JPWO2007023605A1 - Surface roughness / contour shape measuring device - Google Patents

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Abstract

表面粗さ/輪郭形状測定装置(1)は、カンチレバー(7)の長手方向に直交する方向を回動軸としてカンチレバー(7)を回動可能に支持する回動支持部(62、64、71a、71b)をカンチレバー(7)の長手方向を回転軸として回転させてカンチレバー(7)の先端に設けられた触針(11)の方向を変更する触針方向変更部(9)と、回動支持部(62、64、71a、71b)の回転に伴って回転するカンチレバー(7)に作用する重力の影響を除去するために上記回動軸を支点とするカンチレバー(7)の重量バランスをとるバランス部材(63)と、を備える。The surface roughness / contour shape measuring device (1) includes a rotation support portion (62, 64, 71a) that rotatably supports the cantilever (7) with a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever (7) as a rotation axis. , 71b) with the longitudinal direction of the cantilever (7) as a rotation axis, and a stylus direction changing portion (9) for changing the direction of the stylus (11) provided at the tip of the cantilever (7), and rotating In order to remove the influence of gravity acting on the cantilever (7) rotating with the rotation of the support portion (62, 64, 71a, 71b), the weight balance of the cantilever (7) with the pivot shaft as a fulcrum is taken. A balance member (63).

Description

本発明は、表面粗さ/輪郭形状測定装置に関し、特に触針を被測定物(ワーク)の表面に沿って移動させ触針の変位量を検出することにより、被測定物表面の粗さ又は輪郭形状を測定する表面粗さ/輪郭形状測定装置に関する。   The present invention relates to a surface roughness / contour shape measuring device, and in particular, by detecting the amount of displacement of the stylus by moving the stylus along the surface of the object to be measured (work), The present invention relates to a surface roughness / contour shape measuring apparatus for measuring a contour shape.

表面粗さ/輪郭形状測定装置は、被測定物(ワーク)表面に沿って、触針を有するピックアップを移動させ、触針の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の計算機に読み取ることで、被測定物(ワーク)表面の粗さ又は輪郭形状を測定する。このような表面粗さ/輪郭形状測定装置は、例えば日本国公開特許公報特開平2002−107144号に開示される。図1に、従来の表面粗さ/輪郭形状測定装置の基本構成を示す。
表面粗さ/輪郭形状測定装置1には、ワークを載置するためのXY平面に沿ったテーブル2が設けられ、テーブル2にはコラム3が立設される。そしてコラム3には可動部4が取り付けられる。コラム3には図示しないモータが内蔵されており、このモータによって可動部4をコラム3に沿って(Z方向に沿って)上下に移動することが可能である。可動部4には、腕部10を介してピックアップ6を支持するホルダ5が設けられる。可動部4もまた図示しないモータを内蔵しており、ホルダ5をX方向に駆動することが可能である。
腕部10の先端には、テーブル2上に載置されたワークの表面粗さを測定するための測定子(ピックアップ)6が設けられ、このピックアップ6は、一端に触針11を有するカンチレバー7を備える。カンチレバー7は、その長手方向が可動部4の駆動方向であるX方向に沿うように方向付けられてピックアップ6に設けられており、ピックアップ6は、このカンチレバー7を、触針11が設けられる一端と反対側の他端において、カンチレバー7の長手方向と触針11の突出方向(Z方向)と直交する方向(Y方向)を回動軸として、回動可能に支える。
したがって、触針11を測定表面に接触させながら駆動部4によってX方向に移動させたとき、触針11は測定表面の凹凸量にしたがってZ方向に微動する。この変位量はカンチレバー7によって回転運動に変換されて、ピックアップ6に内蔵された差動インダクタンスや作動トランス(図示せず)に伝えられ、電気信号に変換される。そして、この電気信号をA/D変換器(図示せず)によってディジタル信号に変換する。
そして、測定表面の全域に亘って触針11を移動させて、そのときにA/D変換器から順次出力される信号を、コンピュータ等で構成されるデータ処理装置(図示せず)で収集することにより、ワークの表面粗さを示す測定データが取得される。
The surface roughness / contour shape measuring device moves a pickup having a stylus along the surface of the object to be measured (work), converts the displacement of the stylus into an electric signal, and reads it by a computer such as a computer. The roughness or contour shape of the surface of the workpiece (workpiece) is measured. Such a surface roughness / contour shape measuring apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-107144. FIG. 1 shows a basic configuration of a conventional surface roughness / contour shape measuring apparatus.
The surface roughness / contour shape measuring apparatus 1 is provided with a table 2 along the XY plane for placing a workpiece, and a column 3 is erected on the table 2. A movable portion 4 is attached to the column 3. The column 3 incorporates a motor (not shown), and the movable part 4 can be moved up and down along the column 3 (along the Z direction) by this motor. The movable part 4 is provided with a holder 5 that supports the pickup 6 via the arm part 10. The movable part 4 also incorporates a motor (not shown), and the holder 5 can be driven in the X direction.
