專利名稱：形狀測定裝置用探頭及形狀測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形狀測定裝置用探頭及形狀測定裝置，其以高精度及低測 定力對三維的任意形狀的孔的內(nèi)表面或孔徑、以及任意形狀的外側(cè)面的形 狀等進(jìn)行掃描測定。
背景技術(shù)：
作為可測定測定物的外側(cè)面、內(nèi)側(cè)面、以及孔徑等的現(xiàn)有探頭，被公
開于專利第3075981號公報(專利文獻(xiàn)l)中。圖18A、圖18B是刊載于 專利文獻(xiàn)1上的現(xiàn)有的三維形狀測定裝置用探頭310的結(jié)構(gòu)示意圖。該探 頭310是用于對測定物的沿鉛直方向或大致鉛直方向延伸的面進(jìn)行測定的 探頭，不能測定在水平方向或近似水平方向上延伸的面。
該探頭310進(jìn)行以下的測定動作。在圖18A中，當(dāng)探頭310相對于被 測定面S在YZ方向上移動時，隨著被測定面S的向X方向的位移，具有 觸針301的探桿303沿大致X方向傾斜。另一方面，激光自半導(dǎo)體激光器 的投光部306照射在探桿303的上面的反射鏡302上，基于來自反射鏡302 的反射光，用光位置檢測裝置307檢測探桿303的傾斜度。使探頭310整 體向X方向移動，以使所檢測的傾斜度固定，根據(jù)該移動量得到探頭310 整體的X座標(biāo)測定值，進(jìn)而通過將由光位置檢測裝置307檢測的觸針301 的位移量與該X座標(biāo)測定值進(jìn)行加法運算，高精度地測定表示被測定面S 向X方向的位移量的X座標(biāo)。該探頭310在其結(jié)構(gòu)方面，不能測定測定物 在Y方向上的位置。
鑒于此問題，申請人提出了關(guān)于能夠測定孔形狀、測定物的側(cè)面形狀 且能夠在水平任意方向傾斜的探頭的申請(日本專利2005—105915號)。 圖19是所述申請記載的形狀測定探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖19中，形狀測定裝置用探頭351裝備在形狀測定裝置371上， 設(shè)有觸針361的測定面接觸部件360以支點部363為中心，可向水平方向的任意方向擺動地連接在安裝用部件362上。連接部件364由螺旋彈簧構(gòu) 成，在不進(jìn)行測定時，將測定面接觸部件360的中心軸保持在鉛直方向， 在測定時，產(chǎn)生將觸針361壓在測定物上的力。如圖20所示，通過傾斜 角度檢測部366檢測固定在測定面接觸部件360上部的反射鏡365的X 、 Y軸周圍的傾斜度。由形狀測定裝置371以觸針壓入量為固定的方式使探 頭351整體相對于測定面動作，同時檢測探頭351的X Y Z位置，通過將 其值加上從所述反射鏡365的傾斜度換算的觸針在水平方向上的位移，高 精度地檢測觸針位置。利用該結(jié)構(gòu)，不旋轉(zhuǎn)測定物就能夠?qū)y定物任意方 向的側(cè)面進(jìn)行測定。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在專利文獻(xiàn)l所公開的結(jié)構(gòu)中，觸針301只能在水平方向的一 個方向上擺動，為了測定以鉛直軸為中心軸的圓筒面的整個圓周形狀，需 要使圓筒面旋轉(zhuǎn)。因此，需要有使測定物旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)，存在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)中心 軸的徑向跳動會成為測定誤差的課題。另外，使測定物旋轉(zhuǎn)的方法還存在 不能測定具有復(fù)雜截面形狀的被測定面的課題。
另外，在日本專利2005—105915號的結(jié)構(gòu)中，觸針361可在水平任 意方向上傾斜，但是，由于需要減小連接部件即螺旋彈簧的彈力，因此， 存在測定面接觸部件360相對于安裝用部件362的支點在水平方向上移動 而產(chǎn)生移動誤差的情況。針對該情況，也可以設(shè)置水平移動方向傳感器來 修正該移動誤差，但其結(jié)構(gòu)將會復(fù)雜化。另外，由于使用了螺旋彈簧，所 以需要比提升測定面接觸部件的重量的力稍大的力，也就是說，需要產(chǎn)生 對工件的按壓力，例如30mgf那樣大的力，且其調(diào)整困難。
本發(fā)明是鑒于上述問題而開發(fā)的，其目的在于提供一種形狀測定裝置 用探頭及形狀測定裝置，其觸針可在水平任意方向擺動，在不進(jìn)行測定時， 觸針保持在中立位置；在測定時，能對測定物產(chǎn)生微小測定壓，同時觸針 擺動的支點位置不易偏移且結(jié)構(gòu)簡單、易調(diào)整。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，構(gòu)成如下。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種形狀測定裝置用探頭，具備 測定面接觸部，其具有探桿、和配置在所述探桿頂端并與測定物的被測定面接觸的觸針；
安裝用部件，其將所述測定面接觸部安裝在形狀測定裝置上；
連接機構(gòu)，其具備設(shè)置在所述測定面接觸部的支點部件、和固定在所 述安裝用部件上并載置所述支點部件的載置臺，該連接機構(gòu)以所述支點部 件為支點連接所述測定面接觸部和安裝用部件，并確保所述測定面接觸部 和所述安裝用部件可擺動；以及
施力機構(gòu)，其具有設(shè)置于所述測定面接觸部的可動側(cè)部件和設(shè)置于所 述安裝用部件的固定側(cè)部件，所述可動側(cè)部件和固定側(cè)部件彼此在鉛直方 向上相對配置，并在非接觸狀態(tài)下產(chǎn)生磁性吸引力，利用該磁性吸引力對 所述測定面接觸部施力，使所述探桿向鉛直方向。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述可動側(cè)部件和所述固定側(cè)部件，也可以一方由永 久磁鐵構(gòu)成，另一方由磁性體構(gòu)成。
另外，所述可動側(cè)部件和所述固定側(cè)部件，也可以雙方都由永久磁鐵 構(gòu)成，彼此以異極相對的方式配置。
另外，也可以被構(gòu)成為所述支點部件由針狀突起構(gòu)成，所述載置臺 具有可嵌入所述支點部件的頂端的圓錐槽，以所述圓錐槽的最深部和所述 支點部件的頂端的接觸部為擺動中心來連接所述測定面接觸部和所述安 裝用部件，并確保所述測定面接觸部和所述安裝用部件可擺動。
所述測定面接觸部具有主體部，該主體部在中央設(shè)置有橫向延伸的貫 通孔，在所述主體部的外側(cè)下壁固定有所述探桿，并且所述支點部件自所 述主體部的貫通孔內(nèi)的內(nèi)側(cè)上壁垂下，所述載置臺貫穿所述貫通孔而延 伸。
也可以被構(gòu)成為所述測定面接觸部具備相對于所述支點部件向觸 針的相反側(cè)延伸的延伸部、設(shè)置在所述延伸部的頂端并保持所述可動側(cè)部 件的可動側(cè)保持部，
