JP6395542B2

JP6395542B2 - 接触式プローブ及び形状測定装置

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Description

本発明は、被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置に用いられる接触式プローブ、及び接触式プローブを備えた形状測定装置に関する。

レンズやミラー等の光学素子、又は光学素子を作製する金型等の被測定物の表面の３次元形状を測定する形状測定装置として、プローブと呼ばれる棒状の触針を用いるものが知られている。この種の形状測定装置は、プローブを被測定物の表面に所定の接触力で押圧しながら被測定物の表面に倣って移動させ、定められた原点からのプローブの位置の変化を測定することで、その測定値に基づき被測定物の形状を測定する。

形状測定装置では、被測定物の表面が傾斜している場合、プローブは傾斜面に接触することになる。この場合、プローブの先端部に加わる被測定物からの接触反力はプローブのラジアル方向にも働くことになり、プローブが傾斜してプローブの先端部がラジアル方向に横ずれすることとなり、その横ずれ量は測定誤差となる。このプローブの先端部に発生するラジアル方向の横ずれ量を低減させるには、プローブのラジアル方向の懸架剛性を上げることが必要となり、そのことが技術課題となっていた。

従来、このような形状測定方法においては、特許文献１に開示されているようなプローブを用いることが知られている。特許文献１に記載のプローブは、ハウジングに配置された空気軸受けによってラジアル方向に支持され、スラスト方向は板バネにより懸架されている。板バネにより、プローブはスラスト方向に変位可能に支持され、その変位に比例した反力が発生する。また、プローブの被測定物に接触する先端部は先端球で構成され、先端球とはスラスト方向逆側の基端部の変位を測定するように、変位計がハウジングに配置してある。ハウジングは移動ステージに搭載されている。

被測定物の表面形状を測定する際には、変位計により測定したハウジングに対するプローブの変位をフィードバック制御により一定化することで、プローブの先端部による被測定物への押圧力を一定化させている。このとき、倣い走査させたときのプローブのスラスト方向の位置を測定することによって、被測定物の形状を測定するものである。

被測定物に一定の押圧力で接触しつつ走査されるプローブは、被測定物が傾斜面である場合に、ラジアル方向の反力を被測定物より受けることになり、プローブが傾斜し、プローブの先端部がラジアル方向に横ずれする。

このラジアル方向の横ずれ量は、受ける力が同じ場合、ラジアル方向の懸架剛性が高いほど小さい。したがって、特許文献１では、空気軸受けを用いることによって、ラジアル方向の懸架している。この空気軸受を用いる方法により、スラスト方向には殆ど影響を与えることなく、ラジアル方向に懸架剛性を持たせることができ、スラスト方向には板ばねの厚みを調整することで、スラスト方向の懸架剛性を自在に調整することができる。

特許第３０００８１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、プローブが振動するニューマチックハンマーを防ぎつつ、ラジアル方向に剛性を発揮させるために、非常に円筒度の高い空気軸受けとプローブを用いなければならなかった。また、空気軸受けとプローブとの間にゴミ等が入り込んだ場合、スラスト方向のプローブの運動に影響を与え、プローブが所望の押圧力で被測定物に接触しないことがあり、組み立て時はゴミ等が入らないように注意を必要としていた。以上の問題から、特許文献１に開示された方法によるプローブ構成は、非常にコストがかかっていた。

そこで、本発明は、コストアップを抑制しながらプローブ本体の先端部のラジアル方向の横ずれに起因した測定誤差を低減することを目的とする。

本発明は、ハウジングと、被測定物の表面に接触させる先端部を有するプローブ本体と、前記プローブ本体のスラスト方向を重力方向に向けた際に、少なくとも前記スラスト方向に前記プローブ本体を前記ハウジングに対して弾性支持する第１の弾性支持体と、前記スラスト方向を重力方向に向けた際に、前記スラスト方向への弾性変形量が前記第１の弾性支持体よりも小さく、少なくとも前記プローブ本体のラジアル方向に前記プローブ本体を前記ハウジングに対して弾性支持する第２の弾性支持体と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第２の弾性支持体によりプローブ本体のラジアル方向が高剛性に支持されるので、従来のように空気軸受けを用いる必要がなく、コストアップが抑制され、プローブ本体の先端部のラジアル方向への横ずれを低減することができる。これにより、精度よく被測定物の表面形状を測定することができる。

