JP2017187351A - 測定プローブ、及び測定プローブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】相対的に移動可能とされたワークの側面形状の特定の領域を非接触で高精度に測定することを可能とする測定プローブを提供する。
【解決手段】回転可能とされたボールねじ１０２のねじ溝を測定する測定プローブ１２４であって、光源１２８と、ボールねじ１０２のねじ溝に対応する形状とされ、ボールねじ１０２のねじ溝に非接触に対峙して配置され、光源１２８からの光をボールねじ１０２のねじ溝に照射する対物レンズ１３６と、ボールねじ１０２のねじ溝からの反射光と対物レンズ１３６の表面１３６Ａの反射光とによる干渉縞を検出するラインセンサ１４０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定プローブ、及び測定プローブシステムに係り、特に、相対的に移動可能とされたワークの側面形状の特定の領域を非接触で高精度に測定可能な測定プローブ、及び測定プローブシステムに関する。

従来、特許文献１に示されるような測定プローブが用いられている。この測定プローブは、円筒カムのカム溝に挿入される測定子（スタイラス）を備え、回転される円筒カムのカム溝の上下面に接触し上下動することで、ワークの側面形状である円筒カムのプロファイルを測定する構成となっている。

特開２０１０−２３９２号公報

しかしながら、特許文献１で示す測定プローブの測定子は接触式なので、その測定子に接触する接触点のみがプロファイルに反映される。つまり、測定子は、その接触「点」を測定し、「領域」の形状を測定することは不可能であった。同時に、この測定子はカム溝の上下面で動きが制限されればよい構成なので、円筒カムのプロファイルがカム溝の上下面のどちらを反映しているかを明確にすることは困難であった。

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、相対的に移動可能とされたワークの側面形状の特定の領域を非接触で高精度に測定可能とする測定プローブ、及び測定プローブシステムを提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、相対的に移動可能とされたワークの側面形状を測定する測定プローブであって、光源と、前記ワークの側面形状に対応する形状とされ、該ワークの側面に非接触に対峙して配置され、該光源からの光を該ワークの側面に照射する対物レンズと、該ワークの側面からの反射光と該対物レンズの表面の反射光とによる干渉縞を検出するセンサと、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記ワークを、回転体とし、当該測定プローブに対して相対的に回転可能としたものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記センサを、複数の検出素子を前記ワークの回転軸方向に１列のみ備えるラインセンサとしたものである。

本願の請求項４に係る発明は、更に、前記ワークの側面に接触する摺動部材を備えるようにしたものである。

本願の請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の測定プローブを備える測定プローブシステムであって、前記センサで検出された前記干渉縞の解析を行い、前記ワークの側面形状を求める信号処理装置を備えるようにしたものである。

本発明によれば、相対的に移動可能とされたワークの側面形状の特定の領域を非接触で高精度に測定可能となる。

本発明の第１実施形態に係る測定プローブシステムの一例を示す模式図 図１の測定プローブ周辺の模式図（側面図（Ａ）、上面図（Ｂ）） 図２の対物レンズとボールねじとの位置関係を示す模式図（側面図（Ａ）、正面図（Ｂ）） 図２の対物レンズに対するねじ溝の位置と干渉縞との関係を示す模式図（正常な状態の図（Ａ）、ねじ溝の径が変化した状態の図（Ｂ）、ねじ溝のリードピッチが変化した状態の図（Ｃ）、（Ｄ）） ねじ溝の形状誤差を説明する図（ねじ溝のゴシックアーチ形状と接触点との図（Ａ）、溝径むらの図（Ｂ）、リードむらの図（Ｃ）） 本発明に係る測定プローブ周辺の模式図（第２実施形態の図（Ａ）、第３実施形態の図（Ｂ）、第４実施形態の図（Ｃ）） 本発明の第５実施形態に係る測定プローブの先端とボールねじとの関係を示す図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、（Ｃ）） 本発明の第６実施形態に係る測定プローブシステムの一例を示す図

