JP2002541445A - 光センサ付き表面検査装置 - Google Patents

光センサ付き表面検査装置

Info

Publication number
JP2002541445A
JP2002541445A JP2000609758A JP2000609758A JP2002541445A JP 2002541445 A JP2002541445 A JP 2002541445A JP 2000609758 A JP2000609758 A JP 2000609758A JP 2000609758 A JP2000609758 A JP 2000609758A JP 2002541445 A JP2002541445 A JP 2002541445A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stylus
tip
detector
light
surface inspection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000609758A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4695762B2 (ja
Inventor
ジェームズ ハロウェイ アラン
バリー ジョナス ケビン
アラン ライト デービッド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renishaw PLC
Original Assignee
Renishaw PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renishaw PLC filed Critical Renishaw PLC
Publication of JP2002541445A publication Critical patent/JP2002541445A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4695762B2 publication Critical patent/JP4695762B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G01B11/007—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines feeler heads therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 表面検査装置は、測定機械のスピンドルに装着されるように構成され、２つの相互に直交する軸線周りに回転可能な２つの相対的に回転可能な部分を有する関節ヘッドを含む。さらにこの装置は、相対的に撓まない中空スタイラスキャリア（３０）と、相対的に撓む中空スタイラス（３２）とを有するスタイラスアセンブリを含む。スタイラスアセンブリには光変換システムが設けられ、このシステムは、光束をスタイラス先端部（３６）に向ける固定光源と、光束を固定検出器（４２）に再帰反射させる先端部に設けた再帰反射部品（４４）とを具えている。この配置は、スタイラスの先端部が表面に当接する場合にスタイラス先端部の横方向変位が直接測定できるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、例えば座標測定装置（ＣＭＭ），走査装置またはロボットなどのよ
うな位置決め装置において使用する表面検査装置に関する。
【０００２】 このような機械は、ワークを測定するために使用され、通常はワークを支持す
るテーブルに対してｘ，ｙおよびｚの３方向に移動自在なアームを具えている。
ｘ，ｙおよびｚ方向の各々におけるアームの運動は、この装置の変換器により測
定され、これによりデータ位置に対するアームの位置を決定することができる。
【０００３】 表面検査装置は、タッチトリガプローブ，アナログまたは測定用プローブを具
え、各々の場合においてワーク当接先端部を持った細長いスタイラスを有するス
タイラスアセンブリを含むことができる。
【０００４】 本発明が特に関係する表面検査装置は、関節ヘッドに取り付けられるアナログ
装置であり、高速スキャニング操作において使用するために適している。
【０００５】 関節ヘッドは、例えば欧州特許第３６０８５３号からそれ自体知られている。
このヘッドは、２つの直交軸線周りにそれに取り付けたスタイラスアセンブリの
軸線を回転させることができる。使用時には、このヘッドは機械のアームに取り
付けられ、その軸線の一方はアームの軸線と一直線状に整列される。ヘッドの回
転自在軸線の各々に関わる変換器は、機械のアームの軸線に対するスタイラスア
センブリの軸線の向きを決定する。
【０００６】 走査動作中にこの装置および／またはヘッドは、スタイラス先端部が、この装
置のコントローラからの指令によりワークの表面に亙って移動し、この表面の輪
郭についてのデータを収集する。
【０００７】 装置およびヘッドの変換器を測定することにより与えられる信号から、また表
面検査装置の一部の寸法の知識から、スタイラス先端部の中心の位置に関する予
