JP3141561U - 表面粗さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定者への負担を軽減できるとともに、測定作業を効率化できる表面粗さ測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物の測定部位に対応して用意された複数種の粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを格納したプローブストッカ１０と、いずれかの粗さ測定プローブを着脱可能に保持するプローブホルダ３０と、相対移動機構４０と、制御装置とを備える。制御装置は、測定指令が与えられた際、プローブホルダ３０とテーブル２とを相対移動させながら、被測定物の表面粗さ測定を実行するとともに、プローブ交換指令が与えられた際、プローブホルダ３０とプローブストッカ１０とを相対移動させながら、プローブホルダ３０とプローブストッカ１０との間でプローブ交換動作を実行する。
【選択図】図１

Description

本考案は、表面粗さ測定装置に関する。詳しくは、粗さ測定プローブの自動交換機能を備えた表面粗さ測定装置に関する。

被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

表面粗さ測定装置を使用するにあたっては、予め、通常のスタイラスのほかに、被測定物の測定部位形状に合わせた各種形状のスタイラスが用意されている。例えば、小孔の表面粗さを測定するための小孔測定用スタイラス、深い溝の表面粗さを測定するための深溝測定用スタイラスなどが予め用意されている。
従来、スタイラスの交換作業は、測定者によって行われている。つまり、測定者が、測定作業を一旦中断し、現在使用中のスタイラスを粗さ測定プローブから取り外したのち、新たなスタイラスを粗さ測定プローブに装着して、測定作業を再開していた。

特開平５−８７５６２号公報

従来のようなスタイラスの交換作業では、測定作業を一旦中断し、測定者が手動で、スタイラスの取外作業およびスタイラスの装着作業を行わなければならないため、測定作業の中断時間が長いうえ、スタイラスの取外作業、装着作業に伴う測定者への負担も大きい。

本考案の目的は、測定者への負担を軽減できるとともに、測定作業を効率化できる表面粗さ測定装置を提供することにある。

本考案の表面粗さ測定装置は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定装置において、前記被測定物を載置するテーブルと、前記被測定物の測定部位に対応して用意された複数種の粗さ測定プローブを格納したプローブストッカと、前記プローブストッカに格納されたいずれかの粗さ測定プローブを着脱可能に保持するプローブホルダと、前記プローブホルダと前記テーブルおよびプローブストッカとを相対移動させる相対移動機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、測定指令が与えられた際、前記相対移動機構を制御し前記プローブホルダと前記テーブルとを相対移動させながら前記被測定物の表面粗さ測定を実行するとともに、プローブ交換指令が与えられた際、前記相対移動機構を制御し前記プローブホルダと前記プローブストッカとを相対移動させながら前記プローブホルダと前記プローブストッカとの間でプローブ交換動作を実行する、ことを特徴とする。

このような構成によれば、測定指令が与えられると、相対移動機構の駆動により、プローブホルダとテーブルとが相対移動され、被測定物の表面粗さ測定が実行される。また、プローブ交換指令が与えられると、相対移動機構の駆動により、プローブホルダとプローブストッカとが相対移動され、プローブホルダとプローブストッカとの間でプローブ交換動作が実行される。
従って、被測定物の測定部位形状に応じて、プローブ交換動作を指令するようにしておけば、プローブホルダとプローブストッカとの間でプローブ交換動作が自動的に実行されるため、測定作業を中断することなく連続的に行うことができる。そのため、測定者への負担を軽減できるとともに、測定作業を効率化できる。

本考案の表面粗さ測定装置において、前記プローブホルダにはコネクタが、前記粗さ測定プローブにはジョイントがそれぞれ設けられ、前記コネクタと前記ジョイントとは、いずれか一方に設けられたマグネットによって着脱可能に保持されていることが好ましい。
このような構成によれば、プローブホルダに設けられたコネクタと、粗さ測定プローブに設けられたジョイントとが、マグネットによって着脱可能に保持される構造であるため、極めて簡単な構成で、コネクタとジョイントとを着脱可能に連結できる。

本考案の表面粗さ測定装置において、前記コネクトと前記ジョイントとの間には、前記コネクタに対して前記ジョイントを位置決めする位置決め手段と、前記コネクタに対して前記ジョイントの回転ずれを防止する回転ずれ防止手段とが設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、コネクタに対してジョイントが装着されると、位置決め手段によって、ジョイントがコネクタに対して位置決めされるとともに、回転ずれ防止手段によって、コネクタに対するジョイントの回転ずれが防止される。従って、ジョイントを、コネクタに対して常に正しい姿勢で、かつ、回転ずれを生じることなく保持できるから、常に正確に表面粗さ測定を実現できる。

