專利名稱：表面形貌測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面形貌測量裝置。更具體地，本發(fā)明涉及具有與被測量物體的表面接觸的觸針的表面形貌測量裝置。
背景技術(shù)：
已知表面形貌測量裝置在保持觸針與被測量物體的表面接觸的情況下沿著被測量物體的表面移動觸針，檢測由被測量物體的表面形狀、表面粗糙度等引起的觸針的位移，并基于檢測到的觸針的位移識別被測量物體的諸如表面形狀、表面粗糙度等表面形貌。通常，表面形貌測量裝置配備有具有測量臂的檢測器、設(shè)置于測量臂末端的觸針和用于檢測測量臂的擺動量的檢測單元，其中測量臂以能夠繞轉(zhuǎn)動軸(支撐點(diǎn))擺動的方式被支撐。表面形貌測量裝置還配備有用于載置被測量物體的臺架和用于引起檢測器和臺 架之間的相對運(yùn)動的相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)在觸針保持與被測量物體的表面接觸的情況下相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起檢測器和臺架之間的相對運(yùn)動時，檢測單元檢測測量臂的擺動量?；跈z測到的擺動量識別被測量物體的表面形貌。例如，為了使用以上種類的表面形貌測量裝置測量筒狀工件的上內(nèi)表面和下內(nèi)表面，必需通過將末端具有向下指向的觸針的臂安裝到檢測器主體而在筒狀工件的下內(nèi)表面執(zhí)行測量，然后拆卸該臂并且將觸針的方向改變?yōu)橄蛏?，最后再次通過將該臂安裝到檢測器主體而在筒狀工件的上內(nèi)表面執(zhí)行測量。因?yàn)楸坌枰徊鹦恫⑶冶辉俅伟惭b，所以測量需要長的時間。鑒于此，提出了被構(gòu)造成能夠測量筒狀工件的上內(nèi)表面和下內(nèi)表面而不需要拆卸和再次安裝測量臂的表面形貌測量裝置(參考專利文獻(xiàn)I)。在該表面形貌測量裝置中，在測量臂的末端設(shè)置有向上的觸針和向下的觸針。在測量臂的末端被向上施力的情況下測量筒狀工件的上內(nèi)表面，然后通過轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)使得它的末端被向下施力而測量筒狀工件的下內(nèi)表面。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)I]日本特開昭58-83201號公報然而，在以上的傳統(tǒng)表面形貌測量裝置中，在測量臂和轉(zhuǎn)動軸之間幾乎不產(chǎn)生摩擦力，使得觸針可以跟隨被測量物體的表面形狀等而動。這產(chǎn)生了如下問題，如圖11所示，在測量臂24的轉(zhuǎn)換操作過程中，觸針26A或者26B會與被測量物體W碰撞而損壞觸針26A或者26B的末端或者被測量物體W。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的典型實(shí)施方式提供了一種表面形貌測量裝置，在該表面形貌測量裝置中，即使在測量孔的內(nèi)表面時轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)也幾乎不會損壞觸針或者被測量物體。
根據(jù)本發(fā)明的表面形貌測量裝置用于基于測量臂的擺動量測量被測量物體的表面形貌的表面形貌測量裝置，所述表面形貌測量裝置包括檢測器，所述檢測器具有以能夠以轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)地擺動的方式被支撐的測量臂和被構(gòu)造成檢測所述測量臂的擺動量的檢測單元；姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述測量臂的姿態(tài)在所述測量臂在一個擺動方向上被施力的姿態(tài)和所述測量臂在另一個擺動方向上被施力的姿態(tài)之間轉(zhuǎn)換；和

速度控制機(jī)構(gòu)，所述速度控制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成當(dāng)通過所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)使所述測量臂轉(zhuǎn)換姿態(tài)時，將所述測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度。所述表面形貌測量裝置可進(jìn)一步包括臺架，所述臺架被構(gòu)造成在其上載置被測量物體；和相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成引起所述檢測器和所述臺架之間的相對運(yùn)動，其中所述檢測器具有在所述測量臂的擺動方向上從所述測量臂的末端突出的一對觸針，在所述一對觸針中的一個觸針與所述被測量物體的表面接觸的狀態(tài)下，在所述相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起所述檢測器和所述臺架之間的相對運(yùn)動的同時，所述檢測單元檢測所述測
