JP7801952B2 - Contact probe stylus - Google Patents
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Description
本開示は、接触式プローブのスタイラスに関する。 This disclosure relates to a stylus for a contact probe.
特許文献1は、工作機械によって加工された加工製品の形状及び寸法を測定するためのプロービング装置を開示している。当該装置は、加工製品の表面に接触して加工製品を測定するように構成されたスタイラスと、スタイラスを保持して移動させるように構成された送り装置とを備える。スタイラスの先端には、略球形状の接触子(先端チップ)が設けられている。送り装置がスタイラスを加工製品に近づけていき、接触子が加工製品に接触したときの位置を取得することで、加工製品の形状及び寸法が測定される。 Patent Document 1 discloses a probing device for measuring the shape and dimensions of a workpiece machined by a machine tool. The device includes a stylus configured to contact the surface of the workpiece to measure the workpiece, and a feeder configured to hold and move the stylus. A roughly spherical contactor (tip) is provided at the tip of the stylus. The feeder moves the stylus closer to the workpiece, and the position of the contactor when it comes into contact with the workpiece is obtained, thereby measuring the shape and dimensions of the workpiece.
本開示は、強度に優れ且つ複雑な形状の加工製品を測定することが可能な接触式プローブのスタイラスを説明する。 This disclosure describes a contact probe stylus that is highly durable and capable of measuring processed products with complex shapes.
接触式プローブのスタイラスの一例は、所定の第1の方向に沿って延びる柱形状を呈する基端部と、基端部に接続された先端部とを備える。先端部は、基端部から先端部の先端側に向かうにつれて先細りとなる略三角柱形状を呈しており、第1の方向に沿って延びる第1の主面と、第1の方向と直交する第2の方向において第1の主面とは反対側に位置し、且つ、第1の方向に対して傾斜して延びる、第2の主面と、先端に位置する接触子とを含む。第1の主面と第2の主面とが成す傾斜角が鋭角である。接触子の表面は、第1の方向及び第2の方向の双方に直交する第3の方向から見たときに、略円弧状を呈している。接触子のうち第1の主面側の部分は、第1の主面よりも第2の主面から第1の主面に向かう方向に突出している。 An example of a contact probe stylus has a base end portion having a columnar shape extending along a predetermined first direction, and a tip end portion connected to the base end. The tip end portion has a generally triangular prism shape that tapers from the base end toward the tip end of the tip end portion, and includes a first main surface extending along the first direction, a second main surface located opposite the first main surface in a second direction perpendicular to the first direction and extending at an angle relative to the first direction, and a contactor located at the tip. The inclination angle formed by the first main surface and the second main surface is acute. The surface of the contactor has a generally arc shape when viewed from a third direction perpendicular to both the first and second directions. The portion of the contactor on the first main surface side protrudes beyond the first main surface in a direction from the second main surface toward the first main surface.
本開示に係る接触式プローブのスタイラスによれば、強度に優れ且つ複雑な形状の加工製品を測定することが可能となる。 The contact probe stylus disclosed herein makes it possible to measure highly durable processed products with complex shapes.
以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。本明細書において、図の上、下、右、左というときは、図中の符号の向きを基準とすることとする。図1には、X軸、Y軸及びZ軸により規定される直交座標系が例示されている。当該直交座標系において、Y軸は鉛直上向き(第1の方向)に延びており、X軸はY軸に直交するように水平方向(第3の方向)に延びており、Z軸はX軸及びY軸の双方に直交するように水平方向(第2の方向)に延びている。 In the following description, the same elements or elements with the same functions will be designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. In this specification, when referring to the top, bottom, right, and left of a figure, reference will be made to the orientation of the reference numerals in the figure. Figure 1 illustrates an example of a Cartesian coordinate system defined by the X, Y, and Z axes. In this Cartesian coordinate system, the Y axis extends vertically upward (first direction), the X axis extends horizontally (third direction) so as to be perpendicular to the Y axis, and the Z axis extends horizontally (second direction) so as to be perpendicular to both the X and Y axes.
[加工装置の構成]
まず、図1を参照して、接触式プローブ10が搭載される加工装置1について説明する。加工装置1は、加工対象物W(例えば、金属製のブロックなど)を加工する機能と、加工対象物Wを加工して得られた加工製品Pの形状及び寸法を測定する機能とを有する。加工製品Pは、例えば、金型部品であってもよい。当該金型部品は、例えば、シート状の母材(金属板など)を打ち抜く打抜装置を構成する部品であってもよい。加工製品Pの形状は、例えば、直方体形状、円柱形状、多角柱形状、その他の異形状であってもよい。
[Configuration of processing device]
First, referring to FIG. 1 , a processing device 1 equipped with a contact probe 10 will be described. The processing device 1 has a function of processing a workpiece W (e.g., a metal block) and a function of measuring the shape and dimensions of a processed product P obtained by processing the workpiece W. The processed product P may be, for example, a mold part. The mold part may be, for example, a component constituting a punching device that punches out a sheet-like base material (e.g., a metal plate). The shape of the processed product P may be, for example, a rectangular parallelepiped, a cylindrical shape, a polygonal prism, or any other irregular shape.
