JP2007114106A - Displacement sensor and surface property measuring instrument - Google Patents

Displacement sensor and surface property measuring instrument Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement sensor for detecting minute displacement with high accuracy. <P>SOLUTION: Displacement of a gauge head 110 is enlarged by a displacement enlargement mechanism part 400 equipped with Eden spring mechanisms 411 to 448 while detecting this enlarged displacement by a displacement detection means 600 to detect the displacement amount and displacement direction of the gauge head 110. The spring mechanisms 411 to 448 are each structured by close placing two flat springs 310 and 320 in parallel. The mechanism part 400 includes the eight Eden spring mechanisms 411 to 448. The eight spring mechanisms 411 to 448 are disposed at equal spaces on the circumference of a circle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、変位センサおよび表面性状測定装置に関する。例えば、測定子の変位量および変位方向を検出する変位センサに関する。   The present invention relates to a displacement sensor and a surface texture measuring device. For example, the present invention relates to a displacement sensor that detects a displacement amount and a displacement direction of a probe.

被測定物表面を走査して被測定物の表面性状や立体的形状を測定する測定装置が知られ、例えば、粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている。
このような測定装置において、接触部が被測定物表面に接触した際における接触部の微小変位に基づいて被測定物表面を検出する変位センサとしてのプローブが使用される(特許文献1)。
図15に、プローブを利用した形状測定装置(表面性状測定装置)10の構成を示す。
形状測定装置10は、プローブ11と、このプローブ11を被測定物表面に沿って三次元的に移動させる駆動機構12と、を備えている。
プローブ11は、図16に示されるように、先端に接触部14を有するスタイラス13と、スタイラス13の基端を支持する本体部15と、を備えている。本体部15は、スタイラス13をxp、yp、zp方向の一定の範囲内で変位可能に支持するとともにスタイラス13の変位量を検出する。
このような構成において、接触部14を基準押込量Δrで被測定物表面に当接させた状態で、駆動機構12によってプローブ11を被測定物表面に沿って倣い移動させる。このとき、駆動機構12の駆動量からプローブ11の移動軌跡が得られ、プローブ11の移動軌跡から被測定物の表面形状が求められる。
Measuring devices that scan the surface of the object to be measured and measure the surface properties and three-dimensional shape of the object to be measured are known, such as a roughness measuring machine, a contour shape measuring machine, a roundness measuring machine, and a three-dimensional measuring machine. It has been known.
In such a measuring apparatus, a probe is used as a displacement sensor that detects the surface of the object to be measured based on the minute displacement of the contact part when the contact part contacts the surface of the object to be measured (Patent Document 1).
FIG. 15 shows a configuration of a shape measuring apparatus (surface texture measuring apparatus) 10 using a probe.
The shape measuring apparatus 10 includes a probe 11 and a drive mechanism 12 that moves the probe 11 three-dimensionally along the surface of the object to be measured.
As shown in FIG. 16, the probe 11 includes a stylus 13 having a contact portion 14 at the distal end and a main body portion 15 that supports the proximal end of the stylus 13. The main body 15 supports the stylus 13 so as to be displaceable within a certain range in the xp, yp, and zp directions, and detects the amount of displacement of the stylus 13.
In such a configuration, the probe 11 is moved along the surface of the object to be measured by the drive mechanism 12 in a state where the contact portion 14 is in contact with the surface of the object to be measured with the reference pressing amount Δr. At this time, the movement locus of the probe 11 is obtained from the drive amount of the drive mechanism 12, and the surface shape of the object to be measured is obtained from the movement locus of the probe 11.

特開2000−39302号公報JP 2000-39302 A

しかしながら、従来のプローブ11では微小な変位を検出する分解能が必ずしも高くはないので、接触部14が被測定物に当接したことを確実に検出するために押込量Δrを所定量以上に大きくしなければならない。このように押込量Δrを大きくすると、被測定物に対する接触圧が大きくなってしまい、被測定物表面に対して大きな接触圧で接触部を押圧すると、被測定物が破損するという問題が生じる。   However, since the resolution for detecting minute displacements is not necessarily high in the conventional probe 11, the pushing amount Δr is increased to a predetermined amount or more in order to reliably detect that the contact portion 14 has come into contact with the object to be measured. There must be. When the pressing amount Δr is increased in this way, the contact pressure with respect to the object to be measured increases, and when the contact portion is pressed against the surface of the object to be measured with a large contact pressure, the object to be measured is damaged.

本発明の目的は、微小変位を高精度に検出する変位センサおよびこの変位センサを備える形状測定装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a displacement sensor that detects a minute displacement with high accuracy and a shape measuring device including the displacement sensor.

本発明の変位センサは、測定子と、この測定子を変位可能に支持するとともに前記測定子の変位を検出するセンサ本体部と、を備え、前記センサ本体部は、略平行で近接配置された一方の長手状弾性部材と他方の長手状弾性部材との先端部同士が所定距離を保って連結されているとともに前記一方の長手状弾性部材の基端が自由端であり前記他方の長手状弾性部材の基端が固定端であって前記自由端に長手方向変位成分を含む変位が生じた際に前記自由端と前記固定端とを含む面内で前記自由端の変位量以上に前記先端部が揺動変位するエデンバネ機構を有する変位拡大機構部と、前記エデンバネ機構の前記先端部の変位量を検出することにより前記測定子の変位量を検出する変位検出手段と、を備え、前記変位拡大機構部は、3以上のエデンバネ機構を備えるとともに、前記3以上のエデンバネ機構の総ての自由端にて前記測定子を支持し、前記変位検出手段は、前記測定子が変位した際における総ての前記エデンバネ機構の先端部の変位をそれぞれ検出するとともに各エデンバネ機構の先端部の変位量に基づいて前記測定子の変位量および変位方向を検出することを特徴とする。   The displacement sensor of the present invention includes a measuring element and a sensor main body part that supports the measuring element so as to be displaceable and detects the displacement of the measuring element, and the sensor main body parts are arranged substantially parallel and close to each other. The distal ends of one longitudinal elastic member and the other longitudinal elastic member are connected to each other while maintaining a predetermined distance, and the base end of the one longitudinal elastic member is a free end, and the other longitudinal elastic member When the base end of the member is a fixed end and a displacement including a longitudinal direction displacement component occurs at the free end, the distal end portion exceeds the amount of displacement of the free end in a plane including the free end and the fixed end. A displacement enlarging mechanism having an Eden spring mechanism that swings and displaces, and a displacement detector that detects a displacement amount of the probe by detecting a displacement amount of the tip of the Eden spring mechanism. The enlargement mechanism has three or more A spring mechanism and supports the measuring element at all free ends of the three or more eden spring mechanisms, and the displacement detecting means includes a tip of all the Eden spring mechanisms when the measuring element is displaced. And a displacement amount and a displacement direction of the measuring element are detected based on a displacement amount of a tip portion of each Eden spring mechanism.

このような構成において、測定子がエデンバネ機構の自由端にて支持されているので、測定子が変位すると、エデンバネ機構の自由端に変位が生じる。
すると、エデンバネ機構の自由端の変位により、エデンバネ機構の先端部が自由端の変位よりも大きく変位する。このとき、エデンバネ機構が3以上設けられているところ、各エデンバネ機構の先端部は、測定子の変位方向および変位量に応じてそれぞれが異なる変位を示す。
すなわち、エデンバネ機構は、自由端と固定端とを含む面内において先端部が揺動変位するところ、各エデンバネ機構には前記面内に感応方向を有している。そして、測定子の変位は各エデンバネ機構の感応方向に分解され、各エデンバネ機構では、それぞれの感応方向の成分に応じてその先端部に変位が生じる。各エデンバネ機構の先端部の変位は、変位検出手段にて検出される。各エデンバネ機構の先端部の変位は、測定子の変位を各エデンバネ機構の感応方向に分解した成分に対応しているので、逆に、総てのエデンバネ機構の先端部の変位を合成した値に基づいて測定子の変位方向および変位量が求められる。
In such a configuration, since the probe is supported by the free end of the Eden spring mechanism, when the probe is displaced, the free end of the Eden spring mechanism is displaced.
Then, due to the displacement of the free end of the Eden spring mechanism, the tip of the Eden spring mechanism is displaced more than the displacement of the free end. At this time, when three or more Eden spring mechanisms are provided, the tip of each Eden spring mechanism exhibits different displacements depending on the displacement direction and displacement amount of the probe.
That is, in the Eden spring mechanism, the tip end portion is oscillated and displaced in a plane including the free end and the fixed end, and each Eden spring mechanism has a sensitive direction in the plane. Then, the displacement of the measuring element is decomposed in the sensitive direction of each Eden spring mechanism, and each Eden spring mechanism has a displacement at its tip according to the component in each sensitive direction. The displacement of the tip of each Eden spring mechanism is detected by a displacement detection means. The displacement of the tip of each Eden spring mechanism corresponds to a component obtained by disassembling the displacement of the probe in the sensitive direction of each Eden spring mechanism. Based on this, the displacement direction and displacement amount of the probe are obtained.

このような構成によれば、エデンバネ機構により測定子の変位を大きな変位に拡大でき、測定子の変位を拡大したエデンバネ機構の先端部の変位を検出することにより、測定子の変位を検出する分解能を向上させることができる。例えば、エデンバネ機構により測定子の変位を数十倍に拡大することができるので、検出分解能を飛躍的に向上させることができる。
そして、エデンバネ機構によって測定子の変位を拡大するので、例えば、測定子を被測定物表面に当接させて被測定物表面を検出する場合でも、測定子が微小に変位する程度の弱い接触圧でよく、被測定物表面を破損することがない。
According to such a configuration, the displacement of the probe can be increased to a large displacement by the Eden spring mechanism, and the displacement of the probe can be detected by detecting the displacement of the tip of the Eden spring mechanism that has expanded the displacement of the probe. Can be improved. For example, since the displacement of the probe can be expanded several tens of times by the Eden spring mechanism, the detection resolution can be greatly improved.
Since the displacement of the probe is enlarged by the Eden spring mechanism, for example, even when the probe is brought into contact with the surface of the object to be measured and the surface of the object to be measured is detected, the contact pressure is so weak that the probe is slightly displaced. And the surface of the object to be measured is not damaged.

また、変位拡大機構部は、エデンバネ機構を3つ以上備えているので、3以上のエデンバネ機構により測定子の変位を3以上の感応方向で捉えることができる。よって、測定子の3次元的な変位方向および変位量を特定することができる。
ここで、測定子の変位を拡大するための変位拡大機構部はエデンバネ機構を3以上備えるが、エデンバネ機構は2つの長手状の弾性部材を近接させた簡素な構成であり、例えば、歯車輪列等の複雑な機構ではなく構成部品が小さくかつ極めて少ないので、変位拡大機構部は極めて小型化が可能である。
例えば、エデンバネ機構を構成する弾性部材の長さを数10mm程度、弾性部材同士の間隔を0.1mmから0.5mm程度にすれば変位拡大機構部は極めて小さくなり、従来の変位センサに比べて高分解能でありながらも非常に小型化することができるという画期的な効果を奏する。
In addition, since the displacement enlarging mechanism section includes three or more Eden spring mechanisms, the displacement of the measuring element can be captured in three or more sensitive directions by the three or more Eden spring mechanisms. Therefore, the three-dimensional displacement direction and displacement amount of the measuring element can be specified.
Here, the displacement magnifying mechanism for enlarging the displacement of the measuring element includes three or more Eden spring mechanisms. The Eden spring mechanism has a simple configuration in which two longitudinal elastic members are close to each other, for example, a tooth wheel train. Since the component parts are small and very few rather than a complicated mechanism such as the above, the displacement magnifying mechanism can be extremely miniaturized.
For example, if the length of the elastic member constituting the Eden spring mechanism is about several tens of mm and the distance between the elastic members is about 0.1 mm to 0.5 mm, the displacement magnifying mechanism becomes extremely small, compared with a conventional displacement sensor. Although it has high resolution, it has an epoch-making effect that it can be miniaturized.

なお、エデンバネ機構を構成するにあたっては、二つの長手状弾性部材の先端同士を直接貼り合わせて構成してもよく、先端同士の間に連結部材を挟持してもよく、さらには、一枚の薄板を折曲して一方と他方の長手状弾性部材としてエデンバネ機構を構成してもよい。また、長手状弾性部材は、板状でもよく線状でもよい。   In configuring the Eden spring mechanism, the ends of the two longitudinal elastic members may be directly bonded to each other, a coupling member may be sandwiched between the ends, A thin plate may be bent to form an Eden spring mechanism as one and the other longitudinal elastic member. Further, the longitudinal elastic member may be plate-shaped or linear.

本発明では、前記3以上のエデンバネ機構は、仮想円の円周に沿って等間隔で配置され、前記測定子は、前記仮想円の中心を通る軸線上で支持されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the three or more Eden spring mechanisms are arranged at equal intervals along the circumference of the virtual circle, and the measuring element is supported on an axis passing through the center of the virtual circle.

このような構成によれば、3以上のエデンバネ機構が測定子を中心として等距離に配設され、かつ、等間隔であるので、3以上のエデンバネ機構に異方性がない。その結果、測定子の変位を検出するにあたって検出方向による誤差がなく、検出精度を向上させることができる。   According to such a configuration, since the three or more Eden spring mechanisms are arranged at equal distances around the measuring element and are equidistant, the three or more Eden spring mechanisms have no anisotropy. As a result, there is no error due to the detection direction when detecting the displacement of the probe, and the detection accuracy can be improved.

本発明では、前記変位拡大機構部は、前記仮想円の中心を挟んで対向する位置に配設されたエデンバネ機構の組みによって構成される並列エデンバネ機構を備え、前記並列エデンバネ機構が異なる方向で二組以上存在することが好ましい。   In the present invention, the displacement magnifying mechanism section includes a parallel Eden spring mechanism configured by a combination of Eden spring mechanisms disposed at positions facing each other across the center of the virtual circle, and the parallel Eden spring mechanism has two different directions. It is preferable to exist in pairs or more.

このような構成において、一の面内に2つのエデンバネ機構が並列エデンバネ機構として配設されているので、この面内の変位成分を二倍の情報量で検出することができる。また、測定子を中心として対向しているので、並列エデンバネ機構を構成する2つのエデンバネ機構では測定子の変位に対して異なる感応を示す。そのため、並列エデンバネ機構の2つのエデンバネ機構を含む面内における測定子の変位および変位方向を並列エデンバネ機構の各エデンバネ機構の各先端部の変位から一義的に求めることができる。そして、この並列エデンバネ機構を異なる方向で二組有することにより、測定子の3次元的な変位を捉えることができる。   In such a configuration, since two eden spring mechanisms are arranged as a parallel eden spring mechanism in one plane, the displacement component in the plane can be detected with twice the amount of information. Further, since they face each other with the measuring element as the center, the two Eden spring mechanisms constituting the parallel Eden spring mechanism show different sensitivities to the displacement of the measuring element. Therefore, the displacement and displacement direction of the measuring element in the plane including the two Eden spring mechanisms of the parallel Eden spring mechanism can be uniquely determined from the displacement of each tip portion of each Eden spring mechanism of the parallel Eden spring mechanism. By providing two sets of the parallel Eden spring mechanisms in different directions, it is possible to capture the three-dimensional displacement of the probe.

なお、並列エデンバネ機構を二組設ける場合には、各組みのエデンバネ機構を結ぶ線が互いに直交するように直交配置とすることが好ましい。
このような構成によれば、4つのエデンバネ機構が90度間隔で配設されることになるので、4つのエデンバネ機構に異方性がない。そして、測定子の変位を直交する方向の各成分に分解するので、変位検出手段による検出値から測定子の変位量および変位方向を簡便に求めることができる。
In addition, when providing two sets of parallel Eden spring mechanisms, it is preferable to set it as orthogonal arrangement | positioning so that the line which ties each set of Eden spring mechanisms may mutually orthogonally cross.
According to such a configuration, the four eden spring mechanisms are arranged at intervals of 90 degrees, and thus the four eden spring mechanisms have no anisotropy. Since the displacement of the probe is decomposed into each component in the orthogonal direction, the displacement amount and the displacement direction of the probe can be easily obtained from the detection value by the displacement detector.

本発明では、前記変位拡大機構部は、前記並列エデンバネ機構を4組備え、前記並列エデンバネ機構を構成する2つのエデンバネ機構を結ぶ線は45度ずつで交差することが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the displacement magnifying mechanism unit includes four sets of the parallel Eden spring mechanisms, and a line connecting the two Eden spring mechanisms constituting the parallel Eden spring mechanism intersects at 45 degrees.

このような構成において、並列エデンバネ機構が二組あれば十分に測定子の変位量と変位方向を求めることが可能となるところ、その倍である4組の並列エデンバネ機構を備えることによって、測定子の変位量および変位方向を二重にチェックすることができる。そして、8つのエデンバネ機構が45度の等間隔で配設されるので、各エデンバネ機構に異方性がない。そのため、測定子の変位を検出するにあたって検出方向による誤差が生じることがなく、検出精度を向上させることができる。   In such a configuration, if there are two pairs of parallel eden spring mechanisms, the displacement amount and the displacement direction of the probe can be obtained sufficiently. By providing four pairs of parallel eden spring mechanisms, It is possible to double check the displacement amount and the displacement direction. Since the eight Eden spring mechanisms are arranged at equal intervals of 45 degrees, each Eden spring mechanism has no anisotropy. Therefore, an error due to the detection direction does not occur when detecting the displacement of the probe, and the detection accuracy can be improved.

本発明では、前記センサ本体部は、前記変位拡大機構部を内部に収納する筐体を備え、前記変位拡大機構部は、前記仮想円を囲む環状であって前記筐体に固定された環状の固定部と、前記仮想円の内側において変位可能に設けられた可動部と、を備え、前記3以上のエデンバネ機構は、前記自由端を前記仮想円の中心側に向け、前記固定端を前記仮想円の外側に向けた状態で前記仮想円の円周に沿って配設され、かつ、前記自由端が前記可動部に連結されているとともに前記固定端が前記固定部に連結され、前記測定子は、前記可動部において前記仮想円の中心に該当する位置に固定されていることが好ましい。   In the present invention, the sensor main body includes a housing that houses the displacement magnifying mechanism, and the displacement magnifying mechanism is an annular shape that surrounds the virtual circle and is fixed to the housing. A fixed portion, and a movable portion provided to be displaceable inside the virtual circle, wherein the three or more Eden spring mechanisms have the free end directed toward the center of the virtual circle and the fixed end directed to the virtual circle. The measuring element is arranged along the circumference of the virtual circle in a state of facing the outside of the circle, the free end is connected to the movable part, and the fixed end is connected to the fixed part. Is preferably fixed at a position corresponding to the center of the virtual circle in the movable part.

このような構成において、筐体に固定された環状(リング状)の固定部に各エデンバネ機構の一の基端を連結し、変位可能に設けられた可動部にエデンバネ機構の他の基端を連結することで、エデンバネ機構の一の基端を固定端とし、他の基端を自由端とすることができる。そして、エデンバネ機構を配設する仮想円の内側に配設された可動部に測定子を取り付けることにより、測定子を中心とした円形にエデンバネ機構を配設することができる。測定子が変位すると、測定子とともに可動部が変位する。すると、この可動部に連結された各エデンバネ機構の自由端が変位する。この自由端の変位により各エデンバネ機構の先端部が大きく変位する。さらに、各エデンバネ機構の先端部の変位を変位検出手段で検出することによって、測定子の変位および変位方向を求めることができる。   In such a configuration, one base end of each Eden spring mechanism is connected to an annular (ring-shaped) fixed portion fixed to the housing, and the other base end of the Eden spring mechanism is connected to a movable portion that can be displaced. By connecting, one base end of the Eden spring mechanism can be a fixed end and the other base end can be a free end. Then, the Eden spring mechanism can be arranged in a circle centered on the measuring element by attaching the measuring element to the movable part arranged inside the virtual circle in which the Eden spring mechanism is arranged. When the measuring element is displaced, the movable part is displaced together with the measuring element. Then, the free end of each Eden spring mechanism connected to the movable part is displaced. Due to the displacement of the free end, the tip of each Eden spring mechanism is greatly displaced. Further, the displacement and the direction of displacement of the measuring element can be obtained by detecting the displacement of the tip of each Eden spring mechanism by the displacement detecting means.

