JP2006170912A

JP2006170912A - 形状測定機

Info

Publication number: JP2006170912A
Application number: JP2004366589A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Irie; 昌幸入江
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】測定速度の向上及び傾斜の大きな被測定物に対する測定精度の向上を図る。
【解決手段】被測定物１８に対して、プローブ１４を備えた測定部１５を移動可能に支持するスライド８からなるガイド手段を設ける。スライド８を駆動することにより測定部１５を移動させるアクチュエータ７を設ける。測定部１５の位置を検出するスケールヘッド１７及びガラススケール１６からなる位置検出手段を設ける。アクチュエータ７とスライド８とを、衝撃吸収部材１３ａ、１３ｂを介して接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブにより被測定物の形状を測定する形状測定機に関する。

一般に、作動軸の先端に設けられた接触又は非接触のプローブを用いて被測定物の形状を測定する形状測定機が多く知られている。この形状測定機は、プローブと被測定物とを相対的に移動させながらプローブの位置及び走査位置を検出し、それらの値から被測定物の形状を求める構造になっている。ところで、この種の形状測定機では、非常に高精度な測定を行うため、アクチュエータの送り精度や振動が測定結果に影響することを防がなくてはならない。
そのための送り装置として、図４に示すような送り装置がある（例えば、特許文献１参照）。この送り装置は、モータ１０１で送りネジ１０２を回転させることによりサブスライダ１０３を駆動させるようになっている。このサブスライダ１０３には、駆動軸と平行にワイヤ１０４が張られ、このワイヤ１０４を介して移動テーブル１０５が接続されている。そして、この送り装置では、ワイヤ１０４を介したことで、駆動軸方向に高い剛性を保ちつつ、駆動軸に平行でない運動成分及び振動を吸収し、高精度なテーブル送りができるようになっている。
特開平５−２８８２５４号公報

しかしながら、この構成の送り装置ではワイヤ１０４を介して接続しているため、ワイヤ１０４の軸方向の不要な運動成分や振動を吸収することができず、これが測定精度に影響してしまう。また、一般に、送り速度を速くした場合、モータなどの駆動源の振動も速度に従って大きくなるため、測定精度を維持するためには送り速度（測定速度）を速くできないという課題がある。特に、接触式のプローブの場合は被測定物へのダメージを小さくするため、数ｍｇｆ〜数十ｍｇｆの非常に小さい測定力が用いられている。このため、振動があるとプローブが跳ねやすく、測定結果に与える影響は顕著になる。

ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）に、この送り装置にプローブ１０８を有する測定部１０６を搭載した状態を示す。このように駆動軸（Ｘ軸）に対する被測定物面１０７の傾斜角αが大きく（４５度以上）なった場合、駆動軸方向の振動幅Ａは、プローブ１０８の軸方向では変位Ｂの大きさに拡大されて検出される。よって、駆動軸方向に振動があることは、傾斜角の大きな被測定物を測定する場合、振動による外乱が拡大され、精度が著しく低下することもあって、測定自体困難なものとなるという課題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アクチュエータからの振動伝達を遮断することで測定速度を向上させ、かつ、傾斜の大きな被測定物の測定精度を向上させた形状測定機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の形状測定機は、プローブ又は被測定物を移動可能に支持するガイド手段と、前記ガイド手段を駆動することにより前記プローブと前記被測定物とを相対的に移動させるアクチュエータと、前記ガイド手段の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記アクチュエータと前記ガイド手段とは、弾性部材を介して接続されていることを特徴とする。

そして、この発明に係る形状測定機によれば、弾性部材がアクチュエータの不要な運動成分や振動のガイド手段への伝達を抑え、測定速度と、傾斜の大きな被測定物の測定精度を向上させることができる。

また、本発明は、前記プローブが、接触式であっても良い。つまり、アクチュエータの振動を受けやすい接触式プローブの測定機においても、測定速度と、傾斜の大きな被測定物の測定精度を向上させることができる。

さらに、前記弾性部材は、ゲル状物質あるいは引張りバネからなることが好ましい。これにより、測定速度の向上と、傾斜の大きな被測定物に対する測定精度の向上を安価に実現することができる。

