相关申请的交叉参考
在此通过引用将2018年11月28日提交的日本专利申请2018-222917的公开内容(包括说明书、附图以及权利要求书)全部并入本申请。
本发明涉及一种探针单元以及测定系统，特别是涉及一种能够在确保高的抗噪声性的同时稳定地进行高精度的测定的探针单元以及测定系统。
背景技术：
以往，提出了一种如专利文献1所示的测定探针。该测定探针具备：触针，其具有与被测定物接触的接触部；检测元件，其能够检测接触部的移动；以及信号处理电路，其对检测元件的输出进行处理。信号处理电路通过对模拟的检测元件的输出进行处理，来将数字触摸信号输出到外部。因此，具有在从测定探针输出的数字触摸信号中混入噪声的可能性小的高的抗噪声性。
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，在日本专利6212148号公报的测定探针中，用1个阈值判定出的结果为数字触摸信号。因此，在专利文献1的测定探针中，虽然根据预备的测定结果确定该阈值，但有可能产生以下的测定结果：该阈值过低，导致尽管接触部没有接触被测定物也输出数字触摸信号，或者相反地，该阈值过高，导致即使接触部接触了被测定物也不输出数字触摸信号。
本发明是为了解决所述问题点而完成的，其课题在于提供一种能够在确保高的抗噪声性的同时稳定地进行高精度的测定的探针单元以及测定系统。
用于解决问题的方案
本申请的方式1所涉及的发明通过如下的探针单元解决了所述课题，该探针单元具有测定探针，该测定探针具备信号处理电路的至少一部分、触针以及检测元件，其中，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号，在所述探针单元中，所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件时，将所述数字触摸信号输出到该探针单元的外部，该信号输出部具备将所述规定的阈值条件的至少一部分与所述合成信号进行比较的多个比较部，在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号。
关于本申请的方式2所涉及的发明，所述信号输出部还具备条件存储部，该条件存储部存储多个能够改写在所述比较部中初始设定的所述规定的阈值条件的其它阈值条件。
关于本申请的方式3所涉及的发明，将所述数字触摸信号以并行数字数据的形式输出。
关于本申请的方式4所涉及的发明，将所述数字触摸信号以串行数字数据的形式输出。
关于本申请的方式5所涉及的发明，所述规定的阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间。
关于本申请的方式6所涉及的发明，在所述2个以上的比较部中分别设定所述规定的阈值条件中的所述信号的电平，在所述2个以上的比较部中将所述电平的持续时间设定为相同，所述信号输出部还具备探针接口部，该探针接口部与所述测定探针连接，分别判定所述2个以上的比较部的输出的连续时间是否超过了所述规定的阈值条件中的所述电平的持续时间，在所述2个以上的比较部的输出的连续时间超过了该电平的持续时间时，输出所述数字触摸信号。
关于本申请的方式7所涉及的发明，在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部使用所述信号的电平不同、且该信号的电平中的较高的一方的持续时间为该信号的电平中的较低的一方的持续时间以上的2个所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
关于本申请的方式8所涉及的发明，在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部使用所述信号的电平相同且该电平的持续时间不同的2个所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
关于本申请的方式9所涉及的发明，在所述测定探针不测定所述被测定物而仅移动时，所述信号输出部使用比在进行所述被测定物的测定时使用的所述信号的电平大的所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
本申请的方式10所涉及的发明通过如下的测定系统来解决所述课题，该测定系统具备：测定探针，其具备触针、检测元件以及信号处理电路，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号；以及主体装置，其将该测定探针以能够移动的方式支承，根据该信号处理电路的输出来求出所述被测定物的形状，其中，所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件时，将所述数字触摸信号输出到所述主体装置，该信号输出部具备将所述规定的阈值条件与所述合成信号进行比较的多个比较部，在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号，所述主体装置接收所述数字触摸信号，根据所述2个以上的比较部的输出满足了所述规定的阈值条件，来求出所述被测定物的形状。
