Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP5209440B2 - Shape measuring probe - Google Patents

Shape measuring probe Download PDF

Info

Publication number
JP5209440B2
JP5209440B2 JP2008279397A JP2008279397A JP5209440B2 JP 5209440 B2 JP5209440 B2 JP 5209440B2 JP 2008279397 A JP2008279397 A JP 2008279397A JP 2008279397 A JP2008279397 A JP 2008279397A JP 5209440 B2 JP5209440 B2 JP 5209440B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peripheral portion
stylus
probe
outer peripheral
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008279397A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010107346A (en
Inventor
整 大森
和俊 片平
信二郎 梅津
洋輔 八須
哲也 成瀬
幸廣 平井
忠正 高橋
秀幸 福田
啓太郎 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Advanced Systems Japan Inc
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Advanced Systems Japan Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN Institute of Physical and Chemical Research, Advanced Systems Japan Inc filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority to JP2008279397A priority Critical patent/JP5209440B2/en
Publication of JP2010107346A publication Critical patent/JP2010107346A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5209440B2 publication Critical patent/JP5209440B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

本発明は、接触子の変位により被測定物の形状を測定する形状測定プローブに関する。   The present invention relates to a shape measuring probe that measures the shape of an object to be measured by displacement of a contact.

形状測定プローブは、被測定物に接触する接触子を有し、接触子の変位により被測定物の形状を測定する装置である。
かかる形状測定プローブとして、従来から種々の構造のものが提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
The shape measuring probe is a device having a contact that contacts the object to be measured and measuring the shape of the object to be measured by displacement of the contact.
Conventionally, probes having various structures have been proposed as such shape measuring probes (for example, Patent Documents 1 to 3).

特許文献1は、被測定物および接触検知部の損傷を従来に比べて非常に小さくすることを目的とする。
そのため、このタッチ信号プローブは、図9に示すように、保持部材51に相対移動可能に保持された可動部材52をスタイラス50側に付勢するコイルばね53と、反付勢方向に移動させる励磁コイル54、固定ヨーク55、アーマチャ56とを設ける。スタイラス50が被測定物に接触すると信号処理部57、駆動制御部58により励磁コイル55に電流が供給され、その磁気吸引力で可動部材52は被測定物から離れる反付勢方向に移動して逃げ動作が行われる。これにより、接触検知部と被測定物とが接触している時間は非常に短くなり、接触による損傷が軽減されるものである。
なおこの図で、59は制御装置、60は駆動装置である。
Patent document 1 aims at making damage to a to-be-measured object and a contact detection part very small compared with the past.
Therefore, as shown in FIG. 9, this touch signal probe includes a coil spring 53 that biases the movable member 52 held so as to be relatively movable by the holding member 51 toward the stylus 50, and an excitation that moves the anti-biasing direction. A coil 54, a fixed yoke 55, and an armature 56 are provided. When the stylus 50 comes into contact with the object to be measured, a current is supplied to the exciting coil 55 by the signal processing unit 57 and the drive control unit 58, and the movable member 52 moves in the counter-biasing direction away from the object to be measured by the magnetic attraction force. An escape operation is performed. As a result, the time during which the contact detection unit and the object to be measured are in contact with each other is very short, and damage due to contact is reduced.
In this figure, 59 is a control device, and 60 is a drive device.

特許文献2は、電気信号の減衰を防止すると共に、安定した電気信号を取り出し、さらに小形化することを目的とする。
そのため、この測定用プローブ61は、図10に示すように、導電性を有する金属であって、探針部66とV溝(螺旋溝)63により形成した螺旋バネ65とを有するブロック62からなり、V溝63は、V溝の頂点64が内側面67上に存し、螺旋バネ65は、探針部66を中心としてV溝の頂点64を介し螺旋状に接触している。探針部66が被測定物に接触・加圧して被測定物の電気信号を取り出す際、加圧方向と平行な垂直面68は、傾斜端部69と離れることなく傾斜端部69上を摺動し、垂直面68のF方向の長さを螺旋バネ65のストロークとしてその接触を維持する。また、取り出された被測定物の電気信号は、螺旋バネ65を螺旋状に流れることなく、互いに接触する螺旋バネ65を通って加圧方向に直接流れるものである。
Patent Document 2 aims to prevent attenuation of an electric signal and to extract a stable electric signal to further reduce the size.
Therefore, as shown in FIG. 10, the measurement probe 61 is made of a conductive metal, and includes a block 62 having a probe portion 66 and a spiral spring 65 formed by a V groove (spiral groove) 63. In the V-groove 63, the vertex 64 of the V-groove exists on the inner side surface 67, and the spiral spring 65 is in spiral contact with the probe portion 66 as the center via the vertex 64 of the V-groove. When the probe portion 66 contacts and presses the object to be measured to take out an electric signal of the object to be measured, the vertical surface 68 parallel to the pressing direction slides on the inclined end portion 69 without leaving the inclined end portion 69. The length of the vertical surface 68 in the F direction is set as the stroke of the spiral spring 65, and the contact is maintained. Moreover, the electrical signal of the taken-out measured object flows directly in the pressurizing direction through the spiral springs 65 that are in contact with each other without flowing spirally through the spiral spring 65.

特許文献3は、被測定物表面に対する負荷を小さくすることを目的とする。
そのため、この接触プローブは、図11に示すように、被測定物表面に当接する接触部71を先端に有する測定子70と、測定子70の変位を検出する検出センサと、測定子70の軸方向とは略直交して配置された弾性体のプレートであって測定子70の基端側を支持する支持プレート72と、測定子70を変位させるスタイラス変位手段73とを備える。スタイラス変位手段73は、支持プレート72に応力を付与してそれぞれの点における支持プレート72の弾性変形量を変化させるアクチュエータ73〜76を備えている。
なおこの図で、77は反射ミラー、78は照明光学系、79は光センサである。
Patent Document 3 aims to reduce the load on the surface of the object to be measured.
Therefore, as shown in FIG. 11, this contact probe includes a measuring element 70 having a contact portion 71 that contacts the surface of the object to be measured, a detection sensor that detects the displacement of the measuring element 70, and an axis of the measuring element 70. The elastic plate is disposed substantially orthogonal to the direction, and includes a support plate 72 that supports the base end side of the measuring element 70, and a stylus displacement means 73 that displaces the measuring element 70. The stylus displacement means 73 includes actuators 73 to 76 that apply stress to the support plate 72 to change the amount of elastic deformation of the support plate 72 at each point.
In this figure, 77 is a reflection mirror, 78 is an illumination optical system, and 79 is an optical sensor.

また、形状測定プローブと同様に、試料表面の形状を得る装置として、探針と試料に作用する原子間力を検出する原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)が知られている。原子間力顕微鏡は、図12に示すように、探針81が片持ちバネ82(カンチレバー)の先端に取り付けられており、カンチレバー82のたわみは、半導体レーザー83をカンチレバー背面に照射し、反射したレーザー光を位置センサ84で検出するようになっている。また、カンチレバー82および試料85の位置変更は、圧電アクチュエータ86の圧電効果による変形を利用して制御している。
なおこの図で、87はXY駆動回路、88はフィードバック回路、89は制御装置である。
Similar to the shape measurement probe, an atomic force microscope (AFM) that detects an atomic force acting on a probe and a sample is known as a device for obtaining the shape of the sample surface. In the atomic force microscope, as shown in FIG. 12, a probe 81 is attached to the tip of a cantilever spring 82 (cantilever), and the deflection of the cantilever 82 is reflected by irradiating the back surface of the cantilever with the semiconductor laser 83. The laser beam is detected by the position sensor 84. Further, the position change of the cantilever 82 and the sample 85 is controlled by utilizing deformation due to the piezoelectric effect of the piezoelectric actuator 86.
In this figure, 87 is an XY drive circuit, 88 is a feedback circuit, and 89 is a control device.

