(57)【要約】【課題】測定力の変動を抑制して容易に良好な測定結果を得る測定装置を提供する。【解決手段】アーム部材２２０を構成する構成部材の３次元モデルデータおよび質量に基づいて、各構成部材の重心モーメントを算出し、これら重心モーメントを合成してアーム部材２２０全体の重心位置Ｇを算出する。被測定物１に対して相対的に移動する支持部２１０に揺動自在に軸支するアーム部材２２０の揺動する一端側に設けたスタイラス２２２Ｄが被測定物１に所定の測定力で接触し、移動部１３０による支持部２１０の回動角度範囲の中央の角度で支持部２１０が傾斜する状態で、支点の水平面上に重心位置Ｇが位置する状態に、アーム部材２２０を形成して軸支する。支持部２１０が傾斜しても測定力がほとんど変動しない。【選択図】  図４
2004257958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対して相対的に移動可能な本体と、
この本体に揺動自在に軸支され、前記被測定物に接触する測定子を有した揺動体と、
この揺動体の揺動による変位を検出する変位検出手段と、を具備し、
前記本体は、水平面に対して所定の角度範囲で傾斜する状態に移動可能で、
前記揺動体は、前記本体が前記所定の角度範囲の略中央の角度で傾斜する状態で、前記本体に軸支される位置における水平面上に重心位置が位置する状態で軸支された
ことを特徴とした測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記揺動体の重心位置は、この揺動体を構成する構成部材の支点を原点とした重心座標と前記各構成部材の質量とに基づいて求められる重心モーメントに基づいて算出された位置である
ことを特徴とした測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測定装置において、
前記揺動体を構成する構成部材の重心座標は、コンピュータ支援設計により前記構成部材の３次元データに基づいて算出された
ことを特徴とした測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の測定装置において、
前記揺動体は、前記本体に軸支される支点に対してこの揺動体の重心位置と略反対側に、前記測定子を前記被測定物に所定の測定力で接触させる測定力設定手段を備えた
ことを特徴とした測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測定装置において、
前記測定力設定手段は、前記揺動体が前記本体に軸支される支点に対して接離する方向に略沿った方向で移動可能な測定力錘である
ことを特徴とした測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の測定装置において、
前記揺動体は、前記本体に軸支される支点と前記測定子の先端とを結んだ線に略直交する方向に移動可能な重心錘を備え、
前記重心位置は、前記重心錘の移動により調整される
ことを特徴とした測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揺動自在の揺動体の測定子を被測定物に所定の測定力で接触させて揺動体の揺動による変位を測定する測定装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、被測定物の表面の粗さ、うねり、輪郭形状、真円度などの表面形状を測定する測定装置、例えば、表面粗さ計、輪郭形状測定機、真円度測定機などが知られている。これらのような測定装置では、検出器を被測定物の表面に沿って走査して走査データを収集し、その結果から表面性状を求めている。この検出器は被測定物の表面に当接される測定子を先端に備えたアーム部材を揺動可能に軸支して構成されている。そして、従来の測定装置では、被測定物の表面の凹凸に従う測定子の変位によってアーム部材が揺動し、その揺動量を検出して走査データとする構成が採られている（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の測定装置は、支点で揺動自在に支持されたアーム部材を備えている。このアーム部材の一端には、被測定物の表面に接触して表面に沿って移動可能な測定子が設けられている。また、アーム部材の他端には、ウエイトおよびこのウエイトを移動させるモータが設けられている。そして、バランス制御部にて制御されたモータにより、測定子が被測定物に対して所定の測定力で接触する状態にウエイトを適宜移動させてアーム部材の釣り合いを取り、測定子を被測定物の表面に沿って移動させ、測定子と一体に変位するアーム部材の変位量を測定し、被測定物の表面の形状を測定する構成が採られている。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載のものでは、アーム部材に設けたモータにより、アーム部材の全体の慣性が増大し、測定子における周波数特性が劣化、すなわちアーム部材の揺動性が低下するおそれがある。このことにより、被測定物の表面における微少な凹凸に対する追従即応性が低下し、被測定物の表面に沿って測定子を移動させる走査速度、すなわち被測定物の表面に対する測定子の移動速度を増加すると、良好な測定結果が得られなくなるおそれがある。したがって、走査速度を増加させることが困難で、測定能率の向上が図れないおそれがある。また、アーム部材の全体の慣性が大きいため、測定子を被測定物の表面に沿って走査した際に、走査方向の測定力（被測定物に対する測定子の走査方向の押圧力）が過大となることがあり、被測定物の表面に傷を付けたり測定子が損傷するなどの不具合が生じるおそれがある問題が一例として挙げられる。
