JPH03118412A - 形状測定機の測定方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、輪郭測定機や粗さ測定機等の形状測定機の測
定方法に係り、特に角度の大きな傾斜領域を有する被測
定物の形状測定に利用できる。

〔背景技術〕

従来より、輪郭測定機や粗さ測定機等の被測定物の表面
形状を測定する形状測定機は、プレス金型やねじ等の様
々な部材の形状測定に広く使用されている。

この従来の形状測定機は、鉛直なＸ軸方向下側に向かっ
て２〜３ｇの測定力がかかるようにスタイラスを付勢し
、このスタイラスを被測定物に対して水平なＸ軸方向の
一方向に移動させ、この移動に伴い被測定物の表面形状
に追従してＸ軸方向に変位するスタイラスの変位量を検
出し、レコーダ等に出力するものであった。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、形状測定機では、スタイラスの測定可能な角
度つまり追従角度が決まっており、所定角度以上の傾斜
部分は検出できなかった。

特に、スタイラスは下降する場合つまり付勢方向に移動
する場合よりも、上昇する場合つまり反付勢方向に移動
する場合のほうが追従性が悪いため、同じ傾斜角度の部
分を測定する場合に、スタイラスが下降する場合には検
出できても、上昇する場合には検出できないという問題
があった。

また、被測定物にホール等のオーバーハングしている部
分があると、その部分はスタイラスが当接できないので
測定不能領域となる。このような領域を含む被測定物上
をスタイラスを一方向に移動させて測定すると、スタイ
ラスは被測定物がら一旦離れてから被測定物に衝突する
こととなる。

このため、測定不能領域の直後に測定したデータは、衝
突の影響で誤差が大きくなり、正確な測定ができないと
いう問題があった。

さらに、スタイラスの上昇領域および下降領域の追従性
の相違から、各領域の測定データの精度も異なるもので
あり、１つの測定データとしての解析処理が難しかった
。

また、Ｘ軸に垂直かつ水平なＹ軸方向にスタイラスが変
位するように、ばね等でスタイラスをＹ軸方向に付勢し
て被測定物の側面を測定する場合にも、スタイラスが付
勢方向に移動する第１傾斜領域と、反付勢方向に移動す
る第２傾斜領域とでは、測定データの精度が異なり、１
つの測定データとしての解析処理は困難であった。

本発明の目的は、スタイラスの付勢方向および反付勢方
向での追従性の相違による影響を排除でき、かつ正確な
測定データを得られるとともに、この測定データを１つ
の測定データとして解析処理できる形状測定機の測定方
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の形状測定機の測定方法は、被測定物に向かつて
付勢され、かつ被測定物上を所定の一方向であるＸ軸方
向に移動されるとともに、その移動に伴い被測定物の表
面形状に追従して前記Ｘ軸方向と直交する方向であるＸ
軸方向に変位するスタイラスと、このスタイラスのＸ軸
方向およびＸ軸方向の変位量を検出するＸ軸検出部およ
びＺ軸検出部と、を備える形状測定機の測定方法であっ
て、前記スタイラスをＸ軸方向の互いに反する２方向に
移動させて被測定物を測定するとともに、スタイラスが
Ｘ軸方向に変位する傾斜領域の測定データは、スタイラ
スが付勢方向に移動する第１傾斜領域又はスタイラスが
反付勢方向に移動する第２傾斜令頁域のいずれか一方の
領域にある際の測定データを前記各方向毎に選択して相
互補完することで被測定物の全傾斜領域の測定データを
得ることを特徴とする。

この際、Ｘ軸が水平方向に設けられ、Ｚ軸が鉛直方向に
設けられ、スタイラスが鉛直下側に向がって付勢されて
いる場合には、前記傾斜領域の測定データは、スタイラ
スが第１傾斜領域である下降領域にある際の測定データ
のみを前記各方向毎に選択して相互補完することで被測
定物の全傾斜領域の測定データを得ることが好ましい。

