(57)【要約】      （修正有）【課題】小モジュール歯車および他の３次元構造においても、表面が可能な限り早く正確に計測されるように、粗さ計測を実行可能とする。【解決手段】表面（Ｆ）を走査する粗さ計測プローブ（１５）であって、積算作動装置（２０）と光走査装置（３０）を備え、光走査装置（３０）は、積算作動装置（２０）の上または中に直接配置され、積算作動装置（２０）は、表面（Ｆ）を走査するとき粗さ計測プローブ（１５）と表面（Ｆ）の大領域の間の平均距離を予め決定するように設計され、光走査装置（３０）は、表面（Ｆ）の小領域を非接触で光学的に走査するように設計され、積算作動装置（２０）は、表面（Ｆ）に光スポット（ＬＦ）を形成する仮想スキッドとして設計される光学的装置を備える。【選択図】図７Ａ
2019200205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（Ｆ）を走査する粗さ計測プローブ（１５）であって、
積算作動装置（２０）と、
光走査装置（３０）と、を備え、
光走査装置（３０）は、積算作動装置（２０）の上または中に直接配置され、
積算作動装置（２０）は、表面（Ｆ）を走査するとき、粗さ計測プローブ（１５）と表面（Ｆ）の大領域の間の平均距離を予め決定するように設計され、
光走査装置（３０）は、表面（Ｆ）の小領域を非接触で光学的に走査するように設計され、
積算作動装置（２０）は、表面（Ｆ）に光スポット（ＬＦ）を形成する仮想スキッドとして設計される光学的装置を備える、粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項２】
光学的装置は、粗さ計測プローブ（１５）の基準線または基準面（Ｂ）が等距離配置可能なように、少なくとも２つの光スポット（ＬＦ）を表面（Ｆ）に形成する、請求項１に記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項３】
光走査装置（３０）は、等距離配置の後に、表面（Ｆ）の小領域を非接触で光学的に走査するように設計される、請求項１に記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項４】
粗さ計測プローブ（１５）が表面（Ｆ）に対して動かされるときに、粗さ計測プローブ（１５）を等距離位置に保つコントローラを備える、請求項１に記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項５】
光走査装置（３０）は、白色光を放射する光源（２３）と、白色光の異なる波長範囲を異なる焦点に合わせるためのレンズ配置（２４）と、表面（Ｆ）で反射される少なくとも１波長の光を評価するための分光器（２５）と、を備えるクロマティック共焦点センサ装置（３０）として設計される、請求項１から４のいずれか１つに記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項６】
光走査装置（３０）は、三角測量の原理により設計され、光ビーム（ＬＳ）を放射する（レーザー）光源（２３）と、光源（２３）に対して距離をおいて、表面（Ｆ）で反射される光ビーム（ＬＳ）を受信するための検出器（２６）と、を備える、請求項１から３のいずれか１つに記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項７】
光走査装置（３０）は、レンズ（２４）および／またはミラー（２７）および／または分光要素（２８）を備える、請求項６に記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項８】
光走査装置（３０）は、長手方向軸（ＬＡ）に垂直、斜めまたは平行に伸びる方向に、光ビーム（ＬＳ）を放射する、請求項１に記載の粗さ計測プローブ（１５）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の粗さ計測プローブ（１５）を有する座標計測システム（１０）であって、粗さ計測プローブ（１５）を構成要素（１１）の表面（Ｆ）に対して動かすための少なくとも１つのＮＣ制御軸を備える、座標計測システム（１０）。
【請求項１０】
歯車（１１）の歯面の表面粗さを計測するための、請求項１から８のいずれか１つに記載の粗さ計測プローブ（１５）の使用であって、光走査装置（３０）の光ビーム（ＬＳ）は、歯面のいずれか１つの方向に送信され、光走査装置（３０）の方向に反射される、粗さ計測プローブ（１５）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗さ計測プローブ、当該粗さ計測プローブを組み込んだ装置、およびそれらの応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術分野において、構成要素または材料の表面構造は、重要な品質特性である。
