JP2004053413A - Measuring device and measuring method using it - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小穴の内側部分の直径、溝の幅、真円度や表面粗さ等を測定可能な測定装置およびこれを用いた測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微小穴の内部形状の測定法の一つとして、電気的接触検知を用いたバイブロスキャニング法が知られている。バイブロスキャニング法では、被測定物に電気を流しておき、この被測定物の微小穴内に導電体により形成したプローブを挿入する。このプローブが微小穴の内面に接触した際、プローブと被測定物とが導通して電気が流れるため、そのときの電気信号を検出することにより測定する。
【0003】
ところが、このバイブロスキャニング法では、被測定物が導電体でない場合は測定することができない。この導電体でない(絶縁体の)被測定物の微小穴の測定法としては、2本の導電体プローブを被測定物の微小穴内に入れ、この2本の導電体プローブが互いに接触した際の導通を検出することにより測定する方法が知られている。
【0004】
また、特開平9−311015号公報に記載のように、被測定物の微小穴の一方から光を投射し、微小穴の壁面(被測定面)による反射像を観察することにより、この微小穴の内径を高精度に測定する光学式測長装置が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
バイブロスキャニング法のように電気的接触検知を用いた測定方法では、被測定物とプローブとが接触した際に、わずかながらスパークが発生してしまう。そのため、この発生したスパークによってプローブに電気的な力が作用し、測定誤差を生じることから、不正確な測定結果が出力される可能性がある。
【0006】
2本の導電体プローブを用いた測定方法では、被測定物の微小穴に2本のプローブを挿入する必要がある。したがって、たとえプローブの外径を小さくしても、測定可能な最小内径はそのプローブ外径の2倍以上に制限されてしまう。これらの電気的接触検知によって測定可能な最小内径は従来100μm程度である。
【0007】
光学式測長装置では、微小穴の一方から入射した光を被測定物の反対側へ通過させる必要があるため、測定する穴が被測定物を貫通しているものでなければ測定することができない。また、穴の途中に光の通過を阻害するような段差等がある場合にも測定することができない。
【0008】
そこで、本発明においては、被測定物を貫通していない極めて微小な止まり穴であっても、高精度にその微小穴の内側部分の直径、溝の幅、真円度や表面粗さ等を測定することが可能な測定装置およびこれを用いた測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の測定装置は、先端部に被測定物の被測定穴の内壁面に接触させる接触子を設けた棒状のプローブと、プローブの胴体表面に直接設けた歪みゲージと、歪みゲージの電気抵抗値の変化を検出する検出手段とを備えたものである。
【0010】
本発明によれば、プローブの先端部に設けた接触子の変位に応じて、このプローブの胴体表面に直接設けた歪みゲージの電気抵抗値の変化が検出され、この検出結果に基づく接触子の変位から、被測定物の被測定穴の内側部分の直径、溝の幅、真円度や表面粗さ等を算出することができる。
【0011】
ここで、接触子は、内壁面に点接触するものであることが望ましい。接触子の形状を円錐状、角錐状や球状として被測定穴の内壁面に点接触させることで、接触子と内壁面との接触箇所がより明確となるからである。
【0012】
歪みゲージは、接触子と同じ側の面と、プローブの軸に対してこの面と対称な位置関係にある面に一対に設けるのが望ましい。これにより、接触子の変位が、プローブの軸に対して互いに対称な位置関係にある面に一対に設けた歪みゲージの伸び変形と縮み変形の両方に変換されるため、歪みゲージの電気抵抗値のより大きな変化として検出される。
【0013】
本発明の測定装置を用いた被測定穴の真円度の測定方法は、プローブの接触子を被測定穴の内壁面に接触させ、被測定穴の中心線を回転軸として被測定物を回転させたときの検出手段の検出結果に基づいて被測定穴の真円度を算出するものである。
【0014】
この測定方法によれば、被測定穴の真円からの偏差が、被測定物を回転させたときの接触子の変位として検出されるため、これに基づいて被測定穴の真円度が算出される。
【0015】
本発明の測定装置を用いた被測定穴の表面粗さの測定方法は、プローブの接触子を被測定穴の内壁面に接触させ、プローブを被測定穴の軸方向に一定速度で移動させたときの検出手段の検出結果に基づいて被測定穴の表面粗さを算出するものである。
【0016】
この測定方法によれば、被測定穴の内壁面の凹凸が、プローブを被測定穴の軸方向に一定速度で移動させたときの接触子の変位として検出されるため、これに基づいて被測定穴の表面粗さが算出される。
【0017】