加工装置1は、図1に示されるように、ベースユニット2と、加工ユニット3と、測定ユニット4と、ディスプレイ5と、コントローラCtr(制御部)とを備える。加工装置1は、これらの一部又は全部を収容可能に構成された筐体(図示せず)をさらに備えていてもよい。 As shown in FIG. 1, the processing device 1 includes a base unit 2, a processing unit 3, a measurement unit 4, a display 5, and a controller Ctr (control unit). The processing device 1 may further include a housing (not shown) configured to accommodate some or all of these components.
ベースユニット2は、ベース2aと、ガイド機構2bと、ステージ2cとを含む。ベース2aは、ガイド機構2b及びステージ2cを下側から支持するように構成されている。ガイド機構2bは、ベース2a上に取り付けられている。ガイド機構2bは、例えば、リニアアクチュエータであってもよい。ガイド機構2bは、例えば、レール2dと、ブロック(図示せず)とを含んでいてもよい。当該ブロックは、コントローラCtrからの指示に基づいて、レール2d(Z軸)に沿って往復移動可能に構成されていてもよい。 The base unit 2 includes a base 2a, a guide mechanism 2b, and a stage 2c. The base 2a is configured to support the guide mechanism 2b and the stage 2c from below. The guide mechanism 2b is attached to the base 2a. The guide mechanism 2b may be, for example, a linear actuator. The guide mechanism 2b may include, for example, a rail 2d and a block (not shown). The block may be configured to be able to move back and forth along the rail 2d (Z-axis) based on instructions from the controller Ctr.
ステージ2cは、上面(載置面)に載置された加工対象物W又は加工製品Pを吸着保持するように構成されている。ステージ2cは、例えば、マグネットチャックであってもよいし、真空チャックであってもよい。ステージ2cは、少なくとも一つの加工対象物W又は加工製品Pを保持してもよいし、複数の加工対象物W又は加工製品Pを保持してもよい。ステージ2cは、ガイド機構2bのブロックに接続されていてもよい。そのため、ブロックがレール2dを往復移動すると、ステージ2cに保持されている加工対象物W又は加工製品Pも共にレール2d(Z軸)に沿って往復移動する。 Stage 2c is configured to suction-hold a workpiece W or a processed product P placed on its upper surface (mounting surface). Stage 2c may be, for example, a magnetic chuck or a vacuum chuck. Stage 2c may hold at least one workpiece W or processed product P, or may hold multiple workpieces W or processed products P. Stage 2c may be connected to a block of guide mechanism 2b. Therefore, when the block moves back and forth along rail 2d, the workpiece W or processed product P held on stage 2c also moves back and forth along rail 2d (Z-axis).
加工ユニット3は、加工対象物Wが所定形状の加工製品Pとなるように加工対象物Wを加工する機能を有する。加工ユニット3は、ベースユニット2の上方に配置されていてもよい。加工ユニット3は、工具3aと、シャフト3bと、カバー部材3cと、駆動機構3dとを含む。 The processing unit 3 has the function of processing the workpiece W so that it becomes a processed product P of a predetermined shape. The processing unit 3 may be disposed above the base unit 2. The processing unit 3 includes a tool 3a, a shaft 3b, a cover member 3c, and a drive mechanism 3d.
工具3aは、加工対象物Wに接触した状態で加工対象物Wを加工するように構成されている。例えば、加工装置1が研削装置である場合には、工具3aは、加工対象物Wを研削加工する砥石であってもよい。当該砥石は、例えば、回転ホイールに砥粒層が設けられた研削ホイールなどであってもよい。当該研削ホイールの形状は、例えば、JIS B 4141:1998にて定められる形状記号「4B2」(いわゆる片Vフェイス)であってもよいし(図1参照)、「1EE1」(いわゆるVフェイス)であってもよい。当該研削ホイールの先端径は、仕上げ加工用の場合に例えば30μm~60μm程度であってもよいし、粗加工用の場合に50μm~200μm程度であってもよい。当該研削ホイールの先端角度は、例えば、10°~40°程度であってもよい。 The tool 3a is configured to process the workpiece W while in contact with the workpiece W. For example, if the processing device 1 is a grinding device, the tool 3a may be a grinding stone that grinds the workpiece W. The grinding stone may be, for example, a grinding wheel with an abrasive layer provided on a rotating wheel. The shape of the grinding wheel may be, for example, shape symbol "4B2" (so-called single V-face) defined in JIS B 4141:1998 (see Figure 1) or "1EE1" (so-called V-face). The tip diameter of the grinding wheel may be, for example, approximately 30 μm to 60 μm for finish processing and approximately 50 μm to 200 μm for rough processing. The tip angle of the grinding wheel may be, for example, approximately 10° to 40°.
シャフト3bは、X軸に沿って延びている。シャフト3bの一端には、工具3aが取り付けられている。シャフト3bの中心軸と工具3aの中心軸とは略一致していてもよい。シャフト3bの他端には、駆動機構3dが取り付けられている。 The shaft 3b extends along the X-axis. The tool 3a is attached to one end of the shaft 3b. The central axis of the shaft 3b and the central axis of the tool 3a may be approximately aligned. The drive mechanism 3d is attached to the other end of the shaft 3b.
