JPH04506706A - 接触式プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 接触式プローブ 発明の分野 この発明は、座標測定機または工作機械のごとき位置決定装置に使用される接触 式プローブに関する。この発明はすでにタッチ・トリガ式プローブに適用されて いるとともに、アナログ式プローブ（または測定用または走査用）プローブに適 用されている。

従来技術の説明 一般に、接触式プローブは位置決定装置に取り付けるために使用されるハウジン グのごとき固定部材を備えていて、ワークピースに関してプローブを移動させる ことができるようになっている。ワークピースと接触する端部を有するスタイラ スは固定部材またはハウジングから延在している。スタイラスがワークピースと 接触したときにスタイラスを偏位させることができるよう構成された支持機構を 利用して固定部材内にスタイラスが支持されている。スタイラスが偏位したとき 、スタイラスがワークピースと接触した箇所を越えてプローブが“オーバートラ ベル”することができるので、損傷を伴うことな（プローブをワークピースに向 かって駆動させることができる。アナログ式プローブまたは測定用プローブまた は走査用プローブの場合、ハウジングはスタイラスの変位量を測定する測定装置 を備えている。他方、トリガ式プローブの場合、スタイラスはワークピースと接 触したときにトリガ信号が発生する。

どちらのタイプのプローブにおいても、例えば、過度のオーバートラベルの結果 として、センサまたはその他の変形可能な部材に過大な応力が発生したり、ある いは、特定の限界を越えて変形したり、あるいは、歪んだときに、損傷に耐え得 るセンサまたはその他の変形可能な部材を使用することがますます望まれている 。

また、かなり低い限界でもそれを越えては単に変形または歪むことができない変 形可能部材を設けることが、必要なオーバートラベルを行わせることが困難とな るが、望ましい場合もある。

発明の概要 −本発明は、少なくともい（らかの実施例において、上述のような好ましくない 応力または歪または変形を制限するのに役立つ保護装置にある。

しかして、位置決定装置に使用される接触式プロ−ブであって： 前記装置に取り付けるための固定部材と；ワークピースと接触するスタイラスを 担持する移動可能な部材と、前記スタイラスが前記移動可能部材を包有する支持 径路を介して前記固定部材から支持することができることと； 前記固定部材と前記移動可能部材との間で前記支持径路内に配置された変形可能 部材と；前記固定部材の一部に接触可能な前記移動可能部材の移動を制限し、こ れによりスタイラスが偏位したときに前記変形可能部材に付加される力を制限す るよう前記移動可能部材上に設けられた当接手段とを備えた接触式プローブが本 発明に従って提供されるのである。

当接手段は、スタイラスが偏位したとき、あるいは、過度にオーバートラベルし たとき、変形可能部材に生じるおそれのある損傷の可能性を低減させることがで きる。

図面の簡単な説明 本発明の好適な実施例を図解した添付図面を参照しながら本発明の詳細な説明す る。しかして、添付図面のうち： 第１図は、本発明の第１の実施例に従って構成されたプローブを切断した縦断面 図である；第２図は、第１図のＩ　Ｉ−Ｉ　Ｉ線に沿って切断した水平方向の横 断面図である； 第３図は、本発明の第２の実施例に従って構成されたプローブを切断した縦断面 図である；第４図は、第３図に示されているプローブ内に配置されているスタイ ラス交換モジュールの斜視図である； 第５図は、本発明の第３の実施例に従って構成されたプローブを切断した縦断面 図である；第６図は、第５図のＶ　Ｉ　−Ｖ　Ｉ線に沿って切断した水平方向の 横断面図であり；かつ 第７図は、本発明の第４の実施例に従って構成されたプローブを切断した縦断面 図である。

好適な実施例の説明 第１図を参照すれば、本発明の第１の実施例に従って構成されたプローブは、ハ ウジングの形を呈している固定部材１０と移動可能なスタイラス保持部材１２と を備えている。

