(57)【要約】【課題】工作機械に載置されている測定対象物の表面粗さを高精度に測定する。【解決手段】工作機械に載置された測定対象物の表面粗さを測定する測定機２であって、一方向に延びるフレーム１２と、該測定機を前記工作機械に載置した状態において、前記測定対象物に沿って前記フレームの延びる方向にスライド可能な光学顕微鏡８と、前記工作機械に載置された前記測定対象物の表面に対する前記光学顕微鏡の高さを調整する高さ調整部２０と、前記フレームを支持し、かつ前記フレームの高さ及び傾きを調整するフレーム調整部１６と、該測定機を前記工作機械に載置し、または該測定機を前記工作機械から取り外す際に使用者によって把手される把手部１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に載置された測定対象物の表面粗さ、微細形状の少なくとも一方を測定する測定機であって、
一方向に延びるフレームと、
該測定機を前記工作機械に載置した状態において、前記測定対象物に沿って前記フレームの延びる方向にスライド可能な光学顕微鏡と、
前記工作機械に載置された前記測定対象物の表面に対する前記光学顕微鏡の高さを調整する高さ調整部と、
前記フレームを支持し、かつ前記フレームの高さ及び傾きを調整するフレーム調整部と、
該測定機を前記工作機械に載置し、または該測定機を前記工作機械から取り外す際に使用者によって把手される把手部と
を備えることを特徴とする測定機。
【請求項２】
前記光学顕微鏡は、白色干渉顕微鏡方式またはコンフォーカルレーザー顕微鏡方式による三次元表面形状測定が可能な非接触測定システムを搭載していることを特徴とする請求項１記載の測定機。
【請求項３】
前記光学顕微鏡を前記測定対象物に沿って前記フレームの延びる方向にスライドさせる制御部と、
前記制御部により、前記光学顕微鏡を前記フレームの延びる方向にスライドさせながら、順次前記光学顕微鏡の対物レンズを介して観察される前記測定対象物の像の三次元画像データを生成する生成部と、
前記生成部により生成された複数の前記三次元画像データを合成し、三次元画像合成データを作成する合成部と
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の測定機。
【請求項４】
前記測定対象物の複数の測定ポイントの高さを算出する算出部と、
前記算出部により算出された複数の前記測定ポイントの高さに基づいて前記測定対象物の真直度を測定する真直度測定部と
を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の測定機。
【請求項５】
前記フレームの真直度に関する情報を記憶する真直度記憶部と、
前記真直度に関する情報を参照して前記真直度測定部により測定された前記測定対象物の真直度を補正する補正部と
を備えることを特徴とする請求項４記載の測定機。
【請求項６】
前記測定対象物の真直度を測定する真直度測定部と、
前記フレームの真直度に関する情報を記憶する真直度記憶部と、
前記真直度に関する情報を参照して前記合成部により作成された前記三次元画像合成データを補正する補正部と
を備えることを特徴とする請求項３記載の測定機。
【請求項７】
前記フレーム調整部は、前記フレームの一方の端部に２個、他方の端部に１個設けられ、前記フレームを３点で支持することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面研削盤等の工作機械によって加工された加工物の表面の粗さを測定する測定機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削・研磨加工等の精密加工を行う場合、加工部品の表面粗さが重要な検査項目となる。従来、表面粗さを測定する装置としては、触針式の測定機（特許文献１参照）の他、白色干渉顕微鏡方式やコンフォーカルレーザー顕微方式等の非接触光学式の測定機等が多数知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０９８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触針式の測定機にはハンディタイプのものも市販されているが、測定精度が低いという問題があった。また、測定できる加工部品のサイズには限りがあった。
【０００５】
一方、非接触光学方式の測定機には、大型の測定テーブルに検出ヘッドを搭載し、大型の加工部品の表面粗さを測定できる特殊な測定機も存在するが、表面粗さを測定する場合には、加工部品を加工装置より取り外して、測定機の測定テーブルに移載する必要があった。更に、良好な測定結果が得られず再加工を行う必要がある場合には、加工部品を測定機から取り外して再度加工装置に移載する手間が掛かるという問題があった。なお、一度加工装置から加工部品を取り外すと、加工条件の再現が困難となり、加工不良に陥る可能性があった。
