JP2001235304A

JP2001235304A - 真直度測定装置の真直運動精度測定方法

Info

Publication number: JP2001235304A
Application number: JP2000043228A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Iguchi; 信明井口; Takashi Hayashi; 孝林
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、真直度測定装置の真直運動精度を
測定するための真直度測定装置の真直運動精度測定方法
に関し、ストレートマスタの撓み量を最小にした状態で
真直運動精度を高精度で測定することを目的とする。【解決手段】ストレートマスタの基準面を上側または
下側にして、ストレートマスタの２点を、ストレートマ
スタの自重による撓み量が最小となる最小撓み支持点で
支持した状態で、基準面に沿ってセンサを移動し第１の
測定データを得た後、ストレートマスタの基準面を下側
または上側に反転して、最小撓み支持点で支持した状態
で、基準面に沿ってセンサを移動し第２の測定データを
得、第１の測定データおよび第２の測定データに基づい
てスライダの真直運動精度を測定することを特徴とす
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、真直度測定装置の
真直運動精度を測定するための真直度測定装置の真直運
動精度測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定物の真直度を高い精度で測
定する真直度測定装置が開発されている。そして、この
ような真直度測定装置では、校正されたストレートマス
タの基準面を基準に装置の真直運動精度を測定し、装置
の精度評価あるいは補正用のデータを得ることが行われ
ている。

【０００３】しかし、近年、真直度測定装置に要求され
る真直運動精度が厳しくなり、ストレートマスタの基準
面と同等の精度が要求されるようになってきている。そ
こで、装置の真直運動精度とストレートマスタの真直度
とを同時に評価することができる、反転法を用いた真直
度測定方法が使用されるようになっている。反転法に
は、水平方向に測定する場合と、垂直方向に測定する場
合があり、真直度測定装置の運動精度とストレートマス
タの基準面の真直度が一意的に測定算出できる、水平方
向の反転法が一般的である。

【０００４】しかしながら、一般に、被測定物の測定を
行う場合には、垂直方向の方が、作業し易く、被測定物
に対する評価も適切であるため、垂直方向での測定が要
望されている。図９および図１０は、反転法を使用した
従来の真直運動精度測定方法を示すもので、符号１は真
直度測定装置を示している。

【０００５】この真直度測定装置１は、水平に配置され
る長尺状の案内部材２を有している。案内部材２には、
案内部材２に沿ってスライダ３が移動自在に配置されて
いる。スライダ３の上面には、例えば、微小変位計から
なるセンサ４が固定されている。そして、真直度測定装
置１の側方には、支持台５を介して長尺状のストレート
マスタ６が案内部材２と平行に、かつ、水平に配置され
ている。

【０００６】図９では、ストレートマスタ６の上面が基
準面６ａとされ、案内部材２に沿ってスライダ３を移動
し、スライダ３に配置されるセンサ４の測定部４ａを、
ストレートマスタ６の基準面６ａに沿って移動すること
により、第１の測定データが得られる。次に、ストレー
トマスタ６が反転され、基準面６ａがストレートマスタ
６の下面として設定され、案内部材２に沿ってスライダ
３を移動し、スライダ３に配置されるセンサ４の測定部
４ａを、ストレートマスタ６の基準面６ａに沿って移動
することにより、第２の測定データが得られる。

【０００７】そして、第１の測定データから第２の測定
データを差し引いて１／２倍することにより、ストレー
トマスタ６の基準面６ａの真直度が得られ、このストレ
ートマスタ６の基準面６ａの真直度データでは、ストレ
ートマスタ６の自重による撓みの影響は、除去されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この垂
直方向の反転法の場合には、ストレートマスタ６の自重
による撓みが真直度測定装置１の垂直運動精度に加わっ
ているため、適切な、真直度測定装置１の真直運動精度
を得ることが困難である。