以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態の一例を詳細に説明する。

最初に、測定プローブシステムの概略について説明する。

測定プローブシステム１００は、図１に示す如く、ベース１０６と、回転機構１０８と、測定プローブ１２４と、プローブ支持機構１４２と、信号処理装置１６８と、を備える。

本実施形態では、測定対象となるワークが回転体であるボールねじ１０２とされている。ボールねじ１０２は、例えば、図５（Ａ）に示す如く、ナットＮＴに固定された直動ステージのスライダなど（図示せず）を、ボールＢＬを介して高精度に移動させるために用いられている。ボールねじ１０２の側面には、図３（Ａ）、図５（Ａ）に示す如く、一定のリードピッチとなるように、スパイラル状のねじ溝１０２Ａ（ボールＢＬの転動面）が設けられている（即ち、ワークの側面形状は、ねじ溝１０２Ａとされている）。ねじ溝１０２Ａは、図５（Ａ）に示す如く、例えば、ボールＢＬの隙間の調整を容易とするために、断面が２つの円ＣＳの円弧（ねじ溝上面１０２Ｂの断面形状、ねじ溝下面１０２Ｃの断面形状）を重ね合わせたゴシックアーチ形状とされている。ボールＢＬは、ねじ溝上面１０２Ｂの１点とねじ溝下面１０２Ｃの１点の合計２点の接触点ＴＰでねじ溝１０２Ａに接触する。この円ＣＳに対して、実際のねじ溝１０２Ａには、図５（Ｂ）に示す如く、加工した際に溝径むらＥＧが生じる。このため、ねじ溝１０２Ａは、図５（Ｃ）に示す如く、相応のリードむらＥＬ（接触点ＴＰの酔歩など）を生じさせる。従って、ボールねじ１０２には、その母材の形状誤差（外径誤差、軸心誤差、真円誤差など）に加え、更にねじ溝１０２Ａの形状誤差（リードピッチ誤差、リードむらなど）が相応に生じている。

前記ベース１０６は、図１に示す如く、回転機構１０８と、プローブ支持機構１４２と、を支持する土台である。同時に、ベース１０６は、ボールねじ１０２を支持している。

前記回転機構１０８は、図１に示す如く、ボールねじ１０２を回転させる機構である。回転機構１０８は、コラム１１０と、ガイド１１２と、駆動源（モータ）１１８と、ロータリーエンコーダ１２０と、を備える。コラム１１０は、ベース１０６に立設されており、ガイド１１２を支持している。ガイド１１２は、一方のワーク支持部材１１４を、ベース１０６に直接配置されたもう一方のワーク支持部材１１４に対して接近・離間可能に支持している。ワーク支持部材１１４は、回転軸１０４を介して、ボールねじ１０２を回転可能に支持している。つまり、ガイド１１２に支持されるワーク支持部材１１４を移動させることで、２つのワーク支持部材１１４で様々な長さのボールねじ１０２を回転可能に支持することができる。

図１に示す如く、回転軸１０４は、ボールねじ１０２に脱着可能に取り付けられ、タイミングベルト１１６を介して、駆動源１１８で回転駆動される。また、回転軸１０４は、ロータリーエンコーダ１２０に直結されている（なお、回転軸１０４はボールねじ１０２に一体的に固定されていてもよい）。ロータリーエンコーダ１２０は、表示装置１２２に接続されている。このため、表示装置１２２の表示部１２２Ａにおいて、ボールねじ１０２の回転角度を確認することができる。なお、駆動源１１８と表示装置１２２とは、信号処理装置１６８に接続されている。

前記測定プローブ１２４は、図１に示す如く、ボールねじ１０２の側面に対峙して配置され、回転機構１０８によって回転可能とされたボールねじ１０２の側面形状（ねじ溝１０２Ａ）を測定することが可能とされている。測定プローブ１２４については、詳しく後述する。

前記プローブ支持機構１４２は、図１に示す如く、測定プローブ１２４をボールねじ１０２の側面に対峙可能に支持する機構である。プローブ支持機構１４２は、調整ステージ１４４と、コラム１４６と、Ｚステージ１４８と、リニアエンコーダ１５０と、バランス機構１５８と、を備える。調整ステージ１４４は、回転軸１０４の軸心Ｏに対する測定プローブ１２４の位置決めを行うために、ベース１０６上でＸ方向に移動可能とされている（Ｘ方向だけでなく、Ｘ方向と直交するＹ方向にも移動可能とされていてもよい）。コラム１４６は、調整ステージ１４４に立設されており、Ｚステージ１４８を支持している。Ｚステージ１４８は、測定プローブ１２４をＺ方向に移動可能に支持している。なお、コラム１４６には、リニアエンコーダ１５０が配置されている。

