JPH0648186B2

JPH0648186B2 - 測定装置

Info

Publication number: JPH0648186B2
Application number: JP62049892A
Authority: JP
Inventors: ヒュー・ロジャーズ・レイン; ピーター・ディーン・オンヨン
Original assignee: ランク・テイラ−・ホブソン・リミテツド
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: DE3764135D1; US4807152A; JP2606787B2; IN169315B; CN87102434A; EP0240151A3; DE3789875D1; JPS62276405A; EP0240151A2; DK108587D0; DE3789872D1; DE3789875T2; EP0240151B1; DE3789872T3; GB8605324D0; DE3789872T2; JPH0791949A; DK108587A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は測定装置に関し、かつ特に真円度および直線
度のような形状、またはその誤差を測定する装置に関す
るものである。

既知の測定装置は、ワークピースを受けるための回転可
能部材と、前記部材を回転させるための第１の駆動手段
と、その回転の間回転可能部材上でワークピースの表面
を感知するためのセンサと、前記ワークピース受け部材
に関する移動のために前記センサを支持する手段と、前
記センサの前記移動をもたらすための第２の駆動手段
と、測定データを与えるために前記センサから得られた
信号を受取るように配置されたディジルコンピュータ手
段とを含む。

既知の装置の利用では、ワークピースが回転可能支持上
で位置決めされ、もし必要であるならばセンタリングお
よびレベリング動作が行なわれ、かつセンサがその表面
を横切るようにワークピースの回転により形態測定がな
される。センサはワークピース表面を横切るとき、それ
はワークピースの形態の関数として変化する信号を出力
する。形態測定の間、センサは、それが形態の最も微小
の変化を検出するのを可能にする高い分解能、たとえば
２０ナノメータより優れた分解能、および形態の比較的
大きい特徴が調節されるのを可能にする広範囲の動作と
いう相反する条件を受ける。このように、理想的センサ
はスタイラスおよび変換器を含み、そのため変換器は少
なくとも数ミリメータの距離にわたりかつ好ましくは非
常に実質的にそれよりも大きい距離にわたりしかもその
動作の範囲を通じて上記の高い分解能でスタイラスの移
動に線形的に関連する信号を出力する。現在までこれら
の必要条件を十分に満たす変換器を製造することは不可
能であった。その結果、形態の測定は形態の大きな特徴
を調節するためにオペレータが繰返しセンサを再位置決
めする必要がある比較的遅くかつ厄介な手順であった。

先行技術の装置に関するさらなる問題は、センタリング
およびレベリング動作が変換器の動作の制限された範囲
により必然的に困難なことである。特に、センタリング
およびレベリングが完了され得るまで、任意のセンタリ
ング誤差が変換器の範囲内にあるようにワークピースが
ワークピース受け部材上に位置決めされることを確実に
することが必要である。この位置決めは、目分量でなさ
れなければならない。これらのセンタリング誤差が変換
器の動作の範囲内にはなくかつセンタリング動作が開始
される場合、センタリング動作および表面センサの再位
置決めまたはワークピースの再位置決めのいずれかを阻
止することが必要である。このように、この動作はまた
時間を浪費しかつ厄介である。

この発明の目的の１つは、上記の問題を解決することで
ある。

１つの局面では、この発明は上記の問題を解決する。な
ぜならコンピュータ手段がセンサから得られた信号に応
答してワークピースとセンサとの間の相対的移動を制御
し、そのため前記センサが前記ワークピース表面に追従
し、かつ前記信号および前記センサの前記移動の両方に
依存して前記測定データを与えるように動作可能である
からである。

こうして、このように２０ナノメータより優れた、好ま
しくは１２ナノメータの分解能のような、極めて高い分
解能、しかし０．４ｍｍ未満のような狭い動作の範囲を
有するセンサは形態の最も微小の変化の感知を可能にす
るように採用され得て、形態の大きい特徴はディジタル
コンピュータの制御の下で駆動手段の駆動により調節さ
れ得て、かつ測定データの誘導は変換器出力およびセン
サの移動の両方に依存する。センサの位置はそれゆえ
に、実際この分解能がセンサ自体により与えられるもの
と同じ高さである必要はないが、高い分解能でも決定可
能であるべきである。このように、たとえば上記のよう
にセンサは好ましくは２０ナノメータより優れた分解能
を有するべきであるが、第２の駆動手段により移動され
るときセンサの位置が決定され得る分解能はたとえば５
００ナノメータより優れて、好ましくはたとえば２００
ナノメータにすぎないが、これは少なくとも、先行技術
の装置と比較した大きさのオーダの改良でさえある。

センサの移動により調節され得る特徴の大きさは、セン
サの移動範囲に依存する。実際、センサは半径方向に少
なくとも１００ｍｍおよび軸方向に少なくとも１００ｍ
ｍ移動可能であり得る。好ましい特定の例では、センサ
は２００ｍｍの距離を介して半径方向に、かつ５００ｍ
ｍの距離を介して軸方向に移動可能である。