【０００６】
本発明の目的は、工作機械に載置されている測定対象物の表面粗さを高精度に測定することができる測定機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の測定機は、工作機械に載置された測定対象物の表面粗さ、微細形状の少なくとも一方を測定する測定機であって、一方向に延びるフレームと、該測定機を前記工作機械に載置した状態において、前記測定対象物に沿って前記フレームの延びる方向にスライド可能な光学顕微鏡と、前記工作機械に載置された前記測定対象物の表面に対する前記光学顕微鏡の高さを調整する高さ調整部と、前記フレームを支持し、かつ前記フレームの高さ及び傾きを調整するフレーム調整部と、該測定機を前記工作機械に載置し、または該測定機を前記工作機械から取り外す際に使用者によって把手される把手部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の測定機は、前記光学顕微鏡が、白色干渉顕微鏡方式またはコンフォーカルレーザー顕微鏡方式による三次元表面形状測定が可能な非接触測定システムを搭載していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の測定機は、前記光学顕微鏡を前記測定対象物に沿って前記フレームの延びる方向にスライドさせる制御部と、前記制御部により、前記光学顕微鏡を前記フレームの延びる方向にスライドさせながら、順次前記光学顕微鏡の対物レンズを介して観察される前記測定対象物の像の三次元画像データを生成する生成部と、前記生成部により生成された複数の前記三次元画像データを合成し、三次元画像合成データを作成する合成部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の測定機は、前記測定対象物の複数の測定ポイントの高さを算出する算出部と、前記算出部により算出された複数の前記測定ポイントの高さに基づいて前記測定対象物の真直度を測定する真直度測定部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の測定機は、前記フレームの真直度に関する情報を記憶する真直度記憶部と、前記真直度に関する情報を参照して前記真直度測定部により測定された前記測定対象物の真直度を補正する補正部と備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の測定機は、前記測定対象物の真直度を測定する真直度測定部と、前記フレームの真直度に関する情報を記憶する真直度記憶部と、前記真直度に関する情報を参照して前記合成部により作成された前記三次元画像合成データを補正する補正部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の測定機は、前記フレーム調整部が、前記フレームの一方の端部に２個、他方の端部に１個設けられ、前記フレームを３点で支持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の測定機によれば、工作機械に載置されている測定対象物の表面粗さを高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る測定機を正面から視た図である。
【図２】実施の形態に係る測定機を上方から視た図である。
【図３】実施の形態に係る測定機を側方から視た図である。
【図４】実施の形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。
【図５】実施の形態に係る工作機械を示す図である。
【図６】実施の形態に係る測定機を用いた表面粗さ測定の処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る測定機を工作機械に搭載した状態を示す図である。
【図８】実施の形態に係る測定機を定盤に搭載した状態を示す図である。
【図９】実施の形態に係るフレーム調整部の位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、実施の形態に係る測定機について、工作機械によって加工された加工物の表面粗さや微細形状を測定する場合に用いられる測定機を例に説明する。図１は、実施の形態に係る測定機を正面から視た図である。また、図２は、実施の形態に係る測定機を上方から視た図であり、図３は、これを側方から視た図である。
