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技術 表面粗さ測定機

出願人 株式会社東京精密
発明者 増田光猫崎良典
出願日 2014年9月26日 (6年2ヶ月経過) 出願番号 2014-196312
公開日 2016年5月9日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2016-070662
状態 特許登録済
技術分野 機械的手段の使用による測定装置 測定手段を特定しない測長装置
主要キーワード 測定用孔 ワーク設置台 所定基準位置 検出器ホルダ 先端支持 テーパ溝 回転軸位置 非測定物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年5月9日)のものです。
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図面 (12)

課題

被測定物平坦な表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大が生じない表面粗さ測定機を提供する。

解決手段

表面粗さ測定機1は、ワーク設置板48がワークWの周面の下側の一部を第1部位として支持し、ゴム部86がワークWの周面の上側の一部を第2部位として第2部位に接触しながら駆動部によりワークWの回転軸に対して直交する方向に移動することによりワークWを回転させる。そして、検出器30がワークWの周面の下側の一部である第3部位に対向する位置に固定され、ワークWの周面の円周方向の表面粗さを検出する。

概要

背景

表面粗さ測定機は、被測定物(ワーク)表面に沿って、測定子スタイラス)を有する検出器(測定子の先端部の変位量を検出する検出器(ピックアップ))を移動させ、測定子の先端部の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の演算処理装置計算機)に読み取ることで、ワークの表面粗さや表面形状等を測定する装置である。

例えば、特許文献1、2には周知の構成の表面粗さ測定機が開示されており、その表面粗さ測定機は、ワークを載置する水平な上面(X軸及びY軸に平行な平面)を有するベースと、ベースに立設されたZ軸方向に延びるコラムと、コラムに支持されてコラムのZ駆動機構によりZ方向に昇降移動する駆動部と、駆動部に支持されて駆動部のX駆動機構によりX軸方向に移動する検出器(ピックアップ)と、検出器から出力される測定信号を取得して各種演算処理等を行うデータ処理部と、を有する。検出器は、X軸方向に延びる測定子(スタイラス)を有し、その先端部としてZ軸方向に延びる触針が設けられる。

このような表面粗さ測定機によれば、コラムのZ駆動機構により検出器のZ軸方向の位置(高さ)が調整され、ベース上に載置されたワークの表面に測定子の先端部が接触した状態に設定される。そして、駆動部のX駆動機構により検出器全体がX軸方向に一定速度で移動し、測定子の先端部がワーク表面摺接しながらX軸方向に所定距離移動して停止する。

このようにして、測定子の先端部がワーク表面におけるX軸方向の走査ライン上を移動している際に、検出器からは、測定子の先端部のZ軸方向への変位量を示す測定信号が出力され、データ処理部に取得される。

これにより、データ処理部において、測定子の先端部が測定開始時に接触していたワーク表面の位置(測定開始位置)から測定終了時に接触していたワーク表面の位置(測定終了位置)までの間のX軸方向に沿った走査ライン上の各測定点における測定子の先端部のZ方向の変位量が各測定点におけるワーク表面のZ軸方向の凹凸状態を示す値として取得される。そして、このようなワークの表面形状を示すデータに基づいて、表面粗さを示す各種評価値算術平均粗さ、最大高さ等の規定のパラメータ)の算出や、取得又は算出したデータのモニタへの表示等が行われる。

このような表面粗さ測定機において、測定対象のワークが球体又は回転体の場合に、ワークの頂点(X軸方向が接線となる点)以外に対しては測定子の先端部がワーク表面に対して垂直に接触せず、ワーク表面の凹凸を垂直に検出できない。また、測定子に先端部をX軸方向に直線移動させるだけでは、ワークの周面の一部分しか測定できない。

そこで、ワークの周面の表面粗さを円周方向に一周に渡って測定する場合には、ワークをインデックス回転させて複数回にわたって測定する方法が提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法では、複数回の測定により得た結果を合成する必要があるため、手間がかかるという問題がある。

この問題を解決する技術として、ワークの周面上を測定子の先端部が円周方向に沿って相対的に移動するようにワークを回転させ、ワークの周面の円周方向に関する表面粗さを測定するものが特許文献4、5に提案されている。

特許文献4、5に記載のものは、球体又は回転体のワークを回転させる回転駆動装置を備えており、その回転駆動装置は、軸方向が同一水平面上において互いに平行する2つのローラと、それらのローラを回転駆動するモータ等を備える。ワークは、2つのローラの間において下側の2方向から支持された状態で載置される。一方、測定子の先端部は、ローラに載置されたワークのZ軸方向の最上点に当接される。

