(57)【要約】【課題】簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサを位置決め可能な接触式倣いプローブシステムの提供。【解決手段】プローブ本体２００に、コネクタ正面部２６１Ａに立設する中間閉塞部２５０と、雄ねじ部１１０が螺着される雌ねじ部２６１Ｄとを設けている。センサモジュール３００に、コネクタ正面部２６１Ａに摺接される摺接部３２２と、中間閉塞部２５０に押圧される押圧部３２１と、挿通孔部３２５とを設けている。挿通孔部３２５に、ねじ孔形成先端面部３２４側の開口における押圧部３２１側が摺接部３２２側にしたがって押圧部３２１から離れる状態に傾斜する拡開部３２５Ｂを設けている。挿通孔部３２５を、雄ねじ部１１０の太さよりも大きい孔幅に形成している。【選択図】図５
2007309698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサと、この力センサによる被測定物の測定位置を検出し測定位置情報として出力する位置検出手段と、前記力センサと被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、を備えたプローブであって、
前記相対移動手段に保持されるプローブ本体と、
前記力センサが取り付けられるセンサモジュールと、
前記センサモジュールに挿通されるとともに前記プローブ本体に挿入され前記センサモジュールを前記プローブ本体に着脱自在に位置決め固定する固定部材と、
を備え、
前記プローブ本体は、略平面状の第１位置決め部と、この第１位置決め部に立設された第２位置決め部と、前記第１位置決め部に設けられ前記固定部材が挿入されて着脱可能に係止される係止孔部と、を備え、
前記センサモジュールは、前記第１位置決め部に摺接される摺接部と、前記第２位置決め部に押圧される押圧部と、前記摺接部側から前記摺接部と対向する側まで連通し前記固定部材が挿通される挿通孔部と、を備え、
前記固定部材は、棒状に形成され前記挿通孔部に挿通されるとともに一端側が前記係止孔部に係止される棒状部と、この棒状部の他端側の側面から突出する固定突出部と、を備え、
前記挿通孔部は、前記摺接部と対向する側の開口における前記押圧部側が前記摺接部側に向かうにしたがって前記押圧部から離れる状態に傾斜し前記固定突出部が当接可能な傾斜部を有するとともに、前記棒状部の太さより大きい孔幅に形成された
ことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブにおいて、
前記力センサは、先端に接触部を有するスタイラスと、このスタイラスを振動させる加振素子と、前記スタイラスの振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子と、を備えた
ことを特徴とするプローブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプローブにおいて、
前記係止孔部は、雌ねじ部であり、
前記棒状部は、雄ねじ部である
ことを特徴とするプローブ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記固定突出部は、前記棒状部の外周方向に沿って一連に設けられた
ことを特徴とするプローブ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記挿通孔部は、前記傾斜部の前記摺接部側の端部から前記押圧部までの距離が、前記係止孔部の第２位置決め部側の端部から前記第２位置決め部までの距離と略等しくなる形状に形成された
ことを特徴とするプローブ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記プローブ本体は、前記第１位置決め部に設けられ前記相対移動手段を制御する制御手段と電気的に接続された本体接続部を有し、
前記センサモジュールは、前記摺接部側における前記本体接続部に当接可能な位置に設けられ前記力センサに電気的に接続されかつ前記本体接続部との当接時に前記本体接続部と電気的に接続されるモジュール接続部を有する
ことを特徴とするプローブ。
【請求項７】
請求項６に記載のプローブにおいて、
前記本体接続部は、前記第１位置決め部に交差する方向に進退可能に設けられ前記モジュール接続部に当接される進退当接部を有する
ことを特徴とするプローブ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のプローブにおいて、
前記本体接続部は、前記モジュール接続部に当接される部分が球面状に形成されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記センサモジュールは、前記モジュール接続部と電気的に接続され前記力センサ固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶する記憶部を有する
ことを特徴とするプローブ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のプローブと、
前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面性状測定装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のプローブと、
前記記憶部から固有特性情報を読み出し、この固有特性情報に基づく前記力センサ固有の特性に対応する制御により前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面性状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ、および、表面性状測定装置に関する。例えば、加振型センサにより被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状の測定に用いられるプローブ、および、表面性状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の表面を走査して被測定物の形状や表面粗さなど表面性状を測定する表面性状測定装置として、粗さ測定機、輪郭測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている。