本発明の形状測定機によれば、測定速度を向上させ、かつ、傾斜の大きな被測定物に対する測定精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る形状測定機について説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る形状測定機について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。
図１に符号１で示すのは、本実施形態における形状測定機である。この形状測定機１のベース２上には、駆動源としてのモータ３と、モータ３により駆動される送りネジ４と、図示しない送りネジナットに取り付けられた駆動テーブル５と、駆動テーブル５を送りネジ４の軸方向に移動可能に支持するガイド６ａ、６ｂとが設けられている。これにより、モータ３の駆動で駆動テーブル５を送りネジ４の軸方向に移動するアクチュエータ７を構成している。

さらに、ベース２上には、送りネジ４の軸方向に対して平行に延びるスライド８（ガイド手段）が設けられている。このスライド８は、スライド軸９と、スライド軸受１０とで構成されている。スライド軸９には圧縮空気が供給され、スライド軸受１０を非接触に浮上させることで摺動抵抗の無いスムーズな作動を可能としている。

このスライド軸受１０のアクチュエータ７方向の側面には、突出部１１が設けられている。一方、アクチュエータ７上の駆動テーブル５には、接続部材１２が取り付けられており、この先端部の二股部１２ａ、１２ｂの内側に設けられたゲル状の衝撃吸収部材１３ａ、１３ｂ（弾性部材）で、突出部１１を挟みこんでいる。つまり、接続部材１２により、スライド軸９の軸線方向両側からゲル状の衝撃吸収部材１３ａ、１３ｂを介して突出部１１を挟み込んでいる。この構成により、アクチュエータ７の駆動で、スライド軸受１０がその軸方向（Ｘ軸方向）に移動可能になっている。

さらに、このスライド軸受１０上には、プローブ１４を有する測定部１５が取り付けられている。そして、この測定部１５により、プローブ１４の軸方向（Ｚ軸方向、つまりスライド軸９の軸線方向と直交する方向）の位置が検出される。また、スライド軸受１０の側面にはガラススケール１６が、ベース２上にはスケールヘッド１７が、それぞれ設けられており、これにより、スライド軸受１０の軸方向位置（Ｘ軸方向位置）を検出する位置検出手段を構成している。つまり、スライド軸受１０上にプローブ１４を有する測定部１５が取り付けられているから、位置検出手段によりプローブ１４のＸ軸方向位置を検出することができる。

そして、上記構造の形状測定機１では、測定時にプローブ１４が被測定物１８の表面に当接する位置におかれる。この状態でアクチュエータ７の駆動で測定部１５を移動し、それぞれの位置におけるプローブ１４のＸ軸方向位置、Ｚ軸方向位置を検出し、それらの値から被測定物１８の形状を求めることができる。

ここで、本実施の形態では、アクチュエータ７とスライド軸受１０が衝撃吸収部材１３ａ、１３ｂにより接続されており、この間での全ての方向の振動伝達は遮断される。なお、弾性部材である衝撃吸収部材１３ａ、１３ｂで接続されることで、スライド軸受１０の送り量は、アクチュエータ７の送り量とは完全に一致しない可能性もあるが、スライド軸受１０の位置は、スライド軸受１０に設けられたガラススケール１６により直接検出されることから、測定精度に影響することはない。

以上の構成により、上記実施形態の形状測定機１によれば、測定速度の増加に伴ってアクチュエータ７の振動が増加しても、その振動が測定部１５に伝わることが無く、測定精度を維持したまま、測定速度を向上させることができるという効果が得られる。また、傾斜角の大きな被測定物１８に対しても、精度よく測定できるという効果が得られる。さらに、本実施の形態においては、非常に簡単かつ、安価にこれを実現することが可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、上記第１実施形態に記載の構成要素と同一構造部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図２は、第２実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。

図２に符号２１で示すのは、本実施の形態における形状測定機であり、本実施の形態においては、アクチュエータ７とスライド軸受１０の接続が次のように行われる。すなわち、突出部１１と、接続部材１２とは、引張りバネ２２ａ、２２ｂ及び両端が球面軸受２４ａ、２４ｂで回転可能に支持されたダンパ２３により接続されている。なお、ダンパ２３は必ずしも必要な部材ではなく、可動部の摩擦力がダンパとして作用する場合には、省略することも可能である。

