JP5663274B2

JP5663274B2 - Shape measuring sensor

Info

Publication number: JP5663274B2
Application number: JP2010251970A
Authority: JP
Inventors: 康成長池; 宏史小林
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: JP2012103111A; CN102564382A; CN102564382B

Description

本発明は、接触式表面形状測定に用いる形状測定センサ、より詳しくは、より短時間で表面形状測定を行うことができる形状測定センサに関する。 The present invention relates to a shape measurement sensor used for contact-type surface shape measurement, and more particularly to a shape measurement sensor capable of performing surface shape measurement in a shorter time.

従来、レンズや金型等の光学関連素子の表面形状測定を行う装置として、プローブ（触針子）を光学関連素子等の被検物の面上に接触させて追従させる接触走査式の測定方法を採用した接触式形状測定センサ（以下、単に「形状測定センサ」と称することがある。）が用いられている。 Conventionally, as a device for measuring the surface shape of an optical-related element such as a lens or a mold, a contact scanning measurement method in which a probe (stylus) is brought into contact with the surface of a test object such as an optical-related element to follow it. Is used as a contact type shape measuring sensor (hereinafter sometimes simply referred to as “shape measuring sensor”).

特許文献１には、プローブを水平方向に対して傾斜させることにより被検物と所定の接触力で接触させる、いわゆる自重傾斜式の形状測定センサが記載されている。
この形状測定センサでは、被検物表面上の各点における接触力が一定となり、かつ極めて微小な接触力で表面形状の測定が行えるという優れた利点がある。 Patent Document 1 describes a so-called self-weight tilt type shape measurement sensor that contacts a test object with a predetermined contact force by tilting the probe with respect to the horizontal direction.
This shape measuring sensor has an excellent advantage that the contact force at each point on the surface of the test object is constant and the surface shape can be measured with a very small contact force.

特許文献１に記載の形状測定センサでは、プローブを支持する案内手段として、リニアガイドやエアスライダ等の、プローブとの間に発生する摩擦が極めて小さい手段を用いると、高精度の測定を行うことができ、好ましい。 In the shape measuring sensor described in Patent Document 1, high-precision measurement can be performed by using a linear guide, an air slider, or the like that generates very little friction between the probe as the guide means for supporting the probe. This is preferable.

特許第３９２６７９３号公報Japanese Patent No. 3926793

しかしながら、特許文献１の形状測定センサでは、プローブを傾斜させると、プローブが移動可能範囲の限界まで前進し、移動可能範囲の中間位置でプローブを止めることはできない。このため、通常特許文献１の形状測定センサの使用時は、まずプローブを限界まで前進させてから、被検物を毎分数ミリメートル程度の超低速で移動させてプローブに接触させることにより、被検物の表面がプローブによって傷められることを防止している。その後、当該被検物の測定に必要なストローク量だけ被検物でプローブを押して超低速で後退させてから測定を開始するため、前準備を含めた総測定時間が長くなりがちであるという課題が残されている。 However, in the shape measuring sensor of Patent Document 1, when the probe is tilted, the probe moves forward to the limit of the movable range and cannot be stopped at an intermediate position of the movable range. For this reason, when using the shape measuring sensor of Patent Document 1, the probe is first advanced to the limit, and then the test object is moved at a very low speed of about several millimeters per minute to contact the probe. The surface of the object is prevented from being damaged by the probe. After that, since the measurement is started after the probe is pushed by the test object by the stroke amount necessary for the measurement of the test object and retracted at an extremely low speed, the total measurement time including the preparation tends to be long. Is left.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被検物を傷めることなくより短時間で表面形状測定を行うことができる形状測定センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a shape measuring sensor capable of measuring a surface shape in a shorter time without damaging a test object.

本発明は、被検物の表面形状を測定するための形状測定センサであって、自身の軸方向に摺動可能に支持され、前記軸方向に自重により摺動することにより前記被検物の表面形状に追従するプローブと、前記プローブを前記軸方向に摺動可能に支持する軸受部と、前記プローブを、その摺動範囲内における中間部の所望の位置に位置決めして保持する第一の状態と、前記プローブの自重による摺動に干渉しない第二の状態とに切り替え可能なプローブ保持機構とを備えることを特徴とする。 The present invention relates to a form measuring sensor for measuring the surface shape of the test object, it is slidably supported in the axial direction of its own, the test object by sliding by gravity on the axis Direction A probe that follows the surface shape of the probe, a bearing that supports the probe so as to be slidable in the axial direction, and a first probe that positions and holds the probe at a desired position in an intermediate portion within the sliding range. And a probe holding mechanism that can be switched between the second state that does not interfere with the sliding of the probe due to its own weight .

