JP6642392B2 - Surface roughness measuring method and surface roughness measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、表面粗さの測定方法及び表面粗さの測定装置に関する。 The present invention relates to a surface roughness measuring method and a surface roughness measuring device.
切削、研削加工等の加工面の表面粗さ測定をする場合、たとえば特許文献1ではレーザーセンサを用いた方法が開示されている。または、光学式の干渉計などで測定する方法もある。たとえば、ミリメートルサイズの比較的大きい凹凸のある表面の場合では、スケールやノギスのような計測器具を使用し、ナノメートルサイズの微小な凹凸の場合は、顕微鏡写真等を用いて測定する方法も知られている。
In the case of measuring the surface roughness of a processing surface such as cutting or grinding, for example,
また、触針式段差計のようにラインプロファイルで表面粗さを測定する手法も知られている。 Also, a method of measuring the surface roughness with a line profile, such as a stylus type step meter, is known.
これらの測定方法は人間の判断やカメラの画像処理やレーザによる距離計測によって行っているため、広範囲な表面粗さ計測を行いたい場合は装置、あるいは試料を移動させるしかなく、測定に時間を要していた。 Since these measurement methods are performed by human judgment, camera image processing, and distance measurement using a laser, the only way to measure surface roughness over a wide range is to move the device or sample, which requires time. Was.
したがって、生産ラインで加工面の表面粗さを検査する場合、全数測定はできず、抜き取りでしかできなかった。
本発明は上記の課題を鑑みて創作されたものであり、短時間で測定可能な表面粗さ測定方法及び表面粗さ測定装置を提供する。
Therefore, when inspecting the surface roughness of the machined surface on the production line, the total number cannot be measured, but only by sampling.
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a surface roughness measuring method and a surface roughness measuring device that can be measured in a short time.
本発明の第一の実施の態様は、
表面粗さ測定方法であって、
被測定物(17)を加熱する加熱工程と、
表面(21,43)と裏面(22、44)とを有し、表面と前記裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ(11)を用いて、被測定物の上に熱流束センサの裏面を接触させ、表面と裏面の温度差に相当する熱流束センサの出力を測定する出力測定工程と、
熱流束センサの出力電圧の応答から表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定する判定工程と、を含む。
この測定方法により、被測定物の表面粗さが規格値以内かどうかの判定が短時間で容易に行えるので、生産物を全数測定することも可能になる。
In a first embodiment of the present invention,
A method for measuring surface roughness,
A heating step of heating the device under test (17);
A heat flux sensor (11) having a front surface (21, 43) and a back surface (22, 44) and generating an electromotive force due to the Seebeck effect due to a temperature difference between the front surface and the back surface. An output measurement step of contacting the back surface of the heat flux sensor on the object to be measured and measuring the output of the heat flux sensor corresponding to the temperature difference between the front surface and the back surface;
Determining a surface roughness from a response of the output voltage of the heat flux sensor to determine whether the surface roughness is within a standard value.
According to this measuring method, it is possible to easily determine in a short time whether or not the surface roughness of the object to be measured is within the standard value, so that it is possible to measure all the products.
本発明の第二の実施の態様は、
表面粗さの測定装置(10)であって、発熱体(12)と、発熱体の温度を所定温度に制御する温度制御装置(13)と、を備える。
表面(21)と裏面(22)とを有し、表面と裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ(11)と、前記表面と前記裏面の温度差に相当する熱流束センサの出力を出力する出力線(143、145)と、
熱流束センサの出力を測定する電圧計(24)と、を備える。
さらに、熱流束センサの裏面に設置され、被測定物に対向する面の表面粗さが、被測定物の表面粗さよりも小さい接触板(42)と、熱流束センサの表面に設置され、空気との間に設置される放熱板(41)とを備える。
この装置により、被測定物の表面粗さが規格値以内かどうかの判定が短時間で容易に行えるので、生産物を全数測定することも可能になる。
A second embodiment of the present invention provides:
An apparatus (10) for measuring surface roughness, comprising: a heating element (12); and a temperature controller (13) for controlling the temperature of the heating element to a predetermined temperature.
A heat flux sensor (11) having a front surface (21) and a back surface (22) and generating an electromotive force due to a Seebeck effect due to a temperature difference between the front surface and the back surface; An output line (143, 145) for outputting an output of the heat flux sensor corresponding to the temperature difference;
A voltmeter (24) for measuring the output of the heat flux sensor.
Further, a contact plate (42) installed on the back surface of the heat flux sensor and having a surface roughness of a surface facing the object to be measured smaller than the surface roughness of the object to be measured, and an air plate installed on the surface of the heat flux sensor and And a radiator plate (41) installed between the radiator and the radiator.
