特許 6262029 表面粗さ測定ユニット、三次元測定システム、及び表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6262029

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】表面粗さ測定ユニット、三次元測定システム、及び表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/28 20060101AFI20180104BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/28 102

   G01B5/20 C

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-47187(P2014-47187)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2015-169641(P2015-169641A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2017年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】金松 敏裕

【審査官】 清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０３２４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６９６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１１６２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０７−０１６１０７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−２６９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−０８６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２６０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４７６９５８４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００ − ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００ − ２１／３２

Ｇ０１Ｑ １０／００ − ９０／００

Ｊａｐｉｏ−ＧＰＧ／ＦＸ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物の表面に沿って倣い移動するスタイラスと、
前記スタイラスを前記被測定物の表面に沿って移動させるための駆動力又は前記スタイラスを前記被測定物の表面に接触させるための付勢力を発生するモータと、
前記モータに印加されるモータ印加電圧に基づいて前記モータが動作中かどうかを判定する判定回路と、
前記判定回路の判定結果を表示する表示部と
を具備する
表面粗さ測定ユニット。

【請求項2】

前記判定回路は、前記モータの正転及び逆転を判定し、
前記表示部は、
前記モータの正転を表示する第１ランプと、
前記モータの逆転を表示する第２ランプと
を備える
請求項１に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項3】

前記判定回路は、バッファを介して前記モータに接続される
請求項１又は２に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項4】

前記判定回路は、平滑フィルタを介して前記モータに接続される
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項5】

前記判定回路は、前記モータ及び過電圧保護回路に接続される
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項6】

前記表示部は、
前記モータが動作中であると前記判定回路が判定した場合に点灯し、前記モータが動作中でないと前記判定回路が判定した場合に消灯するランプを備える
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項7】

前記表示部は、
前記モータが動作中であると前記判定回路が判定した場合に点滅し、前記モータが動作中でないと前記判定回路が判定した場合に常時点灯するランプを備える
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表面粗さ測定ユニット。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表面粗さ測定ユニットと、
測定ヘッドとして前記表面粗さ測定ユニットを連結した三次元測定機と
を具備する
三次元測定システム。

【請求項9】

スタイラスを被測定物の表面に沿って倣い移動させる表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法であって、
前記スタイラスを前記被測定物の表面に沿って移動させるための駆動力又は前記スタイラスを前記被測定物の表面に接触させるための付勢力を発生するモータに印加されるモータ印加電圧に基づいて前記モータが動作中かどうかを判定し、
前記モータが動作中かどうかの判定結果を表示する
表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は表面粗さ測定ユニット及び測定ヘッドとして表面粗さ測定ユニットを備えた三次元測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ワーク表面の微小凹凸やうねりといった表面粗さ（表面性状ということもある。）を測定する表面粗さ測定機が知られている。表面粗さ測定機は、表面粗さ測定ユニットと、表面粗さ測定ユニットを制御するコントローラとを備える。表面粗さ測定ユニットは、ワーク表面に接触するスタイラスと、スタイラスをワーク表面に沿って移動させる駆動部と、駆動部によるスタイラスの移動方向と交差する方向のスタイラスの変位量を検出する検出器とを備える。変位量と駆動部によるスタイラスの移動量とを対応させて記録することで、表面粗さを測定できる。

【0003】

低速の測定ではスタイラスの移動速度が遅いため、目視でスタイラスが移動しているかどうか判断することは困難である。したがって、スタイラスを見て表面粗さ測定ユニットが測定動作中であるかどうか判断することは困難である。

【0004】

大型の表面粗さ測定機（例えば、特許文献１（図１）参照）では、表面粗さ測定ユニットにスタイラスの移動方向を示すパイロットＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を装備したものが存在する。パイロットＬＥＤの点灯は、表面粗さ測定ユニットの駆動部を制御するコントローラによって制御される。パイロットＬＥＤの点灯を制御するため、パイロットＬＥＤ点灯制御専用の信号線で表面粗さ測定ユニットとコントローラが接続される。

【0005】

小型の表面粗さ測定機（例えば、特許文献２（図１）参照）では、表面粗さ測定ユニットとコントローラとを接続する信号線の線数の制限によりパイロットＬＥＤ点灯制御専用の信号線を追加することが困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４４１７９８６号公報

【特許文献2】特開２０１３−１９５２４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、表面粗さ測定ユニットとコントローラとを接続する信号線を追加することなく、表面粗さ測定ユニットが測定動作中であるかどうかを確認することができる表面粗さ測定ユニット、三次元測定システム、及び表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の観点による表面粗さ測定ユニットは、被測定物の表面に沿って倣い移動するスタイラスと、前記スタイラスを前記被測定物の表面に沿って移動させるための駆動力又は前記スタイラスを前記被測定物の表面に接触させるための付勢力を発生するモータと、前記モータに印加されるモータ印加電圧に基づいて前記モータが動作中かどうかを判定する判定回路と、前記判定回路の判定結果を表示する表示部とを具備する。

【0009】

前記判定回路は、前記モータの正転及び逆転を判定することが好ましい。前記表示部は、前記モータの正転を表示する第１ランプと、前記モータの逆転を表示する第２ランプとを備えることが好ましい。

【0010】

前記判定回路は、バッファを介して前記モータに接続されることが好ましい。

【0011】

前記判定回路は、平滑フィルタを介して前記モータに接続されることが好ましい。

【0012】

前記判定回路は、前記モータ及び過電圧保護回路に接続されることが好ましい。

【0013】

前記表示部は、前記モータが動作中であると前記判定回路が判定した場合に点灯し、前記モータが動作中でないと前記判定回路が判定した場合に消灯するランプを備えることが好ましい。