このような測定機において、接触部が被測定物の表面に接触した微小変位に基づいて被測定物表面を検出するセンサとして、例えば図１０に示すような加振型力センサ（以下、力センサと適宜称す）１が利用されている。
【０００３】
この図１０に示す力センサ１は、金属製のベース２と、このベース２と一体的に形成されたスタイラス３と、このスタイラス３を振動（軸方向へ振動）させる加振素子４と、スタイラス３の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子５とから構成されている。スタイラス３の先端には、ダイヤモンドチップやルビーなどで構成された接触部としての触針６が接着固定されている。加振素子４および検出素子５は、１枚の圧電素子によって構成され、ベース２の表裏にそれぞれ１枚ずつ接着固定されている。
【０００４】
いま、図１１に示すように、力センサ１の加振素子４に対して、特定の周波数と振幅をもつ加振信号Ｐi（電圧信号）を与えると、検出素子５では、特定の周波数と振幅の検出信号Ｑo（電圧信号）が得られる。
被測定物Ｗとの接触に伴う検出信号Ｑoの振幅変化を図１２に示す。スタイラス３が被測定物Ｗと非接触状態にあるとき、スタイラス３の共振周波数で一定の振幅をもつ加振信号Ｐiを加振素子４に加えると、スタイラス３が共振し、検出素子５に振幅Ａoの検出信号Ｑoが得られる。スタイラス３が被測定物Ｗに接触すると、検出信号Ｑoの振幅がＡoからＡxに減衰する。
【０００５】
この減衰率ｋ（Ａx／Ａo）と測定力との間には、図１３に示す関係がある。
ここで、スタイラス３（力センサ１）が被測定物Ｗに接触したときの検出信号Ｑoが非接触時の９０％に減衰している場合（減衰率ｋ＝０．９の状態）を例にとる。図１３の関係より、この接触状態における測定力は１３５［μＮ］であることがわかる。
従って、力センサ１を被測定物Ｗに接触させる際、減衰率ｋが常に一定となるように、駆動アクチュエータなどを用いて力センサ１と被測定物Ｗとの距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物Ｗの形状や粗さを測定することができる。
【０００６】
このような力センサ１を有するプローブが設けられた表面形状測定装置では、スタイラス３が性能不良、もしくは、破損した場合、正常な動作をする力センサ１と交換する必要がある。このような場合、力センサ１単体を交換する方法が考えられる。
しかし、力センサ１単体を交換する場合、位置決めが困難となる。交換後の力センサ１の触針６の位置が、交換前の触針６の位置からずれると、測定精度に大きく影響を及ぼすおそれがある。
このため、プローブに対して再現性よく位置決め可能な構成が望まれている。
【０００７】
一方、複数の部材を再現性よく位置決め可能な構成として、いわゆるピンロック方式を用いる構成が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献１に記載のものは、チップ取付孔には、クランクピンの軸芯から偏心した軸芯を有する偏芯ピンが挿通されている。
そして、クランクピンを廻動させて、チップを側方壁面に当接させて固定する構成が採られている。
【０００９】
特許文献２に記載のものは、ホルダの先端部位にインサートを載置するインサート座部が凹設されているとともに、このインサート座部に貫通してポケットが凹設されている。さらに、ピン部材のピンの根本部分にテーパー面が設けられているとともに、インサートの中央孔にピンと係合する部位に湾曲凸面が形成されている。
そして、固定ボルトによりポケットにピン部材を嵌合固定し、ピンでもってインサートの中央孔の孔壁を押圧して、インサートをインサート座部に固定する構成が採られている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２１７００４号公報
【特許文献２】特開平１０−１００００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のような構成では、偏芯ピンによりチップを側方壁面のみに当接させる構成のため、チップが偏芯ピンの軸方向に位置ずれしてしまうおそれがある。
また、特許文献２のような構成では、インサートを固定するために、２つの部材、すなわち固定ボルトおよびピン部材が必要であり、構成が複雑になるとともに固定する際の作業効率が悪くなるおそれがある。
【００１２】
本発明の目的は、簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサを位置決め可能なプローブ、および、表面性状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のプローブは、被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサと、この力センサによる被測定物の測定位置を検出し測定位置情報として出力する位置検出手段と、前記力センサと被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、を備えたプローブであって、前記相対移動手段に保持されるプローブ本体と、前記力センサが取り付けられるセンサモジュールと、前記センサモジュールに挿通されるとともに前記プローブ本体に挿入され前記センサモジュールを前記プローブ本体に着脱自在に位置決め固定する固定部材と、を備え、前記プローブ本体は、略平面状の第１位置決め部と、この第１位置決め部に立設された第２位置決め部と、前記第１位置決め部に設けられ前記固定部材が挿入されて着脱可能に係止される係止孔部と、を備え、前記センサモジュールは、前記第１位置決め部に摺接される摺接部と、前記第２位置決め部に押圧される押圧部と、前記摺接部側から前記摺接部と対向する側まで連通し前記固定部材が挿通される挿通孔部と、を備え、前記固定部材は、棒状に形成され前記挿通孔部に挿通されるとともに一端側が前記係止孔部に係止される棒状部と、この棒状部の他端側の側面から突出する固定突出部と、を備え、前記挿通孔部は、前記摺接部と対向する側の開口における前記押圧部側が前記摺接部側に向かうにしたがって前記押圧部から離れる状態に傾斜し前記固定突出部が当接可能な傾斜部を有するとともに、前記棒状部の太さより大きい孔幅に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、固定部材に、棒状部と、固定突出部と、を設けている。