この発明は、添付の図面を参照して例としてさらに述べ
られる。

第１図を参照すると、測定装置はワークピース（図示せ
ず）を支持するためのターンテーブル４が設けられたベ
ンチ２を含む。キャリッジ６は柱８上の垂直移動のため
に支持され、かつ水平に移動可能なアーム１０を保持す
る。ワークピースの表面を係合させるスタイラス１２は
線形変換器１４に含まれ、それはたとえば誘電性または
容量性であってもよく、アーム１６の一方の端部で保持
され、その他方端部は、水平位置から４５゜の軸２０の
まわりを矢印１８で示された方向に枢軸的に移動するた
めにアーム１０の自由端に装着される。

第２図で最良にわかるように、第２図にそれぞれ実線お
よび一点鎖線で示される端部位置間でアーム１６は軸２
０のまわりを１８０゜旋回可能である。実線位置では、
スタイラス１２は垂直であり、かつ破線位置ではスタイ
ラス１２は水平である。この配置によりスタイラスの先
端１２ａは、アーム１６が第２図で示される２つの位置
のいずれかにあるときターンテーブル４の半径方向の平
面において実質的に同じ位置に置かれる。アーム１０に
装着された電気モータ３は、その２つの端部位置間でア
ーム１６を駆動するためにウォームおよび車輪伝動を介
してアーム１６に結合される。スタイラス１２および変
換器１４は、スタイラス１２が一方向にのみ変換器１４
に関して偏向され得るように配置される。しかしなが
ら、変換器１４は好ましくは３０゜単位で２７０゜にわ
たり軸７のまわりを回転するためにアーム１６に装着さ
れる。このようにたとえば、もし変換器１４が９０゜に
わたり軸７のまわりを回転されるならば、これはスタイ
ラス１２が偏向可能である平面を９０゜だけ変化させ
る。モータ９は、変換器１４の回転をもたらすためにア
ームに装着される。アーム１６は第２図で示される実線
位置にあり、スタイラス１２がたとえばターンテーブル
４上に置かれたワークピースの内部表面を感知するため
に垂直であるとき、変換器１４は一般にスタイラス１２
がターンテーブル４に関して半径方向の平面において偏
向可能である位置に維持される。しかしながら、アーム
１６は第２図で示される破線位置にあり、スタイラス１
２が水平であるとき、変換器１４はスタイラス１２が水
平平面において偏向可能である位置またはスタイラス１
２が垂直平面において偏向可能である位置のいずれかま
で回転され得る。前者の位置では、ワークピースの側面
の表面は都合良く感知され得て、かつ後者の位置では上
部に面する表面が都合良く感知され得る。他の方向に面
する表面は、スタイラス１２が感知されるべき表面に対
して一般に垂直である平面において偏向可能である位置
まで変換器１４を軸７のまわりで回転させることにより
感知され得る。

第３図でわかるように、モータ３５は矢印１１で示され
る水平方向にアーム１０を駆動するためにキャリッジ６
内に設けられ、駆動はラックとピニオン配置１３または
ボールねじのような他の適当な手段を介してモータ３５
からアーム１１に伝動される。矢印１１の方向のアーム
１０の移動により、スタイラス１２の先端１２ａがター
ンテーブル４の軸に関して半径方向に内部にまたは外部
に移動され、先端１２ａがこの移動を通じて半径方向の
平面に残るように変換器１４は水平方向に移動される。
キャリッジ６に装着された光源１５からの光は、アーム
１１により保持された線形光学格子１９に向けられ、か
つそこから、アーム１１の位置および速度が得られる出
力信号、好ましくは直角信号を与えるフォト変換器２１
に反射される。第３図でもわかるように、さらなるフォ
ト変換器２３は信号を与え、そこからモータ３３により
駆動されるターンテーブル４の位置および回転速度がタ
ーンテーブル４とともに移動可能な光源２５および光学
格子２７の援助で得られる。

第４図でわかるように、キャリッジ６により保持された
モータ３７は矢印４１の方向に垂直にキャリッジ６を駆
動するためにラックとピニオン配置３９（またはスプロ
ケット車輪およびチェーンのような他の適当な手段）と
ともに協働する。一定の力ばね（図示せず）が、この移
動と平衡させるために与えられる。柱８に装着されたさ
らなる光学格子４３は、キャリッジ６により保持された
光源２７からまたキャリッジ６により保持されたフォト
変換器３１まで光を反射し、そのため変換器３１は信
号、好ましくは直角信号を与え、そこからキャリッジ６
の移動の位置および速度が得られる。

第１図および第５図でわかるように、キーボード２４が
設けられたホストコンピュータ２２、ディスクドライブ
２６およびプリンタ２８はベンチ２上に置かれ、かつ測
定装置を制御し、得られた測定値を処理しかつ所望の測
定データを出力するために用いられる。ホストコンピュ
ータはたとえば、ＩＢＭコンパティブルＰＣであっても
よい。

