JP2005300318A - 表面性状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、様々な方向から測定する必要があるワークであっても、表面性状測定機を定盤上で軽快に移動、回転可能とし、表面性状測定機を定盤上に着座させた際に生じる着座誤差を微調整して修正することができる表面性状測定機を提供する。
【解決手段】 定盤に平行な二次元方向の移動、回転が自在となるように表面性状測定機を浮上させて支持するとともに、表面性状測定機をこの定盤上に固定して支持する支持手段と、
表面性状測定機を定盤上で移動、回転させて検出器をワークの測定部位へ位置決めした後、表面性状測定機を定盤上に着座させて固定した際に、ワークの測定部位に対する検出器の位置ずれを微調整可能な微調整手段と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークの表面性状を測定する表面性状測定機に関し、特にワークの周囲を移動可能にして様々な方向からワークを測定可能とした表面性状測定機に関する。

一般的な測定機では、その測定方向が限定されており、そのままでは大型ワークや複数の方向から測定を行う必要のあるワークを測定することが出来ないので、このようなワークを測定する場合には、据え付けられたワークの周囲にわたって測定機を移動させ、ワーク各部の測定を行う方法が用いられている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の形状測定装置は、大型の被測定物の近傍に予め精密に測定した基準点群を備えた測定用冶具を設けておき、測定機を移動して被測定物を測定した際に、この基準点群も測定しておき、この基準点群の測定結果から移動された測定機の位置関係を求めて、被測定物の座標データを合成して、全体の形状を把握するものである。

また、測定機や被測定物の移動にあたってエアーパッドを備えた測定用補助台を用いることによって、測定機や被測定物を軽快に移動可能とする発明がある（例えば、特許文献２）。
特開平１１−６７２８号公報 特開平７−１８１０３１号公報

ところが、ワークの表面粗さや輪郭形状などの表面性状を精密に測定する必要がある場合には、高精度な表面性状測定機を用いる必要があるが、そのような測定機は通常、相当程度の重量があり測定機自体の精密微細な移動操作が困難なため、表面性状測定機の検出器を任意方向からワークの測定部位へ精密に位置決めすることが困難であるという問題があった。そのために、ワークの表面粗さや輪郭形状などの精密な測定にあたっては、必要な測定部位での測定が行えず、また、再測定が必要となった場合においても、前回と同一の測定部位での測定を行うことが困難であるという問題があった。このような問題は、ワークが大型である場合には特に顕著な問題であった。

測定機自体の軽快な移動操作を可能にするために、特許文献２に記載された発明は、エアーパッドを備えた測定用補助台上に測定機を載置し、ワークを載置した定盤上で測定用補助台を浮上させて測定機を軽快に移動可能としたものである。
ところが、エアーパッドを用いて測定用補助台を浮上させる構成であるために、測定機の検出器をワークの測定部位へ位置決めした後に、空気軸受けの圧力源を遮断して、エアーパッドを定盤上に着座させた際に、検出器の位置がわずかに狂うという問題があった。また、定盤からエアーパッド面までの浮上量がゼロとなって、測定用補助台が沈み込み、その点でもワークに対する検出器位置に誤差が生じるという問題があった。

本願発明は、このような問題を解決するために、重量のある高精度な表面性状測定機であっても、ワークを載置した定盤上で軽快に移動、回転可能とし、その検出器をワークの測定部位へ位置決めした後に、表面性状測定機を定盤上に着座させた際に生じる着座誤差を微調整することができる表面性状測定機を提供する。

前記目的を達成するために、本発明にかかる表面性状測定機は、ワークの表面性状を測定する検出器を備えた表面性状測定機において、定盤上でこの定盤に平行な二次元方向の移動、回転自在に前記表面性状測定機を浮上可能に支持、あるいは前記表面性状測定機を前記定盤上に固定して支持する支持手段と、前記表面性状測定機を前記定盤上で移動、回転させて前記検出器を前記ワークの測定部位へ位置決めした後に前記表面性状測定機を前記定盤上に固定した際に、前記ワークの測定部位に対する前記検出器の位置ずれを微調整して修正可能な微調整手段とを、備えたことを特徴とする。