本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る形状測定装置の接触式プローブの弾性支持体を示す平面図である。本発明の実施形態に係る、図２のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿う接触式プローブの断面模式図である。本発明の実施形態に係る、図２のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿うプローブ本体の断面模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す説明図である。なお、形状測定装置１００による測定対象物である被測定物Ｗは、レンズやミラーなど光学素子、又は光学素子を製作するための型（金型）等である。

図１に示すように、形状測定装置１００は床Ｆに設置される。形状測定装置１００は、床Ｆ上に設けられた除振台２４と、除振台２４上に設けられた測定ベース２６とを備える。測定ベース２６は、箱状の構造物である。除振台２４により、床Ｆから測定ベース２６へ伝わる振動を減衰させることができ、測定誤差を低減させることにつながる。測定ベース２６には、被測定物Ｗが固定して配置される。

形状測定装置１００は、接触式プローブ（以下プローブという）１と、プローブ１を支持する支持体９と、支持体９を３軸方向に駆動する駆動部としてのスライド機構１０と、スライド機構１０の駆動を制御する制御部としての制御システム２０とを備えている。

まず、スライド機構１０の構成について説明する。床Ｆ上には架台２５が設けられ、架台２５上には走査軸ベース３０が設けられている。固定体となる走査軸ベース３０には、図１中のＸ軸方向（水平方向）に相対的に移動可能なＸ軸スライド３１と、Ｘ軸スライド３１をＸ軸方向に移動させる（駆動する）Ｘ軸モータ３２とが設けられている。更に、Ｘ軸スライド３１には、Ｘ軸方向に交差（直交）するＹ軸方向（水平方向）にＸ軸スライド３１に対して相対的に移動可能なＹ軸スライド３３と、Ｙ軸スライド３３をＹ軸方向に移動させる（駆動する）Ｙ軸モータ３４とが設けられている。更に、Ｙ軸スライド３３には、Ｘ，Ｙ軸方向に交差（直交）するＺ軸方向（鉛直方向，重力方向）にＹ軸スライド３３に対して相対的に移動可能なＺ軸スライド３５と、Ｚ軸スライド３５をＺ軸方向に移動させる（駆動する）Ｚ軸モータ３６とが設けられている。

スライド機構１０をこのような構成としたことで、Ｚ軸スライド３５は、ＸＹＺ軸の３軸方向に３次元的に移動可能となる。また、Ｚ軸スライド３５には支持体９が固定されており、支持体９も、スライド機構１０の駆動により、ＸＹＺ軸の３軸方向に３次元的に移動可能となる。

次に、プローブ１について説明する。プローブ１は、環状に形成されたハウジング８と、ハウジング８の内側に配置され、棒状（軸状）に形成されたプローブ本体２と、を有する。また、プローブ１は、プローブ本体２をハウジング８に対して弾性支持する第１の弾性支持体である板バネ５及び第２の弾性支持体である板バネ７を有する。

プローブ本体２のスラスト方向（図１ではＺ軸方向）の先端部は先端球６で構成されている。プローブ本体２のスラスト方向の基端部には、ターゲットミラー４が固定されている。プローブ本体２を支持したハウジング８は、プローブ本体２の先端球６が下方を向き（ターゲットミラー４が上方を向き）、プローブ本体２のスラスト方向が重力方向（Ｚ軸方向）を向くように、支持体９に不図示のねじ等で固定されている。

プローブ本体２の基体（センターシャフト）は、例えばアルミナのような高剛性の部材で形成されている。先端球６は、例えばルビー球からなり、基体に固定されてプローブ本体２の先端部を構成している。

各板バネ５，７は、１枚の金属製の板或いは複数枚の薄い金属製の板の積層板によって構成されている。これによりプローブ本体２は、ハウジング８、支持体９及びＺ軸スライド３５に対しＺ軸方向に移動可能に支持（懸架）される。

