JP2000074606A - ３次元形状測定機及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】狭い範囲の部分球面から曲率半径を求めるに際
して、測定機の機械的な作動誤差による影響を少なくし
て曲率半径の測定精度を向上することができる３次元形
状測定機及び測定方法を提供する。 【解決手段】少なくとも部分球面２ａを備えた被測定物
２を、回転軸ｋまわりに回転可能なテーブル３上に載置
し、Ｙ方向における被測定物２の変位をセンサ１０で検
出しつつ、センサ１０をＹ方向に移動し最大変位を与え
る位置でセンサ１０を静止し、この静止状態のセンサ１
０で被測定物２の変位を検出しつつテーブル３を回転さ
せ、この回転する間の検出変位量Ｄが一定となるように
被測定物２のテーブル３上での載置位置を調整し、この
調整後の一定となったセンサ検出変位量Ｄを部分球面２
ａの曲率半径Ｒとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の３次元形状
を測定する３次元形状測定機に係わり、特に、例えば斜
軸式アキシャルピストンポンプ・モータや斜板式アキシ
ャルピストンポンプ・モータ等に備えられた球面部の形
状測定に好適な３次元形状測定機及び測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば斜軸式アキシャルピストンポンプ
は、一般に、駆動軸に対し複数のピストンの頭部を揺動
可能に接続するとともに、ピストン本体部をシリンダブ
ロックのピストン穴に収納している。そしてまた、シリ
ンダブロックの反駆動軸側に凹球面を形成するととも
に、バルブプレートの駆動軸側にその凹球面と摺接する
凸球面を形成する。ポンプ動作時には、駆動軸の回転が
ピストンを介しシリンダブロックに伝達され、シリンダ
ブロックは固定側のバルブプレートに対し摺動しつつ回
転するが、このときの摺動を上記のように凹球面と凸球
面との摺動とすることにより、シリンダブロックの回転
軸心のブレを防止している。なお、このような斜軸式ア
キシャルピストンポンプのほかに、例えば斜軸式アキシ
ャルピストンモータや、斜板式ポンプ・モータ等にも、
通常、同様の凹球面と凸球面の摺動面構造が設けられて
いる。

【０００３】これらポンプ・モータ等に設けられる上記
球面を用いた摺動部は、互いに摺動する２つの球面の間
の隙間にごく薄い油膜を充填しこの油膜を介した潤滑と
なるが、隙間が大きすぎると油の漏れが発生する。その
ため、それら摺動する２つの球面は、良好な油膜潤滑性
能を発揮できる所定の大きさの隙間を形成するように、
その曲率半径（球の半径）がそれぞれ設計される。そし
て、製造された製品について３次元形状測定機を用い各
球面の形状測定を行い、曲率半径が上記設計値に対し許
容範囲内の高い精度で一致しているかどうかを検査する
のが一般的である。

【０００４】ここで、従来の３次元形状測定機の一例と
しては、例えば、特開平８−４３００９号公報に記載の
ものがある。この３次元形状測定機は、被測定物が載置
される移動可能な可動フロアと、被測定物を跨ぐように
固定された門型フレームと、門型フレームに取り付けら
れ、水平方向移動及び上下動が可能でかつ自身の軸線を
中心として回転可能な計測軸と、この計測軸に対して回
動可能に取り付けられ、被測定物との接触点の座標を検
出するタッチセンサーと、各部の作動を制御するシステ
ムコントローラとを備えている。測定の際には、被測定
物を可動フロアに搬入した後、手動指示又はシステムコ
ントローラの指示に基づきタッチセンサーが所定の複数
の計測ポイントに移動し、指定ポイント数分の３次元座
標の計測を行い、各座標値に対して所定の演算処理を施
して被測定物の３次元形状を検出するようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−４３００９号公報の３次元形状測定機によって
前述したポンプ・モータ等に設けられる球面の形状測定
を行う場合、以下のような課題がある。

