JP4956058B2 - Surface texture measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面性状測定装置に関する。例えば、加振型力センサにより被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状を測定する表面性状測定装置に関する。 The present invention relates to a surface texture measuring device. For example, the present invention relates to a surface property measuring apparatus that measures surface properties such as the shape and surface roughness of an object to be measured using an excitation type force sensor.
被測定物の表面を走査して被測定物の形状や表面粗さなど表面性状を測定する表面性状測定装置として、粗さ測定機、輪郭測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている。
このような測定機において、接触部が被測定物の表面に接触した微小変位に基づいて被測定物表面を検出するセンサとして、加振型力センサが利用されている。
Surface texture measuring devices that measure the surface properties such as the shape and surface roughness of the object to be measured by scanning the surface of the object to be measured, such as roughness measuring machine, contour measuring machine, roundness measuring machine, and three-dimensional measuring machine It has been known.
In such a measuring machine, an excitation type force sensor is used as a sensor for detecting the surface of the object to be measured based on a minute displacement in which the contact portion contacts the surface of the object to be measured.
<加振型力センサについて>
加振型力センサ1(測定部)は、図10に示すように、金属製のベース2と、このベース2と一体的に形成されたスタイラス3と、このスタイラス3を振動(軸方向へ振動)させる加振素子4と、スタイラス3の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子5とから構成されている。スタイラス3の先端には、ダイヤモンドチップやルビーなどで構成された接触部としての触針6が接着固定されている。加振素子4および検出素子5は、スタイラス3の触針6が被測定物の表面に接触した際の測定力を検出する測定力検出手段を構成するもので、1枚の圧電素子によって構成され、ベース2の表裏にそれぞれ1枚ずつ接着固定されている。
<Excitation type force sensor>
As shown in FIG. 10, the vibration-type force sensor 1 (measurement unit) includes a
いま、図11に示すように、力センサ1の加振素子4に対して、特定の周波数と振幅をもつ加振信号Pi(電圧信号)を与えると、検出素子5では、特定の周波数と振幅の検出信号Qo(電圧信号)が得られる。
被測定物Wとの接触に伴う検出信号Qoの振幅変化を図12に示す。スタイラス3が被測定物Wと非接触状態にあるとき、スタイラス3の共振周波数で一定の振幅をもつ加振信号Piを加振素子4に加えると、スタイラス3が共振し、検出素子5に振幅Aoの検出信号Qoが得られる。スタイラス3が被測定物Wに接触すると、検出信号Qoの振幅がAoからAxに減衰する。
As shown in FIG. 11, when an excitation signal Pi (voltage signal) having a specific frequency and amplitude is given to the vibration element 4 of the
FIG. 12 shows the amplitude change of the detection signal Qo accompanying the contact with the workpiece W. When the excitation signal Pi having a constant amplitude at the resonance frequency of the stylus 3 is applied to the excitation element 4 when the stylus 3 is not in contact with the workpiece W, the stylus 3 resonates and the
この減衰率k(Ax/Ao)と測定力との間には、図13に示す関係がある。
ここで、スタイラス3(力センサ1)が被測定物Wに接触したときの検出信号Qoが非
接触時の90%に減衰している場合(減衰率k=0.9の状態)を例にとる。図13の関係より、この接触状態における測定力は135[μN]であることがわかる。
従って、力センサ1を被測定物Wに接触させる際、減衰率kが常に一定となるように、駆動用アクチュエータなどを用いて力センサ1と被測定物Wとの距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物Wの形状や粗さを測定することができる。
There is a relationship shown in FIG. 13 between the attenuation rate k (Ax / Ao) and the measuring force.
Here, the case where the detection signal Qo when the stylus 3 (force sensor 1) contacts the workpiece W is attenuated to 90% of the non-contact state (a state where the attenuation factor k = 0.9) is taken as an example. Take. From the relationship of FIG. 13, it can be seen that the measuring force in this contact state is 135 [μN].
Accordingly, when the
<力センサを用いた形状測定システム>
図14は、力センサ1を用いた形状測定システムの一例である。この形状測定システムは、プローブ10と、このプローブ10を制御するコントローラ20とから構成されている。
プローブ10は、力センサ1と、この力センサ1を被測定物Wに対して進退させる駆動用アクチュエータ11と、この駆動用アクチュエータ11による力センサ1の変位量(つまり、力センサ1による被測定物Wの測定位置情報)を検出する検出器(スケールと検出ヘッドからなる)12とから構成されている。
<Shape measurement system using force sensor>
FIG. 14 is an example of a shape measuring system using the
The
コントローラ20は、力センサ1を振動させるために力センサ1に加振信号を与える発振器21と、力センサ1からの検出信号を直流信号に変換するピークホールド回路22と、このピークホールド回路22からの出力(力センサ信号)と目標測定力との偏差を演算する演算器23と、この演算器23からの出力を入力とした力制御補償器24と、この力制御補償器24からの出力を基に駆動用アクチュエータ11を駆動させる駆動アンプ25と、検出器12からの信号をカウントし力センサ1の測定位置情報を位置測定値として出力するカウンタ26とから構成されている。
The
図14において、力センサ1のスタイラス3を被測定物Wに接触させると、そのときの検出信号が力センサ1から出力される。すると、その検出信号は、ピークホールド回路22で直流信号に変換されたのち、演算器23に与えられる。演算器25では、ピークホールド回路22からの検出信号(力センサ信号)と目標測定力との偏差が算出される。その偏差に力制御補償器24のゲインを乗じて、その結果が駆動アンプ25に与えられるため、駆動用アクチュエータ11によって偏差がなくなるように駆動される。
In FIG. 14, when the stylus 3 of the
<力センサを倣いプローブとして使用する方法>
図15は、力センサ1が非接触状態から接触状態へ移行したときの力センサ1からの検出信号(力センサ信号)の変化を示している。
力センサ1を被測定物Wに接触させた後さらに押し込んでいくと、力センサ1からの検出信号(力センサ信号)は、徐々に低下していき、目標測定力に略一致した状態で安定する。この状態において、力センサ1と被測定物とを被測定物の表面形状に沿って相対移動させていくと、力センサ1からの検出信号と目標測定力とが略一致した状態に保たれているから、検出器12からの位置測定値を読み込めば、測定力が一定状態で被測定物の形状や粗さを倣い測定することができる。
<Method of using force sensor as a scanning probe>
FIG. 15 shows a change in the detection signal (force sensor signal) from the
When the
<力センサをタッチプローブとして使用する方法>
図14の形状測定システムにおいて、減衰率が所望の値になったときに、現在位置をラッチする回路を組み込むことで、力センサ1を測定力一定のタッチプローブとして使用することができる。
図16に示すように、力センサ1の検出信号振幅を表す力センサ信号と、被測定物に接触したことを検知するための接触検出レベル(閾値)とを比較することで、力センサ1が被測定物に接触したことを表すタッチ信号を出力する回路を構築する。この構成では、力センサ信号が接触検出レベル(閾値)を過ぎたときにタッチ信号が発生するというしくみから、タッチ信号が発生するタイミングでは、常に同じ測定力が発生しているということになる(高精度化を実現)。
また、図17に示すように、接触検出レベル(閾値)をコントロールすることで測定力をコントロールでき、接触検出レベルを上げることで、より低測定力な測定が可能となり超高精度な測定が可能となる。
<Method of using force sensor as touch probe>
In the shape measurement system of FIG. 14, by incorporating a circuit for latching the current position when the attenuation rate reaches a desired value, the
As shown in FIG. 16, the
In addition, as shown in FIG. 17, the measurement force can be controlled by controlling the contact detection level (threshold), and by increasing the contact detection level, a measurement with a lower measurement force is possible and an ultra-high accuracy measurement is possible. It becomes.
<力一定倣い測定機能とタッチ測定機能の両方の機能を搭載したプローブ>
これまでの説明でわかるように、倣いプローブとして使用する場合も、タッチプローブとして使用する場合も、力センサの使用法(検出原理)は同じである。
そこで、従来、倣い測定機能とタッチ測定機能の両方の機能を搭載し、プローブ取付部自体を三次元空間で駆動する三次元駆動機構で駆動し、被測定物によって、力一定倣い測定とタッチ測定を切り替えて使用するシステムが提案されている(特許文献1参照)。
<Probe with both constant force measurement function and touch measurement function>
As can be seen from the above description, the use method (detection principle) of the force sensor is the same whether it is used as a scanning probe or a touch probe.
Therefore, conventionally, both a scanning measurement function and a touch measurement function are installed, and the probe mounting part itself is driven by a three-dimensional drive mechanism that drives in a three-dimensional space. A system that switches between and uses has been proposed (see Patent Document 1).
被測定物の表面形状、表面性状、材質による特性変動や、システムに入力される外乱により、力一定倣い制御が困難な場合がある。力一定倣い制御が困難な状態、すなわち、力制御が不安定な状態になると、倣い制御が振動的となり測定値にばらつきが生じ高精度が維持できない状態になる。その場合の補完機能として、力一定倣い測定とタッチ測定を切り替えて使用する。 There are cases in which constant force tracking control is difficult due to fluctuations in characteristics depending on the surface shape, surface properties, and material of the object to be measured and disturbances input to the system. If the constant force scanning control is difficult, that is, if the force control is unstable, the scanning control becomes oscillatory, and the measurement values vary and high accuracy cannot be maintained. As a complementary function in that case, the constant force scanning measurement and the touch measurement are switched and used.
