WO2015093459A1 - Probe unit and shape-measuring device - Google Patents
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- WO2015093459A1 WO2015093459A1 PCT/JP2014/083203 JP2014083203W WO2015093459A1 WO 2015093459 A1 WO2015093459 A1 WO 2015093459A1 JP 2014083203 W JP2014083203 W JP 2014083203W WO 2015093459 A1 WO2015093459 A1 WO 2015093459A1
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Definitions
- the present invention relates to a probe unit and a shape measuring apparatus suitable for measuring, for example, the shape of an optical element.
- a measurement probe having a stylus that is movable in the Z direction (vertical direction) and has a substantially spherical tip is placed on an XY stage. Touching the surface of the object to be measured, scanning along the XY direction (horizontal direction) along the surface, obtaining the three-dimensional coordinate position of the stylus position at an arbitrary pitch, 2. Description of the Related Art A measuring device that obtains a contour shape of a surface to be measured from a point group is known.
- the stylus In a measuring apparatus that performs such measurement, in general, the stylus has a spherical shape, and it is likely that high-precision measurement becomes difficult as the inclination angle of the surface to be measured approaches 90 °. .
- the tilt angle around the optical surface may exceed 80 degrees, and there is a demand for measuring this optical surface with high accuracy.
- the measurement probe and the object to be measured placed on the surface plate are moved relative to each other using a three-dimensional moving stage, and the moment when the measurement probe contacts the object to be measured is captured.
- a measurement technique has been developed in which a three-dimensional coordinate value in each feed axis direction of a stage is read as a trigger, and the shape of an object to be measured is obtained from this coordinate value group.
- the three-dimensional coordinate value can be read from the touch of the measurement probe even on a vertical plane, so that measurement can be performed regardless of the shape of the object to be measured.
- a touch signal type measurement probe that can electrically detect the contact state between the measurement probe and the object to be measured and output it as a touch signal is used.
- Patent Document 1 discloses a touch signal type measurement probe in which a sphere is supported by a rolling device.
- the measurement probe with contact can be rotated around the center of the sphere, so that even if the shape of the object to be measured is a free-form surface, the probe contact is continuously brought into contact with the object to be measured at a high speed. Can be made.
- Patent Document 1 the measurement probe is presumed to measure the shape of a rigid body such as a metal product from its rigid structure
- a three-dimensional shape measuring machine generally requires a contact pressure of about 1 to 10 g ⁇ f. Therefore, when this type of three-dimensional shape measuring machine is used as a measurement object such as a resin lens, the measurement object can be deformed or slipped when pressed against the surface, enabling high-precision measurement. There is no fear.
- it is structurally unsuitable for scan measurement, for example, high-precision measurement of the order of 0.1 ⁇ m or less.
- the configuration of Patent Document 1 is a structure that is relatively long in the axial direction.
- the sphere of the measurement probe used in Patent Document 1 is supported by a rolling device composed of a large number of rolling small spheres.
- the rolling sphere is small.
- the tilt may not be stable.
- An object of the present invention is to provide a probe unit and a shape measuring apparatus that have been made in view of the above-described problems, have a small and simple configuration, and can accurately measure even a subject to be easily deformed. That is.
- a probe unit reflecting one aspect of the present invention is attached to a frame of a shape measuring device together with a sensor and used to measure the shape of an object to be measured.
- a probe unit that is in contact with an object to be measured; and a posture detection plate that is connected to the stylus part and extends in a direction different from an extending direction of the stylus part and faces the sensor.
- a probe structure including: a holding portion that holds the probe structure relative to the frame so as to be rotatable relative to the frame; and a movement that moves the probe structure in the extending direction of the stylus portion relative to the frame. And detecting the position of the posture detection plate by the sensor to determine the posture of the probe structure in a state where the stylus part is in contact with the object to be measured, thereby measuring To measure the shape of the object.
- This shape measuring apparatus includes the above-described probe unit, a frame that holds the probe unit, and a sensor attached to the frame.
- the present invention it is possible to provide a probe unit and a shape measuring apparatus that have a small and simple configuration and can accurately measure even a subject to be easily deformed.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the probe unit 100 of FIG. 2 as viewed from a direction perpendicular to the surface by cutting along a plane PL indicated by a one-dot chain line.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the center position P0 of the ball 110a of the stylus part 110 and the measurement positions P1 to P3 of the attitude detection plate 111.
- FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 of a probe unit 100 ′ according to a modification of the first embodiment. It is a perspective view of the probe unit 200 by 2nd Embodiment.
- the Z-axis direction is a vertical direction
- the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions.
- FIG. 1 is a perspective view showing a shape measuring apparatus according to the first embodiment.
- a pair of pillars 11 are erected on a surface plate 10.
- the beam member 12 extends horizontally so as to connect the upper ends of the pair of columns 11.
- a Z-axis stage 15 is provided in the center of the beam member 12 via a holder 13.
- the Z-axis stage 15 can move the probe unit 100 arranged in the frame with the stylus part protruding downward in the Z-axis direction.
- an X-axis stage 17 movable in the X-axis direction and a Y-axis stage 18 movable in the Y-axis direction are stacked, and the mounting surface on the uppermost surface thereof.
- the object to be measured OBJ placed on 19 can be displaced independently in the X-axis direction and the Y-axis direction.
- the output signals from the three sensors of the probe unit 100 are input to the CPU and used to determine the shape of the object to be measured.
- the mounting surface 19 is provided with a mirror MX facing the X-axis direction and a mirror MY facing the Y-axis direction.
- a laser length measuring device LX provided on the surface plate 10 faces the mirror MX, and a laser length measuring device LY provided on the surface plate 10 faces the mirror MY.
- the X-axis direction displacement amount and the Y-axis direction displacement amount of the mounting surface 19 can be measured.
- FIG. 2 is a perspective view of the probe unit 100.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the probe unit 100 shown in FIG. 2 taken along a plane PL indicated by a one-dot chain line and viewed from a direction perpendicular to the plane.
- the probe unit 100 has a box-shaped frame 101 attached to the Z-axis stage 15 (FIG. 1).
- Three capacitive sensors 102 are attached so as to penetrate the upper wall 101a of the frame 101. Since the configuration of the sensor 102 is well known, details are omitted.
- the levitation guide portion 103 constituting the levitation mechanism is fixedly disposed on the upper surface of the lower wall 101b of the frame 101.
- the levitation guide portion 103 includes a bottom wall 103a and a side wall 103b extending upward so as to surround the bottom wall 103a.
- An opening 103c is formed at the center of the bottom wall 103a, and the opening 103c communicates with the opening 101c formed at the center of the lower wall 101b.
- a cylindrical recess 103d is formed inside the side wall 103b.
- a communication hole 103e for introducing air from the outside is formed at the bottom of the recess 103d.
- the disc 104 is formed so as to fit in the recess 103d with almost no gap.
- the disk 104 has an opening 104a at the center.
- the lower part of the opening 104a has an enlarged diameter, and a circular magnet 104b is disposed here.
- concave portions 104c are formed at three locations (only one location is shown in FIG. 3) at equal intervals so as to surround the periphery of the opening 104a.
- ceramic spheres 105 are disposed so as not to be displaced.
- a plate-like support member 107 is attached to the upper end of a pole 106 planted on the upper surface of the disk 104.
- a recess 107a is formed in the lower surface near the other end of the support member 107, and a small ball 108 made of ceramic, for example, is disposed in the recess 107a so as not to be displaced.
- the small sphere 108 may have the same diameter as the small sphere 105.
- a large sphere 109 that is a spherical body is placed on the three small spheres 105, and the small sphere 108 is in contact with the apex of the large sphere 109. That is, the small spheres 105 and 108 are in point contact with the spherical surface of the large sphere 109 without looseness.
- the disk 104 constitutes a holding unit.
- a rod-like stylus part 110 extends so that the axis passes through the center of the large sphere 109, and the magnet 104 b in the opening 104 a of the disk 104, the opening 103 c of the levitation guide part 103, The wall 101b penetrates through the opening 101c with a gap and projects downward.
- a ball 110 a is formed at the tip of the stylus 110.
- the side surface of the stylus 110 is magnetized with the same polarity (N or S) as the inner peripheral surface of the magnet 104b. Therefore, the stylus 110 is biased with a magnetic force in the direction of centering with respect to the inner peripheral surface of the magnet 104b that functions as a control mechanism. If the position of the stylus 110 can be grasped at the start of measurement, it is not always necessary to perform centering. However, the centering causes the stylus 110 to be displaced outside the measurable range during measurement. This can be suppressed.
- each posture detection plate 111 is attached to the side of the large sphere 109 so as to extend along a plane orthogonal to the axis of the stylus 110.
- the longitudinal axis of each posture detection plate 111 passes through the center of the large sphere 109.
- the detection unit of the sensor 102 faces the upper surface in the vicinity of the outer end of each posture detection plate 111.
- the sensor 102 can measure the distance to the surface on the longitudinal axis of the facing posture detection plate 111.
- the large sphere 109 is located at the base where the stylus 110 and the posture detection plate 111 are connected.
- a probe structure 112 is configured by the large sphere 109, the stylus part 110, and the posture detection plate 111.
- the probe structure 112 can move downward in the extending direction of the stylus part 110 by its own weight with respect to the frame 101, and can move up and down according to the shape of the measurement object OB with which the stylus part 110 comes into contact. Since the disk 104 floats while being held by the (disk 104) and is supported by the floating, the entire weight of the probe structure 112 is not added to the object to be measured OB. For this reason, the contact pressure with respect to the to-be-measured object OB of the stylus part 110 decreases.