図１に示す如く、リニアエンコーダ１５０は、検出ヘッド１５２とリニアスケール１５４とを備える。検出ヘッド１５２は測定プローブ１２４に固定されており、リニアスケール１５４はコラム１４６に固定されている。リニアエンコーダ１５０には、表示装置１５６が接続されている。このため、表示装置１５６の表示部１５６Ａにおいて、測定プローブ１２４のＺ方向の位置を確認することが可能とされている。なお、図１に示す如く、調整ステージ１４４とＺステージ１４８と表示装置１５６とは、信号処理装置１６８に接続されている。

図１に示す如く、バランス機構１５８は、測定プローブ１２４の移動を小さな力で実現するための機構である。つまり、バランス機構１５８により、Ｚステージ１４８は、小さなトルクで、測定プローブ１２４を移動させることができる。バランス機構１５８は、ワイヤ１６０と２つの滑車１６２、１６４とバランサ１６６とを備える。ワイヤ１６０は、測定プローブ１２４とほぼ同等の重さとされたバランサ１６６と、測定プローブ１２４と、を連結している。２つの滑車１６２、１６４は、コラム１４６に回転可能に固定されており、ワイヤ１６０を移動可能に支持している。しかし、このようなバランス機構は、必ずしも必要ではない。

前記信号処理装置１６８は、図１に示す如く、測定プローブ１２４の外部に配置されており、各種の初期値を記憶しておく記憶部（図示せず）と、記憶部に記憶された各種初期値を読み出し演算処理を行う処理部１７０（図２（Ａ））と、を備える。具体的に、処理部１７０は、ボールねじ１０２の設計データを記憶部から読み出し、ねじ溝１０２Ａの座標を求める。この求めた座標に基づき、処理部１７０は、駆動源１１８を制御し、ボールねじ１０２を回転させる。同時に、処理部１７０は、プローブ支持機構１４２を制御し、測定プローブ１２４をＺ方向（及びＸ方向）に移動させる。そして、処理部１７０は、ボールねじ１０２の回転角と測定プローブ１２４のＺ方向位置とを関連付けて、測定プローブ１２４の出力信号を処理する。なお、信号処理装置１６８には、キーボードやマウスなどの入力装置（図示せず）が接続されており、適宜指令の入力、初期値の設定、処理方法の選択・決定が可能とされている。

次に、測定プローブ１２４について、主に図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて詳細に説明する。

測定プローブ１２４は、図２（Ａ）に示す如く、ケーシング１２６と、光源１２８と、コリメートレンズ１３０と、ビームスプリッタ１３２と、集光レンズ１３４と、対物レンズ１３６と、アイソレータ１３８と、ラインセンサ（センサ）１４０と、を備えている。ケーシング１２６には、外部及び光源１２８からの迷光や散乱光などがラインセンサ１４０に入射しないように、適宜に図示しない遮光構造が設けられている。そして、ケーシング１２６は、光源１２８と、コリメートレンズ１３０と、ビームスプリッタ１３２と、集光レンズ１３４と、対物レンズ１３６と、アイソレータ１３８と、ラインセンサ１４０と、を固定している。光源１２８は、単色ＬＥＤなど点状の光源である。光源１２８の波長は、ねじ溝１０２Ａの理想形状（設計形状）からの形状誤差を検出する観点でなるべく長いほう（例えば赤外線など）が好ましいが、これに限定されるものではない。コリメートレンズ１３０は、光源１２８から出射された光を平行光にする光学素子である。ビームスプリッタ１３２は、コリメートレンズ１３０を通過した平行光をボールねじ１０２の軸心Ｏに向かう方向（光軸Ｐの方向）に反射させる光学素子である。集光レンズ１３４は、コリメートレンズ１３０で反射した平行光を集光させることで、その後段に来る対物レンズ１３６の表面１３６Ａ及びねじ溝１０２Ａの特定の領域に垂直に光源１２８からの光Ｒ０を照射する光学素子である。

