CN114729797B - 表面形状测定机及表面形状测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够抑制在旋转工作台设置分度工作台来测定工件的表面形状时的测定精度的降低的表面形状测定机及表面形状测定方法。表面形状测定机具备：旋转工作台，其载置工件，并以旋转中心为中心旋转自如；以及检测器，其具有与载置于旋转工作台的工件接触的测头，并检测测头的位移，旋转工作台具有用于调节工件的中心与旋转中心的定心机构，表面形状测定机具备装卸自如地设置于旋转工作台之上的分度工作台，分度工作台构成为能够沿着与旋转中心正交的第一轴以及第二轴进行分度进给，表面形状测定机具备将伴随着分度工作台的分度进给产生的偏心载荷抵消的偏心载荷抵消单元。

Description

表面形状测定机及表面形状测定方法

技术领域

本发明涉及表面形状测定机及表面形状测定方法，并涉及利用装卸自如的分度工作台的技术。

背景技术

作为表面形状测定机，已知有测定工件的圆度的圆度测定机。例如，专利文献1的圆度测定机具备安装于旋转驱动机构的倾斜式十字工作台(tilt cross table)。载置于倾斜式十字工作台的工件被倾斜式十字工作台实施对心与倾斜(tilting)，使工件的中心与旋转驱动机构的旋转中心一致(也称为定心操作)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-343228号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，通常倾斜式十字工作台的可动范围相对于旋转中心窄至几毫米程度，因此在载置工件时，需要对位在旋转中心附近。因此，在可动范围内载置多个工件并连续地定心并不容易。

于是，作为使可动范围扩展的方案，考虑在倾斜式十字工作台之上追加分度工作台(index table)。然而，分度工作台是用于驱动工作台的构件，不具备抑制重心位置的变动的机构。因此，在工件载置于分度工作台的状态下进行形状测定的情况下，担心因重心位置的变动而使测定精度降低。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的在于提供能够抑制使用分度工作台来测定工件的表面形状时的测定精度的降低的表面形状测定机及表面形状测定方法。

用于解决课题的方案

第一方案的表面形状测定机具备：旋转工作台，其载置工件，并以旋转中心为中心旋转自如；以及检测器，其具有与载置于旋转工作台的工件接触的测头，并检测测头的位移，旋转工作台具有用于调节工件的中心和旋转中心的定心机构，表面形状测定机具备装卸自如地设置于旋转工作台之上的分度工作台，分度工作台构成为能够沿着与旋转中心正交的第一轴以及第二轴进行分度进给，表面形状测定机具备偏心载荷抵消单元，该偏心载荷抵消单元抵消伴随着分度工作台的分度进给产生的偏心载荷。

在第二方案的表面形状测定机中，表面形状测定机具备通过检知旋转中心的倾倒量而取得偏心载荷的传感器。

在第三方案的表面形状测定机中，表面形状测定机具备：共用的驱动电路，其驱动旋转工作台和分度工作台；切换电路，其在旋转工作台与分度工作台之间切换驱动电路；以及装卸机构，其将切换电路与分度工作台电连接。

在第四方案的表面形状测定机中，分度工作台的最大可动范围比旋转工作台的最大可动范围大。

在第五方案的表面形状测定机中，分度工作台的移动速度比旋转工作台的移动速度大。

在第六方案的表面形状测定机中，偏心载荷抵消单元为设置于分度工作台的配重，配重配置为能够在分度工作台内移动。

在第七方案的表面形状测定机中，偏心载荷抵消单元为旋转工作台的移动。

第八方案的表面形状测定方法使用上述表面形状测定机，其中，表面形状测定方法包括：载置步骤，将工件载置于旋转工作台及分度工作台中的任一个；以及检测步骤，利用检测器检测与工件接触的测头的位移，在工件载置于分度工作台的情况下，在检测步骤之前，包括抵消偏心载荷的抵消步骤。

