粗さ計の種類と動作原理

公開日時:

2022-08-25

針描法は触針法とも呼ばれます。触針が直接被測定物の表面を軽くなぞると、被測定表面の輪郭の峰や谷の起伏により、触針は被測定輪郭表面に垂直な方向に上下に動きます。この動きを電子装置で信号として増幅し、指示計やその他の出力装置を通じて粗さに関するデータや図形を出力します。

針描法は触針法とも呼ばれます。触針が直接被測定品の表面を軽くなぞると、被測定面の輪郭の峰や谷の起伏により、触針は被測定輪郭面に垂直な方向に上下に動きます。この動きを電子装置で信号として増幅し、指示計やその他の出力装置を通じて粗さのデータやグラフを出力します。
針描法の原理を用いた表面粗さ測定器は、センサー、ドライバー、指示計、記録器および電感センサーで構成されます。電感センサーは輪郭測定器の主要部品の一つで、センサーの測定棒の一端にダイヤモンド製の触針が装着されています。触針の先端の曲率半径rは非常に小さく、測定時には触針を被測定品に接触させ、被測定面に垂直に当てます。ドライバーを使って一定速度でセンサーを移動させます。被測定面の輪郭の峰や谷の起伏により、触針は表面上を滑る際に上下に動きます。この動きは支点を介して磁芯を同期的に上下に動かし、磁芯の周囲にある2つの差動電感コイルのインダクタンスを変化させます。センサーのコイルは測定回路に直接バランスブリッジとして接続されており、コイルのインダクタンス変化によりブリッジのバランスが崩れ、触針の上下変位に比例した信号が出力されます。この微弱な電気信号は電子装置で増幅され、位相検波を経て触針の変位量と方向を示す信号が得られます。その後、信号は3つに分けられます。1つは指示計に送られ触針の位置を示し、1つは直流パワーアンプに送られて増幅され記録器を駆動し記録を行い、もう1つはフィルターと平均増幅器を経て積分計算器に入り積分計算され、指示計で直接表面粗さRa値を読み取ることができます。
磁芯が差動電感コイルの中央位置にあるとき、指示計の針はゼロ位置を示し、インダクタンス変化の線形範囲内にあることを保証します。したがって、測定前に指示計を調整してゼロ位置に合わせる必要があります。ノイズフィルターと波長フィルターを通過した後、残る信号は被測定面の粗さに比例し、平均増幅器を経て出力される電流Iは被測定面の輪郭の各点の中心線からの偏差高さyの絶対値に比例します。積分器で積分計算を行い、Ra値を得て指示計に表示します。この装置は0.02〜10μmのRa値測定に適しており、一部のモデルはさらに小さいパラメータも測定可能です。平面、内外円筒面、円錐面、球面、曲面、小孔、溝など様々な形状の被測定品表面に対応するための各種付属品が装備されています。測定は迅速かつ便利で、測定精度も高いです。
従来の表面粗さ測定器には以下のような欠点があります。
（1）測定パラメータが少なく、一般的にRa、Rz、Ryなどの少数のパラメータしか測定できません。
（2）測定精度が低く、測定範囲が狭く、Ra値の範囲は一般に約0.02〜10μmです。
（3）測定方法が柔軟でなく、例えば評価長さの選択やフィルターの選択などが制限されます。
（4）測定結果の出力が直感的でありません。これらの欠点の主な原因は、システムの信頼性が低く、アナログ信号の誤差が大きく処理が困難であることなどです。