JP4399052B2 - Operation control structure of touch signal probe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラスと、このスタイラスを支持するスタイラスホルダと、前記スタイラスを軸方向に周波数f1で共振させる加振手段と、この加振手段による前記スタイラスの振動の変化を検出する検出手段とを備えたタッチ信号プローブの動作制御を行うタッチ信号プローブの動作制御構造に関する。
【0002】
【背景技術】
被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機器としてハイトゲージ(一次元測定器)、三次元測定機や輪郭測定器が知られている。これらの測定機器には、測定機器本体と被測定物との位置関係を検出するために各種プローブが使用される。これらのプローブは、非接触式プローブと接触式プローブに、あるいは連続測定プローブとタッチトリガプローブ等に分類される。
そして、三次元測定機用の接触式タッチトリガプローブとしては、特開平6−221806号公報で開示される超音波式タッチ信号プローブが知られている。
【0003】
前記公報に開示されるタッチ信号プローブは、被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラスと、このスタイラスを支持するスタイラスホルダと、スタイラスを軸方向に共振させる加振手段と、この加振手段によるスタイラスの振動の変化を検出する検出手段とを含んで構成される。
このようなタッチ信号プローブによれば、加振手段によりスタイラスを振動させた状態で先端部を被測定物の端面と接触させると、接触力によりスタイラスの振動の状態が変化するので、この変化を検出手段により検出することにより、被測定物の端面位置を検出することができる。
【0004】
一方、このような超音波式タッチ信号プローブを用いて小孔径等の測定を行うこともあり、小孔等を測定可能とするために、小型化が図られた超音波式タッチ信号プローブとして、特願平10−220474号に示されるタッチ信号プローブが提案されている。
このタッチ信号プローブ100は、図17に示すように、スタイラスホルダ101、スタイラス102、加振手段103A、および検出手段103Bを備えている。スタイラス102の先端には、被測定物と接触する接触部102Aが設けられるとともに、その基端にはカウンタバランス102Bが設けられ、スタイラス102の軸方向中央位置が重心位置とされている。そして、スタイラス102を軸方向に振動させると、振動の節はこの重心位置となる。
【0005】
このようなタッチ信号プローブ100は、小孔測定を可能とするために、スタイラス102を、細い棒状部材で構成するとともに、接触部102Aをこのスタイラス102に合わせて小径の球状体で構成している。また、スタイラスホルダ101は、このような細いスタイラス102を1カ所で支持するのは困難であるため、スタイラス102の重心位置を挟んで2カ所でスタイラス102支持している。
【0006】
加振手段103Aおよび検出手段103Bは、スタイラスホルダ101の2カ所の支持部分にまたがるように配置される圧電素子103を二分割して構成される。そして、加振手段103Aによりスタイラス102を軸方向に沿って共振させると、振動の節は、スタイラス102の重心位置に生じ、スタイラスホルダ101のスタイラス102の支持部分は、この振動の節を挟むような位置とされる。
【0007】
このようなタッチ信号プローブ100によれば、スタイラスホルダ101がスタイラス102を振動の節を挟んで2カ所で支持しているので、スタイラス102を極めて細い棒状部材で構成しても、スタイラスホルダ101により支持させることができ、アスペクト比の大きい小孔の内面測定等を行うことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した小孔測定用のタッチ信号プローブ100で小孔等の内側面に沿って連続測定を行う場合、次のような問題がある。
すなわち、前記タッチ信号プローブ100では、スタイラス102の軸径を小さくした結果、スタイラス102の軸剛性は低くなってしまうため、接触部102Aを被測定物に接触させながら、該被測定物の側面等に沿って移動させると、スタイラス102にたわみが生じ、いわゆる凝着現象が生じることとなる。
【0009】
そして、この凝着現象は、被測定物と接触部102Aの接触の有無を検出するだけならば大きな問題とはならないが、被測定物の端面に沿って接触連続測定を行う場合、機械的な位相遅れが発生することとなり、凝着力により機械的な変形が発生し位置誤差が生じるという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、被測定物との接触により生ずるスタイラスの凝着現象を防止し、被測定物の表面に沿って連続測定を行うことのできるタッチ信号プローブの動作制御構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係るタッチ信号プローブの動作制御構造は、
被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラスと、このスタイラスを支持するスタイラスホルダと、前記スタイラスを軸方向に周波数f1で共振させる加振手段と、この加振手段による前記スタイラスの振動の変化を検出する検出手段とを備えたタッチ信号プローブの動作制御を行うタッチ信号プローブの動作制御構造であって、
前記スタイラスホルダと機械的に結合され、駆動機構により三次元空間内を所定の速度ベクトルで運動する支持体と、
前記スタイラスの軸方向に直交する方向に前記スタイラスを周波数f2で振動させる加振素子、及びこの加振素子の振動方向を前記被測定物の端面の法線方向に制御する手段を有する第2加振手段と、
前記駆動機構を制御して、前記スタイラスを前記被測定物の端面に沿った方向と、前記第2加振手段による前記スタイラスの振動方向に沿った方向とに前記支持体を動作させる制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第2加振手段により前記スタイラスを振動させながら、前記被測定物の端面に前記接触部を接触させて前記被測定物の走査を開始し、走査中に前記検出手段で検出される検出信号の最小値が一定の値となるように、前記被測定物の端面に沿った方向の動作と、前記第2加振手段による前記スタイラスの振動方向に沿った方向の動作を制御することを特徴とする。
【0012】
このような構成のタッチ信号プローブの動作制御構造によれば、以下のようにして、凝着現象を回避してタッチ信号プローブを被測定物表面の連続測定に用いることが可能となる。
すなわち、図1(A)に示すように、スタイラス102の接触部102Aを被測定物Wの端面近傍に配置し、第2加振手段により被測定物の端面の法線方向に周波数f2で振動させると、接触部102Aは、被測定物Wの端面との接触、非接触を繰り返し、いわゆるタッピング動作をすることとなる。
【0013】
このとき、加振手段によるスタイラス102の軸方向の周波数f1の振動は、非接触状態では自由振動し、接触状態では接触力Fにより振動が拘束され、図1(B)に示すように、接触力Fが増加するにしたがって、スタイラス102の軸方向の振動の振幅Aが小さくなっていく。ここで、検出手段により検出される振動の変化(例えば、振動の振幅)を表す検出信号Vは、図2に示すように、第2加振手段による周波数f2の振動周期(1/f2)に応じて、走査中の検出信号の最小値Vaをとるようになる。
このような状態で図3に示すように、被測定物Wの端面に沿ったB方向にスタイラス102を移動させると、その検出信号Vは前記の図2のように、走査中の検出信号の最小値Vaをとり、かつ振動周期ごとの走査中の検出信号の最小値Vaは一定となる。
【0014】
