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专利名称：形状测定传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在接触式表面形状测定中使用的形状测定传感器，更详细地讲，涉及能够在更短的时间内进行表面形状测定的形状测定传感器。本申请根据2010年11月10 日在日本提出的日本特愿2010-251970号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术：
以往，作为对透镜或模具等光学关联元件进行表面形状测定的装置，使用接触式形状测定传感器(以下有时简称为“形状测定传感器”)，该接触式形状测定传感器采用使探针(触针)接触到光学关联元件等检查对象物的面上进行追踪的接触扫描式的测定方法。在日本特许第3拟6793号公报中记载了通过使探针相对于水平方向倾斜而使其以规定的接触力与检查对象物接触的所谓自重倾斜式的形状测定传感器。在该形状测定传感器中，具有如下的优点检查对象物表面上的各点的接触力恒定，并且能够以极其微小的接触力进行表面形状测定。在日本特许第3拟6793号公报所记载的形状测定传感器中，当使用直线导轨或空气活塞等与探针之间产生的摩擦极小的单元作为支承探针的引导单元时，能够进行高精度的测定，是优选的。但是，在日本特许第3926793号公报的形状测定传感器中，当使探针倾斜时，探针前进到可移动范围的极限，无法在可移动范围的中间位置停止探针。因此，通常在使用日本特许第3926793号公报的形状测定传感器时，首先使探针前进到极限，然后使检查对象物以每分钟几毫米左右的超低速移动并与探针接触，由此，防止由于探针而损伤检查对象物的表面。然后，利用检查对象物以该检查对象物的测定所需要的行程量按压探针并使其以超低速后退，然后开始测定，所以依然存在包含前准备在内的总测定时间容易变长的课题。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在更短的时间内进行表面形状测定而不会损伤检查对象物的形状测定传感器。根据本发明的第一方式，形状测定传感器用于测定检查对象物的表面形状，其中， 该形状测定传感器具有探针，其被支承为能够沿自身的轴方向滑动，通过沿所述轴方向进行滑动来追踪所述检查对象物的表面形状；轴承部，其将所述探针支承为能够沿所述轴方向滑动；以及探针保持机构，其能够将所述探针切换为定位保持在其滑动范围内的中间部的期望位置的第一状态和不干涉所述探针的滑动的第二状态。所述探针保持机构也可以具有主体侧卡定部，该主体侧卡定部卡定设在所述探针上的轴侧卡定部，所述探针保持机构通过与所述轴方向平行地移动，对所述第一状态和所述第二状态进行切换。
并且，也可以是，向所述轴承部与所述探针之间供给流体，所述探针保持机构通过控制所述流体的供给，对所述第一状态和所述第二状态进行切换。根据本发明的第一方式的形状测定传感器，能够在更短的时间内进行表面形状测定而不会损伤检查对象物。


图1是示出本发明的一个实施方式的形状测定传感器的概略结构的图。图2是利用局部剖面示出该形状测定传感器的触针部和止挡部的图。图3是示出该形状测定传感器的使用时的动作的图。图4是示出该形状测定传感器的使用时的动作的图。图5是示出该形状测定传感器的使用时的动作的图。图6是示出该形状测定传感器的使用时的动作的图。图7是示出该形状测定传感器的使用时的动作的图。