【０００３】
したがって、表面の粗さまたは粗さ深度を計測するための、多様な粗さ計測装置が存在する。典型的に、プローブ先端が表面上を導かれる機械走査が行われる。結果は、接触経路にわたって記録される高さ信号であり、表面形状としても知られる。
【０００４】
図１に概略形式で示すように、スキッドプローブ１が知られる。スキッドプローブ１は、用途に応じて、大きな、または小さな半径を持ち、スライド要素として作用するスキッド２を有する。プローブ３のプローブ先端４はスキッド２とともに、計測される表面Ｆに接触し、プローブ先端４で、スキッド２の経路に対する表面形状を計測する。計測中に、スキッド２は、表面Ｆの巨視的な凹凸、すなわち起伏と巨視的形状に従う。一方、プローブ先端４は、その小さな先端半径で表面粗さを記録し、溝を検知する。当該溝は例えば、はるかに大きな有効半径を有するスキッド２によって、乗り越えられたものである。したがって、スキッド２は、機械的なハイパスフィルタのように機能する。
【０００５】
国際公開第２０１００７９０１９号から（欧州特許第２１９９７３２号明細書も参照）、改良されたスキッドプローブが知られる。このスキッドプローブは、対応する機能図で図２Ａに示される。図１の解決手段と、図２Ａの改良されたスキッドプローブを比較可能とするために、本明細書では同じ参照符号が使用される。スライド要素２は、スタイラスの最端部に位置する。プローブ先端４を有するプローブは、スタイラスに組み込まれ、スライド要素２とプローブ先端４の間の距離Ａは固定される。
【０００６】
別の例示的なスキッドプローブ１が図２Ｂに示される。図２Ｂのスキッドプローブ１は、図２Ａの基本的な原理に基づく。しかしながら図２Ａと対照的に、プローブ先端４とスライド要素２の順序が逆になっている。図２Ｂに示される例において、プローブ先端４はスライド要素２の前にある。ここでも、スライド要素２とプローブ先端４の間の距離Ａは、予め固定されて決められる。
【０００７】
スキッドプローブは、部分的に偽の結果をもたらすことがある。これは例えば、スキッド２の運動がプローブ先端４の運動に積極的に（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ）重ね合わせられ、過大な出力信号が供給される場合、または運動が完全にあるいは部分的に打ち消され、過小な信号が供給される場合である。
【０００８】
例えば歯面の表面特性を計測するときに、他の問題が生じる。一方では、既存のスキッドプロ―ブは、小モジュール歯車の歯溝に深く侵入するには適さない。他方では、スライド要素２が歯面の頂部に達するとき自由に動く。その結果、歯頂部に近づくと歯面のトポグラフィが測定できない。図２Ａに記載の解決手段は、プローブ先端４が歯頂部に達するとき自由に動くので適さない。一方、図２Ｂの解決手段の場合は、スキッド２が歯頂部に達するとき自由に動く。
【０００９】
欧州特許第３２２８９７４号明細書から、側方スキッドを含む粗さ計測プローブが知られる。対応する粗さ計測プローブ１が図２Ｃと図２Ｄに示される。図２Ｃは側面図を示し、図２Ｄは粗さ計測プローブ１の前方部を斜め下から見た図を示す。この粗さ計測プローブ１は、側方スキッド５とプローブ先端４を備える。プローブ先端４は、プローブアーム６の最端部に位置する。スキッド５は、プローブ先端４の側方に、可能な限り接近して位置する。すなわち、スキッド５とプローブ先端４は、どちらも同一平面ＳＥにある（図２Ｃを参照）。
【００１０】
既知のプローブシステムで使用されるプローブ先端４の非常に小さい先端半径に起因して、これらは比較的繊細で、それゆえ摩耗しやすく、制御されない運動が行われると破壊される。
【００１１】
加えて、既知のプローブシステムは、そのサイズのために、角や端に導かれることができないため、あらゆる状況で使用可能という訳ではない。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、小モジュール歯車および他の３次元構造においても、表面が可能な限り早く正確に計測されるように、粗さ計測を実行可能とすることである。
【００１３】
加えて、例えば歯車歯面において、改良された自動粗さ計測を実行可能とする適切な粗さ計測プローブを有する（計測）装置を提供することも重要である。さらに、そのような粗さ計測プローブの使用についても関心がある。
【００１４】
発明の目的は、請求項１に記載の粗さ計測プローブ、請求項９に記載の装置（座標計測システム）、および請求項１０に記載の粗さ計測プローブの使用によって解決される。
