移動式表面形狀測定裝置的製作方法
2023-10-04 17:17:59 2
專利名稱：移動式表面形狀測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對扁平對象物的表面形狀、特別是研磨平板的加工表面形狀加以測定的移動式測定裝置。
現有技術使用於脆性材料的精密加工、GMR頭的高精度曲面加工等中的研磨平板具有形成細微的螺旋槽的平坦或撓曲的加工表面。為了維持高的加工精度，需要將加工表面的整體形狀、細微形狀維持於適宜狀態。為了將加工表面的整體形狀、細微形狀維持於適宜狀態，需要正確測定加工表面的整體形狀、細微形狀。
以往，研磨平板的加工表面形狀的測定通過以下的裝置實現。
A、平面度、圓球度等加工表面的整體形狀的測定a、間距規b、三維測定器c、比較儀、刻盤規B、槽形狀等的加工表面的細微形狀的測定a、表面粗糙度計b、掃描型電子顯微鏡以往的測定裝置具有以下的問題。
間距規由於為點的測定，漏過局部性變形的可能性較大。
三維測定器、比較儀、刻盤規能夠測定從研磨機上取下的研磨平板的加工表面形狀，但不能測定安裝於研磨機上的研磨平板的加工表面形狀。
表面粗糙度計不適用於Z方向(扁平對象物的厚度方向)的可測定範圍未滿1mm的球面的測定。
掃描型電子顯微鏡由於測定的時間較長，不適於寬大表面的測定。
間距規、三維測定器、表面粗糙度計、比較儀等的接觸測定裝置在研磨平板為錫等軟質金屬制的情況下，不能得到加工表面的正確測定、傷及加工表面的可能性較高。
發明內容
本發明的目的為提供一種能夠容易並正確地測定安裝在研磨機上的研磨平板的加工表面的整體形狀和細微形狀的移動式測定裝置。
本發明的另一目的為提供一種能夠容易並正確地測定搭載於裝置上的扁平對象物的表面的整體形狀和細微形狀的移動式測定裝置。
本發明提供的移動式表面形狀測定裝置的特徵為，具有直線狀導軌，可沿導軌移動地與導軌結合的工作檯，可在導軌的垂直於長軸的橫軸方向上移動地與工作檯結合的載物臺，固定在載物臺上的非接觸變位傳感器，驅動工作檯的第1驅動裝置，檢測非接觸變位傳感器的長軸坐標的第1坐標檢測裝置，驅動載物臺的第2驅動裝置，檢測非接觸變位置傳感器的橫軸坐標的第2坐標檢測裝置，使用導軌的橫軸方向撓曲來修正非接觸變位傳感器的橫軸坐標的坐標修正裝置，支持導軌的支持部件，和相對被測定表面定位支持部件的支持部件定位裝置。
通過將支持部件相對於被測定表面定位，將直線狀導軌連接在支持部件上，將可沿直線狀導軌移動的非接觸式變位傳感器嚮導軌的長軸方向的第1位置移動，測定非接觸變位傳感器與被測定表面之間的橫軸方向距離，檢測非接觸變位傳感器的第1位置的長軸坐標，檢測非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標，使用非接觸變位傳感器與被測定表面之間的橫軸方向的距離、非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標、根據導軌的橫軸方向的撓曲修正非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標的修正值來算出被測定表面的測定點的橫軸坐標，並算出在非接觸變位傳感器的各種不同的第1位置上的被測定表面的測定點橫軸坐標，可以容易並正確地測定被測定表面的整體形狀與細微形狀。
通過使用支持部件定位裝置，能夠容易地使支持部件相對於被測定表面定位。
通過將支持部件相對於被測定表面定位，將直線狀導軌連接於支持部件上，能夠在較小的重量負擔下容易地使移動式表面形狀測定裝置相對於被測定表面定位。
附圖簡述
圖1為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置的俯視圖。
圖2為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置的側視圖。
圖3為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置具有的定位夾具的立體圖。
圖4為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置具有的支持腿部的側視圖。
