CN102749058B - 表面性状测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面性状测量仪。在该表面性状测量仪中，测量臂(24)包括：第1测量臂(24A)，其在壳体(28)内以旋转轴(23)为支点能够进行圆弧运动地支承在托架(22)上；以及第2测量臂(24B)，其借助装卸机构(25)以能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端，在第2测量臂(24B)的顶端具有测针(26A、26B)；装卸机构配置在壳体内。用于检测测量臂的圆弧运动量的位移检测器(27)包括：标尺(27A)，其配置在测量臂上；以及检测头，其以与标尺相对的方式配置在托架(22)上；标尺的检测面配置在测量臂的轴线上并且配置在测量臂的圆弧运动面上。

Description

表面性状测量仪

技术领域

本发明涉及一种表面性状测量仪。详细而言，涉及一种能够更换具有用于与被测量物的表面相接触的测针的测量臂的表面性状测量仪。

背景技术

公知有如下表面性状测量仪，即，在使测针与被测量物的表面相接触的状态下，使测针沿着被测量物的表面移动，此时，检测测针的因被测量物的表面形状、表面粗糙度而产生的位移(与测针的移动方向正交的方向的位移)，根据该测针的位移测量被测量物的表面形状、表面粗糙度等表面性状。

在表面性状测量仪中，提出有如下表面性状测量仪，即，为了能够测量被测量物的各种形状的测量部位，而预先准备了各种形状的测针(测量臂)，能够根据被测量物的测量部位形状更换最合适的测针来进行测量。

例如，在文献1(DE19617022C1公报)中，提出了能够在壳体的外侧更换测量臂的轮廓测量仪，该轮廓测量仪具有：立柱，其竖立设置在基座上；保持件，其借助调整装置以能够升降的方式设置在该立柱上；壳体，其设置在该保持件上；杠杆，其以借助直线电机能够向水平方向移动的方式设置在该壳体内；测量臂，其在壳体的外侧借助连结部件与杠杆相连结；以及测针，其设置在该测量臂的顶端。

在上述轮廓测量仪中，由于能够在壳体的外侧更换测量臂，因此能够容易地进行测量臂的更换作业，但是由于与被测量物相接触的测针、测量臂的轴线和用于检测包括该测针在内的测量臂的位移的检测器发生偏移(offset)，因此易于产生误差。

另外，由于能够装卸测量臂的连结部件位于壳体的外侧，因此若在测量臂、测针上作用有外力而使测量臂从连结部件脱离，则测量臂易于脱落。这样，会导致测量臂、测针破损。而且，由于连结部件暴露于壳体的外侧，因此在测量时，也可能连结部件与被测量物相互干扰而导致连结部件破损，此外也容易被所使用的外部环境污染。

另外，在上述轮廓测量仪等表面性状测量仪中，需要根据被测量物的材质、形状等将测针与被测量物的表面相接触的压力、即测量力调整为最合适的测量力。

通常，在更换了测量臂的情况下，所更换的测量臂的重量与原来的测量臂的重量大多不相同，因此，测量臂的平衡被破坏，产生了测量误差。因此，在每次更换测量臂时，在调整测量力之前都需要调整测量臂的平衡，即调整平衡以使测量臂保持大致水平。

以往，在更换测量臂时，首先，将必须测量臂的顶端的测针载置在电子天平等用于测量力的测量设备上，在该状态下调整测量力调整机构以使得测量设备的值为0，因此存在有使用方便性差、作业效率差这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高精度而且能够减少测针、测量臂等的污染破损的表面性状测量仪，该表面性状测量仪即使更换测量臂，也能自动调整测量臂的平衡，从而能够期待提高使用方便性及作业效率。

本发明的表面性状测量仪具有检测部件、用于载置被测量物的工作台以及用于使上述检测部件与上述工作台相对移动的相对移动机构，该检测部件具有：测量臂，其以支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在主体上；测针，其设置在该测量臂的顶端；位移检测器，其用于检测上述测量臂的圆弧运动量；以及壳体，其用于覆盖上述主体；该表面性状测量仪在使上述测针与被测量物的表面相接触的状态下，一边利用上述相对移动机构使上述检测部件与上述工作台相对移动，一边利用上述位移检测器检测上述测量臂的圆弧运动量，根据该圆弧运动量来测量被测量物的表面性状，其特征在于，上述测量臂包括：第1测量臂，其在上述壳体内以上述支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在上述主体上；以及第2测量臂，其借助装卸机构以能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端，在该第2测量臂的顶端具有上述测针；上述装卸机构配置在上述壳体内，上述位移检测器包括：标尺，其配置在上述主体与上述测量臂中的任意一者上；以及检测头，其以与上述标尺相对的方式配置在上述主体与上述测量臂中的另一者上；上述标尺的检测面配置在上述测量臂的轴线上并且配置在测量臂的圆弧运动面上。

根据这种结构，由于位移检测器包括标尺和检测头，标尺的检测面配置在测量臂的轴线上并且配置在测量臂的圆弧运动面上，因此能够减少由偏移等造成的误差并能够期待高精度的测量。

另外，由于在顶端具有测针的第2测量臂以借助装卸机构能够装卸的方式构成，因此能够更换为具有最适合于被测量物的测量部位形状的测针的测量臂来进行测量。

此时，由于装卸机构配置在壳体内，因此即使在测量臂、测针上作用有外力而测量臂从装卸机构脱离，也能够减少测量臂脱落的可能性。因而，能够防止测量臂、测针破损。而且，由于装卸机构位于壳体的内部，因此也不用担心装卸机构撞击被测量物，因此也能够减少装卸机构的因与被测量物的撞击造成的破损、由外部环境导致的污染。

