JPH09273926A - 形状測定装置 - Google Patents
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- JPH09273926A JPH09273926A JP8084206A JP8420696A JPH09273926A JP H09273926 A JPH09273926 A JP H09273926A JP 8084206 A JP8084206 A JP 8084206A JP 8420696 A JP8420696 A JP 8420696A JP H09273926 A JPH09273926 A JP H09273926A
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Abstract
度の測定ができる形状測定装置を提供する。 【解決手段】先端にスタイラス1が固定されたアーム部
3と、このアーム部3が測定圧によって一方向にのみ傾
斜可能な状態にアーム部3の基端近くを装置固定部11
に連結するV字形の板バネより成るアーム保持部材5
と、前記スタイラス1の測定面からの測定圧に基づく前
記板バネの弾性変形による前記アーム部3の変位を検知
する手段を備えたプローブ10を有することを特徴とす
る。
Description
形状測定機、三次元測定機等のプローブの構造と測定装
置の構成に関する。エアコン用スクロールコンプレッサ
の断面形状や、ビデオシリンダの外径、円筒度、中心穴
との同心度、穴径、中心穴断面形状、リード直線性(テ
ープ走行時のガイドでVTRのテープ互換性確保の為、
1μm以内の直線性が必要)等を低測定圧でキズを付け
ず、高速、高精度に測定する形状測定装置に関するもの
である。特に、0.1〜0.01μmといった超高精度
形状測定に関するものである。
等のプローブには接触式プローブ、原子間力プローブ、
光学式、静電容量センサ等がある。光学式と静電容量セ
ンサは細い穴の側面測定やリードのような0.1mm以
下の段差の側面等は全く測定できないし、形状や粗さを
1μm以下の精度で測定するのも不適である。
キズを付けることがある。従来の接触式プローブには作
動トランスが付いており、作動トランスには磁石または
磁性体が必要なので、可動部質量が重い為、応答速度を
上げる為には測定圧を増すしか方法がない。それでも従
来の接触式プローブでは10Hz程度と応答速度が遅
い。
報に記載されている。接触式プローブとの違いは測定圧
が低く、測定面にキズを付けない事である。スタイラス
を半径0.5mmのルビー球とした時、測定圧を0.2
g以下にすると、測定面とスタイラスとの間にはエネル
ギーギャップがあり、トンネル電子の行き来で測定圧
(斥力)が発生する。この領域で測定するのを原子間力
プローブと命名している。
れている原子間力プローブは平面かレンズ面の形状を上
から測定するものであり、用途が限定される。
羽根の形状測定装置はその用途が広い。しかし、この発
明はスタイラスを板バネに取付け、裏面に光を当てる構
造となっており、スタイラスの近くにミラーとミラー保
持部が必要で、構造が複雑であり、直径2mmの穴の中
にこのスタイラスを入れることなどは、ほとんど不可能
と言える。
状、大きさにかかわず、広い範囲にわたって、応答性良
く高精度の測定ができる形状測定装置を提供することを
主たる目的とし、最終的には以下の項目を満足するプロ
ーブを備えた形状測定装置の実現を図ることにある。 1.細い穴の断面形状の測定や、ビデオシリンダーのリ
ードのように円筒の側面の0.1mm以下の段差の側面
の測定といった上記の上から測定する形の原子間力プロ
ーブでも測定できない側面を早く高精度に測定でき、測
定面の傾きやスタイラスを走査する時の摩擦で測定誤差
を生じにくいプローブの実現。
いたアームの傾きを比較的広い範囲で精度良く、応答性
良く測定することができる装置の実現。
いたアームの傾きを精度良く測定する為の小さなミラー
にレーザ光がずれないように照射できる構造の実現。
の磨耗、スタイラスアームの曲がりによる測定誤差を無
くするため、測定圧を極力小さくし、同時にアームの質
量も極力減らすことができる形状測定装置の実現。なぜ
なら、プローブの応答加速度a=測定圧÷可動部質量だ
から、可動部質量を減らさないと、プローブの応答加速
度が小さくなり、測定速度が遅くなるからである。
がかかった時、プローブが壊れず逃げる構造を得る。
ったときにもプローブが壊れず逃げる構造を得る。
はプローブの概略の可動範囲である1mm以下と狭い。
そこでより広い測定範囲で、測定点の座標を得られる形
状測定装置の実現。
測定圧で広い測定範囲にわたって連続的に、2次元、又
は、3次元的に走査して形状を測定できる形状測定装置
の実現。
測定データを直交座標系だけでなく、極座標系で測定で