ハウジング１０は、被測定ワークピースに関してプローブを移動させることがで きる座標測定機または工作機械のごとき位置決定装置に取り付けることができる ようになっている。スタイラス１４はハウジング１０から延在していて、スタイ ラス保持部材１２に取り付けることができる。また、スタイラス１４はワークピ ース接触端１５を備えている。スタイラス保持部材１２はハウジング１０内に配 置されたモジュール１６内に位置しており、該モジュル１６は、ワークピースと の接触によりスタイラス１２が偏位したときに全ての水平方向、すなわち、±Ｘ および±Ｙ方向と垂直方向＋２方向に必要なオーバートラベルをもたらすことが できるよう構成されている。

モジュール１６は相対的に固定された部分１８を備えており、スタイラス保持部 材１２は前記部分１８内にある機械運動学的な（ｋｉ　ｎｅｍａｔ　ｉ　ｃ）マ ウント上の休止位置に位置ぎめされている。よく知られているように、機械運動 学的なマウントは、非常に正確に規定された休止位置を提供することができる。

いろいろな形状の機械運動学的なマウントがこの技術分野で知られていて、実際 に使用され得る。実例として、二、三の形状の機械運動学的なマウントが米国特 許第４．１５３．９９８号の公報に開示されている。第１図と第２図に示されて いる本発明の実施例によれば、機械運動学的マウントは相対的に固定されたモジ ュールの部分１８内に形成された３つの半径方向に延在しているＶ字状の溝２０ から構成されている。該溝２０は上に向かって開放されており、プローブの垂直 軸の回りで互いに１２０′″の間隔をあけて隔置されている。３つの同一のボー ル２２がスタイラス保持部材１２の下側に取着配置されている。ボール２２は、 スタイラス保持部材１２と部分１８との間で弾発的に動作する圧縮ばね２４によ りＶ字状の溝２０内に偏倚されている。

プローブを使用する際、スタイラス端部１５が水平方向においてワークピースと 接触すると、スタイラス１４とスタイラス保持部材１２はボール２２のうちの少 なくとも１つの回りで傾動し、残りのボール２２はＶ字状の溝との係合状態から 解除される。この結果、通常の使用状態において損傷を生ずることな（プローブ に必要なオーバートラベルを確保することができる。同様に、プローブが垂直方 向に下に向がって移動してワークピースと接触すると、スタイラス１４とスタイ ラス保持部材１２はともに上に向かって（すなわち、十Ｚ方向）に偏位する。こ の場合、ボール２２は全てＶ字状の溝２０との係合状態から解除される。プロー ブが再び移動してスタイラス１４がもはやワークピースと接触しな（なると、ス タイラス保持部材１２は、ばね２４の偏倚作用を受けてモジュール１６内にある 正確に規定された元の休止位置に戻る。

モジュール１６はハウジング１０内にあるプレート、ボードまたはウェハ２６に 取り付けられている。

ハウジング１０は、適当な検知能力をもっセンサを備えているとともに、必要な 場合、例えば、スタイラス端部１５がワークピースと接触するたびにトリガー信 号を発生するようセンサと関連した電子回路を担持している。センサは、スタイ ラス端部１５がワークピースと接触したとき、モジニール１６とプレートまたは ボード２６を介して固定のハウジング１０に伝達された微細な歪または変形を検 知することができることが好ましい。このような歪センサの出力が所定のトリガ 閾値を越えたとき、トリガ信号が発生する。このようなセンサは、例えば、米国 特許第４．８１３．１５１号の公報に開示されているように、プレート２６上に 、または該プレート２６をハウジング１０に取り付ける働きをしている柱体２７ 上に取り付けられた歪ゲージでもよい。また、ボードまたはウェハ２６は、半導 体の歪ゲージ要素とこれと関連した電子回路を備えているハイブリット集積回路 でもよい。このようなハイブリッド集積回路は厚膜技術を利用して製作すること ができる。

