| 【発明の名称】 |
非接触検出器 |
| 【発明者】 |
【氏名】小笠原 宏 臣
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| 【要約】 |
【課題】静電非接触方式で被測定物の表面を検出する装置を提供すること。
【解決手段】被測定物Ｈとこの被測定物の表面に対向して配された検出針Ｐとを少なくとも一方向に相対的に移動可能に支持する可動機構と、前記検出針に接続された第１の水晶発振子Ｘ１を持った可変水晶発振器ＯＳＣ１、および前記第１の水晶発振子と近い発振周波数を持つ第２の水晶発振子Ｘ２を持った固定水晶発振器を有する発振装置と、前記可変水晶発振器および前記固定水晶発振器の各出力を得て両者の差に応じた出力を形成し、前記サーボ装置に与える差信号形成装置ＭＩＸ，ＡＭＰ，Ｆ／Ｖと、この差信号形成装置の出力が所定値を保つように前記可動機構を作動させるサーボ装置ＤＸと、このサーボ装置による前記可動機構の作動量を検出する装置ＳＸ，ＳＹとをそなえた非接触検出装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】被測定物とこの被測定物の表面に対向して配された検出針とを少なくとも一方向に相対的に移動可能に支持する可動機構と、前記検出針に接続された第１の水晶発振子を持った可変水晶発振器、および前記第１の水晶発振子と近い発振周波数を持つ第２の水晶発振子を持った固定水晶発振器を有する発振装置と、前記可変水晶発振器および前記固定水晶発振器の各出力を得て両者の差に応じた出力を形成し、前記サーボ装置に与える差信号形成装置と、この差信号形成装置の出力が所定値を保つように前記可動機構を作動させるサーボ装置と、このサーボ装置による前記可動機構の作動量を検出する装置とをそなえた非接触検出装置。
【請求項２】請求項１記載の非接触検出装置において、前記サーボ装置は、前記被測定物を前記検出針に対して移動させるようにした非接触検出装置。
【請求項３】請求項１記載の非接触検出装置において、前記サーボ装置は、前記検出針を前記被測定物に対して移動させるようにした非接触検出装置。
【請求項４】請求項２または３記載の非接触検出装置において、前記サーボ装置は、前記被測定物または前記検出針を互いに直交する２方向の双方に移動させるようにした非接触装置。
【請求項５】請求項１記載の非接触検出器において、前記検出針は、球状先端を有する非接触検出器。
【請求項６】請求項１記載の非接触検出器において、前記検出針は、棒状先端を有する非接触検出器。
【請求項７】請求項１記載の非接触検出器において、前記第１の水晶発振子には、並列に固定容量コンデンサが接続された非接触検出器。
【請求項８】請求項１記載の非接触検出器において、前記水晶発振子には、抵抗またはインダクタンスを付加してなる非接触検出器。
【請求項９】請求項１記載の非接触検出器において、前記第１の水晶発振子と前記第２の水晶発振子とは、制御系に必要とされる信号を形成するための発振周波数を有する非接触検出器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で被測定物の表面形状を検出する装置に係り、とくに被測定物の表面を静電非接触方式によりなぞってその形状に応じた信号を形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面形状を検出するには、接触子を用いて検出しようとする物体の表面をなぞり、接触子の動きを電気信号に変換することが最も基本的な手法である。ただし、たとえば切削工具などの切刃部とか柔らかい加工物は、切刃部や測定子を傷つける虞があり、またメタルコートされたダイアモンド砥石のような被測定物は接触子が極めて早く磨耗するため接触式は不適当である。そこで、工具顕微鏡、投影機、ＣＣＤカメラなどにより非接触方式で検査するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この場合、工具顕微鏡や投影機では形状を目視測定することになり、自動測定できない。
【０００４】また、ＣＣＤカメラでは、分解能と視野の関係である程度以上の高分解能の測定ができない。
