CN106197206B - 测量探头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量探头(300)，其包括：触针(306)，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构(310)，其具备使接触部能够沿轴向移动的移动构件；以及旋转运动机构(334)，其具备旋转构件，该旋转构件利用旋转运动而使接触部能够沿着与轴向成直角的面移动，其中，该测量探头包括：探头主体(302)，其用于内置轴运动机构；以及探头模块(304)，其被支承于探头主体，并用于内置旋转运动机构，并支承触针，探头主体和探头模块利用能够互相进行定位的一对辊(312F)和球(332B)以能够装卸的方式连结起来。由此，在使低成本化成为可能的同时能够实现与触针对应的相应的检测灵敏度和恢复力。

Description

测量探头
技术领域
本发明涉及一种测量探头，特别是涉及一种在使低成本化成为可能的同时能够实现与触针对应的相应的检测灵敏度和恢复力的测量探头。
背景技术
接触被测物体的表面来检测被测物体的表面的形状的测量装置已知有例如三维测量机等。在三维测量机中，使用有用于接触被测物体来检测其表面形状的测量探头(日本特许第4417114号公报，以下称为专利文献1)。专利文献1中所示的测量探头包括：触针，其具有用于接触被测物体(的表面)的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿测量探头的中心轴线的方向(也称为Z方向、轴向O)移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件通过旋转运动而使所述接触部能够沿与该Z方向成直角的面移动。在专利文献1中，轴运动机构与旋转运动机构以串联的方式连接，且形成为使触针的接触部能够移动的方向互不相同。
发明内容
发明要解决的问题
触针根据被测物体而进行改变。此时，通过选择与该改变了的触针对应的轴运动机构和旋转运动机构，能够实现与该触针对应的相应的检测灵敏度和恢复力(使触针的位移返回至原始状态的力)。然而，若触针包含微小的差异就计为不同的话则触针的数量会较庞大，若为所有这些触针准备最佳的轴运动机构和旋转运动机构，则要花费高额的费用，无法进行实际的应对。因此，针对特性(质量、长度等)在一定程度上接近的多个触针，应用同一个轴运动机构和旋转运动机构。
然而，在如专利文献1那样轴运动机构和旋转运动机构成为一体的情况下，必须同时改变轴运动机构和旋转运动机构。例如，针对改变了的触针，即使在虽然能够容许轴运动机构和旋转运动机构中的任一运动机构但改变另一运动机构的做法较好的情况下等，也不得不同时改变这两个运动机构。也就是说，在确保相应的运动机构的性能并实现相应的检测灵敏度和恢复力方面，对于专利文献1这样的结构，难以在抑制成本的同时恰当地选择轴运动机构和旋转运动机构。
本发明是为了解决所述的问题而完成的，其课题在于提供一种在使低成本化成为可能的同时能够实现与触针对应的相应的检测灵敏度和恢复力的测量探头。
用于解决问题的方案
本申请的技术方案1的发明通过如下技术特征解决所述课题：一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件利用旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其中，该测量探头包括：探头主体，其用于内置所述轴运动机构和所述旋转运动机构中的任一运动机构；以及探头模块，其被支承于该探头主体，并用于内置该轴运动机构和该旋转运动机构中的另一运动机构，并支承所述触针，所述探头主体与所述探头模块利用能够互相进行定位的第1卡合部以能够装卸的方式连结起来。
本申请的技术方案2的发明是，将所述轴运动机构内置于所述探头主体，并且将所述旋转运动机构内置于所述探头模块。
本申请的技术方案3的发明是，针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，并使所述旋转构件进行了位移时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块而不同。
本申请的技术方案4的发明是，所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，该旋转中心与该平衡构件之间的距离形成为能够调整。
本申请的技术方案5的发明是，针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，并使所述旋转中心与所述平衡构件之间的距离根据每个探头模块而不同。
本申请的技术方案6的发明是，针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，并使所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，并使该平衡构件的质量根据每个探头模块而不同。
本申请的技术方案7的发明是，所述探头模块包括：平衡配重，其与所述触针的质量对应；以及平衡机构，其被支承于用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件，并用于取得所述触针与该平衡配重之间的平衡。
本申请的技术方案8的发明是，针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，并使所述平衡配重的质量根据每个探头模块而不同。
本申请的技术方案9的发明是，将所述轴运动机构内置于所述探头模块，并且将所述旋转运动机构内置于所述探头主体。
本申请的技术方案10的发明是，针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，并使所述移动构件进行了位移时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块而不同。
本申请的技术方案11的发明是，该测量探头包括用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件，在该轴外壳构件设有用于检测所述移动构件的位移的位移检测器。
本申请的技术方案12的发明是，利用所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的相对位置的检测的相对位置检测信号。
本申请的技术方案13的发明是，利用所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。
本申请的技术方案14的发明是，在所述轴外壳构件设有干涉光学系统，该干涉光学系统包括：干涉光源部；参照镜，其用于反射来自该干涉光源部的光；以及目标镜，其配置于所述移动构件，并且用于反射来自该干涉光源部的光，该干涉光学系统能够使分别来自该参照镜和该目标镜的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹，利用所述位移检测器，能够检测该干涉光学系统所生成的所述多个干涉条纹的相位变化。
本申请的技术方案15的发明是，该测量探头包括前级模块，该前级模块利用能够进行定位的第2卡合部以能够装卸的方式连结并支承所述探头主体，在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，将用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述前级模块。
本申请的技术方案16的发明是，在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，将用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述探头主体。
本申请的技术方案17的发明是，所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，在将该轴运动机构内置于所述探头主体并且将所述旋转运动机构内置于所述探头模块时，将所述姿态检测器配置于该旋转运动机构与该多个第1隔膜结构体之间。
本申请的技术方案18的发明是，将所述基准构件设为用于反射光的反射镜，该测量探头设有用于使光沿着光轴向该反射镜入射的光源部，利用所述姿态检测器检测自该反射镜反射来的反射光的相对于该光轴进行的位移。
本申请的技术方案19的发明是，将所述光轴设置为通过所述旋转运动机构的旋转中心。
本申请的技术方案20的发明是，所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，该测量探头具备将该多个第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。
本申请的技术方案21的发明是，所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，该测量探头具备将该第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。
