JP2017129461A - 形状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】測定器本体を手動で素早く移動させる操作性を持ちながらも誤操作による破損を未然防止できる形状測定機を提供する。【解決手段】形状測定機１００は、ドライブシャフト３１０と、測定器本体５００と、トラクションナット部４００と、を備える。測定器本体５００は、被測定物の表面を倣い移動する触針を有し、ドライブシャフト３１０に沿って上下動可能に設けられている。トラクションナット部４００は、ドライブシャフト３１０に摩擦接触する摩擦接触状態とドライブシャフト３１０から離間する離間状態とを切り替え可能となっている。形状測定機１００は、さらに、触針が被測定物に衝突するのを防止する保護装置を有する。保護装置は、被測定物と触針との距離が所定距離以下となる接近状態になったことを検知するワーク検知センサ５６０と、測定器本体５００の下降を止めるブレーキ装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は形状測定機に関する。

形状測定機は、例えば、スタイラスを被測定物の表面に接触させながら移動させ、そのときのスタイラスの変位から被測定物の形状データを得る。

本出願人は、形状測定機として、測定器本体の上下動を素早く行うことができる送り機構を備えたものを提案している（特許文献１）。
送り機構部は、ドライブシャフトと、トラクションナット部と、を有する。
ドライブシャフトは、上下方向に立設され、軸回りに回転可能になっている。
トラクションナット部は、ドライブシャフトに対して接触状態と離間状態とを切り替えできるようになっている。
測定器本体は、トラクションナット部に付設されている。トラクションナット部には開閉レバーが付いている。

ユーザが開閉レバーを握り込むと、トラクションナット部がドライブシャフトを開放し、トラクションナット部とともに測定器本体を自由に上下動させることができる。この状態を粗動可能状態と称することにする。
ユーザは、測定器本体がワークの直上にくるように粗動させ、測定器本体がワークの直上に来たら、開閉レバーを握っていた手を緩める。すると、トラクションナット部がドライブシャフトを挟み込むようにして接触し、トラクションナット部の動きが止まる。この状態を粗動不可状態と称することにする。その後、ドライブシャフトを軸回りに回転させると、ツイストローラの働きでトラクションナット部がドライブシャフトに沿って微動する。
このような送り機構部によれば、粗動と微動とを簡単に切り替えられるので、測定器本体の位置決めを素早くかつ簡便に行うことができる。この形状測定機は、低価格でありながらも画期的な操作性を備えており、ユーザに大変な好評を博している。

特開２０１５−６４２４０号公報

上記の送り機構部にあっては、ユーザが開閉レバーを握るとトラクションナット部がドライブシャフトを開放した粗動可能状態になる。
この状態では、測定器本体が自由に移動できてしまうため、測定高さにアプローチする際に勢いがつきすぎると、測定器本体が適切な位置を超えて下がり過ぎてしまう場合がある。
このとき、スタイラスがワークに接触し、さらには、スタイラスの可動範囲をオーバーしてしまうと測定器本体が破損するという事態に繋がる可能性がある。例えば、表面粗さ測定（表面性状測定）に使用されるスタイラスというのはストロークが数１００μｍ程度（例えばプラスマイナス３００μｍ〜４００μｍ）である。測定器本体とワークとの接触にユーザが気付いたときには、すでに、オーバーストロークになっている可能性が高い。

本発明の目的は、測定器本体を手動で素早く移動させる操作性を持ちながらも誤操作による破損を未然防止できる形状測定機を提供することにある。

本発明の形状測定機は、
基台に立設されたドライブシャフトと、
被測定物の表面を倣い移動する触針を有し、前記ドライブシャフトに沿って上下動可能に設けられた測定器本体と、
前記測定器本体と前記ドライブシャフトとの間に介在配置され、前記ドライブシャフトに摩擦接触する摩擦接触状態と前記ドライブシャフトから離間する離間状態とを切り替え可能であるトラクションナット部と、を備える形状測定機であって、
さらに、前記触針が被測定物に衝突するのを防止する保護装置を有し、
前記保護装置は、
前記被測定物と前記触針との距離が所定距離以下となる接近状態になったことを検知するワーク検知センサと、
前記測定器本体の下降を止めるブレーキ装置と、を備える
ことを特徴とする。

本発明では、
前記ワーク検知センサは、
前記測定器本体の筐体に突設され、その先端が前記触針の近傍に位置する支持フレームと、
前記支持フレームの前記先端において下向きに検知面を向けて配設された近接センサと、を備える
ことが好ましい。

本発明では、
前記支持フレームは、前記触針の直上に延在している
ことが好ましい。

本発明では、
前記トラクションナット部の前記摩擦接触状態と前記離間状態とを切り替え操作するための開閉レバーを備え、
前記ワーク検知センサは、
前記開閉レバーが前記トラクションナット部を前記離間状態にする位置にある場合のみ、前記近接センサをオンにする
ことが好ましい。

本発明では、
前記開閉レバーが前記トラクションナット部を前記離間状態にする位置にあることを検出するレバー位置検出器を備える
ことが好ましい。

本発明では、
前記ワーク検知センサは、
前記測定器本体の側方において揺動可能または上下動可能に設けられ、その先端が前記触針よりも下方に位置するワーク検出棒と、
前記ワーク検出棒の変位を検出する変位検出センサと、を備える
ことが好ましい。

