DE202015009866U1 - Messsonde - Google Patents

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Abstract

Messsonde (300, 350, 400, 450, 700, 850, 950) umfassend einen Taster (306, 356, 406, 456, 706, 856, 956) mit einem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898), 998) zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt (W), einen Axialbewegungsmechanismus (310, 360, 410, 460, 710, 860, 960) mit einem Bewegungselement (312, 362, 412, 462, 712, 862), 962), das es dem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898, 998) ermöglicht, sich in einer Axialrichtung (0) zu bewegen, und einen Drehbewegungsmechanismus (334, 384, 434, 484, 734, 884, 984) mit einem Drehelement (RP), das es dem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898, 998) ermöglicht, sich entlang einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung (O) mittels einer Drehbewegung zu bewegen, wobei
der Axialbewegungsmechanismus (310, 360, 410, 460, 710, 860, 960) eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) umfasst, die es dem Bewegungselement (312, 362, 412, 462, 712, 862, 962) ermöglichen, verschoben zu werden, und der Drehbewegungsmechanismus (334, 384, 434, 484, 734, 884, 984) eine zweite Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) umfasst, die es dem Drehelement (RP) ermöglicht, verschoben zu werden,
die zweite Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) in Axialrichtung (O) zwischen der Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) angeordnet ist,
die Anzahl der ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) auf eine gerade Zahl eingestellt ist, und
die jeweiligen ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messsonde und insbesondere eine Messsonde, die in der Lage ist, eine reduzierte Länge in einer Axialrichtung und ein reduziertes Gewicht sowie reduzierte Formfehler und eine verbesserte Messgenauigkeit zu erreichen.
  • Eine dreidimensionale Messmaschine ist z.B. als Messapparat zur Messung einer Oberflächenform eines zu messenden Objekts durch Berührung mit dessen Oberfläche bekannt. Das japanische Patent Nr. 4417114 (im Folgenden als Patentliteratur 1 bezeichnet) beschreibt eine dreidimensionale Messmaschine, die eine Messsonde verwendet, die mit einem zu messenden Objekt in Kontakt kommt, um dessen Oberflächenform zu erfassen. Die in der Patentliteratur 1 dargestellte Messsonde umfasst: einen Taster mit einem Kontaktteil, das mit einem zu messenden Objekt (einer Oberfläche) in Kontakt kommt; einen Axialbewegungsmechanismus mit einem Bewegungselement, das dem Kontaktteil ermöglicht, sich in einer Mittelachsenrichtung (auch als Z-Richtung oder axiale Richtung O bezeichnet) der Messsonde zu bewegen; und einen Drehbewegungsmechanismus mit einem Drehelement, das dem Kontaktteil ermöglicht, sich mittels einer Drehbewegung entlang einer zur Z-Richtung senkrechten Oberfläche zu bewegen. In der Patentliteratur 1 sind der Axialbewegungsmechanismus und der Drehbewegungsmechanismus in Reihe geschaltet und deren Richtungen, in denen sich das Kontaktteil des Tasters bewegen kann, sind so eingestellt, dass diese sich voneinander unterscheiden.
  • Gemäß der in den 3A und 3B in Patentliteratur 1 beschriebenen Messsonde ist jedoch ein Paar Membranstrukturen (Federn 64 und 66), die den Axialbewegungsmechanismus bilden, auf einer Seite näher an einer Spitze 46 angeordnet als ein kardanisches Lager 58, welches das Drehzentrum des Drehbewegungsmechanismus in Axialrichtung ist. Dadurch hat die Messsonde in Axialrichtung zwangsläufig eine größere Länge. Da sich das Paar Membranstrukturen exzentrisch in einem unteren Teil der Messsonde befindet, weist ein Ausgleichselement, das den Schwerpunkt mit dem Rotationszentrum deckungsgleich macht, eine große Masse auf. Außerdem ist ein Abstand zwischen dem Rotationszentrum des Drehbewegungsmechanismus und dem an der Spitze des Tasters angeordneten Kontaktteil (als Schwenklänge bezeichnet) aufgrund des Vorhandenseins des Paars Membranstrukturen lang, und daher besteht die Möglichkeit eines erhöhten Fehlers bei der Erzielung eines Verschiebungsbetrags des Kontaktteils auf der Grundlage der Bewegung des Drehbewegungsmechanismus und der Bewegung des Axialbewegungsmechanismus. Mit anderen Worten, es ist schwierig, einen Messfehler bei der Messung eines zu messenden Objekts W zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme in der konventionellen Technik zu lösen, und ein Ziel davon ist es, eine Messsonde bereitzustellen, die in der Lage ist, eine reduzierte Länge in Axialrichtung und ein reduziertes Gewicht sowie reduzierte Formfehler und eine verbesserte Messgenauigkeit zu erreichen.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Messsonde vor, umfassend: einen Taster mit einem Kontaktteil zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt; einen Axialbewegungsmechanismus mit einem Bewegungselement, das es dem Kontaktteil ermöglicht, sich in einer Axialrichtung zu bewegen; und einen Drehbewegungsmechanismus mit einem Drehelement, das es dem Kontaktteil ermöglicht, sich mittels einer Drehbewegung entlang einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung zu bewegen. Die Messsonde löst die oben beschriebenen Probleme, indem sie eingerichtet wird, dass: der Axialbewegungsmechanismus eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen enthält, die eine Verschiebung des Bewegungselements ermöglichen, und der Drehbewegungsmechanismus eine zweite Membranstruktur enthält, die eine Verschiebung des Drehelements ermöglicht; die zweite Membranstruktur zwischen der Vielzahl von ersten Membranstrukturen in Axialrichtung angeordnet ist; die Anzahl der ersten Membranstrukturen auf eine gerade Zahl eingestellt ist; und die jeweiligen ersten Membranstrukturen in einem symmetrischen Abstand in Bezug auf die zweite Membranstruktur angeordnet sind.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Messsonde vor, umfassend: einen Taster mit einem Kontaktteil zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt; einen Axialbewegungsmechanismus mit einem Bewegungselement, das es dem Kontaktteil ermöglicht, sich in einer Axialrichtung zu bewegen; und einen Drehbewegungsmechanismus mit einem Drehelement, das es dem Kontaktteil ermöglicht, sich mittels einer Drehbewegung entlang einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung zu bewegen. Die Messsonde löst die oben beschriebenen Probleme, indem diese eingerichtet ist, dass: der Axialbewegungsmechanismus eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen aufweist, die eine Verschiebung des Bewegungselements ermöglichen, und der Drehbewegungsmechanismus eine zweite Membranstruktur aufweist, die eine Verschiebung des Drehelements ermöglicht; die zweite Membranstruktur zwischen der Vielzahl von ersten Membranstrukturen in Axialrichtung angeordnet ist; und wenn ein bestimmter Typ der Taster durch das Drehelement abgestützt ist, der Schwerpunkt von Elementen, die durch die zweite Membranstruktur abgestützt sind, mit einem Rotationszentrum des Drehbewegungsmechanismus zusammenfällt.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß dem zweiten Aspekt bereit, wobei die Anzahl der ersten Membranstrukturen auf eine gerade Anzahl eingestellt ist und die jeweiligen ersten Membranstrukturen in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur angeordnet sind.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, wobei der Axialbewegungsmechanismus den Drehbewegungsmechanismus trägt.
  • Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte bereit, wobei der Drehbewegungsmechanismus den Axialbewegungsmechanismus trägt.
  • Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, wobei das Drehelement ein Ausgleichselement auf einer Seite gegenüber dem Taster in Bezug auf ein Drehzentrum des Drehbewegungsmechanismus umfasst und ein Abstand zwischen dem Drehzentrum und dem Ausgleichselement einstellbar ist.
  • Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebenen Messsonde bereit, umfassend: ein Ausgleichsgewicht, das der Masse des Tasters entspricht; und einen Ausgleichsmechanismus, der von einem Axialelementgehäuseteil zum Tragen des Axialbewegungsmechanismus getragen ist, wobei der Ausgleichsmechanismus den Taster und das Ausgleichsgewicht im Gleichgewicht hält.
  • Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde mit einem Axialelementgehäuseteil bereit, das den Axialbewegungsmechanismus trägt, und wobei das Axialelementgehäuseteil mit einem Verschiebungsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Bewegungselements versehen ist.
  • Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß dem achten Aspekt bereit, wobei der Verschiebungsdetektor ein Relativpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erfassung einer Relativposition des Bewegungselements ermöglicht.
  • Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß dem achten Aspekt bereit, wobei der Verschiebungsdetektor ein Absolutpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erfassung einer Absolutposition des Bewegungselements ermöglicht.
  • Ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß einem der achten bis zehnten Aspekte bereit, wobei das Axialelementgehäuseteil mit einem optischen Interferenzsystem versehen ist, das eine Interferenzlichtquelle, einen Referenzspiegel zum Reflektieren von Licht von der Interferenzlichtquelle und einen Zielspiegel, der in dem Bewegungselement zum Reflektieren von Licht von der Interferenzlichtquelle angeordnet ist, umfasst, wobei das optische Interferenzsystem in der Lage ist, eine Interferenz von reflektiertem Licht von dem Referenzspiegel und dem Zielspiegel zu erzeugen, um eine Vielzahl von Interferenzstreifen zu erzeugen, und der Verschiebungsdetektor eine Phasenverschiebung der Vielzahl von Interferenzstreifen erfassen kann, die in dem optischen Interferenzsystem erzeugt werden.
  • Ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebenen Messsonde bereit, die ein vorhergehendes Gehäuseelement umfasst, das ein Gehäuseelement, welches das Bewegungselement und das Drehelement trägt, mit einem Eingriffsteil, das in der Lage ist, das Gehäuseelement zu positionieren, abnehmbar koppelt und trägt, und wobei ein Referenzelement an einem dem Taster gegenüberliegenden Ende eines der Drehelemente und eines Elements, das von dem Drehelement getragen ist, vorgesehen ist, und ein Ausrichtungsdetektor zum Erfassen einer Verschiebung des Referenzelements entsprechend einer Drehbewegung des Tasters in dem vorhergehenden Gehäuseelement untergebracht ist.
  • Ein dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebenen Messsonde gemäß einem der ersten bis elften Aspekte bereit, wobei ein Referenzelement an einem dem Taster gegenüberliegenden Ende eines der Drehelemente und eines Elements, das von dem Drehelement getragen ist, vorgesehen ist, und ein Ausrichtungsdetektor zum Erfassen der Verschiebung des Referenzelements, der einer Drehbewegung des Tasters entspricht, in einem Gehäuseelement untergebracht ist, welches das Bewegungselement und das Drehelement trägt.
  • Ein vierzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß einem der zwölften und dreizehnten Aspekte bereit, wobei das Referenzelement ein reflektierender Spiegel zur Lichtreflexion ist, die Messsonde eine Lichtquelle umfasst, um Licht auf den reflektierenden Spiegel entlang einer optischen Achse einfallen zu lassen, und der Ausrichtungsdetektor die Verschiebung des vom reflektierenden Spiegel reflektierten Lichts von der optischen Achse detektiert.
  • Ein fünfzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde gemäß dem vierzehnten Aspekt bereit, wobei die optische Achse so vorgesehen ist, dass diese durch das Rotationszentrum des Drehbewegungsmechanismus verläuft.
  • Ein sechzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, die ein erstes Begrenzungselement zum Begrenzen eines Verformungsbetrags in der Vielzahl von ersten Membranstrukturen innerhalb eines Bereichs der elastischen Verformung umfasst.
  • Ein siebzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, die ein zweites Begrenzungselement zum Begrenzen eines Verformungsbetrags in der zweiten Membranstruktur innerhalb eines Bereichs elastischer Verformung umfasst.
  • Ein achtzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, wobei wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen einem ersten Wandelement, das so angeordnet ist, dass dieses dem Bewegungselement zugewandt ist und integral mit dem Axialelementgehäuseteil zum Abstützen des Axialbewegungsmechanismus ist, und dem Bewegungselement mit einem ersten viskosen Material gefüllt ist.