測を行うことができる。
【０００８】 しかしながら、スタイラスアセンブリは、ワークの表面との接触および加速を
しながら慣性力による曲げを受け，この曲げはスタイラス先端部の中心の実際の
位置を不確実にする。
【０００９】 不確実性を減らす一つの方法は、スタイラスアセンブリをより撓みにくくする
ことである。しかしながら、これはスタイラスに対する重量を増し、特に高速走
査の動作に対しては不利である。
【００１０】 さらに、スキャニング操作においては、スタイラスの先端部が表面にあるとい
うことを知る何らかの手段を設けることが必須である。このため、従来の走査シ
ステムは、スタイラスアセンブリの曲げを検出しており、さらにまた上記曲げに
よってもたらされるスタイラス先端部の偏位を決定しようとするものである。
【００１１】 変換器を用い、スタイラスが撓んでいる時点を決定するスタイラスアセンブリ
の例が、以下に示す特許明細書に記載されている。
【００１２】 欧州特許第３６０８５３号においては、歪みゲージをスタイラスに取り付けて
スタイラスの実際の曲げを測定し、これからスタイラス先端部の偏位の評価を行
うことができる。
【００１３】 同様に、米国特許第５,１１８,９５６号においては、スタイラス内のファイバ
の歪みを干渉法により測定し、さらにスタイラスの偏位がこの測定から評価する
ことができる。
【００１４】 米国特許第５,１０３,５７２号には、スタイラスがワークに接触していること
を決定するスタイラス偏位を検出する他の例が記載されている。この特許は、レ
ーザ共振器のトリガープローブに対し、スタイラスの先端部に装着される外部反
射器を用いることを記載している。ワークとの接触による先端部の偏位は、検出
できる共振器の品質の変化をもたらす。
【００１５】 上記特許に記載された方法は、スタイラスの曲げに起因するスタイラス先端部
の横方向移動に関して直接の測定を与えることは何れもできない。
【００１６】 米国特許明細書第４,５７４,１９９号は、スタイラスボールが表面に接触する
場合、検出器アレイの開口が検出器に沿って移動するように、スタイラスボール
内の光源が検出器アレイの開口の画像を生成する光接触センサを開示している。
【００１７】 スタイラスボール内に光源を配置する要件は、スタイラスの直径が小さいとき
は実際的ではなく、また電力の連結部分がスタイラス内に配置されることを必要
とし、不都合である。
【００１８】 本発明は、その形態の一つにおいて、スタイラス先端部の横方向変位がスタイ
ラス先端部の中心またはその近傍で直接測定されることを可能とする変換システ
ムを有する表面検査装置を提供する。
【００１９】 本発明の好ましい実施例において、この変換システムは、スタイラスの全長に
沿ってスタイラス先端部に向けて光束を導く光源と、この光束を受け、かつスタ
イラスの曲げに起因するスタイラス先端部の横方向変位の量を示す信号を生成す
るように配置された位置検出器とを有する光学系である。この光学系は、スタイ
ラス先端部の中心またはその近傍に配置される再帰反射部品，位置検出器および
スタイラスの対向端部に配置される光源とを好ましくは具えている。
【００２０】 高速スキャニング操作における使用に適合させるため、本発明による表面検査
装置のスタイラスアセンブリは、軽量であることが好ましく、相対的に撓みにく
く、従ってその固有振動周波数は、これが取り付けられる装置の振動によって励
振されない程度まで高くなっている。同時に、上記のようにスタイラスがワーク
と当接していることを検出できるため、ある程度の可撓性を持つことが重要であ
る。
【００２１】 しかしながら、本発明の第一の形態による変換システムは、スタイラス先端部
の中心の実際の変位を測定することができるので、スタイラスアセンブリが比較
的高い剛性を持つべきであり、しかもさらに柔軟性を持つべきであるという見か
け上対立する要件が、いくつかの有利な結果と共に本発明のさらに新奇な形態に
よって解決することができる。
【００２２】 本発明の他の新奇な形態において、表面検査装置のスタイラスアセンブリは、
相対的に撓むスタイラスを装着する相対的に撓まないスタイラスキャリアを具え
ている。この組み合わせは、全体に亙って要求された高い固有振動周波数を与え
ると同時に、相対的に撓むスタイラスができるだけ小さくかつ軽くなるように作
られる。
【００２３】 従って、好ましい実施例においては、スタイラスキャリアは円錐または湾曲し
たトランペット形状をなし、この形状は、高い剛性を与えてスキャニング操作中
の曲げを防止するように設計することができる。スタイラスの可撓性および低質
量は、その直径を実際にできる限り小さく維持することによって実現される。
【００２４】 大きなスタイラスの撓みを許容することにより持ち込まれる不確実性は、スタ
イラス先端部の横方向変位を直接測定することにより実質的に排除されるので、
スタイラス自体の可撓性を最大にして関節ヘッドにより生成されることが要求さ
れる走査トルクを減らすことができる。
【００２５】 さらに、スタイラス内の検出システムは、本発明の他の形態によるスタイラス
の先端部の横方向変位の量を示す信号を生成するので、これらの信号は、制御装