【０００６】すなわち、上記ポンプ等に設けられる球面
は、通常、その球全体からみると極めて狭い範囲の部分
球面である。そのため、例えば図１６において、上記ポ
ンプ等の一部材である被測定物１００の球面１０１の曲
率半径をＲとし、球面１０１の凹み高さの最大値をｄと
すると、例えばＲ／ｄ≒数十〜１００となるのが通常で
ある。このような形状の球面１０１に対し、上記特開平
８−４３００９号公報の３次元形状測定機で測定を行う
場合、例えば図１６中Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4等、複数の点
のＸ、Ｙ、Ｚ座標をそれぞれ測定し、それら座標値を基
に演算処理を行って球中心Ｏの位置を決定し、半径Ｒの
値を算出することになる。このとき、複数（４箇所以
上）の点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4等における座標測定を行う
ために、センサは各点の間を移動する必要があるが、こ
の移動の際、センサを支持する計測軸や門型フレームの
可動部分において機械的なガタつきやたわみ等を持って
いるので、これによって各座標値において不可避の所定
の検出誤差が発生する。そして、その後の演算処理にお
いては、上述したように最大でもｄの大きさしかない座
標値の偏差を基に、ｄの数十〜１００倍も遠く離れた球
中心Ｏの位置を求めることとなる。そのため、各座標値
に含まれる上記検出誤差が演算処理によって大きく拡大
され、その球中心Ｏの位置や半径Ｒの値は信頼性が低く
なる。したがって、球面１０１の曲率半径Ｒの値を十分
に正確な精度で求めることは困難であった。本発明の目
的は、狭い範囲の部分球面から曲率半径を求めるに際し
て、測定機の機械的な作動誤差による影響を少なくして
曲率半径の測定精度を向上することができる３次元形状
測定機及び測定方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明による３次元形状測定機は、被測定物
を載置し回転軸まわりに回転可能な回転台と、前記回転
軸に直角な平面上で前記回転軸に向かって進退する方向
の前記被測定物の変位を検出するセンサと、前記センサ
が前記回転軸と平行な方向に移動可能でかつ前記回転軸
に直角な平面上で前記回転軸に向かって進退可能となる
ように、該センサを支持する支持手段とを有する。被測
定物の球面部分の測定開始にあたっては、例えば予め、
被測定物の球面の実際の曲率半径が設計値に等しいと仮
定しかつその球面の中心位置を回転軸上に一致させた場
合に被測定物が位置すべき回転台上の位置（設計位置）
を算出しておき、例えば固定手段を用いて目測でその設
計位置近傍に被測定物を載置固定する。その後、センサ
を、回転軸と平行な方向及び回転軸に直角な平面上で回
転軸に向かって進退する方向に適宜移動させ、回転台上
に固定された被測定物の球面上の任意の１点近傍に目測
で位置決めする。次に、この状態からセンサを回転軸と
平行な方向に移動させていく。このときセンサが被測定
物の球面上各点の回転軸への進退方向における変位を検
出することにより、球面の中心は、被測定物の載置の仕
方にかかわらず、その移動中にセンサが最大変位を検出
する位置（最大変位位置）を含み回転軸と直角な平面上
に位置することになる。したがって、センサで検出する
被測定物の変位量を例えば変位量表示手段に表示させて
モニタすることにより、当該球面の中心を含む回転軸と
直角な平面（球面中心内包平面）の位置を画定すること
ができる。このようにして球面中心内包平面を画定した
ら、センサを最大変位位置に静止させたまま、回転台を
回転軸まわりに回転させる。これにより、回転台に固定
された被測定物の球面は、静止したセンサに対し、回転
台回転軸を中心として回転することになる。このとき、
球面中心内包平面上において球面中心が回転軸上からず
れた位置にあれば、回転台の回転とともにセンサ検出変
位量が増減することになる。そこで、これに応じて、回
転台を適宜回転させかつセンサ検出変位量をモニタしつ
つ回転台上の被測定物位置を微調整していき、回転台を
回転させてもセンサの変位量が増減せず一定値となるよ
うにする。これにより、中心内包平面上において球面中
心と回転台回転軸とを一致させることができる。そして
この状態では、予めセンサ出力のゼロ点を回転軸に一致
するように較正しておけば、一定となったセンサ変位量
は、被測定物の球面の曲率半径を指していることにな
る。これにより、そのセンサ変位量から被測定物球面の
曲率半径を求めることができる。

【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、
被測定物を、位置の微調整が可能となるように前記回転
台上に固定する固定手段をさらに有する。

【０００９】（３）上記（１）において、また好ましく
は、前記センサで検出した前記被測定物の前記回転軸へ
の進退方向における変位量を表示する変位量表示手段を
さらに有する。

【００１０】（４）上記（１）において、また好ましく
は、前記センサを前記回転軸と平行な方向に移動させる
ための第１駆動手段と、前記センサを前記回転軸に直角
な平面上で前記回転軸に向かって進退させるための第２
駆動手段と、前記回転台を回転駆動する第３駆動手段と
をさらに有する。