特開2001−336921号公報、「タッチ信号プローブ」JP 2001-336922 A, “Touch Signal Probe” 特開2003−248018号公報、「測定用プローブ、及び該測定用プローブの製造方法」Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-248018, “Measurement Probe, and Manufacturing Method of the Measurement Probe” 特開2007−205998号公報、「接触プローブおよび形状測定装置」JP 2007-205998 A, “Contact Probe and Shape Measuring Device”

特許文献1のタッチ信号プローブは、スタイラス50が被測定物に接触すると磁気吸引力で可動部材52が被測定物から離れる反付勢方向に移動して逃げ動作が行われるので、接触子の変位により被測定物の形状を測定する形状測定プローブとして用いることはできない。   In the touch signal probe of Patent Document 1, when the stylus 50 comes into contact with the object to be measured, the movable member 52 moves in the counter-biasing direction away from the object to be measured by the magnetic attraction force, so that the escape operation is performed. Therefore, it cannot be used as a shape measuring probe for measuring the shape of the object to be measured.

特許文献2の測定用プローブは、探針部66が被測定物に接触・加圧して被測定物の電気信号を取り出すことはできるが、探針部の変位を検出できないため、形状測定プローブとして用いることはできない。   The measurement probe of Patent Document 2 can extract an electrical signal of the object to be measured by contacting and pressurizing the object to be measured with the probe unit 66, but cannot detect the displacement of the probe part. Cannot be used.

特許文献3の接触プローブは、測定子70の基端側が支持プレート72に固定されているので測定子70の変位抵抗が大きく、かつ測定子が3次元的に変位するので軸方向成分の検出が困難であり、測定子の許容変位量が小さいのでプローブのオーバーランにより測定子や支持プレートが損傷しやすい問題点があった。
また、一般的に従来の形状測定プローブは、最小検出力が大きく(例えば50mgf以上)、測定子先端を鋭くすると面圧が高すぎて被測定物に傷を付けるため、面粗さ等の微細な形状測定はできなかった。
In the contact probe of Patent Document 3, since the proximal end side of the measuring element 70 is fixed to the support plate 72, the displacement resistance of the measuring element 70 is large and the measuring element is displaced three-dimensionally, so that the axial component can be detected. Since the allowable displacement of the probe is small, there is a problem that the probe and the support plate are easily damaged by the overrun of the probe.
In general, the conventional shape measurement probe has a large minimum detection force (for example, 50 mgf or more), and when the tip of the probe is sharp, the surface pressure is too high and scratches the object to be measured. Shape measurement was not possible.

一方、原子間力顕微鏡は、カンチレバー82の押し付け力が原子間力に相当する微小力(例えば30mgf以下)であり、測定子81の先端を鋭くしても面圧が低いため、被測定物85に傷を付けず、面粗さ等の微細な形状測定はできる特徴がある。
しかし、原子間力顕微鏡は、カンチレバー82の許容ストロークが小さい(例えば20μm以下)ため、被測定物85の表面の起伏(うねり)が大きいと測定できない問題点があった。
On the other hand, in the atomic force microscope, the pressing force of the cantilever 82 is a micro force (for example, 30 mgf or less) corresponding to the atomic force, and even if the tip of the probe 81 is sharp, the surface pressure is low. There is a feature that can measure a fine shape such as surface roughness without scratching.
However, since the permissible stroke of the cantilever 82 is small (for example, 20 μm or less), the atomic force microscope has a problem that it cannot be measured if the surface of the measurement object 85 is large.

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、(1)接触子の押し付け力を原子間力に相当する微小力(例えば30mgf以下)に設定でき、これにより被測定物の傷を防止し、面粗さ等の微細な形状測定ができ、(2)接触子の許容ストロークが大きく、測定面のうねりに追従でき、(3)プローブのオーバーランによる接触子等の損傷を防止でき、(4)接触子等の可動部分の重量が微小であり高速測定に対する追従性が高い形状測定プローブを提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the objects of the present invention are as follows: (1) The pressing force of the contactor can be set to a minute force corresponding to the interatomic force (for example, 30 mgf or less). (2) The allowable stroke of the contactor is large and can follow the waviness of the measurement surface. (3) The contactor can be prevented from being damaged by the probe overrun. (4) The contactor is movable. An object of the present invention is to provide a shape measuring probe having a small weight and high followability for high speed measurement.

本発明によれば、被測定物の上面に沿って移動可能なプローブ本体と、
下端が被測定物の上面に接触する接触子と、該接触子から上方に鉛直に延びる円筒形の中間軸と、該中間軸の上端に設けられ中間軸より最大径が大きい鍔部とを有するスタイラスと、
前記プローブ本体の下端に取り付けられ、前記スタイラスを鉛直方向に移動可能に案内するスタイラスホルダと、
該スタイラスホルダの上面と前記鍔部の下面の間に挟持され、前記鍔部を上方に付勢する円板状の自重軽減バネと、
前記プローブ本体に取り付けられ、前記鍔部上面の変位を検出する位置検出センサと、を備えたことを特徴とする形状測定プローブが提供される。
According to the present invention, a probe main body movable along the upper surface of the object to be measured;
A contact whose lower end is in contact with the upper surface of the object to be measured, a cylindrical intermediate shaft that extends vertically upward from the contact, and a flange that is provided at the upper end of the intermediate shaft and has a larger maximum diameter than the intermediate shaft With a stylus,
A stylus holder that is attached to a lower end of the probe body and guides the stylus to be movable in a vertical direction;
A disc-shaped self-weight reducing spring that is sandwiched between the upper surface of the stylus holder and the lower surface of the flange, and biases the flange upward.
There is provided a shape measuring probe comprising a position detection sensor attached to the probe main body and detecting a displacement of the upper surface of the collar portion.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記自重軽減バネは、前記スタイラスホルダの上面に接触する外周部と、前記スタイラスの中間軸を通す中心穴を有し前記鍔部の下面に接触する内周部と、内端が内周部に一体的に連結され螺旋状に外方に延び外端が外周部に一体的に連結された同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部とからなる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the self-weight reducing spring has an outer peripheral portion that contacts the upper surface of the stylus holder and an inner peripheral surface that has a central hole through which the intermediate shaft of the stylus passes and contacts the lower surface of the flange portion. Three or more concentric and circumferentially equidistant helical springs, the inner ends of which are integrally connected to the inner peripheral portion and extend outwardly in a spiral shape, and the outer ends are integrally connected to the outer peripheral portion. It consists of.

また前記自重軽減バネは、前記内周部と外周部の間に設けられ、その間を螺旋状に外方に延びる3条以上の同心の螺旋形貫通溝を有する。   The self-weight reducing spring is provided between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and has three or more concentric spiral through grooves extending outwardly in a spiral manner therebetween.

また前記自重軽減バネは、内周部が外周部と同一高さに位置するときに接触子に作用する下向きの力がスタイラスの自重より小さい所定の力となるように、内周部が外周部に対し、スタイラスの軸方向上方にオフセットしてフォーミングされている。   Further, the self-weight reducing spring has an inner peripheral portion whose outer peripheral portion has a predetermined force smaller than the stylus's own weight when the inner peripheral portion is positioned at the same height as the outer peripheral portion. On the other hand, it is formed by offsetting upward in the axial direction of the stylus.

また、前記プローブ本体に取り付けられ、前記鍔部の上方に所定の間隔を隔てて位置するスタイラスストッパを有する。   In addition, a stylus stopper attached to the probe main body and positioned at a predetermined interval above the collar portion is provided.