圖5為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置的數據處理部的框圖。
圖6為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置的側視圖。
圖7為Z軸坐標Zn的計算程序的說明圖。
圖8為本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置的數據處理的流程圖。
圖9為特異點除去處理的說明圖。
圖10為篩選處理的說明圖。
圖11為頂點數據生成處理的說明圖。
圖12為槽形狀數據生成處理的說明圖。
圖13為R數據生成處理的說明圖。
圖14為ΔR數據生成處理的說明圖。
圖15為傾斜修正處理的說明圖。
圖16為示出測定數據的圖表表示一例的視圖。
圖17為示出測定數據的圖表表示一例的視圖。
圖18為示出測定數據的圖表表示一例的視圖。
圖19為示出測定數據的數值表示一例的視圖。
圖20為研磨平板的剖面圖。
圖21為檢查支持腿的材料與導軌的直線度的關係用的測定裝置的側視圖。
圖22為圖21的局部放大圖。
圖23為示出由測定得到的支持腿的材料與導軌的直線度的關係的視圖。
圖24為比較各種支持腿用材料的物理特性的視圖。
實施發明的較佳實施例如圖1～圖4所示，本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置20由氧化鋁陶瓷、碳化矽等每單位質量的縱彈性係數大的材料構成的、具有中空斷面的直線狀導軌1。導軌1的兩端由一對支柱10支持。導軌1與一對支柱10裝配成一體。
X軸工作檯4可沿導軌1在導軌1的長軸X方向上移動地與導軌1結合。X軸工作檯4通過空氣軸承41由導軌1支持。X軸工作檯4由X軸電機42驅動。在移動式表面形狀測定裝置20非工作時，X軸工作檯4在導軌1的一端附近的原點位置。
Z軸載物臺3可在垂直於X軸的Z軸方向移動地與X軸工作檯4結合。Z軸載物臺3由Z軸電機5驅動。在移動式表面形狀測定裝置20非工作時，Z軸載物臺3在X軸附近的原點位置。
靜電容量傳感器、渦電流傳感器、纖維(金屬絲)傳感器、雷射傳感器等非接觸式變位傳感器9固定於Z軸載物臺3上。最好為測定點直徑小、測定精度高的雷射傳感器。
檢測非接觸式變位傳感器9的X軸坐標的X軸線性標尺2安裝在導軌1上。檢測非接觸式變位傳感器9的Z軸坐標的Z軸線性標尺32安裝在X軸工作檯4上。
一對支柱10由一對裝卸用夾具15可裝卸地固定在一對支持臺11上。多個支持腿12與支持臺11螺紋連接。手柄17固定在支持腿12上。螺母18與支持腿12螺紋連接。
在一對支持臺11之間設置有與導軌1平行延伸的標尺14。一對支持臺11與標尺14組裝成一體。一對定位夾具13可在標尺14的長軸方向移動地與標尺14固定結合。定位夾具13具有與標尺14的結合部13a、可與被測定物的圓周側面接觸的位置配合部13b、可與被測定物的測定表面周緣部接觸的位置配合面13c。位置配合面13c與位於原點位置的非接觸式變位傳感器9之間的Z軸方向距離被設定在非接觸式變位傳感器9的測定有效距離的範圍內。
如圖5所示，本發明實施例的移動式表面形狀測定裝置20具有帶計算迴路51、變位數據輸入迴路52、數據計算處理部53、撓曲修正數據記憶部54、表面形狀數據記憶部55、伺服控制器56、顯示裝置57的數據處理部。
以下對使用移動式表面形狀測定裝置20、沿研磨平板的直徑線測定安裝在研磨機上的研磨平板的加工表面形狀時、移動式表面形狀測定裝置20的設置程序進行說明。
如圖2所示，在研磨機100的水平並平坦的上面100a上，固定載置有圓環板狀的研磨平板7。研磨平板7具有球面狀的加工表面7a。
操作裝卸用夾具15，將移動式表面形狀測定裝置20分離成包含導軌1的第1部分與包含支持臺11的第2部分。
根據研磨平板7的外直徑、以及非接觸式變位傳感器9與定位夾具13的位置配合部13b之間的與導軌1垂直方向的水平距離，一面觀察標尺14的刻度，一面調整一對定位夾具13之間的距離，以使非接觸式變位傳感器9在研磨平板7的直徑線上移動。