モジュール１６とプレート、ボードまたはウェハ２６との間に配置されている取 付部材は別の機械運動学的なマウントの形状を呈している。公知の形状のいかな る機械運動学的マウントを使用してもさしつかえないが、図示の実施例の場合、 プローブの軸線の回りに１２０°の間隔をあけて隔置されている３つの半径方向 に延在しているＶ字状の溝２８が、ボード２６の下側に形成されている。ボール ３０はモジュール１６の上側に配置されているとともに、７字状の溝２８のうち の１つの中にそれぞれ配置されている。このように構成することにより、モジュ ール１６はハウジング１０に関して正確に規定された休止位置を占めることがで きるとともに、モジュール１６内にあるスタイラス保持部材１２の機械運動学的 マウントと協働して、ハウジング１０に関して正確に規定されたスタイラス１４ の休止位置を確保することができる。ボール３０は、モジュール１６の上面に取 り付けられた軟鉄製のストライカ−・プレート３４を吸引し、プレート２６上に 設けられた永久磁石３２の作用によりＶ字状の溝２８内に偏倚された状態に保持 されている。しかし、永久磁石３２の代わりに、例えば、引張ばねのごとき他の 偏倚手段を使用してもさしつかえない。

スタイラス保持部材１２は水平に延在したフランジ３６を備えている。スタイラ ス１４が休止位置に保持されているとき、フランジ３６はハウジング１０の底部 の環状エツジＩＯＡの下に位置しているとともに、該エツジＩＯＡの底部から間 隔をあけて隔置されている。フランジ３６が上述のプローブの正常な動作を妨げ ることがないよう上記の間隔は十分な大きさに設定されている。しかし、例えば 、プローブの移動を制御するコンピューターの間違ったプログラミングのために 、プローブがワークピースに向かって移動するにしたがってスタイラス１４がワ ークピースと当接し、プローブの移動が制約されないような衝突が偶発的に生じ たとき、フランジ３６が有効に機能する。すなわち、このような衝突が生じたと き、フランジ３６は、壊れやすいプレート、ボードまたはウェハ２６と該ウェハ ２６に設けられた検知手段を保護する働きをする。

プローブが水平に移動している間に上述のような衝突が生じると、まず、スタイ ラス保持部材１２が上述のように傾動する。この傾動に伴ってばね２４がたわむ ので、プレート２６に作用する負荷が制限される。

傾動の程度が過大となると、フランジ３６がハウジング１０の底部エツジＩＯＡ 上の一点で接触し、フランジ３６とハウジング１０との間に直接的に負荷が生じ る。プローブがさらに移動してオーバートラベルの状態となると、モジュール１ ６全体がボール３ｏのうちの１つまたは２つの回りで傾動しはじめ、残りのボー ル３０は７字状の溝２８との係合状態から解除される。このような過大な傾動が 継続するにしたがって、ストライカ−・プレート３４は永久磁石３２がら離れる よう移動する。この結果、永久磁石３２はもはやモジュール１６を適所に保持す ることができなくなる。

このときモジュール１６と該モジュール１６に取り付けられているスタイラス１ ４はハウジング１０から離れて落下するから、脆くて（高価な）ボードまたはプ レート２６が損傷することを回避することができるのである。

ワークピースとの衝突が垂直方向、すなわち、＋２方向に生じた場合、スタイラ ス保持部材１２はモジュール１６内で持ち上げられる。ボードまたはプレート２ ６に作用する応力はばね２４により制限されている。オーバートラベルの程度が 過大になると、フランジ３６は再びハウジング１０の底部エツジＩＯＡと接触す る。この場合、モジュール１６が傾動することは不可能であるが、フランジ３６ とハウジング１０との間の負荷はばね２４により吸収されるから、プレート２６ に過大な負荷が作用することを回避することができる。不可避的にスタイラス１ ４が損傷するようなことがあっても、ボード２６と比較すれば安価であるので、 容易に新しいものと取り替えることができる。