また、本発明の測定装置において、接触子を、歪みゲージと同じ側の面と、プローブの軸に対してこの面と対称な位置関係にある面に一対に設けたものとすることで、被測定穴の内径を測定することができる。
【0018】
この被測定穴の内径の測定方法は、プローブを被測定穴の壁面に向かって移動させる第1ステップと、プローブの一方の接触子が被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第2ステップと、プローブをもう一方の接触子の方向に移動させる第3ステップと、この接触子が被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置を検出手段の検出結果に基づいて特定する第4ステップと、第2ステップおよび第4ステップによりそれぞれ特定した二つの接触点の位置に基づいて接触点間の距離を算出する第5ステップとを、第1および第2ステップの移動方向と直角な方向の座標が異なる複数の測定位置において実行し、この各測定位置における接触点間の距離の最大値を被測定穴の内径として決定するものである。
【0019】
この測定方法によれば、互いに対称の面に一対に設けた各接触子の一方が被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置と、もう一方の接触子が被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置との間の距離(弦の長さ)が最大となる部分が、その被測定穴の内径として測定される。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態における測定装置の概略構成図である。
図1において、本実施形態における測定装置は、測定対象としての被測定物1と、被測定物1の被測定穴1aに挿入する測定用のマイクロプローブ2とを備える。また、測定装置は、被測定物1の超精密移動手段としてのそれぞれx方向(図面に対して垂直方向)、y方向(図1の左右方向)に移動可能なXテーブル3aおよびYテーブル3bを備える。被測定物1は、同じく被測定物1の超精密移動手段としてのXテーブル3a上で回転可能なCテーブル3c上に載置される。
【0021】
マイクロプローブ2は、超精密移動手段としてのz方向(図1の上下方向)に移動可能なZテーブル3dに固定されている。このZテーブル3dには、Cテーブル3c上の被測定物1を撮像するためのCCDカメラ4が設置されている。CCDカメラ4の出力はコンピュータ5に入力される。Xテーブル3a、Yテーブル3b、Cテーブル3cおよびZテーブル3dは、それぞれコンピュータ5によって動作制御される。
【0022】
図2(a)はマイクロプローブ2の側面図、(b)は正面図である。
本実施形態において、マイクロプローブ2の被測定穴1aへの挿入部2aは、一辺の長さが14μmの正方形断面を有する棒状の部材である。また、その先端部2bの両側面には、被測定穴1aの内壁面に接触させる接触子としてのダイヤモンド製のスタイラス7a,7bを対称に一対備える。なお、マイクロプローブ2は、正方形断面に限定されるものではなく、長方形断面や楕円形断面としてもよい。
【0023】
図3(a)は図2のA部を右側面からみた拡大図、図3(b)は同図(a)を下からみた図、図4は歪みゲージの拡大図である。
マイクロプローブ2の挿入部2aの根元部2cには、スタイラス7a,7bとそれぞれ同じ側の両側面に一対の歪みゲージ8a,8bを備える。歪みゲージ8a,8bは、リソグラフィ技術を利用してマイクロプローブ2の胴体表面に直接形成した1μm幅の銅パターンである。この歪みゲージ8a,8bは、歪みアンプ6を介してコンピュータ5に接続されている。なお、マイクロプローブ2は、絶縁体であるジルコニア(酸化ジルコニウム)を用いるが、絶縁体でない部材を用いる場合には絶縁体により被覆した後に銅パターンを施す。
【0024】
図5(a)は図2のB部の拡大図、図5(b)は同図(a)を下からみた図である。
図5に示すスタイラス7a,7bは、底面の径が10μmの円錐状であって、その頂点の角度は90°である。また、両頂点間の幅は24μmである。このような形状のスタイラス7a,7bは、被測定穴1aの内壁面1bに点接触する。なお、本測定装置によって内径等を測定するには被測定穴1aにマイクロプローブ2が挿入できればよいため、本測定装置により測定可能な被測定穴1aの最小内径は30μm程度となる。
【0025】
図6は別のスタイラスの例を示している。
図6に示すスタイラス9a,9bは、底面の幅が10μmの正方形の角錐状であって、その頂点の角度は90°である。また、このスタイラス9a,9bの場合、マイクロプローブ2の先端部2bを10μm幅の正方形断面へと一段細く形成しているため、スタイラス9a,9bの両頂点間の幅は20μmとなっている。なお、スタイラスの形状は半球状でもよい。要するに、被測定穴1aの内壁面1bに点接触するものであれば、スタイラスと内壁面1bとの接触範囲が狭まるため、接触箇所がより明確となり、高精度の測定を行うことが可能となる。
【0026】
