JPS60214206A - 表面粗さ測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、表面粗さ測定機に関する。

［背景技術］ 従来、一点か回動自在に支持された測定アームの一端に
接触子を取付け、この接触子と被測定物とを接触させか
つ基準線に沿って相対移動させながら、測定アームの回
動変位をアナログ信号として検出し、これをデジタル信
号に変換した後、所定演算処理して被測定物の表面粗さ
を測る、いわゆるデジタル型表面粗さ測定機が知られて
いる。

しかし、かかる１ｌｌｌｌ定機では、測定に際し、その
取扱に問題がある。Ｕνも、測定機側と被測定物とが前
記基準線に対し相対的に傾斜している場合、或いは被測
定物のうねりか大きい場合、接触子の見掛は変位、つま
り測定アーム角度が過大となり、スケールアウトするこ
とであったにれを解消するには１両者の位置出しをやり
直し、再度測定すればよいが１表面粗さはｐ、ｍの高低
を検出するものであるから、その調整は至難であり、極
めて長時間を必要としていた。

［発明の目的］ ここにおいて、本発明の目的は、と述した欠点を解消す
べくなされたもので、両者の位置調整を行なうことなく
、再度両者を相対移動させれば、スケールアウトするこ
となく適正測定が行なえる表面粗さ測定機を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ このため、本発明の構成は、一点が回動自在に支持され
かつその回動支点から所定距離路れた位置に接触子を有
する測定アームと、この測定アームの回動変位を電気信
号として検出する変位検出器とを含み、変位検出器の出
力信号を所定処理して前記接触子と接触相対移動する被
測定物の表面粗さを測る表面粗さ測定機において、過大
計測値を検出しその旨警報する警報器と、前記変位検出
器の出力信号から被測定物と前記測定アームとの移動基
準線に対する相対傾斜角度をめる演算回路と、この演算
回路によってめられた相対傾斜角度から次の測定時の測
定系ゲインを調整するゲイン調整回路と、を備えたこと
を特徴としている。

［実施例］ 第１図は本実施例の表面粗さ測定機の断面を示している
。同図において、測定機本体１には、可動軸２を介して
外側がケース３で覆われた支持体４か揺動自在に支持さ
れている。前記可動軸２は６前記支持体４を被測定物の
大きさや形状等に対応させる目的で、測定機本体ｌに対
して回転方向および上下方向へ位置調整可能に取付けら
れている。一方、前記支持体４の下面側には、棒状の削
り定アーム５が十字ばね６を介して揺動自在に取付けら
れている。　− 前記測定アーム５は、略中央が前記支持体４に十字ばね
６を介して揺動自在に支持された第１のアーム７と、こ
の第１のアーム７の一端に連結された第２のアーム８と
から構成されている。前記第１のアーム７は、その揺動
支点位置つまり十字ばね６の位置より互いに逆方向へ等
距離離れた位置にそれぞれ誘電体９．１０を備え、かつ
板ばねよりなる加圧用ばね１１により図中時計方向へ回
動付勢されている。加圧用ばね１１は、調整ねし１２に
よりばね力の大きさか加減できるようになっている。一
方、前記第２のアーム８は、前記ケース３の一端から一
体的に突設された保護ｆ−ス１３内に収納され、かつそ
の先端部に第２のア記第２のアーム８の接触子１４を外
部へ突出させるための開口部１６が穿設されている。こ
れにより、例えばテーブル１７上に載置された被測定物
１８の測定面に接触子１４を当接させた後、テーブル１
７を図中矢示方向へ移動させれば、被測定物１８の表面
粗さによって測定アーム５が十字ばね６を支点として揺
動される。

一方、ｉｎ記支持体４には、前記第１のアーム７の各誘
電体９．ＩＯと対向する位置に一対の検出コイル２１．
２２が各誘電体９．ｌＯと間隙をもってそれぞれ埋設さ
れているとともに、前記第１のアーム７の他端と対応す
る位置に前記測定アーム５を所定姿勢に保持する保持装
置２５が設けられている。前記検出コイル２１．２２は
、それぞれソート線２３．２４により前記可動軸２内を
通って＋ｉｉｉ記測定機本体１内に導入されている。ま
た、前記保持装置２５が前記測定機本体ｌからの信号に
より作動されると、測定アーム５はその他端か前記ケー
ス３内の突起２６へ付勢された姿勢に保持されるように
なっている。これにより、測Ｗアーム５の接触子１４は
保護ケース１３内へ収納されるようになっている。

