JP2021032688A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スキッド測定を行う場合にも、粗さ検出器のゼロ点を調整することが可能な形状測定装置を提供する。【解決手段】 形状測定装置（１０）は、測定子（２０）が着脱自在に取付可能な取付部（４４）と、測定子の変位を読み取る変位読取部（５６）とを備える変位検出器（１８）と、被測定物に対する変位検出器の高さを調整する高さ調整部（１６Ｚ）と、アームと、アームに取り付けられた触針とを備え、変位検出器の取付部に着脱自在に取付可能な粗さ検出器（１００）と、粗さ検出器に固定されたスキッド（１０８Ａ）と、制御装置（２００）とを備え、変位読取部は、スキッドが被測定物の表面に接触した状態を維持しながら被測定物の表面粗さの測定を行うスキッド測定を行う場合に、スキッドが被測定物の表面に接触したか否かを検出し、制御装置は、変位読取部からの検出信号に基づいて、変位検出器の高さを調整することにより、粗さ検出器の被測定物に対する姿勢を制御する。【選択図】図１０

Description

本発明は形状測定装置に係り、被測定物（ワーク）の表面の粗さを測定するための形状測定装置に関する。

形状測定装置は、触針を先端に有する検出器を有し、被測定物の表面に触針を接触させながら移動させたときの触針の変位量を、演算処理装置を用いて読み取ることにより、被測定物の表面粗さ、うねり、形状等の表面性状を測定する。

形状測定装置としては、スキッドと呼ばれるブロックを検出器に固定して測定を行うスキッド測定（スキッド付き測定ともいう。）と、スキッドを検出器から取り外して測定を行うスキッドレス測定とを切り替えて行うものがある。例えば、特許文献１には、表面性状測定用の触針と、検出器から着脱可能なスキッドとを先端に有する検出器（粗さ検出器ともいう。）を有する表面性状測定機が開示されている。特許文献１に記載の表面性状測定機では、スキッドを検出器から着脱可能にすることにより、スキッド測定とスキッドレス測定とを切り替えて行うことが可能となっている。

特開２００１−１３３２４７号公報

スキッドレス測定では、触針がワークに接触したことを検出すると、粗さ検出器の触針のゼロ点（例えば、触針のストロークの中心となる点）の設定のためのオートストップ（自動ゼロレベル調整）動作が行われる。オートストップ動作では、粗さ検出器が取り付けられたコラムとワークの相対位置（高さ）が調整されて、粗さ検出器の高さと触針のゼロ点との関係が調整される（一致させる）。このオートストップ動作により、ゼロ点における触針のワークに対する角度を略垂直にする。これにより、ワークの表面粗さを測定するときに、触針のワークに対する角度の変化を小さく（略垂直に）することができるので、測定精度を確保することが可能になる。

しかしながら、従来の形状測定装置（粗さ検出器）は、スキッドがワークに接触したかどうかを判定する機能を備えていないため、粗さ検出器の触針のゼロ点を調整するためのオートストップ動作を行うことができなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スキッド測定を行う場合にも、粗さ検出器のゼロ点を調整することが可能な形状測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る形状測定装置は、被測定物の輪郭形状を測定するための測定子が着脱自在に取付可能な取付部と、測定子の変位を読み取る変位読取部とを備える変位検出器と、被測定物に対する変位検出器の高さを調整する高さ調整部と、被測定物の表面粗さを測定するための粗さ検出器であって、アームと、アームに取り付けられた触針とを備え、変位検出器の取付部に着脱自在に取付可能な粗さ検出器と、粗さ検出器に固定されたスキッドと、高さ調整部を制御して、変位検出器の高さを調整する制御装置とを備え、変位読取部は、スキッドが被測定物の表面に接触した状態を維持しながら被測定物の表面粗さの測定を行うスキッド測定を行う場合に、スキッドが被測定物の表面に接触したか否かを検出し、制御装置は、変位読取部からの検出信号に基づいて、変位検出器の高さを調整することにより、粗さ検出器の被測定物に対する姿勢を制御する。

第１の態様によれば、スキッド測定時においても粗さ検出器の触針のゼロ点を調整するためのオートストップ動作を行うことができる。

本発明の第２の態様に係る形状測定装置は、第１の態様において、変位検出器は、取付部の可動域を一定の範囲に規制する規制手段をさらに備え、制御装置は、スキッドを被測定物に接触させずに被測定物の表面粗さの測定を行うスキッドレス測定を行う場合に、規制手段を制御して、スキッドが被測定物に非接触となるように粗さ検出器の可動域を規制する。

本発明によれば、スキッド測定時においても粗さ検出器の触針のゼロ点を調整するためのオートストップ動作を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す外観斜視図である。 図２は、変位検出器に粗さ検出器を取り付けた状態を示す斜視図である。 図３は、変位検出器に粗さ検出器を取り付ける場合の係合部材を拡大して示す分解斜視図である。 図４は、スキッド測定時における変位検出器を示す側面図である。 図５は、スキッドレス測定時における変位検出器を示す側面図である。 図６は、粗さ検出器を示す一部断面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。 図８は、スキッドレス測定時におけるオートストップ動作を説明するための図である。 図９は、スキッド測定時におけるオートストップ動作を説明するための図である。 図１０は、スキッド測定時におけるオートストップ動作を説明するための図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る形状測定装置の実施の形態について説明する。

