取り出す検出素子とに分割されている。加振素子に適当な周波数の電気を印加すると、振動子114は支持ピン118を振動の節とし、接触球114Aを振動の腹として共振振動する。
【0005】
この共振振動を拘束しないように、振動子114をスタイラスホルダ112に支持するが必要がある。理想的には、振動の節部を面積のない点で強固に支持することである。即ち、振動を拘束すると、拘束部分においてエネルギー損失が生じ、感度の劣化につながることになるため、なるべく柔らかく振動子114をスタイラスホルダ112に支持しなければならない。
しかしながら、振動子114の先端側接触球114Aは三次元測定機等の本体に直接接続されるスタイラスホルダ112と一定の幾何学的関係にあるという前提で計測原理が成り立っているので、スタイラスホルダ112と振動子114との位置関係を常に一定に保つように強固に支持しなければならない。
従って、振動子114へのスタイラスホルダ112の支持は、共振状態を拘束しないように柔らかく行うとともに、両者の位置関係を多少の外乱によらず一定に保つように行うという相反する要求を満たさなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開平6−221806号で示される従来例では、振動子114の中央部に細い径の支持ピン118を挿通して取り付け、そのピン118の両端をスタイラスホルダ112に固定しているので、振動子114の振動が拘束されにくいという利点はあるが、振動子114の先端部に過度の力が作用すると、振動子114が支持ピン118の軸回りに回転し、振動子114とスタイラスホルダ112との位置関係がずれるという問題点がある。
【0007】
この問題点を解決するため、図7に示される通り、支持ピン118に代えて支持ピン118より断面積の大きい角柱120で振動子114を支持することが考えられる。
しかし、角柱120で振動子114の中央部両側を支持することは、振動子114の振動を拘束し、感度が低下するという不都合がある。
【0008】
その上、図6及び図7で示されるタッチ信号プローブでは、振動子114の中央部両側に支持ピン118や角柱120を張り出し、その両端をスタイラスホルダ112の固定する構造のため、剛性が高くなり、外乱振動に対して強いという利点があるが、温度変化がある場合、往々にしてスタイラスホルダ112の全体の温度分布が均一となり難い。
そのため、前記タッチ信号プローブでは、温度変化に伴ってスタイラスホルダ112の形状が歪んだ際に、支持部分を介して振動子114に熱応力が与えられることになり、振動子114の振動モードが変化するという問題点がある。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、振動子をスタイラスホルダに確実に支持し、かつ、温度変化があっても振動を妨害せずに高感度・高精度を達成できるタッチ信号プローブを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は、振動子を、その軸方向と交差する方向の片側に延伸された腕部を介してスタイラスホルダに片持ち状態で結合して前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明のタッチ信号プローブは、スタイラスホルダと、このスタイラスホルダに支持されているとともに先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱状の振動子と、この振動子の軸方向固有振動の節近傍に配置されるとともに前記固有振動数に略一致した振動数で前記振動子を加振する加振素子と、前記振動子の軸方向固有振動の節近傍に配置されるとともに前記接触部が被測定物に接触する際にこの接触による振動状態の変化を検出する検出素子とを含むタッチ信号プローブにおいて、前記振動子は、スタイラス本体と、このスタイラス本体の軸方向固有振動の節部に設けられるとともに前記加振素子及び前記検出素子を取り付けるための取付部とを備え、この取付部は、前記振動子の軸方向固有振動の節部にあって前記振動子の軸方向と交差する方向の片側に延伸する腕部を有し、この腕部にて前記振動子を前記スタイラスホルダに結合することを特徴とする。
【0011】
この構成の本発明では、振動子と支持部である腕部とを一体化して結合したから、スタイラスホルダと振動子との位置関係を一定に維持し、振動子のスタイラスホルダへの支持を確実なものにできる。その上、振動子がスタイラスホルダに片持ち状態で支持されているから、熱変形によりスタイスホルダの変形があっても、支持部分を介して振動子に熱応力が与えられることが少なく、振動子の振動モードが変化することがない。
【0012】
ここで、本発明では、前記振動子、前記取付部及び前記スタイラスホルダを一体形成した構造でもよい。
この構造では、タッチ信号プローブの構造を簡易にできるとともに組立作業が容易に行える。
【0013】
また、本発明では、前記スタイラスホルダはホルダ側取付板部を備え、前記振動子は、前記腕部設けられ前記ホルダ側取付板部に取付可能なスタイラス側取付板部を有する構造としてもよい。
この構造では、スタイラスホルダに対して振動子が着脱自在に取り付けられるので、振動子の交換作業が容易に行える。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るタッチ信号プローブの好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、各実施の形態中、同一又は同様構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図1は第1の実施の形態に係るタッチ信号プローブの要部を示す斜視図、図2は図1のタッチ信号プローブの分解斜視図である。