〔作用〕

このような本発明においては、スタイラスをＸ軸方向の
互いに反する２方向に移動させて被測定物を測定するこ
とにより、一方向の測定ではスタイラスの第１　＋ｌｔ
斜領斜上域る部分が、他方向の測定では第２傾斜領域と
なる。

つまり、互いの第１傾斜領域と第２傾斜領域とが相反し
、被測定物の傾斜領域全てにおいて、第ｌ又は第２傾斜
領域の測定データのみを得ることが可能となる。

このため、スタイラスの各傾斜領域における追従性の相
違による影響は排除され、測定データの精度も同じとな
るため１つの測定データとしての解析処理が可能となる
。

また、一方向の測定では測定不能領域の直後となる部分
が、他方向の測定では測定不能領域の直前となり、この
直前の測定データを選択することで、スタイラスの衝突
による誤差を含む測定データを使用する必要がなく、正
確な測定データが得られ、これらにより前記目的が達成
される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、本発明の第１実施例である輪郭測定装置１
が示されている。この輪郭測定装置ｌは、測定本体２）
電装ユニット３、レコーダ４およびデータ処理部５を備
えている。

測定本体２は、第２図にも示すように、測定機構部１０
を水平方向であるＸ軸方向に移動する駆動部２０を備え
ている。

測定機構部１０は、第２図中左端側にスタイラス１１が
設けられた測定アーム１２と、この測定アーム１２に偏
心ジヨイント１３を介して接続された固定アーム１４と
を備えている。固定アーム１４は、支点１５により支持
され、この支点１５の右側には可動ウェイト１６が取付
けられ、スタイラス１１をＺ軸方向下側に向かって２〜
３ｇの測定力がかかるように付勢している。

このため、本実施例では、スタイラス１１が被測定物（
ワーク）Ｗの表面形状に追従して下降する領域が第１傾
斜領域となり、上昇する領域が第２傾斜領域となる。

固定アーム１４には、差動トランス１７のコア１８が接
続され、スタイラス１１の垂直方向であるＺ軸方向の移
動に比例した出力が差動トランス１７より得られるよう
構成されている。従って、この差動トランス１７により
Ｚ軸検出部１９が構・成される。

一方、駆動部２０は、測定機構部１０に固定されたナツ
ト２１と、このナツトｚ１に螺合されてモータ２２によ
り回転される送りねじ２３とを備えている。

この送りねじ２３の一端側には、スタイラス１１の送り
量を検出するロータリエンコーダ２４が取付けられてお
り、このロータリエンコーダ２４により検出される回転
角度と送りねじ２３のリード角とにより測定機構部１０
の送り量、ひいてはスタイラス１１の送り量が検出でき
るようになっている。従って、このロークリエンコーダ
２４によりＸ軸検出部２５が構成される。なお、ロータ
リエンコーダ２４の代わりにリニアスケール等を設けて
スタイラス１１の送り量を検出してもよい。

第１図に戻って、Ｚ軸検出部１９およびＸ軸検出部２５
の検出信号は、電装ユニット３に送られる。

この電装ユニット３は、検出信号の処理や測定機構部１
０、駆動部２０の動作制御を行い、アナログ信号をレコ
ーダ４に送り、デジタル信号をデータ処理部５に送るよ
うに構成されている。レコーダ４は、電装ユニット３で
処理されたアナログ信号により作動されて図形を描くも
のである。

データ処理部５は、中央処理装置（ＣＰＵ）３０および
主記憶袋Ｗ３１を備え、ＣＰＵ３０には、ブラウン管（
ＣＲＴ）３２等のデイスプレィ装置、プロッタ３３およ
びフロンピーディスク等の外部記憶装置３４が接続され
ている。

主記憶装置３１は、スタイラス１１がＸ軸方向の一方向
である第２図中右方向つまり引き方向に移動する際の測
定データを記憶する第１記憶部３５と、スタイラス１１
がＸ軸方向の他方向である左方向つまり押し方向に移動
する際の測定データを記憶する第２記憶部３６とを備え
ている。

次に、このような構成の輪郭測定装置１を用いて、第２
図に示すようなＶ溝４０を有するワークＷを測定する手
順の一例について、第３図に示すフローチャートをも参
照して説明する。

なお、本実施例では、スタイラス１１を引き方向に移動
した際に、Ｘ軸検出部２５の測定データが増加し、スタ
イラス１１が下降つまり付勢方向に移動した際にＺ軸検
出部１８の測定データが減少するように設定し、１回目
は引き方向で被測定物Ｗの■溝４０の最下点をやや通過
した地点までを測定し、２回目は押し方向で被測定物Ｗ
の■溝４０の最下点をやや通過した地点までを測定する
ものとした。

まず、被測定物Ｗを設置しくステップ５１）、測定位置
つまりスタイラス１１を位置決めする（ステップ５２）
。

次に、モータ２２を作動させてスタイラス１１を引き方
向に移動し、測定を行う（ステップ５３）、この際、ス
タイラス１１の送り方向が引き方向であるので測定デー
タをＣＰＵ３０を介して第１記憶部３５に記憶する（ス
テップ５４．５５）　、この測定データは、例えば第４
図（Ａ）に示すような値として、記憶部３５にＡＩ　　
（Ｘ＝１．２−５０）　〜Ａ２　　（Ｘ＝１０４　、　
　Ｚ＝２０）まで順次記憶される。

さらに、この測定データは第５図の実線７１に示すよう
にＣＲＴ３２に順次表示される（ステップ５６）。

次に、スタイラス１１がＶ溝４０の最下点まで測定した
かを、目視又は測定データより検出して測定終了かどう
かを判定する（ステップ５７）、特に、最下点を測定デ
ータより検出する場合には、データを微分するなどの方
法でデータが減少方向又は増加方向にあるのかを検出し
、データが減少方向から増加方向に転じたら、つまりス
タイラス１１が最下点まで下降しさらに上昇しはじめた
ら、測定を終了すればよい。

測定終了でない場合は測定を続行し、測定を終了する場
合には、測定が１回目であるかを判定する（ステップ５
８）。

ここで、測定が１回目である場合には、スタイラス１１
をＶ溝４０の右方に手動もしくは自動的に移動して測定
位置決めを行い（ステップ５２）、再度ステップ５３〜
５６を繰り返す。但し、２回目の測定は押し方向である
ので、測定データは例えば第４図（Ｂ）に示すような値
として第２記憶部３６に８１　（Ｘ＝２００．Ｚ＝５０
）　〜Ｂ　２　（Ｘ＝１０１．Ｚ＝２１）まで順次記憶
される（ステップ５９）。

この際も、第５図の点線７２に示すように、測定データ
はＣＲＴ３２に順次表示される（ステップ５６）、なお
、引き方向の測定データである実線７１は表示されたま
ま残される。

２回目の測定が終了したら、２回目の測定データである
第２記憶部３６のデータのうち、第４図（Ｂ）の８３　
（Ｘ　＝１０４．２　＝２０）〜Ｂ２のように、１回目
の測定データと重複する部分がある場合にはその部分を
削除しくステップ６０）、さらに第４図（Ｃ）に示すよ
うに、２回目の測定データを反転して１回目のデータと
つなぎ、１つのデータ７３とする（ステップ６１）。

すなわち、本実施例では、測定データ７３のつなぎを行
うにあたり、１回目の測定データを基準とし、２回目の
測定データのうち１回目のデータと重複するデータを削
除して各データをつなぐように設定した。

次に、測定を続行するかどうかを判定しくステップ６２
）、続行する場合にはステップ５２〜６０を繰り返す。

一方、測定を終了する場合には、得られたデータ７３を
再度ＣＲＴ３２に出力したり、プロッタ３３や外部記憶
装置３４あるいは他の処理装置に送って運用する（ステ
ップ６３）。

なお、このようにして得られた測定データ７３の測定方
向を設定する場合には、１回目の測定方向を基準として
１回目の測定が引き方向であったら引き方向の測定デー
タとされ、押し方向であったら押し方向の測定データと
される。

このような本実施例によれば、次のような効果がある。

すなわち、引き方向および押し方向のＸ軸方向の互いに
反する２方向にスタイラス１１を移動して測定したので
、■溝４０の傾斜領域の測定データとしてはスタイラス
１１が下降する領域の測定データのみを得ることができ
る。このため、スタイラス１１が上昇する際のデータが
含まれないので追従性の相違による影響が排除され、測
定データの精度も同じものとなり、各方向で得られた測
定データを１つにつなげることでＶ溝４０部分のデータ
が全て得られるとともに、そのデータを解析処理するこ
とができる。

また、スタイラス１１が下降する際のデータのみを得る
ことで、スタイラス１１が上昇する場合には追従性の影
響で検出できないような角度が大きな傾斜領域でも測定
することができ、測定データの精度も高いものにできる
。

さらに、測定データを順次記憶部３５．３６に記憶する
とともにＣＲＴ３２に表示したので、ワークＷの形状を
即座に認識することができる。

次に、第６図に示すような■溝４１の下端にホール４２
を有するワークＷ１を測定する第２実施例について説明
する。

このワークＷｌを測定する場合も、前記第１実施例と同
様にまず引き方向の測定を行い、その測定データを第７
図（Ａ）に示すように第１記憶部３５にＣ１〜Ｃ２まで
を順次記憶するとともに、第８図の実線８１に示すよう
にＣＲＴ３２に表示する。

次に、押し方向の測定を行い、その測定データを第７図
（Ｂ）に示すように第２記憶部３６にＤ１〜Ｄ２までを
順次記憶するとともに、第８図の点線８２に示すように
ＣＲＴ３２に表示する。

そして、これらの各データを第７図（Ｃ）に示すように
つなげて１つのデータ８３とすればよい。

このような本実施例においても、前記第１実施例と同様
の効果を得られるほか、ホール４２等のスタイラス１１
が当接できない測定不能領域があっても、この領域の両
方向から測定を行うことで、測定時にスタイラス１１が
ホール４２部分で一旦ワークＷ１から離れ、再度ワーク
Ｗｔに衝突することがなく、正確なデータを得ることが
できる。

なお、本発明は前記実施例の構成等に限らず、本発明の
目的を達成できる範囲の変形は本発明に含まれるもので
ある。

例えば、前記各実施例では、１回目の測定時から順次デ
ータをＣＲＴ３２に表示していたが、各データをつない
でからＣＲＴ３２に表示してもよい。

また、前記各実施例では、１つの■溝４０．４１を測定
する場合について説明したが、複数の凹凸があるような
被測定物を測定する場合にも本発明を適用することがで
きる。この場合には、１つの凹部あるいは凸部毎に引き
および押し方向の測定を行ってもよいし、複数の凹凸部
をまとめて測定して第１記憶部３５および第２記憶部３
６に測定データを記憶し、この測定データからスタイラ
ス１１が下降する領域のデータのみを選択してつなげて
もよい。

さらに、第９図に示すように、Ｘ軸検出部２５およびＺ
軸検出部１９とデータ処理部５の間に、測定データを微
分するなどしてスタイラス１１が上昇領域にあるか下降
領域にあるかを判定する傾斜判定手段９１と、この判定
に基づき測定データから下降領域にある測定データのみ
をデータ処理部５に送るデータ選別手段９２とを設けて
予め測定データを選別し、データ処理部５では送られた
測定データを順次記憶するようにしてもよい、この際、
傾斜のない水平部分の測定データは、引き方向、押し方
向のいずれか一方向のデータを採用すればよい。

また、前記各実施例では、第１記憶部３５および第２記
憶部３６を設け、引き方向の測定データと押し方向の測
定データとを別々に記憶していたが、第１０図に示すよ
うに、測定範囲全体の測定データを記憶できる領域を予
め確保しておき、各Ｘ軸データ９２に対応する２軸デー
タ９３を直接記憶してもよい。

さらに、前記各実施例では、スタイラス１１が下降領域
にある場合の測定データのみを選択して傾斜領域の測定
データとしていたが、例えば凸部の頂上部分に穴等が形
成されて測定不能領域となっている被測定物を測定する
場合などには、上昇領域の測定データのみを選択して傾
斜領域の測定データとしてもよい。

また、被測定物の側面を測定する場合等で、スタイラス
１１を側方に付勢している場合には、スタイラス１１が
付勢方向に移動する際の測定データ、又は反付勢方向に
移動する際の測定データのいずれかを選択して使用すれ
ばよい。

すなわち、本発明は、スタイラス１１が付勢方向に移動
する第１傾斜領域、又はスタイラス１１が反付勢方向に
移動する第２　（ＩＪＩ斜領域のいずれが一方の領域に
ある測定データのみを選択すればよい。

さらに、特に自動測定を行う場合、適宜傾斜角度あるい
はＺ軸の変位量等にしきい値を設け、緩やかな傾斜部分
や小さな凹凸部分は、従来と同様に引き方向又は押し方
向のいずれか一方向の測定のみを行い、傾斜角度の大き
な部分や大きな凹凸部分のみを本発明を用いて測定する
ようにしてもよい。

また、本発明は輪郭測定機１に限らず、粗さ測定機など
にも利用できる。また、輪郭測定機ｌの構成も前記実施
例に限らず、他の構成でもよく、要するにスタイラス１
ｉｔ−Ｘ軸方向の互いに反する方向に移動でき、第１傾
斜領域又は第２傾斜領域のいづれか一方の領域にある測
定データのみを選別できる機能を有していればよい。

〔発明の効果〕

このような本発明によれば、スタイラスの付勢方向およ
び反付勢方向での追従性の相違による影響を排除でき、
かつ正確な測定データを得られるとともに、この測定デ
ータを１つの測定データとして解析処理できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の輪郭測定機の構成を示す
ブロック図、第２図は第１実施例の測定本体を示す概略
図、第３図は第１実施例の測定方法の手順を示すフロー
チャート、第４図は第１実施例の記憶部を示す模式図、
第５図は第１実施例におけるＣＲＴの表示を示す模式図
、第６図は第２実ｈｌＩｉ例の被測定物を示す断面図、
第７図は第２実施例の記憶部を示す模式図、第８図は第
２実施例におけるＣＲＴの表示を示す模式図、第９図は
本発明の変形例を示すブロック図、第１０図は本発明の
記憶部の変形例を示す模式図。 ｌ・・・輪郭測定機、２・・・測定本体、５・・・デー
タ処理部、１０・・・測定機構部、１１・・・スタイラ
ス、１９・・・Ｚ軸検出部、２０・・・駆動部、２５・
・・Ｘ軸検出部、３０・・・Ｃｐｕ、３１・・・主記憶
装置、３５・・・第１記憶部、３６・・・第２記憶部、
９１・・・傾斜判定手段、９２・・・データ選別手段、
Ｗ、Ｗｌ・・・被測定物。 第４図 筆５ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に向かって付勢され、かつ被測定物上を
   所定の一方向であるＸ軸方向に移動されるとともに、そ
   の移動に伴い被測定物の表面形状に追従して前記Ｘ軸方
   向と直交する方向であるＺ軸方向に変位するスタイラス
   と、このスタイラスのＸ軸方向およびＺ軸方向の変位量
   を検出するＸ軸検出部およびＺ軸検出部と、を備える形
   状測定機の測定方法であって、 前記スタイラスをＸ軸方向の互いに反する２方向に移動
   させて被測定物を測定するとともに、スタイラスがＺ軸
   方向に変位する傾斜領域の測定データは、スタイラスが
   付勢方向に移動する第１傾斜領域又はスタイラスが反付
   勢方向に移動する第２傾斜領域のいずれか一方の領域に
   ある際の測定データを前記各方向毎に選択して相互補完
   することで被測定物の全傾斜領域の測定データを得るこ
   とを特徴とする形状測定機の測定方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記スタイラス
   の付勢方向は鉛直下側とされるとともに、Ｘ軸は水平方
   向、Ｚ軸は鉛直方向にされ、かつ前記選択される測定デ
   ータとしては、スタイラスが第１傾斜領域である下降領
   域にある際の測定データとされたことを特徴とする形状
   測定機の測定方法。