JP2001249018A - Surface mechanical characteristic measuring apparatus and method thereof - Google Patents

Surface mechanical characteristic measuring apparatus and method thereof

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JP2001249018A
JP2001249018A JP2000058092A JP2000058092A JP2001249018A JP 2001249018 A JP2001249018 A JP 2001249018A JP 2000058092 A JP2000058092 A JP 2000058092A JP 2000058092 A JP2000058092 A JP 2000058092A JP 2001249018 A JP2001249018 A JP 2001249018A
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stylus
displacement
test object
axis
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Minoru Takahashi
実 高橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface mechanical characteristic measuring apparatus which enables measurement of surface mechanical characteristic about the shape of a curved surface or the like as well regardless of the shape of a specimen in a wider load range ensuring versatility in measurement by allowing the altering and adjusting of a sensing pin or the like. SOLUTION: Different sensing pins 6 are freely loaded on or unloaded from a sensing pin mounting part 5 to replace while a spring 7 for adjusting loads supporting the sensing pin mounting part 5 is freely loaded or unloaded to replace and the sensing pin mounting part 5 is so arranged to be movable within a fine range in the direction of the axis Z with changes thereof constrained in the direction of the axis X. As a result, the movement of the sensing pin mounting part 5 is constrained to such an extent as not to disturb measurement and under such a condition, to match the purpose and application of the measurement, for example, a tracer 6 suitable for the measurement of gravitation or the sensing pin suitable for the measurement of friction or the like or the spring 7 for adjusting loads is replaced and set thereby ensuring versatility for the measurement with the same measuring unit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、触針を用いて、例
えばプラスチックスレンズ、特にfθレンズ或いはその
金型などのように曲面形状を有する被検物の表面機械特
性(例えば、引力や摩擦力)の測定に適した表面機械特
性測定装置及びその測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the use of a stylus to measure the surface mechanical properties (e.g., attractive force and friction) of an object having a curved surface, such as a plastic lens, particularly an f-theta lens or its mold. The present invention relates to a surface mechanical property measuring device and a measuring method suitable for measuring force).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の測定装置として、数例を
挙げると、下記のようなものがある。
2. Description of the Related Art As a conventional measuring apparatus of this type, there are several examples as follows.

【0003】例えば、第1に、特公平7−9363号公
報に示される表面機械特性測定装置がある。これは、μ
mオーダの分解能を持った摩擦力・表面形状を得るため
の提案例であり、触針に働く力をばね変位に変換し、そ
の変位を球面静電容量プローブで検出する機構を備えて
いる。また、触針の上下方向の変位を調整機構により制
御することにより一定に保ち、その制御信号から表面形
状を測定するようにしている。また、摩擦力によって変
形するばねを零点に保持するようにばねに力を加える機
構により制御し、その制御信号から摩擦力を測定するよ
うにしている。
For example, first, there is a surface mechanical property measuring device disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-9363. This is μ
This is a proposal example for obtaining a frictional force and a surface shape having a resolution on the order of m, and includes a mechanism for converting a force acting on a stylus into a spring displacement and detecting the displacement with a spherical capacitance probe. Further, the vertical displacement of the stylus is kept constant by controlling it with an adjusting mechanism, and the surface shape is measured from the control signal. Further, the spring deformed by the frictional force is controlled by a mechanism for applying a force to the spring so as to maintain the spring at a zero point, and the frictional force is measured from the control signal.

【0004】第2に、特許第2594452号公報に示
される表面形状測定装置がある。これは、摩擦力が一定
となるように荷重を変化させるフィードバック系を用
い、そのフィードバック信号を形状情報に利用するよう
にしたものである。
Second, there is a surface shape measuring device disclosed in Japanese Patent No. 2594452. This uses a feedback system that changes the load so that the frictional force becomes constant, and uses the feedback signal for shape information.

【0005】第3に、特開平5−99838号公報に示
される摩擦力測定装置がある。これは、平行板ばね端に
直角に板ばねを取り付け、板ばね先端に触針を取り付け
た装置であり、駆動系の制御をコンピュータ制御する回
路と、触針の摩擦によるばね先端の変位を摩擦力零の位
置に保持するためにばねを摺動方向に動かす機構を用い
たものである。
Third, there is a frictional force measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-99838. This is a device in which a leaf spring is attached at a right angle to the end of a parallel leaf spring, and a stylus is attached to the tip of the leaf spring. A mechanism for moving the spring in the sliding direction to maintain the position at zero force is used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザプリ
ンタ等の走査光学系で用いられるfθレンズのような大
きめの曲面形状を有する光学部品を考えた場合、ガラス
製のものに加えて、プラスチックス製のものも増えてい
る。このようなプラスチックスレンズ等は、チャンバを
用いない通常の雰囲気中にあっては、その表面に対する
水分の付着等が少なからずある。水分が付着していると
表面張力が発生し、このような表面張力は表面引力に関
与するので、プラスチックスレンズを被検物としてその
引力を測定することにより、その程度(水分付着量)を
知ることができる。その分析により、表面形状(曲面形
状)を正確に把握し得ることとなる。
By the way, when considering an optical component having a large curved surface shape such as an fθ lens used in a scanning optical system such as a laser printer, in addition to a glass component, a plastic component is used. Are also increasing. Such a plastic lens or the like has a considerable amount of moisture attached to its surface in a normal atmosphere without using a chamber. If water adheres, surface tension is generated, and such surface tension is related to surface attraction. By measuring the attraction using a plastic lens as a test object, the degree (water adhesion amount) can be determined. You can know. By the analysis, the surface shape (curved surface shape) can be accurately grasped.

【0007】ところが、前述した第1の特公平7−93
63号公報記載の表面機械特性測定装置による場合、ば
ねの変位を検出する手段を球面静電容量プローブとし、
接触荷重を0.0980665N(=1mgf)以下の
超軽量荷重、上下方向の調整機能は表面形状の測定のた
めのみに限定しており、XYZ3方向に関してピエゾ素
子等を変形させているものである。つまり、同公報例の
装置はシリコン表面等のかなりフラットな面についての
微小領域を高分解能で測定することを目的としており、
ピエゾ素子の変位範囲は狭いため、プローブの可動範囲
もかなり小さく、大きな荷重に亘る広域の摩擦力を測定
することや、被検物の形状が平面に近くない場合の測定
は不可能である。また、形状や摩擦力を調整機構の制御
信号から得ていることから、制御系の応答周波数を上げ
ると制御信号に含まれるノイズの影響が大きくなるた
め、追従制御の性能を上げることは不可能であり、走査
速度を上げることもできない。
[0007] However, the above-mentioned first Japanese Patent Publication No. 7-93.
In the case of the surface mechanical property measuring device described in JP-A-63, the means for detecting the displacement of the spring is a spherical capacitance probe,
The contact load is an ultra-light load of 0.0980665N (= 1 mgf) or less, and the adjustment function in the vertical direction is limited only to the measurement of the surface shape, and the piezo element or the like is deformed in the XYZ three directions. In other words, the apparatus of the publication is intended to measure a fine area on a fairly flat surface such as a silicon surface with high resolution,
Since the displacement range of the piezo element is narrow, the movable range of the probe is also quite small, so that it is impossible to measure a wide range of frictional force over a large load or to measure when the shape of the test object is not close to a plane. In addition, since the shape and frictional force are obtained from the control signal of the adjustment mechanism, it is impossible to increase the performance of the follow-up control because increasing the response frequency of the control system increases the effect of noise included in the control signal. Therefore, the scanning speed cannot be increased.

【0008】また、第2の特許第2594452号公報
記載の表面形状測定装置は摩擦力一定となるように荷重
制御しフィードバック信号を形状情報とする表面形状測
定装置であり、被検物の摩擦力を計測するものではな
い。
The surface shape measuring device described in Japanese Patent No. 2594452 is a surface shape measuring device that controls the load so that the frictional force is constant and uses the feedback signal as shape information. It does not measure.

【0009】さらに、第3の特開平5−99838号公
報記載の摩擦力測定装置は、微小領域を高分解能で測定
するための装置であり、広域の摩擦力を測定したり、被
検物の形状が平面に近くない曲面形状のような場合には
測定不可能である。
Further, a friction force measuring device described in the third Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-99838 is a device for measuring a minute area with high resolution, and measures a wide range of frictional force, In the case of a curved surface shape whose shape is not close to a plane, measurement is impossible.

【0010】結局、これらの従来例は、超軽量荷重で微
小領域を原子レベルに近い高分解能で測定することを主
眼としたものであり、fθプラスチックスレンズ等のよ
うな比較的大きな曲面形状のものの表面機械特性を測定
できるような汎用性を有しないものである。
After all, these prior arts are mainly aimed at measuring a minute area with an ultra-light load at a high resolution close to the atomic level, and have a relatively large curved surface shape such as an fθ plastic lens. It does not have the versatility to measure the surface mechanical properties of objects.

【0011】そこで、本発明は、基本的には、触針に関
する変更や調整を許容することで、数十mgf(=0.
0980665N)から数gf(=0.980665
N)の広い荷重範囲で、被検物の形状にとらわれず曲面
形状等についても広域の表面機械特性を測定することが
でき、測定に汎用性を持たせることができる表面機械特
性測定装置及びその測定方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention basically allows several tens of mgf (= 0.
0980665N) to several gf (= 0.980665)
N) A surface mechanical property measuring apparatus capable of measuring a wide range of surface mechanical properties for curved surfaces and the like irrespective of the shape of the test object in a wide load range of N) and having versatility in the measurement, and a device therefor. It is intended to provide a measuring method.

【0012】より具体的には、被検物の表面を傷つける
ことなく、広域の表面機械特性を測定できる表面機械特
性測定装置及びその測定方法を提供することを目的とす
る。
More specifically, it is an object of the present invention to provide a surface mechanical property measuring apparatus and a measuring method thereof capable of measuring a wide range of surface mechanical properties without damaging the surface of a test object.

【0013】触針のZ軸方向の摺動抵抗を増加させるこ
となく非接触・高精度で触針の荷重と等価である触針の
Z軸方向の変位を検出できる表面機械特性測定装置及び
その測定方法を提供することを目的とする。
A surface mechanical property measuring apparatus capable of detecting a displacement of a stylus in the Z-axis direction equivalent to a load of the stylus in a non-contact, high-precision manner without increasing a sliding resistance of the stylus in the Z-axis direction, and the same. It is intended to provide a measuring method.

【0014】触針のX軸方向の抵抗を増加させることな
く非接触・高精度で摩擦力と等価である触針のX軸方向
の変位を検出できる表面機械特性測定装置及びその測定
方法を提供することを目的とする。
Provided are a surface mechanical property measuring apparatus and a measuring method capable of detecting a displacement of a stylus in the X-axis direction which is equivalent to a frictional force without contact and with high accuracy without increasing the resistance in the X-axis direction of the stylus. The purpose is to do.

【0015】被検物の引力の測定に適した表面機械特性
測定装置及びその測定方法を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring surface mechanical properties suitable for measuring the attractive force of a test object.

【0016】被検物の摩擦力の測定に適した表面機械特
性測定装置及びその測定方法を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring surface mechanical properties which are suitable for measuring the frictional force of a test object.

【0017】被検物の摩擦係数の測定に適した表面機械
特性測定装置及びその測定方法を提供することを目的と
する。
An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring surface mechanical properties suitable for measuring the coefficient of friction of a test object.

【0018】摩擦力を測定する場合に、触針に加わる摩
擦力を検出する手段の調整を簡略化できる表面機械特性
測定装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device which can simplify adjustment of means for detecting a frictional force applied to a stylus when measuring a frictional force.

【0019】触針の軽量・低コスト化を図れる表面機械
特性測定装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical property measuring device capable of reducing the weight and cost of a stylus.

【0020】触針のZ軸方向の変位を検出する静電容量
変位計や光学式変位計等のセンサの初期設定を容易に行
える表面機械特性測定装置を提供することを目的とす
る。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device which can easily perform initial setting of a sensor such as a capacitance displacement meter or an optical displacement meter for detecting a displacement of a stylus in a Z-axis direction.

【0021】触針のX軸方向の変位を検出する静電容量
変位計や光学式変位計等のセンサの初期設定を容易に行
える表面機械特性測定装置を提供することを目的とす
る。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical property measuring apparatus which can easily perform initial setting of a sensor such as a capacitance displacement meter or an optical displacement meter for detecting a displacement of a stylus in the X-axis direction.

【0022】被検物の形状にとらわれず、摩擦力測定用
の触針に最適な所定の接触荷重で摩擦力を測定すること
ができる表面機械特性測定装置を提供することを目的と
する。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device capable of measuring a frictional force with a predetermined contact load which is optimal for a stylus for measuring a frictional force irrespective of the shape of a test object.

【0023】Z軸方向における摩擦や外力、重力の不釣
り合い等の定常的な接触荷重の偏差を抑制し得る表面機
械特性測定装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device capable of suppressing a steady deviation of a contact load such as friction, external force, and unbalance of gravity in the Z-axis direction.

【0024】被検物形状や傾き、走査速度等によって発
生する動的な外乱等によって発生する接触荷重の偏差を
抑制し得る表面機械特性測定装置を提供することを目的
とする。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring apparatus capable of suppressing a deviation of a contact load caused by a dynamic disturbance or the like caused by a shape, an inclination, a scanning speed or the like of a test object.

【0025】Z軸方向における摩擦や外力、重力の不釣
り合い等の定常的な摩擦力の偏差を抑制し得る表面機械
特性測定装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device capable of suppressing a steady deviation of frictional force such as friction, external force, and gravity imbalance in the Z-axis direction.

【0026】被検物形状や傾き、走査速度等によって発
生する動的な外乱等によって発生する摩擦力の偏差を抑
制し得る表面機械特性測定装置を提供することを目的と
する。
It is an object of the present invention to provide a surface mechanical characteristic measuring device capable of suppressing a deviation of a frictional force generated by a dynamic disturbance or the like generated by a shape, an inclination, a scanning speed or the like of a test object.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
触針を被検物の表面に接触させて摺動させることにより
前記被検物の表面特性を計測する表面機械特性計測装置
において、異なる前記触針が着脱交換自在で、前記触針
の長手方向に直交するX軸方向の変動が拘束され前記触
針の長手方向に沿ったZ軸方向に微小範囲で可動する触
針取付部と、着脱交換自在に設けられて前記触針取付部
を前記Z軸方向に支持する荷重調整用ばねと、前記触針
取付部の前記Z軸方向への変位を検出するZ軸方向変位
検出部と、これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸
方向変位検出部とを搭載して前記Z軸方向に移動するこ
とにより前記触針の前記被検物に対する接離及び測定荷
重を調整するZ軸駆動機構と、前記被検物を前記X軸方
向に駆動するX軸駆動機構と、を備える。
According to the first aspect of the present invention,
In a surface mechanical property measuring device for measuring a surface property of the test object by bringing a stylus into contact with a surface of the test object and sliding the same, a different stylus is detachable and replaceable, and a longitudinal direction of the stylus is changed. A stylus mounting portion that is restricted in variation in an X-axis direction perpendicular to the direction of the stylus and is movable in a minute range in a Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus; A load adjusting spring supported in the axial direction, a Z-axis direction displacement detecting section for detecting a displacement of the stylus mounting section in the Z-axis direction, a stylus mounting section, a load adjusting spring, and a Z-axis direction. A Z-axis drive mechanism that adjusts the contact and separation of the stylus with respect to the test object and the measurement load by mounting a displacement detection unit and moving in the Z-axis direction; and moving the test object in the X-axis direction. An X-axis driving mechanism for driving.

【0028】従って、触針取付部に対して異なる触針が
着脱交換自在であり、かつ、この触針取付部を支持する
荷重調整用ばねも着脱交換自在であり、触針取付部をX
軸方向の変動が拘束されZ軸方向に微小範囲で可動する
ように設けてなるので、触針取付部の動きを測定に支障
を来たさないように拘束した状態で、測定の目的・用途
に合わせて、例えば引力測定用とか摩擦測定用などに適
した触針や荷重調整用ばねを交換することにより、可動
範囲を広くしたりすることができ、測定に汎用性を持た
せることができる。このように、触針や荷重調整用ばね
に関する交換を許容することで、数十mgf(=0.0
980665N)から数gf(=0.980665N)
の広い荷重範囲で、被検物の形状にとらわれず曲面形状
等についても広域の表面機械特性を測定することがで
き、被検物の表面を傷つけることなく、広域の表面機械
特性を測定できる。
Therefore, a different stylus can be freely attached to and detached from the stylus mounting portion, and a load adjusting spring that supports the stylus mounting portion can be freely detached and replaced.
The purpose and application of the measurement are to be performed with the movement of the stylus mounting part constrained so as not to interfere with the measurement, because it is provided so that the movement in the axial direction is restricted and it is movable in a minute range in the Z-axis direction. By exchanging the stylus and the spring for adjusting the load, which are suitable for, for example, the measurement of gravitational force or the measurement of friction, it is possible to widen the movable range and make the measurement versatile. . As described above, by allowing replacement of the stylus and the load adjustment spring, several tens mgf (= 0.0
980665N) to several gf (= 0.980665N)
In a wide load range, the surface mechanical properties of a wide area can be measured even for a curved surface shape and the like regardless of the shape of the test object, and the surface mechanical properties of a wide area can be measured without damaging the surface of the test object.

【0029】請求項2記載の発明は、請求項1記載の表
面機械特性測定装置における前記Z軸駆動機構が、前記
触針取付部の動きを規制するマイクロエアスライダを含
む。
According to a second aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the first aspect, the Z-axis driving mechanism includes a micro air slider for restricting a movement of the stylus mounting portion.

【0030】従って、Z軸駆動機構が触針取付部の動き
を規制する空気軸受を利用したマイクロエアスライダを
含むことにより、Z軸方向の可動範囲を大きくとれ、汎
用性を向上させ得る上に、Z軸方向の外乱の少ない状態
で駆動させることができる。
Therefore, the Z-axis drive mechanism includes a micro air slider using an air bearing that regulates the movement of the stylus mounting portion, so that the movable range in the Z-axis direction can be widened and general versatility can be improved. , Can be driven with little disturbance in the Z-axis direction.

【0031】請求項3記載の発明は、請求項1記載の表
面機械特性測定装置における前記Z軸方向変位検出部
は、前記触針取付部のZ軸方向端面の前記Z軸方向への
微小変位を検出する。
According to a third aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the first aspect, the Z-axis direction displacement detecting section is configured to perform a minute displacement of the end surface of the stylus mounting section in the Z-axis direction in the Z-axis direction. Is detected.