これにより、ローラの回転に連動させてワークを回転させることができ、測定子の先端部をワークの周面の円周方向に沿って相対的に移動させることができるようになっている。

また、特許文献6、7には、円筒研削盤等の加工装置におけるワーク加工時にインプロセスで回転体のワークの表面粗さ(表円粗度)等を測定する装置が開示されている。

概要

被測定物の平坦な表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大が生じない表面粗さ測定機を提供する。表面粗さ測定機1は、ワーク設置板48がワークWの周面の下側の一部を第1部位として支持し、ゴム部86がワークWの周面の上側の一部を第2部位として第2部位に接触しながら駆動部によりワークWの回転軸に対して直交する方向に移動することによりワークWを回転させる。そして、検出器30がワークWの周面の下側の一部である第3部位に対向する位置に固定され、ワークWの周面の円周方向の表面粗さを検出する。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被測定物の平坦な表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大が生じない表面粗さ測定機を提供する

効果

実績

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請求項1

球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第1部位を支持する支持手段と、前記被測定物の周面の他の一部である第2部位に接触しながら前記被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより前記被測定物を回転させる回転手段と、前記被測定物の周面の更に他の一部である第3部位に対向する位置に配置固定され、前記被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段と、を備えた表面粗さ測定機

請求項2

前記回転手段は、前記回転軸に対して平行する平坦面であって前記被測定物に当接する当接面と、前記当接面を平坦面に沿った方向に直進移動させる駆動手段と、を有する請求項1に記載の表面粗さ測定機。

請求項3

前記第3部位は、前記第2部位に対して円周方向に180度反対側となる位置である請求項1、又は2に記載の表面粗さ測定機。

請求項4

前記検出手段は、前記第3部位に先端部が当接する測定子を有する接触式の検出手段である請求項1、2、又は3に記載の表面粗さ測定機。

請求項5

前記回転手段は、前記被測定物に当接する当接面を介して前記被測定物を加圧する加圧手段を備えた請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の表面粗さ測定機。

請求項6

前記支持手段は、前記被測定物が球体の場合に該球体の周面の一部の範囲が入り込むテーパ状の孔を有する板状体を備える請求項1から5のうちのいずれか1項に記載の表面粗さ測定機。

請求項7

前記支持手段は、前記被測定物が回転体の場合に該回転体の周面の前記回転軸に沿った一部の範囲が入り込むテーパ状の溝を有する板状体を備える請求項1から5のうちのいずれか1項に記載の表面粗さ測定機。

技術分野

0001

本発明は表面粗さ測定機係り、特に球体、又は、円柱体円筒体等の回転体からなる被測定物(ワーク)の表面粗さを高精度に測定する表面粗さ測定機に関する。

背景技術

0002

表面粗さ測定機は、被測定物(ワーク)表面に沿って、測定子スタイラス)を有する検出器(測定子の先端部の変位量を検出する検出器(ピックアップ))を移動させ、測定子の先端部の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の演算処理装置計算機)に読み取ることで、ワークの表面粗さや表面形状等を測定する装置である。

0003

例えば、特許文献1、2には周知の構成の表面粗さ測定機が開示されており、その表面粗さ測定機は、ワークを載置する水平な上面(X軸及びY軸に平行な平面)を有するベースと、ベースに立設されたZ軸方向に延びるコラムと、コラムに支持されてコラムのZ駆動機構によりZ方向に昇降移動する駆動部と、駆動部に支持されて駆動部のX駆動機構によりX軸方向に移動する検出器(ピックアップ)と、検出器から出力される測定信号を取得して各種演算処理等を行うデータ処理部と、を有する。検出器は、X軸方向に延びる測定子(スタイラス)を有し、その先端部としてZ軸方向に延びる触針が設けられる。

0004

このような表面粗さ測定機によれば、コラムのZ駆動機構により検出器のZ軸方向の位置(高さ)が調整され、ベース上に載置されたワークの表面に測定子の先端部が接触した状態に設定される。そして、駆動部のX駆動機構により検出器全体がX軸方向に一定速度で移動し、測定子の先端部がワーク表面摺接しながらX軸方向に所定距離移動して停止する。

0005

このようにして、測定子の先端部がワーク表面におけるX軸方向の走査ライン上を移動している際に、検出器からは、測定子の先端部のZ軸方向への変位量を示す測定信号が出力され、データ処理部に取得される。

0006

これにより、データ処理部において、測定子の先端部が測定開始時に接触していたワーク表面の位置(測定開始位置)から測定終了時に接触していたワーク表面の位置(測定終了位置)までの間のX軸方向に沿った走査ライン上の各測定点における測定子の先端部のZ方向の変位量が各測定点におけるワーク表面のZ軸方向の凹凸状態を示す値として取得される。そして、このようなワークの表面形状を示すデータに基づいて、表面粗さを示す各種評価値算術平均粗さ、最大高さ等の規定のパラメータ)の算出や、取得又は算出したデータのモニタへの表示等が行われる。

0007

このような表面粗さ測定機において、測定対象のワークが球体又は回転体の場合に、ワークの頂点(X軸方向が接線となる点)以外に対しては測定子の先端部がワーク表面に対して垂直に接触せず、ワーク表面の凹凸を垂直に検出できない。また、測定子に先端部をX軸方向に直線移動させるだけでは、ワークの周面の一部分しか測定できない。

0008

そこで、ワークの周面の表面粗さを円周方向に一周に渡って測定する場合には、ワークをインデックス回転させて複数回にわたって測定する方法が提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法では、複数回の測定により得た結果を合成する必要があるため、手間がかかるという問題がある。