With this device, it is possible to easily determine in a short time whether or not the surface roughness of the object to be measured is within the standard value, so that it is possible to measure all the products.
以下、本発明の表面粗さ測定方法及び表面粗さ測定装置を図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態について、同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第一実施形態)
図1に熱流速センサを使用した表面粗さ測定装置10の全体図を示す。表面粗さ測定装置10は、熱流束センサ11と、発熱体12と、発熱体を一定温度に制御する温度制御装置13と、発熱体を上下に駆動させる発熱体駆動部18と、発熱体駆動部を制御する駆動制御装置14と、熱流束センサからの出力電圧を増幅する計測アンプ15と、出力電圧を計測する電圧計24と、表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定するコントローラ16とから構成される。ここで、コントローラ16が温度制御装置13や駆動制御装置14と連動して動作するようにしてもよい。
Hereinafter, a surface roughness measuring method and a surface roughness measuring device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following plurality of embodiments, the same components will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 shows an overall view of a surface
本実施形態では、被測定物であるワーク17の測定箇所は切削や研削により加工された平坦な部分である。
In the present embodiment, the measurement location of the
熱流束センサ11は、図2に示すように、絶縁基材51、裏面保護部材52、表面保護部材53、第一層間接続部材54、および、第二層間接続部材55を有する。なお、図2は、熱流束センサ11の構成を分かりやすくするため、実際の形状に比べて裏面保護部材52から表面保護部材53に向かう方向を拡大している。また、表面保護部材53の重力方向と反対側に向いた面を表面21、裏面保護部材の52の重力方向に向いた面を裏面22とする。
As shown in FIG. 2, the
絶縁基材51は、熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。絶縁基材51は、厚さ方向に貫通する複数のビアホール111を有する。ビアホール111には、第一層間接続部材54または第二層間接続部材55が設けられている。第一層間接続部材54が設けられているビアホール111の隣には第二層間接続部材55が設けられるビアホール111が設けられている。すなわち、絶縁基材51には、第一層間接続部材54と第二層間接続部材55とが離間して互い違いになるように配置されている。
The
裏面保護部材52は、大きさが絶縁基材51の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。裏面保護部材52は、絶縁基材51の裏面112に設けられている。絶縁基材51の裏面112と裏面保護部材52の絶縁基材51側の面121との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「第一導電パターン」としての裏面パターン114が設けられている。裏面パターン114は、第一層間接続部材54と第二層間接続部材55とを電気的に接続している。
The back
表面保護部材53は、大きさが絶縁基材51の大きさと同じ熱可塑性樹脂からなるフィルムから形成されている。表面保護部材53は、絶縁基材51の表面113に設けられている。絶縁基材51の表面113と表面保護部材53の絶縁基材51側の面131との間には、銅箔などがパターニングされた複数の「第二導電パターン」としての表面パターン115が形成されている。表面パターン115は、第一層間接続部材54と第二層間接続部材55とを電気的に接続している。
The
複数の第一層間接続部材54と複数の第二層間接続部材55とは、ゼーベック効果を発揮するよう互いに異なる金属で構成されている。例えば、第一層間接続部材54は、P型を構成するBi−Sb−Te合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。また、第二層間接続部材55は、N型を構成するBi−Te合金の粉末が焼結前における複数の金属原子の所定の結晶構造を維持するように固相焼結された金属化合物から形成されている。第一層間接続部材54と第二層間接続部材55とは、裏面パターン114および表面パターン115によって交互に直列されている。
The plurality of first
図2、3に示すように、複数の第一層間接続部材54のうち一つの第一層間接続部材140は、端子141と電気的に接続している。また、複数の第二層間接続部材55のうち一つの第二層間接続部材150は、端子151と電気的に接続している。端子141、151は、図4に示すように、一つの熱流束センサ11内で裏面パターン114、第一層間接続部材54、表面パターン115、および、第二層間接続部材55が蛇行するよう接続されている両端に位置している(図3の二点鎖線L4参照)。端子141、151は、表面保護部材53が有する開口132を介して外部に露出している。
端子141は、接続バンプ142を介して出力線143と電気的に接続している。また、端子151は、接続バンプ152を介して出力線153と電気的に接続している。
As shown in FIGS. 2 and 3, one first
The terminal 141 is electrically connected to the
熱流束センサ11では、熱流束センサ11の厚さ方向(図3の裏面保護部材52から表面保護部材53に向かう方向)に流れる熱量の大きさが変化すると、交互に直列接続された第一層間接続部材54および第二層間接続部材55において発生する起電圧が変化する。熱流束センサ11は、この電圧を出力線143、153を介して検出信号として外部に出力する。その出力電圧に基づいて熱流束センサ11を通る熱流束の大きさが算出される。また、以後、熱流束センサの断面構成を表すに際しては、内部構成は図示しないものとする。また、重力方向に向いた面を裏面、その反対側の面を表面と定義する。
In the
固体中の熱の流れをQとすると、フーリエの法則により、下式(1)として熱流束を求めることができる。
Q∝(T2−T1)=(C/d)×(T2−T1)・・・(1)
C:熱伝導率、d:表面と裏面との距離、T1:表面の温度(K)、T2:裏面の温度(K)
熱流束Qの単位はW/m2であり、単位時間に単位面積を横切る熱量で表される。
このように、熱流束センサを用いることで、表面21の温度T1(K)と裏面22の温度T2(K)との差に比例した出力をもとに、熱流束を求めることができる。
Assuming that the heat flow in the solid is Q, the heat flux can be obtained as the following equation (1) by Fourier's law.