ここで、図7および図8を用いてマイクロプローブ2における出力信号の発生原理について説明する。図7はマイクロプローブ2と被測定穴1aの内壁面1bとが接触した状態を示す模式図、図8は歪みアンプ6の回路図である。
【0027】
図7において、マイクロプローブ2の上部のスタイラス7aが被測定穴1aの内壁面1bに接触すると、このスタイラス7aと同じ側の面の歪みゲージ8a(R1)には引張歪みが発生し、他方の面の歪みゲージ8b(R2)には圧縮歪みが発生する。歪みアンプ6では、これら二つの歪みゲージ8a,8b(R1,R2)を図8に示すホイートストーンブリッジに組み込むことにより、歪みゲージ8a,8bの電気抵抗値の変化を検出する。
【0028】
図8において、R3およびR4は固定抵抗である。マイクロプローブ2のスタイラス7aが被測定穴1aの内壁面1bに接触していない状態(バランスが取れている状態)では、R1×R4=R2×R3であり、このときの出力信号Gはゼロである。しかし、スタイラス7aが内壁面1bに接触し、歪みゲージ8a,8b(R1,R2)に抵抗の変化が起こるとこのバランスが崩れ、その結果、歪み量に比例した電圧が出力される。この出力信号(電圧)G(V)がコンピュータ5へ入力される。
【0029】
以下、上記構成の測定装置を用いた各種測定方法について説明する。
〔内径測定〕
図9は被測定穴1aをz方向からみた図、図10は図9のC−C断面図である。内径測定は以下の手順により行う。
【0030】
ステップ1:CCDカメラ4による撮像画像に基づいてコンピュータ5により画像処理を行い、被測定穴1aの概略位置を把握する。
ステップ2:ステップ1の結果に基づいてXテーブル3a、Yテーブル3bおよびCテーブル3cを移動して被測定穴1aをマイクロプローブ2の直下に合わせ、Zテーブル3dを移動して被測定穴1aにマイクロプローブ2を挿入する。
【0031】
ステップ3:Yテーブル3bを移動させることによりマイクロプローブ2を被測定穴1a内のy方向に移動させ、スタイラス7aが被測定穴1aの内壁面1bに接触したときの歪みゲージ8a,8bの抵抗変化の信号をトリガとしてYテーブル3bを停止し、そのときのスタイラス7aの先端の位置(y座標y1)をコンピュータ5に記憶する。
【0032】
ステップ4:同様に、Yテーブル3bをステップ3と逆方向に移動させることによりマイクロプローブ2を被測定穴1a内の−y方向に移動させ、スタイラス7bが被測定穴1aの内壁面1bに接触したときの歪みゲージ8a,8bの抵抗変化の信号をトリガとしてYテーブル3bを停止し、そのときのスタイラス7bの先端の位置(y座標y2)をコンピュータ5に記憶する。
【0033】
ステップ5:コンピュータ5によってスタイラス7a,7bのそれぞれの接触点間の距離(y1−y2)を算出する。
ステップ6:マイクロプローブ2を(y1+y2)/2の位置に戻し、x方向に微少量移動させた後、ステップ1〜ステップ5を繰り返し行い、(y1−y2)の最大値を内径とする。
【0034】
なお、本実施形態においては、スタイラス7a,7bの先端の位置の取得の際、図11に示すグラフに基づいて位置補正を行っている。図11のグラフの横軸はマイクロプローブ2の移動量(μm)であり、縦軸は出力信号(電圧V)である。本測定装置では、出力信号Gが予め設定された閾値に達したときに、マイクロプローブ2が被測定穴1aの内壁面1bに接触したものと判断し、そのときの位置をコンピュータ5に記憶する。しかしながら、実際には出力信号Gがゼロから閾値まで増加する間にもマイクロプローブ2は移動しているため、この移動量を位置補正量として補正する。
【0035】
また、このような補正の他、Yテーブル3bの送り速度に関係して慣性によるYテーブル3bの行き過ぎや信号の遅れなどを考慮した補正を行うことも可能である。これらの補正は、上述の閾値に関連して、マイクロプローブ2は出力信号Gが閾値に達したときに停止すればよいが、慣性が大きかったり、移動速度が過大であったりした場合にマイクロプローブ2が行き過ぎることになるために行うものである。
【0036】
〔真円度測定〕
図12は被測定穴1aをz方向からみた図である。真円度測定は以下の手順により行う。
【0037】
ステップ1:CCDカメラ4による撮像画像に基づいてコンピュータ5により画像処理を行い、被測定穴1aの位置を正確に把握する。
ステップ2:ステップ1の結果に基づいてXテーブル3a、Yテーブル3bおよびCテーブル3cを移動して被測定穴1aをマイクロプローブ2の直下に合わせる。このとき、Cテーブル3cの回転中心に被測定穴1aの中心を一致させる。
【0038】
ステップ3:Zテーブル3dを移動して被測定穴1aにマイクロプローブ2を挿入し、マイクロプローブ2の中心軸をy軸に合わせる。
ステップ4:Yテーブル3bを移動させることによりマイクロプローブ2を被測定穴1a内のy方向に移動させ、スタイラス7aが被測定穴1aの内壁面1bに軽く接触した状態で、Cテーブル3bを回転させ、歪みアンプ6の出力信号G(V)をコンピュータ5に記録する。
【0039】
図13はコンピュータ5に記録された歪みアンプ6の出力信号の例を示している。図13の横軸はCテーブル3bの回転角(被測定物1の回転角)であり、縦軸は出力信号Gである。コンピュータ5は、図13の結果に基づいて真円度を算出する。なお、真円度の算出には、予め出力信号G(V)とスタイラス7aの変位量(μm)との関係を明らかにしておく必要がある。