具体实施例方式参照图1 图7说明本发明的一个实施方式。另外，只要没有特别说明，则“前方” 和“后方”分别指图1所示的ζ轴的负方向和正方向。图1是示出本实施方式的形状测定传感器1的图。形状测定传感器1用于测定检查对象物的表面形状。形状测定传感器1具有安装有探针11的触针部10、支承检查对象物100的检查对象物保持部20、用于使触针部10移动的y轴驱动机构30、用于使检查对象物保持部20移动的χ轴ζ轴驱动机构40、进行形状测定传感器1整体的动作控制和所取得的表面形状数据的处理的个人计算机50、以及对探针11进行定位的止挡部(探针保持机构)60。触针部10具有通过沿自身的轴方向进行滑动来追踪检查对象物100的表面形状的探针11、使探针11以能够沿自身的轴方向滑动的方式插通的静压轴承(轴承部)12、以及调整探针11相对于水平方向的倾斜角的倾斜角调整部13。探针11可以适当选择采用如下的公知结构具有接触检查对象物100来进行追踪的前端部11A、以及在前端侧安装有前端部IlA的大致圆柱状的轴部11B。在图1中，作为探针的一例，示出了前端部IlA尖锐的金刚石触针。探针11以能够在静压轴承12内顺畅地滑动的方式插通在静压轴承12中。静压轴承12固定在基体平板14上，使得所插通的探针11的前端部IlA朝向配置有检查对象物100的前方。在轴部IlB的后方侧安装有用于检测探针11的变位量的变位计15。图2是示出触针部10和止挡部60的构造的图，利用局部剖面示出从形状测定传感器1的上方(图1所示的y轴正侧)观察探针11的状态。静压轴承12的外形为大致长方体状，具有径向截面为矩形的贯通孔12A。探针11 的轴部IlB插通在贯通孔12A中。在贯通孔12A的内表面与轴部IlB的外周面之间，在贯通孔12A的端面两侧确保几微米(ym)左右的间隙。并且，在静压轴承12上连接有空气供给线12B，从未图示的供给源供给空气等气体(流体)。所供给的气体作为气流通过形成在静压轴承12内的未图示的管路，从形成在贯通孔12A的内表面的未图示的多个送气孔供给到贯通孔12A与轴部IlB之间的空间。通过该气流，降低了在探针11与静压轴承12之间产生的摩擦力，探针11被支承为能够在静压轴承12的贯通孔12A内顺畅地滑动。如图1所示，倾斜角调整部13具有前方的支点13A和能够沿y轴方向伸缩的伸缩部13B。在倾斜角调整部13中改变探针11的倾斜角而使探针11向前方滑动。作为伸缩部 13B，例如可以采用压电致动器、由螺钉和角度调整部件构成的机构等。检查对象物保持部20具有安装在基台2上的基体21和安装在基体21上的摆动部22。检查对象物100固定在摆动部22上并与探针11相对配置。摆动部22能够相对于基体11进行摆动，通过改变摆动部22和基体21的位置关系，能够改变安装在摆动部22上的检查对象物100和探针11所成的角度。另外，在本实施方式中，示出所测定的表面为球面状的检查对象物，但是，所测定的表面的形状没有特别限制。y轴驱动机构30设置在触针部10与基台2之间。y轴驱动机构30通过沿y轴方向移动，能够在保持倾斜角调整部13所设定的探针11的倾斜角的状态下，使触针部10和止挡部60上下移动。在y轴驱动机构30的后方设有用于检测y轴驱动机构30的移动量的变位计31。 χ轴ζ轴驱动机构40设置在检查对象物保持部20的基体21与基台2之间。χ轴 ζ轴驱动机构40通过沿χ轴方向和ζ轴方向移动，能够使检查对象物保持部20整体沿χ轴方向和ζ轴方向移动。在χ轴ζ轴驱动机构40的前方设有用于检测检查对象物保持部20 的χ轴方向的变位的变位计41。通过y轴驱动机构30和χ轴ζ轴驱动机构40，探针11和保持在检查对象物保持部20上的检查对象物100能够沿χ轴方向、y轴方向和ζ轴方向相对移动。个人计算机50具有受理使用者的输入和指示等的输入部51以及显示各种信息的显示部52。个人计算机50与倾斜角调整部13、摆动部22、y轴驱动机构30、χ轴ζ轴驱动机构40和止挡部60连接，能够对这些各机构的动作进行控制。并且，个人计算机50还与各变位计15、31和41连接，进行接收它们的检测值并取得检查对象物100整体的表面形状数据的处理。进而，虽然省略图示，但是，个人计算机50还与空气供给线12Β连接。通过个人计算机50控制针对静压轴承12的气体供给。如图1和图2所示，止挡部60设置在基体平板14上。止挡部60具有卡定探针11 的主体侧卡定部61和用于使主体侧卡定部61与探针11的轴方向平行地移动的导轨62。