JPH0312687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明に係る微細形状測定器は、鏡面仕上を施
した金属表面の表面粗さ測定等、各種高精度の測
定に使用される。

（従来の技術） 金属表面の表面粗さ等、各種精密形状測定を行
なうために、光挺子式、電気式の微細形状測定
器、或は比較的精度の粗いものとしてはミクロケ
ータ、ダイヤルゲージ等が使用されている。

このうち、電気式の精密形状測定器について説
明する。電気式の精密形状測定器は、第３図に示
すように、被測定面１の凹凸に追従して昇降する
触針２の途中に固定した鉄芯３と、この鉄芯３を
囲んで設けたコイル４とにより差動トランスを構
成したもので、上下対となつた互いに平行なばね
５，５により支承された触針２が被測定面１の凹
凸に従つて昇降すると、コイル４の出力電圧が触
針２の変位置に比例して変化する。このため、こ
の電圧変化分から被測定面１の凹凸形状を知るこ
とができる。６は測定圧調整用のばねである。

一方、触針等の測定子を被測定面に接触させる
ことなく被測定面の形状を測定するため、レーザ
光を用いた光学式の微細形状測定器が各種知られ
ている。次に、この光学式微細形状測定器の原理
について簡単に説明する。

第４〜６図は、光学式微細形状測定器の原理の
第１例を示している。この原理は、昭和58年度精
機学会秋季大会術講演会論文集の第391〜392頁及
び工業技術院機械技術研究所発行の機械研ニユー
ス1983年No.９の第１〜２頁に記載されたものであ
る。レーザダイオード７から送り出されたレーザ
光は、第４図に示したコリメータレンズ８、偏光
ビームスプリツタ９、４分の１波長板１０、対物
レンズ１１を通つて被測定面１に照射され、更に
このレーザ光はこの被測定面１で反射して再び対
物レンズ１１、４分の１波長板１０を通り、偏光
ビームスプリツタ９で反射してハーフミラー１２
に送られる。このハーフミラー１２で反射したレ
ーザ光は第一の臨界角プリズム１３を通つて第
一，第二のフオトダイオード１４，１６に送ら
れ、ハーフミラー１２を透過したレーザ光は第二
の臨界角プリズム１５を通つて同じく第一，第二
のフオトダイオード１４，１６に送られる。測定
ヘツドに固定の対物レンズ１１と被測定面１との
距離が変化すると、この被測定面で反射してから
第一，第二の臨界角プリズム１３，１５内に進入
するレーザ光の入射角度が変化し、その結果第
一，第二のフオトダイオード１４，１６に達する
光の強さが変化するため、第一，第二のフオトダ
イオード１４，１６の出力差の変化を検出すれば
被測定面の凹凸を知ることができる。臨界角プリ
ズムの原理を示す第５図により更に説明すると、
被測定面がＢ位置にあつた場合、被測定面で反射
したレーザ光は同図に実線で示すような経路で第
一，第二のフオトダイオード１４，１６に入、両
フオトダイオードから同じ大きさの出力が出る
（電位差０）。被測定面がＡ位置にまで近付くと、
反射レーザ光は同図に鎖線で示すような経路で臨
界角プリズム１３，１５に入る。この状態に於い
てはレーザ光の一部がプリズム内で反射せずにそ
のまま透過してしまうため、第一，第二のフオト
ダイオード１４，１６に入るレーザ光が弱くなる
が、この弱くなる度合は第二のフオトダイオード
１６に比べて第一のフオトダイオード１４の方が
大きくなるため、両ダイオード１４，１６の出力
に差が出る。反対に被測定面がＣ位置にまで遠ざ
かると、反射レーザ光は同図に破線で示すような
経路で臨界角プリズム１３，１５に入り、上述し
たＡ位置の場合と逆の電位差が第一，第二のフオ
トダイオード１４，１６の間に生じる。被測定面
の変位量と出力電位差ａとの間には第６図に示す
ような関係があるため、この電位ｖから被測定面
の微細な形状を求めることができる。なお、第４
図に於いて臨界角プリズムを第一，第二の２個用
意し、第一，第二のフオトダイオード１４，１６
を２組設けたのは、被測定面１の傾斜に基く誤差
をキヤンセルするためである。

又、第７図は光学式微細形状測定器の別の原理
を示している。この原理は非点収差法と呼ばれ昭
和59年度精機学会春季大会学術講演会論文集第
393〜394頁に記載されたもので、断面が楕円形の
光束を薄鉾型のレンズにより集束させると、この
レンズからの距離に応じて光束の断面が直線状、
縦長の楕円形、円形、横長の楕円形に連続的に変
化するのを利用して被測定面の微細な形状を測定
する。

レーザ光利用の測定器の原理としてはこの他に
も、昭和58年度精機学会春季大会学術講演会論文
集第523〜526頁に記載のもの、同年同学会秋季大
会学術講演会論文集第413〜414頁に記載のもの等
がある。いずれの原理に基づいて製作された微細
形状測定器に於いても、接触子等を被測定面に接
触させることなくこの被測定面の微細な形状を測
定することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上述のような従来の微細形状測定器
に於いては、次に述べるような不都合を生じる。