なお、仮想円の外側に固定部を配置するとともに仮想円の内側に可動部を配置して、エデンバネ機構の固定端を仮想円の外側に向け、自由端を仮想円の内側に向ける構成のみならず、逆でもよい。つまり、仮想円の内側に固定部を配置するとともに仮想円の外側にリング状の可動部を配置して、エデンバネ機構の固定端を内側の固定部に固定し、自由端を外側の可動部に連結してもよい。そして、測定子の軸線が仮想円の中心を通るように、例えば、リング状の可動部に取り付けられた梁を介して測定子を支持してもよい。可動部の半径が大きい方が、測定子の変位に対する可動部の揺動変位も大きくなるので、エデンバネ機構の自由端がそれだけ大きく変位し、結果として、エデンバネ機構の先端部の変位も大きくなり、検出感度が向上する。   It should be noted that the fixed part is arranged outside the virtual circle and the movable part is arranged inside the virtual circle so that the fixed end of the Eden spring mechanism faces the outside of the virtual circle and the free end faces the inside of the virtual circle. The reverse is also possible. In other words, the fixed part is arranged inside the virtual circle and the ring-like movable part is arranged outside the virtual circle, the fixed end of the Eden spring mechanism is fixed to the inner fixed part, and the free end is changed to the outer movable part. You may connect. Then, for example, the probe may be supported via a beam attached to a ring-shaped movable part so that the axis of the probe passes through the center of the virtual circle. The larger the radius of the movable part, the larger the swinging displacement of the movable part with respect to the displacement of the probe, so the free end of the Eden spring mechanism is displaced by that much, and as a result, the displacement of the tip part of the Eden spring mechanism is also increased. Detection sensitivity is improved.

本発明では、前記測定子は、先端に接触部を有するスタイラスを備え、前記エデンバネ機構は、その長手方向を基準状態における前記スタイラスの軸方向に対して45度以内の方向に向けた状態で配設されていることが好ましい。   In the present invention, the measuring element includes a stylus having a contact portion at a tip, and the Eden spring mechanism is arranged in a state in which a longitudinal direction thereof is oriented within 45 degrees with respect to an axial direction of the stylus in a reference state. It is preferable to be provided.

このような構成によれば、エデンバネ機構の長手方向がスタイラスの軸線方向から45度以内であるので、変位センサをスタイラスの軸方向に沿った縦長に構成できる。
ここで、スタイラスの軸線に方向に沿う方向をZ方向とし、スタイラスの軸線方向に直交する面をXY平面とする。
エデンバネ機構がスタイラス軸線に平行である場合、接触部のZ方向変位に対する感度が接触部のX方向(Y方向)変位の感度に比べて大きく、また、Z方向変位に対する感度とX方向(Y方向)変位に対する感度とは仮想円の半径rに比例する。そのため、変位センサを小型化する場合、エデンバネ機構を配設する仮想円の半径rが小さくなるので、接触部のX方向(Y方向)変位に対する感度が小さくなることになる。
ここで、エデンバネ機構のスタイラスの軸線方向に対する角を45度に向けて大きくすることによって接触部のX方向(Y方向)変位に対する感度を大きくすることができる。よって、エデンバネ機構とスタイラス軸線とのなす角を45度以内で適宜設定することで、接触部のZ方向変位に対する感度とX方向(Y方向)変位に対する感度とを最適に選択することができる。
According to such a configuration, since the longitudinal direction of the Eden spring mechanism is within 45 degrees from the axial direction of the stylus, the displacement sensor can be configured to be vertically long along the axial direction of the stylus.
Here, the direction along the stylus axis is defined as the Z direction, and the plane orthogonal to the stylus axial direction is defined as the XY plane.
When the Eden spring mechanism is parallel to the stylus axis, the sensitivity of the contact portion with respect to the Z direction displacement is greater than the sensitivity of the contact portion with respect to the X direction (Y direction) displacement, and the sensitivity with respect to the Z direction displacement and the X direction (Y direction) ) Sensitivity to displacement is proportional to the radius r of the virtual circle. For this reason, when the displacement sensor is downsized, the radius r of the virtual circle in which the Eden spring mechanism is disposed is reduced, and thus the sensitivity to the displacement of the contact portion in the X direction (Y direction) is reduced.
Here, the sensitivity to the X direction (Y direction) displacement of the contact portion can be increased by increasing the angle of the Eden spring mechanism with respect to the axial direction of the stylus toward 45 degrees. Therefore, by appropriately setting the angle formed by the Eden spring mechanism and the stylus axis within 45 degrees, it is possible to optimally select the sensitivity to the Z-direction displacement and the sensitivity to the X-direction (Y-direction) displacement of the contact portion.

なお、エデンバネ機構とスタイラス軸線とのなす角が45度を超えると、X方向(Y方向)変位に対する感度は鈍くなっていくが、エデンバネ機構をスタイラス軸線に対して45度以上に配設することも妨げられるものではなく、エデンバネ機構を配設する角度を自由に選択することで変位センサの設計の自由度が向上する。   If the angle between the eden spring mechanism and the stylus axis exceeds 45 degrees, the sensitivity to displacement in the X direction (Y direction) decreases, but the eden spring mechanism should be disposed at 45 degrees or more with respect to the stylus axis. However, the degree of freedom in designing the displacement sensor is improved by freely selecting the angle at which the Eden spring mechanism is disposed.

ここで、基準状態のスタイラスに軸線方向とは、接触部の変位がゼロである状態におけるスタイラスの軸線方向を意味する。   Here, the axial direction of the stylus in the reference state means the axial direction of the stylus in a state where the displacement of the contact portion is zero.

本発明では、前記エデンバネ機構は、基準状態における前記スタイラスの軸方向と平行に配設されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the Eden spring mechanism is disposed in parallel with the axial direction of the stylus in a reference state.

このような構成によれば、エデンバネ機構がスタイラス軸方向に対して平行に配設されているので、変位センサをスタイラス軸線にそった縦長に構成できる。   According to such a configuration, since the Eden spring mechanism is arranged in parallel to the stylus axis direction, the displacement sensor can be configured to be vertically long along the stylus axis.

本発明では、前記エデンバネ機構は、その長手方向を基準状態における前記スタイラスの軸に対して45度の角度をなす方向に向けた状態で配設されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the Eden spring mechanism is disposed in a state in which a longitudinal direction thereof is oriented in a direction that forms an angle of 45 degrees with respect to the axis of the stylus in a reference state.

このような構成において、エデンバネ機構をスタイラス軸線方向に対して45度に配設するので、エデンバネ機構をスタイラス軸方向に平行に配設する場合にくらべて、接触部のX方向(Y方向)変位に対する感度が向上する。
このような構成によれば、エデンバネ機構を配設する仮想円の半径rを小さくしたままで接触部のX方向(Y方向)変位に対する感度を向上させることができるので、X方向(Y方向)変位への感度が高い小型の変位センサとすることができる。
In such a configuration, since the Eden spring mechanism is disposed at 45 degrees with respect to the stylus axis direction, the displacement of the contact portion in the X direction (Y direction) is smaller than when the Eden spring mechanism is disposed in parallel with the stylus axis direction. The sensitivity to is improved.
According to such a configuration, the sensitivity to the X direction (Y direction) displacement of the contact portion can be improved while keeping the radius r of the virtual circle in which the Eden spring mechanism is disposed small, so the X direction (Y direction). A small displacement sensor having high sensitivity to displacement can be obtained.

本発明では、前記変位検出手段は、前記エデンバネ機構の先端部に設けられ前記先端部とともに変位する可動電極と、前記可動電極に対向して設けられた固定電極と、を備えることが好ましい。   In this invention, it is preferable that the said displacement detection means is provided with the movable electrode provided in the front-end | tip part of the said Eden spring mechanism, and displaced with the said front-end | tip part, and the fixed electrode provided facing the said movable electrode.

このような構成において、測定子の変位に対応してエデンバネ機構の先端部が変位すると、先端部に設けられている可動電極とこの可動電極に対向する固定電極との距離が変化するので、各電極の電位が変化する。
よって、各電極の電位を検出することにより、エデンバネ機構の先端部の変位を検出することができる。
エデンバネ機構の先端部の変位を検出するにあたって、各エデンバネ機構の先端部に対向して固定電極を設けるだけでよいので、変位検出手段は構成部品が少なく非常に小型化される。その結果、非常に小型の変位センサとすることができる。
In such a configuration, when the tip of the Eden spring mechanism is displaced corresponding to the displacement of the probe, the distance between the movable electrode provided at the tip and the fixed electrode facing the movable electrode changes. The potential of the electrode changes.
Therefore, the displacement of the tip of the Eden spring mechanism can be detected by detecting the potential of each electrode.
In detecting the displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism, it is only necessary to provide a fixed electrode so as to face the tip portion of each Eden spring mechanism. Therefore, the displacement detection means has a small number of components and is extremely miniaturized. As a result, a very small displacement sensor can be obtained.

ここで、エデンバネ機構が金属薄板で構成されている場合には、この金属薄板を可動電極としてそのまま使用すればよい。さらに、固定電極としては、板状の電極の他、蒸着によって形成する金属薄膜等であってもよい。そして、固定電極として2枚の固定電極を設け、この2枚の固定電極をエデンバネ機構の先端部を間にして互いに反対側に配設してもよい。   Here, when the Eden spring mechanism is composed of a metal thin plate, the metal thin plate may be used as a movable electrode as it is. Further, the fixed electrode may be a metal thin film formed by vapor deposition in addition to the plate-like electrode. Then, two fixed electrodes may be provided as fixed electrodes, and the two fixed electrodes may be disposed on opposite sides of each other with the tip portion of the Eden spring mechanism interposed therebetween.

本発明では、前記変位検出手段は、前記エデンバネ機構の先端部に光を照射する照明光学系と、それぞれの前記エデンバネ機構の先端部に設けられ前記照明光学系からの光を反射または屈折させる光学素子と、前記光学素子から所定距離を離間して配設されて前記光学素子からの光が入射する位置を二次元的に検出する光センサと、を備えることが好ましい。   In the present invention, the displacement detection means includes an illumination optical system that irradiates light at the tip of the Eden spring mechanism, and an optical that is provided at the tip of each of the Eden spring mechanisms and reflects or refracts light from the illumination optical system. It is preferable to include an element and an optical sensor that is disposed at a predetermined distance from the optical element and detects a position where light from the optical element is incident two-dimensionally.

このような構成において、照明光学系からエデンバネ機構の先端部に向けて光が発射される。すると、この光はエデンバネ機構の先端部に設けられた光学素子によって反射または屈折される。ここで、エデンバネ機構の先端部が変位すると、先端部とともに光学素子も変位するので、光の反射もしくは屈折方向が変化する。そして、光学素子からの光は光センサにて検出される。このとき、光センサは、光の入射位置を検出し、光の入射位置の変化によりエデンバネ機構の先端部の変位を検出する。   In such a configuration, light is emitted from the illumination optical system toward the tip of the Eden spring mechanism. Then, this light is reflected or refracted by an optical element provided at the tip of the Eden spring mechanism. Here, when the tip portion of the Eden spring mechanism is displaced, the optical element is displaced together with the tip portion, so that the reflection or refraction direction of light changes. Then, light from the optical element is detected by an optical sensor. At this time, the optical sensor detects the incident position of the light, and detects the displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism by the change of the incident position of the light.

このような構成によれば、エデンバネ機構の先端部の変位を「光てこ」によって拡大して検出することができる。すなわち、エデンバネ機構の先端部が角度φだけ揺動変位すると、先端部に設けられた光学素子による光の反射または屈折方向は先端部の変位角度φの2倍である2φ変化する。そして、光学素子と光センサとの距離を所定長さにすることにより、光センサへの光の入射位置が大きく変化する。このように、測定子の変位がエデンバネ機構によって先端部の大きな変位に拡大されることに加えて、さらに、先端部の変位が「光てこ」によって拡大されるので、検出分解能が画期的に向上される。   According to such a configuration, the displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism can be enlarged and detected by the “optical lever”. That is, when the tip of the Eden spring mechanism is oscillated and displaced by an angle φ, the reflection or refraction direction of light by the optical element provided at the tip changes by 2φ, which is twice the displacement angle φ of the tip. And the incident position of the light to an optical sensor changes a lot by making the distance of an optical element and an optical sensor into predetermined length. In this way, in addition to the displacement of the stylus being expanded to a large displacement at the tip by the Eden spring mechanism, the displacement at the tip is further magnified by the “optical lever”, so the detection resolution is epoch-making Be improved.

ここで、前記光学素子と光センサとはできる限り離間している方がよい。例えば、エデンバネ機構の長さを短くしても光学素子から光センサまでの距離を長くとる構成とした方がよく、光学素子から光センサまでの距離をエデンバネ機構の長さよりも長くすることが一例として挙げられる。
エデンバネ機構の長さを長くすることによってエデンバネ機構の先端部の変位量が大きくなるのはもちろんであるが、光学素子における光の反射方向または屈折方向は先端部の角度変位の2倍で変化するので、エデンバネ機構を長くするよりも光学素子から光センサまでの距離を長くした方が、光センサ上での光の入射位置が大きく変化するからである。
Here, the optical element and the optical sensor are preferably separated as much as possible. For example, even if the length of the Eden spring mechanism is shortened, it is better to make the distance from the optical element to the optical sensor longer, and the distance from the optical element to the optical sensor is longer than the length of the Eden spring mechanism. As mentioned.
Increasing the length of the Eden spring mechanism increases the amount of displacement at the tip of the Eden spring mechanism, but the light reflection or refraction direction at the optical element changes by twice the angular displacement of the tip. Therefore, when the distance from the optical element to the optical sensor is made longer than the Eden spring mechanism is made longer, the incident position of the light on the optical sensor changes greatly.

本発明では、前記照明光学系は、光を発射する一つの光発射手段と、前記光発射手段からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、前記コリメータレンズの次段に配設され細い光線を通過させる微小径のアパーチャーを前記エデンバネ機構の数に対応した数だけ有するアパーチャープレートと、前記アパーチャーを通過した各細光線を前記光学素子に向けて反射する切子面を有する多面プリズムと、を備えることが好ましい。   In the present invention, the illumination optical system includes one light emitting unit that emits light, a collimator lens that converts a light beam from the light emitting unit into a parallel light beam, and a thin light beam that is disposed in the next stage of the collimator lens. An aperture plate having a small-diameter aperture corresponding to the number of the Eden spring mechanisms; and a polyhedral prism having a facet that reflects each fine light beam that has passed through the aperture toward the optical element. Is preferred.

このような構成において、一の光発射手段から発射された光は、コリメータレンズによって平行光束となってアパーチャープレートに入射する。そして、アパーチャープレートに入射した光のうち微小径のアパーチャーを通過した細光線が多面プリズムに入射する。多面プリズムによって反射された細光線はエデンバネ機構の先端部に設けられた光学素子によって反射または屈折されて光センサによって受光される。   In such a configuration, the light emitted from one light emitting means is made into a parallel light beam by the collimator lens and enters the aperture plate. Of the light incident on the aperture plate, fine light beams that have passed through the aperture with a small diameter enter the polyhedral prism. The fine light beam reflected by the polyhedral prism is reflected or refracted by an optical element provided at the tip of the Eden spring mechanism and received by the optical sensor.

このような構成によれば、光発射手段が一つであるので、例えば、エデンバネ機構の数だけ光源を設けることに比べて、部品点数を少なくすることができる。
また、光センサでは、光の入射位置の変化を検出する必要があるところ、光センサに入射する光はスポット状に入射して光センサによって入射点が検出されなければならないが、この点、本発明では微小径のアパーチャーで光を絞ることにより細光線として光センサに入射させるので、光センサにより光の入射位置の変化を検出することができる。
According to such a configuration, since there is one light emitting means, the number of parts can be reduced as compared with, for example, providing light sources by the number of Eden spring mechanisms.
In addition, in the optical sensor, it is necessary to detect the change in the incident position of the light. However, the light incident on the optical sensor is incident in a spot shape, and the incident point must be detected by the optical sensor. In the invention, the light is made to enter the optical sensor as a fine light beam by narrowing the light with a small-diameter aperture, so that the change of the incident position of the light can be detected by the optical sensor.

本発明では、前記照明光学系は、光を発射する一つの光発射手段と、前記光発射手段からの光を集光させて結像させる集光レンズと、前記集光レンズからの光を各エデンバネ機構の先端部に向けて反射する切子面を有する多面プリズムと、を備え、前記集光レンズは、前記光センサのセンサ面に光を結像させることが好ましい。   In the present invention, the illumination optical system includes one light emitting unit that emits light, a condensing lens that focuses the light from the light emitting unit to form an image, and the light from the condensing lens. It is preferable that the condensing lens forms an image of light on a sensor surface of the photosensor.

このような構成において、一の光発射手段から発射された光は、集光レンズを通って多面プリズムに入射する。そして、多面プリズムによって各エデンバネ機構の先端部に向けて反射された光はエデンバネ機構の先端部に設けられた光学素子によって反射または屈折され、光センサによって受光される。   In such a configuration, the light emitted from the one light emitting means enters the polyhedral prism through the condenser lens. Then, the light reflected toward the tip of each Eden spring mechanism by the polyhedral prism is reflected or refracted by an optical element provided at the tip of the Eden spring mechanism, and is received by the optical sensor.

このような構成によれば、光発射手段が一つであるので、例えばエデンバネ機構の数だけ光源を設けることに比べて、部品点数を少なくすることができる。
また、光センサでは、光の入射位置の変化を検出する必要があるところ、光センサに入射する光はスポット状に入射して光センサによって入射点が検出されなければならないが、この点、光発射手段からの光が集光レンズによって光センサのセンサ面にて結像するので、光センサによって光の入射位置の変化を検出することができる。
また、光発射手段からの光を集光レンズによって結像させることによって光を光センサにスポット状に入射させるので、例えば、光束をアパーチャーで絞って細光線とする場合に比べて光量損失を少なくすることができる。
According to such a configuration, since there is one light emitting means, the number of parts can be reduced as compared with providing light sources by the number of Eden spring mechanisms, for example.
In addition, in the optical sensor, it is necessary to detect the change in the incident position of the light. However, the light incident on the optical sensor is incident in a spot shape, and the incident point must be detected by the optical sensor. Since the light from the emitting means forms an image on the sensor surface of the optical sensor by the condenser lens, a change in the incident position of the light can be detected by the optical sensor.
In addition, since the light from the light emitting means is imaged by the condenser lens so that the light is incident on the optical sensor in a spot shape, for example, the light loss is reduced as compared with the case where the light beam is narrowed by an aperture to be a fine light beam. can do.

本発明では、前記照明光学系は、その光軸を前記測定子の軸線に略一致させて配設されており、前記光センサは、前記エデンバネ機構の先端部から前記測定子の軸線方向に沿って所定距離離間した位置に配設されていることが好ましい。   In the present invention, the illumination optical system is disposed so that its optical axis substantially coincides with the axis of the measuring element, and the optical sensor extends from the tip of the Eden spring mechanism along the axial direction of the measuring element. It is preferable that they are disposed at positions separated by a predetermined distance.

このような構成において、照明光学系の光軸が測定子の軸方向に一致させるように、例えば、照明光学系の構成部品を測定子の軸線に沿って配設し、さらに、光センサをエデンバネ機構の先端部から測定子の軸線方向に配設するので、変位センサを測定子の軸方向に沿った縦長に構成できる。   In such a configuration, for example, the components of the illumination optical system are arranged along the axis of the stylus so that the optical axis of the illumination optical system coincides with the axial direction of the stylus. Since the tip of the mechanism is disposed in the axial direction of the probe, the displacement sensor can be configured to be vertically long along the axial direction of the probe.