【００１１】（５）上記（１）において、また好ましく
は、前記センサの前記回転軸と平行な方向の位置、前記
センサの前記回転軸に直角な平面上における前記回転軸
への進退方向の位置、及び前記回転台の回転量を表示す
る位置・回転量表示手段をさらに有する。

【００１２】（６）また上記目的を達成するために、本
発明の３次元形状測定方法は、少なくとも部分球面を備
えた被測定物を、回転軸まわりに回転可能な回転台上に
載置し、前記回転軸に直角な平面上で前記回転軸に向か
って進退する方向における前記被測定物の変位をセンサ
で検出しつつ、該センサを前記回転軸と平行な方向に移
動し、最大変位を与える位置で前記センサを静止し、こ
の静止状態のセンサで前記被測定物の変位を検出しつつ
前記回転台を回転させ、この回転する間の検出変位量が
一定となるように前記被測定物の前記回転台上での載置
位置を調整し、この調整後の前記一定となったセンサ検
出変位量を基に、前記被測定物に備えられた部分球面の
曲率半径を決定する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しつつ説明する。本実施形態による３次元形状測
定機の全体概略構造を表す正面図を図１に、上面図を図
２に示す。これら図１及び図２において、３次元形状測
定機は、例えば斜軸式アキシャルピストンポンプのシリ
ンダブロック、バルブプレート等、少なくとも部分球面
２ａを含んだ被測定物２を測定対象としその設計値に対
する寸法誤差が所定の許容範囲内にあるかどうかを検査
するためのものであり、定盤１と、被測定物２を載置す
るテーブル３と、定盤１上に設けられテーブル３を所定
の高い精度で回転駆動する回転駆動モータ４と、定盤１
上に鉛直方向に立設された２本の支柱５と、これら２本
の支柱５，５の間に架け渡すように水平方向に固定され
た横軸６と、この横軸６上を水平方向（図１及び図２中
の左右方向、以下適宜Ｙ方向という）に移動自在に設け
られた縦軸７と、この縦軸７に対し鉛直方向（以下適
宜、Ｚ方向）に移動自在に設けられたアーム８と、この
アーム８の先端にセンサホルダ９を介して取り付けられ
たセンサ１０とを備えている。

【００１４】被測定物２は、固定具１１によって、テー
ブル３上の所望の位置に固定される。すなわち固定具１
１は、例えば裏面に備えたマグネット機構でテーブル３
上面に吸着しており、その吸着した状態のままテーブル
３上で位置微調整が可能となっている。

【００１５】テーブル３は、予め上面が所定の高い面精
度に仕上げられており、この上面が水平方向となるよう
に配置されている。また、鉛直方向の回転軸ｋまわりに
回転可能になっている。

【００１６】回転駆動モータ４は公知のパルスモータで
あり、コントローラ１２（後述）からの指示信号に基づ
き駆動制御手段１３（後述）から入力される駆動信号
（パルス信号）に応じた回転角だけ、テーブル３を回転
させる（以下適宜、回転方向をθ方向と称する）。

【００１７】支柱５、横軸６、縦軸７、アーム８、及び
センサホルダ９は、センサ１０を支持する支持手段を構
成しており、センサ１０が鉛直方向に移動可能でかつ水
平面内でテーブル３の回転軸ｋに向かって進退可能とな
るように支持している。すなわちセンサ１０は、縦軸７
を横軸６に対してＹ方向に移動させたとき、センサ１０
の先端にある測定子（詳細図示省略）がテーブル３の回
転軸ｋ上を通過するように配置されている。また縦軸７
内には、横軸６に対して縦軸７をＹ方向に移動させる駆
動力を発生する水平方向駆動モータ１４と、縦軸７に対
してアーム８をＺ方向に伸縮移動させる駆動力を発生す
る鉛直方向駆動モータ１５とが設けられている。これら
駆動モータ１４，１５は、上記回転駆動モータ４同様、
いずれも公知のパルスモータであり、後述のコントロー
ラ１２からの指示信号に基づき駆動制御手段１３から入
力される駆動信号（パルス信号）に応じた変位量だけ、
縦軸７又はアーム８を移動させる。