迴轉手柄17，調整支持腿12的有效長度L，使定位夾具13的位置配合面13c的高度與研磨平板7的周緣部7b的高度相同。擰緊螺母18，固定支持腿12的有效長度L為調整值。
使一對位置配合部13b與研磨平板7的圓周側面接觸、一對位置配合面13c與研磨平板7的周緣部7b接觸，以將移動式表面形狀測定裝置20的第2部分載置於研磨機100的上面100a上。
將移動式表面形狀測定裝置20的第1部分載置在移動式表面形狀測定裝置20的第2部分上，操作裝卸用夾具15，將第1部分固定在第2部分上。
在移動式表面形狀測定裝置20的設置結束後，導軌1平行於研磨機100的上面100a地延伸，非接觸式變位傳感器9位於研磨平板7的直徑線上，非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a之間的Z方向的距離在非接觸式變位傳感器9的測定有效距離的範圍內。
關於移動式表面形狀測定裝置20的設置，移動式表面形狀測定裝置20具有以下優點。
(1)通過使用定位夾具13，能夠容易地將移動式表面形狀測定裝置20相對於研磨平板7定位，以使非接觸式變位傳感器9在研磨平板7的直徑線上移動。定位夾具13可廣泛地使用於各種形狀、尺寸的測定對象物上。
(2)通過調整支持腿12的有效長度L，能夠將非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a之間的Z方向距離容易設定在非接觸式變位傳感器9的測定有效距離內。
(3)通過調整支持腿12的有效長度L，能夠在將移動式表面形狀測定裝置20的第1部分載置於第2部分上時，防止位於原點位置的非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a的幹涉，防止因幹涉引起的加工表面7a的損傷。
(4)通過獨立調整多個支持腿12的有效長度L，即使在圖6所示的在研磨機100的上面100a上存在臺階的情況下，或者在研磨機100的上面100a傾斜的情況下，也可將移動式表面形狀測定裝置20穩定地載置於研磨機100的上面100a上。
(5)通過將移動式表面形狀測定裝置20的第2部分相對於研磨平板7定位並載置於研磨機100上，然後將移動式表面形狀測定裝置20的第1部分載置固定於第2部分上，能夠在較小的重量負擔下將移動式表面形狀測定裝置20容易地載置於研磨機100上。如果準備多個第2部分，可以在多個研磨平板7的每個上預先定位第2部分，將單一的第1部分依次載置於各第2部分上，能夠依次測定多個研磨平板7的加工表面形狀。通過多個低價的第2部分共享高價的第1部分，以降低表面形狀的測定費用。
以下參照圖5對由移動式表面形狀測定裝置20對研磨平板7的加工表面形狀的測定程序進行說明。
使用者起動控制軟體，輸入測定開始位置、測定結束位置、測定間距等測定條件。
X軸電機42動作，X軸工作檯4從原點位置向測定開始位置移動。非接觸式變位傳感器9的X軸坐標數據Xn從X軸線性標尺2輸入到計算迴路51中。X軸工作檯4到達測定開始位置時，測定觸發脈衝被從計算迴路51向變位數據輸入迴路52輸入，以開始測定。
非接觸式變位傳感器9測定與研磨平板7的加工表面7a之間Z軸方向的距離，根據測定值，伺服控制器56反饋控制Z軸電機5，Z軸載物臺3向使非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a之間的Z軸方向距離成為非接觸式變位傳感器9的最適測定距離(在測定有效距離為5±0.3mm的雷射傳感器的情況下約為5mm)的位置移動。非接觸式變位傳感器9測定與研磨平板7的加工表面7a之間Z軸方向的距離Zi。測定的數據Zi從非接觸式變位傳感器9向變位數據輸入迴路52輸入。非接觸式變位傳感器9的Z軸坐標Zs從Z軸線性標尺32輸入到數據輸入迴路52中。
非接觸式變位傳感器9的測定數據Zi和非接觸式變位傳感器9的Z軸坐標數據Zs從變位數據輸入迴路52輸入到計算處理部53中。非接觸式變位傳感器9的X軸坐標數據Xn從計算迴路51輸入到數據計算處理部53中。
