JP2009216548A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなく、プローブ間で共用して測定できる測定範囲を維持できる測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物を載置したＸＹステージと、複数種のプローブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃを有するプローブホルダ２０と、ＸＹステージとプローブホルダ２０とを相対移動させる相対移動機構とを備える。プローブホルダ２０には、傾斜状に配置された２本のガイドレール３１，３２を有し、少なくとも２つ以上のプローブ９Ａ，９Ｂを、選択的にプローブ切替位置ＣＰに対して位置決め可能かつ退避可能に進退させるプローブ切替機構３０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定装置に関する。詳しくは、複数種のプローブを搭載した測定装置に関する。

例えば、１台の測定装置において、被測定物の複数の測定部位を測定する場合、測定部位の形状、測定項目、要求される測定精度などに応じて、最適なプローブを用いて測定することが必要である。このため、複数のプローブを格納したプローブストッカを設け、このプローブストッカの中から測定に適したプローブを選択し、選択したプローブに交換する、いわゆる、プローブ交換機能を備えた測定装置も提案されている。
しかし、プローブ交換にあたっては、プローブ交換の都度、プローブホルダをプローブストッカ位置まで移動させたのち、プローブストッカとの間でプローブ交換動作を行わなければならないため、交換に時間がかかる。

そこで、最初から、複数種のプローブをプローブホルダに搭載した測定装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来、複数種のプローブをプローブホルダに搭載する場合、例えば、図７および図８に示すように、レーザ変位プローブ９Ａ、タッチプローブ９Ｂ、画像プローブ９Ｃの３つのプローブを、例えば、三次元測定機のＺ軸スライダ１０１に設けられたプローブホルダ１０２に搭載する場合、プローブホルダ１０２の可動方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（例えば、Ｘ軸方向）に一定間隔隔てて並置する構成が採られる。

特開平１１−１４２１４１号公報

しかし、３つのプローブ（レーザ変位プローブ９Ａ、タッチプローブ９Ｂ、画像プローブ９Ｃ）を並置すると、プローブ９Ａ，９Ｂ，９ＣがＸ軸方向へオフセットされるため、これら並置方向において、プローブ間で共用して測定できる範囲が狭められるうえ、オフセットによるアッベ誤差の拡大につながる。
また、測定範囲を拡大しようと、プローブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃと被測定物との相対移動範囲を拡張すると、装置の大形化を招くという課題がある。

本発明の目的は、これらの課題を解消し、装置の大型化を招くことなく、プローブ間で共用して測定できる測定範囲を維持できる測定装置を提供することにある。

本発明の測定装置は、被測定物を載置したテーブルと、複数種のプローブを有するプローブホルダと、前記テーブルと前記プローブホルダとを相対移動させる相対移動機構とを備えた測定装置において、前記プローブホルダには、少なくとも２つ以上の前記プローブを、選択的に前記プローブホルダのプローブ切替位置に対して位置決め可能かつ退避可能に進退動作させるプローブ切替機構が設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、プローブ切替機構によって、いずれか１つのプローブを、プローブホルダのプローブ切替位置に対して位置決めし、残りのプローブをプローブホルダのプローブ切替位置に対して退避させることができる。
従って、これから使用するプローブをプローブホルダのプローブ切替位置に対して位置決めすることにより、測定時に使用するプローブについては、常に同じ位置にあるから、装置の大型化を招くことなく、プローブ間で共用して測定できる測定範囲を維持できる。

本発明の測定装置において、前記プローブ切替機構は、一端が前記プローブ切替位置近傍に位置され、他端が前記プローブ切替位置から次第に離れるとともに、互いに離間する方向へ延びる複数のガイドレールを備え、この各ガイドレールに沿って前記プローブが進退可能に構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、各プローブは、一端がプローブホルダのプローブ切替位置近傍に位置され、他端がプローブ切替位置から次第に離れるとともに、互いに離間する方向へ延びる複数のガイドレールによってガイドされながら進退動作するため、各プローブをプローブ切替位置に正確に位置決めできるとともに、進退動作も安定した姿勢で行える。

本発明の測定装置において、前記プローブホルダは、前記プローブ切替位置を囲んでかつ互いに交差して形成された支持面を有し、前記プローブ切替機構は、前記支持面に設けられ、一端が前記プローブ切替位置近傍に位置され、他端が前記プローブ切替位置から次第に離れるとともに互いに離間する方向へ傾斜状に延びる２本のガイドレールを備えていることが好ましい。
このような構成によれば、各プローブは、各支持面に傾斜状に配置されたガイドレールに沿って斜めに進退動作されるため、複数のプローブを比較的狭いスペース内で互いに干渉することなく進退動作させることができる。

