專利名稱：形狀測定裝置用探測器以及形狀測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以高精度、低測定力測定任意的三維形狀的形狀測定裝置用探測器以及形狀測定裝置。詳細(xì)地、本發(fā)明涉及為了應(yīng)對微細(xì)化和高精度化進(jìn)展的產(chǎn)業(yè)界的需求而 能夠以更高精度、低測定力測定任意形狀，能夠以亞微米以下的高精度、ImN以下的低測定 力，響應(yīng)性良好、快速且可靠性良好地測定孔的內(nèi)表面和孔徑、外側(cè)面的形狀和外徑、非球 面透鏡的形狀、透鏡面相對于外徑的傾斜度和偏心，微細(xì)表面形狀等的形狀測定裝置用探 測器以及形狀測定裝置。
背景技術(shù)：
作為能夠以ImN以下的低測定力對測定物的外側(cè)面、內(nèi)側(cè)面以及孔徑等掃描測定 的以往的三維形狀測定裝置以及形狀測定裝置用探測器具有專利文獻(xiàn)1所記載的方案。圖 8以及圖9中表示專利文獻(xiàn)1所記載的以往的三維形狀測定用探測器。在圖8以及圖9所示的探測器101中，以嵌入形成于固定在圓筒形的安裝部2上 的載置臺41的上表面的圓錐形的槽41a中的支點(diǎn)部件42的尖端為中心，支點(diǎn)部件42、安裝 有支點(diǎn)部件42的擺動部3以及安裝于擺動部3上的測頭121在X方向、Y方向任一方向上 都能夠擺動。固定在擺動部3上的可動側(cè)磁鐵51和固定在安裝于安裝部件2上的固定側(cè)保持 部件133上的固定側(cè)磁鐵52相互對置配置。可動側(cè)磁鐵51與固定側(cè)磁鐵52固定在關(guān)于 可動側(cè)磁鐵51與固定側(cè)磁鐵52的各對而吸引力相互作用的方向上。通過該吸引力使擺動 部3朝下受力，所以支點(diǎn)部件42的尖端靠壓連接在載置臺41的圓錐槽41a的中心，由此能 夠防止擺動部3的位置偏離等。另外，擺動部3由可動側(cè)磁鐵51與固定側(cè)磁鐵52之間的 吸引力施力，而使在前端設(shè)有測頭121的臂122構(gòu)成沿豎直方向延伸的中立位置。將可動側(cè)磁鐵51與固定側(cè)磁鐵52任一個置換成非磁鐵的磁性體，由于在兩者之 間也作用吸引力，所以也能夠施力擺動部3，以使在前端設(shè)有測頭121的臂122構(gòu)成沿豎直 方向延伸的中立位置。在構(gòu)成測定對象的測定物60的被測定面61的形狀測定時，將測頭121以規(guī)定的 按壓力靠壓在被測定面61上。即，在形狀測定時，在測頭121對測定物60施加微小測定力 的狀態(tài)下，測頭121與測定物60相接。由于該測定力的反作用力作用于測頭121，所以擺動 部3以支點(diǎn)部件42的尖端為中心傾斜。具有該探測器101的形狀測定裝置進(jìn)行控制，以使測頭121前端的微小測定力恒 定、即擺動部3的傾斜角度恒定，并且使探測器101沿著被測定面61移動掃描，根據(jù)利用 激光測長器和基準(zhǔn)平面反射鏡檢測到的探測器101與基準(zhǔn)面的位置關(guān)系，測定并運(yùn)算被測 定面61的表面形狀。作為檢測與測定物60接觸的測頭121的位置的方法，將來自形狀測 定裝置的測定用激光211由固定于擺動部3的中心部上的反射鏡123反射并感光，從而檢 測擺動部3的豎直方向的坐標(biāo)信息和傾斜角度，使用這些進(jìn)行運(yùn)算，從而求取測頭121的位 置。因此，在具有該形狀測定裝置用的探測器101的形狀測定裝置中，能夠以極高精度測定其切線方向與豎直方向具有從O度到最大30度之間的交叉角度的被測定面61。專利文獻(xiàn)1 國際公開號W02007/135857但是，能夠由專利文獻(xiàn)1公開的結(jié)構(gòu)測定的被測定面61如前所述，被限定在該被測定面61中切線方向與豎直方向的交叉角度具有從0度到最大約30度之間的角度的面。 具體地，例如當(dāng)要測定水平面、即該面上切線與豎直方向的交叉角度為90度的面時，在測 頭121的前端作用豎直方向朝上的力，所以擺動部3不能以支點(diǎn)部件42的尖端為支點(diǎn)擺動 (在擺動部3不產(chǎn)生傾斜)，所以不能檢測到測頭121的位置，從而無法進(jìn)行形狀測定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種不僅在被測定面具有大致豎直 方向的形狀時，而且在具有接近水平面的形狀時，也能夠以高精度且低測定力測定的探測器。本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，如以下構(gòu)成。本發(fā)明第一方式提供一種形狀測定裝置用探測器，其具有安裝部，其安裝于形狀 測定裝置；直動部，其被支承成相對于所述安裝部僅能夠沿豎直方向直動；擺動部，其具有 在前端設(shè)有與測定物的被測定面接觸的測頭的臂；連結(jié)機(jī)構(gòu)，其具有設(shè)于所述擺動部的支 點(diǎn)部和設(shè)于所述直動部并載置所述支點(diǎn)部的載置部，且使所述擺動部能夠以所述支點(diǎn)部為 支點(diǎn)擺動地與所述直動部連結(jié)；第一施力機(jī)構(gòu)，其具有固定于所述擺動部的擺動側(cè)部件和 固定于所述直動部并相對于所述擺動側(cè)部件沿豎直方向隔開間隔對置的非擺動側(cè)部件，所 述擺動側(cè)部件和所述非擺動側(cè)部件以產(chǎn)生磁吸引力的方式構(gòu)成，且通過該磁吸引力對所述 擺動部施力，以使所述臂朝向豎直方向；第二施力機(jī)構(gòu)，其具有固定于所述直動部的可動側(cè) 部件和固定于所述安裝部并相對于所述可動側(cè)部件沿豎直方向隔開間隔對置的固定側(cè)部 件，所述可動側(cè)部件和所述固定側(cè)部件以產(chǎn)生磁力的方式構(gòu)成，且通過該磁力在豎直方向 朝上對所述直動部施力，以使該直動部相對于所述安裝部沿豎直方向被非接觸被保持。關(guān)于被測定面接近水平面的情況的第一方式的形狀裝置測定用探測器的動作進(jìn) 行說明。與被測定面接觸的測頭從測定物受到的測定力的反作用力能夠在水平方向和豎 直方向朝上分解。相對于水平方向的力，擺動部由連結(jié)機(jī)構(gòu)相對直動部以支點(diǎn)為中心擺動。另外，通 過第一施力機(jī)構(gòu)的擺動側(cè)部件和非擺動側(cè)部件之間的磁力，使臂朝向豎直方向的作用力作 用于擺動部，通過該作用力在擺動部上作用要保持姿態(tài)的恢復(fù)力。通過該恢復(fù)力，產(chǎn)生測頭 按壓測定物的微小的力、即微小的測定力。相對于豎直方向朝上的力，在具有支點(diǎn)部的擺動部上作用豎直朝上的力，該力具 有使支點(diǎn)部要從載置部脫離的作用。但是，通過第二施力機(jī)構(gòu)的可動側(cè)部件和固定側(cè)部件 的磁力，直動部被向豎直方向朝上施力。并且，通過該作用力、直動部的自重、經(jīng)由支點(diǎn)部作 用于直動部的擺動部的自重和傳遞給擺動部的反作用力的豎直方向分量的平衡來使直動 部在豎直方向朝上移動。即，通過這些力的平衡使載置部在豎直方向朝上移動。其結(jié)果，能 夠防止支點(diǎn)部從載置部脫離。