本申请的技术方案22的发明是，在第1壁构件与该移动构件之间的间隙的至少局部填充有第1粘性材料，该第1壁构件与用于支承所述轴运动机构的所述轴外壳构件形成为一体且与所述移动构件相对地配置。
本申请的技术方案23的发明是，所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，在第2壁构件与该第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部或该第2壁构件与所述旋转构件之间的间隙的至少局部填充有第2粘性材料，该第2壁构件与用于支承该旋转运动机构的旋转外壳构件形成为一体。
发明的效果
采用本发明，在使低成本化成为可能的同时能够实现与触针对应的相应的检测灵敏度和恢复力。
通过参考下面的优选的实施方式的详细说明，本发明的上述的优异的特征和优点以及其它的优异的特征和优点将变得更加清楚。
附图说明
参考附图对本发明的优选的实施方式进行说明，在这些附图中，对类似的构件标注类似的附图标记，其中：
图1是表示使用了本发明的第1实施方式的测量探头的测量系统的一例子的示意图。
图2是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图2的(A)是主视图，图2的(B)是立体图。
图3是表示测量探头及其周边部分的结构的框图。
图4是表示在测量探头中使用的隔膜结构体的一例子的示意图，图4的(A)是在轴运动机构中使用的第1隔膜结构体的图，图4的(B)是在旋转运动机构中使用的第2隔膜结构体的图，图4的(C)是在旋转运动机构中使用的第2隔膜结构体的功能图。
图5是表示探头模块的示意图，图5的(A)是平衡构件移动前的剖视图，图5的(B)是平衡构件移动后的剖视图，图5的(C)是与图5的(A)对应的功能图，图5的(D)是与图5的(B)对应的功能图。
图6是表示探头模块的示意图，图6的(A)、图6的(B)是表示平衡构件的质量差异的剖视图，图6的(C)是与图6的(A)对应的功能图，图6的(D)是与图6的(B)对应的功能图。
图7是表示测量探头的功能图，图7的(A)、图7的(B)是表示平衡构件的质量差异的图。
图8是表示本发明的第2实施方式的测量探头的截面的示意图，图8的(A)是主视图，图8的(B)是侧视图。
图9是表示本发明的第3实施方式的测量探头的截面的示意图。
图10是表示本发明的第4实施方式的测量探头的截面的示意图。
图11是表示图10的干涉光学系统的示意图，图11的(A)是结构要素的配置图，图11的(B)是表示干涉光投影到位移检测器的情形的图，图11的(C)是表示利用位移检测器检测到的干涉光的相位与频率的图。
图12是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图12的(A)是第5实施方式的图，图12的(B)是第6实施方式的图。
图13是表示图12的(B)的测量探头的局部的立体图，图13的(A)是触针连结于探头模块的图，图13的(B)是平衡机构的图，图13的(C)是触针的图。
图14是表示本发明的第7实施方式的测量探头的截面的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式的一例子。
参照图1～图7说明本发明的第1实施方式。
首先，说明测量系统100的整体结构。
如图1所示，测量系统100包括：三维测量机200，其用于移动测量探头300；操作部110，其具有用于手动操作的操纵杆111；以及动作控制器500，其用于控制三维测量机200的动作。另外，测量系统100包括：主机600，其借助动作控制器500使三维测量机200进行动作，并且对利用三维测量机200取得的测量数据进行处理而求出被测物体W的尺寸、形状等；输入单元20，其用于输入测量条件等；以及输出单元130，其用于输出测量结果。
接下来，说明各结构要素。
如图1所示，所述三维测量机200包括：测量探头300；平台210；驱动机构220，其竖立设置于平台210并使测量探头300三维移动；以及驱动传感器230，其用于检测驱动机构220的驱动量。
如图2的(A)、图2的(B)所示，测量探头300包括触针306、轴运动机构310以及旋转运动机构334。触针306的接触部348构成为，利用轴运动机构310和旋转运动机构334，在与被测物体W的表面S相接触时顺着其形状在三个方向上自由地位移。
并且，使用图2的(A)、图2的(B)说明测量探头300的简要结构。此外，为了便于以下的说明，将图2的(A)的纸面上下方向取作Z方向，将纸面左右方向取作X方向，将纸面垂直方向取作Y方向。因此，测量探头300的中心轴线O的方向(轴向O)与Z方向相同。
如图2的(A)、图2的(B)所示，测量探头300包括：触针306，其具有用于接触被测物体W的接触部348；轴运动机构310，其具备移动构件312，该移动构件312使接触部348能够沿轴向O移动；以及旋转运动机构334，其具备旋转构件RP，该旋转构件RP通过旋转运动而使接触部348能够沿着与轴向O成直角的面移动。此处，测量探头300包括：探头主体302，其用于内置轴运动机构310；以及探头模块304，其被支承于探头主体302，且用于内置旋转运动机构334并支承触针306。而且，探头主体302与探头模块304利用能够互相进行定位的辊312F和球332B(第1卡合部)以能够装卸的方式连结起来。
此外，准备多个(接触部348的材质、位置、质量等不同的)触针306。而且，与触针306对应地，针对一个探头主体302，准备多个探头模块304(不是必须与触针306的数量相同)。此外，“内置”的意思是，被支承在各自的外壳构件(若“内置”的对象构件被“内置”于探头主体302则此处的“外壳构件”为主体外壳308，若“内置”的对象构件被“内置”于探头模块304则此处的“外壳构件”为模块外壳330)的径向内侧，并且该“内置”的对象构件没有仅进入被配置于各自的外壳构件的外侧的其它模块或者其它外壳构件的内侧的部分。
以下，详细地说明测量探头300的结构要素。
如图2的(A)、图2的(B)所示，所述探头主体302包括主体外壳(轴外壳构件)308、轴运动机构310、姿态检测器322、位移检测器328以及信号处理电路329(图3)。
如图2的(A)、图2的(B)所示，主体外壳308形成为在下端设有开口部308A的带盖的圆筒形状。而且，主体外壳308将轴运动机构310的除移动构件312的凸缘部312E以外的部分支承并收纳于径向内侧。凸缘部312E不进入到探头模块304的内侧，而与探头模块304相连结。
如图2的(A)、图2的(B)所示，轴运动机构310包括：移动构件312；以及一对第1隔膜结构体314、315，该一对第1隔膜结构体314、315使移动构件312能够相对于主体外壳308进行位移。
如图2的(A)、图2的(B)所示，移动构件312形成为在轴心形成有中空部312B的大致圆筒形状。更具体地说，移动构件312构成为，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部312C、薄壁部312D以及凸缘部312E形成为一体。在厚壁部312C连结有一对第1隔膜结构体314、315。薄壁部312D形成于厚壁部312C的下方。此外，主体外壳308的开口部308A的开口径形成为小于厚壁部312C的外径。而且，凸缘部312E的外径形成为大于开口部308A的开口径。此处，厚壁部312C的下端部312CA与开口部308A的上端部308AA之间的距离和凸缘部312E的上端部312EA与开口部308A的下端部308AB之间的距离以限制移动构件312的沿Z方向的位移而使一对第1隔膜结构体314、315的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体302包括主体外壳308和移动构件312，该主体外壳308和移动构件312成为用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。
如图2的(A)、图2的(B)所示，在凸缘部312E的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊312F的方式设有3对辊312F。而且，以在周向上相位与辊312F的相位错开60度的状态设有三个永磁体312G。此外，一对辊312F的轴向形成为与朝向凸缘部312E的中心的大致径向相同。
如图4的(A)所示，第1隔膜结构体314、315是能够弹性变形的大致圆盘形状的构件。材质是磷青铜等(也可以是其它材料)。第1隔膜结构体315形成为与第1隔膜结构体314相同(不限于此，也可以形成为互不相同的形状)。因此，使用图4的(A)仅对第1隔膜结构体314进行说明。
如图4的(A)所示，在第1隔膜结构体314设有在周向上相位错开120度的三个切槽部314D。利用切槽部314D，自第1隔膜结构体314的径向外侧朝向内侧去设有外周部314A、环形部(日文：リム部)314B以及中心部314C。外周部314A是处于第1隔膜结构体314的最外周、并固定于主体外壳308的部分。环形部314B利用相邻的两个切槽部314D沿周向形成为带状，并配置于外周部314A的内侧。而且，环形部314B的两端部分别与外周部314A和中心部314C相连结。中心部314C是用于支承移动构件312的部分，并配置于比环形部314B更靠内侧的位置。第1隔膜结构体314成为在移动构件312相对于主体外壳308的位移的作用下中心部314C上下运动、环形部314B弹性变形的构造。此外，第1隔膜结构体的构造不限定于在本实施方式中所示的形状(后述的第2隔膜结构体也是同样的)。
