JP3535974B2

JP3535974B2 - 倣い測定装置

Info

Publication number: JP3535974B2
Application number: JP20512698A
Authority: JP
Inventors: 孝野田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000039302A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、倣いプローブを被
測定物の表面に所定の測定圧で押圧しながら倣いプロー
ブと被測定物とを相対移動させ、この相対移動軌跡から
被測定物の表面輪郭形状を測定する倣い測定装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術】倣いプローブを被測定物の表面に所定の測
定圧で押圧しながら倣いプローブと被測定物とを相対移
動させ、この相対移動軌跡から被測定物の表面輪郭形状
を測定する倣い測定装置、たとえば、三次元測定機に倣
いプローブを取り付け、この倣いプローブを被測定物の
表面に所定の測定圧で押圧しながら倣いプローブを被測
定物の表面形状に沿って移動させ、この移動軌跡から被
測定物の表面輪郭形状を測定する倣い測定装置が知られ
ている。

【０００３】この種の倣い測定装置において倣い測定を
行うにあたっては、必要とされる測定精度を考慮して、
まず、倣いプローブの測定圧、具体的には、この測定圧
に比例する基準押し込み量と、倣いの測定速度とを指定
する必要がある。一般的には、高速測定のためには基準
押し込み量を大きく、高精度測定のために基準押し込み
量を小さくした方が有利である。

【０００４】これは、前者に関しては、基準押し込み量
が大きい程、被測定物表面への追従性がよくなる（急激
な被測定物表面の曲率の変化に、プローブが離脱なくし
て追従する）ためであり、後者に関しては、現在の押し
込み量または倣い指定断面ないし軌道からのずれ量が、
基準押し込み量に対して一定の比率で設定されている許
容幅を超えた場合に、自動的に測定速度を小さくして、
押し込み量とずれ量が許容幅内に復帰するように制御し
ているためであり、結局のところ、前者は「高速低精
度」、後者では「高精度低速」となっていた。

【０００５】この制約は既知であるため、測定者は、被
測定物に応じて最初に「高速低精度」か「高精度低速」
かをイメージし、次に適当な基準押し込み量と測定速度
を指定していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、倣い測定にお
いては、被測定物の表面性状によっても、倣い挙動が影
響を受けるため、測定者が測定精度に見合った適切な基
準押し込み量および測定速度の具体的数値を設定するの
は極めて煩雑であり、ほどんどの場合に各倣いプローブ
毎に規定されているデフォルト値が使われていたのが実
状であった。そのため、測定エラーが発生して倣い測定
が行えない場合が生じるうえ、高精度の倣い測定ができ
なかったり、低精度でよいのに測定時間がかかったりし
ていた。

【０００７】本発明の目的は、このような従来の欠点を
解決すべくなされたもので、使い勝手および測定効率の
向上が可能な倣い測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の倣い測定装置
は、倣いプローブと被測定物とを相対移動させる移動機
構を有し、この移動機構によって倣いプローブを被測定
物の表面に所定の測定圧で押圧しながら倣いプローブと
被測定物とを相対移動させ、この相対移動軌跡から被測
定物の表面輪郭形状を測定する倣い測定装置において、
被測定物の表面性状レベルおよび測定精度レベルを入力
するための入力手段と、被測定物の各表面性状レベルお
よび各測定精度レベルに対応する測定圧および測定速度
を予め記憶した測定条件設定テーブルと、前記入力手段
から被測定物の表面性状レベルおよび測定精度レベルが
入力されたことを条件として、前記測定条件設定テーブ
ルの中から入力された被測定物の表面性状レベルおよび
測定精度レベルに対応する測定圧および測定速度を読み
出し、その測定圧および測定速度に基づいて前記移動機
構を動作させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】このような構成によれば、測定者が、入力
手段において、被測定物の表面性状レベルおよび測定精
度レベルを入力すると、測定条件設定テーブルの中から
入力された被測定物の表面性状レベルおよび測定精度レ
ベルに対応する測定圧および測定速度が読み出され、そ
の測定圧および測定速度に基づいて移動機構が動作され
る。つまり、従来は、測定圧および測定速度の具体的数
値を指定するのが困難であったが、イメージ的に指定し
やすい被測定物の表面性状レベルおよび測定精度レベル
を入力するだけで、倣い測定条件の一つである測定圧お
よび測定速度が自動的に決まるので、測定者の使い勝手
を向上させることができるとともに、低精度でよい場合
には自動的に高速倣い測定が可能となるから、測定効率
を大幅に向上させることができる。