【0040】
また、真円度を測定する場合、スタイラス7aの先端にはr=5〜10μmの丸みを持たせ、Cテーブル3bの回転時にスタイラス7aの先端が被測定穴1aの内壁面1bの凹凸に引っ掛からないようにするのが望ましい。これにより、スタイラス7aの先端が、内壁面1bの凹凸に追従しやすくなり、より正確な真円度の測定を行うことが可能となる。
【0041】
〔表面粗さ測定〕
図14は被測定穴1aをz方向からみた図、図15は図14のy軸における断面図である。表面粗さ測定は以下の手順により行う。
【0042】
ステップ1:CCDカメラ4による撮像画像に基づいてコンピュータ5により画像処理を行い、被測定穴1aの位置を正確に把握する。
ステップ2:ステップ1の結果に基づいてXテーブル3a、Yテーブル3bおよびCテーブル3cを移動して被測定穴1aをマイクロプローブ2の直下に合わせる。
【0043】
ステップ3:Zテーブル3dを移動して被測定穴1aにマイクロプローブ2を挿入し、スタイラス7aと被測定穴1aの内壁面1bとの接点がy軸上に来るようにする。
ステップ4:Zテーブル3dをz方向に一定速度で移動させ、そのときの歪みアンプ6の出力信号G(V)をコンピュータ5に記録する。
【0044】
図16はコンピュータ5に記録された歪みアンプ6の出力信号の例を示している。図16の横軸はZテーブル3dの移動量(マイクロプローブ2の移動量)であり、縦軸は出力信号Gである。コンピュータ5は、図16の結果に基づいて表面粗さを算出する。なお、表面粗さの算出には、予め出力信号G(V)とスタイラス7aの変位量(μm)との関係を明らかにしておく必要がある。
【0045】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏することができる。
【0046】
(1)先端部に被測定物の被測定穴の内壁面に接触させる接触子を設けた棒状のプローブと、プローブの胴体表面に直接設けた歪みゲージと、歪みゲージの電気抵抗値の変化を検出する検出手段とを備えたことにより、プローブの先端部の接触子を挿入できる程度の被測定穴であっても、このプローブを挿入すれば、その先端部に設けた接触子の変位に応じて被測定穴の内側部分の直径、溝の幅、真円度や表面粗さ等を高精度に測定することが可能となる。そのため、極めて微小な止まり穴であっても測定することが可能であり、プローブおよび接触子を小さく形成することでさらに微小な穴を測定することも可能となる。
【0047】
(2)接触子の形状を円錐状、角錐状や球状として被測定穴の内壁面に点接触させることで、接触子と内壁面との接触範囲が狭まるため、接触範囲がより明確となり、より高精度な測定を行うことが可能となる。
【0048】
(3)歪みゲージが、接触子と同じ側の面と、プローブの軸に対してこの面と対称な位置関係にある面に一対に設けたものであることによって、接触子の変位が、プローブの軸に対して互いに対称な位置関係にある面に一対に設けた歪みゲージの伸び変形と縮み変形の両方に変換され、歪みゲージの電気抵抗値のより大きな変化として検出されるため、より高精度な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における測定装置の概略構成図である。
【図2】(a)はマイクロプローブの側面図、(b)は正面図である。
【図3】(a)は図2のA部を右側面からみた拡大図、(b)は(a)を下からみた図である。
【図4】歪みゲージの拡大図である。
【図5】(a)は図2のB部の拡大図、(b)は(a)を下からみた図である。
【図6】別のスタイラスの例を示す図であって、(a)は図2のB部の拡大図、(b)は(a)を下からみた図である。
【図7】マイクロプローブと被測定穴の内壁面との接触状態を示す模式図である。
【図8】歪みアンプの回路図である。
【図9】内径測定に際して被測定穴をz方向からみた図である。
【図10】図9のC−C断面図である。
【図11】位置補正のグラフを示す図である。
【図12】真円度測定に際して被測定穴をz方向からみた図である。
【図13】真円度測定の際の歪みアンプの出力信号の例を示す図である。
【図14】表面粗さ測定に際して被測定穴をz方向からみた図である。
【図15】図14のy軸における断面図である。
【図16】表面粗さ測定の際の歪みアンプの出力信号の例を示す図である。
【符号の説明】
1 被測定物
1a 被測定穴
1b 内壁面
2 マイクロプローブ
2a 挿入部
2b 先端部
2c 根元部
3a Xテーブル
3b Yテーブル
3c Cテーブル
3d Zテーブル
4 CCDカメラ
5 コンピュータ
6 歪みアンプ
7a,7b,9a,9b スタイラス
8a,8b 歪みゲージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a measuring device capable of measuring a diameter of an inner portion of a micro hole, a width of a groove, a roundness, a surface roughness, and the like, and a measuring method using the same.
