JPH03223609A - タッチプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、例えば座標測長機あるいは工作機械に使用し
、ワークピースの位置を決定するためのタッチプローブ
に関する。

［従来の技術］ 典型的なタッチプローブ（触覚深針）はハウジング内に
装着されて静止位置から移動するスタイラス（針）と、
このスタイラスとワークピース（被測定物、例えば加工
物）間の接触した瞬間を測定する機構とを備える。この
ような接触が検出された瞬間に、プローブから信号が出
力され、この信号はプローブが取付けられた座標測長機
あるいは工作機械の読取りヘッドの出力を凍結するのに
用いることができ、これにより上記接触の瞬間でのプロ
ーブの位置を指示するのに供せられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような従来のタッチプローブは検
出感度が十分とはいえなかった。

そこで、本発明の目的の主たる態様はスタイラスとワー
クピースとの間の接触を検出する高感度な機構を有する
タッチプローブを提供することにある。

［課題を解決するための手段ｊ 本発明は、ハウジングと、このハウジング内に支持され
て静止位置から移動するスタイラスキャリアと、このス
タイラスキャリアに結合された細長いスタイラスと、ス
タイラスとワークピース間の接触を検知する手段とを具
備して表面位置を検知するタッチプローブを提供するも
ので、この検知手段は、通路に沿って電磁波を供給する
電磁波源と、この通路内に配置されかつスタイラスに結
合されて電磁波と相互作用し、スタイラスキャリアの移
動前にスタイラスの変形に応答して状態を変化するセン
サと、このセンサの状態変化で電磁波の１または複数の
特性を変化させ、この変化を検知する検知器とを有する
。

［作用］ 本発明において、スタイラスの変形によるセンサの状態
変化は、例えば、パスレングス（したがって位相の変化
）を変化させ、電磁波の伝搬方向、あるいは強度を変化
する。

上述の１またはそれ以上の特性の変化を明確にするため
、上記検知器は例えば、１またはそれ以上の干渉計、偏
光光学系、あるいは１または複数の光検出器を備えても
よい。

本発明の第２の態様はタッチプローブ用のスタイラスを
提供するもので、このスタイラスはタッチプローブに結
合するための手段を一端に配置した細長い胴部と、この
胴部の他端に配置されてワークピースに接触する感知チ
ップとを備え、電磁波の導波路がこのスタイラスに結合
される。

好ましくは、この導波路はスタイラスの一端から感知チ
ップに向けて延設される。この導波路はスタイラスの内
側に位置するのが好ましく、例えば光ファイバあるいは
適切な形状の内腔（穿孔）であってもよい。このスタイ
ラスにはそれぞれ胴部の自由端で各々結合した複数の感
知チップと、上記一端からこの感知チップに延設した対
応する数の導波路とを設けてもよい。

上記の１または複数の感知チップは、導波路の端部から
出力する光をワークピースの表面に透過する半透明なも
のとしてもよい。

本発明におけるこの第２の態様の具体的例では複数の導
波路がそれぞれ同一の感知チップに延設されて設けられ
る。更に他の例では、それぞれ波長の異なる複数の光ビ
ームを同一の導波路に通す。

本発明は、上記構成により、スタイラスとワークピース
間の接触検知を高感度に行うことができ、測定精度が向
上する。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図にはタッチプローブの一例が参照符号１０で示さ
れている。特に、図示のプローブはタッチトリガープロ
ーブであるが、本発明は従来のどのようなタイプのタッ
チプローブにも等しく適用可能である。動作させるにつ
いて、このプローブｌＯは図示の状態で座標位置決め機
械（たとえば座標測長機）あるいは工作機械のヘッドに
取り付けられる。