次に、アナログ式（または測定用または走査用の）プローブを示している第３図 を参照されたい。上述と同様、このプローブは、位置決定装置に取り付けること ができるハウジングまたは固定部材１０を備えているとともに、ハウジング１０ から延在してワークピース接触スタイラス端部１５で終わっているスタイラス１ ４を備えている。３つが連続して接続されたばねの平行四辺形を形成している３ 対の平行な板ばねを含むベース・プレート４０のためのサスペンション・システ ム３８がハウジング１０内に配置されている。１対の板ばね３８Ａがハウジング ｌＯの一端に接続されていて、ベース・プレート４０の±Ｘ方向の並進を許容す るようになっている。また、第２の対をなす板ばね３８Ｂ（第３図には一方だけ しか図示されていない）がばねの平行四辺形３８Ａに接続されていて、ベース・ プレート４０を±Ｙ方向に並進させ得るようになっている。さらに、第３の対を なす板ばね３８Ｃがばねの平行四辺形３８Ｂとベース・プレート４０との間に接 続されていて、ベース・プレート４０を±２方向に移動させることができるよう になっている。ベース・プレート４０は後述のようにスタイラス１４を支持して いる。サスペンション・システム３８は、３つの軸、すなわち、Ｘ軸とＹ軸とＺ 軸とに対する移動を検知するトランスデユーサ（図示せず）を備えていて、ハウ ジング１０に関するスタイラス１４の位置を表すその折々のアナログ的な読取値 またはディジタル的な読取値を与えるよう構成されている。サスペンション・シ ステム３８の代わりに使用することができる別のサスペンション・トランスデユ ーサ装置はよく知られおり、例えば、米国特許第４．０８４．３２３号の公報や 国際出願第ＷＯ９０１０４１４９号の明細書に例示されている。

プローブの軸線の回りに１２０°の間隔をあけて隔置されている３つのボール４ ２がプレート４０の下側に配置されているが、３つのボール４２のうちの１つし か第３図には示されていない。（第４図にも示されている）スタイラス交換用モ ジュール４４は３対のシリンダ４６を備えており、各対をなすシリンダ４６は半 径方向に延在しながら互いに合い並んで配置されている。すなわち、対をなすシ リンダ４６はボール４２の位置と対応するようプローブの軸線の回りに１２０° の間隔をあけて隔置されている。ボール４２とシリンダ４６は、ベース・プレー ト４０上の正確な休止位置にスタイラス交換モジュール４４を位置ぎめしながら スタイラス交換モジュール４４のための機械運動学的なマウントを形成している 。したがって、サスペンション・システム３８のトランスデユーサにより測定を 行うことにより、スタイラス１４の位置を正確に測定することができる。ボール ４２は、モジュール４４の上面に配置された３つの軟鉄製のストライカ−・プレ ート５０を吸引するベース・プレート４０に配置された３つの永久磁石４８によ りシリンダ４６に押圧されている。

国際出願第ＷＯ３９１０５２１０号の明細書に詳細に説明されている差込タイプ のスタイラス交換器が、スクイラス交換モジュール４４内に設けられている。

簡単に説明すれば、交換されるべきスタイラス１４の頂端に半径方向に延在して いる３つのアーム５１　（３つのうち１つだけが図示されているにすぎない）が 形成されており、該アーム５１はそれぞれボール５２を担持している。各ボール ５２は、圧縮ばね５５により偏倚されるプランジャ５４の作用により、モジュー ル４４内に配置された対をなすシリンダ５３の間に形成された半径方向に延在し ているＶ字状の溝に押圧されている。国際出願第ＷＯ３９１０５２１０号の明細 書に説明されているように、スタイラスを持ち上げ、モジュール４４内でスタイ ラスを回転させることによりスタイラスを取り外して交換することができる。

第３図に示されているプローブを使用する際、機械運動学的なマウント４２．４ ６と５２．５３とは係合状態のままである。スタイラス端部１５がワークピース と接触すると、ベース・プレート４０の６つの方向、すなわち、±Ｘ方向と±Ｙ 方向と±２方向に並進移動が生じる。これらの並進移動はサスペンション・シス テム３８により吸収されかつ測定される。