図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、対物レンズ１３６は、略かまぼこ型のシリンドリカルレンズであるが、ボールねじ１０２のねじ溝１０２Ａに対応する形状（設計形状）とされている。つまり、図３（Ａ）に示す如く、対物レンズ１３６のレンズ上表面１３６Ｂとレンズ下表面１３６Ｃはそれぞれ、ねじ溝上面１０２Ｂとねじ溝下面１０２Ｃに対応して、対物レンズ１３６の表面１３６Ａの断面形状は２つの円弧を重ね合わせた形状となっている。対物レンズ１３６は、図３（Ａ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａに非接触（間隔Ｇｐ）に対峙して配置され、光源１２８からの光Ｒ０をねじ溝１０２Ａに照射することを可能としている。

ここで、図３（Ａ）に示す如く、光源１２８からの光Ｒ０は、対物レンズ１３６の表面１３６Ａと直交している。このため、光源１２８からの光Ｒ０の一部の光は、対物レンズ１３６の表面１３６Ａで反射され、光源１２８からの光Ｒ０の入射経路を逆に戻っていく（反射光Ｒ２）。一方、対物レンズ１３６の表面１３６Ａで反射されなかった光源１２８からの光Ｒ０は、ねじ溝１０２Ａに垂直に照射される。このため、ねじ溝１０２Ａで反射された光（反射光Ｒ１）も、光源１２８からの光Ｒ０の入射経路を逆に戻っていく。即ち、反射光Ｒ１と反射光Ｒ２との光路差は、ねじ溝１０２Ａと対物レンズ１３６の表面１３６Ａとの間隔Ｇｐの２倍となる。なお、間隔Ｇｐは、例えば１０μｍ未満とすることができる。対物レンズ１３６は、金型や研削・研磨で成形してもよいし、３Ｄプリンタで直接成形してもよい。

なお、図３（Ｂ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａを測定するための光Ｒ０はそれぞれ、ねじ溝上面１０２Ｂにおいてはねじ溝中央部１０２Ｄとねじ溝上端部１０２Ｅの間、ねじ溝下面１０２Ｃにおいてはねじ溝中央部１０２Ｄとねじ溝下端部１０２Ｆの間のボールＢＬが接触する可能性の高い領域（測定領域ＭＡＯ）に対して照射される。ここで、ボールねじ１０２は、測定プローブ１２４に対して回転する。このため、ボールねじ１０２の回転に従い測定プローブ１２４をＺ方向に移動させることで、測定プローブ１２４はねじ溝１０２Ａのリードに沿う帯状の領域（測定対象領域ＭＡ）を連続して測定することができる。また、図２（Ｂ）に示す如く、対物レンズ１３６の全体形状は略かまぼこ型であっても、ＸＹ平面への平面視で、その表面１３６Ａはある程度、ねじ溝中央部１０２Ｄに沿う円弧形状となっている。このため、測定プローブ１２４は、ねじ溝１０２ＡのＹ方向に若干幅のある領域を測定対象とすることができる。

アイソレータ１３８は、図２（Ａ）に示す如く、コリメートレンズ１３０から出てビームスプリッタ１３２を通過した光、及びラインセンサ１４０で反射される光の反射を防止して、ラインセンサ１４０上のゴーストや干渉縞のＳ／Ｎ比低下を防止している。

ラインセンサ１４０は、図２（Ａ）に示す如く、対物レンズ１３６とビームスプリッタ１３２とを通過してくるねじ溝１０２Ａの反射光Ｒ１と対物レンズ１３６の表面１３６Ａの反射光Ｒ２とによる干渉縞を検出する。本実施形態では、ラインセンサ１４０がねじ溝下面１０２Ｃの形状（姿勢）を測定するためのラインセンサ１４０Ａとねじ溝上面１０２Ｂの形状（姿勢）を測定するためのラインセンサ１４０Ｂの２つを別々に備えている。しかし、ねじ溝上面１０２Ｂとねじ溝下面１０２Ｃの形状を測定するのに１つのラインセンサを用いるだけでもよい。なお、ラインセンサ１４０は、複数の検出素子をボールねじ１０２の回転軸方向（回転軸１０４の軸心Ｏの方向）に１列のみ備えている。この検出素子の画素は、Ｚ方向には極めて幅が狭く、Ｙ方向には極めて幅が広くなっている。このため、ラインセンサ１４０は、干渉縞を高コントラストで検出することが可能とされている。