本考案の表面粗さ測定装置において、前記プローブストッカには、標準的な粗さ測定プローブのほかに、小孔測定用のスタイラスを装着した小孔測定用粗さ測定プローブおよび深溝測定用のスタイラスを装着した深溝測定用粗さ測定プローブが格納されていることが好ましい。
このような構成によれば、標準的な粗さ測定プローブのほかに、小孔測定用粗さ測定プローブや深溝測定用粗さ測定プローブを備えているから、被測定物の測定部位が小孔や深溝であっても、これらの表面粗さを測定することができる。

本考案の表面粗さ測定装置において、前記相対移動機構は、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面と平行なＸ方向へ移動させるＸ軸駆動機構と、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面と平行でかつＸ方向と直交するＹ方向へ移動させるＹ軸駆動機構と、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面に対して直交するＺ方向へ移動させるＺ軸駆動機構とを含んで構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、プローブホルダを三次元方向、つまり、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても表面粗さを測定できるとともに、プローブホルダの三次元方向への移動によりプローブ交換動作を実行させることができるから、プローブストッカの構造も簡素化できる。

＜測定装置本体の説明（図１〜図４参照）＞
図１は、本考案の一実施形態に係る表面粗さ測定装置を示す斜視図である。
同図に示すように、本表面粗さ測定装置は、基台１と、この基台１の上に設置され上面に被測定物を載置する載置面２Ａを有するテーブル２と、被測定物の測定部位に対応して用意された複数種の粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄと、これら複数種の粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを格納したプローブストッカ１０と、このプローブストッカ１０に格納されたいずれかの粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを着脱可能に保持するプローブホルダ３０と、このプローブホルダ３０とテーブル２およびプローブストッカ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備えている。

プローブストッカ１０は、テーブル２の載置面２Ａ上において、前後方向後端位置（Y方向後端位置）に設けられたＬ字形状のストッカ本体１１と、このストッカ本体１１の起立片１２の上下方向一定間隔位置に形成された複数のプローブ保持部１３Ａ〜１３Ｄとから構成されている。プローブ保持部１３Ａ〜１３Ｄは、略半円形状の溝によって形成され、複数種の粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを着脱可能に格納・保持している。
ここでは、標準的な粗さ測定プローブ２０Ａのほかに、小孔測定用のスタイラスを装着した小孔測定用粗さ測定プローブ２０Ｂ、深溝測定用のスタイラスを装着した深溝測定用粗さ測定プローブ２０Ｃ、および、深孔測定用のスタイラスを装着した深孔測定用粗さ測定プローブ２０Ｄなどが格納されている。

粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄは、図２に示すように、プローブ本体２１と、このプローブ本体２１に略中間点を中心に揺動可能に支持され先端に触針２２Ａを有するスタイラス２２と、このスタイラス２２の揺動量を検出する変位検出器２３と、プローブ本体２１の後端にねじなどによって連結されたジョイント２４とから構成されている。
ジョイント２４は、円筒状外周面中間位置に係合溝２４Ａを有し、この係合溝２４Ａがプローブストッカ１０のいずれかのプローブ保持部１３Ａ〜１３Ｄに着脱可能に保持されるとともに、プローブホルダ３０に設けられたコネクタ３６に対しても着脱可能に保持されるように構成されている。

つまり、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄに設けられたジョイント２４とプローブホルダ３０に設けられたコネクタ３６との間には、図３に示すように、ジョイント２４をコネクタ３６に吸着保持する磁気吸着手段２６と、ジョイント２４をコネクタ３６に対して位置決めする位置決め手段２７と、コネクタ３６に対するジョイント２４の回転ずれを防止する回転ずれ防止手段２８とがそれぞれ設けられている。
磁気吸着手段２６は、コネクタ３６の中心位置に設けられたマグネット２６Ａによって構成されている。
位置決め手段２７は、コネクタ３６の端面同一円周上の１２０度間隔位置に設けられた３つの位置決め用ボール２７Ａと、これと対応するジョイント２４の端面に設けられ位置決め用ボール２７Ａが嵌り込む凹球面形状の嵌合溝（図示省略）とから構成されている。
回転ずれ防止手段２８は、コネクタ３６の端面外周縁に設けられた嵌合孔２８Ａと、これと対応するジョイント２４の端面に設けられ嵌合孔に嵌り込む短円柱形状の突起２８Ｂとから構成されている。
なお、図３において、２９は、コネクタ３６に装着された粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄと測定装置本体側との間で信号などの授受を行う接続端子である。

