JP2014081341A - 測定機及びその測定力調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる測定機及びその測定力調整方法を提供する。
【解決手段】 測定機は、ステージと、被測定物の表面に接触されるスタイラスを有するスタイラス変位検出手段２０と、スタイラス変位検出手段２０とステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、測定アームは、本体に支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと、第１測定アームに着脱可能に設けられてスタイラスを有する第２測定アームとを含んで構成されたものにおいて、スタイラスに付与される測定力が所定の基準測定力であるときに、スタイラスが接触することで弾性変形して測定アームを所定の基準変位量だけ変位させる測定部を有する変位量測定治具と、変位検出器２７によって検出された測定アームの現在変位量に対応した測定力指標を演算する制御装置１０１とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、測定機及びその測定力調整方法に関する。

従来、例えば、被測定物の表面性状（表面形状や表面粗さ等）を測定する表面性状測定機などの測定機が知られている。このような測定機は、本体に支持軸を支点として揺動可能に支持されかつ先端にスタイラスを有する測定アームを備え、スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態で被測定物に対して相対的に移動させて測定アームの変位量を検出し、この変位量から被測定物の表面性状などを測定するものが一般的である。

このような測定機では、例えば被測定物の表面性状を的確に測定するために、被測定物の表面性状に適した測定アームやスタイラスを使用することが望ましい。このため、特許文献１に記載のように、測定アームやスタイラスを交換可能としたものが知られている。このような交換式の測定機において、測定アームやスタイラスを交換すると、交換前と交換後とで測定アーム及びスタイラスの長さや形状が異なる等により、各々の測定アーム及びスタイラスの重量が異なる。交換後も、被測定物の表面性状を的確に測定するためには、交換後の測定力を調整する測定力調整を行うことが必要である。

このような測定力調整では、測定アームに位置調整可能にバランスウェイトが取り付けられ、テンションゲージや特許文献２に記載の電子天秤などの計測機器で測定力を計測し、これら計測機器で測定された測定力を確認しながら、バランスウェイトの位置を変化させることによって、交換後の測定力が所望の大きさに調整されるようにしていた。

特許第２８５３７９４号公報 特開２００４−１０８９５９号公報

前述のような従来の測定機では、測定力を調整するときに、測定力を計測する精密な計測機器が別途必要である。このような計測機器は一般に高価であり、調整作業の準備のために移動させなければならず不便である。また、このような計測機器を用いて測定力を確認しながら調整することは調整作業が煩雑となる。

本発明の目的は、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる測定機及びその測定力調整方法を提供することである。

本発明の表面性状測定機は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する検出手段と、前記検出手段と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記検出手段は、本体と、前記本体に支持軸を支点として揺動可能に支持されかつ先端にスタイラスを有する測定アームと、前記スタイラスの変位量を検出する変位検出器とを有し、前記測定アームは、前記本体に前記支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと、前記第１測定アームに着脱可能に設けられて前記スタイラスを有する第２測定アームとを含んで構成された測定機において、前記スタイラスに付与される測定力が所定の基準測定力であるときに、前記スタイラスが接触することで弾性変形して前記測定アームを所定の基準変位量だけ変位させる測定部を有する変位量測定治具と、前記変位検出器によって検出された前記測定アームの現在変位量に対応した測定力指標を演算する制御装置とを備えることを特徴とする。

ここで、「スタイラスの変位量を検出する変位検出器」には、スタイラスの変位量を検出するために、直接的には、測定アームにおけるスタイラスが取り付けられた部分の変位量を検出し、検出されたこの変位量から間接的にスタイラスの変位量を検出する変位検出器も含まれる。
このような構成によれば、制御装置で演算された測定力指標に基づいて、現在の測定力を基準測定力に一致させることができる。このため、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機において、前記測定力指標に基づき前記測定力を制御する測定力制御手段を備えることが好ましい。
このような構成によれば、測定力制御手段によって容易に現在の測定力を基準測定力に一致させることができ、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機において、前記検出手段は、前記測定アームに位置調整可能に設けられて前記スタイラスに測定力を付与するバランスウェイトを有し、前記測定力指標に関する情報を表示する表示装置を備えることが好ましい。
このような構成によれば、表示装置に表示される測定力指標に関する情報に基づいて、バランスウェイトの位置を変化させて調整することにより、現在の測定力を基準測定力に一致させることができる。このため、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機において、前記制御装置は、前記測定アームの現在変位量と前記基準変位量とを比較して、その比較結果を測定力指標とすることが好ましい。
このような構成によれば、測定力指標としては、例えば、基準変位量に対応した測定力を基準測定力とし、この基準測定力の指標を基準指標とすると、基準指標に対してどの程度大きいか、又はどの程度小さいかを示す基準指標に対する割合などが用いられる。このような測定力指標に基づいて必要な測定力を調整できるため、容易に必要な測定力を調整できる。

本発明の測定機において、前記変位量測定治具は基台を備え、前記測定部は、前記基台に設けられ、前記基台を構成する材料とは異なる材料から形成され、前記測定アームに取り付けられたスタイラスが前記測定部に接触したときの前記測定部の変形量が、同じ種類の測定アームに取り付けられた同じ種類のスタイラスが前記基台に接触したときの前記基台の変形量と異なっていることが好ましい。
このような構成によれば、簡易な構成の変位量測定治具によって、測定部の変位量を容易に測定できる。