また、形状測定装置１００は、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の位置基準であるＸ基準ミラー２７と、図示しないＹ基準ミラーとを備えている。また、形状測定装置１００は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の位置基準であるＺ基準ミラー２９を備えている。これらの基準ミラーは後述する干渉計でプローブ位置を測定するときの位置基準となるものである。測定ベース２６には、位置の基準となるこれら３つの基準ミラー（Ｘ基準ミラー２７、不図示のＹ基準ミラー、及びＺ基準ミラー２９）が固定されている。本実施形態では、これらの３つの基準ミラーに対する被測定物Ｗの表面上の点の位置を測定するものである。

これら測定ベース２６、ターゲットミラー４、Ｘ，Ｚ基準ミラー２７，２９、及び不図示のＹ基準ミラーは、測定の基準となるものである。したがって、これらは、線膨張係数の小さな材料、例えば低熱膨張セラミック、或いは低熱膨張鋳鉄や低熱膨張ガラスなどの材料を用いて製作する。

本実施形態では、ハウジング８が支持体９に固定されて支持されており、プローブ本体２のスラスト方向が重力方向を向いている状態である。これにより、プローブ本体２の基端部に固定されたターゲットミラー４の上方には、Ｚ距離測定用小型ミラー（以下、測定用ミラーという）３７がスラスト方向（Ｚ軸方向）で対向するように配置されている。この測定用ミラー３７は、支持体９に固定されており、Ｚ軸方向でＺ基準ミラー２９にも対向している。つまり、測定用ミラー３７は、両面ミラーであり、Ｚ軸方向でＺ基準ミラー２９とターゲットミラー４との間に配置されている。

形状測定装置１００は、測定用ミラー３７と基準ミラー２９とのＺ軸方向の距離Ｚ１を測定する干渉計４３と、測定用ミラー３７とターゲットミラー４とのＺ軸方向の距離Ｚｐを測定する干渉計４４とを有する。これら２つの干渉計４３，４４により、プローブ本体２の基端部と測定ベース２６との間のＺ軸方向の距離Ｚ（＝Ｚ１＋Ｚｐ）を測定する測定部４２が構成されている。

また、支持体９には、Ｘ軸方向でＸ基準ミラー２７に対向して配置されたＸ距離測定用小型ミラー（以下、測定用ミラーという）４１Ａが固定されている。また、支持体９には、Ｘ軸方向でＸ基準ミラー２７に対向し、測定用ミラー４１Ａに対してＺ軸方向にずらして配置されたＸ距離測定用小型ミラー（以下、測定用ミラーという）４１Ｂが固定されている。測定用ミラー３７，４１Ａ，４１Ｂも、基準ミラーと同様、線膨張係数の小さな材料、例えば低熱膨張ガラスなどの材料を用いて製作する。

また、形状測定装置１００は、Ｘ基準ミラー２７と測定用ミラー４１ＡとのＸ軸方向の距離を測定する干渉計４５Ａ、及びＸ基準ミラー２７と測定用ミラー４１ＢとのＸ軸方向の距離を測定する干渉計４５Ｂを備えている。なお、形状測定装置１００は、Ｙ軸方向についても同様に、不図示のＹ基準ミラーに対向する２つの測定用ミラーと、不図示の２つの干渉計と、を備えている。

制御部としての制御システム２０は、位置制御器３８と、接触力制御器３９と、上位コントローラ４０とで構成されている。

上位コントローラ４０は、形状測定装置全体を統括的に制御するものである。上位コントローラ４０は、位置制御器３８及び接触力制御器３９に指令を送り、スライド機構１０の各モータ３２，３４，３６の駆動を制御する。

具体的には、上位コントローラ４０は、プローブ本体２をＸＹ平面上で走査させる場合、例えばラスター軌道のような走査軌道となるよう位置制御器３８に指令を送る。

位置制御器３８は、プローブ本体２を被測定物Ｗの表面を走査させるようスライド機構１０の各モータ３２，３４の駆動を制御する。このように、位置制御器３８は、Ｘ軸スライド３１及びＹ軸スライド３３を移動させて、プローブ本体２を、ＸＹ軸方向の所望の位置へ動かす位置制御を行う。

