JP2585482B2 - 表面性状測定機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の表面性状を検出
して表示する表面性状測定機に関し、特に複数の測定レ
ンジの測定値を同時に表示可能とした表面性状測定機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の性状は、変化の小さい順に、
粗さ、うねり、輪郭（形状）等と呼ばれる。表面性状測
定機は、このような物体表面の性状を、接触型又は非接
触型の検出器を用いて高精度に検出する。接触型の検出
器（触針）を用いる表面性状測定機には、フルストロー
ク０．５ｍｍを数１０００分の１の分解能で測定できる
タイプもある。このような高分解能の測定機は、倍率の
異なる複数の測定レンジを有し、測定対象とする範囲が
できるだけ大振幅で表示できるように、測定レンジを選
択可能にしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
測定機では、倍率を順次上げながら予備的な測定を繰り
返して、最適な測定レンジを選択する必要がある。この
ため、本測定可能となるまでの段取りに時間がかかり、
また、接触型の触針を用いる測定機では、何度も測定を
繰り返すことで物体表面を傷つける心配がある。

【０００４】本発明は、１回の測定結果を複数の測定レ
ンジで同時に表示可能とすることにより、本測定までの
段取り時間を短縮し、また測定対象とする物体表面を傷
つけないようにすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、測定物の表面性状を検出する手段と、この
検出手段で検出された信号を異なる倍率で強調する手段
と、この強調手段の倍率を周期的に切換える手段と、前
記強調手段の出力を順次処理する手段と、この処理手段
の処理結果を各倍率別に同時に並べて表示する表示手段
とを備えてなることを特徴としている。

【０００６】

【作用】１回の測定結果を複数の測定レンジで同時に表
示すると、倍率が小さくて振幅不足の測定レンジと、倍
率が大き過ぎてオーバレンジした測定レンジと、好まし
い倍率で表示中の測定レンジとを、各レンジの表示を同
じ表示画面上で比較しながら容易に且つ瞬時に判別する
ことができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１および図２は、本発明の一実施例を示すＣＰ
Ｕ内蔵型表面粗さ測定機の分割されたブロック図であ
る。図１は主としてＣＰＵとその入出力回路を示す部分
ブロック図である。これに対し、図２は表面性状測定機
特有の構成を示す部分ブロック図である。これらの図を
結ぶ共通バス１０はアドレスバス、データバス、クロッ
クライン等を含んでいる。

【０００８】図１において、１１は制御中枢となるＣＰ
Ｕ（中央処理装置）である。このＣＰＵ１１は定期的な
処理と非定期的な処理を行うが、リアルタイムクロック
発生器１１ａは出力クロックで一定時間（例えば５ｍ
ｓ）毎に割り込みをかけ、定期的な処理を繰り返し実行
させる。このＣＰＵ１１は共通バス１０を介してメモリ
１２を使用する。このメモリ１２にはＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とが
含まれる。このうち、ＲＯＭには主としてＣＰＵ１１の
動作プログラムや各種処理用の定数テーブルが格納され
ている。これに対し、ＲＡＭは各種測定条件や収集デー
タ等の格納に使用され、必要に応じて電源オフ後にもデ
ータが消滅しないようにバッテリ等でバックアップされ
る。

【０００９】このＣＰＵ１１の周辺にはプリンタ１３や
ＣＲＴディスプレイ１４等の出力機器、およびキーボー
ド１５、マウス１６、スイッチ１７等の入力機器が接続
される。プリンタ１３は各種の測定条件や収集データ等
を文字やグラフ等で印字出力するためのもので、このイ
ンターフェースには例えばセントロニクスタイプの出力
回路１２ａが使用される。ＣＲＴディスプレイ１４はビ
デオメモリ１４ｂに格納された測定条件や測定データ等
をＣＲＴ画面に表示する。ビデオ制御回路１４ａはディ
スプレイ１４の水平掃引および垂直掃引の同期制御、お
よびビデオメモリ１４ｂのリード、ライト制御を行う。
ビデオメモリ１４ｂには、例えばカラーグラフィックデ
ィスプレイの使用時には、ディスプレイ１４に表示され
る各画素の色情報が格納される。図３はディスプレイ画
面の一例を示したものである。この例では１つの画面を
複数に分割し、大面積のＡ部には表面粗さを示す拡大記
録図形を表示している。この拡大記録図形表示部Ａの縦
軸は凹凸の度合い（振幅）、横軸は距離（後述の検出器
送り位置）である。この他に触針ポジション表示部Ｂや
アイコン表示部Ｃ等もある。