本発明の測定機において、前記基準変位量は、少なくとも、異なる種類の測定アーム及び異なる種類のスタイラスの組合せと、各組合せに対応する前記基準変位量とを記憶した基準変位量テーブルから読み出されることが好ましい。
このような構成によれば、異なる種類の測定アームや異なる種類のスタイラスなどの各組合せに対応する基準変位量を迅速に把握することができる。

本発明の測定機の測定力調整方法は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する検出手段と、前記検出手段と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記検出手段は、本体と、前記本体に支持軸を支点として揺動可能に支持されかつ先端にスタイラスを有する測定アームと、前記スタイラスの変位量を検出する変位検出器とを有し、前記測定アームは、前記本体に前記支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと、前記第１測定アームに着脱可能に設けられて前記スタイラスを有する第２測定アームとを含んで構成された測定機の測定力調整方法において、前記スタイラスに付与される測定力が所定の基準測定力であるときに、前記スタイラスが接触することで弾性変形して前記測定アームを所定の基準変位量だけ変位させる測定部を有する変位量測定治具を用い、前記変位量測定治具を前記ステージに載置して、前記測定アームの基準変位量を測定する準備工程と、前記変位検出器によって検出された前記測定アームの現在変位量と前記基準変位量とを比較して、前記現在変位量に対応した測定力指標を演算する検出工程とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、変位量測定治具を用いて測定アームの基準変位量を測定しておくだけで測定力を調整できるので、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機の測定力調整方法において、前記検出工程の後に、前記測定力指標に基づき前記測定力を制御する測定力制御工程を備えることが好ましい。
このような構成によれば、測定力が測定力指標に基づいて自動で制御されるため、容易に現在の測定力を基準測定力に一致させることができ、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機の測定力調整方法において、前記検出工程の後に、前記測定力指標に関する情報と、前記測定アームに位置調整可能に設けられて前記スタイラスに測定力を付与するバランスウェイトの位置情報とに基づいて前記バランスウェイトの位置を調整することにより、前記測定力が調整される調整工程を備えることが好ましい。
このような構成によれば、測定力指標に関する情報に基づいて、バランスウェイトの位置を変化させて調整することにより、現在の測定力を基準測定力に一致させることができる。このため、必要な測定力を容易に調整できる。

本発明の測定機の測定力調整方法において、前記準備工程では、少なくとも、異なる種類の測定アーム及び異なる種類のスタイラスの組合せと、各組合せに対応する基準変位量とが記憶されることが好ましい。
このような構成によれば、検出工程において、異なる種類の測定アームや異なる種類のスタイラスなどの各組合せに対応する基準変位量を迅速に取り出すことができる。

本発明の第１実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。 同上実施形態のＸ軸駆動機構及びスタイラス変位検出手段を示す図。 同上実施形態の測定アーム及び変位検出器の関係を示す平面図。 同上実施形態の制御システムを示すブロック図。 同上実施形態の変位量測定治具を示す斜視図。 同上実施形態の準備工程を示すフロー図。 同上実施形態の検出工程及び測定力制御工程を示すフロー図。 同上実施形態において、スケールを原点に合わせる方法を示す図。 同上実施形態において、測定アームの変位量を測定する方法を示す図。 同上実施形態における基準変位量テーブルを示す図。 本発明の第２実施形態に係るＸ軸駆動機構及びスタイラス変位検出手段を示す図。 同上実施形態の制御システムを示すブロック図。 同上実施形態の検出工程及び調整工程を示すフロー図。 同上実施形態における基準変位量テーブルを示す図。 同上実施形態において、測定力指標に関する情報や、バランスウェイトの位置情報が表示装置に表示された状態を示す図。 同上実施形態の変形例に係る測定力指標に関する情報が表示装置に表示された状態を示す図。 本発明の変形例に係る変位量測定治具を示す斜視図。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態において、同一の構成部分には同じ符号を付すとともに、それらの説明を省略または簡略化する。

＜第１実施形態＞
図１に示す測定機としての表面性状測定機１は、ベース１０と、このベース１０上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１１と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６を有する検出手段としてのスタイラス変位検出手段２０と、このスタイラス変位検出手段２０とステージ１１とを相対移動させる相対移動機構３０とを備える。

このような表面性状測定機１は、スタイラス２６を被測定物の表面に接触させた状態において、相対移動機構３０によりスタイラス変位検出手段２０とステージ１１とを相対移動させながら、変位検出器２７（後述）によってスタイラス２６のＺ軸方向の変位量を検出し、この変位量から被測定物の表面性状を測定する。

相対移動機構３０は、ベース１０とステージ１１との間に設けられてステージ１１を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構３１と、ベース１０の上面に立設されたコラム３２と、このコラム３２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ３３と、このＺスライダ３３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構３４と、Ｚスライダ３３に設けられてスタイラス変位検出手段２０をステージ１１の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ３３の移動方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向：後述する測定アーム２４の軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構３５とを備える。

また、Ｚスライダ３３とＸ軸駆動機構３５との間には、Ｘ軸駆動機構３５の移動方向をステージ１１に対して傾斜させる旋回機構３６が設けられている。旋回機構３６により、Ｘ軸駆動機構３５とともにスタイラス変位検出手段２０が、水平姿勢のほか傾斜姿勢に姿勢変更可能に構成されている。