  • Ein neunzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die oben beschriebene Messsonde bereit, wobei wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen einem zweiten Wandelement, das so angeordnet ist, dass dieses integral mit einem Drehelementgehäuseteil zum Abstützen des Drehbewegungsmechanismus ist, und der zweiten Membranstruktur oder dem Drehelement mit einem zweiten viskosen Material gefüllt ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine reduzierte Länge in Axialrichtung und ein reduziertes Gewicht sowie reduzierte Formfehler und eine verbesserte Messgenauigkeit zu erreichen. Diese und andere neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben, wobei gleichartige Elemente in den Abbildungen durchgehend mit gleichartigen Bezugsziffern bezeichnet sind, und wobei
    • 1 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel eines Messsystems darstellt, das eine Messsonde gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
    • 2A ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt der Messsonde gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt, und 5B ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer zweiten Ausführungsform, die eine Variation der vorliegenden Ausführungsform ist, darstellt;
    • 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung der Messsonde und deren Peripherie darstellt;
    • 4A ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel einer ersten Membranstruktur darstellt, die in einem Axialbewegungsmechanismus der Messsonde verwendet wird, 4B ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer zweiten Membranstruktur darstellt, die in einem Drehbewegungsmechanismus der Messsonde verwendet wird, und 4C ist ein Funktionsdiagramm der zweiten Membranstruktur, die in dem Drehbewegungsmechanismus verwendet wird;
    • 5 ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 6A ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie (A)-(A), verschoben von einer zentralen Achse O in 6B, darstellt, und 6B ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der zentralen Achse O darstellt;
    • 7A ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung von Komponenten in einem optischen Interferenzsystem gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 7B zeigt, wie interferierendes Licht auf einen Verschiebungsdetektor im optischen Interferenzsystem einfällt gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7C ist ein Diagramm, das die Phasen und Frequenzen von interferierendem Licht zeigt, das durch den Verschiebungsdetektor im optischen Interferenzsystem detektiert wird gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 8A ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 9A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Taster und ein Ausgleichsmechanismus gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, 9B ist eine schematische Ansicht von oben, die den Taster und den Ausgleichsmechanismus gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 9C ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Taster und den Ausgleichsmechanismus gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 10 ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 11A ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 11B ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
    • 12 ist eine schematische Abbildung, die einen Querschnitt einer Messsonde gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben.
  • Die erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
  • Zunächst wird die allgemeine Ausgestaltung eines Messsystems 100 beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst das Messsystem 100: eine dreidimensionale Messmaschine 200, die eine Messsonde 300 bewegt; ein Bedienteil 110 mit manuell betätigten Joysticks 111 und einer Bewegungssteuerung 500, welche die Bewegungen der dreidimensionalen Messmaschine 200 steuert. Das Messsystem 100 umfasst ferner: einen Host-Computer 600, der die dreidimensionale Messmaschine 200 über die Bewegungssteuerung 500 bedient und die von der dreidimensionalen Messmaschine 200 erhaltenen Messdaten verarbeitet, um beispielsweise die Dimension und Form eines zu messenden Objekts W zu bestimmen; eine Eingabeeinheit 120 zur Eingabe beispielsweise von Messbedingungen; und eine Ausgabeeinheit 130 zur Ausgabe eines Messergebnisses.
  • Komponenten des Messsystems 100 werden im Folgenden beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst die dreidimensionale Messmaschine 200: die Messsonde 300; eine Oberflächenplatte 210; einen Antriebsmechanismus 220, der auf der Oberflächenplatte 210 vorgesehen ist, um die Messsonde 300 dreidimensional zu bewegen; und einen Antriebssensor 230, der einen Antriebsbetrag des Antriebsmechanismus 220 erfasst.
  • Wie in 2A dargestellt, umfasst die Messsonde 300: einen Taster 306, einen Axialbewegungsmechanismus 310 und einen Drehbewegungsmechanismus 334. Wenn ein Kontaktteil 348 des Tasters 306 mit einer Oberfläche S des zu messenden Objekts W in Kontakt kommt, kann ein Kontaktteil 348 des Tasters 306 mit Hilfe des Axialbewegungsmechanismus 310 und des Drehbewegungsmechanismus 334 dessen Position in drei Richtungen entlang der Form der Oberfläche S frei ändern.
  • Die allgemeine Ausgestaltung der Messsonde 300 wird unter Bezugnahme auf 2A näher beschrieben. Beachte, dass zur Veranschaulichung die Längsrichtung in der Papierebene in 2A als Z-Richtung, die horizontale Richtung in der Papierebene als X-Richtung und die zur Papierebene senkrechte Richtung als Y-Richtung definiert ist. Somit fällt die Richtung einer Mittelachse O (Axialrichtung O) der Messsonde 300 mit der Z-Richtung zusammen.
  • Wie in 2A dargestellt, umfasst die Messsonde 300: den Taster 306 mit dem Kontaktteil 348, zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt W; den Axialbewegungsmechanismus 310 mit einem Bewegungselement 312, das es dem Kontaktteil 348 ermöglicht, sich in der Axialrichtung O zu bewegen; und den Drehbewegungsmechanismus 334 mit einem Drehelement RP, das es dem Kontaktteil 348 ermöglicht, sich durch eine Drehbewegung entlang der Ebene senkrecht zur Axialrichtung O zu bewegen. Der Axialbewegungsmechanismus 310 und der Drehbewegungsmechanismus 334 sind in einem Sondenhauptkörper 302 aufgenommen und tragen den Taster 306. Das Abstützen des Axialbewegungsmechanismus 310 durch den Drehbewegungsmechanismus 334 im Sondenhauptkörper 302 führt zum direkten Abstützen des Tasters 306 durch das Bewegungselement 312. Eine Vielzahl von Tastern 306 (mit den Kontaktteilen 348 zum Beispiel aus unterschiedlichen Materialien, an unterschiedlichen Positionen oder mit unterschiedlicher Masse) sind vorbereitet.
  • Die Messsonde 300 wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
  • Wie in 2A gezeigt, umfasst der Sondenhauptkörper 302: ein Hauptkörpergehäuse (Drehelementgehäuseteil) 308; den Drehbewegungsmechanismus 334; den Axialbewegungsmechanismus 310; einen Ausrichtungsdetektor 322; einen Verschiebungsdetektor 326; und eine Signalverarbeitungsschaltung 329 (3).
  • Wie in 2A dargestellt, weist das Hauptkörpergehäuse 308 eine zylindrische Form mit einem Deckel auf und umfasst an dessen unteren Ende eine Öffnung 308A. Das Hauptkörpergehäuse 308 trägt und enthält den Drehbewegungsmechanismus 334 radial innerhalb desselben.
  • Wie in 2A dargestellt, umfasst der Drehbewegungsmechanismus 334: ein Drehelement 336 (RP) ; und eine zweite Membranstruktur 340, die es ermöglicht, das Drehelement 336 in Bezug auf das Hauptkörpergehäuse 308 zu verschieben.
  • Wie in 2A dargestellt, ist das Drehelement 336 ein Element, das von der zweiten Membranstruktur 340 getragen wird. Mit Ausnahme eines Stützteil 336AA weist das Drehelement 336 eine im Wesentlichen sanduhrförmige Gestalt, die in Axialrichtung O symmetrisch um die zweite Membranstruktur 340 ist. Das Drehelement 336 umfasst integral: zwei Ringabschnitte 336A; zwei Verbindungsabschnitte 336B; zwei Zylinderabschnitte 336C; und zwei Verbindungsabschnitte 336D. Der Ringabschnitt 336A hat eine Ringform. Periphere Abschnitte der ersten Membranstrukturen 314 und 315 (später beschrieben) sind an den Ringabschnitten 336A befestigt. Die Verbindungsabschnitte 336B erstrecken sich radial innerhalb der Ringabschnitte 336A, so dass diese den ersten Membranstrukturen 314 und 315 gegenüberliegen. Jeder der Zylinderabschnitte 336C hat um dessen axiale Mitte einen Hohlraum. Die Zylinderabschnitte 336C sind einstückig mit den Verbindungsabschnitten 336B vorgesehen. Die beiden Verbindungsabschnitte 336D sind miteinander gekoppelt, wobei die zweite Membranstruktur 340 dazwischen angeordnet ist. Genauer gesagt ist die zweite Membranstruktur 340 in der Axialrichtung O zwischen dem Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 angeordnet, und das Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 ist in einem symmetrischen Abstand in Bezug auf die zweite Membranstruktur 340 angeordnet (beachte, dass ein vollständig symmetrischer Abstand nicht erforderlich ist, aber z.B. Konstruktions- oder Herstellungsfehler toleriert werden). Auf diese Weise kann das Rotationszentrum des Bewegungselements 312 (später beschrieben), das durch das Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 erzeugt wird, mit dem Rotationszentrum RC des Drehbewegungsmechanismus 334 in Übereinstimmung gebracht werden. Das Stützteil 336AA erstreckt sich von einem Abschnitt des Ringabschnitts 336A in einem Bereich außerhalb der Axialrichtung O und trägt den Verschiebungsdetektor 326.
  • Beachte, dass das Zeichen Lh einen Abstand zwischen den ersten Membranstrukturen 314 und 315 bezeichnet, die von dem Drehelement 336 getragen werden, wie in 2A gezeigt. Das Zeichen Lw bezeichnet einen Durchmesser der inneren Umfangsfläche der Ringabschnitte 336A, an denen die ersten Membranstrukturen 314 und 315 befestigt sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand Lh größer als das Doppelte des Durchmessers Lw eingestellt (Lh > 2*Lw). So kann bei einem Auslenkungsbetrag des Bewegungselements 312 durch die ersten Membranstrukturen 314 und 315 ein Prozentsatz einer Bewegungskomponente auf einer Mittelachse des Drehelements 336 grösser gemacht werden als der einer Rotationskomponente in Bezug auf die Mittelachse des Drehelements 336. Dadurch kann in der vorliegenden Ausführungsform die unidirektionale Verschiebungsgenauigkeit des Bewegungselements 312 verbessert werden (eine hohe Genauigkeit der geradlinigen Bewegung kann gewährleistet werden) (der Abstand Lh ist nicht darauf beschränkt, sondern kann kleiner oder gleich dem doppelten Durchmesser Lw sein) . Beachte, dass eine solche Beziehung auf alle Ausführungsformen angewendet werden kann.
  • Wie in 2A dargestellt, wird ein Abstand zwischen einer äußeren Seitenfläche des Ringabschnitts 336A und einer inneren Seitenfläche des Hauptkörpergehäuses 308 bestimmt, um eine Neigung (Verschiebung) des Drehelements 336 so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag in der zweiten Membranstruktur 340 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der Sondenhauptkörper 302 das Hauptkörpergehäuse 308 und das Drehelement 336 umfasst, die zusammen als zweites Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags in der zweiten Membranstruktur 340 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • Wie in 4B gezeigt, ist die zweite Membranstruktur 340 ein elastisch verformbares Element, das im Allgemeinen die Form einer Scheibe hat. Ein Beispiel für ein Material für die zweite Membranstruktur 340 ist Phosphorbronze (andere Materialien können verwendet werden). Die zweite Membranstruktur 340 ist mit zwei bogenförmigen Ausschnittabschnitten 340E versehen, die in deren Umfangsrichtung um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, und dazwischen sind zwei Gelenkabschnitte 340C ausgebildet. Zwei bogenförmige Ausschnittabschnitte 340F, die in Umfangsrichtung um 180 Grad zueinander phasenverschoben sind, sind ferner auf einer radial inneren Seite der Ausschnittabschnitte 340E vorgesehen, und zwei Gelenkabschnitte 340D sind dazwischen ausgebildet. Aufgrund der Ausschnittabschnitte 340E und 340F sind ein Umfangsabschnitt 340A, ein Randabschnitt 340G und ein Mittelabschnitt 340B von der Außenseite zur Innenseite der zweiten Membranstruktur 340 in radialer Richtung vorgesehen.
  • Wie in 4B dargestellt, befindet sich der Umfangsabschnitt 340A am äußersten peripheren Teil der zweiten Membranstruktur 340 und ist ein Abschnitt, der am Hauptkörpergehäuse 308 zu befestigen ist. Der Randabschnitt 340G hat in Umfangsrichtung eine Streifenform aufgrund der Ausschnitte 340E und 340F, die in radialer Richtung auf beiden Seiten von diesem vorgesehen sind. Der Randabschnitt 340G ist auf der Innenseite des Umfangsabschnitts 340A angeordnet. Der Randabschnitt 340G ist über den Gelenkabschnitt 340C mit dem Umfangsabschnitt 340A und über den Gelenkabschnitt 340D mit dem Mittelabschnitt 340B verbunden. Der Mittelabschnitt 340B ist ein Teil zur Abstützung des Drehelements 336 und auf der Innenseite des Randabschnitts 340G angeordnet. Die Ausschnittabschnitte 340E und 340F sind um 90 Grad zueinander phasenverschoben. Daher ist der Mittelabschnitt 340B in zwei Richtungen kippbar (drehbar), wobei das Zentrum der zweiten Membranstruktur 340 (Rotationszentrum RC) als Achse verwendet wird.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm, das eine Funktion der zweiten Membranstruktur 340 darstellt. Beachte, dass das Zeichen keine Rückstellkraft pro Verschiebungseinheit (Winkel) angibt, wenn der Mittelabschnitt 340B verschoben (gedreht) wird.