プローブ１０は円筒形のハウジング１２を備え、そのハ
ウジングの軸１４はプローブの軸を定める。ワークピー
スに接触するスクイラス１６は、スタイラスキャリア１
８を介してプローブ１０に連結される。スタイラスキャ
リア１８は３つの円筒ローラ２０を介してハウジングに
より支持され、これらのローラ２０はキャリア１８から
軸１４に対して直交に互いに等距離に延びる。各ローラ
２０は隣接する一対のボール２２で限定される収束面（
先細の面）上に載置さね、これによりスタイラスキャリ
ア１８およびスタイラス１６はプローブｌＯのハウジン
グ１２に対して運動学的（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）に支持
されている。スタイラスキャリア１８を運動学的位置に
付勢するばね（図示しない）が設けられている。スタイ
ラスキャリア１８に最も近いばねの端部は円錐座（シー
ト）２４に座らされる。スタイラス１６は感知チップ２
６を有し、この感知チップは最も普通には球状であるが
、立方体（キュービック）あるいは円板状でもよく、ス
タイラス１６のこのチップ部分がワークピースに接触す
る。

ワークピースが接触する際、機械のヘッドが感知チップ
２６とワークピースとの間の接触点を超えて移動すると
、スタイラス１６が僅かに変形（たわみ）し、続いてス
タイラスキャリア１８がその静止位置から片寄る（言い
換えれば、１または複数のローラ２０がボール２２に接
触するその収束面から持ち上げられる）。しかしながら
、感知チップ２６がワークピースと接触しな（なると、
スタイラスキャリア１８はその運動学的支持のおかげで
ハウジング１２に対して同一位置に正確に座らされ、こ
れにより感知チップ２６はワークピースに接触する前と
同じ位置に戻る。

本発明の以下の実施例は全て感知チップ２６とワークピ
ースとの間の接触の瞬間を決定する高感度な手段を提供
することを目的とする。

本発明の第１実施例では、光反射面がセンサとして設け
られている。この反射面は、感知チップがワークピース
に接触したときに、スタイラスおよびスタイラスキャリ
アによって引き起される振動の周波数に感応するダイア
フラムの壁部内に組み込まれる。したがって、感知チッ
プとワークピースとの接触のためにスタイラスが変形（
この事例では振動）すると、反射面の状態を変化させ、
反射面を振動させる。この反射面の振動は反射面上に入
射する光線の光路長（光学距離）を変化させ、この光路
長（パスレングス）の変化を検出することはスタイラス
とワークピースとの間の接触の検出に相当する。

この実施例の具体的な形態について第２図を参照して説
明する。干渉計キューブ（立方体）１００がキャリア１
１８上に搭載されている。干渉計に入るレーザ光１０２
のビームはビームスプリッタ１０４で分離され、ビーム
スプリッタ１０４で反射したビーム１０２の部分は、ダ
イアフラム１０８の１つの壁を形成する鏡１０６に投射
されかつ反射される。この鏡１０６は典型的には顕微鏡
の円形のカバースライドである。ダイアフラム１０８は
干渉計キ上−ブ１００の面の先頭に鏡１０６を配置する
ことにより、かつ鏡１０６の縁部に液体接着剤１１０を
スポット状に置くことにより形成される。この接着剤は
毛管作用番こより鏡１０６の下側に引き伸ばされ、鏡を
干渉計キューブ１００の面から僅かな距離だけ上昇させ
る。接着剤１００の硬化によりダイアフラム１０８が創
造されることになる。干渉計キューブ１００はダイアフ
ラム１０８を介してスタイラスキャリア１８上に搭載さ
れる。特に、鏡１０６はばね（図示しない）用に設けた
円錐状の凹部１２４内に着座する。この凹部１２４は干
渉計キューブ１００上に、キューブｌＯＯの組立体およ
びスタイラスキャリア１１８を運動学的支持（第１図参
照）に付勢するばねを載置するために設けられる。

ビームスプリッタ１０４で偏向することな（通過したビ
ーム１０２の部分は鏡１２８に入射する。鏡１０６およ
び１２８から反射したビームは再結合されて出力ビーム
１３０を形成し、さらにこの出力ビームは＃１１１３２
を通って干渉計キューブ１００の中から外へ出され、検
出器１３４に干渉パターン（干渉縞）を形成する。

