JP7054428B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の表面粗さや輪郭形状などの表面形状の測定を行う表面形状測定装置に係り、特に、リニアモータを用いた表面形状測定装置に関する。

表面粗さ測定装置や輪郭形状測定装置に代表される表面形状測定装置の多くは、触針（プローブ）を被測定物の表面に接触させながら、触針と被測定物を相対移動させ、触針の変位を検出することにより、被測定物の表面形状を測定する（特許文献１参照）。

表面形状測定装置の場合、触針と被測定物の相対移動は、測定軸に沿って直線運動となるのが一般的であり、触針と被測定物とを相対移動させる駆動機構にリニアモータを用いる構成も知られている（特許文献２参照）。

特開２００６-３００８２３号公報 特開２００４－１２５６９９号公報

リニアモータを用いた表面形状測定装置には、以下のような問題点［１］～［７］がある。

［１］回転式のモータを用いる駆動方式と異なり、リニアモータ駆動方式の場合、減速機などによって力を増幅させられないため、リニアモータの推力は、概ねその大きさに比例してしまう。つまり、大きな駆動力を得るには、大きなリニアモータを採用しなければならない。

［２］表面形状測定装置のスライダの案内に、低摩擦のガイド機構であるリニアガイドを用いた場合、ボールの出入りに起因した小さなうねり（振動）が問題になる。このため、精度の高い測定を実現するためには、スライダの案内に摺動方式を用いる必要がある。

［３］また、リニアガイドをスライダの案内に用いた場合、リニアガイドを取り付けるベース以上の真直度は望めない。

［４］スライダの案内に摺動方式を用いた場合、スライダと一体に移動する移動体（スライダ部）の重量が案内における摩擦抵抗となる。

［５］スライダ部が高重量の場合、摩擦抵抗を補うため、高推力のリニアモータを用いる必要がある。

［６］また、ワーク移動方式の表面形状測定装置のような場合、スライダ部にワーク（被測定物）の重量が加わるため、スライダ部の重量が可変となる。その場合、ワーク保持台に載せられるワーク重量の範囲を確保するために、リニアモータに余剰な推力を確保しなければならず、装置が大型化すると共に消費電力も増大する。

［７］表面形状測定装置において、高い真直度を得るためには、摺動案内に用いるガイド用ベースは補正の観点から変形がないことが求められる。特に、スライダ部が高重量となる場合や、ワークによる重量が変化する場合など、たわみの影響を受けないように高剛性なガイド用ベースが必要となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、上述した複数の課題のうち少なくとも一つの課題を解決し得る表面形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、摺動案内の摺接面に作用する重量負荷を軽減して、摩擦抵抗を軽減することができる表面形状測定装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の他の目的の一つは、リニアモータの直動方向に沿って配置されるガイド用ベースに対する重量負荷を軽減して、ガイド用ベースのたわみを抑制し、剛性が比較的小さいガイド用ベースであっても高い真直度精度を実現することができる表面形状測定装置を提供することを含む。

本開示の他の目的の一つは、被測定物の重量に応じて、重量負荷を打ち消す方向に作用する力の大きさをアクティブに調節することで、リニアモータの余剰な推力の確保を不要とし、リニアモータの過剰スペック化を回避し得る表面形状測定装置を提供することを含む。

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係る表面形状測定装置は、被測定物の表面の形状に応じた信号を出力する検出器と、被測定物と検出器とを相対移動させるリニアモータと、リニアモータの推力によって移動する移動体をリニアモータの直動方向と平行な第１方向に摺動案内する第１ガイド機構と、第１ガイド機構及び移動体よりも重力方向の下方に配置され、移動体を支持すると共に移動体をリニアモータの直動方向と平行な第１方向に案内する第２ガイド機構と、第２ガイド機構と移動体の間に配置され、移動体に重力方向と逆方向に作用する力を与える付勢手段と、を備える。

