JPH07502816A - 測定装置 - 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】 測定装置 この発明は測定装置に関する。典型的には、このような装置はスタイラスを有し 、そのスタイラスが接触するワークピースの表面を測定して、たとえばそのワー クピースの形状または形態を決定するために用いられる。

測定装置の既知の形態では、支持構造の上にアームが移動可能に装着され、スタ イラスを有する。スタイラスは、典型的には、アームに沿って移動可能であって もよいプローブの一部として設けられる。使用において、アームは、その上にワ ークピースが置かれる作業台の上で支持される。

支持構造は、作業台の上でアームを保持するように移動可能にされてもよい。そ の代わりに、作業台はターンテーブルを含んでもよく、その場合には、支持構造 はターンテーブルに関して典型的には移動可能ではなく、アームがターンテーブ ルに向かってまたはそこから離れるように移動可能である。

このような先行技術の構造では、支持構造は、データムとして作用する軸受部材 を含む。アームは支持構造に関して動く際に軸受部材に支持され、軸受部材はそ の位置を規定する。測定手段、たとえば光学格子が、典型的には軸受部材の近傍 に装着されて、軸受部材に沿ったアームの位置の測定をもたらす。この構成にお いて、いくつかのファクタが、スタイラスの位置を測定できる精度を制限するよ うに作用し、それによってワークピースの表面を測定できる精度を制限する。

データムとして作用する軸受部材は、理論的には、アームが、典型的には直線で ある予め定められた方向に正確に動くように制約する。しかしながら、軸受部材 の装着の際または製造の際の何らかの不正確さによって、アームの動きもそれに 対応して不正確となり、そのためアームの位置決めか軸受部材の位置決めおよび 形状よりも正確なわけではなくなる。

アームの位置のその正確で意図された経路からの何らかのずれは、アームに沿っ た軸受部材からの距離とともに増大する傾向にある。アームが直線で動くように 意図されれば、アームの軸受部材に接触する部分は、通常は最も真っ直ぐな経路 を有する。支持構造に関してアームの異なる位置でワークピースをスタイラスと 接触させることによって得られる、ワークピースの表面の異なる測定値間で確実 に比較できるようにするためには、ワークピースは、アームがその意図された完 璧な経路に最も近く追従する線に置かれなくてはならない。しかしながら、これ はデータムとして作用する軸受部材にアームが接触するところであり、その結果 、軸受部材の存在がワークピースを妨害し、そこに位置できない。したがって、 スタイラスがワークピースに接触しているとき、そのアームの動きの方向におけ る動きが追従する経路は、軸受部材によって規定されるデータム経路よりも精度 が低い（典型的にはより真っ直ぐでない）ものとなりがちである。

支持構造に関してのアームの位置は、典型的には、データムとして作用する軸受 部材の近傍に設けられる測定手段を使用することによって測定される。これは、 必然的にスタイラスおよびワークピースの位置から間隔をあけられている。その 結果、アームの動きの方向におけるスタイラスの正確な位置は、アツベ誤差（Ａ ｂｂｅ　ｅｕｏｒｓ　）として知られる誤差のために決定できない。これらの誤 差はアームがねじれること、またはデータムの不正確さによるその動きの不正確 さから・生じるかもしれず、スタイラスが位置される点でのアームの正確な位置 が、測定手段の位置でアームの位置を測定することからは正確に決定できないこ とを意味している。

この発明のある局面に従えば、その両方がデータムとして作用する第１および第 ２の間隔をあけられた平行の軸受部材を備えた支持構造と、両方の軸受部材に支 持される、スタイラスを保持するアームとを有する測定装置が提供される。アー ムと軸受部材との間の軸受は、アームと軸受部材の各々との間の隙間が自動的に 調整されるような形態である。典型的には、軸受は、アームが両方の軸受部材間 から実質的に等距離の中央に置かれた状態に維持されるように配置される。これ は、好都合に、空気軸受または油圧軸受等の軸受部材からアームを押し戻すよう に作用する軸受によってもたらされてもよい。

このような構成で、アームが追従する経路は、軸受部材によって規定されるデー タム経路の平均となる。軸受部材が、同じ装置で同一の手順を用いて製造されて いれば、製造における何らかのシステム上の誤差は、その軸受部材で同じものと なる。これらは、その何らかの凹部または凸部が鏡像となるように装着すること ができ、何らかの横方向の湾曲が反対方向に存在する。この場合、アームが２つ の軸受部材から等距離に保持されれば、軸受部材の同程度の凹部または凸部が相 殺される。軸受部材の何らかの横方向の湾曲によって、アームは回転することと なる。湾曲が等しければ、軸受部材と軸受部材との中間のアームの部分は変位な く回転し、軸受部材間のアームのすべての部分の経路は、軸受部材によって規定 されるデータム経路よりも所望の経路に近くなる。