なお、3以上のエデンバネ機構を仮想円の円周上に円形に配設する場合には、前記照明光学系を円形に配設されたエデンバネ機構の内側に配設することが好ましい。
このような構成によれば、エデンバネ機構によって囲まれた空間を有効に利用し、変位センサを小型化することができる。
When three or more Eden spring mechanisms are arranged in a circle on the circumference of the virtual circle, the illumination optical system is preferably arranged inside the Eden spring mechanism arranged in a circle.
According to such a configuration, the space enclosed by the Eden spring mechanism can be effectively used, and the displacement sensor can be reduced in size.

本発明では、前記測定子は、先端に接触部を有するスタイラスを備え、前記変位検出手段は、前記接触部の揺動支点を固定する揺動支点固定手段を備えていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the measuring element includes a stylus having a contact portion at a tip, and the displacement detection unit includes a swing fulcrum fixing unit that fixes a swing fulcrum of the contact unit.

このような構成において、測定子の揺動支点が揺動支点固定手段にて固定される。ここで、測定子の揺動支点を構造的に固定しない場合、測定子がエデンバネ機構の自由端にて支持されているので、エデンバネ機構を構成する弾性部材の強度によって測定子の揺動支点が決まることになる。
しかしながら、揺動支点が分からなければ、エデンバネ機構の先端部の変位に基づいて接触部の変位量を算出することができない。
この点、本発明では、測定子の揺動支点を構造的に固定するので、エデンバネ機構の先端部の変位から接触部の変位を算出することができる。
また、エデンバネ機構の強度によって接触部の揺動支点が異なってくる場合、エデンバネ機構の先端部の変位から接触部の変位量を算出する式を揺動支点の位置に応じて製品ごとにから作成しなければならないが、莫大な数の製品を製造することを考えれば、組みあがった製品の一つ一つを検査して揺動支点を求めることは不可能である。
この点、本実施形態では、揺動支点を固定しているので、総ての製品で同じ算出式およびパラメータを用いることができるので簡便である。
In such a configuration, the swing fulcrum of the measuring element is fixed by the swing fulcrum fixing means. Here, when the swing fulcrum of the probe is not structurally fixed, the probe is supported by the free end of the Eden spring mechanism, so that the swing fulcrum of the probe is changed depending on the strength of the elastic member constituting the Eden spring mechanism. It will be decided.
However, if the swing fulcrum is not known, the displacement amount of the contact portion cannot be calculated based on the displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism.
In this respect, in the present invention, the swing fulcrum of the probe is structurally fixed, so that the displacement of the contact portion can be calculated from the displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism.
If the swing fulcrum of the contact part varies depending on the strength of the Eden spring mechanism, an equation for calculating the displacement of the contact part from the displacement of the tip of the Eden spring mechanism is created for each product according to the position of the swing fulcrum. However, considering the production of a huge number of products, it is impossible to inspect each of the assembled products to find the swing fulcrum.
In this respect, in this embodiment, since the swing fulcrum is fixed, the same calculation formula and parameters can be used for all products, which is convenient.

本発明では、前記揺動支点固定手段は、前記スタイラスの軸線上において所定位置に略固定された固定球を備え、前記測定子は、前記固定球を揺動支点として揺動することが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the swing fulcrum fixing means includes a fixed sphere that is substantially fixed at a predetermined position on the axis of the stylus, and the measuring element swings using the fixed sphere as a swing fulcrum.

このような構成によれば、固定球を支点として測定子が揺動する。
このとき、支点を球体としているので、測定子の揺動方向は、例えば一の面内に制限されることはなく、測定子は全方向に自由に揺動変位できる。
According to such a configuration, the probe swings around the fixed ball as a fulcrum.
At this time, since the fulcrum is a sphere, the oscillating direction of the measuring element is not limited to, for example, one plane, and the measuring element can be freely oscillated and displaced in all directions.

本発明では、前記3以上のエデンバネ機構は、仮想円の円周に沿って等間隔で配置され、前記変位拡大機構は、前記仮想円の内側において変位可能に設けられた可動部を備え、かつ、前記エデンバネ機構の前記自由端は前記可動部に連結され、前記固定球は、前記仮想円の中心において前記測定子の軸線に交差する方向への変位は規制され、かつ、前記測定子の軸線に沿った方向への微小変位は許容される状態で略固定され、前記測定子は前記可動部において前記仮想円の中心に該当する位置に固定され、前記可動部は、前記仮想円の中心に該当する位置において前記固定球に当接していることが好ましい。   In the present invention, the three or more Eden spring mechanisms are arranged at equal intervals along the circumference of the virtual circle, and the displacement magnifying mechanism includes a movable portion provided to be displaceable inside the virtual circle, and The free end of the Eden spring mechanism is coupled to the movable part, and the displacement of the fixed sphere in the direction intersecting the axis of the probe at the center of the virtual circle is restricted, and the axis of the probe The displacement along the direction is substantially fixed in an allowable state, the measuring element is fixed at a position corresponding to the center of the virtual circle in the movable portion, and the movable portion is positioned at the center of the virtual circle. It is preferable to contact the fixed ball at the corresponding position.

このような構成において、測定子が測定子の軸方向に直交する方向(X方向またはY方向)に変位した場合、測定子ととともに可動部が変位する。このとき、可動部は固定球に当接しているので、可動部はこの固定球を支点とした揺動を行う。そして、この可動部の揺動によって可動部に連結されたエデンバネ機構の自由端が変位するので、エデンバネ機構の先端部が大きく変位する。このエデンバネ機構の先端部の変位が変位検出手段にて検出される。また、測定子が測定子の軸線方向(Z方向)に変位すると、測定子ととともに可動部が測定子の軸方向に変位する。このとき、測定子の軸線方向での固定球の変位は許容される。そして、可動部の変位とともにエデンバネ機構の自由端が変位するので、エデンバネ機構の先端部が大きく変位する。   In such a configuration, when the probe is displaced in a direction (X direction or Y direction) orthogonal to the axial direction of the probe, the movable part is displaced together with the probe. At this time, since the movable portion is in contact with the fixed sphere, the movable portion swings with the fixed sphere as a fulcrum. Since the free end of the Eden spring mechanism connected to the movable part is displaced by the swinging of the movable part, the tip of the Eden spring mechanism is greatly displaced. The displacement of the tip of the Eden spring mechanism is detected by a displacement detector. Further, when the measuring element is displaced in the axial direction (Z direction) of the measuring element, the movable part is displaced in the axial direction of the measuring element together with the measuring element. At this time, the displacement of the fixed sphere in the axial direction of the probe is allowed. Since the free end of the Eden spring mechanism is displaced along with the displacement of the movable part, the tip of the Eden spring mechanism is greatly displaced.

このような構成によれば、可動部は固定球に当接して揺動の支点を固定されるので、測定子がX方向(またはY方向)に変位すれば可動部は固定球を支点として揺動する。このとき、可動部の中心がZ方向に変位することがない。その一方、測定子がZ方向に変位した場合には、可動部がZ方向に変位する。
例えば、測定子の揺動支点を固定しない場合、測定子を支持するエデンバネ機構の強度によって測定子の軸線上のどこかの点に揺動支点が決まるが、可動部と揺動支点との位置が一致していなければ、揺動支点を支点とする測定子の揺動により可動部(の中心)がZ方向に変位することになる。
このように接触部の揺動によって可動部(の中心)がZ方向に変位すると、
エデンバネ機構の先端部の変位から測定子の変位を算出するのに複雑な計算が必要となる。
この点、本発明では、接触部がX方向(またはY方向)に変位する限りは可動部の中心がZ方向に変位することがなく、測定子がZ方向に変位したときにのみ可動部(の中心)がZ方向に変位する。すなわち、測定子のZ方向への変位とX方向への変位が明確に分けられる。
According to such a configuration, the movable part abuts on the fixed sphere and the fulcrum of the swing is fixed. Therefore, when the probe is displaced in the X direction (or Y direction), the movable part swings with the fixed sphere as the fulcrum. Move. At this time, the center of the movable part is not displaced in the Z direction. On the other hand, when the probe is displaced in the Z direction, the movable part is displaced in the Z direction.
For example, when the swing fulcrum of the probe is not fixed, the swing fulcrum is determined at some point on the axis of the probe depending on the strength of the Eden spring mechanism that supports the probe. If they do not coincide with each other, the movable part (center thereof) is displaced in the Z direction by the swinging of the probe with the swinging fulcrum as a fulcrum.
Thus, when the movable part (the center) is displaced in the Z direction by the swinging of the contact part,
Complicated calculation is required to calculate the displacement of the probe from the displacement of the tip of the Eden spring mechanism.
In this regard, in the present invention, as long as the contact portion is displaced in the X direction (or Y direction), the center of the movable portion is not displaced in the Z direction, and only when the probe is displaced in the Z direction, the movable portion ( Center) is displaced in the Z direction. That is, the displacement of the probe in the Z direction and the displacement in the X direction are clearly separated.

なお、固定球に対して可動部がずれないように、可動部に円錐状の穴を形成して、この穴に固定球を滑動可能に嵌設することが好ましい。   It is preferable that a conical hole is formed in the movable part so that the movable part is not displaced with respect to the fixed sphere, and the fixed sphere is slidably fitted into the hole.

本発明では、前記エデンバネ機構の振動を制動する制動手段を備えることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that a braking means for braking the vibration of the Eden spring mechanism is provided.

このような構成において、エデンバネ機構は長手状弾性部材にて構成されているところ、測定子が変位した際や、外部から与えられる振動などによってエデンバネ機構が微細に振動するおそれもある。この点、本発明では、制動手段によってエデンバネ機構の振動を抑えることができるので、エデンバネ機構の振動に起因する検出誤差を排除して検出精度を向上させることができる。   In such a configuration, the Eden spring mechanism is composed of a longitudinal elastic member. However, there is a possibility that the Eden spring mechanism may vibrate finely when the probe is displaced or due to vibration applied from the outside. In this regard, in the present invention, since the vibration of the Eden spring mechanism can be suppressed by the braking means, the detection error due to the vibration of the Eden spring mechanism can be eliminated and the detection accuracy can be improved.

本発明では、前記制動手段は、前記エデンバネ機構の長手方向に交差する方向に向けて前記一方または他方の長手状弾性部材に突設された導電板と、前記導電板に近接して配置された磁石と、を備えることが好ましい。   In the present invention, the braking means is disposed in proximity to the conductive plate, and a conductive plate protruding from the one or the other longitudinal elastic member in a direction crossing the longitudinal direction of the Eden spring mechanism. And a magnet.

このような構成において、エデンバネ機構がたわむとエデンバネ機構とともに導電板が変位する。このとき、導電板は磁石に近接して配置されているので、導電板の移動により導電板に渦電流が発生する。そして、この渦電流と磁石の磁束とにより、導電板の移動方向とは反対向きの制動力が導電板に作用する。この制動力により導電板の変動が抑制されるので、エデンバネ機構に制動力が作用する。制動手段としては導電板と磁石だけであるので、簡易な構成であり、エデンバネ機構の制動機能を備えつつも変位センサを非常に小型化することができる。   In such a configuration, when the Eden spring mechanism is bent, the conductive plate is displaced together with the Eden spring mechanism. At this time, since the conductive plate is arranged close to the magnet, an eddy current is generated in the conductive plate due to the movement of the conductive plate. And, by this eddy current and the magnetic flux of the magnet, a braking force opposite to the moving direction of the conductive plate acts on the conductive plate. Since the fluctuation of the conductive plate is suppressed by this braking force, the braking force acts on the Eden spring mechanism. Since only the conductive plate and the magnet are used as the braking means, the configuration is simple, and the displacement sensor can be very downsized while having the braking function of the Eden spring mechanism.

本発明の表面性状測定装置は、前記変位センサと、前記変位センサを被測定物に対して相対移動させて前記変位センサを前記被測定物表面に当接させる駆動機構と、前記駆動機構による変位センサと前記被測定物との相対変位量を検出する駆動センサと、前記変位センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物の形状を解析する解析手段と、を備えることを特徴とする。   The surface texture measuring apparatus according to the present invention includes the displacement sensor, a drive mechanism that moves the displacement sensor relative to the object to be measured to bring the displacement sensor into contact with the surface of the object to be measured, and a displacement by the drive mechanism. A driving sensor that detects a relative displacement amount between the sensor and the object to be measured; and an analysis unit that analyzes a shape of the object to be measured based on a value detected by the displacement sensor and the driving sensor. To do.

このような構成において、変位センサの測定子を被測定物表面に対して接触させて、被測定物表面を検出することができる。また、例えば、変位センサの測定子を所定押込量だけ被測定物表面に対して押し込んだ状態で駆動機構により変位センサを被測定物表面に沿って倣い移動させて、変位センサの軌道から被測定物の表面形状を測定することができる。   In such a configuration, the surface of the object to be measured can be detected by bringing the probe of the displacement sensor into contact with the surface of the object to be measured. In addition, for example, the displacement sensor is moved along the surface of the object to be measured by the drive mechanism in a state where the measuring element of the displacement sensor is pushed into the surface of the object to be measured by a predetermined pushing amount, and the measurement is performed from the path of the displacement sensor. The surface shape of an object can be measured.

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の変位センサに係る第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態を上下方向で切断した横断面図である。
図2は、図1中のII-II線において水平に切断した縦断面図である。
図3は、変位拡大機構部400の構成を示す斜視図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment according to the displacement sensor of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the first embodiment cut in the vertical direction.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the displacement magnifying mechanism 400.

ここで、説明の都合上、図1中の上下方向をZ方向とし、図1中の左右方向をX方向とする。   Here, for convenience of explanation, the vertical direction in FIG. 1 is the Z direction, and the horizontal direction in FIG. 1 is the X direction.

この変位センサ100は、被測定物表面に当接した際に接触圧によって変位する測定子110と、この測定子110を変位可能に支持するとともに測定子110の変位を検出するセンサ本体部200と、を備える。   The displacement sensor 100 includes a measuring element 110 that is displaced by contact pressure when it contacts the surface of the object to be measured, and a sensor main body 200 that supports the measuring element 110 so as to be displaceable and detects the displacement of the measuring element 110. .

測定子110は、スタイラス120と、このスタイラス120の先端に設けられた接触部130と、を備える。スタイラス120の基端がセンサ本体部200に取り付けられ、測定子110はセンサ本体部200から垂下する状態に支持されている。   The measuring element 110 includes a stylus 120 and a contact portion 130 provided at the tip of the stylus 120. The base end of the stylus 120 is attached to the sensor main body 200, and the measuring element 110 is supported in a state of hanging from the sensor main body 200.

センサ本体部200は、下端面が開口し内部に収納空間211を有する円筒形のハウジング部210と、自由端311の微小変位を先端部340の大変位に拡大するエデンバネ機構411〜448を有し測定子110の変位をエデンバネ機構411〜448の先端部340の大きな変位に拡大する変位拡大機構部400と、エデンバネ機構300の先端部340の変位量を検出することで測定子110の変位を検出する変位検出手段600と、エデンバネ機構の振動を制動する制動手段700と、を備える。   The sensor body 200 includes a cylindrical housing 210 having a lower end opened and a storage space 211 therein, and eden spring mechanisms 411 to 448 that expand a minute displacement of the free end 311 to a large displacement of the tip 340. The displacement of the probe 110 is detected by detecting the amount of displacement of the displacement magnifying mechanism 400 that expands the displacement of the probe 110 to a large displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 and the tip 340 of the Eden spring mechanism 300. Displacement detecting means 600, and braking means 700 for braking the vibration of the Eden spring mechanism.

ハウジング部210は、内部の収納空間211に変位拡大機構部400、変位検出手段600および制動手段700を収納する。ハウジング部210の上端には天板212が設けられており、この天板212には所定の信号線を引き出す信号引出孔213が穿設されている。   The housing part 210 houses the displacement enlarging mechanism part 400, the displacement detection means 600 and the braking means 700 in the internal storage space 211. A top plate 212 is provided at the upper end of the housing part 210, and a signal extraction hole 213 through which a predetermined signal line is drawn is formed in the top plate 212.

変位拡大機構部400は、図2または図3に示される仮想円Cの円周上に等間隔に配設された8つのエデンバネ機構411〜448と、エデンバネ機構の固定端321が連結される環状の固定部450と、エデンバネ機構の自由端311が連結される可動部460と、を備える。   The displacement enlarging mechanism unit 400 is an annular shape in which eight Eden spring mechanisms 411 to 448 arranged at equal intervals on the circumference of the virtual circle C shown in FIG. 2 or FIG. 3 and a fixed end 321 of the Eden spring mechanism are connected. The fixed portion 450 and a movable portion 460 to which the free end 311 of the Eden spring mechanism is coupled.

エデンバネ機構411〜448について説明する。
エデンバネ機構411〜448は、長手状の板バネ(長手状弾性部材)である第1板バネ310と第2板バネ320とを備える。
第1板バネ310と第2板バネ320とは互いに平行であって極めて近接して配置されている。第1および第2板バネ310、320の長さbは10mm程度であり(図7参照)、第1板バネ310と第2板バネ320との間隔aは例えば0.1mmから0.4mm程度である。なお、エデンバネ機構は一枚の金属板で形成されており、一枚の金属板の途中を折り曲げて第1板バネ310と第2板バネ320とし、折曲部を2段階で折り曲げて直角の角を2つ形成することで第1板バネ310と第2板バネ320との間に所定のギャップaが保たれている。
The Eden spring mechanism 411 to 448 will be described.
The Eden spring mechanisms 411 to 448 include a first leaf spring 310 and a second leaf spring 320 that are longitudinal leaf springs (longitudinal elastic members).
The first leaf spring 310 and the second leaf spring 320 are parallel to each other and arranged in close proximity. The length b of the first and second leaf springs 310 and 320 is about 10 mm (see FIG. 7), and the distance a between the first leaf spring 310 and the second leaf spring 320 is, for example, about 0.1 mm to 0.4 mm. It is. The Eden spring mechanism is formed of a single metal plate. The middle of the single metal plate is bent into a first plate spring 310 and a second plate spring 320, and the bent portion is bent in two stages to form a right angle. A predetermined gap a is maintained between the first leaf spring 310 and the second leaf spring 320 by forming two corners.

変位拡大機構部400において、図3に示されるように、8つのエデンバネ機構411〜448は所定半径rの仮想円Cの円周上に等間隔に配設されている。図2に示されるように、仮想円Cは、XY平面上の円であり、その中心を測定子110のスタイラス軸線上に有している。図3に示されるように、エデンバネ機構411〜448は、第1板バネ310を仮想円Cの内側に向け、第2板バネ320を仮想円Cの外側に向けて配設されている。   In the displacement enlarging mechanism 400, as shown in FIG. 3, the eight eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged at equal intervals on the circumference of the virtual circle C having a predetermined radius r. As shown in FIG. 2, the virtual circle C is a circle on the XY plane and has its center on the stylus axis of the probe 110. As shown in FIG. 3, the Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged with the first leaf spring 310 facing the inside of the virtual circle C and the second leaf spring 320 facing the outside of the virtual circle C.

また、エデンバネ機構は、基端側をハウジング部210の開口端側(下端面側)とし、先端340側を天板212側として配設されている。すなわち、エデンバネ機構411〜448は、図1中において先端部340を上側にし、基端側を下側にして、Z方向に平行に配設されており、エデンバネ機構411〜448の長手方向はスタイラス120の軸線方向に平行である。   Further, the Eden spring mechanism is disposed with the base end side as the opening end side (lower end surface side) of the housing portion 210 and the tip end 340 side as the top plate 212 side. That is, the Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged in parallel with the Z direction with the distal end portion 340 in the upper side and the base end side in the lower side in FIG. 1, and the longitudinal direction of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is the stylus. It is parallel to 120 axial directions.

ここで、8つのエデンバネ機構411〜448は、仮想円Cの円周上に等間隔で配設されているところ、仮想円Cの中心を点対称の中心とした点対称組となる二つによって並列エデンバネ機構410〜440が構成される。すなわち、変位拡大機構部400は、4組の並列エデンバネ機構410〜440を備える(図2参照)。そして、各組410〜440の2つのエデンバネ機構を結ぶ線は45度で交差する。   Here, the eight eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged at equal intervals on the circumference of the virtual circle C, and the two Eden spring mechanisms 411 to 448 are in a point-symmetrical group with the center of the virtual circle C as the center of point symmetry. Parallel Eden spring mechanisms 410 to 440 are configured. That is, the displacement magnifying mechanism 400 includes four sets of parallel Eden spring mechanisms 410 to 440 (see FIG. 2). The lines connecting the two Eden spring mechanisms of each set 410 to 440 intersect at 45 degrees.

