JPS60214205A - 表面粗さ測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は１表面粗さ測定機に関する。

［背景技術］ 今日、被測定物の表面に当接させた接触子の微少変位を
電気信号として検出し、この電気信号を所定処理して被
測定物の表面粗さを測る表面粗さ測定機にあっては、益
々、その精度向上がめられている。

この種の測定機では、その検出された電気信号を処理す
る方法として、変位検出器のアナログ出力信号を直接積
分演算するアナログ型が広く利用されていたが、昨今あ
電子技術の進歩に伴なってそのアナログ出力信号をＡ／
Ｄ変換し、デジタル処理するデジタル型が提案されつつ
ある。

一般に、デジタル型とする場合、測定精度との関係にお
いて測定データのサンプリング数が問題となる。例えば
、一定長さの測定長において、サンプリング数を少なく
すると、サンプリング間隔が長くなるため、測定精度の
低下を招く。従って、サンプリング数を多くすれば、精
度的には満足させることができるが、サンプリング数を
多くするには例えば高応答速度型の高級器としなければ
ならないので、経済的に制限される。

このため、電気回路側の負担を軽減するものとして、サ
ンプリング処理速度を一定とし、被測定物の測定長（Ｌ
）に応じてスタイラスとの相対速度を対応変化させる型
が提案されている。しかしながら、この方法では、測定
長（Ｌ）が長くなるに従って単位長さ当りのサンプリン
グ数が減少してしまう結果、測定長が長寸程精度が落て
しまう上、測定長に応して相対速度を厳格に対応変化さ
せることが極めて困難である。という欠点がある。

Ｃ発明の目的］ ここにおいて、本発明の目的は、上述した欠点を解消す
べくなされたもので、精度的および経済的にも優れた実
用性の高い表面粗さ測定機を提供することにある。

［発明の構成］ 、このため、本発明の構成は、一点が回動自在に支持さ
れかつその回動支点から所定距離離れた位置に接触子を
有する測定アームと、この測定アームの回動変位を電気
信号として検出する変位検出器とを含み、変位検出器の
出力信号を所定処理して前記接触子と接触相対移動する
被測定物の表面粗さを測る表面粗さ測定機において、前
記変位検出器をアナログ信号出力型とし、かつこのアナ
ログ出力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変
換器を設けるとともに、このＡ／Ｄ変換器のデジタル出
力信号を所定演算処理して被測定物の表面粗さを算出す
べく構成する一方、いずれの設定測定長においても、そ
れらの測定長を等間隔な２のｎ乗であるＮ個のサンプリ
ング数で分割し、その各サンプリング時のアナログ出力
信号をデジタル信号に変換させるべく前記Ａ／Ｄ変換器
をサンプリング制御するためのタイミング回路を設けた
、ことを特徴としている。

［実施例］ 第１図は本実施例の表面粗さ測定機の断面を示している
。同図において、測定機本体１には、可動軸２を介して
外側がケース３で覆われた支持体４が揺動自在に支持さ
れている。前記可動軸２は、前記支持体４を被測定物の
大きさや形状等に対応させる目的で、測定機本体ｌに対
して回転方向および上下方向へ位置調整可能に取付けら
れている。一方、前記支持体４の下面側には、棒状の測
定アーム５が十字ばね６を介して揺動自在に取付けられ
ている。

前記測定アーム５は、略中央が前記支持体４に十字ばね
６を介して揺動自在に支持された第１のアーム７と、こ
の第１のアーム７の一端に連結された第２のアーム８と
から構成されている。前記第１のアーム７は、その揺動
支点位置つまり十字ばね６の位置より互いに逆方向へ等
距＃離れた位置にそれぞれ誘電体９．ｔｏを備え、かつ
板ばねよりなる加圧用ばね１１により図中時計方向へ回
動付勢されている。加圧用ばね１１は、調整ねじ１２に
よりばね力の大きさが加減できるようになっている。一
方、前記第２のアーム８は、前記ケース３の一端から一
体的に突設された保護ケース１３内に収納され、かつそ
の先端部に第２のア記第２のアーム８の接触子１４を外
部へ突出させるための開口部１６が穿設されている。こ
れにより、例えばテーブル１７上に載置された被測定物
１８の測定面に接触子１４を当接させた後、テーブル１
７を図中矢示方向へ移動させれば、被測定物１８の表面
粗さによって測定アーム５が十字ばね６を支点として揺
動される。

一方、前記支持体４には、前記第１のアーム７の各誘電
体９．１０と対向する位置に一対の検出コイル２１．２
２が各誘電体９．ｌＯと間隙をもってそれぞれ埋設され
ているとともに、前記第１のアーム７の他端と対応する
位置に前記測定アーム５を所定姿勢に保持する保持装置
２５が設けられている。前記検出コイル２１．２２は、
それぞれリード線２３．２４により前記可動軸２内を通
って前記測定機本体ｌ内に導入されている。また、前記
保持装置２５が前記測定機本体ｌからの信号により作動
されると、測定アーム５はその他端が前記ケース３内の
突起２６へ付勢された姿勢に保持されるようになってい
る。これにより、８１１１定アーム５の接触子１４は保
護ケース１３内へ収納されるようになっている。