カバー部材3cは、工具3aによる加工対象物Wの加工に伴い発生する切り屑や粉塵が周囲に飛散するのを抑制するように構成されている。カバー部材3cは、工具3aの周囲を覆うように、プレート3eを介して駆動機構3dに取り付けられている。カバー部材3cは、図1に例示されるように、工具3aの背面を覆う背板と、工具3aの各側面をそれぞれ覆う一対の側板とを含んでおり、Y軸方向から見たときに略C字形状を呈していてもよい。カバー部材3c及びプレート3eには、シャフト3bが挿通可能な貫通孔又は切欠部が設けられていてもよい。 The cover member 3c is configured to prevent chips and dust generated when the workpiece W is machined by the tool 3a from scattering around. The cover member 3c is attached to the drive mechanism 3d via the plate 3e so as to cover the periphery of the tool 3a. As illustrated in FIG. 1, the cover member 3c includes a back plate that covers the back surface of the tool 3a and a pair of side plates that cover each side surface of the tool 3a, and may have a roughly C-shape when viewed from the Y-axis direction. The cover member 3c and the plate 3e may be provided with a through-hole or cutout through which the shaft 3b can be inserted.
駆動機構3dは、コントローラCtrからの指示に基づいて、シャフト3bを支持して回転させるように構成されている。シャフト3bの回転に伴い、シャフト3bの中心軸を回転軸として、工具3aも回転する。駆動機構3dは、コントローラCtrからの指示に基づいて、シャフト3b及びカバー部材3cをY軸に沿って上下動させるように構成されている。このとき、シャフト3bに取り付けられている工具3aも共に上下方向に往復移動する。駆動機構3dは、コントローラCtrからの指示に基づいて、シャフト3b及びカバー部材3cをX軸に沿って進退させるように構成されている。このとき、シャフト3bに取り付けられている工具3aも共に水平方向に往復移動する。駆動機構3dによるシャフト3b及びカバー部材3cの動作タイミング及び動作速度、シャフト3bの回転数などは、例えば、コントローラCtrに記憶されている加工製品Pの設計データ(例えば、CADデータなど)に基づいて設定されてもよい。 The drive mechanism 3d is configured to support and rotate the shaft 3b based on instructions from the controller Ctr. As the shaft 3b rotates, the tool 3a also rotates, with the central axis of the shaft 3b as the axis of rotation. The drive mechanism 3d is configured to move the shaft 3b and the cover member 3c up and down along the Y axis based on instructions from the controller Ctr. At this time, the tool 3a attached to the shaft 3b also moves back and forth in the vertical direction. The drive mechanism 3d is configured to move the shaft 3b and the cover member 3c back and forth along the X axis based on instructions from the controller Ctr. At this time, the tool 3a attached to the shaft 3b also moves back and forth in the horizontal direction. The operation timing and operation speed of the shaft 3b and the cover member 3c by the drive mechanism 3d, the number of rotations of the shaft 3b, etc. may be set, for example, based on design data (e.g., CAD data) of the processed product P stored in the controller Ctr.
測定ユニット4は、加工ユニット3によって加工された加工対象物W、すなわち、加工製品Pの形状及び寸法を測定するように構成されている。測定ユニット4は、支持部材4aと、接触式プローブ10とを含む。 The measurement unit 4 is configured to measure the shape and dimensions of the workpiece W processed by the processing unit 3, i.e., the processed product P. The measurement unit 4 includes a support member 4a and a contact probe 10.
支持部材4aは、プレート3eに取り付けられている。このように、比較的剛性の高いプレート3eに支持部材4aが設けられることで、支持部材4aに振動が伝わり難くなるので、測定ユニット4による測定精度が向上する。支持部材4aは、図1に例示されるように、カバー部材3cの側方に隣接して位置していてもよい。支持部材4aは、接触式プローブ10を吊り下げた状態で支持している。そのため、接触式プローブ10は、ステージ2cの上方に位置している。 The support member 4a is attached to the plate 3e. By providing the support member 4a on the relatively rigid plate 3e in this way, vibrations are less likely to be transmitted to the support member 4a, improving the measurement accuracy of the measurement unit 4. The support member 4a may be located adjacent to the side of the cover member 3c, as shown in FIG. 1. The support member 4a supports the contact probe 10 in a suspended state. Therefore, the contact probe 10 is located above the stage 2c.
支持部材4aは、図示しない駆動機構を含んでおり、コントローラCtrからの指示に基づいて、接触式プローブ10を上下動させるように構成されていてもよい。支持部材4aは、例えば、加工ユニット3によって加工対象物Wが加工されているときには接触式プローブ10を上昇させ、加工ユニット3によって加工対象物Wが加工されておらず加工製品Pを測定するときには接触式プローブ10を下降させてもよい。 The support member 4a may include a drive mechanism (not shown) and may be configured to move the contact probe 10 up and down based on instructions from the controller Ctr. For example, the support member 4a may raise the contact probe 10 when the workpiece W is being processed by the processing unit 3, and may lower the contact probe 10 when the workpiece W is not being processed by the processing unit 3 and the processed product P is being measured.
