CN115023582B - 工件直径测量方法和工件圆度测量机 - Google Patents

Abstract

提供可以在不使用模范件和具有长行程的水平臂的情况下对具有大直径的工件执行直径测量的工件直径测量方法和圆度测量机。该方法包括：第一检测步骤：在探头在该探头的位移方向上从一侧与未被校准的基准器的周向面接触的状态下，在使该基准器与检测器围绕旋转中心相对于彼此旋转的同时检测探头的位置；第二检测步骤：在探头在位移方向上从另一侧与基准器的周向面接触的状态下，在使基准器与检测器围绕旋转中心相对于彼此旋转的同时检测探头的位置；旋转中心计算步骤：基于在第一检测步骤和第二检测步骤中所检测的探头的位置，来计算旋转中心的位置；第三检测步骤：在探头从另一侧与工件接触的状态下，使工件与检测器围绕旋转中心相对于彼此旋转；和直径计算步骤：计算工件的周向面的直径。

Description

工件直径测量方法和工件圆度测量机

技术领域

本发明涉及测量工件的周向面的直径的工件直径测量方法和圆度测量机。

背景技术

测量具有实心圆柱形状或中空圆筒形状的工件的圆度的圆度测量机(包括中空圆筒形状测量机)是已知的。圆度测量机基于在探头与被放置在旋转工作台上的工件的外周向面接触的状态下旋转该旋转工作台时使用检测器检测该探头的位移的结果来测量工件的圆度。另外，可以通过使用圆度测量机来测量工件的周向面的直径(参考专利文献1和专利文献2)。

专利文献1公开了一种圆度测量机，其包括旋转工作台、第一检测器、水平臂和第二检测器，该水平臂引导第一检测器在工件的直径方向上并且水平地相对于工件接触，该第二检测器检测水平臂的水平移动量。在该圆度测量机中，首先将具有已知直径的模范件放置在旋转工作台上。第一检测器的接触器与模范件的右侧面接触，并且第二检测器执行读取。之后，第一检测器的接触器与模范件的左侧面接触，并且第二检测器执行读取。接下来，基于由第二检测器获得的两个读数结果和模范件的已知尺寸，来计算圆度测量机的误差值。然后，在将工件代替模范件放置在旋转工作台上之后，以类似的方式测量该工件的直径尺寸，并且基于先前获得的误差值来对直径尺寸执行误差校正。

专利文献2公开了如下一种方法，该方法包括相对于具有已知直径值的模范件平行于测量中心线移动检测器，在模范件上彼此相对的两个检测点处执行测量，并且基于测量值之间的差来计算中心偏差量。根据该方法，即使在模范件的直径值与工件的直径值彼此不同的情况下，也能够在不受圆度测量机的中心偏差量的影响的情况下准确地计算工件的直径值。

{引文列表}

{专利文献}

{专利文献1}日本专利申请特开No.1-259211；

{专利文献2}日本专利申请特开No.2012-145494。

发明内容

{技术问题}

专利文献1和专利文献2中所公开的方法需要模范件来测量工件的直径；然而，由于需要保证该模范件的直径值，因此模范件是昂贵的。另外，在专利文献1和专利文献2所公开的方法中，需要准备具有比工件的直径(外部直径)更长行程的水平臂，以便使探头与工件上的相反的两个检测点接触，并且这样的水平臂不利地是昂贵且沉重的。因此，对于常规的圆度测量机而言难以对具有大直径的工件执行直径测量。

鉴于这样的情况而完成本发明，并且本发明的目的在于提供可以在不使用模范件和具有长行程的水平臂的情况下对具有大直径的工件执行直径测量的工件直径测量方法和圆度测量机。

{问题的解决方案}

用于实现本发明的目的的工件直径测量方法是使用圆度测量机来测量工件的直径的工件直径测量方法，所述圆度测量机在检测器的探头与被放置在工作台上的工件的周向面接触的状态下使所述工件与所述检测器围绕旋转中心相对于彼此旋转，所述工件直径测量方法包括：第一检测步骤：在所述探头在该探头的位移方向上从一侧与未被校准的且被放置在所述工作台上的基准器的周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；第二检测步骤：在所述探头在所述位移方向上从另一侧与所述基准器的所述周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；旋转中心计算步骤：基于在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中所检测的所述探头的位置，来计算所述旋转中心的位置；第三检测步骤：在所述探头从所述另一侧与所述工件接触的状态下，在使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；和直径计算步骤：基于在所述第一检测步骤、所述第二检测步骤和所述第三检测步骤中所检测的所述探头的位置，来计算所述工件的所述周向面的直径。

根据该工件直径测量方法，可以使用未被校准的基准器来测量旋转中心的位置，该未被校准的基准器使得工件的中心与旋转中心之间能够对准。结果，仅仅在探头与工件上的一个检测点接触的状态下通过使检测器与工件围绕旋转中心相对于彼此旋转，就可以测量工件的直径。因此，可以在不使用模范件和具有长行程的水平臂的情况下对具有大直径的工件执行直径测量。另外，无论是否存在基准器的中心相对于旋转中心的偏移，都可以测量该旋转中心的位置，因此可以减少操作者的时间和精力，并且还可以缩短测量时间。