しかし、サスペンション・システム３８の板ばねは意図的にばね定数を低く設定 して作られているので、スタイラスとワークピースとの間に生じるゲージ力は低 い。この結果、これらの板ばねは壊れやすいので、板ばねを保護する措置を講す ることが望ましい。ベース・プレート４０の許容可能な移動の程度を制限するよ うストッパーまたは当接片を設けることにより板ばねの保護が行われている。± Ｘ方向と±Ｙ方向の移動については、プレート４０のエツジを、例えば、位置１ ０Ｂでハウジング１０と接触させることにより制限することができる。ベース・ プレート４０の±２方向のエツジ移動を制約するため、プレート４０のエツジの 上と下に内向きの突起またはフランジ１０Ｃと１０Ｄとがハウジング１０に形成 されている。このように構成すれば、どの方向に過大なオーバートラベルが生じ たときでも、プレート４０は位置１０Ｂと１００とＩＯＤとのうちの１つと接触 するので、プレート４０がさらに移動することを阻止することができる。衝突に より生じた力はプレート４ｏとハウジング１０との間で直接吸収され、壊れやす いサスペンション・システム３８を介して伝達されることがない−から、サスペ ンション・システム３８が損傷するおそれはない。

上述のようにプレート４ｏがさらに移動することが制限されているので、ばね５ ５の弾発作用に抗して機械運動学的なマウント５２と５３とを係合状態から解除 しながらスタイラス交換モジュール４４内でスタイラス１４を傾動させることに より（どの水平方向にも）スタイラス１４をさらに偏位させることができる。も しオーバートラベルが継続する場合、アーム５１のうちの１つをスタイラス交換 モジュール４４の上部の内面に接触させることによって傾動動作を終わらせるこ とができる。したがって、ボール４２と対をなすシリンダー４６との間の係合を 解除することによりスタイラス１４をさらに傾動させることができ、第１図に示 されている実施例に類似したやり方でスタイラス交換モジュール４４はプレート ４０から離れて落下することになる。

±Ｚ方向（上向きの方向）にスタイラスを過大な程度偏位させる場合、ベース・ プレート４０が突起またはフランジＩＯＣと当接した後、アーム５１がモジュー ル４４の上部内面に当接するまで、スタイラス交換モジュール４４内で垂直方向 上向きにアーム５１が持ち上げられる。オーバートラベルの状態がさらに継続し ても、損傷を受ける箇所は安価で容易に交換可能なスタイラス１４に限定される 。

−２方向（下向きの方向）にスタイラスが過大にたわむ場合、プレート４０が突 起またはフランジＩＯＤに当接した後、ボール４２は永久磁石４８の吸引力に抗 してシリンダ４６との係合状態から解除される。スタイラス１４を含めてスタイ ラス交換モジュール４４全体は損傷を伴うことなくハウジング１０から落下する 。

第５図と第６図は、本発明の第３の実施例に従って構成されたプローブを示す。

スタイラス・ホルダ６２がハウジング６０内に配置されており、スタイラス１４ は上述と同様にスタイラス・ホルダ６２から垂下している。スタイラス・ホルダ ６２は中間ケージ６４内に収容されていて、プローブの軸線の回りに１２０′の 間隔をあけて隔置された３つのシリンダ６６と３対のボール６８を機械運動学的 に配置することによりケージ６４内に位置ぎめされている。シリンダ６６とボー ル６８とは、ケージ６４内に収容されたばね７０により互いに係合した状態に偏 倚されている。

