CN101532832A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

一种测量装置，其包括：放置被测物的XY载物台、具有多种探头(9A，9B，9C)的探头支架(20)以及使XY载物台和探头支架(20)相对移动的相对移动机构。在探头支架(20)上设有探头切换机构(30)，该探头切换机构(30)为具有倾斜配置的两个导轨(31，32)，并且，选择性地使至少两个以上的探头(9A，9B)相对探头切换位置(CP)可定位且可退避地进退。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体涉及搭载有多种探头的测量装置。

背景技术

例如，在一台测量装置中，对被测物的多个测量部位进行测量时，需要根据测量部位的形状、测量项目、所要求的测量精度等采用最合适的探头来进行测量。因此，提出了一种测量装置的方案，其中设有收纳多个探头的探头盒，从该探头盒中选择适于测量的探头，该测量装置具有交换所选探头的所谓探头交换功能。

然而，由于在交换探头之际，每逢交换探头时，必须使探头支架移动到探头盒位置，然后在探头盒之间进行探头交换动作，因此交换需要时间。

于是，最初提出了一种在探头支架上搭载多个探头的测量装置(例如，参照专利文件1：日本特开平11-142141号公报)。

以往，在探头支架上搭载多种探头时，例如，如图7和图8所示，将激光位移探头9A、接触探头9B及图像探头9C等的三个探头搭载在例如设于三维测量机的Z轴滑块101的探头支架102上时，采用了在与探头支架102的可动方向(Z轴方向)正交的方向(例如，X轴方向)上，相距一定间隔并列设置的结构。

然而，如果并列设置三个探头(激光位移探头9A、接触探头9B及图像探头9C)，由于探头9A，9B，9C向X轴偏移，因此，不仅使在这些探头的并列设置方向上，探头之间能够共用并测量的范围变狭窄，而且导致因偏移而产生的阿贝误差(Abbe error)的扩大。

另外，如果想要扩大测量范围，而使探头9A，9B，9C与被测物之间的相对移动范围扩大，则导致产生装置大型化的课题。

发明内容

本发明的主要目的是消除上述课题，并提供一种不会导致装置的大型化而能够维持探头之间共用并测量的测量范围的测量装置。

本发明的测量装置，包括放置被测物的工作台、具有多种探头的探头支架，以及使所述工作台和所述探头支架相对移动的相对移动机构；该测量装置的特征在于，在所述探头支架上设有探头切换机构，所述探头切换机构为选择性地使至少两个以上的所述探头相对所述探头支架的探头切换位置能够定位且能够退避地作进退动作。

根据这种结构，通过探头切换机构，能够使任一个探头相对探头支架的探头切换位置进行定位，并且，使剩下的探头相对探头支架的探头切换位置进行退避。

因而，通过使即将使用的探头相对探头支架的探头切换位置进行定位，由于使测量时所用的探头始终位于同一个位置上，因此，不导致装置的大型化而能够维持探头之间共用并测量的测量范围。

在本发明的测量装置中，所述探头切换机构的结构优选为具有多个导轨，并且所述探头沿着所述各导轨能够进退，所述多个导轨为一端位于所述探头切换位置附近，另一端从所述探头切换位置逐渐离开并且沿着相互离开的方向延伸。

根据这种结构，由于各探头通过多个导轨被引导且作进退动作，因此，能够将各探头准确地定位在探头切换位置上，并且以稳定的姿势作进退动作，所述多个导轨为一端位于探头支架的探头切换位置附近，另一端从探头切换位置逐渐离开并且沿着相互离开的方向延伸。

在本发明的测量装置中，所述探头支架具有支持面，所述支持面为围绕所述探头切换位置且相互交叉而形成，所述探头切换机构优选为具有两个导轨，所述两个导轨为被设于所述支持面上，并且一端位于所述探头切换位置附近，另一端从所述探头切换位置逐渐离开并且沿着相互离开的方向倾斜地延伸。