第５図で示されるように、装置は多くのマイクロプロセ
ッサ３０、３２、３４、３６、３８および４０を含む。
マイクロプロセッサ３０はマスタコントローラとして用
いられ、かつ装置により行なわれるべきである動作に関
してホスト２２から命令を受取る。このような命令はマ
スタコントローラ３０によりストアされ、それはマスタ
コントローラに相関のメモリにストアされたプログラム
に従って、ホスト２２により与えられる命令を実行する
ためにとられるべきである作用に関してスレーブドライ
バプロセッサ３０ａを介して残余のマイクロプロセッサ
を命令しかつ制御する。残余のマイクロプロセッサの各
々はまた、それに相関のメモリを有し、マスタコントロ
ーラ３０から受取られた命令の性能に必要なルーチンを
ストアする。こうして、マイクロプロセッサ３２、３
４、３６および３８はスレーブとして示される。

スレーブ３２は、ターンテーブル４の回転の速度を制御
する。スレーブ３４はアーム１０の半径方向の移動を制
御する。スレーブ３６は、キャリッジ６の垂直方向の移
動を制御する。スレーブ３２、３４および３６はすべ
て、好ましくは以下の同時係属中の特許出願の教示に従
ってそれぞれのモータ３３、３５および３７の速度を制
御する。国出願番号英国８５３０５７７中国８６１０７４３３デンマーク５５３１／８６ヨーロッパ８６３０９６８１．４東ドイツＰ／２９７３８５／４インド８９２／ＭＡＳ／８６日本未定米国９４０５０６ソ連４０２８６０２．２４スレーブ３８は通信回路網４５からの命令を受取り、か
つセンタリングおよびレベリングモータ３８ａを制御
し、そこでターンテーブル４は測定を行なう前にワーク
ピースのセンタリングおよびレベリングのために水平方
向にかつ／または枢軸方向に変位される。センタリング
およびレベリングのための配置は、好ましくは、発明者
がアンソニー・ブルース・バーナビー（Anthony Bruce
Barnaby）およびマイケル・ワルター・ミルズ（Michael
Walter Mills）である英国特許出願番号第８６０５３
２５号および第８６２４３９６号の、これと同時に出願
されかつ優先権を主張する特許出願の開示に従う。

マイクロプロセッサ４０はゲージ回路４１からデータを
受取り、それは変換器１４により、かつターンテーブル
４の回転移動、アーム１０の半径方向（水平）移動およ
びキャリッジ６の垂直移動をそれぞれ検出する光電変換
器２３、２１および３１からの信号をそれぞれ受取る３
個の補間器４２、４４および４６の各々から信号出力を
受取りかつそれをディジタル化する。補間器は分解能に
対するターンテーブル４、アーム１０およびキャリッジ
６の正確な位置を表わすデータを光学格子２７、１９お
よび４３のピッチの小さい破面に与えるように作用す
る。好ましい実施例では、補間器は半径方向（水平方
向）において約２００ナノメータの、かつ軸方向（垂直
方向）において約５００ナノメータの、変換器１４の位
置の分解能を与え、かつワークピースの回転位置が約３
アークセカンドに分解され得る。この発明は任意の特定
の分解能に制限されないが、半径方向および垂直方向の
分解能が１ミクロンより優れ、かつ回転分解能が１００
アークセカンドより優れ、好ましくは１０アークセカン
ドより優れているべきであることが好ましい。上記のよ
うに、変換器１４は、好ましくは、２０ナノメータより
優れた、好ましくは１２ナノメータまで、スタイラス１
２の先端１２ａの位置を分解する出力信号を与える。こ
のように、スタイラス１２の偏向と、半径方向（Ｒ）お
よび垂直方向（Ｚ）における変換器１４の配置と、ター
ンテーブル４の正確な回転位置（Ｏ）に関する高い分解
能データは、測定動作の間マイクロプロセッサ４０に連
続して与えられる。このデータはマイクロプロセッサ４
０により記録されかつストアされ、かつホスト２２に相
関のメモリにストアされたプログラムに従ってこのデー
タの所要の計算を行なうためにホスト２２に与えられ
る。

したがって、要約すると第５図で示されたアーキテクチ
ャによりコンピュータは３つのレベルに配置される。ホ
スト２２は第１のレベルを表わし、かつオペレータから
の命令の入力、マスタコントローラへの適当な命令の伝
送、およびデータロガー４０からのデータの受取りを可
能にする。ホスト２２は、所要の情報を与えるためにそ
のデータについて計算を行なう。第２のレベルはマスタ
コントローラ３０により表わされ、それはホスト２２か
らの命令を受けてマスタコントローラ３０に相関のメモ
リ内にストアされたプログラムに従って、ホストにより
命令された動作を行なうように必要に応じてスレーブド
ライバ３０ａを介して種々のスレーブに適当な命令を送
信する。スレーブ３２、３４、３６および３８、ならび
にデータロガー４０は第３のレベルを表わし、かつそれ
ぞれそれらに相関のメモリ内にストアされたプログラム
に従ってホスト２２の命令についてマスタコントローラ
により命令された動作を行なうのに必要な詳細な機能を
行なう。好ましくはマスタコントローラは、ホスト２２
から受取られた連続する命令が相関のメモリの異なる部
分に同時にストアされるように配置され、そのためこれ
らの命令はマスタコントローラ３０により順に作用され
得る。