接触式プローブ10は、ハウジング11と、スタイラス20とを含む。ハウジング11は、支持部材4aに支持されている。ハウジング11は、図示しない弾性部材(例えば、コイルバネなど)を介してスタイラス20を弾性的に保持している。そのため、スタイラス20が加工製品Pに接触すると、スタイラス20がハウジング11側に押し込まれる。ハウジング11内には図示しないセンサが設けられており、スタイラス20の位置変化をセンサが検出することにより、スタイラス20が加工製品Pに接触したと判断される。 The contact probe 10 includes a housing 11 and a stylus 20. The housing 11 is supported by a support member 4a. The housing 11 elastically holds the stylus 20 via an elastic member (e.g., a coil spring) not shown. Therefore, when the stylus 20 comes into contact with the processed product P, the stylus 20 is pushed into the housing 11. A sensor (not shown) is provided within the housing 11, and when the sensor detects a change in the position of the stylus 20, it is determined that the stylus 20 has come into contact with the processed product P.
スタイラス20は、超硬合金(例えば、タングステンカーバイド)で構成されていてもよい。スタイラス20は、図2~図4に例示されるように、基端部21と、先端部22と、接触子23とを含む。 The stylus 20 may be made of a cemented carbide (e.g., tungsten carbide). As illustrated in Figures 2 to 4, the stylus 20 includes a base end 21, a tip end 22, and a contact 23.
基端部21は、ハウジング11に取り付けられた状態で、上下方向(Y軸)に沿って延びている。基端部21は、四角柱形状を呈していてもよいし(図2及び図3参照)、他の形状(例えば、その他の角柱状、円柱状など)を呈していてもよい。基端部21は、水平方向(X軸)において対向する一対の主面S1,S2を含む。主面S1,S2は、上下方向(Y軸)に沿って延びている。主面S1は、基端部21の下部において主面S2側に向けて窪んでいてもよい(図2及び図4参照)。すなわち、主面S1は、階段状を呈していてもよい。この場合、基端部21の上部のうち主面S1側の部分21a(第1の部分)は、基端部21の下部のうち主面S1側の部分21bよりも外方に向けて突出している。 When attached to the housing 11, the base end 21 extends in the vertical direction (Y-axis). The base end 21 may have a rectangular prism shape (see Figures 2 and 3) or another shape (e.g., another rectangular prism shape, a cylindrical shape, etc.). The base end 21 includes a pair of principal surfaces S1, S2 that face each other in the horizontal direction (X-axis). The principal surfaces S1, S2 extend in the vertical direction (Y-axis). The principal surface S1 may be recessed toward the principal surface S2 at the lower part of the base end 21 (see Figures 2 and 4). In other words, the principal surface S1 may have a stepped shape. In this case, the portion 21a (first portion) of the upper part of the base end 21 on the principal surface S1 side protrudes outward more than the portion 21b of the lower part of the base end 21 on the principal surface S1 side.
先端部22は、基端部21の先端(下端)に一体的に接続されている。先端部22は、基端部21から先端部22の先端側に向かうにつれて先細りとなる三角柱形状を呈している。そのため、先端部22は、側方(Z軸)から見たときに、三角形状を呈している。 The tip portion 22 is integrally connected to the tip (lower end) of the base portion 21. The tip portion 22 has a triangular prism shape that tapers from the base portion 21 toward the tip of the tip portion 22. Therefore, the tip portion 22 has a triangular shape when viewed from the side (Z axis).
先端部22は、水平方向(X軸)において対向する一対の主面S3,S4を含む。主面S3(第1の主面)は、上下方向(Y軸)に沿って延びている。すなわち、主面S3は、主面S1と一体的に連続して延びている。主面S4は、水平方向(X軸)において主面S3とは反対側に位置している。主面S4は、上下方向(Y軸)に対して傾斜して延びている。そのため、主面S4は、主面S2の下端から屈曲して延びている。 The tip portion 22 includes a pair of principal surfaces S3, S4 that face each other in the horizontal direction (X-axis). The principal surface S3 (first principal surface) extends along the vertical direction (Y-axis). That is, the principal surface S3 extends integrally and continuously with the principal surface S1. The principal surface S4 is located on the opposite side of the principal surface S3 in the horizontal direction (X-axis). The principal surface S4 extends at an angle relative to the vertical direction (Y-axis). Therefore, the principal surface S4 extends at a bent angle from the lower end of the principal surface S2.
主面S3,S4がなす傾斜角θ(図4参照)は、鋭角である。傾斜角θは、加工対象物Wの加工に用いた研削ホイールの先端角度よりも小さく設定されていてもよい。傾斜角θは、例えば、5°~35°程度であってもよいし、8°~28°程度であってもよい。 The inclination angle θ (see Figure 4) formed by the main surfaces S3 and S4 is an acute angle. The inclination angle θ may be set smaller than the tip angle of the grinding wheel used to machine the workpiece W. The inclination angle θ may be, for example, approximately 5° to 35°, or approximately 8° to 28°.