また本発明の好ましい別の実施形態によれば、さらに、前記プローブ本体と前記鍔部の上面の間に挟持され、前記鍔部を下方に付勢する円板状の位置復帰バネを備え、
該位置復帰バネは前記プローブ本体に固定された外周部と、前記鍔部上面の中心部に相当する中心穴を有し前記鍔部上面の外周部に接触する内周部と、内端が内周部に一体的に連結され螺旋状に外方に延び外端が外周部に一体的に連結された同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部とからなる。
According to another preferred embodiment of the present invention, further comprising a disk-like position return spring that is sandwiched between the probe body and the upper surface of the flange, and biases the flange downward.
The position return spring includes an outer peripheral portion fixed to the probe main body, an inner peripheral portion having a central hole corresponding to the central portion of the upper surface of the flange portion, and an inner end being in contact with the outer peripheral portion of the upper surface of the flange portion. It consists of three or more concentric spiral springs that are integrally connected to the peripheral part and extend outwardly in a spiral shape and whose outer ends are integrally connected to the outer peripheral part.

上記本発明の構成によれば、プローブ本体の下端に取り付けられたスタイラスホルダにより、スタイラスを鉛直方向に移動可能に案内するので、位置検出センサ(例えばレーザーセンサ)により鍔部上面の変位からスタイラスの軸方向変位を精密に測定することができる。   According to the configuration of the present invention, since the stylus is guided by the stylus holder attached to the lower end of the probe main body so as to be movable in the vertical direction, the position detection sensor (for example, a laser sensor) detects the stylus from the displacement of the upper surface of the buttock. Axial displacement can be accurately measured.

また、スタイラスホルダの上面とスタイラスの鍔部下面の間に挟持された円板状の自重軽減バネにより、スタイラスの鍔部を上方に付勢するので、接触子の押し付け力を原子間力に相当する微小力(例えば30mgf以下)に設定でき、これにより被測定物の傷を防止し、面粗さ等の微細な形状測定ができる。
特に、本発明の好ましい実施形態によれば、前記鍔部の下面に接触する内周部は、同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部で上方に付勢されているので、スタイラスを鉛直方向にスムースに移動することができる。
In addition, the disc-shaped self-weight reducing spring sandwiched between the upper surface of the stylus holder and the lower surface of the stylus collar urges the stylus collar upward, so that the pressing force of the contact corresponds to the atomic force. Can be set to a minute force (for example, 30 mgf or less), thereby preventing damage to the object to be measured and measuring a fine shape such as surface roughness.
In particular, according to a preferred embodiment of the present invention, the inner peripheral portion that contacts the lower surface of the flange portion is biased upward by three or more spiral spring portions that are concentric and equally spaced in the circumferential direction. The stylus can be moved smoothly in the vertical direction.

また、スタイラスはスタイラスホルダにより鉛直方向に移動可能に案内されており、スタイラスストッパに上面が接触するまで1mm(1000μm)以上自由に上昇でき、かつスタイラスに作用する軸力は自重以上にはならないので、接触子の許容ストロークが大きく、測定面のうねりに追従でき、プローブのオーバーランによる接触子等の損傷を防止できる。   Further, the stylus is guided by the stylus holder so as to be movable in the vertical direction, and can be lifted freely by 1 mm (1000 μm) or more until the upper surface contacts the stylus stopper, and the axial force acting on the stylus does not exceed its own weight. The contactor has a large allowable stroke, can follow the waviness of the measurement surface, and can prevent damage to the contactor due to probe overrun.

また、可動部分は、スタイラスと自重軽減バネのみであり、スタイラスの自重は任意に小さくでき(例えば100mgf以下)、自重軽減バネの可動部分は細い螺旋形バネ部(例えば幅0.2mm、厚さ0.05mm)からなるので、可動部分の重量が微小であり高速測定に対する追従性を高くできる。   Further, the movable part is only the stylus and the self-weight reducing spring. The self-weight of the stylus can be arbitrarily reduced (for example, 100 mgf or less), and the movable part of the self-weight reducing spring is a thin spiral spring part (for example, width 0.2 mm, thickness) 0.05 mm), the weight of the movable part is very small and the followability to high-speed measurement can be enhanced.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明による第1実施形態の形状測定プローブの正面図(A)と側面図(B)である。なお、図1(A)(B)は、一部を断面で示している。   FIG. 1 is a front view (A) and a side view (B) of a shape measuring probe according to a first embodiment of the present invention. Note that FIGS. 1A and 1B partially show a cross section.

この図において、本発明の形状測定プローブは、プローブ本体10、スタイラス12、スタイラスホルダ14、自重軽減バネ16および位置検出センサ18を備える。   In this figure, the shape measuring probe of the present invention includes a probe main body 10, a stylus 12, a stylus holder 14, a self-weight reducing spring 16, and a position detection sensor 18.

プローブ本体10は、例えば3次元的に移動可能な移動ヘッド(図示せず)に固定され、スタイラス12の軸線Z−Zを鉛直に保持しながら被測定物(図示せず)の上面に沿って移動可能に構成されている。プローブ本体10の3次元座標上の位置は、面粗さ等の微細な形状測定の精度より十分高い精度(例えば、分解能:0.1μm以下)で検出できるようになっている。
位置検出センサ18は、この例では反射式のレーザーセンサであり、プローブ本体10に取り付けられ、スタイラス12の上面の変位を非接触で検出するようになっている。
なお位置検出センサ18はレーザーセンサに限定されず、スタイラス12の上面の変位を高精度(例えば、分解能:0.1μm以下)で検出できる限りで、その他の位置検出センサであってもよい。
The probe body 10 is fixed to a moving head (not shown) that can move three-dimensionally, for example, and is held along the upper surface of an object to be measured (not shown) while holding the axis ZZ of the stylus 12 vertically. It is configured to be movable. The position of the probe body 10 on the three-dimensional coordinates can be detected with sufficiently higher accuracy (for example, resolution: 0.1 μm or less) than the accuracy of fine shape measurement such as surface roughness.
In this example, the position detection sensor 18 is a reflective laser sensor, and is attached to the probe main body 10 to detect the displacement of the upper surface of the stylus 12 in a non-contact manner.
The position detection sensor 18 is not limited to a laser sensor, and may be other position detection sensors as long as the displacement of the upper surface of the stylus 12 can be detected with high accuracy (for example, resolution: 0.1 μm or less).

図2は、図1(A)のA部拡大図(A)とその要部拡大図(B)である。
この図に示すように、スタイラス12は、接触子12a、中間軸12bおよび鍔部12cを有する。
接触子12aは、スタイラス12の下端に設けられ、先端(下端)がテーパー状に細く形成され、下端が被測定物の上面に接触するようになっている。さらにこの例では、先端(下端)に直径0.25mmのルビー球(図示せず)が取り付けられている。
なお本発明はこの構成に限定されず、面粗さ等の微細な形状測定の場合には、先端(下端)の形状を直径2〜4μm以下に設定するのがよい。
2A and 2B are an enlarged view (A) and an enlarged view (B) of the main part of FIG. 1 (A).
As shown in this figure, the stylus 12 has a contact 12a, an intermediate shaft 12b, and a flange 12c.
The contact 12a is provided at the lower end of the stylus 12, the tip (lower end) is formed in a tapered shape, and the lower end is in contact with the upper surface of the object to be measured. Further, in this example, a ruby ball (not shown) having a diameter of 0.25 mm is attached to the tip (lower end).
In addition, this invention is not limited to this structure, In the case of fine shape measurements, such as surface roughness, it is good to set the shape of a front-end | tip (lower end) to 2-4 micrometers or less in diameter.