【０００５】
また、特許文献２に記載の測定装置は、支点で揺動自在に支持されたアーム部材を備えている。このアーム部材の一端には、被測定物の表面に接触して表面に沿って移動可能な測定子が設けられている。また、アーム部材の一端側には、測定子が被測定物の表面に向けて接触する方向に対して反対方向にアーム部材を揺動させる付勢力を作用させるばね部材が配設されている。一方、アーム部材の他端側には、アーム部材の揺動方向に向けて鉄心が突設されている。さらに、アーム部材の他端には、第１のコイルが設けられている。また、測定装置には、アーム部材の鉄心が中心軸を軸方向に略沿って移動自在に第２のコイルが設けられている。さらに、測定装置には、第１のコイルが軸方向に移動自在にボイスコイルモータの筒状の磁性部材が設けられている。そして、測定子を被測定物の表面に沿って移動させ、測定子と一体に変位するアーム部材の変位量を、鉄心が相対的に移動する第２のコイルからの電流値により読み取る。また、第２のコイルからの電流値に対応して第１のコイルに電流を流してボイスコイルモータを動作させ、ばねの付勢力に対する所定の反力の発生により測定子が被測定物の表面に所定の測定力で一定に接触する状態に制御する構成が採られている。
【０００６】
しかしながら、この特許文献２に記載のものでは、測定子の被測定物に対する測定力を一定に制御するために、揺動するアーム部材の第１のコイルに電流を流すためのリード線などの配線を設ける必要がある。このことにより、アーム部材の揺動の際に、配線の剛性などによる応力が揺動するアーム部材に外乱として作用し、測定力が変動するおそれがある。このため、アーム部材に外乱を作用させない困難な配線が要求され、製造性の向上が図りにくい。また、アーム部材の揺動により、配線に負荷が繰り返し作用して断線して所定の測定力が得られなくなるなどのおそれもある。さらに、アーム部材は揺動するので、ボイスコイルモータでのアーム部材のコイルの移動が円弧軌道となる。このため、高精度な測定を得るためには、アーム部材のコイルが磁性部材に対して軸方向に直線に移動する状態に構成する必要があるが、ボイスコイルモータ自体の構成でアーム部材のコイルの円弧移動を直線上に変換する構成を設けることは困難である。したがって、円弧移動を直線移動として補正する必要があり、直線補正するための回路が必要となって構成が複雑化し、製造性の向上やコストの低減が図りにくくなるおそれがある問題が一例として挙げられる。
【０００７】
また、特許文献３に記載の測定装置は、支点で揺動自在に支持されたアーム部材を備えている。このアーム部材の一端には、被測定物の表面に接触して表面に沿って移動可能な測定子が設けられている。また、アーム部材の他端側には、アーム部材の揺動による変位量を検出する変位検出手段が配設されている。さらに、アーム部材の他端側には、ワイヤなどが接続されている。そして、測定装置は、このワイヤにアーム部材の揺動方向に沿ってモータなどにて引張力を作用させて測定子を被測定物に接触させる測定力を調整する測定力調整手段が配設されている。また、測定装置は、測定子が被測定物に対して接触する方向の水平面に対する角度、すなわちアーム部材の長手方向の水平面に対する角度が変更可能に、アーム部材を回動可能に設けている。さらに、測定子の種類やアーム部材の回動した角度である検出器の傾き角度などの組み合わせに応じて、最適な測定力となるように測定力調整手段の駆動状態を設定するための指令値があらかじめ設定入力されている。そして、測定子の種類を入力し、測定の際の測定器の傾き角度を検出してその検出結果などに基づいて対応する指令値を読み出し、この指令値に基づいて測定力調整手段の駆動状態を制御して、測定力が一定となるようにして被測定物の表面の形状を測定する構成が採られている。
【０００８】
しかしながら、この特許文献３に記載のものでは、傾き角度や測定子の種類などの測定力に影響する因子は多数となり、これら因子の組み合わせの指令値はさらに多数となる。このことにより、いずれの組み合わせにおいても測定力が一定となるような指令値を算出することが煩雑で、また多数の指令値を設定入力する作業が煩雑となり、製造性の向上が望まれている問題が一例として挙げられる。
【０００９】
【特許文献１】
実用新案登録第２５５６５５０号公報（第２頁右欄−第４頁右欄）
【特許文献２】
