测量力控制装置的利记博彩app

文档序号:6323291阅读:256来源:国知局
专利名称:测量力控制装置的利记博彩app
技术领域
本发明涉及在诸如圆度测量装置、轮廓测量装置、和粗糙度测量装置的表面特性测量装置中控制测量力的测量力控制功能,该测量力是由接触触针推挤被测对象所产生的作用于被测对象的表面上。
背景技术
在普通的圆度测量装置中,被测对象放置在旋转台上,被测对象的表面位置被接触触针检测的同时转动旋转台,使得被测对象的表面位置的数据被累积,由此测量和计算圆度。例如,专利参考1公开了一种装置,其控制用于通过使用接触触针来测量被测对象的表面形状的装置中的测量力,使得测量力恒定。如图10中所示,专利参考1中所公开的测量力控制装置包括触针102,在它的顶端(tip end)设置了与被测对象W相接触的接触部101 ;触针保持架104,使用支点构件103 作为支点(fulcrum)的同时旋转地支撑触针102 ;弹簧105,将触针102与触针保持架104 相结合;差动变换器106,检测触针102的旋转角度,由此检测被测对象W的表面位置;音圈电机(voice coil motor) 107,依照通电量对触针102施加围绕支点的旋转力;和控制组件 (controlling module) 108,用于控制音圈电机107的通电量。尽管图中未示出,但是在测量力控制装置被用作圆度测量装置的情况下,该装置还包括旋转台,旋转被测对象W;滑动装置,使触针保持架104朝向于和背向于在旋转台上的被测对象W做往复运动;和相对位置检测组件,用于检测触针保持架104与被测对象之间的相对位置。在该测量中,首先,操作滑动装置,以使触针保持架104接近被测对象W,从而设定接触部101压到被测对象W上的状态。触针102依照接触部101的按压量(pressing amount)围绕支点旋转,因此与旋转量成比例的弹簧105的反作用力施加到触针102上,由此产生将接触部101压到被测对象W上的力。该力被称为作用于被测对象的表面上的测量力F。然后,操作旋转台,以使被测对象W关于触针保持架104相对地移动,并且接触部 101沿被测对象的表面被引导。当接触部101依照表面形状进行位移时,触针102围绕支点摆动。因此,被测对象W的表面位置被差动变换器106所检测。旋转台和滑动装置作为组件起到相对地移动被测对象W和触针保持架104的作用。可替换地,该组件可以通过使用其它的可移动台和滑动装置来配置。在通过使用与触针102的旋转量成比例的弹簧105的反作用力来产生测量力F的装置类型中,弹簧105的变形量依照触针102围绕支点的摆动而变化,从而测量力F被改变。为了即使在触针102摆动以及它的旋转角度变化时,也产生恒定的测量力F,因此,专利参考1的装置中设置了音圈电机107,用以依照通电量对触针102施加围绕支点的旋转力。用于控制音圈电机107的通电量的控制组件108,从差动变换器106的检测值获得在测量期间由于触针102的摆动所引起的旋转角度的变化量,并且向音圈电机107提供与变化量成比例的电流,即,该电流使音圈电机产生与测量力的变化量相对应的旋转力。结果,音圈电机107的旋转力施加到触针102,从而由于弹簧105的变形量的变化所引起的反作用被抵消。因此,产生恒定的测量力F,而无关于触针102的旋转角的变化。[专利参考 l]JP-A-5_340706_ (_)量路兄通常,执行测量的测量执行路径设定在被测对象的表面,并且触针的接触部在接触部与被测对象相接触的状态下沿测量执行路径被引导。也就是说,在触针的接触部与被测对象相接触的状态下,触针保持架关于被测对象相对地移动的同时测量被执行。在切口特别是边缘上升的切口(凹部)或类似结构存在于设定在被测对象的表面的测量执行路径的中间的情况下,恒定的旋转力施加到图10的测量力控制装置中的触针 102上,而无关于触针的旋转量。因此,当触针102的接触部101被引导至切口部时,接触部 101掉进切口部并且被切口的边缘部卡住。当未察觉上述情况继续旋转旋转台时,触针102 可能被折断。因此,不可避免地引入下面的方法。也就是,在触针的接触部被引导至切口部之前,停止测量程序的执行,手动地固定触针以使触针的接触部不掉进切口部中,然后再转动旋转台。当切口部通过之后和触针的接触部到达下一测量开始位置时,取消触针的固定,重新启动测量程序。如上所述,在导致难以执行连续测量并且典型地为切口(凹部)或类似结构的形状存在于连续测量路径(successive measurement path)的中间的情况下,测量的执行被自动中断,并且触针的接触部必须被定位到下一测量开始位置,由此使得在连续测量路径上难以执行连续测量。因此,第一强烈需要是,在沿中间包括诸如切口(凹部)形状的连续测量路径上执行连续测量而不中断测量程序的执行。