図４（Ａ）〜（Ｄ）に、対物レンズ１３６とねじ溝１０２Ａとの位置関係が変化した場合のラインセンサ１４０Ａ、１４０Ｂで検出される干渉縞の様子を示す。

図４（Ａ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａの形状が設計形状と同一とされている場合には、ねじ溝１０２Ａと対物レンズ１３６の表面１３６Ａとの間隔Ｇｐが、測定領域ＭＡＯで一定となる。このため、干渉縞はその測定領域ＭＡＯで一定周期となる。

これに対して、図４（Ｂ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａの径が設計形状から外れている場合（例えば白抜き矢印で示すように径が大きい場合）には、ねじ溝１０２Ａと対物レンズ１３６の表面１３６Ａとの間隔Ｇｐが、測定領域ＭＡＯでも一定とならず変化する。このため、干渉縞も測定領域ＭＡＯで一定でない周期となる。なお、図４（Ｂ）の下段の白抜き矢印は、干渉縞の周期の伸縮を示している。

また、図４（Ｃ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａのリードピッチが設計形状よりも白抜き矢印で示すように短い場合には、ねじ溝上面１０２Ｂと対物レンズ１３６のレンズ上表面１３６Ｂとの間隔Ｇｐが狭まり且つねじ溝下面１０２Ｃと対物レンズ１３６のレンズ下表面１３６Ｃとの間隔Ｇｐが広がる。このため、ラインセンサ１４０Ａ上の干渉縞は紙面下側に移動し位相が変化することとなる。同時に、ラインセンサ１４０Ｂ上の干渉縞は紙面上側に移動し位相が変化することとなる。なお、図４（Ｃ）の下段の白抜き矢印は、干渉縞の移動方向を示している。

また、図４（Ｄ）に示す如く、ねじ溝１０２Ａのリードピッチが設計形状よりも白抜き矢印で示すように長い場合には、ねじ溝上面１０２Ｂと対物レンズ１３６のレンズ上表面１３６Ｂとの間隔Ｇｐが広がり且つねじ溝下面１０２Ｃと対物レンズ１３６のレンズ下表面１３６Ｃとの間隔Ｇｐが狭まる。このため、ラインセンサ１４０Ａ上の干渉縞は紙面上側に移動し位相が変化することとなる。同時に、ラインセンサ１４０Ｂ上の干渉縞は紙面下側に移動し位相が変化することとなる。なお、図４（Ｄ）の下段の白抜き矢印は、干渉縞の移動方向を示している。

なお、図１に示す如く、測定プローブ１２４は、信号処理装置１６８に接続されている。つまり、信号処理装置１６８は、ラインセンサ１４０で検出された干渉縞の解析を行い、ねじ溝１０２Ａの形状を求めることを可能としている。

次に、測定プローブ１２４によるねじ溝１０２Ａの測定手順について説明する。

まず、測定対象であるボールねじ１０２を回転軸１０４で、ワーク支持部材１１４に回転可能に取り付ける。このとき、回転軸１０４の軸心Ｏがボールねじ１０２の軸心と同一となるように調整する。次に、プローブ支持機構１４２により、測定プローブ１２４の高さをボールねじ１０２の測定開始位置の高さに合わせ、測定プローブ１２４の光軸Ｐが軸心Ｏと交差するように調整する。そして、ねじ溝１０２Ａの位置が測定プローブ１２４の光軸Ｐ上に来るように、回転機構１０８でボールねじ１０２の角度を調整する。そして、測定プローブ１２４の対物レンズ１３６がねじ溝１０２Ａと適切な間隔Ｇｐとなるように、プローブ支持機構１４２の調整ステージ１４４で、測定プローブ１２４のＸ方向の位置調整を行う。