本発明の形状測定機に係る第１実施形態を示す図である。 形状測定機を斜め後ろから見た斜視図である。 ドライブシャフトを断面して、ドライブシャフトの軸線に沿って送り機構部を見た図である。 送り機構部の分解斜視図である。 固定片を−Ｙ側からみた端面図である。 可動片を＋Ｙ側からみた端面図である。 ドライブシャフトとツイストローラとだけを抜き出してドライブシャフトの軸方向から見た図である。 ドライブシャフトとツイストローラとだけを抜き出して側方視した図である。 ハンドルと開閉レバーとを握っている様子を示す図である。 レバー位置検出器の例を示す図である。 レバー位置検出器の他の例を示す図である。 測定器本体の内部構造を説明するための図である。 触針ユニットの内部機構を説明するための図である。 保護装置のシステムブロック図である。 中央制御部による処理手順を示すフローチャートである。 細溝の底面を測定している様子を例示する図である。 変形例１を示す図である。 第２実施形態を示す図である。 変形例２を示す図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の形状測定機に係る第１実施形態を示す図である。
図２は、形状測定機を斜め後ろから見た斜視図である。
なお、説明が分かりやすくなるように、図１、図２のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向をとることとする。
すなわち、高さ方向をＺ軸方向とし、図１中の右から左方向をＸ軸方向とし、図１中の奥から手前の方向をＹ軸方向とする。

形状測定機１００は、基台（ベース）１と、支柱２と、昇降部材３と、揺動部材４と、送り機構部３００と、測定器本体５００と、保護装置６００（図１４）と、を備えている。

基台１に支柱２が立設されている。支柱２には昇降部材３が上下動可能に設けられている。昇降部材３には、揺動部材４を介して測定器本体５００が取り付けられている。
また、昇降部材３と支柱２との間にはブレーキ装置６１０（図１４）が設けられている。
ブレーキ装置６１０は、例えば、摩擦部材（不図示）と、この摩擦部材を支柱２またはドライブシャフト３１０に押しつける力を発生するためのソレノイドコイル（不図示）を備える。ブレーキ装置６１０の動作についてはフローチャート（図１５）を参照しながら後述する。
揺動部材４は、支柱２の軸線に対して直交する軸線を揺動軸として角度調整可能となっている。

送り機構部３００は、測定器本体５００の上下方向位置を調整する機能を有している。
図３は、ドライブシャフト３１０を断面して、ドライブシャフト３１０の軸線に沿って送り機構部３００を見た図である。また、図４は、送り機構部３００の分解斜視図である。
送り機構部３００は、ドライブシャフト３１０と、トラクションナット部４００と、レバー位置検出器２５（図１０、図１４）と、を備える。

ドライブシャフト３１０は支柱２と平行になるように基台１に立設されている。ドライブシャフト３１０は、その上端に設けられたつまみ部３１１によって回転操作できるようになっている。

トラクションナット部４００は、ドライブシャフト３１０に対して緊緩可能に設けられている。すなわち、トラクションナット部４００は、通常はドライブシャフト３１０に対して摩擦係合しているが、ユーザによるレバー操作によって弛緩してドライブシャフト３１０から離脱する。トラクションナット部４００は、摩擦接触機構と称される場合がある。
トラクションナット部４００は、固定片４１０と、可動片４２０と、ヒンジ片４３０と、バネ４４０と、六つのツイストローラ４５１−４５６と、開閉レバー４６０と、ハンドル４７０と、を備える。

図３、図４でわかるように、固定片４１０と可動片４２０とによりドライブシャフト３１０を緊緩可能に挟持する。
Ｚ軸方向に立設されるドライブシャフト３１０に対し、固定片４１０および可動片４２０はＸ軸方向に長手を有する部材である。そして、固定片４１０は＋Ｙ側から、可動片４２０は−Ｙ側からドライブシャフト３１０を挟む。固定片４１０と可動片４２０とは＋Ｘ側の端面がヒンジ片４３０によって連結されている。ヒンジ片４３０は薄板であってある程度の弾性を有している。これにより固定片４１０と可動片４２０とは蝶番のごとくわずかに開閉可能となっている。

固定片４１０にはブラケット４１１が取り付けられ、さらに、ブラケット４１１が昇降部材３に連結される。したがって、固定片４１０は、ブラケット４１１を介して昇降部材３と一体的になる。

固定片４１０においてヒンジ片４３０と反対側の端部には溝４１２が設けられている。
この溝４１２は、固定片４１０において可動片４２０と対向する面側にあり、Ｘ軸方向に所定の長さを有する。この溝４１２は、開閉レバー４６０を取り付けるための溝である。

トラクションナット部４００において、ドライブシャフト３１０を間にしてヒンジ片４３０とは反対側の端部にはバネ４４０が設けられている。ここではコイルバネであるが、付勢力を生む弾性体であればよい。
バネ４４０は、−Ｙの側、すなわち、固定片４１０とは反対側から可動片４２０に押し付けられている。バネ４４０および可動片４２０を挿通するようにネジ４４１が設けられ、ネジ４４１の先端が固定片４１０に螺合している。したがって、可動片４２０はバネ４４０の付勢力によって固定片４１０側に押しつけられている。

ここでは、可動片４２０を固定片４１０に向けて押し付ける構成を採用しているが、可動片４２０を固定片４１０に向けて引っ張るようにしてもよいことはもちろんである。

ツイストローラ４５１−４５６が６つ設けられている。
６つのツイストローラ４５１−４５６のうち４つのツイストローラ４５１−４５４は固定片４１０に支持され、残る２つのツイストローラ４５５、４５６が可動片４２０にて支持されている。
固定片４１０側の４つのツイストローラ４５１−４５４のうち２つのツイストローラ４５１、４５２は固定片４１０の上側面に設けられ、２つのツイストローラ４５３、４５４は固定片４１０の下側面に設けられている。
これら４つのツイストローラ４５１−４５４はネジピン４１３によって回転可能に固定片４１０に支持されている。このとき、図５を見てわかるように、固定片４１０のネジ穴４１４の軸が傾いている。図５は、固定片４１０を−Ｙ側からみた端面図である。