  • Wie in 2A gezeigt, ist der Axialbewegungsmechanismus 310 radial innerhalb des Drehelements (Axialelementgehäuseteil) 336 getragen. Genauer gesagt, bilden das Drehelement 336 und der Axialbewegungsmechanismus 310 zusammen ein Linearbewegungsmodul 304. Wie in 2A dargestellt, umfasst der Axialbewegungsmechanismus 310: das Bewegungselement 312; und das Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315, das es ermöglicht, das Bewegungselement 312 in Bezug auf das Drehelement 336 zu verschieben.
  • Wie in 2A dargestellt, umfasst das Bewegungselement 312 integral: einen Verbindungsabschnitt 312A; einen Stangenabschnitt 312B; einen Elementanordnungsabschnitt 312C; und ein Ausgleichselement 338 vom unteren Teil zum oberen Teil davon in Z-Richtung (genauer gesagt, das Drehelement RP, welches das Bewegungselement 312 trägt, weist das Ausgleichselement 338 auf einer Seite gegenüber dem Taster 306 in Bezug auf das Rotationszentrum RC des Drehbewegungsmechanismus 334 auf).
  • Das Ausgleichselement 338 hat eine Masse, die der Masse eines bestimmten Tasters (eines bestimmten Typs eines Tasters) 306 entspricht. Durch geeignete Einstellung dieses Ausgleichselements 338 (oder durch Einstellen eines Abstands zwischen dem Rotationszentrum RC und dem Ausgleichselement 338) kann der Schwerpunkt der Elemente, einschließlich des Tasters 306, der vom Rotationselement RP getragen wird, mit dem Rotationszentrum RC zusammenfallen. Genauer gesagt, wenn der bestimmte Taster 306 über das Bewegungselement 312 vom Drehelement 336 getragen wird, bewirkt das Ausgleichselement 338, dass der Schwerpunkt der Elemente, die von der zweiten Membranstruktur 340 getragen werden, mit dem Rotationszentrum RC des Drehbewegungsmechanismus 334 zusammenfällt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Mittelachse des jeweiligen Tasters 306 stark aus der Axialrichtung O kippt, selbst wenn sich z.B. die Messsonde 300 in horizontaler Lage befindet. Genauer gesagt kann der Taster 306 in der Mitte eines Messbereichs des Ausrichtungsdetektors 322 (der später beschrieben wird) bleiben, selbst wenn die Ausrichtung des Messsonde 300 geändert wird. Dies ermöglicht den Einsatz eines einfacheren, kleineren, höher auflösenden Ausrichtungsdetektors 322. Beachte, dass sich der bestimmte Taster 306 in der vorliegenden Ausführungsform auf einen Taster bezieht, von dem angenommen wird, dass er am häufigsten an der Messsonde 300 der vorliegenden Ausführungsform angebracht ist. Die „von der zweiten Membranstruktur 340 getragenen Elemente“ umfassen das Drehelement 336, den Axialbewegungsmechanismus 310, ein Referenzelement 316, ein Flanschelement 342 und den Taster 306. Der Elementanordnungsabschnitt 312C ist unterhalb des Ausgleichselements 338 ausgebildet und ein Referenzelement 324 ist an einer Seitenfläche des Elementanordnungsabschnitts 312C angeordnet. Der Stangenabschnitt 312B ist unterhalb des Elementanordnungsabschnitts 312C ausgebildet und zwischen dem Paar erste Membranstrukturen 314 und 315 angeordnet. Der Stangenabschnitt 312B ist in dem Drehelement 336 untergebracht. Der Verbindungsabschnitt 312A ist unterhalb des Stangenabschnitts 312B ausgebildet. Das Flanschelement 342 ist an einem unteren Ende des Verbindungsabschnitts 312A befestigt.
  • Wie in 2A dargestellt, ist ein Durchmesser der Öffnung 308A des Hauptkörpergehäuses 308 kleiner als ein Außendurchmesser des Flanschelements 342 eingestellt. Ein Abstand zwischen einem oberen Ende 342C des Flanschelements 342 und einem unteren Ende 308AB der Öffnung 308A wird bestimmt, um die Aufwärtsverschiebung des Flanschelements 342 in Z-Richtung so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag im Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der Sondenhauptkörper 302 das Hauptkörpergehäuse 308 und das Flanschelement 342 umfasst, die zusammen als erstes Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags im Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • Wie in 2A dargestellt, ist der auf dem Stützteil 336AA angeordnete Verschiebungsdetektor 326 dem auf dem Elementanordnungsabschnitts 312C angeordneten Referenzelement 324 gegenüber, um das vom Referenzelement 324 reflektierte Licht zu erfassen. Der Verschiebungsdetektor 326 umfasst eine Lichtquelle (nicht abgebildet) zum Aussenden von Licht auf das Referenzelement 324. Inkrementale Muster mit unterschiedlichen Reflexionsgraden für Licht von der Lichtquelle werden in vorbestimmten Intervallen in der Axialrichtung O auf einer Oberfläche des Referenzelements 324 näher zum Verschiebungsdetektor 326 bereitgestellt. Mit anderen Worten, das Referenzelement 324 ist ein reflektierender Festkörpermaßstab. Das Referenzelement 324, der Verschiebungsdetektor 326 und die Lichtquelle bilden zusammen einen photoelektrischen inkrementalen Linearencoder, der ein zweiphasiges sinusförmiges Signal ausgibt. Genauer gesagt ist das Drehelement 336 mit dem Verschiebungsdetektor 326 zur Erfassung der Verschiebung des Bewegungselements 312 vorgesehen. Entsprechend der Verschiebung des Bewegungselements 312 gibt der Verschiebungsdetektor 326 ein periodisches Signal aus, das in vorbestimmten Zyklen des inkrementalen Musters wiederholt wird (d.h. der Verschiebungsdetektor 326 ist eingerichtet, dass dieser ein Signal zur Erfassung der relativen Position ausgibt, das die Erfassung der relativen Position des Bewegungselements 312 ermöglicht). Dieses periodische Signal wird von der Signalverarbeitungsschaltung 329 wellenförmig geformt. Eine Z-zweiphasige Sinuswelle zur Erzielung einer Verschiebung des Referenzelements 324 in Z-Richtung wird von der Signalverarbeitungsschaltung 329 ausgegeben.
  • 2B ist eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform, die eine Variation des Referenzelements 324 und des Verschiebungsdetektors 326 in der ersten Ausführungsform ist. Hier wird die Verschiebung eines Bewegungselements 362 durch einen Differentialtransformator-Wandler erfasst. Insbesondere ist ein Referenzelement 374, das im Bewegungselement 362 vorgesehen ist, ein zylindrisches Metallelement. Ein Verschiebungsdetektor 376 hat eine zylindrische Form und ist so angeordnet, dass dieser sich in der Nähe des Referenzelements 374 befindet und diesem gegenüberliegt. Der Verschiebungsdetektor 376 ist eingerichtet durch: eine Erregerspule, die mit einer hohen Frequenz schwingt (z.B. wird eine Sinusspannung von 1 kHz oder höher verwendet) ; und einen Satz differentialgekoppelter Empfangsspulen, die so angeordnet sind, dass die Erregerspule dazwischen liegt. Die Empfangsspulen können eine unidirektionale Verschiebung (Absolutposition) des Referenzelements 374 in Bezug auf ein Drehelement 386 erfassen. Genauer gesagt ist der Verschiebungsdetektor 376 eingerichtet, dass dieser ein Absolutpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erkennung der Absolutposition des Bewegungselements 362 ermöglicht. Da der Differentialtransformator-Wandler zur Erfassung der unidirektionalen Verschiebung (Absolutposition) in Bezug auf das rotierende Element 386 eingesetzt wird, kann die Absolutposition eines Kontaktteils 398 in der Axialrichtung O leicht berechnet werden. Ein Stützteil 386AA hat eine zylindrische Form und stützt den Verschiebungsdetektor 376 radial innerhalb desselben ab. Die anderen Elemente ähneln denen in der vorliegenden Ausführungsform. Daher werden im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern der Bezugsziffern gegenüber der vorliegenden Ausführungsform geändert und deren Beschreibung weggelassen.
  • Wie in 4A dargestellt, ist jede der ersten Membranstrukturen 314 und 315 ein elastisch verformbares Element mit einer im Allgemeinen scheibenförmigen Gestalt. Ein Beispiel für ein Material für die ersten Membranstrukturen 314 und 315 ist Phosphorbronze (andere Materialien können verwendet werden) . Hier ist die erste Membranstruktur 314 identisch mit der ersten Membranstruktur 315 (ohne darauf beschränkt zu sein, können die ersten Membranstrukturen 314 und 315 voneinander abweichende Formen aufweisen) . Es wird daher nur die erste Membranstruktur 314 unter Bezugnahme auf 4A beschrieben.
  • Wie in 4A dargestellt, ist die erste Membranstruktur 314 mit drei Ausschnitten 314D versehen, die in ihrer Umfangsrichtung um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind. Aufgrund der Ausschnittabschnitte 314D sind ein Umfangsabschnitt 314A, ein Randabschnitt 314B und ein Mittelabschnitt 314C von der Außenseite zur Innenseite der ersten Membranstruktur 314 in radialer Richtung vorgesehen. Der Umfangsabschnitt 314A befindet sich am äußersten peripheren Teil der ersten Membranstruktur 314 und ist ein Teil, der am Hauptkörpergehäuse 308 zu befestigen ist. Der Randabschnitt 314B hat aufgrund der beiden benachbarten Ausschnittteile 314D in Umfangsrichtung eine Streifenform und ist auf der Innenseite des Umfangsabschnitts 314A angeordnet. Die gegenüberliegenden Enden des Randabschnitts 314B sind mit dem Umfangsabschnitt 314A und dem Mittelabschnitt 314C verbunden. Der Mittelabschnitt 314C ist ein Teil zur Abstützung des Bewegungselements 312 und ist auf der Innenseite des Randabschnitts 314B angeordnet. Eine Verschiebung des Bewegungselements 312 in Bezug auf das Drehelement 336 bewirkt, dass sich der Mittelabschnitt 314C der ersten Membranstruktur 314 in vertikaler Richtung bewegt und der Randabschnitt 314B elastisch verformt wird. Es ist zu beachten, dass die Ausgestaltung der ersten Membranstruktur nicht auf die in der vorliegenden Ausführungsform beschriebene Form beschränkt ist (dies gilt auch für die zweite Membranstruktur).
  • Wie in 2A gezeigt, ist eine weitere Lichtquelle 318 an der inneren Seitenfläche des Hauptkörpergehäuses 308 vorgesehen. Ein Strahlteiler 320, der das von der Lichtquelle 318 ausgegebene Licht in Z-Richtung lenkt, wird von einem Stützelement getragen (beachte, dass das Stützelement an der Innenseite des Hauptkörpergehäuses 308 befestigt ist). Das in Z-Richtung gerichtete Licht (Licht, das durch eine optische Achse OA hindurchgeht) wird von dem Referenzelement 316 (bei dem es sich um einen Reflexionsspiegel zum Reflektieren von Licht handelt) reflektiert, das über dem Ausgleichselement 338 des Bewegungselements 312 vorgesehen ist, d.h. an einem dem Taster 306 gegenüberliegenden Ende des Elements, das von dem Drehelement RP getragen ist (d.h. der Sondenhauptkörper 302 ist mit der Lichtquelle 318 versehen, um zu bewirken, dass Licht auf das Referenzelement 316 entlang der optischen Achse OA einfällt) . Das reflektierte Licht geht durch den Strahlteiler 320 und den Ausrichtungsdetektor 322, der auf einer inneren oberen Oberfläche des Hauptkörpergehäuses 308 angeordnet ist (d.h. der Ausrichtungsdetektor 322 ist im Hauptkörpergehäuse 308 untergebracht, das sowohl das Bewegungselement 312 als auch das Drehelement 336 trägt), und erfasst das vom Referenzelement 316 reflektierte Licht. Somit verändert die Verschiebung (Neigung) des Referenzelements 316 die Position des reflektierten Lichts, das vom Ausrichtungsdetektor 322 detektiert wird. Dadurch kann der Ausrichtungsdetektor 322 die Verschiebung des reflektierten Lichts, das vom Referenzelement 316 reflektiert wird, von der optischen Achse OA detektieren. Auf diese Weise kann der Ausrichtungsdetektor 322 die Verschiebung (Neigung) des Referenzelements 316 entsprechend der Drehbewegung des Tasters 306 erfassen. Die optische Achse OA ist so vorgesehen, dass diese durch das Drehzentrum RC des Drehbewegungsmechanismus 334 verläuft (d.h. die Mittelachse O fällt mit der optischen Achse OA zusammen) .