- the Z-axis stage 15 is driven, for example, the ball 110a of the stylus 110 is brought into contact with the highest position of the object OBJ, and the CPU reads the output signal of the sensor 102 with this point as the origin.
- the ball 110a moves along the surface of the object to be measured OBJ. Therefore, the stylus part 110 moves in the Z-axis direction according to the surface shape. Or tilt.
- the stylus 110 is tilted, the large sphere 109 rolls in contact with the small spheres 105 and 108. Therefore, the stylus 110 can roll with almost no resistance except the magnetic force of the magnet 104b. Further, even after rolling, the center position of the large sphere 109 with respect to the disk 104 remains unchanged.
- the measurement error can be reduced by moving the stylus 110 while keeping the contact pressure of the stylus 110 constant.
- the three attitude detection plates 111 also move in the same direction, and when the stylus part 110 tilts, three attitude detections are performed according to the direction and angle.
- the plate 111 is also inclined.
- the displacement amount of the posture detection plate 111 is detected by the sensor 102.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the center position P0 of the ball 110a of the stylus 110 and the measurement positions P1 to P3 of the posture detection plate 111.
- the center of the large sphere 109 is shown as a point O.
- the three-dimensional coordinates of the measurement position P1 of the three posture detection plates 111 are (x1, y1, z1)
- the three-dimensional coordinates of the measurement position P2 are (x2, y2, z2)
- the coordinates are (x3, y3, z3)
- the three-dimensional coordinates (x0, y0, z0) of the center position P0 of the ball 110a can be represented as these functions.
- the length L of the stylus 110, the radius of the ball 110a, and the span S of the posture detection plate 111 are known.
- the X-axis coordinate value and the Y-axis coordinate value of the measurement points P1 to P3 can be obtained from the movement amounts of the X-axis stage and the Y-axis stage, and the Z-axis coordinate value can be obtained from the output signal of the sensor 102. it can. Therefore, there is no problem even if the sensor 102 cannot detect the X-axis coordinate value and the Y-axis coordinate value.
- the stylus part 110 when the stylus part 110 is inclined, the amount of displacement of the center position P0 of the ball 110a is obtained by obtaining the change in the measurement positions P1 to P3 of the posture detection plate 111, and further, By considering the radius of the ball 110a, the three-dimensional coordinates at the measurement point of the object OBJ can be obtained. By connecting the obtained three-dimensional coordinates, the surface shape of the object OBJ can be obtained.
- the posture of the posture detection plate 111 can be detected based on the output signal from the sensor 102 by bringing the stylus part 110 into contact with the surface of the object OBJ to be measured.
- the shape can be measured with high accuracy even at an angle close to vertical, and therefore the optical surface and flange of the high NA optical element can be measured in one step without replacing the stylus 110.
- the flying guide portion 103 floats and supports the disk 104 holding the probe structure 112 with respect to the frame 101, it is avoided that the entire weight of the probe structure 112 is received by the object to be measured OBJ.
- the measurement object OBJ is a relatively soft object such as a resin lens
- the deformation of the surface with which the stylus 110 abuts can be suppressed.
- the number of parts of the probe unit 100 is small and the mass of the moving body can be reduced by detecting the position of the posture detection plate 111 in a non-contact manner, the follow-up performance of the floating control that makes the contact pressure constant can be improved. it can.
- the detection sensitivity of the inclination of the probe structure 112 can be improved by increasing the span of the posture detection plate 111, but even in that case, the height of the probe structure 111 can be suppressed, and thus the height of the shape measuring device can be suppressed. Can be suppressed.
- FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 of a probe unit 100 ′ according to a modification of the present embodiment.
- the stylus part 110 has a two-divided shape. More specifically, it includes a shaft-like root portion 110b fixed to the lower portion of the large sphere 109 and a tip portion 110c having a ball 110a attached to the tip.
- a screw hole 110d is formed at the lower end of the root part 110b, and a male screw part 110e is formed at the upper end of the tip part 110c. By screwing the male screw part 110e into the screw hole 110d, the root part 110b is formed. And the tip 110c are joined.
- a plurality of spring members 104d are provided in the opening 104a, fitted around the root portion 110b, and movable in the axial direction.
- the bush 110e is urged in the radial direction to provide a centering function for the stylus 110.
- it is the same as the embodiment described above.
- the stylus part 110 of the above-described embodiment is formed integrally with the large sphere 109, if the stylus part 110 is bent or broken due to inadequate handling, the probe structure 112 does not have to be replaced as a whole. It will cause an increase in repair costs.
- the tip portion 110c when the tip portion 110c is bent or broken, it can be removed from the root portion 110b and replaced with another tip portion 110c, and the repair cost can be reduced.
- the probe structure 110 based on the output signal from the sensor 102 in a state where the stylus 110 of the probe structure 112 having a relatively simple structure is in contact with the surface of the object OBJ. Since the posture of the body can be detected, it is possible to accurately measure the shape even when the surface to be measured is near vertical, while improving the followability of the stylus part during measurement and suppressing deformation of the object to be measured. Therefore, it is possible to measure the optical surface and flange portion of the high NA optical element in one step without replacing the stylus portion. Furthermore, the detection sensitivity of the probe structure tilt can be improved by lengthening the posture detection plate, but even in that case, the height of the probe structure can be suppressed, thereby suppressing the height of the shape measuring apparatus. .
- the spherical body at the base is preferably a spherical body, but it is sufficient if it has a spherical surface locally.
- the probe unit 100 has a floating mechanism that floats and supports the holding portion 104 with respect to the frame 101, the floating mechanism floats and supports the holding portion that holds the probe structure 112 with respect to the frame. It is avoided that the entire body weight is received by the object to be measured, so that even if the object to be measured is relatively soft, deformation of the surface with which the stylus part abuts can be suppressed.
- This levitation mechanism can levitate and hold the holding portion with respect to the frame using a simple source of aerodynamic force or magnetic force. Since the probe structure is relatively light, the levitation force of the levitation mechanism is relatively small, and the holding portion can be easily supported without contact by aerodynamic force or magnetic force.
- the holding unit 104 preferably has four spheres (small spheres 105) that come into contact with the spherical surface of the base. Since the sphere of the measurement probe used in Patent Document 1 is supported by a rolling device composed of a large number of rolling globules, it is difficult to contact all the rolling globules evenly in consideration of variation in shape. There is a possibility that when the measurement probe is tilted, the rolling sphere supporting the sphere changes and the tilt is not stable. On the other hand, as in this embodiment, by using four spheres that contact the spherical surface of the base, the spherical surface of the base can be stably held regardless of the inclination of the probe structure.
- the number is not limited to four spheres contacting the spherical surface of the base, and may be five or more.
- the structure which touches may be sufficient.
- the probe unit has a control mechanism (magnet 104b) that regulates the inclination of the probe structure, so that the probe structure can be displaced to the reference position before the measurement is started, and the frame or the like is inadvertently moved. Can be prevented from touching.
- a control mechanism for example, there is a mechanism that biases the probe structure with respect to the frame by a magnetic force or a spring force.
- three posture detection plates 111 of the probe structure are provided so as to extend at equal intervals along the same virtual plane, and the sensors each measure the distance from the three posture detection plates. .
- the position of the stylus part can be obtained with high accuracy.
- a single disk may be used instead of the three attitude detection plates.
- the 1 has a probe unit 100, a frame 101 that holds the probe unit 100, and a sensor 102 that is attached to the frame, and thus has a small and simple configuration and is easily deformed. It is possible to provide a shape measuring apparatus that can accurately measure even a measured object.
- the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the probe unit. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
- FIG. 6 is a perspective view of the probe unit 200 according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the probe unit 200 of FIG. 6 taken along a plane PL indicated by a one-dot chain line and viewed from a direction perpendicular to the plane.
- the probe unit 200 has a box-shaped frame 101 attached to the Z-axis stage 15 (FIG. 1).
- Three capacitive sensors 102 are attached so as to penetrate the upper wall 101a of the frame 101.
- a cylindrical holding portion 203 is fixedly disposed on the upper surface of the lower wall 101b of the frame 101. As shown in FIG. 7, the holding unit 203 has an opening 203 a at the center. The opening 203a communicates with the opening 101c formed at the center of the lower wall 101b.
- the outer peripheries of the thin plate-like first spring plate material 204 and second spring plate material 205 are fixed in parallel to the upper end and the vicinity of the upper end of the holding portion 203, respectively.
- Circular openings 204a and 205a are formed at the centers of the first spring plate member 204 and the second spring plate member 205, respectively.
- the probe structure 112 includes a rod-shaped stylus portion 110 extending in the vertical direction, a base portion 209 having a spherical surface 209 a formed at the upper end of the stylus portion 110, and an axis line from the base portion 209 to the stylus portion 110. It is integrally formed from three elongated posture detecting plates 111 connected so as to extend along orthogonal surfaces.
- the rod-shaped stylus portion 110 protrudes downward through the opening 203a of the holding portion 203 and the opening 101c of the lower wall 101b with a gap therebetween.
- a ball 110 a is formed at the lower end of the stylus part 110.
- the maximum diameter of the spherical surface 209 a of the base 209 is larger than the diameters of the openings 204 a and 205 a of the first spring plate material 204 and the second spring plate material 205.
- the first spring plate material 204 is slightly elastically deformed on the side closer to the posture detection plate 111 than the center of the spherical surface 209a, and the opening 204a is engaged with the spherical surface 209a, and the second spring plate material 205 is also formed on the spherical surface 209a.
