JP5846462B1 - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の測定子を容易に、安定して交換することができる形状測定装置を提供する。【解決手段】アーム３０の先端側に設けられた触針を、ワークに対してアームの軸方向にスライドさせてワーク表面の粗さ、及び／又は輪郭を測定する形状測定装置において、アームは、アームの触針側を前記アームの基端側に対して着脱自在とする係合機構５２を有し、係合機構は、ワーク表面に垂直かつアームの軸方向に平行で対向する二つの係合面６２、８２を持ち、係合面内の対応する位置にある磁石９０と着磁部材６８とにより互いを吸着する機構であって、一方の係合面６２には、アームの軸に平行な直線状の第１溝６４と、第１溝とは異なる別の係合部６６を有し、他方の係合面８２には、第１溝に嵌合する位置にある第１嵌合ピン８４と、別の係合部に嵌る第２嵌合ピン８６と、を有する【選択図】図３

Description

本発明は形状測定装置に係り、複数の測定子を交換することができる形状測定装置に関する。

被測定物（ワーク）の表面に沿って、測定子を有する検出器を移動させ、測定子の先端部の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の演算処理装置（計算機）に読み取ることで、ワークの表面粗さや輪郭等の表面形状等を測定する形状測定装置が知られている。

形状測定装置において、複数の測定子の中から、ワークの形状に応じた測定子に交換し、ワークの形状を測定することが行われている。

特許文献１は、支持軸を支点として揺動可能に支持された第１測定アームと着脱機構を介して設けられたスタイラスを含む第２測定アームとを含む測定アームを有する表面性状測定機を開示する。この着脱機構は、位置決め機構と磁性体と磁石とを含んでいる。

特開２０１２−２２５７４２号公報

特許文献１の着脱機構の位置決め機構は、一対の円柱状位置決め部材で構成される着座部と、着座部に対応する係合球部とから構成されている。この位置決め機構では、係合球部を、着座部を構成する一対の円柱状位置決め部材にガイドさせながら、正しい位置に嵌め込もうとしている。

しかしながら、一対の円柱状位置決め部材と係合球部のような構成では、正しい位置に嵌まり込むまでに、一対の円柱状位置決め部材と係合球部との位置により、係合球部が嵌り込むまでの間に引き込み力（分力）が変化するため位置合わせの安定性に問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の測定子を安定して交換することができる形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る形状測定装置は、アームの先端側に設けられた触針を、ワークに対してアームの軸方向にスライドさせてワーク表面の粗さ、及び／又は輪郭を測定する形状測定装置において、前記アームは、前記アームの触針側を前記アームの基端側に対して着脱自在とする係合機構を有し、前記係合機構は、前記ワーク表面に垂直かつ前記アームの軸方向に平行で対向する二つの係合面を持ち、前記係合面内の対応する位置にある磁石と着磁部材とにより互いを吸着する機構であって、一方の前記係合面には、前記アームの軸に平行な直線状の第１溝と、前記第１溝とは異なる別の係合部を有し、他方の前記係合面には、前記第１溝に嵌合する位置にある第１嵌合ピンと、前記別の係合部に嵌る第２嵌合ピンと、を有する。

好ましくは、前記別の係合部が、第２溝で構成される。

好ましくは、前記第１溝、及び前記第２溝は、断面Ｖ字状の形状を有する。

好ましくは、前記断面Ｖ字状の第１溝、及び第２溝の角度は８０°以上１２０°以下の範囲である。

好ましくは、前記第１嵌合ピンが、第１位置決めピン、及び第２位置決めピンで構成され、かつ前記第２嵌合ピンが第３位置決めピンで構成される。

好ましくは、前記第１位置決めピン、前記第２位置決めピン、及び前記第３位置決めピンが球状である。

好ましくは、前記一方の係合面の設けられた作動ピンと前記他方の係合面の設けられたセンサとにより、接触、及び非接触を検出する検出回路が構成される。

好ましくは、前記センサおよび前記作動ピンが、前記第１位置決めピンと前記第２位置決めピンと前記第３位置決めピンとを結ぶ仮想三角形の外側で、かつ前記係合面の基端側に配置される。

好ましくは、前記係合面には、前記ワーク表面に垂直かつ前記係合面に対して傾斜した傾斜部を有し、前記触針側のアームが前記基端側のアームに押し付けられた際、前記触針側のアームが前記傾斜部の面上をスライドして前記基端側のアームから外れる。