【００１５】
本発明による粗さ計測プローブは、積算作動装置（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｌｙ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）と光走査装置を備え、光走査装置は、積算作動装置の上または中に直接配置される。
【００１６】
粗さ計測プローブは、特に表面を走査するために設計され、積算作動装置と光走査装置を備える。光走査装置は、積算作動装置の上または中に直接配置される。積算作動装置は、表面の走査時に、粗さ計測プローブと表面の大領域との平均距離を提供するように設計される。一方、光走査装置は、表面の小領域の非接触光走査のために設計される。
【００１７】
粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、積算作動装置はスキッドを備え、当該スキッドは、好ましくは曲面状のスライド表面を有するスキッドに関する。
【００１８】
スキッドを有する粗さ計測プローブの実施形態の少なくともいくつかにおいて、スキッドは開口部を含む。加えて、光走査装置は、表面の方向に、スキッドと開口部を通して光ビームを放射可能であるように、スキッドに対して配置される。この配置の１つの利点は、比較的コンパクトで、ゆえに小さな構造を早く正確に計測できる点である。
【００１９】
スキッドを有する粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、スキッドは、表面方向にスキッドを通して光走査装置の光ビームを放射するように適用される光ガイドまたは光チャネルを備える。この配置の利点は、光源（例えばレーザー光源）が走査アーム内に配置可能で、光ガイドまたは光チャネルが光ビームを表面方向に屈折させるように使用可能なことである。
【００２０】
粗さ計測プローブの実施形態の少なくともいくつかにおいて、積算作動装置は、少なくとも１つの光スポットを表面に形成するような仮想スキッドとして設計される光学的装置を備える。これらの実施形態の利点は、粗さ計測プローブと表面の接触がないことである。したがって、これらの装置は完全に非接触に動作する。
【００２１】
仮想スキッドを備える粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、光学的装置は、粗さ計測プローブの基準線または基準面が等距離配置可能であるような、少なくとも２つの光スポットを表面に形成するように適用される。
【００２２】
少なくとも２つの光スポットを有する仮想スキッドを備える粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、複数のＮＣ制御軸とコントローラが含まれ、表面に対する基準線または基準面の等距離位置を維持すること可能にする。
【００２３】
仮想スキッドを備える粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、光走査装置は、等距離配置の後に表面の小領域を非接触に走査するように設計される。
【００２４】
仮想スキッドを備える粗さ計測プローブの実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブが表面に対して動かされるときに、粗さ計測プローブを等距離位置に維持するレギュレータ（コントローラ）が備えられる。
【００２５】
実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブは、クロマティック共焦点センサ装置として構成される光走査装置を備える。クロマティック共焦点センサ装置は、白色光を放射する光源と、白色光の異なる波長範囲を異なる焦点に合わせるためのレンズアレイと、表面で反射される少なくとも１波長の光を評価するための分光器を備える。そのような粗さ計測プローブは、特にコンパクトである。
【００２６】
実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブは、三角測量の原理によって設計される光走査装置を備える。当該光走査装置は、光ビームを放射するための（レーザー）光源と、間隔をあけて、表面で反射されてきた光ビームを受信するための検出器とを備える。
【００２７】
実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブは、その長手方向軸に垂直または斜めに伸びる方向に光ビームを放射するように設計される光走査装置を備える。そのような実施形態は、表面Ｆの上を平坦にまたは僅かに角度をつけて引かれ、または押される前述の粗さ計測プローブに対応する。