図1に示すように、第1の実施の形態に係るタッチ信号プローブ1は、側面L形状のスタイラスホルダ2と、このスタイラスホルダ2の一片部2Aに支持された略柱状の振動子3と、この振動子3に取り付けられた圧電素子4とを備え、スタイラスホルダ2が図示しない三次元測定機等の移動軸に取り付けられ、この移動軸が移動しながら被測定物との接触を検出し、接触時の座標を読み取ることによって形状等を測定する。
【0015】
振動子3は、略円柱状のスタイラス本体5と、このスタイラス本体5の軸方向固有振動の節部である中央部に設けられるとともに圧電素子4を取り付けるための取付部6とを備えた構成である。
スタイラス本体5は、その一端に測定時に被測定物と当接する接触部である接触球5Aを有し、その他端に接触球5Aと同重量のバランサー5Bを有する構造である。このバランサー5Bは、振動子3の一端に接触球5Aが取り付けられているため、共振時における振動の節が振動子3の中心から外れないように重量バランスをとり、且つタッチ信号プローブ1の全体が振動子3の振動方向と交差する方向に移動して加速度を受けた時に支持点の回りのモーメントを受けないようにするためのものである。従って、バランサー5Bの形状は接触球5Aと同一であってもよく、相違してもよい。
【0016】
図2に示される通り、取付部6は、表裏両面に取付片6Aを有するとともに、その内部にスタイラス本体5を挿通する挿通孔6Bを有するボックス状に形成されている。スタイラス本体5は挿通孔6Bに挿通された後ロー付け等により取付部6に固定される。なお、スタイラス本体5の挿通孔6Bへの挿通作業を容易にするため、スタイラスホルダ2の他片部2Bには挿通孔2Cが形成され、接触球5Aは、挿通孔6Bへ挿通された後にスタイラス本体5にロー付等で固定されるようになっている。
【0017】
取付部6のスタイラス本体5の軸方向と直交する方向の片側に腕部7が延伸され、この腕部7を介して振動子3がスタイラスホルダ2に結合されている。腕部7は取付部6及びスタイラスホルダ2に一体に形成されるものである。腕部7の断面形状は、図1及び図2で示す矩形状の他に、円形状、楕円形状等の種々の形状である。
【0018】
圧電素子4は、同一形状の2個が接着剤等によって、取付部6の取付片6Aに取り付けられている。
これらの圧電素子4は、振動子3の固有振動数に略一致した振動数で振動子3を加振する加振素子4Aと、振動子3の接触球5Aが被測定物に接触する際にこの接触による振動状態の変化を検出する検出素子4Bとに二分されており、これらの素子4A,4Bは、特開平6−221806号に示される回路により作動される。即ち、加振素子4A及び検出素子4Bには図示しない2本の信号線が配線されており、これらの信号線のうち一方の信号線はアクチュエータとして振動子3を振動させる駆動回路に接続され、他方の信号線は振動子3の振動を検出する検出回路に接続されている。2つの圧電素子4から配線された各信号線は各々並列に接続され、また、これらの圧電素子4の裏面には同一電極で共通のアース線が接続されている。
【0019】
次に、第1の実施の形態に係るタッチ信号プローブ1の作用を説明する。
被測定物の形状等を測定する際は、加振素子4Aに適当な周波数の電気を印加する。すると、加振素子4Aが所定の振動数で発振を始め、圧電素子4は共振状態となる。共振時には、振動子3の中心である腕部7が振動の節となり、振動子3の端部、つまり、接触球5A、バランサー5Bが振動の腹となる。
共振状態で接触球5Aが被測定物に接触すると、この接触による振動の拘束に対応して振動子3にエネルギの損失が生じるため、検出素子4Bから送られる振動子3のセンサ信号が変化する。すると、このセンサ信号の変化が回路によって検出され、測定機本体にタッチ信号が出力される。その結果、そのときの座標値が測定機本体に取り込まれ、これにより座標検出が行われる。
【0020】
従って、第1の実施の形態によれば、▲1▼スタイラスホルダ2に略柱状の振動子3を支持し、この振動子3の軸方向固有振動の節近傍に加振素子4A及び検出素子4Bを配置したタッチ信号プローブ1において、振動子3の軸方向固有振動の節部にあって振動子3の軸方向と交差する方向の片側に腕部7を延伸し、この腕部7を介して振動子3をスタイラスホルダ2に結合したから、スタイラスホルダ2と振動子3との位置関係を一定に維持して振動子3のスタイラスホルダ2への支持を確実なものにでき、その上、振動子3がスタイラスホルダ2に片持ち状態で支持されることになるため、熱変形によりスタイスホルダ2の変形があっても、振動子3に熱応力が与えられることが少なく、振動を妨害せずにプローブの高感度・高精度を達成できる。
【0021】
さらに、▲2▼振動子3は、スタイラスホルダ2に対して共振時の節の部分で支持されているので、外乱振動に対して鈍感な、即ち、安定性が高く誤検出が生じないプローブが実現可能である。
また、第1の実施の形態では、▲3▼振動子3は、スタイラス本体5と、このスタイラス本体5の軸方向固有振動の節部に設けられるとともに圧電素子4(加振素子4A及び検出素子4B)を取り付けるための取付部6とを備え、この取付部6、スタイラスホルダ2及び腕部7を一体形成したから、タッチ信号プローブ1の構造を簡易にできるとともに組立作業が容易に行える。従って、組み立てが容易であるから、安価で長期の使用にも性能劣化のないタッチ信号プローブ1を実現できる。
【0022】
さらに、▲4▼取付部6は、その内部に1本のスタイラス本体5を挿通する挿通孔6Bを有する構造とされているから、振動子3の組立作業を容易に行える。
また、▲5▼スタイラス本体5と腕部7との角度を直交するようにしたから、この点からもタッチ信号プローブ1の製造が容易となる。
【0023】
次に、本発明の第2の実施の形態を図3ないし図5に基づいて説明する。
第2の実施の形態はスタイラスホルダ、振動子及び腕部の構成が第1の実施の形態と相違するものであり、他の構成は第1の実施の形態と同じである。
図3は第2の実施の形態に係るタッチ信号プローブの要部を示す断面図、図4は図3のタッチ信号プローブの分解斜視図である。