  • Wie in 2A gezeigt, hat das Referenzelement 316 eine konkave Oberfläche, um eine Verschiebung von der optischen Achse OA im reflektierten Licht, das vom Ausrichtungsdetektor 322 detektiert wird, zu reduzieren und um so die Verkleinerung des Ausrichtungsdetektors 322 zu erreichen. Ein Ausgang des Ausrichtungsdetektors 322 wird auch in die Signalverarbeitungsschaltung 329 eingegeben. Der Ausgang des Ausrichtungsdetektors 322 wird dann von der Signalverarbeitungsschaltung 329 wellenförmig geformt. Eine Verschiebungsspannung (XY-Verschiebungsspannung), die auf der Verschiebung des reflektierten Lichts in XY-Richtung von der optischen Achse OA basiert, die durch die Änderung der Orientierung des Referenzelements 316 verursacht wird, wird von der Signalverarbeitungsschaltung 329 ausgegeben.
  • Wie in 2A dargestellt, ist der Durchmesser der Öffnung 308A des Hauptkörpergehäuses 308 kleiner als der Außendurchmesser des Flanschelements 342 eingestellt. Ein Abstand zwischen dem oberen Ende 342C des Flanschelements 342 und dem unteren Ende 308AB der Öffnung 308A wird festgelegt, um die Aufwärtsverschiebung des Flanschelements 342 in Z-Richtung so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag im Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der Sondenhauptkörper 302 das Hauptkörpergehäuse 308 und das Flanschelement 342 umfasst, die zusammen als erstes Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags im Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • Wie in 2A dargestellt, ist entlang eines Umfangs am unteren Ende des Flanschelements 342 an jeder der Positionen in Abständen von 120 Grad in dessen Umfangsrichtung jeweils ein Rollenpaar 342A vorgesehen, d.h. insgesamt drei Rollenpaare 342A sind in Abständen von 120 Grad in dessen Umfangsrichtung vorgesehen. Ein Permanentmagnet 342B ist auf der Mittelachse O vorgesehen. Beachte, dass die axiale Richtung des Rollenpaares 342A mit einer annähernd radialen Richtung zur Mitte des Flanschelements 342 zusammenfällt.
  • Wie in 2A dargestellt, umfasst der Taster 306: ein Flanschteil 344, ein Stabteil 346 und das Kontaktteil 348.
  • Wie in 2A dargestellt, ist das Flanschteil 344 ein Element, das dem Flanschelement 342 entspricht. Genauer gesagt sind drei Kugeln 344A in Abständen von 120 Grad in Umfangsrichtung des Flanschelements 344 so angeordnet, dass diese jeweils mit dem Rollenpaar 342A in Kontakt sind. Ein Magnetelement 344B (das ein Dauermagnet sein kann), das von dem Dauermagneten 342B angezogen wird, ist in dem Flanschteil 344 so angeordnet, dass dieses dem Dauermagneten 342B entspricht.
  • Wie in 2A dargestellt, sind die drei Kugeln 344A jeweils in Kontakt mit den Oberflächen des entsprechenden Rollenpaares 342A. In einem Zustand, in dem der Permanentmagnet 342B und das magnetische Element 344B durch eine vorbestimmte Kraft voneinander angezogen werden, sitzt das Flanschelement 342 an sechs Punkten auf dem Flanschteil 344 (in Kontakt mit diesem) . Mit anderen Worten, das Flanschelement 342 und das Flanschteil 344 können miteinander gekoppelt sein, wobei eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht wird. Genauer gesagt bilden das Flanschteil 344 und das Flanschelement 342 zusammen eine kinematische Verbindung, bei der es sich um einen lösbaren Kupplungsmechanismus handelt (es wird auch als kinematische Kupplung bezeichnet). Eine solche kinematische Verbindung ermöglicht eine hohe Reproduzierbarkeit der Positionierung, selbst wenn das Anbringen und Lösen zwischen dem Taster 306 und dem Flanschelement 342 wiederholt durchgeführt wird. Beachte, dass die kinematische Verbindung eine Kombination aus V-Nuten und Kugeln sein kann, ohne auf die Kombination der Rollen und Kugeln beschränkt zu sein. Bei Verwendung der Kombination der Rollen und Kugeln kann die Reihenfolge deren Anordnung umgekehrt sein. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Kombination der Rollen und Kugeln beschränkt, solange ein Sitz an sechs Punkten erreicht werden kann. Wenn eine große Kraft aus einer seitlichen Richtung (Richtung senkrecht zur Axialrichtung O) auf den Taster 306 ausgeübt wird, kann der Taster 306 vom Flanschelement 342 abfallen (dies schließt nicht nur einen Fall ein, in dem keine Kugeln 344A in Kontakt mit den Rollen 342A sind, sondern auch einen Fall, in dem ein Teil der Kugeln 344A nicht in Kontakt mit den entsprechenden Rollen 342A ist), um den Bruch des Sondenhauptkörpers 302 zu verhindern (daher, wird die vorbestimmte Anziehungskraft zwischen dem Permanentmagneten 342B und dem Magnetteil 344B auf eine Kraft eingestellt, die der oben genannten großen Kraft entspricht; dasselbe gilt im Folgenden).
  • Wie in 2A dargestellt, ist ein Basisende des Stangenteils 346 an dem Flanschteil 344 befestigt. Eine Spitze des Stangenteils 346 ist mit dem kugelförmigen Kontaktteil 348 versehen. Beachte, dass die Richtung der Mittelachse des Tasters 306 mit der Z-Richtung (Axialrichtung O) zusammenfällt, wenn im Taster 306 keine Verschiebung in XY-Richtung auftritt.
  • Ein Sondensignalverarbeitungsteil 530 wird als nächstes unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • Wie in 3 dargestellt, umfasst das Sondensignalverarbeitungsteil 530: eine Analog-Digital-Schaltung (A/D) 532, einen FPGA 534 und eine Zählerschaltung 536. Der A/D-Schaltung 532 führt eine Analog/Digital-Wandlung der Z-zweiphasigen Sinuswelle und der XY-Verschiebungsspannung durch, die als Analogsignale eingegeben werden, um entsprechende Digitalsignale zu erhalten. Genauer gesagt kann mit zunehmender Anzahl der Bits in dieser Analog-Digital-Wandlung ein höherer Dynamikbereich und eine höhere Empfindlichkeit für die Verschiebung des Tasters 306 erreicht werden. Der FPGA 534 wandelt die XY-Verschiebungsspannung, die ein digitales Signal ist, in ein Verschiebungssignal um und gibt das Signal an ein Positionsberechnungsteil 550 aus. Der FPGA 534 wandelt auch die Z-zweiphasige Sinuswelle, die ein digitales Signal ist, in eine Z-zweiphasige Rechteckwelle um und gibt die Z-zweiphasige Rechteckwelle an die Zählerschaltung 536 aus. Die Zählerschaltung 536 misst die Z-zweiphasige Rechteckwelle, um die Verschiebung in Z-Richtung zu erhalten, und gibt das erhaltene Ergebnis an das Positionsberechnungsteil 550 aus.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Membranstruktur 340 zwischen dem Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 in der Axialrichtung O angeordnet. Obwohl also der Axialbewegungsmechanismus 310 und der Drehbewegungsmechanismus 334 in der Axialrichtung O in Reihe geschaltet sind, kann die Länge eines durch den Axialbewegungsmechanismus 310 und den Drehbewegungsmechanismus 334 in der Axialrichtung O ausgebildeten Aufhängungsmechanismus kürzer ausgebildet werden als die einfache Addition der Längen des Axialbewegungsmechanismus 310 und des Drehbewegungsmechanismus 334 in der Axialrichtung O. Eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen kann vorgesehen sein, ohne ein solches Paar zu bilden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der bestimmte Taster 306 von dem Drehelement 336 getragen wird, fällt der Schwerpunkt der Elemente, die von der zweiten Membranstruktur 340 getragen werden, mit dem Rotationszentrum RC des Drehbewegungsmechanismus 334 zusammen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Mittelachse des Tasters 306 aus der Axialrichtung O kippt, selbst wenn sich die Messsonde 300 z.B. in horizontaler Position befindet.
  • Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform das Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur 340 angeordnet (d.h. das Rotationszentrum RC fällt mit einem Mittelpunkt zwischen dem Paar der ersten Membranstrukturen 314 und 315 zusammen) . Dies ermöglicht die Ausgestaltung des ausbalancierten Aufhängungsmechanismus, die Verhinderung einer unbeabsichtigten Verformung im Aufhängungsmechanismus (z.B. die Verhinderung der Drehung des Axialbewegungsmechanismus 310 an einer anderen Position als dem Rotationszentrum RC) und eine verbesserte Genauigkeit der Messsonde 300. Gleichzeitig hat eine solche Verkippung selbst dann keinen Einfluss auf die Genauigkeit der geradlinigen Bewegung der Messsonde 306 (Bewegungselement 312), wenn die Mittelachse des Tasters 306 z.B. in Bezug auf die axiale Richtung O gekippt ist. Somit kann eine Änderung der Messgenauigkeit verhindert werden. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Ein Paar erster Membranstrukturen darf nicht in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur angeordnet werden. Alternativ können geradzahlige (wie z.B. 4, 6, ... außer 2) erste Membranstrukturen vorgesehen sein und diese ersten Membranstrukturen können in symmetrischen Positionen in Bezug auf die zweite Membranstruktur angeordnet sein.