前記プローブ保持機構は、前記プローブに設けられた係止部が係止される被係止部を有し、前記軸方向と平行に移動することにより前記第一の状態と前記第二の状態とを切り替えてもよい。
また、前記軸受部と前記プローブとの間に流体が供給され、前記プローブ保持機構は前記流体の供給を制御することにより前記第一の状態と前記第二の状態とを切り替えてもよい。 The probe holding mechanism has a locked portion to which a locking portion provided on the probe is locked, and moves in parallel with the axial direction to move the first state and the second state. May be switched.
Further, a fluid may be supplied between the bearing portion and the probe, and the probe holding mechanism may switch between the first state and the second state by controlling the supply of the fluid.

本発明の形状測定センサによれば、被検物を傷めることなくより短時間で表面形状測定を行うことができる。 According to the shape measurement sensor of the present invention, the surface shape measurement can be performed in a shorter time without damaging the test object.

本発明の一実施形態の形状測定センサの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the shape measurement sensor of one Embodiment of this invention. 同形状測定センサの触針子部およびストッパ部を一部断面で示す図である。It is a figure which shows the stylus part and stopper part of the same shape measurement sensor in a partial cross section. 同形状測定センサの使用時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of use of the same shape measurement sensor. 同形状測定センサの使用時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of use of the same shape measurement sensor. 同形状測定センサの使用時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of use of the same shape measurement sensor. 同形状測定センサの使用時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of use of the same shape measurement sensor. 同形状測定センサの使用時の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of use of the same shape measurement sensor.

本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。なお、特に説明のない限り、「前方」および「後方」とは、それぞれ図１に示すｚ軸の負方向及び正方向を指すものとする。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Unless otherwise specified, “front” and “rear” refer to the negative and positive directions of the z-axis shown in FIG. 1, respectively.

図１は、本実施形態の形状測定センサ１を示す図である。形状測定センサ１は、被検物の表面形状を測定するものであり、プローブ１１が取り付けられた触針子部１０と、被検物１００が支持される被検物保持部２０と、触針子部１０を移動させるためのｙ軸駆動機構３０と、被検物保持部２０を移動させるためのｘ軸ｚ軸駆動機構４０と、形状測定センサ１全体の動作制御及び取得された表面形状データの処理を行うパソコン５０と、プローブ１１を位置決めするストッパ部（プローブ保持機構）６０とを備えている。 FIG. 1 is a diagram showing a shape measurement sensor 1 of the present embodiment. The shape measuring sensor 1 measures the surface shape of a test object, and includes a stylus part 10 to which a probe 11 is attached, a test object holding part 20 on which the test object 100 is supported, and a stylus. The y-axis drive mechanism 30 for moving the child part 10, the x-axis z-axis drive mechanism 40 for moving the object holding part 20, and the operation control of the entire shape measurement sensor 1 and the acquired surface shape data A personal computer 50 that performs the above-described processing, and a stopper portion (probe holding mechanism) 60 that positions the probe 11.