- the opening 205a is engaged with the spherical surface 209a while being slightly elastically deformed on the side closer to the stylus part 110 than the center.
- the probe structure 112 is supported in a floating manner with respect to the holding portion 203 by the base portion 209 being elastically supported by the first spring plate material 204 and the second spring plate material 205 which are elastic bodies. . For this reason, the contact pressure with respect to the to-be-measured object OB of the stylus part 110 decreases.
- the elastic body is composed of two spring plate members 204 and 205 each having openings 204a and 205a having a diameter smaller than that of the spherical surface 209a, and one of the spring plate members 204 is a spherical surface.
- the opening 204a is engaged with the spherical surface on the side closer to the posture detection plate 111 than the center of 209a
- the other spring plate member 205 is engaged with the spherical surface on the side closer to the stylus part 110 than the center of the spherical surface 205a.
- the detection unit of the sensor 102 faces the upper surface near the outer end of each posture detection plate 111.
- the sensor 102 can measure the distance to the surface on the longitudinal axis of the facing posture detection plate 111.
- the probe structure 112 is constituted by the stylus part 110 and the posture detection plate 111.
- the probe structure 112 is controlled according to the elastic force of the first spring plate member 204 and the second spring plate member 205 so that the contact pressure of the stylus part 110 during measurement is 5 to 50 mg ⁇ f. Shall.
- the Z-axis stage 15 is driven, for example, the ball 110a of the stylus 110 is brought into contact with the highest position of the object OBJ, and the CPU reads the output signal of the sensor 102 with this point as the origin.
- the ball 110a moves along the surface of the object to be measured OBJ. Therefore, the stylus part 110 moves in the Z-axis direction according to the surface shape. Or tilt.
- the first spring plate material 204 and the second spring plate material 205 are slightly elastically deformed, but since the elastic force is slight, almost no resistance is obtained.
- the three posture detection plates 111 together with the base 209 also move in the same direction and tilt. The displacement amount of the posture detection plate 111 is detected by the sensor 102.
- the amount of displacement of the center position P0 of the ball 110a is obtained by obtaining the change in the measurement positions P1 to P3 of the posture detection plate 111, and further, By considering the radius, the three-dimensional coordinates at the measurement point of the object OBJ can be obtained. By connecting the obtained three-dimensional coordinates, the surface shape of the object OBJ can be obtained.
- the posture of the posture detection plate 111 can be detected based on the output signal from the sensor 102 by bringing the stylus part 110 into contact with the surface of the object OBJ to be measured, for example.
- the shape measurement can be performed with high accuracy even when the power surface is nearly perpendicular, and therefore the optical surface, flange portion, etc. of the high NA optical element can be measured in one step without replacing the stylus 110.
- the detection sensitivity of the inclination of the probe structure 112 can be improved by increasing the span of the posture detection plate 111, but even in that case, the height of the probe structure 111 can be suppressed, and thus the height of the shape measuring device can be suppressed. Can be suppressed.
- the probe structure 112 can be elastically supported and measured.
- the probe structure 112 can be easily moved and tilted in the Z-axis direction according to the position of the stylus part 110 in contact with the object OBJ, and the stylus part 110 is brought into contact with the object OBJ during measurement.
- the contact pressure at the time of contact can be controlled, so that even if the object OBJ is relatively soft, deformation of the surface with which the stylus 110 abuts can be suppressed.
- FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 7 of a probe unit 200 ′ according to a modification of the present embodiment.
- the probe unit 200 ′ according to the present embodiment is provided with a single spring plate 204 having the same configuration as that of the above-described embodiment as an elastic body.
- a disc-shaped slide portion 206 is provided in the holding portion 203 according to the modification of the present embodiment.
- the outer diameter of the slide part 206 is substantially equal to the inner diameter of the opening 203a of the holding part 203, and the slide part 206 can slide in the opening 203a.
- the slide part 206 has a through hole 206a through which the stylus part 110 penetrates with a gap in the center, and three places (see FIG. 5) on the upper surface of the slide part 206 at equal intervals so as to surround the periphery of the through hole 206a.
- a recess 206b is formed at only one location.
- a small metal ball 207 is disposed so that it cannot be displaced but can roll.
- a base 209 is placed on the three small spheres 207. At the time of assembly, the small sphere 207 is in point contact with the spherical surface 209a of the base 209 without backlash.
- a communication hole 203b for introducing air from the outside is formed in the side wall of the holding portion 203.
- Other configurations are the same as those in the above-described embodiment.
- the elastic body is composed of a spring plate material 204 having an opening 204a having a diameter smaller than the diameter of the spherical surface 209a, and the spring plate material 204 is closer to the posture detection plate 111 than the center of the spherical surface 209a.
- the opening 204a is engaged with the spherical surface 209a on the side, and the holding portion 203 includes three spheres 207 that are in contact with the spherical surface 209a of the base portion 209 on the side closer to the stylus portion 110 than the center of the spherical surface 209a.
- the slide unit 206 includes biasing means for biasing the slide unit 206 toward the base 209 with air or the like.
- the stylus part 110 moves or tilts in the Z-axis direction according to the surface shape, and the spring plate material 204 is slightly elastic at that time. Although deformed, the elastic force is slight, so there is almost no resistance, and the three posture detection plates 111 together with the base 209 move in the same direction and tilt. At this time, since the spherical surface 209a of the base portion 209 is evenly supported by the upper surface of the small sphere 207, the probe structure 112 can be stably tilted and can be stably held.
- the shape measuring apparatus has a probe unit 200 or 200 ′, a frame 101 that holds the probe unit, and a sensor 102 attached to the frame, as in FIG. Even with an object to be measured that has a simple configuration and is easily deformed, measurement can be performed with high accuracy.
- FIG. 9 is a perspective view of the probe unit 300 according to the third embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the probe unit 300 of FIG. 9 as viewed from a direction perpendicular to the plane, cut along a plane PL indicated by a one-dot chain line.
- the probe unit 300 has a box-shaped frame 101 attached to the Z-axis stage 15 (FIG. 1).
- Three capacitive sensors 102 are attached so as to penetrate the upper wall 101a of the frame 101.
- a housing-like holding portion 103 is fixedly arranged on the upper surface of the lower wall 101b of the frame 101. As shown in FIG. 10, the holding unit 303 has an opening 303 a at the center. The opening 303a communicates with the opening 101c formed at the center of the lower wall 101b.
- concave portions 303b are formed at three locations (only one location is shown in FIG. 10) at equal intervals so as to surround the periphery of the opening 303a.
- a small metal ball 305 is disposed so as to be able to roll, although it cannot be displaced.
- a levitation support portion 309 is placed on the three small spheres 105.
- the levitation support portion 309 is formed around a flat upper surface 309a, a spherical surface 309b formed therebelow, a through hole 309c that vertically penetrates the center of the levitation support portion 309, and a lower end of the through hole 309c.
- an annular protrusion (second restricting portion) 309d At the time of assembly, the small balls 305 are in point contact with the spherical surface 309b of the levitating support portion 309 without play.
- the rod-shaped stylus portion 110 extends so as to be inserted into the through hole 309c of the levitation support portion 309 with a small gap g, and further inside the opening 303a of the holding portion 303 and the opening 101c of the lower wall 101b, It penetrates with a gap and protrudes downward.
- the stylus part 110 is formed with a floating support part 309 made of a porous material and introduces air supplied from the outside into the through hole 309c with respect to the through hole 309c.
- the gap g is held in a non-contact manner and can slide smoothly in the axial direction. Magnetic force may be used instead of air pressure.
- a ball 110 a is formed at the lower end of the stylus part 110, and at the upper end of the stylus part 110, three elongated posture detection plates 111 are along a plane perpendicular to the axis of the stylus part 110. Are connected so as to extend. In the vicinity of the base portion 109 where the posture detection plate 111 and the stylus portion 110 are connected, the posture detection plate 111 faces the upper surface 309a of the levitation support portion 309 so as to be separated from and substantially parallel to the upper surface 309a.
- a donut plate-like magnet 306 is embedded in the upper surface 309 a of the levitation support portion 309.
- the lower surface of the levitation support portion 309 facing this is magnetized with the same polarity (N or S) as the upper surface of the magnet 306.
- the posture detection plate 111 connected to the stylus part 110 is supported by levitation with respect to the levitation support part 309 by the magnetic force acting between them. For this reason, the contact pressure with respect to the to-be-measured object OB of the stylus part 110 decreases.
- the upper surface of the holding portion 303 as the first restricting portion is magnetized with a polarity (S or N) different from that of the lower surface of the magnet 306, so that the levitation support portion 309 is held by the holding portion 303 by the magnetic force acting between them. As a result, the separation of the floating support portion 309 from the holding portion 303 is restricted.
- the detection unit of the sensor 102 faces the upper surface near the outer end of each posture detection plate 111.
- the sensor 102 can measure the distance to the surface on the longitudinal axis of the facing posture detection plate 111.
- the probe structure 112 is constituted by the stylus part 110 and the posture detection plate 111.
- the contact pressure of the stylus part 110 during measurement is controlled to about 5 to 50 mg ⁇ f according to the magnetic force of the magnet 306.
- the Z-axis stage 15 is driven, for example, the ball 110a of the stylus 110 is brought into contact with the highest position of the object OBJ, and the CPU reads the output signal of the sensor 102 with this point as the origin.
- the ball 110a moves along the surface of the object to be measured OBJ. Therefore, the stylus part 110 moves in the Z-axis direction according to the surface shape. Or tilt.