根據因導軌1的自重與X軸工作檯4的重量引起的導軌1在Z軸方向的撓曲，來修正非接觸式變位傳感器9的Z軸坐標數據Zs的撓曲修正數據Δz被預先記憶在撓曲修正數據記憶部54中，撓曲修正數據Δz從撓曲修正數據記憶部54輸入到數據計算處理部53中。
在數據計算部53中，如圖7所示，使用測定數據Zi、非接觸式變位傳感器9的Z軸坐標數據Zs、撓曲修正數據Δz，算出加工表面7a的測定點的Z軸坐標Zn。
加工表面7a的測定點的Z軸坐標數據Zn和X軸坐標數據Xn被從數據計算處理部53輸入、記憶到表面形狀數據記憶部55中。
X軸工作檯4向研磨機7的直徑線上的下一個測定位置移動，進行加工表面7a的測定，數據計算處理部53算出測定點的Z軸坐標數據Zn，表面形狀數據記憶部55記憶Z軸坐標數據Zn和X軸坐標數據Xn。
重複進行X軸工作檯4的移動和加工表面7a的測定、由數據計算處理部53進行的測定點的Z軸坐標Zn的計算、由表面形狀數據記憶部55進行的測定點的Z軸坐標數據Zn和X軸坐標數據Xn的記憶，將研磨平板7的一條直徑線上的加工表面7a的形狀數據儲存在表面形狀數據記憶部55中。
迴轉研磨平板7，在研磨平板7的多個直徑線上進行加工表面7a的測定，研磨平板7的多個直徑線上的加工表面7a的形狀數據儲存在表面形狀數據記憶部55中。例如，研磨平板7每次轉45度，在4個直徑線上進行加工表面7a的測定，將研磨平板7的4個直徑線上的加工表面7a的形狀數據儲存在表面形狀數據記憶部55中。
有關加工表面7a的形狀測定，移動式表面形狀測定裝置20具有以下優點。
(1)由於由氧化鋁陶瓷、碳化矽等每單位重量的縱彈性係數大的材料形成的中空斷面的導軌1在Z軸方向的撓曲微小，移動式表面形狀測定裝置20的測定精度高。
(2)由於氧化鋁陶瓷、碳化矽等線膨脹係數小，即使環境溫度變化，也能較高地維持移動式表面形狀測定裝置20的測定精度。
(3)由於X軸工作檯4通過空氣軸承41由導軌1支持著，在X軸工作檯4移動時，不會發生滾動軸承產生的轉動、粘著滑動所引起的振動。從而，移動式表面形狀測定裝置20的測定精度高。
(4)由於X軸工作檯4通過空氣軸承41由導軌1支持著，X軸工作檯4與導軌1的滑動阻抗小，X軸電機42的發熱量少，導軌1的熱變形量小。從而，移動式表面形狀測定裝置20的測定精度高。
(5)由於X軸工作檯4通過空氣軸承41由導軌1支持著，X軸工作檯4與導軌1的滑動面很難劣化。從而，移動式表面形狀測定裝置20的測定精度可以在長時間內較高地維持。
(6)由於非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a之間的在Z軸方向的距離維持於非接觸式變位傳感器9的最適測定距離，能夠正確地測定非接觸式變位傳感器9與研磨平板7的加工表面7a之間在Z軸方向的距離，由於修正導軌1在Z軸方向的撓曲，能夠正確地測定研磨平板7的加工表面7a的細微形狀。
(7)由於能夠在研磨平板7的多個直徑線上的多個位置上正確地測定加工表面7a的形狀，能夠正確地測定研磨平板7的加工表面7a的全體形狀。
(8)由於研磨平板7的一個直徑線上的加工表面7a的形狀測定為根據控制軟體自動地進行的，能夠容易並正確地測定研磨機7的加工表面7a的整體形狀和細微形狀。
以下對記憶在表面形狀數據記憶部55中的加工表面7a的形狀數據的處理程序進行說明。
數據計算處理部53從表面形狀記憶部55取得加工表面7a的表面形狀數據，並處理這些數據。表面形狀數據的處理以圖8所示的程序進行。以下詳述形狀數據的處理程序。
(1)除去特異點如圖9所示，在與周邊點的Z軸坐標數據Zn的平均值相比較存在突出的Z軸坐標Zn的情況下，將該突出的Z軸坐標Zn視為特異點而平滑化。結果，能夠除去因非接觸式變位傳感器9的雷射光線的漫反射、附著於加工表面7a上的灰塵或髒物等引起的測定誤差。周邊測定點的數量、突出量的閾值能夠由使用者設定。
(2)過濾處理如圖10所示，使特異點平滑化後的Z軸坐標數據Zn通過FIR型低通濾波器，將高頻雜波除去，截止頻率能夠由使用者設定。
(3)頂點數據生成如圖11所示，檢測出除去高頻雜波後的Z軸坐標數據Zn的周期性波的波頂與波底，作為波頂數據、波底數據記憶在表面形狀數據記憶部55中。
通過算出波頂的包絡線，能夠把握研磨平板7的與加工對象物的接觸面的形狀。