【００１７】
なお、以下の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照して説明する。ＸＹＺ直交座標系は、図１〜３に示すように、ＸＹ平面が測定機を載置する水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
【００１８】
図１〜３に示すように、測定機２は、工作機械４（図５参照）によって加工された測定対象物６（図４参照）を測定する顕微鏡８、顕微鏡８をＺ軸方向に移動させるフォーカシングユニット１０、顕微鏡８及びフォーカシングユニット１０を搭載したスライダー１１、スライダー１１をＸ軸方向にスライド可能に支持する十分な剛性を有するフレーム１２を備えている。測定対象物６は、例えば、Ｘ軸方向の長さが１ｍ以上であり、かつＹ軸方向の長さが１ｍ以上の平面を有する大型の加工物である。
【００１９】
ここで、フレーム１２は、使用者が顕微鏡８のＸ軸方向における位置を認識する場合に参照する目盛であるコンベックス１３を備えている。また、フレーム１２の両端部の上側（＋Ｚ方向側）には、使用者によって把手される把手部１４が設けられ、フレーム１２の両端部の下側（−Ｚ方向側）には、フレーム１２の高さや傾きを調整するフレーム調整部１６が設けられている。
【００２０】
ここで、フレーム１２の高さや傾きの調整は、各フレーム調整部１６の下部から露出した調整螺子１６ａの長さをダイヤル１６ｂを回動させて変化させることによって行われる。なお、フレーム調整部１６は、フレーム１２の−Ｘ方向側の端部に２個、及びフレーム１２の＋Ｘ方向側の端部に１個設けられ、３点でフレーム１２を支持している。
【００２１】
また、フォーカシングユニット１０の両側部には、顕微鏡８の上下方向（Ｚ軸方向）の位置を調整する粗微動調整ダイヤル２０が備えられている。
【００２２】
図４（ａ）は、実施の形態に係る顕微鏡８の構成を示す図である。図４（ａ）に示すように、顕微鏡８は、光の光路となる光路ボックス２２を備え、光路ボックス２２の下部に、所定の倍率（例えば対物５倍）で測定対象物６を観察するマイケルソン型干渉対物レンズ２４、及びマイケルソン型干渉対物レンズ２４を上下方向（Ｚ軸方向）に駆動させるピエゾアクチュエータ３３を備えている。
【００２３】
また、光路ボックス２２の上部には、第１の鏡筒２６、及び第２の鏡筒２８が備えられている。第１の鏡筒２６は、マイケルソン型干渉対物レンズ２４を介して測定対象物６を照明する照明光を射出する照明部３０を備え、第２の鏡筒２８は、照明光により照明された測定対象物６の像を撮影するカメラ３２を備えている。
【００２４】
また、図４（ｂ）は、顕微鏡８に設けられたマイケルソン型干渉対物レンズ２４を示す図である。図４（ｂ）に示すように、マイケルソン型干渉対物レンズ２４は、レンズ３４、及び後述する参照ミラー３５を備えている。
【００２５】
図５は、実施の形態に係る工作機械４を示す図である。図５に示すように、工作機械４は、測定対象物６が載置されるテーブル部４２、テーブル部を水平方向にスライド可能に支持するスライダー４４、基台４６、テーブル部４２に載置された測定対象物６を加工する加工ユニット４８を備えている。ここで、加工ユニット４８の下部には、測定対象物６の表面を研磨または研削する、例えば砥石等の加工部材４８ａが備えられている。
【００２６】
次に、実施の形態に係る測定機２を用いて測定対象物６を測定する場合の手順について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。なおフローチャートは、測定機２の図示しない制御部を主体として記載されている。まず、使用者は、工作機械４のテーブル部４２に測定対象物６を載置し、加工ユニット４８を用いて測定対象物６を加工する。次に、使用者は、スライダー４４によりテーブル部４２の位置をスライドさせることにより、測定対象物６を加工ユニット４８から離れた場所に移動させ、測定対象物６を測定する場合に加工ユニット４８が邪魔にならないようにする。
【００２７】
次に、使用者は、所定の位置に載置されている測定機２の把手部１４を両手で把持し、図７に示すように、測定機２を工作機械４のテーブル部４２に移載する。次に、使用者は、ダイヤル１６ｂを回動させ、各フレーム調整部１６の下部から露出した調整螺子１６ａの長さを変化させることにより、フレーム１２がテーブル部４２から所定の高さに位置し、かつフレーム１２が水平になるようにフレーム１２の高さと傾きを調整する。
【００２８】
