JPH11230714A - 円筒形状測定装置 - Google Patents
円筒形状測定装置Info
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- JPH11230714A JPH11230714A JP10028752A JP2875298A JPH11230714A JP H11230714 A JPH11230714 A JP H11230714A JP 10028752 A JP10028752 A JP 10028752A JP 2875298 A JP2875298 A JP 2875298A JP H11230714 A JPH11230714 A JP H11230714A
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- arm
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １００mm単位の深さでテーパが３mm存在する
ような円筒状被測定物の内側と外側を０．１μmの高精
度で高速にキズを付けずに測定する円筒形状測定装置を
提供する。 【解決手段】 先端にスタイラスが固定されたアーム部
１１０と、アーム部が測定圧によって一方向にのみ傾斜
可能な状態にアーム部の根本付近を装置固定部に連結す
る板ばねより成るアーム保持部材８４と、測定面からス
タイラス７１への測定圧により生じる板ばねの弾性変形
によるアーム部の変位を検知する手段を備えたプローブ
７を有し、プローブに反転機構を設ける。
ような円筒状被測定物の内側と外側を０．１μmの高精
度で高速にキズを付けずに測定する円筒形状測定装置を
提供する。 【解決手段】 先端にスタイラスが固定されたアーム部
１１０と、アーム部が測定圧によって一方向にのみ傾斜
可能な状態にアーム部の根本付近を装置固定部に連結す
る板ばねより成るアーム保持部材８４と、測定面からス
タイラス７１への測定圧により生じる板ばねの弾性変形
によるアーム部の変位を検知する手段を備えたプローブ
７を有し、プローブに反転機構を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１００mm単位の深
さでテーパが３mm存在するような円筒状被測定物の内側
と外側をキズをつけずに測定する円筒形状測定装置に関
するものである。特に、Ｘ線望遠鏡で使用するミラーの
内壁または、その型の外壁を５０mgf以下の測定圧でキ
ズを付けず、高速に、０．１μmの高精度で測定する円
筒形状測定装置に関するものである。。
さでテーパが３mm存在するような円筒状被測定物の内側
と外側をキズをつけずに測定する円筒形状測定装置に関
するものである。特に、Ｘ線望遠鏡で使用するミラーの
内壁または、その型の外壁を５０mgf以下の測定圧でキ
ズを付けず、高速に、０．１μmの高精度で測定する円
筒形状測定装置に関するものである。。
【０００２】
【従来の技術】一般に、表面粗さ計、三次元測定機等の
プローブには、接触式プローブ、原子間力プローブ、光
学式、静電容量センサ等がある。上記光学式と静電容量
センサは、形状や粗さを１μm以下の精度で測定するの
は不適である。接触式プローブは測定圧が高く、測定面
にキズを付けることがある。従来の接触式プローブには
作動トランスが付いており、作動トランスには磁石また
は磁性体が必要であるため、可動部の質量が重くなり、
応答速度を上げるためには測定圧を増すしか方法がな
い。それでも、従来の接触式プローブでは１０Ｈz程度
と応答速度が遅いという問題もある。原子間力プローブ
は特開平６−２６５３４０号公報に記載されている。接
触式プローブとの違いは測定圧が低く、測定面にキズを
付けないことである。スタイラスを半径０．５mmのルビ
ー球としたとき、測定圧を０．２gf以下にすると、測定
面とスタイラスの間にはエネルギーギャップがあり、ト
ンネル電流の行き来で測定圧(斥力)が発生する。この領
域で測定するのを原子間力プローブと命名している。ま
た、特願平８−８４２０６号に記載されている形状測定
装置は原子間力プローブを採用しており、円柱の外壁か
らの測定圧によりアームが一方向に変位する構造であ
る。
プローブには、接触式プローブ、原子間力プローブ、光
学式、静電容量センサ等がある。上記光学式と静電容量
センサは、形状や粗さを１μm以下の精度で測定するの
は不適である。接触式プローブは測定圧が高く、測定面
にキズを付けることがある。従来の接触式プローブには
作動トランスが付いており、作動トランスには磁石また
は磁性体が必要であるため、可動部の質量が重くなり、
応答速度を上げるためには測定圧を増すしか方法がな
い。それでも、従来の接触式プローブでは１０Ｈz程度
と応答速度が遅いという問題もある。原子間力プローブ
は特開平６−２６５３４０号公報に記載されている。接
触式プローブとの違いは測定圧が低く、測定面にキズを
付けないことである。スタイラスを半径０．５mmのルビ
ー球としたとき、測定圧を０．２gf以下にすると、測定
面とスタイラスの間にはエネルギーギャップがあり、ト
ンネル電流の行き来で測定圧(斥力)が発生する。この領
域で測定するのを原子間力プローブと命名している。ま
た、特願平８−８４２０６号に記載されている形状測定
装置は原子間力プローブを採用しており、円柱の外壁か