また、相対移動手段に保持されるプローブ本体に、第１位置決め部と、この第１位置決め部に立設された第２位置決め部と、第１位置決め部に設けられた係止孔部と、を設けている。さらに、力センサが取り付けられるセンサモジュールに、第１位置決め部に摺接される摺接部と、第２位置決め部に押圧される押圧部と、摺接部側から摺接部と対向する側まで連通する挿通孔部と、を設けている。また、挿通孔部に、摺接部と対向する側の開口における押圧部側が摺接部側に向かうにしたがって押圧部から離れる状態に傾斜する傾斜部を設けている。そして、挿通孔部を、棒状部の太さよりも大きい孔幅に形成している。
【００１５】
このため、以下のようにして、プローブ本体にセンサモジュールを位置決め固定することが可能となる。
すなわち、センサモジュールを、摺接部が第１位置決め部に対向し、かつ、押圧部が第２位置決め部に対向する状態に位置させる。そして、挿通孔部の傾斜部に固定突出部を摺接させつつ、固定部材を挿通孔部に挿通させて、棒状部をプローブ本体の係止孔部に係止させることにより、プローブ本体にセンサモジュールを位置決め固定することが可能となる。
このとき、固定突出部を連続的にあるいは断続的に傾斜部に当接させつつ傾斜部の傾斜方向と交差する方向に移動させることにより、センサモジュールを第１位置決め部に摺接させつつ、押圧部に第２位置決め部を押圧させることが可能となる。したがって、第１位置決め部の面方向に対して、センサモジュールを再現性よく位置決めすることが可能となる。
また、固定突出部により傾斜部を第１位置決め部の方向に押圧した状態で、棒状部を係止孔部に係止させることが可能となる。したがって、第１位置決め部の面方向と略直交する方向に対して、センサモジュールを再現性よく位置決めすることが可能となる。
さらに、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定するために、固定部材のみを用いるだけでよく、構成が簡単になり位置決めする際の作業効率をあげることが可能となる。
よって、簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサを位置決め可能となる。
【００１６】
本発明のプローブにおいて、前記力センサは、先端に接触部を有するスタイラスと、このスタイラスを振動させる加振素子と、前記スタイラスの振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子と、を備えたことが好ましい。
この発明によれば、力センサを、スタイラスと、加振素子と、検出素子とで構成している。
このため、小さい測定力で高精度な測定が可能ないわゆる加振型力センサの位置決めを、簡単な構成で容易にかつより再現性よく実施可能となり、より高精度な測定が可能なプローブを提供可能となる。
【００１７】
本発明のプローブにおいて、前記係止孔部は、雌ねじ部であり、前記棒状部は、雄ねじ部であることが好ましい。
この発明によれば、係止孔部として雌ねじ部を適用するとともに、棒状部として雄ねじ部を適用している。
このため、棒状部を係止孔部に螺着するだけの簡単な構成で、プローブ本体にセンサモジュールを位置決め固定することが可能となり、より容易に力センサを位置決め可能となる。
【００１８】
本発明のプローブにおいて、前記固定突出部は、前記棒状部の外周方向に沿って一連に設けられたことが好ましい。
この発明によれば、固定突出部を、棒状部の外周方向に沿って一連に設けている。
このため、固定部材をセンサモジュールに挿通させる際に、固定突出部の位置を意識することなく固定突出部を傾斜部に常時当接させることが可能となり、さらに容易に力センサを位置決め可能となる。
特に、棒状部として雄ねじ部を、係止孔部として雌ねじ部を適用した構成の場合、棒状部を螺着させる際に固定突出部を傾斜部に常時当接させることが可能となり、さらに容易に力センサを位置決め可能となる。
【００１９】
本発明のプローブにおいて、前記挿通孔部は、前記傾斜部の前記摺接部側の端部から前記押圧部までの距離が、前記係止孔部の第２位置決め部側の端部から前記第２位置決め部までの距離と略等しくなる形状に形成されたことが好ましい。
この発明によれば、挿通孔部を、傾斜部の摺接部側の端部から押圧部までの距離が、係止孔部の第２位置決め部側の端部から第２位置決め部までの距離と略等しくなる形状に形成している。
このため、押圧部に第２位置決め部を押圧させた際に、傾斜部の摺接部側の端部と、係止孔部の第２位置決め部側の端部と、を略同一線上に位置させることが可能となり、棒状部を傾斜部の摺接部側の端部に略当接させた状態で、係止孔部に係止させることが可能となる。したがって、固定突出部の側面からの突出量を最小限に抑えた状態で、固定突出部を傾斜部に当接させることが可能となり、固定部材の軽量化を図れ、より高精度な測定が可能となる。
【００２０】
本発明のプローブにおいて、前記プローブ本体は、前記第１位置決め部に設けられ前記相対移動手段を制御する制御手段と電気的に接続された本体接続部を有し、前記センサモジュールは、前記摺接部側における前記本体接続部に当接可能な位置に設けられ前記力センサに電気的に接続されかつ前記本体接続部との当接時に前記本体接続部と電気的に接続されるモジュール接続部を有することが好ましい。
この発明によれば、プローブ本体に、第１位置決め部に設けられ制御手段と電気的に接続された本体接続部を設けている。さらに、センサモジュールの摺接部側に、本体接続部に当接可能かつ力センサに電気的に接続されたモジュール接続部を設けている。