［形状測定装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す外観斜視図である。以下の説明では、ＸＹ平面を水平面とし、Ｚ方向を鉛直方向とする３次元直交座標系を用いて説明する。

図１に示すように、形状測定装置１０は、定盤１２、コラム１４、Ｘ軸駆動部１６Ｘ、変位検出器１８、測定子２０、入力装置２２及び表示装置２４を備えている。

形状測定装置１０は、変位検出器１８に取り付けられた輪郭形状の測定用の測定子２０を粗さ検出器１００と交換して取付可能となっており、被測定物（ワーク）の輪郭形状の測定と、ワーク表面の粗さの測定とを行うことが可能である。ここで、輪郭形状の測定は、ワーク表面における比較的長い周期の変位を検出するものであり、表面粗さの測定は、ワーク表面におけるより短い周期の変位を検出するものである。輪郭形状の測定における測定分解能は一例で０．０１μｍオーダーであるのに対して、表面粗さの測定における測定分解能は一例で０．１ｎｍ〜１０ｎｍオーダーである。

定盤１２は、その上面が略水平となるように配置されている。定盤１２の上面には、測定対象のワークが載置される。

コラム１４は、定盤１２の上面に略垂直に立設されている。コラム１４には、Ｘ軸駆動部１６Ｘが取り付けられている。コラム１４には、Ｘ軸駆動部１６Ｘを移動させるためのＺ軸駆動部（図１では省略。図７の符号１６Ｚ）が設けられており、Ｘ軸駆動部１６Ｘは、このＺ軸駆動部１６Ｚにより、コラム１４に沿って±Ｚ方向に移動可能となっている。ここで、Ｚ軸駆動部１６Ｚは、高さ調整部として機能する。

Ｘ軸駆動部１６Ｘの下側（−Ｚ側）には変位検出器１８が取り付けられている。Ｘ軸駆動部１６Ｘは、変位検出器１８を±Ｘ方向に移動可能に保持する。

また、本実施形態に係る形状測定装置１０は、定盤１２とコラム１４とを±Ｙ方向に相対移動させるＹ軸駆動部（不図示）を備えていてもよい。

Ｘ軸駆動部１６Ｘ、Ｙ軸駆動部及びＺ軸駆動部１６Ｚとしては、例えば、ボールねじと、このボールねじに螺合されたナット部材と、ボールねじを回転させるモーターとを有する送りねじ機構を用いることができる。なお、Ｘ軸駆動部１６Ｘ、Ｙ軸駆動部及びＺ軸駆動部１６Ｚとしては、送りねじ機構以外の機構（例えば、モーターの回転力を往復直線運動に変換するための機構、ラック・アンド・ピニオン機構等）を用いてもよい。

変位検出器１８は、ハウジング５０と、取付部４４とを有している（図２等参照）。ハウジング５０は、Ｘ方向に伸びる略直方体状であり、検出制御部（図７の符号５４）及び測定子２０の変位を読み取るための変位読取部（図７の符号５６）等を内蔵している。ハウジング５０の上面には、嵌合部材５０Ａが設けられている。変位検出器１８は、嵌合部材５０Ａを、Ｘ軸駆動部１６Ｘの下面に形成されたアリ溝（不図示）と嵌合することにより、Ｘ軸駆動部１６Ｘに固定される。

取付部４４は、ハウジング５０の−Ｘ側の側面から突出している。取付部４４は、回転軸（不図示）を支点として上下方向（±Ｚ方向）に揺動可能となっている。取付部４４には、輪郭形状測定用の測定子２０又は粗さ検出器（図２等の符号１００）が取り付けられる。

図１に示す例では、変位検出器１８の取付部４４には、輪郭形状測定用の測定子２０が取り付けられている。測定子２０は、測定子アーム３０と、測定子アーム３０の先端側に取り付けられた触針３２とを含んでいる。触針３２は、測定子アーム３０の長さ方向に対して略垂直に設けられる。

変位検出器１８に測定子２０を取り付けた場合には、形状測定装置１０は、ワークの輪郭形状の測定を行うことが可能になる。一方、測定子２０に代えて、変位検出器１８に粗さ検出器１００を取り付けた場合には、形状測定装置１０は、ワーク表面の粗さの測定を行うことが可能になる。

入力装置２２は、オペレータからの操作入力を受け付けるための装置であり、例えば、キーボード、マウス等を備えている。入力装置２２は、オペレータからの操作入力に応じた制御信号を制御装置（図７の符号２００）に入力する。なお、入力装置２２としては、例えば、表示装置２４の表示画面にタッチパネルを設けてもよい。

表示装置２４は、測定結果等を表示するための装置であり、例えば、液晶モニタ等である。

［粗さ検出器］
次に、本実施形態に係る粗さ検出器について説明する。図２は、変位検出器に粗さ検出器を取り付けた状態を示す斜視図である。

図２に示すように、粗さ検出器１００は、変位検出器１８の取付部４４に着脱自在に取り付けられる。取付部４４は、Ｙ軸に平行な軸（図４等の回転軸４２）の周りに回動可能となっており、粗さ検出器１００は、ＺＸ平面に沿ってＺ１方向（図４等参照）に移動可能となっている。