【００２８】
実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブは、その長手方向軸に平行に光ビームを放出するように適合される光走査装置を備える。そのような実施形態は、スタイラスのように表面上を誘導可能である利点を有する。
【００２９】
実施形態の少なくとも一部において、本発明の座標計測システムは、本発明の粗さ計測プローブを備える。座標計測システムはさらに、構成要素の表面に対して粗さ計測プローブを動かすために、少なくとも１つのＮＣ制御軸を備える。
【００３０】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、本発明の粗さ計測プローブは、歯車の歯面の表面粗さを計測するために使用される。このとき、光走査装置の光ビームは、歯面の１つの方向に送信され、光走査装置の方向に反射される。
【００３１】
本発明による粗さ計測プローブのさらなる利点、装置と応用が独立請求項に記載される。
【００３２】
本発明は、１Ｄ、２Ｄ、および３Ｄの計測装置に関して使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の実施例は、図面を参照して下記でさらに詳述される。
【図１】既知のスキッド計測装置の概略図
【図２Ａ】既知の改良されたスキッド計測装置の概略図
【図２Ｂ】図２Ａのアプローチに基づく別のスキッド計測装置の概略図
【図２Ｃ】側方スキッドを有する既知の粗さ計測装置の概略図
【図２Ｄ】図２Ｃの粗さ計測プローブの前方部の斜視図
【図３】第１粗さ計測プローブの前方部分の実施形態を斜め下から見た概略斜視図
【図４】クロマティック共焦点センサ装置を備える粗さ計測プローブのさらなる実施形態における前方部分の概略拡大断面図
【図５】三角測量の原理により動作する別の粗さ計測プローブの動作原理の略図表現
【図６】三角測量の原理により動作する別の粗さ計測プローブの前方部分の概略断面図
【図７Ａ】さらにクロマティック共焦点センサ装置および仮想スキッドを備える粗さ計測プローブの動作原理の略図表現
【図７Ｂ】異なる位置における図７Ａの粗さ計測プローブの略図表現
【図８】端部に仮想スキッドおよび光走査装置が組み込まれたプローブアームをさらに備える粗さ計測プローブの前方部の概略図
【図９】端部に仮想スキッドおよび光走査装置が組み込まれたプローブアームをさらに備える粗さ計測プローブの前方部の概略図
【図１０】本発明の粗さ計測プローブを備える装置（ここでは座標計測システムの形）の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本明細書に関して、用語は、関連する文献および特許においても使用されるものである。しかしながら、これらの用語は単に便宜上使用されるにすぎない。特許請求の範囲の進歩性と保護範囲は、用語の特定の選択による解釈に制限されないものとする。本発明は、他の概念体系および／または分野に容易に転移できる。用語は、他の専門分野においても類似的に使用される。
【００３５】
用語「粗さ」は、本明細書では表面Ｆの表面品質を表すために使用される。粗さは、選択的または局所的な記述（ｓｔａｔｅｍｅｎｔ）という意味で、どちらかといえば微視的なものに限られる。典型的に、表面Ｆの構造、要素および特徴が、ｎｍから約５００μｍまでのサイズを有する粗さに関係する。特に、これは歯車１１および同様な構成要素の歯面表面を計測することを含む。
【００３６】
図３は、特に表面Ｆを走査するために設計された粗さ計測プローブ１５の第１実施形態の詳細を示す。粗さ計測プローブ１５は、積算作動装置２０と、光走査装置３０とを備える。しかし、光走査装置３０は、積算作動装置２０の内部に配置されるため図３に示されていない。走査される表面Ｆは、ここでは斜め下方向から見た透明な平面として示されている。
【００３７】
本明細書において、積算作動装置２０は、表面Ｆの走査時に粗さ計測プローブ１５と表面Ｆの大領域との平均距離を提供するように設計された装置である。図４では、拡大概略図から、巨視的および微視的な細部またはアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）で表面Ｆが粗さを含むことがわかる。図７Ａと図７Ｂは、積算作動装置２０が等距離位置をどのように決定できるかを例示している。
【００３８】
積算作動装置２０は、図３と図４の半球状のスライド要素および図６の曲面状のスライド面によって示されるように、機械的に動作するスキッド２１として設計される場合、その３次元的な寸法が大きいため、表面Ｆの巨視的な細部またはアーチファクトの上に乗っている（図４と図６を参照）。