【0014】

前記表示部は、前記モータが動作中であると前記判定回路が判定した場合に点滅し、前記モータが動作中でないと前記判定回路が判定した場合に常時点灯するランプを備えることが好ましい。

【0015】

本発明の第２の観点による三次元測定システムは、上記表面粗さ測定ユニットと、測定ヘッドとして前記表面粗さ測定ユニットを連結した三次元測定機とを具備する。

【0016】

本発明の第３の観点による表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法が提供される。表面粗さ測定ユニットは、スタイラスを被測定物の表面に沿って倣い移動させる。表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法は、前記スタイラスを前記被測定物の表面に沿って移動させるための駆動力又は前記スタイラスを前記被測定物の表面に接触させるための付勢力を発生するモータに印加されるモータ印加電圧に基づいて前記モータが動作中かどうかを判定し、前記モータが動作中かどうかの判定結果を表示する。

【発明の効果】

【0017】

本発明により、表面粗さ測定ユニットとコントローラとを接続する信号線を追加することなく、表面粗さ測定ユニットが測定動作中であるかどうかを確認することができる表面粗さ測定ユニット、三次元測定システム、及び表面粗さ測定ユニットの動作状態表示方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態１にかかる三次元測定システムの構成を示す図である。

【図2】実施の形態１にかかる表面粗さ測定ユニットの外観を示す図である。

【図3】実施の形態１にかかる駆動部の内部を示す図である。

【図4】実施の形態１にかかるプローブの断面の一部を示す図である。

【図5】実施の形態１にかかるプローブがワークに接触する際の図である。

【図6】実施の形態１にかかる動作状態表示システムの概略図である。

【図7】実施の形態２にかかる動作状態表示システムの概略図である。

【図8】実施の形態３にかかる動作状態表示システムの概略図である。

【図9】実施の形態４にかかる表面粗さ測定ユニットの内部機構を示す図である。

【図10】実施の形態４にかかる動作状態表示システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の主たるポイントは表面粗さ測定ユニットの構成にあるのであるが、表面粗さ測定ユニットのなかには三次元測定機に取り付けて使用できるものもある。そこで、まず三次元測定機を含む三次元測定システムの構成を説明しておく。

【0020】

図１は、三次元測定システム１００の構成を示す図である。三次元測定システム１００は、三次元測定機１２０と、コンピュータ端末１４０と、を備えている。

【0021】

三次元測定機１２０は、被測定物であるワークＷを載置する定盤１２１と、ワークＷの輪郭形状を倣い測定する測定ヘッド１２２と、この測定ヘッド１２２をＸ、ＹおよびＺ方向に三次元的に移動させる移動機構１３０と、を備えている。

【0022】

ここでは、測定ヘッド１２２として、スタイラスの先端に接触球１２７を有するタッチセンサプローブを示しているが、測定ヘッド１２２は別種のものに交換可能となっている。（すなわち、後述の説明においては、タッチセンサプローブに代えて使用できる表面粗さ測定ユニットを説明する。）

【0023】

図１に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの直交座標系をマシン座標系として定める。
Ｘ方向は図１において左右方向であり、Ｙ方向は図１中において紙面の奥から手前の方向であり、Ｚ方向は上下方向である。

【0024】

移動機構１３０は、門型フレーム１３１と、Ｘスライダ１３３と、Ｚ軸スピンドル１３４と、駆動機構（不図示）と、を備える。
門型フレーム１３１は、Ｘ軸方向に横架された水平ビーム１３２を有するとともに、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。

【0025】

Ｘスライダ１３３は、Ｚ軸方向に長さを有するコラムを有し、水平ビーム１３２に沿ってＸ軸方向にスライド可能に設けられている。
Ｚ軸スピンドル１３４は、Ｘスライダ１３３の内部に挿入され、Ｚ軸方向に摺動可能に設けられている。

【0026】

駆動機構（不図示）は、門型フレーム１３１、Ｘスライダ１３３およびＺ軸スピンドル１３４を各軸方向に駆動させるモータ等で構成される。

【0027】

測定ヘッド１２２としてのタッチセンサプローブは、Ｚ軸スピンドル１３４の下端に取り付けられ、タッチセンサプローブは接触球１２７を備える。
三次元測定機１２０は、移動機構１３０で測定ヘッド１２２を移動させ、接触球１２７をワークＷに接触させることで、ワークＷの形状を測定する。

【0028】

前述のように、三次元測定システム１００は、測定ヘッドを交換することが可能になっており、例えば、測定ヘッドをタッチセンサプローブにしておいてワークの輪郭形状をまずは測定する。そして、タッチセンサプローブに代えて表面粗さ測定ユニットをＺ軸スピンドルの下端に取り付ける。この表面粗さ測定ユニットによってワーク表面粗さを測定するわけである。

【0029】

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる表面粗さ測定ユニットを説明する。
表面粗さ測定ユニットは、タッチセンサプローブに代えて、三次元測定システム１００の移動機構１３０に連結させて使用可能なものである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0030】

図２（ａ）は、表面粗さ測定ユニット１の側面図である。
図２（ｂ）は、表面粗さ測定ユニット１の上面図である。
図２（ｃ）は、表面粗さ測定ユニット１の正面図である。

【0031】

表面粗さ測定ユニット１は、触針ユニット３と、駆動部４と、第２支持部６と、ジョイント部４０と、を備える。
表面粗さ測定ユニット１は、ジョイント部４０によって移動機構１３０（具体的にはZ軸スピンドルの下端）に連結される。（なお、第２支持部６はジョイント部４０と繋がっており、触針ユニット３および駆動部４をジョイント部４０に連携させるものである。）第２支持部６は、駆動部４を支持する。