特開平５−３４０７０６号公報（第３頁左欄−同右欄）
【特許文献３】
特開２０００−１１１３３４号公報（第３頁右欄−第５頁右欄）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特許文献１に記載のものでは、測定力を一定に維持するためのウエイトを移動させるモータによりアーム部材の慣性が増大して、測定子の被測定物の表面における凹凸に対する追従即応性が低下し、測定子の走査速度の増加が困難で測定能率の向上が図れず、場合によっては被測定物の表面を測定子にて損傷してしまうなどのおそれがある問題が一例として挙げられる。また、特許文献２に記載のものでは、測定力を一定に維持するためのボイスコイルモータの配線により、アーム部材の揺動に影響を与えるおそれがあり、配線の影響がない設計が困難である。また、ボイスコイルモータにおける円弧移動を直線移動に補正するための回路が必要で、製造性の向上が図れない問題が一例として挙げられる。さらに、特許文献３に記載のものは、測定力を一定に保持するための測定力調整手段の駆動状態を設定する指令値の算出および設定入力が煩雑で、製造性の向上が望まれる問題が一例として挙げられる。
【００１１】
本発明は、このような実情に鑑みて、測定力の変動を抑制して容易に良好な測定結果が得られる測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被測定物に対して相対的に移動可能な本体と、この本体に揺動自在に軸支され、前記被測定物に接触する測定子を有した揺動体と、この揺動体の揺動による変位を検出する変位検出手段と、を具備し、前記本体は、水平面に対して所定の角度範囲で傾斜する状態に移動可能で、前記揺動体は、前記本体が前記所定の角度範囲の略中央の角度で傾斜する状態で、前記本体に軸支される位置における水平面上に重心位置が位置する状態で軸支されたことを特徴とした測定装置である。
【００１３】
ここで、「所定の角度範囲の略中央の角度で傾斜する」とは、所定の傾斜可能角度範囲の略半分の角度位置に傾斜することをいう。従って、その角度位置からの正負方向の傾斜可能角度は、略等しくなる。
【００１４】
この発明では、被測定物に接触する測定子を有した揺動体を、被測定物に対して水平面に対して所定の角度範囲で相対的に移動可能な本体に、この本体が角度範囲の略中央の角度で傾斜する状態で揺動体が本体に軸支される位置における水平面上にこの揺動体の重心位置が位置する状態で軸支する。このことにより、本体が傾斜する場合と傾斜しない場合とにおける軸支位置から重心位置までの距離の変動が最小限に抑制されて揺動体の測定子が被測定物に接触する測定力の変動が最小に抑制され、あらかじめ測定力を設定しておけば、本体が傾斜しても測定力を調整し直す必要がなく継続して測定が可能となり、良好な測定結果が容易に得られる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記揺動体の重心位置は、この揺動体を構成する構成部材の支点を原点とした重心座標と前記各構成部材の質量とに基づいて求められる重心モーメントに基づいて算出された位置であることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、揺動体を構成する構成部材の支点を原点とした重心座標と、各構成部材の質量とにて求められる重心モーメントに基づいて揺動体の重心位置を算出する。このことにより、測定力の変動を最小限に抑制して良好な測定結果が容易に得られる状態に揺動体を本体に軸支することが容易となり、製造性の向上が容易に図れる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の測定装置において、前記揺動体を構成する構成部材の重心座標は、コンピュータ支援設計により前記構成部材の３次元データに基づいて算出されたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、コンピュータ支援設計により揺動体の構成部材の３次元データに基づいて構成部材の重心座標を算出する。このことにより、揺動体の重心位置がコンピュータ支援設計により容易に得られ、測定力の変動を最小限に抑制して良好な測定結果が容易に得られる状態に揺動体を本体に軸支することが容易となり、製造性の向上が容易に得られる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の測定装置において、前記揺動体は、前記本体に軸支される支点に対してこの揺動体の重心位置と略反対側に、前記測定子を前記被測定物に所定の測定力で接触させる測定力設定手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明では、本体に軸支される支点に対して揺動体の重心位置と略反対側の揺動体の位置に、所定の測定力で測定子を被測定物に接触させる測定力設定手段を設ける。このことにより、測定力の調整の際に測定力設定手段を作用させても、測定力設定手段が重心位置と略反対側であることから重心位置の変動がほとんどなく、測定力を調整することで本体の移動による測定力の変動が大きくなることを防止し、良好な測定結果が容易に得られる測定力の調整が容易となる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の測定装置において、前記測定力設定手段は、前記揺動体が前記本体に軸支される支点に対して接離する方向に略沿った方向で移動可能な測定力錘であることを特徴とする。