发明效果

根据本发明，能够抑制在旋转工作台设置分度工作台来测定工件的表面形状时的测定精度的降低。

附图说明

图1是示出第一实施方式的圆度测定机的整体结构的立体图。

图2是图1的圆度测定机的旋转工作台的从上表面观察到的图。

图3是示出具备分度工作台的圆度测定机的整体结构的立体图。

图4是示出旋转工作台与分度工作台的位置关系的俯视图。

图5是示出在图1的圆度测定机载置有工件的状态的概念图。

图6是示出工件的定心操作的概念图。

图7是示出在图3的圆度测定机载置有工件的状态的概念图。

图8是示出图7所示的圆度测定机的动作的概念图。

图9是示出测定多个工件的情况下的圆度测定机的动作的概念图。

图10是示出对测定部位与重心位置分离开的工件进行测定的情况下的圆度测定机的动作的概念图。

图11是示出第二实施方式的圆度测定机的动作的概念图。

具体实施方式

以下，按照附图对本发明的优选的实施方式详细进行说明。需要说明的是，例示作为本发明的表面形状测定机之一的圆度测定机来说明。

〔第一实施方式〕

图1是圆度测定机10的外观立体图。圆度测定机10具备：箱型的基座12，其支承装置整体；以及旋转工作台14，其以旋转中心A为中心旋转自如地设置于基座12之上。如后述那样，工件W(未图示)载置于旋转工作台14的上表面。

如图2所示，旋转工作台14具备CX轴移动机构14A、CY轴移动机构14B、TX轴移动机构14C以及TY轴移动机构14D。CX轴移动机构14A、CY轴移动机构14B在以旋转中心A为原点、并包括与X方向平行的CX轴以及与Y方向平行且与CX轴正交的CY轴的坐标轴上，使旋转工作台14相对于CX轴以及CY轴在水平方向上移动。另外，TX轴移动机构14C以及TY轴移动机构14D在以旋转中心A为原点、并包括与X方向平行的TX轴以及与Y方向平行且与TX轴正交的TY轴的坐标轴上，使旋转工作台14相对于TX轴以及TY轴倾斜。

如图1所示，在基座12的内部配置有旋转轴承16以及支承于旋转轴承16的旋转轴(未图示)。通过旋转轴旋转，从而驱动旋转工作台14旋转。旋转轴相当于旋转中心A。旋转轴例如由未图示的马达等驱动旋转。旋转轴承16例如由空气轴承构成。

在基座12的内部配置有驱动电路20。驱动电路20对旋转工作台14的定心机构以及后述的分度工作台60(参照图3)的驱动进行控制。在旋转工作台14设置有切换电路22。切换电路22在旋转工作台14与分度工作台60之间切换驱动电路20。驱动电路20通过切换电路22而作为旋转工作台14与分度工作台60的共用的驱动电路20发挥功能。切换电路22经由第一线缆26而连接第一连接器24。

圆度测定机10具备设置于基座12的上表面且沿Z方向(铅垂方向)延伸的立柱30。在立柱30支承有能够沿着立柱30在Z方向上移动的托架32。托架32例如可以通过马达的驱动而在上下方向上移动，另外也可以通过抓手的旋转操作等而手动地移动。

在托架32支承有回转臂34的一端。回转臂34在一端处以X方向为回转中心回转自如地支承于托架32。

水平臂36支承于回转臂34的另一端。水平臂36沿X方向延伸，并构成为能够在X方向(水平方向)上移动。在水平臂36的前端安装有检测器保持件38。在检测器保持件38装卸自如地安装有检测器40。检测器40在前端侧具有测头42以及未图示的差动变压器等位移检测部。检测器40检测与工件(未图示)接触的测头42的位移，并将表示该位移的位移检测信号(电信号)向数据处理装置50输出。

如图3所示，实施方式的圆度测定机10在旋转工作台14之上装卸自如地设置有分度工作台60。其设置例如通过在旋转工作台14的已有的槽、孔等嵌合分度工作台60的定位构件而进行。但是，并不限定该设置方法。

实施方式的分度工作台60包括上表面的面积较大的第一工作台62以及设置为能够在第一工作台62之上移动的第二工作台64。第二工作台64能够通过未图示的马达等沿与旋转中心A正交的第一轴(X方向)以及第二轴(Y方向)在第一工作台62之上分度进给。例示了第一轴与第二轴正交的情况，但第一轴与第二轴不平行即可。