- the levitation support part 309 rolls in contact with the small balls 305 along the spherical surface 309b, so that the stylus part 110 can roll with little resistance. Further, even after rolling, the intersection of the axis of the stylus 110 and the axis of the attitude detection plate 111 remains unchanged.
- the three posture detection plates 111 when the stylus part 110 moves in the Z-axis direction, the three posture detection plates 111 also move in the same direction with respect to the levitation support part 309, and when the stylus part 110 tilts, the direction and angle depend on the direction. Thus, the three posture detection plates 111 are also tilted together with the floating support portion 309. The displacement amount of the posture detection plate 111 is detected by the sensor 102. When the posture detection plate 111 is tilted too much, the protrusion 309d of the levitation support portion 309 contacts the inner wall of the opening 303a of the holding portion 303, so that further tilting is suppressed.
- the amount of displacement of the center position P0 of the ball 110a is obtained by obtaining the change in the measurement positions P1 to P3 of the posture detection plate 111, and further, By considering the radius, the three-dimensional coordinates at the measurement point of the object OBJ can be obtained. By connecting the obtained three-dimensional coordinates, the surface shape of the object OBJ can be obtained.
- the posture of the posture detection plate 111 can be detected based on the output signal from the sensor 102 by bringing the stylus part 110 into contact with the surface of the object OBJ to be measured.
- the shape can be measured with high accuracy even at an angle close to vertical, and therefore the optical surface and flange of the high NA optical element can be measured in one step without replacing the stylus 110.
- the detection sensitivity of the inclination of the probe structure 112 can be improved by increasing the span of the posture detection plate 111, but even in that case, the height of the probe structure 111 can be suppressed, and thus the height of the shape measuring device can be suppressed. Can be suppressed.
- the stylus unit 110 contacts the object OBJ. Even when receiving the axial force in contact, only the probe structure 112 is lifted, so that it is avoided that the entire weight of the probe structure 112 is received by the object OBJ, and the object OBJ is relatively soft. Even so, the deformation of the surface with which the stylus 110 abuts can be suppressed. Further, since the levitation support portion 309 can maintain the state of being held by the holding portion 303 via the small sphere 305, the floating probe structure 112 can be tilted in a stable state and can be stably held. .
- the probe structure 112 is levitated and supported with respect to the frame 101 by the aerodynamic force or magnetic force in the levitating support portion 309. Since the probe structure 112 is relatively light, the levitation force of the levitation support portion 309 is relatively small, and the probe structure 112 can be easily supported in a non-contact manner by aerodynamic force or magnetic force.
- the floating support portion 309 is kept in contact with the holding portion 303 by having the first restricting portion that restricts the floating support portion 309 from being separated from the holding portion 303, highly accurate measurement can be performed.
- the first restricting portion one in which the levitation support portion and the holding portion holding portion are close to each other by magnetic force, spring force, or the like can be used.
- the second restricting portion that restricts the inclination of the probe structure 112, it is possible to prevent the probe structure 112 from inadvertently contacting the frame 101 or the like.
- the “second restricting portion” in addition to the protrusion 309 d provided on the floating support portion 309, for example, there is one that urges the probe structure 112 against the frame 101 with a magnetic force or a spring force.
- the shape measuring apparatus of this embodiment is small and simple by having the probe unit 300, the frame 101 holding the probe unit 300, and the sensor 102 attached to the frame, as in FIG. Even if it is a to-be-measured object which is a structure and is easy to deform
- the present invention is not limited to the embodiments described in the present specification, and includes other embodiments and modifications based on the embodiments and technical ideas described in the present specification. It is obvious to For example, the buoyancy imparted by the levitation mechanism of FIG. 3 is not limited to air, but is a biasing force of a spring, or magnets of the same polarity are arranged on the bottom surface of the disk 104 and the bottom wall of the levitation guide portion 103, Buoyancy can also be imparted using magnetic repulsion.
- the buoyancy for levitating the probe structure 112 is not limited to the magnetic force but may be air pressure.
- the levitation support portion 309 is made hollow so that air can be supplied from the outside, and a plurality of small holes are provided on the upper surface 309a of the levitation support portion 309 instead of magnets to blow out the probe structure. 112 can be levitated.
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Abstract
Description
本発明は、例えば光学素子の形状等を測定するのに好適なプローブユニット及び形状測定装置に関する。 The present invention relates to a probe unit and a shape measuring apparatus suitable for measuring, for example, the shape of an optical element.
光学素子などの被測定物における表面形状の測定装置として、Z方向(鉛直方向)に可動であって先端が略球形状の触針(スタイラス)を有する測定プローブを、XYステージ上に乗せた被測定物の表面に接触させ、この表面に沿わせたままXY方向(水平方向)に走査(スキャン)し、任意のピッチでその触針位置の3次元座標位置を取得して、その離散的な点群を被測定表面の輪郭形状を求める測定装置が知られている。 As an apparatus for measuring the surface shape of an object to be measured such as an optical element, a measurement probe having a stylus that is movable in the Z direction (vertical direction) and has a substantially spherical tip is placed on an XY stage. Touching the surface of the object to be measured, scanning along the XY direction (horizontal direction) along the surface, obtaining the three-dimensional coordinate position of the stylus position at an arbitrary pitch, 2. Description of the Related Art A measuring device that obtains a contour shape of a surface to be measured from a point group is known.
このような測定を行う測定装置においては、一般的に触針が球形状であることも相まって、被測定な面の傾斜角が90°に近くなるにつれて高精度な測定が困難となる傾向がある。しかしながら、例えば光ピックアップ装置に用いるような高NAレンズの場合、光学面周辺の傾斜角が80度を超える場合があり、この光学面を高精度に測定したいという要請がある。又、光学面を測定した測定プローブを取り替えることなく、光軸と平行なフランジ部側面の形状まで一工程で測定したいという要請もある。よって、従来とは異なる思想により、傾斜角が大きな被測定物の形状を測定する形状測定装置が望まれることとなった。 In a measuring apparatus that performs such measurement, in general, the stylus has a spherical shape, and it is likely that high-precision measurement becomes difficult as the inclination angle of the surface to be measured approaches 90 °. . However, in the case of a high NA lens used in an optical pickup device, for example, the tilt angle around the optical surface may exceed 80 degrees, and there is a demand for measuring this optical surface with high accuracy. There is also a demand for measuring in one step the shape of the side surface of the flange parallel to the optical axis without replacing the measurement probe that has measured the optical surface. Therefore, a shape measuring apparatus that measures the shape of the object to be measured with a large inclination angle has been desired based on a concept different from the conventional one.
これに対し、測定プローブと定盤上に載置された被測定物とを、三次元移動ステージを用いて相対移動させ、測定プローブが被測定物に接触した瞬間を捉え、この瞬間を電気的トリガとしてステージの各送り軸方向の三次元座標値を読み取って、この座標値群から被測定物の形状を求める測定技術が開発されている。このような測定技術によれば、垂直面であっても測定プローブのタッチから三次元座標値が読み取れるので、被測定物の形状にかかわらず測定を行うことができる。かかる測定技術では、測定プローブと被測定物との接触状態を電気的に検出しタッチ信号として出力できるタッチ信号式の測定プローブが用いられる。 In contrast, the measurement probe and the object to be measured placed on the surface plate are moved relative to each other using a three-dimensional moving stage, and the moment when the measurement probe contacts the object to be measured is captured. A measurement technique has been developed in which a three-dimensional coordinate value in each feed axis direction of a stage is read as a trigger, and the shape of an object to be measured is obtained from this coordinate value group. According to such a measurement technique, the three-dimensional coordinate value can be read from the touch of the measurement probe even on a vertical plane, so that measurement can be performed regardless of the shape of the object to be measured. In such a measurement technique, a touch signal type measurement probe that can electrically detect the contact state between the measurement probe and the object to be measured and output it as a touch signal is used.
特許文献1には、ころがり装置によって球体を支持されたタッチ信号式の測定プローブが開示されている。接触子を備えた測定プローブは球体の中心回りに回動可能であり、これにより被測定物の形状が自由曲面であっても、プローブの接触子を高速で連続的に被測定物に当接させることができる。 Patent Document 1 discloses a touch signal type measurement probe in which a sphere is supported by a rolling device. The measurement probe with contact can be rotated around the center of the sphere, so that even if the shape of the object to be measured is a free-form surface, the probe contact is continuously brought into contact with the object to be measured at a high speed. Can be made.
ところで、特許文献1には明確な記載がないが、その測定プローブは、その堅固な構造より金属製品等の剛体の形状を測定するものとであると推測され、又、一般的な同タイプの3次元形状測定機では概ね1~10g・f程度の接触圧が必要とされる。従って、このタイプの3次元形状測定機を用いて樹脂製のレンズなどを被測定物とする場合、表面に押し当てた際に被測定物の変形や滑り等を招き、高精度な測定を行えない恐れがある。又、構造的にスキャン測定や,例えば0.1μmオーダー以下の高精度測定に不向きである。更には、特許文献1の構成が軸線方向に比較的長い構造であり、特に測定プローブの変位感度を高める必要がある場合、軸線方向長を更に延長する必要があり、これを組み込んだ測定装置の高さが高くなって設置スペースに制限が生じるという問題がある。加えて、特許文献1で用いている測定プローブの球体は、多数の転動小球からなるころがり装置によって支持されており、被測定物から測定プローブの軸線方向に軸力を受けると転動小球から浮き上がり、これにより測定プローブが傾いたときに傾きが安定しない恐れがある。 By the way, although there is no clear description in Patent Document 1, the measurement probe is presumed to measure the shape of a rigid body such as a metal product from its rigid structure, A three-dimensional shape measuring machine generally requires a contact pressure of about 1 to 10 g · f. Therefore, when this type of three-dimensional shape measuring machine is used as a measurement object such as a resin lens, the measurement object can be deformed or slipped when pressed against the surface, enabling high-precision measurement. There is no fear. In addition, it is structurally unsuitable for scan measurement, for example, high-precision measurement of the order of 0.1 μm or less. Furthermore, the configuration of Patent Document 1 is a structure that is relatively long in the axial direction. In particular, when it is necessary to increase the displacement sensitivity of the measurement probe, it is necessary to further extend the length in the axial direction. There is a problem that the installation space is limited due to the increase in height. In addition, the sphere of the measurement probe used in Patent Document 1 is supported by a rolling device composed of a large number of rolling small spheres. When the axial force is received from the object to be measured in the axial direction of the measuring probe, the rolling sphere is small. When the measurement probe is tilted, the tilt may not be stable.
