(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下向きにレーザー光を照射するオートフォーカス式のレーザープローブと、
該レーザープローブの下側を覆い底面に液浸可能な透明窓を有する容器形状のコレットとを、
上下動自在なベースに支持し、
コレットに、先端が液中の測定ワークの表面に接触して該測定ワークのイオン分布を計測可能な電極プローブが設けられたことを特徴とする液浸非接触形状測定装置。
【請求項２】
レーザープローブが、
レーザー光を照射するレーザー光照射手段と、
上下方向に移動自在で且つ上下方向に導かれたレーザー光を透過して焦点に向かわせると共に液中の測定ワークの表面で反射されたレーザー光を上下方向に透過する対物レンズ手段と、
対物レンズ手段を透過したレーザー光を受光する光位置検出手段と、
該光位置検出手段からの位置信号にてレーザー光の焦点を測定ワークの表面に合致せしめるべく前記対物レンズ手段を上下方向に移動させるフォーカス手段と、
を備えた構造であることを特徴とする請求項１記載の液浸非接触形状測定装置。
【請求項３】
コレットとベースとの間に電極プローブの測定ワークに対する接触圧を調整する接触圧調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液浸非接触形状測定装置。
【請求項４】
接触圧調整手段は、
ベースに位置固定された回転軸を支点とするてこの作用点を介してコレットを上下方向に支持し、
てこにおける支点に対する作用点の反対側にバランスウェイトが支持されることを特徴とする請求項３記載の液浸非接触形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液中の測定ワーク表面を測定可能な液浸非接触形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザオートフォーカスを用いたレーザプローブ式の非接触形状測定装置は精密部品の形状や粗さを広範囲にわたりナノレベルの分解能で計測できることが知られている。すなわち、三次元直交座標軸ＸＹＺとして、測定対象である測定ワークの上面に対し、鉛直方向であるＺ軸方向でレーザー光によるオートフォーカスをかけながら、測定ワークをＸＹ方向に走査し、オートフォーカス光学系の対物レンズのＺ軸方向での移動量から測定ワークの表面形状に関する測定データを取得する構造である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０１６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、空気中での測定ワークの表面形状を測定するものであり、液中に存在する測定ワークの表面を測定することができなかった。液中に存在する測定ワークの表面形状を測定することができれば、液中の金属表面の腐食進行状態をなど観察することができ大変に有用である。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、液中の測定ワークの表面形状も測定することができる液浸非接触形状測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、下向きにレーザー光を照射するオートフォーカス式のレーザープローブと、該レーザープローブの下側を覆い底面に液浸可能な透明窓を有する容器形状のコレットとを、上下動自在なベースに支持したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、レーザープローブが、レーザー光を照射するレーザー光照射手段と、上下方向に移動自在で且つ上下方向に導かれたレーザー光を透過して焦点に向かわせると共に液中の測定ワークの表面で反射されたレーザー光を透過して上下方向にする対物レンズ手段と、対物レンズ手段を透過したレーザー光を受光する光位置検出手段と、該光位置検出手段からの位置信号にてレーザー光の焦点を測定ワークの表面に合致せしめるべく前記対物レンズ手段をＺ軸方向で移動させるフォーカス手段と、を備えた構造であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、コレットに、先端が液中の測定ワークの表面に接触して該測定ワークのイオン分布を計測可能な電極プローブが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、コレットとベースとの間に電極プローブの測定ワークに対する接触圧を調整する接触圧調整手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、レーザープローブ２を下側を容器形状のコレットで覆い、該コレットをレーザープローブごと上下動させることができるため、測定ワークが設けられた液中にコレットを浸して、液中の測定ワークの表面をレーザー光により計測することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、対物レンズ手段のみを上下方向に移動させてオートフォーカスするためフォーカス手段は小さい駆動力で済む。