Q∝ (T2−T1) = (C / d) × (T2−T1) (1)
C: thermal conductivity, d: distance between front and back surfaces, T1: surface temperature (K), T2: back surface temperature (K)
The unit of the heat flux Q is W / m 2, which is represented by the amount of heat crossing a unit area per unit time.
As described above, by using the heat flux sensor, the heat flux can be obtained based on the output proportional to the difference between the temperature T1 (K) of the
ここで、固体中の熱は表面温度が高いほうから、低いほうへと流出する。熱流束センサはこの流れを検知するものであるから、表面の温度T1(K)と裏面の温度T2(K)との温度差(T2−T1)を測定するものであり、絶対温度を測定するものではない。そのため、本実施形態における表面粗さ測定は、特に外気温度を制御することなく行うことができる。 Here, the heat in the solid flows from the higher surface temperature to the lower surface temperature. Since the heat flux sensor detects this flow, it measures the temperature difference (T2-T1) between the front surface temperature T1 (K) and the back surface temperature T2 (K), and measures the absolute temperature. Not something. Therefore, the surface roughness measurement according to the present embodiment can be performed without controlling the outside air temperature.
熱流束センサ11をワーク17の上に置いた場合の断面構成を説明する図を図4に示す。熱流束センサ11の裏面22にはワーク17が、表面21には空気層が存在しているものとする。熱流束の大きさを白抜き矢印の大きさで表すものとする。空気の温度がT1(K)でワークの温度がT2(K)であり、T2>T1である場合、熱流束はワークから熱流束センサ11を介して空気の方へと流れていく。ワークの温度T2が高い(a)の場合、白抜き矢印で示す熱流束は大きくなる。T2が低い(b)の場合、白抜き矢印で示す熱流束は小さくなる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration when the
この熱流束の大きさを熱流束センサは出力電圧のデータとして電圧計24を介して、コントローラ16に出力する。電圧計24が計測アンプ15を含んでいてもよい。電圧が微小な場合は計測アンプ15により電圧を増幅することで、検出能力を向上させる。出力電圧に十分な電圧があれば、計測アンプ15は省いても良い。
The heat flux sensor outputs the magnitude of the heat flux to the
熱流束センサ11の他の構成の断面構成を説明する図を図5示す。
図5(a)に示すように、熱流束センサ11のワーク17に接触しない面を表面21とし、反対側を裏面22とする。このとき、表面21が空気と接触しているとすると、放熱が進まず、測定を繰り返すうちに表面21の温度が上昇していくことがある。熱流束センサ11は、表面21と裏面22との温度差を出力するものである。したがって、熱流束センサの温度自身が大きく上昇してしまうと、表面21と裏面22との温度差が小さくなってしまい、出力電圧の変化を検出しにくくなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of another configuration of the
As shown in FIG. 5A, the surface of the
そのため表面21に熱伝導率が良い材料を接触させて放熱板41とすることができる。これにより、熱流束センサ11の表面21を放熱により効率よく冷却させることができ、表面21の温度を周囲の空気と同じ温度にしやすくなり、表面21と裏面22との温度差を保つことができる。そのため、熱流束も大きくなり、出力電圧の変化を検出しやすくなる。 放熱板41としてはたとえば、アルミや銅などの金属製ブロックで構成することが考えられる。また、図5(b)のように放熱板の空気との接触面積をさらに増やし、放熱効率を上げるため、放熱板41の表面をさらに凹凸のある構成にしてもよい。
Therefore, a material having good thermal conductivity can be brought into contact with the
熱流束センサ11と放熱板41とは、たとえば、熱伝導性テープや、エポキシやシリコーン接着剤、シリコーングリース、銀ペースト、InGa合金等の熱伝導率の高い接着性の材料で固定される。
The
熱流束センサ11にはさらに、ワーク17に対して接触する裏面22に、接触板42を有してもよい。たとえば、熱流束センサ11の表面粗さがワークの表面粗さよりも大きい場合、測定する熱流束の大きさは、熱流束センサの表面粗さに依存してしまう。そのため、ワークの表面粗さを測定しにくい。
The
そのため、ワーク17に対向した面の表面粗さが、ワーク17の表面粗さよりも小さい接触板42を熱流束センサ11の裏面22に固定する。これにより、熱流束の大きさが熱流束センサ11の表面粗さに依存することを避けられる。
接触板42としてはたとえば研磨等によって表面粗さがワークの表面粗さより小さくなっているアルミなどの金属薄板やSiウエハ薄板などがある。
Therefore, the
Examples of the
熱流束センサ11と接触板42とは、たとえば、熱伝導性テープや、エポキシやシリコーン接着剤、シリコーングリース、銀ペースト、InGa合金等の熱伝導率の高い接着性の材料で固定される。