一方、図4に示すように、被測定物Wの端面に対してスタイラス102の移動方向Bが傾いている場合、タッピング動作による検出信号Vの変化は、接触部102Aが被測定物Wの端面に徐々に接近すると、接触部102Aの接触力が増加し、図5に示すように、極値Vaが変化していく。
従って、検出信号Vが所定の走査中の検出信号の最小値Vaをとるように、かつ該走査中の検出信号の最小値Vaが一定となるように、制御手段によりタッチ信号プローブ100の動作制御を行えば、タッチ信号プローブ100は被測定物Wの端面に沿って移動して該被測定物Wの端面の連続測定を行うことが可能となる。そして、前記走査中の検出信号の最小値Vaを所定の値以上にならないように設定することにより、機械的位相遅れが極めて少ない状態に設定することができ、凝着現象に伴う検出位置の誤差が生じることを防止し、被測定物の端面の連続測定を行うことが可能となる。
【0015】
具体的には、図6に示すように、第2加振手段によるスタイラスの軸方向に直交する方向の振動方向に沿った方向Cにスタイラス102接近、離間するような動作制御を行えばよく、前記方向Bの動作とこの方向Cの動作とを繰り返すことにより、被測定物Wの端面に沿ってスタイラス102を移動させることが可能となる。
【0016】
以上において、上述した制御手段としては、前記被測定物の端面の法線と直交する方向に、前記支持体を動作させる制御手段を採用することができる。
具体的には、制御手段は、被測定物を載置するXYテーブルのX軸方向、Y軸方向、およびXYテーブル面の法線方向となるZ軸方向に沿って支持体を移動させる駆動機構を制御するように構成すればよい。
【0017】
すなわち、このような制御手段を採用すれば、図7に示されるように、被測定物Wに形成された小孔W1の内側面を測定する場合において、接触部102Aを小孔の内周方向Hに沿って移動させることが可能となり、小孔W1の開口部分の連続測定が可能となる。また、図7に示されるように接触部102Aを小孔W1の深さ方向Dに移動させることが可能となり、小孔W1の深さ方向の連続測定が可能となる。
【0018】
また、上述した加振手段および第2加振手段としては、スタイラスの軸周りに、互いに90°をなすように配置される2つの加振素子から構成された加振手段および第2加振手段を採用することができる。
さらに、他の加振手段および第2加振手段としては、スタイラスの軸周りに等配で配置される少なくとも3つ以上の加振素子から構成された加振手段および第2加振手段を採用することができる。
そして、上述した加振素子としては、圧電素子を採用することができる。
【0019】
このような加振手段および第2加振手段は、棒状のスタイラスが挿通される円筒体の表面に圧電素子を配置することにより構成することができ、該圧電素子2つを円筒表面に互いに90°をなすように設けたり、該圧電素子3つを円筒表面に互いに120°をなすように等配で設ければよい。
そして、各圧電素子に2種類の周波数f1、f2を与えることにより、スタイラスを軸方向に周波数f1で振動させ、かつスタイラスを曲げ方向に周波数f2で振動させることが可能となる。
【0020】
具体的には、周波数f1は、スタイラスを軸方向に共振させる固有振動数に設定し、周波数f2は、スタイラスを曲げ方向に振動させる固有振動数以下の振動数に設定する。
各圧電素子に周波数f1を同期して与えれば、各圧電素子の軸方向力が相殺されることがないので、スタイラスを軸方向に共振させることが可能となる。
一方、スタイラスの軸周りに90°をなすように、または等配で配置される複数の圧電素子に周波数f2を与えれば、各圧電素子のスタイラスの曲げ方向の力が合成されてスタイラスに作用するので、第2加振手段による振動の振動面をスタイラスの軸周りの任意の方向に設定することが可能となる。
【0021】
そして、上述した第2加振手段は、加振手段と別体で設けることもでき、スタイラスホルダをスタイラスの軸線に対して互いに直交する2方向に加振させるように構成することができる。
具体的には、第2加振手段は、スタイラスホルダおよび支持体の間に1方向に加振させる加振素子、および異なる方向に加振させる加振素子を直列に設けることで構成することができる。
また、他の第2加振手段としては、加振手段が設けられたスタイラスホルダを支持する円筒体表面に複数の加振素子を並列に設けることにより構成することができる。
このような第2加振手段は加振手段と別体に設けられているので、従来公知の加振手段が設けられたタッチ信号プローブを用いて本発明を実施することが可能となるうえ、第2加振手段をそのままにしてスタイラスのみを簡単に交換することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分又は部材と同一又は類似の部分等については、同一符号を付してその説明を省略又は簡略する。
図8には、本発明の第1実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造を組み込んだ内外側面測定装置が示されている。
【0023】
この内外側面測定装置1は、測定器本体2、コントローラ3、駆動回路4、検出回路5、およびパーソナルコンピュータ6を含んで構成される。駆動回路4は、タッチ信号プローブ100をスタイラスの軸方向および軸に直交する方向に振動させるためのものであり、検出回路5は、スタイラスに設けられた検出手段からの電気信号を処理してコントローラ3に出力する部分である。また、パーソナルコンピュータ6は、コントローラ3に制御信号を出力して測定器本体2の動作制御を行うとともに、検出回路5からの検出信号がコントローラ3を介して入力され、該検出信号の演算処理を行ってワークWの真円度等の評価を行う。
【0024】
測定器本体2は、ワークWを設置して表面形状を測定するものであり、該ワークWが設置されるXYZテーブル21と、このXYZテーブル21の端部に立設される支柱22と、この支柱22の延出方向に摺動自在に設けられる支持体23と、この支持体23に支持されるタッチ信号プローブ100とを含んで構成される。
XYZテーブル21は、図8では図示を略したが、ワークWを所定の位置に設置するために、ワークWをXYZテーブル21の面に沿って移動させるX軸調整機構およびY軸調整機構と、ワークWをXYZテーブル21の面の法線方向に移動させるZ軸調整機構とを備えている。そして、ワークWをXYZテーブル21に設置した後、これらの軸調整機構を操作して該ワークの正確な正確な位置調整を行う。
【0025】
支持体23は、図8では図示を略したが、タッチ信号プローブ100をXYZテーブル21の面に沿って移動させるX軸駆動機構およびY軸駆動機構と、支柱22に沿って上下に支持体23を移動させるZ軸駆動機構とを備え、これらの軸駆動機構は、後述するコントローラ3により動作制御される。
コントローラ3は、支持体23を動作制御する部分であり、制御手段31および回避手段32を備えている。
【0026】
制御手段31は、パーソナルコンピュータ6からの測定開始信号に基づいて、測定器本体2の支持体23の動作制御を行うとともに、検出回路5からの検出信号Vが走査中の検出信号の最小値Vaをとるように、かつ該走査中の検出信号の最小値Vaが一定となるように(図2参照)、支持体23の動作制御を行う。
回避手段32は、検出回路5からの検出信号Vが所定の走査中の検出信号の最小値Vaを維持できない場合、制御手段31による動作制御を中止し、それまでの制御手段31によるタッチ信号プローブ100の移動方向とは反対方向に、支持体23を移動させる制御信号を出力する部分である。この回避手段32により、タッチ信号プローブ100は、ワークWと非接触状態となり、過大な接触力による損傷が防止される。
【0027】