所述安裝用部件在筒狀主體部的內(nèi)側(cè)面上具備固定側(cè)保持部，該固定 側(cè)保持部相對于所述可動側(cè)保持部被設(shè)置在所述支點部件的同側(cè)，并保持 所述固定側(cè)部件。
也可以被構(gòu)成為所述可動側(cè)保持部被構(gòu)成為環(huán)狀，在其下面?zhèn)缺３?有間隔開的多個可動側(cè)部件，所述固定側(cè)保持部在與各可動側(cè)部件沿鉛直方向相對的位置處，與各 可動側(cè)部件對應(yīng)地保持多個固定側(cè)部件。
也可以被構(gòu)成為所述安裝用部件在筒狀主體部的內(nèi)側(cè)面具有限制部
件，該限制部件通過與所述測定面接觸部接觸來限制所述測定面接觸部的 擺動幅度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種形狀測定裝置，其具備
第一方面的形狀測定裝置用探頭，其具有將測定用激光反射到所述形 狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的反射鏡；
激光發(fā)生部，其用于產(chǎn)生向所述形狀測定裝置用探頭照射、并求出測 定物的被測定面中的測定點的位置信息的測定用激光；
測定點信息確定部，其基于由裝設(shè)在所述形狀測定裝置用探頭上的反 射鏡反射的反射光，檢測所述形狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的傾斜 角度，并求出所述測定點的位置信息。
在本發(fā)明的第二方面中，也可以被構(gòu)成為所述測定點信息確定部具 有傾斜角度檢測部，其檢測所述傾斜角度；觸針位置運算部，其將從該 傾斜角度檢測部得到的角度信號轉(zhuǎn)換成觸針相對于設(shè)置在所述形狀測定 裝置用探頭上的安裝用部件的位移量；位置座標(biāo)測定部，其利用所述測定 用激光求出所述測定點相對于所述安裝用部件的相對位置座標(biāo)值；加法運 算部，其將所述觸針位移量與所述相對位置座標(biāo)值進(jìn)行加法運算，求出所 述測定點的位置信息。
在此，也可以被構(gòu)成為還具備使所述安裝用部件和所述測定物的相 對位置沿著所述被測定面進(jìn)行二維或三維移動的載物臺；和
將上述角度信號的大小設(shè)為大致固定且以使設(shè)有所述觸針的測定面 接觸部件在任一方向都可傾斜的方式控制所述載物臺的動作的控制裝置。
另外，在所述發(fā)明的第二方面中，也可以被構(gòu)成為所述傾斜角度檢 測部具有接受所述反射光的光檢測器，該光檢測器具有一個受光面，該受 光面被劃分成多個分別獨立地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的受光區(qū)域。
在此，也可以被構(gòu)成為所述測定用激光為振動頻率穩(wěn)定的激光，還 具備光分離部，所述光分離部將所述反射光分為兩束，且將分離出的一束 光射向所述光檢測器；將另一束光射向設(shè)置在所述位置座標(biāo)測定部的傾斜角度檢測部，從而測定沿照射在所述反射鏡上的測定用激光的光軸的z方 向上的所述觸針的位置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種形狀測定裝置，其具備本發(fā)明第 一方面的形狀測定裝置用探頭；多個位置檢測傳感器，其被設(shè)置在所述安 裝用部件的圓筒狀主體部的內(nèi)側(cè)面上，檢測和所述測定面接觸部的距離；
測定點信息確定部，其根據(jù)來自所述多個位置檢測傳感器的輸出，檢測所 述形狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的傾斜角度，并求出所述測定點的 位置信息。
另外，也可以被構(gòu)成為所述位置檢測傳感器設(shè)置在相對于所述安裝
用部件的主體部的中心位置成90。角度的兩處。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供的形狀測定裝置用探頭以及第二、第三方 面提供的形狀測定裝置，測定面接觸部和安裝用部件通過連接機構(gòu)被可擺 動地連接起來，再有，在非接觸狀態(tài)下，能夠利用磁鐵的磁力以探桿成為 鉛直方向的方式對在水平任意方向可傾斜的測定面接觸部進(jìn)行施力并保 持其姿勢。據(jù)此，由于產(chǎn)生觸針按壓測定物的力即微小測定力，因此，像 螺旋彈簧那種因接觸力而產(chǎn)生的微小的力的誤差小、由考慮不到的沖擊所 造成的破損的問題也減少。因此，觸針的軸不局限于鉛直方向，也可在傾 斜狀態(tài)下使用，例如，可以高精度、低測力對任意形狀的孔的內(nèi)表面及孔 徑、外側(cè)面的形狀等進(jìn)行掃描測定。
再有，由于安裝用部件和測定面接觸部通過其結(jié)構(gòu)為支點部件被放置 于載置臺上的連接機構(gòu)連接，所以不會因重力等因素使兩者脫落。
另外，只要使固定側(cè)部件和可動側(cè)部件其中至少一方由永久磁鐵構(gòu) 成，就能夠發(fā)揮吸引力，由于不像電磁鐵那樣通過電流，所以結(jié)構(gòu)簡單， 也不受電熱影響。
另外，作為連接機構(gòu)，通過設(shè)計成由圓錐槽和頂端構(gòu)成的支點，能夠 防止支點位置偏移。另外，如果在將可動側(cè)部件保持在延伸部的頂端的同 時，相對于可動側(cè)部件，將固定側(cè)部件保持在支點側(cè)，則通過磁鐵的吸引 力按壓由連接機構(gòu)中的圓錐槽和頂端構(gòu)成的支點。因此，不易引起支點的 位置偏移。
另外，只要將棒狀載置臺貫通保持在設(shè)于測定面接觸部的主體部的貫通孔內(nèi)，就能夠可靠地防止測定面接觸部和安裝用部件的脫落。
彼此空開間隔分別設(shè)置多個且分別成對的固定側(cè)部件和可動側(cè)部件
在鉛直方向上相對，由此，即使對于以支點部件的頂點為中心的旋轉(zhuǎn)方向
上的位置偏移，也能施力使其退回到中立位置并且能夠保持姿勢。
可以從下面參照附圖對優(yōu)選的實施方式所作的記述中明白本發(fā)明的
上述內(nèi)容、其他目的以及特征。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的形狀測定裝置所使用的形狀測定裝置用 探頭的立體圖。
圖2是用對稱面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭時的立體圖。 圖3是用Y Z平面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭的擺動部件時的剖 面圖。
圖4是用Y Z平面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭的安裝用部件時的 剖面圖。