このように、この発明のこの局面では、適切な状況において、いずれの軸受部材 によって与えられるデータムよりも、意図される正確な経路からのずれが小さい 、アームおよびスタイラスの経路を提供する。

さらに、アームの最良”の経路が、アームの軸受部材から間隔をあけられた部分 に関して与えられるので、軸受部材に妨害されることなく、ワークピースは最良 の経路の線上に置くことができる。

ワークピースを装着するためにターンテーブルが設けられる場合は、ターンテー ブルの軸は好ましくは軸受部材間で実質的に一列に整列され、また好ましくはそ の中間を通る。これによってアームは、ターンテーブルの軸での比較的誤差のな い動きの経路を確実に有する傾向となる。

スタイラスは、軸受部材間で実質的に一列の位置、またはその間の中間の位置、 またはその両方を有するように配置されてもよい。これによって、アームが動く 際のスタイラスの動きの経路を比較的誤差のないものとする傾向がある。

この発明の別の局面において、ワークピースに接触するスタイラスを有し、かつ 支持構造の上で移動可能であるアームと、支持構造に関してアームの動きを測定 するための第１および第２の測定手段とを有する測定装置が提供される。第１お よび第２の測定手段は、間隔をあけられて、好ましくはスタイラスのいずれかの 一方側に設けられる。処理手段が、両方の測定手段からの測定値を受取り、典型 的には平均化することによって、それらからアームの位置を決定する。このこと によって、両方の測定手段から間隔を開けられたアームのある点の位置を決定す ることができ、この決定では２つの測定手段の間に伸びるアームの軸における傾 きが補償される。このようにして、アツベ誤差を実質的に低減する、または排除 することができる。

たとえば、測定手段がアームの各端部に設けられ、かつ測定手段によって測定さ れた位置の重み付けされない平均かとられれば、実質的にアツベ誤差のない、ア ームの中間点の位置の測定値が与えられる。ワークピースがこのアームの部分と 一列に並ぶように配置されれば、ワークピースに接触するときのスタイラスの高 さは、実質的にア・ソベ誤差なく決定できる。たとえばスタイラスが測定手段の 一方に他方よりも近づけて位置されるような他の構成では、重み付けされない平 均よりも重み付けされる平均を用いることが好ましいかもしれない。

ワークピースを装着するためにターンテーブルが設けられる場合、ターンテーブ ルの軸は、好ましくは、測定手段間で実質的に一列に整列される。この軸は、好 ましくは測定手段と測定手段の中間に延びる。スタイラスは、測定手段間で実質 的に一列に並ぶ位置、またはその中間の位置、またはその両方を有するように配 置されてもよい。

この発明のこの２つの局面を有利に組合わせることができ、そのようにして、ス タイラスがワークピースに接触しているときのアームの動きの方向におけるスタ イラスの位置が高い精度で決定できる、比較的単純な測定装置を提供できる。こ の構成において、アームは２つの軸受部材の間に延在し、その各々がその間でア ームを中央に置く軸受手段がデータムを与え、アームの各端部は測定手段と関連 付けられる。アームの中間点が、アームが軸受部材上を動く際の最も正確な経路 を追従する傾向を示し、この中間点の位置は、測定手段からの測定値の重み付け されない平均をとることによって決定される。スタイラスによって接触されるべ きワークピースを装着するためのターンテーブルが設けられ、ターンテーブルの 回転軸は、アームの中間点と実質的に整列され、アームの動きの方向と実質的に 平行である。このような構成において、アーム上に設けれらたスタイラスは、タ ーンテーブル上に同軸的に装着された円柱および円錐等の回転体の表面を測定す るために使用されてもよい。

この発明の別の局面において、ボルトとナツトのようにねし山によって係合し合 う第１および第２のねじ切りされた部材を含む駆動機構が提供され、第１のねじ 切りされた部材は第１の支持部材の上に装着され、第２のねじ切りされた部材は 第２の支持部材の上に装着され、第１のねじ切りされた部材は第２のねじ切りさ れた部材の回転なく、回転において駆動可能であり、粗い位置決めのためのねじ 山の軸に沿った方向での第１および第２の支持部材の相対的な動きを起こし、第 ２のねじ切りされた部材は、第１および第２の支持部材間の距離の微調整のため に、第１のねじ切りされた部材の回転なく、回転において駆動可能である。

