CN112444229B - 形状测量装置、基准器及检测仪的校准方法 - Google Patents

形状测量装置、基准器及检测仪的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种形状测量装置，其在检测仪的零点校准中不易产生零点位置的偏差。检测仪包括排成一列的至少三个位移计，并且与测量对象物对置配置从而检测从至少三个位移计到测量对象物为止的距离的位移。基准器支承于支承部件上从而提供检测仪的校准用的基准面。控制装置进行检测仪的校准。基准器具有在至少三个位移计的排列方向上的两处支承于支承部件上的支承结构。控制装置在使基准面对置于至少三个位移计的状态下进行检测仪的校准。

Description

形状测量装置、基准器及检测仪的校准方法
本申请主张基于2019年8月30日申请的日本专利申请第2019-158610号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考而援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种形状测量装置、搭载于形状测量装置上的检测仪的校准方法及该检测仪的校准中使用的基准器。
背景技术
作为测量磨削对象物(即，工件)上表面的直线度的方法，已知有一种在机测量方法，其利用磨削装置的工件进给功能，在砂轮头上安装位移计从而扫描加工表面。在机测量方法中通常利用使用了包括三个位移计的检测仪的逐次三点法(例如，专利文献1)。在逐次三点法中，同时测量工件上表面的一条直线上的三个点的高度方向上的位置，并根据测量结果求出平面的局部弯曲程度(曲率)。对该曲率进行二阶积分并通过计算求出工件上表面的直线度。直线度是指对象形状从几何学意义上的正确的直线偏离的程度。测量工件上表面的直线度等同于测量工件上表面的高度方向上的凹凸形状。
为了高精度地测量对象物表面的直线度，需要进行使三个位移计的零点位于几何学意义上的正确的平面上的检测仪的零点校准。为了进行检测仪的零点校准，使用具有高直线度的基准面的基准器。在测量被磨削装置磨削后的工件上表面的直线度时，例如，在磨削后的工件上表面放置基准器并进行检测仪的零点校准以使三个位移计的零点位于基准面上。
专利文献1：日本特开2016-166873号公报
若在进行检测仪的零点校准之后将基准器设置于工件上的其他位置并测量基准面的直线度，则理想的是直线度的几何公差成为零。然而，若改变基准器的设置位置并测量基准面的直线度，则有时会出现基准面的直线度的几何公差不是零的情况。这意味着，根据基准器的放置位置，零点校准后的零点的位置出现偏差。若不进行高精度的零点校准，则会导致工件上表面的直线度的测量精度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在检测仪的零点校准中不易产生零点位置的偏差的形状测量装置及检测仪的校准方法。本发明的另一个目的在于提供一种可用于该校准方法中的基准器。
根据本发明的一种观点，提供一种形状测量装置，其具有：
检测仪，其包括排成一列的至少三个位移计，并且通过与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移；
基准器，其支承于支承部件上从而提供所述检测仪的校准用的基准面；及
控制装置，进行所述检测仪的校准，
所述基准器具有在所述至少三个位移计的排列方向上的两处支承于所述支承部件上的支承结构，
所述控制装置在使所述基准面对置于所述至少三个位移计的状态下进行所述检测仪的校准。
根据本发明的另一观点，提供一种形状测量装置，其具有：
检测仪，器包括排成一列的至少三个位移计，并且通过与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计的各个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移；
基准器，其支承于支承部件上从而提供用于校准所述检测仪的基准面；及
控制装置，进行所述检测仪的校准，
所述基准器具有如下结构：在将所述基准器支承于所述支承部件上的状态下，所述进准器会因自重而产生挠曲，而产生了挠曲的状态下的所述基准面的形状并不受所述支承部件上表面的凹凸的影响，
所述控制装置在使所述基准面对置于所述至少三个位移计的状态下进行所述检测仪的校准。
根据本发明的又一观点，提供一种基准器，其具有：
与排成一列的三个位移计对置的基准面；及
从与所述基准面相反一侧的底面突出的三个支脚部，
所述三个支脚部中的两个支脚部在所述基准面的长度方向上配置于相同的位置。
根据本发明的又一观点，提供一种校准方法，其为通过使排成一列的至少三个位移计与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计的各个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移的检测仪的校准方法，其中，