本発明の測定装置において、前記プローブ切替位置は、前記プローブホルダの可動軸線近傍に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、プローブ切替位置が、プローブホルダの可動軸線近傍に設定されているから、アッベ誤差を極力低減できる。

本発明の測定装置において、前記プローブは、レーザ変位プローブ、タッチプローブおよび画像プローブのうち、少なくとも２つのプローブを備えていることが好ましい。
このような構成によれば、被測定物の測定部位の形状や測定項目に応じたプローブを選択的に用いることができるから、これらの測定部位を高精度にかつ能率的に測定できる。

＜全体構成の説明（図１および図２参照）＞
図１は、本実施形態に係る表面性状測定装置を示す正面図、図２は、同表面性状測定装置の側面図である。
本実施形態に係る表面性状測定装置は、基台１と、被測定物を載置するテーブルとしてのＸＹステージ２と、このＸＹステージ２を水平面内の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ変位させるＸ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４と、基台１の上面に跨って設けられた門形フレーム５と、この門形フレーム５のクロスレール５Ａに設けられたＺ軸スライダ６と、このＺ軸スライダ６をＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構７と、Ｚ軸スライダ６に取り付けられたプローブホルダ２０と、このプローブホルダ２０にプローブ切替機構３０を介して取り付けられた異なる３種類のプローブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃとを含んで構成されている。

ＸＹステージ２は、上面に被測定物を載置する平坦な載置面２Ａを有し、その載置面２Ａと平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ移動可能に設けられている。
Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４は、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｚ軸駆動機構７も、Ｘ軸駆動機構３やＹ軸駆動機構４と同様に、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
つまり、ＸＹステージ２とプローブホルダ２０とは、Ｘ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構４およびＺ軸駆動機構７を含む相対移動機構によって、三次元方向へ相対移動可能に構成されている。

＜プローブホルダおよびプローブ切替機構の説明（図３参照）＞
プローブホルダ２０は、Ｚ軸スライダ６に取り付けられＸＺ平面と平行な基板２２と、この基板２２の略中央位置に基板２２からＹ方向へ直角に起立された起立板２３とを有し、平面から見てＴ字形状に形成されている。
基板２２の左側半分と起立板２３との間には、プローブホルダ２０の可動軸線（Ｚ軸スライダ６のＺ方向可動軸線）近傍で、測定時に選択したプローブを位置させるために予め設定したプローブ切替位置ＣＰを囲んで、互いに直交する第１支持面２２Ａおよび第２支持面２３Ａが形成されている。これら第１支持面２２Ａおよび第２支持面２３Ａには、プローブ切替機構３０を介して、プローブ９Ａ，９Ｂが取り付けられている。
基板２２の右側半分と起立板２３との間には、互いに直交する第３支持面２２Ｂおよび第４支持面２３Ｂが形成され、これら第３支持面２２Ｂおよび第４支持面２３Ｂには、プローブ９Ｃが固定さている。

プローブ切替機構３０は、２つのプローブ９Ａ，９Ｂを、選択的にプローブ切替位置ＣＰに対して位置決め可能かつ退避可能に進退動作させるもので、第１支持面２２Ａおよび第２支持面２３Ａに配置された２本のガイドレール３１，３２と、このガイドレール３１，３２に沿ってプローブ９Ａ，９Ｂを進退動作させる駆動機構（図示省略）とから構成されている。
ガイドレール３１，３２は、一端がプローブ切替位置ＣＰ近傍に配置され、他端がプローブ切替位置ＣＰから次第に離れるとともに互いに離間する方向へ傾斜状に配置されている。駆動機構は、プローブ９Ａ，９Ｂをそのままの姿勢でガイドレール３１，３２に沿って進退動作できるものであれば、どのような機構でも採用できる。例えば、送りねじ機構、摩擦車駆動機構、リアモータなどであってもよい。

