JP2000310527A - 表面性状測定機 - Google Patents

表面性状測定機

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JP2000310527A
JP2000310527A JP11120748A JP12074899A JP2000310527A JP 2000310527 A JP2000310527 A JP 2000310527A JP 11120748 A JP11120748 A JP 11120748A JP 12074899 A JP12074899 A JP 12074899A JP 2000310527 A JP2000310527 A JP 2000310527A
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measuring device
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surface texture
detecting
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Hiroyuki Hidaka
宏幸 日高
Toshihiro Kanematsu
敏裕 金松
Hiroomi Honda
博臣 本田
Hideki Mishima
英樹 三嶋
Takao Ishidoya
孝雄 石戸谷
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/30—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面性状測定において、振動外乱の影響を除
去する。 【解決手段】 表面性状測定機に、さらに小型の表面性
状測定機２６を設ける。小型の表面性状測定機２６は、
検出装置をワーク１４に沿って移動させずにワーク１４
表面に接触させたままにし、ワーク１４の振動量を検出
する。本体の表面性状測定機は、ワーク１４の表面凹凸
検出値と小型の表面性状測定機２６で検出した振動量に
基づいて高精度の測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は表面性状測定機、特
に測定時の振動対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、被測定物（ワーク）表面をス
タイラスを有する検出器で走査し、表面の凹凸（あるい
は粗さ）を測定する表面性状測定機が周知である。
【０００３】表面性状測定機においては、スタイラスを
一定方向（Ｘ軸方向）に移動させ、ワークの凹凸により
生じたスタイラスの上下方向の変位（Ｚ軸方向）を電気
信号に変換し、Ｘ軸方向のスケール信号あるいは定時間
信号によりサンプリングして移動距離（Ｘ軸方向）の関
数として凹凸を解析し（粗さやうねり、形状など）、表
示装置に表示し、あるいは印刷装置に印刷する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、ワークの表
面性状測定では数μｍ以下の凹凸を検出するので、極め
て微小な振動であっても外乱として測定データに悪影響
を与える。
【０００５】このような振動を防止するために、防震台
の上にワークを設置することが考えられるが、微小凹凸
の測定では必ずしも十分な効果を期待できず、測定デー
タの信頼性が問題となる。すなわち、防震台を使用して
も高感度測定時には測定室内の歩行により振動外乱が発
生してデータに悪影響が生じるおそれがあるため、歩行
一つにも十分注意しなければならない問題があった。ま
た、測定機自体に内蔵されているモータや減速機ギヤの
摩耗が振動源となる場合もあった。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、測定時に振動外乱が生じても、
高精度にワーク表面凹凸を検出することができる測定機
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は検出器を被測定物表面に沿った第１軸方向
（Ｘ軸）に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸によ
る前記第１軸方向に垂直な第２軸方向（Ｚ軸）への変位
を検出することで、前記第１軸方向の位置の関数として
前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、前記被測
定物の振動を検出する振動検出手段を有し、前記振動に
基づいて前記凹凸を検出することを特徴とする。振動検
出手段により振動外乱を検出し、この振動値を凹凸検出