鏡１０６の振動（スタイラスとワークピースとの接触に
よるスタイラスの振動的な変形によって引き起される振
動）は鏡１０６への光線の入射および反射の光路長を変
化することになる。この光路長の変化は検出器１３４に
おける干渉パターンの移動（シフト）として現れる。鏡
１０６の振動は鏡の面を曲げ、順番に鏡から反射した光
線の伝搬方向を変化させる。必要な場合には、この変化
は光路長の変化と共にあるいは光路長の変化に代えて検
出することもできる。

言うまでもなく、干渉縞の移動（シフト）に対して検出
器はできるだけ高感度であることが望ましい。これを達
成するためには、ΔＩＩＩの比をできるだけ大きくする
。

ここで、■は干渉縞がシフトする前の検出器に入射され
る光線の強度である。

ΔＩは干渉縞のシフトの結果として、検知器に入射する
光線の強度の変化量である。

これは干渉縞の幅に対して検知器の面積をできるだけ小
さ（することで達成される。しかし、このような検知器
は、出力信号レベルの変化を検知できるのに十分な大き
さの信号を出力する必要がある。これらの２つの要求の
妥協案として、検知器の幅を干渉縞の半分に等しくする
ことを見出した。

さらに感度を上げるためには、スタイラス１１６（第１
図の１６に相当）が鏡１０６の表面に対して載置される
ようにスタイラスキャリア１１８を貫通してスタイラス
１１６を延設することが望ましい。これにより、スタイ
ラス１１６に何らかの振動が生じた場合にはその振動を
直接鏡１０６に伝達できる。

レーザビーム１０２はプローブのハウジングに対して固
定されているので、本発明の他の独自の態様ではこのビ
ームを基準軸として用い、この基準軸に対してスタイラ
スキャリア１１８の位置（したがってスタイラス位置も
）が測定できる。

これは、例えばスタイラスキャリア１１８が〔例えば埃
塵により）不正確に再着座させられているか否かを決定
するために適用することが見い出せる。これを実現する
ため、スタイラスキャリア上には、ある角度からレーザ
ビームに対するスタイラスキャリアの位！［４ｓ応じた
大きさの角度にまでレーザビームを偏向する手段が設け
である。スタイラスキャリアに独立して搭載された検知
器は偏向されたビームの位置を検出する。好ましい正し
い再着座に対応する偏向角度は零（すなわち偏向なし）
であり、この偏向角度はスタイラスキャリアの片寄り（
ふれ）が増大するにつれて増大する。スタイラスキャリ
アの変位を検知するシステムの一例について以下に説明
する。

第２図を再び参照すると、鏡１２８は半銀メツキされた
鏡（半透Ｍ）であり、したがってビーム１０２の一部が
透過する。透過したビームは、本実施例では干渉計キュ
ーブ１００の外側に取付けられた透明ガラスボール１３
６であるところの偏向器を通る。ボール１３６に入った
ビームの一部はその入射点に応じてボール１３６で屈折
される。屈折したビームは２次元位置感応検知器１３８
に入射される。スタイラスキャリア１１８がハウジング
に対して正確再着座されている場合には、屈折されたビ
ームはその局部のボール球面に垂直にボール内に入るた
め、ボール１３６を通る通路からはずれることはない、
ボール１３６を通って屈折されたビームの偏位は（例え
ば埃塵で生じる）スタイラスキャリアの不正確な再着座
を示す。この再着座検査機構は、必要な場合にはプロー
ブの作動中にその着座位置からのスタイラスの片寄りの
程度についての情報を提供するためにも用いられる。

より正確な再着座検査機構は、（近似するが）波長の異
なる２つのレーザビームを、スタイラスキャリアに搭載
した干渉計およびスタイラスキャリアに独立して搭載し
た各ビームに対して設けられた検知器に連結して設ける
。ビームの波長が異なるため、２つの干渉パターンの周
波数が異なる。しかしながら、周波数の差により、２つ
のパターンは互いに周期的に同位相となり、そのためこ
のようなサイクルの１つにおいて２つのパターンの相対
的な位相が絶対測定を提供する。したがって、与えられ
た相対的な位相は正確な再着座に対応し、この相対的な
位相からのシフト（移動）が不正確、な再着座を示す。