優(yōu)選地、所述連結(jié)機(jī)構(gòu)的所述載置部在上部具有圓錐槽，所述連結(jié)機(jī)構(gòu)的所述支點(diǎn)部由從所述擺動部在豎直方向朝下突出的針狀的突起構(gòu)成，以所述圓錐槽的最深部與所述支點(diǎn)部件的尖端接觸的接觸部為擺動中心，所述測定面接觸部能夠擺動地被連結(jié)。連結(jié)機(jī)構(gòu)通過圓錐槽和尖端構(gòu)成擺動部的支點(diǎn)，從而能夠防止支點(diǎn)的位置偏離。 另外，擺動側(cè)部件和非擺動側(cè)部件設(shè)置成在嵌入圓錐槽的尖端不脫離的方向、即支點(diǎn)部與 載置部相互靠壓的方向上施加力，所以兩者不會受重力和磁力的影響而偏離。所述擺動側(cè)部件及所述非擺動側(cè)部件均由永磁鐵構(gòu)成，且以異極相互對置的方式 配置。作為代替方案，所述擺動側(cè)部件及所述非擺動側(cè)部件中的一個由永磁鐵構(gòu)成，另 一個由磁性體構(gòu)成。所述可動側(cè)部件位于所述固定側(cè)部件的上方，所述可動側(cè)部件及所述固定側(cè)部件 以產(chǎn)生磁排斥力的方式配置成異極相互對置。作為代替方案，所述可動側(cè)部件位于所述固定側(cè)部件的下方，所述可動側(cè)部件及 所述固定側(cè)部件以產(chǎn)生磁吸引力的方式配置成同極相互對置。優(yōu)選地、所述安裝部具有將所述直動部由非接觸的空氣軸承結(jié)構(gòu)僅沿豎直方向可 動地支承的軸承部。優(yōu)選地、具有產(chǎn)生抵抗所述直動部圍繞自身的軸線而沿水平方向旋轉(zhuǎn)的磁路的磁 路部。所述擺動部具有用于反射測定用激光的反射鏡。本發(fā)明第二實施方式提供一種形狀測定裝置，其具有用于反射測定用激光的反 射鏡的形狀測定裝置用探測器；豎直方向移動部，其安裝有所述形狀測定用探測器；焦點(diǎn) 檢測部，其根據(jù)所述測定用激光的由所述反射鏡反射的反射光，來檢測所述形狀測定裝置 用探測器相對于所述豎直方向移動部的豎直方向的相對移動量；測定點(diǎn)信息決定部，其根 據(jù)所述測定用激光的由所述反射鏡反射的反射光，來檢測所述形狀測定裝置用探測器的擺 動部相對于豎直方向的傾斜角度，求出作為所述測頭向所述被測定面的接觸位置、即測定 點(diǎn)的位置信息。支點(diǎn)部位于相對于直動部固定的位置，支點(diǎn)位置也僅能夠沿豎直方向移動。若能 夠根據(jù)安裝于擺動部的反射鏡的反射光知道豎直方向的位置信息，則關(guān)于支點(diǎn)位置也容易 得到信息，能夠以高精度執(zhí)行測定點(diǎn)信息決定部中的運(yùn)算。若不知道支點(diǎn)的位置、即擺動部 的旋轉(zhuǎn)中心的位置，則無論如何以高精度求取擺動部的傾斜角度，僅是傾斜角度的信息，不 知道以何處為中心使擺動部旋轉(zhuǎn)，則結(jié)局在運(yùn)算測定點(diǎn)的位置信息時會產(chǎn)生誤差。所述測定點(diǎn)信息決定部也能夠形成這樣的結(jié)構(gòu)，即具有檢測所述傾斜角度的傾 斜角度檢測部；將從該傾斜角度檢測部得到的角度信號轉(zhuǎn)換為測頭相對于所述形狀測定裝 置用探測器上所設(shè)有的安裝部的變位量的測頭位置運(yùn)算部；使用所述測定用激光求取所述 測定點(diǎn)相對于所述安裝部的相對位置坐標(biāo)值的位置坐標(biāo)運(yùn)算部；在所述相對位置坐標(biāo)值上 加上所述測頭的變位量而求取所述測定點(diǎn)的位置信息的加法運(yùn)算部。另外，還可以進(jìn)一步設(shè)置沿著所述被測定面在二維或三維移動的工作臺和控制裝 置，該控制裝置根據(jù)從所述焦點(diǎn)部檢測出的測定面接觸部相對于安裝部在豎直方向上的相 對移動量或者從所述傾斜角度檢測部檢測出的傾斜角度控制該工作臺，使接觸被測定面時 的垂直反作用力，即測定力為規(guī)定值。
根據(jù)本發(fā)明的形狀測定裝置用探測器以及形狀測定裝置，含有在前端設(shè)有測頭的臂的擺動部不僅能夠以支承部為支點(diǎn)擺動，也能夠與經(jīng)由連結(jié)機(jī)構(gòu)連結(jié)的直動部一起在豎 直方向移動。因此，不限于被測定面的傾斜角度，即、不僅是被測定面具有大致豎直方向的 形狀時，即使是接近水平面的情況，也能夠以高精度且低測定力測定任意形狀的測定面。


圖1是本發(fā)明的實施方式1中的形狀測定用探測器的立體圖、由XZ平面進(jìn)行截面 時的立體圖。圖2是本發(fā)明的實施方式1中的形狀測定用探測器的立體圖、由YZ平面進(jìn)行截面 時的立體圖。圖3是關(guān)于本發(fā)明的實施方式1中的形狀測定用探測器的磁鐵的配置的說明圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式1中的形狀測定用探測器與測定物相接和不相接時 的差異的圖。圖5是表示圖1所示的具有探測器的形狀測定裝置的一例的圖。圖6是表示圖1所示的具有探測器的形狀測定裝置的其他例的圖。圖7是表示圖6所示的形狀測定裝置所具有的測定點(diǎn)信息決定部、焦點(diǎn)檢測部的 結(jié)構(gòu)的圖。圖8是以往的專利文獻(xiàn)1所公開的以往的形狀測定裝置所具有的探測器的圖。圖9是以往的專利文獻(xiàn)1所公開的以往的形狀測定裝置所具有的探測器的圖。附圖標(biāo)記說明101形狀測定裝置用探測器2安裝部3擺動部3a上側(cè)部3b，3c 連結(jié)部3d下側(cè)部3e中間部4連結(jié)機(jī)構(gòu)6直動部6a 主體6b磁鐵保持部8a、8b 磁軛16軸承部20可動側(cè)磁性體20a 孔29a、29b 磁鐵41載置臺41a 槽42支點(diǎn)部件
51擺動側(cè)磁鐵52固定側(cè)磁鐵60測定物61被測定面71可動側(cè)磁鐵72固定側(cè)磁鐵95磁性體環(huán)121 測頭122 臂123反射鏡131 主體131a激光用開口131b擺動用開口I3Ic 支承部136磁路部137安裝部件137a、137b 激光用開口201形狀測定裝置210激光發(fā)光部211測定用激光220測定點(diǎn)信息決定部221光學(xué)系統(tǒng)222傾斜角度檢測部222a傾斜角度檢測用激光振蕩部222b 感光部222c傾斜角度檢測用激光223測頭位置運(yùn)算部224位置坐標(biāo)測定部224a X坐標(biāo)測定部224b Y坐標(biāo)測定部224c Z坐標(biāo)測定部225加法運(yùn)算部226焦點(diǎn)檢測部226a焦點(diǎn)檢測用激光振蕩部226b焦點(diǎn)信號檢測部226c焦點(diǎn)用激光282激光測長部283聚光透鏡
290形狀測定裝置
291工作臺292石底板(石定盤)292 XY-工作臺293 Z-工作臺2911 X-工作臺2912 Y-工作臺2921 支柱