ここで、ワークの表面性状とは、ワークの表面粗さや輪郭形状をいう。また、定盤に平行な二次元方向に移動、回転自在とは、定盤の平面に対して平行な任意の方向、角度において移動、回転が自在に可能であることをいう。さらに、定盤上に固定とは、表面性状測定機を定盤上に載置した状態で、摩擦などによって容易には移動しない状態に固定することをいう。また、検出器の位置ずれとは、表面性状測定機を浮上状態から定盤上に固定した状態に変化させた際に生じる定盤への着座誤差をいい、少なくとも定盤に平行な二次元方向の位置決め誤差による、ワークに対する検出器の相対位置の変化をいう。

この発明によれば、支持手段によって定盤上に表面性状測定機を浮上させ、摩擦力が生じない状態として表面性状測定機を軽快に移動、回転できるので、ワークの測定部位へ表面性状測定機の検出器を容易に位置決めすることができる。そして、表面性状測定機を定盤上へ固定した際に生じる着座誤差を微調整手段によって修正できるので、検出器をワークの測定部位へ正確に位置決めすることができる。その結果、ワークの所望箇所での測定が容易に行えるようになり、さらに、再測定の場合であっても、前回と同一の測定部位への位置決めが容易に行えるので、ワークの再評価を正確に行うことが出来る。

本発明において、前記微調整手段は、手動操作可能であることが好ましい。
このようにすれば、ワークに対する検出器の位置ずれが微小であっても正確に修正することが出来る。
また、前記支持手段は、パッドを備え、前記パッドから定盤に対して少なくとも流体を噴出あるいは吸引する静圧流体軸受であることが好ましい。

このように支持手段として静圧流体軸受を用いれば、簡易な構成で表面性状測定機を定盤から浮上させることが出来る。また、パッドから流体を吸引する吸着パッドを用いることによって、定盤に対する表面性状測定機の固定をより確実に行うことが出来る。
さらに、前記パッドは少なくともゴム材あるいは多孔質材のいずれかを含むことが好ましい。
このようにパッド材としてゴム材パッドを用いることによって、定盤の表面を傷つけるおそれがなくなる。また、多孔質材パッドを用いることによって、パッドの加工、製作が容易になる。

この発明によれば、支持手段によって表面性状測定機を浮上させて軽快に移動、回転できるので、ワークの測定部位へ検出器を容易に位置決めすることができる。そして、表面性状測定機を定盤上へ固定した際に生じる着座誤差を微調整手段によって修正できるので、検出器をワークの測定部位へ正確に位置決めすることができる。その結果、ワークの所望箇所での測定が容易に行えるようになり、なおかつ、再測定の場合であっても、前回と同一の測定部位への位置決めが容易に行えるので、ワークの再評価を正確に行うことが出来る。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。

図１は本発明の実施例１にかかる表面性状測定機１０を、ワークＷと共に定盤Ｂ上に載置した状態の正面図を示す。図２はその平面図である。
図１において、定盤Ｂの上面である載置面Ｂ１は平面仕上げされており、その一端にワークＷが載置、固定されている。表面性状測定機１０は載置面Ｂ１の他端に載置されている。
ワークＷの側面には穴Ｗ１が穿たれており、この実施例では、その穴Ｗ１の内面の表面粗さと輪郭形状を測定する例を示す。

表面性状測定機１０は、下部に支持手段２を備えてＹ軸微動機構３（微調整機構）を内蔵した基部４と、基部４に立設されＹ軸方向に微動可能なコラム５と、コラム５に沿って上下方向（Ｚ軸方向）にＺ軸駆動機構（モータ制御）によって移動可能とされた駆動部６と、この駆動部６によって左右方向（Ｘ軸方向）にＸ軸駆動機構（モータ制御）によって移動可能とされた検出器ホルダ７と、この検出器ホルダ７に支持され、一端に測定子１１を備えた検出器１を含んで構成される。