Ｙ軸駆動機構３１およびＺ軸駆動機構３４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。

Ｘ軸駆動機構３５は、図２に示すように、Ｚスライダ３３に旋回機構３６を介して固定された駆動機構本体３５１と、この駆動機構本体３５１にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール３５２と、このガイドレール３５２に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ３５３と、このＸスライダ３５３のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器３５４と、Ｘスライダ３５３をガイドレール３５２に沿って移動させる送り機構３６０とを備える。

送り機構３６０は、駆動機構本体３５１にガイドレール３５２と平行に設けられＸスライダ３５３に螺合された送りねじ軸３６１と、駆動源としてのモータ３６２と、このモータ３６２の回転を送りねじ軸３６１に伝達する回転伝達機構３６３とから構成されている。回転伝達機構３６３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。

スタイラス変位検出手段２０は、図２に示すように、Ｘスライダ３５３にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持された本体としてのブラケット２２と、このブラケット２２に支持軸としての回転軸２３を支点として上下方向へ揺動（円弧運動）可能に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に下向きに突出して設けられたスタイラス２６と、スタイラス２６のＺ軸方向の変位量を検出する変位検出器２７と、測定アーム２４を揺動方向の一方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢および他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替えることによって、後述する測定力指標Ｐに基づいてスタイラス２６に付与される測定力を制御する測定力制御手段４０と、ブラケット２２、測定アーム２４、変位検出器２７を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。

測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能に支持された第１測定アーム２４１と、この第１測定アーム２４１の先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４２とから構成されている。着脱機構２５は、第１測定アーム２４１と第２測定アーム２４２とを磁力によって吸着するマグネット構造になっている。あるいは、着脱機構２５は、図示しない取付ブラケットと取付ねじを備え、第１測定アーム２４１が取付ねじを用いて取付ブラケットに取り付けられ、この第１測定アーム２４１が取り付けられた取付ブラケットに第２測定アーム２４２が取り付けられる構造であってもよい。

第２測定アーム２４２としては、長さや形状が異なる２種類のアームが交換可能に用意されており、測定アーム２４としては、一方の第２測定アーム２４２と第１測定アーム２４１とを組み合わせた測定アーム２４Ａと、他方の第２測定アーム２４２と第１測定アーム２４１とを組み合わせた測定アーム２４Ｂとが使用可能となっている。

スタイラス２６は、第２測定アーム２４２の先端に、第２測定アーム２４２に対して交換可能に取り付けられており、突出長さなどが異なる５種類のスタイラス２６１〜２６５が交換可能に用意されている。
なお、スタイラス２６と第２測定アーム２４２とが一体とされたものでもよく、この場合には、５種類のスタイラス２６１〜２６５が第２測定アーム２４２と一体とされたものが用意されている。

変位検出器２７は、図３に示すように、測定アーム２４の揺動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４のうちスタイラス２６が取り付けられた部分のＺ軸方向の変位量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。具体的には、測定アーム２４に設けられ測定アーム２４の揺動方向に湾曲したスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向してブラケット２２に取り付けられた検出ヘッド２７Ｂとを備える。スケール２７Ａの検出面は、測定アーム２４の軸線上でかつ測定アーム２４の揺動面上に配置されている。これにより、スケール２７Ａの検出面、測定アーム２４、スタイラス２６の先端が同一軸上に配置されることになる。変位検出器２７によって、測定アーム２４のうちスタイラス２６が取り付けられた部分のＺ軸方向の変位量を検出することにより、スタイラス２６のＺ軸方向の変位量が検出される。

測定力制御手段４０は、図２に示すように、第１測定アーム２４１の途中に設けられた円筒状の磁石４１と、この磁石４１内を通ってブラケット２２に固定され測定アーム２４を回転軸２３を支点として揺動方向の一方向（上方向）および他方向（下方向）へ付勢するボイスコイル４２と、後述する制御装置１０１から出力される測定力指令値に基づいてボイスコイル４２に流す電流を制御する測定力制御回路４３によって構成される。測定力制御回路４３からボイスコイル４２に電流が流されると、ボイスコイル４２から発生する電磁力と磁石４１の磁力により、磁石４１が図２中上下方向に移動させられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。このように測定アーム２４の姿勢が切り替えられることによって、スタイラス２６に付与される測定力が制御されて減少または増加される。

次に、本実施形態の表面性状測定機１の制御システム１００について説明する。
図４に示すように、制御システム１００は制御装置１０１を備え、制御装置１０１には、Ｙ軸駆動機構３１、Ｚ軸駆動機構３４、Ｘ軸駆動機構３５、旋回機構３６、スタイラス変位検出手段２０に含まれる変位検出器２７、ボイスコイル４２（これは、測定力制御回路４３を介して）が接続されているとともに、入出力手段１０２（図１参照）や記憶装置１０４などが接続されている。

図１に示すように、入出力手段１０２は例えばノート型のパーソナルコンピュータであり、表示装置１０３を備える。
入出力手段１０２からは、測定アーム２４の種類とスタイラス２６の種類とを指定する情報が入力される。

