JP2014081324A - 表面粗さ測定ユニット、三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元測定装置に連結可能な表面粗さ測定ユニットを提供すること
【解決手段】本発明にかかる表面粗さ測定ユニット１は、スキッド１１の貫通孔１９から出没可能に設けられているとともにワークＷ表面に沿って倣い移動する触針１２、およびワーク表面に垂直な方向における前記触針１２の変位を検出する変位検出部１６、を有する触針ユニット３と、前記触針ユニット３をワークＷ表面に沿って進退させる駆動部４と、前記触針ユニット３および前記駆動部４と三次元測定システム１００の測定ヘッド保持部に連結するためのジョイント部４０と、を備えた表面粗さ測定ユニット１であって、前記スキッド１１がワークＷ表面に当接したことを検出する接触検出部１５を備えていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面粗さ測定ユニットおよび三次元測定装置に関し、具体的には、三次元測定装置に取り付けて使用できる表面粗さ測定ユニットに関する。

ワークの三次元的輪郭形状を測定するための三次元測定装置が知られている（例えば、特許文献１：特開２００６−２０１１０５号公報）。

三次元測定装置は、スタイラスの先端部にワークに接触する接触球を有するプローブヘッドと、プローブヘッドをＸ，ＹおよびＺ軸方向に三次元的に移動させる移動機構と、プローブヘッドの移動を測定および記録するホストコンピュータと、を備えている。
プローブヘッドとしては、接触球がワークに対して所定量押し込まれたときにタッチ信号を出力するタッチプローブなどが知られている。

また、ワーク表面の微小凹凸やうねりといった表面粗さ（表面性状ということもある。）が測定対象となることもある。
特許文献２（特開平１１−１９０６２１号公報）には、表面性状測定機が記載されている。特許文献２に記載の表面性状測定機は、ワーク表面に対して垂直な方向に変位可能に設けられた触針を有する触針ユニットと、この触針ユニットをワーク表面に沿って進退させる駆動部と、を備える。

触針ユニットは、表面粗さに代表される表面性状を測定するための触針と、この触針の変位を検出する変位検出手段と、を有している。表面性状測定機は、駆動部によって触針ユニットをワーク表面に沿って進退させ、このときの触針の変位を変位検出手段によって検出して電気信号に変換し、この電気信号を所定処理してワーク表面粗さの測定値を得る。

特開２００６−２０１１０５号公報 特開平１１−１９０６２１号公報 特開昭６３−２８９４１０号公報 特開２００７−４７０１４号公報

ここで、例えばワークの加工精度を測定するとなった場合、ワークの三次元的な輪郭形状を測定することに加え、ワークの表面粗さを測定したい場合がある。ワークの輪郭形状と表面粗さとを両方測定するとなった場合、これまでは、三次元測定装置でワーク輪郭形状の測定をした後、ワークを三次元測定機から表面性状測定機に段取り替えし、そして、表面性状測定機でワークの表面粗さ測定をしていた。しかし、このような段取り替えが必要となると、手間が多く、測定効率が非常に悪いという問題がある。

ここで、特許文献３（特開昭６３−２８９４１０号公報）には、ワーク表面の粗さ測定が可能な三次元測定機が記載されてはいる。すなわち、三次元測定機のZスピンドルの先端に触針ユニットを装着するというアイデアは開示されてはいる。