ケージ６４は垂下している環状のスカート７２を備えており、該スカート７２は ハウジング６０のフラットな表面７４と接合している。スカート７２とフラット な表面７４はセラミック材料から構成されていて、ケージ６４の適切な軸方向の 休止面を提供することができるよう互いにラッピングしあうことにより製作され ている。ケージ６４はばね７６により上記の休止位置に偏倚されている。ケージ ６４に作用する力は比較的小さく、しかもスタイラス・ホルダ６２に作用するば ね７０の力よりはるかに小さいので、スカート７２とフラットな表面７４との間 に作用する軸方向の力は非常に小さい。この構成の結果、スカート７２とフラッ トな表面７４との間に現れる摩擦は非常に少ないから、優先権主張のもと本出願 と同日付けで申請されていて、参考までにこの明細書に採り入れられている本出 願人の米国特許と日本特許と欧州特許（いずれも本出願人の参照番号１６８に対 応）出願の明細書に説明されているような優れたロービング特性とヒステリシス 特性がプローブに与えられることになる。

ケージ６４は、該ケージ６４とハウジング６０との間に配置されているフラット な板ばねの作用により休止位置に位置ぎめされている。第６図を見ればよく分か るように、３つのフラットな板ばね７８がプローブの軸線の回りに三角形の状態 に配置されている。各板ばね７８の一方の端部はケージ６４に固定されており、 他方の端部はハウジング６０に固定されている。

これらの板ばね７８には予め応力は与えられておらず、未動作の状態ではフラッ トである。したがって、板ばね７８が配置されていてもスカート７２とフラット な表面７４との間に負荷は作用していない。

かくして、スタイラス・ホルダ６２はシリンダ６６とボール６８により完全に機 械運動学的な態様でケージ６４内に支持されているとともに、この支持状態のし たばね７０の作用により押圧されている。したがって、ケージ６４の内側にある これらの構成要素はすべてバジング６０に関して一体左なって移動する閉止系を 構成している。軸方向についてはケージ６４はスカート７２とフラットな表面７ ４により良好な状態に拘束的に保持されているとともに、横方向についてもフラ ットな板ばね７８により良好な状態に拘束的に保持されている。

このように構成されたプローブの動作を説明すれば次の通りである。ワークピー スとの接触によりスタイラス１４が偏位すると、まず、スカート７２とケージ６ ４とが一体でフラットな表面から持ち上げられる、すなわち傾動する。フラット な板ばね７８がたわむので上述の動作が可能なのである。３つの永久磁石８０（ このうちの１つだけが図示されているにすぎない）の作用によりケージ６４内で スタイラス・ホルダ６２が持ち上がることが阻止されているので、シリンダ６６ はボール６８との係合状態に保持されている。

ケージ６４が上述のように持ち上げられる、すなわち傾動することはばね７６の 小さい弾発力により妨げられているにすぎない。

しかし、スタイラス１４が偏位してケージ６４が上述のように持ち上げられ、傾 動することはごく僅かスタイラス１４が偏位する間だけ持続されているにすぎな い。スカート７２の上部エツジとハウジング６０の内側の回りに延在している肩 ８４との間の隙間は非常に小さい（例えば、１０ミクロン）。この隙間８２を吸 収するに十分な程度偏位した後、スタイラス１４がさらに偏位すると、ばね７０ と永久磁石８０の作用に抗して１つまたはそれ以上のシリンダ６６は対応するボ ール６８との係合状態から解除される。

第７図は本発明の別の実施例に従って構成されたプローブを示す。ハウジング８ ８内にケージ８６が配置されている。ケージ８６は、第５図で参照数字６６と６ ８とにより表示されてる部材と同様なやり方でボール９０とローラ（シリンダ） ９２上に機械運動学的な態様で位置ぎめされている。ばね９４の作用によりケー ジ８６はシリンダとボール上の機械運動学的に規定された位置に偏倚されている 。

上述のようにスタイラス１４が垂下しているスタイラス・ホルダ９６がケージ８ ６の内側に配置されている。スタイラス・ホルダ９６は、ケージ８６を休止位置 に偏倚させる力よりも小さい力をもったばね９８の作用によりケージ８６内の休 止位置に偏倚されている。ケージ８６内のスタイラス・ホルダ９６の横方向の休 止位置は、中央の領域がスタイラス・ホルダ９６に接続されているとともに、外 周がケージ８６に接続されているダイヤフラム状のフラットな板ばね１００によ り規定されている。第７図に示されているように、未動作の状態ではダイヤフラ ム状の板ばね１００はフラットなままである。スタイラス・ホルダ９６の軸方向 の休止位置は、参照数字１０２により表示されているスタイラス・ホルダ９６と ケージ８６のフラットな表面により規定されている。このようなフラットな表面 １０２は、上述したように、良好な軸方向の位置ぎめ状態を確保するために表面 １０２が互いにラッピングしあうことにより形成される。フラットな表面を容易 に形成することができるようにするため、各構成要素をセラミック材料から製作 するようにしてもさしつかえない。