通過算出波底的包絡線，能夠把握成形加工表面7a的工具機的加工精度。
(4)槽形狀數據的生成如圖12所示，算出除去高頻雜波後的Z軸坐標數據Zn的各波的峰寬、槽深、槽面積，以作為槽形狀數據記憶在表面形狀數據記憶部55中。
由於隨著研磨平板7的使用，形成於加工表面7a上的螺旋槽的峰寬增加，槽深減少，能夠根據槽形狀數據，把握研磨平板7的磨損度，在研磨平板7的加工表面7a的再加工期間，能夠把握研磨平板7的更換時間等。
(5)R數據的生成使用波頂數據，算出加工表面7a的半徑R，作為R數據記憶在表面形狀數據記憶部55中。
如圖13所示，將波頂數據沿X軸3等分為領域I、領域II、領域III。從各領域取得1個波頂數據，檢測3個波頂數據的關係(凹、凸、平坦)。從各領域取得1個新的波頂數據，檢測3個波頂數據的關係。將上述程序反覆N次(N為各領域內的波頂數據數)，將最多的形狀判斷為波頂數據的形狀。
在波頂數據的形狀為凹或凸的情況下，從各領域取得1個波頂數據，計算通過3個波頂數據的圓。從各領域取得1個新的波頂數據，計算通過3個波頂數據的圓。n次重複上述程序。在計算的圓的半徑比預定值r大的情況下，可視為波頂數據的形狀平坦，中止重複計算圓。將n個圓的半徑的平均值、中心坐標的平均值判斷為形成加工表面7a的圓弧的半徑R、中心坐標。反覆數n、預定值r能夠由使用者設定。
在波頂數據的形狀平坦的場合，將根據全波頂數據計算的最小平方近似直線認定為加工表面7a的表面形狀。
由於在加工表面7a的成形加工時，以實現預先設定的半徑R來成形加工該加工表面7a，通過加工結束後測定加工表面7a的形狀，算出半徑R，能夠把握形成加工該加工表面7a的工具機的加工精度。
在加工表面7a的形狀管理中，R數據能夠起到作用。
(6)ΔR數據的生成如圖14所示，算出使用波頂數據算出的加工表面7a的半徑R的圓弧與頂點數據在Z軸方向的偏差ΔR，作為ΔR數據記憶在表面形狀數據記憶部55中。
通過ΔR能夠把握加工表面7a的凹凸。
如果設定ΔR的允許範圍，根據ΔR數據，能夠進行加工表面7a的形狀管理。
根據ΔR在X軸方向的分布，能夠把握因研磨平板7的徑向位置而導致的加工精度的波動。
(7)傾斜修正如圖15所示，除去高頻雜波的Z軸坐標數據Zn被整體迴轉，除去數據整體的傾斜，容易地得到Z軸坐標數據Zn。通過傾斜修正，不需要研磨平板7與移動式表面形狀測定裝置20的嚴密的平行調整，縮短了平行調整所需的時間。
(8)圖表表示如圖16至圖18所示，通過將上述的各種數據圖表顯示在顯示裝置57的畫面上，能夠直觀地把握研磨平板7a的狀態。
圖16以圖表顯示了一直徑線上的加工表面7a的形狀。上圖示出了除去高頻雜波後的Z軸坐標數據Zn在X軸方向的分布，下圖示出了ΔR的X軸方向分布。在畫面的右側示出了測定條件(測定開始點、測定結束點、測定間距、測定點數、測定速度)、半徑R、最大ΔR、最小ΔR、最大ΔR與最小ΔR的差ΔH等。通過圖表示出了半徑R、最大ΔR、最小ΔR、最大ΔR與最小ΔR的差ΔH等，能夠容易地把握研磨平板的加工表面7a被要求的形狀與實際形狀的差。
圖17的上圖為圖16的局部放大圖。
圖18表示結合多個直徑線上的測定結果得到的加工表面7a的三維形狀。
圖19以數值表示各種數據。通過數值表示各種數據，能夠容易地把握這些數據是否在允許範圍內。
特別是R、ΔR、最大ΔR與最小ΔR的差ΔH在管理研磨平板7的加工精度上最為重要。
在顯示出根據遍布直徑整體的數據算出的R的同時，希望也顯示出僅根據遍布半徑的數據算出的R。由於切削加工加工表面7的工具機是在研磨平板迴轉的同時在半徑方向驅動切削刃以對加工表面進行切削加工的，通過將根據遍布直徑的數據算出的R與根據遍布半徑的數據算出的R相比較，能夠把握工具機的加工精度。例如圖20所示，由於工具機的加工精度低，會有加工表面7a不是單一球面而成為環狀的情況。此時，根據遍布直徑整體的數據算出的R1與根據遍布半徑的數據算出的R2不一致。如果兩者一致，工具機的加工精度高。
將加工表面7a的開始使用前的形狀數據作為形狀數據的初期值預先記憶在表面形狀數據記憶部55中，將加工表面7a的開始使用後的形狀數據與形狀數據的初期值相比較，將兩者的差作為加工表面7a的劣化數據記憶在表面形狀數據記憶部55中，也可在顯示裝置57上顯示。使研磨平板7的加工表面7a的再加工時間、研磨平板7的更換時間等正常化。
