JP4939110B2 - プローブ、および、表面性状測定装置 - Google Patents
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Description
このような測定機において、接触部が被測定物の表面に接触した微小変位に基づいて被測定物表面を検出するセンサとして、例えば図10に示すような加振型力センサ(以下、力センサと適宜称す)1が利用されている。
被測定物Wとの接触に伴う検出信号Qoの振幅変化を図12に示す。スタイラス3が被測定物Wと非接触状態にあるとき、スタイラス3の共振周波数で一定の振幅をもつ加振信号Piを加振素子4に加えると、スタイラス3が共振し、検出素子5に振幅Aoの検出信号Qoが得られる。スタイラス3が被測定物Wに接触すると、検出信号Qoの振幅がAoからAxに減衰する。
ここで、スタイラス3(力センサ1)が被測定物Wに接触したときの検出信号Qoが非接触時の90%に減衰している場合(減衰率k=0.9の状態)を例にとる。図13の関係より、この接触状態における測定力は135[μN]であることがわかる。
従って、力センサ1を被測定物Wに接触させる際、減衰率kが常に一定となるように、駆動アクチュエータなどを用いて力センサ1と被測定物Wとの距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物Wの形状や粗さを測定することができる。
しかし、力センサ1単体を交換する場合、位置決めが困難となる。交換後の力センサ1の触針6の位置が、交換前の触針6の位置からずれると、測定精度に大きく影響を及ぼすおそれがある。
このため、プローブに対して再現性よく位置決め可能な構成が望まれている。
そして、クランクピンを廻動させて、チップを側方壁面に当接させて固定する構成が採られている。
そして、固定ボルトによりポケットにピン部材を嵌合固定し、ピンでもってインサートの中央孔の孔壁を押圧して、インサートをインサート座部に固定する構成が採られている。
また、特許文献2のような構成では、インサートを固定するために、2つの部材、すなわち固定ボルトおよびピン部材が必要であり、構成が複雑になるとともに固定する際の作業効率が悪くなるおそれがある。
すなわち、センサモジュールを、摺接部が第1位置決め部に対向し、かつ、押圧部が第2位置決め部に対向する状態に位置させる。そして、挿通孔部の傾斜部に固定突出部を摺接させつつ、固定部材を挿通孔部に挿通させて、棒状部をプローブ本体の係止孔部に係止させることにより、プローブ本体にセンサモジュールを位置決め固定することが可能となる。
このとき、固定突出部を連続的にあるいは断続的に傾斜部に当接させつつ傾斜部の傾斜方向と交差する方向に移動させることにより、センサモジュールを第1位置決め部に摺接させつつ、押圧部に第2位置決め部を押圧させることが可能となる。したがって、第1位置決め部の面方向に対して、センサモジュールを再現性よく位置決めすることが可能となる。
また、固定突出部により傾斜部を第1位置決め部の方向に押圧した状態で、棒状部を係止孔部に係止させることが可能となる。したがって、第1位置決め部の面方向と略直交する方向に対して、センサモジュールを再現性よく位置決めすることが可能となる。
さらに、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定するために、固定部材のみを用いるだけでよく、構成が簡単になり位置決めする際の作業効率をあげることが可能となる。
よって、簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサを位置決め可能となる。
この発明によれば、力センサを、スタイラスと、加振素子と、検出素子とで構成している。
このため、小さい測定力で高精度な測定が可能ないわゆる加振型力センサの位置決めを、簡単な構成で容易にかつより再現性よく実施可能となり、より高精度な測定が可能なプローブを提供可能となる。
この発明によれば、係止孔部として雌ねじ部を適用するとともに、棒状部として雄ねじ部を適用している。
このため、棒状部を係止孔部に螺着するだけの簡単な構成で、プローブ本体にセンサモジュールを位置決め固定することが可能となり、より容易に力センサを位置決め可能となる。
この発明によれば、固定突出部を、棒状部の外周方向に沿って一連に設けている。
このため、固定部材をセンサモジュールに挿通させる際に、固定突出部の位置を意識することなく固定突出部を傾斜部に常時当接させることが可能となり、さらに容易に力センサを位置決め可能となる。
特に、棒状部として雄ねじ部を、係止孔部として雌ねじ部を適用した構成の場合、棒状部を螺着させる際に固定突出部を傾斜部に常時当接させることが可能となり、さらに容易に力センサを位置決め可能となる。
この発明によれば、挿通孔部を、傾斜部の摺接部側の端部から押圧部までの距離が、係止孔部の第2位置決め部側の端部から第2位置決め部までの距離と略等しくなる形状に形成している。
このため、押圧部に第2位置決め部を押圧させた際に、傾斜部の摺接部側の端部と、係止孔部の第2位置決め部側の端部と、を略同一線上に位置させることが可能となり、棒状部を傾斜部の摺接部側の端部に略当接させた状態で、係止孔部に係止させることが可能となる。したがって、固定突出部の側面からの突出量を最小限に抑えた状態で、固定突出部を傾斜部に当接させることが可能となり、固定部材の軽量化を図れ、より高精度な測定が可能となる。