置内のサーボ系に移送され、関節ヘッドをサーボ制御する。このようにして、制
御装置は、スタイラスの先端部がワークの表面にあることを保証することができ
ると共にスタイラスの曲げが、スタイラスに対する損傷の可能性を最小にするた
めの許容限界内にあることを確実にすることができる。より高い固有周波数はま
た、より高速でのヘッドのサーボ制御を可能とする。
【００２６】 ここで本発明の例示が添付図面を参照して説明されよう。
【００２７】 ここで図１を参照すると、関節プローブヘッドが示されている。このヘッドは
、位置決め装置（図示されず）に装着するようになされた第１ハウジング部１０
を具えており、これは第１軸線ｚの周りに軸１４の回転を与えるモータ１２を収
容する。軸には、第２ハウジング部１６が装着され、これは第２軸線ｘの周りに
第２軸２０の回転を与える第２モータ１８を収容する。第２軸には、これと共に
回転する表面検査装置が装着され、これはスタイラスアセンブリ２２に対する支
持体を有する。
【００２８】 ここで図２を参照すると、スタイラスアセンブリ２２はスタイラスキャリア３
０を有し、これは、湾曲した側壁を持つトランペット形状に作られ、これが重量
に対して高い剛性率を有することを確実にする。しかしながら、このスタイラス
キャリアは、検査装置が行うスキャニング操作に依存し、または製造を容易にす
るため、他の形状、例えば円錐または二重円錐形状を有してもよい。スタイラス
キャリアは、任意の適切な軽量材料から形成されるが、良好な重量対剛性比を与
えるために、カーボンファイバ材料が好適である。湾曲形状はまた、穴内への良
好なアクセスを与え、一例としてのトランペット形状は、スタイラスが４または
それ以下の直径対長さの比を有する任意の穴の底部に達することができるように
設計される。
【００２９】 トランペットの支持されない狭い端部には、中空スタイラス３２が嵌合されて
いる。スタイラスは、例えばその自由端部に半球状のワーク接触先端部３６を有
する。この先端部は、その質量を最小にするように半球状をなすが、他の適切な
形状、例えば球状をなしていてもよい。スタイラスは中空であって、このスタイ
ラスがスタイラスキャリアよりも相対的に撓むように高い長さ対直径比を有する
。これは、スタイラスの先端部がワークの表面と当接するようになされると、比
較的緩やかな先端部の力のみによった場合でも、スタイラスの先端部は主として
スタイラスの曲げに起因してスタイラスキャリアに対して横方向に変位され、ま
たスタイラスキャリアの任意の曲げが相対的に重要ではなくなる。スタイラスは
、スタイラスキャリアに連結され、その長手方向軸線は任意の都合のよい手段に
よりスタイラスキャリアの軸線Ａと一直線状に整合されるが、本実施例において
は好適な方法は、スタイラスの変化を容易にするスタイラスの開口端部３５にお
けるねじ結合３４である。
【００３０】 光検出システムは、スタイラスの先端部部においてレーザ３８，ビームスプリ
ッタ４０，検出器４２および光学部品４４からなる。
【００３１】 レーザ３８には、適当な形式のものを用いることができる。我々は、HFE4080-
321 という名称で Honeywell により製造された vcsel レーザが満足なものであ
ることを見出している。このレーザは、スタイラスキャリアの、スタイラスに対
してスタイラスキャリアの反対端部に配置され、そこにはスタイラスキャリアが
ヘッドのハウジング１６に支持され（詳細は図３を参照）、レーザ光束をキャリ
アの軸線Ａに沿ってスタイラス内部の光学要素４４に向けて送出する。
【００３２】 本実施例に示したビームスプリッタ４０は、光学要素４４から軸線Ａに沿って
戻る光が受光器４２において軸線に対して直角をなして反射されるように軸線に
対して４５°の反射面４６を持つ標準キューブである。しかしながら、回折格子
などの他の形態のビームスプリッタを使用してもよく、またレーザに対して他の
位置に配置してもよい。
【００３３】 検出器は、これに入射する光スポットの位置を示す信号を与えることができる
必要がある。S4744 という名称で Hamamatsu により製造された二次元位置検査
検出器（ＰＳＤ）などの適切な検出器が得られるが、他の適切な形態の検出器は
直交セルであろう。
【００３４】 レーザ，ビームスプリッタおよび検出器は、関節ヘッドのハウジング１６内の
構造体に支持されるが、好適には図示のようにスタイラスキャリアに支持される
。これは、任意のスタイラスキャリアが任意のヘッドと共に使用できることを保
証する。これはまた、スタイラスキャリアの組み付けの時点で行うことができる
ので、レーザおよび光学部品の整列を容易にする。次に、これは、スタイラスキ
ャリアの支持に対する製造公差を容易にし、さもなければ、代替スタイラスキャ
リアの光学部品が、代替されるものとして正確にレーザ光束との整列を確実にす
ることが要求される。
【００３５】 以上に示したスタイラスアセンブリの他の利点は、それが、光束発生器および
検出器をそのままにしながら、最も損傷に弱いアセンブリの一部を交換する安価
な実際的な方法を与えることにある。さらに、ねじ結合を介して新しいスタイラ
スの軸線は、光束発生器および検出器と再調整を行う必要なしにセンサの光軸と