ここで、図2において、紙面上下方向をY方向とし、紙面左右方向をX方向とする。   Here, in FIG. 2, the vertical direction on the paper is the Y direction, and the horizontal direction on the paper is the X direction.

+X方向に配設されたエデンバネ機構を第1エデンバネ機構411とし、そこから反時計回りに順番に、第2エデンバネ機構422、第3エデンバネ機構433、第4エデンバネ機構444、第5エデンバネ機構415、第6エデンバネ機構426、第7エデンバネ機構437、第8エデンバネ機構448、とする。   The Eden spring mechanism disposed in the + X direction is referred to as a first Eden spring mechanism 411, and the second Eden spring mechanism 422, the third Eden spring mechanism 433, the fourth Eden spring mechanism 444, the fifth Eden spring mechanism 415, in that order, from there. A sixth Eden spring mechanism 426, a seventh Eden spring mechanism 437, and an eighth Eden spring mechanism 448 are provided.

そして、X方向に配設された二つのエデンバネ機構である第1エデンバネ機構411と第5エデンバネ機構415とによって構成される並列エデンバネ機構を第1並列エデンバネ機構410と称する。
+45度方向に配設された二つのエデンバネ機構である第2エデンバネ機構422と第6エデンバネ機構426とによって構成される並列エデンバネ機構を第2並列エデンバネ機構420と称する。
Y方向に配設された二つのエデンバネ機構である第3エデンバネ機構433と第7エデンバネ機構437とによって構成される並列エデンバネ機構を第3並列エデンバネ機構430と称する。
−45度方向に配設された二つのエデンバネ機構である第4エデンバネ機構444と第8エデンバネ機構448とによって構成される並列エデンバネ機構を第4並列エデンバネ機構440と称する。
A parallel Eden spring mechanism constituted by a first Eden spring mechanism 411 and a fifth Eden spring mechanism 415 that are two Eden spring mechanisms arranged in the X direction is referred to as a first parallel Eden spring mechanism 410.
A parallel Eden spring mechanism constituted by a second Eden spring mechanism 422 and a sixth Eden spring mechanism 426 which are two Eden spring mechanisms arranged in the +45 degree direction is referred to as a second parallel Eden spring mechanism 420.
A parallel Eden spring mechanism constituted by a third Eden spring mechanism 433 and a seventh Eden spring mechanism 437 which are two Eden spring mechanisms arranged in the Y direction is referred to as a third parallel Eden spring mechanism 430.
A parallel Eden spring mechanism constituted by a fourth Eden spring mechanism 444 and an eighth Eden spring mechanism 448 which are two Eden spring mechanisms arranged in the −45 degree direction is referred to as a fourth parallel Eden spring mechanism 440.

固定部450は、リング状部材であって、リング径は、エデンバネ機構411〜448を配設する仮想円Cの径rよりもわずかに大きい。固定部450は、ハウジング部210の開口した下端側において、下端側開口端縁214に取付固定されている。そして、各エデンバネ機構411〜448の第2板バネ320の基端が固定部450に取付固定されている。ここに、第2板バネ320の基端が固定端321となる。   The fixing portion 450 is a ring-shaped member, and the ring diameter is slightly larger than the diameter r of the virtual circle C in which the Eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed. The fixing portion 450 is attached and fixed to the lower end opening edge 214 on the lower end side where the housing portion 210 is opened. And the base end of the 2nd leaf | plate spring 320 of each Eden spring mechanism 411-448 is attached and fixed to the fixing | fixed part 450. As shown in FIG. Here, the base end of the second leaf spring 320 becomes the fixed end 321.

可動部460は、エデンバネ機構411〜448を配設する仮想円Cの径よりもわずかに小さく、環状の固定部450のリング内に配設されている。そして、各エデンバネ機構411〜448の第1板バネ310の基端が可動部460に取付固定されている。ここに、第1板バネ310の基端が自由端311となる。そして、スタイラス120の基端部が、可動部460において仮想円Cの中心に該当する位置に設けられている。   The movable portion 460 is slightly smaller than the diameter of the virtual circle C where the Eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed, and is disposed in the ring of the annular fixed portion 450. And the base end of the 1st leaf | plate spring 310 of each Eden spring mechanism 411-448 is attached and fixed to the movable part 460. As shown in FIG. Here, the base end of the first leaf spring 310 becomes the free end 311. The base end portion of the stylus 120 is provided at a position corresponding to the center of the virtual circle C in the movable portion 460.

変位検出手段600は、8つのエデンバネ機構411〜448に対応して8つのコンデンサ部611〜648と、コンデンサ部611〜648からの検出信号を信号処理する信号処理部650と、を備えている。
コンデンサ部611〜648は、エデンバネ機構411〜448の先端部340である可動電極と、エデンバネ機構411〜448の先端部340を間にして互いに反対側に配設された二枚で一組の固定電極組520と、を備えた三極コンデンサである。
The displacement detection unit 600 includes eight capacitor units 611 to 648 corresponding to the eight eden spring mechanisms 411 to 448 and a signal processing unit 650 that performs signal processing on detection signals from the capacitor units 611 to 648.
The capacitor portions 611 to 648 are a set of two fixed electrodes disposed on opposite sides of the movable electrode that is the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 and the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448. A three-pole capacitor including an electrode set 520.

固定電極組520は、円形に配設されたエデンバネ機構411〜448に対し、円の外側に配設された外側固定電極521と、円の内側に配設された内側固定電極522と、を備える。
外側固定電極521はハウジング部210の内壁面に取付固定されている。
また、天板212から筒状の内筒部215が垂下するように付設され、内側固定電極522はこの内筒部215の外側面に取付固定されている。
エデンバネ機構411〜448からはアース線511が引き出され、エデンバネ機構411〜448の電位は0となっている。また、外側固定電極521および内側固定電極522からはそれぞれ信号引出線523が引き出されている。
The fixed electrode set 520 includes an outer fixed electrode 521 disposed outside the circle and an inner fixed electrode 522 disposed inside the circle with respect to the Eden spring mechanisms 411 to 448 disposed in a circle. .
The outer fixed electrode 521 is attached and fixed to the inner wall surface of the housing part 210.
Further, a cylindrical inner cylinder portion 215 is attached to the top plate 212 so as to hang down, and the inner fixed electrode 522 is attached and fixed to the outer surface of the inner cylinder portion 215.
The ground wire 511 is drawn from the Eden spring mechanisms 411 to 448, and the potentials of the Eden spring mechanisms 411 to 448 are zero. Further, signal lead lines 523 are led out from the outer fixed electrode 521 and the inner fixed electrode 522, respectively.

ここで、第1エデンバネ機構411に対応するコンデンサ部を第1コンデンサ部611とし、第2エデンバネ機構422に対応するコンデンサ部を第2コンデンサ部622とし、第3エデンバネ機構433に対応するコンデンサ部を第3コンデンサ部633とし、第4エデンバネ機構444に対応するコンデンサ部を第4コンデンサ部644とし、第5エデンバネ機構415に対応するコンデンサ部を第5コンデンサ部615とし、第6エデンバネ機構426に対応するコンデンサ部を第6コンデンサ部626とし、第7エデンバネ機構437に対応するコンデンサ部を第7コンデンサ部637とし、第8エデンバネ機構448に対応するコンデンサ部を第8コンデンサ部648とする。   Here, the capacitor portion corresponding to the first Eden spring mechanism 411 is referred to as a first capacitor portion 611, the capacitor portion corresponding to the second Eden spring mechanism 422 is referred to as a second capacitor portion 622, and the capacitor portion corresponding to the third Eden spring mechanism 433 is referred to as a capacitor portion. The third capacitor portion 633, the capacitor portion corresponding to the fourth Eden spring mechanism 444 is the fourth capacitor portion 644, the capacitor portion corresponding to the fifth Eden spring mechanism 415 is the fifth capacitor portion 615, and corresponds to the sixth Eden spring mechanism 426. The capacitor portion to be used is the sixth capacitor portion 626, the capacitor portion corresponding to the seventh Eden spring mechanism 437 is the seventh capacitor portion 637, and the capacitor portion corresponding to the eighth Eden spring mechanism 448 is the eighth capacitor portion 648.

また、第1並列エデンバネ機構410に対応して第1コンデンサ部611と第5コンデンサ部615の組みを第1コンデンサ組合せ610と称し、以下同様に、第2並列エデンバネ機構420に対応して第2コンデンサ部622と第6コンデンサ部626の組みを第2コンデンサ組合せ620と称し、第3並列エデンバネ機構430に対応して第3コンデンサ部633と第7コンデンサ部637の組みを第3コンデンサ組合せ630と称し、第4並列エデンバネ機構440に対応して、第4コンデンサ部644と第8コンデンサ部648の組みを第4コンデンサ組合せ640と称する。   In addition, a combination of the first capacitor unit 611 and the fifth capacitor unit 615 corresponding to the first parallel Eden spring mechanism 410 is referred to as a first capacitor combination 610. Similarly, the second parallel Eden spring mechanism 420 corresponds to the second parallel Eden spring mechanism 420. A set of the capacitor unit 622 and the sixth capacitor unit 626 is referred to as a second capacitor combination 620, and a set of the third capacitor unit 633 and the seventh capacitor unit 637 corresponding to the third parallel Eden spring mechanism 430 is combined with the third capacitor combination 630. Corresponding to the fourth parallel Eden spring mechanism 440, the combination of the fourth capacitor portion 644 and the eighth capacitor portion 648 is referred to as a fourth capacitor combination 640.

各エデンバネ機構411〜448からのアース線511および各コンデンサ部611〜648からの信号引出線523は信号処理部650に接続されている。   Ground wires 511 from the Eden spring mechanisms 411 to 448 and signal lead lines 523 from the capacitor units 611 to 648 are connected to the signal processing unit 650.

エデンバネ機構の先端部が変位した際に各コンデンサ部で検出される信号は、次のようになる。
ここで、第nコンデンサ部による検出信号をSn(nは1から8)とし、外側固定電極521の信号をPn1、内側固定電極522の信号をPn2、エデンバネ機構の電位をGとする。
A signal detected by each capacitor when the tip of the Eden spring mechanism is displaced is as follows.
Here, the detection signal from the nth capacitor unit is Sn (n is 1 to 8), the signal of the outer fixed electrode 521 is Pn1, the signal of the inner fixed electrode 522 is Pn2, and the potential of the Eden spring mechanism is G.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

そして、各コンデンサ組合せ610〜640による検出信号Hは次の式で表される。
ここで、第1コンデンサ組合せ610による検出信号をH1、第2コンデンサ組合せ620による検出信号をH2、第3コンデンサ組合せ630による検出信号をH3、第4コンデンサ組合せ640による検出信号をH4、とする。
And the detection signal H by each capacitor | condenser combination 610-640 is represented by the following formula | equation.
Here, the detection signal from the first capacitor combination 610 is H1, the detection signal from the second capacitor combination 620 is H2, the detection signal from the third capacitor combination 630 is H3, and the detection signal from the fourth capacitor combination 640 is H4.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

なお、具体的に接触部130が所定方向に変位した場合に各コンデンサ部611〜648から出力される信号については、動作説明の際に説明する。   In addition, when the contact part 130 is specifically displaced to the predetermined direction, the signal output from each capacitor | condenser part 611-648 is demonstrated in description of operation | movement.

制動手段700は、第1板バネ310の途中に突設された導電板710と、この導電板710を間にして互いに反対側に配設された二枚の磁石と、を備える。
導電板710は、第1板バネ310から中心線Iに向けて突設されている。
なお、中心線Iとは、基準状態のスタイラス120の軸線方向に一致する線であって、仮想円Cの中心を通る。第1磁石720は内筒部215の下端に取付固定され、第2磁石730は、第1磁石720との間に介在配置された薄板状の連結部材740によって固定されている。
The braking means 700 includes a conductive plate 710 protruding in the middle of the first plate spring 310 and two magnets disposed on opposite sides with the conductive plate 710 in between.
The conductive plate 710 protrudes from the first plate spring 310 toward the center line I.
The center line I is a line that coincides with the axial direction of the stylus 120 in the reference state and passes through the center of the virtual circle C. The first magnet 720 is attached and fixed to the lower end of the inner cylinder portion 215, and the second magnet 730 is fixed by a thin plate-like connecting member 740 interposed between the first magnet 720 and the first magnet 720.

このような構成を備える第1実施形態の動作について説明する。
まず、接触部130が被測定物表面に当接して変位した場合に、接触部130の変位が変位拡大機構部400のエデンバネ機構によって拡大される作用について説明する。
The operation of the first embodiment having such a configuration will be described.
First, an operation in which the displacement of the contact portion 130 is expanded by the Eden spring mechanism of the displacement magnifying mechanism portion 400 when the contact portion 130 is displaced in contact with the surface of the object to be measured will be described.

図4から図8は、エデンバネ機構411〜448によって接触部130の変位が拡大される仕組みを説明するための図である。
図4、図5、図6は、第1並列エデンバネ機構410を抜き出し、接触部130が変位する方向によって生じる第1並列エデンバネ機構410の変形の異なるパターンを示す図である。
そして、図4中の紙面の上下方向をZ方向とし、紙面の左右方向をX方向とし、紙面に垂直な方向をY方向とする。
4 to 8 are diagrams for explaining a mechanism in which the displacement of the contact portion 130 is enlarged by the Eden spring mechanisms 411 to 448.
4, 5, and 6 are diagrams illustrating different patterns of deformation of the first parallel Eden spring mechanism 410 that are generated depending on the direction in which the first parallel Eden spring mechanism 410 is extracted and the contact portion 130 is displaced.
The vertical direction of the paper surface in FIG. 4 is the Z direction, the horizontal direction of the paper surface is the X direction, and the direction perpendicular to the paper surface is the Y direction.

図4は、接触部130が上方(+Z方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図である。
図5は、接触部130が下方(−Z方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図である。
図6は、接触部130が横方向(+X方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a change in the first parallel Eden spring mechanism 410 when the contact portion 130 is displaced upward (+ Z direction).
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the first parallel Eden spring mechanism 410 when the contact portion 130 is displaced downward (−Z direction).
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in the first parallel Eden spring mechanism 410 when the contact portion 130 is displaced in the lateral direction (+ X direction).

第1並列エデンバネ機構410において、第1並列エデンバネ機構410を構成する2つのエデンバネ機構を含む面内において接触部130が変位した場合、この接触部130の変位に応じて各エデンバネ機構411、415の先端部340が変位する。図4において、第1並列エデンバネ機構410の固定端321は固定部450に固定され、自由端311は可動部460に連結されて、この可動部460にて測定子110が支持されている。   In the first parallel Eden spring mechanism 410, when the contact portion 130 is displaced in a plane including the two Eden spring mechanisms constituting the first parallel Eden spring mechanism 410, each of the Eden spring mechanisms 411, 415 is changed according to the displacement of the contact portion 130. The tip 340 is displaced. In FIG. 4, the fixed end 321 of the first parallel Eden spring mechanism 410 is fixed to the fixed part 450, the free end 311 is connected to the movable part 460, and the measuring element 110 is supported by the movable part 460.

そして、接触部130が上方(+Z方向)に変位した場合、測定子110とともに可動部460が上方(+Z方向)に変位するので、第1および第5エデンバネ機構411、415の自由端311が上方(+Z方向)に変位する。すると、第1エデンバネ機構411の先端部340と第5エデンバネ機構415の先端部340とが互いに離間するように横方向(X方向)に変位する。すなわち、第1エデンバネ機構411の先端部340が+X方向に変位し、第5エデンバネ機構415の先端部340が−X方向に変位する。   When the contact part 130 is displaced upward (+ Z direction), the movable part 460 is displaced upward (+ Z direction) together with the measuring element 110, so that the free ends 311 of the first and fifth Eden spring mechanisms 411, 415 are upward. Displacement (+ Z direction). Then, the distal end portion 340 of the first Eden spring mechanism 411 and the distal end portion 340 of the fifth Eden spring mechanism 415 are displaced in the lateral direction (X direction) so as to be separated from each other. That is, the distal end portion 340 of the first Eden spring mechanism 411 is displaced in the + X direction, and the distal end portion 340 of the fifth Eden spring mechanism 415 is displaced in the −X direction.

図5において、接触部130が下方(−Z方向)に変位した場合、測定子110とともに可動部460が下方(−Z方向)に変位するので、第1および第5エデンバネ機構411、415の自由端311が下方(−Z方向)に変位する。すると、第1エデンバネ機構411の先端部340と第5エデンバネ機構415の先端部340とが互いに近接する方向へ横方向(X方向)に変位する。すなわち、第1エデンバネ機構411の先端部340が−X方向に変位し、第5エデンバネ機構415の先端部340が+X方向に変位する。   In FIG. 5, when the contact part 130 is displaced downward (−Z direction), the movable part 460 is displaced downward (−Z direction) together with the measuring element 110, so that the first and fifth Eden spring mechanisms 411 and 415 are free. The end 311 is displaced downward (−Z direction). Then, the distal end portion 340 of the first eden spring mechanism 411 and the distal end portion 340 of the fifth eden spring mechanism 415 are displaced in the lateral direction (X direction) in a direction close to each other. That is, the distal end portion 340 of the first Eden spring mechanism 411 is displaced in the −X direction, and the distal end portion 340 of the fifth Eden spring mechanism 415 is displaced in the + X direction.

図6において、接触部130が、+X方向に変位した場合について説明する。
接触部130が+X方向に変位した場合、スタイラス120が揺動する。このとき、スタイラス120は可動部460を介して第1および第5エデンバネ機構411、415の自由端311によって支持されているところ、接触部130の揺動の支点は、エデンバネ機構411、415の強度によって決定される。
図6中では、中心線I上において可動部460とエデンバネ機構411、415の先端部340との間に揺動支点811が存在するとして図示している。
接触部130の横方向変位によってスタイラス120が揺動するので、可動部460も揺動変位する。
このとき、接触部130が+X方向に変位するので、可動部460の+X方向側の端が上方に変位し、−X方向の端が下方に変位する。すると、第1エデンバネ機構411の自由端311が上方(+Z方向)に変位して、第1エデンバネ機構411の先端部340は+X方向に変位する。また、第2エデンバネ機構422の自由端311は下方(−Z方向)に変位して、第2エデンバネ機構422の先端部340は+X方向に変位する。すなわち、接触部130が横方向(X方向)に変位した場合には、並列エデンバネ機構410の2つの先端部340はともに接触部130と同じ方向へ変位する。
In FIG. 6, the case where the contact part 130 is displaced in the + X direction will be described.
When the contact part 130 is displaced in the + X direction, the stylus 120 swings. At this time, the stylus 120 is supported by the free ends 311 of the first and fifth Eden spring mechanisms 411 and 415 via the movable part 460. The fulcrum of the swing of the contact part 130 is the strength of the Eden spring mechanisms 411 and 415. Determined by.
In FIG. 6, the swing fulcrum 811 is illustrated as being present on the center line I between the movable portion 460 and the tip portions 340 of the Eden spring mechanisms 411 and 415.
Since the stylus 120 swings due to the lateral displacement of the contact part 130, the movable part 460 also swings and displaces.
At this time, since the contact part 130 is displaced in the + X direction, the + X direction side end of the movable part 460 is displaced upward, and the −X direction end is displaced downward. Then, the free end 311 of the first Eden spring mechanism 411 is displaced upward (+ Z direction), and the distal end portion 340 of the first Eden spring mechanism 411 is displaced in the + X direction. Further, the free end 311 of the second Eden spring mechanism 422 is displaced downward (−Z direction), and the distal end portion 340 of the second Eden spring mechanism 422 is displaced in the + X direction. That is, when the contact portion 130 is displaced in the lateral direction (X direction), the two tip portions 340 of the parallel Eden spring mechanism 410 are both displaced in the same direction as the contact portion 130.