接触子23は、先端部22の先端(下端)に設けられている。接触子23は、側方(Z軸)から見たときに、扇形を呈している。すなわち、接触子23の表面は、側方(Z軸)から見たときに、略円弧状を呈している。換言すれば、接触子23は、円柱がその中心軸方向において部分的に切除された形状(略半円柱状)を呈している。接触子23の半径rは、例えば、15μm~200μm程度であってもよいし、25μm~150μm程度であってもよい。接触子23の半径rは、加工対象物Wの加工に用いた研削ホイールの先端径よりも小さく設定されていてもよいし、加工製品Pの表面形状のうち最小の曲率半径よりも小さく設定されていてもよい。接触子23の中心角φは、例えば、150°~200°程度であってもよい。この場合、スタイラス20のコンパクト化を図りつつ、スタイラス20の剛性を高めることが可能となる。 The contactor 23 is provided at the tip (lower end) of the tip portion 22. When viewed from the side (Z axis), the contactor 23 has a fan shape. That is, when viewed from the side (Z axis), the surface of the contactor 23 has a generally arc-like shape. In other words, the contactor 23 has a shape similar to a cylinder partially cut away along its central axis (a generally semi-cylindrical shape). The radius r of the contactor 23 may be, for example, approximately 15 μm to 200 μm, or approximately 25 μm to 150 μm. The radius r of the contactor 23 may be set smaller than the tip diameter of the grinding wheel used to machine the workpiece W, or may be set smaller than the smallest radius of curvature of the surface shape of the processed product P. The central angle φ of the contactor 23 may be, for example, approximately 150° to 200°. In this case, it is possible to increase the rigidity of the stylus 20 while making it more compact.
図2及び図4に例示されるように、接触子23のうち主面S3側の部分23a(第2の部分)は、主面S3よりも外方に向けて突出している。すなわち、接触子23のうち主面S3側の部分23aは、主面S3よりも、主面S4から主面S3に向かう方向(X軸の負側)に突出している。換言すれば、主面S3は、基端部21の上部のうち主面S1側の部分21a及び接触子23のうち主面S3側の部分23aに対して窪んでいる。そのため、主面S3と、部分21a,23aとによって凹部Cが形成されている。 As illustrated in Figures 2 and 4, the portion 23a (second portion) of the contactor 23 on the main surface S3 side protrudes outward beyond the main surface S3. That is, the portion 23a of the contactor 23 on the main surface S3 side protrudes beyond the main surface S3 in the direction from the main surface S4 toward the main surface S3 (the negative side of the X-axis). In other words, the main surface S3 is recessed relative to the portion 21a of the upper part of the base end 21 on the main surface S1 side and the portion 23a of the contactor 23 on the main surface S3 side. Therefore, the main surface S3 and the portions 21a and 23a form a recess C.
部分23aは、上下方向(Y軸)から見たときに、部分21aと重なり合っている。この場合、平板を加工してスタイラス20を作成する際に、加工が容易となる。 When viewed from the top-bottom direction (Y-axis), portion 23a overlaps portion 21a. In this case, processing the flat plate to create the stylus 20 is easier.
図4に例示されるように、側方(Z軸)から見たときに、接触子23と主面S4とは、交点Qにおいて接続されている。側方(Z軸)から見たときに、交点Qにおける接触子23の接線は、主面S4と略一致していてもよい。この場合、接触子23から主面S4にかけて連続的に延びるので、スタイラス20の剛性を確保しやすくなる。また、この場合、平板を加工してスタイラス20を作成する際に、加工が容易となる。 As illustrated in Figure 4, when viewed from the side (Z axis), the contactor 23 and the main surface S4 are connected at the intersection Q. When viewed from the side (Z axis), the tangent to the contactor 23 at the intersection Q may be approximately coincident with the main surface S4. In this case, the contactor 23 extends continuously from the main surface S4, making it easier to ensure the rigidity of the stylus 20. In addition, this makes it easier to process the stylus 20 by machining a flat plate.
ディスプレイ5は、コントローラCtrからの指示に基づいて、種々の情報を画面上に表示する機能を有する。ディスプレイ5に表示される情報は、例えば、加工対象物W又は加工製品Pのサイズ、加工対象物W又は加工製品Pの位置、加工条件、測定条件、後述する移動経路T(図5参照)などを含んでいてもよい。 The display 5 has the function of displaying various information on the screen based on instructions from the controller Ctr. The information displayed on the display 5 may include, for example, the size of the workpiece W or the processed product P, the position of the workpiece W or the processed product P, the processing conditions, the measurement conditions, and the movement path T (see FIG. 5) described below.
コントローラCtrは、例えば、記録媒体(図示せず)に記録されているプログラム又はオペレータからの操作入力等に基づいて、加工装置1の各部(ガイド機構2b、駆動機構3d、測定ユニット4)をそれぞれ動作させるための指示信号を生成し、これらに当該指示信号をそれぞれ送信するように構成されている。コントローラCtrは、測定ユニット4によって測定された加工製品Pの測定データを、測定ユニット4から受信するように構成されている。 The controller Ctr is configured to generate instruction signals for operating each part of the processing device 1 (guide mechanism 2b, drive mechanism 3d, measurement unit 4) based on, for example, a program recorded on a recording medium (not shown) or operation input from an operator, and to transmit these instruction signals to each of these parts. The controller Ctr is configured to receive measurement data of the processed product P measured by the measurement unit 4 from the measurement unit 4.
