JP2019100874A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の分解能を簡単に実現できる接触式の形状測定装置を提供する。【解決手段】形状測定装置１は、ベース１０と、ベース１０に対して揺動可能なアーム３０と、ベース１０とアーム３０とを連結し、ベース１０とアーム３０との間に弾性変形可能な変形領域を有する連結部材２０と、変形領域に設置された歪み検出素子６１と、を備える。形状測定装置１では、アーム３０にスタイラス５０を取り付け、このスタイラス５０をワークＷの表面に対して摺動させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの表面形状を測定する形状測定装置に関する。

ワークの表面形状を測定するために、スタイラスをワーク表面に対して摺動させ、ワーク表面の変位を検出する接触式の形状測定装置が存在する。
例えば、特許文献１には、支点を中心として回転自在なアームと、アームの一端部に取り付けられたスタイラスと、アームの他端部の変位を検出する検出器とを有する形状測定装置が開示されている。この形状測定装置では、スタイラスがワークの表面に沿って変位するとき、アームが支点を中心として梃子式に回転し、アームの他端部が変位する。よって、測定器に検出されたアームの他端部の変位に基づいて、スタイラスの変位を検出し、これによりワークの表面形状を測定することができる。

特開２０１４−１６７４３５号公報

前述した特許文献１など、アームが梃子式に回転する従来の形状測定装置では、アームの他端部の変位を検出する検出器として、差動トランス方式が多く用いられる。この差動トランス方式では、スタイラスが変位するとき、アームの他端部に取り付けられた可動コアが、互いに連結された２つのコイルに対して移動する。このときのコイルの差動電圧を検出することによって、スタイラスの変位量を求めることができる。
しかし、このような差動トランス方式の検出器では、構成部品の僅かな配置ずれによって、検出感度が著しく変化する。このため、構成部品の位置決めが困難であり、所望の分解能や測定レンジを有する形状測定装置を構成するためには、多くの設計ノウハウが必要になる。

本発明の目的は、所望の分解能および測定レンジを簡単に実現可能である接触式の形状測定装置を提供することにある。

本発明の形状測定装置は、ベースと、前記ベースに対して揺動可能なアームと、前記ベースと前記アームとを連結しかつ前記ベースと前記アームとの間に弾性変形可能な変形領域を有する連結部材と、前記変形領域に設置された歪み検出素子と、を備えることを特徴とする。

このような構成では、アームに取り付けられたスタイラスをワーク表面に対して摺動させることができる。スタイラスがワーク表面に沿って変位するとき、アームが揺動し、連結部材には揺動するアームからの応力が加わり、連結部材の変形領域が弾性変形する。この変形領域の変形量は、スタイラスの変位量に対応している。
よって、本発明の形状測定装置では、歪み検出素子に検出される変形領域の変形量に基づいて、スタイラスの変位量を検出することができ、これによりワークの表面形状を測定することができる。

ここで、連結部材の変形領域の変形量は、ベースとアームとの連結方向における変形領域内の位置によって異なる。具体的には、連結部材の変形領域では、ベースとアームとの連結方向においてベースにより近い側に、より大きな応力が加わる。よって、変形領域は、ベースに近い部位であるほど大きく変形し、アームに近い部位であるほど小さく変形する。このため、変形領域内の歪み検出素子の配置は、スタイラスの変位の検出感度に影響を与える。

例えば、歪み検出素子が変形領域内のベースに近い部位に設置されている場合、スタイラスの僅かな変位であっても連結部材の変形として検出できるため、スタイラスの変位の検出感度が高くなる。よって、本発明の形状測定装置に高い分解能が実現される。
一方、歪み検出素子が変形領域内のアームに近い部位に設置されている場合、スタイラスの僅かな変位では連結部材の変形として検出し難いため、スタイラスの変位の検出感度が抑えられる。よって、本発明の形状測定装置は、スタイラスの変位について長ストローク検出が可能になり、測定レンジが広くなる。
したがって、本発明の形状測定装置の製造時や調整時等、連結部材の変形領域内における歪み検出素子の設置位置を調整することにより、所望の分解能および測定レンジを簡単に実現することができる。