らの測定圧によりアームが一方向に変位する構造であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
願平８−８４２０６号の発明では、１００mm単位の深さ
の円筒状のミラーの内壁とその型の外壁をキズを付けず
に測定したい場合には、外壁しか測定できないという欠
点があった。従って、本発明は上記問題点に鑑み、深い
円筒状被測定物の内側と外側をキズを付けずに測定でき
るプローブを有した円筒形状測定装置を提供することを
目的とする。
願平８−８４２０６号の発明では、１００mm単位の深さ
の円筒状のミラーの内壁とその型の外壁をキズを付けず
に測定したい場合には、外壁しか測定できないという欠
点があった。従って、本発明は上記問題点に鑑み、深い
円筒状被測定物の内側と外側をキズを付けずに測定でき
るプローブを有した円筒形状測定装置を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のように構成する。本発明の第１態様
によれば、測定面に接触するスタイラスと、上記スタイ
ラスが先端に固定されたアーム部と、上記アーム部が測
定圧によって一方向にのみ傾斜可能な状態に上記アーム
部の根本付近を装置固定部に連結する板ばねを有するア
ーム保持部材と、上記測定面から上記スタイラスへの測
定圧によって生じる上記板ばねの弾性変形による上記ア
ーム部の変位を検知する検知装置とを備えたプローブを
有し、そのプローブにはプローブ軸周りに少なくとも１
８０度回転可能な反転機構が設けられていることを特徴
とする円筒形状測定装置を提供する。本発明の第２態様
によれば、上記アーム部の変位を検知する検知装置が、
上記アーム部のスタイラス取付面と反対面に固定された
ミラーと、上記ミラーの反射面側に固定配置された投光
部と、この投光部から放射された光に基づく上記ミラー
からの反射光を受光し、この反射光の位置を検知する光
位置検知装置とを備えた第１態様に記載の円筒形状測定
装置を提供する。本発明の第３態様によれば、上記アー
ム保持部材は、１対の板ばねで形成されたほぼＶ字形で
あり、Ｖ字形の両端で固定側に連結されるとともに、Ｖ
字形の下端とアーム部の根本付近とが固定結合された第
２態様に記載の円筒形状測定装置を提供する。本発明の
第４態様によれば、上記板ばねが、円柱部材に固定さ
れ、上記円柱部材はバネ性を有する押さえ板で上記装置
固定部に保持され、過度の測定圧がかかったときは上記
円柱部材が回転し、通常の測定圧がかかったときは摩擦
力で保持され上記円柱部材は回転しないように構成され
た第１〜３態様のいずれかに記載の円筒形状測定装置を
提供する。本発明の第５態様によれば、上記押さえ板
は、上記スタイラスに過度な力が作用したとき、上記円
柱部材が上記押さえ板からスリップし、上記アーム部が
外れるように構成された第４態様に記載の円筒形状測定
装置を提供する。本発明の第６態様によれば、上記プロ
ーブまたは測定面を、上記プローブと測定面との間隔が
変化する方向に移動させる移動台と、この移動台の移動
距離を測定するスケールと、上記測定面からの測定圧に
よって生じる上記スタイラスの変位に上記スケールの測
定値を加算することにより、上記測定面の座標を検出す
るように構成した第１〜５態様のいずれかに記載の円筒
形状測定装置を提供する。本発明の第７態様によれば、
上記測定面からの測定圧によって生じる上記スタイラス
の変位が略一定になるように、上記光位置検出装置から
の信号を上記移動台の駆動装置にフィードバックする制
御部を備え、上記プローブと上記測定面との間隔が変化
する方向と略垂直な方向に光学ヘッド部を含むプロー
ブ、または、上記測定面を移動させる移動台と、この移
動台により、上記スタイラスを上記測定面に一定測定圧
で走査させ、上記測定面の形状を測定するように構成し
た第１〜６態様のいずれかに記載の円筒形状測定装置を
提供する。本発明の第８態様によれば、上記プローブ部
をＸＹＺ方向に移動させる移動台と、上記被測定物を回
転させるθステージとを備えた第１〜７態様のいずれか
に記載の円筒形状測定装置を提供する。
に、本発明は以下のように構成する。本発明の第１態様
によれば、測定面に接触するスタイラスと、上記スタイ
ラスが先端に固定されたアーム部と、上記アーム部が測
定圧によって一方向にのみ傾斜可能な状態に上記アーム
部の根本付近を装置固定部に連結する板ばねを有するア
ーム保持部材と、上記測定面から上記スタイラスへの測
定圧によって生じる上記板ばねの弾性変形による上記ア
ーム部の変位を検知する検知装置とを備えたプローブを
有し、そのプローブにはプローブ軸周りに少なくとも１
８０度回転可能な反転機構が設けられていることを特徴
とする円筒形状測定装置を提供する。本発明の第２態様
によれば、上記アーム部の変位を検知する検知装置が、
上記アーム部のスタイラス取付面と反対面に固定された
ミラーと、上記ミラーの反射面側に固定配置された投光
部と、この投光部から放射された光に基づく上記ミラー
からの反射光を受光し、この反射光の位置を検知する光
位置検知装置とを備えた第１態様に記載の円筒形状測定
装置を提供する。本発明の第３態様によれば、上記アー
ム保持部材は、１対の板ばねで形成されたほぼＶ字形で
あり、Ｖ字形の両端で固定側に連結されるとともに、Ｖ
字形の下端とアーム部の根本付近とが固定結合された第
２態様に記載の円筒形状測定装置を提供する。本発明の
