CN109780990A

CN109780990A - 圆度测量器

Info

Publication number: CN109780990A
Application number: CN201811344166.XA
Authority: CN
Inventors: 大森義幸
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-05-21
Also published as: US20190145753A1; JP2019090636A; DE102018219347A1; US11041707B2; JP7139109B2

Abstract

本发明提供一种小型测量器这样的能够方便地使用的圆度测量器。该圆度测量器具有：环状的环部；以及位移传感器，其是比较测长器，在环部以预定角度间隔设有多个。以将位移传感器的测量轴延长而得到的线在一点处交叉的方式配置位移传感器。

Description

圆度测量器

技术领域

本发明涉及一种小型测量器这样的能够方便地使用的简易的圆度测量器。

背景技术

作为用于测量圆柱、圆筒等的圆度的测量装置，存在圆度测量装置(日本特开2016－166766、日本特开2016－151292)。

圆度测量装置包括旋转台和坐标测量部。

旋转台包括用于放置测量对象物的载物台和用于使载物台旋转的旋转驱动部。坐标测量部包括用于检测测量对象物表面的探头和用于使该探头二维或者三维地移动的移动机构。并且，在移动机构设有用于检测位移量或者位移角的多个编码器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－166766

专利文献2：日本特开2016－151292

发明内容

发明要解决的问题

为了精密地测量测量对象物的圆度，圆度测量装置当然是必需的，但无论如何都会大型化，因此设置场所受到限制。因而，为了使用圆度测量装置，需要将测量对象物拿到圆度测量装置所在的场所。此外，在使用圆度测量装置的过程中，需要稍显繁琐的前期准备。例如在旋转台的使用过程中，需要空气轴承的调整、载物台的倾斜、位置的调整(定心)。