【０００９】すなわち、図１１に示すような水平方向の
反転法の場合には、水平方向の第１の測定データおよび
第２の測定データをＦ₁（ｘ）およびＦ₂（ｘ）、ストレ
ートマスタの基準面の真直度をＭ（ｘ）、真直度測定装
置の真直運動精度をＳ（ｘ）とすると、Ｆ₁（ｘ）＝Ｓ（ｘ）＋Ｍ（ｘ）・・・（１）Ｆ₂（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｍ（ｘ）・・・（２）となり、この式（１）および（２）から、Ｍ（ｘ）＝（１／２）・（Ｆ₁（ｘ）−Ｆ₂（ｘ））・・・（３）Ｓ（ｘ）＝（１／２）・（Ｆ₁（ｘ）＋Ｆ₂（ｘ））・・・（４）となる。

【００１０】従って、第１の測定データＦ₁（ｘ）と第
２の測定データＦ₂（ｘ）を加算し、１／２倍すると真
直度測定装置の水平方向の真直運動精度Ｓ（ｘ）を得る
ことができる。一方、図１２に示すような垂直方向の反
転法の場合には、垂直方向の第１の測定データおよび第
２の測定データをＧ₁（ｘ）およびＧ₂（ｘ）、ストレー
トマスタ６の基準面６ａの真直度をＭ（ｘ）、真直度測
定装置１の真直運動精度をＳ（ｘ）、ストレートマスタ
６の撓みをＴ（ｘ）とすると、Ｇ₁（ｘ）＝Ｓ（ｘ）＋Ｔ（ｘ）＋Ｍ（ｘ）・・・（５）Ｇ₂（ｘ）＝Ｓ（ｘ）＋Ｔ（ｘ）−Ｍ（ｘ）・・・（６）となり、この式（５）および（６）から、Ｍ（ｘ）＝（１／２）・（Ｇ₁（ｘ）−Ｇ₂（ｘ））・・・（７）Ｓ（ｘ）＋Ｔ（ｘ）＝（１／２）・（Ｇ₁（ｘ）＋Ｇ₂（ｘ））・・・（８）となり、ストレートマスタ６の自重による撓みＴ（ｘ）
が真直度測定装置１の垂直運動精度Ｓ（ｘ）に加わるこ
とになる。

【００１１】また、従来の垂直方向の測定では、ストレ
ートマスタ６の両端を支持台５により支持しているた
め、ストレートマスタ６の撓み量が比較的大きくなり、
非常に高精度な測定をすることが困難になるという問題
があった。すなわち、近時、例えば、長さが１ｍ以上の
ストレートマスタ６を使用して、１ｍ以上の真直運動精
度を、例えば、１０ｎｍオーダーの精度で測定すること
が要求されているが、例えば、１ｍの長さのストレート
マスタ６では、高剛性低密度のセラミックスを用いて
も、その撓み量が、１０００ｎｍ以上となる。

【００１２】そして、撓み量が大きくなると、測定範囲
がセンサの最大感度領域から外れ、精度の高い測定を行
うことが困難になる。また、最大感度で測定できた場合
にも、センサの測定範囲が広くなるため、センサの非線
形性の影響による誤差が生じることになる。

【００１３】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
ためになされたもので、ストレートマスタの撓み量を最
小にした状態で真直運動精度を高精度で測定することが
できる真直度測定装置の真直運動精度測定方法を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の真直度測定装
置の真直運動精度測定方法は、水平に配置される長尺状
の案内部材に沿ってスライダを移動し、前記スライダに
配置されるセンサを、前記案内部材と平行に水平に配置
される長尺状のストレートマスタの基準面に沿って移動
し、前記センサからの出力に基づいて前記スライダの真
直運動精度を測定する真直度測定装置の真直運動精度測
定方法において、前記ストレートマスタの基準面を上側
または下側にして、前記ストレートマスタの２点を、前
記ストレートマスタの自重による撓み量が最小となる最
小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿って前
記センサを移動し第１の測定データを得た後、前記スト
レートマスタの基準面を下側または上側に反転して、前
記最小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿っ
てセンサを移動し第２の測定データを得、前記第１の測
定データおよび第２の測定データに基づいて前記スライ
ダの真直運動精度を測定することを特徴とする。