第４態様によれば、上記板ばねが、円柱部材に固定さ
れ、上記円柱部材はバネ性を有する押さえ板で上記装置
固定部に保持され、過度の測定圧がかかったときは上記
円柱部材が回転し、通常の測定圧がかかったときは摩擦
力で保持され上記円柱部材は回転しないように構成され
た第１〜３態様のいずれかに記載の円筒形状測定装置を
提供する。本発明の第５態様によれば、上記押さえ板
は、上記スタイラスに過度な力が作用したとき、上記円
柱部材が上記押さえ板からスリップし、上記アーム部が
外れるように構成された第４態様に記載の円筒形状測定
装置を提供する。本発明の第６態様によれば、上記プロ
ーブまたは測定面を、上記プローブと測定面との間隔が
変化する方向に移動させる移動台と、この移動台の移動
距離を測定するスケールと、上記測定面からの測定圧に
よって生じる上記スタイラスの変位に上記スケールの測
定値を加算することにより、上記測定面の座標を検出す
るように構成した第１〜５態様のいずれかに記載の円筒
形状測定装置を提供する。本発明の第７態様によれば、
上記測定面からの測定圧によって生じる上記スタイラス
の変位が略一定になるように、上記光位置検出装置から
の信号を上記移動台の駆動装置にフィードバックする制
御部を備え、上記プローブと上記測定面との間隔が変化
する方向と略垂直な方向に光学ヘッド部を含むプロー
ブ、または、上記測定面を移動させる移動台と、この移
動台により、上記スタイラスを上記測定面に一定測定圧
で走査させ、上記測定面の形状を測定するように構成し
た第１〜６態様のいずれかに記載の円筒形状測定装置を
提供する。本発明の第８態様によれば、上記プローブ部
をＸＹＺ方向に移動させる移動台と、上記被測定物を回
転させるθステージとを備えた第１〜７態様のいずれか
に記載の円筒形状測定装置を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明の一実施形態における円筒形状測定装置におけるプロ
ーブ構造図、（ｂ）はその一部拡大正面図である。
態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発
明の一実施形態における円筒形状測定装置におけるプロ
ーブ構造図、（ｂ）はその一部拡大正面図である。
【０００６】図２は図１のプローブ７が取り付けられて
いる本実施形態の円筒形状測定装置の概略図である。図
２において、上記装置は、石定盤１に両端が固定された
門型の石柱２の水平部分上に、プローブ７をＸＹＺ方向
に移動させるＸステージ４、Ｙステージ５、Ｚステージ
６を備えた移動台１０１を備えるとともに、石定盤１上
に、被測定物Ｓをθ方向に駆動モータ２０１により回転
させるθステージ３を備えている。Ｘステージ４はその
上にＹステージ５を保持し、Ｙステージ５はその上にＺ
ステージ６を保持し、Ｚステージ６にはプローブ７が装
着されている。プローブ７の先端のスタイラス７１が、
θステージ３の上に設置される被測定物Ｓに接触して、
測定を行う。
いる本実施形態の円筒形状測定装置の概略図である。図
２において、上記装置は、石定盤１に両端が固定された
門型の石柱２の水平部分上に、プローブ７をＸＹＺ方向
に移動させるＸステージ４、Ｙステージ５、Ｚステージ
６を備えた移動台１０１を備えるとともに、石定盤１上
に、被測定物Ｓをθ方向に駆動モータ２０１により回転
させるθステージ３を備えている。Ｘステージ４はその
上にＹステージ５を保持し、Ｙステージ５はその上にＺ
ステージ６を保持し、Ｚステージ６にはプローブ７が装
着されている。プローブ７の先端のスタイラス７１が、
θステージ３の上に設置される被測定物Ｓに接触して、
測定を行う。
【０００７】なお、図２において、４１、５１、６１は
各ステージ４、５、６の駆動モータである。また、４２
はＸステージ４の駆動モータにより正逆回転されるボー
ルネジであり、このボールネジに螺合したＹステージを
Ｘ方向に前後動させる。６２はＺステージ６の駆動モー
タにより正逆回転されるボールネジであり、このボール
ネジに螺合したプローブ７をＺ方向に上下動させる。な
お、Ｙステージ用のボールネジは図示を省略している
が、Ｙステージ７の駆動モータにより正逆回転されるボ
ールネジが同様に配置され、このボールネジに螺合した
Ｚステージ６をＹ方向に前後動させる。４３、５３、６
３は各ステージ４、５、６の位置計測用のリニアスケー
ルである。ただし、被測定物Ｓ上をプローブ７がＸ方向
に前後動するため、Ｘ位置については、Ｘステージ４の
Ｘリニアスケール４３の測定値と、プローブ７の光位置
検知装置８２の測定値の和として測長する。このとき、
プローブ７の光位置検知装置８２で検知する位置を常に
一定になるように、制御部２００はＸステージ用の駆動
モータ４１にフィードバックをかけてＸステージ４の駆
動を制御している。θステージ３の下方には駆動モータ
２０１の回転角度を検出するロータリエンコーダ２０２
が設置されており、θステージ３の回転角を測定できる
ようにしている。よって、制御部２００は、各駆動モー
タ４１、５１、６１、２０１の駆動を制御するととも
に、各ステージ４、５、６の位置計測用のリニアスケー
ル４３、５３、６３とロータリエンコーダ２０２とから
の位置や角度情報などの出力が入力されるようにしてい
る。
各ステージ４、５、６の駆動モータである。また、４２