本申请的方式11所涉及的发明通过如下的测定系统来解决所述问题，该测定系统具备：测定探针，其具备触针、检测元件以及信号处理电路，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号；以及主体装置，其将该测定探针以能够移动的方式支承，根据该信号处理电路的输出求出所述被测定物的形状，所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件的一部分时，将所述数字触摸信号输出到所述主体装置，该信号输出部具备将所述规定的阈值条件的一部分与所述合成信号进行比较的多个比较部，在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号，所述规定的阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间，所述比较部中的所述规定的阈值条件的一部分被设为该信号的电平，且所述电平的持续时间被设为全部相同，所述主体装置在接收到所述数字触摸信号时，对该数字触摸信号应用所述规定的阈值条件中的所述电平的持续时间，根据所述2个以上的比较部的输出满足了所述规定的阈值条件，来求出所述被测定物的形状。
关于本申请的方式12所涉及的发明，通过从所述主体装置输出的改写信号将所述规定的阈值条件改写为其它阈值条件。
根据本发明，能够实现一种能够在确保高的抗噪声性的同时稳定地进行高精度的测定的测定探针以及测定系统。
根据以下优选的实施方式的详细说明，本发明的这些以及其它新颖的特征和优点变得显而易见。
附图说明
参照附图说明优选的实施方式，在所有的附图中，对相同的结构标注相同的附图标记并示出，
图1是示出使用了本发明的第一实施方式所涉及的测定探针的测定系统的一例的示意图。
图2是示出图1的测定探针的截面的示意图。
图3是示出图2的测定探针和主体装置的一部分结构的框图。
图4a是示出向图3的比较部输入的测定时的合成信号与信号的电平不同的2个阈值之间的关系的图。
图4b是示出由图3的第二比较部获得的数字触摸信号的图。
图4c是示出由图3的第一比较部获得的数字触摸信号的图。
图5a是示出向图3的比较部输入的测定时的合成信号、持续时间不同的2个阈值条件以及触摸信号之间的关系的图。
图5b是示出由图3的第二比较部获得的数字触摸信号的图。
图5c是示出由图3的第一比较部获得的数字触摸信号的图。
图6a是示出向图3的比较部输入的移动时的合成信号与阈值之间的关系的图。
图6b是示出由图3的第三比较部获得的数字触摸信号的图。
图7是示出本发明的第二实施方式所涉及的测定探针和主体装置的一部分结构的框图。
图8是示出本发明的第三实施方式所涉及的测定探针和主体装置的一部分结构的框图。
图9是示出本发明的第四实施方式所涉及的测定探针和主体装置的一部分结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式的一例。
参照图1～图6来说明本发明的测定系统所涉及的第一实施方式。
最先说明测定系统100的整体结构。
如图1所示，测定系统100具备：三维测定机200，其使测定探针300移动；操作部110，其具有用于进行手动操作的操纵杆111；以及运动控制器700，其控制三维测定机200的动作。另外，测定系统100具备：主计算机800，其通过运动控制器700使三维测定机200进行动作，并且对由三维测定机200获取到的测定数据进行处理来求出被测定物w的尺寸、形状等；输入部件120，其用于输入测定条件等；以及输出部件130，其用于输出测定结果等。
在此，如图1所示，三维测定机200具有测定探针300、平台210、立设于平台210上的使测定探针300三维地移动的驱动机构220以及检测驱动机构220的驱动量的驱动传感器(未图示)。此外，将测定系统100中的除测定探针300以外的部分也称为主体装置101。
接着，说明测定探针300的概要结构。
如图2所示，测定探针300具备：触针336，其具有与被测定物w接触的接触部362；探针外壳306，其能够将触针336支承在轴心o上；检测元件325，其能够检测接触部362的从轴心o起的移动以及在轴心o上的移动；以及信号处理电路320，其对检测元件325的输出进行处理并输出数字触摸信号cp(也就是说，测定探针300被设为触摸信号探针)。此外，触针336包括在触针组件304中，并且探针外壳306和检测元件325包括在探针主体302中。探针主体302被驱动机构220的主轴224支承。而且，触针组件304是运动接头(后述)，以高的位置再现性且能够装卸的方式连结于探针主体302。
以下，详细地说明测定探针300。此外，为了以下的说明，将图2的纸面左右方向设为x方向，将纸面垂直方向设为y方向，将纸面上下方向设为z方向。因此，测定探针300的轴心o的方向(轴向o)与z方向相同。此外，在本实施方式中，设为测定探针300与探针单元301相同。
如图2所示，所述探针主体302具备探针外壳306、信号处理电路320、支承构件322、324、检测元件325、连结轴326、凸缘构件328、永磁体330以及球332。
如图2所示，探针外壳306具备安装部308、电路配置部310、固定构件314、下部构件316以及主体罩318。