量臂的擺動量。通過該構(gòu)造，為了測量孔的內(nèi)表面，首先通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)，使得測量臂的末端在一個擺動方向上被施力，由此一對觸針中的一個與孔的內(nèi)表面接觸。例如，測量臂被支撐成能夠以轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)在豎直方向上擺動，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)，使得測量臂的末端在擺動方向上被向上施力，由此一對觸針中的一個(例如，向上的觸針)與孔的上表面接觸。在該狀態(tài)下，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起檢測器和臺架之間的在孔的軸線方向上的相對運(yùn)動，檢測單元檢測測量臂的擺動量?；跈z測到的擺動量，識別孔的上表面的表面形貌。然后，為測量孔的下表面，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)，使得測量臂的末端沿另一個擺動方向(向下)被施力，由此一對觸針中的另一個(例如，向下的觸針)與孔的下表面接觸。當(dāng)測量臂的姿態(tài)被轉(zhuǎn)換時，即當(dāng)施力方向由一個方向(向上)改變?yōu)榱硪粋€方向(向下)時，通過速度控制機(jī)構(gòu)將測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度。由于可以使得測量臂的轉(zhuǎn)換速度小于或者等于預(yù)定的速度，所以可以抑制當(dāng)各個觸針與孔(被測量物體)的內(nèi)表面碰撞時產(chǎn)生的沖擊，因此可以使各個觸針和被測量物體的損壞小然后，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起檢測器和臺架之間的在孔的軸線方向上的相對運(yùn)動，檢測單元檢測測量臂的擺動量?；跈z測到的擺動量來識別孔的下表面的表面形貌。在表面形貌測量裝置中，所述檢測單元可以包括位置檢測器，所述位置檢測器沿著所述測量臂的擺動范圍布置并且被構(gòu)造成輸出與所述測量臂的擺動量對應(yīng)的脈沖信號，所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以包括音圈，所述音圈被構(gòu)造成在以所述轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)的所述一個擺動方向上或者所述另一個擺動方向上對所述測量臂施力,和
所述速度控制機(jī)構(gòu)可以包括速度檢測器，所述速度檢測器被構(gòu)造成基于所述位置檢測器提供的脈沖信號檢測所述測量臂的轉(zhuǎn)換速度；信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器被構(gòu)造成產(chǎn)生表示與轉(zhuǎn)換方向?qū)?yīng)的指令速度的指令速度信號；差分輸出模塊，所述差分輸出模塊被構(gòu)造成輸出所述指令速度和所述轉(zhuǎn)換速度之間的差；和恒流電路，所述恒流電路被構(gòu)造成基于所述差分輸出模塊提供的差產(chǎn)生流過所述音圈的電流。通過該構(gòu)造，當(dāng)測量臂末端的施力方向通過相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)由一個擺動方向轉(zhuǎn)換為另一個擺動方向時，位置檢測器輸出對應(yīng)于測量臂的擺動量的脈沖信號?；谖恢脵z測器提供的脈沖信號，速度檢測器檢測測量臂的轉(zhuǎn)換速度。確定檢測到的轉(zhuǎn)換速度和由信號發(fā)生器提供的指令速度信號表示的指令速度之間的差，并且基于確定的差控制流過音圈的電流。以這種方式，可以保持測量臂的轉(zhuǎn)換速度等于由信號發(fā)生器輸出的指令速度信號表示的指令速度。由于測量臂的轉(zhuǎn)換速度可以保持在任意的指令速度，所以可以將它設(shè)定在適合被測量物體的材料和其他因素的速度。此外，由于速度控制機(jī)構(gòu)使用檢測測量臂的擺動量的位置檢測器提供的脈沖信 號，所以不必設(shè)置用于檢測測量臂的轉(zhuǎn)換速度的專門的速度檢測器。因此，可以以低的成本構(gòu)造緊湊的速度控制機(jī)構(gòu)。