JP2937554B2 - 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、測定値に対する零調整
機能を有した測定機に関し、特に現在の零調整値と零調
整可能な範囲との関係を明示可能とした測定機に関す
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、零調整もできるように
している。一般的な零調整は、検出器出力（測定値）に
直流的なオフセット値（零調整値）を加えることにより
実施し、これにより最終的な表示値（＝測定値＋零調整
値）の中心を表示器上で希望の位置に調整することがで
きる。

【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、零調整値と零調整可能な範囲が明示されな
いので、零調整と測定物のセッティングを交互に、しか
も試行錯誤的に行う必要がある。このため、本測定可能
となるまでの段取りに時間がかかるので、操作性が悪
い。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、零調整値と零調整可能な範囲と
の関係を明示することにより、本測定までの段取り時間
を短縮し、操作性の高い測定機を実現することを目的と
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、測定物の状態を検出する手段と、この検出
手段で検出された測定値に零調整値を加えて零調整する
手段と、前記測定値に零調整値を加えた値を表示値とし
て処理する手段と、この処理手段の処理結果を画面に表
示する表示手段と、前記零調整値と零調整可能な範囲と
の関係を明示する手段とを備えてなることを特徴として
いる。

【０００６】

【作用】本発明では、測定器にセットされた測定物に対
し、零調整機能で測定値の中心値等を調整しようとする
とき、現在の零調整値だけでなく零調整可能な範囲も明
示することにより、調整余裕の有無及びその方向を瞬時
に判断できるようにして、測定物又は検出器の再セッテ
ィング要否を容易に判断できるようにする。この様にす
ると、再セッティングと予備測定の回数を減少させるこ
とができるので、本測定までの段取り時間を短縮でき、
操作性が向上する。

【０００７】本発明の実施には次のような方法が考えら
れる。ａ）現在の零調整値と、予め固定または半固定的
に設定した零調整可能範囲とをそれぞれ明示する。ｂ）
零調整可能上限値から現在の零調整値を減算した値と、
零調整可能下限値から現在の零調整値を減算した値とを
それぞれ明示する。この場合、零調整可能上限値と零調
整可能下限値との間が零調整可能範囲になる。 ｃ）零調整可能上限値から現在の零調整値を減算した値
に現在の測定値を加算した値と、零調整可能下限値から
現在の零調整値を減算した値に現在の測定値を加算した
値とをそれぞれ明示する。この場合も、零調整可能上限
値と零調整可能下限値との間が零調整可能範囲になる。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】一方、図２の構成には粗さ検出器２１、記
録計２２、検出器送り位置スケール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。

【００１３】以上の基本的な構成に対し、加算器２７ａ
で零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零点を決定でき
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２７
ｂ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２
８ａ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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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、現在の零調整値と零調整可能な範
囲との関係を図又は文字、音等により明示する。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は図３の触針ポジション表示
部Ｂの拡大図である。この表示部Ｂは同じ触針の位置を
複数のレンジ１〜３で同時に表示するようにしている。
即ち、三角形状のマーク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。

【００２３】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
例では実線でゼロ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。

【００２４】図５に示す零調整範囲表示機能は、前述し
たｃ）の方法に基づく。即ち、触針位置マークＭ１に近
接して設けられたバー状のマークＺは零調整可能な範囲
を示す表示体である。この零調整範囲マークＺは、通常
モードではレンジ１の触針位置マークＭ１と一体的に移
動するが、零調整モードになると停止し、触針位置マー
クＭ１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
うに触針位置マークＭ１が零調整範囲マークＺの中央位
置にある時は、上下に均等に零調整できることを示して
いる。

【００２５】図７を参照してこの方法を説明する。零調
整範囲マークＺの上端は零調整上限表示座標であり、ま
たその下端は零調整下限表示座標である。この零調整範
囲マークＺに近接している触針位置マークＭ１は右向き
の三角形の頂点がレンジ１表示座標を示している。この
レンジ１表示座標は、検出器で得られた測定値（レンジ
１変位データ）に零調整値を加えて換算した値である。
即ち、測定値だけに基づいて表示座標を算出した場合の
マークＭ１が破線の位置にあるとすれば、それと実線の
位置のマークＭ１との距離が零調整値に相当する。図７
の例では、実線のマークＭ１と零調整範囲マークＺとを
比較すると、上側にも下側にも零調整できる余裕がある
ことが判明する。しかも、定量的には、上側よりも下側
に大きな零調整範囲が残されていることも即断できる。
零調整モードでは零調整範囲マークＺが停止し、触針位
置マークＭ１が零調整値の大小に応じて上下する。これ
に対し、通常の測定モードになると、触針位置マークＭ
１は測定値の大小に応じて上下する。このとき、零調整
範囲マークＺもマークＭ１と同じ距離だけ上下して、ど
の測定値でも零調整可能な範囲を明示している。