【００３９】
実施形態の少なくとも一部は、機械的に動作するスキッド２１を備え、粗さ計測プローブ１５と表面Ｆの間の相対距離に対して、集積効果（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を提供する。スキッド２１の機能は、原則として前述した文献から公知であり、本明細書では詳述しない。当業者には、その機能、およびスキッド２１に信号送信器が設置される場合には、信号の評価が知られている。
【００４０】
実施形態の少なくとも一部は、仮想スキッド２１を含み、実施例を参照して後述される。
【００４１】
積算作動装置２０は、全実施形態で、粗さ計測プローブ１５と表面Ｆの大領域との平均距離を特定するように設計される。この平均距離はある程度（ｑｕａｓｉ）、表面Ｆの巨視的な細部またはアーチファクトに起因する。平均距離の代わりに、等距離位置とも称される。
【００４２】
各実施形態は、積算動作装置２０の上または中に直接配置される光走査装置３０を備える。図３と図４は、光走査装置３０が（少なくとも部分的に）装置２０の中に配置される実施形態を示す。図６は、光走査装置３０の一部（ここでは検出器２６）がスキッド２１の中に配置される実施形態を示す。
【００４３】
光走査装置３０は、特に表面Ｆの小さい領域を光学的に非接触で走査するように設計される。本明細書で「大領域」および「小領域」が言及されるとき、これは主に相対的な細部を指す。小領域は、大領域より小さい。光走査装置３０による小領域の非接触な光走査は、積算作動装置２０の瞬間的な位置に対する選択的または局所的な記述を可能にする。
【００４４】
光走査装置３０による小領域の非接触な光走査は、ｎｍから約５００μｍまでのサイズを有する細部またはアーチファクトの取得を可能にする。
【００４５】
一方、積算作動装置２０は、μｍ以上の範囲で動作する。
【００４６】
実施形態の少なくとも一部において、粗さ計測プローブ１５は、積算作動装置２０の一部としてスキッド２１を備える。このスキッド２１は、好ましくは図３と図４の球状スライド面および図６の３次元的なスライド曲面によって示されるようなスライド面を有する。
【００４７】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、スキッド２１は、横断面において湾曲した横断面形状を有する。そのような解決手段は、有効な統合効果と良好なスライド動作を示す。
【００４８】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、スキッド２１は、縦断面において湾曲した長手方向経路（ｌоｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｃоｕｒｓｅ）を有する。そのような解決手段は、有効な統合効果と良好なスライド動作を示す。
【００４９】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、スキッド２１は、図３と図４に示されるように開口部２２を含む。この場合、光走査装置３０は、スキッド２１および開口部２２を通して表面Ｆに向け光ビームＬＳを放射できるように、スキッド２１に対して配置される。
【００５０】
図３は、中間光ビーム（ｍｅｄｉｕｍ  ｌｉｇｈｔ  ｂｅａｍ）ＬＳのみを示し、中間光ビームＬＳは光点ＬＰを表面Ｆ上に形成する。反射光ビームは別途図示されていない。
【００５１】
図４は、白色光を放射するための光源２３を備えるクロマティック共焦点センサ装置の基本原理を示す。さらに、センサ装置はレンズ装置２４（例えば、コリメータレンズと、白色光の異なる波長を異なる焦点に収束させる第２のレンズ）を備える。センサ装置はまた、表面Ｆで反射される少なくとも１波長の光を評価（ｅｖａｌｕａｔｅ）するための分光器２５も備える。
【００５２】
前述のようなクロマティック共焦点センサ装置は、コリメータレンズの方向に白色光を放射する。そこで光線は平行光線に変換される。第２のレンズは、各波長帯がそれぞれの焦点ＦＰを有するような白色光の様々な波長の空間的分離を行う。青色光成分の焦点距離は、緑色光成分の焦点距離よりも短く、緑色光成分の焦点距離は赤色光成分の焦点距離よりも短い。
【００５３】
原則として、表面Ｆで反射される波長は主に、焦点距離がスキッド２１の最下点と表面Ｆの局所点との距離に対応する波長である。特に小さな相対距離ΔＡにおいて、例えば、光の青色部分が主に反射される。
【００５４】