これらの図において、第2の実施の形態に係るタッチ信号プローブ11は、スタイラスホルダ12と、このスタイラスホルダ12に支持された略柱状の振動子13と、この振動子13に取り付けられた前記圧電素子4とを備え、スタイラスホルダ12が図示しない三次元測定機等の移動軸に取り付けられている。
【0024】
スタイラスホルダ12は、略有底円筒状に形成されるとともに開口部に軸方向に沿って所定の長さのスリット12Bが形成された本体12Aと、この本体12Aのスリット12Bの近傍に一体形成されたホルダ側取付板部12Cとを備えた構成である。
振動子13は、前記スタイラス本体5と、このスタイラス本体5の軸方向固有振動の節部に設けられるとともに圧電素子4を取り付けるための取付部16とを備え、この取付部16は、前記取付部6と同様構成の本体16Aと、この本体16Aのスタイラス本体5の軸方向と直交する方向の片側に延伸された前記腕部7を介して設けられねじ20でホルダ側取付板部12Cに取付可能なスタイラス側取付板部16Bとから構成されている。
【0025】
ここで、腕部7、本体16A及びスタイラス側取付板部16Bは一体に形成されている。スタイラスホルダ12のスリット12Bは、腕部7が挿通されるに十分な幅寸法を有する。
スタイラス本体5は、その中央部で接触球5Aを有する第1分割体5Cとバラサー5Bを有する第2分割体5Dとに2分割され、これらの分割体5C,5Dは挿通孔6Bに左右両側から挿通された後ロー付け等により取付部16に固定される。
【0026】
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と作用が同じであり、第1の実施の形態の▲1▼▲2▼の効果を奏することができる他に次の効果を奏することができる。
即ち、第2実施例では、スタイラスホルダ12はホルダ側取付板部12Cを備え、振動子13は、スタイラス本体5と、このスタイラス本体5の軸方向固有振動の節部に設けられるとともに加振素子4A及び検出素子4Bを取り付けるための取付部16とを備え、この取付部16は、スタイラス本体5の軸方向と直交する方向の片側に延伸された腕部7を介して設けられホルダ側取付板部12Cに取付可能なスタイラス側取付板部16Bを有する構成としたから、スタイラスホルダ12に対して振動子13が着脱自在に取り付けられるので、振動子13の交換作業が容易に行える。
【0027】
また、腕部7と取付部16を構成する本体16A及びスタイラス側取付板部16Bとを一体に形成したから、振動子13の構造が簡易になる。
なお、第2の実施の形態では、図5に示される通り、本体16Aと腕部7及びスタイラス側取付板部16Bとを別体に製造し、これらをロー付けや接着等の適宜な手段で一体結合する構成でもよい。
【0028】
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。
【0029】
例えば、前記各実施の形態では、三次元測定機に適用した場合について説明したが、本発明では、これに限らずハイトゲージ(一次元測定機)、二次元測定機、輪郭測定機等に適用することも可能である。
また、腕部7の延伸方向はスタイラス本体5の軸方向と交差していればよく、必ずしも直交していることを要しない。
さらに、振動子3,13に取付部6,16を必ずしも設けることの要せず、スタイラス本体5に圧電素子4を直接取り付ける構造でもよい。
【0030】
また、前記各実施の形態では、加振素子4A及び検出素子4Bを構成する圧電素子4を振動子3,13の中央に配置したが、本発明では、圧電素子4を特開平6−221806号に示される他の軸方向固有振動の節近傍に配置してもよい。
さらに、加振素子4A及び検出素子4Bは必ずしも1枚の圧電素子4から形成することを要せず、例えば、これらの素子4A,4Bを別々の圧電素子から構成し、これらの圧電素子を異なる振動子3,13の軸方向固有振動の節近傍に配置してもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スタイラスホルダに略柱状の振動子を支持し、この振動子の軸方向固有振動の節近傍に加振素子及び検出素子を配置したタッチ信号プローブにおいて、振動子の軸方向固有振動の節部にあって振動子の軸方向と交差する方向の片側に腕部を延伸し、この腕部を介して振動子をスタイラスホルダに結合したから、スタイラスホルダと振動子との位置関係を一定に維持して振動子のスタイラスホルダへの支持を確実なものにでき、その上、振動子がスタイラスホルダに片持ち状態で支持されることになるため、熱変形によりスタイスホルダの変形があっても、振動子に熱応力が与えられることが少なく、振動を妨害せずにプローブの高感度・高精度を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るタッチ信号プローブの要部を示す斜視図である。
【図2】図1のタッチ信号プローブの分解斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るタッチ信号プローブの要部を示す断面図である。
【図4】図3のタッチ信号プローブの分解斜視図である。
【図5】第2の実施の形態に係るタッチ信号プローブの取付部の詳細を示す斜視図である。
【図6】従来のタッチ信号プローブの要部を示す一部を破断した斜視図である。
【図7】本発明の成立の前提となったタッチ信号プローブの要部を示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
1,11 タッチ信号プローブ
2,12 スタイラスホルダ
3,13 振動子
4 圧電素子
4A 加振素子
4B 検出素子
5 スタイラス本体
6,16 取付部
7 腕部
12C ホルダ側取付板部