[0002]
[Prior art]
A vibro-scanning method using electrical contact detection is known as one of the methods for measuring the internal shape of a minute hole. In the vibro-scanning method, electricity is supplied to an object to be measured, and a probe formed of a conductor is inserted into a minute hole of the object to be measured. When the probe comes into contact with the inner surface of the minute hole, the probe and the object to be measured conduct, and electricity flows. Therefore, measurement is performed by detecting an electric signal at that time.
[0003]
However, in the vibro-scanning method, measurement cannot be performed when the object to be measured is not a conductor. As a method for measuring the minute hole of the non-conductive (insulating) object to be measured, two conductor probes are inserted into the minute hole of the object to be measured, and the two conductor probes are contacted with each other. A method of measuring by detecting continuity is known.
[0004]
Further, as described in JP-A-9-31015, light is projected from one of the minute holes of the object to be measured, and a reflection image from a wall surface (measurement surface) of the minute hole is observed. There is known an optical length measuring device for measuring the inner diameter of a lens with high accuracy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a measurement method using electrical contact detection, such as a vibro-scanning method, a slight spark is generated when an object to be measured contacts a probe. Therefore, an electric force acts on the probe due to the generated spark to cause a measurement error, and thus an inaccurate measurement result may be output.
[0006]
In the measurement method using two conductor probes, it is necessary to insert two probes into a minute hole of an object to be measured. Therefore, even if the outer diameter of the probe is reduced, the minimum measurable inner diameter is limited to twice or more the outer diameter of the probe. Conventionally, the minimum inner diameter that can be measured by the electrical contact detection is about 100 μm.