另一方面，如图2的(A)、图2的(B)所示，在移动构件312的上端部312A配置有标尺托座324。在标尺托座324上配置有基准构件326。而且，以与基准构件326相对的方式配置有用于检测来自基准构件326的反射光的位移检测器328。此外，位移检测器328内置有用于向基准构件326照射光的光源。在基准构件326的靠位移检测器328侧的表面，反射来自光源的光的反射率不同的增量图案以恒定间隔沿Z方向设置。即，基准构件326形成为反射型的固体标尺。利用该基准构件326、位移检测器328以及光源，构成了用于输出两相正弦波信号的光电式线性编码器。也就是说，在主体外壳308设有用于检测移动构件312的位移的位移检测器328。位移检测器328与移动构件312的位移相对应地输出增量图案的以预定的周期重复的周期信号(也就是说，位移检测器328是用于输出能够进行移动构件312的相对位置的检测的相对位置检测信号的结构)。该周期信号的波形被信号处理电路329整形。而且，自信号处理电路329输出用于求出基准构件326在Z方向上的位移的Z两相sin波。
另外，如图2的(A)、图2的(B)所示，在主体外壳308的内侧侧面设有其它的光源(光源部)318。使从光源318射出的光朝向Z方向的分束器320以与光源318相对的方式被支承于支承构件319(此外，支承构件319固定于主体外壳308的内侧)。朝向Z方向的光(经过光轴OA的光)经过移动构件312的中空部312B，并被设于旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部的(被设为用于反射光的反射镜的)基准构件316反射(即，在探头主体302设有用于使光沿着光轴OA向基准构件316入射的光源318)。反射光经过分束器320并利用配置于主体外壳308的内侧上表面的姿态检测器322(也就是说，姿态检测器322内置于探头主体302)来检测自基准构件316反射来的光。由此，由于被姿态检测器322检测到的反射光的位置因基准构件316的位移(倾斜)而变化，因此姿态检测器322能够检测自基准构件316反射来的反射光的相对于光轴OA进行的位移。也就是说，姿态检测器322能够检测基准构件316的与触针306的旋转动作对应的位移(倾斜)。光轴OA被设置为通过旋转运动机构334的旋转中心RC(也就是说，中心轴线O与光轴OA重合)。
此外，如图2的(A)、图2的(B)所示，基准构件316的表面为凹面形状，减小被姿态检测器322检测到的反射光的相对于光轴OA进行的位移量从而谋求姿态检测器322的尺寸的小型化。姿态检测器322的输出也输入到信号处理电路329。而且，姿态检测器322的输出的波形被信号处理电路329整形。而且，自信号处理电路329输出基于反射光的、由于基准构件316的姿态变化而产生的相对于光轴OA朝向XY方向进行的位移的位移电压(XY位移电压)。
如图2的(A)、图2的(B)所示，所述探头模块304包括模块盖332、模块外壳330以及旋转运动机构334。此外，在本实施方式中，由模块盖332和模块外壳330构成了旋转外壳构件。
如图2的(A)、图2的(B)所示，模块盖332形成为在中心设有开口部332A的凸缘形状。模块盖332是与凸缘部312E对应的构件。即，以与一对辊312F这两者相接触的方式，球332B以在模块盖332的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，以与永磁体312G对应的方式，在相位与球332B错开了60度的状态下配置有与永磁体312G相互吸引的磁性构件(也可以是永磁体)332C。
此处，如图2的(A)、图2的(B)所示，三个球332B分别与对应的一对辊312F的表面相接触。因此，在永磁体312G和磁性构件332C以预定的力相互吸引着的状态下，模块盖332成为以六点落位(接触)于凸缘部312E的状态。也就是说，能够在实现高定位精度的同时将模块盖332和凸缘部312E连结起来。即，模块盖332与凸缘部312E之间成为构成了作为能够装卸的连结机构的运动接头(也称为运动联接件)的状态。利用该运动接头，即使反复装卸探头模块304与凸缘部312E，也能够实现高定位再现性。此外，在自横向(与Z方向正交的方向)对探头模块304施加了较大的力时，探头模块304自凸缘部312E脱落(不但包含全部的辊342A成为球332B未接触辊312F的状态的情况，也包含仅一部分辊342A成为球332B未接触辊312F的状态的情况)，从而能够防止探头主体302的破损(因此，永磁体312G与磁性构件332C之间的相互吸引的预定的力被设为与上述的较大的力对应的力)。此外，运动接头不仅是辊与球的组合，也可以是V槽与球的组合。另外，对于辊与球的组合，其顺序也可以是相反的。也就是说，只要是能够以六点进行落位的构造，就不限定于辊与球的组合。
如图2的(A)、图2的(B)所示，模块外壳330是在下端设有开口部330A的大致圆筒形状的构件。而且，模块外壳330将旋转运动机构334支承在径向内侧。
如图2的(A)、图2的(B)所示，旋转运动机构334的除凸缘构件342以外的部分收纳于模块外壳330的内侧。凸缘构件342不进入到触针306的内侧，而与触针306相连结。而且，如图2的(A)、图2的(B)所示，旋转运动机构334包括：旋转构件RP；以及第2隔膜结构体340，其使旋转构件RP能够相对于模块外壳330进行位移。
如图2的(A)、图2的(B)所示，旋转构件RP是支承于第2隔膜结构体340的构件，并包括平衡构件338、上部构件336以及凸缘构件342。
如图2的(A)、图2的(B)所示，平衡构件338配置于第2隔膜结构体340的上部，并设为与触针306对应的重量(也就是说，旋转构件RP是在相对于旋转运动机构334的旋转中心RC而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件338的结构)。通过恰当地设定该平衡构件338(或者，如后述那样，调整旋转中心RC与平衡构件338之间的距离)，能够使包括触针306在内的被旋转构件RP支承的构件的重心位置与旋转中心RC重合。因此，例如，即使横置测量探头300，也能够防止触针306的中心轴线自轴向O倾斜。即，即使改变测量探头300本身的姿态，触针306也能够停留在姿态检测器322的测量范围的中央，从而能够采用更简易化、小型化、高分辨率化的构件来作为姿态检测器322。在平衡构件338的上端部(旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部)设有基准构件316。此外，平衡构件338的侧面338B与模块外壳330的内侧侧面330B之间的距离以限制平衡构件338的倾斜(位移)而使第2隔膜结构体340的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头模块304包括模块外壳330和平衡构件338，该模块外壳330和平衡构件338成为用于将第2隔膜结构体340的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。
如图2的(A)、图2的(B)所示，上部构件336构成为卡合于第2隔膜结构体340并支承平衡构件338。此外，在上部构件336的凸部336A设有外螺纹。而且，在与凸部336A对应的平衡构件338的凹部338A设有内螺纹。因此，通过改变平衡构件338的螺纹接合于上部构件336的螺纹接合状态，能够调整旋转中心RC与平衡构件338之间的距离。例如，如图5的(A)所示，通过针对触针306使用平衡构件338，使连结有触针306的状态下的旋转构件RP的重心位置与旋转中心RC重合。此处，在触针307的长度和质量比触针306的长度和质量大的情况下，如图5的(B)所示，通过使平衡构件338距旋转中心RC的距离从L1变化至L2，能够使连结有触针307的状态下的旋转构件RP(支承于第2隔膜结构体340的构件)的重心位置与旋转中心RC重合。也就是说，能够使使用了相同的平衡构件338的探头模块304适合多个触针306。或者准备多个使相同的质量的平衡构件338的位置变化了的探头模块304，也能够适合多个触针306(即，能够针对一个探头主体302准备多个探头模块304，并使旋转中心RC与平衡构件338之间的距离根据每个探头模块304而不同)。此外，图5的(C)是表示与图5的(A)对应的功能的示意图，图5的(D)是表示与图5的(B)对应的功能的示意图。此处，附图标记mc表示构件的位于旋转中心RC的上侧的部分的质量，另外，附图标记L1、L2表示构件的位于旋转中心RC的上侧的部分的自旋转中心RC到各重心位置为止的距离。而且，附图标记ms1、ms2表示构件的位于旋转中心RC的下侧的部分的质量，另外，附图标记L11、L21表示构件的位于旋转中心RC的下侧的部分的自旋转中心RC到各重心位置为止的距离。