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型且つ簡素な構成であり、変形しやすい被測定物であっても精度良く測定を行えるプローブユニット及び形状測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a probe unit and a shape measuring apparatus that have been made in view of the above-described problems, have a small and simple configuration, and can accurately measure even a subject to be easily deformed. That is.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したプローブユニットは、形状測定装置のフレームに、センサとともに取り付けられ、被測定物の形状を測定するために用いられるプローブユニットであって、被測定物に接触する触針部と、前記触針部と連結し、前記触針部の延在方向とは異なる方向に延在し前記センサに対向する姿勢検知板とを有するプローブ構造体と、前記フレームに対して前記プローブ構造体を相対回動可能に保持する保持部と、前記プローブ構造体を前記フレームに対して前記触針部の延在方向に移動させる移動機構と、を有し、前記センサにより前記姿勢検知板の位置を検出することで、前記触針部を被測定物に当接した状態での前記プローブ構造体の姿勢を求め、それにより被測定物の形状を測定する。 In order to realize at least one of the above-described objects, a probe unit reflecting one aspect of the present invention is attached to a frame of a shape measuring device together with a sensor and used to measure the shape of an object to be measured. A probe unit that is in contact with an object to be measured; and a posture detection plate that is connected to the stylus part and extends in a direction different from an extending direction of the stylus part and faces the sensor. A probe structure including: a holding portion that holds the probe structure relative to the frame so as to be rotatable relative to the frame; and a movement that moves the probe structure in the extending direction of the stylus portion relative to the frame. And detecting the position of the posture detection plate by the sensor to determine the posture of the probe structure in a state where the stylus part is in contact with the object to be measured, thereby measuring To measure the shape of the object.
本形状測定装置は、上述のプローブユニットと、前記プローブユニットを保持するフレームと、前記フレームに取り付けられたセンサと、を有する。 This shape measuring apparatus includes the above-described probe unit, a frame that holds the probe unit, and a sensor attached to the frame.
本発明によれば、小型且つ簡素な構成であり、変形しやすい被測定物であっても精度良く測定を行えるプローブユニット及び形状測定装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a probe unit and a shape measuring apparatus that have a small and simple configuration and can accurately measure even a subject to be easily deformed.
以下、図面を参照しながら本発明にかかる実施形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。ここでは、Z軸方向を鉛直方向とし、X軸方向及びY軸方向を水平方向とする。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for carrying out the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples. Here, the Z-axis direction is a vertical direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の形状測定装置を示す斜視図である。図1において、定盤10上に、一対の柱11が立設されている。一対の柱11の上端を連結するようにして梁部材12が水平に延在している。梁部材12の中央には、ホルダ13を介してZ軸ステージ15が設けられている。Z軸ステージ15は、触針部を下方に突出させた状態でフレーム内に配置されたプローブユニット100を、Z軸方向に移動可能としている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a shape measuring apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, a pair of
定盤10上には、X軸方向に可動なX軸ステージ17と、Y軸方向に可動なY軸ステージ18とが積層された状態で載置されており、その最上面にある載置面19上に載置された被測定物OBJをX軸方向とY軸方向に独立して変位させることができるようになっている。なお、プローブユニット100の3つのセンサの出力信号は、CPUに入力されて被測定物の形状を求めるのに用いられる。又、載置面19にはX軸方向を向いたミラーMXと、Y軸方向を向いたミラーMYとが設けられている。ミラーMXには、定盤10上に設けられたレーザ測長器LXが対向し、ミラーMYには、定盤10上に設けられたレーザ測長器LYが対向し、それぞれ定盤10に対する載置面19のX軸方向変位量とY軸方向変位量とを測定可能となっている。
On the
図2は、プローブユニット100の斜視図である。図3は、図2のプローブユニット100を一点鎖線で示す面PLで切断して面に垂直な方向から見た断面図である。図において、プローブユニット100は、Z軸ステージ15(図1)に取り付けられるボックス状のフレーム101を有する。フレーム101の上壁101aを貫通するようにして、静電容量式のセンサ102が3つ取り付けられている。センサ102の構成はよく知られているので,詳細は省略する。
FIG. 2 is a perspective view of the
フレーム101の下壁101bの上面には、浮上機構を構成する浮上ガイド部103が固定配置されている。浮上ガイド部103は、図3に示すように、底壁103aと、底壁103aを囲うようにして上方に延在する側壁103bとからなる。底壁103aの中央には、開口103cが形成されており、開口103cは下壁101bの中央に形成された開口101cと連通している。又、側壁103bの内側には、円筒状の凹部103dが形成されている。凹部103dの底には、外部からエアを導入するための連通孔103eが形成されている。
The
凹部103dに殆ど隙間なく嵌合するようにして、円盤104が形成されている。円盤104は、中央に開口104aを有している。開口104aの下部は拡径しており、ここに円管状の磁石104bを配置している。円盤104の上面には、開口104aの周囲を取り巻くように、等間隔で3カ所(図3では1カ所のみ図示)に凹部104cを形成している。各凹部104cの中には、例えばセラミック製の小球105が変位不能に配置されている。
The
又、円盤104の上面に植設されたポール106の上端には、板状の支持部材107の一端が取り付けられている。支持部材107の他端近傍の下面には、凹部107aが形成されており、凹部107aの中には、例えばセラミック製の小球108が変位不能に配置されている。小球108は、小球105と同径であって良い。
Also, one end of a plate-
3つの小球105の上には、球状体である大球109が載置されており、大球109の頂点には小球108が当接した状態である。すなわち大球109の球面に、小球105,108がガタなく点接触した状態になる。円盤104が保持部を構成する。
A
大球109の下部からは、軸線が大球109の中心を通るようにして棒状の触針部110が延在し、円盤104の開口104a内の磁石104b,浮上ガイド部103の開口103c、下壁101bの開口101c内を、間隙を空けて貫通して下方に突出している。触針部110の先端には、玉110aが形成されている。触針部110の側面は、磁石104bの内周面と同じ極性(N又はS)で磁化されている。よって、触針部110は、制御機構として機能する磁石104bの内周面に対してセンタリングする方向に磁力を付勢されている。なお、測定開始時に触針部110の位置を把握できていれば、常にセンタリングを行う必要はないが、センタリングすることで、測定中に触針部110が測定可能範囲外へと変位してしまうことを抑制できる。
From the lower part of the
一方、大球109の側方に、触針部110の軸線に対して直交する面に沿って延在するように、細長い3枚の姿勢検知板111の内方端が取り付けられている。各姿勢検知板111の長手方向軸線は、大球109の中心を通る。各姿勢検知板111の外方端近傍の上面に、センサ102の検出部が対向している。センサ102は、対向する姿勢検知板111の長手方向軸線上の表面までの距離を測定可能である。大球109は、触針部110と姿勢検知板111とが連結する基部に位置する。大球109と触針部110と姿勢検知板111とにより、プローブ構造体112が構成される。
On the other hand, the inner ends of three elongated
プローブ構造体112は、フレーム101に対し、自重により触針部110の延在方向下方に移動でき、触針部110が接触する被測定物OBの形状に応じて上下に移動できるが、保持部(円盤104)により保持された状態で円盤104が浮上することで、浮上支持されるので、プローブ構造体112の全重量が被測定物OBに加わらない。このため、触針部110の被測定物OBに対する接触圧が減少する。
The
次に、本実施の形態の測定動作について説明する。まず、不図示のコネクタが連通孔103eに接続され、圧力を制御されたエアが浮上ガイド部103の凹部103dと円盤104内の密閉された空間内に供給されると、円盤104がプローブ構造体112を保持した状態で,浮上ガイド部103に対して浮上する。但し、エア圧は、測定時の触針部110の接触圧が5~50mg・fになる程度に制御される。
Next, the measurement operation of this embodiment will be described. First, when a connector (not shown) is connected to the
Z軸ステージ15を駆動して、例えば、触針部110の玉110aを被測定物OBJの最も高い位置に当接させ、ここを原点として、CPUがセンサ102の出力信号を読み出す。この状態から、X軸ステージ17又はY軸ステージ18を駆動すると、被測定物OBJの表面に沿って、玉110aが移動するので、その表面形状に応じて触針部110がZ軸方向に移動し又は傾くこととなる。触針部110が傾くと、大球109が小球105,108に接触した状態で転動するから、触針部110は磁石104bの磁力を除き殆ど抵抗なく転動できる。又、転動後においても、円盤104に対する大球109の中心位置は不変である。この触針部110の玉110aの移動時には、触針部110の接触圧を一定に制御しながら触針部110を移動させることで、測定誤差を低減することができる。
The Z-