きる形状測定装置の実現。
かい粗さとおおまかな形状を測定することができる形状
測定装置の実現。
足、ピッチング、ヨーイング、ローリングの影響を排除
した0.01μmのオーダーの超高精度な形状測定装置
の実現。
筒状の部品の上面、底面、外側面、穴の内側面等を個別
に測定しても、底面と穴との直角度の測定等ができな
い。一旦、測定物を取り外し、別の測定機に取付ける
と、測定物の姿勢が変わり、サブミクロン精度の測定は
できなくなる。そこで、測定物の一回の取付けで上、底
面と側面との直角度を0.1μmオーダーの精度で測定
できる形状測定装置の実現。
め、本願第1の発明の形状測定装置は、先端にスタイラ
スが固定されたアーム部と、このアーム部が測定圧によ
って一方向にのみ傾斜可能な状態にアーム部の基端近く
を装置固定部に連結する板バネより成るアーム保持部材
と、前記スタイラスの測定面からの測定圧に基づく前記
板バネの弾性変形による前記アーム部の変位を検知する
手段を有するプローブを備えたものであり、細く軽いプ
ローブの可動部であるアーム部を板バネで支持し、測定
圧によって1方向にのみ軽く動くようにした。これによ
り、プローブの先端が微小に構成でき、狭い空間内の表
面の形状測定ができるとともに、一方向にのみ傾斜可能
な板バネで支持することにより、測定面の傾きや摩擦力
により、スタイラスが横ずれを起こす誤差を無くし、軸
受け支持のようにガタツキによりスタイラス位置がずれ
る誤差をなくした。
の形状測定装置は、第1の発明において、前記アーム部
の変位を検知する手段が、アーム部の基端に固定された
ミラーと、ミラーの反射面側に固定配置された投光部
と、この投光部から放射された光に基づく前記ミラーか
らの反射光を受光し、この反射光の位置を検知する光位
置検知手段とを備えたものである。
傾斜角度を測定できるようにすることにより、アーム部
にトランス等の重量物が連結されないので、アーム部及
び板バネ部等の可動部質量は1グラム以下にでき、応答
周波数は200Hzと早く、測定圧も0.2グラム以下
を達成できる。従って測定面を走査して形状測定を行う
際に、測定面の形状変化に速応して追従でき、測定効率
および精度をより向上することができる。
の形状測定装置は、第2の発明において、前記アーム保
持部材はほぼV字形であって、V字の両端で前記固定部
側に連結されるとともに、V字形の下端と前記アーム部
の基端付近とが固定結合されたものであり、これによ
り、線型性良くアームの傾斜角度を反射光束の受光位置
変化に変換でき、精度の良い測定ができる。
の形状測定装置は、第1〜3のいずれかの発明におい
て、前記板バネが、円柱部材に固定され、円柱部材はバ
ネ性を有する押さえ板で固定部に保持され、過度の測定
圧がかかったときは前記円柱部材が回転し、通常の測定
圧がかかったときは摩擦力で保持され円柱部材は回転し
ないように構成されたものであり、これにより、測定圧
の方向に垂直な方向に過度の力がかかったとき、円柱部
材の回転によってアーム部を逃がすことが可能となり、
プローブの破損が防止される。なお、円柱部材とは断面
外形状が円形(一部切欠部があってもよい。)のものを
指称し中実部材のみならず円筒状の部材をも含む。
の形状測定装置は、第4の発明において、前記押さえ板
は、前記スタイラスに過度な力が作用したとき、円柱部
材が押さえ板からスリップし、アーム部がはずれるよう
に構成されたものであり、これにより、衝撃力などの過
度な力がかかったとき、アーム部を逃がすことが可能と
なり、さらにプローブの破損が防止される。
の形状測定装置は、第1〜5のいずれかの発明におい
て、前記プローブまたは測定面を、プローブと測定面と
の間隔が変化する方向に移動させる移動台とこの移動台
の移動距離を測定するスケールと、測定面からの測定圧
によって生じるスタイラスの変位に前記スケールの測定
値を加算する事により、測定面の座標を検出するように
構成したものであり、プローブ自体の可動範囲(例えば
1mm程度)に対して、より広い範囲で、測定点の座標
を得ることができる。
の形状測定装置は、第1〜6のいずれかの発明におい
て、測定面からの測定圧によって生ずるスタイラスの変
位が、略一定になるように、光位置検出手段からの信号
を前記移動台の駆動手段にフィードバックする制御装置
を備え、前記プローブと前記測定面との間隔が変化する
方向と略垂直な方向に前記光学ヘッド部を含むプロー
ブ、または、前記測定面を移動させる移動台と、この移
動台により、前記スタイラスを前記測定面に一定測定圧
で走査させ、前記測定面の形状を測定できるようにした
ものであり、前記スタイラスを前記測定面に一定測定圧
で走査させ、広い測定範囲にわたって連続的に形状を測
定することが可能となる。
の形状測定装置は、第1〜7のいずれかの発明におい