次に、入力装置（図示せず）からの指令により、信号処理装置１６８で、ねじ溝１０２Ａの測定プログラムを開始させる。これにより、ボールねじ１０２を一定速度で回転させながら、同時に測定プローブ１２４の高さを変化させる。そして、測定プローブ１２４の対物レンズ１３６が絶えず、ねじ溝１０２Ａに対峙する状態とする。そして、測定プローブ１２４から、リアルタイムで検出信号を出力させ、その信号を信号処理装置１６８で処理する。なお、この処理は、制御と同時でも良いし、制御終了後に処理を行ってもよい。

そして、測定プログラムの終了あるいは、入力装置の指令により、ボールねじ１０２の測定を終了させる。

このように、本実施形態では、対物レンズ１３６がねじ溝１０２Ａに対応する形状とされ、ねじ溝１０２Ａに非接触に対峙して配置され、光源１２８からの光Ｒ０をねじ溝１０２Ａに照射している。そして、ラインセンサ１４０がねじ溝１０２Ａからの反射光Ｒ１と対物レンズ１３６の表面１３６Ａの反射光Ｒ２の干渉縞を検出する。即ち、対物レンズ１３６とねじ溝１０２Ａとの間の間隔Ｇｐに基づく光路差による干渉縞をラインセンサ１４０が検出する構成である。このため、ラインセンサ１４０の出力を信号処理装置１６８で処理することで、対物レンズ１３６に対するねじ溝１０２Ａの光源１２８からの光Ｒ０の照射される測定対象領域ＭＡが特定でき、その測定対象領域ＭＡの形状を測定することが可能である。

同時に、本実施形態では、非接触で、ねじ溝１０２Ａを測定可能としている。このため、ねじ溝１０２Ａにおいて相対的に突出した点だけでなく、その周辺の凹んだ領域を含めて、測定対象領域（特定の領域）ＭＡの形状を測定することが可能である。そして、測定プローブ１２４がボールねじ１０２に接触して移動する構成ではないので、測定プローブ１２４の移動は実際のねじ溝１０２Ａのリードピッチに依存しない。このため、本実施形態では、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示したような、ボールねじ１０２の径の変化やリードピッチの変化などを測定することができる。即ち、ボールねじ１０２のねじ溝１０２Ａの形状誤差（リードピッチ誤差、リードむらなど）を測定することが可能である。

また、本実施形態では、対物レンズ１３６が、ねじ溝１０２Ａのねじ溝上面１０２Ｂとねじ溝下面１０２Ｃの両方の形状を同時に測定可能としている。このため、まず、対物レンズ１３６のねじ溝１０２Ａへの位置調整が容易で、且つ測定を高精度化することができる。同時に、ねじ溝上面１０２Ｂとねじ溝下面１０２Ｃの両方の形状を同期して比較検討できるので、ねじ溝１０２Ａの加工の際の特徴の把握が容易である。更に、ねじ溝上面１０２Ｂとねじ溝下面１０２Ｃを別々に測定するよりも迅速に測定を行うことが可能である。なお、これに限らず、対物レンズは、ねじ溝のねじ溝上面とねじ溝下面のいずれか一方だけの形状を測定する構成とされていてもよい。

また、本実施形態では、ラインセンサ１４０が、エリアセンサを用いる場合よりも１走査時間を短くでき、且つその分解能を高くすることができる。このため、高い分解能でありながら、測定にかかる時間を大幅に短くすることができる。なお、これに限らず、ラインセンサを用いずに、エリアセンサを用いてもよいし、単一の検出素子を移動させてラインセンサの代わりに用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、測定プローブ１２４の外部に配置された信号処理装置１６８で、ラインセンサ１４０の出力を処理して、ねじ溝１０２Ａの形状を求めている。このため、測定プローブ１２４自体を小型軽量化することができる。そして、この信号処理装置１６８で、装置全体の制御等も行うので、処理に関わる構成要素の効率化も図ることができる。なお、これに限らず、ラインセンサで検出された干渉縞の解析を行い、ねじ溝の形状を求める演算部分が測定プローブの内側に組み込まれていてもよい。

即ち、本実施形態では、相対的に回転可能とされたねじ溝１０２Ａの特定の領域（測定対象領域ＭＡ）を非接触で高精度に測定することが可能となる。

本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

例えば、第１実施形態では、測定プローブ１２４にアイソレータ１３８が用いられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６（Ａ）に示す第２実施形態の如くであってもよい。第２実施形態では、第１実施形態からアイソレータがない構成となるだけなので、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。これにより、本実施形態では、第１実施形態に比べて、測定プローブ２２４を小型軽量かつ、低コスト化することが可能である。

