JP7067694B2 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、対向するワークピース側に存在する測定されるべき２つのワークピース表面を有するワークピースを保持するためのワークピースホルダに関する。また、本発明は、ワークピースホルダを用いてワークを測定する測定装置及び測定方法に関する。

対向するワークピース（被工作物）側にそれぞれワークピース表面を有するワークピース、特に湾曲したワークピース表面は、特に光学分野において頻繁に見出すことができる。ワークピース表面は、少なくとも部分的に球形または非球形であってもよく、または自由形状を有する可能性がある。ワークピースはまた、マイクロレンズおよび／または円柱光学系のアレイであってもよい。単に光学ワークピースはワークピース表面の特性パラメータ、例えば、ワークピース表面の形状および／または各ワークピース表面の１つ以上の光軸の位置および／または配向が測定されることを必要とする。そうする際に、一方の表面の少なくとも１つの幾何学的パラメータを、他方の表面の少なくとも１つの幾何学的パラメータを正確に参照して知ることが決定的である。

ワークピースのワークピース表面または光学ワークピース表面の測定は例えば、ＤＥ １０ ２０１４ ２０８ ６３６ Ａ１またはＤＥ １０ ２０１６ １１０ ４５３ Ａ１から知られている。

従来技術では、レンズ群または対物レンズの偏差が最小限に抑えられるような方法でレンズ群または対物レンズにレンズを配置するために、高い努力が追求されている。ＤＥ １０ ２００７ ０２７ ２００ Ａ１は、マイクロリソグラフィ用の投影照明装置、ならびに光学系の結像特性が最適化されるように双非球面を配向するマニピュレータを提案している。基準軸を基準にして光学アセンブリ部品を目標とするように調整する方法は、ＤＥ １０ ２０１３ ００４ ７３８ Ａ１から知られている。

ＤＥ １０ ２００８ ０２７ ８３１ Ａ１は、レンズの中間厚さの測定値に関する。検査されるレンズは、回転軸を有する回転支持体上に収容される。回転支持体は、レンズと共にその回転軸の周りを回転する。レーザビームは回転軸に平行な回転レンズを通って方向付けられ、空間光センサはレンズを通過した後のレーザビームのウォブル円を検出する。次に、揺動円を最小限に抑えるために、レンズを回転支持軸に対して位置合わせする。この配向では、回転支持体の回転軸がプローブ対によって後でプローブすることができるレンズの中央を通って延びる。

Ｈａｈｎｅ、Ｌａｎｇｅｈａｎｂｅｒｇの"Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ａｓｐｈｅｒｅ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ＡｓｐｈｅｒｏＣｈｅｃｋ ＵＰ"、Ｐｒｏｃｏｆ ＳＰＩＥ、Ｖｏｌｕｍｅ １０４４８、１０４４８１Ｈ、２０１７、ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．２２７９６７４は、２つの対向する光学測定ユニットによるレンズの幾何学パラメータの光学的な測定について記載する。光学測定ユニットは共通軸の範囲内で測定対象の両側に配置されなければならず、これは測定対象のワークピーステーブルのセットアップおよび配置に影響を及ぼす。

ＤＥ １０ ２００６ ０５２ ０４７ Ａ１から、非球面レンズ表面の対称軸の位置を決定するための方法および装置が知られている。他の反対側のレンズ表面は測定されない。

ＤＥ １０ ２０１４ ００７ ２０３ Ａ１には、光学ワークピースの２つのワークピース表面の測定が記載されており、１つのワークピース表面が最初に測定され、その後、ワークピースが約１８０度手動で回転され、次いで、反対側のワークピース表面が第２の測定経路で測定される。これは、ワークピース表面のこれらの単一の測定値、特に２つのワークピース表面の光軸の相対位置または相対配向を互いに関連付けることができるようにするために、２つの配向におけるワークピースの非常に正確かつ反復可能な配置を必要とする。

従来技術から出発して、本発明の目的はワークピース、特に、測定される２つの対向するワークピース表面を有する光学ワークピースの測定を単純化することであると考えることができる。

この目的は、請求項１の特徴を有するワークピースホルダ、請求項１６の特徴を有する測定装置、ならびに請求項２０の特徴を有する測定方法によって解決される。

本発明のワークピースホルダはワークピース表面に沿って移動可能なプローブユニットによる測定中に、対向するワークピース側に存在する２つの測定されるべきワークピース表面を有するワークピースを保持するように構成される。ワークピースは特に、測定されるべき２つの光学ワークピース表面、例えばレンズを有する光学ワークピースである。測定されるワークピース表面の各々は１つ以上の球面または非球面の表面部分、または自由形状を有することができ、または完全に球面または非球面であることができる。各ワークピース表面は、凹状および／または凸状の表面部分を有することができる。ワークピースホルダは特に、ワークピース表面の両方のアクセス可能性と、１つの単一設定でのワークピース表面の両方の測定とを可能にする。プローブユニットは、接触触覚プローブ要素または非接触操作プローブ要素を有するプローブアームを備えることができる。

ワークピースホルダは、測定装置のクランプ装置に接続されるように構成された支持体を有する。例えば、クランプ装置にクランプするために、円筒形のクランプピンを支持体に設けることができる。