小肓径孔的内表面的测量在测量形成于被测对象的外圆周内的小直径孔的内表面的情况下,在开始测量之前执行将触针插入小直径孔以及将触针定位到测量开始位置的操作。在该插入操作中,为了避免触针的轴部(shaft portion)接触到被测对象的内表面而损坏触针,需要使触针的纵向中心轴线(center axis)平行于小直径孔的中心轴线,然后将触针插入到小直径孔中。在旋转的触针中,产生弹簧的反作用力,或者,在图10的装置中,施加音圈电机 107的旋转力,而无关于触针102的旋转量。因此,在触针102的接触部101不与被测对象 W相接触的情况下,触针102被保持在某一旋转角度。通常,因为结构限制,触针102被保持在触针102转动到旋转极限的状态下。因此,在图10的装置中,触针102被保持住的旋转角度是一个恒定的角度。因此,为了使触针的纵向中心轴线平行于被测对象的小直径孔的中心轴线,分离触针保持架自身并且再次连结保持架以使得触针的纵向中心轴线平行于小直径孔的中心轴线的工作是必须的。或者,在触针的轴线仍不平行于小直径孔的中心轴线的状态下,使触针保持架朝向小直径孔移动,触针的接触部被浅浅地插入到小直径孔中。在这种状态下,触针保持架沿被测对象的表面移动,并且使得接触部与内表面相接触。在接触状态下,触针进一步地移动以获得触针的轴线平行于小直径孔的轴线的状态。如上所述,需要完成使得触针的轴线平行于小直径孔的轴线以及在此之后将触针的接触部设定到某一深度的复杂工作。无论如何,在触针不与被测对象接触的状态下如果触针被保持的旋转角度可以被改变为任意的旋转角度,那么这些工作就能够被省略。因此,为了方便将触针插入到被测对象的小直径孔中,第二强烈需要是,触针被保持的旋转角度在触针不与被测对象相接触的状态下能够被改变。即使在同一被测对象的测量中,在测量圆度的情况下的测量力的设定值可能有时不同于在测量粗糙度情况下的测量力的设定值。在图10的测量力控制装置中,测量力F被简单地设为恒定的,并且不能被改变。因此,在测量力F的设定值必须依照诸如圆度或粗糙度这样的测量项目而改变的情况下,测量力控制装置必须被另一个装置所替代。由于同样的原因,在相同的被测对象上连续执行圆度和粗糙度测量的情况下,测量的执行必须被中断,并且测量力控制装置必须被另一个装置所替代。关于测量条件,除了诸如圆度或粗糙度的测量项目的条件之外,还包括在被测对象的材料的条件下,存在着测量力的设定值必须改变的情况。此外,还存在为了减小被测对象的变形,将测量力减小的情况。因此,第三强烈需要是,使得测量力能够依照测量条件的变化而改变的功能。

发明内容
本发明的示例性实施例提供一种测量力控制装置,其能够控制测量力以使得产生或不产生测量力,并且可以改变测量力。一种测量力控制装置,根据示例性实施例,其控制由触针的接触部推挤被测对象产生的作用于被测对象的表面上的测量力,该装置包括在顶端具有接触部的触针,接触部与被测对象相接触;触针保持架,配置来将触针保持在触针能够围绕作为支点的支点构件旋转的状态下;旋转角度检测组件,配置来检测触针的旋转角度;电磁驱动组件,配置来依照通电量对触针施加围绕支点的旋转力;和控制组件,配置来控制要提供给电磁驱动组件的通电量,其中,控制组件具有目标旋转角度指令部(issuing portion),配置来设定触针的目标旋转角度,通电量确定部(determining portion),配置来获得检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值,并且确定要提供给电磁驱动组件的以使得该差值为零的通电量,限制值指令部,配置来设定限制值,用于使得要提供给电磁驱动组件的通电量恒定,和通电量限制部,配置来当检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于一定角度时,将由通电量确定部确定的通电量限定到限制值,由此来产生恒定的测量力。在产生恒定的测量力的情况下,目标旋转角度指令部配置来将目标旋转角度设定在触针的旋转受被测对象的表面的测量位置与触针的接触部之间的接触所约束的范围内,并且检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度,和在不产生测量力同时触针被保持住的情况下,目标旋转角度指令部配置来将目标旋转角度设定在触针不受由被测对象与触针的接触部之间的接触产生的旋转约束所支配的范围内。下面将对本实施例的测量力控制装置的功能和效果进行描述。通电量确定部获得当前检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值,并且确定要提供给电磁驱动组件的使得该差值为零的通电量。因此,与通电量相应的电磁驱动组件的旋转力提供给触针,并且触针的旋转角度被反馈控制从而总是接近目标旋转角度。