本発明の形状測定装置において、前記連結部材は弾性材料から形成されており、前記ベースと前記アームとの間の距離を調整する距離調整機構をさらに備えることが好ましい。
このような構成では、連結部材が弾性材料から形成されているため、連結部材のうち、ベースとアームとの間に配置される部位が変形領域となり得る。そこで、距離調整機構を用いてベースとアームとの間の距離を調整することにより、ベースとアームとの連結方向における変形領域の長さが増減され、スタイラスの変位量に対する変形領域の変形量が変更される。よって、スタイラスの変位の検出感度を容易に調整することができる。

本発明の形状測定装置は、前記ベースと前記アームとの連結方向において前記変形領域内の前記歪み検出素子の位置を調整する配置調整機構をさらに備えてもよい。
この配置調整機構によれば、変形領域内の歪み検出素子の位置をベース側寄りに、または、アーム側寄りに調整することができる。よって、スタイラスの変位の検出感度を容易に調整することができる。

本発明の形状測定装置において、前記連結部材は弾性材料から形成されており、前記ベースと前記アームとの間の一部において、前記連結部材の弾性変形を制限する拘束部材をさらに備えることが好ましい。
このような構成では、連結部材が弾性材料から形成されているため、連結部材のうち、ベースとアームとの間に配置される部位が変形領域となり得る。一方、拘束部材によって変形を制限された部位は変形領域から除かれる。
よって、拘束部材を連結部材に取り付けることにより、連結部材の一部の変形が制限され、ベースとアームとの連結方向における変形領域の長さを短くすることができる。これにより、スタイラスの変位量に対する変形領域の変形量が増大され、スタイラスの変位の検出感度を容易に高めることができる。
このような拘束部材は、ベースとアームとの連結方向において、連結部材の弾性変形を制限する範囲を調整可能に構成されていてもよい。例えば、ベースとアームとの連結方向における長さが様々である複数の拘束部材を準備しておき、適当な拘束部材を選択して用いてもよい。または、拘束部材をースとアームとの連結方向に移動させてもよい。

本発明の形状測定装置において、前記連結部材は、中間部が前記変形領域とされた１枚以上の板ばねであることが好ましい。
このような構成によれば、連結部材の構成が簡易であるため、歪み検出素子の設置が容易になる。また、連結部材は、少なくとも１枚の板ばねによって構成可能であるが、板ばねの数を調整することで、連結部材を曲げるために要する力を変更することができる。

本発明の形状測定装置において、前記連結部材は、交差配置された一対以上の前記板ばねを含むことが好ましい。
このような構成では、板ばねのねじれ等が防止されるため、歪み検出素子は、板ばねの変形量をより高精度に検出することができる。

本発明の形状測定装置において、前記歪み検出素子は、前記板ばねの一対の面にそれぞれ設置された圧電素子であり、当該板ばねを挟む一対以上の対を構成していることが好ましい。
このような構成によれば、対を構成する圧電素子は、板ばねを介して接合されたバイモルフ型の歪み検出素子を構成するため、板ばねの変形量をより高精度に検出することができる。

本発明の形状測定装置は、前記変形領域に設置され、かつ、前記連結部材を変形駆動する駆動部をさらに備えることが好ましい。
このような構成では、駆動部が連結部材を変形駆動することにより、ワークに接触した状態のスタイラスをワークから退避させることができる。また、駆動部が連結部材を変形駆動することにより、スタイラスがワークに接触する時の測定力をコントロールすることができる。例えば、ワークが柔素材である場合や高精度な測定を行う場合、駆動部は測定力が低くなるように連結部材を変形駆動することが好ましい。一方、測定に高い応答性が求められる場合、駆動部は測定力が高くなるように連結部材を変形駆動することが好ましい。なお、このような駆動部としては、例えば圧電素子を利用することができる。

本発明によれば、所望の分解能および測定レンジを簡単に実現できる接触式の形状測定装置を提供できる。

本発明の第１実施形態の形状測定装置を示す模式図。 図１の形状測定装置をＳ１方向から見た模式図。 図２のＳ２線による矢視断面図であって、第１実施形態の要部を示す模式図。 本発明の第２実施形態の形状測定装置を示す模式図。 本発明の第３実施形態の形状測定装置を示す模式図。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図３には、本発明の第１実施形態が示されている。
形状測定装置１は、ワークＷに対して摺動可能なスタイラス５０を用いて、ワークＷの表面形状を測定するものである。
例えば、形状測定装置１は、ＸＹ平面（水平面）に平行に配置されたワークＷの表面にスタイラス５０を接触させた後、スタイラス５０をワークＷに対してＸＹ平面に平行な方向に相対移動させる測定動作を行う。そして、この測定動作の間のスタイラス５０のＺ方向（鉛直方向）の変位を検出することにより、ワークＷの表面形状を測定する。