【0032】従って、微小な荷重を変位に変換する高分
解能で測定範囲の比較的狭い測定に適したZ軸方向変位
検出部となる。
Therefore, the Z-axis direction displacement detecting section suitable for measurement with a relatively narrow measurement range and high resolution for converting a minute load into a displacement.

【0033】請求項4記載の発明は、請求項3記載の表
面機械特性測定装置における前記Z軸方向変位検出部
は、静電容量計である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the third aspect, the Z-axis direction displacement detecting section is a capacitance meter.

【0034】従って、Z軸方向変位検出部として静電容
量計を備えることにより、触針のZ軸方向の摺動抵抗を
増加させることなく非接触・高精度で触針の荷重と等価
である触針のZ軸方向の変位を検出でき、かつ、Z軸方
向変位検出部自身を小型・軽量化できる。
Accordingly, by providing a capacitance meter as the Z-axis direction displacement detecting unit, the contact resistance is equivalent to the load of the stylus with high accuracy without increasing the sliding resistance of the stylus in the Z-axis direction. The displacement of the stylus in the Z-axis direction can be detected, and the Z-axis displacement detection unit itself can be reduced in size and weight.

【0035】請求項5記載の発明は、請求項3記載の表
面機械特性測定装置における前記Z軸方向変位検出部
は、光学式変位計である。
According to a fifth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the third aspect, the Z-axis direction displacement detecting section is an optical displacement meter.

【0036】従って、Z軸方向変位検出部として光学式
変位計を備えることにより、触針のZ軸方向の摺動抵抗
を増加させることなく非接触・高精度で触針の荷重と等
価である触針のZ軸方向の変位を検出できる。
Accordingly, the provision of the optical displacement meter as the Z-axis direction displacement detecting section makes it possible to achieve non-contact, high precision and equivalent to the load of the stylus without increasing the sliding resistance of the stylus in the Z-axis direction. The displacement of the stylus in the Z-axis direction can be detected.

【0037】請求項6記載の発明は、請求項1記載の表
面機械特性測定装置における前記Z軸方向変位検出部
は、前記荷重調整用ばねに取付けられた歪みゲージから
なる縦歪み検出計である。
According to a sixth aspect of the present invention, in the surface mechanical property measuring apparatus according to the first aspect, the Z-axis direction displacement detecting section is a longitudinal strain detector comprising a strain gauge attached to the load adjusting spring. .

【0038】従って、微小な荷重を変位に変換する方式
の装置において、触針や荷重調整用ばねを変更した場
合、重量と重力との釣り合い位置が大きく変化する可能
性があり、高分解能で測定範囲の狭い変位計では初期位
置の調整作業が必要となるが、荷重調整用ばねに取付け
られた歪みゲージからなる縦歪み検出計をZ軸方向変位
検出部として備えることにより、触針のZ軸方向の荷重
を検出するZ軸方向変位検出部の調整を簡略化すること
ができる。
Therefore, in a device that converts a minute load into a displacement, if the stylus or the spring for adjusting the load is changed, there is a possibility that the balance position between the weight and the gravity may change greatly, and the measurement is performed with high resolution. Adjustment of the initial position is necessary for a displacement meter with a narrow range, but by providing a vertical strain detector consisting of a strain gauge attached to a load adjusting spring as a Z-axis direction displacement detector, the Z-axis of the stylus The adjustment of the Z-axis direction displacement detection unit that detects the load in the direction can be simplified.

【0039】請求項7記載の発明は、請求項1記載の表
面機械特性測定装置における前記触針は、平行板ばねで
支持されて前記X軸方向の力により前記X軸方向に変位
可能であり、前記触針の前記X軸方向への微小変位を検
出するX軸方向変位検出部を備える。
According to a seventh aspect of the present invention, in the surface mechanical property measuring apparatus according to the first aspect, the stylus is supported by a parallel leaf spring and can be displaced in the X-axis direction by the force in the X-axis direction. And an X-axis direction displacement detector for detecting a minute displacement of the stylus in the X-axis direction.

【0040】従って、Z軸駆動機構に搭載された触針取
付部に、平行板ばねで支持されてX軸方向の力によりX
軸方向に変位可能な触針を取付け、その変位をX軸方向
変位検出部により検出することにより、曲面形状の被検
物であってもその摩擦力を測定できる。
Therefore, the stylus mounting portion mounted on the Z-axis driving mechanism is supported by a parallel leaf spring, and the X-axis force is applied to the X-axis direction.
By attaching a stylus that can be displaced in the axial direction and detecting the displacement by an X-axis direction displacement detection unit, the frictional force can be measured even for a curved object.

【0041】請求項8記載の発明は、請求項7記載の表
面機械特性測定装置における前記X軸方向変位検出部
は、静電容量計である。
According to an eighth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the seventh aspect, the X-axis direction displacement detecting section is a capacitance meter.

【0042】従って、X軸方向変位検出部として静電容
量計を備えることにより、触針のX軸方向の摺動抵抗を
増加させることなく非接触・高精度で摩擦力と等価であ
る触針のX軸方向の変位を検出でき、かつ、X軸方向変
位検出部自身を小型・軽量化できる。
Accordingly, by providing a capacitance meter as the X-axis direction displacement detecting unit, a stylus that is non-contact, highly accurate and equivalent to a frictional force without increasing the sliding resistance of the stylus in the X-axis direction. Can be detected in the X-axis direction, and the X-axis direction displacement detection unit itself can be reduced in size and weight.

【0043】請求項9記載の発明は、請求項8記載の表
面機械特性測定装置における前記平行板ばねは、導電性
材料からなる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the eighth aspect, the parallel leaf spring is made of a conductive material.

【0044】従って、請求項8記載の発明のように静電
容量変位計を使用するためにはターゲットが導電性材料
である必要があるが、平行板ばね自身を導電性材料製と
することにより、導電性材料からなるターゲットを別個
に必要とせず、触針の軽量化、低コスト化を図ることが
できる。
Therefore, in order to use the capacitance displacement meter as in the eighth aspect of the present invention, the target must be made of a conductive material. However, the parallel leaf spring itself is made of a conductive material. In addition, it is possible to reduce the weight and cost of the stylus without separately requiring a target made of a conductive material.

【0045】請求項10記載の発明は、請求項7記載の
表面機械特性測定装置において、前記X軸方向変位検出
部は、光学式変位計である。
According to a tenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the seventh aspect, the X-axis direction displacement detecting section is an optical displacement meter.

【0046】従って、X軸方向変位検出部として静電容
量計を備えることにより、触針のX軸方向の摺動抵抗を
増加させることなく非接触・高精度で摩擦力と等価であ
る触針のX軸方向の変位を検出できる。
Accordingly, by providing a capacitance meter as the X-axis direction displacement detecting unit, a stylus that is non-contact, highly accurate and equivalent to a frictional force without increasing the sliding resistance of the stylus in the X-axis direction. Can be detected in the X-axis direction.

【0047】請求項11記載の発明は、請求項7記載の
表面機械特性測定装置において前記X軸方向変位検出部
は、前記平行板ばねに取付けられた歪みゲージからなる
横歪み検出計である。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the seventh aspect, the X-axis direction displacement detecting section is a transverse strain detector comprising a strain gauge attached to the parallel leaf spring.

【0048】従って、微小な荷重を変位に変換する方式
の装置において、触針の平行板ばねを変更した場合、摩
擦力による平行板ばねの変形量や触針の反りによる初期
位置が大きく変化する可能性があり、高分解能で測定範
囲の狭い変位計では初期位置の調整作業が必要となる
が、荷重調整用ばねに取付けられた歪みゲージからなる
横歪み検出計をX軸方向変位検出部として備えることに
より、触針に加わる摩擦力を検出するX軸方向変位検出
部の調整を簡略化することができる。
Therefore, when the parallel leaf spring of the stylus is changed in an apparatus of the type that converts a minute load into a displacement, the amount of deformation of the parallel leaf spring due to frictional force and the initial position due to the warp of the stylus greatly change. There is a possibility that adjustment of the initial position is necessary for a displacement meter with a high resolution and a narrow measurement range, but a lateral strain detector consisting of a strain gauge attached to a spring for load adjustment is used as the X-axis direction displacement detector. With the provision, the adjustment of the X-axis direction displacement detection unit for detecting the frictional force applied to the stylus can be simplified.

【0049】請求項12記載の発明は、請求項1ないし
11の何れか一に記載の表面機械特性測定装置における
前記Z軸方向変位検出部は、前記Z軸方向に位置調整自
在な変位調整部を備える。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the surface mechanical property measuring apparatus according to any one of the first to eleventh aspects, the Z-axis direction displacement detecting section is a displacement adjusting section capable of adjusting a position in the Z-axis direction. Is provided.

【0050】従って、微小な荷重を変位に変換する方式
の装置において、触針や荷重調整用ばねを変更した場
合、重量と重力との釣り合い位置が大きく変化する可能
性があり、高分解能で測定範囲の狭い変位計では初期位
置の調整作業が必要となるが、Z軸方向変位検出部がZ
軸方向に位置調整自在な変位調整部を備えることによ
り、触針のZ軸方向の変位を検出するZ軸方向変位検出
部の初期位置設定を容易に行え、適正な測定が可能とな
る。結果として、触針等が交換された場合に調整手段を
有するので、汎用性を持たせることができる。
Therefore, in a device that converts a minute load into a displacement, when the stylus and the spring for adjusting the load are changed, there is a possibility that the balance position between the weight and the gravity may greatly change, and the measurement is performed with high resolution. Adjustment of the initial position is necessary for a displacement meter with a narrow range.
The provision of the displacement adjustment unit capable of adjusting the position in the axial direction makes it easy to set the initial position of the Z-axis direction displacement detection unit that detects the displacement of the stylus in the Z-axis direction, thereby enabling appropriate measurement. As a result, since the adjusting means is provided when the stylus or the like is replaced, versatility can be provided.

【0051】請求項13記載の発明は、請求項7ないし
11の何れか一に記載の表面機械特性測定装置における
前記X軸方向変位検出部は、前記X軸方向及び前記Z軸
方向に位置調整自在な変位調整部を備える。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to any one of the seventh to eleventh aspects, the X-axis direction displacement detecting section adjusts the position in the X-axis direction and the Z-axis direction. Equipped with a free displacement adjusting unit.

【0052】従って、微小な荷重を変位に変換する方式
の装置において、触針の平行板ばねを変更した場合、摩
擦力による平行板ばねの変形量や触針の反りによる初期
位置が大きく変化する可能性があり、高分解能で測定範
囲の狭い変位計では初期位置の調整作業が必要となる
が、X軸方向変位検出部がX軸方向及びZ軸方向に位置
調整自在な変位調整部を備えることにより、触針のX軸
方向の変位を検出するX軸方向変位検出部の初期位置設
定を容易に行え、適正な測定が可能となる。結果とし
て、触針の平行板ばね等が交換された場合に調整手段を
有するので、汎用性を持たせることができる。
Therefore, in a device that converts a minute load into a displacement, when the parallel leaf spring of the stylus is changed, the amount of deformation of the parallel leaf spring due to frictional force and the initial position due to the warp of the stylus greatly change. There is a possibility that the adjustment of the initial position is required for a displacement meter with a high resolution and a narrow measurement range, but the X-axis direction displacement detection unit has a displacement adjustment unit that can adjust the position in the X-axis direction and the Z-axis direction. This makes it easy to set the initial position of the X-axis direction displacement detection unit that detects the displacement of the stylus in the X-axis direction, and enables proper measurement. As a result, since the adjusting means is provided when the parallel leaf spring or the like of the stylus is replaced, versatility can be provided.

【0053】請求項14記載の発明は、請求項7ないし
11の何れか一に記載の表面機械特性測定装置におい
て、前記Z軸方向変位検出部の変位を前記触針の前記被
検物表面に対する接触荷重が目標値相当の目標変位とな
るように前記Z軸駆動機構を制御するフィードバック制
御系を備える。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to any one of the seventh to eleventh aspects, the displacement of the Z-axis direction displacement detecting section is determined with respect to the surface of the test object of the stylus. A feedback control system for controlling the Z-axis drive mechanism so that the contact load has a target displacement corresponding to a target value.

【0054】従って、曲面のように被検物の形状が平面
でない場合、触針のZ軸方向の位置が変化し、触針を支
持する荷重調整用ばねによって設定している接触荷重も
変化してしまうが、フィードバック制御系によりZ軸方
向変位検出部の変位を触針の被検物表面に対する接触荷
重が目標値相当の目標変位となるようにZ軸駆動機構を
制御することで、被検物の形状にとらわれず、摩擦測定
用の触針に最適な所定の接触荷重で摩擦力を測定するこ
とができる。
Therefore, when the shape of the test object is not flat such as a curved surface, the position of the stylus in the Z-axis direction changes, and the contact load set by the load adjusting spring supporting the stylus also changes. However, the feedback control system controls the Z-axis drive mechanism such that the contact load of the stylus on the surface of the test object becomes the target displacement corresponding to the target value. The friction force can be measured with a predetermined contact load that is optimal for a stylus for friction measurement, regardless of the shape of the object.

【0055】請求項15記載の発明は、請求項14記載
の表面機械特性測定装置における前記フィードバック制
御系は、前記接触荷重の目標値相当の前記目標変位と前
記Z軸方向変位検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動
機構の位置制御を行う補償器を含み、この補償器が積分
特性を有する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the fourteenth aspect, the feedback control system includes a target displacement corresponding to a target value of the contact load and a displacement of the Z-axis direction displacement detecting unit. And a compensator for controlling the position of the Z-axis drive mechanism, and the compensator has an integral characteristic.

【0056】接触荷重を制御するためのアクチュエータ
はZ軸駆動機構であり、Z軸駆動機構における摩擦や外
力、重力の不釣り合い等の定常的な外乱によって定常的
な位置偏差が発生してしまい、この位置偏差が接触荷重
に定常的な偏差を発生させることになり、正確な摩擦力
が測定できなったり触針を破損させてしまう可能性があ
るが、フィードバック制御系が積分特性を有する補償器
を備えるので、このような定常的な接触荷重の偏差を抑
制することができる。
The actuator for controlling the contact load is a Z-axis driving mechanism, and a stationary position deviation occurs due to a stationary disturbance such as friction, an external force, and unbalance of gravity in the Z-axis driving mechanism. This position deviation causes a steady deviation in the contact load, which may make it impossible to accurately measure the frictional force or damage the stylus, but the feedback control system has a compensator having an integral characteristic. , It is possible to suppress such a steady deviation of the contact load.

【0057】請求項16記載の発明は、請求項14記載
の表面機械特性測定装置における前記フィードバック制
御系は、前記接触荷重の目標値相当の前記目標変位と前
記Z軸方向変位検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動
機構の位置制御を行う補償器を含み、前記フィードバッ
ク制御系の制御帯域が前記被検物の形状と走査速度とか
ら求まる前記Z軸方向の動的外乱周波数よりも高くなる
ように前記補償器が周波数補償されている。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the fourteenth aspect, the feedback control system includes a target displacement corresponding to a target value of the contact load and a displacement of the Z-axis direction displacement detecting unit. And a compensator that performs position control of the Z-axis drive mechanism by comparing the control band of the feedback control system with the dynamic disturbance frequency in the Z-axis direction obtained from the shape and the scanning speed of the test object. The compensator is frequency compensated to be higher.

【0058】接触荷重を制御するためのアクチュエータ
はZ軸駆動機構であり、被検物の形状や傾き等とX軸方
向の走査速度によって発生する動的な外乱により、位置
偏差が発生してしまい、この位置偏差が接触荷重に偏差
を発生させることになり、正確な摩擦力が測定できなか
ったり触針を破損させてしまう可能性があるが、フィー
ドバック制御系が、Z軸方向の動的外乱周波数よりも高
くなるように周波数補償された補償器を有するので、こ
のような動的な外乱によって発生する接触荷重の偏差を
抑制することができる。
The actuator for controlling the contact load is a Z-axis drive mechanism, and a positional deviation occurs due to dynamic disturbance generated by the shape and inclination of the test object and the scanning speed in the X-axis direction. However, this positional deviation may cause a deviation in the contact load, which may make it impossible to accurately measure the frictional force or may damage the stylus. Since the compensator is frequency-compensated to be higher than the frequency, the deviation of the contact load generated by such a dynamic disturbance can be suppressed.

【0059】請求項17記載の発明は、請求項7ないし
11の何れか一に記載の表面機械特性測定装置におい
て、前記X軸方向変位検出部の変位を前記触針の前記被
検物表面に対する摩擦力が摩擦力目標値相当の目標変位
となるように前記Z軸駆動機構を制御するフィードバッ
ク制御系を備える。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to any one of the seventh to eleventh aspects, the displacement of the X-axis direction displacement detecting section is determined with respect to the surface of the test object of the stylus. A feedback control system is provided for controlling the Z-axis drive mechanism so that the frictional force becomes a target displacement corresponding to the frictional force target value.

【0060】触針を支持した平行板ばねの変位によって
摩擦力を測定する場合、被検物表面の摩擦係数の変化や
粗さ、触針と被検物との間の物性等によって測定される
摩擦力は大きく変化し、スティックスリップ現象や触針
の跳躍現象が発生することがあり、一般的には、触針の
X軸方向の剛性を上げることによって回避し得るが、そ
れにより測定される摩擦力の分解能が低下してしまう可
能性もある。この点、本発明では、摩擦力と接触荷重と
の間にはアンモントン−クーロンの法則が成立すると考
え、フィードバック制御系を備え、触針に加わる摩擦力
が一定となるように接触荷重を変化させて摩擦力を制御
することで、摩擦力と接触荷重から摩擦係数を高精度に
求めることが可能となる。
When the frictional force is measured by the displacement of the parallel leaf spring supporting the stylus, the frictional force is measured by the change in the coefficient of friction and the roughness of the surface of the test object, the physical properties between the stylus and the test object, and the like. The frictional force changes greatly, and a stick-slip phenomenon or a jumping phenomenon of the stylus may occur, which can generally be avoided by increasing the rigidity of the stylus in the X-axis direction, but is measured by that. There is also a possibility that the resolution of the frictional force is reduced. In this regard, in the present invention, it is considered that Ammonton-Coulomb's law is satisfied between the frictional force and the contact load, and a feedback control system is provided to change the contact load so that the frictional force applied to the stylus becomes constant. By controlling the frictional force, the frictional coefficient can be determined with high accuracy from the frictional force and the contact load.