この発明によれば、プローブ本体に、第1位置決め部に設けられ制御手段と電気的に接続された本体接続部を設けている。さらに、センサモジュールの摺接部側に、本体接続部に当接可能かつ力センサに電気的に接続されたモジュール接続部を設けている。
このため、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定する際に、本体接続部およびモジュール接続部を当接させることにより、制御手段および力センサを各種信号の送受信が可能な状態にすることが可能となる。
したがって、センサモジュールの交換作業をさらに容易に実施可能となる。
この発明によれば、本体接続部に、第1位置決め部に交差する方向に進退可能な進退当接部を設けている。
このため、本体接続部やモジュール接続部における互いに当接する部分の形状によらず、これらが当接する際の圧力を略均一にすることが可能となる。したがって、本体接続部やモジュール接続部を精密に設計あるいは形成する必要がなく、製造性を向上させることが可能となる。
この発明によれば、本体接続部のモジュール接続部に当接される部分を球面状に形成している。
このため、本体接続部およびモジュール接続部を点接触させることが可能となり、センサモジュールを第1位置決め部に摺接させつつ第2位置決め部の方向に移動させる際の摩擦抵抗を低減可能となる。
したがって、力センサをさらに容易に位置決め可能となる。
この発明によれば、センサモジュールに、モジュール接続部と電気的に接続され力センサ固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶する記憶部を設けている。
このため、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定する際に、制御手段に記憶部の固有特性情報を読み出させて認識させることにより、相対移動手段を力センサに対応する状態で制御させることが可能となる。
したがって、ゲイン調整や周波数調整などの力センサ固有の調整が容易になり、利用拡大を容易に図ることが可能となる。
まず、本発明の一実施形態に係る表面性状測定装置としての接触式倣いプローブシステムの構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る接触式倣いプローブシステムの概略構成を示す模式図である。図2は、プローブの構成を示す斜視図である。図3は、被測定物表面を倣い走査する様子を示す概念図である。図4は、本体固定部およびセンサモジュールの構成を示す斜視図である。図5は、本体固定部およびセンサモジュールの要部の概略構成を示す断面図である。図6は、本体コネクタ部の構成を示す正面図である。図7は、図6のVII−VII線における断面図である。図8は、本体側基板およびコネクタ側基板が電気的に接続された状態を示す断面図である。図9は、センサモジュールの構成を示す背面斜視図である。
プローブ本体200は、一部がケース体21の内部に収容される状態で設けられている。
駆動アクチュエータ22と、スケール23と、スケール検出器24と、は、ケース体21の内部に収容されている。
なお、モジュール固定ねじ100、プローブ本体200、および、センサモジュール300の詳細な構成については、後述する。
このような制御により、図3に示すように、測定力一定で被測定物の形状を倣うことが可能となる。
進退当接部263Bは、導電性を有する材料により、ピン基部263Aの一端側の開口を閉塞するドーム状に形成されている。
ピン突出部263Cは、導電性を有する材料により形成され、例えば導線などの図示しない導電部材により進退当接部263Bに電気的に接続されている。
この本体側基板264は、コネクタピン部263の進退当接部263Bおよびコントローラ30を電気的に接続する。
また、モジュールコネクタ部320における断面コ字状の開口端に対応する部分は、この断面コ字状の開口面に平行な平面状に形成され、プローブ本体200への取付時にコネクタ正面部261Aに摺接される摺接部322とされている。
さらに、モジュールコネクタ部320における一端側には、断面コ字状の開口側と反対側に四角板状に膨出するねじ孔形成部323が設けられている。このねじ孔形成部323の膨出方向先端は、摺接部322と平行な平面状のねじ孔形成先端面部324とされている。そして、ねじ孔形成部323には、ねじ孔形成先端面部324から摺接部322側にかけて設けられ、モジュール固定ねじ100の雄ねじ部110が挿通される挿通孔部325が設けられている。
直径同一部325Aは、直径寸法がR1よりも大きいR2に形成されている。また、直径同一部325Aは、中心軸C2が雌ねじ部261Dの中心軸C1に対して偏芯した状態で設けられ、押圧部321側の端部から押圧部321までの距離がL1となる形状に形成されている。
すなわち、挿通孔部325は、摺接部322と反対側の開口における押圧部321側が、摺接部322側に向かうにしたがって押圧部321から離れる状態に傾斜する形状に形成されている。また、挿通孔部325は、雄ねじ部110の太さよりも大きい直径寸法に形成されている。さらに、挿通孔部325は、拡開部325Bの摺接部322側の端部から押圧部321までの距離が、閉塞平面部251側の端部から閉塞平面部251までの距離と等しい形状に形成されている。
次に、センサモジュール300の交換動作について説明する。
この後、モジュール固定ねじ100をさらに回転させて、ねじ摺接部120で拡開部325Bを押圧させることにより、センサモジュール300をコネクタ正面部261Aに摺接させつつ、押圧部321に閉塞平面部251を押圧させる。これにより、センサモジュール300は、コネクタ正面部261Aの面方向に対して位置決めされる。