タッチ信号プローブ100は、図9に示すように、スタイラスホルダ101、スタイラス102、接触部102A、カウンタバランス102B、加振手段103A、および検出手段103Bを備えている。そして、支持体23とこの支持体23に支持されるスタイラスホルダ101との間には、スタイラス102を該スタイラス102の軸に直交する方向に振動させる第2加振手段110が設けられている。尚、スタイラス102の軸に直交する平面内で任意の方向に該スタイラス102を振動させるために、第2加振手段110は、互いに直交する方向に振動させるX軸加振素子110XおよびY軸加振素子110Yを備え、X軸加振素子110XおよびY軸加振素子110Yは、スタイラスホルダ101および支持体23の間に直列に配置されている。
【0028】
駆動回路4は、加振手段103Aおよび第2加振手段110に所定の周波数で電気信号を与える部分であり、加振回路41および第2加振回路42から構成されている。
加振回路41は、加振手段103Aが所定の振幅、所定の周波数で動作するような電気信号を発生させる発信器を備え、これにより、スタイラス102は周波数f1で軸方向に振動する。
【0029】
第2加振回路は、上述したX軸加振素子110XおよびY軸加振素子110Yを所定の振幅、所定の周波数で動作するような電気信号を発生させる発信器を備えている。尚、この発信器は、X軸加振素子110XおよびY軸加振素子110Yを同期して動作させるが、各加振素子110X、110Yの電気信号の振幅は、独立で調整可能となっている。そして、各加振素子110X、110Yに振幅の異なる電気信号を与えることにより、スタイラス102は任意の方向に振動し、両加振素子110X、110Yの振動を同期させることにより、スタイラス102は、周波数f2でスタイラス102の軸に直交する任意の方向に振動する。
【0030】
次に、上述した第1実施形態に係る内径測定装置1の動作を、図10に示すような小孔W1の内側面測定を行う場合について説明する。
(1) 図10に示すように、予め、三点測定等により小孔W1の内径の中心Oの位置座標、および概ねの半径Rを取得する。
(2) スタイラス102の第2加振手段110による振幅を考慮し、半径RよりもΔrだけ小さい円S1を接触部102Aの基本的な動作軌跡として制御手段31に設定する。具体的には、図10における測定開始点P0からの角度θと、半径R−Δrに基づいて接触部102Aの動作制御を行う。尚、加振手段2によるスタイラス102の軸に直交する振動の振幅が極めて微小であるため、このΔrは、接触部102Aの半径に略等しい値と考えても、実際上は差し支えない。
【0031】
(3) スタイラス102の第2加振手段110による振動が小孔W1の内側面の法線方向となるように、第2加振回路42の電気信号を前記角度θの関数として設定し、第2加振手段110を構成するX軸加振素子110X、Y軸加振素子110Yを動作させる。具体的には、円S1の中心点Oおよび測定開始点P0を結ぶ方向をX軸加振素子110Xの振動方向とし、X軸加振素子110XおよびY軸加振素子110Yのスタイラス102の軸に直交する方向の最大力をF、第2加振回路による周波数をf2とすると、X軸加振素子110XによるX軸方向の力Fx、およびY軸加振素子110YによるY軸方向の力Fyは、以下の関数として設定される。
Fx=F・sin(2π・f2・t)・cosθ
Fy=F・sin(2π・f2・t)・sinθ
これにより、接触部102Aは、小孔W1の内側面を所定の周期(1/f2)でタッピングする。
(4) 加振手段103Bによりスタイラス102を軸方向に振動させるとともに、接触部102Aで小孔W1の内側面をタッピングしながら、制御手段31により小孔W1の内側面の走査を開始する。
【0032】
(5) 走査中、検出手段103Bからの検出信号Vの走査中の検出信号の最小値Vaが図5に示すように変化してきた場合、すなわち、制御手段31で設定された円弧軌跡S1に対して小孔W1の内周がずれている場合、変化する走査中の検出信号の最小値Vaは、検出回路5を介して制御手段31に入力され、制御手段31は、第2加振手段110による振動面に沿ってスタイラス102を移動させ、走査中の検出信号の最小値Vaに戻るように支持体23の動作制御をする。具体的には、走査中の検出信号の最小値Vaが小さくなるような変化であれば、制御手段31は、接触部102Aが小孔W1の内側面から中心点Oに向かって離間する方向に動作制御し、走査中の検出信号の最小値Vaが大きくなるような変化であれば、接触部102が中心点Oから小孔W1の内側面に接近する方向に動作制御する。
【0033】
(6) 検出手段103Bからの検出信号Vの走査中の検出信号の最小値Vaが制御手段31の動作によっても所定の値を維持できない場合、コントローラ3は、制御手段31による支持体23の動作制御を中止し、回避手段32に回避動作をさせる。具体的には、回避手段32は、制御手段31による動作方向とは逆向きに支持体23を動作させる。
(7) 一方、小孔W1の深さ方向測定を行う場合、制御手段31は、支持体23を上下に動作させるように動作制御すればよい。尚、支持体23が下方に動作するように制御されている場合、接触部102AがXYZテーブル21の面に当接すると、検出信号Vが全体に亘って非接触状態における検出信号よりも小さくなるので、回避手段32により支持体23は上方に動作される。
【0034】
前述のような第1実施形態によれば、以下のような効果がある。
すなわち、接触部102Aが被測定物である小孔W1の内側面をタッピングし、その際の検出信号Vが走査中の検出信号の最小値Vaをとるように、制御手段31が支持体23の動作制御を行っているので、スタイラス102に過大な曲げ方向力が作用することを防止することができ、機械的位相遅れが極めて少ない状態で小孔W1の内測面の測定を行うことができ、凝着現象に伴う検出位置の誤差が生じることを防止し、小孔W1の内側面測定を行うことができる。
【0035】
また、制御手段31が支持体23をXYZテーブル21のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動させる駆動機構を制御するように構成されているので、小孔W1のように三次元的に複雑な内側面を有する被測定物であっても、連続測定を行うことができる。
さらに、検出信号Vの走査中の検出信号の最小値Vaが変化すると、制御手段31が第2加振手段41による振動の振動面の接近または離間方向に支持体23を動作制御するように構成されているので、接触部102Aを常に一定の接触力で小孔W1の内側面に接触させることができ、タッチ信号プローブ100による連続測定を高精度に行うことができる。
【0036】
そして、タッチ信号プローブの動作制御構造が回避手段32を備えているので、検出手段103Bからの検出信号Vが走査中の検出信号の最小値Vaを維持できない場合、制御手段31による支持体23の動作方向とは逆向きに支持体23を移動させることができ、スタイラス102に過大な接触力が作用することを防止し、タッチ信号プローブ100の損傷を防止できるので、止まり孔等の測定においても、タッチ信号プローブ100を採用することができる。
また、第2加振手段110が加振手段103Bと別体で設けられているので、従来公知の加振手段103Bが設けられたタッチ信号プローブを用いることができ、種々の形状、大きさのタッチ信号プローブで本発明を実施することができる。
【0037】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
前述の第1実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造では、タッチ信号プローブ100は、加振手段103Aはスタイラスホルダ101上に設けられ、第2加振手段41は支持体23とスタイラスホルダ101との間に設けられ、両加振手段102A、41はそれぞれ独立した加振回路41、42によって駆動されていた。
【0038】
これに対して、第2実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造では、加振手段および第2加振手段がタッチ信号プローブを構成するスタイラスの軸周りに一体的に設けられている点が相違する。
