表面性状測定機
【課題】穴の内面測定時に、測定アームの姿勢を切り替えても、スタイラスや被測定物を損傷することが少ない表面性状測定機を提供する。
【解決手段】揺動可能な測定アーム２４、この測定アームの先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂ、および、測定アームの揺動量を検出する検出部２７を有するスタイラス変位検出器２０と、被測定物を載置するステージと、検出器とステージとを相対移動させる相対移動機構とを備えた表面性状測定機において、測定アームが揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０と、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームの姿勢が切替動作された際に、測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構７０とを備える。
【解決手段】揺動可能な測定アーム２４、この測定アームの先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂ、および、測定アームの揺動量を検出する検出部２７を有するスタイラス変位検出器２０と、被測定物を載置するステージと、検出器とステージとを相対移動させる相対移動機構とを備えた表面性状測定機において、測定アームが揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０と、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームの姿勢が切替動作された際に、測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構７０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状測定機に関する。詳しくは、被測定物の表面に接触するスタイラスを有する検出器を備えた表面性状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている。
【０００３】
表面性状測定機は、通常、回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられたスタイラス、および、測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、検出器とステージとを相対移動させる相対移動機構とを備える。
測定時、スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、相対移動機構により検出器とステージとを相対移動させながら検出部によって測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する。
【０００４】
従来、この種の表面性状測定機において、例えば、円筒ワークの内径上下面を測定する場合、先端に下向きのスタイラスを有するアームを検出器本体に取り付けて、円筒ワークの内径下面を測定したのち、アームを取り外し、スタイラスの向きを上向きにしてアームを検出器本体に取り付けて、円筒ワークの内径上面を測定する必要があった。これでは、アームの取り外し、取り付け作業を必要とするため、測定時間がかかる。
【０００５】
そこで、測定アームの取り外しや取り付けを行わなくても、円筒ワークの内径上下面を測定できるようにした構造のものが提案されている（特許文献１参照）。
これは、測定アームの先端に上向きのスタイラスと、下向きのスタイラスとを設け、測定アームの先端を上向きに付勢した姿勢で円筒ワークの内径上面を測定したのち、測定アームの先端を下向きに付勢した姿勢に切り替えて、円筒ワークの内径下面を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−８３２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の表面性状測定機では、被測定物の表面形状などにスタイラスが追従できるように、測定アームと回転軸との間の摩擦が殆どない構造であるため、図１１に示すように、測定アーム２４の切替動作時にスタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物Ｗに衝突し、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの先端が破損したり、あるいは、被測定物Ｗが傷つくという課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、穴の内面測定時に、測定アームの姿勢を切り替えても、スタイラスや被測定物を損傷することが少ない表面性状測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面性状測定機は、回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられ前記測定アームの揺動方向に向かって突出する一対のスタイラス、および、前記測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、前記検出器と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、前記相対移動機構により前記検出器と前記ステージとを相対移動させながら前記検出部によって前記測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、前記測定アームが前記揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構と、前記測定アーム姿勢切替機構によって前記測定アームの姿勢が切替動作された際に、前記測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構とを備えた、ことを特徴とする。
ここで、測定アームの切替動作速度を予め設定された速度とは、スタイラスが被測定物に接触した際に、スタイラスや被測定物が損傷しない程度の速度をいう。
【００１０】
このような構成によれば、被測定物の穴の内面を測定する際、まず、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームが揺動方向の一方向に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの一方を穴の内面に接触させる。
例えば、測定アームが回転軸を支点に上下方向へ揺動可能に支持されている場合、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームの先端が揺動方向の上方向に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの一方（例えば、上向きスタイラス）を穴の上面に接触させる。この状態において、相対移動機構により検出器とステージとを穴の軸方向へ相対移動させると、検出部によって測定アームの揺動量が検出され、この揺動量から穴の上面の表面性状が測定される。
【００１１】
次に、穴の下面を測定する場合、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームが揺動方向の他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの他方（例えば、下向きのスタイラス）を穴の下面に接触させる。このとき、測定アームが揺動方向の一方向（上方向）から他方向（下方向）へ切替動作されると、速度制御機構によって測定アームの切替動作速度が予め設定された速度に制御される。従って、測定アームの切替動作速度を一定速度以下に抑えることができるから、スタイラスが穴（被測定物）の内面に衝突したときの衝撃を抑えることができる。そのため、スタイラスや被測定物の損傷を少なくすることができる。
