(57)【要約】【課題】プローブ先端の洗浄を容易に実行可能とし、使い勝手の向上、信頼性の向上を図った表面性状測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】接触子１７ａを先端に有するプローブ１７の末端は、スピンドル１６にピエゾ素子１８を介して固定されている。このピエゾ素子１８には、加振回路４４により所定の振幅及び周期を有する交流電圧Ｓが印加可能とされている。交流電圧Ｓを印加することにより、ピエゾ素子１８は、周期的に変形し、プローブ１７の位置を周期的に変化させることが可能である。すなわち、プローブ１７は、加振回路４４により、振動を加えられる。この振動した状態にある接触子１７ａを洗浄液が入れられた容器に挿入して洗浄を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定装置において、
前記接触子に振動を加える加振手段と、
前記接触子の洗浄液を収容可能な容器と、
前記接触子を駆動する接触子駆動手段と、
前記加振手段及び前記接触子駆動手段を制御して前記接触子に振動を加えた状態で前記容器内に前記接触子を所定時間浸漬し、前記洗浄液から前記接触子を取り出した後、測定のため前記プローブを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする表面性状測定装置。
【請求項２】
前記制御手段は、予め設定された前記被測定物表面の測定経路上に前記接触子を移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の表面性状測定装置。
【請求項３】
前記加振手段は、
前記プローブに設けられた圧電素子と、
この圧電素子に所定の周期の交流電圧を印加する加振回路と
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の表面性状測定装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記接触子を前記洗浄液から取り出した後、所定時間経過するまで、前記接触子の移動を制限することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の表面性状測定装置。
【請求項５】
被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定方法において、
測定動作の合間に、
前記接触子に振動を加える加振ステップと、
容器内に収容された洗浄液に前記接触子を加振状態で所定時間浸漬する浸漬ステップと、
前記洗浄液から前記接触子を取り出す取出ステップと
を有することを特徴とする表面性状測定方法。
【請求項６】
被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定プログラムにおいて、
測定動作の合間に、
前記接触子に振動を加える加振ステップと、
容器内に収容された洗浄液に前記接触子を加振状態で所定時間浸漬する浸漬ステップと、
前記洗浄液から前記接触子を取り出す取出ステップと
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする表面性状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触子を用いて変位測定を行う三次元測定機などの表面性状測定装置、表面性状測定方法及び表面性状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元測定機、表面性状測定機、或いは輪郭形状測定機等で接触式プローブ（以下、プローブ）を用いて測定を行っていくと、徐々にワーク（被測定物）上の埃や油などでプローブの先端が汚染されてしまう。プローブ先端が埃や油膜等で汚染されてしまうと接触感度が変化してしまったり、埃等の異物がプローブ先端とワークの間に挟まったりするため、測定誤差の原因となる。すなわち、測定精度向上には、清浄なプローブ先端と、清浄なワークとが望まれる。
【０００３】
プローブの先端形状は微細構造であり、例えば、クリーニングペーパーや綿棒等で直接触れて洗浄すれば、プローブを破損する虞がある。したがって、プローブ先端を洗浄することは大変困難な作業であるといえる。特に、製造ラインに組み込まれている測定機などでは、機械の稼働範囲には、安全を考慮して人が容易に近づけないように安全策などの設置がされている場合が多く見受けられ、プローブ先端の洗浄を直接触れて行うには、製造ラインを一時停止して作業者の安全を確保した状態で行わなければならず、作業効率上、望ましくない。
【０００４】
そこで、プローブ先端を洗浄する方法として、超音波洗浄機等を測定機の駆動範囲内に設置する方法も考えられるが、設置面積が大きく、測定可能範囲を狭めてしまう。また、測定機上に洗浄器を配置できない場合はプローブ（ないしスタイラス）を取り外す必要がある。多くの場合、プローブを取り外したりすると再度校正を行う必要があり、洗浄の都度、時間を消費することとなる。これらの理由から超音波洗浄器等を使用する方法も十分な得策ではない。
