JP5032031B2 - Contact probe and shape measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact probe reduced in load applied onto a measuring object surface. <P>SOLUTION: This contact probe is provided with: the probe 310 having a contact part 312 contacting with the measuring object surface in its tip; a detecting sensor for detecting a displacement of the probe 310; a support plate 420 of an elastic plate arranged substantially orthogonally to an axial direction of the probe 310, and for supporting a base end side of the probe 310; and a stylus displacing means 440 for displacing the probe 310. The stylus displacing means 440 is provided with actuators 441-443 for applying stresses onto the support plate 420 to change elastic deformation amounts of the support plate 420 in respective points. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、接触プローブおよび形状測定装置に関する。例えば、接触プローブにより被測定物の形状を測定する形状測定装置に関する。   The present invention relates to a contact probe and a shape measuring device. For example, the present invention relates to a shape measuring apparatus that measures the shape of an object to be measured with a contact probe.

被測定物表面を走査して被測定物の表面性状や立体的形状を測定する測定装置が知られ、例えば、粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている。そして、接触部が被測定物表面に接触した際における接触部の微小変位に基づいて被測定物表面を検出する変位センサとして接触プローブが使用される（特許文献１）。   Measuring devices that scan the surface of the object to be measured and measure the surface properties and three-dimensional shape of the object to be measured are known, such as a roughness measuring machine, a contour shape measuring machine, a roundness measuring machine, and a three-dimensional measuring machine. It has been known. A contact probe is used as a displacement sensor that detects the surface of the object to be measured based on the minute displacement of the contact part when the contact part contacts the surface of the object to be measured (Patent Document 1).

図２１に、接触プローブを利用した三次元測定機１０の構成を示す。
三次元測定機１０は、接触プローブ１１と、この接触プローブ１１を被測定物表面に沿って三次元的に移動させる駆動機構１２と、を備えている。接触プローブ１１は、図２２に示されるように、先端に接触部１４を有するスタイラス１３と、スタイラス１３の基端を支持するセンサ本体部１５と、を備えている。センサ本体部１５は、スタイラス１３をｘｐ、ｙｐ、ｚｐ方向の一定の範囲内で変位可能に支持するとともにスタイラス１３の変位量を検出する。 FIG. 21 shows a configuration of the coordinate measuring machine 10 using a contact probe.
The three-dimensional measuring machine 10 includes a contact probe 11 and a drive mechanism 12 that moves the contact probe 11 three-dimensionally along the surface of the object to be measured. As shown in FIG. 22, the contact probe 11 includes a stylus 13 having a contact portion 14 at a distal end, and a sensor main body 15 that supports the proximal end of the stylus 13. The sensor main body 15 supports the stylus 13 so as to be displaceable within a certain range in the xp, yp, and zp directions, and detects the amount of displacement of the stylus 13.

このような接触プローブによって被測定物表面を検出するにあたってはタッチ測定が例として挙げられる。
タッチ測定では、まず、駆動機構１２によって接触プローブ１１を移動させ、接触部１４を被測定物表面の測定ポイントに当接させる。そして、接触部１４を被測定物に押し込む方向に接触プローブ１１を移動させていき、接触部１４の変位として所定の押込量（基準押込量）が検出されたところで接触部１４と被測定物表面との接触を検出する。接触部１４と被測定物表面との接触を検出したところで、接触部１４の座標をサンプリングして、被測定物表面の測定を実行する。接触部１４の座標をサンプリングした後、タッチバック動作により接触プローブ１１を被測定物から離間させ、あらためて接触部１４を次の測定ポイントに当接させる。このようなタッチ測定を繰り返し実行して、被測定物表面を測定する。 Touch detection is an example of detecting the surface of the object to be measured with such a contact probe.
In the touch measurement, first, the contact probe 11 is moved by the drive mechanism 12 to bring the contact portion 14 into contact with the measurement point on the surface of the object to be measured. Then, the contact probe 11 is moved in the direction in which the contact portion 14 is pushed into the object to be measured, and the contact portion 14 and the surface of the object to be measured are detected when a predetermined push amount (reference push amount) is detected as the displacement of the contact portion 14. Detects contact with. When the contact between the contact portion 14 and the surface of the object to be measured is detected, the coordinates of the contact portion 14 are sampled to measure the surface of the object to be measured. After sampling the coordinates of the contact portion 14, the contact probe 11 is separated from the object to be measured by a touchback operation, and the contact portion 14 is brought into contact with the next measurement point again. Such a touch measurement is repeatedly executed to measure the surface of the object to be measured.

特開２０００−３９３０２号公報JP 2000-39302 A

しかしながら、接触部１４を被測定物表面に所定量押し込んだときに接触部１４と被測定物表面との接触を検出するところ、駆動機構の慣性のためにオーバートラベルが生じ、所定量以上に接触部１４を被測定物表面に押し込んでしまうことになる。
このようにオーバートラベルが生じて所定量以上に接触部１４を被測定物表面に押し込み過ぎると、スタイラス１３に大きな負荷がかかることはもちろん、被測定物表面を損傷させるという問題が生じる。 However, when the contact portion 14 is pushed into the surface of the object to be measured by a predetermined amount, contact between the contact portion 14 and the surface of the object to be measured is detected. Overtravel occurs due to the inertia of the drive mechanism, and the contact exceeds the predetermined amount. The part 14 is pushed into the surface of the object to be measured.
Thus, when overtravel occurs and the contact portion 14 is pushed too much into the surface of the object to be measured beyond a predetermined amount, a large load is applied to the stylus 13 as well as a problem of damaging the surface of the object to be measured.

さらに、測定精度を向上させるためには接触部１４を微小にすることが必要であるが、接触部１４を小さくすると単位面積あたりの圧力が大きくなってしまうので、被測定物表面の損傷が激しくなるという問題が生じる。
そのため、接触式の測定において、高精度の測定を行うとともに被測定物表面への負荷を小さくすることが困難であった。 Furthermore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to make the contact portion 14 minute. However, if the contact portion 14 is made small, the pressure per unit area increases, so that the surface of the object to be measured is severely damaged. Problem arises.
For this reason, it has been difficult to perform high-precision measurement and reduce the load on the surface of the object to be measured in contact measurement.

本発明の目的は、被測定物表面に対する負荷が小さい接触プローブおよび形状測定装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a contact probe and a shape measuring apparatus that have a small load on the surface of the object to be measured.

本発明の接触プローブは、被測定物表面に当接する接触部を先端に有する測定子と、前記測定子の変位を検出する検出センサと、前記測定子の軸方向とは略直交して配置された弾性体のプレートであって前記測定子の基端側を支持する支持プレートと、前記測定子を変位させる測定子変位手段と、を備え、前記支持プレートには、直線上にない位置の３箇所以上に切込み線が設けられ、この切込み線と前記測定子の基端側が固定された部分との間に、前記測定子の基端側が固定された部分と他の部分とを連結する狭領域が形成され、前記測定子変位手段は、前記狭領域に配置され、前記狭領域に応力を付与して、前記測定子の基端側が固定された部分の位置及び／又は角度を、前記他の部分に対して変化させ、前記測定子を任意の方向へ変位させる応力付与手段を備えることを特徴とする。
このような応力付与手段としては、多数の圧電素子の薄板を積層して構成されており、電圧の印加によって高さが変わる圧電アクチュエータであり、前記狭領域の下面に配設されており、前記狭領域を所定量だけ押し上げるものが採用できる。
あるいは、応力付与手段としては、前記狭領域の表裏面に伸縮量が異なる板材を貼設して構成され、電圧を印加することにより表裏からの応力によって前記狭領域を弾性変形させるバイモルフ型のアクチュエータとしてもよい。 The contact probe according to the present invention is arranged such that a probe having a contact portion in contact with the surface of the object to be measured, a detection sensor for detecting displacement of the probe, and an axial direction of the probe are substantially orthogonal to each other. a support plate for supporting the base end side of the measuring element a plate of elastic material with, and a measuring element displacement means for displacing the measuring element, the support plate, the third position is not in a straight line A narrow region connecting a portion where the base end side of the probe is fixed and another portion between the cut line and a portion where the base end side of the probe is fixed. The probe displacement means is arranged in the narrow region , applies stress to the narrow region , and determines the position and / or angle of the portion to which the proximal end side of the probe is fixed. changing to the portion, displace the measuring element in any direction And wherein the obtaining Bei a stress applying means for.
Such a stress applying means is a piezoelectric actuator that is configured by laminating a plurality of thin plates of piezoelectric elements, the height of which is changed by application of voltage, and is disposed on the lower surface of the narrow region , What pushes up a narrow area | region by predetermined amount is employable.
Alternatively, as the stress applying means, the narrow stretch amount on the front and back surfaces of the region is constituted by affixed different plate material, bimorph actuator elastically deforming the narrow region by the stress from the front and back by applying a voltage It is good.

このような構成において、測定子の接触部が被測定物表面に当接すると、被測定物表面から接触部に対して力が作用する。すると、測定子は、弾性体である支持プレートの、直線上にない３箇所以上にある狭領域を介して支持された部分に支持されているので、この部分およびこの部分に基端側が固定された測定子は、被測定物表面から受ける力に応じた量だけ変位する。このとき、支持プレートは弾性体のプレートであって、測定子の軸方向とは略直交して配置された状態で測定子を支持しているので、支持プレートが上下動または任意の方向に傾斜することにより測定子の３次元的変位が許容される。被測定物表面との接触による測定子の変位は検出センサにて検出される。そして、例えば、測定子の変位が予め設定された所定量（基準押込量）に達したときに接触部と被測定物表面との接触が検知される。また、支持プレートに配備された応力付与手段が駆動すると、それぞれの点において支持プレートに応力が付与されて支持プレートがそれぞれの点で弾性変形される。 In such a configuration, when the contact portion of the probe contacts the surface of the object to be measured, force acts on the contact portion from the surface of the object to be measured. Then, since the measuring element is supported by a portion of the support plate, which is an elastic body, supported through three or more narrow regions not on a straight line , the proximal end side is fixed to this portion and this portion. The measuring element is displaced by an amount corresponding to the force received from the surface of the object to be measured. At this time, the support plate is an elastic plate and supports the probe in a state of being arranged substantially orthogonal to the axial direction of the probe, so that the support plate moves up and down or tilts in an arbitrary direction. By doing so, the three-dimensional displacement of the measuring element is allowed. The displacement of the probe due to contact with the surface of the object to be measured is detected by a detection sensor. For example, when the displacement of the probe reaches a predetermined amount (reference push amount) set in advance, contact between the contact portion and the surface of the object to be measured is detected. When the stress applying means provided on the support plate is driven, stress is applied to the support plate at each point, and the support plate is elastically deformed at each point.

ここで、支持プレートに対する応力は直線上にない３点以上の狭領域に付与されるので、これら３点によって支持プレートの傾斜角が一義的に決定される。そして、測定子は支持プレートに支持されているところ、狭領域が弾性変形することで支持プレートの測定子の基端側が固定された部分の傾斜角とともに測定子が変位するので、支持プレートの傾斜角が応力付与手段からの応力調整で決定されることにより測定子の変位が一義に決定される。 Here, since the stress with respect to the support plate is applied to three or more narrow regions not on a straight line, the inclination angle of the support plate is uniquely determined by these three points. When the probe is supported by the support plate, the probe is displaced together with the inclination angle of the portion where the proximal end of the probe of the support plate is fixed due to elastic deformation of the narrow region. By determining the angle by adjusting the stress from the stress applying means, the displacement of the measuring element is uniquely determined.

このような構成によれば、被測定物表面に当接した際の押圧力によって測定子が変位することの他に、測定子変位手段の駆動によっても測定子は変位可能である。
例えば、タッチ測定では、接触部を所定量まで押し込んだところで接触を検知し、接触検知の後、すぐにタッチバックするが、接触プローブと被測定物を相対移動させる駆動機構には慣性が働くために、すぐにタッチバック動作を実行できずに、接触プローブを基準量以上に被測定物表面に押し込みすぎてしまう恐れがある。 According to such a configuration, in addition to the displacement of the probe due to the pressing force when contacting the surface of the object to be measured, the probe can be displaced by driving the probe displacement means.
For example, in touch measurement, contact is detected when the contact portion is pushed down to a predetermined amount, and touch back is performed immediately after contact detection. However, inertia works on the drive mechanism that relatively moves the contact probe and the object to be measured. In addition, the touchback operation cannot be performed immediately, and the contact probe may be pushed too much into the surface of the object to be measured more than the reference amount.

この点、本発明においては、測定子変位手段を備えているので、接触プローブと被測定物とを相対移動させる駆動機構の動作に関係なく、測定子変位手段により測定子を被測定物表面から離間させる向きに変位させることができる。すると、被測定物表面に接触部を過剰に押し込むことがないので、測定の対象となる被測定物の表面を損傷することがない。
特に、測定精度を向上させるために接触部を微小する場合には単位面積あたりの接触圧が大きくなるので被測定物表面を損傷する危険が高くなるが、本発明によれば、所定量以上に接触部を被測定物表面に押し込むことがないので、微小な接触部によって高精度に測定し、かつ、被測定物表面の損傷を防止することができる。 In this regard, in the present invention, since the measuring element displacing means is provided, the measuring element is moved from the surface of the object to be measured by the measuring element displacing means regardless of the operation of the driving mechanism for relatively moving the contact probe and the object to be measured. It can be displaced in the direction of separation. Then, since the contact portion is not excessively pushed into the surface of the object to be measured, the surface of the object to be measured that is the object of measurement is not damaged.
In particular, when the contact portion is made minute in order to improve the measurement accuracy, the contact pressure per unit area increases, so that the risk of damaging the surface of the object to be measured increases. Since the contact portion is not pushed into the surface of the object to be measured, it is possible to measure with high accuracy by the minute contact portion and to prevent the surface of the object to be measured from being damaged.

また、この接触プローブを倣い測定に使用する場合でも倣い測定の際に問題となる摩擦を軽減することができる。
例えば、接触部を被測定物表面に沿って倣い移動させる際に、所定の周期で押込量を減少させるように測定子変位手段を駆動させて接触部を変位させる。倣い測定において押込量を一定にして倣い測定をすると、接触部と被測定物表面との摩擦によって測定子に歪みが溜まることになるが、測定子変位手段によって測定子を微小に変位させて押込量を小さくすることにより押込圧を減少させることができる。すると、測定子にたまる歪みエネルギーを周期的に開放することができる。 In addition, even when this contact probe is used for scanning measurement, it is possible to reduce friction that is a problem in scanning measurement.
For example, when the contact portion is moved along the surface of the object to be measured, the contact portion is displaced by driving the measuring element displacing means so as to reduce the pushing amount at a predetermined cycle. When scanning measurement is performed with the indentation amount kept constant, distortion occurs in the probe due to the friction between the contact part and the surface of the object to be measured, but the probe is displaced slightly by the probe displacement means. The indentation pressure can be reduced by reducing the amount. Then, the strain energy accumulated in the probe can be periodically released.

このように、本発明によれば、測定子を測定子変位手段によって変位させることができるので、接触部と被測定物表面との押込圧を所望のタイミングで減少させて被測定物表面あるいは測定子の損傷を防止することができる。   Thus, according to the present invention, since the measuring element can be displaced by the measuring element displacing means, the indentation pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured is decreased at a desired timing to measure the surface of the object to be measured or the measurement. Child damage can be prevented.

また、測定子変位手段を構成する応力付与手段は、支持プレートの３点以上において応力を付与するので、支持プレートを任意の傾斜にすることができ、測定子を任意の方向へ変位させることができる。したがって、接触部が被測定物表面に接触する方向性に関係なく、接触部を被測定物表面から離間する方向に変位させることができる。 Further, since the stress applying means constituting the measuring element displacing means applies stress at three or more points of the supporting plate, the supporting plate can be inclined in any direction, and the measuring element can be displaced in an arbitrary direction. it can. Accordingly, the contact portion can be displaced in a direction away from the surface of the object to be measured regardless of the directionality in which the contact portion contacts the surface of the object to be measured.