ワークピースホルダは、取り付け端部で支持体に取り付けられ、支持体から自由保持端部まで延びる保持体をさらに備える。ワークピースホルダの長手方向軸に沿って、保持端部は、支持体から距離を置いて配置される。

保持端部には、少なくとも１つの保持面が設けられている。保持面はワークピースの周辺領域と接触し、ワークピースをワークピースホルダに保持するように構成される。ワークピースは自重によってのみ少なくとも１つの保持面上に位置することができ、少なくとも１つの保持面によって位置決めすることができる。代替的に、締め付け動作によって、ワークピースの周囲領域と保持端部との間に摩擦嵌めまたは圧力嵌め接続を形成することも可能である。

保持体は自由空間を有する。ワークピースホルダの長手方向軸は、自由空間を通って延びる。長手方向軸から開始して、自由空間は長手方向軸に対して長方形または斜めに延在し、保持本体の周辺開口部で終端し、この位置で外側からアクセス可能な少なくとも１つの横方向チャネルを備える。アクセス可能性のために、支持体に面するか、または支持体に割り当てられるワークピース表面は、可動プローブユニットによって測定することができる。反対側のワークピース表面は支持体および保持体から離れて面し、プローブユニットによってもアクセス可能である。このようにして、両方のワークピース表面を同じ設定で測定することができる。測定は正確で、迅速かつ簡単に、手動または自動のいずれかで実行可能である。また、両方のワークピース表面の幾何学的パラメータ間の空間的関係を容易かつ迅速に生成する可能性も存在する。

好ましい実施形態では、少なくとも１つの横方向チャネルが支持体の反対側で軸方向に開いている。それは、長さ軸に平行な方向に保持端部で保持体を完全に貫通する。

好ましい実施形態では、自由空間が長手方向軸の領域で互いに通じる複数の横方向チャネルを含む。横方向チャネルの周縁開口部は、ワークピースホルダの長手方向軸の周りに周方向に互いに距離を置いて配置される。

複数の横方向チャネルが存在する場合、２つの横方向チャネルが、ワークピースホルダの長手方向軸に対して長方形の共通軸に沿って実質的に延在すると有利である。そうすることで、ワークピースの全直径に沿ってワークピース表面へのプローブ装置のアクセスが可能になる。少なくとも１つの横方向チャネルを有する少なくとも自由空間は、プローブユニットがワークピース表面の半径よりも長いワークピース表面上の１つの線に沿って支持体に面するワークピースのワークピース表面を測定することができるように設計される。

好ましくは、自由空間がプローブユニットが測定のためにワークピース表面上の凸状または凹状表面セクションのそれぞれの頂点（最大または最小）を決定し、プローブユニットを位置決めし、測定の間にプローブユニットを頂点の平面内で移動させるために、測定の間、移動方向に長方形の自由空間内で移動可能であるように、十分に大きい寸法である。

複数の存在する横方向チャネルは、円周方向に間隔をおいて配置された複数の保持体部分に保持体を分割することができる。保持本体部分は保持端部で長手方向軸に対して弾性的に移動可能であるように、支持体で支持されてもよい。

長手方向軸に沿った図では、横方向チャネルは星形に配置されてもよい。長手方向軸の周りの円周方向において、横方向チャネルは２つの直接隣接する横方向チャネル間の角度がそれぞれ同じ量を有するように、規則的に配置されてもよい。

好ましい実施形態では、自由空間が長手方向軸の領域に円筒状または角柱状の中央領域を有する。中央領域は、長手方向軸に関して対称に配置することができる。少なくとも１つの横方向チャネルは、中央領域に通じている。

また、各横方向チャネルが、主セクションと、主セクションに比べて円周方向に小さいスリットセクションとを含む場合にも有利である。スリット部分は、長手方向軸線の方向で主部分に接続する。特に、スリット部分は、保持体の保持端部に配置することができる。各横方向チャネルの主セクションは、長手方向軸に平行な方向で支持体に隣接することができる。

保持端部でワークピースを保持するために、保持体は、支持体から離れて面する軸方向保持面を備えることができる。軸方向保持面の法線ベクトルは支持体から離れて面し、好ましくは長手方向軸と平行に配向される少なくとも１つの軸方向成分を有する。保持体が複数の保持体部分に分割される場合、軸方向保持面の軸方向保持面部分は、各保持体部分に存在する。

保持本体が、長手方向軸の周りに円周方向に延在する保持端部に周囲保持面を備える場合、さらに有利である。周囲保持面は、ワークピースホルダの長手方向軸に面することができる。一実施形態では、周囲保持面の法線ベクトルが長手方向軸に対して半径方向に配向することができ、または長手方向軸に対して半径方向に配向される少なくとも１つの構成要素を含むことができる。

保持体が複数の保持体部分に分割される場合、各保持体部分は、周囲保持面の周囲保持面部分を含む。

したがって、１つの共通の保持本体部分における軸方向保持面および周方向保持面、または軸方向保持面セクションおよび周方向保持面セクションはそれぞれ、１８０度未満または１２０度未満の角度を含むことができ、好ましくは、互いに実質的に矩形に配向することができ、ワークピースをその外縁および１つの軸方向側で周縁領域で支持することができる。ワークピースが保持端部の反対側の軸方向側部に包囲されていない場合、特に有利である。したがって、ワークピースホルダへのワークピースの簡単な挿入が可能である。