図２に示すように、粗さ検出器１００は、アーム１０２と、触針１０４と、検出器本体１０６と、ノーズピース１０８とを含んでいる。

アーム１０２は、略棒状の部材であり、粗さ検出器１００が変位検出器１８の取付部４４に取り付けられたときにＸ軸に対して略平行になるように配置される。

アーム１０２の先端には、触針１０４が取り付けられる。触針１０４は、アーム１０２に対して略直角に図中下方（−Ｚ方向）に向けて取り付けられている。触針１０４は、粗さ測定を行うときにワークの表面に当接され、ワークの表面の粗さに倣って上下方向（以下、Ｚ１方向という。）に移動可能となっている。

検出器本体１０６は、触針１０４の変位（Ｚ１方向の変位）を検出するための変位センサ（図６の符号１２０）を含んでいる。

ノーズピース１０８は、略棒状の部材であり、アーム１０２と略平行に取り付けられる。ノーズピース１０８の基端部は、例えば、ボルト等を用いて検出器本体１０６に固定される。

ノーズピース１０８の先端部は、図中下方（−Ｚ側方向）に伸びており、スキッド１０８Ａが形成されている。スキッド１０８Ａは、触針１０４の前方（−Ｘ側）を覆うように配置される。スキッド１０８Ａの接触面１０８Ｂ（図６における下面、−Ｚ側の端面）は、例えば、平面、円筒面又は球面状に形成されており、鏡面仕上げされていてもよい。スキッド測定時には、スキッド１０８Ａの接触面１０８Ｂがワークの表面に接触した状態を維持しながら表面粗さの測定を行う。一方、スキッドレス測定時には、ノーズピース１０８を検出器本体１０６から取り外して表面粗さの測定を行う。なお、本実施形態では、ノーズピース１０８を検出器本体１０６から着脱可能としたが、スキッド測定用とスキッドレス測定用の粗さ検出器を別々に設けてもよい。

なお、触針１０４及びスキッド１０８Ａの材料は、測定対象のワークの種類に応じて選択可能である。また、図２に示す例では、スキッド１０８Ａは、触針１０４の前方（−Ｘ側）に配置されているが、後方（＋Ｘ側）に配置されていてもよい。

なお、本実施形態では、スキッドレス測定時にノーズピース１０８を検出器本体１０６から取り外すようにしたが、ノーズピース１０８を取り付けたままで、スキッドレス測定を行うことも可能である。例えば、形状測定装置１０は、スキッド測定を行う場合とスキッドレス測定を行う場合との間で、触針１０４の先端部が移動する範囲として設定される触針１０４のストローク（使用域）を変更する。具体的には、スキッドレス測定を行う場合、触針１０４のストロークを、スキッド１０８Ａの接触面よりも下方側に設定し、スキッド１０８ＡとワークＷの表面とが非接触となる状態を維持可能とする。一方、スキッド測定を行う場合、触針１０４のストロークをスキッド１０８Ａの接触面の近傍に設定する。そして、スキッドレス測定及びスキッド測定を行うときには、制御装置２００は、それぞれについて設定したストロークの範囲内の測定値のみを測定対象として記録する。これにより、ノーズピース１０８を検出器本体１０６から取り外すことなく、スキッド測定とスキッドレス測定とを切り替えることが可能となる。

次に、粗さ検出器１００が取り付けられる取付部について、図３を参照して説明する。図３は、変位検出器に粗さ検出器を取り付ける場合の係合部材を拡大して示す分解斜視図である。

図３に示すように、粗さ検出器１００の検出器本体１０６の基端側には、粗さ検出器側係合部材１６０が設けられている。また、変位検出器１８の取付部４４の先端側には、変位検出器側係合部材８０が設けられている。粗さ検出器側係合部材１６０の係合面１６２と変位検出器側係合部材８０の係合面８２には、それぞれ着磁部材１６８及び磁石９０が取り付けられている。係合面１６２と係合面８２とは、この着磁部材１６８及び磁石９０からなるマグネットキャッチにより着脱自在に吸着される。これにより、変位検出器１８に粗さ検出器１００が取り付けられる。

粗さ検出器側係合部材１６０及び変位検出器側係合部材８０は、例えば、金属製であり、略直方体状である。図３に示す例では、変位検出器側係合部材８０は、粗さ検出器側係合部材１６０と比較して、Ｙ方向の厚みが薄くなっている。粗さ検出器側係合部材１６０及び変位検出器側係合部材８０は、着磁部材１６８と磁石９０の吸着を阻害しないよう非磁性体であることが好ましい。

粗さ検出器側係合部材１６０の係合面１６２には、第１溝１６４及び第２溝１６６が形成されている。第１溝１６４は、粗さ検出器１００のアーム１０２の軸方向に平行に伸びる直線状の溝である。第２溝１６６は、粗さ検出器１００のアーム１０２の軸方向に直交する方向、すなわち、第１溝１６４に直交する方向に伸びる直線状の溝である。第１溝１６４及び第２溝１６６の断面形状は、例えば、略Ｖ字状である。第１溝１６４は、粗さ検出器１００のアーム１０２に平行（換言すれば、触針１０４がワークの表面に接触したときの垂直抗力の向きに略垂直な方向）に形成される。

