阅读说明：本技术 形状测定装置 (Shape measuring device ) 是由 金松敏裕 于 2019-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种形状测定装置。在具备用于检测器的定位的电动进给机构的形状测定装置中,能够简化线缆类的引绕,实现检测器的平滑的移动。本发明的一个方式的形状测定装置具备具有检测对象物的表面的位置的检测器的形状测定机和使形状测定机沿轴向移动的进给机构。进给机构具有以能够绕轴旋转的方式设置的驱动轴、以从与驱动轴的轴线正交的方向夹持驱动轴的方式设置且能够在摩擦接触状态与分离状态之间切换的牵引螺母部以及将牵引螺母部与形状测定机进行连结的支架,其中,该摩擦接触状态是牵引螺母部与驱动轴摩擦接触的状态,该分离状态是牵引螺母部从驱动轴分离的状态。在支架设置用于使驱动轴旋转且具有相对于轴线倾斜的旋转轴的电动机。(The invention provides a shape measuring device. In a shape measuring apparatus provided with an electric feeding mechanism for positioning a detector, the winding of cables can be simplified, and the detector can be moved smoothly. A shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes a shape measuring device having a detector for detecting a position of a surface of an object, and a feeding mechanism for moving the shape measuring device in an axial direction. The feed mechanism includes a drive shaft provided rotatably around an axis, a pull nut portion provided so as to sandwich the drive shaft from a direction orthogonal to the axis of the drive shaft and capable of switching between a frictional contact state in which the pull nut portion is in frictional contact with the drive shaft and a separated state in which the pull nut portion is separated from the drive shaft, and a holder for coupling the pull nut portion to the shape measuring machine. A motor having a rotating shaft inclined with respect to an axis for rotating a drive shaft is provided in the bracket.)

形状测定装置

技术领域

本发明涉及一种形状测定装置，更详细地说，涉及一种用于测定对象物的表面的形状测定装置。

背景技术

对于测定对象物的表面的形状、粗糙度的形状测定装置要求高分辨精度。因此，作为检测器，一般采用差动变压器或差动电感方式。在这样的形状测定装置中，用于测定的检测行程幅度约为1mm左右。因此，将检测器向对象物的测定开始点进行位置对准的作业是非常困难的。特别是，关于检测器的在Z轴方向(高度方向)上的定位，为了避免对象物、检测器损坏而需要谨慎地进行作业。

从同时实现检测器的高速移动(粗动)与精细定位(微动)的观点出发，在专利文献1中公开了一种形状测定装置，该形状测定装置具备牵引螺母部，该牵引螺母部能够在扭轮与驱动轴摩擦接触的摩擦接触状态以及扭轮从驱动轴分离的分离状态之间切换。在该形状测定装置中，通过使牵引螺母部成为分离状态，能够使检测器沿着驱动轴进行粗动。另一方面，通过使牵引螺母部成为摩擦接触状态并使驱动轴旋转，能够按照扭轮的螺纹升角而使检测器沿着驱动轴进行微动。

另外，在形状测定装置中，检测器的在Z轴方向上的定位的自动化正在发展，也考虑一种通过对柱轴进行电动机控制的电动立柱而能够在柱轴的总行程范围、局部的行程范围内进行高速移动和低速移动的系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6168946号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这样的形状测定装置中，在设置电动机、电动机控制部以使检测器的在Z轴方向上的定位自动化的情况下，将电动机与电动机控制部之间连接的线缆类的处理成为问题。例如，由于检测器的移动而使线缆类弯折或者发生劣化。另外，由这样的线缆类产生的拉伸力成为妨碍检测器的平滑的移动的原因。

本发明的目的在于，在具备用于检测器的定位的电动进给机构的形状测定装置中，能够简化线缆类的引绕，实现检测器的平滑的移动。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式是一种形状测定装置，具备形状测定机和使形状测定机沿轴向移动的进给机构，该形状测定机具有检测对象物的表面的位置的检测器。

进给机构具有：驱动轴，其以能够绕轴旋转的方式设置；牵引螺母(traction nut)部，其以从与驱动轴的轴线正交的方向夹持驱动轴的方式设置，并且能够在摩擦接触状态与分离状态之间切换，该摩擦接触状态是牵引螺母部与驱动轴摩擦接触的状态，该分离状态是牵引螺母部从驱动轴分离的状态；以及支架(bracket)，其将牵引螺母部与形状测定机进行连结。