[接触式プローブによる加工製品の測定方法]
次に、接触式プローブ10による加工製品Pの測定方法について、図5を参照して説明する。まず、コントローラCtrが、加工製品Pの設計データを読み込み、加工製品Pの形状に基づいて、スタイラス20の移動経路Tを算出する。
[Method for measuring processed products using a contact probe]
Next, a method for measuring the processed product P using the contact probe 10 will be described with reference to Fig. 5. First, the controller Ctr reads design data for the processed product P and calculates a movement path T of the stylus 20 based on the shape of the processed product P.
移動経路Tは、図5に例示されるように、加工製品Pの直線状部分を測定するための測定点Mと、加工製品Pの曲線状部分を測定するための測定点Nとを含んでいてもよい。加工製品Pの曲線状部分の長さに対する測定点Nの数の割合は、加工製品Pの直線状部分の長さに対する測定点Mの数の割合よりも多く設定されていてもよい。あるいは、測定点Mの数は、一つの直線状部分に対して1点~3点程度であり、測定点Nの数は、曲線状部分の角度を基準角度(例えば、5°~20°)で除算して得られた数であってもよい。 As illustrated in FIG. 5, the movement path T may include measurement points M for measuring the linear portions of the processed product P and measurement points N for measuring the curved portions of the processed product P. The ratio of the number of measurement points N to the length of the curved portions of the processed product P may be set to be greater than the ratio of the number of measurement points M to the length of the linear portions of the processed product P. Alternatively, the number of measurement points M may be approximately one to three per linear portion, and the number of measurement points N may be the number obtained by dividing the angle of the curved portion by a reference angle (e.g., 5° to 20°).
次に、コントローラCtrが加工装置1の各部(ガイド機構2b、駆動機構3d、測定ユニット4)に指示して、スタイラス20を移動経路Tに沿って移動させる。スタイラス20が測定点M,Nの始点に到達した場合には、コントローラCtrが駆動機構3dに指示して、カバー部材3cと共に接触式プローブ10を加工製品Pに向けて降下させ、測定点の垂直方向から接触させる。 Next, the controller Ctr instructs each part of the processing device 1 (guide mechanism 2b, drive mechanism 3d, measurement unit 4) to move the stylus 20 along the movement path T. When the stylus 20 reaches the starting point of measurement points M and N, the controller Ctr instructs the drive mechanism 3d to lower the contact probe 10, together with the cover member 3c, toward the processed product P, bringing it into contact with the measurement point from a vertical direction.
スタイラス20が加工製品Pに接触した場合には、そのときの位置情報を接触式プローブ10がコントローラCtrに送信すると共に、コントローラCtrが駆動機構3dに指示して、カバー部材3cと共に接触式プローブ10を上昇させる。その後は同様に、スタイラス20を移動経路Tに沿って移動させ、スタイラス20が測定点M,Nに到達したときに、接触式プローブ10を昇降又は水平方向に移動させることにより、加工製品Pの形状及び寸法が測定される。 When the stylus 20 comes into contact with the processed product P, the contact probe 10 transmits position information at that time to the controller Ctr, and the controller Ctr instructs the drive mechanism 3d to raise the contact probe 10 together with the cover member 3c. The stylus 20 is then moved along the movement path T in the same manner, and when the stylus 20 reaches the measurement points M and N, the contact probe 10 is moved up and down or horizontally to measure the shape and dimensions of the processed product P.
[作用]
以上の例によれば、先端部22が三角柱形状を呈しているので、接触子23のうち主として主面S3側から頂部にわたる部分23aが加工製品Pと接触することで、接触時の荷重(反力)が分散しやすい。そのため、スタイラスシャフトの先端に球形状の接触子が取り付けられた従来のスタイラスと比較して、強度に優れたスタイラス20が得られる。また、接触子23の表面が、半径が15μm~200μmの略円弧状を呈している。そのため、接触子23の先端径が、一般的に用いられている加工工具の先端径よりも小さい。したがって、極小の加工領域を測定することが可能となる。さらに、接触子23のうち主面S3側の部分23aが、主面S3よりも主面S4から主面S3に向かう方向に突出している。そのため、接触子23の部分23aが加工製品Pに接触する際に、主面S3が加工製品Pに接触し難い。したがって、接触子23の表面の面積が大きくなるので、複雑な形状の加工製品Pの測定が可能となる。
[Effect]
According to the above example, the tip 22 has a triangular prism shape, and the portion 23a of the contactor 23, extending from the main surface S3 to the apex, primarily contacts the workpiece P, thereby dispersing the load (reaction force) during contact. This results in a stylus 20 with superior strength compared to conventional styluses with spherical contactors attached to the tip of a stylus shaft. Furthermore, the surface of the contactor 23 has a generally arc-shaped shape with a radius of 15 μm to 200 μm. Therefore, the tip diameter of the contactor 23 is smaller than the tip diameter of commonly used machining tools. This enables measurement of extremely small machining areas. Furthermore, the portion 23a of the contactor 23 on the main surface S3 side protrudes beyond the main surface S3 in the direction from the main surface S4 toward the main surface S3. Therefore, when the portion 23a of the contactor 23 contacts the workpiece P, the main surface S3 is less likely to come into contact with the workpiece P. This increases the surface area of the contactor 23, enabling measurement of workpieces P with complex shapes.