また、ねじ摺接部120により拡開部325Bをコネクタ正面部261Aの方向に押圧させることにより、センサモジュール300は、コネクタ正面部261Aの面方向と直交する方向に対して位置決めされる。
これにより、センサモジュール300の交換動作が終了する。
上述した実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
このため、以下のようにして、プローブ本体200にセンサモジュール300を位置決め固定することができる。
すなわち、センサモジュール300を、摺接部322がコネクタ正面部261Aに対向し、かつ、押圧部321が閉塞平面部251に対向する状態に位置させる。そして、拡開部325Bにねじ摺接部120を摺接させつつ、モジュール固定ねじ100を挿通孔部325に挿通させて、雄ねじ部110を雌ねじ部261Dに螺着させることにより、プローブ本体200にセンサモジュール300を位置決め固定することができる。
このとき、ねじ摺接部120を連続的に拡開部325Bに当接させつつ挿通孔部325の軸方向に移動させることにより、センサモジュール300をコネクタ正面部261Aに摺接させつつ、押圧部321に中間閉塞部250を押圧させることができる。したがって、コネクタ正面部261Aの面方向に対して、センサモジュール300を再現性よく位置決めすることができる。
また、ねじ摺接部120により拡開部325Bをコネクタ正面部261Aの方向に押圧した状態で、雄ねじ部110を雌ねじ部261Dに螺着させることができる。したがって、コネクタ正面部261Aの面方向と略直交する方向に対して、センサモジュール300を再現性よく位置決めすることができる。
さらに、センサモジュール300をプローブ本体200に位置決めするために、モジュール固定ねじ100のみを用いるだけでよく、構成が簡単になり位置決めする際の作業効率をあげることができる。
よって、簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサ1を位置決めできる。
このため、小さい測定力で高精度な測定が可能な加振型力センサ1の位置決めを、簡単な構成で容易にかつより再現性よく実施でき、より高精度な測定が可能なプローブ20を提供できる。
このため、雄ねじ部110を雌ねじ部261Dに螺着するだけの簡単な構成で、プローブ本体200にセンサモジュール300を位置決め固定することができ、より容易に力センサ1を位置決めできる。
このため、雄ねじ部110を螺着させる際にねじ摺接部120を拡開部325Bに常時当接させることができ、さらに容易に力センサ1を位置決め可能となる。
このため、押圧部321に中間閉塞部250を押圧させた際に、拡開部325Bの摺接部322側の端部と、雌ねじ部261Dの中間閉塞部250側の端部と、を略同一線上に位置させることができ、雄ねじ部110を拡開部325Bの摺接部322側の端部に略当接させた状態で、雌ねじ部261Dに係止させることができる。したがって、ねじ摺接部120の雄ねじ部110からの突出量を最小限に抑えた状態で、ねじ摺接部120を拡開部325Bに当接させることができ、モジュール固定ねじ100の軽量化を図れ、より高精度に測定できる。
このため、センサモジュール300をプローブ本体200に位置決め固定する際に、コネクタピン部263およびコネクタ側基板350を当接させることにより、コントローラ30および力センサ1を各種信号の送受信が可能な状態にすることができる。
したがって、センサモジュール300の交換作業をさらに容易に実施できる。
このため、コネクタピン部263やコネクタ側基板350における互いに当接する部分の形状によらず、これらが当接する際の圧力を略均一にすることができる。したがって、コネクタピン部263やコネクタ側基板350を精密に設計あるいは形成する必要がなく、製造性を向上させることができる。
このため、コネクタピン部263およびコネクタ側基板350を点接触させることができ、センサモジュール300をコネクタ正面部261Aに摺接させつつ中間閉塞部250の方向に移動させる際の摩擦抵抗を低減できる。
したがって、力センサ1をさらに容易に位置決めできる。
このため、センサモジュール300をプローブ本体200に位置決め固定する際に、コントローラ30にICチップ370の固有特性情報を読み出させて認識させることにより、駆動アクチュエータ22を力センサ1に対応する状態で制御させることができる。
したがって、ゲイン調整や周波数調整などの力センサ1固有の調整を容易にでき、利用拡大を容易に図ることができる。
このため、上述した(1)〜(9)の作用効果を奏することが可能な接触式倣いプローブシステム10を提供できる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
また、加振型力センサ1を用いたが、これに限らず、被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力できる構造であれば、他のセンサであってもよい。
3…スタイラス
4…加振素子
5…検出素子
10…表面性状測定装置としての接触式倣いプローブシステム
20…プローブ
22…相対移動手段としての駆動アクチュエータ
24…位置検出手段としてのスケール検出器
30…制御手段としてのコントローラ
100…固定部材としてのモジュール固定ねじ
110…棒状部としての雄ねじ部
120…固定突出部としてのねじ摺接部