将基准器以与所述至少三个位移计对置的姿势在所述至少三个位移计的排列方向上的两处支承于支承部件上，
在使所述至少三个位移计对置于所述基准面的状态下进行所述检测仪的校准。
基准器的挠曲形状并不受支承部件上表面的凹凸的影响。因此，在校准检测仪时提供形状偏差小的基准面，其结果，能够抑制检测仪的至少三个位移计的零点位置因设置部位而出现偏差。
附图说明
图1中(A)是组装有实施例的形状测量装置的磨削装置的立体图，图1中(B)是检测仪安装在砂轮头上的状态下的检测仪的侧视图。
图2是表示测量对象即工件的上表面及检测仪的示意图。
图3是表示检测仪的第1位移计、第2位移计、第3位移计与基准器之间的位置关系的示意图。
图4中(A)及(B)是将比较例的检测仪的校准方法中使用的基准器放置在工件上表面上的状态下的剖视图。
图5是从斜下方观察实施例的形状测量装置中使用的基准器时的立体图。
图6中(A)及(B)是将实施例的形状测量装置中使用的基准器放置在工件的上表面上的状态下的剖视图。
图7中(A)是具有两端支承均布载荷的梁结构的基准器的示意图，图7中(B)是表示实施例的形状测量装置中使用的基准器与检测仪之间的位置关系的示意图。
图8中(A)～(C)是表示评价实验中的工件、基准器及检测仪的位置关系的图。
图9中(A)是表示使用不具有支脚部的长方体形状的基准器来测量的偏移量g的分布的图表，图9中(B)是表示使用实施例的形状测量装置中使用的基准器(图5)(即，具有支脚部的基准器)来测量的偏移量g的分布的图表。
图10是实施例的形状测量方法的流程图。
图11中(A)是表示控制装置在输入输出装置的显示器上显示的控制窗口的图像的图，图11中(B)是表示显示在输入输出装置的显示器上的测量结果的图像的一例的图。
图12是另一实施例的形状测量方法的流程图。
图13是表示图12所示的实施例的控制装置在输入输出装置(图1中(A))的显示器上显示的控制窗口的图像的图。
图14是表示工件上表面的直线度的几何公差的测量结果及由温度传感器(图1中(B))测定的温度测定值的经时变化的图表。
图15中(A)是表示又一实施例的形状测量装置的控制装置在输入输出装置(图1中(A))的显示器上显示的控制窗口的图像的图，图15中(B)是表示显示在输入输出装置(图1中(A))的显示器上的图像的一例的图。
图16中(A)～(D)是从斜下方观察图5所示的实施例的变形例的基准器时的立体图。
图17中(A)是图5所示的实施例的另一变形例的基准器在失重状态下的侧视图，图17中(B)是设置于工件上表面上的状态下的基准器的侧视图。
图中：10-可动工作台，11-工作台引导机构，12-工件，15-砂轮头，16-砂轮，18-导轨，20-控制装置，21-输入输出装置，22-测定值显示窗格，23-基本设定窗格，24-校准窗格，25-校准开始按钮，26-测定开始按钮，27-温度测定按钮，28-催促零点校准的文字信息，29-过去测量结果窗格，30-基准器，31-基准面，32-主体部件，33-支脚部，40-检测仪，41-支承基座，42a-第1位移计，42b-第2位移计，42c-第3位移计，45-温度传感器。
具体实施方式
下面，参考图1～图11，对实施例的形状测量装置进行说明。
图1中(A)是组装有本实施例的形状测量装置的磨削装置的立体图。磨削装置包括：可动工作台10、工作台引导机构11、砂轮头15、砂轮16、导轨18、控制装置20、输入输出装置21、基准器30及检测仪40。可动工作台10通过工作台引导机构11的驱动能够沿水平面内的一个方向往复移动。被磨削物(即，工件12)支承于可动工作台10上。该工件12相当于由形状测量装置测量直线度的测量对象物。
砂轮头15被导轨18支承于可动工作台10上的工件12的上方且被支承为能够升降。砂轮头15能够沿水平面内的与可动工作台10的移动方向正交的方向移动。定义将可动工作台10的移动方向设为x轴方向、将砂轮头15的移动方向设为y轴方向、将铅垂方向下方为z轴的正方向的xyz正交坐标系。
砂轮16安装在砂轮头15的下端部。砂轮16具有圆柱状形状，其中心轴与y轴方向平行。使砂轮头15下降至砂轮16接触到工件12的程度并使砂轮16旋转的同时使工件12沿x轴方向移动，从而进行工件12的磨削。通过使砂轮头15沿y轴方向移动并且重复进行相同的处理，从而能够对工件12上表面的整个区域进行磨削。
控制装置20控制可动工作台10的沿x轴方向的移动、砂轮头15的沿y轴方向的移动及升降、砂轮16的旋转。各种指令从输入输出装置21输入到控制装置20，控制装置20的处理结果等输出到输入输出装置21。输入输出装置21例如包括显示器、定点设备、键盘等。