【0061】請求項18記載の発明は、請求項17記載
の表面機械特性測定装置における前記フィードバック制
御系は、前記摩擦力の摩擦力目標値相当の前記目標変位
と前記X軸方向変位検出部の変位とを比較して前記Z軸
駆動機構の位置制御を行う補償器を含み、この補償器が
積分特性を有する。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the seventeenth aspect, the feedback control system includes a target displacement corresponding to a frictional force target value of the frictional force and the X-axis direction displacement detecting unit. A compensator for performing position control of the Z-axis driving mechanism by comparing the displacement with the displacement; and the compensator has an integral characteristic.

【0062】摩擦力を制御するためのアクチュエータは
Z軸駆動機構であり、Z軸駆動機構における摩擦や外
力、重力の不釣り合い等の定常的な外乱によって定常的
な位置偏差が発生してしまい、この位置偏差は接触荷重
に定常的な偏差を発生させ、制御対象である摩擦力にも
定常偏差を発生させたり触針を破損させてしまう可能性
があるが、フィードバック制御系が積分特性を有する補
償器を備えるので、このような定常的な摩擦力の偏差を
抑制することができる。
The actuator for controlling the frictional force is a Z-axis driving mechanism, and a stationary position deviation occurs due to a stationary disturbance such as friction, external force, and unbalance of gravity in the Z-axis driving mechanism. This positional deviation may cause a steady deviation in the contact load, and may cause a steady deviation in the frictional force to be controlled or damage the stylus, but the feedback control system has an integral characteristic. The provision of the compensator can suppress such a steady deviation of the frictional force.

【0063】請求項19記載の発明は、請求項17記載
の表面機械特性測定装置における前記フィードバック制
御系は、前記摩擦力の摩擦力目標値相当の前記目標変位
と前記X軸方向変位検出部の変位とを比較して前記Z軸
駆動機構の位置制御を行う補償器を含み、前記フィード
バック制御系の制御帯域が前記被検物の形状と走査速度
とから求まる前記Z軸方向の動的外乱周波数よりも高く
なるように前記補償器が周波数補償されている。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the seventeenth aspect, the feedback control system includes the target displacement corresponding to a frictional force target value of the frictional force and the X-axis direction displacement detecting unit. A dynamic compensator for controlling the position of the Z-axis drive mechanism by comparing the displacement with a displacement, wherein the control band of the feedback control system is determined from the shape and the scanning speed of the test object and the dynamic disturbance frequency in the Z-axis direction. The compensator is frequency-compensated to be higher.

【0064】摩擦力を制御するためのアクチュエータは
Z軸駆動機構であり、被検物の形状や傾き等とX軸方向
の走査速度によって発生する動的な外乱により、位置偏
差が発生してしまい、この位置偏差は接触荷重に偏差を
発生させ、制御対象である摩擦力にも偏差を発生させた
り触針を破損させてしまう可能性があるが、フィードバ
ック制御系がZ軸方向の動的外乱周波数よりも高くなる
ように周波数補償された補償器を有するので、このよう
な動的な外乱によって発生する摩擦力の偏差を抑制する
ことができる。
The actuator for controlling the frictional force is a Z-axis driving mechanism, and a positional deviation occurs due to dynamic disturbance generated by the shape and inclination of the test object and the scanning speed in the X-axis direction. However, this positional deviation may cause a deviation in the contact load, and may also cause a deviation in the frictional force to be controlled or damage the stylus. Since the compensator is frequency-compensated to be higher than the frequency, it is possible to suppress the deviation of the frictional force generated by such a dynamic disturbance.

【0065】請求項20記載の発明は、触針を被検物の
表面に接触させて摺動させることにより前記被検物の表
面特性を計測する表面機械特性測定方法において、前記
触針が取付けられ、前記触針の長手方向に直交するX軸
方向の変動が拘束され前記触針の長手方向に沿ったZ軸
方向に微小範囲で可動する触針取付部と、着脱交換自在
に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方向に支持する
荷重調整用ばねと、前記触針取付部の前記Z軸方向への
変位を検出するZ軸方向変位検出部と、これらの触針取
付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検出部とを搭載し
て前記Z軸方向に移動することにより前記触針の前記被
検物に対する接離及び測定荷重を調整するZ軸駆動機構
と、前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構
と、を用い、前記触針を前記被検物に接触させた状態か
ら前記Z軸駆動機構を前記Z軸方向に離反移動させ、前
記Z軸方向変位検出部により検出される前記触針取付部
の重量と前記荷重調整用ばねの釣り合い点からの変位と
前記荷重調整用ばねのばね定数とに基づき前記被検物の
引力を測定するようにした。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring method for measuring the surface characteristics of the test object by bringing the stylus into contact with the surface of the test object and sliding the same, the stylus is attached. And a stylus mounting portion that is restricted in fluctuation in an X-axis direction orthogonal to the longitudinal direction of the stylus and is movable in a minute range in a Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus, and is detachably provided. A load adjusting spring that supports the stylus mounting section in the Z-axis direction, a Z-axis direction displacement detecting section that detects a displacement of the stylus mounting section in the Z-axis direction, and a stylus mounting section. A Z-axis drive mechanism that mounts a load adjusting spring and a Z-axis direction displacement detecting unit and moves in the Z-axis direction to adjust the contact / separation of the stylus with respect to the test object and the measurement load; An X-axis drive mechanism for driving an inspection object in the X-axis direction, The Z-axis drive mechanism is moved away from the object in the Z-axis direction while the needle is in contact with the test object, and the weight of the stylus mounting portion detected by the Z-axis direction displacement detection unit and the load adjustment The attraction of the test object is measured based on the displacement of the spring from the balance point and the spring constant of the load adjusting spring.

【0066】従って、請求項3記載の測定装置を用いた
場合の被検物の引力を測定する方法が明らかとなる。
Accordingly, a method for measuring the attractive force of the test object when using the measuring device according to claim 3 becomes clear.

【0067】請求項21記載の発明は、触針を被検物の
表面に接触させて摺動させることにより前記被検物の表
面特性を計測する表面機械特性測定方法において、前記
触針が取付けられて、前記触針の長手方向に直交するX
軸方向の変動が拘束され前記触針の長手方向に沿ったZ
軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、着脱交換自
在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方向に支持荷
重調整用ばねと、前記荷重調整用ばねに取付けられて前
記触針取付部の前記Z軸方向への変位を検出する歪みゲ
ージからなる縦歪み検出計によるZ軸方向変位検出部
と、これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変
位検出部とを搭載して前記Z軸方向に移動することによ
り前記触針の前記被検物に対する接離及び測定荷重を調
整するZ軸駆動機構と、前記被検物を前記X軸方向に駆
動するX軸駆動機構と、を用い、前記触針を前記被検物
に接触させた状態から前記Z軸駆動機構を前記Z軸方向
に離反移動させ、前記縦歪み検出計の歪み量に基づき前
記被検物の引力を測定するようにした。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring method for measuring the surface characteristics of the test object by bringing the stylus into contact with the surface of the test object and sliding the same, the stylus is attached. X perpendicular to the longitudinal direction of the stylus
The axial variation is constrained and Z along the longitudinal direction of the stylus
A stylus mounting portion movable in a minute range in the axial direction, a stylus mounting portion provided detachably and detachably, and the stylus mounting portion attached to the support load adjusting spring in the Z-axis direction and the load adjusting spring; A Z-axis direction displacement detecting section including a strain gauge for detecting displacement of the needle mounting section in the Z-axis direction, a stylus mounting section, a load adjusting spring, and a Z-axis direction displacement detecting section; And a Z-axis drive mechanism for adjusting the contact / separation of the stylus with respect to the test object and the measurement load by moving in the Z-axis direction, and an X-axis for driving the test object in the X-axis direction. And using the drive mechanism to move the Z-axis drive mechanism away from the object in the Z-axis direction from a state in which the stylus is in contact with the object, and based on the amount of distortion of the longitudinal strain detector, Was measured.

【0068】従って、請求項6記載の測定装置を用いた
場合の被検物の引力を測定する方法が明らかとなる。
Therefore, a method for measuring the attraction of a test object when the measuring device according to claim 6 is used becomes clear.

【0069】請求項22記載の発明は、触針を被検物の
表面に接触させて摺動させることにより前記被検物の表
面特性を計測する表面機械特性測定方法において、平行
板ばねで支持されて長手方向に直交するX軸方向の力に
より前記X軸方向に変位可能な触針が取付けられて、前
記X軸方向の変動を拘束し前記触針の長手方向に沿った
Z軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、着脱交換
自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方向に支持
する荷重調整用ばねと、前記触針取付部の前記Z軸方向
への変位を検出するZ軸方向変位検出部と、前記触針の
前記X軸方向への微小変位を検出するX軸方向変位検出
部と、これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向
変位検出部とX軸方向変位検出部とを搭載して前記Z軸
方向に移動することにより前記触針の前記被検物に対す
る接離及び測定荷重を調整するZ軸駆動機構と、前記被
検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、を用
い、前記被検物表面に前記触針を接触させながら前記X
軸駆動機構により前記被検物を走査させた時の前記X軸
方向変位検出部の変位と前記平行板ばねのばね定数とに
基づき前記被検物の摩擦力を測定するようにした。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring method for measuring the surface characteristic of the test object by bringing the stylus into contact with the surface of the test object and sliding the same, the support is supported by a parallel leaf spring. A stylus that is displaced in the X-axis direction by a force in the X-axis direction perpendicular to the longitudinal direction is attached, restrains the fluctuation in the X-axis direction, and is attached in the Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus. A stylus mounting portion movable in a minute range; a load adjusting spring provided detachably and supporting the stylus mounting portion in the Z-axis direction; and a displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction. , A Z-axis direction displacement detecting section for detecting a minute displacement of the stylus in the X-axis direction, a stylus mounting section, a load adjusting spring, and a Z-axis direction displacement. A detection unit and an X-axis direction displacement detection unit are mounted to move in the Z-axis direction. A Z-axis drive mechanism that adjusts the contact and separation of the stylus with respect to the test object and a measurement load, and an X-axis drive mechanism that drives the test object in the X-axis direction. While contacting the stylus with the X
The frictional force of the test object is measured based on the displacement of the X-axis direction displacement detection unit when the test object is scanned by the shaft drive mechanism and the spring constant of the parallel leaf spring.

【0070】従って、請求項7記載の測定装置を用いた
場合の被検物の摩擦力を測定する方法が明らかとなる。
Therefore, a method for measuring the frictional force of the test object when using the measuring device according to claim 7 becomes clear.

【0071】請求項23記載の発明は、触針を被検物の
表面に接触させて摺動させることにより前記被検物の表
面特性を計測する表面機械特性測定方法において、平行
板ばねで支持されて長手方向に直交するX軸方向の力に
より前記X軸方向に変位可能な触針が取付けられて、前
記X軸方向の変動を拘束し前記触針の長手方向に沿った
Z軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、着脱交換
自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方向に支持
する荷重調整用ばねと、前記触針取付部の前記Z軸方向
への変位を検出するZ軸方向変位検出部と、前記平行板
ばねに取付けられて前記触針の前記X軸方向への微小変
位を検出する歪みゲージからなる横歪み検出計によるX
軸方向変位検出部と、これらの触針取付部と荷重調整用
ばねとZ軸方向変位検出部とX軸方向変位検出部とを搭
載して前記Z軸方向に移動することにより前記触針の前
記被検物に対する接離及び測定荷重を調整するZ軸駆動
機構と、前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動
機構と、を用い、前記被検物表面に前記触針を接触させ
ながら前記X軸駆動機構により前記被検物を走査させた
時の前記横歪み検出計の歪み量に基づき前記被検物の摩
擦力を測定するようにした。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring method for measuring the surface characteristic of the test object by sliding the stylus in contact with the surface of the test object, the probe is supported by a parallel leaf spring. A stylus that is displaced in the X-axis direction by a force in the X-axis direction perpendicular to the longitudinal direction is attached, restrains the fluctuation in the X-axis direction, and is attached in the Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus. A stylus mounting portion movable in a minute range; a load adjusting spring provided detachably and supporting the stylus mounting portion in the Z-axis direction; and a displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction. And a strain gauge attached to the parallel leaf spring and configured to detect a minute displacement of the stylus in the X-axis direction.
An axial displacement detection unit, a stylus mounting unit, a load adjusting spring, a Z-axis direction displacement detection unit, and an X-axis direction displacement detection unit are mounted and moved in the Z-axis direction. Using a Z-axis drive mechanism for adjusting the contact and separation and the measurement load with respect to the test object, and an X-axis drive mechanism for driving the test object in the X-axis direction, using the stylus on the surface of the test object. The frictional force of the test object is measured based on the amount of distortion of the lateral strain detector when the test object is scanned by the X-axis drive mechanism while making contact.

【0072】従って、請求項11記載の測定装置を用い
た場合の被検物の摩擦力を測定する方法が明らかとな
る。
Accordingly, a method for measuring the frictional force of the test object when using the measuring device according to claim 11 becomes clear.

【0073】請求項24記載の発明は、請求項22記載
の表面機械特性測定方法において、前記X軸方向変位検
出部の変位が前記触針の前記被検物表面に対する摩擦力
が摩擦力目標値相当の目標変位となるように前記Z軸駆
動機構を制御するフィードバック制御系を用い、検出さ
れた摩擦力と前記被検物に対する接触荷重とに基づき前
記被検物の摩擦係数を測定するようにした。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the method for measuring surface mechanical properties according to the twenty-second aspect, the displacement of the X-axis direction displacement detecting portion is such that the frictional force of the stylus on the surface of the test object is a frictional force target value. Using a feedback control system that controls the Z-axis drive mechanism so that the target displacement is considerable, the friction coefficient of the test object is measured based on the detected friction force and the contact load on the test object. did.

【0074】従って、請求項22記載の測定方法をベー
スとする、被検物の摩擦係数を測定する方法が明らかと
なる。
Accordingly, a method for measuring the coefficient of friction of a test object based on the measuring method according to claim 22 becomes apparent.

【0075】[0075]

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図1
ないし図3に基づいて説明する。本実施の形態の表面機
械特性測定装置は、例えば、プラスチックス製のfθレ
ンズを被検物1としてその表面引力や表面摩擦力を測定
する測定装置への適用例を示す。被検物1はこの被検物
1をX軸方向(紙面、左右方向)に駆動するX軸駆動機
構であるX軸ステージ2上に搭載されている。このX軸
ステージ2はステッピングモータやサーボモータ等のア
クチュエータ(図示せず)によりX軸方向に駆動され
る。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
A description will be given based on FIG. The surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the present embodiment shows an example of application to a measuring apparatus for measuring a surface attractive force or a surface friction force of an object 1 using, for example, a plastic fθ lens. The test object 1 is mounted on an X-axis stage 2 which is an X-axis driving mechanism for driving the test object 1 in the X-axis direction (on the paper surface, left and right direction). The X-axis stage 2 is driven in the X-axis direction by an actuator (not shown) such as a stepping motor or a servomotor.

【0076】このX軸ステージ2の上方には、Z軸方向
(紙面、上下方向=X軸方向に直交する方向)に移動自
在なZ軸駆動機構としてのキャリッジ3が設けられてい
る。このキャリッジ3はボイスコイルモータ等のアクチ
ュエータ(図示せず)によりZ軸方向に駆動される。こ
のキャリッジ3のX軸ステージ2に対向する下部にはマ
イクロエアスライダ4が設けられている。このマイクロ
エアスライダ4は空気軸受によりZ軸方向に可動自在な
スライダ可動部4aを有し、スライダ可動部4aの下端
部が触針取付部5とされて、例えば、触針として触針式
プローブ6が着脱交換自在に取付けられている。触針取
付部5に対する触針式プローブ6の着脱機構はねじ構造
等の周知の構造を利用すればよい。また、この触針式プ
ローブ6は測定精度を向上させるために、Z軸方向の摺
動抵抗を抑え、かつ、X軸方向の剛性が得られるように
マイクロエアスライダ4のスライダ可動部4aに取付け
られている。これにより、触針式プローブ6(従って、
スライダ可動部4a)は、X軸方向の変動が拘束され、
Z軸方向にのみ微小範囲で可動するように構成されてい
る。
Above the X-axis stage 2, there is provided a carriage 3 as a Z-axis drive mechanism that is movable in the Z-axis direction (paper plane, vertical direction = direction orthogonal to the X-axis direction). The carriage 3 is driven in the Z-axis direction by an actuator (not shown) such as a voice coil motor. A micro air slider 4 is provided at a lower portion of the carriage 3 facing the X-axis stage 2. The micro air slider 4 has a slider movable part 4a movable in the Z-axis direction by an air bearing, and a lower end of the slider movable part 4a is a stylus mounting part 5, for example, a stylus type probe as a stylus. 6 is detachably mounted. The mechanism for attaching and detaching the stylus probe 6 to and from the stylus mounting portion 5 may use a known structure such as a screw structure. The stylus probe 6 is attached to the slider movable part 4a of the micro air slider 4 so as to suppress the sliding resistance in the Z-axis direction and obtain the rigidity in the X-axis direction in order to improve the measurement accuracy. Have been. Thereby, the stylus probe 6 (accordingly,
The slider movable portion 4a) is restrained from changing in the X-axis direction,
It is configured to be movable in a minute range only in the Z-axis direction.

【0077】また、スライダ可動部4aの上端側にはこ
のスライダ可動部4aをZ軸方向に可動的に支持する荷
重調整用ばね7が設けられている。この荷重調整用ばね
7は、例えば、X軸方向に細長い板ばねによるものであ
る。この荷重調整用ばね7は、例えば、キャリッジ3内
の所定の固定部8に対してねじ9(図9参照)により両
端が取付けられたもので、ばね定数等が異なる種類のも
のを任意に交換自在に取付け得る構造とされている。従
って、荷重調整用ばね7の中央部もスライダ可動部4a
の上端部に対して着脱交換自在な構造とされている(例
えば、図9に示すねじ7aとねじ穴4b構造参照)。
At the upper end of the slider movable portion 4a, a load adjusting spring 7 for movably supporting the slider movable portion 4a in the Z-axis direction is provided. The load adjusting spring 7 is, for example, a leaf spring that is elongated in the X-axis direction. The load adjusting spring 7 has, for example, both ends attached to a predetermined fixed portion 8 in the carriage 3 by screws 9 (see FIG. 9), and arbitrarily replaces a type having a different spring constant or the like. The structure is such that it can be freely attached. Therefore, the center of the load adjusting spring 7 is also located at the slider movable portion 4a.
(See, for example, the structure of the screw 7a and the screw hole 4b shown in FIG. 9).

