JP4129623B2 - Evaluation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源の発生する動力で測定物又は検出器を駆動して、測定物と検出器との間に所定の相対運動を発生させ、その時の検出器の出力信号に基づいて測定物に対する評価を行う評価装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の評価装置の概略構成を示したものである。
この評価装置41は、駆動源43の発生する回転力で、測定物45を回転駆動して、測定物45と検出器46との間に所定の相対運動を発生させ、その時の検出器46の出力信号を図示せぬ情報処理手段によって収集・分析して、測定物45に対する評価を行う。
【0003】
駆動源43は、通常、電動モータで、架台48上に形成された動力源支持部48aに据え付けられている。図中の矢印(イ)は、モータの出力軸の回転方向である。
測定物45は、例えば、円筒状を成す転がり軸受外輪又は内輪等で、自己の回転軸線回りに回転可能に、架台48上に形成された測定対象支持部48bに支持されている。図中の矢印(ロ)は、測定対象支持部48b上での測定物45の回転方向である。
【0004】
また、検出器46は、先端を測定物45の表面45aに当接する触針46aを有し、測定物45の回転時に表面45aの凹凸や振動等で触針46aに振れが生じると、触針46aの振れに応じた電気信号を出力するものである。この検出器46は、触針46aの先端が表面45aに当接するように、架台48上に形成された検出手段支持部48cに取り付けられている。
駆動源43の出力軸から測定対象支持部48bのスピンドルへの回転伝達は、適宜動力伝達機構49を介して行われる。図示例の動力伝達機構49は、所謂、ベルト式の動力伝達機構である。
【0005】
検出器46aの出力信号を処理する情報処理手段は、予め判断基準として記憶させた基準データや演算式に基づいて入力データを処理するコンピュータで、例えば、検出器46aの出力信号に基づいて、測定物の表面の真円度を評価したり、あるいは、測定物の振動特性を評価する。
【0006】
このような構成をなす評価装置は、複数のメーカーが、測定精度や装置寸法等を、用途に応じて工夫したものを開発している。
例えば、転がり軸受の内外輪や転動体の転動面表面の真円度の評価用としては、テーラホブソン社(英国)のタリロンド型真円度測定機が有名であり、また、転動部品の表面のうねり品質の評価用としてはウェービネス測定器が有名である。また、主に転がり軸受の振動特性の評価用としては、(株)菅原研究所のアンデロンメータが有名である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転がり軸受の転動部材の真円度や振動特性を評価する評価装置としては、測定対象となる軸受の高精度化や、高性能化に伴い、測定精度の向上が要求され、そのために、測定対象支持部48bに装備するスピンドルに、超高精度な回転を実現可能にするエアスピンドルを使用することなどが提案されている。しかし、図4に示した従来の評価装置41では、エアスピンドルのような高価な高性能部品を採用しても、それを測定精度の向上に十分に活かすことができないという問題が生じた。
【0008】
それは、動力源支持部48a,測定対象支持部48b,検出手段支持部48cが、何れも共通の単一の架台48上に形成されているため、駆動源43の発生する振動が、図4に黒塗りの矢印で示すように、架台48上を伝搬して測定対象支持部48b上の測定物45や,検出手段支持部48c上の検出器46に伝達されることによる。つまり、駆動源43が発生する振動が、測定物45の表面の凹凸や測定物45自体の振動特性に起因する本来の測定振動に加算されて検出器46に検出されてしまい、検出器46において検出する振動のSN比を低下させて、測定精度の低下、測定結果の信頼性低下を招いたためである。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、駆動源の発生する振動が、測定対象支持部上の測定物や,検出手段支持部上の検出器に伝達され難く、よって、検出器において検出する信号のSN比を向上させて、スピンドルの高精度化や高性能化を測定精度の向上に十分に活かすことができ、測定精度の向上及び測定結果の信頼性向上を図ることのできる評価装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る評価装置は、駆動源の発生する動力で測定物を回転駆動して、該測定物と検出器との間に所定の相対運動を発生させ、前記検出器が検出した一定の物理量の出力信号を情報処理手段によって収集・分析して、前記測定物に対する評価を行う評価装置において、
