JPS60214207A

JPS60214207A - 表面粗さ測定機

Info

Publication number: JPS60214207A
Application number: JP7133884A
Authority: JP
Inventors: Satoru Mizuno; 哲水野
Original assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1985-10-26

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、表面粗さ測定機に関する。

［背景技術］従来、一点か回動自在に支持された測定アームの一端に
接触子を取付け、この接触子と被測定物とを接触させか
つ基準線に沿って相対移動させながら、測定アームの回
動変位をアナログ信号として検出し、これをデジタル信
号に変換した後、所定演算処理して被測定物の表面粗さ
を測る。いわゆるデジタル型表面粗さ測定機が知られて
いる。

しかし、かかる１Ｍ１ｌｌ定機では、Ｊｌｌｌ定に際し
、その取扱に問題がある。即ち、測定機側と被測定物と
が前記基準線に対し相対的に傾斜している場合、或いは
被測定物のうねりが大きい場合、接触子の見掛は変位、
つまり測定アーム角度が過大となり、スケールアウトす
ることであった。

これを解消するには、両者の位置出しをやり直し、再度
測定すればよいが、表面粗さは＃Ｌｍの高低を検出する
ものであるから、その調整は至難であり、極めて長時間
を必要としていた。一方、電気回路のゲイン調整という
手もあるが、この場合には、再度のスケールアウトを警
戒して安全側に調整する結果、測定精度の低下を招くと
いう問題があり、その加減が非常に難しかった。

［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、両者の位置調整を行なうことなく
、再度両者を相対移動させれば、スケールアウトするこ
となく適正測定が行なえる表面粗さ測定機を提供するこ
とにある。

［発明の構成］そのため、本発明は、前回測定時の傾斜カーブを記憶し
ておき、再度測定したとき、前記傾斜カーブを打消すよ
うにしたものである。

具体的には、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、過大計測値を検出し
その旨警報する警報器と、前記変位検出器の出力信号か
ら被測定物と前記測定アームとの移動基準線に対する相
対傾斜角度をめる演算回路と、この演算回路によってめ
られた相対傾斜角度を記憶する記憶装置と、この記憶装
置に記憶された相対傾斜角度を指令値としてその相対傾
斜角度を打消す方向へ前記変位検出器の出力信号をコン
トロールする調整手段と、を備え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ｌ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１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ｌ、Ｘ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
へ等距離離れた位置にそれぞれ誘電体９　、１　’０を
備え、かつ板ｌｆねよりなる加圧用ばね１１により図中
時計方向へ回動伺勢されている。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、１０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１７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９．１０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１内に導入されて（＼る。また、前
記保持装置２５が前記測定機本体ｌ力）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、測定アーム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変位検出器と
してのブリッジ回路３２が構成されでいる。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３３＋〜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３４１〜３
４６をそれぞれ接続し、この各アナログスイッチ３４１
〜３４６を調整手段としての制御部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、前記両検出コイル２１．２２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、この設定状態か
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、つまり両検出コイル
２１．２２の接続点の出力信号Ｓ１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Ｓ＋と出力信号Ｓ２との位相が逆であ
れば、両信号３１．３２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からのクロッ
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し１〜Ｌ３に対応するカウント
数に達する毎に変換指令パルスを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規定のし＋　＝０．２
５ｍ＋ａ、Ｌ２　＝０．８ｍｍ、Ｌ３　＝２．５■）を
予め設定されたナンプリング数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、表面粗さが最大高さく１
’！ｗａｘ）方式の場合２′。

である１０２４に、表面粗さが中心線平均粗さくＲａ）
方式の場合２９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、前記Ａ／Ｄ変換器３９からのデジ
タル信号を順次プリンタ４５で記録させるとともに、そ
のデジタル信号を基に最小自乗法によって平均線をめ、
この平均線の傾きを記憶装置４４へ記憶させる。一方、
警報器４６は、前記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、例えばプリンタ４５がスケ
ールアウトする値を越えたときおよび前記記憶装置４４
に記憶された平均値の傾斜角度が所定の角度を越えたと
き、警報を発するようになっている。ちなみに、最小自
乗法による平均線を、ｙ　＝　Ａ　＋　Ｂ　ｘ　−−＝（１）であるから、前
記（３）式によって平均線の傾きをめることができる。