在本发明中,如所要求的,目标旋转角度指令部对作为反馈控制目标的目标旋转角度的设定进行切换。(测量力的产生)在触针的接触部与被测对象的表面的测量位置相接触的状态下,当产生测量力时,例如,目标旋转角度可以被设定为使得触针的接触部的目标位置在被测对象的内部。由于触针的旋转受该接触所约束,所以检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间有差值的状态总是存在。因此,保持提供旋转力到触针的状态,并且能够一直产生测量力。(测量力的方向的180度逆转)例如,存在这样一种情况,其中测量力作用的方向从围绕触针的支点的顺时针方向变化到逆时针方向。当触针的目标旋转角度被设定成使得触针的接触部的目标位置从触针的接触部的当前位置沿围绕触针的支点的顺时针方向移动时,测量力在顺时针方向上作用。相反地,当触针的目标旋转角度被设定成使得触针的接触部的目标位置从触针的接触部的当前位置沿围绕触针的支点的逆时针方向移动时,测量力在逆时针方向上作用。如上所述,当切换触针的目标旋转角度的设定值时,简单变换测量力作用的方向是可能的。(在接触状态下的触针的保持)例如,在当测量力被设定为零的同时触针被保持住的情况下,在触针的接触部与被测对象的表面的测量位置相接触的状态下,触针的目标旋转角度可以与当前检测到的触针的旋转角度相一致。也就是说,当目标旋转角度被设定成使得触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值为零的触针的旋转角度时,在该旋转角度位置处保持住触针是可能的。(在任意旋转角度处触针的保持)或者,触针的目标旋转角度可以被设定成使得触针的接触部的目标位置处于接触部与被测对象的表面的测量位置不接触的位置。也就是说,目标旋转角度被设定在触针不受由被测对象与触针的接触部之间的接触所产生的旋转约束所支配的范围内,以此触针被允许旋转到目标旋转角度,而不受由该接触所产生的旋转约束的支配。因此,在目标旋转角度位置处保持住触针是可能的。在本发明中,如上所述,在产生恒定的测量力的情况下,目标旋转角度指令部将目标旋转角度设定在触针的旋转受触针的接触部与被测对象的表面的测量位置之间的接触所约束的范围内,并且检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值一直存在,并且,在不产生测量力的同时触针被保持住的情况下,目标旋转角度被设定在触针不受由被测对象与触针的接触部之间的接触所产生的旋转约束所支配的范围内。
如所要求的,因此,当目标旋转角度指令部切换目标旋转角度的设定时,产生测量力以及在不产生测量力的同时将触针保持在某一旋转角度都是可能的。即使在连续测量路径包含必须产生测量力的路径和在不产生测量力的同时必须在某一旋转角度下保持住触针的路径的情况下,此时目标旋转角度指令部切换目标旋转角度的设定,因此,目标旋转角度指令部切换目标旋转角度的设定,连续测量路径能够接受连续测量而不用中断测量程序的执行。在触针被保持住的情况下,当目标旋转角度指令部将目标旋转角度设定为在触针不受由被测对象与触针的接触部之间的接触所产生的旋转约束所支配的范围内的任意旋转角度时,触针被保持住的旋转角度不限制为一个值,而是可以被改变。(恒定的测量力)只有在要提供给电磁驱动组件的以使得检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值为零的通电量被确定的情况下,当该差值改变时,通电量才可能被改变,并且不可能产生恒定的测量力。在本发明中,为了产生恒定的测量力并且允许测量力依照测量条件而改变,用于控制电磁驱动组件的通电量的控制组件包括限制值指令部,其中可设定限制值,以使得通电量恒定;和通电量限制部,当检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于一定角度时,将通电量限定为限制值,由此来产生恒定的测量力。当该差值一直等于或大于所述一定角度时,通电量被限定为限制值,并且可以持续产生恒定的测量力。因此,当目标旋转角度在检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于一定角度的范围内的条件被加入到目标旋转角度的设定条件中时,产生恒定的测量力是可能的。在实际测量中,当触针的接触部沿连续测量路径被引导时,接触部的位置依照表面形状而变化。因此,基于依照接触部的位置变化而变化的触针的旋转角度的检测值,被测对象的表面位置被检测。在目标旋转角度指令部设定触针的目标旋转角度的设定中, 触针的目标旋转角度可以参照接触部的位置一一在该处接触部的位移量(displacement amount)大于触针的接触部沿测量力作用方向以最大程度位移的位置处的位移量——从而被设定成使得触针的上述旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于一定角度。