【0078】さらに、キャリッジ3内には触針取付部5
のZ軸方向の微小変位dzを、荷重調整用ばね7を介し
て検出するZ軸方向変位検出部である垂直変位検出部1
0が設けられている。この垂直変位検出部10として、
本実施の形態では、荷重調整用ばね7の中央部の鏡面状
のターゲット7b(図9参照)に対して光を照射し、そ
の反射光の受光位置の変化として検出する三角測量方式
を利用した非接触の光学式変位計である光マイクロメー
タが用いられている。原理的には、図2に示すように、
LED駆動回路11により駆動されるLED12の光を
投光レンズ13を介して被測定面(ここでは、ターゲッ
ト7b)に投光し、被測定面からの反射光を受光レンズ
14を介してPSD(Position Sensitive Ditector
s)15で受光させ、PSD15における原点からの受
光位置x、レンズ光軸間距離B、受光レンズ14の焦点
距離fとを用いて、PSD駆動回路信号処理・演算回路
16において、L=(1/x)・f・Bなる演算処理を
行うことにより、投光レンズ13・被測定面(ここで
は、ターゲット7b)間の距離Lを求めるものである。
この距離Lを求めることにより、その変動、従って、触
針取付部5のZ軸方向の微小変位dzを求め得るもので
ある。
Further, the stylus mounting portion 5 is provided in the carriage 3.
Vertical displacement detection unit 1 which is a Z-axis direction displacement detection unit for detecting a minute displacement dz in the Z-axis direction through a load adjusting spring 7.
0 is provided. As the vertical displacement detecting unit 10,
In the present embodiment, a triangulation method is used in which light is applied to a mirror-like target 7b (see FIG. 9) at the center of the load adjusting spring 7 and detected as a change in the light receiving position of the reflected light. An optical micrometer which is a non-contact optical displacement meter is used. In principle, as shown in FIG.
The light of the LED 12 driven by the LED drive circuit 11 is projected onto the surface to be measured (here, the target 7 b) via the light projecting lens 13, and the reflected light from the surface to be measured is transmitted via the light receiving lens 14 to the PSD ( Position Sensitive Director
s) Using the light receiving position x from the origin in the PSD 15, the distance B between the lens optical axes, and the focal length f of the light receiving lens 14 in the PSD 15, L = (1) The distance L between the light projecting lens 13 and the surface to be measured (here, the target 7b) is obtained by performing the arithmetic processing of / x) · f · B.
By calculating the distance L, the variation thereof, that is, the minute displacement dz of the stylus mounting portion 5 in the Z-axis direction can be determined.

【0079】また、このような垂直変位検出部10は、
キャリッジ3内において変位調整部としての垂直変位調
整ステージ21に取付けられ、調整部21aによる調整
によりZ軸方向に微調整自在とされている。
Further, such a vertical displacement detecting unit 10
The carriage 3 is mounted on a vertical displacement adjustment stage 21 as a displacement adjustment unit, and can be finely adjusted in the Z-axis direction by adjustment by the adjustment unit 21a.

【0080】一方、キャリッジ3の下部側には水平変位
検出部22及び変位調整部としての2方向変位調整ステ
ージ23が設けられているが、詳細については、第三の
実施の形態で説明する。
On the other hand, a horizontal displacement detecting section 22 and a two-direction displacement adjusting stage 23 as a displacement adjusting section are provided below the carriage 3, and details thereof will be described in the third embodiment.

【0081】このような構成において、触針式プローブ
6とマイクロエアスライダ4のスライダ可動部4aとを
合わせた重量は荷重調整用ばね7によって中立点で釣り
合う。そこで、垂直変位検出部10によって検出される
中立点からの微小変位dzと、荷重調整用ばね4のばね
定数のkznomとに基づき、(1)式から触針式プローブ
6の接触荷重や被検物1の引力を求めることができる。
即ち、接触荷重をWとすると、 W=kznom×dz ………………(1) となる。
In such a configuration, the combined weight of the stylus probe 6 and the slider movable portion 4a of the micro air slider 4 is balanced at the neutral point by the load adjusting spring 7. Therefore, based on the small displacement dz from the neutral point detected by the vertical displacement detection unit 10 and the kznom of the spring constant of the load adjusting spring 4, the contact load of the stylus probe 6 The attractive force of the specimen 1 can be obtained.
That is, assuming that the contact load is W, W = k znom × dz (1)

【0082】そこで、本実施の形態の場合の被検物1の
引力の測定方法について説明する。まず、キャリッジ3
をZ軸方向に動かして触針式プローブ6が被検物1の表
面に接触するように調整する。触針式プローブ6が被検
物1の表面に接触した状態からキャリッジ3を徐々に上
昇させ、その時の触針式プローブ6の微小変位dzを垂
直変位検出部10により検出する。検出された微小変位
dzと荷重調整用ばね7のばね定数kznomとから被検物
1の引力を(1)式に基づいて算出する。
Therefore, a method of measuring the attractive force of the test object 1 in the case of the present embodiment will be described. First, the carriage 3
Is adjusted in the Z-axis direction so that the stylus probe 6 comes into contact with the surface of the test object 1. The carriage 3 is gradually raised from a state where the stylus probe 6 is in contact with the surface of the test object 1, and the minute displacement dz of the stylus probe 6 at that time is detected by the vertical displacement detection unit 10. Based on the detected minute displacement dz and the spring constant k znom of the load adjusting spring 7, the attractive force of the test object 1 is calculated based on the equation (1).

【0083】表面に潤滑膜のある被検物1を測定し、縦
軸に触針式プローブ6の微小変位dz[μm]、横軸に
時間[sec]をとった測定データを図3に示す。潤滑
膜の表面張力により最大引力が発生し、その後、マイク
ロエアスライダ4が上昇するのに伴い減少していくこと
が分かる。
FIG. 3 shows measurement data obtained by measuring the specimen 1 having a lubricating film on the surface, and taking the minute displacement dz [μm] of the stylus probe 6 on the vertical axis and the time [sec] on the horizontal axis. . It can be seen that the maximum attraction occurs due to the surface tension of the lubricating film, and then decreases as the micro air slider 4 rises.

【0084】なお、後述する実施の形態の如く、触針取
付部5に取付ける触針を異なる構造のものに交換した
り、荷重調整用ばね7を変更した場合、触針の重量や荷
重調整用ばね7のばね定数が変化するため、垂直変位検
出部10により検出すべきZ軸方向の微小変位dzの中
立点が変動してしまう。このような場合には、調整部2
1aの調整により垂直変位調整ステージ21をZ軸方向
に微調整することで、垂直変位検出部10によって中立
点を検出できる位置まで初期位置を調整すればよい。
When the stylus to be attached to the stylus attachment section 5 is replaced with a different structure or the load adjusting spring 7 is changed as in the embodiment described later, the weight of the stylus or the load adjusting spring is changed. Since the spring constant of the spring 7 changes, the neutral point of the minute displacement dz in the Z-axis direction to be detected by the vertical displacement detector 10 fluctuates. In such a case, the adjustment unit 2
By finely adjusting the vertical displacement adjusting stage 21 in the Z-axis direction by adjusting 1a, the initial position may be adjusted to a position where the vertical displacement detecting unit 10 can detect the neutral point.

【0085】本発明の第二の実施の形態を図4ないし図
6に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分
と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する
(以降の各実施の形態でも順次同様とする)。本実施の
形態は、光マイクロメータに代えて、光ピックアップに
おけるフォーカス誤差信号検出法として周知な非点収差
法による光プローブ構造の非接触の光学式変位計をZ軸
方向変位検出部なる垂直変位検出部31として用いたも
のである。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same portions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted (the same applies to each of the following embodiments). In this embodiment, a non-contact optical displacement meter having an optical probe structure by an astigmatism method known as a focus error signal detection method in an optical pickup instead of an optical micrometer is used as a vertical displacement as a Z-axis direction displacement detector. This is used as the detection unit 31.

【0086】この光プローブ構造のZ軸方向変位検出部
31について説明する。半導体レーザ32から射出され
た光は、偏光ビームスプリッタ33により反射された
後、対物レンズ34で被検面(ここでは、荷重調整用ば
ね7のターゲット7b)上に集光され、その反射光は再
び対物レンズ34を通り、更に円柱レンズ35を経て4
分割フォトダイオード36に入射して受光される。
The Z-axis direction displacement detecting section 31 of this optical probe structure will be described. The light emitted from the semiconductor laser 32 is reflected by the polarization beam splitter 33 and then condensed on the surface to be measured (here, the target 7b of the load adjusting spring 7) by the objective lens 34, and the reflected light is The light again passes through the objective lens 34 and further passes through the cylindrical lens 35.
The light enters the divided photodiode 36 and is received.

【0087】図5に受光面に分割受光領域a,b,c,
dを有する4分割フォトダイオード36とその受光面上
に形成されるビームスポット形状を示す。被検面(ター
ゲット7b)が対物レンズ34の焦点位置にあるとき、
図5(b)に示すように4分割フォトダイオード36上
に円形のビームスポットを結ぶように調整すると、被検
面(ターゲット7b)が遠いときは図5(c)に示すよ
うに横長の楕円ビームスポットになり、被検面(ターゲ
ット7b)が近いときは図5(a)に示すように縦長の
楕円ビームスポットとなる。従って、4分割フォトダイ
オード36の分割受光領域a,b,c,dの出力を各々
a,b,c,dとすると、(2)式よりフォーカス誤差
信号Sが算出できる。
FIG. 5 shows divided light receiving areas a, b, c,
4 shows a four-division photodiode 36 having d and a beam spot shape formed on a light receiving surface thereof. When the test surface (target 7b) is at the focal position of the objective lens 34,
When a circular beam spot is adjusted on the four-division photodiode 36 as shown in FIG. 5B, when the surface to be inspected (the target 7b) is far away, a horizontally long ellipse as shown in FIG. When the target surface (target 7b) is close, the beam spot becomes a vertically long elliptical beam spot as shown in FIG. Therefore, assuming that the outputs of the divided light receiving areas a, b, c, and d of the four-division photodiode 36 are a, b, c, and d, the focus error signal S can be calculated from Expression (2).

【0088】 S={(a+c)−(b+d)}/(a+b+c+d)……(2)S = {(a + c) − (b + d)} / (a + b + c + d) (2)

【0089】この(2)式より計算されるフォーカス誤
差信号Sは図6に示すように、被検面(ターゲット7
b)が近いときは正となり、合焦点位置では零、遠いと
きは負となる。よって、合焦点位置を基準とするフォー
カス誤差信号Sの大きさを微小変位dzに置き換えるこ
とにより、触針取付部5のZ軸方向の微小変位dzを求
め得る。なお、(2)式において総受光量で除算してい
るのは、被検面の反射率の影響を受けないように無次元
化しているためである。
The focus error signal S calculated from the equation (2) is, as shown in FIG.
When b) is close, it is positive, at the in-focus position is zero, and when it is far, it is negative. Therefore, by substituting the magnitude of the focus error signal S based on the in-focus position with the minute displacement dz, the minute displacement dz of the stylus mounting portion 5 in the Z-axis direction can be obtained. The reason for dividing by the total amount of received light in the equation (2) is that the dimension is reduced so as not to be affected by the reflectance of the surface to be measured.

【0090】何れにしても、本実施の形態や第一の実施
の形態のように、垂直変位検出部10,31として非接
触の光学式変位計を備えることにより、測定範囲を広く
とることができる。
In any case, the measurement range can be widened by providing non-contact optical displacement meters as the vertical displacement detection units 10 and 31 as in the present embodiment and the first embodiment. it can.

【0091】もっとも、垂直変位検出部10としては、
特に図示しないが、非接触かつ高分解能である静電容量
式変位計を用いてもよい(ターゲット部分は導電性材料
とする必要がある)。静電容量変位計によれば、小型化
が可能であり、これによってキャリッジ3の重量を軽量
化でき、Z軸方向駆動の応答性向上やアクチュエータの
小型化が可能となる。
However, as the vertical displacement detecting section 10,
Although not particularly shown, a non-contact and high-resolution capacitive displacement meter may be used (the target portion needs to be made of a conductive material). According to the capacitance displacement meter, the size can be reduced, whereby the weight of the carriage 3 can be reduced, and the response in driving in the Z-axis direction can be improved, and the size of the actuator can be reduced.

【0092】本発明の第三の実施の形態を図7及び図8
に基づいて説明する。本実施の形態は、図1に示した測
定装置を被検物1の摩擦力測定に備えるようにしたもの
である。このため、触針取付部5には、触針として、触
針式プローブ6に代えて、摩擦力測定用プローブ41が
着脱自在に取付けられている。この摩擦力測定用プロー
ブ41はX軸方向の摩擦力を変位として検出するため
に、X軸方向に対向させた2枚の平行板ばね42によっ
てX軸方向に変形し得るように支持されている。前述し
た水平変位検出部22は摩擦力測定用プローブ41に対
向してそのX軸方向の微小変位dxを検出するためのも
のであり、2方向変位調整ステージ23により支持され
ている。平行板ばね42は図8(a)(b)に示すよう
に微小な変形領域においてほぼ平行移動することから、
水平変位検出部22のターゲットが常に平行であるよう
にするために摩擦力測定用プローブ41の支持に使用さ
れる。
FIGS. 7 and 8 show a third embodiment of the present invention.
It will be described based on. In the present embodiment, the measuring device shown in FIG. 1 is provided for measuring the frictional force of the test object 1. Therefore, instead of the stylus probe 6, a probe 41 for measuring a frictional force is detachably attached to the stylus mounting portion 5 as a stylus. The friction force measuring probe 41 is supported so as to be deformable in the X-axis direction by two parallel leaf springs 42 opposed to each other in the X-axis direction in order to detect frictional force in the X-axis direction as displacement. . The above-described horizontal displacement detecting section 22 is for detecting a minute displacement dx in the X-axis direction, facing the frictional force measuring probe 41, and is supported by a two-directional displacement adjusting stage 23. As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the parallel leaf spring 42 moves almost in parallel in a minute deformation area.
It is used to support the friction force measurement probe 41 so that the target of the horizontal displacement detection unit 22 is always parallel.

【0093】水平変位検出部22自身の構成は、垂直変
位検出部の場合と同様に光マイクロメータや非点収差法
を利用した光プローブのような非接触の光学式変位計で
あってもよく、或いは、非接触かつ高分解能である静電
容量式変位計を用い、てもよい(ターゲット部分は導電
性材料とする必要がある)。非接触の光学式変位計を備
えることにより、測定範囲を広くとることができる。静
電容量変位計によれば、小型化が可能であり、これによ
ってキャリッジ3の重量を軽量化でき、Z軸方向駆動の
応答性向上やアクチュエータの小型化が可能となる。静
電容量変位計を備える場合、平行板ばね42自身を導電
性材料により形成すれば、ターゲットとして導電性部材
を別個に摩擦力測定用プローブ41に取付ける必要がな
く、軽量化を図れる上に、低コスト化及び摩擦力測定用
プローブ41の応答性能を向上させることもできる。
The configuration of the horizontal displacement detecting section 22 itself may be a non-contact optical displacement meter such as an optical micrometer or an optical probe utilizing an astigmatism method, as in the case of the vertical displacement detecting section. Alternatively, a non-contact and high-resolution capacitive displacement meter may be used (the target portion needs to be made of a conductive material). By providing a non-contact optical displacement meter, the measurement range can be widened. According to the capacitance displacement meter, downsizing is possible, whereby the weight of the carriage 3 can be reduced, and the responsiveness of driving in the Z-axis direction can be improved and the actuator can be downsized. When the capacitance displacement meter is provided, if the parallel leaf spring 42 itself is formed of a conductive material, it is not necessary to separately attach a conductive member as a target to the probe 41 for measuring a frictional force. It is also possible to reduce the cost and improve the response performance of the friction force measuring probe 41.

【0094】このような水平変位検出部22は、キャリ
ッジ3内において変位調整部としての2軸方向変位調整
ステージ23に取付けられ、調整部23aによる調整に
よりZ軸方向に微調整自在とされ、かつ、調整部23b
による調整によりX軸方向に微調整自在とされている。
The horizontal displacement detecting section 22 is mounted on a biaxial displacement adjusting stage 23 as a displacement adjusting section in the carriage 3, and can be finely adjusted in the Z-axis direction by adjustment by the adjusting section 23a. Adjustment section 23b
Fine adjustment is possible in the X-axis direction by the adjustment.

【0095】このような構成において、被検物1の摩擦
力の測定方法について説明する。まず、キャリッジ3に
よって摩擦力測定用プローブ41を被検物1へ接近させ
ていき、最終的には接触させる。この時の接触荷重は、
垂直変位検出部10により検出される中立点からの微小
変位dzと、荷重調整用ばね7のばね定数kxnomとに基
づき前述した(1)式から計算され、キャリッジ3の移
動量調整によって所定の変位dzとなるように調整され
る。この状態において、被検物1を搭載したX軸ステー
ジ2をX軸方向に駆動させることにより、摩擦力測定用
プローブ41を摺動させる。摺動時の摩擦力測定用プロ
ーブ41のX軸方向の微小変位dxを水平変位検出部2
2によって検出し、平行板ばね42のばね定数kxnom
ら(3)式に基づいて摩擦力Fを算出する。
A method for measuring the frictional force of the test object 1 in such a configuration will be described. First, the friction force measuring probe 41 is moved closer to the test object 1 by the carriage 3 and finally brought into contact. The contact load at this time is
It is calculated from the above-described equation (1) based on the minute displacement dz from the neutral point detected by the vertical displacement detecting unit 10 and the spring constant k xnom of the load adjusting spring 7, and is determined by adjusting the moving amount of the carriage 3. The displacement is adjusted to be the displacement dz. In this state, the X-axis stage 2 on which the test object 1 is mounted is driven in the X-axis direction to slide the friction force measuring probe 41. The small displacement dx of the probe 41 for measuring the frictional force during sliding in the X-axis direction is detected by the horizontal displacement detection unit 2
2, the frictional force F is calculated from the spring constant k xnom of the parallel leaf spring 42 based on the equation (3).

