CN113272619A - 位移检测器、表面性状测定仪及真圆度测定仪 - Google Patents

位移检测器、表面性状测定仪及真圆度测定仪 Download PDF

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Abstract

提供能够测定多个方向的位移、且具有简单的结构并且能够进行高精度的测定的位移检测器、表面性状测定仪及真圆度测定仪。位移测定器(20)具备：检测器主体(30)；大致L字形的触针(40)，其具有与测定对象物(W)的被测定面相接触的接触(44)；触针保持部(33)，其设置于检测器主体(30)，用于将触针(40)保持为能够以包含相互正交的第1方向以及第2方向的面作为摆动面进行摆动；位移检测部，其设置于检测器主体(30)，用于检测伴随触头(44)与被测定面的接触而产生的触头(44)的位移。

Description

位移检测器、表面性状测定仪及真圆度测定仪
技术领域
本发明涉及一种位移检测器，特别是关于能够进行两个方向的测定的位移检测器。
背景技术
以往，在真圆度测定以及平面度测定等中，使用位移检测器，该位移检测器在使触头与测定对象物相接触的状态下使触头与测定对象物相对移动，并检测此时的触头的位移。通常，若采用仅能够测定一个方向的位移检测器，则需要配合测定方向而变更位移检测器的姿势。
然而，上述那样的姿势的变更是繁琐的，是导致作业效率降低的原因。于是，作为不需要变更姿势的位移检测器，以往提出有一种能够测定多个方向的位移检测器。
例如，在专利文献1中记载了能够测定两个方向且仅具有一个差动变压器(LVDT：Linear Variable differential Transformer)的位移检测器。专利文献1记载的位移检测器具有两个触头。一方的触头与LVDT的线圈骨架相连接，用于检测水平方向的位移。另一方的触头与LVDT的铁芯相连接，用于检测上下方向的位移。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/097135号
发明内容
发明要解决的课题
但是，由于专利文献1记载的位移检测器具有两个触头，所以存在测定时的位移检测器的姿势受到限制(姿势的自由度低)这样的问题。另外，也存在位移检测器的结构复杂这样的问题。而且，在由一方的触头进行着测定时，存在需要考虑另一方的触头经由将两个触头的臂相连接的轴而移动等改善余地。
本发明是鉴于上述那样的情况而完成，其目的在于，提供一种能够测定多个方向的位移、并具有简单的结构并且能够进行高精度的测定的位移检测器。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，本发明的第1方案的位移检测器具备：检测器主体；触针，其具有与测定对象物的被测定面相接触的触头；触针保持部，其设置于检测器主体，且将触针保持为能够以包含相互正交的第1方向以及第2方向的面作为摆动面进行摆动；以及位移检测部，其设置于检测器主体，用于检测伴随触头与被测定面之间的接触而产生的触头的位移，触针具有：第1臂，其具有第1一端部和第1另一端部，第1一端部保持于触针保持部，该第1臂从第1一端部朝向第1另一端部而沿第1方向延伸；以及第2臂，其具有第2一端部和第2另一端部，第2一端部与第1另一端部相连接，该第2臂从第2一端部朝向第2另一端部而沿第2方向延伸，且在第2另一端部设置有触头。
在上述的位移检测器中，触针能够在包含第1方向以及第2方向的面上摆动，因此触头能够在第1方向以及第2方向这两个方向上进行位移。由此，能够仅凭借一个位移检测部来测定两个方向的位移，因此能够实现位移检测器的结构的简单化。进而，能够减少位移检测器的制造成本。另外，位移检测器作为可动部仅具有一个摆动中心，因此能够减少由可动部引起的误差的产生，实现高精度的测定。
在此，优选的是，触针经由触针保持部而被轴支承为能够以与摆动面正交的旋转轴为中心进行摆动。在该情况下，期望位移检测器具备测定力赋予部，该测定力赋予部对触头赋予沿着朝向被测定面的方向进行施力的力。作为测定力赋予部，例如可举出弹簧、配重等。