また、上位コントローラ４０は、各干渉計から距離Ｚ１，Ｚｐ，Ｘ１，Ｘ２，…のデータを取得する。上位コントローラ４０は、距離Ｚｐから、被測定物Ｗの表面に接触する先端球６のＺ軸方向の接触力Ｆｚを求める。上位コントローラ４０は、接触力Ｆｚが一定となる（距離Ｚｐが一定となる）よう接触力制御器３９に指令を送る。

接触力制御器３９は、位置制御器３８が位置制御を行っているときに、距離Ｚｐが一定となるように、即ち接触力Ｆｚが一定となるように、スライド機構１０のモータ３６の駆動を制御する。このように、接触力制御器３９は、接触力Ｆｚを一定に制御する接触力制御を行う。

以上、上位コントローラ４０は、Ｚ軸方向について、被測定物Ｗに対するプローブ本体２の接触力制御を行いながら、ＸＹ軸方向の位置制御によってプローブ本体２を移動させることによって、プローブ本体２が被測定物Ｗ上を倣う走査を行う。この状態で、上位コントローラ４０は、各干渉計によって得られたＸＹＺ軸の位置基準に対するプローブ本体２の位置の変位Ｘ、Ｙ、Ｚを記録することで被測定物Ｗの３次元形状を測定する。

形状測定について具体的に説明すると、上位コントローラ４０は、距離Ｚｐと距離Ｚ１とを取得し、Ｚ＝Ｚｐ＋Ｚ１を演算することで、測定ベース２６に対するプローブ本体２のＺ軸方向の距離（位置）Ｚを求める。

また、２つの測定用ミラー４１Ａ，４１Ｂ間のＺ軸方向の距離をＬ１、下の測定用ミラー４１Ｂと先端球６とのＺ軸方向の距離をＬ２とする。上位コントローラ４０は、Ｘ及びＹ軸方向については、これら距離Ｌ１，Ｌ２と、Ｘ基準ミラー２７と測定用ミラー４１Ａ，４１Ｂとの距離Ｘ１，Ｘ２とを用いて、Ｘ＝Ｘ１＋（Ｘ２−Ｘ１）×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１を演算する。Ｙ軸方向についても同様である。

以上、制御システム２０は、プローブ本体２の先端球６を被測定物Ｗの表面に接触させたときの接触力Ｆｚが一定値となるように、スライド機構１０のモータ３６の駆動を制御する。そして、制御システム２０は、プローブ本体２の先端球６を被測定物Ｗの表面に接触させつつ、プローブ本体２を被測定物Ｗの表面を走査させるようスライド機構１０のモータ３２，３４の駆動を制御する。そして、制御システム２０は、各干渉計４３，４４により測定された距離Ｚにより、被測定物Ｗの表面の形状を測定する。

ところで、プローブ１は、上述したように第１の弾性支持体である板バネ５と、第２の弾性支持体である板バネ７とを備えている。本実施形態では、板バネ５と板バネ７とは、同一の板バネ部材で製造されており、プローブ１に組み込む前は、同一の形状に形成されている。図２は、Ｚ軸方向から見た、プローブ１に組み込む前の無変形状態の板バネ７（５）の平面図である。無変形状態の板バネ５は、無変形状態の板バネ７と同一の構造である。

板バネ７は、図２に示すように、環状に形成された外輪部７１と、外輪部７１の半径方向内側に配置された環状の内輪部７２とを有している。また、板バネ７は、半径方向に放射状に延びて外輪部７１と内輪部７２とを繋いだ、３つ以上（本実施形態では３つ）の梁部７３を有している。梁部７３を３つ以上としたのは、プローブ本体２を安定して弾性支持するためである。

３つの梁部７３は、外輪部７１及び内輪部７２の中心軸Ｏを中心に３回対称（θ＝１２０度間隔）に等間隔で配置されている。外輪部７１には、ねじ等の固定具が貫通する複数の貫通孔７４が形成されている。また、内輪部７２は、環状に形成されているので、中央にプローブ本体２が貫通する１つの貫通孔７５が形成されている。

