专利名称：表面性状测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量被测量物的表面粗糙度的表面性状测量装置。具体说，本发 明涉及用于测量例如板状凸轮(平面凸轮)的外周凸轮面和端面凸轮(立体凸轮)的端 面凸轮面等、测量面具有大偏心量和大位移量的被测量物的表面粗糙度的表面性状测量装置。
背景技术：
例如，为了测量板状凸轮(平面凸轮)的外周凸轮面的表面粗糙度，可使用圆度测 量装置来进行测量。通常，圆度测量装置包括基座；设置成在基座上以垂直轴线作为中心进行旋转、 并用于在上表面上载置被测量物的旋转台；立设于基座上的支柱；能够沿支柱进行升降移 动的升降滑动器；沿垂直于垂直轴线的方向可滑动地设置于升降滑动器的滑动臂；和安装 于滑动臂的末端、并将与被测量物发生接触的尖笔的位移作为电信号输出的粗糙度检测 器。(例如，参见专利文献1)要使用圆度测量装置测量板状凸轮的外周凸轮面的表面粗糙度，需将板状凸轮定 位在旋转台上，并将粗糙度检测器定位成使尖笔与板状凸轮的外周凸轮面发生接触，并在 该状态下，使旋转台旋转。然后，根据板状凸轮的外周凸轮面的表面粗糙度和轮廓形状，使 尖笔发生位移。因此，如果从该位移中只取出对应于表面粗糙度的位移，则能够测出外周凸 轮面的表面粗糙度。[专利文献1]日本专利特开No. 2007-155696然而，在使用圆度测量装置测量凸轮面的表面粗糙度的情况下，会发生以下问 题当使用圆度测量装置测量凸轮面的表面粗糙度时，如图IOA和IOB所示，粗糙度检 测器30的测量范围，即粗糙度检测器30的尖笔33的可位移范围与凸轮K的偏心量相比小， 因此粗糙度检测器30超量程，不能连续测量凸轮面的周边。因此，在现有技术中，需将凸轮面的周边分成多个区间，而粗糙度检测器必须对每 个分割区间重新开始定位以进行测量，因此需要大量测量和分析的时间。

发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种表面性状测量装置，其能够有效地测量例如凸 轮等、偏心量等较大的测量面的表面粗糙度。根据本发明一示例性实施例的表面性状测量装置包括旋转驱动装置，构造成使被测量物旋转；粗糙度检测器，包括检测器本体和尖笔，尖笔可位移地设置在检测器本体的末端、 并构造成与被测量物的测量面发生接触；和检测器驱动装置，包括构造成保持粗糙度检测器的检测器保持器，并构造成沿使检测器保持器趋近或离开旋转驱动装置的方向驱动检测器保持器，其中，所述粗糙度检测器具有至少一个滑行体，所述至少一个滑行体设置在检测 器本体的末端、和尖笔的附近，并构造成与被测量物的测量面发生接触，而且所述粗糙度检 测器将基于滑行体的尖笔的位移作为电信号输出，并且所述检测器保持器包括引导构件、滑动构件和促动构件，所述引导构件被检测器 驱动装置驱动，所述滑动构件构造成保持粗糙度检测器、并设置成能够相对于引导构件沿 尖笔的位移方向滑动，而所述促动构件构造成促动滑动构件、以使滑行体总是与被测量物 的测量面发生接触。根据这种构造，粗糙度检测器被检测器驱动装置移动至被测量物附近，并设定在 使粗糙度检测器的尖笔和滑行体与被测量物的测量面发生接触的状态，然后通过旋转驱动 装置使被测量物旋转。从而，检测出基于滑行体的尖笔的位移，即与滑行体接触的被测量物 的表面粗糙度。在该示例性实施例中，检测器保持器包括引导构件、保持粗糙度检测器的滑动构 件、和促动滑动构件从而使将滑动构件促动成使滑行体总是与被测量物的测量面发生接触 的促动构件。因此，即使被测量物是例如凸轮等、测量面的偏心量等较大的被测量物，也能 沿凸轮面进行滑动构件的跟随操作，从而能够在滑行体总是与凸轮面发生接触的状态下进 行连续测量，所以能够有效地测量凸轮等的凸轮面的表面粗糙度。