【００２２】
この発明では、測定力設定手段として、揺動体が本体に軸支される支点に対して接離する方向に略沿った方向で移動可能な測定力錘とする。このことにより、簡単な構成で本体が移動しても測定力の変動が最小限に抑制されて良好な測定結果が容易に得られる測定力の調整が容易となる構成が容易に得られ、製造性の向上が容易に得られる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の測定装置において、前記揺動体は、前記本体に軸支される支点と前記測定子の先端とを結んだ線に略直交する方向に移動可能な重心錘を備え、前記重心位置は、前記重心錘の移動により調整されることを特徴とする。
【００２４】
この発明では、揺動体の本体に軸支される支点と測定子の先端とを結んだ線に略直交する方向に重心錘を移動させて重心位置を調整する。例えば、支点に対して測定子と反対側に重心錘を配置する。この重心錘は、測定子の先端と支点とを結んだ線を略直交する方向に移動可能であることから、この重心錘の移動に伴う重心モーメントの変化はほとんどなく、測定子が被測定物に接触するときの測定力にはほとんど変化を与えない。従って、揺動体の重心位置が能率よく調整される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態における測定装置の構成について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では、表面追従形の測定装置を用いて説明するが、この構成に限らず、他のいずれの測定装置でも適用できる。図１は、測定装置の概略構成を示す模式図である。図２は、装置本体の概略構成を示す模式図である。図３は、測定装置の動作状態を示す説明図である。図４は、アーム部材の重心位置を示す説明図である。
【００２６】
（測定装置の構成）
図１において、１００は測定装置で、この測定装置１００は、例えば被測定物１の形状を測定するための表面追従形測定装置である。そして、この測定装置１００には、台座部１１０と、支柱部１２０と、移動部１３０と、装置本体１４０と、を備えている。
【００２７】
台座部１１０は、例えば机面上に載置固定され、上面に被測定物１を載置可能な載置面１１１を有する略テーブル構造に構成されている。支柱部１２０は、略柱形状に形成されている。そして、支柱部１２０は、軸方向が台座部１１０の載置面１１１に対して略直交する状態に載置面１１１から上方に突出する状態で台座部１１０に設けられている。
【００２８】
移動部１３０は、支柱部１２０にその軸方向である上下方向（図１中の矢印Ｚの方向）に沿って移動可能な垂直スライダ１３１と、この垂直スライダ１３１に回転可能に設けられた旋回部１３２と、この旋回部１３２に設けられる移動ガイド１３５と、この移動ガイド１３５に沿って通常時で水平方向（図１中の矢印Ｘの方向）である台座部１１０の載置面１１１に略平行に移動可能な水平スライダ１３３と、を備えている。また、移動部１３０には、旋回部１３２の駆動により水平スライダ１３３が回転されて水平面に対して傾斜する角度を検出する角度検出手段１３４が設けられている。
【００２９】
装置本体１４０は、被測定物１の表面に接触して被測定物１の形状を測定するもので、移動部１３０の水平スライダ１３３の下面に一体的に設けられている。そして、装置本体１４０は、図２に示すように、水平スライダ１３３にて水平方向に移動される本体としての支持部２１０と、この支持部２１０の下面に一体的に揺動可能に軸支された揺動体としてのアーム部材２２０と、支持部２１０に設けられアーム部材２２０の揺動による変位を検出する変位検出手段２３０と、支持部２１０に設けられアーム部材２２０の一部を外方に露出する状態でアーム部材２２０および変位検出手段２３０を覆うカバー体２４０と、を備えている。
【００３０】
支持部２１０は、通常時において、上面が水平面である台座部１１０の載置面１１１に略沿う状態に、水平スライダ１３３にて水平方向であるＸ方向に移動可能に設けられている。そして、支持部２１０の下面には、アーム部材２２０を軸支するシャフト２１１が設けられている。
【００３１】
アーム部材２２０は、支持部２１０のシャフト２１１を支点として回転可能に軸支される構成部材としての本体部２２１と、この本体部２２１に一体に設けられた測定腕部２２２と、本体部２２１に設けられた測定力設定手段２２３と、を備えている。本体部２２１には、シャフト２１１が回転可能に嵌合する嵌合孔２２１Ａが設けられている。また、本体部２２１の下面には、図５に示すように重心錘２２１Ｂが調整可能、例えば移動可能や着脱可能に設けられている。
