JP5823266B2 - 表面性状測定機 - Google Patents
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Description
被測定物の形状によっては、テーブルに登録された傾き角度以外で使用したい場合があるが、特許文献1に記載の技術では、使用したい傾き角度での測定力指令値が登録されていないため、正確な測定が行えない。
さらには、未登録のスタイラスを使用したい場合、ユーザが、使用したい新たなスタイラスと、スタイラスホルダの種類、測定方向、傾き角度毎の測定力指令値を求めて登録しておかなければならないため、ユーザの作業負担が大きい。
また、必要とされるメモリ容量も、第2測定アームを含む測定アームの1種類について、パラメータ1セット分(測定アーム全体の質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gz)だけで済むから、メモリ容量も少なくできる。
さらに、新たな測定アームを使用したい場合でも、測定力指令値の登録は不要で、比較的ユーザでも求めることが簡単なパラメータの登録だけで済むから、ユーザに対する作業負担を軽減できる。
このような構成によれば、検出手段の傾斜角度が傾斜角度検出器によって自動的に検出されるから、ユーザの負担を軽減できる。つまり、ユーザが検出手段の傾斜角度を入力手段から手動入力しなくてもよいので、ユーザの負担を軽減できる。
差=M×L×(Gx−Gx’)
から求める。
ただし、Gx’=√(Gx2+Gz2)×cos(θ3)
θ3=θ2−θ1
θ2=Arctan(Gz÷Gx)
このような構成によれば、測定アーム全体の質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gx、上下方向重心位置Gz、検出手段の傾斜角度θ1から、測定アームの水平姿勢時の測定力と測定アームの傾斜姿勢時の測定力との差が自動的に演算で求められるから、適切な測定力で測定を実行することができる。
このような構成によれば、第1測定アームに対して第2測定アームが交換されると、交換された第2測定アームを含む測定アーム全体の質量が質量算出手段によって求められる。すると、制御装置において、質量算出手段によって算出された質量に対応する測定アームに関するアーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzが測定アームテーブルから読み出され、自動的に演算が行われる。
従って、第2測定アームを含む測定アームをユーザが指定しなくてもよいから、指定ミスなどもないうえ、ユーザの負担を軽減できる。
このような構成によれば、変位検出器によって検出される測定アームの円弧運動量を監視しながら、ボイスコイルに通電する電流を調整し、基準となる測定アームの円弧運動量が予め設定した設定値になった段階の測定力と、交換された測定アームの円弧運動量が予め設定された測定値になった段階の測定力とを対比して、交換した測定アームの質量を求めるようにしたから、交換した測定アームを自動的に識別できる。従って、ユーザの手間を軽減できる。
本実施形態に係る表面性状測定機は、図1に示すように、ベース1と、このベース1上に載置され上面に被測定物を載置するステージ10と、被測定物の表面に接触されるスタイラス26A,26Bを有するスタイラス変位検出手段20と、このスタイラス変位検出手段20とステージ10とを相対移動させる相対移動機構40とを備える。
また、Zスライダ43とX軸駆動機構45との間には、X軸駆動機構45の移動方向をステージ10に対して傾斜させる検出手段傾斜機構としての旋回機構30が設けられている。これにより、X軸駆動機構45とともにスタイラス変位検出手段20が、水平姿勢のほか傾斜姿勢に姿勢変更可能に構成されている。
X軸駆動機構45は、図2に示すように、Zスライダ43に旋回機構30を介して固定された駆動機構本体46と、この駆動機構本体46にX軸方向と平行に設けられたガイドレール47と、このガイドレール47に沿ってX軸方向へ移動可能に設けられたXスライダ48と、このXスライダ48のX軸方向位置を検出するX軸位置検出器49と、Xスライダ48をガイドレール47に沿って移動させる送り機構50とを備える。
送り機構50は、駆動機構本体46にガイドレール47と平行に設けられXスライダ48に螺合された送りねじ軸51と、駆動源としてのモータ52と、このモータ52の回転を送りねじ軸51に伝達する回転伝達機構53とから構成されている。回転伝達機構53は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