或者，如图6的(A)、图6的(B)所示，也可以针对一个探头主体302准备探头模块304、305，并使平衡构件338、339的质量根据每个探头模块304、305而不同(此外，探头模块不限于两个)。例如，如图6的(A)所示，通过针对触针306使用平衡构件338，使连结有触针306的状态下的旋转构件RP的重心位置与旋转中心RC重合。此处，在触针307的长度和质量比触针306的长度和质量大的情况下，如图6的(B)所示，通过使用质量比平衡构件338的质量大的平衡构件339，能够使连结有触针307的状态下的旋转构件RP的重心与旋转中心RC重合(而且，如图5的(A)、图5的(B)所示，也可以将平衡构件339距旋转中心RC的距离设为能够调整)。此外，图6的(C)是表示与图6的(A)对应的功能的示意图，图6的(D)是表示与图6的(B)对应的功能的示意图，并以与图5的(C)、图5的(D)相同的表示方法进行表示。
另外，图7(A)是表示图6(A)的探头模块304连结于探头主体302的状态下的功能的示意图，图7(B)是表示图6(B)的探头模块305连结于探头主体302的状态下的功能的示意图。在从触针306改变为触针307时，若使用与触针307对应的探头模块305，则被探头主体302支承的重量发生变化，利用位移检测器328检测到的初始位置(零点)相差了距离L的量。然而，该初始位置的不同仅在Z方向上。因此，通过在位移检测器328中使用在Z方向上具有大范围(较大的检测范围)且能够以高分辨率进行位置检测的线性编码器，在更换为触针307时也能够以不降低Z方向上的检测精度的方式进行应对。
如图4的(B)所示，第2隔膜结构体340也是能够弹性变形的大致圆盘形状的构件。材质是磷青铜等(也可以是其它材质)。在第2隔膜结构体340设有在周向上相位相差180度的两个圆弧形状的切槽部340E，并形成有两个节点部(日文：ヒンジ部)340C。在切槽部340E的径向内侧还设有在周向上相位相差180度的两个圆弧形状的切槽部340F，并形成有两个节点部340D。利用切槽部340E、340F，自第2隔膜结构体340的径向外侧朝向内侧去设有外周部340A、环形部340G以及中心部340B。
如图4的(B)所示，外周部340A是处于第2隔膜结构体340的最外周、并固定于模块外壳330的部分。环形部340G利用设于径向上的两侧的切槽部340E、340F沿周向形成为带状。而且，环形部340G配置于外周部340A的内侧，并通过节点部340C而与外周部340A相连结，通过节点部340D而与中心部340B相连结。中心部340B是用于支承上部构件336的部分，且配置于比环形部340G更靠内侧的位置。切槽部340E的相位与切槽部340F的相位的相差90度。因此，以第2隔膜结构体340的中心(旋转中心RC)为轴线，中心部340B成为能够沿互为正交的两个方向倾斜(能够旋转)的构造。
此外，图4的(C)是表示第2隔膜结构体340的功能的示意图，附图标记k表示中心部340B进行了位移(旋转)时的每单位位移量(角度)的恢复力。即，在针对一个探头主体302准备了多个探头模块304时，能够使旋转构件RP位移了时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块304而不同。因此，能够针对每个触针306使用具有恰当的恢复力的探头模块304。
如图2的(A)、图2的(B)所示，凸缘构件342在与上部构件336一起夹着第2隔膜结构体340的形态下被支承于上部构件336。此处，凸缘构件342的上端部342C与开口部330A的下端部330AA之间的距离以限制凸缘构件342的朝向Z方向的上侧的位移而使一对第1隔膜结构体314、315的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头模块304包括模块外壳330和凸缘构件342，该模块外壳330和凸缘构件342成为用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。当然，在对触针306、探头模块304施加了过大的负载的情况下，成为触针306在第1限制构件(包含后述的第2限制构件)起作用之前脱落的结构。在凸缘构件342的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊342A的方式设有3对辊342A。而且，在中心轴线O上设有三个永磁体342B。此外，一对辊342A的轴向形成为与朝向凸缘构件342的中心的大致径向相同。
如图2的(A)、图2的(B)所示，所述触针306包括凸缘部344、杆部346以及接触部348。
如图2的(A)、图2的(B)所示，凸缘部344是与凸缘构件342对应的构件。即，以与一对辊342A这两者相接触的方式，球344A以在凸缘部344的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，在凸缘部344，以与永磁体342B对应的方式配置有用于与永磁体342B相互吸引的磁性构件(也可以是永磁体)344B。
此处，如图2的(A)、图2的(B)所示，三个球344A分别与对应的一对辊342A的表面相接触。因此，在永磁体342B和磁性构件344B以预定的力相互吸引着的状态下，凸缘部344成为以六点落位于凸缘构件342的状态。也就是说，能够在实现高定位精度的同时将凸缘构件342和凸缘部344连结起来。即，凸缘部344和凸缘构件342之间处于构成了作为能够装卸的连结机构的运动接头的状态。利用该运动接头，即使反复装卸触针306与凸缘构件342，也能够实现较高的定位再现性。此外，在自横向(与轴向O正交的方向)对触针306施加了较大的力时，触针306自凸缘构件342脱落，从而能够防止探头模块304的破损。
如图2的(A)、图2的(B)所示，杆部346的基端安装于凸缘部344。在杆部346的顶端设有球形的接触部348。此外，在触针306未产生位移的基准状态下，触针306的中心轴线的方向成为Z方向(轴向O)。
接下来，使用图3说明探头信号处理部530。
如图3所示，探头信号处理部530包括A/D电路532、FPGA534以及计数电路536。A/D电路532对作为输入的模拟信号的Z两相sin波和XY位移电压进行AD变换，分别做成数字信号。即，此时的AD变换的比特数越多，则越能够实现对于触针306的位移的高动态范围化和高灵敏度化。在FPGA534中，将数字信号的XY位移电压变换为位移信号并向位置运算部550输出，并且将数字信号的Z两相sin波变换为Z两相矩形波并向计数电路536输出。然后，在计数电路536中，计量Z两相矩形波而求出Z方向的位移并向位置运算部550输出。
在本实施方式中，轴运动机构310内置于探头主体302，并且旋转运动机构334仅内置于探头模块304。因此，例如，假设在从触针306改变为触针307时，存在仅对旋转运动机构334在性能上进行改变的做法较好这样的情况。此时，通过不改变探头主体302而仅更换探头模块304，能够将例如自接触部348施加于被测物体W的力设为所期望的测量力，其结果，能够利用测量探头300实现相应的检测灵敏度和恢复力(使触针306的位移返回到原始状态的力)。相反，也能够容易地实现针对同一探头模块304更换探头主体302这样的操作。另外，在仅旋转运动机构334破损·性能降低了时，仅通过更换探头模块304就能够维持测量探头300的功能。同时，能够提高距触针306更近的旋转运动机构334的检测灵敏度。
另外，在本实施方式中，探头主体302与探头模块304利用能够互相进行定位的辊312F和球332B以能够装卸的方式连结起来。因此，即使反复装卸探头模块304，也能够以高精度再现连结位置。另外，通过预先使多个探头模块304的球332B的位置相同，能够容易地相对于探头主体302装卸多个探头模块304，并且能够实现较高的位置再现性。当然，能够进行定位的第1卡合部不限定于由辊和球构成的结构。
另外，在本实施方式中，为了实现触针306的沿XYZ方向的位移，基本上利用轴运动机构310进行沿Z方向的移动，利用旋转运动机构334进行沿XY方向的移动。因此，由于能够分别在Z方向、XY方向上分离触针306的位移，因此独立地进行Z方向、XY方向上的位移的检测较容易，从而能够实现位置运算的简化。同时，也能够分别在Z方向、XY方向上独立地设定检测精度。
另外，在本实施方式中，轴运动机构310被支承于一对相同的第1隔膜结构体314、315。因此，能够降低轴运动机构310的沿除Z方向以外的方向的位移，并能够确保沿Z方向的高移动精度。同时，与同时使用空气轴承等来作为移动构件的引导件的情况相比，能够实现快速的响应性。此外，不限于此，也可以不使用一对相同的第1隔膜结构体，而使用一个或者三个以上的第1隔膜结构体。或者，第1隔膜结构体也可以形成为互不相同的形状。
另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体302准备多个探头模块304，并使旋转构件RP位移了时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块304而不同。因此，能够设定与触针306、被测物体W一一对应的恢复力，从而能够进行沿XY方向的位移的高灵敏度检测，并且能够容易地实现检测范围的扩大等。同时，也能够降低由接触部348引起的对被测物体W的损害等。此外，不限于此，也可以不根据每个探头模块改变旋转构件RP位移了时的每单位位移量的恢复力。