【0096】 F=kxnom×dx …………………(3)F = k xnom × dx (3)

【0097】なお、触針取付部5に取付ける摩擦力測定
用プローブ41の種類を変更したり、用いる水平変位検
出部22のセンサ構造を変更したりした場合、摩擦力測
定用プローブ41の垂直変位検出部10により検出すべ
きZ軸方向の微小変位dzの中立点が変動したり、摩擦
力測定用プローブ41の長さが変わったり、水平変位検
出部22の初期位置が変わってしまうことがある。この
ような場合には、調整部23a,23bの調整により2
軸変位調整ステージ23をZ軸方向,X軸方向に各々適
宜微調整し、X軸方向の微小変位dxを測定できる位置
まで水平変位検出部22の初期位置を調整すればよい。
When the type of the friction force measuring probe 41 attached to the stylus attaching portion 5 is changed or the sensor structure of the horizontal displacement detecting portion 22 is changed, the vertical displacement of the friction force measuring probe 41 is changed. The neutral point of the minute displacement dz in the Z-axis direction to be detected by the detection unit 10 may fluctuate, the length of the friction force measurement probe 41 may change, or the initial position of the horizontal displacement detection unit 22 may change. . In such a case, by adjusting the adjusting units 23a and 23b, 2
The axial displacement adjustment stage 23 may be finely adjusted in the Z-axis direction and the X-axis direction as appropriate, and the initial position of the horizontal displacement detection unit 22 may be adjusted to a position where the small displacement dx in the X-axis direction can be measured.

【0098】従って、第一及び第三の実施の形態から分
かるように、同一の測定装置において、触針取付部5に
対して異なる触針6,41が着脱交換自在であり、か
つ、この触針取付部5を支持する荷重調整用ばね7も着
脱交換自在であり、触針取付部5をX軸方向の変動が拘
束されZ軸方向に微小範囲で可動するように設けてなる
ので、触針取付部5の動きを測定に支障を来たさないよ
うに拘束した状態で、測定の目的・用途に合わせて、例
えば引力測定用とか摩擦測定用などに適した触針6,4
1や荷重調整用ばね7を交換して備えることにより、可
動範囲を広くしたりすることができ、測定に汎用性を持
たせることができる。このように、触針6,41や荷重
調整用ばね7に関する交換を許容することで、数十mg
f(=0.0980665N)から数gf(=0.98
0665N)の広い荷重範囲で、被検物1の形状にとら
われず曲面形状等についても広域の表面機械特性を測定
することができ、被検物1の表面を傷つけることなく、
広域の表面機械特性を測定することができる。
Therefore, as can be seen from the first and third embodiments, different styluses 6 and 41 can be freely attached to and detached from the stylus mounting portion 5 in the same measuring device, and this stylus can be replaced. The load adjusting spring 7 that supports the needle mounting portion 5 is also detachable and replaceable, and the stylus mounting portion 5 is provided so as to be restricted in fluctuation in the X-axis direction and movable in a minute range in the Z-axis direction. In a state where the movement of the needle mounting portion 5 is restrained so as not to hinder the measurement, the styluses 6 and 4 suitable for, for example, the measurement of gravitational force or the measurement of friction are made according to the purpose and application of the measurement.
By replacing the load adjusting spring 1 and the load adjusting spring 7, the movable range can be widened, and the measurement can be made versatile. In this way, by allowing the replacement of the styluses 6, 41 and the load adjusting spring 7, several tens mg
f (= 0.0980665N) to several gf (= 0.98)
0665 N), a wide range of surface mechanical properties can be measured for curved surfaces and the like, regardless of the shape of the test object 1, without damaging the surface of the test object 1.
A wide range of surface mechanical properties can be measured.

【0099】また、このように触針式プローブ6や荷重
調整用ばね7の変更を許容した場合、重量と重力との釣
り合い位置が大きく変化する可能性があり、高分解能で
測定範囲の狭い変位計では初期位置の調整作業が必要と
なるが、垂直変位検出部10がZ軸方向に位置調整自在
な垂直変位調整ステージ21を備えることにより、触針
式プローブ6のZ軸方向の変位を検出する垂直変位検出
部10の初期位置設定を容易に行え、適正な測定が可能
となる。結果として、触針等が交換された場合に垂直変
位調整ステージ21により位置調整することで、汎用性
を持たせることができる。
If the stylus probe 6 and the load adjusting spring 7 are allowed to change in this manner, the position where the weight and gravity are balanced may change greatly, and the displacement with a high resolution and a narrow measurement range may be obtained. Although the adjustment work of the initial position is required in the meter, the vertical displacement detecting unit 10 detects the displacement of the stylus probe 6 in the Z-axis direction by providing the vertical displacement adjusting stage 21 capable of adjusting the position in the Z-axis direction. The initial position of the vertical displacement detection unit 10 can be easily set, and proper measurement can be performed. As a result, when the stylus or the like is replaced, the position is adjusted by the vertical displacement adjustment stage 21, so that versatility can be provided.

【0100】また、第三の実施の形態の場合のように、
微小な荷重を変位に変換する方式において、摩擦力測定
用プローブ41の平行板ばね42を変更した場合、摩擦
力による平行板ばね42の変形量や摩擦力測定用プロー
ブ41の反りによる初期位置が大きく変化する可能性が
あり、高分解能で測定範囲の狭い変位計では初期位置の
調整作業が必要となるが、水平変位検出部22がX軸方
向及びZ軸方向に位置調整自在な2軸方向変位調整ステ
ージ23を備えているので、摩擦力測定用プローブ41
のX軸方向の変位を検出する水平変位検出部22の初期
位置設定を容易に行え、適正な測定が可能となる。結果
として、触針等が交換された場合に2軸方向変位調整ス
テージ23により位置調整することにより、汎用性を持
たせることができる。
Also, as in the case of the third embodiment,
In the method of converting a minute load into a displacement, when the parallel leaf spring 42 of the friction force measurement probe 41 is changed, the deformation amount of the parallel leaf spring 42 due to frictional force and the initial position due to the warpage of the frictional force measurement probe 41 are changed. The displacement may greatly change, and a displacement meter with a high resolution and a narrow measurement range requires adjustment of the initial position. However, the horizontal displacement detection unit 22 can adjust the position in the X-axis direction and the Z-axis direction. Since the displacement adjusting stage 23 is provided, the friction force measuring probe 41 is provided.
The initial position of the horizontal displacement detection unit 22 that detects the displacement in the X-axis direction can be easily set, and appropriate measurement can be performed. As a result, when the stylus or the like is replaced, the position is adjusted by the biaxial displacement adjustment stage 23, so that versatility can be provided.

【0101】本発明の第四の実施の形態を図9に基づい
て説明する。前述した第一の実施の形態において、垂直
変位検出部10として静電容量計や光学式変位計のよう
な非接触式の変位計を使用する場合は、触針式プローブ
6の重量や荷重調整用ばね7の変更によってZ軸方向の
微小変位dzの中立点が変動してしまうため、垂直変位
検出部10を調整する必要がある。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment described above, when a non-contact type displacement meter such as a capacitance meter or an optical displacement meter is used as the vertical displacement detection unit 10, the weight and load adjustment of the stylus probe 6 are performed. Since the neutral point of the minute displacement dz in the Z-axis direction fluctuates due to the change of the spring 7, the vertical displacement detection unit 10 needs to be adjusted.

【0102】この点、本実施の形態では、垂直変位検出
部10に代えて、荷重調整用ばね7上に歪みゲージ43
を貼り付け、この歪みゲージ43による縦歪み検出計を
Z軸方向変位検出部としたものである。そこで、予めキ
ャリブレーションしておいた歪みと力との関係から触針
式プローブ6の接触荷重Wを求める。よって、結果とし
て歪みゲージ43により検出される歪み量に基づき被検
物1の引力を求めることが可能となる。
In this respect, in this embodiment, the strain gauge 43 is provided on the load adjusting spring 7 instead of the vertical displacement detecting section 10.
Is attached, and a vertical strain detector using the strain gauge 43 is used as a Z-axis direction displacement detecting unit. Therefore, the contact load W of the stylus probe 6 is obtained from the previously calibrated relationship between the strain and the force. Therefore, it is possible to obtain the attractive force of the test object 1 based on the strain amount detected by the strain gauge 43 as a result.

【0103】本実施の形態の場合、荷重調整用ばね7毎
に個々に歪みゲージ43を用意する必要がある。また、
歪みゲージ43の温度補償を行うためには歪みゲージ4
3を複数使用することが好ましい。
In the case of the present embodiment, it is necessary to prepare a strain gauge 43 for each load adjusting spring 7 individually. Also,
In order to compensate the temperature of the strain gauge 43, the strain gauge 4
It is preferable to use a plurality of 3s.

【0104】本発明の第五の実施の形態を図10に基づ
いて説明する。前述した第三の実施の形態において、水
平変位検出部22として静電容量計や光学式変位計のよ
うな非接触式の変位計を使用する場合は、摩擦力測定用
プローブ41や荷重調整用ばね7の変更によってX軸方
向の微小変位dxを検出する位置が変動してしまうた
め、水平変位検出部22を調整する必要がある。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment described above, when a non-contact displacement meter such as a capacitance meter or an optical displacement meter is used as the horizontal displacement detection unit 22, the friction force measurement probe 41 and the load adjustment Since the position at which the minute displacement dx in the X-axis direction is detected fluctuates due to the change of the spring 7, the horizontal displacement detection unit 22 needs to be adjusted.

【0105】この点、本実施の形態では、水平変位検出
部22に代えて、摩擦力測定用プローブ41を支持する
平行板ばね42上に歪みゲージ44を貼り付け、この歪
みゲージ44よる横歪み検出計をX軸方向変位検出部と
して設けたものである。そこで、予めキャリブレーショ
ンしておいた歪みと力との関係から、歪みゲージ44に
より検出される歪み量に基づき摩擦力測定用プローブ4
1のX軸方向に加わる摩擦力Fを求めることができる。
In this respect, in this embodiment, instead of the horizontal displacement detecting section 22, a strain gauge 44 is attached on a parallel leaf spring 42 supporting a friction force measuring probe 41, and the lateral strain by the strain gauge 44 is used. The detector is provided as an X-axis direction displacement detector. Therefore, based on the relationship between the strain and the force that has been calibrated in advance, the frictional force measuring probe 4 is determined based on the amount of strain detected by the strain gauge 44.
The frictional force F applied in the X-axis direction can be obtained.

【0106】本実施の形態の場合は、各摩擦力測定用プ
ローブ41の平行板ばね42毎に歪みゲージ44を用意
する必要がある。また、歪みゲージ44の温度補償を行
うためには歪みゲージ44を複数個使用することが好ま
しい。
In the case of this embodiment, it is necessary to prepare a strain gauge 44 for each parallel leaf spring 42 of each friction force measuring probe 41. It is preferable to use a plurality of strain gauges 44 in order to compensate the temperature of the strain gauges 44.

【0107】本発明の第六の実施の形態を図11ないし
図13に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば第
三の実施の形態のように、摩擦力測定用プローブ41を
被検物1の表面に接触させてX軸方向に走査させること
により摩擦力を測定する測定装置への適用例である。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as in the third embodiment, for example, a frictional force measuring probe 41 is brought into contact with the surface of the test object 1 and scanned in the X-axis direction to measure the frictional force. This is an application example.

【0108】接触荷重Wは摩擦力測定用プローブ41の
Z軸方向の微小変位dzと荷重調整用ばね7のばね定数
znomによって決められ、この微小変位dzを調整する
ことによって可変可能である。そこで、垂直変位検出部
10により検出される微小変位dzpをフィードバック
することによって目標接触荷重Wref相当の垂直変位dz
prefとなるようにし、接触荷重Wを制御するフィードバ
ック制御系51を設けたものである。
The contact load W is determined by the small displacement dz of the friction force measuring probe 41 in the Z-axis direction and the spring constant k znom of the load adjusting spring 7, and can be changed by adjusting the small displacement dz. Then, by feeding back the minute displacement dz p detected by the vertical displacement detecting unit 10, the vertical displacement dz corresponding to the target contact load W ref is obtained.
A feedback control system 51 for controlling the contact load W is provided so as to be pref .

【0109】図11はこのフィードバック制御系51を
示すブロック線図である。まず、目標接触荷重Wrefは荷
重−変位変換部52においてノミナルのばね定数kznom
により目標接触荷重Wref相当の垂直変位dzprefに変換
される。加減算器53では目標垂直変位dzprefと垂直
変位検出部10により検出されフィードバックされる微
小変位dzpとを比較し、その偏差edzpを出力する。こ
の偏差edzpはフィードバック制御系51を安定化させ
るための補償器54に入力され、ドライバ55によって
キャリッジ3に対するZ軸方向のアクチュエータGz56
を駆動する。このアクチュエータGz56の位置情報Zp
と被検物表面形状・外乱Zdisとを加減算器57により
加減算した後、垂直変位検出部10によって微小変位d
pは検出される。実際の接触荷重Wは、変位−荷重変換
部58により実際のばね定数kzを用いて以下のように
求められる。
FIG. 11 is a block diagram showing the feedback control system 51. First, the target contact load W ref is converted into a nominal spring constant k znom by the load-displacement converter 52.
Is converted into a vertical displacement dz pref corresponding to the target contact load W ref . The adder / subtractor 53 compares the target vertical displacement dz pref with the minute displacement dz p detected and fed back by the vertical displacement detector 10 and outputs the deviation edzp . The deviation e DZP is input to a compensator 54 for stabilizing the feedback control system 51, Z-axis direction of the actuator G z 56 relative to the carriage 3 by the driver 55
Drive. The position information Z p of this actuator G z 56
After the addition and subtraction of the object surface shape / disturbance Z dis by the adder / subtractor 57, the vertical displacement detector 10 generates a small displacement d.
z p is detected. The actual contact load W is obtained by the displacement-load converter 58 using the actual spring constant kz as follows.

【0110】 目標接触荷重Wref=kznom×dzpref ………………(4) 実際の接触荷重W=ks×dzp ………………………(5)Target contact load W ref = k znom × dz pref (4) Actual contact load W = k s × dz p ……………… (5)

【0111】ところで、本実施の形態にあっては、補償
器54として積分特性を持たせたものが用いられてい
る。即ち、いわゆるPID制御を行うハードウェア又は
ソフトウェア構成のコントローラであり、積分項Iを含
むものとされている。このような補償器54を備えるこ
とにより、Z軸方向における摩擦や外力、重力の不釣り
合い等の定常的な外乱によって発生する定常的な位置偏
差dzpを抑制することができる。
In the present embodiment, the compensator 54 having an integral characteristic is used. That is, the controller is a hardware or software controller that performs so-called PID control, and includes an integral term I. By providing such a compensator 54, it is possible to suppress the steady-state position deviation dz p occurring friction and external force in the Z axis direction, the steady disturbance disproportionate like gravity.

【0112】積分特性ありの補償器54と積分特性なし
の補償器とを用いた各々のフィードバック制御系に対し
てステップ的な目標接触荷重Wrefを与えた場合の時間応
答を図12に示す。ここでは、位置偏差dzpの目標値
を1とした場合を示している。図12からもわかるよう
に、積分特性がない場合には定常的な位置偏差dzp
即ち、定常的な接触荷重の偏差が残ることになる。しか
し、補償器54に積分特性を持たせることによって、位
置偏差dzpは時間とともに抑制されていき、接触荷重
の定常的な偏差はなくなることとなる。
FIG. 12 shows the time response when a step-like target contact load Wref is given to each feedback control system using the compensator 54 with the integral characteristic and the compensator without the integral characteristic. Here, a case where the target value of the position deviation dz p is 1 is shown. As can be seen from FIG. 12, when there is no integral characteristic, the stationary position deviation dz p ,
That is, a steady contact load deviation remains. However, by providing the compensator 54 with the integration characteristic, the position deviation dz p is suppressed with time, and the steady deviation of the contact load is eliminated.

【0113】また、本実施の形態の補償器54は、被検
物1の形状や傾き等とX軸走査速度によって発生するZ
軸方向の動的な外乱を考慮し、フィードバック制御系5
1の制御帯域がその動的外乱周波数よりも十分高くなる
ように周波数補償されて設計されている。このようなフ
ィードバック制御系51と、動作範囲の広いキャリッジ
3とによって表面形状が平面でない被検物1であっても
その摩擦力を所定の接触荷重で広範囲に測定することが
できる。
Further, the compensator 54 of the present embodiment is designed to generate the Z generated by the shape and inclination of the test object 1 and the X-axis scanning speed.
In consideration of the dynamic disturbance in the axial direction, the feedback control system 5
One control band is frequency-compensated and designed to be sufficiently higher than its dynamic disturbance frequency. With the feedback control system 51 and the carriage 3 having a wide operating range, the frictional force of the test object 1 having a non-planar surface can be measured over a wide range with a predetermined contact load.

【0114】周波数補償された補償器54と周波補償さ
れていない補償器とを各々使用したフィードバック制御
系を用いた場合の被検物1の曲率のある面を所定の速度
で走査した時の時間応答を図13に示す。周波数補償さ
れている場合は、曲率のある面に対して正確に追従でき
ているが、周波数補償されていない場合は正確な追従が
できず、周波数が上がっていくほど完全に追従できなく
なる。正確な追従は、接触荷重も正確に設定できること
を意味する。
Time when scanning a curved surface of the test object 1 at a predetermined speed when a feedback control system using the frequency-compensated compensator 54 and the frequency-uncompensated compensator is used. The response is shown in FIG. When the frequency is compensated, it is possible to accurately follow a surface having a curvature. However, when the frequency is not compensated, it is not possible to follow the surface accurately. Accurate follow-up means that the contact load can also be set accurately.

【0115】本発明の第七の実施の形態を図14ないし
図17に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば第
三の実施の形態のように、摩擦力測定用プローブ41を
被検物1の表面に接触させてX軸方向に走査させること
により摩擦力を測定する測定装置への適用例である。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as in the third embodiment, for example, a frictional force measuring probe 41 is brought into contact with the surface of the test object 1 and scanned in the X-axis direction to measure the frictional force. This is an application example.