変換器１４は線形変換器であることが既に述べられた。
このように、それが出力する信号はスタイラス１２の偏
向の度合を表わす。しかしながら、上記のように所要の
高度の分解能、たとえば２０ナノメータより優れた分解
能を与える変換器には、その動作範囲、すなわち所要の
分解能を有する線形出力信号が与えられるスタイラス１
２の先端１２ａの移動範囲がかなり限定されるという問
題がある。特に、適当な分解能を有する変換器はわずか
０．４ｍｍの範囲しか有さない可能性がある。この発明
の重要な好ましい局面に従ってこの問題を克服するため
に、マスタコントローラ３０はゲージ回路４１からの信
号が予め定められたしきい値を越えるという情報を受け
てモータ３５を駆動するようにスレーブ３４に命令を送
信し、それによってゲージ回路１４による信号出力が０
の値（たとえば０であってもよい）として規定された予
め定められた値に戻されるまでアーム１１が変位され
る。スタイラス１２が第２図で示された位置のいずれか
でアーム１６とともに半径方向の平面で偏向可能である
位置に変換器１４があるとき、このような命令が送られ
る。もしアーム１６が第２図で示された破線位置にあり
スタイラス１２が水平であるならば、かつもしスタイラ
スが垂直平面において偏向可能である（すなわちターン
テーブル４の軸に対して平行である）位置まで変換器１
４が回転されるならば、マスタコントローラ３０はゲー
ジ回路１４からの出力が予め定められたしきい値を越え
るときモータ３７を駆動するようにスレーブ３６に命令
を送る。さらに、適当な環境では、ターンテーブルを回
転させるためのモータ３３の駆動が変換器１４からの信
号の制御の下でもたらされ、そのためそこからの信号が
予め定められたしきい値を越えるとき、水平方向および
／または垂直方向に移動するように変換器１４がワーク
ピースの表面を追従するのを可能にするように必要に応
じてワークピースが移動されるようにモータ３３が駆動
されるようにマスタコントローラ３０が配置される。こ
うしてこれらのすべての場合、スタイラス１２はターン
テーブル４上のワークピースの回転の間ワークピースの
表面に追従するようにされる。その結果、形態の大きな
特徴を調節するにもかかわらず高い分解能測定値が得ら
れる、なぜならこのような大きな特徴にスタイラスが遭
遇するとき、スタイラスの先端がワークピース表面に追
従し、スタイラスがその動作範囲を越えて偏向されるこ
とがないように適当にアーム１０またはキャリッジ６が
移動されるからである。ホストコンピュータ２２は、た
とえば形態または形態の誤差に関して変換器１４から得
られる信号およびフォト変換器２３、２１、３１および
相関の補間器４２、４４および４６から得られる信号の
両方から必要とされる測定情報を得る。

代わりにまたはさらに、たとえば一定の表面帯域幅を与
えるように好ましい態様でデータを集めることが可能で
あり、それによって異なる半径での同一の表面特徴を測
定する結果がまた同一でありかつ選択された表面速度の
みに依存するように、スタイラスがワークピース表面を
横切る速度はターンテーブル４および／またはアーム１
０および／またはキャリッジ６を駆動するモータの速度
を変化させることにより変化され得る。特に、固定距離
離れたワークピースの表面上の点でデータがとられるの
が好ましく、かつしたがって上記の配置でたとえば曲率
の差を補償するために上記の１つまたはそれ以上の速度
を変化させることによりデータ収集率を変化させること
なく、たとえば表面の異なる部分の異なる曲率にかかわ
らずこれが達成されてもよい。これを達成するために、
マスタコントローラ３０は補間器４２、４４および４６
ならびにゲージ回路４１からの位置上のデータを読み出
し、適当なモータの速度はこの受取られたデータに従っ
て、かつマスタコントローラ３０に相関のメモリにスト
アされたプログラムを用いて変化される。

上記の例として、第６図はカム５０を例示し、そのプロ
ファイルは距離ｄｓだけ離れて間隔をおかれた位置での
測定値をとることにより測定されるべきである。距離ｄ
ｓが回転の中心５４から半径ｒｌにありかつ角度ａに対
するカムの部分５２では、ターンテーブル４の回転速度
は一定の率でのデータの収集を可能にするために、カム
の部分５３を測定するとき利用されるものとは異ならな
ければならず、そこではｄｓは半径ｒ２でありかつ角度
ｂに対する。このように、マスタコントローラは測定さ
れる表面上のスタイラスの一定した増分位置で一定速度
でデータが収集されるようにこれらのパラメータを考慮
してターンテーブル４の回転速度を変化させるためにプ
ログラムをそれに関連づける。これを達成するために、
ターンテーブルの回転速度は以下の方程式に従って制御
され得る、すなわちとなり、ここではＶはワークピース表面にわたる変換器
の横方向の所要の一定速度であり、Ｓは線形出力変換器
１４からの信号であり、かつＲは変換器１４の半径方向
の位置を示す変換器２１からの補間器４４により得られ
る信号である。