检测仪40可装卸地安装于砂轮头15的侧面。在进行磨削时，从砂轮头15拆卸检测仪40。在测量工件12上表面的直线度时，将检测仪40安装于砂轮头15。检测仪40例如通过磁铁的吸引力、螺纹固定等方式安装于砂轮头15。关于检测仪40的结构，将在后面参考图1中(B)进行详述。在进行检测仪40的校准时，在工件12的上表面配置基准器30。通过将基准器30支承于工件12的上表面，提供检测仪40的校准用的基准面。工件12作为在进行零点校准时用于支承基准器30的支承部件而发挥作用。
图1中(B)是检测仪40安装在砂轮头15上的状态下的检测仪40的侧视图。
检测仪40包括安装于支承基座41上并且沿x轴方向排成一列的第1位移计42a、第2位移计42b、第3位移计42c。作为这些位移计，例如可以使用非接触式激光位移计。第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c均配置成与工件12对置，从而检测从各个位移计到工件12为止的距离的位移。更具体而言，测定从各个位移计的零点到工件12上表面的被测定点为止的z轴方向上的距离。在将基准器30(图1中(A))配置在与检测仪40对置的位置上的状态下，各个位移计检测基准器30的基准面在z轴方向上的位移。
在支承基座41上还安装有温度传感器45。温度传感器45测定检测仪40的温度。第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c的测定值及温度传感器45的测定值输入到控制装置20(图1中(A))。
接着，参考图2，对测量工件12上表面的直线度的方法进行说明。
图2是表示测量对象(即，工件12)的上表面及检测仪40的示意图。工件12的上表面与xy面大致平行配置。另外，在图2中，放大示出了工件12上表面的微小凹凸。检测仪40的第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c在x轴方向上隔着间距P排成一列。
若进行三个位移计的零点校准，则理想的是第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c各自的零点A0、B0、C0隔着间距P排列在与x轴大致平行的一条直线上。另外，在本实施例中，如以后参考图7中(A)及(B)进行说明那样，三个零点A0、B0、C0并不会严格意义上配置在一条直线上，但是，在此假设三个零点A0、B0、C0配置在一条直线上。
第1位移计42a测定从零点A0到工件12上表面的被测定点A为止的距离D a。同样，第2位移计42b及第3位移计42c分别测定从零点B0到被测定点B为止的距离Db以及从零点C0到被测定点C为止的距离Dc。
将连接被测定点A和C的线段与被测定点B之间的z轴方向上的距离称为偏移量g。偏移量g表示为下式。
[数式1]
Figure BDA0002622849320000061
在第2位移计42b的被测定点B处的工件12上表面的曲率d2z/dx2(x＝B)可以表示为下式。
[数式2]
Figure BDA0002622849320000071
使检测仪40和工件12中的一个相对于另一个沿x轴方向移动的同时通过式(1)测量出偏移量g。通过对使用式(1)及(2)求出的工件12上表面的曲率分布进行二阶积分，能够求出上表面的直线度(即，xz截面上的表面形状)。
接着，参考图3，对检测仪40的零点校准的原理进行说明。
图3是表示检测仪40的第1位移计42a、第2位移计42b、第3位移计42c与基准器30之间的位置关系的示意图。
将基准器30放置在工件12的上表面上并使基准面31与检测仪40对置。在该状态下，将第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c的基准面31上的被测定点分别设定为第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c的零点A0、B0、C0。
另外，也可以使基准器30相对于检测仪40沿x轴方向移动的同时进行多次测定，并根据测定值的平均值来设定零点A0、B0、C0。在此，将使基准器30沿x轴方向移动的同时进行多次测定的处理称为扫描。通过工作台引导机构11的驱动使工件12沿x轴方向移动，从而实现基准器30的移动。通过采用该方法，能够减小因基准面31的表面粗糙而引起的零点的偏差。此外，也可以改变基准面31上的被测定点在y轴方向上的位置并进行多次扫描然后根据多次扫描所得到的测定值的平均值来设定零点A0、B0、C0。另外，即使第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c在支承基座41上的安装位置在z轴方向上彼此错开，只要基准面31是几何学意义上的正确的平面，则通过零点校准零点A0、B0、C0会位于一条直线上。
接着，参考图4中(A)及(B)，对使用比较例的基准器30来校准检测仪40的方法进行说明。
