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表面形状測定方法及び表面形状測定装置 - ミノルタ株式会社
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発明の名称 表面形状測定方法及び表面形状測定装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−4363(P2001−4363A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−173862
出願日 平成11年6月21日(1999.6.21)
代理人 【識別番号】100085501
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
【テーマコード(参考)】
2F069
【Fターム(参考)】
2F069 AA58 AA60 DD08 DD19 GG01 GG39 GG52 GG56 GG62 HH02 LL02 MM04 MM11 MM23 MM32 PP02 QQ05 
発明者 井出 浩樹 / 久米 保
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定方法において、前記触針の走査方向をX軸、前記触針の変位方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交する方向をY軸とした時に、前記触針の先端がX軸に平行な中心断面とY軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をXY平面内において回転させる回転手段を備え、Y軸に略平行に設置した該溝に前記触針が接触した状態で前記回転手段により前記触針の変位が極小となる位置に被測定物を配した後、前記走査手段により該溝を横切って前記触針を走査することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項2】 前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはY軸方向に並設される2つの球面にしたことを特徴とする請求項1に記載の表面形状測定方法。
【請求項3】 被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定装置において、前記触針の走査方向をX軸、前記触針の変位方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交する方向をY軸とした時に、前記触針の先端がX軸に平行な中心断面とY軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をXY平面内において回転させる回転手段を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項4】 前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはY軸方向に並設される2つの球面にしたことを特徴とする請求項3に記載の表面形状測定装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、接触式の触針の走査により被測定物の表面形状を測定する表面形状測定方法及び表面形状測定装置に関し、特に、被測定物に形成された溝の形状を測定する表面形状測定方法及び表面形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の表面形状測定装置による表面形状測定方法は触針が被測定物上を走査すると被測定物上の凹凸に応じて触針が変位することにより、被測定物の表面形状を測定できるようになっている。図1は被測定物1に設けられたV溝1aの形状を測定する方法を示す断面図である。説明の便宜上、直交座標系を図中に示す。
【0003】触針2は球面に形成された鋼球等の接触子2aを先端に有し、触針2の自重または付勢により被測定物1に当接する。触針2はZ軸方向に変位可能になっている。触針2をX軸方向に走査すると、触針2は被測定物1の表面形状に沿ってZ軸方向に変位する。この変位量を電気信号に変換してチャート上や表示画面上にV溝1aの形状を拡大表示し、V溝1aの幅W、深さD、角度α、ピッチP等を測定できるようになっている。
【0004】尚、接触子2aの曲率半径よりV溝1aの底部1bの曲率半径が小さい場合には接触子2aがV溝1aの底部1bまで接触できない。このため、V溝1aの深さDについては近似値が測定されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のV溝1aの形状を測定する表面形状測定方法によると、図2の上面図に示すように、矢印Aで示す触針2の走査方向がV溝1aに垂直な方向に対して傾斜していると、V溝1aの幅W、ピッチP及び角度αが真値より大きく測定される。例えば、走査方向の傾斜角度θが1゜の時、複数のV溝1aの累積ピッチP’が20mmの場合に誤差は約6μm発生する。
【0006】従って、V溝上に複数の光ファイバーが固定される光ファイバー固定用治具等の高精度が要求されるような部品の検査を上記の方法で行うと、不良品が混入して該部品を搭載する製品の歩留りを低下させる。
【0007】触針2の走査方向とV溝1aに垂直な方向を一致させるためにV溝1aのエッジをCCDカメラにより画像認識を行う方法が考えられる。しかし、測定装置が高価となるだけでなく、V溝1aのエッジのダレや被測定物1の材質による陰影の差によって正確な位置決めができない場合がありV溝1aの測定精度の誤差がなお発生する問題がある。
【0008】本発明は、簡単に溝の形状を精度良く測定することのできる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項1に記載された発明の表面形状測定方法は、被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定方法において、前記触針の走査方向をX軸、前記触針の変位方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交する方向をY軸とした時に、前記触針の先端がX軸に平行な中心断面とY軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をXY平面内において回転させる回転手段を備え、Y軸に略平行に設置した該溝に前記触針を接触した状態で前記回転手段により前記触針の変位が極小となる位置に被測定物を配した後、前記走査手段により該溝を横切って前記触針を走査することを特徴としている。
【0010】この構成によると、走査方向に略直交する溝上に触針が配されると回転手段により被測定物が回転され、触針の変位が極小となる位置で回転が停止される。この状態で触針を走査して表面形状の測定が行われる。
【0011】また請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された表面形状測定方法において、前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはY軸方向に並設される2つの球面にしたことを特徴としている。