スタイラス26A,26Bは、第2測定アーム24Bに対して円弧運動方向に突出して設けられている。つまり、第2測定アーム24Bに対して上向きのスタイラス26Aと下向きのスタイラス26Bとが上下方向に直角に突出して設けられている。
バランスウエイト29は、回転軸23を支点として第1測定アーム24A側の重量と、第2測定アーム24B側の重量とがバランスするように、測定アーム24の軸方向へ位置調整可能に設けられている。具体的には、バランスウエイト29は、止めねじにより測定アーム24の所望位置に固定される。あるいは、測定アーム24に雄ねじを形成し、この雄ねじにバランスウエイト29を位置調整可能に螺合してもよい。
ここに、測定アーム姿勢切替機構60は、測定アーム24を回転軸23を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイル62を含み、測定アーム24を円弧運動方向へ付勢しスタイラス26A,26Bに測定力を付与する測定力付与手段を兼ねている。
制御装置101には、Y軸駆動機構41、Z軸駆動機構44、X軸駆動機構45、旋回機構30、X軸駆動機構45の傾斜角度を検出する傾斜角度検出器31、スタイラス変位検出手段20に含まれる変位検出器27、測定アーム姿勢切替機構60(これは、測定姿勢・測定力制御回路70を介して)が接続されているとともに、入力手段102、出力手段103、記憶装置104などが接続されている。なお、傾斜角度検出器31は、旋回機構30によって傾斜されたスタイラス変位検出手段20の傾斜角度θ1情報を与える傾斜角度情報付与手段を構成している。
測定アームテーブル105には、図7に示すように、質量の異なる第2測定アーム24B(A21〜A27)が取り付けられた測定アーム24の種類毎に、当該測定アーム全体の質量M、測定アーム24の支点(回転軸23)からスタイラス26A,26Bまでのアーム長L、測定アーム24が水平姿勢時において測定アーム24の水平方向重心位置Gx(支点からのX軸方向位置)および上下方向重心位置Gz(支点からのZ軸方向位置)が記憶されている。なお、図8は、測定アーム24が水平姿勢時において、アーム長L、測定アーム24の水平方向重心位置Gx、および、上下方向重心位置Gzを示している。
入力手段102からは、測定アーム24の種類を指定する情報が入力される。ここに、入力手段102は、測定アーム指定手段を兼ねている。
具体的には、測定アーム全体の質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gx、上下方向重心位置Gz、検出手段の傾斜角度θ1から、測定アーム24の水平姿勢時の測定力と測定アーム24の傾斜姿勢時の測定力との差を、次式(1)から求める。
差=M×L×(Gx−Gx’) …(1)
から求める。ただし、
Gx’=√(Gx2+Gz2)×cos(θ3) …(2)
θ3=θ2−θ1 …(3)
θ2=Arctan(Gz÷Gx) …(4)
測定にあたって、被測定物の測定面に適したスタイラス26A,26Bを有する第2測定アーム24Bに交換する。これには、第1測定アーム24Aに対して、着脱機構25を介して、交換する第2測定アーム24Bを吸着保持させる。
続いて、X軸駆動機構45の移動方向が被測定物の測定面と平行となるように、旋回機構30を旋回させる。旋回機構30を旋回させると、X軸駆動機構45とともに、スタイラス変位検出手段20が傾斜されるから、X軸駆動機構45の移動方向を被測定物の測定面と平行となるように調整する。すると、X軸駆動機構45およびスタイラス変位検出手段20の傾斜角度θ1が傾斜角度検出器31によって検出され、傾斜角度記憶部106に記憶される。
すると、制御装置101は、入力された種類の測定アーム24に対応する質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzを測定アームテーブル105から読み出し、これらの情報と傾斜角度記憶部106に記憶された傾斜角度θ1とから、測定アーム24の水平姿勢時の測定力と測定アームの傾斜姿勢時の測定力との差を、次式から演算する。
差=M×L×(Gx−Gx’) …(1)
ただし、Gx’=√(Gx2+Gz2)×cos(θ3) …(2)
θ3=θ2−θ1 …(3)
θ2=Arctan(Gz÷Gx) …(4)