ほぼ一直線状に整合された状態となる。
【００３６】 レーザ３８の出力端部には凸レンズ４７が配置される。このレンズの機能は、
光学要素に向けて、レーザ光束をコリメート／合焦し、スタイラスの開口端部３
５を介して光束を通過させることにある。しかしながら、好適な実施例において
は、第２のレンズ４８が設けられ、これは、レンズ４７と組み合わせて、光学部
品４４により光束が反射された後、スタイラスの開口端部の面に合焦点を作るよ
うに配置される。これは、検出器４２上のスポットの変位と大きさとを制御する
ことを助ける。
【００３７】 図３は、表面検査装置がヘッドの回転自在なハウジング１６に支持される様子
をさらに詳細に示している。
【００３８】 スタイラスキャリア３０は、適切な手段により、例えば接合により円筒状延在
部５０に連結されて回転可能なハウジング１６のベースへの装着に供される。延
在部５０は、その他方の端部で、３つの半径方向に延在する脚部５２を有し、こ
れらの脚部は１２０°離れて配置され、脚部の各々は単に短い円周方向の長さを
有する。
【００３９】 各々の脚部５２には、図にはそれらの一つだけを見ることができるが，単一の
半径方向に延在するローラ５４および２つの磁石５６が、ローラの何れかの側の
一方に接合されている。ローラは、回転可能なハウジング１６によって支持され
る円筒状の支持部材６２の半径方向外側に延在するフランジ６０に配置された一
対のボール５８の間の空間に支えられるように寸法が定められている。このボー
ルとローラとの組み合わせは、ハウジング上のスタイラスキャリアに対する一般
的な運動学的支持体を形成する。
【００４０】 フランジ６０は３つの切欠き部分を有し、一つは各々の対のボール５８に隣接
し、またそれらの各々は脚部５２の円周方向長さよりわずかに大きくなされる。
これは、ローラがボール間に着座され得るまで脚部を切欠き部分を通過させ、ス
タイラスキャリアを回転させることにより差込ジョイントのようにハウジング１
６上に配置されることを可能にする。ローラをボールと当接状態に駆動する磁力
を与える磁石が配置されるが、この磁力に対してローラは、もし過剰な力がスタ
イラスに印加される場合、ボールから離脱可能である。ボールは、必要に応じて
電気回路に配線され、公知の方法でローラが離脱されていることを示す信号を与
えることができる。
【００４１】 光学的検出システムのレーザ，ビームスプリッタおよび光検出システムの検出
器は、延在部５０のベース板６４に取り付けられ、従って変位可能なスタイラス
先端部に対して固定された位置にある。回路基板６６も、２つだけが図示してあ
る３個の支柱６８によって基板に支承される。この回路基板は、光検出システム
により要求されるいくつかの電子機器を支承し、スタイラスキャリアからの電気
信号をハウジング１６に搬送するばね付勢接触ピン７０に対して（図示しない手
段により）電気的に接続される。
【００４２】 ここで図４ａから図４ｅを参照すると、光学部品４４の各種の設計がスタイラ
ス３２の場所に示してある。
【００４３】 図４ａから図４ｃは、相対的に撓まないスタイラスキャリアおよび相対的に撓
む小径のスタイラスを有するスタイラスアセンブリと共に使用するのに適した光
学部品を示す。スタイラスの曲げは、横方向の変位と共にスタイラスの先端部の
傾斜をもたらす。平面反射要素に対するこのスタイラスの先端部の効果は、反射
光を傾斜させることにあり、上述した実施例に関して要求された小径のスタイラ
スにおけるこのような傾斜は、スタイラスの内壁に反射光を入射させる。従って
、図示した光学部品の各々はスタイラスの軸線に整合された光軸を有し、また検
出システムはこの部品の光軸の変位を測定する。
【００４４】 このようにして、本発明の新奇な特徴による図４ａから図４ｃに示した光学部
品は、これらをスタイラス先端部の傾斜にほぼ影響を受けないようにするなどの
実質的な再帰反射特性を持つように設計される。しかしながら、図４ｄから図４
ｅに示した実施例は、スタイラス先端部の傾斜に対してより敏感である。
【００４５】 図４ａから図４ｅに示した実施例の全てに共通の特徴は、レンズ４８からの光
束が、スタイラスの長さにほぼ等しいスタイラスボールの中心からある距離にお
いて、スタイラス先端部を越えて存在する点に向けて合焦されることにある。
【００４６】 これは、各々の場合の光学部品４４がほぼスタイラスの開口端部３５の平面上
のほぼ一点に光束を反射するという効果がある。これは、スポットの最大横方向
変位量が、スタイラスの内壁に反射光が入射する前に起こることを可能とし、こ
れは図４ｄおよび図４ｅの実施例に対して特に有益である。
【００４７】 これらの実施例の他の新奇な特徴は、光学部品４４の反射要素がスタイラスボ
ールの中心に非常に近接して配置できるということにあり、従ってスタイラス先
端部の中心の実際の変位を実質的に測定する。
【００４８】 図４ａにおいて、光学部品４４は、スタイラス先端部の中心に可能な限り近く
その頂部と共に配置されたコーナキューブ再帰反射器として示される。これは、
検出システムがスタイラス先端部の中心の変位を測定するということを確実にす
る。レンズ４８からの収束光束はコーナキューブの側面に入射し、さらに光束の