圖5是固定側(cè)保持部件的結(jié)構(gòu)圖。 圖6是圖1的形狀測定裝置用探頭的組裝分解立體圖。 圖7是具備圖1所示的探頭的形狀測定裝置的一例的示意圖。 圖8是具備圖1所示的探頭的形狀測定裝置的另一例的示意圖。 圖9是設(shè)置在圖7所示的形狀測定裝置上的測定點信息確定部的結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖10是設(shè)置在圖9所示的測定點信息確定部的傾斜角度檢測部的俯 視圖。
圖11是用于說明對所述傾斜角度檢測部照射來自探頭的反射光的狀 態(tài)的圖。
圖12是用于說明用圖1所示的探頭進(jìn)行被測定面的測定時的探頭傾 斜角度的圖，即用俯視圖表示測定物的圖。
圖13是用于說明用圖1所示的探頭進(jìn)行被測定面的測定時的探頭傾 斜角度的圖，即用側(cè)視圖表示測定物的圖。
圖14是可用圖1所示的探頭進(jìn)行測定的測定物的一例的立體圖。圖15是圖14所示的測定物的剖面圖。
圖16是用對稱面剖切本發(fā)明第二實施方式的形狀測定裝置所使用的 形狀測定裝置用探頭時的立體圖。
圖17是設(shè)置在具有圖16所示的探頭的形狀測定裝置上的測定點信息
確定部的結(jié)構(gòu)圖。
圖18A是設(shè)置在公開于專利文獻(xiàn)1中的現(xiàn)有形狀測定裝置的探頭的
圖18B是設(shè)置在公開于專利文獻(xiàn)1的現(xiàn)有形狀測定裝置的探頭的主 視圖。
圖19是現(xiàn)有其他形狀測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖20是圖19的形狀測定裝置的擺動部件的傾斜狀態(tài)的示意圖。
具體實施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的記述之前，在附圖中對相同部件標(biāo)以相同的參照符 號。下面，參照附圖對作為本發(fā)明第一實施方式的形狀測定裝置、設(shè)置在 該形狀測定裝置上的形狀測定裝置用探頭、及所述形狀測定裝置進(jìn)行詳細(xì) 說明。
所述形狀測定裝置能夠在短時間內(nèi)用納米級的高精度以及低測力對 現(xiàn)有不能精度良好地測定的孔及外形、任意形狀的側(cè)面形狀進(jìn)行測定。作 為測定對象，例如，需要極高精度的電動機的軸承、噴墨打印機中的噴嘴、 以及汽車發(fā)動機中的燃料噴嘴等中的孔形狀，還有，形成于流體軸承、存 貯潤滑劑的槽部形狀、再有，設(shè)置在形狀測定裝置中的微型壓縮空氣輸送 器的內(nèi)徑、圓筒度等。另外，半導(dǎo)體電路圖案中的開槽部分也可包含在測 定對象中。
另外，用具有所述形狀測定裝置用探頭的形狀測定裝置可測定的被測
定面，為該被測定面的切線方向和鉛直方向的交差角e具有從o到最大約
30度之間的角度的面。
首先，對所述形狀測定裝置用探頭進(jìn)行說明。圖i是本發(fā)明第一實施 方式的形狀測定裝置所使用的形狀測定裝置用探頭的立體圖。圖i所示的
形狀測定裝置用探頭101設(shè)置在所述形狀測定裝置201上，具備與作為測定對象的測定物60的被測定面61接觸的部分。相對于在專利文獻(xiàn)1中公
開的現(xiàn)有探頭310的探桿303只能在沿X方向的一個方向傾斜的情況，在 本探頭101中，具備使探桿122可沿不論X、 Y方向的任一方向傾斜的結(jié) 構(gòu)。這樣的探頭101具備安裝用部件2、相當(dāng)于作為測定面接觸部來發(fā)揮 功能的一例的擺動部件3、以及連接機構(gòu)4。
安裝用部件2為固定或可裝卸地安裝在形狀測定裝置201上的塊部 件。安裝用部件2相對擺動部件3擺動而言是固定部件，為了能夠通過自 形狀測定裝置201照射的測定用激光2U，在中心設(shè)有貫通該安裝用部件 2的激光用開口 111。
圖2為用對稱面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭時的立體圖。安裝用 部件2做成圓筒形，具有在其內(nèi)部收納擺動部件3的位置關(guān)系。擺動部件 3和安裝用部件2由所述連接機構(gòu)4進(jìn)行連接。連接機構(gòu)4是使擺動部件 3在相對于照射在反射鏡123上的所述測定用激光211的光軸211 a交叉 的任一方向上傾斜、且可擺動，并將擺動部件3支持在安裝用部件2上的 機構(gòu)。另外，在本實施方式中，所述光軸211a與鉛直方向即Z軸方向一 致。
在本實施方式中，連接機構(gòu)4由固定在安裝用部件2上的棱柱體載置 臺41、和安裝在擺動部件3上的支點部件42構(gòu)成。載置臺41在其上表面 形成有圓錐形的槽41 a ，支點部件42的頂端嵌入該槽41 a內(nèi)。在兩者嵌 入時，支點部件42的頂端位置與載置臺41的圓錐槽最低點接觸。通過該 結(jié)構(gòu)，擺動部件3和安裝用部件2以該支點部件42和圓錐槽41 a的接觸 部分為擺動中心可擺動地連接。另外，當(dāng)支點部件42嵌入式連接于載置 臺41的槽41 a中時，擺動部件3的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為重心位于支點部件42 的頂端的鉛直方向下側(cè)，使探桿122朝向鉛直方向。
圖3為用Y Z平面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭的擺動部件時的剖 面圖。擺動部件3具有與測定物60的被測定面61接觸的觸針121和反射 通過了安裝用部件2的測定用激光211的反射鏡123，且根據(jù)與被測定面 61的形狀對應(yīng)的觸針121的位移而相對于安裝用部件2擺動。反射鏡123 固定在擺動部3的中心部位，接受從形狀測定裝置101發(fā)射的測定用激光 211。在本實施方式中，擺動部件3具有主體部125，該主體部125在中央 具備貫通圖示X軸方向而設(shè)置的貫通孔124，在頂端設(shè)有觸針121的探桿 122自主體部125的外側(cè)下壁、即本體部125的下表面125a垂下。再有， 在主體部的上表面安裝有所述反射鏡123。
在主體部125的內(nèi)側(cè)上壁、即貫通孔124的上表面124a設(shè)有針狀的 支點部件42。連接機構(gòu)4的載置臺41貫穿主體部125的貫通孔124而配 置。從而，能夠可靠地防止擺動部件3和安裝用部件2的脫落。
并且，在本實施方式中，例如，觸針121為直徑約0.3mm 約2mm的 球狀體；探桿122，作為一例，為直徑為約0.7mm，從固定有探桿的主體 部下表面125到觸針121的中心的長度L約為10mm的桿狀部件。這些值 可根據(jù)被測定面61的形狀適當(dāng)變更。另外，擺動部件3的結(jié)構(gòu)只要是通 過支點可擺動地配置在載置臺41上的結(jié)構(gòu)即可，不局限于上述的結(jié)構(gòu)。
另外，在主體部125的上表面125b的邊緣部的四個部位設(shè)有沿Z軸 方向延伸的延伸部127。相鄰的延伸部127以其間空出間隙127a的方式進(jìn) 行配置，后面所述的固定側(cè)部件52的突出部1332配置在該間隙127a中 (參照圖5)。