另外，在本实施方式中，旋转中心RC与平衡构件338之间的距离形成为能够调整。因此，即使采用相同的平衡构件338，也能够通过调整平衡构件338的位置，针对多个触针306使连结有各自的触针306的旋转构件RP的重心位置与旋转中心RC重合。即，由于能够减少平衡构件338的种类，因此能够降低平衡构件338的制造·管理的成本。而且，若针对一个探头主体302准备多个探头模块304，则能够使用相同构件的旋转构件RP来构成具有不同的平衡的多个探头模块304，因此也能够实现探头模块304的低成本化。此外，不限于此，平衡构件的位置也可以是不可调整的形态。
另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体302准备多个探头模块304，并使平衡构件338的质量根据每个探头模块304而不同。因此，针对各触针306通过使用具备相应的平衡构件338的探头模块304，能够使连结有各自的触针306的状态下的旋转构件RP的重心位置与旋转中心RC重合。此外，在还能够进行平衡构件338的位置的调整的情况下，在一个探头主体302中，能够提供能够准确与更多的触针306对应的探头模块304。
另外，在本实施方式中，在主体外壳308设有用于检测移动构件312的位移的位移检测器328。即，被支承于主体外壳308的位移检测器328检测同样被支承于主体外壳308的(原则上不进行沿XY方向的移动、而沿Z方向移动的)移动构件312的位移。因此，即使位移检测器328不是昂贵的检测器，也能够单纯地检测移动构件312的相对于主体外壳308的一个方向上的位移。即，位移检测器328能够以高分辨率检测移动构件312的位移，易于对移动构件312的位移进行校正。同时，线性编码器等的使用也较容易，也能够实现移动构件312(即，触针306)的长行程化。此外，不限于此，也可以不在主体外壳设置位移检测器。
另外，在本实施方式中，位移检测器328输出能够进行移动构件312的相对位置的检测的相对位置检测信号(以预定的周期重复的周期信号)。因此，通过以位移检测器328构成光电式增量型线性编码器，能够在确保极长的检测范围(动态范围)的同时，避免检测灵敏度在移动构件312的移动位置处不同这样的现象。同时，通过对该相对位置检测信号进行高比特数的AD变换，能够以更高的分辨率检测Z方向上的位置。此外，不限于此，位移检测器也可以形成为不检测增量图案，而检测绝对图案。也就是说，位移检测器也可以是输出能够进行移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号的结构。或者，位移检测器也可以包括励磁线圈和差动线圈，从而构成差动变压器。
另外，在本实施方式中，在旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部设有基准构件316，且姿态检测器322内置于设有主体外壳308的探头主体302。即，由于未在探头模块304设置姿态检测器322，因此能够使探头模块304本身小型化并且低成本化。而且，基准构件316内置于探头模块304。即，与基准构件进入到探头主体的内侧这样的结构相比，能够缩短自基准构件316直到接触部348的位置为止的距离。即，能够减小根据基准构件316的位移运算得到的接触部348的位移的运算误差，从而能够高精度地求出接触部348的位置。
另外，在本实施方式中，设有使光沿着光轴OA向作为基准构件316的反射镜入射的光源318，姿态检测器322检测自反射镜反射来的反射光的相对于光轴OA进行的位移。即，姿态检测器322所进行的检测是非接触式的，因此不阻碍设有基准构件316的旋转构件RP的旋转运动，能够以高灵敏度检测旋转构件RP的位移。同时，用于检测旋转构件RP的位移的结构是光学杠杆且较简单，因此能够实现测量探头300的低成本化。此外，不限于此，姿态检测器既可以是接触式，也可以是非接触式以及利用磁等的方式。
另外，在本实施方式中，光轴OA被设置为通过旋转中心RC。因此，在由于旋转构件RP的旋转动作而产生的反射光的变化中不包含沿Z方向的位移分量，因此能够以更高的灵敏度检测旋转构件RP的位移。此外，不限于此，也可以是光轴OA不通过旋转中心RC的结构。
另外，在本实施方式中，探头主体302包括主体外壳308和移动构件312，该主体外壳308和移动构件312用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内。同时，探头模块304还包括模块外壳330和凸缘构件342，该模块外壳330和凸缘构件342也用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内。因此，例如，即使在过大的冲击沿运动接头不发挥功能的方向施加于探头模块304、触针306的情况下，也能够防止第1隔膜结构体314、315的塑性变形、破损·破坏。此外，不限于此，测量探头也可以不包括将第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的构件。
即，在本实施方式中，在使低成本化成为可能的同时能够实现与触针306对应的相应的检测灵敏度和恢复力。
列举上述实施方式说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式。即，当然能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行改进以及设计的改变。
例如，在上述实施方式中，姿态检测器322位于一对第1隔膜结构体314、315的上侧，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图8的(A)、图8的(B)所示的第2实施方式那样。在第2实施方式中，主要是仅姿态检测器的位置与第1实施方式不同，因此除与姿态检测器相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。
在第2实施方式中，如图8的(A)、图8的(B)所示，姿态检测器372配置于旋转运动机构384与一对第1隔膜结构体364、365之间。具体地说，移动构件362在Z方向上在被第1隔膜结构体364支承的位置的下方设有凹部362C。支承构件369在不与该凹部362C接触的状态下自主体外壳358的内侧侧面延伸。而且，姿态检测器372和分束器370被支承于支承构件369。因此，即使旋转构件RP的位移较大，也能够缩短基准构件366与姿态检测器372之间的距离，因此能够缩小姿态检测器372。即，能够使探头主体352更加小型化。此外，凹部362C的上端部362C1与支承构件369的上端部369A之间的距离以及凸缘部362D的上端部362DA与开口部358A的下端部358AB之间的距离以限制移动构件362的沿Z方向的位移而使一对第1隔膜结构体364、365的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。也就是说，在本实施方式中，可以说，探头主体352包括主体外壳358、移动构件362以及支承构件369，该主体外壳358、移动构件362以及支承构件369成为用于将一对第1隔膜结构体364、365的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。
此外，在上述实施方式中，轴运动机构内置于探头主体，并且旋转运动机构内置于探头模块，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图9所示的第3实施方式那样。在第3实施方式中，主要是仅轴运动机构和旋转运动机构的配置与上述实施方式相反，因此主要是除与轴运动机构和旋转运动机构的配置相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。
在第3实施方式中，如图9所示，轴运动机构410内置于探头模块404，并且旋转运动机构434内置于探头主体402。此外，在本实施方式中，也准备多个(接触部448的材质、位置、质量等不同的)触针406。而且，与触针406对应地，针对一个探头主体402，准备多个探头模块404(不是必须与触针406的数量相同)。
如图9所示，旋转运动机构434被支承于主体外壳(旋转外壳构件)408的径向内侧。旋转运动机构434的除旋转构件442的凸缘部442E以外的部分被收纳于主体外壳408的内侧。凸缘部442E不进入到探头模块404的内侧，而与探头模块404相连结。而且，如图9所示，旋转运动机构434包括旋转构件442和使旋转构件442能够相对于主体外壳408进行位移的第2隔膜结构体440。