根据本发明的另一方面的工件直径测量方法被配置成使得：通过旋转所述工作台使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，以及在所述旋转中心计算步骤中，通过使用公式[CP＝A+(B-A)/2＝(A+B)/2]来计算所述旋转中心的位置CP，其中，A是在所述第一检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，B是在所述第二检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值。相应地，无论是否存在基准器的中心相对于旋转中心的偏移，都可以测量该旋转中心的位置。

根据本发明的又一方面的工件直径测量方法被配置成使得：通过旋转所述工作台使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，以及在所述直径计算步骤中，通过使用公式[R＝C-(A+B)/2]来计算所述工件的近似半径R，以及通过使用公式[D＝(R-E/2)×2]来计算所述工件的所述周向面的直径D，其中，C是在所述第三检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，和E是所述探头的末端球的直径。相应地，可以在不使用模范件和具有长行程的水平臂的情况下对具有大直径的工件执行直径测量。

根据本发明的又一方面的工件直径测量方法被配置成使得：当所述工件具有用作该工件的所述周向面的第一周向面和与所述第一周向面同心的第二周向面时，将所述第二周向面用作所述基准器的所述周向面。这可以降低成本。

用于实现本发明的目的的圆度测量机是使检测器与被放置在工作台上的工件在所述检测器的探头与所述工件的周向面接触的状态下围绕旋转中心相对于彼此旋转的圆度测量机，所述圆度测量机包括：第一检测控制单元，所述第一检测控制单元在探头在该探头的位移方向上从一侧与未被校准的且被放置在所述工作台上的基准器的周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；第二检测控制单元，所述第二检测控制单元在所述探头在所述位移方向上从另一侧与所述基准器的所述周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；旋转中心计算单元，所述旋转中心计算单元基于由所述第一检测控制单元和所述第二检测控制单元所检测的所述探头的位置，来计算所述旋转中心的位置；第三检测控制单元，所述第三检测控制单元在所述探头从所述另一侧与所述工件接触的状态下，在使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；和直径计算单元，所述直径计算单元基于由所述第一检测控制单元、所述第二检测控制单元和所述第三检测控制单元所检测的所述探头的位置，来计算所述工件的所述周向面的直径。

{发明的有益效果}

本发明使得能够在不使用模范件和具有长行程的水平臂的情况下对具有大直径的工件进行直径测量。

附图说明

{图1}图1是圆度测量机的外部透视图。

{图2}图2是圆度测量机的控制装置的功能框图。

{图3}图3是用于说明由预检测控制单元控制马达、检测器和位置检测单元的说明图。

{图4}图4是用于说明由旋转中心计算单元计算旋转工作台的旋转中心的说明图。

{图5}图5是图示在第一检测控制和第二检测控制中的探头位置的位移的说明图。

{图6}图6是图示在第一检测控制和第二检测控制中的探头位置的位移的图表。

{图7}图7是用于说明基于图6中的平均值A和B(有偏移)获得的旋转中心的位置的说明图。

{图8}图8是用于说明由检测控制单元控制马达、检测器和位置检测单元的说明图。

{图9}图9是用于说明由直径计算单元计算旋转工作台的直径的说明图。

{图10}图10是图示测量旋转工作台的旋转中心的位置的过程的流程的流程图。

{图11}图11是图示测量工件的直径的过程的流程的流程图。

{图12}图12是用于说明其外周向面具有凹入截面形状的工件的直径的测量的说明图。

{图13}图13是用于说明其中在不额外设置基准器的情况下通过使用工件的一部分作为基准器来测量工件的直径的示例的说明图。

具体实施方式

[圆度测量机的整体配置]

图1是圆度测量机10的外部透视图。在此，在附图中的彼此相互垂直的XYZ方向中，XY方向是水平方向，并且Z方向是上下方向(高度方向)。如图1所图示的，圆度测量机10除了测量具有例如中空圆筒形状、实心圆柱形状或圆盘形状的周向面的工件W的圆度和直径之外，还测量具有大直径的工件W的外周向面的直径(外部直径)。在下文中，在本实施例中，具体地描述通过圆度测量机10对具有大直径和中空圆筒形状的工件W的外周向面执行的直径测量。由于工件W的圆度的测量是已知技术，因此省略了其详细描述。

圆度测量机10包括基座12、旋转工作台14(也被称为工作台)、马达15、立柱16(也称为柱)、滑架18(也被称为滑块)、水平臂20、检测器保持件22和检测器24。

基座12是支撑该圆度测量机10的每个部分的支撑基座(基座架)。旋转工作台14和立柱16设置在基座12的上面上。另外，马达15设置在基座12内部。

旋转工作台14(相当于于本发明的工作台)通过诸如空气轴承之类的轴承而被马达15以能够旋转的方式支撑。在旋转工作台14的上面上放置待经受直径测量的工件W和基准器MR，该工件W具有中空圆筒形状(环形形状)和大直径，该基准器MR用于测量该旋转工作台14的旋转中心CP。

基准器MR被形成为具有比工件W的内部直径更小直径的实心圆柱形状(也可以是中空圆筒形状或圆盘形状)，并且被放置在旋转工作台14上的工件W内部。基准器MR与以上所描述的专利文献1和专利文献2中所描述的模范件的不同之处在于，基准器MR是未被校准的(未保证的)，即不保证该基准器MR的直径值等。因此，基准器MR在成本上低于模范件。