触針子部１０は、自身の軸方法に摺動することにより被検物１００の表面形状に追従するプローブ１１と、プローブ１１が自身の軸方向に摺動可能に挿通された静圧軸受（軸受部）１２と、プローブ１１の水平方向に対する傾斜角を調整する傾斜角調整部１３とを備えている。
プローブ１１は、被検物１００に接触追従する先端部１１Ａと、先端側に先端部１１Ａが取り付けられた略円柱状の軸部１１Ｂとを有する公知の構成のものを適宜選択して採用可能である。図１では、プローブの一例として、先端部１１Ａが尖ったダイヤモンドスタイラスが示されている。プローブ１１は、静圧軸受１２内を滑らかに摺動可能となるように静圧軸受１２に挿通されている。静圧軸受１２は、挿通されたプローブ１１の先端部１１Ａが被検物１００の配置された前方に向くようにベース平板１４上に固定される。軸部１１Ｂの後方側には、プローブ１１の変位量を検出するための変位計１５が取り付けられている。 The stylus portion 10 includes a probe 11 that follows the surface shape of the test object 100 by sliding in its own axial method, and a hydrostatic bearing (the probe 11 is slidably inserted in its own axial direction). (Bearing portion) 12 and an inclination angle adjusting portion 13 for adjusting the inclination angle of the probe 11 with respect to the horizontal direction.
As the probe 11, a known configuration having a tip portion 11A that contacts and follows the test object 100 and a substantially cylindrical shaft portion 11B having the tip portion 11A attached to the tip side can be appropriately selected and employed. is there. In FIG. 1, a diamond stylus with a sharp tip 11A is shown as an example of the probe. The probe 11 is inserted into the hydrostatic bearing 12 so as to be able to slide smoothly in the hydrostatic bearing 12. The hydrostatic bearing 12 is fixed on the base flat plate 14 so that the distal end portion 11A of the inserted probe 11 faces the front where the test object 100 is disposed. A displacement meter 15 for detecting the amount of displacement of the probe 11 is attached to the rear side of the shaft portion 11B.

図２は、触針子部１０およびストッパ部６０の構造を示す図であり、プローブ１１を形状測定センサ１の上方（図１に示すｙ軸正側）から見た状態かつ一部断面で示している。静圧軸受１２は、外形が略直方体状であり、径方向の断面が円形の貫通孔１２Ａを有する。プローブ１１の軸部１１Ｂは、貫通孔１２Ａに挿通されている。貫通孔１２Ａの内面と、軸部１１Ｂの外周面との間には、貫通孔１２Ａの径方向両側において、数マイクロメートル（μｍ）程度のクリアランスが確保されている。 FIG. 2 is a diagram showing the structure of the stylus part 10 and the stopper part 60, and shows the probe 11 as viewed from above the shape measuring sensor 1 (y axis positive side shown in FIG. 1) and partially in cross section. ing. The hydrostatic bearing 12 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and has a through hole 12A having a circular cross section in the radial direction. The shaft portion 11B of the probe 11 is inserted through the through hole 12A. A clearance of about several micrometers (μm) is secured between the inner surface of the through hole 12A and the outer peripheral surface of the shaft portion 11B on both sides in the radial direction of the through hole 12A.

また、静圧軸受１２には、エア供給ライン１２Ｂが接続されており、図示しない供給源から空気等の気体（流体）が供給される。供給された気体は、静圧軸受１２内に形成された図示しない管路を通って貫通孔１２Ａの内面に形成された図示しない多数の送気穴から貫通孔１２Ａと軸部１１Ｂとの間の空間に気流として供給される。この気流により、プローブ１１と静圧軸受１２との間に生じる摩擦力が低減され、プローブ１１が静圧軸受１２の貫通孔１２Ａ内を滑らかに摺動可能に支持される。 Further, an air supply line 12B is connected to the hydrostatic bearing 12, and a gas (fluid) such as air is supplied from a supply source (not shown). The supplied gas passes through a pipe line (not shown) formed in the hydrostatic bearing 12 and from a large number of air supply holes (not shown) formed on the inner surface of the through hole 12A, between the through hole 12A and the shaft portion 11B. Supplied as airflow to the space. By this air flow, the frictional force generated between the probe 11 and the hydrostatic bearing 12 is reduced, and the probe 11 is supported so as to be able to slide smoothly in the through hole 12A of the hydrostatic bearing 12.

傾斜角調整部１３は、図１に示すように、前方の支点１３Ａと、ｙ軸方向に伸縮可能な伸縮部１３Ｂとを備えており、プローブ１１の傾斜角を変化させてプローブ１１を前方に摺動させる。伸縮部１３Ｂとしては、例えば圧電アクチュエータや、ねじと角度調整部材とからなる機構等を採用することができる。 As shown in FIG. 1, the tilt angle adjustment unit 13 includes a front fulcrum 13A and a telescopic unit 13B that can expand and contract in the y-axis direction, and changes the tilt angle of the probe 11 to move the probe 11 forward. Slide. As the expansion / contraction part 13B, for example, a piezoelectric actuator, a mechanism including a screw and an angle adjustment member, or the like can be employed.