具體實施例方式以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實施方式的形狀測定裝置用探測器和具有該形狀 測定裝置用探測器的形狀測定裝置。另外，在各圖中，對于相同結(jié)構(gòu)部分使用相同附圖標(biāo) 記。另外，后述的安裝部2、擺動部3以及直動部6等只要不做特別提及，即使是一體結(jié)構(gòu)， 也能夠由多個部件甚至零件構(gòu)成。形狀測定裝置是能夠以納米級別的高精度測定透鏡形狀、機(jī)構(gòu)零件的孔、外形等 任意形狀的裝置。作為測定對象例如關(guān)于透鏡，不僅能夠測定透鏡面形狀，透鏡側(cè)面的正 圓度、以透鏡側(cè)面為基準(zhǔn)的透鏡面的傾斜度、以偏心等表示的位置偏離等，其它也能夠測定 要求極高精度的電動機(jī)的軸承、噴墨打印機(jī)的噴嘴以及汽車發(fā)動機(jī)的燃料噴射嘴等的孔形 狀、形成于流體軸承上的收容潤滑劑的槽部的形狀，以及形狀測定裝置所具有的微型氣動 滑板的內(nèi)徑、圓筒度等。另外，半導(dǎo)體電路圖案的溝槽部分也包含在測定對象中。首先，關(guān)于形狀測定裝置用探測器進(jìn)行說明。圖1以及圖2是本發(fā)明的實施方式 所涉及的形狀測定裝置中使用的形狀測定用探測器的立體圖。圖1以及圖2所示的形狀測 定裝置用探測器(以下，單稱作探測器)101具有安裝部2、擺動部3、連結(jié)機(jī)構(gòu)4以及直動 部6。擺動部3 (測定面接觸部)具有在下端具有作為與構(gòu)成測定對象的測定物60的被測 定面61接觸的部分的測頭121的臂122。本實施方式的探測器101的特征在于在能夠使 擺動部3(臂122)向任意的水平方向、即無論X、Y方向任一方向上都能夠傾斜的結(jié)構(gòu)的基 礎(chǔ)上，還具有僅能夠使擺動部3(臂122)沿豎直方向平移移動的結(jié)構(gòu)。具體地，相對于安裝 部2僅在豎直方向能夠平移移動地保持直動部6，相對于該可動部件6通過連結(jié)機(jī)構(gòu)4能夠 在任意的水平方向傾斜地連結(jié)擺動部3。安裝部2固定或能夠拆裝地安裝于形狀測定裝置201上。本實施方式中的安裝部 2為塊部件。擺動部3擺動且直動部6沿豎直方向可動，相對于此，安裝部2為固定的部件。 安裝部2在中央部具有用于能夠使從形狀測定裝置201照射的測定用激光211通過的貫通 的激光用開口 137a、137b、131a，其整體構(gòu)成圓筒形。安裝部2具有兩端開口的圓筒形的主 體131和固定在該主體131的上端側(cè)上且同樣兩端開口的圓筒狀的安裝部件137。安裝部2的安裝部件137相對于形狀測定裝置201固定、或者相對于形狀測定裝 置201通過嵌入而能夠拆裝地安裝。在安裝部件137的上端與下端形成有上述激光用開口 137a、137b。安裝部2的主體131在上端的中央部形成有激光用開口 131a，在下端形成有用于形成容許擺動部3的擺動的空間的擺動開口 131b。在安裝部2的主體131的內(nèi)部收納有擺動部3的上端側(cè)(包括后述的載置臺41的部分)、連結(jié)機(jī)構(gòu)4以及直動部6的上端側(cè)。另一方面，擺動部3的下端側(cè)(包括后述的中 間部3e和下側(cè)部3d)以及直動部6的下端側(cè)(包括后述的磁鐵保持部6b)從安裝部2的 主體131的下端的擺動開口 131b朝下突出。在主體131的下端的擺動開口 131b的內(nèi)壁連結(jié)有在水平方向上延伸的細(xì)寬梁狀 的支承部131c的兩端。在支承部131c的長邊方向的中央設(shè)置有將直動部6在豎直方向可 動地支承的軸承部16。另外，在支承部131c的長邊方向的兩端的上表面?zhèn)劝惭b有一對固定 側(cè)磁鐵72。這些固定側(cè)磁鐵72與直動部6所具有的可動側(cè)磁鐵71 (后面詳述)在豎直方 向上隔開間隔地對置。連結(jié)機(jī)構(gòu)4是在相對于照射在反射鏡123上的測定用激光211的光軸21 Ia交叉的 任一方向上都能夠擺動地、將擺動部3支承在直動部6上的機(jī)構(gòu)。另外，在本實施方式中， 測定用激光211的光軸211a與作為豎直方向的Z軸方向一致。在本實施方式中，連結(jié)機(jī)構(gòu)4通過固定在直動部6的上端上的載置臺(載置部)41 和安裝于擺動部3上的支點(diǎn)部件(支點(diǎn)部)42構(gòu)成。在載置臺41的上表面形成有圓錐形 的槽41a，在該槽41a中嵌入有作為針狀的突起的支點(diǎn)部件42的尖端。載置臺41與支點(diǎn)部 件42以支點(diǎn)部件42的尖端接觸圓錐形的槽41a的最下點(diǎn)的方式構(gòu)成。通過該結(jié)構(gòu)，擺動部 3以支點(diǎn)部件42的尖端和圓錐形的槽41a的最深部接觸的接觸部分為擺動中心甚至支點(diǎn)， 在水平方向的任一方向(X方向、Y方向的任一方向)上都能擺動地、相對于載置臺41 (直 動部6)連結(jié)。擺動部3具有與測定物60的被測定面61接觸的測頭121和反射在安裝部2通過 的測定用激光211的反射鏡123，對應(yīng)吻合被測定面61的形狀的測頭121的變位而相對于 直動部6擺動。擺動部3具有收容在安裝部2的主體131內(nèi)的上側(cè)部3a ；從該上側(cè)部3a 的兩端朝下延伸的一對連結(jié)部3b、3c ；位于安裝部2的下方并且在兩端連結(jié)有連結(jié)部3b，3c 的下端的下側(cè)部3d，其整體呈現(xiàn)矩形框狀。另外，在擺動部3中，在安裝部2的下方、即下側(cè) 部3d的上方具有中間部3e。該中間安裝部3e的兩端也與連結(jié)部3b，3c連結(jié)。在擺動部3的上側(cè)部3a的下表面(擺動部3的內(nèi)側(cè)上壁)以朝下突出的姿勢設(shè) 置有針狀的支點(diǎn)部件42。該支點(diǎn)部件42如前所述構(gòu)成連結(jié)機(jī)構(gòu)4的一部分。上側(cè)部3a隔 開間隔地配置在同樣構(gòu)成連結(jié)機(jī)構(gòu)4的一部分的直動部6的載置臺41的上方，支點(diǎn)部件42 嵌入載置臺41的槽41a中。另一方面，在上側(cè)部3a的中心部的上表面固定有用于反射前 述的測定用激光211的反射鏡123。在擺動部3的下側(cè)部3d固定有作為棒狀部件的臂122的上端側(cè)，在朝下延伸的臂122的下端設(shè)置有測頭121。在本實施方式中，測頭121具有例如約0. 3mm 約2mm的直 徑的球狀體，臂122作為一例，直徑為0. 7mm，從臂122向下側(cè)部3d固定的固定部位到測頭 121的中心的長度為約10mm。這些值根據(jù)被測定面61的形狀適當(dāng)變更。另外，擺動部3優(yōu) 選以當(dāng)將支點(diǎn)部件42嵌入槽41a中而與載置臺41連結(jié)時，臂122朝向豎直方向、擺動部3 的重心位于支點(diǎn)部件42的尖端的豎直方向下側(cè)的方式構(gòu)成。在擺動部3的中間部3e上保持有多個(本實施方式中為四個)擺動側(cè)磁鐵51。 這些擺動側(cè)磁鐵51以等角度間隔同心圓狀配置。擺動側(cè)磁鐵51與直動部6所具有的非擺 動側(cè)磁鐵52在上下方向?qū)χ谩Ａ硗?，在中間部3e的中央部上形成有關(guān)于上下方向的貫通 孔3f，在該貫通孔3f中插通有直動部6。為了容許擺動部3的擺動，貫通孔3f的孔徑設(shè)定為比直動部6的外徑充分地大。擺動部3的具體結(jié)構(gòu)只要是由支點(diǎn)能夠擺動地配置在載置臺41上的結(jié)構(gòu)即可，不 限于本實施方式的結(jié)構(gòu)。