At the tip of the arm portion 10, a measuring element (pickup) 6 for measuring the surface roughness of the workpiece placed on the table 2 is provided. The pickup 6 has a cantilever 7 having a stylus 11 at one end. Is provided. The cantilever 7 is provided in the pickup 6 so that its longitudinal direction is along the X direction that is the driving direction of the movable part 4. The pickup 6 is connected to the cantilever 7 at one end where the stylus 11 is provided. The other end of the cantilever 7 is rotatably supported with the longitudinal direction of the cantilever 7 and the direction (Y direction) perpendicular to the protruding direction (Z direction) of the stylus 11 as a rotation axis.
Therefore, when the stylus 11 is moved in the X direction by the drive unit 4 while being in contact with the measurement surface, the stylus 11 is finely moved in the Z direction according to the unevenness of the measurement surface. This amount of displacement is converted into a rotational motion by the cantilever 7, transmitted to a differential inductance or an operating transformer (not shown) built in the pickup 6, and converted into an electrical signal. The electrical signal is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown).
Then, the stylus 11 is moved over the entire measurement surface, and signals sequentially output from the A / D converter at that time are collected by a data processing device (not shown) constituted by a computer or the like. Thus, measurement data indicating the surface roughness of the workpiece is acquired.

従来の表面粗さ/輪郭形状測定装置1では、触針11の突出方向(もしくは、触針11の微動に伴うカンチレバー7の回転運動の回転軸方向)が特定の方向に固定されている(通常は、触針11の突出方向は鉛直下方(Z軸方向)に設定され、カンチレバー7の回転運動の回転軸はY軸方向に設定される)。
これは、表面粗さ/輪郭形状測定では、測定力(触針11を測定対象表面に押しつける力)が各規格(例えばJIS規格 B0651)によって定められており、重力に影響されずに測定力を一定に保つには、触針11の方向を固定した方が好適であるとの事情による。
しかしながら、触針11の方向が固定された従来の表面粗さ/輪郭形状測定装置1によってワークの様々な面の表面粗さ/輪郭形状を測定するには、各測定面に触針11を接触させるために、ワークをテーブル2に載置する向きを変えて対応しなければならない。この作業はワークが重量物である場合に多大な労力を要するものとなる。
さらに、例えば図2Aに示すエンジンのシリンダーブロック100のシリンダー101の内面の表面形状を測定する場合に以下の問題が生じる。
図2Bは、図2Aに示すシリンダー101の開口部の拡大断面図である。図2Bに示す例では、シリンダー101の開口部にテーパー部分(102、103)が形成されている。
このテーパー部分のうち、表面が上方を向いている102部分の表面粗さ/輪郭形状を計測するためには、例えば図3に示すように、図のY軸を回転軸としてテーパー角θ分だけワーク100全体を傾けてテーパー部分102を水平にして、触針11を表面に沿わせればよい。
一方で、表面が下方を向いているテーパー部分103部分の表面粗さ/輪郭形状を計測するためには、まずワーク100全体を図のX軸を回転軸として180度回転させて、テーパー部分103部分の表面を上方に向ける必要がある。
ところで、表面粗さ/輪郭形状を測定する場合には、テーブル2上に載置されたワーク100の位置が既知である必要がある。特に上述のように測定に際してワーク100を回転させる必要がある場合には、ワーク100を回転させる回転軸の位置及び方向が既知である必要がある。実際の回転軸が想定された回転軸から狂っていると、測定面の位置及び方向にズレが生じて誤差原因となるからである。
しかしながら、例えば図2Aに示すシリンダーブロック100のようないわゆる角物ワークの場合には、柱状ワークなどの場合と異なり回転軸を定めるための目標がなく、ワーク100を回転させるための回転治具の回転軸を、想定した回転軸通りに定める作業が困難になる。したがって、従来のような触針11の方向が固定された表面粗さ/輪郭形状測定装置1によっては、図2Aに示すような角物ワーク各部の表面粗さ/輪郭形状を測定する作業が非常に煩雑なものとなる。
上記問題点を鑑みて、本発明は、測定面の方向に合わせて触針の方向を変えることにより、ワークの載置方向を変えることなく様々な方向の測定面を測定可能な表面粗さ/輪郭形状測定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による表面粗さ/輪郭形状測定装置は、カンチレバーの長手方向に直交する方向を回動軸としてカンチレバーを回動可能に支持する回動支持軸部材を、カンチレバーの長手方向を回転軸として回転させて、カンチレバーの先端に設けられた触針の方向を変更する。
さらに、回動支持部の回転に伴って回転するカンチレバーに作用する重力の影響を除去するために、カンチレバーの回動軸を支点とするカンチレバーの重量バランスをとるバランス部材を設ける。
そして、回動支持部を回転させて触針の先端が測定面に接触する方向に触針を方向づけ、その状態で測定面に触針を沿わせて表面形状を測定する。
本発明の上述した及び他の目的及び特徴は、添付図面を参照しながら以下に示される好適実施例についての説明を読むことによって、より明らかになるであろう。
In the conventional surface roughness / contour shape measuring apparatus 1, the protruding direction of the stylus 11 (or the rotational axis direction of the rotational movement of the cantilever 7 accompanying fine movement of the stylus 11) is fixed in a specific direction (usually The protrusion direction of the stylus 11 is set vertically downward (Z-axis direction), and the rotation axis of the rotational movement of the cantilever 7 is set in the Y-axis direction).
In surface roughness / contour shape measurement, the measurement force (force to press the stylus 11 against the surface to be measured) is determined by each standard (for example, JIS standard B0651), and the measurement force is not affected by gravity. In order to keep it constant, the direction of the stylus 11 is preferably fixed.
