JP2000186927A - 検出器の評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の測定に近い状態で、真円度測定機の検
出器の周波数応答特性を評価する方法を提供する。 【解決手段】 外周側面にローレットを備えた円筒状の
評価治具のローレットと検出器の触針を接触させ、この
評価治具と検出器を相対的に所定の回転速度で回転変位
させて検出信号を記録し、回転速度を徐々に変化させな
がら検出信号の波形がローレットの形状とどの程度合致
するかによって、検出器の周波数応答特性を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出器の評価方法
に関し、特に真円度測定機及び輪郭形状測定機の組み合
わされる検出器の周波数応答特性評価に用いるのに好適
な検出器の評価方法に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、真円度測定機の検出器の周波数応答
特性を評価及び検査する場合は、図３に示す様な装置構
成により行っていた。即ち、所定の周波数で振動する加
振器１１の上部にボイスコイルまたは圧電素子を備えた
ピックアップ１０を設置して、さらにその上部に真円度
測定機の検出器１の触針１２を接触させるように配置す
る。このとき、前記検出器の検出方向１５と前記加振器
の加振方向１６とを一致させておく。通常、真円度測定
機で使われる検出器を性能評価する時の検出方向は一軸
方向のみである。実際の測定では、この検出方向と真円
度測定機に備えられた回転テーブルの半径方向とを一致
させるように配置される。

【０００３】性能評価試験の手順は、加振器１１を所定
の周波数で振動させておいて、そのときのピックアップ
１０の出力波形と検出器１の出力波形を比較して、徐々
に加振器１１の振動周波数を高くしていき、どのくらい
の周波数までセンサ１の出力波形がピックアップ１０の
出力波形に追従できるかを評価していた。また、加振器
１１の振動の振幅の大きさも検出器１の検出範囲に合わ
せて調整可能である。一般的には、より高い周波数でよ
り振幅の大きい振動に対して追従性よく検知できる検出
器が、周波数応答特性が優れている検出器であると言わ
れている。しかしそのためには、検出器の接触部をより
強い付勢力で被測定物に押つけなくてはならないが、そ
うすると摩擦力が強くなり検出誤差が大きくなったり、
被測定物に傷をつけてしまうことがある。従って、より
軽い付勢力でより高い周波数に対応可能な検出器が望ま
れている。

【０００４】このような周波数応答特性の評価方法は、
検出器の研究開発に利用される他、製品検査にも利用さ
れている。特に製品検査の場合は、主に所定の周波数及
び振幅の範囲内で振動を正しく検出可能であるかどう
か、検出信号が規格の許容誤差内に収まっているかどう
かが検査される。通常収まっていたら検査に合格したと
判断され、製品として出荷されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
検査評価方法では、測定物に相当するピックアップ１０
は実際の測定のように回転テーブルに載置されて回転し
ていない、いわゆる静的な評価方法である。従って、触
針１２とピックアップ１０の間には通常の測定の際に相
対移動に基づき発生する動摩擦力は発生しない。そのた
め、上記の評価検査の結果と実際の測定時における周波
数応答特性には差異が生じてしまうという問題がある。
このため、より現実の測定環境に近い状態で行う、いわ
ゆる動的な手法に基づく評価検査方法の確立が望まれて
いる。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、実際の測定に近い状態で真円度測定
機の検出器の周波数応答特性を評価する方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、先端に触針を備えると共にこの触針の変
位量に基づく検出信号を出力する変位検出器の評価方法
であって、外周側面にローレットを備えた円筒状の評価
治具のローレットと前記検出器の触針を接触させ、この
評価治具と前記検出器を相対的に所定の回転速度で回転
変位させて前記検出信号を記録し、前記所定の回転速度
を徐々に変化させながら前記検出信号の波形が前記ロー
レットの形状とどの程度合致するかによって前記検出器
の応答性を評価することを特徴とする。

【０００８】また、本発明は上記手段に加え、先端に触
針を備えると共にこの触針の変位量に基づく検出信号を
出力する変位検出器の評価方法であって、上面にローレ
ットを備えた円盤状の評価治具のローレットと前記検出
器の触針を接触させ、この評価治具と前記検出器を相対
的に所定の回転速度で回転変位させて前記検出信号を記
録し、前記所定の回転速度を徐々に変化させながら前記
検出信号の波形が前記ローレットの形状とどの程度合致
するかによって前記検出器の応答性を評価することを特
徴として構成することも可能である。