【００３２】
測定腕部２２２は、構成部材としての、腕部２２２Ａと、取付部２２２Ｂと、スタイラスホルダ２２２Ｃと、測定子としてのスタイラス２２２Ｄと、を備えている。腕部２２２Ａは、略円柱状に形成され、本体部２２１の揺動する一端面に軸方向の一端である基端が一体的に取り付けられ、本体部２２１から延出する状態に設けられている。取付部２２２Ｂは、腕部２２２Ａの他端である先端に着脱可能に取り付けられる。この取付部２２２Ｂには、スタイラスホルダ２２２Ｃが取り付けられている。このスタイラスホルダ２２２Ｃは、略円柱状に形成され、軸方向の一端である基端が取付部２２２Ｂに一体的に固定され、腕部２２２Ａと略平行に取付部２２２Ｂから腕部２２２Ａに対して反対側に延出する状態に取付部２２２Ｂに取り付けられる。スタイラスホルダ２２２Ｃの他端である先端部には、径方向に貫通する図示しない貫通孔が設けられている。スタイラス２２２Ｄは、軸方向の一端である先端が鋭利で面に対して点で接触可能な柱状形状に形成され、他端である基端がスタイラスホルダ２２２Ｃの貫通孔に着脱可能に嵌合固定され、スタイラスホルダ２２２Ｃの径方向に突出する状態で取り付けられる。
【００３３】
測定力設定手段２２３は、構成部材としての、ウエイト棒２２３Ａと、測定力錘２２３Ｂと、を備えている。ウエイト棒２２３Ａは、略円柱状に形成され、軸方向の一端である基端が、本体部２２１の揺動する他端面、すなわち測定腕部２２２の腕部２２２Ａが取り付けられる面と反対側の面に一体的に取り付けられ、本体部２２１から腕部２２２Ａと反対方向に略平行に延出する状態に設けられている。測定力錘２２３Ｂは、略円板状に形成され、略中心にウエイト棒２２３Ａを摺動可能に嵌合する図示しない移動孔を有している。また、測定力錘２２３Ｂの外周面には、先端が移動孔の内周面に進退可能に突出しウエイト棒２２３Ａの外周面に当接する位置決めねじ部材２２３Ｂ１が設けられている。そして、測定力錘２２３Ｂは、位置決めねじ部材２２３Ｂ１の操作により、ウエイト棒２２３Ａを軸方向で移動可能に位置決め固定される。
【００３４】
そして、アーム部材２２０は、図３（ｂ）に示すように、測定腕部２２２のスタイラスホルダ２２２Ｃの軸方向が略水平方向に沿った状態でスタイラス２２２Ｄに所定の測定力を付与できる状態、すなわち通常状態で支持部２１０のシャフト２１１に軸支される。なお、アーム部材２２０は、スタイラス２２２Ｄが被測定物１の表面に所定の測定力で接触して被測定物１の表面状態を測定する状態では、アーム部材２２０の全体における重心位置Ｇは、装置本体１４０の支持部２１０が回動する角度範囲の略中央の角度に傾斜した状態で、支持部２１０のシャフト２１１にて軸支される嵌合孔２２１Ａの中心である支点における水平面上に位置する状態とする。
【００３５】
具体的には、移動部１３０は、旋回部１３２の駆動により、図３（ａ）に示す状態と図３（ｃ）に示す状態の傾斜する角度範囲で装置本体１４０を回動させる。本実施の形態では、図３（ａ）に示す状態を、アーム部材２２０のスタイラスホルダ２２２Ｃが延出する側が上方に向かう方向へ１０°回動、すなわちスタイラスホルダ２２２Ｃの軸方向が水平となる図３（ｂ）に対して＋１０°回動した状態とする。また、図３（ｃ）に示す状態を、アーム部材２２０のスタイラスホルダ２２２Ｃが延出する側が下方に向かう方向へ４５°、すなわちスタイラスホルダ２２２Ｃの軸方向が水平となる図３（ｂ）に対して−４５°回動した状態とする。そして、アーム部材２２０は、図４に示すように、回動により傾斜する図３（ａ）の状態から図３（ｃ）の状態までの（＋１０°〜−４５°）における中心角θの略中央の角度位置、すなわち以下の数１に示す演算により求められる−１７．５°に装置本体１４０の支持部２１０が傾斜する状態で、全体の重心位置Ｇが支点における水平面上に位置する状態にアーム部材２２０が軸支される。
【００３６】
【数１】
（＋１０°−４５°）／２＝−１７．５°
【００３７】
このように、アーム部材２２０は、重心位置Ｇが嵌合孔２２１Ａの中心に対して所定の位置となる状態にあらかじめ設定されて形成されている。なお、このアーム部材２２０では、揺動の支点となる嵌合孔の中心に対して重心位置Ｇとは反対側に、測定力を調整する測定力設定手段２２３が位置するので、重心角度（支点を含む水平面に対して、支点から重心位置Ｇを見た角度）が変わることなく測定力の設定が容易にできる。
【００３８】
変位検出手段２３０は、アーム部材２２０の本体部２２１に一体的に設けられた例えば鉄などの柱状に形成された磁性部材２３１と、支持部２１０の下面に配設された略円筒状のコイル２３２と、を備えている。そして、コイル２３２は、磁性部材２３１が略中心軸の位置で中心軸に軸方向が沿った状態で移動可能に構成されている。そして、変位検出手段２３０は、アーム部材２２０の揺動により一体的に移動する磁性部材２３１がコイル２３２の内周側を移動することにより、所定の電流を出力する。この出力される電流は、別途設けた図示しない演算装置に出力され、演算装置にて電流値を解析して被測定物１の表面性状を演算させる。