反射光成分は、レンズ装置２４を通って結合器３３の方向に送り戻される。そこで、反射光の一部は、光ファイバ３４を経て分光器２５に導かれる。分光器２５は、どの波長範囲で最大強度の光が反射されたのかを決定するように設計される。相対距離ΔＡは、最大光強度に基づいて決定可能である。ΔＡは、粗さ計測プローブ１５の基準線または基準面Ｂの間の距離を指す。機械的スキッド２１について、基準線または基準面Ｂは、表面Ｆに対するスキッド２１の瞬間的な位置によって決定される。仮想スキッド２１では、基準線または基準面Ｂは、コントローラによって表面Ｆに対して等距離な位置に保たれる。
【００５５】
クロマティック共焦点センサ装置において、現在焦点が合っている光成分の波長は、相対距離ΔＡを規定する。
【００５６】
前述の光走査装置３０は、クロマティック共焦点の原理に基づき、０．０１から０．１μｍまでの分解能を達成できる。クロマティック共焦点の原理に基づく光走査装置３０は、０．０１から１μｍまでの相対距離ΔＡを測定できる。この分解能の範囲において、０．０３から１μｍの間の精度が達成可能である。
【００５７】
クロマティック共焦点の原理による計測時に、光ビームＬＳが計測される表面Ｆに平らに当たりすぎないことが重要である。図４に示された配置において、光ビームＬＳは非常に急角度で当たっている（表面Ｆが完全に平坦で光ビームＬＳに垂直な場合）。
【００５８】
クロマティック共焦点の原理に基づく実施形態の少なくともいくつかにおいて、積算作動装置２０は、表面Ｆの上方に誘導され（引かれ、または押され）、若しくは表面Ｆと光ビームＬＳの間の角度が少なくとも３０°であるように表面Ｆに向かって配置される。
【００５９】
三角測量の原理に基づく光走査装置３０が、実施形態の少なくともいくつかに用いられる。図５は、略図形式で実施形態の例を示しており、積算動作装置２０は、ここでは図示されていない。
【００６０】
三角測量の原理に基づく光走査装置３０は、光源２３（好ましくはレーザ光源）とレンズ装置２４（ここでは単一のレンズによって実現されている）を備え、レンズ装置２４は光ビームＬＳの焦点を表面Ｆに合わせている。図５は、歯車または構成要素１１の一部を示しており、その１つの歯面が表面Ｆと称されている。光ビームＬＳの一部は、表面Ｆで検出器２６の方向に反射される。ここでも、レンズまたはレンズ装置２７が反射光線（ここでは点線でその経路が示される）を集束するために用いられる。相対距離ΔＡは、検出器２６に到達する光ビームの位置と、光源２３に対する検出器２６の既知の位置から決定可能である。
【００６１】
図６は、積算作動装置２０の一部として側方スキッド２１を備える粗さ計測プローブ１５を示す。さらに、この粗さ計測プローブ１５は、三角測量の原理に基づく光走査装置３０を備える。光走査装置３０の光源２３は、ここでは中空の走査アーム６の内部に長方形ブロックによって示されている。光源２３は、好ましくは中空の走査アーム６の（長手方向軸ＬＡによって定義される）長手方向に配置され、開口部３１を通じ操作アーム６を離れて表面Ｆに当たるように光ビームＬＳを屈折させるために、ミラーまたはプリズムが使用される。図６に示された走査装置３０において、光源２３は中空の走査アーム６の内部に斜め方向に配置される。光源２３は、表面Ｆに光ビームＬＳを向ける。表面Ｆにおいて、光ビームＬＳは、ここでは側方に配置されるスキッド２１に一体化された検出器２６の方向に反射され、屈折される。
【００６２】
スキッド２１は、分光要素２８を備える。分光要素２８の形状と反射挙動は、光ビームが複数回の内部反射によって検出器２６の方向に反射されるように、設計される。
【００６３】
図６では、粗さ計測プローブ１５の長手方向軸（ここでは中空の走査アーム６の長手方向軸ＬＡによって定義される）は、描画面に垂直である。粗さ計測プローブ１５は、表面Ｆを走査するように、描画面の内側に向かって動かされ（引く動き）、または描画面の外側に向かって動かされる（押す動き）。
【００６４】
図６に示された実施形態は、例えば、図２Ｄの粗さ計測プローブ１５に統合可能である。この場合、プローブ先端に代わり開口部３１が光ビームＬＳのために設けられる。
【００６５】
粗さ計測プローブ１５は、光学アレイを含む積算作動装置２０を備える。この光学的装置は、本明細書では仮想スキッドと称される。この光学的装置は、少なくとも１つの光スポットＬＦが表面Ｆに形成されるように設計される。
【００６６】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、光スポットＬＦは、光走査装置３０によって作られる光点ＬＰより明確に大きい。