それぞれの部分は、キューブの頂部を通る光軸と交差し、それ自体と平行に再帰
反射されるが、横方向に変位される。この結果，戻り光束は収束し続ける。レン
ズ４８とコーナキューブ４４との組み合わせが配置され、戻り光束がこの光束を
ビームスプリッタ４０を介して検出器４２に送出するレンズ４８に戻る前に、ス
タイラスの開口端部３５の平面上の微小な一点にほぼ収束することを確実にする
。
【００４９】 スタイラスが湾曲した場合のコーナキューブの傾斜に対する反射光束の低感度
特性は、センサに対するこの形態の光学部品を理想的なものにし、スタイラスボ
ールのほぼ横方向変位のみが検出器により測定されることを可能にする。しかし
ながら、再帰反射装置を小形にして、この装置が最小径のスタイラスの内側に嵌
合することを可能にするという実際の問題点を克服するのが困難である。
【００５０】 図４ｂは、再帰反射特性を持ち、要求された大きさで生成することが容易とな
る他の形態の光学部品を示す。本実施例においては、光学部品４４は入射光束を
受光する第１面７４と、受けた光を反射する第２反射面７６とを有する傾斜屈折
率（ＧＲＩＮ）レンズ７２である。このレンズは、スタイラス先端部が嵌合され
るスタイラスの端部に配置され、その反射面対向レンズ４８を有する。前と同様
に、組み付け中に反射面ができるだけスタイラス先端部の中心近くに配置される
よう、スタイラス先端部と光学部品との相対位置が調節される。
【００５１】 レンズ４８からの収束光は、ＧＲＩＮレンズの先端面７４に入射され、レンズ
を通って反射面７６に収束され、ここでは光束をレンズ４８に向けて戻す。再び
，レンズ４８および光学部品が共同し、光束がレンズ４８を介して検出器に戻さ
れる前に、光束をスタイラスの開口端部の平面上の微小な一点に合焦させる。
【００５２】 ＧＲＩＮレンズと反射器とを組み合わせると、検出器からの出力がスタイラス
先端部の中心の横方向変位の正確な測定を与えるように、スタイラス先端部の傾
斜によってほとんど影響を受けない特性が付与される。
【００５３】 図４ｃは、再帰反射特性を有し、また要求された大きさに形成することがさら
に容易な光学部品を示す。この実施例においては、光学部品４４は凸レンズ８０
とスタイラス先端部の中心に配置された平面反射面８２との組合せで与えられる
。この要素の組合せは、レンズ４８からの収束光束の各々の部分がそれ自体と平
行に再帰反射されるという点でコーナキューブと類似の再帰反射特性を有し、さ
らにその結果、光束は、レンズ４８および検出器４２に戻る前にスタイラスの開
口端部の平面上の一点に合焦される。
【００５４】 図４ａおよび図４ｃの実施例は、相対的に撓まないスタイラスキャリアおよび
相対的に撓むスタイラスと共に使用される光検出システムを描いている。描かれ
た光学系は、スタイラスに沿ってその通過（スタイラス先端部を越えた点まで）
中に収束するレンズ４８からの光束を使用している。しかしながら、光学部品４
４の全てはスタイラスの内径にほぼ等しい直径を有する。これは、収束光束が光
学部品４４に入射する面において、光束の幅が光学部品の幅より小さくなること
を意味する。これは、戻り光束の横方向変位が、スタイラスの内径より大きなレ
ンズ４８からの光の収束光束の使用に比べて検出系の感度を増加させ、スタイラ
ス先端部の横方向変位よりも大きくなるという効果を与える。
【００５５】 図４ｃに示した実施例に対する改良において、凸レンズは、検出器上のスポッ
ト形状の収差を減らし、検出器信号の高い直線性を与える非球面レンズであって
よい。
【００５６】 図４ｄおよび図４ｅは、他の可能な実施例を示し、これらの実施例はスタイラ
スの横方向変位に関係する信号を生成するが、図４ａから図４ｃに示した好適な
実施例よりも効果は少ない。その理由は、反射器と共に戻り光束が横方向運動と
共に反射器の傾斜によって影響を受けることによる。
【００５７】 図４ｄにおいて、光学要素４４は凹面鏡であり、これはその凹面をレンズ４８
に向けてスタイラス先端部が取り付けられ、スタイラスの入射面３５においてレ
ンズ４８からの光束を最小径に合焦するように形成される。スタイラス先端部の
横方向移動は、復帰光束の横方向移動をもたらすが、スタイラスの曲げに起因す
る鏡の傾斜は、復帰光束の横方向移動量および検出器上のスポットの位置に影響
する。
【００５８】 図４ｅは、反射要素４４が平面鏡の場合の実施例を示す。この実施例において
は、平面鏡は開口が制限され、すなわちその直径は照明光束よりかなり小さな直
径を有している。これは、平面鏡がスタイラスの先端部において横方向変位を検
出することを可能にするが、スタイラスの曲げに起因する平面鏡の傾斜が検出器
４２のスポットの位置に影響する。
【００５９】 スタイラスの直径を加減する他の実施例において、光学部品４４は平面鏡であ
り、またレーザ光束は収束するように配置され、平面鏡からの反射の後、検出器
上にスポットを合焦させる。この実施例は、反射器の傾斜を利用し、検出器上の
スポットを横方向に偏位させ、さらに検出器の距離に起因する傾斜角に対するス
ポットの移動倍率を利用してシステムの感度を増強させる。
