(57)【要約】【課題】外乱の影響を抑制できる測定子支持機構及びプローブの実現。【解決手段】プローブ主軸１２０は、先端に測定子１８０が装着可能であり、測定子１８０に負荷が作用していない状況においてＺ軸方向を軸とする。ダイアフラム１４２は、プローブ主軸１２０が挿通され、Ｚ軸方向へのプローブ主軸１２０の変位を許容し、かつ、Ｚ軸に垂直な面内でのプローブ主軸１２０の変位を阻止する弾性を有する。ダイアフラム１４５は、プローブ主軸１２０が挿通され、プローブ主軸１２０の軸方向へのプローブ主軸１２０の変位を許容する。ベローズ１４３は、ダイアフラム１４２とダイアフラム１４５とを連結し、ダイアフラム１４２とダイアフラム１４５との間で伸縮可能、かつ可撓性を有する。【選択図】図３
2014112041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第１の方向を軸とする軸部材と、
前記軸部材が挿通され、前記第１の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第１の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第１の弾性部材と、
前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第２の弾性部材と、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第３の弾性部材と、を備える、
測定子支持機構。
【請求項２】
前記第３の弾性部材は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記軸部材を包囲するように配置される、
請求項１に記載の測定子支持機構。
【請求項３】
前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたベローズである、
請求項１又は２に記載の測定子支持機構。
【請求項４】
前記第３の弾性部材は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記軸部材と前記第３の弾性部材との間の空間を密閉する、
請求項３に記載の測定子支持機構。
【請求項５】
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第４の弾性部材を更に備え、
前記第４の弾性部材は、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記第３の弾性部材と前記軸部材との間に前記軸部材を包囲するように配置され、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の空間を密閉する、
請求項４に記載の測定子支持機構。
【請求項６】
前記第４の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたベローズである、
請求項５に記載の測定子支持機構。
【請求項７】
前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の前記空間に部分的に充填された非圧縮性粘性流体と、
前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の前記空間のうち、前記非圧縮性粘性流体が充填されていな部分を満たす気体と、を更に備える、
請求項５又は６に記載の測定子支持機構。
【請求項８】
前記気体は、圧力が調整可能である、
請求項７に記載の測定子支持機構。
【請求項９】
外部の部材に固定された支持部材を更に備え、
前記第１の弾性部材は、前記支持部材に固定され、
前記支持部材は、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材と間の前記空間と、当該測定子支持機構の外部と、を結ぶ管部を備え、
前記気体は、前記管部を介して、当該測定子支持機構の外部の圧力調整装置により圧力が調整される、
請求項８に記載の測定子支持機構。
【請求項１０】
前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたコイルばねである、
請求項１又は２に記載の測定子支持機構。
【請求項１１】
前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合された三条ばねである、
請求項１又は２に記載の測定子支持機構。
【請求項１２】
前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材は、中央に設けられた開口部に前記軸部材が挿通される円盤状の弾性部材で構成されるダイアフラムである、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の測定子支持機構。
【請求項１３】
前記第２の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の測定子支持機構。
【請求項１４】
前記第２の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を許容する弾性を有する、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の測定子支持機構。
【請求項１５】
測定対象物に接触する測定子と、
先端に前記測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第１の方向を軸とする軸部材と、
前記軸部材が挿通され、前記第１の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第１の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第１の弾性部材と、
前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第２の弾性部材と、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第３の弾性部材と、を備える、
プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定子支持機構及びプローブに関し、例えば形状測定に供される測定子支持機構及びプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、立体的形状を有する製作物の加工精度などを検査するために、例えば三次元測定機などの形状測定手段が用いられる。このような三次元測定機は、例えば倣いプローブを立体的形状に沿って移動させることにより、形状測定を行う。
【０００３】
プローブは、スタイラスの先端に測定対象物と接触する接触子が設けられる。接触子は例えば球体形状を有し、この場合は接触子を先端球と称する。先端球が測定対象物と接触すると、先端球は接触による力を受けて変位する。三次元測定機は、先端球の変位が一定となるように測定対象物の表面を走査し、取得された座標値の演算により測定結果を出力する。