直動部6具有作為在上下方向延伸的筆直的棒狀或筒狀的主體6a、位于安裝部2 的主體131內(nèi)且固定在主體6a的上端側(cè)的載置臺41 ；位于安裝部2的主體131的下方外 側(cè)且固定在下端側(cè)的磁鐵保持部6b。直動部6的主體6a以僅沿豎直方向能夠直動的方式支承在設(shè)于安裝部2上的軸 承部16上。圖示雖然省略，但軸承部16上設(shè)有空氣流入孔和空氣排出孔。通過從空氣流 入孔供給并從空氣排出孔排出的空氣，直動部6的主體6a相對于軸承部16由非接觸的空 氣軸承結(jié)構(gòu)支承。通過該空氣軸承結(jié)構(gòu)，防止直動部6的橫向(水平方向)的傾斜，但直動 部6會向豎直方向順暢地升降。固定在直動部6的主體6a的上端的載置臺41構(gòu)成在X軸方向上延伸的長方體形 狀，在上表面的中心形成有讓支點(diǎn)部件42的尖端嵌入的槽41a。另外，在本實施方式中，在 X軸方向延伸的載置臺41的兩端附近固定有一對可動側(cè)磁鐵71。固定在這些載置臺41上 的可動側(cè)磁鐵71相對于固定在前述的安裝部2的支承部131c (位于載置臺41的下側(cè))上 的固定側(cè)磁鐵72在作為豎直方向的Z軸方向上隔開間隔地對置。在本實施方式中，直動部6 (載置臺41)的可動側(cè)磁鐵71和安裝部3 (支承部131c) 的固定側(cè)磁鐵72固定在排斥力相互作用的方向上。即，可動側(cè)磁鐵71與固定側(cè)磁鐵72以 同極對置的姿態(tài)固定。通過作用于可動側(cè)磁鐵71與固定側(cè)磁鐵72之間的排斥力，相對于 直動部6作用豎直方向朝上的作用力。通過該磁鐵71、72的排斥力對直動部6的作用力、 直動部6的自重以及經(jīng)由連結(jié)機(jī)構(gòu)4而作用于直動部6的力(任一個都為豎直方向朝下) 的平衡來使直動部6在上下方向移動。只要相對于直動部6作用豎直方向朝上的作用力，直動部6的可動側(cè)磁鐵71與安 裝部3的固定側(cè)磁鐵72的上下配置、作用于磁鐵71、72間的磁力(排斥力或吸引力)不限 于本實施方式的結(jié)構(gòu)。例如，可以與本實施方式調(diào)換上下配置，將直動部6的可動側(cè)磁鐵71 配置在安裝部件3的固定側(cè)磁鐵72的下側(cè)，并且在磁鐵71、72間作用吸引力，由此對直動 部6作用豎直方向朝上的作用力。另外，又可以以由排斥力與吸引力的雙方的力，對直動部 6作用豎直朝上的作用力的方式配置直動部6的可動側(cè)磁鐵71與安裝部3的固定側(cè)磁鐵 1。在固定于直動部6的主體6a的下端側(cè)的磁鐵保持部6b上固定有多個(本實施方 式中四個)非擺動側(cè)磁鐵52。這些非擺動側(cè)磁鐵52以等角度間隔同心圓狀配置。參照圖3，直動部6的磁鐵保持部6b位于擺動部3的中間部3e的下側(cè)。另外，固定在磁鐵保持部6b上的四個非擺動側(cè)磁鐵52和固定在擺動部3的中間部3e上的前述的 四個擺動側(cè)磁鐵51分別在作為豎直方向的Z軸方向上隔開間隔地對置。另外，擺動側(cè)磁鐵51與非擺動側(cè)磁鐵52固定在各自的擺動側(cè)磁鐵51與非擺動側(cè) 磁鐵52 —對之間吸引力相互作用的方向上。即，非擺動側(cè)磁鐵51和擺動側(cè)磁鐵52以異極 對置的姿態(tài)固定。通過作用于擺動側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁鐵52之間作用的吸引力，在保 持?jǐn)[動側(cè)磁鐵51的擺動部3上作用作為豎直方向的Z軸方向朝下的作用力，另一方面，在 保持非擺動側(cè)磁鐵51的直動部6上作用作為豎直方向的Z軸方向朝上的作用力。因此，通過擺動側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁鐵52間的吸引力，在安裝于擺動部3上的支點(diǎn)部件42和安 裝于直動部6上的載置臺42 (配置在支點(diǎn)部件42的下方)之間在彼此靠壓的方向上作用 力。因此，即使在安裝于擺動部3上的支點(diǎn)部件42作用豎直方向朝上的力，支點(diǎn)部件42的 尖端不會從形成于載置臺41上的槽41a脫離而維持被嵌入的狀態(tài)。由此，能夠防止重力和 磁力的影響導(dǎo)致支點(diǎn)部件42的偏離。參照圖3，在本實施方式中，關(guān)于擺動側(cè)磁鐵51以及非擺動側(cè)磁鐵52的各磁鐵以 相鄰的磁鐵的極性的朝向相反的方式配置。首先，關(guān)于擺動側(cè)磁鐵51，下側(cè)為N極(上側(cè)為 S極)的姿態(tài)的磁鐵與下側(cè)為S (上側(cè)為N極)的姿態(tài)的磁鐵交替配置。另外，關(guān)于非擺動 側(cè)磁鐵52，將下側(cè)為N極(上側(cè)為S極)的姿態(tài)的磁鐵與下側(cè)為S (上側(cè)為N極)的姿態(tài) 的磁鐵交替配置。并且，如前所述，使下側(cè)為N極的姿態(tài)的擺動側(cè)磁鐵51和上側(cè)為S極的 姿態(tài)的非擺動側(cè)磁鐵52對置，下側(cè)為S極的姿態(tài)的擺動側(cè)磁鐵51和上側(cè)為N極的姿態(tài)的 非擺動側(cè)磁鐵52對置，以使擺動側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁鐵52之間作用吸引力。當(dāng)擺動部 3要以作為支點(diǎn)的支承部件42的尖端為中心在水平方向上旋轉(zhuǎn)，則相互作用排斥力的擺動 側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁鐵52彼此對置，該排斥力和在旋轉(zhuǎn)開始前對置的擺動側(cè)磁鐵51和 非擺動側(cè)磁鐵52之間作用的吸引力起到作為對抗支點(diǎn)部件42的旋轉(zhuǎn)的阻力甚至恢復(fù)力的 功能。像這樣關(guān)于擺動側(cè)磁鐵51以及非擺動側(cè)磁鐵52的各磁鐵，通過交替配置磁極的關(guān) 系，能夠防止擺動部3以支軸部件42的尖端為中心在水平方向上旋轉(zhuǎn)。其中，關(guān)于擺動側(cè) 磁鐵51以及非擺動側(cè)磁鐵52的任一個，都能夠采用使極性的朝向全部相同的配置。直動部6相對于安裝部2關(guān)于豎直方向由可動側(cè)磁鐵71和固定側(cè)磁鐵72的排斥 力以非接觸方式被保持，關(guān)于水平方向由軸承部16構(gòu)成的空氣軸承以非接觸方式被保持。 并且，如前所述，包含反射激光211的反射鏡123和具有測頭121的臂122的擺動部3由連 結(jié)機(jī)構(gòu)4相對于直動部6能夠擺動地連結(jié)。即，作為對測定物60的被測定面61進(jìn)行掃描 的部分的直動部6、連結(jié)機(jī)構(gòu)4以及擺動部3相對于安裝部2在非接觸的狀態(tài)下被保持。像 這樣、掃描測定物60的被測定面61的部分相對于安裝部2非接觸，所以難以受到針對形狀測定裝置產(chǎn)生的振動等的影響，能夠以極高精度進(jìn)行測定。在本實施方式的探測器101中，在安裝部2內(nèi)設(shè)有磁路部136。磁路部136具有兩 個磁鐵29a、29b、連接兩個磁鐵的磁性體環(huán)95、兩個磁軛8a、8b以及可動側(cè)磁性體20。在安裝部2的主體131的內(nèi)周壁上固定有磁性體環(huán)95。