次に、使用者は、スライダー１１をＸ軸方向にスライドさせることにより顕微鏡８を所定の測定ポイントの直上に位置させ、測定機２の図示しない電源をオンにする。電源がオンにされると測定機２の制御部は、照明部３０を点灯し、照明部３０から照明光（図４（ａ）参照）を射出させる（ステップＳ１）。射出された照明光Ａは、反射ミラー６２、ビームスプリッタ６４で反射された後、レンズ３４を透過した後に、ビームスプリッタ６６により二つの光路に分割される。
【００２９】
ここで、ビームスプリッタ６６を透過した照明光Ａ´（図４（ｂ）参照）は、測定ポイントを照射し、ビームスプリッタ６６で反射された照明光Ａ´´は、参照ミラー３５に入射する。そして、測定ポイントで反射した光Ｂと参照ミラー３５で反射された光Ｃは、ビームスプリッタ部で合成されて干渉光Ｄとなり、レンズ３４を透過した後にカメラ３２に結像される。これにより、カメラ３２に結像された干渉光Ｄによる測定ポイントの画像が図示しないモニタに表示される。
【００３０】
次に、使用者は、モニタに表示された画像を見ながら、粗微動調整ダイヤル２０（図１参照）を操作し、マイケルソン型干渉対物レンズ２４を上方向または下方向に移動させる。そして、画像に干渉縞が表示される範囲を設定してモニタに表示された図示しない測定開始ボタンをクリックする。
【００３１】
測定開始ボタンがクリックされると、制御部は、所定のピッチでマイケルソン型干渉対物レンズ２４を上方向または下方向にステップ移動させながら連続的に測定ポイントの像を撮像する（ステップＳ２）。撮像された複数の画像の画像データは、図示しない画像記憶部に記憶される。
【００３２】
次に、制御部は、画像記憶部に記憶された各々の画像データについて、画像データを構成する各画素の輝度値より画素毎に輝度値の包絡線を求め、包絡線の値が最大となるＺ位置を算出し、各画素の相対高さを決定する（ステップＳ３）。次に、制御部は、各画素の座標と相対高さを記録した高さテーブルを作成して図示しない情報記憶部に記憶する。
【００３３】
次に、制御部は、測定ポイントの表面粗さ測定を行う（ステップＳ４）。例えば、情報記憶部に記憶された高さテーブルに基づいて測定ポイントの３Ｄ画像データを生成し、３Ｄ画像データに基づく３Ｄ画像をモニタに表示する。この場合、使用者は、モニタを見ながら視覚的に測定ポイントの表面粗さを認識することができる。また、使用者が図示しないカーソルなどを操作し、モニタに表示されている３Ｄ画像上の所定の位置を指示した場合、制御部は、指示された所定の位置の断面プロファイルデータよりＪＩＳ規格に準拠した計算式で粗さパラメータを算出し、算出した粗さパラメータをモニタに表示する。これにより使用者は、測定ポイントの表面粗さの程度を具体的に把握することができる。
【００３４】
この実施の形態に係る測定機２によれば、非接触光学方式により測定対象物６を測定可能な顕微鏡８を測定機２に搭載し、この測定機２を工作機械４に載置して工作機械４により加工された測定対象物６の表面粗さを測定するため、測定対象物６のサイズが大きくても、測定対象物６を工作機械４に載置したままの状態で高精度に表面粗測定を行うことができる。これにより、測定時間の短縮と共に測定対象物の不良率削減を実現することができる。
【００３５】
また、工作機械に測定機装置を搭載した搭載型の測定機装置を製作した場合、高価な顕微鏡を各々の工作機械に配置することになるため、工作機械１台当たりの費用が高くなるという問題が生じるが、この実施の形態に係る測定機２によれば、１台で使い回しが可能なため費用を低減させることができる。
【００３６】
また、フレーム調整部１６により３点でフレーム１２を支持するため、測定機２が工作機械４に固定されていなくてもフレーム１２の高さや傾きを的確に調整することができる。
【００３７】
なお、上述の実施の形態において、顕微鏡８をフレーム１２に沿ってＸ軸方向に自動的に移動させながら測定ポイントを撮像するようにしてもよい。例えば、まず制御部は、上述したように、所定の測定ポイントについてＺ軸方向の連続的撮像を行い、所定の測定ポイントの３Ｄ画像データを取得する。次に、制御部は、図示しない駆動部により顕微鏡８をフレーム１２に沿ってＸ軸方向に移動させ、所定の測定ポイントと隣接する次の測定ポイントについてＺ軸方向の連続的撮像を行い、次の測定ポイントの３Ｄ画像データを取得する。以下、同様の処理を繰り返すことにより、制御部は、Ｘ軸方向に連続する測定ポイントの３Ｄ画像データを順次取得する。
【００３８】
次に、制御部は、各々の３Ｄ画像データをつなぎ合わせ、つなぎ合わせた３Ｄ画像データに基づく３Ｄ画像をモニタに表示する。これにより、使用者は、測定ポイントごとの３Ｄ画像をモニタで確認する場合と比較して、広い範囲で測定対象物６の表面粗さを認識することができる。