第２図は前記測定機本体ｌ内の回路構成を示している。

同図において、前記一対の検出コイル２１．２２とアナ
ログスイッチ型可変抵抗器３１とにより、前記測定アー
ム５の回動変位を電気信号として検出する変位検出器と
してのブリンジ回路３２が構成されている。前記アナロ
グスイッチ型可変抵抗器３１は、第３図に示す如く、複
数の抵抗３３１〜３３８を順次直列に４ａ続し、その各
抵抗３３１〜３３６と並列にアナログスイッチ３４．〜
３４６をそれぞれ接続し、この各アナログスイッチ３４
＋〜３４６を制御部３５によって制御するようにしたも
のである。これにより、測定アーム５が或姿勢状態にあ
るとき、前記両検出コイル２１．２２の接続点の出力信
号Ｓ１の位相と抵抗３３３，３３４の接続点の出力信号
Ｓ２の位相とが互いに逆になるように、予め設定するこ
とができる。従って、この設定状態から測定アーム５が
被測定物１８の表面粗さによって変位すると、各誘電体
９，１０と検出コイル２１．２２との間隙の変化に基づ
き、各検出コイル２１．２２のインダクタンスが変動す
る結果、そのインダクタンスの変動がブリッジ回路３２
を介して測定値として出力される。

前記ブリッジ回路３２からの出力、つまり両検出コイル
２１．２２の接続点の出力信号Ｓ１と前記抵抗３３３，
３３４の接続点の出力信号Ｓ２とは、抵抗３６．３７を
通じて演算増幅器３８へそれぞれ入力されそこで互いに
合成された後、Ａ／Ｄ変換器３９へ与えられている。こ
のとき、出力信号Ｓｔと出力信号Ｓ２との位相が逆であ
れば、両信号ＳＬ　、Ｓ２が互いに打ち消されるため、
演算増幅器３８からの出力は零となる。

前記Ａ／Ｄ変換器３９は、タイミング回路４０からの変
換指令パルスが与えられる毎に、前記演算増幅器３８か
らの出力信号をデジタル信号に変換する。前記タイミン
グ回路４０は、クロックパルス発生器４１からのクロッ
クパルスをカウントし、そのカウント数が測定長設定器
４２で設定された測定長Ｌ　Ｌ−Ｌ　３に対応するカウ
ント数に達する毎に変換指令パルスをＡ／Ｄ変換器３９
へ与えるようになっている。ここでは、測定長設定器４
２で設定される３種の測定長（ＪＩＳ規定のＬ＋　＝０
．２５１１Ｉｍ、Ｌ２＝０．８ｍｍ、Ｌ　３＝　２　、
５ａｍ）を予め設定されたサンプリング数Ｎにそれぞれ
等分するように、各測定長毎に異なるカウント数が設定
されている。また、サンプリング数Ｎは、表面粗さが最
大高さくＲｍａｘ）方式の場合２１０である１０２４に
、表面粗さが中心線平均粗さくＲａ）方式の場合２　で
ある５１２に予め設定されている。これにより、Ａ／Ｄ
変換器３９からは、測定長設定器４２で設定されるいず
れの測定長においても、その測定長をサンプリング数Ｎ
で等分したＮ個のデジタル信号が演算回路４３へ乍えら
れる。

前記演算回路４３は、前記Ａ／Ｄ変換器３９からのデジ
タル信号を順次プリンタ４５で記録させるとともに、そ
のデジタル信号を基に最小自乗法によって平均線をめ、
この平均線の傾きを記十〇装置４４へ記憶させる。ちな
みに、最小自乗法による平均線を、 ｙ＝Ａ＋Ｂｘ　＝−−−（り であるから、前記（３）式によって平均線の傾きをめる
ことができる。ただし、ｎは総サンプリング数、Ｘｉ、
Ｔ／ｉはｉ番目のサンプリング時におけるＸ座標とＸ座
標の値である。