【００１８】センサ１０は、例えば公知の接触センサで
あり、水平面上におけるＺ方向の被測定物２の変位を検
出し、対応する検出信号をコントローラ１２へ出力す
る。

【００１９】コントローラ１２及び駆動制御手段（ドラ
イバ）１３の機能的構成及び信号の流れを図３に示す。
図３において、コントローラ１２は、縦軸７のＹ方向移
動量を指示するためのＹ方向指示手段１２ａと、アーム
８のＺ方向移動量を指示するためのＺ方向指示手段１２
ｂと、テーブル３のθ方向回転角を指示するためのθ方
向指示手段１２ｃとを備えている。これら指示手段１２
ａ，１２ｂ，１２ｃから入力された指示信号は、駆動制
御手段１３でこれに応じた駆動信号（パルス信号）に変
換され、対応する駆動モータ１４，１５，４へ出力され
る。

【００２０】またコントローラ１２は、センサ１０の各
方向における現在位置を表示するＹ，Ｚ，θ方向位置表
示手段１２ｄと、この表示における基準値を設定入力す
る基準値設定入力手段１２ｅとを備えている。前述した
ように３つの駆動モータ１４，１５，４はパルスモータ
であり、駆動制御手段１３からの駆動信号パルス数に応
じて確実に駆動対象を駆動しセンサ１０を変位させるた
め、センサ位置のモニタとして駆動制御手段１３から各
駆動モータ１４，１５，４への駆動信号をＹ，Ｚ，θ方
向位置表示手段１２ｄに入力し、センサ１０の各方向の
位置を表示する。このとき、この表示の基準となる基準
値（例えば回転軸ｋ位置でゼロ）は、基準値設定入力手
段１２ｅから適宜（例えば測定開始前）指示入力する。
なお、各駆動モータ１４，１５，４がパルスモータでは
ない場合等は、別途各駆動対象の駆動位置をモニターす
る手段を設け、その検出信号をＹ，Ｚ，θ方向位置表示
手段１２ｄに入力することによりセンサ１０の各方向位
置を表示すればよい。

【００２１】さらにコントローラ１２は、センサ１０か
らの検出信号（変位量）が変位表示器１６を介し入力さ
れ、その変位量の表示を行う変位表示手段１２ｆを備え
ている。この変位表示手段１２ｆには、上記変位量のほ
かに、上記駆動制御手段１３から回転駆動モータ４への
駆動信号も入力されており、例えば横軸にθ方向回転
角、縦軸に変位量をとって表示を行う。このとき、コン
トローラ１２には記録出力指示手段１２ｇ及び表示制御
手段１２ｈがさらに設けられており、記録出力指示手段
１２ｇから指示信号を入力すると、これに基づき表示制
御手段１２ｈが変位表示手段１２ｆを制御し、表示内容
を公知のｘ−ｙレコーダ１７へ出力して記録させるよう
になっている。なお、変位表示器１６は公知のアナログ
メータであり、センサ１０で検出した変位量を針の振れ
によって表示するものである。また、コントローラ１２
は例えばパソコンであり、その場合、Ｙ方向指示手段１
２ａ、Ｚ方向指示手段１２ｂ、θ方向指示手段１２ｃ、
基準値設定入力手段１２ｅ、及び記録出力指示手段１２
ｇはパソコンのキーボードで構成される。また、Ｙ，
Ｚ，θ方向位置表示手段１２ｄ及び変位表示手段１２ｆ
は、パソコンのディスプレイ画面で構成される。

【００２２】以上において、テーブル３が、被測定物を
載置し回転軸まわりに回転可能な回転台を構成し、変位
表示器１６及びコントローラ１２の変位表示手段１２ｆ
が、センサで検出した被測定物の回転軸への進退方向に
おける変位量を表示する変位量表示手段を構成する。ま
た、鉛直方向駆動モータ１５が、センサを回転軸と平行
な方向に移動させるための第１駆動手段を構成し、水平
方向駆動モータ１４が、センサを前記回転軸に直角な平
面上で前記回転軸に向かって進退させるための第２駆動
手段を構成し、回転駆動モータ４が、回転台を回転駆動
する第３駆動手段を構成する。さらに、コントローラ１
２のＹ，Ｚ，θ方向位置表示手段１２ｄが、センサの回
転軸と平行な方向の位置、センサの前記回転軸に直角な
平面上における回転軸への進退方向の位置、及び回転台
の回転量を表示する位置・回転量表示手段を構成する。