【０００４】
三次元測定機のプローブには、次に示す機能が要求される。１つ目は、測定子のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の微小変位ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを検出するセンシング機能である。これにより、正確に測定子の変化を捉えた形状測定が可能となる。２つ目は、測定子のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位の検出に異方性が無いことである。これにより、測定した形状の誤差、歪みを防止することができる。３つ目は、三次元測定機によるプローブ走査（測定対象へのアプローチおよび被測定面の倣い測定などの運動）時には、プローブの速度変動や駆動振動などの外乱が生じる。こうした外乱による測定精度の劣化を防ぐため、プローブ可動部の慣性負荷により、変位発生に対するロバスト性を有していることが求められる。
【０００５】
上記のセンシング機能及び異方性の除去については、プローブ単独の機能として様々な施策が可能である。変位発生に対するロバスト性については、制御や補正アルゴリズムによりロバスト性を付与する計測システムが知られている（特許文献１）。例えば、測定対象物が有する円弧面に沿って倣い測定をする場合、プローブの測定子を含む可動部及び三次元測定機の各軸の駆動機構は円弧中心に向かって加速度を受ける。そのため、加速に応じた遠心力により、各部が変形して測定誤差が発生する。そこで、予め、既知の曲率半径を有する球や円筒が有する円弧を、測定速度、測定方向及び測定個所などの測定条件を変えて測定し、参照値を取得する。そして、測定物の形状と参照値との差分及び測定条件を、補正パラメータとしてデータ処理装置に記憶する。実際に倣い測定を行うときには、測定条件に対応した補正パラメータを読み出し、測定データを補正した結果を測定結果として出力する。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８９５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、発明者は、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。三次元測定機は、測定精度のグレードの相違などにより、基本構造、測定範囲の大きさ、駆動案内機構、制御方式などが異なる。そのため、プローブに加わる外乱も態様が異なる。
【０００８】
また、プローブには、測定対象物にアプローチする際の加速度、測定対象物接触に到達するまでの駆動による振動などの測定動作に起因する外乱や、測定対象物との接触時の摩擦に起因するスティック・スリップなどの非線形の力学的な外乱を受ける。
【０００９】
こうした測定環境による外乱、測定動作に起因する外乱、非線形の力学的な外乱といったランダムな誤差に対して前もって参照値を取得するのは困難である。従って、上述の補正アルゴリズムでは、こうした外乱に対処し得ない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様である測定子支持機構は、先端に測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第１の方向を軸とする軸部材と、前記軸部材が挿通され、前記第１の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第１の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第１の弾性部材と、前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第２の弾性部材と、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第３の弾性部材と、を備えるものである。
【００１１】
本発明の第２の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記軸部材を包囲するように配置されるものである。
【００１２】
本発明の第３の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたベローズであるものである。
【００１３】
本発明の第４の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記軸部材と前記第３の弾性部材との間の空間を密閉するものである。
【００１４】
本発明の第５の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第４の弾性部材を更に備え、前記第４の弾性部材は、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間で、前記第３の弾性部材と前記軸部材との間に前記軸部材を包囲するように配置され、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の空間を密閉するものである。
【００１５】
本発明の第６の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第４の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたベローズであるものである。
【００１６】
本発明の第７の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の前記空間に部分的に充填された非圧縮性粘性流体と、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材との間の前記空間のうち、前記非圧縮性粘性流体が充填されていな部分を満たす気体と、を更に備えるものである。
【００１７】
本発明の第８の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記気体は、圧力が調整可能であるものである。
【００１８】
本発明の第９の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、外部の部材に固定された支持部材を更に備え、前記第１の弾性部材は、前記支持部材に固定され、前記支持部材は、前記第３の弾性部材と前記第４の弾性部材と間の前記空間と、当該測定子支持機構の外部と、を結ぶ管部を備え、前記気体は、前記管部を介して、当該測定子支持機構の外部の圧力調整装置により圧力が調整されるものである。
【００１９】
本発明の第１０の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合されたコイルばねであるものである。
【００２０】