在超過了加工表面7a的劣化允許程度的情況下，可在顯示裝置57上顯示警報。使研磨平板7的加工表面7a的再加工時間、研磨平板7的更換時間正常化。
在定期地進行加工表面7a的形狀測定，最新劣化數據的由前次測定時劣化數據的增加值超過允許程度的情況下，可在顯示裝置57上顯示警報，以使研磨平板的更換期限正常化。
在將移動式表面形狀測定裝置20設置在研磨機100的上面100a上的狀態下，可將原點位置的非接觸變位傳感器9的Z軸坐標Zs標記在支持臺11上。通過以該標記位於比加工表面7a上方的狀態調整支持腿12的有效長度L，在將移動式表面形狀測定裝置20的第1部分載置於第2部分上時，能夠防止非接觸變位傳感器9幹涉加工表面7a。
在將移動式表面形狀測定裝置20設置在研磨機100的上面100a上的狀態下，可將原點位置的非接觸變位傳感器的Z軸坐標Zs標記在定位夾具13上。通過以該標記位於比加工表面7a上方的狀態調整支持腿12的有效長度L，在將移動式表面形狀測定裝置20的第1部分載置於第2部分上時，能夠防止非接觸變位傳感器9幹涉加工表面7a。
以上對本發明的實施例進行了說明，但本發明並不限於上述實施例。
支持腿12也可由非氧化物系陶瓷製成。支持腿12也可由非氧化物系陶瓷覆蓋。也可在研磨機100的上面100a上敷設非氧化物系陶瓷製的薄板，並在該薄板上設置支持腿12。
由於陶瓷耐熱性、強度、耐腐蝕性、耐磨耗性、耐衝擊性好，熱膨脹率小，適合於作為支持腿12的材料。特別是由於非氧化物系陶瓷與氧化物系陶瓷相比磨擦係數小，通過支持腿12由非氧化物系陶瓷製成、或支腳12由非氧化物系陶瓷覆蓋、或在研磨機100的上面100a上敷設非氧化物系陶瓷製的薄板並在該薄板上設置支持腿12，在將移動式表面形狀測定裝置20設置於研磨機100的上面100a上時，抑制因作用在支持腿12上的磨擦力引起的支持腿12的變形，抑制因支持腿12的變形而引起的導軌1的直線度的降低，提高移動式表面形狀測定裝置20的精度。即使在非氧化物系陶瓷中，從通用性的觀點上看，也以碳化矽、氮化矽為好，作為覆蓋支持腿12的非氧化物系陶瓷，除上述以外碳化鈦也有效。
通過實驗，對支持腿12的材料對導軌1的直線度產生的影響進行了檢查，以下說明實驗的程序與結果。
如圖21、22所示，將前述實施例的移動式表面形狀測定裝置20載置於氧化鋁陶瓷製的研磨平板200上，使用推拉計21向1點支持側的支持腿部12的前端部施加24.5N的X軸向的載荷，接著將該載荷卸載。使用電測千分尺22測定導軌1的中央部B、兩端部A、C的施加載荷前和卸載載荷後的Z軸坐標的變化量。使用淬火處理過的不鏽鋼、作為非氧化物系陶瓷的碳化矽、氮化矽、作為氧化物系陶瓷的氧化鋁陶瓷、氧化鋁作為支持腿12的材料，對支持腿12的材料和前述Z軸坐標的變化量的關係進行研究。
如圖23中測定結果所示。從圖23可知，作為支持腿12的材料使用碳化矽、氮化矽時，Z軸坐標的變化量最小。考慮到由於碳化矽、氮化矽與氧化鋁陶瓷之間的磨擦小，通過X軸方向載荷的卸載，支持腿12在研磨平板200上滑動，釋放了支持腿12的變形，從而導軌1的Z軸方向的殘留變位微小。使用不鏽鋼製的支持腿12，在研磨平板200的支持腿設置部上粘貼聚四氟乙烯帶再進行上述測定的場合，與不粘貼該帶的情況相比，Z軸坐標的變化量降低。由於設置於帶上的支持腿12具有隨著時間而沉降的可能性，最好在研磨平板200上敷設非氧化物系陶瓷製的薄板，在該薄板上設置支持腿12。
碳化矽、氮化矽、氧化鋁陶瓷、氧化鋯、聚四氟乙烯(PTFE)、不鏽鋼的低磨擦性、硬度、彎曲強度、輕量性、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨耗性的評價如圖24所示。由圖24可知，在低磨耗性上，為氟系樹脂的聚四氟乙烯優，而從耐熱性、硬度、耐腐蝕性、耐磨耗性、耐衝擊性、低熱膨脹性等考慮，作為支持腿12的材料以陶瓷為好，再者，從耐磨性、低磨擦性的觀點看，作為支持腿12的材料以作為非氧化物系的碳化矽、氮化矽等為好。碳化鈦也為非氧化物系陶瓷，由於低磨擦性優，適於作為支持腿12的覆蓋材料。