【0032】

図３は駆動部４の内部機構を説明するための図であり、図４は、触針ユニット３の内部機構を説明するための図である。まず、図４を参照して触針ユニット３の機構を説明する。

【0033】

触針ユニット３は、内部に空間を有するケース体１８と、ケース体１８内で揺動可能に設けられた触針レバー２０と、変位検出部１６と、を有する。
ケース体１８は、略直方体の胴部と、この胴部の先端から突き出たノーズ部１７と、有し、さらに、ノーズ部１７の先端にはスキッド１１が設けられている。

【0034】

スキッド１１はその内部にＬ字型に屈曲した貫通孔１９を有し、この貫通孔１９はノーズ部１７内の空洞に連続している。

【0035】

触針レバー２０は、その先端に下向きの触針１２を有する。触針１２は、スタイラスと称される場合がある。
（説明の都合上、表面粗さ測定ユニット１の上下方向を、図２ａ、図３〜図５において紙面上に表された通りに上下を規定して表現する。また、紙面の左側を表面粗さ測定ユニット１の前方、紙面の右側を表面粗さ測定ユニット１の後方と表現する。）
触針レバー２０は、胴部からノーズ部１７にかけて挿通され、先端の触針１２がスキッド１１の下端開口から外部に臨むように配設されている。
触針レバー２０は、その中間部において板ばね２１によって胴部の内部空間に取り付けられている。
板ばね２１は、触針レバー２０の揺動支点となっているとともに、触針１２がスキッド１１の下面からわずかに突出した状態でバランスが取れるように触針レバー１０を弾性的に支持している。

【0036】

変位検出部１６は、胴部の内部に配置されている。
変位検出部１６は、フェライト板２２と、インダクタンス検出器２３と、を有する。

【0037】

フェライト板２２は、触針レバー２０の後端上面に取り付けられている。胴部の内部空間においてフェライト板２２と対向する位置には、インダクタンス検出器２３が取り付けられている。

【0038】

スキッド１１の下面は、測定時においてワークＷと接触するワーク接触面である。スキッド１１の下面がワークＷの測定面に沿って移動すると、測定面の表面粗さによって触針１２が上下動する。触針１２が上下動すると、インダクタンス検出器２３によってこの上下動が検出される。インダクタンス検出器２３から出力される検出信号によりワークＷ測定面の表面粗さが測定される。触針ユニット３は、ワークＷの測定面の表面粗さの測定結果を、外部に出力する。

【0039】

次に、図３に戻って、駆動部４について説明する。
図３は、駆動部４の機構を示す図である。
駆動部４は、第１支持部７と、動力機構部２４と、接触検出部１５と、を備える。なお、駆動ケース５を点線で表示している。

【0040】

第１支持部７は、Ｌ字形状のフレーム２５と、触針ユニット３をフレーム２５に連結する連結手段１４と、フレーム２５の移動方向を規制するガイド部２６と、を備える。

【0041】

フレーム２５は、触針ユニット３の上側に配置されて、触針ユニット３の後端を片持ち支持するものである。ここで、フレーム２５は、触針ユニット３の上側に対してルーフ（屋根）のようにかぶさるように位置する部材２５ａと、部材２５aから直角に屈曲しており触針ユニット３の後端に対向する部材２５ｂと、有する形状である。

【0042】

連結手段１４は、触針ユニット３の後端と部材２５ｂとを連結しており、ここでは具体的には板バネである。この板バネは、他に力が作用していなければ、触針ユニット３が部材２５aから離隔する方向に触針ユニット３を付勢している。
図３でいうと、触針ユニット３の先端部（すなわちスキッド１１）が触針ユニット３の後端よりも下に下がるように傾いていることがわかるであろう。

【0043】

ガイド部２６は、ガイドシャフト２７を有し、フレーム２５を平行移動可能に支持するものである。
部材２５ａの上面に設けられた軸受２７ａと２７ｂの穴に、ガイドシャフト２７が貫通している。

【0044】

動力機構部２４は、モータ２８と、送りネジ２９と、ねじ受けナット３０と、で構成されている。
部材２５ｂの下端面には、送りねじ２９に螺合するねじ受けナット３０が設けられる。送りネジ２９がガイドシャフト２７と平行に設けられているのはもちろんである。

【0045】

ねじ受けナット３０が螺合する送りねじ２９の末端にはモータ２８が接続され、モータ２８が回転駆動することにより、送りねじ２９は測定面に対して平行な方向に移動し、フレーム２５がガイドシャフト２７に沿って移動する。

【0046】

なお、ここでは、モータ２８、送りねじ２９、及びねじ受けナット３０がフレーム２５の部材２５ｂの下面側に設けられる構成について記載したが、例えばフレーム２５の側面側や、上面側に設けられるようにしてもよい。

【0047】

接触検出部１５は、触針ユニット３とフレーム２５との間に配置され、スキッド１１がワークＷに接触したことを検出する。
図５は、スキッド１１（さらには触針１２）がワークＷに接触する際の図である。
接触検出部１５は、具体的には、フォトセンサ１５１と、遮蔽板１５２と、で構成される。

【0048】

フォトセンサ１５１は部材２５ａの下面に配設され、フォトセンサ１５１は発光部１５１ａと受光部１５１ｂとを有する。
発光部１５１ａは光を発射し、受光部１５１ｂは前記光を受光する。受光部１５１ｂで光を受光できなくなれば、発光部１５１ａと受光部１５１ｂとの間に遮蔽物が存在していることを検出することができるようになっている。
そして、遮蔽板１５２は、触針ユニット３のケース体１８の上面でフォトセンサ１５１と向かい合う位置に配設されている。