形状測定装置１の全体的な構成について、図１および図２を参照して説明する。
形状測定装置１は、ベース１０、連結部材２０、アーム３０、スタイラス５０、および、歪み検出部６０を備えている。また、形状測定装置１には、形状測定装置１の動作を制御可能な制御装置７０が接続されている。

ベース１０は、例えば、ワークＷの載置台に隣接して設置された送り機構（図示省略）などに固定され、第１ベース部１１、第２ベース部１２、および、Ｚ軸調整機構１３を有する。
第１ベース部１１は、ＹＺ平面に平行かつスタイラス５０側に面した縦支持面１１０を有する。縦支持面１１０には、後述する板ばね２１の一端部２１１が、ねじ等の固定部材４１によって固定されている。
第２ベース部１２は、Ｚ軸調整機構１３を介して、第１ベース部１１に連結されている。また、第２ベース部１２は、第１ベース部１１の縦支持面１１０よりも下側に、ＸＹ平面に平行かつ下側に面した横支持面１２０を有する。横支持面１２０には、後述する板ばね２２の一端部２２１が、ねじ等の固定部材４２によって固定されている。

Ｚ軸調整機構１３は、第１ベース部１１に対する第２ベース部１２のＺ方向の配置を調整可能な機構である。Ｚ軸調整機構１３は、特に限定されないが、例えばガイドレール等を利用して構成可能である。なお、形状測定装置１の測定動作時には、Ｚ軸調整機構１３は、第１ベース部１１に対する第２ベース部１２の配置を固定可能である。

連結部材２０は、いわゆる十字板ばねを構成するように交差配置された一対以上（本実施形態では二対）の板ばね２１，２２を有しており、ベース１０とアーム３０とを連結している。板ばね２１，２２は、弾性材料から形成されており、アーム３０を揺動可能に支持する、いわゆる弾性ヒンジとして機能する。
板ばね２１は、Ｚ方向に沿って配置されており、ＹＺ平面に略平行である湾曲可能な一対の面２１３，２１４を有している。また、板ばね２１は、第１ベース部１１と後述する第１アーム部３１とを、Ｚ方向に連結している。
一方、板ばね２２は、Ｘ方向に沿って配置されており、ＸＹ平面に略平行である湾曲可能な一対の面２２３，２２４を有している。また、板ばね２２は、第２ベース部１２と後述する第２アーム部３２とを、Ｘ方向に連結している。
本実施形態では、二対の板ばね２１，２２のうち、Ｙ方向に沿って、板ばね２２が内側に、板ばね２１が外側に配置されている（図２参照）。

アーム３０は、連結部材２０に支持されており、Ｚ方向に揺動自在である（図１中の矢印Ａ参照）。また、アーム３０は、第１アーム部３１および第２アーム部３２を含むブロック体３３、および、棒状部３４を有する。

第１アーム部３１は、ＹＺ平面に平行かつスタイラス５０側とは反対側に面した縦支持面３１０を有するブロック状に構成されている。縦支持面３１０には、板ばね２１の他端部２１２が、ねじ等の固定部材４３によって固定されている。
第２アーム部３２は、第１アーム部３１の上側に突出するブロック状に構成されている。また、第２アーム部３２は、第１アーム部３１の縦支持面３１０よりも上側に、ＸＹ平面に平行かつ上側に面した横支持面３２０を有する。横支持面３２０には、板ばね２２の他端部２２２が、ねじ等の固定部材４４によって固定されている。
第１アーム部３１および第２アーム部３２を含むブロック体３３は、一体形成されていてもよい。

棒状部３４は、その一端部３４１が第１アーム部３１に接続されており、第１アーム部３１からＸ方向に延びている。棒状部３４の他端部３４２にはスタイラス５０が取り付けられている。

スタイラス５０は、棒状部３４の他端部３４２に取り付けられており、この他端部３４２からＺ方向下向きに延びている。また、スタイラス５０は、アーム３０を介して連結部材２０に支持されており、Ｚ方向に揺動自在である。