同じく、２つのツイストローラ４５５、４５６がネジピン４２１によって可動片４２０に支持されるが、可動片４２０のネジ穴４２２の軸が傾いている。
図６を参照されたい。
図６は、可動片４２０を＋Ｙ側からみた端面図である。
これにより、図７、図８に示すように、ツイストローラ４５１−４５６は、ドライブシャフト３１０に対して所定角度の傾斜を持つ。
図７は、ドライブシャフト３１０とツイストローラ４５１、４５２、４５５とだけを抜き出してドライブシャフト３１０の軸方向から見た図である。
図８は、ドライブシャフト３１０とツイストローラ４５１−４６５とだけを抜き出して側方視した図である。

なお、固定片４１０側のツイストローラ４５１−４５４と可動片４２０側のツイストローラ４５５、４５６とでは傾きの方向が反対になっている。
このツイストローラ４５１−４５６の傾斜がリードを生む。
回転軸が傾いたツイストローラ４５１−４５６とドライブシャフト３１０とが接触した状態でドライブシャフト３１０が回転すると、トラクションナット部４００がドライブシャフト３１０の軸方向に進退する。

開閉レバー４６０は、Ｘ軸方向に長手の部材であって、その先端部が固定片４１０の溝４１２に遊挿され、心棒４６１によって揺動可能に軸支されている。
なお、心棒４６１はＺ軸方向であり、したがって、開閉レバー４６０はＸＹ面内にあってＹ軸方向に揺動可能となっている。
開閉レバー４６０の先端には、押しピン４６２が突起している。押しピン４６２は、固定片４１０から可動片４２０の方向に突起している。可動片４２０はバネ４４０によって固定片４１０側に押されているので、通常、この押しピン４６２は可動片４２０によって固定片４１０側に押されている。

ここで、開閉レバー４６０の基端を＋Ｙ側に揺動させた際には、押しピン４６２は−Ｙ側に移動する。すなわち、開閉レバー４６０の揺動によって可動片４２０を固定片４１０から離間する側に押すことができる。可動片４２０が固定片４１０から離間すれば、それに伴ってツイストローラ４５１−４５６がドライブシャフト３１０から離間する。
図９を参照されたい。
この状態であれば、トラクションナット部４００とドライブシャフト３１０とは離れているわけであるから、トラクションナット部４００はフリーで移動可能となる。

ハンドル４７０は、図２または図４を見て判るように、Ｘ軸方向に長手を有する。そして、ハンドル４７０は固定片４１０に固定されている。ハンドル４７０は、その軸線に沿った溝条４７１を有する。この溝条４７１は、開閉レバー４６０を受け入れられる程度の幅を有する。

ハンドル４７０と開閉レバー４６０との位置関係としては、両者はほぼ平行であり、ユーザがハンドル４７０を握ろうとすれば自然と開閉レバー４６０も握り込んでしまうように配設されている。
ハンドル４７０とともに開閉レバー４６０が握り込まれた際には、開閉レバー４６０はハンドル４７０の溝条４７１に受け入れられるようになっている。
これにより、開閉レバー４６０の揺動が許容されるとともに、開閉レバー４６０とハンドル４７０とを同時に握り込み易くなっている。

つまり、ユーザがハンドル４７０を握ると開閉レバー４６０も合わせて握られる。このとき、開閉レバー４６０の押しピン４６２が可動片４２０を押す。すると、トラクションナット部４００はドライブシャフト３１０から離れてフリーになる。ユーザにとってみれば、特段意識しなくてもハンドル４７０を握れば自動的にトラクションナット部４００はフリーになっている。したがって、ハンドル４７０を持って昇降部材３とともに測定器本体５００をＺ軸方向に移動させればよい。

一方、ユーザがハンドル４７０を離すと、開閉レバー４６０もユーザの手から離れる。このとき、可動片４２０はバネ４４０の付勢力によって固定片４１０側に接近する。すると、ツイストローラ４５１−４５６がドライブシャフト３１０に接触し、トラクションナット部４００とドライブシャフト３１０との間に摩擦が働くようになる。したがって、ユーザがハンドル４７０から手を離せば、トラクションナット部４００の位置、すなわち、昇降部材３および測定器本体５００の高さ位置は固定される。

ツイストローラ４５１−４５６は、ドライブシャフト３１０に摩擦接触する摩擦接触部である。

ここで、ユーザがハンドル４７０と開閉レバー４６０とを合わせて握り、ツイストローラ４５１−４５６がドライブシャフト３１０から離間した状態を粗動可能状態と称することにする。
また、ユーザがハンドル４７０から手を離し（あるいは握力を緩め）、ツイストローラ４５１−４５６がドライブシャフト３１０に接触した状態を粗動不可状態と称することにする。

レバー位置検出器２５は、開閉レバー４６０の位置を検出し、開閉レバー４６０の位置に応じて検出信号を出力する。
これにより、レバー位置検出器２５からの出力信号は、トラクションナット部４００の状態が粗動可能状態なのか粗動不可状態なのかを示す信号となる。
図１０は、レバー位置検出器２５を例示する図である。
レバー位置検出器２５は、例えば、ハンドル４７０の溝条４７１に設けられたボタンスイッチ２５である。
ユーザがハンドル４７０と開閉レバー４６０とを合わせて握ると、開閉レバー４６０に押されてボタンスイッチ２５が押し下げられる。ユーザがハンドル４７０および開閉レバー４６０から手を離すと（あるいは握力を緩めると）、開閉レバー４６０が元の位置に戻り、ボタンスイッチ２５も復帰する。すなわち、ボタンスイッチ２５が押されているかどうかでトラクションナット部４００が粗動可能状態なのか粗動不可状態なのかが区別される。