たとえば、図18に示すような場合、倣い測定の途中において、倣い制御が振動的となると、測定値にばらつきが生じ高精度が維持できない状態になるので、測定者がこの状況を判断し、倣い測定モードからタッチ測定モードに手動で切り替える。あるいは、力センサ信号の振動振幅が予め設定した所定値を超えた場合、倣い測定モードからタッチ測定モードに切り替える。更に、予め測定しようとする被測定物の表面形状を推定しておき、タッチ測定領域に入った段階で、倣い測定モードからタッチ測定モードに自動的に切り替える。すると、力センサが被測定物の表面から離れた後再接触する、いわゆる、タッチバック動作を繰り返しながら、被測定物表面に沿って力センサが接触していくため、タッチ信号が発せられたタイミングで測定値が取り込まれる。 For example, in the case shown in FIG. 18, if the scanning control becomes oscillatory in the middle of the scanning measurement, the measurement value varies and high accuracy cannot be maintained. Manually switch from measurement mode to touch measurement mode. Alternatively, when the vibration amplitude of the force sensor signal exceeds a predetermined value set in advance, the scanning measurement mode is switched to the touch measurement mode. Further, the surface shape of the object to be measured is estimated in advance, and when the touch measurement area is entered, the scanning measurement mode is automatically switched to the touch measurement mode. Then, the force sensor contacts the surface of the object to be measured while repeating the so-called touch-back operation after coming away from the surface of the object to be measured. The measured value is taken in.
しかし、通常のタッチ測定で形状の倣い測定を補完するためには、測定したい形状周期より短いピッチでタッチ測定を行う必要があり、測定時間が長くなるという欠点などがある。
また、一般的には、微細な形状を測定する場合、力一定倣い測定を行う方がタッチ測定を行うより、測定データの離散間隔が狭く、細かい形状周期まで測定できるので、力一定倣い測定の方がタッチ測定を行うより得策である。従って、可能な限り力一定倣い測定の使用が望まれていた。
However, in order to supplement the shape scanning measurement with normal touch measurement, it is necessary to perform touch measurement at a pitch shorter than the shape cycle to be measured, which has a disadvantage that the measurement time becomes long.
Also, in general, when measuring a fine shape, the constant force scanning measurement is smaller than the touch measurement, because the discrete interval of the measurement data is narrower and it is possible to measure to a fine shape period. This is better than touch measurement. Accordingly, it has been desired to use constant force scanning measurement as much as possible.
本発明の目的は、被測定物の表面性状などによる特性変動や外乱などがあっても、高精度で、かつ、測定時間を増大させることなく、測定力一定の倣い測定が実現可能な表面性状測定装置を提供することにある。 The object of the present invention is to realize a surface property capable of realizing a high-precision scanning measurement with a constant measuring force even if there is a characteristic fluctuation or disturbance due to the surface property of the object to be measured. It is to provide a measuring device.
本発明の表面性状測定装置は、被測定物の表面に接触する接触部を有するスタイラスおよび前記接触部が前記被測定物の表面に接触した際の測定力を検出する測定力検出手段を有する測定部と、この測定部と被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、前記測定部による被測定物の測定位置を測定位置情報として出力する位置検出手段とを備え、前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させた状態で前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置であって、前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる倣い制御手段と、前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、前記倣い制御手段が動作中において、前記測定部からの検出測定力の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態では、前記位置検出手段からの測定位置情報を所定条件に基づいて取り込み、前記測定部からの検出測定力が振動しかつ振幅が予め設定した一定幅を超えた状態では、前記タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備えたことを特徴とする。 The surface texture measuring apparatus according to the present invention includes a stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, and a measurement force detecting unit that detects a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured. A relative movement means for relatively moving the measurement section and the object to be measured, and a position detection means for outputting the measurement position of the measurement object by the measurement section as measurement position information. A surface texture measuring device that captures measurement position information from the position detection means while driving the relative movement means in contact with the surface of the object to be measured, and measures the surface texture of the object to be measured from the measurement position information. A scanning control means for taking in the detected measurement force from the measurement section and driving the relative movement means so that the detected measurement force substantially coincides with a target measurement force; and a detection from the measurement section When a constant force is taken in and the detected measurement force coincides with the contact measurement force, a touch signal generation unit that generates a touch signal, and a fluctuation range of the detection measurement force from the measurement unit when the scanning control unit is operating. In a state of less than a predetermined fixed width, the measurement position information from the position detection means is taken in based on a predetermined condition, the detected measurement force from the measurement unit vibrates and the amplitude exceeds a predetermined fixed width Then, each time a touch signal is generated from the touch signal generation means, a measurement value acquisition means for acquiring measurement position information from the position detection means is provided.
この発明によれば、測定部からの検出測定力が倣い制御手段に取り込まれ、倣い制御手段によって検出測定力が目標測定力に略一致するように相対移動手段が駆動される。従って、測定部のスタイラスが被測定物に接触され、このときの検出測定力が目標測定力に略一致するように制御された状態において、被測定物の表面性状が倣い測定される。
このとき、測定部からの検出測定力の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態では、位置検出手段からの測定位置情報が所定条件に基づいて取り込まれる。従って、この状態では、通常の倣い測定での測定を実現できる。ここで、所定条件とは、所定時間間隔あるいは所定距離間隔などをいう。
一方、倣い測定中において、測定部からの検出測定力が振動し、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超えた状態になると、たとえば、被測定物の形状や材質、表面性状などによる特性変動や外乱などによって、測定部からの検出測定力が振動的となると、測定力が変動するので、測定値にばらつきが生じる。
この状態では、タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、位置検出手段からの測定位置情報が取り込まれる。タッチ信号が発生するタイミングは、検出測定力が接触測定力と一致したときであるから、一定の測定力での測定値を取り込むことができる。もとより、倣い測定からタッチ測定へと切り替えて測定を行うものでないから、いわゆる、タッチバック動作に伴う時間的なロスもなくすことができる。
従って、被測定物の表面性状などによる特性変動や外乱などがあっても、高精度で、かつ、測定時間を増大させることなく、測定力一定の倣い測定が実現できる。
According to the present invention, the detected measurement force from the measurement unit is taken into the scanning control unit, and the relative movement unit is driven by the scanning control unit so that the detected measurement force substantially matches the target measurement force. Accordingly, the surface property of the object to be measured is measured in a state where the stylus of the measuring unit is brought into contact with the object to be measured and the detected measurement force at this time is controlled to substantially match the target measurement force.
At this time, in a state where the fluctuation range of the detection measurement force from the measurement unit is less than a predetermined fixed range, the measurement position information from the position detection unit is captured based on a predetermined condition. Therefore, in this state, measurement by normal scanning measurement can be realized. Here, the predetermined condition means a predetermined time interval or a predetermined distance interval.
On the other hand, if the detected measurement force from the measurement unit vibrates and the amplitude exceeds a preset fixed width during scanning measurement, for example, the characteristics change due to the shape, material, surface properties, etc. of the object to be measured When the detected measurement force from the measurement unit becomes oscillating due to a disturbance or a disturbance, the measurement force fluctuates, resulting in variations in measurement values.
In this state, every time a touch signal is generated from the touch signal generating means, measurement position information from the position detecting means is taken in. Since the timing at which the touch signal is generated is when the detected measurement force coincides with the contact measurement force, a measurement value with a constant measurement force can be captured. Of course, since the measurement is not performed by switching from the scanning measurement to the touch measurement, the time loss associated with the so-called touch back operation can be eliminated.
Therefore, even if there are characteristic fluctuations or disturbances due to the surface properties of the object to be measured, it is possible to realize scanning measurement with high accuracy and constant measurement force without increasing the measurement time.
本発明の表面性状測定装置は、被測定物の表面に接触する接触部を有するスタイラスおよび前記接触部が前記被測定物の表面に接触した際の測定力を検出する測定力検出手段を有する測定部と、この測定部と被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、前記測定部による被測定物の測定位置を測定位置情報として出力する位置検出手段とを備え、前記スタイラスの接触部を被測定物表面に接触させた状態で前記相対移動手段を駆動させながら、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込み、この測定位置情報から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置であって、前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる倣い制御手段と、前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替スイッチ手段と、前記倣い制御手段が動作中において、前記切替スイッチ手段が倣い測定モードに切り替えられた状態では、前記位置検出手段からの測定位置情報を所定条件に基づいて取り込み、前記切替スイッチ手段がタッチ測定モードに切り替えられた状態では、前記タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備えたことを特徴とする。 The surface texture measuring apparatus according to the present invention includes a stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, and a measurement force detecting unit that detects a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured. A relative movement means for relatively moving the measurement section and the object to be measured, and a position detection means for outputting the measurement position of the measurement object by the measurement section as measurement position information. A surface texture measuring device that captures measurement position information from the position detection means while driving the relative movement means in contact with the surface of the object to be measured, and measures the surface texture of the object to be measured from the measurement position information. A scanning control means for taking in the detected measurement force from the measurement section and driving the relative movement means so that the detected measurement force substantially coincides with a target measurement force; and a detection from the measurement section Touch signal generating means that takes in a constant force and generates a touch signal when the detected measurement force matches the contact measurement force, a changeover switch means for switching between the scanning measurement mode and the touch measurement mode, and the scanning control means operates In the state where the changeover switch means is switched to the scanning measurement mode, the measurement position information from the position detection means is captured based on a predetermined condition, and in the state where the changeover switch means is switched to the touch measurement mode, Each time a touch signal is generated from the touch signal generation means, a measurement value acquisition means for acquiring measurement position information from the position detection means is provided.