【0012】また請求項3に記載された発明の表面形状測定装置は、被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定装置において、前記触針の走査方向をX軸、前記触針の変位方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交する方向をY軸とした時に、前記触針の先端がX軸に平行な中心断面とY軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をXY平面内において回転させる回転手段を備えたことを特徴としている。
【0013】また請求項4に記載された発明は、請求項3に記載された表面形状測定装置において、前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはY軸方向に並設される2つの球面にしたことを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を参照して説明する。図3は第1実施形態の表面形状測定装置を示す概略正面図である。説明の便宜上、図1と同じ直交座標系を図中に示す。定盤11にはアングル12が立設されている。アングル12には昇降台13がZ軸方向に移動可能に設けられている。昇降台13には走査部14がX軸方向に高精度な真直度で移動可能なように取付けられている。
【0015】走査部14には支点(不図示)に対してZ軸方向に回動可能に触針2が取り付けられている。また、定盤11上にはθステージ15(回転手段)が設置されている。
【0016】上記構成の表面形状測定器において、被測定物1をθステージ15上に載置して、昇降台13を降下させると触針2が被測定物1に接触する。そして、走査部14をX軸方向に移動させることによって触針2が被測定物1の形状に沿ってZ軸方向に変位する。触針2の変位量を電気信号に変換することによりV溝1aの形状測定が可能になっている。
【0017】θステージ15部分の詳細を図4に示すと、触針2の先端は2つの球体2a、2bをY軸方向に並設して形成されている。また、被測定物1はθステージ15によってXY平面内を回転できるようになっている。昇降台13を降下して触針2がV溝1aに接触した時に、V溝1aがY軸と平行でない場合、球体2a、2bの一方がV溝1aに接触している。
【0018】この状態を上面から視た模式図を図5に示すと、Y軸に対して傾斜したV溝1aの斜面には球体2a上の点2a’が接触し、球体2b上の点は接触していない。V溝1aのY軸に対する傾斜角度をθとすると、被測定物1を回転させて傾斜角度θが0の時V溝1aの斜面には球体2a上の点2a’と球体2b上の点2b’が接触する。更に被測定物1を回転させてY軸に対して同図と逆方向にV溝1aを傾斜させると、V溝1aの斜面には球体2b上の点2b’のみが接触する。
【0019】この時の触針2の変位の履歴を図6に示す。同図において、縦軸は触針2の変位量を示し、横軸は傾斜角度θを示す。また、θステージ15の回転中心15aと触針2との距離LがL1、L2、L3の場合について夫々示す。ここで、L1>L2>L3である。
【0020】同図によると、傾斜角度θが0付近で触針2の変位は極小となっている。従って、触針2の変位量をチャートや表示画面によりモニターしながらθステージ15を回転し、触針2の変位量が極小となった位置でθステージ15を停止する。これによりV溝1aとY軸とを平行にする位置決めを簡単に行うことができる。その後、触針2を走査して測定を行うことによって、触針2の走査方向とV溝1aが直交した正確な測定を行うことができる。
【0021】また、同図によると、θステージ15の回転中心15aと触針2との距離Lが大きいと(L=L3)、傾斜角度θの絶対値が大きい部分で触針2の変位量が小さくなる。この場合、V溝1aとY軸を平行にする方向にθステージ15を回転させると、一時的に触針2がV溝1aに沿って上昇するように被測定物1が回転される。
【0022】このため、測定者が誤ってθステージ15を逆方向に回転させて被測定物1の位置決めに時間がかかる場合がある。従って、θステージ15の回転中心15aの近傍に触針2を配することにより被測定物1の位置決めをより簡単に行うことができる。被測定物1の位置決め時にθステージ15の回転中心15aと触針2の中心とを一致させるとより望ましい。
【0023】本実施形態によると、簡単にV溝1aとY軸とを平行に位置決めすることができ、正確なV溝1aの形状測定が可能になる。更に、CCDカメラによる画像認識装置等の高価な装置を必要としないので装置を安価にすることができる。
【0024】また、複数のV溝1a上に光ファイバーが配される光ファイバー固定用治具の形状測定において、触針2の曲率半径を光ファイバーの半径と一致させると、V溝1aの深さD(図1参照)の最下点の測定位置がV溝1aと光ファイバーの接触位置に一致する。従って、深さDのばらつきにより光ファイバー固定用治具上に設置される光ファイバーの高さばらつきを正確に把握できる。その結果、光ファイバー固定用治具の良否判定を正確に行うことができる。
【0025】尚、本実施形態はV溝の形状測定について説明したが、斜面を有する台形の溝の形状測定においても同様に、斜面に触針2を配して位置決めを行うことにより正確な形状測定を行うことができる。
【0026】図7は本発明の第2実施形態の表面形状測定装置の触針2を示す斜視図である。その他の部分は第1実施形態と同一である。図中に図3、図4と同一の直交座標系を示している。触針2の先端形状は円筒面2cを有しており、円筒面2cの中心軸がY軸方向に平行に配されている。
【0027】第1実施形態と同様に、昇降台13を降下して触針2がV溝1aに接触させた時に、Y軸に対して傾斜したV溝1aの斜面には例えば触針2の端面2d上の点2d’が接触している。この時、円筒面2cの他の端面2eはV溝1aの斜面に接触していない。被測定物1を回転させて傾斜角度θが0の時V溝1aの斜面には円筒面2cが線接触する。
【0028】更に被測定物1を回転させてY軸に対して逆方向にV溝1aを傾斜させると、V溝1aの斜面には端面2e上の点(不図示)のみが接触する。この時、θステージ15の回転による触針2の変位は前述の図6と同様に推移する。従って、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0029】図8は第3実施形態の表面形状測定装置の触針2を示す斜視図である。その他の部分は第1実施形態と同一である。図中に図3、図4と同一の直交座標系を示している。触針2の先端形状は直交する断面の曲率半径が異なるトーリック面2fを有している。そして、Y軸方向の曲率半径を大きくすることで、θステージ15の回転によって第2実施形態の円筒面2cの場合と同様に触針2が変位する。従って、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明によると、簡単にV溝や斜面を有する溝を触針の走査方向に対して垂直に精度良く配することができ、正確な溝の形状測定が可能になる。更に、CCDカメラによる画像認識装置等の高価な装置を必要としないので装置を安価にすることができる。また、複数のV溝上に光ファイバーが配される光ファイバー固定用治具の形状測定において、触針の曲率半径を光ファイバーと略一致させると、V溝の深さの最下点の測定位置がV溝と光ファイバーの接触位置に一致する。従っ8て、深さのばらつきにより光ファイバー固定用治具上に設置される光ファイバーの高さばらつきを正確に把握できる。その結果、光ファイバー固定用治具の良否判定を正確に行うことができる。




 

 


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