前記測定物を支持する測定対象支持部がスピンドルからばね、間座、調心球及び駆動腕を備えた回転機構を介して前記測定物に回転を伝達し、且つ前記駆動源を支持する動力源支持部を、前記測定対象支持部や前記検出器を支持する検出手段支持部を有する第1架台とは別の独立した第2架台に設けたことを特徴とする。
【0011】
そして、上記構成によれば、測定物や検出器を支持している第1架台と、駆動源を支持している第2架台とは互いに独立した別体構造であるため、測定物と検出器と駆動源とを同一の架台上に搭載する従来の評価装置と比較すると、駆動源の発生する振動が、架台を伝搬して直接測定対象支持部上の測定物や,検出手段支持部上の検出器に伝達され難い。従って、駆動源の発生する振動が、検出器において検出する振動のSN比の低下要因から除外される。
そして、測定対象支持部の回転機構にエアスピンドルが用いられたことで、その超高精度な回転の実現により、架台の別体構造と相まって測定精度の向上を図ることができる。
【0012】
なお、好ましくは、前記評価装置において、前記駆動源の出力を前記測定物に伝達するために弾性材料製のベルトを用いた構成とすると良い。
このようにすると、駆動源の発生する振動が、動力伝達機構に使用されているベルトを伝搬する際、ベルトの弾性特性による制振機能によって低減され、動力伝達機構を介して駆動源の発生した振動が測定物等に伝達されることも抑制できる。
【0013】
なお、好ましくは、前記評価装置において、軸受構成部品の転動面の真円度や転動面表面の凹凸等を評価させる場合には、前記測定対象支持部は測定物を回転可能に支持し、前記検出器は測定物の表面に接触させた触針の変位に応じて電気信号を出力する構成で、前記測定物の回転運動時の前記検出器の出力信号から前記測定物の表面形状の評価を行う構成とすると良い。
【0014】
また、前記評価装置において、軸受の回転時の振動特性を評価させる場合には、前記測定対象支持部は測定物である軸受を回転可能に支承し、前記検出器は測定物の表面に接触させた触針の変位に応じて電気信号を出力する構成で、前記情報処理手段は前記測定物である軸受の回転時の前記検出器の出力信号から軸受の振動特性の評価を行う構成とすると良い。
また、前記評価装置において、転がり軸受の転動体の特性を評価する場合には、測定対象を転がり軸受の転動体とすると良い。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る評価装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1及び図2は本発明に係る評価装置の参考例を示したもので、図1は評価装置の概略構成図、図2は図1に示した評価装置と従来装置との実際の測定時のSN比の比較を示す説明図である。
【0016】
この参考例の評価装置51は、測定物53を支持する測定対象支持部62と、測定物53に対して一定の物理量の検出を行うための検出器55と、この検出器55を支持する検出手段支持部64と、検出器55と測定物53との間に測定用の相対運動に必要な動力を発生する駆動源57と、駆動源57を支持する動力源支持部73と、駆動源57の発生する動力を測定物53に伝達して検出器55と測定物53との間に測定用の相対運動を生じさせる動力伝達機構59と、検出器55と測定物53との間の相対運動時の検出器55の出力信号を収集・分析して測定物53に対する評価を行う図示せぬ情報処理手段とを備えて構成される。
【0017】
また、測定対象支持部62や検出手段支持部64は第1架台61に設け、動力源支持部73は、第1架台61とは別の独立した第2架台71に設けている。
【0018】
駆動源57は、回転力を出力する電動モータで、図中の矢印(ハ)は、モータの出力軸の回転方向である。
測定物53は、例えば、円筒状をなす転がり軸受外輪又は内輪等で、自己の回転軸線回りに回転可能に、第1架台61上の測定対象支持部62に支持されている。図中の矢印(ニ)は、測定対象支持部62上での測定物53の回転方向である。
【0019】