て、前記プローブ部をXYZ方向に移動させる移動台
と、測定物を回転させるθステージを備えたものであ
り、これにより、直交座標系だけでなく、極座標系でも
測定が容易となり、真円度、円筒度等の測定も可能とな
り、スクロール形状等に対しより的確な測定を行なうこ
とができる。
の形状測定装置は、第1〜8のいずれかの発明におい
て、スタイラスがアーム部の先端の複数方向に取り付け
られたものであり、これにより、前記スタイラスを前記
アーム先端の2方向に付けることにより、測定物の両サ
イドから測定できるので、測定物の厚さ測定が可能とな
る。又、2方向に付けたスタイラスの形状を変えること
で異なる種類の測定、例えば、粗さ測定と包絡線の測定
の両方ができる。
明の形状測定装置は、第6〜9のいずれかの発明におい
て、移動台がXステージ、Yステージを有し、Xステー
ジ移動量測定用スケールとして、レーザ光投受光手段又
はYZ方向に平面をもつミラーのいずれか一方を固定部
に、他方をXステージに夫々配置して、レーザ光の反射
光の光波の位相変化からX座標を読む構成のものを用
い、Yステージ移動量測定用スケールとして、レーザ光
投受光手段又はXZ方向に平面をもつミラーのいずれか
一方を固定部に、他方をYステージに夫々配置してレー
ザ光の反射光の光波の位相変化からY座標を読む構成の
ものを用いたものであり、X、Y座標を測定するスケー
ルとしてレーザを使用し、XステージやYステージのピ
ッチング、ヨーイング、ローリングによる測定誤差を排
除し、例えばX座標測定にはYZ平面をミラー面とした
0.05μm以下の平面度を持つミラーを反射面とする
ことにより、Yステージの移動真直度不足は測定誤差に
ならなくなるので、0.1μm以下のオーダの超高精度
の形状測定装置を実現することができる。
明の形状測定装置は、第1〜10のいずれかの発明にお
いて、X軸方向の変位を検出するプローブと、Z軸、又
は、Y軸方向の変位を検出するプローブの少なくとも2
本のプローブを備えたものであり、上、底面と側面の直
角度等を0.1 μmの程度の精度で測定できる。
て、図1〜図6を用いて説明する。
におけるプローブ(測定ヘッド)10の概略構成図であ
り、(a)は正面図、(b)は(a)のP−P断面図で
ある。図1において1は被測定物Sの形状測定部位に所
定の圧力(測定圧)で接触し表面形状に追従するための
スタイラスであり、細い穴の側面等の形状測定に使用す
ることができる。スタイラス1は、ルビー等の耐磨耗性
の硬質材料で構成され、測定対象面の大きさと形状等に
より異なるが、例えば直径1mm程度の微小な球状、突
起状、針状等に構成され、棒状のアーム3の先端に取付
けられている。
細く基端側が次第に太く形成されている。アーム3の基
端には、例えば円板状の小さく薄いミラー2が、図では
反射面を上に向けて、アーム3の中心軸に垂直に接着等
により固定され、反射面のさらに斜め上方には、ミラー
2に光束を投射する投光部6(光源および収束レンズ)
と、ミラー2からの反射光を受光してミラー2の向きの
変化または位置の変化に基づく受光光束の位置の変化を
表す光位置信号を発生する光位置検出手段7が、ミラー
2の軸に対して対称的に固定配置されている。以上のミ
ラー2、投光部6及び光位置検出手段7は、不透明材よ
り成り下端が一部解放されたハウジングケース4内に収
容されている。
光学的検出手段に限らず、静電容量センサー、磁気的セ
ンサーその他を用いることも可能である。
材であり、図1の(b)に示すように、左右対称にほぼ
V字形状(U字形状または凹形状等を含む)に形成され
ている。アーム3は、その中心軸が上記V字形の対称軸
と一致する状態に、アーム3の基端近くが板バネ5のV
字形の下端に固定結合され、アーム3の基端に配置した
ミラー2がアーム保持部材のV字形のほぼ中央に位置す
るように構成されている。
2、板バネ(アーム保持部材)5より成る可動部は、で
きるだけ軽量であることが望ましく、全体で例えば質量
1グラム以下に構成され、これにより測定圧を0.2グ
ラム以下に留めることができる。
平方向に配した円柱部材8に固定され、円柱部材8は、
ケース4の下端部両側から突出したブロック状の1対の
受け部材11、11と板バネからなる1対の押さえ板9
とにより挟持されている。なお、円柱部材8は、滑らか
な表面を持ち、一部が欠けても押圧された部分のみでも
円周面を有するものであれば良く、中空部を有している
ものでも良い。
細を示し、上記受け部材11には、その左上隅部に階段
状受け部11Aが形成されるとともに、さらに階段状受
け部11Aとの間に円柱部材8を挟持するため、階段状
受け部11Aと対向してバネ性を有する押さえ板9が設
けられ、押さえ板9は円柱部材8を階段状受け部11A
の隅方向に押圧して受け部11Aに接触させている。こ
れにより、円柱部材8は所定の軸位置を保って摩擦力に