ここで、図7にエデンバネ機構の先端部340が変位した状態の拡大図を示す。
自由端311が上方(+Z方向)に変位すると、この自由端311を上方に変位させる応力が第1板バネ310の先端から第2板バネ320の先端に伝達される。第2板バネ320はその基端部が固定端321として固定されているので、先端部340は固定端321を支点として揺動変位し、結果としてエデンバネ機構の先端部340は横方向(+X方向)に変位する。このときの先端部340の揺動角度φは、自由端311の変位をΔzとし、第1板バネ310と第2板バネ320との間隔をaとすると、「φ=Δz/a」で表される。
Here, FIG. 7 shows an enlarged view of a state in which the tip 340 of the Eden spring mechanism is displaced.
When the free end 311 is displaced upward (+ Z direction), a stress that displaces the free end 311 upward is transmitted from the tip of the first leaf spring 310 to the tip of the second leaf spring 320. Since the base end portion of the second leaf spring 320 is fixed as the fixed end 321, the distal end portion 340 is oscillated and displaced with the fixed end 321 as a fulcrum. ). The swing angle φ of the tip 340 at this time is expressed as “φ = Δz / a”, where Δz is the displacement of the free end 311 and a is the distance between the first leaf spring 310 and the second leaf spring 320. Is done.

さらに、図7のエデンバネ機構に対比して片持ち梁490を図8に示す。
図8において、片持ち梁490の板バネ491の先端492をΔxだけ変位させた場合、板バネ491の長さをbとすると、先端部340の揺動角度φ´は、「φ´=3Δx/2b」で表される。
Further, a cantilever 490 is shown in FIG. 8 in contrast to the Eden spring mechanism of FIG.
In FIG. 8, when the tip 492 of the leaf spring 491 of the cantilever 490 is displaced by Δx, if the length of the leaf spring 491 is b, the swing angle φ ′ of the tip 340 is “φ ′ = 3Δx. / 2b ".

例えば、自由端311の変位量Δzおよび片持ち梁490の先端492の変位Δxを0.001mmとし、板バネ310、320、491の長さbを10mmとし、第1板バネ310と第2板バネ320との間隔aを0.1mmとすれば、エデンバネ機構411の先端部340の揺動角φは、片持ち梁490の先端492の揺動角φ´の67倍にもなる。すなわち、エデンバネ機構411によって、自由端311の微小変位が先端部340の大きな揺動変位として拡大される。   For example, the displacement amount Δz of the free end 311 and the displacement Δx of the tip 492 of the cantilever 490 are set to 0.001 mm, the length b of the leaf springs 310, 320, and 491 is set to 10 mm, and the first leaf spring 310 and the second plate If the distance a from the spring 320 is 0.1 mm, the swing angle φ of the tip 340 of the Eden spring mechanism 411 is 67 times the swing angle φ ′ of the tip 492 of the cantilever 490. That is, the Eden spring mechanism 411 expands the minute displacement of the free end 311 as a large swing displacement of the tip 340.

次に、第1実施形態の変位センサ100において、接触部130が被測定物表面に当接して変位した際に、この接触部130の変位を変位検出手段600で検出する動作について説明する。   Next, in the displacement sensor 100 of the first embodiment, an operation of detecting the displacement of the contact portion 130 by the displacement detection means 600 when the contact portion 130 is displaced by contacting the surface of the object to be measured will be described.

接触部130が被測定物表面に当接して変位すると、エデンバネ機構411〜448の先端部340が変位する。このエデンバネ機構411〜448の先端部340の変位は、図4から図6に示した通りである。エデンバネ機構411〜448の先端部340はコンデンサ部611〜648の可動電極となっているところ、この可動電極の変位はエデンバネ機構411〜448の先端部340を間に挟む2枚の固定電極521、522によって検出される。   When the contact part 130 comes into contact with the surface of the object to be measured and is displaced, the tip part 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is displaced. The displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is as shown in FIGS. The tip part 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is a movable electrode of the capacitor part 611 to 648. The displacement of the movable electrode is caused by two fixed electrodes 521 sandwiching the tip part 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448. 522.

まず、接触部130が、Z方向にΔZだけ変位し、XY平面内においてθ方向にΔRだけ変位した場合(図2参照)について、変位検出手段600にて検出される信号について説明する。   First, a signal detected by the displacement detection unit 600 when the contact portion 130 is displaced by ΔZ in the Z direction and by ΔR in the θ direction within the XY plane (see FIG. 2) will be described.

接触部130のΔZ変位に対応して変位検出手段600にて検出される検出信号Ezは、次の式で表される。   A detection signal Ez detected by the displacement detection means 600 corresponding to the ΔZ displacement of the contact portion 130 is expressed by the following equation.

Ez={(S1+S5)+(S2+S6)+(S3+S7)+(S4+S8)}/4=(H1+H2+H3+H4)/4   Ez = {(S1 + S5) + (S2 + S6) + (S3 + S7) + (S4 + S8)} / 4 = (H1 + H2 + H3 + H4) / 4

次に、接触部130のΔR変位に対する第1から第4コンデンサ組合せ610〜640における検出信号H1〜H4について説明する。   Next, the detection signals H1 to H4 in the first to fourth capacitor combinations 610 to 640 with respect to the ΔR displacement of the contact portion 130 will be described.

まず、第1コンデンサ組合せ610による検出信号H1について説明する。
接触部130がθ方向にΔRだけ変位した場合、接触部130の変位のX方向成分はΔX(=ΔRcosθ)である。
接触部130のX方向への変位ΔXにより、X方向に配設されている第1並列エデンバネ機構410の第1エデンバネ機構411と第5エデンバネ機構415との各先端部340がΔXに応じて変位する。
第1エデンバネ機構411と第5エデンバネ機構415の変位は、第1コンデンサ組合せ610の第1コンデンサ部611と第5コンデンサ部615によってそれぞれ検出される。
ここで、ΔX=ΔRcosθであるので、第1コンデンサ部611と第5コンデンサ部615とからの検出信号はそれぞれS1=KΔRcosθ、および、S5=−KΔRcosθとなる。
First, the detection signal H1 by the first capacitor combination 610 will be described.
When the contact part 130 is displaced by ΔR in the θ direction, the X direction component of the displacement of the contact part 130 is ΔX (= ΔR cos θ).
Due to the displacement ΔX in the X direction of the contact portion 130, the tip portions 340 of the first Eden spring mechanism 411 and the fifth Eden spring mechanism 415 of the first parallel Eden spring mechanism 410 disposed in the X direction are displaced according to ΔX. To do.
The displacements of the first Eden spring mechanism 411 and the fifth Eden spring mechanism 415 are detected by the first capacitor unit 611 and the fifth capacitor unit 615 of the first capacitor combination 610, respectively.
Here, since ΔX = ΔRcosθ, the detection signals from the first capacitor unit 611 and the fifth capacitor unit 615 are S1 = KΔRcosθ and S5 = −KΔRcosθ, respectively.

なお、Kは所定ゲインであり、このゲインKは、接触部130から揺動支点811までの長さLと仮想円Cの半径rと(図1参照)に対し次の関係を有する。なお、aは所定の係数である。   K is a predetermined gain, and this gain K has the following relationship with respect to the length L from the contact portion 130 to the swing fulcrum 811 and the radius r of the virtual circle C (see FIG. 1). Note that a is a predetermined coefficient.

K=a×r/L   K = a × r / L

そして、第1コンデンサ組合せ610の検出信号H1は、S1とS5との差分で表される。   The detection signal H1 of the first capacitor combination 610 is represented by the difference between S1 and S5.

H1=S1−S5
=2KΔRcosθ
H1 = S1-S5
= 2KΔR cos θ

第2コンデンサ組合せ620による検出信号H2について説明する。
接触部130がθ方向にΔRだけ変位した場合、接触部130の変位の45度成分はΔV(=ΔRcos(π/4−θ))である。
接触部130の45度方向への変位ΔVにより、この45度方向に配設されている第2並列エデンバネ機構420の第2エデンバネ機構422と第6エデンバネ機構426の各先端部340がΔVに応じて変位する。第2エデンバネ機構422と第6エデンバネ機構426の変位は、第2コンデンサ組合せ620の第2コンデンサ部622と第6コンデンサ部626とによってそれぞれ検出される。
ここで、ΔV=ΔRcos(π/4−θ)であるので、第2コンデンサ部622と第6コンデンサ部626とからの検出信号はそれぞれS2=KΔRcos(π/4−θ)、および、S6=−KΔRcos(π/4−θ)となる。そして、第2コンデンサ組合せ620の検出信号H2は、S2とS6との差分で表される。
The detection signal H2 by the second capacitor combination 620 will be described.
When the contact part 130 is displaced by ΔR in the θ direction, the 45 degree component of the displacement of the contact part 130 is ΔV (= ΔR cos (π / 4−θ)).
Due to the displacement ΔV in the 45-degree direction of the contact portion 130, the tip portions 340 of the second Eden spring mechanism 422 and the sixth Eden spring mechanism 426 of the second parallel Eden spring mechanism 420 arranged in the 45 degree direction correspond to ΔV. To displace. The displacements of the second Eden spring mechanism 422 and the sixth Eden spring mechanism 426 are detected by the second capacitor portion 622 and the sixth capacitor portion 626 of the second capacitor combination 620, respectively.
Here, since ΔV = ΔRcos (π / 4−θ), the detection signals from the second capacitor unit 622 and the sixth capacitor unit 626 are S2 = KΔRcos (π / 4−θ) and S6 = −KΔRcos (π / 4−θ). The detection signal H2 of the second capacitor combination 620 is represented by the difference between S2 and S6.

H2=S2−S6
=2KΔRcos(π/4−θ)
H2 = S2-S6
= 2KΔRcos (π / 4-θ)

第3コンデンサ組合せ630による検出信号H3について説明する。
接触部130がθ方向にΔRだけ変位した場合、この接触部130の変位のY方向成分はΔY(=ΔRsinθ)である。接触部130のY方向への変位ΔYにより、Y方向に配設されている第3並列エデンバネ機構430の第3エデンバネ機構433と第7エデンバネ機構437の各先端部340がΔYに応じて変位する。第3エデンバネ機構433と第7エデンバネ機構437の変位は、第3コンデンサ組合せ630の第3コンデンサ部633と第7コンデンサ部637とによってそれぞれ検出される。ここで、ΔY=ΔRsinθであるので、第3コンデンサ部633と第7コンデンサ部637とからの検出信号はそれぞれS3=KΔRsinθ、および、S7=−KΔRsinθとなる。そして、第3コンデンサ組合せ630の検出信号H3は、S3とS7との差分で表される。
The detection signal H3 by the third capacitor combination 630 will be described.
When the contact part 130 is displaced by ΔR in the θ direction, the Y direction component of the displacement of the contact part 130 is ΔY (= ΔR sin θ). Due to the displacement ΔY in the Y direction of the contact portion 130, the tip portions 340 of the third Eden spring mechanism 433 and the seventh Eden spring mechanism 437 of the third parallel Eden spring mechanism 430 disposed in the Y direction are displaced according to ΔY. . The displacements of the third Eden spring mechanism 433 and the seventh Eden spring mechanism 437 are detected by the third capacitor portion 633 and the seventh capacitor portion 637 of the third capacitor combination 630, respectively. Here, since ΔY = ΔRsinθ, the detection signals from the third capacitor unit 633 and the seventh capacitor unit 637 are S3 = KΔRsinθ and S7 = −KΔRsinθ, respectively. The detection signal H3 of the third capacitor combination 630 is represented by the difference between S3 and S7.

H3=S3−S7
=2KΔRsinθ
H3 = S3-S7
= 2KΔRsinθ

第4コンデンサ組合せ640による検出信号H4について説明する。
接触部130がθ方向にΔRだけ変位した場合、この接触部130の変位の−45度方向成分はΔW(=ΔRsin(π/4−θ))である。
接触部130の−45度方向への変位ΔWにより、この−45度方向に配設されている第4並列エデンバネ機構440の第4エデンバネ機構444と第8エデンバネ機構448の各先端部340がΔWに応じて変位する。第4エデンバネ機構444と第8エデンバネ機構448の変位は、第4コンデンサ組合せ640の第4コンデンサ部644と第8コンデンサ部648とによってそれぞれ検出される。
ここで、ΔW=ΔRsin(π/4−θ)であるので、第4コンデンサ部644と第8コンデンサ部648とからの検出信号はそれぞれS4=KΔRsin(π/4−θ)、および、S8=−KΔRsin(π/4−θ)となる。
そして、第4コンデンサ組合せ640の検出信号H4は、S4とS8との差分で表される。
The detection signal H4 by the fourth capacitor combination 640 will be described.
When the contact portion 130 is displaced by ΔR in the θ direction, the −45 degree direction component of the displacement of the contact portion 130 is ΔW (= ΔRsin (π / 4−θ)).
Due to the displacement ΔW in the −45 degree direction of the contact part 130, the tip portions 340 of the fourth Eden spring mechanism 444 and the eighth Eden spring mechanism 448 of the fourth parallel Eden spring mechanism 440 arranged in the −45 degree direction are ΔW. Displaces according to The displacements of the fourth Eden spring mechanism 444 and the eighth Eden spring mechanism 448 are detected by the fourth capacitor portion 644 and the eighth capacitor portion 648 of the fourth capacitor combination 640, respectively.
Here, since ΔW = ΔRsin (π / 4−θ), the detection signals from the fourth capacitor unit 644 and the eighth capacitor unit 648 are S4 = KΔRsin (π / 4−θ) and S8 = −KΔRsin (π / 4−θ).
The detection signal H4 of the fourth capacitor combination 640 is represented by the difference between S4 and S8.

H4=S4−S8
=2KΔRsin(π/4−θ)
H4 = S4-S8
= 2KΔRsin (π / 4-θ)

このように各コンデンサ組合せ610〜640にて検出される検出信号H1からH4により、接触部の変位方向θは、次の二通りの式で求められる。   As described above, the displacement direction θ of the contact portion is obtained by the following two formulas based on the detection signals H1 to H4 detected by the capacitor combinations 610 to 640.

tanθ=H3/H1   tan θ = H3 / H1

tan(π/4−θ)=H4/H2   tan (π / 4-θ) = H4 / H2

また、変位量ΔRは、次の二通りの式で求められる。   Further, the displacement amount ΔR can be obtained by the following two formulas.

ΔR=(H1+H3)/4K ΔR 2 = (H1 2 + H3 2 ) / 4K 2

ΔR=(H2+H4)/4K ΔR 2 = (H2 2 + H4 2 ) / 4K 2

次に、制動手段700によってエデンバネ機構411〜448の微振動を制動する動作について説明する。   Next, the operation of braking the fine vibrations of the Eden spring mechanisms 411 to 448 by the braking means 700 will be described.

エデンバネ機構411〜448は長手状の板バネ310、320であるので、接触部130の変位に応じてエデンバネ機構411〜448の先端部340が揺動変位した際に、エデンバネ機構411〜448の先端部340に微振動が生じる恐れもあるところ、制動手段700によってエデンバネ機構411〜448の振動が制動される。すなわち、エデンバネ機構411〜448の先端部340が変位する際にエデンバネ機構411〜448の板バネ310、320が撓むように変形すると、導電板710が変位する。すると、導電板710は二枚の磁石720、730に挟まれているので、導電板710の移動により導電板710に渦電流が発生する。そして、この渦電流と磁石720、730の磁束とにより、導電板710の移動方向とは反対向きの制動力が導電板710に作用する。
この制動力により導電板710の変動が抑制されるので、エデンバネ機構411〜448の微振動が抑制される。
Since the Eden spring mechanisms 411 to 448 are long plate springs 310 and 320, the tip ends of the Eden spring mechanisms 411 to 448 are moved when the tip end portion 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is oscillated and displaced according to the displacement of the contact portion 130. Although there is a possibility that slight vibration may occur in the portion 340, the vibration of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is braked by the braking means 700. That is, if the leaf springs 310 and 320 of the eden spring mechanisms 411 to 448 are deformed so as to bend when the tip portions 340 of the eden spring mechanisms 411 to 448 are displaced, the conductive plate 710 is displaced. Then, since the conductive plate 710 is sandwiched between the two magnets 720 and 730, an eddy current is generated in the conductive plate 710 due to the movement of the conductive plate 710. A braking force opposite to the moving direction of the conductive plate 710 acts on the conductive plate 710 by the eddy current and the magnetic flux of the magnets 720 and 730.
Since the fluctuation of the conductive plate 710 is suppressed by this braking force, the fine vibrations of the Eden spring mechanisms 411 to 448 are suppressed.

このような構成を備える第1実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
(1)エデンバネ機構411〜448により接触部130の変位を大きな変位に拡大でき、この拡大されたエデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を検出することにより、接触部130の変位を検出する分解能を向上させることができる。例えば、エデンバネ機構411〜448により測定子110の変位を数十倍にすることができるので、検出分解能を飛躍的に向上させることができる。
According to 1st Embodiment provided with such a structure, there can exist the following effects.
(1) The displacement of the contact portion 130 can be increased to a large displacement by the Eden spring mechanisms 411 to 448, and the displacement of the contact portion 130 is detected by detecting the displacement of the tip portion 340 of the expanded Eden spring mechanisms 411 to 448. The resolution can be improved. For example, since the Eden spring mechanism 411 to 448 can make the displacement of the probe 110 several tens of times, the detection resolution can be greatly improved.

(2)エデンバネ機構411〜448によって接触部130の変位を拡大するので、接触部130を被測定物表面に当接させて被測定物表面を検出する場合でも、接触部130が微小に変位する程度の弱い接触圧で接触部130を被測定物表面に当接させればよく、被測定物表面を破損することがない。 (2) Since the displacement of the contact portion 130 is enlarged by the Eden spring mechanisms 411 to 448, even when the contact portion 130 is brought into contact with the surface of the object to be measured and the surface of the object to be measured is detected, the contact portion 130 is slightly displaced. What is necessary is just to make the contact part 130 contact | abut to the to-be-measured object surface with the weak contact pressure of a grade, and to-be-measured object surface is not damaged.

(3)変位拡大機構部400はエデンバネ機構411〜448を8つ備えるが、エデンバネ機構411〜448は2枚の板バネ310、320を近接配置した簡素な構成であり、構成部品が小さくかつ極めて少ないので、変位拡大機構部400は極めて小型化が可能である。その結果、従来の変位センサに比べて高分解能でありながらも非常に小型化することができるという画期的な効果を奏する。 (3) Although the displacement magnifying mechanism 400 includes eight Eden spring mechanisms 411 to 448, the Eden spring mechanisms 411 to 448 have a simple configuration in which two leaf springs 310 and 320 are arranged close to each other, have small components and are extremely small. Since there are few, the displacement expansion mechanism part 400 can be reduced in size extremely. As a result, there is an epoch-making effect that it can be miniaturized while having high resolution as compared with the conventional displacement sensor.

(4)8つのエデンバネ機構411〜448は、仮想円Cの円周上において等間隔に配設されているので、8つのエデンバネ機構411〜448には異方性がなく、接触部130の変位に対して8つのエデンバネ機構411〜448は同じ感度で反応する。よって、接触部130の変位を検出するにあたって検出方向による誤差がなく、検出精度を向上させることができる。 (4) Since the eight Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged at equal intervals on the circumference of the virtual circle C, the eight Eden spring mechanisms 411 to 448 have no anisotropy, and the displacement of the contact portion 130 On the other hand, the eight Eden spring mechanisms 411 to 448 react with the same sensitivity. Therefore, there is no error due to the detection direction in detecting the displacement of the contact portion 130, and the detection accuracy can be improved.