  • Um die Position des Tasters 306 in der XYZ-Richtung zu verändern, führt in der vorliegenden Ausführungsform der Axialbewegungsmechanismus 310 im Prinzip eine Bewegung in Z-Richtung und der Drehbewegungsmechanismus 334 eine Bewegung in XY-Richtung aus. Somit kann die Verschiebung des Tasters 306 in Komponenten der Z-Richtung und der XY-Richtung aufgeteilt werden, wodurch Verschiebungen in Z- und XY-Richtung unabhängig voneinander leicht erkannt werden können. Die Positionsberechnung kann dadurch vereinfacht werden. Auch die Erfassungsempfindlichkeit in der Z-Richtung und die in der XY-Richtung können unabhängig voneinander eingestellt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Axialbewegungsmechanismus 310 durch das Paar identischer erster Membranstrukturen 314 und 315 gestützt. Dadurch kann das Auftreten der Verschiebung des Axialbewegungsmechanismus 310 in einer anderen Richtung als der Z-Richtung reduziert werden, wodurch eine hohe Bewegungsgenauigkeit in Z-Richtung gewährleistet wird. Außerdem kann eine erhöhte Ansprechempfindlichkeit im Vergleich zu einem Fall erreicht werden, bei dem gleichzeitig ein Luftlager o.ä. für die Führung des Bewegungselements verwendet wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform führt die Abstützung des Drehelements 336 (das den Axialbewegungsmechanismus 310 abstützt) durch den Drehbewegungsmechanismus 334 zur direkten Abstützung des Tasters 306 durch das Bewegungselement 312. Im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Axialbewegungsmechanismus das Bewegungselement (das den Drehbewegungsmechanismus trägt) trägt, kann so die Masse der vom Bewegungselement 312 getragenen Elemente reduziert werden, wodurch die Optimierung der Rückstellkraft des Paars der ersten Membranstrukturen 314 und 315 erleichtert wird. Folglich kann die Verschiebung des Tasters 306 in Axialrichtung O durch den Axialbewegungsmechanismus 310 mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden. Gleichzeitig kann die Empfindlichkeit des Axialbewegungsmechanismus 310 verbessert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Drehelement 336, das den Axialbewegungsmechanismus 310 trägt, mit dem Verschiebungsdetektor 326 zur Erfassung der Verschiebung des Bewegungselements 312 versehen. Genauer gesagt, der Verschiebungsdetektor 326 wird ebenfalls vom Drehelement 336 getragen und erfasst die Verschiebung des Bewegungselementes 312, das sich in der Axialrichtung O des Tasters 306 bewegen kann, ohne sich prinzipiell in XY-Richtung zu bewegen. Somit kann der Verschiebungsdetektor 326, auch wenn es sich nicht um einen teuren Detektor handelt, die Verschiebung des Bewegungselements 312 mit einer hohen Auflösung erfassen und die Verschiebung des Bewegungselements 312 leicht korrigieren. Auch ein Linearencoder o.ä. kann leicht eingesetzt werden, und das Bewegungselement 312 (d.h. der Taster 306) kann einen großen Hub haben. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Verschiebungsdetektor kann im Gehäuse des Hauptkörpers vorgesehen sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform gibt der Verschiebungsdetektor 326 ein Signal zur Erfassung der relativen Position aus (ein periodisches Signal, das in vorgegebenen Zyklen wiederholt wird), das die Erfassung der relativen Position des Bewegungselements 312 ermöglicht. Die Bildung eines photoelektrischen inkrementalen Linearencoders mit dem Verschiebungsdetektor 326 ermöglicht somit die Vermeidung eines Phänomens, bei dem die Erfassungsempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Position, zu der das Bewegungselement 312 bewegt wird, variiert und gleichzeitig ein extrem großer Erfassungsbereich (Dynamikbereich) gewährleistet ist. Außerdem ermöglicht die Unterziehung des Erfassungssignals der relativen Position einer Analog-Digital-Wandlung mit hoher Bitanzahl die Erfassung der Position in der Axialrichtung O mit einer höheren Auflösung. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Verschiebungsdetektor kann eingerichtet sein, dass dieser nicht ein inkrementelles Muster, sondern ein absolutes Muster erkennt. Mit anderen Worten, der Verschiebungsdetektor kann eingerichtet sein, dass dieser ein absolutes Positionserkennungssignal ausgibt, das die Erkennung der Absolutposition des Bewegungselements ermöglicht.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Referenzelement 316 an einem dem Taster 306 gegenüberliegenden Ende des Ausgleichselements 338 (vorgesehen im Bewegungselement 312) vorgesehen, das vom Drehelement 336 getragen wird, und der Ausrichtungsdetektor 322 zur Erfassung der Verschiebung des Referenzelements 316 entsprechend einer Drehbewegung des Tasters 306 ist im Hauptkörpergehäuse 308 untergebracht. Da ein Abstand zwischen dem Referenzelement 316 und dem Ausrichtungsdetektor 322 verringert werden kann, kann die Messsonde 300 verkleinert und somit eine Kostenreduzierung erreicht werden. Gleichzeitig kann ein Berechnungsfehler der Verschiebung des Kontaktteils 348, der aus der Verschiebung des Referenzelements 316 berechnet wird, reduziert und damit die Position des Kontaktteils 348 mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Da im Linearbewegungsmodul 304 kein Ausrichtungsdetektor 322 vorgesehen ist, kann auch das Linearbewegungsmodul 304 selbst verkleinert und damit eine Kostenreduzierung erreicht werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtquelle 318, die Licht auf einen reflektierenden Spiegel einfallen lässt, oder das Referenzelement 316 entlang der optischen Achse OA vorgesehen, und der Ausrichtungsdetektor 322 erfasst die Verschiebung des reflektierten Lichts, das vom reflektierenden Spiegel reflektiert wird, von der optischen Achse OA. Genauer gesagt, da der Ausrichtungsdetektor 322 die Erfassung berührungslos durchführt, kann der Ausrichtungsdetektor 322 die Verschiebung des Referenzelements 316, die der Verschiebung des Drehelements 336 entspricht, mit hoher Empfindlichkeit erfassen, ohne die Drehbewegung des Drehelements 336 zu behindern. Da die Ausgestaltung zur Erfassung der Verschiebung des Referenzelements 316 ein optischer Hebel ist und somit einfach ist, kann auch eine Kostenreduzierung der Messsonde 300 erreicht werden. Beachte, dass der Ausrichtungsdetektor nicht darauf beschränkt ist. Es kann z.B. ein berührender Ausrichtungsdetektor oder ein berührungsloser Ausrichtungsdetektor mit Magnetismus verwendet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die optische Achse OA so vorgesehen, dass diese durch das Rotationszentrum RC verläuft. Somit umfasst eine durch die Drehbewegung des Drehelements 336 (RP) erzeugte Änderung des reflektierten Lichts keine Verschiebungskomponente in Z-Richtung, und die Verschiebung des Referenzkörpers 316 kann daher mit höherer Empfindlichkeit erfasst werden. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die optische Achse OA kann eingerichtet sein, dass diese nicht durch das Rotationszentrum RC verläuft.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Sondenhauptkörper 302 das Hauptkörpergehäuse 308 und das Drehelement 336, die dazu dienen, die Verformung der zweiten Membranstruktur 340 im Bereich der elastischen Verformung zu begrenzen. Außerdem umfasst der Sondenhauptkörper 302 das Hauptkörpergehäuse 308 und das Flanschelement 342, die dazu dienen, die Verformung des Paares der ersten Membranstrukturen 314 und 315 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung zu begrenzen. So kann selbst dann, wenn ein übermäßig großer Stoß auf den Taster 306 in einer Richtung ausgeübt wird, in der z.B. die kinematische Verbindung nicht funktionieren kann, eine plastische Verformung, ein Bruch oder ein Zusammenbruch des Paares der ersten Membranstrukturen 314 und 315 und der zweiten Membranstruktur 340 verhindert werden. Beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Messsonde darf nicht die Ausgestaltung zur Begrenzung eines Verformungsgrades des Paares erster Membranstrukturen und zweiter Membranstrukturen innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung umfassen.
  • Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform kann die Messsonde eine reduzierte Länge in Axialrichtung O und ein reduziertes Gewicht haben sowie reduzierte Formfehler und eine verbesserte Messgenauigkeit erreichen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die obige Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten, es können Modifikationen und Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Obwohl das Abstützen des Axialbewegungsmechanismus durch den Drehbewegungsmechanismus zur direkten Abstützung des Tasters durch das Bewegungselement in den oben beschriebenen Ausführungsformen führt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung wie in der dritten in 5 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen hauptsächlich in der unterstützenden Beziehung zwischen einem Drehbewegungsmechanismus und einem Axialbewegungsmechanismus. Daher werden bei Komponenten, die sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden, einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern von den oben beschriebenen Ausführungsformen abgeändert und deren Beschreibung weggelassen.
  • In der dritten Ausführungsform führt die Abstützung eines Drehbewegungsmechanismus 434 durch einen Axialbewegungsmechanismus 410 zur direkten Abstützung eines Tasters 406 durch ein Drehelement RP, wie in 5 dargestellt. Mit anderen Worten, ein Hauptkörpergehäuse (Axialelementgehäuseteil) 408 unterstützt den Axialbewegungsmechanismus 410. Somit ist ein Verschiebungsdetektor 428 an einer inneren Seitenfläche des Hauptkörpergehäuses 408 gestützt. Das Bewegungselement 412 hat eine zylindrische Form, die symmetrisch in Bezug auf eine zweite Membranstruktur 440 in Axialrichtung O ist.
  • Konkret umfasst das Bewegungselement 412 zwei Zylinderabschnitte 412C und zwei Verbindungsabschnitte 412D, wie in 5 dargestellt. Die Mittelabschnitte der ersten Membranstrukturen 414 und 415 sind in der Nähe der Außenkanten der beiden Zylinderabschnitte 412C befestigt. Ein Innendurchmesser der beiden Verbindungsabschnitte 412D ist so eingestellt, dass dieser größer ist als ein Innendurchmesser eines Hohlabschnitts 412B des Zylinderabschnitts 412C. Die beiden Verbindungsabschnitte 412D sind miteinander verbunden, wobei die zweite Membranstruktur 440 dazwischen angeordnet ist. Daher sind auch in der vorliegenden Ausführungsform das Paar der ersten Membranstrukturen 414 und 415 in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur 440 in Axialrichtung O angeordnet.
  • Wie in 5 dargestellt, ist ein Skalenhalter 424 an einem oberen Ende 412A des Bewegungselements 412 angeordnet. Ein Referenzelement 426, das eine Skala ist, ist auf dem Skalenhalter 424 angeordnet. Der Verschiebungsdetektor 428, der das vom Referenzelement 426 reflektierte Licht erfasst, ist gegenüber dem Referenzelement 426 angeordnet. Genauer gesagt, bilden das Referenzelement 426 und der Verschiebungsdetektor 428 auch in der vorliegenden Ausführungsform einen photoelektrischen inkrementalen Linearencoder (der ein photoelektrischer absoluter Linearencoder sein kann) , der ein zweiphasiges sinusförmiges Signal ausgibt.
  • Wie in 5 dargestellt, ist der Drehbewegungsmechanismus 434 radial innerhalb des Bewegungselements 412 gestützt. Genauer gesagt, bilden das Bewegungselement 412 und der Drehbewegungsmechanismus 434 zusammen ein Drehmodul 404. Das Drehelement RP ist durch ein Oberteil 436, ein Ausgleichselement 438 und ein Flanschelement 442 ausgebildet. Ein oberes Ende des Ausgleichselements 438 ragt gegenüber dem oberen Ende 412A des Bewegungselements 412 heraus, und darauf ist ein Referenzelement 416 ausgebildet. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform ist das Referenzelement 416 an einem Ende des Drehelements RP gegenüberliegend zum Taster 406 vorgesehen (beachte, dass die Beziehung zwischen dem Referenzelement 416 und einem Ausrichtungsdetektor 422 die gleiche ist wie in der obigen Ausführungsform).
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die Masse des Elements, das durch das Drehelement RP gestützt ist, reduziert sein, und die Verschiebung des Tasters 406 in XY-Richtung durch den Drehbewegungsmechanismus 434 kann mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden, verglichen mit einem Fall, in dem der Drehbewegungsmechanismus den Axialbewegungsmechanismus stützt.
  • Wie in 5 dargestellt, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Durchmesser einer Öffnung 408A des Hauptkörpergehäuses 408 kleiner als ein Außendurchmesser des Flanschelements 442 eingestellt. Ein Abstand zwischen einem oberen Ende 442C des Flanschelements 442 und einem unteren Ende 408AB der Öffnung 408A wird so eingestellt, dass die Aufwärtsverschiebung des Flanschelements 442 in Z-Richtung so reguliert wird, dass ein Verformungsbetrag im Paar der ersten Membranstrukturen 414 und 415 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass ein Sondenhauptkörper 402 das Hauptkörpergehäuse 408 und das Flanschelement 442 umfasst, die zusammen als erstes Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags im Paar der ersten Membranstrukturen 414 und 415 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • Obwohl der Verschiebungsdetektor 428 einen photoelektrischen inkrementalen Linearencoder in der dritten Ausführungsform darstellt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung wie in der in 6A und 6B gezeigten vierten Ausführungsform eingerichtet sein. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in einer Ausgestaltung um einen Verschiebungsdetektor herum, und daher werden bei Komponenten, die nicht die Komponenten um den Verschiebungsdetektor herum umfassen, im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern von der dritten Ausführungsform abgeändert und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
  • In der vierten Ausführungsform, wie in den 6A, 6B und 7A gezeigt, ist ein Sondenhauptkörper 452 mit einem optischen Interferenzsystem IF versehen, das umfasst: eine Lichtquelle (Interferenzlichtquelle) 478; einen Referenzspiegel 475 zum Reflektieren von Licht von der Lichtquelle 478; und ein Referenzelement (Zielspiegel) 474, das in einem Bewegungselement 462 zum Reflektieren von Licht von der Lichtquelle 478 angeordnet ist. Das optische Interferenzsystem IF ist in der Lage, die Interferenz des von dem Referenzspiegel 475 und dem Referenzelement 474 reflektierten Lichts zu erzeugen, um eine Vielzahl von Interferenzstreifen IL zu erzeugen. Die Lichtquelle 478 und der Referenzspiegel 475 sind an der Innenseite eines Hauptkörpergehäuses 458 befestigt. Die Lichtquelle 478 und das Referenzelement 474, die an einem oberen Ende 462A des Bewegungselements 462 angeordnet sind, sind in Z-Richtung ausgerichtet und ein Strahlteiler 477 ist dazwischen angeordnet. Der Strahlteiler 477 ist ebenfalls an der Innenseite des Hauptkörpergehäuses 458 befestigt. Diese Elemente bilden zusammen ein optisches Michelson-Interferenz-System IF.
  • Wie in den 6A, 6B und 7A dargestellt, bewirkt der Strahlteiler 477 eine Aufspaltung des Lichts der Lichtquelle 478 in Richtung des Referenzspiegels 475. Der Strahlteiler 477 leitet auch reflektiertes Licht, das vom Referenzelement 474 reflektiert wird, zu einem Verschiebungsdetektor 476, der dem Referenzspiegel 475 und dem Strahlteiler 477 zugewandt ist. Gleichzeitig trifft das vom Referenzspiegel 475 reflektierte und durch den Strahlteiler 477 hindurchgegangene Licht auf den Verschiebungsdetektor 476. Auf diese Weise kann der Verschiebungsdetektor 476 Phasenverschiebungen PS der Vielzahl von Interferenzstreifen IL erkennen, die durch das optische Interferenzsystem IF erzeugt werden, wie in 7B gezeigt.
  • 7C zeigt die Lichtintensität I der Vielzahl von Interferenzstreifen IL, die vom Verschiebungsdetektor 476 detektiert werden. Hier spiegelt die Phasenverschiebung PS den Betrag der Bewegung des Referenzelements 474 in Z-Richtung wider. Somit kann durch Erhalten der Phasenverschiebung PS ein Betrag der Verschiebung des Bewegungselements 462 in Z-Richtung erhalten werden. Da hier die Vielzahl der Interferenzstreifen IL durch interferierendes Licht gebildet werden und periodisch sind, kann die Phasenverschiebung PS mit hoher Genauigkeit erhalten werden (es kann auch in der vorliegenden Ausführungsform gesagt werden, dass der Verschiebungsdetektor 476 eingerichtet ist, dass dieser ein Relativpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erfassung der Relativposition des Bewegungselements 462 erlaubt).