より保持されている。
金属または樹脂の靱性のある弾性材料で構成され、止め
ネジ11Bにより受け部材11の下面に固定されてい
る。上記構成において、押さえ板9による押圧力の強さ
は、通常の測定圧範囲では円筒部8は回転せず板バネ5
のみが撓み、過度の測定圧がかかった時には板バネ5は
塑性変形せずに円筒部8が回転するような大きさの摩擦
力を生じるような強さに設定されている。
の先端が微小であるので、狭い空間でも測定可能であ
り、またプローブ10の可動部を軽量に構成できるの
で、測定面を走査する際に測定面の形状変化に忠実に速
応追従できる。またスタイラス1を固定したアーム3が
板バネ5により保持され、測定圧により一方向にのみ動
くので、横ずれを起こしたり、軸受け支持のようにガタ
ツキを生じたりすることが無い。
よりスタイラス1が受ける圧力(測定圧)により、板バ
ネ5が傾いても、板バネ5が傾斜して変位する方向と、
板バネ5によるアーム支持点に対してミラー2が変位す
る方向とが互いに逆向きになるので、ミラー2の位置は
殆ど不変であってその傾きのみ変化するので、スタイラ
ス1の位置変化をリニアーに光の位置変化に変換でき
る。
大な測定圧が作用しても、円柱部材8がスリップして回
転し、プローブ10を壊すことがないという効果が得ら
れる。さらに図2において、押さえ板9は下から、又は
紙面に垂直な方向に過度の力が掛かっても押さえ板9が
少し上に開いて円柱部材8が押さえ板9からスリップ
し、プローブ10の可動部が上に逃げるので、プローブ
10が壊れる危険性が解消される。さらに、押さえ板9
は上に開くので、プローブ10の可動部が上に外れても
容易に元通り差し込むことができる。
の形状測定装置の全体構成を示し、図3は機械的構成例
図、図4は信号処理系のブロック図を示す。本実施形態
は、エアコン用スクロールコンプレッサの羽根形状の測
定に適したものである。
の直交座標測定と極座標測定ができる機能を有し、プロ
ーブ10をXYZ方向に移動させるXステージ17、Y
ステージ18、Zステージ19を備えた移動台と、測定
物Sをθ方向に回転させる回転ステージであるエアスピ
ンドル12を備えている。回転ステージ12はモータ1
4により駆動され、ロータリエンコーダ13により回転
ステージ12、従ってスクロール羽根Sの回転角度位置
が測定されるように構成されている。
れ、Zステージ19はYステージ18に保持されて、3
次元ステージを構成している。Xステージ17には、プ
ローブ10が装着され、そのアーム3がスクロール羽根
Sの測定部位に挿入されている。
7、18、19の駆動モータである。
各ステージ17、18、19の位置計測用のリニアスケ
ールであり、スクロール羽根Sの形状に追随してアーム
3の先端のスタイラス1を移動させたとき、その3次元
座標位置を精度1μm程度で計測することができる。
状になっており、形状の一部は円筒座標の数式で表現さ
れ、中心部等では直交座標の数式で表現される。また、
エアコンの用途(家庭用、大型産業用、自動車用)によ
り、形状は異なる数式で表現される。従って、測定機と
しては、直交座標であるXYZ軸と極座標であるθ軸が
必要である。また、測定結果を設計式と比較できるよう
に座標変換し、測定物の取付け誤差を補正し、設計値か
らのずれを出力するソフトウエアが、データ処理及び制
御を行うコンピュータ40(図4参照)に内蔵されてい
る。
を羽根側面にアーム3の傾斜角度が略一定になるように
X軸モータ15xにフィードバックを掛けながら、測定
物Sをθ方向に回転させると、測定点の半径は変化して
ゆく。回転ステージ12に直結したロータリーエンコー
ダ13からの回転角度を入力し、得られたスタイラス位
置のX座標と、X位置計測用スケール16x及びY位置
計測用スケール16yの読みからコンピュータにて回転
角をX−Y座標に変換する演算を行ない、スクロール羽
根の設計値と測定値を比較し、誤差を出力する。つま
り、X軸とθ軸だけ動かせば良いのではなく、中心部で
はY軸方向も動かさないと、測定できない。また、プロ
ーブ10のZ方向に走査を加えると、羽根部のすべての
部分の形状測定ができる。
した信号処理系が示され、コンピュータ40にX、Y、
Zステージ17、18、19、回転ステージ12及びプ
ローブ10からの検出信号が入力されるとともに、コン
ピュータ40からの制御信号によりそれぞれが制御され
るように構成されている。
斜を表す光位置信号を発生する。この光位置信号は、増
幅器41により増幅されたのちXモータドライバー44
に入力され、Xモータドライバー44によりXモータ1
5xが駆動され、アーム3の傾斜角度が略一定になり、
測定圧が略一定になるように動き、広い測定範囲にわた
って連続的に2次元的または3次元的に走査して形状を
測定できるという作用を有し、光位置信号をX軸モータ