在牵引螺母部设置有扭轮(twist roller)，该扭轮以在相对于驱动轴的轴线具有相当于螺纹升角(lead angle)的倾斜角的状态下能够旋转的方式被轴支承，在牵引螺母部与驱动轴摩擦接触的状态下，当使驱动轴旋转时，牵引螺母部按照螺纹升角而沿着驱动轴进行微动。

构成为：在牵引螺母部从驱动轴分离的状态下，牵引螺母部能够沿着驱动轴自由地进行粗动。

牵引螺母部还具备：开闭杆，其用于对牵引螺母部的摩擦接触状态与分离状态进行切换操作；以及施力单元，其用于产生作用力以使牵引螺母部与驱动轴摩擦接触。

开闭杆根据用户操作来使牵引螺母部克服施力单元的作用力而成为分离状态，当用户放开开闭杆时，牵引螺母部通过施力单元的作用力而恢复为摩擦接触状态。

在支架设置电动机，该电动机用于使驱动轴旋转，具有相对于轴线倾斜的旋转轴。

根据这样的结构，由于在与形状测定机一同上下运动的支架设置有用于使驱动轴旋转的电动机，因此能够缩短电动机与控制部之间的线缆类，并且即使形状测定机上下运动也不对线缆施加负荷。

也可以为，在上述形状测定装置中，还具备旋转构件，该旋转构件以电动机的旋转轴为中心进行旋转，与驱动轴接触来使驱动轴进行旋转。该旋转构件为辊或球体。由此，能够通过利用电动机进行旋转的旋转构件来使驱动轴绕轴旋转。

也可以为，在上述形状测定装置中，电动机使扭轮进行旋转。由此，不追加结构，就能够利用牵引螺母部的扭轮使驱动轴旋转。

附图说明

图1是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的主视图。

图2是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的侧视图。

图3是在Z方向上观察到的进给机构部的截面图。

图4是例示扭轮的配置的示意图。

图5是例示使开闭杆进行了摆动的状态的截面图。

图6是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的框图。

图7是对旋转构件的其它例子进行说明的示意图。

图8是对旋转构件的其它例子进行说明的示意图。

附图标记说明

1：基台；2：支柱；10：检测器；11：形状测定机；11B：操作按钮；11D：显示部；12：检测部；13：测针；100：形状测定装置；110：检测电路；120：X轴电动机控制电路；125：电动机；130：柱电动机控制电路；140：监视部；150：上下限制检测部；160：逻辑电路；300：进给机构部；310：驱动轴；311：捏手部；315：止动件；400：牵引螺母部；410：固定片；411：支架；412：槽；413：螺纹销；420：可动片；421：螺纹销；430：铰链片；440：弹簧；441：螺钉；451、452、453：扭轮；460：开闭杆；461：中心轴；462：按压销；470：手柄；471：槽条；480：电动机；482：辊；483：球体；600：计算机；610：电源；W：对象物。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在下面的说明中，对同一构件标注同一标记，关于已说明过一次的构件，适当地省略其说明。

[形状测定装置的结构]

图1是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的主视图。

图2是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的侧视图。

如图1和图2所示，本实施方式所涉及的形状测定装置100具备形状测定机11和进给机构部300，该形状测定机11是对载置于基台(基座)1的对象物W的表面的位置进行检测的装置。形状测定机11以沿着支柱2进行上下运动的方式设置，该支柱2被竖立设置于基台1。

此外，在本实施方式中，为了便于说明，将沿着基台1的载置对象物W的载置面的方向之一设为X方向，将沿着载置面的与X方向正交的方向设为Y方向，将与X、Y方向正交的方向(载置面的法线方向)设为Z方向。另外，Z方向也称为上下方向。

形状测定机11具有检测部12以及设置于检测部12的顶端的测针13。由检测部12和测针13构成检测器10。在形状测定机11的正面设置显示部11D、操作按钮11B。形状测定机11对测针13与对象物W的表面接触时的Z方向上的坐标进行测定。而且，通过一边使检测器10沿X方向移动一边连续地进行该Z方向上的坐标的测定，从而获得对象物W的表面的形状或粗糙度。