歪み検出部６０は、各板ばね２１に設けられた歪み検出素子６１を有する。歪み検出素子６１は、例えば歪みゲージまたは圧電素子などであり、板ばね２１の一方の面２１４における後述の変形領域Ｒ１３（図３参照）に、接着剤等によって固定されている。また、歪み検出素子６１は、板ばね２１において歪み検出素子６１が設置された部位の変形量を検出し、その検出結果を制御装置７０に出力する。
ここで、板ばね２１の変形量は、スタイラス５０の変位量に対応している。すなわち、形状測定装置１では、測定動作の間のスタイラス５０の変位を、板ばね２１の変形として検出することができる。

制御装置７０は、パーソナルコンピュータ等を利用して構成され、予め記録されたプログラムに基づいて形状測定装置１の動作を制御する。
また、制御装置７０は、歪み検出部６０から入力される各板ばね２１の変形量に基づいて、スタイラス５０の変位量を演算する。例えば、制御装置７０は、歪み検出部６０から各板ばね２１の変形量を取得し、これら変形量の平均値に基づいて、スタイラス５０の変位量を演算してもよい。そして、ワークＷに対するスタイラス５０の相対的な位置と、当該位置に関連付けられるスタイラス５０の変位量とに基づいて、ワークＷの測定目的に応じた各種演算を行う。

形状測定装置１の測定動作時、ワークＷの表面に沿ってスタイラス５０がＺ方向に変位すると、アーム３０は、連結部材２０に支持される側を支点として揺動する。このとき、連結部材２０がアーム３０から応力を受けることにより、連結部材２０を構成する各板ばね２１，２２は、スタイラス５０の変位量に対応して弾性的に湾曲（弾性変形）する。

ここで、ワークＷの表面がＺ方向上側へ変位している場合、板ばね２１は、面２１３が反り変形し、面２１４が曲げ変形するように弾性変形する。一方、板ばね２２は、面２２３が曲げ変形し、面２２４が反り変形するように弾性変形する。
ワークＷの表面がＺ方向上側へ変位している場合、板ばね２１，２２の弾性変形が元の状態に戻る。
よって、形状測定装置１は、予め、スタイラス５０がワークＷの表面に押し付けられ、連結部材２０が若干変形した状態から、測定動作を開始することが好ましい。

次に、連結部材２０のより具体的な構成について、さらに図３を参照して説明する。
連結部材２０を構成する各板ばね２１は、第１ベース部１１側で変形を制限された固定領域Ｒ１１，Ｒ２１と、第１アーム部３１側で変形を制限された固定領域Ｒ１２と、これら固定領域Ｒ１１，Ｒ１２の間に配置され、かつ、弾性変形可能である変形領域Ｒ１３とに区分される。
同様に、連結部材２０を構成する各板ばね２２は、第２ベース部１２側で変形を制限された固定領域Ｒ２１と、第２アーム部３２側で変形を制限された固定領域Ｒ２２と、これら固定領域Ｒ２１，Ｒ２２の間に配置され、かつ、弾性変形可能である変形領域Ｒ２３とに区分される。

なお、本実施形態において、固定領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２は、少なくとも形状測定装置１の測定動作時において、変形が制限される領域である。
例えば、板ばね２１において、固定領域Ｒ１１は、面２１４に密着する固定部材４１（ワッシャ４１２）の配置によって定められ、固定領域Ｒ１２は、面２１４に密着する第１アーム部３１の配置によって定められる。
また、板ばね２２において、固定領域Ｒ２１は、面２２３に密着する第２ベース部１２の配置よって定められ、固定領域Ｒ２２は、面２２３に密着する固定部材４４の配置によって定められる。

ここで、形状測定装置１の測定動作時における変形領域Ｒ１３，Ｒ２３の変形量は、変形領域Ｒ１３，Ｒ２３内のＺ方向の位置によって異なる。具体的には、変形領域Ｒ１３，Ｒ２３では、板ばね２１，２２を支持するベース１０により近い側に、より大きな応力が加わる。よって、変形領域Ｒ１３，Ｒ２３は、ベース１０に近い部位であるほど大きく変形し、アーム３０に近い部位であるほど小さく変形する。