第７図を参照すると、平坦さを測定するための好ましい
動作が例示される。第７図では、ターンテーブル４上に
置かれたワークピース（図示せず）の表面６０はうず巻
状の形経路６２においてスタイラス１２により横切られ
る。これは、ターンテーブル４を回転させながら、測定
が表面６０の中心近くで開始されるかまたはその周囲近
くで開始されるかによってアーム１０が半径方向に内部
にまたは外部に移動されることにより達成される。動作
の１つの好ましいモードでは、ターンテーブルの回転速
度は、表面にわたるスタイラスの横方向の線形速度が一
定のままであるように回転の中心からのスタイラスの距
離の線形関数として変化される。スタイラス１２からの
データは、固定された時間または距離間隔で記録され
る。たとえば回転速度が一定のままである、動作の他の
モードが可能である。

第８図を参照すると、表面６４の円筒度はスタイラス１
２が渦巻状の（螺旋形の）経路６６を横切ることにより
測定される。これは、センタリングおよびレベリングの
後キャリッジ６を垂直方向に移動させながらターンテー
ブル４を回転させることにより達成される。この測定で
は、移動速度は一定のままでありかつ固定時間間隔で再
度データが記録され、この固定間隔は表面にわたるスタ
イラスの移動の経路に沿って固定した増分距離で再度デ
ータを記録する。表面６４のまわりを数回回転すること
により測定がなされる、すなわち渦巻または螺旋は多数
の回転を有する。スタイラスが円筒の軸を決定する目的
のために円筒形表面６４にわたり渦巻または螺旋形経路
を横切るようにされ得ることが注目され得る。

第９図の例では、表面７０の円錐度はいくつかの回転を
有する渦巻状の経路７２をスタイラス１２が横切ること
により測定される。これは、センタリングおよびレベリ
ングの後キャリッジ６を垂直方向にかつアーム１０を半
径方向（水平に）移動させながらターンテーブル４を回
転させることにより達成される。もしスタイラスが表面
７０の比較的広い部分から比較的狭い部分に移動するな
らば半径方向の移動は内向きであり、かつ逆もまた同様
である。アーム１０の半径方向の移動は変換器１４によ
る信号出力の大きさに依存して制御され、そのためスタ
イラス１２は測定が進行するとき円錐表面７０と連続し
て接触したままである。さらに、ターンテーブル４の角
速度は変換器４４により示されたアーム１０の半径方向
の位置の線形関数として制御され得て、そのためスタイ
ラスが表面７０を横切る線形速度は一定のままである。
データは、一定の時間間隔で記録される。

或る好ましい測定方法が述べられたが、機械は表面の粗
さ、真円度、直線度、平坦度、直角度、テーパ度、同軸
度、平行度、規則的な形および不規則的な形の大きさの
ような実に様々な測定を行なうためにプログラムされ得
ることが理解されるべきである。