However, in order to measure the surface roughness / contour shape of various surfaces of the workpiece by the conventional surface roughness / contour shape measuring device 1 in which the direction of the stylus 11 is fixed, the stylus 11 is brought into contact with each measurement surface. In order to achieve this, it is necessary to change the direction in which the work is placed on the table 2. This work requires a lot of labor when the work is heavy.
Furthermore, for example, the following problem occurs when measuring the surface shape of the inner surface of the cylinder 101 of the cylinder block 100 of the engine shown in FIG. 2A.
2B is an enlarged cross-sectional view of the opening of the cylinder 101 shown in FIG. 2A. In the example shown in FIG. 2B, tapered portions (102, 103) are formed in the opening of the cylinder 101.
In order to measure the surface roughness / contour shape of the 102 portion of the taper portion whose surface is facing upward, as shown in FIG. 3, for example, as shown in FIG. It is only necessary to incline the entire workpiece 100 so that the tapered portion 102 is horizontal and the stylus 11 is along the surface.
On the other hand, in order to measure the surface roughness / contour shape of the taper portion 103 whose surface is directed downward, first, the entire workpiece 100 is rotated 180 degrees about the X axis of the drawing as the rotation axis, and the taper portion 103. The surface of the part needs to face upward.
Incidentally, when measuring the surface roughness / contour shape, the position of the workpiece 100 placed on the table 2 needs to be known. In particular, when it is necessary to rotate the workpiece 100 during measurement as described above, the position and direction of the rotation axis that rotates the workpiece 100 needs to be known. This is because if the actual rotation axis is deviated from the assumed rotation axis, a deviation occurs in the position and direction of the measurement surface, causing an error.
However, in the case of a so-called square workpiece such as the cylinder block 100 shown in FIG. 2A, for example, unlike a columnar workpiece, there is no target for determining the rotation axis, and a rotating jig for rotating the workpiece 100 is not provided. It becomes difficult to determine the rotation axis according to the assumed rotation axis. Therefore, depending on the conventional surface roughness / contour shape measuring apparatus 1 in which the direction of the stylus 11 is fixed, the work of measuring the surface roughness / contour shape of each part of the square workpiece as shown in FIG. It becomes complicated.
In view of the above-described problems, the present invention changes the direction of the stylus in accordance with the direction of the measurement surface, so that the surface roughness / measurement surface in various directions can be measured without changing the mounting direction of the workpiece. An object is to provide a contour shape measuring apparatus.
In order to achieve the above object, a surface roughness / contour shape measuring apparatus according to the present invention includes a rotating support shaft member that rotatably supports a cantilever with a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever as a rotating shaft. The direction of the stylus provided at the tip of the cantilever is changed by rotating about the longitudinal direction of the cantilever.
Further, in order to remove the influence of gravity acting on the cantilever rotating with the rotation of the rotation support portion, a balance member for balancing the weight of the cantilever with the rotation axis of the cantilever as a fulcrum is provided.
Then, the rotation support part is rotated to direct the stylus in a direction in which the tip of the stylus contacts the measurement surface, and in this state, the surface shape is measured along the measurement surface.
The above and other objects and features of the present invention will become more apparent by reading the description of the preferred embodiment shown below with reference to the accompanying drawings.

図1は、従来の表面粗さ/輪郭形状測定装置の基本構成図である。
図2Aは、表面粗さ/輪郭形状測定装置のワークの例示となるシリンダーブロックを示す図である。
図2Bは、図2Aに示すシリンダー101の開口部の拡大断面図である。
図3は、従来の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法の説明図である。
図4は、本発明の実施例による表面粗さ/輪郭形状測定装置の基本構成図である。
図5Aは、図4に示すピックアップのXZ断面図である。
図5Bは、図5AのA−A’断面図である。
図5Cは、図5Aに示す固定部の斜視図である。
図6Aは、図4に示すピックアップ回転部の斜視図である。
図6Bは、図6Aに示すピックアップ回転部のXZ断面図である。
図7Aは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法により測定面110を測定する状態を示す図である。
図7Bは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法により測定面111を測定する状態を示す図である。
図7Cは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法により測定面112を測定する状態を示す図である。
図7Dは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法により測定面113を測定する状態を示す図である。
図8Aは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法によりテーパー部分102を測定する状態を示す図である。
図8Bは、図4の表面粗さ/輪郭形状測定装置による測定方法によりテーパー部分103を測定する状態を示す図である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a conventional surface roughness / contour shape measuring apparatus.
FIG. 2A is a diagram illustrating a cylinder block as an example of a workpiece of the surface roughness / contour shape measuring apparatus.
2B is an enlarged cross-sectional view of the opening of the cylinder 101 shown in FIG. 2A.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a measurement method using a conventional surface roughness / contour shape measuring apparatus.
FIG. 4 is a basic configuration diagram of a surface roughness / contour shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5A is an XZ sectional view of the pickup shown in FIG.
FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5A.
FIG. 5C is a perspective view of the fixing portion shown in FIG. 5A.
6A is a perspective view of the pickup rotating unit shown in FIG.
6B is an XZ sectional view of the pickup rotating unit shown in FIG. 6A.