こののち、相対移動機構により検出器とステージとを穴の軸方向へ相対移動させると、検出部によって測定アームの揺動量が検出され、この揺動量から穴の下面の表面性状が測定される。
【００１２】
本発明の表面性状測定機において、前記検出部は、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を検出する測定アーム速度検出手段と、切替動作方向に応じた指令速度信号を発生する指令速度信号発生手段と、前記指令速度信号と前記切替動作速度との差を出力する差分出力手段と、この差分出力手段からの出力に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、構成が好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構によって、測定アームが揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、測定アーム速度検出手段により、位置検出器からのパルス信号を基に測定アームの切替動作速度が検出される。そして、この検出された切替動作速度と指令速度信号発生手段から出力される指令速度信号との差が求められ、この差に基づいてボイスコイルに流す電流が制御されるから、測定アームの切替動作速度を指令速度信号発生手段から出力される指令速度信号に保つことができる。従って、測定アームの切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アームの切替動作速度を被測定物の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構は、測定アームの揺動量を検出する位置検出器からのパルス信号を利用しているから、測定アームの切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【００１４】
本発明の表面性状測定機において、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号を発生する制御信号出力手段と、この制御信号出力手段からの制御信号に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、構成が好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構によって、測定アームが揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、演算制御手段により、位置検出器からのパルス信号を基に測定アームの切替動作速度が演算されるとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号が発生される。そして、この演算制御手段からの制御信号に基づいて、定電流回路からボイスコイルに流す電流が発生されるから、測定アームの切替動作速度を指令速度に保つことができる。従って、測定アームの切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アームの切替動作速度を被測定物の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構は、測定アームの揺動量を検出する位置検出器からのパルス信号を利用しているから、測定アームの切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。
【図２】同上実施形態のＸ軸駆動機構およびスタイラス変位検出器を示す図。
【図３】同上実施形態の測定アーム姿勢切替機構を示す図。
【図４】同上実施形態の速度制御機構を示すブロック図。
【図５】同上実施形態において、穴内面測定時の状態を示す図。
【図６】同上実施形態において、穴内面測定時の拡大図。
【図７】同上実施形態において、ベアリング内径測定時の状態を示す図。
【図８】同上実施形態において、厚み測定時の状態を示す図。
【図９】同上実施形態において、厚み測定時の拡大図。
【図１０】同上実施形態において、速度制御機構の変形例を示すブロック図。
【図１１】従来の測定アーム姿勢切替機構の問題点を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜表面性状測定機の説明（図１〜図４参照）＞
本実施形態に係る表面性状測定機は、図１に示すように、ベース１と、このベース１上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有するスタイラス変位検出器２０と、このスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備える。
【００１８】
相対移動機構４０は、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に設けられスタイラス変位検出器２０をステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の昇降方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを備える。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、スタイラス変位検出器２０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、スタイラス変位検出器２０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを含む三次元移動機構によって構成されている。
【００１９】
Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｘ軸駆動機構４５は、図２に示すように、Ｚスライダ４３に固定された駆動機構本体４６と、この駆動機構本体４６にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール４７と、このガイドレール４７に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ４８と、このＸスライダ４８のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器４９と、Ｘスライダ４８をガイドレール４７に沿って移動させる送り機構５０とを備える。
送り機構５０は、駆動機構本体４６にガイドレール４７と平行に設けられＸスライダ４８に螺合された送りねじ軸５１と、駆動源としてのモータ５２と、このモータ５２の回転を送りねじ軸５１に伝達する回転伝達機構５３とから構成されている。回転伝達機構５３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
【００２０】
スタイラス変位検出器２０は、図２に示すように、Ｘスライダ４８にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持されたブラケット２２と、このブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂと、測定アーム２４の揺動量を検出する検出部２７と、ブラケット２２、測定アーム２４、検出部２７を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。
【００２１】
測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能に支持された第１測定アーム２４Ａと、この第１測定アーム２４Ａの先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４Ｂとから構成されている。
スタイラス２６Ａ，２６Ｂは、第２測定アーム２４Ｂに対して揺動方向に突出して設けられている。つまり、第２測定アーム２４Ｂに対して上向きのスタイラス２６Ａと下向きのスタイラス２６Ｂとが上下方向に直角に突出して設けられている。