そして、この弾性部材では、ダンパ２３の両端が球面軸受２４ａ、２４ｂにより支持されているため、Ｘ軸に直交する方向に対する剛性は非常に弱くなっており、アクチュエータ７がＸ軸に直交する方向に振動しても、その振動は測定部１５には伝達されない。また、アクチュエータ７のＸ軸方向の振動は、引張りバネ２２ａ、２２ｂ及びダンパ２３によって吸収される。

そして、第２実施形態においては、引張りバネ２２ａ、２２ｂのバネ定数、ダンパ２３の減衰係数を使用条件に合わせた任意の値に設定することができ、測定速度の向上及び大きな傾斜角をもつ被測定物１８の測定精度の向上という効果をいっそう高めることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、上記第１実施形態に記載の構成要素と同一構造部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図３は、第３実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。

図３に符号３１で示すのは、本実施の形態における測定機であり、本実施の形態においては、アクチュエータ３２の構造及びアクチュエータ３２とスライド軸受１０の接続が次のような構成になっている。すなわち、駆動源となるモータ３３には、第１のプーリ３４が取り付けられている。さらに、ベース２上には、第２のプーリ３５と第３のプーリ３６がそれぞれ取り付けられている。

第１のプーリ３４には、ワイヤ３７ａが巻き付けられており、このワイヤ３７ａは、第２のプーリ３５及び第３のプーリ３６に向かって引き出されている。第２のプーリ３５方向に引き出されたワイヤ３７ａは、第２のプーリ３５で突出部１１方向に折り返される。この折り返されたワイヤ３７ａの端部には、ゲル状の衝撃吸収部材３８ａ（弾性部材）が取り付けられている。さらに、この衝撃吸収材３８ａを介してワイヤ３７ｂが取り付けられ、このワイヤ３７ｂの他端が突出部１１に固定されている。

第１のプーリ３４から第３のプーリ３６方向に引き出されたワイヤ３７ａも同様である。すなわち、第３のプーリ３６により突出部１１方向に折り返されたワイヤ３７ａの端部には、ゲル状の衝撃吸収部材３８ｂ（弾性部材）が取り付けられ、この衝撃吸収部材３８ｂからワイヤ３７ｃが伸び、その端が突出部１１に固定されている。これにより、モータ３３の駆動で、スライド軸受１０をＸ軸方向に駆動するアクチュエータ３２が構成されている。
ここで、ワイヤ３７ａ、３７ｂ、３７ｃが緊張状態にあるとき、それらワイヤ３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、プーリ３５とプーリ３６の間では、スライド軸９の軸線と略平行な同一線上に位置することとなる。

そして、上記構造の第３実施形態に係る形状測定機３１によれば、モータ３３に振動があっても、その振動は衝撃吸収部材３８ａ、３８ｂ及びワイヤ３７ａ、３７ｂ、３７ｃの撓みとなって吸収され、測定部１５に伝わることはない。これにより、第１実施形態と同様に、測定速度を向上させ、かつ、傾斜の大きな被測定物１８に対する測定精度を向上させることができる。さらに、アクチュエータ３２を非常に簡単な構成にできるため、さらに安価に実現することができるという効果が得られる。

第１実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。第２実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。第３実施形態に係る形状測定機の構造を説明する概略平面図である。従来装置の構造を示す平面図である。従来装置における形状測定個所を示すそれぞれ説明図である。

符号の説明

１、２１、３１形状測定機
７、３２アクチュエータ
８スライド（ガイド手段）
１３ａ、１３ｂ衝撃吸収部材（弾性部材）
１４プローブ
１６ガラススケール（位置検出手段）
１７スケールヘッド（位置検出手段）
１８、３８被測定物
２２ａ、２２ｂ引張りバネ（弾性部材）
２３ダンパ（弾性部材）

Claims

プローブ又は被測定物を移動可能に支持するガイド手段と、前記ガイド手段を駆動することにより前記プローブと前記被測定物とを相対的に移動させるアクチュエータと、前記ガイド手段の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記アクチュエータと前記ガイド手段とは、弾性部材を介して接続されていることを特徴とする形状測定機。
前記プローブは、接触式であることを特徴とする請求項１に記載の形状測定機。
前記弾性部材は、ゲル状物質からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定機。
前記弾性部材は、引張りバネからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定機。