なお、ボタンスイッチ２５は、開閉レバー４６０に設けられてもよい。

また、図１１は、レバー位置検出器の変形例である。
レバー位置検出器３５は、発光部３５ａと、受光部３５ｂと、遮蔽板３５ｃと、を備えている。
発光部３５ａと受光部３５ｂは、ハンドル４７０の溝条４７１に設けられ、フォトセンサを構成している。遮蔽板３５ｃは、開閉レバー４６０に設けられている。
ユーザがハンドル４７０と開閉レバー４６０とを合わせて握ると、発光部３５ａから受光部３５ｂに向かって出射された光が遮蔽板３５ｃによって遮られ、受光部３５ｂに入射しなくなる。ユーザがハンドル４７０および開閉レバー４６０から手を離すと、受光部３５ｂは発光部３５ａからの光を検知する。したがって、受光部３５ｂからの受光信号により、トラクションナット部４００が粗動可能状態なのか粗動不可状態なのか区別される。

本実施形態では、トラクションナット部４００が粗動可能状態になったとき、レバー位置検出器２５、３５からレバー操作を検知した旨のレバー操作信号が出力されるとする。

次に、測定器本体５００について説明する。
図１２は、測定器本体５００の内部構造を説明するための図である。
測定器本体５００は、触針ユニット５１０と、触針ユニット５１０を進退させる第１駆動部５３０と、第１駆動部５３０を進退させる第２駆動部５４０と、ワークＷの接近を検知するワーク検知センサ５６０と、を有する。

触針ユニット５１０は、いわゆる表面粗さ測定器（表面性状測定器）であって、その構造自体はよく知られたものであるが、図１３を参照して触針ユニット５１０の機構を簡単に説明しておく。図１３は、触針ユニット５１０の内部機構を説明するための図である。なお、図面を見やすくするため、断面を示すハッチングを省略した。
触針ユニット５１０は、内部に空間を有する触針ケース５１１と、触針ケース５１１内で揺動可能に設けられた触針レバー５１６と、変位検出部５２０と、を有する。触針ケース５１１は、略直方体の胴部５１２と、この胴部５１２の先端から突き出たノーズ部５１３と、有し、さらに、ノーズ部５１３の先端から触針レバー５１６が出ている。

触針レバー５１６は、その先端に下向きの触針５１７を有する。
触針レバー５１６は、胴部５１２からノーズ部５１３にかけて挿通され、ノーズ部５１３の先端から外部に出ている。触針レバー５１６は、その中間部において板ばね５１８によって胴部５１２の内部空間に取り付けられている。板ばね５１８は、触針レバー５１６の揺動支点となっているとともに、触針レバー５１６がほぼ水平で触針５１７が鉛直下方向を向いた状態でバランスが取れるように触針レバー５１６を弾性的に支持している。

変位検出部５２０は、胴部５１２の内部に配置されている。
変位検出部５２０は、フェライト板５２１と、インダクタンス検出器５２２と、を有する。
フェライト板５２１は、触針レバー５１６の後端上面に取り付けられている。胴部５１２の内部空間においてフェライト板５２１と対向する位置には、インダクタンス検出器５２２が取り付けられている。

測定時においてワークＷと触針５１７とが接触し、測定面の表面粗さによって触針５１７が上下動する。触針５１７が上下動すると、インダクタンス検出器５２２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５２２から出力される検出信号によりワークＷの表面粗さが測定される。
なお、触針５１７の上下動の可動範囲は数１００μｍ程度（プラスマイナス３００μｍ〜４００μｍ程度）である。

図１２に戻って、第１駆動部５３０と第２駆動部５４０とについて説明する。
第１駆動部５３０は、第１ケース５３１と、第１スライダ５３２と、第１ガイド部５３３と、第１動力機構部５３６と、を備える。

第１ケース５３１の内部に触針ケース５１１の後部が収容され、さらに、第１スライダ５３２と、第１ガイド部５３３と、第１動力機構部５３６と、が第１ケース５３１の内部に設けられている。
触針ケース５１１の後部は第１スライダ５３２に接続されており、触針ユニット５１０は第１スライダ５３２とともに進退する。
第１スライダ５３２は、その進退方向が第１ガイド部５３３でガイドされている。第１ガイド部５３３は、第１ガイドシャフト５３４を有し、第１スライダ５３２を平行移動可能に支持するものである。第１ガイドシャフト５３４は、第１スライダ５３２の上面に設けられた軸受５３５、５３５の孔に挿通されている。

なお、第１スライダ５３２と第１ガイドシャフト５３４との間にはエンコーダ等の変位測定器（不図示）が設けられ、第１スライダ５３２の変位を検出できるようになっている。

第１動力機構部５３６は、第１モータ５３７と、第１送りネジ５３８と、ねじ受けナット５３９と、で構成されている。
第１スライダ５３２の下端面には、第１送りネジ５３８に螺合するねじ受けナット５３９が設けられている。第１送りネジ５３８が第１ガイドシャフト５３４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５３９が螺合する第１送りネジ５３８の末端には第１モータ５３７が接続されている。第１モータ５３７が回転駆動することにより、第１スライダ５３２が第１送りネジ５３８によって前後に送られる。すなわち、触針ユニット５１０が前後（Ｘ軸方向）に進退することになる。