另外，在延伸部127的頂端設(shè)有可動側(cè)保持部128。可動側(cè)保持部128 為環(huán)狀部件，自延伸部127起向XY軸方向突出。在可動側(cè)保持部128的 四個部位設(shè)置有作為可動側(cè)部件之一例的可動側(cè)磁鐵51，該可動側(cè)磁鐵 51以相同半徑等間隔設(shè)置?？蓜觽?cè)磁鐵51設(shè)置在與相鄰的延伸部127之 間的間隙127a相對應(yīng)的位置處。
圖4是用YZ平面剖切圖1的形狀測定裝置用探頭的安裝用部件時的 剖面圖。安裝用部件2具備圓筒形的主體部131和安裝有作為固定側(cè)部 件之一例的固定側(cè)磁鐵52的固定側(cè)保持部件133。主體部131如上所述， 其中央為激光用開口 111。另外，主體部的下端部為載置臺安裝部132。 該載置臺安裝部132用于將載置臺41固定在安裝用部件上，具體結(jié)構(gòu)將 在后面記述。
如圖5所示，固定側(cè)保持部件133具備構(gòu)成為環(huán)狀的圓環(huán)部1331和 設(shè)置于四處的突出部1332。突出部1332是保持固定側(cè)磁鐵52的部件，等 間隔且同心圓狀設(shè)置。固定側(cè)保持部件133通過固定螺栓134固定在主體部131上。當(dāng)向安裝用部件2安裝固定側(cè)保持部件133時，在擺動部件3 的延伸部127坐落的方向固定在相鄰的突出部1332之間的間隔136中。 由此，擺動部件3的保持在可動側(cè)保持部128上的可動側(cè)磁鐵51和固定 側(cè)磁鐵52的位置關(guān)系成為分別并列配置在鉛直方向即Z軸方向上。
另外，每一對可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵52，固定在相互作用吸引 力的方向上。在本實施方式中，所有磁鐵51、 52以其上為N極、其下為 S極的方式固定著。通過該配置，即使擺動部件3以支點為中心旋轉(zhuǎn)、擺 動，也可以通過兩磁鐵的吸引力將該旋轉(zhuǎn)修正到復(fù)原方向。另外，在相鄰 的可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵52中，也可以使磁鐵的朝向不同。
圖6是圖l所示的形狀測定裝置用探頭的組裝分解立體圖。另外，在 圖6中，因為只是用于理解裝配構(gòu)造，所以省略了多個某些部件等局部的 記述。如上所述，擺動部件3和安裝用部件2通過連接機構(gòu)4的載置臺41 貫穿擺動部件的主體部125的貫通孔124而連接。
另外，載置臺41安裝在安裝用部件2的載置臺安裝部132上。載置 臺安裝部132具備用于陷入載置臺41的切口 137，將和擺動部件3連接的 載置臺41放置在切口 137中。
為防止載置臺41向X軸方向位置偏離，通過第一固定部件139進(jìn)行 固定。第一固定部件139為板狀部件，通過擰入設(shè)置在載置臺安裝部132 的固定孔138的安裝螺栓140來進(jìn)行固定。
再有，為防止載置臺向Y軸方向位置偏離，將其固定在第二固定部件 142上。第二固定部件142為板簧狀部件，通過擰入設(shè)置在載置臺安裝部 132的固定孔141中的安裝螺栓143來進(jìn)行固定。
如上所述構(gòu)成的本實施方式的探頭101進(jìn)行以下的動作。根據(jù)上述結(jié) 構(gòu)，由于可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵52的吸引力的作用，擺動部件3受 到向下方向的力，支點部件42的頂端接觸于載置臺41的圓錐槽41 a中心 以防止位置偏移等。另外，可擺動地連接在安裝用部件2上的擺動部件3 在可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵52的吸引力的作用下，被施于使探桿成為 延鉛直方向延伸的中立位置的力。擺動部件3可擺動，但是，當(dāng)擺動部件 3的中心軸傾斜時，所述可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵52的距離變大，根 據(jù)磁鐵的性質(zhì)，復(fù)原力作用在使一對磁鐵向彼此靠近的方向上。因此，復(fù)原力作用在使擺動部件3整體向傾斜復(fù)原的方向上。同樣，當(dāng)擺動部以支 點為中心旋轉(zhuǎn)時，復(fù)原力也會作用在使旋轉(zhuǎn)復(fù)原的方向上。由此，在沒有 進(jìn)行測定時，擺動部件3以使探桿的延伸方向與鉛直方向一致的方式被施 力以及保持姿勢。
另一方面，如后述，測定物60的被測定面61的形狀測定是通過將安 裝在擺動部件3上的觸針121以規(guī)定按壓力按壓在被測定面61上來進(jìn)行。 利用該按壓力，在使觸針121與被測定面61接觸的狀態(tài)下，使安裝用部 件2向測定物60—側(cè)稍移動，由此，擺動部件3傾斜。利用該傾斜，磁 鐵的吸引力作用于擺動部件3上。即，利用可動側(cè)磁鐵51和固定側(cè)磁鐵 52的吸引力，產(chǎn)生將所述觸針121按壓在被測定面61上的按壓力，且產(chǎn) 生不使擺動部件3傾斜的、使擺動部件3向擺動部件3的探桿處于沿鉛直 方向延伸的初始狀態(tài)的中立位置復(fù)原的復(fù)原力。其結(jié)果是，觸針121以規(guī) 定的按壓力也就是測定力被按壓在被測定面61上。gp，當(dāng)進(jìn)行測定時， 觸針121的頂端以向測定物施加微小的測定力的狀態(tài)接觸于測定物上。另 外，作為一實施方式，測定力可設(shè)定為0.3mN。測定力可根據(jù)可動側(cè)磁鐵 51和固定側(cè)磁鐵52的磁力以及兩者的間隔進(jìn)行調(diào)整。
在本實施方式中，當(dāng)以0.3mN的測定力按壓觸針121的頂端時，以使 頂端的位移達(dá)到lOpm的方式選定磁鐵強度、磁鐵間的距離等。對頂端施 加固定測定力的方法如后述。
其次，對具有如上所述結(jié)構(gòu)的形狀測定裝置用探頭101的形狀測定裝 置進(jìn)行說明。 所述形狀測定裝置通常使探頭接觸被測定物， 一方面控制所述探頭的 移動使該接觸力大體固定， 一方面使所述探頭沿測定物60的被測定面61 移動，利用激光測長器和基準(zhǔn)平面反射鏡，基于所述探頭和基準(zhǔn)面的位置 關(guān)系，測定、運算被測定面61的表面形狀。