このため、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定する際に、本体接続部およびモジュール接続部を当接させることにより、制御手段および力センサを各種信号の送受信が可能な状態にすることが可能となる。
したがって、センサモジュールの交換作業をさらに容易に実施可能となる。
【００２１】
本発明のプローブにおいて、前記本体接続部は、前記第１位置決め部に交差する方向に進退可能に設けられ前記モジュール接続部に当接される進退当接部を有することが好ましい。
この発明によれば、本体接続部に、第１位置決め部に交差する方向に進退可能な進退当接部を設けている。
このため、本体接続部やモジュール接続部における互いに当接する部分の形状によらず、これらが当接する際の圧力を略均一にすることが可能となる。したがって、本体接続部やモジュール接続部を精密に設計あるいは形成する必要がなく、製造性を向上させることが可能となる。
【００２２】
本発明のプローブにおいて、前記本体接続部は、前記モジュール接続部に当接される部分が球面状に形成されていることが好ましい。
この発明によれば、本体接続部のモジュール接続部に当接される部分を球面状に形成している。
このため、本体接続部およびモジュール接続部を点接触させることが可能となり、センサモジュールを第１位置決め部に摺接させつつ第２位置決め部の方向に移動させる際の摩擦抵抗を低減可能となる。
したがって、力センサをさらに容易に位置決め可能となる。
【００２３】
本発明のプローブにおいて、前記センサモジュールは、前記モジュール接続部と電気的に接続され前記力センサ固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶する記憶部を有することが好ましい。
この発明によれば、センサモジュールに、モジュール接続部と電気的に接続され力センサ固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶する記憶部を設けている。
このため、センサモジュールをプローブ本体に位置決め固定する際に、制御手段に記憶部の固有特性情報を読み出させて認識させることにより、相対移動手段を力センサに対応する状態で制御させることが可能となる。
したがって、ゲイン調整や周波数調整などの力センサ固有の調整が容易になり、利用拡大を容易に図ることが可能となる。
【００２４】
本発明の表面性状測定装置は、上述したようなプローブと、前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の表面性状測定装置は、上述したようなプローブと、前記記憶部から固有特性情報を読み出し、この固有特性情報に基づく前記力センサ固有の特性に対応する制御により前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させ、前記力センサからの検出信号が設定値に一致するように前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
これらの発明によれば、上述したようなプローブと同様の作用効果を奏することが可能な表面性状測定装置を提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
〔接触式倣いプローブシステムの構成〕
まず、本発明の一実施形態に係る表面性状測定装置としての接触式倣いプローブシステムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る接触式倣いプローブシステムの概略構成を示す模式図である。図２は、プローブの構成を示す斜視図である。図３は、被測定物表面を倣い走査する様子を示す概念図である。図４は、本体固定部およびセンサモジュールの構成を示す斜視図である。図５は、本体固定部およびセンサモジュールの要部の概略構成を示す断面図である。図６は、本体コネクタ部の構成を示す正面図である。図７は、図６のVII−VII線における断面図である。図８は、本体側基板およびコネクタ側基板が電気的に接続された状態を示す断面図である。図９は、センサモジュールの構成を示す背面斜視図である。
【００２９】
接触式倣いプローブシステム１０は、図１に示すように、プローブ２０と、このプローブ２０を制御する制御手段としてのコントローラ３０とから構成されている。
【００３０】
プローブ２０は、図１および図２に示すように、略長方形箱状のケース体２１と、固定部材としてのモジュール固定ねじ１００と、プローブ本体２００と、力センサ１を有しモジュール固定ねじ１００によりプローブ本体２００に着脱自在に位置決め固定されるセンサモジュール３００と、プローブ本体２００を保持し力センサ１を被測定物に対して進退させる相対移動手段としての駆動アクチュエータ２２と、プローブ本体２００に取り付けられたスケール２３と、このスケール２３に基づき駆動アクチュエータ２２による力センサ１の変位量（つまり、力センサ１による被測定物の測定位置情報）を検出する位置検出手段としてのスケール検出器２４とから構成されている。
プローブ本体２００は、一部がケース体２１の内部に収容される状態で設けられている。
駆動アクチュエータ２２と、スケール２３と、スケール検出器２４と、は、ケース体２１の内部に収容されている。
なお、モジュール固定ねじ１００、プローブ本体２００、および、センサモジュール３００の詳細な構成については、後述する。
【００３１】
コントローラ３０は、力センサ１を振動させるために力センサ１に加振信号を与える発振器３１と、力センサ１からの検出信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換回路３２と、スケール検出器２４からの信号をカウントし力センサ１の測定位置情報を位置測定値として出力するカウンタ３３と、Ａ／Ｄ変換回路３２からの出力（力フィードバック信号）と目標測定力との偏差を演算する演算器３４と、この演算器３４からの出力を入力とした力制御補償器３５と、カウンタ３３からの位置信号を微分して速度信号に変換する時間微分回路３６と、この時間微分回路３６からの出力とスイッチ３７を介して取り込んだ力制御補償器３５からの出力との偏差を求める演算器３８と、この演算器３８からの出力を入力とした速度補償器３９と、この速度補償器３９からの出力を基に駆動アクチュエータ２２を駆動させる駆動アンプ４０と、カウンタ３３の測定値（位置情報）と目標位置との偏差を演算する演算器４１と、この演算器４１からの出力を入力とし出力をスイッチ３７を通じて演算器３８へ与える位置制御補償器４２とから構成されている。