板バネ５も板バネ７と同様に、複数の貫通孔５４が形成された外輪部５１、１つの貫通孔５５が形成された内輪部５２、及び３つ以上の梁部５３を有して構成されている。

図３は、本発明の実施形態に係る、図２のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿う接触式プローブ１の断面模式図である。図４は、本発明の実施形態に係る、図２のＡ−Ｏ−Ａ’線に沿うプローブ本体２の断面模式図である。

板バネ５は、プローブ本体２のスラスト方向を重力方向（Ｚ軸方向）に向けた際に、少なくともＺ軸方向にプローブ本体２をハウジング８に対して弾性支持する。板バネ７は、プローブ本体２のスラスト方向を重力方向（Ｚ軸方向）に向けた際に、Ｚ軸方向への弾性変形量が板バネ５よりも小さく、少なくともプローブ本体２のラジアル方向（ＸＹ軸方向）にプローブ本体２をハウジング８に対して弾性支持する。つまり、板バネ５は、主にＺ軸方向にプローブ本体２をハウジング８に対して弾性支持し、板バネ７は、主にＸＹ軸方向にプローブ本体２をハウジング８に対して弾性支持する。

板バネ５は、本実施形態ではＸＹ軸方向にもプローブ本体２を弾性支持しているが、板バネ７よりも撓み量（弾性変形量）が大きく、板バネ７よりもラジアル方向（ＸＹ方向）の剛性が低い。よって、板バネ７によりＸＹ軸方向にプローブ本体２を弾性支持することで、ＸＹ軸方向の剛性を高めている。

このように、プローブ本体２は、スラスト方向（Ｚ軸方向）のみに可動となるように板バネ５，７に支持されている。プローブ本体２が被測定物Ｗの表面を走査するとき、板バネ７が、プローブ本体２をラジアル方向（ＸＹ軸方向）に高剛性で支持できるように、プローブ本体２は、板バネ５によってスラスト方向（Ｚ軸方向）に懸架されている。

本実施形態では、板バネ７が、スラスト方向（Ｚ軸方向）に互いに間隔をあけて複数配置されている。また、板バネ５が、スラスト方向（Ｚ軸方向）に互いに間隔をあけて複数配置されている。具体的に説明すると、板バネ７が２つ、板バネ５が２つ配置されている。

プローブ本体２は、雄ねじを有する基端軸部６１と、雄ねじを有する先端軸部６２と、基端軸部６１及び先端軸部６２の雄ねじが螺合する雌ねじが形成された円筒状のシャフト部６３と、を有する。

そして、一方の板バネ５の内輪部５２と一方の板バネ７の内輪部７２とが貫通孔５５，７５同士が揃うように重ね合わせられ、基端軸部６１の雄ねじが貫通孔５５，７５を貫通して、シャフト部６３の雌ねじに螺合してワッシャー６４を介して締結されている。これにより、板バネ５の内輪部５２と板バネ７の内輪部７２とが基端軸部６１とシャフト部６３とで挟まれてプローブ本体２に固定されている。

また、他方の板バネ５の内輪部５２と他方の板バネ７の内輪部７２とが貫通孔５５，７５同士が揃うように重ね合わせられ、先端軸部６２の雄ねじが貫通孔５５，７５を貫通して、シャフト部６３の雌ねじに螺合してワッシャー６５を介して締結されている。これにより、板バネ５の内輪部５２と板バネ７の内輪部７２とが先端軸部６２とシャフト部６３とで挟まれてプローブ本体２に固定されている。

板バネ５，７によるラジアル方向（ＸＹ軸方向）の剛性は、板バネ５，７が無変形状態で最大となり、板バネ５，７がスラスト方向（Ｚ軸方向）に変形するに連れて低下する。

よって板バネ５は、プローブ本体２のスラスト方向が重力方向（Ｚ軸方向）に向いた状態で、ミラー４を含むプローブ本体２の重量によって重力方向に撓んでプローブ本体２を主にスラスト方向に弾性支持するようハウジング８に固定されている。この状態で板バネ７は、板バネ５よりも弾性変形量が小さくなるように（より好ましくは無変形となるように）プローブ本体２を主にラジアル方向に弾性支持するようハウジング８に固定されている。