記憶装置１０４は、変位検出器２７によって検出された測定アーム２４のＺ軸方向の現在変位量ｈを記憶する記憶部１０５と基準変位量テーブル１０６とを備える。
基準変位量テーブル１０６には、図１０に示すように、異なる第２測定アーム２４２が取り付けられた異なる種類の測定アーム２４と、異なる種類のスタイラス２６との組合せごとに、予め、テーブル作成者によって後述する測定部６２において測定されて設定された測定アーム２４のＺ軸方向の基準変位量Ｈが記憶されている。

このような制御装置１０１は、入出力手段１０２で指定された測定アーム２４の種類とスタイラス２６の種類とに基づいた基準変位量Ｈを基準変位量テーブル１０６から読み出し、これらの情報から、変位検出器２７によって検出された現在変位量ｈと基準変位量Ｈとを比較して、現在変位量ｈに対応した測定力の指標となる測定力指標Ｐを演算する。そして、制御装置１０１は、測定力指標Ｐに基づく測定力指令値を測定力制御回路４３に出力する。

測定力指標Ｐとしては、例えば、基準変位量Ｈに対応した測定力を基準測定力とし、この基準測定力の指標を基準指標Ｍとすると、基準指標Ｍに対してどの程度大きいか、又はどの程度小さいかを示す基準指標Ｍに対する割合などが用いられる。

また、表面性状測定機１は、図５に示すように、変位量測定治具６０を備える。
変位量測定治具６０は、例えば直方体形状をしており、ステンレスなどから形成されて中央部分が窪んだ断面視凹形状の基台６１と、ゴムなどから形成され、基台６１の中央部分に設けられた所定の厚さを有する測定部６２とを備える。
測定部６２は、測定力が所定の基準測定力であるときに、スタイラス２６が接触することで弾性変形して測定アーム２４を所定の基準変位量Ｈだけ変位させる部分である。

このような変位量測定治具６０は、使用される前には、表面性状測定機１の付属物として、表面性状測定機１が梱包などされる梱包ケースに表面性状測定機１とともに梱包されていてもよいし、あるいは、表面性状測定機１の所定部分、例えばベース１０の内部に組み付けられていてもよい。

次に、本実施形態の表面性状測定機１の測定力を調整する測定力調整方法について説明する。
この測定力調整方法は、図６に示すような、テーブル作成者が予め基準変位量Ｈを測定する準備工程Ｔ１と、図７に示すような、測定アーム２４のＺ軸方向の現在変位量ｈを検出して、検出された現在変位量ｈに対応した測定力指標Ｐを演算する検出工程Ｔ２、及び測定力指標Ｐに基づいて測定力を制御する測定力制御工程Ｔ３とを備える。以下では、各工程中の各動作ステップをＳ１，Ｓ２，・・・で示す。

準備工程Ｔ１では、まず、テーブル作成者が、Ｓ１において、第１測定アーム２４１に一方の第２測定アーム２４２を組み合わせて測定アーム２４Ａとし、測定アーム２４Ａの先端にスタイラス２６１を取り付ける（図１０の最上段の組合せ）。
その後、Ｓ２において、測定力を電子天秤などで実測しながら、所定の基準測定力となるように、測定力制御回路４３からボイスコイル４２に所定の電流が流され、測定アーム２４の姿勢を基準姿勢に調整する。

次に、Ｓ３において、ステージ１１に変位量測定治具６０を載置し、図８の（ｉ）に示すように、基台６１のうち測定部６２よりも図８中左側に位置する左側表面６１Ａにスタイラス２６１を接触させて、スケール２７Ａを原点に合わせる。続いて、図８の（ｉｉ）に示すように、基台６１のうち測定部６２よりも図８中右側に位置する右側表面６１Ｂにもスタイラス２６１を接触させて、スケール２７Ａが原点に合っているかを確認する。なお、基台６１は、スタイラス２６１によって押圧されるが、基台６１の変形量はごくわずかである。

その後、Ｓ４において、図９に示すように、スタイラス２６１を測定部６２に接触させる。測定部６２はスタイラス２６１によって押圧変形され、測定アーム２４Ａが、測定部６２の変形量と等しい量だけ図９中下方向に揺動する。このとき、変位検出器２７によって、測定アーム２４Ａの下方向の変位量が検出される。そして、この測定アーム２４Ａの下方向の変位量が基準変位量Ｈ１として測定・検出される。
そして、Ｓ５において、記憶部１０５が基準変位量Ｈ１を記憶する。続いてＳ６において、図１０に示す測定アーム２４などの全ての組合せに対応する基準変位量Ｈが測定されたか否かが判定される。

Ｓ６において、図１０に示す測定アーム２４などの全ての組合せに対応する基準変位量Ｈが測定されたと判定された場合には、準備工程Ｔ１は終了する。一方、測定アーム２４などの全ての組合せに対応する基準変位量Ｈはまだ測定されていないと判定された場合には、その他のスタイラス２６２〜２６５が取り付けられた組合せ（図１０中、一番上の組合せ以外の組合せ）に交換されて再びＳ１〜Ｓ５が行われ、全ての組合せに対応する基準変位量Ｈ１〜Ｈ５が測定されて記憶される。そして、図１０に示す異なる種類の測定アーム２４Ａ，２４Ｂ及び異なる種類のスタイラス２６１〜２６５の組合せと、各組合せに対応する基準変位量Ｈ１〜Ｈ５とが基準変位量テーブル１０６として記憶装置１０４に記憶される。