以上の例によれば、傾斜角θは、例えば、5°~35°程度であってもよい。傾斜角θが5°以上の場合、スタイラス20の強度がより高まるので、スタイラス20の長寿命化を図れる傾向にある。傾斜角θが35°以下の場合、接触子23の表面の面積がより大きくなるので、より複雑な形状の加工製品Pを測定できる傾向にある。 In the above example, the tilt angle θ may be, for example, approximately 5° to 35°. When the tilt angle θ is 5° or more, the strength of the stylus 20 increases, which tends to extend the life of the stylus 20. When the tilt angle θ is 35° or less, the surface area of the contact 23 increases, which tends to enable measurement of processed products P with more complex shapes.
以上の例によれば、主面S3は、基端部21のうち主面S3側の部分21a及び接触子23のうち主面S3側の部分23aに対して窪んでいてもよい。この場合、接触子23のうち主面S3側の部分23aが、主面S3よりも主面S4から主面S3に向かう方向に突出した状態を、窪み(凹部C)によって容易に作出することが可能となる。 In the above example, the main surface S3 may be recessed relative to the portion 21a of the base end 21 on the main surface S3 side and the portion 23a of the contact 23 on the main surface S3 side. In this case, the recess (recess C) can easily create a state in which the portion 23a of the contact 23 on the main surface S3 side protrudes further than the main surface S3 in the direction from the main surface S4 toward the main surface S3.
[変形例]
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。
[Modification]
The disclosure in this specification should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. Various omissions, substitutions, modifications, etc. may be made to the above examples without departing from the scope and spirit of the claims.
(1)主面S1は階段状を呈していていなくてもよい。すなわち、基端部21の上部のうち主面S1側の部分21aと、基端部21の下部のうち主面S1側の部分21bとが、平坦な平面とされていてもよい。この場合、スタイラス20には凹部Cが存在していなくてもよい。 (1) The main surface S1 does not have to be stepped. That is, the upper portion 21a of the base end 21 facing the main surface S1 and the lower portion 21b of the base end 21 facing the main surface S1 may be flat. In this case, the recess C does not have to be present in the stylus 20.
[他の例]
例1.接触式プローブのスタイラスの一例は、所定の第1の方向に沿って延びる柱形状を呈する基端部と、基端部に接続された先端部とを備える。先端部は、基端部から先端部の先端側に向かうにつれて先細りとなる略三角柱形状を呈しており、第1の方向に沿って延びる第1の主面と、第1の方向と直交する第2の方向において第1の主面とは反対側に位置し、且つ、第1の方向に対して傾斜して延びる、第2の主面と、先端に位置する接触子とを含む。第1の主面と第2の主面とが成す傾斜角が鋭角である。接触子の表面は、第1の方向及び第2の方向の双方に直交する第3の方向から見たときに、略円弧状を呈している。接触子のうち第1の主面側の部分は、第1の主面よりも第2の主面から第1の主面に向かう方向に突出している。この場合、先端部が三角柱形状を呈しているので、接触子のうち主として第1の主面側から頂部にわたる部分が加工製品と接触することで、接触時の荷重(反力)が分散しやすい。そのため、スタイラスシャフトの先端に球形状の接触子が取り付けられた従来のスタイラスと比較して、強度に優れたスタイラスが得られる。また、接触子のうち第1の主面側の部分が、第1の主面よりも第2の主面から第1の主面に向かう方向に突出している。そのため、接触子の当該部分が加工製品に接触する際に、第1の主面が加工製品に接触し難い。したがって、接触子の表面の面積が大きくなるので、複雑な形状の加工製品の測定が可能となる。
[Other examples]
Example 1. An example of a stylus for a contact probe includes a base end having a columnar shape extending along a predetermined first direction and a tip end connected to the base end. The tip end has a generally triangular prism shape tapering from the base end toward the tip end of the tip end, and includes a first main surface extending along the first direction, a second main surface located opposite the first main surface in a second direction perpendicular to the first direction and extending at an angle relative to the first direction, and a contactor located at the tip. The inclination angle formed between the first main surface and the second main surface is acute. The surface of the contactor has a generally arc-shaped shape when viewed from a third direction perpendicular to both the first and second directions. A portion of the contactor on the first main surface side protrudes beyond the first main surface in a direction from the second main surface toward the first main surface. In this case, because the tip has a triangular prism shape, the contactor contacts the workpiece mainly from the first main surface side to the apex, making it easier to distribute the load (reaction force) during contact. This results in a stylus with superior strength compared to conventional styluses with spherical contactors attached to the tip of a stylus shaft. Furthermore, the portion of the contactor on the first main surface side protrudes beyond the first main surface in the direction from the second main surface toward the first main surface. Therefore, when this portion of the contactor contacts the workpiece, the first main surface is less likely to come into contact with the workpiece. This increases the surface area of the contactor, making it possible to measure workpieces with complex shapes.