分度工作台60经由第二线缆68而连接第二连接器66。当将第一连接器24与第二连接器66彼此装配时，切换电路22与分度工作台60电连接。第一连接器24与第二连接器66装卸自如。实施方式中，第一连接器24以及第一线缆26和第二连接器66以及第二线缆68构成装卸机构。需要说明的是，通过切换电路22以及装卸机构，能够容易地向图1所示的现有的圆度测定机10追加导入分度工作台60、即所谓的后装。

在分度工作台60与切换电路22通过装卸机构而电连接之前，驱动电路20驱动旋转工作台14。在分度工作台60与切换电路22通过装卸机构而电连接之后，驱动电路20驱动分度工作台60。即使在上述的电连接之后，驱动电路20也能够任意地切换旋转工作台14与分度工作台60的驱动。

分度工作台60在第一工作台62的上表面具备沿着第一工作台62的各边四个配重70。配重70配置为能够在分度工作台60内沿着各边移动。配重70可以设置于第一工作台62的下表面或侧面。需要说明的是，关于配重70，见后述。

数据处理装置50例如是个人计算机等运算装置。数据处理装置50综合地控制圆度测定机10的各部分的驱动。数据处理装置50控制托架32、回转臂34、水平臂36、旋转工作台14、驱动电路20、分度工作台60等的驱动。

如图4所示，对分度工作台60设定以分度工作台60的中心为原点、并包括与X方向平行的CX1轴以及与Y方向平行的CY1轴的坐标轴。对旋转工作台14设定有包括CX轴以及CY轴的坐标轴。旋转工作台14与分度工作台60优选以使旋转工作台14的坐标轴(CX轴、CY轴)与分度工作台60的坐标轴(CX1轴、CY1轴)成为同一轨道的方式设置。

接着，基于图5至图10对由图1以及图4所示的圆度测定机10进行的工件的圆度测定(表面形状测定方法)进行说明。需要说明的是，图5至图10概念性地示出圆度测定机10。

图5是图1所示的圆度测定机10，并示出工件W载置于圆度测定机10的旋转工作台14的状态。在基座12的内部配置有传递来自驱动电路20的动力以及驱动信号的动力信号线52和滑环54。在旋转工作台14设置有马达56。经由滑环54，向旋转工作台14传递动力以及驱动信号。马达56能够使旋转工作台14沿着CX轴以及CY轴(参照图2)如箭头所示那样水平移动。

在利用圆度测定机10测定工件W的情况下，在测定之前如图6所示实施由定心机构进行的定心。“定心”是指以使工件W的中心轴与旋转工作台14的旋转中心A一致的方式进行调节。

如图6(A)所示，在工件W的工件中心WA与旋转中心A不一致的情况下(图6的(A)的左图)，旋转工作台14通过CX轴移动机构14A以及CY轴移动机构14B(参照图2)在CX轴方向以及CY轴方向上微动进给，从而在水平方向上移动。旋转工作台14在水平方向上移动了的结果是，工件W的工件中心WA与旋转中心A一致(图6的(A)的右图)。但是，由CX轴移动机构14A以及CY轴移动机构14B产生的旋转工作台14的可动范围通常小到几mm程度。

在图6的(A)中，如以下那样调节。首先，将工件W以使工件W的圆筒面的中心轴与旋转中心A的中心大致一致的方式载置于旋转工作台14上。接着，以使测头42与工件W的测定的位置接触的方式调整位置。在该状态下，旋转工件W，测定工件W的工件中心WA与旋转工作台14的旋转中心A的偏心距离，能够基于测定结果利用马达56等使CX轴移动机构14A以及CY轴移动机构14B移动。

接着，如图6的(B)所示，在工件W的工件中心WA与旋转中心A不平行的情况下(图6的(B)的左图)，旋转工作台14通过TX轴移动机构14C以及TY轴移动机构14D(参照图2)相对于TX轴方向以及TY轴方向微动地倾斜。旋转工作台14倾斜了的结果是，工件W的工件中心WA与旋转中心A平行(图6的(B)的右图)。