【0049】

スキッド１１がワークＷの測定面と接触していない状態では、スキッド１１が後端部より下がった状態となるように触針ユニット３は連結手段１４により付勢されているということは既に述べた。このとき、触針ユニット３と部材２５ａとは離れているため、遮蔽板１５２はフォトセンサ１５１の光を遮断しない（図３参照）。
これに対し、スキッド１１がワークＷの測定面と接触すると、スキッド１１が測定面により押し上げられ、これにより、触針ユニット３が押し上げられる。すると、触針ユニット３の上面と部材２５ａの下面とが接近し、遮蔽板１５２がフォトセンサ１５１の光を遮断する（図５参照）。
このようにして、スキッド１１がワークＷに接触したことによる、触針ユニット３のわずかな傾きの変化をフォトセンサ１５１で検出する。
表面粗さ測定ユニット１は、接触検出部１５でスキッド１１がワークＷに接触したことを検出すると、この検出結果を出力する。
この検出結果を受けると、移動機構１３０は、ワークに接近する方向への移動を停止する。そして、表面粗さ測定ユニット１は、ワークＷの表面粗さ測定を開始する。すなわち、モータ２８を回転駆動させて触針ユニット３をワークＷ表面に沿って進退させる。

【0050】

本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニット１は、スキッド１１がワークＷの測定面に接触した際の、触針ユニット３のわずかな傾きの変化を検出可能である。
したがって、三次元測定機１２０の移動機構１３０の駆動精度だけで触針ユニット３をワークＷ表面に対して適切な位置にセッティングするのは困難であるが、接触検出部１５からの検出信号を用いることにより、スキッド１１（さらには触針）を適切にワークＷに接触させることが可能になる。
また、接触検出部１５でスキッド１１とワークＷとの接触が検出されたときには移動機構１３０による表面粗さ測定ユニット１の移動を停止させるため、スキッド１１等の精巧な部品が破損してしまうような事故を防止することができる。
さらに、接触検出部１５によってワークＷとスキッド１１との接触を正確に検出可能であるので、事故回避のために表面粗さ測定ユニット１をワークＷにわざとゆっくり近づけるような必要もなく、測定効率のさらなる向上を図ることができる。
ここで、接触検出部１５として、触針１２の変位により触針ユニット３がワークＷに接触したことを検出する構成も考えられるはする。しかし、触針ユニット３の変位検出部１６の測定レンジや分解能を考慮すると、ワークに対して触針ユニット３を相当ゆっくり近づけていかなければならないだろう。この点、本実施形態にかかる触針ユニットは、表面粗さ測定ユニット１をワークＷにわざとゆっくり近づけるような必要もなく、測定効率のさらなる向上を図ることができる。
さらにまた、本実施の形態にかかる測定ユニット１は、スキッド１１を駆動させる駆動部４を備えているために、表面粗さを測定するときに、移動機構１３０の駆動を停止することができるため、移動機構１３０の駆動による、表面粗さの測定結果のぶれが発生しない。このため、本実施の形態にかかる測定ユニット１は、正確に表面粗さを検出することができる。また、三次元測定機の駆動機構１３０を、表面の粗さ測定は使用しないために、他の装置、例えばロボットや工作機械等でも装着することが可能である。

【0051】

本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニット１は、表面粗さ測定ユニット１の動作状態を表示する動作状態表示システムを備える。以下、動作状態表示システムについて説明する。

【0052】

図６を参照して、表面粗さ測定ユニット１を制御するためのコントローラ１５０が設けられ、コントローラ１５０と表面粗さ測定ユニット１がケーブルで接続される。表面粗さ測定ユニット１が備えるセンサ回路１７０とコントローラ１５０が信号線で接続される。センサ回路１７０は、例えば、変位検出部１６と、駆動部４によるフレーム２５の移動を検出する移動検出部（不図示）を含む。

【0053】

コントローラ１５０は、駆動部４が備えるモータ２８の電極２８ａ及び２８ｂにモータ駆動電圧を供給し、表面粗さ測定ユニット１にセンサ回路１７０用の電源１６０を供給する。モータ駆動電圧は、モータ制御信号又はモータ印加電圧と称される場合がある。表面粗さ測定ユニット１は、駆動検出部と称される場合がある。動作状態表示システムは、バッファ１８５ａ及び１８５ｂと、判定回路１８０と、表示部１９０とを備える。判定回路１８０及び表示部１９０は、センサ回路１７０用の電源１６０により動作する。したがって、コントローラ１５０は判定回路１８０及び表示部１９０用の電源を別途供給する必要がない。判定回路１８０は、モータ印加電圧の検出回路を兼ねている。

【0054】

ここで、表面粗さ測定ユニット１の測定動作を簡単に説明する。モータ２８は、モータ駆動電圧に基づいて、触針１２をワークＷの表面に沿って移動させるための駆動力を発生する。具体的には、モータ２８は、触針ユニット３を支持するフレーム２５をガイドシャフト２７に沿って移動させる。これにより、触針１２がワークＷの表面に沿って倣い移動する。移動検出部（不図示）は、フレーム２５の移動を検出する。変位検出部１６は、フレーム２５の移動方向と交差する方向の触針１２の変位を検出する。フレーム２５の移動量と触針１２の変位量を対応させて記録することで、表面粗さを測定できる。