はＸステージ４の駆動モータにより正逆回転されるボー
ルネジであり、このボールネジに螺合したＹステージを
Ｘ方向に前後動させる。６２はＺステージ６の駆動モー
タにより正逆回転されるボールネジであり、このボール
ネジに螺合したプローブ７をＺ方向に上下動させる。な
お、Ｙステージ用のボールネジは図示を省略している
が、Ｙステージ７の駆動モータにより正逆回転されるボ
ールネジが同様に配置され、このボールネジに螺合した
Ｚステージ６をＹ方向に前後動させる。４３、５３、６
３は各ステージ４、５、６の位置計測用のリニアスケー
ルである。ただし、被測定物Ｓ上をプローブ７がＸ方向
に前後動するため、Ｘ位置については、Ｘステージ４の
Ｘリニアスケール４３の測定値と、プローブ７の光位置
検知装置８２の測定値の和として測長する。このとき、
プローブ７の光位置検知装置８２で検知する位置を常に
一定になるように、制御部２００はＸステージ用の駆動
モータ４１にフィードバックをかけてＸステージ４の駆
動を制御している。θステージ３の下方には駆動モータ
２０１の回転角度を検出するロータリエンコーダ２０２
が設置されており、θステージ３の回転角を測定できる
ようにしている。よって、制御部２００は、各駆動モー
タ４１、５１、６１、２０１の駆動を制御するととも
に、各ステージ４、５、６の位置計測用のリニアスケー
ル４３、５３、６３とロータリエンコーダ２０２とから
の位置や角度情報などの出力が入力されるようにしてい
る。
【０００８】上記プローブ７は、図１（ａ）、（ｂ）に
示すように、下端にスタイラス７１の付いた三角形板状
のアーム７２と、そのアーム７２と円柱部材７５を連結
する２本のアーム保持部材７４を有して、アーム部１１
０を構成している。
示すように、下端にスタイラス７１の付いた三角形板状
のアーム７２と、そのアーム７２と円柱部材７５を連結
する２本のアーム保持部材７４を有して、アーム部１１
０を構成している。
【０００９】アーム保持部材７４は左右対称の薄い板バ
ネで形成されており、アーム７２の対称軸が上記アーム
保持部材７４の対称軸と一致する状態に、アーム７２の
根本が２本のアーム保持部材７４に固定結合されてお
り、アーム７２の裏側(スタイラス７１と反対側)にミラ
ー７３が固定されている。
ネで形成されており、アーム７２の対称軸が上記アーム
保持部材７４の対称軸と一致する状態に、アーム７２の
根本が２本のアーム保持部材７４に固定結合されてお
り、アーム７２の裏側(スタイラス７１と反対側)にミラ
ー７３が固定されている。
【００１０】以上のスタイラス７１、アーム７２、ミラ
ー７３、アーム保持部材７４より成る可動部１００は、
できるだけ軽量であることが望ましく、例えば、可動部
全体で質量２００mg以下に構成されれば、これにより測
定圧を５０mgf以下にすることができる。
ー７３、アーム保持部材７４より成る可動部１００は、
できるだけ軽量であることが望ましく、例えば、可動部
全体で質量２００mg以下に構成されれば、これにより測
定圧を５０mgf以下にすることができる。
【００１１】上記アーム部１１０の変位を検知する検知
装置１２０は、上記アーム部１１０のアーム７２のスタ
イラス取付面と反対面に固定されたミラー７３と、上記
ミラー７３の反射面側に固定配置された投光部(例えば
半導体レーザー)７６と、この投光部７６から放射され
た光をコリメートレンズ７７により平行光にした後、こ
の平行光を偏向ビームスプリッター７８で９０度偏向さ
せた光線を反射ミラー８１により反射させた後、光位置
検知装置８２に入射させる。一方、偏向ビームスプリッ
ター７８を直進して通過した平行光は、λ／４波長板７
９を通してλ／４だけ波長をずらせた後、反射ミラー８
０で反射させてアーム７２の裏面に配置されたミラー７
３に反射させる。ミラー７３に反射した反射光は、反射
ミラー８０、λ／４波長板７９、偏向ビームスプリッタ
ー７８、反射ミラー８１を経て光位置検知装置８２に入
射し、反射ミラー７３で反射されていない光線と反射し
た光線との間での位相差をもとに、反射ミラー７３従っ
てスタイラス７１の位置を検知する。
装置１２０は、上記アーム部１１０のアーム７２のスタ
イラス取付面と反対面に固定されたミラー７３と、上記
ミラー７３の反射面側に固定配置された投光部(例えば
半導体レーザー)７６と、この投光部７６から放射され
た光をコリメートレンズ７７により平行光にした後、こ
の平行光を偏向ビームスプリッター７８で９０度偏向さ
せた光線を反射ミラー８１により反射させた後、光位置
検知装置８２に入射させる。一方、偏向ビームスプリッ
ター７８を直進して通過した平行光は、λ／４波長板７
９を通してλ／４だけ波長をずらせた後、反射ミラー８
０で反射させてアーム７２の裏面に配置されたミラー７
３に反射させる。ミラー７３に反射した反射光は、反射
ミラー８０、λ／４波長板７９、偏向ビームスプリッタ
ー７８、反射ミラー８１を経て光位置検知装置８２に入
射し、反射ミラー７３で反射されていない光線と反射し
た光線との間での位相差をもとに、反射ミラー７３従っ
てスタイラス７１の位置を検知する。
【００１２】アーム保持部材７４の両上端部は大略水平
方向に配した円柱部材７５に固定され、円柱部材７５
は、図１（ｂ）にも示すように、ブロック状の受け部材
８５と板バネからなる一対の押さえ板８４とにより挾ま
れて軸方向沿いには移動不可能に支持して、所定の軸位