FIG. 7A is a diagram illustrating a state in which the measurement surface 110 is measured by the measurement method using the surface roughness / contour shape measurement apparatus of FIG.
FIG. 7B is a diagram illustrating a state in which the measurement surface 111 is measured by the measurement method using the surface roughness / contour shape measurement apparatus of FIG.
FIG. 7C is a diagram illustrating a state in which the measurement surface 112 is measured by the measurement method using the surface roughness / contour shape measurement apparatus in FIG. 4.
FIG. 7D is a diagram illustrating a state in which the measurement surface 113 is measured by the measurement method using the surface roughness / contour shape measurement apparatus of FIG.
FIG. 8A is a diagram showing a state in which the tapered portion 102 is measured by the measuring method using the surface roughness / contour shape measuring apparatus of FIG.
FIG. 8B is a diagram showing a state in which the tapered portion 103 is measured by the measuring method using the surface roughness / contour shape measuring apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…表面粗さ/輪郭形状測定装置
2…テーブル
3…コラム
4…第1可動部
6…ピックアップ
7…カンチレバー
8…第2可動部
9…ピックアップ回転部
10…腕部
11…触針
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface roughness / contour shape measuring apparatus 2 ... Table 3 ... Column 4 ... 1st movable part 6 ... Pickup 7 ... Cantilever 8 ... 2nd movable part 9 ... Pickup rotation part 10 ... Arm part 11 ... Stylus

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図4は、本発明の実施例に係る表面粗さ/輪郭形状測定装置の基本構成図である。
図示するように、表面粗さ/輪郭形状測定装置1には、ワークを載置するためのXY平面に沿ったテーブル2が設けられ、テーブル2にはコラム3が立設される。そしてコラム3には第1可動部4が取り付けられる。コラム3には図示しないモータが内蔵されており、このモータによって第1可動部4をコラム3に沿って(Z方向に沿って)上下に移動することが可能である。
第1可動部4には第2可動部8が設けられる。第1可動部4も図示しないモータを内蔵しており、第2可動部8をX方向に駆動することが可能である。さらに第2可動部8には、腕部10を介してピックアップ6を支持するピックアップ回転部9が設けられる。第2可動部8も図示しないモータを内蔵しており、ピックアップ回転部9をY方向に駆動することが可能である。
腕部10の先端には測定子(ピックアップ)6が設けられ、このピックアップ6は、一端に触針11を有するカンチレバー7を備える。カンチレバー7は、その長手方向が可動部4の駆動方向であるX方向に沿うように方向付けられてピックアップ6に設けられる。カンチレバー7の一端には、カンチレバーの長手方向と略直交する方向に突出する触針11が設けられる。
ピックアップ6は、このカンチレバー7を、触針11が設けられる一端と反対側の他端において、カンチレバー7の長手方向と触針11の突出方向と直交する方向を回動軸として回動可能に支える。
図5Aは、図4に示すピックアップ6のXZ平面側断面図であり、図5Bは図5AのA−A’断面図である。ピックアップ6はそのケース61の内部に、ケース61に固定される固定部62と、Y方向に沿うピボット軸64を回転軸として固定部62に回動可能に支持されるバランス可動部63と、を備える。図5Cは、図5Aに示す固定部62の形状を説明する斜視図である。
図5Cに示すとおり、固定部62には、バランス可動部63のピボット軸64を両端から挟持するための腕部分72a及び72bが形成され、この腕部分72a及び72bのそれぞれに、ピボット軸64を支持する軸受け71a、71bが取り付けられる。
また、バランス可動部63には、カンチレバー7をバランス可動部63に固定するためのカンチレバー取り付けピン70が設けられる。バランス可動部63に固定されたカンチレバー取り付けピン70が、カンチレバー7の取り付け端に設けられた取り付け孔に挿入されることによりカンチレバー7がバランス可動部63に固定される。
さらに、バランス可動部63には、カンチレバー7の取り付け端と反対側の端に設けられた触針11がワークの表面に追従しながら接触するように、カンチレバー7が固定されたバランス可動部63を、その回動方向に付勢するためのバネ等の付勢手段65が設けられている。図5Aの例では、付勢手段65は、固定部62のバネ受け凹部66に取り付けられた圧縮ばね65であり、この圧縮ばね65によってバランス可動部63及びこれに取り付けられたカンチレバー7は、触針11の向き(突出方向)に回動させる方向に付勢される。
したがって、ピックアップ6が第1可動部4及び第2可動部8によって移動されたとき、その触針11は、ワークの表面の凹凸に追従するようにワークの表面上で摺動することができる。そして、ワークの表面の凹凸により生じる触針11の変位が、カンチレバー7を介してバランス可動部63に伝わると、バランス可動部63はピボット軸64を回転軸として回動する。
また、ワークの表面上を摺動する触針11が、ワーク表面の凹凸によって変位すると、その変位量はピックアップ6に設けられた差動インダクタンスセンサによって、電気信号に変換される。この差動インダクタンスセンサは、バランス可動部63に設けられた磁性体コア67と、バランス可動部63が固定部62に支持されたとき、磁性体コア67を挿入するように固定部62に設けられたコア挿入口68と、このコア挿入口68の周囲に、磁性体コア67を囲うように設けられた2つのコイル69から構成される。この差動インダクタンスセンサは、バランス可動部63の回動に伴う磁性体コア67の動きを、2つのコイル69のインダクタンスの差の変化として検出して、バランス可動部63の変位量を電気的信号に変換する。