0009

この問題を解決する技術として、ワークの周面上を測定子の先端部が円周方向に沿って相対的に移動するようにワークを回転させ、ワークの周面の円周方向に関する表面粗さを測定するものが特許文献4、5に提案されている。

0010

特許文献4、5に記載のものは、球体又は回転体のワークを回転させる回転駆動装置を備えており、その回転駆動装置は、軸方向が同一水平面上において互いに平行する2つのローラと、それらのローラを回転駆動するモータ等を備える。ワークは、2つのローラの間において下側の2方向から支持された状態で載置される。一方、測定子の先端部は、ローラに載置されたワークのZ軸方向の最上点に当接される。

0011

これにより、ローラの回転に連動させてワークを回転させることができ、測定子の先端部をワークの周面の円周方向に沿って相対的に移動させることができるようになっている。

0012

また、特許文献6、7には、円筒研削盤等の加工装置におけるワーク加工時にインプロセスで回転体のワークの表面粗さ(表円粗度)等を測定する装置が開示されている。

先行技術

0013

特開2002−107144号公報
特開2006−300823号公報
特表平6−507706号公報
特開平2−129509号公報
特開平3−9209号公報
特開平10−138095号公報
特開2005−016972号公報

発明が解決しようとする課題

0014

球体又は回転体のワークの周面の円周方向に関する表面粗さを測定する場合には、測定子の先端部がワークの周面上を円周方向に沿って相対的に移動するようにワークを回転させる回転駆動機構が必要となる。

0015

しかしながら、特許文献4、5に記載の回転駆動装置は、特許文献1、2に記載のような表面粗さ測定機に対してワークを回転させるための回転駆動機構を新たに追加するものであり、高精度にワークを回転させる場合には高価なベアリング機構も必要となるため、表面粗さ測定機として大型化すると共にコストの増大を招く。

0016

特許文献6、7は、加工装置に測定機を組み込むため、ワークを回転させるための回転駆動機構は加工装置の構成要素として具備されたものを利用することができるが、加工装置に組み込むことが前提となるという制限がある。また、表面粗さ測定機としてみれば、特許文献4、5と同様にワークの回転駆動機構を新たに追加するものであり、表面粗さ測定機として大型化すると共にコストの増大を招く。

0017

また、特許文献1、2のような表面粗さ測定機により、ワークの平坦な面の表面粗さを測定する場合、上述のようにデータ処理部は、駆動部により検出器(測定子の先端部)がX軸方向に一定速度で移動している際の検出器からの測定信号を取得する。このとき、測定開始時からの経過時間に検出器の移動速度を乗じた値は、その経過時間までに測定子の先端部が測定開始位置(測定開始時)から走査ラインに沿って移動した移動量(移動距離)を示し、その経過時間において測定子の先端部が接触しているワーク表面上の測定点の位置を測定開始位置からの走査ラインの長さで表したものに相当する。

0018

データ処理部は、このような関係から、検出器から順次取得したワーク表面上の各測定点における測定信号の信号値を、所定基準位置から各測定点までの走査ラインの長さに対応付けて取得している。なお、表面(測定面)が平坦なワークの場合には、走査ラインはX軸方向に平行しているため、所定基準位置から測定点までの走査ラインの長さは、所定基準位置から測定点までのX軸方向の長さに相当し、各測定点の位置は所定の原点位置に対するX座標値により表される。また、測定点の位置は、検出器の移動速度と経過時間とからではなく、検出器の位置(X軸方向の位置)を位置センサから取得することによっても同様に得ることができる。

0019

また、データ処理部は、例えば、検出器からのアナログ信号の測定信号を、所定時間周期サンプリングし、A/D変換によりデジタル信号に変換して取得しており、検出器の移動速度と、サンプリング周期(時間周期)とを調整することにより、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得している。

0020

一方、球体又は回転体のワーク周面を円周方向に測定する場合においても、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、ワーク周面に円周方向に沿った走査ライン上の各測定点における測定信号の信号値を、所定基準位置から各測定点までの走査ラインの長さ(測定面の周長)に対応付けて取得すると共に、走査ラインの所望の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得(サンプリング)できるようにすることが望ましい。これによって、測定面が球体又は回転体のワーク周面であってもその表面粗さを、平坦なワーク表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。

0021

しかしながら、特許文献4−7のようにワークを支持する回転駆動機構におけるローラ等の回転によってワークを回転させる場合には、ワーク周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点までの走査ラインの長さは、ワーク(ワーク周面)又はローラの直径と、それらの回転速度と、測定開始時からの経過時間とを乗じた値に応じたものとなるため、ワーク又はローラの直径の情報が必要となる。これらの情報は、平坦なワーク表面の場合には不要な情報であり、これらの情報をユーザの手入力等により事前に得るものとすると、その作業に手間を要し、また、測定点の位置の実際の位置に対する誤差の増大を招く。