よって、板ばね２１の変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の配置は、スタイラス５０の変位の検出感度に影響を及ぼす。
例えば、歪み検出素子６１が、変形領域Ｒ１３のうちのベース１０に近い部位に設置されている場合、スタイラス５０の僅かな変位であっても、板ばね２１の変形として検出できるため、スタイラス５０の変位の検出感度が高くなる。よって、形状測定装置１に高い分解能が実現される。
一方、歪み検出素子６１が変形領域Ｒ１３のうちのアーム３０に近い部位に設置されている場合、スタイラス５０の僅かな変位では板ばね２１の変形を検出し難くなるため、スタイラス５０の変位の検出感度が抑えられる。よって、形状測定装置１は、長ストローク検出が可能になり、測定レンジが広くなる。

本実施形態の形状測定装置１は、ベース１０とアーム３０との間の距離を調整可能である２つの距離調整機構８１，８２をさらに備えている。この距離調整機構８１，８２について説明する。

距離調整機構８１は、板ばね２１の一端部２１１に形成されたＺ方向のスリット２１５と、固定部材４１とを有している。固定部材４１は、スリット２１５を挿通して第１ベース部１１に螺合されるねじ４１１と、ねじ４１１の螺合力を受けて板ばね２１の一端部２１１を第１ベース部１１に押さえつけるワッシャ４１２とを有している。
距離調整機構８１では、スリット２１５に対するねじ４１１のＺ方向の挿通位置を調整することにより、第１ベース部１１に対する板ばね２１のＺ方向の配置が調整される。

距離調整機構８２は、距離調整機構８１と同様の構成であり、板ばね２１の他端部２１２に形成されたＺ方向のスリット２１６と、固定部材４３とを有している。固定部材４３は、ねじ４３１およびワッシャ４３２を有している。
距離調整機構８２では、スリット２１６に対するねじ４３１のＺ方向の挿通位置を調整することにより、第１アーム部３１に対する板ばね２１のＺ方向の配置が調整される。

距離調整機構８１，８２の少なくとも一方によれば、第１ベース部１１または第１アーム部３１に対して板ばね２１をＺ方向に移動させることで、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間の距離が調整（変更）される。
ここで、板ばね２１のうち、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間に配置される部位は変形領域Ｒ１３となり得る。よって、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間の距離が調整されることにより、板ばね２１における変形領域Ｒ１３のＺ方向の長さを増減させることができる。
この結果、スタイラス５０の変位量に対する変形領域Ｒ１３の変形量が調整され、スタイラス５０の変位の検出感度を調整することができる。

例えば、変形領域Ｒ１３のＺ方向の長さを短くした場合、スタイラス５０の変位量に対する変形領域Ｒ１３の変形量が増大するため、スタイラス５０の変位の検出感度が向上する。一方、変形領域Ｒ１３のＺ方向の長さを長くした場合、スタイラス５０の変位量に対する変形領域Ｒ１３の変形量が減少するため、スタイラス５０の変位の検出感度が抑制される。

なお、本実施形態では、板ばね２１が固定される第１ベース部１１と第１アーム部３１との距離を変更する場合、板ばね２２が固定される第２ベース部１２と第２アーム部３２と間のＺ方向の距離を一定に保つ必要がある。このため、Ｚ軸調整機構１３を用いて、第１ベース部１１に対する第２ベース部１２のＺ方向位置を調整することが望ましい。

本実施形態では、２つの距離調整機構８１，８２が、本発明の配置調整機構を構成している。すなわち、２つの距離調整機構８１，８２を用いて、連結部材２０をベース１０およびアーム３０の各々に対して同方向に移動させることで、変形領域Ｒ１３のＺ方向の長さを変えないまま、変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１のＺ方向（ベース１０とアーム３０との連結方向）における配置を変更することもできる。

例えば、ベース１０およびアーム３０の各々に対して連結部材２０を上側に移動することで、変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の配置はベース１０側に移動する。これにより、スタイラス５０の変位の検出感度が向上する。一方、ベース１０およびアーム３０の各々に対して連結部材２０を下側に移動することで、変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の配置はアーム３０側に移動する。これにより、スタイラス５０の変位の検出感度が抑制される。

〔第１実施形態の効果〕
本実施形態では、前述したように、板ばね２１の変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の配置が、スタイラス５０の変位の検出感度に影響を与える。このため、形状測定装置１の製造時や調整時等、板ばね２１の変形領域Ｒ１３内における歪み検出素子６１の設置位置を調整することにより、所望の分解能や測定レンジを簡単に実現することができる。