主体侧卡定部61在基体平板14上突出，能够通过未图示的电动机等移动机构在导轨62上移动并在期望位置停止。导轨62在基体平板14上与静压轴承12的长度方向 (贯通孔12Α的轴线方向)平行地延伸，与插通在静压轴承12中的探针11的轴方向大致平行。当主体侧卡定部61位于静压轴承12的后端的后方时，通过卡定安装在探针11的轴部 IlB上的轴侧卡定部16，能够在滑动范围内将探针11定位在除了前端和后端以外的中间部的期望位置(第一状态)。另一方面，当主体侧卡定部61位于静压轴承12的后端的前方时，主体侧卡定部61和轴侧卡定部16不发生干涉，主体侧卡定部61不干涉探针11的滑动 (第二状态)。
下面，对具有上述结构的形状测定传感器1的使用时的动作进行说明。首先，使用者将检查对象物100支承固定在检查对象物保持部20的摆动部22上， 使得要进行形状测定的面与触针部10相对。接着，使用者根据检查对象物100的厚度等各部尺寸和要进行形状测定的面的大致形状等，选择检查对象物100的形状测定所需要的探针11的行程，经由输入部51输入到个人计算机50。个人计算机50决定使止挡部60的主体侧卡定部61停止的规定位置，以确保所输入的行程量，并且驱动移动机构使主体侧卡定部61沿导轨62移动。如图3所示，主体侧卡定部61与探针11的轴方向大致平行地移动并在规定位置停止。图3中的虚线Ll示出为了确保该行程量而使探针11的前端移动的位置。接着，使用者对静压轴承12供给气体，并经由输入部51操作倾斜角调整部13，使基体平板14的后部向上方移动。于是，基体平板14以支点13A为支点倾斜，由静压轴承12 保持的探针11由于自身重力而在静压轴承12内顺畅地滑动。探针11通过滑动而朝向检查对象物100前进，如图4所示，轴侧卡定部16与主体侧卡定部61卡定，由此在探针11的前端移动到虚线Ll的位置的状态下被定位并停止。为了确保所输入的行程量，例如可以预先使探针11位于可滑动范围的后端、即后退到极限，然后前进该行程量即可，考虑安全，更加优选前进在该行程量上加上规定量而得到的长度。在探针11被定位并停止后，使用者借助个人计算机50使χ轴ζ轴驱动机构40动作，如图5所示，使保持在检查对象物保持部20上的检查对象物100以接近探针11的方式移动。此时，探针11停止，也没有前进的可能性，所以不需要使检查对象物100以上述超低速移动。使用者使检查对象物100以更快的速度(例如每秒几mm左右)移动到非常接近探针11的前端部IlA而不与前端部IlA接触的位置。在检查对象物100移动到非常接近前端部IlA后，使用者降低检查对象物100的移动速度，如图6所示，以即使与探针11的前端接触也不会损伤检查对象物100的表面的程度的超低速接近探针11，使前端部IlA与检查对象物100的表面接触。在探针11与检查对象物100的表面接触后，如图7所示，使用者使主体侧卡定部 61向静压轴承12的后端的前方移动，使其退避到不干涉探针11的滑动的位置，将止挡部 60切换为第二状态。在主体侧卡定部61退避后，使用者通过个人计算机50驱动χ轴ζ轴驱动机构40 和y轴驱动机构30，使检查对象物100和探针11相对移动，从而通过探针11扫描检查对象物100的表面。探针11的扫描方向是与χ轴平行的方向，一边通过ι轴驱动机构30改变前端部IlA的高度，一边扫描检查对象物100的整个表面。各变位计15、31和41的检测值被输入到个人计算机50，依次测定并记录检查对象物100的表面形状。根据本实施方式的形状测定传感器1，由于具有止挡部60，因此能够在使探针11 倾斜的状态下，在滑动范围的中间部的期望位置进行定位并保持。在以往的自重倾斜式形状测定传感器中，除了由于自重而产生的重力以外，在滑动的探针上几乎不作用外力，所以无法在滑动范围的中间停止。因此，当在使检查对象物接近的状态下使探针倾斜时，可能由于滑动的探针的前端而损伤检查对象物的表面，为了可靠地防止该情况，如上所述，需要使探针前进到滑动范围的前端，在处于无法进一步前进的状态后使检查对象物接近。