Ｚ軸駆動機構とＸ軸駆動機構は、図示しないデータ処理装置によって駆動制御され、その操作は、データ処理装置に接続された操作スイッチ箱に設けられた操作スイッチを操作しておこなうことが出来る。
測定子１１をワークＷの表面に接触させながら検出器ホルダ７をＸ軸方向に移動させると、その移動に伴って測定子１１がワークＷの表面を走査し、そのワークＷの表面の凹凸によって測定子１１が上下に変位するので、その変位を検出器１によって検出して、測定データとされる。この測定データは図示しないデータ処理装置へ入力されてワークＷの表面粗さや輪郭形状などの表面性状が測定される。

基部４の下面には、支持手段２としての空気軸受が、３箇所に設置されており、この空気軸受によって表面性状測定機１０を定盤Ｂから浮上させたり、あるいは表面性状測定機１０を定盤Ｂに固定することが可能である。
図３は、支持手段２を示し、空気軸受部はその断面構造を示している。空気軸受部は水平断面が略円形状であり、その外筒２０の内部にパッド２１、空隙部２２、配管接続部２３を内蔵している。配管接続部２３は配管２４を介して圧力源２６に接続されている。配管途中には切替弁２５が介装されている。

パッド２１は多孔質材（多孔質金属）で形成されており、表裏（図３の上と下）に貫通する無数の微小穴が設けられている。
圧力源２６が図示しないスイッチにより起動されると、その正圧の圧搾空気が切替弁２５と配管２４を介して空隙部２２に供給され、パッド２１の微小穴から圧搾空気が定盤Ｂに向かって噴出され、パッド２１に浮上力を与えて表面性状測定機１０を定盤Ｂから浮上させる。この浮上状態では、摩擦力と表面性状測定機の質量（この実施例の場合は、約１００ｋｇ）の影響がなくなるので、表面性状測定機１０の移動、回転を軽快に行うことができる。

表面性状測定機１０の測定子１１をワークＷの所定の位置（測定部位）に位置決めした後、圧力源２６を図示しないスイッチにより負圧源として負圧を発生するように切替えると、空隙部２２の空気が配管２４を介して吸引されるので、パッド２１は定盤Ｂ側から空気を吸引することになる。この操作によってパッド２１は吸着パッドとして働き、表面性状測定機１０を定盤Ｂに吸着固定することになる。
なお、切替弁２５は必要に応じて配管２４の内部空気を大気に開放する。

基部４には、微調整手段としてのＹ軸微動機構３が内蔵されている。
図４は、図２における矢視Ｉ−Ｉにおける垂直断面を示す。基部４の内部には微動ハンドル３１に結合された微動送りねじ３２が回転可能に内蔵されており、この微動送りねじ３２には微動ナット３３が螺合されている。
微動ナット３３はコラム５に結合されているので、微動ハンドル３１を回転させると微動送りねじ３２が回転し、微動ナット３３が図４において左右方向（Ｙ軸方向）に微動され、その結果、コラム５も左右方向に微動される。

駆動部６は、測定時において検出器ホルダ７をＸ軸方向に駆動して検出器走査を行うが、ワークＷへの測定子１１の位置決め時にも操作可能であり、さらに、測定子１１の位置ずれ修正時の微調整手段としてのＸ軸微動機構としても操作可能である。
コラム５は、ワークＷへの測定子１１の位置決め時にも操作可能であり、さらに、測定子１１の位置ずれ修正時の微調整手段としてのＺ軸微動機構としても操作可能である。
つまり、Ｚ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸微動機構は微調整手段を構成する。