图4中(A)及(B)是将比较例的基准器30放置在工件12上表面上的状态下的剖视图。在对检测仪40进行校准时，长方体形状的基准器30以其长度方向与x轴平行的方式设置在工件12的上表面上。磨削后的工件12的上表面大致平坦，但实际上残留有微小凹凸。因此基准器30大致在其长度方向上的两点处支承于工件12上。基准器30例如由杨氏模量约为130GPa左右的不易变形的陶瓷材料制成，但是会因自重以与工件12接触的部位为支点稍微产生挠曲。
在图4中(A)所示例子中，基准器30在其长度方向上的两端附近与工件12接触而被工件12支承。此时，基准器30产生朝下凸出形状的挠曲。在图4中(B)所示例子中，基准器30在其长度方向上的中央附近与工件12接触而被工件12支承。此时，基准器30产生朝上凸出形状的挠曲。若在基准面31产生挠曲的状态下进行检测仪40的零点校准，则三个零点A0、B0、C0会不在一条直线上。并且，根据基准器30的设置位置，三个零点A0、B0、C0的相对位置关系会出现偏差。
基准器30的挠曲会受到其支承表面(即，工件12的上表面)的凹凸形状的影响。因此，无法正确地推断出产生挠曲的状态下的基准面31的形状。因而，难以校正三个零点A0、B0、C0配置在一条直线上。
接着，参考图5～图7，对利用本实施例的形状测量装置中使用的基准器30进行检测仪40的零点校准的方法进行说明。
图5是从斜下方观察实施例的形状测量装置中使用的基准器30时的立体图。基准器30包括具有在一个方向上长的长方体形状的主体部件32。主体部件32的上表面相当于基准面31。在主体部件32的与基准面31相反一侧的底面上安装有三个支脚部33。一个支脚部33安装于基准器30底面的长度方向上的一端部，其他两个支脚部33安装于另一端部。并且，该两个支脚部33在与长度方向正交的宽度方向上隔着间隔安装。即，该两个支脚部33在长度方向上安装于相同的位置，而在宽度方向上则安装于不同的位置。
各个支脚部33呈半球形状，其平坦的面粘接于主体部件32的底面。支脚部33的粘接可以使用粘接剂或双面胶带等。支脚部33例如使用氧化锆等硬质材料。支脚部33的高度例如为2mm以上且15mm以下，典型的支脚部33的高度为7mm。然而，支脚部33的高度并不只限于该范围。支脚部33的高度只要是在将基准器30放置于工件12上表面上的状态下基准器30的主体部件32的底面不与工件12的上表面接触的程度的高度即可。
图6中(A)及(B)是将实施例的形状测量装置中使用的基准器30放置在工件12上表面上的状态下的剖视图。图6中(A)及(B)中示出的工件12上表面的凹凸形状分别与图4中(A)及(B)中示出的工件12上表面的凹凸形状相同。不管在图6中(A)中还是图6中(B)中，基准器30均通过三个支脚部33与工件12上表面接触，从而支承于工件12的上表面。基准器30的除了三个支脚部33以外的部位不与工件12接触。
由于三个支脚部33中的两个支脚部在长度方向上配置于相同的位置，因此基准器30在长度方向上的两处支承于工件12的上表面。因此，基准器30具有两端支承均布载荷的梁结构。不管支承表面的凹凸形状如何，基准器30始终在长度方向上的两处支承于支承表面上，因此基准器30的挠曲的形状及大小不受支承表面的凹凸形状的影响。
图7中(A)是具有两端支承均布载荷的梁结构的基准器30的示意图。若将基准器30的长度设为L，将每单位长度的荷载设为w，将杨氏模量设为E，将弹性惯性矩设为I，则从一端部的距离为x的点处的挠曲量δ(x)表示为下式。
[数式3]
Figure BDA0002622849320000091
在将基准器30放置在工件12上表面上的情况下，可以使用式(3)预先求出在基准面31上产生的挠曲的形状及大小。定义该挠曲的形状的信息存储于控制装置20(图1中(A))。
图7中(B)是表示实施例的形状测量装置中使用的基准器30与检测仪40之间的位置关系的示意图。基准面31如图7中(A)所示挠曲。在图7中(B)中，比实际的挠曲量更夸张地示出了挠曲量。利用检测仪40的第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c检测出该基准面31的高度并进行零点校准。由此，在基准面31上设定零点A0、零点B0及零点C0。
将通过零点B0且平行于z轴的直线与连接零点A0和零点C0的线段的交点设为第2位移计42b的真正的零点B01。将零点B0与真正的零点B01之间的距离设为零点偏移量g0。基准面31的挠曲形状可以利用式(3)计算出，并且定义该形状的信息预先存储在控制装置20(图1(A))中，因此能够通过计算求出零点偏移量g0。控制装置20存储通过计算求出的零点偏移量g0。为了严密地计算出工件12上表面的直线度，优选使用真正的零点B01作为第2位移计42b的零点。即，优选对偏移量g(图2)进行相当于零点偏移量g0的校正。具体而言，优选代替式(1)而利用下式来计算出偏移量g。
[数式4]
Figure BDA0002622849320000101
接着，参考图8及图9，对为了确认基准器30的挠曲形状不受工件12上表面的凹凸的影响而进行的评价实验及其结果进行说明。