【0055】

動作状態表示システムの判定回路１８０は、モータ２８に印加されるモータ印加電圧に基づいてモータ２８が動作中かどうかを判定する。表示部１９０は、判定回路１８０の判定結果を表示する。したがって、表示部１９０を制御するための信号線を追加しなくても、表面粗さ測定ユニット１が測定動作中かどうかを表示部１９０に表示することができる。換言すると、表面粗さ測定ユニット１とコントローラ１５０を接続する信号線を追加することなく、表面粗さ測定ユニット１が測定動作中かどうかを確認することができる。

【0056】

更に、ユーザはワークＷの近くで表面粗さ測定ユニット１が測定動作中かどうかを確認することができる。測定中のフレーム２５の移動速度が低速であっても、ユーザは表面粗さ測定ユニット１が測定動作中であると確認することができる。表示部１９０は、モータ２８に実際に印加されているモータ印加電圧に基づいてモータ２８が動作中かどうかを表示することができる。動作状態表示システムにより、表面粗さ測定ユニット１の使い勝手が向上する。

【0057】

次に、動作状態表示システムを詳細に説明する。判定回路１８０は、入力電圧を参照電圧Ｖｒｅｆと比較する比較回路１８１ａ及び１８１ｂと、ＯＲ回路１８２とを備える。表示部１９０は、点灯用回路１９１と、ランプ１９６を備える。ランプ１９６は、例えば、駆動部４の駆動ケース５又は第２支持部６の筐体に設けられたＬＥＤである。ランプ１９６は、パイロットランプと称される場合がある。

【0058】

モータ２８の電極２８ａは、バッファ１８５ａの入力に接続される。バッファ１８５ａの出力は、比較回路１８１ａの入力に接続される。比較回路１８１ａの出力は、ＯＲ回路１８２の第１入力に接続される。モータ２８の電極２８ｂは、バッファ１８５ｂの入力に接続される。バッファ１８５ｂの出力は、比較回路１８１ｂの入力に接続される。比較回路１８１ｂの出力は、ＯＲ回路１８２の第２入力に接続される。ＯＲ回路１８２の出力は、点灯用回路１９１に接続される。点灯用回路１９１は、ランプ１９６に接続される。バッファ１８５ａ及び１８５ｂは、バッファアンプと称される場合がある。

【0059】

モータ２８が正転しているときに電極２８ａにモータ印加電圧が発生し、モータ２９が逆転しているときに電極２９ａにモータ印加電圧が発生する。判定回路１８０は、電極２８ａ及び電極２８ｂの一方においてモータ印加電圧を検出するとモータ２８が動作中であると判定し、電極２８ａ及び電極２８ｂの両方においてモータ印加電圧を検出しないとモータ２８が動作中でないと判定する。モータ２８が動作中であると判定回路１８０が判定すると、点灯用回路１９１はランプ１９６を点灯させる。モータ２８が動作中でないと判定回路１８０が判定すると、点灯用回路１９１はランプ１９６を消灯させる。すなわち、モータ２８が正転又は逆転しているときにランプ１９６が点灯し、モータ２８が停止しているときにランプ１９６が消灯する。モータ２８の動作中にのみランプ１９６が点灯するため、ランプ１９６による電力消費が抑制される。

【0060】

更に、判定回路１８０がバッファ１８５ａ及び１８５ｂを介してモータ２８に接続されているため、判定回路１８０及び後段の回路（例えば、点灯用回路１９１）がコントローラ１５０によるモータ２８の制御に影響を及ぼすことが防止される。

【0061】

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる動作状態表示システムを説明する。本実施の形態にかかる動作状態表示システムは、モータ２８が動作中である場合にランプ１９６を点滅させ、モータ２８が動作中でない場合にランプ１９６を常時点灯させる。以下の説明において、実施の形態１と共通する事項は省略される場合がある。

【0062】

図７を参照して、表面粗さ測定ユニット１を制御するためのコントローラ１５０は、モータ２８の電極２８ａ及び２８ｂにモータ駆動電圧を印加するモータドライブ回路１５１を備える。本実施の形態にかかる動作状態表示システムは、バッファ１８５ａ及び１８５ｂと、平滑フィルタ１８８ａ及び１８８ｂと、過電圧保護回路１８９ａ及び１８９ｂと、判定回路１８０と、バッファ１８６と、表示部１９０を備える。平滑フィルタ１８８ａ及び１８８ｂは、例えば低域通過フィルタである。過電圧保護回路１８９ａ及び１８９ｂは、例えば電圧クランプ回路である。判定回路１８０は、比較回路１８１ａ及び１８１ｂを備える。表示部１９０は、ランプ１９６と、点滅用回路１９３を備える。

【0063】

モータ２８の電極２８ａは、バッファアンプ１８５ａの入力に接続される。バッファアンプ１８５ａの出力は、平滑フィルタ１８８ａの入力に接続される。平滑フィルタ１８８ａの出力は、過電圧保護回路１８９ａと判定回路１８０の第１入力に接続される。判定回路１８０の第１入力は、比較回路１８１ａの入力に接続される。モータ２８の電極２８ｂは、バッファアンプ１８５ｂの入力に接続される。バッファアンプ１８５ｂの出力は、平滑フィルタ１８８ｂの入力に接続される。平滑フィルタ１８８ｂの出力は、過電圧保護回路１８９ｂと判定回路１８０の第２入力に接続される。判定回路１８０の第２入力は、比較回路１８１ｂの入力に接続される。判定回路１８０の出力は、バッファ１８６を介して点滅用回路１９３の点滅時定数切替スイッチ１９４に接続される。点滅用回路１９３の出力は、ランプ１９６に接続される。

