JP6472299B2 - 形状測定機の姿勢調整器 - Google Patents
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Description
図1に、従来の表面性状測定装置50を示す。
表面性状測定装置50は、測定器本体部10と、支持スタンド20と、を具備する。
旋回プレート30は、Y軸に平行な軸を回転軸として測定器本体部10を傾斜させる。
例えば被測定面W1が傾斜面である場合、Xスライド機構部14を旋回プレート30により傾斜させて、Xスライド機構部14の駆動方向と被測定面W1とが平行になるようにする。
これにより、被測定面W1の粗さ、凹凸、うねりがスタイラス12の上下動範囲(測定レンジ)に入るようになり、傾斜した被測定面W1の倣い測定が可能になる。
姿勢調整に時間と手間を要するとなると作業効率(測定効率)が低下する。
触針で被測定物表面を倣い走査する測定器本体部をスタンドのZスライダに取り付けるにあたって、このZスライダと前記測定器本体部との間に介装される姿勢調整器であって、
前記姿勢調整器は、
前記Zスライダに取り付けられるベースプレートと、
前記測定器本体部に取り付けられるハンギングプレートと、
前記ハンギングプレートを前記ベースプレートの一面側において吊すように支持する連結薄板と、
前記ハンギングプレートに一方向の回転力を与えるようにこのハンギングプレートを付勢する付勢手段と、
前記付勢手段にて与えられる回転力の方向とは反対の他方向の向きに前記ハンギングプレートを直接的または間接的に押すように配設されたマイクロメータヘッドと、を備える
ことを特徴とする。
前記連結薄板は、
弾性を有する長尺の薄板であるアーム部と、
前記アーム部の中央領域から突き出た連結片と、を有し、
前記連結片が前記ベースプレートの上側端面に固定され、
前記アーム部が前記ハンギングプレートを吊すように保持する
ことが好ましい。
前記アーム部には、アーム部の薄板に対して直角に設けられたリブ部を有する
ことが好ましい。
前記ハンギングプレートは、突設されたピンを有し、
前記ベースプレートは、前記ピンが挿入される孔または切り欠きを有し、
前記付勢手段は、前記孔または切り欠きに挿入された前記ピンを付勢するように前記ベースプレートに内装されている
ことが好ましい。
前記連結薄板が前記ベースプレートに固定された箇所を支点とし、
前記連結薄板と前記ハンギングプレートとが接続された位置を作用点とし、
前記マイクロメータヘッドが前記ハンギングプレートを押す位置を力点とするとき、
前記支点と前記作用点との間の距離は、前記支点と前記力点との間の距離以下である
ことが好ましい。
前記ベースプレートの近傍において所定の回転軸を回転軸として回動可能に支持されたレバー部材を備え、
前記レバー部材の回転軸を支点とし、
前記ハンギングプレートが前記レバー部材を押す点を作用点とし、
前記マイクロメータヘッドが前記レバー部材を押す点を力点とするとき、
前記支点と前記作用点との間の距離は、前記支点と前記力点との間の距離以下である
ことが好ましい。
前記ベースプレートは、前記Zスライダに設けられた第1ベアリングにより回転軸受けされ、
前記ハンギングプレートは、前記第1ベアリングと同軸である第2ベアリングにより回転軸受けされている
ことが好ましい。
触針で被測定物表面を倣い走査する測定器本体部と、
前記測定器本体部を支持するスタンドと、
前記姿勢調整器と、を具備する
ことを特徴とする。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る表面性状測定装置(形状測定機)の姿勢調整器を説明する。
図2は、Zスライダ23とXスライド機構部14との間に姿勢調整器100を有する表面性状測定装置50の全体外観図である。
測定器本体部10と支持スタンド20とは背景技術で説明した構成とほぼ同じであり、背景技術(図1)と同じ符号を付けて、詳しい説明は割愛する。
図3は、Zスライダ23と、姿勢調整器100と、測定器本体部10と、を分離させた分解図である。
Zスライダ23において、姿勢調整器100を取付ける取付面には、Y軸に平行な回転軸を中心として回転するベアリングユニット26が設けられている。
ベアリングユニット26は、同軸に設けられた2つのベアリング27、28を有する。すなわち、外ベアリング27の内側に内ベアリング28が配置されている。
姿勢調整器100は、ベースプレート110と、ハンギングプレート120と、連結薄板130と、マイクロメータヘッド140と、ヘッドホルダ150と、コイルバネ(付勢手段)161R,161Lと、を備える。
図4において、ベースプレート110の下側の側面から前記上貫通孔112Uに向けてZ軸に平行な通し孔113Rが穿設されている。同じく、ベースプレート110の上側の側面から前記下貫通孔112Dに向けてZ軸に平行な通し孔113Lが穿設されている。通し孔113R、113Lにはコイルバネ161R,161Lが挿入されるのであるが、その働きについては後述する。