在利用图1的圆度测定机10进行工件W的圆度测定的情况下，驱动托架32、回转臂34以及水平臂36，使测头42与载置于旋转工作台的工件W的测定位置(工件W的外周面)接触。接下来，一边经由旋转轴承16以及旋转工作台14使工件W旋转一边从检测器40取得位移检测信号，并将工件W的一次旋转的量的位移检测信号向数据处理装置50输出。数据处理装置50对从检测器40输入的位移检测信号进行处理(解析)，而生成表示工件W的圆度的测定数据。

图7是图3所示的圆度测定机10，并示出在旋转工作台14之上设置分度工作台60，且工件W载置于圆度测定机10的分度工作台60的状态。第一连接器24与第二连接器66连接。第二线缆68与分度工作台60的第一工作台62所具备的马达72连接。

通过在旋转工作台14搭载分度工作台60，能够扩展能够定心的范围。如图7所示，分度工作台60的最大可动范围M2比旋转工作台14的最大可动范围M1大。能够定心的可动范围成为旋转工作台14的定心机构的可动范围M1与分度工作台60的可动范围M2的合计。能够通过该结构在分度工作台60之上载置多个工件W，能够连续地测定多个工件W的形状。

通过将旋转工作台14的定心机构的驱动电路20共有为分度工作台60的驱动电路20，从而分度工作台60无需专用的驱动电路。当驱动电路设置于分度工作台60时，来自驱动电路的发热成为精度恶化的主要原因，但在实施方式中，分度工作台60由设置于基座12的驱动电路20驱动，因此能够使影响分度工作台60的发热为最小限度。能够通过切换电路22使驱动电路20共有，因此能够以低成本修改为使现有的圆度测定机能够利用分度工作台60。

通过用软件自动识别第一连接器24与第二连接器66的装卸，从而即使旋转工作台14与分度工作台60共有驱动电路20，也能够仅通过改变控制分辨率而进行旋转工作台14与分度工作台60的控制。在较高的控制分辨率的情况下，相对于驱动信号，移动距离较小，适用于控制旋转工作台14的情况。即，旋转工作台14通过定心机构的马达56等而微小地移动。另一方面，在较低的控制分辨率的情况下，相对于驱动信号，移动距离较大，适用于控制分度工作台60的情况。即，通过马达72，分度工作台60能够移动得比旋转工作台14大。在共有驱动电路20的情况下，如图4所示，使旋转工作台14与分度工作台60的坐标轴一致，从而能够仅通过改变控制分辨率来控制旋转工作台14与分度工作台60。但是，即使在使旋转工作台14与分度工作台60的坐标轴不一致的情况下，也能够通过生成修正信号而控制旋转工作台14与分度工作台60。

需要说明的是，在通过适用分度工作台60而扩大了可动范围的情况下，担心搭载于旋转轴承16之上的装载物(旋转工作台14、分度工作台60以及工件W)的重心与旋转中心A位于分离开的位置。在产生了重心与旋转中心A的偏移、即偏心载荷的情况下，旋转精度恶化，并成为测定精度恶化的主要原因。于是，圆度测定机10具备用于将所产生的偏心载荷抵消的偏心载荷抵消单元。在第一实施方式的圆度测定机10中，如图3以及图7所示，作为偏心载荷抵消单元为设置于分度工作台60之上的四个配重70，各配重70设置为能够沿着第一工作台62的边移动。在此，偏心载荷的抵消能够在偏心载荷抵消单元的动作的前后抑制(或减小)偏心载荷即可。配重70例如通过来自数据处理装置50的控制信号，利用包括马达和滚珠丝杠等的驱动装置而移动自如。

接着，参照图8来说明偏心载荷抵消单元的动作。如图8的(A)所示，在分度工作台60的第二工作台64载置有工件W。旋转中心A与工件W的工件中心WA不一致。为了使旋转中心A与工件中心WA一致，第二工作台64向箭头方向分度进给。