本発明の第１１の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第３の弾性部材は、一端が前記第１の弾性部材と接合され、他端が前記第２の弾性部材と接合された三条ばねであるものである。
【００２１】
本発明の第１２の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材は、中央に設けられた開口部に前記軸部材が挿通される円盤状の弾性部材で構成されるダイアフラムであるものである。
【００２２】
本発明の第１３の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第２の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有するものである。
【００２３】
本発明の第１４の態様である測定子支持機構は、上述の測定子支持機構であって、前記第２の弾性部材は、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記軸部材の軸方向と垂直な面内での前記軸部材の変位を許容する弾性を有するものである。
【００２４】
本発明の第１５の態様であるプローブは、測定対象物に接触する測定子と、先端に前記測定子が装着可能であり、前記測定子に負荷が作用していない状況において第１の方向を軸とする軸部材と、前記軸部材が挿通され、前記第１の方向への前記軸部材の変位を許容し、かつ、前記第１の方向に対して垂直な面内での前記軸部材の変位を阻止する弾性を有する第１の弾性部材と、前記軸部材が挿通され、前記軸部材の軸方向への前記軸部材の変位を許容する第２の弾性部材と、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材とを連結する、伸縮可能かつ可撓性を有する第３の弾性部材と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外乱の影響を抑制できる測定子支持機構及びプローブを実現できる。
【００２６】
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態１にかかる形状測定装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる形状測定装置１００の機能ブロック図である。
【図３】倣いプローブ１０１のＸＺ平面における断面図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線におけるジョイント部１５０及び１７０の要部断面図である。
【図５Ａ】図３に示すＡ方向から見た場合のジョイント部１５０の平面図である。
【図５Ｂ】図３に示すＡ方向から見た場合のジョイント部１７０の平面図である。
【図６Ａ】ダイアフラム１４２をＺ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。
【図６Ｂ】ダイアフラム１４５をＺ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。
【図７Ａ】接触子１８２がＺ軸プラス方向に押し込まれた場合の倣いプローブ１０１の動きを模式的に示す図である。
【図７Ｂ】接触子１８２がＺ軸方向に垂直な方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に押し込まれた場合の倣いプローブ１０１の動きを模式的に示す図である。
【図８】倣いプローブ２０１のＸＺ平面における断面図である。
【図９】倣いプローブ３０１のＸＺ平面における断面図である。
【図１０】スライダ１６の固有振動数が６０Ｈｚの三次元測定機に任意の固有振動数を有するプローブが装着された時のスライダ１６と倣いプローブ３０１の可動部との間の振動振幅に関する相対変位倍率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２９】
実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる形状測定装置１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる形状測定装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。形状測定装置１００は、三次元測定機１及びコンピュータ２を有する。三次元測定機１とコンピュータ２とは、ケーブル３を介して接続される。
【００３０】
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１が、その上面（ベース面）が水平面（図１のＸＹ平面）と一致するように設置される。定盤１１のＸ方向の一端の上には、Ｙ方向に延びるＹ軸駆動機構１４が設置されている。Ｙ軸駆動機構１４上には、ビーム支持体１２ａが立設されている。これにより、Ｙ軸駆動機構１４は、ビーム支持体１２ａをＹ方向に駆動する。定盤１１のＸ方向の他端の上には、ビーム支持体１２ｂが立設されている。ビーム支持体１２ｂの下端は、エアーベアリングによってＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸方向に延びるビーム１３は、ビーム支持体１２ａ及び１２ｂにより両端のそれぞれが支持され、かつ、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。コラム１５は、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５には、スライダ１６がコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スライダ１６の下端には、倣いプローブ１７が装着されている。また、倣いプローブ１７のスタイラス１７ｂの取付け部には、スタイラス１７ｂが着脱可能に取り付けられる。スタイラス１７ｂの先端には、例えば球状の先端球１７ａが設けられている。
【００３１】
先端球１７ａは、定盤１１上に載せられた被測定物３１に接触し、その基準位置（中立位置）から所定の押し込み量だけ押し込まれる。倣いプローブ１７に内蔵された先端球変位検出部１９ａは押し込み量（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向）を出力し、その際の先端球１７ａのＸＹＺ座標値（基準位置からのシフト量）をコンピュータ２が取り込む。
【００３２】
コンピュータ２は、三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に、被測定物の表面性状算出に必要な演算処理を実行する。コンピュータ２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３、モニタ２４及びプリンタ２５を有する。キーボード２２、マウス２３、モニタ２４及びプリンタ２５については、それぞれ一般的なものを用いることが可能であるので、詳細については説明を省略する。コンピュータ本体２１の詳細については、後述する。