にフィードバックを掛けるように構成されている。
増幅器41により増幅された光位置信号と加算器42に
より加算され、この加算値がX座標の絶対値となるので
広い測定範囲におけるX座標の絶対値が得られる。この
X座標の絶対値出力は、コンピュータ40に入力され
る。なお、加算器42はコンピュータに内蔵させても良
い。43は、形状測定の結果を、図形、表等により表示
・記録する表示装置及びプリンタである。
の検出信号は、それぞれコンピュータ40に入力され、
処理された後、Y、Zモータドライバー45、46に入
力され、Y、Zモータドライバー45により、Yモータ
15y、Zモータ15zが駆動される。
ンピュータ40に入力され、所定の制御プログラムのデ
ータと参照して、コンピュータ40から制御信号がθモ
ータドライバー47に入力され、これに基づいてθモー
タ14が駆動される。
ーム3の傾斜を表す光位置信号が出力される。この信号
はXモータドライバー44にフィードバックされる。モ
ータドライバー44は、アーム3の傾斜角度が略一定に
なり、測定圧が略一定になるような駆動出力を発生し、
これに基づいてXモータ15xが作動する。これによ
り、測定面の広い範囲にわたって連続的に2次元、又
は、3次元的に走査して形状を測定することができる。
なお、フィードバックは+X方向と−X方向の両方に選
択的にかけるようにもでき、両面測定が可能となる。
表面に追従させて、2次元、又は、3次元的に走査した
ときのXYZ各ステージ17、18、19の移動量は、
各軸毎に設けられているリニアスケール16x、16
y、16zにより、精度1μm程度の測定を行うことが
できる。スクロール羽根の必要精度は3μm程度なの
で、充分に目的を達成することができる。また、スクロ
ール羽根の回転角度位置は、ロータリエンコーダ13に
より、充分な精度で測定することができる。
度は上げることは、困難である。図5に示す第2の実施
形態の形状測定装置では、さらに高精度の形状測定装置
を実現できるものである。以下にこれについて述べる。
装置の全体構成を示し、デジタルビデオ用シリンダーの
形状測定に好適である。図6は図5の装置におけるスタ
イラスと測定物の拡大図を示す。図6のプローブ27、
28、29は、厚さ、穴径、外径、表面粗さを測定でき
るという作用を有し、プローブ28はアームの先端の2
方向に一方は丸いスタイラス、他方は尖ったスタイラス
で構成されている。図5においては、XY2軸の位置測
定にリニアスケールの代わりに、レーザ測長器と高精度
ミラーによる位置測定手段を使用している。
テージ25a上にY方向に移動可能にYステージ25b
が配設され、このYステージ25b上に支柱ブロック3
3が垂直に固定され、支柱ブロック33にはZステージ
26が、静圧軸受けを介して、Z軸方向に移動可能に装
着されている。Sは形状測定対象であるデジタルビデオ
テープレコーダ用Fシリンダーであり、回転ステージ3
1上に装着されている。
方向に走らせたレーザ光を、YZ方向に平面を持つX軸
用ミラー21で反射し、反射光の光波の位相変化からX
座標を読み、Y軸方向に走らせたレーザ光を、XZ方向
に平面を持つY軸用ミラー22で反射し、反射光の光波
の位相変化からY座標を読むように構成している。
それぞれ垂直にステージ外の固定部に固定配置された平
面度0.01μmのX軸用ミラー、Y軸用ミラーであ
る。Y軸方向の位置測定を例にとって説明すると、24
は干渉縞カウンター、M1、M2は直角に光路を変換す
る反対鏡であり、いずれもYステージ25b上に配置さ
れ、同様にYステージ25b上に配置された図示されな
いレーザ光源からレーザ光23を投射するように構成さ
れている。Y軸位置測定において、レーザ光源からミラ
ーM1に45度に、X軸に平行に図の矢印の方向からレ
ーザ光23を入射させ、ミラーM1でY軸方向に反射さ
れてY軸用ミラー22に垂直に入射し、Y軸用ミラー2
2でY軸方向に反射され、第2のミラーM2で45度反
射されて、干渉縞カウンター24に入射するように構成
されている。この構成により、Yステージ25bがY軸
方向に移動すると、レーザ光源から干渉縞カウンター2
4迄のレーザ光23の光路長の変化が生じ、Yステージ
25bのY軸方向移動量を、干渉縞カウンター24によ
り、0.1μmの精度で計測することができる。なおレ
ーザ光源としては、発振周波数を安定化したHe−Ne
レーザが好適である。
にも、基本的にY軸方向移動量計測用と同様の光学系が
設けられている。
形状測定用プローブ27、側面測定用プローブ28、底
面測定用プローブ29の3種のプローブが、1台の測定
装置に組み込まれている。
ビデオ下シリンダーのリード(テープガイド)面を計測
するリード(上面)プローブ27が、Zステージ26に
固定した支持部35に装着されている。プローブ27