【００１０】キーボード１５はアルファベットキー、数
字キー等を有し、各キーのオン情報をエンコード回路１
５ｂでコード化してＣＰＵ１１へ入力する。１５ａはこ
のとき使用されるキー入力回路である。マウス１６は２
軸のエンコーダとスイッチを内蔵し、エンコーダ出力は
計数器１６ｂで計数される。この計数器１６ｂの計数値
はマウス入力回路１６ａを介してＣＰＵ１１へ入力され
る。このとき、マウス１６のスイッチ信号もマウス入力
回路１６ａを介してＣＰＵ１１へ入力する。スイッチ１
７は各種の押ボタンスイッチ、選択スイッチ、リミット
スイッチ等からなり、各スイッチの信号はスイッチ入力
回路１７ａを介してＣＰＵ１１へ入力する。後述する例
で必要な信号には、検出器の上昇、下降、左行、右行等
の指示を与える手動操作信号や、測定スタート等の自動
操作信号、更には機構部分の動作ストロークオーバ信号
等がある。

【００１１】一方、図２の構成には粗さ検出器２１、記
録計２２、検出器位置送りスケール２３、検出器送りユ
ニット２４、コラム２５、傾斜補正用載物台２６が含ま
れる。粗さ検出器２１は、例えば機械的な触針を測定物
表面に接触させ、必要に応じて前記触針を移動させなが
ら測定物表面の凹凸を検出する。この検出器２１の出力
はレベルが低く雑音の影響を受け易いので、これをノイ
ズ除去用のブリッジ２１ａに入力し、さらにその出力
（正弦波信号）を同期整流器２１ｂに入力する。このブ
リッジ２１ａと同期整流器２１ｂは共に発振器２１ｃか
らの正弦波信号を入力されているので、この部分で同期
整流することにより触針の上下変位に応じた直流電圧だ
けが出力される。同期整流器２１ｂの出力は測定レンジ
（倍率）決定用の増幅器２１ｄで増幅された後、Ａ／Ｄ
変換器２１ｅでディジタル信号に変換され、検出器信号
入力回路２１ｆを通してＣＰＵ１１に取り込まれる。

【００１２】以上の基本的な構成に対し、加算器２７ａ
でゼロ点調整用のオフセット電圧が加算される。このオ
フセット電圧は、触針の変位量とは独立してゼロ点を決
定できるようにするもので、ＣＰＵ１１から出力され
る。但し、ＣＰＵ１１の出力はディジタル量であるの
で、これをオフセット出力回路２７ｃを介してＤ／Ａ変
換器２７ｂに入力し、ここでアナログ電圧に変換してか
ら使用する。一方、増幅器２１ｄの増幅度を切換えるレ
ンジ切替信号はＣＰＵ１１から出力され、レンジ切替出
力回路２８ａを介して増幅器２１ｄに与えられる。この
レンジ切替信号の値を変えると増幅器２１ｄの増幅度を
変化させることができるので、これにより測定データに
適した拡大倍率で表示或いは印字等を行うことができ
る。

【００１３】記録計２２は主として触針変位を波形とし
て記録するものであるため、ＣＰＵ１１は触針変位値に
対し予め決められている定数値を乗算し、その結果を記
録計用出力回路２２ａを介して出力する。この出力回路
２２ａの出力はディジタル値であるので、これをＤ／Ａ
変換器２２ｂでアナログ値に変換して記録計２２へ入力
する。

【００１４】上述した粗さ検出器２１と記録計２２に関
係する部分は表面性状測定器の検出および記録に関する
ものであり、後述する検出器送り位置スケール２３から
傾斜補正用載物台２６までは測定対象とする測定物と触
針の位置関係を適正化したり、検出器を摺動させたりす
る機構部分に関する。