【００３３】
次に、図２を参照して、形状測定装置１００の機能構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかる形状測定装置１００の機能ブロック図である。三次元測定機１は、ＸＹＺ軸駆動部１８及びスケール部１９ｂを有する。ＸＹＺ軸駆動部１８は、倣いプローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動する。スケール部１９ｂは、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って、スライダ１６の各軸方向の移動パルスを出力する。
【００３４】
スケール部１９ｂは、Ｘ軸スケール部１９ｂｘ、Ｙ軸スケール部１９ｂｙ及びＺ軸スケール部１９ｂｚを有する。Ｘ軸スケール部１９ｂｘは、ビーム１３に配置され、コラム１５のＸ軸方向変位を検出する。Ｙ軸スケール部１９ｂｙは、Ｙ軸駆動機構１４の近傍に配置され、ビーム支持体１２ａのＹ軸方向変位を検出する。Ｚ軸スケール部１９ｂｚは、コラム１５に配置され、スライダ１６のＺ軸方向変位を検出する。検出した先端球１７ａの変位情報（先端球変位検出部１９ａから出力されるＸＹＺ軸のそれぞれのシフト量）及びスライダ１６の変位情報（スケール部１９ｂから出力されるＸＹＺ軸のそれぞれの変位）は、後述する演算部２１２に出力される。なお、スケール部１９ｂは、スケール部１９ｂと先端球１７ａの基準位置との間に相対変位が発生していない時の先端球１７ａの基準位置を出力するように調整されている。
【００３５】
コンピュータ２のコンピュータ本体２１は、記憶部２１１、演算部２１２、表示制御部２１３及びＩ／Ｆ（インタフェース）２１４〜２１６により構成される。記憶部２１１は、入力される情報を記憶する。演算部２１２は、ＣＰＵ等により構成され、例えばモーションコントローラ２１２１を有する。演算部２１２は、モーションコントローラ２１２１から三次元測定機１が有するサーボアンプ部４１に駆動指令を出す。サーボアンプ部４１は、受け取った指令に従った電力を三次元測定機１に内蔵されるＸＹＺ軸駆動部のアクチュエータに供給する。また、演算部２１２は、モーションコントローラ２１２１によりスケール部１９ｂ及び先端球変位検出部１９ａからの帰還信号を基に駆動制御を行い、さらに測定値を算出する。表示制御部２１３は、モニタ２４に表示する画像の制御を行う。なお、記憶部２１１には、三次元測定機１を駆動させる表面性状測定プログラム、及びその測定により検出された検出値、被測定物の設計値などが記憶されている。演算部２１２は、記憶部２１１から表面性状測定プログラムを読み出し、被測定物の形状を測定する。
【００３６】
演算部２１２は、キーボード２２及びマウス２３からＩ／Ｆ（インタフェース）２１４を介して入力されたオペレータの指示情報を受け付ける。また、演算部２１２は、検出した先端球変位情報及びスライダ変位情報を取り込む。演算部２１２は、これらの入力情報、オペレータの指示情報及び記憶部２１１に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部１８によるスライダ１６の移動、測定値の補正処理等の各種の処理を実行する。演算部２１２は、各種処理により算出された測定値を、Ｉ／Ｆ（インタフェース）２１５を介してプリンタ２５に出力する。なお、Ｉ／Ｆ（インタフェース）２１６は、外部の図示しないＣＡＤシステム等より提供される被測定物３１のＣＡＤデータを、所定の形式に変換してコンピュータ本体２１に入力するためのものである。
【００３７】
続いて、倣いプローブ１０１について説明する。図３は、倣いプローブ１０１のＸＺ平面における断面図である。倣いプローブ１０１は、図１及び２のプローブ１７に対応する。倣いプローブ１０１は、プローブハウジング１１０、プローブ主軸１２０、プローブ主軸支持機構１３０、スタイラスモジュール１６０、被検出部１９０を有する。プローブハウジング１１０は、スライダ１６の下端から、Ｚ軸のマイナス方向に向けて延びている。プローブハウジング１１０のＺ軸のマイナス方向側の端部には、プローブ主軸支持機構１３０が取り付けられている。プローブ主軸支持機構１３０のＺ軸のマイナス方向側の端部には、スタイラスモジュール１６０が取り付けられている。なお、プローブ主軸１２０は、単に軸部材とも称する。
【００３８】
なお、図３では倣いプローブ１０１のＸＺ平面を示しているが、倣いプローブ１０１はＺ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Ｚ軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図３と同様である。
【００３９】
プローブハウジング１１０は、円筒形状を有する部材である。プローブハウジング１１０の中心軸はＺ軸と平行である。プローブハウジング１１０は、三次元測定機１に固定される。具体的には、スライダ１６の下端に接合される。
【００４０】
プローブ主軸支持機構１３０は、弾性支持機構１４０及びジョイント部１５０を有する。プローブ主軸支持機構１３０は、測定子支持機構とも称する。弾性支持機構１４０は、ベローズ端フランジ１４１、ダイアフラム１４２、ベローズ１４３、ベローズ端フランジ１４４及びダイアフラム１４５を有する。
【００４１】
なお、ベローズ端フランジ１４１は、支持部材とも称する。ダイアフラム１４２は、第１の弾性部材とも称する。ダイアフラム１４５は、第２の弾性部材とも称する。ベローズ１４３は、第３の弾性部材とも称する。
【００４２】
ベローズ端フランジ１４１は、プローブハウジング１１０のＺ軸のマイナス方向側の端部に固定されている。ベローズ端フランジ１４１は、中心に開口部を有するドーナツ状の平面ディスク形状を有し、主面がＺ軸に垂直な状態で、プローブハウジング１１０に取り付けられる。
【００４３】
ダイアフラム１４２は、ベローズ端フランジ１４１のＺ軸プラス側の面上に固定される。ダイアフラム１４２の中央には、開口部が設けられる。プローブ主軸１２０はこの開口部を貫通しており、ダイアフラム１４２はプローブ主軸１２０を支持する。ダイアフラム１４２は、プローブ主軸１２０のＺ軸方向の変位を許容するが、Ｚ軸に垂直な方向（ダイアフラム１４２の主面内）でのプローブ主軸１２０の変位を許容しない程度の剛性を有する弾性部材で構成される。
【００４４】
ベローズ端フランジ１４１はプローブハウジング１１０に固定されているので、プローブ主軸１２０とダイアフラム１４２との接合部は、Ｚ軸に垂直な方向（ダイアフラム１４２の主面内）での変位はほぼ０に制限される。よって、プローブ主軸１２０は、ダイアフラム１４２に対して、Ｚ軸方向の運動及びプローブ主軸１２０とダイアフラム１４２との接合部を中心とするピボット運動のみが可能である。
【００４５】