【００６０】 光検出システムは、本発明の範囲内で他の形態を取ることもできる。例えば、
スタイラスの先端部における光学部品が分与され、このシステムは、スタイラス
アセンブリの一端部において光源を単に利用し、その他端部で位検査検出器にス
ポットを形成するように光束を導くものでもよい。しかしながら、このような実
施例は、スタイラス先端部における電気結合をこの部品に与えることを必要とす
る。
【００６１】 上述した好ましい実施例の各種の利点は、次の通りである。 １）先端部近傍で制御された偏位を持つ相対的に曲がりにくい軽量なスタイラス
アセンブリ。 ２）スタイラス先端部の横方向変位を実質的にこの先端部において高い周波数応
答と精度とで測定する単純で軽量な光学系。これは、より大きなスタイラスの偏
位を可能とし、従って小さな走査トルクと高速サーボ能力を可能とする。 ３）スタイラス先端部のスタイラス軸線上にある単一の光学部品は、より安価な
スタイラスと、最小の再調整を伴うスタイラスの互換性とを与える。 ４）直径対長さの高い割合と小径、例えば直径が約１mmのスタイラスとを持った
スタイラスアセンブリへの適用可能性。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表面検査装置を持った関節ヘッドの概略図である。
【図２】 図１の表面検査装置のスタイラスアセンブリの概略断面図であり、光検出シス
テムの主要部品を描いている。
【図３】 支持構造体およびこれに取り付けられる光学部品の詳細を示す表面検査装置の
部分の縦断面図である。
【図４ａ】 スタイラス先端部における光学部品の他の形態を示す。
【図４ｂ】 スタイラス先端部における光学部品の他の形態を示す。
【図４ｃ】 スタイラス先端部における光学部品の他の形態を示す。
【図４ｄ】 スタイラス先端部における光学部品の他の形態を示す。
【図４ｅ】 スタイラス先端部における光学部品の他の形態を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケビン バリー ジョナス イギリス イーエイチ９ １ディーエス エジンバラ マーチモント ワレンダー パーク ロード 125 フラット ３ フ ロアー (72)発明者 デービッド アラン ライト イギリス イーエイチ13 ０ディーエル エジンバラ カーネシィ アベニュー 11 Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA09 CC00 DD02 DD06 FF10 GG04 HH13 JJ16 LL04 LL17 LL19 LL42 LL46 2G051 AA90 AB20 BA10 BB03 CA01 CB01 CC09 CC11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置決め装置において使用する表面検査装置であって、ワー
    ク当接先端部と光変換システムとを有する中空スタイラスを有し、前記光変換シ
    ステムは、スタイラスの先端部に向けてスタイラスの内部に導かれる光束を生成
    する光源と、光束を受光すると共にスタイラス先端部の横方向変位を示す信号を
    生成するように光束に対して配置された検出器とを具えている。
  2. 【請求項２】 光源および検出器は、スタイラスが連結される固定構造体に
    取り付けられ、さらに光束を検出器に戻すように光学部品がスタイラスの先端部
    に隣接して取り付けられる請求項１による表面検査装置。
  3. 【請求項３】 光学部品は、スタイラス先端部の傾斜に対して実質的に影響
    を受けない再帰反射装置である請求項２に記載の表面検査装置。
  4. 【請求項４】 スタイラスは、相対的に撓まないスタイラスキャリアと相対
    的に撓むスタイラスとを具えたスタイラスアセンブリの一部を形成する請求項１
    による表面検査装置。
  5. 【請求項５】 スタイラスキャリアは、表面検査装置のハウジングに連結さ
    れ、光源および検出器がこのハウジングに取り付けられている請求項４による表
    面検査装置。
JP2000609758A 1999-04-06 2000-04-06 光センサ付き表面検査装置 Expired - Lifetime JP4695762B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9907644.0 1999-04-06
GBGB9907644.0A GB9907644D0 (en) 1999-04-06 1999-04-06 Surface sensing device with optical sensor
PCT/GB2000/001303 WO2000060310A1 (en) 1999-04-06 2000-04-06 Surface sensing device with optical sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002541445A true JP2002541445A (ja) 2002-12-03
JP4695762B2 JP4695762B2 (ja) 2011-06-08