第１態様によれば、第１ガイド機構に摺動案内される移動体には、付勢手段によって重力方向と逆方向の力（つまり上向きの力）が作用し、この力によって移動体が押し上げられることで移動体の重量による第１ガイド機構への荷重の負荷（重量負荷）が軽減される。移動体の重量は、付勢手段を介して第２ガイド機構に支えられる。第１態様によれば、第１ガイド機構の摩擦抵抗を軽減することができる。また、第１態様によれば、第１ガイド機構のたわみを抑制することができる。これにより、高い真直度精度を実現できる。

本発明の第２態様に係る表面形状測定装置は、第１態様において、第１ガイド機構は、リニアモータの直動方向と平行に配置されたガイド用ベースと、ガイド用ベースに摺動自在に支持されたスライダと、を含む。

本発明の第３態様に係る表面形状測定装置は、第１態様又は第２態様において、第２ガイド機構は、リニアガイドである。

本発明の第４態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第３態様のいずれか一態様において、付勢手段は、第１ガイド機構に対する移動体の重量負荷を打ち消す力を移動体に付与する。

付勢手段が移動体の重量と釣り合う大きさの逆向きの力を移動体に与えることで、第１ガイド機構に作用する重量負荷をキャンセルすることができる。

本発明の第５態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第４態様のいずれか一態様において、付勢手段は、重力方向に弾性変形する弾性部材を含んで構成される。

本発明の第６態様に係る表面形状測定装置は、第５態様において、弾性部材は、圧縮バネである。

本発明の第７態様に係る表面形状測定装置は、第５態様又は第６態様において、移動体の重量を支える弾性部材が３箇所に配置されており、移動体の重心が、平面視において、３箇所の３点によって囲まれる領域の内部に入る。

本発明の第８態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第７態様のいずれか一態様において、移動体と第２ガイド機構はピアノ線を用いて接続されており、ピアノ線は、直動方向に沿って配置される。

本発明の第９態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第８態様のいずれか一態様において、ベースと、ベースの上部に立設されたコラムと、をさらに備え、検出器はコラムに支持され、リニアモータは、コラムの長手方向に直交する第１方向に沿ってコラムをベースに対して相対移動させ、第１ガイド機構は、第１方向に沿って延設され、コラム及び検出器を含む移動体を摺動案内する。

本発明の第１０態様に係る表面形状測定装置は、第９態様において、検出器をリニアモータの直動方向と直交する第２方向に移動させる駆動部をさらに備える。

本発明の第１１態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第８態様のいずれか一態様において、ベースと、被測定物が載置される重量計と、第１ガイド機構よりも重力方向の下方に配置される昇降機構と、重量計の測定結果に応じて昇降機構の昇降動作を制御する制御手段と、をさらに備え、リニアモータは、重量計をベースに対して相対移動させ、第１ガイド機構は、第１方向に沿って延設され、重量計及び被測定物を含む移動体を摺動案内するものであり、制御手段は、被測定物の重量分の荷重を付勢手段の伸縮によって打ち消すように昇降機構を制御する。

第１０態様によれば、被測定物の重量に応じて、その重量負荷を打ち消す方向に作用する力の大きさが能動的に調節される。これにより、リニアモータの余剰な推力の確保をすることが不要となり、リニアモータの過剰スペック化を回避し得る。

本発明の第１２態様に係る表面形状測定装置は、第１１態様において、昇降機構は、第２ガイド機構の重力方向の下方に配置される。

本発明の第１３態様に係る表面形状測定装置は、第１１態様において、昇降機構は、第２ガイド機構と付勢手段の間に配置される。

本発明によれば、摺動案内の摺接面に作用する重量負荷を軽減することができ、摺動案内の摩擦抵抗を軽減することができる。また、本発明によれば、高い真直度精度を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の構成を示す正面図である。 図１に示した表面形状測定装置の左側面図である。 図１の３－３線断面図である。 第１実施形態に係る表面形状測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。 図５に示した表面形状測定装置の左側面図である。 本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。 図７に示した表面形状測定装置の左側面図である。 図７の９－９線断面図である。 第３実施形態に係る表面形状測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施の形態について詳説する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置１０の構成を示す正面図である。図１に示す表面形状測定装置１０は、接触式の表面粗さ測定機であり、ベース１２と、ベース１２の上部に立設されたコラム１４と、コラム１４に支持された検出器１６と、コラム１４をベース１２に対して相対移動させるリニアモータ２０とを備える。

