JP5399934B2

JP5399934B2 - 複合表面粗さ標準片

Info

Publication number: JP5399934B2
Application number: JP2010020906A
Authority: JP
Inventors: 一朗吉田; 裕本田; 紘三宮本; 祐一岡崎
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011158368A

Description

本発明は、表面粗さ標準片に関し、特に、相互に異なる振幅や波形の溝を有する２つ以上の測定領域を備える複合表面粗さ標準片に関する。

従来から、表面粗さ測定機の校正を行う場合などにおいて粗さ標準片として、相互に異なる振幅や波形の溝を有する測定領域を備える２つの標準片を並べて合成し１つにした複合表面粗さ標準片がある。２つの測定領域を測定することにより、測定精度の確認を行うものである。

上記のような２つの表面粗さ標準片を並べて合成した複合表面粗さ標準片では、２つの標準片の整合をとることが難しいために、一方の標準片を用いて測定した後に他方の標準片を測定する際に、傾斜調整など再セッティングをしなければならないなどの面倒さと、測定結果の不確かさの増加があった。

本発明はこのような従来の複合型の表面粗さ標準片の問題点を解決することを目的とする。

本発明は、
複数の測定領域が、１つのブランクの表面に連続して、もしくは相互に間隔を置いて作られた粗さ標準片を提供する。

この標準片では、１つのブランクの基準となる表面を加工して複数の標準片を形成しているので、１つの標準片を用いた後に他の標準片を用いる場合に、従来のように測定機の傾斜調整などの再セッティングをする必要がなく、測定機に対して1回の操作で複数の表面粗さ標準片をセットすることができ、校正作業を効率的に行うことができる。

具体的には、前記複数の測定領域の溝パターンを、深さ方向には同一の振幅を有する正弦波状であり、測定方向の波長がそれぞれ２．５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０２５ｍｍである溝パターンの内の２乃至５種類の測定領域を有しているようにすることができる。

前記溝パターンは、深さ方向には１μｍ以下の同一の振幅を有する２つの測定領域を有し、前記２つの溝パターンの一方は測定方向の波長が５０μｍ以下の三角波状であり、他方は測定方向の波長が５０μｍ以上の正弦波状であるようにすることができる。

前記複数の測定領域の溝パターンを、深さ方向には同一の振幅を有する正弦波状であり、前記測定方向の波長が８ｍｍから、２．５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．００８ｍｍまでの６種類の波長成分を有し、それぞれ隣接する波長間を１つの波長領域とすると、それぞれの測定領域の溝パターンは隣接する測定領域の溝パターンと連続しており、それぞれの測定領域の中で連続的に変化している２乃至６の波長領域を有しているようにすることができる。

又、前記測定方向の波長が測定方向の距離に対して直線的に変化するように、それぞれの測定領域の測定方向の両端の波長を定めるようにすることができる。

更に又、前記測定方向の波長が、測定方向の距離に対して対数関数の関係を有して変化するように、それぞれの領域の測定方向の両端の波長を定めるようにすることができる。

又、測定領域の測定方向の両端もしくはいずれか一方に、前記測定領域とは異なる溝形状の複数本の細線を刻線することができる。

又更に、前記測定領域の、前記測定方向に対する幅方向の一方の端部に、その位置での前記測定方向の波長が８ｍｍ、２．５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０２５ｍｍ又は０．００８ｍｍであることが視認可能なように短い細線を刻線することができる。

他の実施形態として、前記複数の測定領域は、それぞれが正弦波状、三角波状、及び円弧を連ねた溝パターンを有し、これらが実質的に平坦な領域を挟んで配置されているようにすることができる。