ただし、ｎは総サンプリング数、Ｘｉ、Ｙｉはｉ番目の
サンプリング時におけるＸ座標とＸ座標の値である。

一方、前記記憶装置４４に記憶された平均値の傾きは、
指令値として前記制御部３５へ与えられる。すると、制
御部３５ば、指令値として与えられる傾きが打消される
方向へ、アナログスイッチ３４１〜３４６を制御し、抵
抗３３１〜３３６の値を無段階的に調整する。これによ
り、測定値が自動的に補正される。例えば、測定値が第
４図のようにスケールアウトすると、次の測定作業では
第５図のように補正される。

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Ｌ＋＝０．２５１ｕ１１
．　Ｌ２　＝０　、８１１醜、Ｌ３＝２．５ｍｍのそれ
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
を真値とし、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
さの真値に対する誤差率は、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＝、１
６０００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＋＝０．２５ｍｍ＋、サンプリ
ング数Ｎ＝１０００でも、Ｌ＋＝０．２５＋ａ＋ａの場
合の真値が０．３８７１ｍであるから、誤差は０．３８
＃ＬｍＸ０．０５８＝０．０２２ｊＬｍ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Ｒｍａ
ｘ）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
。更に、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。

また、Ａ／Ｄ変換器３９からのデジタル信号を基に最小
自乗法によって平均線をめ、その平均線の傾き、つまり
被測定物と接触子１４との移動基準線に対する相対傾斜
角度を記憶し、その相対傾斜角度に基づきブリッジ回路
３２の抵抗値を調整し、前記平均線の傾きを打消すよう
にしたので１表面粗さの測定に当ってスケールアウトと
なったとき、両者の位置調整を行うことなく再度測定を
行なえば、スケールアウトすることなく適正測定を行え
る。例えば、接触子１４と被測定物１８との相対傾斜角
度によって測定°値が第４図のようにスケールアウトし
た際、再度測定すれば、第５図のように傾斜角度が打消
されるため、調整作業が不要である。しかも、この方法
は、測定系のゲインを調整するものでないから、測′定
精度を低下させることがない。

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　、８１１１
０．　Ｌ３　＝　２．５ｍｍに限られるもノテなく、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、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の回動変位を電気信号として検出できるものであ
ればいずれでもよい。

また、警報器としては、警報を発する以外に、例えばデ
ジタル表示器を用い、それにその旨を表示するようにし
てもよい、また、プリンタ４５に代って表示器でもよい
。

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を被測定物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においてエンコータからの出力を測定長に応じて
カウントし、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が変動することがない利点がある
。

［発明の効果］以上の通り５本発明によれば、表面粗さの測定に当って
スケールアウトした際、測定機側と被測定物との両者の
位置調整を行なうことなく、再度両者を相対移動させれ
ば、スケールアウトすることなく適正測定が行なえる表
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
測定機を示す断面図、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、第４図および第５図は表面粗さを示す図である。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、３５・・・調整手段と
しての制御部、４３・・・演算回路、４４・・・記憶装
置、４６・・・警報器。代理人　弁理士　木下　実正（ほか１名）第１図第２図第３図第４図第５図ＭＩＮ−□□

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一点が回動自在に支持されかつその回動支点から
所定距離酸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４１４定機において、過大計測値を検出しそ
の旨警報する警報器と、前記変位検出器の出力信号から
被測定物と前記測定アームとの移動基準線に対する相対
傾斜角度をめる演算回路と、この演算回路によってめら
れた相対傾斜角度を記憶する記憶装置と、この記憶装置
に記憶された相対傾斜角度を指令値としてその相対傾斜
角度を打消す方向へ前記変位検出器の出力信号をコント
ロールする調整手段とを備え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、前記変位検出器
は電磁誘導型ブリッジ回路とされ、前記調整手段は前記
ブリッジ回路の抵抗をコントロールするよう構成されて
いることを特徴とする表面粗さ測定機。