在形状测定装置100设置进给机构部300，以使形状测定机11与对象物W的高度相匹配地迅速地在Z方向上移动。进给机构部300是使形状测定机11在支柱2的轴向(Z方向：上下方向)上移动的机构，具备驱动轴310、牵引螺母部400以及支架411。

驱动轴310以与支柱2平行的方式被竖立设置于基台1。驱动轴310也可以形成为能够通过在其上端设置的捏手部311使驱动轴310进行旋转操作。

图3是在Z方向上观察到的进给机构部的截面图。

牵引螺母部400被设置为能够相对于驱动轴310紧固和松弛。即，牵引螺母部400通常是与驱动轴310之间摩擦接合，而通过用户进行的杆操作会使牵引螺母部400松弛而脱离驱动轴310。

牵引螺母部400具备固定片410、可动片420、铰链片430、弹簧440、多个扭轮451、452及453、开闭杆460以及手柄470。

通过固定片410与可动片420以能够进行紧固和松弛的方式夹持驱动轴310。相对于在Z方向上竖立设置的驱动轴310，固定片410和可动片420是在X方向上具有长边的构件。而且，通过固定片410与可动片420来夹持驱动轴310。固定片410与可动片420的端面通过铰链片430相连结。铰链片430为薄板，具有某种程度的弹性。由此，固定片410与可动片420能够如合叶那样少量地打开和关闭。

在固定片410安装支架411，并且将支架411与形状测定机11进行连结(参照图2)。即，支架411发挥将牵引螺母部400与形状测定机11进行连结的作用。

在固定片410中的与铰链片430相反一侧的端部设置有槽412。该槽412处于固定片410中的与可动片420相向的一面侧，在X方向上具有规定的长度。该槽412是用于安装开闭杆460的槽。

在牵引螺母部400中的隔着驱动轴310而与铰链片430相反一侧的端部设置有弹簧440。此处为螺旋弹簧，但只要是产生作用力的弹性体即可。弹簧440从与固定片410相反的一侧对可动片420进行推压。以贯穿弹簧440和可动片420的方式设置螺钉441，螺钉441的顶端被拧入固定片410。因而，可动片420通过弹簧440的作用力而被推压向固定片410侧。

在此，采用了将可动片420向固定片410推压的结构，但是也可以将可动片420向固定片410牵引。

在本实施方式所涉及的牵引螺母部400中，设置三个扭轮451、452以及453。三个扭轮451、452以及453中的两个扭轮451和452通过螺纹销413而被支承于固定片410，余下的一个扭轮453通过螺纹销421而被支承于可动片420。

如图4所示，三个扭轮451、452以及453以在相对于驱动轴310的轴线具有相当于螺纹升角的倾斜角的状态下能够旋转的方式被轴支承。当在旋转轴倾斜的扭轮451、452及453与驱动轴310接触的状态下驱动轴310旋转时，牵引螺母部400在驱动轴310的轴向上前进和后退。

开闭杆460为在X方向上为长边的构件，其顶端部被有游隙地***于固定片410的槽412，被中心轴461以能够进行摆动的方式轴支承。此外，中心轴461为Z方向，因而，开闭杆460能够在XY面内沿Y轴方向摆动。在开闭杆460的顶端突出形成有按压销462。按压销462从固定片410向可动片420的方向突出。由于可动片420被弹簧440向固定片410侧按压，因此通常是该按压销462被可动片420向固定片410侧按压。

图5是例示使开闭杆摆动后的状态的截面图。

在使开闭杆460进行了摆动时，按压销462向与开闭杆460相反的一侧移动。即，能够通过开闭杆460的摆动来将可动片420向与固定片410分离的一侧按压。如果可动片420与固定片410分离，则与之相伴地，扭轮451、452以及453与驱动轴310分离。如果处于该状态，则牵引螺母部400与驱动轴310应该已分离，因此牵引螺母部400能够自由地进行移动。

手柄470在X方向上具有长边。而且，手柄470被固定于固定片410。手柄470具有沿着其轴线的槽条471。该槽条471具有能够容纳开闭杆460的程度的宽度。

作为手柄470与开闭杆460的位置关系，两者被配设为大致平行，且如果用户要握住手柄470则也会自然地握住开闭杆460。在开闭杆460与手柄470一起被握住时，开闭杆460被容纳于手柄470的槽412。由此，在容许开闭杆460的摆动的同时，易于同时握住开闭杆460和手柄470。

