JP4034906B2 - 表面性状測定機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は表面性状測定機、特に急峻な凹凸を有する被測定物(ワーク)の測定に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ワーク表面をスタイラスを有する検出器で走査し、表面の凹凸(あるいは粗さ)を測定する表面性状測定機が周知である。
【0003】
表面性状測定機においては、スタイラスを一定方向(X軸方向)に移動させ、ワークの凹凸により生じたスタイラスの上下方向の変位(Z軸方向)を電気信号に変換し、X軸方向のスケール信号あるいは定時間信号によりサンプリングして移動距離(X軸方向)の関数として表示装置に表示し、あるいは印刷装置に印刷する。
【0004】
図4には、従来のサンプリング方法により得られた検出値が示されている。図において、横軸はX軸、すなわち検出器のX軸方向への移動距離(X軸方向の位置)、縦軸はZ軸方向の変位、すなわち凹凸量である。図中黒丸がサンプリングタイミングにおける検出値であり、X軸方向の一定距離L毎にサンプリングされて検出値(x,z)として出力する。
【0005】
一方、普及型の表面性状測定機においては、X軸方向の一定距離毎にサンプリングするのではなく、検出器の移動速度が一定であることを考慮して一定時間毎に検出信号のサンプリングを行うことで検出値を得る構成が採用されている。但し、スタイラスの移動速度は厳密には一定ではなく、移動速度の正確な校正は困難であることから、高精度型の表面性状測定機においては、X軸に沿ってスケールを内蔵させ、ワークに対するスタイラス(あるいは検出器)の位置をスケールで正確に測定してサンプリングを行っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ワーク表面に比較的穏やかな凹凸しか存在しない場合には、X軸スケール信号あるいは一定時間信号のいずれを用いてサンプリングを行っても、ほぼ検出器の移動方向(X軸)に沿って等間隔のデータサンプリングを行うことが可能であるが、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合には、ワーク表面に沿ったサンプリング間隔は必ずしも一定にならず、適切なワーク表面の凹凸データが得られない問題があった。
【0007】
例えば、図4に示されるように一定長さL毎にサンプリングする場合でも、ワーク表面に急激な斜面が存在すると、位置L1の次に位置L2でサンプリングが行われてしまい、L1とL2の間の凹凸データが欠落してワーク表面の正確な形状を把握することができない問題があった。
【0008】
さらに、このようにZ軸方向の急激な変化が存在する場合には、検出器スタイラスを一定速度で駆動すると、検出器スタイラスの追従周波数応答の制限から、スタイラスがワーク表面に沿って正確に追従することができない問題も生じるおそれがあった。
【0009】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合においても、確実にその凹凸を検出することができる表面性状測定機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検出器を被測定物表面に沿った第1軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第1軸方向に垂直な第2軸方向の位置を検出することで、前記第1軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、前記検出器の前記第1軸方向の位置を検出する検出手段と、前記第2軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第1所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第1所定値より小さい場合には、前記第1軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第2所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段とを有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、検出器を被測定物表面に沿った第1軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第1軸方向に垂直な第2軸方向の位置を検出することで、前記第1軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、前記検出器の前記第1軸方向の位置を検出する検出手段と、前記第2軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第1所定値以上となった場合に、前記相対移動の移動速度を低下させるとともに、その時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第1所定値より小さい場合には、前記第1軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第2所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段とを有することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0017】