【００２３】次に、上記本実施形態の３次元形状測定機
を用いた測定方法を図４〜図１４を用いて以下順次説明
する。

【００２４】まず、測定を始める前に、予めセンサ１０
の出力のゼロ点をテーブル３の回転軸ｋ上に一致するよ
うに較正しておく。すなわち、コントローラ１２のＹ方
向指示手段１２ａからの指示入力で水平方向駆動モータ
１４を駆動しつつ、別途用意した高精度の手段を用い
て、センサ１０の先端測定子がテーブル３の回転軸ｋ上
に一致したことを確認する。そしてこのとき、基準値設
定入力手段１２ｅからこの位置をゼロ点としてこれを基
準に表示を行うべく、指示入力を行う。これにより、水
平方向駆動モータ１４の駆動によって回転軸ｋを通りつ
つＹ方向に移動するセンサ１０からの検出変位量は、セ
ンサ１０の測定子が回転軸ｋ上にあるときに０となり、
これを基準として例えばセンサ１０が図１及び図２中右
側へ変位するほど変位量が大きくなる。

【００２５】以上の前準備が終了した後、測定を開始す
る。まず、固定具１１によって被測定物２をテーブル３
の上に固定する。このとき、予め、被測定物２の球面２
ａの実際の曲率半径が設計値どおりに製作されていると
仮定しかつその球面２ａの中心位置を回転軸ｋ上に一致
させた場合に被測定物２が位置すべきテーブル３上の位
置（設計位置）を算出しておき、目測で被測定物２がそ
の設計位置となるように固定具１１を固定する。被測定
物２が設計位置となるような固定具１１の固定位置をテ
ーブル３上に描いておき、その位置に固定具１１を固定
するようにしてもよい。

【００２６】その後、コントローラ１２のＹ方向指示手
段１２ａ及びＺ方向指示手段１２ｂから適宜指示入力を
行って駆動モータ１４，１５を駆動し、センサ１０をＹ
方向及びＺ方向に適宜移動させ、テーブル３上に固定さ
れた被測定物２の球面２ａ上の任意の１点上に目測で位
置決めし、その点に接触させる。図４は、このときの状
態を表す側方からみた概念的説明図である。この接触に
より、センサ１０で検出した変位量（検出点の基準位置
である回転軸ｋからの距離）Ｄが変位表示器１６及びこ
れを介してコントローラ１２の変位表示手段１２上に表
示される。

【００２７】次に、この状態からコントローラ１２のＺ
方向指示手段１２ｂから適宜指示入力を行って駆動モー
タ１５を駆動し、センサ１０をＺ方向に移動させてい
く。このとき球面２ａは、大きな球面の一部分であるこ
とから、その中心Ｐは、被測定物の載置の仕方にかかわ
らず、上記Ｚ方向移動中にセンサ１０からの変位量Ｄが
最大となる位置（最大変位位置）を含んだ水平面上に位
置することになる。したがって、変位表示器１６又は変
位表示手段１２によってセンサ１０で検出している被測
定物２の変位量Ｄをモニタしておき、変位量Ｄが最大と
なったときにセンサ１０のＺ方向移動を停止させること
により、球面中心Ｐを含む水平面（球面中心内包平面）
ｑの位置を画定することができる。図５は、図４の状態
からセンサ１０を下方に下げていき、センサ１０が最大
変位位置に至った状態を示す図である。球面中心Ｐとセ
ンサ１０の先端測定子とは、同一の水平面ｑ上に位置し
ている。