根据这种结构，由于各探头沿着倾斜地配置在各支持面上的导轨而斜着作进退动作，因此，能够使多个探头在较狭窄的空间内互不干扰而作进退动作。

在本发明的测量装置中，所述探头切换位置优选为设定在所述探头支架的可动轴线附近。

根据这种结构，由于探头切换位置被设定在探头支架的可动轴线附近，因此，能够尽可能地减小阿贝误差。

在本发明的测量装置中，所述探头优选为具有激光位移探头、接触探头及图像探头中的至少两个探头。

根据这种结构，由于能够选择性地利用适用于被测物的测量部位的形状、测量项目的探头，因此，能够高精度且高效地测量这些测量部位。

附图说明

图1是表示本发明的表面特性测量装置的一实施方式的主视图；

图2是表示本发明的表面特性测量装置的一实施方式的侧视图；

图3是表示本发明的表面特性测量装置的一实施方式的探头支架部分的放大立体图；

图4是在表示本发明的表面特性测量装置的一实施方式中说明探头的切换动作的立体图；

图5是表示本发明的探头切换机构的变形例的立体图；

图6是表示本发明的探头切换机构的其他变形例的立体图；

图7是表示在现有的表面特性测量装置中搭载有多个探头的例子的立体图；

图8是图7的主视图。

具体实施方式

<整体结构的说明(参照图1和图2)>

图1是表示本实施方式的表面特性测量装置的主视图，图2是本实施方式的表面特性测量装置的侧视图。

本实施方式的表面特性测量装置的结构包括：机座1；XY载物台2，其作为工作台放置被测物；X轴驱动机构3及Y轴驱动机构4，其使所述XY载物台2向水平面内的相互正交的X轴及Y轴方向位移；门形机架5，其横跨机座1的上面而设置；Z轴滑块6，其设置在所述门形机架5的横导轨5A上；Z轴驱动机构7，其使所述Z轴滑块6向与X轴及Y轴方向正交的Z轴方向位移；探头支架20，其安装在Z轴滑块6上；三种不同的探头9A、9B、9C，经由探头切换机构30安装在所述探头支架20上。

XY载物台2具有将被测物放置在上面上的平坦的放置面2A，并且被设置为在与该放置面2A平行的面内能够向相互正交的X轴及Y轴方向移动。

X轴驱动机构3及Y轴驱动机构4例如由滚珠丝杠及进给丝杠机构构成，该进给丝杠机构为具有螺合在该滚珠丝杠上的螺母部件。

Z轴驱动机构7也与X轴驱动机构3和Y轴驱动机构4一样，例如由滚珠丝杠及进给丝杠机构构成，该进给丝杠机构为具有螺合在该滚珠丝杠上的螺母部件。

即，所谓XY载物台2和探头支架20，构成为通过包括X轴驱动机构3、Y轴驱动机构4及Z轴驱动机构7的相对移动机构向三维方向能够相对移动。

(探头支架及探头切换机构的说明(参照图3))

探头支架20具有基板22和立板23，从平面看形成为T形，所述基板22为安装在Z轴滑块6上且与XZ平面平行，所述立板23为在该基板22的大致中央位置以直角沿Y方向起立。

在基板22的左半部分与立板23之间形成有第一支承面22A和第二支承面23A，所述第一支承面22A和第二支承面23A为围绕探头切换位置CP且相互正交，所述探头切换位置CP是为了使测量时被选择的探头配置在探头支架20的可动轴线(Z轴滑块6的Z方向可动轴线)附近而预先设定的。在这些第一支承面22A和第二支承面23A上，经由探头切换机构30安装有探头9A，9B。

在基板22的右半部分和立板23之间形成有相互正交的第三支承面22B和第四支承面23B，在这些第三支承面22B和第四支承面23B上固定有探头9C。

探头切换机构30是选择性地使两个探头9A，9B相对探头切换位置CP能够定位且能够退避地作进退动作的机构，由配置在第一支承面22A和第二支承面23A上的两个导轨31，32以及沿着该导轨31，32使探头9A，9B作进退动作的驱动机构(图示省略)构成。

导轨31，32被配置为，一端配置在探头切换位置CP附近，另一端从探头切换位置CP逐渐离开并且沿相互离开的方向倾斜。只要使探头9A，9B保持原来的姿态沿着导轨31，32能够作进退动作，作为驱动机构就可以采用任何机构。例如，可以采用进给丝杠、摩擦轮驱动机构、线性电机等。

<探头的说明>

探头9A，9B，9C由激光位移探头9A、接触探头9B、图像探头9C构成。

激光位移探头9A例如由激光照射机构及激光位移计等构成，所述激光照射机构为对被测物倾斜地照射激光，所述激光位移计为具有接受被测物反射的光的受光元件。受光元件输出的输出信号输入到运算处理装置等，在运算处理装置中，以受光元件输出的输出信号为基础求出被测物的高度位置信息。

接触探头9B例如采用对触针接触到被测物时的触针的位移、挠度进行电检测并检测触针的接触位置的结构，或者采用检测振动的触针接触到被测物时产生的振动的衰减而检测触针的接触位置的结构等。

图像探头9C例如由CCD照相机等构成，但是并不限于此。只要是能够摄影被测物的图像的探头，就可以采用其他探头。

<测量动作的说明(参照图4)>

在进行测量之前，首先选择在测量中使用的探头。

例如，在选择图像探头9C时，驱动X轴驱动机构3和Y轴驱动机构4，而使被测物的测量部位位于该图像探头9C的正下方，从而使XY载物台2向X轴方向和Y轴方向位移，同时进行图像测量。

另外，在选择激光位移探头9A和接触探头9B中的任一情况下，首先将被选择的探头位于探头切换位置CP。例如，在选择激光位移探头9A时，如图4所示，使激光位移探头9A朝向探头切换位置CP进出而位于探头切换位置CP。此时，由于接触探头9B从探头切换位置CP退避，因此能够防止在激光位移探头9A和接触探头9B之间产生干扰。