0022

一方、従来では、測定点の位置は、回転速度と経過時間とを乗じて得られるワーク又はローラの回転角度により表され、各測定点での測定信号の信号値はワーク等の回転角度に対応付けて取得されることが一般的であり、これにより評価される表面粗さの良否判断は、平坦なワーク表面の場合と同等に行うことができないという問題がある。

0023

さらに、特許文献4−7では、測定子の先端部が接触しているワーク周面の測定点の位置に対して、円周方向に180°反対となる位置にワークを支持する支持点が存在していない。そのため、ワーク周面の測定点における直交方向に振動が生じやすく、誤差が生じやすいという問題があった。

0024

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被測定物の平坦な表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大が生じない表面粗さ測定機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

0025

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る表面粗さ測定機は、球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第1部位を支持する支持手段と、被測定物の周面の他の一部である第2部位に接触しながら被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより被測定物を回転させる回転手段と、被測定物の周面の更に他の一部である第3部位に対向する位置に配置固定され、被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段と、を備える。

0026

本発明によれば、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合と同様に、非測定物の周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点の位置を、非測定物の直径等に関係なく、非測定物の回転軸に対して直交する方向への回転手段の移動速度と測定開始時からの経過時間とに基づいて、所定基準位置からの走査ラインの長さ(周長)により特定し、その走査ラインの長さに対応付けて、検出手段から出力される測定信号の信号値を取得することができる。

0027

また、アナログ信号の測定信号を所定時間周期でサンプリングし、A/D変換によりデジタル信号に変換する場合に、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合と同様に、回転手段の移動速度とサンプリング周期(時間周期)とを調整することにより、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得することができる。

0028

したがって、測定面が球体又は回転体の周面であってもその表面粗さを、平坦な表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。また、平坦な表面の表面粗さ測定においては不要な被測定物の直径などの情報も同様に不要であるため、その情報をユーザが事前に手入力する等の作業の手間もなく、測定結果に対する誤差の要因が増加することもない。

0029

また、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合に使用する駆動手段であって検出手段を直進移動させる駆動手段を用いて回転手段を構成することができるため表面粗さ測定機としての装置の大型化とコストの増大を招かない。

0030

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、回転手段は、回転軸に対して平行する平坦面であって被測定物に当接する当接面と、当接面を平坦面に沿った方向に直進移動させる駆動手段と、を有する態様とすることができる。

0031

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、第3部位は、第2部位に対して円周方向に180度反対側となる位置である態様とすることができる。

0032

本態様によれば、検出手段により表面粗さを測定する第3部位における振動が生じ難く、測定精度の向上に寄与する。

0033

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、検出手段は、第3部位に先端部が当接する測定子を有する接触式の検出手段である態様とすることができる。

0034

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、回転手段は、被測定物に当接する当接面を介して被測定物を加圧する加圧手段を備えた態様とすることができる。

0035

本発明の一に態様に係る表面粗さ測定機において、支持手段は、被測定物が球体の場合に球体の周面の一部の範囲が入り込むテーパ状の孔を有する板状体を備える態様とすることができる。

0036

本発明の他の態様に係る表面粗さ測定機において、支持手段は、被測定物が回転体の場合に回転体の周面の回転軸に沿った一部の範囲が入り込むテーパ状の溝を有する態様とすることができる。

発明の効果

0037

本発明によれば、平坦なワーク表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大を招かないものとすることができる。

図面の簡単な説明

0038

本発明が適用された表面粗さ測定機の正面図
本発明が適用された表面粗さ測定機の右側面図
図1検出器支持機構を拡大して示した正面図
ワーク設置台の中央部付近を拡大して示した上面図
図4における5−5矢視断面図
測定時におけるワーク、検出器、及び加圧部の配置状態を示した拡大図
円筒体のワークの周面の円周方向の表面粗さ測定を行う場合のワーク設置板を示した平面図
図7における8−8矢視断面図
図1の表面粗さ測定機を簡素化して示した概念
表面粗さ測定機の他の実施の形態を簡素化して示した概念図
表面粗さ測定機の他の実施の形態を簡素化して示した概念図

実施例

0039

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

0040

図1図2は、本発明が適用された表面粗さ測定機の正面図及び側面図である。これらの図に示す表面粗さ測定機1は、球体のワークの周面の円周方向の表面粗さを測定する装置であり、測定面の表面形状を測定する測定部2と、測定部2により得られたデータを処理するデータ処理部3とを有する。データ処理部3は、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置がその機能の一部として備える。以下において、単に表面粗さ測定機1という場合には主に測定部2を示すものとする。また、図2ではデータ処理部3を省略している。

0041

表面粗さ測定機1は、水平方向(X軸方向及びY軸方向)に沿って配置される平坦な上面を有するベース4と、ベース4に固定されて鉛直方向(Z軸方向)に沿って立設されるコラム5とを有する。ベース4の上面には、検出器30(ピックアップとも称される検出手段)を支持する検出器支持機構10と、測定対象である球体のワークW(後述の図6参照)を支持するワーク支持機構40(支持手段)とが設けられ、コラム5には、ワーク支持機構40に支持されたワークWを回転させるワーク駆動機構70(回転手段)が設けられる。