如图9所示，旋转构件442形成为在轴心形成有中空部442B的大致圆环形状。更具体地说，旋转构件442构成为，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部442C、薄壁部442D以及凸缘部442E形成为一体。在厚壁部442C连结有第2隔膜结构体440。薄壁部442D形成于厚壁部442C的下方。此外，主体外壳408的开口部408A的开口径形成为小于厚壁部442C的外径。而且，凸缘部442E的外径形成为大于开口部408A的开口径。此处，也可以设定为，利用厚壁部442C的下端部442CA与开口部408A的上端部408AA之间的距离和凸缘部442E的上端部442EA与开口部408A的下端部408AB之间的距离来限制旋转构件442的位移，而使第2隔膜结构体440的变形量处于弹性变形的范围内。另外，也可以设定为，利用薄壁部442D的外侧面与开口部408A的内端面之间的距离来限制旋转构件442的位移，而使第2隔膜结构体440的变形量处于弹性变形的范围内(在该情况下，可以说，探头主体402包括主体外壳408和旋转构件442，该主体外壳408和旋转构件442成为用于将第2隔膜结构体440的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件)。
如图9所示，轴运动机构410被支承于模块外壳(轴外壳构件)430的径向内侧，且除移动构件412的凸缘部412E以外的部分收纳于模块外壳430的内侧。凸缘部412E不进入到触针406的内侧，而与触针406相连结。而且，如图9所示，轴运动机构410包括移动构件412和使移动构件412能够相对于模块外壳430进行位移的一对第1隔膜结构体414、415。
此外，如图9所示，在移动构件412的上端部412A配置有被设为反射镜的基准构件416，并成为经过了旋转构件442的中空部442B的光利用基准构件416进行反射的结构。另外，用于检测移动构件426的位移的位移检测器428以与设于移动构件412的侧面的基准构件426相对的方式配置于模块外壳430的内侧(即，位移检测器428内置于探头模块404)。此外，位移检测器428内置有用于向基准构件426照射光的光源。反射例如来自光源的光的反射率不同的增量图案以恒定间隔沿轴向O设于基准构件426的靠位移检测器428侧的表面。即，基准构件426形成为反射型的线性编码器的标尺。利用该基准构件426、位移检测器428以及光源，构成了如第1实施方式那样的光电式线性编码器(可以是增量型或绝对型中的任一者)。此外，位移检测器也可以不内置于探头模块。
如此，在本实施方式中，轴运动机构410内置于探头模块404，并且旋转运动机构434仅内置于探头主体402。因此，例如，在改变了触针406时，存在仅对轴运动机构410在性能上进行改变的做法较好的情况。此时，通过不改变探头主体402而仅更换探头模块404，例如通过恰当地改变检测范围，能够提高轴运动机构410的移动构件412的位移精度(直进性)(也就是说，能够以高精度仅检测移动构件412的相对于模块外壳430的相对位移)。相反，也能够容易地实现针对同一探头模块404更换探头主体402。另外，在仅轴运动机构410破损·性能降低了时，仅通过更换探头模块404就能够维持测量探头400的功能。
另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体402准备多个探头模块404，并使轴运动机构410位移了时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块404而不同。因此，能够设定与触针406、被测物体W一一对应的恢复力，从而能够进行相对于模块外壳430的朝向一个方向的位移的高灵敏度检测，并且能够容易地实现检测范围的扩大等。同时，也能够降低对被测物体W的损害等。
此外，在上述实施方式中，使用位移检测器构成了光电式增量型线性编码器，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图10所示的第4实施方式那样。在第4实施方式中，主要是仅位移检测器周边的结构与第2实施方式不同，因此主要是除位移检测器周边的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。
在第4实施方式中，如图10、图11的(A)所示，在探头主体452设有干涉光学系统IF，该干涉光学系统IF包括：光源(干涉光源部)478；参照镜475，其用于反射来自光源478的光；以及基准构件(目标镜)474，其配置于移动构件462并用于反射来自光源478的光，该干涉光学系统IF能够使分别来自参照镜475和基准构件474的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹IL。光源478和参照镜475固定于主体外壳458的内侧。光源478和配置于移动构件462的上端部462A的基准构件474沿Z方向排列，在光源478和基准构件474之间配置有分束器477。分束器477也固定于主体外壳458的内侧，整体上构成迈克尔逊型的干涉光学系统IF。
如图10、图11的(A)所示，分束器477使来自光源478的光向参照镜475的方向分支。另外，分束器477将被基准构件474反射的反射光导向与参照镜475相对且与分束器477相对的位移检测器476。同时构成为，被参照镜475反射并经过了分束器477的光向位移检测器476入射。因此，如图11的(B)所示，位移检测器476形成为能够检测干涉光学系统IF所生成的多个干涉条纹IL的相位变化PS。
此外，在图11的(C)中示出了位移检测器476所检测到的多个干涉条纹IL的光量I。此处，相位变化PS反映了基准构件474的沿Z方向的移动量。因此，通过求出该相位变化P，能够求出移动构件462的沿Z方向的位移量。此时，由于多个干涉条纹IL是由干涉光构成的且是周期性的，因此能够高精度地求出相位变化P(在本实施方式中，位移检测器476也能够做成输出能够进行移动构件462的相对位置的检测的相对位置检测信号的结构)。
也就是说，在本实施方式中，能够以比上述实施方式更高精度求出移动构件462的沿Z方向的位移。同时，该多个干涉条纹IL的光量I的周期1/F反映了基准构件474的倾斜。因此，通过求出该周期1/F的变化，能够求出移动构件462的朝向XY方向的轻微倾斜。也就是说，在本实施方式中，由于还能够根据位移检测器476的输出来求出伴随着移动构件462的沿Z方向的位移而产生的、移动构件462的朝向XY方向的轻微倾斜，因此能够更高精度地求出接触部498的沿XY方向的位移。此外，并不是仅本实施方式的干涉光学系统IF能够求出移动构件462的朝向XY方向的倾斜，从原理上来说即使是在其它实施方式中所示的位移检测器也能够求出朝向XY方向的倾斜。另外，在本实施方式中，假定仅使用一个波长，但在使用两个波长以上的情况下，位移检测器能够输出能够进行移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。
此外，在上述实施方式中，构成为容许移动构件的、在改变了触针时随着触针的质量变化而进行的沿轴向O的位移，但本发明不限定于此。例如也可以是如图12的(A)所示的第5实施方式那样。在第5实施方式中，主要是仅探头主体与探头模块之间的连结状态与第2实施方式不同，因此主要是除探头主体与探头模块的周边的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。
在第5实施方式中，如图12的(A)所示，探头模块704包括平衡机构731和与触针706的质量对应的平衡配重731C。平衡机构731构成为，被支承于主体外壳(轴外壳构件)708，并借助模块外壳(旋转外壳构件)730取得触针706与平衡配重731C之间在Z方向上的平衡。平衡机构731形成为能够作为探头模块704的一部分进行装卸。
具体地说明的话，如图12的(A)所示，主体外壳708具备延伸部708A，其为圆筒形状，并以覆盖直到探头模块704的外周下端为止的范围的方式向Z方向下方延伸。而且，在延伸部708A的内侧，以在周向上隔开相等间隔的方式在三个以上的位置设有永磁体708B。
另一方面，如图12的(A)所示，平衡机构731以与永磁体708B的位置和数量对应的方式设于模块外壳730的三个以上的位置。平衡机构731包括支承构件731A、支承轴731B以及连结轴731D。在支承构件731A的上表面设有能够吸附于永磁体708B的磁性构件(也可以是磁铁)731AA。支承轴731B固定于支承构件731A，并在重心位置偏离了支承轴731B的状态下连结有平衡配重731C。在平衡配重731C，在与Z方向正交的方向上设有连结轴731D，连结轴731D的顶端连结于模块外壳730。
由此，在本实施方式中，能够针对一个探头主体702准备多个探头模块704，并使平衡配重731C的质量根据每个探头模块704而不同。也就是说，在更换了触针706时，通过使用设有与该触针706的质量对应的平衡配重731C的探头模块704，能够利用主体外壳708直接接受触针706的质量的增减的量。即，能够防止由于触针706的不同而可能产生的移动构件712的初始位置的Z方向上的变动。也就是说，在本实施方式中，与上述实施方式相比，能够缩小移动构件712的可动范围，从而能够实现探头主体702的进一步的小型化。同时，由于能够缩小检测范围(动态范围)，因此能够以更高的分辨率检测移动构件712的位移量。