一方、触針部110がZ軸方向に移動すると、3枚の姿勢検知板111も同方向に移動し、また触針部110が傾くと、その方向と角度に応じて、3枚の姿勢検知板111も傾くこととなる。この姿勢検知板111の変位量をセンサ102で、それぞれ検出する。
On the other hand, when the
図4は、触針部110の玉110aの中心位置P0と、姿勢検知板111の測定位置P1~P3との関係を示す模式図である。大球109の中心を点Oとして示している。ここで、3つの姿勢検知板111の測定位置P1の3次元座標を(x1,y1,z1)とし、測定位置P2の3次元座標を(x2,y2,z2)とし、測定位置P3の3次元座標を(x3,y3,z3)としたときに、これらの関数として、玉110aの中心位置P0の3次元座標(x0,y0,z0)を表すことができる。但し、触針部110の長さL,玉110aの半径、姿勢検知板111のスパンSは既知とする。なお、測定点P1~P3のX軸座標値及びY軸座標値は、X軸ステージ及びY軸ステージの移動量で求めることが出来、Z軸座標値は、センサ102の出力信号から得ることができる。よって、センサ102がX軸座標値、Y軸座標値を検出できなくても問題はない。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the center position P0 of the
よって、図4に点線で示すように、触針部110が傾いた場合、姿勢検知板111の測定位置P1~P3の変化を求めることで、玉110aの中心位置P0の変位量が求まり、更に玉110aの半径を考慮することで、被測定物OBJの測定点における3次元座標を求めることができる。求めた3次元座標をつなぎ合わせることで、被測定物OBJの表面形状を得ることができる。
Therefore, as shown by a dotted line in FIG. 4, when the
本実施形態によれば、触針部110を被測定物OBJの表面に当接させることで、センサ102からの出力信号に基づいて姿勢検知板111の姿勢を検出でき、それにより例え測定すべき表面が垂直に近い角度でも精度良く形状測定を行うことができ、よって高NAの光学素子の光学面やフランジ部などを、触針部110を取り替えることなく一工程で測定できる。又、浮上ガイド部103が、プローブ構造体112を保持する円盤104をフレーム101に対して浮上支持するので、プローブ構造体112の重量全てを被測定物OBJで受けることが回避され、これにより被測定物OBJが樹脂レンズなど比較的柔らかいものであっても、触針部110が当接した表面の変形を抑制できる。更に、プローブユニット100の部品点数が少なく、姿勢検知板111の位置検出を非接触で行うことで移動体の質量を軽減できるため、接触圧を一定にする浮上制御の追従性を良くすることができる。又、プローブ構造体112の傾きの検出感度は、姿勢検知板111のスパンを長くすることで向上できるが、その場合でもプローブ構造体111の高さを抑制でき、これにより形状測定装置の高さを抑えることができる。
According to the present embodiment, the posture of the
図5は、本実施形態の変形例にかかるプローブユニット100’の、図3と同様な断面図である。本変形例にかかるプローブユニット100’は、触針部110が2分割形状となっている。より具体的には、大球109の下部に固定された軸状の根元部110bと、玉110aを先端に取り付けた先端部110cとからなる。根元部110bの下端には、ねじ孔110dが形成されており、先端部110cの上端には雄ねじ部110eが形成されており、ねじ孔110dに雄ねじ部110eを螺合させることで、根元部110bと先端部110cとは接合される。
FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 of a
又、本実施の形態では、制御機構として磁石104bを設ける代わりに、開口104a内に複数のバネ部材104dを設けて、根元部110bの周囲に嵌合し且つ軸線方向に移動可能な円管状のブッシュ110eを径方向に付勢して、触針部110のセンタリング機能を与えるようにしている。それ以外は、上述した実施の形態と同様である。
In this embodiment, instead of providing the
上述した実施の形態の触針部110は、大球109と一体的に形成されているので、取り扱いの不備により触針部110が曲がったり折損した場合、プローブ構造体112全体で交換しなくてはならず、修理コスト増を招く。これに対し、本実施の形態の場合、先端部110cに曲がりや折損等が生じた場合、根元部110bから取り外して別な先端部110cに取り替えれば良く、修理コストを抑えることができる。
Since the
本実施形態によれば、比較的簡素な構造からなるプローブ構造体112の触針部110を、被測定物OBJの表面に当接させた状態で、センサ102からの出力信号に基づいてプローブ構造体の姿勢を検出できるから、測定時における触針部の追従性を高め被測定物の変形を抑制しつつ、例え測定すべき表面が垂直に近い角度でも精度良く形状測定を行うことができ、よって高NAの光学素子の光学面やフランジ部などを、触針部を取り替えることなく一工程で測定できる。更に、プローブ構造体の傾きの検出感度は、姿勢検知板を長くすることで向上できるが、その場合でもプローブ構造体の高さを抑制でき、これにより形状測定装置の高さを抑えることができる。なお、基部の球状体は球体であると好ましいが、局所的に球面を備えていれば足りる。
According to the present embodiment, the
また、プローブユニット100が保持部104をフレーム101に対して浮上支持する浮上機構を有することで、浮上機構が、プローブ構造体112を保持する保持部をフレームに対して浮上支持するので、プローブ構造体の重量全てを被測定物で受けることが回避され、これにより被測定物が比較的柔らかいものであっても、触針部が当接した表面の変形を抑制できる。
In addition, since the
この浮上機構は、簡易な空気力又は磁力の発生源を用いてフレームに対して保持部を浮上保持するようにできる。プローブ構造体が比較的軽量であるために、浮上機構の浮上力は比較的小さくて足り、空気力又は磁力により容易に保持部を非接触で支持できる。 This levitation mechanism can levitate and hold the holding portion with respect to the frame using a simple source of aerodynamic force or magnetic force. Since the probe structure is relatively light, the levitation force of the levitation mechanism is relatively small, and the holding portion can be easily supported without contact by aerodynamic force or magnetic force.
また、保持部104は、基部の球面に当接する4つの球体(小球105)を有することが好ましい。特許文献1で用いている測定プローブの球体は、多数の転動小球からなるころがり装置によって支持されているので、形状ばらつきを考慮すると全ての転動小球に均等に接触させることは困難であり、これにより測定プローブが傾いたときに、球体を支持する転動小球が変わり傾きが安定しない恐れがある。これに対し本実施形態のように、基部の球面に当接する4つの球体を用いることで、プローブ構造体の傾きにかかわらず基部の球面を安定して保持できる。但し、基部の球面に当接する4つの球体に限らず、5つ以上であっても良い。例えば各中心が正三角形の頂点に来るように配置された3つの球体で基部の下方を接触支持し、且つ各中心が正三角形の頂点に来るように配置された3つの球体が基部の上方に接しているような構成でも良い。
Also, the holding
また、プローブユニットは、プローブ構造体の傾斜を規制する制御機構(磁石104b)を有することで、測定開始前に、プローブ構造体を基準位置へと変位させることが出来、また不用意にフレーム等に接触することを抑制できる。かかる制御機構としては、たとえば、フレームに対してプローブ構造体を磁力やバネ力で付勢するものがある。
Further, the probe unit has a control mechanism (
また、プローブ構造体の姿勢検知板111は、同一仮想面上に沿って等間隔で延在するように3枚設けられ、センサが3枚の姿勢検知板との距離をそれぞれ測定することが好ましい。3枚の姿勢検知板との距離をそれぞれ測定するセンサからの出力信号を演算することで、触針部の位置を精度良く求めることができる。但し、3枚の姿勢検知板の代わりに1枚の円盤を用いても良い。
Further, it is preferable that three
図1の形状測定装置によれば、プローブユニット100と、プローブユニット100を保持するフレーム101と、フレームに取り付けられたセンサ102と、を有することで、小型且つ簡素な構成であり、変形しやすい被測定物であっても精度良く測定を行える形状測定装置を提供できる。
1 has a
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態と比べてプローブユニットの構成が相違するだけであるので、同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the probe unit. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6は、第2の実施形態によるプローブユニット200の斜視図である。図7は、図6のプローブユニット200を一点鎖線で示す面PLで切断して面に垂直な方向から見た断面図である。図において、プローブユニット200は、Z軸ステージ15(図1)に取り付けられるボックス状のフレーム101を有する。フレーム101の上壁101aを貫通するようにして、静電容量式のセンサ102が3つ取り付けられている。
FIG. 6 is a perspective view of the
フレーム101の下壁101bの上面には、筒状の保持部203が固定配置されている。保持部203は、図7に示すように、中央に開口203aを有する。開口203aは下壁101bの中央に形成された開口101cと連通している。
A
保持部203の上端及び上端近傍には、平行するようにして薄板状の第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205の外周がそれぞれ固定されている。第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205の中央には、それぞれ円形の開口204a、205aが形成されている。
The outer peripheries of the thin plate-like first
プローブ構造体112は、鉛直方向に延在する棒状の触針部110と、触針部110の上端に形成された球面209aを有する基部209と、基部209から触針部110の軸線に対して直交する面に沿って延在するようにして連結されている細長い3枚の姿勢検知板111とから一体的に形成されてなる。
The
棒状の触針部110は、保持部203の開口203a、下壁101bの開口101c内を、間隙を空けて貫通して下方に突出している。触針部110の下端には、玉110aが形成されている。
The rod-shaped
基部209の球面209aの最大径は、第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205の開口204a、205aの径より大きくなっている。第1のバネ板材204は、球面209aの中心より姿勢検知板111に近い側で、わずかに弾性変形した状態で開口204aを球面209aに係合させ、第2のバネ板材205も、球面209aの中心より触針部110に近い側で、わずかに弾性変形した状態で開口205aを球面209aに係合させてなる。従って、基部209が、弾性体である第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205に弾性支持されることで、プローブ構造体112は、保持部203に対して浮上支持されることとなる。このため、触針部110の被測定物OBに対する接触圧が減少する。
The maximum diameter of the
本実施形態では、図7のように、弾性体は、それぞれ球面209aの径より小さい径の開口204a,205aを有する2枚のバネ板材204,205から構成され、一方のバネ板材204は、球面209aの中心より姿勢検知板111に近い側で開口204aを球面に係合させ、他方のバネ板材205は、球面の中心より触針部110に近い側で開口205aを球面に係合させている。弾性体204,205を、基部209を挟み込むような2枚のバネ板材204,205から構成することで、簡素且つ低コストなものとできる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the elastic body is composed of two