次に、この表面性状測定機１０によってワークＷを測定する手順を説明する。
まず、圧力源２６を動作させて圧縮空気をパッド２１の微小穴から噴出させて表面性状測定機１０を定盤Ｂから浮上させる。
その後、表面性状測定機のＺ軸駆動機構とＸ軸駆動機構を操作すると共に、表面性状測定機１０を移動あるいは回転させて、ワークＷの測定部位へ測定子１１を位置決めする。
この位置決め状態において、圧力源２６を負圧源に切替え、表面性状測定機１０を定盤Ｂに着座、固定する。

このようにして表面性状測定機１０を固定する際に、圧力源２６の切替えの過程などにおいて、各空気軸受けの噴出圧力が均一に負圧に切替わらないなどによる原因や、空気軸受のパッド２１が定盤Ｂに着座することによる表面性状測定機１０の沈み込みなどによる原因によって、表面性状測定機１０の位置がわずかに変動し、その結果、測定子１１の位置がワークＷの測定部位からわずかにずれる。
そこで、Ｚ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸微動機構によって位置ずれを微調整し、測定子１１をワークＷの測定部位へ正確に位置決めする。

その後、Ｘ軸駆動機構によって測定子１１をワークＷの表面方向に走査し、測定データを得る。
測定が終了すると、再び圧力源２６を正圧で動作させて圧縮空気をパッド２１の微小穴から噴出させて表面性状測定機１０を定盤Ｂから浮上させ、表面性状測定機１０をワークＷから離脱させる。
この測定に続いて、ワークＷの他の測定部位の測定を行う場合は、同様の手順を繰り返す。
このように、本発明によれば、表面性状測定機１０の移動、回転が自在であるので、例えば、図５に示すように、ワークＷの他の側面に穴Ｗ２が穿たれており、その穴Ｗ２の内面の表面粗さと輪郭形状を測定する場合であっても、表面性状測定機１０を容易に位置決めできる。

本発明はこの実施例に限定されるものではない。
例えば、この実施例においては、比較的大型のワークを測定する場合を示したが、小型ワークであっても本発明によれば、従来よりもさらに容易に様々な方向からの測定が可能となる。

また、実施例１においては、表面性状測定機として、直交座標系を備えた表面粗さ測定機を用いる例を示したが、これに限らずどのような測定機でも良い。例えば、三次元測定機、輪郭形状測定機でも良く、さらに極座標系を備えた多関節アーム型の測定機などであっても良く、また、円筒座標系や各種座標系を複合して用いる測定機であっても良い。また、検出器１あるいは測定子１１を延長アームを介して装着するものでも良く、さらに検出器１あるいは測定子１１は交換可能であっても良い。

また、検出器１としては接触式測定を行うもののほか、レーザ、静電容量、画像などを用いる非接触式測定を行うものでも良く、さらに、ポイント測定プローブの他、倣い測定プローブであっても良い。
さらに、ワーク形状として、略直方６面体のワークを示したが、ワーク形状は任意であり、また、ワークＷを定盤Ｂの中央位置に載置してその周囲を本願発明の表面性状測定機１０によって測定可能としても良い。

実施例１においては、支持手段２は、表面性状測定機１０の基部４の下面に３個を設ける構成を示したが、表面性状測定機の質量などに応じて１個以上であれば、その数は限定されない。
実施例１においては、支持手段２として空気軸受を示し、表面性状測定機固定時には、空気軸受のパッドを定盤に着座させる構成を示したが、これに限らずパッドとは異なる上下に進退可能な固定脚を設け、載置テーブル固定時には、この固定脚を進出させて定盤に固定するものであっても良い。

また、表面性状測定機固定時には、圧力源２６において負圧を発生させ、パッド２１を吸着パッドとする例を示したが、これに限らず、圧力源２６を停止させ、切替弁２５を切替えて配管２４内部の空気を大気に開放して、パッド２１を定盤Ｂに着座させ、摩擦力によって表面性状測定機１０を固定するものでも良い。