上述のように構成されたプローブの動作を説明すると次の通りである。ワークピ ースと接触することによりスタイラス１４が偏位すると、ケージ８６は、当初の 間はボール９０とシリンダ９２により規定された機械運動学的な休止位置に静止 状態のままである。当初の偏位はばね９８の作用に抗するケージ８６内における スタイラス・ホルダ９６の移動により吸収される。

フラットな板ばね１００がたわむことにより上述の偏位が可能である。スタイラ ス・ホルダ９６とケージ８６との間で表面１０２上に付加される荷重は軽いぼね ９８の弾発力だけであるので非常に小さい。スタイラス１４が引き続き偏位する と、上記の同時出願の明細書に記載されている理由から、ロビング作用は見られ ずかつほぼヒステリシスがない状態となる。

スタイラス・ホルダ９６がケージ８６内の肩１０４と当接する前においては、ス タイラス・ホルダ９６はケージ８６内でごく僅かに移動することができるにすぎ ない。第５図に示されている肩８４の場合と同様、上述の当接が生じる前の隙間 はごく僅かであるにすぎない。ばね９４の作用に抗して機械運動学的な着座要素 ９０と９２からケージ８６が移動することによりスタイラス１４を引き続き偏位 させることができる。

上記の同時出願の明細書に説明されているように、第５図から第７図までに示さ れている実施例に係るプローブは、スタイラス端部とワークピースとの間の接触 の瞬間を検出する従来公知の構成を備えるようにしてもよい。スタイラスとスタ イラス・ホルダの重心も同時出願の明細書に説明されている通りである。

フラットな板ばね７８または１００が大幅にたわまないことが第５図から第７図 までに示されている実施例の特徴である。この特徴は、肩８４または１０４が当 接する前の隙間が小さいためにフラットな板ばねがさらにたわむことが阻止され れていることに基づいている。いずれの場合も、フラットなばねがさらにたわむ ことな（、シリンダ６６または９２がボール６８または９０との係合状態から解 除されない限り、スタイラスをさらにオーバートラベルさせることはできない。

この点において、本発明は、所要のオーバートラベルを可能ならしめているフラ ットな板ばねにより横方向の拘束状態が確保されている（米国特許第４．４５１ ．９８７号に示されているような）従来のプローブとは異なっている。このよう な従来のプローブは、スタイラスをオーバートラベルを可能ならしめるためには 比較的柔軟なフラットなばねを必要としている。

しかし、第５図から第７図までに示されているプローブについては、このような ことを必要としない。

いずれの場合でも、フラットな板ばねを実質的に剛めに作ることができる。この 結果、第５図に示されているスカート７２や第７図に示されているスタイラス・ ホルダ９６が休止位置にあるときにスカート７２またはスタイラス・ホルダ９６ の横方向の移動に対抗するフラットな板ばねの抗力をかなり改善することができ る。横方向の抗力が大きくなればなるほど、スカート７２とフラットな表面７４ （第５図に示されている）との間やフラットな表面１０２間（第７図に示されて いる）の摩擦接触のヒステリシスを大幅に低減させることができるとともに、プ ローブの反復性と精度を大幅に改善することができる。