此外，图12的(B)表示作为第5实施方式的变形的第6实施方式。此处，不是主体外壳以一体的方式设置圆筒形状的延伸部，而是构成为，平衡机构781的支承构件781A形成为圆环形状并作为探头模块754的一部分能够自探头主体752分离。
如图12的(B)所示，在主体外壳758的开口部758A的外周以在周向上每隔120度设置一对辊758B(第1卡合部)的方式设有3对辊758B。而且，在移动构件762的、位于辊758B的径向内侧的凸缘部762D设有圆环形状的永磁体762E。而且，如图12的(B)、图13的(A)所示，将与辊758B对应的球781F设于支承构件781A的凸缘部781E(此外，凸缘部781E支承着支承轴781B)。另外，如图12的(B)、图13的(A)、图13的(B)所示，将与永磁体762E对应的磁性构件780A设于模块外壳780。
也就是说，在本实施方式中，与第5实施方式不同，从凸缘部762D去除了一对辊并且去掉了外壳盖，并将与辊758B对应的球781F设于模块外壳780的外侧的支承构件781A。因此，在本实施方式中，能够使轴运动机构760和旋转运动机构784轻量化。此外，如图13的(C)所示，与凸缘构件792的永磁体792B对应的磁性构件(也可以是永磁体)794B形成为环状，并配置于比凸缘部794的球794A所配置的径向位置靠内侧的位置。
此外，在第3实施方式中，姿态检测器422被内置于探头主体402，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图14所示的第7实施方式那样。第7实施方式正是第3实施方式的探头主体402形成为能够在轴向O上在分束器420与旋转构件442之间分离的形态。也就是说，主要是仅姿态检测器的位置与第3实施方式不同，因此主要是除与姿态检测器的位置相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。
在第7实施方式中，如图14所示，该测量探头具备前级模块801，该前级模块801利用能够进行定位的辊801BB和球807B(第2卡合部)以能够装卸的方式连结并支承用于支承旋转运动机构834的主体外壳808。而且，姿态检测器822内置于前级模块801。
具体地说，如图14所示，前级模块801包括前级外壳801A、光源818、分束器820以及姿态检测器822。前级外壳801A将光源818、分束器820以及姿态检测器822支承在径向内侧，并在下端设有下盖801B。下盖801B形成为在中心设有开口部801BA的凸缘形状。如图14所示，在下盖801B的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊801BB的方式设有3对辊801BB。而且，以在周向上相位与辊801BB的相位错开60度的状态设有三个永磁体801BC。也就是说，前级外壳801A利用能够定位的辊801BB和球807B以能够装卸的方式连结并支承主体外壳808。而且，前级外壳801A是收纳着姿态检测器822的结构。
如图14所示，探头主体802包括上盖807、主体外壳808以及旋转运动机构834。如图14所示，上盖807形成为在中心设有开口部807A的凸缘形状。上盖807是与下盖801B对应的构件(因此，利用开口部807A，确保了向基准构件816的入射光和来自基准构件816的反射光的光路)。另外，以与一对辊801BB这两者相接触的方式，球807B以在上盖807的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，以与永磁体801BC对应的方式配置有磁性构件(也可以是永磁体)807C。即，下盖801B与上盖807处于构成了作为能够装卸的连结机构的运动接头的状态。利用该运动接头，即使反复装卸下盖801B和探头主体802，也能够实现较高的定位再现性。
如此，在本实施方式中，为如下形态：在探头主体802仅内置有旋转运动机构834，并且在前级模块801内置有光源818、分束器820以及姿态检测器822。因此，仅改变旋转运动机构834变得容易，并且，对前级模块801进行改变也较容易。也就是说，能够相互独立地对旋转运动机构834和姿态检测器822做出性能改变、相互独立地对旋转运动机构834和姿态检测器822进行更换，从而能够降低其成本。另外，例如，也能够不安装探头主体802而将探头模块804直接安装于前级模块801，并利用姿态检测器822的输出检查探头模块804的直进性等。此外，在本实施方式中，轴运动机构810直接支承触针806，但可以是如第1实施方式等那样在旋转构件RP直接支承触针的情况下设置有前级模块的形态。而且，也可以是位移检测器也内置于前级模块的结构。
另外，在上述实施方式中，未示出对触针的位移进行阻尼的结构，但本发明不限定于此。例如，也可以采用如下结构：在第1壁构件与移动构件之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第1粘性材料FV，该第1壁构件与轴外壳构件形成为一体且与该移动构件相对地配置。例如，在图2的(A)中，能够用附图标记309A表示以虚线示出的第1壁构件。此处的“填充”是指，在Z方向上的至少一个位置处第1粘性材料FV以无间隙地配置的方式填满第1壁构件309A与移动构件312之间(不是必须轴对称地填充)。由此，至少第1粘性材料FV能够对移动构件312的相对于第1壁构件309A的位移进行阻尼，并降低伴随着测量探头300的移动而产生的、朝向Z方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头300的高灵敏度化而产生的噪声的增强。
不仅对于Z方向，对于XY方向也能够采用这样的结构。例如存在如下情况：在第2壁构件与第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第2粘性材料SV，该第2壁构件以与旋转外壳构件形成为一体的方式配置。例如，在图2的(A)中，能够用附图标记309B表示以虚线示出的第2壁构件。此处的“填充”是指，在XY方向上的至少一个位置处第2粘性材料SV以无间隙地配置的方式填满第2壁构件309B与第2隔膜结构体340(或者，通过恰当地配置第2壁构件也可以是旋转构件RP)之间(不是必须轴对称地填充)。由此，至少第2粘性材料SV能够对旋转构件RP的相对于第2壁构件309B的位移进行阻尼，并降低伴随着测量探头300的移动而产生的、朝向XY方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头300的高灵敏度化而产生的噪声的增强。也就是说，利用第1粘性材料FV和第2粘性材料SV，即使测量探头300进行高速移动，也能够抑制噪声的增强。此外，此时，由于相互独立地具有Z方向上的阻尼构造和XY方向上的阻尼构造，因此能够相互独立地改变第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，能够在Z方向上和XY方向上相互独立地使阻尼特性最佳化。
另外，在上述实施方式中，测量探头被作为仿形探头来使用，但本发明不限定于此，例如也可以作为接触式探头来使用。
产业上的可利用性
本发明能够广泛地应用于为了检测被测物体的三维形状而使用的测量探头。
对本领域技术人员来说上述实施方式的说明仅仅是说明性的，仅用于说明本发明的原则。本领域技术人员在不脱离本发明的主旨和保护范围的情况下能够可以得到各种改变。
本申请引用了2015年年3月5日提出申请的包含说明书、附图和权利要求书的日本特愿2015-043034的整个公开内容作为参考。

Claims (35)

1.一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件利用相对于旋转中心的旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其特征在于，
该测量探头包括：
探头主体，其用于内置所述旋转运动机构；以及
探头模块，其被支承于该探头主体，并用于内置所述轴运动机构，并支承所述触针，
所述探头主体与所述探头模块利用能够互相进行定位的第1卡合部以能够装卸的方式连结起来。
2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，所述移动构件进行了位移时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块而不同。
3.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头包括用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件，在该轴外壳构件设有用于检测所述移动构件的位移的位移检测器。
4.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的相对位置的检测的相对位置检测信号。
5.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。
6.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