并且，由于在测量的过程中旋转台是旋转的，因此只好等到旋转台最低旋转一周为止。

也存在不是精密的测量而是在工件W的加工过程中偶尔想简单地确认圆度的情况，但每当此时使用圆度测量装置的工作和时间的损失都很大。

本发明的目的在于，提供一种小型测量器这样的能够方便地使用的简易的圆度测量器。

用于解决问题的方案

本发明的圆度测量器的特征在于，

该圆度测量器具有：

环状的环部；以及

位移传感器，其在所述环部以预定角度间隔设有多个，

以将所述位移传感器的测量轴延长而得到的线在一点处交叉的方式配置所述位移传感器。

在本发明中优选的是，

所述位移传感器有至少8个。

在本发明中优选的是，

所述位移传感器具备在顶端具有测头且设为能够在轴向上进退的测杆，该位移传感器构成为检测所述测杆的位移并作为测量数据输出，

以所述测杆的突出方向朝向所述环部的内侧的方式配置所述位移传感器。

本发明的圆筒度测量器是多个所述圆度测量器在纵向方向上重叠地配置而成的。

本发明的圆度测量方法是使用所述圆度测量器进行的，该圆度测量方法的特征在于，

该圆度测量方法包括以下的工序：

校正工序，在该工序中，利用作为基准的正圆的校对规将所述位移传感器调零；

测量工序，在该工序中，利用所述位移传感器测量测量对象物；

偏心量计算工序，在该工序中，将所述校正工序时的所述校对规的位置与所述测量工序时的所述测量对象物的位置之间的偏差作为偏心量进行计算；以及

圆度计算工序，在该工序中，自在所述测量工序中得到的所述位移传感器的测量值减去在所述偏心量计算工序中得到的所述偏心量，计算所述测量对象物相对于正圆的偏差。

在本发明中优选的是，

在所述偏心量计算工序中，

将所述偏心量分为X轴分量和Y轴分量，在用(ΔCx，ΔCy)表示时，

根据

ΔCx＝2×(Σ_i＝1 ^i＝n{di·cosθi})/n

ΔCy＝2×(Σ_i＝1 ^i＝n{di·sinθi})/n

求出所述偏心量(ΔCx，ΔCy)。

在此，di是所述各位移传感器的测量值。此外，将X轴作为基准线，将各所述位移传感器的测量轴和X轴所成的角设为θi。

附图说明

图1是圆度测量器的外观图。

图2是从正上方观察测量部的图。

图3是用于说明使用圆度测量器进行的测量过程的流程图。

图4是例示出利用校对规MW进行调零的情形的图。

图5是例示出测量工件W的情形的图。

图6是用于概念性地说明偏心量的图。

图7是用于说明偏心量的求出方法的图。

图8是作为变形例例示出测量圆筒度(同轴度)的测量器的图。

图9是用于说明变形例的图。

附图标记说明

100、圆度测量器；200、测量部；210、环部；221、轴杆；222、测杆；223、测头；231、第1电测微计；232、第2电测微计；233、第3电测微计；234、第4电测微计；235、第5电测微计；236、第6电测微计；237、第7电测微计；238、第8电测微计；300、运算部。

具体实施方式

图示本发明的实施方式并且参照对图中的各要素标注的附图标记进行说明。

(第1实施方式)

图1是圆度测量器100的外观图。

在此，例示出用于测量测量对象物的外径的圆度的圆度测量器100。

圆度测量器100包括测量部200和运算部300。

测量部200具有环状的环部210和以预定角度间隔设于环部210的电测微计(位移传感器)231－238。

环部210是具有比测量对象物大一圈的直径的环。环部210只要是大致圆形即可，不必精密地成为正圆。此外，环部210也可以不是圆形而是多边形，例如也可以是8边形。

此外，也可以在环部的一部分加入狭缝、或者成为开闭或分离。

电测微计231－238具有在筒状的轴杆221的内部沿轴向进退的测杆222。

在测杆222的顶端设有测头223。电测微计231－238用于检测在轴杆221的内部进退的测杆222的位移，并将其作为测量数据输出。

图2是从正上方观察测量部200的图。

在环部210上以45度间隔配置有8个电测微计231－238。

另外，在图2中将8个电测微计设为第1电测微计231～第8电测微计238。

电测微计231－238的测杆222的突出方向朝向环部210的内侧。

更详细地讲，任何测杆222的突出方向都朝向环部210的中心，若将各电测微计231－238的测量轴(测杆222的位移方向)延长则在该中心交叉。

在环部210不是正圆的情况、环部210是多边形的情况下，需要定义环部210的中心，但也可以将环部210的内切圆的中心或者外接圆的中心看作是环部210的中心。

更本质地讲，只要以所有的电测微计(在此是8个)231－238的测量轴线(将测量轴延长而得到的线)在一点处交叉的方式配置电测微计231－238即可。

将所有的测量轴线交叉的点称作环部210的中心。

另外，从图2中的右向左地获取X轴。

X轴等同于通过中心且连结第1电测微计231的测量轴和第5电测微计235的测量轴并进一步延长的线。

此外，从图2中的上向下地获取Y轴。

Y轴等同于通过中心且连结第3电测微计233的测量轴和第7电测微计237的测量轴并进一步延长的线。而且，将X轴作为基准线，用θ1～θ8表示各电测微计的测量轴与X轴所成的角。

在图2中仅例示出θ2。

将θ1～θ8称作“电测微计的角度”。

作为电测微计的角度的设计值，是

θ1＝0°

θ2＝45°

θ3＝90°

θ4＝135°

θ5＝180°

θ6＝225°

θ7＝270°

θ8＝315°。

在设计上将电测微计231－238以45度间隔配置，但作为实际的产品可能并不限于准确地成为45度间隔。在实际的产品中电测微计231－238的角度θ1～θ8自设计值产生偏差的情况下，优选的是，实际测量角度而准确地求出θ1～θ8。