中間軸12bは、円筒形の棒状部材であり、接触子12aの上端から上方に鉛直に延びる。
鍔部12cは、中間軸12bの上端に設けられ、中間軸より最大径が大きく形成されている。鍔部12cは、この例では円柱形状であり、その上面13aとその下面13bはスタイラス12の軸線Z−Zに直交する平面に形成されている。
The intermediate shaft 12b is a cylindrical rod-like member and extends vertically upward from the upper end of the contact 12a.
The flange portion 12c is provided at the upper end of the intermediate shaft 12b and has a maximum diameter larger than that of the intermediate shaft. The flange portion 12c has a cylindrical shape in this example, and the upper surface 13a and the lower surface 13b thereof are formed on a plane orthogonal to the axis ZZ of the stylus 12.

さらにこの例において、鍔部12cの上面13aは、鏡面に仕上げられ、或いはDLC,金、銀等が蒸着され、位置検出センサ18(この例では反射式のレーザーセンサ)からのレーザーの反射率を高めている。   Furthermore, in this example, the upper surface 13a of the collar portion 12c is finished to be a mirror surface, or DLC, gold, silver or the like is vapor-deposited, and the reflectance of the laser from the position detection sensor 18 (in this example, a reflective laser sensor) is increased. It is increasing.

図2において、スタイラスホルダ14は、中心に貫通ガイド穴14aを有する接頭円錐形部材であり、プローブ本体10の下端にボルト15a等で取り付けられ、貫通ガイド穴14aの内面でスタイラス12の中間軸12bを鉛直方向に移動可能に案内している。
貫通ガイド穴14aと中間軸12bの隙間は、スタイラス12がスムースに上下動できる限りで、小さく設定するのがよい。また、貫通ガイド穴14aと中間軸12bの摺動抵抗を低減するために、一方又は両方の表面に潤滑性のあるコーティングをするのがよい。
In FIG. 2, the stylus holder 14 is a prefix conical member having a through guide hole 14a in the center, and is attached to the lower end of the probe body 10 with a bolt 15a or the like. The inner shaft 12b of the stylus 12 is formed on the inner surface of the through guide hole 14a. Is movably guided in the vertical direction.
The clearance between the penetrating guide hole 14a and the intermediate shaft 12b is preferably set small as long as the stylus 12 can move up and down smoothly. Further, in order to reduce the sliding resistance between the through guide hole 14a and the intermediate shaft 12b, it is preferable to coat one or both surfaces with lubricity.

また、この例において、本発明の形状測定プローブは、さらにスタイラスストッパ20を有する。スタイラスストッパ20は、プローブ本体10のスタイラスホルダ14より上部に取り付けられ、その下面20aが、鍔部12cの上面13aから上方に所定の間隔を隔てて位置する。この所定の間隔は、プローブのオーバーラン(例えば0.1〜0.2mmよりも十分大きく、例えば1mm以上に、設定するのがよい。
スタイラスストッパ20は、この例では、位置検出センサ18(反射式のレーザーセンサ)のレーザー光が通過する接頭円錐形の開口20bと、スタイラスストッパ20をボルト15bでプローブ本体10に固定するためのボルト穴20cとを有する。
In this example, the shape measuring probe of the present invention further includes a stylus stopper 20. The stylus stopper 20 is attached above the stylus holder 14 of the probe main body 10, and the lower surface 20a thereof is positioned above the upper surface 13a of the flange 12c with a predetermined interval. This predetermined interval is preferably set to a probe overrun (for example, sufficiently larger than 0.1 to 0.2 mm, for example, 1 mm or more).
In this example, the stylus stopper 20 includes a prefix conical opening 20b through which the laser beam of the position detection sensor 18 (reflective laser sensor) passes, and a bolt for fixing the stylus stopper 20 to the probe body 10 with a bolt 15b. And a hole 20c.

図3は、図2(B)の分解図である。この図において、自重軽減バネ16は円板状のバネであり、スタイラスホルダ14の上面とスタイラス12の鍔部下面13bの間に挟持され、鍔部12cを上方に付勢する。   FIG. 3 is an exploded view of FIG. In this figure, the self-weight reducing spring 16 is a disc-shaped spring, and is sandwiched between the upper surface of the stylus holder 14 and the flange lower surface 13b of the stylus 12, and urges the flange 12c upward.

図4は、図3のA−A矢視図(A)とその要部拡大図(B)である。
図4(A)に示すように、自重軽減バネ16は、外周部16a、内周部16bおよび螺旋形バネ部16cからなる一体の平板である。
4 is an AA arrow view of FIG. 3 (A) and an enlarged view of the main part thereof (B).
As shown in FIG. 4A, the self-weight reducing spring 16 is an integral flat plate including an outer peripheral portion 16a, an inner peripheral portion 16b, and a helical spring portion 16c.

外周部16aは、リング状平板であり、この例ではスタイラスホルダ14の上面とプローブ本体10の下端との間に挟持されて、スタイラスホルダ14の上面に常時接触する。この外周部16aには、ボルト15aが貫通する貫通穴17aと図示しない位置決めピンが貫通する貫通穴17bが設けられている。
内周部16bは、外周部16aの内側に位置するリング状平板であり、スタイラス12の中間軸12bを通す中心穴16dを有し、スタイラス12の鍔部下面13bに内縁部が接触する。
螺旋形バネ部16cは、3条以上(この例では3条)の同心かつ周方向に等間隔の螺旋形部材からなり、それぞれの内端が内周部16bに一体的に連結され、中間部分が螺旋状に外方に延び、それぞれの外端が外周部16aに一体的に連結されている。
The outer peripheral portion 16 a is a ring-shaped flat plate, and is sandwiched between the upper surface of the stylus holder 14 and the lower end of the probe body 10 in this example, and always contacts the upper surface of the stylus holder 14. The outer peripheral portion 16a is provided with a through hole 17a through which the bolt 15a passes and a through hole 17b through which a positioning pin (not shown) passes.
The inner peripheral portion 16b is a ring-shaped flat plate located inside the outer peripheral portion 16a, has a center hole 16d through which the intermediate shaft 12b of the stylus 12 passes, and an inner edge portion contacts the flange lower surface 13b of the stylus 12.
The spiral spring portion 16c is composed of three or more (three in this example) concentric and circumferentially equidistant spiral members, and the inner ends thereof are integrally connected to the inner peripheral portion 16b. Extends outward spirally, and the outer ends thereof are integrally connected to the outer peripheral portion 16a.

図4(B)の例において、3条の同心の螺旋形バネ部16cは、互いに120°ずつ周方向にずらされている。また、この図において、太い螺旋部分19は、3条の同心の螺旋形バネ部16cの間に設けられた貫通溝である。すなわち、自重軽減バネ16は、内周部16bと外周部16aの間にその間を螺旋状に外方に延びる3条以上の同心かつ周方向に等間隔の螺旋形貫通溝19を有し、その溝の間が螺旋形バネ部16cとなっている。   In the example of FIG. 4B, the three concentric spiral spring portions 16c are shifted from each other in the circumferential direction by 120 °. Further, in this figure, the thick spiral portion 19 is a through groove provided between three concentric spiral spring portions 16c. That is, the self-weight reducing spring 16 has three or more concentric spiral through grooves 19 that are spirally extended between the inner peripheral portion 16b and the outer peripheral portion 16a between the inner peripheral portion 16b and the outer peripheral portion 16a. A spiral spring portion 16c is formed between the grooves.