検出部２７は、測定アーム２４の揺動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。例えば、ケーシング２８に測定アーム２４の揺動範囲に沿って設けられたスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向して測定アーム２４に取り付けられ検出ヘッド（図示省略）とを備える。
【００２２】
測定アーム２４の途中、具体的には、第１測定アーム２４Ａの途中には、測定アーム２４が揺動方向の一方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢および他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０が設けられているとともに、この測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の姿勢が切替動作された際に、測定アーム２４の切替動作速度を予め設定された指令速度に制御する速度制御機構７０が設けられている。
【００２３】
測定アーム姿勢切替機構６０は、図３に示すように、第１測定アーム２４Ａの途中に設けられた円筒状の磁石６１と、この磁石６１内を通ってケーシング２８に固定され測定アーム２４を回転軸２３を支点として揺動方向の一方向（上方向）および他方向（下方向）へ付勢するボイスコイル６２によって構成されている。従って、ボイスコイル６２に電流を流すことにより、ボイスコイル６２から発生する電磁力と磁石６１の磁力により、測定アーム２４の磁石６１がボイルコイル６２に引きつけられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。なお、ボイルコイル６２に電流が流れていない状態においては、測定力は零、つまり、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４Ａ側の重量と、第２測定アーム２４Ｂ側の重量とがバランスされている状態に保たれている。
【００２４】
速度制御機構７０は、図４に示すように、パソコン（ＰＣ）などの制御装置７１から出力される切替動作指令（上向きまたは下向き切替動作指令）に応じて予め設定した速度に対応する電圧Ａ（指令速度信号）を発生するＣＰＵなどからなる指令速度信号発生手段７２と、この指令速度信号発生手段７２からの電圧Ａ（デジタル信号）をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ７３と、検出部２７からのパルス信号（周波数）を基に測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂ（切替動作速度信号）を出力する測定アーム速度検出手段としての周波数電圧コンバータ７４と、指令速度信号（電圧Ａ）と切替動作速度信号（電圧Ｂ）との差電圧Ｃを出力する差分出力手段としての減算器７５と、この減算器７５からの差電圧Ｃを電流に変換し測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に与える定電流回路７６とを含んで構成されている。ここで、指令速度信号発生手段７２から発生される電圧Ａ(指令速度信号)は、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接触した際に、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物が損傷することがない速度に設定されている。
【００２５】
＜測定例１（図５および図６参照）＞
測定例１は、被測定物Ｗ１の穴Ｈの内面を測定する例である。
図５に示すように、被測定物Ｗ１をステージ１０の上に載置する。次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗの穴Ｈ内に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が例えば下方向に付勢される姿勢に切り替えて、下向きスタイラス２６Ｂを穴Ｈの下面に接触させる（図６参照）。
この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを穴Ｈの軸方向（Ｘ軸方向）へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から穴Ｈの下面の表面性状が測定される。
【００２６】
次に、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２の先端が上方向に付勢される姿勢に切り替えて、上向きのスタイラス２６Ａを穴Ｈの上面に接触させる。このとき、測定アーム２４の先端が下方向から上方向へ切替動作されると、速度制御機構７０によって測定アーム２４の切替動作速度が予め設定された速度に制御される。
【００２７】
つまり、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４の先端が下方向から上方向へ切替動作されると、検出部２７から測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、測定アーム速度検出手段としての周波数電圧コンバータ７４により、検出部２７からのパルス信号を基に測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂが検出される。そして、この測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂと指令速度信号発生手段７２から出力される指令速度信号に応じた電圧Ａとの差電圧Ｃが求められ、この差電圧Ｃに基づいてボイスコイル６２に流す電流が制御されるから、測定アーム２４の切替動作速度を指令速度信号発生手段７２から出力される指令速度信号に保つことができる。
【００２８】
従って、測定アーム２４の切替動作速度を一定速度以下に抑えることができるから、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが穴Ｈの内面に衝突したときの衝撃を抑えることができる。そのため、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物Ｗ１の損傷を少なくすることができる。
また、測定アーム２４の切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アーム２４の切替動作速度を被測定物Ｗ１の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構７０は、測定アーム２４の揺動量、つまり、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの変位を検出する検出部２７からのパルス信号を利用しているから、測定アーム２４の切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【００２９】
こののち、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを穴の軸方向（Ｘ軸方向）へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から穴Ｈの上面の表面性状が測定される。
【００３０】
＜測定例２（図７参照）＞
測定例２は、被測定物Ｗ２としてのボールベアリングを測定する例である。
図７に示すように、ボールベアリング８０（ボール８１と、このボール８１を保持するリング状のホルダ８２）では、ホルダ８２の内周面に断面凹面状のボール収納溝８３が形成され、このボール収納溝８３内にボール８１が保持される。ボールベアリング８０を評価する要素の一つとして、ボール収納溝８３内に収納されるボール８１の中心を結ぶピッチ円直径ＰＤを測定する必要がある。
このような場合でも、測定例１と同じようにして、ボール収納溝８３の下側の凹面を測定し、この測定結果から凹面の中心を求める。次に、測定アーム２４の付勢方向を上方向に切り替えて、ボール収納溝８３の上側の凹面を測定し、この測定結果から凹面の中心を求めれば、これら中心間距離からボール収納溝８３内に収納されるボール８１の中心を結ぶピッチ円直径ＰＤを測定することができる。