なお、図9は、測定アーム24の傾斜姿勢時において、測定アーム24の重心位置Gx’、θ1〜θ3を示している。
本実施形態によれば、測定アーム24の種類を指定すれば、質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gz、傾斜角度θ1から、最適な測定力を演算により求めることができるから、どのような角度をもった被測定物の測定面でも、正確な測定を行うことができる。
また、必要とされるメモリ容量も、第2測定アーム24Bを含む測定アーム24の1種類について、パラメータ1セット分(測定アーム全体の質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gz)だけで済むから、メモリ容量も少なくできる。
さらに、新たな測定アーム24を使用したい場合でも、測定力指令値の登録は不要で、比較的ユーザでも求めることが簡単なパラメータ(測定アーム全体の質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gz)の登録だけで済むから、ユーザに対する作業負担を軽減できる。
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、測定にあたって、入力手段102において、交換した第2測定アーム24Bを含む測定アーム24の種類を入力するようにしたが、制御装置101のバランス調整手段を利用して、交換された第2測定アームを含む測定アーム全体の質量を算出し、この算出した質量に対応する測定アーム24に関するアーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzを測定アームテーブル105から読み出して演算するようにしてもよい。ここに、制御装置101のバランス調整手段は質量算出手段を構成している。
ステップ(以下、STと略す)1において、制御装置101から測定力0mNの設定指令を出力したのち、ST2において、変位検出器27の値監視を開始する。
ST3において、制御装置101からある測定力の設定指令を出力すると、ST4において、制御装置101は、ある時間内での変位検出器27の値変化量がある範囲以内であるかをチェックする。
ST4において、ある時間内での変位検出器27の値変化量がある範囲以内でない場合には、つまり、基準測定アーム24のバランスが大きく崩れてしまった場合には、ST5へ進み、変位検出器27の値が変化する方向とは逆の方向に測定力の設定指令を出力し、ST4において、ある時間内での変位検出器27の値変化量がある範囲以内になるまでST5の処理を繰り返す。
ST4において、ある時間内での変位検出器27の値変化量がある範囲以内になると、ST6において、測定アーム24のバランスがとれたと判断し、処理を終了する。
ST1〜ST6までは、図10と同じである。
ST7において、基準測定アーム24のバランス時の測定力Aと、交換測定アーム24のバランス時の測定力Bとを比較し、交換測定アーム24の質量を次式から算出する。
交換測定アームの質量=測定力A−測定力B
つまり、変位検出器27によって検出される測定アーム24の円弧運動量を監視しながら、ボイスコイル62に通電する電流を調整し、基準となる測定アーム24の円弧運動量が予め設定した設定値になった段階の測定力と、交換された測定アーム24の円弧運動量が予め設定された測定値になった段階の測定力とを対比して、交換した測定アーム24の質量を求めるようにしたから、第2測定アーム24Bを含む測定アーム24をユーザが指定しなくてもよい。従って、指定ミスなどもないうえ、ユーザの負担を軽減できる。
また、円弧運動方向については、上記実施形態では上下方向であったが、水平方向であってもよく、あるいは、上下方向や水平方向以外の斜め方向へ揺動する構造でもよい。
20…スタイラス変位検出手段、
22…ブラケット(本体)
23…回転軸(支持軸、支点)、
24…測定アーム、
24A…第1測定アーム、
24B…第2測定アーム、
25…着脱機構、
26A,26B…スタイラス、
27…変位検出器、
30…旋回機構(検出手段傾斜機構)、
31…傾斜角度検出器(傾斜角度付与手段)、
40…相対移動機構、
45…X軸駆動機構(検出器移動機構)、
60…測定アーム姿勢切替機構(測定力付与手段)、
62…ボイスコイル、
70…測定姿勢・測定力制御回路(速度制御機構)、
101…制御装置(バランス調整手段、質量算出手段)、
102…入力手段(測定アーム指定手段)、
105…測定アームテーブル、