作為該形狀測定裝置，存在以下兩種類型主要用于測定例如具備邊 長約400mm的比較大的測定物，如圖7所示，將測定物60固定在平臺上， 使探頭在X軸、Y軸、及Z軸上全方位移動的類型；和主要用于測定例如 具備邊長約200mm以下的中型及小型測定物，如圖8所示，使載置有測 定物60的載物臺在X軸及Y軸方向上移動，另一方面，只使探頭在Z軸方向移動的類型。所述形狀測定裝置用探頭101可適用于任一類型的測定 裝置。圖8所示的形狀測定裝置290相當(dāng)于上述中、小型的測定物用測定裝 置。在該形狀測定裝置290中，291為載物臺，該載物臺291設(shè)置于石制 平臺292上，且具有在平面上可沿互相垂直的X軸及Y軸方向移動的X _載物臺2911及Y—載物臺2912，以放置測定物60。 293為可使探頭101 在Z軸方向上移動的Z—工作臺，沿Z方向可移動地安裝在立設(shè)于石制平 臺292上的支柱2921上。另外，210為發(fā)生作為測定用激光211的振動頻 率穩(wěn)定化的He—-Ne激光的激光發(fā)生部，該測定用激光211用于求出被測 定面61的測定點61a的位置信息。220為測定點信息確定部，具有用于用 激光發(fā)生部210發(fā)生的激光211求出被測定面61的測定點61a的位置信 息的光學(xué)系統(tǒng)、以及根據(jù)來自X軸、Y軸、Z軸方向的各基準(zhǔn)面的激光和 來自所述測定點61a的激光的干擾來進(jìn)行測長的公知的激光測長部。關(guān)于 該測定點信息確定部220隨后將進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，294為用于驅(qū)動載 物臺291的驅(qū)動部，280為控制裝置。當(dāng)掃描被測定面61時，該控制裝置 280控制驅(qū)動部294以控制載物臺291的移動方向和移動量，以使探頭101 的擺動部件3不只向特定方向傾斜，而是向任一方向都能擺動。圖7所示的形狀測定裝置201具有相當(dāng)于上述大型測定物用測定裝置 的結(jié)構(gòu)。另外，對于與上述的形狀測定裝置290完成同一或同樣功能的結(jié) 構(gòu)部分標(biāo)以相同符號且省略了在此的說明。295為設(shè)置在石制平臺292上、 且具有可在X軸及Y軸方向移動的X—載物臺2951及Y—載物臺2952 的載物臺，載置有Z—工作臺293、激光發(fā)生部210以及測定點信息確定 部220。因此，載物臺295能夠使Z—工作臺293、激光發(fā)生部210以及 測定點信息決定部220在X軸及Y軸方向上移動。另外，229為具有Z 軸方向的基準(zhǔn)面的基準(zhǔn)反射鏡。而且，在本實施方式中，由于將上述形狀 測定裝置用探頭101安裝在形狀測定裝置201上，因此，在以下的說明中， 以該形狀測定裝置201為例。但是，即使在形狀測定裝置290中，使用了 探頭101的被測定面61的測定動作與在形狀測定裝置201的情況沒有變 化。關(guān)于上述測定點信息確定部220，參照圖9 圖11進(jìn)行詳細(xì)說明。測定點信息確定部220具有用于獲得測定點61a的位置信息的光學(xué)系統(tǒng)221;傾斜角度檢測部222;觸針位置運算部223;位置座標(biāo)測定部224; 加法運算部225。這些傾斜角度檢測部222、觸針位置運算部223、位置座 標(biāo)測定部224、加法運算部225為相當(dāng)于所述激光測長部的部分，是與光 學(xué)系統(tǒng)221連接、實際上用于求出上述位置信息的結(jié)構(gòu)部分。由激光發(fā)生部210發(fā)生的測定用激光211通過光學(xué)系統(tǒng)221被分為四 束光，用于求出被測定面61的測定點61a的三維座標(biāo)位置。因此，光學(xué) 系統(tǒng)221具有X、 Y、 Z的座標(biāo)用的第一光學(xué)系統(tǒng)221a和、擺動部件的傾 斜角度用的第二光學(xué)系統(tǒng)221b共計四個光學(xué)系統(tǒng)。為了檢測載物臺295 在X軸方向及Y軸方向的移動量、即被測定面61在X軸方向及Y軸方 向的移動量，第一光學(xué)系統(tǒng)221a具有省略了圖示的與X軸方向正交且具 有以鏡面為基準(zhǔn)面的X軸基準(zhǔn)板、以及與Y軸方向正交且具有以鏡面為 基準(zhǔn)面的Y軸基準(zhǔn)板。另外，還設(shè)有用于檢測當(dāng)載物臺295移動時在該載 物臺295產(chǎn)生的Z軸方向上的載物臺295的所謂彎曲成分的Z基準(zhǔn)板。各 基準(zhǔn)板的基準(zhǔn)面構(gòu)成為平面度為0.01微米級。被測定面61的形狀測定方法采用如日本特開平10—170243號公報所 述的公知的激光測長方法，即，通過計算向所述各基準(zhǔn)面照射的激光和所 述反射激光的干涉信號來檢測被所述各基準(zhǔn)面反射的反射激光的相位變 化。在該激光測長方法中，如日本特開平4一1503號公報所記載的那樣， 將向所述基準(zhǔn)面照射的激光用棱鏡等分光部件分為參照光和測定光，且使 所述參照光和測定光的相位錯開90度。并且，向所述基準(zhǔn)面照射測定光 并將其反射，電檢測返回來的反射光和所述參照光因所述相位偏移而產(chǎn)生 的千涉光，基于由獲得的干涉條紋信號作成的利薩如圖形來測定基準(zhǔn)點和 所述基準(zhǔn)面之間的距離。所述位置座標(biāo)測定部224為實行該測長方法的部分，具有進(jìn)行被測定 面61之測定點61a的X座標(biāo)值、Y座標(biāo)值、以及Z座標(biāo)值的測長的檢測 部224a 224c。本實施方式中如圖7所示，由于載物臺295相對于放置在 石制平臺292上的測定物60移動，所以，換言之，上述測定點61a的X 座標(biāo)值、Y座標(biāo)值、以及Z座標(biāo)值可以為測定點61a相對于安裝在Z— 工作臺293上的探頭101中的安裝用部件2的相對位置座標(biāo)值。并且，由于檢測部224c是進(jìn)行形狀測定裝置用探頭101的觸針121的Z座標(biāo)值的測長的部分，因此，相當(dāng)于作為觸針位置測定器發(fā)揮功能的一例。根據(jù)來自這些檢測部224a 224c的檢測結(jié)果和以下說明的所述擺動部件3的傾斜 角度而求得的檢測結(jié)果，由位置座標(biāo)測定部224及加法運算部225運算被 測定面61的形狀。所述第二光學(xué)系統(tǒng)221b具有光分離部2211，該光分離部2211將所述 測定用激光211中的、來自安裝在形狀測定裝置用探頭101的擺動部件3 上的反射鏡123的反射光導(dǎo)向傾斜角度檢測部222。對所述傾斜角度檢測部222及所述觸針位置運算部223進(jìn)行說明。如 圖9所示，測定用激光211的一部分通過聚焦透鏡向安裝在擺動部件3上 的反射鏡123的中心點123a照射，所述擺動部件3裝設(shè)在安裝于Z—工作 臺293的下端的形狀測定裝置用探頭101中。照射過來的激光211由反射 鏡123進(jìn)行反射，該反射光211b通過裝設(shè)在光分離部2211上的反射鏡 2211a向傾斜角度檢測部222照射。傾斜角度檢測部222由光檢測器構(gòu)成， 該光檢測器具有接受反射光211b并將其轉(zhuǎn)換為電信號的受光面2221，受 光面2221被劃分成分別獨立進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的多個受光區(qū)域。本實施方式 中如圖10所示，將受光面2221以格子狀、即十字狀劃分成四個受光區(qū)域 222a 222d。另外，受光區(qū)域的數(shù)量及形狀不局限于圖示的方式，可根據(jù) 與測定精度等的關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。