当目标旋转角度以这种方法设定时,能够产生恒定的测量力,而无关于被测的触针的旋转角度的变化。(测量力的变化)由于限制值指令部能够任意地设定通电量的限制值,因此测量力的幅值能够简单地通过改变限制值而容易地改变。根据示例性实施例的测量力控制装置,进一步包括相对移动组件(relative moving module),配置来相对地移动触针保持架和被测对象;和相对位置检测组件,配置来检测触针保持架与被测对象的相对位置,其中,控制组件包括接触部位置计算部(contact portion position calculatingportion),配置来基于检测到的触针保持架与被测对象的相对位置和检测到的触针的旋转角度,计算触针的接触部关于被测对象的相对位置,和,
其中,目标旋转角度指令部配置来基于触针的接触部关于被测对象的相对位置, 改变目标旋转角度的设定。在连续测量路径被连续地测量的情况下,连续测量路径被预先设定在被测对象的外圆周面上并且连续地包括要执行测量的第一测量执行路径、中断测量的定位路径和要执行测量的第二测量执行路径,目标旋转角度指令部配置来,在执行第一测量执行路径的测量期间,将目标旋转角度设定在检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度的范围内,由此来产生恒定的测量力,目标旋转角度指令部配置来,当触针的接触部到达第一测量执行路径的测量中断位置时,将目标旋转角度设定为与在测量中断位置处检测到的触针的旋转角度一致,或者与稳定的并且最适合于重新启动第二测量执行路径的测量的值相一致,和目标旋转角度指令部配置来,当触针的接触部到达第二测量执行路径的测量重新启动位置时,将目标旋转角度设定在检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度的范围内。(定位路径存在于连续测量路径的中间的情况)在导致难以执行连续测量的形状、并且典型地为切口(凹部)或类似结构的形状存在于连续测量路径的中间的情况下,这样的路径通常被设定为定位路径,并且连续测量路径被配置为前(第一)测量执行路径、定位路径和后(第二)测量执行路径的顺序。在前、后测量执行路径中,必须产生恒定的测量力,并且在定位路径中,在不产生测量力的同时触针必须被保持住。在另一方面,触针的接触部的相对位置被检测组件所检测。因此,当接触部到达前测量执行路径的测量中断位置时的定时(timing),和当接触部份被定位并到达后测量执行路径的测量重新启动位置时的定时,能够容易地相互区别开。在本发明中,依照触针的接触部的相对位置,目标旋转角度的设定在产生恒定的测量力的设定和在不产生测量力的同时触针被保持住的设定之间适当地切换。当接触部到达前测量执行路径的测量中断位置时,也就是,目标旋转角度从产生恒定的测量力的设定切换到在不产生测量力的同时触针被保持住的设定。具体地,触针的目标旋转角度被置为与在测量中断位置处检测到的旋转角度相一致,并且触针被保持住。 当接触部被定位并到达后测量执行路径的测量重新启动位置时,目标旋转角度的设定从触针被保持住的设定切换到再次产生恒定的测量力的设定。根据此配置,在触针的接触部沿由切口(凹部)或类似结构形成的定位路径被引导的期间内,触针能够在不产生测量力的同时被保持在某一旋转角度,并且连续测量路径能够连续地接受测量而不会中断测量程序的执行。在根据本实施例的测量力控制装置中,当为了测量在被测对象的外圆周内形成的小直径孔的内表面,而将触针的接触部插入小直径孔并且定位到测量开始位置的时候,目标旋转角度指令部配置来将目标旋转角度设定为触针的纵向中心轴线平行于小直径孔的中心轴线时触针所处的旋转角度。(小直径孔的内表面的测量)在本发明中,在触针被保持住的情况下,触针被保持住所在的旋转角度能够被改
9变。进一步地,基于被测对象的小直径孔的形状数据、被测对象与触针保持架的相对位置信息和触针的当前旋转角度信息,可获得由小直径孔的中心轴线和触针的纵向中心轴线所形成的角度。因此,在测量形成在被测对象的外圆周内的小直径孔的内表面的情况下,简单地通过依照由小直径孔的中心轴线和触针的纵向中心轴线所形成的角度来改变触针的目标旋转角度的设定,能够将触针的纵向中心轴线置为与小直径孔的中心轴线相平行,并且能够通过测量程序自动地执行将触针的接触部插入到小直径孔中以及将触针进给到测量开始位置的操作。如上所述,根据本发明的测量力控制装置,第一,包含诸如切口(凹部)的定位路径的连续测量路径能够接受连续的测量而不会中断测量程序的执行。第二,在触针与被测对象不相接触的状态下触针被保持住时的旋转角度能够被任意改变。第三,测量力能够依照测量条件的变化而改变。而且,在连续测量路径中,触针被保持住所处的旋转角度的设定和测量力的设定能够被自动改变。