は、図6に示すように、水平方向の部材の先端付近を下
方に曲げ、その先端を尖らせた形状に構成されたもので
ある。
用プローブであり、Zステージ26に固定した支持部3
6に装着されており、図6に示すように、Z軸方向のア
ームの下端にX軸の正負2方向にそれぞれ向いた2個の
スタイラスを設けたものであり、その一方のスタイラス
は先端が細く尖った形状を有し、例えば10μm程度の
曲率半径を有し、他方のスタイラスは先端が丸く、例え
ば250μ程度の曲率半径に形成されている。
計測する底面測定用プローブであり、Zステージ26に
取り付けられた底面プローブ支持部30の先端に装着さ
れ、図6に示すように、水平方向の部材の先端付近を上
方に曲げ、その先端を尖らせた形状に構成されたもので
ある。
ー21、Y軸用ミラー22を使用した座標測定系は、X
Yステージ25a、25bの移動真直度が1μm以上と
悪くても、0.1μmの超高精度に移動量を測定できる
という作用を有している。
定機とビデオシリンダー形状測定機をそれぞれ構成した
例で説明したが、一般部品の測定においては、プローブ
の形状や数、座標系を変える事により、最適な形状測定
機を構成することが可能である。
ば、以下の効果が得られる。
ーと固定の下シリンダーがある。下シリンダーは図6の
Sに示すような形状で、必要測定項目は穴径、外径、表
面粗さ、リード部の直線度と高さ、底面と上面の平行
度、底面と穴や外側面との直角度、外壁と穴の同心度と
それぞれの円筒度、さらに、穴は流体軸受けになってい
るので、油をためる溝形状、テープ走行音を消す為のバ
ルジ形状等がある。上、下シリンダー合計で26項目も
の必要測定項目がある。
定装置で行なってきた。しかし、アナログビデオでは1
μm程度の測定精度で良かったが、デジタルビデオとな
ると1桁低い0.1μm程度の測定精度が必要となる。
本実施形態では、より高精度に、1台で全測定が自動的
にできる測定装置を実現したものである。
各軸にリニアスケールが付いており、精度1μm程度の
測定機である。スクロール羽根の必要精度は3μm程度
なので、こういう構成にしたが、この構成では更に精度
はあげられない。理由は、3つある。1点目はXYステ
ージの移動真直度が1μm程度なので、X軸の移動量が
精度良く計れても、YZ方向に移動するとYZ軸の真直
度不足は計れないので、X座標が誤差を持つこと、2点
目はXY軸の測定点の延長線上にリニアスケールが付け
られないので、XYステージがピッチング、ヨーイン
グ、ローリングにより傾くと、スケールの読みから測定
点の座標がずれること、3点目はリニアスケール自体が
0.2μm程度の誤差を持つことが挙げられる。
置は、精度0.1μmを達成するために、XY軸共、ス
ケールはレーザ測長を採用した。発振周波数安定化ヘリ
ウムネオンレーザ光23を平面度0.01μmのX軸用
ミラー21,Y軸用ミラー22に照射し、反射光を干渉
縞カウンター24で読む。
因をすべて無くしたものである。
移動真直度は1μm程度だが、XY座標軸はXYステー
ジ25a、25bの移動真直度で決まるのではなく、X
Y軸用ミラー21,22の平面度できまる。つまり、真
直度0.01μmのXY座標軸が得られる。Zステージ
26は真直度0.05μm以下の静圧軸受けを使用した
ので、リニアスケールを用いることである程度対処可能
であるが、レーザ測長を採用すると好適である。
ーザ測長する構成とした為、XYステージ25a、25
bのピッチング、ヨーイング、ローリングによる誤差が
測定に影響しない。Z軸は、静圧軸受けなのでピッチン
グ、ヨーイング、ローリング自体が十分小さい。
μm以下であることである。
真直度不足やピッチング、ヨーイング、ローリングの影
響を排除した0.1μm以下の超高精度な形状測定装置
を得ることができる。
と底面との平行度、底面と穴との直角度、穴と外径との
同軸度等、いずれも0.1μmのオーダーで測定する必
要がある。従来、これらの測定は別々の測定機で行なっ
てきたが、測定物の姿勢が取付け毎に変わる為、高精度
な測定はできなかった。本実施形態では、上面とリード
形状測定用プローブ27,側面測定用プローブ28,底
面測定用プローブ29が1台の測定機に組込まれてお
り、上面や底面と側面との直角度等の測定を0.1μm
オーダーの精度で測定できる。
先端の2方向にスタイラスが取付けられている。2方向
のスタイラス先端間の距離を前もって正確に計っておけ
ば、穴の両側の壁の位置を測定することにより、穴径の
測定ができる。
し、他方を尖らせたものとした。尖ったスタイラスによ
り測定面の細かい粗さ測定や流体軸受溝の形状測定、丸
いスタイラスにより施盤加工の凹凸を拾わずに、外接面
だけの形状測定を行うことができる。
定面に対して、応答性良く高精度に形状測定を行うこと
が可能となるとともに、細い穴の側面形状測定等を0.