以下図面に基づいて、本発明に係る複合表面粗さ標準片の実施形態につき説明する。

本発明の複合表面粗さ標準片の外観斜視図である。図１の複合表面粗さ標準片の平面図（Ａ）と、その測定領域のＢ−Ｂ線に沿ってみた溝形状を示す図（Ｂ）である。第２の実施形態の複合表面粗さ標準片の平面図（Ａ）と、その測定領域のＢ−Ｂ線に沿ってみた溝形状を示す図（Ｂ）である。第３の実施形態に係る溝形状を示す図である。第４の実施形態に係る溝形状を示す図である。第５の実施形態係る溝形状を示す図である。第６の実施形態に係る溝形状を示す図である。第７の実施形態に係る溝形状であり、波長が８ｍｍから０．００８ｍｍまで直線的に連続的に溝形状を示す図である。第８の実施形態に係る溝形状であり、波長が８ｍｍから０．００８ｍｍまで対数関数的に連続的に変化する溝形状を示す図である。第８の実施形態に係る複合表面粗さ標準片の平面図（Ａ）と、その測定領域のＢ−Ｂ線に沿ってみた溝形状を示す図（Ｂ）である。第９の実施形態に係る溝形状を示す図である。第１０の実施形態に係る溝形状を示す図である。第１１の実施形態に係る溝形状を示す図である。

図１に示すように、本発明の第1の実施形態に係る複合表面粗さ標準片１０は、１つのブランク１２の上に形成された２つの測定領域１４，１６を有する。各領域は、図２に示すような正弦波形をなす多数の溝を備えており、両領域は溝の波形の並びの方向で相互に間隔をあけて整列されている。図示の例では、左側の領域における溝の波長λ_１が０．１ｍｍ、右側の領域における溝の波長λ_２が０．８ｍｍとされている。この実施形態に係る複合表面粗さ標準片１０は、図面で見て左右方向の幅が約６０ｍｍ、奥行きが約３０ｍｍ、厚みが約１０ｍｍとされている。

上述のように、２つの測定領域１４，１６は１つのブランク１２に対して成形されたものであり、該ブランクに対する１つの仮想の基準面を基準として各測定領域１４，１６の溝が形成されている。

このような複合表面粗さ標準片１０の利用方法を説明する。ＪＩＳＢ０６０１及びＪＩＳＢ０６３３に基づく最も代表的な表面粗さパラメータであるＲａ及びＲｚをカットオフ値λｃ＝０．８ｍｍで求める過程において、測定機の使用前チェックとして、先ず表面粗さの通過帯域波長である左側の波長λ_１＝０．１ｍｍ側を測定し、縦方向と横方向の感度チェックを行う。次に右側の波長λ_２＝０．８ｍｍ側を測定して、縦方向の振幅がλ_１側の振幅の５０％になっていることを確認する。こうすると、上記のＪＩＳの規格において、カットオフ値λｃ＝０．８ｍｍの輪郭曲線フィルタ特性は波長λ＝０．８ｍｍにおける振幅伝達率が５０％とされているので、設定に間違いのないことが確認できる。また、高域フィルタ特性も通過域とカットオフ値の２点で確認することができる。

従来の標準片を用いた測定では単に縦方向と横方向の校正又は感度チェックのみであったのに対して、本発明に係る標準片１０では、２つの測定領域の溝が１つの仮想の基準面を基準にして形成されているために、測定機の測定条件や設定を変えずに測定することができる結果、重要な要素である輪郭曲線フィルタのチェックも、より高い信頼性をもって容易に行うことができるようになる。

図３に示す他の実施形態の複合表面粗さ標準片１８は、上記第１の実施形態に係る複合表面粗さ標準片１０と同様に、１つのブランクに対して１つの仮想の基準面を基準にして形成した３つの測定領域２２、２４、２６を有している。この場合の測定領域の図で見て左右方向の幅は約１５ｍｍとされ、中央の測定領域２４の溝の波長を、通常の表面粗さ測定において比較的に多いカットオフ値λｃである０．２５ｍｍとし、左側の測定領域の波長λ_１を０．０８ｍｍに変更してある。

図４は更に他の実施形態に係る複合表面粗さ標準片の、２つの測定領域の溝形状の側面断面図である。この実施形態においては、深さの異なる３本溝の測定領域（図で見て左側）と波長λ_１＝０．１ｍｍの正弦波（図で見て右側）の断面形状を有している。