あるいは、図６（Ｂ）に示す第３実施形態の如くであってもよい。第３実施形態では、第１実施形態のアイソレータ１３８の代わりに集光レンズ３３７と参照レンズ３３８とを備える構成となるだけなので、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして集光レンズ３３７と参照レンズ３３８以外の説明は基本的に省略する。

図６（Ｂ）に示す如く、集光レンズ３３７は、集光レンズ３３４と同一形状とされ、ビームスプリッタ３３２を通過した光源３２８からの光に対して、集光レンズ３３４と同一の光路長となるように配置されている。また、参照レンズ３３８は、対物レンズ３３６と同一形状とされ、ビームスプリッタ３３２と集光レンズ３３７を通過した光源３２８からの光に対して、対物レンズ３３６と同一の光路長となるように配置されている。即ち、集光レンズ３３７と参照レンズ３３８の配置により、対物レンズ３３６の表面の反射光と同一の光路長の光量を増大させ、結果的に対物レンズ３３６の表面の反射光による干渉縞の高コントラスト化を実現している。このため、上記実施形態よりも、ラインセンサ３４０では、干渉縞をより高コントラストで検出することができる。即ち、上記実施形態よりも、高精度にねじ溝３０２Ａの形状を測定することが可能である。

また、第２実施形態では、集光レンズ２３４により、対物レンズ２３６への光の入射角度を定めていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６（Ｃ）に示す第４実施形態の如くであってもよい。第４実施形態では、第２実施形態から集光レンズ２３４の代わりに回折格子４３４を備えた構成となるだけなので、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして回折格子４３４以外の説明は省略する。

図６（Ｃ）に示す如く、回折格子４３４は、平板形状であり、例えば２重回折格子とされている。このため、本実施形態では、集光レンズを用いるよりも回折格子４３４の位置調整が容易で、且つ測定プローブ４２４をより小型軽量化することができる。

また、上記実施形態では、測定プローブのＺ方向がＺステージで駆動制御されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す第５実施形態の如くであってもよい。第５実施形態では、上記実施形態とは測定プローブの先端の構成などが異なるだけなので、測定プローブの先端に係る構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

本実施形態では、Ｚステージ（図示せず）が、単に測定プローブの移動ガイドとして機能する。測定プローブの先端には、対物レンズ５３６を挟むように、１対のボールベアリング（摺動部材）５２６Ａがケーシング（図示せず）に固定されている。１対のボールベアリング５２６Ａは、ねじ溝５０２Ａの端部（例えば、図７（Ｂ）のねじ溝上端部５０２Ｅ、あるいは図７（Ｃ）のねじ溝上端部５０２Ｅとねじ溝下端部５０２Ｆ）に接触している（つまり、測定プローブは、ねじ溝５０２Ａに接触する１対のボールベアリング５２６Ａを備える）。このため、ボールねじ５０２の回転によりねじ溝５０２ＡのＺ方向への移動が生じて測定プローブがＺ方向に移動することとなる。つまり、本実施形態では、Ｚステージに駆動源が不要で、その制御も不要なので、装置自体をより低コスト化することができる。

また、上記実施形態では、ワークがボールねじであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示す第６実施形態の如くであってもよい。第６実施形態では、第１実施形態とはワークが異なるだけなので、ワークに係る構成以外は、基本的に符号上位１桁を変更しただけとして説明は省略する。

本実施形態では、例えばワークが円筒カム６０２とされている。本実施形態では、円筒カム６０２が円筒形状であり、その側面に断面が略Ｖ字形状（略台形形状を含む）のカム溝を備えている。対物レンズは、カム溝に対応する形状とされ、カム溝に非接触に対峙して配置され、光源からの光をカム溝（の上下面）に照射可能としている。このため、本実施形態では、カム溝（の上下面）の形状を測定することが可能とされている。