リニアモータ２０は、コラム１４の長手方向と直交する方向にコラム１４を移動させる動力源である。図１において、リニアモータ２０の直動方向と平行な方向をＸ軸方向とし、コラム１４の長手方向をＺ軸方向とする。リニアモータ２０は、シャフト２２と可動子２４とを含むシャフトモータである。

検出器１６は、先端に触針３０を有する測定子３２と、触針３０の変位量を電気信号に変換する図示せぬトランスデューサと、を含む。触針３０は図示せぬ被測定物の表面に接触し、被測定物の表面の形状に追従して変位する。トランデューサは、例えば、差動変圧器を用いた構成であってよい。検出器１６は、コラム１４の可動部３４に取り付けられている。

コラム１４は、検出器１６を図１の上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる昇降機構である。コラム１４は、可動部３４を上下動させるボールねじ３６と、昇降用モータ３８とを含む。昇降用モータ３８の回転軸はボールネジ３６と連結されている。昇降用モータ３８の動力によってボールネジ３６が回転することにより、可動部３４が図１の上下方向に移動する。可動部３４に取り付けられた検出器１６は、可動部３４と共に図１の上下方向に移動する。コラム１４は検出器１６と共にリニアモータ２０の推力によってＸ軸方向に移動される。

表面形状測定装置１０は、リニアモータ２０の推力によって移動するコラム１４をＸ軸方向に摺動案内するガイド用ベース４０と、スライダ４２と、を備える。ガイド用ベース４０は、Ｘ軸方向に沿って延設され、リニアモータ２０のシャフト２２と平行に配置される。この場合のＸ軸方向は「第１方向」に相当する。表面形状測定装置１０のベース１２には、リニアモータ２０とガイド用ベース４０を支持する２本の支柱部材４４が立設されている。ガイド用ベース４０の両端とリニアモータ２０のシャフト２２の両端は、支柱部材４４に支持される。

スライダ４２は、ガイド用ベース４０に摺動自在に支持されている。スライダ４２はコラム１４と連結されている。ガイド用ベース４０とスライダ４２は「第１ガイド機構」の一例である。

表面形状測定装置１０は、さらに、コラム１４の下方に配置されるリニアガイド５０と、コラム１４とリニアガイド５０を弾性連結する連結構造部６０と、を備える。リニアガイド５０は、ガイドレール５２とキャリッジ５４とを含む。ガイドレール５２は、Ｘ軸方向に沿って配置され、ベース１２の上面に固定される。すなわち、リニアガイド５０は、ガイド用ベース４０よりも重力方向の下方に配置されており、ガイドレール５２と、ガイド用ベース４０と、リニアモータ２０のシャフト２２の各々は、互いに平行に配置される。リニアガイド５０は「第２ガイド機構」の一例である。

連結構造部６０は、コラム１４とリニアガイド５０の間に配置される。コラム１４は、連結構造部６０を介してリニアガイド５０のキャリッジ５４と接続される。連結構造部６０は、第１プレート６１と、第２プレート６２との間にバネ６４が配置された構造を有する。バネ６４は、Ｚ軸方向に弾性変形する圧縮バネである。第１プレート６１は、キャリッジ５４の上面に固定される。第２プレート６２は、バネ６４を介して第１プレート６１に対向して配置される。コラム１４は第２プレート６２の上に載せられ、コラム１４の下端は、第２プレート６２に固定される。バネ６４を含む連結構造部６０は「付勢手段」の一例である。バネ６４は「弾性部材」の一例である。バネ以外の他の弾性部材を用いてもよい。