また、検出器55は、先端を測定物53の表面53aに当接する触針55aを有し、測定物53の回転時に表面53aの凹凸や振動等で触針55aに振れが生じると、触針55aの振れに応じた電気信号を出力するものである。この検出器55は、触針55aの先端が表面53aに当接するように、第1架台61上に形成された検出手段支持部64に取り付けられている。
【0020】
本参考例の場合、駆動源57の出力軸から測定対象支持部62のエアスピンドルへ回転を伝達することで測定物53を回転運動させる動力伝達機構59は、弾性材料製のベルト81と、このベルトを巻き掛ける図示せぬプーリとを組み合わせたベルト式動力伝達機構である。
【0021】
また、検出器55の出力信号を処理する図示せぬ情報処理手段は、予め判断基準として記憶させた基準データや演算式に基づいて入力データを処理するコンピュータで、本実施の形態の場合は、例えば、検出器55の出力信号に基づいて、測定物としての軸受構成部品の表面の真円度など、転動部品の表面形状の評価を行う。
【0022】
以上に説明した評価装置51では、測定物53や検出器55を支持している第1架台61と、駆動源57を支持している第2架台71とは互いに独立した別体構造であるため、測定物53と検出器55と駆動源57とを同一の架台上に搭載する従来の評価装置と比較すると、駆動源57の発生する振動が、架台を伝搬して直接測定対象支持部62上の測定物53や,検出手段支持部64上の検出器55に伝達され難く、駆動源57の発生する振動が、検出器55において検出する振動のSN比の低下要因から除外される。
従って、検出器55において検出する信号のSN比を向上させることができ、例えば、評価装置51に搭載する回転機構のスピンドル等の部品の高精度化や高性能化を実際の測定精度の向上に十分に活かして、測定精度の向上及び測定結果の信頼性向上を図ることができる。
【0023】
また、本参考例では、駆動源57の出力を測定物53に伝達する動力伝達機構59が、弾性材料製のベルトを利用したベルト式動力伝達機構で、駆動源57の発生する振動が、動力伝達機構59に使用されているベルト81を伝搬する際、ベルトの弾性特性による制振機能によって低減され、動力伝達機構59を介して駆動源57の発生した振動が測定物53等に伝達されることも抑制でき、検出器55において検出する信号のSN比を更に向上させることができる。
【0024】
従って、例えば、軸受で使用する内外輪や内外輪間に装備する転動体としての球体の表面の真円度や転動面表面の凹凸等を評価する場合に、評価結果の信頼性を向上させることができる。
【0025】
上記参考例の構成の効力を検証するために、円筒状の測定部の表面形状の評価試験を実施した際に検出器が検出する振動信号のSN比を、上記の参考例の評価装置51と、図4に示した従来の評価装置41とで測定した。測定結果は、図2に示す通りで、本参考例の装置では、SN比が顕著に改善されていることが確認できた。
【0026】
尚、本発明の評価装置において、測定物を回転させる動力伝達機構や測定対象支持部の具体的な構成は、上記の参考例の構成に限定するものではなく、公知の種々の構造を採用することが可能である。
図3は、本発明に係る評価装置の一実施の形態を示している。
ここに示した評価装置91は、玉軸受で転動体として使用する玉6の表面のうねりを評価する。
【0027】
具体的には、この評価装置91は、回転案内具7により玉6を、鉛直軸を中心とする回転のみ自在に支持している。また、玉6は、駆動源によって回転駆動されるスピンドル22から、圧縮コイルばね26、間座27、調心球28、駆動腕8を介して回転力が伝達されて、鉛直軸回りに回転運動させる。玉6の赤道部分には、検出器の触針10の平坦な先端面11が突き当てられていて、この赤道部分の表面のうねりを、鉛直軸回りの回転時の振動として検出する。
この評価装置91においても、測定物である玉6を支持する回転案内具7を第1架台20に装備すると共に、この第1架台20とは別体の独立した第2架台を用意し、この第2架台上に、スピンドル22を駆動する駆動源を搭載することで、前述した参考例の形態の場合と同様に、駆動源の発生する振動が、玉6や検出器に伝達されて、SN比の低下を招くことを防止することができる。
【0028】
なお、本発明に係る評価装置の用途は、測定物の表面形状の評価に限らない。例えば、測定対象支持部は測定物としての軸受を回転可能に支承する構成とし、更に、検出器は測定物の表面に接触させた触針の変位に応じて電気信号を出力する構成として、情報処理手段は測定物としての軸受の回転時の検出器の出力信号から軸受の振動特性の評価を行う構成とすることで、軸受の固有振動数や共振周波数等の振動特性の評価を行う評価装置に流用することもできる。