なお、応力付与手段は、支持プレートのそれぞれの箇所において支持プレートを弾性変形させ、前記測定子の基端を支持する前記支持プレートの面の位置及び／又は角度を変化させるアクチュエータとしたが、このようなアクチュエータとしては、トップ部が出没したりあるいは全体が伸縮するなどにより、支持プレートに押圧力を付与する構成とすることが例として挙げられる。
このような構成としては圧電素子を積層した圧電アクチュエータの他、磁歪アクチュエータ、静電アクチュエータ、超音波アクチュエータなどが例として挙げられる。
あるいは、このようなアクチュエータとしては、支持プレートの表裏面に伸縮量が制御可能な板材（あるいは薄膜）を貼設したバイモルフ型の構成であってもよい。 The stress applying means is an actuator that elastically deforms the support plate at each location of the support plate and changes the position and / or angle of the surface of the support plate that supports the base end of the measuring element. An example of such an actuator is a configuration in which a pressing force is applied to the support plate when the top portion appears or disappears or the entire portion expands and contracts.
Examples of such a configuration include a piezoelectric actuator in which piezoelectric elements are stacked, a magnetostrictive actuator, an electrostatic actuator, an ultrasonic actuator, and the like.
Or as such an actuator, the bimorph type structure which stuck the board | plate material (or thin film) which can control an expansion-contraction amount on the front and back of a support plate may be sufficient.

以上に挙げた構成あれば、応答が速いので、所望のタイミングで測定子を被測定物表面から離間させるなどの動作を実行することができる。
例えば、接触プローブを被測定物に対して相対移動させる駆動機構では慣性の影響を受けるので急停止することは難しいが、応力付与手段の応答が速いことにより接触部が規定量以上に押し込まれる前に被測定物表面から接触部を離間させることができる。
したがって、被測定物表面および測定子が損傷することを確実に防止することができる。 With the configuration described above, since the response is fast, an operation such as separating the measuring element from the surface of the object to be measured can be executed at a desired timing.
For example, a drive mechanism that moves the contact probe relative to the object to be measured is difficult to stop suddenly because it is affected by inertia, but before the contact portion is pushed beyond a specified amount due to the quick response of the stress applying means. The contact portion can be separated from the surface of the object to be measured.
Therefore, it is possible to reliably prevent the surface of the object to be measured and the measuring element from being damaged.

本発明では、前記支持プレートは、前記測定子の軸線が通る点を中心点とする円形であり、前記応力付与手段は、前記支持プレートの中心点を中心とする仮想円上において等間隔に配備されていることが好ましい。   In the present invention, the support plate is a circle centered at a point through which the axis of the probe passes, and the stress applying means is arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the center point of the support plate. It is preferable that

このような構成において、測定子の軸線が支持プレートの中心を通過しており、さらに、支持プレートは円形である。したがって、この支持プレートにて測定子を支持することにより異方性がなく、任意の方向で測定子を変位させた場合でも同一の応力に対する測定子の変位量を同じにすることができる。
また、応力付与手段は、支持プレートの中心点を中心とする仮想円上に等間隔に配置されているので、測定子を異方性なく任意の方向に変位させることができる。 In such a configuration, the axis of the probe passes through the center of the support plate, and the support plate is circular. Accordingly, by supporting the probe with this support plate, there is no anisotropy, and even when the probe is displaced in an arbitrary direction, the displacement of the probe with respect to the same stress can be made the same.
In addition, since the stress applying means is arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the center point of the support plate, the measuring element can be displaced in any direction without anisotropy.

なお、検出センサは、光源と、光を受光して光電変換により受光量に応じた受光信号を出力する光センサと、前記光源から発射された光の前記光センサへの入射位置を前記測定子の変位に応じてシフトさせる光シフト手段と、を備えていることが好ましい。
光シフト手段は、支持プレートに貼設され支持プレートとともに一体となって傾斜する反射ミラーにて構成することができる。 The detection sensor includes a light source, a light sensor that receives light and outputs a light reception signal corresponding to the amount of light received through photoelectric conversion, and an incident position of the light emitted from the light source on the light sensor. It is preferable to include an optical shift means for shifting according to the displacement.
The light shift means can be configured by a reflection mirror that is attached to the support plate and tilts together with the support plate.

ここで、測定子のわずかな変位に対して光センサ上の光入射位置が大きく変化することが好ましく、例えば、測定子の軸線から支持プレートの可変部までの距離を短くすること、反射ミラー（光シフト手段）から光センサまでの距離を長くすること、さらには、光源から反射ミラー（光シフト手段）への光入射角を大きくすることが好ましい。   Here, it is preferable that the light incident position on the optical sensor changes greatly with a slight displacement of the probe. For example, the distance from the axis of the probe to the variable portion of the support plate is shortened, and the reflection mirror ( It is preferable to increase the distance from the light shift means) to the optical sensor, and to increase the light incident angle from the light source to the reflection mirror (light shift means).

測定子の軸線から支持プレートの可変部までの距離が小さければ、測定子の変位に対する支持プレートの角度変化が大きくなるので、測定子の微小変位を高感度に検出することができる。
また、反射ミラーから光センサまでの距離が長ければ、光てこのレバー比が大きくなるので、測定子の微小変位を高感度に検出できる。 If the distance from the axis of the probe to the variable portion of the support plate is small, the change in the angle of the support plate with respect to the displacement of the probe becomes large, so that the minute displacement of the probe can be detected with high sensitivity.
Further, if the distance from the reflection mirror to the optical sensor is long, the lever ratio of the light lever increases, so that the minute displacement of the probe can be detected with high sensitivity.

本発明の形状測定装置は、前記接触プローブと、前記接触プローブを被測定物に対して相対的に移動させて前記接触プローブを前記被測定物表面に対して当接または離間させる駆動機構と、前記駆動機構の駆動量を検出する駆動センサと、前記駆動機構および前記測定子変位手段を駆動制御する動作制御部と、前記検出センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の形状を解析する解析手段と、を具備し、前記動作制御部は、前記被測定物表面に当接した前記接触部が前記被測定物表面から受ける測定圧によって生じる前記接触部の変位が予め設定された基準押込量に達したときに前記被測定物表面と前記接触部との接触を検知する接触検知部と、前記接触検知部にて前記接触部と前記被測定物表面との接触が検知された際に前記測定子変位手段を駆動させて前記接触部と前記被測定物表面との接触圧が減少する方向に前記測定子を変位させるプローブ駆動制御部と、を備えることを特徴とする。   The shape measuring apparatus of the present invention includes the contact probe, a drive mechanism that moves the contact probe relative to the object to be measured, and contacts or separates the contact probe from the surface of the object to be measured. A driving sensor for detecting a driving amount of the driving mechanism; an operation control unit for driving and controlling the driving mechanism and the probe displacement means; and a detection surface of the object to be measured based on detection values by the detecting sensor and the driving sensor. An analysis means for analyzing the shape, wherein the operation control unit sets in advance a displacement of the contact part caused by a measurement pressure received from the surface of the object to be measured by the contact part in contact with the surface of the object to be measured. A contact detection unit that detects contact between the surface of the object to be measured and the contact part when the reference pressing amount is reached, and contact between the contact part and the surface of the object to be measured is detected by the contact detection unit. And a probe drive controller that drives the probe displacement means to displace the probe in a direction in which the contact pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured decreases. .

このような構成において、駆動機構により接触プローブが被測定物に対して相対移動され、接触部が被測定物表面に当接する。そして、接触部が被測定物表面に押し込まれていき、接触部の変位が予め設定された基準押込量に達したとき、接触部が被測定物表面に当接したことが接触検知部によって検出される。
このように接触検知部によって接触部と被測定物表面との接触が検知されたときの駆動センサおよび検出センサの検出値がサンプリングされることにより被測定物表面の座標値が取得される。接触検知部にて接触部と被測定物表面との接触が検知されたところで次の測定ポイントに移るために駆動機構により接触プローブが被測定物表面からタッチバックされる。 In such a configuration, the contact probe is moved relative to the object to be measured by the driving mechanism, and the contact portion comes into contact with the surface of the object to be measured. Then, when the contact portion is pushed into the surface of the object to be measured and the displacement of the contact portion reaches a preset reference push amount, the contact detection unit detects that the contact portion has come into contact with the surface of the object to be measured. Is done.
In this way, the coordinate values of the surface of the object to be measured are acquired by sampling the detection values of the drive sensor and the detection sensor when the contact between the contact part and the surface of the object to be measured is detected by the contact detection unit. When the contact between the contact portion and the surface of the object to be measured is detected by the contact detection unit, the contact probe is touched back from the surface of the object to be measured by the driving mechanism in order to move to the next measurement point.

ただし、駆動機構の動作については、駆動機構自体の重量および接触プローブの重量のために慣性が働くので急激に動作方向を変えることはできず、接触プローブを被測定物表面に向けて引き続き移動させてしまうことになる。
ここで、接触検知部にて接触が検知されたところで、プローブ駆動制御部により測定子変位手段が駆動される。すると、測定子変位手段により接触部と被測定物表面との接触圧が減少する方向に向けて測定子が変位する。そして、駆動機構によるタッチバックの後、接触プローブが次の測定ポイントへ移動される。 However, the operation of the drive mechanism cannot be changed suddenly due to inertia due to the weight of the drive mechanism itself and the weight of the contact probe, and the contact probe is continuously moved toward the surface of the object to be measured. It will end up.
Here, when the contact is detected by the contact detection unit, the probe displacement control unit is driven by the probe drive control unit. Then, the probe is displaced in a direction in which the contact pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured is reduced by the probe displacement means. Then, after touch back by the drive mechanism, the contact probe is moved to the next measurement point.

このような構成によれば、接触部と被測定物表面との接触が検知されたところで測定子変位手段によって被測定物表面から退避させる方向に向けて測定子が変位される。したがって、駆動機構が慣性の影響を受ける場合でも、接触部は被測定物表面に基準押込量以上に押し込まれることがない。よって、被測定物表面に接触部が過剰に押し込まれず、被測定物表面および測定子の損傷が防止される。   According to such a configuration, when the contact between the contact portion and the surface of the object to be measured is detected, the measuring element is displaced toward the direction of retreating from the surface of the object to be measured by the measuring element displacement means. Therefore, even when the drive mechanism is affected by inertia, the contact portion is not pushed more than the reference push amount into the surface of the object to be measured. Therefore, the contact portion is not excessively pushed into the surface of the object to be measured, and damage to the surface of the object to be measured and the probe is prevented.

なお、接触部と被測定物表面との接触圧が減少する方向に測定子を変位させるにあたって、接触部が被測定物表面から離間するまで接触部を被測定物表面から離間させてもよく、あるいは、接触部が被測定物表面から離間しない範囲内で接触圧が減少する方向に変位させてもよい。   When displacing the probe in the direction in which the contact pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured decreases, the contact portion may be separated from the surface of the object to be measured until the contact portion is separated from the surface of the object to be measured. Alternatively, the contact portion may be displaced in a direction in which the contact pressure decreases within a range in which the contact portion is not separated from the surface of the object to be measured.

また、例えば、Ｖ溝内の一面を測定している場合に接触部を被測定物表面から退避動作させると、Ｖ溝の他面に接触部が当接してしまい、所定の退避動作が不能となる事態も想定される。このように退避動作中に異常が検出される場合には測定動作を停止することが望ましい。これにより、接触プローブの破損や測定不能に陥ることを回避することができる。   Also, for example, when measuring one surface in the V-groove, if the contact portion is retracted from the surface of the object to be measured, the contact portion comes into contact with the other surface of the V-groove, and the predetermined retracting operation is impossible. This situation is also expected. Thus, it is desirable to stop the measurement operation when an abnormality is detected during the evacuation operation. Thereby, it is possible to avoid the contact probe from being damaged or being unable to be measured.

本発明では、前記プローブ駆動制御部は、前記検出センサにて検出された接触部の変位に基づいて接触点における被測定物表面の法線方向を算出する法線ベクトル算出部と、前記法線ベクトル算出部にて算出された法線ベクトルの向きに前記接触部を変位させるために必要な各応力付与手段の駆動量を算出する分配量算出部と、前記分配量算出部にて算出された各応力付与手段の駆動量に応じて各応力付与手段を駆動させる応力付与駆動部と、を備えることが好ましい。   In the present invention, the probe drive control unit includes a normal vector calculation unit that calculates a normal direction of the surface of the object to be measured at the contact point based on the displacement of the contact unit detected by the detection sensor, and the normal line A distribution amount calculation unit that calculates the driving amount of each stress applying means necessary to displace the contact portion in the direction of the normal vector calculated by the vector calculation unit, and the distribution amount calculation unit It is preferable to include a stress applying drive unit that drives each stress applying means in accordance with the driving amount of each stress applying means.

このような構成において、接触部が被測定物表面に接触したことが検知された際にプローブ駆動制御部によって接触部と被測定物表面との接触圧が減少する方向へ測定子が変位されるところ、まず、法線ベクトル算出部によって接触点における被測定物表面の法線ベクトルが算出される。
ここで、接触部が被測定物表面に押し込まれて被測定物表面に押圧力を加えるところ、被測定物表面からの反力によって接触部は変位される。したがって、接触部の変位が（Δｘ、Δｙ、Δｚ）である場合、接触点における被測定物表面の法線方向のベクトルは（Δｘ、Δｙ、Δｚ）である。 In such a configuration, when the contact portion is detected to be in contact with the surface of the object to be measured, the probe is controlled by the probe drive control unit so that the contact pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured decreases. However, first, the normal vector calculation unit calculates the normal vector of the surface of the object to be measured at the contact point.
Here, when the contact portion is pushed into the surface of the object to be measured and a pressing force is applied to the surface of the object to be measured, the contact portion is displaced by the reaction force from the surface of the object to be measured. Therefore, when the displacement of the contact portion is (Δx, Δy, Δz), the vector in the normal direction of the surface of the object to be measured at the contact point is (Δx, Δy, Δz).

次に、この法線ベクトルの方向に接触部を変位させるために必要な各応力付与手段の駆動量が分配量算出部により算出される。そして、算出された各応力付与手段の駆動量に応じて応力付与駆動部から各応力付与手段に制御電圧等の制御信号が出力され、各応力付与手段が駆動される。すると、各応力付与手段の駆動によって支持プレートの各点の弾性変形量が変化されて支持プレートの傾斜角が変化する。支持プレートの傾斜角とともに測定子が変位して、接触部が被測定物表面の法線方向へ変位する。   Next, the drive amount of each stress applying means necessary for displacing the contact portion in the direction of the normal vector is calculated by the distribution amount calculation unit. Then, a control signal such as a control voltage is output from the stress applying drive unit to each stress applying means according to the calculated driving amount of each stress applying means, and each stress applying means is driven. Then, the amount of elastic deformation at each point of the support plate is changed by driving each stress applying means, and the inclination angle of the support plate is changed. The measuring element is displaced with the inclination angle of the support plate, and the contact portion is displaced in the normal direction of the surface of the object to be measured.

本発明の形状測定装置は、前記接触プローブと、前記接触プローブを被測定物表面に沿って相対移動させる駆動機構と、前記駆動機構の駆動量を検出する駆動センサと、前記駆動機構および前記測定子変位手段を駆動制御する動作制御部と、前記検出センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の形状を解析する解析手段と、を具備し、前記動作制御部は、前記測定子変位手段を駆動させて前記接触部を前記被測定物表面の法線方向に振動させるプローブ加振制御部を備えることを特徴とする。   The shape measuring apparatus of the present invention includes the contact probe, a drive mechanism that relatively moves the contact probe along the surface of the object to be measured, a drive sensor that detects a drive amount of the drive mechanism, the drive mechanism, and the measurement An operation control unit that drives and controls a child displacement unit; and an analysis unit that analyzes a shape of the surface of the object to be measured based on the detection sensor and a value detected by the drive sensor, and the operation control unit includes: A probe excitation control unit is provided to drive the probe displacement means to vibrate the contact portion in the normal direction of the surface of the object to be measured.