置を保って摩擦力により保持されている。押さえ板８４
は鋼または燐青銅等の金属または樹脂の弾性材料で構成
され、受け部材８５に固定されている。上記構成におい
て押さえ板８４による押圧力の強さは、通常の測定圧範
囲では、受け部材８５と板バネからなる一対の押さえ板
８４との間に働く摩擦力により円柱部材７５は回転せ
ず、スタイラス７１が被測定物Ｓ上を移動するときアー
ム保持部材７４のみがたわみ、過度の測定圧がスタイラ
ス７１に作用したときには、アーム保持部材７４は塑性
変形せずに、円柱部材７５が受け部材８５と一対の押さ
え板８４とに対してスリップして回転し、プローブ７を
壊すことがないという効果が得られる。
方向に配した円柱部材７５に固定され、円柱部材７５
は、図１（ｂ）にも示すように、ブロック状の受け部材
８５と板バネからなる一対の押さえ板８４とにより挾ま
れて軸方向沿いには移動不可能に支持して、所定の軸位
置を保って摩擦力により保持されている。押さえ板８４
は鋼または燐青銅等の金属または樹脂の弾性材料で構成
され、受け部材８５に固定されている。上記構成におい
て押さえ板８４による押圧力の強さは、通常の測定圧範
囲では、受け部材８５と板バネからなる一対の押さえ板
８４との間に働く摩擦力により円柱部材７５は回転せ
ず、スタイラス７１が被測定物Ｓ上を移動するときアー
ム保持部材７４のみがたわみ、過度の測定圧がスタイラ
ス７１に作用したときには、アーム保持部材７４は塑性
変形せずに、円柱部材７５が受け部材８５と一対の押さ
え板８４とに対してスリップして回転し、プローブ７を
壊すことがないという効果が得られる。
【００１３】さらに、押さえ板８４は、下から過度の力
がかかっても、押さえ板８４が受け部材８５に対して少
し上に開いて円柱部材７５が押さえ板８４と受け部材８
５に対してスリップするようにして、プローブ７から外
れるようにしているので、プローブ７が壊れる危険性が
解消される。上記構成では、スタイラス７１を固定した
アーム７２が２本のアーム保持部材７４により保持さ
れ、測定圧により一方向にのみ動くので、円柱部材７５
の軸方向沿いに横ずれを起こしたり、軸受け支持のよう
にがたつきを生じることがない。
がかかっても、押さえ板８４が受け部材８５に対して少
し上に開いて円柱部材７５が押さえ板８４と受け部材８
５に対してスリップするようにして、プローブ７から外
れるようにしているので、プローブ７が壊れる危険性が
解消される。上記構成では、スタイラス７１を固定した
アーム７２が２本のアーム保持部材７４により保持さ
れ、測定圧により一方向にのみ動くので、円柱部材７５
の軸方向沿いに横ずれを起こしたり、軸受け支持のよう
にがたつきを生じることがない。
【００１４】また、形状測定の際に被測定物Ｓにスタイ
ラス７１は所定の圧力(測定圧)で接触し、プローブに対
するスタイラス位置の変位は、ミラー７３の傾きに変換
され、その傾きは光位置検知装置８２で光の位置の変位
に変換され、つまり、スタイラス７１の位置変化をリニ
アに光の位置変化として検出できる。上記構成におい
て、被測定物Ｓの表面形状を測定する際には、プローブ
７をアーム７２の傾斜角度が略一定になるようにＸステ
ージ用駆動モータ４１に制御部２００によりフィードバ
ックをかけながら、被測定物Ｓをθ方向に回転させる
か、またはプローブ７をＺ方向に移動させると、被測定
物Ｓの三次元的な形状が測定できる。上記構成によれ
ば、プローブ７は外径測定の場合は図１に示した状態に
あるが、内径測定の場合はプローブ７をその中心軸周り
に回転させるプローブ反転機構８３により１８０度回転
させて、内径側の内壁を測定することができる。この構
成により、内径を深さ１５０mm程度の深さまでキズを付
けずに測定できる。
ラス７１は所定の圧力(測定圧)で接触し、プローブに対
するスタイラス位置の変位は、ミラー７３の傾きに変換
され、その傾きは光位置検知装置８２で光の位置の変位
に変換され、つまり、スタイラス７１の位置変化をリニ
アに光の位置変化として検出できる。上記構成におい
て、被測定物Ｓの表面形状を測定する際には、プローブ
７をアーム７２の傾斜角度が略一定になるようにＸステ
ージ用駆動モータ４１に制御部２００によりフィードバ
ックをかけながら、被測定物Ｓをθ方向に回転させる
か、またはプローブ７をＺ方向に移動させると、被測定
物Ｓの三次元的な形状が測定できる。上記構成によれ
ば、プローブ７は外径測定の場合は図１に示した状態に
あるが、内径測定の場合はプローブ７をその中心軸周り
に回転させるプローブ反転機構８３により１８０度回転
させて、内径側の内壁を測定することができる。この構
成により、内径を深さ１５０mm程度の深さまでキズを付
けずに測定できる。
【００１５】上記実施形態によれば、アーム保持部材７
４の両上端部の大略水平方向に固定された円柱部材７５
は、ブロック状の受け部材８５と板バネからなる一対の
押さえ板８４とにより挾まれて軸方向沿いには移動不可
能に支持して、所定の軸位置を保って摩擦力により保持
されているとともに、押さえ板８４は弾性材料で構成さ
れ、受け部材８５に固定されている。従って、押さえ板
８４による押圧力の強さは、通常の測定圧範囲では、受
け部材８５と板バネからなる一対の押さえ板８４との間
に働く摩擦力により円柱部材７５は回転せず、スタイラ
ス７１が被測定物Ｓ上を移動するときアーム保持部材７
４のみがたわむ一方、過度の測定圧がスタイラス７１に