【００３１】
＜測定例３（図８および図９参照）＞
測定例３は、板状の被測定物Ｗ３の厚みを測定する例である。
図８に示すように、被測定物Ｗ３を固定用治具９１を介してステージ１０の上に載置する。次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗ３の下面側に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が揺動方向の上方向に付勢される姿勢に切り替えて、上向きスタイラス２６Ａを被測定物の下面に接触させる（図９参照）。
この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とをＸ軸方向へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から被測定物Ｗ３の下面の表面性状が測定される。
【００３２】
次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗ３の上面側に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が揺動方向の下方向に付勢される姿勢に切り替えて、下向きスタイラス２６Ｂを被測定物Ｗ３の上面に接触させる。この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とをＸ軸方向へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から被測定物Ｗ３の上面の表面性状が測定される。
このようにして得られた被測定物Ｗ３の下面表面性状と、被測定物Ｗ３の上面表面性状とから、被測定物Ｗ３の厚みｔや段差ｄなどを正確に求めることができる。
【００３３】
＜変形例（図１０参照）＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、速度制御機構７０については、上記実施形態の構成に限られない。例えば、図１０に示すように、検出部２７からのパルス信号（位置情報）を基に測定アーム２４の切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような電圧（制御信号）を発生する演算制御手段７７と、この演算制御手段７７からの電圧（制御信号）をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ７３と、このデジタルアナログコンバータ７３からの出力に基づいてボイスコイル６２に流す電流を発生させる定電流回路７６とを備えた構成でもよい。
【００３４】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４が揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号（位置情報）が出力される。すると、演算制御手段７７は、移動開始からの時間を計測するとともに、この計測時間と検出部２７からのパルス信号（位置情報）とから現在の測定アーム２４の切替動作速度を演算し、この演算した切替動作速度と制御装置７１から与えられる切替動作指令に対応した指令速度とを比較し、切替動作速度が指令速度になるような電圧（制御信号）を発生する。その結果、演算制御手段７７からの制御信号に基づいて、定電流回路７６からボイスコイル６２に流す電流が発生されるから、測定アーム２４の切替動作速度を指令速度に保つことができる。従って、上記実施形態の効果と同様な効果が期待できる。
【００３５】
また、測定アーム姿勢切替機構６０についても、上記実施形態では、測定アーム２４を回転軸２３と支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイル６２を含んで構成したが、例えば、リニアモータ機構を用いた機構であってもよい。
また、揺動方向については、上記実施形態では上下方向であったが、水平方向であってもよく、あるいは、上下方向や水平方向以外の斜め方向へ揺動する構造でもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、測定アーム２４の上下にスタイラス２６Ａ，２６Ｂを直角に突設したが、スタイラス２６Ａ，２６Ｂは測定アーム２４に対して直角でなくてもよい。例えば、測定アーム２４に対して傾斜して設けられていてもよく、測定アーム２４の揺動方向に突出する構造であれば、取り付け角度は問わない。
【００３７】
また、上記実施形態において、ボイスコイル６２に流す電流によって、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接する圧力（測定圧）が変化するから、制御装置７１において、切替動作指令（上向きまたは下向き切替動作指令）とともに、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物が損傷することがない速度以下の任意の切替動作速度を指令すると、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接するときの圧力（測定圧）も調整することができる。従って、被測定物の材質に最適な測定圧で測定を行うことができる。
【００３８】
また、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ、スタイラス変位検出器２０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ１０とスタイラス変位検出器２０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、例えば、穴内面の測定、板状の被測定物の厚み測定などを自動測定する場合などに利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ステージ、
２０…検出器、
２３…回転軸、
２４…測定アーム、
２６Ａ，２６Ｂ…スタイラス、
２７…検出部、
４０…相対移動機構、
６０…測定アーム姿勢切替機構、
６１…磁石、
６２…ボイスコイル、
７０…速度制御機構、
７２…指令速度信号発生手段、
７４…周波数電圧コンバータ（測定アーム速度検出手段）、
７５…減算器、
７６…定電流回路、
７７…演算制御手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状測定機に関する。詳しくは、被測定物の表面に接触するスタイラスを有する検出器を備えた表面性状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている。
【０００３】
表面性状測定機は、通常、回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられたスタイラス、および、測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、検出器とステージとを相対移動させる相対移動機構とを備える。
測定時、スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、相対移動機構により検出器とステージとを相対移動させながら検出部によって測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する。
【０００４】
従来、この種の表面性状測定機において、例えば、円筒ワークの内径上下面を測定する場合、先端に下向きのスタイラスを有するアームを検出器本体に取り付けて、円筒ワークの内径下面を測定したのち、アームを取り外し、スタイラスの向きを上向きにしてアームを検出器本体に取り付けて、円筒ワークの内径上面を測定する必要があった。これでは、アームの取り外し、取り付け作業を必要とするため、測定時間がかかる。
【０００５】
そこで、測定アームの取り外しや取り付けを行わなくても、円筒ワークの内径上下面を測定できるようにした構造のものが提案されている（特許文献１参照）。