【０００５】本発明は上述の点を考慮してなされたもので、静電非接触方式で被測定物の形状を検出する装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題解決のための手段】この目的達成のため、本発明では、被測定物とこの被測定物の表面に対向して配された検出針とを少なくとも一方向に相対的に移動可能に支持する可動機構と、前記検出針に接続された第１の水晶発振子を持った可変水晶発振器、および前記第１の水晶発振子と近い発振周波数を持つ第２の水晶発振子を持った固定水晶発振器を揺する発振装置と、前記可変水晶発振器および前記固定水晶発振器の各出力を得て両者の差に応じた出力を形成し、前記サーボ装置に与える差信号形成装置と、この差信号形成装置の出力が所定値を保つように前記可動機構を作動させるサーボ装置と、このサーボ装置による前記可動機構の作動量を検出する装置とをそなえた非接触検出装置、を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１（ａ）および（ｂ）は、本発明により検出を行う被測定物の一例たる切削工具としてのフォームドカッタ、フォームドバイト、ホブカッタの内で、ホブカッタの、正面形状および側面形状を示したものである。このホブカッタは、切刃面１１ａと逃げ面１１ｂとを有するホブ１１がハブ１２に取り付けられてなる。そして、このホブカッタは、加工を行う上で最も重要な切刃面がどのように形成されているかが重要である。そこで、切刃面とくにその輪郭の仕上がり状態を正確に測定する必要がある。
【０００８】図２は、本発明に係る非接触検出装置を用いてホブカッタＨの切刃面の輪郭を検出する状態を切刃面を斜め方向から見たものとして示している。検出には、先端が球状の検出針Ｐを用いた場合と、先端がＬ字状に折れ曲がった形状の検出針Ｐを用いた場合とを破断部を挟んで区別して示している。すなわち、図における破断部よりも左側には、先端形状が球形の検出針によって球状部分が輪郭線上をなぞることにより検出を行う様子が示され、また図における破断部よりも右側には、先端形状がＬ字状の検出針の腹により輪郭線上をなぞることにより検出を行う様子が示されている。これら両検出針Ｐの形状は、ともに被測定物の切刃エッジ部角度が一定であれば適したものであるが、点状の微小面積を有するものにも適用できる。
【０００９】検出針Ｐは、被測定物の形状を検出するために、被測定物の検出部分の輪郭線を正確に信号化するために静電容量の変化に対応する形状であることが必要である。そのため、検出針Ｐの太さ、先端形状などを決定する必要がある。
【００１０】図３は、図２における本発明に係る非接触検出装置を用いてホブカッタＨの切刃面の輪郭を検出する状態を切刃面を正面から見たものとして示している。即ち、ホブカッタＨの切刃面を正面から見ると、図示のようにほぼ台形の突出部（図では下方に向けて突出）と凹部とが交互に配された形状となる。そして、図示の輪郭線を検出針Ｐによって非接触でなぞり、その軌跡を辿ることにより切刃面の形状を静電容量の変化いかんとして検出することができる。検出針Ｐは、先端形状が球状のもののみを示しているが、Ｌ字状に折れ曲がったものも図示するとほぼ同様であるので図示を省略している。
【００１１】図４（ａ）および（ｂ）は、ホブカッタＨと検出針Ｐとの位置関係を、図３とは直角方向から見た状態を示している。この場合、切刃面は図示左側にあり、その輪郭は図において検出針Ｐが対向している稜線部分である。そして、図４（ａ）は先端形状が球状の検出針Ｐを用いた例であり、図４（ｂ）は先端形状がＬ字型に折れ曲がった検出針Ｐを用いた例である。
【００１２】図５ないし図７は、図２ないし図４によって説明した検出針Ｐを用いてホブカッタＨの切刃面の輪郭線をなぞる動きを電気信号として検出するための構成を示したものである。
【００１３】まず図５は、本発明の第１の実施例を示したものである。この第１の実施例では、ホブカッタＨをＸ−Ｙ方向の一方向に定速送りし、検出針ＰをホブカッタＨの切刃面に沿って追従送りする構成をとっている。
【００１４】そのために、図５に示すように、ホブカッタＨを図における下方向（以下Ｙ方向とする）に送る機構を持った送り装置ＤＹをそなえ、ホブカッタＨをたとえば定速送りする。
【００１５】他方、ホブカッタＨの切刃面には検出針Ｐが近接配置されており、ホブカッタＨと検出針Ｐとの間の静電容量が検出される。検出針Ｐは、水晶発振子Ｘ１を介して第１の発振器ＯＳＣ１に直列接続されており、検出針により検出された静電容量に応じた発振器ＯＳＣ１の発振出力は混合器ＭＩＸに与えられる。混合器ＭＩＸでは、水晶発振子Ｘ２を持った第２の発振器ＯＳＣ２の発振出力と混合され、両者の差周波数出力が取り出される。この差周波数出力は、増幅器ＡＭＰを介して周波数−電圧変換器Ｆ／Ｖに与えられて電圧信号に変換され、Ｘ送りサーボ装置ＤＸに与えられる。Ｘ送りサーボ装置ＤＸでは、周波数−電圧変換器Ｆ／Ｖの出力を基準信号Ｅと比較し、その差がゼロになるように検出針Ｐを駆動する。これにより、検出針Ｐは図における左右方向（以下Ｘ方向とする）に移動され、ホブカッタＨと検出針Ｐとの間の静電容量が一定となる。