16B スタイラス側取付板部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a touch signal probe used when measuring the shape or the like of an object to be measured by a three-dimensional measuring device or the like, and more particularly, to an improvement in a structure of a support portion of a vibrator.
[0002]
[Background Art]
Height gauges (one-dimensional measuring machines), three-dimensional measuring machines, contour measuring machines, etc. are known as measuring machines for measuring the shape, dimensions, etc. of an object to be measured. In addition, a touch signal probe for detecting contact with an object to be measured is used for the measuring device.
[0003]
A conventional structure of this touch signal probe is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221806. As shown in FIG. 6, the touch signal probe 110 includes a hollow cylindrical stylus holder 112, and a substantially columnar vibrator 114 is provided at a lower end inside the stylus holder 112 at a substantially central portion in the axial direction. It is supported by a support pin 118 that penetrates the support point.
[0004]
At the lower end of the vibrator 114, a contact ball 114A that is in contact with the object to be measured at the time of measurement is attached, and at the upper end thereof, a balancer 114B having the same weight as the contact ball 114A is attached. A piezoelectric element 116 is attached to a substantially central portion of the vibrator 114 with an adhesive or the like.
The surface electrode of the piezoelectric element 116 is divided into a vibrating element that vibrates the vibrator 114 and a detection element that extracts the vibration of the vibrator 114 as an electric signal. When electricity of an appropriate frequency is applied to the vibrating element, the vibrator 114 resonates and vibrates with the support pin 118 as a node of vibration and the contact ball 114A as an antinode of vibration.
[0005]
It is necessary to support the vibrator 114 on the stylus holder 112 so as not to restrain the resonance vibration. Ideally, the node of the vibration should be firmly supported in the arealess area. That is, if the vibration is restrained, energy loss occurs in the restrained portion, leading to deterioration in sensitivity. Therefore, the vibrator 114 must be supported by the stylus holder 112 as softly as possible.
However, the measurement principle is established on the premise that the tip contact ball 114A of the vibrator 114 has a certain geometric relationship with the stylus holder 112 directly connected to the main body of the coordinate measuring machine or the like. And the vibrator 114 must be firmly supported to keep the positional relationship constant.