0042

まず、検出器支持機構10について、検出器支持機構10のみを拡大して示した図3の正面図を用いて説明すると、ベース4の上面には、平板状で矩形状の第1固定板12が固定され、第1固定板12の上面には第1固定板12よりも表面積の小さい平板状で矩形状の第2固定板14が固定される。第1固定板12は、図2に示すようにベース4にX軸方向に沿って形成された直進溝4Aに係合した状態でネジにより固定されており、そのネジを緩めることによって第1固定板12を直進溝4Aに沿ってX軸方向に動かすことができる。これによって、検出器支持機構10及びワーク支持機構40のベース4におけるX軸方向の固定位置が全体的に調整される。

0043

第2固定板14の上面には、XYZステージ16が固定され、XYZステージ16の上部には、検出器30が支持される。XYZステージ16としては、周知かつ任意構造のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、Yつまみ18A(図2も参照)を回転させると、Yステージ18Bが第2固定板14に対してY軸方向に移動して検出器30がY軸方向に移動する。Xつまみ20Aを回転させると、Xステージ20BがYステージ18Bに対してX軸方向に移動して検出器30がX軸方向に移動する。Zつまみ22Aを回転させると、Zステージ22BがXステージ20Bに対してZ軸方向に移動して検出器30がZ軸方向に移動する(昇降移動する)。なお、X軸、Y軸、Z軸は互いに直交し、X軸及びY軸は水平面(ベース4の上面)に対して平行する水平方向を示し、Z軸は水平面に対して直交する鉛直方向を示す。

0044

検出器30も、周知かつ任意構造のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、円筒状の検出器本体32と、検出器本体32の先端部から延出される棒状の測定子34(スタイラス)とを有する。XYZステージ16のZステージ22Bの上部には、検出器ホルダ24が固定されており、その検出器ホルダ24に検出器本体32が固定されることによって検出器30がXYZステージ16上に支持される。

0045

また、検出器30の測定子34は、Y軸と直交する方向であって、X軸とほぼ平行に配置される。さらに、測定子34の先端部には、測定子34に対して直交する方向に突出してワークWの表面(周面)に接触する触針36が設けられており、その触針36がY軸と直交する方向であって、Z軸とほぼ平行に、かつ、上向きに配置される。

0046

次に、ワーク支持機構40について説明すると、図1及び図2に示すようにXYZステージ16が固定される第2固定板14の上面には、ワーク設置台46が設けられる。ワーク設置台46は、第2固定板14に固定されると共に鉛直方向(Z軸方向)に沿って立設され、Y軸方向に互いに対向して配置された2つの脚部42と、2つの脚部42の上端部に固定され、水平(Y軸方向)に架け渡された支持部44とを有する。

0047

また、ワーク設置台46は、検出器30における測定子34の触針36の上側に跨がって配置され、触針36の上側に支持部44が配置される。

0048

図4は、ワーク設置台46の中央部付近を拡大して示した上面図であり、図5は、図4における5−5矢視断面図である。これらの図に示すように支持部44の中央部には、X軸方向に延びるZ軸方向に貫通した貫通溝44A(破線)が形成されており、支持部44の上面において、その貫通溝44Aと重なる部分に円板状のワーク設置板48がノブ付きネジ50、50により着脱可能に固定される。また、支持部44の上面の2箇所に位置決めピン52、52が突設されており、それらの位置決めピン52、52にワーク設置板48の外周縁を当接させた状態で支持部44に固定することで、ワーク設置板48が支持部44の規定位置位置決めされる。

0049

ワーク設置板48の中央部には、Z軸方向に貫通し、かつ、上側ほど拡径されたテーパ形状のテーパ孔48Aが設けられる。テーパ孔48Aの下側の開口は、ワーク設置台46の支持部44の中心付近に配置され、テーパ孔48Aが貫通溝44Aに連通する。

0050

このテーパ孔48Aには、図5に示すように測定対象の球体のワークWが載置され、ワークWの中心位置よりも下側の部分がテーパ孔48Aに入り込む。そして、テーパ孔48Aの斜面がワークWの周面に鉛直軸周りの全周に渡って下側斜め方向から当接する。これにより、ワークWの鉛直方向(Z軸方向)の下向き、及び、水平方向(X軸方向及びY軸方向)の全ての向きの移動がテーパ孔48Aにより規制された状態でワークWがワーク設置板48に支持される。また、このとき、ワークWの周面の下側の頂点(最下点)がテーパ孔48Aの下側の開口付近に配置される。これによって、測定時におけるワークWと検出器30との配置状態が示されている図6のようにワークWの周面の下側の頂点に対して検出器30における測定子34の先端部の触針36が当接可能となる。