图1是解释根据本发明的实施例的圆度测量装置的示意结构的视图;图2是解释用于图1所示装置的测量力控制机构的总体结构的视图;图3是解释根据本发明在接触触针与被测对象之间的位置关系的视图;图4是显示触针的旋转角度与目标旋转角度的差值与给电磁驱动组件的驱动电流之间的关系的曲线图;图5是解释用于图1所示装置的测量力控制机构的局部结构的视图;图6是解释通过使用本发明的圆度测量装置来测量圆筒形被测对象的情形的视图;图7(A)和7(B)是解释通过使用本发明的圆度测量装置来测量具有切口部的被测对象的情形的视图;图8㈧至8(D)是解释通过使用本发明的圆度测量装置来测量具有小直径孔的被测对象的情形的视图;图9是解释通过使用本发明的圆度测量装置来测量具有切口部和局部内圆周表面的被测对象的情形的视图;和图10是解释现有技术的测量力控制装置的总体结构的视图。
具体实施例方式在下文中,将参考附图来描述本发明的优选实施例。图1是根据本发明的实施例的圆度测量装置的外部视图。参考此图,该圆度测量装置10包括基座平台12 ;可旋转地设置于基座平台12上的旋转台14 ;用于调节旋转台 14的X方向位置的位置调节组件16 ;用于调节旋转台的Y方向位置的位置调节组件18 ;用于调节放置表面的X方向倾斜度(inclination)的倾斜度调节组件20 ;用于调节放置表面的Y方向倾斜度的倾斜度调节组件22 ;用作能够检测放置于旋转台14上的被测对象W的表面位置的检测组件的触针26 ;能够在X轴线方向上一起移动触针沈和触针保持架40的 X轴线触针移动组件观;和能够在Z轴线(垂直)方向上一起移动触针沈和触针移动组件观的Z轴线触针移动组件30。旋转台14,位置调节组件16、18,倾斜度调节组件20、22,X 轴线触针移动组件观,和Z轴线触针移动组件30组成本发明中的相对移动组件,并且可以相对地移动被测对象W和触针保持架40。旋转台14的旋转量,放置表面Ha在X-Y平面内的移动距离,放置表面Ha关于 X-Y平面的倾斜量,由触针移动组件观、30引起的触针的移动距离,触针的倾斜角度位移都被发送到结合了微型计算机(CPU)的控制设备32。基于发送的检测值,控制设备32计算触针保持架40关于被测对象的相对位置。在该实施例中,如图2所示,设定支点构件42作为支点,同时触针沈被触针保持架40可旋转地支撑。要与被测对象相接触的接触部(球形部)44设置于触针沈的顶端。 用作电磁驱动组件的音圈电机52设置于触针沈的基端,并且与用作检测触针沈的旋转角度θ的旋转角度检测组件的差动变换器46 —起容纳在触针保持架40中。差动变换器的铁芯(core) 48形成在触针沈上相对于支点在音圈电机52侧的一处,并且依照触针沈的旋转工作而在差动变换器的线圈50中移动。差动变换器的线圈50 被固定到触针保持架40。如图3所示,例如,由差动变换器46检测到的触针沈的旋转角度 θ可被设定为相对于参考轴线Ll的角度。图3中的轴线Ll至L4分别表示(indicate)在触针沈的旋转位置中触针沈的纵向中心轴线。在该实施例中,处于差动变换器46检测中的触针沈的参考轴线Ll平行于触针保持架40的中心轴线。图2中的音圈电机52配置为包括音圈M、板状磁体(planar magnet) 56和未示出的磁体保持架(磁轭),并且与在硬盘驱动器或类似物中所通常使用的电机相同。音圈M 被固定到触针26的基端,并围绕触针沈的支点摇摆(swing)。一对板状磁体56被固定到触针保持架40以便将摇摆的音圈M插入到两者之间。当音圈M被通电时,围绕触针沈的支点的旋转力依照电流量作用在音圈M上。 施加在音圈M上的旋转力与音圈M中产生的磁场强度成比例。这允许音圈电机52将围绕支点的旋转力施加到触针26。音圈电机52可以是这种类型的电机其包括在周围缠绕有线圈的圆柱形绕线管、 圆柱形(columnar)内部磁轭、圆柱形外部磁轭和固定在外部磁轭上的磁体,并且配置为将缠绕在绕线管上的线圈插入在内部磁轭与外部磁轭之间。本发明中的电磁驱动组件可以不是那种其中的可移动部分如音圈电机52中那样线性移动的电机。例如,旋转电磁电机可以直接耦合到触针的旋转轴以旋转触针。只要能将旋转力施加到触针上,各种类型的电机都可用作电磁驱动组件。如图2所示,与本发明中的控制组件相应的控制设备32具有控制音圈电机52的驱动电流I的功能,并且配置为包括目标旋转角度指令部60、限制值指令部62、用作通电量确定部的位置控制器64、驱动电路66和用作通电量限制部的可变限制器电路(variable limiter circuit)68。目标旋转角度指令部60设定触针沈的目标旋转角度θ μ将该目标旋转角度发 (issue)给位置控制器64,并且如所要求的,切换目标旋转角度Qtl的设定。目标旋转角度 θ ^由图3中参考轴线Ll和轴线L3所形成的角度来设定。