磁鐵29a、29b以薄板狀 將上端固定在磁性體環(huán)95，且沿豎直方向朝下延伸。在各磁鐵29a、29b的下端側(cè)上固定有 磁軛8a、8b。磁鐵29a、29b和磁軛8a，8b從Z軸方向觀察，則相對于測定用激光211的光 軸211a(與安裝部2的中心軸一致)對稱配置?？蓜觽?cè)磁性體20為在水平方向延伸的細(xì) 長棒狀，固定在安裝于直動部6上的載置臺41的上表面。可動側(cè)磁性體20的兩端分別相 對于磁鐵29a、29b隔開間隙地在水平方向上對置。在可動側(cè)磁性體20的長度方向中央部 形成有厚度方向的貫通的孔20a。通過該孔20a使支承部件42嵌入載置臺41的槽41a中。 由于孔20a的孔徑設(shè)定為比支承部件42的外徑充分大，所以即使因擺動部3的擺動而使支 點(diǎn)部件42傾斜，也不會干涉可動側(cè)磁性體20。本實施方式中的磁路部136 (可動側(cè)磁性體 20)從Z軸方向觀察，則在相對于向X軸方向延伸的載置臺41交叉的方向上延伸，載置臺 41和磁路部136配置成從Z軸方向觀察時構(gòu)成十字形。磁路部136形成從一側(cè)的磁鐵29a經(jīng)由磁軛8a、可動側(cè)磁性體20、磁軛Sb、磁鐵29b以及磁性體環(huán)95而返回磁鐵29a的磁路。通過該磁路，防止直動部6和擺動部3 (通過 連結(jié)機(jī)構(gòu)4與直動部6連結(jié))一起在水平方向上旋轉(zhuǎn)(所謂隨從旋轉(zhuǎn))。詳細(xì)地，直動部 6和擺動部3若要在水平方向上旋轉(zhuǎn)，則由磁路部136形成的磁路作用，以使可動側(cè)磁性體 20要返回原來的旋轉(zhuǎn)位置，由此防止隨從旋轉(zhuǎn)。另外，可動側(cè)磁性體20由磁性體構(gòu)成以能 夠形成磁路，安裝可動側(cè)磁性體20的載置臺41優(yōu)選由非磁性體構(gòu)成以不受到磁氣的影響。 也能夠形成不設(shè)置磁路136的結(jié)構(gòu)。本實施方式的探測器101如以下所示動作。首先，關(guān)于圖4中的非測定時，即、測頭121不與測定物60相接的狀態(tài)進(jìn)行說明。 通過擺動側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁鐵52的吸引力，在擺動部3上作用豎直方向朝下的作用 力。通過該作用力使支點(diǎn)部件42的尖端維持與作為載置臺41的槽41a的中心的最深部相 接的狀態(tài)，防止擺動部3相對于可動部6的位置偏離等。另外，通過擺動側(cè)磁鐵51和非擺 動側(cè)磁鐵52的吸引力，使臂122要維持沿豎直方向延伸的中立位置上的恢復(fù)力作用于擺動 部3上。具體地，在擺動部3擺動而其中心軸傾斜的情況下，擺動側(cè)磁鐵51和非擺動側(cè)磁 鐵52的距離遠(yuǎn)離，通過磁鐵的性質(zhì)，在使一對磁鐵相互接近的方向上作用恢復(fù)力，其結(jié)果， 擺動部3整體也在返回傾斜的方向上作用恢復(fù)力。另外，如前所述，關(guān)于擺動側(cè)磁鐵51以 及非擺動側(cè)磁鐵52的各磁鐵，由于以使相鄰的磁鐵的極性的朝向相反的方式配置，擺動部 3以支點(diǎn)(支點(diǎn)部件42的尖端)為中心在水平方向上旋轉(zhuǎn)的情況下，也在返回旋轉(zhuǎn)的方向 上作用恢復(fù)力。由此，在非測定時、即測頭121不與測定物60相接的狀態(tài)下的擺動部3以 臂122的延伸方向與豎直方向一致的方式施力以及保持姿態(tài)。另一方面，非測定時的直動部6的豎直方向的位置保持在可動側(cè)磁鐵71和固定側(cè) 磁鐵72的排斥力作用下的豎直方向朝上的力、直動部6的自重與經(jīng)由連結(jié)機(jī)構(gòu)4作用的擺 動部3的自重的和、即豎直方向朝下的力均衡的位置上。接著，關(guān)于圖4中的測定時進(jìn)行說明。如在后面詳述地，測定物60的被測定面61 的形狀測定通過將安裝于擺動部3上的測頭121以規(guī)定的按壓力靠壓在被測定面61上而 進(jìn)行。該按壓力通過從使測頭121與被測定面61接觸的狀態(tài)開始，使安裝部2稍向測定物 60側(cè)移動而得到，在測頭121上從被測定面61作用與按壓力對應(yīng)的反作用力(阻力)。通 過該反作用力的水平方向分量，擺動部3以支點(diǎn)(支承部件42的尖端)為中心傾斜。另外， 反作用力的豎直方向分量相對于擺動部3在豎直方向朝上作用。以該反作用力的豎直方向 分量(豎直方向朝上)的量、從測頭121相對于測定物61非接觸的平衡狀態(tài)下的位置，與 擺動部3 —起地、直動部6相對于安裝部3在可動側(cè)磁鐵71和固定側(cè)磁鐵72的排斥力減 弱的方向即豎直方向朝上(Z軸方向朝上)變位?？傊勺饔糜跍y頭121的反作用力的豎 直方向分量，與擺動部3 —起地、直動部6相對于測定物61在豎直方向朝上變位，并且直動 部6和擺動部3的豎直方向的位置移動到直動部6的自重、擺動部3的自重、經(jīng)由測頭121 而作用于擺動部3上的反作用力(豎直方向分量)以及可動側(cè)磁鐵71和固定側(cè)磁鐵72的 排斥力均衡的位置上。因此，支點(diǎn)部件42的尖端維持在靠壓在槽41a的中心上的狀態(tài)下，不產(chǎn)生支點(diǎn)部件42相對于載置臺41的位置偏離。像這樣、通過從被測定面61作用于測頭 121的反作用力的豎直分量，也不產(chǎn)生支點(diǎn)部件42相對于載置臺41的位置偏離，不僅在被 測定面61具有大致豎直方向的形狀時，即使在具有接近水平面的形狀時，也以高精度追蹤 由測頭121掃描的被測定面61的形狀，而使擺動部3進(jìn)行傾斜或豎直方向朝上的移動。
在本實施方式中的探測器101中，相對于作用于測頭121上的豎直方向以及水平 方向的力的變位量大致相同地構(gòu)成。具體地，即使在測頭121上沿豎直方向以及水平方向 的任一方向上作用0. 3mN( 30mgf)的力的情況下，在測頭121上產(chǎn)生大約10 μ m的變位 量。其中，探測器101在豎直方向和水平方向上也可以不具有大致相同的剛性。接著，關(guān)于具有本實施方式的探測器101的形狀測定裝置進(jìn)行說明。一般地，使用探測器的使用的形狀測定裝置使探測器與測定物接觸，控制探測器 的移動，以使接觸力大致恒定，從而使探測器沿著測定物的被測定面移動，利用激光測長器 和基準(zhǔn)平面反射鏡，根據(jù)探測器與基準(zhǔn)面的位置關(guān)系，測定并運(yùn)算被測定面的表面形狀。作為這樣的形狀測定裝置，主要是具有例如約400mm方的大小的較大型的測定 物的測定用，如圖5所示，具有將測定物60固定在石底板292上，另一方面使探測器通過 XY-工作臺295沿X軸方向以及Y軸方向移動，通過Z-工作臺293沿Z軸方向移動的類型， 艮口、具有使探測器101在X軸、Y軸以及Z軸的全方向上移動的類型的形狀測定裝置290。 另外，主要是例如具有約200mm方以下的大小的中型以及小型的測定物的測定用，如圖6所 示，具有使載置測定物60的工作臺291在X軸以及Y軸方向上移動，另一方面僅使探測器 101由Z-工作臺293在Z軸方向上移動的類型的形狀測定裝置。在圖5以及圖6中對相同 的要素使用相同的附圖標(biāo)記。本實施方式的測定裝置用探測器101也能夠適用于圖5以及 圖6的任一種類型的形狀測定裝置。