与此相对，在形状测定传感器1中，如果在使探针11前进能够确保行程量的最低限度量的状态下通过止挡部60对探针11进行定位，则探针11无法进一步前进。因此，即使使保持在检查对象物保持部20上的检查对象物100以更快的速度移动到探针11附近， 也不可能损伤检查对象物100的表面，使检查对象物100以超低速移动的距离可以是从探针11附近到与探针11接触的极短距离。其结果，能够显著缩短包含测定的前准备在内的检查对象物100的形状测定所需要的总时间，能够高效地进行测定。并且，在以往的自重倾斜式形状测定传感器中，要确保的行程量越多，使检查对象物以超低速移动的距离越长，测定的前准备所需要的时间越长，但是，在形状测定传感器1 中，能够使检查对象物高速移动到探针前端附近，所以即使要确保的行程量变化，使检查对象物以超低速移动的距离也基本不变。因此，与要确保的行程量无关，始终能够高效地进行测定。并且，要确保的行程量越大，形状测定传感器1发挥的测定时间缩短效果越显著。并且，止挡部60的主体侧卡定部61在探针11的滑动方向前方与安装在探针11 上的轴侧卡定部16抵接，从而对探针11进行定位，所以在定位时，不会在与探针11的滑动方向交叉的方向上对探针11施加力。因此，几乎不会对探针11的滑动造成影响，能够高精度地进行形状测定。以上说明了本发明的一个实施方式，但是，本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。例如，本实施方式的形状测定传感器中的探针保持机构不限于上述止挡部60这种结构。作为一例，也可以在针对静压轴承12的空气供给路径中设置电磁阀，通过停止供给空气或者控制成使空气供给量减少到使滑动停止的程度，将该电磁阀从探针11顺畅地滑动的第二状态切换为第一状态，进行探针11的定位。并且，通过使个人计算机执行预先生成的程序等，也可以使形状测定传感器自动进行从在检查对象物保持部上安装检查对象物到使探针与检查对象物接触的一连串的动作。进而，本发明的形状测定传感器的结构还能够应用于实施方式的自重倾斜式以外的形状测定传感器。因此，例如，即使是使探针沿垂直方向进退的形状测定传感器，通过设置止挡部，也同样能够缩短测定所需要的总时间。
权利要求
1.一种形状测定传感器，该形状测定传感器用于测定检查对象物的表面形状，其中，该形状测定传感器具有探针，其被支承为能够沿自身的轴方向滑动，通过沿所述轴方向进行滑动来追踪所述检查对象物的表面形状；轴承部，其将所述探针支承为能够沿所述轴方向滑动；以及探针保持机构，其能够将所述探针切换为定位保持在其滑动范围内的中间部的期望位置的第一状态和不干涉所述探针的滑动的第二状态。
2.根据权利要求1所述的形状测定传感器，其中，所述探针保持机构具有主体侧卡定部，该主体侧卡定部卡定设在所述探针上的轴侧卡定部，所述探针保持机构通过与所述轴方向平行地移动，对所述第一状态和所述第二状态进行切换。
3.根据权利要求1所述的形状测定传感器，其中， 向所述轴承部与所述探针之间供给流体，所述探针保持机构通过控制所述流体的供给，对所述第一状态和所述第二状态进行切
全文摘要
本发明提供一种形状测定传感器，用于测定检查对象物(100)的表面形状，该形状测定传感器(1)具有探针(11)，其被支承为能够沿自身的轴方向滑动，通过沿轴方向进行滑动来追踪所述检查对象物(100)的表面形状；静压轴承(12)，其将所述探针(11)支承为能够沿轴方向滑动；以及止挡部(60)，其能够将所述探针(11)切换为定位保持在其滑动范围内的中间部的期望位置的第一状态和不干涉所述探针(11)的滑动的第二状态。
文档编号G01B21/20GK102564382SQ20111032904
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年11月10日
发明者小林宏史, 长池康成 申请人:奥林巴斯株式会社