作用したときには、アーム保持部材７４は塑性変形せず
に、円柱部材７５が受け部材８５と一対の押さえ板８４
とに対してスリップして回転するため、プローブ７を壊
すことがない。
４の両上端部の大略水平方向に固定された円柱部材７５
は、ブロック状の受け部材８５と板バネからなる一対の
押さえ板８４とにより挾まれて軸方向沿いには移動不可
能に支持して、所定の軸位置を保って摩擦力により保持
されているとともに、押さえ板８４は弾性材料で構成さ
れ、受け部材８５に固定されている。従って、押さえ板
８４による押圧力の強さは、通常の測定圧範囲では、受
け部材８５と板バネからなる一対の押さえ板８４との間
に働く摩擦力により円柱部材７５は回転せず、スタイラ
ス７１が被測定物Ｓ上を移動するときアーム保持部材７
４のみがたわむ一方、過度の測定圧がスタイラス７１に
作用したときには、アーム保持部材７４は塑性変形せず
に、円柱部材７５が受け部材８５と一対の押さえ板８４
とに対してスリップして回転するため、プローブ７を壊
すことがない。
【００１６】さらに、押さえ板８４は、下から過度の力
がかかっても、押さえ板８４が受け部材８５に対して少
し上に開いて円柱部材７５が押さえ板８４と受け部材８
５に対してスリップしてプローブ７から外れるようにし
ているので、プローブ７が壊れる危険性を解消すること
ができる。また、スタイラス７１を固定したアーム７２
が２本のアーム保持部材７４により保持され、測定圧に
より一方向にのみ動くので、円柱部材７５の軸方向沿い
に横ずれを起こしたり、軸受け支持のようにがたつきを
生じることがない。
がかかっても、押さえ板８４が受け部材８５に対して少
し上に開いて円柱部材７５が押さえ板８４と受け部材８
５に対してスリップしてプローブ７から外れるようにし
ているので、プローブ７が壊れる危険性を解消すること
ができる。また、スタイラス７１を固定したアーム７２
が２本のアーム保持部材７４により保持され、測定圧に
より一方向にのみ動くので、円柱部材７５の軸方向沿い
に横ずれを起こしたり、軸受け支持のようにがたつきを
生じることがない。
【００１７】
【発明の効果】本発明の構成によれば、従来はキズを付
けずに円筒状被測定物を測定する場合は外壁しか測定で
きなかったところ、反転機構によりプローブを反転させ
れば円筒状被測定物の内側及び外側をそれぞれキズを付
けずに高精度に測定できる。また、本発明によれば、上
記アーム保持部材を構成する板ばねが円柱部材に固定さ
れ、上記円柱部材はバネ性を有する押さえ板で上記装置
固定部に保持され、過度の測定圧がかかったときは上記
円柱部材が回転し、通常の測定圧がかかったときは摩擦
力で保持され円柱部材は回転しないように構成すれば、
押さえ板による押圧力の強さは、通常の測定圧範囲で
は、板バネを有する押さえ板により働く摩擦力により円
柱部材は回転せず、スタイラスが測定面上を移動すると
きアーム保持部材のみがたわむ一方、過度の測定圧がス
タイラスに作用したときには、アーム保持部材は塑性変
形せずに、円柱部材が押さえ板に対してスリップして回
転するため、プローブを壊すことがない。さらに、押さ
え板は、下から過度の力がかかっても、円柱部材が押さ
え板に対してスリップしてプローブから外れるようにす
れば、プローブが壊れる危険性を解消することができ
る。また、スタイラスを固定したアームをアーム保持部
材により保持し、測定圧により一方向にのみ動くように
すれば、円柱部材の軸方向沿いに横ずれを起こしたり、
軸受け支持のようにがたつきを生じることがない。よっ
て、本発明により、１００mm単位の深さでテーパが３mm
存在するような円筒状被測定物の内側と外側をキズを付
けずに０．１μmの高精度で測定することが可能にな
る。
けずに円筒状被測定物を測定する場合は外壁しか測定で
きなかったところ、反転機構によりプローブを反転させ
れば円筒状被測定物の内側及び外側をそれぞれキズを付
けずに高精度に測定できる。また、本発明によれば、上
記アーム保持部材を構成する板ばねが円柱部材に固定さ
れ、上記円柱部材はバネ性を有する押さえ板で上記装置
固定部に保持され、過度の測定圧がかかったときは上記
円柱部材が回転し、通常の測定圧がかかったときは摩擦
力で保持され円柱部材は回転しないように構成すれば、
押さえ板による押圧力の強さは、通常の測定圧範囲で
は、板バネを有する押さえ板により働く摩擦力により円
柱部材は回転せず、スタイラスが測定面上を移動すると
きアーム保持部材のみがたわむ一方、過度の測定圧がス
タイラスに作用したときには、アーム保持部材は塑性変
形せずに、円柱部材が押さえ板に対してスリップして回
転するため、プローブを壊すことがない。さらに、押さ
え板は、下から過度の力がかかっても、円柱部材が押さ
え板に対してスリップしてプローブから外れるようにす
れば、プローブが壊れる危険性を解消することができ
る。また、スタイラスを固定したアームをアーム保持部
材により保持し、測定圧により一方向にのみ動くように
すれば、円柱部材の軸方向沿いに横ずれを起こしたり、
軸受け支持のようにがたつきを生じることがない。よっ
て、本発明により、１００mm単位の深さでテーパが３mm
存在するような円筒状被測定物の内側と外側をキズを付
けずに０．１μmの高精度で測定することが可能にな
る。
【図１】 （ａ）は本発明の一実施形態における円筒形
状測定装置におけるプローブ構造図、（ｂ）はその一部
拡大正面図である。
状測定装置におけるプローブ構造図、（ｂ）はその一部
拡大正面図である。
【図２】 本発明の上記実施形態の円筒形状測定装置の
全体概略図である。
全体概略図である。
１…石定盤、 ２…門型石柱、 ３…θステージ、
４…Ｘステージ、５…Ｙステージ、 ６…Ｚステ
ージ、 ７…プローブ、 ４１…Ｘモータ、 ４
２…ボールネジ、 ４３…Ｘリニアスケール、 ５
１…Ｙモータ、 ５３…Ｙリニアスケール、 ６１
…Ｚモータ、 ６２…ボールネジ、６３…Ｚリニアス
ケール、 ７１…スタイラス、 ７２…アーム、７
３…ミラー、 ７４…アーム保持部材、 ７５…円
柱部材、 ７６…半導体レーザ、 ７７…コリメー
トレンズ、 ７８…偏光ビームスプリッター、 ７
９…λ／４波長板、 ８０…ミラー、 ８１…ミラ
ー、 ８２…光位置検知装置、 ８３…プローブ反
転機構、 ８４…押え板、 ８５…受け部材、
、１００…可動部、 １０１…移動台、１１０…ア
ーム部、１２０…検知装置、 ２００…制御部、
２０１…駆動モータ、 ２０２…ロータリエンコー
ダ。
４…Ｘステージ、５…Ｙステージ、 ６…Ｚステ
ージ、 ７…プローブ、 ４１…Ｘモータ、 ４
２…ボールネジ、 ４３…Ｘリニアスケール、 ５
１…Ｙモータ、 ５３…Ｙリニアスケール、 ６１
…Ｚモータ、 ６２…ボールネジ、６３…Ｚリニアス
ケール、 ７１…スタイラス、 ７２…アーム、７
３…ミラー、 ７４…アーム保持部材、 ７５…円
柱部材、 ７６…半導体レーザ、 ７７…コリメー
トレンズ、 ７８…偏光ビームスプリッター、 ７
９…λ／４波長板、 ８０…ミラー、 ８１…ミラ
ー、 ８２…光位置検知装置、 ８３…プローブ反
転機構、 ８４…押え板、 ８５…受け部材、
、１００…可動部、 １０１…移動台、１１０…ア
ーム部、１２０…検知装置、 ２００…制御部、
２０１…駆動モータ、 ２０２…ロータリエンコー
ダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今田 行雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内村 清一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 測定面に接触するスタイラスと、 上記スタイラスが先端に固定されたアーム部と、 上記アーム部が測定圧によって一方向にのみ傾斜可能な
状態に上記アーム部の根本付近を装置固定部に連結する
板ばねを有するアーム保持部材と、 上記測定面から上記スタイラスへの測定圧によって生じ
る上記板ばねの弾性変形による上記アーム部の変位を検
知する検知装置とを備えたプローブを有し、そのプロー
ブにはプローブ軸周りに少なくとも１８０度回転可能な
反転機構が設けられていることを特徴とする円筒形状測
定装置。 - 【請求項２】 上記アーム部の変位を検知する検知装置
が、上記アーム部のスタイラス取付面と反対面に固定さ
れたミラーと、上記ミラーの反射面側に固定配置された
投光部と、この投光部から放射された光に基づく上記ミ
ラーからの反射光を受光し、この反射光の位置を検知す
る光位置検知装置とを備えた請求項１に記載の円筒形状
測定装置。 - 【請求項３】 上記アーム保持部材は、１対の板ばねで
形成されたほぼＶ字形であり、Ｖ字形の両端で固定側に
連結されるとともに、Ｖ字形の下端とアーム部の根本付
近とが固定結合された請求項２に記載の円筒形状測定装
置。 - 【請求項４】 上記板ばねが、円柱部材に固定され、上
記円柱部材はバネ性を有する押さえ板で上記装置固定部
に保持され、過度の測定圧がかかったときは上記円柱部
材が回転し、通常の測定圧がかかったときは摩擦力で保
持され上記円柱部材は回転しないように構成された請求
項１〜３のいずれかに記載の円筒形状測定装置。 - 【請求項５】 上記押さえ板は、上記スタイラスに過度
な力が作用したとき、上記円柱部材が上記押さえ板から
スリップし、上記アーム部が外れるように構成された請
求項４に記載の円筒形状測定装置。 - 【請求項６】 上記プローブまたは測定面を、上記プロ
ーブと測定面との間隔が変化する方向に移動させる移動
台と、この移動台の移動距離を測定するスケールと、上
記測定面からの測定圧によって生じる上記スタイラスの
変位に上記スケールの測定値を加算することにより、上
記測定面の座標を検出するように構成した請求項１〜５
のいずれかに記載の円筒形状測定装置。 - 【請求項７】 上記測定面からの測定圧によって生じる
上記スタイラスの変位が略一定になるように、上記光位
置検出装置からの信号を上記移動台の駆動装置にフィー
ドバックする制御部を備え、上記プローブと上記測定面
との間隔が変化する方向と略垂直な方向に光学ヘッド部
を含むプローブ、または、上記測定面を移動させる移動
台と、この移動台により、上記スタイラスを上記測定面
に一定測定圧で走査させ、上記測定面の形状を測定する
ように構成した請求項１〜６のいずれかに記載の円筒形
状測定装置。 - 【請求項８】 上記プローブ部をＸＹＺ方向に移動させ
る移動台と、上記被測定物を回転させるθステージとを
備えた請求項１〜７のいずれかに記載の円筒形状測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028752A JPH11230714A (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 円筒形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10028752A JPH11230714A (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 円筒形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11230714A true JPH11230714A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12257151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10028752A Withdrawn JPH11230714A (ja) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | 円筒形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11230714A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003191462A (ja) * | 2001-12-27 | 2003-07-08 | Seiko Epson Corp | 描画装置、並びにこれを用いた液晶表示装置の製造方法、有機ｅｌ装置の製造方法、電子放出装置の製造方法、ｐｄｐ装置の製造方法、電気泳動表示装置の製造方法、カラーフィルタの製造方法、有機ｅｌの製造方法、スペーサ形成方法、金属配線形成方法、レンズ形成方法、レジスト形成方法および光拡散体形成方法 |
| KR100481808B1 (ko) * | 2002-04-12 | 2005-04-11 | 한국기계연구원 | 비접촉식 기어 측정장치 |
| CN114199131A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种精确位置调整的圆筒件测量装置及测量方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0599631A (ja) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 穴形状光測定装置 |
| JPH07190734A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Olympus Optical Co Ltd | 円周面形状測定方法 |
| JPH09273926A (ja) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状測定装置 |
-
1998
- 1998-02-10 JP JP10028752A patent/JPH11230714A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0599631A (ja) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 穴形状光測定装置 |
| JPH07190734A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Olympus Optical Co Ltd | 円周面形状測定方法 |
| JPH09273926A (ja) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状測定装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003191462A (ja) * | 2001-12-27 | 2003-07-08 | Seiko Epson Corp | 描画装置、並びにこれを用いた液晶表示装置の製造方法、有機ｅｌ装置の製造方法、電子放出装置の製造方法、ｐｄｐ装置の製造方法、電気泳動表示装置の製造方法、カラーフィルタの製造方法、有機ｅｌの製造方法、スペーサ形成方法、金属配線形成方法、レンズ形成方法、レジスト形成方法および光拡散体形成方法 |
| KR100481808B1 (ko) * | 2002-04-12 | 2005-04-11 | 한국기계연구원 | 비접촉식 기어 측정장치 |
| CN114199131A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种精确位置调整的圆筒件测量装置及测量方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041210 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060707 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060907 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070206 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070308 |