第２図は前記測定機本体ｌ内の回路構成を示している。

同図において、前記一対の検出コイル２１．２２とアナ
ログスイッチ型可変抵抗器３１とにより、前記測定アー
ム５の回動変位を電気信号として検出するアナログ信号
出力型変位検出器としてのブリッジ回路３２か構成され
ている。前記アナログスイッチ型可変抵抗器３１は、第
３図に示す如く、複数の抵抗３３１〜３３６を順次直列
に接続し、その各抵抗３３１〜３３６と並列にアナログ
スイッチ３４　ｌ〜３４６をそれぞれ接続し、この各ア
ナログスイッチ３４１〜３４６を制御部３５によって制
御するようにしたものである。これにより、測定アーム
５が或姿勢状態にあるとき、前記雨検出コイル２１．２
２の接続点の出力信号Ｓ１の位相と抵抗３３３，３３４
の接続点の出力信号Ｓ２の位相とが互いに逆になるよう
に、予め設定することができる。従って、この設定状７
ｍから測定アーム５が被測定物１８の表面粗さによって
変位すると、各誘電体９．１０と検出コイル２１．２２
との間隙の変化に・基づき、各検出コイル２１．２２の
インダクタンスが変動する結果、そのインダクタンスの
変動がブリッジ回路３２を介して測定値として出力され
る。

前記ブリッジ回路３２からの出力、っまり雨検出コイル
２１．２２の接続点の出力信号ＳＬと前記抵抗３３３，
３３４の接続点の出力信号Ｓ２とは、抵抗３６．３７を
通じて演算増幅器３８へそれぞれ入力されそこで互いに
合成された後、Ａ／Ｄ変換器３９へ与えられている。こ
のとき、出力信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との位相が逆であ
れば、両信号Ｓｌ、Ｓ２が互いに打ち消されるため、演
算増幅器３８からの出力は零となる。

前記Ａ／Ｄ変換器３９は、タイミング回路４０からの変
換指令パルスが与えられる毎に、前記演算増幅器３８か
らの出力信号をデジタル信号に変換する。前記タイミン
グ回路４０は、クロックパルス発生器４１からのクロフ
クパルスをカウントし、そのカウント数が測定長設定器
４２で設定された測定長り一〜Ｌ３に対応するカウント
数に達する毎に変換指令パルスなＡ／Ｄ変換器３９へ与
えるようになっている。ここでは、測定長設定器４２で
設定される３種の測定長（ＪＩＳ規定のＬ＋＝０．２５
ｍｍ、Ｌ２＝０．８ｍｍ、Ｌ３＝２．５ｆｆ１１１）を
予め設定されたサンプリング数Ｎにそれぞれ等分するよ
うに、各測定長毎に異なるカウント数が設定されている
。また、サンプリング数Ｎは１表面粗さが最大高さく　
Ｒｍａｘ）方式の場合２′″であるｌ　０２４に、表面
粗さが中心線平均粗さくＲａ）方式の場合２ｑ　である
５１２に予め設定されている。これにより、Ａ／Ｄ変換
器３９からは、測定長設定器４２で設定されるいずれの
測定長においても、その測定長をサンプリング数Ｎで等
分したＮ個のデジタル信号が演算回路４３へ与えられる
。

前記演算回路４３は、演算処理指令部４４がら惧えられ
る最大高さくＲｍａｘ）演算指令または中心線平均粗さ
くＲａ）演算指令に応じて、前記Ａ／Ｄ変換器３９から
のデジタル信号を演算処理し、その結果をプリンタ４５
で記録させる。また、Ａ／Ｄ変換器３９からのデジタル
信号が予め設定された過大値１例えばプリンタ４５がス
ケールアウトする値を越えると、警報器４６がら警報が
発せられるようになっている。なお、最大高さくＲｍａ
ｘ）方式の場合には、Ａ／Ｄ変換器３９から与えられる
Ｎ個のデータの中の最大値と最小値との差によりめるこ
とができる。ま“た、中心線平均粗さくＲａ）方式の場
合には、 でめることができる。

従って、本実施例によれば、各測定長を予め設定された
サンプリング数Ｎで等分し、各サンプリング時の信号を
デジタル信号に変換し、これを基に被測定物の表面粗さ
をめるようにしたので、測定長にかかわらず両者の相対
移動速度を変えることなくサンプリング数を一定にでき
、そのためサンプリング数の低下による精度低下がない
。

ちなみに、ＪＩＳ規定の測定長り、＝０．２５■、Ｌ２
＝０．８ｍ＋ａ、Ｌ３＝２．５ｍ＋ｏのそのぞれについ
て、最大高さくＲｍａｘ）方式によりサンプリング数Ｎ
をＮ＝１６０００で測定したときの最大高さを真価とし
、サンプリング数Ｎを８０００．４０００．２０００．
１０００にそれぞれ変化させたときの最大高さの真価に
対する誤差率は、次表のようになった。なお、試片は東
京都立工業技術センタ製ラップ加工片を用いた。