特許文献３に記載の技術では、三次元測定機のZスピンドルの先端に触針ユニットを装着し、３次元測定機のZ軸スピンドルを移動機構で移動させることで、触針ユニットをワーク表面に沿って駆動させるものである。しかしながら、三次元測定機の移動機構で触針ユニットを駆動させると、三次元測定機の駆動時の振動により、どうしても、触針ユニットの進行方向に対して垂直な方向にぶれてしまう。
この場合、ワークの表面粗さ測定に必要な分解能を考慮すると、測定結果は、三次元測定機の移動機構により生じたぶれによる誤差なのか、表面粗さなのか、区別できない可能性が高い。
すなわち、触針ユニットがワーク表面の粗さ測定を行うときには、三次元測定機の移動機構と触針ユニットとを切り離す必要がある。よって、三次元測定機の移動機構を表面粗さ測定機の駆動部として利用することには無理がある。
さらなる問題点として、表面粗さを測定するときには、まず、三次元測定機の移動機構を使って、触針ユニットをワークの所定の位置に正しくセットしなければならないが、触針ユニットがワーク表面に接触したとしても、ワーク表面に対して正しくセットされたか否か検出することができず、表面粗さ測定を適切に実施できないという問題があった。
以上より、単純に三次元測定機のZスピンドルの先端に触針ユニットを装着しただけでは、表面粗さ測定は実現しないのである。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、三次元測定装置に連結可能な表面粗さ測定ユニットを提供することを目的とする。

本発明にかかる表面粗さ測定ユニットは、スキッドの貫通孔から出没可能に設けられているとともにワーク表面に沿って倣い移動する触針、および、ワーク表面に垂直な方向における前記触針の変位を検出する変位検出部、を有する触針ユニットと、前記触針ユニットをワーク表面に沿って進退させる駆動部と、前記触針ユニットおよび前記駆動部と三次元測定機の測定ヘッド保持部に連結するためのジョイント部と、を備えた表面粗さ測定ユニットであって、前記スキッドがワーク表面に当接したことを検知する接触検出部を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、三次元測定器に連結可能な表面粗さ測定ユニットを提供することができる。

実施の形態１にかかる三次元測定システムの構成を示す図である。 実施の形態１にかかる表面粗さ測定ユニットの外観を示す図である。 実施の形態１にかかる駆動部の内部を示す図である。 実施の形態１にかかるプローブの断面の一部を示す図である。 実施の形態１にかかるプローブがワークに接触する際の図である。 実施の形態２にかかる衝突検知部を示す図である。 実施の形態１にかかる三次元測定ユニットと基準球とを示す図である。

本発明の主たるポイントは三次元測定機に取り付けて使用できる表面粗さ測定ユニットの構成にあるのであるが、後の説明の都合上、まず三次元測定機を含む三次元測定システムの構成を説明しておく。

図１は、三次元測定システム１００の構成を示す図である。三次元測定システム１００は、三次元測定機１２０と、コンピュータ端末１４０と、を備えている。

三次元測定機１２０は、
ワークＷを載置する定盤１２１と、
ワークＷの輪郭形状を倣い測定する測定ヘッド１２２と、
この測定ヘッド１２２をＸ、ＹおよびＺ方向に三次元的に移動させる移動機構１３０と、を備えている。

ここでは、測定ヘッド１２２として、スタイラスの先端に接触球１２７を有するタッチセンサプローブを示しているが、測定ヘッド１２２は別種のものに交換可能となっている。（すなわち、後述の説明においては、タッチセンサプローブに代えて使用できる表面粗さ測定ユニットを説明する。）

図１に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交座標系をマシン座標系として定める。
Ｘ方向は図１において左右方向であり、Ｙ方向は図１中において紙面の奥から手前の方向であり、Ｚ方向は上下方向である。

移動機構１３０は、門型フレーム１３１と、Ｘスライダ１３３と、Ｚ軸スピンドル１３４と、駆動機構（不図示）と、を備える。
門型フレーム１３１は、Ｘ軸方向に横架された水平ビーム１３２を有するとともに、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。

Ｘスライダ１３３は、Ｚ軸方向に長さを有するコラムを有し、水平ビーム１３２に沿ってＸ軸方向にスライド可能に設けられている。
Ｚ軸スピンドル１３４は、Ｘスライダ１３３の内部に挿入され、Ｚ軸方向に摺動可能に設けられている。