このような構成において、接触プローブが駆動機構によって被測定物表面に沿って移動されることにより倣い測定が実行される。
この倣い測定にあたって、まず、プローブ加振制御部からの制御信号によって測定子変位手段が駆動され測定子が加振される。このとき、接触部の振動方向は被測定物表面の法線方向である。例えば、測定動作に先立って被測定物の輪郭データが予め設定入力されており、この輪郭データと倣い測定の測定経路とに基づいて各測定ポイントにおける被測定物表面の法線方向が予め算出され、この算出された法線方向に接触部が加振される。接触部が被測定物表面の法線方向に加振された状態で駆動機構により接触プローブが被測定物表面に沿って倣い移動される。すると、接触部が振動しているので、接触部が被測定物表面をタッピングしながら倣い移動する。接触部の振動を含めて接触部の変位は検出センサにて検出されているところ、接触部の振動の振幅が所定のレベルに抑えられたときに接触部と被測定物表面との接触を検知することが例として挙げられる。接触部の変位を検出センサで検出するとともに駆動機構の駆動量が駆動センサにて検出されることにより、測定データが得られる。この測定データに基づいて解析手段により被測定物の表面形状の解析が実行される。 In such a configuration, the scanning measurement is executed by moving the contact probe along the surface of the object to be measured by the driving mechanism.
In this scanning measurement, first, the probe displacement means is driven by the control signal from the probe excitation controller, and the probe is vibrated. At this time, the vibration direction of the contact portion is the normal direction of the surface of the object to be measured. For example, the contour data of the object to be measured is set and inputted in advance prior to the measurement operation, and the normal direction of the surface of the object to be measured at each measurement point is calculated in advance based on the contour data and the measurement path of the scanning measurement. The contact portion is vibrated in the calculated normal direction. The contact probe is moved along the surface of the object to be measured by the drive mechanism in a state where the contact portion is vibrated in the normal direction of the surface of the object to be measured. Then, since the contact portion vibrates, the contact portion moves following the surface of the object to be measured while tapping. When the displacement of the contact part including the vibration of the contact part is detected by the detection sensor, the contact between the contact part and the surface of the object to be measured is detected when the amplitude of the vibration of the contact part is suppressed to a predetermined level. As an example. The displacement of the contact portion is detected by the detection sensor and the drive amount of the drive mechanism is detected by the drive sensor, whereby measurement data is obtained. Based on the measurement data, the surface shape of the object to be measured is analyzed by the analyzing means.

このような構成によれば、倣い測定にあたって接触部が被測定物表面をタッピングするので、接触部と被測定物表面との接触時間が短くなり、接触部と被測定物表面との摩擦を極めて小さくすることができる。
従来は、接触部を被測定物表面に所定量押し込んだ状態で倣い測定を行っていたために、接触部と被測定物表面との間に働く摩擦力が測定子および被測定物表面を損傷するとう問題が生じていた。
この点、本発明によれば、接触部と被測定物表面との摩擦が小さくなるので、測定によって被測定物表面が損傷することがない。 According to such a configuration, since the contact portion taps the surface of the object to be measured in the copying measurement, the contact time between the contact portion and the surface of the object to be measured is shortened, and the friction between the contact portion and the surface of the object to be measured is extremely reduced. Can be small.
Conventionally, since the scanning measurement was performed with the contact portion pushed into the surface of the object to be measured by a predetermined amount, the friction force acting between the contact portion and the surface of the object to be measured damages the measuring element and the surface of the object to be measured. There was a problem.
In this respect, according to the present invention, since the friction between the contact portion and the surface of the object to be measured is reduced, the surface of the object to be measured is not damaged by the measurement.

また、測定子は支持プレートにより三次元的に任意の方向に変位可能に支持されているので、測定子変位手段の駆動によって接触部を三次元的に任意の方向に振動させることができる。したがって、どの方向から被測定物表面に接触する場合でも接触部を被測定物表面の法線方向に振動させながら倣い測定を行うことができる。また、このように倣い測定をタッピングによって実行するにあたり、測定子変位手段にて接触部を振動させるので、接触プローブを移動させる駆動機構の動作は従来の倣い測定と同様でよい。従って、倣い測定の動作指令としては従来と変わることがなく、非常に簡便である。   Further, since the probe is supported by the support plate so as to be displaceable in any direction in three dimensions, the contact portion can be vibrated in any direction in three dimensions by driving the probe displacement means. Therefore, in any direction when contacting the surface of the object to be measured, it is possible to perform the copying measurement while vibrating the contact portion in the normal direction of the surface of the object to be measured. Further, when the scanning measurement is performed by tapping as described above, the contact portion is vibrated by the probe displacement means, so that the operation of the drive mechanism for moving the contact probe may be the same as that of the conventional scanning measurement. Accordingly, the scanning measurement operation command is not different from the conventional one and is very simple.

なお、接触部を振動させる振動周波数については、接触プローブのあらゆる固有周波数を避けることが好ましい。接触プローブには各方向によってそれぞれ固有周波数が存在し、例えば、縦方向には測定子の振動の固有周波数が存在する。
接触部を三次元的に任意の方向で振動させる際に測定子の固有周波数を用いてしまうと、測定子が固有周波数で共鳴して、縦方向の振動も生じてしまうことになる。そのため、任意の方向に接触部を振動させて被測定物表面を正確にタッピングすることができなくなる。そこで、あらゆる方向の固有周波数を避けることにより、意図した方向にのみ接触部を振動させることができる。 In addition, about the vibration frequency which vibrates a contact part, it is preferable to avoid all the natural frequencies of a contact probe. In the contact probe, a natural frequency exists in each direction. For example, a natural frequency of the vibration of the probe is present in the vertical direction.
If the natural frequency of the probe is used when the contact portion is vibrated three-dimensionally in an arbitrary direction, the probe is resonated at the natural frequency, and longitudinal vibration is also generated. As a result, the surface of the object to be measured cannot be accurately tapped by vibrating the contact portion in an arbitrary direction. Therefore, by avoiding natural frequencies in all directions, the contact portion can be vibrated only in the intended direction.

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の形状測定装置に係る第１実施形態について図１〜図１５を参照して説明する。
第１実施形態として、接触プローブ３００を用いた形状測定装置としての測定システム１００を図１に示す。
図２は、測定システム１００のブロック図である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
1st Embodiment which concerns on the shape measuring apparatus of this invention is described with reference to FIGS.
As a first embodiment, a measurement system 100 as a shape measuring apparatus using a contact probe 300 is shown in FIG.
FIG. 2 is a block diagram of the measurement system 100.

測定システム１００は、接触プローブ３００を移動させる三次元測定機２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作部１１０と、三次元測定機２００の動作を制御するモーションコントローラ（動作制御部）５００と、モーションコントローラ５００を介して三次元測定機２００を動作させるとともに三次元測定機２００によって取得した測定データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求めるホストコンピュータ６００と、測定条件等を入力する入力手段１２０と、測定結果を出力する出力手段１３０と、を備えている。   The measurement system 100 includes a coordinate measuring machine 200 that moves the contact probe 300, an operation unit 110 having a joystick 111 that is manually operated, a motion controller (operation control unit) 500 that controls the operation of the coordinate measuring machine 200, A host computer 600 that operates the coordinate measuring machine 200 via the motion controller 500 and processes the measurement data acquired by the coordinate measuring machine 200 to determine the size and shape of the object W to be measured, and the measurement conditions and the like are input. Input means 120 for outputting, and output means 130 for outputting the measurement result.

三次元測定機２００は、接触プローブ３００と、定盤２１０と、定盤２１０に立設されて接触プローブ３００を三次元的に移動させる駆動機構２２０と、駆動機構２２０の駆動量を検出する駆動センサ２３０と、を備えている。   The three-dimensional measuring machine 200 includes a contact probe 300, a surface plate 210, a drive mechanism 220 that is erected on the surface plate 210 and moves the contact probe 300 three-dimensionally, and a drive that detects the drive amount of the drive mechanism 220. Sensor 230.

接触プローブ３００の構成について説明する。
図３は、接触プローブ３００の構成を示す斜視図である。
図４は、接触プローブ３００を垂直方向に切断した横断面図である。
なお、以下の説明のために図４の紙面上下方向にｚ軸をとり、紙面左右方向にｘ軸をとり、紙面垂直方向にｙ軸をとる。 The configuration of the contact probe 300 will be described.
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the contact probe 300.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the contact probe 300 cut in the vertical direction.
For the following explanation, the z-axis is taken in the vertical direction of the paper in FIG. 4, the x-axis is taken in the horizontal direction of the paper, and the y-axis is taken in the vertical direction of the paper.

接触プローブ３００は、被測定物表面Ｓに当接した際に接触圧によって変位する測定子３１０と、この測定子３１０を変位可能に支持するとともに測定子３１０の変位を検出するセンサ本体部４００と、を備える。   The contact probe 300 includes a measuring element 310 that is displaced by contact pressure when it abuts on the surface S of the object to be measured, and a sensor main body 400 that supports the measuring element 310 so as to be displaceable and detects the displacement of the measuring element 310. .

測定子３１０は、スタイラス３１１と、このスタイラス３１１の先端に設けられた接触部３１２と、を備える。
スタイラス３１１の基端がセンサ本体部４００に取り付けられ、測定子３１０はセンサ本体部４００から垂下する状態に支持されている。
なお、測定子３１０に変位がない基準状態においてスタイラス３１１の軸線に沿った方向を中心線方向Ａと称する。 The measuring element 310 includes a stylus 311 and a contact portion 312 provided at the tip of the stylus 311.
The base end of the stylus 311 is attached to the sensor main body 400, and the measuring element 310 is supported in a state of hanging from the sensor main body 400.
Note that a direction along the axis of the stylus 311 in a reference state in which the measuring element 310 is not displaced is referred to as a center line direction A.

センサ本体部４００は、下端面が開口し内部に収納空間４１１を有する円筒形のハウジング部４１０と、ハウジング部４１０の下端側において測定子３１０の基端側を支持する支持プレート４２０と、測定子３１０の変位を検出する変位検出手段（検出センサ）４３０と、支持プレート４２０を変形させることによりスタイラス３１１を変位させるスタイラス変位手段（測定子変位手段）４４０と、を備える。   The sensor main body 400 includes a cylindrical housing part 410 having an open lower end surface and a storage space 411 therein, a support plate 420 that supports the proximal end side of the measuring element 310 on the lower end side of the housing part 410, and a measuring element. Displacement detection means (detection sensor) 430 for detecting the displacement of 310 and stylus displacement means (measurement element displacement means) 440 for displacing the stylus 311 by deforming the support plate 420 are provided.

ハウジング部４１０は、内部の収納空間４１１に支持プレート４２０と、変位検出手段４３０と、スタイラス変位手段４４０と、を備えている。
ハウジング部４１０の下端側には、開口を閉塞して内部への塵埃等の侵入を防止する可撓性のシート材４１２が配設されている。そして、このシート材４１２を挿通する状態で測定子３１０が配設されている。 The housing part 410 includes a support plate 420, a displacement detection unit 430, and a stylus displacement unit 440 in an internal storage space 411.
A flexible sheet material 412 that closes the opening and prevents intrusion of dust and the like into the inside is disposed on the lower end side of the housing portion 410. The measuring element 310 is disposed in a state where the sheet material 412 is inserted.

支持プレート４２０は、円形状の金属プレートであり、周端部がハウジング部４１０に固定されている。そして、支持プレート４２０の中心において補強板４２１を介して支持プレート４２０の下面側に測定子３１０が取付固定されている。
ここで、図５は、支持プレート４２０の上面図である。
支持プレート４２０は、３本の切込み線４２２を有し、３本の切込み線４２２は支持プレート４２０の中心Ｃ１を点対称の中心として対称に設けられている。各切込み線４２２は、円弧部４２３と、直線部４２４と、を有し、略くの字状に曲がっている。そして、３本の切込み線４２２が支持プレート４２０の中心Ｃ１を取り巻いて配置され、一の切込み線４２２の円弧部４２３の内側に他の切込み線４２２の直線部４２４が位置する。切込み線４２２の部分において支持プレート４２０が上下変位可能となり、測定子３１０がこの支持プレート４２０の中心に取り付けられることにより測定子３１０が揺動可能に支持される。 The support plate 420 is a circular metal plate, and a peripheral end portion is fixed to the housing portion 410. The measuring element 310 is attached and fixed to the lower surface side of the support plate 420 via the reinforcing plate 421 at the center of the support plate 420.
Here, FIG. 5 is a top view of the support plate 420.
The support plate 420 has three cut lines 422, and the three cut lines 422 are provided symmetrically with the center C1 of the support plate 420 as the center of point symmetry. Each incision line 422 has a circular arc part 423 and a straight line part 424, and is bent in a substantially square shape. Then, the three cut lines 422 are arranged around the center C1 of the support plate 420, and the straight line part 424 of the other cut line 422 is positioned inside the arc part 423 of the one cut line 422. The support plate 420 can be displaced in the vertical direction at the cut line 422, and the measuring element 310 is swingably supported by attaching the measuring element 310 to the center of the supporting plate 420.

変位検出手段４３０は、測定子３１０の変位に応じて変位する反射ミラー（光シフト手段）４３１と、反射ミラー４３１に向けて光を照射する照明光学系４３２と、反射ミラー４３１からの反射光を受光する光センサ４３３と、を備える。
反射ミラー４３１、照明光学系４３２および光センサ４３３は、中心線Ａに沿って配列されている。 The displacement detection means 430 includes a reflection mirror (light shift means) 431 that is displaced according to the displacement of the probe 310, an illumination optical system 432 that emits light toward the reflection mirror 431, and reflected light from the reflection mirror 431. An optical sensor 433 for receiving light.
The reflection mirror 431, the illumination optical system 432, and the optical sensor 433 are arranged along the center line A.

反射ミラー４３１は、支持プレート４２０の上面側において支持プレート４２０の略中心に配設されている。測定子３１０が変位した際には支持プレート４２０の中心が測定子３１０とともに変位するので、反射ミラー４３１も測定子３１０の変位に応じて変位し、反射面の位置および角度が変化する。   The reflection mirror 431 is disposed substantially at the center of the support plate 420 on the upper surface side of the support plate 420. When the measuring element 310 is displaced, the center of the support plate 420 is displaced together with the measuring element 310. Therefore, the reflecting mirror 431 is also displaced according to the displacement of the measuring element 310, and the position and angle of the reflecting surface are changed.

照明光学系４３２は、光を発射する２つの光源４３２Ａ、４３２Ｂを備えている。２つの光源４３２Ａ、４３２Ｂは、光センサ４３３を間にしてｘ方向に離間して配設されている。光源４３２Ａ、４３２Ｂは、光を反射ミラー４３１に向けて発射し、かつ、測定子３１０の変位が無い基準状態において反射ミラー４３１で反射された光が光センサ４３３の中心に入射するように姿勢が調整される。   The illumination optical system 432 includes two light sources 432A and 432B that emit light. The two light sources 432A and 432B are spaced apart in the x direction with the optical sensor 433 interposed therebetween. The light sources 432 </ b> A and 432 </ b> B emit light toward the reflection mirror 431, and the posture is such that the light reflected by the reflection mirror 431 is incident on the center of the optical sensor 433 in a reference state where the probe 310 is not displaced. Adjusted.