或者优选，触针保持部经由弹性体而以能够摆动的方式安装于检测器主体。作为弹性体，例如可举出弹簧。在该情况下，能够从位移检测器省去测定力赋予部。
优选的是，将从触针的摆动中心朝向触头的方向设为触头方向的情况下，触头方向具有第1方向的分量和第2方向的分量。
优选的是，在触头不与被测定面相接触的状态下，第1方向的分量和第2方向的分量这两方占触头方向的分量整体的50％以上。更优选的是，在触头不与被测定面相接触的状态下，第1方向的分量和第2方向的分量这两方占触头方向的分量整体的60％以上。进一步更优选，在触头位移了的情况下，位移检测部能够检测出第1方向的位移和第2方向的位移来作为触头的位移。通过将第1方向的分量和第2方向的分量处于适当的范围内，能够避免因测定方向而灵敏度产生巨大差异。
另外，优选的是，在上述的位移检测器中，位移检测部针对第1方向以及第2方向而分别具有校正值。由于针对两个测定方向而分别设定校正值，因此位移检测器在任一个测定方向上都能够进行高精度的测定。
另外，优选的是，在上述的位移检测器中，位移检测部具备差动变压器，该差动变压器具有铁芯和多个线圈，触针保持部在从摆动中心观察时与对触针进行支承的一侧相反的一侧的端部处支承铁芯。
本发明的第2方案所涉及的表面性状测定仪具备：第1方案所涉及的位移检测器；以及移动机构，其保持位移检测器，且使位移检测器在水平方向以及与水平方向正交的铅垂方向上相对于测定对象物进行相对移动。通过采用第1方案所涉及的位移检测器，能够使表面性状测定仪的结构简单化。
优选的是，第2方案所涉及的表面性状测定仪还具备控制部，该控制部基于开始测定时位移检测器的触头与测定对象物发生了接触的时候的移动机构的移动方向，来检测位移检测器的测定方向。通过自动地检测测定方向，能够提高测定的效率。在此，优选的是，控制部基于对移动机构的驱动进行控制的信号来检测位移检测器的移动方向。
本发明的第3方案所涉及的真圆度测定仪具备：第1方案所涉及的位移检测器；以及旋转工作台，其使测定对象物绕与铅垂方向平行的工作台旋转轴旋转。通过采用第1方案所涉及的位移检测器，能够使真圆度测定仪的结构简单化。
另外，优选的是，第3方案所涉及的真圆度测定仪还具备：移动机构，其保持位移检测器，且使位移检测器在水平方向以及与水平方向正交的铅垂方向上相对于测定对象物进行相对移动；以及控制部，其基于开始测定时位移检测器的触头与测定对象物发生了接触的时候的移动机构的移动方向，来检测位移检测器的测定方向。通过自动地检测测定方向，能够提高测定的效率。在此，优选的是，控制部基于对移动机构的驱动进行控制的信号来检测位移检测器的移动方向。
发明效果
根据本发明，能够实现能高精度地测定多个方向的位移且具有简单的结构的位移检测器。
附图说明
图1是示出第1实施方式的表面性状测定仪(真圆度测定仪)的结构的一例的图。
图2是示出测定水平方向的位移时的位移检测器的姿势的一例的图。
图3是示出测定上下方向的位移时的位移检测器的姿势的一例的图。
图4是示出测定水平方向的位移时的位移检测器的姿势的另一例的图。
图5是示出触针的倾斜角度与位移检测器的增益之间的关系的图表。
图6是示出使用表面性状测定仪(真圆度测定仪)进行测定的步骤的流程图。
图7是示出第2实施方式的位移检测器的结构的一例的图。
图8是示出第3实施方式的位移检测器的结构的一例的图。
图9是示出第4实施方式的位移检测器的结构的一例的图。
具体实施方式
以下，按照附图来对本发明的实施方式进行说明。
<第1实施方式>
图1是示出第1实施方式的表面性状测定仪(真圆度测定仪)的整体结构的图。需要说明的是，X轴方向、Y轴方向及Z轴方向是相互正交的方向，X轴方向为水平方向，Y轴方向为与X轴方向正交的水平方向，Z轴方向为上下方向(铅垂方向)。如图1所示那样，表面性状测定仪10具备水平移动机构12、垂直移动机构14、旋转台16、位移检测器20以及控制部50。
水平移动机构12在水平方向(图1中的X轴方向)上延伸配置。水平移动机构12的一端将位移检测器20以能够装卸的方式保持，水平移动机构12的另一端由垂直移动机构14保持。水平移动机构12通过马达(未图示)的驱动而在水平方向上移动。