また、本実施形態の距離調整機構８１，８２の少なくとも一方によれば、第１ベース部１１と第２アーム部３２との間の距離を調整することにより、板ばね２１における変形領域Ｒ１３のＺ方向の長さを増減させることができる。これにより、スタイラス５０の変位量に対する変形領域Ｒ１３の変形量が変更される。よって、変形領域Ｒ１３に歪み検出素子６１が取り付けられた状態のまま、スタイラス５０の変位の検出感度を容易に変更することができる。

また、本実施形態の２つの距離調整機構８１，８２は、Ｚ方向において変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の位置を調整する配置調整機構を構成する。これら距離調整機構８１，８２によれば、変形領域Ｒ１３内の歪み検出素子６１の位置を、第１ベース部１１側寄りに、または、第１アーム部３１側寄りに調整することができる。よって、スタイラス５０の変位の検出感度を容易に変更することができる。

また、本実施形態では、連結部材２０は、中間部に変形領域Ｒ１３，Ｒ２３を含む１枚以上の板ばね２１，２２を有する。このため、板ばね２１の一対の面２１３，２１４のうち少なくとも一方（本実施形態では面２１４）に、歪み検出素子６１を容易に設置することができる。また、連結部材２０を構成する板ばね２１，２２の数を調整することで、連結部材２０を曲げるために要する力を変更することができる。

また、本実施形態の連結部材２０は、交差配置された一対の板ばね２１，２２を含むため、一対の板ばね２１，２２のねじれ等が防止される。よって、歪み検出素子６１は、板ばね２１の変形領域Ｒ１３の変形量をより高精度に検出することができる。

〔第２実施形態〕
図４には、本発明の第２実施形態の形状測定装置２が示されている。
形状測定装置２は、基本構造が前述した第１実施形態の形状測定装置１と同じである。このため、共通する部分については重複する説明を省略し、以下には相違部分について説明する。

本実施形態では、歪み検出部６０Ａは、各板ばね２１の変形領域Ｒ１３に設けられた一対以上（本実施形態では一対）の歪み検出素子６２，６３を有する。歪み検出素子６２，６３は、板ばね２１の一対の面２１３，２１４の各々に設置された圧電素子であって、この板ばね２１を挟む対を構成しており、板ばね２１を介して互いに接合されたバイモルフ型の検出用圧電素子を構成する。

このような構成では、形状測定装置２の測定動作時、一方の歪み検出素子６２が、板ばね２１の面２１３の反り変形量を検出し、他方の歪み検出素子６３が、板ばね２１の面２１４の曲げ変形量を検出することができる。
よって、一対の歪み検出素子６２，６３における検出量の相違を利用することにより、スタイラス５０の変位量をより精度よく検出することができる。

また、本実施形態の形状測定装置２は、連結部材２０を変形駆動させるための駆動部９０を有している。
駆動部９０は、板ばね２１の変形領域Ｒ１３に設置された一対の駆動素子９１，９２を有する。一対の駆動素子９１，９２は、板ばね２１の一対の面２１３，２１４の各々に設置されており、板ばね２１を介して互いに接合されたバイモルフ型の駆動用圧電素子を構成する。

このような構成では、制御装置７０が一対の駆動素子９１，９２に差動電圧を与えることにより、駆動素子９１，９２が板ばね２１に曲げを生じさせるように動作する。これにより、連結部材２０が変形駆動される。
なお、一対の駆動素子９１，９２は、板ばね２１に曲げを生じさせる力の効率上、一対の歪み検出素子６２，６３よりも、ベース１０に近い側（上側）に設置されていることが好ましい。

駆動部９０が連結部材２０を変形駆動することにより、例えば、ワークＷに接触した状態のスタイラス５０をワークＷから退避させる動作を行うことができる。また、駆動部９０が連結部材２０を変形駆動することにより、スタイラス５０がワークＷに接触する時の測定力をコントロールすることができる。例えば、ワークＷが柔素材である場合や高精度な測定を行う場合、駆動部９０は測定力が低くなるように連結部材２０を変形駆動することが好ましい。一方、測定に高い応答性が求められる場合、駆動部９０は測定力が高くなるように連結部材２０を変形駆動することが好ましい。
また、駆動部９０は、バイモルフ型の駆動用圧電素子を構成するため、連結部材２０を応答性良く駆動することができる。

〔第３実施形態〕
図５には、本発明の第３実施形態の形状測定装置３が示されている。
形状測定装置３は、基本構造が前述した第１実施形態の形状測定装置１と同じである。このため、共通する部分については重複する説明を省略し、以下には相違部分について説明する。