好ましい実施例では、変換器の位置および／または１つ
またはそれ以上のモータの速度がシーケンスでまたは同
時に変化され、そのため変換器が測定されるプロファイ
ルに追従しかつ／または測定値が一定の表面間隔でとら
れ得る場合、測定は先行技術の装置よりも迅速にかつ効
率的に行なわれ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例による測定装置の透視図で
ある。第２図は、第１図の装置の部分をより詳細に示す透視図
である。第３図は、第２図の矢印IIIの方向の立面図である。第４図は、第２図の矢印IVの方向の立面図である。第５図は、第１図の装置に組込まれたコンピュータシス
テムを例示するブロック図である。第６図は、この発明の好ましい局面に従って行なわれ得
る好ましい機能を例示するためのカムの図面である。第７図、第８図および第９図は、この発明のさらなる好
ましい局面に従ってそれぞれ平坦さ、円筒度および円錐
度を測定する方法を例示する図面である。図において、４はターンテーブル、１０はアーム、１２
はスタイラス、１４は変換器、２２はホストコンピュー
タ、３０，４０はマイクロプロセッサ、３３，３５，３
７はモータである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークピースを受取るための回転可能な部
材（４）と、前記部材を回転させるための第１の駆動手段（３３）
と、前記回転可能部材（４）上のワークピースが回転してい
る間、ワークピースの表面粗さ、真円度、直線度、平坦
度、直角度、テーパ度、同軸度、平行度、大きさなどの
パラメータを感知するためのセンサ（１２，１４）と、前記回転可能部材（４）の回転軸心に対して垂直な方向
および平行な方向に前記センサ（１２，１４）を移動可
能に支持するための手段（１０）と、前記センサ（１２，１４）を移動させるための第２の駆
動手段（３５，３７）と、前記回転可能部材（４）の回転位置および速さを表わす
信号と、前記センサ（１２，１４）の回転位置および速
さを表わす信号とを発生する検出手段（２３，２１，３
１）と、前記センサ（１２，１４）および前記検出手段（２３，
２１，３１）から得られた信号を受取り、測定データを
与えるように配置されたディジタルコンピュータ手段
（２２，３０，４０）と、を備えた測定装置であって、前記ディジタルコンピュータ手段（２２，３０，４０）
は、前記センサがほぼ一定の速さで前記ワークピースの
表面を横切るように、前記センサ（１２，１４）および
前記検出手段（２３，２１，３１）から得られた前記信
号に応答して前記回転可能部材（４）と前記センサ（１
２，１４）との間の相対的な動きを制御し、かつ、前記
センサ（１２，１４）からの前記信号および前記検出手
段（２３，２１，３１）からの前記信号の両者に依存し
て前記測定データを与えるように動作することを特徴と
する、測定装置。
【請求項２】前記センサ（１２，１４）が前記回転可能
部材（４）に関して半径方向の平面においてワークピー
スの形態を感知するために動作可能であり、かつ前記コ
ンピュータ手段が前記センサ（１２，１４）から得られ
た前記信号に応答して、前記センサ（１２，１４）が前
記ワークピース表面に追従するようにほぼ半径方向に前
記センサを移動させるために前記第２の駆動手段（３
５）を制御するように動作可能であることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】前記センサ（１２，１４）が前記回転可能
部材（４）の軸に対してほぼ平行な平面においてワーク
ピースの形態を感知するために動作可能であり、かつ前
記コンピュータ手段（２２，３０，４０）が前記センサ
（１２，１４）から得られた前記信号に応答して、前記
センサ（１２，１４）が前記ワークピース表面に追従す
るようにほぼ軸方向に前記センサを移動させるように前
記第２の駆動手段（２７）を制御するように動作可能で
あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
装置。
【請求項４】前記センサ（１２，１４）が第１の状態で
半径方向の平面においてワークピースの形態を感知する
ように、または第２の状態で軸方向の平面においてワー
クピースの形態を感知するように選択的に動作可能であ
り、かつ前記コンピュータ手段（２２，３０，４０）が
半径方向または軸方向のいずれかでセンサ（１２，１
４）の移動を制御するように対応して動作可能であるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項５】前記ディジタルコンピュータ手段が前記セ
ンサ（１２，１４）が前記ワークピース表面に追従する
ように前記センサ（１２，１４）から得られた前記信号
に応答して、前記第１の駆動手段（３３）を制御するよ
うに動作可能であることを特徴とする、特許請求の範囲
第１項〜第４項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】前記センサ（１２，１４）がワークピース
表面と係合可能なチップを有するスタイラス（１２）
と、１個の平面における前記スタイラス（１２）の偏向
に応答して前記信号を発生する変換器（１４）とを含
み、前記変換器（１４）およびスタイラス（１２）が前
記第１の状態から前記第２の状態に変化するために共に
回転可能であることを特徴とする、特許請求の範囲第１
項〜第５項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】前記センサ（１２，１４）が、感知すべき
表面変化に関してほぼ線形に出力信号を与えることを特
徴とする、特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１
項に記載の装置。
【請求項８】その出力信号が予め定められたしきい値を
越えるまで前記センサ（１２，１４）が静止したままで
あるように前記コンピュータ手段（２２，３０，４０）
が前記第２の駆動手段（３５，３７）を制御することを
特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載の装置。
【請求項９】その出力が予め定められたしきい値を有す
るとき、センサ（１２，１４）の位置を表わす信号をス
トアすることにより前記測定データを与えるように前記