垂直移动机构14在铅垂方向上立起设置于主体基座(未图示)上。水平移动机构12通过垂直移动机构14的马达(未图示)的驱动而沿垂直移动机构14在上下方向上移动。通过水平移动机构12的移动来调节位移检测器20在水平方向以及上下方向上的位置。
旋转台16设置于主体基座上。能够利用X轴方向微动捏手(未图示)以及Y轴方向微动捏手(未图示)来使旋转台16在X轴方向以及Y轴方向上微动进给。另外，由X轴方向倾斜捏手(未图示)以及Y轴方向倾斜捏手(未图示)调整旋转台16的X轴方向以及Y轴方向的倾斜。由设置于主体基座的马达(未图示)使旋转工作台14以与Z轴方向平行的旋转轴为中心旋转。
在旋转台16的上表面上载置成为测定对象物的工件W。旋转台16的旋转轴平行于Z轴方向。工件W被载置为该工件W的中心轴与旋转台16的旋转轴一致。载置于旋转台16的工件W与旋转台16一起以旋转轴为中心旋转。
控制部50具备未图示的CPU(Central Processing Unit)、ROM(ReadOnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)、以及输入输出接口等。在控制部50中，存储于ROM的控制程序等各种程序向RAM展开，展开到RAM的程序由CPU执行，由此经由输入输出接口执行各种运算处理、控制处理。
在图1中示出了一个控制部50，但可以将一个控制部50按每个功能分为多个控制部。另外，也能够任意决定控制部50的位置。
控制部50按照控制程序等各种程序来总括地控制水平移动机构12、垂直移动机构14、旋转台16以及位移检测器20。例如，控制部50基于经由未图示的输入输出接口而输入的用户的指示，来驱动水平移动机构12、垂直移动机构14以及旋转台16。另外，例如控制部50校正位移检测器20。另外，例如控制部50在开始测定时基于水平移动机构12以及垂直移动机构14的驱动方向来检测位移检测器20的测定方向。之后详细说明控制部50进行的各种处理。
位移检测器20具备检测器主体30以及触针40。检测器主体30具备位移检测部31、测定力赋予部32及触针保持部33。在本实施方式中，作为位移检测部31的例子，对LVDT进行说明。
位移检测部31包括具有多个线圈骨架的线圈骨架以及铁芯。线圈骨架固定于固定部、例如检测器主体30。铁芯的一端与触针保持部33相连接，另一端为自由端。LVDT的结构是公知的，所以省略对其的详细说明。
触针保持部33的一端与位移检测部31的铁芯相连接。触针保持部33的另一端将触针40保持为能够摆动(或者能够转动)。在第1实施方式中，触针保持部33在另一端具有轴承34，且将轴承34作为旋转轴(摆动中心)而将触针40保持为能够摆动。轴承34例如为各种轴承。在图1中，触针40被保持为能够以与Y轴方向平行的旋转轴为中心摆动。
若测定时在触针40的前端的触头44的位置发生位移，则该位移经由触针臂42以及触针保持部33而传递至位移检测部31的铁芯，铁芯的位置发生位移。位移检测部31检测铁芯的位置的位移量以及位移的方向，由此检测出触头44的位移量以及位移的方向。
测定力赋予机构32向触针40赋予以将触头44朝向测定面按压的方式而作用(施力)的测定力。测定力赋予机构32例如具有弹性体。在本实施方式中，以弹性体是螺旋弹簧为一例进行说明。螺旋弹簧可以是拉伸弹簧(拉簧)，也可以是压缩弹簧。测定力赋予机构32的螺旋弹簧的一端与触针保持部33相连接，螺旋弹簧的另一端固定于固定部、例如检测器主体30。
另外，在本实施方式中，控制部50能够自动地检测利用位移检测器20对位移进行测定的方向(测定方向)。在后述中对测定方向的检测进行详细说明。
触针40具备触针臂42以及触头44。触针臂42呈例如大致L字形并且具备沿X轴方向延伸的水平臂部45和沿Z轴方向延伸的垂直臂部46。水平臂部45的基端保持于位移检测器20的触针保持部33，水平臂部45的前端与垂直臂部46的基端一致。垂直臂部46从水平臂部45的前端沿着铅垂方向朝下方延伸，在垂直臂部46的前端设置触头44。
在测定时，触头44与工件W的测定面相接触，触头44的位置随着测定面的位移而发生位移。触头44的形状以及材质没有特别限定，作为触头44的形状的例子，可举出球形、半球形、圆筒形、圆板形、斧形、圆锥形、多棱锥形等。作为触头44的材质的例子，例如可举出红宝石、氧化锆、陶瓷等。