The
このように、熱流束センサ11が表面21と裏面22とに、放熱板41と接触板42を含む構成の場合、熱流束センサ11は新たに表面43と裏面44とを有するものとする。
As described above, when the
表面粗さ判定方法を図6のフローチャートに従って説明する。
ステップS1において、温度制御装置13により、発熱体12を所定の発熱量にする。本実施形態では発熱体12は金属体にヒータを埋め込んだ、いわゆるブロックヒータを使用している。発熱体12のワークに近接する面の表面粗さは、ワーク17の表面粗さなどよりも小さくしておくと良いが、特にこれに限られるものではない。また、ワーク17のある一定部分に対して一定の熱量を安定して与えられればよいため、その手法はブロックヒータに限られるものではない。たとえば、レーザやスポットヒータで加熱してもよいし、高周波加熱でもよい。
The surface roughness determination method will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step S <b> 1, the
ステップS2において、駆動制御装置14の制御により、発熱体駆動部18にて上下に運動する発熱体12はワーク17に上方向から近接する。本実施形態では、発熱体12はワーク17に対して上方向から近接するが、横方向から近接してもよいし、あるいは下方向から近接し、ワーク17の裏面を加熱してもよい。また、発熱体12がワーク17に接触してもよい。発熱体12がワーク17に接触する場合は、近接する場合よりも十分な熱を速やかにワーク17に印加する。そのため測定時間を短縮させることができ、また、出力電圧の変化を検出しやすくなる。
このとき、熱流束センサ11は人の手、または機械による駆動などで、ワーク17の上に接触されているものとする。発熱体12がワーク17に近接する前に熱流束センサがワーク17に接触しているのが好ましいが、発熱体12がワーク17に近接した後に、熱流束センサ11がワーク17に接触したとしても、表面粗さ測定は可能である。
In step S <b> 2, under the control of the
At this time, it is assumed that the
ステップS3において、ワーク17が加熱されたことにより、その熱がワーク17を通過して、熱流束センサ11に到達する。熱流束センサ11が出力した熱流束に対応する電圧を電圧計24が測定し、その測定データはコントローラ16に送信される。コントローラ16はパーソナルコンピュータやワークステーションやあるいはシーケンサなど様々な形態が考えられるが、測定処理能力を有する情報処理端末であればよい。
In step S <b> 3, when the
ここで、ワーク17の上に熱流束センサ11が接触し、発熱体12がワーク17に実線で示す矢印方向から近接した場合の断面構成を説明する図を図7に示す。熱流束センサ11は放熱板41と接触板42とを有している場合とする。
ワーク17に発熱体12が近接したことで、ワーク17の表面の発熱体12に近い部分は加熱されて温度が上昇する加熱部位61を有する。
ワーク17の表面粗さが小さい場合、図7(a)のように、熱流束センサ11の裏面44とワーク17の表面とは密着し、空気層が少ない。一方図7(b)のようにワーク17の表面粗さが大きい場合は、熱流束センサ11の裏面44とワーク17の表面の間に空気層60を含む。
Here, FIG. 7 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration in the case where the
Due to the proximity of the
When the surface roughness of the
空気の熱伝導率は0.024W/(m・K)であり、鉄の熱伝導率は84W/(m・K)、ガラスの熱伝導率は1W/(m・K)、エポキシ樹脂の熱伝導率は0.20W/(m・K)である。このように一般的に空気の熱伝導率は固体に比べると低い。したがって、空気を含めば、熱流束センサ11の裏面44は温度が上がりにくく、式(1)における裏面の温度T2(K)が低いことになる。ゆえに、ワーク17の表面の加熱部位61から熱流束センサ11の裏面44を通り、表面43から空気へと流れる白抜き矢印で表す熱流束の大きさは空気層60を含まない場合よりも小さい。したがって、熱流束センサ11の出力電圧と時間との特性曲線はワーク表面と、熱流束センサ11の裏面44と間に空気層60をどの程度含むかどうか、言い換えれば、ワークの表面粗さ、によって変化する。
The thermal conductivity of air is 0.024 W / (m · K), the thermal conductivity of iron is 84 W / (m · K), the thermal conductivity of glass is 1 W / (m · K), and the thermal conductivity of epoxy resin is The conductivity is 0.20 W / (m · K). Thus, the thermal conductivity of air is generally lower than that of solid. Therefore, if air is included, the temperature of the
ステップS4において、コントローラ16は、熱流束センサ11の出力曲線から表面粗さを測定し、規格値以内かどうかを判定する。図9に熱流束センサ11の出力電圧と時間との特性曲線を示す。ここで、ワーク17の表面粗さが規定値以内かどうかを判定する例を示す。
In step S4, the
図8(a)は熱流束センサ11の出力電圧データ、(b)は発熱体12の位置を示している。
時刻t1にて、発熱体12がワーク17の表面に近接すると、熱流束センサ11により熱流束が検知されて、出力電圧が立ち上がる。
時刻t2にて、表面粗さが規格値以内のワーク17についても、表面粗さが規格値よりも大きいワーク17についても、出力電圧は立ち上がっている途中である。
時刻t3にて、表面粗さが規格値以内のワーク17は出力電圧の立ち上がりが終了する。表面粗さが規格値よりも大きいワーク17は未だ出力電圧が立ち上がりの途中である。
時刻t4において、面粗さが規格値よりも大きいワーク17の出力電圧の立ち上がりも終了する。
8A shows the output voltage data of the