轴线L3表示在触针沈的接触部44到达目标位置的情况下触针沈的中心轴线。限制值指令部62任意地设定限制值,用于将音圈电机52的驱动电流I设定为恒定的,并且将该设定的限制值发给可变限制器电路68。作为限制值,正限制值I1和负限制值I2都被设定。位置控制器64获得检测到的触针的旋转角度θ与目标旋转角度θ ^之间的差值Δ θ,并且确定音圈电机52的通电量以使得差值Δ θ为0。差值Δ θ定义为Δ θ = θ ο- θ,通过图3中轴线L2、L3形成的角度进行设定。轴线L2表示在触针沈的接触部44 与被测对象W相接触的情形下触针沈的中心轴线。为了方便起见,假设当Qtl大于θ时, 差值△ θ为正值。如果触针的旋转角度θ变得大于目标旋转角度θ ^而触针旋转到轴线 L4的位置,差值Δ θ变成负值。当音圈电机52基于在位置控制器64中确定的通电量进行工作时,触针沈在沿差值Δ θ减小的方向上受到旋转力的作用。驱动电路66基于在位置控制器64中确定的通电量,来输出实际提供到音圈电机 52的驱动电流。当差值Δ θ等于或大于一定角度时,可变限制器电路68将驱动电路提供的驱动电流I限定为限制值。或者,当差值△ θ等于或大于一定角度时,可变限制器电路68将把在位置控制器64中确定的通电量限定为限制值。在这种情况下,驱动电路66基于限制的通电量将驱动电流I提供到音圈电机52。图4是显示差值Δ θ与驱动电流I之间的关系的曲线图,其中横坐标表示差值 Δ θ,纵坐标表示驱动电流I。在差值Δ θ等于或大于一定角度Δ Q1的范围内,被限制为限制值I1的恒定的驱动电流I流入到音圈电机52,并且产生恒定的测量力Fp当差值Δ θ为负值时,在差值Δ θ等于或小于一定角度Δ θ 2的范围内,被限制为限制值I2的恒定的驱动电流I流入到音圈电机52,并且产生与测量力F1方向相反的恒定的测量力F2。当差值Δ θ处于大于所述一定角度Δ θ 2并且等于或小于所述一定角度AeiW 范围(图中用星号*表示)内时,与差值Δ θ成比例的驱动电流I流入到音圈电机52。位置控制器64具有使得该特定角度Δ θρΔ θ 2尽可能小,或者使得差值Δ θ所需的从0增加到所述一定角度Δ θ” Δ θ 2的时间段尽可能短的特性。而且,位置控制器64具有使触针不发生振动的特性。如图5所示,触针保持架40关于被测对象W的相对位置P通过设置在诸如旋转台 14和X轴线触针移动组件观的各种驱动机构中的检测器(相对位置检测组件)70而被检测。在控制设备32中,设置了接触部位置计算部72,它基于检测到的相对位置P和触针的旋转角度θ,来计算触针的接触部44关于被测对象W的相对位置P'。计算出的相对位置 P'被发送到用于触针的目标旋转角度指令部60。目标旋转角度指令部60将触针的接触部44的相对位置P'的信息与先前输入的被测对象W的形状数据相对照(collate),并且对应于触针的接触部44的相对位置P'来设定触针沈的目标旋转角度Θ。。本发明的一个特征是,由触针沈的接触部44被音圈电机52的旋转力压于被测对象W的操作所产生的作用在被测对象的表面上的测量力F,如所需要的,通过切换由图2中所示的目标旋转角度指令部60所设定的目标旋转角度θ ^的设定来控制。具体地,在产生恒定的测量力F的情况下,目标旋转角度指令部60将目标旋转角度θ ^设定在检测到的触针的旋转角度θ与目标旋转角度θ ^之间的差值△ θ等于或大于所述一定角度Δ Q1(图4)的范围内。在差值Δ θ为负值的情况下,目标旋转角度Qtl 被设定在差值Δ θ等于或小于所述一定角度Δ θ2 (图4)的范围内。在未产生测量力F的同时触针沈被保持的情况下,目标旋转角度θ ^被设定在触针沈不受由被测对象W与触针的接触部44之间的接触所产生的旋转约束所支配的范围内。参考图6至10详细描述本实施例。图6示意性显示通过使用本实施例的圆度测量装置10来测量向上开口的圆筒形被测对象W的外圆周和内圆周的情形。在内圆周和外圆周的测量中,如图所示,触针沈的目标旋转角度Qtl被设定在触针26实际上受到由被测对象W产生的旋转约束所支配的范围内。也就是说,触针沈的接触部的目标位置(图中位置A'、B')被设定在相对于实际测量位置(图中位置Α、B)更加深入到被测对象W中的位置。并且,在外圆周的测量中,目标旋转角度Qtl被设定在检测到的触针的旋转角度θ与目标旋转角度θ ^之间的差值Δ θ等于或小于所述一定角度Δ θ2 的范围(图4)内。因此,基于图4的曲线图由限制值I2来限定的恒定的驱动电流I流入到音圈电机52,由此使得能够产生围绕触针沈的支点的沿顺时针方向的恒定的测量力F2。 类似地,在内圆周的测量中,目标旋转角度θ ^被设定在检测到的触针的旋转角度θ与目标旋转角度θ ^之间的差值△ θ等于或大于所述一定角度△ Q1的范围(图4)内。