【００１０】以上において、前記測定圧は、前記倣いプ
ローブの被測定物に対する基準押し込み量と比例するた
め、この基準押し込み量によって規定されていてもよ
い。また、前記被測定物の表面性状レベルおよび測定精
度レベルの段階については、任意であるが、多すぎると
測定者が選択するのに煩雑となり、逆に、少なすぎると
適切な基準押し込み量と測定速度が得にくいので、被測
定物の表面性状レベルについては、被測定物表面の摩擦
の大小によって少なくとも２段階以上に、前記測定精度
レベルについては、測定精度に応じて少なくとも３段階
以上にそれぞれ区分けされていることが望ましい。

【００１１】また、前記制御手段は、前記移動機構を動
作させて倣い測定を行っている際、倣いプローブの押し
込み量が基準押し込み量に対して予め設定されている許
容幅を超えたときに測定エラーとする機能を備えている
ことが好ましい。このようにすれば、無駄な測定作業を
継続しなくても済むから、効率的である。この際、前記
制御手段は、測定エラーが発生した際、測定速度を前記
測定条件設定テーブルの中で１ランク下げた測定速度で
移動機構を動作させるようにすれば、自動的に適切な測
定速度で倣い測定を再継続させることができる。この場
合の倣い測定の自動継続については、入力手段から自動
リトライが指定されていることを条件として行うように
すれば、測定エラーが発生した際の後処理を自動継続
か、表面性状レベルや測定精度レベルの再入力処理かを
選択することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の倣い測定装置の一
実施形態を示す全体の斜視図である。本実施形態の測定
装置は、倣いプローブＰと被測定物Ｗとを三次元方向へ
相対移動させる移動機構としての三次元測定機Ａと、こ
の三次元測定機Ａの駆動を制御するとともに三次元測定
機Ａから与えられる倣いプローブＰと被測定物Ｗとの相
対移動データなどを取り込むコントローラＢと、このコ
ントローラＢを介して三次元測定機Ａを動作させるとと
もに三次元測定機Ａからの倣いプローブＰと被測定物Ｗ
との相対移動データなどを処理して被測定物Ｗの表面輪
郭形状を求めるホストシステムＣとから構成されてい
る。

【００１３】前記三次元測定機Ａは、ベース２１と、こ
のベース２１上に設置され上面に被測定物Ｗを載置する
テーブル２２と、このテーブル２２に前後方向（Ｙ軸方
向）へ移動可能に設けられた門形フレーム２３と、この
門形フレーム２３のＸビーム２３Ａに沿って左右方向
（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたスライダ２４と、
このスライダ２４に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に
設けられたＺ軸スピンドル２５と、このＺ軸スピンドル
２５の下端に設けられた倣いプローブＰとから構成され
ている。

【００１４】ここで、倣いプローブＰについては、たと
えば、本出願人が提案した特公平４−７７２４２号公報
に示された倣いプローブを用いることができる。これ
は、図２および図３に示すように、前記Ｚ軸スピンドル
２５の下端に着脱可能に取り付けられる基体１１０と、
この基体１１０に対してＹ軸方向へスライド可能に設け
られたＹスライダ１２０と、前記基体１１０に前記Ｙス
ライダ１２０とともにＹ軸方向へスライド可能でかつＸ
軸方向へスライド可能に設けられたＸスライダ１３０
と、このＸスライダ１３０にＺ軸方向へ昇降可能に設け
られたＺスライダ１４０と、このＺスライダ１４０に設
けられかつ下端に接触球１５１を有するスタイラス１５
０と、このスタイラス１５０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の中立
位置に保持する中立位置保持手段１６０と、各スライダ
１２０，１３０，１４０の変位量を検出する変位検出手
段１７０とから構成されている。

【００１５】前記基体１１０は、図４に示すように、Ｘ
軸方向に貫通する断面矩形の中空部１１１を備える。前
記Ｙスライダ１２０は、図５に示すように、前記基体１
１０の中空部１１１を貫通しその中空部１１１内でＹ軸
方向へスライド可能な一対のスライド部材１２１Ａ，１
２１Ｂと、前記基体１１０の幅方向外側に配置されかつ
前記一対のスライド部材１２１Ａ，１２１Ｂの両端に連
結された矩形枠１２２，１２３とを備える。これによ
り、Ｙスライダ１２０は、基体１１０にガイドされなが
らＹ軸方向へスライド可能になっている。前記Ｘスライ
ダ１３０は、図６に示すように、前記基体１１０の中空
部１１１内に収納されかつ前記Ｙスライダ１２０のスラ
イド部材１２１Ａ，１２１Ｂに挟まれた状態でＸ軸方向
へスライド可能なスライド部材１３１と、前記基体１１
０の下方から前記スライド部材１３１の両端に連結され
かつ内部にＺ軸方向へ貫通する矩形状の中空部１３２を
有する本体１３３とから構成されている。前記Ｚスライ
ダ１４０は、図７に示すように、前記Ｘスライダ１３０
の中空部１３２内に昇降可能に収納され内部に中空筒部
１４１を有する本体１４２と、この本体１４２の下端に
取り付けらかつ下面に前記スタイラス１５０を有するス
タイラス取付部材１４３とから構成されている。