なお、図３では、第１溝１６４と第２溝１６６とが交差しているが、第１溝１６４と第２溝１６６とは交差していなくてもよい。

変位検出器側係合部材８０の係合面８２には、第１位置決めピン８４、第２位置決めピン８６及び第３位置決めピン８８が取り付けられている。第１位置決めピン８４、第２位置決めピン８６及び第３位置決めピン８８は、それぞれ略球状、円錐状又は円錐台状である。第１位置決めピン８４及び第２位置決めピン８６と第１溝１６４とは、係合面１６２と係合面８２とを対向させた場合に、互いに対向するように配置されている。また、第３位置決めピン８８と第２溝１６６とは、係合面１６２と係合面８２とを対向させた場合に、互いに対向するように配置されている。

着磁部材１６８は、係合面１６２において、第２溝１６６に対して略線対称の位置に１つずつ取り付けられている。着磁部材１６８は、後述する磁石９０に吸着される磁性体であれば、その素材については限定されない。

磁石９０は、係合面８２に２つ取り付けられている。磁石９０は、係合面１６２と係合面８２とを対向させた場合に、係合面１６２に取り付けられた２つの着磁部材１６８とそれぞれ対向するように配置されている。

図３に示す例では、着磁部材１６８及び磁石９０は、その平面形状が略円形で、略同じサイズである。なお、着磁部材１６８及び磁石９０の形状及びサイズはこれに限定されない。例えば、着磁部材１６８及び磁石９０は、その平面形状を略合同として、相互に重なり合うように配置するようにしてもよい。また、着磁部材１６８及び磁石９０の個数は２つに限定されるものではなく、例えば、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

変位検出器１８に粗さ検出器１００を取り付ける場合には、図３の白抜き矢印に示すように、粗さ検出器側係合部材１６０の係合面１６２と変位検出器側係合部材８０の係合面８２とを対向させて重ね合わせる。すると、着磁部材１６８と磁石９０とが磁力により吸着する。このとき、第１位置決めピン８４及び第２位置決めピン８６と第１溝１６４とが係合し、かつ、第３位置決めピン８８と第２溝１６６とが係合する。これにより、粗さ検出器側係合部材１６０と変位検出器側係合部材８０の相対位置が固定される。

変位検出器１８から粗さ検出器１００を取り外す場合には、粗さ検出器側係合部材１６０を＋Ｙ方向に引っ張って着磁部材１６８と磁石９０とを引き離す。これにより、粗さ検出器１００を変位検出器１８から容易に取り外すことができる。

図３に示す例では、係合面１６２及び係合面８２が、触針１０４がワークの表面に接触したときの垂直抗力の向きに対して平行であり、かつ、第１溝１６４が垂直抗力の向きに対して垂直な方向に形成される。このため、触針１０４に垂直抗力が作用した場合にも、粗さ検出器１００の位置がずれにくく安定する。また、第１溝１６４及び第２溝１６６の断面形状が、加工精度を容易に確保することが可能なＶ字状であるため、取付精度を容易に確保することが可能である。

なお、測定子２０の係合部材６０は、粗さ検出器側係合部材１６０と同様であるため、説明を省略する。

ここで、粗さ検出器側係合部材１６０及び変位検出器側係合部材８０は、その全体が剛体である必要はない。粗さ検出器側係合部材１６０は、粗さ検出器１００の着脱を繰り返しても、少なくとも第１溝１６４と第２溝１６６の変形が無視できる程度の剛性を有していればよい。例えば、粗さ検出器側係合部材１６０は、第１溝１６４と第２溝１６６を形成した金属と、カーボンとを接合した複合材であってもよい。変位検出器側係合部材８０は、粗さ検出器側係合部材１６０と同様に、粗さ検出器１００及び測定子２０の着脱を繰り返しても、少なくとも係合面８２の変形が無視できる程度の剛性を有していればよく、上記のような複合材であってもよい。

第１位置決めピン８４、第２位置決めピン８６及び第３位置決めピン８８も同様に、粗さ検出器１００及び測定子２０の着脱を繰り返しても変形が無視できる程度の剛性を有していればよい。

図３に示すように、本実施形態に係る形状測定装置１０では、変位検出器側係合部材８０の係合面８２に、第１着座センサ９２Ａ及び第２着座センサ９２Ｂが並べて配置されている。第１着座センサ９２Ａ及び第２着座センサ９２Ｂは、それぞれの検出面に加えられる圧力を検出して電気信号（検出信号）を出力する押圧センサであり、例えば、圧電センサである。

粗さ検出器１００の粗さ検出器側係合部材１６０の係合面１６２には、作動ピン１７０が取り付けられている。作動ピン１７０と第２着座センサ９２Ｂの検出面とは、係合面１６２と係合面８２とを対向させた場合に、互いに対向するように配置されている。

作動ピン１７０は、係合面１６２から突出しており、粗さ検出器側係合部材１６０と変位検出器側係合部材８０とが係合すると、第２着座センサ９２Ｂの検出面に接触して押圧する。第２着座センサ９２Ｂは、作動ピン１７０により押圧されると、検出信号を制御装置２００に出力する。制御装置２００は、第２着座センサ９２Ｂから検出信号が入力されると、粗さ検出器１００が取付部４４に取り付けられたと判定し、形状測定装置１０の測定モードを粗さ測定モードに切り替える。