具体的には、板バネ５の内輪部５２と板バネ７の内輪部７２とが重ねられてプローブ本体２に固定されている。更に、板バネ５の外輪部５１と板バネ７の外輪部７１とがスペーサ１１でスラスト方向（Ｚ方向）に所定の間隔Ｄをあけてハウジング８に固定具１２で固定されている。スペーサ１１の間隔Ｄは、板バネ７がほとんど変形していない状態で板バネ５によりプローブ本体２を懸架するように設定される。

これにより、板バネ５は、主に梁部５３が弾性変形することで内輪部５２が外輪部５１よりもスラスト方向（即ち重力方向）の下方に位置するように撓んだ状態で、板バネ７は、ほとんど弾性変形していない状態で、プローブ本体２を支持する。

このとき、板バネ５がプローブ本体２を懸架する際に負担する荷重は、プローブ本体２が被測定物Ｗの形状を走査測定する時に板バネ７の負担するスラスト方向の荷重が０となるように決めることが好ましい。このため、板バネ５にかかる荷重が、プローブ本体２及びターゲットミラー４の荷重から被測定物Ｗへの押圧力を減じた値になるように、ハウジング８への板バネ５及び板バネ７の固定位置（スペーサ１１の間隔Ｄ）を予め計算して決めておけばよい。

一方で、板バネ５は、板バネ７と同じ場所で、重ねてプローブ本体２に連結されている。板バネ５と板バネ７とを同じ箇所で連結することで、板バネ５と板バネ７とをそれぞれ別の箇所で連結する場合よりも、板バネ５と板バネ７とのプローブ本体２への接続箇所を節約することができ、プローブ本体２をより簡素な構成とすることができる。

実際には、プローブ１が被測定物Ｗの形状を走査測定する時に板バネ７の負担するスラスト方向の荷重を０とするのは困難であり、ある程度の範囲内に収まるように板バネ５と板バネ７との固定位置を決めることが好ましい。また、荷重を測定するよりも、予め求めておいた板バネ５と板バネ７のバネ定数を用いて、撓み量（弾性変形量）を測定することで、板バネ７への荷重の指標としてもよい。例えば、板バネ７の撓み量が５００［μｍ］以下となるように、ハウジング８に対する板バネ５と板バネ７の固定位置を決めればよい。

プローブ本体２を、被測定物Ｗの表面に沿って走査するときには、ターゲットミラー４とハウジング８との距離Ｚｐと、板バネ５，７による合計のスラスト方向の剛性ｋｚとの積が、プローブ本体２の被測定物Ｗに対する押圧力Ｆｚとなる。この押圧力Ｆｚが一定となる、即ち距離Ｚｐが一定となるようにハウジング８をＺ軸方向に移動させるフィードバック制御を行っている。このことにより、プローブ本体２の変形を抑えて被測定物Ｗの形状を走査測定することができる。

以上、本実施形態によれば、プローブ本体２が板バネ５によってスラスト方向に懸架されることで、板バネ７のプローブ本体２の荷重に伴う弾性変形（撓み）が低減される。これにより、板バネ７の弾性変形に伴うプローブ本体２のラジアル方向の支持剛性の低下を防ぐことができ、被測定物Ｗの表面を走査するときのプローブ本体２の先端球６のラジアル方向の横ずれ量を低減することができる。従って、空気軸受けを用いる必要がないので、コストダウンを図ることができ、また、プローブ本体２のラジアル方向の横ずれに伴う被測定物Ｗの表面形状の測定誤差を低減させることができるので、被測定物Ｗの表面を高精度に測定することができる。

また、本実施形態によれば、プローブ本体２及びターゲットミラー４の荷重から押圧力分の荷重を減じた荷重を相殺するように、板バネ５によってスラスト方向にプローブ本体２を懸架することにより、板バネ７の変形が効果的に抑制される。これにより、板バネ７によるラジアル方向の支持剛性を最大に発揮できる状態を維持することが可能になり、プローブ本体２の横ずれ量を低減することが可能である。しかも、第１の弾性支持体についても板バネ５で実現可能であり、簡素な機構となるのでコストが低減する。また、板バネ５と板バネ７とは、同じ板バネ部材を用いて製造することができるので、更にコストを削減することができる。