[0007]
In an optical length measuring device, it is necessary to pass the light incident from one of the micro holes to the opposite side of the object to be measured, so it is possible to measure unless the hole to be measured penetrates the object to be measured. Can not. Also, measurement cannot be performed when there is a step or the like in the middle of the hole that impedes the passage of light.
[0008]
Therefore, in the present invention, even for a very small blind hole that does not penetrate the measured object, the diameter of the inner part of the minute hole, the width of the groove, the roundness, the surface roughness, and the like can be accurately determined. It is an object of the present invention to provide a measuring device capable of measuring and a measuring method using the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The measuring device of the present invention includes a rod-shaped probe provided with a contact at the tip thereof for contacting an inner wall surface of a measured hole of an object to be measured, a strain gauge provided directly on a body surface of the probe, and an electric resistance of the strain gauge. Detecting means for detecting a change in the value.
[0010]
According to the present invention, a change in the electric resistance value of a strain gauge provided directly on the body surface of the probe is detected in accordance with the displacement of the contact provided at the tip of the probe, and the contact of the contact based on the detection result is detected. From the displacement, the diameter of the inside portion of the measured hole of the measured object, the width of the groove, the roundness, the surface roughness, and the like can be calculated.
[0011]
Here, it is desirable that the contact point contact the inner wall surface. This is because the point of contact between the contact and the inner wall surface becomes clearer by making the shape of the contact point conical, pyramidal, or spherical so as to make point contact with the inner wall surface of the hole to be measured.
[0012]
It is desirable to provide a pair of strain gauges on a surface on the same side as the contactor and on a surface symmetrical with respect to the axis of the probe. As a result, the displacement of the contact is converted into both elongation deformation and contraction deformation of a pair of strain gauges provided on a surface symmetrical to each other with respect to the axis of the probe. Is detected as a larger change in.
[0013]
In the method for measuring the roundness of a hole to be measured using the measuring device of the present invention, the contact of the probe is brought into contact with the inner wall surface of the hole to be measured, and the object to be measured is rotated around the center line of the hole to be measured. The roundness of the hole to be measured is calculated based on the detection result of the detecting means at the time of making the hole.
[0014]
According to this measuring method, since the deviation of the measured hole from the perfect circle is detected as the displacement of the contact when the measured object is rotated, the roundness of the measured hole is calculated based on this. Is done.
[0015]
In the method for measuring the surface roughness of a hole to be measured using the measuring device of the present invention, the contact of the probe is brought into contact with the inner wall surface of the hole to be measured, and the probe is moved at a constant speed in the axial direction of the hole to be measured. The surface roughness of the hole to be measured is calculated based on the detection result of the detecting means at that time.
[0016]
According to this measuring method, the unevenness of the inner wall surface of the hole to be measured is detected as the displacement of the contact when the probe is moved at a constant speed in the axial direction of the hole to be measured. The surface roughness of the hole is calculated.
[0017]
In the measuring device of the present invention, the contact is provided in a pair on a surface on the same side as the strain gauge and on a surface symmetrical to this surface with respect to the probe axis. The inner diameter of the measurement hole can be measured.
[0018]
The method for measuring the inner diameter of the hole to be measured includes a first step of moving the probe toward the wall surface of the hole to be measured, and a position of a contact point when one contact of the probe contacts the wall surface of the hole to be measured. A second step of specifying based on the detection result of the detecting means, a third step of moving the probe in the direction of the other contact, and a position of a contact point when the contact comes into contact with a wall surface of the hole to be measured And a fifth step of calculating the distance between the contact points based on the positions of the two contact points specified by the second step and the fourth step, respectively. The measurement is performed at a plurality of measurement positions having different coordinates in the direction perpendicular to the movement directions of the first and second steps, and the maximum value of the distance between the contact points at each measurement position is determined as the inner diameter of the hole to be measured. It is.