Gx…水平方向重心位置、
Gz…上下方向重心位置、
L…アーム長、
M…質量、
θ1…傾斜角度。
Claims (4)
- 本体に支持軸を支点として円弧運動可能に支持され先端にスタイラスを有する測定アーム、前記測定アームの円弧運動量を検出する変位検出器、および、前記測定アームを円弧運動方向へ付勢し前記スタイラスに測定力を付与する測定力付与手段を有する検出手段と、
被測定物を載置するステージと、
前記測定アームの軸方向へ前記検出手段を移動させる検出手段移動機構を含み、前記検出手段と前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、
前記検出手段移動機構の移動方向を前記ステージに対して傾斜させる検出手段傾斜機構とを備え、
前記スタイラスを被測定物の表面に接触させた状態において、前記相対移動機構により前記検出手段と前記ステージとを相対移動させながら前記変位検出器によって前記測定アームの円弧運動量を検出し、この円弧運動量から被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、
前記測定アームは、前記本体に前記支持軸を支点として円弧運動可能に支持された第1測定アームと、前記第1測定アームの先端に着脱機構を介して着脱可能に設けられ先端に前記スタイラスを有する第2測定アームとを含んで構成され、
質量の異なる前記第2測定アームが取り付けられた前記測定アームの種類毎に、当該測定アーム全体の質量M、前記支点から前記スタイラスまでのアーム長L、前記測定アームが水平姿勢時において前記測定アームの水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzを記憶した測定アームテーブルと、
前記測定アームの種類を指定する測定アーム指定手段と、
前記検出手段傾斜機構によって傾斜された前記検出手段の傾斜角度情報を与える傾斜角度情報付与手段と、
前記測定アーム指定手段で指定された測定アームに関する質量M、アーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzを前記測定アームテーブルから読み出し、これらの情報と前記傾斜角度情報付与手段から与えられる傾斜角度情報とから、測定アームの水平姿勢時の測定力と測定アームの傾斜姿勢時の測定力との差を演算し、この差を補正値として前記測定力付与手段の測定力を調整する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記測定アーム全体の質量M、前記アーム長L、前記水平方向重心位置Gx、前記上下方向重心位置Gz、前記検出手段の傾斜角度θ1から、前記測定アームの水平姿勢時の測定力と測定アームの傾斜姿勢時の測定力との差を
差=M×L×(Gx−Gx’)
から求める、ことを特徴とする表面性状測定機。
ただし、Gx’=√(Gx 2 +Gz 2 )×cos(θ3)
θ3=θ2−θ1
θ2=Arctan(Gz÷Gx) - 請求項1に記載の表面性状測定機において、
前記傾斜角度情報付与手段は、前記検出手段の傾斜角度を検出する傾斜角度検出器によって構成されている、ことを特徴とする表面性状測定機。 - 請求項1または請求項2に記載の表面性状測定機において、
前記測定アーム指定手段は、前記第1測定アームに対して前記第2測定アームが交換された際に、交換された前記第2測定アームを含む測定アーム全体の質量を求める質量算出手段によって構成され、
前記制御装置は、前記質量算出手段によって算出された質量に対応する測定アームに関するアーム長L、水平方向重心位置Gxおよび上下方向重心位置Gzを前記測定アームテーブルから読み出して演算する、ことを特徴とする表面性状測定機。 - 請求項3に記載の表面性状測定機において、
前記測定力付与手段は、前記測定アームを前記支持軸を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記質量算出手段は、前記変位検出器によって検出される前記測定アームの円弧運動量を監視しながら、前記ボイスコイルに通電する電流を調整し、基準となる前記測定アームの円弧運動量が予め設定した設定値になった段階の測定力と、交換された測定アームの円弧運動量が予め設定された測定値になった段階の測定力とを対比して、交換した測定アームの質量を求める、ことを特徴とする表面性状測定機。
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