また、ハンギングプレート120のほぼ中央部には、ハンギングプレート120を内ベアリング28に取り付けるための取付孔124が複数設けられ、取付ネジ125が取付孔124を通して内ベアリング28に螺入される。これにより、ハンギングプレート120は、Y軸に平行な軸を回転軸として傾動可能となる。
図4中の右上側のピンを上ピン122Uとし、左下側のピンを下ピン122Dとする。ピン122U、122Dは貫通孔112U、112Dに挿入されるものであるが、その働きは後述する。
リブ部132は、アーム部131の薄板に対して直角に設けられた平板であり、アーム部131の両端の範囲を除き、アーム部131の中央領域に亘って立設されている。
アーム部131とは別体で用意したリブ部132をアーム部131に取り付けてもよいが、連結薄板130を金属片で構成する場合には、折り曲げによってリブ部132を形成するのが好ましいであろう。
後の説明から理解される通り、アーム部131が測定器本体部10の重みでたわみ過ぎてはよくない。アーム部131には測定器本体部10の重みに耐えられる程度の剛性が必要である。一方、アーム部131の端に力を掛けたときには、連結片133とアーム部131の間でわずかに(湾曲)変形する程度の可撓性が必要である。
ただし、アーム部131とハンギングプレート120との間にはスペーサー137が介装され、アーム部131とハンギングプレート120との間にはギャップが確保される。
このギャップは、アーム部131の弾性変形を許容するために設けられている。
ピン122U、122Dが貫通孔112U、112Dに入ったとき、ピン122U、122Dの周囲に十分な空間が残る程度に貫通孔112U、112Dの径はピン122U、122Dの径よりも十分に大きい。
ベースプレート110の上端面において、マイクロメータヘッド140の取り付け位置は、プラスX方向の末端寄りである。
ヘッドホルダ150は、逆L字型であって、一端がベースプレート110の上端面に固定されるとき、他端がベースプレート110のおもて面側に突き出る。
マイクロメータヘッド140は、スピンドル141の進退方向がZ軸と平行になる状態でヘッドホルダ150により支持されている。このとき、スピンドル141の先端が連結薄板130のアーム部131に上から当たるようになる。したがって、スピンドル141が前進するとアーム部131の端が押し下げられ、スピンドル141が後退すると、アーム部131の弾性によって復元する。
コイルバネ161R、161Lの先端側には押駒部材162R、162Lが取り付けられ、コイルバネ161R、161Lの基端側に雄ネジ163R、163Lが取り付けられている。
コイルバネ161R、161Lは、通し孔113R、113Lに内挿され、さらに、雄ネジ163R、163Lが螺合によって通し孔113R、113Lに固定される。すると、貫通孔112U、112Dの側面から押駒部材162R、162Lが貫通孔112U、112Dの中に進出する。
このとき、貫通孔112U、112Dにはピン122U、122Dが挿入されるので、押駒部材162R、162Lはピン122U、122Dの側面に突き当たることになる。そして、コイルバネ161R、161Lの弾性力によって、押駒部材162R、162Lはピン122U、122Dの側面を押し上げまたは押し下げるように付勢する。
具体的には、コイルバネ161Rに付いた押駒部材162Rはピン122Uを押し上げ、コイルバネ161Lに付いた押駒部材162Lはピン122Dを押し下げる。
図6をご覧頂きたい。
図6においては、測定器本体部10と、Zスライダ23と、姿勢調整器100と、は互いに分離してあるが、読者におかれては図2のごとく測定器本体部10とZスライダ23と姿勢調整器100とを組み付けた状態をイメージしていただきたい。(3者を組み付けた状態では姿勢調整器100が見えなくなるので、説明が分かりやすいように図6上では3者を分離して描いている。)
ハンギングプレート120は連結薄板130で吊られた状態になっており、連結薄板130の連結片133がベースプレート110に固定されている。
また、ハンギングプレート120は、内ベアリング28と連結されている。したがって、ハンギングプレート120は、内ベアリング28を回転中心として、連結薄板130の弾性が許す範囲で変位可能となっている。すなわち、ハンギングプレート120は、内ベアリング28を回転中心として回転変位(傾動)できるようになっている。
コイルバネ161Rは、ベースプレート110の右寄りに内挿され、ハンギングプレート120の右上隅のピン122Uを押し上げる(図6中の矢印A2)。
同じく、コイルバネ161Lは、ベースプレート110の左寄りに内挿され、ハンギングプレート120の左下隅のピン122Dを押し下げている(図6中の矢印A3)。すなわち、コイルバネ161R、161Lは、ハンギングプレート120を左回り(反時計回り、一方向)の方に回転させる付勢力をハンギングプレート120に付与している(図6中の矢印A4)。したがって、スピンドル141を後退させれば、コイルバネ161R、161Lの付勢力によってハンギングプレート120は左回り(反時計回り)に回転変位する。
ハンギングプレート120に測定器本体部10が取り付け固定されているわけであるから、これはすなわち測定器本体部10の傾斜を微調整できるということになる。