たとえば、第２のねじ切りされた部材はつオームねじによって駆動されてもよく 、たとえば第２のねじ切りされた部材の円周面上の歯に係合し、そのためウオー ムねじが完全に回転すると、第２のねじ切りされた部材は、５％、より好ましく は１％以下といった比較的小さい割合で回転する。

このように、第２のねじ切りされた部材の回転によって、第１および第２の支持 部材の間の分離が、第１および第２のねじ切りされた部材のねじ山のピッチの分 数倍の量だけ調整できる。好都合に、第１のねじ切りさた部材はボルト形状の部 材であり、第２のねじ切りされた部材はナツト形状の部材である。

この駆動機構は、たとえば上述のような測定装置の可動アームの上げ下げに用い てもよい。第２のねじ切りされた部材のだめのウオームねしに係合する歯の数お よびねじ山のピッチを適切に選択することによって、約３００ｍｍの範囲でアー ムを上げ下げでき、かつ１μｍの精度でアームを位置決めできる駆動装置を設計 することが可能である。

さらに、測定装置の全体の支持構造は、たとえば第１および第２のワークピース 支持位置の間で動か子ように、支持面上で移動可能に形成されてもよく、上述の 駆動装置は、測定装置の支持構造を動かし、ワークピース支持位置上でそれを正 確に位置決めするために使用されてもよい。

非制限的な例として示されるこの発明の実施例が、添付の図面を参照して以下に 説明される。

図１は、この発明の実施例の斜視図であり、図２は、図１の支持構造の一部およ びアームの概略の上面図であり、 図３は、図１の支持構造の一部およびアームの概略の側面図であり、 図４は、図１の実施例におけるアームの位置情報の処理のブロック図であり、 図５は、図１の実施例の代替の駆動機構の概略図であり、図６は、図５の駆動機 構の捕獲ナツトのウオーム駆動構成の概略図である。

図１は、ワークピースの表面を測定するための測定装置を示す。図に示されるよ うに、この装置は、精度の高い基準表面との比較によって表面を測定するために 設けられる。

図面において、基準表面は、リング状の基準部材ｌの円筒状の内表面であり、測 定される表面は、円筒状のワークピース３の円筒状の外表面である。基準部材１ およびワークピース３はターンテーブル５の上に装着され、ワークピーステーブ ル７の一部として設けられる。

本質的に２つの直立部材９およびクロスピース１１からなる支持構造は、ワーク ピーステーブル７上に据付けられる。各直立部材９は、他方の直立部材９に面し た面で、軸受部材１３を保持し、軸受部材１３は、正確に機械加工され、アーム １５に関するデータムを与えるようにそれぞれの直立部材９上に正確に装着され る。アーム１５は駆動チェーン１７によってクロスピース１１から支持され、駆 動チェーン１７はその重心と実質的に一列になるようにアーム１５に適合される 。アーム１５が駆動チェーン１７の効果て上下に動く際の経路は、軸受部材１３ によって決定される。

アーム１５は２つのプローブ１９を有し、その各々は従来の態様でアーム１５に 沿って移動可能であり、各々が、それぞれ基準部材１またはワークピース３に接 触するためのそれぞれのスタイラス２１を有する。当該分野では既知である態様 で、アーム１５に沿ったプローブ１９の変位を測定するだめの手段が設けられ、 かつ、プローブ１９間の分離を決定してその互いの間隔を正確に測定するのを可 能にするための干渉計的測定手段が設けられる。

アーム１５は、図２に矢印２３によって概略に示される空気軸受で軸受部材１３ に装着される。アーム１５からの空気の噴射は、軸受部材１３の前および側面に 向けられる。

アーム１５と各軸受部材１３との間の空隙における隙間は、約１５μｍとなるよ うに設計される。空気の噴射は、約３００ないし３５０ｋＰａといった比較的低 圧の空気源から与えられてもよい。図２に示されるように、軸受部材１３は直立 部材９の主表面から突出して設けられ、アーム１５の端部と直立部材９との間に は比較的大きな間隙が設けられる。これらの大きな間隙によって、空気軸受から の空気を、アーム１５と直立部材９との間に何らかの不所望の軸受効果をもたら すことなく、かつアーム１５の位置決めを妨害し得る空気の流れの乱流をもたら すことなく、逃がすことができる。