也就是说，当用户握住手柄470时，开闭杆460也被一起握住。此时，开闭杆460的按压销462对可动片420进行按压。于是，牵引螺母部400离开驱动轴310而变为自由状态。对于用户而言，即使不刻意为之，只要握住手柄470，牵引螺母部400也就自动地变为自由状态。因而，只要拿着手柄470使形状测定机11在Z方向上移动即可。

另一方面，当用户放开手柄470时，开闭杆460也离开用户的手。此时，可动片420通过弹簧440的作用力而向固定片410侧接近。于是，扭轮451、452及453与驱动轴310接触，在牵引螺母部400与驱动轴310之间产生摩擦。因而，如果用户将手离开手柄470，则牵引螺母部400的位置、即形状测定机11的位置被固定。

优选在进给机构部300进一步设置平衡块。在用户握住手柄470而要向上方提起时，有可能由于用力过猛而导致大幅地移动。另外，在要向下方降低时，如果没有牢固地支撑，则有可能导致形状测定机11掉落。因此，优选设置平衡块。

进给机构部300除了具备像这样的利用手柄470的手动移动机构以外，还具备电动移动机构。即，如图2和图4所示，作为电动移动机构，具备使驱动轴310进行旋转的电动机480。电动机480被设置于支架411，随着形状测定机11的上下运动而一起进行移动。电动机480的旋转轴相对于驱动轴310的轴线(Z方向)倾斜。电动机480的旋转轴的倾斜角优选为与扭轮451、452及453相对于轴线的倾斜角相等。

在电动机480设置辊482作为旋转构件。辊482与驱动轴310接触，来将电动机480的旋转传递至驱动轴310。通过电动机480的旋转而驱动轴310进行旋转，由此扭轮451、452以及453也进行旋转，牵引螺母部400按照扭轮451、452及453与驱动轴310的螺纹升角而在驱动轴310的轴向上前进和后退。

与电动机480的轴连接的辊482以使驱动轴310旋转为目的，因此以能够使驱动轴310旋转的程度的附着力与驱动轴310进行着接触。另一方面，牵引螺母部400的扭轮451、452以及453以能够将形状测定机11保持在规定的上下位置处的程度的附着力而与驱动轴310进行着接触，但是对于驱动轴310的旋转而言成为能够从动旋转的程度的附着力。由此，即使是通过牵引螺母部400将形状测定机11保持于规定的上下位置的状态，如果通过电动机480使辊482旋转从而驱动轴310进行旋转，则也能够使形状测定机11按照扭轮451、452以及453的螺纹升角进行上下运动。

在本实施方式中，由于在与形状测定机11一同上下运动的支架411设置有用于使驱动轴310旋转的电动机480，因此能够缩短电动机480与控制部之间的线缆类，并且即使形状测定机上下运动也不对线缆施加负荷。因而，可以不考虑已考虑到形状测定机11的上下动作的线缆的处理。

[形状测定装置的块结构]

图6是例示本实施方式所涉及的形状测定装置的框图。

如图6所示，形状测定装置100具备形状测定机11和进给机构部300。在该形状测定机11连接计算机600和电源610而构成测定系统。

形状测定机11具备：检测电路110，其基于从检测器10输出的信号，检测Z方向上的坐标；X轴电动机控制电路120，其对使检测器在X方向上移动的电动机125进行控制；柱电动机控制电路130，其对使形状测定机11上下运动的电动机480进行控制；监视部140，其对形状测定机11的上下位置进行监视；上下限制检测部150，其对形状测定机11的上下位置的界限进行检测；以及逻辑电路(控制电路)160，其对整体进行控制。

进给机构部300具备驱动轴310、牵引螺母部400以及支架411。用户能够通过对该手柄470的开闭杆460进行操作，来切换牵引螺母部400与驱动轴310之间的摩擦接触以及分离，通过手动来使形状测定机11以粗动方式进行上下运动。