各姿勢検知板111の外方端近傍の上面に、センサ102の検出部が対向している。センサ102は、対向する姿勢検知板111の長手方向軸線上の表面までの距離を測定可能である。触針部110と姿勢検知板111により、プローブ構造体112を構成する。
The detection unit of the
次に、本実施の形態の測定動作について説明する。まず、プローブ構造体112は、第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205の弾性力に従い、測定時の触針部110の接触圧が5~50mg・fになる程度に制御されているものとする。
Next, the measurement operation of this embodiment will be described. First, the
Z軸ステージ15を駆動して、例えば、触針部110の玉110aを被測定物OBJの最も高い位置に当接させ、ここを原点として、CPUがセンサ102の出力信号を読み出す。この状態から、X軸ステージ17又はY軸ステージ18を駆動すると、被測定物OBJの表面に沿って、玉110aが移動するので、その表面形状に応じて触針部110がZ軸方向に移動し又は傾くこととなる。
The Z-
ここで、触針部110がZ軸方向に移動し又は傾くと、第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205が微小に弾性変形するが、その弾性力はわずかであるから、殆ど抵抗なく、基部209とともに3枚の姿勢検知板111も同方向に移動し、また傾くこととなる。この姿勢検知板111の変位量をセンサ102で、それぞれ検出する。
Here, when the
図4の説明と同様に、触針部110が傾いた場合、姿勢検知板111の測定位置P1~P3の変化を求めることで、玉110aの中心位置P0の変位量が求まり、更に玉110aの半径を考慮することで、被測定物OBJの測定点における3次元座標を求めることができる。求めた3次元座標をつなぎ合わせることで、被測定物OBJの表面形状を得ることができる。
Similar to the description of FIG. 4, when the
本実施の形態によれば、触針部110を被測定物OBJの表面に当接させることで、センサ102からの出力信号に基づいて姿勢検知板111の姿勢を検出でき、それにより例え測定すべき表面が垂直に近い角度でも精度良く形状測定を行うことができ、よって高NAの光学素子の光学面やフランジ部などを、触針部110を取り替えることなく一工程で測定できる。又、プローブ構造体112の傾きの検出感度は、姿勢検知板111のスパンを長くすることで向上できるが、その場合でもプローブ構造体111の高さを抑制でき、これにより形状測定装置の高さを抑えることができる。加えて、フレーム101に対して基部209の球面209aを弾性支持する第1のバネ板材204及び第2のバネ板材205を設けているので、プローブ構造体112の弾性支持が可能になり、被測定物OBJに当接する触針部110の位置に応じてプローブ構造体112のZ軸方向の移動や傾きを容易に可能にするとともに、測定時において触針部110を被測定物OBJに当接させた際の接触圧を制御でき、これにより被測定物OBJが比較的柔らかいものであっても、触針部110が当接した表面の変形を抑制できる。たとえば、接触圧を一定にするようにプローブ構造体と被測定物とを相対変位させるフィードバック制御をかけることもできる。
According to the present embodiment, the posture of the
図8は、本実施形態の変形例にかかるプローブユニット200’の、図7と同様な断面図である。本実施の形態にかかるプローブユニット200’は、弾性体として、上述した実施の形態と同様な構成を有する1枚のバネ板材204を設けている。
FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 7 of a
更に、本実施形態の変形例にかかる保持部203内には、円盤状のスライド部206が設けられている。スライド部206の外径は、保持部203の開口203aの内径にほぼ等しく、スライド部206は開口203a内を摺動可能となっている。スライド部206は、間隙を空けて触針部110を貫通させた貫通孔206aを中央に有し、また貫通孔206aの周囲を取り巻くように、スライド部206の上面に等間隔で3カ所(図8では1カ所のみ図示)に凹部206bを形成している。各凹部206bの中には、金属の小球207が変位不能であるが転動可能に配置されている。3つの小球207の上には、基部209が載置されている。組み付け時に、基部209の球面209aに、小球207がガタなく点接触した状態になる。
Furthermore, a disc-shaped
スライド部206の下方において、保持部203の側壁には、外部からエアを導入するための連通孔203bが形成されている。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。
Below the
本変形例では、図8のように、弾性体は、球面209aの径より小さい径の開口204aを有するバネ板材204から構成され、バネ板材204は、球面209aの中心より姿勢検知板111に近い側で開口204aを球面209aに係合させている、更に、保持部203は、球面209aの中心より触針部110に近い側で、基部209の球面209aに当接する3つの球体207を備えたスライド部206と、スライド部206を基部209側にエア等により付勢する付勢手段とを有する。
In this modification, as shown in FIG. 8, the elastic body is composed of a
本変形例の測定動作について説明する。まず、不図示のコネクタが連通孔203bに接続され、圧力を制御されたエアが開口203a内のスライド部206で囲われた空間内に供給されると、スライド部206がプローブ構造体112を保持した状態で,保持部203に対して浮上する。すると、第1のバネ板材204が、球面209aの中心より姿勢検知板111に近い側で、わずかに弾性変形した状態で開口204aを球面109aに係合させることとなる。
The measurement operation of this modification will be described. First, when a connector (not shown) is connected to the
測定時に、被測定物OBJの表面に沿って玉110aが移動すると、その表面形状に応じて触針部110がZ軸方向に移動し又は傾くこととなり、その際にバネ板材204が微小に弾性変形するが、その弾性力はわずかであるから、殆ど抵抗なく、基部209とともに3枚の姿勢検知板111も同方向に移動し、また傾くこととなる。このとき、基部209の球面209aが小球207の上面で均等に支持されるので、プローブ構造体112を安定して傾けることができ、安定に保持することができる。
When the
また、本実施形態の形状測定装置は、図1と同様に、プローブユニット200または200’と、プローブユニットを保持するフレーム101と、フレームに取り付けられたセンサ102と、を有することで、小型且つ簡素な構成であり、変形しやすい被測定物であっても精度良く測定を行うことができる。
In addition, the shape measuring apparatus according to the present embodiment has a
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第1の実施形態と比べてプローブユニットの構成が相違するだけであるので、同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Since the third embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the probe unit, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図9は、第3の実施形態によるプローブユニット300の斜視図である。図10は、図9のプローブユニット300を一点鎖線で示す面PLで切断して面に垂直な方向から見た断面図である。図において、プローブユニット300は、Z軸ステージ15(図1)に取り付けられるボックス状のフレーム101を有する。フレーム101の上壁101aを貫通するようにして、静電容量式のセンサ102が3つ取り付けられている。
FIG. 9 is a perspective view of the
フレーム101の下壁101bの上面には、筐体状の保持部103が固定配置されている。保持部303は、図10に示すように、中央に開口303aを有する。開口303aは下壁101bの中央に形成された開口101cと連通している。
A housing-
保持部303の上面には、開口303aの周囲を取り巻くように、等間隔で3カ所(図10では1カ所のみ図示)に凹部303bを形成している。各凹部303bの中には、金属の小球305が変位不能であるが転動可能に配置されている。
On the upper surface of the holding
3つの小球105の上には、浮上支持部309が載置されている。浮上支持部309は、平らな上面309aと、その下方に形成された球面309bと、浮上支持部309の中央を上下に貫通してなる貫通孔309cと、貫通孔309cの下端周囲に形成された環状の突起(第2規制部)309dとを有する。組み付け時に、浮上支持部309の球面309bに、小球305がガタなく点接触した状態になる。
On the three
棒状の触針部110が浮上支持部309の貫通孔309cに微小な間隙gを空けて挿入されるようにして延在し、さらに保持部303の開口303a、下壁101bの開口101c内を、間隙を空けて貫通して下方に突出している。触針部110は、貫通孔309cに対して、例えば浮上支持部309を多孔質状の素材から形成し外部から供給されたエアを貫通孔309c内に導入し、これにより発生するエア圧の介在により間隙gにおいて非接触で保持され軸線方向にスムーズに摺動可能となっている。エア圧の代わりに磁力を用いても良い。
The rod-shaped
触針部110の下端には、玉110aが形成されており、触針部110の上端には、細長い3枚の姿勢検知板111が、触針部110の軸線に対して直交する面に沿って延在するようにして連結されている。姿勢検知板111と触針部110とが連結する基部109の近傍において姿勢検知板111は、浮上支持部309の上面309aとほぼ平行に離間し対向している。
A
浮上支持部309の上面309aには、ドーナツ板状の磁石306が埋設されている。一方、これに対向する浮上支持部309の下面は、磁石306の上面と同じ極性(N又はS)で磁化されている。両者間に作用する磁力により、触針部110に連結された姿勢検知板111は、浮上支持部309に対して浮上支持される。このため、触針部110の被測定物OBに対する接触圧が減少する。加えて、第1規制部としての保持部303の上面を、磁石306の下面と異なる極性(S又はN)で磁化することで、両者間に作用する磁力により、浮上支持部309が保持部303に対して吸引され、これにより浮上支持部309の保持部303に対する離間が規制される。
A donut plate-
各姿勢検知板111の外方端近傍の上面に、センサ102の検出部が対向している。センサ102は、対向する姿勢検知板111の長手方向軸線上の表面までの距離を測定可能である。触針部110と姿勢検知板111により、プローブ構造体112を構成する。
The detection unit of the
次に、本実施の形態の測定動作について説明する。まず、プローブ構造体112は、磁石306の磁力に従い、測定時の触針部110の接触圧が5~50mg・f程度に制御されているものとする。
Next, the measurement operation of this embodiment will be described. First, in the
Z軸ステージ15を駆動して、例えば、触針部110の玉110aを被測定物OBJの最も高い位置に当接させ、ここを原点として、CPUがセンサ102の出力信号を読み出す。この状態から、X軸ステージ17又はY軸ステージ18を駆動すると、被測定物OBJの表面に沿って、玉110aが移動するので、その表面形状に応じて触針部110がZ軸方向に移動し又は傾くこととなる。触針部110が傾くと、浮上支持部309が球面309bに沿って小球305に接触した状態で転動するから、触針部110は殆ど抵抗なく転動できる。又、転動後においても、触針部110の軸線と姿勢検知板111の軸線との交点は不変である。
The Z-
