JPH0419461Y2

JPH0419461Y2 -

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Publication number: JPH0419461Y2
Application number: JP1987052472U
Authority: JP
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1992-05-01
Also published as: JPS63159715U; US4888984A; GB8808013D0; GB2204130A; GB2204130B; DE3811556A1

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は上下動可能なスタイラスと測定対象物
とを当接させつつ両者を左右方向に相対移動し、
スタイラスの上下動を検出することによつて測定
対象物の表面粗さを測る粗さ測定機のレベリング
装置に係り、測定対象物と変位検出手段との姿勢
変更を行つて測定値がスケールアウトしないよう
に構成したものである。

〔従来の技術〕

従来の粗さ測定機は、一般的に第４図に示され
たような構造とされていた。

模式的に表した第４図において、粗さ測定機
は、上面平滑で測定対象物Ｗを載置する基台１、
この基台１にＺ軸方向に立設されたコラム２、一
端にハンドル９が設けられたスクリユー４と噛み
合いコラム２に対しＺ軸方向に上下動可能なスラ
イダ３、このスライダ３に内蔵されたＸ軸駆動手
段（図示省略）によつてＸ軸方向に移動される移
動部材６、この移動部材６に支持されたヘツド
７、このヘツド７に収容された変位検出手段１１
および測定回路、制御・演算回路、表示手段等を
収容する筐体８から構成され、変位検出手段１１
は、ヘツドに取り付けられた十字バネ１４、この
十字バネ１４を支点として回動自在とされたアー
ム１３、このアーム１３の先端側に設けられたス
タイラス１２およびこのスタイラス１２が測定対
象物Ｗの表面の粗さに基づいて上下動したときの
アーム１３の傾斜を捉えてスタイラス１２の上下
動の変位を検出する例えば差動トランス構造から
形成された変位検出器１５から構成されていた。
従つて、基台１に測定対象物Ｗをセツトし、ハン
ドル９を操作してスライダ３を下降させてスタイ
ラス１２を測定対象物Ｗに当接させ、その後に前
記Ｘ軸駆動手段を差動させることによつてスタイ
ラス１２と測定対象物ＷとをＸ軸方向に相対移動
させれば（この従来例ではスタイラス１２側を移
動させる）、変位検出手段１１の変位検出器１５
からのスタイラス１２の上下動に基づく変位信号
がケーブルを介し筐体８内に収納された測定回路
に入力され、この測定回路で所定演算等して測定
対象物Ｗの表面粗さを測定値として求める。ここ
にCRTから形成された表示手段に測定対象物Ｗ
のＸ軸方向の位置に対応された各粗さを連続的に
拡大表示することができた。また、用紙に記憶す
ることもできた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の粗さ測定機には次の
ような問題点があつた。

すなわち、変位検出手段１１（ヘツド７）と測
定対象物Ｗの表面とが第５図Ａに示したように図
で左右方向に平行であれば表示手段（または記憶
用紙）上においては予め設定された基線に対し一
定の幅をもたせた上限値および下限値の範囲内で
測定値を表示することができた。しかし、例えば
基台１の設置場所により変位検出手段１１（ヘツ
ド７）が傾斜した場合や測定対象物Ｗ自体が傾斜
面を有する場合（第５図においては測定対象物Ｗ
が傾斜面を有する場合を表示した）には、測定対
象物Ｗの表面の粗さが同一すなわち第５図Ａに示
した値と測定値が同一であつても同ＢまたはＣの
如く測定値の中心軌跡が基線に対し傾くために測
定値が上限値または下限値からスケールオーバー
してしまうという事態を招来した。これは変位検
出手段１１が回動可能なアーム１３の傾斜角度を
利用してスタイラス１２の上下動変位を検出する
構造に起因している。

これがため、従来においては基台１の上面が水
平となるように設置して変位検出手段１１（ヘツ
ド７）の水平移動ができるように準備しておき、
基台１に載置取り付けした測定対象物Ｗについて
所定の測定長に亘り測定を試しみる。そして、測
定値が上限値若しくは下限値をスケールオーバー
したときまたはその虞れがあると認められるとき
には測定対象物Ｗの姿勢を正すいわゆるレベリン
グ作業をしていた。ところが、測定すべき粗さは
μmオーダであり、一方、測定長は数mmに及ぶ。
しかも表示手段にはそれを50〜1000倍に拡大して
表示することになつている。したがつて、そのレ
ベリング作業はいわゆる手探りの作業であるから
相当の熟練を必要とする、とともに熟練者であつ
ても複数回のレベリング作業を必要とするから多
くの手間と時間を費やさざるを得ず作業能率、当
該製品の生産能率が悪く、経済的負担も非常に大
きいという欠点があつた。