At time t1, when the
At time t2, the output voltage of the
At time t3, the rising of the output voltage of the
At time t4, the rising of the output voltage of the
表面粗さが規格値以内かどうかの判定方法とはたとえば、図8(a)において、時刻t1から時刻t2までの出力電圧の立ち上がりを比べて、その傾きがある一定基準の大きさ以上であるかどうかで判断できる。表面粗さが大きいと、傾きは小さくなる。
または、立ち上がりが終了するまでの時間、たとえば、表面粗さが規格値以内のワーク17については時刻t2、表面粗さが規格値よりも大きいワーク17については時刻t3である。t1からの経過時間がある一定以内であれば、表面粗さは規格値以内にあると判断する。
The method of determining whether or not the surface roughness is within the standard value is, for example, in FIG. 8A, the slope of the output voltage from time t1 to time t2 is equal to or greater than a certain reference value. You can judge whether or not. When the surface roughness is large, the inclination becomes small.
Alternatively, the time till the end of the rising, for example, the
ここで、外気の温度が多少変化し、図7における熱流束センサ11の表面43と裏面44の温度が変化したとしても、熱流束の出力曲線の傾き自体は大きくは変化しない。そのため本実施形態の測定は、特に外気温度を制御せずに行うことができる。
Here, even if the temperature of the outside air slightly changes and the temperatures of the
また。図8(b)においては、発熱体12は測定の間、ワーク17との近接位置にあるとしているが、たとえば、t1からある短い時間だけ、ワーク17に近接し、その後離間位置にあるように駆動制御装置14を制御してもよい。本実施形態ではワーク17を加熱することによる熱流束の応答を検出できればよいので、ワーク17を加熱し続ける必要はない。一旦、ワーク17の加熱部位61ができれば、あとはその余熱で熱流束を測定することが可能だからである。このように短い時間だけ加熱する方法は、たとえばワーク17が樹脂であって熱で変形しやすい場合に適している。
Also. In FIG. 8B, the
表面粗さの判定の規格値の基準の決定方法については、たとえば、他の高精度に表面粗さがわかる手法で測定し、表面粗さが規格下限値のワーク17について、本実施形態の測定を実施し、得られた熱流束センサ11の出力曲線を基準とすることができる。
Regarding the method of determining the standard value of the standard value for the determination of the surface roughness, for example, the surface roughness is measured by another method of knowing the surface roughness with high accuracy. And the obtained output curve of the
以上のようにワーク17の表面粗さ測定を行い、ワーク17についての測定結果をコントローラ16は記録する。その後新たなワークについて表面粗さ測定を行う。本測定は短時間で行うことができるので、連続してワークの表面粗さ測定を行うことは容易であり、従来は抜き取りでしか検査できなかったワークについても全数検査を行うことができる。
また、本実施形態では、表面粗さ測定と規格値以内かどうかの判定はコントローラ16が行うものとしたが、人が熱流束センサからの出力電圧や出力値を紙などに記録し、そこから人が表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定を行っても良い。
The surface roughness of the
Further, in the present embodiment, the
本実施形態では、熱流束センサ11の測定部31は長方形の板状であるが、これに限らず、様々な形状の熱流束センサを使用できる。また、本実施形態において、ワークが加熱されるのは熱流束センサに隣接された位置としたが、たとえばワークを裏面や側面から加熱してもよい。
熱流束センサ11は測定部31をたとえば数cm角から数10cm角の比較的大きな形状にすることも容易である。そのため、本実施形態においては、顕微鏡やレーザ距離計などの光学測定による表面粗さの測定方法、あるいは、ノギス、触針式等他の測定方法と比較すると、広い面積での表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定を短時間で行うことができる。
In the present embodiment, the measurement unit 31 of the
The
本実施形態では、表面粗さ測定を行う際、特に外気温度の制御は行わないが、より安定した測定結果を必要とする場合、恒温室や恒温槽など一定温度に制御された環境で測定を実施してもよい。 In the present embodiment, when performing the surface roughness measurement, the outside air temperature is not particularly controlled, but when more stable measurement results are required, the measurement is performed in an environment controlled at a constant temperature such as a constant temperature room or a constant temperature bath. May be implemented.