来自各电测微计231－238的测量值以有线或者无线的方式被发送到运算部300，在运算部300进行运算处理。

运算部300例如是个人计算机(也就是CPU和存储器)，其通过执行圆度运算程序来计算测量对象物的圆度。(只要能够执行圆度运算程序，当然就也可以将个人计算机替换为智能手机、平板电脑。)

接着，包含运算部300(圆度运算程序)的具体的处理过程在内地说明圆度测量器的使用方法。

(测量过程)

图3是用于说明使用圆度测量器100进行的测量过程的流程图。

首先，在ST111中进行调零。

预先准备作为基准的正圆的校对规MW(参照图4)。校对规MW只要是正圆即可，也可以与测量对象物(工件W)的直径和大小不同。然后，利用测量部200测量该校对规MW。

既可以抬起校对规MW并放置在环部210的内侧，也可以抬起测量部200并从校对规MW的上方套上。

此时，优选的是，校对规MW来到环部210的正中，但即使自正中偏离也没有问题。也就是说，调零时的校对规MW的位置可以是任意的位置。图4是例示用校对规MW调零的情形的图，但有意地自正中稍稍偏离(略微向右上偏移)地描画校对规MW。然后，确认各电测微计231－238的测头223抵接于校对规MW的侧面的状况，在该状态下将各电测微计231－238的测量值调零。

用Di表示各电测微计231－238的测量值。

i是1～8的整数。

即，像第1电测微计231的测量值为D1、第2电测微计232的测量值为D2……这样来表示。

若进行调零，则是

D1＝0.00

D2＝0.00

D3＝0.00

D4＝0.00

D5＝0.00

D6＝0.00

D7＝0.00

D8＝0.00。

优选的是，每次都进行该调零校正，但若预先存储在存储器中，则不必每次都进行调零校正。

接着，拆下校对规MW，将测量对象物(工件)W设定于测量部200(ST112)。

图5是例示测量工件W的情形的图。

此时，也优选的是，工件W来到环部210的正中，但即使像图5那样自正中偏离也没有问题。也就是说，测量时的工件W的位置可以是任意的位置。

然后，确认各电测微计231－238的测头223抵接于工件W的侧面的状况，获取各电测微计231－238的测量值(ST113)。

另外，设第1电测微计231～第8电测微计238的测量值是d1～d8。

D1＝d1

D2＝d2

D3＝d3

D4＝d4

D5＝d5

D6＝d6

D7＝d7

D8＝d8

这些测量值d1－d8被获取到运算部300。

接着进行的是求出测量时的校对规MW和工件W的“偏心量”(ST114)。

如图4和图5所例示，在调零时(ST111)和工件W的测量时(ST113)，校对规MW的位置和工件W的位置不同。因此，首先求出校对规MW的位置与工件W的位置之间的偏差。

将校对规MW的位置与工件W的位置之间的偏差作为“偏心量”，并利用以下的算式求出。

另外，将偏心量ΔC分为X轴分量和Y轴分量，并用(ΔCx，ΔCy)表示(参照图6)。

此时，如下地求出偏心量ΔC(ΔCx，ΔCy)。

ΔCx＝2×(Σ_i＝1 ^i＝8{di·cosθi})/8

ΔCy＝2×(Σ_i＝1 ^i＝8{di·sinθi})/8

然后，若自各电测微计231－238的测量值di减去所述偏心量，则会提取工件W的形状与校对规MW的形状之差。也就是说，求出工件W圆度(ST115)。

另外，在第1电测微计231的位置，将工件W的形状与校对规MW的形状之差表示为ΔR1。

同样，在第i电测微计231－238的位置，将工件W的形状与校对规MW的形状之差表示为ΔRi。

i是1～8。

ΔR1＝d1－(ΔCx·cosθ1+ΔCy·sinθ1)

ΔR2＝d2－(ΔCx·cosθ2+ΔCy·sinθ2)

ΔR3＝d3－(ΔCx·cosθ3+ΔCy·sinθ3)