一方、前記Ａ／Ｄ変換器３９からのデジタル信号は、前
記演算回路４３のほかに、警報器４６およびゲイン調整
回路４７へ与えられている。前記警報器４６は、前記Ａ
／Ｄ変換器３９からのデジタル出力信号か予め設定され
た過大値、例えばプリンタ４５がスケールアウトする値
を越えたとき、警報を発するようになっている。また、
前記ゲイン調整回路４７は、前記Ａ／Ｄ変換器３９から
のデジタル出力信号が前記過大値を越えたとき、前記記
憶装置４４に記憶されている平均線の傾きつまり被測定
物１８と接触子１４との移動基準線に対する相対傾斜角
度に基づき、前記Ａ／Ｄ変換器３９のゲインを調整する
６例えば、被測定物１８と接触子１４との移動基準線に
対する相対傾斜角度が零のとき第４図の測定値を示して
いたものが、相対移動時の傾斜角度によって測定値が第
５図のようにスケールアウトすると、次の測定時には第
６図のように補正される。

従って、本実施例によれば、各測定長を予め設定された
サンプリング数Ｎで等分し、各サンプリング時の信号を
デジタル信号に変換し、これを基に被測定物の表面粗さ
をめるようにしたので、測定長にかかわらず両者の相対
移動速度を変えることなくサンプリング数を一定にでき
、そのためサンプリング数の低下による精度低下がない
。

ちなみに、ＪＩＳ規定の測定長Ｌ−＝０．２５ｍｍ、Ｌ
２　＝０　、８ｍｍ、Ｌ３＝２　、５ｍａ＋のそれぞれ
について、最大高さくＲｍａｘ）方式によりサンプリン
グ数ＮｆｔＮ＝１６０００で測定したときの最大高さを
真値とし、サンプリング数Ｎを８０００．４０００．２
０００．１０００にそれぞれ変化させたときの最大高さ
の真価に対する誤差率は、次表のようになった。なお、
試片は東京都立工業技術センタ製ラップ加工片を用いた
。

これによると、各測定長について、サン７’　ＩＪング
数Ｎか減少するに従って真値、つまりサンプリング数Ｎ
＝１６０００時の最大高さに対する誤差率が増大するこ
とか解る。しかし、測定長Ｌ１＋＝０．２５ｍｍ、サン
プリング数Ｎ＝１０００でも、Ｌ＋＝０．２５ｍ＋ａの
場合の真値が０．３８ｐｍであるから、誤差は０．３８
ｐａ＋　Ｘｏ　、０５Ｂ＝０．０２２ルｍであり、実用
上精度的に問題となることはない。また、中心線平均粗
さくＲａ）方式では、 ゆえ、サイプリング数Ｎは更に小さくてもよく。

サンプリング数Ｎ＝５００以上ならとりわけ良＆ｆであ
る。従って、サンプリング数Ｎを、最大高さくＲｍａｚ
）方式とした場合Ｎ＝１０２４以上、中心線平均粗さく
Ｒａ）方式とした場合Ｎ＝５１２以上とすれば、実用上
精度的に問題となることはない。

また、測定長設定器４２に設定された測定長し１、Ｌ２
．Ｌ３に応じて、その測定長をサンプリング数Ｎに自動
的に等分割するので、相対移動速度の調整が不要である
。更に、サンプリング数Ｎを２′ｔ　としたので、シフ
ト方式により演算でき、その結果演算時間の短縮化、プ
ログラムの簡素化、ハード構成面の簡素化がそれぞれ達
成できる。このことは、経済的にも有利であるばかりで
なく、メモリ容量を小さくできるので消費電力を低減で
き、特に電池内蔵の携帯型に好適である。