在為了使移動式表面形狀測定裝置20輕型化，在將導軌1尺寸減小的情況下，為了維持導軌1的直線度，需要降低支持腿12與研磨機100的上面100a之間的磨擦。在移動式表面形狀測定裝置20的第2部分上載置第1部分時，如果兩者的接觸面不平行，第2部分的接觸面作為第1部分的接觸面的仿形在支持腿12發生變形，有使導軌1的直線度降低的可能。從抑制這種事態的發生的觀點看，也需要降低支持腿12與研磨機100的上面100a之間的磨擦。
使用氧化鋁陶瓷製的研磨平板200的測定結果在圖23中示出，即使使用鐵製研磨平板測定，儘管Z軸坐標的變化量的絕對值不同，但也能得到與圖23同樣的結果。
發明在產業上的可利用性本發明的移動式表面形狀測定裝置不僅利用於研磨平板的測定，也可利用於模具、反光鏡、透鏡、陶瓷板等各種扁平對象的表面形狀的測定。
權利要求
1.一種移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有直線狀導軌，可沿導軌移動地與導軌結合的工作檯，可在導軌的垂直於長軸的橫軸方向上移動地與工作檯結合的載物臺，固定在載物臺上的非接觸變位傳感器，驅動工作檯的第1驅動裝置，檢測非接觸變位傳感器的長軸坐標的第1坐標檢測裝置，驅動載物臺的第2驅動裝置，檢測非接觸變位傳感器的橫軸坐標的第2坐標檢測裝置，使用導軌的橫軸方向撓曲來修正非接觸變位傳感器的橫軸坐標的坐標修正裝置，支持導軌的支持部件，和相對被測定表面定位支持部件的支持部件定位裝置。
2.按照權利要求1所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，導軌可裝卸地連接在導軌支持部件上。
3.按照權利要求1或2所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，支持部件具有長度可調整的多個支持腿。
4.按照權利要求3所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，位於原點位置的非接觸變位傳感器的橫軸坐標被標記於支持部件上。
5.按照權利要求3所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，位於原點位置的非接觸變位傳感器的橫軸坐標被標記於支持部件定位裝置上。
6.按照權利要求3所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，支持腿由非氧化物陶瓷製成。
7.按照權利要求1至6任一項所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有將非接觸式變位傳感器與被測定表面之間的距離維持一定的距離維持裝置。
8.按照權利要求1至7任一項所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，非接觸變位傳感器為雷射變位傳感器。
9.按照權利要求1至8任一項所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有支持工作檯的空氣軸承。
10.按照權利要求1至9任一項所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，導軌由陶瓷製成。
11.按照權利要求1至10任一項所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有測定數據記憶裝置與測定數據分析裝置。
12.按照權利要求11所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有記憶被測定表面的初期形狀數據的初期形狀數據記憶裝置和根據初期數據與測定數據檢測被測定表面的劣化的劣化檢測裝置。
13.按照權利要求12所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有被測定表面的劣化超過允許程度時顯示警報的第1警報顯示裝置。