この発明によれば、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替スイッチ手段を備えているので、切替スイッチ手段の切替動作によって、測定モードが倣い測定モードからタッチ測定モードに切り替えられる。すると、タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、位置検出手段からの測定位置情報が取り込まれるから、上記と同様な効果が期待できる。ここで、所定条件とは、所定時間間隔あるいは所定距離間隔などをいう。 According to the present invention, since the switching switch means for switching between the scanning measurement mode and the touch measurement mode is provided, the measurement mode is switched from the scanning measurement mode to the touch measurement mode by the switching operation of the switching switch means. Then, every time a touch signal is generated from the touch signal generating means, the measurement position information from the position detecting means is taken in, so that the same effect as described above can be expected. Here, the predetermined condition means a predetermined time interval or a predetermined distance interval.
本発明の表面性状測定装置において、前記切替スイッチ手段は、前記被測定物の表面形状に応じてユーザの選択により、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替えられる切替部を備えていることが好ましい。
この発明によれば、ユーザーが、被測定物表面の傾斜や曲率をみて、被測定物表面のうち倣い測定する部分とタッチ測定をする部分とを選択する。そして、ユーザーが切替部を任意に切り替えて測定モードを選択できるので、例えば、装置自体が倣い測定とタッチ測定とを繰り返して、試行錯誤しながら最適な測定モードを自動選択するのに比べて、測定モードの選択を迅速かつ的確にでき、効率よく測定を進めることができる。
In the surface texture measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the changeover switch unit includes a switching unit that can be switched between a scanning measurement mode and a touch measurement mode according to a user's selection according to the surface shape of the object to be measured. .
According to the present invention, the user selects the portion to be measured and the portion to be touch-measured on the surface of the object to be measured by looking at the inclination and curvature of the surface of the object to be measured. And since the user can arbitrarily switch the switching unit and select the measurement mode, for example, the device itself repeats the scanning measurement and the touch measurement, and automatically selects the optimal measurement mode while trial and error, The measurement mode can be selected quickly and accurately, and the measurement can proceed efficiently.
本発明の表面性状測定装置において、前記切替スイッチ手段は、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部と、この切替部を制御する切替制御部とを有し、前記切替制御部は、前記測定力検出手段で検出される検出測定力の変化に基づいて前記切替部を切り替えることが好ましい。
倣い測定では、被測定物の表面形状や材質あるいは測定力の検出方向と被測定物表面の法線方向との相対角度などによって、測定部からの検出測定力が振動的になる。このような状態となると、測定力が変動するので、測定力一定での測定は期待できない。
この発明によれば、測定力検出手段で検出される測定力の変化に基づいて、例えば、測定部からの検出測定力が振動し、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超えた状態になると、タッチ測定に切り替えられるから、ユーザーが切替部を任意に切り替えて試行錯誤しながら最適な測定モードを自動選択するのに比べて、測定モードの選択を迅速かつ的確にでき、効率よく測定を進めることができる。
In the surface texture measuring apparatus of the present invention, the changeover switch means includes a switching unit that switches between a scanning measurement mode and a touch measurement mode, and a switching control unit that controls the switching unit, and the switching control unit includes the switching control unit, It is preferable to switch the switching unit based on a change in the detected measurement force detected by the measurement force detection means.
In the scanning measurement, the detected measurement force from the measurement unit becomes oscillating depending on the surface shape and material of the measurement object or the relative angle between the detection direction of the measurement force and the normal direction of the measurement object surface. In such a state, the measurement force varies, so measurement with a constant measurement force cannot be expected.
According to the present invention, based on the change in the measurement force detected by the measurement force detection means, for example, when the detected measurement force from the measurement unit vibrates and the amplitude exceeds a preset fixed width. , Because it can be switched to touch measurement, the user can switch the switching unit arbitrarily and automatically select the optimal measurement mode through trial and error. be able to.
本発明の表面性状測定装置において、前記切替スイッチ手段は、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部と、この切替部を制御する切替制御部とを有し、前記切替制御部は、前記被測定物の表面形状に基づいて前記切替部を切り替えることが好ましい。
ここで、切替制御部が被測定物の表面形状に基づいて切替部を切り替えるとは、例えば、測定済みの測定データに基づいて被測定物の表面形状を算出したうえで、この算出した被測定物表面の曲率や、被測定物表面が測定力検出方向に対してなす角などに基づいて倣い測定とタッチ測定とを選択して切り替えることが例として挙げられる。あるいは、被測定物の設計データから被測定物表面の形状を得て、この設計データから被測定物表面の曲率や傾斜などを求めてもよい。
この発明によれば、被測定物の表面形状を解析して、例えば、曲率や傾斜などに基づいてタッチ測定に切り替える切り替え制御が行われるので、ユーザーが判断して切り替えるといった操作を必要とせず、簡便である。そして、自動的な切り替えにより、倣い測定では測定できない表面形状であっても自動的にタッチ測定にて形状測定を行うことができる。
In the surface texture measuring apparatus of the present invention, the changeover switch means includes a switching unit that switches between a scanning measurement mode and a touch measurement mode, and a switching control unit that controls the switching unit, and the switching control unit includes the switching control unit, It is preferable to switch the switching unit based on the surface shape of the object to be measured.
Here, the switching control unit switches the switching unit based on the surface shape of the object to be measured, for example, after calculating the surface shape of the object to be measured based on the measured measurement data, Examples include selecting and switching between scanning measurement and touch measurement based on the curvature of the object surface, the angle formed by the surface of the object to be measured with respect to the measurement force detection direction, and the like. Alternatively, the shape of the surface of the object to be measured may be obtained from the design data of the object to be measured, and the curvature or inclination of the surface of the object to be measured may be obtained from the design data.
According to the present invention, the surface shape of the object to be measured is analyzed, and, for example, switching control is performed to switch to touch measurement based on curvature, inclination, etc. Convenient. Then, by automatic switching, even if the surface shape cannot be measured by scanning measurement, the shape measurement can be automatically performed by touch measurement.
本発明の表面性状測定装置において、前記倣い制御手段は、前記測定部からの検出測定力と目標測定力との偏差を演算し出力する演算器と、この演算器からの出力信号を設定ゲインで増幅して前記相対移動手段に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、前記測定部からの検出測定力が振動状態になるように、前記ゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることが好ましい。
この発明によれば、ゲイン調整手段の設定ゲインの調整により、測定部からの検出測定力が発振した状態が得られるから、位置検出手段からの相対移動位置データを周期的にかつよりこまかなタイミングで取得できる。よって、より高精度化が図れる。
In the surface texture measuring apparatus of the present invention, the scanning control means includes a computing unit that computes and outputs a deviation between the detected measuring force from the measuring unit and a target measuring force, and an output signal from the computing unit with a set gain. And a gain adjusting unit that amplifies and applies to the relative moving unit, and is configured so that the set gain of the gain adjusting unit can be adjusted so that the detected measuring force from the measuring unit is in a vibrating state. It is preferable.
According to the present invention, by adjusting the setting gain of the gain adjusting means, a state in which the detected measuring force from the measuring section oscillates can be obtained, so that the relative movement position data from the position detecting means is periodically and finely timingd. Can be obtained at Therefore, higher accuracy can be achieved.
本発明の表面性状測定装置において、前記相対移動手段は、前記測定部を微小変位させる微動機構と、この微動機構とともに前記測定部を前記微動機構よりも大変位させる粗動機構とを含んで構成され、前記倣い制御手段は、前記測定部からの検出測定力と目標測定力との偏差を演算し出力する演算器と、この演算器からの出力信号を設定ゲインで増幅して前記微動機構に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、前記測定部からの検出測定力が振動状態になるように、前記ゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることが好ましい。
ここで、微動機構としては、応答速度が速い駆動機構であることが望ましく、例えば、圧電素子を用いた圧電アクチュエータが例として挙げることができる。また、粗動機構としては、電磁アクチュエータを用いることが例として挙げられる。
この発明によれば、粗動機構と粗動機構とを備えているので、倣い測定において、被測定物表面の微小凹凸に対しては応答速度の速い微動機構によって接触部を迅速に微小変位させることができ、被測定物表面の大きな形状変化(うねり等)に対しては大きな変位を許容できる粗動機構によって対応できる。その結果、接触部を高精度かつ高速に被測定物表面に沿って倣い移動させることができる。
In the surface texture measuring apparatus according to the present invention, the relative movement unit includes a fine movement mechanism that slightly displaces the measurement unit and a coarse movement mechanism that displaces the measurement unit together with the fine movement mechanism more than the fine movement mechanism. The scanning control means calculates and outputs a deviation between the detected measurement force and the target measurement force from the measurement unit, and amplifies an output signal from the calculator with a set gain to the fine movement mechanism. It is preferable that the gain adjustment unit is configured so that the set gain of the gain adjustment unit can be adjusted so that the detected measurement force from the measurement unit is in a vibrating state.
Here, it is desirable that the fine movement mechanism is a drive mechanism having a high response speed. For example, a piezoelectric actuator using a piezoelectric element can be given as an example. An example of the coarse movement mechanism is an electromagnetic actuator.
According to the present invention, since the coarse movement mechanism and the coarse movement mechanism are provided, in the scanning measurement, the contact portion is quickly finely displaced by the fine movement mechanism having a quick response speed with respect to the minute unevenness on the surface of the object to be measured. It is possible to cope with a large shape change (swell or the like) on the surface of the object to be measured by a coarse movement mechanism that can tolerate a large displacement. As a result, the contact portion can be moved along the surface of the object to be measured with high accuracy and high speed.
