(57)【要約】【課題】外力によるスタイラスの欠損やアームの損傷を防止できる輪郭測定機を提供すること。【解決手段】輪郭測定機は、先端３にスタイラス４を有した揺動自在なアーム７と、アーム７の姿勢を変更するアームリフタ８と、アーム７の揺動を止めるストッパ１５と、アームリフタ８を制御する制御装置９とを備えている。ストッパ１５は、アーム７が揺動範囲内でテーブルに接近したときにアーム７に接触する。制御装置９は、電源オフ指令に基づいてアームリフタ８を動作させてアーム７をストッパ１５に接触する休止位置Ｐ１に復帰させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にスタイラスを有しかつ筐体に対して揺動自在であるアームと、前記アームの揺動範囲内の姿勢を変更する姿勢変更機構と、前記アームが揺動範囲内で被測定物の設置部に接近したときに前記アームに接触するストッパと、電源オフ指令に基づいて前記姿勢変更機構を動作させて前記アームを前記ストッパに接触する機械的限界位置に復帰させる制御装置とを備えたことを特徴とする輪郭測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭測定機において、
前記アームの変位を検出するインクリメンタル型の検出器を備えており、前記制御装置は、電源投入時のアーム位置を原点として設定するように構成されたことを特徴とする輪郭測定機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の輪郭測定機において、
前記機械的限界位置にある前記アームの前記スタイラスを覆うカバー部材をさらに備えたことを特徴とする輪郭測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輪郭測定機に関し、被測定物の輪郭形状を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面、輪郭形状や表面粗さなどの性状を測定するために、表面性状測定機が利用されている。表面性状測定機は、アームの先端のスタイラスで被測定物の表面をなぞり、その際のスタイラスの変位により表面各位置の凹凸を検出してデータとして取り込むものである。このような表面性状測定機として、被測定物の輪郭形状を測定する輪郭測定機が用いられている。
【０００３】
輪郭測定機では、検出部として、先端にスタイラスを有するアームと、アームを軸受により揺動自在に支持する支持機構と、アームの姿勢を変更してその揺動範囲内の任意位置に保持する姿勢変更機構と、スタイラスが所定の測定力で被測定物と接触するようにアームを付勢する測定力付与機構と、アームの揺動を検出する検出器とを備えたものが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１においては、姿勢変更機構として、アームのスタイラスと反対側端部近傍に当接するカム機構が利用されている。また、測定力付与機構においては、アームを揺動方向に付勢する付勢手段として、例えば一端が支持機構近傍に固定されかつアームの軸と平行に配置されたコイルばね等が用いられている。
【０００４】
このような輪郭測定機においては、スタイラスが被測定物近接側で被測定物の表面に接触する状態（測定位置）にアームを揺動自在に配置し、スタイラスを被測定物の表面に沿って相対移動させることで、被測定物の輪郭形状の測定を行う。
被測定物の設置や取り出しの際には、姿勢変更機構によりアームを被測定物から離れた位置へと待避させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の輪郭測定機においては、測定作業の後に電源オフにすると、アームを含む各部は電源オフ直前の状態で停止する。
アームは、前述のように被測定物の取り扱いのために、被測定物（またはその設置部）から離れた姿勢をとることもあり、この状態で停止した場合、アームと被測定物の設置部との間隔が広げられたままの状態となる。