以下，關(guān)于圖6的形狀測定裝置290適用本實施方式的探測器101的情況進(jìn)行說明。圖6所示的形狀測定裝置290具有設(shè)置在石底板292上的工作臺291。該工作臺 291具有平面狀且能夠在相互正交的X軸以及Y軸方向上可動的X-工作臺2911以及Y-工 作臺2912。測定物60被載置于工作臺291上，相對于探測器101在X軸方向以及Y軸方向 上相對移動。使探測器101在Z軸方向上可動的Z-工作桌293相對于立設(shè)在石底板292 上的支柱2921在Z軸方向上可動地安裝。X-工作臺2911、Y-工作臺2912以及Z-工作桌 293由驅(qū)動部281驅(qū)動，驅(qū)動部281由控制裝置280控制。另外，形狀測定裝置290具有激光發(fā)光部210。該激光發(fā)生部210產(chǎn)生用于求取被測定面61上的測頭121所接觸的點(diǎn)(測定點(diǎn)61a)的位置信息的測定用激光211 (例如振 蕩頻率穩(wěn)定化He-Ne激光)。另外，形狀測定裝置290具有測定點(diǎn)信息決定部220。參照圖7，測定點(diǎn)信息決定部 220具有使用由激光發(fā)生部210發(fā)生的激光211而得到被測定面61的測定點(diǎn)61a的位置 信息的光學(xué)系統(tǒng)221 ；基于來自X軸、Y軸、Z軸方向的各基準(zhǔn)面的激光與來自測定點(diǎn)61a的 激光(由擺動部3的反射鏡123反射的激光)的干涉來進(jìn)行測長的公知的激光測長部282。 激光測長部282具有傾斜角度檢測部222、測頭位置運(yùn)算部223、位置坐標(biāo)測定部224以及 加法運(yùn)算部225。激光測長部282與光學(xué)系統(tǒng)221光電耦合，實際上具有求取測定點(diǎn)61a的 位置信息的功能。由激光發(fā)生部210發(fā)生的測定用激光211為了求出被測定面61的測定點(diǎn)61a的三 維坐標(biāo)位置，由光學(xué)系統(tǒng)221分光成X、Y、Z坐標(biāo)用的三束激光。將測定用激光211分光成 的三束激光中的一束照射在與探測器101 —起在X軸方向上移動的反射鏡和固定在石底板 292上的X軸基準(zhǔn)面(都未圖示)上，這些反射光被向位置坐標(biāo)測定部224的X軸坐標(biāo)測定部224a引導(dǎo)。另外，將測定用激光211分光成的三束激光中的另一束照射在與探測器101 一起在Y軸方向上移動的反射鏡和固定在石底板292上的Y軸基準(zhǔn)面(都未圖示)上，這 些反射光被向位置坐標(biāo)測定部224的Y軸坐標(biāo)測定部224b引導(dǎo)。另外，將測定用激光211 分光成的三束激光中的剩余一束經(jīng)由聚光透鏡283照射在擺動部3的反射鏡123上，并且 照射在固定于石底板292上的Z軸基準(zhǔn)面(未圖示)上，這些反射光被向位置坐標(biāo)測定部 224的Z軸坐標(biāo)測定部224c引導(dǎo)。位置坐標(biāo)測定部224的X軸坐標(biāo)測定部224a和Y坐標(biāo)測定部224b，根據(jù)來自與探 測器101 —起發(fā)生位置以及姿態(tài)變化的反射鏡123的反射光和來自X坐標(biāo)基準(zhǔn)面、Y坐標(biāo)基 準(zhǔn)面的反射光的干涉信號，運(yùn)算探測器101的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。另外，位置坐標(biāo)測定部224 的Z軸坐標(biāo)測定部224c，根據(jù)來自擺動部3的反射鏡123的反射光和來自Z坐標(biāo)基準(zhǔn)面的 反射光的干涉信號，運(yùn)算探測器101的Z坐標(biāo)。S卩，位置坐標(biāo)測定部224以X軸、Y軸以及Z 軸基準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)，測定探測器101的移動量的長度。利用這種激光干涉的測長原理以及 為此的具體結(jié)構(gòu)是公知的，例如日本特開平1-170243號公報和特開平10-170243號公報所 記載。傾斜角度檢測部222通過在安裝于擺動部3上的反射鏡123照射激光，來檢測因 在測定物60的被測定面61接觸測頭121而擺動部3傾斜的量。傾斜角度檢測部222固定 在安裝有探測器101的Z-工作桌293，與Z工作桌293 —起在豎直方向(Z軸方向)移動。 本實施方式中，作為傾斜角度檢測用的激光，與從激光發(fā)生部210起振的測定用激光211不 同地，另外使用從傾斜角度檢測用激光振蕩部222a起振的傾斜角度檢測用激光222c。由擺 動部件3的反射鏡123反射回來的傾斜角度檢測用激光222c由感光部222b感光，由此檢 測擺動部件3的傾斜角度。如前所述，由位置坐標(biāo)測定部224測定的X、Y以及Z坐標(biāo)以設(shè)于各自軸上的反射 鏡為基準(zhǔn)測定各軸的移動量的長度。特別是，在Z軸的側(cè)長的情況下，測定設(shè)于探測器101 的擺動部3上的反射鏡123的Z軸方向的位置變化的長度。但是，實際上測頭121與測定 物60的被測定面61相接的部位與反射鏡123的相對位置關(guān)系不固定。即、安裝有反射鏡 123的擺動部件3構(gòu)成以支承部件42的尖端(支點(diǎn))為中心傾斜的機(jī)構(gòu)。因此，由位置坐 標(biāo)測定部224測定的X、Y以及Z坐標(biāo)需要修正擺動部件3傾斜的量。進(jìn)行該修正的是測頭 位置運(yùn)算部223。在測頭位置運(yùn)算部223中，根據(jù)由上述的傾斜角度檢測部222檢測出的傾 斜，來決定修正測頭121的尖端位置的量(ΔΧ、ΔΥ、ΔΖ)。擺動部3的支點(diǎn)部件42位于相對于直動部6的載置臺41固定的位置上，支點(diǎn)位置(支點(diǎn)部件42的尖端)也僅在豎直方向移動。因此，若通過反射鏡123的反射光得到豎 直方向的位置信息，關(guān)于支點(diǎn)位置也能夠容易得到信息，能夠以高精度執(zhí)行測頭位置坐標(biāo) 運(yùn)算部223的運(yùn)算。假設(shè)不知道支點(diǎn)的位置即擺動部3的旋轉(zhuǎn)中心的位置，則無論再怎么 以高精度求取擺動部3的傾斜角度，僅是傾斜角度的信息，不知道以何處為中心使擺動部3 旋轉(zhuǎn)，結(jié)局是，在運(yùn)算測頭的位置信息時會產(chǎn)生誤差。在加法運(yùn)算部225中，執(zhí)行在由位置坐標(biāo)測定部224測長出的X、Y、Z的各坐標(biāo)值 (Χ、Υ、Ζ)上加上由測頭位置運(yùn)算部223運(yùn)算出的測頭121的尖端位置的修正值(ΔΧ、ΔΥ、 ΔΖ)的運(yùn)算，運(yùn)算出測定點(diǎn)61a的三維坐標(biāo)位置(Χ+ΔΧ、Υ+ΔΥ、Ζ+ΔΖ)。在具有探測器101的形狀測定裝置290中，關(guān)于Z軸方向(豎直方向)構(gòu)成具有兩個可動部分、即探測器101整體在Z軸方向可動的Z-工作桌293和在探測器101內(nèi)可動 的直動部6的結(jié)構(gòu)。