ベローズ１４３は、伸縮可能な蛇腹形状を有する弾性部材である。換言すれば、ベローズ１４３は、主軸方向で伸縮が可能な、可撓性を有する弾性部材である。ベローズ１４３は、円環状の圧延金属の薄板を重ね合わせてその内外周を交互にレーザにより精密溶接を施した構造を有する。ベローズ１４３は、機械的に組み込むために占有する空間容積に対して、非常に大きな表面積を有する。ベローズ１４３のＺ軸プラス方向の端部は、ベローズ端フランジ１４１のＺ軸のマイナス方向側の面と接合される。ベローズ１４３のＺ軸マイナス方向の端部は、ベローズ端フランジ１４４のＺ軸プラス方向側の面と接合される。つまり、ベローズ１４３は、ベローズ端フランジ１４１とベローズ端フランジ１４４との間で、伸縮可能に配置される。
【００４６】
ダイアフラム１４５は、ベローズ端フランジ１４４のＺ軸マイナス側の面に接合される。ダイアフラム１４５の中央には、開口部が設けられる。プローブ主軸１２０はこの開口部を貫通しており、ダイアフラム１４５はプローブ主軸１２０を支持する。ダイアフラム１４５は、プローブ主軸１２０の軸方向の変位を許容するが、軸方向に垂直な方向（ダイアフラム１４５の主面内）でのプローブ主軸１２０の変位を許容しない程度の剛性を有する部材で構成される。
【００４７】
ベローズ端フランジ１４４は、ベローズ端フランジ１４１と異なり、プローブハウジング１１０に固定されていない。従って、プローブ主軸１２０が上述のピボット運動を行うのに追従して、プローブ主軸１２０とダイアフラム１４５との接合部は、Ｚ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位することができる。
【００４８】
ジョイント部１５０は、ジョイントディスク１５１、ころ１５２、永久磁石１５３を有する。ジョイントディスク１５１は、ダイアフラム１４５を覆うように、ベローズ端フランジ１４４のＺ軸マイナス側の面に接合される。プローブ主軸１２０のＺ軸マイナス側端部は、ジョイントディスク１５１と接合される。ジョイントディスク１５１のＺ軸マイナス側の面には、３個のころ１５２が設けられている。また、ジョイントディスク１５１のＺ軸マイナス側の面の中央には、永久磁石１５３が設けられている。
【００４９】
スタイラスモジュール１６０は、ジョイント部１７０、測定子１８０を有する。ジョイント部１７０は、ジョイントディスク１７１、ボール１７２、吸着板１７３を有する。ジョイントディスク１７１のＺ軸プラス側の面には、ボール１７２が設けられる。ボール１７２は、例えば２個１組で設けられる。ジョイントディスク１７１のＺ軸プラスの面の中央には、吸着板１７３が設けられている。吸着板１７３は、例えば鉄を含む部材で構成され、永久磁石１５３により吸着される。これにより、スタイラスモジュール１６０は、プローブ主軸支持機構１３０に着脱可能に取り付けられる。
【００５０】
ここで、ジョイント部１５０とジョイント部１７０との接合について説明する。図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶ線におけるジョイント部１５０及び１７０の要部断面図である。ジョイント部１７０のころ１５２が２個１組のボール１７２に嵌まり込むことで、ジョイント部１５０に対するジョイント部１７０の位置が決まる。
【００５１】
図５Ａは、図３に示すＡ方向から見た場合のジョイント部１５０の平面図である。図３に示すＡ方向は、Ｚ軸のマイナス側からプラス側に向かう方向である。ジョイントディスク１５１上には、ジョイントディスク１５１の中心を基準として同心円上に１２０°ずつ離隔して、３つのころ１５２が設けられる。それぞれのころ１５２には、ジョイントディスク１７１に固定された２個のボール１７２が嵌合する。また、ジョイントディスク１５１の中央には、永久磁石１５３が固定されている。
【００５２】
図５Ｂは、図３に示すＢ方向から見た場合のジョイント部１７０の平面図である。図３に示すＢ方向は、Ｚ軸のプラス側からマイナス側に向かう方向である。ジョイントディスク１７１上には、ジョイントディスク１７１の中心を基準として同心円上に１２０°ずつ離隔して、２個１組のボール１７２が３組設けられる。それぞれボール１７２の組に、ジョイントディスク１５１に固定されたころ１５２が嵌合する。また、ジョイントディスク１７１の中央には、吸着板１７３が固定されている。
【００５３】
図３に戻り、スタイラスモジュール１６０の構成について引き続き説明する。測定子１８０は、スタイラスシャフト１８１及び接触子１８２を有する。スタイラスシャフト１８１のＺ軸プラス側端部は、ジョイントディスク１７１のＺ軸マイナス側の面と接合される。スタイラスシャフト１８１のＺ軸のマイナス側端部には、測定対象物と接触する接触子１８２が接合されている。
【００５４】
被検出部１９０は、反射鏡１９１及び反射鏡ホルダ１９２を有する。反射鏡ホルダ１９２は、プローブ主軸１２０のＺ軸プラス側の端部に固定される。反射鏡１９１は、反射鏡ホルダ１９２のＺ軸プラス側の端部に固定される。図示しないが、光源からレーザ光が反射鏡１９１に照射され、反射鏡１９１で反射される。そして受光部が反射光を受光することにより、反射鏡１９１の変位が検出される。反射鏡１９１は、反射鏡ホルダ１９２、プローブ主軸１２０、ジョイント部１５０、ジョイント部１７０、スタイラスシャフト１８１を介して、接触子１８２と連結されている。よって、三次元測定機は、反射鏡１９１の変位を検出することで、測定子１８０の接触子１８２の変位を検出することができる。
【００５５】
続いて、ダイアフラム１４２の構成について説明する。図６Ａは、ダイアフラム１４２をＺ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。ダイアフラム１４２は、円盤状の薄板の弾性材により構成される。ダイアフラム１４２の円盤部材１４２Ａは、接触子１８２に負荷がかかっていない状況で、主面がＺ軸に垂直になるように配置される。ダイアフラム１４２では、円盤部材１４２Ａの中央に、円形の開口部１４２Ｂが穿たれている。また、開口部１４２Ｂの外側の円盤部材１４２Ａには、３本の抜き溝１４２Ｃが設けられている。３本の抜き溝１４２Ｃは、直線部と円弧部からなる略「く」の字形状を有し、開口部１４２Ｂを中心として１２０°ずつ離隔して配置される。
【００５６】
開口部１４２Ｂと３本の抜き溝１４２Ｃとの間の円盤部材１４２Ａは、プローブ主軸１２０のＺ軸プラス側端部のテーパ部に均一に押し付けられて固定される。３本の抜き溝１４２Ｃの外側の円盤部材１４２Ａは、ベローズ端フランジ１４１のＺ軸プラス側の面に均一に押し付けられて固定される。プローブ主軸１２０は、開口部１４２Ｂを貫いており、開口部１４２Ｂと接触することでダイアフラム１４２により支持される。
【００５７】
続いて、ダイアフラム１４５の構成について説明する。図６Ｂは、ダイアフラム１４５をＺ軸方向から俯瞰した場合の俯瞰図である。ダイアフラム１４５は、ダイアフラム１４２と同様の構成を有する。ダイアフラム１４５は、円盤状の薄板の弾性材により構成される。ダイアフラム１４５の円盤部材１４２Ａは、接触子１８２に負荷がかかっていない状況で、主面がＺ軸に垂直になるように配置される。ダイアフラム１４５では、円盤部材１４５Ａの中央に、円形の開口部１４５Ｂが穿たれている。また、開口部１４５Ｂの外側の円盤部材１４５Ａには、３本の抜き溝１４５Ｃが設けられている。３本の抜き溝１４５Ｃは、直線部と円弧部からなる略「く」の字形状を有し、開口部１４５Ｂを中心として１２０°ずつ離隔して配置される。