【００１５】請求項２の真直度測定装置の真直運動精度
測定方法は、請求項１記載の真直度測定装置の真直運動
精度測定方法において、前記第１の測定データおよび第
２の測定データに基づいて前記ストレートマスタの前記
基準面の真直度を測定することを特徴とする。請求項３
の真直度測定装置の真直運動精度測定方法は、請求項１
または請求項２記載の真直度測定装置の真直運動精度測
定方法において、前記ストレートマスタには、前記最小
撓み支持点となる位置に貫通穴が形成され、前記貫通穴
に挿入される支持部材により、前記ストレートマスタが
支持されていることを特徴とする。

【００１６】（作用）請求項１の真直度測定装置の真直
運動精度測定方法では、ストレートマスタの基準面を上
側または下側にして、ストレートマスタの２つの支持点
が、ストレートマスタの撓み量が最小となる最小撓み支
持点で支持される。そして、これにより、ストレートマ
スタの両端を支持する場合に比較して撓み量が非常に小
さなものになる。

【００１７】従って、測定範囲がセンサの最大感度領域
から外れることがなくなり、精度の高い測定を行うこと
が可能になる。また、センサの測定範囲が狭くなるた
め、センサの非線形性の影響による誤差が非常に小さな
ものになる。そして、例えば、ストレートマスタの基準
面を上側にして、基準面に沿ってセンサを移動すること
により、第１の測定データが得られ、この後、ストレー
トマスタの基準面を下側に反転し、基準面に沿ってセン
サを移動することにより第２の測定データが得られる。

【００１８】そして、第１の測定データと第２の測定デ
ータとを加算し、１／２倍することにより、スライダの
真直運動精度が得られる。なお、このスライダの真直運
動精度には、ストレートマスタの撓みの影響が加わって
いるが、ストレートマスタの撓みが非常に小さいため、
無視することが可能である。

【００１９】また、ストレートマスタの撓みを材料力学
的な計算により求め、補正を行うことにより、スライダ
の真直運動精度をより厳密に求めることができる。請求
項２の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、第
１の測定データから第２の測定データを減算して、１／
２倍することにより、ストレートマスタの基準面の真直
度が求められる。

【００２０】そして、この真直度には、ストレートマス
タの撓みの影響が完全に排除されているため、非常に精
度が高いものとなる。請求項３の真直度測定装置の真直
運動精度測定方法では、ストレートマスタの最小撓み支
持点となる位置に貫通穴が形成され、この貫通穴に支持
部材を挿入することにより、ストレートマスタが支持さ
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。図１および図２は、本発明の真
直度測定装置の真直運動精度測定方法の一実施形態を示
しており、図３は、図１および図２の真直度測定装置の
詳細を示している。

【００２２】図３に示す真直度測定装置は、水平に配置
される長尺状の案内部材１１を備えている。そして、案
内部材１１に沿ってスライダ１３が移動可能に配置され
ている。案内部材１１の側面には、リニアモータのマグ
ネット１５が配置され、スライダ１３の内側面には、リ
ニアモータのコイル１７が配置されている。

【００２３】また、スライダ１３は、図示しない空気軸
受を介して、案内部材１１に摺動自在に支持されてい
る。案内部材１１の両端は、ブロック部材１９により支
持されている。スライダ１３の上面には、例えば、微小
変位計からなるセンサ２１が固定されている。

【００２４】このセンサ２１は、スライダ１３の上面に
固定される本体部材２３と、本体部材２３に固定される
長尺状の支持部材２５と、支持部材２５の先端に配置さ
れる測定部２７とを有している。そして、測定部２７か
らの測定信号は、センサーアンプ２９およびドライバ３
１を介してコンピュータ３３に入力され、コンピュータ
３３により制御，解析が行われる。