如图8的(B)所示，第二工作台64分度进给，使旋转中心A与工件中心WA一致。另一方面，第二工作台64在第一工作台62之上移动，因此搭载于旋转轴承16之上的装载物的重心位置成为重心G1。重心G1与旋转中心A不一致，因此产生偏心载荷。于是，为了抵消偏心载荷，各配重70向箭头方向移动。其结果是，装载物的重心位置从重心G1变为重心G2，旋转中心A与重心G2一致。

在利用图3的圆度测定机10进行工件W的圆度测定的情况下，驱动托架32、回转臂34以及水平臂36，使测头42与载置于分度工作台60的工件W的测定位置(工件W的外周面)接触。接下来，一边经由旋转轴承16以及旋转工作台14使分度工作台60所载置的工件W旋转一边从检测器40取得位移检测信号，并将工件W的一次旋转的量的位移检测信号向数据处理装置50输出。数据处理装置50对从检测器40输入的位移检测信号进行处理(解析)，而生成表示工件W的圆度的测定数据(参照图3以及图7)。

在图8中，在分度工作台60仅载置有一个工件W，但可以如图9所示，将多个工件W载置于分度工作台60。在测定多个工件W的表面形状的情况下，在测定一个工件W的表面形状后，使第二工作台64分度进给，使旋转中心A与下一个工件W的工件中心WA一致。接下来，移动配重70，使旋转中心A与装载物的重心一致。接下来，测定工件W的表面形状。这样，能够连续地测定分度工作台60的多个工件W。

另外，通过在分度工作台60之上配置校正用校对规(master)80(80A、80B)，能够在工件W的连续测定中在任意的时机进行精度确认以及校正。另外，如图9所示，通过在分度工作台60的中央配置校正用校对规80A，能够不受偏心载荷的影响地进行高精度的校正。

并且，能够在分度工作台60的端部也配置校正用校对规80B。在连续地测定工件W的期间，能够根据校正用校对规80B的校正数据取得偏心载荷。通过基于所取得的偏心载荷使配重70移动，能够抵消偏心载荷。偏心载荷能够根据从端部所载置的两个校正用校对规80B取得的校正数据的差量而取得。

在图9中，例示了在测定中取得偏心载荷的在线的情况，但可以以离线方式预先根据校正数据取得偏心载荷，并基于该偏心载荷使配重70移动，从而抵消偏心载荷。

另外，通过在旋转轴承16设置传感器(未图示)，并检知旋转中心A相对于旋转轴承16的中心轴的倾倒量，能够取得偏心载荷。

图10是示出对测定部位与重心位置分离开的工件进行测定的情况下的圆度测定机的动作的概念图。如图10所示，工件W的重心G1与测定位置分离开。通过使配重70移动，能够使旋转中心A与工件W的重心G2一致。通过利用分度工作台60，能够载置被施加如下偏心载荷的工件W，该偏心载荷超过通常的旋转工作台14的可动范围的容许值。通过使配重70相对于该工件W移动，能够抵消偏心载荷。并且，配重70优选为能够根据工件W的大小以及数量、测定的目的而更换。

通过任意地切换旋转工作台14与分度工作台60的驱动，从而也能够进行区分使用微动与粗动的运用，能够进行驱动高速化和高精度校准。即，能够在较高的控制分辨率的情况下减慢旋转工作台14的移动速度，并在较低的控制分辨率的情况下加快分度工作台60的移动速度。例如，为微动的旋转工作台14的移动速度为几mm/s，为粗动的分度工作台60的移动速度为几十至几百mm/s。

〔第二实施方式〕

基于图11来说明第二实施方式的圆度测定机。存在对与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记并省略说明的情况。如图11所示，圆度测定机100与第一实施方式不同，不具备配重70。对于除此以外的结构，第二实施方式的圆度测定机100的结构与第一实施方式的圆度测定机10的结构基本上相同。