在该状态下，驱动X轴驱动机构3和Y轴驱动机构4，使XY载物台2向X轴方向和Y轴方向位移，同时进行高度测量。

另外，在选择接触探头9B时，将激光位移探头9A从探头切换位置CP退避之后，将接触探头9B朝向探头切换位置CP进出而位于探头切换位置CP。

在该状态下，驱动X轴驱动机构3和Y轴驱动机构4，使XY载物台2向X轴方向和Y轴方向位移，同时进行形状测量。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，通过探头切换机构30能够使激光位移探头9A和接触探头9B中的任一个探头相对探头切换位置CP进行定位，并且使剩下的探头相对探头切换位置CP进行退避。

因而，通过使即将使用的探头相对探头切换位置CP进行定位，由于测量时使用的探头始终位于同一个位置上，因此不导致装置的大型化，而能够维持探头之间共用并测量的测量范围。

另外，由于探头切换机构30构成为具有多个导轨31，32，并且探头9A，9B沿着该各导轨31，32能够进退，即由于探头9A，9B沿着导轨31，32被引导同时作进退动作，因此，使探头9A，9B能够准确地定位在探头切换位置CP上，并且以稳定的姿势进行进退动作，所述多个导轨31，32为一端位于探头切换位置CP附近，另一端从探头切换位置CP逐渐离开且沿着相互离开的方向延伸。

并且，由于这些导轨31，32在基板22和立板23正交的第一支承面22A和第二支承面23A上配置为：一端位于探头切换位置CP附近，另一端从探头切换位置CP逐渐离开且沿着相互离开的方向倾斜，即，由于探头9A，9B沿着倾斜地配置的导轨31，32斜着作进退动作，因此，能够使探头9A，9B在较狭窄的空间内互不干扰而作进退动作。

另外，由于探头切换位置CP设定在探头支架20的可动轴线即Z轴滑块6的可动轴线(Z方向轴线)附近，因此能够尽可能地减小阿贝误差。

另外，由于探头包括激光位移探头9A、接触探头9B及图像探头9C，因此，通过选择性地利用适于被测物的测量部位、测量项目的探头，能够高精度且高效地测量这些测量部位。

<变形例>

本发明并不局限于前述的实施方式，在能够达到本发明的目的的范围内所进行的变形、改进等均包含在本发明中。

在所述实施方式中，通过探头切换机构30使激光位移探头9A和接触探头9B斜着作进退动作，但是，并不局限于此。例如，如图5所示，可以构成为在探头支架20的基板22上沿着X轴方向以直线状配置两个导轨31，32，沿着该导轨31，32使探头9A，9B朝向X方向能够进退。在这种情况下，导轨31，32可以由一个导轨构成。

或者，如图6所示，也可以构成为在基板22的第一支承面22A上沿着X轴方向以直线状配置导轨31，而在立板23的第二支承面23A上沿着Z轴方向以直线状配置导轨32，并且沿着这些导轨31，32使探头9A，9B能够进行进退。即，即使构成为使探头9A，9B沿着相互正交的X轴方向和Z轴方向能够进退，也可以期待与所述实施方式同样的效果。

在所述实施方式中，采用了XY载物台2沿X轴、Y轴方向能够移动，并且，安装有探头9A，9B，9C的探头支架20沿Z轴方向能够移动的结构，但是，并不局限于此。例如，也可以构成为载物台2沿Y轴方向能够移动，并且，探头支架20沿X轴方向和Z轴方向能够移动。总之，只要构成为载物台2和探头支架20能够相对移动，就可以采用载物台2和探头支架20中任一个移动的结构。

在所述实施方式中，对作为探头搭载有激光位移探头9A、接触探头9B、图像探头9C等三种探头的例子进行了说明，但是，并不局限于此。例如，也可以搭载表面粗糙度探头等。

Claims (6)

1.一种测量装置，包括放置被测物的工作台、具有多种探头的探头支架以及使所述工作台和所述探头支架相对移动的相对移动机构，该测量装置的特征在于，

在所述探头支架上设有探头切换机构，所述探头切换机构为选择性地使至少两个以上的所述探头相对所述探头支架的探头切换位置能够定位且能够退避地作进退动作。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述探头切换机构构成为具有多个导轨，并且所述探头沿着该各导轨能够进退，所述多个导轨为一端位于所述探头切换位置附近，另一端从所述探头切换位置逐渐离开且沿着相互离开的方向延伸。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述探头支架具有支持面，所述支持面为围绕所述探头切换位置且相互交叉而形成，

所述探头切换机构具有两个导轨，所述两个导轨为被设于所述支持面上，并且一端位于所述探头切换位置附近，另一端从所述探头切换位置逐渐离开且沿着相互离开的方向倾斜地延伸。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述探头切换位置被设定在所述探头支架的可动轴线附近。

5.如权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述探头具有激光位移探头、接触探头及图像探头中的至少两个探头。

6.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述探头具有激光位移探头、接触探头及图像探头中的至少两个探头。

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