図２は、図１に示した表面形状測定装置１０の左側面図である。図３は、図１の３－３線断面図である。なお、図２及び図３において、支柱部材４４の図示は省略されている。

図２に示すように、スライダ４２は、リニアモータ２０の可動子２４と連結される。

コラム１４と検出器１６とスライダ４２は、リニアモータ２０の推力によって一体的に移動する移動体となり得る。

コラム１４は、リニアガイド５０のキャリッジ５４の上に、バネ６４を介して配置される。バネ６４は、第１プレート６１を介してリニアガイド５０のキャリッジ５４に取り付けられている。キャリッジ５４に搭載されたバネ６４は、スライダ４２とコラム１４と検出器１６とを含む移動体の重量を支え、移動体の重量分の荷重を重力方向と逆方向の力に変えて、移動体に作用させる役割を果たす。すなわち、バネ６４は、本来、ガイド用ベース４０とスライダ４２との摺動部にかかるはずであった移動体の重量負荷をリニアガイド５０に負担させることで、摺動部の摩擦抵抗を軽減する機能を果たす。また、バネ６４は、リニアガイド５０のボールの出入りによるうねりや振動を吸収する機能を果たす。

リニアガイド５０はコラム１４を含む移動体を支持するとともに、移動体をＸ軸方向に案内する。リニアガイド５０のキャリッジ５４とコラム１４は、ピアノ線６６を用いて接続されている。ピアノ線６６の一方の端部は、第１固定部６１Ａを介して第１プレート６１に固定される。ピアノ線６６の他方の端部は、第２固定部６２Ａを介して第２プレート６２に固定される。キャリッジ５４は、ピアノ線６６を介して、スライダ４２及びコラム１４などの移動体に牽引される。

ピアノ線６６は、スライダ４２及びコラム１４などの移動体の移動方向と平行に接続されている。これにより、ピアノ線６６が重力方向に振動やうねりを伝達し難い構成となっている。また、バネ６４は、リニアガイド５０のボールの出入り等に起因するうねりや振動を吸収する機能を果たす。

バネ６４は、複数個配置されることが好ましく、特に、図３に示すように、３個のバネ６４を用いて、移動体の重量をバランスよく支える形態が好ましい。本実施形態では、移動体の重量を支えるバネ６４が３箇所に配置されており、移動体の重心が、平面視において、３箇所の３点によって囲まれる領域の内部に入るようになっている。このように、移動体の重心が、バネ６４で形成する３点座の内部に入るように、３本のバネ６４を配置することにより、移動体の姿勢が安定する。

図４は、第１実施形態に係る表面形状測定装置１０の制御系の構成例を示すブロック図である。

表面形状測定装置１０は、制御装置７０と、ドライバ回路７１、７２と、データ処理装置８０と、を備える。ドライバ回路７１は、リニアモータ２０を駆動するための電力を供給するアンプを含む。リニアモータ２０は、ドライバ回路７１と接続される。ドライバ回路７２は、昇降用モータ３８を駆動するための電力を供給するアンプを含む。昇降用モータ３８は、ドライバ回路７２と接続される。

制御装置７０は、表面形状測定装置１０の動作を統括制御する。制御装置７０は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）を含む各種演算処理回路とメモリ等の記憶装置とを含んで構成される。制御装置７０は、予め記憶された所定のプログラムを実行することにより、制御部として機能する。制御装置７０の機能は、１つ又は複数のプロセッサを用いて実現することができる。プロセッサには、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）など各種の回路形態があり得る。

制御装置７０は、ドライバ回路７１、７２と接続される。制御装置７０は、ドライバ回路７１、７２の各々に制御信号を出力し得る。ドライバ回路７１は、制御装置７０からの指令に従い、リニアモータ２０に電力を供給する。ドライバ回路７２は、制御装置７０からの指令に従い、昇降用モータ３８に電力を供給する。なお、ドライバ回路７１、７２は、制御装置７０に含まれてもよい。

また、制御装置７０は、検出器１６及びデータ処理装置８０と接続される。検出器１６は、データ処理装置８０と接続される。検出器１６から出力された信号は、データ処理装置８０に入力される。