また、Ａ／Ｄ変換器３９からのデジタル信号を基に最小
自乗法によって平均線をめ、その平均線の傾き、つまり
被測定物と接触子１４との移動基準線に対する相対傾斜
角度を記憶し、前記デジタル信号か予め設定された過大
値を越えたとき、相対傾斜角度に基づきＡ／Ｄ変換器３
９のゲインを調整するようにしたので、表面粗さの測定
に当ってスケールアウトとなったとき、両者の位置調整
を行うことなく再度測定を行なえば、スケールアウトす
ることなく適正測定を行える。例えば、接触子１４と被
測定物１８との相対傾斜角度か零のとき第４図の測定値
を示していたものが、相対移動時の傾斜角度によって測
定値が第５図のようにスケールオー八すると、次のみ１
１１定時には第６図のようにゲイン調整されるため、調
整作業か不要である。従って、迅速測定が可能である。

なお、実施に当って、測定長は、」ニ記実施例で述べた
３種の測定長Ｌ１　＝０　、２５ｍｍ、　Ｌ２　＝０．
８ｍｍ、Ｌ３＝２．５ｍｍに限られるものでなく、少な
くともＪＩＳに規定されている測定長を対象としても差
しつかえない。

また、上記実施例では、測定値がスケールアウトしたと
き、Ａ／Ｄ変換器３９のゲインを調整するようにしたが
、それ以前のアンプのゲインを調整するようにしてもよ
い。

また、変位検出器としては、上記実施例で述べたブリッ
ジ回路３２の構造のほか、例えば差動トランス等測定ア
ーム５の回動変位を電気信号として検出できるものであ
ればいずれでもよい。

また、警報器としては、警報を発する以外に、例えばデ
ジタル表示器を用い、それにその旨を表示するようにし
てもよい。また、プリンタ４５に代って、表示器でもよ
い。

更に、被測定物１８と接触子１４との相対移動は、上記
実施例とは逆に接触子１４を被測定物１８に対して移動
させるようにしてもよい。この際、両者の相対移動量を
例えばエンコーダ等により検出し、このエンコーダから
の出力をクロックパルス発生器４１からのクロックパル
スの代りにタイミング回路４０へ入力し、タイミング回
路４０においてエンコーダからの出力を測定長に応じて
カウントし、変換指令パルスを発するようにしてもよい
。このようにすると、両者の相対移動速度が変動しても
単位長当りのパルス数が変動することがない利点がある
。

［発明の効果〕 以上の通り、本発明によれば、表面粗さの測定に当って
スケールアウトした際、測定機側と被測定物との両者の
位置調整を行なうことなく、再度両名を相対移動させれ
ば、スケールアウトすることなく適正測定か行なえる表
面粗さ測定機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

１Δは本発明の一実施例を示すもので、第１図は表面粗
さ測定機を示す断面図、第２図は回路構成を示すブロフ
ク図、第３　［ｆｆｌはアナログスイッチ型可変抵抗器
を示す回路図、第４図〜第６図は表面粗さを示す図であ
る。 ５・・・測定アーム、１４・・・接触子、３２・・・変
位検出器としてのブリッジ回路、４３・・・演算回路、
４４・・・記憶装置、４６・・・警報器、４７・・・ゲ
イン調整回路。 代理人　弁理士　木下　実三（ほか１名）第１図 第２図 第３図 第４図 ＩＮ 第５図 第６図 ＩＮ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一点が回動自在に支持されかつその回動支点から
   所定距離離れた位置に接触子を有する測定アームと、こ
   の測定アームの回動変位を電気信号として検出する変位
   検出器とを含み、変位検出器の出力信号を所定処理して
   前記接触子と接触相対移動する被測定物の表面粗さを測
   る表面粗さ測定機において、過大計測値を検出しその旨
   ２報する警報器と、前記変位検出器の出力信号から被測
   定物と前記測定アームとの移動基準線に対する相対傾斜
   角度をめる演算回路と、この演算回路によってめられた
   相対傾斜角度から次の測定時の測定系ゲインを調整する
   ゲイン調整回路とを備えたことを特徴とする表面粗さ測
   定機。 （２、特許請求の範囲第１項にお・いて、前記演算回路
   は、最小自乗法による平均線として前記相対傾斜角度を
   めるように形成されていることを特徴とする表面粗さ測
   定機。