次に、第２駆動部５４０を説明する。
第２駆動部５４０は、第２ケース５４１と、第２スライダ５４２と、第２ガイド部５４３と、第２動力機構部５４４と、を有する。
第２スライダ５４２の下端に第１駆動部５３０の第１ケース５３１が接続されている。
第２スライダ５４２は、その進退方向が第２ガイド部５４３でガイドされている。
また、第２スライダ５４２は、Ｘ方向に設けられた第２動力機構部５４４としての第２送りネジ５４５に螺合している。
第２モータ５４６の回転動力が歯車５４７を介して第２送りネジ５４５に伝達されるようになっており、さらに、第２モータ５４６は、ロータリースイッチ５４８の回転操作によって操作できるようになっている。
なお、第２スライダ５４２の変位は、エンコーダ５４９によって検出される。

第２駆動部５４０によって第１駆動部５３０と触針ユニット５１０とを前後（Ｘ軸方向）に進退させ、触針５１７を測定開始点に位置させる。そして、第１駆動部５３０によって触針ユニット５１０を進退させる。
このときの触針５１７の変位からワークＷの表面粗さが検出される。

ワーク検知センサ５６０について説明する。
ワーク検知センサ５６０は、第１ケース５３１の前端に突設された支持フレーム５６１と、支持フレーム５６１の先端に取り付けられた近接センサ５６２と、を備える。
支持フレーム５６１は、直線状の棒状体である。支持フレーム５６１は、第１ケース５３１の前端に取り付けられ、触針ケース５１１と平行に延在している。
本実施形態においては、支持フレーム５６１は、触針ケース５１１の直上に位置するように設けられている。つまり、Ｚ軸に沿って上から見ると、支持フレーム５６１と触針ケース５１１とは重なっているように見える。支持フレーム５６１は、触針ケース５１１と平行に伸び、さらに、ノーズ部５１３、さらには、触針５１７よりも前方（＋Ｘ方向）に突き出ている。

近接センサ５６２は、支持フレーム５６１の先端において、その検知面を下方に向けて取り付けられている。
近接センサ５６２としては、検出距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の小型のセンサであればその種類は限定されない。
仮に近接センサ５６２と触針５１７とのギャップが１０ｍｍ〜１５ｍｍであるとして、近接センサ５６２は、ワークと触針５１７との距離が５ｍｍ〜２０ｍｍ以下という接近状態になったことを検知する。
本実施形態では、フォト近接センサを利用する。
ワークＷとの距離を検出するにあたり、ワークＷが非導電体や非磁性体である可能性も考慮するとフォト近接センサが好適である。

フォト近接センサ５６２は、発光部と受光部とを有し、発光部からの光を検出対象に向けて照射する。検出対象からの反射光を受光部で受光し、受光強度が所定のレベルを超えたら、検出対象の近接を知らせるワーク検知信号を出力する。したがって、触針５１７が実際にワークＷに接触する前に、フォト近接センサ５６２によってワークＷの接近を検知することができる。

次に、保護装置６００について説明する。
保護装置６００のシステムブロック図を図１４に示す。
保護装置６００は、触針５１７（触針レバー５１６）がワークＷに衝突して破損するのを防止するための機構であり、すなわち、触針保護装置である。
保護装置６００は、ワーク検知センサ５６０と、レバー位置検出器２５と、ブレーキ装置６１０と、中央制御部６２０と、によって構成されている。
ワーク検知センサ５６０、レバー位置検出器２５およびブレーキ装置６１０については、既に説明した。

中央制御部６２０は、ワーク検知センサ５６０、レバー位置検出器２５およびブレーキ装置６１０の動作を統合的に制御するものである。
中央制御部６２０による制御動作を説明する。
図１５は、中央制御部６２０による処理手順を示すフローチャートである。
中央制御部６２０は、電源オンでシステムが起動したら、レバー位置検出器２５を監視（モニター）する（ＳＴ１２０）。開閉レバー４６０が操作されず、レバー位置検出器２５からレバー操作信号が出力されていなければ（ＳＴ１２０：ＮＯ）、中央制御部６２０はただ待機して監視を続ける。なお、ユーザが開閉レバー４６０を操作していないときは（ＳＴ１２０：ＮＯ）、ワーク検知センサ５６０もブレーキ装置６１０もオフ（ＳＴ１２１、ＳＴ１２２）のままである。

ユーザがワークＷの測定を行う場面を考える。
ユーザは、ワークＷを基台１上にセットし、続いて、触針５１７がワークに接触するように測定器本体５００を下げる。つまり、ワークＷと測定器本体５００とを近づける。測定器本体５００をワークＷに向けて下ろすにあたって、ユーザは、ハンドル４７０と開閉レバー４６０とを握り込んでトラクションナット部４００を粗動可能状態にする。ユーザがハンドル４７０と開閉レバー４６０とを握り込んだとき、この操作はレバー位置検出器２５で検知され、レバー位置検出器２５からレバー操作信号が出力される。
中央制御部６２０は、レバー操作信号により、開閉レバー４６０がユーザによって操作中であることを検知する（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）。

中央制御部６２０は、開閉レバー４６０が操作されていることを検知すると（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）、ワーク検知センサ５６０をオンにする（ＳＴ１３０）。具体的には、フォト近接センサ５６２をオンにする（ＳＴ１３０）。そして、中央制御部６２０は、レバー位置検出器２５に加えて、ワーク検知センサ５６０も監視する（ＳＴ１２０、ＳＴ１４０）。
ユーザはハンドル４７０を握って測定器本体５００を下げていくが、ワークＷがワーク検知センサ５６０の検出距離に入ってこなければ、ワーク検知センサ５６０からワーク検知信号が出力されない（ＳＴ１４０：ＮＯ）。
この場合、フローの先頭に戻り、開閉レバー４６０が操作されている間（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）、ＳＴ１１０〜ＳＴ１４０をループすることになる。