【００３９】
また、上述の実施の形態において、測定対象物６の真直度を測定できるようにしてもよい。例えば、使用者により、測定対象物６の真直度の測定を開始する操作がなされると、制御部は、所定の測定ポイントについてＺ軸方向の連続的撮像を行い、高さテーブルを作成し、高さテーブルに基づいて所定の測定ポイントの高さを算出する。ここで、所定の測定ポイントの高さは、全画素の高さ平均値または中心高さ等とする。次に、制御部は、顕微鏡８をフレーム１２に沿ってＸ軸方向に移動させ、次の測定ポイントについてＺ軸方向の連続的撮像を行い、高さテーブルを作成し、高さテーブルに基づいて次の測定ポイントの高さを算出する。なお、顕微鏡８の移動は、使用者が手動で行ってもよい。
【００４０】
以下、同様の処理を繰り返すことにより、制御部は、Ｘ軸方向に隣接する複数の測定ポイントの高さを算出する。次に、制御部は、Ｘ軸方向に隣接する複数の測定ポイントの高さに基づいて測定対象物６の真直度を算出する。
【００４１】
また、予め情報記憶部にフレーム１２自身の真直度（以下、フレーム真直度という。）を記憶しておき、フレーム真直度を参照して測定ポイントの高さを補正してもよい。この場合、まず、測定機製造メーカーによって、予めフレーム真直度が測定され、測定されたフレーム真直度に関する情報が情報記憶部に記憶される。なお、フレーム真直度を測定する作業は、通常、測定機製造メーカーによって定盤上で行われるが、使用者が定期的に行ってもよい。
【００４２】
次に、測定対象物６の真直度の測定を開始する操作がなされると、制御部は、顕微鏡８をフレーム１２に沿ってＸ軸方向に移動させ、Ｘ軸方向に隣接する複数の測定ポイントの高さを算出する。次に、制御部は、情報記憶部に記憶されているフレーム真直度に関する情報を参照して、複数の測定ポイントの高さを補正し、補正した高さに基づいて測定対象物６の真直度を算出する。このように、フレーム真直度に関する情報を参照することにより、精度よく測定対象物６の真直度を測定することができる。
【００４３】
また、３Ｄ画像データをつなぎ合わせる処理を行う場合に、情報記憶部に記憶されているフレーム真直度に関する情報を参照し、各測定ポイントにおける３Ｄ画像データを構成する画素の相対高さを補正してもよい。これにより、つなぎ合わせた測定対象物６の表面の粗さを高精度に測定することができる。
【００４４】
また、上述の実施の形態においては、白色干渉顕微鏡方式により測定対象物６の表面粗さ測定を行う場合を例に説明しているが、例えば、コンフォーカルレーザー顕微鏡方式等、他の非接触光学方式を用いて測定対象物６の表面粗さを測定してもよい。また、対物レンズはマイケルソン型干渉対物レンズ２４に限定されず、ミラウ型干渉対物レンズ等、他の形式の対物レンズを用いてもよい。
【００４５】
また、上述の実施の形態においては、測定機２を工作機械４のテーブル部４２に移載する場合に、加工ユニット４８が邪魔にならないように、スライダー４４を用いてテーブル部４２の位置をスライドさせる場合を例に説明しているが、これに代えて加工ユニット４８の位置を測定対象物６から離れた場所に退避させるようにしてもよい。
【００４６】
また、実施の形態において、図８に示すように、定盤７０の上に測定機２を設置し、卓上型の測定機としてもよい。この場合、従来の卓上型の測定機と異なり、測定対象物６を定盤７０上に載置するため、大型の加工物を測定対象物６として測定することができる。また、フレーム１２のＸ軸方向の長さを延長することにより、更に大きな加工物を測定することも可能である。
【００４７】
また、上述の実施の形態においては、フレーム調整部１６が、−Ｘ方向側の端部に２個、＋Ｘ方向側の端部に１個設けられている場合を例に説明しているが、フレーム調整部１６は、＋Ｘ方向側の端部に２個、−Ｘ方向側の端部に１個設けられていてもよい。また、フレーム調整部１６の位置は、図９に示すように、フレーム１２の−Ｙ方向側（顕微鏡８の位置する側）に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
２…測定機、４…工作機械、６…測定対象物、８…顕微鏡、１０…フォーカシングユニット、１２…フレーム、１４…把手部、１６…フレーム調整部、２０…粗微動調整ダイヤル、２４…マイケルソン型干渉対物レンズ、３０…照明部、３２…カメラ、３３…ピエゾアクチュエータ、４８…加工ユニット
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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