その微調整の分解能は、スピンドル141のネジピッチに相当し、1mm以下であって、回転角度に換算すれば、およそ0.1度単位での微調整が実現する。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
上記第1実施形態により測定機の姿勢を微調整できるわけであるが、さらなる改良を第2実施形態として提案する。
さて、図7をご参照いただきたい。
図7には測定器本体部10の重心Gを示した。一般的には、測定器本体部10の重心は、前後方向のほぼ中央にあると考えてよい。すなわち、図7中のG0で示す位置に重心がくる。
重心G0が回転中心の近傍にあるうちは、測定器本体部10の重量が大きな回転力(トルク)を生じさせることはないし、連結片133は前後方向(X軸方向)にある程度の幅をもつので、測定器本体部10の重心G0がある程度前後に偏位しても十分に支えられる。
測定器本体10が大型になってスタイラス12のストロークが長くなってくると重心が前後方向(X軸方向)に大きく変移する可能性もでてくる。
図8は、第2実施形態としての姿勢調整器200をZスライダ23と測定器本体部10との間に介装した状態を示す図である。
姿勢調整器200の基本的構成は第1実施形態と同じであるので対応する要素に同じ符号を付す。
ベースプレート110、ハンギングプレート120、連結薄板130、コイルバネ161R、161Lは第1実施形態と同様である。
ベースプレート110の右上隅が切り欠かれて、上貫通孔112Uに相当する位置がJの字型に無くなっている。つまり、ベースプレート110の右上隅が空きスペースになった。この切り欠きを切欠部112Jとする。切欠部112Jの底面には右通し孔113Rが通じている。コイルバネ161Rの先端にある押駒部材162Rが右通し孔113Rを通して切欠部112Jの底面から進出するようになっている。
ヘッドホルダユニット210は、ホルダ220と、レバー部材230と、フード240と、を有する。
軸通し孔231の軸線はY軸に平行であって、軸通し孔231には回転軸232が挿通される。そして、回転軸232は、前記支承片222、222の前記軸受け孔223にて軸受けされる。これにより、レバー部材230は、ベースプレート110の右上隅に相当する位置に配置される。さらに、レバー部材230は、前記支承片222、222の前記軸受け孔223を回転中心として回動可能となっている。
また、ベースプレートの右上隅に切欠部112Jがあり、この切欠部112Jにはハンギングプレート120のピン122Uが差し込まれる。したがって、ハンギングプレート120のピン122Uは、下から来るコイルバネ161Rの押駒部材162とレバー部材230の下端面234とで挟まれることになる。表現を変えると、押駒部材162が下からピン122Uを押し上げ、さらに、ピン122Uがレバー部材230の下端面234を押し上げる。
(図面上に表わすことがかなり難しいのであるが、図9上において押上げ点に相当する箇所に符号235を付した。)
後の説明のため、レバー部材230の前記軸受け孔223と押し上げ点235との間隔をL2とする。そして、軸受け孔223とスピンドル通し孔224との間隔L1と、このL2と、を対比したとき、L1>L2となるように設計しておく。
具体的には、反時計回り(左回り)に回転変位する。
レバー部材230の前記軸受け孔223とスピンドル当接点237との間隔は、必然的に、軸受け孔223とスピンドル通し孔224との間隔L1と同じである。
図11を参照しつつ、測定器本体部10の重心がマイナスX方向に変移して重心G2にきたときを考える。
先に説明したように、ハンギングプレート120に反時計回り(左回転)の回転力を与えるには、コイルバネ161R、161Lの付勢力および重心G2の偏位である。
この回転力により、ピン122Uがレバー部材230の下端面234(押上げ点235)を押し上げることになる。すると、レバー部材230には、回転軸232(軸受け孔223)を中心として時計回り(右回り)に回転する力が掛かる。
ここで、ポイントになるのは、レバー部材230によるレバー比である。レバー部材230のレバー比がL1:L2で、L1>L2となるように設計されている。(L1は、レバー部材230の前記軸受け孔223とスピンドル当接点237との間隔。L2は、レバー部材230の前記軸受け孔223と押し上げ点235との間隔。)したがって、スピンドル当接点237に掛かる負荷は、ピン122Uの押し上げ力のL2/L1に減少する。これにより、マイクロメータヘッド140に過剰な負荷が掛かるような事態は無くなり、マイクロメータヘッド140の精度を十分に発揮して測定器本体部10の姿勢を精密に微調整することができるようになる。
図12に変形例を示す。
第2実施形態においては第1種のレバー(支点を間にして力点と作用点とが反対側にある)を利用する例を示したが、第2種のレバーを利用してもよい。
例えば、図12に示すように、第1実施形態においてマイクロメータヘッド140の位置をプラスX方向にずらすことが考えられる。