ワークＷがワーク検知センサ５６０の検出距離に入ってくる前に、ユーザが自分の判断で測定器本体５００の降下を停止させることもある。そして、ユーザが開閉レバー４６０から手を離すと、レバー位置検出器２５からのレバー操作信号がオフになる（ＳＴ１２０：ＮＯ）。すると、中央制御部６２０は、ワーク検知センサ５６０をオフにして（ＳＴ１２１）、レバー位置検出器２５の監視に戻る。ユーザは、ハンドル４７０による測定器本体５００の降下を停止したあと、つまみ部３１１を操作してドライブシャフト３１０を回し、徐々に測定器本体５００をワーク表面に近づけ、触針５１７がワークＷに接触するようにする。このような場合、ブレーキ装置６１０が作動することはない。

さて、ユーザが測定器本体５００をワークに近づけるにあたって、力が入りすぎて勢いがつきすぎてしまうことがある。
この場合を考える。
ユーザがハンドル４７０と開閉レバー４６０を握ると、レバー位置検出器２５からレバー操作信号が出力される（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）。中央制御部６２０は、ワーク検知センサ５６０をオンにする（ＳＴ１３０）。
ユーザの手に力が入りすぎ、測定器本体５００の降下速度が速すぎると、測定器本体５００がワークに瞬時にして接近してしまう。操作性の良さは送り機構部３００のすぐれた利点でもあるが、勢いがつきすぎた測定器本体５００の降下を急停止させるのは難しい。

ここで、本実施形態では、測定器本体５００がワークＷに急激に接近しすぎるような場合、ワーク検知センサ５６０からワーク検知信号が出力される。すなわち、ユーザが開閉レバー４６０を操作中であり（ＳＴ１２０：ＹＥＳ）、かつ、ワーク検知センサ５６０の検出距離にワークが入ってきた場合、ワーク検知センサ５６０からワーク検知信号が出力される（ＳＴ１４０：ＹＥＳ）。中央制御部６２０は、ワーク検知センサ５６０からのワーク検知信号を受けると（ＳＴ１４０：ＹＥＳ）、ブレーキ装置６１０を作動させる（ＳＴ１５０）。すると、ブレーキ装置６１０のブレーキ力によって測定器本体５００の移動が止められる。

ワーク検知センサ５６０の検出距離は２０ｍｍ〜３０ｍｍである。仮にフォト近接センサ５６２と触針５１７との間に１０ｍｍ〜１５ｍｍの間隔があるとしても、ワーク検知センサ５６０がワークＷを検知してから触針５１７がワークＷに衝突するまでに５ｍｍ〜２０ｍｍの余裕がある。したがって、ブレーキ装置６１０のブレーキ力によって触針５１７がワークＷに衝突する前に測定器本体５００の移動が止まり、触針５１７が破損するといった事故は防止される。

ブレーキ装置６１０を作動させたあと（ＳＴ１５０）、中央制御部６２０は、開閉レバー４６０が操作されかつワーク検知センサ５６０でワークが検出される限りは（ＳＴ１２０、ＳＴ１４０：ＹＥＳ）、ブレーキ装置６１０のオンを継続する（ＳＴ１５０）。
ユーザが開閉レバー４６０から手を離し、レバー位置検出器２５からのレバー操作信号がなくなったら（ＳＴ１２０：ＮＯ）、中央制御部６２０は、ワーク検知センサ５６０もブレーキ装置６１０もオフにし（ＳＴ１２１、ＳＴ１２２）、レバー位置検出器２５の監視（ＳＴ１２０）に戻る。
このあと、ユーザは、前述と同じように、ドライブシャフト３１０を回して徐々に測定器本体５００をワーク表面に近づける。このとき、ブレーキ装置６１０はすでにオフ（解除）になっているから、測定器本体５００を移動させるのに支障はない。

このような構成を有する本実施形態によれば次のような効果を奏する。
（１）本実施形態ではブレーキ装置６１０が設けられているので、ユーザのハンドル操作に力が入りすぎて測定器本体５００が急激に降下したとしても、触針５１７とワークＷとが接触する前に測定器本体５００の移動が止まる。したがってワークＷとの接触で触針５１７が破損するような事故は未然に回避される。

（２）本実施形態では触針５１７が接触する前にワークＷの接近を検知するワーク検知センサ５６０を設けている。これにより、触針レバー５１６のストロークが極めて短いような表面粗さ測定器（表面性状測定器）を送り機構部３００と組み合わせることができることとなった。
例えば、スタイラスのストロークが数１０ｍｍあれば、スタイラスの変位に基づいてワークＷを検知してからブレーキ装置を作動させてもオーバーストロークになる前に測定器本体５００の移動を止めることが可能である。したがって、この場合、測定器がもともと持っているスタイラスの他にワーク検知センサを付加する必要はない。

しかし、本実施形態が想定しているような表面粗さ測定器にあっては、ワークＷと触針５１７との接触に気づいてからではブレーキが間に合わない。
もし、ワーク検知センサ５６０が無いとすれば、本実施形態の送り機構部３００のように素早い位置調整を可能にする粗動機構は測定器の破損につながるおそれがある。従来のように常時送りねじによる微動だけに制限するしかない。人力で送りねじを回すのは大変であるので、モータで送りねじを回転駆動させることはできるが、高価になってしまう。
この点、本実施形態では、ワーク検知センサ５６０を別途に付加したことにより、表面粗さ測定器のような高精密な測定器を送り機構部３００に取り付けることができるようになった。
これにより操作の利便性、低価格、さらに高精度測定というメリットをユーザに提供できる画期的な製品となる。