例2.例1のスタイラスにおいて、接触子の表面は、第3の方向から見たときに、半径が15μm~200μmの略円弧状を呈していてもよい。この場合、接触子の先端径が、一般的に用いられている加工工具の先端径よりも小さい。そのため、極小の加工領域を測定することが可能となる。 Example 2. In the stylus of Example 1, the surface of the contactor may have a generally arcuate shape with a radius of 15 μm to 200 μm when viewed from the third direction. In this case, the tip diameter of the contactor is smaller than the tip diameter of a commonly used machining tool. This makes it possible to measure extremely small machining areas.
例3.例1又は例2のスタイラスにおいて、傾斜角は5°~35°であってもよい。傾斜角が5°以上の場合、スタイラスの強度がより高まるので、スタイラスの長寿命化を図れる傾向にある。傾斜角が35°以下の場合、接触子の表面の面積がより大きくなるので、より複雑な形状の加工製品を測定できる傾向にある。 Example 3. In the stylus of Example 1 or Example 2, the tilt angle may be 5° to 35°. When the tilt angle is 5° or more, the strength of the stylus increases, which tends to extend the life of the stylus. When the tilt angle is 35° or less, the surface area of the contactor increases, which tends to enable measurement of processed products with more complex shapes.
例4.例1~例3のいずれかのスタイラスにおいて、第1の主面は、基端部のうち第1の主面側の部分及び接触子のうち第1の主面側の部分に対して窪んでいてもよい。この場合、接触子のうち第1の主面側の部分が、第1の主面よりも第2の主面から第1の主面に向かう方向に突出した状態を、窪みによって容易に作出することが可能となる。 Example 4. In any of the styluses of Examples 1 to 3, the first principal surface may be recessed relative to the portion of the base end facing the first principal surface and the portion of the contact facing the first principal surface. In this case, the recess can easily create a state in which the portion of the contact facing the first principal surface protrudes beyond the first principal surface in a direction from the second principal surface toward the first principal surface.
例5.例4のスタイラスにおいて、第1の部分は、第1の方向から見たときに、第2の部分と重なり合っていてもよい。この場合、平板を加工してスタイラスを作成する際に、加工が容易となる。 Example 5. In the stylus of Example 4, the first portion may overlap the second portion when viewed from the first direction. In this case, processing becomes easier when processing the flat plate to create the stylus.
例6.例4又は例5のスタイラスにおいて、第3の方向から見たときに、接触子と第2の主面との交点において、接触子の接線と第2の主面とが一致していてもよい。この場合、接触子から第2の主面にかけて連続的に延びるので、スタイラスの剛性を確保しやすくなる。また、この場合、平板を加工してスタイラスを作成する際に、加工が容易となる。 Example 6. In the stylus of Example 4 or Example 5, when viewed from a third direction, the tangent to the contactor and the second main surface may coincide at the intersection of the contactor and the second main surface. In this case, the contactor extends continuously from the second main surface, making it easier to ensure the rigidity of the stylus. In addition, this makes it easier to process the stylus by machining a flat plate.
1…加工装置、10…接触式プローブ、20…スタイラス、21…基端部、21a…部分(第1の部分)、22…先端部、23…接触子、23a…部分(第2の部分)、C…凹部、r…半径、S3…主面(第1の主面)、S4…主面(第2の主面)、θ…傾斜角。 1...machining device, 10...contact probe, 20...stylus, 21...base end, 21a...portion (first portion), 22...tip end, 23...contactor, 23a...portion (second portion), C...recess, r...radius, S3...main surface (first main surface), S4...main surface (second main surface), θ...tilt angle.
Claims (6)
前記基端部に接続された先端部とを備え、
前記先端部は、
前記基端部から前記先端部の先端側に向かうにつれて先細りとなる略三角柱形状を呈しており、
前記第1の方向に沿って延びる第1の主面と、
前記第1の方向と直交する第2の方向において前記第1の主面とは反対側に位置し、且つ、前記第1の方向に対して傾斜して延びる、第2の主面と、
先端に位置する接触子とを含み、
前記第1の主面と前記第2の主面とが成す傾斜角が鋭角であり、
前記接触子の表面は、前記第1の方向及び前記第2の方向の双方に直交する第3の方向から見たときに、略円弧状を呈しており、
前記接触子のうち前記第1の主面側の部分は、前記第1の主面よりも前記第2の主面から前記第1の主面に向かう方向に突出している、接触式プローブのスタイラス。 a base end portion having a columnar shape extending along a predetermined first direction;
a distal end connected to the proximal end,
The tip portion is
The tip portion has a generally triangular prism shape that tapers from the base end toward the tip end,
a first main surface extending along the first direction;
a second main surface located on the opposite side to the first main surface in a second direction perpendicular to the first direction and extending at an angle with respect to the first direction;
and a contact located at the tip thereof,
an inclination angle formed between the first main surface and the second main surface is an acute angle;
a surface of the contactor having a substantially arcuate shape when viewed from a third direction perpendicular to both the first direction and the second direction;
A stylus of a contact probe, wherein a portion of the contactor on the first main surface side protrudes beyond the first main surface in a direction from the second main surface toward the first main surface.
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