同様に、測定子２０の係合面には、係合面８２と対向させた場合に、第１着座センサ９２Ａと対向する位置に突出する作動ピン（不図示）が取り付けられている。第１着座センサ９２Ａは、作動ピンにより押圧されると、検出信号を制御装置２００に出力する。制御装置２００は、第１着座センサ９２Ａから検出信号が入力されると、測定子２０が取付部４４に取り付けられたと判定し、輪郭測定モードに切り替える。

なお、本実施形態では、第１着座センサ９２Ａ及び第２着座センサ９２Ｂにより、測定子２０及び粗さ検出器１００の識別を行うようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、測定子２０の係合部材及び粗さ検出器側係合部材１６０に、それぞれ測定子２０及び粗さ検出器１００の識別情報が格納されたＩＣ（Integrated Circuit）タグを取り付け、変位検出器側係合部材８０にＩＣタグリーダーを取り付けて、測定子２０及び粗さ検出器１００の識別を行うようにしてもよい。この場合、着座センサとして機能するＩＣタグリーダーは１つでよい。

［変位検出器］
次に、変位検出器１８の内部構成について図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、それぞれスキッド測定時及びスキッドレス測定時における変位検出器を示す側面図である。なお、図示の便宜上、図４では、ノーズピース１０８の輪郭を破線で示している。

図４及び図５に示すように、スキッド測定時には、ノーズピース１０８が検出器本体１０６に取り付けられる。一方、スキッドレス測定時には、ノーズピース１０８が検出器本体１０６から取り外される。

図４及び図５に示すように、本実施形態に係る変位検出器１８は、駆動部連結部４０、取付部４４、カウンターウェイト４８及びリトラクト機構５２を含んでいる。

駆動部連結部４０は、嵌合部材５０Ａを介してＸ軸駆動部１６Ｘに連結して固定される部材である。駆動部連結部４０には、Ｙ方向に伸びる回転軸４２が設けられている。

アーム４６は、回転軸４２に回転可能に指示されている棒状の部材である。アーム４６の図中左方（−Ｘ側）の端部には、取付部４４が設けられており、変位検出器側係合部材８０が設けられている。アーム４６は、回転軸４２に対して図中右方（＋Ｘ側）に伸びている。アーム４６の図中右方（＋Ｘ側）には、カウンターウェイト４８が取り付けられている。

カウンターウェイト４８は、不図示のスライダーを介して、アーム４６上をスライド可能に取り付けられている。カウンターウェイト４８の位置を調整することにより、測定子２０を用いて輪郭測定を行う場合の測定力（押圧力）が調整される。

リトラクト機構（規制手段）５２は、スライド軸５２Ａ、アームストッパ５２Ｂ及びピン５２Ｃを含んでいる。

スライド軸５２Ａは、Ｚ軸方向に伸びる棒状の部材であり、駆動部連結部４０に連結されている。

アームストッパ５２Ｂは、側面視で（＋Ｙ方向から見て）略Ｃ字状の部材である。アームストッパ５２Ｂは、変位検出器１８のアーム４６とは独立して、スライド軸５２Ａに沿って±Ｚ方向にスライド可能に取り付けられている。アームストッパ５２Ｂをスライドさせる機構としては、例えば、ボールねじ又はラック・アンド・ピニオン機構等の往復直線運動を行うための機構を用いることができる。

ピン５２Ｃは、アーム４６から＋Ｙ方向に突出する棒状の部材である。Ｃ字状のアームストッパ５２Ｂは、ピン５２Ｃを囲むように配置される。図４に示すように、ピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂの上下の部分の中間にある場合には、ピン５２Ｃは、アーム４６の上下動に伴って上下動可能となっている。アームストッパ５２Ｂは、ピン５２Ｃの可動域を規制する。これにより、取付部４４及びアーム４６の可動域が一定範囲に規制される。

輪郭測定を行う場合、ワークの表面に沿って触針３２がＺ１方向に上下動すると、触針３２の上下動に応じてアーム４６が上下動する。ピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂの上及び下の部分に接触するまでアーム４６が回動すると、アームストッパ５２Ｂによりアーム４６の上昇及び下降がそれぞれ規制される。

一方、粗さ測定を行う場合、粗さ検出器１００がマグネットキャッチ機構により取付部４４に取り付けられる。すると、粗さ検出器１００の重量により、変位検出器１８のアーム４６が押し下げられ、リトラクト機構５２のピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂの下端部に押し付けられて固定される。これにより、粗さ検出器１００の触針１０４を用いた粗さ測定を行うことが可能になる。

上記のように、スキッド１０８Ａは、リトラクト機構５２により規定される可動域の範囲内で移動可能である。スキッド測定を行うときには、粗さ検出器１００の重量を利用してスキッド１０８Ａの接触面１０８Ｂをワークに押し付けた状態を維持しながら粗さ測定を行う。ここで、スキッド１０８Ａからワークの表面に加えられる測定力は、カウンターウェイト４８を用いて調整することが可能である。一方、スキッドレス測定を行うときには、リトラクト機構５２を制御して、粗さ検出器１００（具体的には、アーム１０２）を水平に（ＸＹ平面に対して平行）して粗さ測定を行う。