(5)変位拡大機構部400は、並列エデンバネ機構410〜440を4組備えているところ、一の面内に2つのエデンバネ機構411〜448が並列エデンバネ機構410〜440として配設されているので、この面内の変位成分を二倍の情報量で検出することができる。また、測定子110を中心として対向しているので、並列エデンバネ機構410〜440を構成する2つのエデンバネ機構では測定子110の変位に対して異なる感応を示す。そのため、並列エデンバネ機構410〜440の2つのエデンバネ機構を含む面内における測定子110の変位および変位方向を並列エデンバネ機構410〜440の各エデンバネ機構の各先端部340の変位から一義的に求めることができる。さらに、並列エデンバネ機構410〜440が二組あれば十分に測定子110の変位量と変位方向を求めることが可能となるところ、その倍である4組の並列エデンバネ機構410〜440を備えることによって、測定子110の変位量および変位方向を二重にチェックすることができる。 (5) The displacement enlarging mechanism 400 has four sets of parallel Eden spring mechanisms 410 to 440. Since the two Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged as the parallel Eden spring mechanisms 410 to 440 in one plane. The in-plane displacement component can be detected with twice the amount of information. Further, since the measuring element 110 is opposed to the center, the two Eden spring mechanisms constituting the parallel Eden spring mechanisms 410 to 440 show different sensitivities to the displacement of the measuring element 110. Therefore, the displacement and displacement direction of the measuring element 110 in the plane including the two Eden spring mechanisms 410 to 440 of the parallel Eden spring mechanisms 410 to 440 are uniquely obtained from the displacement of each tip 340 of each Eden spring mechanism of the parallel Eden spring mechanisms 410 to 440. Can do. Furthermore, if there are two sets of parallel Eden spring mechanisms 410 to 440, the displacement amount and the direction of displacement of the probe 110 can be obtained sufficiently. By providing four sets of parallel Eden spring mechanisms 410 to 440, which are twice that amount, The displacement amount and displacement direction of the probe 110 can be double checked.

(6)エデンバネ機構411〜448がスタイラス軸方向に対して平行に配設されているので、変位センサ100をスタイラス軸線にそった縦長に構成することができる。 (6) Since the Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged in parallel to the stylus axis direction, the displacement sensor 100 can be configured to be vertically long along the stylus axis.

(7)エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を検出するにあたって、変位検出手段600は、エデンバネ機構411〜448の先端部340をそのまま可動電極とし、各エデンバネ機構411〜448の先端部340を間にして互いに反対側に2枚の固定電極510、520を備えるだけであるので、変位検出手段600は構成部品が少なく非常に小型化される。その結果、非常に小型の変位センサ100とすることができる。 (7) In detecting the displacement of the tip portion 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448, the displacement detecting means 600 uses the tip portion 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 as a movable electrode as it is, and the tip portion 340 of each Eden spring mechanism 411 to 448. Since only the two fixed electrodes 510 and 520 are provided on the opposite sides of each other, the displacement detecting means 600 is very small in size with few components. As a result, a very small displacement sensor 100 can be obtained.

(8)制動手段700によってエデンバネ機構411〜448の振動を抑えることができるので、エデンバネ機構411〜448の振動に起因する検出誤差を排除して検出精度を向上させることができる。
そして、制動手段700としては導電板710と磁石720、730だけであるので、簡易な構成であり、エデンバネ機構411〜448の制動機能を備えつつも変位センサ100を非常に小型化することができる。
(8) Since the vibration of the Eden spring mechanisms 411 to 448 can be suppressed by the braking means 700, the detection error due to the vibrations of the Eden spring mechanisms 411 to 448 can be eliminated and the detection accuracy can be improved.
Since the braking means 700 includes only the conductive plate 710 and the magnets 720 and 730, the configuration is simple, and the displacement sensor 100 can be very downsized while having the braking function of the Eden spring mechanisms 411 to 448. .

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図9、図10を参照して説明する。
第2実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、変位検出手段600の構成に特徴を有する。すなわち、第2実施形態においては、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を光電検出する点に特徴を有する。
図9は、第2実施形態を上下方向で切断した横断面図である。
図10は、図9中のX-X線において水平に切断した縦断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but is characterized by the configuration of the displacement detection means 600. That is, the second embodiment is characterized in that the displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is photoelectrically detected.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the second embodiment cut in the vertical direction.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view cut horizontally along the line XX in FIG.

図9において、変位検出手段600は、光をエデンバネ機構411〜448の先端部340に向けて照射する照明光学系660と、エデンバネ機構441〜448の先端部340に設けられ照明光学系660からの光を反射する光学素子としての直角プリズム670と、直角プリズム670によって反射された光を検出する光センサ680と、を備える。   In FIG. 9, the displacement detection means 600 is provided in the illumination optical system 660 that irradiates light toward the tip portion 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 and the tip portion 340 of the Eden spring mechanisms 441 to 448. A right-angle prism 670 as an optical element that reflects light and an optical sensor 680 that detects light reflected by the right-angle prism 670 are provided.

照明光学系660は、光を発射する光発射部(光発射手段)661と、光発射部661からの光を平行光束にするコリメータレンズ662と、コリメータレンズ662からの平行光束のうち8本の細い細光線を通過させる8つアパーチャー664を有するアパーチャープレート663と、アパーチャー664を通過した各細光線を各エデンバネ機構の先端部340に向けて反射するポリゴンプリズム(多面プリズム)665と、を備える。照明光学系660は、センサ本体部200内において、その光軸を中心線Iに略一致させて設けられている。   The illumination optical system 660 includes a light emitting unit (light emitting unit) 661 that emits light, a collimator lens 662 that converts the light from the light emitting unit 661 into a parallel light beam, and eight of the parallel light beams from the collimator lens 662. An aperture plate 663 having eight apertures 664 that allows thin fine rays to pass therethrough, and a polygon prism (polyhedral prism) 665 that reflects each fine ray that has passed through the apertures 664 toward the tip 340 of each Eden spring mechanism. The illumination optical system 660 is provided in the sensor body 200 with its optical axis substantially coincident with the center line I.

光発射部661は、ハウジング部210の天板212において中心線I上の位置に配設された光ファイバ669からの光を中心線Iに沿って発射する。
ここで、天板212から筒状の内筒部215が垂下するように付設され、コリメータレンズ662、アパーチャープレート663およびポリゴンプリズム665は、この内筒部215内に取付固定されている。
アパーチャープレート663は、8つの細孔であるアパーチャー664を有する。アパーチャー664は、8つのエデンバネ機構411〜448の配設位置に対応して、45度ずつの等間隔に形成されている。
The light emitting unit 661 emits light from the optical fiber 669 disposed at a position on the center line I on the top plate 212 of the housing unit 210 along the center line I.
Here, a cylindrical inner cylinder portion 215 is attached to the top plate 212 so as to hang down, and the collimator lens 662, the aperture plate 663, and the polygon prism 665 are attached and fixed in the inner cylinder portion 215.
The aperture plate 663 has an aperture 664 that is eight pores. The apertures 664 are formed at equal intervals of 45 degrees corresponding to the positions where the eight eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed.

ポリゴンプリズム665は、8つのエデンバネ機構411〜448に対応して8つの切子面666を有し、各切子面666は、アパーチャープレート663のアパーチャー664を通過して進行してきた細光線を直角方向に反射する。そして、内筒部215の下端側の側面において、ポリゴンプリズム665からの光を直角プリズム670に入射させる光通過孔216が穿設されている。切子面666で反射された光は、内筒部215の側面に穿設された光通過孔216を通過して直角プリズム670に入射する。   The polygon prism 665 has eight facets 666 corresponding to the eight Eden spring mechanisms 411 to 448, and each facet 666 passes the fine light beam that has traveled through the aperture 664 of the aperture plate 663 in a perpendicular direction. reflect. A light passage hole 216 for allowing light from the polygon prism 665 to enter the right-angle prism 670 is formed on the side surface on the lower end side of the inner cylindrical portion 215. The light reflected by the facet 666 passes through the light passage hole 216 formed in the side surface of the inner cylinder part 215 and enters the right-angle prism 670.

直角プリズム670は、ポリゴンプリズム665から光通過孔216を通過してきた細光線を天板側に向けて反射する。なお、直角プリズム670は、エデンバネ機構411〜448の先端部340に配設されているところ、エデンバネ機構411〜448の先端部340が変位すると直角プリズム670の姿勢が変化するので、この直角プリズム670による光の反射方向が変化する。   The right-angle prism 670 reflects the fine light beam that has passed through the light passage hole 216 from the polygon prism 665 toward the top plate. The right-angle prism 670 is disposed at the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448. When the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is displaced, the posture of the right-angle prism 670 changes. The light reflection direction due to changes.

光センサ680は、光の入射位置を検出する二次元光センサ680であり、天板212において各エデンバネ機構411〜448に対応して8つ設けられている。そして、光センサ680は、直角プリズム670から反射されてきた光の位置を検出する。   The optical sensor 680 is a two-dimensional optical sensor 680 that detects the incident position of light, and eight optical sensors 680 are provided on the top plate 212 corresponding to the Eden spring mechanisms 411 to 448. The optical sensor 680 detects the position of the light reflected from the right-angle prism 670.

なお、光センサ680と直角プリズム670との距離hを長くとるために、エデンバネ機構411〜448の長さは第1実施形態に比べて短くなっている。図9では、直角プリズム670から光センサ680までの距離はエデンバネ機構411〜448の長さよりもわずかに長い。   In order to increase the distance h between the optical sensor 680 and the right-angle prism 670, the lengths of the Eden spring mechanisms 411 to 448 are shorter than those in the first embodiment. In FIG. 9, the distance from the right-angle prism 670 to the optical sensor 680 is slightly longer than the length of the Eden spring mechanisms 411 to 448.

このような第2実施形態において、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を検出する動作について説明する。   In such a second embodiment, an operation for detecting the displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 will be described.

光発射部661から発射された光は、コリメータレンズ662によって平行光束となり、アパーチャープレート663に入射する。すると、アパーチャープレート663の各アパーチャー664を通過した8本の細光線がポリゴンプリズム665に入射する。ポリゴンプリズム665に入射した光は、各切子面666によって直角方向に反射され、内筒部215の光通過孔216を通過して、直角プリズム670に入射する。直角プリズム670に入射した光は二次元光センサ680に向けて反射されて、二次元光センサ680により受光される。   The light emitted from the light emitting unit 661 becomes a parallel light beam by the collimator lens 662 and enters the aperture plate 663. Then, eight fine light beams that have passed through the respective apertures 664 of the aperture plate 663 enter the polygon prism 665. The light incident on the polygon prism 665 is reflected by the facets 666 in a right angle direction, passes through the light passage hole 216 of the inner cylinder portion 215, and enters the right angle prism 670. The light incident on the right-angle prism 670 is reflected toward the two-dimensional photosensor 680 and received by the two-dimensional photosensor 680.

ここで、エデンバネ機構411〜448の先端部340が基準位置から角度φだけ揺動変位した場合、直角プリズム670による光の反射方向は先端部340の角度変化φの2倍である2φの変化をする。そして、直角プリズム670から光センサ680までの距離をhとすると、光の反射方向が2φ変化することにより、光センサ680上において光の入射位置は2φhの変化になる。例えば、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位がΔx=0.01μmであり、エデンバネ機構411〜448の第1板バネ310と第2板バネ320との間隔aを0.2mm、直角プリズム670と光センサ680との距離hを50mmとすると、光センサ680上における光入射位置の変化量は、次のように求められる。   Here, when the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is oscillated and displaced from the reference position by an angle φ, the light reflection direction by the right-angle prism 670 changes by 2φ, which is twice the angle change φ of the tip portion 340. To do. If the distance from the right-angle prism 670 to the light sensor 680 is h, the light reflection direction changes by 2φ, so that the light incident position on the light sensor 680 changes by 2φh. For example, the displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is Δx = 0.01 μm, the distance a between the first plate spring 310 and the second plate spring 320 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is 0.2 mm, and a right angle prism. Assuming that the distance h between 670 and the optical sensor 680 is 50 mm, the amount of change in the light incident position on the optical sensor 680 is obtained as follows.

φ≒X/a=0.5×10−4
2φh=5μm
φ≈X / a = 0.5 × 10 −4
2φh = 5μm

すなわち、エデンバネ機構411〜448の先端部340における変位(0.01μm)が光センサ680上において500倍に拡大される。   That is, the displacement (0.01 μm) at the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is magnified 500 times on the optical sensor 680.

このような第2実施形態によれば、上記の効果(1)〜(6)(8)に加えて、次の効果を奏することができる。
(9)変位検出手段600において、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を光電検出する構成としたので、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位を「光てこ」によって拡大して検出することができる。
すなわち、エデンバネ機構411〜448の先端部340が角度φだけ揺動変位すると、先端部340に設けられた直角プリズム670による光の反射方向は先端部340の変位角度φの2倍である2φ変化するので、直角プリズム670と光センサ680との距離hにより光センサ680への光の入射位置が2φhという大きな変化を示す。よって、接触部130の変位がエデンバネ機構411〜448によって先端部340の大きな変位に拡大することに加えて、さらに、先端部340の変位を「光てこ」によって拡大するので、検出分解能を画期的に向上させることができる。
According to such 2nd Embodiment, in addition to said effect (1)-(6) (8), there can exist the following effect.
(9) Since the displacement detection means 600 is configured to photoelectrically detect the displacement of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448, the displacement of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is enlarged and detected by an “optical lever”. can do.
That is, when the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is oscillated and displaced by an angle φ, the light reflection direction by the right-angle prism 670 provided in the tip portion 340 changes by 2φ which is twice the displacement angle φ of the tip portion 340. Therefore, the incident position of light on the optical sensor 680 shows a large change of 2φh depending on the distance h between the right-angle prism 670 and the optical sensor 680. Therefore, in addition to the displacement of the contact portion 130 being expanded to a large displacement of the distal end portion 340 by the Eden spring mechanisms 411 to 448, the displacement of the distal end portion 340 is further expanded by the “optical lever”, so that the detection resolution is epoch-making. Can be improved.

(10)照明光学系660において、光源である光発射部661が一つであるので、例えばエデンバネ機構411〜448の数だけ光源を設けることに比べて、部品点数を少なくすることができる。 (10) Since the illumination optical system 660 has one light emitting unit 661 that is a light source, the number of components can be reduced as compared with the case where light sources are provided by the number of Eden spring mechanisms 411 to 448, for example.

(11)光センサ680では、光の入射位置の変化を検出する必要があるところ、光センサ680に入射する光はスポット状に入射して光センサ680によって入射点が検出されなければならないが、この点、本第2実施形態では微小径のアパーチャー664で光を絞ることにより細光線として光センサ680に入射させるので、光センサ680により光の入射位置の変化を検出することができる。 (11) In the optical sensor 680, it is necessary to detect a change in the incident position of light. However, light incident on the optical sensor 680 must be incident in a spot shape, and the incident point must be detected by the optical sensor 680. In this respect, in the second embodiment, the light is narrowed by the aperture 664 having a small diameter to be incident on the optical sensor 680 as a fine light beam. Therefore, the optical sensor 680 can detect a change in the incident position of the light.

(12)照明光学系660の光軸がスタイラス120の軸方向に一致するように、例えば、光発射部661、コリメータレンズ662、ポリゴンプリズム665をスタイラス120の軸線に沿って配設し、さらに、光センサ680をエデンバネ機構411〜448の先端部340からスタイラス120の軸線方向に沿って離間した位置に配設するので、変位センサ100をスタイラス120の軸方向に沿った縦長に構成できる。 (12) For example, a light emitting unit 661, a collimator lens 662, and a polygon prism 665 are disposed along the axis of the stylus 120 so that the optical axis of the illumination optical system 660 coincides with the axial direction of the stylus 120. Since the optical sensor 680 is disposed at a position separated from the distal end portion 340 of the eden spring mechanism 411 to 448 along the axial direction of the stylus 120, the displacement sensor 100 can be configured to be vertically long along the axial direction of the stylus 120.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図11を参照して説明する。
第3実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、接触部130の揺動支点811を構造的に固定する点に特徴を有する。
図11において、変位センサ100は、接触部130の揺動支点811を固定する揺動支点固定手段800を備え、揺動支点固定手段800は、接触部130の揺動支点811となる固定球810と、この固定球810の位置を固定する固定球位置決め手段820と、を備えている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but is characterized in that the swing fulcrum 811 of the contact portion 130 is structurally fixed.
In FIG. 11, the displacement sensor 100 includes a swing fulcrum fixing means 800 that fixes a swing fulcrum 811 of the contact portion 130, and the swing fulcrum fixing means 800 is a fixed ball 810 that becomes the swing fulcrum 811 of the contact portion 130. And fixed ball positioning means 820 for fixing the position of the fixed ball 810.

固定球810は、仮想円Cの中心において位置がほぼ固定された球体である。
固定球位置決め手段820は、天板212から垂下する状態に設けられた内筒部215と、下端面に固定球810が埋設された円筒ブロック822と、円筒ブロック822を支持する二枚の円形薄板バネ823、824と、を備えている。
The fixed sphere 810 is a sphere whose position is substantially fixed at the center of the virtual circle C.
The fixed ball positioning means 820 includes an inner cylinder portion 215 provided in a state of hanging from the top plate 212, a cylindrical block 822 in which a fixed ball 810 is embedded in the lower end surface, and two circular thin plates that support the cylindrical block 822. And springs 823 and 824.

内筒部215は、天板212から可動部460に近接する位置までの長さを有する。
円筒ブロック822は、内筒部215の内側に配設されており、下端面に固定球810が埋設されて固定されている。
円形薄板バネ823、824は二枚設けられている。
第1円形薄板バネ823は、内筒部215の下端面に設けられ、円筒ブロック822の下端面と連結されている。
第2円形薄板バネ824は、内筒部215の内側において内筒部215の上面と略同程度の高さに配設され、円筒ブロック822の上端面と連結されている。この2枚の円形薄板バネ823、824により、円筒ブロック822は中心線Iに交差する方向への変位は規制され、中心線Iに沿った方向へは円形薄板バネ823、824のたわみによって許容される。
The inner cylinder part 215 has a length from the top plate 212 to a position close to the movable part 460.
The cylindrical block 822 is disposed inside the inner cylinder portion 215, and a fixed ball 810 is embedded and fixed on the lower end surface.
Two circular thin leaf springs 823 and 824 are provided.
The first circular thin plate spring 823 is provided on the lower end surface of the inner cylinder portion 215 and is connected to the lower end surface of the cylindrical block 822.
The second circular thin plate spring 824 is disposed at a height substantially the same as the upper surface of the inner cylinder portion 215 inside the inner cylinder portion 215, and is connected to the upper end surface of the cylindrical block 822. The two circular thin plate springs 823 and 824 restrict the displacement of the cylindrical block 822 in the direction intersecting the center line I, and the direction along the center line I is allowed by the deflection of the circular thin plate springs 823 and 824. The

また、可動部460の上面において仮想円Cの中心に円錐形の小穴461が形成されており、固定球810が滑らかに滑動可能に嵌設されている。   A conical small hole 461 is formed at the center of the virtual circle C on the upper surface of the movable portion 460, and the fixed ball 810 is fitted so as to be smoothly slidable.

このような構成において、接触部130がXY平面内で変位した場合、スタイラス120が固定球810を揺動支点811として揺動する。このとき、可動部460も固定球810を支点811として揺動し、可動部460の端部が上下することでエデンバネ機構411〜448の自由端311が変位される。自由端311の変位がエデンバネ機構411〜448の先端部340の変位に拡大され、先端部340の変位が変位検出手段600にて検出される。   In such a configuration, when the contact portion 130 is displaced in the XY plane, the stylus 120 swings with the fixed ball 810 as the swing fulcrum 811. At this time, the movable portion 460 also swings with the fixed ball 810 as the fulcrum 811, and the free end 311 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 is displaced as the end portion of the movable portion 460 moves up and down. The displacement of the free end 311 is expanded to the displacement of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448, and the displacement of the tip portion 340 is detected by the displacement detection means 600.

また、接触部130がZ方向に変位した場合には、測定子110とともに可動部460がZ方向に変位する。この可動部460の変位によりエデンバネ機構411〜448の自由端311が変位して、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位に拡大され、このエデンバネ機構の先端部340の変位が変位検出手段600にて検出される。このとき、円筒ブロック822は円形薄板バネ823、824によって支持されているので、円形薄板バネ823、824のたわみによって円筒ブロック822とともに固定球810もZ方向に変位する。   Further, when the contact part 130 is displaced in the Z direction, the movable part 460 is displaced in the Z direction together with the measuring element 110. Due to the displacement of the movable portion 460, the free end 311 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is displaced and expanded to the displacement of the tip end portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448. Is detected. At this time, since the cylindrical block 822 is supported by the circular thin plate springs 823 and 824, the deflection of the circular thin plate springs 823 and 824 causes the fixed ball 810 to be displaced in the Z direction together with the cylindrical block 822.