Therefore, the support of the stylus holder 112 on the vibrator 114 must be soft so as not to restrict the resonance state, and must satisfy the conflicting demands of maintaining the positional relationship between them both constant without any disturbance. No.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example disclosed in JP-A-6-221806, a support pin 118 having a small diameter is inserted and attached to the center of the vibrator 114, and both ends of the pin 118 are fixed to the stylus holder 112. Although there is an advantage that the vibration of the vibrator 114 is hardly restrained, when an excessive force acts on the tip of the vibrator 114, the vibrator 114 rotates around the axis of the support pin 118, and the vibrator 114 and the stylus holder 112 There is a problem that the positional relationship is shifted.
[0007]
In order to solve this problem, as shown in FIG. 7, it is conceivable that the vibrator 114 is supported by a prism 120 having a larger sectional area than the support pin 118 instead of the support pin 118.
However, supporting both sides of the central portion of the vibrator 114 with the prism 120 restrains the vibration of the vibrator 114 and has a disadvantage that sensitivity is reduced.
[0008]
In addition, the touch signal probe shown in FIGS. 6 and 7 has a structure in which the support pins 118 and the prisms 120 are extended on both sides of the central portion of the vibrator 114 and both ends thereof are fixed to the stylus holder 112, so that the rigidity is increased. Although there is an advantage that the stylus holder 112 is strong against disturbance vibration, when there is a temperature change, it is often difficult to make the entire temperature distribution of the stylus holder 112 uniform.
Therefore, in the touch signal probe, when the shape of the stylus holder 112 is distorted due to a temperature change, thermal stress is applied to the vibrator 114 via the support portion, and the vibration mode of the vibrator 114 changes. There is a problem that.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to reliably support a vibrator on a stylus holder, and to achieve high sensitivity and high accuracy without disturbing vibration even when there is a temperature change. It is to provide a touch signal probe that can be achieved.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, an object of the present invention is to achieve the above object by connecting a vibrator to a stylus holder in a cantilever manner via an arm extending to one side in a direction intersecting the axial direction thereof.
Specifically, the touch signal probe of the present invention includes a stylus holder, a substantially columnar vibrator that is supported by the stylus holder and has a contact portion at its tip that comes into contact with the object to be measured, and a shaft of the vibrator. A vibrating element that is disposed near a node of the direction natural vibration and vibrates the vibrator at a frequency substantially equal to the natural frequency, and disposed near a node of the axial natural vibration of the vibrator; In a touch signal probe including a detection element for detecting a change in a vibration state due to the contact when the contact portion comes into contact with an object to be measured, the vibrator includes a stylus body and an axial natural vibration of the stylus body. and a mounting portion for together provided knurl mounting the vibrating element and the detecting element, the mounting portion, the vibration in the section of the axial natural frequency of the oscillator It has an arm portion which extends to one side in the direction orthogonal to the axial direction of the child, characterized by coupling the transducer to the stylus holder at the arms.
[0011]
In the present invention having this configuration, since the vibrator and the arm, which is the support portion, are integrated and connected, the positional relationship between the stylus holder and the vibrator is maintained constant, and the support of the vibrator to the stylus holder is ensured. It can be something. In addition, since the vibrator is supported by the stylus holder in a cantilever state, even if the Stice holder is deformed due to thermal deformation, the vibrator is rarely subjected to thermal stress via the supporting portion, and the vibrator is supported by the stylus holder. The vibration mode does not change.
[0012]
In the present invention, the vibrator, the attachment portion and the stylus holder may be integrally formed structure.
With this structure, the structure of the touch signal probe can be simplified and the assembling operation can be easily performed.
[0013]
In the present invention, the stylus holder is provided with a holder-side mounting plate portion, the vibrator have a structure having a attachable stylus side mounting plate portion provided in the front Kiude portion the holder-side mounting plate portion Good.
In this structure, the vibrator is detachably attached to the stylus holder, so that the vibrator can be easily replaced.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the touch signal probe according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in each embodiment, the same or similar components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of the touch signal probe according to the first embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the touch signal probe of FIG.
As shown in FIG. 1, a touch signal probe 1 according to the first embodiment includes a stylus holder 2 having an L-shaped side surface, a substantially columnar vibrator 3 supported by one piece 2A of the stylus holder 2, A piezoelectric element 4 attached to the vibrator 3; a stylus holder 2 attached to a moving shaft such as a three-dimensional measuring machine (not shown); the moving shaft detects contact with an object to be measured while moving; The shape and the like are measured by reading the coordinates at the time of contact.