如图2所示，安装部308是在测定探针300的上端部被安装于主轴224的部位，例如设置有被插入在主轴224设置的嵌合部的头部(此外，也可以与安装部分开地使用用于进行电连接的线缆和连接器)。另外，安装部308也被设为能够与运动控制器700电连接的1个连接端子。电路配置部310配置在安装部308的下端。关于电路配置部310，除了圆盘形状的上端部310a和设置于下端的圆盘形状的下凸缘312之外，与轴心o正交的截面为大致三角形形状。在该大致三角形形状的外周配置有信号处理电路320。电路配置部310配置在支承构件322、324的上侧。
如图2所示，在下凸缘312的下端周边部312b处隔着支承构件322固定有固定构件314。固定构件314为在轴心o上设置有开口部314a的圆筒形状。在固定构件314的下端内表面，以四个对称的方式设置有4个凹部314c。而且，在固定构件314的下端的周边部隔着支承构件324固定有下部构件316。下部构件316形成为圆环形状。主体罩318为圆筒形状，以完全覆盖信号处理电路320的方式配置在电路配置部310、下凸缘312、固定构件314、下部构件316的外周。主体罩318通过螺栓被固定于固定构件314。
如图3所示，信号处理电路320是对检测元件325的输出进行处理并输出用于通知被测定物w接触到接触部362的数字触摸信号(接触感测信号)cp的电路。简单地说明时，信号处理电路320为以下结构(具体的结构后述)：根据4个检测元件325的输出求出xyz的3个方向上的挠曲量，将该3个方向上的挠曲量进行合成，在接触部362达到固定的位移以上时，输出数字触摸信号cp。
如图2所示，支承构件322、324是沿探针外壳306的轴向o配置且容许触针336的姿势变化的能够弹性变形的构件，作为材质，是sus(sst)系等(也可以是其它材料)。具体地说，如图3所示，支承构件324是在周向上(绕轴心o)角度相互错开90度的位置处具备4个全部能够变形的臂部324b的旋转对称形状，这4个臂部324b形成在同一平面上。支承构件322、324是同一厚度的相同的构造，只是臂部324b的宽度互不相同(不限于此，既可以设为臂部324b的厚度、长度、形状互不相同，也可以将支承构件322、324整体设为互不相同的形状)。因此，以下对配置有检测元件325的支承构件324进行说明，省略关于支承构件322的重复的说明。此外，支承构件的构造并不限定于本实施方式所示的形状。
如图3所示，支承构件324是大致圆板形状的构件，除了矩形的臂部324b之外，还具备中心部324a和周边部324c，其中，该中心部324a与连结轴326连接，该周边部324c利用臂部324b与中心部324a连结，且与探针外壳306连接。周边部324c位于支承构件324的最外周，臂部324b沿径向直线地延伸，且配置在周边部324c的内侧。中心部324a配置在臂部324b的更内侧。支承构件324为以下构造：由于连结轴326相对于探针外壳306的位移，而中心部324a上下左右地移动，臂部324b弹性变形。
检测元件325例如是粘贴型的应变仪，对如图3所示那样配置有检测元件325的支承构件324的应变量进行检测。检测元件325分别配置在支承构件324的臂部324b，例如通过粘接剂进行固定。
如图2、图3所示，连结轴326形成为大致圆柱形状，用于将2个支承构件322、324连结。连结轴326通过2个支承构件322、324与下凸缘312、固定构件314及下部构件316非接触地保持在轴心o上。连接轴326一体地支承着凸缘构件328。
如图2所示，凸缘构件328为大致圆盘形状，在轴向o上与下部构件316非接触地对置，且在径向上与主体罩318非接触地对置。而且，凸缘构件328支承着触针组件304。在此，在下部构件316与凸缘构件328之间的至少一部分间隙中填充有润滑油等粘性材料。由此，至少粘性材料能够使凸缘构件328相对于下部构件316的位移衰减，从而能够减轻伴随测定探针300的移动而产生的在xy方向和z方向上的不必要的振动，能够防止伴随测定探针300的高灵敏度化而引起的噪声的增大。在凸缘构件328下表面的轴心o上固定有永磁体330，在凸缘构件328的下端外周，以包围该永磁体330的方式在周向上每隔120度旋转对称地配置有3个球332。
如图2所示，所述触针组件304具备超程(overtravel)机构334和被超程机构334支承的触针336。
如图2所示，超程机构334是如下的机构：在施加了比输出数字触摸信号cp时的测定力f大的力的情况下使触针336的位置变化，在大的力消失时自动地恢复触针336的位置。也就是说，超程机构334发挥如下功能：在对触针336施加大的力时，在触针组件304处于探针主体302外之前使触针336的位置变化。具体地说，超程机构334包括凸缘部338、延伸部344、触针保持件346以及螺旋弹簧350。
如图2所示，凸缘部338是与凸缘构件328对应的构件。即，以与球332接触的方式在凸缘部338的周向上每隔120度配置有3个v槽340。而且，在凸缘部338中，与永磁体330相向地配置有与永磁体330相互吸引的磁性构件(也可以是永磁体)342。