本発明の形状測定装置によれば、複数の測定子を容易に、安定して交換することができる。

形状測定装置の外観図である。 測定子と変位検出器の概略構成図である。 係合機構を示す分解斜視図である。 係合機構の係合状態を示す斜視図である。 引き込み力を説明するための説明図である。 係合機構の係合方向を説明する説明図である。 センサと作動ピンの機能を説明するための説明図である。 センサと作動ピンの位置を説明するための説明図である。 衝撃を回避するための係合機構を示す概略構成図である。 衝撃を回避するための別の係合機構を示す概略構成図である。 衝撃を回避するための別の係合機構を示す概略構成図である。 衝撃を回避するための複数の係合機構を示す概略構成図である。 本実施形態と従来の係合機構の違いを示す概略構成図である。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明が適用された形状測定装置の外観図である。形状測定装置１０は、定盤１２と、定盤１２に設けられた支柱１４と、支柱１４にＺ軸方向に移動自在に支持されたＸ軸方向に移動可能なＸ軸駆動部１６と、Ｘ軸駆動部１６に取り付けられた変位検出器１８と、変位検出器１８に着脱自在に取り付けられた測定子２０と、制御装置（不図示）に指示を与えるための入力装置２２と、測定結果等を表示するための表示装置２４を備えている。

図２は、測定子２０と変位検出器１８の構造を示す概略図である。測定子２０は、測定子アーム３０と、測定子アーム３０の先端側に設けられた形状測定するため両側に施された触針３２とを有している。実施形態では測定子アーム３０の先端に形状測定するため両側に施された触針３２を有する測定子２０を示したが、少なくとも形状測定するため片側に施された触針３２を備えていれば良い。

変位検出器１８は、駆動部連結部４０と、駆動部連結部４０に設けられたＹ軸方向に沿う回転軸４２に回転可能に支持された可動部４４と、回転軸４２に対して可動部４４の先端側に設けられた変位読み取り部４６と、回転軸４２を挟んで変位読み取り部４６と反対側に位置調整されたウェイト４８と、を備えている。

変位検出器１８は、駆動部連結部４０と、可動部４４と、変位読み取り部４６と、ウェイト４８とを囲うハウジング５０を有している。実施形態では、駆動部連結部４０、可動部４４とは、その一部がハウジング５０の内部に配置される。実施形態では回転軸４２に対して可動部４４の先端側に変位読み取り部４６を設けたが、ウェイト４８側に設けても良い。

変位読み取り部４６として、リニアスケール、円弧スケール、ＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：差動変圧器）等を用いることができる。

測定子２０の測定子アーム３０と変位検出器１８の可動部４４とは、下記に後述する係合機構５２により着脱自在に係合されている。測定子アーム３０と可動部４４とは係合機構５２を介して一つのアームを構成している。なお、係合機構５２は、変位検出器１８のハウジング５０の外側に設けられている。

ウェイト４８の位置を調整することにより、触針３２に発生する荷重（測定力）を変更することができる。測定するワークによっては、ウェイト４８を変位検出器１８に備えない場合がある。

測定を行う場合には、定盤１２の上に載置されたワーク（不図示）の表面に、変位検出器１８の測定子２０の先端部に設けられた触針３２を一定の力で接触させる。この状態で、Ｘ軸駆動部１６により測定子２０および変位検出器１８をＸ軸に沿って移動、すなわち、アームの軸方向にスライドさせる。アームを軸方向にスライドさせると、ワークの表面の形状に応じて触針３２がＺ軸方向に変位する。測定子アーム３０及び可動部４４からなるアームが回転軸４２を中心に回転する。可動部４４の変位を変位読み取り部４６により検出する。これにより、触針３２のＺ軸方向の変位に応じた信号が変位読み取り部４６から出力される。ワークの表面粗さ、及び／又は輪郭形状等の表面性状を測定することができる。

表面粗さ測定は、ワーク表面の微小な凹凸を検出し、ワーク表面の微小な長さにおける高さ変化、すなわち短い周期の高さ変化を検出する。これに対して、輪郭形状測定は、ワーク表面の比較的長い周期での高さ変化を検出する。

次に、本実施形態の着脱自在の係合機構５２について、図３を参照して説明する。着脱自在の係合機構５２は、図３に示すように、測定子アーム３０の基端側に設けられた第１係合部材６０と、可動部４４の先端側に設けられた第２係合部材８０とにより構成される。すなわち、係合機構５２は、アームの触針側（測定子アーム３０）をアームの基端側（可動部４４）に対して着脱自在とする。第１係合部材６０と第２係合部材８０とは、ワーク面に垂直、かつアームの軸方向（Ｘ軸方向）に平行で対向する二つの係合面６２，８２を持ち、係合面６２，８２内の対応する位置にある着磁部材６８と磁石９０とにより互いに着脱自在に吸着する。ワーク面に垂直とは、垂直（Ｚ軸に平行）と、略垂直とを含んでいる。平行で対向する二つの係合面６２，８２は平行であることと、略平行であることを含んでいる。

第１係合部材６０は、金属製であり、略直方体の形状を有している。但し、材質は全体が剛体である必要は無く、少なくとも第１溝６４と第２溝６６が着脱を繰り返しても変形しない剛体であれば良い。例えば、係合機構５２を軽量化したい場合、第１溝６４と第２溝６６を同時に加工した金属と、カーボンとを接合した複合材でも良い。また、後述の着磁部材６８と磁石９０の吸着を阻害しないよう非磁性体であることが好ましい。第１係合部材６０は、第２係合部材８０と接触する係合面６２に、測定子アーム３０の軸方向に平行な断面Ｖ字状の直線状の第１溝６４と、測定子アーム３０の軸方向に直交する断面Ｖ字状の直線状の第２溝６６とを有している。図３では第１溝６４と第２溝６６とを交差させているが、第１溝６４と第２溝６６とを交差させなくても良い。第１溝６４と第２溝６６をまとめて溝６４，６６と呼ぶ場合がある。

第１係合部材６０は、第２溝６６を挟んで、ほぼ対象の位置に２個の円形の着磁部材６８を有している。着磁部材６８は、後述する磁石９０に吸着される磁性体であれば、その素材については限定されない。

第１係合部材６０の係合面６２の基端側に、作動ピン７０が第１係合部材６０の設けられた貫通孔を通して配置されている。

第２係合部材８０は、金属製であり、略直方体の形状を有している。但し、材質は第１係合部材６０と同様、全体が剛体である必要はなく複合材でも良く、かつ、非磁性体であることが好ましい。第２係合部材８０は、第１係合部材６０と比較すると、Ｙ軸方向の厚みは薄く構成されている。

第２係合部材８０は、第１係合部材６０と接触する係合面８２に、第１溝６４に対応する位置に配置され第１溝６４に係合する球状の第１位置決めピン８４及び第２位置決めピン８６と、第２溝６６に対応する位置に配置され第２溝６６に係合する球状の第３位置決めピン８８とを有している。第１位置決めピン８４、第２位置決めピン８６および第３位置決めピン８８をまとめて位置決めピン８４，８６，８８と呼ぶ場合がある。

また、第２係合部材８０は、係合面８２には、２個の着磁部材６８に対応する位置に２個の円形の磁石９０が配置されている。さらに、第２係合部材８０の係合面８２の基端側には、作動ピン７０に対応する位置にセンサ９２が設けられている。

第２係合部材８０の基端側にＸ軸方向に対して傾けられた傾斜部９４が、係合面８２に設けられている。傾斜部９４は、Ｚ軸方向から見た際、第１係合部材６０の係合面６２に近づくにしたがい、第２係合部材８０の基端側に近づくように傾けられている。傾斜部９４は、ワーク面に垂直かつ係合面８２に対して傾斜している。ワーク表面に垂直とは、垂直（Ｚ軸に平行）と、略垂直とを含んでいる。

第１係合部材６０の第２係合部材８０の傾斜部９４に対向する位置に、傾斜面７２が設けられている。傾斜部９４の形成された係合面８２と反対側の係合面６２に、傾斜部９４に対向する傾斜面７２が形成されている。傾斜面７２と傾斜部９４とについては後述する。

図３に示すように、第１係合部材６０の係合面６２と第２係合部材８０の係合面８２とが対向する位置に配置される。第１係合部材６０の第１溝６４および第２溝６６と、第２係合部材８０の第１位置決めピン８４、第２位置決めピン８６、第３位置決めピン８８とが概略位置合わせされる。矢印に示すようにＹ軸方向に沿って、着磁部材６８が磁石９０の磁力により吸着され、その結果、第１係合部材６０の係合面６２と第２係合部材８０の係合面８２とが吸着される。

その際、第１位置決めピン８４および第２位置決めピン８６が第１溝６４に案内され、第３位置決めピン８８が第２溝６６に案内される。これにより、第１係合部材６０の係合面６２と第２係合部材８０の係合面８２とが位置合わせされ、磁力により第１係合部材６０と第２係合部材８０とが吸着される。

図４に示すよう、第１係合部材６０と第２係合部材８０とで構成される係合機構５２により、測定子２０と可動部４４とが着脱自在に係合される。本実施形態では、２個の磁石９０と２個の着磁部材６８が設けられているので、矢印Ａに示す方向から力が加えられたとしても、第１係合部材６０と第２係合部材８０との吸着状態を維持することができる。但し、着磁部材６８および磁石９０は、それぞれ少なくとも１個を有していればよい。

本実施形態では、第１係合部材６０をフライス加工等により、溝６４，６６が一直線状に製作されているため、測定子アーム３０に対して平行度および直交度の優れた溝６４，６６を得ることができる。

複数の測定子２０を交換して使用する場合、測定子２０と可動部４４との取り付け精度（位置決め精度、吸着力等）を常に一定に維持することが必要である。本実施形態では、構造が簡単でかつ加工精度を保障しやすい断面Ｖ字状の溝６４，６６を形成しているので、取り付け精度を一定に維持することができる。

第１溝６４は、取り付け時も、第１溝６４は相対的な送り方向に沿って平行に、一直線上に形成されているため、第１位置決めピン８４，第２位置決めピン８６を第１溝６４に合わせてスライドさせるだけでよい。スライドさせる際も、Ｘ軸方向に平行にスライドさせて、第３位置決めピン８８が第２溝６６に嵌れば、着磁部材６８と作用して、正確に着座させることができる。

また、第１溝６４がアーム軸に平行に溝が刻まれていることが重要になる。これは、特にＺ軸方向すなわちアームが上下して測定する方向に対し、アームの基端側にある変位検出器の０点位置との関係において、測定精度に大きく影響する。たとえば、別々の嵌合させる穴がありＺ方向の取り付け精度を確保する場合、それぞれの穴の位置精度や穴の大きさなどを正確に形成しなくてはならない。仮にＺ軸方向に多少のずれ、すなわち、アーム基端側とアーム測定子側で平行に設置されない場合、変位検出器の0点がずれるために、リニアリティがずれることがある。また、スタイラスの接触位置が所望の位置ではないところでワークに接触する誤差も出てくる。そのことから、アーム同士を精度よく平行に取り付ける機構であることが重要になる。

また、第１溝６４は、測定方向言い換えれば測定力が作用する方向と垂直であることも重要である。溝に対して平行な力が作用する場合、溝に沿って移動することは少ない力で移動するが、溝に対して垂直方向に対しては大きな力が作用してもずれにくく、非常に安定する特徴がある。これは、位置決めピンと溝の接触している位置が、実質的には溝断面部の2点、すなわちＺ軸方向に互いに位置する2点のみで接触して支持されているからである。

先にも述べたように、第１溝６４が一直線上に製作されているから、交換する測定子アーム３０自体の溝の平行性における部品精度のばらつきも小さい。また、その取り付けにおいて、平行な溝に滑らせながら着座させるので、取り付けにおける再現性も非常に高い。結果的に、様々なアーム間でも正確に精度よく取り付けることが可能となる。特に、アームの基端部に対して、アームの測定子側を多く交換するため、できれば、アーム測定子側に第１溝６４が設けられているほうが望ましい。

図３においては、溝６４，６６を測定子２０の基端側に設けられた第１係合部材６０に設け、位置決めピン８４，８６，８８を可動部４４の第２係合部材８０に設けた例を示した。これに限定されることなく、第１係合部材６０に位置決めピン８４，８６，８８を設け、第２係合部材８０に溝６４，６６を設けることができる。

つまり、第１係合部材６０の係合面６２又は第２係合部材８０の係合面８２の何れか一方に第１溝６４および第２溝６６を形成し、第１係合部材６０の係合面６２又は第２係合部材８０の係合面８２の何れか他方に、位置決めピン８４，８６，８８を設けることができる。

なお、測定子２０の基端側に設けられた第１係合部材６０に溝６４，６６を設けることが好ましい。複数の測定子２０をワークに応じて交換する場合、測定子２０間で位置精度のバラツキが小さいことが好ましい。したがって、構造が単純で加工精度が保障しやすい溝６４，６６を第１係合部材６０に設けることが好ましい。

第３位置決めピン８８に対して位置合わせすることができれば、第２溝６６は、溝だけでなく孔であっても良い。よって、第２溝６６と孔とを含めて、係合面６２に形成される第１溝６４とは異なる別の係合部が構成される。また、別の係合部に嵌め合わせることが可能であれば、第３位置決めピン８８を含めて第２嵌合ピンを構成する。

次に、引き込み力（分力）に関して、本実施形態の係合機構と従来の係合機構との違いを、図５を参照して説明する。

図５の（Ａ）部分は本実施形態の係合機構を示している。右の図に示すように、第１係合部材と第２係合部材とが磁力に吸着された際、位置決めピン８４，８６，８８と溝６４，６６とが接触する。位置決めピン８４，８６，８８には吸着力Ｆが働く。吸着力Ｆは、溝６４，６６に傾斜に直交方向の分力Ｆ１と、傾斜に対して平行方向で着座位置に移動させる引き込み力（分力）Ｆ２とで構成される。

第１係合部材と第２係合部材とが磁力に吸着され、両者の距離が近づくと、引き込み力Ｆ２により位置決めピン８４，８６，８８が溝６４，６６の底部、つまり着座位置まで移動する。図５の（Ａ）部分に示すように、位置決めピン８４，８６，８８が、溝６４，６６と接触してから、着座位置に移動するまでの間に、引き込み力Ｆ２は、ほとんど変化しない。つまり、位置決めピン８４，８６，８８を溝６４，６６の着座位置まで、安定して移動させることができる。

図５の（Ｂ）部分は従来の係合機構を示している。従来の係合機構は、一対の円柱状の位置決め部材２００，２００と球状のピン２１０とで構成されている。右の図に示すように、第１係合部材と第２係合部材とが磁力に吸着された際、一方の位置決め部材２００とピン２１０とがと接触する。ピン２１０には吸着力Ｆが働く。吸着力Ｆは、位置決め部材２００とピン２１０との接線方向に直交方向の分力Ｆ１と、接線方向に平行な引き込み力（分力）Ｆ２とで構成される。引き込み力（分力）Ｆ２は、接線方向に平行であるので、位置決め部材２００とピン２１０が接触する位置によって、大きさが変化することになる。

第１係合部材と第２係合部材とが磁力に吸着され、両者の距離が近づくと、引き込み力Ｆ２によりピン２１０が、一対の円柱状の位置決め部材２００，２００に接する位置、つまり着座位置まで移動する。図５の（Ｂ）部分に示すように、ピン２１０が、位置決め部材２００と接触してから、着座位置に移動するまでの間に、引き込み力Ｆ２は、大きく変化する。特に、位置決め部材２００とピン２１０との接触時において、引き込み力Ｆ２は大きくない。引き込み力Ｆ２が小さい場合、ピン２１０が着座位置まで移動するのに時間がかかり、場合によっては引き込み力Ｆ２の不足により正確に着座しない可能性がある。

ピン２１０を着座位置に移動させるために、磁力を大きくして吸着力Ｆを大きくすることで、引き込み力Ｆ２を大きくすることができる。但し、吸着力Ｆを大きくすることで、第１係合部材と第２係合部材との係合力が強くなる。そうなると、第１係合部材と第２係合部材とを分離する際に、大きな力が必要となり、着脱の容易性が阻害される可能性がある。

本実施形態では、断面Ｖ字状の溝６４，６６の角度θが９０°の例を示したが、触針３２とワークとの接触力、吸着力Ｆの大きさ、第１溝６４と第２溝６６の材質による摩擦係数の違いによる引き込み力Ｆ２の大きさ等を考慮して、角度θは８０°〜１２０°の範囲で決定される。

本実施形態では溝６４，６６が断面Ｖ字状の形状を有する場合を説明したが、これに限定されることなく、溝６４，６６を、例えば断面Ｕ字状等とすることもできる。また、位置決めピン８４，８６，８８が球状である場合を説明したが、球状に限らず、半球状等とすることができる。また、位置決めピン形状においても、溝に沿って少し長めに形成したものでもかまわない。溝の直線性に沿って、ピンも少し長手方向に伸ばした方が直線同士の嵌め合わせ効果もあり、さらに互いのアームの取り付け平行度が向上することもある。さらには、ピンではなく、溝に嵌め合わせることが可能な長山であっても構わない。すなわち二つの位置決めピンを、一つの長山のピンとしても良い。これは、一つの長山は、二つ以上の位置決めピンが連続していることと同じである。一つの長山のピンは二つの位置決めピンの要件を満たしている。ただし、ピンであるか長山かにかかわらず、一方は必ずアーム軸方向に沿った直線溝を形成していることが重要となる。ここで、一つの長山、及び複数の位置決めピンが、第１溝６４に嵌合する位置にある第１嵌合ピンを構成する。

位置決めピン８４，８６，８８が溝６４，６６に案内される形状であれば、位置決めピン８４，８６，８８、及び溝６４，６６の形状は限定されない。

なお、測定子側のアームの係合面と、基端部側のアームの係合面とでは、基端部側の部材の材料硬度を高く設定しておく方が望ましい。

これは、測定子側は測定によって測定子が摩耗するごとに交換することになるが、基端部側は、ほとんど交換しないからである。そのため、測定子側の係合面は、基端部側と比べて少し柔らかい材料を使用した方が長期的な使用を考慮すると望ましい。たとえば、測定子側をアルミニウム合金、銅合金などで構成し、基端部側をセラミックス、ステンレス、チタン、超硬材などを使用することなどが考えられる。なお、双方ともステンレスなど、同一材料であってもよい。

次に、第１係合部材６０と第２係合部材８０との係合方向について、図６を参照して説明する。図３に示す態様では、第１係合部材６０と第２係合部材８０とＹ軸方向に沿って近づけて係合する場合を説明した。図６に示すように、本実施形態では、第１係合部材６０と第２係合部材８０とをＸ軸方向に沿って近づけて係合することができる。本実施形態では、第１溝６４が、第１係合部材６０の係合面６２のＸ軸方向に全域に亘り直線状に形成されている。第１溝６４に沿って、第１位置決めピン８４および第２位置決めピン８６をスライドさせながら、第１係合部材６０と第２係合部材８０とを位置決めし、吸着させることができる。

次に、センサと作動ピンの機能について、図７を参照して説明する。図７の（Ａ）部分は第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態をＺ軸方向から見た上面図である。第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態では第１係合部材６０の作動ピン７０と第２係合部材８０のセンサ９２とが接触している。作動ピン７０とセンサ９２とにより接触、非接触を検出する検出回路（不図示）が構成されている。検出回路は、作動ピン７０とセンサ９２の接触と非接触とを検出することができる。

図７の（Ａ）部分の状態において、検出回路は作動ピン７０とセンサ９２が接触状態であることを検出し、形状測定装置は接触状態であることを作業者に知らせる。

図７の（Ｂ）部分に示すように、例えば、測定子アーム３０に予期しない力が加えられた場合、作動ピン７０とセンサ９２とが非接触状態となる。検出回路は作動ピン７０とセンサ９２が非接触状態であることを検出し、形状測定装置は非接触状態であることを作業者に知らせる。さらに、検出回路からの非接触の情報は制御装置（不図示）に伝えられ、制御装置はＸ軸駆動部１６の駆動を停止させて、測定を中止する。また、支柱１４を駆動している場合は、支柱１４の駆動を停止する。形状測定装置の故障等を防止するためである。

作動ピン７０は第１係合部材６０の貫通孔に嵌合されている。作動ピン７０を、貫通孔内を移動させることにより、係合面６２から突出する作動ピン７０の長さを調整することができる。作動ピン７０の長さを調整することにより、センサ９２の感度を調整することが可能となる。

次に、センサ９２の好ましい位置について、図８を参照して説明する。図８は、第２係合部材８０の係合面８２をＹ軸方向から見た斜視図である。センサ９２は第２係合部材８０の係合面８２であれば、どこにでも設けることができる。本実施形態では、位置決めピン８４，８６，８８を結ぶ仮想三角形ＴＲの外側であって、第２係合部材８０の基端側に、センサ９２が設けられていることが好ましい。

測定子アーム３０に予期しない力がＹ軸方向から加えられた場合、図７の（Ｂ）部分に示すように、第１係合部材６０は、先端側を回転支点として第２係合部材８０から離れることが多い。したがって、先端側から離れた、第２係合部材８０の基端側にセンサ９２を配置し、かつ第１係合部材６０の基端側に作動ピン７０を配置することが好ましい。第１係合部材６０に力が加えられた際、回転支点から作動ピン７０の距離が長いほど、作動ピン７０の移動距離も長くなるので、より感度良く非接触状態を検出することができる。

但し、作動ピン７０およびセンサ９２の位置は、実施例に限定されることなく、感度に応じてセンサ９２および作動ピン７０の位置を決定することができる。

次に、図９を参照して、Ｘ軸方向から衝撃を回避する好ましい形態について説明する。図９の（Ａ）部分は第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態をＺ軸方向から見た上面図である。図７の（Ａ）部分と同様に、第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態では第１係合部材６０の作動ピン７０と第２係合部材８０のセンサ９２とが接触している。

図９の（Ｂ）部分は第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態をＺ軸方向から見た下面図である。この状態において、第１係合部材６０の傾斜面７２と第２係合部材８０の傾斜部９４の斜面とは対向する位置に配置されている。

図９の（Ｃ）部分に示すように、例えば、ワークの形状を測定している途中で、Ｘ軸方向から強い力（衝撃）を測定子２０が受けた場合、測定子２０と第１係合部材６０とはＸ軸方向に移動する。第１係合部材６０の移動距離が長くなると、作動ピン７０と第２係合部材８０のセンサ９２とが非接触となる。

検出回路が非接触を検出すると、制御装置はＸ軸駆動部１６の駆動を停止する。しかしながら、衝撃を受けた測定子２０と第１係合部材６０とは慣性力により、可動部４４の側に移動する。次に、第１係合部材６０の傾斜面７２と第２係合部材８０の傾斜部９４とが接触し、第１係合部材６０が第２係合部材８０の傾斜部９４に沿って摺動（スライド）しながら矢印Ｂの方向に移動させられる。

すなわち、触針３２側のアーム（測定子アーム３０）が基端側のアーム（可動部４４）に押し付けられた際、触針側のアームが傾斜部９４の面上をスライドして基端側のアームから外れる。これにより、第１係合部材６０と可動部４４とが接触することを回避でき、可動部４４を含む変位検出器１８に衝撃が加えられることを防止することができる。特に、回転軸４２に衝撃が加えられることを防止することができる。衝撃により回転軸４２に軸ずれ等が生じると、変位検出器１８の測定精度の再現性が低くなる場合があるからである。

さらに、作動ピン７０は、着磁部材６８や、位置決めピン８４，８６，８８よりも傾斜面７２付近とした。その結果、先の原理で、作動ピン７０はすぐさま外れることになる。たとえ、Ｘ軸方向に急激な衝撃が加わっても、すぐさま作動ピン７０が外れることにより、変位検出器１８を保護することが可能となる。

本実施形態では、係合面６２，８２が傾斜面７２と傾斜部９４とを備える場合について説明したが、少なくとも、傾斜部９４を備えることで、触針側のアームを傾斜部９４の面上をスライドして基端側のアームから外すことができる。傾斜面７２を有する場合、傾斜部９４の面上をより容易に触針側のアームをスライドさせることができる。

次に、図１０を参照して、Ｘ軸方向から衝撃を回避する好ましい別の形態について説明する。図９に示す係合機構の構成と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。図１０はＸ軸方向に衝撃が加えられた状態の第１係合部材６０と第２係合部材８０とを、Ｚ軸方向から見た下面図である。この実施形態では、可動部４４（基端側のアーム）の先端側に、傾斜部９４と平行な傾斜面を有する切欠き部４５が形成されている。Ｘ軸方向に衝撃が加えられた場合であっても、第１係合部材６０と可動部４４とが接触することを、より確実に回避することができる。ここで平行とは、略平行である場合を含んでいる。

図１１は、別の形態の係合機構を示す概略構成図である。図９又は図１０に示す係合機構の構成と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する場合がある。

図１１の（Ａ）部分は、第１係合部材６０と第２係合部材８０とが係合している状態をＺ軸方向から見た上面図である。本実施形態では第１係合部材６０の係合面６２に位置決めピン８４，８６，８８が形成されている。第２係合部材８０の係合面８２に第１溝（不図示）、第２溝６６が形成されている。

さらに、第１係合部材６０の係合面６２に第２傾斜面１００が、傾斜面７２と反対の触針側に形成されている。また、第２係合部材８０の係合面８２に第２傾斜部１０２が、傾斜部９４と反対の触針側に形成されている。第２傾斜面１００と第２傾斜部１０２とは対向する位置にそれぞれ配置されている。

図１１の（Ｂ）部分に示すように、ワークの形状を測定している途中で、Ｘ軸方向から強い力（衝撃）を測定子２０が受けた場合、測定子２０と第１係合部材６０とはＸ軸方向に移動する。次に、第１係合部材６０の傾斜面７２と第２係合部材８０の傾斜部９４とが接触し、第１係合部材６０が第２係合部材８０の傾斜部９４に沿って摺動（スライド）しながら矢印Ｃの方向に移動させられる。

すなわち、触針３２側のアーム（測定子アーム３０）が基端側のアーム（可動部４４）に押し付けられた際、触針側のアームが傾斜部９４の面上をスライドして基端側のアームから外れる。これにより、第１係合部材６０と可動部４４とが接触することを回避でき、可動部４４を含む変位検出器１８に衝撃が加えられることを防止することができる。

また、ワークの形状を測定している途中で、Ｘ軸方向と反対方向から強い力（衝撃）を測定子２０が受けた場合、測定子２０と第１係合部材６０とはＸ軸方向と反対方向に移動する。第１係合部材６０の第２傾斜面１００と第２係合部材８０の第２傾斜部１０２とが接触し、第１係合部材６０が第２係合部材８０の第２傾斜部１０２に沿って摺動（スライド）しながら移動させられる（不図示）。

次に、触針３２側のアーム（測定子アーム３０）が基端側のアーム（可動部４４）を押し付け、ないしは引っ張る際、その衝撃を回避するための、複数の態様について、図１２を参照して説明する。

図１２の（Ａ）部分は、本実施形態の一態様を示している。本実施形態では、触針側のアーム（測定子アーム３０）が基端側のアーム（可動部４４）に対して乗り上げる乗り上げ部として、第２係合部材８０に傾斜部９４が設けられている。

したがって、触針側のアームが基端側のアームを押し付け、ないしは引っ張る際、触針側のアームが傾斜部９４（乗り上げ部）の面上をスライドして乗り上げ、基端側のアームから外れることになる。

図１２の（Ｂ）部分は、本実施形態の別の態様を示している。本実施形態では、触針側のアームが基端側のアームに対して乗り上げる乗り上げ部として、第２係合部材８０に突起部１１０が設けられている。

したがって、触針側のアームが基端側のアームを押し付け、ないしは引っ張る際、触針側のアームが突起部１１０（乗り上げ部）の面上をスライドして乗り上げ、基端側のアームから外れることになる。

図１２の（Ｃ）部分は、本実施形態の別の態様を示している。本実施形態では、触針側のアームが基端側のアームに対して乗り上げる乗り上げ部として、突起部１１０が第２係合部材８０に設けられている。また、突起部１１２が第１係合部材６０に、突起部１１０と対向する位置に設けられている。

したがって、触針側のアームが基端側のアームを押し付け、ないしは引っ張る際、触針側のアームの突起部１１２が突起部１１０（乗り上げ部）の面上をスライドして乗り上げ、基端側のアームから外れることになる。

図１２の（Ｄ）部分は、本実施形態の別の態様を示している。本実施形態では、触針側のアームが基端側のアームに対して乗り上げる乗り上げ部として、突起部１１０が第２係合部材８０に設けられている。また、傾斜面７２が第１係合部材６０に、突起部１１０と対向する位置に設けられている。

したがって、触針側のアームが基端側のアームを押し付け、ないしは引っ張る際、触針側のアームの傾斜面７２が突起部１１０（乗り上げ部）の面上をスライドして乗り上げ、基端側のアームから外れることになる。

係合面６２，８２が、ワークに対して垂直方向であると、測定圧や急なワーク形状の変化に関係なく、単純に軸方向に一定荷重以上の負荷がかかったときに、外れるように設定することができる。一方で、係合面６２，８２が、ワークに対して平行方向にあると、測定圧によっても外れることがあり、安定しない場合がある。係合面６２，８２が、ワークに対して垂直方向であることが好ましい。

最後に、構造に関して、本実施形態の係合機構と従来の係合機構と違いについて図１３を参照して説明する。図１３の（Ａ）部分は、本実施形態の係合機構を示している。本実施形態ではＶ字状の第１溝６４が係合面６２に形成されている。第１溝６４が加工により形成されるので、第１溝６４を第１係合部材６０の端面の近くに設けることができる。

図１３の（Ｂ）部分は、従来の係合機構を示している。従来の係合機構では一対の円柱状の位置決め部材２００，２００を有しているので、位置決め部材２００，２００を保持するためのホルダー（壁）２２０が必要となる。そのため、図１３に示すように、本実施形態の係合機構は、従来の係合機構と比較して、係合部材を小さくすることができる。

また、係合部材が同じ大きさである場合、第１溝６４を端面側に形成できるので、第１位置決めピン８４および第２位置決めピン８６と、第３位置決めピン８８との距離を長くできる。つまり、位置決めピン８４，８６，８８を結ぶ仮想三角形（図８参照）を大きくできるので、第１係合部材６０と第２係合部材８０とを安定して係合することができる。

１０…形状測定装置、１２…定盤、１４…支柱、１６…Ｘ軸駆動部、１８…変位検出器、２０…測定子、２２…入力装置、２４…表示装置、３０…測定子アーム、３２…触針、４０…駆動部連結部、４２…回転軸、４４…可動部、４５…切欠き部、４６…変位読み取り部、５０…ハウジング、５２…係合機構、６０…第１係合部材、６２…係合面、６４…第１溝、６６…第２溝、６８…着磁部材、７０…作動ピン、７２…傾斜面、８０…第２係合部材、８２…係合面、８４…第１位置決めピン、８６…第２位置決めピン、８８…第３位置決めピン、９０…磁石、９２…センサ、９４…傾斜部、ＴＲ仮想三角形、１００…第２傾斜面、１０２…第２傾斜部、１１０，１１２…突起部

Claims (10)

1. アームの先端側に設けられた触針を、ワークに対してアームの軸方向にスライドさせてワーク表面の粗さ、及び／又は輪郭を測定する形状測定装置において、
   前記アームは、前記アームの触針側を前記アームの基端側に対して着脱自在とする係合機構を有し、前記係合機構は、前記ワーク表面に垂直かつ前記アームの軸方向に平行で対向する二つの係合面を持ち、前記係合面内の対応する位置にある磁石と着磁部材とにより互いを吸着する機構であって、
   一方の前記係合面には、前記アームの軸に平行であって、前記係合面の全域に亘る直線状の第１溝と、前記第１溝とは異なる別の係合部を有し、
   他方の前記係合面には、前記第１溝に嵌合する位置にある第１嵌合ピンと、前記別の係合部に嵌る第２嵌合ピンと、を有する形状測定装置。
2. 前記別の係合部が、第２溝で構成される請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記第１溝、及び前記第２溝は、断面Ｖ字状の形状を有する請求項２に記載の形状測定装置。
4. 前記断面Ｖ字状の第１溝、及び第２溝の角度は８０°以上１２０°以下の範囲である請求項３に記載の形状測定装置。
5. 前記第１嵌合ピンが、第１位置決めピン、及び第２位置決めピンで構成され、かつ前記第２嵌合ピンが第３位置決めピンで構成される請求項１から４の何れか一に記載の形状測定装置。
6. 前記第１位置決めピン、前記第２位置決めピン、及び前記第３位置決めピンが球状である請求項５に記載の形状測定装置。
7. 前記一方の係合面の設けられた作動ピンと前記他方の係合面の設けられたセンサとにより、接触、及び非接触を検出する検出回路が構成される請求項５又は６に記載の形状測定装置。
8. 前記センサおよび前記作動ピンが、前記第１位置決めピンと前記第２位置決めピンと前記第３位置決めピンとを結ぶ仮想三角形の外側で、かつ前記係合面の基端側に配置される請求項７に記載の形状測定装置。
9. 前記係合面には、前記ワーク表面に垂直かつ前記係合面に対して傾斜した傾斜部を有し、前記触針側のアームが前記基端側のアームに押し付けられた際、前記触針側のアームが前記傾斜部の面上をスライドして前記基端側のアームから外れる請求項１から８の何れか一に記載の形状測定装置。
10. 前記第２溝が前記アームの軸に直交する請求項２から４の何れか一に記載の形状測定装置。
    

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