（３）本実施形態では、開閉レバー４６０が操作されている間だけ、ワーク検知センサ５６０をオンにし、それ以外のときはワーク検知センサ５６０をオフにしている。
ワーク検知センサ５６０は、触針５１７に近い位置に配置されている。本実施形態のようにフォト近接センサ５６２を用いると、光源が熱を発することになる。数マイクロメータオーダーの表面粗さを検出対象としているのであるから、測定環境温度の管理上、熱源が触針５１７やワークＷの近辺に常に存在しているのは好ましいことではない。
この点、本実施形態では、ユーザがハンドル４７０を操作するほんの短い間だけワーク検知センサ５６０がオンになるのであり、測定中はもちろんワーク検知センサ５６０はオフになるようにしている。
これにより、ワーク検知センサ５６０の付加が測定に影響せず、保護機能と測定精度とを両立させることができる。

（４）本実施形態では、ワーク検知センサ５６０は触針ケース５１１の直上にある。これは、ワーク検知センサ５６０が測定の邪魔にならないようにするための配置である。
触針５１７とワークＷとの距離を検出する場合、触針５１７とワーク検知センサ５６０との高さが同じになっていた方が好都合とも思える。しかしながら、表面測定としては、例えば図１６に例示するように、細溝の底面を測定対象とすることがある。
このような場合、触針ケース５１１の真横に、ワーク検知センサ５６０があると測定の邪魔である。
したがって、本実施形態では、触針ケース５１１の直上にワーク検知センサ５６０を配置することとした。

（変形例１）
第１実施形態の変形例を図１７に示す。
第１実施形態では、ワーク検知センサ５６０の支持フレーム５６１を第１ケース５３１の前端に取りつけて、触針ケース５１１と平行に延在させていた。
変形例１としては、支持部材５６４をスキッド５１４の前端に取りつけて、この支持部材５６４に近接センサ５６２を取りつけるようにしてもよい。
図１７においては、ノーズ部５１３の先端にスキッド５１４が設けられている。スキッド５１４は、その内部にＬ字型に屈曲した貫通孔５１５を有し、この貫通孔５１５はノーズ部５１３内の空洞に連続している。触針レバー５１６は、胴部５１２からノーズ部５１３にかけて挿通され、先端の触針５１７がスキッド５１４の下端開口から外部に臨むように配設されている。

スキッド５１４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となる。詳しい説明は省略するが、スキッド５１４の下面が測定面の凹凸やうねりによって上下するときの触針ユニット５１０の上下動（揺動量）を検出し、さらに、スキッド５１４の下面を基準とした触針５１７の変位を検出する。スキッド５１４の変位と触針５１７の変位とを合成することで測定面の表面性状が検出される。この変形例１のようにスキッド付きの触針ユニット５１０の場合、スキッド５１４を介して近接センサ５６２を設けることにより、長い支持フレーム５６１が不要になる。なお、スキッド付きの触針ユニットの場合に、第1の実施形態のように長い支持フレーム５６１を用いて近接センサ５６２を設けることを除外するものではない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を説明する。
図１８は、第２実施形態を示す図である。
第２実施形態においては、ワーク検知センサ５７０が円弧運動するワーク検出棒５７１である点に特徴を有する。
ワーク検知センサ５７０は、第１ケース５３１の側面に軸支（５７３）されたワーク検出棒５７１と、ワーク検出棒５７１の回転を検出する回転センサ（変位検出センサ）５７４と、を備える。

ワーク検出棒５７１の先端には接触子５７２が設けられている。
また、ワーク検出棒５７１の先端がちょうど触針５１７の真横を通る程度にワーク検出棒５７１の長さが設計されている。そして、ワーク検出棒５７１に外力がかかっていないときは、図１８に示すように、ワーク検出棒５７１の先端が触針５１７よりも下方に位置する。

たとえば、ワーク検出棒５７１の先端は、触針５１７よりも１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度下に下がっているようにするとよい。揺動軸５７３をワーク検出棒５７１の基端寄りに設けることで、先端が自重によって自然に下がるようにしてもよい。
あるいは、揺動軸５７３にバネを仕込んでおいて、ワーク検出棒５７１の先端が下がるように付勢してもよい。

回転センサ５７４は、ワーク検出棒５７１の回転運動を検出し、ワーク検知信号を中央制御部６２０に出力する。
このような構成によれば、測定器本体５００を降下させていってワークＷと触針５１７とが接近したとき、触針５１７よりも前にワーク検出棒５７１がワークＷに接触する。そして、測定器本体５００がさらにワークＷに近づくと、ワーク検出棒５７１の先端がワークＷに押し上げられて、ワーク検出棒５７１が回転する。この回転運動を回転センサ５７４で検知し、中央制御部６２０にワーク検知信号を発するようにする。中央制御部６２０は、ワーク検知信号を受けてブレーキ装置６１０を作動させる。
これにより、触針５１７がワークＷに接触する前にブレーキをかけて、測定器本体５００の移動を止めることができる。

（変形例２）
さらに第２実施形態の変形例を図１９に示す。
第２実施形態においては、ワーク検出棒５７１は円弧運動するように軸支していた。
これに対し、変形例２に示すように、ワーク検出棒５７５が略水平を保ったままで上下動するようになっていてもよい。すなわち、ワーク検出棒５７５を第１ケース５３１の側面に軸支するのではなく、上下動するようにガイド部材５７６でガイドしておく。この場合、ワーク検出棒５７５の変位を検知するセンサとしてリニアエンコーダ（変位検出センサ）を用いてもよい。
もちろんリニアエンコーダに代えて、ワーク検出棒５７５が触針５１７の下１０ｍｍ〜３０ｍｍを通過したときに信号を出力するようなセンサを使用してもよい。