そして、測定表面の全域に亘って触針11を移動させて、そのときにコイル69から順次出力される信号をA/D変換器(図示せず)にてディジタル信号に変換し、コンピュータ等で構成されるデータ処理装置(図示せず)で収集することにより、ワークの表面粗さを示す測定データが取得される。
ここで、後述するピックアップ回転部9がピックアップ6をカンチレバー7の長手方向を回転軸として回転し、ピボット軸64の方向(すなわちカンチレバー7及びバランス可動部63の回動軸の方向)と鉛直方向とがなす角が変化しても、付勢手段65によって触針11を測定対象表面に押しつける力(すなわち測定力)が変動しないように、前記バランス可動部63は、ピボット軸64を支点とする、カンチレバー7、バランス可動部63及び磁性体コア67の組立体の重量バランスを取るように、その形状とピボット軸64の位置を定めて構成される。
具体的には、バランス可動部63に設けられるピボット軸64の貫通口は、ピボット軸64に直交する平面において、カンチレバー7、バランス可動部63及び磁性体コア67の組立体の重心に設けられる。
このようにピボット軸64の位置を決定することにより、ピックアップ6の回転によってピボット軸64の方向と鉛直方向とがなす角が変化して、カンチレバー7、バランス可動部63及び磁性体コア67の組立体の姿勢が変化しても、組立体には重力によるモーメントが発生しないため、付勢手段65による測定力を一定に維持することが可能となる。
なお、ピックアップ6が第2可動部8によりY方向に移動され、それに伴って移動する触針11とワークの表面との間で生じるY方向の摩擦力によって、カンチレバー7にヨーイングさせる力が働いても、バランス可動部63がスムーズに回動するように、ピボット軸64の先端は略円錐形に形成され、また軸受け71a、71bは、ピボット軸64の略円錐形の先端を球面によって支持するように構成されることとしてよい。
図6Aはピックアップ回転部9の斜視図であり、図6Bはピックアップ回転部6のXZ断面図である。ピックアップ回転部9は、第2可動部8によってY方向に駆動可能に支持されるケース部91と、先端にピックアップ6が取り付けられた腕部10を固定する回転アタッチメント部92と、回転アタッチメント部92を腕部10の長手方向(すなわちカンチレバー7の長手方向)を回転軸として回転させるための駆動力を供給するモータ93と、回転アタッチメント部92を腕部10の長手方向を回転軸として回転可能にケース部91に固定するベアリング94と、モータ93の回転シャフト96の回転運動を回転アタッチメント部92に伝達するギア95及び97と、を備える。
モータ93が回転するとその回転シャフト96に生じた回転力がギア95及び97を伝わって回転アタッチメント部92を回転させる。この回転アタッチメント部92は腕部10を介してピックアップ6に連結されているため、回転アタッチメント部92が回転することによって、ピックアップ6はカンチレバー7の長手方向を回転軸として回転する。
すると、ピックアップ6の固定部62に回動可能に支持されたバランス可動部63と、このバランス可動部63に取り付けられたカンチレバー7もまた、カンチレバー7の長手方向を回転軸として回転し、その結果として図7A〜図7Dに示すように、触針の向き(突出方向)が変わる。
例えば、図7Aに示すように、XY平面に平行でありかつZ軸の正方向に向く測定面110の測定を行う場合には、従来の測定方法と同様に触針11の向きをZ軸の負方向に向けた状態にしておく。
次に、ZX平面に平行でありかつY軸の負方向に向く測定面111の測定を行う場合には、図7Bに示すように、ピックアップ6をカンチレバー7の長手方向(X方向)を回転軸として図の矢印の方向に90度回転させることによって、触針11の向きをY軸の正方向に向けて、先端を測定面111に接触できるようにし、この状態で触針11を測定面111上で沿わせてその表面粗さ/表面輪郭形状を測定する。
さらに、XY平面に平行でありかつZ軸の負方向に向く測定面112の測定を行う場合には、図7Cに示すように、ピックアップ6を図の矢印の方向にさらに90度回転させて触針11の向きをZ軸の正方向に向けて、先端を測定面112に接触できるようにし、この状態で触針11を測定面112上で沿わせてその表面粗さ/表面輪郭形状を測定する。
また、XZ平面に平行でありかつY軸の正方向に向く測定面113の測定を行う場合には、図7Dに示すように、ピックアップ6を図の矢印の方向にさらに90度回転させて触針11の向きをY軸の負方向に向けて、先端を測定面113に接触できるようにし、この状態で触針11を測定面113上で沿わせてその表面粗さ/表面輪郭形状を測定する。
このように、測定面の方向に応じてピックアップ6を回転させ、触針11の方向を変えることにより、従来の測定装置ではワークの向きを変えなければ測定することが不可能であった測定面を、ワークの向きを変えることなく測定することを可能とする。
また、図2及び図3を参照して上記説明した、シリンダーブロック100のような角物ワークを測定する場合にも、測定に際してワーク100を回転させる必要のある回転方向の数を減らし、ワーク100を回転させるための回転治具の、回転軸の設定作業を省力化する。
例えば図2Bに示すシリンダー101の開口部のテーパー部分(102、103)の表面粗さ/輪郭形状を計測する場合を、図8A及び図8Bを参照して説明する。
テーパー部分(102、103)のうち、表面が上方(Z軸正方向)を向いている102部分の表面粗さ/輪郭形状を計測するためには、例えば従来の図3Aと同様に、図のY軸を回転軸としてテーパー角θ分だけワーク100全体を傾けてテーパー部分102を水平にして、触針11を表面に接触させる(図8A)。
一方で、表面が下方(Z軸負方向)を向いているテーパー部分103部分の表面粗さ/輪郭形状を計測するためには、図8Bに示すように、図のY軸を回転軸としてテーパー角(−θ)分だけワーク100全体を傾けてテーパー部分103を水平にするとともに、カンチレバー7を180度回転させて触針11の向きをZ軸正方向に向けることによって、触針先端がテーパー部分103に接触することを可能とする。
このように、従来複数方向を回転軸としてワーク100を回転させつつ測定を行う必要があったワーク100の表面粗さ/輪郭形状において、触針11側の向きを変えることにより(回転させることにより)、ワーク100の回転軸の方向を1次元減らすことが可能となる。
このように本発明によれば、カンチレバーの重量バランスをとるバランス部材を設けることにより、カンチレバーを回転させて触針の方向を変えてもカンチレバーに作用する重力の影響を除去することが可能となる。これにより触針の方向を様々な測定面の方向に合わせて変えることが可能となり、ワークの載置方向を変えることなく様々な方向の測定面を測定することが可能となる。
本発明は、表面粗さ/輪郭形状測定装置に利用可能であり、特に触針を被測定物(ワーク)の表面に沿って移動させ触針の変位量を検出することにより、被測定物表面の粗さ又は輪郭形状を測定する表面粗さ/輪郭形状測定装置に利用可能である。