【００５８】
開口部１４５Ｂと３本の抜き溝１４５Ｃとの間の円盤部材１４５Ａは、プローブ主軸１２０のＺ軸マイナス側端部のテーパ部に均一に押し付けられて固定される。３本の抜き溝１４５Ｃの外側の円盤部材１４５Ａは、ベローズ端フランジ１４４のＺ軸マイナス側の面に均一に押し付けられて固定される。プローブ主軸１２０は、開口部１４５Ｂを貫いており、開口部１４５Ｂと接触することでダイアフラム１４５により支持される。
【００５９】
接触子１８２に負荷がかかっていない場合には、ダイアフラム１４２（開口部１４２Ｂ）の中心とダイアフラム１４５（開口部１４５Ｂ）の中心とは、Ｚ軸上に整列する。
【００６０】
続いて、倣い測定時の倣いプローブ１０１の動作について説明する。測定子１８０の接触子１８２が測定対象に接触し、Ｚ軸プラス方向に押し込まれた場合について説明する。図７Ａは、接触子１８２がＺ軸プラス方向に押し込まれた場合の倣いプローブ１０１の動きを模式的に示す図である。図７Ａでは、図面の簡略化のため、倣いプローブ１０１の動作を理解するために必要な構成要素である、プローブ主軸１２０、ベローズ端フランジ１４１、ダイアフラム１４２、ベローズ１４３、ダイアフラム１４５、スタイラスシャフト１８１、接触子１８２を表示している。
【００６１】
この場合、接触子１８２はＺ軸プラス方向の測定力Ｆ１を受け、プローブ主軸１２０はＺ軸プラス方向に変位する。このとき、プローブ主軸１２０は、ダイアフラム１４２の開口部１４２Ｂと、ダイアフラム１４５の開口部１４５Ｂとを、Ｚ軸プラス方向に変位させる。そして、プローブ主軸１２０はＺ軸プラス方向に変位することにより、ベローズ１４３はＺ軸方向に圧縮される。つまり、ダイアフラム１４２、ダイアフラム１４５及びベローズ１４３が変形しつつ、プローブ主軸１２０を支持する。
【００６２】
次に、測定子１８０の接触子１８２が測定対象に接触し、Ｚ軸方向に垂直な方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に押し込まれた場合について説明する。図７Ｂは、接触子１８２がＺ軸方向に垂直な方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に押し込まれた場合の倣いプローブ１０１の動きを模式的に示す図である。図７Ｂでは、図面の簡略化のため、倣いプローブ１０１の動作を理解するために必要な構成要素である、プローブ主軸１２０、ベローズ端フランジ１４１、ダイアフラム１４２、ベローズ１４３、ダイアフラム１４５、スタイラスシャフト１８１、接触子１８２を表示している。
【００６３】
この場合、接触子１８２はＺ軸に垂直な方向の測定力Ｆ２を受ける。上述のように、ダイアフラム１４２はプローブハウジング１１０に固定され、かつ、Ｚ軸に垂直な方向（ダイアフラム１４２の主面内）でのプローブ主軸１２０の変位を許容しない程度の剛性を有する。よって、プローブ主軸１２０の開口部１４２Ｂへの接触部は、Ｚ軸に垂直な方向（Ｘ方向及びＹ方向）へは変位しない。
【００６４】
一方、上述のように、ダイアフラム１４５はプローブハウジング１１０には固定されず、ベローズ１４３を介してベローズ端フランジ１４１と連結されている。そのため、ダイアフラム１４５の開口部１４５Ｂは、上述のコニカル運動により、Ｚ軸に垂直な方向（Ｘ方向及びＹ方向）へ変位することができる。
【００６５】
よって、プローブ主軸１２０は、Ｚ軸上の開口部１４２Ｂの中心を回転中心として、ベローズ１４３の撓みを伴うコニカル運動を行うこととなる。ベローズ１４３及びダイアフラム１４２及びダイアフラム１４５は弾性材料からなる部品であり、プローブ主軸１２０のダイアフラム１４５への接触部のコニカル運動による変位及びＺ軸方向の変位を許容する柔軟なばね定数を有している。なお、ベローズ１４３は、ベローズ１４３の主軸周りのねじれに高い剛性を有している。そのため、コニカル運動によりベローズ１４３が撓んだ場合でも、主軸周りの回転運動は生じない。そのため、倣いプローブ１０１の測定結果に、ベローズ１４３の主軸周りの回転運動による誤差が混入することはない。
【００６６】
本構成によれば、倣いプローブ１０１は、弾性部材であるダイアフラム１４２、ダイアフラム１４５、ベローズ１４３により、プローブ主軸１２０を支持する。従って、スライダ１６に固定されたベローズ端フランジ１４１を介して振動（すなわち外乱）の伝搬を、弾性部材により防止又は緩和できる。そのため、本構成によれば、測定子１８０に伝わる外乱の伝搬を防止又は緩和し、測定動作に起因する外乱や非線形な外乱による測定精度の劣化を抑制することができる。
【００６７】
本構成によれば、接触子１８２側のダイアフラム１４５は、被検出部１９０側のダイアフラム１４２と比べて、運動の自由度が大きく、Ｚ軸に垂直な方向（Ｘ方向及びＹ方向）へ変位することが可能である。よって、Ｚ軸に垂直な方向（Ｘ方向及びＹ方向）の押し込み量が大きい場合でも、接触子１８２が測定対象物の形状に追従することができる。
【００６８】
よって、本構成によれば、接触子１８２側のダイアフラム１４５が固定されている場合と比べて、凹凸の大きな形状や複雑な形状の表面形状測定を行うことが可能である。従って、本構成によれば、より高度な形状測定を実現することができる。
【００６９】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる倣いプローブ２０１について説明する。倣いプローブ２０１は、図１及び２のプローブ１７に対応する。図８は、倣いプローブ２０１のＸＺ平面における断面図である。倣いプローブ２０１は、倣いプローブ１０１のプローブ主軸支持機構１３０をプローブ主軸支持機構２３０に置換した構成を有する。プローブ主軸支持機構２３０は、プローブ主軸支持機構１３０の弾性支持機構１４０を弾性支持機構２４０に置換した構成を有する。
【００７０】
なお、図８では倣いプローブ２０１のＸＺ平面を示しているが、倣いプローブ２０１はＺ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Ｚ軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図８と同様である。
【００７１】
弾性支持機構２４０は、弾性支持機構１４０に、ベローズ１４６を追加した構成を有する。なお、ベローズ１４６は、第４の弾性部材とも称する。ベローズ１４６は、ベローズ１４３よりも内径が小さく、伸縮可能な蛇腹形状を有する弾性部材である。換言すれば、ベローズ１４６は、主軸方向で伸縮が可能な、可撓性を有する弾性部材である。ベローズ１４６は、円環状の圧延金属の薄板を重ね合わせてその内外周を交互にレーザにより精密溶接を施した構造を有する。ベローズ１４６は、機械的に組み込むために占有する空間容積に対して、非常に大きな表面積を有する。