【００１５】検出器送り位置スケール２３は、粗さ検出
器２１（ここでは機械式の触針を想定する）を測定物の
表面と平行な方向に送った場合の平行方向位置、即ちデ
ィスプレイ１４や記録計２２における拡大記録図形の横
軸方向の位置を検出するためのスケールである。このス
ケール２３がインクリメンタル型である場合、所定の移
動量毎に１パルス発生するという出力形態をとるので、
後段の計数器２３ｂでこのパルスを計数してスタート位
置からの積算移動量（これを検出器の送り位置と呼ぶ）
を求める。ＣＰＵ１１はこの送り位置を表示や印字制御
上必要とするので、これを送り位置入力回路２３ａを介
してＣＰＵ１１へ転送する。

【００１６】尚、計数器２３ｂが所定の送り位置毎に距
離信号を発生する機能を有していると、この距離信号で
ＣＰＵ１１に割り込みをかけることができる。この割り
込みは、検出器２１の実際の位置に応じたものであるた
め、リアルタイムクロックによる時間割り込みとは別
に、表示或いは記録制御上便利な使い方ができる。

【００１７】検出器送りユニット２４は、図４に示すよ
うに検出器２１を水平方向（矢印Ｈ方向）に移動させる
機構である。上述のスケール２３はこの送りユニット２
４による検出器２１の移動量を計測する。送りユニット
２４はコラム機構２５によって上下動可能であり、これ
により測定物（ワーク）３０との垂直方向（矢印Ｖ方
向）の距離を任意に調整することができる。測定物３０
は傾斜補正用載物台（オートレベリングテーブル）２６
上に載置され、所定の範囲内で任意に水平度（角度θ）
を調整できる。３１は載物台３０や送りユニット２４等
を安定した位置関係に保つ定盤である。

【００１８】検出器送りユニット２４の駆動源には例え
ば直流電動モータを使用する。この場合、ＣＰＵ１１は
送り速度の指令信号を出力して送りユニット２４の送り
位置を制御する。この送り速度信号（ディジタル量）は
送り速度出力回路２４ａで取り込まれ、Ｄ／Ａ変換器２
４ｂでアナログ量に変換される。そして、このアナログ
電圧を駆動信号に変換するためパルス幅変調器２４ｃを
使用し、その出力を直流駆動モータの駆動増幅器２４ｄ
に入力する。

【００１９】検出器送りユニット２４を上下動作させる
コラム機構２５の駆動源に例えばパルスモータを使用し
た場合、ＣＰＵ１１が出力する上下移動データを上下移
動出力回路２５ａで取り込み、これをパルス発生器２５
ｂでパルス列に変換する。このパルスは単位移動量当た
り１パルスとなるように発生され、パルス計数器２５ｃ
で計数される。そして、この計数値を駆動増幅器２５ｄ
に入力することでコラム機構２５の上下移動量を制御で
きる。

【００２０】測定物３０の水平度を調整する傾斜補正用
載物台２６の駆動源にパルスモータを使用した場合は、
ＣＰＵ１１からの補正角度データを補正角度出力回路２
６ａで取り込む。あとはコラム２５の場合と同様にパル
ス発生器２６ｂ、パルス計数器２６ｃ、駆動増幅器２６
ｄを用いてパルスモータを駆動し、測定物３０を載置し
た載物台２６の傾きを調整する。

【００２１】以上のように構成された表面性状測定器に
おいて、本発明では、図５のようなマルチレンジでの同
時表示を可能とする。このために必要な構成は主として
図１および図２で１点鎖線で囲まれた部分である。図５
に示すマルチレンジ表示部は図３のＢ部に相当する。こ
のＢ部は、前述した触針ポジション表示部であり、複数
のレンジ１〜３のマークＭ１〜Ｍ３がそれぞれ同じ触針
の上下方向の位置（凹凸の度合い）をそれぞれの倍率で
示している。レンジ１は最も低い増幅度（拡大倍率）を
適用することにより、上下方向に最も広い測定範囲を持
つ（オーバレンジし難い）。これに対し、レンジ３は最
も高い増幅度を適用することにより、上下方向に最も狭
い測定範囲しか持たない（オーバレンジし易い）。レン
ジ２はこの中間である。