また、板バネ７が、外輪部７１、内輪部７２及び３つ以上の梁部７３で形成されているので、ラジアル方向（ＸＹ軸方向）の剛性が均一となり、プローブ本体２を安定して支持することができる。板バネ５についても、プローブ本体２を安定して支持することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。

上記実施形態では、第１の弾性支持体が板バネ５である場合について説明したが、これに限定するものではなく、第１の弾性支持体がプローブ本体２をスラスト方向に懸架するコイルばねであってもよい。また、第１の弾性支持体としての板バネ５が複数ある場合について説明したが、１つであってもよい。

また、上記実施形態では、ハウジング８と支持体９とが別体に構成されていてねじ等の締結具で固定する場合について説明したが、ハウジング８と支持体９とが一体に成形されていてもよい。

１…プローブ（接触式プローブ）、２…プローブ本体、５…板バネ（第１の弾性支持体）、６…先端球（先端部）、７…板バネ（第２の弾性支持体）、８…ハウジング、９…支持体、１０…スライド機構（駆動部）、２０…制御システム（制御部）、２６…測定ベース、４２…測定部、１００…形状測定装置

Claims

ハウジングと、
被測定物の表面に接触させる先端部を有するプローブ本体と、
前記プローブ本体のスラスト方向を重力方向に向けた際に、少なくとも前記スラスト方向に前記プローブ本体を前記ハウジングに対して弾性支持する第１の弾性支持体と、
前記スラスト方向を重力方向に向けた際に、前記スラスト方向への弾性変形量が前記第１の弾性支持体よりも小さく、少なくとも前記プローブ本体のラジアル方向に前記プローブ本体を前記ハウジングに対して弾性支持する第２の弾性支持体と、を備えたことを特徴とする接触式プローブ。
前記スラスト方向を重力方向に向けた際の前記第２の弾性支持体の前記スラスト方向の弾性変形量が、５００［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１に記載の接触式プローブ。
前記第２の弾性支持体が、前記ハウジングに固定された外輪部と、前記外輪部の内側に配置され、前記プローブ本体に固定された内輪部と、前記外輪部と前記内輪部とを繋いだ３つ以上の梁部と、を有する板バネであることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触式プローブ。
前記第２の弾性支持体が、前記スラスト方向に間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする請求項３に記載の接触式プローブ。
前記第１の弾性支持体が、前記第２の弾性支持体と同じ構造の板バネであり、前記スラスト方向を重力方向に向けた際に、前記第１の弾性支持体の内輪部が前記第１の弾性支持体の外輪部よりも前記スラスト方向の下方に位置するように撓んだ状態で、前記プローブ本体を支持することを特徴とする請求項３又は４に記載の接触式プローブ。
前記第１の弾性支持体の内輪部と前記第２の弾性支持体の内輪部とが重ねられて前記プローブ本体に固定され、
前記第１の弾性支持体の外輪部と前記第２の弾性支持体の外輪部とがスペーサで前記スラスト方向に間隔をあけて前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項５に記載の接触式プローブ。
測定ベースと、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接触式プローブと、
前記スラスト方向が重力方向に向くように前記ハウジングを支持し、前記測定ベースに対して３軸方向に移動可能な支持体と、
前記支持体を前記３軸方向に駆動する駆動部と、
前記測定ベースと前記プローブ本体との前記スラスト方向の距離を測定する測定部と、
前記プローブ本体の先端部を被測定物の表面に接触させたときの前記スラスト方向の接触力が一定となるように、前記プローブ本体の先端部を被測定物の表面に接触させつつ、前記プローブ本体を被測定物の表面を走査させるよう前記駆動部の駆動を制御すると共に、前記測定部により測定された前記測定ベースと前記プローブ本体との前記スラスト方向の距離により、被測定物の表面の形状を測定する制御部と、を備えたことを特徴とする形状測定装置。