【００２８】このようにして球面中心内包平面ｑを画定
したら、センサ１０を最大変位位置に静止させたまま、
コントローラ１２のθ方向指示手段１２ｃから適宜指示
入力を行って駆動モータ４を駆動し、テーブル３を回転
軸ｋまわりに回転させる。なおこのときの回転角は球面
２ａの周方向長さに対応する比較的小さい角度でよい。
すると、テーブル３に固定された被測定物２の球面２ａ
は、静止したセンサ１０に対し、回転軸ｋを中心として
回転することになるため、もし球面中心内包平面ｑ上に
おいて球面中心Ｐが回転軸ｋ上からずれた位置にあれ
ば、テーブル３の回転とともにセンサ１０で検出するＹ
方向変位量Ｄが増減することになる。図６は、そのよう
な場合の一例を示す水平面ｑ上でみた概念的説明図であ
り、図７（ａ）はそのときにおける変位表示器１６の表
示例を示す図である。図６に示すように被測定物２がず
れていた場合、図６中Ａ方向にテーブル３を回転させる
と図８のように球面２ａがセンサ１０に向かって寄るよ
うに変位してくるため、変位表示器１６の針は図７
（ｂ）に示すように増大する向きに振れる。逆に図６中
Ｂ方向にテーブル３を回転させると図９のように球面２
ａがセンサ１０から遠ざかるように変位するため、変位
表示器１６の針は図７（ｃ）に示すように減少する向き
に振れる。このような変位表示器１６の挙動に基づき、
検査担当者は、被測定物２が図６に示すような位置関係
でずれて配置されていることを容易かつ直ちに認識する
ことができる。したがって、例えばハンマ等で固定具１
１を軽打することにより被測定物２の位置を図６上の左
下方に向かって（すなわち球面中心Ｐが回転軸ｋに近づ
く方向へ）ずらす。また図１０は、球面中心Ｐが回転軸
ｋ上からずれた位置にある別の例を示す概念的説明図で
ある。この例では、球面中心Ｐが球面中心内包平面ｑ上
において回転軸ｋからずれた位置にあるものの回転軸ｋ
を通るＹ方向の軸線ｍ上に位置している場合であり、こ
のような場合は、図６中Ｃ方向又はＤ方向にテーブル３
を回転させると、変位表示器１６の針はいずれの場合も
図１１中破線に示すように増大する向きに振れる。した
がって、検査担当者はこのような挙動に基づき被測定物
２の位置を図１０上の軸線ｍに沿って左方にむかってず
らす。

【００２９】以上のように球面中心Ｐの位置のずれ状況
に応じて被測定物２の位置を微調整した後、再び上記テ
ーブル３を回転させつつ変位表示器１６に検出変位量を
表示させ、その挙動に応じてさらに被測定物２の位置の
微調整を行う。このような手順を繰り返すことで、最終
的にテーブル３を回転させてもセンサ１０の検出変位量
が増減せず一定値となるようにすれば、中心内包平面ｑ
上において球面中心Ｐとテーブル３の回転軸ｋとを一致
させることができる。この一致した状態を図１２に示
す。

【００３０】ここで、図１２に示したような球面中心Ｐ
とテーブル３の回転軸ｋが一致した状態では、センサ１
０で検出している変位量Ｄは球面２ａの曲率半径Ｒに等
しい（但し球面２ａの真球度が完全に確保されていると
いう前提）。このとき、予め変位表示器１６の表示を曲
率半径Ｒの値と関連づけて較正しておくことで、実際の
曲率半径Ｒが設計値Ｒoに対してどれだけ誤差をもって
いるかを変位表示器１６の表示から容易に知ることがで
きる。例えば、実際の検出した曲率半径Ｒが設計値Ｒo
と等しいときに図１３に示すように針が０位置になり、
１μｍ大きくなるごとに目盛り１つだけ針が振れるよう
に予め較正しておけば、図１４に示す場合にはＲ−Ｒo
＝０．５μｍであり、被測定物２の球面２ａの曲率半径
Ｒが設計値より０．５μｍ大きいことを容易に知ること
ができる。

【００３１】なお、実際には、製造上、球面２ａの真球
度は十分に確保できても狂いをゼロにすることはでき
ず、球面２ａの表面には加工上生じた極めて微小な凹凸
等（加工粗さ）が存在するのが通常である。このような
細かい凹凸等を球面２ａの平面ｑ上全周にわたって知り
たい場合には、上記のように球面中心Ｐとテーブル３の
回転軸ｋとを一致させた状態でテーブル３を回転させ、
そのときの変位量Ｄをコントローラ１２の変位表示手段
１２ｆにおいて例えば横軸にθ方向回転角、縦軸に変位
量Ｄをとって表示させる。これにより、球面２ａの断面
的な形状誤差をビジュアル化することができ、このと
き、拡大表示機能をさらに設けておけばより精密な表示
を行うことができる。そしてさらに、このような球面２
ａのθ方向全周にわたる形状を記録したい場合には、記
録出力表示手段１２ｇから指示入力を行い、表示制御手
段１２ｈを介して変位表示手段１２ｆを制御し、表示デ
ータをｘ−ｙレコーダに出力させることができる。その
出力例を図１５に示す。図１５において、レコーダの記
録紙は図中左方に送られ、これがθ方向に対応してい
る。また針１７ａはＹ方向変位量Ｄに対応して図中上下
方向に移動するようになっている。球面中心Ｐとテーブ
ル３の回転軸ｋとを一致させてテーブル３を回転させた
場合には、図示のように記録データはほぼ横一直線とな
り、加工粗さが微小な山・谷となって記録されることと
なる。