要約書 座標測定機または工作機械のためのプローブは、ハウジング（１０）を有し、こ のハウジングからワークピースに接触するスタイラス（１４）が延びている。

プローブがワークピースに向かって駆動され、スタイラス（１４）がワークピー スに接触するとき、オーバートラベルモジュール１８内のスタイラス保持部材（ １２）が、機械運動学的マウント（２０，２２）から外れて、偏位することによ りオーバートラベルが許容される。ワークピースとの接触は、プレート、ボード あるいはウェハ（２６）に設けられたセンサによって検出される。過剰なオーバ ートラベルの場合に、壊れやすいプレート（２６）を保護するために、スタイラ ス（１４）上のフランジ（３６）が、ハウジングに（ＩＯＡにおいて）接触し、 機械運動学的マウント（２８，３０）の係合が外れる。そして、オーバートラベ ルモジュール（１８）のプレー）−（２６）から離れての落下を許容する。かく て、フランジ（３６）とハウジング（１０Ａにおける）との間に過度な負荷が生 じても、これはプレート（２６）を通しては伝えら九ない。

国際調査報告 Ｓ＾　４５０４７

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．位置決定装置に使用される接触式プローブであって； 前記装置に取り付けるための固定部材と；ワークピースと接触するスタイラスを 担持する移動可能な部材と、前記スタイラスが、前記移動可能部材を包有する支 持径路を介して前記固定部材から支持することができることと； 前記固定部材と前記移動可能部材との間で前記支持径路内に配置された壊れやす いまたは変形可能な部材と； 前記固定部材の一部に接触可能な移動可能部材の移動を制限し、これによりスタ イラスが偏位したときに前記壊れやすいまたは変形可能な部材に付加される力を 制限するよう前記移動可能部材上に設けられた当接手段と を備えたプローブ。
2. ２．プローブがさらに、前記支持径路内に位置している支持手段を備えており、 該支持手段が；少なくとも間接的に一端が固定部材に接続されているとともに、 他端がスタイラスに接続されている少なくとも１対の係合解除可能な要素と；該 係合解除可能な要素を係合させるよう偏倚させる偏倚手段とを備え； もってスタイラスに力が付加されたとき、偏倚手段の偏倚に抗して前記係合解除 可能な要素を係合状態から解除することによりスタイラスが偏位できる請求の範 囲第１項に記載のプローブ。
3. ３．前記偏倚手段により与えられた偏倚力が十分に強く、スタイラスの偏位に際 し、前記当接手段が前記固定部材の前記部分と接触したとき、前記係合解除手段 のみが係合状態から解除される請求の範囲第２項記載のプローブ。
4. ４．前記偏倚手段が磁石を含む請求の範囲第２項または第３項に記載のプローブ 。
5. ５．プローブがさらに、前記支持径路内に位置している別の支持手段を備えてお り、該別の支持手段が；少なくとも間接的に一端が固定部材に接続されていると ともに、他端がスタイラスに接続されている少なくとも１対の別の係合解除可能 な要素と；該別の係合解除可能な要素を係合状態に偏倚させる別の偏倚手段と を備えている請求の範囲第２項より第４項までのいずれかに記載のプローブ。
6. ６．前記支持手段の一方がスタイラス交換器を形成している請求の範囲第２項よ り第５項までのいずれかに記載のプローブ。
7. ７．前記支持手段が前記当接手段と前記固定部材との間の支持径路内に位置して おり、もって該当接手段が係合解除可能な要素の係合解除量を制限している請求 の範囲第２項に記載のプローブ。
8. ８．壊れやすいまたは変形可能な部材が、変形したときに出力を提供する検知手 段を備えている請求の範囲第１項より第７項までのいずれかに記載のプローブ。
9. ９．前記出力がトリガ出力である請求の範囲第８項に記載のプローブ。
10. １０．プローブがさらに、前記固定部材に対するスタイラスの変位を表す尺度で ある出力を提供するとともに、前記壊れやすい部材または変形可能な部材が、前 記変位を可能ならしめるサスペンション・システムである請求の範囲第１項より 第８項までのいずれかに記載のプローブ。
11. １１．壊れやすい部材または変形可能な部材がフラットなばねである請求の範囲 第１項より第７項までのいずれかに記載のプローブ。