【0116】第六の実施の形態で説明したように接触荷
重Wは摩擦力測定用プローブ41のZ軸方向の微小変位
dzと荷重調整用ばね7のばね定数kznomによって決め
られ、この微小変位dzを調整することによって可変可
能である。また、摩擦力と接触荷重の間にはアンモント
ン−クーロンの法則(F=μ・W)が成立すると考える
と、垂直変位dzを変化させることによって摩擦力Fを
変化させることが可能といえる。そこで、水平変位検出
部22により検出される微小変位dxpをフィードバッ
クすることによって目標摩擦力Fref相当の水平変位d
prefとなるようにし、摩擦力Fを制御するフィードバ
ック制御系61を設けたものである。
As described in the sixth embodiment, the contact load W is determined by the small displacement dz of the friction force measuring probe 41 in the Z-axis direction and the spring constant k znom of the load adjusting spring 7. It can be varied by adjusting dz. Further, when it is considered that Ammonton-Coulomb's law (F = μ · W) holds between the frictional force and the contact load, it can be said that the frictional force F can be changed by changing the vertical displacement dz. Therefore, the target friction force F ref considerable horizontal displacement d by feeding back the minute displacement dx p detected by the horizontal displacement detector 22
made to be x pref, it is provided with a feedback control system 61 for controlling the frictional force F.

【0117】図14はこのフィードバック制御系61を
示すブロック線図である。まず、目標摩擦力Frefは力
−変位変換部62においてノミナルのばね定数kxnom
より目標水平変位dxprefに変換される。加減算器63
では目標水平変位dxprefと水平変位検出部22により
検出されフィードバックされる水平変位dxpとを比較
し、両者間の偏差edxpを出力する。この偏差edxpはフ
ィードバック制御系61を安定化させるための補償器6
4に入力されドライバ55によってZ軸方向のアクチュ
エータGz56を駆動する。Z軸のアクチュエータGz
6の位置データZpと被検物表面形状・外乱Zdisとを加
減算器57により加減算した後、垂直変位検出部10に
よって垂直変位dzpは検出される。検出されたこの垂
直変位dzpに重力補償用の荷重調整用ばね7のノミナ
ルばね定数kznomを乗算器65により乗算したものが、
検出できる接触荷重Wnomとなる。この接触荷重Wnomにノ
ミナルの摩擦係数μnomを乗算器66により乗算したも
のがノミナル摩擦力Fnomとなる。ここでは、実際の摩
擦係数の変動やばね定数の変動等を摩擦力相当の外乱F
disと表し、加減算器67によりノミナル摩擦力Fnom
加減算することにより実際の摩擦力Fとなると考えてい
る。実際の摩擦力Fは平行板ばね42のばね定数kx
基づき力−変位変換部68により変換された後、水平変
位検出部22によって水平変位dxpとして検出され
る。検出された水平変位dxpと垂直変位dzpとに基づ
き(6)式によって、摩擦係数μが算出される。
FIG. 14 is a block diagram showing the feedback control system 61. First, the target frictional force F ref is converted into a target horizontal displacement dx pref by a force-displacement converter 62 using a nominal spring constant k xnom . Adder / subtractor 63
In comparing the horizontal displacement dx p fed back it is detected by the target horizontal displacement dx pref and horizontal displacement detecting unit 22, and outputs the deviation e DXP therebetween. The deviation edxp is used as a compensator 6 for stabilizing the feedback control system 61.
4 and driven by the driver 55 to drive the actuator G z 56 in the Z-axis direction. Z-axis actuator G z 5
After the 6 position data Z p of the test object surface shape and the disturbance Z dis obtained by adding or subtracting the adder-subtracter 57, vertical displacement dz p by the vertical displacement detector 10 is detected. A product obtained by multiplying the detected vertical displacement dz p by a nominal spring constant k znom of a load adjusting spring 7 for gravity compensation by a multiplier 65 is given by
The contact load W nom that can be detected is obtained. The nominal frictional force F nom is obtained by multiplying the contact load W nom by the nominal friction coefficient μ nom by the multiplier 66. Here, the fluctuation of the actual friction coefficient, the fluctuation of the spring constant, and the like are determined by using the disturbance F
It is assumed that the actual frictional force F is obtained by adding and subtracting the nominal frictional force Fnom by the adder / subtractor 67. The actual friction force F is based on a spring constant k x of the parallel leaf springs 42 force - after being converted by the displacement conversion unit 68, is detected as the horizontal displacement dx p by the horizontal displacement detecting unit 22. Based on the detected horizontal displacement dx p and vertical displacement dz p , the friction coefficient μ is calculated by Expression (6).

【0118】 μ=W/F=(kznom×dzp)/(kxnom×dxp)………(6)Μ = W / F = (k znom × dz p ) / (k xnom × dx p ) (6)

【0119】このようにして、摩擦力Fを所定の値にす
ることによって、摩擦力測定用プローブ41に加わる横
方向の力を一定とすることで、図15に示すようなステ
ィックスリップ現象(図中、ぎざぎざ状に右上がりの部
分が摩擦により摩擦力Fが蓄えられていく様子を示し、
続く、垂直的な低下部分が摩擦力が急激に開放されてい
る様子を示している…これらの繰り返しがスティックス
リップ現象となる)や跳躍現象を防止することができ、
正確に摩擦係数μを計測することができる。
In this way, by setting the frictional force F to a predetermined value and keeping the lateral force applied to the frictional force measuring probe 41 constant, the stick-slip phenomenon shown in FIG. The middle, jagged, right-upward part shows how frictional force F is stored by friction,
The following vertical drop shows that the frictional force is suddenly released. These repetitions result in stick-slip phenomena) and jumping phenomena.
The friction coefficient μ can be accurately measured.

【0120】ところで、本実施の形態にあっては、補償
器64として積分特性を持たせたものが用いられてい
る。即ち、いわゆるPID制御を行うハードウェア又は
ソフトウェア構成のコントローラであり、積分項Iを含
むものとされている。このような補償器64を備えるこ
とにより、Z軸における摩擦や外力、重力の不釣り合い
等の定常的な外乱によって発生する定常的な位置偏差を
抑制することができる。
In this embodiment, a compensator 64 having an integral characteristic is used. That is, the controller is a hardware or software controller that performs so-called PID control, and includes an integral term I. By providing such a compensator 64, it is possible to suppress a stationary position deviation generated by a stationary disturbance such as friction or external force on the Z-axis or unbalance of gravity.

【0121】ここで、摩擦係数μは一定と仮定し、積分
特性ありの補償器64と積分特性なしの補償器とを各々
用いたフィードバック制御系へステップ的に目標摩擦力
を与えた場合の時間応答シミュレーションを図16に示
す。ここでは、摩擦力Fの目標値を2段階に0.5と1
とした場合を示している。図16からも分かるように、
積分特性がない補償器を用いた場合は定常的な垂直変位
の偏差、即ち、定常的な接触荷重の偏差が残り、これに
より定常的な摩擦力の偏差も残ることになる。しかし、
積分特性を持たせた補償器64を備えることによって、
垂直変位の偏差は時間とともに抑制されていき、接触荷
重の定常的な偏差はなくなり、定常的な摩擦力の偏差も
なくなる。
Here, it is assumed that the friction coefficient μ is constant, and the time when the target frictional force is applied stepwise to the feedback control system using the compensator 64 with the integral characteristic and the compensator without the integral characteristic, respectively. FIG. 16 shows the response simulation. Here, the target value of the frictional force F is set to 0.5 and 1 in two steps.
Is shown. As can be seen from FIG.
When a compensator having no integral characteristic is used, a steady deviation of the vertical displacement, that is, a steady deviation of the contact load, and a steady deviation of the frictional force also remain. But,
By providing a compensator 64 having an integral characteristic,
The deviation of the vertical displacement is suppressed with time, the stationary deviation of the contact load disappears, and the deviation of the stationary frictional force disappears.

【0122】また、本実施の形態の補償器64は、被検
物1の形状や傾き等とX軸方向の走査速度によって発生
するZ軸方向の動的な外乱を考慮し、フィードバック制
御系61の制御帯域がその動的外乱周波数よりも十分高
くなるように周波数補償されて設計されている。このよ
うなフィードバック制御系61と、動作範囲の広いキャ
リッジ3とによって平面でない被検物の摩擦係数を所定
の摩擦力で広範囲に測定することができる。
The compensator 64 according to the present embodiment takes into account the shape and inclination of the test object 1 and dynamic disturbance in the Z-axis direction generated by the scanning speed in the X-axis direction, and provides a feedback control system 61. Is designed to be frequency-compensated so that the control band is sufficiently higher than the dynamic disturbance frequency. With such a feedback control system 61 and the carriage 3 having a wide operating range, the friction coefficient of a non-planar test object can be measured over a wide range with a predetermined frictional force.

【0123】ここで、摩擦係数μと目標摩擦力Fref
ともに一定と仮定し、周波数補償された補償器64と周
波補償されていない補償器とを各々使用したフィードバ
ック制御系について、被検物1の曲率のある面を所定の
速度でX軸方向に走査した時の時間応答シミュレーショ
ンを図17に示す。周波数補償されている補償器64を
用いた場合は、摩擦力Fは目標摩擦力Fref=1に対し
て正確に追従できているが、周波数補償されていない補
償器を用いた場合は表面形状によって摩擦力Fは大きく
変化してしまい、周波数が上がっていくほど完全に追従
できなくなる。摩擦力の追従ができない場合は、跳躍現
象やスティックスリップ現象が発生し、正確な摩擦係数
が計測できない場合がある。
Here, it is assumed that the friction coefficient μ and the target frictional force F ref are both constant, and for the feedback control system using the frequency-compensated compensator 64 and the frequency-uncompensated compensator, the test object FIG. 17 shows a time response simulation when a surface having a curvature of 1 is scanned at a predetermined speed in the X-axis direction. When the frequency-compensated compensator 64 is used, the frictional force F can accurately follow the target frictional force F ref = 1, but when the frequency-compensated compensator is used, the surface shape is reduced. As a result, the frictional force F greatly changes, and the higher the frequency, the more it becomes impossible to completely follow. If the friction force cannot be followed, a jump phenomenon or a stick-slip phenomenon occurs, and an accurate friction coefficient may not be measured.

【0124】[0124]

【発明の効果】請求項1記載の発明の表面機械特性計測
装置によれば、触針取付部に対して異なる触針が着脱交
換自在であり、かつ、この触針取付部を支持する荷重調
整用ばねも着脱交換自在であり、触針取付部をX軸方向
の変動が拘束されZ軸方向に微小範囲で可動するように
設けてなるので、触針取付部の動きを測定に支障を来た
さないように拘束した状態で、測定の目的・用途に合わ
せて、例えば引力測定用とか摩擦測定用などに適した触
針や荷重調整用ばねを交換して備えることにより、可動
範囲を広くしたりすることができ、測定に汎用性を持た
せることができ、このように、触針や荷重調整用ばねに
関する交換を許容することで、数十mgf(=0.09
80665N)から数gf(=0.980665N)の
広い荷重範囲で、被検物の形状にとらわれず曲面形状等
についても広域の表面機械特性を測定することができ、
被検物の表面を傷つけることなく、広域の表面機械特性
を測定することができる。
According to the surface mechanical characteristic measuring device of the first aspect of the present invention, a different stylus can be freely attached to and detached from the stylus mounting portion, and the load can be adjusted to support the stylus mounting portion. The spring for the stylus can be freely attached and detached, and the stylus mounting part is provided so that the fluctuation in the X-axis direction is restricted and the stylus mounting part can be moved in a minute range in the Z-axis direction. The movable range can be widened by replacing the stylus or load adjustment spring suitable for measurement of gravitational force or friction, etc., according to the purpose and application of measurement, in a state where it is restrained so that it does not touch. And the measurement can be made versatile. In this way, by allowing replacement of the stylus and the spring for load adjustment, several tens of mgf (= 0.09 mgf) can be obtained.
In a wide load range from 80665N) to several gf (= 0.980665N), a wide range of surface mechanical properties can be measured for curved surfaces and the like regardless of the shape of the test object.
A wide range of surface mechanical properties can be measured without damaging the surface of the test object.

【0125】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の表面機械特性測定装置において、Z軸駆動機構が触
針取付部の動きを規制する空気軸受を利用したマイクロ
エアスライダを含むことにより、Z軸方向の可動範囲を
大きくとることができ、測定対象の汎用性を向上させ得
る上に、摺動抵抗が少なくZ軸方向の外乱の少ない状態
で駆動させることができる。
According to the second aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the first aspect, the Z-axis driving mechanism includes a micro air slider using an air bearing for regulating the movement of the stylus mounting portion. Accordingly, the movable range in the Z-axis direction can be widened, the versatility of the measurement object can be improved, and the driving can be performed in a state where the sliding resistance is small and the disturbance in the Z-axis direction is small.

【0126】請求項3記載の発明によれば、請求項1記
載の表面機械特性測定装置におけるZ軸方向変位検出部
を触針取付部のZ軸方向端面の前記Z軸方向への微小変
位を検出するものとしたので、微小な荷重を変位に変換
する高分解能で測定範囲の比較的狭い測定に適したZ軸
方向変位検出部となる。
According to the third aspect of the present invention, the Z-axis direction displacement detecting section in the surface mechanical property measuring apparatus according to the first aspect detects the minute displacement in the Z-axis direction of the Z-axis direction end face of the stylus mounting section. Since the detection is performed, the Z-axis direction displacement detection unit is suitable for measurement with a relatively small measurement range and high resolution for converting a minute load into a displacement.

【0127】請求項4記載の発明によれば、請求項3記
載の表面機械特性測定装置において、Z軸方向変位検出
部として静電容量計を用いたので、触針のZ軸方向の摺
動抵抗を増加させることなく非接触・高精度で触針の荷
重と等価である触針のZ軸方向の変位を検出でき、か
つ、Z軸方向変位検出部自身を小型・軽量化することが
できる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the third aspect, since the capacitance meter is used as the Z-axis direction displacement detecting unit, the stylus slides in the Z-axis direction. It is possible to detect the displacement of the stylus in the Z-axis direction, which is equivalent to the load of the stylus in a non-contact, high-precision manner without increasing the resistance, and to reduce the size and weight of the Z-axis direction displacement detection unit itself. .

【0128】請求項5記載の発明によれば、請求項3記
載の表面機械特性測定装置において、Z軸方向変位検出
部として光学式変位計を用いたので、触針のZ軸方向の
摺動抵抗を増加させることなく非接触・高精度で触針の
荷重と等価である触針のZ軸方向の変位を検出すること
ができる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring device according to the third aspect, since the optical displacement meter is used as the Z-axis direction displacement detecting unit, the stylus slides in the Z-axis direction. It is possible to detect the displacement of the stylus in the Z-axis direction which is equivalent to the load of the stylus in a non-contact manner and with high accuracy without increasing the resistance.

【0129】請求項6記載の発明によれば、微小な荷重
を変位に変換する方式の装置において、触針や荷重調整
用ばねを変更した場合、重量と重力との釣り合い位置が
大きく変化する可能性があり、高分解能で測定範囲の狭
い変位計では初期位置の調整作業が必要となるが、荷重
調整用ばねに取付けられた歪みゲージからなる縦歪み検
出計をZ軸方向変位検出部として用いたので、触針のZ
軸方向の荷重を検出するZ軸方向変位検出部の調整を簡
略化することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, in a device for converting a minute load into a displacement, when a stylus or a spring for adjusting a load is changed, a balance position between weight and gravity can be largely changed. In the case of a displacement meter with high resolution and a narrow measurement range, adjustment of the initial position is required, but a vertical strain detector consisting of a strain gauge attached to a spring for load adjustment is used as the Z-axis direction displacement detector. Because it was, Z of the stylus
Adjustment of the Z-axis direction displacement detection unit for detecting the load in the axial direction can be simplified.

【0130】請求項7記載の発明によれば、請求項1記
載の表面機械特性測定装置において、Z軸駆動機構に搭
載された触針取付部に、平行板ばねで支持されてX軸方
向の力によりX軸方向に変位可能な触針を取付け、その
変位をX軸方向変位検出部により検出するようにしたの
で、表面が曲面形状の被検物であってもその摩擦力を測
定することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, in the surface mechanical property measuring apparatus according to the first aspect, the stylus mounting portion mounted on the Z-axis driving mechanism is supported by a parallel leaf spring and is arranged in the X-axis direction. A stylus that can be displaced in the X-axis direction by force is attached, and the displacement is detected by the X-axis direction displacement detection unit. Therefore, even if the surface of the test object has a curved surface, the friction force must be measured. Can be.

【0131】請求項8記載の発明によれば、請求項7記
載の表面機械特性測定装置において、X軸方向変位検出
部として静電容量計を用いたので、触針のX軸方向の摺
動抵抗を増加させることなく非接触・高精度で摩擦力と
等価である触針のX軸方向の変位を検出でき、かつ、X
軸方向変位検出部自身を小型・軽量化することができ
る。
According to the eighth aspect of the present invention, in the surface mechanical characteristic measuring apparatus according to the seventh aspect, since the capacitance meter is used as the X-axis direction displacement detecting unit, the stylus slides in the X-axis direction. It is possible to detect the displacement of the stylus in the X-axis direction, which is equivalent to a frictional force without contact, with high accuracy, without increasing the resistance.
The axial displacement detector itself can be reduced in size and weight.

【0132】請求項9記載の発明によれば、静電容量変
位計を使用するためにはターゲットが導電性材料である
必要があるが、平行板ばね自身を導電性材料製としたの
で、導電性材料からなるターゲットを別個に必要とせ
ず、触針の軽量化、低コスト化を図ることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, in order to use the capacitance displacement meter, the target must be made of a conductive material. This eliminates the need for a separate target made of a conductive material, and can reduce the weight and cost of the stylus.

【0133】請求項10記載の発明によれば、請求項7
記載の表面機械特性測定装置において、X軸方向変位検
出部として静電容量計を用いたので、触針のX軸方向の
摺動抵抗を増加させることなく非接触・高精度で摩擦力
と等価である触針のX軸方向の変位を検出することがで
きる。
According to the tenth aspect, the seventh aspect is provided.
In the surface mechanical property measurement device described above, a capacitance meter was used as the X-axis direction displacement detection unit, so it was non-contact, highly accurate and equivalent to frictional force without increasing the sliding resistance of the stylus in the X-axis direction. , The displacement of the stylus in the X-axis direction can be detected.

【0134】請求項11記載の発明によれば、微小な荷
重を変位に変換する方式の装置において、触針の平行板
ばねを変更した場合、摩擦力による平行板ばねの変形量
や触針の反りによる初期位置が大きく変化する可能性が
あり、高分解能で測定範囲の狭い変位計では初期位置の
調整作業が必要となるが、荷重調整用ばねに取付けられ
た歪みゲージからなる横歪み検出計をX軸方向変位検出
部として用いたので、触針に加わる摩擦力を検出するX
軸方向変位検出部の調整を簡略化することができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in a device for converting a minute load into a displacement, when the parallel leaf spring of the stylus is changed, the amount of deformation of the parallel leaf spring due to frictional force and the displacement of the stylus are changed. The initial position may change significantly due to warping, and a displacement meter with a high resolution and a narrow measurement range requires adjustment of the initial position.However, a lateral strain detector consisting of a strain gauge attached to a spring for load adjustment Is used as the X-axis direction displacement detection unit, so that the X
Adjustment of the axial displacement detection unit can be simplified.