【０００９】さらに、本発明は上記手段に加え、回転角
度信号を出力するロータリーエンコーダを備えると共に
回転速度を任意に調節可能な回転テーブル上に前記評価
治具を載置し、この回転テーブルを所定の回転速度で回
転させながら検出した前記検出器の検出信号と前記ロー
タリーエンコーダの回転角度信号とを組み合わせたデー
タを対にして記録し、前記検出器の応答性を評価するこ
とを特徴として構成することも可能である。

【００１０】さらに、本発明は上記手段に加え、前記所
定の回転速度を変化させて前記検出器の検出信号と前記
ロータリーエンコーダの回転角度信号とを組み合わせた
データを対にして記録し、特定の回転速度におけるデー
タを基準として任意の回転速度におけるデータとの合致
度により前記検出器の応答性を評価することを特徴とし
て構成することも可能である。

【００１１】さらに、本発明は上記手段に加え、前記特
定の回転速度におけるデータと前記任意の回転速度にお
けるデータとの相関係数を算出し、この相関係数をもっ
て合致度として評価することを特徴として構成すること
も可能である。

【００１２】評価治具として、歯車様の治具を使用す
る。即ち、外周側面に平目状のローレットを備えた円筒
状の治具を回転速度を調節可能な回転テーブル上に載置
して回転させ、このローレットの凹凸を評価対象の検出
器で検出して、計算により求めた理論的な基準データも
しくはより遅い速度で検出した検出信号と評価したい速
度で検出した検出信号による検出データとの合致度を評
価することにより、より実際の測定に近い状況での検出
器の周波数応答性特性を評価可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を用いた好適な実施
の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中に
おいて同一符号を付したものは同一構成要素を表わして
いる。図１に本発明に係る好適な実施の形態を示す。即
ち、真円度測定機用の検出器５は、検出器本体１に測定
子１６を備え、この測定子１６が検出器本体１に対して
測定方向１５の向きに揺動する変位を検出して変位信号
を出力する。なお、この測定子１６の揺動可能方向は通
常１軸のみであり、検出器５の内部においてごく軽い力
で、常に一定の方向に付勢力がかけられている。この変
位信号は信号処理装置８に入力され、増幅及びデジタル
化等の信号処理を施された後、さらにデータ処理装置１
３へ入力される。

【００１４】測定子１６の先端には、接触部１２を備え
る。この接触部１２の側面には摩耗しにくい材質で作ら
れた微小突起（図示せず。）が備えられていて、この微
小突起が被測定物と接触する。また、この測定子１６及
び接触部１２は、測定対象物の大きさ、材質、形状に合
わせて最適な長さや大きさのものに交換することができ
る。さらに、図２のように、接触部１２は評価治具２に
常に接触する方向に付勢力がかけられているので、接触
部１２は平目ローレット２１の表面を倣うことができ
る。

【００１５】また、評価治具２を載置する回転テーブル
３は、内部に回転エンコーダ及び回転駆動装置（ともに
図示せず。）を備えると共に、データ処理装置１３を介
して設定された所定の回転速度で回転するように駆動制
御装置４により回転制御される。同時に回転エンコーダ
で検出した角度信号を常時出力することができる。この
角度信号は、信号処理装置９で増幅及びデジタル化等の
信号処理を施された後、データ処理装置１３へ入力され
る。データ処理装置１３は、検出器５からの変位信号と
回転テーブル３からの角度信号を対にして連続的に記録
することができる。

【００１６】評価治具２は図２に示すように、円筒形状
でかつ外周側面に高精度に加工された歯車状の平目ロー
レット２１を多数備えている。通常の歯車の歯の形状は
インボリュート曲線により定義されるが、本発明で使用
される評価治具２は、検出信号の解析が容易でまた加工
が容易であるため、平面により構成することが望まし
い。しかし、通常の歯車をこの評価治具２に換えて利用
することも可能である。また、この平目ローレット２１
の山の部分と谷の部分は特に鋭角に仕上げる必要がない
ので、加工のし易さから適当にアールを付けたり、また
は面取りを施すようにしても構わない。また、ローレッ
トの形状を正弦波状とすることも可能であり、この場
合、接触部１２がローレット上をひっかかることなく滑
らかに摺動することができる。また、歯の数は、例えば
評価治具２の直径が１２０mmのとき、歯の谷から山の頂
上までの高さを２．２５mmで、全周で２５０程度までな
ら研削盤を使い精度よく加工可能である。