しかして、本考案は上記従来の問題点を除去す
べく鑑みなされたもので、その目的とするところ
は迅速かつ正確なレベリング作業を自動的に行な
える粗さ測定機のレベリング装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は一回の仮測定により測定値の中心軌跡
とこの中心軌跡の基線に対する傾斜角度を求める
とともに傾斜角度が許容傾斜角度内に納まるよう
に姿勢変更手段を作動させることによつて自動的
にレベリング作業を行なえるようしたものであ
る。

これがため、粗さ測定機の変位検出手段からの
変位信号に基づいて測定値の中心軌跡を求めると
ともにこの中心軌跡の基線に対する傾斜角度を求
める傾斜角度演算手段と、基線に対する測定値の中心軌跡の許容傾斜角度
を設定するための許容傾斜角度設定器と、傾斜角度演算手段の出力信号と許容傾斜角度設
定器の出力信号を比較して設定値の中心軌跡の傾
斜角度が許容傾斜角度よりも大きいか否かを判断
する比較器と、この比較器の出力を入力として測定対象物また
は前記変位検出手段を次回測定における測定値の
中心軌跡の傾斜角度が前記許容角度より小さくな
るように姿勢変更するための姿勢変更手段とを備
え測定値を上限値および下限値からスケールアウ
トさせないように自動的にレベリングできるよう
に構成し前記目的を達成するのである。

〔作用〕

以上の構成からなる本考案では、測定対象物Ｗ
とスタイラスとをＸ軸方向に相対移動させれば、
変位検出手段からの変位信号に基づいて傾斜角度
演算手段で測定値の中心軌跡と、この中心軌跡の
基線に対する傾斜角度を求める。そして、比較器
において許容傾斜角度設定器と傾斜角度演算手段
との両出力信号を比較し、中心軌跡の傾斜角度が
許容角度よりも大きいか否かすなわちスケールオ
ーバーするか否かを判断する。その結果、スケー
ルオーバーが生じると判断された場合には姿勢変
更手段を作用させ測定対象物Ｗと変位検出手段と
の姿勢を正す。従つて、一回の仮測定で完全なレ
ベリング作業をすることができる。

〔実施例〕

本考案に係る粗さ測定機のレベリング装置の一
実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施例の粗さ測定機は、前出第４図に示し
た従来の粗さ測定機の構造と基本的に同じ構造で
あるが、第１図、第２図に示すようにスライダ３
は駆動回路６１、モータ６２からなるＺ軸駆動手
段６０によつてコラム２のＺ軸方向に自動移動で
きるものとされている。また、移動部材６は支持
部材５を介しスライダ３に装着されている。その
他機械的構成は変わりないので同一部分には同一
の符号を付して説明を簡略または省略する。

さて、電気的構成およびレベリング装置は第１
図、第２図に示したように変位検出器１５を含む
変位検出手段１１、Ａ／Ｄ変換器７１、パルス発
振器７２、測定回路７３を含み形成された測定手
段７０、CRTから形成されている表示手段８０
および所定手順でＺ軸駆動手段６０等を駆動制御
する制御回路９０から電気的構成がなり、これは
従来のものと基本的に同じである。なお、この実
施例では後記測定長設定器３２に基づく設定長毎
にサンプリングタイムを可変できるようしている
のでパルス発振器７２からのクロツクパルスはタ
イミング回路７５を介しＡ／Ｄ変換器７１に入力
されている。従つて、スタイラス１２と測定対象
物ＷとがＸ軸方向に相対移動され、変位検出器１
５から出力されるスタイラス１２の上下移動量相
当のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器７１でデジタル
信号に変換されるとともに測定回路７３におい
て、予め設定された中心線平均粗さRaや最大高
さRmax等の所定の演算処理がなされ当該測定値
が表示手段８０に出力されるよう構成されてい
る。

次に、本発明の特徴的事項であるレベリング装
置は、前記変位検出手段１１と傾斜角度演算手段
２１と許容傾斜角度設定器３１と比較器４１と姿
勢変更手段５１とから構成されている。ここに、
傾斜角度演算手段２１は、レベリング作業が選択
されたときに作用する選択器９２を介し測定回路
７３から入力された測定値の中心軌跡を求める。
具体的には、この実施例では測定値はｉ番目のサ
ンプリング時におけるスタイラス１２の上下移動
変位量Z_iと測定対象物Ｗとスタイラス１２とのＸ
軸方向の相対移動変位量で規定されるＸ軸方向の
位置X_iとから最小自乗法によつて中心軌跡とその
傾斜角度を求める。

すなわち、Ｚ＝Ａ＋BX ……(1) とすると、であるから、式(3)によつて中心軌跡（平均線）の
傾斜角度θ_iを求めることができる。ここに、ｎは
総サンプリング数である。また、傾斜角度演算手
段２１には求めた中心軌跡の傾斜角度θ_iを記憶す
ることができるように形成されている。

一方、許容傾斜角度設定器３１は、望ましくは
上限値と下限値との中間の基線（第５図参照）を
中心として測定値を表示すべきところ表示手段８
０の表示態様等から上限値および下限値の間であ
れば実務的に支障がないという観点に立脚し、測
定値から求めた中心軌跡のある程度の傾斜を許容
しレベリング作業を一層容易にしようとするため
に、その許容傾斜角度θ_sを設定するものである。
この実施例では、JIS規定の測定長L₁＝0.25mm、
L₂＝0.8mm、L₃＝2.5mmのそれぞれについて各測定
長内をパルス発振器７２からのクロツクパルスで
等分割するようしているために、測定長L₁，L₂，
L₃を設定する測定長設定部３２と、設定された
測定長に相応させた許容傾斜角度θ_sを求める許容
傾斜角度演算回路３３とから許容傾斜角度設定器
３１が構成されている。ここに、測定長が大きい
場合には許容傾斜角度θ_sが他に比較して小さく設
定される。また、比較器４１は傾斜角度演算手段
２１からの傾斜角度θ_iを基準たる許容傾斜角度θ_s
と比較して、θ_iがθ_sより大きいか否かを比較判断
する。θ_iがθ_sよりも大きいと測定値が上限値また
は下限値を越えてしまうからである。そして、θ_i
がθ_sよりも大きいと判断したときには、以後の測
定においてθ_iがθ_sより小さくなるように回動量演
算回路４３を介し詳細後記の姿勢変更手段５１に
駆動指令信号を出力する構成とされている。

さて、姿勢変更手段５１は、主に第１図に示し
たように基台１に立設された台座５４と、この台
座５４に支軸５３を介し回動可能に装着された載
物台５２と、モータ５６に連結されたスクリユー
５８に螺合された傾斜面４９をもつカム体５９
と、その傾斜面４９に当接され載物台５２に回動
自在に取り付けられたローラ５７と、制御回路９
０に接続された駆動回路５５（第２図参照）とか
ら構成されている。すなわち、この実施例では載
物台５２に取り付けられた測定対象物Ｗと変位検
出手段１１との相対位置を測定対象物Ｗを姿勢変
化させて調整できるよう形成しているのである。
従つて、比較器４１、回動量演算回路４３、制御
回路９０を介し駆動回路５５に入力された指令値
に基づきモータ５６を所定角度回動させれば、カ
ム体５９はＸ軸方向に所定量移動変位される結
果、載物台５２は支軸５３を中心として傾斜調整
されるので載物台５２に取り付けられた測定対象
物Ｗの姿勢を変更することができる。

次に本実施例の作用について説明する。

スライダ３がＺ軸方向の初期位置（コラム２の
上端側）にあり、かつヘツド７がＸ軸方向の初期
位置（第１図でスライダ３に対し左側に最も突出
させた状態）にあり、また、許容傾斜角度設定器
３１の測定長設定部３２で所定の測定長が設定さ
れているものとする。

ここで、図示省略の選択スイツチでレベリング
モードを選択指令されると選択器９２がONし、
第３図のブロツクでYESと判断される。する
とＺ軸駆動手段６０が制御回路９０によつて駆動
されスライダ３はコラム２に沿つて降下する（ブ
ロツク）。そして、スタイラス１２が姿勢変更
手段５１の載物台５２に取り付けられた測定対象
物Ｗの測定面に当接し、さらに変位検出手段１１
のアーム１３（自由状態ではスタイラス１２側が
重たくなるよう調整されている）が第１図で右方
向に回動し変位検出器１５の出力信号が予め設定
された値（基準値）になるとＺ軸駆動手段６０は
停止する（ブロツク，参照）。この状態にお
いて、Ｘ軸駆動手段６４が第１図で右方向に移動
される（ブロツク）と変位検出器１５からの出
力信号（変位信号）に基づいて測定手段７０で求
めたＸ軸方向各位置X_iに対応された測定値Z_iが傾
斜角度演算手段２１に入力される。ここに、傾斜
角度演算手段２１では、前記式(1)〜(3)に基づいて
測定値の中心軌跡（平均値）の傾斜角度θ_iを求め
一時的に記憶する（ブロツク）。続いて測定長
についてその相対移動が完了するとＸ軸駆動手段
６４を停止するとともにＺ軸駆動手段６０を駆動
してスライダ３を初期位置に戻す（ブロツク〜
）。スタイラス１２は測定対象物Ｗから当然に
非接触となつている。

この状態にあつて、ブロツク〓に示したように
傾斜角度演算手段２１からの傾斜角度θ_iと、測定
長設定部３２において設定した測定長に応じるも
のとして許容傾斜角度演算回路３３で求めた許容
傾斜角度θ_sと、を比較器４１に入力しθ_iがθ_sより
大きいか否かを比較判断する。θ_i≧θ_sの場合には、
これを正すべく姿勢変更手段５１を駆動制御す
る。姿勢変更手段５１には制御回路９０を介し回
動量演算回路４３において演算された信号が入力
される。

さて、姿勢変更手段５１では、第５図Ｂに示し
たような場合にはカム体５９が第１図で右方向に
所定量だけ移動され、また同Ｃに示したような場
合にはカム体５９が第１図で左方向に所定量だけ
移動される（ブロツク〓）。従つて、載物台５２
は支軸５３を中心に左回転または右回転されるの
で測定対象物Ｗの測定面は略水平になるよう姿勢
変更される。これにより次に測定するときには、
測定値の中心軌跡を基線とほぼ同じとすることが
できる。この姿勢変更後、Ｘ軸駆動手段６４は初
期位置に戻される（ブロツク〓〜〓）。つまり、
スタイラス１２を初期位置に復帰させておく。

従つて、上記レベリング作業を自動的に行なつ
た後に、図示省略の選択スイツチで測定モードを
選択すれば、変位検出手段１１、測定手段７０等
によつて測定値を上限値または下限値をスケール
アウトさせることなく粗さ測定をすることがで
き、表示手段８０に表示することができる。

しかして、この実施例によれば、レベリング装
置が変位検出手段１１の出力信号（変位信号）に
基づいて変位検出手段１１と測定対象物Ｗとの姿
勢を自動変更できるように構成されるとともに１
回の仮測定（レベリング）で測定値の中心軌跡の
傾斜角度θ_iを零または極小とできるように形成さ
れているから、従来のレベリング作業に費してい
た多くの手間と時間を大幅に軽減でき、試験検査
能率ひいては生産能率を飛躍的に向上させること
ができる。

また、レベリング装置の傾斜角度演算手段２１
は、変位検出手段１１からの出力信号（変位信
号）に基づいて、つまり測定手段７０からの測定
値を利用してその中心軌跡及び中心軌跡の傾斜角
度θ_iを求めるように形成されているから、粗さ測
定機の構造を大幅に改変することがなく構造簡単
にして経済的である。

また、許容傾斜角度設定器３１は、単に固定的
な値を設定するのでなく、測定長設定部３２で設
定された測定長に相応させた許容傾斜角度θ_sを演
算しつつ設定するものとされているから、測定値
のスケールオーバーが解消されるとともに上限値
と下限との間を有効に利用できるので測定対象物
Ｗの粗さに対する表示手段８０への拡大率を一段
と大きくすることができるという効果をも奏す
る。

さらに、姿勢変更手段５１は載物台５２、ロー
ラ５７、カム体５９等から形成されているから、
構造簡単にして経済的であるばりか、既存の粗さ
測定機にも本レベリング装置を容易に取り付けて
実施することができる。

さらにまた、傾斜角度演算手段２１、許容傾斜
角度設定器３１、比較器４１、姿勢変更手段５１
等は、制御回路９０等により所定のタイミングで
自動的に作動されるように形成されているから、
モード選択を行うだけでレベリング作業ができ
る。したがつて、従来の手探り作業が除去されか
つ取扱に熟練を必要としない。さらに、レベリン
グ作業を行うための測定対象物Ｗの載物台５２へ
の取付作業自体も簡単となり従来の如く手間と時
間を浪費することがない。

なお、以上の実施例では、レベリング装置は測
定対象物Ｗ側の姿勢を変更するものとして構成し
たが、要は変位検出手段１１と測定対象物Ｗとの
相対位置関係を正し測定値の中心軌跡の傾斜角度
θ_iをスケールアウトのないように調整できればよ
いから、姿勢変更手段５１を変位検出手段１１側
の姿勢を変更できるように構成しても本考案は成
立する。

また、傾斜角度演算手段２１は前記式(1)〜(3)に
基づく最小自乗法により中心軌跡とその傾斜角度
θ_iを求めるよう形成したが、その方法は不問であ
る。同様に許容傾斜角度設定器３１を測定長設定
器３２と一体的に形成しない型と構成することも
できる。

さらに、測定値は表示手段８０に表示するもの
としたが、例えば用紙に記憶させるようしてもよ
い。このように粗さ測定機自体の構造、例えば変
位検出器１５を差動トランスでなく磁気誘導型等
と変更する、は上記開示範囲に限定されるもので
はない。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案は一回の仮測定で
迅速かつ正確なレベリング作業を自動的に達成で
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る粗さ測定機のレベリング
装置の一実施例を示す全体構成図、第２図は同じ
く主に電気的構成を示す全体構成図、第３図は同
じく動作説明のためのフローチヤートおよび第４
図、第５図は従来の粗さ測定機を示し、第４図は
全体構成図、第５図は測定対象物の姿勢と測定値
の中心軌跡の傾斜角度との関係を示す図である。１……基台、１１……変位検出手段、１２……
スタイラス、１５……変位検出器、２１……傾斜
角度演算手段、３１……許容傾斜角度設定器、３
２……測定長設定部、３３……許容傾斜角度演算
回路、４１……比較器、５１……姿勢変更手段、
５２……載物台、５３……支軸、５７……ロー
ラ、５９……カム体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 粗さ測定機の変位検出手段からの変位信号に
基づいて測定値の中心軌跡を求めるとともにこ
の中心軌跡の基線に対する傾斜角度を求める傾
斜角度演算手段と、基線に対する測定値の中心軌跡の許容傾斜角
度を設定するための許容傾斜角度設定器と、傾斜角度演算手段の出力信号と許容傾斜角度
設定器の出力信号を比較して設定値の中心軌跡
の傾斜角度が許容傾斜角度よりも大きいか否か
を判断する比較器と、この比較器の出力を入力として測定対象物ま
たは前記変位検出手段を次回測定における測定
値の中心軌跡の傾斜角度が前記許容角度より小
さくなるように姿勢変更するための姿勢変更手
段とを備え測定値を上限値および下限値からス
ケールアウトさせないように自動的にレベリン
グできるように構成したことを特徴とする粗さ
測定機のレベリング装置。 (2) 前記実用新案登録請求の範囲第１項におい
て、前記傾斜角度演算手段が、測定値の中心軌
跡とその傾斜角度を最小自乗法により求めるも
のと形成されている粗さ測定機のレベリング装
置。 (3) 前記実用新案登録請求の範囲第１項または第
２項において、前記許容傾斜角度設定器が、測
定長設定部とこの測定長設定部で設定された測
定長に対応する許容傾斜角度を求める許容傾斜
角度演算回路とから形成されている粗さ測定機
のレベリング装置。 (4) 前記実用新案登録請求の範囲第１項ないし第
３項のいずれかにおいて、前記姿勢変更手段
が、基台に対し支軸を中心に回動可能とされた
載物台と、この載物台に回動自在に取り付けら
れたローラと、このローラと当接される傾斜面
をもつ往復移動なカム体とから形成されている
粗さ測定機のレベリング装置。