上述した自重軽減バネ16は、平滑な金属板の表面にフォトレジストを塗布し、3条以上の同心の螺旋形貫通溝17に相当するフォトマスクを重ねて露光し現像して螺旋形貫通溝17に相当する箇所のみにフォトレジストを残し、金属板の表面にNi,Au等の金属をメッキし、これを金属板の表面から分離することにより、精密に製造することができる。以下、この製法を「メッキ製法」と呼ぶ。
なお、本発明はこの製法に限定されず、所定の厚さの金属板に、フォトエッチング等により3条以上の同心かつ周方向に等間隔の螺旋形貫通溝17を形成してもよい。
The above-described self-weight reducing spring 16 applies a photoresist to the surface of a smooth metal plate, exposes and develops a photomask corresponding to three or more concentric spiral through grooves 17, and develops the spiral through grooves 17. By leaving the photoresist only at the locations corresponding to the above, plating a metal such as Ni or Au on the surface of the metal plate, and separating the metal from the surface of the metal plate, it can be precisely manufactured. Hereinafter, this manufacturing method is referred to as “plating manufacturing method”.
In addition, this invention is not limited to this manufacturing method, You may form the spiral through-groove 17 of 3 or more concentric and equally spaced in the circumferential direction by photoetching etc. to the metal plate of predetermined thickness.

さらにこの例において、自重軽減バネ16は、内周部16cが外周部16aに対し、スタイラス12の軸方向上方にオフセットしてフォーミングされている。このフォーミングは、内周部16cが外周部16aと同一高さに位置するときに、接触子12aに作用する下向きの力がスタイラス12の自重より小さい所定の力となるように設定されている。なお、このフォーミングの際に、焼きなまし、焼入れを実施するのが好ましい。   Further, in this example, the self-weight reducing spring 16 is formed such that the inner peripheral portion 16c is offset upward in the axial direction of the stylus 12 with respect to the outer peripheral portion 16a. This forming is set so that the downward force acting on the contact 12a becomes a predetermined force smaller than the weight of the stylus 12 when the inner peripheral portion 16c is positioned at the same height as the outer peripheral portion 16a. In addition, it is preferable to carry out annealing and quenching during the forming.

例えば、スタイラス12の自重が170mgfである場合、内周部16cを外周部16aに対し、スタイラス12の軸方向上方にオフセットさせて熱処理し、内周部16cが外周部16aと同一高さに位置するときに、接触子12aに作用する上向きの力が140mgfとなるように設定する。
この設定により、内周部16cが外周部16aと同一高さに位置するときに、接触子12aに作用する下向きの力は、自重とバネ力の差の30mgfとなる。
For example, when the weight of the stylus 12 is 170 mgf, the inner peripheral portion 16c is offset from the outer peripheral portion 16a upward in the axial direction of the stylus 12, and the inner peripheral portion 16c is positioned at the same height as the outer peripheral portion 16a. Is set so that the upward force acting on the contact 12a is 140 mgf.
With this setting, when the inner peripheral portion 16c is positioned at the same height as the outer peripheral portion 16a, the downward force acting on the contact 12a is 30 mgf, which is the difference between the own weight and the spring force.

図5は、実際に製作した第1実施形態の自重軽減バネの特性図である。この図において横軸は変位、縦軸は軸方向力であり、(A)は最大変位約70μmまで、(B)は最大変位約3.5mmまでを示している。また、各図において、図中の○は実験データである。
なお、変位は、図1の装置に組み込んだ状態で、接触子12aが被測定物と接触していない位置を0(原点)としている。また、軸方向力とは、接触子12aに作用する軸方向上向きの力である。
この自重軽減バネ16は、上述したメッキ製法により、厚さ0.049mmのNiで製作したものである。またこの例において、螺旋形バネ部16cの外径は10mm、螺旋形バネ部16cの幅は0.2mm、螺旋形貫通溝17の幅は0.2mmであった。
FIG. 5 is a characteristic diagram of the self-weight reducing spring of the first embodiment actually manufactured. In this figure, the horizontal axis represents displacement, and the vertical axis represents axial force. (A) shows a maximum displacement of about 70 μm, and (B) shows a maximum displacement of about 3.5 mm. Moreover, in each figure, (circle) in a figure is experimental data.
The displacement is defined as 0 (origin) where the contact 12a is not in contact with the object to be measured in the state of being incorporated in the apparatus of FIG. Further, the axial force is an axially upward force acting on the contact 12a.
The self-weight reducing spring 16 is made of Ni having a thickness of 0.049 mm by the plating method described above. In this example, the outer diameter of the spiral spring portion 16c was 10 mm, the width of the spiral spring portion 16c was 0.2 mm, and the width of the spiral through groove 17 was 0.2 mm.

図5(A)(B)から、軸方向力y[gf]は変位x[mm]に対し、変位が0から約3.5mmまでの範囲において正確に比例しており、式(1)の関係がある。すなわち、この範囲で自重軽減バネのバネ定数kは正確に一定値0.2762であった。
y=0.2762x+0.0304・・・(1)
5A and 5B, the axial force y [gf] is exactly proportional to the displacement x [mm] in the range from 0 to about 3.5 mm. There is a relationship. That is, in this range, the spring constant k of the self-weight reducing spring is exactly a constant value 0.2762.
y = 0.762x + 0.0304 (1)

また図5(A)において、接触子12aが被測定物と接触しない自由位置において、自重軽減バネ16の内周部16cが外周部16aと同一高さに位置するとき(図1の装置に組み込んだ状態)において、接触子12aに作用する下向きの力は、自重とバネ力の差の30mgfである。
次いで、被測定物の上面に接触子12aが接触し、自由位置からスタイラス12が上方に変位すると、位置検出センサ18により鍔部上面13aの変位が検出される。このとき接触子12aに作用する下向きの力は、30mgfから変位量に比例して増加し、例えば所望の最大変位が50μmの場合、軸方向力は約44mgfとなる。
さらに、所望の最大変位(例えば50μm)を超えても、位置検出センサ18により鍔部上面13aの変位を検出することができる。
5A, when the inner peripheral portion 16c of the self-weight reducing spring 16 is positioned at the same height as the outer peripheral portion 16a in a free position where the contact 12a does not contact the object to be measured (incorporated in the apparatus of FIG. 1). The downward force acting on the contact 12a is 30 mgf, which is the difference between its own weight and the spring force.
Next, when the contact 12a comes into contact with the upper surface of the object to be measured and the stylus 12 is displaced upward from the free position, the position detection sensor 18 detects the displacement of the collar upper surface 13a. At this time, the downward force acting on the contact 12a increases in proportion to the amount of displacement from 30 mgf. For example, when the desired maximum displacement is 50 μm, the axial force is about 44 mgf.
Furthermore, even if it exceeds a desired maximum displacement (for example, 50 μm), the displacement of the collar upper surface 13a can be detected by the position detection sensor 18.

なお、図5(B)から、約500μmに変位において、軸方向力が自重(例えば170mgf)を超えるため、それ以上の変位では、接触子12aに作用する下向きの力は自重のみとなる。従って、約500μmの変位を超えても、変位検出はできるが接触子12aには自重以上の力が作用しないことがわかる。   From FIG. 5B, since the axial force exceeds its own weight (for example, 170 mgf) at a displacement of about 500 μm, the downward force acting on the contact 12a is only its own weight when the displacement is more than that. Therefore, it can be seen that even if the displacement exceeds about 500 μm, the displacement can be detected, but the contactor 12a is not subjected to a force greater than its own weight.

上述した本発明の構成によれば、プローブ本体10の下端に取り付けられたスタイラスホルダ14により、スタイラス12を鉛直方向に移動可能に案内するので、位置検出センサ18(例えばレーザーセンサ)により鍔部上面13aの変位からスタイラス12の軸方向変位を精密に測定することができる。   According to the configuration of the present invention described above, since the stylus 12 is guided by the stylus holder 14 attached to the lower end of the probe main body 10 so as to be movable in the vertical direction, the position detection sensor 18 (for example, a laser sensor) is used. The axial displacement of the stylus 12 can be accurately measured from the displacement 13a.