【０００５】
一方、ワークの洗浄に対する解決策として、特許文献１に、プローブ先端の測定面にエアを吹き付けるノズルを備え、測定の直前にノズルから噴射されるエアにより、測定ワークを清浄する洗浄装置付測定機が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３５３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来技術により、ワーク上の埃などの汚れは、除去されるものの、ワークに付着した油等の粘着性の高い汚れは、残存している虞がある。したがって、プローブ先端が常に清浄であるとは限らず、プローブ先端の洗浄方法については、未だ最適な洗浄方法が見いだされていない。
【０００７】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであって、プローブ先端の洗浄を容易に実行可能とし、使い勝手の向上、信頼性の向上を図った表面性状測定装置、表面性状測定方法及び表面性状測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る表面性状測定装置は、被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定装置において、前記接触子に振動を加える加振手段と、前記接触子の洗浄液を収容可能な容器と、前記接触子を駆動する接触子駆動手段と、前記加振手段及び前記接触子駆動手段を制御して前記接触子に振動を加えた状態で前記容器内に前記接触子を所定時間浸漬し、前記洗浄液から前記接触子を取り出した後、測定のため前記プローブを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記のように構成したことで、プローブを加振手段により振動させ、接触子駆動手段により容器に収容された洗浄液にプローブ先端の接触子を浸し、そのプローブの振動により、接触子を超音波洗浄することが可能とされる。すなわち、接触子の洗浄は、人為的な工程を介さず、容易に実行することができ、さらには、使い勝手の向上及び信頼性の向上を図ることが出来る。また、接触子を洗浄する箇所は、接触子及び溶液を保持可能な容器であるので、その占有体積は、小さく、表面性状測定装置の接触子の測定経路を阻害することはない。
【００１０】
前記制御手段は、予め設定された前記被測定物表面の測定経路上に前記接触子を移動させてもよい。このような構成とすることで、予め経路を設定しておけば、被測定物表面の測定及び接触子の洗浄を一連の動作として実行することができ、ユーザは測定中の接触子の洗浄時期を気にする必要はなく、さらに使い勝手の向上を図ることができる。
【００１１】
前記加振手段は、前記プローブに設けられた圧電素子と、この圧電素子に所定の周期の交流電圧を印加する加振回路とを備える構成であってもよい。
【００１２】
前記制御手段は、前記接触子を前記洗浄液から取り出した後、所定時間経過するまで、前記接触子の移動を制限してもよく、このように移動を制限することにより、洗浄液に浸った接触子表面を完全に乾燥した状態とすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る表面性状測定方法は、被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定方法において、測定動作の合間に、前記接触子に振動を加える加振ステップと、容器内に収容された洗浄液に前記接触子を加振状態で所定時間浸漬する浸漬ステップと、前記洗浄液から前記接触子を取り出す取出ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る表面性状測定プログラムは、被測定物表面にプローブを追従させて、前記プローブ先端の接触子と前記被測定物表面との接触を検出し前記被測定物表面の性状を測定する表面性状測定プログラムにおいて、測定動作の合間に、前記接触子に振動を加える加振ステップと、容器内に収容された洗浄液に前記接触子を加振状態で所定時間浸漬する浸漬ステップと、前記洗浄液から前記接触子を取り出す取出ステップとをコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定動作の合間に加振手段により振動させた接触子を接触子駆動手段により容器に収容された洗浄液内に浸すことにより、超音波洗浄を行うことが可能である。したがって、プローブ先端の洗浄を容易に実行可能とし、使い勝手の向上、信頼性の向上を図った表面性状測定装置、表面性状測定方法及び表面性状測定プログラムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る表面性状測定装置の概略構成を示す斜視図である。この表面性状測定装置は、三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に形状処理に必要な演算処理を実行するコンピュータ２とから構成されている。