駆動機構（不図示）は、門型フレーム１３１、Ｘスライダ１３３およびＺ軸スピンドル１３４を各軸方向に駆動させるモータ等で構成される。

測定ヘッド１２２としてのタッチセンサプローブは、Ｚ軸スピンドル１３４の下端に取り付けられ、タッチセンサプローブは接触球１２７を備える。
三次元測定機１２０は、移動機構１３０で測定ヘッド１２２を移動させ、接触球１２７をワークＷに接触させることで、ワークＷの形状を測定する。

前述のように、三次元測定システム１００は、測定ヘッドを交換することが可能になっており、例えば、測定ヘッドをタッチセンサプローブにしておいてワークの輪郭形状をまずは測定する。そして、タッチセンサプローブに代えて表面粗さ測定ユニットをZ軸スピンドルの下端に取り付ける。この表面粗さ測定ユニットによってワーク表面粗さを測定するわけである。

（第1実施形態）
本発明の第1実施形態にかかる表面粗さ測定ユニットを説明する。
表面粗さ測定ユニットは、タッチセンサプローブに代えて、三次元測定システム１００の移動機構１３０に連結させて使用可能なものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図２（ａ）は、表面粗さ測定ユニット１の側面図である。
図２（ｂ）は、表面粗さ測定ユニット１の上面図である。
図２（ｃ）は、表面粗さ測定ユニット１の正面図である。

表面粗さ測定ユニット１は、触針ユニット３と、駆動部４と、第２支持部６と、ジョイント部４０と、を備える。
表面粗さ測定ユニット１は、ジョイント部４０によって移動機構１３０（具体的にはZ軸スピンドルの下端）に連結される。（なお、第２支持部６はジョイント部４０と繋がっており、触針ユニット３および駆動部４をジョイント部４０に連携させるものであるが、詳しくは第２実施形態として後述する。）

図３は駆動部４の内部機構を説明するための図であり、図４は、触針ユニット３の内部機構を説明するための図である。まず、図４を参照して触針ユニット３の機構を説明する。

触針ユニット３は、内部に空間を有するケース体１８と、ケース体１８内で揺動可能に設けられた触針レバー２０と、変位検出部１６と、を有する。
ケース体１８は、略直方体の胴部と、この胴部の先端から突き出たノーズ部１７と、有し、さらに、ノーズ部１７の先端にはスキッド１１が設けられている。

スキッド１１はその内部にL字型に屈曲した貫通孔１９を有し、この貫通孔１９はノーズ部１７内の空洞に連続している。

触針レバー２０は、その先端に下向きの触針１２を有する。
（説明の都合上、表面粗さ測定ユニット１の上下方向を、図２ａ、図３〜図６において紙面上に表された通りに上下を規定して表現する。また、紙面の左側を表面粗さ測定ユニット１の前方、紙面の右側を表面粗さ測定ユニット１の後方と表現する。）
触針レバー２０は、胴部からノーズ部１７にかけて挿通され、先端の触針１２がスキッド１１の下端開口から外部に臨むように配設されている。
触針レバー２０は、その中間部において板ばね２１によって胴部の内部空間に取り付けられている。
板ばね２１は、触針レバー２０の揺動支点となっているとともに、触針１２がスキッド１１の下面からわずかに突出した状態でバランスが取れるように触針レバー１０を弾性的に支持している。

変位検出部１６は、胴部の内部に配置されている。
変位検出部１６は、フェライト板２２と、インダクタンス検出器２３と、を有する。

フェライト板２２は、触針レバー２０の後端上面に取り付けられている。胴部の内部空間においてフェライト板２２と対向する位置には、インダクタンス検出器２３が取り付けられている。

スキッド１１の下面は、測定時においてワークＷと接触するワーク接触面である。スキッド１１の下面がワークＷの測定面に沿って移動すると、測定面の表面粗さによって触針１２が上下動する。触針１２が上下動すると、インダクタンス検出器２３によってこの上下動が検出される。インダクタンス検出器２３から出力される検出信号によりワークＷ測定面の表面粗さが測定される。触針ユニット３は、ワークＷの測定面の表面粗さの測定結果を、外部に出力する。