図４中では、光源４３２Ａ、４３２Ｂは、反射ミラー４３１に対して入射角θで光を入射させる。光源４３２Ａ、４３２Ｂとしては、例えば、ＬＥＤを利用することができる。また、２つの光源４３２Ａ、４３２Ｂは、互いに異なる周波数で振幅変調された変調光を発射する。
図３および図４中において、例えば、−ｘ側に配設された光源４３２Ａから周波数ｆａで振幅変調された変調光Ｓａが発射され、＋ｘ側に配設された光源４３２Ｂから周波数ｆｂで振幅変調された変調光Ｓｂが発射される。（ただし、ｆａ≠ｆｂ） In FIG. 4, the light sources 432 </ b> A and 432 </ b> B cause light to enter the reflection mirror 431 at an incident angle θ. As the light sources 432A and 432B, for example, LEDs can be used. The two light sources 432A and 432B emit modulated light that is amplitude-modulated at different frequencies.
In FIG. 3 and FIG. 4, for example, a modulated light Sa amplitude-modulated at a frequency fa is emitted from a light source 432A disposed on the −x side, and amplitude modulated at a frequency fb from a light source 432B disposed on the + x side. The modulated light Sb thus emitted is emitted. (However, fa ≠ fb)

光センサ４３３は、反射ミラー４３１からの光を受光して光電変換により受光信号を出力する。
図６は、光センサ４３３を受光面側から見た図である。
光センサ４３３は、ｘ軸とｙ軸とに沿った分割線によって４分割されており、第１から第４受光部４３４〜４３７を備える。ここで、（＋ｙ、−ｘ）の位置に配置される受光部を第１受光部４３４とし、（＋ｙ、＋ｘ）の位置に配置される第２受光部４３５とし、（−ｙ、＋ｘ）の位置に配置される受光部を第３受光部４３６とし、（−ｙ、−ｘ）の位置に配置される受光部を第４受光部４３７とする。 The optical sensor 433 receives light from the reflection mirror 431 and outputs a light reception signal by photoelectric conversion.
FIG. 6 is a view of the optical sensor 433 as viewed from the light receiving surface side.
The optical sensor 433 is divided into four by dividing lines along the x-axis and the y-axis, and includes first to fourth light receiving units 434 to 437. Here, the light receiving unit disposed at the position (+ y, −x) is referred to as a first light receiving unit 434, the second light receiving unit 435 is disposed at the position (+ y, + x), and (−y, + x) The light receiving unit disposed at the position is referred to as a third light receiving unit 436, and the light receiving unit disposed at the position (−y, −x) is referred to as a fourth light receiving unit 437.

スタイラス変位手段４４０は、支持プレート４２０の下面側において、支持プレート４２０とハウジング部４１０の下端縁との間に配設された三つのアクチュエータ（応力付与手段）４４１〜４４３を備える。
アクチュエータ４４１〜４４３は、多数の圧電素子の薄板を積層して構成されており、電圧の印加によって高さが変わる。支持プレート４２０には３本の切込み線４２２が設けられ、一の切込み線４２２の円弧部４２３と他の切込み線４２２の直線部４２４との間で支持プレート４２０が変形するところ、各アクチュエータ４４１〜４４３は、円弧部４２３と直線部４２４とにて挟まれた狭領域の下面側に配設されている。支持プレート４２０の上面側から透視した図５を参照してアクチュエータの配設位置を説明すると、三つのアクチュエータ４４１〜４４３は、透視図（図５）において、支持プレート４２０の中心点Ｃ１を中心とする円の円周上に６０度間隔で配設されている。 The stylus displacement means 440 includes three actuators (stress applying means) 441 to 443 disposed between the support plate 420 and the lower end edge of the housing portion 410 on the lower surface side of the support plate 420.
The actuators 441 to 443 are configured by laminating a plurality of thin plates of piezoelectric elements, and the height changes depending on the application of voltage. The support plate 420 is provided with three cut lines 422. When the support plate 420 is deformed between the arc part 423 of one cut line 422 and the straight line part 424 of the other cut line 422, each actuator 441- 443 is disposed on the lower surface side of a narrow region sandwiched between the arc portion 423 and the straight portion 424. The arrangement positions of the actuators will be described with reference to FIG. 5 seen through from the upper surface side of the support plate 420. The three actuators 441 to 443 are centered on the center point C1 of the support plate 420 in the perspective view (FIG. 5). Are arranged at intervals of 60 degrees on the circumference of the circle.

ここで、＋Ｘ軸から計った角度で表すと、６０度位置と、−６０度位置と、−１８０度位置にそれぞれアクチュエータ４４１〜４４３が配設されている。
なお、６０度位置のアクチュエータを第１アクチュエータ４４１、−６０度位置のアクチュエータを第２アクチュエータ４４２、−１８０度位置のアクチュエータを第３アクチュエータ４４３と称する。
アクチュエータ４４１〜４４３に電圧が印加された際にはアクチュエータ４４１〜４４３のトップ部が前記狭領域を押し上げて支持プレート４２０を変形させる。すると、支持プレート４２０にて支持された測定子３１０の角度が変化する。アクチュエータ４４１〜４４３は三つ設けられているので、それぞれのアクチュエータ４４１〜４４３に印加する電圧を制御することにより、支持プレート４２０の面の角度を任意の角度に変化させることができる。すなわち、３つのアクチュエータ４４１〜４４３によってスタイラス３１１の角度を任意の角度に変化させることができる。 Here, in terms of angles measured from the + X axis, actuators 441 to 443 are disposed at the 60 degree position, the -60 degree position, and the -180 degree position, respectively.
The actuator at the 60 degree position is referred to as the first actuator 441, the actuator at the -60 degree position is referred to as the second actuator 442, and the actuator at the -180 degree position is referred to as the third actuator 443.
When a voltage is applied to the actuators 441 to 443, the top portions of the actuators 441 to 443 push up the narrow region to deform the support plate 420. Then, the angle of the probe 310 supported by the support plate 420 changes. Since three actuators 441 to 443 are provided, the angle of the surface of the support plate 420 can be changed to an arbitrary angle by controlling the voltage applied to each of the actuators 441 to 443. That is, the angle of the stylus 311 can be changed to an arbitrary angle by the three actuators 441 to 443.

駆動機構２２０は、定盤２１０の両側端から定盤２１０に略垂直方向であるＺｍ方向に高さを有するとともに定盤２１０の側端に沿ったＹｍ軸方向へスライド可能に設けられた二本のビーム支持体２２１と、ビーム支持体２２１の上端に支持されてＸｍ方向に長さを有するビーム２２２と、ビーム２２２にＸｍ方向にスライド可能に設けられＺｍ軸方向にガイドを有するコラム２２３と、コラム２２３内をＺｍ軸方向にスライド可能に設けられ下端にて接触プローブ３００を保持するスピンドル２２４と、を備えて構成されている。   Two drive mechanisms 220 are provided so as to have a height in the Zm direction that is substantially perpendicular to the surface plate 210 from both side ends of the surface plate 210 and to be slidable in the Ym-axis direction along the side edge of the surface plate 210. A beam support 221, a beam 222 supported on the upper end of the beam support 221 and having a length in the Xm direction, a column 223 provided on the beam 222 so as to be slidable in the Xm direction, and having a guide in the Zm axis direction, And a spindle 224 that is slidable in the Zm-axis direction in the column 223 and holds the contact probe 300 at the lower end.

ここで、駆動機構２２０のＸｍ軸方向、Ｙｍ軸方向、Ｚｍ軸方向によりマシン座標系が規定されている。   Here, the machine coordinate system is defined by the Xm-axis direction, the Ym-axis direction, and the Zm-axis direction of the drive mechanism 220.

駆動センサ２３０は、詳細には図示しないが、ビーム支持体２２１のＹｍ方向への移動を検出するＹｍ軸センサと、コラム２２３のＸｍ方向への移動を検出するＸｍ軸センサと、スピンドル２２４のＺ方向への移動を検出するＺｍ軸センサと、を備えている。
駆動センサ２３０による検出結果はモーションコントローラ５００を経由してホストコンピュータ６００に出力される。 Although not shown in detail, the drive sensor 230 includes a Ym-axis sensor that detects movement of the beam support 221 in the Ym direction, an Xm-axis sensor that detects movement of the column 223 in the Xm direction, and a Z of the spindle 224. And a Zm-axis sensor that detects movement in the direction.
The detection result by the drive sensor 230 is output to the host computer 600 via the motion controller 500.

操作部１１０は、操作盤に揺動可能に設けられ接触プローブ３００の移動を手動で操作する手動操作部材としてのジョイスティック１１１を備えている。
なお、特に図示しないが、操作部１１０は、ジョイスティック１１１の傾き角などジョイスティック１１１の操作を検出する検出部を備え、検出部からの信号はモーションコントローラ５００に出力される。 The operation unit 110 includes a joystick 111 as a manual operation member that is provided on the operation panel so as to be swingable and manually operates the movement of the contact probe 300.
Although not particularly illustrated, the operation unit 110 includes a detection unit that detects an operation of the joystick 111 such as an inclination angle of the joystick 111, and a signal from the detection unit is output to the motion controller 500.

モーションコントローラ５００は、ホストコンピュータ６００および操作部からの指令に応じて駆動機構２２０を駆動制御する駆動制御部５１０と、駆動センサ２３０から出力されるパルス信号をカウントして駆動機構２２０の駆動量を計測する駆動カウンタ５２０と、接触プローブ３００からの信号を処理して接触部３１２の変位量を算出するプローブ信号処理部５３０と、接触部３１２を被測定物表面Ｓの法線方向に変位させるプローブ駆動制御部５４０と、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知する接触検知部５５０と、を備える。   The motion controller 500 counts the drive signal of the drive mechanism 220 by counting the pulse signal output from the drive control unit 510 and the drive sensor 230 in accordance with commands from the host computer 600 and the operation unit. A drive counter 520 for measuring, a probe signal processing unit 530 for processing a signal from the contact probe 300 to calculate a displacement amount of the contact part 312, and a probe for displacing the contact part 312 in the normal direction of the surface S of the object to be measured A drive control unit 540, and a contact detection unit 550 that detects contact between the contact unit 312 and the surface S of the object to be measured are provided.

駆動制御部５１０は、ホストコンピュータ６００および操作部からの指令に基づいて駆動機構２２０に制御信号を出力し、駆動機構２２０を駆動させて接触部３１２を測定ポイントに当接させる。
駆動カウンタ５２０は、詳細に図示しないが、Ｙｍ軸センサからの出力を計数するＹｍ軸カウンタと、Ｘｍ軸センサからの出力を計数するＸｍ軸カウンタと、Ｚｍ軸センサからの出力を計数するＺｍ軸カウンタと、を備える。
計測された駆動機構２２０の駆動量は、ホストコンピュータ６００に出力される。 The drive control unit 510 outputs a control signal to the drive mechanism 220 based on commands from the host computer 600 and the operation unit, and drives the drive mechanism 220 to bring the contact unit 312 into contact with the measurement point.
Although not shown in detail, the drive counter 520 includes a Ym-axis counter that counts output from the Ym-axis sensor, an Xm-axis counter that counts output from the Xm-axis sensor, and a Zm-axis that counts output from the Zm-axis sensor. And a counter.
The measured drive amount of the drive mechanism 220 is output to the host computer 600.

プローブ信号処理部５３０について説明する。
図７は、プローブ信号処理部５３０の構成を示す図である。
プローブ信号処理部５３０は、各受光部４３４〜４３７から出力される受光信号から変調光Ｓａ、Ｓｂの信号をそれぞれ分離して取り出すバンドパスフィルタ部５３１と、変調光であるＳａ、Ｓｂから元の信号であるｆａ、ｆｂを復元する復調回路部５３２と、復調回路部５３２で復調された信号に基づいて接触部３１２の変位を算出する演算処理部５３３と、を備えている。 The probe signal processing unit 530 will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the probe signal processing unit 530.
The probe signal processing unit 530 separates the modulated light signals Sa and Sb from the received light signals output from the light receiving units 434 to 437, and extracts the original signals from the modulated light signals Sa and Sb. The demodulating circuit unit 532 restores the signals fa and fb, and the arithmetic processing unit 533 that calculates the displacement of the contact unit 312 based on the signal demodulated by the demodulating circuit unit 532.

４つの受光部４３４〜４３７に応じて、バンドパスフィルタ部５３１は４つ設けられ、各バンドパスフィルタ部５３１は、中心周波数がｆａであるバンドパスフィルタ５３１Ａと、中心周波数がｆｂであるバンドパスフィルタ５３１Ｂと、の二つのバンドパスフィルタを備えている。
同様に、４つのバンドパスフィルタ部５３１に応じて、復調回路部５３２は４つ設けられ、各復調回路部５３２は、変調光Ｓａから元の信号ｆａを復調する復調回路５３２Ａと、変調光Ｓｂから元の信号ｆｂを復調する復調回路５３２Ｂと、を備えている。
復調回路としては、例えば、ピークホールド回路や平滑化回路などが例として挙げられる。 Four band-pass filter units 531 are provided according to the four light receiving units 434 to 437. Each band-pass filter unit 531 includes a band-pass filter 531A having a center frequency of fa and a band-pass having a center frequency of fb. The filter 531B and two band pass filters are provided.
Similarly, four demodulation circuit units 532 are provided according to the four bandpass filter units 531, and each demodulation circuit unit 532 includes a demodulation circuit 532A that demodulates the original signal fa from the modulated light Sa, and a modulated light Sb. And a demodulating circuit 532B for demodulating the original signal fb.
Examples of the demodulation circuit include a peak hold circuit and a smoothing circuit.

これら４つの復調回路部５３２により、ｆａとｆｂとの組み合わせで構成される信号組が４組得られる。演算処理部５３３は、４つの信号組に基づいて接触部３１２の変位を算出する。すなわち、演算処理部５３３は、４つの信号組から光センサ４３３上における２つの光束のそれぞれのシフト量を求めたうえで、２つの光束の変位量から接触部３１２の変位量を算出する。   With these four demodulation circuit units 532, four signal sets composed of combinations of fa and fb are obtained. The arithmetic processing unit 533 calculates the displacement of the contact unit 312 based on the four signal sets. That is, the arithmetic processing unit 533 obtains the shift amounts of the two light beams on the optical sensor 433 from the four signal sets, and calculates the displacement amount of the contact portion 312 from the displacement amounts of the two light beams.

プローブ駆動制御部５４０は、プローブ信号処理部５３０にて算出された接触部３１２の変位に基づいて接触点における被測定物表面Ｓの法線方向を算出する法線ベクトル算出部５４１と、法線ベクトル算出部５４１にて算出された法線ベクトルの向きに接触部３１２を変位させるための各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量を算出する分配量算出部５４２と、アクチュエータ４４１〜４４３を駆動させて被測定物表面Ｓの法線方向へ接触部３１２を変位させるアクチュエータ駆動部（応力付与駆動部）５４３と、を備える。   The probe drive control unit 540 includes a normal vector calculation unit 541 that calculates the normal direction of the surface S of the measurement object at the contact point based on the displacement of the contact unit 312 calculated by the probe signal processing unit 530, and a normal line A distribution amount calculation unit 542 that calculates the drive amount of each actuator 441 to 443 for displacing the contact unit 312 in the direction of the normal vector calculated by the vector calculation unit 541 and the actuators 441 to 443 are driven to be covered. An actuator driving unit (stress applying driving unit) 543 that displaces the contact portion 312 in the normal direction of the surface S of the measurement object.