この校正用複合表面粗さ標準片は、深さ及び段差を測定することによる縦倍率の校正とＲａ、ＲＳｍの校正及びチェックを意図するものである。図中左側の３本溝の溝深さを０．３ｍｍ、１μｍ及び１０μｍとした場合について説明すると、通常最も多く利用される表面粗さの測定レンジは、波形記録拡大率で５００倍乃至１００，０００倍と考えられるが、深さ１０μｍの溝は拡大倍率５００倍乃至５，０００倍の場合に、拡大深さが５ｍｍ乃至５０ｍｍに記録されるので、測定値の視覚的確認に適している。深さ１μｍの溝は、同様に拡大倍率５，０００倍乃至５０，０００倍の場合に拡大深さが５ｍｍ乃至５０ｍｍに記録されるので、測定値の視覚的確認に適している。また、深さ０．３ｍｍの溝は拡大倍率２０，０００倍乃至１００，０００倍の場合に拡大深さが６ｍｍ乃至３０ｍｍに記録されるので、測定値の視覚的確認に適している。このように、３種類の溝深さを有する標準片を用いることにより、各レンジを測定値の視覚的確認に適した３つのブロックに分けて倍率校正及びチェックを行うことが可能であり、更に各ブロックの間で拡大倍率をオーバーラップさせることができるので、校正の信頼性を高くすることができる。このようにして図中左側の３本溝を用いた縦倍率の校正とチェックを行った後に、標準片を交換することなく、続けて図中右側の表面粗さ領域の波長を有する正弦波状の領域を測定してＲａやＲｚ又はＲＳｍなどの表面粗さパラメータの校正を行うようにすると、表面粗さ測定機の使用前の校正とチェックの信頼性を著しく向上させることができる。

図５は、図４に示す実施形態の複合表面粗さ標準片の、図で見て左側の深さの異なる溝の数を５本とした場合を示す。このように溝を増すことにより、縦倍率の校正をより詳細に行うことが可能となる。

図６は、波長λ_１＝０．１ｍｍの正弦波（図で見て左側）とＣ４タイプ（図で見て右側）の２種類の溝形状を有するようにした複合表面粗さ標準片の溝形状を示す側面断面図である。この組み合わせは、粗さパラメータであるＲｚ、Ｒａ、ＲＳｍと断面曲線パラメータであるＰａ、ＰＳｍ及びモチーフパラメータの校正及びチェックを可能とすることを意図したものである。

この標準片を用いた場合は、先ず図で見て左側の単一波長で正弦波状の測定領域で縦倍率の校正を行い、続いて右側の測定領域で断面曲線パラメータ及びモチーフパラメータの校正及びチェックを行う。このような標準片を用いて校正を行うことによって、高倍率の校正であっても標準片のレベル調整や傾斜調整をやり直す必要が無く、校正作業を効率よく行うことができる。

図７は単一波長の正弦波の溝形状を有する測定領域（図で見て左側）と三角波の溝形状を有する測定領域（図で見て右側）との２種類の溝形状を、実質的に等しい深さを有するようにして作った複合表面粗さ標準片の溝形状を示す側面断面図である。

この標準片において、正弦波の溝形状の溝底部は表面粗さ測定機の触針先端半径より十分に大きい曲率半径を有し、触針先端の形状に鈍感である。これに対して、三角波は触針先端の曲率半径の影響を敏感に受ける形状である。

通常の触針先端の曲率半径は２乃至５μｍであり、触針先端の摩耗によって曲率半径が変化しても表面粗さの絶対値の変化が小さく、摩耗の判断が明確にできない場合が多い。従って、触針以外の変動要素を除去して触針の摩耗を判定するために、触針先端の形状に鈍感な溝形状を有する標準片と敏感な溝形状を有する標準片との測定値の比較を採ることが推奨されている。図７に示すような２種類の溝形状を有する標準片を用いることによって、触針先端の曲率半径の、摩耗を判断することが可能となる。

図８及び図９は、図で見て左側の長波長（例えばλ＝８．０ｍｍ）から右側の短波長（例えばλ＝０．０２５ｍｍ）の領域まで、連続して変化する正弦波状の溝形状を有する複合表面粗さ標準片の溝のなす波形を示し、図８は波長が測定長さ方向の測定距離に対して直線的に変化しているものを、又図９は対数関数的に変化しているものを示す。