【００６７】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、光スポットＬＦと光点ＬＰは、表面Ｆの同じ領域に生成される。このとき、光点ＬＰは光スポットＬＦの中にあり、光スポットＬＦよりも小さい領域を占める。光点ＬＰが光スポットＬＦの中にある場合、２つの光ビームを光学的に分離するために、異なる波長、例えば明確に分離可能な波長が使用されてもよい。
【００６８】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、図７Ａに示されるように、２つまたは３つの光スポットＬＦが生成される。この場合、光走査装置３０によって生成される光点ＬＰは、２つの、または３つの光スポットの間に位置する。
【００６９】
２つまたは３つの光スポットＬＦを用いる実施形態の少なくともいくつかにおいて、粗さ計測プローブ１５の位置は、光スポットＬＦが基準線または基準面Ｂから等距離であるように（少なくとも１つのＮＣ制御軸を動かすことによって）表面Ｆに対して調整される。図７Ａは、巨視的範囲にアーチファクトまたはオブジェクトを有しない表面Ｆを示す。少なくとも１つのＮＣ制御軸を動かすことによって、粗さ計測プローブ１５は、基準線または基準面Ｂが表面Ｆに平行に伸びるように配置されている。一度この位置に到達すると（本明細書で等距離位置と称される）、光走査装置３０は表面Ｆの小領域を走査するために使用可能である。
【００７０】
図６の実施形態において、クロマティック共焦点センサ装置が光走査装置３０として使用される。白色光を放射する光源２３と、白色光の異なる波長範囲の異なる焦点のためのレンズ装置２４と、表面Ｆで反射される少なくとも１波長の光を評価するように設計される分光器２５とを備える。光走査装置３０は、クロマティック共焦点センサ装置である。
【００７１】
図７Ｂは、別のスナップショットを示す。図７Aの粗さ計測プローブ１５は、今度は巨視的範囲に明確に目に見えるアーチファクトまたはオブジェクトを有する表面Ｆの上方に位置する。ここでも、少なくとも１つのＮＣ制御軸を対応して動かすことによって、コントローラが等距離位置をセットする。図７Ｂは、積算作動装置２０の積算的機能（ｉｎｔeｇｒaｔｉｎｇ  ｆuｎｃｔｉоｎ）を明確に示す。積算作動装置２０は、巨視的なアーチファクトまたはオブジェクト間の平均距離を調整しようとする。示された例において、光スポットＬＦの両方に同じ距離が適用されるように、基準線または基準面Ｂはわずかに傾けられている。一度この位置に到達すると（本明細書では等距離位置と称される）、光走査装置３０はまた、表面Ｆの小領域を走査するために使用可能である。
【００７２】
原則として、仮想スキッドは、前述した実施形態の機械的スキッド２１の中間的または積算的機能を置き換える。仮想スキッドの場合、少なくとも１つのＮＣ制御軸との相互作用のための機能の一部をコントローラが引き受ける。
【００７３】
実施形態の少なくとも一部において、３つの光スポットＬＦが生成される。図８は、対応する実施形態の前面部の図を示す。図８の粗さ計測プローブ１５は、プローブアーム２９（例えば図６のアーム６のように中空でもよい）を備える。プローブアーム２９の最端部において、ここでは球２１が設けられる。この球２１は、その最下点において（図８は下方から球を示している）開口部２２を有し、開口部２２は、光走査装置３０の光ビームＬＳを放射し、受信する役割を果たす。さらに３つの開口部３２が１２０°の相互角距離で開口部２２に対して同心円状に配置される。これらの３つの開口部３２は、図７Ａと図７Ｂに関して説明されたように、各々１つの光スポットＬＦを生成する役割を果たす。３つの光スポットＬＦは、表面Ｆに対する基準面Ｂの等距離配置を可能にする。
【００７４】
球２１は、必要であれば前述のように機械的スキッド２１として使用できる。球２１は、コントローラと少なくとも１つのＮＣ制御軸を使用することで、加えて３つの光スポットＬＦを放射および評価することで、表面Ｆの上方の等距離位置に保持可能である。
【００７５】
実施形態の少なくとも一部において、３つの光スポットＬＦが生成される。図９は、もう１つの対応する実施形態の前面部の図を示す。図９の粗さ計測プローブ１５は、プローブアーム２９（例えば図６のアーム６のように中空でもよい）を備える。プローブアーム２９の最端部において、ここでは球２１が設けられる。この球２１は、その最端部において（図９は上方から斜めに球を示している）開口部２２を有し、開口部２２は、光走査装置３０の光ビームＬＳを放射し、受信する役割を果たす。ここで光ビームＬＳは、好ましくは長手方向軸ＬＡに平行に走る。
【００７６】