（変形例３）
ブレーキ装置６１０のブレーキ力を可変制御できる場合、触針５１７とワークＷとの距離に応じてブレーキ力を変化させてもよい。
ワークＷとの距離が近づくほどワーク検知センサ５６０、５７０の信号レベルが高くなるようにしておく。そして、ワーク検知センサ５６０、５７０の信号レベルの高さに応じてブレーキ装置６１０のブレーキ力が強くなるようにする。
この構成によれば、ブレーキが徐々にかかるのでユーザの手に突然強い力がかからず、自然で使いやすい。

（変形例４）
ブレーキ解除スイッチ（不図示）を設けておくとよい。ブレーキ解除スイッチが押されている間はブレーキ装置６１０の作動を無効にする。
１つのワークＷの測定が終了して、次のワークＷに段取り替えする際、送り機構部３００の粗動動作で測定器本体５００を素早く持ち上げたい。しかし、測定器本体５００がワークＷに接近した状態でユーザがハンドル４７０を握ると、ブレーキ装置６１０が作動してしまう。
したがって、ある程度の距離まではドライブシャフト３１０を回して測定器本体５００とワークＷとを引き離し、それからハンドル４７０を握って測定器本体５００を持ち上げることになる。
これは、万が一の事故を回避する上で意味のあることであるが、熟練のユーザや急いでいるような場合には不便にも感じられる。
そこで、ブレーキ解除スイッチを設けておいて素早い段取り替えを可能にしてもよい。ブレーキ解除スイッチは、ハンドル４７０あるいはハンドル４７０の近辺で、意図的に親指を伸ばせば押せるような位置にあるとよい。

あるいは、ブレーキ装置６１０の構造として、測定器本体５００の降下に対してはブレーキが働くが、測定器本体５００が上昇する分にはブレーキが掛からないような方向性をもったブレーキとしてもよい。

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。

１…基台、２…支柱、３…昇降部材、４…揺動部材、
２５、３５…レバー位置検出器、３５ａ…発光部、３５ｂ…受光部、３５ｃ…遮蔽板、
１００…形状測定機、
３００…送り機構部、３１０…ドライブシャフト、３１１…つまみ部、
４００…トラクションナット部、４１０…固定片、４１１…ブラケット、４１２…溝、４１３…ネジピン、４１４…ネジ穴、４２０…可動片、４２１…ネジピン、４２２…ネジ穴、４３０…ヒンジ片、４４０…バネ、４４１…ネジ、
４５１−４５６…ツイストローラ、４６０…開閉レバー、４６１…心棒、４６２…ピン、４７０…ハンドル、４７１…溝条、
５００…測定器本体、
５１０…触針ユニット、５１１…触針ケース、５１２…胴部、５１３…ノーズ部、５１４…スキッド、５１５…貫通孔、５１６…触針レバー、５１７…触針、５２０…変位検出部、５２１…フェライト板、５２２…インダクタンス検出器、
５３０…第１駆動部、５３１…第１ケース、５３２…第１スライダ、５３３…第１ガイド部、５３４…第１ガイドシャフト、５３５…軸受、５３６…第１動力機構部、５３７…第１モータ、５３８…第１送りネジ、５３９…ねじ受けナット、
５４０…第２駆動部、５４１…第２ケース、５４２…第２スライダ、５４３…第２ガイド部、５４４…第２動力機構部、５４５…第２送りネジ、５４６…第２モータ、５４７…歯車、５４８…ロータリースイッチ、５４９…エンコーダ、
５６０…ワーク検知センサ、５６１…支持フレーム、５６２…近接センサ、５６４…支持部材、
５７０…ワーク検知センサ、５７１…ワーク検出棒、５７２…接触子、５７３…揺動軸、５７４…回転センサ、５７５…ワーク検出棒、５７６…ガイド部材、
６００…保護装置、６１０…ブレーキ装置、６２０…中央制御部。

Claims (6)

1. 基台に立設されたドライブシャフトと、
   被測定物の表面を倣い移動する触針を有し、前記ドライブシャフトに沿って上下動可能に設けられた測定器本体と、
   前記測定器本体と前記ドライブシャフトとの間に介在配置され、前記ドライブシャフトに摩擦接触する摩擦接触状態と前記ドライブシャフトから離間する離間状態とを切り替え可能であるトラクションナット部と、を備える形状測定機であって、
   さらに、前記触針が被測定物に衝突するのを防止する保護装置を有し、
   前記保護装置は、
   前記被測定物と前記触針との距離が所定距離以下となる接近状態になったことを検知するワーク検知センサと、
   前記測定器本体の下降を止めるブレーキ装置と、を備える
   ことを特徴とする形状測定機。
2. 請求項１に記載の形状測定機において、
   前記ワーク検知センサは、
   前記測定器本体の筐体に突設され、その先端が前記触針の近傍に位置する支持フレームと、
   前記支持フレームの前記先端において下向きに検知面を向けて配設された近接センサと、を備える
   ことを特徴とする形状測定機。
3. 請求項２に記載の形状測定機において、
   前記支持フレームは、前記触針の直上に延在している
   ことを特徴とする形状測定機。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の形状測定機において、
   前記トラクションナット部の前記摩擦接触状態と前記離間状態とを切り替え操作するための開閉レバーを備え、
   前記ワーク検知センサは、
   前記開閉レバーが前記トラクションナット部を前記離間状態にする位置にある場合のみ、前記近接センサをオンにする
   ことを特徴とする形状測定機。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の形状測定機において、
   前記開閉レバーが前記トラクションナット部を前記離間状態にする位置にあることを検出するレバー位置検出器を備える
   ことを特徴とする形状測定機。
6. 請求項１に記載の形状測定機において、
   前記ワーク検知センサは、
   前記測定器本体の側方において揺動可能または上下動可能に設けられ、その先端が前記触針よりも下方に位置するワーク検出棒と、
   前記ワーク検出棒の変位を検出する変位検出センサと、を備える
   ことを特徴とする形状測定機。