すなわち、図11に示すように、第2実施形態に係るタッチ信号プローブ200は、スタイラスホルダ201と、スタイラスホルダ201に設けられる2つの支持片201Aに狭持され、スタイラス102が挿通される円筒体202を備えている。
【0039】
この円筒体202の外周には、図12に示すように、4つの圧電素子203A、203B、203C、203Dが設けられ、これらのうちスタイラス102の軸周りに互いに90°をなすように配置される2つの圧電素子203A、203Bが加振素子とされ、加振手段および第2加振手段を構成している。
そして、これらの圧電素子203A、203Bに対向配置される圧電素子203C、203Dは、検出手段として構成され、各圧電素子203C、203Dから出力される検出信号Vは、検出回路5により処理される。
尚、タッチ信号プローブ200のこれ以外の部分、およびこのタッチ信号プローブ200が装着される内外側面測定装置の構造は、前記第1実施形態と同様なので、その説明を省略する。
【0040】
圧電素子203A、203Bは、図12では図示を略したが、加振回路からそれぞれ2種類の周波数f1、f2の電気信号で駆動されている。ひとつはスタイラス102の軸方向の固有振動数f1であり、もうひとつはスタイラス102の曲げ方向の振動数f2である。
固有振動数f1で圧電素子203A、203Bが振動するような力FA1、FB1は、同期しており、FA1=FB1となるためスタイラス102は軸方向に共振する。
【0041】
一方、振動数f2によって生じる圧電素子203A、203Bのスタイラス102の軸に直交する方向の力FA2、FB2は、前述の図10を参照し、中心点Oを中心とする円S1上の測定開始点P0を基点とする時計周りの角度θから、以下のようになる。
FA2=F・sin(2π・f2・t)・cosθ
FB2=F・sin(2π・f2・t)・sinθ
このようなタッチ信号プローブ200により、図10に示される小孔W1の内側面測定を行う場合、第1実施形態と同様に、まず、小孔の内径の中心位置座標O、および半径Rを求めた後、θ=0となるような方向にタッチ信号プローブ200を運動させ、小孔W1の内側面と接触させる。検出手段である圧電素子203C、203Dが接触による固有振動数f1の共振状態変化を検出回路5に出力し、この位置座標を認識し、これを、小孔W1の内側面に沿って連続して行うことにより、小孔W1の内側面形状を把握することができる。
【0042】
ここで、上述したタッチ信号プローブ200を支持体に装着する際に注意すべきことは、上述したθ=0の向きである。これは、加振手段および第2加振手段を構成する圧電素子203A、203Bの配置により決定される構造的な問題であるから、支持体にタッチ信号プローブ200を装着する場合、スタイラス102の軸周りの位置を一義的に決定しておく必要がある。
【0043】
前述のような第2実施形態によれば、前記第1実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
すなわち、圧電素子203A、203Bに周波数f1が同期して与えられているので、加振手段を構成する圧電素子203A、203Bの軸方向力FA1、FB1が相殺されることがなく、スタイラス102を軸方向に共振させることができる。
【0044】
また、第2加振手段を構成する圧電素子203A、203Bがスタイラス102の軸周りに90°をなすように配置されているので、各圧線素子203A、203Bのスタイラス102の曲げ方向の力FA2、FB2が合成されてスタイラス102に作用し、第2加振手段によるスタイラス102の振動の振動面をスタイラス102の軸周りの任意の方向に設定することができ、小孔W1の内側面の連続測定を行うことができる。
【0045】
さらに、加振手段および第2加振手段が円筒体202上に一体的に構成されているので、タッチ信号プローブ200の小型化を図ることができ、より小径の小孔測定を可能とすることができる。
そして、第1実施形態の場合と異なり、支持体23およびスタイラスホルダ101の間に別途第2加振手段を設ける必要がないので、種々の内外側面測定装置で本発明に係るタッチ信号プローブの動作制御構造を実施することができ、その汎用性が著しく向上する。
【0046】
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
前述の第2実施形態に係るタッチ信号プローブ200では、スタイラス102の周りに配置される円筒体202上に4つの圧電素子203A〜203Dが一体的に設けられ、互いに90℃をなすように配置される圧電素子203Aおよび203Bが加振手段および第2加振手段を構成していた。
【0047】
これに対して、第3実施形態に係るタッチ信号プローブ300は、図13に示すように、スタイラスホルダ210、スタイラス102、接触部102A等については、第2実施形態に係るタッチ信号プローブ200と同様であるが、スタイラス102が挿通される円筒体302の外周に6つの圧電素子が等配で設けられている点が相違する。
【0048】
すなわち、図14に示すように、円筒体の外周には、圧電素子303A、303B、303C、303D、303E、303Fが等配で設けられ、互いにスタイラス102の軸周りに120°をなして等配で配置される3つの圧電素子303A、303C、303Eが加振素子とされ、加振手段および第2加振手段を構成し、これら3つの圧電素子303A、303C、303Eと対向配置される圧電素子303B、303D、303Fが検出手段を構成している。
【0049】
そして、加振手段および第2加振手段を構成する3つの圧電素子303A、303C、303Eには、スタイラス102を軸方向に振動させる周波数f1の信号が同期して与えられるとともに、スタイラス102を軸に直交する方向に振動させる周波数f2の電気信号が与えられる。尚、スタイラス102の軸に直交する方向の力は、前記3つの圧電素子303A、303C、303Eの周波数f2の振動により生ずる力の合力として与えられる。
【0050】
このような第3実施形態に係るタッチ信号プローブ300によれば、第2実施形態で述べた効果に加えて、以下のような効果がある。
すなわち、スタイラス102の軸周りに圧電素子303A、303C、303Eが互いに120°をなすように等配で配置されているので、圧電素子303A、303C、303Eの配置によらず、スタイラス102の直交する方向であれば、任意の方向にスタイラス102を振動させることができる。
また、圧電素子303A、303C、303Eが偏りなく軸対象に配置されているので、スタイラス102のタッピング動作を測定面内のどの方向であっても均一とすることができる。
更にこのような構成とすれば、圧電素子の特性のバラツキによる影響を低減しやすくなる。
【0051】
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述の第2実施形態に係るタッチ信号プローブ200は、スタイラス102の軸が挿通される円筒体203を有し、この円筒体203の外周部分に設けられる圧電素子203A、203Bが加振手段および第2加振手段の役割を備えていた。
これに対して、第4実施形態に係るタッチ信号プローブ400は、図15および図16に示すように、スタイラス102の軸が挿通される円筒体402上に設けられる複数の圧電素子403Aの他、スタイラス102の重心位置に別途圧電素子103Aが設けられ、圧電素子403Aが第2加振手段となり、圧電素子103Aが加振手段とされている点が相違する。
【0052】
すなわち、タッチ信号プローブ400は、図15に示すように、スタイラス102、接触部102A、カウンタバランス102B、スタイラスホルダ201、第2スタイラスホルダ401、円筒体402、および支持体としてのベース410を含んで構成される。円筒体402は、基端がベース410に固定されるとともに、先端に第2スタイラスホルダ401が取り付けられ、ベース410および第2スタイラスホルダ401により狭持される。