相対移動機構４０は、テーブル２に隣接して配置されたＹ軸駆動機構４１と、このＹ軸駆動機構４１によって前後方向（Ｙ方向）へ移動可能に支持されたコラム４２と、このコラム４２に設けられたＺ軸駆動機構４３と、このＺ軸駆動機構４３によってテーブル２の載置面２Ａに対して直交するＺ方向へ移動可能に設けられたＺスライダ４４と、このＺスライダ４４に設けられプローブホルダ３０をテーブル２の載置面２Ａと平行なＸ方向へ移動可能に支持するＸ軸駆動機構４５とを備える。
換言すると、相対移動機構４０は、プローブホルダ３０をテーブル２の載置面２Ａと平行なＸ方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５と、プローブホルダ３０をテーブル２の載置面２Ａと平行でかつＸ方向と直交するＹ方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、プローブホルダ３０をテーブル２の載置面２Ａに対して直交するＺ方向へ移動させるＺ軸駆動機構４３とを含んで構成されている。

Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４３は、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｘ軸駆動機構４５は、図４に示すように、Ｚスライダ４４にＸ方向と平行に設けられたガイドレール４５Ａと、このガイドレール４５Ａにスライド可能に支持されたＸスライダ４５Ｂと、このＸスライダ４５Ｂをスライドさせる図示省略の駆動源とから構成されている。

プローブホルダ３０は、図４に示すように、Ｚスライダ４４に連結部材３１を介して連結されたホルダ本体３２と、このホルダ本体３２にＸ軸を中心に回転可能に保持された回転アーム３３と、この回転アーム３３を回転させる姿勢変更モータ３４と、回転アーム３３の回転角度を検出する角度検出器３５と、回転アーム３３の先端に設けられたコネクタ３６とから構成されている。

＜制御システムの説明（図５参照）＞
本制御システムは、制御装置５０と、入力装置５１と、表示装置５２と、記憶装置５３とを含んで構成されている。
記憶装置５３には、測定プログラムやプローブ自動交換プログラムなどを記憶したプログラム記憶部５４、および、測定時に取り込んだ測定データなどを記憶するデータ記憶部５５などが設けられている。
制御装置５０は、プログラム記憶部５４に記憶された測定プログラムやプローブ自動交換プログラムに従って、相対移動機構４０およびプローブホルダ３０の姿勢変更モータ３４の駆動を制御するとともに、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄの変位検出器２３からの信号を取り込んで処理する。

＜動作説明（図６参照）＞
プログラム記憶部５４に記憶された測定プログラムによって、測定指令が制御装置５０に与えられると、相対移動機構４０が駆動される。まず、プローブホルダ３０が移動され、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄのスタイラス２２が被測定物の測定部位表面に接触され、この状態において、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄが被測定物に対して相対移動される。すると、被測定物の表面粗さに応じて、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄのスタイラス２２が上下に揺動されるから、このスタイラス２２の揺動量が変位検出器２３によって検出されたのち、制御装置５０に取り込まれる。制御装置５０は、取り込んだ測定データをデータ記憶部５５に記憶したのち、こられのデータから表面粗さを演算し、その結果を表示装置５２に表示し、かつ、必要に応じてプリントアウトする。

また、プログラム記憶部５４に記憶されたプローブ自動交換プログラムによって、プローブ交換指令が制御装置５０に与えられると、相対移動機構４０が駆動される。つまり、プローブホルダ３０が移動され、プローブホルダ３０とプローブストッカ１０との間でプローブ交換動作が実行される。
例えば、図６（Ａ）に示すように、プローブホルダ３０に粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄが装着されていない状態において、プローブ交換指令が与えられると、まず、プローブホルダ３０は、Ｙ方向の後端で、かつ、Ｚ方向においてこれから装着する粗さ測定プローブ２０Ａの高さ位置に一致する位置に位置決めされる。

続いて、プローブホルダ３０は、Ｘ方向へ移動される。すると、プローブホルダ３０のコネクタ３６が粗さ測定プローブ２０Ａのジョイント２４に結合される。つまり、３つの位置決め用ボール２７Ａとジョイント２４の嵌合孔とが嵌合し、かつ、ジョイント２４の突起２８Ｂが嵌合孔２８Ａに嵌合し、この状態において、マグネット２６Ａによってジョイント２４がコネクタ３６に結合される。
こののち、プローブホルダ３０は、Ｙ方向へ移動される。すると、プローブホルダ３０に結合された粗さ測定プローブ２０Ａのジョイント２４がプローブストッカ１０から外れるから、これにより、プローブ交換が自動的に行われる。

また、図６（Ｂ）に示すように、プローブホルダ３０に粗さ測定プローブ２０Ａが装着された状態において、他の粗さ測定プローブ２０Ｂ〜２０Ｄへのプローブ交換指令が与えられると、まず、粗さ測定プローブ２０Ａのジョイント２４に設けられた係合溝２４ＡがＸ方向においてプローブストッカ１０の空きのプローブ保持部１３Ａに対応する位置で、かつ、Ｚ方向においてプローブストッカ１０の空きのプローブ保持部１３Ａに対応する位置になるように、プローブホルダ３０が位置決めされる。

続いて、プローブホルダ３０は、Ｙ方向へ移動される。すると、プローブホルダ３０に結合された粗さ測定プローブ２０Ａのジョイント２４がプローブストッカ１０のプローブ保持部１３Ａに嵌合される。
こののち、プローブホルダ３０は、Ｘ方向へ移動される。すると、プローブホルダ３０が粗さ測定プローブ２０Ａから外れるから、図６（Ａ）の状態になる。従って、図６（Ａ）の状態から、上述した動作により、新たな粗さ測定プローブ２０Ｂ〜２０Ｄをプローブホルダ３０に装着すれば、以後、継続して測定作業を行える。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、プローブ交換指令が与えられると、相対移動機構４０の駆動により、プローブホルダ３０が相対移動され、プローブホルダ３０とプローブストッカ１０との間でプローブ交換動作が実行されるから、被測定物の測定部位形状に応じて、プローブ交換動作を指令するようにしておけば、プローブホルダ３０とプローブストッカ１０との間でプローブ交換動作が自動的に実行される。従って、測定作業を中断することなく連続的に行うことができるため、測定者への負担を軽減できるとともに、測定作業を効率化できる。

また、プローブホルダ３０にはコネクタ３６が、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄにはジョイント２４がそれぞれ設けられ、コネクタ３６とジョイント２４とは、コネクタ３６に設けられたマグネット２６Ａによって着脱可能に保持されているから、極めて簡単な構成で、コネクタ３６とジョイント２４とを着脱可能に結合できる。

また、コネクタ３６とジョイント２４との間には、ジョイント２４をコネクタ３６に対して位置決めする位置決め手段２７と、コネクタ３６に対してジョイント２４の回転ずれを防止する回転ずれ防止手段２８とが設けられているから、ジョイント２４を、コネクタ３６に対して常に正しい位置で、かつ、回転ずれを生じることなく保持できる。従って、常に正確な測定を実現できる。

また、プローブストッカ１０には、標準的な粗さ測定プローブ２０Ａのほかに、小孔測定用のスタイラスを装着した小孔測定用粗さ測定プローブ２０Ｂ、深溝測定用のスタイラスを装着した深溝測定用粗さ測定プローブ２０Ｃおよび深孔測定用のスタイラスを装着した深孔測定用粗さ測定プローブ２０Ｄなどが格納されているから、被測定物の測定部位が小孔、深溝、深孔であっても、これらの表面粗さを測定することができる。

また、相対移動機構４０は、プローブホルダ３０をＸ方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５と、プローブホルダ３０をＹ方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、プローブホルダ３０をＺ方向へ移動させるＺ軸駆動機構４３とを含んで構成されているから、プローブホルダ３０を三次元方向、つまり、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても表面粗さを測定できるとともに、プローブホルダ３０の三次元方向への移動によりプローブ交換動作を実行させることができるから、プローブストッカ１０の構造も簡素化できる。

＜変形例＞
本考案は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本考案の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本考案に含まれる。
前記実施形態では、プローブストッカ１０が、ストッカ本体１１に半円形状のプローブ保持部１３Ａ〜１３Ｄを上下方向に間隔を隔てて形成し、これに複数種の粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを水平な姿勢で保持するようにしたが、これに限られない。例えば、プローブ保持部１３Ａ〜１３Ｄを水平方向に間隔を隔てて形成し、これに粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄを垂直な姿勢で保持するようにしてもよい。

前記実施形態では、プローブホルダ３０にコネクタ３６を、粗さ測定プローブ２０Ａ〜２０Ｄにジョイント２４を設け、これらをマグネット２６Ａによって着脱可能に結合するようにしたが、磁気に限らず、他の構成でもよい。例えば、エアーの吸引によって、ジョイント２４をコネクタ３６に着脱可能に保持する構造であってもよく、あるいは、どちらか一方に複数の挟持爪を設け、他方に挟持爪に挟持される挟持部を設けた構成であってもよい。

前記実施形態では、テーブル２を固定とし、プローブホルダ３０を三次元方向、つまり、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向へ移動可能に構成したが、これらは逆でもよい。要するに、テーブル２とプローブホルダ３０とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。

本考案は、例えば、シリンダブロックなど複雑形状の被測定物の表面粗さを全自動測定する場合などに利用できる。

本実施形態に係る表面粗さ測定装置を示す斜視図。 同上実施形態において、粗さ測定プローブとプローブホルダとを示す図。 図２のIII−III矢視方向から見た拡大図。 同上実施形態において、Ｘ軸駆動機構とプローブホルダとを示す図。 同上実施形態において、制御システムを示すブロック図。 同上実施形態において、プローブ交換動作を説明するための図。

符号の説明

２…テーブル、
２Ａ…載置面、
１０…プローブストッカ、
２０Ａ…標準的粗さ測定プローブ、
２０Ｂ…小孔測定用粗さ測定プローブ、
２０Ｃ…深溝測定用粗さ測定プローブ、
２０Ｄ…深孔測定用粗さ測定プローブ、
２４…ジョイント、
２６Ａ…マグネット、
２７…位置決め手段、
２８…回転ずれ防止手段、
３０…プローブホルダ、
４０…相対移動機構、
４１…Ｙ軸駆動機構、
４３…Ｚ軸駆動機構、
４５…Ｘ軸駆動機構。

Claims (5)

1. 被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定装置において、
   前記被測定物を載置するテーブルと、前記被測定物の測定部位に対応して用意された複数種の粗さ測定プローブを格納したプローブストッカと、前記プローブストッカに格納されたいずれかの粗さ測定プローブを着脱可能に保持するプローブホルダと、前記プローブホルダと前記テーブルおよびプローブストッカとを相対移動させる相対移動機構と、制御装置とを備え、
   前記制御装置は、測定指令が与えられた際、前記相対移動機構を制御し前記プローブホルダと前記テーブルとを相対移動させながら前記被測定物の表面粗さ測定を実行するとともに、プローブ交換指令が与えられた際、前記相対移動機構を制御し前記プローブホルダと前記プローブストッカとを相対移動させながら前記プローブホルダと前記プローブストッカとの間でプローブ交換動作を実行する、ことを特徴とする表面粗さ測定装置。
2. 請求項１に記載の表面粗さ測定装置において、
   前記プローブホルダにはコネクタが、前記粗さ測定プローブにはジョイントがそれぞれ設けられ、
   前記コネクタと前記ジョイントとは、いずれか一方に設けられたマグネットによって着脱可能に保持されていることを特徴とする表面粗さ測定装置。
3. 請求項２に記載の表面粗さ測定装置において、
   前記コネクトと前記ジョイントとの間には、前記コネクタに対して前記ジョイントを位置決めする位置決め手段と、前記コネクタに対して前記ジョイントの回転ずれを防止する回転ずれ防止手段とが設けられていることを特徴とする表面粗さ測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表面粗さ測定装置において、
   前記プローブストッカには、標準的な粗さ測定プローブのほかに、小孔測定用のスタイラスを装着した小孔測定用粗さ測定プローブおよび深溝測定用のスタイラスを装着した深溝測定用粗さ測定プローブが格納されていることを特徴とする表面粗さ測定装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の表面粗さ測定装置において、
   前記相対移動機構は、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面と平行なＸ方向へ移動させるＸ軸駆動機構と、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面と平行でかつＸ方向と直交するＹ方向へ移動させるＹ軸駆動機構と、前記プローブホルダを前記テーブルの被測定物載置面に対して直交するＺ方向へ移動させるＺ軸駆動機構とを含んで構成されていることを特徴とする表面粗さ測定装置。

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