【００１８】
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１の両端側から立設されたビーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１３を支持している。ビーム支持体１２ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１２ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１３は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。コラム１５は、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５には、スピンドル１６がコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１６の下端には、接触式のプローブ１７が装着されている。また、プローブ１７の先端には、任意形状、例えば円球形状の接触子１７ａが形成されている。この接触子１７ａが、定盤１１上に載置されたワーク３１，３２（第１のワーク３１，第２のワーク３２）に接触したときに、接触信号が出力され、そのときの接触子１７ａの基準位置のＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むようになっている。また、定盤１１上の所定位置には、後述する接触子１７ａの洗浄液が入れられた容器３３が装着されている。なお、この容器３３の設置される所定の位置とは、少なくともプローブ１７が、駆動する範囲内である。
【００１９】
コンピュータ２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３、ＣＲＴ２４及びプリンタ２５を備えて構成されている。
【００２０】
図２には、三次元測定機１及びコンピュータシステム２の構成を更に詳細に示した装置全体のブロック図を示している。三次元測定機１は、プローブ１７を駆動するＸＹＺ軸駆動部４１と、プローブ１７と、プローブ１７先端の接触子１７ａの接触に基づく信号を検出するＸＹＺ軸エンコーダ４２と、Ａ／Ｄ変換器４３と、所定の交流電圧を生成する加振回路４４とを備える。接触子１７ａのワーク３１（３２）との接触による接触信号は、Ａ／Ｄ変換器４３を介して、コンピュータ本体２１に供給され、メモリ５２に一時的に格納される。
【００２１】
図３は、表面性状測定装置のスピンドル１６の概念図を示している。図３に示すように、接触子１７ａを先端に有するプローブ１７の末端は、スピンドル１６に固定されている。また、プローブ１７の末端近傍には、ピエゾ素子１８が貼り付けられている。このピエゾ素子１８には、加振回路４４により所定の振幅及び周期を有する交流電圧Ｓが印加されている。この交流電圧Ｓを印加されることにより、ピエゾ素子１８は、周期的にその体積の膨張と収縮を繰り返し、振動する。すなわち、プローブ１７は、加振回路４４により、ピエゾ素子１８等の圧電素子を介して振動を加えられる。
【００２２】
再び、図２を参照して、コンピュータ本体２１は、制御の中心をなすＣＰＵ５１と、このＣＰＵ５１に接続されるメモリ５２と、プログラム記憶部５３と、ワークメモリ５４と、測定データ及びパートプログラム等をＣＲＴディスプレイ２４に表示するための表示制御部５５と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）５６〜５８とにより構成されている。
【００２３】
キーボード２２及びマウス２３から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース５６を介してＣＰＵ５１に入力される。また、ＣＰＵ５１には、Ａ／Ｄ変換器４３においてデジタル変換し、プローブ１７先端の接触によりＸＹＺエンコーダ４２で検出されたＸＹＺ座標情報等を取り込む。ＣＰＵ５１は、これらの入力情報、オペレータの指示及びプログラム記憶部５３に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部４１によるステージ移動、ワーク３１（３２）の測定値の解析処理などを実行する。プログラム記憶部５３に記憶されたプログラムとは、ワーク３１（３２）の測定経路がプログラムされたパートプログラム５３ａ、接触子１７ａを容器３３の上面まで移動させると共に接触子１７ａを容器３３に挿入及び容器３３から抜き出す洗浄位置移動プログラム５３ｂ等である。ワークメモリ５４は、ＣＰＵ５１の各種処理のための作業領域を提供する。測定値は、インタフェース５７を介してプリンタ２５に出力される。また、インタフェース５８は、外部の図示しないＣＡＤシステム等より提供されるワーク３１（３２）のＣＡＤデータを、所定の形式に変換してコンピュータ本体２１に入力するためのものである。