被検物保持部２０は、基台２上に取り付けられたベース２１と、ベース２１に取り付けられた揺動部２２とを備えている。被検物１００は、揺動部２２に固定されてプローブ１１に対向配置される。揺動部２２は、ベース２１に対して揺動可能であり、揺動部２２とベース２１との位置関係を変化させることによって、揺動部２２に取り付けられた被検物１００とプローブ１１とがなす角度を変化させることができる。
なお、本実施形態では、測定される表面が球面状の被検物を示しているが、測定される表面の形状には特に制限はない。 The specimen holding unit 20 includes a base 21 attached on the base 2 and a swinging part 22 attached to the base 21. The test object 100 is fixed to the swinging portion 22 and is disposed to face the probe 11. The oscillating portion 22 can oscillate with respect to the base 21, and the test object 100 and the probe 11 attached to the oscillating portion 22 are changed by changing the positional relationship between the oscillating portion 22 and the base 21. The angle formed by can be changed.
In the present embodiment, the surface to be measured is a spherical object, but the shape of the surface to be measured is not particularly limited.

ｙ軸駆動機構３０は、触針子部１０と基台２との間に設けられており、ｙ軸方向に移動することによって、傾斜角調整部１３が設定したプローブ１１の傾斜角を保持したまま、触針子部１０およびストッパ部６０を上下に移動させることができる。ｙ軸駆動機構３０の後方には、ｙ軸駆動機構の移動量を検出するための変位計３１が設けられている。 The y-axis drive mechanism 30 is provided between the stylus part 10 and the base 2, and holds the tilt angle of the probe 11 set by the tilt angle adjusting part 13 by moving in the y-axis direction. The stylus part 10 and the stopper part 60 can be moved up and down as they are. A displacement meter 31 for detecting the movement amount of the y-axis drive mechanism is provided behind the y-axis drive mechanism 30.

ｘ軸ｚ軸駆動機構４０は、被検物保持部２０のベース２１と基台２との間に設けられており、ｘ軸方向およびｚ軸方向に移動することによって、被検物保持部２０全体をｘ軸方向およびｚ軸方向に移動させることができる。ｘ軸ｚ軸駆動機構４０の前方には、被検物保持部２０のｘ軸方向の変位を検出する変位計４１が設けられる。
ｙ軸駆動機構３０およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０により、プローブ１１と被検物保持部２０に保持された被検物１００とは、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に相対移動することができる。 The x-axis z-axis drive mechanism 40 is provided between the base 21 of the test object holding unit 20 and the base 2, and moves in the x-axis direction and the z-axis direction, thereby moving the test object holding unit 20. The whole can be moved in the x-axis direction and the z-axis direction. In front of the x-axis z-axis drive mechanism 40, a displacement meter 41 for detecting the displacement of the specimen holding unit 20 in the x-axis direction is provided.
By the y-axis drive mechanism 30 and the x-axis z-axis drive mechanism 40, the probe 11 and the test object 100 held by the test object holding part 20 are relatively moved in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. can do.

パソコン５０は、使用者の入力や指示等を受け付ける入力部５１と、各種情報を表示する表示部５２とを備えている。パソコン５０は、傾斜角調整部１３、揺動部２２、ｙ軸駆動機構３０、ｘ軸ｚ軸駆動機構４０、およびストッパ部６０に接続されており、これらの各機構の動作を制御可能である。また、パソコン５０は、各変位計１５、３１、および４１とも接続されており、これらの検出値を受信して被検物１００の複数の部分表面形状データに再構成するとともに、各部分表面形状データをつなぎ合わせて被検物１００全体の表面形状データを取得する処理を行う。
さらに、図示を省略するが、パソコン５０はエア供給ライン１２Ｂとも接続されており、静圧軸受１２への気体供給はパソコン５０によって制御される。 The personal computer 50 includes an input unit 51 that receives user inputs and instructions, and a display unit 52 that displays various types of information. The personal computer 50 is connected to the tilt angle adjustment unit 13, the swing unit 22, the y-axis drive mechanism 30, the x-axis z-axis drive mechanism 40, and the stopper unit 60, and can control the operations of these mechanisms. . Further, the personal computer 50 is also connected to each of the displacement meters 15, 31, and 41, receives these detection values, reconstructs them into a plurality of partial surface shape data of the test object 100, and each partial surface shape. A process of connecting the data and obtaining the surface shape data of the entire test object 100 is performed.
Further, although not shown, the personal computer 50 is also connected to the air supply line 12 </ b> B, and the gas supply to the static pressure bearing 12 is controlled by the personal computer 50.