法線ベクトル算出部５４１は、接触部３１２と被測定物表面Ｓとが接触した際に接触部３１２の変位に基づいて被測定物表面Ｓの法線方向を算出する。
駆動機構２２０によって接触プローブ３００が移動して接触部３１２が被測定物表面Ｓの測定ポイントに当接するところ、駆動機構２２０によって所定の押込量まで接触プローブ３００の移動が継続される。接触部３１２が被測定物表面Ｓに当接した状態から接触プローブ３００をさらに被測定物表面Ｓに押し込んでいくと、接触部３１２が接触プローブ３００のセンサ本体部４００に対して変位することになる。このときの接触部３１２の変位量はプローブ信号処理部５３０によって算出される。
ここで、接触部３１２が被測定物表面Ｓに押し込まれて被測定物表面Ｓに押圧力を加えるところ、被測定物表面Ｓからの反力によって接触部３１２は変位される。
したがって、接触部３１２の変位が（Δｘ、Δｙ、Δｚ）である場合、接触点における被測定物表面Ｓの法線方向はベクトル（Δｘ、Δｙ、Δｚ）であり、法線ベクトルＮは次の式で表される。 The normal vector calculation unit 541 calculates the normal direction of the measurement object surface S based on the displacement of the contact part 312 when the contact part 312 contacts the measurement object surface S.
When the contact probe 300 is moved by the drive mechanism 220 and the contact portion 312 comes into contact with the measurement point on the surface S of the object to be measured, the movement of the contact probe 300 is continued by the drive mechanism 220 to a predetermined pushing amount. When the contact probe 312 is further pushed into the measurement object surface S from the state where the contact part 312 is in contact with the measurement object surface S, the contact part 312 is displaced with respect to the sensor main body 400 of the contact probe 300. Become. The displacement amount of the contact part 312 at this time is calculated by the probe signal processing part 530.
Here, when the contact portion 312 is pushed into the object surface S to apply a pressing force to the object surface S, the contact portion 312 is displaced by the reaction force from the object surface S.
Therefore, when the displacement of the contact portion 312 is (Δx, Δy, Δz), the normal direction of the surface S of the object to be measured at the contact point is a vector (Δx, Δy, Δz), and the normal vector N is It is expressed by a formula.

Figure 0005032031
Figure 0005032031

法線ベクトル算出部５４１にて算出された法線ベクトルＮは分配量算出部５４２に出力される。   The normal vector N calculated by the normal vector calculation unit 541 is output to the distribution amount calculation unit 542.

分配量算出部５４２は、法線ベクトルＮの方向に接触部３１２を変位させるのに必要な三つのアクチュエータ４４１〜４４３の駆動量をそれぞれ算出する。
三つのアクチュエータ４４１〜４４３は支持プレート４２０の下面に配設されており、それぞれのアクチュエータ４４１〜４４３が支持プレート４２０の狭領域を所定量だけ押し上げることにより支持プレート４２０の傾斜が所定角度に変化する。
支持プレート４２０の傾斜角度が変化するとスタイラス３１１の角度が変化するので、接触部３１２が所定の方向に変位することになる。すなわち、分配量算出部５４２は、法線ベクトルＮの方向に接触部３１２が変位したときの支持プレート４２０の傾斜角度を算出したのち、算出された傾斜角度まで支持プレート４２０を傾斜させるのに必要な各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量をそれぞれ算出する。算出された各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量はアクチュエータ駆動部５４３に出力される。 The distribution amount calculation unit 542 calculates the drive amounts of the three actuators 441 to 443 necessary for displacing the contact unit 312 in the direction of the normal vector N.
The three actuators 441 to 443 are disposed on the lower surface of the support plate 420, and the inclination of the support plate 420 changes to a predetermined angle by pushing up the narrow area of the support plate 420 by a predetermined amount by each actuator 441 to 443. .
When the inclination angle of the support plate 420 changes, the angle of the stylus 311 changes, so that the contact portion 312 is displaced in a predetermined direction. That is, the distribution amount calculation unit 542 calculates the tilt angle of the support plate 420 when the contact portion 312 is displaced in the direction of the normal vector N, and then is necessary for tilting the support plate 420 to the calculated tilt angle. The driving amounts of the actuators 441 to 443 are calculated. The calculated driving amounts of the actuators 441 to 443 are output to the actuator driving unit 543.

アクチュエータ駆動部５４３は、３つのアクチュエータ４４１〜４４３それぞれに制御電圧を印加してアクチュエータ４４１〜４４３を駆動する。
このとき、アクチュエータ駆動部５４３は、分配量算出部５４２にて算出された各駆動量に応じてそれぞれのアクチュエータ４４１〜４４３に所定電圧を印加する。 The actuator driving unit 543 drives the actuators 441 to 443 by applying a control voltage to each of the three actuators 441 to 443.
At this time, the actuator drive unit 543 applies a predetermined voltage to each of the actuators 441 to 443 according to each drive amount calculated by the distribution amount calculation unit 542.

接触検知部５５０は、プローブ信号処理部５３０から出力される接触部３１２の変位データをモニタし、接触部３１２の変位データが基準押込量に達したときに、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知する。接触検知部５５０は、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知したところで接触検知信号を生成し、この接触検知信号をプローブ駆動制御部５４０およびホストコンピュータ６００に出力する。   The contact detection unit 550 monitors the displacement data of the contact unit 312 output from the probe signal processing unit 530. When the displacement data of the contact unit 312 reaches the reference indentation amount, the contact unit 312 and the surface S of the object to be measured S are detected. Detects contact with. The contact detection unit 550 generates a contact detection signal when detecting the contact between the contact unit 312 and the surface S of the object to be measured, and outputs the contact detection signal to the probe drive control unit 540 and the host computer 600.

ホストコンピュータ６００は、入力手段１２０によって設定入力される測定条件等を記憶するメモリ（記憶装置）６１０と、駆動カウンタ５２０およびプローブ信号処理部５３０からのデータをサンプリングするデータサンプリング部６２０と、設定された測定ポイントに接触プローブ３００を移動させる移動方向および移動速度を指令する移動ベクトル指令部６３０と、被測定物Ｗの形状を解析する形状解析部６４０と、演算装置および記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を有し所定プログラムの実行やデータ処理等を行う中央処理部（ＣＰＵ）６５０と、メモリ６１０、移動ベクトル指令部６３０、データサンプリング部６２０、形状解析部６４０および中央処理部６５０を接続するバス６６０と、を備えている。   The host computer 600 is set with a memory (storage device) 610 for storing measurement conditions set and inputted by the input means 120, and a data sampling unit 620 for sampling data from the drive counter 520 and the probe signal processing unit 530. The movement vector command unit 630 for instructing the moving direction and moving speed for moving the contact probe 300 to the measured point, the shape analysis unit 640 for analyzing the shape of the workpiece W, the arithmetic device and the storage device (ROM, RAM) And a bus 660 that connects a central processing unit (CPU) 650 that executes a predetermined program, processes data, and the like, and a memory 610, a movement vector command unit 630, a data sampling unit 620, a shape analysis unit 640, and a central processing unit 650. And.

メモリ６１０は、入力手段１２０から設定入力される測定条件等を記憶し、被測定物Ｗの設計データなどによる輪郭データや、接触部３１２を被測定物Ｗに対して押し込む量Δｒ（基準押込量）や、測定ポイントなどを記憶する。   The memory 610 stores measurement conditions and the like set and input from the input unit 120, and includes contour data based on design data of the object W to be measured, and an amount Δr (reference pushing amount) for pushing the contact portion 312 into the object W to be measured. ) And measurement points.

データサンプリング部６２０は、駆動カウンタ５２０にてカウントされる駆動機構２２０の駆動量およびプローブ信号処理部５３０にて算出された接触部３１２の変位量をサンプリングする。データサンプリング部６２０は、接触部３１２の変位が所定押込量になったときに、駆動カウンタ５２０のカウント値およびプローブ信号処理部５３０による接触部３１２の変位をサンプリングする。すなわち、接触検知信号が生成されたことを合図として、駆動機構２２０の駆動量および接触部３１２の変位量をサンプリングする。   The data sampling unit 620 samples the driving amount of the driving mechanism 220 counted by the driving counter 520 and the displacement amount of the contact unit 312 calculated by the probe signal processing unit 530. The data sampling unit 620 samples the count value of the drive counter 520 and the displacement of the contact unit 312 by the probe signal processing unit 530 when the displacement of the contact unit 312 reaches a predetermined pushing amount. That is, the drive amount of the drive mechanism 220 and the displacement amount of the contact portion 312 are sampled with a cue that the contact detection signal has been generated.

移動ベクトル指令部６３０は、メモリ６１０に設定された輪郭データおよび測定ポイントに基づいて接触部３１２を測定ポイントに当接させる方向へ接触プローブ３００を移動させるベクトル指令を生成する。
生成されたベクトル指令は、駆動制御部５１０に出力される。
また、移動ベクトル指令部６３０は、データサンプリングからの接触検知信号を受けて、次の測定ポイントに接触プローブ３００を移動させる。
このとき、移動ベクトル指令部６３０は、接触部３１２を被測定物表面Ｓから離間させるタッチバック動作のベクトル指令を生成して接触部３１２を被測定物表面Ｓからタッチバックさせた後、続いて、接触プローブ３００を次の測定ポイントに移動させるベクトル指令を生成する。 The movement vector command unit 630 generates a vector command for moving the contact probe 300 in a direction in which the contact unit 312 contacts the measurement point based on the contour data set in the memory 610 and the measurement point.
The generated vector command is output to drive control unit 510.
The movement vector command unit 630 receives the contact detection signal from the data sampling and moves the contact probe 300 to the next measurement point.
At this time, the movement vector command unit 630 generates a vector command of a touchback operation for separating the contact unit 312 from the measured object surface S, touches the contact unit 312 from the measured object surface S, and then continues. The vector command for moving the contact probe 300 to the next measurement point is generated.

形状解析部６４０は、データサンプリング部６２０にてサンプリングされたデータに基づいて被測定物表面Ｓの形状を解析する。
接触部３１２を所定の基準押込量だけ押し込んだ状態でデータをサンプリングしているところ、押込量および接触部３１２の半径分を被測定物表面Ｓの法線方向に補正することにより被測定物表面Ｓの位置が算出される。 The shape analysis unit 640 analyzes the shape of the measurement object surface S based on the data sampled by the data sampling unit 620.
When data is sampled in a state where the contact portion 312 is pushed by a predetermined reference push amount, the measured object surface is corrected by correcting the push amount and the radius of the contact portion 312 in the normal direction of the measured object surface S. The position of S is calculated.

次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、接触プローブ３００の測定子３１０が変位する際の動作について図８〜図１３を参照して説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
First, the operation when the probe 310 of the contact probe 300 is displaced will be described with reference to FIGS.

図８は、接触部３１２が＋Ｚ方向に変位した状態を示す図である。
接触部３１２に−Ｚ方向から＋Ｚ方向に向けて応力が作用すると、測定子３１０が＋Ｚ方向に押し上げられる。すると、支持プレート４２０の切込みにおいて支持プレート４２０が上下変位し、測定子３１０の＋Ｚ方向への変位を許容する。あるいは、３つのアクチュエータ４４１〜４４３が総て等量だけ支持部の狭領域を押し上げると、支持プレート４２０の中央部が＋Ｚ方向に変位して、支持プレート４２０の中央部とともに測定子３１０が＋Ｚ方向に変位する。
そして、測定子３１０とともに支持プレート４２０の中心が＋Ｚ方向に変位することにより、反射ミラー４３１が＋Ｚ方向に変位する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a state where the contact portion 312 is displaced in the + Z direction.
When stress acts on the contact portion 312 from the −Z direction to the + Z direction, the measuring element 310 is pushed up in the + Z direction. Then, the support plate 420 is displaced up and down in the notch of the support plate 420, and the displacement of the measuring element 310 in the + Z direction is allowed. Alternatively, when the three actuators 441 to 443 all push up the narrow region of the support portion by an equal amount, the center portion of the support plate 420 is displaced in the + Z direction, and the probe 310 together with the center portion of the support plate 420 is moved in the + Z direction. It is displaced to.
Then, when the center of the support plate 420 is displaced in the + Z direction together with the measuring element 310, the reflection mirror 431 is displaced in the + Z direction.

各光源４３２Ａ、Ｂから発射される光Ｓａ、Ｓｂは、反射ミラー４３１に入射した後、反射ミラー４３１により反射されるところ、反射ミラー４３１の＋Ｚ方向への変位によって反射位置が＋Ｚ方向に変位する。すると、反射ミラー４３１にて反射された光は、測定子３１０が基準位置に位置するときよりも、光源４３２Ａからの光Ｓａは−Ｘ側にシフトし、光源４３２Ｂからの光Ｓｂは＋Ｘ側にシフトする。このとき、光センサ４３３にて受光される光束を図９に示す。   Lights Sa and Sb emitted from the light sources 432A and 432B are incident on the reflection mirror 431 and then reflected by the reflection mirror 431. As a result, the reflection position is displaced in the + Z direction by the displacement of the reflection mirror 431 in the + Z direction. . Then, in the light reflected by the reflection mirror 431, the light Sa from the light source 432A is shifted to the −X side and the light Sb from the light source 432B is on the + X side, compared to when the measuring element 310 is located at the reference position. shift. FIG. 9 shows a light beam received by the optical sensor 433 at this time.

次に、接触部３１２がＸ方向に変位する場合について図１０、図１１を参照して説明する。
図１０は、接触部３１２が＋Ｘ方向に変位（揺動）した状態を示す図である。
接触部３１２に−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向けて応力が作用すると、測定子３１０が＋Ｘ方向に揺動する。このとき、支持プレート４２０の切込みにおいて支持プレート４２０が＋Ｘ方向では上方へ変位し、−Ｘ方向では下方に変位して支持プレート４２０が弾性変形することにより測定子３１０のＸ方向への変位が許容される。あるいは、第１アクチュエータ４４１および第２アクチュエータ４４２が駆動して支持プレート４２０を押し上げると、支持プレート４２０の中央部のうち＋Ｘ側が上方に変位して支持プレート４２０の中央が傾斜し、測定子３１０が＋Ｘ方向に変位する。そして、支持プレート４２０の弾性変形に伴って反射ミラー４３１が傾斜して反射面が−Ｘ方向側へ傾斜する。 Next, a case where the contact portion 312 is displaced in the X direction will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the contact portion 312 is displaced (swinged) in the + X direction.
When stress acts on the contact portion 312 from the −X direction to the + X direction, the measuring element 310 swings in the + X direction. At this time, when the support plate 420 is cut, the support plate 420 is displaced upward in the + X direction, and is displaced downward in the −X direction so that the support plate 420 is elastically deformed, so that the displacement of the probe 310 in the X direction is allowed. Is done. Alternatively, when the first actuator 441 and the second actuator 442 are driven to push up the support plate 420, the + X side of the center portion of the support plate 420 is displaced upward, the center of the support plate 420 is inclined, and the measuring element 310 is tilted. Displacement in the + X direction. As the support plate 420 is elastically deformed, the reflection mirror 431 is inclined and the reflection surface is inclined toward the −X direction.

光源４３２Ａ、Ｂから発射される光は、反射ミラー４３１に入射した後、反射ミラー４３１にて反射されているところ、反射ミラー４３１の−Ｘ方向への傾斜によって光の反射方向がーＸ方向に変位する。すると、反射ミラー４３１からの反射光は、測定子３１０が基準位置に位置するときよりも光センサ４３３上で−Ｘ側へシフトする（図１１参照）。   The light emitted from the light sources 432A and B enters the reflection mirror 431 and then is reflected by the reflection mirror 431. The reflection direction of the light is in the −X direction due to the inclination of the reflection mirror 431 in the −X direction. Displace. Then, the reflected light from the reflecting mirror 431 is shifted to the −X side on the optical sensor 433 as compared to when the measuring element 310 is located at the reference position (see FIG. 11).