在此，如图2所示，v槽340分别与对应的球332的表面接触。因此，在永磁体330与磁性构件342以规定的磁力相互吸引的状态下，成为凸缘部338以六点落位(接触)于凸缘构件328的状态。也就是说，能够实现高定位精度，并且能够将凸缘构件328与凸缘部338连结。即，凸缘部338和凸缘构件328处于构成了作为能够装卸的连结机构的运动接头的状态。即使探针主体302和触针组件304反复进行装卸，也能够利用该运动接头实现高定位再现性。
如图2所示，延伸部344与凸缘部338的外周一体地形成，在延伸部344的内侧收纳有能够沿轴向o伸缩的螺旋弹簧350。触针保持件346设置在延伸部344的轴向o端部，利用螺栓与延伸部344连接。而且，触针保持件346在其螺旋弹簧侧上表面将被螺旋弹簧350按压的触针336的凸缘部356以能够移动的方式支承。在触针保持件346的螺旋弹簧侧上表面，沿周向每隔120度配置有3个球348。而且，在凸缘部356的下表面，与球348对应地沿周向每隔120度设置有3个v槽358。此外，v槽358的轴向与朝向轴心o的大致径向相同。即，可以说触针保持件346和凸缘部356处于构成了上述运动接头的状态。
因此，在利用螺旋弹簧350以规定的弹簧力按压了凸缘部356的状态下，成为凸缘部356以六点落位(接触)于触针保持件346的状态，且被定位于固定的位置。也就是说，在不超过螺旋弹簧350的按压力的测定力f的范围内，能够利用超程机构334实现触针336相对于凸缘部338的再现性高的定位。而且，在对触针336施加了比由螺旋弹簧350提供的规定的弹力大的力时，凸缘部356从触针保持件346脱落，从而能够防止触针组件304从探针主体302脱落。
如图2所示，触针336具有如上所述那样被触针保持件346支承的凸缘部356、从凸缘部356起沿轴向o延伸的杆部360以及设置于杆部360的前端的接触部362。
如图2所示，杆部360的基端安装于凸缘部356。在杆部360的前端设置有与被测定物w接触的球形的接触部362(即，触针336具有与被测定物w接触的接触部362)。此外，在触针336在xy方向上没有位移的状态下，触针336的中心轴的方向为z方向(轴向o)。
接着，主要使用图3～图6来说明信号处理电路320和主体装置101的一部分。
如图3所示，信号处理电路320具备信号合成部364和信号输出部366。
如图3所示，信号合成部364对检测元件325的输出进行处理，并输出将接触部362的在互相正交的xyz这3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号sc。
如图3所示，在合成信号sc满足了规定的阈值条件时，信号输出部366将数字触摸信号cp输出到测定探针300的外部、即主体装置101。具体地说，如图3所示，信号输出部366具备存储5个(是多个即可)规定的阈值条件的条件存储部368以及将规定的阈值条件与合成信号sc进行比较的3个(是多个即可)比较部370(第一比较部370a、第二比较部370b、第三比较部370c)。而且，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366输出与3个比较部370中的2个(也可以是2个以上)比较部370a、370b的输出相应的数字触摸信号cp。在本实施方式中，在进行被测定物w的测定时，数字触摸信号cp为第一比较部370a的输出cp1和第二比较部370b的输出cp2。另外，在不测定被测定物w而仅移动被测定物w时，数字触摸信号cp为第三比较部370c的输出cp3。也就是说，关于数字触摸信号cp，第一比较部370a、第二比较部370b以及第三比较部370c的输出以并行数字数据的形式输出。在第一比较部370a、第二比较部370b以及第三比较部370c中分别初始设定了某个阈值条件。数字触摸信号cp既可以经由安装部308以有线方式被传递至主体装置101，也可以经由安装部308以无线方式被传递至主体装置101。
条件存储部368存储有多个能够改写在比较部370中初始设定的阈值条件(规定的阈值条件)的其它阈值条件。例如，在进行被测定物w的测定时，条件存储部368存储了作为4个信号的电平sl1、sl2、sl3、sl4与3个电平的持续时间0、t0(≠0)、t1(≠0、≠t0)的组合的、最多12个阈值条件(作为规定的阈值条件的在比较部370中初始设定的阈值条件与其它阈值条件的总和)。另外，例如在不进行被测定物w的测定而仅移动被测定物w时，条件存储部368存储了作为1个信号的电平sl5与3个电平的持续时间0、t0(≠0)、t1(≠0、≠t0)的组合的、最多3个阈值条件(作为规定的阈值条件的在比较部370中初始设定的阈值条件与其它阈值条件的总和)(并不限于此，在条件存储部368中存储有多个阈值条件即可)。也就是说，规定的阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间。另外，如图3所示，构成为根据主体装置101的改写信号ss来选择在3个第一比较部370a、第二比较部370b以及第三比较部370c中设定的阈值。也就是说，构成为通过从主体装置101输出的改写信号ss将规定的阈值条件改写为其它阈值条件。此外，也能够从主体装置101改写条件存储部368的阈值条件。