これによると、各測定長について、サンプリング数Ｎが
減少するに従って真値、つまりサンプリング数Ｎ＝１６
０００時の最大高さに対する誤差率が増大することが解
る。しかし、測定長Ｌ＋＝０．２５ｍ腸、サンプリング
数Ｎ＝１０００でも、Ｌ−＝０．２５ｍｍの場合の真値
が０．３８ｐＬｍであるから、誤差は０．３８ｇｍＸ０
．０５８＝０．０２２ｇ、ｍであり、実用上精度的に問
題となることはない。また、中心線平均粗さくＲａ）方
式では、 ゆえ、サンプリング数Ｎは更に小さくてもよく、サンプ
リング数Ｎ＝５００以上ならとりわけ良好である。従っ
て、サンプリング数Ｎを、最大高さくＲｍａｘ）方式と
した場合Ｎ＝１０２４以上、中心線平均粗さくＲａ）方
式とした場合Ｎ＝５１２以上とすれば、実用上精度的に
問題となることはない。

また、測定長設定器４２に設定された測定長Ｌ１、Ｌ２
．Ｌ３に応じて、その測定長をサンプリング数Ｎに自動
的に等分割するので、相対移動速度の調整が不要である
。

また、サンプリング数Ｎを２１　としたので、シフト方
式により演算でき、その結果演算時間の短縮化、プログ
ラムの簡素化、ハード構成面の簡素化がそれぞれ達成で
きる。このことは、経済的にも有利であるばかりでなく
、メモリ容量を小さくできるので消費電力を低減でき、
特に電池内蔵の携帯型に好適である。

なお、実施に当って、測定長は、上記実施例で述べた３
種の測定長Ｌ＋　＝０　、２５ｍｍ、　Ｌ２　＝０．８
ｍｍ、Ｌ３　＝２．５１１１ｍに限られるものでなく、
少なくともＪＩＳに規定されている測定長を対象として
も差しつかえない。

また、警報器４６によって過大値が検出された際、警報
器４６からの信号によりＡ／Ｄ変換器３９のケインを下
げるようにしてもよい。このようにすると、接触子１４
と被測定物１８との相対移動方向の傾きによるスケール
アウトを少なくすることができる。

また、変位検出器としては、上記実施例で述べたブリッ
ジ回路３２の一構造のほか、例えば差動トランス等測定
アーム５の回動変位をアナログ信号として検出できるも
のであればいずれでもよい。

更に、被測定物１８と接触子１４との相対移動は、上記
実施例とは逆に接触子１４を被１ｌｌｌｌＩ定物１８に
対して移動させるようにしてもよい。この際、両者の相
対移動量を例えばエンコーダ等により検出し、このエン
コーダからの出力をクロックパルス発生器４１からのク
ロックパルスの代りにタイミング回路４０へ入力し、タ
イミング回路４０においてエンコーダからの出力を測定
長に応じてカウントシ、変換指令パルスを発するように
してもよい。このようにすると、両者の相対移動速度が
変動しても単位長当りのパルス数か変動することがない
利点がある。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、測定長にかかわらず両者
の相対移動速度を変えることなくサンプリング数を一定
にでき、従って精度的にも優れかつ安価な表面粗さ測定
機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は表面粗さ
測定機の断面図、第２図は回路構成を示すブロック図、
第３図はアナログスイッチ型可変抵抗器を示す回路図で
ある。 ５・・・測定アーム、１４・・・接触子、３２・・・変
位検出器としてのブリッジ回路、３９・・・Ａ／Ｄ変換
器、４０・・・タイミング回路、４１　°°°クロック
パルス発生器、４３・・・演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一点が回動自在に支持ぎれかっその回動支点から
   所定距離離れた位置に接触子を有する測定アームと、こ
   のＡｌｌ＋定アームの回動変位を電気信号として検出す
   る変位検出器とを含み、変位検出器の出力信号を所定処
   理して前記接触子と接触相対移動する被測定物の表面粗
   さを測る表面粗さ測定機において、前記変位検出器をア
   ナログ信号出力型とし、かつこのアナログ出力信号をデ
   ジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器を設けるとと
   もに、このＡ／Ｄ変換器のデジタル出力信号を所定演算
   処理して被測定物の表面粗さを算出すべく構成する一方
   、いずれの設定測定長においても、それらの測定長を等
   間隔な２のｎ乗であるＮ個のサンプリング数で分割し、
   その各サンプリング時のアナログ出力信号をデジタル信
   号に変換させるべく前記Ａ／Ｄ変換器をサンプリング制
   御するためのタイミング回路を設けたことを特徴とする
   表面粗さ測定機。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記サンプリン
   グ数Ｎを、前記表面粗さの演算処理が最大高さ方式（Ｒ
   ｍａｘ）の場合、１０２４以上としたことを特徴とする
   表面粗さ測定！ａ、。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記サンプリン
   グ数Ｎを、前記表面粗さの演算処理が中心線平均粗さ方
   式（Ｒａ）の場合、５１２以上としたことを特徴とする
   表面粗さ測定機。