【００３２】
このような接触式倣いプローブシステム１０において、力一定倣い測定を実施する場合、図３に示すように、位置決め制御によりプローブ２０を被測定物Ｗにアプローチし、プローブ２０が被測定物Ｗに接触したら、力一定倣い制御に切り替える。そして、プローブ２０または被測定物Ｗを駆動して、力一定倣い制御状態で被測定物Ｗの表面を走査する。この走査の間、形状測定位置として、プローブ２０の位置または被測定物Ｗの位置を読み取る。
このような制御により、図３に示すように、測定力一定で被測定物の形状を倣うことが可能となる。
【００３３】
次に、モジュール固定ねじ１００、プローブ本体２００、および、センサモジュール３００の詳細な構成について説明する。
【００３４】
モジュール固定ねじ１００は、図２、図４、および、図５に示すように、棒状部としての雄ねじ部１１０と、この雄ねじ部１１０の一端に設けられ雄ねじ部１１０よりも径寸法が大きい円柱状の固定突出部としてのねじ摺接部１２０と、このねじ摺接部１２０の一端に設けられねじ摺接部１２０よりも径寸法が大きい円柱状のつまみ部１３０と構成されている。すなわち、ねじ摺接部１２０の外周面近傍部分は、雄ねじ部１１０の側面から突出し、かつ、外周方向に沿って一連に設けられている。
【００３５】
プローブ本体２００は、図１、図２、および、図４に示すように、略柱状に形成され一端側が駆動アクチュエータ２２により保持される本体被保持部２１０と、この本体被保持部２１０の他端に設けられセンサモジュール３００が着脱自在に位置決め固定される本体固定部２２０とから構成されている。
【００３６】
本体固定部２２０は、略四角筒状の取付上部２３０と、この取付上部２３０の一方の開口側に一体的に設けられた断面コ字状の取付下部２４０と、取付上部２３０の取付下部２４０側の開口を閉塞する状態で設けられた第２位置決め部としての中間閉塞部２５０（図５参照）と、取付下部２４０および中間閉塞部２５０で形成された空間に嵌合された長方形ブロック状の本体コネクタ部２６０とから構成されている。
【００３７】
取付上部２３０の取付下部２４０が設けられていない側の開口には、本体被保持部２１０の図示しない接続部が嵌合固定される。
【００３８】
中間閉塞部２５０は、図５に示すように、平面状の立設平面部としての閉塞平面部２５１を有している。そして、中間閉塞部２５０は、閉塞平面部２５１が本体コネクタ部２６０のコネクタ正面部２６１Ａとのなす角度が略９０°となる状態で設けられている。
【００３９】
本体コネクタ部２６０は、図４〜図８に示すように、長方形ブロック状のコネクタ基部２６１と、このコネクタ基部２６１に設けられたコネクタ円柱部２６２（図５では図示せず）と、このコネクタ円柱部２６２に設けられた本体接続部としてのコネクタピン部２６３（図５では図示せず）と、コネクタ基部２６１に設けられた本体側基板２６４とから構成されている。
【００４０】
コネクタ基部２６１の長手方向一端側には、第１位置決め部としてのコネクタ正面部２６１Ａおよびコネクタ背面部２６１Ｂを貫通する円形状のコネクタ嵌合孔部２６１Ｃが設けられている。また、コネクタ基部２６１の長手方向他端側には、モジュール固定ねじ１００の雄ねじ部１１０が螺着される係止孔部としての雌ねじ部２６１Ｄが設けられている。この雌ねじ部２６１Ｄは、図５に示すように、直径寸法がＲ１、かつ、閉塞平面部２５１側の端部から閉塞平面部２５１までの距離がＬ１となる状態に形成されている。
【００４１】
コネクタ円柱部２６２は、円柱状に形成され、コネクタ嵌合孔部２６１Ｃに嵌合固定されている。このコネクタ円柱部２６２には、平行な２平面を貫通する状態で設けられた６個のピン嵌合孔２６２Ａが設けられている。これらピン嵌合孔２６２Ａは、コネクタ円柱部２６２の円周方向に沿って略等間隔で設けられている。
【００４２】
コネクタピン部２６３は、ピン嵌合孔２６２Ａに嵌合固定される円筒状のピン基部２６３Ａと、このピン基部２６３Ａの一端に設けられピン基部２６３Ａの軸方向に進退可能に設けられた進退当接部２６３Ｂと、ピン基部２６３Ａの他端から突出するピン突出部２６３Ｃとから構成されている。
進退当接部２６３Ｂは、導電性を有する材料により、ピン基部２６３Ａの一端側の開口を閉塞するドーム状に形成されている。
ピン突出部２６３Ｃは、導電性を有する材料により形成され、例えば導線などの図示しない導電部材により進退当接部２６３Ｂに電気的に接続されている。
【００４３】
本体側基板２６４は、コネクタ嵌合孔部２６１Ｃを閉塞し、かつ、雌ねじ部２６１Ｄを閉塞しない状態で設けられている。この本体側基板２６４には、コネクタピン部２６３のピン突出部２６３Ｃおよびピン基部２６３Ａの端部が嵌合固定される基板孔部２６４Ａが設けられている。
この本体側基板２６４は、コネクタピン部２６３の進退当接部２６３Ｂおよびコントローラ３０を電気的に接続する。
【００４４】
センサモジュール３００は、図２、図４、図５、および、図９に示すように、力センサ１が取り付けられるとともにモジュール固定ねじ１００により本体コネクタ部２６０に固定されるモジュール基部３１０と、このモジュール基部３１０に設けられたモジュール接続部としてのコネクタ側基板３５０と、モジュール基部３１０に設けられたセンサ側基板３６０と、このセンサ側基板３６０に設けられた記憶部としてのＩＣチップ３７０と、モジュール基部３１０の一部を覆う略円筒状の保護カバー３８０とから構成されている。
【００４５】
モジュール基部３１０は、断面コ字状に形成されたモジュールコネクタ部３２０と、このモジュールコネクタ部３２０の一端側に設けられた半円筒状のセンサ取付部３３０と、このセンサ取付部３３０のモジュールコネクタ部３２０側の開口を閉塞するモジュール閉塞部３４０とから構成されている。
【００４６】