【0064】

判定回路１８０は、正転又は逆転に関わらずモータ２８が動作中である場合は負論理を出力する。ランプ１９６は、モータ２８が動作中でない場合は常時点灯しており、モータ２８が動作中である場合は、判定回路１８０の負論理出力により点滅する。換言すると、モータ２８が動作中であると判定回路１８０が判定すると、点滅用回路１９３はランプ１９６を点滅させる。モータ２８が動作中でないと判定回路１８０が判定すると、点滅用回路１９３はランプ１９６を常時点灯させる。すなわち、モータ２８が正転又は逆転しているときにランプ１９６が点滅し、モータ２８が停止しているときにランプ１９６が常時点灯する。モータ２８の動作中及び停止中にそれぞれ対応してランプ１９６が点滅及び常時点灯するため、ランプ１９６が消灯している場合は表示部１９０が機能していないことがわかる。

【0065】

更に、判定回路１８０が平滑フィルタ１８８ａを介してモータ２８に接続されているため、判定回路１８０に入力する信号からモータ２８の逆起電圧などのノイズ成分が除去される。判定回路１８０の第１入力が過電圧保護回路１８９ａ及びモータ２８の電極２８ａに接続され、判定回路１８０の第２入力が過電圧保護回路１８９ｂ及びモータ２８の電極２８ｂに接続されているため、ロジック動作の判定回路１８０の入力電圧がロジック電圧を超えることが防がれる。

【0066】

（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる動作状態表示システムを説明する。本実施の形態にかかる動作状態表示システムは、モータ２８の回転方向を表示する。以下の説明において、実施の形態１又は２と共通する事項は省略される場合がある。

【0067】

図８を参照して、本実施の形態にかかる動作状態表示システムは、バッファ１８５ａ及び１８５ｂと、平滑フィルタ１８８ａ及び１８８ｂと、過電圧保護回路１８９ａ及び１８９ｂと、判定回路１８０と、バッファ１８６ａ及び１８６ｂと、表示部１９０を備える。判定回路１８０は、比較回路１８１ａ及び１８１ｂを備える。表示部１９０は、ランプ１９６ａ及び１９６ｂと、点灯用回路１９２ａ及び１９２ｂを備える。ランプ１９６ａ及び１９６ｂは、例えば、駆動部４の駆動ケース５又は第２支持部６の筐体に設けられたＬＥＤである。ランプ１９６ａ及び１９６ｂは、パイロットランプと称される場合がある。

【0068】

比較回路１８１ａの出力は、バッファ１８６ａを介して点灯用回路１９２ａの点灯ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１９５ａに接続される。点灯用回路１９２ａの出力は、ランプ１９６ａに接続される。比較回路１８１ｂの出力は、バッファ１８６ｂを介して点灯用回路１９２ｂの点灯ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１９５ｂに接続される。点灯用回路１９２ｂの出力は、ランプ１９６ｂに接続される。

【0069】

判定回路１８０は、モータ２８の正転及び逆転を判定する。ランプ１９６ａは、モータ２８の正転を表示する。ランプ２９６ｂは、モータ２８の逆転を表示する。二つのランプ１９６ａ及び１９６ｂによりモータ２８の回転方向を表示することができる。

【0070】

具体的には、判定回路１８０は、モータ２８の電極２８ａにおいてモータ印加電圧を検出し、モータ２８の電極２８ｂにおいてモータ印加電圧を検出しない場合、モータ２８が正転していると判定する。判定回路１８０は、電極２８ａにおいてモータ印加電圧を検出せず、モータ２８の電極２８ｂにおいてモータ印加電圧を検出する場合、モータ２８が逆転していると判定する。判定回路１８０は、電極２８ａ及び電極２８ｂの両方においてモータ印加電圧を検出しない場合、モータ２８が動作中でないと判定する。

【0071】

モータ２８が正転していると判定回路１８０が判定すると、点灯用回路１９２ａはランプ１９６ａを点灯させ、点灯用回路１９２ｂはランプ１９６ｂを消灯させる。モータ２８が逆転していると判定回路１８０が判定すると、点灯用回路１９２ａはランプ１９６ａを消灯させ、点灯用回路１９２ｂはランプ１９６ｂを点灯させる。モータ２８が動作中でないと判定回路１８０が判定すると、点灯用回路１９２ａ及び１９２ｂはそれぞれランプ１９６ａ及び１９ｂを消灯させる。すなわち、モータ２８が正転しているときにランプ１９６ａのみが点灯し、モータ２８が逆転しているときにランプ１９６ｂのみが点灯し、モータ２８が停止しているときに両方のランプ１９６ａ及び１９６ｂが消灯する。

【0072】

（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる表面粗さ測定ユニットを説明する。本実施の形態においては、スタイラスをワークＷの表面に接触させるための付勢力を発生するモータに印加される電圧に基づいて、表面粗さ測定ユニットが測定動作中かどうかを表示する。

【0073】

図９を参照して、実施の形態４にかかる表面粗さ測定ユニット２００は、ワークＷを検出するワーク検出器２３０と、ワーク検出器２３０を駆動する駆動機構２８０と、ケーシング２３６と、ケーシング２７２を備える。ワーク検出器２３０は、ケーシング２３６に収容される。駆動機構２８０は、ケーシング２７２に収容される。

【0074】

以下、駆動機構２８０がワーク検出器２３０を水平方向に移動させ、ワーク検出器２３０が備えるスタイラス２３３Ｕ及び２３３Ｄが上下方向に搖動する場合を説明するが、駆動機構２８０によるワーク検出器２３０の移動方向及びスタイラス２３３Ｕ及び２３３Ｄの搖動方向は互いに交差していればよく、水平方向及び上下方向に限定されない。