【0135】請求項12記載の発明によれば、微小な荷
重を変位に変換する方式の装置において、触針や荷重調
整用ばねを変更した場合、重量と重力との釣り合い位置
が大きく変化する可能性があり、高分解能で測定範囲の
狭い変位計では初期位置の調整作業が必要となるが、Z
軸方向変位検出部がZ軸方向に位置調整自在な変位調整
部を備えるので、触針のZ軸方向の変位を検出するZ軸
方向変位検出部の初期位置設定を容易に行え、適正な測
定が可能となり、結果として、触針等が交換された場合
に調整手段を有するので、汎用性を持たせることができ
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, in a device for converting a minute load into a displacement, when a stylus or a load adjusting spring is changed, a balance position between weight and gravity can greatly change. In a displacement meter with high resolution and a narrow measurement range, adjustment of the initial position is required.
Since the axial displacement detection unit has a displacement adjustment unit that can adjust the position in the Z-axis direction, the initial position of the Z-axis displacement detection unit that detects the displacement of the stylus in the Z-axis direction can be easily set and appropriate measurement can be performed. As a result, since the adjusting means is provided when the stylus or the like is replaced, versatility can be provided.

【0136】請求項13記載の発明によれば、微小な荷
重を変位に変換する方式の装置において、触針の平行板
ばねを変更した場合、摩擦力による平行板ばねの変形量
や触針の反りによる初期位置が大きく変化する可能性が
あり、高分解能で測定範囲の狭い変位計では初期位置の
調整作業が必要となるが、X軸方向変位検出部がX軸方
向及びZ軸方向に位置調整自在な変位調整部を備えるの
で、触針のX軸方向の変位を検出するX軸方向変位検出
部の初期位置設定を容易に行え、適正な測定が可能とな
り、結果として、触針等が交換された場合に調整手段を
有するので、汎用性を持たせることができる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, when the parallel leaf spring of the stylus is changed in an apparatus of a system for converting a minute load into a displacement, the amount of deformation of the parallel leaf spring due to frictional force and the displacement of the stylus are changed. The initial position may be greatly changed due to warping, and the initial position adjustment work is required for a displacement meter with a high resolution and a narrow measurement range, but the X-axis direction displacement detection unit is located in the X-axis direction and the Z-axis direction. Since an adjustable displacement adjustment unit is provided, the initial position of the X-axis direction displacement detection unit that detects the displacement of the stylus in the X-axis direction can be easily set, and appropriate measurement can be performed. Since it has the adjusting means when it is replaced, it can have versatility.

【0137】請求項14記載の発明によれば、曲面のよ
うに被検物の形状が平面でない場合、触針のZ軸方向の
位置が変化し、触針を支持する荷重調整用ばねによって
設定している接触荷重も変化してしまうが、フィードバ
ック制御系によりZ軸方向変位検出部の変位を触針の被
検物表面に対する接触荷重が目標値相当の目標変位とな
るようにZ軸駆動機構を制御するようにしたので、被検
物の形状にとらわれず、摩擦測定用の触針に最適な所定
の接触荷重で摩擦力を測定することができる。
According to the fourteenth aspect, when the shape of the test object is not a flat surface such as a curved surface, the position of the stylus in the Z-axis direction changes and is set by the load adjusting spring that supports the stylus. However, the Z-axis drive mechanism changes the displacement of the Z-axis direction displacement detection unit by the feedback control system so that the contact load of the stylus on the surface of the test object becomes a target displacement corresponding to a target value. Is controlled, the frictional force can be measured with a predetermined contact load that is optimal for a stylus for friction measurement, regardless of the shape of the test object.

【0138】請求項15記載の発明によれば、接触荷重
を制御するためのアクチュエータはZ軸駆動機構であ
り、Z軸駆動機構における摩擦や外力、重力の不釣り合
い等の定常的な外乱によって定常的な位置偏差が発生し
てしまい、この位置偏差が接触荷重に定常的な偏差を発
生させることになり、正確な摩擦力が測定できなったり
触針を破損させてしまう可能性があるが、フィードバッ
ク制御系が積分特性を有する補償器を備えるので、この
ような定常的な接触荷重の偏差を抑制することができ
る。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the actuator for controlling the contact load is a Z-axis driving mechanism, and the actuator is controlled by a constant disturbance such as friction, external force, or unbalance of gravity in the Z-axis driving mechanism. Position deviation will occur, this position deviation will cause a steady deviation in the contact load, there is a possibility that accurate frictional force can not be measured or the stylus may be damaged, Since the feedback control system includes the compensator having the integral characteristic, such a steady deviation of the contact load can be suppressed.

【0139】請求項16記載の発明によれば、接触荷重
を制御するためのアクチュエータはZ軸駆動機構であ
り、被検物の形状や傾き等とX軸方向の走査速度によっ
て発生する動的な外乱により、位置偏差が発生してしま
い、この位置偏差が接触荷重に偏差を発生させることに
なり、正確な摩擦力が測定できなかったり触針を破損さ
せてしまう可能性があるが、フィードバック制御系が、
Z軸方向の動的外乱周波数よりも高くなるように周波数
補償された補償器を有するので、このような動的な外乱
によって発生する接触荷重の偏差を抑制することができ
る。
According to the sixteenth aspect of the present invention, the actuator for controlling the contact load is a Z-axis drive mechanism, which is a dynamic actuator generated by the shape and inclination of the test object and the scanning speed in the X-axis direction. Due to disturbance, a position deviation occurs, and this position deviation causes a deviation in the contact load, which may make it impossible to measure an accurate frictional force or damage the stylus. System
Since the compensator is frequency-compensated so as to be higher than the dynamic disturbance frequency in the Z-axis direction, it is possible to suppress the deviation of the contact load generated by such a dynamic disturbance.

【0140】請求項17記載の発明によれば、触針を支
持した平行板ばねの変位によって摩擦力を測定する場
合、被検物表面の摩擦係数の変化や粗さ、触針と被検物
との間の物性等によって測定される摩擦力は大きく変化
し、スティックスリップ現象や触針の跳躍現象が発生す
ることがあり、一般的には、触針のX軸方向の剛性を上
げることによって回避し得るが、それにより測定される
摩擦力の分解能が低下してしまう可能性もあるが、フィ
ードバック制御系を備えて、触針に加わる摩擦力が一定
となるように接触荷重を変化させて摩擦力を制御するこ
とで、摩擦力と接触荷重から摩擦係数を高精度に求める
ことが可能となる。
According to the seventeenth aspect of the invention, when the frictional force is measured by the displacement of the parallel leaf spring supporting the stylus, the change or roughness of the friction coefficient of the surface of the test object, the stylus and the test object are measured. The frictional force measured due to the physical properties of the stylus changes greatly, and a stick-slip phenomenon or a jumping phenomenon of the stylus may occur. Generally, by increasing the rigidity of the stylus in the X-axis direction, Although it can be avoided, the resolution of the measured frictional force may decrease, but by providing a feedback control system, changing the contact load so that the frictional force applied to the stylus is constant. By controlling the friction force, the friction coefficient can be determined with high accuracy from the friction force and the contact load.

【0141】請求項18記載の発明によれば、摩擦力を
制御するためのアクチュエータはZ軸駆動機構であり、
Z軸駆動機構における摩擦や外力、重力の不釣り合い等
の定常的な外乱によって定常的な位置偏差が発生してし
まい、この位置偏差は接触荷重に定常的な偏差を発生さ
せ、制御対象である摩擦力にも定常偏差を発生させたり
触針を破損させてしまう可能性があるが、フィードバッ
ク制御系が積分特性を有する補償器を備えるので、この
ような定常的な摩擦力の偏差を抑制することができる。
According to the eighteenth aspect, the actuator for controlling the frictional force is a Z-axis drive mechanism,
Stationary disturbances such as friction, external force, and imbalance of gravity in the Z-axis drive mechanism cause a steady position deviation. This position deviation causes a steady deviation in the contact load and is a control target. The frictional force may cause a steady-state deviation or damage the stylus, but since the feedback control system has a compensator having an integral characteristic, such a steady-state deviation in the frictional force is suppressed. be able to.

【0142】請求項19記載の発明によれば、摩擦力を
制御するためのアクチュエータはZ軸駆動機構であり、
被検物の形状や傾き等とX軸方向の走査速度によって発
生する動的な外乱により、位置偏差が発生してしまい、
この位置偏差は接触荷重に偏差を発生させ、制御対象で
ある摩擦力にも偏差を発生させたり触針を破損させてし
まう可能性があるが、フィードバック制御系がZ軸方向
の動的外乱周波数よりも高くなるように周波数補償され
た補償器を有するので、このような動的な外乱によって
発生する摩擦力の偏差を抑制することができる。
According to the nineteenth aspect, the actuator for controlling the frictional force is a Z-axis drive mechanism,
Due to the dynamic disturbance generated by the shape and inclination of the test object and the scanning speed in the X-axis direction, a position deviation occurs,
This position deviation may cause a deviation in the contact load, and may also cause a deviation in the frictional force to be controlled or may damage the stylus. However, the feedback control system uses the dynamic disturbance frequency in the Z-axis direction. Since the compensator is frequency-compensated to be higher than the above, it is possible to suppress the deviation of the frictional force generated by such a dynamic disturbance.

【0143】請求項20記載の発明の表面機械特性測定
方法によれば、触針を被検物に接触させた状態からZ軸
駆動機構をZ軸方向に離反移動させ、Z軸方向変位検出
部により検出される触針取付部の重量と荷重調整用ばね
の釣り合い点からの変位と荷重調整用ばねのばね定数と
に基づき被検物の引力を測定するようにしたので、請求
項3記載の測定装置を用いた場合の被検物の引力を測定
する方法が明らかとなる。
According to the surface mechanical characteristic measuring method of the present invention, the Z-axis drive mechanism is moved away from the object in the Z-axis direction while the stylus is in contact with the test object. The attractive force of the test object is measured based on the weight of the stylus mounting portion, the displacement from the balance point of the load adjusting spring, and the spring constant of the load adjusting spring detected by the method. The method for measuring the attractive force of the test object when using the measuring device becomes clear.

【0144】請求項21記載の発明の表面機械特性測定
方法によれば、縦歪み検出計の歪み量に基づき被検物の
引力を測定するようにしたので、請求項6記載の測定装
置を用いた場合の被検物の引力を測定する方法が明らか
となる。
According to the surface mechanical characteristics measuring method of the present invention, the attraction of the test object is measured based on the amount of distortion of the longitudinal distortion detector. The method for measuring the attractive force of the test object in the case where it is present becomes clear.

【0145】請求項22記載の発明の表面機械特性測定
方法によれば、被検物表面に触針を接触させながらX軸
駆動機構により被検物を走査させた時のX軸方向変位検
出部の変位と平行板ばねのばね定数とに基づき前記被検
物の摩擦力を測定するようにしたので、請求項7記載の
測定装置を用いた場合の被検物の摩擦力を測定する方法
が明らかとなる。
According to the surface mechanical characteristic measuring method of the present invention, the X-axis direction displacement detecting unit detects when the object is scanned by the X-axis driving mechanism while the stylus is in contact with the surface of the object. Since the frictional force of the test object is measured based on the displacement of the spring and the spring constant of the parallel leaf spring, a method of measuring the frictional force of the test object using the measuring device according to claim 7 is provided. It becomes clear.

【0146】請求項23記載の発明の表面機械特性測定
方法によれば、被検物表面に触針を接触させながらX軸
駆動機構により被検物を走査させた時の横歪み検出計の
歪み量に基づき被検物の摩擦力を測定するようにしたの
で、請求項11記載の測定装置を用いた場合の被検物の
摩擦力を測定する方法が明らかとなる。
According to the method for measuring surface mechanical properties according to the twenty-third aspect of the present invention, the distortion of the lateral distortion detector when the object is scanned by the X-axis drive mechanism while the stylus is in contact with the surface of the object. Since the frictional force of the test object is measured based on the amount, a method of measuring the frictional force of the test object when using the measuring device according to claim 11 becomes clear.

【0147】請求項24記載の発明によれば、X軸方向
変位検出部の変位が触針の被検物表面に対する摩擦力が
摩擦力目標値相当の目標変位となるようにZ軸駆動機構
を制御するフィードバック制御系を用い、検出された摩
擦力と被検物に対する接触荷重とに基づき被検物の摩擦
係数を測定するようにしたので、請求項22記載の測定
方法をベースとして被検物の摩擦係数を測定する方法が
明らかとなる。
According to the twenty-fourth aspect of the present invention, the Z-axis drive mechanism is set so that the displacement of the X-axis direction displacement detecting section becomes the target displacement corresponding to the target value of the frictional force with respect to the surface of the test object. The friction coefficient of the test object is measured based on the detected frictional force and the contact load to the test object by using a feedback control system for controlling the test object. The method for measuring the coefficient of friction of the steel becomes apparent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一の実施の形態の表面機械特性測定
装置を示す概略的正面図である。
FIG. 1 is a schematic front view showing a surface mechanical property measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】その垂直変位検出部なる光マイクロメータの測
定原理を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a measurement principle of an optical micrometer serving as the vertical displacement detection unit.

【図3】潤滑膜を有する被検物の測定結果を示す時間−
プローブ変位特性図である。
FIG. 3 is a graph showing measurement results of a test object having a lubricating film;
It is a probe displacement characteristic diagram.

【図4】本発明の第二の実施の形態の垂直変位検出部な
る光プローブの構成例を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of an optical probe serving as a vertical displacement detection unit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】そのビームスポットの結像状態を示す模式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an image forming state of the beam spot.

【図6】フォーカス誤差信号の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of a focus error signal.

【図7】本発明の第三の実施の形態の表面機械特性測定
装置を示す概略的正面図である。
FIG. 7 is a schematic front view showing a surface mechanical property measuring device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】そのプローブ付近を示し、(a)は正面図、
(b)は側面図である。
8A and 8B show the vicinity of the probe, FIG.
(B) is a side view.

【図9】本発明の第四の実施の形態を示す荷重調整用ば
ね部分の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a load adjusting spring according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第五の実施の形態のプローブ付近を
示し、(a)は側面図、(b)は正面図である。
10A and 10B show the vicinity of a probe according to a fifth embodiment of the present invention, wherein FIG. 10A is a side view and FIG. 10B is a front view.

【図11】本発明の第六の実施の形態を示すフィードバ
ック制御系のブロック線図である。
FIG. 11 is a block diagram of a feedback control system showing a sixth embodiment of the present invention.

【図12】補償器が積分特性ありの場合となしの場合と
の垂直変位の抑制特性を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a vertical displacement suppressing characteristic when a compensator has an integral characteristic and when it does not.

【図13】補償器が帯域補償ありの場合となしの場合と
の垂直変位の抑制特性を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a vertical displacement suppression characteristic when the compensator has and does not have band compensation.

【図14】本発明の第七の実施の形態を示すフィードバ
ック制御系のブロック線図である。
FIG. 14 is a block diagram of a feedback control system according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】スティックスリップ現象を説明するための特
性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram for explaining a stick-slip phenomenon.

【図16】補償器が積分特性ありの場合となしの場合と
の摩擦力の抑制特性を示す特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a frictional force suppression characteristic when the compensator has the integration characteristic and when it is not.

【図17】補償器が周波数補償ありの場合となしの場合
との摩擦力の抑制特性を示す特性図である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing frictional force suppression characteristics when the compensator has frequency compensation and when it has no frequency compensation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被検物 2 X軸駆動機構 3 Z軸駆動機構 4 マイクロエアスライダ 5 触針取付部 6 触針 7 荷重調整用ばね 10 Z軸方向変位検出部 21 変位調整部 22 X軸方向変位検出部 23 変位調整部 41 触針 42 平行板ばね 43 歪みゲージ 44 歪みゲージ 51 フィードバック制御系 54 補償器 61 フィードバック制御系 64 補償器 REFERENCE SIGNS LIST 1 test object 2 X-axis drive mechanism 3 Z-axis drive mechanism 4 micro air slider 5 stylus mounting section 6 stylus 7 load adjustment spring 10 Z-axis direction displacement detection section 21 displacement adjustment section 22 X-axis direction displacement detection section 23 Displacement adjuster 41 Contact stylus 42 Parallel leaf spring 43 Strain gauge 44 Strain gauge 51 Feedback control system 54 Compensator 61 Feedback control system 64 Compensator