コンピュータ手段（２２，３０，４０）が動作可能であ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第７項または第８
項に記載の装置。
【請求項１０】前記センサ（１２，１４）が２０ナノメ
ータよりも優れた分解能を有することを特徴とする、特
許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の装
置。
【請求項１１】前記センサ（１２，１４）が１２ナノメ
ータまで分解し得ることを特徴とする、特許請求の範囲
第１０項に記載の装置。
【請求項１２】前記センサ（１２，１４）が０．４ｍｍ
までの形態変化を感知するように適合されることを特徴
とする、特許請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項１３】センサ（１２，１４）の位置が５００ナ
ノメータの範囲内まで少なくとも１方向に分解されるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第１２項のい
ずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】少なくとも１方向のセンサ（１２，１
４）の位置が２００ナノメータの範囲内まで分解される
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１３項に記載の装
置。
【請求項１５】ワークピース受け部材（４）の回転位置
が５アークセカンドの範囲内まで分解されることを特徴
とする、特許請求の範囲第１項〜第１４項のいずれか１
項に記載の装置。
【請求項１６】センサ（１２，１４）が２０ナノメータ
未満まで分解するように適合され、センサの位置が１ミ
クロンの範囲内まで半径方向かつ軸方向に分解され、か
つワークピース受け部材（４）の回転位置が１００アー
クセカンドの範囲内まで分解されることを特徴とする、
特許請求の範囲第１項〜第１５項のいずれか１項に記載
の装置。
【請求項１７】センサが２０ナノメータ未満まで分解す
るように適合され、センサの位置が２００ナノメータの
範囲内まで半径方向に分解され、かつ５００ナノメータ
の範囲内まで軸方向に分解され、かつワークピース受け
部材の回転位置が５アークセカンドの範囲内まで分解さ
れることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第１６
項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】前記コンピュータ手段（４０）は、前記
センサがほぼ一定の速さで横切っている間、ほぼ一定の
時間間隔で位置のデータを記録するように動作可能であ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の装
置。
【請求項１９】前記検出手段（２３，２１，３１）に応
答して、前記検出手段により与えられたものよりも高い
分解能を有する位置のデータを前記検出手段（２３，２
１，３１）から得るための補間器手段（４２，４４，４
６）を備える、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項２０】コンピュータ手段は、異なる前記駆動手
段を制御するための複数個のスレーブコンピュータ（３
２，３４，３６）と、前記スレーブコンピュータ（３
２，３４，３６）に命令を与えるためのマスタコンピュ
ータ（３０）とを含むことを特徴とする、特許請求の範
囲第１項〜第１９項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】前記コンピュータ手段は付加的コンピュ
ータ（３０ａ）を含み、前記マスタコンピュータ（３
０）は、前記付加的コンピュータを通して前記スレーブ
コンピュータ（３２，３４，３６）と通信する、特許請
求の範囲第２０項に記載の装置。
【請求項２２】前記コンピュータ手段が、手動的に動作
可能なデータ入力手段（２４）を含み、かつ前記手動的
に動作可能な入力手段（２４）によるデータ入力に応答
して特定の測定動作を行なうための命令を前記マスタコ
ンピュータ（３０）に与えるために動作可能であるホス
トコンピュータ（２２）を含むことを特徴とする、特許
請求の範囲第２０項または第２１項に記載の装置。
【請求項２３】前記コンピュータ手段が前記測定データ
を記録するために動作可能であるコンピュータ（４０）
を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第２０項、第
２１項または第２２項に記載の装置。
【請求項２４】センサ（１２，１４）をワークピース上
で螺旋状に移動させることにより、前記コンピュータ手
段（２２，３０，４０）が円筒度測定を行なうように動
作可能であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
〜第２３項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】前記センサ（１２，１４）をワークピー
ス表面上で螺旋状に移動させることにより、前記コンピ
ュータ手段（２２，３０，４０）が円錐度測定を行なう
ように動作可能であることを特徴とする、特許請求の範
囲第１項〜第２４項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】前記センサ（１２，１４）をワークピー
ス表面上で渦巻状に移動させることにより、前記コンピ
ュータ手段（２２，３０，４０）が平坦度の測定を行な
うように動作可能であることを特徴とする、特許請求の
範囲第１項〜第２５項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】ワークピースを支持するための第１の支
持手段と、第２の支持手段と、前記第１および第２の支持手段を、前記第１支持手段を
通る軸線の周りで相対的に回転し得るように取付けるた
めの手段と、前記相対的な回転を起こさせるための第１の駆動手段
と、前記第２の支持手段に対して移動し得るように前記第２
の支持手段によって支えられる第３の支持手段と、前記第３の支持手段の前記動きを起こさせるための駆動
手段と、前記第３の支持手段によって支えられる変換器と、前記変換器によって動作可能に支えられ、かつ、前記第
１の支持手段上のワークピースの表面に係合するチップ