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、電極プローブにより液中における測定ワーク表面のイオン分布を計測することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、電極プローブのための接触圧調整手段が設けられているため、電極プローブによる正確なイオン分布計測が行えると共に、電極プローブの破損防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る液浸非接触形状測定装置の外観図。
【図２】非接触形状測定装置の構造図。
【図３】コレットの取付け状態を示す断面図。
【図４】コレットの取り外し状態を示す断面図。
【図５】液中の測定ワークの測定状態を示す断面図。
【図６】接触圧調整手段を示す断面図。
【図７】接触圧調整手段の上方回避状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図７は、本発明の好適な実施形態を示す図である。まず、図１及び図２に基づいて全体構造を説明する。図２において、ＸＹは水平面上で直交する二方向で、Ｚは鉛直方向である。
【００１６】
液浸非接触形状測定装置１は石定盤によるステージ２の上にレーザープローブ３を上下（Ｚ）・左右（Ｘ）・前後（Ｙ）に移動自在に備えた構造になっている。ステージ２上には容器４が設置され、その中には液体として水５が保持されている。その水５の中には水中における腐食の実験のための鉄片が測定ワーク６として設置されている。この測定ワーク６の表面に対してレーザープローブ３による上下方向でのオートフォーカスを実行しながら該レーザープローブ３を左右・前後に移動させることにより、水中における測定ワーク６の表面変化を測定することができる。
【００１７】
次に、レーザープローブ３の内部のオートフォーカス光学系について説明する。測定光としての半導体レーザーであるレーザー光Ｌは、レーザー光照射手段９から照射される。レーザー光照射手段９からのレーザー光Ｌは、２枚のミラー１０、１１を介して反射され、Ｚ軸に合致した鉛直光軸と平行になって、対物レンズ手段１２へ導かれる。この実施形態における対物レンズ手段１２は空気中で測定する通常のものでなく、液中で測定するために液体の屈折率等に応じて補正された焦点距離を有するものである。
【００１８】
鉛直光軸は対物レンズ手段１２の光軸であり、前記鉛直光軸と平行に導かれたレーザー光Ｌは、対物レンズ手段１２の非中心部を透過する。対物レンズ手段１２を透過したレーザー光Ｌが測定ワーク６の表面に当たる。測定ワーク６の表面に当たって乱反射されたレーザー光Ｌの一部の成分は、再度対物レンズ手段１２に入光し、対物レンズ手段１２を再透過して、鉛直光軸と平行になる。
【００１９】
対物レンズ手段１２を透過したレーザー光Ｌは、２枚のミラー１１、１３で反射され、結像レンズ１４を経て、光位置検出装置１５に至る。
【００２０】
レーザー光Ｌの焦点が測定ワーク６の表面に合致した時に、レーザー光Ｌは光位置検出装置１５のセンター１６と合致するようになっており、レーザー光Ｌがセンター１６からずれた場合には、そのずれを是正するため、サーボ式のフォーカス手段１７により対物レンズ手段１２をフォーカス方向（上下方向）に移動させる。従って、この対物レンズ手段１２の移動量（図ではＺ方向の位置）から、測定ワーク６の高さ寸法（凹凸寸法）を測定することができる。
【００２１】
ミラー１１はハーフミラーで、このミラー１１及び結像レンズ１８を介してカメラ手段（ＣＣＤカメラ）１９により撮影することができる。カメラ手段１９で撮影された画像はモニター２０に表示することができる。
【００２２】
このような構造をしたレーザープローブ３は液浸非接触形状測定装置１に設けられた上下移動自在なベース２１に取付けられている。ベース２１は上下方向（Ｚ方向）に延びるスクリュー２２に螺合されており、そのスクリュー２２をモータ２３で正逆転方向に回転させることにより上下動する。この上下動は前記オートフォーカスのための上下動でなく、レーザープローブ３と測定ワーク６との間の距離を調整するための上下方向の移動である。
