JP2000310529A - 表面性状測定機 - Google Patents

表面性状測定機

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JP2000310529A
JP2000310529A JP11120752A JP12075299A JP2000310529A JP 2000310529 A JP2000310529 A JP 2000310529A JP 11120752 A JP11120752 A JP 11120752A JP 12075299 A JP12075299 A JP 12075299A JP 2000310529 A JP2000310529 A JP 2000310529A
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JP
Japan
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amplification factor
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amplification
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Pending
Application number
JP11120752A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Hidaka
宏幸 日高
Toshihiro Kanematsu
敏裕 金松
Hiroomi Honda
博臣 本田
Takafumi Kano
孝文 加納
Kazunari Ishibashi
一成 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面性状測定機の検出器増幅率を自動調整す
る。 【解決手段】 載物台12上にワーク14を載せ、スタ
イラスを有する検出装置16を図中X軸方向に移動させ
てワーク14表面をトレースする。検出装置16は、ワ
ーク14の凹凸を電気信号に変換し、増幅した後デジタ
ル変換してコンピュータに出力する。検出装置16の増
幅率は当初最高値に設定され、測定値がレンジオーバと
判定された場合に段階的に低下調整する。

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
に検出信号の増幅率調整に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、被測定物(ワーク)表面をス
タイラスで走査し、表面の凹凸(あるいは粗さや、うね
り)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移動(Z軸方向)を電気
信号に変換し、増幅器で増幅した後にデジタル信号に変
換し、移動距離(X軸方向)の関数として表示装置に表
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】ここで、表面性状測定
機に用いられる検出器は一般に高感度である一方、検出
ストローク(測定可能範囲)は大きくない。また、検出
分解能は使用するA/D変換器の性能や増幅器のノイズ
レベルに起因する制約があるため、無制限に大きくする
ことができない。そこで、増幅器の増幅率を複数段階に
切り替え可能とし、高分解能、短ストロークのレンジか
ら低分解能、長ストロークのレンジまでを適宜選択する
ことが考えられている。
【0005】しかしながら、このようなレンジ切替選択
機能を有する表面性状測定機を用いる場合、ワーク表面
の凹凸の大きさに応じて、予め複数レンジから最適レン
ジを決めておく必要がある。従って、最適レンジを決め
るための予備測定が本測定に先立って必要となり、表面
性状測定機の使い勝手を低下させ、測定時間も増大する
問題がある。
【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、その目的は、増幅率を自動調整
することで予備測定を不要とし、短時間に測定すること
ができる表面性状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、被測定物の凹凸を電気信号に変換する検
出手段と、前記検出手段からの電気信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号をデジタル
信号に変換するA/D変換手段とを有する表面性状測定
機において、前記A/D変換手段からのデジタル信号が
所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、前記
判定手段で所定の範囲外であると判定された場合に前記
増幅手段の増幅率を低下させる制御手段とを有すること
を特徴とする。デジタル信号が所定範囲外、すなわちレ
ンジオーバである場合には、増幅手段での増幅率が適当
でないとして低下させ、最適の増幅率に自動設定するの
で、増幅率を最適の値に予め設定するための予備測定が
不要となり、効率的な測定を行うことができる。
【0008】ここで、前記制御手段は、前記被測定物の
所定測定長さ毎に前記増幅率の初期値として最高増幅率
を設定し、前記判定手段の判定結果に応じて段階的に前
記増幅率を低下させることができる。被測定物の所定測
定長さとは、ワーク表面をスタイラスでトレースする際
の一定トレース長さであり、トレースして得られた電気
信号をA/D変換手段でデジタル変換する際のデータの
処理単位である。スタイラスを一定速度で駆動する場合
には、所定測定長さは所定測定時間と等価である。所定
測定長さ毎に増幅率を最高値から自動調整することで、
確実にレンジオーバを防止することができる。
【0009】また、前記制御手段は、測定開始時に前記
増幅率の初期値として最高増幅率を設定し、前記判定手
段の判定結果に応じて段階的に前記増幅率を低下させる
ことができる。測定開始時に1回だけ増幅率を最高値に
設定し、全測長にわたって段階的に最適に調整すること
で、確実にレンジオーバを防止できるとともに、増幅率
の切替回数も低減させ、一層効率的な測定を行うことが
できる。
【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、本実施形態に係る表面性状測定機
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。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18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既
述したように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。
【0013】図2には、本実施形態の構成ブロック図が
示されている。共通バスに、CPU24、RAMなどの
データ記憶装置26、ROMなどのプログラム記憶装置
28、表示装置22、キー入力装置32、検出装置1
6、駆動装置18、計時装置34、通信装置36及び印
刷装置38が接続されている。CPU24、データ記憶
装置26、プログラム記憶装置28、計時装置34はコ
ンピュータ内に設けられ、キー入力装置32や印刷装置
38はコンピュータに接続されている。
【0014】コンピュータ内のCPU24は、駆動装置
18を駆動して検出装置16のスタイラスをワーク表面
に接触させ、一定の速度で検出装置16をX軸方向に駆
動する。そして、検出装置16からの検出信号をデータ
記憶装置26に記憶し、粗さ曲線から算術平均粗さR
a、最大高さRy、凹凸の平均間隔Smなどを演算して
表示装置22に出力する。プログラム記憶装置28に
は、ワークの表面性状を測定するためのシステムデフォ
ルト値及び制御プログラムが記憶されており、CPU2
4はこの制御プログラムに基づいて測定する。一方、ユ
ーザはキー入力装置32(キーボードやマウス)を用い
て測定に必要なパラメータを設定し、カスタマイズする
ことができる。
【0015】図3には、図2における検出装置16の詳
細構成ブロック図が示されている。検出器16aは、差
動トランスやインダクタンスで構成され、ワーク表面の
凹凸によるスタイラスのz軸方向の移動を電気信号に変
換して増幅回路16bに出力する。増幅回路16bは、
設定された増幅率(ゲイン)で信号を増幅し、A/D変
換回路16cに出力する。測定が開始されると、CPU
24はトレースの一定長さL、あるいはスタイラスを一
定速度で駆動する場合には一定時間T(計時装置34で
計測)毎にA/D変換回路16cに対して変換指示の制
御信号を出力する。A/D変換回路16cはこの制御信
号に従ってデジタル信号に変換する。デジタル信号に変
換された検出データは共通バスを介してCPU24に供
給される。CPU24は、デジタルデータを入力し、そ
の範囲に応じてゲイン切替回路16dに切替制御信号を
供給する。具体的には、A/D変換データが一定の範囲
内でない場合(レンジオーバ)には、増幅回路16bの
増幅率が高すぎるとして、ゲイン切替回路16dに増幅
率低下の制御信号を出力する。ゲイン切替回路16d
は、CPU24からのこの制御信号に従って増幅回路1
6bの増幅率(ゲイン)を段階的に切り替え、再度検出
信号を増幅し、A/D変換回路16cでデジタル信号に
変換する。
【0016】図4には、本実施形態の処理フローチャー
トが示されている。測定が開始されると、まず増幅回路
16bの初期増幅率を最高値(最高レンジ)に設定して
検出信号を増幅する(S101)。次に、トレースの一
定長さLに達した場合に、CPU24はA/D変換回路
16cに対してA/D変換を指示する制御信号を出力す
る(S102)。得られたデジタルデータはCPU24
に供給する。CPU24は、このデジタルデータを入力
し(S103)、予め定められた一定の範囲内に入って
いるか否か、すなわちデジタルデータがレンジオーバか
否かを判定する(S104)。例えば、A/D変換によ
り入力され得る値が+512〜−512の範囲である場
合、デジタルデータが+480〜−480の範囲外であ
る場合にはレンジオーバであると判定する。
【0017】レンジオーバか否かを判定した結果、レン
ジオーバでなければCPU24は測定結果に現在の増幅
率に相当する重み係数を乗算してデータ記憶装置26に
格納する(S105)。一方、レンジオーバであると判
定した場合には、既に最低の増幅率(最低レンジ)であ
るか否かを判定し(S106)、最低でなければ現在よ
りも低い増幅率に切り替える(S108)。そして、低
い増幅率に切り替えた後、再び同一の検出信号に対して
A/D変換を指示し(S102)、レンジオーバか否か
を判定する(S104)。低い増幅率に切り替えてもな
おレンジオーバである場合には、S104でYESと判
定されるため、再びより低い増幅率に切り替えて(S1
08)、S102以降の処理を繰り返す。また、レンジ
オーバと判定された際に現在の増幅率が既に最低値であ
る場合には、検出信号が過大であるとして警告を出力す
る(S107)。警告を出力するとともに、検出装置1
6の駆動を停止してもよい。
【0018】以上のようにして、トレースの一定長さL
における測定値データをデータ記憶装置26に格納した
後は、再びS101に移行して増幅率を初期値の最高値
に戻し、次の一定長さL分の測定値について同様の処理
を実行し増幅率を調整する。
【0019】このように、本実施形態では、測定結果が
レンジオーバである場合には、レンジ内におさまるまで
段階的に増幅率を自動低下させるので、効率的な測定が
可能となる。
【0020】なお、本実施形態において、例えば増幅回
路16bが3段階の増幅率を有する場合には、一定長さ
L毎に最大3回の増幅率切替が行われ、この結果最大3
回のA/D変換が行われる可能性があるので、サンプリ
ング間隔であるトレースの一定長さLに要する時間Tを
小さくすることができず、サンプリングレートが低下す
る場合もあり得る。
【0021】したがって、このような場合には、測定開
始時に1回だけ増幅回路16bの増幅率を最高値に設定
し、レンジオーバと判定されて増幅率が低下調整された
後はその増幅率を次回の一定長さLの測定にもそのまま
用いて(すなわち、初期値を最高値とするのではなく、
現在の増幅率として調整していく)測定を行うことが好
適である。具体的には、図4のフローチャートにおい
て、一定長さLの測定値を格納した後、次の一定長さL
の測定に移行する際に、S101から処理を行うのでは
なくS102から処理を行えばよい。これにより、一定
長さL毎に増幅率を最高値から複数回切り替えるという
処理が不要となり、サンプリングレートの低下を防止す
ることができる。
【0022】あるいは、図3における増幅回路16bと
A/D変換回路16cをそれぞれ複数備える構成とし、
各増幅回路の増幅率を異なる値に設定して複数のA/D
変換回路で同時にA/D変換を行わせてそれぞれの結果
からレンジオーバの判定を行えば、増幅率切替え回数を
減らすことができ、サンプリングレートの低下を防止す
ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面性状測定機の検出器における増幅率を自動調整する
ことで予備測定を不要とし、短時間に表面性状を測定す
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】 実施形態の構成ブロック図である。
【図3】 図2における検出装置の詳細構成ブロック図
である。
【図4】 実施形態の処理フローチャートである。
【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 加納 孝文 広島県呉市広古新開6丁目8番20号 株式 会社ミツトヨ内 (72)発明者 石橋 一成 広島県呉市広古新開6丁目8番20号 株式 会社ミツトヨ内 Fターム(参考) 2F069 AA54 AA57 AA60 DD15 GG01 GG12 GG62 HH01 HH30 LL03 NN08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物の凹凸を電気信号に変換する検
    出手段と、 前記検出手段からの電気信号を増幅する増幅手段と、 前記増幅手段で増幅された電気信号をデジタル信号に変
    換するA/D変換手段と、 を有する表面性状測定機において、 前記A/D変換手段からのデジタル信号が所定の範囲内
    にあるか否かを判定する判定手段と、 前記判定手段で所定の範囲外であると判定された場合に
    前記増幅手段の増幅率を低下させる制御手段と、 を有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、 前記制御手段は、前記被測定物の所定測定長さ毎に前記
    増幅率の初期値として最高増幅率を設定し、前記判定手
    段の判定結果に応じて段階的に前記増幅率を低下させる
    ことを特徴とする表面性状測定機。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の装置において、 前記制御手段は、測定開始時に前記増幅率の初期値とし
    て最高増幅率を設定し、前記判定手段の判定結果に応じ
    て段階的に前記増幅率を低下させることを特徴とする表
    面性状測定機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2636992A1 (en) 2012-03-08 2013-09-11 Mitutoyo Corporation Surface texture measurement device, controller for surface texture measurement device, and method for controlling the same
JP2016194511A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 株式会社日立ハイテクサイエンス 走査プローブ顕微鏡、走査プローブ顕微鏡の測定レンジ調整方法及び測定レンジ調整プログラム
JP2022105322A (ja) * 2020-12-31 2022-07-13 株式会社ミツトヨ 走査プローブ、および方法

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EP2636992A1 (en) 2012-03-08 2013-09-11 Mitutoyo Corporation Surface texture measurement device, controller for surface texture measurement device, and method for controlling the same
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US9151589B2 (en) 2012-03-08 2015-10-06 Mitutoyo Corporation Surface texture measurement device, controller for surface texture measurement device, and method for controlling the same
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