値から取り除くことで、高精度の凹凸検出が可能とな
る。
【０００８】ここで、前記振動検出手段としては、専用
の微小振動計を用いる他、他の表面性状測定機を用いる
ことができる。
【０００９】他の表面性状測定機は、通常の表面性状測
定機能、すなわち検出器を第１軸方向に移動させながら
第２軸方向への変位を検出する機能の他に、検出器を第
１軸方向に移動させずに第２軸方向への変位を検出する
機能を有する。第１軸方向に移動させずに第２軸方向へ
の変位を検出することで、ワークに印加される振動を検
出することができる。両機能は切替手段により適宜切り
替え可能に構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【００１１】図１には、本実施形態の外観構成図が示さ
れている。基台１０上に載物台１２が設けられ、この載
物台１２の上にワーク１４が固定される。基台１０及び
載物台１２は防震構造を有する。また、基台１０にはス
タイラスを有する検出装置１６が駆動装置１８により支
柱２０に設けられている。検出装置１６は、駆動装置１
８により図中Ｘ方向及びＺ方向に駆動され、Ｚ方向の駆
動によりスタイラスの先端をワーク１４の表面に接触さ
せ、Ｘ方向の移動によりワーク１４表面の凹凸を検出す
る。検出された凹凸量は電気信号に変換され、コンピュ
ータディスプレイなどの表示装置２２に供給され表示さ
れる。
【００１２】表示装置２２をコンピュータディスプレイ
とした場合、コンピュータ本体の制御装置が通信装置を
介して駆動装置１８を駆動制御するとともに、検出装置
１６からの検出信号を処理して表示装置２２上に表示す
ることができる。基台１０、載物台１２、検出装置１
６、駆動装置１８、支柱２０、表示装置２２（あるいは
演算装置を含むコンピュータ）からなる表面性状測定機
を以下では本体の表面性状測定機（本体の測定機）と適
宜称する。
【００１３】基台１０には、支柱２４が立設され、この
支柱２４に小型の表面性状測定機２６（以下では小型測
定機２６と適宜称する）が設けられている。小型測定機
２６は、微小振動計として機能し、ワーク１４に印加さ
れる微小振動を検出して本体の測定機に出力する。本体
の測定機では、検出した凹凸信号から振動信号を除去
し、振動なしの凹凸信号を得てワークの表面性状を解析
する。小型測定機２６は、本体の測定機と同様にスタイ
ラスを有する検出装置や駆動装置、データ解析装置等を
含んで構成されるが、本体の測定機と異なり、スタイラ
ス（検出装置）をワーク１４に沿って移動させることな
く、ワーク１４の表面に接触させたままの状態を維持す
る機能を有する。ワーク１４に振動が印加されると、こ
の振動により小型測定機２６のスタイラスも変位するの
で、ワーク１４の振動量を高精度に検出することができ
る。
【００１４】図２には、図１における小型測定機２６の
構成ブロック図が示されている。振動計として機能する
小型測定機は、本体の表面性状測定機と同様に、検出部
３０、検出値記憶部３２、表面性状解析部３４、測定条
件記憶部３８、駆動部４０、表示印刷操作部４６を有す
るが、さらに、サンプル信号発生部４２、切替部４４及
び振動解析部３６を有して構成される。
【００１５】検出部３０は、検出装置１６と同様にスタ
イラスを有し、Ｚ軸方向の変位を電気信号に変換して検
出値記憶部３２に出力する。
【００１６】検出値記憶部３２は、検出された変位量を
記憶し、表面性状解析部３４に出力する。また、振動解
析時には、検出された変位量（振動量）を振動解析部３
６に出力する。いずれに出力するかは、後述する切替部
４４からの切替信号に応じて決定される。
【００１７】表面性状解析部３４は、検出値に基づいて
粗さやうねり、形状などを算出して表示印刷操作部４６
に出力する。解析の条件は、測定条件記憶部３８に記憶
されたパラメータで決定され、このパラメータはユーザ
が適宜設定することができる。
【００１８】一方、振動解析部３６は、検出値記憶部３
２からの検出値を処理して本体の測定機での測定時間の
関数として振動量を検出し、表示印刷操作部４６に出力
する。本体の測定機において、駆動装置１８が一定の速
度で検出装置１６を駆動している場合には、測定時間
（測定開始からの経過時間）を指定することで、検出装
置１６のＸ軸位置を一義的に特定することができる。し
たがって、振動量を時間の関数として検出することで、
本体の測定機で得られた凹凸量と小型測定機２６で得ら
れた振動量を互いに対比することができる。もちろん、
振動解析部３６で得られた振動量を直接本体の測定機に
おける表面性状解析部に出力し、本体の測定機で振動成
分を除去した凹凸量を検出することも好適である。
【００１９】駆動部４０は、本体の測定機と同様に本来
的には検出部３０をワーク１４表面に沿って移動させる