[0015]
The vibrator 3 has a configuration including a substantially cylindrical stylus main body 5, and a mounting portion 6 provided at a central portion of the stylus main body 5, which is a node of the natural vibration in the axial direction, for mounting the piezoelectric element 4. is there.
The stylus main body 5 has a structure having a contact ball 5A, which is a contact portion that comes into contact with the object to be measured at one end, and a balancer 5B having the same weight as the contact ball 5A at the other end. Since the contact ball 5A is attached to one end of the vibrator 3, the balancer 5B balances weight so that a node of vibration at the time of resonance does not deviate from the center of the vibrator 3, and balances the touch signal probe 1. Is moved in a direction intersecting with the vibration direction of the vibrator 3 so as not to receive a moment around the support point when receiving acceleration. Therefore, the shape of the balancer 5B may be the same as or different from that of the contact ball 5A.
[0016]
As shown in FIG. 2, the attachment portion 6 is formed in a box shape having attachment pieces 6 </ b> A on both front and back surfaces and having an insertion hole 6 </ b> B through which the stylus body 5 is inserted. After the stylus body 5 is inserted into the insertion hole 6B, it is fixed to the mounting portion 6 by brazing or the like. In order to facilitate the work of inserting the stylus body 5 into the insertion hole 6B, an insertion hole 2C is formed in the other piece 2B of the stylus holder 2, and the stylus 5A is inserted into the stylus after being inserted into the insertion hole 6B. The main body 5 is fixed by brazing or the like.
[0017]
An arm 7 extends to one side of the mounting portion 6 in a direction orthogonal to the axial direction of the stylus body 5, and the vibrator 3 is coupled to the stylus holder 2 via the arm 7. The arm 7 is formed integrally with the attachment 6 and the stylus holder 2. The cross-sectional shape of the arm 7 is not limited to the rectangular shape shown in FIGS. 1 and 2, but may be various shapes such as a circular shape and an elliptical shape.
[0018]
Two piezoelectric elements 4 having the same shape are attached to the attachment piece 6A of the attachment portion 6 by an adhesive or the like.
When the piezoelectric element 4 vibrates the vibrator 3 at a frequency substantially equal to the natural frequency of the vibrator 3, the vibrating element 4A and the contact ball 5A of the vibrator 3 contact the object to be measured. It is divided into a detection element 4B for detecting a change in the vibration state due to the contact, and these elements 4A and 4B are operated by a circuit shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221806. That is, two signal lines (not shown) are wired to the excitation element 4A and the detection element 4B, and one of these signal lines is connected to a drive circuit that vibrates the vibrator 3 as an actuator, The other signal line is connected to a detection circuit that detects vibration of the vibrator 3. Each signal line wired from the two piezoelectric elements 4 is connected in parallel, and a common ground line is connected to the back surfaces of these piezoelectric elements 4 with the same electrode.
[0019]
Next, the operation of the touch signal probe 1 according to the first embodiment will be described.
When measuring the shape and the like of the object to be measured, electricity of an appropriate frequency is applied to the vibrating element 4A. Then, the vibration element 4A starts oscillating at a predetermined frequency, and the piezoelectric element 4 is brought into a resonance state. At the time of resonance, the arm 7 which is the center of the vibrator 3 serves as a node of vibration, and the end of the vibrator 3, that is, the contact ball 5A and the balancer 5B serve as antinodes of vibration.
When the contact ball 5A comes into contact with the measured object in the resonance state, energy loss occurs in the vibrator 3 in response to the restraint of the vibration due to the contact, so that the sensor signal of the vibrator 3 sent from the detection element 4B changes. . Then, a change in the sensor signal is detected by the circuit, and a touch signal is output to the measuring device main body. As a result, the coordinate values at that time are taken into the measuring instrument main body, and thereby the coordinate detection is performed.
[0020]
Therefore, according to the first embodiment, {circle around (1)} the substantially columnar vibrator 3 is supported on the stylus holder 2, and the vibrating element 4A and the detecting element 4B are located near the node of the vibrator 3 in the axial natural vibration. In the touch signal probe 1 in which is disposed, the arm 7 is extended to one side in a direction intersecting with the axial direction of the vibrator 3 at the node of the natural vibration of the vibrator 3 in the axial direction, and through the arm 7 Since the vibrator 3 is coupled to the stylus holder 2, the positional relationship between the stylus holder 2 and the vibrator 3 can be kept constant to ensure that the vibrator 3 is supported on the stylus holder 2, and furthermore, the vibration Since the stylus holder 2 supports the stylus holder 2 in a cantilever state, even if the stylus holder 2 is deformed due to thermal deformation, the vibrator 3 is less likely to be subjected to thermal stress and does not hinder the vibration. Achieve high sensitivity and high accuracy of the probe It can be.