【００１６】前記中立位置保持手段１６０は、スタイラ
ス１５０に被測定物などから押圧力が加わらない非接触
状態において、スタイラス１５０をＸＹ平面内の原点へ
復帰させるためのＸＹ原点復帰手段１６１と、スタイラ
ス１５０をＺ軸線上の原点へ復帰させるためのＺ原点復
帰手段１６６とから構成されている。ＸＹ原点復帰手段
１６１は、ロッド状の線ばね１６２から構成されてい
る。線ばね１６２は、上端がナット部材１６３を介して
前記基体１１０に上下方向位置調整可能に螺合されてい
るとともに、下端にＸスライダ１３０の下面に取り付け
られた中空筒部１３４内に対してＺ軸方向摺動可能なボ
ール１６５を備える。Ｚ原点復帰手段１６６は、上端が
前記Ｚスライダ１４０に係止されかつ下端が前記中空筒
部１３４上に係止されたコイルスプリング１６７から構
成されている。

【００１７】前記変位検出手段１７０は、前記Ｙスライ
ダ１２０の変位量を検出するＹセンサ１７１と、前記Ｘ
スライダ１３０の変位量を検出するＸセンサ１７２と、
前記Ｚスライダ１４０の変位量を検出するＺセンサ１７
３とを備える。Ｙセンサ１７１は、Ｙスライダ１２０の
上端起立部に設けられたスケール１７１Ａと、このスケ
ール１７１Ａに対向して前記基体１１０に設けられた検
出器１７１Ｂとから構成されている。Ｘセンサ１７２
は、基体１１０に設けられたスケール１７２Ａと、この
スケール１７２Ａに対向して前記Ｘスライダ１３０の突
出部に設けられた検出器１７２Ｂとから構成されてい
る。Ｚセンサ１７３は、Ｘスライダ１３０に設けられた
スケール１７３Ａと、このスケール１７３Ａに対向して
前記Ｚスライダ１４０に設けられた検出器１７３Ｂとか
ら構成されている。

【００１８】従って、Ｚ軸スピンドル２５に倣いプロー
ブＰを取り付けたのち、その倣いプローブＰのスタイラ
ス１５０を被測定物Ｗの表面に接触させたまま、被測定
物Ｗの表面に沿って移動させると、各センサ１７１，１
７２，１７３からは、各スライダ１２０，１３０，１４
０の変位量、つまり、スタイラス１５０の押し込み量が
出力される。ここで、この押し込み量が予め指定された
基準押し込み量となるように三次元測定機Ａの移動機構
を調整すると、スタイラス１５０の先端の接触球１５１
が被測定物Ｗの表面に対して基準押し込み量で押圧され
ながら倣い動作される。

【００１９】前記ホストシステムＣは、図８にも示すよ
うに、ＣＰＵ４１、駆動プログラムやデータ処理プログ
ラムなどを記憶したＲＯＭ４２およびデータなどを記憶
するＲＡＭ４３を有する制御手段としてのホストコンピ
ュータ４４を備える。ホストコンピュータ４４には、入
力手段としてのキーボード４５、表示装置４６およびプ
リンタ４７などが接続されているとともに、前記コント
ローラＢが接続されている。前記ＲＡＭ４３には、各種
データを記憶する領域のほかに、測定条件設定テーブル
４８が設けられている。測定条件設定テーブル４８は、
図９に示すように、被測定物Ｗの表面性状レベル（大、
中、小）および測定精度レベル（高精度、やや高精度、
中精度、やや低精度、低精度）に対応して、基準押し込
み量Ｄ１〜Ｄ１５および測定速度Ｖ１〜Ｖ１５が記憶さ
れている。より詳しくは、被測定物Ｗの表面性状を摩擦
の大小（表面粗さ）によって３段階に区分けした各表面
性状レベル（大、中、小）毎に、測定精度を５段階に区
分けした各測定精度レベル（高精度、やや高精度、中精
度、やや低精度、低精度）に対応して、基準押し込み量
Ｄ１〜Ｄ１５および測定速度Ｖ１〜Ｖ１５がそれぞれ記
憶されている。