【0053】
円筒体402の外周には、複数の圧電素子403Aが並列に設けられ、これらが第2加振手段を構成している。尚、複数の圧電素子403Aは、円筒体403の外周に4〜6つ設けられ、互いに等配で配置されている。
第2スタイラスホルダ401は、側面中間部分に段差が形成された円筒状体であり、外周半径の小さい段差上部に前記円筒体402が嵌合するとともに、スタイラスホルダ401の円筒側面に形成されるスリット401Aと、固定ビス401Bとを備えている。
【0054】
スタイラス102は、図16に示すように、軸方向振動の節となる重心位置を挟むように2カ所でスタイラスホルダ201によって支持され、スタイラスホルダ201には、圧電素子からなる加振手段103Aおよび検出手段103Bが設けられている。
そして、スタイラスホルダ201は、第2スタイラスホルダ401のスリット401Aに挿入され、固定ビス401Bにより第2スタイラスホルダ401に固定される。
第2加振手段を構成する圧電素子403Aには、不図示の第2加振回路から周波数f2の電気信号が与えられ、加振手段を構成する圧電素子103Aには、加振回路から周波数f1の電気信号が与えられる。尚、スタイラス102の軸方向に直交する方向の振動における振動面の方向は、前記第2実施形態と同様に、複数の圧電素子403Aの合成ベクトルとして与えられるので、その説明は省略する。
【0055】
このような第4実施形態に係るタッチ信号プローブ400によれば、前記第2実施形態で述べた効果に加えて、以下のような効果がある。
すなわち、円筒体402上に設けられる圧電素子403Aは、検出電極を必要としないので、その個数を比較的少なく済ませることができ、タッチ信号プローブ400の構造の簡素化を図ることができる。
【0056】
また、スタイラス102の軸方向振動を起こす圧電素子103Aと、軸に直交する方向の振動を起こす圧電素子403Aとが別体となっているので、スタイラス102のタッピング動作がスタイラス102の軸方向振動に影響することもなく、外乱のない軸方向振動を得られ、高精度の測定を行うことができる。
【0057】
さらに、スタイラス102の変更を考えた場合、第2加振手段がスタイラス102に一体的に設けられていないので、第2加振手段となる圧電素子403Aをそのままにしてスタイラス102の交換を行うことができ、部品コストの低減化が図られる。
そして、第2加振手段となる円筒体402上の圧電素子403Aと加振手段となる圧電素子103Aとが別体に設けられ、スタイラス102が固定ビス401Bにより第2スタイラスホルダ401に固定されているので、タッチ信号プローブとして従来公知のものを使用することができ、スタイラス102の交換も簡単にできる。
【0058】
尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記第1実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造は、小孔W1の内側面測定を行うために利用されていたが、これに限られない。すなわち、円筒状のワークの外周面や、他の複雑な三次元形状を有するワークの連続測定を行うために、本発明を利用してもよい。
【0059】
また、前記第2実施形態では、加振手段および第2加振手段を圧電素子203A、203Bから構成していたが、これに限らず、他の構造により加振手段および第2加振手段を構成してもよい。要するに、スタイラスを軸方向および軸に直交する方向に所定の周波数で振動させることができる加振手段および第2加振手段であれば、他の構成を採用してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【0060】
【発明の効果】
前述のような本発明のタッチ信号プローブの動作制御構造によれば、第2加振手段により被測定物の端面に対して接触部をタッピング動作させることができるので、凝着現象を回避することができ、タッチ信号プローブにより被測定物の表面に沿って連続測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用を説明するための模式図およびグラフである。
【図2】本発明の作用を説明するための検出信号の変化を表すグラフである。
【図3】本発明の作用を説明するためのスタイラスの移動方向と被測定物の端面の配置を表す模式図である。
【図4】本発明の作用を説明するためのスタイラスの移動方向と被測定物の端面の配置を表す模式図である。
【図5】本発明の作用を説明するための検出信号の変化を表すグラフである。
【図6】本発明に係るタッチ信号プローブの動作制御構造によるタッチ信号プローブの動作制御を表す模式図である。
【図7】本発明に係るタッチ信号プローブの動作制御構造によるタッチ信号プローブの走査方向を表す模式図である。
【図8】本発明の第1実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造を表す模式図である。
【図9】前記実施形態におけるタッチ信号プローブの構造を表す模式図である。
【図10】前記実施形態における測定手順を説明するための模式図である。
【図11】本発明の第2実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造のタッチ信号プローブの構造を表す概要斜視図である。
【図12】前記実施形態における加振手段および第2加振手段の配置を表す模式図である。
【図13】本発明の第3実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造のタッチ信号プローブの構造を表す概要斜視図である。
【図14】前記実施形態における加振手段および第2加振手段の配置を表す模式図である。
【図15】本発明の第4実施形態に係るタッチ信号プローブの動作制御構造のタッチ信号プローブの構造を表す概要斜視図である。
【図16】前記実施形態におけるスタイラスおよび加振手段の構造を表す概要斜視図である。
【図17】従来のタッチ信号プローブの構造を表す概要斜視図である。
【符号の説明】
1 タッチ信号プローブの動作制御構造
23 支持体
31 制御手段
100、200、300、400 タッチ信号プローブ
101、201、401 スタイラスホルダ
102 スタイラス
102A 接触部
103A 加振手段
103B 検出手段
110 第2加振手段
203A、203B、303A、303C、303E 圧電素子(加振手段および第2加振手段)
403A 第2加振手段としての圧電素子
D スタイラスの軸方向
H 振動面の接線方向
V 検出信号
Va 走査中の検出信号の最小値
W 被測定物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a stylus having a contact portion that contacts a measurement object at the tip, a stylus holder that supports the stylus, a vibration unit that resonates the stylus in the axial direction at a frequency f1, and the vibration unit that uses the vibration unit. The present invention relates to an operation control structure of a touch signal probe that performs operation control of a touch signal probe including a detecting unit that detects a change in vibration of a stylus.