200…プローブ本体
250…第2位置決め部としての中間閉塞部
261A…第1位置決め部としてのコネクタ正面部
261D…係止孔部としての雌ねじ部
263…本体接続部としてのコネクタピン部
263B…進退当接部
300…センサモジュール
321…押圧部
322…摺接部
325…挿通孔部
325B…傾斜部としての拡開部
350…モジュール接続部としてのコネクタ側基板
370…記憶部としてのICチップ
Claims (11)
- 被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサと、この力センサによる被測定物の測定位置を検出し測定位置情報として出力する位置検出手段と、前記力センサと被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、を備えたプローブであって、
前記相対移動手段に保持されるプローブ本体と、
前記力センサが取り付けられるセンサモジュールと、
前記センサモジュールに挿通されるとともに前記プローブ本体に挿入され前記センサモジュールを前記プローブ本体に着脱自在に位置決め固定する固定部材と、
を備え、
前記プローブ本体は、略平面状の第1位置決め部と、この第1位置決め部に立設された第2位置決め部と、前記第1位置決め部に設けられ前記固定部材が挿入されて着脱可能に係止される係止孔部と、を備え、
前記センサモジュールは、前記第1位置決め部に摺接される摺接部と、前記第2位置決め部に押圧される押圧部と、前記摺接部側から前記摺接部と対向する側まで連通し前記固定部材が挿通される挿通孔部と、を備え、
前記固定部材は、棒状に形成され前記挿通孔部に挿通されるとともに一端側が前記係止孔部に係止される棒状部と、この棒状部の他端側の側面から突出する固定突出部と、を備え、
前記挿通孔部は、前記摺接部と対向する側の開口における前記押圧部側が前記摺接部側に向かうにしたがって前記押圧部から離れる状態に傾斜し前記固定突出部が当接可能な傾斜部を有するとともに、前記棒状部の太さより大きい孔幅に形成された
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1に記載のプローブにおいて、
前記力センサは、先端に接触部を有するスタイラスと、このスタイラスを振動させる加振素子と、前記スタイラスの振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子と、を備えた
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1または請求項2に記載のプローブにおいて、
前記係止孔部は、雌ねじ部であり、
前記棒状部は、雄ねじ部である
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記固定突出部は、前記棒状部の外周方向に沿って一連に設けられた
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記挿通孔部は、前記傾斜部の前記摺接部側の端部から前記押圧部までの距離が、前記係止孔部の第2位置決め部側の端部から前記第2位置決め部までの距離と略等しくなる形状に形成された
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記プローブ本体は、前記第1位置決め部に設けられ前記相対移動手段を制御する制御手段と電気的に接続された本体接続部を有し、
前記センサモジュールは、前記摺接部側における前記本体接続部に当接可能な位置に設けられ前記力センサに電気的に接続されかつ前記本体接続部との当接時に前記本体接続部と電気的に接続されるモジュール接続部を有する
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項6に記載のプローブにおいて、
前記本体接続部は、前記第1位置決め部に交差する方向に進退可能に設けられ前記モジュール接続部に当接される進退当接部を有する
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項6または請求項7に記載のプローブにおいて、
前記本体接続部は、前記モジュール接続部に当接される部分が球面状に形成されている
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項6ないし請求項8のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記センサモジュールは、前記モジュール接続部と電気的に接続され前記力センサ固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶する記憶部を有する
ことを特徴とするプローブ。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のプローブと、
前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面性状測定装置。 - 請求項9に記載のプローブと、
前記記憶部から固有特性情報を読み出し、この固有特性情報に基づく前記力センサ固有の特性に対応する制御により前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面性状測定装置。
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