一方、触針部110がZ軸方向に移動すると、浮上支持部309に対して3枚の姿勢検知板111も同方向に移動し、また触針部110が傾くと、その方向と角度に応じて、浮上支持部309とともに3枚の姿勢検知板111も傾くこととなる。この姿勢検知板111の変位量をセンサ102で、それぞれ検出する。なお、姿勢検知板111が傾きすぎたときは、浮上支持部309の突起309dが、保持部303の開口303aの内壁に当接するので、それ以上の傾きが抑制される。
On the other hand, when the
図4の説明と同様に、触針部110が傾いた場合、姿勢検知板111の測定位置P1~P3の変化を求めることで、玉110aの中心位置P0の変位量が求まり、更に玉110aの半径を考慮することで、被測定物OBJの測定点における3次元座標を求めることができる。求めた3次元座標をつなぎ合わせることで、被測定物OBJの表面形状を得ることができる。
Similar to the description of FIG. 4, when the
本実施形態によれば、触針部110を被測定物OBJの表面に当接させることで、センサ102からの出力信号に基づいて姿勢検知板111の姿勢を検出でき、それにより例え測定すべき表面が垂直に近い角度でも精度良く形状測定を行うことができ、よって高NAの光学素子の光学面やフランジ部などを、触針部110を取り替えることなく一工程で測定できる。又、プローブ構造体112の傾きの検出感度は、姿勢検知板111のスパンを長くすることで向上できるが、その場合でもプローブ構造体111の高さを抑制でき、これにより形状測定装置の高さを抑えることができる。加えて、浮上支持部309が触針部110を保持(ガタなく軸線方向に移動可能に)した状態でプローブ構造体112を浮上支持しているので、触針部110が被測定物OBJに当接して軸力を受けた場合でも、プローブ構造体112のみが浮上するので、プローブ構造体112の重量全てを被測定物OBJで受けることが回避され、これにより被測定物OBJが比較的柔らかいものであっても、触針部110が当接した表面の変形を抑制できる。又、浮上支持部309は保持部303に、小球305を介して保持された状態を維持できるので、浮上したプローブ構造体112を安定した状態で傾けることができ、安定に保持することができる。
According to the present embodiment, the posture of the
また、プローブ構造体112は、浮上支持部309において空気力又は磁力によりフレーム101に対して浮上支持される。プローブ構造体112が比較的軽量であるために、浮上支持部309の浮上力は比較的小さくて足り、空気力又は磁力により容易にプローブ構造体112を非接触で支持できる。
Further, the
また、浮上支持部309が保持部303から離間することを規制する第1規制部を有することで、浮上支持部309が保持部303と接触した状態を維持できるので、高精度な測定を行える。第1規制部としては、磁力やバネ力等で浮上支持部と保持部保持部とが互いに近接するものを用いることができる。
In addition, since the floating
また、プローブ構造体112の傾斜を規制する第2規制部を有することで、プローブ構造体112が不用意にフレーム101等に接触することを抑制できる。「第2規制部」としては、浮上支持部309に設けた突起309dの他、たとえば、フレーム101に対してプローブ構造体112を磁力やバネ力で付勢するものがある。
Further, by having the second restricting portion that restricts the inclination of the
また、本実施形態の形状測定装置は、図1と同様に、プローブユニット300と、プローブユニット300を保持するフレーム101と、フレームに取り付けられたセンサ102と、を有することで、小型且つ簡素な構成であり、変形しやすい被測定物であっても精度良く測定を行うことができる。
Moreover, the shape measuring apparatus of this embodiment is small and simple by having the
本発明は、本明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、図3の浮上機構の付与する浮力としては、エアに限らず、バネの付勢力であったり、或いは円盤104の底面と浮上ガイド部103の底壁に同じ極性の磁石を配置して、磁力の反発を用いて浮力を付与することもできる。
The present invention is not limited to the embodiments described in the present specification, and includes other embodiments and modifications based on the embodiments and technical ideas described in the present specification. It is obvious to For example, the buoyancy imparted by the levitation mechanism of FIG. 3 is not limited to air, but is a biasing force of a spring, or magnets of the same polarity are arranged on the bottom surface of the
また、図10において、プローブ構造体112を浮上させる浮力としては、磁力に限らず、エア圧であってもよい。具体的には、浮上支持部309を中空として、外部からエアを供給できるようにし、浮上支持部309の上面309aに磁石の代わりに多数の小穴を設けてエアを吹き出させることで、プローブ構造体112を浮上させることができる。
Further, in FIG. 10, the buoyancy for levitating the
10 定盤
11 柱
12 梁部材
13 ホルダ
15 Z軸ステージ
17 X軸ステージ
18 Y軸ステージ
19 載置面
100 プローブユニット
101 フレーム
101a 上壁
101b 下壁
101c 開口
102 センサ
103 浮上ガイド部
103a 底壁
103b 側壁
103c 開口
103d 凹部
103e 連通孔
104 円盤
104a 開口
104b 磁石
104c 凹部
104d バネ部材
104e ブッシュ
105 小球
106 ポール
107 支持部材
107a 凹部
108 小球
109 大球、基部
110 触針部
110a 玉
110b 根元部
110c 先端部
110d ねじ孔
110e 雄ねじ部
111 姿勢検知板
112 プローブ構造体
200,300 プローブユニット
203,303 保持部
204 第1のバネ板
205 第2のバネ板
206 スライド部
309 浮上支持部
LX レーザ測長器
LY レーザ測長器
MX ミラー
MY ミラー
OBJ 被測定物
10
Claims (17)
被測定物に接触する触針部と、前記触針部と連結し、前記触針部の延在方向とは異なる方向に延在し前記センサに対向する姿勢検知板とを有するプローブ構造体と、
前記フレームに対して前記プローブ構造体を相対回動可能に保持する保持部と、
前記プローブ構造体を前記フレームに対して前記触針部の延在方向に移動させる移動機構と、を有し、
前記センサにより前記姿勢検知板の位置を検出することで、前記触針部を被測定物に当接した状態での前記プローブ構造体の姿勢を求め、それにより被測定物の形状を測定することを特徴とするプローブユニット。 A probe unit that is attached to a frame of a shape measuring apparatus together with a sensor and used to measure the shape of an object to be measured,
A probe structure having a stylus part that comes into contact with an object to be measured, and a posture detection plate that is connected to the stylus part and extends in a direction different from the extending direction of the stylus part and faces the sensor; ,
A holding portion that holds the probe structure relative to the frame so as to be relatively rotatable;
A moving mechanism for moving the probe structure in the extending direction of the stylus part with respect to the frame,
By detecting the position of the posture detection plate by the sensor, the posture of the probe structure in a state where the stylus part is in contact with the measured object is obtained, and thereby the shape of the measured object is measured. A probe unit characterized by
前記保持部は、前記フレームに対して前記プローブ構造体を前記球面で相対回動可能に保持する請求項1または2に記載のプローブユニット。 The probe structure has a spherical surface at a base part where the stylus part and the posture detection plate are connected,
3. The probe unit according to claim 1, wherein the holding unit holds the probe structure so as to be relatively rotatable on the spherical surface with respect to the frame.
前記保持部は、前記球面の中心より前記触針部に近い側で、前記基部の球面に当接する3つの球体を備えたスライド部と、前記スライド部を前記基部側に付勢する付勢手段とを有する請求項7に記載のプローブユニット。 The elastic body is made of a spring plate material having an opening having a diameter smaller than the diameter of the spherical surface, and the spring plate material engages the opening with the spherical surface on the side closer to the posture detection plate than the center of the spherical surface. ,
The holding part is a side closer to the stylus part than the center of the spherical surface, and includes a slide part having three spheres contacting the spherical surface of the base part, and a biasing means for biasing the slide part to the base part side The probe unit according to claim 7.
前記保持部は、前記フレームに対して前記浮上支持部を前記球面で相対回動可能に保持する請求項10に記載のプローブユニット。 The floating support portion has a spherical surface on the holding portion side,
The probe unit according to claim 10, wherein the holding portion holds the floating support portion with respect to the frame so as to be relatively rotatable on the spherical surface.
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