これは、測定アームの先端に上向きのスタイラスと、下向きのスタイラスとを設け、測定アームの先端を上向きに付勢した姿勢で円筒ワークの内径上面を測定したのち、測定アームの先端を下向きに付勢した姿勢に切り替えて、円筒ワークの内径下面を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−８３２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の表面性状測定機では、被測定物の表面形状などにスタイラスが追従できるように、測定アームと回転軸との間の摩擦が殆どない構造であるため、図１１に示すように、測定アーム２４の切替動作時にスタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物Ｗに衝突し、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの先端が破損したり、あるいは、被測定物Ｗが傷つくという課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、穴の内面測定時に、測定アームの姿勢を切り替えても、スタイラスや被測定物を損傷することが少ない表面性状測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面性状測定機は、回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられ前記測定アームの揺動方向に向かって突出する一対のスタイラス、および、前記測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、前記検出器と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、前記相対移動機構により前記検出器と前記ステージとを相対移動させながら前記検出部によって前記測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、前記測定アームが前記揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構と、前記測定アーム姿勢切替機構によって前記測定アームの姿勢が切替動作された際に、前記測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構とを備えた、ことを特徴とする。
ここで、測定アームの切替動作速度を予め設定された速度とは、スタイラスが被測定物に接触した際に、スタイラスや被測定物が損傷しない程度の速度をいう。
【００１０】
このような構成によれば、被測定物の穴の内面を測定する際、まず、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームが揺動方向の一方向に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの一方を穴の内面に接触させる。
例えば、測定アームが回転軸を支点に上下方向へ揺動可能に支持されている場合、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームの先端が揺動方向の上方向に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの一方（例えば、上向きスタイラス）を穴の上面に接触させる。この状態において、相対移動機構により検出器とステージとを穴の軸方向へ相対移動させると、検出部によって測定アームの揺動量が検出され、この揺動量から穴の上面の表面性状が測定される。
【００１１】
次に、穴の下面を測定する場合、測定アーム姿勢切替機構によって測定アームが揺動方向の他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替えて、一対のスタイラスの他方（例えば、下向きのスタイラス）を穴の下面に接触させる。このとき、測定アームが揺動方向の一方向（上方向）から他方向（下方向）へ切替動作されると、速度制御機構によって測定アームの切替動作速度が予め設定された速度に制御される。従って、測定アームの切替動作速度を一定速度以下に抑えることができるから、スタイラスが穴（被測定物）の内面に衝突したときの衝撃を抑えることができる。そのため、スタイラスや被測定物の損傷を少なくすることができる。
こののち、相対移動機構により検出器とステージとを穴の軸方向へ相対移動させると、検出部によって測定アームの揺動量が検出され、この揺動量から穴の下面の表面性状が測定される。
【００１２】
本発明の表面性状測定機において、前記検出部は、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を検出する測定アーム速度検出手段と、切替動作方向に応じた指令速度信号を発生する指令速度信号発生手段と、前記指令速度信号と前記切替動作速度との差を出力する差分出力手段と、この差分出力手段からの出力に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、構成が好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構によって、測定アームが揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、測定アーム速度検出手段により、位置検出器からのパルス信号を基に測定アームの切替動作速度が検出される。そして、この検出された切替動作速度と指令速度信号発生手段から出力される指令速度信号との差が求められ、この差に基づいてボイスコイルに流す電流が制御されるから、測定アームの切替動作速度を指令速度信号発生手段から出力される指令速度信号に保つことができる。従って、測定アームの切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アームの切替動作速度を被測定物の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構は、測定アームの揺動量を検出する位置検出器からのパルス信号を利用しているから、測定アームの切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【００１４】
本発明の表面性状測定機において、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号を発生する制御信号出力手段と、この制御信号出力手段からの制御信号に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、構成が好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構によって、測定アームが揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、演算制御手段により、位置検出器からのパルス信号を基に測定アームの切替動作速度が演算されるとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号が発生される。そして、この演算制御手段からの制御信号に基づいて、定電流回路からボイスコイルに流す電流が発生されるから、測定アームの切替動作速度を指令速度に保つことができる。従って、測定アームの切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アームの切替動作速度を被測定物の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構は、測定アームの揺動量を検出する位置検出器からのパルス信号を利用しているから、測定アームの切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。
【図２】同上実施形態のＸ軸駆動機構およびスタイラス変位検出器を示す図。