本実施形態において、連結部材２０Ａは、Ｚ方向に沿って配置された１枚または複数枚の板ばね２１を有している。ただし、連結部材２０Ａは、第１実施形態においてＸ方向に沿って配置された板ばね２２（図１参照）を有しておらず、板ばね２２が固定される第２ベース部１２および第２アーム部３２等が省略されている。

本実施形態の形状測定装置３は、第１実施形態の距離調整機構８１，８２（図３参照）の代わりに、ベース１０に設けられたブロック状の拘束部材８３を備えている。
拘束部材８３は、ＹＺ面に平行な面である縦支持面８３１を有しており、この縦支持面８３１は、板ばね２１の面２１４に当接している。また、拘束部材８３は、クランプまたはねじ等の固定手段（図示省略）によって、第１ベース部１１の縦支持面１１０との間に板ばね２１を挟んだ状態で固定されている。

拘束部材８３は、縦支持面８３１の下端部８３２が第１ベース部１１の縦支持面１１０よりも下側に位置するように配置されている。これにより、拘束部材８３は、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間の上側部分で、板ばね２１の面２１４に当接し、板ばね２１の弾性変形を制限している。

このような構成において、板ばね２１は、拘束部材８３によって変形を制限された固定領域Ｒ３１と、第１アーム部３１によって変形を制限された固定領域Ｒ３２と、これら固定領域Ｒ３１，Ｒ３２の間に配置され、かつ、弾性変形可能である変形領域Ｒ３３とに区分される。
特に、本実施形態では、拘束部材８３が板ばね２１に当接する範囲が変形領域Ｒ３３から除かれるため、変形領域Ｒ３３の上側の境界は、拘束部材８３の下端部８３２によって定められる。

本実施形態では、拘束部材８３を板ばね２１に設けることにより、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間における板ばね２１のＺ方向の一部の変形が制限され、板ばね２１の変形領域Ｒ３３のＺ方向の長さを短くすることができる。これにより、スタイラス５０の変位量に対する変形領域Ｒ３３の変形量を増大でき、スタイラス５０の変位の検出感度を容易に高めることができる。

また、拘束部材８３は、板ばね２１に対する付け替えや移動によって、連結部材２０に対する配置をＺ方向に調整可能に構成されていてもよい。
例えば、作業者は、Ｚ方向の長さが様々である複数の拘束部材８３を準備しておき、適当な拘束部材８３を選んで、板ばね２１に設置してもよい。または、作業者は、板ばね２１に設置された拘束部材８３をＺ方向に移動させてもよい。
このような構成によれば、拘束部材８３がＺ方向に調整されることで、変形領域Ｒ３３の上側の境界が変更され、ひいては板ばね２１の変形領域Ｒ３３のＺ方向の長さが変更される。これにより、スタイラス５０の変位の検出感度を容易に調整することができる。

〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。また、本発明には、前述の各実施形態を組み合わせたものも含まれる。

第１，第２実施形態では２つの距離調整機構８１，８２が連結部材２０に設けられているが、これに限られず、距離調整機構８１，８２うち、いずれか一方のみが連結部材２０に設けられてもよい。
また、第１，第２実施形態において、距離調整機構８１，８２は、第１ベース部１１と第１アーム部３１との間の距離を調整可能であるように構成されているが、これに限られない。例えば、板ばね２２に歪み検出素子６１が設置されている場合、第２ベース部１２と第２アーム部３２との間の距離を調整可能であるように構成されてもよい。
第３実施形態において、拘束部材８３の代わりに、距離調整機構８１，８２が設けられてもよい。また、第１，第２実施形態において、距離調整機構８１，８２の代わりに、拘束部材８３が設けられてもよい。

本発明の距離調整機構の具体的な構成は、第１，第２実施形態にて説明したものに限られない。例えば、本発明の距離調整機構は、ベースおよびアームの少なくとも一方に対する連結部材の相対位置を調整する構成であればよい。

本発明の配置調整機構の具体的な構成は、第１，第２実施形態にて説明したものに限られない。例えば、本発明の配置調整機構は、ベースおよびアームの両方に対して、連結部材の相対位置を調整する構成であればよい。