＜プローブの説明＞
プローブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、レーザ変位プローブ９Ａ、タッチプローブ９Ｂ、画像プローブ９Ｃによって構成されている。
レーザ変位プローブ９Ａは、例えば、被測定物に対して斜めにレーザを照射するレーザ照射手段と、被測定物からの反射光を受光する受光素子とを備えたレーザ変位計などによって構成されている。受光素子からの出力信号が演算処理装置などに取り込まれ、演算処理装置において、受光素子からの出力信号を基に被測定物の高さ位置情報が求められる。
タッチプローブ９Ｂは、例えば、スタイラスが被測定物に接触したときのスタイラスの変位や撓みを電気的に検出して、スタイラスの接触位置を検出する構造、あるいは、振動するスタイラスが被測定物に接触したときに生じる振動の減衰を検出してスタイラスの接触位置を検出する構造などのものが用いられている。
画像プローブ９Ｃは、例えば、ＣＣＤカメラなどから構成されているが、これに限られない。被測定物の画像を撮影できるプローブであれば、他であってもよい。

＜測定動作の説明（図４参照）＞
測定にあたって、まず、測定に使用するプローブを選択する。
例えば、画像プローブ９Ｃを選択した場合、その画像プローブ９Ｃの真下に被測定物の測定部位が位置するように、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ変位させながら、画像測定を行う。

また、レーザ変位プローブ９Ａおよびタッチプローブ９Ｂのいずれかを選択した場合には、まず、選択したプローブをプローブ切替位置ＣＰに位置させる。例えば、レーザ変位プローブ９Ａを選択した場合、図４に示すように、レーザ変位プローブ９Ａをプローブ切替位置ＣＰに向かって進出させてプローブ切替位置ＣＰに位置させる。このとき、タッチプローブ９Ｂはプローブ切替位置ＣＰから退避させてあるため、これとの干渉を防止できる。
この状態において、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ変位させながら、高さ測定などを行う。

また、タッチプローブ９Ｂを選択した場合、レーザ変位プローブ９Ａをプローブ切替位置ＣＰから退避させたのち、タッチプローブ９Ｂをプローブ切替位置ＣＰに向かって進出させてプローブ切替位置ＣＰに位置させる。
この状態において、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ変位させながら、形状測定などを行う。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、プローブ切替機構３０によって、レーザ変位プローブ９Ａおよびタッチプローブ９Ｂのうちいずれか１つのプローブを、プローブ切替位置ＣＰに対して位置決めし、残りのプローブをプローブ切替位置ＣＰに対して退避させることができる。
従って、これから使用するプローブをプローブ切替位置ＣＰに対して位置決めすることにより、測定時に使用するプローブについては、常に同じ位置にあるから、装置の大型化を招くことなく、プローブ間で共用して測定できる測定範囲を維持できる。

また、プローブ切替機構３０は、一端がプローブ切替位置ＣＰ近傍に位置され、他端がプローブ切替位置ＣＰから次第に離れるとともに、互いに離間する方向へ延びる複数のガイドレール３１，３２を備え、この各ガイドレール３１，３２に沿ってプローブ９Ａ，９Ｂが進退可能に構成されているから、つまり、プローブ９Ａ，９Ｂはガイドレール３１，３２によってガイドされながら進退動作するため、プローブ９Ａ，９Ｂをプローブ切替位置ＣＰに正確に位置決めできるとともに、進退動作も安定した姿勢で行える。

しかも、これらのガイドレール３１，３２は、基板２２と起立板２３の直交する第１支持面２２Ａおよび第２支持面２３Ａに、一端がプローブ切替位置ＣＰ近傍に位置され、他端がプローブ切替位置ＣＰから次第に離れるとともに、互いに離間する方向へ傾斜状に配置されているから、つまり、プローブ９Ａ，９Ｂは、傾斜状に配置されたガイドレール３１，３２に沿って斜めに進退動作されるため、プローブ９Ａ，９Ｂを比較的狭いスペース内で互いに干渉することなく進退動作させることができる。

また、プローブ切替位置ＣＰは、プローブホルダ２０の可動軸線、つまり、Ｚ軸スライダ６の可動軸線（Ｚ方向軸線）近傍に設定されているから、アッベ誤差を極力低減できる。

また、プローブは、レーザ変位プローブ９Ａ、タッチプローブ９Ｂおよび画像プローブ９Ｃを備えているから、被測定物の測定部位の形状や測定項目に応じたプローブを選択的に用いることにより、これらの測定部位を高精度にかつ能率的に測定できる。

＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、プローブ切替機構３０によって、レーザ変位プローブ９Ａとタッチプローブ９Ｂとを斜めに進退動作させるようにしたが、これに限られない。例えば、図５に示すように、プローブホルダ２０の基板２２に２本のガイドレール３１，３２をＸ軸方向に沿って直線状に配置し、このガイドレール３１，３２に沿ってプローブ９Ａ，９ＢをＸ方向へ進退可能に構成してもよい。この場合、ガイドレール３１，３２を１本のガイドレールによって構成してもよい。

あるいは、図６に示すように、基板２２の第１支持面２２Ａにガイドレール３１をＸ軸方向に沿って直線状に配置する一方、起立板２３の第２支持面２３Ａにガイドレール３２をＺ軸方向に沿って直線状に配置し、これらのガイドレール３１，３２に沿ってプローブ９Ａ，９Ｂを進退可能に構成してもよい。つまり、プローブ９Ａ，９Ｂを互いに直交するＸ軸方向およびＺ軸方向へ進退可能に構成しても、前記実施形態と同様な効果が期待できる。

前記実施形態では、ＸＹステージ２がＸ，Ｙ軸方向へ移動可能で、プローブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃを取り付けたプローブホルダ２０がＺ軸方向へ移動可能に構成されていたが、これに限られない。例えば、ステージ２がＹ軸方向へ移動可能で、プローブホルダ２０がＹ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能であってもよい。要は、ステージ２とプローブホルダ２０とが相対移動できる構成であれば、どちらが移動する構成であってもよい。

前記実施形態では、プローブとして、レーザ変位プローブ９Ａ、タッチプローブ９Ｂ、画像プローブ９Ｃの３種類のプローブを搭載した例を説明したが、これに限られない。例えば、表面粗さプローブなどを搭載してもよい。

本発明は、１台の装置で、複数の測定部位や測定項目を測定する測定装置に利用できる。

本発明に係る表面性状測定装置の一実施形態を示す正面図。 同上実施形態の側面図。 同上実施形態のプローブホルダ部分の拡大斜視図。 同上実施形態において、プローブの切替動作を説明する斜視図。 本発明のプローブ切替機構の変形例を示す斜視図。 本発明のプローブ切替機構の更に他の変形例を示す斜視図。 従来の表面性状測定装置において、複数のプローブの搭載例を示す斜視図。 図７の正面図。

符号の説明

２…ステージ（テーブル）、
３…Ｘ軸駆動機構（相対移動手段）、
４…Ｙ軸駆動機構（相対移動手段）、
７…Ｚ軸駆動機構（相対移動手段）、
９Ａ…レーザ変位プローブ、
９Ｂ…タッチプローブ、
９Ｃ…画像プローブ、
２０…プローブホルダ、
２２Ａ…第１支持面、
２２Ｂ…第３支持面、
２３Ａ…第２支持面、
２３Ｂ…第４支持面、
３０…プローブ切替機構、
３１，３２…ガイドレール、
ＣＰ…プローブ切替位置。

Claims (5)

1. 被測定物を載置したテーブルと、複数種のプローブを有するプローブホルダと、前記テーブルと前記プローブホルダとを相対移動させる相対移動機構とを備えた測定装置において、
   前記プローブホルダには、少なくとも２つ以上の前記プローブを、選択的に前記プローブホルダのプローブ切替位置に対して位置決め可能かつ退避可能に進退動作させるプローブ切替機構が設けられていることを特徴とする測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、
   前記プローブ切替機構は、一端が前記プローブ切替位置近傍に位置され、他端が前記プローブ切替位置から次第に離れるとともに、互いに離間する方向へ延びる複数のガイドレールを備え、この各ガイドレールに沿って前記プローブが進退可能に構成されていることを特徴とする測定装置。
3. 請求項２に記載の測定装置において、
   前記プローブホルダは、前記プローブ切替位置を囲んでかつ互いに交差して形成された支持面を有し、
   前記プローブ切替機構は、前記支持面に設けられ、一端が前記プローブ切替位置近傍に位置され、他端が前記プローブ切替位置から次第に離れるとともに互いに離間する方向へ傾斜状に延びる２本のガイドレールを備えていることを特徴とする測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の測定装置において、
   前記プローブ切替位置は、前記プローブホルダの可動軸線近傍に設定されていることを特徴とする測定装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の測定装置において、
   前記プローブは、レーザ変位プローブ、タッチプローブおよび画像プローブのうち、少なくとも２つのプローブを備えていることを特徴とする測定装置。

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