  • So kann in der vorliegenden Ausführungsform die Verschiebung des Bewegungselementes 462 in Z-Richtung genauer als in der obigen Ausführungsform erreicht werden. Auch reflektiert eine Periode 1/F der Lichtintensität I für die Vielzahl der Interferenzstreifen IL eine Verkippung des Referenzelements 474. Somit kann eine leichte Verkippung des Bewegungselements 462 in XY-Richtung durch eine Änderung der Periode 1/F erreicht werden. Da in der vorliegenden Ausführungsform die leichte Verkippung des Bewegungselements 462 in XY-Richtung, die mit der Verschiebung des Bewegungselements 462 in Z-Richtung verbunden ist, auch von der Ausgabe des Verschiebungsdetektors 476 erhalten werden kann, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Verschiebung eines Kontaktteils 498 in XY-Richtung mit höherer Genauigkeit erhalten werden. Beachte, dass das optische Interferenzsystem IF der vorliegenden Ausführungsform nicht das einzige System ist, das in der Lage ist, eine Verkippung des Bewegungselements 462 in der XY-Richtung zu erhalten. Im Prinzip können auch die in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Verschiebungsdetektoren eine solche Verkippung in XY-Richtung erreichen. Darüber hinaus basiert die vorliegende Ausführungsform auf der Annahme, dass nur eine Wellenlänge verwendet wird. Wenn jedoch zwei oder mehr Wellenlängen verwendet werden, kann der Verschiebungsdetektor ein Absolutpositionserkennungssignal ausgeben, das die Erfassung der Absolutposition des sich bewegenden Teils ermöglicht.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ausrichtungsdetektor 472 an einer inneren Oberseite des Hauptkörpergehäuses 458 auf der Mittelachse O angeordnet, wie in den 6A und 6B gezeigt. Somit sind das Referenzelement 474, der Referenzspiegel 475, der Strahlteiler 477 und die Lichtquelle 478, die zusammen das optische Interferenzsystem IF und einen Strahlengang für den Verschiebungsdetektor 476 bilden, an den in 6B gezeigten Positionen vorgesehen, die in X-Richtung von der Mittelachse O aus verschoben sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Flanschelement 492 mit V-Nuten anstelle von Rollen zum Positionieren mit einem Taster 456 versehen.
  • Bei der ersten Ausführungsform darf das Bewegungselement beim Wechsel des zu verwendenden Tasters 306 seine Position in Axialrichtung O entsprechend der Masse des Tasters 306 ändern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung wie die fünfte in 8A gezeigte Ausführungsform eingerichtet sein. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich in einem Kopplungszustand zwischen einem Linearbewegungsmodul und einem Taster. Daher werden bei Komponenten mit Ausnahme derjenigen, die mit dem Linearbewegungsmodul und dem Taster verbunden sind, im Wesentlichen nur die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern gegenüber der ersten Ausführungsform geändert und deren Beschreibung weggelassen.
  • In der fünften Ausführungsform umfasst ein Taster 706: Ausgleichsgewichte 731C entsprechend der Masse des Tasters 706; und Ausgleichsmechanismen 731 wie in 8A dargestellt. Die Ausgleichsmechanismen 731 sind durch ein Drehelement (Axialelementgehäuseteil) 736 zum Tragen des Axialbewegungsmechanismus 710 getragen und eingerichtet, dass der Taster 706 und die Ausgleichsgewichte 731C in Z-Richtung im Gleichgewicht gehalten werden. Die Ausgleichsgewichte 731 sind zusammen mit dem Taster 706 vom Sensorhauptkörper 702 abnehmbar.
  • Konkret umfasst das Drehelement 736 ein zylindrisches Stützteil 736AB, das sich in Z-Richtung nach unten erstreckt, wie in 8A dargestellt. Drei oder mehr Permanentmagnete 736AC sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung an einem unteren Ende des Stützteils 736AB angebracht.
  • Auf der anderen Seite sind drei oder mehr Ausgleichsmechanismen 731 in einem Flanschelement 744 des Tasters 706 vorgesehen, so dass diese den Positionen und der Anzahl der Permanentmagnete 736AC entsprechen, wie in 8A und 9A bis 9C dargestellt. Der Ausgleichsmechanismus 731 umfasst: ein Stützelement 731A; ein Stützschaft 731B; und einen Kopplungsschaft 731D. Ein magnetisches Element (bei dem es sich um einen Magneten handeln kann) 731AA, das von dem Permanentmagneten 736AC angezogen werden kann, ist auf der Oberseite des Stützelements 731A vorgesehen. Der Stützschaft 731B ist am Stützelement 731A befestigt und das Ausgleichsgewicht 731C ist exzentrisch mit dem Stützschaft 731B gekoppelt. Das Ausgleichsgewicht 731C ist mit dem Kopplungsschaft 731D in der zur Z-Richtung senkrechten Richtung vorgesehen und eine Spitze des Kopplungsschafts 731D ist mit dem Flanschelement 744 gekoppelt.
  • Wenn in der vorliegenden Ausführungsform der Taster 706 gegen einen einzelnen Sondenhauptkörper 702 ausgetauscht wird, werden also zwangsläufig die Ausgleichsgewichte 731C verwendet, die der Masse des ausgetauschten Tasters 706 entsprechen. Dadurch kann das Drehelement 736 direkt eine Erhöhung oder Verringerung der Masse des Tasters 706 erhalten. Genauer gesagt können durch diese Ausgestaltung Schwankungen in der Ausgangsposition eines Bewegungselements 712 in Z-Richtung aufgrund unterschiedlicher Taster 706 verhindert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Bewegungsbereich für das Bewegungselement 712 im Vergleich zur obigen Ausführungsform reduziert werden, wodurch eine weitere Verkleinerung eines Linearbewegungsmoduls 704 ermöglicht ist. Gleichzeitig kann auch der Erfassungsbereich (Dynamikbereich) reduziert werden, so dass eine Verschiebung des Bewegungselements 712 mit einer höheren Auflösung erfasst werden kann.
  • 8B zeigt die sechste Ausführungsform, die eine Variation der fünften Ausführungsform ist. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform hauptsächlich durch das Hinzufügen eines Ausgleichselements . Daher werden einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern gegenüber der fünften Ausführungsform geändert und die Beschreibung der Ausgestaltung mit Ausnahme derjenigen, die mit dem Ausgleichselement verbunden ist, wird im Wesentlichen weggelassen. Beachte, dass ein Verschiebungsdetektor in der gleichen Weise gestützt wird wie bei der obigen Ausführungsform.
  • In der sechsten Ausführungsform umfasst ein Drehelement 786 ein ringförmiges Ausgleichselement 788 auf einer Seite gegenüber einem Taster 756 in Bezug auf das Rotationszentrum RC eines Drehbewegungsmechanismus 784, wie in 8B gezeigt. Das Ausgleichselement 788 wird von einem Stützteil 787 gestützt, das an einem oberen Ende des Drehelements 786 vorgesehen ist. Das Ausgleichselement 788 kann sich im Eingriff mit dem Stützteil 787 bewegen. Das Stützteil 787 ermöglicht die Einstellung eines Abstands zwischen dem Drehzentrum RC und dem Ausgleichselement 788. So kann durch Änderung des Abstands zwischen dem Ausgleichselement 788 und dem Rotationszentrum RC der Schwerpunkt der Drehelemente 786 (Element gestützt durch eine zweite Membranstruktur 790), an die verschiedene Taster 756 gekoppelt sind, mit dem Rotationszentrum RC in Übereinstimmung gebracht werden. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Empfindlichkeit einer Messsonde 750 erreicht werden als in der obigen Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass ein solches Ausgleichselement, das in der Lage ist, dessen Position zu justieren, an der Struktur angebracht werden kann, wie in der fünften Ausführungsform gezeigt, in welcher der Axialbewegungsmechanismus den Drehbewegungsmechanismus stützt.
  • Beachte, dass ein Ausgleichsmechanismus auch bei einer Messsonde 400 angewendet werden kann, die in der dritten Ausführungsform gezeigt ist. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung wie in der in 10 gezeigten siebten Ausführungsform eingerichtet sein. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform durch das Hinzufügen eines Gegengewichtsmechanismus, der sich von dem in der vierten Ausführungsform unterscheidet. Daher werden bei Komponenten, die sich von der dritten Ausführungsform unterscheiden, im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern von der dritten Ausführungsform abgeändert und deren Beschreibung weggelassen.
  • In der siebten Ausführungsform umfasst ein Sondenhauptkörper 802: ein Ausgleichsgewicht 831CD, das der Masse eines Tasters 806 entspricht; und Ausgleichsmechanismen 831, wie in 10 dargestellt. Im Gegensatz zur fünften Ausführungsform sind die drei Ausgleichsmechanismen 831 vom Taster 806 getrennt und an einem Hauptkörpergehäuse (Axialelementgehäuseteil) 808 befestigt. Die drei Ausgleichsmechanismen 831 werden vom Hauptkörpergehäuse 808 gestützt und sind eingerichtet, dass der Taster 806 und das Ausgleichsgewicht 831CD in Z-Richtung im Gleichgewicht gehalten werden. Im Einzelnen umfasst der Ausgleichsmechanismus 831: ein Stützelement 831A; eine Stützschaft 831B; einen Verbindungsabschnitt 831CA; einen Permanentmagneten 831CB; und eine Kopplungsschaft 831D. Die Stützelemente 831A sind in Abständen von 120 Grad in Umfangsrichtung an einem unteren Ende des Hauptkörpergehäuses 808 angeordnet. Der Stützschaft 831B ist an dem Stützelement 831A befestigt, um den Verbindungsabschnitt 831CA zu stützen. Der Kopplungsschaft 831D ist in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung an einem Ende des Verbindungsabschnitts 831CA näher an der Mittelachse O in Bezug auf die Stützschaft 831B vorgesehen. Auf der anderen Seite ist ein Verbindungsabschnitt 812E an einem unteren Ende eines Bewegungselements 812 vorgesehen. Eine Spitze des Kopplungsschafts 831D ist mit dem Verbindungsabschnitt 812E gekoppelt. Der Permanentmagnet 831CB ist an einem Ende des Verbindungsabschnitt 831CA gegenüber dem Kopplungsschaft 831D in Bezug auf den Stützschaft 831B angeordnet.
  • Wie in 10 dargestellt, hat das Ausgleichsgewicht 831CD eine Ringform (die entsprechend der Anzahl der Ausgleichsmechanismen 831 geteilt werden kann). Ein magnetisches Element (bei dem es sich um einen Magneten handeln kann) 831CC, das vom Permanentmagneten 831CB angezogen werden kann, befindet sich auf der Oberseite des Ausgleichsgewichts 831CD. Beachte, dass der Innendurchmesser des Ausgleichsgewichts 831CD größer eingestellt ist als der Außendurchmesser eines Flanschelements 842 und eines Flanschelements 844. Somit ist das Anbringen und Lösen des Ausgleichsgewichts 831CD auch nach dem Koppeln des Tasters 806 möglich.
  • Wenn der Taster 806 gegen den einzelnen Sondenhauptkörper 802 ausgetauscht wird, kann das Ausgleichsgewicht 831CD, das der Masse des ausgetauschten Tasters 806 entspricht, frei am Ausgleichsmechanismus 831 angebracht werden. Das ermöglicht dem Hauptkörpergehäuse 808 direkt eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Masse des Tasters 806 zu erhalten. Genauer gesagt können Schwankungen in der Ausgangsposition des Bewegungselements 812 in Z-Richtung aufgrund unterschiedlicher Taster 806 durch diese Ausgestaltung verhindert werden. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform kann der Bewegungsbereich des Bewegungselements 812 im Vergleich zur dritten Ausführungsform reduziert werden, wodurch eine weitere Verkleinerung des Sondenhauptkörpers 802 ermöglicht ist. Gleichzeitig kann der Erfassungsbereich reduziert werden, wodurch eine Verschiebung des Bewegungselements 812 mit einer höheren Auflösung erfasst werden kann.