本発明の拘束部材は、ベース１０とアーム３０との間の一部において連結部材２０の弾性変形を制限するものであればよく、その具体的な構成は、第３実施形態にて説明したものに限られない。
例えば、第３実施形態では、拘束部材８３は、第１ベース部１１との間に板ばね２１を挟んで固定されているが、これに限られず、第２ベース部１２との間に板ばね２１を挟んで固定されてもよい。

本発明の連結部材は、第１実施形態および第２実施形態のように交差配置された一対以上のの板ばね２１，２２であることや、第３実施形態のようにＺ方向に配置された板ばね２１であることに限られない。
例えば、第１〜第３実施形態において、連結部材２０，２０Ａは、Ｘ方向に配置された板ばね２２のみによって構成されてもよい。
また、本発明の連結部材は、板ばね以外の弾性材料から形成されたものでもよいし、ベースとアームとの間の変形領域を成す一部が弾性材料から形成されたものでもよい。

第１，第３実施形態では、板ばね２１の一方の面２１４に歪み検出素子６１が設置されているが、これに限られず、他方の面２１３に設置されていてもよいし、第２実施形態のように両方の面２１３，２１４に設置されていてもよい。

第１，第２実施形態では、歪み検出素子６１〜６３が、Ｚ方向に配置された板ばね２１に設置されているが、これに限られず、Ｘ方向に配置された板ばね２２に設置されてもよいし、各方向の板ばね２１，２２に設置されてもよい。
また、歪み検出素子６１〜６３は、互いに同じ方向に配置された複数の板ばね２１（２２）が存在する場合、複数の板ばね２１（２２）のうち、１枚に設置されてもよいし、それぞれに設定されてもよい。
第２実施形態では、各板ばね２１に対して一対の歪み検出素子６３が設置されているが、各板ばね２１に対して二対以上の歪み検出素子６３が設置されていてもよい。

第２実施形態において、駆動部９０は、板ばね２１の両側の面２１３，２１４に設置される一対のバイモルフ型圧電素子であることに限られず、板ばね２１のいずれか一方の面２１３，２１４に設置される圧電素子であってもよい。
また、駆動部９０は、Ｚ方向に配置された板ばね２１ではなく、Ｘ方向に配置された板ばね２２に設置されていてもよいし、両方の板ばね２１，２２に設置されてもよい。

また、第２実施形態において、歪み検出部６０および駆動部９０は、それぞれ別個の圧電素子によって構成されているが、歪み検出部６０および駆動部９０が同一の圧電素子によって実現されてもよい。

本発明は、ワークの表面形状を測定する形状測定機に利用できる。

１〜３…形状測定装置、１０…ベース、２０，２０Ａ…連結部材、３０…アーム、５０…スタイラス、６０，６０Ａ…歪み検出部、６１〜６３…歪み検出素子、７０…制御装置、８１，８２…距離調整機構（配置調整機構）、８３…拘束部材、９０…駆動部、９１…駆動素子、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２…固定領域、Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ３３…変形領域。

Claims (8)

1. ベースと、
   前記ベースに対して揺動可能なアームと、
   前記ベースと前記アームとを連結しかつ前記ベースと前記アームとの間に弾性変形可能な変形領域を有する連結部材と、
   前記変形領域に設置された歪み検出素子と、を備えることを特徴とする形状測定装置。
2. 請求項１に記載の形状測定装置であって、
   前記連結部材は弾性材料から形成されており、
   前記ベースと前記アームとの間の距離を調整する距離調整機構をさらに備えることを特徴とする形状測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の形状測定装置であって、
   前記ベースと前記アームとの連結方向において前記変形領域内の前記歪み検出素子の位置を調整する配置調整機構をさらに備えることを特徴とする形状測定装置。
4. 請求項１に記載の形状測定装置であって、
   前記連結部材は弾性材料から形成されており、
   前記ベースと前記アームとの間の一部において前記連結部材の弾性変形を制限する拘束部材をさらに備えることを特徴とする形状測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
   前記連結部材は、中間部が前記変形領域とされた１枚以上の板ばねであることを特徴とする形状測定装置。
6. 請求項５に記載の形状測定装置であって、
   前記連結部材は、交差配置された一対以上の前記板ばねを含むことを特徴とする形状測定装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の形状測定装置であって、
   前記歪み検出素子は、前記板ばねの一対の面にそれぞれ設置された圧電素子であり、当該板ばねを挟む一対以上の対を構成していることを特徴とする形状測定装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
   前記変形領域に設置されかつ前記連結部材を変形駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする形状測定装置。

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