モジュールコネクタ部３２０における他端側の端部、すなわちセンサ取付部３３０が設けられていない側の端部は、平面状に形成され、プローブ本体２００への取付時に閉塞平面部２５１に押圧される押圧部３２１とされている。
また、モジュールコネクタ部３２０における断面コ字状の開口端に対応する部分は、この断面コ字状の開口面に平行な平面状に形成され、プローブ本体２００への取付時にコネクタ正面部２６１Ａに摺接される摺接部３２２とされている。
さらに、モジュールコネクタ部３２０における一端側には、断面コ字状の開口側と反対側に四角板状に膨出するねじ孔形成部３２３が設けられている。このねじ孔形成部３２３の膨出方向先端は、摺接部３２２と平行な平面状のねじ孔形成先端面部３２４とされている。そして、ねじ孔形成部３２３には、ねじ孔形成先端面部３２４から摺接部３２２側にかけて設けられ、モジュール固定ねじ１００の雄ねじ部１１０が挿通される挿通孔部３２５が設けられている。
【００４７】
この挿通孔部３２５は、摺接部３２２側から軸方向略中央にかけて同一の直径寸法に形成された直径同一部３２５Ａと、軸方向略中央からねじ孔形成先端面部３２４にかけて拡開する形状に形成された傾斜部としての拡開部３２５Ｂと、を備えている。
直径同一部３２５Ａは、直径寸法がＲ１よりも大きいＲ２に形成されている。また、直径同一部３２５Ａは、中心軸Ｃ２が雌ねじ部２６１Ｄの中心軸Ｃ１に対して偏芯した状態で設けられ、押圧部３２１側の端部から押圧部３２１までの距離がＬ１となる形状に形成されている。
すなわち、挿通孔部３２５は、摺接部３２２と反対側の開口における押圧部３２１側が、摺接部３２２側に向かうにしたがって押圧部３２１から離れる状態に傾斜する形状に形成されている。また、挿通孔部３２５は、雄ねじ部１１０の太さよりも大きい直径寸法に形成されている。さらに、挿通孔部３２５は、拡開部３２５Ｂの摺接部３２２側の端部から押圧部３２１までの距離が、閉塞平面部２５１側の端部から閉塞平面部２５１までの距離と等しい形状に形成されている。
【００４８】
センサ取付部３３０におけるモジュールコネクタ部３２０が設けられていない側の端部近傍には、図９に示すように、保護カバー３８０の図示しない孔部からスタイラス３が突出する状態で、力センサ１が取り付けられている。
【００４９】
コネクタ側基板３５０には、モジュール固定ねじ１００の雄ねじ部１１０が挿通される基板挿通孔３５１が設けられている。このコネクタ側基板３５０は、モジュールコネクタ部３２０における断面コ字状の内部空間に嵌合する状態で設けられている。そして、センサモジュール３００のプローブ本体２００への取付時に、図８に示すように、コネクタピン部２６３の進退当接部２６３Ｂをピン突出部２６３Ｃ側に移動させるとともに、進退当接部２６３Ｂを介して本体側基板２６４に電気的に接続される。
【００５０】
センサ側基板３６０は、センサ取付部３３０における半円筒状の内部空間に嵌合する状態で設けられている。このセンサ側基板３６０は、コネクタ側基板３５０、ＩＣチップ３７０、および、力センサ１に電気的に接続されている。このセンサ側基板３６０は、コネクタ側基板３５０、コネクタピン部２６３、および、本体側基板２６４を介して、ＩＣチップ３７０および力センサ１と、コントローラ３０とを電気的に接続する。
【００５１】
ＩＣチップ３７０には、力センサ１固有の特性、例えば補正値などの固有特性情報が記録されている。この固有特性情報は、コントローラ３０により適宜読み出され、駆動アクチュエータ２２の駆動制御に利用される。
【００５２】
〔センサモジュールの交換動作〕
次に、センサモジュール３００の交換動作について説明する。
【００５３】
作業者は、例えば破損したセンサモジュール３００をプローブ本体２００から取り外す。そして、新たなセンサモジュール３００を、図５に示すように、押圧部３２１が閉塞平面部２５１に対応する状態に位置させる。さらに、センサモジュール３００をプローブ本体２００側へ移動させ、摺接部３２２をコネクタ正面部２６１Ａに当接させる。このとき、挿通孔部３２５における直径同一部３２５Ａの押圧部３２１側の端部と、雌ねじ部２６１Ｄの閉塞平面部２５１側の端部と、が略同一線上に位置する。
【００５４】
次に、モジュール固定ねじ１００を挿通孔部３２５に挿通させ、雄ねじ部１１０を雌ねじ部２６１Ｄに螺着させる。そして、モジュール固定ねじ１００をさらに回転させて、ねじ摺接部１２０を拡開部３２５Ｂの接触点Ｇに接触させる。
この後、モジュール固定ねじ１００をさらに回転させて、ねじ摺接部１２０で拡開部３２５Ｂを押圧させることにより、センサモジュール３００をコネクタ正面部２６１Ａに摺接させつつ、押圧部３２１に閉塞平面部２５１を押圧させる。これにより、センサモジュール３００は、コネクタ正面部２６１Ａの面方向に対して位置決めされる。
また、ねじ摺接部１２０により拡開部３２５Ｂをコネクタ正面部２６１Ａの方向に押圧させることにより、センサモジュール３００は、コネクタ正面部２６１Ａの面方向と直交する方向に対して位置決めされる。
【００５５】
さらに、センサモジュール３００がプローブ本体２００に位置決め固定されると、図８に示すように、コネクタ側基板３５０により進退当接部２６３Ｂが押圧され、ＩＣチップ３７０および力センサ１と、コントローラ３０とが電気的に接続される。
これにより、センサモジュール３００の交換動作が終了する。
【００５６】
〔実施形態の作用効果〕
上述した実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
【００５７】
（１）プローブ２０のモジュール固定ねじ１００に、雄ねじ部１１０と、この雄ねじ部１１０に設けられたねじ摺接部１２０と、を設けている。また、駆動アクチュエータ２２に保持されるプローブ本体２００に、コネクタ正面部２６１Ａと、このコネクタ正面部２６１Ａに立設された中間閉塞部２５０と、コネクタ正面部２６１Ａに設けられた雌ねじ部２６１Ｄと、を設けている。さらに、力センサ１が取り付けられるセンサモジュール３００に、コネクタ正面部２６１Ａに摺接される摺接部３２２と、中間閉塞部２５０に押圧される押圧部３２１と、摺接部３２２側からねじ孔形成先端面部３２４側までを連通する挿通孔部３２５と、を設けている。また、挿通孔部３２５に、ねじ孔形成先端面部３２４側の開口における押圧部３２１側が、摺接部３２２側に向かうにしたがって押圧部３２１から離れる状態に傾斜する拡開部３２５Ｂを設けている。そして、挿通孔部３２５を、雄ねじ部１１０の太さよりも大きい孔幅に形成している。