【００２４】
次に、図４及び図５を参照して、プローブ１７の接触子１７ａの洗浄工程を説明する。図４は、プローブ１７の接触子１７ａの洗浄工程を説明するフローチャートである。図５は、図４の実行手順の概要図である。図４に示されるように、まず、洗浄位置移動プログラム５３ｂは、ユーザのキーボード２２及びマウス２３の操作により、接触子１７ａを洗浄する旨の洗浄制御命令を受け付ける（ステップＳ１０１）。また、この洗浄制御命令は、測定開始前であっても、図５（ａ）に示すように、ワーク３１（３２）を測定中であっても、受付可能である。なお、後述するステップＳ１０２〜ステップＳ１０８の処理における接触子１７ａの移動も、洗浄位置移動プログラム５３ｂが実行する。洗浄制御命令を受け付けると、測定中にあっては、接触子１７ａをワーク３１（３２）に接触することのない位置にまで引き上げ、加振回路４４に電圧を生成させ、プローブ１７を振動させる（ステップＳ１０２）。プローブ１７の振動を開始する状態は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、接触子１７ａが、ワーク３１（３２）に接触することの無い状態に位置すれば、どの状態であってもよい。
【００２５】
つづいて、プローブ１７を容器３３の上面に移動させ、その接触子１７ａを容器３３内に挿入する（ステップＳ１０３）。図５（ｄ）に示すように、この容器３３内には、洗浄液３３ａが収容されており、振動した接触子１７ａをその洗浄液３３ａに浸すことにより、接触子１７ａを洗浄する。なお、洗浄液３３ａとは、例えば、アルコールなどである。
【００２６】
接触子１７ａを容器３３内の所定の位置に配置すると、ＣＰＵ５１は、その時点からの経過時間を計測し、所定の洗浄時間が経過したか否かの判断をする（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ５１が、所定の洗浄時間が経過していないと判断すれば（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ１０４の工程を実行する。ＣＰＵ５１が、所定の洗浄時間が経過したと判断すると（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、次に、図５（ｃ）に示すように、再び接触子１７ａを容器３３内の所定位置から容器３３の上方に位置するまで移動させる（ステップＳ１０５）。つづいて、ＣＰＵ５１は、加振回路４４を停止させ、プローブ１７の振動を停止させ、プローブ１７に移動制限をかける（ステップＳ１０６）。プローブ１７を停止させると、その状態において、ＣＰＵ５１は、所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ＣＰＵ５１は、所定時間が経過していないと判断すると（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、繰り返し、ステップＳ１０７を実行する。ＣＰＵ５１は、所定時間が経過したと判断すると（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、プローブ１７をワーク３１（３２）に移動可能な状態（ステップＳ１０８）とし、本フローを終了する。つまり、ステップＳ１０７において洗浄液３３ａから取り出した状態で所定時間経過するまで、接触子１７ａを動作不能とすれば、その待機時間により、接触子１７ａに付着した洗浄液３３ａを乾燥させることができる。
【００２７】
また、上記ステップＳ１０２においてプローブ１７を加振することなく、ステップＳ１０３において容器３３に接触子１７ａを挿入した後、プローブ１７を加振してもよい。同様に、上記ステップＳ１０６において、プローブ１７の振動を停止させることなく、プローブ１７を振動させた状態とし、ステップＳ１０８において、プローブ１７を移動可能な状態とすると共にプローブ１７の振動を停止させてもよい。このように、プローブ１７を振動させた状態で、待機させることにより、さらに接触子１７ａの乾燥に要する時間を短縮することが可能である。
【００２８】
次に、図６及び図７を参照して、パートプログラムの一部として洗浄を実行する処理について説明する。図６は、第１のワーク３１の測定と第２のワーク３２の測定との間に上記洗浄工程を実行するパートプログラムを説明するフローチャートであり、図７は、図６のフローチャートの実行手順を説明する概要図である。
【００２９】