在本实施方式中，触头44经由大致L字形的触针臂42与位移检测器20相连接，因此触头44的位置不是在位移检测器20的正下方。将触头44的中心与触针40的摆动的中心(轴承34的中心)连结的线(在图1中由单点划线表示的线L)相对于铅垂线而形成角度(触针40的倾斜角度)θ。该角度θ没有特别限定，但优选角度θ为30°至60°，更优选角度θ为38°至52°，更进一步优选角度θ为大致45°。图1例示出角度θ为45°的情况。关于角度θ，在后述中进行详细说明。
以下，使用图2至图4，说明使用表面性状测定仪10来测定水平方向(X轴方向)以及上下方向(Z轴方向)的位移时的位移检测器20的姿势。例如，虽然对中空圆柱形的工件W进行说明，但本发明没有限定工件W的形状的意图。图2至图4分别示出测定外周侧面的真圆度、上表面的平面度、以及内周侧面的真圆度的情况下的位移检测器20的姿势。
在本实施方式中，由于触针臂42能够借助轴承34而以与Y轴方向平行的旋转轴为中心摆动，由此触头44在X-Z平面上摆动。也就是说，触头44能够在X轴方向以及Z轴方向上位移。因此，在为了测定工件W的外周侧面的真圆度而测定水平方向的位移的情况(图2)、以及为了测定工件W的上表面的平面度而测定水平方向的位移的情况下(图3)，不需要变更位移检测器20的姿势。
并且，在本实施方式中，为了减少位移检测器20的姿势变更的工夫，也致力于设计触针臂42的形状。也就是说，由于触针臂42呈大致L字形，因此触头44不在检测器主体30的X轴方向以及Z轴方向的延长线上。不存在检测器主体30与工件W发生干涉的可能，因此即使在测定工件W的内周侧面的真圆度的情况下(图4)，也不需要变更位移检测器20的姿势。由此，能够防止伴随姿势变更产生的作业效率的降低。
本实施方式的位移检测器20由于使用了能够以Y轴方向为中心摆动(能够转动)的触针40，因此由位移检测器20检测出的触头44进行位移的方向成为与以触针40的旋转轴为中心的圆弧相切的切线方向。也就是说，触头44的位移包含X轴方向分量和Z轴方向分量。于是，控制部50基于触头44的位移量以及角度θ来计算与测定方向对应的位移量(X轴方向的位移量或者Z轴方向的位移量)。
以下，对控制部50如何计算位移量进行说明。在开始测定前，将触头44的中心与触针40的旋转轴连结的线(在图1中由单点划线表示的线L)与铅垂线所成的角度设为θ。在测定中，触头44以绘出微小圆弧的方式摆动，将由于触头44的摆动而发生的该角度θ的变化量(角度变化量)设为dθ。
由于该角度变化量dθ十分小，因此能够将触头44的微小圆弧形状的位移近似为相对将触头44的中心与摆动的旋转轴连结的线而垂直的线段(也就是说，圆弧的切线方向的线段)。
因为触头44的摆动半径是触头44的中心与摆动的旋转轴之间的距离，这是已知的，因此控制部50能够使用三角函数来将触头44在X-Z平面上的位移量分解为水平方向(X轴方向)的位移量、以及垂直方向(Z轴方向)的位移量。更具体地说，如果将触头44通过摆动而绘出的圆弧的切线方向的线段的长度设为D，则能够由D·cosθ计算出X轴方向的位移量，由D·sinθ计算出Z轴方向的位移量。
控制部50在测定水平方向的位移的情况下将触头44的位移量与cosθ相乘后所得到结果作为测定结果输出，在测定上下方向的位移的情况下将触头44的位移量与sinθ相乘后所得到结果作为测定结果输出。
这样，根据本实施方式，能够使用具有一个LVDT的位移检测器20来测定两个方向的位移。由此，能够实现构造的简单化、制造成本削减、以及装置的小型化。
另外，位移检测器20具有的可动部件只有轴承34，可动部的数量少(运动自由度为1)。由此，能够减少可动部引起误差的发生。另外，本实施方式的位移检测器20只具有一个触头，因此相比专利文献1具备两个触头的发明，能够提高位移检测器20的姿势的自由度以及各方向上的位移的测定精度。
以下，使用图5对触针40的倾斜角度θ的期望的大小进行说明。图5是示出角度θ与位移检测器20的增益的关系的图表，横轴表示角度θ(单位：°)，纵轴表示增益的大小。在图5中，虚线表示X轴方向的增益，实线表示Z轴方向的增益。增益与触头44的位移量对应，在图5的图表中增益由以1为最大值的相对值表示。