【００３９】
〔測定装置の動作〕
次に、上記一実施の形態における測定装置の動作について説明する。
【００４０】
（測定装置の設定）
測定装置の動作として、測定装置を用いて被測定物の形状を測定するための設定について図面を参照して説明する。図５は、アーム部材のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）による画面表示を示す説明図である。
【００４１】
まず、測定の準備として、アーム部材２２０の重心位置Ｇが所定の位置となる状態にアーム部材２２０の調整をする。このアーム部材２２０の調整は、アーム部材２２０を製造する際の各構成部材である各部品の外形情報、すなわち本体部２２１、腕部２２２Ａ、取付部２２２Ｂ、スタイラスホルダ２２２Ｃ、スタイラス２２２Ｄ、ウエイト棒２２３Ａ、測定力錘２２３Ｂ、重心錘２２１Ｂ、および、磁性部材２３１の製造設計図に基づいて、コンピュータ支援設計であるＣＡＤを利用して３次元モデルデータをそれぞれ作成する。そして、各部品の３次元モデルデータから、図５に示す画面表示３００にように、１つの座標系上でアーム部材２２０の３次元モデルデータに合成処理する。なお、このアーム部材２２０の３次元モデルデータの合成の際、アーム部材の支点となる嵌合孔２２１Ａの中心を座標原点とするとよい。
【００４２】
この後、このアーム部材２２０の３次元モデルデータにおける各部品の重心座標と、各部品の質量とに基づいて、各部品の重心モーメントを算出する。具体的には、１つの座標系において、各部品の重心座標のｘ座標ｘｉおよびｚ座標ｚｉと、質量ｍｉとから、重心座標と質量との積である重心モーメントは、以下の数２に示すように、ｘ方向成分ｓｉとｚ方向成分ｔｉとで表される。
【００４３】
【数２】
（ｓｉ，ｔｉ）＝（ｘｉ＊ｍｉ，ｚｉ＊ｍｉ）
【００４４】
そして、これら各部品の重心モーメントの合計と、アーム部材２２０の全体の質量とに基づいて、以下の数３に示すように、アーム部材２２０の重心位置Ｇの座標（Ｘ，Ｚ）が算出される。すなわち、重心位置Ｇにおける重心モーメントからアーム部材２２０の質量を除算すればよい。
【００４５】
【数３】
（Ｘ，Ｚ）＝（Σｓｉ／Σｍｉ，Σｔｉ／Σｍｉ）
【００４６】
このようにして算出した重心位置Ｇが、嵌合孔の中心から＋１７．５°の方向に位置するように、図５に示すような所定の質量の重心錘２２１Ｂを腕部２２２Ａの軸に略直交する方向へ本体部２２１に対して移動させて、アーム部材２２０の形状を設定する。
【００４７】
また、アーム部材２２０を、スタイラス２２２Ｄの先端を被測定物１に接触させる測定力を所定の値となる状態に設定する。すなわち、スタイラス２２２Ｄの先端における測定力Ｆは、以下の数４に示すように、数３で演算したアーム部材２２０の重心位置Ｇにおける重心モーメントのＸ方向成分をアーム部材２２０の支点からスタイラス２２２Ｄまでの距離Ｌで除算して求められる。
【００４８】
【数４】
Ｆ＝Σｓｉ／Ｌ
【００４９】
この測定力Ｆが所定の値となるように例えば測定力錘２２３Ｂを移動して、アーム部材２２０の形状を設定する。
【００５０】
このように、重心位置Ｇが所定の位置で、かつ、測定力Ｆが所定の値となる状態に、アーム部材２２０を設計する。そして、得られたアーム部材２２０をシャフト２１１に軸支させることで、所定の測定力Ｆで測定する測定装置１００が設定される。
【００５１】
（測定装置の測定動作）
次に、上記測定装置を用いて被測定物の形状を測定する動作を、図面を参照して説明する。図６は、装置本体１４０の傾斜角度に対する測定力の変動状態を説明するグラフである。
【００５２】
まず、台座部１１０の載置面１１１上に被測定物を位置決め固定する。この後、移動部１３０を駆動、すなわち垂直スライダ１３１や旋回部１３２、水平スライダ１３３を適宜駆動させ、あらかじめ所定の条件に設定されたアーム部材２２０のスタイラス２２２Ｄの先端を被測定物１に接触させる。
【００５３】
この状態で、移動部１３０を適宜駆動して、スタイラス２２２Ｄが被測定物１の表面上を相対的に滑動する状態に移動させる。このスタイラス２２２Ｄの相対的な移動により、被測定物１の表面の凹凸に対応してアーム部材２２０が揺動する。この揺動により、アーム部材２２０に設けた磁性部材２３１が変位検出手段２３０のコイル２３２の内周側を相対的に移動する。この磁性部材２３１の移動により、コイル２３２から磁性部材２３１の移動に対応した所定の電流値の電流が発生する。この電流値を図示しない演算手段が読み取り、例えば画像表示するなど、被測定物１の形状を演算する。
【００５４】