【００２５】上述した真直度測定装置の真直運動精度の
測定は、本発明の真直度測定装置の真直運動精度測定方
法の一実施形態により以下述べるようにして行われる。
すなわち、この実施形態では、先ず、図１に示すよう
に、真直度測定装置の案内部材１１の側面と平行に、長
尺状のストレートマスタ３５が配置される。図１の状態
では、ストレートマスタ３５の上面が基準面３５ａとさ
れている。

【００２６】そして、ストレートマスタ３５は、この基
準面３５ａが水平になるように、一対の支持手段３７に
より支持される。また、ストレートマスタ３５は、その
両側を、ストレートマスタ３５の撓み量が最小となる最
小撓み支持点Ｐで支持される。図４は、ストレートマス
タ３５の詳細を示すもので、このストレートマスタ３５
は、長さＬが１０００ｍｍとされ、その横断面の幅Ｂが
５０ｍｍ、高さＨが８０ｍｍとされている。

【００２７】また、アルミナセラミックスからなり、ヤ
ング率が３８０Ｇｐａ、密度が３．９５×１０³ｋｇ／
ｍ³とされている。そして、ストレートマスタ３５の側
面には、ストレートマスタ３５の自重による撓み量が最
小となる最小撓み支持点Ｐとなる位置に、円形状の貫通
穴３５ｂが形成されている。

【００２８】この最小撓み支持点Ｐの位置は、材料力学
の撓み式を用いて計算することができ、例えば、図５に
示すように、梁材であるストレートマスタ３５の全長を
Ｌとすると、両端からＬ１＝０．２２３２Ｌの位置とな
る。そして、上述したストレートマスタ３５では、最小
撓み支持点Ｐにおける撓み量が、５０ｎｍとなる。

【００２９】一方、同一のストレートマスタ３５を、図
６に示すように、その両端で支持する場合には、中央Ｃ
に最大撓みが生じ、その撓み量が、２４８０ｎｍとな
る。従って、図５に示したように、ストレートマスタ３
５を最小撓み支持点Ｐで支持する場合の最大撓み量は、
図６に示したように、ストレートマスタ３５を両端で支
持する場合に比較して１／５０程度と非常に小さな値と
なる。

【００３０】そして、図１では、一対の支持手段３７
が、断面Ｌ字状のブロック部材３９と、このブロック部
材３９の側面に突出形成される支持部材４１とから構成
されている。支持部材４１は、円柱状をしており、その
外径が、ストレートマスタ３５に形成される貫通穴３５
ｂより多少小径とされている。

【００３１】支持手段３７の支持部材４１は、ストレー
トマスタ３５に形成される貫通穴３５ｂに挿入され、こ
れにより、ストレートマスタ３５が最小撓み支持点Ｐの
位置で支持されている。そして、図１に示したように、
ストレートマスタ３５の基準面３５ａを上面に位置させ
た状態で、案内部材１１に沿ってスライダ１３を移動
し、スライダ１３に配置されるセンサ２１の測定部２７
を、ストレートマスタ３５の基準面３５ａに沿って移動
することにより、第１の測定データが得られる。

【００３２】次に、図２に示すように、ストレートマス
タ３５が反転され、ストレートマスタ３５の基準面３５
ａが下面に位置される。この図２の状態では、支持手段
３７Ａのブロック部材には、図１で使用されたブロック
部材３９より高さの高いブロック部材３９Ａが使用され
る。そして、ブロック部材３９Ａの支持部材４１を、ス
トレートマスタ３５の貫通穴３５ｂに挿入し、ストレー
トマスタ３５を支持した状態では、ストレートマスタ３
５の下面の基準面３５ａが、図１に示したストレートマ
スタ３５の上面の基準面３５ａと同一の高さ位置に位置
される。