在所述轴外壳构件设有干涉光学系统，该干涉光学系统包括：干涉光源部；参照镜，其用于反射来自该干涉光源部的光；以及目标镜，其配置于所述移动构件，并且用于反射来自该干涉光源部的光，该干涉光学系统能够使分别来自该参照镜和该目标镜的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹，
所述位移检测器形成为能够检测该干涉光学系统所生成的所述多个干涉条纹的相位变化。
7.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头包括前级模块，该前级模块利用能够进行定位的第2卡合部以能够装卸的方式连结并支承所述探头主体，
在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述前级模块。
8.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述探头主体。
9.根据权利要求8所述的测量探头，其特征在于，
所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，
在该轴运动机构内置于所述探头主体并且所述旋转运动机构内置于所述探头模块时，
所述姿态检测器配置于该旋转运动机构与该多个第1隔膜结构体之间。
10.根据权利要求7所述的测量探头，其特征在于，
所述基准构件被设为用于反射光的反射镜，
该测量探头设有用于使光沿着光轴向该反射镜入射的光源部，
所述姿态检测器用于检测自该反射镜反射来的反射光的相对于该光轴进行的位移。
11.根据权利要求10所述的测量探头，其特征在于，
所述光轴被设置为通过所述旋转运动机构的旋转中心。
12.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，
该测量探头具备将该多个第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。
13.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，
该测量探头具备将该第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。
14.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
在第1壁构件与该移动构件之间的间隙的至少局部填充有第1粘性材料，该第1壁构件与用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件形成为一体且与所述移动构件相对地配置。
15.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，
在第2壁构件与该第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部或该第2壁构件与所述旋转构件之间的间隙的至少局部填充有第2粘性材料，该第2壁构件与用于支承该旋转运动机构的旋转外壳构件形成为一体。
16.一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件利用旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其特征在于，
该测量探头包括：
探头主体，其用于内置所述轴运动机构；以及
探头模块，其被支承于该探头主体，并用于内置所述旋转运动机构，并支承所述触针，
所述探头主体与所述探头模块利用能够互相进行定位的第1卡合部以能够装卸的方式连结起来。
17.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，所述旋转构件进行了位移时的每单位位移量的恢复力根据每个探头模块而不同。
18.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，该旋转中心与该平衡构件之间的距离形成为能够调整。
19.根据权利要求18所述的测量探头，其特征在于，
针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，所述旋转中心与所述平衡构件之间的距离根据每个探头模块而不同。
20.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，该平衡构件的质量根据每个探头模块而不同。
21.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
所述探头模块包括：
平衡配重，其与所述触针的质量对应；以及
平衡机构，其被支承于用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件，并用于取得所述触针与该平衡配重之间的平衡。
22.根据权利要求21所述的测量探头，其特征在于，
针对一个所述探头主体准备多个所述探头模块，所述平衡配重的质量根据每个探头模块而不同。
23.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头包括用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件，在该轴外壳构件设有用于检测所述移动构件的位移的位移检测器。
24.根据权利要求23所述的测量探头，其特征在于，
所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的相对位置的检测的相对位置检测信号。
25.根据权利要求23所述的测量探头，其特征在于，
所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。
26.根据权利要求23所述的测量探头，其特征在于，
在所述轴外壳构件设有干涉光学系统，该干涉光学系统包括：干涉光源部；参照镜，其用于反射来自该干涉光源部的光；以及目标镜，其配置于所述移动构件，并且用于反射来自该干涉光源部的光，该干涉光学系统能够使分别来自该参照镜和该目标镜的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹，
所述位移检测器形成为能够检测该干涉光学系统所生成的所述多个干涉条纹的相位变化。
27.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头包括前级模块，该前级模块利用能够进行定位的第2卡合部以能够装卸的方式连结并支承所述探头主体，
在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述前级模块。
28.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器内置于所述探头主体。
29.根据权利要求28所述的测量探头，其特征在于，
所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，
在该轴运动机构内置于所述探头主体并且所述旋转运动机构内置于所述探头模块时，
所述姿态检测器配置于该旋转运动机构与该多个第1隔膜结构体之间。
30.根据权利要求27所述的测量探头，其特征在于，
所述基准构件被设为用于反射光的反射镜，
该测量探头设有用于使光沿着光轴向该反射镜入射的光源部，
所述姿态检测器用于检测自该反射镜反射来的反射光的相对于该光轴进行的位移。
31.根据权利要求30所述的测量探头，其特征在于，
所述光轴被设置为通过所述旋转运动机构的旋转中心。
32.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，
该测量探头具备将该多个第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。
33.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，
该测量探头具备将该第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。
34.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
在第1壁构件与该移动构件之间的间隙的至少局部填充有第1粘性材料，该第1壁构件与用于支承所述轴运动机构的轴外壳构件形成为一体且与所述移动构件相对地配置。
35.根据权利要求16所述的测量探头，其特征在于，
所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，
在第2壁构件与该第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部或该第2壁构件与所述旋转构件之间的间隙的至少局部填充有第2粘性材料，该第2壁构件与用于支承该旋转运动机构的旋转外壳构件形成为一体。
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