在沒有測定被測定面61時，探頭101的探桿122沿鉛直方向配置。 因此，在不進(jìn)行測定時，所述反射光211b與沿鉛直方向向反射鏡123照 射的測定用激光211的光軸211a平行射進(jìn)；由反射鏡2211a反射并向傾斜 角度檢測部222的受光面2221的中央部照射。在圖11中用虛線標(biāo)出這時 的受光面2221中的反射光211b的照射區(qū)域以作為非測定時照射區(qū)域 2222。另一方面，如在形狀測定裝置用探頭101的說明中所述的，被測定面 61的測定通過將觸針121以大體固定的測定力向被測定面61按壓來進(jìn)行， 所以，如上所述，探頭101的擺動部件3相對于安裝用部件2傾斜。因此， 反射光211b和光軸211a交叉射進(jìn)反射鏡2211a，并利用傾斜角度檢測部 222的受光面2221向離開中央部的基準(zhǔn)照射區(qū)域2223照射。另外，如上所述，在所述測定時，擺動部件3以支點部件42的頂端為支點，可在不局限于特定方向的任一方向擺動。因此，如果在被測定面61上完全不存在成為測定對象的例如納米級的微小凹凸，則如圖11所示，基準(zhǔn)照射區(qū)域2223的位置沿著以受光面2221的中心點2221a為圓心以固定半徑形成 的圓周2224。傾斜角度檢測部222根據(jù)射向受光面2221的反射光211b而生成電信 號，但是，由于受光面2221被劃分成四個受光區(qū)域222a 222d，所以，能 夠根據(jù)反射光211b的照射場所檢測擺動部件3的傾斜角度。g卩，如果設(shè) 受光區(qū)域222a為"A"、受光區(qū)域222b為"B"、受光區(qū)域222c為"C"、 受光區(qū)域222d為"D"，則對于自各受光區(qū)域222a 222d獲得的電信號， 通過進(jìn)行(A+B) — (C+D)計算能夠求出擺動部件3在X軸方向上的傾 斜角度；進(jìn)行(A+D) — (B+C)計算能夠求出擺動部件3在y軸方向上 的傾斜角度。這樣，傾斜角度檢測部222對自各受光區(qū)域222a 222d獲得 的電信號進(jìn)行(A+B) _ (C+D)及(A+D) — (B+C)計算，將它們作 為角度信號，輸入所述觸針位置運算部223。觸針位置運算部223將上述角度信號變換為設(shè)置于探頭101的觸針 121的位移量。另一方面，實際上，由于在被測定面61上存在所述微小凹凸，所以 如圖11所示，作為位移照射區(qū)域2225，反射光211b對應(yīng)所述微小凹凸照 射在偏離圓周2224的位置上。而且，和上述基準(zhǔn)照射區(qū)域2223的情況同 樣，通過向位移照射區(qū)域2225照射反射光211b，傾斜角度檢測部222輸 出角度信號，觸針位置運算部223求出觸針121對應(yīng)所述微小凹凸的位移 量。從而，通過求出觸針121對應(yīng)基準(zhǔn)照射區(qū)域2223的基準(zhǔn)位移量和對 應(yīng)位移照射區(qū)域2225的凹凸位移量之差，就能夠求出所述微小凹凸的大 小。另外，作為該測定方法的前提，是以支點部件42的頂端為支點，在 擺動部件3向任一方向都可擺動傾斜的結(jié)構(gòu)中，需要將所述基準(zhǔn)位移量設(shè) 定為固定或基本固定。SP，由于擺動部件3向任一方向都可擺動，所以， 受光面2221中的反射光211b的照射區(qū)域在測定時沿著例如所述圓周2224 移動。在該狀況下，反射光211b基本上一直照射在基準(zhǔn)照射區(qū)域2223，也就是說，當(dāng)擺動部件3向任一方向擺動時，也需要使擺動部件3的傾斜
角度^為固定或大體固定。從而在測定時，用控制裝置280控制載物臺295 的驅(qū)動部294，如圖12及13所示，為了使擺動部件3相對于與觸針121 的掃描方向121a垂直的方向121b的傾斜角13為固定，需要控制載物臺295 的移動量及移動方向來修正掃描方向121a。
在如上所述由觸針位置運算部223求出被測定面61的測定點61a的 所述微小凹凸的大小的同時，如上所述，由所述位置座標(biāo)測定部224求出 測定點61a的X座標(biāo)值、Y座標(biāo)值以及Z座標(biāo)值。因此，加法運算部225 將由位置座標(biāo)測定部224求得的測定點61a的X座標(biāo)值、Y座標(biāo)值以及Z 座標(biāo)值和由觸針位置運算部223求得的測定點61a的所述微小凹凸的大小 進(jìn)行加法運算，從而求出考慮到所述微小凹凸量的測定點61a的測定X座 標(biāo)值、測定Y座標(biāo)值、以及測定Z座標(biāo)值。
艮口，如果將由位置座標(biāo)測定部224求得的測定點61a的X座標(biāo)值、Y 座標(biāo)值以及Z座標(biāo)值設(shè)為X1、 Yl、 Zl;將由觸針位置運算部223求得的 測定點61a的所述微小凹凸的大小的X座標(biāo)值設(shè)為(A+B) — (C+D)、 將Y座標(biāo)值設(shè)為(A+D) _ (B+C)，則由加法運算部225求得的所述測 定X座標(biāo)值、測定Y座標(biāo)值、以及測定Z座標(biāo)值成為Xl+E{ (A+B) _ (C+D) }、 Yl+F{ (A+D) — (B+C) }、 Zl。這里，E和F為修正系 數(shù)。
另外，由于觸針121為如圖所示的球狀，因此，所述測定X座標(biāo)值、 測定Y座標(biāo)值、以及測定Z座標(biāo)值為觸針121的中心座標(biāo)。因此，測定點 61a的實際座標(biāo)值為在與探頭101掃描方向相垂直的方向上錯開觸針121 半徑值的值。
下面，對如上構(gòu)成的形狀測定裝置201的動作、即對測定物60的被 測定面61的形狀測定方法進(jìn)行說明。另外，如在形狀測定裝置用探頭101 的說明中所述，可使用安裝有探頭101的形狀測定裝置201來測定的被測 定面61是由在被測定面61a的切線方向和鉛直方向的交角e中從0度到 最大約30度之間的角度所成的被測定面。另外，該形狀測定方法通過控 制裝置280的動作控制來實行。
如上所述，面向測定物60相對配置具有安裝有探頭101的Z—工作臺293的載物臺295，以使觸針121接觸被測定面61，更進(jìn)一步講，以使 觸針121以例如約0.3mN (=30mgf)的測定力按壓被測定面61 。由此， 在傾斜角度檢測部222的受光面2221中，反射光211b照射在基準(zhǔn)照射區(qū) 域2223上，如上所述，通過觸針位置運算部223和位置坐標(biāo)測定部224 并由加法運算部225求出作為被測定面61的測定點61a的基準(zhǔn)的X座標(biāo) 值、Y座標(biāo)值、以及Z座標(biāo)值，
例如，以測定物60為圓筒形、對其外周面進(jìn)行全周測定的情況為例， 如上所述，用控制裝置280控制載物臺295的驅(qū)動部294，且控制載物臺 295沿X軸方向及Y軸方向的移動量及移動方向，以使擺動部件3相對于 圖12及圖13所示的鉛直方向121b的傾斜角度B維持固定或基本固定， 即，使擺動部件3向任一方向傾斜，且將擺動部件3相對于鉛直方向的傾 斜角^維持固定或基本固定。在本實施方式中，通過調(diào)整為使觸針121頂 端位移保持lOpm的角度，能夠?qū)y定力保持在30mgf。