なお、図４及び図５に示す例では、リトラクト機構５２は、アーム４６の＋Ｙ側に設けられているが、−Ｙ側に設けられていてもよいし、アーム４６の両側に設けられていてもよい。

また、リトラクト機構５２は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、特開２０１８−１６３０９４号公報に記載のリトラクト板を含む構成を適用することも可能である。なお、リトラクト機構５２に代えて、アーム４６（及び取付部４４に取り付けられた測定子２０又は粗さ検出器１００）の可動域を規制するための機構（例えば、機械的な規制手段）を設けてもよい。

［粗さ検出器］
次に、粗さ検出器１００の内部構成について図６を参照して説明する。図６は、粗さ検出器を示す一部断面図である。

粗さ検出器１００は、アーム１０２、ねじ１１２、ばね１１４及び変位センサ１２０を備えている。

アーム１０２は、Ｙ方向に伸びる回転軸１１０の周りに回動可能に取り付けられている。アーム１０２の先端には、触針１０４がアーム１０２の長さ方向に対して略垂直に取り付けられている。アーム１０２の基端部１０２Ａには、ザグリ部（凹部）１０２Ｂが形成されている。

ばね１１４としては、例えば、圧縮ばね（圧縮コイルばね）等の付勢手段を用いることができるが、アーム１０２の基端部１０２Ａを図中上方（＋Ｚ方向）に付勢できるものであれば、その種類については限定されない。ばね１１４の一端は、ザグリ部１０２Ｂに嵌め込まれており、他端は、ねじ１１２の先端に係合している。

ねじ１１２は、例えば、先端が円錐又は角錐形状に形成されたトガリ先タイプのねじである。ねじ１１２は、粗さ検出器１００のＺ方向に設けられたねじ穴に螺合している。触針１０４の測定力は、ねじ１１２のねじ込み量によりあらかじめ設定される。ここで、測定力は、触針式表面粗さ測定機の特性に関するJIS B 0651:2001 (ISO 3274:1996)等の規格に基づいて設定される。なお、ＪＩＳは、日本産業規格（Japanese Industrial Standards）を意味し、ＩＳＯは、国際標準化機構（International Organization for Standardization）を意味する。

アーム１０２の基端部には、変位センサ１２０が配置されている。変位センサ１２０は、触針１０４の変位量を計測する。制御装置２００は、変位センサ１２０から検出信号を受信して、触針１０４の変位量を算出する。変位センサ１２０としては、例えば、コア１１６とコイル１１８からなる差動トランスを用いることができる。

［形状測定装置の制御系］
次に、形状測定装置１０の制御系について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。

図７に示す制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んでおり、入力装置２２を介してオペレータから操作入力を受け付けて、形状測定装置１０の各部に制御信号を送信し、各部の動作を制御する。

制御装置２００は、測定子２０と粗さ検出器１００のどちらが取付部４４に取り付けられたかを検出し、測定モード（輪郭測定モード及び粗さ測定モード）の切り替えを行う。

図７に示すように、変位検出器１８は、検出制御部５４と、変位読取部５６とを含んでいる。

検出制御部５４は、変位検出器１８の各部を制御する。検出制御部５４は、リトラクト機構５２及びカウンターウェイト４８の位置を制御する。

変位読取部５６は、ワークの輪郭形状の測定を行うときに、測定子２０の変位を読み取るための装置であり、例えば、リニアスケール、円弧スケール、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：差動変圧器）等である。

（輪郭測定モード）
制御装置２００は、第１着座センサ９２Ａからの検出信号により、取付部４４に測定子２０が取り付けられたことを検出する。そして、制御装置２００は、形状測定装置１０の測定モードを輪郭測定モードに切り替える。ここで、制御装置２００は、輪郭形状の測定用のアプリケーションを起動させ、輪郭測定モードへの切り替え指示を検出制御部５４に送信する。

検出制御部５４は、制御装置２００から輪郭測定モードへの切り替え指示を受信すると、リトラクト機構５２及び変位読取部５６を制御して輪郭測定を行う。

変位読取部５６は、測定子２０の測定子アーム３０の先端側に取り付けられた触針３２がワークの表面に接触したときの変位（Ｚ１方向の変位）を読み取る。

制御装置２００は、検出制御部５４を介してＸ軸駆動部１６Ｘから変位検出器１８のＸ座標を取得して、測定子２０のサイズ情報等から触針３２の位置を算出する。そして、制御装置２００は、触針３２の位置と、変位読取部５６から取得した触針３２のＺ１方向の変位に基づいてワークの輪郭形状を算出し、その結果を表示装置２４に出力する。

（粗さ測定モード）
一方、ワーク表面の粗さの測定を行う場合、取付部４４に粗さ検出器１００が取り付けられる。粗さ検出器１００が取り付けられると、粗さ検出器１００の重量により、変位検出器１８のアーム４６が押し下げられ、リトラクト機構５２のピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂの下端部に押し付けられて固定される。

制御装置２００は、第２着座センサ９２Ｂからの検出信号により、取付部４４に粗さ検出器１００が取り付けられたことを検出する。そして、制御装置２００は、形状測定装置１０の測定モードを粗さ測定モードに切り替える。ここで、制御装置２００は、粗さ測定用のアプリケーションを起動させる。