各个比较部370将作为信号合成部364的输出的合成信号sc与在条件存储部368中设定的阈值条件进行比较，在合成信号sc满足阈值条件的情况下，输出h电平(＝1)，在除此以外的情况下输出l电平(＝0)。即，在合成信号sc满足阈值条件的情况下，数字触摸信号cp连续地处于h电平(并不限于此，也可以在合成信号sc为阈值条件以上时，持续地输出脉冲式的数字触摸信号cp)。此外，虽然比较部370可以在硬件中设置3个，但也可以在1个fpga中利用软件来构成所有的比较部370。
如图3所示，主体装置101表示测定系统100中的除测定探针300以外的整体结构。即，主体装置101为以下结构：将测定探针300以能够移动的方式支承，根据信号处理电路320的输出来求出被测定物w的形状。此外，在图3中，主体装置101仅示出了与数字触摸信号cp有关的部分。
如图3所示，主体装置101具备主体处理部102。主体处理部102具有图1所示的运动控制器700和主计算机800的功能。主体处理部102接收数字触摸信号cp，根据第一比较部370a和第二比较部370b的输出满足了互不相同的阈值条件，求出被测定物w的形状。即，在图4和图5所示的数字触摸信号cp1、cp2均为h电平的情况下，主体处理部102能够以数字触摸信号cp1的开始时间为接触到被测定物w的时间来求出被测定物w的形状。
接着，使用图4a、图4b、图4c来说明进行被测定物w的测定时的比较部370的动作。在图4a中，纵轴表示信号的电平sl，横轴表示经过时间t(图5a、图6a也同样)。例如，设为向比较部370输入了图4a所示的合成信号sc，在第一比较部370a中设定了阈值条件(信号的电平sl1、电平的持续时间0)，在第二比较部370b中设定了阈值条件(信号的电平sl2、电平的持续时间0)。于是，从第一比较部370a输出图4c所示的数字触摸信号cp1。而且，从第二比较部370b输出图4b所示的数字触摸信号cp2。此外，在本实施方式中，仅在测定探针300不测定被测定物w而仅移动时使用第三比较部370c。即，在该情况下，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366使用信号的电平sl1、sl2不同且这些电平的持续时间相同的2个阈值条件(例如电平的持续时间为0)来输出数字触摸信号cp1、cp2(这种情况实际上为信号的电平sl2远大于信号的电平sl1(例如，大几倍)时。如果信号的电平sl2与信号的电平sl1相比几乎不变(2倍以下)，则期望信号的电平sl2的持续时间为0以上。也就是说，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366使用信号的电平sl1、sl2不同、且这些信号的电平中的较高的电平sl2的持续时间为信号的电平中的较低的电平sl1的持续时间以上的2个规定的阈值条件，来输出数字触摸信号cp)。
或者，设为向比较部370输入图5a所示的合成信号sc，在第一比较部370a中设定了阈值条件(信号的电平sl1、电平的持续时间0)，在第二比较部370b中设定了阈值条件(信号的电平sl1、电平的持续时间t0)。于是，从第一比较部370a输出图5c所示的数字触摸信号cp1。而且，从第二比较部370b输出图5b所示的数字触摸信号cp2。由于合成信号sc超过信号的电平sl1且持续了电平的持续时间t0以上，因此输出了数字触摸信号cp2。此外，在本实施方式中，也在测定探针300不测定被测定物w而仅移动时使用第三比较部370c。即，在该情况下，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366使用信号的电平sl1相同且电平的持续时间0、t0不同的2个阈值条件来输出数字触摸信号cp1、cp2。
此外，在测定探针300不测定被测定物w而仅移动时，信号输出部366使用比在测定被测定物w时使用的信号的电平大的阈值条件来输出数字触摸信号。例如，在测定探针300不测定被测定物w而仅移动时，向比较部370输入图6a所示的合成信号sc，在第三比较部370c中设定了阈值条件(信号的电平sl5、电平的持续时间0)。于是，从第三比较部370c输出图6b所示的数字触摸信号cp3。在该情况下，主体处理部102不求出被测定物w的形状，而是向驱动机构220输出用于使测定探针300的移动中止的指令。
这样，在本实施方式中，信号处理电路320具备信号合成部364和信号输出部366，其中，该信号输出部366在合成信号sc满足了阈值条件时将数字触摸信号cp输出到主体装置101。而且，信号输出部366具备将阈值条件与合成信号sc进行比较的3个比较部370。而且，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366输出与第一比较部370a及第二比较部370b的输出相应的数字触摸信号cp。即，从信号输出部366输出阈值条件不同的数字触摸信号cp。在此，由于从测定探针300输出的是数字触摸信号cp，因此具有高的抗噪声性。而且，由于数字触摸信号cp由阈值条件不同的数字触摸信号构成，因此其中一个数字触摸信号cp的准确性能够利用另一个数字触摸信号cp来验证。例如，能够根据是否存在在低灵敏度阈值条件下得到的数字触摸信号cp2来判定是否通过真实地接触到被测定物w而获得在高灵敏度的阈值条件下得到的数字触摸信号cp1。另外，也能够根据彼此的数字触摸信号cp的出现频率等来估计测定精度、测定稳定性、偏差等。