好ましくは、ワークピースが長手方向軸に対して半径方向に位置決めされ、任意選択で、互いに離れた複数の周縁位置で、複数の保持本体部分の周縁保持面セクションによって、圧力嵌め方式でクランプされる。

上述したワークピースホルダは、測定装置及び測定方法に用いることができる。測定装置は、移動方向に移動可能なプローブユニットと、ワークピースホルダの支持体をクランプするように構成されたクランプ装置とを有する。ワークピースホルダの長手方向軸はワークピースホルダのクランプ状態にあり、好ましくは、プローブユニットの移動方向に対して長方形に配向される。ワークピースホルダの自由空間のために、プローブユニットは測定される幾何学的パラメータを決定するために、両方の対向する軸方向側部、したがって両方の対向するワークピース表面で１つの設定でワークピースを測定することができる。ワークピースは、再クランプされない（異なる方向に再びクランプされる）。したがって、２つのワークピース表面の互いに対する相対位置を非常に簡単かつ正確に決定することが可能である。

プローブユニットがワークピース表面の頂点を決定するために、ワークピースホルダの長手方向軸に対して長方形及び移動方向に対して長方形に移動可能又は位置決め可能である場合、頂点が存在するワークピースにおいて測定平面内で測定を実行するために有利である。頂点の決定は、自動的にまたは手動で実行することができる。

好ましくは、測定装置のプローブユニットがプローブアームを含む。プローブ・アームは、プローブ・アームの長手方向軸に対して長方形に配向された第１のプローブ要素と、第１のプローブ要素の反対側に配向された第２のプローブ要素とを有する自由プローブ端を有する。第１および第２のプローブ要素は、触覚または非接触方式で動作することができる。好ましくは、ボールが触覚プローブ要素として使用される。

好ましくは、測定中に触覚プローブ要素が測定されるワークピースのワークピース表面に対して押圧されるプローブ力は小さく、特に５ｍＮより小さい。一実施形態では、プローブ力が少なくとも０．５ｍＮの量を有する。

プローブアームは、ピボット軸の周りでプローブ端部に距離を置いて旋回可能に支持することができる。ピボット軸は、好ましくはワークピースホルダの長手方向軸に対して長方形に配向され、プローブユニットの移動方向に対して長方形に配向される。

本発明の測定方法は、以下のステップを含む。

第１に、ワークピースは、ワークピースホルダの保持端部に配置される。次いで、２つのワークピース表面は、ワークピースを再クランプすることなく連続的に測定され、２つのワークピース表面の測定の順序は任意である。支持体から離れて面する第１のワークピース表面は、プローブユニットを第１のワークピース表面に沿って移動させることによって測定される。支持体に面する第２のワークピース表面は、プローブユニットを第２のワークピース表面に沿って移動させることによって測定され、プローブユニットは自由空間に係合し、したがって、第２のワークピース表面へのアクセスが可能である。

測定の前に、各ワークピース表面上の頂点（局所的または全体的な最大値または最小値）の計算および／または測定決定を実行することができ、その結果、後続の測定は、頂点が存在する測定平面内で実行される。２つの測定平面は、互いに同一であっても平行にオフセットされていてもよい。

ワークピースホルダによって、ワークピース、特に光学ワークピースの手動および自動測定が簡単な方法で可能である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面は以下を示す。

図１は、測定装置の実施形態を示す。 図２は、触覚測定プローブユニットによるワークピース表面の測定中のワークピースホルダ内の測定されるべきワークピースの配置の概略ブロック図のような図である。 図３は、非接触測定プローブ要素を有するプローブユニットの代替実施形態の概略原理図である。 図４は、長手方向軸に沿ったワークピースホルダの一実施形態の上面図である。 図５は、ワークピースホルダの実施形態の斜視図である。 図６は、図５のワークピースホルダの側面図である。 図７は、図６の線ＶＩＩ～ＶＩＩに沿った図５および６のワークピースホルダを通る長手方向の断面を示す。 図８は、図５～図７によるワークピースホルダの上面図である。 図９は、図８のラインＩＸ－ＩＸに沿った図５－８によるワークピースホルダの長手方向の断面を示す。 図１０は、ワークピースの２つの対向するワークピース表面の模式的な例示的な測定である。 図１１は、ワークピースホルダによって測定することができる異なる光学ワークピースの概略原理図である。 図１２は、ワークピースホルダによって測定することができる異なる光学ワークピースの概略原理図である。 図１３は、ワークピースホルダによって測定することができる異なる光学ワークピースの概略原理図である。 図１４は、ワークピースホルダによって測定することができる異なる光学ワークピースの概略原理図である。

図１は、測定装置２０の実施例を示す。測定装置２０は機械基部２１を有する。デカルト座標系は特に、機械基部２１に固定して配置され、ｘ方向ｘ、ｙ方向ｙ、およびｚ方向ｚを画定する。