在增益的整体中，X轴方向的分量所占比例与Z轴方向的分量所占比例之间的差大的情况下，不同测定方向的测定灵敏度之差增大。于是，期望以使测定灵敏度不利一方方向上的增益为最大灵敏度(角度θ为0(零)°的情况下)的二分之一以上的方式决定θ的大小。在该情况下，从图5可知，X轴方向的分量所占比例与Z轴方向的分量所占比例之比的范围约为1∶0.58至1∶1.73，角度θ的范围为30°至60°。
更优选，以使测定灵敏度不利一方方向上的增益为最大灵敏度(角度θ为0(零)°的情况下)的约60％以上的方式决定角度θ的大小。在该情况下，从图5可知，X轴方向的分量所占比例与Z轴方向的分量所占比例之比的范围约为1∶0.75至1∶1.33，角度θ的范围约为38°至52°。
更进一步优选，X轴方向与Z轴方向在测定灵敏度上没有差别。相当于图5中X轴方向的增益与Z轴方向的增益相交时的角度θ，此时的角度θ为大致45°。
接下来，对位移检测器20的校正进行说明。例如，在表面性状测定仪10的出厂前进行校正。也可以是，在出厂后也根据需要进行适当的校正，并且更新校正值。由于在本实施方式中位移检测器20使用一个LVDT来测定两个方向上的位移，因此对两个测定方向分别进行校正。
首先，关于X轴方向以及Z轴方向，分别取得表示实际的位移量(已知)与位移检测部31所得的信号量之间的相关关系的数据。作为表示相关关系的数据，例如可举出校正值表以及校正曲线。接下来，针对各个测定方向，将基于表示该相关关系的数据而得到良好信号量的增益决定为校正值。
在此，在工件W为中空圆柱形等的情况下，也可以进一步地决定要在测定内周侧面(内周方向)时使用的校正值。决定出的校正值例如存储于设置在控制部50上的未图示的存储器。存储器的种类没有特别限定，例如存储器为ROM或者RAM。
需要说明的是，LVDT的校正方法相比以往没有大的改变，因此省略详细说明。由于对两个测定方向分别设定校正值，因此本实施方式的位移检测器20在任何一个测定方向上均能够进行高精度的测定。
接下来，使用图6来对使用本实施方式的表面性状测定仪10的测定步骤进行说明。图6是表示测定步骤的流程图。首先，控制部50使用水平移动机构12以及垂直移动机构14来移动位移检测器20，使触头44与工件W的测定面相接触(步骤S10)。
接下来，基于水平移动机构12以及垂直移动机构14的驱动方向，控制部50自动地检测测定方向(步骤S12)。以下，使用图2至图4对本实施方式中的测定方向的自动检测进行说明。虽然以中空圆柱形的工件W作为例子进行说明，但本发明没有限制工件W的形状的意图。
图2所示那样，在测定工件W的外周侧面的真圆度的情况下，控制部50对水平移动机构12向X轴的负的方向(图2中水平地朝向左侧)驱动，使旋转台16上的工件W的外周侧面与触头44相接触。当触头44与工件W相接触时，位移检测部31检测触头44的位移。基于向X轴的负的方向驱动了水平移动机构12时检测出触头44的位移这一情况，控制部50自动地检测出进行对X轴方向的位移(外径)的测定。需要说明的是，在如图2所示的状态下一边使垂直移动机构14沿着Z轴方向移动一边测定外周侧面的直线度的情况下，也同样能够检测测定方向。
如图3所示那样，在测定工件W的上表面的平面度的情况下，控制部50对垂直移动机构14向Z轴的负的方向(在图2中垂直地朝向下侧)驱动，使触头44与旋转台16上的工件W的上表面相接触。当触头44与工件W相接触时，位移检测部31检测触头44的位移。基于在对垂直移动机构14向Z轴的负的方向驱动了时检测出触头44的位移这一情况，控制部50自动地检测出进行Z轴方向的位移的测定。需要说明的是，在如图3所示的状态下一边使水平移动机构12沿着X轴方向移动一边测定上表面的直线度的情况下，也同样能够检测测定方向。
如图4所示那样，在测定工件W的内侧侧面的平面度的情况下，控制部50对水平移动机构12向X轴的正的方向(在图4中水平地朝向右侧)进行驱动，使触头44与旋转台16上的工件W的内侧侧面相接触。当触头44与工件W相接触时，位移检测部31检测触头44的位移。基于在对水平移动机构12向X轴的正的方向驱动了时检测到触头44的位移这一情况，位移检测部31自动地检测出进行X轴方向的位移(内径方向)的测定这一情况。需要说明的是，在图4所示的状态下一边使垂直移动机构14沿着Z轴方向移动一边测定内侧侧面的直线度的情况下，也同样能够检测测定方向。