而且，由于装卸机构配置在壳体内，即由于装卸机构靠近测量臂的支点，因此在装卸测量臂时，能够减少施加在支点上的力矩，能够期待支点的轴承的负载降低、防止破损效果。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，上述装卸机构具有：第1板，其设置在上述第1测量臂的顶端；第2板，其设置在上述第2测量臂的基端；定位机构，其在使上述第2板与上述第1板相对时将上述第2板相对于上述第1板定位在规定的位置；磁体，其设置在上述第1板与上述第2板中的任意一者上；以及磁性体，其设置上述第1板与上述第2板中的另一者上，用于与上述磁体相吸附；上述定位机构具有：第1就位部，其配置有一对圆柱状定位构件，该一对圆柱状定位构件沿着上述测量臂的轴向配置，该一对圆柱状定位构件相平行且隔开规定间隔；第2就位部，其配置有一对圆柱状定位构件并且第2就位部设置为在上述测量臂的轴向上与上述第1就位部分开，该一对圆柱状定位构件沿着上述测量臂的轴向配置，该一对圆柱状定位构件相平行且隔开规定间隔；第3就位部，其配置有一对圆柱状定位构件，该一对圆柱状定位构件与上述测量臂的轴向呈直角且该一对圆柱状定位构件隔开规定间隔；以及卡合球部，其设置为分别与该第1就位部、第2就位部及第3就位部相对应，并能够与这些就位部卡合脱离；上述第1就位部、第2就位部及第3就位部配置在上述第1板与上述第2板中的任意一者上，上述卡合球部配置在上述第1板与上述第2板中的另一者上。

在本发明中，由于装卸机构配置在壳体内，因此在进行测量臂的更换作业时，难以目视确认是否正确地安装了测量臂。

关于这一点，根据上述结构，若使第2板与第1板在大致对齐的位置相对，则借助于磁体和用于与该磁体相吸附的磁性体，第1板与第2板吸附在一起。此时，由于用于将第2板相对于第1板定位在规定的位置的定位机构包括隔开规定间隔地平行配置有一对圆柱状定位构件的第1就位部、第2就位部、第3就位部、以及被设置为分别与这些就位部相对应的卡合球部，因此各卡合球部被用于构成各就位部的一对圆柱状定位构件引导并嵌入这些构件之间的正确位置，因此即使不能够目视确认，通过使第2板与第1板在大致对齐的位置相对的单触连接(onetouch)操作，也能够准确地进行测量臂的更换作业。

另外，在第1板与第2板吸附在一起的状态下，利用第3就位部进行测量臂的轴向的位置限制，而且利用第1就位部、第2就位部进行以与第3就位部卡合的卡合球部为中心的旋转方向的限制，因此能够准确地将第1板与第2板定位为规定的关系。而且，在该状态下，第1就位部与第2就位部被设置为在测量臂的轴向上分开，因此能够以比较紧凑的结构而且较小的力来保持测量臂。

而且，在测量等时，如果在测针、测量臂上作用有比磁体的吸附力大的外力，则第1板与第2板的结合脱离。这样，由于这种程度以上的外力未作用于测针、测量臂、检测部件内部的机构，因此也能够防止这些构件破损于未然。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，上述定位机构包括形成在上述第1板与上述第2板中的一者上的至少两个卡合孔、以及配置在上述第1板与上述第2板中的另一者上的用于与上述各卡合孔相卡合的至少两个卡合销。

根据这种结构，若使第2板与第1板相对，则配置在第1板与第2板中的另一者上的卡合销卡合在形成在第1板与第2板中的一者上的卡合孔内，因此能够可靠地使第1板与第2板结合在一起。

另外，在测量等时，即使当在测针、测量臂上作用有比磁体的吸附力大的外力而第1板与第2板的结合欲脱离时，由于卡合销勾挂在卡合孔内，因此难以脱离。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，上述卡合销的突出量设定为在该卡合销开始与上述卡合孔卡合之后上述磁性体吸附在上述磁体上。

根据这种结构，在使第2板与第1板相对时，以在卡合销开始与卡合孔卡合之后磁性体吸附在磁体上的方式设定卡合销的突出量，因此即使不能够目视确认，也能够利用磁体的吸附力凭触觉掌握第2板相对于第1板结合在准确的位置的情况。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，用于构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件及上述卡合球部由导电性材料形成，在上述定位机构上形成有多个就位传感器，该多个就位传感器根据用于构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件和用于与构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件卡合脱离的卡合球部之间的接触、分开而接通断开，该表面性状测量仪具有接触检测电路，该接触检测电路用于根据这些就位传感器的接通断开来检测构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件和用于与构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件卡合脱离的卡合球部之间的接触、分开。

根据这种结构，由于能够利用接触检测电路根据这些就位传感器的接通断开来检测构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件和用于与构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件卡合脱离的卡合球部之间的接触、分开，因此在更换测量臂时，能够确认是否能够适当地更换测量臂。另外，在测量时，能够判断测量臂在中途脱离的情况，因此能够进行准确的测量作业。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，该表面性状测量仪具有驱动停止部件，当在上述接触检测电路中检测到任意一个就位传感器断开的情况时，该驱动停止部件使上述相对移动机构的驱动停止。

根据这种结构，若在接触检测电路中检测到任意一个就位传感器断开的情况，则利用驱动停止部件使相对移动机构的驱动停止，因此例如即使在测量臂从装卸机构等脱离的情况下，由于相对移动机构的驱动停止，因此也能够安全地进行测量作业。

本发明的表面性状测量仪具有检测部件、用于载置被测量物的工作台以及用于使上述检测部件与上述工作台相对移动的相对移动机构，该检测部件具有：测量臂，其以支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在主体上；测针，其设置在该测量臂的顶端；位移检测器，其用于检测上述测量臂的圆弧运动量；以及测量力施加部件，其向圆弧运动方向对上述测量臂施力而对上述测针施加测量力；该表面性状测量仪在使上述测针与被测量物的表面相接触的状态下，一边利用上述相对移动机构使上述检测部件与上述工作台相对移动一边利用上述位移检测器检测上述测量臂的圆弧运动量，根据该圆弧运动量来测量被测量物的表面性状，其特征在于，

上述测量臂包括：第1测量臂，其以上述支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在上述主体上；以及第2测量臂，其借助装卸机构以能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端，在该第2测量臂的顶端具有上述测针；上述测量力施加部件包括用于以上述支承轴为支点向圆弧运动方向对上述测量臂施力的音圈，该表面性状测量仪具有平衡调整部件，在更换了上述第2测量臂之后，该平衡调整部件对通入上述音圈的电流进行调整而调整上述测量臂的平衡。