【００２３】
レーザープローブ３の下側にコレット２４が設けられている。コレット２４は容器形状で底面はガラス製の透明窓２５になっている。またコレット２４の下面には電極プローブ２６（電気接触子）も設けられている（図５参照）。コレット２４はベース２１上に載置された支持フレーム２７の一端にバヨネット構造により着脱自在に取付けられている。取付けられた状態でちょうどレーザープローブ３の下端を下側から覆った状態となる。
【００２４】
支持フレーム２７の他端にはベース２１に位置固定された回転軸２８を中心に回転自在な回転レバー２９の一端が下側から当接しており、回転レバー２９の他端にはバランスウェイト３０が回転レバー２９の長手方向に沿って位置変化可能な状態で設けられている。尚、図６及び図７における回転レバー２９の向きは９０度相違させて図示している。
【００２５】
支持フレーム２７の下面には接触センサーがベース２１に当接する停止スイッチ３１が設けられている。支持フレーム２７がベース２１上に載置されている状態では停止スイッチ３１は作動せず、支持フレーム２７がベース２１から所定距離以上離れると停止スイッチ３１が作動して、モータ２３を停止させるようになっている。
【００２６】
支持フレーム２７は通常はベース２１上に載った状態となってレーザープローブ３と一体的に上下移動する。電極プローブ２６が測定ワーク６と干渉して支持フレーム２７がベース２１から離れた状態では、支持フレーム２７、コレット２４および電極プローブ２６が回転軸２８を介してベース２１に支持される。すなわち、バランスウェイト３０の位置（力点）により調整された作用点におけるトルクと支持フレーム２７、コレット２４等の重量から電極プローブ２６の接触圧による上方向の反力を差し引いた結果によるトルクとが回転軸（支点）２８に対してバランスする。その結果、このバランス機構により電極プローブ２６の接触圧が一定となるように調整される。この実施形態では、支持フレーム２７、停止スイッチ３１、回転レバー２９、バランスウェイト３０により接触圧調整手段が構成されている。
【００２７】
次に、作用を説明する。モータ２３を回転させてレーザープローブ３を下降させ、レーザープローブ３の位置を測定ワーク６に対して正規位置に位置決めする。この状態で、コレット２４は透明窓２５だけ水５に接した状態となり、電極プローブ２６は先端が適正圧力で測定ワーク６の表面に接触して付勢する状態となる。仮に、レーザープローブ３を下降させすぎた場合は、電極プローブ２６が測定ワーク６に干渉し接触圧調整手段が機能することにより支持フレーム２７が持ち上げられ、その結果停止スイッチ３１が作動するのでモータ２３の回転を停止させて、電極プローブ２６の破損を防止する。
【００２８】
そして、電極プローブ２６が適正圧力で測定ワーク６の表面に接した状態で、レーザープローブ３を左右・前後に走査することにより、レーザープローブ３のオートフォーカス機構により測定ワーク６の表面形状を測定することができると共に、電極プローブ２６により測定ワーク６の表面のイオン分布を計測することができる。
【００２９】
この実施形態によれば、レーザープローブ３の下側を容器形状のコレット２４で覆い、コレット２４をレーザープローブ３とともに上下させて基準となる測定面の高さを調整することができるため、測定ワーク６が設けられた液中にコレット２４を浸して、液中の測定ワーク６の表面をレーザー光Ｌにより計測することができる。
【００３０】
また、対物レンズ手段１２のみを上下方向に移動させてオートフォーカスするためフォーカス手段１７は小さい駆動力で済む。
【００３１】
更に、電極プローブ２６により液中における測定ワーク６の表面のイオン分布を計測することができる。電極プローブ２６のための接触圧調整手段が設けられているため、電極プローブ２６による正確なイオン分布計測が行えると共に、電極プローブ２６の破損防止を図ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  液浸非接触形状測定装置
６  測定ワーク
９  レーザー光照射手段
１２  対物レンズ手段
１５  光位置検出手段
１７  フォーカス手段
２４  コレット
２５  透明窓
２６  電極プローブ
Ｌ  レーザー光
【図１】
0005616692.tif 000002
【図２】
0005616692.tif 000003
【図３】
0005616692.tif 000004
【図４】
0005616692.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005616692.tif 000008