作為檢測這些Z軸方向的兩個移動量中安裝有反射鏡123的擺動部3 與直動部6 —起相對于探測器101整體、Z工作桌293在豎直方向(Z軸方向)上相對移動 的量的結(jié)構(gòu)，設(shè)置有焦點(diǎn)檢測部226。與前述的傾斜角度檢測部222同樣地，焦點(diǎn)檢測部226 固定在安裝有探測器101的Z-工作桌293上，與Z工作桌293 —起在豎直方向(Z軸方向) 移動。焦點(diǎn)檢測部226包括焦點(diǎn)檢測用激光振蕩部226a ；感光從焦點(diǎn)檢測用激光振蕩 部226a起振后，由安裝于擺動部3上的反射鏡123反射而返回的焦點(diǎn)用激光226c的焦點(diǎn)信 號檢測部226b。焦點(diǎn)檢測用激光振蕩部226a和焦點(diǎn)信號檢測部226b配置在同一位置上。 例如，能夠通過作為焦點(diǎn)檢測用激光振蕩部226a的半導(dǎo)體激光、作為焦點(diǎn)信號檢測部226b 的感光元件的一體化元件構(gòu)成焦點(diǎn)檢測部226。在這種情況下，根據(jù)一體化元件的感光元件 上的聚光位置的偏離，檢測安裝有反射鏡123的擺動部3和直動部6相對于探測器101整 體和Z工作桌293的移動量。即，通過焦點(diǎn)檢測部226，把握安裝有反射鏡123的擺動部件 3和直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293在Z軸方向上的相對位置關(guān)系。換言 之，通過焦點(diǎn)檢測部226得到擺動部件3和直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293 在豎直方向朝上的移動量。通過焦點(diǎn)檢測部226檢測出的擺動部件3和直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293在豎直方向的相對位置關(guān)系(擺動部件3和直動部6相對于探測器101整體和 Z工作桌293在豎直方向朝上的移動量)主要用于兩個用途。第一、檢測到的豎直方向的相 對位置關(guān)系在控制部280的焦點(diǎn)控制(從焦點(diǎn)檢測部226以及傾斜角度檢測部222到反射 鏡123的距離控制)中使用。第二，根據(jù)檢測到的豎直方向的相對位置關(guān)系可知從被測定 面61作用于測頭121的反作用力的豎直方向分量。以下，關(guān)于該方面進(jìn)行說明。當(dāng)將測頭 121相對于測定物60的被測定面61以規(guī)定的按壓力靠壓時，在測頭121上作用來自被測定 面61的反作用力。并且，以與該反作用力的豎直分量對應(yīng)的移動量，擺動部件3和直動部6 相對于探測器101整體和Z工作桌293在豎直朝上移動。像這樣、作用于測頭121上的反 作用力的豎直方向分量和擺動部件3與直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293在 豎直方向朝上的移動量具有直接的相關(guān)關(guān)系。因此，能夠根據(jù)焦點(diǎn)檢測部226所檢測的擺 動部件3和直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293在豎直方向朝上的移動量，運(yùn) 算作用于測頭121上的反作用力的豎直方向分量。另外，通過控制焦點(diǎn)檢測部226所檢測 出的擺動部件3和直動部6相對于探測器101整體和Z工作桌293在豎直方向朝上的移動 量，能夠控制從被測定面61作用于測頭121的反作用力的豎直方向分量。在反射鏡123上合計照射三束激光、即測定用激光211、傾斜角度檢測用激光222c 以及焦點(diǎn)用激光226c。因此，通過改變?nèi)す獾牟ㄩL、偏光方向、或組合激光分支部227 所具有的用于激光的合流和分支的射鏡、棱鏡等光學(xué)元件，以在三束激光之間不產(chǎn)生相互 干涉?？刂蒲b置280控制通過測頭121掃描測定物60的被測定面61時探測器101的X、 Y以及ζ軸方向的作動。作為該控制方法存在以下三種模式(1)根據(jù)由焦點(diǎn)檢測部226檢 測出的擺動部件3和直動部6的上下方向的相對移動量進(jìn)行控制的方法；(2)根據(jù)由傾斜 角度檢測部222檢測出的擺動部3的傾斜角度進(jìn)行控制的方法；(3)利用由焦點(diǎn)檢測部226檢測出的擺動部3和直動部6在豎直方向的相對移動量和由傾斜角度檢測部222檢測出的 擺動部3的傾斜角度的兩者進(jìn)行控制的方法。(1)關(guān)于通過由焦點(diǎn)檢測部226檢測的擺動部件3和直動部6在上下方向的相對 移動量進(jìn)行控制的方法進(jìn)行說明。在這種情況下，通過焦點(diǎn)檢測部226檢測擺動部3和直 動部6相對于安裝有探測器101的Z-工作桌293相對移動的量，通過使該量恒定，以控制 并測定Z軸方向的動作(Z-工作桌293的昇降)以使將測頭121壓入被測定面的Z軸方向 的力即測定力恒定。這時，X以及Y軸方向的掃描根據(jù)預(yù)先設(shè)定的掃描總線等掃描。若利 用X以及Y軸方向的掃描追蹤測定物60的Z軸方向的變化而使Z-工作桌293升降，則能 夠?qū)崿F(xiàn)沿著被測定面61將Z軸方向的測定力維持恒定的測定。這時，通過測頭位置運(yùn)算部 223使用由傾斜角度檢測部222檢測的測頭122的傾斜角度，所以能夠準(zhǔn)確地得到測定點(diǎn) 61a的位置坐標(biāo)信息。其中，在測定物60的被測定面61與豎直方向平行的面的情況下，相 對于測頭121沿豎直方向不施加力，不能夠檢測擺動部3和直動部6相對于Z-工作桌293 在豎直方向的相對移動量。因此，該控制方法對于透鏡面的形狀測定等、通過測頭121從上 方向測定被測定面61的情況是有效的。(2)關(guān)于根據(jù)通過傾斜角度檢測部222檢測的擺動部3的傾斜角度進(jìn)行控制的方 法進(jìn)行說明。在這種情況下，通過使由傾斜角度檢測部222檢測的擺動部3的傾斜角度恒 定，控制并測定X以及Y軸方向的動作(X-工作臺2911以及Y-工作臺2912的水平移動) 以使將測頭122向被測定面61壓入的力即測定力恒定。這時，通過固定Z軸方向的掃描總 線或根據(jù)預(yù)先設(shè)定的掃描總線等進(jìn)行掃描，另一方面關(guān)于X以及Y軸方向?qū)Ρ粶y定面61的 變化進(jìn)行模擬掃描，從而能夠進(jìn)行例如圓筒面等的測定物60的形狀測定。這時，焦點(diǎn)誤差 信號在Z軸方向的位置控制中使用。通過傾斜角度檢測部222檢測的傾斜角度不僅在X以 及Y軸方向的動作的控制中使用，也在測頭位置運(yùn)算部223中使用，所以能夠準(zhǔn)確地得到測 定點(diǎn)61a的位置坐標(biāo)信息。(3)關(guān)于使用由焦點(diǎn)檢測部226檢測的擺動部3和直動部6的豎直方向的相對移 動量和由傾斜角度檢測部222檢測的擺動部3的傾斜角度的兩者進(jìn)行控制的方法進(jìn)行說 明。這種情況下，以使從被測定頭61作用于測頭12的反作用力恒定的方式，由在X以及Y 軸方向上預(yù)先設(shè)定的掃描總線來掃描測頭121，并同時控制Z軸方向的動作(Z-工作桌293 的升降)。如以下所示，能夠逐次運(yùn)算從被測定面61作用于測頭12的反作用力。