ための駆動信号を生成して出力するが、小型測定機２６
ではこの駆動信号は切替部４４に供給される。
【００２０】切替部４４は、駆動部４０からの駆動信号
と、サンプル信号発生部４２からのサンプル信号を切り
替え、検出部３０に出力する。すなわち、小型測定機２
６を通常の表面性状測定機として機能させる場合には、
駆動部４０からの駆動信号を検出部３０に供給して検出
部３０をワーク１４表面に沿って移動させ、表面性状解
析部３４で解析するが、小型測定機２６を図１の如く微
小振動計として機能させる場合には、サンプル信号発生
部４２からのサンプリング信号を検出部３０に供給して
同一Ｘ軸位置においてワーク１４の振動により生じるＺ
軸変位をサンプリングし、振動解析部３６で振動量を検
出する。
【００２１】このように、本実施形態の小型測定機２６
は、駆動部４０からの信号に基づいて検出器３０を制御
する系統と、サンプル信号発生部４２からの信号に基づ
いて検出器３０を制御する系統を有し、これらの２系統
を切替部４４で適宜切り替えることで、通常の表面性状
測定機だけでなく、他の表面性状測定機と組み合わせて
微小振動計として機能させて、測定精度を向上させるこ
とができる。
【００２２】図３には、図１における小型測定機２６の
他の構成ブロック図が示されている。図２と異なる点
は、サンプル信号発生部４２は存在せず、代わりに外部
サンプル信号発生部４７からの信号を入力して切替部４
４に出力する入力部４８を有する点である。
【００２３】外部サンプル信号発生部４７は、サンプル
信号発生部４２と同様にＺ軸変位のサンプリングタイミ
ング信号を与えるものであるが、本体の測定機における
サンプリングタイミングをそのまま援用することが好適
である。すなわち、外部サンプル信号発生部４７として
本体の測定機内部の駆動部を用い、駆動部からの信号を
駆動信号としてではなくサンプル信号として用いる。こ
れにより、本体の測定機における粗さ測定と振動測定が
完全に同期して実行されることとなり、振動成分を確実
に除去して高精度の測定が可能となる。
【００２４】なお、本実施形態では振動解析部３６で検
出された振動量は本体の測定機に供給されて検出凹凸値
から除去されているが、凹凸値と振動量を同時に評価す
る、あるいは振動量を評価して一定値以上の場合には警
告を発する等も可能である。
【００２５】また、本実施形態では、小型の測定機を微
小振動計として用いたが、専用の微小振動計を本体の測
定機に設置して振動量を検出することももちろん可能で
ある。
【００２６】また、本実施形態において、小型の測定機
や専用の微小振動計を用いることなく、本体の測定機を
振動計として用いることも可能である。すなわち、測定
に先だって検出装置１６をＸ軸方向に駆動させることな
くスタイラスのＺ軸変位を検出して振動量を検出し、そ
の後検出装置１６をＸ軸方向に移動して凹凸を検出する
こともできる。凹凸を検出した後に検出装置１６を停止
させて振動量を検出することもできる。凹凸測定中に定
期的に検出装置１６を停止させ、振動量を検出すること
もできる。
【００２７】さらに、本実施形態によれば、振動を考慮
した高精度の表面性状測定が可能であるが、本体の測定
機の表面性状解析部が十分な性能を有しない場合には、
別の（第３の）表面性状測定機に測定結果を送信し、こ
の第３の表面性状測定機で解析処理することもできる。
【００２８】表面性状測定機には各種のタイプがあり、
例えば比較的小型でポータブルな測定機が存在する一
方、測定室に測定機を設置しておき、ワークを測定室に
運んで測定するタイプもある。図１における本体の測定
機及び小型測定機２６が共にポータブルタイプの場合、
十分な解析機能を有しない場合があるので、このような
場合には上述したように十分な解析機能を有する測定室
型測定機に測定データを送信して処理するのが望まし
い。
【００２９】図４には、このような第３の表面性状測定
機の主要構成ブロック図が示されている。図１における
本体の測定機や中継のコンピュータなどの外部機器５０
からの測定データを入力する通信部（ＲＳ２３２規格、
ＧＰ−ＩＢ、セントロニクス仕様）５２、通信結果を記
憶する記憶部５４、通常の測定機として機能するための
検出部３０及び検出値記憶部３２、検出値記憶部３２か
らの検出値と通信結果記憶部５４からの測定データとを
切り替える切替部５６及び表面性状解析部３４を有して
構成される。図１における本体の測定機からの測定デー
タは、切替部５６を介して表面性状解析部３４に供給さ
れ、本体の測定機では演算できない粗さやうねりの評価
を行い、出力する。出力結果は、図示しない表示印刷装
置で表示／印刷することができる。もちろん、出力結果
を通信部５２を介して再び外部機器５０に戻し、外部機
器５０の表示装置（具体的には本体の測定機の表示装置
２２）で表示することも可能である。
【００３０】また、図５には、第３の表面性状測定機の
他の構成ブロック図が示されている。この例では、第３
の表面性状測定機の解析部３４のうち、特定の機能、例
えば統計演算部のみを用いて処理し、表示部５８あるい
は印刷部６０に出力する。また、解析部３４を経ずに直
接切替部５８から表示部５８あるいは印刷部６０に出力
する。
【００３１】近年のノギスやマイクロメータ等のハンド
ツールには測定データ出力機能を備えたものがあり、こ
れらの出力は専用のプリンタで印刷されたり統計的プロ
セス計算装置に接続されて統計演算が行われ、プロセス
の品質管理に使用される。この例では、外部機器５０か
らの測定データをそのまま表示し、あるいは印刷する、
あるいは特定の演算処理のみを実行することができるの
で、表面性状測定データのみならず、ハンドツールでの
測定結果を処理することも可能となる。従って、専用プ
リンタや統計的プロセス計算装置がない場合でも、第３
の表面性状測定機を用いて測定結果を出力したり、統計
処理を行ってプロセスの品質管理を行うこともできる。
【００３２】なお、図１における本体の測定機からの測
定データを第３の表面性状測定機に供給して処理するの
ではなく、十分な演算速度と演算処理プログラムを備え
たコンピュータに供給して処理することも可能である。
但し、表面性状演算の内容は比較的複雑でありプログラ
ム開発も時間を要するので、既述したように第３の表面
性状測定機を用いる方が効率的である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定時に振動外乱が生じても、高精度にワーク表面凹凸
を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の外観構成図である。
【図２】 図１における小型測定機の構成ブロック図で
ある。
【図３】 図１における小型測定機の他の構成ブロック
図である。
【図４】 実施形態における第３の測定機の構成ブロッ
ク図である。
【図５】 実施形態における第３の測定機の他の構成ブ
ロック図である。
【符号の説明】
１０ 基台、１２ 載物台、１４ ワーク、１６ 検出
装置、１８ 駆動装置、２０ 支柱、２２ 表示装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 博臣 宮崎県宮崎市橘通東３丁目１番47号 株式 会社ミツトヨ内 (72)発明者 三嶋 英樹 宮崎県宮崎市橘通東３丁目１番47号 株式 会社ミツトヨ内 (72)発明者 石戸谷 孝雄 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F069 AA57 AA60 CC06 DD09 EE03 EE22 GG01 GG11 GG58 GG59 GG62 GG63 HH04 HH30 JJ08 LL03 MM40 NN00 QQ03 QQ10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出器を被測定物表面に沿った第１軸方
    向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記
    第１軸方向に垂直な第２軸方向への変位を検出すること
    で、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出
    する表面性状測定機であって、 前記被測定物の振動を検出する振動検出手段を有し、前
    記振動に基づいて前記凹凸を検出することを特徴とする
    表面性状測定機。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記振動検出手段は、他の表面性状測定機であることを
    特徴とする表面性状測定機。
  3. 【請求項３】 検出器を被測定物表面に沿った第１軸方
    向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記
    第１軸方向に垂直な第２軸方向への変位を検出すること
    で、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出
    する表面性状測定機であって、 前記検出器を前記第１軸方向に移動させずに前記第２軸
    方向への変位を検出する手段と、 前記検出器の前記第１軸方向への移動と非移動を切り替
    える切替手段と、 を有することを特徴とする表面性状測定機。
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