图8中(A)～(C)是表示进行评价实验时的工件12、基准器30及检测仪40的位置关系的图。首先，如图8中(A)所示，将基准器30放置在工件12的区域R1上，并由已进行零点校准的检测仪40使用式(1)来测量偏移量g(图2)。使基准器30在区域R1内移动并且使用式(1)来多次测量偏移量g。
接着，如图8中(B)所示，使基准器30移动到工件12的区域R2上，并以相同的方式多次测量偏移量g。此外，如图8中(C)所示，使基准器30移动到工件12的区域R3上，并以相同的方式多次测量偏移量g。
图9中(A)是表示使用不具有支脚部33的长方体形状的基准器30来测量的偏移量g的分布的图表。图9中(B)是表示使用实施例的形状测量装置中使用的基准器30(图5)(即，具有支脚部33的基准器30)来测量的偏移量g的分布的图表。图9中(A)及(B)的图表的横轴对应于区域R1、R2、R3，纵轴表示偏移量g。图表中的一个黑色圆点表示通过一次测量而计算出的偏移量g。一个区域内显示有多个黑色圆点，这是因为分别在各个区域R1、R2、R3中使基准器30在区域内移动并且进行了多次测量。
在使用不具有支脚部33的基准器30的情况下，如图9中(A)所示，在将基准器30放置在区域R1上后测量的情况和放置在区域R2或R3上后测量的情况之间，偏移量g出现较大差异。整体上，偏移量g出现大约0.075μm左右的偏差。这意味着，基准器30挠曲后的基准面31的形状根据基准器30的设置位置而不同。
相对于此，在使用具有支脚部33的基准器30的情况下，如图9中(B)所示，即使将基准器30放置在区域R1、R2、R3中的任一个区域上，偏移量g也不会出现较大差异。偏移量g的偏差在0.02μm以下的范围内。这意味着，基准器30挠曲后的基准面31的形状不管基准器30的设置位置如何均大致恒定。并且，偏移量g的计算值与零点偏移量g0(图7中(B))大致相等。
根据图8及图9中示出的评价实验确认到，通过使用具有支脚部33的基准器30，基准器30的挠曲形状几乎不受支承基准器30的支承表面的凹凸形状的影响。
接着，参考图10及图11，对使用实施例的形状测量装置来测量工件12(图1中(A))上表面的直线度的方法进行说明。
图10是实施例的形状测量方法的流程图。
若对工件12的磨削结束，则操作人员将检测仪40安装于砂轮头15(步骤SA01)，并将基准器30设置于工件12的上表面(步骤SA02)。然后，利用基准器30的基准面31进行检测仪40的零点校准。若检测仪40的零点校准结束，则从工件12的上表面移除基准器30。
使砂轮头15(图1中(A))沿y轴方向上移动至工件12的测量部位(步骤SA05)。然后，沿着工件12上表面的与x轴方向平行的一条线测量直线度(步骤SA06)。具体而言，控制装置20(图1中(A))使工件12沿x轴方向移动并且从检测仪40的第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c按照一定的时间间隔获取测定值。根据所获取的测定值并通过参考图2已进行说明的逐次三点法来求出工件12上表面的形状。此时，使用式(4)来计算出偏移量g。
在沿着工件12上表面的一条线测量完直线度之后，将测量结果输出到输入输出装置21(图1中(A))(步骤SA07)。需要沿着另一条线测量直线度时，重复进行从将基准器30设置于工件12上表面的工序(步骤SA02)到输出测量结果的工序(步骤SA07)(步骤SA08)。若沿着工件12上表面的应测量的所有线测量完直线度，则结束测量。
图11中(A)是表示控制装置20在输入输出装置21的显示器上显示的控制窗口的图像的图。控制窗口包括测定值显示窗格22、基本设定窗格23及校准窗格24。此外，在控制窗口上还显示有测定开始按钮26。
测定值显示窗格22中包括用于显示第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c的测定值的输出字段。在基本设定窗格23中显示有用于输入工件12的长度(x轴方向上的尺寸)、进行测量时的可动工作台10的移动速度、测定往复次数的数据输入字段。测定往复次数例如以下拉菜单形式被输入。在校准窗格24中显示有用于显示零点值的输出字段及校准开始按钮25。
若操作人员选择校准开始按钮25，则控制装置20(图1中(A))进行检测仪40的零点校准(步骤SA03)。按钮的选择例如通过将鼠标的光标对准按钮后点击鼠标的操作、触摸按钮的操作等来进行。在零点的输出字段中显示使用式(1)来计算出的偏移量g值。在进行零点校准的时刻，距离Da、Db、Dc(图2)全部重置为零，因此在零点的输出字段中显示的数值成为0。
若操作人员选择测定开始按钮26，则控制装置20执行沿工件12上表面的一条线的直线度的测量(步骤SA06)。