像这样，在本实施方式中，能够基于开始测定时对水平移动机构12以及垂直移动机构14中的哪个机构向哪个方向驱动了时驱动触头44与工件W相接触了这一情况，来自动地检测出测定方向。由此，能够提高测定的效率。接下来，控制部50从存储器中读取检测出的测定方向所对应的校正值并设定该校正值(步骤S14)，进行触头44的位移的测定(步骤S16)。
例如，在测定圆柱状的工件W的外周侧面的真圆度的情况下，在图2所示的状态下一边使旋转台16(以及工件W)旋转一边由位移检测部31测定触头44的位移。另外，例如，在测定工件W的外周侧面的直线度的情况下，在图2所示的状态下一边驱动垂直移动机构14而使检测器主体30沿着Z轴方向移动一边由位移检测部31测定触头44的位移。
另外，例如，在测定工件W的上表面的平面度的情况下，在图3所示状态下一边使旋转台16(以及工件W)旋转一边由位移检测部31测定触头44的位移。另外，例如，在测定工件W的上表面的直线度的情况下，在图3所示的状态下一边驱动水平移动机构12而使检测器主体30沿着X轴方向移动一边由位移检测部31测定触头44的位移。
另外，例如，在测定中空圆柱状的工件W的内周侧面的真圆度的情况下，在图4所示的状态下一边使旋转台16(以及工件W)旋转一边由位移检测部31测定触头44的位移。另外，例如，在测定工件W的内周侧面的直线度的情况下，在图4所示的状态下一边驱动垂直移动机构14而使检测器主体30沿着Z轴方向移动一边由位移检测部31测定触头44的位移。
在本实施方式中由于触头44的位移量包含X轴方向分量与Z轴方向分量，因此控制部50进行将由位移检测部31测定到的触头44的位移量变换为测定方向的位移量的运算，并将运算结果作为测定结果输出(步骤S18)。具体地说，在测定X轴方向(水平方向)的位移的情况下，控制部50将触头44的位移量与cosθ相乘而计算出X轴方向的位移量，并将计算得到结果作为测定结果输出。另一方面，在测定Z轴方向(上下方向)的位移的情况下，控制部50将触头44的位移量与sinθ相乘而计算出Z轴方向的位移量，并将计算得到的结果作为测定结果输出。
步骤S18之后，在对其他的方向也进行测定的情况下(步骤S20：是)，返回至步骤S10。如上述所述，在变更测定方向时，在本实施方式中不需要变更位移检测器20的姿势，因此能够高效地进行测定。在不对其他的方向也进行测定的情况下(步骤S20：否)，测定结束。
这样，根据本实施方式，使用能够以轴承34作为摆动中心在X-Z平面上摆动的触针40。将触头44的中心与触针40的旋转轴连结的线相对于铅垂线形成规定的角度θ，因此从触针40的摆动中心朝向触头44的方向(触头方向)包含X轴方向分量和Z轴方向分量。触头44在与从摆动的旋转轴朝向触头44的方向垂直的方向上位移，由此触头44的位移也包含X轴方向分量与Z轴方向分量。因而，能够利用具备一个LVDT的位移检测器20来测定X轴方向以及Z轴方向的位移。
由此，能够使位移检测器20的结构简单化，减少制造成本。另外，本实施方式的位移检测器20中可动部的数量少，所以不易产生误差。
<第2实施方式>
在以下的第2实施方式中，位移检测器的结构不同于第1实施方式。具体的说，第2实施方式的位移检测器具备弹性体而代替轴承34。第2实施方式所涉及的表面性状测定仪的整体结构基本与第1实施方式相同，因此省略相关说明。图7示出了第2实施方式所涉及的位移检测器60的结构。
在图7中，位移检测器60具备作为弹性体的一例的板簧61。如图7所示那样，板簧61的一端由弹簧保持构件62保持，弹簧保持构件62固定于固定部、例如检测器主体30。板簧61的另一端由弹簧保持构件63保持，弹簧保持构件63与触针保持部33相连接。
在图7中，为了能够与可动部区别开，位移检测器60的结构中的不动的部分加上了阴影(网纹)。在第2实施方式中，触针40构成为能够以板簧61的大致中央(未由弹簧保持构件62以及63保持的部分的中央)作为中心(摆动的中心)进行摆动。若在测定时触针40前端的触头44的位置发生位移，则该位移经由触针臂42以及触针保持部33传递至位移检测部31的铁芯，位移检测部31检测该位移。