【００２２】一例を挙げると、レンジ２の増幅度はレン
ジ１の１０倍、レンジ３の増幅度はレンジ２の１０倍で
ある。このため、レンジ１のフルスケールが例えば±４
００μｍのとき、レンジ２のフルスケールは±４０μ
ｍ、レンジ３のフルスケールは±４μｍ、という関係に
ある。このため、例えばマークＭ１が僅かにプラス方向
へ変位するとマーク２はその１０倍だけプラス方向へ変
位し、マークＭ３はさらにその１０倍だけプラス方向へ
変位する。マイナス方向についても同様である。図５の
例では実線で零調整をした状態を示している。このとき
は全てのマークＭ１〜Ｍ３は同じ０位置にある。これに
対し、触針がプラス方向に変位して例えば中間のマーク
Ｍ２が破線のように僅かに上方に移動したとすると、右
端のマークＭ３はその１０倍上方へ移動する。このとき
左端のマークＭ１は殆ど動かない。この様に、３通りの
レンジ表示を同時に行うことにより、どのレンジが適切
な拡大倍率であるかを、予備的な測定を行うことなく直
ちに判別することができ、しかもその時点で得られてい
る最適レンジの測定データを、本測定を行うことなく利
用することができる。

【００２３】尚、図５において、マークＭ１に近接して
設けられたバーＺは零調整可能な範囲を示す表示体であ
る。このバーＺは、通常モードではマークＭ１と一体的
に移動するが、零調整モードになると停止し、マークＭ
１を上下に移動させて零調整できる範囲を自らの寸法
（縦方向の長さ）で示すものである。例えば、図のよう
にマークＭ１がバーＺの中間にある時は、上下に均等に
零調整できることを示している。

【００２４】通常のレンジ選択式測定では、図２の増幅
器２１ｄの増幅度は１回の測定期間中は常に同じ値に保
たれる。このレンジ選択は図１のスイッチ１７により行
われる。これに対し本発明のマルチレンジ測定方式で
は、１回の測定期間中に複数のレンジを繰り返し選択す
るように、ＣＰＵ１１は各種の制御を行う。図６および
図７に分割して示したフローチャートは、図５の表示制
御を例としたＣＰＵ１１の処理概要である。

【００２５】図６の処理は図１のスイッチ１７によって
マルチレンジ表示モードが選択された時にスタートす
る。この表示モードでは、例えば図１のリアルタイムク
ロック１１ａを使用し、ＣＰＵ１１はレンジ１〜３を繰
り返し表示する。このとき、各レンジの１回当たりの表
示時間をｍｓオーダにすると、全てのレンジは同時に表
示されているように見える。

【００２６】ＣＰＵ１１はステップＳ１１，Ｓ２１，Ｓ
３１により、現在表示選択中のレンジを判別する。そし
て、ステップＳｋ１（但し、ｋ＝１〜３である。以下、
同様）においてレンジｋが表示選択中であると判定され
たときは、後続するステップＳｋ２〜Ｓｋ７の各処理を
行う。ステップＳｋ２では、レンジｋへレンジ切替出力
を出す。これは図２のレンジ切替回路２８ａへレンジ切
替用のデータを出すことである。続くステップＳｋ３で
は、レンジｋの変位データを検出器信号入力回路２１ｆ
を介して取り込む。そして、ステップＳｋ４では上記の
変位データからレンジｋで表示すべき座標データを算出
する。この座標データ計算で使用される係数にレンジ倍
率やオフセット量が含まれる。次にステップＳｋ５で前
回の座標位置に表示されているマークＭｋを消去する。
この状態で今回の座標位置に同じレンジのマークＭｋを
表示し（ステップＳｋ６）、更にその表示座標を次回ま
でセーブしておく（ステップＳｋ７）。