[0021]
(2) Since the vibrator 3 is supported by the stylus holder 2 at the node at the time of resonance, a probe that is insensitive to disturbance vibration, that is, has high stability and does not cause erroneous detection. It is feasible.
In the first embodiment, (3) the vibrator 3 is provided on the stylus main body 5 and the node of the natural vibration in the axial direction of the stylus main body 5, and the piezoelectric element 4 (the vibrating element 4A and the detecting element 4). 4B), the mounting portion 6, the stylus holder 2 and the arm portion 7 are integrally formed, so that the structure of the touch signal probe 1 can be simplified and the assembling operation can be easily performed. Accordingly, since the assembling is easy, the touch signal probe 1 which is inexpensive and does not deteriorate in performance even for long-term use can be realized.
[0022]
Furthermore, (4) the mounting portion 6 has a structure having an insertion hole 6B through which one stylus main body 5 is inserted, so that the assembling work of the vibrator 3 can be easily performed.
(5) Since the angle between the stylus main body 5 and the arm 7 is made orthogonal, the manufacture of the touch signal probe 1 is also easy from this point.
[0023]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the stylus holder, the vibrator, and the arm, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
FIG. 3 is a sectional view showing a main part of the touch signal probe according to the second embodiment, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the touch signal probe of FIG.
In these drawings, the touch signal probe 11 according to the second embodiment includes a stylus holder 12, a substantially columnar vibrator 13 supported by the stylus holder 12, and the piezoelectric device attached to the vibrator 13. The stylus holder 12 is attached to a moving shaft of a coordinate measuring machine (not shown).
[0024]
The stylus holder 12 is formed in a substantially cylindrical shape with a bottom and has a slit 12B of a predetermined length formed in the opening along the axial direction, and is integrally formed near the slit 12B of the main body 12A. And a holder-side mounting plate 12C.
The vibrator 13 includes the stylus main body 5 and a mounting portion 16 provided at a node of the stylus main body 5 for natural vibration in the axial direction and for mounting the piezoelectric element 4. 6 and the arm 16 extending to one side of the body 16A in a direction orthogonal to the axial direction of the stylus body 5 and attached to the holder-side mounting plate 12C with screws 20. And a stylus-side mounting plate 16B.
[0025]
Here, the arm 7, the main body 16A, and the stylus-side mounting plate 16B are integrally formed. The slit 12B of the stylus holder 12 has a width dimension sufficient for the arm 7 to be inserted.
The stylus body 5 is divided into a first divided body 5C having a contact ball 5A and a second divided body 5D having a ballast 5B at the center thereof, and these divided bodies 5C and 5D are inserted into the insertion hole 6B from the left and right sides. After being inserted, it is fixed to the mounting portion 16 by brazing or the like.
[0026]
In the second embodiment, the operation is the same as that of the first embodiment, and the following effects can be obtained in addition to the effects (1) and (2) of the first embodiment. it can.
That is, in the second embodiment, the stylus holder 12 includes the holder-side mounting plate portion 12C, and the vibrator 13 is provided on the stylus main body 5 and the node of the stylus main body 5 for the natural vibration in the axial direction. 4A and a mounting portion 16 for mounting the detecting element 4B. The mounting portion 16 is provided via an arm 7 extending to one side in a direction orthogonal to the axial direction of the stylus main body 5 and is provided on a holder side mounting plate. Since the stylus-side mounting plate portion 16B that can be mounted to the portion 12C is provided, the vibrator 13 is detachably mounted on the stylus holder 12, so that the vibrator 13 can be easily replaced.
[0027]
Further, since the arm 7, the main body 16 </ b> A and the stylus-side mounting plate 16 </ b> B forming the mounting part 16 are formed integrally, the structure of the vibrator 13 is simplified.
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the main body 16A, the arm portion 7, and the stylus-side mounting plate portion 16B are manufactured separately, and these are appropriately formed by brazing, bonding, or the like. It may be configured to be integrally connected.
[0028]
As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it is possible.
[0029]
For example, in each of the embodiments described above, a case where the present invention is applied to a three-dimensional measuring machine is described. However, the present invention is not limited to this, and is applied to a height gauge (one-dimensional measuring machine), a two-dimensional measuring machine, a contour measuring machine, and the like. It is also possible.
In addition, the extending direction of the arm portion 7 only needs to intersect with the axial direction of the stylus main body 5 and does not necessarily need to be orthogonal.