【図３】同上実施形態の測定アーム姿勢切替機構を示す図。
【図４】同上実施形態の速度制御機構を示すブロック図。
【図５】同上実施形態において、穴内面測定時の状態を示す図。
【図６】同上実施形態において、穴内面測定時の拡大図。
【図７】同上実施形態において、ベアリング内径測定時の状態を示す図。
【図８】同上実施形態において、厚み測定時の状態を示す図。
【図９】同上実施形態において、厚み測定時の拡大図。
【図１０】同上実施形態において、速度制御機構の変形例を示すブロック図。
【図１１】従来の測定アーム姿勢切替機構の問題点を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜表面性状測定機の説明（図１〜図４参照）＞
本実施形態に係る表面性状測定機は、図１に示すように、ベース１と、このベース１上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有するスタイラス変位検出器２０と、このスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備える。
【００１８】
相対移動機構４０は、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に設けられスタイラス変位検出器２０をステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の昇降方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを備える。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、スタイラス変位検出器２０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、スタイラス変位検出器２０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを含む三次元移動機構によって構成されている。
【００１９】
Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｘ軸駆動機構４５は、図２に示すように、Ｚスライダ４３に固定された駆動機構本体４６と、この駆動機構本体４６にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール４７と、このガイドレール４７に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ４８と、このＸスライダ４８のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器４９と、Ｘスライダ４８をガイドレール４７に沿って移動させる送り機構５０とを備える。
送り機構５０は、駆動機構本体４６にガイドレール４７と平行に設けられＸスライダ４８に螺合された送りねじ軸５１と、駆動源としてのモータ５２と、このモータ５２の回転を送りねじ軸５１に伝達する回転伝達機構５３とから構成されている。回転伝達機構５３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
【００２０】
スタイラス変位検出器２０は、図２に示すように、Ｘスライダ４８にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持されたブラケット２２と、このブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂと、測定アーム２４の揺動量を検出する検出部２７と、ブラケット２２、測定アーム２４、検出部２７を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。
【００２１】
測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能に支持された第１測定アーム２４Ａと、この第１測定アーム２４Ａの先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４Ｂとから構成されている。
スタイラス２６Ａ，２６Ｂは、第２測定アーム２４Ｂに対して揺動方向に突出して設けられている。つまり、第２測定アーム２４Ｂに対して上向きのスタイラス２６Ａと下向きのスタイラス２６Ｂとが上下方向に直角に突出して設けられている。
検出部２７は、測定アーム２４の揺動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。例えば、ケーシング２８に測定アーム２４の揺動範囲に沿って設けられたスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向して測定アーム２４に取り付けられ検出ヘッド（図示省略）とを備える。
【００２２】
測定アーム２４の途中、具体的には、第１測定アーム２４Ａの途中には、測定アーム２４が揺動方向の一方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢および他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０が設けられているとともに、この測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の姿勢が切替動作された際に、測定アーム２４の切替動作速度を予め設定された指令速度に制御する速度制御機構７０が設けられている。
【００２３】
測定アーム姿勢切替機構６０は、図３に示すように、第１測定アーム２４Ａの途中に設けられた円筒状の磁石６１と、この磁石６１内を通ってケーシング２８に固定され測定アーム２４を回転軸２３を支点として揺動方向の一方向（上方向）および他方向（下方向）へ付勢するボイスコイル６２によって構成されている。従って、ボイスコイル６２に電流を流すことにより、ボイスコイル６２から発生する電磁力と磁石６１の磁力により、測定アーム２４の磁石６１がボイルコイル６２に引きつけられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。なお、ボイルコイル６２に電流が流れていない状態においては、測定力は零、つまり、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４Ａ側の重量と、第２測定アーム２４Ｂ側の重量とがバランスされている状態に保たれている。
【００２４】
速度制御機構７０は、図４に示すように、パソコン（ＰＣ）などの制御装置７１から出力される切替動作指令（上向きまたは下向き切替動作指令）に応じて予め設定した速度に対応する電圧Ａ（指令速度信号）を発生するＣＰＵなどからなる指令速度信号発生手段７２と、この指令速度信号発生手段７２からの電圧Ａ（デジタル信号）をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ７３と、検出部２７からのパルス信号（周波数）を基に測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂ（切替動作速度信号）を出力する測定アーム速度検出手段としての周波数電圧コンバータ７４と、指令速度信号（電圧Ａ）と切替動作速度信号（電圧Ｂ）との差電圧Ｃを出力する差分出力手段としての減算器７５と、この減算器７５からの差電圧Ｃを電流に変換し測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に与える定電流回路７６とを含んで構成されている。ここで、指令速度信号発生手段７２から発生される電圧Ａ(指令速度信号)は、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接触した際に、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物が損傷することがない速度に設定されている。
【００２５】
＜測定例１（図５および図６参照）＞