また、スタイラスホルダ14の上面とスタイラス12の鍔部下面13bの間に挟持された円板状の自重軽減バネ16により、スタイラス12の鍔部12cを上方に付勢するので、接触子12aの押し付け力を原子間力に相当する微小力(例えば30mgf以下)に設定でき、これにより被測定物の傷を防止し、面粗さ等の微細な形状測定ができる。
特に、上記実施形態によれば、鍔部12cの下面13bに接触する内周部16bは、同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部16cで上方に付勢されているので、スタイラス12を鉛直方向にスムースに移動することができる。
Further, since the disc-shaped self-weight reducing spring 16 sandwiched between the upper surface of the stylus holder 14 and the flange lower surface 13b of the stylus 12 urges the flange 12c of the stylus 12 upward, the contact 12a is pressed. The force can be set to a micro force (for example, 30 mgf or less) corresponding to the atomic force, thereby preventing the object to be measured from being scratched and measuring a fine shape such as surface roughness.
In particular, according to the above embodiment, the inner peripheral portion 16b contacting the lower surface 13b of the flange portion 12c is urged upward by the concentric and three or more spiral spring portions 16c that are equidistant in the circumferential direction. The stylus 12 can be moved smoothly in the vertical direction.

また、スタイラス12はスタイラスホルダ14により鉛直方向に移動可能に案内されており、スタイラスストッパ20に上面が接触するまで1mm(1000μm)以上自由に上昇でき、かつスタイラス12に作用する軸力は自重以上にはならないので、接触子12aの許容ストロークが大きく、測定面のうねりに追従でき、プローブのオーバーランによる接触子等の損傷を防止できる。   The stylus 12 is guided by the stylus holder 14 so as to be movable in the vertical direction. The stylus 12 can be freely raised by 1 mm (1000 μm) or more until the upper surface contacts the stylus stopper 20, and the axial force acting on the stylus 12 is greater than its own weight. Therefore, the allowable stroke of the contact 12a is large, can follow the waviness of the measurement surface, and can prevent damage to the contact due to overrun of the probe.

また、可動部分は、スタイラス12と自重軽減バネ16のみであり、スタイラス12の自重は任意に小さくでき(例えば100mgf以下)、自重軽減バネ16の可動部分は細い螺旋形バネ部16c(例えば幅0.2mm、厚さ0.05mm)からなるので、可動部分の重量が微小であり高速測定に対する追従性を高くできる。   Further, the movable parts are only the stylus 12 and the self-weight reducing spring 16, and the self-weight of the stylus 12 can be arbitrarily reduced (for example, 100 mgf or less), and the movable part of the self-weight reducing spring 16 is a thin helical spring part 16c (for example, width 0). 2 mm and thickness 0.05 mm), the weight of the movable part is very small and the followability to high-speed measurement can be enhanced.

図6は、本発明による第2実施形態の形状測定プローブの要部拡大図である。
この例において、本発明の形状測定プローブは、さらに、プローブ本体10と鍔部上面13aの間に挟持され、鍔部12cを下方に付勢する円板状の位置復帰バネ22を備える。
この位置復帰バネ22は、上述した自重軽減バネ16と実質的に同一形状であり、外周部、内周部、および螺旋形バネ部からなる。
位置復帰バネ22の外周部は、自重軽減バネ16の外周部と実質的に同一形状であるが、この例では、スタイラスストッパ20とプローブ本体10の間に挟持されてプローブ本体10に固定される。
位置復帰バネ22の内周部は、自重軽減バネ16の内周部と実質的に同一形状であるが、この例では、位置検出センサ18による検出面に相当する中心穴を有し、鍔部上面13aに接触する。
位置復帰バネ22の螺旋形バネ部は、自重軽減バネ16の螺旋形バネ部と実質的に同一形状であるが、この例では、内周部が外周部に対し、スタイラス12の軸方向下方にオフセットしてフォーミングされている。
また、この例において、自重軽減バネ16の内周部16cの軸方向上方へのオフセット量は、第1実施形態より大きく、スタイラス12の自重を支持した状態で、鍔部12cは自重軽減バネ16と位置復帰バネ22の間に挟持された状態となる。
なお、自重軽減バネ16と位置復帰バネ22のバネ定数とオフセット量は、同一でも異なっていてもよい。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of the shape measuring probe according to the second embodiment of the present invention.
In this example, the shape measuring probe of the present invention further includes a disk-like position return spring 22 that is sandwiched between the probe main body 10 and the collar upper surface 13a and biases the collar 12c downward.
The position return spring 22 has substantially the same shape as the above-described self-weight reducing spring 16 and includes an outer peripheral portion, an inner peripheral portion, and a helical spring portion.
The outer peripheral portion of the position return spring 22 has substantially the same shape as the outer peripheral portion of the self-weight reducing spring 16. In this example, the outer peripheral portion is sandwiched between the stylus stopper 20 and the probe main body 10 and fixed to the probe main body 10. .
The inner peripheral portion of the position return spring 22 has substantially the same shape as the inner peripheral portion of the self-weight reducing spring 16, but in this example, it has a center hole corresponding to the detection surface by the position detection sensor 18, Contact the upper surface 13a.
The helical spring portion of the position return spring 22 has substantially the same shape as the helical spring portion of the self-weight reducing spring 16, but in this example, the inner peripheral portion is lower than the outer peripheral portion in the axial direction of the stylus 12. Formed with an offset.
In this example, the offset amount of the inner peripheral portion 16c of the self weight reducing spring 16 in the axial direction upward is larger than that in the first embodiment, and the collar portion 12c is supported by the self weight reducing spring 16 in a state where the self weight of the stylus 12 is supported. And the position return spring 22.
Note that the spring constants and offset amounts of the self-weight reducing spring 16 and the position return spring 22 may be the same or different.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

上述した構成により、図6において、接触子12aが被測定物と接触しない自由位置において、鍔部12cが自重軽減バネ16と位置復帰バネ22の間に挟持されて釣り合っているので、接触子12aに作用する下向きの力は、皆無(ゼロ)である。
次いで、被測定物の上面に接触子12aが接触し、自由位置からスタイラス12が上方に変位すると、位置検出センサ18により鍔部上面の変位が検出される。このとき接触子12aに作用する下向きの力は、自重軽減バネ16の伸びと位置復帰バネ22の縮みで決まる軸方向力となる。従って、自重軽減バネ16と位置復帰バネ22のバネ定数とオフセット量の設定により、所望の測定範囲(例えば、最大変位50μm)において、軸方向力の最大値を30mgf以下に設定することができる。
さらに、所望の最大変位を超えても、位置検出センサ18により鍔部上面の変位を検出することができる。
With the above-described configuration, in FIG. 6, in the free position where the contact 12a does not come into contact with the object to be measured, the flange 12c is held between the weight reducing spring 16 and the position return spring 22 and balanced, so the contact 12a There is no downward force acting on (zero).
Next, when the contact 12a comes into contact with the upper surface of the object to be measured and the stylus 12 is displaced upward from the free position, the position detection sensor 18 detects the displacement of the upper surface of the buttock. At this time, the downward force acting on the contact 12 a becomes an axial force determined by the extension of the self-weight reducing spring 16 and the contraction of the position return spring 22. Therefore, by setting the spring constants and offset amounts of the self-weight reducing spring 16 and the position return spring 22, the maximum value of the axial force can be set to 30 mgf or less in a desired measurement range (for example, maximum displacement 50 μm).
Furthermore, even if the desired maximum displacement is exceeded, the position detection sensor 18 can detect the displacement of the upper surface of the buttocks.