图11中(B)是表示显示在输入输出装置21的显示器上的测量结果的图像的一例的图。在显示器上，以图表形式显示工件12上表面的高度方向上的位置。横轴表示工件12的长度方向(x轴方向)上的位置，纵轴表示表面位移量(z轴方向上的位置)。另外，高度变动的线性成分被去除，表面位移量被校正为工件12两端的高度均为0。在图11中(B)中示出了具有中央部分比两端更低的形状的示例。工件12上表面的从0起的位移量最大的位置(图11中(B)中曲线的最低点)处的值的绝对值相当于直线度的几何公差。在图11中(B)所示例子中，直线度的几何公差约为22μm。
接着，对上述实施例的优异效果进行说明。
在上述实施例中，进行零点校准时不管将基准器30设置在工件12上的哪个位置，基准器30的挠曲形状均恒定。因此，能够使三个零点A0、B0、C0的相对位置关系恒定。此外，在上述实施例中，第1位移计42a的零点A0、第2位移计42b的真正的零点B01及第3位移计42c的零点C0位于一条直线上。通过以位于一条直线上的三个零点A0、B01、C0为基准而测量工件12上表面的直线度，能够提高直线度的测量精度。
接着，参考图12～图14，对另一实施例的形状测量装置及形状测量方法进行说明。以下，省略对与图1～图11所示的实施例相同结构的说明。
图12是本实施例的形状测量方法的流程图。
在图10所示的实施例中，每次沿着工件12上表面的一条线测量直线度时(步骤SA06)，在测量之前均进行检测仪40的零点校准(步骤SA03)。相对于此，在图12所示的实施例中，在温度传感器45(图1中(B))所测定出的当前时刻的温度测定值与刚进行的零点校准时的温度测定值之差为阈值以下时，省略零点校准处理(步骤SA02～SA04)(步骤SA10)。仅在温度传感器45(图1中(B))所测定出的当前时刻的温度测定值与刚进行的零点校准时的温度测定值之差超过了阈值的情况下，再次执行零点校准处理(步骤SA02～SA04)。
图13是表示控制装置20在输入输出装置21(图1中(A))的显示器上显示的控制窗口的图像的图。在本实施例中，在校准窗格24内，除了零点输出字段及校准开始按钮25以外，还显示有分别显示校准时温度、校准时刻及当前温度的输出字段。而且，还显示有温度测定按钮27。
在校准时温度的输出字段中，控制装置20显示刚进行的零点校准时由温度传感器45测定的温度测定值。在校准时刻的输出字段中，控制装置20显示刚进行的零点校准的时刻。在当前温度的输出字段中，控制装置20显示由温度传感器45测定的当前时刻的温度测定值。若操作人员选择温度测定按钮27，则控制装置20从温度传感器45获取当前时刻的温度测定值，并更新已显示在当前温度的输出字段中的测定值。
在刚进行的零点校准时的温度与当前温度之差超过了阈值的情况下，控制装置20在校准窗格24内显示催促再次执行零点校准的文字信息28。另外，也可以代替文字信息28而输出其他提醒信息，例如可以输出催促执行零点校准的声音、警报声等。
图14是表示工件12上表面的直线度的几何公差的测量结果及由温度传感器45(图1中(B))测定出的温度测定值的经时变化的图表。分别沿着工件12上表面的平行于x轴的六条线L1～L6分别进行了10次直线度测量处理，并在每次测量处理中均求出了直线度的几何公差。图14所示的各个黑色圆点表示通过一次测量处理而得到的直线度的几何公差的计算结果。
在沿着线L1测量直线度之前，进行了检测仪40的零点校准。然后，从沿着线L1的直线度测量到沿着线L5的直线度测量为止未进行检测仪40的零点校准。在沿着线L5的直线度测量之后在沿着线L6的直线度测量之前进行了检测仪40的零点校准。
在从沿着线L1的直线度测量的开始时到沿着线L4的直线度测量的结束为止的期间，温度传感器45的温度测定值几乎未变。在温度几乎恒定的期间测量的沿着线L1到线L4为止的每条线测量直线度的几何公差的测量值大致恒定。
在沿着线L4的直线度测量之后，温度受到外部因素的影响而开始上升。若在温度上升的状态下沿着线L5测量直线度，则直线度的几何公差的测量值会从温度上升之前测量的直线度的几何公差大幅变化。
若再次执行零点校准之后沿着线L6测量直线度的几何公差，则得到与温度上升之前分别沿着线L1～L4测量的直线度的几何公差的测量值大致相等的测量值。另外，在沿着线L5测量直线度之后，温度受到外部因素的影响而稍微下降，但还是维持在比分别沿着线L1～L4测量直线度时的温度更高的状态。
从图14所示的测量结果可以得到以下两种见解。
第一，若检测仪40周围的温度没有变化，则不进行零点校准也可以高精度地测量直线度。第二，在检测仪40周围的温度发生了一定程度的变化的情况下，直线度的测量精度会下降，但是通过再次执行零点校准，能够使直线度的测量精度恢复到原来的高精度。
接着，对图12～图14所示的实施例的优异效果进行说明。
在本实施例中，如图13所示，在输入输出装置21(图1中(A))的显示器上显示有刚进行的零点校准时的温度及当前时刻的温度。操作人员查看该温度显示即可容易判断是否再次进行零点校准。具体而言，优选在温度变化超过了阈值时再次执行零点校准。该阈值可以根据直线度测量中所要求的精度而预先确定。例如，作为阈值，可以设定为0.5℃。并且，通过显示催促进行零点校准的文字信息28，能够预防操作人员忘记执行零点校准的情况。