通過靠壓 在被測定面61上，從而作用于測頭121的測定力的反作用力F分解為水平方向的分力Fx 和豎直方向的分力Fz。即，成立以下的式(1)的關(guān)系。式1F √Fx2 +Fz2(1)擺動部3的傾斜由水平方向的分力Fx產(chǎn)生，直動部6的豎直方向的移動由豎直方 向的分力Fz產(chǎn)生。另外，擺動部3的傾斜量能夠由傾斜角度檢測部222檢測，直動部6的 移動量能夠由焦點(diǎn)檢測部226檢測。因此，能夠根據(jù)由傾斜角度檢測部222檢測的擺動部 3的傾斜角度和由焦點(diǎn)檢測部226檢測的直動部6的移動量運(yùn)算分力Fx、Fz。反作用力F 其分力Fx、Fz能夠由前述的式(1)運(yùn)算。另外，能夠根據(jù)水平方向的分力Fx和豎直方向的分力Fz運(yùn)算測頭121接觸被測 定面61的部位(被測定點(diǎn)61a)的傾斜角度。也能夠進(jìn)行根據(jù)該被測定面61的傾斜角度切換控制方法等的控制。在本實施方式的探測器101中，安裝有反射鏡123的擺動部3不僅能夠以支承部 件42的尖端為支點(diǎn)進(jìn)行擺動，也能夠與經(jīng)由連結(jié)機(jī)構(gòu)4連結(jié)的直動部6 —起在豎直方向移 動。因此，在具有該探測器101的形狀測定裝置290中，不僅在被測定面61具有大致豎直 方向的形狀時，即使在具有接近水平面的形狀時，也能夠以高精度且低測定力進(jìn)行測定。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明適用于以高精度、低測定力掃描測定任意形狀的面性狀的測定、例如透鏡等的側(cè)面的真圓度、以透鏡側(cè)面為基準(zhǔn)的透鏡面的傾斜度、以偏心等表示的位置偏離等的 測定、任意形狀的孔的內(nèi)表面和孔徑的測定以及任意形狀的外側(cè)面的形狀測定等的形狀測 定裝置、形狀測定裝置所具有的探測器中。
權(quán)利要求
一種形狀測定裝置用探測器，其具有安裝部，其安裝于形狀測定裝置；直動部，其被支承成相對于所述安裝部僅能夠沿豎直方向直動；擺動部，其具有在前端設(shè)有與測定物的被測定面接觸的測頭的臂；連結(jié)機(jī)構(gòu)，其具有設(shè)于所述擺動部的支點(diǎn)部和設(shè)于所述直動部并載置所述支點(diǎn)部的載置部，且使所述擺動部能夠以所述支點(diǎn)部為支點(diǎn)擺動地與所述直動部連結(jié)；第一施力機(jī)構(gòu)，其具有固定于所述擺動部的擺動側(cè)部件和固定于所述直動部并相對于所述擺動側(cè)部件沿豎直方向隔開間隔對置的非擺動側(cè)部件，所述擺動側(cè)部件和所述非擺動側(cè)部件以產(chǎn)生磁吸引力的方式構(gòu)成，且通過所述磁吸引力對所述擺動部施力，以使所述臂朝向豎直方向；第二施力機(jī)構(gòu)，其具有固定于所述直動部的可動側(cè)部件和固定于所述安裝部并相對于所述可動側(cè)部件沿豎直方向隔開間隔對置的固定側(cè)部件，所述可動側(cè)部件和所述固定側(cè)部件以產(chǎn)生磁力的方式構(gòu)成，且通過所述磁力在豎直方向朝上對所述直動部施力，以使該直動部相對于所述安裝部沿豎直方向被非接觸保持。
2.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中， 所述連結(jié)機(jī)構(gòu)的所述載置部在上部具有圓錐槽，所述連結(jié)機(jī)構(gòu)的所述支點(diǎn)部由從所述擺動部在豎直方向朝下突出的針狀的突起構(gòu)成， 以所述圓錐槽的最深部與所述支點(diǎn)部件的尖端接觸的接觸部為擺動中心，所述測定面 接觸部能夠擺動地被連結(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，所述擺動側(cè)部件及所述非擺動側(cè)部件均由永磁鐵構(gòu)成，且以異極相互對置的方式配置。
4.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，所述擺動側(cè)部件及所述非擺動側(cè)部件中的一個由永磁鐵構(gòu)成，另一個由磁性體構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，所述可動側(cè)部件位于所述固定側(cè)部件的上方，所述可動側(cè)部件及所述固定側(cè)部件以產(chǎn) 生磁排斥力的方式異極相互對置而配置。
6.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，所述可動側(cè)部件位于所述固定側(cè)部件的下方，所述可動側(cè)部件及所述固定側(cè)部件以產(chǎn) 生磁吸引力的方式同極相互對置而配置。
7.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，所述安裝部具有將所述直動部由非接觸的空氣軸承結(jié)構(gòu)僅沿豎直方向可動地支承的 軸承部。
8.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中，具有磁路部，該磁路部產(chǎn)生抵抗所述直動部圍繞自身的軸線而沿水平方向旋轉(zhuǎn)的磁路。
9.如權(quán)利要求1所述的形狀測定裝置用探測器，其中， 所述擺動部具有用于反射測定用激光的反射鏡。
10.一種形狀測定裝置，其具有權(quán)利要求9所述的形狀測定裝置用探測器； 豎直方向移動部，其安裝有所述形狀測定用探測器；焦點(diǎn)檢測部，其根據(jù)所述測定用激光的由所述反射鏡反射的反射光，來檢測所述形狀測定裝置用探測器相對于所述豎直方向移動部在豎直方向上的相對移動量；測定點(diǎn)信息決定部，其根據(jù)所述測定用激光的由所述反射鏡反射的反射光，來檢測所 述形狀測定裝置用探測器的擺動部相對于豎直方向的傾斜角度，求出作為所述測頭向所述 被測定面的接觸位置、即測定點(diǎn)的位置信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形狀測定裝置用探測器，直動部(6)僅沿豎直方向能夠直動地支承在安裝部(2)上。擺動部(3)具有在前端設(shè)有與測定物(60)的被測定面(61)接觸的測頭(121)的臂(112)。連結(jié)機(jī)構(gòu)(4)通過將擺動部(3)側(cè)的支承部件(42)的尖端嵌入形成于直動部(6)側(cè)的載置臺(41)上的槽(41a)中，從而將擺動部(3)相對于直動部(6)能夠擺動地連結(jié)。通過擺動側(cè)磁鐵(51)與非擺動側(cè)磁鐵(52)之間的磁吸引力，使臂(112)朝向豎直方向的作用力作用于擺動部(3)。通過可動側(cè)磁鐵(71)與固定側(cè)磁鐵(72)之間的磁力，在直動部(3)上作用豎直方向朝上的作用力，從而將直動部(3)相對于安裝部(3)沿豎直方向被非接觸保持。
文檔編號G01B11/00GK101839682SQ20101013635
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者八田健一郎, 舟橋隆憲 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社