  • In der dritten Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem unteren Ende 408AB der Öffnung 408A und dem oberen Ende 442C des Flanschelements 442 bestimmt, um die Verschiebung des Bewegungselements 412 so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag im Paar der ersten Membranstrukturen 414 und 415 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der Sondenhauptkörper 402 das Hauptkörpergehäuse 408 und das Flanschelement 442 umfasst, die zusammen als erstes Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags im Paar der ersten Membranstrukturen 414 und 415 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen. Im Gegensatz dazu kann die vorliegende Erfindung z.B. wie die in 11A gezeigte achte Ausführungsform eingerichtet sein. Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform hauptsächlich in der Beziehung zwischen einem Hauptkörpergehäuse und einem Bewegungselement und der Beziehung zwischen einem Drehelement und dem Bewegungselement. Daher werden bei Komponenten, die nicht mit der Beziehung zwischen dem Gehäuse des Hauptkörpers und dem Bewegungselement und der Beziehung zwischen dem Drehelement und dem Bewegungselement in Zusammenhang stehen, im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern von der fünfzehnten Ausführungsform geändert und deren Beschreibung wird weggelassen.
  • In der achten Ausführungsform ist ein Ringabschnitt 862C am unteren Ende eines Bewegungselements (Drehelementgehäuseteil) 862 so vorgesehen, dass dieser einem oberen Ende eines Verbindungsabschnitts 886A eines Drehelements RP gegenüberliegt, wie in 11A dargestellt. Mit anderen Worten, man kann sagen, dass der Ringabschnitt 862C ein zweites Wandelement ist, das integral mit dem Bewegungselement 862 angeordnet ist. Wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen (einem unteren Ende) dem Ringabschnitt 862C und (einem oberen Ende) dem Verbindungsabschnitt 886A ist mit einem zweiten viskosen Material SV, wie z.B. einem Schmieröl, gefüllt. Folglich kann zumindest das zweite viskose Material SV die Verschiebung des Drehelements RP in Bezug auf den Ringabschnitt 862C dämpfen, Schwingungen in XY-Richtung, die z.B. durch die Bewegung einer Messsonde 850 verursacht werden, reduzieren und eine Zunahme des Rauschens verhindern, die mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit der Messsonde 850 verbunden ist.
  • Außerdem ist ein innerer Wandabschnitt 858B in einem Hauptkörpergehäuse (Axialelementgehäuseteil) 858 so vorgesehen, dass dieser einer äußeren Seitenfläche des Bewegungselements 862 gegenüberliegt, wie in 11A dargestellt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der innere Wandabschnitt 858B ein erstes Wandelement ist, das so angeordnet ist, dass es dem Bewegungselement 862 zugewandt und mit dem Hauptkörpergehäuse 858 integral ist. Wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen (einer inneren Seitenfläche) des Innenwandabschnitts 858B und (einer äußeren Seitenfläche) des Bewegungselements 862 ist mit einem ersten viskosen Material FV, wie z.B. einem Schmieröl, gefüllt. Folglich kann zumindest das erste viskose Material FV die Verschiebung des Bewegungselement 862 in Bezug auf den inneren Wandabschnitt 858B dämpfen, Schwingungen in Z-Richtung, die z.B. durch die Bewegung der Messsonde 850 verursacht werden, reduzieren und eine Zunahme des Rauschens verhindern, die mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit der Messsonde 850 verbunden ist.
  • Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform auch Dämpfungsstrukturen in Z- und XY-Richtung separat vorgesehen. Dadurch können das erste viskose Material FV und das zweite viskose Material SV individuell geändert werden. Die Dämpfungseigenschaften in Z-Richtung und XY-Richtung können somit individuell optimiert werden, was eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit der Messsonde 850 ermöglicht.
  • Wie in 11A dargestellt, ist das Hauptkörpergehäuse 858 mit einem vertieften Abschnitt 858C versehen, der ein Flanschelement 892 aufnimmt und eine übermäßige Verschiebung des Flanschelements 892 einschränkt. Außerdem ist der innere Wandabschnitt 858B in der Nähe eines Verbindungsabschnitts 862D des Bewegungselements 862 in Z-Richtung vorgesehen. Somit werden ein Abstand zwischen einem oberen Ende 858BA des Innenwandabschnitts 858B und einem unteren Ende 862DA des Verbindungsabschnitts 862D des Bewegungselements 862 und ein Abstand zwischen einem oberen Ende 858CA des vertieften Abschnitts 858C und einem oberen Ende 892B des Flanschelements 892 bestimmt, um die Verschiebung des Bewegungselements 862 so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag in einem Paar erster Membranstrukturen 864 und 865 in den Bereich der elastischen Verformung fällt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass ein Sondenhauptkörper 852 das Hauptkörpergehäuse 858, das Bewegungselement 862 und das Flanschelement 892 umfasst, die zusammen als erstes Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags im Paar der ersten Membranstrukturen 864 und 865 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • Darüber hinaus ist ein Abstand zwischen einer Seitenfläche 858CB des vertieften Abschnitts 858C und einer Seitenfläche 892A des Flanschelements 892 bestimmt, um die Verschiebung des Drehelements RP so zu regulieren, dass ein Verformungsbetrag in Reinschrift einer zweiten Membranstruktur 890 in den Bereich der elastischen Verformung fällt, wie in 11A gezeigt. Mit anderen Worten, es kann gesagt werden, dass der Sondenhauptkörper 852 das Hauptkörpergehäuse 858 und das Flanschelement 892 umfasst, die zusammen als zweites Begrenzungselement zur Begrenzung eines Verformungsbetrags in der zweiten Membranstruktur 890 innerhalb des Bereichs der elastischen Verformung dienen.
  • 11B zeigt die neunte Ausführungsform, die eine Variation der gegenwärtigen Ausführungsform ist, in Bezug auf das erste viskose Material FV und das zweite viskose Material SV. Hier führt die Abstützung des Axialbewegungsmechanismus durch den Drehbewegungsmechanismus zur direkten Abstützung des Tasters durch das Bewegungselement wie bei der ersten Ausführungsform usw. Die neunte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform usw., hauptsächlich in Ausgestaltungen zum Halten des ersten viskosen Materials FV und des zweiten viskosen Materials SV. Daher werden bei Komponenten, die nicht mit dem ersten viskosen Material FV und dem zweiten viskosen Material SV in Verbindung stehen, im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern gegenüber der ersten Ausführungsform geändert und die Beschreibung derselben weggelassen. Beachte, dass ein Verschiebungsdetektor (nicht abgebildet) wie in der ersten Ausführungsform gestützt wird, usw. Wie in 11B gezeigt, ist ein Taster 906 direkt an einem Bewegungselement 912 mit einem Flanschelement 944 befestigt, ohne eine kinematische Verbindung zu verwenden.
  • In der neunten Ausführungsform ist eine innere Seitenfläche eines Zylinderabschnitts 936C eines Drehelements (Axialelementgehäuseteil) 936 so angeordnet, dass diese einer äußeren Seitenfläche des Bewegungselements 912 zugewandt ist, wie in 11B dargestellt. Mit anderen Worten, man kann sagen, dass das Drehelement 936 ein erstes Wandelement ist, das so angeordnet ist, dass dieses dem Bewegungselement 912 zugewandt ist. Dann ist ein Spalt zwischen (der inneren Seitenfläche) dem Zylinderabschnitt 936C und (der äußeren Seitenfläche) dem Bewegungselement 912 mit dem ersten viskosen Material FV, wie z.B. einem Schmieröl, gefüllt. Folglich kann zumindest das erste viskose Material FV die Verschiebung des Bewegungselements 912 in Bezug auf das Drehelement 936 dämpfen, Schwingungen in Z-Richtung reduzieren, die z.B. durch die Bewegung einer Messsonde 900 verursacht werden, und eine Zunahme des Rauschens verhindern, die mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit der Messsonde 900 verbunden ist.
  • Außerdem ist ein Empfänger für viskoses Material 931 vorgesehen, um eine zweite Membranstruktur 940 von beiden Seiten davon zu bedecken, wie in 11B gezeigt. Der Empfänger für viskoses Material 931 ist an einem Hauptkörpergehäuse (Drehelementgehäuseteil) 908 befestigt, wobei dessen Teile, die jeweils integral aus einem gegenüberliegenden Abschnitt 931A und einem erweiterten Abschnitt 931B gebildet sind, einander gegenüberliegen. Der gegenüberliegende Abschnitt 931A ist ein Teil, welcher der zweiten Membranstruktur 940 zugewandt ist. Der erweiterte Abschnitt 931B ist ein Abschnitt, der einen Verbindungsabschnitt 936D des Bewegungselements 912 berührungslos abdeckt und mit einer Öffnung 931C versehen ist, durch die der Zylinderabschnitt 936C hindurchgehen kann. Mit anderen Worten, man kann sagen, dass der Empfänger für viskoses Material 931 ein zweites Wandelement ist, das so angeordnet ist, dass dieses integral mit dem Hauptkörpergehäuse 908 ist. Ein Spalt zwischen (einer inneren Seitenfläche) des Empfängers für viskoses Material 931 und der zweiten Membranstruktur 940 ist mit dem zweiten viskosen Material SV, z.B. einem Schmieröl, gefüllt. Folglich kann zumindest das zweite viskose Material SV die Verschiebung der zweiten Membranstruktur 940 gegenüber dem Empfänger für viskoses Material 931 dämpfen, Schwingungen in XY-Richtung reduzieren, die z.B. durch die Bewegung der Messsonde 900 verursacht werden und eine Erhöhung des Rauschens verhindern, die mit einer Erhöhung der Empfindlichkeit der Messsonde 900 verbunden ist.
  • Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform auch Dämpfungsstrukturen in Z- und XY-Richtung separat vorgesehen. So können das erste viskose Material FV und das zweite viskose Material SV individuell geändert werden. Die Dämpfungseigenschaften in Z- und XY-Richtung können somit individuell optimiert werden, was eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit der Messsonde 900 ermöglicht.
  • Obwohl der Ausrichtungsdetektor in der ersten bis neunten Ausführungsform in den Sondenhauptkörper eingebaut ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung wie in der zehnten Ausführungsform, die in 10 dargestellt ist, eingerichtet sein. Bei der zehnten Ausführungsform ist der Sondenhauptkörper in der ersten und zweiten Ausführungsform in der Axialrichtung O zwischen einem Strahlteiler und einem Referenzelement trennbar. Mit anderen Worten, die zehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform hauptsächlich durch die Position eines Ausrichtungsdetektors. Daher werden bei Komponenten, die hauptsächlich diejenigen ausschließend, die mit der Position des Ausrichtungsdetektors in Verbindung stehen, im Wesentlichen einfach die ersten beiden Ziffern deren Bezugsziffern von der ersten und zweiten Ausführungsform abgeändert und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
  • In der zehnten Ausführungsform ist, wie in 12 gezeigt, ein vorhergehendes Modul 951 vorgesehen, das ein Hauptkörpergehäuse 958 abnehmbar koppelt und trägt, das sowohl ein Bewegungselement 962 als auch ein Drehelement 986 mit einer V-Nut (die ein Rollenpaar sein kann) 951BB und eine Kugel 957B (Eingriffsteil) trägt, die das Hauptkörpergehäuse 958 positionieren kann. Ein Ausrichtungsdetektor 972 ist in das vorhergehende Modul 951 eingebaut.
  • Insbesondere umfasst das vorhergehende Modul 951: ein vorhergehendes Gehäuse (vorhergehendes Gehäuseelement) 951A; und den Ausrichtungsdetektor 972, wie in 12 dargestellt. Das vorhergehende Gehäuse 951A trägt den Ausrichtungsdetektor 972 radial innerhalb desselben. Das vorhergehende Gehäuse 951A ist an dessen unteren Ende mit einem unteren Deckel 951B versehen. Der untere Deckel 951B hat eine Flanschform mit einer Öffnung 951BA in dessen Mitte. Entlang einer Peripherie an einem unteren Ende des unteren Deckels 951B sind drei V-Nuten 951BB in Abständen von 120 Grad in Umfangsrichtung vorgesehen, wie in 12 dargestellt. Drei Permanentmagnete 951BC sind so angebracht, dass diese mit den V-Nuten 951BB um 60 Grad in Umfangsrichtung phasenverschoben sind. Mit anderen Worten, das vorhergehende Gehäuse 951A koppelt und stützt das Hauptkörpergehäuse 958 mit den V-Nuten 951BB und den Kugeln 957B, die in der Lage sind, das Hauptkörpergehäuse 958 zu positionieren. Das vorhergehende Gehäuse 951A nimmt den Ausrichtungsdetektor 972 auf.