(第二実施形態)
図9に表面粗さ連続測定装置100の全体図を示す。表面粗さ連続測定装置100は、表面粗さ測定装置10と、コンベア80と、位置測定センサ81から構成されている。
(Second embodiment)
FIG. 9 shows an overall view of the surface roughness
コンベア80はモータ82等で駆動されて、図示しない別装置により加工されたワーク17を紙面に向かって見て右から左に移動させているとする。加工されたワーク17は人がコンベアに置いてもよいし、加工装置からロボットにより積載してもよい。他にも様々な形態が考えられる。ワーク17の測定箇所は切削や研削により加工された平坦な部分である。
It is assumed that the
位置測定センサ81はワーク17が特定の位置に到達したことを感知し、そのデータをコントローラ16に送る。位置測定センサ81はワークの位置を検地するものであり、本実施形態ではレーザーセンサである。あるいは、ワークの間隔が一定で、かつ、コンベア80の速度も一定ならば、ワークの位置を感知する必要はなく、その場合センサはなくてもよい。
The
ワーク17が発熱体12と、熱流束センサ11とについての一定位置に到達したら、コンベア80の動きを一旦停止する。
その後、実施形態1と同様に図6におけるステップS1からS4に従って、表面粗さの測定と規格値以内かどうかの判定とを、コントローラ16が行う。
When the
Then, similarly to the first embodiment, the
このとき、熱流束センサ11も熱流束センサ駆動部25によって上下に駆動されて、ワーク17に接触する。熱流束センサ駆動部25は、本実施形態にでは、発熱体駆動部18を駆動する駆動制御装置14により制御されるものとする。熱流束センサ11がワーク17に接触するタイミングは図7におけるステップS1とS2の間、つまり、発熱体12がワーク17に近接する前がよい。ただし、発熱体12がワーク17に近接した後に、熱流束センサ11がワーク17に接触したとしても、表面粗さの測定は可能である。
At this time, the
ワーク17の表面粗さ測定と規格値以内かどうかの判定とが終了すると、コントローラ16がワーク17の表面粗さの測定と判定結果とを記録する。駆動制御装置14は、近接していた発熱体12と、熱流束センサ11とをワーク17から離間する位置に駆動させる。その後、次のワーク17が測定位置に到達するまでコンベア80を動かす。
When the measurement of the surface roughness of the
表面粗さ連続測定装置100は上記のようにワーク17の表面粗さを連続して測定する。このとき、表面粗さの測定結果から、加工刃具の劣化を判定することも可能である。
加工刃具によって、金属の表面を切削していくと、加工用の刃具が劣化ししていき、表面粗さが大きくなる。本実施形態のように連続的に表面粗さ測定のデータを取得できると、表面粗さの経時変化を取得することができるため、抜き取りによる表面粗さ測定結果よりも安定して刃具の劣化を可視化し、交換時期の判定ができる。
表面粗さ連続測定装置100を使用することで、切削に使用する加工用刃具の劣化、欠損、割れ、折損等の突発的変化を検出できるだけでなく、研削や研磨に使う砥石の劣化など、他の様々な加工工具の劣化等も可視化し、交換時期を判定することが可能である。
The surface roughness
As the metal surface is cut by the processing blade, the processing blade deteriorates and the surface roughness increases. When the data of the surface roughness measurement can be continuously obtained as in the present embodiment, the temporal change of the surface roughness can be obtained, so that the deterioration of the cutting tool is more stably than the surface roughness measurement result by the extraction. It can be visualized and the replacement time can be determined.