ここで、例えば図４（ｂ）に示すように、移動部１３０の旋回部１３２の駆動により、アーム部材２２０が傾斜する状態に装置本体１４０が回動されても、重心位置Ｇが装置本体１４０の回動する角度範囲の中央の角度に傾斜した状態で支点における水平面上に位置することから、この状態で重心位置Ｇと支点との水平方向における距離ｌｇが最大値となる。また、装置本体１４０が回動範囲の最大角度あるいは最小角度に傾斜した状態で距離ｌｇは両者とも同一で最小値となる。つまり、距離ｌｇの最大値から最小値までの変化率が最小となり、その結果、測定力の変化率も最小となる。このことにより、アーム部材２２０が図４（ａ）に示す通常状態における重心位置Ｇと支点との水平方向における距離Ｌｇは、最大値と最小値の範囲内に含まれる状態となり、装置本体１４０が回動しても距離ｌｇの変動が押さえられる。したがって、重心位置Ｇにおける重心モーメントは最小限に抑えられ、測定力は大差を生じなくなる。このことから、装置本体１４０を回動する角度の全範囲（−４５°〜＋１０°）において、測定力Ｆは、図６に示すようにほとんど変化しない。
【００５５】
一方、例えば重心位置Ｇをこの回動する角度範囲から外れて支点に対してほぼ上方に重心位置Ｇがあるような場合では、上述した数４で算出する測定力Ｆと重心モーメントの関係から、図６に示すように、大きく測定力Ｆが変動することとなる。
【００５６】
したがって、装置本体１４０の回動する角度範囲の中央の角度に傾斜した状態でアーム部材２２０の重心位置Ｇが支点における水平面上に位置する状態で軸支させるアーム部材２２０を設計することで、測定装置１４０を傾斜させても測定力Ｆがほとんど変動せず、傾斜させた際にあらためて測定力錘２２３Ｂの位置を調整するなどの設定が不要で、測定を中断させることなく計測して実施でき、測定能率の向上がえられる。また、測定力Ｆを一定に調整するための構成も不要で、構成を簡略化でき、製造性の向上およびコストの低減などが得られる。さらには、傾斜して測定しても測定力Ｆが変動せず、測定力Ｆを一定に調整するための構成によるアーム部材２２０の揺動の影響がなく、良好な測定結果が容易に得られる。
【００５７】
〔測定装置の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態では、被測定物１に接触するスタイラス２２２Ｄを有したアーム部材２２０を、被測定物１に対して相対的に所定の角度範囲である＋１０°〜−４５°の範囲で回動可能な装置本体１４０が角度範囲の半分である中央の角度−１７．５°の角度で傾斜する状態において、アーム部材２２０の軸支される位置である支点における水平面上に重心位置Ｇが位置する状態で軸支させる。このため、支持部２１０が傾斜する場合と傾斜しない場合とにおける支点から重心位置Ｇまでの距離Ｌｇの変化量が最も小さくなり、アーム部材２２０のスタイラス２２２Ｄが被測定物１に接触する測定力Ｆの変動を最小に抑制でき、あらかじめ測定力Ｆを設定しておけば、支持部２１０が傾斜しても測定力Ｆを調整し直す必要がなく継続して測定でき、良好な測定結果が容易に得られる。
【００５８】
また、アーム部材２２０を構成する各構成部材におけるアーム部材２２０の支点を原点とした重心座標と、各構成部材の質量とにて求められる重心モーメントに基づいて、アーム部材２２０の重心位置Ｇを算出する。このため、測定力Ｆの変動を最小限に抑制して良好な測定結果が容易に得られる状態にアーム部材２２０を支持部２１０に軸支する構成が容易に得られ、製造性の向上が容易に図れ、例えば各構成部材を製造する際の製造設計図を利用してＣＡＤにて演算することも可能で、製造性の向上が容易に図れる。
【００５９】
そして、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）によりアーム部材２２０の構成部材の３次元モデルデータに基づいて構成部材の重心座標を算出する。このため、アーム部材２２０の重心位置ＧがＣＡＤにより容易に得られ、測定力Ｆの変動を最小限に抑制して良好な測定結果が容易に得られる状態にアーム部材２２０を支持部２１０に軸支する構成が容易に得られ、より製造性を向上できる。特に、各構成部材の製造設計図を利用することで、より容易に算出でき、製造性をより向上できる。
【００６０】
また、支持部２１０に軸支される支点となる嵌合孔２２１Ａの中心に対してアーム部材２２０の重心位置Ｇと略反対側のアーム部材２２０の位置に、所定の測定力Ｆでスタイラス２２２Ｄを被測定物１に接触させる状態に調整する測定力設定手段２２３を設ける。このため、測定力Ｆの調整の際に測定力設定手段２２３を作用させても、測定力設定手段２２３が重心位置Ｇと略反対側であることから重心角度の変動がほとんどなく、測定力Ｆを調整することで支持部２１０の移動による重心位置Ｇの変動が大きくなることを防止して良好な測定結果が容易に得られる測定力の調整が容易となる、すなわちアーム部材２２０の設定が容易にできる。
【００６１】
そして、測定力設定手段２２３として、アーム部材２２０が支持部２１０に軸支される支点である嵌合孔２２１Ａの中心に対して接離する方向に略沿った方向で移動可能な測定力錘２２３Ｂを備えた構成としている。このため、簡単な構成で支持部２１０が移動しても測定力Ｆの変動が最小限に抑制でき良好な測定結果が容易に得られる測定力Ｆの調整が容易な構成が容易に得られ、製造性の向上が容易に得られる。さらに、測定力Ｆを異なる値で測定するような場合でも、測定力錘２２３Ｂを適宜移動させるのみの設定でも、測定力Ｆの変動が抑制された良好な測定がそのままでき、測定力Ｆの変更も容易にできる。