次に、図７に示す検出工程Ｔ２と測定力制御工程Ｔ３とについて説明する。以下では、第１測定アーム２４１に一方の第２測定アーム２４２を組み合わせて測定アーム２４Ａとし、測定アーム２４Ａの先端にスタイラス２６１を取り付けた組合せ（図１０の最上段の組合せ）を例にとって説明する。なお、図１０の最上段の組合せ以外の組合せに関しても同様の検出や演算等が行われる。

検出工程Ｔ２では、まず、Ｓ７において、Ｓ１と同様に、図１０の最上段の組合せを取り付ける。次に、Ｓ８において、Ｓ３と同様に、スケール２７Ａを原点に合わせる。
その後、Ｓ９において、図９に示すように、スタイラス２６１を測定部６２に接触させて、測定アーム２４Ａの下方向の現在変位量ｈ１を変位検出器２７で測定・検出する。

次に、Ｓ１０において、制御装置１０１が、入出力手段１０２で指定された測定アーム２４の種類とスタイラス２６の種類、すなわち図１０の最上段の組合せに基づいた基準変位量Ｈ１を基準変位量テーブル１０６から読み出し、これらの情報から、現在変位量ｈ１と基準変位量Ｈ１とを比較して、現在変位量ｈ１に対応した測定力の指標となる測定力指標Ｐ１を演算する。

そして、測定力制御工程Ｔ３に移行する。測定力制御工程Ｔ３では、制御装置１０１が、測定力指標Ｐ１に基づく測定力指令値を測定力制御回路４３に出力し、測定力指標Ｐ１に基づいて、測定力制御回路４３がボイスコイル４２へ流す電流を制御し、これにより、測定アーム２４の先端の姿勢が制御され、スタイラス２６に付与される測定力が制御されて減少または増加される。これによって、測定力を基準測定力に調整できる。

以上のような本実施形態の表面性状測定機１及びその測定力調整方法では、以下の効果がある。
本実施形態の表面性状測定機１では、変位量測定治具６０と、測定力指標Ｐを演算する制御装置１０１と、測定力制御手段４０とを備え、これらを用いて測定力を基準測定力に調整する。このため、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

また、本実施形態の表面性状測定機１の測定力調整方法では、準備工程Ｔ１と、検出工程Ｔ２と、測定力制御工程Ｔ３とを備えるため、変位量測定治具を用いて測定アーム２４の基準変位量Ｈを測定しておくだけで測定力を調整できるので、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態の表面性状測定機１Ａでは、第１実施形態の表面性状測定機１と異なり、スタイラス変位検出手段２０には、磁石４１とボイスコイル４２と測定力制御回路４３とから構成される測定力制御手段４０は設けられておらず、代わりに、図１１に示すように、スタイラス変位検出手段２０は、測定アーム２４に位置調整可能に設けられてスタイラス２６に測定力を付与するバランスウェイト２９を備える。他の構成は第１実施形態の表面性状測定機１と同様である。

バランスウェイト２９は、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４１側の重量と、第２測定アーム２４２側の重量とがバランスするように、測定アーム２４の軸方向へ位置調整可能に設けられている。具体的には、測定アーム２４に雄ねじが形成され、この雄ねじにバランスウェイト２９が位置調整可能に螺合されている。
バランスウェイト２９は、重量が異なる３種類のバランスウェイト２９１〜２９３が交換可能に用意されている。

次に、本実施形態の表面性状測定機１Ａの制御システム１１０について説明する。
本実施形態の制御システム１１０では、第１実施形態の制御システム１００と異なり、制御装置１０１にはボイスコイル４２は接続されていない。一方で、記憶装置１０４は表示装置１０３に表示する表示画面データ１０７を備える。他の構成は制御システム１００と同様である。
このような制御システム１１０では、入出力手段１０２からは、測定アーム２４の種類と、スタイラス２６の種類と、バランスウェイト２９の種類とを指定する情報が入力される。
表示装置１０３は、測定力指標に関する情報例えば測定力指標Ｐと基準指標Ｍとの大小関係などの表示対象を一般的なドットマトリクス方式で表示する。

基準変位量テーブル１０６には、図１４に示すように、異なる第２測定アーム２４２が取り付けられた異なる種類の測定アーム２４と、異なる種類のスタイラス２６と、異なる種類のバランスウェイト２９との組合せごとに、予め、テーブル作成者によって測定部６２において測定されて設定された測定アーム２４のＺ軸方向の基準変位量Ｈが記憶されている。

本実施形態の制御装置１０１は、入出力手段１０２で指定された測定アーム２４の種類と、スタイラス２６の種類と、バランスウェイト２９の種類とに基づいた基準変位量Ｈを基準変位量テーブル１０６から読み出し、これらの情報から、変位検出器２７によって検出された現在変位量ｈと基準変位量Ｈとを比較して、現在変位量ｈに対応した測定力の指標となる測定力指標Ｐを演算する。

現在変位量ｈが基準変位量Ｈよりも小さい場合には、測定力は基準測定力よりも小さくて基準測定力に達しておらず、測定力指標Ｐが基準指標Ｍに対して小さい位置に示される。逆に、現在変位量ｈが基準変位量Ｈよりも大きい場合には、測定力は基準測定力よりも大きくて基準測定力を超えており、測定力指標Ｐが基準指標Ｍに対して大きい位置に示される。