在表面形貌測量裝置中，所述檢測單元可以包括位置檢測器，所述位置檢測器沿著所述測量臂的擺動范圍布置并且被構(gòu)造成輸出與所述測量臂的擺動量對應(yīng)的脈沖信號，所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以包括音圈，所述音圈被構(gòu)造成在以所述轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)的所述一個擺動方向上或者所述另一個擺動方向上對所述測量臂施力,和所述速度控制機(jī)構(gòu)可以包括信號輸出模塊，所述信號輸出模塊被構(gòu)造成基于所述位置檢測器提供的脈沖信號計算所述測量臂的轉(zhuǎn)換速度，并且所述信號輸出模塊被構(gòu)造成輸出賦予所述測量臂與預(yù)定的指令速度相等的轉(zhuǎn)換速度的控制信號；和恒流電路，所述恒流電路被構(gòu)造成基于所述信號輸出模塊提供的控制信號產(chǎn)生流過所述音圈的電流。通過該構(gòu)造，當(dāng)測量臂末端的施力方向通過相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)由一個擺動方向轉(zhuǎn)換為另一個擺動方向時，位置檢測器輸出對應(yīng)于測量臂的擺動量的脈沖信號。計算控制器基于位置檢測器提供的脈沖信號計算測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的當(dāng)前的轉(zhuǎn)換速度，并且產(chǎn)生這樣的控制信號使得測量臂被賦予與預(yù)定的指令速度相等的轉(zhuǎn)換速度。基于計算控制器提供的控制信號，控制恒流電路產(chǎn)生流過音圈的電流。以這種方式，可以保持測量臂的轉(zhuǎn)換速度等于指令速度。由于測量臂的轉(zhuǎn)換速度可以保持在任意的指令速度，所以可以將它設(shè)定在適合被測量物體的材料和其他因素的速度。此外，由于速度控制機(jī)構(gòu)使用檢測測量臂的擺動量的位置檢測器提供的脈沖信號，所以不必設(shè)置用于檢測測量臂的轉(zhuǎn)換速度的專門的速度檢測器。因此可以以低的成本構(gòu)造緊湊的速度控制機(jī)構(gòu)。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的表面形貌測量裝置的立體圖。圖2是示出實(shí)施方式中的X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)和觸針位移檢測器的視圖。圖3是示出實(shí)施方式中的測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的視圖。
圖4是實(shí)施方式中的速度控制機(jī)構(gòu)的框圖。圖5是示出在第一實(shí)施方式中測量孔的內(nèi)表面的狀態(tài)的視圖。圖6是示出如何測量孔的內(nèi)表面的放大圖。圖7是示出在實(shí)施方式中如何測量軸承的內(nèi)徑的視圖。圖8是示出在實(shí)施方式中如何測量厚度的視圖。圖9是示出在實(shí)施方式中如何測量厚度的放大圖。圖10是根據(jù)實(shí)施方式的變形例的速度控制機(jī)構(gòu)的框圖。 圖11是示出傳統(tǒng)的測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的問題的視圖。
具體實(shí)施例方式<表面形貌測量裝置的構(gòu)造(圖1-4) >如圖I所示，根據(jù)實(shí)施方式的表面形貌測量裝置配備有基部I、臺架10、觸針位移檢測器20和相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40。臺架10布置于基部I并且在其上表面將載置被測量物體。觸針位移檢測器20具有將與被測量物體的表面接觸的觸針26A和26B。相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40引起觸針位移檢測器20和臺架10之間的相對運(yùn)動。相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40配備有Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)41、柱42、Z滑塊43、Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)44和X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)45。Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)41布置于基部I和臺架10之間并且沿水平方向(Y軸方向)移動臺架10。柱42從基部I的上表面豎立。Z滑塊43以可在豎直方向(Z軸方向)上移動的方式安裝于柱42。Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)44在豎直方向上升高和降低Z滑塊43。X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)45安裝于Z滑塊43并且在與臺架10的運(yùn)動方向(Y軸方向)和Z滑塊43的升高/降低方向(Z軸方向)垂直的方向(X軸方向)上移動觸針位移檢測器20。因而,相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40是包括在Y軸方向上移動臺架10的Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)、在Z軸方向上移動觸針位移檢測器20的Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)44和在X軸方向上移動觸針位移檢測器20的X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)45的三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)。雖然圖I中未示出，例如，Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)41和Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)44中的每一個均具有包括滾珠絲杠(ball screw shaft)和與滾珠絲杠螺紋接合的螺母構(gòu)件的進(jìn)給螺桿機(jī)構(gòu)(feed screw mechanism)。如圖2所示，X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)45配備有驅(qū)動機(jī)構(gòu)主體46、導(dǎo)軌47、X滑塊48、X軸位置檢測器49和進(jìn)給機(jī)構(gòu)50。驅(qū)動機(jī)構(gòu)主體46固定于Z滑塊43。導(dǎo)軌47以與X軸方向平行的方式布置于驅(qū)動機(jī)構(gòu)主體46。X滑塊48被布置成可以沿著導(dǎo)軌47即沿著X軸方向移動。X軸位置檢測器49檢測X滑塊48的在X軸方向上的位置。進(jìn)給機(jī)構(gòu)50使X滑塊48沿著導(dǎo)軌47移動。進(jìn)給機(jī)構(gòu)50由進(jìn)給螺桿軸51、作為驅(qū)動源的馬達(dá)52和轉(zhuǎn)動力傳遞機(jī)構(gòu)53組成。進(jìn)給螺桿軸51以與導(dǎo)軌47平行并且與X滑塊48螺紋接合的方式安裝于驅(qū)動機(jī)構(gòu)主體46。轉(zhuǎn)動力傳遞機(jī)構(gòu)53將馬達(dá)52的轉(zhuǎn)動力傳遞到進(jìn)給螺桿軸51。例如，轉(zhuǎn)動力傳遞機(jī)構(gòu)53由齒輪系、皮帶、皮帶輪和其他組成部件組成。如圖2所示，觸針位移檢測器20包括支架22、測量臂24、一對觸針26A和26B、檢測單元27和殼體28。支架22通過螺栓21由X滑塊48可拆裝地支撐(懸掛)。測量臂24由支架22支撐成能夠繞轉(zhuǎn)動軸23 (支撐點(diǎn))在豎直方向上擺動。一對觸針26A和26B設(shè)置于測量臂24的末端(tip)。檢測單元27檢測測量臂24的擺動量。殼體28遮蓋支架22、測量臂24和檢測單元27。測量臂24由第一測量臂24A和第二測量臂24B組成。第一測量臂24A由支架22支撐成能夠繞轉(zhuǎn)動軸23 (支撐點(diǎn))在豎直方向上擺動。第二測量臂24B通過安裝/拆卸機(jī)構(gòu)25可更換地安裝到第一測量臂24A的末端。觸針26A和26B從第二測量臂24B沿擺動方向突出。更具體地，向上的觸針26A和向下的觸針26B在豎直方向上從第二測量臂24B垂直地突出。檢測單元27具有位置檢測器，該位置檢測器沿著測量臂24的擺動范圍布置并且以輸出數(shù)量與測量臂24的擺動量對應(yīng)的脈沖信號。例如，檢測單元27配備有以沿著測量臂24的擺動范圍延伸的方式安裝到殼體28的刻度盤(scale) 27A和以與刻度盤27相對的方式安裝至測量臂24的檢測頭(未示出)。測量臂24 (更具體地，第一測量臂24A)在中途位置(halfway position)處設(shè)置有測量臂姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60 (下文中稱為姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60)和速度控制機(jī)構(gòu)70。姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60使測量臂24的姿態(tài)在測量臂24在一個擺動方向(即向上方向)上被施力的姿態(tài)和測量臂24在另一個擺動方向(即向下方向)上被施力的姿態(tài)之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)測量臂24的姿態(tài)通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換時，速度控制機(jī)構(gòu)70將測量臂24的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度。 如圖3所示，姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60由筒狀磁體61和音圈62組成。筒狀磁體61布置于第一測量臂24A的中途位置。插入筒狀磁體61的音圈62固定于殼體28，并且用于在繞轉(zhuǎn)動軸23(支撐點(diǎn))的一個擺動方向(向上)和另一個擺動方向(向下)上給測量臂24施力。因此，當(dāng)電流流過音圈62時，音圈62通過由音圈62產(chǎn)生的電磁力和磁體61的磁力之間的相互作用而吸引測量臂24的磁體61，以使得測量臂24采取其末端被向上或者向下施力的姿態(tài)。當(dāng)沒有電流流過音圈62時，不生成用于測量的力，即第一測量臂24A的重量和第二測量臂24B的重量以轉(zhuǎn)動軸23為支撐點(diǎn)而保持彼此平衡。如圖4所示，速度控制機(jī)構(gòu)70包括指令速度信號發(fā)生器(下文中稱為信號發(fā)生器72)(即CPU)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器73、頻率電壓轉(zhuǎn)換器74、減法器75和恒流電路76。信號發(fā)生器根據(jù)轉(zhuǎn)換指令(向上或者向下的轉(zhuǎn)換指令)產(chǎn)生與預(yù)定的速度對應(yīng)的電壓A(指令速度信號)，該轉(zhuǎn)換指令自控制裝置71(例如，個人電腦(PC))輸出。數(shù)模轉(zhuǎn)換器73將信號發(fā)生器72提供的電壓A (數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換成模擬信號。頻率電壓轉(zhuǎn)換器(速度檢測器)74基于檢測單元27提供的脈沖信號(表示為頻率)產(chǎn)生與測量臂24的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度相對應(yīng)的電壓B (轉(zhuǎn)換速度信號)。減法器(差分輸出模塊(difference output module) )75輸出指令速度信號(電壓A)和轉(zhuǎn)換速度信號(電壓B)之間的差電壓C。恒流電路76將減法器75提供的差電壓C轉(zhuǎn)換成電流并且將該電流提供給姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60的音圈62。由信號發(fā)生器72產(chǎn)生的電壓A(指令速度信號)被設(shè)定成代表這樣的速度使得當(dāng)觸針26A或者26B與被測量物體接觸時，觸針26A或者26B或者被測量物體不被損壞。<測量例-I (圖5和圖6) >測量例-I是測量被測量物體Wl的孔H的內(nèi)表面的示例。如圖5所示，將被測量物體Wl放置在臺架10上。然后，通過驅(qū)動相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40而將測量臂24的觸針26A和26B放置于被測量物體Wl的孔H內(nèi)。然后，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換測量臂24的姿態(tài)，例如使得測量臂24的末端被向下施力，因此向下的觸針26B與孔H的下表面接觸(見圖6)。在該狀態(tài)下，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40引起觸針位移檢測器20與臺架10之間的在孔H的軸線方向(X軸方向)上的相對運(yùn)動，檢測單元27檢測測量臂24的擺動量?；跈z測到的擺動量來識別孔H的下表面的表面形貌。然后，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換測量臂24的姿態(tài)，使得測量臂24的末端被向上施力，因此向上的觸針26A與孔H的上表面接觸。當(dāng)測量臂24的姿態(tài)被轉(zhuǎn)換時，即當(dāng)施力方向由向下被改變?yōu)橄蛏蠒r，通過速度控制機(jī)構(gòu)70將測量臂24的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度。