【００２７】以上の処理でｋが如何なる値をとっても、
全て図７のステップＳ４１へ移行する。このステップＳ
４１ではマーク表示更新時間の経過を判定し、ここで一
定時間（例えば１００ｍｓ）経過と判定されたら、次の
ステップＳ４２で表示選択レンジを入力する。この表示
選択レンジは図１のスイッチ１７により選択する。これ
はレンジ１〜３の中からマルチレンジ表示に使用するレ
ンジを選択できるようにしているからである。そこで、
このスイッチ１７で選択した表示選択レンジをスイッチ
入力回路１７ａでレンジ１表示、レンジ２表示、レンジ
３表示の各信号に変換し、そのＯＮ／ＯＦＦ情報をＣＰ
Ｕ１１に入力する。

【００２８】次に、ステップＳ４３で前回の表示選択レ
ンジと今回の表示選択レンジを比較し、一致していれば
図６のステップＳ１１へ戻り、不一致であればステップ
Ｓ４４を実行する。ステップＳ４４では非選択となった
レンジのマークＭｉ（但し、ｉは１〜３の一部）を消去
する。そして、ステップＳ４５で今回の表示選択レンジ
をセーブする。即ち、レンジ１表示、レンジ２表示、レ
ンジ３表示の各信号（ＯＮ又はＯＦＦ）を保管してお
き、次回の比較に使用する。この後はステップＳ１１へ
戻り、前述した一連の処理を同様に繰り返す。

【００２９】図５の表示部は図３のＢ部、即ちＡ部の拡
大記録図形上の１点について測定物表面の凹凸度合いを
マルチレンジで測定する場合に利用したものであるが、
本発明はこの例に限定されない。例えば、図３のＡ部に
表示する拡大記録図形にマルチレンジ方式を適用しても
効果的である。この場合は、レンジの異なる拡大記録図
形を異なる線種またはカラーで表示すれば識別し易い。
また、全てのレンジを同時に表示するだけでなく、選択
された複数のレンジだけを同時に、又は必要時に表示す
るようにしても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、物体
の表面性状を検出して表示する表面性状測定機におい
て、１回の測定結果を複数の測定レンジで同時に表示可
能とすることにより、本測定までの段取り時間を短縮
し、また測定対象とする物体表面を傷つけないようにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す一部ブロック図であ
る。

【図２】 本発明の実施例を示す残部ブロック図であ
る。

【図３】 ＣＲＴディスプレイの画面構成を示す説明図
である。

【図４】 表面性状測定器の機構図である。

【図５】 本発明に係るマルチレンジ表示部の説明図で
ある。

【図６】 本発明の処理を示す一部フローチャートであ
る。

【図７】 本発明の処理を示す残部フローチャートであ
る。

【符号の説明】 Ａ…拡大記録図形表示部、Ｂ…触針ポジション表示部、
Ｍ１〜Ｍ３…マーク、１０…共通バス、１１…ＣＰＵ、
１２…メモリ、１３…プリンタ、１４…ＣＲＴディスプ
レイ、１５…キーボード、１６…マウス、１７…スイッ
チ、２１…粗さ検出器、２２…記録計、２３…検出器送
り位置スケール、２４…検出器送りユニット、２５…コ
ラム機構、２６…傾斜補正用載物台、２７ｃ…オフセッ
ト出力回路、２８ａ…レンジ切替出力回路、３０…測定
物。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−53111（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−37318（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定物の表面性状を検出する手段と、こ
   の検出手段で検出された信号を異なる倍率で強調する手
   段と、この強調手段の倍率を周期的に切替える手段と、
   前記強調手段の出力を順次処理する手段と、この処理手
   段の処理結果を表示する表示手段と、前記表示手段の表
   示画面の主要部に所定倍率での測定値を横軸に距離をと
   って表面性状波形として表示させると共に、表示画面の
   一端部に測定値マークをそれぞれの倍率に対応して最大
   振幅を揃えた複数の測定レンジと共にリアルタイムで並
   列に表示させる表示制御手段とを備えてなることを特徴
   とする表面性状測定機。