図6の第2実施形態の形状測定プローブは、接触子12aが被測定物と接触しない自由位置において、鍔部12cが自重軽減バネ16と位置復帰バネ22の間に挟持されているので、スタイラス12の軸線Z−Zを鉛直以外の向き(水平または斜め)にしても同様に使用することができる。
なお、第2実施形態の形状測定プローブでは、変位が大きくなると位置復帰バネ22の復帰力が大きくなるが、その分、応答特性も高めることができる。
その他の効果は、第1実施形態と同様である。
The shape measuring probe of the second embodiment shown in FIG. 6 has a stylus because the flange 12c is sandwiched between the self-weight reducing spring 16 and the position return spring 22 in a free position where the contact 12a does not contact the object to be measured. Even if the 12 axis lines ZZ are oriented in a direction other than vertical (horizontal or oblique), they can be used similarly.
In the shape measurement probe of the second embodiment, the return force of the position return spring 22 increases as the displacement increases, but the response characteristics can be improved accordingly.
Other effects are the same as those of the first embodiment.

図7は、第2実施形態の自重軽減バネの平面図(A)とその要部拡大図(B)である。
この自重軽減バネ16は、上述したメッキ製法により、厚さ0.048mmのNiで製作したものである。またこの例において、螺旋形バネ部16cの外径は10mm、螺旋形バネ部16cの幅は0.3mm、螺旋形貫通溝17の幅は0.05mmであった。
その他の構成は、第1実施形態の自重軽減バネと同様である。
FIG. 7 is a plan view (A) of the self-weight reducing spring of the second embodiment and an enlarged view (B) thereof.
The self-weight reducing spring 16 is made of Ni having a thickness of 0.048 mm by the plating method described above. In this example, the outer diameter of the spiral spring portion 16c was 10 mm, the width of the spiral spring portion 16c was 0.3 mm, and the width of the spiral through groove 17 was 0.05 mm.
Other configurations are the same as the self-weight reducing spring of the first embodiment.

図8は、第2実施形態の自重軽減バネの特性図である。この図において横軸は変位、縦軸は軸方向力であり、(A)は最大変位約55μmまで、(B)は最大変位約5.5mmまでを示している。また、各図において、図中の○は実験データである。
なお、変位は、図1の装置に組み込んだ状態で、接触子12aが被測定物と接触していない位置を0(原点)としている。また、軸方向力とは、接触子12aに作用する軸方向上向きの力である。
図8(A)(B)から、軸方向力y[gf]は変位x[mm]に対し、変位が0から約5.5mmまでの範囲において正確に比例しており、式(1)の関係がある。すなわち、この範囲で自重軽減バネのバネ定数kは正確に一定値0.2149であった。
y=0.2149x+0.0343・・・(1)
その他の構成および効果は、第1実施形態と同様である。
FIG. 8 is a characteristic diagram of the self-weight reducing spring of the second embodiment. In this figure, the horizontal axis represents displacement, the vertical axis represents axial force, (A) shows a maximum displacement of up to about 55 μm, and (B) shows a maximum displacement of up to about 5.5 mm. Moreover, in each figure, (circle) in a figure is experimental data.
The displacement is defined as 0 (origin) where the contact 12a is not in contact with the object to be measured in the state of being incorporated in the apparatus of FIG. Further, the axial force is an axially upward force acting on the contact 12a.
8A and 8B, the axial force y [gf] is accurately proportional to the displacement x [mm] in the range from 0 to about 5.5 mm. There is a relationship. That is, within this range, the spring constant k of the self-weight reducing spring was exactly a constant value 0.2149.
y = 0.2149x + 0.0343 (1)
Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

なお、自重軽減バネ16の構成は、上述した実施形態に限定されず、螺旋形バネ部の条数が3以上である限りで、螺旋形バネ部16cの外径、螺旋形バネ部16cの幅、および螺旋形貫通溝17の幅を自由に設定することができる。
従って、この設定により自重軽減バネのバネ定数kを上述した実施形態より小さい値(例えば、0.1以下)に設定することができる。
また、変位x[mm]が0のときの軸方向力y[gf]は、上述した実施形態では、図1の装置に組み込んだ状態で、30mgfを目標として製作したが、上述したフォーミングによりこの値を任意の値(例えば、0mgf)に設定することもできる。
The configuration of the self-weight reducing spring 16 is not limited to the above-described embodiment, and the outer diameter of the spiral spring portion 16c and the width of the spiral spring portion 16c are as long as the number of spiral spring portions is 3 or more. , And the width of the spiral through groove 17 can be freely set.
Therefore, the spring constant k of the self-weight reducing spring can be set to a value (for example, 0.1 or less) smaller than that of the above-described embodiment by this setting.
Further, in the above-described embodiment, the axial force y [gf] when the displacement x [mm] is 0 is manufactured with the target of 30 mgf in the state of being incorporated in the apparatus of FIG. The value can also be set to an arbitrary value (for example, 0 mgf).

上述したように、本発明の形状測定プローブは、(1)接触子の押し付け力を原子間力に相当する微小力(例えば30mgf以下)に設定でき、これにより被測定物の傷を防止し、面粗さ等の微細な形状測定ができ、(2)接触子の許容ストロークが大きく、測定面のうねりに追従でき、(3)プローブのオーバーランによる接触子等の損傷を防止でき、(4)接触子等の可動部分の重量が微小であり高速測定に対する追従性が高い、等の優れた効果が得られる。   As described above, the shape measuring probe of the present invention can set (1) the pressing force of the contactor to a micro force (for example, 30 mgf or less) corresponding to the interatomic force, thereby preventing damage to the object to be measured, Fine shape measurement such as surface roughness can be performed, (2) The allowable stroke of the contactor is large and can follow the waviness of the measurement surface, (3) Damage to the contactor due to probe overrun can be prevented, (4 ) Excellent effects such as a small weight of the movable part such as a contact and high follow-up performance for high-speed measurement can be obtained.

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the Example and embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明による第1実施形態の形状測定プローブの正面図(A)と側面図(B)である。It is the front view (A) and side view (B) of the shape measuring probe of 1st Embodiment by this invention. 図1(A)のA部拡大図(A)とその要部拡大図(B)である。They are the A section enlarged view (A) and its principal part enlarged view (B) of FIG. 1 (A). 図2(B)の分解図である。FIG. 3 is an exploded view of FIG. 図3のA−A矢視図(A)とその要部拡大図(B)である。It is an AA arrow line view (A) of FIG. 3, and its principal part enlarged view (B). 第1実施形態の自重軽減バネの特性図である。It is a characteristic view of the self-weight reduction spring of 1st Embodiment. 本発明による第2実施形態の形状測定プローブの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the shape measuring probe of 2nd Embodiment by this invention. 第2実施形態の自重軽減バネの平面図(A)とその要部拡大図(B)である。It is the top view (A) of the self weight reduction spring of 2nd Embodiment, and the principal part enlarged view (B). 第2実施形態の自重軽減バネの特性図である。It is a characteristic view of the self-weight reduction spring of 2nd Embodiment. 特許文献1のタッチ信号プローブの模式図である。10 is a schematic diagram of a touch signal probe disclosed in Patent Document 1. FIG. 特許文献2の測定用プローブの模式図である。10 is a schematic diagram of a measurement probe disclosed in Patent Document 2. FIG. 特許文献3の接触プローブの模式図である。It is a schematic diagram of the contact probe of patent document 3. 原子間力顕微鏡の模式図である。It is a schematic diagram of an atomic force microscope.