更具體地，當(dāng)通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換測量臂24的姿態(tài)使得測量臂24的末端被向上施力時，檢測單元27輸出數(shù)量與測量臂24的擺動量相對應(yīng)的脈沖信號?；谟蓹z測單元27提供的脈沖信號，頻率電壓轉(zhuǎn)換器74 (速度檢測器)產(chǎn)生與測量臂24的轉(zhuǎn)換速度相對應(yīng)的電壓B。確定電壓B和與信號發(fā)生器72提供的指令速度信號相對應(yīng)的電壓A之間 的差電壓C，并且基于差電壓C控制流過音圈62的電流。如此，測量臂24的轉(zhuǎn)換速度可以被保持為與自信號發(fā)生器72輸出的指令速度信號表示的指令速度相等。由于可以使測量臂24的轉(zhuǎn)換速度小于或者等于預(yù)定的速度，所以可以抑制當(dāng)觸針26A或者26B與孔H的內(nèi)表面碰撞時產(chǎn)生的影響，因此可以使觸針26A或者26B和被測量物體Wl的損壞小。由于可以將測量臂24的轉(zhuǎn)換速度保持在任意指令速度，所以可以將測量臂24的轉(zhuǎn)換速度設(shè)定為與被測量物體Wl的材料和其他因素相適應(yīng)的速度。此外，由于速度控制機(jī)構(gòu)70使用測量臂24的擺動量即自檢測觸針26A或者26B的位移的檢測單元27提供的脈沖信號，所以不必設(shè)置檢測測量臂24的擺動速度的專門的速度檢測器。因此可以以低的成本構(gòu)造緊湊的速度控制機(jī)構(gòu)70。然后，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40引起觸針位移檢測器20和臺架10之間的在孔H的軸線方向(X軸方向)上的相對運(yùn)動，檢測單元27檢測測量臂24的擺動量?；跈z測到的擺動量來識別孔H的上表面的表面形貌?！礈y量例-2(圖 7) >測量例-2是對被測量物體W2即滾珠軸承執(zhí)行測量的示例。如圖7所示，在滾珠軸承80 (由滾珠81和保持滾珠81的環(huán)形的保持件82組成)中，保持件82的內(nèi)周面形成有在橫截面中凸起的滾珠容納槽83，滾珠81保持在滾珠容納槽83中。為了評價滾珠軸承80，必須測量連接容納于滾珠容納槽83中的滾珠81的中心的節(jié)圓(pitch circle)的直徑 H)。在該情況下，以與測量例-I中相同的方式測量滾珠容納槽83的下凸表面，并且基于測量結(jié)果確定下凸表面的中心。然后，測量臂24的施力方向被轉(zhuǎn)換成向上并且測量滾珠容納槽83的上凸表面?；跍y量的結(jié)果確定上凸表面的中心。兩個中心之間的距離確定為連接容納于滾珠容納槽83中的滾珠81的中心的節(jié)圓的直徑H)。<測量例-3 (圖8和圖9) >測量例-3是測量板狀的被測量物體W3的厚度的示例。如圖8所示，被測量物體W3通過固定夾具91放置在臺架10上。然后，通過驅(qū)動相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40移動測量臂24的觸針26A和26B使得測量臂24的觸針26A和26B位于被測量物體W3的下表面的下方。然后，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換測量臂24的姿態(tài)，例如使得測量臂24的末端被向上施力，因此向上的觸針26A與被測量物體W3的下表面接觸(見圖9)。在該狀態(tài)下，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40引起觸針位移檢測器20和臺架10之間的在X軸方向上的相對運(yùn)動，檢測單元27檢測測量臂24的擺動量。基于檢測到的擺動量來識別被測量物體W3的下表面的表面形貌。然后，通過驅(qū)動相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40移動測量臂24的觸針26A和26B，使得測量臂24的觸針26A和26B位于被測量物體W3的上表面的上方。然后，通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60轉(zhuǎn)換測量臂24的姿態(tài)，使得測量臂24的末端被向下施力，因此向下的觸針26B與被測量物體W3的上表面接觸。在該狀態(tài)下，隨著相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40引起觸針位移檢測器20和臺架10之間的在X軸方向上的相對運(yùn)動，檢測單元27檢測測量臂24的擺動量。基于檢測到的擺動量 來識別被測量物體W3的上表面的表面形貌?；跍y量到的被測量物體W3的下表面和上表面的表面形貌,可以正確地確定被測量物體W3的厚度t、階躍高度(step height)d等。<變形例(圖10) >本發(fā)明不限于以上實(shí)施方式，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明包括變形、改進(jìn)