間隔が広げられたままの状態で停止していると、この間隔（スタイラスおよびアームと、被測定物あるいはその設置部との間）に異物が入り込んだり作業者が誤って触れるなどして、外力によりスタイラスが折損あるいは欠損する可能性があるという問題がある。
スタイラスが欠損しなかったとしても、アームが少しでも曲がるなどの損傷を受けた場合には、被測定物の高精度な測定が行えなくなるため、アームの交換作業が必要となり、運用コストも上昇する。
【０００７】
このような停止状態への対策として、輪郭測定機を操作する作業者に、作業終了後の電源オフの際に、スタイラスおよびアームを被測定物の設置部に接近させる操作を行うように注意喚起がなされている。
しかし、これは人為的作業に依拠するだけであるため、注意喚起を行っても作業者の操作忘れなどにより履行されないことがあり、解決には至っていない。
【０００８】
ところで、輪郭測定機のアームの揺動変位を検出する検出器としては、アブソリュート型のものとインクリメンタル型のものとがある。インクリメンタル型のものは、アブソリュート型のものに比べて安価なので、よく利用される。
しかし、インクリメンタル型の検出器では、電源投入時毎に原点復帰動作が不可欠であるため、処理軽減、時間短縮が図り難いという問題がある。
【０００９】
本発明の主な目的は、外力によるスタイラスの欠損やアームの損傷を防止できる輪郭測定機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、インクリメンタル型の検出器を用いても、始動時の原点復帰動作を不要にできる輪郭測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の輪郭測定機は、先端にスタイラスを有しかつ筐体に対して揺動自在であるアームと、前記アームの揺動範囲内の姿勢を変更する姿勢変更機構と、前記アームが揺動範囲内で被測定物の設置部に接近したときに前記アームに接触するストッパと、電源オフ指令に基づいて前記姿勢変更機構を動作させて前記アームを前記ストッパに接触する機械的限界位置に復帰させる制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、電源オフ時にはアームが機械的限界位置へと自動的に復帰されるため、スタイラスと被測定物の設置部との間隔を狭めておくことができる。特に、アームが被測定物の設置部に最も接近した機械的限界位置に復帰されると、スタイラスと被測定物の設置部との間隔を最小限にすることができる。したがって、これらの間に異物が介在し、また、人が不意に触れてしまう可能性を大幅に低減でき、外力によるスタイラスの欠損やアームの損傷を防止することができる。
また、スタイラスの欠損やアームの損傷に伴う交換作業をなくせるとともに、運用コストの上昇を回避でき、作業者に電源を切る際の注意喚起を行う必要もなくすことができる。
【００１２】
本発明の輪郭測定機において、前記アームの変位を検出するインクリメンタル型の検出器を備えており、前記制御装置は、電源投入時のアーム位置を原点として設定するように構成されていることが好ましい。
このような本発明によれば、インクリメンタル型の検出器を用いても、電源投入時のアーム位置、すなわち、機械的限界位置をそのまま原点として設定することで、始動時の原点復帰動作を不要にできる。したがって、処理軽減、時間短縮できる。
【００１３】
本発明の輪郭測定機において、前記機械的限界位置にある前記アームの前記スタイラスを覆うカバー部材をさらに備えていることが好ましい。
このような本発明によれば、電源オフ時に、カバー部材によってスタイラスを保護することができ、これにより、意図しない外力がスタイラスに加わることを、より確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外力によるスタイラスの欠損やアームの損傷を防止できる輪郭測定機を提供することができる。また、本発明によれば、インクリメンタル型の検出器を用いても、始動時の原点復帰動作を不要にできる輪郭測定機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る輪郭測定機を示す正面図。
【図２】前記第一実施形態に係る輪郭測定機を示す側面図。
【図３】前記第一実施形態の要部を示す拡大模式図。
【図４】前記第一実施形態の原点復帰動作のステップを示すフロー図。
【図５】本発明の第二実施形態に係る輪郭測定機のカバー部材を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第一実施形態〕
図１から図４には、本発明の第一実施形態が示されている。
図１および図２において、輪郭測定機１は、ワーク（被測定物）Ｗの設置部としてのテーブル２に載置されたワークＷの輪郭形状を測定するものである。
図３において、輪郭測定機１は、先端３にスタイラス（触針）４を有したアーム７と、姿勢変更機構として設けられたアームリフタ８と、アーム７を止めるストッパ１５と、アームリフタ８を制御する制御装置９とを備えている。
【００１７】
また、輪郭測定機１は、アーム７の変位を検出するインクリメンタル型の検出器１０と、ワークＷに接近する方向の力をアーム７に発生させてスタイラス４をワーク表面Ｓに接触させる測定力付与機構１１とを備えている。
ワークＷのＸ−Ｚ平面での輪郭形状の測定動作は、測定位置Ｐ２に配置されたアーム７に設けられたスタイラス４を、ワーク表面Ｓに接触させた状態で測定方向（本実施形態ではＸ軸方向）に移動させる。この移動に伴うアーム７の揺動に基づいてスタイラス４のＺ軸方向の変位を検出することによって行なわれる。
【００１８】
本実施形態では、図３中、下方に揺動してストッパ１５に接触したときのアーム７の最下限の位置、すなわち、機械的限界位置を休止位置Ｐ１とする。この位置で、スタイラス４はテーブル２に最も接近した状態となる。
測定位置Ｐ２は、揺動自在状態にあるアーム７のスタイラス４がワーク表面Ｓに接触したときの位置であり、休止位置Ｐ１よりもやや上方の位置である。
中間位置Ｐ３は、アーム７の揺動範囲における中間の位置であり、測定位置Ｐ２よりも上方であり、アーム７が水平方向に延びた状態となる位置である。
離反位置Ｐ４は、揺動範囲でワークＷから離れたアーム７の位置であり、中間位置Ｐ３よりも上方の位置である。
【００１９】
スタイラス４は、全体として丸棒状であるが、その先端は片角形状に形成され、材質は超硬合金で形成され、摩耗耐久性および低摩擦性が確保されている。
筐体６は、支持体１２により支持され、支持体１２に設置された送り機構１３によりＸ軸方向へ移動可能である。この筐体６には電源オフスイッチ３４が設けられている。
なお、電源オフスイッチ３４は、必ずしも筐体６に設けられている必要はなく、輪郭測定機１の任意の部位に設置されていればよい。
【００２０】
支持体１２は、テーブル２上にまたはテーブル２に隣接して設置されたＺ軸方向に延びたコラム１４により支持されている。支持体１２は、コラム１４に沿ってＺ軸方向に昇降可能とされている。あるいは、輪郭測定機１は、コラム１４を用いず、テーブル２の近傍に支持体１２を並べて設置された構成としてもよく、スタイラス４がワーク表面Ｓに接触でき、かつＸ軸方向の移動が実行できるものであればよい。
【００２１】
送り機構１３は、前述した測定動作を行うために筐体６を支持体１２に対して移動させるものである。送り機構１３には、Ｘ軸方向に延びるボールねじ等を利用した機械式の精密送り機構などが利用でき、直線移動および高精度の配置が可能なもの、例えばリニアモータ等を利用してもよい。
【００２２】
アーム７は、Ｘ軸方向に延びたアーム基部２１およびアーム本体部２４と、アーム基部２１とアーム本体部２４とを連結する連結具２３とを有している。アーム基部２１は、筐体６の内部に支持軸５を介して揺動自在に支持されている。連結具２３は、アーム基部２１の露出端２２に設けられているとともに、アーム本体部２４の筐体６側の端部が連結されている。アーム本体部２４は、先端３にスタイラス４が着脱自在に装着されている。スタイラス４は、先端３から下向きに突出している。
【００２３】
アーム基部２１は、支持軸５によって筐体６に対してＲ方向に回動自在に支持されており、その後端２５は、アーム７のＲ方向の回動、すなわち、揺動とともにＺ軸方向に変位する。