【００３２】なお、以上のようにして測定した球面２ａ
の曲率半径Ｒ及び球面２ａのθ方向形状は平面ｑ上にお
けるものであるため、例えば被測定物２を固定具１１に
取り付け直して別の角度における曲率半径Ｒ及び球面形
状を測定すればより万全である。一例としては、被測定
物球面２ａの周方向９０°間隔で２回上記測定を行うこ
とが考えられる。

【００３３】以上において、本実施形態では、中心内包
平面ｑ上において球面中心Ｐとテーブル回転軸ｋとを一
致させ、そのとき一定となったセンサ変位量Ｄから被測
定物２の球面２ａの実際の曲率半径Ｒを求めることがで
きる。但しこのとき、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の座標を基に
検出を行う従来方法と同様、検出結果には、センサ１０
を支持する横軸６、縦軸７、アーム８の可動部等におけ
る不可避の機械的な作動誤差を含んでいる。しかしなが
ら、上記従来方法では、球面上の４箇所以上の点の座標
をひとつひとつ検出するために各点毎にセンサ移動を行
わなければならなかったのに対し、本実施形態では、球
面中心内包平面ｑの画定が終了すればセンサ１０はその
位置に静止したままでよく、移動距離を非常に小さくで
きるので作動誤差を低減することができる。しかも、上
記従来方法では、球面形状とは無関係にＸ，Ｙ，Ｚの直
交３方向で検出した座標を基に、球面中心位置を求める
ための演算処理が必要であり、その演算処理によって上
記作動誤差をさらに大きく例えば数十〜１００倍にも拡
大していたが、本実施形態では、球面中心Ｐとテーブル
回転軸ｋとを一致させることでセンサ１０による検出方
向を被測定物球面２ａの法線方向とし、これによって実
際の曲率半径ＲをＹ方向変位量Ｄとして直接測定するこ
とができる。したがって、従来方法のような演算処理を
一切行う必要がないので、上記のような作動誤差の増幅
を防止できる。

【００３４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、上記従来方法に比べて機械的な作動誤差による影響
を少なくできるので、被測定物２の球面２ａの曲率半径
Ｒの測定精度を大幅に向上することができる。

【００３５】なお、上記実施形態においては、テーブル
３を円板形状としたが、上記の説明より明らかなよう
に、１個の被測定物２を測定するのに必要なθ方向回転
角は比較的小さく、３６０°回転する必要はないので、
例えば半円板形状等にしてもよい。

【００３６】また、上記実施形態においては、凸球面の
曲率半径を測定する場合を例にとって説明したが、これ
に限られない。すなわち、図１中に破線で示したよう
に、図１中の左側に被測定物２を載置することで凹球面
２ｃに対しても上記の測定を行うことができ（但しこの
場合、球面中心内包平面は変位量Ｄが最小となる位置と
なる）、同様の効果を得る。

【００３７】また、上記実施形態においては、部分球面
の曲率半径Ｒの測定を行う場合を例にとって説明した
が、これに限られない。すなわち例えば、斜軸式アキシ
ャルピストンポンプを可変容量型ポンプとする場合に
は、通常、前述したバルブプレートの反シリンダブロッ
ク側に凸円筒面を形成するとともに、ポンプハウジング
側にその凸円筒面と摺接する凹円筒面を形成し、その摺
動面に沿ってバルブプレートを変位させることによりシ
リンダブロックの回転軸心と駆動軸の軸心との傾転角を
調節し、これによってポンプの吐出容量を可変とする。
そこで、軸の垂直性が確保されているという前提であれ
ば、これら摺動面を構成する凹・凸円筒面の曲率半径の
測定に本実施形態の装置を適用することもできる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、従来方法に比べて機械
的な作動誤差による影響を少なくできるので、被測定物
の曲率半径の測定精度を大幅に向上することができる。
したがって、正しい測定値のフィードバックによって製
品の品質向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による３次元形状測定機の
全体概略構造を表す正面図である。