次に、図３に戻って、駆動部４について説明する。
図３は、駆動部４の機構を示す図である。
駆動部４は、
第１支持部７と、
動力機構部２４と、
接触検出部１５と、を備える。
なお、駆動ケース５を点線で表示している。

第１支持部７は、Ｌ字形状のフレーム２５と、触針ユニット３をフレーム２５に連結する連結手段１４と、フレーム２５の移動方向を規制するガイド部２６と、を備える。

フレーム２５は、触針ユニット３の上側に配置されて、触針ユニット３の後端を片持ち支持するものである。ここで、フレーム２５は、触針ユニット３の上側に対してルーフ（屋根）のようにかぶさるように位置する部材２５ａと、部材２５aから直角に屈曲しており触針ユニット３の後端に対向する部材２５ｂと、有する形状である。

連結手段１４は、触針ユニット３の後端と部材２５ｂとを連結しており、ここでは具体的には板バネである。この板バネは、他に力が作用していなければ、触針ユニット３が部材２５aから離隔する方向に触針ユニット３を付勢している。
図３でいうと、触針ユニット３の先端部（すなわちスキッド１１）が触針ユニット３の後端よりも下に下がるように傾いていることがわかるであろう。

ガイド部２６は、ガイドシャフト２７を有し、フレーム２５を平行移動可能に支持するものである。
部材２５ａの上面に設けられた軸受２７ａと２７ｂの穴に、ガイドシャフト２７が貫通している。

動力機構部２４は、モータ２８と、送りネジ２９と、ねじ受けナット３０と、で構成されている。
部材２５ｂの下端面には、送りねじ２９に螺合するねじ受けナット３０が設けられる。送りネジ２９がガイドシャフト２７と平行に設けられているのはもちろんである。

ねじ受けナット３０が螺合する送りねじ２９の末端にはモータ２８が接続され、モータ２８が回転駆動することにより、送りねじ２９は測定面に対して平行な方向に移動し、フレーム２５がガイドシャフト２７に沿って移動する。

なお、ここでは、モータ２８、送りねじ２９、及びねじ受け３０がフレーム２５の部材２５ｂの下面側に設けられる構成について記載したが、例えばフレーム２５の側面側や、上面側に設けられるようにしてもよい。

接触検出部１５は、触針ユニット３とフレーム２５との間に配置され、スキッド１１がワークＷに接触したことを検出する。
図５は、スキッド１１（さらには触針１２）がワークＷに接触する際の図である。
接触検出部１５は、具体的には、フォトセンサ１５１と、遮蔽板１５２と、で構成される。

フォトセンサ１５１は部材２５ａの下面に配設され、フォトセンサ１５１は発光部１５１ａと受光部１５１ｂとを有する。
発光部１５１ａは光を発射し、受光部１５１ｂは前記光を受光する。受光部１５１ｂで光を受光できなくなれば、発光部１５１ａと受光部１５１ｂとの間に遮蔽物が存在していることを検出することができるようになっている。
そして、遮蔽板１５２は、触針ユニット３のケース体１８の上面でフォトセンサ１５１と向かい合う位置に配設されている。

スキッド１１がワークＷの測定面と接触していない状態では、スキッド１１が後端部より下がった状態となるように触針ユニット３は連結手段１４により付勢されているということは既に述べた。このとき、触針ユニット３と部材２５ａとは離れているため、遮蔽板１５２はフォトセンサ１５１の光を遮断しない。
これに対し、スキッド１１がワークＷの測定面と接触すると、スキッド１１が測定面により押し上げられ、これにより、触針ユニット３が押し上げられる。すると、触針ユニット３の上面と部材２５ａの下面とが接近し、遮蔽板１５２がフォトセンサ１５１の光を遮断する。
このようにして、スキッド１１がワークＷに接触したことによる、触針ユニット３のわずかな傾きの変化をフォトセンサ１５１で検出する。
表面粗さ測定ユニット１は、接触検出部１５でスキッド１１がワークＷに接触したことを検出すると、この検出結果を出力する。
この検出結果を受けると、移動機構１３０は、ワークに接近する方向への移動を停止する。そして、表面粗さ測定ユニット１は、ワークＷの表面粗さ測定を開始する。すなわち、モータ２８を回転駆動させて触針ユニット３をワークＷ表面に沿って進退させる。