この実施例および下記の実施例において、光源（例えば
レーザ）をプローブ内に設けることは本質的なことでな
いということが理解できる。ビームの入力を許容するよ
うに設けられたプローブのハウジングの開口部（孔）は
、従って光源として作用させることができる。

スタイラスがワークピースと接触すると、スタイラスの
感知チップではスタイラスキャリアに連結されたスタイ
ラス地点よりもはるかに大きい変形（スタイラス内の歪
みおよび振動の少なくとも一方による変形）を感じる。

したがって、スタイラスの変形により状態変化をより引
き起し易くするために、センサをスタイラスの感知チッ
プにできる限り接近させて配置することが望ましい０本
発明の第２実施例では、スタイラスキャリアからスタイ
ラス上の感知チップへ延設したセンサが提供される。し
たがって、このセンサは振動によるスタイラスの変形お
よび歪みによるスタイラスの変形の双方により状態変化
が引き起される。

第３図を参照すると、干渉計キューブ２００はスタイラ
スキャリア２１８上に搭載されている。

この干渉計キューブ２００は、感知アーム内、および半
銀メツキされた鏡（半透明鏡）２２８で限定された干渉
計の基準アーム内の部分内に入射したレーザビームの部
分を導くことにより干渉計キューブ１００と同様に作用
し、その感知アームはセンサ（本例では光ファイバ２０
６で形成されたスタイラス内の導波路）を含んでいる。

したがって、レーザビーム２０２は平面鏡２０３を介し
てビームスプリッタ２０４に入射され、このビームスプ
リッタ２０４で偏向されたビーム２０２の部分は下方の
光ファイバ２０６に導かれる。光ファイバ２０６はセラ
ミック製のスタイラス２１６内に収容され、注封材料（
ボティング・コンパウンド）２１０により適所に固定さ
れている。スタイラス２１６はスタイラスキャリア２１
８内にねじ込まれた中空鋼製のコネクタ２４０によりス
タイラスキャリア２１８に結合される。このコネクタ２
４０はスタイラスキャリア２１８を通ってスタイラスキ
ャリア２１８の胴部内に設けた穴（ボア）２４２内に延
在し、コネクタ２４０の自由端が干渉計キューブ２００
に隣接して配置される。光ファイバ２０６はコネクタ２
４０の自由端からスタイラス２１６の感知チップ２２６
まで延設される。

ビーム２０２の焦点を光フアイバ２０６内に合わせるた
めに、このファイバ２０６の自由端に隣接するコネクタ
２４０の自由端内に屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ２
４４が設けられる。このＧＲＩＮレンズ２４４は光ファ
イバ２０６の自由端とビーム２０２との相対的な位置に
ある程度の許容差を許容し、したがって同じスタイラス
キャリア２１８で複数の異なるスタイラス２１６を使用
するを可能にする。レーザビームの焦点をコネクタの外
部からファイバ２０６上に（例えば、キューブ２００内
のレンズで）直接台わせる場合には、上記許容差は存在
しない。アルミニューム製のカラー（留め輪）２４６が
光ファイバ２０６およびＧＲＩＮレンズ２４４の双方の
自由端にスリーブを付け、これによりこれら双方の相対
位置を固定している。コネクタ２４０に対するカラー２
４６の正確な位置は、カラー２４６の外側とコネクタ２
４０の内側との間に注封材料の薄いフィルムを配置する
ことにより固定される。ばね２４８はコネクタ２４０内
のフランジ（鍔部）２５０に一端が当接し、他端がカラ
ー２４６に当接する。カラー２４６は注封材料が硬化す
る間、クランプ（締付は具）によりコネクタ内に保持さ
れる。

スタイラス２１６の感知チップ２２６に隣接して位置す
る光ファイバ２０６の端部は、銀メツキされて光ファイ
バを下方に通過した光を干渉計キューブ２００内に戻し
反射させる。前記実施例と同様に、反射したビームは結
合されて、鏡２３２を介して検知器２３４へ偏向された
出力ビーム２３０を形成する。こうして干渉パターンが
検知器２３４に形成される。スタイラス２１６とワーク
ピースとの間の接触でスタイラス２１６が変形し、この
変形で光ファイバ２０６も変形するため光ファイバ２０
６の状態が順番に変化し、そのため検知器２３４での干
渉パターンがシフトする。