[0002]
[Background]
Height gauges (one-dimensional measuring instruments), three-dimensional measuring instruments, and contour measuring instruments are known as measuring instruments that measure the shape and dimensions of the object to be measured. In these measuring instruments, various probes are used to detect the positional relationship between the measuring instrument body and the object to be measured. These probes are classified into non-contact probes and contact probes, or continuous measurement probes and touch trigger probes.
An ultrasonic touch signal probe disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221806 is known as a contact touch trigger probe for a coordinate measuring machine.
[0003]
The touch signal probe disclosed in the publication includes a stylus having a contact portion that contacts a measurement object, a stylus holder that supports the stylus, a vibration unit that resonates the stylus in an axial direction, and the vibration source. Detecting means for detecting a change in the vibration of the stylus by the means.
According to such a touch signal probe, when the tip portion is brought into contact with the end surface of the object to be measured in a state where the stylus is vibrated by the vibration means, the vibration state of the stylus is changed by the contact force. By detecting by the detection means, the position of the end face of the object to be measured can be detected.
[0004]
On the other hand, such an ultrasonic touch signal probe may be used to measure a small hole diameter, etc., and in order to enable measurement of small holes, etc., as an ultrasonic touch signal probe that has been downsized,Japanese Patent Application No. 10-220474A touch signal probe shown in FIG.
As shown in FIG. 17, the
[0005]
In such a
[0006]
The vibration means 103A and the detection means 103B are configured by dividing the
[0007]
According to such a
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when continuous measurement is performed along the inner surface of a small hole or the like with the
That is, in the
[0009]
This adhesion phenomenon is not a major problem if only the presence or absence of contact between the object to be measured and the
[0010]
An object of the present invention is to provide an operation control structure of a touch signal probe that can prevent a stylus adhesion phenomenon caused by contact with an object to be measured and can perform continuous measurement along the surface of the object to be measured. is there.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an operation control structure of a touch signal probe according to the present invention includes:
A stylus having a contact portion at the tip that comes into contact with the object to be measured, a stylus holder that supports the stylus, vibration means for resonating the stylus at a frequency f1 in the axial direction, vibration of the stylus by the vibration means An operation control structure of a touch signal probe that performs operation control of a touch signal probe provided with a detecting means for detecting a change,
A support that is mechanically coupled to the stylus holder and moves at a predetermined velocity vector in a three-dimensional space by a driving mechanism;
A vibration element that vibrates the stylus at a frequency f2 in a direction orthogonal to the axial direction of the stylus, and a means for controlling the vibration direction of the vibration element in the normal direction of the end face of the object to be measured.A second excitation means;
Control means for controlling the drive mechanism to operate the support in a direction along the end surface of the object to be measured and a direction along the vibration direction of the stylus by the second vibration means; With
The control means starts scanning the measurement object by bringing the contact portion into contact with an end surface of the measurement object while vibrating the stylus by the second vibration means, and the detection means during the scanning The movement in the direction along the end face of the object to be measured and the movement in the direction along the vibration direction of the stylus by the second vibration means so that the minimum value of the detected signal to be detected becomes a constant value. It is characterized by controlling.
[0012]
According to the operation control structure of the touch signal probe having such a configuration, the touch signal probe can be used for continuous measurement of the surface of the object to be measured while avoiding the adhesion phenomenon as follows.
That is, as shown in FIG. 1A, the
[0013]
At this time, the vibration at the frequency f1 in the axial direction of the
In this state, as shown in FIG. 3, when the
[0014]
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the moving direction B of the
Therefore, the detection signal V is a predetermined value.Minimum value of detection signal during scanningTake Va and theMinimum value of detection signal during scanningIf the operation of the
[0015]
Specifically, as shown in FIG. 6, the second oscillating means may perform operation control such that the
[0016]
In the above, as the control means described above, a control means for operating the support in a direction orthogonal to the normal line of the end surface of the object to be measured can be employed.
Specifically, the control means moves the support along the X-axis direction, the Y-axis direction of the XY table on which the object to be measured is placed, and the Z-axis direction which is the normal direction of the XY table surface. What is necessary is just to comprise so that it may control.
[0017]
That is, when such a control means is employed, as shown in FIG. 7, when measuring the inner surface of the small hole W1 formed in the workpiece W, the
[0018]
Further, as the above-described vibration means and the second vibration means, the vibration means and the second vibration means constituted by two vibration elements arranged so as to form 90 ° around each other around the stylus axis. Can be adopted.
Further, as the other vibration means and the second vibration means, the vibration means and the second vibration means composed of at least three or more vibration elements arranged at equal intervals around the stylus axis are adopted. can do.
A piezoelectric element can be employed as the above-described vibration element.
[0019]
Such a vibration means and a second vibration means can be configured by arranging piezoelectric elements on the surface of a cylindrical body through which a rod-like stylus is inserted. The piezoelectric elements may be provided so as to form an angle, or the three piezoelectric elements may be provided equally on the cylindrical surface so as to form an angle of 120 degrees.
Then, by giving two types of frequencies f1 and f2 to each piezoelectric element, the stylus can be vibrated in the axial direction at the frequency f1, and the stylus can be vibrated in the bending direction at the frequency f2.