這樣對于被測定面61的全周，擺動部件3作所謂搖頭運動及磨醬運 動，進(jìn)行被測定面61的測定。由此，反射光211b沿例如所述圓周2224 對傾斜角度檢測部222的受光面222中的各受光區(qū)域222a 222d進(jìn)行全周 照射。此時，對應(yīng)被測定面61的所述凹凸，反射光211b的照射區(qū)域從基 準(zhǔn)照射區(qū)域2223向位移照射區(qū)域2225移動。
根據(jù)該測定動作，如上所述，通過觸針位置運算部2223及位置座標(biāo) 測定部224再由加法運算部求出被測定面61測定點61a上的也包含所述 凹凸、所述測定X座標(biāo)值、測定Y座標(biāo)值、以及測定Z座標(biāo)值、。
如上所述，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的形狀測定裝置用探頭101，使可在水平任 意方向傾斜的擺動部件3，利用磁鐵的磁力在非接觸時保持在中立位置， 同時，由于觸針121對測定物60產(chǎn)生微弱的按壓力即測定力，因此比由 螺旋彈簧那種接觸力產(chǎn)生的微弱力的誤差小，意外的沖擊也不易造成損 壞。并且，由于其構(gòu)造為依靠可動側(cè)磁鐵9和固定側(cè)磁鐵11的相互吸引 力按壓由連接機構(gòu)4的圓錐槽41a和頂端構(gòu)成的支點部件42，因而支點的 位置偏移小。由此，本探頭101不局限于觸針121的軸在鉛直方向，也可 以在傾斜狀態(tài)下使用。另外，由于不像電磁鐵那樣有電流流過，所以結(jié)構(gòu) 簡單，也沒有電熱的影響。另外，在本實施方式中利用了可動側(cè)磁鐵9和固定側(cè)磁鐵11的相互 吸引力，但不管固定側(cè)和可動側(cè)哪一方，不用磁鐵而用磁性體也可獲得相 同效果。
另外，根據(jù)本實施方式中的形狀測定裝置201，在探頭101中，具有
觸針121的擺動部件3可作所謂搖頭運動及磨醬式運動。因此，在進(jìn)行測 定物60的例如內(nèi)周面的測定時，不使測定物60旋轉(zhuǎn)，而使探頭101沿X 軸方向及Y軸方向移動，就可進(jìn)行所述內(nèi)周面的測定。因此，測定裝置不 采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不論測定物60的側(cè)面傾斜方向如何都可進(jìn)行形狀測定。 另外，由于不需要使測定物60旋轉(zhuǎn)，因此，在不產(chǎn)生諸如測定物60的中 心軸的徑向跳動等問題的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)被測定面的測定誤差的降 低。因此，可測定例如透鏡的外徑及孔徑等，另外，也可測定如圖14及 圖15所示的形成在流體軸承類的測定物60中并收容潤滑劑的槽部55的 形狀。因此，能夠使形狀測定裝置201在向精密及微小化產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有 廣闊的前景。
再有，在形狀測定裝置201中，將測定物60固定在石制平臺292上， 使探頭101在X、 Y、 Z軸方向上移動，但是，也可以反過來固定探頭101 而使測定物60移動。關(guān)鍵的是只要使測定物60和探頭101相對移動就可 以。
以下，就本發(fā)明第二實施方式的形狀測定裝置使用的形狀測定裝置用 探頭進(jìn)行說明。本實施方式的形狀測定裝置用探頭101的大部分結(jié)構(gòu)和第 一實施方式的形狀測定裝置用探頭101相同，因此，主要說明其結(jié)構(gòu)的不 同點。
圖16是用對稱面剖切本發(fā)明第二實施方式的形狀測定裝置用探頭時 的立體圖。在圖16中，作為擺動部件3的傾斜檢測，設(shè)有非接觸位移傳 感器151、 152。作為傳感器的類型，可以考慮靜電容量型。非接觸位移傳 感器151、 152設(shè)置在安裝用部件2的主體部131上，測定和擺動部件3 的可動側(cè)保持部128之間的距離?？蓜觽?cè)保持部128位于離開支點部件的 位置，相對擺動部件3的傾斜的位移量大，且能夠更高精度地測定非接觸 位移傳感器151、 152和可動側(cè)保持部128之間的距離。
非接觸位移傳感器151、 152被設(shè)置成相對于擺動部件3的中心相互成90°角，因此，能夠分別檢測以擺動部件3的支點為中心的X方向及Y 方向的傾斜。
另外，擺動部件3的傾斜量為可動側(cè)保持部128的側(cè)面與非接觸位移 傳感器151、 152的頂端接觸的范圍。因此，非接觸位移傳感器151、 152 也可作為限制擺動部件3的擺動幅度的限制部件發(fā)揮功能。
圖17是表示設(shè)置于具備圖16所示的探頭的形狀測定裝置上的測定點 信息確定部的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的形狀測定裝置的大部分結(jié)構(gòu)和圖9所 示的測定點信息確定部相同，但是，傾斜角度檢測部的結(jié)構(gòu)不同。
本實施方式的傾斜角度檢測部作為形狀測定裝置用探頭的結(jié)構(gòu)具備 非接觸位移傳感器151、 152，用該傳感器151、 152非光學(xué)檢測擺動部件 3的傾斜度。S卩，非接觸位移傳感器151、 152作為圖9中的傾斜角度檢測 部222發(fā)揮功能。即，由于不是像第一實施方式中的傾斜角度檢測部那樣， 光學(xué)測定擺動部件3的傾斜角度，因此，不需要用于引導(dǎo)反射光的反射鏡 2211a。
如以上說明，本實施方式的形狀測定裝置在具有所述第一實施方式的 形狀測定裝置的效果的基礎(chǔ)上，由于不是光學(xué)檢測擺動部件3的傾斜角度， 所以，能夠進(jìn)一步簡化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明不局限于上述實施方式，也可用其他各種方式實施。例 如在上述實施方式中，支點部件為突起狀設(shè)置的部件，該突起的頂端陷入 圓錐形的槽內(nèi)，但也可以在載置臺上向上設(shè)置突起狀部件，將設(shè)置在擺動 部件上的圓錐槽當(dāng)作支點部件。
本發(fā)明可適用于以高精度及低測定力對任意形狀的孔的內(nèi)表面及孔 徑、以及對任意形狀的外側(cè)面的形狀等進(jìn)行掃描測定的形狀測定裝置、以 及設(shè)置于該形狀測定裝置上的探頭。
另外，通過將所述各種實施方式中的任意實施方式適當(dāng)組合，可使具 備的各種效果奏效。本發(fā)明對優(yōu)選的實施方式參照附圖進(jìn)行了充分說明， 但是，作為熟悉該技術(shù)的人來說，顯然可以進(jìn)行各種變形及修正。該變形 及修正只要不脫離權(quán)利要求的范圍所確定的本發(fā)明的范圍，就認(rèn)為理應(yīng)包 含在其中。
權(quán)利要求
