JP3127831U

JP3127831U - プローブ

Info

Publication number: JP3127831U
Application number: JP2006008009U
Authority: JP
Inventors: フィッシャーハルム
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2016-10-02

Abstract

【課題】スタイラスの縦方向の移動を抑制し、測定対象物の摩擦力により生じるスタイラスの移動量を特定すると共に、スタイラスの熱膨張等の変形を検知可能なプローブを提供する。
【解決手段】スタイラス１を下方に保持し、両端側面に一対の第１電極２１ｂａを有するスタイラス保持部２１と、スタイラス保持部２１の両端から上方に延びる、左右に弾性変形可能な一対の第１弾性変形部２４と、一対の第１弾性変形部２４の上端に位置する上端梁２２と、上端梁２２の両端から下方に延びる左右に弾性変形可能な一対の第２弾性変形部２５と、一対の第２弾性変形部２５の下端に位置し、一対の第１電極２１ｂａに対向する位置に一対の第２電極２３ｂａを有する枠部２３と、一対の第１電極２１ｂａと一対の第２電極２３ｂａとの間の静電容量を検出する一対の静電容量検出部３とを備える。
【選択図】図１

Description

本考案は、測定対象物との接触によりその測定対象物の形状或いは表面性状を測定するプローブに関する。

プローブは、スタイラスをその軸方向に支持し、このスタイラスの軸方向の変位量を機械式、光学式、静電容量式などの検出手段で検出し、その変位量から被測定物の形状或いは表面性状等を測定するものである。

従来、この種のプローブは、測定対象物の表面上を走査して、測定対象物にスタイラスが接触した時に得られるタッチ信号、及び接触部分の走査方向の座標を示す座標信号に基づき測定を行う。したがって、スタイラスには、測定対象物表面の摩擦力が影響することになり、スタイラスを支持するプローブの構造が、高剛性を有するものであれば、スタイラス及び測定対象物の破損を生じさせる恐れがある。そこで、測定対象物接触時に、スタイラスが所定位置より離れて移動可能な逃げ構造を設けている（例えば、特許文献１）。

特開平８−３０４０５８号公報

しかしながら、特許文献１記載のスタイラス支持装置において、その逃げ構造は、ヒンジとノードとにより平面的に形成されたものであり、スタイラスが縦方向に移動し、測定値に誤差を与える恐れがあった。また、測定対象物の摩擦力によりスタイラスが移動した際に生じる誤差は、加味されておらず、正確な測定値を得ることができなかった。また、スタイラス支持装置が熱膨張等の影響を受ける場合にあっては、その熱膨張によりスタイラスの位置が変動し、測定誤差が生じる恐れがあった。

そこで、本考案は、このような問題を解決するものであって、スタイラスの縦方向の移動を抑制し、測定対象物の摩擦力により生じるスタイラスの移動量を特定すると共に、スタイラスの熱膨張等の変形を検知可能なプローブを提供することを目的とする。

本考案に係るプローブは、スタイラスによる測定対象物との接触により当該測定対象物の形状或いは表面性状を測定するプローブであって、前記スタイラスを下方に保持し、両端側面に一対の第１電極を有するスタイラス保持部と、当該スタイラス保持部の両端から上方に延びる、左右に弾性変形可能な一対の第１弾性変形部と、当該一対の第１弾性変形部の上端に位置する上端梁と、当該上端梁の両端から下方に延びる、左右に弾性変形可能な一対の第２弾性変形部と、当該一対の第２弾性変形部の下端に位置し、前記一対の第１電極に対向する位置に一対の第２電極を有する枠部と、前記一対の第１電極と前記一対の第２電極との間の静電容量を検出する一対の静電容量検出部とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、スタイラスは、スタイラス保持部に保持され、そのスタイラス保持部は、第１弾性変形部、上端梁、第２弾性変形部を介して枠部につながっているので、スタイラスは、上下方向の移動を抑制した状態で、所定位置より移動可能となる。また、第１電極と第２電極との間の静電容量を検出する一対の静電容量検出部を備えているので、スタイラス保持部と枠部との間の距離の変動量を検出し、スタイラスの移動量を特定することが可能である。また、一対の静電容量検出部が対向して配置されているので、熱膨張等による変形による影響を特定することが可能である。