另外，用户通过对形状测定机11的操作按钮11B进行操作，能够通过电动来使形状测定机11进行上下运动。当上或下的操作按钮11B被选择时，从柱电动机控制电路130向电动机480发送正转或反转的指示。通过电动机480的旋转而辊482进行旋转，来使驱动轴310旋转。形状测定机11根据驱动轴310的旋转方向而进行上下运动。

另外，用户能够使设置于驱动轴310的上端的捏手部311旋转来手动地使驱动轴310旋转，从而使形状测定机11以微动方式进行上下运动。

在驱动轴310的上下设置有对上限/下限的位置进行设定的止动件315。在通过手动或电动来使形状测定机11进行上下运动时，在上下限制检测部150抵接于止动件315、或上下限制检测部150与止动件315的距离为固定值以下的情况下，监视部140判断为到达了上下的界限位置，例如输出警告。另外，在通过电动而进行上下运动的情况下，也可以从监视部140对柱电动机控制电路130提供停止的指示，使电动机480的旋转停止来强制地使形状测定机11的上下运动停止。

[形状测定装置的动作]

接着，对形状测定装置100的测定动作进行说明。

首先，在将对象物W载置于基台1上之后，使测针13位于该对象物W的测定开始点。此时，进行调整使得形状测定机11的位置比对象物W高了仅一点点。此时，用户握住手柄470来使牵引螺母部400在Z方向上移动即可。如上述那样，只要握住手柄470，则牵引螺母部400自然地变为能够自由地移动。

在形状测定机11的位置达到大致期望的高度时，用户将手柄470停住，然后，只是将手离开手柄470。于是，形状测定机11停留在该位置。

接着，用户对操作按钮11B进行操作而通过电动机480使驱动轴310旋转，来通过电动使形状测定机11进行上下运动。在需要进一步的微调整的情况下，也可以转动处于驱动轴310的上端处的捏手部311来使驱动轴310旋转。由此，通过扭轮451、452以及453的倾斜而使牵引螺母部400上下运动，从而能够对形状测定机11的上下位置进行微调整。

此外，优选的是，在电动机480停止时事先将电动机480的输出旋转设为自由的状态使得在通过手柄470、捏手部311使形状测定机11进行上下运动时不会破坏手动的操作感。另外，在上下限制检测部150进行了动作时，发出警告、或者强制地使电动机480停止。

像这样，根据本实施方式，提供一种能够切换粗动与微动且操作性优异的进给机构部300。另外，能够简化电动机480与控制部之间的线缆类的引绕，能够实现形状测定机11的平滑的移动。

[旋转构件的其它例子]

图7和图8是对旋转构件的其它例子进行说明的示意图。

图7所示的旋转构件的例子是利用扭轮451、452以及453中的一个作为旋转构件的例子。例如，将扭轮451作为旋转构件，而将扭轮451安装于电动机480的轴。扭轮451作为牵引螺母部400而被用于通过手柄470和开闭杆460的操作进行的与驱动轴310之间的摩擦接触状态和分离状态的切换，并且还被用作用于通过电动来使驱动轴310旋转的旋转构件。由此，可以不追加将电动机480的旋转传递至驱动轴310的其它构件。

图8所示的旋转构件的例子为球体483。使用球体483取代辊482来作为旋转构件，由此与辊482相比能够使旋转构件小型化，并且驱动轴310的表面与旋转构件为点接触，能够抑制磨损。

如以上说明的那样，根据实施方式，在具备用于形状测定机11的定位的电动的进给机构部300的形状测定装置100中，能够简化线缆类的引绕，并能够实现形状测定机11的平滑的移动。

[实施方式的变形]

此外，在上文中对本实施方式进行了说明，但是本发明不限定于这些例子。例如，在上文中，通过形状测定机11的操作按钮11B来指示上下运动，但是也可以通过遥控器、计算机600来进行远程操作。另外，对在牵引螺母部400具有三个扭轮451、452以及453的例子进行了说明，但是不限定于三个。另外，本领域技术人员针对上述的各实施方式适当地进行结构要素的追加、删除、设计变更所得到的方式、将各实施方式的特征适当组合所得到的方式只要具备本发明的宗旨，则也包含在本发明的范围内。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明除了能够利用于对象物的表面形状的测定以外，还能够较佳地利用于测定表面粗糙度的装置。