本発明の表面性状測定装置は、被測定物の表面に接触する接触部を有するスタイラスおよび前記接触部が前記被測定物の表面に接触した際の測定力を検出する測定力検出手段を有する測定部と、この測定部と被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、前記測定部による被測定物の測定位置を測定位置情報として出力する位置検出手段とを備えた表面性状測定装置であって、前記測定部で検出された検出測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる力制御ループと、前記測定部で検出された検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、このタッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備え、前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループが設定可能に構成されていることを特徴とする。 The surface texture measuring apparatus according to the present invention includes a stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, and a measurement force detecting unit that detects a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured. A surface texture measuring apparatus comprising: a moving part; a relative moving means for relatively moving the measuring part and the object to be measured; and a position detecting means for outputting a measurement position of the object to be measured by the measuring part as measurement position information. A force control loop that takes in the detected measurement force detected by the measurement unit and drives the relative movement means so that the detected measurement force substantially matches the target measurement force, and the detected measurement detected by the measurement unit A touch signal generating means for capturing a force and generating a touch signal when the detected measuring force coincides with the contact measuring force, and each time the touch signal is generated from the touch signal generating means, the position detecting hand A measurement value acquisition means for acquiring measurement position information from the measurement force, and the force control loop is configured to be set so that the detected measurement force detected by the measurement force detection means is in a vibration state. Features.
この発明によれば、スタイラスの接触部が被測定物の表面に接触した状態において、測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、力制御ループを設定し、この状態で測定を行う。すると、検出測定力が目標測定力に一致する毎にタッチ信号が発せられ、タッチ信号が発生される毎に、位置検出手段からの測定位置情報が測定値取込手段に取り込まれる。
つまり、検出測定力の振動状態を利用してタッチ信号を発生させるようにしたので、高速なタッチ信号を発生させることができ、このタッチ信号の発生タイミングで測定位置情報を取り込むことができるので、高精度な測定が実現できる。とくに、力制御ループの不安定振動を利用して測定を行うため、外乱に強く安定した形状追従が可能で、急傾斜面をもつ被測定物の測定も可能で、倣い速度も高くできる。
従って、被測定物の表面性状などによる特性変動や外乱などがあっても、高精度で、かつ、測定時間を増大させることなく、測定力一定の倣い測定が実現できる。
According to the present invention, the force control loop is set so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting means is in a vibrating state in a state where the contact portion of the stylus is in contact with the surface of the object to be measured. Measure with. Then, each time the detected measurement force matches the target measurement force, a touch signal is generated, and each time the touch signal is generated, the measurement position information from the position detection unit is taken into the measurement value taking unit.
In other words, since the touch signal is generated using the vibration state of the detected measurement force, a high-speed touch signal can be generated, and measurement position information can be captured at the generation timing of the touch signal. Highly accurate measurement can be realized. In particular, since the measurement is performed using unstable vibration of the force control loop, it is possible to follow a shape that is strong and stable against disturbance, to measure an object having a steeply inclined surface, and to increase the scanning speed.
Therefore, even if there are characteristic fluctuations or disturbances due to the surface properties of the object to be measured, it is possible to realize scanning measurement with high accuracy and constant measurement force without increasing the measurement time.
本発明の表面性状測定装置において、前記力制御ループは、前記測定力検出手段で検出された検出測定力と目標測定力との偏差を出力する演算器と、この演算器からの出力を設定ゲインで増幅して前記相対移動手段に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループのゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることが好ましい。
この発明によれば、ゲイン調整手段の設定ゲインの調整により、測定部からの検出測定力が発振した状態が得られるから、位置検出手段からの相対移動位置データを周期的にかつよりこまかなタイミングで取得できる。よって、より高精度化が図れる。
In the surface texture measuring apparatus according to the present invention, the force control loop includes a computing unit that outputs a deviation between the detected measuring force detected by the measuring force detecting means and the target measuring force, and an output from the computing unit is set gain. And a gain adjusting unit that amplifies the signal to the relative moving unit and sets the gain adjusting unit of the force control loop so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting unit is in a vibrating state. It is preferable that the gain is adjustable.
According to the present invention, by adjusting the setting gain of the gain adjusting means, a state in which the detected measuring force from the measuring section oscillates can be obtained, so that the relative movement position data from the position detecting means is periodically and finely timingd. Can be obtained at Therefore, higher accuracy can be achieved.
本発明の表面性状測定装置において、前記相対移動手段は、前記測定部を微小変位させる微動機構と、この微動機構とともに前記測定部を前記微動機構よりも大変位させる粗動機構とを含んで構成され、前記力制御ループは、前記測定力検出手段で検出された検出測定力と目標測定力との偏差を出力する演算器と、この演算器からの出力を設定ゲインで増幅して前記微動機構に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループのゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることが好ましい。
この発明によれば、粗動機構と粗動機構とを備えているので、倣い測定において、被測定物表面の微小凹凸に対しては応答速度の速い微動機構によって接触部を迅速に微小変位させることができ、被測定物表面の大きな形状変化(うねり等)に対しては大きな変位を許容できる粗動機構によって対応できる。その結果、接触部を高精度かつ高速に被測定物表面に沿って倣い移動させることができる。
In the surface texture measuring apparatus according to the present invention, the relative movement unit includes a fine movement mechanism that slightly displaces the measurement unit and a coarse movement mechanism that displaces the measurement unit together with the fine movement mechanism more than the fine movement mechanism. And the force control loop outputs a deviation between the detected measurement force detected by the measurement force detection means and the target measurement force, and amplifies the output from the calculator with a set gain to thereby adjust the fine movement mechanism. And a gain adjusting means for adjusting the set gain of the gain adjusting means of the force control loop so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting means is in a vibration state. Preferably it is.
According to the present invention, since the coarse movement mechanism and the coarse movement mechanism are provided, in the scanning measurement, the contact portion is quickly finely displaced by the fine movement mechanism having a quick response speed with respect to the minute unevenness on the surface of the object to be measured. It is possible to cope with a large shape change (swell or the like) on the surface of the object to be measured by a coarse movement mechanism that can tolerate a large displacement. As a result, the contact portion can be moved along the surface of the object to be measured with high accuracy and high speed.
本発明の表面性状測定装置において、前記タッチ信号発生手段は、前記測定部からの検出測定力が接触測定力より高い値から接触測定力を過ぎったときと、前記測定部からの検出測定力が接触測定力より低い値から接触測定力を過ぎったときとの両方のタイミングでタッチ信号を発生することが好ましい。
この発明によれば、測定部からの検出測定力が接触測定力より高い値から接触測定力を過ぎったときと、測定部からの検出測定力が接触測定力より低い値から接触測定力を過ぎったときとの両方のタイミングでタッチ信号が発生されるから、位置検出手段からの測定位置情報をよりこまかなタイミングで取得できる。よって、より高精度化が図れる。
In the surface texture measuring device according to the present invention, the touch signal generating means may detect when the detected measurement force from the measurement unit exceeds the contact measurement force from a value higher than the contact measurement force, and the detected measurement force from the measurement unit. It is preferable to generate a touch signal at both the timing when the contact measurement force is passed from a value lower than the contact measurement force.
According to the present invention, when the detected measurement force from the measurement unit exceeds the contact measurement force from a value higher than the contact measurement force, and the detected measurement force from the measurement unit exceeds the contact measurement force from a value lower than the contact measurement force. Since the touch signal is generated at both timings, the measurement position information from the position detection means can be acquired at a finer timing. Therefore, higher accuracy can be achieved.
本発明の表面性状測定装置において、前記測定部は、前記スタイラスを振動させる加振素子および前記スタイラスの振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子を含んで構成されていることが好ましい。
この発明によれば、接触部が被測定物表面に接触して、スタイラスの振動が束縛されると、振動レベルが小さくなるので、この振動の差から、被測定物表面から接触部にかかる測定力を検出することができる。特に、振動が束縛されたことによる振動の減衰から、測定力を検出するため、低測定力でも高精度に検出することができる。
In the surface texture measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the measurement unit includes a vibration element that vibrates the stylus and a detection element that detects a vibration state of the stylus and outputs a detection signal.
According to this invention, when the contact portion comes into contact with the surface of the object to be measured and the vibration of the stylus is constrained, the vibration level becomes small. Force can be detected. In particular, since the measurement force is detected from the vibration attenuation due to the vibration being constrained, even a low measurement force can be detected with high accuracy.