14.按照權利要求12所述的移動式表面形狀測定裝置，其特徵為，具有被測定表面的劣化的比前次測定時的增加值超過允許程度時顯示警報的第2警報裝置。
15.一種扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，將支持部件相對於被測定表面定位，將直線狀導軌連接在支持部件上，將可沿直線狀導軌移動的非接觸式變位傳感器嚮導軌的長軸方向的第1位置移動，將非接觸式變位傳感器嚮導軌的垂直於長軸的橫軸方向的第2位置移動，測定非接觸變位傳感器與被測定表面之間的橫軸方向距離，檢測非接觸變位傳感器的第1位置的長軸坐標，檢測非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標，使用非接觸變位傳感器與被測定表面之間的橫軸方向的距離、非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標、根據導軌的橫軸方向的撓曲來修正非接觸變位傳感器的第2位置的橫軸坐標的修正值來算出被測定表面的測定點的橫軸坐標，並算出在非接觸變位傳感器的各種不同的第1位置上的被測定表面的測定點的橫軸坐標。
16.按照權利要求15所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，將支持部件具有的多個支持腿設置於非氧化物系陶瓷製的設置面上。
17.按照權利要求15或16所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，將非接觸變位傳感器與被測定表面之間的距離維持為一定。
18.按照權利要求15至17任一項所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，根據多個測定點的長軸坐標與橫軸坐標的測定值，計算形成被測定表面的圓弧，並顯示該圓弧的半徑R。
19.按照權利要求15至17任一項所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，根據多個測定點的長軸坐標與橫軸坐標的測定值，計算形成被測定表面的圓弧，計算並顯示該圓弧與各測定點之間的橫軸方向的偏差ΔR。
20.按照權利要求15至17任一項所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，根據多個測定點的長軸坐標與橫軸坐標的測定值，計算形成被測定表面的圓弧，計算該圓弧與各測定點之間的橫軸方向的偏差ΔR，顯示最大ΔR與最小ΔR的差ΔH。
21.按照權利要求15至17任一項所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，被測定表面為迴轉對稱形狀，根據遍布被測定表面的直徑的多個測定點的長軸坐標與橫軸坐標的測定值計算形成被測定表面的圓弧，根據遍布被測定表面的半徑的多個測定點的長軸坐標與橫軸坐標的測定值計算形成被測定表面的圓弧，顯示根據遍布直徑的多個測定點所計算的圓弧半徑R和根據遍布半徑的多個測定點所計算的圓弧半徑R。
22.按照權利要求21所述的扁平對象物的表面形狀測定方法，其特徵為，顯示根據遍布直徑的多個測定點所計算的圓弧半徑R和根據遍布半徑的多個測定點所計算的圓弧半徑R的差。
全文摘要
一種移動式表面形狀測定裝置，具有直線狀導軌、可沿導軌移動地與導軌結合的工作檯、可在導軌的垂直於長軸的橫軸方向上移動地與工作檯結合的載物臺、固定在載物臺上的非接觸變位傳感器、驅動工作檯的第1驅動裝置、檢測非接觸變位傳感器的長軸坐標的第1坐標檢測裝置、驅動載物臺的第2驅動裝置、檢測非接觸變位傳感器的橫軸坐標的第2坐標檢測裝置、使用導軌的橫軸方向撓曲來修正非接觸變位傳感器的橫軸坐標的坐標修正裝置、支持導軌的支持部件、和相對被測定表面定位支持部件的支持部件定位裝置。
文檔編號G01B21/20GK1486415SQ01821835
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月7日 優先權日2000年11月10日
發明者中川修, 中山康雄, 內村健志, 志, 雄 申請人:東陶機器株式會社