在所述表面性状测量装置中，滑行体可包括夹持尖笔并沿尖笔的突出方向突出的 一对滑行体。例如，要使用圆度测量装置测量凸轮K的凸轮面的表面粗糙度，将滑行体37安装 至粗糙度检测器30的末端，如图11所示。由于滑行体37相对于尖笔33沿台旋转轴方向 发生偏移，所以如果试图测量凸轮面的轴向方向的所有区域，则滑行体37在凸轮面的端缘 从凸轮面脱落，从而不能测量轴向方向的所有区域。也就是说，出现了不能测量的区域。如 果必须测量凸轮面的轴向方向的所有区域，则有必要对凸轮K进行再定位(使凸轮定位成 表面背面颠倒)，因此定位工作需要大量时间。根据本示例性实施例，滑行体包括夹持尖笔并沿尖笔的突出方向突出的一对滑行 体。因此，当在粗糙度检测器沿尖笔和滑行体的并列方向移动的同时测量表面粗糙度时， 一个滑行体总是在测量区域边界附近与测量面发生接触，所以能够防止出现不能测量的区 域。因此，能够在不对被测量物进行再定位的情况下，扩大测量区域。在本表面性状测量装置中，所述一对滑行体中的一个滑行体的末端可从另一滑行 体的末端，沿尖笔的位移方向偏移。例如，当两个滑行体存在于相同位置时，会担心在测量期间两个滑行体的末端 (触点)可能向被测量物的测量面偏移，从而影响测量波形。根据本发明，一个滑行体的末端从另一滑行体的末端沿尖笔的位移方向发生偏 移，使得测量期间只有一个滑行体总是与被测量物的测量面发生接触，因此能够防止对测 量波形的不利影响。在本表面性状测量装置中，检测器保持器可包括构造成检测滑动构件的滑动量的 滑动量检测器。根据这种构造，设置了用于检测滑动构件的滑动量的滑动量检测器，所以能够从滑动量检测器检测到的滑动构件的滑动量，得出被测量物的测量面的轮廓形状。因此，如果 被测量物是凸轮，则能够同时测量凸轮面的表面粗糙度和凸轮面的轮廓形状。


图1是本发明一实施例的表面性状测量装置的正视图。图2是本发明该实施例的粗糙度检测器的截面图。图3是本发明该实施例的粗糙度检测器的正视图。图4是本发明该实施例的粗糙度检测器和检测器保持器的透视图。图5是本发明该实施例的检测器保持器的滑动机构的截面图。图6是本发明该实施例的控制器和外围机构的框图。图7示出了在本发明该实施例中测量时的一个状态。图8示出了本发明该实施例中的测量结果。图9是本发明另一实施例的主要部分的透视图。图IOA和IOB是使用圆度测量装置测量凸轮表面粗糙度时的俯视图。图11示出了使用圆度测量装置测量凸轮的表面粗糙度时的问题。
具体实施例方式<表面性状测量装置>图1是本发明一实施例的表面性状测量装置的正视图。本实施例的表面性状测量装置的特征在于，粗糙度检测器30添设有与被测量物W 的测量面发生接触的滑行体(skid)37A和37B，此外在一般的圆度测量装置1中安装有使粗 糙度检测器30沿检测方向滑动的滑动机构53。圆度测量装置1包括基座10 ；旋转台20，设置成在基座10的上表面的一侧以垂 直轴线L为中心进行旋转，并用于在上表面上载置被测量物W(这里为由多个板状凸轮沿轴 向方向重叠而成的凸轮轴)；粗糙度检测器30 ；检测器驱动装置40，用于沿垂直轴线L方向 (Z轴方向)、和垂直于垂直轴线L且趋近和离开旋转台20的方向(X轴方向)驱动粗糙度 检测器30 ；和控制器60 (见图6)。旋转台20设置成通过设置于基座10中的旋转台驱动机构21，以垂直轴线L作为 中心进行旋转。旋转台驱动机构21实施为马达、将来自马达的旋转通过减速器传至旋转台 20的机构、或类似物。旋转台20和旋转台驱动机构21构成使被测量物W旋转的旋转驱动