支点(Sp)と力点(スピンドル141)との距離L4の方が、支点(Sp)と作用点(ハンギングプレート120とアーム部131とが接続された位置)との距離L3よりも長くなる。
これにより、仮に測定器本体部10の重心が偏心(マイナスX方向に偏心)することがあったとしても、レバー比(L3/L4)の分だけマイクロメータヘッド140に掛かる負荷を低減することができる。
ただ、力点(スピンドル141)の方が作用点(ハンギングプレート120とアーム部131とが接続された位置)よりもより外側にあればよいのであって、支点Spがどこかは本質的な問題ではないと考える。
図13に変形例2を示す。
変形例2においては、ベースプレート110を回転させる外ベアリング27は上記実施形態と同様にZスライダ23に設けておくが、ハンギングプレート120を回転軸受けする内ベアリング28Aをベースプレート110に取り付けている。このような構成であっても上記実施形態と同様の作用効果を奏するのはもちろんである。
図14に変形例3を示す。
上記実施形態ではハンギングプレート120の回転中心として内ベアリング28を設けていたが、変形例3に示すように、内ベアリング28を無くしてもよい。この場合、連結薄板130の連結片133がハンギングプレート120の回転中心となる。
マイクロメータヘッドがハンギングプレートを押す力の方向は、付勢手段の付勢力と逆であればよいのであるから、例えば、マイクロメータヘッドが下から上にハンギングプレートを押し上げるようにしてもよい。
この場合、例えば、左隅下にマイクロメータヘッドを配置するように設計変更するなどの方法が考えられる。
Claims (8)
- 触針で被測定物表面を倣い走査する測定器本体部をスタンドのZスライダに取り付けるにあたって、このZスライダと前記測定器本体部との間に介装される姿勢調整器であって、
前記姿勢調整器は、
前記Zスライダに取り付けられるベースプレートと、
前記測定器本体部に取り付けられるハンギングプレートと、
前記ハンギングプレートを前記ベースプレートの一面側において吊すように支持する連結薄板と、
前記ハンギングプレートに一方向の回転力を与えるようにこのハンギングプレートを付勢する付勢手段と、
前記付勢手段にて与えられる回転力の方向とは反対の他方向の向きに前記ハンギングプレートを直接的または間接的に押すように配設されたマイクロメータヘッドと、を備える
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項1に記載の姿勢調整器において、
前記連結薄板は、
弾性を有する長尺の薄板であるアーム部と、
前記アーム部の中央領域から突き出た連結片と、を有し、
前記連結片が前記ベースプレートの上側端面に固定され、
前記アーム部が前記ハンギングプレートを吊すように保持する
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項2に記載の姿勢調整器において、
前記アーム部には、アーム部の薄板に対して直角に設けられたリブ部を有する
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の姿勢調整器において、
前記ハンギングプレートは、突設されたピンを有し、
前記ベースプレートは、前記ピンが挿入される孔または切り欠きを有し、
前記付勢手段は、前記孔または切り欠きに挿入された前記ピンを付勢するように前記ベースプレートに内装されている
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の姿勢調整器において、
前記連結薄板が前記ベースプレートに固定された箇所を支点とし、
前記連結薄板と前記ハンギングプレートとが接続された位置を作用点とし、
前記マイクロメータヘッドが前記ハンギングプレートを押す位置を力点とするとき、
前記支点と前記作用点との間の距離は、前記支点と前記力点との間の距離以下である
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の姿勢調整器において、
前記ベースプレートの近傍において所定の回転軸を回転軸として回動可能に支持されたレバー部材を備え、
前記レバー部材の回転軸を支点とし、
前記ハンギングプレートが前記レバー部材を押す点を作用点とし、
前記マイクロメータヘッドが前記レバー部材を押す点を力点とするとき、
前記支点と前記作用点との間の距離は、前記支点と前記力点との間の距離以下である
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の姿勢調整器において、
前記ベースプレートは、前記Zスライダに設けられた第1ベアリングにより回転軸受けされ、
前記ハンギングプレートは、前記第1ベアリングと同軸である第2ベアリングにより回転軸受けされている
ことを特徴とする姿勢調整器。 - 触針で被測定物表面を倣い走査する測定器本体部と、
前記測定器本体部を支持するスタンドと、
請求項1から請求項7のいずれかに記載の姿勢調整器と、を具備する形状測定装置。
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