このような第3実施形態によれば、上記の効果(1)〜(8)に加えて、次の効果を奏する。
(13)揺動支点固定手段800を備えているので、接触部130の揺動支点を構造的に固定することができる。このように接触部130の揺動支点を構造的に固定するので、エデンバネ機構の先端部340の変位から接触部130の変位を簡便に算出することができる。
According to such 3rd Embodiment, in addition to said effect (1)-(8), there exists the following effect.
(13) Since the rocking fulcrum fixing means 800 is provided, the rocking fulcrum of the contact portion 130 can be structurally fixed. Since the swing fulcrum of the contact portion 130 is structurally fixed in this manner, the displacement of the contact portion 130 can be easily calculated from the displacement of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism.

(14)揺動支点を構造的に固定しない場合には、エデンバネ機構411〜448の強度によって接触部130の揺動支点が異なってくることになるので、エデンバネ機構411〜448の先端部340の変位から接触部130の変位量を算出する式を揺動支点の位置に応じて製品ごとにから作成しなければならないが、本第3実施形態では、揺動支点811を固定しているので、総ての製品で同じ算出式およびパラメータを用いることができ、簡便である。よって、一つ一つの製品について揺動支点の位置を試験によって求める必要がなく、製造の手間を省力化し、製造効率を向上させることができる。 (14) When the rocking fulcrum is not fixed structurally, the rocking fulcrum of the contact portion 130 varies depending on the strength of the Eden spring mechanism 411 to 448. Therefore, the tip 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 Although an equation for calculating the displacement amount of the contact portion 130 from the displacement must be created for each product according to the position of the swing fulcrum, in the third embodiment, the swing fulcrum 811 is fixed. The same calculation formulas and parameters can be used for all products, which is convenient. Therefore, it is not necessary to obtain the position of the oscillating fulcrum for each product by a test, so that labor of manufacturing can be saved and manufacturing efficiency can be improved.

(15)揺動支点811としての固定球810が設けられているので、この固定球810を支点811として接触部130が揺動することができる。このとき、支点811を球体としているので、接触部130の揺動方向は、例えば一の面内に制限されることはなく、接触部130は全方向に自由に揺動変位できる。例えば、接触部130を被測定物表面に当接させて被測定物表面を検出する場合でも、全方位から接触部130を被測定物表面にアプローチさせることができる。 (15) Since the fixed sphere 810 as the swing fulcrum 811 is provided, the contact portion 130 can swing with the fixed sphere 810 as the fulcrum 811. At this time, since the fulcrum 811 is a sphere, the swinging direction of the contact part 130 is not limited to, for example, one plane, and the contact part 130 can freely swing and displace in all directions. For example, even when the contact portion 130 is brought into contact with the surface of the object to be measured and the surface of the object to be measured is detected, the contact portion 130 can approach the surface of the object to be measured from all directions.

(16)可動部460に小穴461が設けられ、この小穴461に固定球810が嵌設されているので、固定球810に対して可動部460がずれず、その結果、接触部130が確実に固定球810を揺動支点811として揺動する。 (16) Since the small hole 461 is provided in the movable portion 460, and the fixed ball 810 is fitted in the small hole 461, the movable portion 460 does not shift with respect to the fixed ball 810, and as a result, the contact portion 130 is surely secured. The fixed ball 810 swings as a swing fulcrum 811.

(17)可動部460は固定球810に当接して揺動の支点を固定されるので、接触部130がX方向(またはY方向)に変位すれば可動部460は固定球810を支点として揺動し、可動部460の中心がZ方向に変位することがない。一方、接触部130がZ方向に変位した場合には、可動部460がZ方向に変位する。このように、接触部130がX方向(またはY方向)に変位する限りは可動部460の中心がZ方向に変位することがなく、測定子110がZ方向に変位したときにのみ可動部460(の中心)がZ方向に変位する。すなわち、接触部130のZ方向への変位とX方向への変位が明確に分けられる。 (17) Since the movable part 460 contacts the fixed sphere 810 and the fulcrum of the swing is fixed, the movable part 460 swings with the fixed sphere 810 as a fulcrum when the contact part 130 is displaced in the X direction (or Y direction). The center of the movable part 460 is not displaced in the Z direction. On the other hand, when the contact part 130 is displaced in the Z direction, the movable part 460 is displaced in the Z direction. Thus, as long as the contact part 130 is displaced in the X direction (or Y direction), the center of the movable part 460 is not displaced in the Z direction, and the movable part 460 is only displaced when the probe 110 is displaced in the Z direction. (Center) is displaced in the Z direction. That is, the displacement of the contact portion 130 in the Z direction and the displacement in the X direction are clearly separated.

(変形例1)
本発明の変形例1について図12を参照して説明する。
変形例1の基本的構成は、第3実施形態と同様であるが、変位検出手段600の構成に特徴を有し、すなわち、第2実施形態において説明したようにエデンバネ機構の先端部340の変位を光電検出する変位検出手段600を備える点に特徴を有する。
(Modification 1)
Modification 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 1 is the same as that of the third embodiment, but is characterized by the configuration of the displacement detection means 600, that is, the displacement of the tip 340 of the Eden spring mechanism as described in the second embodiment. It is characterized in that it is provided with a displacement detection means 600 for photoelectrically detecting.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について図13を参照して説明する。
第4実施形態の基本的構成は、第2実施形態に同様であるが、エデンバネ機構411〜448が、その長手方向を中心線Iに対して45度の角度をなす方向に向けた状態で配設されている点に特徴を有する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the second embodiment, but the Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged with their longitudinal directions oriented in a direction that forms an angle of 45 degrees with respect to the center line I. It is characterized in that it is installed.

図13において、ハウジング部210の下端側には、固定円筒217が取付固定されている。
固定円筒217は、中心を貫通する貫通孔218を有し、この貫通孔218の上方側開口は円錐型の広口部219になっている。そして、固定円筒217の広口部219において、可動部460が配設されている。
エデンバネ機構411〜448の固定端321は固定円筒217の側面に取付固定され、自由端311は、可動部460に連結されている。
測定子110は、接触部130が外部に位置する状態で固定円筒217の貫通孔218内に挿入され、スタイラス120の基端が可動部460に取付けられている。
In FIG. 13, a fixed cylinder 217 is attached and fixed to the lower end side of the housing portion 210.
The fixed cylinder 217 has a through hole 218 that passes through the center, and the upper opening of the through hole 218 is a conical wide-mouthed portion 219. A movable portion 460 is disposed in the wide opening 219 of the fixed cylinder 217.
The fixed ends 321 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 are attached and fixed to the side surface of the fixed cylinder 217, and the free end 311 is connected to the movable portion 460.
The measuring element 110 is inserted into the through hole 218 of the fixed cylinder 217 with the contact portion 130 positioned outside, and the proximal end of the stylus 120 is attached to the movable portion 460.

変位検出手段600の構成は、基本的に第2実施形態にて説明した構成に同様であるが、次の点が異なっている。すなわち、照明光学系660は、コリメータレンズ662に代えて集光レンズ667を有し、アパーチャープレート663に代えて円形遮蔽板668を有する。円形遮蔽板668は光発射部661と集光レンズ667との間において、光束の中央部を遮蔽するように配設されている。
また、エデンバネ機構411〜448の先端部340には、直角プリズム670に代えて平面ミラー671が設けられている。
The configuration of the displacement detection means 600 is basically the same as the configuration described in the second embodiment, except for the following points. That is, the illumination optical system 660 includes a condenser lens 667 instead of the collimator lens 662 and a circular shielding plate 668 instead of the aperture plate 663. The circular shielding plate 668 is disposed between the light emitting part 661 and the condenser lens 667 so as to shield the central part of the light beam.
Further, a flat mirror 671 is provided at the tip 340 of the Eden spring mechanisms 411 to 448 in place of the right-angle prism 670.

光発射部661からの光は、集光レンズ667に照射され、この集光レンズ667によって焦点位置にて結像する。ここで、集光レンズ667の焦点位置は光センサ680の表面である。すなわち、光発射部661からの光は集光レンズ667を通過してポリゴンプリズム665に入射する。ポリゴンプリズム665に入射した光は、ポリゴンプリズム665の各切子面666にて反射されて各エデンバネ機構411〜448の先端部340に設けられた平面ミラー671に入射する。そして、平面ミラー671により反射された光が光センサ680に入射し、各光センサ680の表面において結像する。   Light from the light emitting unit 661 is applied to the condensing lens 667, and an image is formed at the focal position by the condensing lens 667. Here, the focal position of the condenser lens 667 is the surface of the optical sensor 680. That is, the light from the light emitting unit 661 passes through the condenser lens 667 and enters the polygon prism 665. The light incident on the polygon prism 665 is reflected by the facets 666 of the polygon prism 665 and is incident on the plane mirror 671 provided at the tip 340 of each Eden spring mechanism 411 to 448. Then, the light reflected by the plane mirror 671 enters the optical sensor 680 and forms an image on the surface of each optical sensor 680.

第4実施形態において、45度に設けられたエデンバネ機構411〜448の先端部340の変位について説明する。
接触部130がX方向にΔX変位した場合、エデンバネ機構411〜448の先端部340の揺動角度φxは次の式で表される。
ここで、aはエデンバネ機構411〜448の第1板バネ310と第2板バネ320との間隔であり、lは可動部460から揺動支点811までの距離であり、rは仮想円Cの半径である。
In the fourth embodiment, the displacement of the tip 340 of the eden spring mechanisms 411 to 448 provided at 45 degrees will be described.
When the contact portion 130 is displaced by ΔX in the X direction, the swing angle φx of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is expressed by the following equation.
Here, a is the distance between the first leaf spring 310 and the second leaf spring 320 of the Eden spring mechanism 411 to 448, l is the distance from the movable portion 460 to the swing fulcrum 811, and r is the virtual circle C. Radius.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

ここで、第1実施形態のごとくエデンバネ機構が中心線に平行に配設されているとして、接触部130がX方向にΔX変位した場合、エデンバネ機構411〜448の先端部340の揺動角度φxは次の式で表される。ここで、Lは接触部130から揺動支点811までの距離である。   Here, assuming that the Eden spring mechanism is disposed parallel to the center line as in the first embodiment, when the contact portion 130 is displaced by ΔX in the X direction, the swing angle φx of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism 411 to 448 is changed. Is represented by the following equation. Here, L is the distance from the contact portion 130 to the swing fulcrum 811.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

ここで、(式1)と(式2)とで両辺の比をとると次のようになる。   Here, when the ratio of both sides is taken between (Equation 1) and (Equation 2), it is as follows.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

すなわち、エデンバネ機構411〜448を45度に配設することによって、第1実施形態のごとくエデンバネ機構411〜448を中心線Iに平行に配設する場合に比べ、接触部130のX方向変位に対する先端部340の揺動角度φxが(式3)の右辺の値だけ変化することになる。
そして、可動部460から揺動支点811までの距離lを仮想円Cの半径rよりも大きくすることによって(式3)の右辺を1よりも大きくすれば、エデンバネ機構の先端部340の揺動角度φxが(式3)の右辺の値だけ大きくなる。
That is, by disposing the eden spring mechanisms 411 to 448 at 45 degrees, compared to the case where the eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed in parallel to the center line I as in the first embodiment, the contact portion 130 is not displaced in the X direction. The swing angle φx of the tip 340 changes by the value on the right side of (Equation 3).
Then, if the right side of (Equation 3) is made larger than 1 by making the distance l from the movable part 460 to the rocking fulcrum 811 larger than the radius r of the virtual circle C, the rocking of the tip part 340 of the Eden spring mechanism The angle φx increases by the value on the right side of (Expression 3).

このような構成を備える第4実施形態によれば、上記の効果(1)〜(6)(8)〜(12)に加えて、次の効果を奏する。
(18)エデンバネ機構411〜448をスタイラス軸線方向に対して45度に配設するので、エデンバネ機構411〜448をスタイラス軸方向に平行に配設する場合にくらべて、接触部130のX方向(Y方向)変位に対する感度が向上する。そして、エデンバネ機構411〜448を45度に配設することによってエデンバネ機構411〜448を配設する仮想円Cの半径rを小さくしたままで接触部130のX方向(Y方向)変位に対する感度を向上させることができるので、X方向(Y方向)変位への感度が高い小型の変位センサ100とすることができる。
According to 4th Embodiment provided with such a structure, in addition to said effect (1)-(6) (8)-(12), there exists the following effect.
(18) Since the Eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed at 45 degrees with respect to the stylus axial direction, the X direction of the contact portion 130 (as compared to the case where the Eden spring mechanisms 411 to 448 are disposed parallel to the stylus axial direction ( (Y direction) Sensitivity to displacement is improved. Then, by arranging the Eden spring mechanisms 411 to 448 at 45 degrees, the sensitivity to the X direction (Y direction) displacement of the contact portion 130 is reduced while the radius r of the virtual circle C on which the Eden spring mechanisms 411 to 448 are arranged is reduced. Since it can improve, it can be set as the small displacement sensor 100 with high sensitivity to the X direction (Y direction) displacement.

(19)光センサ680では、光の入射位置の変化を検出する必要があるところ、光センサ680に入射する光はスポット状に入射して光センサ680によって入射点が検出されなければならないが、この点、光発射部661からの光が集光レンズ667によって光センサ680のセンサ面にて結像するので、光センサ680によって光の入射位置の変化を検出することができる。また、光発射部661からの光を集光レンズ667によって結像させることによって光を光センサ680にスポット状に入射させるので、例えば、光束をアパーチャー664で絞って細光線とする場合に比べて光量損失を少なくすることができる。 (19) In the optical sensor 680, it is necessary to detect a change in the incident position of the light. However, the light incident on the optical sensor 680 must be incident in a spot shape, and the incident point must be detected by the optical sensor 680. In this respect, since the light from the light emitting unit 661 forms an image on the sensor surface of the optical sensor 680 by the condenser lens 667, a change in the incident position of the light can be detected by the optical sensor 680. Further, since the light from the light emitting unit 661 is imaged by the condenser lens 667 so that the light is incident on the optical sensor 680 in a spot shape, for example, compared with a case where the light beam is narrowed by the aperture 664 to be a fine light beam. Light loss can be reduced.

ここで、例えば、接触部130がz方向へ変位した際のエデンバネ機構の先端部340の変位量と接触部130がx方向へ変位した際のエデンバネ機構の先端部340の変位量とが「1:1」になるようにする場合には、次のようにすればよい。
接触部130がZ方向へΔZ変位したときのエデンバネ機構の先端部340の揺動角度φzは、次の式で表される。
Here, for example, the displacement amount of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism when the contact portion 130 is displaced in the z direction and the displacement amount of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism when the contact portion 130 is displaced in the x direction are “1”. : 1 ”, the following may be performed.
The swing angle φz of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism when the contact portion 130 is displaced by ΔZ in the Z direction is expressed by the following equation.

Figure 2007114106
Figure 2007114106

この(式4)を(式1)と比較して、両辺の比を1にするためには、次の式が満たされればよい。   In order to compare (Equation 4) with (Equation 1) and set the ratio of both sides to 1, the following equation should be satisfied.

cos(π/4)={lsin(π/4)+rcos(π/4)}/L   cos (π / 4) = {lsin (π / 4) + rcos (π / 4)} / L

すなわち、L=ltan(π/4)+rであるので、L=r+lとすればよい。   That is, since L = l tan (π / 4) + r, L = r + 1 may be set.

また、接触部130がz方向へ変位した際のエデンバネ機構の先端部340の変位量と接触部130がx方向へ変位した際のエデンバネ機構の先端部340の変位量とが「k:1」になるようにする場合(ただし、k>1)、tanφz:tanφx=k:1であるので、L=k(r+l)とすればよい。   Further, the displacement amount of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism when the contact portion 130 is displaced in the z direction and the displacement amount of the tip portion 340 of the Eden spring mechanism when the contact portion 130 is displaced in the x direction are “k: 1”. (Where k> 1), tanφz: tanφx = k: 1, so L = k (r + l) may be set.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、変位拡大機構部が8つのエデンバネ機構を備える場合を例にして説明したが、エデンバネ機構300が3つであってもよい。例えば、図14に示されるように仮想円Cの円周上に等間隔(120度間隔)で3つのエデンバネ機構を配設してもよい。あるいは、エデンバネ機構を4つとする場合には、90度間隔で配置してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above-described embodiment, the case where the displacement enlarging mechanism unit includes eight Eden spring mechanisms has been described as an example, but three Eden spring mechanisms 300 may be provided. For example, as shown in FIG. 14, three Eden spring mechanisms may be arranged on the circumference of the virtual circle C at equal intervals (120 degree intervals). Alternatively, when there are four Eden spring mechanisms, they may be arranged at intervals of 90 degrees.

エデンバネ機構は、一枚の板バネの途中を折り曲げて第1板バネ310と第2板バネ320とし、折曲部を2段階で折り曲げて直角の折曲を2つ形成することで第1板バネ310と第2板バネ320とする場合を例にして説明したが、例えば、2枚の板バネを用いて第1板バネ310と第2板バネ320との先端部の間に薄板状の連結部材を介して連結してもよい。   In the Eden spring mechanism, the first plate spring 310 and the second plate spring 320 are bent in the middle of a single plate spring, and the bent portion is bent in two stages to form two right angle bends. The case of using the spring 310 and the second plate spring 320 has been described as an example. For example, a thin plate-like shape is used between the first plate spring 310 and the second plate spring 320 using two plate springs. You may connect via a connection member.

エデンバネ機構は、中心線Iに平行でもよく、中心線に対して45度の角度でもよく、中心線Iに対して45度以内の角度であればよい。   The Eden spring mechanism may be parallel to the center line I, an angle of 45 degrees with respect to the center line, or an angle within 45 degrees with respect to the center line I.

第1実施形態において変位検出手段の固定電極は、金属板で構成されてもよく、あるいは例えば金属薄膜をハウジング部および内筒部に蒸着することによって形成してもよい。   In the first embodiment, the fixed electrode of the displacement detecting means may be formed of a metal plate, or may be formed by evaporating a metal thin film on the housing part and the inner cylinder part, for example.

仮想円Cの内側に自由端311、仮想円Cの外側に固定端321として、外側を固定部材、内側を可動部460としたが、逆でもいい。つまり、固定部450を内側にし、可動部460をリング状にして外側に配し、固定端321を固定部450に固定し、自由端311を外側の可動部460に連結してもよい。可動部460の半径が大きい方が、接触部130の変位に対する可動部460の端部の揺動変位も大きくなるので、自由端311がそれだけ大きく変位し、結果として、エデンバネ機構の先端部340の変位も大きくなり、検出感度が向上する。   The free end 311 is inside the virtual circle C, the fixed end 321 is outside the virtual circle C, the outside is a fixed member, and the inside is a movable part 460, but the reverse is also possible. In other words, the fixed portion 450 may be on the inside, the movable portion 460 may be ring-shaped and arranged on the outside, the fixed end 321 may be fixed to the fixed portion 450, and the free end 311 may be connected to the outer movable portion 460. When the radius of the movable portion 460 is larger, the swinging displacement of the end portion of the movable portion 460 with respect to the displacement of the contact portion 130 is also larger, so that the free end 311 is greatly displaced, and as a result, the tip end portion 340 of the Eden spring mechanism is increased. Displacement also increases and detection sensitivity improves.

第2実施形態および第4実施形態において、ポリゴンプリズムからの光センサに向けて反射する光学素子として直角プリズムおよび反射ミラーを例にして説明したが、光学素子としては、照明光学系からの光を反射するのみならず屈折させるプリズムであってもよい。また、光発射部が一つではなく、複数設けられていてもよく、例えばエデンバネ機構の数だけ設けられていてもよい。   In the second and fourth embodiments, a right-angle prism and a reflecting mirror have been described as examples of the optical element that reflects toward the optical sensor from the polygon prism. However, as the optical element, light from the illumination optical system is used. A prism that refracts as well as reflects may be used. Moreover, the light emission part may be provided with two or more instead of one, for example, the number of Eden spring mechanisms may be provided.