[第1実施形態]
<第1実施形態の全体構成(図1)の説明>
図1は、本発明に係る表面形状測定装置の第1実施形態を示すブロック図である。なお、同図の説明にあたって、図14と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
本実施形態の表面形状測定装置は、プローブ10と、三次元駆動機構40と、プローブ10を制御するコントローラ50とから構成されている。
プローブ10は、図14と同様に、力センサ1と、この力センサ1を被測定物Wに対して相対移動(進退)させる相対移動手段としての駆動用アクチュエータ11と、この駆動用アクチュエータ11による力センサ1の変位量(つまり、力センサ1による被測定物Wの測定位置情報)を検出する位置検出手段としての検出器(スケールと検出ヘッドからなる)12とから構成されている。
[First Embodiment]
<Description of Overall Configuration of First Embodiment (FIG. 1)>
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a surface shape measuring apparatus according to the present invention. In the description of the figure, the same components as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
The surface shape measuring apparatus according to the present embodiment includes a
As in FIG. 14, the
三次元駆動機構40は、駆動用アクチュエータ11とともに相対移動手段を構成するもので、プローブ10の取付部を三次元方向(X,Y,Z軸方向)へ駆動させる。なお、三次元駆動機構40は、プローブ10を三次元方向へ駆動させる構成に限らず、被測定物Wを三次元方向へ駆動させる機構であってもよく、あるいは、プローブ10および被測定物Wの一方を少なくとも1軸方向へ駆動可能とし、他方を残りの軸方向へ駆動可能として構成してもよい。
The three-
コントローラ50は、図14と同様に発振器21、ピークホールド回路22およびカウンタ26を備えいるとともに、このほかに、タッチ信号発生部51、ラッチカウンタ52、倣い測定制御部53を備えている。
タッチ信号発生部51(タッチ信号発生手段)は、ピークホールド回路22を通じて、力センサ1からの検出信号(つまり、検出測定力としての力センサ信号)を取り込み、この検出信号が設定値である接触測定力(接触検出レベル)に一致したとき、ここでは、検出信号が接触測定力より高い値から接触測定力(接触検出レベル)を過ぎったときにタッチ信号を発生し、このタッチ信号をラッチカウンタ52へ与える。
ラッチカウンタ52は、タッチ信号発生部51からタッチ信号が与えられる毎に、カウンタ26のカウント値をラッチし、倣い測定制御部53(後述する測定値取込手段55)へ与える。
The
The touch signal generation unit 51 (touch signal generation means) takes in a detection signal from the force sensor 1 (that is, a force sensor signal as a detection measurement force) through the
The
倣い測定制御部53は、倣い制御手段54および測定値取込手段55を備える。
倣い制御手段54は、ピークホールド回路22を通じて、力センサ1からの検出信号を取り込み、この検出信号が設定値である目標測定力に略一致するように駆動用アクチュエータ11を駆動させる。つまり、図示省略したが、図14と同様に、ピークホールド回路22からの出力(力センサ信号)と目標測定力との偏差を演算する演算器23と、この演算器23からの出力を入力とした力制御補償器24と、この力制御補償器24からの出力を基に駆動用アクチュエータ11を駆動させる駆動アンプ25とから構成されている。
測定値取込手段55は、倣い制御手段54が動作中において、ピークホールド回路22を通じて、力センサ1からの検出信号(力センサ信号)を取り込み、この検出信号の変動幅が予め設定した一定幅未満(測定値のばらつきを無視できる程度の変動幅)の状態であるか否かを判別する。検出信号の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態では、カウンタ26からの位置測定値(測定位置情報)を所定時間間隔で取り込む。力センサ1からの検出信号が振動し、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超え状態では、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される毎にラッチされたラッチカウンタ52の位置測定値(測定位置情報)を取り込む。
The scanning
The scanning control means 54 takes in the detection signal from the
The measured value capturing means 55 captures a detection signal (force sensor signal) from the
<力一定倣い測定>
力センサ1からの検出信号(力センサ信号)が倣い制御手段54に取り込まれ、倣い制御手段54によって検出信号が目標測定力(基準値)に略一致するように駆動用アクチュエータ11が駆動される。従って、力センサ1のスタイラス3が被測定物に接触され、このときの測定力が目標測定力に保たれた状態で被測定物の表面性状が倣い測定される。
力一定制御が安定して制御されている場合(例えば、図14の状態)では、力センサ1および被測定物の変形量は一定なので、測定値のばらつきを少なく測定することができる。
<Measurement of constant force scanning>
A detection signal (force sensor signal) from the
When the constant force control is stably controlled (for example, in the state shown in FIG. 14), the deformation amount of the
しかし、被測定物の表面形状、表面性状、材質による特定変動やシステムに入力される外乱により、力一定倣い制御が困難な状況になると、力センサ1および被測定物の変形量が、安定していない測定力に応じて変化するので、測定値のばらつきが大きくなる。
たとえば、図2に示すように、力センサ1からの検出信号(力センサ信号)が目標測定力に達したのち、振動すると、測定値のばらつきが大きくなる。
ここでは、検出信号が目標測定力を高い値から目標測定力を過ぎる毎に、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される。すると、そのタッチ信号がラッチカウンタ52に与えられる結果、カウンタ26のカウント値がラッチカウンタ52にラッチされる。
However, when the force constant scanning control is difficult due to specific fluctuations due to the surface shape, surface properties and material of the object to be measured and disturbances input to the system, the deformation amount of the
For example, as shown in FIG. 2, when the detection signal (force sensor signal) from the
Here, every time the detection signal passes the target measurement force from a value higher than the target measurement force, the touch
同時に、力センサ1からの検出信号は測定値取込手段55にも与えられている。測定値取込手段55は、力センサ1からの検出信号の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態であるか否かを判別する。検出信号の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態では、カウンタ26からの位置測定値を所定時間間隔で取り込む。力センサ1からの検出信号が振動し、かつ振幅が予め設定した一定幅を超えた状態では、ラッチカウンタ52の値、つまり、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される毎にラッチされたラッチカウンタ52の位置測定値を取り込む。
尚、力センサ1からの検出信号が振動している状態にあっても倣い制御手段54は動作しているので、力センサ1の検出信号の振動の平均値は目標測定値に略一致するように制御される。
At the same time, the detection signal from the
The scanning control means 54 operates even when the detection signal from the
タッチ信号が発生するタイミングは、検出信号が接触測定力と一致したときであるから、一定の測定力での測定値を取り込むことができる。つまり、測定値は、常に同じ測定力が生じているときの値となり、力一定制御が安定して制御されている場合と同等な測定値が得られる。結果、測定値のばらつきを抑えることが可能となる。
また、被測定物の形状追従中(倣い制御中)にタッチ信号が生成されるため、従来のタッチプローブのようなタッチバック動作が不要となり、測定時間を短縮できる。つまり、タッチバック動作に伴う時間的なロスをなくすことができる。
従って、被測定物の表面性状などによる特性変動や外乱などがあっても、高精度で、かつ、測定時間を増大させることなく、測定力一定の倣い測定が実現できる。
Since the timing at which the touch signal is generated is when the detection signal coincides with the contact measurement force, the measurement value with a constant measurement force can be captured. That is, the measurement value is always a value when the same measurement force is generated, and a measurement value equivalent to that when the constant force control is stably controlled is obtained. As a result, it is possible to suppress variations in measured values.
In addition, since a touch signal is generated while following the shape of the object to be measured (during copying control), a touch-back operation like a conventional touch probe is unnecessary, and the measurement time can be shortened. That is, it is possible to eliminate the time loss associated with the touchback operation.
Therefore, even if there are characteristic fluctuations or disturbances due to the surface properties of the object to be measured, it is possible to realize scanning measurement with high accuracy and constant measurement force without increasing the measurement time.
上述した方式の場合、タッチ信号の発生周期を等間隔でかつ任意の周期で発生させることができないのが欠点となるが、このことを補うため、次の方法が考えられる。
<(1)タッチ信号の発生条件を変えて、タッチ信号発生周期を高める方法>
図2で説明している方法では、力センサ1の検出信号が接触検出レベルを、高い値から低い値に過ぎったときのみタッチ信号を発生する回路を用いているが、図3のように、高い値から低い値に過ぎったときと、低い値から高い値に過ぎったときの両方でタッチ信号を発生させる。つまり、図1のタッチ信号発生部51を、上述した両方のタイミングでタッチ信号を発生する回路に構成する。このようにすると、タッチ信号発生周期を高めることができるから、より高精度化が図れる。(図2および図3は、倣い制御手段54の目標測定力とタッチ信号発生部51の接触測定力が同値である場合を図示している。)
なお、この方法は、次の(2)力制御ループをハイゲインにして高周波発振させる方法と同時に使用することが可能である。
In the case of the above-described method, it is a disadvantage that the generation period of the touch signal cannot be generated at an equal interval and an arbitrary period. To compensate for this, the following method can be considered.
<(1) A method of increasing the touch signal generation cycle by changing the generation condition of the touch signal>
In the method described in FIG. 2, a circuit that generates a touch signal only when the detection signal of the
This method can be used at the same time as the following (2) high-frequency oscillation by setting the force control loop to high gain.
<(2)力制御ループをハイゲインにして高周波発振させる方法>
力一定倣い制御が安定しない理由は、主に2通り考えられる。
(a)力制御で押さえ込めない外乱の影響で力が乱れる。
(b)力制御ループがハイゲインであり、高周波領域が不安定になり発振状態になる。
上記(b)の状態は通常の制御では好ましくない状態であるが、本方式を用いた場合は、このような発振状態でも、ばらつきの少ない測定値を取得することが可能である。また、力制御ループのハイゲイン化による発振の場合は、一般的にはプローブの機械系がもっている高周波領域の共振周波数で発振する場合が多いので、この発振現象を利用することで、高速で周期的な連続タッチを実現できる。
<(2) Method of high-frequency oscillation by setting the force control loop to high gain>
There are mainly two reasons why the constant force scanning control is not stable.
(A) The force is disturbed by the influence of a disturbance that cannot be suppressed by force control.
(B) The force control loop has a high gain, the high frequency region becomes unstable, and an oscillation state occurs.
Although the state (b) is not preferable in normal control, when this method is used, it is possible to obtain measurement values with little variation even in such an oscillation state. In addition, in the case of oscillation by increasing the gain of the force control loop, in general, oscillation often occurs at a resonance frequency in the high frequency region possessed by the probe's mechanical system. Can achieve continuous touch.