を有しているスタイラスと、を備え、前記チップは、前記軸線に対する半径上にほぼ位置決め
されており、前記第２の支持手段に対する前記第３の支
持手段の前記動きは、前記軸線に対して平行な方向にか
つ前記軸線の半径方向に前記チップを動かすものであ
り、さらに前記第３の支持手段の上に前記変換器を取付けるための
ものであり、前記変換器を、前記スタイラスが前記軸線
に対してほぼ平行に延びる第１の動作位置と、前記スタ
イラスが前記軸線に対してほぼ交差して延びる第２の動
作位置との間で円弧運動を起こさせるための回転手段を
備え、前記チップが、前記第３の支持手段の所定位置に対し
て、前記変換器の動作位置の各々に対してほぼ同じ位置
となるように、前記円弧運動は前記スタイラスのチップ
のところでほぼ中心となるようにされており、さらに前記スタイラスのチップがワークピース表面の部分を横
切るような測定動作を行なわせるように、前記駆動手段
を制御するためのコンピュータ手段を備える、測定装
置。
【請求項２８】前記回転手段は、前記相対的な回転の軸
線に対して垂直な表面に対してほぼ４５゜の旋回軸の周
りを旋回し得るように前記第３の支持手段の上に取付け
られており、前記変換器は、前記旋回軸線から離れた位
置で前記回転手段によって支えられており、前記アーム
が前記旋回軸の周りを１８０゜旋回運動すると、前記変
換器は、前記第１の動作位置から前記第２の動作位置ま
で移動する、特許請求の範囲第２７項に記載の装置。
【請求項２９】前記変換器は、前記変換器に対する単一
な平面における前記スタイラスの振れを感知するように
配置されており、前記変換器は、前記第１の支持手段上
のワークピースに対して前記単一な平面の向きを調節す
るように回転可能である、特許請求の範囲第２７項に記
載の装置。
【請求項３０】ワークピースを支持するための第１の支
持手段と、第２の支持手段と、前記第１および第２の支持手段を、前記第１の支持手段
を通る第１の軸線の周りで相対的に回転させるように前
記第１および第２の支持手段を取付ける手段と、前記相対回転を生じさせるための第１の駆動手段と、前記第１の軸線に対してその半径方向および平行な方向
の両方向において、前記第２の支持手段に対して移動し
得るように前記第２の支持手段によって支えられた第３
の支持手段と、前記第３の支持手段の前記移動を生じさせるための第２
の駆動手段と、前記第１の軸線に対して垂直な平面に対してほぼ４５゜
の旋回軸の周りを旋回し得るように前記第３の支持手段
に取付けられたアームと、前記アームによって支えられた変換器と、移動可能となるように、かつ、前記第１の支持手段上の
ワークピースの表面と係合し得るように前記変換器によ
って支えられたスタイラスと、前記旋回軸線の周りの１８０゜にわたる前記アームの旋
回運動を生じさせ、それによって、前記スタイラスを、
前記スタイラスが第１の方向に延びる第１の動作位置
と、前記スタイラスが前記第１の方向に対して直角な第
２の方向に延びる第２の動作位置との間で移動させる第
３の駆動手段と、前記スタイラスのチップがワークピースの表面の部分を
横切る測定動作を行なわせるように、前記駆動手段を制
御するコンピュータ手段と、を備える測定装置。
【請求項３１】コンピュータ手段（２２，３０，３２，
３４，３６）と駆動手段（３３，３５，３７）とを有
し、ワークピースと、このワークピースの表面上に接触
して移動するスタイラス（１２）との間に相対的な動き
を生ぜしめてワークピースに対する測定動作を行なうよ
うにされた測定装置であって、前記スタイラスは、それ自身の長さ方向軸線を横切る方
向に偏向可能であり、この偏向によって前記スタイラス
を支える変換器（１４）は、前記相対的な動きの間、前
記スタイラスの偏向に従って変化する測定信号を提供す
るものであり、前記測定装置は、さらに、ベース（２）と、ワークピースを支持するためのものであり、鉛直軸線の
まわりを回転し得るように前記ベース上に設けられたタ
ーンテーブル（４）と、前記ターンテーブル（４）に隣接して前記ベース上に設
けられた鉛直柱（８）と、鉛直方向に動けるように前記柱（８）上に設けられたキ
ャリッジ（６）と、水平方向に動けるように前記キャリッジ（６）上に設け
られたアーム（１０）と、を含み、前記キャリッジ（６）に対して前記アーム（１０）が水
平方向に動くことによって前記スタイラスの先端が前記
ターンテーブル（４）の回転軸心に近づいたり遠去かっ
たりするように、前記アーム（１０）は前記変換器（１
４）を支えており、前記変換器（１４）は、前記スタイラスと共に、鉛直方
向に向く位置および水平方向に向く位置に選択的に位置
することが可能であり、特徴とするところは、前記変換器（１４）が別のアーム（１６）の一方端に取
付けられており、前記別のアーム（１６）は、剛性があり、その他方端
が、鉛直線に対してほぼ４５゜の角度で傾斜している軸
線（２０）のまわりを回転し得るように前記水平方向に
移動可能なアーム（１０）に取付けられており、前記スタイラス（１２）、前記別のアーム（１６）およ
び前記４５゜傾斜軸線（２０）は、前記別のアーム（１
６）が第１の位置と第２の位置との間を前記４５゜の傾
斜軸線（２０）のまわりで１８０゜回転し得るようにさ
れており、前記第１の位置においては、前記スタイラス（１２）が
前記鉛直方向に向く位置にあり、その先端が前記アーム
（１０）よりも低い高さ位置に位置しており、前記第２の位置においては、前記スタイラス（１２）が
前記水平方向に向く位置にあり、その先端がほぼ同じ位
置に留まっている、測定装置。
【請求項３２】前記変換器（１４）は、この変換器（１
４）に対して単一平面における前記スタイラス（１２）
の偏向を検出するようにされており、前記変換器（１４）は、前記水平方向に移動可能なアー
ム（１０）に対して前記スタイラス（１２）の長さ方向
軸線のまわりを回転して、前記ターンテーブル（４）上
のワークピースに対して前記単一平面の向きを調節する
ようにされている、特許請求の範囲第３１項に記載の測
定装置。
【請求項３３】測定動作の間、前記スタイラス（１２）
が前記変換器（１４）および前記スタイラスの動作範囲
外で前記ワークピース表面の形態に追従できるように、
前記コンピュータ手段（２２，３０，４０）は、前記変
換器（１４）から引出された信号に応答して前記水平方
向に移動可能なアーム（１０）の動きを制御するもので
ある、特許請求の範囲第３１項または第３２項に記載の
測定装置。