  • Wie in 12 dargestellt, umfasst ein Sondenhauptkörper 952: eine obere Abdeckung 957; das Hauptkörpergehäuse 958; und einen Drehbewegungsmechanismus 984. Wie in 12 dargestellt, hat die obere Abdeckung 957 eine Flanschform mit einer Öffnung 957A in deren Mitte. Die obere Abdeckung 957 ist ein Element, das der unteren Abdeckung 951B entspricht (die Öffnung 957A gewährleistet somit die Bereitstellung eines optischen Pfades für einfallendes Licht zu einem Referenzelement (nicht abgebildet), das z.B. an einem oberen Ende eines Ausgleichselements 988 angeordnet ist, und reflektiertes Licht vom Referenzelement) . Darüber hinaus sind drei Kugeln 957B in Abständen von 120 Grad in Umfangsrichtung der oberen Abdeckung 957 so angeordnet, dass diese in Kontakt mit den jeweiligen V-Nuten 951BB stehen. Ein magnetisches Element (das ein Permanentmagnet sein kann) 957C ist so angeordnet, dass dieses dem Permanentmagneten 951BC entspricht. Mit anderen Worten, die untere Abdeckung 951B und die obere Abdeckung 957 bilden zusammen eine kinematische Verbindung, die einen abnehmbaren Kupplungsmechanismus darstellt. Eine solche kinematische Verbindung ermöglicht eine hohe Reproduzierbarkeit der Positionierung, selbst wenn das Anbringen und Lösen zwischen der unteren Abdeckung 951B und dem Sondenhauptkörper 952 wiederholt durchgeführt wird.
  • Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausführungsform der Ausrichtungsdetektor 972 von dem Sondenhauptkörper 952 entfernt werden und der Ausrichtungsdetektor 972 ist in das vorhergehende Modul 951 eingebaut. Somit kann der Sondenhauptkörper 952 leicht ausgewechselt werden und auch das vorhergehende Modul 951 kann leicht gewechselt werden. Genauer gesagt kann die Änderung der Leistung oder der Austausch des Satzes des Axialbewegungsmechanismus 960, des Drehbewegungsmechanismus 984 und des Verschiebungsdetektors 976 sowie des Ausrichtungsdetektors 972 unabhängig voneinander durchgeführt und die Kosten dafür reduziert werden. Da außerdem der Ausrichtungsdetektor 972 vom Sondenhauptkörper 952 getrennt werden kann, können Größe und Kosten des Sondenhauptkörpers 952 reduziert werden.
  • Obwohl das Bewegungselement 962 den Taster 906 in der vorliegenden Ausführungsform direkt trägt, kann das vorhergehende Modul für den Fall vorgesehen sein, dass das Drehelement RP den Taster wie in der achten Ausführungsform direkt trägt.
  • Obwohl der Schwerpunkt der von der zweiten Membranstruktur getragenen Elemente, einschließlich des Tasters, in den oben beschriebenen Ausführungsformen grundsätzlich mit dem Rotationszentrum RC zusammenfällt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Schwerpunkt der von der zweiten Membranstruktur getragenen Elemente, einschließlich des Tasters, bewusst auf eine Seite eingestellt werden, die in Bezug auf das Rotationszentrum RC näher am Taster liegt. In diesem Fall können die Masse und das Volumen der Elemente, die von der zweiten Membranstruktur auf einer Seite gegenüber dem Taster in Bezug auf das Rotationszentrum RC getragen werden, minimiert werden. Dadurch kann eine Messsonde eine erhöhte Eigenfrequenz aufweisen und es kann so eine Messsonde mit einer Empfindlichkeit für eine Frequenz erreicht werden, die höher ist als die der Messsonde der ersten bis zehnten Ausführungsform (z.B. mit schneller Ansprechzeit).
  • Obwohl die Messsonde in den obigen Ausführungsformen als Scan-Sonde verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Messsonde als Tast-Sonde verwendet werden.
  • Obwohl der Verschiebungsdetektor direkt von dem Axialelementgehäuseteil getragen wird, welches das Bewegungselement in der obigen Ausführung trägt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Verschiebungsdetektor durch das Drehelementgehäuseteil, welches das Drehelement RP trägt, oder durch das vorhergehende Modul getragen werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann weitgehend auf Messsonden angewendet werden, die zur Messung einer dreidimensionalen Form eines zu messenden Objekts verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4417114 [0002]

Claims (19)

  1. Messsonde (300, 350, 400, 450, 700, 850, 950) umfassend einen Taster (306, 356, 406, 456, 706, 856, 956) mit einem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898), 998) zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt (W), einen Axialbewegungsmechanismus (310, 360, 410, 460, 710, 860, 960) mit einem Bewegungselement (312, 362, 412, 462, 712, 862), 962), das es dem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898, 998) ermöglicht, sich in einer Axialrichtung (0) zu bewegen, und einen Drehbewegungsmechanismus (334, 384, 434, 484, 734, 884, 984) mit einem Drehelement (RP), das es dem Kontaktteil (348, 398, 448, 498, 748, 898, 998) ermöglicht, sich entlang einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung (O) mittels einer Drehbewegung zu bewegen, wobei der Axialbewegungsmechanismus (310, 360, 410, 460, 710, 860, 960) eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) umfasst, die es dem Bewegungselement (312, 362, 412, 462, 712, 862, 962) ermöglichen, verschoben zu werden, und der Drehbewegungsmechanismus (334, 384, 434, 484, 734, 884, 984) eine zweite Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) umfasst, die es dem Drehelement (RP) ermöglicht, verschoben zu werden, die zweite Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) in Axialrichtung (O) zwischen der Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) angeordnet ist, die Anzahl der ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) auf eine gerade Zahl eingestellt ist, und die jeweiligen ersten Membranstrukturen (314, 315, 364, 365, 414, 415, 464, 465, 714, 715, 864, 865, 964, 965) in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur (340, 390, 440, 490, 740, 890, 990) angeordnet sind.
  2. Messsonde (300) umfassend einen Taster (306) mit einem Kontaktteil (348) zum in Kontakt bringen mit einem zu messenden Objekt (W), einen Axialbewegungsmechanismus (310) mit einem Bewegungselement (312), das es dem Kontaktteil (348) ermöglicht, sich in einer Axialrichtung (O) zu bewegen, und einen Drehbewegungsmechanismus (334) mit einem Drehelement (RP), das es dem Kontaktteil (348) ermöglicht, sich entlang einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung (O) mittels einer Drehbewegung zu bewegen, wobei der Axialbewegungsmechanismus (310) eine Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315) umfasst, die es dem Bewegungselement (312) ermöglichen verschoben zu werden, und der Drehbewegungsmechanismus (334) eine zweite Membranstruktur (340) umfasst, die es dem Drehelement (RP) ermöglicht verschoben zu werden, die zweite Membranstruktur (340) in der Axialrichtung (O) zwischen der Vielzahl ersten Membranstrukturen (314, 315) angeordnet ist, und wenn ein bestimmter Typ der Taster (306) durch das Drehelement (RP) abgestützt ist, der Schwerpunkt von Elementen, die durch die zweite Membranstruktur (340) abgestützt sind, mit einem Rotationszentrum (RC) des Drehbewegungsmechanismus (334) zusammenfällt.
  3. Messsonde (300) nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der ersten Membranstrukturen (314, 315) auf eine gerade Zahl eingestellt ist, und die jeweiligen ersten Membranstrukturen (314, 315) in einem symmetrischen Abstand zur zweiten Membranstruktur (340) angeordnet sind.
  4. Messsonde (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Axialbewegungsmechanismus (410) den Drehbewegungsmechanismus (434) trägt.
  5. Messsonde (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Drehbewegungsmechanismus (334) den Axialbewegungsmechanismus (310) trägt.
  6. Messsonde (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Drehelement (RP) ein Ausgleichselement (338) auf einer Seite gegenüber dem Taster (306) in Bezug zu einem Rotationszentrum (RC) des Drehbewegungsmechanismus (334) umfasst, und ein Abstand zwischen dem Rotationszentrum (RC) und dem Ausgleichselement (338) einstellbar ist.
  7. Messsonde(700) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend ein Ausgleichsgewicht (731C), das der Masse des Tasters (706) entspricht, und einen Ausgleichsmechanismus (731), der von einem Axialelementgehäuseteil (736) zum Tragen des Axialbewegungsmechanismus (710) getragen ist, wobei der Ausgleichsmechanismus (731) den Taster (706) und das Ausgleichsgewicht (731C) im Gleichgewicht hält.
  8. Messsonde (300, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein Axialelementgehäuseteil (336, 386, 458), das den Axialbewegungsmechanismus (310, 360, 460) trägt, und wobei das Axialelementgehäuseteil (336, 386, 458) mit einem Verschiebungsdetektor (326, 376, 476) zum Erfassen der Verschiebung des Bewegungselements (312, 362, 462) versehen ist.
  9. Messsonde (300) nach Anspruch 8, wobei der Verschiebungsdetektor (326) ein Relativpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erfassung einer Relativposition des Bewegungselements (312) ermöglicht.
  10. Messsonde (350) nach Anspruch 8, wobei der Verschiebungsdetektor (376) ein Absolutpositionserfassungssignal ausgibt, das die Erfassung einer Absolutposition des Bewegungselements (362) ermöglicht.
  11. Messsonde (450) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Axialelementgehäuseteil (458) mit einem optischen Interferenzsystem (IF) versehen ist, das eine Interferenzlichtquelle (478), einen Referenzspiegel (475) zum Reflektieren von Licht von der Interferenzlichtquelle (478) und einen Zielspiegel (474), der in dem Bewegungselement (462) zum Reflektieren von Licht von der Interferenzlichtquelle (478) angeordnet ist, umfasst, wobei das optische Interferenzsystem (IF) in der Lage ist, eine Interferenz von reflektiertem Licht von dem Referenzspiegel (475) und dem Zielspiegel (474) zu erzeugen, um eine Vielzahl von Interferenzstreifen (IL) zu erzeugen, und der Verschiebungsdetektor (476) eine Phasenverschiebung (PS) der Vielzahl von Interferenzstreifen (IL) erfassen kann, die in dem optischen Interferenzsystem (IF) erzeugt werden.
  12. Messsonde (950) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend ein vorhergehendes Gehäuseelement (951A), das ein Gehäuseelement (958), welches das Bewegungselement (962) und das Drehelement (RP) trägt, mit einem Eingriffsteil, das in der Lage ist, das Gehäuseelement (958) zu positionieren, abnehmbar koppelt und trägt, und wobei ein Referenzelement an einem dem Taster (956) gegenüberliegenden Ende eines der Drehelemente (RP) und eines Elements (988), das von dem Drehelement (RP) getragen ist, vorgesehen ist, und ein Ausrichtungsdetektor (972) zum Erfassen einer Verschiebung des Referenzelements entsprechend einer Drehbewegung des Tasters (956) in dem vorhergehenden Gehäuseelement (951A) untergebracht ist.
  13. Messsonde (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Referenzelement (316) an einem dem Taster (306) gegenüberliegenden Ende eines der Drehelemente (RP) und eines Elements (338), das von dem Drehelement (RP) getragen ist, vorgesehen ist, und ein Ausrichtungsdetektor (322) zum Erfassen der Verschiebung des Referenzelements (316), der einer Drehbewegung des Tasters (306) entspricht, in einem Gehäuseelement (308) untergebracht ist, welches das Bewegungselement (312) und das Drehelement (RP) trägt.
  14. Messsonde (300) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Referenzelement (316) ein reflektierender Spiegel (316) zur Lichtreflexion ist, die Messsonde (300) eine Lichtquelle (318) umfasst, um Licht auf den reflektierenden Spiegel (316) entlang einer optischen Achse (OA) einfallen zu lassen, und der Ausrichtungsdetektor (322) die Verschiebung des vom reflektierenden Spiegel (316) reflektierten Lichts von der optischen Achse (OA) detektiert.
  15. Messsonde (300) nach Anspruch 14, wobei die optische Achse (OA) so vorgesehen ist, dass diese durch das Rotationszentrum (RC) des Drehbewegungsmechanismus (334) verläuft.
  16. Messsonde (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend ein erstes Begrenzungselement (308, 342) zum Begrenzen eines Verformungsbetrags in der Vielzahl von ersten Membranstrukturen (314, 315) innerhalb eines Bereichs der elastischen Verformung.
  17. Messsonde (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend ein zweites Begrenzungselement (308, 336) zum Begrenzen eines Verformungsbetrags in der zweiten Membranstruktur (340) innerhalb eines Bereichs elastischer Verformung.
  18. Messsonde (850) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen einem ersten Wandelement (858B), das so angeordnet ist, dass dieses dem Bewegungselement (862) zugewandt ist und integral mit dem Axialelementgehäuseteil (858) zum Abstützen des Axialbewegungsmechanismus (860) ist, und dem Bewegungselement (862) mit einem ersten viskosen Material (FV) gefüllt ist.
  19. Messsonde (850) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei wenigstens ein Teil eines Spalts zwischen einem zweiten Wandelement (862C), das so angeordnet ist, dass dieses integral mit einem Drehelementgehäuseteil (862) zum Abstützen des Drehbewegungsmechanismus (884) ist, und der zweiten Membranstruktur (890) oder dem Drehelement (886) mit einem zweiten viskosen Material (SV) gefüllt ist.
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