空気軸受は、実質的にはアーム１５の重さを支持せず、これは駆動チェーン１７ によって支持されるが、アーム１５か軸受部材１３に正確に支持されるように配 置するように作用する。空気が噴射されれば、アーム１５は、空気の噴射によっ て２つの軸受部材１３から等距離の位置にもたらされる。アーム１５は、駆動チ ェーン１７の影響によって軸受部材１３を上下に動く際に、２つの軸受部材１３ から等距離に維持される。したがって、軸受部材１３によって与えられるデータ ム位置に何らかの誤差がある場合、アーム１５の経路はこの誤差の平均を含む。

軸受部材１３は、できるだけ正確に機械加工された金属または石（典型的には花 こう岩）のピースであり、支持構造上に正確に整列され、好ましくは最大誤差が 、空気軸受の空隙の寸法の１０ないし２０％以下である。軸受部材１３は、互い に同じ手順および同じ機械を用いて製造され、そのためこれらは同じ製造上の不 正確さを有する傾向にある。軸受部材１３が互いに面して装着されるので、軸受 部材１３の形状における何らかの凸型または凹型の誤差は、互いの鏡像となる傾 向があり、そのため両方の軸受部材が同じ高さでアーム１５から離れる、または それに近づくことになる。これらの誤差はアーム１５を反対方向に変位させる傾 向があり、そのため空気軸受の位置を平均する効果のために誤差が相殺されるこ ととなり、アーム１５の経路はいずれの軸受部材１３によって規定される経路よ りも正確になる。両方の軸受部材１３に現れる横方向の誤差は、アーム１５のそ れぞれの端部を反対方向に動かす傾向がある。その結果、このような誤差はアー ム１５を回転させる傾向があり、２つの軸受部材における誤差が等しければ、ア ーム１５の中心点は変位なく回転することになる。このように、軸受部材を上下 に動く際のアーム１５のすべての部分が追従する経路もまた、軸受部材１３と比 較してその横方向の誤差が低減される傾向にあり、アーム１５の中間点でこのよ うな誤差は実質的に相殺される。

実用において、軸受部材１３の不正確さによってアーム１５の位置にもたらされ る誤差が、全く同じでかつ対向するということは少なく、そのため誤差が完全に 相殺され、アーム１５の経路に完全に誤差がないわけではない。しかしながら、 ２つの軸受部材１３が同じ装置での同じ製造プロセスをたどるように注意を払え ば、アーム１５が追従する経路の誤差は、軸受部材１３と比較して低減される傾 向にあり、アーム１５の上下の動きの際の最も真っ直ぐな経路は、アーム１５の 中間点が追従する傾向にある。

アーム１５の中間点の経路は、図３の破線によって示される。駆動チェーン１７ は、アーム１５の中間点がその重心となる傾向があるので、これと−列に並ぶ。

上述のように、これはアーム１５の動きの最も真直ぐな線となる傾向がある。図 １および図３かられかるように、支持構造９．１１および軸受部材１３のあらゆ る部分は、この最も真直ぐな線から間隔をあけられている。したがって、その表 面が測定されるべきワークピース３を、この線上またはその近傍に置くように配 置することができる。図３に示されるように、ターンテーブル５は、その支ビン ドル軸がこの最も真直ぐな線と整列するように装着される。基準部材１およびワ ークピース３がターンテーブル５の上に装着され、かつターンテーブル５のスピ ンドルがこの最も真っ直ぐな線と整列されるので、スタイラス２１は、基準部材 １およびワークピース３に接触するときに、この最も真っ直ぐな線の近傍にある 。このように、アーム１５が表面測定動作の際に上下に動く際に、スタイラス２ １の上下運動は、この装置で得られる最大限真っ直ぐなものに近い経路を追従す る。このことは、アーム１５が上下に動く際に各スタイラス２１が直線で動くこ とをかなり確実にし、そのため基準部材１およびワークピース３の表面の異なる 高さでの測定値が、互いに正確に関連付けられ、それによってアーム１５の動き の方向で測定される表面の形状を正確に決定できる。

軸受部材１３を上下に動く際のアーム１５の縦方向の位置の検出を可能にするた めに、アームの各端部に格子型の距離測定装置が設けられる。このような装置は 当業者には周知であり、種々の構成で設けられ得る。これらの存在は、図２に、 アーム１５の端部上に装着された光学素子２７および直立部材９上に装着された 格子２５によって概略的に示される。格子２５は、直立部材９の上に装着されて 、当業者には周知である態様で測定を最大限線形にすることができる。したがっ て、各光学素子２７によって感知される位置は、アーム１５のそれぞれの端部の 位置の正確な測定値となる。しかしながら、上述のように、アツベ誤差のために 、これらの値は、ターンテーブル５上の領域において、アームの中心の正確な位 置を与えない。したがって、アーム１５の各端部からの位置の測定値がとられ、 図４で示される処理手段２９によって平均化され、アーム１５の２つの端部のそ れぞれの位置の間の平均が、アーム位置信号として出力される。アーム１５は、 かなり剛性を有するように製造され、したがってその２つの端部での位置の平均 は、アーム１５が可変量だけ傾いていても、アーム１５に沿った中はどの位置の 正確な測定値を表わす。このように、ターンテーブル５の軸の近傍でのアーム１ ５の位置は、実質的にアツベ誤差なく決定できる。