そして、制御装置２００は、スキッド測定及びスキッドレス測定のどちらを行うのかについての指示入力を受け付けて、指示入力に応じてオートストップ動作を行う。

［オートストップ動作］
次に、オートストップ動作について、図８及び図９等を参照して説明する。

（スキッドレス測定）
図８は、スキッドレス測定時におけるオートストップ動作を説明するための図である。

図８に示すストロークＲは、触針１０４のストロークの全体を示している。以下の説明では、ストロークＲの上限、下限及び上限と下限の中間のゼロ点の座標をそれぞれＺ１_Ｕ、Ｚ１_Ｌ及びＺ１_Ｏとする。ここで、Ｚ１_Ｏ＝（Ｚ１_Ｕ−Ｚ１_Ｌ）／２であり、Ｚ１_Ｏは、スキッド１０８Ａの接触面１０８Ｂよりも図中下方（−Ｚ側）である。ストロークＲは、例えば、検出器本体１０６におけるアーム１０２用の開口の大きさ、検出器本体１０６内部におけるアーム１０２の可動域等により規定される。

上記のように、粗さ検出器１００が取付部４４に取り付けられると、粗さ検出器１００の重量により、リトラクト機構５２のピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂの下端部に押し下げられた状態になる。このため、オートストップ動作を行う前の状態（以下、初期状態という。）では、アーム１０２は、ばね１１４の付勢力によって押し下げられるため、触針１０４は、ストロークＲの下限Ｚ１_Ｌに位置する。

スキッドレス測定時におけるオートストップ動作では、まず、制御装置２００は、Ｚ軸駆動部１６Ｚを制御して、変位検出器１８を−Ｚ方向に移動させてワークＷに触針１０４の先端を接触させる。ここで、ワークＷに触針１０４の先端を接触させるときには、触針１０４がワークＷの表面に対して略垂直となるように、粗さ検出器１００とワークＷとを相対移動させる。触針１０４のワークＷに対する角度の調整は、例えば、リトラクト機構５２を動作させて粗さ検出器１００の姿勢（傾き）を調節することにより行うことが可能である。そして、制御装置２００は、変位読取部５６からの検出信号に基づいて、アーム１０２が水平になる位置に到達したことを検出すると、Ｚ軸駆動部１６Ｚによる変位検出器１８のＺ方向の移動を停止させる。なお、ワークＷを保持するクランプ機構（不図示）等の姿勢をアクチュエータ（不図示）等を用いて調整することにより、触針１０４がワークＷの表面に対する角度を調整するようにしてもよい。

制御装置２００は、変位センサ（差動トランス）１２０からの検出信号に基づいて、触針１０４がワークＷの表面に接触したか否かを検出する。

制御装置２００は、触針１０４がワークＷの表面に接触したことを検出すると、Ｚ軸駆動部１６Ｚを制御して変位検出器１８を−Ｚ方向に移動させて、触針１０４のゼロ点を設定するためのオートストップ動作を行う。そして、制御装置２００は、変位センサ１２０からの検出信号に基づいて、触針１０４の先端がゼロ点Ｚ１_Ｏに到達（一致）したことを検出すると、Ｚ軸駆動部１６Ｚによる変位検出器１８のＺ方向の移動を停止させる。なお、制御装置２００は、触針１０４の先端が上限Ｚ１_Ｕ、下限Ｚ１_Ｌ及びゼロ点Ｚ１_Ｏに位置するときの変位センサ１２０の検出信号の出力値をあらかじめ記憶しておき、あらかじめ記憶した出力値に基づいて、触針１０４の先端の位置を検出するようにしてもよい。

次に、制御装置２００は、Ｘ軸駆動部１６Ｘを制御して、変位検出器１８をＸ方向に走査させてワークＷの表面粗さの測定を行う。これにより、粗さ測定時における触針１０４の動作範囲をゼロ点Ｚ１_Ｏを中心とした近傍領域に限定することができるので、触針１０４のワークＷの表面に対する角度の変化を小さくすることができる。

（スキッド測定）
図９及び図１０は、スキッド測定時におけるオートストップ動作を説明するための図である。

上記のように、初期状態では、触針１０４は、ストロークＲの下限Ｚ１_Ｌに位置する。

スキッド測定時におけるオートストップ動作では、まず、図９に示すように、制御装置２００は、Ｚ軸駆動部１６Ｚを制御して、変位検出器１８を−Ｚ方向に移動させてワークＷに触針１０４の先端を接触させる。ここで、触針１０４がワークＷの表面に対して略垂直となるように、粗さ検出器１００とワークＷとを相対移動させることが好ましい。

スキッド１０８ＡがワークＷの表面に接触すると、粗さ検出器１００が＋Ｚ側に押し上げられる。

制御装置２００は、変位読取部５６からの検出信号に基づいて、スキッド１０８ＡがワークＷの表面に接触したか否かを判定する。なお、本実施形態では、変位検出器１８の変位読取部５６からの検出信号に基づいて、スキッド１０８ＡがワークＷの表面に接触したか否かを判定するようにしたが、例えば、リトラクト機構５２のピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂに加える押圧力を検出するための押圧センサ等を設けてもよい。

