JP2000111334A - 表面追従型測定機 - Google Patents

表面追従型測定機

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JP2000111334A JP10277851A JP27785198A JP2000111334A JP 2000111334 A JP2000111334 A JP 2000111334A JP 10277851 A JP10277851 A JP 10277851A JP 27785198 A JP27785198 A JP 27785198A JP 2000111334 A JP2000111334 A JP 2000111334A
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
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    • G01—MEASURING; TESTING
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  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、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。 【解決手段】 測定力指令値テーブル４９に、スタイラ
スホルダの種類（Ｈ１，Ｈ２）、スタイラスの種類（Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３）、測定方向（上向き、または、下向
き）、検出器の傾き角度の各組合せに対応して、測定ア
ームに最適な測定力を与える測定力指令値α１，α２，
α３……を記憶しておく。測定に際して、それらの組合
せが指定されると、ＣＰＵは、指定された組合せに対応
する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、その測定力指令値を測定力調整手段に与え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【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１
４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。
【０００６】
【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。
【０００７】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。
【０００８】また、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でけでなく、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１
０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１
３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１
１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１
１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ＣＰＵ４
５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，Ｈ
２）、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１
０）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，α
２，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４
８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１
０）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（Ｈ
１，Ｈ２）、スタイラス１５の種類（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３）、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 ４５ ＣＰＵ（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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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。
  2. 【請求項２】 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。
  3. 【請求項３】 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。
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