まず触針式の測定器に於いては、測定作業の間
触針と被測定面とが摺れ合うことになり、被測定
面を傷付ける原因となる。特にアルミニウム等の
比較的軟質な材質を仕上げた鏡面を測定する場
合、硬い（通常ダイヤモンド製）触針が被測定面
を深く傷付けてしまい、極端な場合には被測定物
を使用不能にするため使用できない。

光学式の微細形状測定器の場合、非接触式であ
るためこのような不都合はないが、被測定面の反
射を利用するため表面が黒色等反射率の低い被測
定面を測定することができないだけでなく、被測
定面が油膜で覆われていた場合、この油膜表面で
光が反射するため、油膜の厚さ分だけ測定誤差が
生じることが避けられない。更に、レーザ利用の
測定器の場合、被測定面上の照射範囲は直径2μm
程度しかなく、しかも波長が可視範囲から外れて
いるため、肉眼では勿論測定台に付属の拡大鏡で
も見ることができず、測定点を確認することが困
難である。

本発明は上述のような不都合のない微細形状測
定器を提供することを目的としている。

ｂ 考案の構成 （問題を解決するための手段） 本発明の微細形状測定器に於いては、被測定物
を載置する測定台の上方に、上下動自在な触針と
光学式変位検出器の測定ヘツドとを互いに平行に
設け、測定台と触針及び測定ヘツドとを互いに水
平方向の移動自在に構成している。この触針と測
定ヘツドとは水平方向に移動自在な位置変換装置
により、上記測定台の上面に選択的に対向自在と
している。

光学式変位検出器の測定ヘツドと交替して測定
台の上面に対向する触針を触針式形状測定器の触
針とした場合、触針を測定台の上面に対向させた
状態で触針式の表面形状測定を行ない、光学式変
位検出器の測定ヘツドを測定台の上面に対向させ
た状態で非接触式の表面形状測定を行なう。

又、光学式変位検出器による測定を行なう場合
に於ける測定点を確認できるようにするために
は、触針と光学式変位検出器の測定ヘツドとを互
いに平行に装着した支持部を水平移動自在とし、
この支持部の水平移動に伴つて触針及び測定ヘツ
ドが移動すると触針と測定ヘツドとが同一の点に
対向するようにしておく。このため、光学式変位
検出器による測定を行なうに先立つて触針を測定
台上面に対向させ、この触針を測定台上面に載置
した被測定物の測定面に当接させて測定点を確認
できる。測定作業を開始する時は触針を上昇させ
てからこの触針と測定ヘツドとの位置を変換すれ
ば、測定ヘツドがそれまで触針が当接していた点
に対向する。但し、この場合に於ける触針は測定
ヘツドとの変換時に被測定面から離れるように昇
降自在なものであれば良く、触針式変位検出器に
組込まれたものである必要はない。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ本発明を更に
詳しく説明する。

第１図は本発明の第一実施例を示している。測
定器のフレーム（図示せず）に固定された基板１
７の前面には水平方向に亘つてあり溝１８が形成
されている。このあり溝８には取付板１９の背面
に形成した突条２０を係合させ、この取付板１９
を水平方向の移動自在に支承している。前記基板
１７の左右両端部にはそれぞれストツパ２１ａ，
２１ｂを設けて上記取付板１９の左右方向に亘る
移動量を制限している。取付板１９の前面には、
上下動自在な触針２２を下方に突出させた触針式
微細形状測定器２３と、光学式変位検出器の測定
ヘツド２４とを互いに平行に設けている。

このように取付板１９の前面に互いに平行に設
けた測定器２３の触針２２の中心と測定ヘツド２
４の中心（レーザ照射部分）との距離l₁は、上記
取付板１９の水平移動距離l₂と等しく（l₁＝l₂）
なるように構成している。

一方、このように取付板１９の前面に取付けら
れた触針２２及び測定ヘツド２４の下方には、被
測定物を載置するための測定台２８が設けられて
いる。この測定台の構造は従来から広く知られて
いる微細形状測定器に使用されているものと同様
のものである。即ち、フレームに対して上下動自
在に支承された基台（図示省略）の上面に、傾斜
角度の調節自在に載置した基板２６の上面に摺動
板２７を矢印ａ方向の摺動自在に載せ、この摺動
板２７の上面に測定台２８を矢印ｂ方向の摺動自
在に設けたもので、位置調節摘み２９ａ，２９ｂ
を回転させることにより、測定台を矢印ａ，ｂ方
向に移動自在としている。

上述のように構成される本発明の微細形状測定
器により被測定面の形状測定を行なう場合には次
のようにして行なう。

まず、被測定面を触針式微細形状測定器により
測定する場合、取付板１９を第１図に示した状態
から左方に移動させ、触針２２を測定台２８上に
載置された被測定物の被測定面に対向させ、測定
台２８に付属の拡大鏡（図示省略）で目視しつつ
位置調節摘み２９ａ，２９ｂを回転させて触針２
２の先端を測定を開始すべき点に合わせる。次い
で、触針２２の先端を被測定面に当接させつつ触
針２２の測定台２８との位置を少しずつ平行移動
させ（いずれを移動させても良い。）、この移動範
囲に於ける被測定面の凹凸を測定する。このよう
に触針２２と測定台２８とを相対的に移動させる
機構は従来の微細形状測定器に使用しているもの
をそのまま利用できる。

次に、被測定面を光学式変位検出器により測定
する場合、まず取付板１９を第１図の左方に移動
させた状態で触針２２の先端を測定を開始すべき
点に合致させる。この作業は上述の触針式微細形
状測定器による測定を行なう場合と同様である。
触針２２の先端と測定開始点とが合致したならば
触針を上昇させ、取付板１９を第１図に示すよう
に基板１７の右端にまで移動させる。触針２２の
中心と測定ヘツド２４の中心との距離は取付板１
９の移動距離と等しく、しかも両中心の取付板１
９の前面からの距離は等しいため、この取付板１
９の移動によつて測定ヘツド２４の中心がそれま
で触針２２の先端が当接していた点に対向するよ
うになる。そこで、測定ヘツド２４からレーザ光
を照射しつつ測定ヘツド２４と測定台２８とを相
対的に平行移動させ、一定範囲の形状測定を行な
う。

次に、第２図は本発明の第２実施例を示してい
る。本実施例は、触針２２と測定ヘツド２４とを
位置変換自在とするのに、第１図に示した実施例
がスライド式であつたのに対してロータリ式とし
ている。即ち、垂直軸３０を中心として回転自在
な取付板３１（円形である必要はない。）に触針
２２を昇降自在に装着するとともに測定ヘツド２
４を固定したもので、触針２２の中心と測定ヘツ
ド２４の中心とは垂直軸３０を中心とする同一の
円弧上（図示の例は直径方向反対側に設けている
が同一円弧上であれば良い。）に位置している。
このように構成した第２実施例に於いては、取付
板３１を垂直軸３０を中心として回転させること
により触針２２と測定ヘツド２４とを位置変換す
る。但し、取付板３１を回転させた場合、触針２
２と測定ヘツド２４とが所定位置で停止するよう
に、取付板３１に適宜のクリツク機構を付設す
る。

ｃ 発明の効果 本発明の微細形状測定器は以上に述べた通り構
成され作用するので、従来の測定器に比較して次
に述べるような勝れた効果を発揮する。

(1) 被測定物の材質、表面状態に応じて最良の測
定を行なえる。

(2) レーザ光利用による測定を行なう場合でも測
定点の確認を容易かつ確実に行なうことがで
き、信頼性の高い測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す要部斜視
図、第２図は同第二実施例を示す取付板部分の横
断面図、第３図は触針式微細形状測定器の原理を
示す略縦断面図、第４図は光学式変位検出器の原
理の第１例を示す略側面図、第５図は臨界角プリ
ズムの原理を示す略側面図、第６図は臨界角プリ
ズムにより生じる電位差と変位量との関係を示す
線図、第７図は光学式変位検出器の原理の第２例
を示す略側面図である。 １……被測定面、２……触針、３……鉄芯、４
……コイル、５，６……ばね、７……レーザダイ
オード、８……コリメータレンズ、９……偏光ビ
ームスプリツタ、１０……４分の１波長板、１１
……対物レンズ、１２……ハーフミラー、１３…
…第一の臨界角プリズム、１４……第一のフオト
ダイオード、１５……第二の臨界角プリズム、１
６……第二のフオトダイオード、１７……基板、
１８……あり溝、１９……取付板、２０……突
条、２１ａ，２１ｂ……ストツパ、２２……触
針、２３……触針式微細形状測定器、２４……測
定ヘツド、２６……基板、２７……摺動板、２８
……測定台、２９ａ，２９ｂ……位置調節摘み、
３０……垂直軸、３１……取付板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下動自在な触針と被測定面上に投射した光
   の反射によりこの被測定面の凹凸を検出する光学
   式変位検出器の測定ヘツドとを具え、この測定ヘ
   ツドと前記触針とを被測定面上に選択的に位置さ
   せる位置変換装置を有する微細形状測定器。 ２ 特許請求の範囲第１項に於ける触針が、触針
   式形状測定器の触針であることを特徴とする微細
   形状測定器。 ３ 上下動自在な触針と被測定面上に投射した光
   の反射によりこの被測定面の凹凸を検出する光学
   式変位検出器の測定ヘツドとを具え、この測定ヘ
   ツドと前記触針とを被測定面上に選択的に位置さ
   せる位置変換装置を有する微細形状測定器に於い
   て、変換操作の前後に於いて触針と測定ヘツドと
   が被測定面の同一の点上に位置するように構成し
   たことを特徴とする微細形状測定器。 ４ 特許請求の範囲第３項に於ける触針が光学式
   変位検出器のヘツドにより光が投射される点を示
   すためだけの触針であることを特徴とする微細形
   状測定器。