機械基部２１には、測定されるワークピース２４をクランプするためのクランプ装置２３が配置されている。クランプ装置２３は、ｘ方向及び／又はｙ方向に手動で位置決め可能である。それは回転軸を有する回転駆動装置を含み、それによって、ワークピース２４はクランプ装置２３によって間接的にクランプされるその長手方向軸Ｌの周りで回転されることができる。クランプ装置２３の回転軸は座標系ｘ、ｙ、ｚのｚ方向に対して、例えば手動で位置決めし、位置合わせすることができる。これを行うために、それぞれ並進および／または回転自由度を有する制御可能な軸配置が、代替的に存在してもよい。

測定装置２０はさらに、プローブユニット２６を位置決めおよび／または位置合わせするための機械軸装置２５を備える。機械軸配列２５はｚ方向に平行な並進自由度Ｔｚ、ｙ方向に平行な並進自由度Ｔｙ、およびｘ方向に平行な並進自由度Ｔｘを有し、この並進自由度は、ワークピース２４の測定中のプローブユニット２６の移動方向Ｂを規定する。

特に図２から分かるように、本実施形態では、プローブユニット２６がピボット軸Ｓの周りに旋回可能に支持されたプローブアーム２７を備え、ピボット軸Ｓの周りに追加の回転自由度ｒＳが形成されるようになっている。ピボット軸Ｓは、測定中にプローブアーム２７が移動する移動方向Ｂに対して矩形に延びている。本実施形態では、ピボット軸Ｓはｙ方向に平行に配向され、移動方向Ｂはｘ方向に平行に配向される。プローブユニット２６はまた、測定されるプローブユニットまたはプローブアーム２７の測定平面または測定平面（ｘ－ｚ平面）をそれぞれ調節するために、機械軸配列２５による測定の前にｙ方向に移動され得る。

機械軸装置２５と、クランプ装置２３の位置決め及び整列のための自由度とは、例示に過ぎない。並進および／または回転自由度の数は、測定装置２０が構成され、提供される測定タスクに応じて、適切であると定義することができる。

プローブアーム２７はピボット軸Ｓから離れた自由プローブ端２８を有し、この自由プローブ端２８には少なくとも１つのプローブ要素と、本実施形態では第１のプローブ要素２９と、第２のプローブ要素３０とが配置されている。図２に示す実施形態では、プローブ要素２９、３０は触覚プローブ要素２９、３０の形態であり、測定中に測定されるワークピース２４に接触する。プローブ要素２９、３０は、プローブアーム長手方向軸に対してプローブアーム２７の直径方向両側に配置されている。プローブ要素２９、３０はプローブアーム２７から離れるように、例えば反対方向に延びている。この実施形態では、プローブ要素２９、３０はそれぞれ、測定中にワークピース２４に接触するプローブボールを含む。

図３に概略的に示すように、第１及び／又は第２のプローブ要素２９、３０は例えば、ワークピース２４のワークピース表面２４ａ、２４ｂまでの距離で移動することができ、ワークピース表面２４ａ、２４ｂまでのプローブ要素２９、３０の距離を決定することができるように測定信号を生成することができる非接触測定プローブ要素として形成することもできる。例えば、プローブ要素２９、３０はそれぞれのプローブ要素２９、３０の被ワークピース２４のワークピース表面までの距離を評価するために、非接触測定のための光、特にレーザ光を放出し、受け取ることができる。

測定のために、プローブアーム２７は、移動方向Ｂに移動され、そうすることで、移動方向の位置、ならびにピボット軸Ｓの周りのピボット位置が測定される。ピボット位置は、プローブ要素２９、３０によって探査されるワークピース２４のワークピース表面上の点に特徴的である。プローブ要素２９、３０は、ピボット運動中に移動方向Ｂに対して直線的に直線的に移動しないので、余弦欠陥と呼ばれる欠陥が生成される。この欠陥は、測定装置の制御及び評価ユニットにおける計算によって除去することができる。

ここで測定されるワークピース２４は、一方のワークピース側で測定される第１のワークピース表面２４ａと、反対側の他方のワークピース側で測定される第２のワークピース表面２４ｂとを含むワークピース２４である。両方のワークピース表面２４ａ、２４ｂは少なくとも、凹状および／または凸状に湾曲した部分にあり、一定または変化する凹状および／または凸状部分の曲率半径を含むことができる。ワークピース２４は特に、２つの光学ワークピース表面２４ａ、２４ｂ、例えばレンズを有する光学ワークピースである。光学ワークピース表面２４ａ、２４ｂは例えば、球面状または非球面状であってもよく、または自由形状であってもよく、または複数のマイクロレンズおよび光軸Ｏｉ(ｉ=１．．．ｎ）を有するレンズアレイであってもよく、ワークピース表面２４ａ、２４ｂのための配置および延長部の異なる例が、図１１～１４に概略的に示されている。

このようなワークピース２４については、各ワークピース表面２４ａ、２４ｂの１つ以上の幾何学的パラメータを決定し、さらにワークピース表面２４ａ、２４ｂに割り当てられた光軸Ｏ１、Ｏ２の相対位置または相対配向を決定することが重要である。光軸の数はワークピースの設計に依存し、２つ以上であってもよく、２つであってもよい。