符号の説明Explanation of symbols

10 プローブ本体、12 スタイラス、
12a 接触子、12b 中間軸、12c 鍔部、
13a 上面、13b 下面、
14 スタイラスホルダ、14a 貫通ガイド穴、
15a、15b ボルト、
16 自重軽減バネ、
16a 外周部、16b 内周部、16c 螺旋形バネ部、
17a,17b 貫通穴、
18 位置検出センサ(レーザーセンサ)、
19 螺旋形貫通溝、20 スタイラスストッパ、
20a 下面、20b 開口、20c ボルト穴、
22 位置復帰バネ
10 probe body, 12 stylus,
12a contact, 12b intermediate shaft, 12c buttocks,
13a upper surface, 13b lower surface,
14 Stylus holder, 14a Through guide hole,
15a, 15b bolt,
16 Weight reduction spring,
16a outer peripheral part, 16b inner peripheral part, 16c helical spring part,
17a, 17b through holes,
18 Position detection sensor (laser sensor),
19 spiral through groove, 20 stylus stopper,
20a bottom surface, 20b opening, 20c bolt hole,
22 Position return spring

Claims (6)

被測定物の上面に沿って移動可能なプローブ本体と、
下端が被測定物の上面に接触する接触子と、該接触子から上方に鉛直に延びる円筒形の中間軸と、該中間軸の上端に設けられ中間軸より最大径が大きい鍔部とを有するスタイラスと、
前記プローブ本体の下端に取り付けられ、前記スタイラスを鉛直方向に移動可能に案内するスタイラスホルダと、
該スタイラスホルダの上面と前記鍔部の下面の間に挟持され、前記鍔部を上方に付勢する円板状の自重軽減バネと、
前記プローブ本体に取り付けられ、前記鍔部上面の変位を検出する位置検出センサと、を備えたことを特徴とする形状測定プローブ。
A probe body movable along the upper surface of the object to be measured;
A contact whose lower end is in contact with the upper surface of the object to be measured, a cylindrical intermediate shaft that extends vertically upward from the contact, and a flange that is provided at the upper end of the intermediate shaft and has a larger maximum diameter than the intermediate shaft With a stylus,
A stylus holder that is attached to a lower end of the probe body and guides the stylus to be movable in a vertical direction;
A disc-shaped self-weight reducing spring that is sandwiched between the upper surface of the stylus holder and the lower surface of the flange, and biases the flange upward.
A shape measuring probe, comprising: a position detection sensor attached to the probe main body and detecting a displacement of the upper surface of the collar portion.
前記自重軽減バネは、前記スタイラスホルダの上面に接触する外周部と、前記スタイラスの中間軸を通す中心穴を有し前記鍔部の下面に接触する内周部と、内端が内周部に一体的に連結され螺旋状に外方に延び外端が外周部に一体的に連結された同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定プローブ。   The self-weight reducing spring includes an outer peripheral portion that contacts the upper surface of the stylus holder, an inner peripheral portion that has a central hole through which an intermediate shaft of the stylus passes and an inner end that contacts the lower surface of the flange portion, and an inner end thereof is an inner peripheral portion. It is composed of three or more spiral spring parts that are integrally connected and extend outwardly in a spiral shape and whose outer ends are integrally connected to an outer peripheral part and are equidistantly spaced in the circumferential direction. Item 2. The shape measuring probe according to Item 1. 前記自重軽減バネは、前記内周部と外周部の間に設けられ、その間を螺旋状に外方に延びる3条以上の同心の螺旋形貫通溝を有する、ことを特徴とする請求項2に記載の形状測定プローブ。   The self-weight reducing spring is provided between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, and has three or more concentric spiral through grooves extending outwardly in a spiral manner between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion. The shape measuring probe as described. 前記自重軽減バネは、内周部が外周部と同一高さに位置するときに接触子に作用する下向きの力がスタイラスの自重より小さい所定の力となるように、内周部が外周部に対し、スタイラスの軸方向上方にオフセットしてフォーミングされている、ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定プローブ。   The self-weight reducing spring has an inner peripheral portion on the outer peripheral portion so that a downward force acting on the contact when the inner peripheral portion is positioned at the same height as the outer peripheral portion is a predetermined force smaller than the stylus's own weight. On the other hand, the shape measuring probe according to claim 1, wherein the probe is formed by being offset upward in the axial direction of the stylus. 前記プローブ本体に取り付けられ、前記鍔部の上方に所定の間隔を隔てて位置するスタイラスストッパを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定プローブ。   The shape measuring probe according to claim 1, further comprising a stylus stopper attached to the probe main body and positioned at a predetermined interval above the collar portion. さらに、前記プローブ本体と前記鍔部の上面の間に挟持され、前記鍔部を下方に付勢する円板状の位置復帰バネを備え、
該位置復帰バネは前記プローブ本体に固定された外周部と、前記鍔部上面の中心部に相当する中心穴を有し前記鍔部上面の外周部に接触する内周部と、内端が内周部に一体的に連結され螺旋状に外方に延び外端が外周部に一体的に連結された同心かつ周方向に等間隔の3条以上の螺旋形バネ部とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の形状測定プローブ。
Furthermore, a disc-shaped position return spring that is sandwiched between the probe main body and the upper surface of the flange and biases the flange downward.
The position return spring includes an outer peripheral portion fixed to the probe main body, an inner peripheral portion having a central hole corresponding to the central portion of the upper surface of the flange portion, and an inner end being in contact with the outer peripheral portion of the upper surface of the flange portion. It is composed of three or more spiral spring parts that are integrally connected to the peripheral part and extend outward in a spiral shape and whose outer ends are integrally connected to the outer peripheral part and are equidistantly spaced in the circumferential direction. The shape measuring probe according to claim 1.
JP2008279397A 2008-10-30 2008-10-30 Shape measuring probe Expired - Fee Related JP5209440B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008279397A JP5209440B2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Shape measuring probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008279397A JP5209440B2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Shape measuring probe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010107346A JP2010107346A (en) 2010-05-13
JP5209440B2 true JP5209440B2 (en) 2013-06-12

Family

ID=42296932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008279397A Expired - Fee Related JP5209440B2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Shape measuring probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5209440B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109253713B (en) * 2018-09-28 2023-09-26 广东凯特精密机械有限公司 Slider returns to hole position measurement equipment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9114945D0 (en) * 1991-07-11 1991-08-28 Renishaw Metrology Ltd Touch probe
GB9907643D0 (en) * 1999-04-06 1999-05-26 Renishaw Plc Measuring probe
JP4557657B2 (en) * 2004-09-28 2010-10-06 キヤノン株式会社 Contact type probe and shape measuring device
JP5032031B2 (en) * 2006-02-03 2012-09-26 株式会社ミツトヨ Contact probe and shape measuring device
JP5260849B2 (en) * 2006-09-19 2013-08-14 株式会社ミツトヨ Touch probe

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010107346A (en) 2010-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0445945B1 (en) Touch probe
US8621659B2 (en) Cantilever for magnetic force microscope and method of manufacturing the same
US5669152A (en) Touch probe
US20210116344A1 (en) Measuring system, measuring arrangement and method for determining measuring signals during a penetration movement of a penetration body into a surface of a test body
JP2002062124A (en) Length measuring device
JP5209440B2 (en) Shape measuring probe
JP2008244222A (en) Plate material dividing device and plate material dividing method
JP3420327B2 (en) Touch signal probe
JP5809011B2 (en) Touch probe and method of manufacturing touch probe
US5253428A (en) Touch probe
KR102228711B1 (en) Shape measuring probe
JP2966214B2 (en) Surface profile measuring device
JP2009063417A (en) Profile measuring device and method for controlling profile measuring device
JP2008180587A (en) Head for size measurement
KR101133932B1 (en) High speed scanning probe microscopy using eddy current measurement
JP2755333B2 (en) Surface mechanical property measuring device
JP2853687B2 (en) Surface property evaluation device
Bütefisch et al. Tactile metrology for active microsystems
JPH01195301A (en) Measuring instrument for surface mechanical characteristic
WO2017042946A1 (en) Scanning probe microscope
JP2010038856A (en) Scanning probe microscope
JP5281024B2 (en) Sample stage and electron microscope apparatus using the same stage
JPH02128109A (en) Surface shape measuring apparatus
JP3132110U (en) Micrometer outer diameter measuring device
US20050005425A1 (en) Method and apparatus for HDD suspension gimbal-dimple separation (contact) force measurement

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111014

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20111014

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130221

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees