(57)【要約】【課題】切り欠きを有する被測定物、あるいは小径穴の内面測定を行う際にも測定プログラムを中断させることなく連続測定できる測定力制御装置を提供すること。【解決手段】制御装置３２に設けられた位置制御器６４が、検出される現在のスタイラス２６の回転角度θと目標回転角度θ０との差分Δθを求め、差分Δθが零となるようにボイスコイルモータ５２への通電量を決定する。そして、可変リミッタ回路６８が、位置制御器６４からの通電量を制限値Ｉ１に制限して一定にして、ボイスコイルモータ５２によりスタイラス２６に付与される回転力を一定にする。さらに、目標回転角度指令部６０が、目標回転角度θ０の設定を被測定物に対するスタイラス２６の接触部４４の相対位置Ｐ’に応じて切り替えるようにした。【選択図】      図２
2011089830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に被測定物と接触する接触部を有したスタイラスと、
支点部材を支点として前記スタイラスを回転自在に支持するスタイラスホルダと、
前記スタイラスの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
通電量に応じて前記スタイラスに支点中心の回転力を付与する電磁駆動手段と、
前記電磁駆動手段への通電量を制御する制御手段と、
前記スタイラスホルダと被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、
前記スタイラスホルダと被測定物との相対位置を検出する相対位置検出手段とを備えて、
前記電磁駆動手段の回転力によって前記スタイラスの接触部が被測定物を押すことにより被測定物表面に作用する測定力を制御する測定力制御装置であって、
前記制御手段は、
前記スタイラスの目標回転角度を設定して指令するとともに必要に応じて前記目標回転角度の設定を切り替える目標回転角度指令部と、
検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分を求めて、当該差分が零となるように前記電磁駆動手段への通電量を決定する通電量決定部と、
前記電磁駆動手段への通電量を一定にするための制限値を設定して指令する制限値指令部と、
検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が所定角度以上であれば前記通電量決定部によって決定された通電量を前記制限値に制限して一定の測定力を生じさせる通電量制限部とを有し、
前記目標回転角度指令部は、
一定の測定力を生じさせる場合に、
被測定物表面の測定位置とスタイラスの接触部との接触によりスタイラスの回転が規制され、かつ、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に当該目標回転角度を設定し、
測定力を生じさせないで前記スタイラスを保持する場合に、
被測定物とスタイラスの接触部との接触による回転規制をスタイラスが受けない範囲内に前記目標回転角度を設定することを特徴とする測定力制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の測定力制御装置において、
前記制御手段は、検出された前記スタイラスホルダと被測定物との相対位置、および、検出された前記スタイラスの回転角度に基づいて、被測定物に対する前記スタイラスの接触部の相対的な位置を算出する接触部位置算出部を備え、
前記目標回転角度指令部は、
前記スタイラスの接触部が予め設定された一連の測定経路に沿って案内され、前記一連の測定経路が、測定を自動的に中断して前記スタイラスの接触部を次の測定再開位置まで位置決めする際に当該接触部を通過させる位置決め経路を途中に含むように設定され、当該一連の測定経路を連続測定する場合に、
前記位置決め経路の前方にあって測定が実行される測定実行経路を測定する間は、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に前記目標回転角度を設定して、一定の測定力を生じさせ、
測定中断位置に前記スタイラスの接触部が達したならば、前記目標回転角度を当該測定中断位置において検出されるスタイラスの回転角度に一致させて、前記スタイラスを保持し、
前記スタイラスの接触部が次の測定実行経路における測定再開位置まで位置決めされたならば、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に前記目標回転角度を再度設定することを特徴とする測定力制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の測定力制御装置において、
前記目標回転角度指令部は、
被測定物の外周に形成された小径穴の内面を測定するために、前記スタイラスの接触部を前記小径穴に挿入して測定開始位置まで位置決めする際に、
前記スタイラスの長尺方向の中心軸が前記小径穴の中心軸に対して平行になる前記スタイラスの回転角度に前記目標回転角度を設定することを特徴とする測定力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真円度測定装置、輪郭形状測定機、粗さ測定機などの表面性状測定装置において、接触式のスタイラスが被測定物を押すことにより被測定物表面に作用する測定力を制御する測定力制御機能の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な真円度測定装置においては、回転テーブル上に被測定物を載置し、被測定物の表面位置を接触式スタイラスで検出しつつ、回転テーブルを回転させることで、被測定物の表面位置データを集積し、真円度を測定・算出するようになっている。
例えば特許文献１には、接触式スタイラスを用いて被測定物の表面形状を測定する装置における測定力を一定に制御する装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１記載の測定力制御装置は、図１０に示すように、先端に被測定物Ｗと接触する接触部１０１を有したスタイラス１０２と、支点部材１０３を支点としてスタイラス１０２を回転自在に支持するスタイラスホルダ１０４と、スタイラス１０２とスタイラスホルダ１０４とを連結するばね１０５と、スタイラス１０２の回転角度を検出することにより被測定物Ｗの表面位置を検出する差動トランス１０６と、通電量に応じてスタイラス１０２に支点中心の回転力を付与するボイスコイルモータ１０７と、ボイスコイルモータ１０７への通電量を制御する制御手段１０８を備えている。
なお図示は省かれているが、測定力制御装置を真円度測定機に利用する際は、被測定物Ｗを回転させる回転テーブルと、この回転テーブル上の被測定物Ｗに向かってスタイラスホルダ１０４を進退させるスライダ装置と、スタイラスホルダ１０４と被測定物との相対的な位置を検出する相対位置検出手段が備えられる。
【０００４】
測定の際に、まず、スライダ装置を作動させて、スタイラスホルダ１０４を被測定物Ｗに接近させて、接触部１０１が被測定物Ｗに押し付けられる状態にする。接触部１０１の押し付け量に応じてスタイラス１０２は支点中心に回転するので、スタイラス１０２には回転量に比例したばね１０５の反力が加わり、これによって接触部１０１が被測定物Ｗを押す力が生じる。この力を被測定物表面に作用する測定力Ｆと呼んでいる。
【０００５】
そして、回転テーブルを作動させて、被測定物Ｗをスタイラスホルダ１０４に対して相対的に移動させると、接触部１０１が被測定物表面に沿って案内される。接触部１０１が表面形状に応じて変位するとスタイラス１０２が支点を中心に揺動するので、差動トランス１０６により被測定物Ｗの表面位置が検出される。なお、回転テーブルやスライダ装置は、被測定物Ｗとスタイラスホルダ１０４とを相対的に移動させる手段であり、他の移動テーブルやスライダ装置を用いて構成される場合もある。
【０００６】
スタイラス１０２の回転量に比例したばね１０５の反力を利用して測定力Ｆを生じさせる方式では、スタイラス１０２が支点中心に揺動するのに応じて、ばね１０５の変形量が変動して測定力Ｆが変化してしまう。そこで、スタイラス１０２が揺動してその回転角度が変動しても、一定の測定力Ｆを生じさせるために、特許文献１の装置では、通電量に応じてスタイラス１０２に支点中心の回転力を付与するボイスコイルモータ１０７が設けられている。
【０００７】
ボイスコイルモータ１０７への通電量を制御する制御手段１０８は、差動トランス１０７の検出値により測定中のスタイラス１０２の揺動による回転角度の変動量を求め、その変動量に比例した電流、つまり測定力の変化量に相当する回転力をボイスコイルモータに生じさせる電流をボイスコイルモータ１０７に流す。これによってボイスコイルモータ１０７による回転力がスタイラス１０２に付与されて、ばね１０５の変形量の変動によって生じた反力が相殺される。このことでスタイラス１０２の回転角度の変動に無関係に一定の測定力Ｆが生じるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４０７０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
測定経路の途中に切り欠き（凹部）等がある場合
通常、被測定物の表面には、測定が実行される測定実行経路が設定され、スタイラスの接触部は、被測定物と接触した状態で測定実行経路に沿って案内される。つまり、スタイラスの接触部を被測定物に接触した状態でスタイラスホルダを被測定物に対して相対移動させながら測定が実行される。
しかしながら、被測定物の表面に設定された測定実行経路の途中に切り欠き、特にエッジの立った切り欠き（凹部）等が存在する場合には、図１０の測定力制御装置におけるスタイラス１０２にはその回転量に無関係に一定の回転力が付与されるため、スタイラス１０２の接触部１０１が切り欠き部分まで案内されると、切り欠き部分に接触部１０１が落ち込んでしまい、さらには切り欠きのエッジ部分に接触部１０１が引っ掛かってしまう。これに気付かずに回転テーブルの回転を続ければスタイラス１０２を破損することがあり得た。
【００１０】
このため、従来においては、スタイラスの接触部が切り欠き部分まで案内される手前で一度測定プログラムを停止し、手作業でスタイラスの接触部が切り欠き部分に落ち込まないようにスタイラスの回転を固定したうえで、回転テーブルを回転させる。そして、切り欠き部分が通過して、スタイラスの接触部が次の測定開始位置に達すればスタイラスの固定を解除して再度測定プログラムを開始するといった方法を採らざるを得なかった。
【００１１】
このように切り欠き（凹部）等で代表されるような連続測定を困難にする形状が一連の測定経路の途中にある場合、測定を自動的に中断して、スタイラスの接触部を次の測定開始位置まで位置決めしなければならず、一連の測定経路を連続して測定することができなかった。そのため、第一に、切り欠き（凹部）等の形状を途中に含んだ一連の測定経路を測定プログラムを中断させずに連続測定できるようにしたいという要求が強かった。
【００１２】
小径穴の内面測定
また、被測定物の外周に形成された小径穴の内面測定を行う場合には、測定を開始する前にスタイラスを小径穴に挿入して測定開始位置まで位置決めする操作が行われる。この挿入操作の際にスタイラスの軸部が被測定物の内面と接触してスタイラスが破損することを回避するため、スタイラスの長尺方向の中心軸を小径穴の中心軸に対して平行にしてから、スタイラスを小径穴に挿入するという手順が必要になる。
【００１３】
回転型のスタイラスは、ばねの反力が生じるため、あるいは、図１０の装置であればボイスコイルモータ１０７の回転力がスタイラス１０２の回転量に関わらず付与されるため、スタイラス１０２の接触部１０１が被測定物Ｗと接触していない状態においては、スタイラス１０２が所定の回転角度で保持される。通常は、構造上の制約でスタイラス１０２が回転できる限界までスタイラス１０２が回転した状態で保持される。このため、図１０の装置においては、スタイラス１０２が保持される回転角度は一定の角度となっていた。
【００１４】
従って、スタイラスの長尺方向の中心軸を被測定物の小径穴の中心軸に対して平行にするためには、スタイラスホルダ自体を取り外してスタイラスの長尺方向の中心軸が小径穴の中心軸と平行になるように再度取り付けるといった作業が必要となる。あるいは、スタイラスの軸と小径穴の軸が平行でない状態のまま、スライダホルダを小径穴に向けて移動させて、スタイラスの接触部を小径穴に浅く挿入する。その状態でスタイラスホルダを被測定物の表面に沿って移動させて、接触部を内面に接触させる。接触した状態で更にスタイラスの軸と小径穴の軸とが平行になるまでスタイラスホルダを移動させる。このようにしてスタイラスの軸と小径穴の軸とを平行にした後、スタイラスの接触部を所定の深さに設定するといった複雑な作業が必要となる。いずれにしても被測定物と接触していない状態においてスタイラスが保持される回転角度を任意に変更できさえすれば、これらの作業を省略することができる。
そのため、第二に、被測定物の小径穴にスタイラスを挿入する作業を容易にするため、被測定物と接触していない状態においてスタイラスが保持される回転角度を変更できる機能の要求も強かった。
【００１５】
また、同じ被測定物に対する測定であっても、真円度を測定する場合の測定力の設定値と、粗さを測定する場合の測定力の設定値とが異なることがある。図１０の測定力制御装置は単に測定力Ｆを一定にするだけで、測定力Ｆを変更できないため、真円度や粗さといった測定項目に応じて測定力Ｆの設定値を変更しなければならない場合、測定力制御装置を交換する必要があった。
同じ理由で、同じ被測定物に対して真円度と粗さ測定を連続して測定する場合には、測定を途中で中断して測定力制御装置を交換しなければならなかった。ここで、測定条件として、真円度や粗さといった測定項目の条件の他に、被測定物の材質条件においても、測定力の設定値を変更しなければならない場合がある。また、被測定物の変形を低減するために測定力を低減させたい場合もある。
そのため、第三に、測定条件の変更に応じて測定力を変更できる機能が強く求められていた。
【００１６】
本発明は前記従来技術に対する要求に応えるためのものであり、その解決すべき課題は、
先端に被測定物と接触する接触部を有したスタイラスと、
支点部材を支点として前記スタイラスを回転自在に支持するスタイラスホルダと、
前記スタイラスの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
通電量に応じて前記スタイラスに支点中心の回転力を付与する電磁駆動手段と、
前記電磁駆動手段への通電量を制御する制御手段と、
前記スタイラスホルダと被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、
前記スタイラスホルダと被測定物との相対位置を検出する相対位置検出手段とを備えて、
前記電磁駆動手段の回転力によって前記スタイラスの接触部が被測定物を押すことにより被測定物表面に作用する測定力を制御する測定力制御装置において、
第一に、切り欠き（凹部）等の形状を途中に含んだ一連の測定経路を測定プログラムを中断させずに連続測定でき、
第二に、被測定物と接触していない状態においてスタイラスが保持される回転角度を任意に変更でき、
第三に、測定条件の変更に応じて測定力を変更できる測定力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために本発明の請求項１にかかる測定力制御装置においては、
前記制御手段が、
前記スタイラスの目標回転角度を設定して指令するとともに必要に応じて前記目標回転角度の設定を切り替える目標回転角度指令部と、
検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分を求めて、当該差分が零となるように前記電磁駆動手段への通電量を決定する通電量決定部と、
前記電磁駆動手段への通電量を一定にするための制限値を設定して指令する制限値指令部と、
検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が所定角度以上であれば前記通電量決定部によって決定された通電量を前記制限値に制限して一定の測定力を生じさせる通電量制限部とを有して構成される。
そして、前記目標回転角度指令部は、
一定の測定力を生じさせる場合に、
被測定物表面の測定位置とスタイラスの接触部との接触によりスタイラスの回転が規制され、かつ、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に当該目標回転角度を設定し、
測定力を生じさせないで前記スタイラスを保持する場合に、
被測定物とスタイラスの接触部との接触による回転規制をスタイラスが受けない範囲内に前記目標回転角度を設定する。
【００１８】
請求項１の発明の作用効果を説明する。
通電量決定部が、検出される現在のスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分を求め、差分が零となるように電磁駆動手段への通電量を決定するので、通電量に応じた電磁駆動手段の回転力がスタイラスに付与されて、スタイラスの回転角度は常に目標回転角度に近づくようにフィードバック制御される。
本発明においては、フィードバック制御の目標となる目標回転角度の設定を、目標回転角度指令部が必要に応じて切り替えられるようにした。
【００１９】
（測定力の発生）
例えば、スタイラスの接触部が被測定物表面の測定位置と接触している状態において、測定力を生じさせたい場合、スタイラスの接触部の目標位置が被測定部の内部となるようにスタイラスの目標回転角度を設定すればよい。接触によりスタイラスの回転が規制されるので、検出されるスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が常に生じた状態となる。従って、スタイラスに回転力が付与された状態が維持され、常に測定力を生じさせることができる。
【００２０】
（測定力方向の１８０度反転）
また、例えば、測定力が作用する方向をスタイラスの支点中心に時計周りの方向から反時計周りの方向に変更させたい場合がある。スタイラスの接触部の目標位置が現在のスタイラスの接触部の位置よりもスタイラスの支点中心に時計周りの方向にずれるように、スタイラスの目標回転角度を設定すれば、時計周りの方向に測定力が作用する。逆に、スタイラスの接触部の目標位置が現在のスタイラスの接触部の位置よりもスタイラスの支点中心に反時計周りの方向にずれるように、スタイラスの目標回転角度を設定すれば、反時計周りの方向に測定力が作用する。このように、スタイラスの目標回転角度の設定値を切り替えることで、測定力が作用する方向を容易に切り替えることができる。
【００２１】
（接触状態でのスタイラス保持）
また、例えば、スタイラスの接触部が被測定物表面の測定位置と接触している状態において、測定力を零にしてスタイラスを保持したい場合、スタイラスの目標回転角度を現在検出されているスタイラスの回転角度に一致させればよい。つまりスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が零となるようなスタイラスの回転角度に目標回転角度を設定することで、スタイラスをその回転角度で保持することができる。
（任意の回転角度でのスタイラスの保持）
あるいは、スタイラスの接触部の目標位置が被測定物表面の測定位置と接触しない位置となるように、スタイラスの目標回転角度を設定してもよい。つまり、被測定物とスタイラスの接触部との接触による回転規制をスタイラスが受けない範囲内に前記目標回転角度を設定することによって、スタイラスが接触による回転規制を受けずに目標回転角度まで回転できるので、スタイラスを目標回転角度で保持することができる。
【００２２】
このように本発明においては、目標回転角度指令部が、まず、一定の測定力を生じさせる場合には、被測定物表面の測定位置とスタイラスの接触部との接触によりスタイラスの回転が規制され、かつ、検出されたスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が常に生じる範囲内に目標回転角度を設定し、一方、測定力を生じさせないでスタイラスを保持する場合には、被測定物とスタイラスの接触部との接触による回転規制をスタイラスが受けない範囲内に前記目標回転角度を設定するようにした。
従って、目標回転角度指令部が、必要に応じて目標回転角度の設定を切り替えることで、測定力を生じさせることも、測定力を生じさせないでスタイラスを所定の回転角度で保持することもできる。
【００２３】
また、一連の測定経路が、測定力を生じさせる必要がある経路と、測定力を生じさせずにスタイラスを所定の回転角度で保持する必要がある経路とを両方含む場合であっても、目標回転角度指令部が目標設定回路の設定を切り替えることによって、測定プログラムを中断させずに、一連の測定経路を連続測定することができる。
さらに、スタイラスを保持する場合には、目標回転角度指令部が、被測定物とスタイラスの接触部との接触による回転規制をスタイラスが受けない範囲内の任意の回転角度に前記目標回転角度を設定することによって、スタイラスが保持される回転角度は一箇所に限定されず、変更することができる。
【００２４】
（一定の測定力）
検出されたスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が零となるように、通電量決定部が電磁駆動回路への通電量を決定するだけでは、差分が変動した場合に通電量が変化してしまうことがあり、一定の測定力を生じさせることができない。そこで、本発明においては、一定の測定力を生じさせ、さらには測定力を測定条件に応じて変更できるようにするために、電磁駆動回路への通電量を制御する制御手段に、通電量を一定にするための制限値を設定できる制限値指令部と、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が所定角度以上であれば通電量を制限値に制限して一定の測定力を生じさせる通電量制限部とを設けた。差分が常に所定角度以上であれば、通電量が制限値に制限されて一定の測定力を生じさせ続けることができる。
【００２５】
従って、目標回転角度の設定条件に、検出されたスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が所定角度以上となる範囲内であることの条件を加えることによって、一定の測定力を生じさせることができる。
また、実際の測定においては、スタイラスの接触部を一連の測定経路に沿って案内する際に、表面形状に応じて接触部の位置が変動するので、これに応じて変動するスタイラスの回転角度の検出値に基づいて、被測定物の表面位置を検出している。従って、目標回転角度指令部がスタイラスの目標回転角度を設定する際には、スタイラスの接触部が測定力の作用する方向に最も変位する位置よりも変位量が大きくなる接触部の位置を基準にして、前述のスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分が所定角度以上となるようにスタイラスの目標回転角度を設定すればよい。このように目標回転角度を設定すれば、測定中のスタイラスの回転角度の変動に無関係に一定の測定力を生じさせることができる。
【００２６】
（測定力の変更）
また、制限値指令部が通電量の制限値を任意に設定することができるので、制限値を変更するだけで容易に測定力の大きさを変更できる。
【００２７】
本発明の請求項２にかかる測定力制御装置では、
前記制御手段は、検出された前記スタイラスホルダと被測定物との相対位置、および、検出された前記スタイラスの回転角度に基づいて、被測定物に対する前記スタイラスの接触部の相対的な位置を算出する接触部位置算出部を備えて構成される。
そして、目標回転角度指令部は、被測定物に対するスタイラスの接触部の相対位置に応じて目標回転角度の設定を切り替えることが好ましい。
すなわち、前記目標回転角度指令部は、
前記スタイラスの接触部が予め設定された一連の測定経路に沿って案内され、前記一連の測定経路が、測定を自動的に中断して前記スタイラスの接触部を次の測定再開位置まで位置決めする際に当該接触部を通過させる位置決め経路を途中に含むように設定され、当該一連の測定経路を連続測定する場合に、
前記位置決め経路の前方にあって測定が実行される測定実行経路を測定する間は、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に前記目標回転角度を設定して、一定の測定力を生じさせ、
測定中断位置に前記スタイラスの接触部が達したならば、前記目標回転角度を当該測定中断位置において検出されるスタイラスの回転角度に一致させて、前記スタイラスを保持し、
前記スタイラスの接触部が次の測定実行経路における測定再開位置まで位置決めされたならば、検出された前記スタイラスの回転角度と前記目標回転角度との差分が前記所定角度以上となる範囲内に前記目標回転角度を再度設定する。
【００２８】
（一連の測定経路の途中に位置決め経路がある場合）
切り欠き（凹部）等で代表されるような連続測定を困難にする形状が一連の測定経路の途中にある場合、通常、このような経路は位置決め経路に設定され、一連の測定経路は、前方の測定実行経路、位置決め経路、後方の測定実行経路の順番で構成される。
そして、前方および後方の測定実行経路では、一定の測定力を生じさせる必要があり、位置決め経路では、測定力を生じさせないでスタイラスを保持する必要がある。
一方、スタイラスの接触部の相対位置は検出手段で検出されるので、接触部が前方の測定実行経路の測定中断位置に達するタイミング、接触部が位置決めされて後方の測定実行回路の測定再開位置に達するタイミングは、それぞれ容易に認識できる。
【００２９】
本発明においては、目標回転角度の設定を、スタイラスの接触部の相対位置に応じて、一定の測定力を生じさせる設定と、測定力を生じさせないでスタイラスを保持する設定とに適宜切り替えるようにした。
すなわち、接触部が前方の測定実行経路の測定中断位置に達したならば、目標回転角度を一定の測定力を生じさせる設定から測定力を生じさせないでスタイラスを保持する設定に切り替える。具体的には前記目標回転角度を当該測定中断位置において検出されるスタイラスの回転角度に一致させて、前記スタイラスを保持する。また、接触部が位置決めされて後方の測定実行回路の測定再開位置に達したならば、目標回転角度を、スタイラスを保持する設定から再び一定の測定力を生じさせる設定に切り替えるようにした。
【００３０】
このようにすれば、切り欠き（凹部）等の位置決め経路に沿ってスタイラスの接触部を案内する間は、測定力を生じさせないでスタイラスを所定の回転角度で保持することができて、測定プログラムを中断させずに、一連の測定経路を連続して測定することができる。
【００３１】
本発明の請求項３にかかる測定力制御装置では、
前記目標回転角度指令部は、
被測定物の外周に形成された小径穴の内面を測定するために、前記スタイラスの接触部を前記小径穴に挿入して測定開始位置まで位置決めする際に、
前記スタイラスの長尺方向の中心軸が前記小径穴の中心軸に対して平行になる前記スタイラスの回転角度に前記目標回転角度を設定する。
【００３２】
（小径穴の内面測定）
本発明においては、スタイラスを保持する場合には、スタイラスが保持される回転角度を変更することができる。また、被測定物の小径穴の形状データ、被測定物とスタイラスホルダとの相対位置の情報、スタイラスの現在の回転角度の情報に基づいて、小径穴の中心軸とスタイラスの長尺方向の中心軸との成す角度を求めることができる。従って、被測定物の外周に形成された小径穴の内面測定を行う場合には、スタイラスの目標回転角度の設定を小径穴の中心軸とスタイラスの長尺方向の中心軸との成す角度に応じて変更するだけで、スタイラスの長尺方向の中心軸と小径穴の中心軸とを平行にすることができ、スタイラスの接触部を小径穴に挿入して測定開始位置まで送る操作を測定プログラムで自動的に行うことができる。
【００３３】
以上説明したように本発明にかかる測定力制御装置によれば、第一に、測定プログラムを中断させずに切り欠き（凹部）等の位置決め経路を含む一連の測定経路を連続して測定できる。第二に、被測定物と接触していない状態においてスタイラスが保持される回転角度を任意に変更できる。第三に、測定条件の変更に応じて測定力を変更することができる。さらに、一連の測定経路において、スタイラスが保持される回転角度の設定変更、および測定力の設定変更を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる真円度測定装置の概略構成の説明図である。
【図２】図１に示す装置に用いられる測定力制御機構の全体構成の説明図である。
【図３】本発明にかかる接触式スタイラスと被測定物との位置関係の説明図である。
【図４】本発明にかかるスタイラスの回転角度と目標回転角度との差分に対する電磁駆動手段への駆動電流の関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す装置に用いられる測定力制御機構の部分的な構成の説明図である。
【図６】本発明にかかる真円度測定装置による円筒状の被測定物の測定状態の説明図である。
【図７】本発明にかかる真円度測定装置による切り欠き部を有する被測定物の測定状態の説明図である。
【図８】本発明にかかる真円度測定装置による小径穴を有する被測定物の測定状態の説明図である。
【図９】本発明にかかる真円度測定装置による切り欠き部と部分的な内周面とを有する被測定物の測定状態の説明図である。
【図１０】従来の測定力制御装置の全体構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施例にかかる真円度測定装置の外観図が示されている。同図において、真円度測定装置１０は、基台１２と、該基台１２上に回転可能に設置された回転テーブル１４と、該回転テーブル１４のＸ方向位置を調整する位置調整手段１６及びＹ方向位置を調整する位置調整手段１８と、前記載置面のＸ方向傾きを調整する傾斜調整手段２０及びＹ方向傾き量を調整する傾斜調整手段２２と、該回転テーブル１４上に載置された被測定物Ｗの表面位置を接触検出可能な検出手段としてのスタイラス２６と、該スタイラス２６をスタイラスホルダ４０ごとＸ軸方向に移動可能なＸ軸スタイラス移動手段２８と、前記スタイラス２６をスタイラス移動手段２８ごとＺ軸（上下）方向に移動可能なＺ軸スタイラス移動手段３０とを含む。回転テーブル１４、位置調整手段１６、１８、傾斜調整手段２０、２２、Ｘ軸スタイラス移動手段２８、Ｚ軸スタイラス移動手段３０は本発明の相対移動手段を構成するもので、被測定物Ｗとスタイラスホルダ４０とを相対移動できる。
【００３６】
そして、前記回転テーブル１２の回転量、載置面１４ａのＸ−Ｙ平面上の移動量、載置面１４ａのＸ−Ｙ平面に対する傾斜量、スタイラス移動手段２８、３０によるスタイラスの移動量、およびスタイラスの傾斜角変位は、それぞれマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を内蔵した制御装置３２に送られる。制御装置３２は送られた検出値に基づいて、被測定物に対するスタイラスホルダ４０の相対位置を算出する。
【００３７】
本実施形態において、スタイラス２６は図２に示すようにスタイラスホルダ４０に支点部材４２を支点として回転自在に支持されている。スタイラス２６の先端には被測定物と接触する接触部（球部）４４が形成されている。スタイラス２６の基端には電磁駆動手段としてのボイスコイルモータ５２が設けられ、スタイラス２６の回転角度θを検出する回転角度検出手段としての差動トランス４６とともにスタイラスホルダ４０に収納されている。
【００３８】
スタイラス２６における支点よりもボイスコイルモータ５２側の位置には、差動トランスの鉄心４８が形成され、スタイラス２６の回転に伴って差動トランスのコイル５０内を移動する。この差動トランスのコイル５０はスタイラスホルダ４０に固定されている。差動トランス４６が検出するスタイラス２６の回転角度θは、例えば図３に示すように、基準軸Ｌ１からの角度に設定してもよい。図３中の軸Ｌ１〜Ｌ４は、スタイラス２６の各回転位置におけるスタイラス２６の長尺方向の中心軸を示す。本実施形態では、差動トランス４６の検出におけるスタイラス２６の基準軸Ｌ１がスタイラスホルダ４０の中心軸と平行になっている。
【００３９】
図２のボイスコイルモータ５２は、ボイスコイル５４、板状磁石５６、および図示しない磁石ホルダ（ヨーク）から構成され、一般的にハードディスクなどに使用されるモータと同じである。ボイスコイル５４はスタイラス２６の基端に固定され、スタイラス２６の支点中心に揺動する。揺動するボイスコイル５４を挟むようにして一対の板状磁石５６がスタイラスホルダ４０に固定されている。
ボイスコイル５４が通電されると、ボイスコイル５４には電流量に応じてスタイラス２６の支点中心の回転力が作用する。ボイスコイル５４に加わる回転力はボイスコイル５４に生じる磁界の大きさに比例する。これによりボイスコイルモータ５２はスタイラス２６に支点中心の回転力を付与することができる。
【００４０】
なお、ボイスコイルモータ５２としては、コイルが巻かれた筒状のコイルボビンと、円柱状のインナーヨークと、筒状のアウターヨークと、アウターヨークに固定された磁石とを備え、コイルがボビンごとインナーヨークとアウターヨークとの隙間に挿入されて構成されるタイプのモータであってもよい。
また、本発明の電磁駆動手段としては、ボイスコイルモータ５２のように可動部分がリニアに可動するモータでなくてもよい。例えば、スタイラスの回転軸に回転式の電磁モータを直結してスタイラスを回転させてもよい。電磁駆動手段としてはスタイラスに回転力を付与できるものであれば様々なタイプのモータを使用できる。
【００４１】
図２に示すように制御装置３２は、本発明の制御手段に相当しボイスコイルモータへ５２の駆動電流Ｉを制御する機能があり、目標回転角度指令部６０、制限値指令部６２、通電量決定部としての位置制御器６４と、駆動回路６６と、通電量制限部としての可変リミッタ回路６８とを備えて構成される。
【００４２】
目標回転角度指令部６０は、スタイラス２６の目標回転角度θ０を設定して位置制御器６４に指令するとともに、必要に応じて目標回転角度θ０の設定を切り替える。目標回転角度θ０は、図３にて基準軸Ｌ１と軸Ｌ３とが成す角度で設定される。軸Ｌ３は、スタイラス２６の接触部４４が目標位置に到達した場合のスタイラス２６の中心軸を示す。
【００４３】
制限値指令部６２は、ボイスコイルモータ５２への駆動電流Ｉを一定にするための制限値を任意に設定して可変リミッタ回路６８に指令する。制限値として正の制限値Ｉ１と負の制限値Ｉ２が設定される。
位置制御器６４は、検出されたスタイラスの回転角度θと目標回転角度θ０との差分Δθを求めて、差分Δθが零となるようにボイスコイルモータ５２への通電量を決定する。差分Δθは、Δθ＝θ０−θで定義され、図３の軸Ｌ２と軸Ｌ３とが成す角度で設定される。軸Ｌ２は、スタイラス２６の接触部４４が被測定物Ｗに接触している状態でのスタイラス２６の中心軸を示す。便宜的にθ０がθよりも大きい場合の差分Δθを正の値とする。スタイラスの回転角度θが仮に目標回転角度θ０よりも大きくなって軸Ｌ４の位置まで回転したとすれば、差分Δθは負の値を示すことになる。
位置制御器６４で決定された通電量に基づいてボイスコイルモータ５２が作動したとすれば、差分Δθが減少する方向にスタイラス２６が回転力を受ける。
【００４４】
駆動回路６６は、位置制御器６４で決定された通電量に基づいて、実際にボイスコイルモータ５２に流す駆動電流を出力する。
【００４５】
可変リミッタ回路６８は、差分Δθが所定角度以上であれば駆動回路から流れる駆動電流Ｉを制限値に制限する。あるいは、可変リミッタ回路は、差分Δθが所定角度以上であれば位置制御器６４で決定された通電量を制限値に制限してもよく、この場合は、制限された通電量に基づく駆動電流Ｉを駆動回路６６がボイスコイルモータ５２に流すことになる。
【００４６】
図４は、横軸に差分Δθをとり縦軸に駆動電流Ｉをとって、差分Δθと駆動電流Ｉの関係を示すグラフである。差分Δθが所定角度Δθ１以上となる範囲では、ボイスコイルモータ５２には制限値Ｉ１に制限された一定の駆動電流Ｉが流れて、一定の測定力Ｆ１が生じる。
差分Δθが負の値の場合は、所定角度Δθ２以下となる範囲で、ボイスコイルモータ５２には制限値Ｉ２に制限された一定の駆動電流Ｉが流れて、測定力Ｆ１とは反対方向の一定の測定力Ｆ２が生じる。
差分Δθが所定角度Δθ２を超えて所定角度Δθ１未満の範囲（図中で星印で示す範囲）となる場合は、差分Δθに比例した駆動電流Ｉがボイスコイルモータ５２に流れる。位置制御器６４は、所定角度Δθ１、Δθ２ができるだけ小さくなるように、あるいは差分Δθが零から所定角度Δθ１、Δθ２に達するまでの時間ができるだけ短くなるように特性が与えられている。また、位置制御器６４は、スタイラスに振動が起きないように特性が与えられている。
【００４７】
図５に示すように、回転テーブル１４やＸ軸スタイラス移動手段２８などの各駆動機構に設けられた検出器（相対位置検出手段）７０により被測定物Ｗに対するスタイラスホルダ４０の相対位置Ｐが検出される。制御装置３２には、検出された相対位置Ｐおよびスタイラスの回転角度θに基づいて、被測定物Ｗに対するスタイラスの接触部４４の相対的な位置Ｐ’を算出する接触部位置算出部７２が設けられている。算出された相対位置Ｐ’はスタイラスの目標回転角度指令部６０に送られる。目標回転角度指令部６０では、予め入力された被測定物Ｗの形状データに、スタイラスの接触部４４の相対位置Ｐ’の情報を照らし合わせて、スタイラスの接触部４４の相対位置Ｐ’に応じたスタイラス２６の目標回転角度θ０を設定する。
【００４８】
本発明において特徴的なことは、ボイスコイルモータ５２の回転力によってスタイラス２６の接触部４４が被測定物Ｗを押すことにより被測定物表面に作用する測定力Ｆを、図２の目標回転角度指令部６０が設定する目標回転角度θ０の設定を必要に応じて切り替えることによって、制御することである。
具体的には、目標回転角度指令部６０は、一定の測定力Ｆを生じさせる場合には、検出されたスタイラスの回転角度θと目標回転角度θ０との差分Δθが所定角度Δθ１（図４）以上となる範囲内に目標回転角度θ０を設定する。なお、差分Δθが負の値となる場合には、差分Δθが所定角度Δθ２（図４）以下となる範囲内に目標回転角度θ０を設定する。また、測定力Ｆを生じさせないでスタイラス２６を保持する場合には、スタイラス２６が被測定物Ｗとスタイラスの接触部４４との接触による回転規制を受けない範囲内に目標回転角度θ０を設定することである。
【００４９】
図６〜１０を用いて詳しく説明する。
図６には本実施形態にかかる真円度測定装置１０を用いて上方に開口する円筒状の被測定物Ｗの外周測定および内周測定を行う状態が模式的に示されている。
同図より明らかなように、外周測定および内周測定においては、スタイラス２６の目標回転角度θ０が、実際には被測定物Ｗによって回転の規制をスタイラス２６が受ける範囲内に設定されている。つまり、スタイラス２６の接触部の目標位置（図中の位置Ａ’、Ｂ’）が実際の測定位置（図中の位置Ａ、Ｂ）よりも被測定物Ｗの内方となる位置に設定される。さらに、外周測定においては、検出されるスタイラスの回転角度θと目標回転角度θ０との差分Δθが所定角度Δθ２以下となる範囲内（図４）に目標回転角度θ０が設定されている。従って、ボイスコイルモータ５２には図４のグラフに基づく制限値Ｉ２で制限された一定の駆動電流Ｉが流れて、スタイラス２６の支点中心に時計周りの一定の測定力Ｆ２を生じさせることができる。同様に、内周測定においては、検出されたスタイラスの回転角度θと目標回転角度θ０との差分Δθが所定角度Δθ１以上となる範囲内（図４）に目標回転角度θ０が設定されている。従って、ボイスコイルモータには図４のグラフに基づく制限値Ｉ１で制限された一定の駆動電流Ｉが流れて、支点中心に反時計周りの一定の測定力Ｆ１を生じさせることができる。
さらに、制限値指令部６２が制限値Ｉ１またはＩ２を任意に設定できるので、制限値の設定を変更するだけで、測定力Ｆを変更することができる。
【００５０】
図７には本実施形態にかかる真円度測定装置１０を用い、外周面に切り欠き部Ｗ１を有する円柱状被測定物Ｗの測定状態を模式的に示す。
スタイラス２６の接触部（図中では小丸で示す。）は、円柱の外周面に予め設定された一連の測定経路Ｒに沿って案内される。しかし、一連の測定経路Ｒが、従来においては測定を中断して、スタイラス２６の接触部を次の測定再開位置まで位置決めする必要があった切り欠き部Ｗ１を途中に含んでいる。このような一連の測定経路Ｒを、従来における真円度測定で測定を中断することなく連続測定すると、測定力Ｆによって被測定物方向に付勢されているスタイラス２６が切り欠き部Ｗ１に至った際に、該スタイラス２６の接触部が切り欠き部Ｗ１に落ち込んでしまう（図７（Ａ）中の位置Ｄ）。この状態でさらに被測定物Ｗの回転を続ければ、スタイラス２６の接触部は切り欠き部Ｗ１の壁に衝突し、破損を生じる場合があった。
【００５１】
本実施形態にかかる真円度測定装置１０によれば、測定開始位置（図７（Ｂ）中の位置Ａ）から切り欠き部Ｗ１手前の測定中断位置（同図の位置Ｂ）までの間、目標回転角度指令部６０の指示によりスタイラス２６の目標回転角度θ０を、図６の場合と同様に、スタイラス２６の接触部の目標位置が被測定物Ｗの内方の位置（例えば図７（Ｂ）中の位置Ａ’、Ｂ’）となるように設定して、一定の測定力Ｆを生じさせて測定を実行する。
【００５２】
そして、本発明で特徴的なことは、スタイラス２６の接触部が切り欠き部Ｗ１手前の測定中断位置（同図の位置Ｂ）に至った際に、目標回転角度指令部６０の指示によりスタイラス２６の目標回転角度θ０を当該測定中断位置において検出されるスタイラスの回転角度θに一致させて、測定力Ｆが零となる状態にしてスタイラス２６を保持してから、次の測定再開位置（同図の位置Ｃ）まで位置決めを実行することである。これによって、スタイラス２６の接触部が切り欠き部Ｗ１内に落ち込まないようにすることができ、かつ、測定プログラムを中断させる必要もなくなる。
【００５３】
さらに、スタイラス２６の接触部が切り欠き部Ｗ１を通過して、次の測定実行経路における測定再開位置（位置Ｃ）までの位置決めが終われば、目標回転角度指令部６０は再度目標回転角度θ０の設定を一定の測定力Ｆが生じる設定（同図の位置Ｃ’）に切り替えて測定が自動的に再開される。
【００５４】
図８には本実施形態にかかる真円度測定装置１０を用いた小径穴の内面測定状態が模式的に示されている。
スタイラス２６の接触部を内面Ｗ２の測定開始位置まで位置決めする際には、同図（Ａ）より明らかなように、スタイラスの回転角度θを大きく取った状態で小径穴に近接した場合、スタイラスホルダ４０は小径穴の直上に位置していても、スタイラス２６の先端は小径穴Ｗ２に至っておらず、このままスタイラスホルダ４０を下降させれば、同図（Ｂ）に示すようにスタイラス２６を破損してしまう場合もある。
そこで、本実施形態においては、スタイラスホルダ４０が小径穴直上に到達すると、同図（Ｃ）に示すように目標回転角度θ０を変更して、スタイラス２６の長尺方向の中心軸が小径穴の中心軸と平行になるように、スタイラス２６の回転角度θを小さくする。この結果、スタイラス２６の接触部は小径穴の範囲に収まり、このまま下降させることができる（同図（Ｄ））。そして、スタイラス２６の接触部が測定開始位置に到達したら、スタイラス２６の目標回転角度θ０の設定を一定の測定力Ｆが生じる設定に切り替えれば、一定の測定力Ｆによる小径穴Ｗ２内面の真円度測定が可能となる。
なお、図８では、スタイラスを保持したい回転角度θになるように、目標回転角度θ０の設定値を変更すれば、容易に保持するスタイラス２６の回転角度θを変更できる。
【００５５】
図９には本実施形態にかかる真円度測定装置１０を用い、外周面に切り欠き部を有し、かつ部分的に内周面Ｗ３を有する円柱状被測定物Ｗの測定状態を模式的に示す。
スタイラス２６の接触部が測定開始位置（図９中の位置Ａ）から測定中断位置（同図の位置Ｂ）まで案内される間、目標回転角度θ０を一定の測定力Ｆが生じる設定（例えば位置Ａ’）にする。測定中断位置Ｂでは目標回転角度θ０をスタイラス２６の保持設定に切り替える。そして、スタイラス２６の接触部を測定中断位置Ｂから測定再開位置（位置Ｂ’）まで位置決めする。測定再開位置Ｂ’では、目標回転角度θ０を一定の測定力Ｆが生じる設定（位置Ｂ’’）にする。これによって、スタイラス２６の接触部が位置Ｂ’から次の測定中断位置（位置Ｃ）まで案内される間は、内周面Ｗ３に向かった一定の測定力Ｆが生じる。スタイラス２６の接触部が位置Ｃに達したら、目標回転角度θ０をスタイラス２６の保持設定に切り替えて、スタイラス２６の接触部を次の測定再開位置（位置Ｃ’）まで位置決めする。測定再開位置Ｃ’では、目標回転角度θ０を一定の測定力Ｆが生じる設定（位置Ｃ’’）にする。スタイラス２６の接触部が次の測定中断位置（位置Ｄ）に達したら、目標回転角度θ０をスタイラス２６の保持設定に切り替えて、スタイラス２６の接触部を次の測定再開位置（位置Ｄ’）まで位置決めする。測定再開位置Ｄ’では、目標回転角度θ０を一定の測定力Ｆが生じる設定（図中の位置Ｄ’’）にする。
このようにして、測定完了位置（位置Ａ）までの一連の測定経路Ｒを、測定プログラムを停止させることなく連続測定することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、被測定物Ｗの形状データはあらかじめ測定プログラムに組み入れられており、真円度測定にあたって予想される変動幅以上にスタイラス２６が変位した場合であっても一定の測定力Ｆを生じさせることができるように、目標回転角度θ０の設定値は余裕を持って設定されている。
真円度測定装置は、本発明にかかる測定力制御装置の一例であり、測定力制御装置としては、他の表面性状測定装置（輪郭形状測定機、粗さ測定機）にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１０    真円度測定装置（測定力制御装置）
１４    回転テーブル（相対移動手段）
２６    スタイラス
２８    Ｘ軸スタイラス移動手段（相対移動手段）
３２    制御装置（制御手段）
４０    スタイラスホルダ
４４    接触部
４６    差動トランス（回転角度検出手段）
５２    ボイスコイルモータ（電磁駆動手段）
６０    目標回転角度指令部
６２    制限値指令部
６４    位置制御器（通電量決定部）
６８    可変リミッタ回路（通電量制限部）
７０    検出器（相対位置検出手段）
７２    接触部位置算出部
Ｉ      駆動電流（通電量）
Ｉ１、Ｉ２    制限値
Ｐ      スタイラスホルダと被測定物との相対位置
Ｐ’    被測定物に対するスタイラスの接触部の相対的な位置
Ｒ      一連の測定経路
Ｗ      被測定物
θ０    スタイラスの目標回転角度
θ      スタイラスの回転角度
Δθ    スタイラスの回転角度と目標回転角度との差分
【図１】
2011089830.tif 000003
【図２】
2011089830.tif 000004
【図３】
2011089830.tif 000005
【図４】
2011089830.tif 000006
【図５】
2011089830.tif 000007
【図６】
2011089830.tif 000008
【図７】
2011089830.tif 000009
【図８】
2011089830.tif 000010
【図９】
2011089830.tif 000011
【図１０】
2011089830.tif 000012