上記実施形態において、被測定物の形状を測定する形状測定機を例にして説明したが、本発明の変位センサは、被測定物表面の粗さ、うねり等を測定する表面性状測定装置にも適用可能である。   In the above embodiment, the shape measuring machine for measuring the shape of the object to be measured has been described as an example. However, the displacement sensor of the present invention is also applicable to a surface property measuring apparatus for measuring the surface roughness, waviness, etc. of the object to be measured. Applicable.

本発明は、変位センサとしてのプローブに利用できる。   The present invention can be used for a probe as a displacement sensor.

第1実施形態を上下方向で切断した横断面図である。It is the cross-sectional view which cut | disconnected 1st Embodiment in the up-down direction. 図1中のII-II線において水平に切断した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view cut | disconnected horizontally in the II-II line | wire in FIG. 変位拡大機構部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a displacement expansion mechanism part. 接触部が上方(+Z方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図。The figure which shows the change of the 1st parallel Eden spring mechanism 410 when a contact part is displaced upwards (+ Z direction). 接触部が下方(−Z方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図。The figure which shows the change of the 1st parallel Eden spring mechanism 410 when a contact part is displaced below (-Z direction). 接触部が横方向(+X方向)に変位した場合の第1並列エデンバネ機構410の変化を示す図。The figure which shows the change of the 1st parallel Eden spring mechanism 410 when a contact part is displaced to a horizontal direction (+ X direction). エデンバネ機構の先端部が変位した状態の拡大図。The enlarged view of the state which the front-end | tip part of the Eden spring mechanism displaced. エデンバネ機構に対比して片持ち梁を示す図。The figure which shows a cantilever compared with an Eden spring mechanism. 第2実施形態を上下方向で切断した横断面図。The cross-sectional view which cut | disconnected 2nd Embodiment in the up-down direction. 図9中のX-X線において水平に切断した縦断面図。The longitudinal cross-sectional view cut | disconnected horizontally in the XX line in FIG. 第3実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 3rd Embodiment. 変形例1の構成を示す図。The figure which shows the structure of the modification 1. FIG. 第4実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 4th Embodiment. エデンバネ機構を3つ備える場合の例を示す図。The figure which shows the example in the case of providing three Eden spring mechanisms. 背景技術の説明において、プローブを利用した形状測定装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the shape measuring apparatus using a probe in description of background art. 背景技術の説明において、プローブを示す図。The figure which shows a probe in description of background art.

符号の説明Explanation of symbols

10…形状測定装置、11…プローブ、12…駆動機構、13…スタイラス、14…接触部、15…本体部、100…変位センサ、110…測定子、120…スタイラス、130…接触部、200…センサ本体部、210…ハウジング部、211…収納空間、212…天板、213…信号引出孔、214…下端側開口端縁、215…内筒部、216…光通過孔、217…固定円筒、218…貫通孔、219…広口部、300…エデンバネ機構、310…第1板バネ、311…自由端、
320…第2板バネ、321…固定端、340…先端部、400…変位拡大機構部、410…第1並列エデンバネ機構、411…第1エデンバネ機構、415…第5エデンバネ機構、420…第2並列エデンバネ機構、422…第2エデンバネ機構、426…第6エデンバネ機構、430…第3並列エデンバネ機構、433…第3エデンバネ機構、437…第7エデンバネ機構、440…第4並列エデンバネ機構、444…第4エデンバネ機構、448…第8エデンバネ機構、450…固定部、460…可動部、461…小穴、490…片持ち梁、491…板バネ、492…先端、510…固定電極、511…アース線、520…固定電極組、521…外側固定電極、522…内側固定電極、523…信号引出線、600…変位検出手段、611…第1コンデンサ部、615…第5コンデンサ部、622…第2コンデンサ部、626…第6コンデンサ部、633…第3コンデンサ部、637…第7コンデンサ部、644…第4コンデンサ部、648…第8コンデンサ部、650…信号処理部、660…照明光学系、661…光発射部、662…コリメータレンズ、663…アパーチャープレート、664…アパーチャー、665…ポリゴンプリズム、666…切子面、667…集光レンズ、668…円形遮蔽板、669…光ファイバ、670…直角プリズム、671…平面ミラー、680…光センサ、700…制動手段、710…導電板、720…第1磁石、730…第2磁石、740…連結部材、800…揺動支点固定手段、810…固定球、811…揺動支点、820…固定球位置決め手段、822…円筒ブロック、823…第1円形薄板バネ、824…第2円形薄板バネ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shape measuring apparatus, 11 ... Probe, 12 ... Drive mechanism, 13 ... Stylus, 14 ... Contact part, 15 ... Main part, 100 ... Displacement sensor, 110 ... Measuring element, 120 ... Stylus, 130 ... Contact part, 200 ... Sensor body part 210 ... Housing part 211 ... Storage space 212 ... Top plate 213 ... Signal extraction hole 214 ... Lower end opening edge 215 ... Inner cylinder part 216 ... Light passage hole 217 ... Fixed cylinder, 218 ... through hole, 219 ... wide opening, 300 ... eden spring mechanism, 310 ... first leaf spring, 311 ... free end,
320 ... second leaf spring, 321 ... fixed end, 340 ... tip, 400 ... displacement enlarging mechanism, 410 ... first parallel Eden spring mechanism, 411 ... first Eden spring mechanism, 415 ... 5th Eden spring mechanism, 420 ... second Parallel Eden Spring Mechanism, 422 ... Second Eden Spring Mechanism, 426 ... Sixth Eden Spring Mechanism, 430 ... Third Parallel Eden Spring Mechanism, 433 ... Third Eden Spring Mechanism, 437 ... Seventh Eden Spring Mechanism, 440 ... Fourth Parallel Eden Spring Mechanism, 444 ... 4th Eden spring mechanism, 448 ... 8th Eden spring mechanism, 450 ... Fixed portion, 460 ... Movable portion, 461 ... Small hole, 490 ... Cantilever, 491 ... Leaf spring, 492 ... Tip, 510 ... Fixed electrode, 511 ... Ground wire 520: Fixed electrode set, 521: Outer fixed electrode, 522: Inner fixed electrode, 523: Signal leader, 600: Displacement detecting means, 6 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st capacitor | condenser part, 615 ... 5th capacitor | condenser part, 622 ... 2nd capacitor | condenser part, 626 ... 6th capacitor | condenser part, 633 ... 3rd capacitor | condenser part, 637 ... 7th capacitor | condenser part, 644 ... 4th capacitor | condenser part, 648 ... 8th condenser section, 650 ... signal processing section, 660 ... illumination optical system, 661 ... light emitting section, 662 ... collimator lens, 663 ... aperture plate, 664 ... aperture, 665 ... polygon prism, 666 ... facet, 667 ... Condensing lens, 668 ... Circular shielding plate, 669 ... Optical fiber, 670 ... Right angle prism, 671 ... Planar mirror, 680 ... Optical sensor, 700 ... Braking means, 710 ... Conductive plate, 720 ... First magnet, 730 ... Second Magnet, 740 ... Connecting member, 800 ... Swing fulcrum fixing means, 810 ... Fixed ball, 811 ... Swing fulcrum, 820 ... Fixed ball -Decided Me means, 822 ... cylindrical block, 823 ... first circular thin plate spring, 824 ... second circular flat spring.

Claims (19)

測定子と、
この測定子を変位可能に支持するとともに前記測定子の変位を検出するセンサ本体部と、を備え、
前記センサ本体部は、
略平行で近接配置された一方の長手状弾性部材と他方の長手状弾性部材との先端部同士が所定距離を保って連結されているとともに前記一方の長手状弾性部材の基端が自由端であり前記他方の長手状弾性部材の基端が固定端であって前記自由端に長手方向変位成分を含む変位が生じた際に前記自由端と前記固定端とを含む面内で前記自由端の変位量以上に前記先端部が揺動変位するエデンバネ機構を有する変位拡大機構部と、
前記エデンバネ機構の前記先端部の変位量を検出することにより前記測定子の変位量を検出する変位検出手段と、を備え、
前記変位拡大機構部は、3以上のエデンバネ機構を備えるとともに、前記3以上のエデンバネ機構の総ての自由端にて前記測定子を支持し、
前記変位検出手段は、前記測定子が変位した際における総ての前記エデンバネ機構の先端部の変位をそれぞれ検出するとともに各エデンバネ機構の先端部の変位量に基づいて前記測定子の変位量および変位方向を検出する
ことを特徴とする変位センサ。
A measuring element;
A sensor main body for supporting the measuring element in a displaceable manner and detecting the displacement of the measuring element,
The sensor body is
The longitudinal ends of one longitudinal elastic member and the other longitudinal elastic member, which are arranged in parallel and close to each other, are connected to each other while maintaining a predetermined distance, and the base end of the one longitudinal elastic member is a free end. The base end of the other longitudinal elastic member is a fixed end, and the displacement of the free end within a plane including the free end and the fixed end occurs when a displacement including a longitudinal displacement component occurs at the free end. A displacement magnifying mechanism portion having an Eden spring mechanism in which the tip portion swings and displaces more than a displacement amount;
Displacement detecting means for detecting the amount of displacement of the probe by detecting the amount of displacement of the tip portion of the Eden spring mechanism,
The displacement magnifying mechanism includes three or more eden spring mechanisms and supports the measuring element at all free ends of the three or more eden spring mechanisms.
The displacement detecting means detects the displacements of the tip portions of all the Eden spring mechanisms when the probe is displaced, and based on the displacement amounts of the tip portions of the Eden spring mechanisms, the displacement amount and displacement of the probe A displacement sensor characterized by detecting a direction.
請求項1に記載の変位センサにおいて、
前記3以上のエデンバネ機構は、仮想円の円周に沿って等間隔で配置され、
前記測定子は、前記仮想円の中心を通る軸線上で支持されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 1,
The three or more Eden spring mechanisms are arranged at equal intervals along the circumference of the virtual circle,
The displacement sensor is characterized in that the measuring element is supported on an axis passing through the center of the virtual circle.
請求項2に記載の変位センサにおいて、
前記変位拡大機構部は、前記仮想円の中心を挟んで対向する位置に配設されたエデンバネ機構の組みによって構成される並列エデンバネ機構を備え、
前記並列エデンバネ機構が異なる方向で二組以上存在する
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 2, wherein
The displacement enlarging mechanism unit includes a parallel Eden spring mechanism configured by a set of Eden spring mechanisms disposed at positions facing each other across the center of the virtual circle,
Two or more pairs of the parallel Eden spring mechanisms exist in different directions.
請求項3に記載の変位センサにおいて、
前記変位拡大機構部は、前記並列エデンバネ機構を4組備え、
前記並列エデンバネ機構を構成する2つのエデンバネ機構を結ぶ線は45度ずつで交差する
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 3,
The displacement magnifying mechanism section includes four sets of the parallel Eden spring mechanism,
A displacement sensor characterized in that a line connecting two Eden spring mechanisms constituting the parallel Eden spring mechanism intersects at 45 degrees.
請求項3または請求項4のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記センサ本体部は、前記変位拡大機構部を内部に収納する筐体を備え、
前記変位拡大機構部は、
前記仮想円を囲む環状であって前記筐体に固定された環状の固定部と、
前記仮想円の内側において変位可能に設けられた可動部と、を備え、
前記3以上のエデンバネ機構は、前記自由端を前記仮想円の中心側に向け、前記固定端を前記仮想円の外側に向けた状態で前記仮想円の円周に沿って配設され、かつ、前記自由端が前記可動部に連結されているとともに前記固定端が前記固定部に連結され、
前記測定子は、前記可動部において前記仮想円の中心に該当する位置に固定されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 3 and 4,
The sensor body includes a housing that houses the displacement magnifying mechanism.
The displacement magnifying mechanism is
A ring-shaped fixing portion that is a ring surrounding the virtual circle and fixed to the housing;
A movable part provided inside the virtual circle so as to be displaceable,
The three or more eden spring mechanisms are arranged along the circumference of the virtual circle with the free end facing the center of the virtual circle and the fixed end facing the outside of the virtual circle, and The free end is connected to the movable part and the fixed end is connected to the fixed part;
The displacement sensor is fixed at a position corresponding to the center of the virtual circle in the movable part.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記測定子は、先端に接触部を有するスタイラスを備え、
前記エデンバネ機構は、その長手方向を基準状態における前記スタイラスの軸方向に対して45度以内の方向に向けた状態で配設されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 5,
The probe includes a stylus having a contact portion at a tip,
The displacement sensor is characterized in that the Eden spring mechanism is disposed in a state where its longitudinal direction is oriented within 45 degrees with respect to the axial direction of the stylus in a reference state.
請求項6に記載の変位センサにおいて、
前記エデンバネ機構は、基準状態における前記スタイラスの軸方向と平行に配設されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 6.
The displacement sensor, wherein the Eden spring mechanism is disposed in parallel with the axial direction of the stylus in a reference state.
請求項6に記載の変位センサにおいて、
前記エデンバネ機構は、その長手方向を基準状態における前記スタイラスの軸に対して45度の角度をなす方向に向けた状態で配設されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 6.
The displacement sensor is characterized in that the Eden spring mechanism is disposed in a state in which a longitudinal direction thereof is directed to a direction that forms an angle of 45 degrees with respect to an axis of the stylus in a reference state.
請求項1から請求項8のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記変位検出手段は、前記エデンバネ機構の先端部に設けられ前記先端部とともに変位する可動電極と、
前記可動電極に対向して設けられた固定電極と、を備える
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 8,
The displacement detecting means is provided at a distal end portion of the Eden spring mechanism, and a movable electrode that is displaced together with the distal end portion;
A displacement sensor, comprising: a fixed electrode provided to face the movable electrode.
請求項1から請求項8のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記変位検出手段は、
前記エデンバネ機構の先端部に光を照射する照明光学系と、
それぞれの前記エデンバネ機構の先端部に設けられ前記照明光学系からの光を反射または屈折させる光学素子と、
前記光学素子から所定距離を離間して配設されて前記光学素子からの光が入射する位置を二次元的に検出する光センサと、を備える
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 8,
The displacement detection means includes
An illumination optical system for irradiating light to the tip of the Eden spring mechanism;
An optical element that is provided at a tip portion of each of the Eden spring mechanisms and reflects or refracts light from the illumination optical system;
A displacement sensor, comprising: an optical sensor that is arranged at a predetermined distance from the optical element and detects a position where light from the optical element is incident two-dimensionally.
請求項10に記載の変位センサにおいて、
前記照明光学系は、光を発射する一つの光発射手段と、
前記光発射手段からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの次段に配設され細い光線を通過させる微小径のアパーチャーを前記エデンバネ機構の数に対応した数だけ有するアパーチャープレートと、
前記アパーチャーを通過した各細光線を前記光学素子に向けて反射する切子面を有する多面プリズムと、を備える
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 10.
The illumination optical system includes one light emitting means for emitting light,
A collimator lens for converting the light beam from the light emitting means into a parallel beam;
An aperture plate that is disposed in the next stage of the collimator lens and has a small-diameter aperture that allows a thin light beam to pass therethrough, corresponding to the number of Eden spring mechanisms;
A displacement sensor comprising: a multi-faceted prism having a facet that reflects each of the fine light beams that have passed through the aperture toward the optical element.
請求項10に記載の変位センサにおいて、
前記照明光学系は、光を発射する一つの光発射手段と、
前記光発射手段からの光を集光させて結像させる集光レンズと、
前記集光レンズからの光を各エデンバネ機構の先端部に向けて反射する切子面を有する多面プリズムと、を備え、
前記集光レンズは、前記光センサのセンサ面に光を結像させる
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 10.
The illumination optical system includes one light emitting means for emitting light,
A condenser lens for condensing the light from the light emitting means to form an image;
A multifaceted prism having a facet that reflects the light from the condenser lens toward the tip of each Eden spring mechanism, and
The said condensing lens images light on the sensor surface of the said optical sensor. The displacement sensor characterized by the above-mentioned.
請求項10から請求項12のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記照明光学系は、その光軸を前記測定子の軸線に略一致させて配設されており、
前記光センサは、前記エデンバネ機構の先端部から前記測定子の軸線方向に沿って所定距離離間した位置に配設されている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 10 to 12,
The illumination optical system is disposed so that its optical axis substantially coincides with the axis of the probe,
The displacement sensor according to claim 1, wherein the optical sensor is disposed at a position spaced apart from a tip portion of the Eden spring mechanism by a predetermined distance along an axial direction of the measuring element.
請求項1から請求項13のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記測定子は、先端に接触部を有するスタイラスを備え、
前記変位検出手段は、前記接触部の揺動支点を固定する揺動支点固定手段を備えている
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 13,
The probe includes a stylus having a contact portion at a tip,
The displacement sensor includes a swing fulcrum fixing unit that fixes a swing fulcrum of the contact portion.
請求項14に記載の変位センサにおいて、
前記揺動支点固定手段は、前記スタイラスの軸線上において所定位置に略固定された固定球を備え、
前記測定子は、前記固定球を揺動支点として揺動する
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 14, wherein
The swing fulcrum fixing means includes a fixed sphere substantially fixed at a predetermined position on the axis of the stylus,
The displacement sensor swings with the fixed ball as a swing fulcrum.
請求項15に記載の変位センサにおいて、
前記3以上のエデンバネ機構は、仮想円の円周に沿って等間隔で配置され、
前記変位拡大機構は、前記仮想円の内側において変位可能に設けられた可動部を備え、かつ、前記エデンバネ機構の前記自由端は前記可動部に連結され、
前記固定球は、前記仮想円の中心において前記測定子の軸線に交差する方向への変位は規制され、かつ、前記測定子の軸線に沿った方向への微小変位は許容される状態で略固定され、
前記測定子は前記可動部において前記仮想円の中心に該当する位置に固定され、
前記可動部は、前記仮想円の中心に該当する位置において前記固定球に当接している
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 15,
The three or more Eden spring mechanisms are arranged at equal intervals along the circumference of the virtual circle,
The displacement enlarging mechanism includes a movable part that is displaceably provided inside the virtual circle, and the free end of the Eden spring mechanism is coupled to the movable part,
The fixed sphere is substantially fixed in a state where displacement in a direction intersecting the axis of the probe at the center of the virtual circle is restricted and minute displacement in a direction along the axis of the probe is allowed. And
The measuring element is fixed at a position corresponding to the center of the virtual circle in the movable part,
The movable sensor is in contact with the fixed sphere at a position corresponding to the center of the virtual circle.
請求項1から請求項16のいずれかに記載の変位センサにおいて、
前記エデンバネ機構の振動を制動する制動手段を備える
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 16,
A displacement sensor comprising braking means for braking the vibration of the Eden spring mechanism.
請求項17に記載の変位センサにおいて、
前記制動手段は、前記エデンバネ機構の長手方向に交差する方向に向けて前記一方または他方の長手状弾性部材に突設された導電板と、
前記導電板に近接して配置された磁石と、を備える
ことを特徴とする変位センサ。
The displacement sensor according to claim 17, wherein
The braking means includes a conductive plate protruding from the one or the other longitudinal elastic member in a direction intersecting the longitudinal direction of the Eden spring mechanism,
A displacement sensor comprising: a magnet disposed in proximity to the conductive plate.
請求項1から請求項18のいずれかに記載の変位センサと、
前記変位センサを被測定物に対して相対移動させて前記変位センサを前記被測定物表面に当接させる駆動機構と、
前記駆動機構による変位センサと前記被測定物との相対変位量を検出する駆動センサと、
前記変位センサおよび前記駆動センサによる検出値に基づいて前記被測定物の形状を解析する解析手段と、を備える表面性状測定装置。
The displacement sensor according to any one of claims 1 to 18,
A drive mechanism for moving the displacement sensor relative to the object to be measured to bring the displacement sensor into contact with the surface of the object to be measured;
A drive sensor for detecting a relative displacement between the displacement sensor by the drive mechanism and the object to be measured;
A surface property measuring apparatus comprising: analysis means for analyzing a shape of the object to be measured based on detection values obtained by the displacement sensor and the driving sensor.
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