本发明专利技术公开一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，其测定工件(W)的表面的轮廓形状和表面粗糙度，结构简单而能够低成本地实现，高分辨率地生成对宽测定范围具有高线性的变位信号。该轮廓形状表面粗糙度测定装置具备：测定部(13)，其具有与工件(W)的表面接触而上下变位的测定元件(7)；进给机构(4)，其使工件相对于测定元件而相对地移动；臂(12)，其一端具有测定部，传递测定元件的变位，以支点(16)为中心转动；差动变压器型检测机构(51)和标尺型检测机构(52)，其安装在臂或与臂联动的位置，检测测定元件的变位。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轮廓形状表面粗糙度测定装置以及轮廓形状表面粗糙度测定方法
本专利技术涉及一种轮廓形状表面粗糙度测定装置以及轮廓形状表面粗糙度测定方法。
技术介绍
测定被测定物(工件)的表面粗糙度的表面粗糙度测定装置、以及测定工件的表面形状(轮廓)的轮廓形状测定装置正在被广泛使用。表面粗糙度测定装置检测工件表面的微小的凹凸，检测工件表面的微小长度的高度变化、即短周期的高度变化。对此，轮廓形状测定装置检测工件表面的比较长周期的高度变化。换言之，可以说对于表面粗糙度测定装置以及轮廓形状测定装置所检测的探针的变位的细致度、即检测在使检测部以一定速度相对于工件进行相对移动时得到的检测信号的长度所对应的周期成分中的哪个周期范围是不同的。因此，用于表面粗糙度测定装置的变位检测器(传感器)要求具有高速的响应性而能够检测微小的变位、即高分辨率，但对于长周期的变位的绝对值即宽检测范围的检测信号的线性几乎不要求严格的检测精度。换言之，与宽检测范围相关的检测信号的线性也容许是比较低的精度。对此，用于轮廓形状测定装置的变位检测器(传感器)越是表面粗糙的情况越不要求高速的响应性，不必须能够检测微小的变位(高分辨率)，但对于长周期的变位的绝对值、即检测信号的宽检测范围的线性，要求高精度。另外，考虑到以上那样的测定的特性，在测定表面粗糙度的情况和测定轮廓形状的情况下，一般使检测部相对于工件相对地移动时的移动速度不同。具体地说，在测定表面粗糙度的情况下的移动速度比测定轮廓形状的情况下的移动速度低。轮廓形状测定装置以及表面粗糙度测定装置具有类似的结构，理想的是能够测定表面形状(轮廓)和表面粗糙度的双方的测定装置。图1是轮廓形状表面粗糙度测定装置的外观图。如图1所示，轮廓形状表面粗糙度测定装置1具备基座2、设置在基座2上的支柱3、在Z轴方向上自由滑动地被支持在支柱3上的X轴驱动部4、能够在X轴方向上移动地被支持在X轴驱动部4上的X臂5、设置在X臂5的前端的测定部6、设置在基座2上的载置台8。在进行测定的情况下，以一定的力使设置在变位检测器6的前端部的探针7与载置在载置台8上的工件W的表面接触。如果在该状态下，通过X轴驱动部4使臂支持部5和变位检测器6沿着X轴移动，则探针7与工件W的表面的形状对应地在Z轴方向上变位。变位检测器6通过内置的传感器、例如差动变压器等输出与探针7的变位对应的电信号。图2是表示使用了差动变压器的情况下的变位检测器6的结构例子和检测信号的例子的图，(A)表示结构例子，(B)表示检测信号的例子。如图2的(A)所示，变位检测器6具备可旋转地被支持在与框体结合的支点16上的支架14、可装卸地紧固在支架14上的臂12、设置在臂12的前端的探针7、输出与支架14的变位对应的信号的差动变压器型检测机构(传感器)15。将安装在臂12的前端并且包含探针7的部分称为测定元件13。差动变压器型检测机构(传感器)15具有由固定在变位检测器6上的多个线圈构成的固定部分、安装在支架14上的铁芯部分，铁芯部分相对于固定部分的多个线圈的位置由于支架14的旋转而变化，线圈所产生的交流信号(检测信号)的强度变化。对于差动变压器型传感器已经广泛已知，因此省略进一步的说明。如果将测定元件13安装在支架14上，以规定的压力使探针7与工件表面接触，则与接触位置对应地即与工件表面的高度和凹凸对应地，测定元件13和支架16旋转，差动变压器型传感器的铁芯部分变位，输出与变位对应的检测信号。对于差动变压器型传感器的检测信号，强度大致与变位成正比地变化，与非常细微的变位对应地变化，但并不完全与变位成正比地变化，如图2的(B)所示，相对于成正比时的值的差在能够检测的范围的两侧扩大，即线性降低。因此，要求能够检测微小的变位、即高分辨率，但对于长周期的变位的绝对值几乎不要求严格的检测精度的表面粗糙度测定装置大多使用差动变压器型传感器。在对轮廓形状测定装置使用差动变压器型传感器的情况下，预先进行差动变压器型传感器的校正，准备存储了变位和检测信号之间的偏差的修正表而进行修正，由此改善线性。但是，差动变压器型传感器容易受到温度变化的影响，只通过该修正难以实现充分的线性。另一方面，作为对宽检测范围具有高线性的变位检测器，已知标尺型检测机构(传感器)。标尺型传感器具有记录了刻度的标尺，检测移动所伴随的刻度的变化量、或标尺的移动位置。标尺有光学式的标尺、磁式的标尺等。