また、本考案に係るプローブにおいて、前記スタイラス保持部、前記第１弾性変形部、前記上端梁、前記第２弾性変形部、前記枠部は一体形成してもよい。このような構成とすることにより、プローブを低コストに製造可能となる。

また、本考案に係るプローブにおいて、前記一対の第１弾性変形部は、前記スタイラス保持部の上方に延びる第１ヒンジと、当該第１ヒンジの上方に延び、前記第１ヒンジの厚みより厚く形成された第１ビームと、前記第１ビームの上方に延び、前記上端梁の下方に位置する第２ヒンジとを備え、前記一対の第２弾性変形部は、前記枠部の下部から上方に延びる第３ヒンジと、当該第３ヒンジの上方に延び、前記第３ヒンジの厚みより厚く形成された第２ビームと、前記第２ビームの上方に延び、前記上端梁の下方に位置する第４ヒンジとを備える構成としてもよい。このような構成とすることにより、スタイラスを所定位置より移動させる構造は、破損することなく、変形可能となる。

以上のように本考案によれば、スタイラスの縦方向の移動を抑制し、測定対象物の摩擦力により生じるスタイラスの移動量を特定すると共に、スタイラスの熱膨張等の変形による測定誤差を検知可能なプローブを提供することができる。

次に、本考案に係るプローブの一実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、図１を参照して、本考案の一実施形態に係るプローブの構造を説明する。図１は、本考案の一実施形態に係るプローブの斜視図である。

このプローブは、スタイラス１と、スタイラス１が取り付けられたプローブ本体２と、静電容量を検出する静電容量検出部３とから構成されている。なお、プローブ本体２は、三次元方向に移動可能に構成されている。ここで、スタイラス１の延びる方向をＺ軸、プローブ本体２の厚み方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸とする。また、スタイラス１の先端方向をＺ軸下方、スタイラス１の基端方向をＺ軸上方とする。

スタイラス１は、その先端に測定対象物との接触を検知する先端球１ａを有している。スタイラス１の基端は、プローブ本体２のＺ軸下方の中心に取り付けられている。

プローブ本体２は、主に、Ｔ字型であってスタイラス１を保持するスタイラス保持部２１と、一の字型の上端梁２２と、下方に開口を有する四角形の枠型に形成された枠部２３と、弾性変形可能な第１弾性変形部２４と、第２弾性変形部２５とから構成されている。なお、プローブ本体２は、一体形成されている。

スタイラス保持部２１は、Ｚ軸下方に突出した突出部２１ａと、突出部２１ａのＺ軸上方にＸ軸方向に延びるスタイラス保持部本体２１ｂとから構成されている。スタイラス保持部本体２１ｂは、そのＸ軸方向の両端にＺ軸上方に延びる、Ｘ軸方向（左右）に弾性変形可能な一対の第１弾性変形部２４を設けている。また、スタイラス保持部本体２１ｂのＸ軸方向に直交する面には、各々第１の電極２１ｂａが設けられている。

上端梁２２は、一対の第１弾性変形部２４の上端に位置する。また、上端梁２２は、そのＸ軸方向の両端にＺ軸下方に延びる、Ｘ軸方向（左右）に弾性変形可能な第２弾性変形部２５を設けている。

枠部２３は、四角形の枠型であって、Ｚ軸下方の下枠部２３ａと、下枠部２３ａの両端からＺ軸上方に延びる一対の横枠部２３ｂと、一対の横枠部２３ｂを両端に位置する上枠部２３ｃとから構成されている。下枠部２３ａは、その中央に開口を有している。一対の横枠部２３ｂのＺ軸下方であって、Ｘ軸方向に対向する両面には、第１の電極２１ｂａと対向するように各々第２の電極２３ｂａを設けている。また、下枠部２３ａの上面及び各横枠部２３ｂの下方側面には、第２弾性変形部４の下端が位置している。