[0019]
According to this measuring method, the position of the contact point when one of the contacts provided in a pair on the symmetrical surface is in contact with the wall surface of the hole to be measured, and the other contact is on the wall surface of the hole to be measured. The portion where the distance (the length of the chord) between the contact point and the position of the contact point is maximum is measured as the inner diameter of the measured hole.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the measuring apparatus according to the present embodiment includes an object 1 to be measured and a
[0021]
The
[0022]
FIG. 2A is a side view of the
In the present embodiment, the
[0023]
3A is an enlarged view of a portion A in FIG. 2 as viewed from the right side, FIG. 3B is a view of FIG. 3A as viewed from below, and FIG. 4 is an enlarged view of the strain gauge.
The
[0024]
5A is an enlarged view of a portion B in FIG. 2, and FIG. 5B is a view of FIG.
The
[0025]
FIG. 6 shows another example of a stylus.
The
[0026]
Here, the generation principle of the output signal in the
[0027]
In FIG. 7, when the
[0028]
In FIG. 8, R 3 and R 4 are fixed resistors. In a state where the
[0029]
Hereinafter, various measuring methods using the measuring device having the above configuration will be described.
(Inner diameter measurement)
FIG. 9 is a diagram of the measured
[0030]
Step 1: Image processing is performed by the
Step 2: Based on the result of Step 1, move the X table 3a, the Y table 3b and the C table 3c to align the hole to be measured 1a immediately below the
[0031]
Step 3: By moving the Y table 3b, the
[0032]
Step 4: Similarly, the
[0033]
Step 5: The
Step 6: Return the
[0034]
In this embodiment, when acquiring the positions of the tips of the
[0035]
In addition to the above correction, it is also possible to perform a correction in consideration of the overtravel of the Y table 3b due to inertia, a delay of a signal, and the like in relation to the feed speed of the Y table 3b. These corrections can be performed by stopping the
[0036]
(Roundness measurement)
FIG. 12 is a diagram of the measured
[0037]
Step 1: Image processing is performed by the
Step 2: The X table 3a, the Y table 3b, and the C table 3c are moved based on the result of step 1 so that the hole to be measured 1a is directly below the
[0038]
Step 3: The
Step 4: By moving the Y table 3b, the
[0039]
FIG. 13 shows an example of an output signal of the distortion amplifier 6 recorded in the
[0040]
When measuring the roundness, the tip of the
[0041]
(Surface roughness measurement)
FIG. 14 is a view of the measured
[0042]
Step 1: Image processing is performed by the
Step 2: The X table 3a, the Y table 3b, and the C table 3c are moved based on the result of step 1 so that the hole to be measured 1a is directly below the
[0043]
Step 3: The
Step 4: The Z table 3d is moved at a constant speed in the z direction, and the output signal G (V) of the distortion amplifier 6 at that time is recorded in the
[0044]
FIG. 16 shows an example of an output signal of the distortion amplifier 6 recorded in the
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0046]
(1) A rod-shaped probe provided with a contact at its tip for making contact with the inner wall surface of the hole to be measured, a strain gauge provided directly on the body surface of the probe, and a change in the electric resistance value of the strain gauge. With the provision of a detecting means for detecting, even if the measured hole is large enough to allow the contact at the tip of the probe to be inserted, if this probe is inserted, it will respond to the displacement of the contact provided at the tip. Thus, it is possible to measure the diameter, the width of the groove, the roundness, the surface roughness, and the like of the inner portion of the measured hole with high accuracy. Therefore, even a very small blind hole can be measured, and a smaller hole can be measured by making the probe and the contact small.
[0047]
(2) The point of contact between the contact and the inner wall surface is reduced by making the shape of the contact point conical, pyramidal, or spherical, and the contact range between the contact and the inner wall surface is narrowed. Highly accurate measurement can be performed.
[0048]
(3) Since the strain gauges are provided as a pair on a surface on the same side as the contact and on a surface symmetrical with respect to the axis of the probe, the displacement of the contact is Are converted into both extension and contraction deformations of a pair of strain gauges provided on a surface symmetrical to each other with respect to the axis of the axis, and detected as a larger change in the electrical resistance of the strain gauges. Accurate measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
2A is a side view of a microprobe, and FIG. 2B is a front view.
3A is an enlarged view of a portion A in FIG. 2 as viewed from the right side, and FIG. 3B is a diagram of FIG. 2A as viewed from below.
FIG. 4 is an enlarged view of a strain gauge.
5A is an enlarged view of a portion B in FIG. 2, and FIG. 5B is a view of FIG.