次に、接触部３１２がＹ方向に変位する場合について図１２、図１３を参照して説明する。
図１２は、接触部３１２が＋Ｙ方向に変位した状態を示す図である。
接触部３１２に−Ｙ方向から＋Ｙ方向に向けて応力が作用すると、測定子３１０が＋Ｙ方向に揺動する。このとき、支持プレート４２０の切込みにおいて支持プレート４２０が＋Ｙ方向では上方へ変位し、−Ｙ方向では下方に変位して支持プレート４２０が弾性変形することにより測定子３１０の＋Ｙ方向への変位が許容される。あるいは、主として第１アクチュエータ４４１が駆動して支持プレート４２０を押し上げることにより、支持プレート４２０の＋Ｙ側が上方へ変位して支持プレート４２０の中央が傾斜し、測定子３１０が＋Ｙ方向へ変位する。そして、支持プレート４２０の弾性変形に伴って反射ミラー４３１が傾斜して反射面が−Ｙ方向側へ傾斜する。 Next, a case where the contact portion 312 is displaced in the Y direction will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 is a diagram illustrating a state where the contact portion 312 is displaced in the + Y direction.
When stress is applied to the contact portion 312 from the −Y direction to the + Y direction, the probe 310 swings in the + Y direction. At this time, when the support plate 420 is cut, the support plate 420 is displaced upward in the + Y direction, and is displaced downward in the −Y direction, so that the support plate 420 is elastically deformed, so that the displacement of the probe 310 in the + Y direction is allowed. Is done. Alternatively, mainly by driving the first actuator 441 and pushing up the support plate 420, the + Y side of the support plate 420 is displaced upward, the center of the support plate 420 is inclined, and the measuring element 310 is displaced in the + Y direction. As the support plate 420 is elastically deformed, the reflection mirror 431 is inclined and the reflection surface is inclined toward the −Y direction.

光源４３２Ａ、Ｂから発射される光は、反射ミラー４３１に入射した後、反射ミラー４３１にて反射されているところ、反射ミラー４３１の−Ｙ方向への傾斜によって光の反射方向がーＹ方向に変位する。すると、反射ミラー４３１からの反射光は、測定子３１０が基準位置に位置するときよりも光センサ４３３上で−Ｙ側へシフトする（図１３参照）。   The light emitted from the light sources 432A and B enters the reflection mirror 431 and then is reflected by the reflection mirror 431. The reflection direction of the light is in the −Y direction due to the inclination of the reflection mirror 431 in the −Y direction. Displace. Then, the reflected light from the reflection mirror 431 is shifted to the −Y side on the optical sensor 433 as compared to when the measuring element 310 is located at the reference position (see FIG. 13).

次に、接触部３１２に任意の方向から応力が作用した場合、あるいは、第１から第３アクチュエータ４４１〜４４３がそれぞれ所定量駆動して、接触部３１２が３次元的に任意の方向へ変位した場合ついて考察する。
接触部３１２が３次元的に変位する際の支持プレート４２０の弾性変形にともなって反射ミラー４３１が上下動および傾斜する。すると、光源４３２Ａ、Ｂから発射される光Ｓａ、Ｓｂが反射ミラー４３１にて反射され、光センサ４３３上における光Ｓａ、Ｓｂの入射点がそれぞれ変位する。このとき、光Ｓａの変位（ΔＸａ、ΔＹａ）、光Ｓｂの変位（ΔＸｂ、ΔＹｂ）について次の式が成り立つ。 Next, when stress is applied to the contact portion 312 from an arbitrary direction, or the first to third actuators 441 to 443 are driven by a predetermined amount, respectively, and the contact portion 312 is displaced three-dimensionally in an arbitrary direction. Consider the case.
The reflection mirror 431 moves up and down and tilts along with the elastic deformation of the support plate 420 when the contact portion 312 is displaced three-dimensionally. Then, the light Sa and Sb emitted from the light sources 432A and B are reflected by the reflection mirror 431, and the incident points of the light Sa and Sb on the optical sensor 433 are displaced. At this time, the following expressions hold for the displacement (ΔXa, ΔYa) of the light Sa and the displacement (ΔXb, ΔYb) of the light Sb.

ここで、光センサ４３３上における光Ｓａのシフト量を（ΔＸａ、ΔＹａ）、光Ｓｂのシフト量を（ΔＸｂ、ΔＹｂ）とする。また、光源４３２Ａ、４３２Ｂから反射ミラー４３１への光の入射角をθとする。基準状態（接触部３１２の変位が無い状態）においてスタイラス３１１から反射ミラー上の光反射位置までの距離をＬａ、光センサ４３３から反射ミラー４３１までの垂直距離をＬとする。
反射ミラー４３１のＺ方向への変位をｄｚとする。そして、反射ミラー４３１（あるいは接触部３１２）のｘ軸回りの回転角をθｘ、反射ミラー４３１（あるいは接触部３１２）のｙ軸回りの回転角をθｙとする。 Here, it is assumed that the shift amount of the light Sa on the optical sensor 433 is (ΔXa, ΔYa), and the shift amount of the light Sb is (ΔXb, ΔYb). Further, the incident angle of light from the light sources 432A and 432B to the reflection mirror 431 is θ. In the reference state (the state in which the contact portion 312 is not displaced), the distance from the stylus 311 to the light reflection position on the reflection mirror is La, and the vertical distance from the optical sensor 433 to the reflection mirror 431 is L.
The displacement of the reflection mirror 431 in the Z direction is dz. The rotation angle around the x axis of the reflection mirror 431 (or contact portion 312) is θx, and the rotation angle around the y axis of the reflection mirror 431 (or contact portion 312) is θy.

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また、スタイラス３１１の長さをＬｓとするとき、接触部３１２の座標（ｘ、ｙ、ｚ）と反射ミラー４３１の姿勢および位置（θｙ、θｘ、ｄｚ）との間には次の関係が成り立つ。   When the length of the stylus 311 is Ls, the following relationship is established between the coordinates (x, y, z) of the contact portion 312 and the posture and position (θy, θx, dz) of the reflecting mirror 431. .

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以上の式をまとめると次のようになる。   The above formula is summarized as follows.

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以上の（式９）から（式１２）の連立方程式により、接触部３１２の変位量（ｘ、ｙ、ｚ）が求められる。   The displacement amount (x, y, z) of the contact portion 312 is obtained by the simultaneous equations of (Equation 9) to (Equation 12).

また、接触部３１２の変位を（ｘ、ｙ、ｚ）とするときの反射ミラー４３１の上下変位量および傾斜角については幾何学的に算出できる。
そして、反射ミラー４３１を所定量だけ上下動および傾斜させるのに必要な各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量は幾何学的に算出できるので、接触部３１２を（ｘ、ｙ、ｚ）だけ変位させるのに必要な各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量を算出することができる。 Further, the vertical displacement amount and the tilt angle of the reflection mirror 431 when the displacement of the contact portion 312 is (x, y, z) can be calculated geometrically.
Since the driving amounts of the actuators 441 to 443 required for moving the reflecting mirror 431 up and down by a predetermined amount can be calculated geometrically, the contact portion 312 is displaced by (x, y, z). It is possible to calculate the driving amount of each actuator 441 to 443 necessary for the above.

次に、図１４のフローチャートおよび図１５の動作例を参照して、第１実施形態により被測定物をタッチ測定する動作について説明する。
まず、被測定物をタッチ測定するにあたり、ＳＴ１００において、測定条件を入力する。例えばキーボード等の入力手段１２０によって測定条件を入力し、入力された条件はメモリ６１０に記憶される。測定条件としては、被測定物の形状データや、接触を検知するための基準押込量、および、測定ポイントなどが例として挙げられる。 Next, with reference to the flowchart in FIG. 14 and the operation example in FIG. 15, an operation for touch-measuring an object to be measured according to the first embodiment will be described.
First, when touch-measuring an object to be measured, measurement conditions are input in ST100. For example, the measurement conditions are input by the input unit 120 such as a keyboard, and the input conditions are stored in the memory 610. Examples of the measurement conditions include shape data of the object to be measured, a reference pushing amount for detecting contact, a measurement point, and the like.

次に、ＳＴ１１０において、移動ベクトル指令部６３０により移動ベクトル指令の生成が行われ、生成された移動ベクトル指令は、駆動制御部５１０に出力される。移動ベクトル指令部６３０は、メモリ６１０に設定された被測定物の形状データおよび測定ポイントに基づいて接触プローブ３００を測定ポイントに移動させる移動ベクトルを生成する。   Next, in ST110, the movement vector command unit 630 generates a movement vector command, and the generated movement vector command is output to the drive control unit 510. The movement vector command unit 630 generates a movement vector for moving the contact probe 300 to the measurement point based on the shape data of the measurement object set in the memory 610 and the measurement point.

移動ベクトル指令を受けて、ＳＴ１２０において、駆動制御部５１０により駆動機構２２０の駆動制御が行われ、駆動機構２２０により接触プローブ３００が移動される（図１５（Ａ）参照）。
移動ベクトル指令に基づいた駆動機構２２０の駆動により、接触プローブ３００が測定ポイントに移動して、接触部３１２が測定ポイントに当接される（図１５（Ｂ）参照）。そして、接触部３１２が測定ポイントに押し込まれていく（図１５（Ｃ）参照）。 Upon receiving the movement vector command, in ST120, drive control of the drive mechanism 220 is performed by the drive control unit 510, and the contact probe 300 is moved by the drive mechanism 220 (see FIG. 15A).
By driving the drive mechanism 220 based on the movement vector command, the contact probe 300 moves to the measurement point, and the contact portion 312 comes into contact with the measurement point (see FIG. 15B). Then, the contact portion 312 is pushed into the measurement point (see FIG. 15C).

ＳＴ１２０において接触部３１２が測定ポイントに押し込まれるとき、接触部３１２が被測定物表面Ｓからの反力によって、図８、図１０および図１２にて説明したように、接触部３１２が変位する。このとき、図８から図１３を参照して説明したように、センサ部からの受光信号がプローブ信号処理部５３０にて処理されることにより、接触部３１２の変位が算出される。
算出された接触部３１２の変位は、接触検知部５５０に出力される。 When the contact portion 312 is pushed into the measurement point in ST120, the contact portion 312 is displaced by the reaction force from the surface S of the object to be measured, as described with reference to FIGS. At this time, as described with reference to FIGS. 8 to 13, the light reception signal from the sensor unit is processed by the probe signal processing unit 530, whereby the displacement of the contact unit 312 is calculated.
The calculated displacement of the contact portion 312 is output to the contact detection portion 550.

接触検知部５５０において、接触部３１２の変位をモニタし、メモリ６１０に設定された基準押し込み量と接触部３１２の変位量とが対比される。そして、接触部３１２の変位量が基準押込量に達したところで、ＳＴ１３０において、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触が検知される。接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知したところで接触検知部５５０は、接触検知信号を生成する。
接触検知信号は、プローブ駆動制御部５４０および移動ベクトル指令部６３０に出力される。 The contact detection unit 550 monitors the displacement of the contact unit 312 and compares the reference push amount set in the memory 610 with the displacement amount of the contact unit 312. Then, when the displacement amount of the contact portion 312 reaches the reference indentation amount, contact between the contact portion 312 and the surface S of the object to be measured is detected in ST130. When the contact between the contact portion 312 and the surface S of the object to be measured is detected, the contact detection portion 550 generates a contact detection signal.
The contact detection signal is output to the probe drive control unit 540 and the movement vector command unit 630.

接触検知信号を受けて、ＳＴ１４０において、データサンプリング部６２０は駆動カウンタ５２０にてカウントされる駆動機構２２０の駆動量と、プローブ信号処理部５３０にて算出された接触部３１２の変位量と、をサンプリングする。
データサンプリング部６２０にてサンプリングされたデータは、形状解析部６４０に送られる。 Upon receiving the contact detection signal, in ST140, the data sampling unit 620 calculates the drive amount of the drive mechanism 220 counted by the drive counter 520 and the displacement amount of the contact unit 312 calculated by the probe signal processing unit 530. Sampling.
Data sampled by the data sampling unit 620 is sent to the shape analysis unit 640.

また、データサンプリング部６２０にて生成された接触検知信号は、プローブ駆動制御部５４０に送られる。接触検知信号を受けて、プローブ駆動制御部５４０により接触部３１２の退避動作（ＳＴ１５０〜ＳＴ１８０）が実行される。
まず、ＳＴ１５０において、法線ベクトル算出部５４１により、接触点における被測定物表面Ｓの法線ベクトルが算出される。
法線ベクトルは式（１）によって算出される。
算出された法線ベクトルＮは、分配量算出部５４２に出力される。 The contact detection signal generated by the data sampling unit 620 is sent to the probe drive control unit 540. In response to the contact detection signal, the probe drive control unit 540 performs the retracting operation (ST150 to ST180) of the contact unit 312.
First, in ST150, the normal vector calculation unit 541 calculates the normal vector of the surface S of the measurement object at the contact point.
The normal vector is calculated by equation (1).
The calculated normal vector N is output to the distribution amount calculation unit 542.

ＳＴ１６０において、算出された法線ベクトルＮに基づいて分配量算出部５４２により三つのアクチュエータ４４１〜４４３のそれぞれの駆動量が算出される。
すなわち、接触部３１２を法線ベクトルＮの方向へ移動させるために必要な各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量が算出される。算出された各アクチュエータ４４１〜４４３の駆動量は、アクチュエータ駆動部５４３に出力される。 In ST160, based on the calculated normal vector N, the distribution amount calculation unit 542 calculates the drive amounts of the three actuators 441 to 443, respectively.
That is, the driving amounts of the actuators 441 to 443 necessary for moving the contact portion 312 in the direction of the normal vector N are calculated. The calculated drive amounts of the actuators 441 to 443 are output to the actuator drive unit 543.

ＳＴ１７０において、アクチュエータ駆動部５４３は、分配量算出部５４２にて算出された各駆動量に応じてそれぞれのアクチュエータ４４１〜４４３に所定電圧を印加する。すると、ＳＴ１８０において、接触部３１２の退避動作が行われる（図１５（Ｄ）参照）。すなわち、アクチュエータ駆動部５４３により各アクチュエータ４４１〜４４３に制御電圧が印加されると、各アクチュエータ４４１〜４４３が所定量駆動され、支持プレート４２０の傾斜が所定角度に変化する。
支持プレート４２０の傾斜とともにスタイラス３１１の角度が変化し、接触部３１２が法線ベクトルＮの方向に変位する。 In ST170, the actuator driving unit 543 applies a predetermined voltage to each of the actuators 441 to 443 in accordance with each driving amount calculated by the distribution amount calculating unit 542. Then, in ST180, the retracting operation of the contact portion 312 is performed (see FIG. 15D). That is, when a control voltage is applied to the actuators 441 to 443 by the actuator driving unit 543, the actuators 441 to 443 are driven by a predetermined amount, and the inclination of the support plate 420 changes to a predetermined angle.
As the support plate 420 is inclined, the angle of the stylus 311 changes, and the contact portion 312 is displaced in the direction of the normal vector N.

また、接触検知信号を受けて、ＳＴ１８０においてタッチバック動作が実行される。すなわち、接触検知信号が移動ベクトル指令部６３０に出力されるところ、接触検知信号を受けて移動ベクトル指令部６３０によりタッチバック動作のベクトル指令が生成される。そして、このタッチバック動作のベクトル指令に基づいて駆動制御部５１０により駆動機構２２０が駆動制御されて接触プローブ３００が接触点から離間する方向へ移動される（図１５（Ｅ）参照）。   In response to the contact detection signal, a touchback operation is performed in ST180. That is, when the contact detection signal is output to the movement vector command unit 630, the movement vector command unit 630 generates a vector command for the touchback operation in response to the contact detection signal. Then, based on the vector command for the touchback operation, the drive control unit 510 controls the drive mechanism 220 to move the contact probe 300 away from the contact point (see FIG. 15E).