【００２０】前記キーボード４５からは、被測定物Ｗの
表面性状レベル（大、中、小）、測定精度レベル（高精
度、やや高精度、中精度、やや低精度、低精度）および
自動リトライの有無が入力されるようになっている。前
記ホストコンピュータ４４は、前記キーボード４５から
被測定物Ｗの表面性状レベルおよび測定精度レベルが入
力された際、測定条件設定テーブル４８の中から、入力
された被測定物Ｗの表面性状レベルおよび測定精度レベ
ルに対応する基準押し込み量および測定速度を読み出
し、その基準押し込み量に対して予め設定されている許
容幅比率（押し込み量およびずれ量の許容幅比率）を選
択し、これら（基準押し込み量、測定速度および許容幅
比率）を倣い開始コマンドと一緒にコントローラＢへ与
える。また、倣い測定中に測定エラーが発生した場合
に、キーボード４５において予め自動リトライが指定さ
れていることを条件として、測定条件設定テーブル４８
の中で１ランク下げた測定速度を選択し、その測定速度
をコントローラＢへ指令する。

【００２１】次に、本実施形態の作用を図１０のフロー
チャートを参照しながら説明する。測定にあたって、測
定者は、三次元測定機Ａのテーブル２２上に被測定物Ｗ
をセットしたのち、まず、ホストシステムＣのキーボー
ド４５において、表面性状レベル、測定精度レベ
ル、自動リトライの有無を選択して入力する（Ｓ
１）。たとえば、表面性状レベルについては、被測定物
表面の摩擦の大小（表面粗さ）によってレベル大、中、
小のいずれかを選択する。また、測定精度レベルについ
ては、高精度、やや高精度、中精度、やや低精度、低精
度の中からいずれかを選択する。

【００２２】すると、ホストコンピュータ４４は、測定
条件設定テーブル４８の中から、入力された被測定物Ｗ
の表面性状レベルおよび測定精度レベルに対応する基準
押し込み量および測定速度を読み出すとともに、この基
準押し込み量に対応する許容幅比率を選択し、これら
（基準押し込み量、測定速度および許容幅比率）を倣い
開始コマンドと一緒にコントローラＢへ指令する（Ｓ
２）。これにより、コントローラＢは、与えられた基準
押し込み量および測定速度に基づいて三次元測定機Ａを
動作させる（Ｓ３）。

【００２３】このとき、倣いプローブＰの被測定物Ｗへ
の食い込み過ぎや離脱が発生した場合には、つまり、エ
ラーが発生した場合には、倣い動作を停止させるととも
に、自動リトライの指定の有無をチェックする（Ｓ４，
Ｓ５）。自動リトライの指定が有れば、測定条件設定テ
ーブル４８の中で測定速度を１ランクダウンし（Ｓ
６）、そのダウンした測定速度、基準押し込み量および
許容幅比率をコントローラＢへ指令する。自動リトライ
の指定がなければ、キーボード４５において、表面性状
レベル、測定精度レベルおよび自動リトライの有無の入
力を最初から行う。

【００２４】従って、本実施形態によれば、キーボード
４５から、被測定物Ｗの表面性状レベルおよび測定精度
レベルを入力すると、測定条件設定テーブル４８の中か
ら入力された被測定物の表面性状レベルおよび測定精度
レベルに対応する基準押し込み量および測定速度が読み
出され、その基準押し込み量および測定速度に基づいて
三次元測定機Ａが動作されるから、つまり、測定者は、
単に被測定物Ｗの表面性状レベルおよび測定精度レベル
を入力するだけで、基準押し込み量および測定速度が自
動的に決まるので、測定者の使い勝手を向上させること
ができる。

【００２５】また、低精度でよい場合には、高速倣い測
定が可能であるから、測定効率を大幅に向上させること
ができる。たとえば、内径５０ｍｍ程度の測定を行った
ときに、測定速度が３ｍｍ／ｓと２５ｍｍ／ｓとでは、
測定時間を１／２以下に短縮することができる。

【００２６】また、倣いプローブＰの押し込み量が基準
押し込み量に対して予め設定されている許容幅を超えて
測定エラーになった場合でも、キーボード４５におい
て、最初に自動リトライが指定されていれば、測定速度
を測定条件設定テーブル４８の中で１ランク下げた測定
速度で三次元測定機Ａが動作されるから、自動的に適切
な速度で倣い測定を継続させることができる。