このため、以下のようにして、プローブ本体２００にセンサモジュール３００を位置決め固定することができる。
すなわち、センサモジュール３００を、摺接部３２２がコネクタ正面部２６１Ａに対向し、かつ、押圧部３２１が閉塞平面部２５１に対向する状態に位置させる。そして、拡開部３２５Ｂにねじ摺接部１２０を摺接させつつ、モジュール固定ねじ１００を挿通孔部３２５に挿通させて、雄ねじ部１１０を雌ねじ部２６１Ｄに螺着させることにより、プローブ本体２００にセンサモジュール３００を位置決め固定することができる。
このとき、ねじ摺接部１２０を連続的に拡開部３２５Ｂに当接させつつ挿通孔部３２５の軸方向に移動させることにより、センサモジュール３００をコネクタ正面部２６１Ａに摺接させつつ、押圧部３２１に中間閉塞部２５０を押圧させることができる。したがって、コネクタ正面部２６１Ａの面方向に対して、センサモジュール３００を再現性よく位置決めすることができる。
また、ねじ摺接部１２０により拡開部３２５Ｂをコネクタ正面部２６１Ａの方向に押圧した状態で、雄ねじ部１１０を雌ねじ部２６１Ｄに螺着させることができる。したがって、コネクタ正面部２６１Ａの面方向と略直交する方向に対して、センサモジュール３００を再現性よく位置決めすることができる。
さらに、センサモジュール３００をプローブ本体２００に位置決めするために、モジュール固定ねじ１００のみを用いるだけでよく、構成が簡単になり位置決めする際の作業効率をあげることができる。
よって、簡単な構成で容易にかつより再現性よく力センサ１を位置決めできる。
【００５８】
（２）本発明の力センサとして、スタイラス３と、加振素子４と、検出素子５とから構成される加振型力センサ１を適用している。
このため、小さい測定力で高精度な測定が可能な加振型力センサ１の位置決めを、簡単な構成で容易にかつより再現性よく実施でき、より高精度な測定が可能なプローブ２０を提供できる。
【００５９】
（３）本発明の係止孔部として雌ねじ部２６１Ｄを適用するとともに、棒状部として雄ねじ部１１０を適用している。
このため、雄ねじ部１１０を雌ねじ部２６１Ｄに螺着するだけの簡単な構成で、プローブ本体２００にセンサモジュール３００を位置決め固定することができ、より容易に力センサ１を位置決めできる。
【００６０】
（４）ねじ摺接部１２０を、雄ねじ部１１０の外周方向に沿って一連に設けている。
このため、雄ねじ部１１０を螺着させる際にねじ摺接部１２０を拡開部３２５Ｂに常時当接させることができ、さらに容易に力センサ１を位置決め可能となる。
【００６１】
（５）挿通孔部３２５を、拡開部３２５Ｂの摺接部３２２側の端部から押圧部３２１までの距離が、雌ねじ部２６１Ｄの中間閉塞部２５０側の端部から中間閉塞部２５０までの距離と略等しくなる形状に形成している。
このため、押圧部３２１に中間閉塞部２５０を押圧させた際に、拡開部３２５Ｂの摺接部３２２側の端部と、雌ねじ部２６１Ｄの中間閉塞部２５０側の端部と、を略同一線上に位置させることができ、雄ねじ部１１０を拡開部３２５Ｂの摺接部３２２側の端部に略当接させた状態で、雌ねじ部２６１Ｄに係止させることができる。したがって、ねじ摺接部１２０の雄ねじ部１１０からの突出量を最小限に抑えた状態で、ねじ摺接部１２０を拡開部３２５Ｂに当接させることができ、モジュール固定ねじ１００の軽量化を図れ、より高精度に測定できる。
【００６２】
（６）プローブ本体２００のコネクタ正面部２６１Ａに、コントローラ３０と電気的に接続されたコネクタピン部２６３を設けている。さらに、センサモジュール３００の摺接部３２２側に、コネクタピン部２６３に当接可能かつ力センサ１に電気的に接続されたコネクタ側基板３５０を設けている。
このため、センサモジュール３００をプローブ本体２００に位置決め固定する際に、コネクタピン部２６３およびコネクタ側基板３５０を当接させることにより、コントローラ３０および力センサ１を各種信号の送受信が可能な状態にすることができる。
したがって、センサモジュール３００の交換作業をさらに容易に実施できる。
【００６３】
（７）コネクタピン部２６３に、コネクタ正面部２６１Ａに直交する方向に進退可能な進退当接部２６３Ｂを設けている。
このため、コネクタピン部２６３やコネクタ側基板３５０における互いに当接する部分の形状によらず、これらが当接する際の圧力を略均一にすることができる。したがって、コネクタピン部２６３やコネクタ側基板３５０を精密に設計あるいは形成する必要がなく、製造性を向上させることができる。
【００６４】
（８）進退当接部２６３Ｂをドーム状に形成し、コネクタ側基板３５０に当接される部分を球面状にしている。
このため、コネクタピン部２６３およびコネクタ側基板３５０を点接触させることができ、センサモジュール３００をコネクタ正面部２６１Ａに摺接させつつ中間閉塞部２５０の方向に移動させる際の摩擦抵抗を低減できる。
したがって、力センサ１をさらに容易に位置決めできる。
【００６５】
（９）センサモジュール３００に、コネクタ側基板３５０と電気的に接続され力センサ１固有の特性に関する固有特性情報を読み出し可能に記憶するＩＣチップ３７０を設けている。
このため、センサモジュール３００をプローブ本体２００に位置決め固定する際に、コントローラ３０にＩＣチップ３７０の固有特性情報を読み出させて認識させることにより、駆動アクチュエータ２２を力センサ１に対応する状態で制御させることができる。
したがって、ゲイン調整や周波数調整などの力センサ１固有の調整を容易にでき、利用拡大を容易に図ることができる。
【００６６】
（１０）接触式倣いプローブシステム１０を、上述したようなプローブ２０と、ＩＣチップ３７０からの固有特性情報を取り込み、この固有特性情報に基づく力センサ１固有の特性に対応する制御によりスタイラス３の接触部を被測定物表面に接触させ、力センサ１からの検出信号が設定値に一致するように駆動アクチュエータ２２を駆動させながら、スケール検出器２４からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報からの被測定物の表面性状を測定するコントローラ３０と、を備えた構成としている。