再着座エラー検査機構が本発明の第１実施例と同様にガ
ラスポール２３６と位置感応検知器２３８とを用いて設
けられ、本発明の第１実施例で記述したと同様に正確に
作用する。

干渉パターンのシフトを容易に検出するために、光ファ
イバ２０６は単一モード光ファイバであることが好まし
い。しかしながら、そのような光ファイバは取扱いが（
例えば製造上の理由から）困難であるので、多モード光
ファイバを使用することも好ましい。多モード光ファイ
バを採用するときは、干渉パターンはスペックル（斑点
）パターンとなる。この場合の検知器は下記のものでよ
い。

１、個々のスペックル（斑点）と同じ大きさの表面面積
を有する単一光検知器。

２、各光感知セルが時間と共にこのセルに注がれる光の
強度の変動を表す関数の微分係数に対応する信号を発生
するように、各々電気的に連結した多数の個別的な光感
知セルを有する大面積検知器。これらのセルの出力は合
算されて１つの信号を発生する。

３、下記式で得られる信号振幅（Ｓ）を発生する固有の
特性を有する材料または材料の複合物から構成された大
面積（Ａ）検知器。

４、上述の信号を発生するための走査型電荷結合検出器
類並びに処理システム。

本発明の第３実施例もまたスタイラスの感知チップの近
傍にセンサを配置する。ここで第４図を参照して説明す
ると、感知チップ３２６が複屈折部材３０７を介してス
タイラス３１６に取り付けられている。スタイラス３１
６は中空であるので、偏光レーザビーム３０２は半銀メ
ツキされた偏光鏡３０４によってスタイラスの中心を通
って下方の複屈折部材３０７上に向けられることができ
る。複屈折部材３０７は上記偏光レーザビーム３０２を
同じ偏光状態でスタイラスの中心を上方に反射して戻す
ので、ビーム光は鏡３０４から外へ反射され、この半銀
メツキされた鏡３０４を通って検知器３３４に達するこ
とはない。本発明のこの実施例の第４図に示す具体例に
おいて。

ＧＲＩＮレンズ３４４および偏光保持光ファイバ３０６
が複屈折部材３０７へ向う光とこの複屈折部材からの光
を伝送するのに設けられる。光を複屈折部材３０７に伝
えるために光ファイバを備えることは、必ずしも本発明
のこの実施例の必須の特徴ではないが、長いスタイラス
３１６を採用する場合には必要となる。スタイラス３１
６の感知チップ３２６がワークピースと接触に至るとき
は、本例において複屈折部材３０７は実際にスタイラス
３１６の一部分を形成している（感知チップ３２６はそ
の部材３０７によりスタイラス３１６の残部に結合され
ている）ので、複屈折部材３０７はスタイラス３１６と
同時に変形する。

複屈折部材３０７の変形は上記部材の状態を変化させ、
上記部材が反射光ビーム３０２の一部の偏光状態をわず
かに変えることになる。したがって、そのビーム３０２
の一部は半銀メツキされた偏光鏡３０４を通過して、検
知器３３４に入射される。したがって、検知器３３４に
入射する光強度の増加はスタイラス３１６とワークピー
ス間の接触に相応する。この実施例の利点はスタイラス
とワークピースとの接触、によるセンサの状態変化を検
出するのに精巧な検知構成は必要でないということであ
る。