Family

ID=10850900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000609758A Expired - Lifetime JP4695762B2 (ja) 1999-04-06 2000-04-06 光センサ付き表面検査装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6633051B1 (ja)
EP (1) EP1086354B1 (ja)
JP (1) JP4695762B2 (ja)
GB (1) GB9907644D0 (ja)
WO (1) WO2000060310A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509338A (ja) * 2003-10-21 2007-04-12 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー 座標位置決定装置用の軽量で熱的に安定した測定器具およびその製造方法
JP2008539408A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー プローブの較正
JP2008539405A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 加工対象物の表面を走査するための方法
JP2008539410A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 光学センサ付きの表面検出装置
JP2012145569A (ja) * 2010-12-21 2012-08-02 Canon Inc 形状測定装置
JP2013528794A (ja) * 2010-05-05 2013-07-11 ライカ ジオシステムズ アクチェンゲゼルシャフト 光学モニタリングシステムを有する表面粗さ測定装置
CN110500958A (zh) * 2019-09-30 2019-11-26 北方民族大学 一种激光扫描精密测头装置

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE323275T1 (de) 2001-04-03 2006-04-15 Saphirwerk Ind Prod Verfahren zur bestimmung der grösse der deformation eines taststiftes
GB0130021D0 (en) * 2001-12-15 2002-02-06 Renishaw Plc Reaction balanced rotary drive mechanism
GB0201845D0 (en) 2002-01-26 2002-03-13 Renishaw Plc Analogue probe
AU2003263516A1 (en) * 2002-10-29 2004-05-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. A coordinate measuring device and a method for measuring the position of an object
GB0228368D0 (en) 2002-12-05 2003-01-08 Renishaw Plc Probe for high speed scanning
JP4323212B2 (ja) * 2003-05-08 2009-09-02 株式会社ミツトヨ 表面性状測定機の校正方法、表面性状測定機の校正プログラム、この校正プログラムを記録した記録媒体および表面性状測定機
US20050205529A1 (en) * 2004-03-22 2005-09-22 The Regents Of The University Of California Calibration system for laser peening
CN100395512C (zh) * 2004-07-02 2008-06-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 表面形貌测量用触针及其制备方法
DE102006002619B3 (de) * 2006-01-19 2007-07-26 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Vorrichtung zur Messung von Strukturen eines Objekts
EP2142878B1 (en) * 2007-04-30 2018-09-26 Renishaw PLC Analogue probe with temperature control and method of operation
GB0708319D0 (en) 2007-04-30 2007-06-06 Renishaw Plc A storage apparatus for a tool
EP2161536A1 (de) * 2008-09-05 2010-03-10 Leica Geosystems AG Optischer Sensor mit Kollisionsschutz für eine Messmaschine
DE102009015920B4 (de) 2009-03-25 2014-11-20 Faro Technologies, Inc. Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
US9551575B2 (en) 2009-03-25 2017-01-24 Faro Technologies, Inc. Laser scanner having a multi-color light source and real-time color receiver
US9529083B2 (en) 2009-11-20 2016-12-27 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with enhanced spectroscopic energy detector
DE102009057101A1 (de) 2009-11-20 2011-05-26 Faro Technologies, Inc., Lake Mary Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
US9210288B2 (en) 2009-11-20 2015-12-08 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with dichroic beam splitters to capture a variety of signals
US9113023B2 (en) 2009-11-20 2015-08-18 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with spectroscopic energy detector
US8630314B2 (en) 2010-01-11 2014-01-14 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for synchronizing measurements taken by multiple metrology devices
US9163922B2 (en) 2010-01-20 2015-10-20 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machine with distance meter and camera to determine dimensions within camera images
US9628775B2 (en) 2010-01-20 2017-04-18 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine having a 2D camera and method of obtaining 3D representations
US9607239B2 (en) 2010-01-20 2017-03-28 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine having a 2D camera and method of obtaining 3D representations
GB2489370B (en) 2010-01-20 2014-05-14 Faro Tech Inc Coordinate measuring machine having an illuminated probe end and method of operation
US9879976B2 (en) 2010-01-20 2018-01-30 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine that uses a 2D camera to determine 3D coordinates of smoothly continuous edge features
US8832954B2 (en) 2010-01-20 2014-09-16 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
JP2013517502A (ja) 2010-01-20 2013-05-16 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド 複数の通信チャネルを有する可搬型の関節アーム座標測定機
US8615893B2 (en) 2010-01-20 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine having integrated software controls
US8898919B2 (en) 2010-01-20 2014-12-02 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machine with distance meter used to establish frame of reference
CN102947667A (zh) 2010-01-20 2013-02-27 法罗技术股份有限公司 具有可移除的附件装置的坐标测量机
US8875409B2 (en) 2010-01-20 2014-11-04 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8677643B2 (en) 2010-01-20 2014-03-25 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
DE102010020925B4 (de) 2010-05-10 2014-02-27 Faro Technologies, Inc. Verfahren zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
WO2012033892A1 (en) 2010-09-08 2012-03-15 Faro Technologies, Inc. A laser scanner or laser tracker having a projector
US9168654B2 (en) 2010-11-16 2015-10-27 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machines with dual layer arm
EP2505959A1 (en) 2011-03-28 2012-10-03 Renishaw plc Coordinate positioning machine controller
WO2013091698A1 (de) * 2011-12-21 2013-06-27 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Koordinatenmessgerät mit verbesserter schnittstellenanordnung
DE102012100609A1 (de) 2012-01-25 2013-07-25 Faro Technologies, Inc. Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
US9019511B2 (en) * 2012-02-27 2015-04-28 Quality Vision International, Inc. Optical probe for vision measurements
US8736817B2 (en) 2012-05-25 2014-05-27 Mitutoyo Corporation Interchangeable chromatic range sensor probe for a coordinate measuring machine
US8817240B2 (en) 2012-05-25 2014-08-26 Mitutoyo Corporation Interchangeable optics configuration for a chromatic range sensor optical pen
US8997362B2 (en) 2012-07-17 2015-04-07 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine with optical communications bus
DE102012109481A1 (de) 2012-10-05 2014-04-10 Faro Technologies, Inc. Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
US10067231B2 (en) 2012-10-05 2018-09-04 Faro Technologies, Inc. Registration calculation of three-dimensional scanner data performed between scans based on measurements by two-dimensional scanner
US9513107B2 (en) 2012-10-05 2016-12-06 Faro Technologies, Inc. Registration calculation between three-dimensional (3D) scans based on two-dimensional (2D) scan data from a 3D scanner
US9068822B2 (en) 2013-07-03 2015-06-30 Mitutoyo Corporation Chromatic range sensor probe detachment sensor
US9507442B2 (en) 2014-05-21 2016-11-29 Leap Motion, Inc. Multi-function stylus for motion capture and sensory based machine control
EP3184957B1 (en) * 2015-12-23 2021-07-14 Hexagon Technology Center GmbH Modular micro optics for optical probes
DE102015122844A1 (de) 2015-12-27 2017-06-29 Faro Technologies, Inc. 3D-Messvorrichtung mit Batteriepack
CN109964098B (zh) 2016-11-16 2022-10-14 瑞尼斯豪公司 坐标定位设备以及操作方法
DE102020204532A1 (de) 2020-04-08 2021-10-14 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Lagemessung bei einer Positioniervorrichtung