ΔR4＝d4－(ΔCx·cosθ4+ΔCy·sinθ4)

ΔR5＝d5－(ΔCx·cosθ5+ΔCy·sinθ5)

ΔR6＝d6－(ΔCx·cosθ6+ΔCy·sinθ6)

ΔR7＝d7－(ΔCx·cosθ7+ΔCy·sinθ7)

ΔR8＝d8－(ΔCx·cosθ8+ΔCy·sinθ8)

在这样求出的ΔR1～ΔR8中，将最大值设为Rmax，将最小值设为Rmin。

Rmax＝MAX{ΔR1，ΔR2，ΔR3，ΔR4，ΔR5，ΔR6，ΔR7，ΔR8}

Rmin＝MIN{ΔR1，ΔR2，ΔR3，ΔR4，ΔR5，ΔR6，ΔR7，ΔR8}

然后，作为Rmax与Rmin之差求出圆度。

圆度＝Rmax－Rmin

但是，也存在其他的圆度的定义方法。

在这种情况下，也是根据ΔR1～ΔR8求出工件W相对于正圆而言的几何学上的偏差，因此根据圆度的定义相应地适当运算即可。

(补充说明)

在上述的说明中，调零时的校对规MW的位置可以是任意的，并且，工件测量时的工件W的位置也可以是任意的。这样完全不需要调心作业这一点会带来本实施方式的圆度测量器100的便利性。

能够进行这样的简易圆度测量的原理上的要点在于，通过求出调零时的校对规MW与测量时的工件W的偏心量ΔC(ΔCx，ΔCy)并自测量值di减去偏心量ΔC(ΔCx，ΔCy)，从而能够提取工件W相对于正圆的误差。

再次补充说明这一点。

在图7的(A)中，用D(θ)表示工件W的轮廓形状。

若用θ＝0切断图7的(A)并拉伸，则成为图7的(B)。

在此，D(θ)用傅立叶级数应该如下地表示。

D(θ)＝a0+a1·cosθ+a2·cos2θ+a3·cos3θ+····+b1·sinθ+b2·sin2θ+b3·sin3θ+···

＝a0+(Σ_k＝1 ^k＝∞{ak·cos(kθ)})+(Σ_k＝1 ^k＝∞{bk·sin(kθ)})

在此，k＝1的系数表示偏心量。

然后，作为d1～d8获得在利用校对规MW将各传感器归零之后测量工件W时的各传感器的测量值。

因此，对于D(θ)的傅立叶级数使用离散采样数据(d1～d8)并考虑离散傅立叶变换。

于是，如下地获得偏心量。

a1＝ΔCx＝∫(D(θ)·cosθ)dθ

若进行离散化，则是

a1＝ΔCx＝2×(Σ_i＝1 ^i＝8{di·cosθi})/8

同样，是

b1＝ΔCy＝∫(D(θ)·sinθ)dθ

若进行离散化，则是

b1＝ΔCy＝2×(Σ_i＝1 ^i＝8{di·sinθi})/8

另外，a0＝2×(Σ_i＝1 ^i＝8{di})/8，其表示校对规的大小与工件的大小的差异。

然后，若自各电测微计231－238的测量值di减去所述偏心量，则会提取工件W的形状与校对规MW的形状之差。

也就是求出工件W的圆度(ST115)。

另外，在日本特开昭62－191709、日本实公昭57－37406、日本实公昭58－189909中记载了一种将测量器配置成环状的形状测量器，乍一看也看起来在构造上接近本实施方式。

但是，本实施方式这样的调零、偏心量的获取方法、通过减去偏心量而进行的工件形状的计算、基于该计算进行的圆度计算均完全没有公开。

(变形例1)

在上述实施方式中，例示出以45度间隔呈圆形地配置有8个电测微计(位移传感器)的圆度测量器100。一般认为只要以45度间隔配置8个电测微计(位移传感器)，就能够在原理上求出工件W的椭圆分量，对于简易的圆度评价是充分的，但当然也可以进一步增加位移传感器的数量。