坐寸o例如，速度控制機(jī)構(gòu)70的構(gòu)造不限于實(shí)施方式中使用的構(gòu)造。例如，如圖10所示，速度控制機(jī)構(gòu)70可以由計算控制器77、數(shù)模轉(zhuǎn)換器73和恒流電路76構(gòu)成。計算控制器77基于檢測單元27提供的脈沖信號(位置信息)計算測量臂24的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度，并且產(chǎn)生這樣的電壓(控制信號)使得轉(zhuǎn)換速度保持在預(yù)定的指令速度。數(shù)模轉(zhuǎn)換器73將計算控制器77提供的電壓(控制信號)轉(zhuǎn)換成模擬信號。基于數(shù)模轉(zhuǎn)換器73的輸出，恒流電路76產(chǎn)生流過音圈62的電流。通過以上構(gòu)造，當(dāng)測量臂24的姿態(tài)從在一個擺動方向上被施力的姿態(tài)轉(zhuǎn)換為在另一個擺動方向上被施力的姿態(tài)時，檢測單元27輸出數(shù)量與測量臂24的擺動量對應(yīng)的脈沖信號(位置信息)。計算控制器77測量自運(yùn)動開始起經(jīng)歷的時間，并且基于測得的經(jīng)歷的時間和來自檢測單元27的脈沖信號(位置信息)計算正在執(zhí)行姿態(tài)轉(zhuǎn)換的測量臂24的當(dāng)前的轉(zhuǎn)換速度。然后，計算控制器77將計算的轉(zhuǎn)換速度與由控制裝置71提供的轉(zhuǎn)換指令表示的指令速度比較，并且產(chǎn)生這樣的電壓(控制信號)使得轉(zhuǎn)換速度等于指令速度。由于恒流電路76基于計算控制器77提供的控制信號產(chǎn)生流過音圈62的電流，所以測量臂24的轉(zhuǎn)換速度可以被保持為指令速度?？梢灶A(yù)期的是，變形例提供了和實(shí)施方式相同的優(yōu)勢。雖然在實(shí)施方式中，姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)60包括在繞轉(zhuǎn)動軸23 (支撐點(diǎn))的一個擺動方向或者另一個擺動方向上給測量臂24施力的音圈62，但是例如可以使用線性馬達(dá)機(jī)構(gòu)。擺動方向不限于豎直方向，可以為水平方向或者傾斜方向。雖然在實(shí)施方式中觸針26A和26B在豎直方向上從測量臂24垂直地突出，但是本發(fā)明不限于該情況。觸針26A和26B可以在相對于與測量臂24垂直的方向傾斜的方向上突出。只要觸針26A和26B具有在測量臂24的擺動方向上突出的相當(dāng)?shù)姆至浚怀鼋嵌染筒皇芟拗?。在?shí)施方式中，觸針26A或者26B接觸被測量物體時的壓力(測量壓力)取決于流過音圈62的電流。因此，除轉(zhuǎn)換指令(向上或者向下的轉(zhuǎn)換指令)外，控制裝置71還可以發(fā)出表示等于或者小于不導(dǎo)致觸針26A或者26B或者被測量物體損壞的速度的任意轉(zhuǎn)換速度的指令，以調(diào)整觸針26A或者26B接觸被測量物體時的壓力(測量壓力)。這使得可以在最適合于被測量物體的材料的測量壓力下執(zhí)行測量。雖然在實(shí)施方式中相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)40在Y軸方向上移動臺架10并且在X軸方向和Z軸方向上移動觸針位移檢測器20，但是本發(fā)明不限于該情況。其實(shí)，可以二選一地移動臺架10或者觸針位移檢測器20，只要它們能夠在三維上相對于彼此被移動即可。
例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于孔的內(nèi)表面的表面形貌和板狀的被測量物體的厚度的自動化測量。
權(quán)利要求
1.ー種表面形貌測量裝置，其用于基于測量臂的擺動量測量被測量物體的表面形貌，所述表面形貌測量裝置包括 檢測器，所述檢測器具有以能夠以轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)地擺動的方式被支撐的測量臂和被構(gòu)造成檢測所述測量臂的擺動量的檢測單元； 姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述測量臂的姿態(tài)在所述測量臂在ー個擺動方向上被施力的姿態(tài)和所述測量臂在另一個擺動方向上被施力的姿態(tài)之間轉(zhuǎn)換；和速度控制機(jī)構(gòu)，所述速度控制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成當(dāng)通過所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)使所述測量臂轉(zhuǎn)換姿態(tài)時，將所述測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面形貌測量裝置，其特征在于，所述表面形貌測量裝置還包括 