根据这种结构，由于测量臂包括以支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在主体上的第1测量臂、以及借助装卸机构以借助装卸机构能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端并在顶端具有测针的第2测量臂，因此能够更换具有测针的第2测量臂。因而，能够使用具有最适合于被测量物的测量部位的形状的测针的测量臂来进行测量。

此时，在更换了第2测量臂的情况下，即使新的第2测量臂的重量与前一个第2测量臂的重量不同，也能够利用平衡调整部件来对通入音圈的电流进行调整而自动地调整测量臂的平衡，因此能够减少伴随着测量臂的更换的测量误差，并且能够期待提高使用方便性及作业效率。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，上述平衡调整部件一边监视上述测量臂的由上述位移检测器检测出的圆弧运动量一边对通入上述音圈的电流进行调整，在上述测量臂的圆弧运动量成为预先设定的设定值的阶段结束平衡调整。

根据这种结构，由于利用平衡调整部件一边监视测量臂的由位移检测器检测出的圆弧运动量一边对通入音圈的电流进行调整，在测量臂的圆弧运动量成为预先设定的设定值的阶段结束平衡调整，因此能够准确地进行测量臂的平衡调整。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，上述测针在上述测量臂的顶端具有分别向上述圆弧运动方向突出的一对测针，上述音圈构成了测量臂姿势切换机构，该测量臂姿势切换机构用于切换为上述测量臂被向上述圆弧运动方向的一个方向施力的姿势及被向另一个方向施力的姿势。

根据这种结构，由于在测量臂的顶端具有分别向圆弧运动方向突出的一对测针，因此如果利用测量臂姿势切换机构切换测量臂被施力的方向，即，如果切换为测量臂被向圆弧运动方向的一个方向施力的姿势及向被另一个方向施力的姿势，则例如能够测量孔的上下表面的表面性状、板状被测量物的表背面的表面性状。

在本发明的表面性状测量仪中，优选的是，该表面性状测量仪具有速度控制机构，该速度控制机构用于在利用上述测量臂姿势切换机构对上述测量臂的姿势进行切换动作时将上述测量臂的切换动作速度控制为预先设定的速度。

根据这种结构，若测量臂从圆弧运动方向的一个方向(例如上方)向另一个方向(例如下方)切换动作，则测量臂的切换动作速度被速度控制机构控制为预先设定的速度，因此能够将测量臂的切换动作速度抑制在一定速度以下。因此，例如在孔的内表面测量中，能够抑制测针撞击孔的内表面时的冲击，因此能够减少测针、被测量物的损伤。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的表面性状测量仪的立体图。

图2是表示该实施方式的X轴驱动机构及测针位移检测部件的图。

图3是表示该实施方式的测量臂与位移检测器的关系的俯视图。

图4是表示该实施方式的测量臂及测量臂姿势切换机构的图。

图5是表示该实施方式的测量姿势·测量力控制电路的图。

图6是表示该实施方式的装卸机构的分解立体图。

图7是表示该实施方式的接触检测电路的图。

图8是表示该实施方式的控制系统的框图。

图9是表示在该实施方式中测量孔的内周面的上下表面的例子的图。

图10是表示在该实施方式中测量厚度的例子的图。

图11是表示该实施方式的测量臂的平衡调整的过程的流程图。

图12是表示该实施方式的测量臂的平衡调整的其他过程的流程图。

图13是表示该实施方式的测量臂的平衡调整的另一其他过程的流程图。

图14是表示该实施方式的测量姿势·测量力控制电路的其他例子的图。

具体实施方式

表面性状测量仪的说明(参照图1～图8)

如图1所示，本实施方式的表面性状测量仪具有：基座1；工作台10，其载置在该基座1上并在上表面载置被测量物；测针位移检测部件20，其具有用于与被测量物的表面相接触的测针26A、26B；以及相对移动机构40，其用于使该测针位移检测部件20与工作台10相对移动。

相对移动机构40具有：Y轴驱动机构41，其设置在基座1与工作台10之间，用于使工作台10向水平方向的一个方向(Y轴方向)移动；立柱42，其竖立设置在基座1的上表面上；Z滑动件43，其以能够向上下方向(Z轴方向)移动的方式设置在该立柱42上；Z轴驱动机构44，其用于使该Z滑动件43沿上下方向升降；以及X轴驱动机构45，其设置在Z滑动件43上，用于使测针位移检测部件20向与工作台10的移动方向(Y轴方向)及Z滑动件43的移动方向(Z轴方向)正交的方向(X轴方向)移动。因而，相对移动机构40由三维移动机构构成，该三维移动机构包括用于使工作台10向Y轴方向移动的Y轴驱动机构41、用于使测针位移检测部件20向Z轴方向移动的Z轴驱动机构44、以及用于使测针位移检测部件20向X轴方向移动的X轴驱动机构45。

Y轴驱动机构41及Z轴驱动机构44例如由进给丝杠机构构成，该进给丝杠机构具有滚珠丝杠以及用于与该滚珠丝杠螺纹接合的螺母构件，对于该结构，省略了图示。

如图2所示，X轴驱动机构45具有：驱动机构主体46，其固定在Z滑动件43上；导轨47，其与X轴方向平行地设置在该驱动机构主体46上；X滑动件48，其以能够沿着该导轨47向X轴方向移动的方式设置；X轴位置检测器49，其用于检测该X滑动件48的X轴方向位置；以及进给机构50，其用于使X滑动件48沿着导轨47移动。

进给机构50由与导轨47平行地设置在驱动机构主体46上并与X滑动件48螺纹接合的进给丝杠51、作为驱动源的电动机52、以及用于将该电动机52的旋转传递到进给丝杠51的旋转传递机构53构成。旋转传递机构53例如由齿轮系或者皮带及皮带轮等机构构成。

如图2所示，测针位移检测部件20包括：作为主体的托架22，其借助螺栓21以能够装卸的方式悬挂支承在X滑动件48上；测量臂24，其以作为支承轴的旋转轴23为支点能够沿上下方向摆动(能够进行圆弧运动)地支承在该托架22上；一对测针26A、26B，其设置在该测量臂24的顶端；位移检测器27，其用于检测测量臂24的圆弧运动量(Z轴方向的位移量)；平衡锤(balanceweight)29，其以能够调整位置的方式设置在测量臂24上；测量臂姿势切换机构60，其用于切换为测量臂24被向圆弧运动方向的一个方向(例如上方)施力的姿势及被向另一个方向(下方)施力的姿势；以及壳体28，其用于覆盖托架22、测量臂24、位移检测器27、平衡锤29和测量臂姿势切换机构60。