另外，在本实施方式中，信号输出部366具备条件存储部368，该条件存储部368存储多个能够改写在比较部370中初始设定的阈值条件的其它阈值条件。因此，在通过从主体装置101输出的改写信号ss来改写为其它阈值条件时，能够将改写信号ss设为只是单纯选择为条件存储部368中存储的其它阈值条件的简单信号。也就是说，能够使改写信号ss更加简单，与从外部直接改写阈值条件相比，能够安全且可靠地设定阈值条件。并且，通过改写信号ss，无需一个一个地卸下测定探针300，能够一边使测定探针300进行动作一边选择最佳的阈值条件。此外，并不限于此，也可以卸下测定探针后选择阈值条件。
另外，在本实施方式中，数字触摸信号cp以并行数字数据的形式被输出。因此，输出数字触摸信号cp的电路能够使电路结构比以串行数据的形式输出的电路结构简化，因此容易确保测定探针300的轻量化、低成本化、稳定动作。同时，由于数字触摸信号cp是并行数字数据，因此与串行数字数据的情况相比，能够加快对测定探针300的测定的响应速度。
另外，在本实施方式中，阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间。因此，与仅基于信号的电平来选择阈值条件的情况相比，能够引入时间的因素，因此能够多方面地确保数字触摸信号cp的准确性。此外，并不限于此，也可以仅利用信号的电平或者仅利用该电平的持续时间来构成阈值条件。
另外，在本实施方式中，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366能够使用信号的电平不同、且信号的电平中的较高的一方的持续时间为信号的电平中的较低的一方的持续时间以上的2个阈值条件来输出数字触摸信号cp。因此，在信号的电平的差异是导致测定精度等降低的主要原因的情况下，能够更加适当地确定阈值条件。
另外，在本实施方式中，在进行被测定物w的测定时，信号输出部366能够使用信号的电平相同且这些电平的持续时间不同的2个阈值条件来输出数字触摸信号cp。因此，在持续时间的差异是导致测定精度等降低的主要原因的情况下，能够更加适当地确定阈值条件。
另外，在本实施方式中，在测定探针300不测定被测定物w而仅移动时，信号输出部366使用比在测定被测定物w时使用的信号的电平大的阈值条件(的信号的电平sl5)来输出数字触摸信号cp。这样，通过使用比在测定被测定物w时使用的信号的电平大的阈值条件，在测定探针300进行不测定的移动时，仅在发生意外的碰撞的情况下输出数字触摸信号cp，因此能够实现测定探针300的迅速的移动，并且能够仅在测定探针300发生碰撞时可靠地进行检测。此外，在本实施方式中，能够设定多个此时的信号的电平的持续时间，能够在单纯的移动中不会因干扰振动而错误地输出数字触摸信号cp。
即，在本实施方式中，能够实现一种能够在确保高的抗噪声性的同时稳定地进行高精度的测定的测定探针300以及测定系统100。
列举第一实施方式来对本发明进行了说明，但本发明并不限定于第一实施方式。即，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行改良以及设计的变更，这是不言而喻的。
例如，在第一实施方式中，数字触摸信号cp以并行数字数据的形式输出，但是本发明不限定于此。例如，也可以是如图7所示的第二实施方式那样。在第二实施方式中，与第一实施方式不同，数字触摸信号cp只是被变换为串行数字数据并被输出。因此，除了与信号输出部466的变换相关的变换部472的结构以外，与第一实施方式相比基本上仅变更了附图标记的第一位，并省略说明。此外，在第二实施方式中，也设为测定探针400与探针单元401相同。
在第二实施方式中，如图7所示，信号输出部466在比较部470的后级具备变换部472。变换部472将某个时间的数字触摸信号cp1、cp2的状态(l、h电平)作为1个数据单位(串行数据)并以固定的周期(例如，几khz)逐次发送。例如，在触针436没有接触被测定物w的状态下，数字触摸信号cp1、cp2均为l电平。而且，在从触针436开始接触被测定物w起直到数字触摸信号cp2变为h电平为止的期间，数字触摸信号cp1为h电平、数字触摸信号cp2为l电平的数据作为1个单位而以固定的时间间隔被发送。然后，在数字触摸信号cp2变为h电平之后，数字触摸信号cp1为h电平、数字触摸信号cp2为h电平的数据作为1个单位而以固定的时间间隔被发送。此时，在数字触摸信号cp1从l电平变为h电平之后，如果在仍然维持h电平的状态(持续满足第一比较部470a的阈值条件的状态)下数字触摸信号cp2变为h电平，则判断为是与被测定物w接触而产生的数字触摸信号(触发信号)。然后，主体处理部104能够将最初的数字触摸信号cp1变为h电平的时间作为接触到被测定物w的时间来求出被测定物w的形状。
在本实施方式中，由于数字触摸信号cp以串行数字数据的形式输出，因此能够从测定探针400减少数字触摸信号cp的信号线，因此特别是安装部的布线的引绕变得容易。