データ処理装置８０は、検出器１６から得られたデータを処理して各種の演算を行うプロセッサと、測定データなど各種情報を記憶するメモリ等の記憶装置を含む。

データ処理装置８０は、検出器１６から得られる検出信号に基づき、被測定物の表面形状の解析を行う。データ処理装置８０は、コンピュータを用いて構成されてよい。

データ処理装置８０は、入力装置８２及び表示装置８４と接続される。入力装置８２及び表示装置８４は、ユーザインターフェースとして機能する。入力装置８２は、例えば、操作ボタン、ジョイスティック、キーボード、マウス、若しくは、タッチパネル、又はこれらの適宜の組み合わせであってよい。ユーザは、入力装置８２を操作することにより、測定条件及び解析条件など各種の指示を入力することができる。

表示装置８４は、例えば、液晶ディスプレイ、若しくは、有機ＥＬ（organic electro-luminescence:ＯＥＬ）ディスプレイなどであってよい。表示装置８４には、測定結果の情報など、各種の情報が表示され得る。また、データ処理装置８０には、図示せぬプリンタが接続されてもよい。また、制御装置７０は、データ処理装置８０の機能を含んでいてもよい。例えば、制御装置７０とデータ処理装置８０の各機能を１台のコンピュータで実現してもよい。

上記のように構成された表面形状測定装置１０によれば、スライダ４２は、ガイド用ベース４０に沿った摺動案内となり、コラム１４とリニアガイド５０の間に配置されたバネ６４の作用により、リニアガイド５０に起因するうねりや振動が除去される。

また、このとき、ガイド用ベース４０は、スライダ４２を含む移動体の重量による力がバネ６４の力によってキャンセルされているため、摩擦抵抗が軽減され、かつ、撓みが発生し難い。バネ６４を用いた連結構造部６０は、移動体の重量負荷を軽減させるように、移動体の重量負荷を打ち消す力を移動体に付与する荷重軽減ユニットとして機能する。

第１実施形態によれば、剛性の小さいガイド用ベース４０を用いることが可能であり、また、剛性の小さいガイド用ベース４０であっても高い真直度精度を実現できる。

《第２実施形態》
図５は、本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。また、図６は、図５に示す表面形状測定装置の左側面図である。

図５及び図６において、図１～図４で説明した第１実施形態の構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第１実施形態との相違点を説明する。

図５及び図６に示す第２実施形態に係る表面形状測定装置１００は、コラム１４に、検出器１６をＸ軸方向に駆動する駆動部１０２が取り付けられており、検出器１６及び駆動部１０２が搭載されたコラム１４をリニアモータ２０によって、Ｙ軸方向に移動させる構造となっている。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向である。第２実施形態の場合、Ｙ軸方向が「第１方向」に相当し、Ｘ軸方向が「第２方向」に相当する。

リニアモータ２０のシャフト２２とガイド用ベース４０とリニアガイド５０は、Ｙ軸方向に沿って配置される。なお、図５において、リニアモータ２０のシャフト２２とガイド用ベース４０の両端を支持する支柱部材の図示は省略されている。

検出器１６は、駆動部１０２に取り付けられている。駆動部１０２は、検出器１６をＸ軸方向に沿って移動自在に支持する図示せぬ支持機構と、図示せぬモータと、を含む。モータは、回転型のモータであってもよいし、リニアモータであってもよい。駆動部１０２は、コラム１４の可動部３４に固定される。また、駆動部１０２は、図示せぬドライバ回路を介して制御装置７０（図４参照）と接続され、制御装置７０からの指令に従って駆動される。

検出器１６と駆動部１０２とコラム１４とスライダ４２は、リニアモータ２０の推力によってＹ軸方向に沿って一体的に移動する移動体となる。

バネ６４を含んだ連結構造部６０は、ガイド用ベース４０に沿って移動する移動体の重量を支え、バネ６４の力によって、移動体を重力方向と逆方向に付勢して、ガイド用ベース４０に対する重量負荷を打ち消す。

第２実施形態に係る表面形状測定装置１１０よれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、高精度な測定軸をＸ軸とＹ軸の両軸で実現できる。