[0020]
Specifically, the frequency f1 is set to a natural frequency that causes the stylus to resonate in the axial direction, and the frequency f2 is set to a frequency that is equal to or lower than the natural frequency that causes the stylus to vibrate in the bending direction.
If the frequency f1 is synchronously applied to each piezoelectric element, the axial force of each piezoelectric element is not canceled out, so that the stylus can resonate in the axial direction.
On the other hand, if a frequency f2 is applied to a plurality of piezoelectric elements arranged at 90 ° around the stylus axis or at equal intervals, the force in the bending direction of the stylus of each piezoelectric element is synthesized and acts on the stylus. Therefore, it is possible to set the vibration surface of the vibration by the second vibration means in an arbitrary direction around the stylus axis.
[0021]
The second vibration means described above can be provided separately from the vibration means, and can be configured to vibrate the stylus holder in two directions perpendicular to the axis of the stylus.
Specifically, the second vibration means can be configured by providing in series a vibration element that vibrates in one direction between the stylus holder and the support and a vibration element that vibrates in a different direction. it can.
Further, the other second vibration means can be configured by providing a plurality of vibration elements in parallel on the surface of the cylindrical body that supports the stylus holder provided with the vibration means.
Since such second vibration means is provided separately from the vibration means, the present invention can be implemented using a touch signal probe provided with a conventionally known vibration means. It is possible to easily replace only the stylus while leaving the second vibration means.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, parts that are the same as or similar to the parts or members that have already been described are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted or simplified.
FIG. 8 shows an inner / outer surface measuring apparatus incorporating the operation control structure of the touch signal probe according to the first embodiment of the present invention.
[0023]
The inner / outer
[0024]
The measuring device
Although the XYZ table 21 is not shown in FIG. 8, an X-axis adjustment mechanism and a Y-axis adjustment mechanism that move the work W along the surface of the XYZ table 21 in order to place the work W at a predetermined position, And a Z-axis adjusting mechanism that moves the workpiece W in the normal direction of the surface of the XYZ table 21. Then, after the work W is placed on the XYZ table 21, these axis adjustment mechanisms are operated to perform accurate and accurate position adjustment of the work.
[0025]
Although not shown in FIG. 8, the
The
[0026]
The control means 31 controls the operation of the
The avoiding means 32 detects that the detection signal V from the
[0027]
As shown in FIG. 9, the
[0028]
The drive circuit 4 is a portion that provides an electrical signal at a predetermined frequency to the vibration means 103 </ b> A and the second vibration means 110, and includes a
The
[0029]
The second vibration circuit includes a transmitter that generates an electrical signal that operates the X-axis vibration element 110X and the Y-axis vibration element 110Y described above at a predetermined amplitude and a predetermined frequency. In this transmitter, the X-axis vibration element 110X and the Y-axis vibration element 110Y are operated in synchronization, but the amplitudes of the electric signals of the vibration elements 110X and 110Y can be independently adjusted. . Then, by applying electric signals having different amplitudes to the respective excitation elements 110X and 110Y, the
[0030]
Next, the operation of the inner
(1) As shown in FIG. 10, the position coordinates of the center O of the inner diameter of the small hole W1 and the approximate radius R are acquired in advance by three-point measurement or the like.
(2) Considering the amplitude of the
[0031]
(3) The electric signal of the
Fx = F · sin (2π · f2 · t) · cos θ
Fy = F · sin (2π · f2 · t) · sinθ
Accordingly, the
(4) The
[0032]
(5) During scanning, the detection signal V from the detection means 103BMinimum value of detection signal during scanningWhen Va changes as shown in FIG. 5, that is, when the inner circumference of the small hole W1 is deviated from the arc locus S1 set by the control means 31, it changes.Minimum value of detection signal during scanningVa is input to the control means 31 via the
[0033]
(6) The detection signal V from the detection means 103BMinimum value of detection signal during scanningWhen Va cannot maintain a predetermined value even by the operation of the control means 31, the
(7) On the other hand, when measuring the depth direction of the small hole W1, the control means 31 should just control operation | movement so that the
[0034]
According to the first embodiment as described above, there are the following effects.
That is, the
[0035]
Further, since the control means 31 is configured to control the drive mechanism that moves the
Further, the detection signal VMinimum value of detection signal during scanningWhen Va changes, the control means 31 is configured to control the operation of the
[0036]
Since the operation control structure of the touch signal probe includes the avoidance means 32, the detection signal V from the detection means 103B isMinimum value of detection signal during scanningWhen Va cannot be maintained, the
Further, since the second vibration means 110 is provided separately from the vibration means 103B, a touch signal probe provided with a conventionally known vibration means 103B can be used, and has various shapes and sizes. The present invention can be implemented with a touch signal probe.
[0037]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the operation control structure of the touch signal probe according to the first embodiment described above, the
[0038]
On the other hand, in the operation control structure of the touch signal probe according to the second embodiment, the vibration means and the second vibration means are integrally provided around the axis of the stylus constituting the touch signal probe. Is different.
That is, as shown in FIG. 11, a
[0039]
As shown in FIG. 12, four
The
Note that the other parts of the
[0040]
Although not shown in FIG. 12, the
The forces FA1 and FB1 that cause the
[0041]
On the other hand, the forces FA2 and FB2 in the direction orthogonal to the axis of the
FA2 = F · sin (2π · f2 · t) · cos θ
FB2 = F · sin (2π · f2 · t) · sinθ
When measuring the inner surface of the small hole W1 shown in FIG. 10 with such a
[0042]
Here, what should be noted when attaching the above-described
[0043]
According to the second embodiment as described above, in addition to the effects described in the first embodiment, there are the following effects.
That is, since the frequency f1 is synchronously applied to the
[0044]
In addition, since the
[0045]
Furthermore, since the vibrating means and the second vibrating means are integrally formed on the
Unlike the case of the first embodiment, there is no need to separately provide the second vibration means between the
[0046]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the
[0047]
On the other hand, as shown in FIG. 13, the
[0048]
That is, as shown in FIG. 14, the
[0049]
The three
[0050]
The
That is, since the
In addition, since the
Further, with such a configuration, it becomes easy to reduce the influence of variations in the characteristics of the piezoelectric elements.
[0051]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
The
On the other hand, the
[0052]
That is, as shown in FIG. 15, the
[0053]
A plurality of piezoelectric elements 403A are provided in parallel on the outer periphery of the
The
[0054]
As shown in FIG. 16, the
The
An electric signal having a frequency f2 is given to the piezoelectric element 403A constituting the second vibration means from a second vibration circuit (not shown), and the frequency f1 is given to the
[0055]
The
That is, since the piezoelectric element 403A provided on the
[0056]
In addition, since the
[0057]
Further, when considering the change of the
The piezoelectric element 403A on the
[0058]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications as described below.