【0075】

駆動機構２８０は、ガイドレール２８１と、スライダ２８２と、位置検出器２８３と、送り機構２８４と、を備える。

【0076】

ガイドレール２８１がワーク検出器２３０の移動方向に沿って固定的に設けられ、ガイドレール２８１を摺動可能にスライダ２８２が設けられている。
位置検出器２８３は、スライダ２８２の移動方向位置を検出する。送り機構２８４は、送りねじ軸２８５と、モータ２８６と、動力伝達機構２８７と、を有し、送りねじ軸２８５とスライダ２８２とが螺合している。モータ２８６の回転動力は動力伝達機構２８７を介して送りねじ軸２８５に伝達される。送りねじ軸２８５の回転によりスライダ２８２が移動方向に沿って移動する。

【0077】

さて次にワーク検出器２３０の構成を説明する。
ワーク検出器２３０は、ブラケット２３１と、測定アーム２３３と、スタイラス２３３Ｕ、２３３Ｄと、バランスウェイト２３４と、変位検出器２３５と、ボイルコイルモータ２４０と、を備える。

【0078】

スライダ２８２にブラケット２３１が吊り下げ支持され、ブラケット２３１には、回転軸２３２を支点として上下方向へ揺動（円弧運動）できるように測定アーム２３３が支持されている。スタイラス２３３Ｕ、２３３Ｄは、測定アーム２３３の先端（図９中の左端）において測定アーム２３３の長手方向に対して垂直に突設されている。測定アーム２３３の先端は、ケーシング２３６から露出している。ここで、スタイラス２３３Ｕが上向きに設けられ、スタイラス２３３Ｄが下向きに設けられているとする。バランスウエイト２３４は、測定アーム２３３の基端側（図９中の右端）に位置調整可能に設けられている。

【0079】

変位検出器２３５は、測定アーム２３３の円弧運動量（上下方向の変位量）を検出する。変位検出器２３５は、測定アーム２３３の円弧運動の方向に沿って湾曲したスケール目盛り（不図示）を有するスケール２３５Ａと、スケール２３５Ａに対向して設けられた検出ヘッド２３５Ｂと、を有する。スケール２３５Ａは、測定アーム２３３の基端側において、測定アーム２３３と一体的に変位するように測定アーム２３３に固定されている。また、検出ヘッド２３５Ｂは、図示しない支持部材により、ブラケット２３１に対して固定的に配設されている。測定アームの円弧運動は検出ヘッド２３５Ｂにより検出され、検出ヘッド２３５Ｂは、測定アーム２３３の円弧運動量に対応した数のパルス信号（変位検出パルス信号）を出力する。

【0080】

ボイスコイルモータ２４０は、測定アーム２３３の基端寄りに配置され、測定アーム２３３の先端が上方向または下方向に付勢されるように測定アーム２３３に力を掛ける。
ボイスコイルモータ２４０は、磁石２４１とボイスコイル２４２とで構成されている。磁石２４１は円筒形状であって、測定アーム２３３の途中に設けられている。ボイスコイル２４２は磁石２４１を貫通するように配置されている。ボイスコイル２４２は固定的に設けられており、例えば、ブラケット２３１に固定されていてもよい。

【0081】

ボイスコイル２４２に電流が流れると、ボイスコイル２４２に磁力が発生する。すると、ボイスコイル２４２と磁石２４１との相互作用により、測定アーム２３３の先端が上方向または下方向へ付勢される。このとき、ボイスコイル２４２に流れる電流量（電流値）が変わると、測定アームに掛かる付勢力の強弱が変化する。したがって、ボイスコイルモータ２４０は、スタイラスとワークＷの表面との接触力すなわち測定力を付与しかつその力を調整する測定力付与手段としての機能を果たす。

【0082】

また、ボイスコイル２４２に流れる電流の向きを切り替えることで、測定アーム２３３に掛かる付勢力の方向が切り替わる。換言すると、ボイスコイル２４２に印加される電圧の向きを切り替えることで、測定アーム２３３に掛かる付勢力の方向が切り替わる。例えば、測定アーム２３３の先端を上向きに付勢していたものが下向きに変わるということである。したがって、ボイスコイルモータ２４０は、測定姿勢切替え手段としての機能も兼ねている。

【0083】

本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニット２００は、表面粗さ測定ユニット２００の動作状態を表示する動作状態表示システムを備える。以下、動作状態表示システムについて説明する。

【0084】

図１０を参照して、表面粗さ測定ユニット２００を制御するためのコントローラ３５０が設けられ、コントローラ３５０と表面粗さ測定ユニット２００がケーブルで接続される。表面粗さ測定ユニット２００が備えるセンサ回路３７０とコントローラ３５０が信号線で接続される。センサ回路３７０は、例えば、変位検出器２３５と、位置検出器２８３を含む。

【0085】

コントローラ３５０は、駆動機構２８０が備えるモータ２８６にモータ駆動電圧を供給し、ボイスコイルモータ２４０にボイスコイルモータ駆動電圧を供給し、表面粗さ測定ユニット２００にセンサ回路３７０用の電源３６０を供給する。モータ駆動電圧は、モータ制御信号又はモータ印加電圧と称される場合がある。ボイスコイルモータ駆動電圧は、ボイスコイルモータ制御信号又はボイスコイルモータ印加電圧と称される場合がある。

【0086】

表面粗さ測定ユニット２００の動作状態表示システムは、バッファ３８５ａ及び３８５ｂと、判定回路３８０と、表示部３９０とを備える。判定回路３８０及び表示部３９０は、センサ回路３７０用の電源３６０により動作する。したがって、コントローラ３５０は判定回路３８０及び表示部３９０用の電源を別途供給する必要がない。判定回路３８０は、ボイスコイルモータ印加電圧の検出回路を兼ねている。