0051

なお、ワーク設置板48として、板厚、テーパ孔48Aの大きさや斜面の傾き等が異なる複数種類のものを用意しておき、測定対象のワークWの直径に応じて適切な種類のものをワーク設置台46の支持部44に設置することが可能である。ワークWに対して適切な種類のワーク設置板48としては、ワークWをテーパ孔48Aに載置した際に、ワークWの周面が少なくともワーク設置板48のテーパ孔48Aの上端縁又は下端縁に当接せず、望ましくは、テーパ孔48Aの斜面の上下方向の中央付近で当接し、また、ワークWの周面の下側の頂点(最下点)がテーパ孔48Aの下端付近の高さ(ワーク設置板48の下面付近の高さ)で、かつ、ワークWの周面の上側の頂点(最上点)がテーパ孔48Aの上端(ワーク設置板48の上面位置)よりも上側となる高さとなるものが該当する。

0052

次にワーク駆動機構70について説明すると、図1図2に示すように、コラム5には、駆動部72(駆動手段としての送り装置)がZ軸方向に昇降移動可能に支持される。

0053

駆動部72には、下側にアーム74が突設されており、アーム74の下端部には、ワーク支持機構40のワーク設置板48に支持されたワークWを上側から加圧するための加圧ユニット76が固定される。

0054

一方、コラム5の内部には、駆動部72を昇降移動させるモータが搭載され、駆動部72の内部には、アーム74をX軸方向に移動させるモータが搭載されており、データ処理部3を有する演算処理装置からの制御信号にしたがって、又は、ベース4に設置されたコントローラ6からのユーザ操作に基づく制御信号にしたがって、それらのモータが駆動されて駆動部72がコラム5に沿ってZ軸方向に昇降移動し、アーム74がX軸方向に直進移動する。

0055

したがって、加圧ユニット76がコラム5及び駆動部72によりZ軸方向に移動可能に、かつ、X軸方向に移動可能に支持される。

0056

なお、駆動部72として、周知のように平坦なワーク表面の表面粗さを測定する場合に、上述の検出器30を保持して検出器30をX軸方向に直進移動させる駆動部を使用することができ、本実施の形態のように球体のワークWの周面の表面粗さ測定を行うために新たに追加する構成要素としないものとすることができる。

0057

加圧ユニット76は、駆動部72のアーム74に固定され、X軸方向に沿って延在する棒状の支持部78を有し、その先端部に加圧部80(加圧手段)が設けられる。

0058

加圧部80は、測定時におけるワークW、検出器30、及び加圧部80の配置状態を示した図6の拡大図に示されているように、支持部78の先端部78Aの軸心位置からX軸方向に延在し、弾性変形可能な四角柱状(カンチレバー型)のバネ部82と、バネ部82の先端からX軸方向に延在する硬質で四角柱状の先端支持部84と、先端支持部84の下面側に固着され、X軸方向に長い長方形の平坦な当接面を下面として有するゴム部86とを有する。このゴム部86の当接面は、測定時において、ワーク支持機構40のワーク設置板48に支持されたワークWの上側の頂点(最上点)に当接し、ワークWを上側から加圧する。

0059

また、先端支持部84には、バネ部82を介して支持部78の先端部78Aの近傍まで延びる指標針88が固定され、支持部78の先端部78Aには加圧位置合わせマーク90が記される。これらの指標針88の指示位置と加圧位置合わせマーク90の位置とは、ゴム部86をワークWに当接させて加圧した際に、バネ部82が弾性変形して最適な加圧状態となったときに上下方向に一致する。

0060

また、加圧部80は、ストッパ部92を有し、ストッパ部92は、アーム部材94とストッパ96とを有する。アーム部材94は、支持部78の先端部78Aの上面側に固定され、L字状に屈曲してバネ部82及び先端支持部84の上側においてX軸方向に延在する。ストッパ96は、アーム部材94の先端部に取り付けられ、下向きに凸部を有して先端支持部84の上面に隙間を有して対向配置される。ワークWをゴム部86により加圧した際に、バネ部82が弾性変形して先端支持部84が支持部78に対して上側に一定量変位すると、先端支持部84の上面がストッパ96に当接してそれ以上の変位が規制される。

0061

また、支持部78の先端部78Aは、ノブ付きネジ98を緩めることによって、支持部78の基端部78Bに対してY軸方向を回転軸とした回転軸周りに略90度の範囲で回転させることができるようになっており、図6のように支持部78の軸線方向の向きに加圧部80を支持した状態から支持部78の軸線方向に対して上向きに加圧部80を支持した状態に切り替えることができる。これによって、測定開始前や測定終了後においてワークWをワーク支持機構40のワーク設置板48に載置し、又は、ワーク設置板48から取り出す作業を容易にすることができる。

0062

以上のごとく構成された表面粗さ測定機1により、球体のワークWの周面の円周方向の表面粗さを測定する際の動作について説明する。

0063

図6に示すように、まず、操作者は、測定対象の球体のワークWをワーク支持機構40のワーク設置板48におけるテーパ孔48Aの位置に置く。そして、XYZステージ16を操作して検出器30の位置を調整し、測定子34の触針36をワーク設置板48及びワーク設置台46の下側からワークWの下側の頂点に接触させる。