另外，弹簧保持构件63为可动，但弹簧保持构件62不动。因此，触头44的位置发生位移的结果是，板簧61从中立点产生位移(变形)时，借助板簧61产生反作用力。该反作用力作用的方向与触头44的位移的方向相反，因此反作用力以将触头44向测定面按压的方式作用。由于该反作用力起到第1实施方式的测定力赋予机构32所赋予的测定力的作用，因此在第2实施方式中能够不需要测定力赋予机构32。由此，能够更进一层地使位移检测器60的结构简单化。
<第3实施方式>
与第2实施方式同样地，在第3实施方式中，位移检测器也具备弹性体而代替轴承34。第3实施方式所涉及的表面性状测定仪的整体结构基本与第1实施方式相同，因此省略相关说明。图8示出了第3实施方式所涉及的位移检测器70的结构。
在图8中，位移检测器70具备作为弹性体的一例的十字弹簧71。如图8所示那样，十字弹簧71的四个端部中的两个端部由弹簧保持构件72保持，弹簧保持构件72固定于固定部、例如检测器主体30。十字弹簧71的四个端部中剩余的两个端端部由弹簧保持构件73保持，弹簧保持构件73与触针保持部33相连接。
在图8中，为了能够与可动部区别开，位移检测器70结构中的不动的部分加上了阴影(网纹)。在第3实施方式中，触针40构成为能够以十字弹簧71的中心(十字的交点)作为中心(摆动的中心)摆动。若在测定时触针40的触头44的位置发生位移，则该位移经由触针臂42以及触针保持部33传递至位移检测部31的铁芯，因此位移检测部31能够检测位移。
另外，弹簧保持构件73为可动，但弹簧保持构件72不动。触头44的位置发生位移的结果是，当十字弹簧71从中立点产生位移时，借助十字弹簧71而产生反作用力。与第2实施方式同样，在第3实施方式中该反作用力也起到第1实施方式的由测定力赋予机构32赋予的测定力的作用，因此能够不需要测定力赋予机构32。
<第4实施方式>
在第4实施方式中，位移检测器具备配重而代替测定力赋予机构32。第4实施方式所涉及的表面性状测定仪的整体结构基本与第1实施方式相同，因此省略相关说明。图9示出了第4实施方式所涉及的位移检测器80的结构。
如图9所示那样，位移检测器80在从轴承34观察时的触针40的相反侧具备配重81。例如，当触针40以轴承34为中心摆动时，配重81向触针40的摆动方向的相反方向摆动。由此，能够不需要第1实施方式中的测定力赋予机构32。
<效果>
如以上的说明，各实施方式所涉及的位移检测器20、60、70以及80仅具备一个位移检测部31，因此能够利用更简单的结构来测定两个方向的位移。由此，能够减少位移检测器20、60、70以及80的制造成本。
位移检测器20、60、70以及80具有的可动部的数量少(运动自由度低)，因此能够减少由可动部引起的误差的发生。另外，关于测定方向分别设定校正值，因此在任一测定方向上都能够进行高精度的测定。
能够基于开始测定时的驱动机构(水平移动机构12以及垂直移动机构14)的移动方向来自动地检测测定方向，因此能够提高测定效率。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明主旨的范围内，当然也可以进行各种改善、变形。
附图标记说明
10…表面性状测定仪，12…水平移动机构，14…垂直移动机构，16…旋转台，20、60、70、80…位移检测器，30…检测器主体，31…位移检测部，32…测定力赋予机构，33…触针保持部，34…轴承，40…触针，42…触针臂，44…触头，45…水平臂部，46…垂直臂部，50…控制部，61…板簧，62、63、72、73…弹簧保持构件，71…十字弹簧，W…工件。

Claims (17)

1.一种位移检测器，其中，
所述位移检测器具备：
检测器主体；
触针，其具有与测定对象物的被测定面相接触的触头；
触针保持部，其设置于所述检测器主体，且将所述触针保持为能够以包含相互正交的第1方向以及第2方向的面作为摆动面进行摆动；以及
位移检测部，其设置于所述检测器主体，用于检测伴随所述触头与所述被测定面之间的接触而产生的所述触头的位移，