このため、上述した（１）〜（９）の作用効果を奏することが可能な接触式倣いプローブシステム１０を提供できる。
【００６７】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
【００６８】
すなわち、力センサ１を、力センサ１のベース２とスタイラス３とを一体的に構成したが、これに限らず、別体であってもよい。つまり、ベース２とスタイラス３とを別体として構成し、ベース２に対してスタイラス３を接着固定するようにしてもよい。またスタイラス３を軸方向へ振動させるようにしたが、これに限らず、スタイラス３の軸に対して交差する方向に振動させるようにしてもよい。
また、加振型力センサ１を用いたが、これに限らず、被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力できる構造であれば、他のセンサであってもよい。
【００６９】
そして、本発明の棒状部として、一端が弾性変形可能に形成されるとともに一端の側面から突出する突起部を設けた棒状部材を用い、係止孔部として、棒状部材が挿通されるとともに突起部が係合される係止部を設けた構成を適用してもよい。さらに、本発明の棒状部として、円柱状あるいは四角柱状の棒状部材を用い、係止孔部として、棒状部材が挿通されるとともにこの棒状部材を例えば弾性により締め付けることにより係止する構成を適用してもよい。
【００７０】
また、ねじ摺接部１２０を、雄ねじ部１１０の外周方向に沿って断続的に、あるいは、外周の一部のみに設ける構成としてもよい。
【００７１】
そして、雌ねじ部２６１Ｄの中心軸Ｃ１と、挿通孔部３２５の中心軸Ｃ２と、を一致させる構成、すなわち雌ねじ部２６１Ｄの中間閉塞部２５０側の端部から中間閉塞部２５０までの距離が、拡開部３２５Ｂの摺接部３２２側の端部から押圧部３２１までの距離よりも長くなる構成としてもよい。
【００７２】
さらに、プローブ本体２００にコネクタピン部２６３を設けないとともに、センサモジュール３００にコネクタ側基板３５０を設けない構成として、コントローラ３０および力センサ１を導線などの導通部材で接続する構成としてもよい。
【００７３】
また、コネクタピン部２６３に進退当接部２６３Ｂを設けずに、ピン基部２６３Ａの先端をコネクタ側基板３５０に当接させる構成としてもよい。
【００７４】
そして、進退当接部２６３Ｂをドーム状に形成せずに、一面が閉口された筒状に形成する構成としてもよい。
【００７５】
さらに、センサモジュール３００に、ＩＣチップ３７０を設けずに、力センサ１固有の特性に関する固有特性情報をコントローラ３０に別途読み出させる構成としてもよい。例えば、固有特性情報が記録された光ディスクや磁気ディスクなどの記録媒体を読み出すドライブや、キーボードなどの固有特性情報を入力設定可能な入力手段を設ける構成としてもよい。
【００７６】
そして、挿通孔部３２５における押圧部３２１側のみに拡開部３２５Ｂを設け、それ以外の部分を摺接部３２２側にしたがって押圧部３２１から離れる状態に傾斜させない構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機、形状測定機、輪郭測定機、真円度測定機、三次元測定機などに適用可能である。特に、微細形状の測定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態に係る接触式倣いプローブシステムの概略構成を示す模式図である。
【図２】前記一実施形態におけるプローブの構成を示す斜視図である。
【図３】前記一実施形態における被測定物表面を倣い走査する様子を示す概念図である。
【図４】前記一実施形態における本体固定部およびセンサモジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】前記一実施形態における本体固定部およびセンサモジュールの要部の概略構成を示す断面図である。
【図６】前記一実施形態における本体コネクタ部の構成を示す正面図である。
【図７】前記一実施形態における図６のVII−VII線における断面図である。
【図８】前記一実施形態における本体側基板およびコネクタ側基板が電気的に接続された状態を示す断面図である。
【図９】前記一実施形態におけるセンサモジュールの構成を示す背面斜視図である。
【図１０】力センサの構成を示す分解斜視図である。
【図１１】力センサに与える加振信号と検出信号を示す図である。
【図１２】力センサが被測定物と接触した際の検出信号の変化を示す図である。
【図１３】力センサの検出信号の減衰率と測定力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…加振型力センサ
３…スタイラス
４…加振素子
５…検出素子
１０…表面性状測定装置としての接触式倣いプローブシステム
２０…プローブ
２２…相対移動手段としての駆動アクチュエータ
２４…位置検出手段としてのスケール検出器
３０…制御手段としてのコントローラ
１００…固定部材としてのモジュール固定ねじ
１１０…棒状部としての雄ねじ部
１２０…固定突出部としてのねじ摺接部
２００…プローブ本体
２５０…第２位置決め部としての中間閉塞部
２６１Ａ…第１位置決め部としてのコネクタ正面部
２６１Ｄ…係止孔部としての雌ねじ部
２６３…本体接続部としてのコネクタピン部
２６３Ｂ…進退当接部
３００…センサモジュール
３２１…押圧部
３２２…摺接部
３２５…挿通孔部
３２５Ｂ…傾斜部としての拡開部
３５０…モジュール接続部としてのコネクタ側基板
３７０…記憶部としてのＩＣチップ
【図１】
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【図２】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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