JP3992853B2

JP3992853B2 - 表面追従型測定機

Info

Publication number: JP3992853B2
Application number: JP27785198A
Authority: JP
Inventors: 篤鶴田; 修造上野
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: DE19947001B4; US6209217B1; JP2000111334A; DE19947001A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面追従型測定機に関する。詳しくは、スタイラスを被測定物の表面に接触させ、この状態で両者を相対移動させながら被測定物の表面粗さや輪郭を測定する表面追従型測定機に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の表面粗さや輪郭を測定するための測定機として、表面粗さ・輪郭測定機が知られている。
中でも、この種の測定機のうち接触式の測定機として、図８に示すように、図示しない移動機構によって被測定物に対して移動されるフレーム１０と、このフレーム１０に軸１２を介して揺動可能に支持され先端にスタイラス１５を有する測定アーム１１と、この測定アーム１１のスタイラス１５が被測定物の表面に所定測定力で接するように測定アーム１１の測定力を調整するバランスウエイト１６と、前記測定アーム１１の揺動変位量を検出する差動トランスなどの変位検出手段２１とからなる検出器５を備えた構成の測定機が知られている。
【０００３】
ここで、測定アーム１１については、被測定物の各種表面形状に追従できるように、先端部分のスタイラス１５およびこれを保持するスタイラスホルダ１４が交換可能に構成されている。
測定に際しては、被測定物の表面形状に対応するスタイラス１５およびスタイラスホルダ１４に交換し、この状態において、測定アーム１１のスタイラス１５を被測定物の表面に接触させたのち、移動手段によって測定アーム１１を被測定物の表面に沿って移動させる。すると、被測定物の表面形状に応じて測定アーム１１が揺動するので、その揺動変位量が変位検出手段２１によって検出される。この測定アーム１１の揺動変位量と移動量とから被測定物の表面形状などを求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の表面粗さ・輪郭測定機では、被測定物の表面形状に対応して、スタイラス１５およびスタイラスホルダ１４を交換する毎に、テンションゲージや電子はかりなどを用いて、バランスウエイト１６を調整し（バランスウエイト１６の位置を測定アーム１１の長手方向へ移動し）、スタイラス１５と被測定物との接触力、つまり、測定力が所定値になるように調整作業を行う必要があったため、作業効率が悪いうえ、測定者にとって大きな負担になっていた。
【０００５】
本発明の目的は、従来の欠点を解消するためになされたもので、被測定物の表面形状に対応して、スタイラスおよびスタイラスホルダの少なくとも一方を交換しても、作業者に負担をかけることなく、測定力を能率的にかつ正確に適正測定力に設定することができる表面追従型測定機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の表面追従型測定機は、被測定物に対して相対移動可能な本体と、この本体に変位可能に支持され、先端に交換可能なスタイラスホルダおよびスタイラスを有する測定アームと、この測定アームの変位を検出する変位検出手段と、前記測定アームにかかる測定力を調整可能な測定力調整手段と、前記測定アームの複数種類のスタイラスホルダ、複数種類のスタイラス、測定方向および前記本体の傾き角度の組合せにそれぞれ対応して予め測定力指令値を記憶した測定力指令値テーブルと、前記本体の傾き角度を検出する角度検出手段と、前記測定アームのスタイラスホルダおよびスタイラスの少なくとも一方を交換したとき、交換したスタイラスホルダの種類およびスタイラスの種類を指定するとともに、測定方向を指定する指定手段と、この指定手段によって指定されたスタイラスホルダの種類、スタイラスの種類および測定方向と、前記角度検出手段によって検出された本体の傾き度との組合せに対応する測定力指令値を前記測定力指令値テーブルから読み出し、その測定力指令値を前記測定力調整手段に与える制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、測定アームのスタイラスが被測定物の表面に接した状態において、本体と被測定物とが相対移動すると、測定アームのスタイラスが被測定物の表面を追従しながら変位するので、測定アームも被測定物の表面粗さや輪郭形状によって変位される。すると、この変位が変位検出手段によって検出され、この検出値から被測定物の表面粗さや輪郭形状が求められる。