図２において、２つの格子２５および光学素子２７が、アーム１５の対向端であ るが同じ側に示される。変形例として、光学素子２７および格子２５の１つを、 ２つの測定システムがアーム１５の対角線上の対向する角にあるように、軸受部 材１３の他方側に動かしてもよい。このような構成は、２つの軸受部材１３を結 ぶ線についてのアーム１５の何らかのねじりを補償する一助となり得る。

示される実施例において、ターンテーブル５の軸は、アーム１５の動きの最も真 っ直ぐである線と予測されるアーム１５の中心と一列に並ぶように位置決めされ 、さらに処理手段２９が、２つの位置測定システムによって検出された位置の重 み付けされない平均を用いて、アームの中心点の位置を決定する。このように、 処理手段２９によって出力されたアーム位置は、効果的にはターンテーブル５の スピンドルの軸上のアームの部分の位置である。スタイラス２１が基準部材１お よびワークピース３と接触するとき、プローブ１９の位置を用いて、それが回転 するときのターンテーブルの軸からの測定されている表面の半径を決定し、ター ンテーブルの軸からの半径の変動によって、関係するスタイラス２１が動き、こ れはそれぞれのプローブ１９によって検出される。したがって、ワークピースが それについて回転し、かつそこから半径の測定が行なわれる軸は、処理手段２９ によって出力されるアームの高さのデータの軸と同じであり、測定されている表 面を正確に計算するのを容易にする。

代替例として、たとえば、アーム１５に沿った中間点から間隔をあけられた位置 にあるスタイラス２１の上下の動きを正確に測定することが所望である場合には 、中間点からのアーム１５上の点の位置を決定するのが好ましいかもしれない。

この場合には、処理手段２９は２つの測定システムから受取る入力の適切に重み 付けされた平均を出力するように制御され得る。

アーム１５には複数の可撓性の接続部が設けられ、これらは図面には示されてお らず、直立部材９の１つの中に通常は隠され、空気軸受に供給するためにアーム １５に加圧された空気を送り、アーム１５に沿ってプローブ１９を駆動するため 、かつ種々の感知出力信号をアームから処理および出力装置に送るための電気的 接続部となる。

図５は、アーム１５のための代替的な駆動機構を概略的に示し、これは、チェー ン１７を用いる従来の駆動装置で簡単に達成されるよりも正確なアーム１５の縦 方向の位置決めを可能にする。図５の駆動機構は、捕獲ナツト（ｃａｐｌａｒｅ ｄ　ｎｕｔ）　４５を含む被駆動ユニット３３を回転ねじ３１が駆動するねし駆 動構成を含む。ねじ３１はスラスト軸受３５を介して支持構造のクロスピース１ １上に装着される。

軸受３５のすぐ上で、ねじ３１には一体式のはめば歯車３７が設けられ、これは ねじ３１を回転させるためのモータ式駆動手段３９と係合する。ねじ駆動装置で は従来からそうであるが、被駆動ユニット３３は、ねじ３１上で動く捕獲ナツト ４５を含み、これは回転しないように保持される。

したがって、一体的のはめば歯車３７を介して作用するモータ式の駆動手段３９ によるねじ３１の回転によって、捕獲ナツトを被駆動ユニット３３とともに、ね じ３１の上下に駆動する。被駆動ユニット３３はアーム１５上に装着され、した がってアーム１５は上下に駆動される。

アーム１５とクロスピース１１との間の距離を微調整するために、被駆動ユニッ ト３３の捕獲ナツト４５は、永久的に回転しないように保持されるわけではなく 、それ自体も、図６に概略的に示される微調整駆動機構を用いて回転され得る。

図５および図６に示されるように、被駆動ユニット３３は、捕獲ナツト４５に加 えてウオームねじ４１とウオームねじを駆動するためのモータ４３とを含む。捕 獲ナツト４５は一体式のはめば歯車４７を備えて形成され、この一体式のはめば 歯車４７の歯はウオームねじ４１のねじ筋と係合し、そのためモータ４３は、は めば歯車４７およびウオームねじ４１を介して捕獲ナツト４５を駆動できる。