并且，在本实施例中，显示刚进行的零点校准的时刻。在检测仪40具有其测定值受到某种因素的影响会随着时间的经过而出现偏差的特性时，操作人员可以根据从刚进行的零点校准的时刻起的经过时间来判断是否应该再次执行零点校准。
此外，在本实施例中，如图12所示，在温度变化为阈值以下时，无需进行零点校准直接沿着工件12上表面的下一条线测量直线度，因此能够缩短测量一个工件12的上表面的直线度所需总时间。
接着，参考图15中(A)及(B)，对又一实施例的形状测量装置进行说明。以下，省略对与图1～图11所示的实施例相同结构的说明。
图15中(A)是表示控制装置20在输入输出装置21(图1(A))的显示器上显示的控制窗口的图像的图。在本实施例中，在控制窗口内显示有过去测量结果的窗格29。在过去测量结果的窗格29内显示有“选择过去测量结果”按钮。
若操作人员选择“选择过去测量结果”按钮，则控制装置20(图1中(A))将过去测量并进行存储的直线度的测量数据的存储位置的列表显示于显示器。操作人员可以从该列表中选择至少一个直线度的测量数据。
图15中(B)是表示显示在输入输出装置21(图1(A))的显示器上的图像的一例的图。在图11中(B)所示的实施例中，相当于在当前时刻测量的直线度的表面形状以图表形式显示于显示器。相对于此，在本实施例中，当前时刻测量的直线度和操作人员选择的过去测量的直线度作为表面位移量的分布而重叠显示于一个图表上。在图15中(B)中，粗实线及细实线分别表示当前时刻测量的直线度及过去测量的直线度。
接着，对本实施例的优异效果进行说明。
在本实施例中，操作人员能够容易比较当前时刻测量的工件12上表面的直线度和过去测量的工件12上表面的直线度。例如，在对一个工件12进行了第一次磨削加工之后加大砂轮16的切入深度并进行了第二次磨削加工的情况下，能够容易比较第一次磨削加工之后的直线度和第二次磨削加工之后的直线度。该比较结果作为推断追加磨削加工的必要性、进行追加磨削加工时的加工条件(例如，砂轮16的追加切入深度)的基础信息而有用。
接着，参考图16中(A)～(D)，对图5所示的实施例的变形例的基准器30进行说明。
图16中(A)～(D)是从斜下方观察图5所示的实施例的变形例的基准器30时的立体图。在图5所示的实施例中，半球状的三个支脚部33安装于主体部件32的底面的长度方向上的两端。相对于此，在图16中(A)所示的变形例中，三个支脚部33安装在主体部件32的底面的比长度方向上的两端稍微靠内侧的位置。与图5所示的实施例同样，三个支脚部33中的两个支脚部33在长度方向上安装于相同的位置。因此，基准器30在长度方向上两处支承于工件12的上表面。
在图16中(B)所示的变形例中，支脚部33具有在主体部件32的宽度方向上长的长方体形状。两个支脚部33分别安装于主体部件32的底面的长度方向上的两端。采用图16中(B)所示的变形例，基准器30也在长度方向上两处支承于工件12的上表面。
在图16中(C)所示的变形例中，支脚部33具有在主体部件32的宽度方向上长的半圆柱形状。两个支脚部33以圆柱面朝下的姿势分别安装于主体部件32的底面的长度方向上的两端。采用图16中(C)所示的变形例，基准器30也在长度方向上两处支承于工件12的上表面。另外，在图16中(B)所示的变形例中，支脚部33与工件12面接触，但是在图16中(C)所示的变形例中，支脚部33工件12线接触。因此，在图16中(C)所示的变形例中，与图16中(B)所示的变形例相比，能够将基准器30更加稳定地支承于工件12的上表面。另外，支脚部33的形状并非一定是半圆柱状，只要是在与主体部件32的宽度方向平行的直线上能够与平面线接触的形状即可。
在图16中(D)所示的变形例中，半球状的四个支脚部33安装在主体部件32的底面的四个角。采用图16中(D)所示的变形例，基准器30也在长度方向上两处支承于工件12的上表面。
如上所述，在图16中(A)～(D)所示的变形例中，基准器30也具有在长度方向上的两处被支承的支承结构。因此，与图5所示的实施例的情况同样，在基准面31设置于工件12上表面上的状态下，基准面31的挠曲形状不依赖于工件12上表面的凹凸形状。因此，通过使用基准器30并按照参考图7中(B)已进行说明的方法来进行检测仪40的零点校准，能够确定使三个第1位移计42a的零点A0、第2位移计42b的真正的零点B01及第3位移计42c的零点C0位于一条直线上的零点偏移量g0。
接着，参考图17中(A)及(B)，对图5所示的实施例的另一变形例的基准器30进行说明。
图17中(A)是失重状态下的基准器30的侧视图，图17中(B)是设置于工件12上表面上的状态下的基准器30的侧视图。在图5所示的实施例中，在将基准器30设置于工件12上表面上的状态下，基准面31产生朝下方凸出的挠曲。相对于此，在本变形例中，在失重状态下，基准面31(图17中(A))弯曲成朝上方凸出。若将基准器30设置于工件12的上表面上，则基准器30因自重而产生挠曲。挠曲后的基准面31(图17中(B))的形状成为几何学意义上的正确的平面。