ここで、被測定物の表面形状に対応して、測定アームのスタイラスホルダおよびスタイラスの少なくとも一方を交換したのち、交換したスタイラスホルダの種類およびスタイラスの種類を指定手段によって指定すると、指定されたスタイラスホルダの種類およびスタイラスの種類の組合せに対応する測定力指令値が測定力指令値テーブルの中から読み出され、この測定力指令値が測定力調整手段に与えられる。つまり、測定力調整手段によって、測定力がその測定力指令値に制御されるから、測定アームのスタイラスホルダおよびスタイラスの少なくとも一方を交換した場合でも、作業者に負担をかけることなく、測定アームにかかる測定力を能率的かつ正確に適正測定力に設定することができる。
また、測定力指令値テーブルには、測定アームの複数種類のスタイラスホルダ、複数種類のスタイラス、測定方向および本体の傾き角度の組合せにそれぞれ対応して予め測定力指令値が記憶されているから、つまり、スタイラスホルダの種類やスタイラスの種類の組合せだけでなく、測定方向（たとえば、上向き、下向きなど）および本体の傾き角度を含めて最適な測定力を設定することができる。従って、測定アームにかかる測定力をより正確に適正測定力にすることができる。
この際、本体の傾き角度については、角度検出手段によって自動的に検出されるから、つまり、作業者が本体の傾き角度を手動入力しなくてもよいから、作業者の負担を軽減しつつ、正確な測定力を設定できる。
【００１０】
また、前記測定力調整手段は、前記本体に取り付けられた回転力発生部と、前記回転力発生部の主軸に取り付けられたワイヤ巻付用プーリと、前記本体に取り付けられ、前記測定用アームを挟んで両側に配置された方向転換用プーリと、前記ワイヤ巻付用プーリおよび前記方向転換用プーリに掛け回され、両端を前記測定用アームに固定されたワイヤとを備えるようにしてもよい。
また、前記測定アームにかかる測定力を検出する測定力検出手段を含み、前記制御手段は、前記測定力指令値テーブルから読み出した測定力指令値を前記測定力調整手段に与えるとともに、前記測定力検出手段によって検出された測定力検出値が測定力指令値になるように、前記測定力調整手段を制御するようにしてもよい。
このようにすれば、測定力検出手段によって検出された測定力検出値が測定力指令値になるように、測定力調整手段が制御されるから、測定力を測定力指令値に正確に設定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の表面追従型測定機を示している。同表面追従型測定機は、被測定物１を載置する測定台２と、この測定台２上に立設されたコラム３と、このコラム３に沿って上下方向（Ｚ方向）へ昇降可能に設けられたスライダ６と、このスライダ６に旋回装置７を介して旋回可能に取り付けられた検出器送り装置４と、この検出器送り装置４の下方に接続されその検出器送り装置４によって移動（通常Ｘ方向へ移動）される検出器５とから構成されている。なお、旋回装置７の旋回角度、つまり、検出器５の傾き角度は、角度検出手段８によって検出されている。
【００１２】
前記検出器５は、図２に示すように、前記検出器送り装置４に接続される本体としてのフレーム１０を備える。フレーム１０には、揺動可能な測定アーム１１と、この測定アーム１１の揺動変位量を検出する差動トランスなどからなる変位検出手段２１と、前記測定アーム１１にかかる測定力を調整可能な測定力調整手段３１とがそれぞれ設けられている。
前記測定アーム１１は、前記フレーム１０の下部に軸１２を支点として揺動可能に支持されたウエイト棒１３と、このウエイト棒１３の先端に交換可能に連結されたスタイラスホルダ１４と、このスタイラスホルダ１４の先端に交換可能に取り付けられたスタイラス１５とを備える。
【００１３】
ここで、スタイラスホルダ１４は、予め複数種類が用意され、この中から被測定物１の測定面に適したものが選択されてウエイト棒１３に取り付けられるようになっている。たとえば、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、ストレート管状のスタイラスホルダＨ１、および、先端が直角に曲がった心違いスタイラスホルダＨ２などの中から選択されたいずれかのスタイラスホルダが交換可能に取り付けられるようになっている。