図５に示されるように、捕獲ナツト４５は軸受４９に支持されており、軸受はリ ガメントばね５１によってアーム１５に接続される。軸受４９およびリガメント ばね５１は、アーム１５に関しての捕獲ナツト４５の縦方向の動きを妨げ、その ためアーム１５は、捕獲ナツト４５とねじ３１との相対的な回転があれば、捕獲 ナツト４５とともに縦方向に運ばれる。一体式のはめば歯車４７がウオームねじ ４１によって駆動されるとき、軸受４９によって、捕獲ナツト４５はアーム１５ に関して回転することが可能になる。リガメントばね５１によって、アーム１５ と捕獲ナツト４５との間の水平方向での相対的な動きが可能となり、そのため捕 獲ナツト４５のねじ３１を介してのクロスピース１１への接続は、アーム１５が 空気軸受によって位置決めされる態様には影響を与えない。

粗い位置決めのためのねじ３１の回転の間、捕獲ナツト４５は回転しないように 保持されるへきである。周知のように、つ矛−ムねじ駆動装置は、被駆動はめば 歯車（すなわち捕獲ナツト４５の一体式のはめば歯車４７）がウオームねじを回 転で駆動できないように簡単に設計できる。したがって、図６のウオームねじ駆 動システムは、モータ４３が駆動されていない間は捕獲ナツト４５の回転を妨げ るように作用し、したがって別個の機構を必要としない。

捕獲ナツト４５が、微調整のためにモータ４３によってつオームねじ４１を介し て駆動される間、ねじ３１は回転しないように保持されるべきである。このこと は、何らかの好都合なブレーキまたはクランプ手段によって達成でき、またはモ ータ式の駆動手段３９が、ねじ３１の回転を、それを駆動しないときには妨げる ように構成できる。好ましくは、ねじ３１は、図５に示されるようにウオームね じ駆動装置としてモータ式の駆動手段３９を備えることによって回転しないよう に保持される。

捕獲ナツト４５の一体式のはめば歯車４７は、たとえば、１８０の歯を備えて形 成されて、捕獲ナツト４５を１回転させるのにウオームねじ４１の１８０の回転 が必要であるようにしてもよい。その結果、ウオームねじ４１がフルに１回転す ると、捕獲ナツト４５を２度、すなわち１回転の１／１８０だけ駆動する。捕獲 ナツト４５のフルの回転は、クロスピース１１に関してアーム１５をねじ３１の １ピツチだけ動かすので、ウオームねじ４１の１回転はアーム１５を、ねじ３１ のピッチの１／１８０だけ動かす。

ねじ３１の一体式のはめば歯車３７は、２０の歯を備えて形成されてもよく、そ うすると、ねじ３１をフルに１回転駆動させるのに、モータ式駆動手段３９のウ オームねじの２００回転必要となる。したがって、ウオームねじが１回転すると 、ねじ３１を１８度、すなわち１回転の１／２０だけ駆動する。

したがって、２つのウオームねじが類似したモータによって駆動されれば、ねじ ３１の駆動は、捕獲ナツト４５の駆動の９倍速い動きをもたらし、一方、捕獲ナ ツト４５を駆動すると、ねじ３１を駆動するのと比較して、アーム１５の位置決 め精度が９倍増すこととなる。このように、アーム１５が、ねじ３１のためのモ ータ式駆動手段３９の動作によって実質的に正しい位置に駆動された後、アーム １５の精確な位置は、ウオームねじ４１のためのモータ４３の動作によって調整 できる。

図１の装置において、アーム１５の縦方向の深さは、たとえば６００ｍｍであっ てもよく、駆動機構は動きの全範囲が３００ｍｍでそれを上下するように用いら れてもよい。

動きの全範囲がアーム１５の縦方向の厚さよりも小さいので、ねじ３１がアーム １５の底部から突出る必要な（、したがってプローブ１９の動きを妨げないよう に、アーム１５を設計し、かつ被駆動ユニット３３の位置決めをするのが簡単で ある。このような構成で、捕獲ナツト４５のためのウオームねし駆動装置が、１ マイクロメートル以内でア−ム１５の高さを密に位置決めできる。