6A and 6B are diagrams showing another example of the stylus, wherein FIG. 6A is an enlarged view of a portion B in FIG. 2, and FIG. 6B is a diagram of FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a contact state between a microprobe and an inner wall surface of a hole to be measured.
FIG. 8 is a circuit diagram of a distortion amplifier.
FIG. 9 is a diagram of a hole to be measured as viewed from the z direction when measuring the inner diameter.
FIG. 10 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a graph of position correction.
FIG. 12 is a view of a hole to be measured as viewed from the z direction when measuring roundness.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an output signal of a distortion amplifier when measuring roundness.
FIG. 14 is a diagram of a hole to be measured as viewed from the z direction when measuring the surface roughness.
15 is a cross-sectional view along the y-axis in FIG.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an output signal of a distortion amplifier when measuring surface roughness.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記プローブの接触子を前記被測定穴の内壁面に接触させ、前記被測定穴の中心線を回転軸として前記被測定物を回転させたときの前記検出手段の検出結果に基づいて前記被測定穴の真円度を算出する測定方法。A rod-shaped probe provided with a contact at the tip that makes contact with the inner wall surface of the hole to be measured, a strain gauge provided directly on the body surface of the probe, and a change in the electrical resistance value of the strain gauge detected. A method of measuring the roundness of a hole to be measured using a measuring device having a detecting means,
The contact of the probe is brought into contact with the inner wall surface of the hole to be measured, and the measured object is measured based on a detection result of the detecting means when the object to be measured is rotated around a center line of the measured hole as a rotation axis. A measuring method for calculating the roundness of a hole.
前記プローブの接触子を前記被測定穴の内壁面に接触させ、前記プローブを前記被測定穴の軸方向に一定速度で移動させたときの前記検出手段の検出結果に基づいて前記被測定穴の表面粗さを算出する測定方法。A rod-shaped probe provided with a contact at the tip that makes contact with the inner wall surface of the hole to be measured, a strain gauge provided directly on the body surface of the probe, and a change in the electrical resistance value of the strain gauge detected. A method for measuring the surface roughness of the hole to be measured using a measuring device having a detecting means to
The contact of the probe is brought into contact with the inner wall surface of the hole to be measured, and the probe is moved at a constant speed in the axial direction of the hole to be measured. A measuring method for calculating surface roughness.
前記プローブを前記被測定穴の壁面に向かって移動させる第1ステップと、
前記プローブの一方の接触子が前記被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置を前記検出手段の検出結果に基づいて特定する第2ステップと、
前記プローブをもう一方の接触子の方向に移動させる第3ステップと、
この接触子が前記被測定穴の壁面に接触したときの接触点の位置を前記検出手段の検出結果に基づいて特定する第4ステップと、
前記第2ステップおよび第4ステップによりそれぞれ特定した二つの接触点の位置に基づいて前記接触点間の距離を算出する第5ステップとを、
前記第1および第2ステップの移動方向と直角な方向の座標が異なる複数の測定位置において実行し、
この各測定位置における接触点間の距離の最大値を前記被測定穴の内径として決定する測定方法。A rod-shaped probe provided with a contact at the tip that makes contact with the inner wall surface of the hole to be measured, a strain gauge provided directly on the body surface of the probe, and a change in the electrical resistance value of the strain gauge detected. Measuring device, wherein the contactor is provided in a pair on a surface on the same side as the strain gauge and a surface symmetrical to this surface with respect to the axis of the probe. A method for measuring the inner diameter of the measured hole used,
A first step of moving the probe toward a wall surface of the measured hole;
A second step of specifying a position of a contact point when one contact of the probe comes into contact with a wall surface of the hole to be measured based on a detection result of the detection unit;
A third step of moving the probe in the direction of the other contact;
A fourth step of specifying a position of a contact point when the contact is in contact with the wall surface of the hole to be measured based on a detection result of the detection unit;
A fifth step of calculating a distance between the contact points based on the positions of the two contact points specified in the second step and the fourth step,
Executing at a plurality of measurement positions having different coordinates in a direction perpendicular to the moving direction of the first and second steps;
A measurement method in which the maximum value of the distance between contact points at each measurement position is determined as the inner diameter of the measured hole.
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2002
- 2002-07-19 JP JP2002211181A patent/JP2004053413A/en active Pending
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