测量臂24由以旋转轴23为支点能够沿上下方向进行圆弧运动地支承在托架22上的第1测量臂24A、借助装卸机构25以能够更换的方式安装在该第1测量臂24A的顶端的第2测量臂24B构成。装卸机构25以第1测量臂24A与第2测量臂24B配置在一条直线上的方式连接这些测量臂。

测针26A、26B被设置为相对于第2测量臂24B在圆弧运动方向上突出。即，朝上的测针26A与朝下的测针26B被设置为相对于第2测量臂24B在上下方向上呈直角突出。

如图3所示，位移检测器27由沿着测量臂24的圆弧运动范围设置的、用于输出与测量臂24的圆弧运动量对应的数量的脉冲信号的位置检测器构成。具体而言，具有：标尺27A，其设置在测量臂24上并在测量臂24的圆弧运动方向上弯曲；以及检测头27B，其与该标尺27A相对并安装在作为主体的托架22上。标尺27A的检测面配置在测量臂24的轴线上并且配置在测量臂24的圆弧运动面上。由此，标尺27A的检测面、测量臂24、测针26A、26B的顶端配置在同一轴线上。

平衡锤29被设置为能够沿测量臂24的轴向调整位置，以使第1测量臂24A侧的重量与第2测量臂24B侧的重量以旋转轴23为支点而平衡。具体而言，平衡锤29利用紧固螺钉固定在测量臂24的期望位置。或者，也可以是，在测量臂24上形成外螺纹，在该外螺纹上以能够调整位置的方式螺纹接合平衡锤29。

如图4所示，测量臂姿势切换机构60由设置在第1测量臂24A中途的圆筒状的磁体61、以及穿过该磁体61内固定在作为主体的托架22上并以旋转轴23为支点向圆弧运动方向的一个方向(上方)及另一个方向(下方)对测量臂24施力的音圈(voicecoil)62构成，利用来自测量姿势·测量力控制电路70的指令进行控制。根据来自测量姿势·测量力控制电路70的指令，若向音圈62通入电流，则借助于从音圈62产生的电磁力和磁体61的磁力，测量臂24的磁体61被吸引向音圈62，切换为测量臂24的顶端被向上方或下方施力的姿势。

在此，测量臂姿势切换机构60包括以旋转轴23为支点向圆弧运动方向对测量臂24施力的音圈62，兼作向圆弧运动方向对测量臂24施力并对测针26A、26B施加测量力的测量力施加部件。

如图5所示，作为速度控制机构的测量姿势·测量力控制电路70包括：指令信号产生部件72，其由CPU等构成，根据从后述的控制装置101输出的平衡指令、切换动作指令(朝上或朝下切换动作指令)、测量力指令产生与预先设定的速度对应的电压A(指令速度信号)；数字模拟转换器73，其用于将来自该指令信号产生部件72的电压A(数字信号)转换为模拟信号；作为测量臂速度检测部件的频率电压转换器74，其根据来自位移检测器27的脉冲信号(频率)输出与测量臂24的动作速度对应的电压B(动作速度信号)；作为差值输出部件的减法运算器75，其用于输出指令速度信号(电压A)与动作速度信号(电压B)之间的差电压C；以及恒流电路76，其用于将来自该减法运算器75的差电压C转换为电流并施加给测量臂姿势切换机构60的音圈62。由此，能够一边将测量臂24的动作速度抑制在预先设定的一定速度以下一边使测量臂24进行圆弧运动。

在此，从指令信号产生部件72产生的电压A(指令速度信号)设定为能产生这样的速度：在测针26A、26B与被测量物相接触时不会损坏测针26A、26B、被测量物。

如图2所示，装卸机构25配置在壳体28内。另外，如图6所示，装卸机构25包括：矩形板状的第1板81，其设置在第1测量臂24A的顶端；矩形板状的第2板82，其设置在第2测量臂24B的基端；定位机构83，其用于在使第2板82与第1板81相对时将第2板82相对于第1板81定位在规定的位置；磁体95，其设置在第1板81上；以及磁性体96，其设置在第2板82上，用于与磁体95相互吸附。

定位机构83具有：第1就位部(日文：着座部)85，其配置有一对圆柱状定位构件84A、84B，该一对圆柱状定位构件84A、84B沿着测量臂24的轴向配置，彼此平行且隔开规定间隔；第2就位部86，其配置有一对圆柱状定位构件84A、84B并且设置为在测量臂24的轴向上与第1就位部85分开，该一对圆柱状定位构件84A、84B沿着测量臂24的轴向配置，彼此平行且隔开规定间隔；第3就位部87，其配置有一对圆柱状定位构件84A、84B，该一对圆柱状定位构件84A、84B与测量臂24的轴向呈直角且隔开规定间隔；卡合球部88、89、90，其设置为分别与该第1就位部85、第2就位部86及第3就位部87相对应并能够与这些就位部卡合脱离；至少两个卡合孔91、92；以及至少两个卡合销93、94，其用于与上述各卡合孔91、92相卡合。

第1就位部85、第2就位部86、第3就位部87及卡合销93、94配置在第1板81上。具体而言，在第1板81的沿测量臂24的轴向离开的两端部配置第1就位部85及第2就位部86，在比该第1就位部85及第2就位部86靠下方并且在第1就位部85与第2就位部86之间配置第3就位部87。另外，在第1就位部85及第2就位部86的正下方位置配置卡合销93、94，并且在第1就位部85、第2就位部86、第3就位部87之间配置有磁体95。

卡合球部88、89、90及卡合孔91、92配置在第2板82上。即，在将第2板82相对于第1板81定位在规定位置时，在第2板82上，在与第1板81的第1就位部85、第2就位部86、第3就位部87对应的位置配置卡合球部88、89、90，在与卡合销93、94对应的位置配置卡合孔91、92，在与磁体95对应的位置配置有磁性体96。