図１の装置のさらなる変形として、２つのターンテーブル５がワークピーステー ブル７上の間隔をあけられた位置に設けられ、クロスピース１１および直立部材 ９の支持構造が、アーム１５を保持して一方のターンテーブル５から他方のター ンテーブル５へとワークピーステーブル７にわたって移動可能である。これによ って、一方のターンテーブル５の上に装着されたワークピース３の上で、別のワ ークピースが他方のターンテーブル上に装着された状態で、ワークピース測定動 作を行なうことができる。このような構成では、通常、ターンテーブル５の回転 軸上に正確に、好ましくは１マイクロメートル未満の精度で、アーム１５を位置 決めすることが必要である。したがって、図５および図６に示される駆動機構を また、ワークビーステーブルに関して支持構造を駆動するために用いて、プロー ブ１９を保持するアーム１５が一方のターンテーブル５から他方のターンテーブ ル５へと駆動されて、所望の精度で位置決めされるようにしてもよい。

この発明の１実施例が示された。当業者には種々の変形および変更が明らかであ ろう。この発明の局面は、たとえば協働する測定機等の、示されたタイプとは異 なるタイプの測定装置において使用されてもよい。

１、事件の表示 国際出願番号：　ＰＣＴ／ＧＢ９３１０００３７２、発明の名称 測定装置 ３、特許出願人 住　所　イギリス、エル・イー・４７・ジエイ・キユウ　レイセスタ−１二ニー ・スター・ロード、２ 名　称　ランク・ティラー・ポプリン・リミテッド代表者　フリーマン、リチャ ード・ロバート国籍イギリス ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行南森町ビル１９９４年　 ２月１１日 ６、添付書類の目録 補正書の写しく翻訳文）　１通 請求の範囲 １、測定装置であって、その間に空間を有して互いに実質的に平行に延びる第１ および第２の軸受部材と、軸受部材間に延在し、軸受部材間の空間での動きのた めにその両方の上で支持されるアームと、アーム上に保持されて、ワークピース に接触するためのスタイラスと、それを介してアームが軸受部材に支持される軸 受とを含み、それを介してアームが軸受部材の一方に支持される軸受は、アーム と軸受部材との間の隙間に依存する程度まで、第１および第２の軸受部材の一方 から第１および第２の軸受部材の他方への方向に平行な第１の方向にアームを動 かす傾向があり、それを介してアームが他方の軸受部材に支持される軸受は、ア ームと軸受部材との間の隙間に依存する程度まで、第１の方向とは反対の第２の 方向にアームを動かす傾向があり、そのため軸受が、各軸受部材からのその隙間 を考慮に入れて、アームの位置を決定する、測定装置。

２、　軸受が、軸受部材間で実質的に等距離にアームを位置決めする傾向がある 、請求項１に記載の装置。

３、軸受が、アームを軸受部材から押し戻すように作用する、請求項１に記載の 装置。

４、軸受が流体圧軸受である、請求項３に記載の装置。

５、軸受が液体静圧軸受である、請求項４に記載の装置。

６、軸受が気体軸受である、請求項４に記載の装置。

７、ワークピースを支持するための作業台をさらに含み、アームが、作業台に向 かっておよびそこから離れるように以下余白 国際調査報告 １−−Ａｔｈ、＾・ＰＣＴ／ＧＢ　９３１０００３７