図1には、本実施形態に係る表面性状測定機の外観構成図が示されている。基台10上に載物台12が設けられ、この載物台12の上にワーク14が固定される。また、基台10にはスタイラスを有する検出装置16が駆動装置18により支柱20に設けられている。検出装置16は、駆動装置18により図中X方向(X軸方向)及びZ方向(Z軸方向)に駆動され、Z方向の駆動によりスタイラスの先端をワーク14の表面に接触させ、X方向の移動によりワーク14表面の凹凸をスタイラスのZ方向変位として検出する。検出された凹凸量は既述したように電気信号に変換され、コンピュータディスプレイなどの表示装置22に供給され表示される。
【0018】
表示装置22をコンピュータディスプレイとした場合、コンピュータ本体の制御装置が通信装置を介して駆動装置18を駆動制御するとともに、検出装置16からの検出信号を処理して表示装置22上に表示することができる。
【0019】
図2には、本実施形態の構成ブロック図が示されている。Z検出部24は図1における検出装置16に相当し、Z軸の検出、、すなわちワーク表面の凹凸を検出してZ検出値記憶部26及びZ相対変位比較部28に出力する。
【0020】
Z検出値記憶部26は、RAMなどで構成され、Z軸検出値を順次記憶する。
Z相対変位比較部28は、現在のZ軸検出値と、Z検出値記憶部26に最後に記憶されたZ検出値、すなわち現在から一つ前のZ検出値とを比較することでその変位量を算出し、変位量が所定値Lz以上であるか否かを判定してその結果をX、Z相対変位比較部36に出力する。また、変位量が所定値Lz以上である場合には、Z検出部24、すなわち検出装置16のX軸方向の移動速度を低下させるべく、駆動装置18に制御信号を出力する。制御信号としては、例えば変位量に反比例する速度係数値を生成して出力することで、変位量が増大するほど速度低下の度合いを大きくするように制御する。移動速度については、さらに後述する。
【0021】
一方、X検出部30は、Z検出部24、すなわち検出装置16のX軸方向位置を検出するスケールを含み、X軸検出値をX検出値記憶部32及びX相対変位比較部34に出力する。
【0022】
X検出値記憶部32は、RAMなどで構成され、X軸検出値を順次記憶する。
【0023】
X相対変位比較部34は、現在のX軸検出値と、X検出値記憶部32に最後に記憶されたX検出値、すなわち現在から一つ前のX軸検出値とを比較することでその変位量を算出し、変位量が所定値Lx以上であるか否かを判定してその結果をX、Z相対変位比較部36に出力する。
【0024】
X、Z相対変位比較部36は、Z相対変位比較部28からの判定結果と、X相対変位比較部34からの比較結果に基づいてサンプリング信号を生成し、Z検出値記憶部26とX検出値記憶部32に出力する。具体的には、X、Z相対変位比較部36は、Z軸の変位量が所定値Lz以上であるか、あるいはX軸の変位量が所定値Lx以上である場合に、サンプリング信号を生成する。Lxを図4に示された従来のサンプリング間隔Lに等しいとすると、ワーク表面の凹凸が急激でない場合にはX軸の変位量が所定値Lxに達した時点でサンプリング信号が生成され(この場合は従来と同様になる)、ワーク表面の凹凸が急激である場合にはX軸の変位量が所定値Lxに達する前にZ軸の変位量が所定値Lzに達し、サンプリング信号が生成されることになる。言い換えれば、ワーク表面凹凸が急激な場合には、Z軸変位量を基準としてサンプリングタイミングが決定され、凹凸が急激ではない場合にはZ軸変位量ではなく従来と同様にX軸変位量を基準としてサンプリングタイミングが決定されることになる。サンプリング信号を入力したZ検出値記憶部26及びX検出値記憶部32では、それぞれZ検出部24及びX検出部30から出力されたZ検出値及びX検出値を入力したサンプリング信号のタイミングで記憶する。
【0025】
駆動装置18は、検出装置16をワーク14表面に対してX軸方向に相対的に移動させる。ここで、「相対的に移動」とは、ワーク14を固定して検出装置16をワークに対して移動させる場合の他、検出装置16を固定してワーク14自体をX軸方向に移動させる場合も含む意である。表面性状測定中の移動速度は、測定条件記憶部40に記憶されている標準移動速度に、Z相対変位比較部28から出力された速度係数値を乗じることで算出される。これにより、Z軸変位量が大きい場合には標準移動速度より減速され、凹凸が急激でもスタイラスをワーク表面に追従させることができる。また、Z軸変位量が小さい場合には、逆に標準移動速度よりも増速されるので、測定時間を短縮することができる。
【0026】
測定条件記憶部40は、ユーザにより設定された各種の測定条件と解析条件を記憶する。
【0027】
表面性状解析部38は、Z検出値記憶部26とX検出値記憶部32に記憶された検出値(X、Z相対変位比較部36から供給されたサンプリング信号でサンプリングされた検出値)を、測定条件記憶部40に記憶された解析条件によりワーク表面性状の解析処理、例えばRa、Ry、Rz、Sm等の算出処理を行い、表示印刷操作部42に出力する。表示印刷操作部42は、表示装置22やキーボード、マウス、プリンタを含んで構成され、ユーザに対して表面性状解析結果を表示、出力するとともに、測定条件の設定や編集を行う。
【0028】
図3には、このような構成において図4に示されたワーク表面性状を検出した結果が示されている。図において、横軸はX軸位置、縦軸はZ軸検出値である。図4に示される従来の方法では、X軸の位置L1とL2においてのみサンプリングが行われ、L1〜L2間の検出値は得られないが、本実施形態ではX軸変位量が所定値Lx(=L)に達していなくても、Z軸変位量が所定値Lzに達した場合にはサンプリングが行われるため、図に示すように位置L1〜L2間においてもS1、S2、S3、S4がサンプリングされて検出値として出力される。したがって、ワーク表面の凹凸が急激でも正確にその形状を把握することができる。なお、本実施形態では、Z軸変位量が所定値Lz以上となった場合にサンプリング信号を生成する技術と、Z軸変位量が所定値Lz以上となった場合に検出装置16の移動速度(あるいはワークの移動速度)を低下させる技術を組み合わせる例について説明したが、もちろん、Z軸変位量が所定値Lz以上となった場合にサンプリング信号を生成する場合のみ、あるいはZ軸変位量が所定値Lz以上となった場合に検出装置16の移動速度を低下させる技術のみとすることもできる。前者の構成とするには、図2においてZ相対変位比較部28が駆動装置18に制御信号を出力することなくX、Z相対変位比較部36に判定結果を出力すればよく、後者の構成とするには、図2においてX、Z相対変位比較部36がX軸変位量が所定値Lxに達した場合のみサンプリング信号を出力すればよい。