【００２６】図６に示したフローチャートは、上述の零
調整範囲表示制御を例としたＣＰＵ１１の処理概要であ
る。ＣＰＵ１１はステップＳ１１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Ｓ１１におい
てレンジ１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Ｓ１２でレンジ１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Ｓ１３では、
レンジ１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Ｓ１４では上記の変位
データからレンジ１で表示すべき表示座標を算出する。
この表示座標計算ではレンジ倍率やオフセット量（零調
整値）が使用される。

【００２７】本例では前述したｃ）の方法を実行するた
め、以下のような計算を行う。即ち、ステップＳ１５で
は下記数１に示す計算１を行う。

【００２８】

【数１】Ｙ１＝零調整上限表示座標−現在の零調整値＋
レンジ１変位データ

【００２９】また、次のステップＳ１６では下記数２に
示す計算２を行う。

【００３０】

【数２】Ｙ２＝零調整下限表示座標−現在の零調整値＋
レンジ１変位データ

【００３１】続くステップＳ１７では計算１の結果Ｙ１
から零調整上限表示座標を換算する。同様に、ステップ
Ｓ１８では計算２の結果Ｙ２から零調整下限表示座標を
換算する。この計算１，２の結果Ｙ１，Ｙ２が現在の測
定値から零調整可能な余裕範囲を示す値になる。即ち、
図７に示すように、レンジ１表示座標と零調整上限表示
座標との間がＹ１、レンジ１表示座標と零調整下限表示
座標との間がＹ２に相当する。

【００３２】次にステップＳ１９で前回のレンジ１表示
座標位置に表示されている触針位置マークＭ１を消去す
る。この状態で今回のレンジ１表示座標位置に触針位置
マークＭ１を改めて表示し（ステップＳ２１）、更にそ
の表示座標を次回までセーブしておく（ステップＳ２
３）。この処理はマークＭ１の表示位置更新に関するも
のである。

【００３３】この触針位置マークＭ１の表示制御と並行
して零調整範囲マークＺの表示制御も行われる。即ち、
ステップＳ２０で前回の零調整範囲マークＺを消去し、
その後のステップＳ２２で今回の零調整範囲マークＺを
表示する。この場合、前回の零調整範囲マークＺとは、
前回の零調整上限表示座標と前回の零調整下限表示座標
の間を図７のようなバー形状で示したものである。ま
た、今回の零調整範囲マークＺとは、今回の零調整上限
表示座標と今回の零調整下限表示座標の間を同様のバー
形状で示したものである。

【００３４】ステップＳ２４，Ｓ２５では、今回の零調
整上限及び下限の各表示座標を次回用にセーブしてお
く。そして、以上のステップＳ１１からＳ２５までの処
理は、ステップＳ２６により一定時間（例えば１００ｍ
ｓ）毎に繰り返される。尚、ステップＳ１１においてレ
ンジ１が表示選択中でないと判定された時は、ステップ
Ｓ２７にジャンプして前回の零調整範囲マークＺを消去
し、併せてステップＳ２８で前回のレンジ１表示座標位
置の触針位置マークＭ１も消去する。これは、レンジ１
が選択されていないときは、触針位置マークＭ１のみな
らず零調整範囲マークＺも表示しないという発想に基づ
く。但し、必ずしもこれに限定されるわけではない。

【００３５】以上の実施例では現在の零調整値と零調整
可能な範囲との関係を図形表示する場合を例示したが、
文字や音等を用いて常時または必要時に明示するように
しても良い。また、表示形態も絶対方式に限らず相対方
式でも良い。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、検出
器で検出した測定値に対して零調整できる機能を備えた
測定器において、現在の零調整値と零調整可能な範囲の
双方を明示するようにしたので、測定物のセッティング
時に現在の調整余裕で充分か否かを即断することがで
き、このために測定物の再セッティング回数を減少させ
ることができる。従って、本測定までの段取り時間を短
縮することができ、操作性の高い測定機を実現すること
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フローチャートである。

【図７】 本発明の零調整範囲マークの一例を示す拡大
説明図である。

【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、
Ｚ…零調整範囲マーク、Ｍ１〜Ｍ３…触針位置マーク、
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、２
４…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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01D 3/04 G01B 21/30 102

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定物の状態を検出する手段と、この検
   出手段で検出された測定値に零調整値を加えて零調整す
   る手段と、前記測定値に零調整値を加えた値を表示値と
   して処理する手段と、この処理手段の処理結果を画面に
   表示する表示手段と、前記零調整値と零調整可能な範囲
   との関係を明示する手段とを備えてなることを特徴とす
   る測定機。