因此, 基于图4的曲线图由限制值I1来限定的恒定的驱动电流I流入到音圈电机52,由此使得能够产生围绕支点的沿逆时针方向的恒定的测量力Fp而且,限制值指令部62能够任意地设定限制值I1或12,因此测量力F能够简单地通过改变该限制值的设定来改变。图7A和7B示意性地显示通过使用本实施例的圆度测量装置10来测量在外圆周面上具有切口部Wl的圆柱形被测对象W的情形。触针沈的接触部(在图中用小圆表示)沿预先设定在圆柱体(column)的外圆周面的连续测量路径R引导。然而,连续测量路径R在中间包括切口部Wl,在现有技术中,在切口部不得不中断测量,并且触针26的接触部必须被定位到下一测量重新启动位置。在相关技术的圆度测量中,在连续测量路径R接受连续测量而不中断测量的执行的情况下, 当被测量力F驱使朝向被测对象的触针沈到达切口部Wl时,触针沈的接触部掉进切口部 Wl (图7A中位置D)中。当被测对象W在这种情况下进一步继续旋转时,触针沈的接触部碰撞到切口部Wl的壁,由此触针可能被折断。根据本实施例的圆度测量装置10,在从测量开始位置(图7B中位置A)到在切口部Wl之前的测量中断位置(图中位置B)的范围内,测量在执行的同时,以与图6情况相同的方式,通过从目标旋转角度指令部60发出的指令来设定触针沈的目标旋转角度θ 0,以使得触针26的接触部的目标位置为被测对象W内部的位置(例如,图7Β中位置A'、Β'), 并产生恒定的测量力F。本发明的一个特征是,当触针沈的接触部到达在切口部Wl之前的测量中断位置 (图中位置B)时,通过由从目标旋转角度指令部60发出的指令使得触针沈的目标旋转角度θ ^与在测量中断位置检测到的触针的旋转角度θ相一致来设定测量力F为0的同时触针沈被保持住,然后执行到下一测量重新启动位置(图中位置C)的定位操作。这能够防止触针沈的接触部掉进切口部Wl中,并且不要求中断测量程序的执行。在此实施例中,目
13标旋转角度指令部设定目标旋转角度与在测量中断位置检测到的触针旋转角度相一致;然而,目标旋转角度也能够被设定为与稳定的并且最适合于重新启动下一测量执行路径的测量的值相一致。当触针沈的接触部通过切口部Wl并且到达下一测量执行路径中的测量重新启动位置(位置C)的定位结束时,目标旋转角度指令部60再次切换目标旋转角度θ ^的设定为产生恒定的测量力F的设定(图中位置C'),并且测量自动重新启动。图8Α至8D示意性地显示通过使用本实施例的圆度测量装置10来测量小直径孔的内表面的情形。在触针沈的接触部被定位到内表面W2的测量开始位置的情况下,当接触部在触针的旋转角度θ被设定为大角度的情况下接近小直径孔时,即使在触针保持架40被立即定位于小直径孔的上方时,触针26的顶端也没有到达小直径孔,从图8Α显而易见。当这种状态下的触针保持架40被降低时,如图8Β所示触针沈可能会被折断。因此,在本实施例中,以如下方式执行测量。当触针保持架40立即到达小直径孔的上方时,如图8C所示目标旋转角度θ ^被改变,并且触针沈的旋转角度θ被减小以使得触针沈的纵向中心轴线平行于小直径孔的中心轴线。因此,触针沈的接触部进入到小直径孔的范围内,并且实际上能够被降低(图8D)。当触针沈的接触部到达测量开始位置时, 触针沈的目标旋转角度θ ^的设定被切换为产生恒定的测量力F的设定,然后小直径孔的内表面的圆度能够通过使用恒定的测量力F来测量。在图8Α至8D中,当目标旋转角度θ ^的设定值被改变以达到触针被保持住时的旋转角度θ时,被保持住的触针26的旋转角度θ能够很容易地被改变。图9示意性地显示通过使用本实施例的圆度测量装置10来测量在外圆周面上具有切口部并且具有局部内圆周面W3的圆柱形被测对象W的情形。在触针沈的接触部从测量开始位置(图9中位置Α)被引导至测量中断位置(图中位置B)的期间,目标旋转角度θ Q被置为产生恒定的测量力F的设定(例如,位置A') 中。在测量中断位置B,目标旋转角度θ ^被切换为触针沈被保持住的设定。然后,触针沈的接触部从测量中断位置B定位到测量重新启动位置(位置B')。在测量重新启动位置 B',目标旋转角度θ ^被置为产生恒定的测量力F的设定中(位置B")。因此,在触针沈的接触部从位置B被引导至下一测量中断位置(位置C)的期间,产生朝向内圆周面W3的恒定的测量力F。当触针沈的接触部到达位置C,目标旋转角度9(|被切换为触针沈被保持住的设定,并且触针26的接触部被定位到下一测量重新启动位置(位置C')。在测量重新启动位置C',目标旋转角度θ ^被置为产生恒定的测量力F的设定(位置C")。当触针26的接触部到达下一测量中断位置(位置D)时,目标旋转角度θ ^被切换为触针沈被保持住的设定,并且触针26的接触部被定位到下一测量重新启动位置(位置D')。在测量重新启动位置D',目标旋转角度θ ^被置为产生恒定的测量力F的设定(图中位置 D〃 )中。如上所述,延伸至测量完成位置(位置Α)的连续测量路径R能够接受连续测量而不用中止测量程序的执行。在此实施例中,被测对象W的形状数据被预先结合到测量程序中。在设定目标旋转角度θ ^的设定值的同时留有余量,使得即使当触针26位移程度等于或大于在圆度测量中所期望的变化范围时,也能够产生恒定的测量力F。 圆度测量装置是本发明的测量力控制装置的一个示例。作为测量力控制装置,本发明也可以应用于其他表面特性测量装置(诸如轮廓测量装置和粗糙度测量装置)。