制御装置２００は、変位読取部５６からの検出信号に基づいてスキッド１０８ＡがワークＷの表面に接触したことを検出すると、Ｚ軸駆動部１６Ｚを制御して変位検出器１８を−Ｚ方向にさらに移動させる。そして、制御装置２００は、変位読取部５６からの検出信号に基づいて、アーム１０２が水平になる位置（アーム１０２がワークＷの表面に対して平行になる位置）に到達したことを検出すると、Ｚ軸駆動部１６Ｚによる変位検出器１８のＺ方向の移動を停止させる。これにより、リトラクト機構５２は、ピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂから離れたフリーな状態になり、スキッド１０８Ａは、リトラクト機構５２により規制された粗さ検出器１００の可動域の範囲内で、ワークＷの表面に倣って移動可能となる。

なお、リトラクト機構５２のアームストッパ５２Ｂを＋Ｚ方向に移動させることにより、ピン５２Ｃがアームストッパ５２Ｂから離れたフリーな状態にしてもよい。

次に、制御装置２００は、Ｘ軸駆動部１６Ｘを制御して、変位検出器１８をＸ方向に走査させてワークＷの表面粗さの測定を行う。なお、スキッド１０８ＡからワークＷの表面に加えられる押圧力は、粗さ検出器１００の重量とカウンターウェイト４８の位置との関係により調整される。

なお、本実施形態では、触針１０４の先端がスキッド１０８Ａの接触面１０８Ｂと同じ高さの場合に、アーム１０２とノーズピース１０８とは略平行になるように、触針１０４の長さ等が調整されていることが好ましい。

本実施形態によれば、スキッド測定時においても粗さ検出器１００の触針のゼロ点Ｚ１_Ｏを調整するためのオートストップ動作を行うことができる。

また、本実施形態によれば、粗さ検出器１００が取付部４４に取り付けられると、変位検出器１８のアーム４６のピン５２Ｃが粗さ検出器１００の重量によりアームストッパ５２Ｂに押し付けられて固定される。このため、特許文献１のような補助付勢手段が不要となる。

また、本実施形態では、粗さ検出器１００は、変位検出器１８に対して、粗さ検出器１００の重量により位置決めされる。このため、例えば、＋Ｚ向きの成分を含む衝撃が触針１０４に加えられた場合であっても、粗さ検出器１００が＋Ｚ側に移動可能であるため、触針１０４の損傷を回避することができる。

なお、上記の実施形態では、輪郭測定用の変位検出器１８に粗さ検出器１００を取り付ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、粗さ検出器１００を制御するためのリトラクト機構５２及びカウンターウェイト４８を備える構成であれば、本発明を実現することが可能である。

１０…形状測定装置、１２…定盤、１４…コラム、１６Ｘ…Ｘ軸駆動部、１６Ｚ…Ｚ軸駆動部、１８…変位検出器、２０…測定子、２２…入力装置、２４…表示装置、３０…測定子アーム、４０…駆動部連結部、４２…回転軸、４４…取付部、４６…アーム、４８…カウンターウェイト、５０…ハウジング、５２…リトラクト機構、５４…検出制御部、５６…変位読取部、８０…変位検出器側係合部材、８２…係合面、８４…第１位置決めピン、８６…第２位置決めピン、８８…第３位置決めピン、９０…磁石、９２Ａ…第１着座センサ、９２Ｂ…第２着座センサ、１００…粗さ検出器、１０２…アーム、１０２Ａ…基端部、１０２Ｂ…ザグリ部、１０４…触針、１０６…検出器本体、１０８…ノーズピース、１０８Ａ…スキッド、１０８Ｂ…接触面、１１０…回転軸、１１２…ねじ、１１４…ばね、１１６…コア、１１８…コイル、１２０…変位センサ、１６０…粗さ検出器側係合部材、１６２…係合面、１６４…第１溝、１６６…第２溝、１６８…着磁部材、１７０…作動ピン、２００…制御装置

Claims (2)

1. 被測定物の輪郭形状を測定するための測定子が着脱自在に取付可能な取付部と、前記測定子の変位を読み取る変位読取部とを備える変位検出器と、
   前記被測定物に対する前記変位検出器の高さを調整する高さ調整部と、
   前記被測定物の表面粗さを測定するための粗さ検出器であって、アームと、前記アームに取り付けられた触針とを備え、前記変位検出器の前記取付部に着脱自在に取付可能な粗さ検出器と、
   前記粗さ検出器に固定されたスキッドと、
   前記高さ調整部を制御して、前記変位検出器の高さを調整する制御装置とを備え、
   前記変位読取部は、前記スキッドが前記被測定物の表面に接触した状態を維持しながら前記被測定物の表面粗さの測定を行うスキッド測定を行う場合に、前記スキッドが前記被測定物の表面に接触したか否かを検出し、
   前記制御装置は、前記変位読取部からの検出信号に基づいて、前記変位検出器の高さを調整することにより、前記粗さ検出器の前記被測定物に対する姿勢を制御する、
   形状測定装置。
2. 前記変位検出器は、前記取付部の可動域を一定の範囲に規制する規制手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記スキッドを前記被測定物に接触させずに前記被測定物の表面粗さの測定を行うスキッドレス測定を行う場合に、前記規制手段を制御して、前記スキッドが前記被測定物に非接触となるように前記粗さ検出器の可動域を規制する、請求項１記載の形状測定装置。

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