The operation control structure of the touch signal probe according to the first embodiment has been used to measure the inner surface of the small hole W1, but is not limited thereto. That is, the present invention may be used to continuously measure the outer peripheral surface of a cylindrical workpiece or a workpiece having another complicated three-dimensional shape.
[0059]
Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the vibration means and the 2nd vibration means were comprised from
In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
[0060]
【The invention's effect】
According to the operation control structure of the touch signal probe of the present invention as described above, the contact portion can be tapped with respect to the end surface of the object to be measured by the second vibration means, thereby avoiding the adhesion phenomenon. The touch signal probe can perform continuous measurement along the surface of the object to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram and a graph for explaining the operation of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing changes in detection signals for explaining the operation of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the moving direction of the stylus and the arrangement of the end face of the object to be measured for explaining the operation of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the moving direction of the stylus and the arrangement of the end face of the object to be measured for explaining the operation of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a change in a detection signal for explaining the operation of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the operation control of the touch signal probe by the operation control structure of the touch signal probe according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a scanning direction of the touch signal probe by the operation control structure of the touch signal probe according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an operation control structure of the touch signal probe according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the structure of a touch signal probe in the embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a measurement procedure in the embodiment.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing the structure of a touch signal probe of the operation control structure of the touch signal probe according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the arrangement of the vibration means and the second vibration means in the embodiment.
FIG. 13 is a schematic perspective view showing a structure of a touch signal probe of an operation control structure of a touch signal probe according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram showing the arrangement of the vibration means and the second vibration means in the embodiment.
FIG. 15 is a schematic perspective view showing a structure of a touch signal probe of an operation control structure of a touch signal probe according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic perspective view showing the structure of a stylus and vibration means in the embodiment.
FIG. 17 is a schematic perspective view showing the structure of a conventional touch signal probe.
[Explanation of symbols]
1. Operation control structure of touch signal probe
23 Support
31 Control means
100, 200, 300, 400 Touch signal probe
101, 201, 401 Stylus holder
102 Stylus
102A contact area
103A Exciting means
103B detection means
110 Second vibration means
203A, 203B, 303A, 303C, 303E Piezoelectric elements (excitation means and second excitation means)
403A Piezoelectric element as second vibrating means
D Stylus axial direction
H Tangent direction of vibration surface
V detection signal
VaMinimum value of detection signal during scanning
W DUT
Claims (7)
前記スタイラスホルダと機械的に結合され、駆動機構により三次元空間内を所定の速度ベクトルで運動する支持体と、
前記スタイラスの軸方向に直交する方向に前記スタイラスを周波数f2で振動させる加振素子、及びこの加振素子の振動方向を前記被測定物の端面の法線方向に制御する手段を有する第2加振手段と、
前記駆動機構を制御して、前記スタイラスを前記被測定物の端面に沿った方向と、前記第2加振手段による前記スタイラスの振動方向に沿った方向とに前記支持体を動作させる制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第2加振手段により前記スタイラスを振動させながら、前記被測定物の端面に前記接触部を接触させて前記被測定物の走査を開始し、走査中に前記検出手段で検出される検出信号の最小値が一定の値となるように、前記被測定物の端面に沿った方向の動作と、前記第2加振手段による前記スタイラスの振動方向に沿った方向の動作を制御することを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。A stylus having a contact portion at the tip that comes into contact with the object to be measured, a stylus holder that supports the stylus, vibration means for resonating the stylus at a frequency f1 in the axial direction, vibration of the stylus by the vibration means An operation control structure of a touch signal probe that performs operation control of a touch signal probe provided with a detecting means for detecting a change,
A support that is mechanically coupled to the stylus holder and moves at a predetermined velocity vector in a three-dimensional space by a driving mechanism;
A second element having a vibration element that vibrates the stylus at a frequency f2 in a direction orthogonal to the axial direction of the stylus, and a means for controlling the vibration direction of the vibration element in the normal direction of the end face of the object to be measured. Shaking means;
Control means for controlling the drive mechanism to operate the support in a direction along the end surface of the object to be measured and a direction along the vibration direction of the stylus by the second vibration means; With
The control means starts scanning the measurement object by bringing the contact portion into contact with an end surface of the measurement object while vibrating the stylus by the second vibration means, and the detection means during the scanning The movement in the direction along the end face of the object to be measured and the movement in the direction along the vibration direction of the stylus by the second vibration means so that the minimum value of the detected signal to be detected becomes a constant value. An operation control structure of a touch signal probe characterized by controlling.
前記加振手段および前記第2加振手段は、前記スタイラスの軸周りに、互いに90°をなすように配置される2つの加振素子から構成されていることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。The operation control structure of the touch signal probe according to claim 1 ,
The operation of the touch signal probe is characterized in that the excitation means and the second excitation means are composed of two excitation elements arranged at 90 ° around the axis of the stylus. Control structure.
前記加振手段および前記第2加振手段は、前記スタイラスの軸周りに、等配で配置される少なくとも3つ以上の加振素子から構成されていることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。The operation control structure of the touch signal probe according to claim 1 ,
Operation control of a touch signal probe, wherein the excitation means and the second excitation means are composed of at least three or more excitation elements arranged at equal intervals around the axis of the stylus. Construction.
前記加振素子は、圧電素子から構成されていることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。 In the operation control structure of the touch signal probe according to claim 2 or 3 ,
An operation control structure of a touch signal probe, wherein the vibration element is composed of a piezoelectric element.
前記第2加振手段は、前記スタイラスホルダを前記スタイラスの軸線に対して互いに直交する2方向に加振させることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。The operation control structure of the touch signal probe according to claim 1 ,
The second vibration means vibrates the stylus holder in two directions perpendicular to the axis of the stylus.
前記第2加振手段は、前記スタイラスホルダを1方向に加振させる加振素子と、異なる方向に加振させる加振素子とを直列に配置して構成されることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。The operation control structure of the touch signal probe according to claim 5 ,
The second vibration means is configured by arranging in series a vibration element that vibrates the stylus holder in one direction and a vibration element that vibrates in a different direction. Motion control structure.
前記第2加振手段は、一方向への加振素子と、異なる方向への加振素子とを並列に配置して構成されることを特徴とするタッチ信号プローブの動作制御構造。The operation control structure of the touch signal probe according to claim 5 ,
2. The touch signal probe operation control structure according to claim 2, wherein the second vibration means is configured by arranging a vibration element in one direction and a vibration element in a different direction in parallel.
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