【0029】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形使用が可能である。
【0030】
例えば、検出装置16としてアナログ型を用いた場合、Z相対変位比較部28ではアナログ電圧比較を行うことになるが、A/D変換器を用いてデジタル値に変換し、デジタル値での比較を行うことも可能である。また、アナログ値での比較を行う場合でも、Z検出値記憶部26に記憶されている一つ前のZ軸検出値をサンプルホールド回路によりホールドすることで、簡易な構成で比較処理の高速化を図ることができる。
【0031】
また、Z相対変位比較部28から駆動装置18に出力する速度係数値は、Z軸検出値の変位量に反比例させる他に、Z軸検出値の変位量が所定のしきい値以上の場合としきい値より小さい場合にそれぞれ割り当てた固定値を速度係数値とすることも可能である。この場合、駆動装置18による検出装置16の移動速度は2段階に切り替わることになる。もちろん、しきい値を複数個設け、各しきい値との大小比較によりそれぞれ固有値を速度係数値として出力することもできる。一般に、速度係数値はZ軸変位量の関数(負の相関を有する関数)で決定することができ、具体的な関数形は、検出装置16や測定機の特性に応じて決定することができる。
【0032】
また、本実施形態では、Z軸変位量を所定値Lzと比較することでサンプリングタイミングを決定しているが、Z軸変位量の時間的変化の割合、すなわちZ軸変位速度を所定値と比較してサンプリングタイミングを決定し、あるいは移動速度を決定することも可能である。変位量を所定値と比較する技術と、変位速度を所定値と比較する技術は等価であり、本発明の技術的範囲に含まれる。
【0034】
また、本実施形態におけるZ軸検出値のサンプリングタイミングは所定値Lzに依存して決定されるので、Lzを固定とするのではなく、測定すべきワークに応じて適応的に変化させることも可能である。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合においても、確実にその凹凸を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の外観構成図である。
【図2】 実施形態の構成ブロック図である。
【図3】 実施形態のZ軸検出値説明図である。
【図4】 従来技術のZ軸検出値説明図である。
【符号の説明】
10 基台、12 載物台、14 ワーク、16 検出装置、18 駆動装置、20 支柱、22 表示装置。
Claims (3)
- 検出器を被測定物表面に沿った第1軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第1軸方向に垂直な第2軸方向の位置を検出することで、前記第1軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、
前記検出器の前記第1軸方向の位置を検出する検出手段と、
前記第2軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第1所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第1所定値より小さい場合には、前記第1軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第2所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段と、
を有することを特徴とする表面性状測定機。 - 検出器を被測定物表面に沿った第1軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第1軸方向に垂直な第2軸方向の位置を検出することで、前記第1軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、
前記検出器の前記第1軸方向の位置を検出する検出手段と、
前記第2軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第1所定値以上となった場合に、前記相対移動の移動速度を低下させるとともに、その時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第1所定値より小さい場合には、前記第1軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量が第2所定値以上となった時点の前記第1軸方向の位置及び前記第2軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段と、
を有することを特徴とする表面性状測定機。 - 請求項2記載の装置において、前記制御手段は、前記第2軸方向の位置の1つ前の検出値との差分値である変位量に応じて前記移動速度の低下の度合いを制御することを特徴とする表面性状測定機。
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