另外，卡合球部88、89、90配置为：在将第2板82相对于第1板81定位在规定位置时，该卡合球部88、89、90分别嵌入对应的就位部的圆柱状定位构件84A、84B之间，与圆柱状定位构件84A、84B相接触。卡合球部88、89、90及用于构成上述各就位部85、86、87的一对圆柱状定位构件84A、84B由导电性材料形成。而且，如图7所示，形成有借助于用于构成该各就位部85、86、87的一对圆柱状定位构件84A、84B和与其卡合脱离的卡合球部88、89、90之间的接触、分开而接通断开的多个就位传感器97、98、99，这些就位传感器97、98、99串联连接并与接触检测电路100相连接。

接触检测电路100通过就位传感器97、98、99的接通断开检测出一对圆柱状定位构件84A、84B与卡合球部88、89、90之间的接触、分开，利用灯的点亮或熄灭、向显示部的显示或者蜂鸣器等的声音等来通知该状态。

另外，卡合销93、94的突出量设定为在这些卡合销93、94开始与卡合孔91、92卡合之后磁性体96吸附在磁体95上。

图8表示本表面性状测量仪的控制系统。在控制装置101上连接有Y轴驱动机构41、Z轴驱动机构44、X轴驱动机构45、以及测针位移检测部件20所包括的位移检测器27、接触检测电路100、测量臂姿势切换机构60(该测量臂姿势切换机构60经由测量姿势·测量力控制电路70与控制装置101相连接)，并且连接有输入部件102、输出部件103、存储装置104等。

在此，控制装置101构成了驱动停止部件，当在接触检测电路100中检测到就位传感器97、98、99中的任意一个就位传感器断开的情况时，该驱动停止部件使相对移动机构40(Y轴驱动机构41、Z轴驱动机构44、X轴驱动机构45)的驱动停止。另外，控制装置101构成了平衡调整部件，在更换了第2测量臂24B之后，该平衡调整部件对通入测量臂姿势切换机构60的音圈62的电流进行调整而调整测量臂24的平衡。具体而言，构成了一边监视由位移检测器27检测出的测量臂24的圆弧运动量一边对通入音圈62的电流进行调整、在测量臂24的圆弧运动量成为预先设定的设定值的阶段结束平衡调整的平衡调整部件。

测量方法的说明

对孔的内周面的上下表面进行测量的情况

例如，如图9所示，在测量被测量物W1的孔H的内周面中的下表面与上表面的情况下，驱动相对移动机构40，使测量臂24的测针26A、26B位于被测量物W1的孔H内，之后从控制装置101输出朝下切换动作指令及测量力指令。这样，利用测量姿势·测量力控制电路70对测量臂24的顶端向下施力，并且对测量臂姿势切换机构60的音圈62施加与指令测量力相对应的电流。

由此，借助于测量臂姿势切换机构60，测量臂24以预先设定的速度进行测量臂24的顶端例如被向下方施力的方向动作，朝下的测针26B以指令测量力与孔H的下表面相接触。在该状态下，若利用相对移动机构40使测针位移检测部件20与工作台10沿孔H的轴向(X轴方向)相对移动，则能够利用位移检测器27检测出测量臂24的圆弧运动量，根据该圆弧运动量来测量孔H的下表面的表面性状。

接着，从控制装置101输出朝上切换动作指令及测量力指令。这样，借助于测量臂姿势切换机构60，测量臂24以预先设定的速度进行测量臂24的顶端被向上方施力的方向动作，朝上的测针26A以指令测量力与孔H的上表面相接触。

在该状态下，若利用相对移动机构40使测针位移检测部件20与工作台10沿孔H的轴向(X轴方向)相对移动，则能够利用位移检测器27检测出测量臂24的圆弧运动量，根据该圆弧运动量来测量孔H的上表面的表面性状。

对板状的被测量物的厚度进行测量的情况

如图10所示，在测量板状的被测量物W3的厚度的情况下，相同地根据来自控制装置101的指令驱动相对移动机构40，使测量臂24的测针26A、26B位于被测量物W3的下表面侧，之后利用测量臂姿势切换机构60切换为测量臂24的顶端被向圆弧运动方向的上方施力的姿势，使朝上的测针26A与被测量物的下表面相接触。在该状态下，若利用相对移动机构40使测针位移检测部件20与工作台10沿X轴方向相对移动，则能够利用位移检测器27检测出测量臂24的圆弧运动量，根据该圆弧运动量测量被测量物W3的下表面的表面性状。

接着，根据来自控制装置101的指令驱动相对移动机构40，使测量臂24的测针26A、26B位于被测量物W3的上表面侧，之后利用测量臂姿势切换机构60切换为测量臂24的顶端被向圆弧运动方向的下方施力的姿势，使朝下的测针26B与被测量物W3的上表面相接触。在该状态下，若利用相对移动机构40使测针位移检测部件20与工作台10沿X轴方向相对移动，则能够利用位移检测器27检测出测量臂24的圆弧运动量，根据该圆弧运动量测量被测量物W3的上表面的表面性状。

根据如此获得的被测量物W3的下表面的表面性状与被测量物W3的上表面的表面性状，能够准确地求出被测量物W3的厚度t、高度差d等。

因而，由于在测量臂24的顶端设有分别向圆弧运动方向突出的一对测针26A、26B，因此如果利用测量臂姿势切换机构60切换测量臂24被施力的方向，即，如果切换为测量臂24被向圆弧运动方向的一个方向(上方)施力的姿势及被向另一个方向(下方)施力的姿势，则例如能够测量孔H的上下表面的表面性状、板状被测量物W3的表背面的表面性状。

另外，在上述测量动作中，若测量臂24进行动作，例如测量臂24的顶端从下方向上方切换动作，则测量臂24的动作速度被测量姿势·测量力控制电路70控制为预先设定的速度。