《第３実施形態》
図７は、本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。図７に示す表面形状測定装置１１０は、ワーク移動型の表面形状測定装置である。図７において、ベース１２の部分は破線によって概略的に示されている。図８は、図７に示す表面形状測定装置１１０の左側面図である。図８において、リニアモータ２０のシャフト２２とガイド用ベース４０の両端を支持する支柱部材の図示は省略されている。また、図８においてベースの図示は省略されている。図９は、図７の９－９線断面図である。

図７～図９に示す表面形状測定装置１１０において、図１～図４に示した構成と同一又は類似する要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７～図９に示す表面形状測定装置１１０は、被測定物であるワークＷの重量を測定する重量計１１２と、連結構造部６０のバネ６４の伸縮量を調節するための昇降機構１１４と、昇降機構１１４を駆動するための昇降用モータ１１５と、を備える。

図８に示すように、ガイド用ベース４０はリニアモータ２０の上部を囲むように配置され、スライダ４２は、リニアモータ２０の可動子２４と連結される。

重量計１１２は、スライダ４２に固定されている。ワークＷは、重量計１１２の上に直接載置されてもよいし、図示せぬワークホルダを介して重量計１１２の上にセットされてもよい。

ワークＷと重量計１１２とスライダ４２は、リニアモータ２０の推力によってＸ軸方向に沿って一体的に移動する移動体となる。ワークＷの重量によって移動体の重量が変化し得る。

検出器１６は、図示せぬコラムに取り付けられている。なお、第３実施形態においてコラムは、ベース１２に対して移動不能に固定されていてよい。

昇降機構１１４は、リニアガイド５０の下部に配置される。すなわち、リニアガイド５０のガイドレール５２は、昇降機構１１４の上に載せられている。

昇降機構１１４は、くさび形のスライドブロック１１６の斜面を利用して、昇降ブロック１１７を上下方向に移動させる構造を有する。昇降用モータ１１５によってネジ棒１１８を回転させることにより、スライドブロック１１６が移動し、昇降ブロック１１７を上下動させる。なお、昇降機構１１４の構造の一例であり、図示の例に限らず、電動制御可能な様々な形態の昇降装置を採用し得る。

ガイド用ベース４０とリニアモータ２０は、ベース１２の上表面１２Ａよりも下方に配置されてよい。例えば、ベース１２は、ガイド用ベース４０、リニアモータ２０、リニアガイド５０及び昇降機構１１４等を収容する凹部１２Ｂを有する。ガイド用ベース４０とリニアモータ２０の両端部は、凹部１２Ｂに設けられた図示せぬ支柱部材によってＺ方向に移動自在に支持される。

重量計１１２の一部又は全部は、ベース１２の上表面１２Ａよりも上側に露出して配置されてよい。ガイド用ベース４０の上側は図示せぬ蛇腹によって覆われる。

重量計１１２の上にワークＷが載せられ、重量計１１２によってワークＷの重量が測定される。重量計１１２によって測定された重量に応じて、昇降機構１１４を昇降させる。

ワークＷを載せていない状態におけるスライダ４２及び重量計１１２の重量分の初期負荷は、予めバネ６４で重力方向と反対方向にスライダ４２を押し上げる力をかけて相殺（キャンセル）しておく。そして、重量計１１２の上にワークＷが置かれた際に、重量計１１２でワークＷの重量を測定し、ワークＷの重量に応じて昇降機構１１４を動作させることによって、バネ６４の伸縮量を調節し、ワークＷの重量分の荷重をキャンセルする。なお、図示せぬワークホルダを用いる場合のワークホルダの重量は、ワークＷの重量に含めてもよいし、初期負荷の重量に含めてもよい。

このようなワーク移動型の表面形状測定装置１１０の場合、ワークＷの形態によってスライダ４２を含む移動体の重心が変化するが、平面視において、その重心を内側に収める３点に配置した３個のバネ６４でスライダ４２を押し上げるため、スライダ４２の姿勢が安定する。