ストッパ部６０は、図１および図２に示すように、ベース平板１４上に設けられており、プローブ１１が係止される被係止部６１と、被係止部６１をプローブ１１の軸方向と平行に移動させるためのレール６２とを有する。
被係止部６１は、ベース平板１４上に突出しており、図示しないモータ等の移動機構によりレール６２上を移動し、所望の位置に停止させることができる。レール６２は、ベース平板１４上において静圧軸受１２の長手方向（貫通孔１２Ａの軸線方向）と平行に延びており、静圧軸受１２に挿通されたプローブ１１の軸方向と略平行である。被係止部６１は、静圧軸受１２の後端よりも後方にあるときは、プローブ１１の軸部１１Ｂに取り付けられた係止部１６が係止されることにより、プローブ１１を、摺動範囲において前端と後端を除く中間部の所望の位置に位置決めすることができる（第一の状態）。一方、被係止部６１が静圧軸受１２の後端よりも前方にあるときは、被係止部６１と係止部１６とが干渉せず、被係止部６１はプローブ１１の摺動に干渉しない（第二の状態）。 As shown in FIGS. 1 and 2, the stopper portion 60 is provided on the base flat plate 14, and a locked portion 61 to which the probe 11 is locked and the locked portion 61 in the axial direction of the probe 11. And a rail 62 for parallel movement.
The locked portion 61 protrudes on the base flat plate 14, and can be moved on the rail 62 by a moving mechanism such as a motor (not shown) and stopped at a desired position. The rail 62 extends parallel to the longitudinal direction of the hydrostatic bearing 12 (the axial direction of the through hole 12A) on the base flat plate 14 and is substantially parallel to the axial direction of the probe 11 inserted through the hydrostatic bearing 12. When the locked portion 61 is behind the rear end of the hydrostatic bearing 12, the locking portion 16 attached to the shaft portion 11 </ b> B of the probe 11 is locked to slide the probe 11. In the range, it can be positioned at a desired position in the intermediate portion excluding the front end and the rear end (first state). On the other hand, when the locked portion 61 is ahead of the rear end of the hydrostatic bearing 12, the locked portion 61 and the locking portion 16 do not interfere with each other, and the locked portion 61 slides on the probe 11. (2nd state).

上記の構成を備えた形状測定センサ１の使用時の動作について、以下に説明する。
まず使用者は、被検物１００を、形状測定を行う面が触針子部１０に対向するように、被検物保持部２０の揺動部２２に支持固定する。 The operation at the time of use of the shape measuring sensor 1 having the above configuration will be described below.
First, the user supports and fixes the test object 100 on the swinging part 22 of the test object holding part 20 so that the surface on which the shape measurement is performed faces the stylus part 10.

次に、使用者は、被検物１００の厚み等の各部寸法や、形状測定を行う面の大まかな形状等に基づき、被検物１００の形状測定に必要なプローブ１１のストロークを決定し、入力部５１を介してパソコン５０に入力する。 Next, the user determines the stroke of the probe 11 necessary for measuring the shape of the test object 100 based on the dimensions of each part such as the thickness of the test object 100, the rough shape of the surface on which the shape measurement is performed, and the like. Input to the personal computer 50 through the input unit 51.

パソコン５０は、入力されたストロークの量が確保されるようにストッパ部６０の被係止部６１を停止させる所定位置を決定し、移動機構を駆動して被係止部６１をレール６２に沿って移動させる。被係止部６１は、図３に示すように、プローブ１１の軸方向と略平行に移動して所定位置に停止する。図３における破線Ｌ１は、当該ストローク量を確保するためにプローブ１１の先端を移動させる位置を示している。 The personal computer 50 determines a predetermined position for stopping the locked portion 61 of the stopper portion 60 so as to secure the input stroke amount, and drives the moving mechanism to move the locked portion 61 along the rail 62. To move. As shown in FIG. 3, the locked portion 61 moves substantially parallel to the axial direction of the probe 11 and stops at a predetermined position. A broken line L1 in FIG. 3 indicates a position where the tip of the probe 11 is moved to ensure the stroke amount.