以上、本発明の好適な実施態様について詳述したが、当業者が種々の修正及び変更をなし得ること、並びに、特許請求の範囲は本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての修正及び変更を包含することは、本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるべきものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 4 is a basic configuration diagram of a surface roughness / contour shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in the drawing, the surface roughness / contour shape measuring apparatus 1 is provided with a table 2 along the XY plane for placing a workpiece, and a column 3 is erected on the table 2. A first movable part 4 is attached to the column 3. The column 3 incorporates a motor (not shown), and the first movable part 4 can be moved up and down along the column 3 (along the Z direction) by this motor.
The first movable part 4 is provided with a second movable part 8. The first movable part 4 also includes a motor (not shown), and the second movable part 8 can be driven in the X direction. Further, the second movable portion 8 is provided with a pickup rotating portion 9 that supports the pickup 6 via the arm portion 10. The second movable unit 8 also includes a motor (not shown), and the pickup rotating unit 9 can be driven in the Y direction.
A measuring element (pickup) 6 is provided at the tip of the arm 10, and the pickup 6 includes a cantilever 7 having a stylus 11 at one end. The cantilever 7 is provided in the pickup 6 so that its longitudinal direction is along the X direction which is the driving direction of the movable part 4. One end of the cantilever 7 is provided with a stylus 11 that protrudes in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever.
The pick-up 6 supports the cantilever 7 so that the cantilever 7 can rotate about the direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever 7 and the protruding direction of the stylus 11 as a rotation axis at the other end opposite to one end where the stylus 11 is provided. .
5A is an XZ plane side sectional view of the pickup 6 shown in FIG. 4, and FIG. 5B is an AA ′ sectional view of FIG. 5A. Inside the case 61, the pickup 6 has a fixed portion 62 fixed to the case 61, and a balance movable portion 63 supported rotatably on the fixed portion 62 with a pivot shaft 64 along the Y direction as a rotation axis. Prepare. FIG. 5C is a perspective view for explaining the shape of the fixing portion 62 shown in FIG. 5A.
As shown in FIG. 5C, the fixed portion 62 is formed with arm portions 72a and 72b for sandwiching the pivot shaft 64 of the balance movable portion 63 from both ends, and the pivot shaft 64 is attached to each of the arm portions 72a and 72b. Bearings 71a and 71b to be supported are attached.
Further, the balance movable part 63 is provided with a cantilever mounting pin 70 for fixing the cantilever 7 to the balance movable part 63. The cantilever mounting pin 70 fixed to the balance movable portion 63 is inserted into a mounting hole provided at the mounting end of the cantilever 7, whereby the cantilever 7 is fixed to the balance movable portion 63.
Furthermore, the balance movable part 63 is provided with a balance movable part 63 to which the cantilever 7 is fixed so that the stylus 11 provided at the end opposite to the attachment end of the cantilever 7 contacts the surface of the workpiece. An urging means 65 such as a spring for urging in the rotating direction is provided. In the example of FIG. 5A, the urging means 65 is a compression spring 65 attached to the spring receiving recess 66 of the fixed portion 62, and the balance movable portion 63 and the cantilever 7 attached thereto are touched by the compression spring 65. The needle 11 is biased in the direction of turning in the direction (protruding direction).