相互角距離１２０°で、さらに３つの開口部３２が開口部２２に対して同心円状に配置される。これらの３つの開口部３２は、図７Ａと図７Ｂに関して説明されたように、各々１つの光スポットＬＦを生成する。３つの光スポットＬＦは、表面Ｆに対する基準面Ｂの等距離配置を可能にする。この場合さらに、光走査装置３０によって生成される光点ＬＰが３つの光スポットＬＦの間にある。
【００７７】
図９の粗さ計測プローブ１５は、スタイラスのように表面Ｆの上を導かれる。一方、図８の粗さ計測プローブ１５は、表面Ｆの上をやや平坦にまたは僅かに角度をつけて引かれ、または押される。
【００７８】
実施形態の少なくともいくつかにおいて、粗さ計測プローブ１５は、完全に自動で、ＣＮＣ制御された計測装置１０に配置される。計測装置１０（本明細書では座標計測システム１０とも称される）は例えば、ごく数例の可能な応用をあげるように、平歯車の歯部の表面の粗さ、形状またはジオメトリだけでなく、歯車、ウォームとウォームギア、ホブ、傘歯車の切削やシェービング、および回転対称な構成要素１１で一般的な寸法、形状ならびに位置偏差をテストするため、カムとカムシャフト計測のため、さらにロータ計測のために適する。
【００７９】
座標計測システム１０は、図１０に図案化された円筒状ホイール１１よって示されるように、計測される構成要素１１をつかむ／保持するためのコントロール（図示せず）を通して駆動可能なドライバ１３を備える。
【００８０】
図１０に示されるように、座標計測システム１０は、座標計測システム１０に固定された構成要素の１次元、２次元または３次元計測のための少なくとも１つの粗さ計測プローブ１５を備える。好ましくは（ばね）平行四辺形構造を有するプローブシステム１２が設けられ、高さ方向（ｚ軸に平行）に変位可能となる。加えて、粗さ計測プローブ１５はさらに、送り運動を実行できる（好ましくは座標計測システム１０のコントローラ、より好ましくは４軸パスコントローラがここでは使用される）。必要な場合には、座標計測システム１０のＡ１軸周りの回転運動ω１が実行可能である。
【００８１】
粗さ計測プローブ１５が使用される場合、スキッド２１を有する実施形態であるとき、表面Ｆの巨視的な細部についてされる記述を可能にする信号を生成するために、スキッド２１はプローブシステム１２の平行四辺形構造に接続可能である。同時に、光走査装置３０は、表面Ｆの微視的な細部についての情報を提供する信号を生成できる。
【００８２】
仮想スキッドを有する粗さ計測プローブ１５を使用するとき、座標計測システム１０の１つまたは１つ以上のＮＣ制御軸が等距離位置を決定するために使用可能である。等距離位置が達成されるとすぐに、光走査装置３０は、表面Ｆの微視的な細部についてされる記述を可能にする信号を生成できる。
【００８３】
座標計測システム１０の正確な機能のさらなる詳細は、欧州特許２１９９７３２号明細書に開示されている。
【符号の説明】
【００８４】
１            スキッドプローブ
２            スキッド
３            プローブ
４            プローブ先端
５            スキッド／スライド要素
６            プローブアーム
１０            計測ユニット／（計測）装置／座標計測システム
１１            構成要素／歯車
１２            プローブシステム
１３            ドライバ／ターンテーブル
１５            （粗さ）計測プローブ
２０            積算作動装置
２１            スキッド／スライド要素／球
２２            開口部
２３            光源
２４            レンズ装置
２５            分光器
２６            検出器
２７            ミラー
２８            分光要素
２９            ロッド／プローブアーム
３０            光走査装置
３１            開口部
３２            開口部
３３            結合器
３４            光ファイバ
Ａ            距離
Ｂ            基準線／基準面
Ａ１            回転軸
ΔＡ            相対距離
Ｆ            表面
ＬＡ            長手方向軸
ＬＦ            光スポット
ＬＰ            光点
ＬＳ            光ビーム
ＳＥ            平面
ｘ，ｙ，ｚ        座標
ω１            回転運動
【図１】
2019200205.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2019200205000001.pdf