アーム本体部２４は、連結具２３に着脱自在に連結されており、これにより、筐体６の外部に位置するアーム本体部２４を簡単に交換することが可能である。
支持軸５は、転がり軸受あるいは低摩擦材料を用いた滑り軸受で構成され、Ｘ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向の軸線に沿って配置されている。
【００２４】
アームリフタ８は、本発明を構成する姿勢変更機構であり、カム機構３３によって構成されている。
カム機構３３は、電動モータ等からなる回転装置３２と、回転装置３２の軸に偏心して連結されたカム３１とを有している。カム３１は、支持軸５を挟んでスタイラス４の反対側（後端２５側）でアーム基部２１に接触している。カム３１は、その初期位置ではアーム７に対して非接触であり、回転装置３２の回転により縁部でアーム７に接触し、さらなる回転でアーム７をワークＷから離反揺動させる。この離反揺動によりアーム７を揺動範囲内で任意位置に配置することができ、例えば、アーム７を中間位置Ｐ３や離反位置Ｐ４などに配置することができる。本実施形態では、離反位置Ｐ４や中間位置Ｐ３に配置されたアーム７のワークＷへの接近揺動はカム３１によって拘束される。
【００２５】
また、カム３１が初期位置にある際には、アーム７は揺動範囲のすべてで揺動自在となる。この場合、アーム７は、測定力付与機構１１に付勢されてワークＷに対して接近揺動し、スタイラス４がワークＷに接触したときに測定位置Ｐ２に配置される。テーブル２上にワークＷがない場合、アーム７はストッパ１５に接触する休止位置Ｐ１に配置される。
【００２６】
アームリフタ８は、制御装置９の制御に基づいて、アーム７を休止位置Ｐ１、離反位置Ｐ４、中間位置Ｐ３および測定位置Ｐ２の各々に配置する。
測定時には、スタイラス４がテーブル２に設置されたワークＷのワーク表面Ｓに接触し、この接触によりアーム７のワークＷへの接近揺動は阻止される。この場合、アーム７は、休止位置Ｐ１に至ることなく、測定位置Ｐ２に配置されることとなる。
【００２７】
検出器１０は、支持軸５を挟んでスタイラス４とは反対側（後端２５側）に設置され、アーム基部２１の特定部位のＺ軸方向の変位を検出する。これにより、アーム基部２１の回動角度を検出することができる。そして、検出した回動角度およびスタイラス４と支持軸５との距離から、アーム７およびスタイラス４のＲ方向の揺動変位およびＺ軸方向の変位を演算することができる。これらの信号処理および演算は、制御装置９の処理プログラムにより実行される。
また、検出器１０は、輪郭測定機１の電源投入時にアーム７が存する位置を原点として設定するように構成されている。電源投入時には、アーム７は休止位置Ｐ１に配されているので、検出器１０に設定される原点は休止位置Ｐ１となる。
【００２８】
測定力付与機構１１は、コイルばねで構成された機械式の付勢手段であり、支持軸５を挟んでスタイラス４とは反対側に設置され、筐体６とアーム基部２１との間に掛け渡されている。
この測定力付与機構１１により、アーム基部２１の後端２５がＺ軸方向上向きに付勢され、反対側（先端３側）においてはアーム本体部２４およびスタイラス４が同方向下向きに付勢されることになり、これによりスタイラス４がワーク表面Ｓに対して所定の測定力で接触する状態とされる。
【００２９】
制御装置９は、アームリフタ８、検出器１０、送り機構１３に接続されている。
制御装置９は、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）、入力装置を有するパーソナルコンピュータ等によって構成され、予め記録された動作プログラムに基づいて送り機構１３およびアームリフタ８の動作を制御する。
制御装置９は、後述の測定動作を制御するためのメインルーチンと後述の原点復帰動作を制御するためのサブルーチンとを備えている。制御装置９は、サブルーチンを実行する原点復帰モードに設定されている場合にこのサブルーチンを実行する。原点復帰モードの設定は、入力装置の操作等に基づいて制御装置９に予め設定されている。
【００３０】
本実施形態の輪郭測定機１においては、制御装置９の制御のもとで測定動作を行う。
測定にあたっては、アームリフタ８によりアーム７を離反位置Ｐ４に配置した状態において、ワークＷをテーブル２上に載置する。その後、アームリフタ８によりアーム７をワークＷに接近させるようにＲ方向に揺動させ、ワーク表面Ｓにスタイラス４が接触した状態となるように筐体６を配置する。このとき、アーム７は測定位置Ｐ２に揺動自在に配置された状態となる。
そして、制御装置９からメインルーチンに基づく制御信号を送り、送り機構１３によりアーム７をＸ軸方向へ移動させながら、検出器１０からの検出信号を記録していくことで、Ｘ軸方向に沿ったＺ軸変位としてワーク表面Ｓの形状測定が行われる。
【００３１】
制御装置９は、前述の測定動作の制御の他にも、アーム７を休止位置Ｐ１に復帰させるアームリフタ８による原点復帰動作を制御する。この制御は、図４のフロー図に示す各ステップに沿って実行される。
【００３２】
まず、制御装置９は、電源オフスイッチ３４の操作や入力装置の入力操作等によって生起された電源オフ指令を受信すると、この受信時において原点復帰モードにあるか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００３３】
ステップＳ１において原点復帰モードにあると判断した場合には、サブルーチンを実行し、アーム７が休止位置Ｐ１までＲ方向に揺動自在状態となるようにカム３１を初期位置まで回転させる。これにより、アーム７の自重ないし測定力付与機構１１の測定力に基づく休止位置Ｐ１への原点復帰動作を行わせる（ステップＳ２）。
【００３４】
ステップＳ２における原点復帰動作後、検出器１０の検出に基づいて、アーム７が休止位置Ｐ１にあるか否か、換言すれば、スタイラス４が機械的な最下限にあるか否かを判断する（ステップＳ３）。
ステップＳ３においてアーム７が休止位置Ｐ１にないと判断した場合には、このステップＳ３の判断を再度行う。この再判断は、所定時間ごとに行われてもよく、また、随時行われてもよい。
【００３５】
ステップＳ３においてアーム７が休止位置Ｐ１にあると判断した場合には、サブルーチンを終了し、電源をシャットダウンする（ステップＳ４）。
なお、ステップＳ１において原点復帰モードにないと判断した場合には、サブルーチンを実行させることなく、ステップＳ４で電源をシャットダウンする。
【００３６】
前述の各ステップを経て電源をシャットダウンすることにより、電源投入時にはアーム７は常に休止位置Ｐ１にあることとなる。この結果、電源投入時に起動される検出器１０は、アームリフタ８によりアーム７を揺動させることなく、休止位置Ｐ１を原点として速やかに設定（ゼロリセット）することができる。
【００３７】
なお、前述のサブルーチンは、ソフトウエアによって具現化されるのが適用範囲を広げられるので好ましいが、これに限られず、例えばファームウエアで具現化されてもよい。
【００３８】
以上の輪郭測定機１によれば、制御装置９により、電源オフ指令に基づいてアームリフタ８を動作させてアーム７を休止位置Ｐ１へと自動的に復帰させるため、スタイラス４とテーブル２との間隔を自動的に狭めておくことができる。ここで、休止位置Ｐ１はアーム７がテーブル２に最も接近した機械的限界位置であるため、スタイラス４とテーブル２との間隔を最小限にまで狭めておくことができる。
したがって、スタイラス４とテーブル２との間に異物が介在され、また、人が不意に触れてしまって、スタイラス４やアーム７に意図しない外力が加わる可能性を大幅に低減でき、外力によるスタイラス４の欠損やアーム７の損傷を防止することができる。
【００３９】
また、スタイラス４の欠損やアーム７の損傷に伴う交換作業をなくせるとともに、運用コストの上昇を回避できる。さらに、作業者に電源を切る際の注意喚起を行う必要もなくすことができる。
さらに、輪郭測定機１によれば、インクリメンタル型の検出器１０を用いても、電源投入時のアーム位置、すなわち、休止位置Ｐ１をそのまま原点として設定するため、始動時の原点復帰動作を不要にでき、処理軽減、時間短縮できる。
【００４０】
〔第二実施形態〕
本発明の第二実施形態に係る輪郭測定機１は、例えば図５に示すように、休止位置Ｐ１にあるアーム７のスタイラス４を覆うカバー部材４１をさらに備えている。
なお、本実施形態において、第一実施形態と同様な構成については同じ符号を用い、重複する説明は省略する。
カバー部材４１は、テーブル２に着脱自在であり、ワークＷの取り出し後にテーブル２上に設置され、休止位置Ｐ１にあるアーム７のスタイラス４を覆うように構成されている。
図５に示したカバー部材４１は、平面視Ｕ字状であり、その上方からスタイラス４が出し入れ可能であるが、この形状に限定されず、例えば、テーブル２に設置されるバイスやＶ状ブロック等によって具現化されてもよい。この場合、スタイラス４をバイスの隙間やＶ状ブロックの溝等に配置することで、スタイラス４を保護することができる。
【００４１】
本実施形態の輪郭測定機１によれば、前述の作用効果に加えて、カバー部材４１により、休止位置Ｐ１にあるアーム７のスタイラス４を覆うことで、電源オフ時に、カバー部材４１によってスタイラス４を保護することができる。これにより、意図しない外力がスタイラス４に加わることをより確実に防止することができる。
【００４２】
〔変形例〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、離反位置Ｐ４は、アーム７が筐体６の上方縁部に接触する位置、すなわち、機械的な最上限の位置に設定されてもよい。この場合には、アーム７の揺動範囲を最大限利用することができる。
【００４３】
前記実施形態では、アームリフタ８は、カム機構３３に代えて、例えば進退自在部材の進退によりアーム７にワークＷから離反するＲ方向の揺動力に基づいて配置する進退機構を備えていてもよく、また、リニアモータ機構を用いた機構を備えていてもよい。さらに、アーム７をＲ方向に付勢するボイスコイルを含んだ機構であってもよい。
揺動方向（Ｒ方向）については、本実施形態では上下方向であるが、水平方向であってもよく、また、上下方向や水平方向以外の斜め方向であってもよい。
【００４４】
前記実施形態では、スタイラス４は下方に突出しているが、ワーク表面Ｓの輪郭形状を測定できるように構成されていればよいのであり、この範囲内において、例えば、上方または水平方向に突出していてもよく、また、上下方向や水平方向以外の斜め方向へ突出していてもよい。
【００４５】
前記実施形態では、検出器１０は、アーム基部２１の任意の部位で変位を検出できればよく、変位検出は、差動コイル等の電磁的な方式のほか、光学的な変位検出等を利用することもできる。
前記実施形態では、測定力付与機構１１は、付勢手段としてコイルばね等の機械的な弾性部材に限らず、他のエラストマ材料を用いたものであってもよく、さらに電磁気的に測定力を発生させるもの、あるいは重力バランスにより測定力を発生させるものであってもよい。また、測定力付与機構１１の設置部位は、所定の測定力を付与できれば、アーム７の任意の場所であってよい。
前記実施形態では、ストッパ１５を構成している筐体６の下方の縁部には、面取りが施されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、被測定物の輪郭形状を測定する輪郭測定機に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…輪郭測定機、２…被測定物の設置部としてのテーブル、３…先端、４…スタイラス、５…支持軸、６…筐体、７…アーム、８…姿勢変更機構としてのアームリフタ、９…制御装置、１０…検出器、１１…測定力付与機構、１２…支持体、１３…送り機構、１４…コラム、１５…ストッパ、２１…アーム基部、２２…露出端、２３…連結具、２４…アーム本体部、２５…後端、３１…カム、３２…回転装置、３３…カム機構、Ｐ１…休止位置、Ｐ２…測定位置、Ｐ３…中間位置、Ｐ４…離反位置、Ｓ…ワーク表面、Ｗ…被測定物としてのワーク、３４…電源オフスイッチ、４１…カバー部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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