在第二实施方式中，通过使旋转工作台14向箭头方向移动，能够使偏心载荷抵消，并使重心位置从重心G1移动到重心G2。需要说明的是，伴随着旋转工作台14的移动，分度工作台60也移动。因此，在由于旋转工作台14的移动而使旋转中心A与工件中心WA不一致的情况下，通过移动分度工作台60而移动工件W。通过依次移动旋转工作台14与分度工作台60，从而旋转中心A与工件中心WA重心G2最终一致。

在第二实施方式中，也与第一实施方式同样地，能够测定多个工件，能够通过利用校正用校对规而以在线以及离线方式取得偏心载荷。能够利用传感器取得偏心载荷。能够基于所取得的偏心载荷移动旋转工作台14，从而抵消偏心载荷。

作为偏心载荷抵消单元，在第一实施方式中例示了配重，在第二实施方式中例示了旋转工作台的移动。然而，作为偏心载荷抵消单元，可以将第一实施方式与第二实施方式组合而使用。另外，偏心载荷抵消单元并不限定于第一实施方式与第二实施方式。

附图标记说明

10：圆度测定机，12：基座，14：旋转工作台，14A：CX轴移动机构，14B：CY轴移动机构，14C：TX轴移动机构，14D：TY轴移动机构，16：旋转轴承，20：驱动电路，22：切换电路，24：第一连接器，26：第一线缆，30：立柱，32：托架，34：回转臂，36：水平臂，38：检测器保持件，40：检测器，42：测头，50：数据处理装置，52：动力信号线，54：滑环，56：马达，60：分度工作台，62：第一工作台，64：第二工作台，66：第二连接器，68：第二线缆，70：配重，72：马达，80、80A、80B：校正用校对规，100：圆度测定机，A：旋转中心，G1：重心，G2：重心，W：工件，WA：工件中心。

Claims (8)

1.一种表面形状测定机，其具备：

旋转工作台，其载置工件，并以旋转中心为中心旋转自如；以及

检测器，其具有与载置于所述旋转工作台的工件接触的测头，并检测所述测头的位移，

其中，

所述旋转工作台具有用于调节所述工件的中心和所述旋转中心的定心机构，

所述表面形状测定机具备装卸自如地设置于所述旋转工作台之上的分度工作台，所述分度工作台构成为能够沿着与所述旋转中心正交的第一轴以及第二轴进行分度进给，

所述表面形状测定机具备偏心载荷抵消单元，该偏心载荷抵消单元抵消伴随着所述分度工作台的所述分度进给产生的偏心载荷，所述偏心载荷是搭载于所述旋转工作台的旋转轴承之上的装载物的重心与所述旋转中心的偏移。

2.根据权利要求1所述的表面形状测定机，其中，

所述表面形状测定机具备通过检知所述旋转中心的倾倒量而取得所述偏心载荷的传感器。

3.根据权利要求1或2所述的表面形状测定机，其中，

所述表面形状测定机具备：共用的驱动电路，其驱动所述旋转工作台和所述分度工作台；切换电路，其在所述旋转工作台与所述分度工作台之间切换所述驱动电路；以及装卸机构，其将所述切换电路与所述分度工作台电连接。

4.根据权利要求1或2所述的表面形状测定机，其中，

所述分度工作台的最大可动范围比所述旋转工作台的最大可动范围大。

5.根据权利要求1或2所述的表面形状测定机，其中，

所述分度工作台的移动速度比所述旋转工作台的移动速度大。

6.根据权利要求1或2所述的表面形状测定机，其中，

所述偏心载荷抵消单元为设置于所述分度工作台的配重，所述配重配置为能够在所述分度工作台内移动。

7.根据权利要求1或2所述的表面形状测定机，其中，

所述偏心载荷抵消单元为所述旋转工作台的移动。

8.一种表面形状测定方法，其使用权利要求1至7中任一项所述的表面形状测定机，其中，

所述表面形状测定方法包括：

载置步骤，将工件载置于所述旋转工作台及所述分度工作台中的任一个；以及

检测步骤，利用检测器检测与所述工件接触的测头的位移，

在所述工件载置于所述分度工作台的情况下，在所述检测步骤之前，包括抵消偏心载荷的抵消步骤。

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