(变形例2)

在上述实施方式中，例示出用于测量工件W的外径的圆度的圆度测量器100，但若将电测微计的测杆222的突出方向颠倒，则成为用于测量圆筒的内径的圆度的圆度测量器。

(将该变形例2的方式称作内侧用圆度测量器。将第1实施方式的圆度测量器的方式称作外侧用圆度测量器。)

倘若电测微计既能够在环部的内侧方向上测量也能够在外侧方向上测量，则既能够测量外径的圆度也能够测量内径的圆度。在电测微计中各设置内侧突出用的和外侧突出用的两根测杆就能够应对。

(变形例3)

此外，在如图8所例示将测量部200在纵向方向上连接起来时，能够用作用于测量圆筒度(同轴度)的测量器(圆筒度测量器)。

另外，在图8的例子中，电测微计从外侧抵靠于圆筒的工件。

在沿着圆筒工件的中心线的多个位置(在图8中是3处)利用各圆度测量器测量圆筒的外圆，简易地知晓外侧的圆以何种程度偏离。

将图8的方式称作外侧用圆筒度测量器。

也可以将像变形例2那样把电测微计的测杆222的突出方向颠倒而成的多个内侧用圆度测量器在纵向上重叠。

在该情况下，简易地知晓内侧的圆以何种程度偏离。

将该方式称作内侧用圆筒度测量器。

当然，也可以在外侧用圆筒度测量器的环的内侧配置内侧用圆筒度测量器。由此，能够做成同时测量圆筒工件的内侧和外侧地测量圆筒工件的圆筒度(同轴度)的简易的圆筒度测量器。

(变形例4)

可以如图9所例示将电测微计设为能够在测量轴向或者环部的圆周方向上移动。

由于电测微计的测杆的行程没有那么大，因此可以为了能够应对各种各样的大小的工件而使电测微计能够在测量轴向上移动。

此外，可以为了能够微调电测微计的角度(θ1～θ8)而将电测微计设为能够在环部的圆周方向上移动。

为了能够使电测微计微小移动，利用止挡螺钉等即可。

此外，由于圆度测量器期望保持着水平状态而使用，因此也可以带有水准器(可以是简单的气泡管水准器)。例如在环部分别设置X方向的水准器和Y方向的水准器即可。

另外，本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内适当地变更。

在上述实施方式中，作为位移传感器，例示出测杆直线运动的电测微计，但既可以替换为杠杆式测试指示器，也可以替换为作为非接触式传感器的激光测距计。

上述第1实施方式和变形例1－4当然能够适当地组合。

Claims

1.一种圆度测量器，其特征在于，

该圆度测量器具有：

环状的环部；以及

位移传感器，其在所述环部以预定角度间隔设有多个，

2.根据权利要求1所述的圆度测量器，其特征在于，

所述位移传感器有至少8个。

3.根据权利要求1或2所述的圆度测量器，其特征在于，

4.一种圆筒度测量器，其特征在于，

该圆筒度测量器是多个权利要求1～3中任一项所述的圆度测量器在纵向方向上重叠地配置而成的。

5.一种圆度测量方法，其是使用权利要求1～3中任一项所述的圆度测量器进行的，该圆度测量方法的特征在于，

该圆度测量方法包括以下的工序：

6.根据权利要求5所述的圆度测量方法，其特征在于，

在所述偏心量计算工序中，

根据

ΔCx＝2×(Σ_i＝1 ^i＝n{di·cosθi})/n

ΔCy＝2×(Σ_i＝1 ^i＝n{di·sinθi})/n

求出所述偏心量(ΔCx，ΔCy)，

在此，di是各所述位移传感器的测量值，此外，将X轴作为基准线，将各所述位移传感器的测量轴和X轴所成的角设为θi。