【0087】

ここで、表面粗さ測定ユニット２００の測定動作を簡単に説明する。モータ２８６は、モータ駆動電圧に基づいて、スタイラス２３３Ｕ又は２３３ＤをワークＷの表面に沿って移動させるための駆動力を発生する。具体的には、モータ２８６は、ワーク検出器２３０を支持するブラケット２３１をガイドレール２８１に沿って移動させる。ボイスコイルモータ２４０は、ボイスコイルモータ駆動電圧に基づいて、スタイラス２３３Ｕ又は２３３ＤをワークＷの表面に接触させるための付勢力を発生する。これにより、スタイラス２３３Ｕ又は２３３ＤがワークＷの表面に沿って倣い移動する。位置検出器２８３は、ブラケット２３１の移動を検出する。変位検出器２３５は、ブラケット２３１の移動方向と交差する方向のスタイラス２３３Ｕ又は２３３Ｄの変位を検出する。ブラケット２３１の移動量とスタイラス２３３Ｕ又は２３３Ｄの変位量を対応させて記録することで、表面粗さを測定できる。

【0088】

表面粗さ測定ユニット２００のモータ２８６、スタイラス２３３Ｕ、２３３Ｄ、ワーク検出器２３０、ブラケット２３１、ガイドレール２８１、及び変位検出器２３５は、それぞれ、表面粗さ測定ユニット１のモータ２８、触針１２、触針ユニット３、フレーム２５、ガイドシャフト２７、及び変位検出部１６にそれぞれ対応している。

【0089】

動作状態表示システムの判定回路３８０は、ボイスコイルモータ２４０に印加されるボイスコイルモータ印加電圧に基づいてボイスコイルモータ２４０が動作中かどうかを判定する。表示部３９０は、判定回路３８０の判定結果を表示する。したがって、表示部３９０を制御するための信号線を追加しなくても、表面粗さ測定ユニット２００が測定動作中かどうかを表示部３９０に表示することができる。換言すると、表面粗さ測定ユニット２００とコントローラ３５０を接続する信号線を追加することなく、表面粗さ測定ユニット２００が測定動作中かどうかを確認することができる。

【0090】

表面粗さ測定ユニット２００の動作状態表示システムの詳細構成は、表面粗さ測定ユニット１の動作状態表示システムの詳細構成から容易に理解できるため、説明を省略する。尚、バッファ３８５ａ及び３８５ｂは、バッファ１８５ａ及び１８５ｂにそれぞれ対応する。判定回路３８０が備える比較回路３８１ａ、比較回路３８１ｂ、及びＯＲ回路３８２は、判定回路１８０が備える比較回路１８１ａ、比較回路１８１ｂ、及びＯＲ回路１８２にそれぞれ対応する。表示部３９０が備える点灯用回路３９１及びランプ３９６は、表示部１９０が備える点灯用回路１９１及びランプ１９６にそれぞれ対応する。ボイスコイルモータ２４０の電極２４０ａは、バッファ３８５ａを介して比較回路３８１ａの入力に接続される。ボイスコイルモータ２４０の電極２４０ｂは、バッファ３８５ｂを介して比較回路３８１ｂの入力に接続される。ランプ３９６は、例えば、ケーシング２３６又は２７２に設けられたＬＥＤである。

【0091】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、門型のフレームを有する三次元測定機について説明したが、移動機構が多関節型のものであっても、本実施の形態にかかる表面粗さ測定ユニットが適用可能であることはもちろんである。
（多関節型三次元測定機は、例えば特開２００７−４７０１４号公報に開示されている。）
また、例えば触針と触針レバーとが直角の構成有する表面粗さ測定ユニットについて記載したが、触針と触針レバーとがまっすぐに連結されている構成など、触針ユニットの内部構造自体が限定されるものではない。
またさらに、本発明にかかる表面粗さ測定ユニットは、例えばロボットや工作機械などに装着して使用することも可能である。
接触検出部１５としてはフォトセンサを例示したが、メカニカルな接点スイッチとしてもよいことはもちろんであり、具体的な構成が実施形態の例示に限定されないのはもちろんである。

【0092】

表面粗さ測定ユニット１及び２００は、上下動スタンドに取り付けられて使用されてもよい。
上記実施の形態どうしを矛盾のない範囲で組み合わせることが可能である。例えば、実施の形態２及び３を互いに組み合わせれば、モータ２８が正転している場合に、ランプ１９６ａを点滅させ、ランプ１９６ｂを常時点灯させることができる。モータ２８が逆転している場合に、ランプ１９６ａを常時点灯させ、ランプ１９６ｂを点滅させることができる。実施の形態３及び４を互いに組み合わせれば、ボイスコイルモータ２４０が発生する付勢力の方向を表示することができる。

【符号の説明】

【0093】

１…表面粗さ測定ユニット
１２…触針（スタイラス）
２８…モータ
１００…三次元測定システム
１２０…三次元測定機
１２２…測定ヘッド
１８０、３８０…判定回路
１８５ａ、１８５ｂ、１８６、１８６ａ、１８６ｂ、３８５ａ、３８５ｂ…バッファ
１８８ａ、１８８ｂ…平滑フィルタ
１８９ａ、１８９ｂ…過電圧保護回路
１９０、３９０…表示部
１９６、１９６ａ、１９６ｂ、３９６…ランプ
２００…表面粗さ測定ユニット
２３３Ｄ、２３３Ｕ…スタイラス
２４０…ボイスコイルモータ
Ｗ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】