本発明のさらに他の実施例では、スタイラスの感知チッ
プがセンサとして設けられる。これは第５図に示すよう
に、スタイラス４１６の内側にその端部が銀メツキされ
ていない光ファイバ４０６を設けることにより達成され
る。光ファイバ４０６の端部りはスタイラス４１６の感
知チップ４２６の内部に配置され、感知チップ４２６内
で点光源を提供する。感知チップ４２６は球形で、例え
ば人工ルビーのような平光透明材で作られる。光ファイ
バ４０６の端部りは球状の感知チップ４２６の中心に配
置するのが好ましく、これにより、光ファイバ４０６か
ら出射する光は局所面に対し実質的に垂直な角度で感知
チップ４２６の内面に入射する。したがって、その光の
一部は反射されて光フアイバ４０６内に戻される。感知
チップ４２６がワークピースと接触するとき、このチッ
プは変形するので、以前に感知チップ４２６の内面から
光ファイバ４０６に反射して戻っていた光の一部は、光
が内面に入射する角度の変化により感知チップ４２６か
ら外部へ出て行く。更に加えて、光ファイバ４０６を反
射して上方に戻った光の一部の光路長が感知チップ４２
６の変形により変化する。したがって、感知チップ４２
６の状態変化は第４図の実施例に示すように光強度の変
化を、または第３図の実施例に示すように光路長の変化
を観測することにより検出することができる。この実施
例の感度は感知チップ４２６の硬度を減少することによ
り向上させることができる。これはより柔らかな面の測
定を可能にする。

第４図および第５図の実施例では、光ファイバ３０６お
よび４０６がスタイラス３１６および４１６のそれぞれ
の内側に収納されるという方法により追加のセンサとし
ても機能することができる。例えば、光ファイバがこの
センサとして機能するのを防止することを望む場合には
、光ファイバの各端を関連する光学系にのみ取り付ける
ことによりスタイラスの変形による状態変化から光ファ
イバを防止することが可能である。したがって、この場
合はスタイラスの変形はファイバにほとんど、あるいは
全く影響を及ぼさない。しかしながら、光ファイバがス
タイラスの変形に敏感に反応することを望む場合には、
光ファイバを第３図に示すように収容し、あるいはまた
スタイラスの内側に伸長させなけ、ればならない。

第３図から第５図の実施例においてスタイラスの変形に
対するファイバの感度は所定の長さのスタイラスに対し
てファイバの長さを（適切な所で）増加することにより
、増大させることができる。これはスタイラスの内側の
光ファイバをコイル状に巻くことにより行える。

本発明の更に別の態様において、第３図に示す装置を改
造してワークピースの非接触走査を行う手段を取り付け
ることができる。次に、第６図を参照すると、スタイラ
ス５１６は完全な中空であり、光ファイバ５０６を収容
する。第３図の実施例と同様に、光ファイバ５０６は注
封材料５１０によりスタイラス５１６に対して適切な位
置に保持される。感知チップ５２６は半透明で、例えば
人工ルビーで作られる。スタイラス５１６の感知チップ
５２６に隣接する光ファイバの端部は銀メツキされずに
、かつ感知チップ５２６の表面から約ＩＩＩＩｆｆｌ離
れて配置される。光ファイバ５０６から出射する光は感
知チップ５２６により平行ビームに収束さね、ワークピ
ース５６０の表面に投射される。平行ビームはワークピ
ース５６０から反射されて戻り、感知チップ５２６によ
り光フアイバ５０６内に集束される。これによりこの反
射ビームは干渉計（第６図には図示しない）の基樵アー
ムからのビームと再結合され１．検知器（図示せず）に
干渉パターンを形成する。ワークビー・・ス５６０の表
面とスタイラスの感知チップとの間の高さの変化につれ
て、検知器での干渉パターンはシフトする。従って、こ
れらの干渉縞のシフトをカウントするとスタイラスが動
いた距離に関する正確な情報が得られる。

この走査システムは増分的（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）
なものであり、測定に使用する基準点を提供するために
ワークピース５６０に対する感知チップ５２６の位置に
ついての絶対的な情報が必要である。この情報はスタイ
ラス５１６の感知チップ５２６をワークピース５６０の
表面に接触させることにより得られる。検出器における
干渉パターンの突然のシフトは（第３図に示す装置と同
様に）スタイラスとワークピース５６０との接触が起き
たことを示し、その後その点から増分カウントできる。