By using the surface roughness
図10に測定結果の実施例を示す。
図10(a)は本実施形態の手法である。横軸はワークの数で、縦軸は表面粗さである。ここで、たとえば縦軸は表面粗さの数値そのものではなく、表面粗さに相関した値である。たとえば、出力電圧の傾きにより表面粗さを測定したならば、傾きの逆数などがあるし、熱流束の大きさであってもよい。これらの値から求めた近似直線を一点鎖線で示す。
図10(b)は従来の手法である。横軸はワークの数で、縦軸はレーザや接触式の面粗さ測定方法で測定した表面粗さの値である。図10(a)において、白丸のところだけ抜き取りをしたものである。これらの値から求めた近似直線を点線で示す。
FIG. 10 shows an example of the measurement results.
FIG. 10A shows a method according to the present embodiment. The horizontal axis is the number of works, and the vertical axis is the surface roughness. Here, for example, the vertical axis is not a numerical value of the surface roughness itself, but a value correlated with the surface roughness. For example, if the surface roughness is measured by the slope of the output voltage, there is a reciprocal of the slope, and the magnitude may be the heat flux. The approximate straight line obtained from these values is indicated by a one-dot chain line.
FIG. 10B shows a conventional method. The horizontal axis is the number of workpieces, and the vertical axis is the value of the surface roughness measured by a laser or a contact-type surface roughness measuring method. In FIG. 10A, only a white circle is extracted. The approximate straight line obtained from these values is indicated by a dotted line.
図10(a)における近似直線の傾きから、表面粗さが増加傾向にあることがわかる。また、測定値のばらつきが増加傾向にあることも黒丸の散布の傾向からわかる。そのため、表面粗さが規格値を超えてワークが不良品となるまえに、刃具を取り替えて適切に対処できる。
一方、抜き取りで測定した図10(b)においては、抜き取りのタイミングによっては、表面粗さが増加している傾向は読みとれず、測定値のばらつきが大きくなっていることも明確にならない。そのため、表面粗さが規格値を超えて不良品となるワークが出ることになる上、刃具の交換のタイミングも判定できない。
It can be seen from the inclination of the approximate straight line in FIG. 10A that the surface roughness tends to increase. It can also be seen from the tendency of the scattering of black circles that the dispersion of the measured values tends to increase. Therefore, before the surface roughness exceeds the standard value and the work becomes defective, the blade can be replaced and the countermeasure can be appropriately taken.
On the other hand, in FIG. 10B measured by sampling, the tendency that the surface roughness is increased cannot be read depending on the timing of the sampling, and it is not clear that the dispersion of the measured values is large. For this reason, some workpieces have a surface roughness exceeding the standard value and become defective, and the timing for replacing the cutting tool cannot be determined.
(その他の実施形態)
(a)上記実施形態では発熱体の温度はワークよりも高いが、逆にワークより低温であってもよい。たとえば、ワークが加工された直後で高い温度を持っている場合などは、温度が低温もしくは室温のブロックをワークに近接させて、ワークからブロックに奪われる熱流束を測定することで表面粗さ測定を行うことができる。
(b)図11(a)は上記実施形態のように、平たい平面を有するワークの上に、熱流束センサを接触させた側面図である。しかし、熱流束センサはフレキシブルな形態にすることも可能であるため、図11(b)のように、曲面を持つワークにも本発明は適用可能である。
曲面を有するワークの場合、熱流束センサをあらかじめワークの形状に沿った形状に加工しておくとより好ましい。他、曲面に限らず、様々な表面形状を有するワークの表面粗さ測定にも本発明は適用可能である。
(c)上記実施形態では、ワークは切削や研削により加工された金属であるとしたが、たとえば射出成形により製造された樹脂成形品についても本発明は適用可能である。連続で表面粗さを測定することでたとえば連続使用により劣化した金型や成形装置のメンテナンスの時期が推測できる。
(d)被測定物が熱に弱い場合など、加熱温度をできるだけ下げたいときがある。このとき、試料の加熱温度と比べて環境温度との温度差が小さくなる場合がある。そのようなときは、出力電圧が低下し判定しにくくなるので、環境温度を一定に制御するチャンバーなどの空間中で測定するのが好ましい。
以上、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施可能である。
(Other embodiments)
(A) In the above embodiment, the temperature of the heating element is higher than that of the work, but may be lower than that of the work. For example, if the workpiece has a high temperature immediately after being processed, place a low-temperature or room-temperature block close to the workpiece and measure the heat flux deprived of the workpiece by the block to measure the surface roughness. It can be performed.