具体的には、倣い制御手段54は、図14と同様に、力センサ1からの検出信号と目標測定力との偏差を演算し出力する演算器23と、この演算器23からの出力信号を設定ゲインで増幅して出力するゲイン調整手段としての力制御補償器24と、この力制御補償器24からの出力を基に相対移動手段である駆動用アクチュエータ11を駆動させる駆動アンプ25とを含んで構成されているから、例えば、力センサ1からの検出信号が振動状態になる領域に力センサ1と被測定物との走査位置が達した時点で、測定者が手動で、力制御補償器24のゲインをハイゲインに調整あるいは切り替える。
または、力センサ1からの検出信号が振動的になり、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超えたことを検出する回路を設け、この回路の働きによって、力制御補償器24のゲインをハイゲインに調整あるいは切り替える。
このようにすれば、力センサ1からの検出信号が発振した状態が得られるから、検出器12からの位置測定値を周期的にかつよりこまかなタイミングで取得できる。よって、より高精度化が図れる。
Specifically, the
Alternatively, a circuit is provided for detecting that the detection signal from the
In this way, a state in which the detection signal from the
[第2実施形態]
<第2実施形態(図4)の説明>
第1実施形態では、力センサ1からの検出信号が予め設定した所定幅を超えたことを条件として、タッチ信号発生時のタイミングでラッチカウンタ52の値を取り込むようにしたが、第2実施形態では、図4に示すように、倣い測定モードとタッチ測定モードとを切り替える切替スイッチ手段56が設けられている。
切替スイッチ手段56は、被測定物の表面形状に応じてユーザの選択により、倣い測定モードとタッチ測定モードとを切り替える切替部56Aを備えている。つまり、測定値取込手段55側に、切替部56Aが、カウンタ26側の端子と、ラッチカウンタ52側の端子に切替可能に挿入されている。
[Second Embodiment]
<Description of Second Embodiment (FIG. 4)>
In the first embodiment, on the condition that the detection signal from the
The changeover switch means 56 includes a
測定値取込手段55は、倣い制御手段54が動作中において、切替スイッチ手段56の切替部56Aが一方側(カウンタ26側)に切り替えられた状態では、位置検出手段としてのカウンタ26からの位置測定値(測定位置情報)を所定時間間隔で取り込む。切替部56Aが他方側(ラッチカウンタ52側)へ切り替えられた状態では、ラッチカウンタ52のカウント値、つまり、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される毎にラッチカウンタ52にラッチされたカウント値を取り込む。
The measured
この構成では、ユーザーが被測定物の表面形状などを判別し、力センサ1からの検出信号が振動的になりそうな領域に、力センサ1と被測定物との走査位置が達した時点で、切替スイッチ手段56の切替部56Aを他方側(ラッチカウンタ52側)へ切り替える。すると、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される毎に、カウンタ26の測定値がラッチカウンタ52でラッチされ、その測定値が測定値取込手段55に取り込まれるから、上記と同様な効果が期待できる。
In this configuration, when the user discriminates the surface shape of the object to be measured and the scanning position of the
従って、第2実施形態によれば、ユーザーが、被測定物表面の傾斜や曲率をみて、被測定物表面のうち倣い測定する部分とタッチ測定をする部分とを選択する。そして、ユーザーが切替部を任意に切り替えて測定モードを選択できるので、例えば、装置自体が倣い測定とタッチ測定とを繰り返して、試行錯誤しながら最適な測定モードを自動選択するのに比べて、測定モードの選択を迅速かつ的確にでき、効率よく測定を進めることができる。 Therefore, according to the second embodiment, the user selects the part to be measured and the part to be touch-measured on the surface of the object to be measured by looking at the inclination or curvature of the surface of the object to be measured. And since the user can arbitrarily switch the switching unit and select the measurement mode, for example, the device itself repeats the scanning measurement and the touch measurement, and automatically selects the optimal measurement mode while trial and error, The measurement mode can be selected quickly and accurately, and the measurement can proceed efficiently.
<第2実施形態の変形例(図5)の説明>
第2実施形態において、切替スイッチ手段56の切替部56Aをユーザーが手動で切り替えるのではなく、切替部56Aを自動的に切り替えるように構成することも可能である。
例えば、図5に示す変形例では、切替スイッチ手段56は、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部56Aと、この切替部56Aを制御する切替制御部56Bとから構成さている。切替制御部56Bは、測定力検出手段としての力センサ1で検出される力センサ信号の変化に基づいて切替部56Aを切り替える。
倣い測定では、被測定物の表面形状や材質などによって、力センサ1からの力センサ信号が振動的になる。このような状態となると、測定力が変動するので、測定力一定での測定は期待できない。図5に示す例では、切替制御部56Bが、力センサ1で検出される力センサ信号の変化に基づいて、例えば、力センサ信号が振動し、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超えた状態になると、切替部56Aをラッチカウンタ52側(タッチ測定側)に切り替えるから、ユーザーが切替部を任意に切り替えて試行錯誤しながら最適な測定モードを自動選択するのに比べて、測定モードの選択を迅速かつ的確にでき、効率よく測定を進めることができる。
<Description of Modified Example (FIG. 5) of Second Embodiment>
In 2nd Embodiment, it is also possible to comprise so that the switching
For example, in the modification shown in FIG. 5, the changeover switch means 56 includes a
In the scanning measurement, the force sensor signal from the
また、切替スイッチ手段56を、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部56Aと、この切替部56Aを制御する切替制御部56Bとから構成するとともに、切替制御部56Bは、被測定物の表面形状に基づいて切替部56Aを切り替えるように構成することも可能である。
例えば、測定済みの測定データに基づいて被測定物の表面形状を算出したうえで、この算出した被測定物表面の曲率や、被測定物表面が測定力検出方向に対してなす角などに基づいて倣い測定とタッチ測定とを選択して切り替えるようにしてもよい。あるいは、被測定物の設計データから被測定物表面の形状を得て、この設計データから被測定物表面の曲率や傾斜などを求め、これらの曲率や傾斜などに基づいて倣い測定とタッチ測定とを選択して切り替えるようにしてもよい。
このようにすれば、被測定物の表面形状を解析して、例えば、曲率や傾斜などに基づいてタッチ測定に切り替える切り替え制御が行われるので、ユーザーが判断して切り替えるといった操作を必要とせず、簡便である。そして、自動的な切り替えにより、倣い測定では測定できない表面形状であっても自動的にタッチ測定にて形状測定が行われる。
Further, the changeover switch means 56 includes a
For example, after calculating the surface shape of the object to be measured based on the measured data that has been measured, based on the calculated curvature of the surface of the object to be measured and the angle formed by the surface of the object to be measured with respect to the measurement force detection direction, etc. The scanning measurement and the touch measurement may be selected and switched. Alternatively, the shape of the surface of the object to be measured is obtained from the design data of the object to be measured, and the curvature or inclination of the surface of the object to be measured is obtained from this design data. You may make it switch by selecting.
In this way, the surface shape of the object to be measured is analyzed, and for example, switching control is performed to switch to touch measurement based on curvature, inclination, etc., so the user does not need to perform an operation of determining and switching, Convenient. Then, by automatic switching, even if the surface shape cannot be measured by scanning measurement, the shape measurement is automatically performed by touch measurement.
[第3実施形態]
<第3実施形態(図6)の説明>
第1実施形態では、最初は、倣い制御手段54の力制御補償器24のゲインを最適なゲインに設定して倣い力一定制御を行い、例えば、力センサ1からの検出信号が振動状態になる領域に力センサ1と被測定物との走査位置が達した時点で、ユーザーが手動で、力制御補償器24のゲインをハイゲインに調整または切り替える、あるいは、力センサ1からの検出信号が振動的になり、かつ、振幅が予め設定した一定幅を超えたことを検出する回路を設け、この回路の働きによって、力制御補償器24のゲインをハイゲインに調整あるいは切り替える構成であった。
[Third Embodiment]
<Description of Third Embodiment (FIG. 6)>
In the first embodiment, initially, the scanning force constant control is performed by setting the gain of the
第3実施形態では、図6に示すように、測定部としての力センサ1で検出された力センサ信号(検出測定力)を取り込み、この力センサ信号が目標測定力に一致するように駆動用アクチュエータ11(相対移動手段)を駆動させる力制御ループ28と、力センサ1で検出された力センサ信号を取り込み、この力センサ信号が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生部51と、このタッチ信号発生部51からタッチ信号が発生される毎に、カウンタ26からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段55とを備え、力制御ループ28を最初から不安定な状態に設定して倣い測定を行えるように構成されている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, a force sensor signal (detected measurement force) detected by a
力制御ループ28は、図1の倣い制御手段54および図14の力制御ループと同様に、力センサ1(測定力検出手段)で検出された力センサ信号と目標測定力との偏差を出力する演算器23と、この演算器23からの出力を設定ゲインで増幅して出力するゲイン調整手段としての力制御補償器24と、この力制御補償器24の出力を増幅して駆動用アクチュエータ11へ与える駆動アンプ25とを含んで構成されている。
そして、力センサ1で検出される力センサ信号が振動状態になるように、力制御ループ28が設定可能に構成されている。つまり、力センサ信号が振動状態になるように、力制御ループ28の力制御補償器24の設定ゲインが調整可能に構成されている。
The
The
第3実施形態によれば、力センサ1の接触部が被測定物の表面に接触した状態において、力センサ1で検出される力センサ信号が振動状態になるように、力制御ループ28を設定し、この状態で倣い測定を行う。すると、力センサ信号が接触測定力に一致する毎に、タッチ信号発生部51からタッチ信号が発せられ、タッチ信号が発生される毎に、カウンタ26の値がラッチカウンタ52でラッチされ測定値取込手段55に取り込まれる。
つまり、力センサ信号の振動状態を利用してタッチ信号を発生させるようにしたので、高速なタッチ信号を発生させることができ、このタッチ信号の発生タイミングで測定位置情報を取り込むことができるので、高精度な測定が実現できる。とくに、力制御ループ28の不安定振動を利用して測定を行うため、外乱に強く安定した形状追従が可能で、急傾斜面をもつ被測定物の測定も可能で、倣い速度も高くできる。
従って、被測定物の表面性状などによる特性変動や外乱などがあっても、高精度で、かつ、測定時間を増大させることなく、測定力一定の倣い測定が実現できる。
尚、力センサ1からの検出信号が振動している状態において、力制御ループ28が動作しているので、力センサ1の検出信号の振動の平均値は目標測定値に略一致するように制御される。
According to the third embodiment, the
That is, since the touch signal is generated using the vibration state of the force sensor signal, a high-speed touch signal can be generated, and measurement position information can be captured at the generation timing of the touch signal. Highly accurate measurement can be realized. In particular, since the measurement is performed using the unstable vibration of the
Therefore, even if there are characteristic fluctuations or disturbances due to the surface properties of the object to be measured, it is possible to realize scanning measurement with high accuracy and constant measurement force without increasing the measurement time.