実際の測定の前に、プローブユニット２６が測定平面（ｘ－ｚ平面）内で移動方向Ｂにそれぞれのワークピース表面２４ａ、２４ｂに沿って移動する間、ワークピース表面２４ａ、２４ｂの頂点は、ワークピース表面２４ａ、２４ｂを通る穿刺点光軸Ｏ１、Ｏ２を特徴付けるように最初に決定される。これは、手動または自動で実行することができる。例えば、最初に、それぞれのｘ－ｚ平面内でｙ方向、すなわちピボット軸Ｓの方向に互いにオフセットされた２つの曲線を測定することができ、既知の所望の幾何学形状に基づいて、測定平面（ｘ－ｚ平面）のｙ位置を計算によって決定することができる。ｘ方向において、頂点の位置は必ずしも正確に知られている必要はなく、なぜなら、測定中、測定値は、いずれにしても、全ワークピース表面２４ａ、２４ｂに沿ってｘ方向に決定されるからである。

測定平面の位置を規定する頂点のｙ位置を決定した後、それぞれのワークピース表面２４ａまたは２４ｂがそれぞれ測定される。頂点または測定平面のｙ位置をそれぞれ決定する手順は、測定前にそれぞれのワークピース表面２４ａまたは２４ｂに対して実行される。そうすることで、２つのワークピース表面における測定値が頂点を通って延びることが保証される。

図１０には、例えば、凸形状の頂点（最大）を含むｘ－ｚ平面における第１のワークピース表面２４ａの延長を記述する第１の曲線Ｋ１が示されている。第２の曲線Ｋ２は、ｘ－ｚ平面における対向する第２のワークピース表面２４ｂの凸形状の頂点（最大）を含む延長部を表す。曲線Ｋ１、Ｋ２に基づいて、第１のワークピース表面２４ａにおけるワークピース２４の第１の光軸１と、第２のワークピース表面２４ｂにおけるワークピース２４の第２の光軸Ｏ２とをそれぞれ決定することができる。各光軸Ｏ１、Ｏ２の方向は数学的関係、特に、それぞれのワークピース表面２４ａ、２４ｂの所望の幾何学的形状を特徴付ける多項式に基づく計算によって決定することができる。そうすることで、ｘａｎｄ／ｙ方向のオフセットｄおよび／または２つの光軸Ｏ１、Ｏ２間の傾きを、例えば決定することができる。

頂点の決定および２つのワークピース表面の測定のために、ワークピースは再生されない。したがって、光軸Ｏ１、Ｏ２の測定または決定は、迅速かつ容易に可能である。

測定はプローブユニット２６及び例えばプローブアーム２７が第１のワークピース表面２４ａに沿って１回、第２のワークピース表面２４ｂに沿って１回、続いて移動されるように実行され、シーケンスはワークピース表面２４ａ、２４ｂのどちらが最初に測定されるかについて何らの役割も果たさない。測定中、ワークピース２４は、その位置又は向きに関して変化しない。これにより、２つのワークピース表面２４ａ、２４ｂに沿った線状の測定がそれぞれ実行される。これらの測定の間、第１の曲線Ｋ１またはＫ２は図１０に例示的に示されるように、各ワークピース表面２４ａ、２４ｂについてそれぞれ測定され、２つのワークピース表面２４ａ、２４ｂの測定は長手方向軸Ｌの周りのワークピース２４の複数の回転位置で実行されることができ、長手方向軸Ｌの周りの第１の回転位置での曲線Ｋ１、Ｋ２の第１の測定の後、測定装置２０のクランプ装置２３は所望の回転角度で長手方向軸Ｌの周りでワークピース２４を回転させることができ、長手方向軸Ｌはクラン。このさらなる回転位置において、第１および第２の曲線Ｋ１、Ｋ２を再び測定することができる。

１つの設定でワークピース２４の２つのワークピース表面２４ａ、２４ｂを測定できるようにするために、本発明によればワークピースホルダ３５が存在する。ワークピースホルダ３５は２つのワークピース表面２４ａ、２４ｂがプローブユニット２６、例えばプローブアーム２７のプローブ要素２９、３０によって到達され得るように、ワークピース２４を再生することなく、２つのワークピース表面２４ａ、２４ｂへのアクセス可能性を提供するように構成される。

ワークピースホルダ３５は図２に概略的に示されており、ワークピースホルダ３５は、クランプ装置２３内のワークピースホルダ３５をクランプするように構成された支持体３６を有している。したがって、この実施形態では、支持体３６がワークピースホルダ３５の長手方向軸Ｌに沿って延びるクランプピン３７を備え、クランプピンは例えば、円柱形状を有する。クランプピン３７の一端において、支持体３６は円形の支持プレート３８を備え、支持プレート３８の直径はクランプピン３７の直径よりも大きい。支持プレート３８は、長手方向軸線Ｌと同軸に配置されている。