このような測定力指標Ｐと基準指標Ｍとの大小関係は、表示画面データ１０７として記憶装置１０４で記憶され、制御装置１０１を介して表示装置１０３中の測定力バーＢ（図１５参照）で表示される。図１５に示す表示では、基準測定力が「設定値Ｆ０mN」と具体的に表示され、現在変位量ｈに対応した測定力が「測定値ｆmN」と具体的に表示されている。また、測定アーム２４の軸方向におけるバランスウェイト２９の現在の位置情報も、表示画面データ１０７として記憶装置１０４で記憶され、制御装置１０１を介して表示装置１０３に模式的に表示される。なお、表示装置１０３には、図１５に示すように、バランスウェイト２９の現在の位置情報とともに、バランスウェイト２９をどちらの方向に移動させればよいかが太字の矢印などでハイライト表示されてもよい。

次に、本実施形態の表面性状測定機１Ａの測定力を調整する測定力調整方法について説明する。
本実施形態の測定力調整方法は、第１実施形態の測定力調整方法と異なり、図１３に示すように、測定力制御工程Ｔ３の代わりにバランスウェイト２９の位置を調整する調整工程Ｔ４を備える。他の準備工程Ｔ１及び検出工程Ｔ２を備える点は第１実施形態の測定力調整方法と同様である。

本実施形態の準備工程Ｔ１の動作ステップは、原則、図６に示すものと同様である。このため、準備工程Ｔ１に関しては、図６を参照して説明する。
本実施形態の準備工程Ｔ１では、まず、テーブル作成者が、図６のＳ１において、第１測定アーム２４１に一方の第２測定アーム２４２を組み合わせて測定アーム２４Ａとし、測定アーム２４Ａの先端にスタイラス２６１を取り付ける。そして、測定アーム２４Ａにバランスウェイト２９１を取り付ける（図１４の最上段の組合せ）。

その後、図６のＳ２において、測定力を電子天秤などで実測しながら、所定の基準測定力となるように、バランスウェイト２９１の位置を調整してバランスウェイト２９１を基準位置に位置させる。
その後、図６のＳ３〜Ｓ６が行われる。これにより、図１４に示す異なる種類の測定アーム２４Ａ，２４Ｂ、異なる種類のスタイラス２６１〜２６５、及び重量の異なるバランスウェイト２９１〜２９３の組合せと、各組合せに対応する基準変位量Ｈ１〜Ｈ５とが基準変位量テーブル１０６として記憶装置１０４に記憶される。

次に、図１３に示す検出工程Ｔ２と調整工程Ｔ４とについて説明する。以下では、第１測定アーム２４１に一方の第２測定アーム２４２を組み合わせて測定アーム２４Ａとし、測定アーム２４Ａの先端にスタイラス２６１を取り付け、測定アーム２４Ａにバランスウェイト２９１を取り付けた組合せ（図１４の最上段の組合せ）を例にとって説明する。なお、図１４の最上段の組合せ以外の組合せに関しても同様の検出や演算等が行われる。

検出工程Ｔ２では、まず、Ｓ１１において、図１４の最上段の組合せを取り付ける。このとき、バランスウェイト２９１は任意の位置に配置されている。次に、Ｓ１２において、Ｓ８と同様に、スケール２７Ａを原点に合わせる。
その後、Ｓ１３において、Ｓ９と同様に、測定アーム２４Ａの下方向の現在変位量ｈ１を変位検出器２７で測定・検出する。

次に、Ｓ１４において、制御装置１０１が、入出力手段１０２で指定された測定アーム２４の種類と、スタイラス２６の種類と、バランスウェイト２９の種類、すなわち図１４の最上段の組合せに基づいた基準変位量Ｈ１を基準変位量テーブル１０６から読み出し、これらの情報から、現在変位量ｈ１と基準変位量Ｈ１とを比較して、現在変位量ｈ１に対応した測定力の指標となる測定力指標Ｐ１を演算する。

そして、調整工程Ｔ４に移行する。調整工程Ｔ４では、Ｓ１５において、表示装置１０３は、図１５に示すように、測定力指標Ｐ１が、今回の組合せに対応する基準指標Ｍ１に対してどの程度大きいかを測定力バーＢで表示する。また、表示装置１０３は、図１５に示すように、現在のバランスウェイト２９１の位置情報も模式的に表示する。
次にＳ１６において、Ｓ１５で表示された測定力指標Ｐ１や現在のバランスウェイト２９１の位置情報から、測定力指標Ｐ１が基準指標Ｍ１と一致しているか否かが判断される。

Ｓ１６において、測定力指標Ｐ１が基準指標Ｍ１と一致していると判断された場合には、調整工程Ｔ４は終了する。一方、測定力指標Ｐ１が基準指標Ｍ１と一致していないと判断された場合には、表示装置１０３に表示された測定力指標Ｐ１と基準指標Ｍ１との位置関係や、現在のバランスウェイト２９１の位置情報に基づいて、バランスウェイト２９１の位置を変化させて基準位置に調整することにより、測定力指標Ｐ１を基準指標Ｍ１に合わせる。図１４の最上段の組合せの場合には、図１５に示すように、測定力指標Ｐ１が、今回の組合せに対応する基準指標Ｍ１に対して大きいため、バランスウェイト２９１を図１５中左方向、すなわち回転軸２３に近づく方向に移動させることによって測定力指標Ｐ１を基準指標Ｍ１に合わせる。これによって、測定力を基準測定力に調整できる。