另外，旋转工作台14设有旋转中心调整机构26，该旋转中心调整机构26用于调整该旋转工作台14在XY方向上的位置(也可以用于调整在XY方向上的倾斜)。可以通过操作该旋转中心调整机构26等来执行工件W的中心与旋转工作台14的旋转中心CP之间的对准。

在测量工件W的直径和圆度中，马达15在控制装置30(参见图2)的控制下，通过驱动传递机构(未图示)使旋转工作台14旋转，这将在下文进一步描述。注意，可以使用除了马达15之外的已知的旋转驱动机构来使旋转工作台14旋转。

立柱16设置在基座12的上面上、在X方向上在旋转工作台14旁边，并且具有在Z方向上延伸的形状。滑架18以能够在Z方向上移动的方式设置在立柱16上。

水平臂20以能够在X方向上移动的方式设置在滑架18上。水平臂20具有在X方向上延伸的形状，并且检测器24通过检测器保持件22而设置在水平臂20的末端侧。

检测器24包括探头28和诸如差动变压器之类的位移检测单元(未图示)。检测器24检测该探头28在X方向(位移方向)上前后移动的位移，并且将指示该位移的位移检测信号输出到控制装置30(参见图2)，这将在下文进一步描述。探头28在该探头的末端部分设有末端球28a。末端球28a与工件W的外周向面和基准器MR的外周向面接触。在此，由于检测器24的配置是已知的，因此省略了其详细描述。

图2是圆度测量机10的控制装置30的功能框图。如图2所图示的，控制装置30例如包括诸如个人计算机的运算装置。控制装置30以集中的方式控制圆度测量机10的各个相应部分的操作，并且计算旋转工作台14的旋转中心CP，以及计算工件W的直径、圆度等。控制装置30包括运算电路，该运算电路包括各种不同的处理器、存储器等。各种不同的处理器例如包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)和可编程逻辑装置[例如，简单可编程逻辑装置(SPLD)、复杂可编程逻辑装置(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)]。注意，控制装置30的各种不同的功能可以由一个处理器来实施，或者可以由相同类型的或不同类型的多个处理器来实施。

除了以上所描述的马达15和检测器24之外，操作单元32、位置检测单元34、显示单元36等连接到控制装置30。

键盘、鼠标、操作面板、操作按钮等被用作操作单元32。操作单元32接受操作者的各种不同的操作的输入。

位置检测单元34例如包括X方向线性编码器和Z方向线性编码器，该X方向线性编码器检测使检测器24在X方向上移动的水平臂20的位置，该Z方向线性编码器检测使检测器24在Z方向上移动的滑架18的位置。位置检测单元34将从所述线性编码器中的每个线性编码器输出的位置检测信号输出到控制装置30。这使得控制装置30能够基于从位置检测单元34向该控制装置输入的位置检测信号来检测该检测器24的位置(X方向位置和Z方向位置)。

各种不同的已知的监视器被用作显示单元36。显示单元36显示由旋转中心计算单元46所计算的旋转工作台14的旋转中心CP的计算结果(这将在下文进一步描述)、由直径计算单元56所计算的工件W的直径的计算结果等。

在圆度测量机10中，首先使用基准器MR来测量旋转工作台14的旋转中心CP的位置，并且基于测量结果将工件W的中心与旋转工作台14的旋转中心CP彼此对准。然后，测量该工件W的外周向面的直径。

[控制装置]

控制装置30通过执行存储在存储单元(未图示)中的控制程序(未图示)来作为旋转中心测量单元40和直径测量单元50发挥功能，该旋转中心测量单元40测量旋转工作台14的旋转中心CP的位置，该直径测量单元50测量工件W的外周向面的直径。注意，被描述为控制装置30的“单元”中的一个单元可以是“电路”、“设备”或“装置”。即是，被描述为“单元”的一个单元可以包括固件、软件、硬件以及它们的组合中的任何一种。

<旋转中心的位置的测量>

旋转中心测量单元40作为预检测控制单元42、预检测信号获取单元44和旋转中心计算单元46发挥功能。

预检测控制单元42在测量旋转工作台14的旋转中心CP的位置中，控制马达15、检测器24和位置检测单元34。

图3是用于说明由预检测控制单元42对马达15、检测器24和位置检测单元34的控制的说明图。注意，基准器MR和工件W预先放置(设定)在旋转工作台14上。此外，使用检测器24、旋转中心调整机构26等通过已知的方法来预先执行基准器MR的中心与旋转中心CP(估计位置)之间的近似对准。

如图3的参考符号3A所指的部分所图示的，操作者使探头28的末端球28a从X方向(其是末端球的位移方向)上的任一侧XL与基准器MR的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作。相应地，预检测控制单元42作为本发明的第一检测控制单元发挥功能开始第一检测控制。