支持体３６及び例えば支持プレート３８には、保持体３９が配置されている。保持体３９は、支持体３６と、本例では支持プレート３８と接続された取付端部４０を有する。

好ましい実施形態では、保持本体および支持体３６が継ぎ目または接続位置なしに一体的に形成され、プラスチックまたは金属材料から製造することができる。

取付け端部４０から、保持本体３９は、支持体３６から離れて自由保持端部４１まで延びている。保持体３９の保持端部４１は、ワークピース２４を位置決めして支持するように構成されている。このために、少なくとも１つの保持面と、この実施形態では、軸方向保持面４２と、周囲保持面４３とが保持端部４１に存在する。軸方向保持面４２は支持体３６から離れる方向を向いており、例えば、長手方向軸に実質的に平行に配向された法線ベクトルを含む。周囲保持面４３は長手方向軸線Ｌに向いており、軸方向保持面４２に対して長方形に配向することができる。周縁保持面４３の法線ベクトルは例えば、長手方向軸線Ｌに対して半径方向に向いている。

保持体３９内には自由空間４７が存在する。この実施形態では、自由空間４７が１つまたは複数の円筒形またはプリズム状セクションを有する中央領域４８を有する。中央領域４８は好ましくは長手方向軸線Ｌに関して対称に形成されており、長手方向軸線Ｌは、中央領域４８を通って延びている。中央領域４８は支持体３６から離れて面する側で軸方向に開いており、したがって、長手方向軸線Ｌの領域において保持端部４１からアクセス可能である。

自由空間４７はさらに、横方向チャネル４９と、本実施形態では複数の横方向チャネル４９、例えば３つの横方向チャネル４９（図４）または４つの横方向チャネル４９（図５～図９）とを備える。各横方向チャネルは、長手方向軸線Ｌに関して半径方向に中央領域４８から始まって周辺開口部５０まで延びている。周縁開口部５０において、それぞれの横方向チャネル４９は保持本体３９の外側で終端し、したがって、周縁開口部５０を通って半径方向外側から長手方向軸線Ｌまでアクセス可能であり、周縁開口部５０を通って、横方向チャネル４９を通って、プローブユニット、特に、少なくとも１つのプローブ要素２９、３０を有するプローブアーム２７を自由空間４７内に配置し、その中で移動させることができる。そうすることで、支持体に面するワークピース表面、例えば第２のワークピース表面２４ｂの測定は、反対側のワークピース表面２４ａもプローブユニット２６によって測定することができる同じ設定で可能である。

長手方向軸線Ｌに沿って見ると、横方向チャネル４９は星形に配置されている。それらは、例えば、長手方向軸Ｌの周りに円周方向Ｕに均一に分布され、横方向チャネル４９の周辺開口部５０は長手方向軸Ｌの周りに円周方向Ｕに互いに距離を置いて、例えば、均一な距離を置いて配置される。

横方向チャネル４９の数は、変更することができる。少なくとも２つの横方向チャネル４９が、長手方向軸線Ｌに対して長方形の共通の半径方向軸線に沿って、すなわち整列して配置されることが好ましい。その際、プローブユニット２６は、整列された横方向チャネル４９に沿って、第２のワークピース表面２４ｂの全直径で、またはそれに沿って移動させることができる。図５～図９による実施形態では、２つの横方向チャネル４９が長手方向軸Ｌに関して直径方向に互いに対向するように、それぞれ互いに整列される。

図示の実施形態では、各横方向チャネル４９が主セクション５１と、これに隣接するスリットセクション５２とを有する。主部５１とスリット部５２は長手方向軸Ｌに平行な軸方向に隣接しており、スリット部５２は保持体３９の保持端４１に存在し、主部５１は、スリット部５２と支持体３６との間、又は保持端４１と支持体３６との間にそれぞれ配置されている。主部５１は支持体３６に対して距離を置いて配置されてもよいし、支持体３６に直接隣接して配置されてもよい。図５～図９による実施形態では、各横方向チャネル４９の主セクション５１が長手方向軸線Ｌに平行に見て支持体３６までの距離で終端し、その結果、周囲開口５０がなく、閉じた周囲表面を含む保持体のリング形状の閉じたリング部分５３が存在する。

横方向チャネル４９は支持体３６またはリング部分５３から離れて面するワークピースホルダ３５の軸方向側で開口しており、支持体３６から離れて面する側で保持体３９を完全に貫通している。その際、横方向チャネル４９によって分離された別個の保持本体部分５４が形成される。図５～図９に示される説明される好ましい実施形態では、各横方向チャネル４９の主セクション５１が円周方向Ｕにおいて、スリットセクション５２よりも大きい幅を有する。従って、長手方向軸線Ｌを半径方向から見ると、各保持本体部分５４は長手方向軸線に平行に延びる長手方向バー５４ａと、円周方向Ｕに延び、保持本体３９の保持端部４１に設けられた横断方向バー５４ｂとを有するＴ字形を得る。各横棒５４ｂには、軸方向保持面４２の軸方向保持面部４２ａと、周方向保持面４３の周方向保持面部４３ａとが存在する。全ての軸方向保持面部分４２ａは長手方向軸線Ｌに対して長方形の共通平面内に整列され、全ての周囲保持面部分４３ａは保持本体部分５４が力を受けず、それぞれの休止位置から偏向されない場合、長手方向軸線Ｌに対して同軸の共通シリンダ外板表面内に配置される。