あるいは、ワークが回転体ではなく、略Ｖ溝形状が同一平面上に設けられている平面体であって、その平面体が測定プローブに対して相対的に移動可能となっていてもよい。

また、上記実施形態では、回転機構でワークが測定プローブに対して回転する構成とされていたが、本発明はこれに限定されず、ワークが固定され、測定プローブがワークの周りで回転する構成となっていてもよい。いずれにしても、ワークが測定プローブに対して相対的に回転可能とされていればよい。

また、上記実施形態では、ビームスプリッタ、コリメートレンズ、集光レンズなどの光学素子を用いて測定プローブを構成していたが、本発明はこれに限定されず、それらの光学素子は、適宜変更省略することができる。

本発明は、相対的に移動可能とされたワークの側面形状を測定する測定プローブに広く適用することができる。

１００、６００…測定プローブシステム
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２…ボールねじ
１０２Ａ、３０２Ａ、５０２Ａ…ねじ溝
１０２Ｂ…ねじ溝上面
１０２Ｃ…ねじ溝下面
１０２Ｄ…ねじ溝中央部
１０２Ｅ、５０２Ｅ…ねじ溝上端部
１０２Ｆ、５０２Ｆ…ねじ溝下端部
１０４、６０４…回転軸
１０６、６０６…ベース
１０８、６０８…回転機構
１１０、１４６、６１０、６４６…コラム
１１２、６１２…ガイド
１１４、６１４…ワーク支持部材
１１６、６１６…タイミングベルト
１１８、６１８…駆動源
１２０、６２０…ロータリーエンコーダ
１２２、１５６、６２２、６５６…表示装置
１２２Ａ、１５６Ａ、６２２Ａ、６５６Ａ…表示部
１２４、２２４、３２４、４２４、６２４…測定プローブ
１２６…ケーシング
１２８、２２８、３２８、４２８…光源
１３０、２３０、３３０、４３０…コリメートレンズ
１３２、２３２、３３２、４３２…ビームスプリッタ
１３４、２３４、３３４、３３７…集光レンズ
１３６、２３６、３３６、４３６、５３６…対物レンズ
１３６Ａ…表面
１３６Ｂ…レンズ上表面
１３６Ｃ…レンズ下表面
１３８…アイソレータ
１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ、２４０、３４０、４４０…ラインセンサ
１４２、６４２…プローブ支持機構
１４４、６４４…調整ステージ
１４８、６４８…Ｚステージ
１５０、６５０…リニアエンコーダ
１５２、６５２…検出ヘッド
１５４、６５４…リニアスケール
１５８、６５８…バランス機構
１６０、６６０…ワイヤ
１６２、１６４、６６２、６６４…滑車
１６６、６６６…バランサ
１６８、２６８、３６８、４６８、６６８…信号処理装置
１７０、２７０、３７０、４７０…処理部
３３８…参照レンズ
４３４…回折格子
５２６Ａ…ボールベアリング
６０２…円筒カム
ＢＬ…ボール
ＣＳ…円
ＥＧ…溝径むら
ＥＬ…リードむら
Ｇｐ…間隔
ＭＡ…測定対象領域
ＭＡＯ…測定領域
ＮＴ…ナット
Ｏ…軸心
Ｐ…光軸
Ｒ０…光
Ｒ１、Ｒ２…反射光
ＴＰ…接触点
Ｘ、Ｙ、Ｚ…方向

Claims (5)

1. 相対的に移動可能とされたワークの側面形状を測定する測定プローブであって、
   光源と、
   前記ワークの側面形状に対応する形状とされ、該ワークの側面に非接触に対峙して配置され、該光源からの光を該ワークの側面に照射する対物レンズと、
   該ワークの側面からの反射光と該対物レンズの表面の反射光とによる干渉縞を検出するセンサと、
   を備える測定プローブ。
2. 前記ワークは、回転体とされ、当該測定プローブに対して相対的に回転可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
3. 前記センサは、複数の検出素子を前記ワークの回転軸方向に１列のみ備えるラインセンサとされていることを特徴とする請求項２に記載の測定プローブ。
4. 更に、前記ワークの側面に接触する摺動部材を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測定プローブ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の測定プローブを備える測定プローブシステムであって、
   前記センサで検出された前記干渉縞の解析を行い、前記ワークの側面形状を求める信号処理装置を備える測定プローブシステム。