Since the
[第4実施形態]
<第4実施形態(図7)の説明>
第4実施形態では、第2実施形態の変形例(図5)に対して、相対移動手段としての駆動用アクチュエータ11が、力センサ1(測定部)を微小変位させる微動機構としての微動部アクチュエータ11Aと、この微動部アクチュエータ11Aとともに力センサ1を微動部アクチュエータ11Aよりも大変位させる粗動機構としての粗動部アクチュエータ11Bとを含んで構成されている。
微動部アクチュエータ11Aとしては、応答速度が速い駆動機構であることが望ましく、例えば、圧電素子を用いた圧電アクチュエータを用いることが可能である。粗動部アクチュエータ11Bとしては、電磁アクチュエータなどを用いることができる。
[Fourth Embodiment]
<Description of Fourth Embodiment (FIG. 7)>
In the fourth embodiment, in contrast to the modification of the second embodiment (FIG. 5), the driving
The
力制御ループを構成する倣い制御手段54は、前記と同様に、演算器23と、力制御補償器24と、この力制御補償器24の出力を増幅して微動部アクチュエータ11Aおよび粗動部アクチュエータ11Bへ与える駆動アンプ25とを含んで構成され、力センサ信号が振動状態になるように、力制御ループを構成する力制御補償器24の設定ゲインが調整可能に構成されている。
なお、本実施形態では、被測定物表面の形状変化に追従して、粗動部アクチュエータ11Bの駆動を制御する粗動部制御手段57が別途設けられている。
In the same manner as described above, the scanning control means 54 constituting the force control loop amplifies the
In the present embodiment, coarse movement control means 57 that controls the driving of the
第4実施形態では、微動部アクチュエータ11Aと粗動部アクチュエータ11Bとを備えているので、倣い測定において、被測定物表面の微小凹凸に対しては応答速度の速い微動部アクチュエータ11Aによって接触部を迅速に微小変位させることができ、被測定物表面の大きな形状変化(うねり等)に対しては大きな変位を許容できる粗動部アクチュエータ11Bによって対応できる。その結果、接触部を高精度かつ高速に被測定物表面に沿って倣い移動させることができる。
In the fourth embodiment, since the
<第4実施形態の変形例(図8)の説明>
第4実施形態では、駆動用アクチュエータ11が、微動部アクチュエータ11Aと、粗動部アクチュエータ11Bとから構成されていたが、粗動部アクチュエータ11Bについては、三次元駆動機構40でも代替えできる。
つまり、図8に示すように、粗動部アクチュエータ11Bを省略し、それに代わって、三次元駆動機構40で形状追従を行うようにしてもよい。この場合、測定値取込手段55に取り込まれた検出器12の値(力センサ1の変位量)に、三次元駆動機構によって移動された移動量との合算値をもって力センサ1の位置を求めるようにすればよい。
<Description of Modified Example (FIG. 8) of Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, the driving
That is, as shown in FIG. 8, the
また、上記第4実施形態の構成、つまり、駆動用アクチュエータ11を、微動部アクチュエータ11Aと、粗動部アクチュエータ11Bとから構成する点を、前記第3実施形態の駆動用アクチュエータ11に適用することも可能である。
The configuration of the fourth embodiment, that is, the point that the
<変形例の説明>
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれる。
上記実施形態では、力センサ1のベース2とスタイラス3とを一体的に構成したが、これに限らず、別体であってもよい。つまり、ベース2とスタイラス3とを別体として構成し、ベース2に対してスタイラス3を接着固定するようにしてもよい。
上記実施形態では、スタイラス3を軸方向へ振動させるようにしたが、これに限らず、スタイラス3の軸に対して交差する方向に振動させるようにしてもよい。
さらに、各実施形態において、倣い制御手段における目標測定力、力制御ループにおける目標測定力、タッチ信号発生手段における接触測定力を個別に説明したが、値として同一の測定力であっても差し支えはない。
また、各実施形態においてカウンタ26からの位置測定値(測定位置情報)を所定時間間隔で取り込む例を示したが、これに限らず所定位置間隔あるいは所定時間間隔と所定距離間隔との両者併用によって位置測定値を取り込んでも良い。
さらに、第1実施形態(図1)において、駆動用アクチュエータ11を備える例を示したが、これに限らず駆動用アクチュエータ11を備えなくとも良い。この場合、倣い制御手段54は三次元駆動機構40(X、Y、Z軸)を制御し、測定値取込手段55は三次元駆動機構の各軸の変位(例えば、X、Y、Z軸の変位)と、カウンタ26からの位置測定値あるいはラッチカウンタ52の位置測定値との合算値を測定値として取り込む。
また、各実施形態において示した三次元駆動機構40は、X、Y、Z軸の直交3軸を制御するものを示したが、これに限らず二次元駆動機構、一次元駆動機構であってもよく、さらに、直動機構に限らず回動機構を含むものであっても良い。要はプローブ10と被測定物とを相対駆動可能で、かつその駆動量を検出可能であれば良い。
<Description of modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above-described embodiment, the
In the above embodiment, the stylus 3 is vibrated in the axial direction. However, the present invention is not limited to this, and the stylus 3 may be vibrated in a direction intersecting the axis of the stylus 3.
Furthermore, in each embodiment, the target measurement force in the scanning control unit, the target measurement force in the force control loop, and the contact measurement force in the touch signal generation unit are individually described. However, the same measurement force may be used as a value. Absent.
Further, in each embodiment, the example in which the position measurement value (measurement position information) from the
Furthermore, in the first embodiment (FIG. 1), the example including the driving
Moreover, although the three-
また、上記各実施形態では、軸方向へ振動するタイプのスタイラスが用いられていたが、本発明に係る触針はこれに限られるものでなく、例えば、図9に示すような構造であってもよい。
触針90は、長手方向が駆動用アクチュエータ11(あるいは、微動部アクチュエータ11Aおよび粗動部アクチュエータ11B)の動作方向と略直交配置されかつ前記動作方向に沿う方向に弾性変形可能な弾性レバー91を介して、これらアクチュエータの駆動用可動部に設けられている。このような触針を被測定物の表面に接触させた場合、被測定物と触針90との間に作用する測定力は弾性レバー91に弾性変形をもたらす。従って、弾性レバー91の弾性変形量を検出することで、測定力の変化を知ることができる。弾性レバー91の弾性変形量を検出する検出手段は、例えば、歪みセンサによって構成されていてもよく、レーザ光92などを弾性レバー91の上面に照射して、この上面からの反射光93をもとに弾性レバー91の弾性変形量を検出する検出器94によって構成されていてもよい。
In each of the above embodiments, a stylus that vibrates in the axial direction is used. However, the stylus according to the present invention is not limited to this, and for example, has a structure as shown in FIG. Also good.
The
本発明は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機、形状測定機、輪郭測定機、真円度測定機、三次元測定機などに適用可能である。とくに、微細形状の測定に好適である。 The present invention can be applied to a surface roughness measuring machine, a shape measuring machine, a contour measuring machine, a roundness measuring machine, a three-dimensional measuring machine, and the like that measure the surface roughness of an object to be measured. In particular, it is suitable for measuring fine shapes.
1…加振型力センサ(測定部)
3…スタイラス
4,5…測定力検出手段を構成する加振素子および検出素子
10…プローブ
11…駆動用アクチュエータ(相対移動手段)
12…検出器(位置検出手段)
24…力制御補償器(ゲイン調整手段)
26…カウンタ
28…力制御ループ
50…コントローラ
51…タッチ信号発生部
52…ラッチカウンタ
53…倣い測定制御部
54…倣い制御手段
55…測定値取込手段
56…切替スイッチ手段
56A…切替部
56B…切替制御部。
1 ... Excitation force sensor (measuring unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ...