タッチバック動作が終了したところで、ＳＴ２００において、メモリ６１０に設定されたすべての測定ポイントが測定されているか判断される。総ての測定ポイントの測定が終了している場合（ＳＴ２００：ＹＥＳ）、サンプリングされたデータに基づいて形状解析部６４０により被測定物の形状解析が行われる。
また、ＳＴ２００において、総ての測定ポイントが測定されていない場合（ＳＴ２００：ＮＯ）、次の測定ポイントへの移動が開始される（ＳＴ２２０）。
そして、総ての測定ポイントについて測定が終了するまでＳＴ１１０〜ＳＴ２００が繰り返し実行される。 When the touchback operation is completed, it is determined in ST200 whether all the measurement points set in the memory 610 have been measured. When all the measurement points have been measured (ST200: YES), the shape analysis unit 640 performs shape analysis of the object to be measured based on the sampled data.
In ST200, when all the measurement points have not been measured (ST200: NO), movement to the next measurement point is started (ST220).
Then, ST110 to ST200 are repeatedly executed until the measurement is completed for all measurement points.

このような第１実施形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）スタイラス変位手段４４０を備えているので、被測定物表面Ｓに当接した際の押圧力によって測定子３１０が変位することの他に、アクチュエータ４４１〜４４３の駆動によっても測定子３１０を変位させることができる。したがって、接触プローブ３００と被測定物とを相対移動させる駆動機構２２０の動作に関係なく、スタイラス変位手段４４０により測定子３１０を被測定物表面Ｓから離間させる向きに変位させることができる。よって、被測定物表面Ｓに接触部３１２を過剰に押し込むことがないので、測定の対象となる被測定物の表面を損傷することがない。 According to such 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(1) Since the stylus displacing means 440 is provided, in addition to the displacement of the probe 310 due to the pressing force when it comes into contact with the object surface S, the probe 310 is driven by the actuators 441 to 443. Can be displaced. Therefore, regardless of the operation of the drive mechanism 220 that moves the contact probe 300 and the object to be measured relative to each other, the stylus displacing means 440 can displace the measuring element 310 in a direction to separate the object from the surface S to be measured. Therefore, the contact portion 312 is not excessively pushed into the object surface S to be measured, so that the surface of the object to be measured that is the object of measurement is not damaged.

（２）アクチュエータ４４１〜４４３は、支持プレート４２０の３点において応力を付与するので、支持プレート４２０を任意の傾斜にすることができ、測定子３１０を任意の方向へ変位させることができる。したがって、接触部３１２が被測定物表面Ｓに接触する方向性に関係なく、接触部３１２を被測定物表面Ｓに対して離間する方向に変位させることができる。 (2) Since the actuators 441 to 443 apply stress at the three points of the support plate 420, the support plate 420 can be tilted in any direction, and the measuring element 310 can be displaced in any direction. Therefore, the contact portion 312 can be displaced in a direction away from the measurement object surface S regardless of the directionality in which the contact portion 312 contacts the measurement object surface S.

（３）アクチュエータ４４１〜４４３は応答が速いので、所望のタイミングで測定子３１０を被測定物表面Ｓから離間させることができる。駆動機構２２０では慣性の影響を受けるので急停止することは難しいのに対し、アクチュエータ４４１〜４４３の応答が速いことにより接触部３１２が規定量以上に押し込まれる前に被測定物表面Ｓから接触部３１２を離間させることができる。したがって、被測定物表面Ｓおよび測定子３１０が損傷することを確実に防止することができる。 (3) Since the actuators 441 to 443 have a quick response, the measuring element 310 can be separated from the surface S of the object to be measured at a desired timing. In the drive mechanism 220, it is difficult to stop suddenly because it is affected by inertia. However, since the response of the actuators 441 to 443 is fast, the contact portion from the surface S to be measured before the contact portion 312 is pushed beyond a predetermined amount. 312 can be spaced apart. Therefore, it is possible to reliably prevent the surface of the object to be measured S and the measuring element 310 from being damaged.

（４）測定子３１０の軸線が支持プレート４２０の中心を通過しており、さらに、支持プレート４２０は円形であるので、この支持プレート４２０にて測定子３１０を支持することにより測定子３１０に異方性を与えることがなく、任意の方向から測定子３１０を変位させた場合でも同一の応力に対する測定子３１０の変位量を同じにすることができる。また、アクチュエータ４４１〜４４３は、支持プレート４２０の中心点を中心とする仮想円上に等間隔に配置されているので、測定子３１０を異方性なく任意の方向に変位させることができる。 (4) Since the axis of the probe 310 passes through the center of the support plate 420 and the support plate 420 is circular, the probe 310 is supported by the support plate 420 to be different from the probe 310. The displacement of the probe 310 with respect to the same stress can be made the same even when the probe 310 is displaced from an arbitrary direction without giving directionality. Further, since the actuators 441 to 443 are arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the center point of the support plate 420, the measuring element 310 can be displaced in any direction without anisotropy.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１６、図１７を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は第１実施形態と同じであるが、第２実施形態においては倣い測定を行う点に違いがある。
図１６は、第２実施形態の構成を示すブロック図である。
図１６において、モーションコントローラ５００は、プローブ加振制御部５６０を備え、ホストコンピュータ６００は倣いベクトル指令部６７０を備えている。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but there is a difference in the point that the scanning measurement is performed in the second embodiment.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of the second embodiment.
In FIG. 16, the motion controller 500 includes a probe excitation control unit 560, and the host computer 600 includes a scanning vector command unit 670.

プローブ加振制御部５６０は、接触プローブ３００の各アクチュエータ４４１〜４４３に制御電圧を印加してアクチュエータ４４１〜４４３を駆動させ、接触部３１２を振動させる。
このとき、接触部３１２は被測定物表面Ｓを倣い測定するところ、接触部３１２の振動方向は倣い測定の際に接触部３１２が被測定物表面Ｓに接触する接触点における被測定物表面Ｓの法線方向である。
ここで、接触検知部５５０は、所定の基準押込量だけ接触部３１２が押し込まれたときに接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知するところ、プローブ加振制御部５６０による接触部３１２の振動の振幅は、基準押込量よりも大きい。
接触部３１２の振動周波数については、接触プローブ３００を構成するあらゆる固有周波数を避けた振動周波数とする。
また、被測定物表面Ｓの法線方向は、メモリ６１０に設定入力された被測定物の輪郭データに基づいて形状解析部６４０によって算出され、プローブ加振制御部５６０に出力される。 The probe vibration control unit 560 applies a control voltage to the actuators 441 to 443 of the contact probe 300 to drive the actuators 441 to 443 to vibrate the contact unit 312.
At this time, the contact portion 312 measures the surface of the object to be measured S, and the vibration direction of the contact portion 312 is measured at the contact point where the contact portion 312 contacts the surface of the object to be measured S during the scanning measurement. This is the normal direction.
Here, the contact detection unit 550 detects contact between the contact unit 312 and the surface of the object to be measured S when the contact unit 312 is pressed by a predetermined reference pressing amount. The amplitude of the vibration of 312 is larger than the reference pushing amount.
The vibration frequency of the contact portion 312 is a vibration frequency that avoids any natural frequency that constitutes the contact probe 300.
In addition, the normal direction of the surface S of the object to be measured is calculated by the shape analysis unit 640 based on the contour data of the object to be measured set and input to the memory 610, and is output to the probe excitation control unit 560.

倣いベクトル指令部６７０は、メモリ６１０に設定入力された被測定物の輪郭データおよび倣い測定の測定経路に基づいて接触プローブ３００を被測定物表面Ｓに沿って倣い移動させる倣いベクトルを生成する。生成された倣いベクトルは駆動制御部５１０に出力される。   The scanning vector command unit 670 generates a scanning vector that causes the contact probe 300 to move along the surface S of the object to be measured based on the contour data of the object to be measured set and input to the memory 610 and the measurement path of the copying measurement. The generated scanning vector is output to the drive control unit 510.

このような構成を備える第２実施形態によって被測定物表面Ｓを倣い測定する動作について図１７を参照して説明する。
図１７は、接触プローブ３００によって被測定物表面Ｓを倣い測定する様子を示す図である。
図１７に示されるように、接触プローブ３００が被測定物表面Ｓに沿って移動されていく。
なお、接触プローブ３００を被測定物表面Ｓに沿って倣い移動させる倣いベクトルは倣いベクトル指令部６７０から駆動制御部５１０に出力され、倣いベクトル指令に基づいて駆動機構２２０が駆動制御される。
接触プローブ３００が被測定物表面Ｓを倣い移動する際に、プローブ加振制御部５６０からの制御信号によって各アクチュエータ４４１〜４４３が駆動され測定子３１０が加振される。測定子３１０が加振されるところ、接触部３１２の振動方向は被測定物表面Ｓの法線方向である。すなわち、例えば、図１７中の（Ｂ）においては、被測定物表面Ｓの法線方向がスタイラス３１１の軸方向であるので、測定子３１０はスタイラス３１１の軸方向に加振される。これに対して、例えば、図１７中の（Ｃ）においては、被測定物表面Ｓが傾斜しており、被測定物表面Ｓの法線方向がスタイラス３１１に交差する方向であるが、被測定物表面Ｓの法線方向に接触部３１２が加振される。 An operation for copying and measuring the surface S of the object to be measured according to the second embodiment having such a configuration will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the surface S of the object to be measured is measured by the contact probe 300.
As shown in FIG. 17, the contact probe 300 is moved along the measurement object surface S.
A scanning vector that causes the contact probe 300 to move along the surface S of the object to be measured is output from the scanning vector command unit 670 to the drive control unit 510, and the drive mechanism 220 is driven and controlled based on the scanning vector command.
When the contact probe 300 moves along the workpiece surface S, the actuators 441 to 443 are driven by the control signal from the probe vibration control unit 560 to vibrate the probe 310. When the probe 310 is vibrated, the vibration direction of the contact portion 312 is the normal direction of the surface S of the object to be measured. That is, for example, in (B) in FIG. 17, the normal direction of the surface S of the object to be measured is the axial direction of the stylus 311, so the measuring element 310 is vibrated in the axial direction of the stylus 311. On the other hand, for example, in FIG. 17C, the surface S of the object to be measured is inclined, and the normal direction of the surface S of the object to be measured is a direction intersecting the stylus 311. The contact portion 312 is vibrated in the normal direction of the object surface S.

このように接触部３１２が加振された状態で被測定物表面Ｓを倣い走査するとき、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触によって接触部３１２の振動が所定量以上おさえられたところで接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触が接触検知部５５０にて検知される。そして、接触検知部５５０において接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触が検知されたところで駆動カウンタ５２０およびプローブ信号処理部５３０で算出された駆動機構２２０の駆動量および接触部３１２の変位がサンプリングされる。このデータのサンプリングはデータサンプリング部６２０により行われる。予め設定された倣い測定の経路がすべて測定されると、サンプリングされたデータが形状解析部６４０に送られ、形状解析部６４０により被測定物表面Ｓの形状解析が行われる。   When the surface of the object to be measured S is scanned in a state where the contact portion 312 is vibrated as described above, when the contact portion 312 and the surface of the object to be measured S contact with each other, the vibration of the contact portion 312 is suppressed by a predetermined amount or more. Contact between the contact portion 312 and the surface S of the object to be measured is detected by the contact detection portion 550. When the contact detection unit 550 detects contact between the contact unit 312 and the surface S of the object to be measured, the drive amount of the drive mechanism 220 and the displacement of the contact unit 312 calculated by the drive counter 520 and the probe signal processing unit 530 are detected. Sampled. This data sampling is performed by the data sampling unit 620. When all of the preset scanning measurement paths are measured, the sampled data is sent to the shape analysis unit 640, and the shape analysis of the surface S of the object to be measured is performed by the shape analysis unit 640.

このような構成を備える第２実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（５）倣い測定にあたって接触部３１２が被測定物表面Ｓをタッピングするので、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触時間が短くなり、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの摩擦を極めて小さくすることができる。そして、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの摩擦が小さくなるので、測定によって被測定物表面Ｓが損傷することがない。 According to 2nd Embodiment provided with such a structure, there can exist the following effects.
(5) Since the contact part 312 taps the object surface S in the scanning measurement, the contact time between the contact part 312 and the object surface S is shortened, and the friction between the contact part 312 and the object surface S is reduced. It can be made extremely small. Further, since the friction between the contact portion 312 and the object surface S to be measured is reduced, the object surface S to be measured is not damaged by the measurement.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上記第１実施形態においてスタイラス変位手段４４０は、支持プレート４２０とハウジング部４１０の下端縁との間に配設された三つのアクチュエータ４４１〜４４３である場合を例にして説明したが、例えば、図１８および図１９に示されるように、支持プレート４２０の表裏面に伸縮量が異なる板材（あるいは薄膜）を貼設したバイモルフ型の構成であってもよい。このようなバイモルフ型のアクチュエータ４４１〜４４３は、支持プレート４２０の表裏に膜状の素子４４４を蒸着することによって形成することができる。そして、図１９に示されるように、表裏の膜素子４４４にぞれぞれ電圧を印加することにより表裏からの応力によって支持プレート４２０を弾性変形させることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the first embodiment, the stylus displacing means 440 has been described as an example in which the three actuators 441 to 443 are disposed between the support plate 420 and the lower end edge of the housing portion 410. As shown in FIGS. 18 and 19, a bimorph type structure in which plate materials (or thin films) with different amounts of expansion and contraction are attached to the front and back surfaces of the support plate 420 may be used. Such bimorph actuators 441 to 443 can be formed by depositing film-like elements 444 on the front and back of the support plate 420. Then, as shown in FIG. 19, by applying a voltage to the front and back membrane elements 444, the support plate 420 can be elastically deformed by the stress from the front and back.

第１実施形態においては、タッチ測定において接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触が検知された際にスタイラス変位手段４４０によって接触部３１２を被測定物表面Ｓから離間させる方向へ移動させる場合について説明したが、このときスタイラス変位手段４４０による接触部３１２の変位量については１μｍ以下といった微小量でもよく、接触部３１２が被測定物表面Ｓから完全に離間するほどに接触部３１２を変位させなくてもよい。
例えば、図２０に示すように、図２０（Ａ）の状態で接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触を検知した後、図２０（Ｂ）にて接触部３１２を被測定物表面Ｓから退避動作させるとき、接触部３１２が被測定物表面Ｓから離間するほど大きく接触部３１２を退避させずに、図２０（Ｃ）に示されるように接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触が保たれる範囲内で接触部３１２を退避動作させてもよい。この場合でも、接触部３１２と被測定物表面Ｓとの接触圧は減少するので、測定子３１０および被測定物表面Ｓの損傷を防止することができる。 In the first embodiment, when contact between the contact portion 312 and the object surface S is detected in touch measurement, the stylus displacing means 440 moves the contact portion 312 in a direction away from the object surface S. In this case, the displacement amount of the contact portion 312 by the stylus displacing means 440 may be as small as 1 μm or less, and the contact portion 312 is displaced so that the contact portion 312 is completely separated from the surface S of the object to be measured. It does not have to be.
For example, as shown in FIG. 20, after detecting contact between the contact portion 312 and the object surface S in the state of FIG. 20A, the contact portion 312 is moved to the object surface S in FIG. When the retracting operation is performed, the contact portion 312 does not retract so much that the contact portion 312 is separated from the measured object surface S, and the contact portion 312 and the measured object surface S are not retracted as shown in FIG. The contact portion 312 may be retracted within a range where the contact is maintained. Even in this case, the contact pressure between the contact portion 312 and the surface of the object to be measured S decreases, so that damage to the probe 310 and the surface of the object to be measured S can be prevented.

また、上記第２実施形態において、接触部３１２の振動振幅は、基準押込量よりも大きいとしたが、接触部３１２の振動振幅は基準押込量よりも小さくてもよい。
このように基準押込量よりも小さい振幅で接触部３１２を振動させると、接触部３１２は被測定物表面Ｓから離間することなく接触を保つことになるが、接触圧は周期的に減少するので、測定子３１０および被測定物表面Ｓへの負荷を軽減することができる。 In the second embodiment, the vibration amplitude of the contact portion 312 is greater than the reference push amount. However, the vibration amplitude of the contact portion 312 may be smaller than the reference push amount.
As described above, when the contact portion 312 is vibrated with an amplitude smaller than the reference pressing amount, the contact portion 312 maintains contact without being separated from the surface S of the object to be measured, but the contact pressure periodically decreases. The load on the measuring element 310 and the surface S of the object to be measured can be reduced.