通常の表面粗さ測定で主に用いられるカットオフ周波数は、２．５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．２５ｍｍ、及び０．０８ｍｍであるが、図８及び図９に示す標準片ではこれらを含んで更に長波長側は８ｍｍまで短波長側は０．０２５ｍｍまで変化する波長を含んだものとされている。図９に示す標準片は上記のように溝形状の波長が測定長さ方向の測定距離に対して対数関数的に変化しているので、この標準片を測定したときの縦倍率を記録すると直線的な変化を示し、上記４種類のカットオフフィルターの振幅伝達特性を視覚的に容易に確認することができる。この複合表面粗さ標準片では、８ｍｍ〜２．５ｍｍ、２．５ｍｍ〜０．８ｍｍ、０．８ｍｍ〜０．２５ｍｍ、及び、０．２５ｍｍ〜０．０８ｍｍの５つの測定領域が連続して形成されているものとすることができる。

図１０は、他の実施形態に係る複合表面粗さ標準片を示しており、測定領域３２には、図８と同じ波形をなす溝が形成されており、測定領域３２の右側には位置スケールの基準とするために、例えば２本の細線３４、３４を刻設してあり、また、測定領域３２の上縁部に波長を示す位置スケールとして短い細線マーカー３６を刻設してある。このような標準片を用いることによって、校正の作業者が目視により感覚的に測定の設定を行ったり、測定の進行状態あるいは結果を把握したりすることが容易となり、作業効率の向上や精度の向上に寄与するという効果を有する。

図１１乃至図１３は、又別な実施形態を示すもので、図１１は波長が等しく振幅の異なる２つの正弦波状の溝を、溝深さの中央値を揃えて作ったものであり、図１２はその溝の上面高さを揃えたものである。又、図１３は３つの異なる波形（図で見て左側から正弦波、台形波及び三角波）で、溝深さも異なる３つの測定領域の溝深さの中央値を揃えて作ったものである。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、これらは例示にすぎず、各種の校正及びチェックに応じて複数種類の測定領域を組み合わせることができる。

複合粗さ標準片１０、１８；ブランク１２、２０、３０；測定領域１４、１６、２２、２４、２６、３２；細線３４；マーカー３６

Claims

相互に異なる波形の溝からなる複数の測定領域を、波形の並びの方向で相互に整列して備える複合粗さ標準片において、１つのブランクより形成され、該ブランクに対する１つの仮想の基準面に対して前記複数の測定領域の前記波形の溝が正弦波状に形成されており、前記複数の測定領域の各波形の溝が、波長が前記波形の並びの方向での距離に対して直線的に連続して変化し、且つ各測定領域の間で連続するようにされた複合粗さ標準片。
相互に異なる波形の溝からなる複数の測定領域を、波形の並びの方向で相互に整列して備える複合粗さ標準片において、１つのブランクより形成され、該ブランクに対する１つの仮想の基準面に対して前記複数の測定領域の前記波形の溝が正弦波状に形成されており、前記複数の測定領域の各波形の溝が、波長が前記波形の並びの方向での距離に対して対数関数の関係を有して連続して変化し、且つ各測定領域の間で連続するようにされた複合粗さ標準片。
前記複数の測定領域が、各波形の溝の波長が、８ｍｍから２．５ｍｍ、２．５ｍｍから０．８ｍｍ、０．８ｍｍから０．２５ｍｍ、０．２５ｍから０．０８ｍｍ、０．０８ｍｍから０．０２５ｍｍである５つの測定領域であり、該５つの測定領域が上記の順に連続的に並ぶようにされた、請求項１又は２に記載の複合粗さ標準片。
各測定領域に波長が２．５ｍｍ、０．８ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０２５ｍｍであることを示す視認可能なマーカーを設けた、請求項３に記載の複合粗さ標準片。
前記複数の測定領域の前記波形の並びの方向における少なくとも一方の端部に隣接して、前記複数の測定領域とは異なる波形の複数の溝を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の複合粗さ標準片。