また、スタイラス１５も、予め複数種類が用意され、この中から被測定物１の測定面に適したものが選択されてスタイラスホルダ１４に取り付けられるようになっている。たとえば、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、先端片側を斜めにカットした片角スタイラスＳ１、先端両側を斜めにカットした両角スタイラスＳ２、および、先端を円錐状にカットした円錐スタイラスＳ３などの中から、選択されたいずれかのスタイラスが交換可能に取り付けられるようになっている。
【００１４】
前記測定力調整手段３１は、測定アーム１１に所定の測定力を付加できる構造に構成されている。たとえば、図５に示すように、前記フレーム１０の下面に取り付けられた回転力発生部（ロータリソレノイドや正逆回転可能なモータなど）３２と、この回転力発生部３２の主軸に取り付けられたワイヤ巻付用プーリ３３と、前記測定アーム１１のウエイト棒１３を挟んで両側に配置されかつ前記フレーム１０に図示しないプレートを介して取り付けられた方向転換用プーリ３４，３５と、これらプーリ３３，３４，３５に掛け回され、両端を前記ウエイト棒１３の上下面に固定したワイヤ３６とを備える構造に構成されている。
【００１５】
いま、回転力発生部３２が図５中反時計方向へ回転すると、ワイヤ３６を介してウエイト棒１３が反時計方向へ回動付勢され、これにより、測定アーム１１には下向きの測定力が加えられるようになっている。
また、回転力発生部３２が図５中時計方向へ回転すると、ワイヤ３６を介してウエイト棒１３が時計方向へ回動付勢され、これにより、測定アーム１１には上向きの測定力が加えられるようになっている。この場合には、スタイラス１５が上向きになるように、スタイラスホルダ１４が図中二点鎖線の状態で取り付けられる。つまり、測定方向（上向き測定、あるいは、下向き測定）によって、スタイラスホルダ１４の取付姿勢や、測定力を加える方向が変えられるようになっている。
【００１６】
図６は測定力の調整、設定を行うための装置のブロック図である。同図に示すように、前記角度検出手段８は、インターフェース４１およびＡ／Ｄ変換器４２を介して制御手段としてのＣＰＵ４５に接続されている。また、前記測定力調整手段３１は、インターフェース４３およびＤ／Ａ変換器４４を介して前記ＣＰＵ４５に接続されている。
ＣＰＵ４５には、記憶手段としてのメモリ４６、指定手段としての入力装置４７および表示手段としての表示装置４８がそれぞれ接続されている。
【００１７】
前記メモリ４６には、測定データなどを記憶するエリアのほかに、測定力指令値テーブル４９が設けられている。測定力指令値テーブル４９には、図７に示すように、スタイラスホルダ１４の種類（Ｈ１，Ｈ２）、スタイラス１５の種類（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）、測定方向（上向き、または、下向き）、検出器５（本体１０）の傾き角度（０°，１５°，３０°，４５°，６０°，７５°）の組合せに対応して、測定アーム１１に最適な測定力を与えるための測定力指令値（ここでは、回転力発生部を動作させるための電流値など）α１，α２，α３……が記憶されている。
たとえば、スタイラスホルダＨ１とスタイラスＳ１との組合せの場合には、測定方向が上向きのとき、傾き角度が０°，１５°，３０°，４５°，６０°，７５°の条件での最適な測定力指令値α１……α６が記憶されている。
【００１８】
なお、測定力指令値テーブル４９には、新規にスタイラスホルダ１４とスタイラス１５との組合せに対応する測定力指令値を、入力装置４７から作業者が適宜登録できるようになっている。
また、測定力指令値テーブル４９に既に登録されている測定力指令値についても、入力装置４７からの作業者の操作によって、簡易に適宜変更できるようになっている。
【００１９】
前記入力装置４７においては、表示装置４８を見ながら、交換された（使用する）スタイラスホルダ１４の種類およびスタイラス１５の種類のほか、測定方向（上向き、または、下向き）を指定できるようになっている。なお、検出器５（本体１０）の傾き角度については、角度検出手段８からの信号が、インターフェース４１およびＡ／Ｄ変換器４２を介してＣＰＵ４５に入力されている。