【００１６】ホブカッタＨにはＹ軸スケールＳＹが設けられていてＹ方向の送り量が、また検出針ＰにはＸ軸スケールＳＸが設けられていてＸ方向の送り量がそれぞれ検出され、Ｘ−Ｙ出力として図示しない信号処理系に送られて記録される。
【００１７】この第１の実施例では、押しボタンスイッチＰＢの操作によりＹ送り装置ＤＹおよびＸ送りサーボ装置ＤＸが動作開始する。まずＹ送り装置ＤＹは、ホブカッタＨをＹ方向に定速送りする。これにより、ホブカッタＨは図における下向きに定速送りされ、その送り量がＹ軸スケールＳＹにより出力される。他方、Ｘ送りサーボ装置ＤＸは、押しボタンスイッチＰＢの操作により動作開始し、周波数−電圧変換装置Ｆ／Ｖの出力と基準信号Ｅとの差に応じて検出針ＰをＸ方向に移動させる。移動方向は、差が＋，−の何れかに応じて、ホブカッタＨに近づく方向（図における左方向）あるいは遠ざかる方向（図における右方向）となる。
【００１８】仮に＋であると、検出針ＰがホブカッタＨに近付き過ぎているのであるから、ゼロになるように、検出針Ｐを図示右方向に移動させて適正間隔（検出分解能にもよるが１ないし数μｍの定まったギャップ）に戻す。
【００１９】このように、ホブカッタＸの送りに伴い、ホブカッタＸと検出針Ｐとの間の距離が変化して静電容量が変化すると、検出針Ｐの繰り出し位置の制御が行われて、常にホブカッタＸに対して所定距離を置くようになり、ホブカッタＸと検出針Ｐとの間の静電容量が所定値になる。この動作が、Ｙ送り装置ＤＹによるホブカッタＨの送り動作中ずっと継続され、その間のＹ軸スケールＳＹおよびＸ軸スケールＳＸからＸ−Ｙ出力が送出される。
【００２０】被測定物の形状検出には、分解能が高いことが必要であるが、分解能は第１および第２の各発振器の周波数を数ｋＨｚ離しておくことにより、０．００５μｍの高分解能まで得られる。
【００２１】図６は、本発明の第２の実施例を示したものである。この第２の実施例では、ホブカッタＸは固定支持して検出針ＰをＸ方向およびＹ方向の双方に移動させるように構成している。したがって、図５の第１の実施例に比べて、Ｙ送り装置ＤＹが検出針Ｐに連結されている点、これに応じてＹ軸スケールＳＹも検出針Ｐに連結されている点が構成的に異なる。この結果、動作はホブカッタＨの動作が検出針Ｐの動作に置き換わっている。
【００２２】図７は、本発明の第３の実施例を示したものである。この第３の実施例では、検出針Ｐは固定支持してホブカッタＨをＸ方向およびＹ方向の双方に移動させるように構成している。したがって、図５の第１の実施例に比べて、Ｙ送り装置ＤＹが検出針Ｐに連結されている点、これに応じてＸ軸スケールＳＸ、Ｙ軸スケールＳＹがホブカッタＸに連結されている点が構成的に異なる。この結果、動作は検出針Ｐの動作がホブカッタＨの動作に置き換わっている点が相違する。そして、動作を図６の第２の実施例に比べれば、検出針ＰのＸ軸方向およびＹ軸方向の両動作がともにホブカッタＨの動作に置き換わっている点が相違する。（変形例）上記実施例では、被測定物の検出対象を切削工具の切刃面の輪郭線としたが、ある点の測定を行う測微器および面形状測定器として利用することもできる。
【００２３】また、上記実施例では、被測定物および検出針の双方を移動させているが、一方のみを移動させてもよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明は上述のように、被測定物の検出部分に対向配置された検出針と被測定物との間の静電容量が一定になるように被測定物の検出部分を走査し、走査時の検出針あるいは被測定物の動きをスケールによって検出するようにしたため、被測定物を傷付けることなくしかも正確に測定することができる。すなわち、金型用の銅電極や鏡面加工された光学系に対しても適用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９４１６７２５５
【氏名又は名称】株式会社小笠原プレシジョン・エンジニアリング
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８６０３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２６９９９８ |
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