在第一检测控制中，预检测控制单元42驱动该马达15以使旋转工作台14进行一圈旋转。相应地，在探头28从一侧XL与基准器MR的外周向面接触的状态下，基准器MR和检测器24可以围绕旋转中心CP相对彼此旋转。另外，在旋转工作台14的旋转期间，预检测控制单元42使检测器24连续地检测该探头28的X方向位移，并且将位移检测信号输出到预检测信号获取单元44。另外，在旋转工作台14的旋转之前、期间、或之后的任意时刻，预检测控制单元42使位置检测单元34向预检测信号获取单元44输出用于检测器24的位置检测信号。基于位移检测信号和位置检测信号，可以获得在第一检测控制中旋转工作台14正在旋转时的探头28的位置(末端球28a的位置)，即可以获得圆度测量机10的在任意坐标系中的位置坐标。

如图3的参考符号3B所指的部分所图示的，在第一检测控制完成之后，操作者使探头28的末端球28a从X方向(其是位移方向)上的另一侧XR(与所述一侧XL相反的一侧)与基准器MR的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作。相应地，预检测控制单元42作为本发明的第二检测控制单元发挥功能开始第二检测控制。

在第二检测控制中，预检测控制单元42也驱动该马达15以使旋转工作台14进行一圈旋转。相应地，在探头28从另一侧XR与基准器MR的外周向面接触的状态下，基准器MR和检测器24能够围绕旋转中心CP相对彼此旋转。另外，与以上所描述的第一检测控制同样地，预检测控制单元42使检测器24在旋转工作台14的旋转期间向预检测信号获取单元44连续地输出位移检测信号，并且使位置检测单元34在以上所描述的任意时刻向该预检测信号获取单元44输出位置检测信号。相应地，可以获得在第二检测控制中旋转工作台14正在旋转时的探头28的位置(位置坐标)。

注意，在第一检测控制和第二检测控制中，由于已经执行了基准器MR的中心与旋转中心CP之间的近似对准，因此末端球28a在旋转工作台14的一圈旋转期间保持与基准器MR的外周向面接触。换言之，近似对准意味着基准器MR的中心与旋转中心CP彼此对准的程度达到末端球28a在旋转工作台14的一圈旋转期间保持与基准器MR的外周向面接触。

返回参考图2，在第一检测控制和第二检测控制中，预检测信号获取单元44作为接口发挥功能，该接口接收来自检测器24的位移检测信号的输入和来自位置检测单元34的位置检测信号的输入。在第一检测控制和第二检测控制两者中，预检测信号获取单元44在旋转工作台14的一圈旋转期间从检测器24连续地获取位移检测信号并且将所获取的位移检测信号输出到旋转中心计算单元46，并且在任意时刻从位置检测单元34获取位置检测信号并且将所获取的位置检测信号输出到旋转中心计算单元46。

图4是用于说明由旋转中心计算单元46计算旋转工作台14的旋转中心CP的说明图。如图4和以上所描述的图2所图示的，旋转中心计算单元46基于在第一检测控制中从预检测信号获取单元44输入到该旋转中心计算单元的位移检测信号和位置检测信号，来计算在旋转工作台14的一圈旋转期间该探头28(末端球28a)的位置的平均值A。另外，旋转中心计算单元46基于在第二检测控制中从预检测信号获取单元44输入到该旋转中心计算单元的位移检测信号和位置检测信号，来计算在旋转工作台14的一圈旋转期间该探头28的位置的平均值B。

然后，旋转中心计算单元46基于平均值A和平均值B，使用公式[CP＝A+(B-A)/2＝(A+B)/2]，来计算在以上所描述的坐标系中该旋转工作台14的旋转中心CP的位置。

如以上所描述的，在本实施例中，通过第一检测控制和第二检测控制在X方向上彼此相反的两个检测点处执行测量(连续地获取位移检测信号以及获取位置检测信号)，可以测量旋转工作台14的旋转中心CP的位置。此外，在这种情况下，即使基准器MR的中心与旋转工作台14的旋转中心CP没有精确地彼此重合，即基准器MR的中心偏离旋转中心CP，也可以测量该旋转中心CP的位置。在下文中说明其原因。

图5是图示在第一检测控制和第二检测控制中探头28(末端球28a)的位置的位移的说明图。在此，由图5的参考符号5A所指的部分图示了当旋转工作台14的旋转中心CP与基准器MR的中心彼此重合(偏移量＝0)时的探头28的位置的位移，以及由参考符号5B所指的部分图示了当基准器MR的中心偏离旋转中心CP时的探头28的位置的位移。

如由图5的参考符号5A所指的部分所图示的，当旋转工作台14的旋转中心CP与基准器MR的中心彼此重合时，探头28的位置在旋转工作台14的一圈旋转期间是基本上固定的。另一方面，如由图5的参考符号5B所指的部分所图示的，当基准器MR的中心偏离旋转中心CP时，探头28的位置在旋转工作台14的一圈旋转期间在X方向上移位ΔX。

图6是图示在第一检测控制和第二检测控制中探头28的位置的位移的图表。在此，X1(无偏移)表示当旋转中心CP与基准器MR的中心彼此重合时在第一检测控制中的探头28的位置的位移。X1(有偏移)表示当基准器MR的中心偏离旋转中心CP时在第一检测控制中的探头28的位置的位移。平均值A(有偏移)表示X1(有偏移)的平均值。X2(无偏移)表示当旋转中心CP与基准器MR的中心彼此重合时在第二检测控制中的探头28的位置的位移。X2(有偏移)表示当基准器MR的中心偏离旋转中心CP时在第二检测控制中的探头28的位置的位移。平均值B(有偏移)表示X2(有偏移)的平均值。