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触針を被検物の表面に接触させて摺動さ
せることにより前記被検物の表面特性を計測する表面機
械特性計測装置において、 異なる前記触針が着脱交換自在で、前記触針の長手方向
に直交するX軸方向の変動が拘束され前記触針の長手方
向に沿ったZ軸方向に微小範囲で可動する触針取付部
と、 着脱交換自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方
向に支持する荷重調整用ばねと、 前記触針取付部の前記Z軸方向への変位を検出するZ軸
方向変位検出部と、 これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検
出部とを搭載して前記Z軸方向に移動することにより前
記触針の前記被検物に対する接離及び測定荷重を調整す
るZ軸駆動機構と、 前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、
を備えることを特徴とする表面機械特性測定装置。
1. A surface mechanical property measuring device for measuring a surface property of a test object by bringing a stylus into contact with a surface of the test object and sliding the same, wherein the different styluses are detachable and exchangeable. A stylus mounting portion that is restricted in fluctuation in an X-axis direction perpendicular to a longitudinal direction of the stylus and is movable in a minute range in a Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus; A load adjusting spring for supporting a mounting portion in the Z-axis direction; a Z-axis direction displacement detecting portion for detecting a displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction; and a stylus mounting portion and a load adjusting portion. A Z-axis drive mechanism that adjusts the contact / separation of the stylus with respect to the test object and the measurement load by mounting a spring and a Z-axis direction displacement detection unit and moving in the Z-axis direction; An X-axis drive mechanism that drives in the X-axis direction;
A surface mechanical property measuring device comprising:
【請求項2】 前記Z軸駆動機構が、前記触針取付部の
動きを規制するマイクロエアスライダを含むことを特徴
とする請求項1記載の表面機械特性測定装置。
2. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 1, wherein the Z-axis driving mechanism includes a micro air slider for restricting a movement of the stylus mounting portion.
【請求項3】 前記Z軸方向変位検出部は、前記触針取
付部のZ軸方向端面の前記Z軸方向への微小変位を検出
することを特徴とする請求項1記載の表面機械特性測定
装置。
3. The surface mechanical property measurement according to claim 1, wherein the Z-axis direction displacement detecting section detects a minute displacement of the end surface of the stylus mounting section in the Z-axis direction in the Z-axis direction. apparatus.
【請求項4】 前記Z軸方向変位検出部は、静電容量計
であることを特徴とする請求項3記載の表面機械特性測
定装置。
4. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 3, wherein the Z-axis direction displacement detecting section is a capacitance meter.
【請求項5】 前記Z軸方向変位検出部は、光学式変位
計であることを特徴とする請求項3記載の表面機械特性
測定装置。
5. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 3, wherein the Z-axis direction displacement detecting section is an optical displacement meter.
【請求項6】 前記Z軸方向変位検出部は、前記荷重調
整用ばねに取付けられた歪みゲージからなる縦歪み検出
計であることを特徴とする請求項1記載の表面機械特性
測定装置。
6. The surface mechanical characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein the Z-axis direction displacement detecting section is a longitudinal strain detector including a strain gauge attached to the load adjusting spring.
【請求項7】 前記触針は、平行板ばねで支持されて前
記X軸方向の力により前記X軸方向に変位可能であり、
前記触針の前記X軸方向への微小変位を検出するX軸方
向変位検出部を備えることを特徴とする請求項1記載の
表面機械特性測定装置。
7. The stylus is supported by a parallel leaf spring and can be displaced in the X-axis direction by the force in the X-axis direction.
The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 1, further comprising an X-axis direction displacement detection unit that detects a minute displacement of the stylus in the X-axis direction.
【請求項8】 前記X軸方向変位検出部は、静電容量計
であることを特徴とする請求項7記載の表面機械特性測
定装置。
8. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 7, wherein the X-axis direction displacement detecting section is a capacitance meter.
【請求項9】 前記平行板ばねは、導電性材料からなる
ことを特徴とする請求項8記載の表面機械特性測定装
置。
9. An apparatus according to claim 8, wherein said parallel leaf spring is made of a conductive material.
【請求項10】 前記X軸方向変位検出部は、光学式変
位計であることを特徴とする請求項7記載の表面機械特
性測定装置。
10. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 7, wherein the X-axis direction displacement detecting section is an optical displacement meter.
【請求項11】 前記X軸方向変位検出部は、前記平行
板ばねに取付けられた歪みゲージからなる横歪み検出計
であることを特徴とする請求項7記載の表面機械特性測
定装置。
11. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 7, wherein the X-axis direction displacement detecting unit is a lateral strain detector including a strain gauge attached to the parallel leaf spring.
【請求項12】 前記Z軸方向変位検出部は、前記Z軸
方向に位置調整自在な変位調整部を備えることを特徴と
する請求項1ないし11の何れか一に記載の表面機械特
性測定装置。
12. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 1, wherein the Z-axis direction displacement detecting unit includes a displacement adjusting unit capable of adjusting a position in the Z-axis direction. .
【請求項13】 前記X軸方向変位検出部は、前記X軸
方向及び前記Z軸方向に位置調整自在な変位調整部を備
えることを特徴とする請求項7ないし11の何れか一に
記載の表面機械特性測定装置。
13. The apparatus according to claim 7, wherein the X-axis direction displacement detecting section includes a displacement adjusting section capable of adjusting a position in the X-axis direction and the Z-axis direction. Surface mechanical property measurement device.
【請求項14】 前記Z軸方向変位検出部の変位を前記
触針の前記被検物表面に対する接触荷重が目標値相当の
目標変位となるように前記Z軸駆動機構を制御するフィ
ードバック制御系を備えることを特徴とする請求項7な
いし11の何れか一に記載の表面機械特性測定装置。
14. A feedback control system for controlling the Z-axis drive mechanism so that the displacement of the Z-axis direction displacement detection unit is controlled so that the contact load of the stylus on the surface of the test object becomes a target displacement corresponding to a target value. The surface mechanical property measuring device according to any one of claims 7 to 11, further comprising:
【請求項15】 前記フィードバック制御系は、前記接
触荷重の目標値相当の前記目標変位と前記Z軸方向変位
検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動機構の位置制御
を行う補償器を含み、この補償器が積分特性を有するこ
とを特徴とする請求項14記載の表面機械特性測定装
置。
15. The compensator for performing a position control of the Z-axis drive mechanism by comparing the target displacement corresponding to a target value of the contact load with the displacement of the Z-axis direction displacement detection unit. 15. The surface mechanical characteristic measuring device according to claim 14, wherein the compensator has an integral characteristic.
【請求項16】 前記フィードバック制御系は、前記接
触荷重の目標値相当の前記目標変位と前記Z軸方向変位
検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動機構の位置制御
を行う補償器を含み、前記フィードバック制御系の制御
帯域が前記被検物の形状と走査速度とから求まる前記Z
軸方向の動的外乱周波数よりも高くなるように前記補償
器が周波数補償されていることを特徴とする請求項14
記載の表面機械特性測定装置。
16. The compensator for performing position control of the Z-axis drive mechanism by comparing the target displacement corresponding to a target value of the contact load with the displacement of the Z-axis direction displacement detector. Wherein the control band of the feedback control system is obtained from the shape and the scanning speed of the test object.
15. The frequency compensator is frequency-compensated so as to be higher than an axial dynamic disturbance frequency.
The surface mechanical property measurement device according to the above.
【請求項17】 前記X軸方向変位検出部の変位を前記
触針の前記被検物表面に対する摩擦力が摩擦力目標値相
当の目標変位となるように前記Z軸駆動機構を制御する
フィードバック制御系を備えることを特徴とする請求項
7ないし11の何れか一に記載の表面機械特性測定装
置。
17. A feedback control for controlling the Z-axis drive mechanism such that the displacement of the X-axis direction displacement detecting unit is a target displacement corresponding to a frictional force target value of a frictional force of the stylus on the surface of the test object. The surface mechanical property measuring apparatus according to any one of claims 7 to 11, further comprising a system.
【請求項18】 前記フィードバック制御系は、前記摩
擦力の摩擦力目標値相当の前記目標変位と前記X軸方向
変位検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動機構の位置
制御を行う補償器を含み、この補償器が積分特性を有す
ることを特徴とする請求項17記載の表面機械特性測定
装置。
18. The compensation for performing position control of the Z-axis drive mechanism by comparing the target displacement corresponding to a frictional force target value of the frictional force with the displacement of the X-axis direction displacement detection unit. 18. The apparatus according to claim 17, further comprising a compensator, wherein the compensator has an integral characteristic.
【請求項19】 前記フィードバック制御系は、前記摩
擦力の摩擦力目標値相当の前記目標変位と前記X軸方向
変位検出部の変位とを比較して前記Z軸駆動機構の位置
制御を行う補償器を含み、前記フィードバック制御系の
制御帯域が前記被検物の形状と走査速度とから求まる前
記Z軸方向の動的外乱周波数よりも高くなるように前記
補償器が周波数補償されていることを特徴とする請求項
17記載の表面機械特性測定装置。
19. The compensation for performing position control of the Z-axis drive mechanism by comparing the target displacement corresponding to a frictional force target value of the frictional force with the displacement of the X-axis direction displacement detection unit. The compensator is frequency-compensated such that the control band of the feedback control system is higher than the dynamic disturbance frequency in the Z-axis direction obtained from the shape and scanning speed of the test object. The surface mechanical property measuring device according to claim 17, characterized in that:
【請求項20】 触針を被検物の表面に接触させて摺動
させることにより前記被検物の表面特性を計測する表面
機械特性測定方法において、 前記触針が取付けられ、前記触針の長手方向に直交する
X軸方向の変動が拘束され前記触針の長手方向に沿った
Z軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、 着脱交換自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方
向に支持する荷重調整用ばねと、 前記触針取付部の前記Z軸方向への変位を検出するZ軸
方向変位検出部と、 これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検
出部とを搭載して前記Z軸方向に移動することにより前
記触針の前記被検物に対する接離及び測定荷重を調整す
るZ軸駆動機構と、 前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、 を用い、 前記触針を前記被検物に接触させた状態から前記Z軸駆
動機構を前記Z軸方向に離反移動させ、前記Z軸方向変
位検出部により検出される前記触針取付部の重量と前記
荷重調整用ばねの釣り合い点からの変位と前記荷重調整
用ばねのばね定数とに基づき前記被検物の引力を測定す
るようにしたことを特徴とする表面機械特性測定方法。
20. A surface mechanical property measuring method for measuring a surface property of a test object by bringing a stylus into contact with a surface of the test object and sliding the same, wherein the stylus is attached, and A stylus mounting portion that is restricted in fluctuation in an X-axis direction perpendicular to the longitudinal direction and is movable in a minute range in a Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus; A load adjustment spring supported in the Z-axis direction; a Z-axis direction displacement detection unit that detects a displacement of the stylus mounting unit in the Z-axis direction; a stylus mounting unit, a load adjustment spring, and Z A Z-axis drive mechanism for mounting and displacing an axial displacement detector in the Z-axis direction to adjust contact / separation of the stylus with respect to the test object and a measurement load; An X-axis drive mechanism that drives the stylus in the direction The Z-axis drive mechanism is moved away from the contact state in the Z-axis direction, and the weight of the stylus mounting portion detected by the Z-axis direction displacement detection unit and the displacement of the load adjustment spring from the balance point. A method for measuring surface mechanical characteristics, wherein the attraction of the test object is measured based on a spring constant of the load adjusting spring.
【請求項21】 触針を被検物の表面に接触させて摺動
させることにより前記被検物の表面特性を計測する表面
機械特性測定方法において、 前記触針が取付けられて、前記触針の長手方向に直交す
るX軸方向の変動が拘束され前記触針の長手方向に沿っ
たZ軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、 着脱交換自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方
向に支持する荷重調整用ばねと、 前記荷重調整用ばねに取付けられて前記触針取付部の前
記Z軸方向への変位を検出する歪みゲージからなる縦歪
み検出計によるZ軸方向変位検出部と、 これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検
出部とを搭載して前記Z軸方向に移動することにより前
記触針の前記被検物に対する接離及び測定荷重を調整す
るZ軸駆動機構と、 前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、
を用い、 前記触針を前記被検物に接触させた状態から前記Z軸駆
動機構を前記Z軸方向に離反移動させ、前記縦歪み検出
計の歪み量に基づき前記被検物の引力を測定するように
したことを特徴とする表面機械特性測定方法。
21. A surface mechanical property measuring method for measuring a surface property of the test object by bringing a stylus into contact with a surface of the test object and sliding the same, wherein the stylus is attached to the stylus. A stylus mounting portion that is restricted in fluctuation in an X-axis direction perpendicular to the longitudinal direction of the stylus and is movable in a minute range in a Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus; A Z-axis by a longitudinal strain detector comprising a load adjustment spring supporting the Z-axis direction, and a strain gauge attached to the load adjustment spring and detecting displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction. A direction displacement detection unit, and a stylus mounting unit, a load adjustment spring, and a Z-axis direction displacement detection unit mounted thereon and moved in the Z-axis direction to move the stylus toward and away from the object. A Z-axis drive mechanism for adjusting a measurement load; And X-axis driving mechanism for driving the X-axis direction,
And moving the Z-axis drive mechanism away from the state in which the stylus is in contact with the test object in the Z-axis direction, and measuring the attractive force of the test object based on the amount of distortion of the vertical strain detector. A method for measuring surface mechanical properties, characterized in that:
【請求項22】 触針を被検物の表面に接触させて摺動
させることにより前記被検物の表面特性を計測する表面
機械特性測定方法において、 平行板ばねで支持されて長手方向に直交するX軸方向の
力により前記X軸方向に変位可能な触針が取付けられ
て、前記X軸方向の変動を拘束し前記触針の長手方向に
沿ったZ軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、 着脱交換自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方
向に支持する荷重調整用ばねと、 前記触針取付部の前記Z軸方向への変位を検出するZ軸
方向変位検出部と、 前記触針の前記X軸方向への微小変位を検出するX軸方
向変位検出部と、 これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検
出部とX軸方向変位検出部とを搭載して前記Z軸方向に
移動することにより前記触針の前記被検物に対する接離
及び測定荷重を調整するZ軸駆動機構と、 前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、
を用い、 前記被検物表面に前記触針を接触させながら前記X軸駆
動機構により前記被検物を走査させた時の前記X軸方向
変位検出部の変位と前記平行板ばねのばね定数とに基づ
き前記被検物の摩擦力を測定するようにしたことを特徴
とする表面機械特性測定方法。
22. A surface mechanical property measuring method for measuring surface properties of a test object by bringing a stylus into contact with the surface of the test object and sliding the same, wherein the stylus is supported by a parallel leaf spring and is orthogonal to the longitudinal direction. A stylus that is displaceable in the X-axis direction by a force in the X-axis direction is attached, restricts movement in the X-axis direction, and moves in a minute range in the Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus. A needle mounting portion, a load adjusting spring that is detachably provided and supports the stylus mounting portion in the Z-axis direction, and a Z-axis direction that detects displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction. A displacement detection unit, an X-axis direction displacement detection unit that detects a minute displacement of the stylus in the X-axis direction, a stylus attachment unit, a load adjustment spring, a Z-axis direction displacement detection unit, and an X-axis direction. A displacement detection unit is mounted and moved in the Z-axis direction, Serial and Z-axis driving mechanism for adjusting the contact and separation and measurement load on the test object, the X-axis driving mechanism for driving the specimen in the X-axis direction,
The displacement of the X-axis direction displacement detection unit and the spring constant of the parallel leaf spring when scanning the object by the X-axis drive mechanism while contacting the stylus with the surface of the object Measuring the frictional force of the test object based on the following.
【請求項23】 触針を被検物の表面に接触させて摺動
させることにより前記被検物の表面特性を計測する表面
機械特性測定方法において、 平行板ばねで支持されて長手方向に直交するX軸方向の
力により前記X軸方向に変位可能な触針が取付けられ
て、前記X軸方向の変動を拘束し前記触針の長手方向に
沿ったZ軸方向に微小範囲で可動する触針取付部と、 着脱交換自在に設けられて前記触針取付部を前記Z軸方
向に支持する荷重調整用ばねと、 前記触針取付部の前記Z軸方向への変位を検出するZ軸
方向変位検出部と、 前記平行板ばねに取付けられて前記触針の前記X軸方向
への微小変位を検出する歪みゲージからなる横歪み検出
計によるX軸方向変位検出部と、 これらの触針取付部と荷重調整用ばねとZ軸方向変位検
出部とX軸方向変位検出部とを搭載して前記Z軸方向に
移動することにより前記触針の前記被検物に対する接離
及び測定荷重を調整するZ軸駆動機構と、 前記被検物を前記X軸方向に駆動するX軸駆動機構と、
を用い、 前記被検物表面に前記触針を接触させながら前記X軸駆
動機構により前記被検物を走査させた時の前記横歪み検
出計の歪み量に基づき前記被検物の摩擦力を測定するよ
うにしたことを特徴とする表面機械特性測定方法。
23. A surface mechanical property measuring method for measuring a surface property of a test object by bringing a stylus into contact with the surface of the test object and sliding the stylus in contact with the surface of the test object. A stylus that is displaceable in the X-axis direction by a force in the X-axis direction is attached, restricts movement in the X-axis direction, and moves in a minute range in the Z-axis direction along the longitudinal direction of the stylus. A needle mounting portion, a load adjusting spring that is detachably provided and supports the stylus mounting portion in the Z-axis direction, and a Z-axis direction that detects displacement of the stylus mounting portion in the Z-axis direction. A displacement detection unit, an X-axis direction displacement detection unit that is attached to the parallel leaf spring, and that is a lateral strain detector that includes a strain gauge that detects a small displacement of the stylus in the X-axis direction. Section, load adjustment spring, Z axis direction displacement detection section, and X axis direction A Z-axis drive mechanism for mounting a position detection unit and adjusting the contact / separation of the stylus with respect to the test object and the measurement load by moving in the Z-axis direction; and moving the test object in the X-axis direction. An X-axis drive mechanism for driving;
Using the X-axis drive mechanism to scan the test object while contacting the stylus on the test object surface, the frictional force of the test object based on the amount of distortion of the lateral strain detector. A method for measuring surface mechanical properties, characterized in that the measurement is performed.
【請求項24】 前記X軸方向変位検出部の変位が前記
触針の前記被検物表面に対する摩擦力が摩擦力目標値相
当の目標変位となるように前記Z軸駆動機構を制御する
フィードバック制御系を用い、 検出された摩擦力と前記被検物に対する接触荷重とに基
づき前記被検物の摩擦係数を測定するようにしたことを
特徴とする請求項22記載の表面機械特性測定方法。
24. Feedback control for controlling the Z-axis drive mechanism such that the displacement of the X-axis direction displacement detection unit becomes a target displacement corresponding to a frictional force target value of a frictional force of the stylus on the surface of the test object. 23. The method according to claim 22, wherein a friction coefficient of the test object is measured based on a detected frictional force and a contact load on the test object using a system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008151753A (en) * 2006-12-20 2008-07-03 Toyota Motor Corp Friction tester, frictional load applying method and frictional load inspecting method
CN107356665A (en) * 2017-09-02 2017-11-17 鲁东大学 Splined shaft damage testing frock
CN108731920A (en) * 2017-08-21 2018-11-02 西安工业大学 Frictional wear test device
CN114252362A (en) * 2021-12-02 2022-03-29 北京建筑大学 Biaxial loading fretting wear testing machine

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JP2008151753A (en) * 2006-12-20 2008-07-03 Toyota Motor Corp Friction tester, frictional load applying method and frictional load inspecting method
CN108731920A (en) * 2017-08-21 2018-11-02 西安工业大学 Frictional wear test device
CN107356665A (en) * 2017-09-02 2017-11-17 鲁东大学 Splined shaft damage testing frock
CN107356665B (en) * 2017-09-02 2023-12-22 鲁东大学 Spline shaft damage detection tool
CN114252362A (en) * 2021-12-02 2022-03-29 北京建筑大学 Biaxial loading fretting wear testing machine
CN114252362B (en) * 2021-12-02 2024-03-19 北京建筑大学 Double-shaft loading fretting wear testing machine

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