即，若测量臂24的顶端借助于测量臂姿势切换机构60例如从下方向上方切换动作，则从位移检测器27输出与测量臂24的圆弧运动量对应的数量的脉冲信号。这样，利用频率电压转换器74，根据来自位移检测器27的脉冲信号检测与测量臂24的动作速度对应的电压B。然后，求出与该测量臂24的动作速度对应的电压B和与从指令信号产生部件72输出的指令速度信号对应的电压A之间的差电压C，根据该差电压C对流入音圈62的电流进行控制，因此能够将测量臂24的切换动作速度保持为与从指令信号产生部件72输出的指令速度信号相对应的速度。

因而，能够将测量臂24的动作速度抑制在一定速度以下，因此能够抑制测针26A、26B撞击孔H的内表面时的冲击。因此，能够减少测针26A、26B、被测量物W1的损伤。

另外，由于能够将测量臂24的动作速度保持为任意的指令速度，因此能够将测量臂24的动作速度设定为适合于被测量物的材质等的速度。

而且，由于测量姿势·测量力控制电路70利用了测量臂24的圆弧运动量、即来自用于检测测针26A、26B的位移的位移检测器27的脉冲信号，因此也可以不特别设置用于检测测量臂24的切换动作速度的速度检测部件，能够廉价且紧凑地构成测量姿势·测量力控制电路70。

测量动作时的作用

在这些测量时等，测针位移检测部件20的位移检测器27包括标尺27A与检测头27B，标尺27A的检测面配置在测量臂24的轴线上并且配置在圆弧运动面上，因此能够减少由偏移等造成的误差而能够期待高精度的测量。

另外，在这些测量时，如果在测针26A、26B、测量臂24上作用有比磁体95的吸附力大的外力，则第1板81与第2板82的结合脱离。这样，由于这种程度以上的外力未作用于测针26A、26B、测量臂24、测针位移检测部件20的内部机构，因此也能够防止这些构件破损于未然。

此时，即使在第1板81与第2板82的结合欲脱离的情况下，由于卡合销93、94勾挂在卡合孔91、92，因此第2测量臂24B脱落的可能性较小，而且，由于装卸机构25配置在壳体28内，因此即使在测量臂24、测针26A、26B上作用有外力而第2测量臂24B从装卸机构25脱离，也能够减少第2测量臂24B脱落的可能性。因而，能够防止测量臂24、测针26A、26B破损。而且，由于装卸机构25位于壳体28的内部，因此也不用担心装卸机构25撞击被测量物，因此也能够减少装卸机构25的因与被测量物的撞击造成的破损、由外部环境导致的污染。

此时，若在接触检测电路100中检测到就位传感器97、98、99中的任意一个就位传感器断开的情况，则利用用于构成驱动停止部件的控制装置101使相对移动机构40的驱动停止，因此例如即使在第2测量臂24B从装卸机构25脱离的情况下，由于相对移动机构40的驱动停止，因此也能够安全地进行测量作业。

第2测量臂的更换作业

在根据被测量物的测量部位更换具有不同测针的第2测量臂24B的情况下，首先，以比磁体95的吸附力大的力，使第2测量臂24B的第2板82与第1测量臂24A的第1板81分开，之后再使具有要使用的测针的第2测量臂24B的第2板82与第1板81相对。

这样，借助于磁体95和同该磁体95相吸附的磁性体96，第1板81与第2板82被吸附在一起。此时，各卡合球部88、89、90被用于构成各就位部85、86、87的一对圆柱状定位构件84A、84B引导并嵌入这些构件之间的正确位置，因此即使不能够目视确认，仅通过使第2板82与第1板81在大致一致的位置相对的单触连接操作，也能够安装新的第2测量臂24B。

因而，能够更换为具有最适合于被测量物的测量部位形状的测针的第2测量臂24B来进行测量。

此时，配置在第1板81上的卡合销93、94也与形成在第2板82上的卡合孔91、92内相卡合，但是由于以在卡合销93、94开始与卡合孔91、92卡合之后磁性体96吸附在磁体95上的方式设定卡合销93、94的突出量，因此即使不能够目视确认，也能够利用磁体95的吸附力凭触觉掌握第2板82相对于第1板81结合在正确的位置。

另外，由于利用接触检测电路100能够通过就位传感器97、98、99的接通断开检测一对圆柱状定位构件84A、84B与卡合球部88、89、90之间的接触、分开，因此在更换第2测量臂24B时，能够确认是否适当地更换了第2测量臂24B。

另外，由于装卸机构25配置在壳体28内，即，与装卸机构25配置在壳体28的外侧的情况相比，装卸机构25靠近作为测量臂24的支点的旋转轴23，因此在装卸第2测量臂24B时，能够减少施加在支点上的力矩，能够期待支点的轴承的负载降低、防止破损效果。

在该状态下，即在第1板81与第2板82吸附在一起的状态下，利用第3就位部87进行测量臂24的轴向的位置限制，而且利用第1就位部85及第2就位部86进行以与第1就位部85卡合的卡合球部88为中心的旋转方向的限制，因此能够准确地将第1板81与第2板82定位为规定的关系。而且，在该状态下，第1就位部85与第2就位部86被设置为在测量臂24的轴向上分开，因此能够以比较紧凑的结构而且较小的力来保持测量臂24。另外，第1就位部85与第2就位部86之间的距离最好较长，像本实施方式这样，优选在第1板81上将第1就位部85与第2就位部86配置在沿测量臂24的轴向分开的两端部。

另外，在更换了第2测量臂24B之后，若在控制装置101中输出平衡指令，则按照图11所示的流程图进行处理，自动地调整测量臂24的平衡。

即，在步骤(以下，简记为ST)1中，从控制装置101输出测量力为0的设定指令，之后在ST2中，开始监视位移检测器27的值。

在ST3中，若从控制装置101输出某一测量力的设定指令，则在ST4中，控制装置101对位移检测器27在某一时间内的值变化量是否处于某一范围以内进行核查。

在ST4中，在位移检测器27在某一时间内的值变化量未处于某一范围以内的情况下，即，在包括更换后的第2测量臂24B在内的测量臂24的平衡被严重破坏的情况下，进入ST5，向与位移检测器27的值发生变化的方向相反的方向输出测量力的设定指令，在ST4中，重复ST5的处理直至位移检测器27在某一时间内的值变化量处于某一范围以内。