图7是用于说明基于图6中的平均值A和B(有偏移)获得的旋转中心CP[CP＝(A+B)/2]的位置的说明图。

如图6所图示的，X1(无偏移)的平均值和平均值A(有偏移)彼此不相等。此外，X2(无偏移)的平均值和平均值B(有偏移)彼此不相等。即，取决于是否存在基准器MR的中心相对于旋转工作台14的旋转中心CP的偏移，在旋转工作台14的一圈旋转期间平均值A会出现差异，并且在旋转工作台14的一圈旋转期间平均值B会出现差异。因此，当基准器MR的中心偏离旋转中心CP时，仅执行第一检测控制和第二检测控制中的一个检测控制不能准确地获得旋转中心CP的位置。

另一方面，如图7所图示的，通过执行第一检测控制和第二检测控制两者并且从平均值A(有偏移)和平均值B(有偏移)获得旋转工作台14的旋转中心CP的位置，可以忽略基准器MR的中心相对于旋转中心CP的偏移的影响。结果，即使基准器MR的中心偏离旋转中心CP，也可以测量旋转中心CP的位置。这消除了旋转中心CP与基准器MR的中心之间精确对准的必要性。因此，可以减少操作者的时间和精力，还可以缩短测量时间。

返回参考图2，旋转中心计算单元46在显示单元36上显示旋转工作台14的旋转中心CP的位置的测量结果。相应地，操作者可以使用检测器24、旋转中心调整机构26等通过已知的方法来执行工件W的中心与旋转中心CP(测量值)之间的对准。

<工件直径的测量>

直径测量单元50作为检测控制单元52、检测信号获取单元54和直径计算单元56来发挥功能。

检测控制单元52在测量工件W的直径中控制马达15、检测器24和位置检测单元34。

图8是用于说明由检测控制单元52对马达15、检测器24和位置检测单元34的控制的说明图。注意，如以上所描述的，已经通过旋转中心测量单元40基于旋转工作台14的旋转中心CP的测量结果完成了工件W的中心与旋转中心CP之间的对准。

如图8所图示的，操作者使探头28的末端球28a从另一侧XR与工件W的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作。相应地，检测控制单元52作为本发明的第三检测控制单元发挥功能开始第三检测控制。

在第三检测控制中，检测控制单元52驱动该马达15以使旋转工作台14进行一圈旋转。相应地，在探头28从另一侧XR与工件W的外周向面接触的状态下，工件W和检测器24可以围绕旋转中心CP相对彼此旋转。另外，在相同时刻，与以上所描述的第一检测控制和第二检测控制同样地，检测控制单元52使检测器24在旋转工作台14的旋转期间连续地向检测信号获取单元54输出位移检测信号，并且使位置检测单元34在任意时刻向该检测信号获取单元54输出位置检测信号。相应地，可以获得在第三检测控制中旋转工作台14正在旋转时的探头28的位置(位置坐标)。

注意，在第三检测控制中，由于已经执行了工件W的中心与旋转工作台14的旋转中心CP之间的对准，因此末端球28a在旋转工作台14的一圈旋转期间保持与工件W的外周向面接触。

返回参考图2，在第三检测控制中，检测信号获取单元54作为接口发挥功能，该接口接收来自检测器24的位移检测信号的输入和来自位置检测单元34的位置检测信号的输入。在第三检测控制中，检测信号获取单元54在旋转工作台14的一圈旋转期间从检测器24连续地获取位移检测信号并且将所获取的位移检测信号输出到直径计算单元56，并且在任意时刻从位置检测单元34获取位置检测信号并且将所获取的位置检测信号输出到直径计算单元56。

图9是用于说明由直径计算单元56计算旋转工作台14的直径D的说明图。如图9和以上所描述的图2所图示的，直径计算单元56首先基于在第三检测控制中从检测信号获取单元54输入到该直径计算单元的位移检测信号和位置检测信号，来计算在旋转工作台14的一圈旋转期间探头28的位置的平均值C。

然后，直径计算单元56基于平均值C的计算结果和由以上所描述的旋转中心计算单元46的平均值A和B的计算结果，使用公式[R＝C-(A+B)/2]，来计算工件W的近似半径R。近似半径R是工件W的实际半径和末端球28a的直径E的一半(即，末端球28a的半径)的总和。然后，直径计算单元56基于该近似半径R和末端球28a的已知的直径E，使用公式[D＝(R-E/2)×2]，来计算工件W的直径D。直径计算单元56将直径D的计算结果显示在显示单元36上，并且将该结果存储在存储单元(未图示)中。

[本实施例的动作]

<旋转中心的位置的测量>

图10是图示根据本发明的直径测量方法来测量旋转工作台14的旋转中心CP的位置的过程的流程的流程图。如图10所图示的，操作者首先将基准器MR和工件W放置在旋转工作台14上(步骤S1)。注意，可以在旋转中心CP的位置的测量完成之后放置工件W。接下来，操作者使用检测器24、旋转中心调整机构26等，通过已知的方法执行基准器MR的中心与旋转中心CP之间的近似对准(步骤S2)。如上面参考图6和图7所描述的，不需要旋转中心CP与基准器MR的中心之间的精确对准。因此，可以减少操作者的时间和精力，并且还可以缩短测量时间。