図１０は、第３実施形態に係る表面形状測定装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１０において、図４に示した構成と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１０に示すように、重量計１１２はデータ処理装置８０と接続される。重量計１１２から得られたワーク重量の情報は、データ処理装置８０に送られる。

表面形状測定装置１１０は、昇降用モータ１１５に電力を供給するドライバ回路７３を備える。制御装置７０はドライバ回路７３と接続される。

データ処理装置８０は、重量計１１２によって測定されたワークＷの重量の情報を基に、昇降機構１１４の移動量を算出する。制御装置７０は、昇降機構１１４の移動に必要な昇降用モータ１１５の回転量を算出して、モータ駆動用の制御信号をドライバ回路７３に送信する。データ処理装置８０及び制御装置７０の組み合わせは、昇降機構１１４の昇降動作を制御する「制御手段」の一例である。

第３実施形態に係る表面形状測定装置１２０によれば、ワークＷの重量に合わせて、その重量分の荷重をキャンセルするように昇降機構１１４が自動的に制御される。このような構成により、リニアモータ２０に余剰な推力を確保しておく必要性がなくなり、リニアモータ２０の過剰なスペック化を回避できる。

《第４実施形態》
図１１は、本発明の第４実施形態に係る表面形状測定装置の要部を示す正面図である。図１１において、図８～図９に示した構成と同一又は類似する要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第３実施形態との相違点を説明する。

図１１に示す表面形状測定装置１２０は、バネ６４の伸縮量を調節する昇降機構１２４がリニアガイド５０のキャリッジ５４の上、かつ、スライダ４２の下部に配置される。

リニアガイド５０のガイドレール５２は、ベース１２に固定されている。昇降機構１２４は、キャリッジ５４の上に固定されている。連結構造部６０の第１プレート６１は、昇降機構１２４の昇降ブロック１１７に固定される。

第４実施形態に係る表面形状測定装置１２０の制御系の構成は、図９で説明した第３実施形態と同様である。図１０に示す第４実施形態に係る表面形状測定装置１２０によれば、第３実施形態と同様の効果が得られることに加え、第３実施形態よりも小型の昇降機構を採用し得る。

《変形例１》
上述した各実施形態におけるリニアガイド５０に代えて、クロスローラガイド、リニアブッシュ、ローラガイドなど、一般に摩擦を軽減するガイド機構を採用することができる。

《変形例２》
上述した各実施形態におけるバネ６４に代えて、エアシリンダやエアベアリングシリンダなどを採用してもよい。バネ６４の代わりに、エアシリンダやエアベアリングシリンダを用いることにより、振動に対する絶縁性の更なる向上も図れる。

《変形例３》
上述した各実施形態では、接触式の検出器１６を例示したが、接触式の検出器１６に代えて、非接触式の検出器を採用する形態も可能である。非接触式の検出器は、例えば、非測定物の表面にレーザ光を照射して、その反射光を受光することにより、表面形状を検出する構成であってよい。

《変形例４》
第３実施形態及び第４実施形態で説明したワーク移動型の構成において、検出器１６は駆動部１０２（図５参照）に取り付けられていてもよい。例えば、駆動部１０２による検出器１６の移動方向をＸ軸方向とし、リニアモータ２０によるワークＷの移動方向をＹ軸方向とする構成を採用することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両軸方向の測定を高精度に実現することができる。

《変形例５》
図１０に示した昇降機構１２４と連結構造部６０の上下の位置関係は、逆にしてもよい。すなわち、キャリッジ５４の上に連結構造部６０を固定し、連結構造部６０の第２プレート６２とスライダ４２の間に昇降機構１２４を配置してもよい。