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62228102A (ja) * 1986-03-29 1987-10-07 Toshiba Corp 遠隔変位検知装置
JPH01263506A (ja) * 1988-04-14 1989-10-20 Daiichi Denki Kk 光増幅変位センサと位置制御装置
JPH0342505A (ja) * 1989-06-24 1991-02-22 Wild Leitz Gmbh 接触式光センサを備えたスキャンニングピン
JPH0361505U (ja) * 1989-10-18 1991-06-17
JPH03223609A (ja) * 1989-08-30 1991-10-02 Renishaw Plc タッチプローブ
JPH0592628U (ja) * 1992-05-13 1993-12-17 日立電線株式会社 物体検出装置
JPH0979831A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Tokimec Inc 路面撓み量測定装置及び方法
JPH09273926A (ja) * 1996-04-05 1997-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 形状測定装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4839526A (en) * 1980-11-14 1989-06-13 Diffracto Ltd. Coordinate measuring method and device
US4574199A (en) 1983-01-27 1986-03-04 Diffracto Ltd. Sensing location of an object
GB8803847D0 (en) 1988-02-18 1988-03-16 Renishaw Plc Mounting for surface-sensing device
GB9004117D0 (en) * 1990-02-23 1990-04-18 Renishaw Plc Touch probe
DE4244240B4 (de) * 1992-12-24 2005-07-07 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Taststift
DE19724739A1 (de) * 1997-06-12 1998-12-17 Werth Messtechnik Gmbh Taster zur Messung geometrischer Strukturen
WO1998057121A1 (de) * 1997-06-12 1998-12-17 Werth Messtechnik Gmbh Koordinatenmessgerät mit tastelement und dieses vermessenden optischen sensor
DE19816270A1 (de) * 1998-04-11 1999-10-21 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Erfassung der Geometrie von Gegenständen mittels eines Koordinatenmeßgeräts
DE19816272C2 (de) * 1998-04-11 2000-05-11 Werth Messtechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62228102A (ja) * 1986-03-29 1987-10-07 Toshiba Corp 遠隔変位検知装置
JPH01263506A (ja) * 1988-04-14 1989-10-20 Daiichi Denki Kk 光増幅変位センサと位置制御装置
JPH0342505A (ja) * 1989-06-24 1991-02-22 Wild Leitz Gmbh 接触式光センサを備えたスキャンニングピン
JPH03223609A (ja) * 1989-08-30 1991-10-02 Renishaw Plc タッチプローブ
JPH0361505U (ja) * 1989-10-18 1991-06-17
JPH0592628U (ja) * 1992-05-13 1993-12-17 日立電線株式会社 物体検出装置
JPH0979831A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Tokimec Inc 路面撓み量測定装置及び方法
JPH09273926A (ja) * 1996-04-05 1997-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 形状測定装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509338A (ja) * 2003-10-21 2007-04-12 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー 座標位置決定装置用の軽量で熱的に安定した測定器具およびその製造方法
JP2008539408A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー プローブの較正
JP2008539405A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 加工対象物の表面を走査するための方法
JP2008539410A (ja) * 2005-04-26 2008-11-13 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 光学センサ付きの表面検出装置
JP2013047687A (ja) * 2005-04-26 2013-03-07 Renishaw Plc 関節式プローブヘッド
JP2013057671A (ja) * 2005-04-26 2013-03-28 Renishaw Plc 光学センサ付きの表面検出装置
US8978261B2 (en) 2005-04-26 2015-03-17 Renishaw Plc Probe head for scanning the surface of a workpiece
JP2013528794A (ja) * 2010-05-05 2013-07-11 ライカ ジオシステムズ アクチェンゲゼルシャフト 光学モニタリングシステムを有する表面粗さ測定装置
JP2012145569A (ja) * 2010-12-21 2012-08-02 Canon Inc 形状測定装置
CN110500958A (zh) * 2019-09-30 2019-11-26 北方民族大学 一种激光扫描精密测头装置

Also Published As

Publication number Publication date
GB9907644D0 (en) 1999-05-26
EP1086354A1 (en) 2001-03-28
EP1086354B1 (en) 2015-01-14
JP4695762B2 (ja) 2011-06-08
WO2000060310A1 (en) 2000-10-12
US6633051B1 (en) 2003-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4695762B2 (ja) 光センサ付き表面検査装置
US5118956A (en) Touch probe including a waveguide
US6430833B1 (en) Measuring probe with diaphragms and modules
US5530549A (en) Probing retroreflector and methods of measuring surfaces therewith
JP5324214B2 (ja) 光学センサ付きの表面検出装置
KR100433575B1 (ko) 측정구-반사기
US5982494A (en) Non-contact position sensor
US5636013A (en) Suspension assembly static attitude and distance measuring instrument
US6181422B1 (en) Optical surface measurement apparatus and methods
US6459492B1 (en) Non-contact position sensor
US7656540B2 (en) Apparatus and method for measuring suspension and head assemblies
JP5171108B2 (ja) 三次元形状測定装置
EP0884564B1 (en) Displacement sensor and method for producing target feature thereof
US8619266B2 (en) Optical position-measuring device
US20100225928A1 (en) Device for measuring structures of an object
KR100498192B1 (ko) 비-접촉 위치 센서
JPH0861917A (ja) 位置検知装置
Wang et al. Development of a touch trigger probe for micro/nano CMM
JPH07167620A (ja) レーザ測定方法および測定針
JPH04323532A (ja) 屈折率分布測定方法およびその装置
JPH0252209A (ja) 超音波測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070406

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20070406

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090925

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100406

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100924

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110218

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110228

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4695762

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term