【００７２】
ベローズ１４６は、ベローズ１４３に包囲されるように、ベローズ端フランジ１４１とベローズ端フランジ１４４との間に配置される。ベローズ１４６のＺ軸プラス方向の端部は、ベローズ端フランジ１４１のＺ軸のマイナス方向側の端部と接合される。ベローズ１４６のＺ軸マイナス方向の端部は、ベローズ端フランジ１４４のＺ軸プラス方向側の端部と接合される。つまり、ベローズ１４６は、ベローズ端フランジ１４１とベローズ端フランジ１４４との間で、伸縮可能に配置される。
【００７３】
ベローズ１４６が上述のように配置されることで、ベローズ１４３とベローズ１４６とは、二重ベローズ１４７を構成する。ベローズ１４３とベローズ１４６との間には、密閉された空間が存在する。この空間には、非圧縮性粘性流体１４８Ａ及びガス１４８Ｂが封入される。非圧縮性粘性流体１４８Ａは、典型的には液体であり、ガス１４８Ｂと比べて圧縮性及び膨張性が無視し得るほど小さな流体を用いる。非圧縮性粘性流体１４８Ａには、例えば各種の鉱物油を用いることができきる。ガス１４８Ｂには、空気や窒素などの気体を用いることができる。
【００７４】
非圧縮性粘性流体１４８Ａは、密閉された空間に封入されるので、二重ベローズ１４７の撓み状況にかかわりなく、外部へ漏れることなく流動する。また、非圧縮性粘性流体１４８Ａは外部の雰囲気から隔離されているので、非圧縮性粘性流体１４８Ａの経時的な変質を防止することができる。
【００７５】
倣いプローブ２０１のその他の構成は、倣いプローブ１０１と同様であるので、説明を省略する。
【００７６】
続いて、倣いプローブ２０１の動作について説明する。例えば接触子１８２が測定対象物に接触する場合や、倣いプローブ２０１の加速、通常走行を行う場合に、倣いプローブ２０１に駆動振動が加わると、プローブ主軸１２０は変位する。上述のように、倣いプローブ２０１は、二重ベローズ１４７の２つのベローズ１４３及びベローズ１４６の間に非圧縮性粘性流体１４８Ａが封入されている。そのため、駆動振動によるプローブ主軸１２０の変位が生じると、非圧縮性粘性流体１４８Ａが流動し、二重ベローズ１４７の撓みに対する抵抗が生じる。非圧縮性粘性流体１４８Ａの流動抵抗は、流動に関与する固体（ベローズ１４３、ベローズ１４６）の壁面の面積と、壁面に沿う非圧縮性粘性流体１４８Ａの流れの速度と、に比例して大きくなる。
【００７７】
よって、三次元測定機１の外部からの振動や上述の駆動振動が、外乱として倣いプローブ２０１に加えられた場合、非圧縮性粘性流体１４８Ａの流動抵抗により、測定子１８０の被測定物３１との接触に伴う変位とは異なる、振動加速度に起因する誤差となる不要なプローブ主軸１２０の変位（振動振幅）を減衰させることができる。
【００７８】
一般に、三次元測定機において、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下では、プローブに振動が加わる。しかし、本構成によれば、三次元測定機の外部からの振動や上述の駆動振動といった外乱に起因する、三次元測定機の形状測定での誤差の発生を防止することができる。さらに、粘性流体の流体抵抗による力の減衰効果は、ヒステリシスを伴わない。よって、ヒステリシスに起因する測定誤差を防止することが可能である。その結果、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下においても、測定の高精度化を実現することが可能である。
【００７９】
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる倣いプローブ３０１について説明する。倣いプローブ３０１は、図１及び２のプローブ１７に対応する。図９は、倣いプローブ３０１のＸＺ平面における断面図である。倣いプローブ３０１は、倣いプローブ２０１の変形例である。倣いプローブ３０１では、二重ベローズ１４７に封入されたガス１４８Ｂの圧力が可変である。
【００８０】
倣いプローブ３０１は、倣いプローブ２０１のプローブ主軸支持機構２３０をプローブ主軸支持機構３３０に置換した構成を有する。プローブ主軸支持機構３３０は、プローブ主軸支持機構２３０の弾性支持機構２４０を弾性支持機構３４０に置換した構成を有する。
【００８１】
なお、図９では倣いプローブ３０１のＸＺ平面を示しているが、倣いプローブ３０１はＺ軸に対して概ね軸対称な構成を有している。従って、Ｚ軸に平行な平面での断面の構造は、概ね図９と同様である。
【００８２】
弾性支持機構３４０は、弾性支持機構２４０のベローズ端フランジ１４１を、ベローズ端フランジ３４１に置換した構成を有する。ベローズ端フランジ３４１には、二重ベローズ１４７の気体１４８Ｂが封入された空間に設けられた開口部３４２Ａと、ベローズ端フランジ３４１の外部側面に設けられた開口部３４２Ｂと、の間に穿たれた管部３４２Ｃが設けられている。
【００８３】
倣いプローブ３０１の外部には、圧力調整装置３１０が設けられている。圧力調整装置３１０は、三次元測定機１に組み込まれていてもよいし、三次元測定機１の外部に設けられていてもよい。圧力調整装置３１０は、ガス配管３１１により開口部３４２Ｂと接続され、コンピュータ２からの指令を受けて、二重ベローズ１４７の内部のガス１４８Ｂの圧力を制御する。
【００８４】
倣いプローブ３０１のその他の構成は、倣いプローブ２０１と同様であるので、説明を省略する。
【００８５】
続いて、倣いプローブ３０１の動作について説明する。上述のように、倣いプローブ３０１では、コンピュータ２からの指令により、二重ベローズ１４７の内部のガス１４８Ｂの圧力を調整することができる。
【００８６】
二重ベローズ１４７内のガス１４８Ｂの圧力を高くすれば、二重ベローズ１４７自体が有するばね定数ｋｂに、ガス１４８Ｂが有する空気ばね定数ｋａが加わる。そのため、弾性支持機構３４０全体として見た場合、プローブ主軸１２０に作用するばね定数を大きくすることができる。つまり、二重ベローズ１４７内のガス１４８Ｂの圧力を高くすることにより、倣いプローブ３０１の可動部の質量とばね定数とで決まる倣いプローブ３０１の固有振動数を高く設定することができる。
【００８７】
一方、二重ベローズ１４７内のガス１４８Ｂの圧力を低くすれば、ガス１４８Ｂの圧力を大気圧に等しくすればガス１４８Ｂの内圧が大気圧とバランスし、倣いプローブ２０１と同等の条件になる。つまり、弾性支持機構３４０が有するばね定数の最小値は、二重ベローズ１４７自体が有するばね定数ｋｂである。
【００８８】
一般に、三次元測定機において、プローブの高速駆動や大きな加速度を有する加減速運動を行う環境下で測定の高精度化、制御性能の向上を実現するには、三次元測定機の固有振動数を高く設定する必要が有る。一方、高い固有振動数を有する三次元測定機に装着されるプローブは、三次元測定機本体との共振を避ける必要が有る。
【００８９】
図１０は、スライダ１６の固有振動数が６０Ｈｚの三次元測定機に任意の固有振動数を有するプローブが装着された時のスライダ１６と倣いプローブ３０１の可動部との間の振動振幅に関する相対変位倍率を示すグラフである。図１０では、横軸は三次元測定機に装着されるプローブの固有振動数を示し、縦軸はスライダ１６と倣いプローブ３０１の可動部との間の相対変位倍率を示す。グラフ中のζは倣いプローブ３０１が有する減衰比を表す。