图3是说明光学式标尺型检测机构(传感器)的图，(A)表示用于光学式标尺型传感器的标尺的刻度的例子，(B)表示光学式标尺型传感器的检测部的结构例子，(C)表示检测信号的例子。如图3的(A)所示，标尺21的刻度是形成在玻璃板等上的黑白图案，蒸镀铬等而形成黑色部分。如图3的(B)所示，以夹着移动的标尺21的方式设置检测部。检测部在标尺21的一侧设置LED或激光器等光源22、使来自光源22的光收敛到形成有标尺21的黑白部分的面上的透镜23，在标尺21的另一侧设置使透过标尺21的光聚光的透镜24、检测通过透镜24聚光的光的受光元件25。标尺21移动，根据标尺21的白色部分还是黑色部分位于通过透镜23聚光的光束的部分，受光元件25所受光的光量变化，如图3的(C)所示，得到变化的检测信号。通过对该检测信号进行处理，能够检测标尺21的移动量或移动位置。图4是表示使用了光学式标尺型传感器的变位检测器的结构例子的图。如图4所示，该变位检测器具有通过2个连接36和37将连接构件34和35连结起来的平行连接结构。连接36和37与连接构件34和35的4个旋转轴结合，连接构件34和35能够平行地变形，以便成为连接36和37维持平行的状态、即连接构件34和35、以及连接36和37成为平行四边形。4个旋转轴的1个旋转轴38与变位检测器的框体结合，连接36以旋转轴38为支点可旋转地被支持。在前端设置有探针7的臂32与连接36紧固。因此，臂32和连接36与图3的臂12和支架14同样地，可旋转地被支持在旋转轴(支点)38上。在连接构件35的一侧设置有光学式标尺型传感器39，检测连接构件35的变位。在图4中，将具有刻度的标尺固定在框体上，在连接构件35上设置后述的指数标尺。此外，也能够将标尺设置在连接构件35上，将检测部设置在框体上。在图4的变位检测器中，连接构件35向横方向少量地移动，但为了平行地移动，能够使用利用了图3的(A)所示那样的具有刻度的标尺的光学式标尺型传感器。但是，图4所示的平行连接机构需要大的空间。因此，如图5的(A)所示，在图2的变位检测器中，在支架14上设置放射线状地形成有图案的标尺17，通过利用标尺17检测支架14的旋转量(旋转位置)，来检测探针7的变位。标尺17如图5的(B)所示，圆弧状地形成有以支点16为中心的黑白图案。在检测圆弧状的图案的移动量的情况下，也能够使用与图3中说明的方法同样的方法。此外，还提出了以下的方法，即将支架14的后端侧的表面设为以支点16为中心的圆筒面，在其上形成等间隔的图案，光学地检测图案的移动(旋转)量。对于标尺型传感器的分辨率，基本上以刻度的间距规定分辨率，但提出了使用指数标尺等来提高分辨率的各种方法。另外，还提出了将标尺21的刻度设为衍射光栅而通过激光干涉提高分辨率的方法。但是，对于将刻度设为衍射光栅而通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，测定工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度，该轮廓形状表面粗糙度测定装置的特征在于具备：测定部，具有与上述工件的表面接触而上下变位的测定元件；进给机构，使上述工件相对于上述测定元件相对地移动；臂，一端具有上述测定部，传递上述测定元件的变位，以支点为中心转动；以及差动变压器型检测机构和标尺型检测机构，安装在上述臂或与上述臂联动的位置，检测上述测定元件的变位。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.04 JP 2012-000069;2012.07.09 JP 2012-153511.一种轮廓形状表面粗糙度测定装置，测定工件的表面的轮廓形状和表面粗糙度，该轮廓形状表面粗糙度测定装置的特征在于具备：测定部，具有与上述工件的表面接触而上下变位的测定元件；进给机构，使上述工件相对于上述测定元件相对地移动；臂，一端具有上述测定部，传递上述测定元件的变位量，以支点为中心转动；以及差动变压器型变位量测定机构和标尺型变位量测定机构，通过测定上述臂的变位量，上述差动变压器型变位量测定机构测定上述工件的表面粗糙度，上述标尺型变位量测定机构测定上述工件的轮廓形状，其中，上述差动变压器型变位量测定机构和上述标尺型变位量测定机构的双方同时测定上述工件的表面粗糙度和上述工件的轮廓形状。2.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：上述差动变压器型变位量测定机构和上述标尺型变位量测定机构被配置成检测相对于上述支点上述臂的相同侧的变位量。3.根据权利要求1所述的轮廓形状表面粗糙度测定装置，其特征在于：上述差动变压器型变位量测定机构在使上述工件相对于上述测定元件相对地移动时，测定与作为上述工件的表面的粗糙度的微小变位量对应的高...
【专利技术属性】
技术研发人员：山内康弘，藤田隆，
申请(专利权)人：株式会社东京精密，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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