本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニット１は、スキッド１１がワークＷの測定面に接触した際の、触針ユニット３のわずかな傾きの変化を検出可能である。
したがって、三次元測定機１２０の移動機構１３０の駆動精度だけで触針ユニット３をワークＷ表面に対して適切な位置にセッティングするのは困難であるが、接触検出部１５からの検出信号を用いることにより、スキッド１１（さらには触針）を適切にワークＷに接触させることが可能になる。
また、接触検出部１５でスキッド１１とワークWとの接触が検出されたときには移動機構１３０による表面粗さ測定ユニット１の移動を停止させるため、スキッド１１等の精巧な部品が破損してしまうような事故を防止することができる。
さらに、接触検出部１５によってワークＷとスキッド１１との接触を正確に検出可能であるので、事故回避のために表面粗さ測定ユニット１をワークＷにわざとゆっくり近づけるような必要もなく、測定効率のさらなる向上を図ることができる。
ここで、接触検出部１５として、触針１２の変位により触針ユニット３がワークＷに接触したことを検出する構成も考えられるはする。しかし、触針ユニット３の変位検出部１６の測定レンジや分解能を考慮すると、ワークに対して触針ユニット３を相当ゆっくり近づけていかなければならないだろう。この点、本実施形態にかかる触針ユニットは、表面粗さ測定ユニット１をワークＷにわざとゆっくり近づけるような必要もなく、測定効率のさらなる向上を図ることができる。
さらにまた、本実施の形態にかかる測定ユニット１は、スキッド１１を駆動させる駆動部４を備えているために、表面粗さを測定するときに、移動機構１３０の駆動を停止することができるため、移動機構１３０の駆動による、表面粗さの測定結果のぶれが発生しない。このため、本実施の形態にかかる測定ユニット１は、正確に表面粗さを検出することができる。また、三次元測定機の駆動機構１３０を、表面の粗さ測定は使用しないために、他の装置、例えばロボットや工作機械等でも装着することが可能である。

（第２実施形態）
本発明にかかる表面粗さ測定ユニット１は、第1実施形態で説明した接触検出部に加えて、さらに衝突検知部５０を備える。衝突検知部５０は、スキッド１１ではなく、表面粗さ測定ユニット１自体が意図しない障害物に衝突したことを検出するものである。

表面粗さ測定ユニット１では、触針ユニット３を高精度に平行移動させる必要がある。そのため、スキッド１１、ガイド部２６および動力機構部２４の配置関係がある程度規定されてしまい、どうしてもスキッド１１の下端面と駆動ケース５の下面との間にギャップを十分に確保することが難しい。
例えば、図２に示すように、スキッド１１の下端と駆動ケース５との下面とがほぼ面一になることが多い。ここで、例えば加工漏れ等でワークＷの表面に凹凸や突起が残ってしまっている場合、スキッド１１をワークＷ表面に接触させるつもりで表面粗さ測定ユニット１をワークＷ表面に接近させると、スキッド１１よりも先に駆動ケース５の下面など表面粗さ測定ユニット１自体が突起等に当たってしまう可能性がある。

そこで、衝突検知部５０は、例えば表面粗さ測定ユニット１を移動機構１３０に連結してワークＷを測定しようとしたときに、オペレータの予期しない場所の突起（例えばワークＷ表面の加工漏れ等）で表面粗さ測定ユニット１が破損することを防ぐものである。

図６は、第２支持部６の構成を示す図である。
第２支持部６は、外カバー６ａの内部に設けられる。

第２支持部６は、支持ケース５１と、コイルばね５２と、支持板５３と、フォトセンサ５５と、遮蔽板５６と、を備える。
フォトセンサ５５と遮蔽板５６とにより衝突検知部５０が構成されている。