【００９０】
固有振動数が６０Ｈｚにおいて、減衰比ζが０．１５のプローブが装着された場合、測定誤差となる相対変位倍率は３倍を超える。これに対し、減衰比ζが０．５のプローブが装着された場合、相対変位倍率は１倍に近づく。本構成では、二重ベローズ１４７の内部に非圧縮性粘性流体１４８Ａを注入することで、ヒステリシスなく減衰を与え、測定誤差となる相対変位倍率を小さく抑えることができる。その結果、測定精度の向上を実現することができる。但し、減衰比ζが不適正に大きいと、三次元測定機で倣い測定を行うときに、プローブの追従性が劣化するので、追従性を考慮した減衰比とすることが望ましい。
【００９１】
一方、深穴測定などを行う場合、長く且つ質量の大きい測定子を用いる。そのため、プローブの可動部に加わる測定子の慣性質量の増加により、プローブの固有振動数が低下し、三次元測定機１本体との共振状態に近づくことがある。倣いプローブ３０１のように、測定対象との接触によってプローブ主軸１２０がコニカル運動を行う場合、弾性支持機構３４０のばね定数が同じまま長い測定子を装着すると、てこの原理により、測定子が長くなるほど接触子１８２における測定力が小さくなる。そのため、測定子の長さに応じ、弾性支持機構が有するばね定数を変更しなければならない。弾性支持機構のばね定数が調整できない場合には、測定子にあわせて弾性支持機構を交換することが必要となってしまう。
【００９２】
ところが、本構成では、弾性支持機構３４０が有するばね定数を高く設定できるので、測定子の長さに起因する測定力の減少を補償することができる。これにより、弾性支持機構を交換することなく、様々な長さの測定子を装着することが可能となる。その結果、測定子の交換が容易となり、かつ、異なるばね定数を有する弾性支持機構を複数個準備しなければならない状況を回避できる。
【００９３】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１にかかる倣いプローブ１０１では、ベローズ１４３を用いる場合について説明したが、ベローズ１４３は他の弾性部材に置換することも可能である。例えば、ベローズ１４３をコイルスプリングに置換することもできる。コイルスプリングは、ベローズと比べて、伸縮に応じた主軸周りの回転力が強いが、測定精度を緩和できる測定環境下であれば、十分に適用可能である。また、例えば、ベローズ１４３を三条ばねに置換することもできる。ここでいう三条ばねとは、通常のスプリングや、削り出しで作成されたマシーンドスプリングなどを、主軸に対して１２０°ずつ回転させて３本組み合わせた構造を有する。三条ばねは、１本のコイルスプリングと比べ、伸縮に応じた主軸周りの回転力を相殺して、測定精度に影響する異方性を軽減できる。
【００９４】
また、ベローズ１４３は、複数のベローズに置換することも可能である。この場合、複数のベローズを、ベローズ端フランジ１４１とベローズ端フランジ１４４との間で、プローブ主軸１２０の周りに等間隔に配置することにより、ダイアフラム１４５はダイアフラム１４２に対して、倣いプローブ１０１と同様の運動を行うことが可能である。
【００９５】
また、二重ベローズ１４７は、複数の二重ベローズに置換することも可能である。この場合、複数の二重ベローズを、ベローズ端フランジ１４１とベローズ端フランジ１４４との間で、プローブ主軸１２０の周りに等間隔に配置することにより、ダイアフラム１４５はダイアフラム１４２に対して、倣いプローブ２０１又は３０１と同様の運動を行うことが可能である。
【００９６】
上述の実施の形態では、ダイアフラム１４５は、プローブ主軸１２０の軸方向の変位を許容するが、軸方向に垂直な方向（ダイアフラム１４５の主面内）でのプローブ主軸１２０の変位を許容しない程度の剛性を有する部材であると説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、プローブ主軸１２０の軸方向の変位を許容できるならば、軸方向に垂直な方向（ダイアフラム１４５の主面内）でのプローブ主軸１２０の変位を許容する程度の剛性を有するダイアフラムに置換することも可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  三次元測定機
２  コンピュータ
３  ケーブル
１０  除震台
１１  定盤
１２ａ  ビーム支持体
１２ｂ  ビーム支持体
１３  ビーム
１４  Ｙ軸駆動機構
１５  コラム
１６  スライダ
１７  プローブ
１７ａ  先端球
１７ｂ  スタイラス
１８  ＸＹＺ軸駆動部
１９ａ  先端球変位検出部
１９ｂ  スケール部
１９ｂｘ  Ｘ軸スケール部
１９ｂｙ  Ｙ軸スケール部
１９ｂｚ  Ｚ軸スケール部
２１  コンピュータ本体
２２  キーボード
２３  マウス
２４  モニタ
２５  プリンタ
３１  被測定物
４１  サーボアンプ
１００  形状測定装置
１０１、２０１、３０１  倣いプローブ
１１０  プローブハウジング
１２０  プローブ主軸
１３０、２３０、３３０  プローブ主軸支持機構
１４０、２４０、３４０  弾性支持機構
１４１、１４４、３４１  ベローズ端フランジ
１４２、１４５  ダイアフラム
１４２Ａ、１４５Ａ  円盤部材
１４２Ｂ、１４５Ｂ  開口部
１４２Ｃ、１４５Ｃ  抜き溝
１４３、１４６  ベローズ
１４７  二重ベローズ
１４８Ａ  非圧縮性粘性流体
１４８Ｂ  ガス
１５０  ジョイント部
１５１、１７１  ジョイントディスク
１５２  ころ
１５３  永久磁石
１６０  スタイラスモジュール
１７０  ジョイント部
１７１  ジョイントディスク
１７２  ボール
１７３  吸着板
１８０  測定子
１８１  スタイラスシャフト
１８２  接触子
１９０  被検出部
１９１  反射鏡
１９２  反射鏡ホルダ
２１１  記憶部
２１２  演算部
２１３  表示制御部
２１３〜２１６  Ｉ／Ｆ
３１０  圧力調整装置
３１１  ガス配管
３４２Ａ、３４２Ｂ  開口部
３４２Ｃ  管部
２１２１  モーションコントローラ
【図１】
2014112041.tif 000003
【図２】
2014112041.tif 000004
【図３】
2014112041.tif 000005
【図４】
2014112041.tif 000006
【図５Ａ】
2014112041.tif 000007
【図５Ｂ】
2014112041.tif 000008
【図６Ａ】
2014112041.tif 000009
【図６Ｂ】
2014112041.tif 000010
【図７Ａ】
2014112041.tif 000011
【図７Ｂ】
2014112041.tif 000012
【図８】
2014112041.tif 000013
【図９】
2014112041.tif 000014
【図１０】
2014112041.tif 000015