直ο如图2和3所示，粗糙度检测器30包括圆筒形检测器本体31 ；臂32，位于检测器 本体31中，中间部被可摇摆地支持；尖笔33，设置在臂32的末端，与臂32成直角，并从检 测器本体31突出，以与被测量物W发生接触；弹簧34，作为促动(urging)构件，用于沿尖 笔33从检测器本体31突出的方向促动臂32 ；检测部35，将尖笔33的位移(displacement) (即尖笔33的摇动量)作为电信号进行检测。此外，在本实施例中，在检测器本体31的末端安装有前座(nose pieCe)36，前座 36在尖笔33的附近设置有滑行体37，以与被测量物W的测量面发生接触。因此，基于滑行 体37的尖笔33的位移从粗糙度检测器30的检测部35作为电信号输出。
滑行体37包括一对滑行体37A和37B，它们夹持尖笔33，并沿尖笔33的突出方向 突出。一个滑行体37A的末端配置成从另一滑行体37B的末端，沿尖笔33的位移方向偏移 (后退)一预定量α。检测器驱动装置40包括立设在基座10的上表面的另一侧的支柱41 ；相对于支 柱41沿上下方向(Ζ轴方向)驱动升降滑动器42的Z轴驱动机构43 ；相对于升降滑动器 42沿垂直于垂直轴线L的方向且趋近和离开旋转台20的方向(X轴方向)驱动滑动臂44 的X轴驱动机构45 ；和可装卸地安装至滑动臂44的末端的检测器保持器50。虽然图中未示出，但是只要能够沿上下方向驱动升降滑动器42，Z轴驱动机构43 可以为任意结构。例如，可以是如下这种进给机构或类似物，该进给机构具有沿上下方向立 设于支柱41上的滚珠螺杆轴、使滚珠螺杆轴旋转的马达、和与滚珠螺杆轴螺纹连接并与升 降滑动器42接合的螺母构件。虽然图中未示出，但是只要能够沿垂直于垂直轴线L且趋近和离开旋转台20的方 向(X轴方向)驱动滑动臂44，X轴驱动机构45可以为任意结构。例如，可沿滑动臂44的 长度方向形成齿条，并且可在升降滑动器42中设置与该齿条啮合的小齿轮、和使该小齿轮 旋转的马达等。如图4所示，检测器保持器50包括可装卸地安装至滑动臂44的末端的保持器本 体51 ；安装粗糙度检测器30的检测器安装构件52 ；设置于保持器本体51与检测器安装构 件52之间的滑动机构53 ；和检测由滑动机构53引起的检测器安装构件52 (即粗糙度检测 器30)的滑动量的滑动量检测器Μ。检测器安装构件52包括安装基座52Α和可动片52Β，可动片52Β固定至安装基座 52Α的末端，以便能够沿Y轴方向(垂直于X、Z轴方向的方向)调节位置。粗糙度检测器 30的后端固定至可动片52Β。也就是说，粗糙度检测器30安装至可动片52Β，使得尖笔33 和滑行体37Α、37Β平行于X轴，并且尖笔33和滑行体37Α、37Β的末端位置固定成使得它们 在Y轴方向上的位置能够通过可动片52Β的位置调节而得到调节。如图5所示，滑动机构53包括引导构件53Α，固定于保持器本体51的上表面；滑 动构件53Β，用于经由检测器安装构件52保持粗糙度检测器30，并且沿尖笔33的位移方向 (X轴方向)可滑动地设置于引导构件53Α ；和压缩螺旋弹簧53C，作为促动构件设置于引导 构件53Α与滑动构件5 之间，用于沿使滑行体37A和37B总是与被测量物W的测量面发 生接触的方向促动滑动构件53B。滑动量检测器M包括固定于保持器本体51的刻度尺54A ；和与刻度尺54A相对 并固定于滑动构件53B的检测头MB。位移检测系统可以为光电系统、电容系统、电磁系统 等任意的系统。<控制系统>控制系统包括控制器60、输入装置61、显示器62、存储器63等。存储器63中存储测量程序和在测量时读取的测量数据等。除输入装置61、显示器62和存储器63外，旋转台驱动机构21、Z轴驱动机构43、 X轴驱动机构45、滑动量检测器M、粗糙度检测器30等也连接至控制器60。