【0029】
【発明の効果】
本発明の評価装置によれば、測定物や検出器を支持している第1架台と、駆動源を支持している第2架台とは互いに独立した別体構造であるため、測定物と検出器と駆動源とを同一の架台上に搭載する従来の評価装置と比較すると、駆動源の発生する振動が、架台を伝搬して直接測定対象支持部上の測定物や,検出手段支持部上の検出器に伝達され難い。従って、駆動源の発生する振動が、検出器において検出する振動のSN比の低下要因から除外される。よって、検出器において検出する信号のSN比を向上させて、例えば、評価装置に搭載する回転機構のスピンドル等の部品の高精度化や高性能化を実際の測定精度の向上に十分に活かすことができ、測定精度の向上及び測定結果の信頼性向上を図ることができる。
【0030】
また、請求項2に記載の構成にすると、駆動源の発生する振動が、動力伝達機構に使用されているベルトを伝搬する際、ベルトの弾性特性による制振機能によって低減され、動力伝達機構を介して駆動源の発生した振動が測定物等に伝達されることも防止でき、検出器において検出する信号のSN比を更に向上させることができる。
【0031】
また、請求項3に記載の構成にすると、軸受構成部品の転動面の真円度や転動面表面の凹凸等の評価など、測定物の表面形状の評価を行う評価装置として有用である。なお、本発明は特開2001−91241号公報(発明の名称:球面体の表面形状評価方法及び評価装置)記載の装置に適用することも可能である。
【0032】
更に、請求項4に記載の構成にすると、軸受の回転時の振動特性の評価など、測定物の振動特性の評価を行う評価装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る評価装置の第1の実施の形態の概略構成図である。
【図2】図1に示した評価装置と従来装置との測定時のSN比の比較を示す説明図である。
【図3】本発明を適用する評価装置の第2の実施の形態の要部の縦断面図である。
【図4】従来の評価装置の概略構成図である。
【符号の説明】
51 評価装置
53 測定物
53a 表面
55 検出器
55a 触針
57 駆動源(モータ)
59 動力伝達機構
61 第1架台
62 測定対象支持部
64 検出手段支持部
71 第2架台
73 動力源支持部
81 ベルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention drives a measurement object or a detector with power generated by a driving source to generate a predetermined relative motion between the measurement object and the detector, and the measurement object based on an output signal of the detector at that time. It is related with the evaluation apparatus which performs evaluation with respect to.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a conventional evaluation apparatus.
The
[0003]
The
The
[0004]
The
Rotational transmission from the output shaft of the
[0005]
The information processing means for processing the output signal of the
[0006]
As for the evaluation apparatus having such a configuration, a plurality of manufacturers have developed measurement devices, device dimensions, and the like that are devised according to applications.