【００２７】なお、上記実施形態では、倣いプローブＰ
の被測定物Ｗの表面に対する押し込み量が基準押し込み
量になるように制御しながら、倣いプローブＰを移動さ
せたが、たとえば、スタイラス１５０の根本に圧電素子
などの力検出器を設け、この力検出器によってスタイラ
ス１５０に作用するＸ、Ｙ，Ｚ軸方向の力（測定圧）を
検出し、この測定圧が予め設定した測定圧になるように
制御しながら、倣いプローブＰを移動させるようにして
もよい。

【００２８】また、上記実施形態では、表面性状レベル
を大、中、小の３段階に、測定精度レベルを高精度、や
や高精度、中精度、やや低精度、低精度の５段階に区分
けしたが、これに限られない。表面性状レベルに関して
は少なくとも２段階以上、測定精度レベルに関しては少
なくとも３段階以上に区分けされているのがよい。

【００２９】また、上記実施形態では、被測定物Ｗに対
して倣いプローブＰがＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動する構造
の三次元測定機Ａを用いたが、これとは逆に、倣いプロ
ーブＰに対して被測定物ＷがＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動す
る構造の三次元測定機でもよい。要するに、倣いプロー
ブＰと被測定物Ｗとが三次元（あるいは、二次元）方向
へ相対移動可能な移動機構であれば、何れでもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の倣い測定装置によれば、表面性
状レベルと測定精度レベルを入力するだけで、測定圧ま
たは基準押し込み量および測定速度が自動的に決まるの
で、測定者の使い勝手を向上させることができるととも
に、測定効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の倣い測定装置の一実施形態を示す全体
の斜視図である。

【図２】同上実施形態における倣いプローブの断面図で
ある。

【図３】図２の III−III線断面図である。

【図４】図２および図３に示す倣いプローブの基体を示
す斜視図である。

【図５】図２および図３に示す倣いプローブのＹスライ
ダを示す斜視図である。

【図６】図２および図３に示す倣いプローブのＸスライ
ダを示す斜視図である。

【図７】図２および図３に示す倣いプローブのＺスライ
ダを示す斜視図である。

【図８】同上実施形態におけるホストシステムのブロッ
ク図である。

【図９】同上実施形態における測定条件設定テーブルを
示す図である。

【図１０】同上実施形態の測定手順を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

４４ホストコンピュータ（制御手段）４５キーボード（入力手段）４８測定条件設定テーブルＡ三次元測定機（移動機構）Ｐ倣いプローブＷ被測定物

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】倣いプローブと被測定物とを相対移動さ
せる移動機構を有し、この移動機構によって倣いプロー
ブを被測定物の表面に所定の測定圧で押圧しながら倣い
プローブと被測定物とを相対移動させ、この相対移動軌
跡から被測定物の表面輪郭形状を測定する倣い測定装置
において、被測定物の表面性状レベルおよび測定精度レベルを入力
するための入力手段と、被測定物の各表面性状レベルおよび各測定精度レベルに
対応する測定圧および測定速度を予め記憶した測定条件
設定テーブルと、前記入力手段から被測定物の表面性状レベルおよび測定
精度レベルが入力されたことを条件として、前記測定条
件設定テーブルの中から入力された被測定物の表面性状
レベルおよび測定精度レベルに対応する測定圧および測
定速度を読み出し、その測定圧および測定速度に基づい
て前記移動機構を動作させる制御手段とを備えたことを
特徴とする倣い測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の倣い測定装置におい
て、前記測定圧は、前記倣いプローブの被測定物に対する基
準押し込み量によって規定されていることを特徴とする
倣い測定装置。
【請求項３】請求項２に記載の倣い測定装置におい
て、前記被測定物の表面性状レベルは、被測定物表面の摩擦
の大小によって少なくとも２段階以上に区分けされ、前記測定精度レベルは、測定精度に応じて少なくとも３
段階以上に区分けされていることを特徴とする倣い測定
装置。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載の倣い測
定装置において、前記制御手段は、前記移動機構を動作させて倣い測定を
行っている際、倣いプローブの押し込み量が基準押し込
み量に対して予め設定されている許容幅を超えたときに
測定エラーとする機能を備えていることを特徴とする倣
い測定装置。
【請求項５】請求項４に記載の倣い測定装置におい
て、前記制御手段は、測定エラーが発生した際、測定速度を
前記測定条件設定テーブルの中で１ランク下げた測定速
度で前記移動機構を動作させることを特徴とする倣い測
定装置。
【請求項６】請求項４に記載の倣い測定装置におい
て、前記制御手段は、測定エラーが発生した際、前記入力手
段から自動リトライが指定されていることを条件とし
て、測定速度を前記測定条件設定テーブルの中で１ラン
ク下げた測定速度で前記移動機構を動作させることを特
徴とする倣い測定装置。