在完成步骤S2之后，如以上所描述的图3的参考符号3A所指的部分所图示的，操作者使探头28的末端球28a从一侧XL与基准器MR的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作(步骤S3)。响应于检测开始操作，预检测控制单元42等被激活以开始第一检测控制。

预检测控制单元42使位置检测单元34将用于检测器24的位置检测信号输出到预检测信号获取单元44。相应地，预检测信号获取单元44获取该位置检测信号，并且将所获取的位置检测信号输出到旋转中心计算单元46(步骤S4)。注意，可以在步骤S5之后或在步骤S7之后执行步骤S4。

此外，预检测控制单元42驱动该马达15以开始使旋转工作台14旋转(步骤S5)，并且使检测器24将位移检测信号输出到预检测信号获取单元44。相应地，预检测信号获取单元44获取用于探头28的位移检测信号，并且将所获取的位移检测信号输出到旋转中心计算单元46(步骤S6)。

此后，直到旋转工作台14进行一圈旋转，重复执行步骤S6的过程，使得重复地执行从检测器24输出位移检测信号、以及通过预检测信号获取单元44获取该位移检测信号和向旋转中心计算单元46输出该位移检测信号(在步骤S7中为“否”)。

当旋转工作台14进行一圈旋转时(在步骤S7中为“是”)，预检测控制单元42停止驱动马达15以停止旋转该旋转工作台14。注意，步骤S3至S7对应于本发明的第一检测步骤。

接下来，如以上所描述的图3的参考符号3B所指的部分所图示的，操作者使探头28的末端球28a从另一侧XR与基准器MR的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作(步骤S8)。响应于检测开始操作，预检测控制单元42等被激活以开始第二检测控制。

预检测控制单元42再次使位置检测单元34将用于检测器24的位置检测信号输出到预检测信号获取单元44。相应地，预检测信号获取单元44获取位置检测信号，并且将所获取的位置检测信号输出到旋转中心计算单元46(步骤S9)。注意，可以在步骤S10之后或在步骤S12之后执行步骤S9。

此后，与以上所描述的第一检测控制同样地，开始旋转工作台14的旋转(步骤S10)，并且在旋转工作台14的一圈旋转期间，重复地执行从检测器24输出位移检测信号、以及通过预检测信号获取单元44获取该位移检测信号和向旋转中心计算单元46输出该位移检测信号(步骤S11，在步骤S12中为“否”)。

当旋转工作台14进行一圈旋转时(步骤S12中为“是”)，预检测控制单元42停止驱动马达15以停止旋转该旋转工作台14。注意，步骤S8至S12对应于本发明的第二检测步骤。

接下来，如以上所描述的图4所图示的，旋转中心计算单元46基于在第一检测控制和第二检测控制中的每个检测控制中从预检测信号获取单元44输入到该旋转中心计算单元的位移检测信号和位置检测信号，来计算平均值A和平均值B。然后，旋转中心计算单元46基于该平均值A和平均值B来计算旋转中心CP的位置[CP＝(A+B)/2]，并且将计算结果显示在显示单元36上(步骤S13，对应于本发明的旋转中心计算步骤)。

<工件的直径的测量>

图11是图示根据本发明的直径测量方法来测量工件W的直径D的过程的流程的流程图。如图11所图示的，操作者使用检测器24、旋转中心调整机构26等，通过已知的方法基于旋转中心CP的测量结果，来执行工件W的中心与旋转中心CP之间的对准(步骤S15，对应于本发明的对准步骤)。

在完成该近似对准之后，如以上所描述的图8所图示的，操作者使探头28的末端球28a从另一侧XR与工件W的外周向面接触，并且然后在操作单元32上输入检测开始操作(步骤S16)。响应于检测开始操作，检测控制单元52等被激活以开始第三检测控制。

检测控制单元52使位置检测单元34将用于检测器24的位置检测信号输出到检测信号获取单元54。相应地，检测信号获取单元54获取该位置检测信号，并且将所获取的位置检测信号输出到直径计算单元56(步骤S17)。注意，可以在步骤S18之后或在步骤S20之后执行步骤S17。

另外，检测控制单元52驱动马达15以使旋转工作台14开始旋转(步骤S18)，并且使检测器24向检测信号获取单元54输出位移检测信号。此后，与第一检测控制和第二检测控制同样地，在旋转工作台14的一圈旋转期间，重复地执行从检测器24输出位移检测信号、以及通过检测信号获取单元54获取该位移检测信号和向直径计算单元56输出该位移检测信号(步骤S19，在步骤S20中为“否”)

当旋转工作台14进行一圈旋转时(在步骤S20中为“是”)，检测控制单元52停止驱动马达15以停止旋转该旋转工作台14。注意，步骤S16至S20对应于本发明的第三检测步骤。

接下来，如以上所描述的图9所图示的，直径计算单元56基于在第三检测控制中从检测信号获取单元54输入到该直径计算单元的位移检测信号和位置检测信号，来计算平均值C。然后，直径计算单元56基于平均值C和由旋转中心计算单元46先前计算的平均值A和B来计算近似半径R[R＝C-(A+B)/2]，并且基于近似半径R的计算结果和末端球28a的已知的直径E来计算工件W的直径D[D＝(R-E/2)×2](步骤S21，对应于本发明的直径计算步骤)。直径D的计算结果显示在显示单元36上并且存储在存储单元(未图示)中。