臺架，所述臺架被構(gòu)造成在其上載置被測量物體；和 相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成引起所述檢測器和所述臺架之間的相對運(yùn)動， 其中 所述檢測器具有在所述測量臂的擺動方向上從所述測量臂的末端突出的ー對觸針，在所述ー對觸針中的一個觸針與所述被測量物體的表面接觸的狀態(tài)下，在所述相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)引起所述檢測器和所述臺架之間的相對運(yùn)動的同時，所述檢測單元檢測所述測量臂的擺動量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面形貌測量裝置，其特征在干， 所述檢測単元包括位置檢測器，所述位置檢測器沿著所述測量臂的擺動范圍布置并且被構(gòu)造成輸出與所述測量臂的擺動量對應(yīng)的脈沖信號， 所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括音圈，所述音圈被構(gòu)造成在以所述轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)的所述ー個擺動方向上或者所述另ー個擺動方向上對所述測量臂施力，和 所述速度控制機(jī)構(gòu)包括速度檢測器，所述速度檢測器被構(gòu)造成基于所述位置檢測器提供的脈沖信號檢測所述測量臂的轉(zhuǎn)換速度；信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器被構(gòu)造成產(chǎn)生表示與轉(zhuǎn)換方向?qū)?yīng)的指令速度的指令速度信號；差分輸出模塊，所述差分輸出模塊被構(gòu)造成輸出所述指令速度和所述轉(zhuǎn)換速度之間的差；和恒流電路，所述恒流電路被構(gòu)造成基于所述差分輸出模塊提供的差產(chǎn)生流過所述音圈的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面形貌測量裝置，其特征在干， 所述檢測単元包括位置檢測器，所述位置檢測器沿著所述測量臂的擺動范圍布置并且被構(gòu)造成輸出與所述測量臂的擺動量對應(yīng)的脈沖信號， 所述姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括音圈，所述音圈被構(gòu)造成在以所述轉(zhuǎn)動軸為支撐點(diǎn)的所述ー個擺動方向上或者所述另ー個擺動方向上對所述測量臂施力，和 所述速度控制機(jī)構(gòu)包括信號輸出模塊，所述信號輸出模塊被構(gòu)造成基于所述位置檢測器提供的脈沖信號計算所述測量臂的轉(zhuǎn)換速度，并且所述信號輸出模塊被構(gòu)造成輸出賦予所述測量臂與預(yù)定的指令速度相等的轉(zhuǎn)換速度的控制信號；和恒流電路，所述恒流電路被構(gòu)造成基于所述信號輸出模塊提供的控制信號產(chǎn)生流過所述音圈的電流。
全文摘要
一種表面形貌測量裝置，其包括具有能夠擺動的測量臂、設(shè)置于測量臂的末端的一對觸針和被構(gòu)造成檢測測量臂的擺動量的檢測單元的觸針位移檢測器；被構(gòu)造成在其上載置被測量物體的臺架；和被構(gòu)造成引起檢測器和臺架之間的相對運(yùn)動的相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)。該裝置包括被構(gòu)造成在測量臂在一個擺動方向上被施力的姿態(tài)和測量臂在另一個擺動方向上被施力的姿態(tài)之間轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)的姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；和被構(gòu)造成當(dāng)通過姿態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換測量臂的姿態(tài)時，將測量臂的姿態(tài)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度控制為預(yù)定的速度的速度控制機(jī)構(gòu)。
文檔編號G01B21/20GK102679938SQ201210059458
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者中山樹 申請人:株式會社三豐