12 ... Detector (position detection means)
24. Force control compensator (gain adjustment means)
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる倣い制御手段と、
前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、
前記倣い制御手段が動作中において、前記測定部からの検出測定力の変動幅が予め設定した一定幅未満の状態では、前記位置検出手段からの測定位置情報を所定条件に基づいて取り込み、前記測定部からの検出測定力が振動しかつ振幅が予め設定した一定幅を超えた状態では、前記タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備えたことを特徴とする表面性状測定装置。 A stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, a measuring unit having a measuring force detecting means for detecting a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured, and the measuring unit and the object to be measured A state in which the contact portion of the stylus is brought into contact with the surface of the object to be measured, including relative movement means for relatively moving the object, and position detection means for outputting the measurement position of the object to be measured by the measurement unit as measurement position information A surface texture measuring device that captures measurement position information from the position detection means while driving the relative movement means, and measures the surface texture of the object to be measured from the measurement position information,
A scanning control unit that takes in the detected measurement force from the measurement unit and drives the relative movement unit so that the detected measurement force substantially matches the target measurement force;
Touch signal generating means for capturing a detection measurement force from the measurement unit and generating a touch signal when the detection measurement force matches the contact measurement force;
While the scanning control unit is operating, in a state where the fluctuation range of the detection measurement force from the measurement unit is less than a predetermined fixed range, the measurement position information from the position detection unit is captured based on a predetermined condition, and the measurement is performed. In a state in which the detection measurement force from the part vibrates and the amplitude exceeds a predetermined fixed width, every time a touch signal is generated from the touch signal generation unit, measurement position information from the position detection unit is captured. A surface texture measuring device comprising a value capturing means.
前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる倣い制御手段と、
前記測定部からの検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、
倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替スイッチ手段と、
前記倣い制御手段が動作中において、前記切替スイッチ手段が倣い測定モードに切り替えられた状態では、前記位置検出手段からの測定位置情報を所定条件に基づいて取り込み、前記切替スイッチ手段がタッチ測定モードに切り替えられた状態では、前記タッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備えたことを特徴とする表面性状測定装置。 A stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, a measuring unit having a measuring force detecting means for detecting a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured, and the measuring unit and the object to be measured A state in which the contact portion of the stylus is brought into contact with the surface of the object to be measured, including relative movement means for relatively moving the object, and position detection means for outputting the measurement position of the object to be measured by the measurement unit as measurement position information A surface texture measuring device that captures measurement position information from the position detection means while driving the relative movement means, and measures the surface texture of the object to be measured from the measurement position information,
A scanning control unit that takes in the detected measurement force from the measurement unit and drives the relative movement unit so that the detected measurement force substantially matches the target measurement force;
Touch signal generating means for capturing a detection measurement force from the measurement unit and generating a touch signal when the detection measurement force matches the contact measurement force;
Changeover switch means for switching between the scanning measurement mode and the touch measurement mode;
In a state in which the scanning control unit is in operation and the changeover switch unit is switched to the scanning measurement mode, the measurement position information from the position detection unit is captured based on a predetermined condition, and the switching switch unit is set to the touch measurement mode. In the switched state, the surface texture measuring device includes a measurement value capturing unit that captures measurement position information from the position detection unit each time a touch signal is generated from the touch signal generation unit. .
前記切替スイッチ手段は、前記被測定物の表面形状に応じてユーザの選択により、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替えられる切替部を備えていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to claim 2,
The surface texture measuring apparatus according to claim 1, wherein the change-over switch means includes a switching unit that can be switched between a scanning measurement mode and a touch measurement mode according to a user's selection according to the surface shape of the object to be measured.
前記切替スイッチ手段は、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部と、この切替部を制御する切替制御部とを有し、
前記切替制御部は、前記測定力検出手段で検出される検出測定力の変化に基づいて前記切替部を切り替えることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to claim 2,
The changeover switch means includes a switching unit that switches between the scanning measurement mode and the touch measurement mode, and a switching control unit that controls the switching unit,
The surface texture measuring device according to claim 1, wherein the switching control unit switches the switching unit based on a change in the detected measuring force detected by the measuring force detecting unit.
前記切替スイッチ手段は、倣い測定モードとタッチ測定モードとに切り替える切替部と、この切替部を制御する切替制御部とを有し、
前記切替制御部は、前記被測定物の表面形状に基づいて前記切替部を切り替えること特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to claim 2,
The changeover switch means includes a switching unit that switches between the scanning measurement mode and the touch measurement mode, and a switching control unit that controls the switching unit,
The surface texture measuring device, wherein the switching control unit switches the switching unit based on a surface shape of the object to be measured.
前記倣い制御手段は、前記測定部からの検出測定力と目標測定力との偏差を演算し出力する演算器と、この演算器からの出力信号を設定ゲインで増幅して前記相対移動手段に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、
前記測定部からの検出測定力が振動状態になるように、前記ゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The scanning control means computes and outputs a deviation between the detected measurement force from the measurement unit and the target measurement force, and amplifies an output signal from the computation unit with a set gain, and gives the relative movement means And a gain adjusting means,
The surface texture measuring apparatus, wherein the set gain of the gain adjusting means is adjustable so that the detected measuring force from the measuring unit is in a vibrating state.
前記相対移動手段は、前記測定部を微小変位させる微動機構と、この微動機構とともに前記測定部を前記微動機構よりも大変位させる粗動機構とを含んで構成され、
前記倣い制御手段は、前記測定部からの検出測定力と目標測定力との偏差を演算し出力する演算器と、この演算器からの出力信号を設定ゲインで増幅して前記微動機構に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、
前記測定部からの検出測定力が振動状態になるように、前記ゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 6,
The relative movement means includes a fine movement mechanism that finely displaces the measurement unit, and a coarse movement mechanism that displaces the measurement unit larger than the fine movement mechanism together with the fine movement mechanism.
The scanning control means is a calculator that calculates and outputs a deviation between the detected measurement force and the target measurement force from the measurement unit, and a gain that amplifies an output signal from the calculator with a set gain and gives the fine movement mechanism And adjusting means,
The surface texture measuring apparatus, wherein the set gain of the gain adjusting means is adjustable so that the detected measuring force from the measuring unit is in a vibrating state.
前記測定部で検出された測定力を取り込み、この検出測定力が目標測定力に略一致するように前記相対移動手段を駆動させる力制御ループと、
前記測定部で検出された検出測定力を取り込み、この検出測定力が接触測定力に一致したときにタッチ信号を発生するタッチ信号発生手段と、
このタッチ信号発生手段からタッチ信号が発生される毎に、前記位置検出手段からの測定位置情報を取り込む測定値取込手段とを備え、
前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループが設定可能に構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 A stylus having a contact portion that contacts the surface of the object to be measured, a measuring unit having a measuring force detecting means for detecting a measuring force when the contact portion contacts the surface of the object to be measured, and the measuring unit and the object to be measured A surface texture measuring device comprising: a relative movement unit that relatively moves an object; and a position detection unit that outputs a measurement position of the measurement object by the measurement unit as measurement position information,
A force control loop that takes in the measurement force detected by the measurement unit and drives the relative movement means so that the detected measurement force substantially matches the target measurement force;
Touch signal generating means for capturing the detected measurement force detected by the measurement unit and generating a touch signal when the detected measurement force matches the contact measurement force;
Each time a touch signal is generated from the touch signal generation means, the measurement value acquisition means for acquiring measurement position information from the position detection means,
The surface texture measuring apparatus, wherein the force control loop is settable so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting means is in a vibrating state.
前記力制御ループは、前記測定力検出手段で検出された検出測定力と目標測定力との偏差を出力する演算器と、この演算器からの出力を設定ゲインで増幅して前記相対移動手段に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、
前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループのゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to claim 8,
The force control loop outputs a deviation between the detected measurement force detected by the measurement force detection means and the target measurement force, and amplifies the output from the calculation unit with a set gain to the relative movement means. And a gain adjusting means for giving,
The surface texture measuring apparatus, wherein the set gain of the gain adjusting means of the force control loop is adjustable so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting means is in a vibration state.
前記相対移動手段は、前記測定部を微小変位させる微動機構と、この微動機構とともに前記測定部を前記微動機構よりも大変位させる粗動機構とを含んで構成され、
前記力制御ループは、前記測定力検出手段で検出された検出測定力と目標測定力との偏差を出力する演算器と、この演算器からの出力を設定ゲインで増幅して前記微動機構に与えるゲイン調整手段とを含んで構成され、
前記測定力検出手段で検出される検出測定力が振動状態になるように、前記力制御ループのゲイン調整手段の設定ゲインが調整可能に構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to claim 8,
The relative movement means includes a fine movement mechanism that finely displaces the measurement unit, and a coarse movement mechanism that displaces the measurement unit larger than the fine movement mechanism together with the fine movement mechanism.
The force control loop outputs a deviation between a detected measurement force detected by the measurement force detection means and a target measurement force, and amplifies an output from the calculator with a set gain and gives the fine movement mechanism And a gain adjusting means,
The surface texture measuring apparatus, wherein the set gain of the gain adjusting means of the force control loop is adjustable so that the detected measuring force detected by the measuring force detecting means is in a vibration state.
前記タッチ信号発生手段は、前記測定部からの検出測定力が接触測定力より高い値から接触測定力を過ぎったときと、前記測定部からの検出測定力が接触測定力より低い値から接触測定力を過ぎったときとの両方のタイミングでタッチ信号を発生することを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 10,
The touch signal generation means is configured to perform contact measurement when the detected measurement force from the measurement unit exceeds the contact measurement force from a value higher than the contact measurement force and when the detected measurement force from the measurement unit is lower than the contact measurement force. A surface texture measuring device that generates a touch signal at both the timing when the force is exceeded.
前記測定部は、前記スタイラスを振動させる加振素子および前記スタイラスの振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子を含んで構成されていることを特徴とする表面性状測定装置。 In the surface texture measuring device according to any one of claims 1 to 11,
The surface property measuring apparatus, wherein the measurement unit includes a vibration element that vibrates the stylus and a detection element that detects a vibration state of the stylus and outputs a detection signal.
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