なお、表示装置１０３には、測定力指標Ｐと基準指標Ｍとの大小関係を示す測定力バーＢだけが表示されればよく、バランスウェイト２９の現在の位置情報は表示されなくてもよい。また、図１６に示すように、測定力バーＢが縦に表示されてもよい。そして、測定力バーＢだけが表示される場合には、図１６に示すように、被測定物の表面性状を測定するときの測定レンジモードと測定力を調整するときの測定力モードとに切替可能となっている。測定レンジモードでは、被測定物の表面性状に対応した指標が測定力バーＢに表示され、測定力モードでは、前述した測定力指標Ｐと基準指標Ｍとの大小関係が表示される。

以上のような本実施形態の表面性状測定機１Ａ及びその測定力調整方法では、以下の効果がある。
本実施形態の表面性状測定機１Ａでは、変位量測定治具６０と、測定力指標Ｐを演算する制御装置１０１と、測定力指標Ｐと基準指標Ｍとの位置関係や、現在のバランスウェイト２９の位置情報を表示する表示装置１０３とを備え、表示装置１０３に表示されたそのような情報に基づいて、バランスウェイト２９の位置を調整することにより、測定力を基準測定力に調整する。このため、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

また、本実施形態の表面性状測定機１Ａの測定力調整方法では、準備工程Ｔ１と、検出工程Ｔ２と、調整工程Ｔ４とを備えるため、変位量測定治具６０を用いて測定アーム２４の基準変位量Ｈを測定しておくだけで測定力を調整できるので、測定力を計測する計測機器が不要で、必要な測定力を容易に調整できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、測定機として表面性状測定機１，１Ａについて説明したが、これには限定されず、被測定物の輪郭形状を測定する輪郭形状測定機や、被測定物の真円度や円筒形状を測定する測定機であってもよく、測定力を調整する測定機であればよい。

前記第１実施形態では、表示装置１０３に測定力指標Ｐに関する情報を表示させずに、測定力指標Ｐに基づいて測定力を制御していた。しかし、前記第１実施形態においても、記憶装置１０４に表示画面データ１０７が記憶されるようにしておき、測定力指標Ｐに基づいて測定力を制御する際に、測定力指標Ｐに関する情報を図１５又は図１６のように表示装置１０３に表示させてもよい。

前記第２実施形態では、制御装置１０１は、測定アーム２４の現在変位量ｈと基準変位量Ｈとを比較して、その比較結果を測定力指標Ｐとしていたが、測定力指標としては、測定アーム２４の現在変位量ｈを用いてもよい。この場合、基準変位量Ｈは、例えば変位量測定治具６０に関する使用マニュアルなどに記録されていて、表面性状測定機１Ａの使用者が、検出された現在変位量ｈと記録されている基準変位量Ｈとに基づいて、バランスウェイト２９の位置を調整する。

前記各実施形態では、基台６１の表面が測定部６２の図８中左右両側に位置していたが、測定部６２の図８中左右のどちらか一方の側だけに位置していてもよい。この場合には、基台６１の表面は、図６のＳ３でスケール２７Ａの原点合わせが可能程度の所定長さを有している。

前記各実施形態では、測定部６２はゴムから形成されていたが、これには限定されず、基台６１と異なる材料から形成されて押圧変形可能であり、同じ種類の測定アーム２４に取り付けられた同じ種類のスタイラス２６が接触した時の測定部６２の変形量が基台６１における変形量と異なっていれば、測定部６２はゴム以外の材料から形成されていてもよい。

また、変位量測定治具としては、図５に示すものには限定されず、図１７に示す変位量測定治具７０であってもよい。
変位量測定治具７０は、直方体形状の基台７１と、板ばねで形成されて基台７１に片持ち支持されて設けられた測定部７２とを備える。基台７１の上面と測定部７２の上面とは面一となっている。
なお、図５に示す基台６１と同様に、基台７１を中央部分が窪んだ断面視凹形状とし、その窪んだ部分に測定部７２を設け、基台７１における窪んだ部分よりも左右両側に位置する部分で測定部７２を両持ち支持してもよい。あるいは、測定部７２を変形可能なダイアフラムや、ガスを封入したピストンで形成してもよい。

また、前記各実施形態では、基準変位量Ｈを基準変位量テーブル１０６から読み出していたが、基準変位量テーブル１０６自体が作成されず、基準変位量Ｈだけが記憶装置１０４に記憶され、基準変位量Ｈに関する情報が記憶装置１０４から読み出されてもよい。

前記各実施形態では、基準変位量テーブル１０６には、図１０及び図１４に示す５組の組合せに関する情報があったが、測定アーム２４の種類やスタイラス２６の種類、およびバランスウェイト２９の種類を増減させて、２〜４組の組合せ又は５組より多くの組合せに関する情報があってもよい。