所述触针具有：
第1臂，其具有第1一端部和第1另一端部，所述第1一端部保持于所述触针保持部，该第1臂从所述第1一端部朝向所述第1另一端部而沿所述第1方向延伸；以及
第2臂，其具有第2一端部和第2另一端部，所述第2一端部与所述第1另一端部相连接，该第2臂从所述第2一端部朝向所述第2另一端部而沿所述第2方向延伸，且在所述第2另一端部设置有所述触头。
2.根据权利要求1所述的位移检测器，其中，
所述触针经由所述触针保持部而被轴支承为能够以与所述摆动面正交的旋转轴为中心进行摆动。
3.根据权利要求2所述的位移检测器，其中，
所述位移检测器具备测定力赋予部，该测定力赋予部对所述触头赋予沿着朝向所述被测定面的方向进行施力的力。
4.根据权利要求1所述的位移检测器，其中，
所述触针保持部经由弹性体而以能够摆动的方式安装于所述检测器主体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的位移检测器，其中，
将从所述触针的摆动中心朝向所述触头的方向设为触头方向的情况下，所述触头方向具有所述第1方向的分量和所述第2方向的分量。
6.根据权利要求5所述的位移检测器，其中，
在所述触头不与所述被测定面相接触的状态下，所述第1方向的分量与所述第2方向的分量之比处于1∶0.58至1∶1.73的范围内。
7.根据权利要求5所述的位移检测器，其中，
在所述触头不与所述被测定面相接触的状态下，所述第1方向的分量与所述第2方向的分量之比处于1∶0.75至1∶1.33的范围内。
8.根据权利要求5所述的位移检测器，其中，
在所述触头不与所述被测定面相接触的状态下，所述第1方向的分量与所述第2方向的分量相等。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的位移检测器，其中，
在所述触头进行了位移的情况下，所述位移检测部能够检测所述第1方向的位移和所述第2方向的位移来作为所述触头的位移。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的位移检测器，其中，
所述位移检测部针对所述第1方向以及所述第2方向而分别具有校正值。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的位移检测器，其中，
所述位移检测部具备差动变压器，该差动变压器具有铁芯和多个线圈，
所述触针保持部在从摆动中心观察时与对所述触针进行支承的一侧相反的一侧的端部处支承所述铁芯。
12.一种表面性状测定仪，其中，
所述表面性状测定仪具备：
权利要求1至11中任一项所述的位移检测器；以及
移动机构，其保持所述位移检测器，且使所述位移检测器在水平方向以及与所述水平方向正交的铅垂方向上相对于测定对象物进行相对移动。
13.根据权利要求12所述的表面性状测定仪，其中，
所述表面性状测定仪还具备控制部，该控制部基于开始测定时所述位移检测器的触头与所述测定对象物发生了接触的时候的所述移动机构的移动方向，来检测所述位移检测器的测定方向。
14.根据权利要求13所述的表面性状测定仪，其中，
所述控制部基于对所述移动机构的驱动进行控制的信号，来检测所述位移检测器的测定方向。
15.一种真圆度测定仪，其中，
所述真圆度测定仪具备：
权利要求1至11中任一项所述的位移检测器；以及
旋转工作台，其使测定对象物绕与铅垂方向平行的工作台旋转轴而旋转。
16.根据权利要求15所述的真圆度测定仪，其中，
所述真圆度测定仪还具备：
移动机构，其保持所述位移检测器，且使所述位移检测器在水平方向以及与所述水平方向正交的铅垂方向上相对于测定对象物进行相对移动；以及
控制部，其基于开始测定时所述位移检测器的触头与所述测定对象物发生了接触的时候的所述移动机构的移动方向，来检测所述位移检测器的测定方向。
17.根据权利要求16所述的真圆度测定仪，其中，
所述控制部基于对所述移动机构的驱动进行控制的信号来检测所述位移检测器的测定方向。
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