[本实施例的效果]

如上所描述的，在本实施例中，使用基准器MR通过执行第一检测控制和第二检测控制，无论是否存在基准器MR的中心相对于旋转工作台14的旋转中心CP的偏移，都能够测量该旋转中心CP的位置。这使得工件W的中心与旋转中心CP之间能够对准。因此，仅仅在探头28与工件W上的一个检测点接触的状态下使旋转工作台14进行一圈旋转，就可以测量工件W的直径D。即，没有必要如常规进行的那样使探头28与工件W上的两个相反的检测点接触。结果，可以在不使用模范件和具有长行程的水平臂20的情况下对具有大直径的工件W执行直径测量。

[第一附加实施例]

图12是用于说明其外周向面具有凹入截面形状的工件W的直径的测量的说明图。另外，在上述实施例中，工件W的外周向面的截面形状为平面形状，具有凹入形状的凹槽100可以在其周向方向上形成在外周向面上，如图12所图示的。本发明适用于凹槽100的底面的直径D的测量。在这种情况下，圆度测量机10除了代替探头28而设置探头102之外，具有与上述实施例的圆度测量机10基本上相同的配置。因此，相同的标记或符号标注与上述实施例中的元件的功能或配置一致的元件，并且省略其描述。

探头102具有被形成为基本上倒T形状的末端部分102a。末端部分102a具有在X方向上间隔开的末端28b和28c。

当使用探头102测量凹槽100的底面的直径D时，以与上述实施例类似的方式执行第一检测控制、第二检测控制和第三检测控制。在这种情况下，以上所描述的近似半径R从末端部分中心CS(其是末端部分102a在X方向上的中心)到与凹槽100的底面接触的末端28b偏移了距离F/2。即，这种情况相当于在上述实施例中使用用于大直径的末端球28a的情况。相应地，直径计算单元56可以使用公式[(R-F/2)×2＝(D/2)×2]来获得凹槽100的底面的直径D。

[第二附加实施例]

图13是用于说明其中在不额外设置基准器MR的情况下通过使用工件W的一部分作为基准器MR来测量工件W的直径的示例的说明图。如图13所图示的，当工件W被形成为中空圆筒形状时，即工件W具有与作为直径测量目标的外周向面(对应于本发明的第一周向面)同心的内周向面(对应于本发明的第二周向面)，工件W的内周向面可以被用作基准器MR的周向面。

具体地，如图13的参考符号13A所指部分所图示的，首先执行第一检测控制，以使旋转工作台14在探头28的末端球28a从另一侧XR与工件W的内周向面接触的状态下进行一圈旋转，从而获取位置检测信号和位移检测信号。接下来，执行第二检测控制，以使旋转工作台14在探头28的末端球28a从一侧XL与工件W的内周向面接触的状态下进行一圈旋转，从而获取位置检测信号和位移检测信号。相应地，可以以与上述实施例中的每个实施例类似的方式测量旋转工作台14的旋转中心CP。

然后，如图13的参考符号13B所指的部分所图示的，执行第三检测控制，以使旋转工作台14在探头28的末端球28a从另一侧XR与工件W的外周向面接触的状态下进行一圈旋转，从而获取位置检测信号和位移检测信号。相应地，可以以与上述实施例中的每个实施例类似的方式测量工件W的直径D。

以该方式，在第二附加实施例中，由于工件W也可以被用作基准器MR，因此与上述实施例中的每个实施例相比能够降低成本。另外，特别地，当工件W的内部直径较小时，与上述实施例中的每个实施例类似的方式，在不使用具有长行程的水平臂20的情况下，也能够测量工件W的直径(外部直径)。

注意，虽然具有中空圆筒形状的工件W的内周向面被用作基准器MR来测量该工件W的外周向面的直径D，但相反，工件W的外周向面(第二周向面)也可以被用作基准器MR来测量工件W的内周向面(第一周向面)的直径D。

[其他]

在上述实施例中的每个实施例中，虽然测量了具有中空圆筒形状的工件W的外周向面的直径(外部直径)，但本发明也能够适用于具有各种不同形状的工件W的周向面的直径的测量(包括工件W的一部分用作周向面的情况)，诸如具有实心圆柱形状的工件W的外周向面的直径(外部直径)的测量、具有中空圆筒形状的工件W的内周向面的直径(内部直径)的测量、或具有多个中空圆筒结构的工件W的任意周向面的直径或半径的测量。此外，除了每个周向面的直径的测量之外或代替每个周向面的直径的测量，可以执行每个周向面的半径的测量。

在该实施例和以上所描述的第一附加实施例中，虽然探头28的末端球28a与具有实心圆柱形状的基准器MR的外周向面上的两个检测点接触，但是该探头28的末端球28a可以与具有中空圆筒形状的基准器MR的外周向面或内周向面上的两个检测点接触。

在上述实施例中的每个实施例中，虽然操作者手动地使探头28的末端球28a与工件W和基准器MR接触、手动地执行基准器MR的中心与旋转工作台14的旋转中心CP之间的近似对准、以及手动地执行工件W的中心与旋转中心CP之间的对准，这些也可以使用例如已知的测量程序来自动地执行。