第６ｂ図は本発明の非接触走査の態様における更に改良
された例を示す。一対の光ファイバ６０６Ａおよび６０
６Ｂはスタイラス６１６の内側に収容され、各光ファイ
バは注封材料６１０により適切な位置に固定される。こ
れらの光ファイバの出射端ＤＡおよびＤＢは感知チップ
６２６から少し異なった距離に配置され、その距離Δ（
０，３ミクロンの程度の）は正確に知られているものと
する。第６ａ図の実施例で用いたのと同様に、装置には
干渉計と、各合成的な干渉パターンのカウントを可能と
するための各光ファイバ６０６Ａ、６０６Ｂについての
各個別の検知器とを備える。各光ファイバ６０６Ａ、、
６０６Ｂについて発生する干渉パターンはワークピース
６６０に対してスタイラス６１６がスタイラス６１６の
長手方向に移動するときにシフトする。しかし、光ファ
イバ６０６Ａ、６０６Ｂの出射端ＤＡ。

ＤＢがワークピース６６０から異なった距離に配置され
ているので、（各検知器においてシフトする干渉パター
ンにより）各検知器においてパルスが異なった時間に発
生する。したがって、２つの検知器からの出力は類似し
ており、スケールの読取りヘッドから直角位相で出力す
る（例えば国際公開公報第ＷＯ３７１０７９４４号参照
）。したがって、２つの出力はワークピースに対しスタ
イラスが（例えば、上方にまたは下方に）移動する方向
に関する情報を提供する。

あるいはまた、感知チップとワークピースとの距離の異
なった範囲にわたって各ファイバについて干渉パターン
が得られるように、２つの光ファイバの端部ＤＡとＤＢ
とを更に離して配置することができる。２つの光ファイ
バと関連する測定範囲が重複するように選択するならば
、方向に関する情報が得られる。例えば、他方の光ファ
イバについての干渉パターンの強度増加と同時に発生す
る一方の光ファイバについての干渉パターンの強度減少
は所定の方向にワークピースに対してスタイラスを移動
するのに相応する。この修正例もまた測定範囲が増加す
る利点を有する。

同じスタイラス内に収容された複数の光ファイバは他の
態様でも使用でき、例えば感知チップからほぼ完全に（
本質的に）平行な光ビームを発生させるように１つの光
ファ・イバの出射端を感知チップから離して配置し、一
方ワークビースの表面上にスポットでほぼ完全に収束さ
れる光ビームを発生させるように他方の光ファイバを感
知チップから離して配置することができる。収束された
スポットビームは粗い表面には適切である一方、平行ビ
ームは滑らかなワークピース表面に適切である。また、
収束されたスポットビームは光トリガプローブとして使
用することも可能である。これを達成するために、検出
器をビームが表面で焦点を結ぶときにトリガ信号を発生
するように適応させる。

上記した走査に関する各実施例において、異なった（し
かし近似する）波長を有する２つの（またはそれ以上の
）光ビームを単一光ファイバで伝送することは可能であ
る。検知器が各波長のビームに対して供せられる。第１
の実施例に関して前述したように、各異なる波長の光ビ
ームに関しての干渉パターンは異なる周波数を有し、２
つのパターンは（周波数の差により）周期的に位相が各
々一致することになる。したがって、そのような１サイ
クル内での２つのパターンの相対位相は絶対測定を提供
し、それゆえ方向に関する情報を提供することになる。

前記の走査に関する各実施例において、コヒーレントな
ビームと非コヒーレントなビームとの切り替えを行うた
めに、ビームを発生するレーザの駆動電流を変化させる
ことが可能である。コヒーレントなビームは干渉縞を形
成するのに適し、したがってワークピースの表面空間に
おける位置を走査するのに適している。反対に、スタイ
ラス内の導波路を反射して戻る光の強度を検出する光検
出器と連係して使用される非コヒーレントなビームは、
表面の粗度を決定するための表面仕上げプローブとして
使用することができる。