0064

また、コントローラ6又はデータ処理部3を有する演算処理装置の入力装置等を操作して駆動部72のZ軸方向の位置及び駆動部72のアームのX軸方向の位置を調整し、加圧ユニット76の加圧部80におけるゴム部86の下面をワークWの上側の頂点に上側から当接させる。そして、指標針88の支持位置が加圧位置合わせマーク90の位置と一致するまで加圧ユニット76を下降させる。これにより、ゴム部86とワークWとを摩擦係合させると共に、ワークWを適度な圧力でワーク設置板48に押圧する。

0065

なお、ゴム部86の当接面(下面)が水平であるため、そのX軸方向及びY軸方向の範囲をワークWの上側の頂点を含む位置に設定すればワークWの上側の頂点にゴム部86の当接面を当接させることができ、高精度な調整は不要である。また、ゴム部86の当接面の範囲のうち基端側(支持部78側)の位置をワークWに当接させたものとする。

0066

続いて、コントローラ6又はデータ処理部3を有する演算処理装置の入力装置等を操作して測定開始の指示を与えると、駆動部72が加圧ユニット76の一定速度でのX軸方向への直進移動を開始する。ここでは、加圧ユニット76の先端側から基端側への向き(図6において右向き)を進行方向とする。

0067

これによって、加圧ユニット76のゴム部86が一定速度でX軸方向に移動すると、これに伴い、ワークWがゴム部86との間での摩擦によりY軸と平行な中心軸(ワークWの中心を通り、かつ、Y軸に平行な軸)周りに回転する。そして、これによって、検出器30のワークWのXZ平面に平行な中心断面(ワークWの中心を通り、かつ、XY平面に平行な面)における周面の位置を走査ラインとしてその走査ライン上を測定子34の触針36が摺接しながら相対的に移動する。

0068

このとき、検出器30では、測定子34の触針36のZ軸方向の変位量が検出され、その変位量を示す測定信号が検出器30から出力される。

0069

データ処理部3は、検出器30から出力される測定信号を取得し、取得した測定信号に基づいて表面粗さを示す各種評価値(算術平均粗さ、最大高さ等の規定のパラメータ)の算出や、取得又は算出したデータのモニタへの表示等を行う。

0070

以上の表面粗さ測定機1の構成、作用によれば、平坦なワーク表面の表面粗さ測定を行う場合に使用される駆動部であってワーク表面に対して検出器を直進移動させる駆動部を駆動部72として用いて球体のワークWを回転させるため、ワークWを回転させるための回転駆動機構を一部を除いて新たに追加するものではなく、表面粗さ測定機1としての装置の大型化とコストの増大を招かないという利点がある。ただし、駆動部72は必ずしも平坦なワーク表面の表面粗さ測定を行う場合に使用される駆動部でなくてもよい。

0071

また、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、データ処理部3は、ワークWの周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点の位置を、ワークWの直径等に関係なく、駆動部72によるゴム部86の移動速度と測定開始時からの経過時間とに基づいて、又は、位置センサより取得可能なゴム部86のX軸方向の位置に基づいて、所定基準位置からの走査ラインの長さ(周長)により特定し、その走査ラインの長さに対応付けて、検出器30から出力される測定信号の信号値を取得することができる。

0072

また、データ処理部3(又は検出器30)においてアナログ信号の測定信号を所定時間周期でサンプリングし、A/D変換によりデジタル信号に変換する場合に、ゴム部86の移動速度とサンプリング周期(時間周期)とを調整することにより、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得することができる。

0073

したがって、測定面が球体又は回転体のワーク周面であってもその表面粗さを、平坦なワーク表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。また、平坦なワーク表面の測定においては不要なワークWの直径などの情報も同様に不要であるため、その情報をユーザが事前に手入力する等の作業の手間もなく、測定結果に対する誤差の要因が増加することもない。

0074

さらに、検出器30の測定子34の触針36がワークWに接触する測定点、即ち、ワークWの下側の頂点に対して、円周方向に180°反対となるワークWの上側の頂点に加圧ユニット76のゴム部86が当接して支持点としてワークWを支持するため、ワークWの周面の測定点における直交方向に振動が生じ難くなっている。また、加圧ユニット76のゴム部86及びバネ部82によってワークWに伝達されるおそれのある振動が吸収される。そのため、ワークWの振動による測定信号のノイズが少なく、高精度な測定が可能となる。

0075

以上、上記実施の形態では、測定対象として球体のワークWの表面粗さを測定する表面粗さ測定機1について説明したが、ワーク支持機構40におけるワーク設置台46のワーク設置板48を円筒体や円柱体のような回転体に対応したものとすることで、球体に限らず回転体の周面の円周方向の表面粗さを上記実施の形態と同様にして測定することができる。

0076

図7は、回転体(円柱体)のワークWに対応したワーク設置板48を示した平面図であり、図8は、図7における8−8矢視断面図である。これらの図に示すようにワーク設置板48には、直線状に延びるテーパ状(V形状)のテーパ溝48Bが形成され、そのテーパ溝48Bの長手方向の中央部にZ軸方向に貫通する測定用孔48Cが形成される。