【図２】図１に示した３次元形状測定機の全体概略構造
を表す側面図である。

【図３】コントローラ及び駆動制御手段の機能的構成及
び信号の流れを表す機能ブロック図である。

【図４】被測定物球面上にセンサを位置決めし接触させ
たときの状態を表す概念的説明図である。

【図５】センサが最大変位位置に至った状態を示す概念
的説明図である。

【図６】球面中心内包平面上において球面中心が回転軸
上からずれた位置にある場合の一例を示す図である。

【図７】変位表示器の表示例を示す図である。

【図８】図６に示すようなずれた位置にあるときにテー
ブルを回転させた場合の様子を表す図である。

【図９】図６に示すようなずれた位置にあるときに図８
と逆方向にテーブルを回転させた場合の様子を表す図で
ある。

【図１０】球面中心内包平面上において球面中心が回転
軸上からずれた位置にある場合の他の例を示す図であ
る。

【図１１】変位表示器の表示例を示す図である。

【図１２】球面中心内包平面上において球面中心と回転
軸とが一致した状態を示す図である。

【図１３】変位表示器の表示例を示す図である。

【図１４】変位表示器の表示例を示す図である。

【図１５】ｘ−ｙレコーダの表示例を示す図である。

【図１６】従来の３次元形状測定機によって球面の形状
測定を行う場合の原理を示す図である。

【符号の説明】

２ 被測定物 ２ａ 球面 ３ テーブル（回転台） ４ 回転駆動モータ（第３駆動手段） ５ 支柱（支持手段） ６ 横軸（支持手段） ７ 縦軸（支持手段） ８ アーム（支持手段） ９ センサホルダ（支持手段） １０ センサ １１ 固定具（固定手段） １２ コントローラ １２ｄ Ｙ，Ｚ，θ方向位置表示手段（位置・
回転量表示手段） １２ｆ 変位表示手段（変位量表示手段） １４ 水平方向駆動モータ（第２駆動手段） １５ 鉛直方向駆動モータ（第１駆動手段） １６ 変位表示器（変位量表示手段） ｋ テーブルの回転軸 ｑ 球面中心内包平面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物を載置し回転軸まわりに回転可能
   な回転台と、 前記回転軸に直角な平面上で前記回転軸に向かって進退
   する方向の前記被測定物の変位を検出するセンサと、 前記センサが前記回転軸と平行な方向に移動可能でかつ
   前記回転軸に直角な平面上で前記回転軸に向かって進退
   可能となるように、該センサを支持する支持手段とを有
   することを特徴とする３次元形状測定機。
2. 【請求項２】請求項１記載の３次元形状測定機におい
   て、被測定物を、位置の微調整が可能となるように前記
   回転台上に固定する固定手段をさらに有することを特徴
   とする３次元形状測定機。
3. 【請求項３】請求項１記載の３次元形状測定機におい
   て、前記センサで検出した前記被測定物の前記回転軸へ
   の進退方向における変位量を表示する変位量表示手段を
   さらに有することを特徴とする３次元形状測定機。
4. 【請求項４】請求項１記載の３次元形状測定機におい
   て、前記センサを前記回転軸と平行な方向に移動させる
   ための第１駆動手段と、前記センサを前記回転軸に直角
   な平面上で前記回転軸に向かって進退させるための第２
   駆動手段と、前記回転台を回転駆動する第３駆動手段と
   をさらに有することを特徴とする３次元形状測定機。
5. 【請求項５】請求項１記載の３次元形状測定機におい
   て、前記センサの前記回転軸と平行な方向の位置、前記
   センサの前記回転軸に直角な平面上における前記回転軸
   への進退方向の位置、及び前記回転台の回転量を表示す
   る位置・回転量表示手段をさらに有することを特徴とす
   る３次元形状測定機。
6. 【請求項６】少なくとも部分球面を備えた被測定物を、
   回転軸まわりに回転可能な回転台上に載置し、 前記回転軸に直角な平面上で前記回転軸に向かって進退
   する方向における前記被測定物の変位をセンサで検出し
   つつ、該センサを前記回転軸と平行な方向に移動し、最
   大変位を与える位置で前記センサを静止し、 この静止状態のセンサで前記被測定物の変位を検出しつ
   つ前記回転台を回転させ、この回転する間の検出変位量
   が一定となるように前記被測定物の前記回転台上での載
   置位置を調整し、 この調整後の前記一定となったセンサ検出変位量を基
   に、前記被測定物に備えられた部分球面の曲率半径を決
   定することを特徴とする３次元形状測定方法。