1μmのオーダーで超高精度測定が測定面にキズを付け
ず、迅速に測定でき、さらに1台の測定機でデジタルビ
デオシリンダーのリード等多項目の測定を測定物の取り
外し、再取付け無しで、自動測定プログラムを組むこと
により、全自動で効率良く測定できるという効果が得ら
れる。
ーブ部を示し(a)はその正面図、(b)は(a)のP
−P断面図。
図。
図。
図。
Claims (11)
- 【請求項1】 先端にスタイラスが固定されたアーム部
と、このアーム部が測定圧によって一方向にのみ傾斜可
能な状態にアーム部の基端近くを装置固定部に連結する
板ばねより成るアーム保持部材と、前記スタイラスの測
定面からの測定圧に基づく前記板バネの弾性変形による
前記アーム部の変位を検知する手段を備えたプローブを
有する形状測定装置。 - 【請求項2】 アーム部の変位を検知する手段が、アー
ム部の基端に固定されたミラーと、ミラーの反射面側に
固定配置された投光部と、この投光部から放射された光
に基づく前記ミラーからの反射光を受光し、この反射光
の位置を検知する光位置検知手段とを備えた請求項1記
載の形状測定装置。 - 【請求項3】 アーム保持部材はほぼV字形であって、
V字形の両端で固定部側に連結されるとともに、V字形
の下端とアーム部の基端付近とが固定結合された請求項
2記載の形状測定装置。 - 【請求項4】 板バネが、円柱部材に固定され、円柱部
材はバネ性を有する押さえ板で固定部に保持され、過度
の測定圧がかかったときは前記円柱部材が回転し、通常
の測定圧がかかったときは摩擦力で保持され円柱部材は
回転しないように構成された請求項1〜3のいずれかに
記載の形状測定装置。 - 【請求項5】 押さえ板は、スタイラスに過度な力が作
用したとき、円柱部材が押さえ板からスリップし、アー
ム部がはずれるように構成された請求項4記載の形状測
定装置。 - 【請求項6】 プローブまたは測定面を、プローブと測
定面との間隔が変化する方向に移動させる移動台とこの
移動台の移動距離を測定するスケールと、測定面からの
測定圧によって生じるスタイラスの変位に前記スケール
の測定値を加算する事により、測定面の座標を検出する
ように構成した請求項1〜5のいずれかに記載の形状測
定装置。 - 【請求項7】 測定面からの測定圧によって生ずるスタ
イラスの変位が、略一定になるように、光位置検出手段
からの信号を移動台の駆動手段にフィードバックする制
御装置を備え、プローブと測定面との間隔が変化する方
向と略垂直な方向に光学ヘッド部を含むプローブ、また
は、前記測定面を移動させる移動台と、この移動台によ
り、前記スタイラスを前記測定面に一定測定圧で走査さ
せ、前記測定面の形状を測定するように構成した請求項
1〜6のいずれかに記載の形状測定装置。 - 【請求項8】 プローブ部をXYZ方向に移動させる移
動台と、測定物を回転させるθステージを備えた請求項
1〜7のいずれかに記載の形状測定装置。 - 【請求項9】 スタイラスがアーム部の先端の複数方向
に取り付けられた請求項1〜8のいずれかに記載の形状
測定装置。 - 【請求項10】 移動台がXステージ、Yステージを有
し、Xステージ移動量測定用スケールとして、レーザ光
投受光手段又はYZ方向に平面をもつミラーのいずれか
一方を固定部に、他方をXステージに夫々配置して、レ
ーザ光の反射光の光波の位相変化からX座標を読む構成
のものを用い、Yステージ移動量測定用スケールとし
て、レーザ光投受光手段又はXZ方向に平面をもつミラ
ーのいずれか一方を固定部に、他方をYステージに夫々
配置してレーザ光の反射光の光波の位相変化からY座標
を読む構成のものを用いた請求項6〜9のいずれかに記
載の形状測定装置。 - 【請求項11】 X軸方向の変位を検出するプローブ
と、Z軸、又は、Y軸方向の変位を検出するプローブの
少なくとも2本のプローブを備えた請求項1〜10記載
の形状測定装置。
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11230714A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 円筒形状測定装置 |
JP2001174252A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-06-29 | Topcon Corp | 眼鏡の玉型形状測定装置 |
JP2002541445A (ja) * | 1999-04-06 | 2002-12-03 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 光センサ付き表面検査装置 |
JP2004093191A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
JP2007205998A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Mitsutoyo Corp | 接触プローブおよび形状測定装置 |
JP2008116219A (ja) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Nippon Steel Corp | 室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置および方法 |
JP2010286313A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Mitsutoyo Corp | 真円度測定装置 |
JP2013224940A (ja) * | 2012-04-19 | 2013-10-31 | Alstom Technology Ltd | ディスクコイル用の測定ツール |
CN105758335A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-07-13 | 合肥工业大学 | 高精度大量程三维微纳米测量探头 |
CN105783772A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-20 | 合肥工业大学 | 单传感器式三维微纳米接触触发测量探头 |
CN107796352A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 株式会社三丰 | 圆度测量装置 |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19880875D2 (de) * | 1997-06-12 | 2000-07-13 | Werth Messtechnik Gmbh | Koordinatenmessgerät mit Tastelement und dieses vermessenden optischen Sensor |
US6708420B1 (en) * | 1999-01-06 | 2004-03-23 | Patrick M. Flanagan | Piezoelectric touch probe |
WO2001029504A1 (de) * | 1999-10-18 | 2001-04-26 | Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Sensor zum berührenden vermessen von materialien |
JP3517185B2 (ja) * | 2000-07-19 | 2004-04-05 | 株式会社ミツトヨ | スケール部材、その製造方法及びそれを用いた変位計 |
DE60332681D1 (de) * | 2002-01-22 | 2010-07-08 | Ebara Corp | Trägerplattevorrichtung |
US20040125382A1 (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-01 | Banks Anton G. | Optically triggered probe |
FR2853056B1 (fr) * | 2003-03-28 | 2005-07-15 | Snecma Moteurs | Dispositif et procede de mesure de profil |
JP4371231B2 (ja) * | 2005-01-17 | 2009-11-25 | 株式会社富士通ゼネラル | スクロール圧縮機の調芯装置およびその調芯方法 |
SE531462C2 (sv) * | 2005-11-17 | 2009-04-14 | Hexagon Metrology Ab | Inställningsanordning för ett mäthuvud |
JP4427580B2 (ja) * | 2006-05-18 | 2010-03-10 | パナソニック株式会社 | 形状測定装置用プローブ及び形状測定装置 |
WO2008002958A2 (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-03 | Parlour, Barbara, E. | Internal and external measuring device |