次に、使用者は静圧軸受１２へ気体を供給しつつ、入力部５１を介して傾斜角調整部１３を操作して、ベース平板１４の後部を上方に移動させる。すると、ベース平板１４は支点１３Ａを支点として傾斜し、静圧軸受１２で保持されたプローブ１１は、自身の重力によって、静圧軸受１２内を滑らかに摺動する。摺動によってプローブ１１は被検物１００に向かって前進し、図４に示すように、係止部１６が被係止部６１に係止されることで、プローブ１１の先端が破線Ｌ１の位置に移動した状態で位置決めされて停止する。
入力されたストロークの量を確保するためには、例えば、予めプローブ１１を摺動可能範囲の後端に位置させる、すなわち限界まで後退させてから、当該ストローク量だけ前進させればよく、安全を見込んで当該ストローク量に所定量を加算した長さだけ前進させるとより好ましい。 Next, the user operates the inclination angle adjusting unit 13 via the input unit 51 and moves the rear part of the base flat plate 14 upward while supplying gas to the hydrostatic bearing 12. Then, the base flat plate 14 is inclined with the fulcrum 13A as a fulcrum, and the probe 11 held by the hydrostatic bearing 12 slides smoothly in the hydrostatic bearing 12 by its own gravity. By sliding, the probe 11 advances toward the test object 100, and as shown in FIG. 4, the locking portion 16 is locked to the locking portion 61, whereby the tip of the probe 11 is positioned at the broken line L1. Positioned and stopped in the state moved to.
In order to secure the input stroke amount, for example, the probe 11 may be positioned in advance at the rear end of the slidable range, that is, the probe 11 may be retracted to the limit and then advanced by the stroke amount. It is more preferable to advance by a length obtained by adding a predetermined amount to the stroke amount.

プローブ１１が位置決めされて停止された後、使用者はパソコン５０を介してｘ軸ｚ軸駆動機構４０を動作させ、図５に示すように、被検物保持部２０に保持された被検物１００をプローブ１１に向かって接近するように移動させる。このとき、プローブ１１は停止しており、前進する恐れもないため、被検物１００を上述の超低速で移動させる必要はない。使用者は、被検物１００を、プローブ１１の先端部１１Ａのごく近くであって、先端部１１Ａに接触しない位置までより高速（例えば、毎秒数ｍｍ程度）で移動させる。 After the probe 11 is positioned and stopped, the user operates the x-axis z-axis drive mechanism 40 via the personal computer 50, and the test object held by the test object holding unit 20 as shown in FIG. 100 is moved toward the probe 11. At this time, since the probe 11 is stopped and there is no fear of moving forward, it is not necessary to move the test object 100 at the above-described ultra-low speed. The user moves the test object 100 at a higher speed (for example, about several mm per second) to a position that is very close to the tip portion 11A of the probe 11 and does not contact the tip portion 11A.

被検物１００が先端部１１Ａのごく近くまで移動したところで、使用者は被検物１００の移動速度を落とし、図６に示すように、プローブ１１の先端と接触しても被検物１００の表面を傷めない程度の超低速でプローブ１１に接近させ、先端部１１Ａと被検物１００の表面とを接触させる。 When the test object 100 moves to a position very close to the distal end portion 11A, the user reduces the moving speed of the test object 100, and even if the test object 100 contacts the front end of the probe 11, as shown in FIG. The probe 11 is brought close to the probe 11 at an extremely low speed that does not damage the surface, and the tip 11A and the surface of the test object 100 are brought into contact with each other.