ＣＰＵ４５は、入力装置４７によって指定されたスタイラスホルダ１４の種類およびスタイラス１５の種類および測定方向（上向き、または、下向き）と、角度検出手段８から与えられる検出器５（本体１０）の傾き角度との組合せに対応する測定力指令値を前記メモリ４６の測定力指令値テーブル４９から読み出し、その測定力指令値を前記測定力調整手段３１に与える。
【００２０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
測定に際して、被測定物１の表面形状に対応して最適なスタイラスホルダ１４およびスタイラス１５に交換したのち、入力装置４７において、交換したスタイラスホルダ１４の種類（Ｈ１，Ｈ２）およびスタイラス１５の種類（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）、測定方向（上向き、または、下向き）を指定する。
【００２１】
すると、ＣＰＵ４５は、指定されたスタイラスホルダ１４の種類（Ｈ１，Ｈ２）、スタイラス１５の種類（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）および測定方向（上向き、または、下向き）と、角度検出手段８で検出された角度との組合せに対応す測定力指令値を測定力指令値テーブル４９の中から読み出し、この測定力指令値を測定力調整手段３１に与える。
これにより、測定力調整手段３１において、回転力発生部３２は、与えられた測定力指令値で駆動される結果、測定アーム１１に作用する測定力がその測定力指令値に制御される。
【００２２】
こののち、測定を行う。被測定物１の表面に適正測定力でスタイラス１５が接した状態において、検出器送り装置４を作動させると、検出器５が移動される。すると、スタイラス１５が被測定物１の表面を追従しながら上下方向へ変位するので、測定アーム１１が揺動される。すると、その測定アーム１１の揺動量が変位検出手段２１によって検出され、この検出値から被測定物１の表面粗さや輪郭形状が求められる。
【００２３】
従って、本実施形態によれば、測定力指令値テーブル４９に、スタイラスホルダ１４の種類（Ｈ１，Ｈ２）、スタイラス１５の種類（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）、測定方向（上向き、または、下向き）、検出器５（本体１０）の傾き角度（０°，１５°，３０°，４５°，６０°，７５°）の各組合せに対応して、測定アーム１１に最適な測定力を与える測定力指令値を記憶しておき、測定に際して、それらの組合せを指定すれば、その組合せに対応する測定力指令値が測定力指令値テーブル４９の中から読み出され、その測定力指令値が測定力調整手段３１に与えられるから、自動的に最適な測定力に設定することができる。よって、作業者に負担をかけることなく、測定力を能率的にかつ正確に適正測定力に設定することができる。
【００２４】
また、これらの組合せのうち、検出器５（本体１０）の傾き角度については、角度検出手段８によって自動的に検出されるから、作業者が手動入力する必要がない。つまり、入力装置４７から手動で入力する手間が省けるから、作業者の負担をより軽減することができる。
また、従来のように、測定アーム１１の長手方向へバランスウエイトを移動可能に設けなくてもよいから、検出器５の筐体から外部へ突出する部分がなくなり、装置全体もコンパクト化できる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施の形態で説明した構成に限定されず、本発明の目的を達成せきる範囲での変形、改良は、本発明に含まれる。
たとえば、測定力調整手段３１については、前記実施形態で述べた構成に限らず、フレーム１０にリニアガイドを介して可動部材を図２中上下方向へ移動可能に設け、この可動部材をリンクを介して前記測定アーム１１に連結するとともに、可動部材を摺動させるアクチュエータを設けた構成でもよい。
この場合、アクチュエータとしては、磁石とコイルとからなるボイスコイル、あるいは、リニアモータなどでもよく、要するに、測定アーム１１にかかる測定力を変化させることができるものであれいずれでもよい。
【００２６】
また、前記実施形態では、測定力指令値テーブル４９に検出器５（本体１０）の傾き角度を１５°間隔で記憶したが、角度検出手段８で検出される傾き角度がその間の角度の場合には、その前後の角度に対応する測定力指令値を基に比例計算によって測定力指令値を算出するようにすればよい。