支持ケース５１は、中空の筺体であり、下面に凹部を有する長方形の上板５１ａと、中心部に穴５１ｄが設けられた長方形の下板５１ｂと、上板５１ａの周囲と下板５１ｂの周囲とを接続する壁面部５１ｃと、を備える。
下板５１ｂに設けられた穴５１ｄには、触針ユニット３の駆動ケース５を支持板５３に接続する接続部材５４が挿通される。

支持板５３は、長方形であり、下板５１ｂ上に、３つ以上の鋼球５７を介して保持されている。（図７では側面図のため二つの鋼球５７が見えていると解釈されたい。）
下板５１ｂの上面には、それぞれの鋼球５７を受けるための複数の受け穴５８を有する。受け穴５８は、鋼球５７が転がらないように設けられるものであり、ここでは円錐形に凹んだ形状となっている。

なお、ここでは支持ケース５１の上板５１ａ、下板５１ｂ、及び支持板５３は長方形である物として説明したが、これに限られるものではない。これらの形状は、例えば、円形、正三角形、二等辺三角形、正方形等で構成することも可能である。すなわち、支持ケース５１の面を保持できるよう、３以上の鋼球５７が設けられていればよい。

支持板５３は、接続部材５４と固定的に連結されており、駆動ケース５の傾きに合わせて支持板５３も同じ角度に傾くことになる。

上板５１ａと支持板５３との間には、コイルばね５２が配置され、コイルばね５２の弾性力により、支持板５３が下板５１ｂに押しつけられる構成となっている。
また、上板５１ａの下面と、支持板５３の上面と、にはそれぞれコイルばね５２が挿入されるための凹部が設けられている。
ここに、下板５１ｂが座部となり、支持板５３が支持部となり、支持板５３が下板５１ｂに着座するようになっている。

壁面部５１ｃには、フォトセンサ５５が配設されている。フォトセンサ５５は、発光部５５ａと受光部５５ｂとを備え、発光部５５ａと受光部５５ｂとの間で光を照射・受光して、発光部５５ａと受光部５５ｂとの間に遮蔽物があるか否かを検出する。
遮蔽板５６は、壁面部５１ｃのフォトセンサ５５が設けられた位置と向かい合う位置の支持板５３の側面に配設される。遮蔽板５６は、支持板５３と下板５１ｂとが平行な状態であるときには、フォトセンサ５５の発光部５５ａと受光部５５ｂとの間に挿入されるように設けられる。
図６（ｂ）は、駆動ケース５が障害物と接触した状態を示す図である。駆動ケース５の先端部付近の下面から障害物が接触すると、駆動ケース５の先端部分が持ち上げられて、駆動ケース５が傾く。
駆動ケース５が傾くのと同時に、接続部材５４で駆動ケース５と連結された支持板５３が傾く。すると、フォトセンサ５５の間に挿入されていた遮蔽板５６がずれ、フォトセンサ５５の検出状態が変化する。これにより、駆動ケース５が外部の障害物に接触したことを検出可能である。
これにより、本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニット１は、測定面以外に外部の障害物が接触したことを検出することが可能である。
そして、このように、意図しない障害物に表面粗さ測定ユニット１が衝突したことを衝突検知部５０で検知した際には、移動機構１３０による表面粗さ測定ユニット１の移動を停止させる。
これにより、意図しない障害物への衝突によって表面粗さ測定ユニット１が破損するなどの事故を防ぐことができる。

（校正について）
次に、表面粗さ測定ユニット１を三次元測定システム１００に取り付けて使用する際の校正について説明する。
図７は、表面粗さ測定ユニット１と基準球２００とを示す図である。
表面粗さ測定ユニット１を使用するにあたっては、表面粗さ測定ユニット１を移動機構１３０に連結したあと、ワークＷの形状を測定する前に、基準球２００を用いてのオフセット校正を行う。