プローブ１１と被検物１００の表面とが接触したら、使用者は、図７に示すように、被係止部６１を静圧軸受１２の後端よりも前方に移動させ、プローブ１１の摺動に干渉しない位置に退避させてストッパ部６０を第二の状態に切り替える。
被係止部６１の退避後、使用者は、パソコン５０によってｘ軸ｚ軸駆動機構４０とｙ軸駆動機構３０とを駆動し、被検物１００とプローブ１１とを相対移動させることにより、被検物１００の表面をプローブ１１によって走査させる。プローブ１１の走査方向はｘ軸に平行な方向であり、ｙ軸駆動機構３０により先端部１１Ａの高さを変化させながら被検物１００の表面全体が走査される。各変位計１５、３１及び４１の検出値はパソコン５０に入力され、被検物１００の表面形状が順次測定、記録される。 When the probe 11 and the surface of the test object 100 come into contact with each other, the user moves the locked portion 61 forward from the rear end of the hydrostatic bearing 12 as shown in FIG. The stopper 60 is switched to the second state by retracting to a position where it does not interfere with.
After the locked portion 61 is retracted, the user drives the x-axis z-axis drive mechanism 40 and the y-axis drive mechanism 30 by the personal computer 50 to move the test object 100 and the probe 11 relative to each other. The surface of the specimen 100 is scanned with the probe 11. The scanning direction of the probe 11 is parallel to the x-axis, and the entire surface of the test object 100 is scanned while changing the height of the distal end portion 11A by the y-axis drive mechanism 30. Detection values of the displacement gauges 15, 31, and 41 are input to the personal computer 50, and the surface shape of the test object 100 is sequentially measured and recorded.

本実施形態の形状測定センサ１によれば、ストッパ部６０を備えているため、プローブ１１を傾斜させた状態で、摺動範囲の中間部における所望の位置で位置決めして保持することができる。
従来の自重傾斜式形状測定センサでは、摺動するプローブには自重により発生する重力以外にほとんど外力が作用しないため、摺動範囲の中間において停止させることはできなかった。このため、被検物を接近させた状態でプローブを傾斜させると、摺動したプローブの先端により被検物の表面が傷められる恐れがあり、これを確実に防ぐには、上述のようにプローブを摺動範囲の前端まで前進させ、それ以上前進しない状態にしてから被検物を接近させる必要があった。
これに対し、形状測定センサ１では、ストローク量を確保できる最低限の量だけプローブ１１を前進させた状態でストッパ部６０によりプローブ１１を位置決めすれば、それ以上プローブ１１は前進しない。したがって、被検物保持部２０に保持された被検物１００をより高速でプローブ１１の近傍まで移動させても、被検物１００の表面を傷める恐れがなく、被検物１００を超低速で移動させる距離は、プローブ１１の近傍からプローブ１１と接触するまでのごく短距離とすることができる。その結果、測定の前準備を含めた被検物１００の形状測定に要する総時間を著しく短縮させて効率よく測定を行うことができる。 According to the shape measurement sensor 1 of this embodiment, since the stopper portion 60 is provided, the probe 11 can be positioned and held at a desired position in the middle portion of the sliding range with the probe 11 tilted.
In the conventional weight-inclined shape measuring sensor, since the external force hardly acts on the sliding probe other than the gravity generated by its own weight, it cannot be stopped in the middle of the sliding range. Therefore, if the probe is tilted with the test object approached, the surface of the test object may be damaged by the tip of the probe that has slid. It was necessary to move the test object closer to the front end of the sliding range, and to move the test object closer to a state where it did not move any further.
On the other hand, in the shape measurement sensor 1, if the probe 11 is positioned by the stopper portion 60 in a state where the probe 11 is advanced by a minimum amount that can ensure the stroke amount, the probe 11 does not advance further. Therefore, even if the test object 100 held by the test object holding unit 20 is moved to the vicinity of the probe 11 at a higher speed, there is no risk of damaging the surface of the test object 100, and the test object 100 is moved at an extremely low speed. The distance to be moved can be a very short distance from the vicinity of the probe 11 to contact with the probe 11. As a result, the total time required for the shape measurement of the test object 100 including the preparation for measurement can be significantly reduced and the measurement can be performed efficiently.

また、従来の自重傾斜式形状測定センサでは、確保しようとするストローク量が多くなるほど被検物を超低速で移動させる距離が長くなり、測定の前準備に要する時間が長くなるが、形状測定センサ１では、高速でプローブ先端の近傍まで被検物を移動させることができるため、確保しようとするストローク量が変化しても、被検物を超低速で移動させる距離は基本的に変化しない。したがって、確保しようとするストローク量に関係なく、常に効率よく測定を行うことができる。また、形状測定センサ１が発揮する測定時間短縮効果は、確保しようとするストローク量が大きくなるほど顕著になる。 In addition, in the conventional weight-inclined shape measurement sensor, as the stroke amount to be secured increases, the distance to move the test object at an ultra-low speed increases, and the time required for measurement preparation increases. In 1, the specimen can be moved to the vicinity of the probe tip at high speed, so even if the stroke amount to be secured changes, the distance to move the specimen at an extremely low speed does not basically change. Therefore, the measurement can always be performed efficiently regardless of the stroke amount to be secured. Moreover, the measurement time shortening effect exhibited by the shape measuring sensor 1 becomes more prominent as the stroke amount to be secured increases.