另外，在上述实施方式中，设为测定探针与测定探针单元相同，但本发明并不限定于此。例如，也可以是如图8所示的第三实施方式那样。在第三实施方式中，与上述实施方式不同，信号输出部566还具备与测定探针500连接的探针接口部574。也就是说，信号输出部566的一部分(探针接口部574)设置在测定探针500的外部。此外，除了与探针接口部574有关的结构以外，与第二实施方式相比基本上仅变更了附图标记的第一位，并说明省略。
在第三实施方式中，如图8所示，信号输出部566的探针接口部574与主体装置105连接。在此，在第一比较部570a、第二比较部570b以及第三比较部570c中分别设定条件存储部568的规定的阈值中的信号的电平，在第一比较部570a、第二比较部570b以及第三比较部570c中设定相同的电平的持续时间(即，0)。然后，探针接口部574与测定探针500连接，分别判定第一比较部570a、第二比较部570b以及第三比较部570c的输出的连续时间是否超过了应该在第一比较部570a、第二比较部570b以及第三比较部570c中设定的规定的阈值条件中的电平的持续时间。而且，探针接口部574构成为在第一比较部570a、第二比较部570b以及第三比较部570c的输出的连续时间超过这些电平的持续时间时输出数字触摸信号cp。
即，在本实施方式中为以下结构：在探针接口部574中进行了与在第一比较部570a、第二比较部570b及第三比较部570c中设定的、应该在第一比较部570a、第二比较部570b及第三比较部570c中被处理的信号的电平的持续时间有关的处理。因此，能够简化测定探针500的处理，并且能够降低负荷。此外，存在在第一比较部570a和第二比较部570b中设定同一信号电平的情况，此时，在第一比较部570a和第二比较部570b中设定的阈值条件相同。
另外，在第三实施方式中，在探针接口部574中进行了与应该在第一比较部570a、第二比较部570b及第三比较部570c中被处理的信号的电平的持续时间有关的处理，但本发明并不限定于此。例如，也可以是如图9所示的第四实施方式那样。在第四实施方式中，与第三实施方式不同，设为测定探针600与探针单元601相同。而且，构成为在测定探针600中不存在条件存储部。因此，除了与第三实施方式不同的结构以外，基本上仅变更了附图标记的第一位，并省略说明。
在第四实施方式中，在主体处理部108中进行了第三实施方式的在探针接口部574中进行的处理。也就是说，主体处理部108与测定探针600连接，分别判定第一比较部670a、第二比较部670b以及第三比较部670c的输出的连续时间是否超过了应该在第一比较部670a、第二比较部670b以及第三比较部670c中设定的规定的阈值条件中的电平的持续时间。而且，在第一比较部670a、第二比较部670b以及第三比较部670c的输出的连续时间超过了这些电平的持续时间时，主体处理部108构成数字触摸信号cp。所构成的数字触摸信号cp在主体处理部108中被进一步进行处理。
因此，在本实施方式中，能够如第三实施方式那样简化测定探针600的处理，并且能够降低负荷。而且，不需要探针接口部。换言之，在本实施方式中，信号处理电路620具备信号合成部664和信号输出部666，其中，该信号输出部666在合成信号sc满足了规定的阈值条件的一部分时向主体装置107输出数字触摸信号cp1、cp2以及cp3。而且，信号输出部666具备将规定的阈值条件的一部分(信号的电平)与合成信号sc进行比较的3个比较部670a、670b以及670c，在进行被测定物w的测定时，输出与第一比较部670a、第二比较部670b的输出相应的数字触摸信号cp1、cp2。而且，规定的阈值条件具有信号的电平和该信号的电平的持续时间。而且，第一比较部670a、第二比较部670b中的规定的阈值条件的一部分被设为信号的电平，且该信号的电平的持续时间被设为全部相同(例如为0)。而且，可以说主体装置107为以下结构：在接收到数字触摸信号cp1、cp2时，对数字触摸信号cp1、cp2应用规定的阈值条件中的该信号的电平的持续时间，根据第一比较部670a和第二比较部670b的输出满足了规定的阈值条件，来求出被测定物w的形状。
此外，在本实施方式中，在测定探针600中不存在条件存储部。也就是说，在本实施方式中，用改写信号ss直接改写比较部670的阈值。此时，改写信号ss既可以是被预先存储到测定探针600的外部的阈值条件本身的信号，也可以是当场生成了阈值条件所得到的信号。
另外，在上述实施方式中，设为比较部为3个，但本发明不限定于此。例如，既可以是2个以上，也可以是4个以上。例如，也可以设置与能够以超过实际使用的比较部的数量的方式假定的规定的阈值条件的数量相当的比较部，并使该数字触摸信号全部输入到主体处理部。而且，也可以使得能够选择在主体处理部中对哪个比较部的输出进行处理。通过设为这样的结构，能够不需要来自主体处理部的改写信号，能够简化测定探针的内部的控制。
本发明能够广泛地应用于为了测定被测定物的三维形状而使用的探针单元以及测定系统。
对于本领域技术人员来说，显然上述实施例仅仅是说明性的，其代表了本发明原理的应用。在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下，本领域技术人员能够容易地设计出各种各样的其它布置。
1.一种探针单元，具有测定探针，该测定探针具备信号处理电路的至少一部分、触针以及检测元件，其中，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号，