Therefore, when the pickup 6 is moved by the first movable part 4 and the second movable part 8, the stylus 11 can slide on the surface of the workpiece so as to follow the unevenness of the surface of the workpiece. When the displacement of the stylus 11 caused by the unevenness of the surface of the workpiece is transmitted to the balance movable portion 63 via the cantilever 7, the balance movable portion 63 rotates about the pivot shaft 64 as a rotation axis.
Further, when the stylus 11 sliding on the surface of the workpiece is displaced by the irregularities on the surface of the workpiece, the amount of displacement is converted into an electric signal by a differential inductance sensor provided in the pickup 6. The differential inductance sensor is provided in the fixed portion 62 so that the magnetic core 67 provided in the balance movable portion 63 and the magnetic core 67 are inserted when the balance movable portion 63 is supported by the fixed portion 62. The core insertion port 68 and two coils 69 provided around the core insertion port 68 so as to surround the magnetic core 67. This differential inductance sensor detects the movement of the magnetic core 67 accompanying the rotation of the balance movable part 63 as a change in the difference between the inductances of the two coils 69, and the displacement amount of the balance movable part 63 is an electrical signal. Convert to
Then, the stylus 11 is moved over the entire surface of the measurement surface, and the signals sequentially output from the coil 69 at that time are converted into digital signals by an A / D converter (not shown), and are converted by a computer or the like. By collecting with a data processing device (not shown) configured, measurement data indicating the surface roughness of the workpiece is obtained.
Here, a pickup rotating unit 9 described later rotates the pickup 6 with the longitudinal direction of the cantilever 7 as the rotation axis, and the direction of the pivot shaft 64 (that is, the direction of the rotation axis of the cantilever 7 and the balance movable unit 63) and the vertical direction. The balance movable unit 63 uses the pivot shaft 64 as a fulcrum so that the force (that is, the measurement force) that presses the stylus 11 against the surface of the measurement object by the urging means 65 does not vary even if the angle formed by The shape and the position of the pivot shaft 64 are determined so as to balance the weight of the assembly of the cantilever 7, the balance movable part 63, and the magnetic core 67.
Specifically, the through hole of the pivot shaft 64 provided in the balance movable portion 63 is provided at the center of gravity of the assembly of the cantilever 7, the balance movable portion 63 and the magnetic core 67 on a plane orthogonal to the pivot shaft 64.
By determining the position of the pivot shaft 64 in this way, the angle formed by the direction of the pivot shaft 64 and the vertical direction is changed by the rotation of the pickup 6, and the cantilever 7, the balance movable portion 63, and the magnetic core 67 are assembled. Even if the posture of the solid body changes, no moment due to gravity is generated in the assembly, so that the measuring force by the biasing means 65 can be kept constant.
The pickup 6 is moved in the Y direction by the second movable portion 8, and the yawing force acting on the cantilever 7 is caused by the frictional force in the Y direction generated between the stylus 11 moving with the second movable portion 8 and the surface of the workpiece. In addition, the tip of the pivot shaft 64 is formed in a substantially conical shape so that the balance movable portion 63 rotates smoothly, and the bearings 71a and 71b support the substantially conical tip of the pivot shaft 64 with a spherical surface. It may be configured as follows.
FIG. 6A is a perspective view of the pickup rotating unit 9, and FIG. 6B is an XZ sectional view of the pickup rotating unit 6. The pickup rotating unit 9 includes a case unit 91 that is supported by the second movable unit 8 so as to be drivable in the Y direction, a rotating attachment unit 92 that fixes the arm unit 10 to which the pickup 6 is attached at the tip, and a rotating attachment unit 92. The motor 93 supplies a driving force for rotating the arm 10 with the longitudinal direction of the arm 10 (that is, the longitudinal direction of the cantilever 7) as a rotation axis, and the rotation attachment 92 can be rotated with the longitudinal direction of the arm 10 as the rotation axis. The bearing 94 fixed to the case part 91 and the gears 95 and 97 which transmit the rotational motion of the rotating shaft 96 of the motor 93 to the rotation attachment part 92 are provided.
When the motor 93 rotates, the rotational force generated on the rotary shaft 96 is transmitted through the gears 95 and 97 to rotate the rotary attachment unit 92. Since the rotation attachment portion 92 is connected to the pickup 6 via the arm portion 10, the pickup 6 rotates about the longitudinal direction of the cantilever 7 as the rotation axis when the rotation attachment portion 92 rotates.
Then, the balance movable part 63 rotatably supported by the fixed part 62 of the pickup 6 and the cantilever 7 attached to the balance movable part 63 also rotate about the longitudinal direction of the cantilever 7 as a rotation axis. As shown in FIGS. 7A to 7D, the direction (protruding direction) of the stylus changes.
For example, as shown in FIG. 7A, when measuring the measurement surface 110 parallel to the XY plane and facing the positive direction of the Z axis, the orientation of the stylus 11 is set to the Z axis as in the conventional measurement method. Keep it in the negative direction.
Next, when measuring the measurement surface 111 parallel to the ZX plane and facing the negative direction of the Y-axis, the pickup 6 is rotated in the longitudinal direction (X-direction) of the cantilever 7 as shown in FIG. 7B. As shown, the tip of the stylus 11 is directed in the positive direction of the Y-axis so that the tip can be brought into contact with the measurement surface 111. In this state, the stylus 11 is moved to the measurement surface 111. Measure the surface roughness / surface profile along the top.
Furthermore, when measuring the measurement surface 112 parallel to the XY plane and facing the negative direction of the Z axis, as shown in FIG. 7C, the pickup 6 is further rotated by 90 degrees in the direction of the arrow in the drawing. The tip of the needle 11 is directed in the positive direction of the Z axis so that the tip can be brought into contact with the measurement surface 112. In this state, the stylus 11 is placed on the measurement surface 112 and the surface roughness / surface contour shape is measured. To do.
When measuring the measurement surface 113 parallel to the XZ plane and facing the positive direction of the Y axis, as shown in FIG. 7D, the pickup 6 is further rotated by 90 degrees in the direction of the arrow in the drawing. The tip of the needle 11 is directed in the negative direction of the Y axis so that the tip can come into contact with the measurement surface 113. In this state, the stylus 11 is placed on the measurement surface 113 and the surface roughness / surface contour shape is measured. To do.
In this way, by rotating the pickup 6 in accordance with the direction of the measurement surface and changing the direction of the stylus 11, the measurement surface cannot be measured without changing the direction of the workpiece with the conventional measurement device. Can be measured without changing the orientation of the workpiece.
Also, when measuring a square workpiece such as the cylinder block 100 described above with reference to FIGS. 2 and 3, the number of rotational directions in which the workpiece 100 needs to be rotated during measurement is reduced. The work of setting the rotation axis of the rotating jig for rotating the tool is saved.
For example, the case of measuring the surface roughness / contour shape of the tapered portion (102, 103) of the opening of the cylinder 101 shown in FIG. 2B will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.
In order to measure the surface roughness / contour shape of the 102 portion of the taper portion (102, 103) whose surface faces upward (Z-axis positive direction), for example, as in FIG. With the Y axis as the rotation axis, the entire workpiece 100 is tilted by the taper angle θ, the taper portion 102 is leveled, and the stylus 11 is brought into contact with the surface (FIG. 8A).
On the other hand, in order to measure the surface roughness / contour shape of the tapered portion 103 whose surface is directed downward (Z-axis negative direction), as shown in FIG. The entire workpiece 100 is inclined by an angle (−θ) to level the tapered portion 103, and the cantilever 7 is rotated 180 degrees so that the direction of the stylus 11 is directed in the positive direction of the Z axis, thereby tapering the tip of the stylus. It is possible to contact the portion 103.
As described above, by changing the direction of the stylus 11 side in the surface roughness / contour shape of the workpiece 100 that has been conventionally required to perform the measurement while rotating the workpiece 100 about a plurality of directions as rotation axes (by rotating the workpiece 100). ), The direction of the rotation axis of the workpiece 100 can be reduced by one dimension.
Thus, according to the present invention, by providing the balance member that balances the weight of the cantilever, it is possible to remove the influence of gravity acting on the cantilever even if the direction of the stylus is changed by rotating the cantilever. . Accordingly, the direction of the stylus can be changed in accordance with the direction of various measurement surfaces, and measurement surfaces in various directions can be measured without changing the placement direction of the workpiece.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a surface roughness / contour shape measuring apparatus, and in particular, by measuring the displacement of the stylus by moving the stylus along the surface of the object to be measured (workpiece), The present invention can be used for a surface roughness / contour shape measuring apparatus for measuring the roughness or contour shape.
Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, various modifications and changes can be made by those skilled in the art, and the scope of the claims falls within the true spirit and scope of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that all such modifications and changes are included in the scope of the present invention.

Claims (2)

カンチレバーと、該カンチレバーの一端に設けられる触針と、該カンチレバーの長手方向に直交する方向を回動軸として該カンチレバーを回動可能に支持する回動支持部と、該カンチレバーを前記触針の向きに回動させる方向に付勢する付勢部材と、前記触針をワークの測定面に接触させたまま移動させたときに前記カンチレバーに生じる回転変位を検出する検出器と、を備える表面粗さ/輪郭形状測定装置であって、
前記カンチレバーの長手方向を回転軸として前記回動支持部を回転させることにより、前記触針の方向を変更する触針方向変更部と、
前記回動軸を支点とする前記カンチレバーの重量バランスをとるバランス部材と、
を備えることを特徴とする表面粗さ/輪郭形状測定装置。
A cantilever, a stylus provided at one end of the cantilever, a rotation support portion that rotatably supports the cantilever with a direction orthogonal to the longitudinal direction of the cantilever as a rotation axis, and the cantilever mounted on the stylus. A surface roughness provided with a biasing member that biases in a direction to rotate in a direction and a detector that detects a rotational displacement generated in the cantilever when the stylus is moved while being in contact with a measurement surface of a workpiece. A contour shape measuring device,
A stylus direction changing portion that changes the direction of the stylus by rotating the rotation support portion with the longitudinal direction of the cantilever as a rotation axis;
A balance member that balances the weight of the cantilever with the pivot shaft as a fulcrum;
A surface roughness / contour shape measuring apparatus.
前記触針方向変更部によって前記触針の先端が測定面に接触する方向に該触針を方向づけて、該測定面の表面形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の表面粗さ/輪郭形状測定装置。 2. The surface roughness according to claim 1, wherein the stylus direction changing unit directs the stylus in a direction in which the tip of the stylus contacts the measurement surface, and measures the surface shape of the measurement surface. / Contour shape measuring device.
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