JP4474443B2 (ja) * | 2007-07-17 | 2010-06-02 | キヤノン株式会社 | 形状測定装置および方法 |
US7908757B2 (en) * | 2008-10-16 | 2011-03-22 | Hexagon Metrology, Inc. | Articulating measuring arm with laser scanner |
US8112896B2 (en) | 2009-11-06 | 2012-02-14 | Hexagon Metrology Ab | Articulated arm |
JP5713660B2 (ja) * | 2010-12-21 | 2015-05-07 | キヤノン株式会社 | 形状測定方法 |
US9069355B2 (en) | 2012-06-08 | 2015-06-30 | Hexagon Technology Center Gmbh | System and method for a wireless feature pack |
CN102749032A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-24 | 浙江省质量检测科学研究院 | 光磁结合的全角度三维探测系统 |
ES2967886T3 (es) | 2014-09-19 | 2024-05-06 | Hexagon Metrology Inc | Máquina de medición por coordenadas portátil multimodo |
JP6212148B2 (ja) * | 2016-02-26 | 2017-10-11 | 株式会社ミツトヨ | 測定プローブ |
DE102019206278A1 (de) * | 2019-05-02 | 2020-11-05 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Vermessungsvorrichtung |
JP7340761B2 (ja) * | 2019-10-28 | 2023-09-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 測定用プローブ |
CN111238388B (zh) * | 2020-01-08 | 2021-11-16 | 安徽逻根农业科技有限公司 | 一种高空支架形态监测装置和方法 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2531205A1 (fr) * | 1982-07-29 | 1984-02-03 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de palpage a laser pour controle dimensionnel |
CH672182A5 (ja) * | 1987-06-29 | 1989-10-31 | Meseltron Sa | |
DE3824549A1 (de) * | 1988-07-20 | 1990-01-25 | Zeiss Carl Fa | Lagerung fuer tastkoepfe |
DE3824548A1 (de) * | 1988-07-20 | 1990-01-25 | Zeiss Carl Fa | Verfahren und einrichtung fuer den betrieb eines tastkopfes vom schaltenden typ |
GB9106731D0 (en) * | 1991-03-28 | 1991-05-15 | Renishaw Metrology Ltd | Touch probe |
GB9116044D0 (en) * | 1991-07-24 | 1991-09-11 | Nat Res Dev | Probes |
JP2973637B2 (ja) * | 1991-09-27 | 1999-11-08 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定装置 |
JP3161116B2 (ja) * | 1993-01-12 | 2001-04-25 | 松下電器産業株式会社 | 微小ギャップ幅測定装置及び方法 |
JP3000819B2 (ja) * | 1993-03-15 | 2000-01-17 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定用プローブ及び形状測定方法 |
DE4331655C3 (de) * | 1993-09-17 | 2000-11-09 | Leitz Mestechnik Gmbh | Tastkopf vom messenden Typ für Koordinatenmeßgeräte |
US5530549A (en) * | 1994-05-24 | 1996-06-25 | Spatialmetrix Corp. | Probing retroreflector and methods of measuring surfaces therewith |
JP3174465B2 (ja) * | 1994-11-28 | 2001-06-11 | 松下電器産業株式会社 | 原子間力顕微鏡 |
GB2302589B (en) * | 1995-06-21 | 1998-11-11 | Zeiss Stiftung | Probe head for coordinate measuring machines with a clamping device for clamping the deflectable part of the probe head |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP08084206A patent/JP3075981B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-04-01 US US08/831,080 patent/US5917181A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-04-02 MY MYPI97001422A patent/MY115668A/en unknown
- 1997-04-02 GB GB9706665A patent/GB2311862B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11230714A (ja) * | 1998-02-10 | 1999-08-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 円筒形状測定装置 |
JP2002541445A (ja) * | 1999-04-06 | 2002-12-03 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 光センサ付き表面検査装置 |
JP4695762B2 (ja) * | 1999-04-06 | 2011-06-08 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | 光センサ付き表面検査装置 |
JP2001174252A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-06-29 | Topcon Corp | 眼鏡の玉型形状測定装置 |
JP2004093191A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
JP2007205998A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Mitsutoyo Corp | 接触プローブおよび形状測定装置 |
JP2008116219A (ja) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Nippon Steel Corp | 室式コークス炉炭化室の炉壁変位量の測定装置および方法 |
JP2010286313A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Mitsutoyo Corp | 真円度測定装置 |
JP2013224940A (ja) * | 2012-04-19 | 2013-10-31 | Alstom Technology Ltd | ディスクコイル用の測定ツール |
CN105783772A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-20 | 合肥工业大学 | 单传感器式三维微纳米接触触发测量探头 |
CN105758335A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-07-13 | 合肥工业大学 | 高精度大量程三维微纳米测量探头 |
CN107796352A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 株式会社三丰 | 圆度测量装置 |
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