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．測定装置であって、その間に空間を有して互いに実質的に平行に延びる第１ および第２の軸受部材と、軸受部材間に延在し、軸受部材間の空間での動きのた めにその両方の上で支持されるアームと、アーム上に保持されて、ワークピース に接触するためのスタイラスと、それを介してアームが軸受部材に支持される軸 受とを含み、それを介してアームが軸受部材の一方に支持される軸受は、アーム と軸受部材との間の隙間に依存する程度まで、軸受部材間の方向に平行な第１の 方向にアームを動かす傾向があり、それを介してアームが他方の軸受部材に支持 される軸受は、アームと軸受部材との間の隙間に依存する程度まで、第１の方向 とは反対の第２の方向にアームを動かす傾向があり、そのため軸受が、各軸受部 材からのその隙間を考慮に入れて、アームの位置を決定する、測定装置。
2. ２．軸受が、軸受部材間で実質的に等距離にアームを位置決めする傾向がある、 請求項１に記載の装置。
3. ３．軸受が、アームを軸受部材から押し戻すように作用する、請求項１に記載の 装置。
4. ４．軸受が流体圧軸受である、請求項３に記載の装置。
5. ５．軸受が液体静圧軸受である、請求項４に記載の装置。
6. ６．軸受が気体軸受である、請求項４に記載の装置。
7. ７．ワークピースを支持するための作業台をさらに含み、アームが、作業台に向 かっておよびそこから離れるように軸受部材に沿って移動可能である、先行請求 項のいずれか１つに記載の装置。
8. ８．アームが実質的に縦方向に軸受部材に沿って移動可能である、先行請求項の いずれか１つに記載の装置。
9. ９．ワークピースを装着するためのターンテーブルをさらに含む、請求項１ない し６のいずれか１つに記載の装置。
10. １０．ターンテーブルの回転軸が、第１および第２の軸受部材間で実質的に一列 に並ぶ、請求項９に記載の装置。
11. １１．ターンテーブルの回転軸が第１および第２の軸受部材から実質的に等距離 である、請求項９または１０に記載の装置。
12. １２．前記スタイラスが第１および第２の軸受部材間で実質的に一列に並ぶよう に位置する、先行請求項のいずれか１つに記載の装置。
13. １３．前記スタイラスが第１および第２の軸受部材から実質的に等距離の位置を 有する、先行請求項のいずれか１つに記載の装置。
14. １４．アームの位置を軸受部材に沿ったその間の空間でのその動きの方向で測定 するための第１および第２の測定手段を含み、測定手段は前記動きの方向に対し て横方向に互いから間隔をあけられており、さらに、第１および第２の測定手段 からアームの位置の測定値を受取り、前記測定手段の両方から間隔をあけられた アームの部分の第１の方向における位置をそれから決定するための処理手段を含 む、先行請求項のいずれかに記載の装置。
15. １５．第１および第２の測定手段が、それぞれ第１および第２の軸受部材に設け られる、請求項１４に記載の装置。
16. １６．測定装置であって、ワークピースに接触するためのスタイラスを保持する アームを含み、アームは支持構造に関して第１の方向に移動可能であり、さらに 第１の方向におけるアームの位置を測定するための第１および第２の測定手段を 含み、第１および第２の測定手段は、第１の方向に対して横方向の第２の方向に おいて互いから間隔をあけられており、さらに第１および第２の測定手段からア ームの位置の測定値を受取り、かつ前記測定手段の両方から間隔をあけられたア ームの部分の第１の方向における位置をそれから決定するための処理手段を含む 、測定装置。
17. １７．ワークピースを装着するためのターンテーブルをさらに含む、請求項１６ に記載の装置。
18. １８．ターンテーブルの回転軸が、第１および第２の測定手段間で実質的に一列 に並ぶ、請求項９に直接的または間接的に従属するときには請求項１４もしくは １５、または請求項１７に記載の装置。
19. １９．ターンテーブルの回転軸が、第１および第２の測定手段から実質的に等距 離にある、請求項９に直接的または間接的に従属するときには請求項１４もしく は請求項１５、または請求項１７もしくは１８に記載の装置。
20. ２０．処理手段が、第１および第２の測定手段から受取られるアームの位置の測 定値を平均化する、請求項１４ないし１９のいずれか１つに記載の装置。
21. ２１．処理手段が、前記平均化を行なう際に、第１および第２の測定手段から受 取られる測定値に等しい重みを与える、請求項２０に記載の測定装置。
22. ２２．処理手段が、前記平均化を行なう際に、第１および第２の測定手段から受 取られる測定値に等しくない重みを与える、請求項２０に記載の装置。
23. ２３．スタイラスが、第１および第２の測定手段間で実質的に一列に並ぶように 位置する、請求項１４ないし２２のいずれか１つに記載の装置。
24. ２４．スタイラスが、第１および第２の測定手段から実質的に等距離の位置を有 する、請求項１４ないし２３のいずれか１つに記載の装置。
25. ２５．第１および第２の測定手段が、格子距離測定手段を含む、請求項１４ない し２４のいずれか１つに記載の装置。
26. ２６．第１および第２の測定手段が、光学干渉計的測定手段を含む、請求項１４ ないし２５のいずれか１つに記載の装置。
27. ２７．前記スタイラスがアームに沿って移動可能である、先行請求項のいずれか １つに記載の装置。
28. ２８．アームが２つ以上のスタイラスを保持する、先行請求項のいずれか１つに 記載の装置。
29. ２９．駆動機構であって、 第１の支持部材上に装着される第１のねじ切りされた部材と、 ねじ山で第１の部材と係合し、第２の支持部材上に装着される第２のねじ切りさ れた部材と、 第２のねじ切りされた部材が回転しないように実質的に妨げながら、複数の回転 で第１のねじ切りされた部材を回転において駆動し、それによって第１および第 ２の支持部材の間で粗い相対的な動きを与えるための手段とを含む駆動機構であ って、 第１のねじ切りされた部材が回転しないように実質的に妨げながら、第２のねじ 切りされた部材を１回転の分数倍で回転において駆動し、それによって第１およ び第２の支持部材の間で密な相対的な動きを与える手段を特徴とする、駆動機構 。
30. ３０．請求項２９に記載の駆動機構を有する測定装置。