虽然图中未示 出，用于检测旋转台20通过旋转台驱动机构21发生旋转的旋转角的角度检测器、用于检测 由Z轴驱动机构43和X轴驱动机构45驱动的升降滑动器42和滑动臂44的位移量的位移检测器等也连接至控制器60。控制器60根据存储于存储器63中的测量程序对旋转台驱动机构21、Z轴驱动机 构43和X轴驱动机构45的驱动进行控制，并读取和处理来自粗糙度检测器30和滑动量检 测器M的信号。具体说，控制器60读取来自粗糙度检测器30的信号和来自滑动量检测器 54的信号，并从测量结果得出表面粗糙度和轮廓形状。<测量操作>首先，通过驱动Z轴驱动机构43和X轴驱动机构45，使粗糙度检测器30沿接近被 测量物W的方向移动，并使粗糙度检测器30的尖笔33和滑行体37A与被测量物W的测量 面发生接触。在该状态下，当通过测量程序向控制器60给予测量指令时，旋转台20发生旋转。 这时，根据被测量物W的偏心量，操作滑动机构53，使滑行体37A或37B中的任一个总是与 被测量物W的测量面发生接触。这意味着进行了使粗糙度检测器30跟随被测量物W的轮 廓形状的操作。然后，根据被测量物W的表面粗糙度，粗糙度检测器30的尖笔33基于与被测量物 W的测量面发生接触的滑行体37A或37B发生位移。因此，尖笔33的位移作为电信号被检 测部35检测到，然后被读取到控制器60中。控制器60将读取的测量数据存储到存储器63中，然后从这些数据计算表面粗糙 度，并在显示器62上显示结果，并且根据需要打印出结果。要在连续测量一图被测量物W的测量面的表面粗糙度后、测量测量面的轴向方向 的所有区域，如图7所示，如果粗糙度检测器30沿垂直轴线L(Z轴方向)一次移动一定的 间距，然后重复相同的操作，则能够测量测量面的轴向方向的所有区域。这时，在本实施例中，滑行体37包括一对滑行体37A和37B，它们夹持尖笔33，并 沿尖笔33的突出方向突出。因此，当在粗糙度检测器30沿尖笔33和滑行体37A、37B的配 置方向(Z轴方向)一次移动一定间距的同时测量表面粗糙度时，在测量区域的边界附近， 总有一个滑行体37A或37B与测量面发生接触，因此能够防止出现不能测量的区域。因此， 能够在不对被测量物W进行再定位的情况下，扩大测量区域。一对滑行体37A和37B中的一个滑行体37A的末端与另一滑行体37B的末端，沿 尖笔33的位移方向发生偏移。因此，在测量期间只有一个滑行体与被测量物W的测量面发 生接触，因此能够防止对测量波形的不利影响。此外，在表面粗糙度的测量中，粗糙度检测器30通过滑动机构53发生滑动的滑动 量被滑动量检测器M检测到，然后读取到控制器60中。因此，控制器60能够基于来自滑动量检测器M的滑动量数据，精确地得出被测量 物W的轮廓形状。也就是说，根据本表面性状测量装置，从由粗糙度检测器30获得的尖笔 末端位置数据和由滑动量检测器M获得的粗糙度检测器滑动量数据，能够同时测量出被 测量物W的测量面的表面粗糙度数据和测量面的轮廓形状。例如，如果被测量物W是凸轮， 则能够同时测量凸轮面的表面粗糙度和凸轮面的轮廓形状。<变型例>本发明并不局限于上述实施例，还可包括处于能够实现本发明目的范围内的各种 变型和改进等。