また、測定力指令値テーブル４９から読み出された測定力指令値を、入力装置４７における作業者の操作によって、適宜変更できるようにしてもよい。このようにすると、測定しようとする被測定物の材質が傷がつきやすいものの場合でも、測定力指令値を低く変更することにより、傷などの発生も防止できる。
【００２７】
また、前記実施形態では、測定圧指令値を測定力調整手段３１に与えるだけであったが、歪みゲージなどの測定力検出手段によって、測定アーム１１にかかる測定力を検出し、この測定力検出値をＣＰＵ４５へ与え、ＣＰＵ４５において、測定力検出値が測定力指令値になるように測定力調整手段３１を制御するようにすれば、より正確に測定力を設定することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の表面追従型測定機によれば、測定力指令値テーブルに、複数種類のスタイラスホルダおよび複数種類のスタイラスの組合せにそれぞれ対応して、測定アームに最適な測定力を与える測定力指令値を記憶しておき、測定に際して、それらの組合せを指定すると、その組合せに対応する測定力指令値を読み出し、その読み出した測定力指令値を測定力調整手段に与えるようにしたので、自動的に最適な測定力に設定することができる。よって、作業者に負担をかけることなく、測定力を能率的にかつ正確に適正測定力に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面追従型測定機の一実施形態を示す正面図である。
【図２】同上実施形態における検出器の内部構造を示す図である。
【図３】同上実施形態で用いるスタイラスホルダの種類を示す斜視図である。
【図４】同上実施形態で用いるスタイラスの種類を示す図である。
【図５】同上実施形態における測定力調整手段を示す図である。
【図６】同上実施形態における制御装置を示すブロック図である。
【図７】同上実施形態における測定力指令値テーブルを示す図である。
【図８】従来の表面追従型測定機における検出器を示す図である。
【符号の説明】
１被測定物
８角度検出手段
１０フレーム（本体）
１１測定アーム
１４スタイラスホルダ
１５スタイラス
２１変位検出手段
３１測定力調整手段
４５ＣＰＵ（制御手段）
４７入力装置（指定手段）
４９測定力指令値テーブル

Claims

被測定物に対して相対移動可能な本体と、
この本体に変位可能に支持され、先端に交換可能なスタイラスホルダおよびスタイラスを有する測定アームと、
この測定アームの変位を検出する変位検出手段と、
前記測定アームにかかる測定力を調整可能な測定力調整手段と、
前記測定アームの複数種類のスタイラスホルダ、複数種類のスタイラス、測定方向および前記本体の傾き角度の組合せにそれぞれ対応して予め測定力指令値を記憶した測定力指令値テーブルと、
前記本体の傾き角度を検出する角度検出手段と、
前記測定アームのスタイラスホルダおよびスタイラスの少なくとも一方を交換したとき、交換したスタイラスホルダの種類およびスタイラスの種類を指定するとともに、測定方向を指定する指定手段と、
この指定手段によって指定されたスタイラスホルダの種類、スタイラスの種類および測定方向と、前記角度検出手段によって検出された本体の傾き度との組合せに対応する測定力指令値を前記測定力指令値テーブルから読み出し、その測定力指令値を前記測定力調整手段に与える制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面追従型測定機。
請求項１に記載の表面追従型測定機において、
前記測定力調整手段は、
前記本体に取り付けられた回転力発生部と、
前記回転力発生部の主軸に取り付けられたワイヤ巻付用プーリと、
前記本体に取り付けられ、前記測定用アームを挟んで両側に配置された方向転換用プーリと、
前記ワイヤ巻付用プーリおよび前記方向転換用プーリに掛け回され、両端を前記測定用アームに固定されたワイヤとを備えることを特徴とする表面追従型測定機。
請求項１または請求項２に記載の表面追従型測定機において、
前記測定アームにかかる測定力を検出する測定力検出手段を含み、
前記制御手段は、前記測定力指令値テーブルから読み出した測定力指令値を前記測定力調整手段に与えるとともに、前記測定力検出手段によって検出された測定力検出値が測定力指令値になるように、前記測定力調整手段を制御することを特徴とする表面追従型測定機。