For example, for evaluation of the roundness of the inner and outer rings of rolling bearings and the rolling surface of rolling elements, the Talyron type roundness measuring machine of Taylor Hobson (UK) is well known. A webiness measuring instrument is well known for evaluating the surface waviness quality. In addition, the Anderon meter of Ebara Laboratories is famous for evaluating the vibration characteristics of rolling bearings.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as an evaluation device that evaluates the roundness and vibration characteristics of rolling members of rolling bearings, improvement in measurement accuracy is required along with higher accuracy and higher performance of bearings to be measured. In addition, it has been proposed to use an air spindle capable of realizing ultra-high accuracy rotation for the spindle provided in the measurement
[0008]
The power source support 48a, the measurement target support 48b, and the detection means
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and vibration generated by the drive source is difficult to be transmitted to the measurement object on the measurement object support part or the detector on the detection means support part, and is thus detected by the detector. An evaluation device that can improve the measurement accuracy and reliability of measurement results by improving the signal-to-noise ratio of the signal and making full use of the high accuracy and high performance of the spindle to improve the measurement accuracy. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Evaluation apparatus according to the present invention for achieving the above object, and rotating the workpiece by the power generated by the drive Dogen, to generate a predetermined relative movement between the workpiece and the detector, wherein In an evaluation apparatus that collects and analyzes an output signal of a certain physical quantity detected by a detector by an information processing means and evaluates the measurement object,
A power source that supports rotation of the object to be measured by the measurement object support unit that transmits rotation from the spindle to the object to be measured via a rotation mechanism including a spring, a spacer, a centering ball, and a driving arm. The support portion is provided on a second stand independent from the first stand having the detection means support portion for supporting the measurement target support portion and the detector.
[0011]
Then, according to the above Ki構 formed, since the first frame supporting the workpiece and the detector, and the second frame supporting the drive source is a separate structure independent of each other, a workpiece Compared with a conventional evaluation device in which the detector and the drive source are mounted on the same frame, the vibration generated by the drive source propagates through the frame and directly measures the object on the measurement target support unit or the detection means support unit. It is hard to be transmitted to the upper detector. Therefore, the vibration generated by the drive source is excluded from the factors that decrease the SN ratio of the vibration detected by the detector.
Then, by the air spindle rotating mechanism of the measuring object supporting section is used, it is possible to achieve the realization of ultra-precision rotation, the improvement of the combined measurement accuracy and separate structure of the stand.
[0012]
Note that it preferably, in the evaluation device, when configuration using belts made of elastic material in order to transmit the output of the driving source to the measured object.
In this way, when the vibration generated by the drive source propagates through the belt used in the power transmission mechanism, it is reduced by the vibration suppression function based on the elastic characteristics of the belt, and the drive source is generated via the power transmission mechanism. It is also possible to suppress the vibration from being transmitted to the measurement object.
[0013]
Preferably, in the evaluation apparatus, when the roundness of the rolling surface of the bearing component or the unevenness of the surface of the rolling surface is evaluated, the measurement target support unit rotatably supports the measurement object. The detector is configured to output an electrical signal in accordance with the displacement of the stylus brought into contact with the surface of the measurement object, and the surface shape of the measurement object is determined from the output signal of the detector during the rotational movement of the measurement object. It is preferable that the evaluation be performed.
[0014]
Further, in the evaluation apparatus, when the vibration characteristics at the time of rotation of the bearing are evaluated, the measurement object support portion rotatably supports the bearing as the measurement object, and the detector is brought into contact with the surface of the measurement object. The information processing means may be configured to evaluate the vibration characteristics of the bearing from the output signal of the detector during rotation of the bearing as the measurement object. .
Further, in the evaluation device, when evaluating the characteristics of the rolling elements of the rolling bearing, the measurement object may be a rolling element of the rolling bearing.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an evaluation apparatus according to the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 show a reference example of an evaluation apparatus according to the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the evaluation apparatus, and FIG. 2 is an actual measurement time of the evaluation apparatus shown in FIG. 1 and a conventional apparatus. It is explanatory drawing which shows the comparison of SN ratio.
[0016]
The
[0017]
Further, the measurement
[0018]
The
The
[0019]
The
[0020]
In the case of this reference example , the
[0021]
The information processing means (not shown) that processes the output signal of the
[0022]
In the
Therefore, the signal-to-noise ratio of the signal detected by the
[0023]
In this reference example , the
[0024]
Therefore, for example, when evaluating the roundness of the surface of a sphere as a rolling element to be installed between the inner and outer rings used in the bearing or the unevenness of the surface of the rolling surface, the reliability of the evaluation result is improved. be able to.