权利要求
1.一种测量力控制装置,其控制由触针的接触部推挤被测对象产生的作用于被测对象的表面上的测量力,该装置包括触针,在顶端具有接触部,接触部与被测对象相接触;触针保持架,配置来将触针保持在触针能够围绕作为支点的支点构件旋转的状态下; 旋转角度检测组件,配置来检测触针的旋转角度; 电磁驱动组件,配置来依照通电量向触针施加围绕支点的旋转力;和控制组件,配置来控制要提供给电磁驱动组件的通电量, 其中,控制组件具有目标旋转角度指令部,配置来设定触针的目标旋转角度,通电量确定部,配置来获得检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值,并且确定要提供给电磁驱动组件的以使得差值变为零的通电量,限制值指令部,配置来设定限制值,用于使得要提供给电磁驱动组件的通电量恒定,和通电量限制部,配置来当检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于一定角度时,将由通电量确定部确定的通电量限定为限制值,由此来产生恒定的测量力。
2.根据权利要求1所述的测量力控制装置,其中在产生恒定的测量力的情况下,目标旋转角度指令部配置来将目标旋转角度设定在触针的旋转受被测对象的表面的测量位置与触针的接触部之间的接触所约束的范围内,并且检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度,和在不产生测量力的同时触针被保持住的情况下,目标旋转角度指令部配置来将目标旋转角度设定在触针不受由被测对象与触针的接触部之间的接触所产生的旋转约束所支配的范围内。
3.根据权利要求1所述的测量力控制装置,还包括相对移动组件,配置来相对地移动触针保持架和被测对象;和相对位置检测组件,配置来检测触针保持架与被测对象的相对位置, 其中,控制组件包括接触部位置计算部,配置来基于检测到的触针保持架与被测对象的相对位置和检测到的触针的旋转角度,来计算触针的接触部关于被测对象的相对位置, 和,其中,目标旋转角度指令部配置来基于触针的接触部关于测量对象的相对位置,来改变目标旋转角度的设定。
4.根据权利要求3所述的测量力控制装置,其中在连续测量路径被连续地测量的情况下,连续测量路径被预先设定在被测对象的外圆周面上,并且连续地包括要执行测量的第一测量执行路径、中断测量的定位路径和要执行测量的第二测量执行路径,目标旋转角度指令部配置来在第一测量执行路径的执行测量期间,将目标旋转角度设定在检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度的范围内,由此来产生恒定的测量力,目标旋转角度指令部配置来当触针的接触部到达第一测量执行路径的测量中断位置时,将目标旋转角度设定为与在测量中断位置处检测到的触针的旋转角度一致或者与稳定的并且最适合于第二测量执行路径的测量的重新启动的值相一致,和,目标旋转角度指令部配置来当触针的接触部到达第二测量执行路径的测量重新启动位置时,将目标旋转角度设定在检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值等于或大于所述一定角度的范围内。
5.根据权利要求1所述的测量力控制装置,其中目标旋转角度指令部配置来当为了测量在被测对象的外圆周内形成的小直径孔的内表面而将触针的接触部插入所述小直径孔中并且定位到测量开始位置的时候,将目标旋转角度设定为触针的纵向中心轴线平行于所述小直径孔的中心轴线时触针所处的旋转角度。
全文摘要
控制组件中所设置的位置控制器获得检测到的触针的旋转角度与目标旋转角度之间的差值,并且确定提供给音圈电机的以使该差值为零的通电量。可变限制器电路将由位置控制器提供的驱动电流限定为限定值,以使得从音圈电机施加到触针的旋转力为恒定。目标旋转角度指令部基于触针的接触部的相对位置切换目标旋转角度。
文档编号G05D15/01GK102176175SQ20101058285
公开日2011年9月7日 申请日期2010年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者山本武, 岛冈敦 申请人:株式会社三丰
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