在ST4中，若位移检测器27在某一时间内的值变化量处于某一范围以内，则在ST6中，判断为取得了测量臂24的平衡，结束处理。

另外，在测量时，在设定测量力时，将取得了平衡的状态的测量力设为0，自此加上在测量时施加的测量力来设定测量力。

因而，即使所更换的新的第2测量臂24B的重量与前一个第2测量臂24B的重量不同，也能够利用用于构成平衡调整部件的控制装置101来对通入音圈62的电流进行调整而自动地调整测量臂24的平衡，因此能够减少伴随着第2测量臂24B的更换而带来的测量误差，并且能够期待提高使用方便性及作业效率。

特别是，平衡调整部件一边监视由位移检测器27检测出的测量臂24的圆弧运动量一边对通入音圈62的电流进行调整，在测量臂24的圆弧运动量成为预先设定的设定值的阶段结束平衡调整，因此能够准确地进行测量臂24的平衡调整。

变形例

本发明并不限定于上述实施方式，能够达到本发明的目的的范围内的变形、改进等均包含在本发明中。

在上述实施方式中，将用于构成装卸机构25的第1就位部85、第2就位部86及第3就位部87设置在了第1板81上，将用于与这些就位部卡合脱离的卡合球部88、89、90设置在了第2板82上，但是这些设置也可以相反。另外，将磁体95设置在了第1板81上，将磁性体96设置在了第2板82上，但是这些设置同样也可以相反。而且，将卡合销93、94设置在了第1板81上，将卡合孔91、92设置在了第2板82上，但是这些设置同样也可以相反。

在上述实施方式中，测量臂姿势切换机构60构成为包括以旋转轴23为支点向圆弧运动方向的一个方向及另一个方向对测量臂24施力的音圈62，但是并不限于此。例如，测量臂姿势切换机构60也可以是使用了直线电机机构的机构。

另外，关于圆弧运动方向，在上述实施方式中为上下方向，但是也可以是水平方向，或者，也可以是向除上下方向、水平方向以外的倾斜方向摆动的构造。

在上述实施方式中，说明了在测量臂24的顶端具有一对测针26A、26B的第2测量臂24B，但并非必须是具有一对测针的构造。只要能够更换为具有适合于测量部位的测针的测量臂，就可以是任意构造。

在上述实施方式中，示出了利用测量姿势·测量力控制电路70按照图11所示流程图的过程调整测量臂24的平衡的方法，但是例如也可以按照图12所示的流程图的过程进行调整，或者也可以按照图13所示的流程图的过程进行调整。

在图12所示的流程图的过程中，在ST11中，从控制装置101输出朝下最大测量力的设定指令，之后在ST12中，开始监视位移检测器27的值。

在ST13中，控制装置101对位移检测器27的值是否为某一值以下进行核查，即，进行计数值是否超过量程的核查。

在ST13中，在位移检测器27的值不是某一值以下的情况下，进入ST14，以将位于测量力最大值和测量力最小值的中央的测量力或位于过去两次的测量力的中央的测量力朝向与超过量程的方向相反的方向设定的方式进行指令设定。重复ST14的处理直至在ST13中位移检测器27的值成为某一值以下。

在ST13中，在位移检测器27的值为某一值以下的情况下，进入ST15，对位移检测器27在某一时间内的值变化量是否处于某一范围以内进行核查。

在ST15中，在位移检测器27在某一时间内的值变化量未处于某一范围以内的情况下，进入ST16，以将位于测量力最大值和测量力最小值的中央的测量力或位于过去两次的测量力的中央的测量力朝向与位移检测器27的值发生变化的方向相反的方向设定的方式进行指令设定，重复返回ST13的处理。

在ST15中，若位移检测器27在某一时间内的值变化量处于某一范围以内，则在ST17中，判断为取得了测量臂24的平衡，结束处理。

在图13所示的流程图的过程中，在ST21中，从控制装置101输出朝下最大测量力的设定指令，之后在ST22中，使测量臂24保持在中间位置。

在ST23中，输出测量力为0的设定指令，之后在ST24中，使测量臂24自由朝下(日文：下向きフリ一)，在ST25中，开始监视位移检测器27的值。

在ST26中，控制装置101对位移检测器27的值是否为某一值以下进行核查，即，进行计数值是否超过量程的核查。

在ST26中，在位移检测器27的值不是某一值以下的情况下，进入ST27，以向与超过量程方向相反的方向设定某一值的测量力的方式进行指令设定，重复ST27的处理直至在ST26中位移检测器27的值成为某一值以下。

在ST26中，若位移检测器27的值成为某一值以下，则进入ST28，对位移检测器27在某一时间内的值变化量是否处于某一范围以内进行核查。

在ST28中，在位移检测器27在某一时间内的值变化量未处于某一范围以内的情况下，进入ST29，以将位于过去两次的测量力的中央的测量力或上次设定的测量力的一半的测量力朝向与位移检测器27的值发生变化的方向相反的方向设定的方式进行指令设定，重复返回ST26的处理。

在ST28中，若位移检测器27在某一时间内的值变化量处于某一范围以内，则在ST30中，判断为取得了测量臂24的平衡，结束处理。

在上述实施方式中，测量姿势·测量力控制电路70是图5所示的结构，但是并不限于该结构。例如也可以是图14所示的电路结构。

图14所示的测量姿势·测量力控制电路70是具有运算控制部件77、数字模拟转换器73及恒流电路76的结构，该运算控制部件77用于根据来自位移检测器27的脉冲信号(位置信息)运算测量臂24的切换动作速度，并且产生使该运算出的切换动作速度成为预先设定的指令速度那样的电压(控制信号)；该数字模拟转换器73用于将来自运算控制部件77的电压(控制信号)转换为模拟信号；该恒流电路76根据来自数字模拟转换器73的输出产生向音圈62流入的电流。

根据这种结构，若测量臂24借助于测量臂姿势切换机构60从摆动方向的一个方向向另一方方向切换动作，则输出与测量臂24的圆弧运动量对应的数量的脉冲信号(位置信息)。这样，运算控制部件77测量从移动开始的时间，并根据该测量时间和来自位移检测器27的脉冲信号(位置信息)运算当前的测量臂24的动作速度，对该运算出的动作速度和与从控制装置101施加的动作指令对应的指令速度进行比较，产生使动作速度成为指令速度那样的电压(控制信号)。其结果，根据来自运算控制部件77的控制信号，从恒流电路76产生向音圈62流入的电流，因此能够将测量臂24的动作速度保持为指令速度。因而，能够期待与上述例子的效果相同的效果。