Further, the structure in which the piezoelectric elements 4 are directly attached to the stylus body 5 may be employed without necessarily providing the attachment portions 6 and 16 in the vibrators 3 and 13.
[0030]
In each of the above embodiments, the piezoelectric element 4 constituting the vibrating element 4A and the detecting element 4B is disposed at the center of the vibrators 3 and 13. In the present invention, the piezoelectric element 4 is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221806. May be arranged in the vicinity of a node of another axial natural vibration.
Further, the vibrating element 4A and the detecting element 4B do not necessarily need to be formed from one piezoelectric element 4. For example, these elements 4A and 4B are formed from separate piezoelectric elements, and these piezoelectric elements are different. The vibrators 3 and 13 may be arranged near nodes of the axial natural vibration.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a touch signal probe in which a substantially columnar vibrator is supported on a stylus holder, and a vibrating element and a detecting element are arranged near nodes of an axial natural vibration of the vibrator, The arm is extended to one side in the direction intersecting with the axis of the vibrator at the node of the vibrator's axial natural vibration, and the vibrator is connected to the stylus holder via this arm. Since the positional relationship with the vibrator is maintained constant, the vibrator can be reliably supported by the stylus holder, and furthermore, the vibrator is supported by the stylus holder in a cantilever state. Accordingly, even if the Steis holder is deformed, thermal stress is less likely to be applied to the vibrator, and high sensitivity and high accuracy of the probe can be achieved without disturbing the vibration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a touch signal probe according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the touch signal probe of FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main part of a touch signal probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the touch signal probe of FIG. 3;
FIG. 5 is a perspective view showing details of a mounting portion of a touch signal probe according to a second embodiment.
FIG. 6 is a partially broken perspective view showing a main part of a conventional touch signal probe.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a main part of a touch signal probe on which the present invention is based.
[Explanation of symbols]
1,11 touch signal probe 2,12 stylus holder 3,13 vibrator 4 piezoelectric element 4A vibrating element 4B detecting element 5 stylus body 6,16 mounting part 7 arm part 12C holder side mounting plate part 16B stylus side mounting plate part

Claims (3)

スタイラスホルダと、このスタイラスホルダに支持されているとともに先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱状の振動子と、この振動子の軸方向固有振動の節近傍に配置されるとともに前記固有振動数に略一致した振動数で前記振動子を加振する加振素子と、前記振動子の軸方向固有振動の節近傍に配置されるとともに前記接触部が被測定物に接触する際にこの接触による振動状態の変化を検出する検出素子とを含むタッチ信号プローブにおいて、
前記振動子は、スタイラス本体と、このスタイラス本体の軸方向固有振動の節部に設けられるとともに前記加振素子及び前記検出素子を取り付けるための取付部とを備え、
この取付部は、前記振動子の軸方向固有振動の節部にあって前記振動子の軸方向と交差する方向の片側に延伸する腕部を有し、この腕部にて前記振動子を前記スタイラスホルダに結合することを特徴とするタッチ信号プローブ。
A stylus holder, a substantially columnar vibrator supported by the stylus holder and having a contact portion at its tip for contacting an object to be measured, the vibrator being disposed near a node of an axial natural vibration of the vibrator, and A vibrating element that vibrates the vibrator at a frequency substantially equal to a frequency, and a vibrating element that is disposed near a node of the axial natural vibration of the vibrator and the contact portion contacts the object to be measured. In a touch signal probe including a detection element for detecting a change in vibration state due to contact,
The vibrator includes a stylus main body, and a mounting portion provided at a node of the axial natural vibration of the stylus main body and mounting the vibrating element and the detection element,
The mounting portion has an arm portion which extends to one side in the direction orthogonal to the axial direction of the vibrator In the section of the axial natural frequency of the vibrator, wherein the vibrator at the arms A touch signal probe, which is coupled to a stylus holder.
請求項1記載のタッチ信号プローブにおいて、前記取付部及び前記スタイラスホルダが一体形成されていることを特徴とするタッチ信号プローブ。Touch signal probe in the touch signal probe according to claim 1, before Quito attaching portion and the stylus formal Da is characterized in that it is integrally formed. 請求項1記載のタッチ信号プローブにおいて、前記スタイラスホルダはホルダ側取付板部を備え、前記振動子は、前記腕部設けられ前記ホルダ側取付板部に取付可能なスタイラス側取付板部を有することを特徴とするタッチ信号プローブ。In the touch signal probe according to claim 1, wherein the stylus holder is provided with a holder-side mounting plate portion, the vibrator can be attached stylus side mounting plate portion to the holder-side mounting plate provided in the front Kiude portion A touch signal probe, comprising:
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