また、ストッパ部６０の被係止部６１は、プローブ１１の摺動方向前方においてプローブ１１に取り付けられた係止部１６と当接することによりプローブ１１を位置決めするため、位置決め時にプローブ１１に対してその摺動方向と交差する方向に力を加えない。したがって、プローブ１１の摺動に与える影響はほとんどなく、高精度に形状測定を行うことができる。 In addition, the locked portion 61 of the stopper portion 60 positions the probe 11 by contacting the locking portion 16 attached to the probe 11 in front of the probe 11 in the sliding direction. No force is applied in the direction intersecting the sliding direction. Therefore, there is almost no influence on the sliding of the probe 11, and the shape can be measured with high accuracy.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の形状測定センサにおけるプローブ保持機構は、上記のストッパ部６０のような構成のものには限られない。一例として、静圧軸受１２へのエア供給経路に電磁弁を設け、エア供給を停止するあるいは摺動が停止する程度にエア供給量を減少させるよう制御することにより、プローブ１１が滑らかに摺動する第二の状態から、第一の状態に当該電磁弁を切り替えて、プローブ１１の位置決めを行ってもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the probe holding mechanism in the shape measurement sensor according to the present invention is not limited to the configuration like the stopper portion 60 described above. As an example, an electromagnetic valve is provided in the air supply path to the hydrostatic bearing 12, and the probe 11 is smoothly slid by controlling the air supply to be reduced to such an extent that the air supply is stopped or sliding is stopped. The probe 11 may be positioned by switching the electromagnetic valve from the second state to the first state.

また、被検物保持部に被検物を取り付けてからプローブと被検物とを接触させるまでの一連の動作を、予め作成したプログラムをパソコンに実行させる等により、形状測定センサに自動で行わせてもよい。 In addition, a series of operations from attaching the test object to the test object holding part to bringing the probe into contact with the test object is automatically performed on the shape measurement sensor by, for example, executing a previously created program on a personal computer. You may let them.

さらに、本発明の形状測定センサの構成は、実施形態のような自重傾斜式以外の形状測定センサにも適用可能である。したがって、例えばプローブを垂直方向に進退させるような形状測定センサであっても、ストッパ部を設けることにより、同様に測定に要する総時間を短縮することができる。 Furthermore, the configuration of the shape measurement sensor of the present invention is applicable to shape measurement sensors other than the self-weight tilt type as in the embodiment. Therefore, for example, even in a shape measurement sensor that moves the probe back and forth in the vertical direction, the total time required for measurement can be shortened by providing the stopper portion.

１形状測定センサ
１１プローブ
１２静圧軸受（軸受部）
１６係止部
６０ストッパ部（プローブ保持機構）
６１被係止部
１００被検物 1 Shape Measurement Sensor 11 Probe 12 Hydrostatic Bearing (Bearing)
16 Locking part 60 Stopper part (probe holding mechanism)
61 Locked part 100 Test object

Claims

A shape measurement sensor for measuring the surface shape of a test object,
Is slidably supported in its axial direction, a probe to follow the surface shape of the test object by sliding by gravity on the axis Direction,
A bearing portion that supports the probe so as to be slidable in the axial direction;
A probe holding mechanism capable of switching between a first state in which the probe is positioned and held at a desired position in an intermediate portion within the sliding range and a second state in which the probe does not interfere with sliding due to its own weight. When,
A shape measuring sensor comprising:

The probe holding mechanism has a locked portion to which a locking portion provided on the probe is locked, and moves in parallel with the axial direction to move the first state and the second state. The shape measuring sensor according to claim 1, wherein the shape measuring sensor is switched.

Fluid is supplied between the bearing portion and the probe,
The shape measurement sensor according to claim 1, wherein the probe holding mechanism switches between the first state and the second state by controlling the supply of the fluid.