在上述实施例中的每个实施例中，虽然在第一检测控制、第二检测控制和第三检测控制中使旋转工作台14进行一圈旋转，但是旋转工作台14的旋转圈数不限于任何特定的数字。

虽然上述实施例中的每个实施例的圆度测量机10通过使工件W和基准器MR放置在其上的旋转工作台14旋转，来使工件W或基准器MR与检测器24相对于彼此围绕旋转中心CP旋转，但是本发明也能够适用于替代使工件W和基准器MR放置在其上的工作台旋转而使检测器24围绕旋转中心CP旋转的检测器旋转类型的圆度测量机10。

{附图标记列表}

10：圆度测量机

12：基座

14：旋转工作台

15：马达

16：立柱

18：滑架

20：水平臂

22：检测器保持件

24：检测器

26：旋转中心调整机构

28：探头

28a：末端球

28b、28c：末端

30：控制装置

32：操作单元

34：位置检测单元

36：显示单元

40：旋转中心测量单元

42：预检测控制单元

44：预检测信号获取单元

46：旋转中心计算单元

50：直径测量单元

52：检测控制单元

54：检测信号获取单元

56：直径计算单元

100：凹槽

102：探头

102a：末端部分

A、B、C：平均值

CP：旋转中心

CS：末端部分中心

MR：基准器

R：近似半径

W：工件

XL：一侧

XR：另一侧

Claims (3)

1.一种工件直径测量方法，所述工件直径测量方法使用圆度测量机来测量工件的直径，所述圆度测量机在检测器的探头与被放置在工作台上的所述工件的周向面接触的状态下使所述检测器与所述工件围绕旋转中心相对于彼此旋转，所述工件直径测量方法包括：

第一检测步骤：在所述探头在该探头的位移方向上从第一侧与未被校准的且被放置在所述工作台上的基准器的周向面接触的状态下，在使所述检测器与所述基准器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置，其中，未被校准的所述基准器是指不保证该基准器的直径值的基准器；

第二检测步骤：在所述探头在所述位移方向上从与所述第一侧相反的第二侧与所述基准器的所述周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；

旋转中心计算步骤：基于在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中所检测的所述探头的位置，来计算所述旋转中心的位置；

第三检测步骤：在所述探头从所述第二侧与所述工件接触的状态下，在使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；和

直径计算步骤：基于在所述第一检测步骤、所述第二检测步骤和所述第三检测步骤中所检测的所述探头的位置，来计算所述工件的所述周向面的直径；其中

通过旋转所述工作台使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，

在所述旋转中心计算步骤中，通过使用公式[CP＝A+(B-A)/2＝(A+B)/2]来计算所述旋转中心的位置CP，其中，A是在所述第一检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，B是在所述第二检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值；

通过旋转所述工作台使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，以及

在所述直径计算步骤中，通过使用公式[R＝C-(A+B)/2]来计算所述工件的近似半径R，以及通过使用公式[D＝(R-E/2)×2]来计算所述工件的所述周向面的直径D，其中，C是在所述第三检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，和E是所述探头的末端球的直径。

2.根据权利要求1所述的工件直径测量方法，其中，当所述工件具有用作该工件的所述周向面的第一周向面和与所述第一周向面同心的第二周向面时，将所述第二周向面用作所述基准器的周向面。

3.一种圆度测量机，所述圆度测量机在检测器的探头与被放置在工作台上的工件的周向面接触的状态下使所述工件与所述检测器围绕旋转中心相对于彼此旋转，所述圆度测量机包括：

第一检测控制单元，所述第一检测控制单元在所述探头在该探头的位移方向上从第一侧与未被校准的且被放置在所述工作台上的基准器的周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置，其中，未被校准的所述基准器是指不保证该基准器的直径值的基准器；

第二检测控制单元，所述第二检测控制单元在所述探头在所述位移方向上从与所述第一侧相反的第二侧与所述基准器的所述周向面接触的状态下，在使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；通过旋转所述工作台使所述基准器与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，通过使用公式[CP＝A+(B-A)/2＝(A+B)/2]来计算所述旋转中心的位置CP，其中，A是在所述第一检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，B是在所述第二检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值；

旋转中心计算单元，所述旋转中心计算单元基于由所述第一检测控制单元和所述第二检测控制单元所检测的所述探头的位置，来计算所述旋转中心的位置；

第三检测控制单元，所述第三检测控制单元在所述探头从所述第二侧与所述工件接触的状态下，在使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转的同时检测所述探头的位置；和

直径计算单元，所述直径计算单元基于由所述第一检测控制单元、所述第二检测控制单元和所述第三检测控制单元所检测的所述探头的位置，来计算所述工件的所述周向面的直径；通过旋转所述工作台使所述工件与所述检测器围绕所述旋转中心相对于彼此旋转，通过使用公式[R＝C-(A+B)/2]来计算所述工件的近似半径R，以及通过使用公式[D＝(R-E/2)×2]来计算所述工件的所述周向面的直径D，其中，C是在所述第三检测步骤中所检测的所述检测器的位置的平均值，和E是所述探头的末端球的直径。