測定例１は、被測定物Ｗ１の穴Ｈの内面を測定する例である。
図５に示すように、被測定物Ｗ１をステージ１０の上に載置する。次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗの穴Ｈ内に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が例えば下方向に付勢される姿勢に切り替えて、下向きスタイラス２６Ｂを穴Ｈの下面に接触させる（図６参照）。
この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを穴Ｈの軸方向（Ｘ軸方向）へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から穴Ｈの下面の表面性状が測定される。
【００２６】
次に、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２の先端が上方向に付勢される姿勢に切り替えて、上向きのスタイラス２６Ａを穴Ｈの上面に接触させる。このとき、測定アーム２４の先端が下方向から上方向へ切替動作されると、速度制御機構７０によって測定アーム２４の切替動作速度が予め設定された速度に制御される。
【００２７】
つまり、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４の先端が下方向から上方向へ切替動作されると、検出部２７から測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号が出力される。すると、測定アーム速度検出手段としての周波数電圧コンバータ７４により、検出部２７からのパルス信号を基に測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂが検出される。そして、この測定アーム２４の切替動作速度に対応した電圧Ｂと指令速度信号発生手段７２から出力される指令速度信号に応じた電圧Ａとの差電圧Ｃが求められ、この差電圧Ｃに基づいてボイスコイル６２に流す電流が制御されるから、測定アーム２４の切替動作速度を指令速度信号発生手段７２から出力される指令速度信号に保つことができる。
【００２８】
従って、測定アーム２４の切替動作速度を一定速度以下に抑えることができるから、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが穴Ｈの内面に衝突したときの衝撃を抑えることができる。そのため、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物Ｗ１の損傷を少なくすることができる。
また、測定アーム２４の切替動作速度を任意の指令速度に保つことができるから、測定アーム２４の切替動作速度を被測定物Ｗ１の材質などに適した速度に設定することができる。
しかも、速度制御機構７０は、測定アーム２４の揺動量、つまり、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの変位を検出する検出部２７からのパルス信号を利用しているから、測定アーム２４の切替動作速度を検出する速度検出手段を特別に設けなくてもよく、安価にかつコンパクトに構成できる。
【００２９】
こののち、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とを穴の軸方向（Ｘ軸方向）へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から穴Ｈの上面の表面性状が測定される。
【００３０】
＜測定例２（図７参照）＞
測定例２は、被測定物Ｗ２としてのボールベアリングを測定する例である。
図７に示すように、ボールベアリング８０（ボール８１と、このボール８１を保持するリング状のホルダ８２）では、ホルダ８２の内周面に断面凹面状のボール収納溝８３が形成され、このボール収納溝８３内にボール８１が保持される。ボールベアリング８０を評価する要素の一つとして、ボール収納溝８３内に収納されるボール８１の中心を結ぶピッチ円直径ＰＤを測定する必要がある。
このような場合でも、測定例１と同じようにして、ボール収納溝８３の下側の凹面を測定し、この測定結果から凹面の中心を求める。次に、測定アーム２４の付勢方向を上方向に切り替えて、ボール収納溝８３の上側の凹面を測定し、この測定結果から凹面の中心を求めれば、これら中心間距離からボール収納溝８３内に収納されるボール８１の中心を結ぶピッチ円直径ＰＤを測定することができる。
【００３１】
＜測定例３（図８および図９参照）＞
測定例３は、板状の被測定物Ｗ３の厚みを測定する例である。
図８に示すように、被測定物Ｗ３を固定用治具９１を介してステージ１０の上に載置する。次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗ３の下面側に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が揺動方向の上方向に付勢される姿勢に切り替えて、上向きスタイラス２６Ａを被測定物の下面に接触させる（図９参照）。
この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とをＸ軸方向へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から被測定物Ｗ３の下面の表面性状が測定される。
【００３２】
次に、相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗ３の上面側に位置させたのち、測定アーム姿勢切替機構６０によって測定アーム２４の先端が揺動方向の下方向に付勢される姿勢に切り替えて、下向きスタイラス２６Ｂを被測定物Ｗ３の上面に接触させる。この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出器２０とステージ１０とをＸ軸方向へ相対移動させると、検出部２７によって測定アーム２４の揺動量が検出され、この揺動量から被測定物Ｗ３の上面の表面性状が測定される。
このようにして得られた被測定物Ｗ３の下面表面性状と、被測定物Ｗ３の上面表面性状とから、被測定物Ｗ３の厚みｔや段差ｄなどを正確に求めることができる。
【００３３】
＜変形例（図１０参照）＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、速度制御機構７０については、上記実施形態の構成に限られない。例えば、図１０に示すように、検出部２７からのパルス信号（位置情報）を基に測定アーム２４の切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような電圧（制御信号）を発生する演算制御手段７７と、この演算制御手段７７からの電圧（制御信号）をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ７３と、このデジタルアナログコンバータ７３からの出力に基づいてボイスコイル６２に流す電流を発生させる定電流回路７６とを備えた構成でもよい。
【００３４】
このような構成によれば、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４が揺動方向の一方向から他方向へ切替動作されると、測定アーム２４の揺動量に対応した数のパルス信号（位置情報）が出力される。すると、演算制御手段７７は、移動開始からの時間を計測するとともに、この計測時間と検出部２７からのパルス信号（位置情報）とから現在の測定アーム２４の切替動作速度を演算し、この演算した切替動作速度と制御装置７１から与えられる切替動作指令に対応した指令速度とを比較し、切替動作速度が指令速度になるような電圧（制御信号）を発生する。その結果、演算制御手段７７からの制御信号に基づいて、定電流回路７６からボイスコイル６２に流す電流が発生されるから、測定アーム２４の切替動作速度を指令速度に保つことができる。従って、上記実施形態の効果と同様な効果が期待できる。
【００３５】