0077

このワーク設置板48をワーク設置台46の支持部44に固定した際には(図6参照)、テーパ溝48Bの長手方向がY軸方向に沿って配置され、測定用孔48Cの下側の開口は、支持部44の中央付近に配置されて貫通溝44Aに連通する。

0078

これによれば、回転体のワークWをその回転軸(中心軸)がテーパ溝48Bの長手方向に沿うようにして載置すると、ワークWの回転軸位置よりも下側の部分がテーパ溝48Bに入り込む。そして、テーパ溝48Bの斜面が当接面としてワークWの周面に下側2方向から斜めに当接してワークWの回転軸がY軸方向となるようにしてワークWがワーク設置板48に支持される。

0079

測定時には、測定用孔48Cの下側から検出器30の測定子34の触針36を挿入してワークWの下側の頂点に当接させ、加圧ユニット76のゴム部86の当接面をワークWの上側の頂点に当接させる。そして、加圧ユニット76のゴム部86をX軸方向に移動させることで、ワークWとゴム部86との間での摩擦係合によりワークWをY軸と平行な回転軸周りに回転させることができ、検出器30によりワークWの周面の円周方向の表面粗さの測定を行うことができる。

0080

また、本発明に係る表面粗さ測定機は、次の構成要件(1)〜(3)を備えるものであれば良く、上記実施の形態に限定されない。

0081

(1)球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第1部位を支持する支持手段
(2)前記被測定物の周面の他の一部である第2部位に接触しながら前記被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより前記被測定物を回転させる回転手段
(3)前記被測定物の周面の更に他の一部である第3部位に対向する位置に配置固定され、前記被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段
即ち、上記実施の形態の表面粗さ測定機1は、図9の概念図に示すように構成要件(1)の支持手段の一形態であるワーク支持機構40のワーク設置板48がワークWの周面の下側の一部を第1部位として支持する。また、構成要件(2)の回転手段の一形態であるワーク駆動機構70のゴム部86がワークWの周面の上側の一部を第2部位として第2部位に接触しながら駆動部72によりワークWの回転軸に対して直交する方向に移動することによりワークWを回転させる。また、構成要件(3)の検出手段の一形態である検出器30がワークWの周面の下側の一部である第3部位に対向する位置に検出器支持機構10により配置固定され、ワークWの周面の円周方向の表面粗さを検出する。

0082

これに対して本発明に係る表面粗さ測定機は、ワークWに対して第1部位、第2部位、及び第3部位を任意の位置に変更したものとすることができ、例えば、図10の概念図に示すようにワーク設置板48、ゴム部86、及び検出器30の位置をワークWの回転軸の周りに180度回転させた位置に配置することによって、第1部位、第2部位、及び第3部位をワークWの回転軸の周りに180度回転させた位置とすることができる。同様に第1部位、第2部位、及び第3部位をワークWの回転軸周りに180度以外の任意の角度で回転させた配置とすることもできる。

0083

また、図11の概念図に示すようにゴム部86と検出器30の位置とを入れ替えて第2部位と第3部位の位置を入れ替えたものとすることもできる。この場合、ゴム部86とワーク設置板48とでワークWからの荷重を分散して支持することができる。そして、その比率は、ゴム部86のワークWへの加圧力の調整(加圧部80よる加圧の調整)により変更することができる。したがって、ワークWの重量が大きく、ワークWとワーク設置板48との間の摩擦力に抗してワークWを回転させることが難しいような場合でもゴム部86への荷重の比率を大きくすることでワークWを回転させることができる。

0084

また、上記実施の形態のように測定点と支持点との位置関係において第2部位と第3部位とがワークWの円周方向に180度反対側となる位置であることが、上述のようにワークWの振動による測定信号のノイズが少ないため望ましいが、図9において破線で示すように、それとは異なる位置に検出器30を配置してもよい。更に、検出器30は、上記実施の形態のように測定子34の先端部をワークWに接触させる触針式のものではなく、レーザなどを用いた非接触式のものであってもよい。その場合においても検出器30により表面粗さを測定する測定位置を第3部位に配置して固定すればよい。

0085

W…ワーク、1…表面粗さ測定機、2…測定部、3…データ処理部、4…ベース、4A…直進溝、5…コラム、6…コントローラ、10…検出器支持機構、12…第1固定板、14…第2固定板、16…XYZステージ、18B…Yステージ、20B…Xステージ、22B…Zステージ、24…検出器ホルダ、30…検出器、32…検出器本体、34…測定子、36…触針、40…ワーク支持機構、42…脚部、44,78…支持部、44A…貫通孔、46…ワーク設置台、48…ワーク設置板、48A…テーパ孔、50,98…ノブ付きネジ、52…位置決めピン、70…ワーク駆動機構、72…駆動部、74…アーム、76…加圧ユニット、78A…先端部、78B…基端部、80…加圧部、82…バネ部、84…先端支持部、86…ゴム部、88…指標針、90…加圧位置合わせマーク、92…ストッパ部、94…アーム部材、96…ストッパ

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