【００１７】次に評価方法について説明する。まず、図
１に示すように、検出器５を支持しているスタンド（図
示せず。）の位置を調節して、回転テーブル上に回転テ
ーブルと回転中心が一致するように載置されている評価
治具２の平目ローレット２１と評価対象の検出器５の測
定子１６の接触部１２を接触させるように配置する。こ
のとき、検出器５は測定子１５の揺動方向と評価治具２
の半径方向が一致するように配置する。例えば、図１に
示す姿勢６または姿勢７のように配置することが可能で
ある。次に、予めデータ処理装置１３を介して設定され
た所定の回転速度で、回転テーブル３を駆動制御装置４
により回転制御させる。この結果、図２に示すように、
回転テーブル３が回転方向１４の方向に回転すると、接
触部１２が平目ローレット２１の表面を倣い進み、軌跡
２２のように移動する。このとき測定子１６は測定方向
１５の方向に揺動して、検出器５はこの揺動量を電圧信
号に変換して出力する。さらにこの電圧信号は、信号処
理装置８に入力されて増幅及びデジタル化等の処理が施
された後、データ処理装置１３へ入力される。

【００１８】一方、回転テーブル３の内部に備えられた
回転エンコーダは常時角度信号を出力する。この角度信
号は信号処理装置９に入力され、増幅及びデジタル化等
の処理が施された後、データ処理装置１３へ入力され
る。このデータ処理装置１３では、検出器５からの変位
信号と回転テーブル３からの角度信号を対にして検出デ
ータ５２として連続して記録することができる。さらに
この検出データ５２と、評価治具２の平目ローレット２
１の形状から理論的に求められる基準データ５１とを図
５に示すようにディスプレイ（図示せず。）に重ねてグ
ラフ表示することが可能である。

【００１９】また、基準データ５１は、上記のように理
論的に計算により求める他に、充分に遅い速度で回転テ
ーブル３を回転したときに得られる検出信号を用いても
構わない。特に、図５の場合は、基準データ５１と検出
データ５２が略一致しているので、このときの回転速度
により生じる周波数に対して、検出器５の応答速度は充
分対応できていると判断できる。一方、図６のグラフは
図５のときよりも速い回転速度で検出した検出データ５
３を示している。この場合、検出データ５３と基準デー
タ５１との間に大きな開きが見られる。従ってこの時の
回転速度により生じる周波数に検出器５の応答速度が追
い付けず、平目ローレット２１の形状を正しく検出でき
ていないことが分かる。従って、検出器５の応答速度は
不十分であると言える。

【００２０】以上のように、ディスプレイ上にグラフ表
示して見た目に応答速度が充分であるかどうかの確認す
るほかに、相関係数を算出することで検出データと基準
データの一致度を数値により判断することも可能であ
る。すなわち、所定間隔の回転角度における、検出デー
タ５２と基準データ５１の変位をサンプリングして、多
数の対のデータを作成して、これらの対のデータに基づ
く相関係数を計算する。一般的にこの係数の値が１に近
いほど一致していると言える。従って数値により一致度
を比較評価することができるので、作業者によらず客観
的な評価が可能である。

【００２１】次に評価治具２を回転させたときに生じる
周波数について説明する。通常の加工器の加工可能なサ
イズの制限により、例えば歯の数が全周で２５０が最大
であり、この場合、通常の真円度測定機の回転テーブル
の最高回転速度は２０rpm 程度なので、回転テーブル３
をこの最高速度で回転させると、 ２０［rpm ］×２５０［歯数］／６０［1/s ］≒８３
［Hz］ 即ち、最高で約８３Hzの周波数までの評価が可能とな
る。また、逆に検出器５の目標とする最高応答周波数を
例えば２００Hzとしたい場合は、 ２００［Hz］／２５０［歯数］×６０［1/s ］＝４８
［rpm ］ 即ち、回転テーブル３の回転速度を４８rpm に設定すれ
ばよい。しかし通常の真円度測定機で使われる回転テー
ブルでは、この回転速度は得られないので、駆動モータ
ーをより強力なものに取り替えたり駆動制御装置４の出
力電流を上げるように改良を施すことが必要になる。