【００６２】
また、アーム部材２２０の重心位置Ｇが支持部２１０の移動による傾斜角度範囲の略中央の角度に装置本体１４０が傾斜する状態で支点の水平面上に位置し、かつ、アーム部材２２０のスタイラス２２２Ｄを被測定物１に接触させる測定力Ｆが所定の値となる条件の構成にアーム部材２２０を設計して形成する。このため、測定装置１００の製造段階で所定の測定力Ｆで測定する装置として設定すれば、他の値の測定力Ｆで測定する必要があるまでは、ユーザが測定力Ｆの調整のための作業を実施する必要がなく、そのまま測定でき、測定能率の向上が容易に得られる。
【００６３】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記一実施の形態に限定されるものではなく、以下に示す変形なども本発明に含まれるものである。
【００６４】
すなわち、重心位置Ｇが所定の位置で、かつ、測定力Ｆが所定の値となる条件にアーム部材２２０を設計して説明したが、単にアーム部材２２０を軸支させた後に所定の測定力Ｆが得られるように調整して、重心位置Ｇが装置本体１４０が回動する角度範囲の中央に傾斜した状態で支点の水平面上に位置する状態にしたり、所定の測定力Ｆが得られる条件にアーム部材２２０を設計した後に重心位置Ｇが所定の位置に位置する状態に軸支させたりしてもよい。
【００６５】
そして、重心位置Ｇの設計は、上記ＣＡＤを利用する場合に限らず、いずれの方法で算出してもよく、また各種測定装置により所定の位置に重心位置Ｇが位置するように、いずれの方法でアーム部材２２０を形成してもよい。
【００６６】
また、測定力設定手段２２３としては、測定力錘２２３Ｂを用いる構成に限らず、いずれの構成でもできる。なお、測定力錘２２３Ｂを用いる構成により、アーム部材２２０の揺動が規制されるなどの影響がなく、良好な測定結果が得られる構成を簡単な構成ででき、製造性を容易に向上できる。
【００６７】
そして、揺動体としては、上述したアーム部材２２０の形状に限らず、いずれの形状でもよく、測定子も一端に設けた構成に限らず、形状についても被測定物に接触可能ないずれの形状でもできる。
【００６８】
また、本体としては、支持部２１０に限らず、アーム部材２２０を揺動自在に軸支するいずれの構造でもできる。
【００６９】
さらに、本体を被測定物１に対して相対的に移動させる移動部１３０としては、例えば載置した本体側は移動させずに被測定物１側を移動させたり、双方を移動させたりするなど、相対的に移動させて被測定物１に接触するスタイラス２２２Ｄを被測定物１に対して相対的に移動させるいずれの構成でもできる。
【００７０】
また、被測定物１の表面形状を測定する測定装置１００として説明したが、表面形状を測定するものに限らず、表面の硬度を測定するためのもの、表面の温度を測定子にて測定するためのものなどの表面の特性や性状を測定するものなど、いずれの測定をも対象とすることができる。
【００７１】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、本体の移動による水平面に対して傾斜する角度範囲の略中央の角度に本体が傾斜した状態で、本体に軸支される位置における水平面上に揺動体の重心位置を位置させるため、本体が傾斜する場合と傾斜しない場合とにおける測定力の変動を最小に抑制でき、あらかじめ測定力を設定しておけば、本体が傾斜しても測定力を調整し直す必要がなく継続して測定でき、良好な測定結果を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】前記一実施の形態における装置本体の概略構成を示す模式図である。
【図３】前記一実施の形態における測定装置の動作状態を示す説明図である。
【図４】前記一実施の形態におけるアーム部材の重心位置を示す説明図である。
【図５】前記一実施の形態におけるアーム部材のＣＡＤによる画面表示を示す説明図である。
【図６】前記一実施の形態における傾斜角度に対する測定力の変動状態を説明するグラフである。
【符号の説明】
１    被測定物
１００    測定装置
２１０    本体としての支持部
２２０    揺動体としてのアーム部材
２２２Ｄ  測定子としてのスタイラス
２２３    測定力設定手段
２３０    変位検出手段
Ｇ    重心位置
Ｆ    測定力
【図１】
2004257958.tif 000003
【図２】
2004257958.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004257958.tif 000007
【図６】
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