前記各実施形態では、一種類の変位量測定治具６０を用いていたが、これには限定されず、複数種類の変位量測定治具を用いてもよい。この場合には、複数種類の変位量測定治具について準備工程Ｔ１を行い、各変位量測定治具に対応した基準変位量が別個の複数の基準変位量テーブルに記憶される。その後、検出工程Ｔ２のＳ８，Ｓ１２において、使用する変位量測定治具をステージ１１に載置するときに、いずれの変位量測定治具が載置されているのかについて、変位量測定治具の種類を特定する情報が入出力手段１０２から入力される。そして、Ｓ１０，Ｓ１４において、制御装置１０１が、使用する変位量測定治具に対応した基準変位量が記憶された基準変位量テーブルを読み出し、測定力指標を演算する。

本発明は測定機及びその測定力調整方法に利用することができる。

１…表面性状測定機（測定機）、
１１…ステージ、
２０…スタイラス変位検出手段（検出手段）、
２２…ブラケット（本体）、
２３…回転軸（支持軸）、
２４，２４Ａ，２４Ｂ…測定アーム、
２６、２６１〜２６５…スタイラス、
２７…変位検出器、
２９、２９１〜２９３…バランスウェイト、
３０…相対移動機構、
４０…測定力制御手段、
６０，７０…変位量測定治具、
６１，７１…基台、
６２，７２…測定部、
１０１…制御装置、
１０３…表示装置、
１０６…基準変位量テーブル、
２４１…第１測定アーム、
２４２…第２測定アーム、
Ｔ１…準備工程、
Ｔ２…検出工程、
Ｔ３…測定力制御工程、
Ｔ４…調整工程。

Claims (10)

1. 被測定物を載置するステージと、
   前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する検出手段と、
   前記検出手段と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、
   前記検出手段は、本体と、前記本体に支持軸を支点として揺動可能に支持されかつ先端にスタイラスを有する測定アームと、前記スタイラスの変位量を検出する変位検出器とを有し、
   前記測定アームは、前記本体に前記支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと、前記第１測定アームに着脱可能に設けられて前記スタイラスを有する第２測定アームとを含んで構成された測定機において、
   前記スタイラスに付与される測定力が所定の基準測定力であるときに、前記スタイラスが接触することで弾性変形して前記測定アームを所定の基準変位量だけ変位させる測定部を有する変位量測定治具と、
   前記変位検出器によって検出された前記測定アームの現在変位量に対応した測定力指標を演算する制御装置とを備えることを特徴とする測定機。
2. 請求項１に記載の測定機において、
   前記測定力指標に基づき前記測定力を制御する測定力制御手段を備えることを特徴とする測定機。
3. 請求項１に記載の測定機において、
   前記検出手段は、前記測定アームに位置調整可能に設けられて前記スタイラスに測定力を付与するバランスウェイトを有し、
   前記測定力指標に関する情報を表示する表示装置を備えることを特徴とする測定機。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の測定機において、前記制御装置は、前記測定アームの現在変位量と前記基準変位量とを比較して、その比較結果を測定力指標とすることを特徴とする測定機。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の測定機において、
   前記変位量測定治具は基台を備え、
   前記測定部は、前記基台に設けられ、前記基台を構成する材料とは異なる材料から形成され、
   前記測定アームに取り付けられたスタイラスが前記測定部に接触したときの前記測定部の変形量が、同じ種類の測定アームに取り付けられた同じ種類のスタイラスが前記基台に接触したときの前記基台の変形量と異なっていることを特徴とする測定機。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の測定機において、
   前記基準変位量は、少なくとも、異なる種類の測定アーム及び異なる種類のスタイラスの組合せと、各組合せに対応する前記基準変位量とを記憶した基準変位量テーブルから読み出されることを特徴とする測定機。
7. 被測定物を載置するステージと、
   前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する検出手段と、
   前記検出手段と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構とを備え、
   前記検出手段は、本体と、前記本体に支持軸を支点として揺動可能に支持されかつ先端にスタイラスを有する測定アームと、前記スタイラスの変位量を検出する変位検出器とを有し、
   前記測定アームは、前記本体に前記支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと、前記第１測定アームに着脱可能に設けられて前記スタイラスを有する第２測定アームとを含んで構成された測定機の測定力調整方法において、
   前記スタイラスに付与される測定力が所定の基準測定力であるときに、前記スタイラスが接触することで弾性変形して前記測定アームを所定の基準変位量だけ変位させる測定部を有する変位量測定治具を用い、前記変位量測定治具を前記ステージに載置して、前記測定アームの基準変位量を測定する準備工程と、
   前記変位検出器によって検出された前記測定アームの現在変位量と前記基準変位量とを比較して、前記現在変位量に対応した測定力指標を演算する検出工程とを備えることを特徴とする測定機の測定力調整方法。
8. 請求項７に記載の測定機の測定力調整方法において、
   前記検出工程の後に、前記測定力指標に基づき前記測定力を制御する測定力制御工程を備えることを特徴とする測定機の測定力調整方法。
9. 請求項７に記載の測定機の測定力調整方法において、
   前記検出工程の後に、前記測定力指標に関する情報と、前記測定アームに位置調整可能に設けられて前記スタイラスに測定力を付与するバランスウェイトの位置情報とに基づいて前記バランスウェイトの位置を調整することにより、前記測定力が調整される調整工程を備えることを特徴とする測定機の測定力調整方法。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の測定機の測定力調整方法において、
    前記準備工程では、少なくとも、異なる種類の測定アーム及び異なる種類のスタイラスの組合せと、各組合せに対応する基準変位量とが記憶されることを特徴とする測定機の測定力調整方法。

Images