軸方向保持面部４２ａ，４３ａにより、ワーク２４はその周縁領域において周方向Ｕに複数、例えば３箇所または４箇所の周縁位置で支持され、その際、軸方向保持面部４２ａは下側ワーク面２４ｂの周縁領域に接触し、周縁保持面部４３ａはワーク２４の周縁または周面に接触する。好ましくは、ワークピース２４がそれ自身の重量によってのみ、保持本体３９または軸方向保持面セクション４２ａ上に位置する。あるいは、保持本体部分５４を長手方向軸線Ｌから離れるように弾性的に撓ませることによって、クランプ力を、周辺保持面部分４３ａによってワークピース２４に加えることができる。クランプ力は、非接触測定中に測定力がワークピース２４に作用せず、触覚測定中に測定力が極めて小さく、特に５ｍＮより小さいので、低くすることができる。

好ましい実施例では、ワークピース２４が第１のワークピース表面２４ａにおいて重ならず、第１のワークピース表面２４ａは完全に自由であり、ワークピースホルダ３５の一部によって重ならない。

ワークピースホルダ３５の図示の実施形態は、円形または円形のワークピースを保持するように構成される。図示されていない実施形態では、ワークピースホルダ３５の保持本体３９が断面が角柱形状であってもよく、多角形の断面を有するワークピース２４を保持するように構成されてもよい。

本発明は、ワークピースホルダ３５と、測定装置２０と、ワークピースホルダ３５を用いて測定を実行する方式とに関する。ワークピースホルダ３５は２つの対向して配置された測定されるワークピース表面２４ａ、２４ｂを有するワークピース２４を保持するように構成されており、その両方は可動プローブユニット２６によってアクセス可能であり、したがって、ワークピース２４の１つの設定で測定することができる。このために、ワークピースホルダ３５は、支持体３６と保持体３９とを備えている。保持体３９は、ワークピース２４が保持される少なくとも１つの保持面４２、４３を有する支持体３６から離れた保持端部４１を有する。保持本体３９には、ワークピース２４が保持されるときに支持体に面するワークピース表面２４ｂに隣接する自由空間４７が形成され、ワークピース表面２４ｂを測定またはプロービングのためにアクセス可能にする。プローブユニット２６のアクセス可能性は、ワークピースホルダ３５の長手方向軸線Ｌに対して斜めに又は長方形に延びる横方向チャネル４９によって与えられる。

２０ 測定装置
２１ 機械ベース
２３ クランプ装置
２４ ワークピース
２４ａ 第１のワークピース表面
２４ｂ 第２のワークピース表面
２５ 機械軸配置
２６ プローブユニット
２７ プローブアーム
２８ 自由プローブ端
２９ 第１のプローブ要素
３０ 第２のプローブ要素
３５ ワークピースホルダ
３６ 支持
３７ クランプピン
３８ 支持プレート
３９ 保持体
４０ 取付端部
４１ 保持端
４２ 軸方向保持面
４２ａ 軸方向保持面部
４３ 周辺保持面
４３ａ 周辺保持面部
４７ 自由空間
４８ 中央部
４９ 横方向チャネル
５０ 周辺開口部
５１ メイン部
５２ スリット部
５３ 保持体のリング部
５４ 保持体部
５４ａ 保持本体部の縦棒
５４ｂ 保持本体部の横棒
Ｂ 移動方向
ｄ オフセット
Ｋ１ 最初の曲線
Ｋ２ 第２曲線
Ｌ 方向軸
Ｏ１ 第１の光軸
Ｏ２ 第２の光軸
Ｏｉ レンズアレイの光軸
ｒＳ ピボット軸周りの回転自由度
Ｓ ピボット軸
Ｔｘ ｘ方向の並進自由度
Ｔｙ ｙ方向の並進自由度
Ｔｚ ｚ方向の並進自由度
Ｕ 周方向
ｘ ｘ方向
ｙ ｙ方向
ｚ ｚ方向

Claims (11)