この図６及び図７に示される処理は、ＣＰＵ５１により、パートプログラム５３ａと、このパートプログラム５３ａの処理に関連付けられた洗浄位置移動プログラム５３ｂとが実効される。まず、図７（ａ）に示されるように、ＣＰＵ５１は、パートプログラム５３ａを読み込み、接触子１７ａを第１のワーク３１に接触する位置まで移動させる（ステップＳ２０１）。次に、ＣＰＵ５１は、第１のワーク３１の表面３１ａ上に接触子１７ａを移動させ、第１のワーク３１の表面性状測定を実行させる（ステップＳ２０２）。
【００３０】
第１のワーク３１の測定が完了すれば、ＣＰＵ５１は、洗浄位置移動プログラム５３ｂを読み込み、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示すように、接触子１７ａを容器３３の洗浄液３３ａの中に浸し、洗浄を行う。すなわち、図５のステップＳ１０２〜ステップＳ１０７の洗浄工程と同様の処理を実行する（ステップＳ２０２）。
【００３１】
つづいて、図７（ｅ）〜図７（ｇ）に示されるように、ＣＰＵ５１は、パートプログラム５３ａを読み込み、接触子１７ａを第２のワーク３２に接触する位置まで移動させる（ステップＳ２０４）。次に、ＣＰＵ５１は、第２のワーク３２の表面３２ａ上に接触子１７ａを移動させ、第２のワーク３２の測定を実行させる（ステップＳ２０５）。第２のワーク３２の測定が完了すれば、本フローは終了する。なお、洗浄位置移動プログラム５３ａは、パートプログラム５３ｂの一部であってもよい。
【００３２】
以上に説明したように、上述した一実施形態では、プローブ１７をピエゾ素子１８及び加振回路４４により振動させた状態とする。そして、ユーザからの入力を受け、プログラム記憶部５３に格納された洗浄位置移動プログラム５３ａにより、プローブ１７先端の接触子１７ａを洗浄液３３ａが入れられた容器３３に挿入し、接触子１７ａの洗浄が可能となる。したがって、直接触れる等の人為的な処理による煩雑な作業なく、プローブ１７先端の接触子１７ａが、洗浄可能となる。また、接触子１７ａの洗浄が行われる箇所は、容器３３であるので、その占有体積は小さく、測定範囲の阻害を最小限に抑えることができる。また、プローブ１７を取り外すことがないので、校正を再度行う必要はなく、表面性状測定装置の利便性及び信頼性を向上することができる。
【００３３】
また、洗浄位置移動プログラム５３ｂとパートプログラム５３ａを連動して動作させる、或いは、パートプログラム５３ａの一部として洗浄位置移動プログラム５３ｂを動作させることにより、被測定物表面の測定及び接触子の洗浄を一連の動作として実行することができ、ユーザは測定中の接触子の洗浄時期に注意をはらう必要はなく、さらに使い勝手の向上を図れる。
【００３４】
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、第１のワーク３１の測定と第２のワーク３２の測定との間に接触子１７ａの洗浄処理を実行したが、さらに複数のワークを測定する場合であっても、適応可能であり、或いは、第１のワーク３１の測定途中で、洗浄工程を実行することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面性状測定装置の構成を示す外観斜視図である。
【図２】同測定装置における三次元測定機及１及びコンピュータ２の機能ブロック図である。
【図３】同測定装置における表面性状測定装置のスピンドル１６の概念図である。
【図４】同測定装置におけるプローブ１７の接触子１７ａの洗浄工程を説明するフローチャートである。
【図５】同測定装置における図４の実行手順を説明する概要図である。
【図６】同測定装置における第１のワーク３１の測定と第２のワーク３２の測定との間に洗浄工程を実行するパートプログラムを説明するフローチャートである。
【図７】同測定装置における図６の実行手順を説明する概要図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…三次元測定機、２…コンピュータ、１０…除震台、１１…定盤，１２ａ，１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スピンドル、１７…プローブ、１７ａ…接触子、１８…ピエゾ素子、３１…第１のワーク，３２…第２のワーク、３３…容器、３３ａ…洗浄液、２…コンピュータ、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴ、２５…プリンタ、４１…ＸＹＺ軸駆動モータ、４２…ＸＹＺ軸エンコーダ、４３…Ａ／Ｄ変換器、４４…加振回路、５１…ＣＰＵ、５２…メモリ、５３…プログラム記憶部、５３ａ…、５３ｂ…パートプログラム、５４…ワークメモリ、５５…表示制御部、５６〜５８…インタフェース。
【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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