また、測定アーム姿勢切替機構６０についても、上記実施形態では、測定アーム２４を回転軸２３と支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイル６２を含んで構成したが、例えば、リニアモータ機構を用いた機構であってもよい。
また、揺動方向については、上記実施形態では上下方向であったが、水平方向であってもよく、あるいは、上下方向や水平方向以外の斜め方向へ揺動する構造でもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、測定アーム２４の上下にスタイラス２６Ａ，２６Ｂを直角に突設したが、スタイラス２６Ａ，２６Ｂは測定アーム２４に対して直角でなくてもよい。例えば、測定アーム２４に対して傾斜して設けられていてもよく、測定アーム２４の揺動方向に突出する構造であれば、取り付け角度は問わない。
【００３７】
また、上記実施形態において、ボイスコイル６２に流す電流によって、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接する圧力（測定圧）が変化するから、制御装置７１において、切替動作指令（上向きまたは下向き切替動作指令）とともに、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物が損傷することがない速度以下の任意の切替動作速度を指令すると、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接するときの圧力（測定圧）も調整することができる。従って、被測定物の材質に最適な測定圧で測定を行うことができる。
【００３８】
また、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ、スタイラス変位検出器２０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ１０とスタイラス変位検出器２０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、例えば、穴内面の測定、板状の被測定物の厚み測定などを自動測定する場合などに利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ステージ、
２０…検出器、
２３…回転軸、
２４…測定アーム、
２６Ａ，２６Ｂ…スタイラス、
２７…検出部、
４０…相対移動機構、
６０…測定アーム姿勢切替機構、
６１…磁石、
６２…ボイスコイル、
７０…速度制御機構、
７２…指令速度信号発生手段、
７４…周波数電圧コンバータ（測定アーム速度検出手段）、
７５…減算器、
７６…定電流回路、
７７…演算制御手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられ前記測定アームの揺動方向に向かって突出する一対のスタイラス、および、前記測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、前記検出器と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、前記相対移動機構により前記検出器と前記ステージとを相対移動させながら前記検出部によって前記測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、
前記測定アームが前記揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構と、
前記測定アーム姿勢切替機構によって前記測定アームの姿勢が切替動作された際に、前記測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記検出部は、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、
前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を検出する測定アーム速度検出手段と、切替動作方向に応じた指令速度信号を発生する指令速度信号発生手段と、前記指令速度信号と前記切替動作速度との差を出力する差分出力手段と、この差分出力手段からの出力に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項３】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、
前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号を発生する制御信号出力手段と、この制御信号出力手段からの制御信号に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項１】
回転軸を支点に揺動可能に支持された測定アーム、この測定アームの先端に設けられ前記測定アームの揺動方向に向かって突出する一対のスタイラス、および、前記測定アームの揺動量を検出する検出部を有する検出器と、被測定物を載置するステージと、前記検出器と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、前記相対移動機構により前記検出器と前記ステージとを相対移動させながら前記検出部によって前記測定アームの揺動量を検出し、この揺動量から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、
前記測定アームが前記揺動方向の一方向に付勢される姿勢および他方向に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構と、
前記測定アーム姿勢切替機構によって前記測定アームの姿勢が切替動作された際に、前記測定アームの切替動作速度を予め設定された速度に制御する速度制御機構とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記検出部は、前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、
前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を検出する測定アーム速度検出手段と、切替動作方向に応じた指令速度信号を発生する指令速度信号発生手段と、前記指令速度信号と前記切替動作速度との差を出力する差分出力手段と、この差分出力手段からの出力に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項３】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記測定アームの揺動範囲に沿って設けられ該測定アームの揺動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成され、
前記測定アーム姿勢切替機構は、前記測定アームを前記回転軸を支点として揺動方向の一方向および他方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記速度制御機構は、前記位置検出器からのパルス信号を基に前記測定アームの切替動作速度を演算するとともに、この演算された切替動作速度が予め設定された指令速度になるような制御信号を発生する制御信号出力手段と、この制御信号出力手段からの制御信号に基づいて前記ボイスコイルに流す電流を発生させる定電流回路とを備えた、
ことを特徴とする表面性状測定機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８９３６１（Ｐ２０１２−１８９３６１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１３６６（Ｐ２０１１−５１３６６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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