【００２２】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能
である。例えば、上記実施例では、真円度測定機の検出
器の評価方法に限って説明したが、図４に示すように、
上面に平目ローレット３２を多数備えた円盤状の評価治
具３１を用いて、同様に輪郭形状測定機４３を評価する
こともできる。即ち、平目ローレット３２に輪郭形状測
定機４３から伸びるアーム４１の先端に取り付けられた
測定子４２を測定方向１５を図の上下方向となるように
接触させて、回転テーブル３を回転方向１４の向きに回
転制御することによって、真円度測定機の検出器５の評
価方法と全く同じ方法で評価可能である。また、同様に
この輪郭形状測定機４３に換えて表面粗さ測定機（図示
せず。）も評価可能である。

【００２３】また、上記実施例では、評価治具のローレ
ットの形状を平目形状に限って説明したが、通常の歯車
や、正弦波関数の波形状からなるローレットを備えた評
価治具を用いても本発明を実施可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の検出器
の評価方法によれば、実際の測定に近い状態で真円度測
定機の検出器の周波数応答特性を評価することが可能と
なる。また、真円度測定機の検出器以外にも、円盤状の
評価治具を使うことで、同様に輪郭測定機や表面粗さ測
定機の検出器の応答性評価、特にどれくらい高い周波数
まで検出可能かを評価することができる。また、データ
処理装置により相関係数を算出することで、作業者によ
らない均質で客観的な評価が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る好適な実施形態を示す図である。

【図２】本発明に係る評価治具と接触部の接触の状態を
示す図である。

【図３】従来の検出器の評価方法を示す図である。

【図４】本発明の別の好適な実施形態を示す図である。

【図５】基準データと検出データの一致度を示すグラフ
である。

【図６】基準データと検出データの一致度を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 検出器本体、 ２，３１ 評価治具、 ３ 回転テーブル、 ４ 駆動制御装置、 ５ 検出器、 ６，７ 検出姿勢、 ８，９ 信号処理装置、 １２ 接触部、 １３ データ処理装置、 １４ 回転方向、 １５ 測定方向、 １６，４２ 測定子、 ２１，３２ 平目ローレット、 ２２ 軌跡、 ４１ アーム、 ４３ 輪郭形状測定機、 ５１ 歯形状、 ５２ 検出信号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に触針を備えると共にこの触針の変
   位量に基づく検出信号を出力する変位検出器の評価方法
   であって、外周側面にローレットを備えた円筒状の評価
   治具のローレットと前記検出器の触針を接触させ、この
   評価治具と前記検出器を相対的に所定の回転速度で回転
   変位させて前記検出信号を記録し、前記所定の回転速度
   を徐々に変化させながら前記検出信号の波形が前記ロー
   レットの形状とどの程度合致するかによって前記検出器
   の応答性を評価することを特徴とする検出器の評価方
   法。
2. 【請求項２】 先端に触針を備えると共にこの触針の変
   位量に基づく検出信号を出力する変位検出器の評価方法
   であって、上面にローレットを備えた円盤状の評価治具
   のローレットと前記検出器の触針を接触させ、この評価
   治具と前記検出器を相対的に所定の回転速度で回転変位
   させて前記検出信号を記録し、前記所定の回転速度を徐
   々に変化させながら前記検出信号の波形が前記ローレッ
   トの形状とどの程度合致するかによって前記検出器の応
   答性を評価することを特徴とする検出器の評価方法。
3. 【請求項３】 前記請求項１及び２において、回転角度
   信号を出力するロータリーエンコーダを備えると共に回
   転速度を任意に調節可能な回転テーブル上に前記評価治
   具を載置し、この回転テーブルを所定の回転速度で回転
   させながら検出した前記検出器の検出信号と前記ロータ
   リーエンコーダの回転角度信号とを組み合わせたデータ
   を対にして記録し、前記検出器の応答性を評価すること
   を特徴とする検出器の評価方法。
4. 【請求項４】 前記請求項３において、前記所定の回転
   速度を変化させて前記検出器の検出信号と前記ロータリ
   ーエンコーダの回転角度信号とを組み合わせたデータを
   対にして記録し、特定の回転速度におけるデータを基準
   として任意の回転速度におけるデータとの合致度により
   前記検出器の応答性を評価することを特徴とする検出器
   の評価方法。
5. 【請求項５】 前記請求項４において、前記特定の回転
   速度におけるデータと前記任意の回転速度におけるデー
   タとの相関係数を算出し、この相関係数をもって合致度
   として評価することを特徴とする検出器の評価方法。