さらに、複数の空気軸受を用いる場合に、圧力源２６を共用出来ることは言うまでもない。
また、パッド２１は多孔質金属を用いる例を示したが、ゴム材でもよく、パッド構造や用いる材質は公知の各種構造、材質を用いても良い。
実施例１において、微調整手段として、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の３軸方向へ微調整可能な微調整手段を示したが、例えば、定盤に平行な二次元方向における位置ずれを微調整可能なものであっても良い。

また、微調整手段は手動操作、自動操作のいずれでも良く、例えば実施例１におけるＹ軸微動機構は微動ハンドル３１による手動操作の例を示したが、モータ制御による自動操作であっても良い。
さらに、微調整手段は、実施例１で示した直交軸方向の調整に限らず、コラム５を基部４に対して回転して微調整するものであっても良い。

また、微調整手段は、定盤Ｂに対して基部４の位置を微調整するものでも良く、例えば、支持手段２に微調整手段を含んで、着座に伴う位置ずれを微調整するものであっても良い。
さらに、データ処理装置の操作スイッチ箱や、圧力源２６の起動／切替／停止スイッチなどは、基部４へ取付けあるいは組込みとして、操作性を向上させても良い。
また、Ｚ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸微動機構において、駆動量を測定する測定器を備え、駆動部６、検出器ホルダ７、コラム５の駆動量を表示可能としても良い。

以上説明したように本発明にかかる表面性状測定機によれば、支持手段によって表面性状測定機を浮上させて軽快に移動、回転できるので、様々な方向からワークの測定部位へ検出器を容易に位置決めすることができる。そして、表面性状測定機を定盤上へ固定した際に生じる着座誤差を微調整手段によって修正できるので、検出器をワークの測定部位へ正確に位置決めすることができる。その結果、ワークの所望箇所での測定が容易に行えるようになり、測定の信頼性が向上する。

また、検出器位置決めが容易に行えるので、測定子衝突事故などの発生を防止可能で安全性の高い測定作業が可能になる。さらに再測定の場合であっても、前回と同一の測定部位への位置決めが容易に行えるので、ワークの再評価を正確に行うことが出来るので、ワークを不必要に廃棄処分にする必要がなく、経済性が高い。
以上の通り、本発明は測定の分野において極めて効果的に実施することができる。

本発明の実施例１にかかる表面性状測定機の正面図である。 本発明の実施例１にかかる表面性状測定機の平面図である。 本発明の実施例１にかかる支持手段の説明図である。 本発明の実施例１にかかるＹ軸微動機構の断面図である。 本発明の実施例１にかかる説明図である。

符号の説明

１ 検出器
２ 支持手段
３ Ｙ軸微動機構
４ 基部
５ コラム
６ 駆動部
７ 検出器ホルダ
１０ 表面性状測定機
１１ 測定子
Ｂ 定盤
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークの表面性状を測定する検出器を備えた表面性状測定機において、
   定盤上でこの定盤に平行な二次元方向の移動、回転自在に前記表面性状測定機を浮上可能に支持、あるいは前記表面性状測定機を前記定盤上に固定して支持する支持手段と、
   前記表面性状測定機を前記定盤上で移動、回転させて前記検出器を前記ワークの測定部位へ位置決めした後に前記表面性状測定機を前記定盤上に固定した際に、前記ワークの測定部位に対する前記検出器の位置ずれを微調整して修正可能な微調整手段と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定機。
2. 請求項１に記載の表面性状測定機において、前記微調整手段は、手動操作可能であることを特徴とする表面性状測定機。
3. 請求項１または請求項２に記載の表面性状測定機において、前記支持手段は、パッドを備え、前記パッドから定盤に対して少なくとも流体を噴出あるいは吸引する静圧流体軸受であることを特徴とする表面性状測定機。
4. 請求項３に記載の表面性状測定機において、前記パッドは少なくともゴム材あるいは多孔質材のいずれかを含むことを特徴とする表面性状測定機。
   
   

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