上記第１実施形態において、スタイラス変位手段４４０を構成するアクチュエータ４４１〜４４３を用いて接触部３１２を被測定物表面Ｓから退避させるとしたが、さらにアクチュエータ４４１〜４４３をアクティブバンパーとして用いてもよい。測定子３１０は板バネである支持プレート４２０によって支持されているところ、支持プレート４２０および測定子３１０の重量と弾性定数によって決定される固有振動数で測定子３１０は振動することになる。
ここで、測定子３１０が固有振動数で振動しているときに、アクチュエータ４４１〜４４３を駆動させて測定子３１０の振動を相殺させるようにすれば、測定子３１０の振動が抑制されて光センサ上の受光位置が安定する。その結果、測定子変位の検出精度が向上する。測定子３１０の振動を相殺するにあたっては、支持プレート４２０および測定子３１０の固有振動数であって測定子３１０の振動からわずかに位相をずらしたタイミングでアクチュエータ４４１〜４４３を駆動させることが例として挙げられる。 In the first embodiment, the contact portion 312 is retracted from the surface S of the object to be measured using the actuators 441 to 443 constituting the stylus displacement means 440. However, the actuators 441 to 443 may be used as active bumpers. . When the probe 310 is supported by a support plate 420 that is a leaf spring, the probe 310 vibrates at a natural frequency determined by the weight and the elastic constant of the support plate 420 and the probe 310.
Here, when the probe 310 vibrates at the natural frequency, if the actuators 441 to 443 are driven to cancel the vibration of the probe 310, the vibration of the probe 310 is suppressed, and the optical sensor. The upper light receiving position is stabilized. As a result, the detection accuracy of the probe displacement is improved. In order to cancel the vibration of the probe 310, the actuators 441 to 443 are driven at timings that are the natural frequencies of the support plate 420 and the probe 310 and slightly shifted in phase from the vibration of the probe 310. Can be mentioned.

本発明は、接触プローブおよび形状測定装置に利用できる。   The present invention can be used for a contact probe and a shape measuring apparatus.

第１実施形態において、接触プローブを用いた形状測定装置としての測定システムを示す図。The figure which shows the measurement system as a shape measuring apparatus using a contact probe in 1st Embodiment. 第１実施形態において、測定システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a measurement system in 1st Embodiment. 第１実施形態において、接触プローブの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of a contact probe in 1st Embodiment. 第１実施形態において、接触プローブを垂直方向に切断した横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the contact probe cut in the vertical direction in the first embodiment. 第１実施形態において、支持プレートの上面図。The top view of a support plate in a 1st embodiment. 第１実施形態において、光センサを受光面側から見た図。The figure which looked at the optical sensor from the light-receiving surface side in 1st Embodiment. 第１実施形態において、プローブ信号処理部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a probe signal process part in 1st Embodiment. 第１実施形態において、接触部が＋Ｚ方向に変位した状態を示す図。The figure which shows the state which the contact part displaced in + Z direction in 1st Embodiment. 接触部が＋Ｚ方向に変位した際に光センサにて受光される光束を示す図。The figure which shows the light beam received with an optical sensor, when a contact part is displaced to + Z direction. 接触部が＋Ｘ方向に変位（揺動）した状態を示す図。The figure which shows the state which the contact part displaced (oscillated) in + X direction. 接触部が＋Ｘ方向に変位した際に光センサにて受光される光束を示す図。The figure which shows the light beam received with an optical sensor when a contact part is displaced to + X direction. 接触部が＋Ｙ方向に変位した状態を示す図。The figure which shows the state which the contact part displaced to + Y direction. 接触部が＋Ｙ方向に変位した際に光センサにて受光される光束を示す図。The figure which shows the light beam received with an optical sensor, when a contact part is displaced to + Y direction. 第１実施形態において、測定動作の手順を示すフローチャート。5 is a flowchart illustrating a procedure of a measurement operation in the first embodiment. 第１実施形態において、測定動作の様子を示す図。The figure which shows the mode of measurement operation | movement in 1st Embodiment. 第２実施形態の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of 2nd Embodiment. 第２実施形態において、接触プローブによって被測定物表面を倣い測定する様子を示す図。The figure which shows a mode that the surface of a to-be-measured object is copied and measured with a contact probe in 2nd Embodiment. スタイラス変位手段の変形例を示す図。The figure which shows the modification of a stylus displacement means. スタイラス変位手段の変形例を示す図。The figure which shows the modification of a stylus displacement means. 接触部を退避動作させる際の変形例を示す図。The figure which shows the modification at the time of carrying out retracting operation | movement of a contact part. 接触プローブを利用した三次元測定機の構成を示す図。The figure which shows the structure of the three-dimensional measuring machine using a contact probe. 接触プローブの構成を示す図。The figure which shows the structure of a contact probe.

符号の説明Explanation of symbols

１０…三次元測定機、１１…接触プローブ、１２…駆動機構、１３…スタイラス、１４…接触部、１５…センサ本体部、１００…測定システム、１１０…操作部、１１１…ジョイスティック、１２０…入力手段、１３０…出力手段、２００…三次元測定機、２１０…定盤、２２０…駆動機構、２２１…ビーム支持体、２２２…ビーム、２２３…コラム、２２４…スピンドル、２３０…駆動センサ、３００…接触プローブ、３１０…測定子、３１１…スタイラス、３１２…接触部、４００…センサ本体部、４１０…ハウジング部、４１１…収納空間、４１２…シート材、４２０…支持プレート、４２１…補強板、４２２…切込み線、４２３…円弧部、４２４…直線部
４３０…変位検出手段、４３１…反射ミラー、４３２Ａ…光源、４３２Ｂ…光源、４３２…照明光学系、４３３…光センサ、４３４…第１受光部、４３５…第２受光部、４３６…第３受光部、４３７…第４受光部、４４０…スタイラス変位手段、４４１…第１アクチュエータ、４４２…第２アクチュエータ、４４３…第３アクチュエータ、４４４…素子、５００…モーションコントローラ、５１０…駆動制御部、５２０…駆動カウンタ、５３０…プローブ信号処理部、５３１Ａ…バンドパスフィルタ、５３１Ｂ…バンドパスフィルタ、５３１…バンドパスフィルタ部、５３２Ａ…復調回路、５３２Ｂ…復調回路、５３２…復調回路部、５３３ 演算処理部、５４０…プローブ駆動制御部、５４１…法線ベクトル算出部、５４２…分配量算出部、５４３…アクチュエータ駆動部、５５０…接触検知部、５６０…プローブ加振制御部、６００…ホストコンピュータ、６１０…メモリ、６２０…データサンプリング部、６３０…移動ベクトル指令部、６４０…形状解析部、６５０…中央処理部、６６０…バス、６７０…倣いベクトル指令部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... CMM, 11 ... Contact probe, 12 ... Drive mechanism, 13 ... Stylus, 14 ... Contact part, 15 ... Sensor main part, 100 ... Measurement system, 110 ... Operation part, 111 ... Joystick, 120 ... Input means , 130 ... output means, 200 ... coordinate measuring machine, 210 ... surface plate, 220 ... drive mechanism, 221 ... beam support, 222 ... beam, 223 ... column, 224 ... spindle, 230 ... drive sensor, 300 ... contact probe , 310 ... measuring element, 311 ... stylus, 312 ... contact part, 400 ... sensor body part, 410 ... housing part, 411 ... storage space, 412 ... sheet material, 420 ... support plate, 421 ... reinforcing plate, 422 ... score line 423 ... arc portion, 424 ... linear portion 430 ... displacement detection means, 431 ... reflection mirror, 432A ... light source, 432B ... light 432, illumination optical system, 433, optical sensor, 434, first light receiving section, 435, second light receiving section, 436, third light receiving section, 437, fourth light receiving section, 440, stylus displacement means, 441, first. Actuator, 442 ... 2nd actuator, 443 ... 3rd actuator, 444 ... Element, 500 ... Motion controller, 510 ... Drive controller, 520 ... Drive counter, 530 ... Probe signal processor, 531A ... Band pass filter, 531B ... Band Pass filter, 531 ... Band pass filter unit, 532A ... Demodulation circuit, 532B ... Demodulation circuit, 532 ... Demodulation circuit unit, 533 Arithmetic processing unit, 540 ... Probe drive control unit, 541 ... Normal vector calculation unit, 542 ... Distribution amount Calculation unit, 543 ... actuator driving unit, 550 ... contact detection unit, 560 ... probe excitation Control unit, 600 ... host computer, 610 ... memory, 620 ... data sampling unit, 630 ... motion vector instruction unit, 640 ... shape analysis unit, 650 ... central processing unit, 660 ... bus, 670 ... scanning vector command unit.

Claims (7)

被測定物表面に当接する接触部を先端に有する測定子と、
前記測定子の変位を検出する検出センサと、
前記測定子の軸方向とは略直交して配置された弾性体のプレートであって前記測定子の基端側を支持する支持プレートと、
前記測定子を変位させる測定子変位手段と、を備え、
前記支持プレートには、直線上にない位置の３箇所以上に切込み線が設けられ、この切込み線と前記測定子の基端側が固定された部分との間に、前記測定子の基端側が固定された部分と他の部分とを連結する狭領域が形成され、
前記測定子変位手段は、前記狭領域に配置され、前記狭領域に応力を付与して、前記測定子の基端側が固定された部分の位置及び／又は角度を、前記他の部分に対して変化させ、前記測定子を任意の方向へ変位させる応力付与手段を備える
ことを特徴とする接触プローブ。 A probe having a contact portion at the tip that contacts the surface of the object to be measured;
A detection sensor for detecting displacement of the probe;
A support plate that is an elastic plate disposed substantially orthogonal to the axial direction of the probe and supports the proximal end of the probe;
A measuring element displacing means for displacing the measuring element,
The support plate is provided with cut lines at three or more positions that are not on a straight line, and the base end side of the probe is fixed between the cut line and a portion where the base end side of the probe is fixed. A narrow region is formed to connect the formed part and the other part,
The probe displacement means is disposed in the narrow region , applies stress to the narrow region , and determines the position and / or angle of the portion where the proximal end side of the probe is fixed with respect to the other portion. varying the contact probe, wherein the obtaining Bei stress applying means for displacing the measuring element in any direction. 請求項１に記載の接触プローブにおいて、
前記応力付与手段は、多数の圧電素子の薄板を積層して構成されており、電圧の印加によって高さが変わる圧電アクチュエータであり、
前記圧電アクチュエータは、前記狭領域の下面に配設されており、前記狭領域を所定量だけ押し上げることを特徴とする接触プローブ。 The contact probe according to claim 1,
The stress applying means is configured by laminating a plurality of thin plates of piezoelectric elements, and is a piezoelectric actuator whose height is changed by application of voltage,
The piezoelectric actuator, the is disposed on the lower surface of the narrow region, the contact probe, characterized in that push up the narrow region by a predetermined amount. 請求項１に記載の接触プローブにおいて、
前記応力付与手段は、前記狭領域の表裏面に伸縮量が異なる板材を貼設して構成され、電圧を印加することにより表裏からの応力によって前記狭領域を弾性変形させるバイモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする接触プローブ。 The contact probe according to claim 1,
It said stress applying means, amount of expansion and contraction in the front and back surfaces of the narrow region is constituted by affixed different plate material, is a bimorph type actuator to elastically deform the narrow region by the stress from the front and back by applying a voltage A contact probe characterized by that. 請求項１から請求項３の何れかに記載の接触プローブにおいて、
前記支持プレートは、前記測定子の軸線が通る点を中心点とする円形であり、
前記応力付与手段は、前記支持プレートの中心点を中心とする仮想円上において等間隔に配備されている
ことを特徴とする接触プローブ。 The contact probe according to any one of claims 1 to 3,
The support plate is a circle centered at a point through which the axis of the probe passes.
The contact probe characterized in that the stress applying means are arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the center point of the support plate. 請求項１から請求項４の何れかに記載の接触プローブと、
前記接触プローブを被測定物に対して相対的に移動させて前記接触プローブを前記被測定物表面に対して当接または離間させる駆動機構と、
前記駆動機構の駆動量を検出する駆動センサと、
前記駆動機構および前記測定子変位手段を駆動制御する動作制御部と、
前記検出センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の形状を解析する解析手段と、を具備し、
前記動作制御部は、
前記被測定物表面に当接した前記接触部が前記被測定物表面から受ける測定圧によって生じる前記接触部の変位が予め設定された基準押込量に達したときに前記被測定物表面と前記接触部との接触を検知する接触検知部と、
前記接触検知部にて前記接触部と前記被測定物表面との接触が検知された際に前記測定子変位手段を駆動させて前記接触部と前記被測定物表面との接触圧が減少する方向に前記測定子を変位させるプローブ駆動制御部と、を備える
ことを特徴とする形状測定装置。 The contact probe according to any one of claims 1 to 4,
A drive mechanism for moving the contact probe relative to the object to be measured to bring the contact probe into contact with or away from the surface of the object to be measured;
A drive sensor for detecting a drive amount of the drive mechanism;
An operation control unit for driving and controlling the drive mechanism and the probe displacement means;
Analyzing means for analyzing the shape of the surface of the object to be measured based on the detection values by the detection sensor and the drive sensor,
The operation controller is
The contact with the surface of the object to be measured when the displacement of the contact caused by the measurement pressure received from the surface of the object to be measured reaches a preset reference pushing amount. A contact detection unit for detecting contact with the unit,
Direction in which contact pressure between the contact portion and the surface of the object to be measured is reduced by driving the measuring element displacing means when contact between the contact portion and the surface of the object to be measured is detected by the contact detector. And a probe drive control unit for displacing the measuring element. 請求項５に記載の形状測定装置において、
前記プローブ駆動制御部は、
前記検出センサにて検出された接触部の変位に基づいて接触点における被測定物表面の法線方向を算出する法線ベクトル算出部と、
前記法線ベクトル算出部にて算出された法線ベクトルの向きに前記接触部を変位させるために必要な各応力付与手段の駆動量を算出する分配量算出部と、
前記分配量算出部にて算出された各応力付与手段の駆動量に応じて各応力付与手段を駆動させる応力付与駆動部と、を備える
ことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 5,
The probe drive controller is
A normal vector calculation unit for calculating a normal direction of the surface of the object to be measured at the contact point based on the displacement of the contact part detected by the detection sensor;
A distribution amount calculation unit that calculates a driving amount of each stress applying means necessary to displace the contact portion in the direction of the normal vector calculated by the normal vector calculation unit;
A shape measuring apparatus comprising: a stress applying drive unit that drives each stress applying unit in accordance with the driving amount of each stress applying unit calculated by the distribution amount calculating unit. 請求項１から請求項４の何れかに記載の接触プローブと、
前記接触プローブを被測定物表面に沿って相対移動させる駆動機構と、
前記駆動機構の駆動量を検出する駆動センサと、
前記駆動機構および前記測定子変位手段を駆動制御する動作制御部と、
前記検出センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の形状を解析する解析手段と、を具備し、
前記動作制御部は、
前記測定子変位手段を駆動させて前記接触部を前記被測定物表面の法線方向に振動させるプローブ加振制御部を備える
ことを特徴とする形状測定装置。 The contact probe according to any one of claims 1 to 4,
A drive mechanism for relatively moving the contact probe along the surface of the object to be measured;
A drive sensor for detecting a drive amount of the drive mechanism;
An operation control unit for driving and controlling the drive mechanism and the probe displacement means;
Analyzing means for analyzing the shape of the surface of the object to be measured based on the detection values by the detection sensor and the drive sensor,
The operation controller is
A shape measuring apparatus comprising: a probe excitation control unit that drives the probe displacement means to vibrate the contact portion in a normal direction of the surface of the object to be measured.
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