ここで、校正にあたっては、先に説明した触針ユニット３ではなく、接触球１２７を先端に有するオフセット校正用ヘッド３００に交換してある。
これは次の理由による。
表面粗さ測定ユニット１で直接基準球２００を測定することも可能なのであるが、表面粗さ測定ユニット１のスキッド１１の形状は球体ではないため、基準球２００の表面上の複数の点にスキッド１１を接触させても正しく基準球２００を測定することができず、オフセットの値もバイアスがかかってしまう。
バイアスがかかったオフセットの値を含めて校正することも可能であるが、バイアスは基準球２００や基準球２００の測定ポイントにより異なることが予測されるために、望ましい方法ではない。
そこで、校正にあたっては、接触球１２７を先端に有するオフセット校正用ヘッド３００を用いることが好ましいのである。

校正にあたっては、接触球１２７を基準球２００に対して一方向からアプローチして基準球２００に接触させ、接触球１２７で基準球２００の中心点の座標を測定する。（表面粗さ測定ユニット１はワークに対して一方向のセンシングしかできないので、基準球２００の測定も一方向からのアプローチでよい。）
接触球１２７で測定した基準球２００の中心点の座標と、基準のデータとしてコンピュータ端末１４０内に格納された基準球２００の中心点の座標と、の差分を計算して、表面粗さ測定ユニット１のオフセット量を校正する。
なお、オフセット校正用ヘッド３００の接触球１２７と触針ユニット３のスキッド１１との間にも寸法差があるが、この寸法差は設計値を用いて校正すればよい。

以上のように、本発明にかかる表面粗さ測定ユニット１は、スキッド１１の測定面がワークＷに接触したことを検出する接触検出部１５を備えるため、三次元測定機１２０の移動機構１３０の駆動精度であっても表面粗さ測定ユニット１（つまりスキッド１１）を正確にワークＷにセッティングすることが可能である。

さらに、表面粗さ測定ユニット１は、衝突検知部５０を備えるため、表面粗さ測定ユニット１をワークに近づけようとする際に、例えば駆動ケース５の底面にオペレータの予期しない障害物が接触したとしても、速やかに障害物との衝突を検知でき、表面粗さ測定ユニット１の破損を防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、門型のフレームを有する三次元測定機について説明したが、移動機構が多関節型のものであっても、本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニットが適用可能であることはもちろんである。
（多関節型三次元測定機は、例えば特開２００７−４７０１４号公報に開示されている。）
また、例えば触針と触針レバーとが直角の構成有する表面粗さ測定ユニットについて記載したが、触針と触針レバーとがまっすぐに連結されている構成など、触針ユニットの内部構造自体が限定されるものではない。
またさらに、本発明にかかる表面粗さ測定ユニットは、例えばロボットや工作機械などに装着して使用することも可能である。
接触検出部１５や衝突検知部５０としてはフォトセンサを例示したが、メカニカルな接点スイッチとしてもよいことはもちろんであり、具体的な構成が実施形態の例示に限定されないのはもちろんである。