1. 移動方向（Ｂ）に移動可能なプローブユニット（２６）と、クランプ装置（２３）と、それぞれのワークピース表面（２４ａ、２４ｂ）に沿って移動可能なプローブユニット（２６）による測定中に対向するワークピース側で測定される２つのワークピース表面（２４ａ、２４ｂ）を有するワークピース（２４）を保持するように構成されたワークピースホルダ（３５）と、を備える測定装置（２０）であって、
   前記ワークピースホルダ（３５）は、
   前記クランプ装置（２３）に接続されるように構成された支持体（３６）を有し、
   前記支持体（３６）に取り付け端（４０）で取り付けられ、前記取り付け端（４０）からワークピースホルダ（３５）の長手方向軸（Ｌ）の方向に離れて配置された自由保持端（４１）まで、前記支持体（３６）から延びる保持体（３９）を有し、
   前記保持体（３９）には自由空間（４７）が存在し、前記自由空間を通って前記長手方向軸（Ｌ）が延在し、前記プローブユニット（２６）がアクセスするために構成された周辺開口部（５０）を有する複数の横方向チャネル（４９）を備え、
   複数の前記横方向チャネル（４９）は、前記保持体（３９）を、円周方向（Ｕ）に間隔をおいて配置された複数の保持本体部（５４）に分離し、
   前記自由保持端（４１）に、前記ワークピース（２４）の周辺領域に接触するように構成された少なくとも１つの保持面（４２、４３）が存在し、
   前記周辺開口部（５０）は、前記少なくとも１つの保持面（４２、４３）より前記取り付け端（４０）側の位置で前記自由空間（４７）に連通し、
   前記自由空間（４７）は前記長手方向軸（Ｌ）に関して外側半径方向からアクセス可能であり、
   前記周辺開口部（５０）と前記横方向チャネル（４９）とは、前記横方向チャネル（４９）に面する第２のワークピース表面（２４ｂ）の測定中に前記周辺開口部（５０）及び前記横方向チャネル（４９）を通って、前記プローブユニット（２６）を前記自由空間（４７）内に配置して移動させることができるように構成され、
   前記少なくとも１つの保持面（４２、４３）は、１つの周辺保持面部（４３ａ）を有する周辺保持面（４３）を備え、前記周辺保持面部（４３ａ）は、それぞれの前記保持本体部（５４）で前記長手方向軸（Ｌ）に面し、かつ、前記保持本体部（５４）が前記長手方向軸（Ｌ）から離れるように弾性的に撓むことによって前記ワークピース（２４）にクランプ力を加える、
   測定装置（２０）。
2. 複数の前記横方向チャネル（４９）の前記周辺開口部（５０）は、前記ワークピースホルダ（３５）の前記長手方向軸（Ｌ）の周りに円周方向（Ｕ）に互いに距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の測定装置（２０）。
3. 各前記横方向チャネル（４９）は、主セクション（５１）と、前記主セクション（５１）と比較して円周方向（Ｕ）においてより小さく、前記長手方向軸（Ｌ）の方向において前記主セクション（５１）に隣接するスリットセクション（５２）とを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定装置（２０）。
4. 前記スリットセクション（５２）は、前記保持体（３９）の前記自由保持端（４１）に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の測定装置（２０）。
5. 前記主セクション（５１）は、前記スリットセクション（５２）として前記支持体（３６）に近接して配置されていることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載の測定装置（２０）。
6. 前記保持体（３９）の前記少なくとも１つの保持面（４２、４３）は、前記支持体（３６）から離れて面する前記自由保持端（４１）に軸方向保持面（４２）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の測定装置（２０）。
7. 前記軸方向保持面（４２）は、前記長手方向軸（Ｌ）に対して直交方向に配向されていることを特徴とする、請求項６に記載の測定装置（２０）。
8. 前記プローブユニット（２６）は、測定中にプローブアーム（２７）が移動する前記移動方向（Ｂ）に直交して延びるピボット軸（Ｓ）の周りに旋回可能に支持されたプローブアーム（２７）を備え、
   前記プローブアーム（２７）は、少なくとも１つのプローブ要素（２９、３０）が配置される前記ピボット軸（Ｓ）から離れた自由プローブ端（２８）を有する、
   請求項１又は２に記載の測定装置（２０）。
9. 第１のプローブ要素（２９）及び第２のプローブ要素（３０）が、前記プローブアーム（２７）から反対方向に延びる自由プローブ端（２８）に配置される、
   請求項８に記載の測定装置（２０）。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の測定装置（２０）を用いて、互いに反対側に存在する第１ワークピース表面（２４ａ）及び第２ワークピース表面（２４ｂ）を備えるワークピース２４を測定するための測定方法であって、
    前記保持本体部（５４）が前記長手方向軸（Ｌ）から離れるように弾性的に撓むことによって前記周辺保持面部（４３ａ）が前記ワークピース２４にクランプ力を加えるように、前記ワークピースホルダ（３５）の前記自由保持端（４１）に前記ワークピース（２４）を配置するステップと、
    前記ワークピースを再クランプすることなく、前記第１ワークピース表面（２４ａ）と前記第２ワークピース表面（２４ｂ）の頂点を決定するステップであって、第１ワークピース表面（２４ａ）の頂点は、第１ワークピース表面（２４ａ）を通る第１の光軸（Ｏ１）の交点によって定義され、第２ワークピース（２４ｂ）の頂点は、第２ワークピース（２４ｂ）を通る第２の光軸（Ｏ２）の交点によって定義されるステップと、
    前記プローブユニット（２６）を前記第１ワークピース表面（２４ａ）に沿って移動させることにより、前記ワークピースホルダ（３５）の前記支持体（３６）から対向する前記第１ワークピース表面（２４ａ）を測定するステップと、
    前記プローブユニット（２６）を前記第２ワークピース表面（２４ｂ）に沿って前記ワークピースホルダ（３５）の前記自由空間（４７）に移動させることにより、前記ワークピースホルダ（３５）の前記支持体（３６）から対向する前記第２ワークピース表面（２４ｂ）を測定するステップと、
    を含む測定方法。
11. 前記第１ワークピース表面（２４ａ）の頂点及び前記第２ワークピース表面（２４ｂ）の頂点の座標値のみが、前記プローブユニット（２６）が後続の測定中に移動する前記移動方向（Ｂ）を横切る方向である（ｙ）方向での測定の前に決定される、
    請求項１０に記載の測定方法。

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