各第１弾性変形部２４は、その上方及び下方の２箇所においてＸ軸方向の厚みを薄くするように形成されている。Ｙ軸方向から見ると、２箇所において、Ｘ軸方向に直交する両面が、半円形状に窪んで形成されている。つまり、第１弾性変形部２４において、窪み、Ｘ軸方向の厚みを薄く形成した箇所が、ヒンジ２４ａとして機能する。また、上下２箇所のヒンジ２４ａ、２４ａの間であって、ヒンジ２４ａよりも厚みを持った箇所がビーム２４ｂとして機能する。よって、各第１弾性変形部２４は、Ｘ軸方向に弾性変形する。

各第２弾性変形部２５は、第１弾性変形部２４と同様の形状を有している。すなわち、各第２弾性変形部２５は、第１弾性変形部２４と同様に、窪み、Ｘ方向の厚みを薄く形成した箇所が、ヒンジ２５ａとして機能する。また、上下２箇所のヒンジ２５ａ、２５ａの間であって、ヒンジ２５ａよりも厚みを持った箇所がビーム２５ｂとして機能する。よって、各第２弾性変形部２５は、Ｘ軸方向に弾性変形する。

一対の静電容量検出部３は、各々スタイラス保持部２１に設けられた第１の電極２１ｂａと枠部２３に設けられた第２の電極２３ｂａと間の静電容量を検出する。すなわち、静電容量検出部３は、静電容量に基づき第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の距離を検出することが可能である。

このように本考案に係るプローブにおいて、スタイラス保持部２１は、第１弾性変形部２４、上端梁２２、第２弾性変形部２５を介して枠部２３とつながっている。したがって、スタイラス保持部２１は、Ｚ軸方向に移動することはない。また、スタイラス保持部２１は、上端梁２２のＸ軸方向への移動量の約２倍Ｘ軸方向への移動が可能となる。例えば、スタイラス保持部２１は、約２００μｍの範囲でＸ軸方向へ移動可能である。即ち、本考案に係るプローブによれば、スタイラス１をＺ軸方向の移動量を抑制した状態で、Ｘ軸方向に移動可能となる。

また、プローブ本体２は、一体形成されているので、低コストで製造することができる。

また、プローブ本体２は、一対の第１弾性変形部２４各々においてビーム２４ｂを有し、一対の第２弾性変形部２５各々においてビーム２５ｂを有しているので、プローブ本体２自体の強度も高く保持することができる。

次に、図２〜図４を参照し、上記構造を有するプローブの動作について説明する。プローブの枠部２３は、測定に用いる場合、走査可能なように、例えば、弾性部等を介して、駆動機構５に取り付けられている。このプローブと駆動機構５との取り付け面には、弾性部により特有の弾性係数と減衰係数が与えられている。図２のように、測定対象物に接触せずスタイラス１に力が加わっていない状態において、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの距離は、左右共に等しく、例えば、所定距離Ｌとなっている。

図２に示す状態から図３に示すようにスタイラス１を測定対象物に接触させ、プローブ本体２を左方向に移動させる場合、プローブ本体２は、駆動機構５により左方向の力Ｆ１を与えられる。これに対し、スタイラス１は、測定対象物と先端球１ａとの間の摩擦力μ_１により、右方向に力Ｆ２を与えられる。これにより、プローブ本体２のスタイラス保持部２１は、所定位置より右方向に移動する。つまり、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の距離は、プローブの移動方向側（左側）においてＬ＋Δ_１となり、その反対側（右側）においてＬ−Δ_１となる。このスタイラス１の所定位置からの移動量（±Δ_１）は、一対の静電容量検出部３により、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の静電容量を検出することで特定することができる。

一方、図４に示すように、図３とは反対側にプローブ本体２を移動させる場合、プローブ本体２には、駆動機構５により右方向の力Ｆ３を与えられる。これに対し、スタイラス１は、測定対象物と先端球１ａとの間の摩擦力μ_２により、左方向に力Ｆ４を与えられる。これにより、プローブ本体２のスタイラス保持部２１は、所定位置より左方向に移動する。つまり、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の距離は、プローブの移動方向側（右側）においてＬ＋Δ_２となり、その反対側（左側）においてＬ−Δ_２となる。このスタイラス１の所定位置からの移動量（±Δ_２）は、静電容量検出部３により、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の静電容量を検出することで特定することができる。