所述探针单元的特征在于，
所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件时，将所述数字触摸信号输出到该探针单元的外部，
该信号输出部具备将所述规定的阈值条件的至少一部分与所述合成信号进行比较的多个比较部，
在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号。
2.根据权利要求1所述的探针单元，其特征在于，
所述信号输出部还具备条件存储部，该条件存储部存储多个能够改写在所述比较部中初始设定的所述规定的阈值条件的其它阈值条件。
3.根据权利要求1或2所述的探针单元，其特征在于，
所述数字触摸信号以并行数字数据的形式输出。
4.根据权利要求1或2所述的探针单元，其特征在于，
所述数字触摸信号以串行数字数据的形式输出。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的探针单元，其特征在于，
所述规定的阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间。
6.根据权利要求5所述的探针单元，其特征在于，
在所述2个以上的比较部中分别设定所述规定的阈值条件中的所述信号的电平，在所述2个以上的比较部中将所述电平的持续时间设定为相同，
所述信号输出部还具备探针接口部，该探针接口部与所述测定探针连接，分别判定所述2个以上的比较部的输出的连续时间是否超过了所述规定的阈值条件中的所述电平的持续时间，在所述2个以上的比较部的输出的连续时间超过了该电平的持续时间时，输出所述数字触摸信号。
7.根据权利要求5或6所述的探针单元，其特征在于，
在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部使用所述信号的电平不同、且该信号的电平中的较高的一方的持续时间为该信号的电平中的较低的一方的持续时间以上的2个所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
8.根据权利要求5或6所述的探针单元，其特征在于，
在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部使用所述信号的电平相同且该电平的持续时间不同的2个所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
9.根据权利要求7或8所述的探针单元，其特征在于，
在所述测定探针不测定所述被测定物而仅移动时，所述信号输出部使用比在进行所述被测定物的测定时使用的所述信号的电平大的所述规定的阈值条件，来输出所述数字触摸信号。
10.一种测定系统，具备：
测定探针，其具备触针、检测元件以及信号处理电路，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号；以及
主体装置，其将该测定探针以能够移动的方式支承，根据该信号处理电路的输出求出所述被测定物的形状，
所述测定系统的特征在于，
所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件时，将所述数字触摸信号输出到所述主体装置，
该信号输出部具备将所述规定的阈值条件与所述合成信号进行比较的多个比较部，
在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号，
所述主体装置接收所述数字触摸信号，根据所述2个以上的比较部的输出满足了所述规定的阈值条件来求出所述被测定物的形状。
11.一种测定系统，具备：
测定探针，其具备触针、检测元件以及信号处理电路，所述触针具有与被测定物接触的接触部，所述检测元件能够检测该接触部的移动，所述信号处理电路对该检测元件的输出进行处理并输出数字触摸信号；以及
主体装置，其将该测定探针以能够移动的方式支承，根据该信号处理电路的输出求出所述被测定物的形状，
所述测定系统的特征在于，
所述信号处理电路具备：信号合成部，其对所述检测元件的输出进行处理并输出将所述接触部的在互相正交的3个方向中的各个方向上的位移成分进行合成所得到的合成信号；以及信号输出部，其在该合成信号满足了规定的阈值条件的一部分时，将所述数字触摸信号输出到所述主体装置，
该信号输出部具备将所述规定的阈值条件的一部分与所述合成信号进行比较的多个比较部，
在进行所述被测定物的测定时，所述信号输出部输出与所述多个比较部中的2个以上的比较部的输出相应的所述数字触摸信号，
所述规定的阈值条件具有信号的电平和该电平的持续时间，
所述比较部中的所述规定的阈值条件的一部分被设为该信号的电平，且所述电平的持续时间被设为全部相同，
所述主体装置在接收到所述数字触摸信号时，对该数字触摸信号应用所述规定的阈值条件中的所述电平的持续时间，根据所述2个以上的比较部的输出满足了所述规定的阈值条件，来求出所述被测定物的形状。
12.根据权利要求10或11所述的测定系统，其特征在于，
通过从所述主体装置输出的改写信号将所述规定的阈值条件改写为其它阈值条件。
技术总结