在上述实施例中，虽然例示的是测量板状凸轮(平面凸轮)的外周凸轮面的表面 粗糙度，但是本发明也可适用于测量作为被测量物W的端面凸轮(立体凸轮)等的端面凸 轮面的表面粗糙度。例如，如图9所示，作为被测量物W的端面凸轮(立体凸轮)设定在旋转台20 (未 示出)上，使端面凸轮(立体凸轮)的端面凸轮面朝上，而粗糙度检测器30安装至滑动臂 44，使得尖笔33和滑行体37A、37B平行于垂直轴线L。在该状态下，如果使旋转台20旋转， 则能够测量端面凸轮(立体凸轮)的端面凸轮面的表面粗糙度。被测量物W并不局限于凸轮，也可以是任意其它的物体。特别地，还能够测量从旋 转中心到测量面的偏心量比较大的形状，例如测量面呈椭圆形的活塞等。或者，还可以测量 呈测量面的位置相对于旋转角波动较大的形状的被测量物。上述实施例是以圆度测量装置为前提，并向圆度测量装置添加滑行体37A、37B和 滑动机构53来形成表面性状测量装置，然而本发明并非必须以圆度测量装置为前提。例如，在圆度测量装置中，被测量物W载置于旋转台20的上表面上，并以垂直轴线 L作为中心进行旋转，然而被测量物也可被水平地支持，并以水平轴线作为中心进行旋转。 这就意味着，使被测量物W旋转的旋转驱动装置可使被测量物W以任意姿势旋转。在上述实施例中，在滑动机构53中，对于引导构件53A，滑动构件5 是被压缩螺 旋弹簧53C促动，而使滑行体37A和37B总是与被测量物W的测量面发生接触，但是促动滑 动构件53B的促动构件并不局限于压缩螺旋弹簧53C。例如，也可使用螺旋拉伸弹簧、板簧寸。在上述实施例中，在尖笔33附近设置的是一对滑行体37A和37B，但是滑行体的数 量并不局限于两个。例如，滑行体的数量也可以是一个。本发明可用于测量呈从旋转中心到测量面偏心量比较大的形状的被测量物的表 面粗糙度。
权利要求
1.一种表面性状测量装置，包括 旋转驱动装置，构造成使被测量物旋转；粗糙度检测器，包括检测器本体和尖笔，尖笔可位移地设置在检测器本体的末端、并构 造成与被测量物的测量面发生接触；和检测器驱动装置，包括构造成保持粗糙度检测器的检测器保持器，并构造成沿使检测 器保持器趋近或离开旋转驱动装置的方向驱动检测器保持器，其中，所述粗糙度检测器具有至少一个滑行体，所述至少一个滑行体设置在检测器本 体的末端、和尖笔的附近，并构造成与被测量物的测量面发生接触，而且所述粗糙度检测器 将基于滑行体的尖笔的位移作为电信号输出，并且所述检测器保持器包括引导构件、滑动构件和促动构件，所述引导构件被检测器驱动 装置驱动，所述滑动构件构造成保持粗糙度检测器、并设置成能够相对于引导构件沿尖笔 的位移方向滑动，而所述促动构件构造成促动滑动构件、以使滑行体总是与被测量物的测 量面发生接触。
2.如权利要求1所述的表面性状测量装置，其中，滑行体包括夹持尖笔并沿尖笔的突 出方向突出的一对滑行体。
3.如权利要求1所述的表面性状测量装置，其中，滑行体设置成沿尖笔的突出方向突出ο
4.如权利要求2所述的表面性状测量装置，其中，所述一对滑行体中的一个滑行体的 末端从另一滑行体的末端，沿尖笔的位移方向偏移。
5.如权利要求1-4中任一项所述的表面性状测量装置，其中，所述检测器保持器包括 构造成检测滑动构件的滑动量的滑动量检测器。
全文摘要
本发明涉及一种表面性状测量装置，其包括构造成使被测量物旋转的旋转驱动装置；粗糙度检测器，包括可位移地设置在检测器本体末端的尖笔、以及设置在检测器本体末端和尖笔附近的至少一个滑行体，并将基于滑行体的尖笔的位移作为电信号输出；和构造成驱动检测器保持器的检测器驱动装置。所述检测器保持器包括引导构件、滑动构件和促动构件，所述引导构件被检测器驱动装置驱动，所述滑动构件构造成保持粗糙度检测器、并设置成能够相对于引导构件沿尖笔的位移方向滑动，而所述促动构件构造成促动滑动构件、以使滑行体总是与被测量物的测量面发生接触。
文档编号G01B21/20GK102109339SQ201010588819
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月16日
发明者太田法道, 山田佳史, 进藤秀树 申请人:株式会社三丰