図２〜図４に示したように、本考案に係るプローブによれば、スタイラス１の所定位置からの移動量は、一対の静電容量検出部３により、第１の電極２１ｂａと第２の電極２３ｂａとの間の静電容量を検出することで特定することができる。つまり、この移動量に基づき、スタイラス１の移動量を加味した測定値を得ることが出来る。

また、一対の静電容量検出部３が、対向する位置に配置され、スタイラス１の移動量を測定可能であるので、その移動量の差に基づいてスタイラス１の移動量に含まれる熱膨張等の変形による測定誤差を特定することができる。また、２つの静電容量検出部３の測定値に基づき、それら２つの静電容量検出部３の感度に関するリニアリティエラーの補正が可能である。

なお、上記本考案の一実施形態を説明したが、本考案は、上記一実施形態に限定されるものではない。例えば、スタイラス保持部２１、上端梁２２、枠部２３、第１弾性変形部２４、第２弾性変形部２５を一体形成することなく、各々別部材により構成してもよい。また、例えば、第１弾性変形部２４は、ビーム２４ｂを省略し、ひとつのヒンジ２４ａのみを有する構成としてもよい。また、同様に、第２弾性変形部２５は、ビーム２５ｂを省略し、ひとつのヒンジ２５ａのみを有する構成としてもよい。

本考案の一実施形態に係るプローブの斜視図である。本考案の一実施形態に係るプローブを駆動機構にとりつけた状態を示す正面概略図である。本考案の一実施形態に係るプローブの動作を示す正面概略図である。本考案の一実施形態に係るプローブの動作を示す正面概略図である。

符号の説明

１…スタイラス、１ａ…先端球、２…プローブ本体、２１…スタイラス保持部、２１ａ…突出部、２１ｂ…スタイラス保持部本体、２１ｂａ…第１の電極、２２…上端梁、２３…枠部、２３ａ…下枠部、２３ｂ…横枠部、２３ｂａ…第２の電極、２３ｃ…上枠部、２３ｄ…開口、２４…第１弾性変形部、２４ａ…ヒンジ、２４ｂ…ビーム、２５…第２弾性変形部、２５ａ…ヒンジ、２５ｂ…ビーム、３…静電容量検出部。

Claims

スタイラスによる測定対象物との接触により当該測定対象物の形状或いは表面性状を測定するプローブであって、
前記スタイラスを下方に保持し、両端側面に一対の第１電極を有するスタイラス保持部と、
当該スタイラス保持部の両端から上方に延びる、左右に弾性変形可能な一対の第１弾性変形部と、
当該一対の第１弾性変形部の上端に位置する上端梁と、
当該上端梁の両端から下方に延びる、左右に弾性変形可能な一対の第２弾性変形部と、
当該第２弾性変形部の下端に位置し、前記一対の第１電極に対向する位置に一対の第２電極を有する枠部と、
前記一対の第１電極と前記一対の第２電極との間の静電容量を検出する一対の静電容量検出部と
を備えることを特徴とするプローブ。
前記スタイラス保持部、前記第１弾性変形部、前記上端梁、前記第２弾性変形部、前記枠部は一体形成されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ。
前記一対の第１弾性変形部は、
前記スタイラス保持部の上方に延びる第１ヒンジと、
当該第１ヒンジの上方に延び、前記第１ヒンジの厚みより厚く形成された第１ビームと、
前記第１ビームの上方に延び、前記上端梁の下方に位置する第２ヒンジと
を備え、
前記一対の第２弾性変形部は、
前記枠部の下部から上方に延びる第３ヒンジと、
当該第３ヒンジの上方に延び、前記第３ヒンジの厚みより厚く形成された第２ビームと、
前記第２ビームの上方に延び、前記上端梁の下方に位置する第４ヒンジと
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ。