JP6458335B1 - 表面形状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定面の表面粗さと、被測定面の表面粗さ以外の表面形状とを同時に測定し、且つ触針の破損を防止可能な表面形状測定機を提供する。【解決手段】検出器と、検出器を、第１回転方向と、第１回転方向とは反対側の第２回転方向とに揺動自在に支持する第１弾性支持部材と、第１弾性支持部材を、揺動支点の軸方向に垂直で且つ被測定面に平行な駆動方向に沿って移動させる駆動部と、駆動部により第１弾性支持部材を介して駆動される検出器を被測定面に沿って案内する直線状の検出器ガイドと、被測定面に接触する１又は複数の第１接触点を有し、検出器ガイドを、検出器の被測定面に対向する面側とは反対面側に対向する位置に支持するガイド支持部材と、検出器に設けられ、検出器を検出器ガイドに沿って移動自在に検出器ガイドにより支持させる検出器支持部材と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、被測定面の表面形状を測定する表面形状測定機に関する。

ワークの被測定面の表面形状を測定する表面形状測定機が知られている。この表面形状測定機は、揺動支点を支点として揺動自在に取り付けられたスタイラス、及びこのスタイラスの先端に設けられた触針等を有する検出器と、この検出器を被測定面に沿って移動させる駆動部と、を備える。表面形状測定機は、検出器の触針を被測定面に接触させた状態で、駆動部により検出器とワークとを水平方向に相対移動させることにより、触針で被測定面をトレースしながらスタイラス（触針）の変位を検出する。この変位検出結果に基づき被測定面の表面形状が得られる。

このような表面形状測定機として、検出器に取り付けられたスキッドを被測定面に接触させた状態で、触針により被測定面をトレースする携帯型のタイプ（スキッド測定タイプ）の測定機が良く知られている（特許文献１参照）。この携帯型の表面形状測定機では、スキッドに対するスタイラスの変位を検出することで、被測定面の表面形状として被測定面の表面粗さを測定することができる。

また、特許文献１に記載の表面形状測定機では、検出器に対してスキッドが着脱自在に取り付けられており、スキッドを取り付けた状態で触針により被測定面をトレースするスキッド測定と、スキッドを取り外した状態で触針により被測定面をトレースするスキッドレス測定とが選択可能になっている。このため、特許文献１に記載の表面形状測定機では、スキッドレス測定を行うことにより、被測定面（段差等）の形状及び被測定面のうねりなどを測定することができる。

特開２００１−１３３２４７号公報

しかしながら、携帯型（スキッド測定タイプ）の表面形状測定機では、被測定面の表面形状として表面粗さを測定することができるが、表面粗さ以外の被測定面の表面形状、例えば被測定面（段差等）の形状及び被測定面のうねりなどを測定することはできない。このため、表面粗さ以外の被測定面の表面形状を測定する場合には、真直度保証がなされている上位機種の表面形状測定機で測定を行う必要がある。

また、特許文献１に記載の表面形状測定機では、スキッド測定とスキッドレス測定とが切替可能になっているものの、スキッドレス測定で段差等の形状を測定する際に、段差等の大きさによってはこの段差に触針を引っ掛けて破損させるおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定面の表面粗さと、被測定面の表面粗さ以外の表面形状とを同時に測定し、且つ触針の破損を防止可能な表面形状測定機を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための表面形状測定機は、被測定面の表面形状を測定する表面形状測定機において、揺動支点を中心として揺動自在に支持されるスタイラスと、スタイラスの先端部に設けられ且つスタイラスの長手方向に対して垂直又は斜めの一方向側に延びる触針と、スタイラスの先端部から一方向側に離れた位置に設けられたスキッドと、揺動支点を中心とする回転方向のうち、触針が一方向側に回転する第１回転方向にスタイラスを付勢して、触針の先端をスキッドよりも一方向側に突出させる付勢部材と、を備える検出器と、検出器を、第１回転方向と、第１回転方向とは反対側の第２回転方向とに揺動自在に支持する第１弾性支持部材と、第１弾性支持部材を、揺動支点の軸方向に垂直で且つ被測定面に平行な駆動方向に沿って移動させる駆動部と、駆動部により第１弾性支持部材を介して駆動される検出器を被測定面に沿って案内する直線状の検出器ガイドと、被測定面に接触する１又は複数の第１接触点を有し、検出器ガイドを、検出器の被測定面に対向する面側とは反対面側に対向する位置に支持するガイド支持部材と、検出器に設けられ、検出器を検出器ガイドに沿って移動自在に検出器ガイドにより支持させる検出器支持部材と、を備える。

この表面形状測定機によれば、被測定面に対して略平行に配置された検出器ガイドに沿って検出器を移動させるため、被測定面（ワーク）を基準とする所謂ワーク基準で、検出器による被測定面のスキッドレス測定を実行できる。さらに被測定面の段差等の高さが高い場合には、スキッドレス測定からスキッド測定に自動的に切り替えることができる。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、スタイラスが付勢部材の付勢力に抗して予め定めた基準回転位置から第２回転方向に回転された場合、触針の先端は、スタイラスの第２回転方向の回転角度が一定角度に達するまではスキッドよりも一方向側に突出している。これにより、検出器により被測定面をスキッドレス測定することができる。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、スタイラスの第２回転方向の回転角度が一定角度に達し、さらにスキッドに対して一方向側とは反対方向側の力が加えられた場合、検出器が、第１弾性支持部材を基準として第２回転方向に回転する。これにより、被測定面の段差等の高さが高い場合には、スキッドレス測定からスキッド測定に自動的に切り替えることができるので、触針の破損が防止される。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、検出器支持部材は、検出器ガイドが挿通されるガイド挿通穴と、ガイド挿通穴を構成する検出器支持部材の内壁面に設けられ、且つ検出器ガイドの検出器に対向する面側とは反対側の面に接触する第２接触点と、を有し、検出器支持部材は、第２接触点を介して検出器ガイドに検出器を支持させる。これにより、被測定面の段差等の高さが高い場合には、第２接触点と検出器ガイドとの接触が解除されるため、スキッドレス測定からスキッド測定に自動的に切り替えることができる。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、検出器の一部、第１弾性支持部材、及び駆動部を収納するケースであって、駆動方向に対して垂直なケース壁面と、ケース壁面に形成され且つ検出器が挿通される検出器挿通穴とを有するケースと、ケースに設けられた第２弾性支持部材であって、且つ検出器ガイドを第１回転方向と第２回転方向とに揺動自在に支持する第２弾性支持部材と、を備える。これにより、被測定面が非水平である場合でも、この被測定面に対して検出器ガイドを略平行に配置することができる。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、ガイド支持部材は、３つの第１接触点で被測定面に接触する。これにより、被測定面に対して検出器ガイドを略平行に配置することができる。

本発明の他の態様に係る表面形状測定機において、スキッドは、触針が挿通される触針挿通穴を有する。

本発明の表面形状測定機は、被測定面の表面粗さと、被測定面の表面粗さ以外の表面形状とを同時に測定し、且つ触針の破損を防止することができる。

表面形状測定機の外観斜視図である。 表面形状測定機の正面図である。 表面形状測定機の側面図である。 検出器の側面図である。 測定装置の断面図である。 被測定面が非水平である場合の測定装置の断面図である。 表面形状測定機による被測定面の表面形状の測定処理を説明するための説明図である。

［表面形状測定機の全体構成］
図１は、表面形状測定機１０の外観斜視図である。図２は、表面形状測定機１０の正面図である。図３は、表面形状測定機１０の側面図である。図１から図３に示すように、表面形状測定機１０は、ワークの被測定面９（図３参照）上に配置され、この被測定面９の表面形状を測定する携帯型（ハンディ型）の測定機である。ここでいう被測定面９の表面形状とは、被測定面９の表面粗さと、表面粗さ以外の表面形状（例えば被測定面９の形状及びうねり等）と、が含まれる。

なお、図中のＸＹＺ軸は互いに直交する軸であり、ＸＹ軸が水平方向に平行な軸であり、Ｚ軸が水平方向に直交する軸である。なお、本明細書において「平行」には「略平行」が含まれ、且つ「垂直」には「略垂直」が含まれる。

表面形状測定機１０は、測定装置１２とデータ処理装置１４（図２及び図３では図示を省略）とを含む。測定装置１２は、検出器１６と、駆動装置１８と、検出器ガイド２０と、を備える。

検出器１６は、詳しくは後述するが、Ｘ軸方向に平行な方向に延びた形状を有している。この検出器１６は、駆動装置１８によってＸ軸方向に平行な方向（すなわち、被測定面９）に沿って移動されることにより、被測定面９を触針４８（図４参照）でトレースする。そして、検出器１６は、スタイラス４２（図４参照）の変位を示す検出信号をデータ処理装置１４へ出力する。

検出器１６のＸ軸方向（＋）側の先端部には、ノーズピース２２が設けられている。ノーズピース２２には、詳しくは後述するがスキッド２４と、ガイド挿通穴２６とが設けられている。そして、このノーズピース２２を介して、検出器１６が検出器ガイド２０に移動自在に支持される。

駆動装置１８は、検出器１６と同様にＸ軸方向に平行な方向に延びた形状を有している。駆動装置１８は、詳しくは後述するが、検出器１６のＸ軸方向（−）側の基端部を保持して、この検出器１６をＸ軸方向に平行な方向、すなわち被測定面９に沿って移動させる。このため、本実施形態ではＸ軸方向が本発明の駆動方向に相当する。

検出器ガイド２０は、詳しくは後述するが直線状に形成されており、駆動装置１８のＸ軸方向（＋）側の端部に取り付けられている。この検出器ガイド２０は、３つのガイド設置点２８（図２参照）により被測定面９に対して略平行な姿勢で支持されており、駆動装置１８により駆動される検出器１６を被測定面９に沿って案内する。

データ処理装置１４は、検出器１６及び駆動装置１８にそれぞれ電気的に接続されている。データ処理装置１４には、各種情報を表示する表示部３４と、各種操作を行うための操作部３６との他に、図示は省略するが、外部機器又は外部記憶媒体に接続するためのコネクタ、及び電源のオンオフ操作に用いられる電源スイッチなどが設けられている。

データ処理装置１４は、操作部３６への入力操作に応じて駆動装置１８を制御して、検出器１６を移動させることで、検出器１６の触針４８（図４参照）により被測定面９をＸ軸方向に沿ってトレースさせる。また、データ処理装置１４は、検出器１６から入力されるスタイラス４２（触針４８）の変位の検出信号に基づき、被測定面９の表面形状（表面粗さ及びうねり等）の測定データを算出する。

［検出器の構成］
図４は、検出器１６の側面図である。図４に示すように、検出器１６は、揺動支点４０と、スタイラス４２（アーム又は測定子ともいう）と、付勢部材４４と、検出センサ４６と、触針４８と、これら各部を収納するハウジング４９と、を備える。

揺動支点４０は、Ｙ軸方向に平行な回転軸（揺動軸）を備える。この揺動支点４０は、スタイラス４２を揺動自在に支持する。

スタイラス４２は、揺動支点４０に揺動自在に支持されるスタイラス本体部４２ａと、スタイラス本体部４２ａからスタイラス長手方向の一方側［Ｘ軸方向（＋）側］に延びたスタイラス先端部４２ｂと、スタイラス本体部４２ａからスタイラス長手方向の他方側［Ｘ軸方向（−）側］に延びたスタイラス基端部４２ｃと、を備える。なお、スタイラス４２の形状は図４に示した形状に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

スタイラス先端部４２ｂの先端部分には触針４８が設けられている。触針４８は、スタイラス４２のスタイラス長手方向に対して垂直又は斜めに突出、すなわち略Ｚ軸方向（−）側（本発明の一方向側に相当）に突出した下向き触針である。

なお、スタイラス先端部４２ｂの先端部分及び触針４８は、ハウジング４９からそのＸ軸方向（＋）側に突出しており、後述のノーズピース２２内に収容されている。

スタイラス基端部４２ｃのＸ軸方向（−）側の基端部には、後述の検出センサ４６の一部を構成するコア４６ａが設けられている。

スタイラス４２は、揺動支点４０を基準として、触針４８の形成側に回転する第１回転方向ＳＷ１と、この第１回転方向ＳＷ１とは反対側の第２回転方向ＳＷ２とに揺動される。なお、図示は省略するが、ハウジング４９内にはスタイラス４２の回転範囲、すなわち第１回転方向ＳＷ１の最大角度位置と、第２回転方向ＳＷ２の最大角度位置とを規定する規制部材が設けられている。

付勢部材４４は、スタイラス基端部４２ｃをＺ軸方向（＋）側に付勢する。この付勢部材４４としては、例えばコイルバネ及び板バネ等の各種バネが用いられる。なお、バネ以外の公知の付勢方法でスタイラス基端部４２ｃの付勢を行ってもよい。これにより、スタイラス４２は、揺動支点４０を中心として、付勢部材４４により第１回転方向ＳＷ１に付勢される。

検出センサ４６は、例えば線形可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformer：ＬＶＤＴ）であり、既述のスタイラス基端部４２ｃに設けられたコア４６ａと、ハウジング４９内に設けられたコイル４６ｂとにより構成される。

コア４６ａは、スタイラス基端部４２ｃからそのＺ軸方向（−）側に延びた形状の鉄心である。コイル４６ｂは、ハウジング４９内においてスタイラス基端部４０ｃのＺ軸方向（−）側の位置に設けられている。コイル４６ｂにはその内部にコア４６ａが非接触で挿入される。

コイル４６ｂは、図示は省略するが、一次コイルと、２種類の二次コイルとにより構成されている。コイル４６ｂの一次コイルがデータ処理装置１４により励磁されると、２種類の二次コイルからコア４６ａのＺ軸方向の位置（変位）を示す検出信号がデータ処理装置１４へ出力される。その結果、揺動支点４０、スタイラス４２（触針４８）、及びコア４６ａの位置関係と、検出センサ４６で検出されたコア４６ａのＺ軸方向の位置とに基づき、スタイラス４２（触針４８）のＺ軸方向の変位を検出することができる。

なお、検出器１６（ハウジング４９）のＸ軸方向（−）側の基端部には、駆動装置１８に接続する検出器接続部１６ａが設けられている（図５参照）。

ノーズピース２２は、ハウジング４９のＸ軸方向（＋）側の先端部の先端面側に取り付けられている。このノーズピース２２には、スタイラス先端部４２ｂの先端部分及び触針４８を収容する不図示の収容空間が設けられている。また、ノーズピース２２には、収容空間からＺ軸方向（−）側に離れた位置、すなわちスタイラス先端部４２ｂの先端部分からＺ軸方向（−）側に離れた位置にスキッド２４が設けられている。さらに、ノーズピース２２には、収容空間からＺ軸方向（＋）側に離れた位置にガイド挿通穴２６が形成されている。

スキッド２４は、被測定面９に対向するスキッド底面２４ａと、触針４８が挿通される触針挿通穴２４ｂと、を有する。既述の通り、付勢部材４４はスタイラス４２を第１回転方向ＳＷ１に付勢するため、触針４８は、スキッド２４のスキッド底面２４ａからＺ軸方向（−）側に突出する。このスキッド底面２４ａからの触針４８の突出は、スタイラス４２が付勢部材４４の付勢力に抗して予め定めた後述の基準回転位置から第２回転方向ＳＷ２に一定角度だけ回転されるまで継続する。そして、スタイラス４２の第２回転方向ＳＷ２の回転角度が一定角度まで達すると、触針４８の先端とスキッド底面２４ａとのＺ軸方向位置が一致した一致状態となり、スキッド底面２４ａが被測定面９に接触する。

ここでスタイラス４２の予め定めた基準回転位置とは、例えば、被測定面９上に測定装置１２を配置した状態（測定開始前の状態）でのスタイラス４２の初期回転位置である。なお、スタイラス４２の第１回転方向ＳＷ１の最大回転位置を基準回転位置としてもよく、この基準回転位置については特に限定されるものではない。

ガイド挿通穴２６は、検出器１６の長手方向（図中ではＸ軸方向）に平行な方向にノーズピース２２を貫通した貫通穴である。このガイド挿通穴２６には、後述の検出器ガイド２０が挿通される。そして、ガイド挿通穴２６のＺ軸方向の穴径は、検出器ガイド２０のＺ軸方向の厚みよりも大きく形成されている。また、ガイド挿通穴２６を構成するノーズピース２２の内壁面には、検出器ガイド２０のＺ軸方向（＋）側のガイド上面２０ａに接触するガイド接触点５０（本発明の第２接触点に相当）が設けられている。

［駆動装置の構成］
図５は、測定装置１２の断面図である。なお、図５の符号VAは表面形状測定機１０の測定開始時（トレース開始時）の状態であり、符号VBは表面形状測定機１０の測定完了時（トレース完了時）の状態である。

図５に示すように、駆動装置１８は、ケース５６と、このケース５６の内部に収納された駆動ガイド５８、スライダ６０、駆動部６２、及び板バネ６４と、を備える。ケース５６は、駆動部６２等の他に、検出器１６（ハウジング４９）のＸ軸方向（−）側の基端部と、検出器接続部１６ａとを収納する。このため、ケース５６のＸ軸方向（＋）側で且つＸ軸方向に垂直なケース壁面５６ａには、検出器１６がＸ軸方向に沿って進退自在に挿通される検出器挿通穴６６が形成されている。

駆動ガイド５８は、ケース５６内のＸ軸方向（−）側の領域に設けられており、且つＸ軸方向に延びた形状を有している。スライダ６０は、駆動ガイド５８に移動自在に取り付けられている。これにより、スライダ６０は、駆動ガイド５８に沿ってＸ軸方向に移動可能となる。

駆動部６２は、図示は省略するがモータ及び送りねじ等で構成される公知の駆動機構である。この駆動部６２は、スライダ６０に接続（連結）されており、このスライダ６０を駆動ガイド５８に沿ってＸ軸方向に移動させる。

板バネ６４は、本発明の第１弾性支持部材に相当するものであり、ＸＹ面に平行で且つＸ軸方向に延びた略平面形状に形成されている。この板バネ６４のＸ軸方向（＋）側の先端部は検出器接続部１６ａに接続され、且つＸ軸方向（−）側の基端部はスライダ６０に接続されている。この板バネ６４は、スライダ６０（駆動装置１８）に対して検出器１６及び検出器接続部１６ａ（以下、検出器１６等と略す）を、既述の第１回転方向ＳＷ１と第２回転方向ＳＷ２とに揺動自在に支持する。

また、板バネ６４により検出器１６等とスライダ６０とを連結することで、既述の駆動部６２は、スライダ６０及び板バネ６４を介して、検出器１６等をＸ軸方向に沿って移動させる。そして、被測定面９の表面形状の測定時には、データ処理装置１４の制御の下、駆動部６２が検出器１６等をＸ軸方向（＋）側からＸ軸方向（−）側に移動させることで、検出器１６の触針４８により被測定面９をＸ軸方向に沿ってトレースする。

［検出器ガイドの構成］
検出器ガイド２０は、ケース５６の（駆動装置１８）に取り付けられており、且つ被測定面９に略平行で且つ触針４８のトレース方向（Ｘ軸方向）に延びた略長板状を有する。この検出器ガイド２０は、Ｘ軸方向において、ケース５６のケース壁面５６ａよりもＸ軸方向（＋）側の位置に支持されている。また、検出器ガイド２０は、Ｚ軸方向において検出器１６の被測定面９に対向する面側とは反対面側、すなわち検出器１６のＺ軸方向（＋）側の面に対向する位置に、３つのガイド設置点２８を介して支持されている。

検出器ガイド２０のＸ軸方向（−）側の基端部は、板バネ７０を介して、駆動装置１８のケース５６のケース壁面５６ａに取り付けられている。板バネ７０は、本発明の第２弾性支持部材に相当するものであり、ＸＹ面に平行で且つＸ軸方向に延びた略平面形状に形成されている。これにより、検出器ガイド２０は、板バネ７０を介して、駆動装置１８に対し既述の第１回転方向ＳＷ１と第２回転方向ＳＷ２とに揺動自在に支持される。その結果、被測定面９が非水平である場合、板バネ７０を基準として検出器ガイド２０が回転することにより、検出器ガイド２０を被測定面９に対して略平行にすることができる（図６参照）。

各ガイド設置点２８は、単独では本発明の第１接触点に相当し、それぞれＺ軸方向（−）側に延びたピン形状を有しており、被測定面９に接触する。例えば、ガイド設置点２８の１つは検出器ガイド２０のＸ軸方向（＋）側の先端部に設けられ、且つガイド設置点２８の残りの２つは検出器ガイド２０のＸ軸方向（−）側の基端部において検出器１６をＹ軸方向に挟み込むように設けられている。これにより、各ガイド設置点２８は、本発明のガイド支持部材として機能し、検出器ガイド２０を、検出器１６よりもＺ軸方向（＋）側の位置において被測定面９上に３点支持する。

このように、板バネ７０を基準として検出器ガイド２０を回転させながら、各ガイド設置点２８により被測定面９上に検出器ガイド２０を３点支持することで、検出器ガイド２０を被測定面９に対して略平行にすることができる（図６参照）。

この際に、各ガイド設置点２８の各々のＺ軸方向（−）側の先端位置、すなわち検出器ガイド２０から各ガイド設置点２８の先端までの長さは個別に調整可能である。これにより、検出器ガイド２０のＺ軸方向の高さ位置を調整することができる。また、各ガイド設置点２８の各々の先端位置を個別に調整することで、仮に被測定面９が非水平な場合でも（図６参照）、検出器ガイド２０を被測定面９に略平行にすることができる。

検出器ガイド２０のＸ軸方向（＋）側の先端部は、既述のノーズピース２２のガイド挿通穴２６に挿通される。また、検出器ガイド２０の検出器１６に対向する面側とは反対側の面、すなわちガイド上面２０ａには、既述のガイド接触点５０が接触する。これにより、検出器ガイド２０は、ガイド接触点５０（ノーズピース２２）を介して、既述の検出器１６をガイド上面２０ａに沿って移動自在に支持する。

従って、既述の駆動装置１８（駆動部６２）がスライダ６０及び板バネ６４をＸ軸方向に移動させると、検出器１６が、被測定面９に対して略平行な姿勢で３点支持されている検出器ガイド２０に沿って移動する。これにより、被測定面９に対して略平行な検出器ガイド２０に沿って検出器１６の触針４８が被測定面９をトレースするため、検出器ガイド２０によるワーク基準（被測定面基準）での被測定面９の表面形状の測定を行うことができる。また、この場合には、検出器ガイド２０の真直度に応じた精度で表面形状の測定を行うことができる。

この際に、各ガイド設置点２８は、測定装置１２が被測定面９上に配置された状態（測定開始前の状態）において、検出器ガイド２０のＺ軸方向の高さ位置が以下の条件を満たすように調整している。この条件とは、スキッド２４と被測定面９との間に隙間が形成され、且つスキッド底面２４ａからＺ軸方向（−）側に触針４８が突出し、さらにスタイラス４２がその回転範囲（検出範囲）の略中央に位置することである。これにより、測定装置１２は、被測定面９の表面形状の測定開始時にはスキッドレス測定を最初に実行する。

検出器ガイド２０は、そのガイド上面２０ａのみで検出器１６を支持しているので、検出器１６等は、検出器ガイド２０に支持されている状態でも板バネ６４を基準として第２回転方向ＳＷ２に回転可能である。このため、スキッド２４のスキッド底面２４ａに被測定面９に接触した状態で、さらに被測定面９からスキッド底面２４ａ（触針４８を含む）に対してＺ軸方向（＋）側の力（本発明の反対方向側の力）が加えられると、ガイド上面２０ａとガイド接触点５０との接触が解除され、検出器１６等が板バネ６４を基準として第２回転方向ＳＷ２に回転される。これにより、例えば被測定面９の段差が大きい場合、測定装置１２による測定がスキッドレス測定からスキッド測定に自動的に切り替えられる（図７参照）。なお、スキッド２４のＺ軸方向位置を調整することで、スキッドレス測定からスキッド測定への切り替えタイミングを任意に調整することができる。

図６は、被測定面９が非水平である場合の測定装置１２の断面図である。なお、図６の符号VIAは表面形状測定機１０の測定開始時（トレース開始時）の状態であり、符号VIBは表面形状測定機１０の測定完了時（トレース完了時）の状態である。

図６に示すように、非水平な被測定面９上に測定装置１２を配置すると、既述のように板バネ７０を基準として検出器ガイド２０を回転させながら各ガイド設置点２８が非水平の被測定面９上にそれぞれ接触する。これにより、非水平の被測定面９上で検出器ガイド２０が各ガイド設置点２８により３点支持されるため、検出器ガイド２０が非水平の被測定面９に対して略平行になる。その結果、この検出器ガイド２０に沿って検出器１６等を移動させることで、非水平な被測定面９を基準としてこの被測定面９を検出器１６の触針４８でトレースすることができる。

［表面形状測定機の作用］
図７は、上記構成の表面形状測定機１０による被測定面９の表面形状の測定処理を説明するための説明図である。図７の符号VIIAに示すように、被測定面９上に表面形状測定機１０の測定装置１２を配置する。これにより、既述の図５に示したように、各ガイド設置点２８が被測定面９に接触して、この被測定面９上で検出器ガイド２０が各ガイド設置点２８により３点支持される。その結果、検出器ガイド２０が被測定面９に対して略平行になる。

なお、既述の図６に示したように被測定面９が非水平である場合でも、各ガイド設置点２８が被測定面９に接触する際に、板バネ７０を基準として、検出器ガイド２０が駆動装置１８に対して第１回転方向ＳＷ１又は第２回転方向ＳＷ２に回転する。これにより、検出器ガイド２０を非水平の被測定面９に対して略平行にすることができる。

被測定面９上で検出器ガイド２０が３点支持されると、この検出器ガイド２０のガイド上面２０ａ及びノーズピース２２のガイド接触点５０を介して、検出器１６が被測定面９上に支持される。この際に、スキッド２４と被測定面９との間に隙間が形成され、且つスキッド底面２４ａからＺ軸方向（−）側に触針４８が突出し、さらにスタイラス４２がその回転範囲の略中央に位置するように、各ガイド設置点２８により検出器ガイド２０のＺ軸方向の高さ位置が調整される。これにより、測定開始時には触針４８のみが被測定面９に接触するため、測定装置１２は被測定面９のスキッドレス測定を行うことができる。

オペレータがデータ処理装置１４の操作部３６に対して測定開始操作を入力すると、データ処理装置１４による制御の下、駆動装置１８の駆動部６２が駆動ガイド５８に沿ってスライダ６０及び板バネ６４をＸ軸方向（＋）側からＸ軸方向（−）側へ移動させる。これにより、板バネ６４等を介して検出器１６が、被測定面９に略平行な検出器ガイド２０に沿ってＸ軸方向（−）側へ移動する。その結果、被測定面９（ワーク）を基準として、この被測定面９を検出器１６の触針４８がトレースするスキッドレス測定が開始される。

検出器１６の検出センサ４６は、スタイラス４２（触針４８）の揺動による変位を検出し、この変位の検出信号をデータ処理装置１４へ出力する。データ処理装置１４は、検出センサ４６から入力される検出信号と、駆動装置１８による検出器１６の移動量とに基づき、公知の方法で被測定面９の表面形状を算出する。この際に、表面形状測定機１０（測定装置１２）では、スキッド２４を被測定面９に接触させずに触針４８により被測定面９をトレースするスキッドレス測定を行うため、被測定面９の表面粗さのみならず、被測定面９の段差の形状及びうねり等のスキッドレス測定で得られる被測定面９の各種の表面形状も同時に測定することができる。また、この表面形状の測定精度は検出器ガイド２０の真直度に依存するため、大掛かりな測定機を用いることなく、低コスト且つ高精度で被測定面９の表面形状の測定を行うことができる。

被測定面９の段差等のＺ軸方向（＋）側の高さが次第に高くなると、揺動支点４０を基準として、スタイラス４２が付勢部材４４の付勢力に抗して第２回転方向ＳＷ２に回転する。そして、図７の符号VIIBに示すように、スタイラス４２が既述の基準回転位置から第２回転方向ＳＷ２に一定角度まで回転されると、触針４８の先端とスキッド底面２４ａとのＺ軸方向位置が一致した一致状態となる。これにより、スキッド２４のスキッド底面２４ａが被測定面９に接触する。

図７の符号VIICに示すように、一致状態から被測定面９の段差等の高さがさらに高くなると、被測定面９からスキッド底面２４ａ（触針４８の先端を含む）に対して、さらに力Ｚ軸方向（＋）側の力が加えられる。これにより、検出器ガイド２０のガイド上面２０ａとノーズピース２２のガイド接触点５０との接触が解除されると共に、検出器１６等が板バネ６４を基準として第２回転方向ＳＷ２に回転する。その結果、表面形状測定機１０（測定装置１２）による測定がスキッドレス測定からスキッド測定に切り替えられる。

このスキッド測定では、スキッド２４を基準とした被測定面９の表面形状の測定を行うため、被測定面９の表面粗さの測定のみが実行されるものの、触針４８が被測定面９の段差等に引っ掛かって破損することが防止される。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態の表面形状測定機１０では、被測定面９に対して略平行に配置された検出器ガイド２０に沿って検出器１６を移動させることにより、被測定面９を基準とする所謂ワーク基準で検出器１６による被測定面９のスキッドレス測定を行うことができる。その結果、被測定面９の表面粗さと、被測定面９の表面粗さ以外の表面形状（形状及びうねり等）とを同時に測定することができる。また、被測定面９の段差等の高さが高い場合には、スキッドレス測定からスキッド測定に自動的に切り替えることができるので、触針４８の破損を確実に防止することができる。さらに、検出器ガイド２０の真直度に応じた測定精度が得られるので、低コスト且つ高精度で被測定面９の表面形状を測定することができる。

［その他］
上記実施形態では、本発明の第１弾性支持部材及び第２弾性支持部材としてそれぞれ板バネを例に挙げて説明したが、板バネ以外の各種の弾性支持部材を用いてもよい。

上記実施形態では３つのガイド設置点２８により被測定面９上に検出器ガイド２０を３点支持しているが、被測定面９に対して検出器ガイド２０を略平行な姿勢で支持することができれば、ガイド設置点２８の数は１であってもよいし、或いは２又は４以上の複数であってもよい。また、ガイド設置点２８の形状もピン形状に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

上記実施形態では、検出器ガイド２０が板バネ７０を介して駆動装置１８に取り付けられているが、駆動装置１８に対して検出器ガイド２０が分離して設けられていてもよい。

上記実施形態では、ノーズピース２２を介して検出器１６にスキッド２４を設けているが、検出器１６にスキッド２４を直接設けてもよい。また、上記実施形態では、スキッド２４の触針挿通穴２４ｂに触針４８が挿通されているが、触針４８がスキッド２４を挿通していなくともよい（上記特許文献１参照）。

上記実施形態では、ノーズピース２２が検出器１６の先端側（Ｘ軸方向（＋）側）の先端面に取り付けられているが、検出器１６に対するノーズピース２２の取付位置は特に限定されるものではない。また、上記実施形態では、ノーズピース２２を介して検出器ガイド２０に検出器１６を移動自在に支持させているが、検出器ガイド２０に対して検出器１６を移動自在に支持可能であれば各種の検出器支持部材を用いてもよい。

上記実施形態では、携帯型の表面形状測定機１０を例に挙げて説明したが、スキッド測定が可能な据置型（非携帯型）の測定機にも本発明を適用することができる。

９…被測定面，
１０…表面形状測定機，
１２…測定装置，
１６…検出器，
２０…検出器ガイド，
２０ａ…ガイド上面，
２２…ノーズピース，
２４…スキッド，
２８…ガイド設置点，
４２…スタイラス，
４４…付勢部材，
４８…触針，
５０…ガイド接触点，
５６…ケース，
６２…駆動部，
６４…板バネ，
７０…板バネ

Claims (7)

1. 被測定面の表面形状を測定する表面形状測定機において、
   揺動支点を中心として揺動自在に支持されるスタイラスと、前記スタイラスの先端部に設けられ且つ前記スタイラスの長手方向に対して垂直又は斜めの一方向側に延びる触針と、前記スタイラスの先端部から前記一方向側に離れた位置に設けられたスキッドと、前記揺動支点を中心とする回転方向のうち、前記触針が前記一方向側に回転する第１回転方向に前記スタイラスを付勢して、前記触針の先端を前記スキッドよりも前記一方向側に突出させる付勢部材と、を備える検出器と、
   前記検出器を、前記第１回転方向と、前記第１回転方向とは反対側の第２回転方向とに揺動自在に支持する第１弾性支持部材と、
   前記第１弾性支持部材を、前記揺動支点の軸方向に垂直で且つ前記被測定面に平行な駆動方向に沿って移動させる駆動部と、
   前記駆動部により前記第１弾性支持部材を介して駆動される前記検出器を前記被測定面に沿って案内する直線状の検出器ガイドと、
   前記被測定面に接触する１又は複数の第１接触点を有し、前記検出器ガイドを、前記検出器の前記被測定面に対向する面側とは反対面側に対向する位置に支持するガイド支持部材と、
   前記検出器に設けられ、前記検出器を前記検出器ガイドに沿って移動自在に前記検出器ガイドにより支持させる検出器支持部材と、
   を備える表面形状測定機。
2. 前記スタイラスが前記付勢部材の付勢力に抗して予め定めた基準回転位置から前記第２回転方向に回転された場合、前記触針の先端は、前記スタイラスの前記第２回転方向の回転角度が一定角度に達するまでは前記スキッドよりも前記一方向側に突出している請求項１に記載の表面形状測定機。
3. 前記スタイラスの前記第２回転方向の回転角度が前記一定角度に達し、さらに前記スキッドに対して前記一方向側とは反対方向側の力が加えられた場合、前記検出器が、前記第１弾性支持部材を基準として前記第２回転方向に回転する請求項２に記載の表面形状測定機。
4. 前記検出器支持部材は、
   前記検出器ガイドが挿通されるガイド挿通穴と、
   前記ガイド挿通穴を構成する前記検出器支持部材の内壁面に設けられ、且つ前記検出器ガイドの前記検出器に対向する面側とは反対側の面に接触する第２接触点と、
   を有し、
   前記検出器支持部材は、前記第２接触点を介して前記検出器ガイドに前記検出器を支持させる請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定機。
5. 前記検出器の一部、前記第１弾性支持部材、及び前記駆動部を収納するケースであって、前記駆動方向に対して垂直なケース壁面と、前記ケース壁面に形成され且つ前記検出器が挿通される検出器挿通穴とを有するケースと、
   前記ケースに設けられた第２弾性支持部材であって、且つ前記検出器ガイドを前記第１回転方向と前記第２回転方向とに揺動自在に支持する第２弾性支持部材と、
   を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の表面形状測定機。
6. 前記ガイド支持部材は、３つの第１接触点で前記被測定面に接触する請求項１から５のいずれか１項に記載の表面形状測定機。
7. 前記スキッドは、前記触針が挿通される触針挿通穴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の表面形状測定機。

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