另外，相对移动机构40构成为工作台10能够向Y轴方向移动，测针位移检测部件20能够向X轴方向及Z轴方向移动，但是并不限于此。总之，只要工作台10与测针位移检测部件20能够沿三维方向移动，就可以是任意移动的构造。

Claims (9)

1.一种表面性状测量仪，其具有检测部件、用于载置被测量物的工作台以及用于使上述检测部件与上述工作台相对移动的相对移动机构，该检测部件具有：测量臂，其以支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在主体上；测针，其设置在该测量臂的顶端；位移检测器，其用于检测上述测量臂的圆弧运动量；以及壳体，其用于覆盖上述主体；该表面性状测量仪在使上述测针与被测量物的表面相接触的状态下，一边利用上述相对移动机构使上述检测部件与上述工作台相对移动，一边利用上述位移检测器检测上述测量臂的圆弧运动量，根据该圆弧运动量来测量被测量物的表面性状，其特征在于，

上述测量臂包括：第1测量臂，其在上述壳体内以上述支承轴为支点能够摆动地支承在上述主体上；以及第2测量臂，其借助装卸机构以能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端，在该第2测量臂的顶端具有上述测针；上述装卸机构配置在上述壳体内，

上述位移检测器包括：标尺，其配置在上述主体与上述测量臂中的任意一者上；以及检测头，其以与上述标尺相对的方式配置在上述主体与上述测量臂中的另一者上；上述标尺的检测面配置在上述测量臂的轴线上并且配置在测量臂的圆弧运动面上，

上述装卸机构具有：第1板，其设置在上述第1测量臂的顶端；第2板，其设置在上述第2测量臂的基端；定位机构，其在使上述第2板与上述第1板相对时将上述第2板相对于上述第1板定位在规定的位置；磁体，其设置在上述第1板与上述第2板中的任意一者上；以及磁性体，其设置上述第1板与上述第2板中的另一者上，用于与上述磁体相吸附；

上述定位机构具有：第1就位部，其配置有一对圆柱状定位构件，该一对圆柱状定位构件沿着上述测量臂的轴向配置，该一对圆柱状定位构件相平行且隔开规定间隔；第2就位部，其配置有一对圆柱状定位构件并且第2就位部设置为在上述测量臂的轴向上与上述第1就位部分开，该一对圆柱状定位构件沿着上述测量臂的轴向配置，该一对圆柱状定位构件相平行且隔开规定间隔；第3就位部，其配置有一对圆柱状定位构件，该一对圆柱状定位构件与上述测量臂的轴向呈直角且该一对圆柱状定位构件隔开规定间隔；以及卡合球部，其设置为分别与该第1就位部、第2就位部及第3就位部相对应，并能够与这些就位部卡合、脱离；上述第1就位部、第2就位部及第3就位部配置在上述第1板与上述第2板中的任意一者上，上述卡合球部配置在上述第1板与上述第2板中的另一者上。

2.根据权利要求1所述的表面性状测量仪，其特征在于，

上述定位机构包括被形成在上述第1板与上述第2板中的一者上的至少两个卡合孔、以及配置在上述第1板与上述第2板中的另一者上的用于与上述各卡合孔相卡合的至少两个卡合销。

3.根据权利要求2所述的表面性状测量仪，其特征在于，

上述卡合销的突出量设定为在该卡合销开始与上述卡合孔卡合之后上述磁性体吸附在上述磁体上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的表面性状测量仪，其特征在于，

用于构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件及上述卡合球部由导电性材料形成，

在上述定位机构上形成有多个就位传感器，该多个就位传感器根据用于构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件和用于与构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件卡合脱离的卡合球部之间的接触、分开而接通断开，

该表面性状测量仪具有接触检测电路，该接触检测电路用于根据这些就位传感器的接通断开来检测构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件和用于与构成上述各就位部的一对圆柱状定位构件卡合脱离的卡合球部之间的接触、分开。

5.根据权利要求4所述的表面性状测量仪，其特征在于，

该表面性状测量仪具有驱动停止部件，当在上述接触检测电路中检测到任意一个就位传感器断开的情况时，该驱动停止部件使上述相对移动机构的驱动停止。

6.根据权利要求1所述的表面性状测量仪，其特征在于，

上述检测部件具有测量力施加部件，该测量力施加部件向圆弧运动方向对上述测量臂施力而对上述测针施加测量力，

上述测量臂包括：第1测量臂，其以上述支承轴为支点能够进行圆弧运动地支承在上述主体上；以及第2测量臂，其借助装卸机构以能够装卸的方式设置在该第1测量臂的顶端，在该第2测量臂的顶端具有上述测针；

上述测量力施加部件包括用于以上述支承轴为支点向圆弧运动方向对上述测量臂施力的音圈，

该表面性状测量仪具有平衡调整部件，在更换了上述第2测量臂之后，该平衡调整部件对通入上述音圈的电流进行调整而调整上述测量臂的平衡。

7.根据权利要求6所述的表面性状测量仪，其特征在于，

上述平衡调整部件一边监视上述测量臂的由上述位移检测器检测出的圆弧运动量一边对通入上述音圈的电流进行调整，在上述测量臂的圆弧运动量成为预先设定的设定值的阶段结束平衡调整。

8.根据权利要求6或7所述的表面性状测量仪，其特征在于，

上述测针在上述测量臂的顶端具有分别向上述圆弧运动方向突出的一对测针，

上述音圈构成了测量臂姿势切换机构，该测量臂姿势切换机构用于切换为上述测量臂被向上述圆弧运动方向的一个方向施力的姿势及被向另一个方向施力的姿势。

9.根据权利要求8所述的表面性状测量仪，其特征在于，

该表面性状测量仪具有速度控制机构，该速度控制机构用于在利用上述测量臂姿势切换机构对上述测量臂的姿势进行切换动作时将上述测量臂的切换动作速度控制为预先设定的速度。