波は必ずしも光波である必要はない。例えば、同様な態
様でマイクロ波を使用できる。また、例としてスタイラ
スの内側の空洞は特定の周波数のマイクロ波の共振を引
き起こし、センサとして使用できる。スタイラスの変形
による空洞の変形はそのような共振を減殺し、したがっ
てスタイラスとワークピースとの接触を示す。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、スタイラスとワ
ークピース間の接触検知を高感度に行うことができ、測
定精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるタッチトリガープローブの
一部の構成を示す斜視図、 第２図は本発明の第１実施例の要部構造を示す断面図、 第３図は本発明の第２実施例の要部構造を示す断面図、 第４図は本発明の第３実施例の要部構造を示す断面図、 第５図は本発明の第４実施例の要部構造を示す断面図、 第６ａ図および第６ｂ図はスキャニング動作に用いる本
発明の第２実施例の変形例を示す断面図である。 １０・・・タッチプローブ、 １２・・・ハウジング、 １６．２１６，３１６，４１６，５１６，６１６・・・
スタイラス、 １８．１１８，２１８・・・キャリア、２０・・・ロー
ラ、 ２２・・・ボール、 ２６．２２６，３２６，４２６，５２６，６２６・・・
感知チップ、 Ｚｏｏ、２００・・・キューブ、 １０２．２０２，３０２−・・ビーム、１０４．２０４
・・・ビームスプリッタ、１０６．１３２，２０３，３
０４・・・鏡、１０８・・・ダイアフラム、 １３６・・・ガラスポール、 １３８．２３８．３３４・・・検知器、２０６．３０６
，４０６，５０６，６０６Ａ。 ６０６Ｂ・・・光ファイバ、 ２４０・・・コネクタ、 ２４４・・・レンズ、 ２４８・・・ばね。 第６ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ハウジングと、このハウジング内に支持されて静止
   位置から移動するスタイラスキャリアと、このスタイラ
   スキャリアに接続された細長いスタイラスと、このスタ
   イラスとワークピースとの間の接触を検知する検知手段
   とを具備し、表面の位置を検出するタッチプローブであ
   って、 この検知手段は、 通路に沿って電磁波を供給する電磁波源と、前記通路内
   に配置され前記スタイラスに結合されて電磁波と相互作
   用し、前記スタイラスキャリアの移動前に前記スタイラ
   スの変形に応じて状態を変化させるセンサと、 このセンサの状態変化で電磁波の１または複数の特性を
   変化させ、更に、この変化を検知する検知器とを具備す
   ることを特徴とするタッチプローブ。 ２）前記センサの状態変化は電磁波のパスレングスを変
   化させ、前記検知器はこのパスレングスの変化を検出す
   る干渉計を備え、この干渉計は感知アームと基準アーム
   とを有し、前記センサは該干渉計の基準アーム内に設け
   られていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ
   。 ３）前記センサは電磁波の偏光状態を変化させ、前記検
   知器は該偏光状態の変化を検知する手段を具備すること
   を特徴とする請求項１に記載のプローブ。 ４）前記センサの状態変化は電磁波の強度を変化し、前
   記検知器は該強度の変化を検出する手段を具備すること
   を特徴とする請求項１に記載のプローブ。 ５）前記センサは導波路であることを特徴とする請求項
   ２に記載のプローブ。 ６）前記導波路は前記スタイラスの長さの少なくとも一
   部に沿って延びることを特徴とする請求項５に記載のプ
   ローブ。 ７）前記電磁波は光波であり、前記導波路は光ファイバ
   であることを特徴とする請求項６に記載のプローブ。 ８）前記センサは前記スタイラスと前記ワークピースと
   の接触により該スタイラスに及ぼされる振動を感知する
   反射面であることを特徴とする請求項２に記載のプロー
   ブ。 ９）前記電磁波は光波であり、前記センサが複屈折部材
   であることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。 １０）前記スタイラスは細長い胴部と、前記ワークピー
   スと接触しこの胴部の自由端でこの胴部に接続した感知
   チップとを具備し、この感知チップは前記複屈折部材を
   介して前記胴部に接続されることを特徴とする請求項９
   に記載のプローブ。 １１）前記電磁波は光波であり、前記スタイラスは細長
   い胴部と、この胴部の自由端でこの胴部に接続した半透
   明性の感知チップとを具備し、前記センサは前記チップ
   内に設けられた点光源と共に前記半透明性感知チップを
   具備することを特徴とする請求項４に記載のプローブ。 １２）前記点光源は前記半透明性感知チップに延びる自
   由端を有する光ファイバにより形成されることを特徴と
   する請求項１１に記載のプローブ。