(B) FIG. 11A is a side view in which a heat flux sensor is brought into contact with a work having a flat plane as in the above embodiment. However, since the heat flux sensor can be formed in a flexible form, the present invention can be applied to a work having a curved surface as shown in FIG.
In the case of a work having a curved surface, it is more preferable to process the heat flux sensor into a shape that follows the shape of the work in advance. In addition, the present invention is not limited to curved surfaces, and can be applied to surface roughness measurement of works having various surface shapes.
(C) In the above embodiment, the work is a metal processed by cutting or grinding. However, the present invention is also applicable to, for example, a resin molded product manufactured by injection molding. By continuously measuring the surface roughness, for example, it is possible to estimate the maintenance time of a mold or a molding apparatus that has deteriorated due to continuous use.
(D) There are times when it is desired to lower the heating temperature as much as possible, for example, when the object to be measured is weak to heat. At this time, the temperature difference from the environmental temperature may be smaller than the heating temperature of the sample. In such a case, the measurement is preferably performed in a space such as a chamber for controlling the environmental temperature to be constant, because the output voltage decreases and the determination becomes difficult.
As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
10 表面粗さ測定装置、 100 表面粗さ連続測定装置
11 熱流束センサ、 12 発熱体、 13 温度制御装置
14 駆動制御装置、 15 計測アンプ、 16 コントローラ
24 電圧計、 143、153 出力線、 41 放熱板、 42 接触板
21、43 熱流束センサ表面、 22、44 熱流束センサ表面
Claims (9)
表面(21、43)と裏面(22、44)とを有し、前記表面と前記裏面との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ(11)を用いて、前記被測定物の上に前記熱流束センサの前記裏面を接触させ、前記表面の温度と前記裏面の温度との温度差に相当する前記熱流束センサの出力を測定する出力測定工程と、
時間と前記出力との応答から表面粗さを測定し、前記表面粗さが規格値以内かどうかを判定する表面粗さ判定工程と、
を含む、表面粗さ測定方法。 A heating step of heating the device under test (17);
A heat flux sensor (11) having a front surface (21, 43) and a back surface (22, 44) and generating an electromotive force due to a Seebeck effect due to a temperature difference between the front surface and the back surface is used. An output measurement step of contacting the back surface of the heat flux sensor on the object to be measured and measuring an output of the heat flux sensor corresponding to a temperature difference between the temperature of the front surface and the temperature of the back surface,
Surface roughness measurement step of measuring the surface roughness from the response of time and the output, to determine whether the surface roughness is within a standard value,
And a surface roughness measuring method.
前記熱流束センサの前記裏面(22)と前記被測定物との間に設置される接触板(42)と、
前記熱流束センサの前記表面(21)と空気との間に設置される放熱板(41)と、
を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の表面粗さ測定方法。 The heat flux sensor,
A contact plate (42) installed between the back surface (22) of the heat flux sensor and the object to be measured;
A heat sink (41) installed between the surface (21) of the heat flux sensor and air;
The surface roughness measuring method according to any one of claims 1 to 3, comprising:
請求項1から6のいずれか一項に記載の表面粗さ測定方法。 The heating step and the output measuring step are performed in a space where the environmental temperature is controlled to be constant.
The method for measuring surface roughness according to claim 1.
発熱体(12)と、
前記発熱体の温度を所定の温度に制御する温度制御装置(13)と、
表面(21)と裏面(22)とを有し、前記表面の温度と前記裏面の温度との温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する熱流束センサ(11)と、
前記表面と前記裏面の温度差に相当する出力を出力する出力線(143、145)と、
前記熱流束センサの出力を測定する電圧計(24)と、
前記熱流束センサの前記裏面に設置され、前記被測定物に対向する面の表面粗さが、前記被測定物の面粗さよりも小さい接触板(42)と、
前記熱流束センサの前記表面と、空気との間に設置される放熱板(41)と、
を備える、表面粗さ測定装置。 A surface roughness measuring device (10) for measuring a surface roughness of an object to be measured,
A heating element (12);
A temperature controller (13) for controlling the temperature of the heating element to a predetermined temperature;
A heat flux sensor (11) having a front surface (21) and a back surface (22), wherein an electromotive force due to a Seebeck effect is generated due to a temperature difference between the front surface temperature and the back surface temperature;
An output line (143, 145) for outputting an output corresponding to a temperature difference between the front surface and the back surface;
A voltmeter (24) for measuring the output of the heat flux sensor;
A contact plate (42) installed on the back surface of the heat flux sensor and having a surface roughness of a surface facing the object to be measured smaller than a surface roughness of the object to be measured;
A heat sink (41) installed between the surface of the heat flux sensor and air;
A surface roughness measuring device comprising:
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