《他の応用例》
本発明は、表面粗さ測定装置に限らず、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、及び三次元座標測定装置など、各種の表面形状測定装置に適用可能である。本明細書において「表面形状測定装置」という用語は、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、及び三次元座標測定装置など、各種装置の概念を含む。また、表面粗さ測定装置或いは輪郭形状測定装置という用語は、表面粗さと輪郭形状を同時に測定可能な表面粗さ及び輪郭形状統合測定装置、並びに、表面粗さ又は輪郭形状を選択的に測定可能な表面粗さ／輪郭形状複合測定装置の概念を含む。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０、１００、１１０、１２０・・・表面形状測定装置
１２・・・ベース
１４・・・コラム
１６・・・検出器
２０・・・リニアモータ
２２・・・シャフト
２４・・・可動子
３０・・・触針
３２・・・測定子
４０・・・ガイド用ベース
４２・・・スライダ
５０・・・リニアガイド
５２・・・ガイドレール
５４・・・キャリッジ
６４・・・バネ
６６・・・ピアノ線
７０・・・制御装置
７１、７２、７３・・・ドライバ回路
８０・・・データ処理装置
１０２・・・駆動部
１１２・・・重量計
１１４、１２４・・・昇降機構
１１５・・・昇降用モータ

Claims (13)

1. 被測定物の表面の形状に応じた信号を出力する検出器と、
   前記被測定物と前記検出器とを相対移動させるリニアモータと、
   前記リニアモータの推力によって移動する移動体を前記リニアモータの直動方向と平行な第１方向に摺動案内する第１ガイド機構と、
   前記第１ガイド機構及び前記移動体よりも重力方向の下方に配置され、前記移動体を支持すると共に前記移動体を前記リニアモータの前記直動方向と平行な前記第１方向に案内する第２ガイド機構と、
   前記第２ガイド機構と前記移動体の間に配置され、前記移動体に重力方向と逆方向に作用する力を与える付勢手段と、
   を備える表面形状測定装置。
2. 前記第１ガイド機構は、
   前記リニアモータの前記直動方向と平行に配置されたガイド用ベースと、
   前記ガイド用ベースに摺動自在に支持されたスライダと、
   を含む請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 前記第２ガイド機構は、リニアガイドである請求項１又は２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記付勢手段は、前記第１ガイド機構に対する前記移動体の重量負荷を打ち消す力を前記移動体に付与する請求項１から３のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
5. 前記付勢手段は、重力方向に弾性変形する弾性部材を含んで構成される請求項１から４のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
6. 前記弾性部材は、圧縮バネである請求項５に記載の表面形状測定装置。
7. 前記移動体の重量を支える前記弾性部材が３箇所に配置されており、
   前記移動体の重心が、平面視において、前記３箇所の３点によって囲まれる領域の内部に入る請求項５又は６に記載の表面形状測定装置。
8. 前記移動体と前記第２ガイド機構はピアノ線を用いて接続されており、
   前記ピアノ線は、前記直動方向に沿って配置される請求項１から７のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
9. ベースと、
   前記ベースの上部に立設されたコラムと、
   をさらに備え、
   前記検出器は前記コラムに支持され、
   前記リニアモータは、前記コラムの長手方向に直交する前記第１方向に沿って前記コラムを前記ベースに対して相対移動させ、
   前記第１ガイド機構は、前記第１方向に沿って延設され、前記コラム及び前記検出器を含む前記移動体を摺動案内する、請求項１から８のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
10. 前記検出器を前記リニアモータの前記直動方向と直交する第２方向に移動させる駆動部をさらに備える請求項９に記載の表面形状測定装置。
11. ベースと、
    前記被測定物が載置される重量計と、
    前記第１ガイド機構よりも重力方向の下方に配置される昇降機構と、
    前記重量計の測定結果に応じて前記昇降機構の昇降動作を制御する制御手段と、
    をさらに備え、
    前記リニアモータは、前記重量計を前記ベースに対して相対移動させ、
    前記第１ガイド機構は、前記第１方向に沿って延設され、前記重量計及び前記被測定物を含む前記移動体を摺動案内するものであり、
    前記制御手段は、前記被測定物の重量分の荷重を前記付勢手段の伸縮によって打ち消すように前記昇降機構を動作させる請求項１から８のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
12. 前記昇降機構は、前記第２ガイド機構の重力方向の下方に配置される請求項１１に記載の表面形状測定装置。
13. 前記昇降機構は、前記第２ガイド機構と前記付勢手段の間に配置される請求項１１に記載の表面形状測定装置。

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