１・・・表面粗さ測定ユニット、３・・・触針ユニット、４・・・駆動部、５・・・駆動ケース、７・・・第１支持部、６・・・第２支持部、６ａ・・・外カバー、１１・・・スキッド、１２・・・触針、１４・・・連結手段、１５・・・接触検出部、１５、１５１ａ、１５１ｂ・・・フォトセンサ、１５２・・・遮蔽板、１６・・・変位検出部、１７・・・ノーズ部、１８・・・ケース体、１９・・・突貫孔、２０・・・触針レバー、２１・・・板ばね、２２・・・フェライト板、２３・・・インダクタンス検出器、２４・・・駆動機構、２５、２５ａ、２５ｂ・・・フレーム、２６・・・ガイド部、２７・・・ガイドシャフト、２７ａ、２７ｂ・・・軸受、２８・・・モータ、２９・・・送りねじ、３０・・・ねじ受けナット、４０・・・オートジョイント、５０・・・衝突検知部、５１・・・支持ケース、５１ａ・・・上板、５１ｂ・・・下板、５１ｃ・・・壁面部、５１ｄ・・・穴部、５２・・・コイルばね、５３・・・支持板、５４・・・接続部材、５５、５５ａ、５５ｂ・・・フォトセンサ、５６・・・遮蔽板、５８・・・受け穴、５７・・・鋼球、５０・・・衝突検知部、１００・・・三次元測定システム、１２０・・・三次元測定機、１２１・・・定盤、１２２・・・測定ヘッド、１２７・・・接触球、１３０・・・移動機構、１３１・・・門型フレーム、１３２・・・水平ビーム、１３３・・・Ｘスライダ、１３４・・・Ｚ軸スピンドル、１４０・・・コンピュータ端末、２００・・・基準球、Ｗ・・・ワーク。

Claims (10)

1. スキッドの貫通孔から出没可能に設けられているとともにワーク表面に沿って倣い移動する触針、および、ワーク表面に垂直な方向における前記触針の変位を検出する変位検出部、を有する触針ユニットと、
   前記触針ユニットをワーク表面に沿って進退させる駆動部と、
   前記触針ユニットおよび前記駆動部と三次元測定機の測定ヘッド保持部に連結するためのジョイント部と、を備えた表面粗さ測定ユニットであって、
   前記スキッドがワーク表面に当接したことを検知する接触検出部を備えている
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
2. 請求項１に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記接触検出部は、
   前記スキッドがワーク表面に当接したときに、前記触針ユニットが前記駆動部に対してワーク表面に垂直な方向で相対変位したことを検出する
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
3. 請求項２に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記駆動部は、ガイドシャフトにガイドされた状態でモータの動力にて前記ガイドシャフトに沿って進退可能に設けられたフレームを有し、
   前記接触検出部は、
   前記触針ユニットおよび前記駆動部のいずれか一方に設けられた第１センサ手段と、
   前記触針ユニットおよび前記駆動部のいずれか他方において前記第１センサ手段に対向する位置に配設された第２センサ手段と、を有し、
   前記第１センサ手段は、前記第２センサ手段との接近または当接を検出する
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
4. 請求項３に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記第１センサ手段はフォトセンサであり、
   前記第２センサ手段は、フォトセンサの発光部と受光部との間に出入可能に設けられた遮蔽板である
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記触針が前記スキッドの前記貫通孔から出る方向を第１方向と規定するとき、
   前記触針ユニットを前記第１方向へ付勢する付勢手段を備えている
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
6. 請求項５に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記駆動部は、ガイドシャフトにガイドされた状態でモータの動力にて前記ガイドシャフトに沿って進退可能に設けられたフレームを有し、
   前記触針ユニットは、連結手段によって前記フレームに片持ち支持されている
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
7. 請求項６に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記連結手段は、板バネであって、前記触針ユニットを前記第１方向に付勢している
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   表面粗さ測定ユニットのハウジングに固定的に設けられた座部と、
   前記座部に対して着座および離隔可能に設けられた支持部と、をさらに備え、
   前記駆動部は前記支持部に固定的に連結され、
   前記触針が前記スキッドの前記貫通孔から出る方向を第１方向と規定するとき、
   前記支持部は、第２付勢手段で前記第1方向に向けて付勢されることにより前記座部に着座し、前記駆動部が前記第1方向とは反対の方向から力を受けたときには前記座部から離隔する
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
9. 請求項８に記載の表面粗さ測定ユニットにおいて、
   前記支持部が前記座部に着座している状態または前記支持部が前記座部から離隔した状態と検出するセンサ手段をさらに備える
   ことを特徴とする表面粗さ測定ユニット。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の表面粗さ測定ユニットと、
    測定ヘッドとして前記表面粗さ測定ユニットを連結した三次元測定機と、を具備する三次元測定装置。

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