[0025]
In order to verify the effectiveness of the configuration of the reference example , the SN ratio of the vibration signal detected by the detector when the evaluation test of the surface shape of the cylindrical measuring unit is performed is the same as the
[0026]
In the evaluation apparatus of the present invention, the specific configuration of the power transmission mechanism for rotating the measurement object and the measurement target support portion is not limited to the configuration of the reference example described above, and various known structures are employed. It is possible.
FIG. 3 shows an embodiment of the evaluation apparatus according to the present invention.
The
[0027]
Specifically, the
Also in this
[0028]
The application of the evaluation apparatus according to the present invention is not limited to the evaluation of the surface shape of the measurement object. For example, the measurement target support unit is configured to rotatably support a bearing as a measurement object, and the detector is configured to output an electrical signal in accordance with the displacement of a stylus brought into contact with the surface of the measurement object. The processing means is configured to evaluate the vibration characteristics of the bearing from the output signal of the detector at the time of rotation of the bearing as the measurement object, thereby evaluating the vibration characteristics such as the natural frequency and resonance frequency of the bearing. It can also be diverted to.
[0029]
【The invention's effect】
According to the evaluation device of the present invention, since a first frame that supports the workpiece and the detector, and the second frame supporting the drive source is a separate structure independent of each other, a workpiece Compared with a conventional evaluation device in which the detector and the drive source are mounted on the same frame, the vibration generated by the drive source propagates through the frame and directly measures the object on the measurement target support unit or the detection means support unit. It is hard to be transmitted to the upper detector. Therefore, the vibration generated by the drive source is excluded from the factors that decrease the SN ratio of the vibration detected by the detector. Therefore, by improving the signal-to-noise ratio of the signal detected by the detector, for example, the high precision and high performance of components such as the spindle of the rotating mechanism mounted on the evaluation apparatus can be fully utilized to improve the actual measurement precision. It is possible to improve measurement accuracy and reliability of measurement results.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, when the vibration generated by the drive source propagates through the belt used in the power transmission mechanism, the vibration transmission function is reduced by the elastic characteristic of the belt, and the power transmission mechanism is Therefore, it is possible to prevent the vibration generated by the drive source from being transmitted to the measurement object or the like, and to further improve the SN ratio of the signal detected by the detector.
[0031]
Moreover, if it is set as the structure of Claim 3 , it is useful as an evaluation apparatus which evaluates the surface shape of a measurement object, such as evaluation of the roundness of the rolling surface of a bearing component, the unevenness | corrugation of the surface of a rolling surface, etc. . The present invention can also be applied to an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-91241 (invention name: surface shape evaluation method and evaluation apparatus for spherical body).
[0032]
Furthermore, if it is set as the structure of Claim 4 , it is useful as an evaluation apparatus which evaluates the vibration characteristic of a measured object, such as evaluation of the vibration characteristic at the time of rotation of a bearing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of an evaluation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a comparison of SN ratios during measurement between the evaluation apparatus shown in FIG. 1 and a conventional apparatus.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an essential part of a second embodiment of an evaluation apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional evaluation apparatus.
[Explanation of symbols]
51
59
Claims (4)
前記測定物を支持する測定対象支持部がスピンドルからばね、間座、調心球及び駆動腕を備えた回転機構を介して前記測定物に回転を伝達し、且つ前記駆動源を支持する動力源支持部を、前記測定対象支持部や前記検出器を支持する検出手段支持部を有する第1架台とは別の独立した第2架台に設けたことを特徴とする評価装置。The measurement object is rotationally driven by the power generated by the drive source to generate a predetermined relative motion between the measurement object and the detector, and an output signal of a certain physical quantity detected by the detector is processed by the information processing means. In an evaluation device that collects and analyzes and evaluates the measurement object,
A power source that supports rotation of the object to be measured by the measurement object support unit that transmits rotation from the spindle to the object to be measured via a rotation mechanism including a spring, a spacer, a centering ball, and a driving arm. An evaluation apparatus, wherein the support portion is provided on a second stand independent from the first stand having a detection means support portion for supporting the measurement target support portion and the detector.
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