1、一種形狀測定裝置用探頭，具備測定面接觸部，其具有探桿、和配置在所述探桿頂端并與測定物的被測定面接觸的觸針；安裝用部件，其將所述測定面接觸部安裝在形狀測定裝置上；連接機構(gòu)，其具備設(shè)置在所述測定面接觸部的支點部件、和固定在所述安裝用部件上并載置所述支點部件的載置臺，該連接機構(gòu)以所述支點部件為支點連接所述測定面接觸部和安裝用部件，并確保所述測定面接觸部和所述安裝用部件可擺動；以及施力機構(gòu)，其具有設(shè)置于所述測定面接觸部的可動側(cè)部件和設(shè)置于所述安裝用部件的固定側(cè)部件，所述可動側(cè)部件和固定側(cè)部件彼此在鉛直方向上相對配置，并在非接觸狀態(tài)下產(chǎn)生磁性吸引力，利用該磁性吸引力對所述測定面接觸部施力，使所述探桿向鉛直方向。
2、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述可動側(cè)部 件和所述固定側(cè)部件， 一方由永久磁鐵構(gòu)成，另一方由磁性體構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述可動側(cè)部 件和所述固定側(cè)部件，雙方都由永久磁鐵構(gòu)成，彼此以異極相對的方式配 置。
4、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述支點部件 由針狀突起構(gòu)成，所述載置臺具有使所述支點部件的頂端可嵌入的圓錐 槽，以所述圓錐槽的最深部和所述支點部件的頂端的接觸部為擺動中心來 連接所述測定面接觸部和所述安裝用部件，并確保所述測定面接觸部和所 述安裝用部件可擺動。
5、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述測定面接 觸部具有主體部，該主體部在中央設(shè)置有橫向延伸的貫通孔，在所述主體 部的外側(cè)下壁固定有所述探桿，并且所述支點部件自所述主體部的貫通孔 內(nèi)的內(nèi)側(cè)上壁垂下，所述載置臺貫穿所述貫通孔而延伸。
6、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述測定面接觸部具備相對于所述支點部件向觸針的相反側(cè)延伸的延伸部、設(shè)置在所 述延伸部的頂端并保持所述可動側(cè)部件的可動側(cè)保持部，所述安裝用部件在筒狀主體部的內(nèi)側(cè)面上具備固定側(cè)保持部，該固定 側(cè)保持部相對于所述可動側(cè)保持部被設(shè)置在所述支點部件的同側(cè)，并保持 所述固定側(cè)部件。
7、 如權(quán)利要求6所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述可動側(cè)保 持部被構(gòu)成為環(huán)狀，在其下面?zhèn)缺３钟虚g隔開的多個可動側(cè)部件，所述固定側(cè)保持部在與各可動側(cè)部件沿鉛直方向相對的位置處，與各 可動側(cè)部件對應(yīng)地保持多個固定側(cè)部件。
8、 如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探頭，其中，所述安裝用部 件在筒狀主體部的內(nèi)側(cè)面具有限制部件，該限制部件通過與所述測定面接 觸部接觸來限制所述測定面接觸部的擺動幅度。
9、 一種形狀測定裝置，具備權(quán)利要求1 8中任一項所述的形狀測定裝置用探頭，其具有將測定用 激光反射到所述形狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的反射鏡；激光發(fā)生部，其用于產(chǎn)生向所述形狀測定裝置用探頭照射、并求出測定物的被測定面中的測定點的位置信息的測定用激光；測定點信息確定部，其基于由裝設(shè)在所述形狀測定裝置用探頭上的反 射鏡反射的反射光，檢測所述形狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的傾斜 角度，并求出所述測定點的位置信息。
10、 如權(quán)利要求9所述的形狀測定裝置，其中，所述測定點信息確定 部具有傾斜角度檢測部，其檢測所述傾斜角度-， 觸針位置運算部，其將從該傾斜角度檢測部得到的角度信號轉(zhuǎn)換成觸 針相對于設(shè)置在所述形狀測定裝置用探頭上的安裝用部件的位移量-， 位置座標(biāo)測定部，其利用所述測定用激光求出所述測定點相對于所述安裝用部件的相對位置座標(biāo)值；加法運算部，其將所述觸針位移量與所述相對位置座標(biāo)值進(jìn)行加法運 算，求出所述測定點的位置信息。
11、 如權(quán)利要求10所述的形狀測定裝置，其中，所述傾斜角度檢測部具有接受所述反射光的光檢測器，該光檢測器具有一個受光面，該受光 面被劃分成多個分別獨立地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的受光區(qū)域。
12、 一種形狀測定裝置，具備權(quán)利要求1~8中任一項所述的形狀測定裝置用探頭；多個位置檢測傳感器，其被設(shè)置在所述安裝用部件的圓筒狀主體部的 內(nèi)側(cè)面上，檢測和所述測定面接觸部的距離；測定點信息確定部，其根據(jù)來自所述多個位置檢測傳感器的輸出，檢 測所述形狀測定裝置用探頭的測定面接觸部的傾斜角度，并求出所述測定 點的位置信息。
13、 如權(quán)利要求12所述的形狀測定裝置，其中，所述位置檢測傳感 器設(shè)置在相對于所述安裝用部件的主體部的中心位置成90°角度的兩處。
全文摘要
本發(fā)明提供一種形狀測定裝置以及設(shè)置在該形狀測定裝置上的形狀測定裝置用探頭，該形狀測定裝置能夠在不采用復(fù)雜的裝置結(jié)構(gòu)的情況下，不論側(cè)面的傾斜方向如何都可進(jìn)行形狀測定。在形狀測定裝置用探頭中，連接安裝用部件(2)和擺動部件(3)的連接機構(gòu)(4)具有設(shè)置在擺動部件(3)上的支點部件(42)和設(shè)置在安裝用部件(2)上的載置臺(41)，且將擺動部件(3)連接成相對于安裝用部件(2)可向任意方向傾斜。安裝用部件(2)和擺動部件(3)被構(gòu)成為設(shè)置在擺動部件(3)上的可動側(cè)部件(51)和設(shè)置在安裝用部件(2)上的固定側(cè)部件(52)彼此在非接觸狀態(tài)下發(fā)生磁性吸引力，該磁性吸引力以擺動部件(3)的探桿向鉛直方向的方式進(jìn)行施力。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠測定與Z方向大致平行、向X、Y方向的任意方向傾斜的側(cè)面形狀。
文檔編號G01B5/20GK101322005SQ20078000044
公開日2008年12月10日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者吉住惠一, 舟橋隆憲 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社