在图17中(A)及(B)所示的变形例中，在将基准器30设置于工件12上表面上的状态下基准面31成为平面，因此检测仪40的零点偏移量g0成为0。因此，不使用式(4)而使用式(1)即可计算出偏移量g。
在上述实施例中，检测仪40具有第1位移计42a、第2位移计42b及第3位移计42c共计三个位移计，但是也可以构成为具有四个以上的位移计。
上述各实施例及变形例均只是示例，理所当然，在不同实施例中所示的结构的一部分可以进行替换或组合。关于多个实施例的基于相同结构的相同的作用效果，不在各个实施例中逐一进行说明。此外，本发明并不受上述实施例的限制。本发明能够进行各种变更、改进、组合等，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (9)

1.一种形状测量装置，其具有：
检测仪，其包括排成一列的至少三个位移计，并且通过与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移；
基准器，其支承于所述测量对象物上从而提供所述检测仪的校准用的基准面；及
控制装置，进行所述检测仪的校准，
所述基准器具有在所述至少三个位移计的排列方向上的两处支承于所述测量对象物上的支承结构，以使所述基准器的挠曲的形状不受所述测量对象物上表面的凹凸的影响，
所述控制装置在使所述基准面对置于所述至少三个位移计的状态下进行所述检测仪的校准。
2.根据权利要求1所述的形状测量装置，其中，
所述基准器具有在一个方向上长的形状，
所述支承结构包括从与所述基准面相反的一侧的底面突出的三个支脚部，所述三个支脚部中的两个支脚部在所述基准器的长度方向上配置于相同的位置。
3.一种形状测量装置，其具有：
检测仪，其包括排成一列的至少三个位移计，并且通过与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计的各个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移；
基准器，其支承于所述测量对象物上从而提供用于校准所述检测仪的基准面；及
控制装置，进行所述检测仪的校准，
所述基准器具有如下结构：在将所述基准器支承于所述测量对象物上的状态下，所述基准器会因自重而产生挠曲，而产生了挠曲的状态下的所述基准面的形状并不受所述测量对象物上表面的凹凸的影响，
所述控制装置在使所述基准面对置于所述至少三个位移计的状态下进行所述检测仪的校准。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的形状测量装置，其中，
所述控制装置中存储有在将所述基准器放置在所述测量对象物上时在所述基准面上产生的挠曲的形状，并根据所存储的挠曲的形状来进行所述检测仪的校准。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的形状测量装置，其还具有：
输入输出装置，其向所述控制装置输入指令，并且所述控制装置的测量结果输出到所述输入输出装置；及
温度传感器，其测定反映所述检测仪的温度的部位的温度，
所述控制装置向所述输入输出装置输出刚进行的校准时由所述温度传感器测定的测定值及当前时刻由所述温度传感器测定的测定值。
6.根据权利要求5所述的形状测量装置，其中，
若刚进行的校准时由所述温度传感器测定的测定值与当前时刻由所述温度传感器测定的测定值之差超过了阈值，则所述控制装置使所述输入输出装置输出催促所述检测仪的校准的提醒信息。
7.根据权利要求5所述的形状测量装置，其中，
所述控制装置进行如下控制：使测量对象物及所述检测仪中的一个相对于另一个沿所述至少三个位移计的排列方向移动并且测量并存储测量对象物表面的直线度，
将测量对象物表面的直线度的多个测量结果以能够比较的方式输出到所述输入输出装置。
8. 一种基准器，其具有：
与排成一列的三个位移计对置的基准面；及
从与所述基准面相反一侧的底面突出的三个支脚部，
所述三个支脚部中的两个支脚部在所述基准面的长度方向上配置于相同的位置，以使所述基准器的挠曲的形状不受测量对象物上表面的凹凸的影响。
9.一种校准方法，其为通过使排成一列的至少三个位移计与测量对象物对置配置从而检测从所述至少三个位移计的各个位移计到所述测量对象物为止的距离的位移的检测仪的校准方法，其中，
将基准器以与所述至少三个位移计对置的姿势在所述至少三个位移计的排列方向上的两处支承于所述测量对象物上，以使所述基准器的挠曲的形状不受所述测量对象物上表面的凹凸的影响，
在使所述至少三个位移计对置于所述基准面的状态下进行所述检测仪的校准。
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