【００３３】この状態で、案内部材１１に沿ってスライ
ダ１３を移動し、スライダ１３に配置されるセンサ２１
の測定部２７を、ストレートマスタ３５の基準面３５ａ
に沿って移動することにより、第２の測定データが得ら
れる。

【００３４】そして、最後に、コンピュータ３３により
第１の測定データと第２の測定データとを加算し、１／
２倍することにより、スライダ１３の真直運動精度が得
られる。なお、このスライダ１３の真直運動精度には、
ストレートマスタ３５の撓みの影響が加わっているが、
ストレートマスタ３５の撓みが非常に小さいため、無視
することが可能である。

【００３５】また、ストレートマスタ３５の撓みを材料
力学的な計算により求め、補正を行うことにより、スラ
イダ１３の真直運動精度をより厳密に求めることができ
る。そして、上述した真直度測定装置の真直運動精度測
定方法では、第１の測定データから第２の測定データを
減算して、１／２倍することにより、ストレートマスタ
３５の基準面３５ａの真直度が求められる。

【００３６】そして、この真直度には、ストレートマス
タ３５の撓みの影響が完全に排除されているため、非常
に精度が高いものとなる。上述した真直度測定装置の真
直運動精度測定方法では、ストレートマスタ３５の両側
を、ストレートマスタ３５の撓み量が最小となる最小撓
み支持点Ｐで支持し、また、ストレートマスタ３５の基
準面３５ａを上側および下側に反転して測定するように
したので、ストレートマスタ３５の撓み量を最小にした
状態で真直運動精度を高精度で測定することができる。

【００３７】すなわち、上述した測定方法では、ストレ
ートマスタ３５の両側を、ストレートマスタ３５の撓み
量が最小となる最小撓み支持点Ｐで支持したので、スト
レートマスタ３５の両端を支持する場合に比較して撓み
量を非常に小さなものにすることができる。従って、測
定範囲がセンサ２１の最大感度領域から外れることがな
くなり、精度の高い測定を行うことが可能になる。

【００３８】また、センサ２１の測定範囲が狭くなるた
め、センサ２１の非線形性の影響による誤差が非常に小
さなものになり、精度の高い測定を行うことが可能にな
る。そして、上述した真直度測定装置の真直運動精度測
定方法では、ストレートマスタ３５の最小撓み支持点Ｐ
となる位置に貫通穴３５ｂを形成し、この貫通穴３５ｂ
に支持部材４１を挿入してストレートマスタ３５を支持
するようにしたので、ストレートマスタ３５の基準面３
５ａを下面にした場合にも、センサ２１が支持部材４１
に干渉することがなくなり、ストレートマスタ３５を容
易，確実に支持することができる。

【００３９】なお、上述した実施形態では、ストレート
マスタ３５をアルミナセラミックスにより形成した例に
ついて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定され
るものではなく、例えば、ガラス，アルミニウム，鉄等
の材料により形成しても良い。また、上述した実施形態
では、ストレートマスタ３５の最小撓み支持点Ｐとなる
位置にのみ貫通穴３５ｂを形成した例について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、例えば、図７に示すように、最小撓み支持点Ｐ以外
の位置に貫通穴３５ｃ等の肉抜き穴を形成することによ
り、ストレートマスタ３５の自重を低減することができ
る。

【００４０】さらに、上述した実施形態では、ストレー
トマスタ３５の断面形状を矩形状にした例について説明
したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものでは
なく、例えば、図８に示すように、Ｉ形状にしても良
く、この場合には、ストレートマスタ３５Ａの最小撓み
支持点Ｐに貫通穴３５ｂを形成することなく、突出部３
５ｄを支持部材４１Ａにより直接支持することが可能に
なる。

【００４１】また、上述した実施形態では、ストレート
マスタ３５の真直度を高い精度で求めた例について説明
したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものでは
なく、同様にして種々の被測定物の真直度を高い精度で
求めることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の真直度測
定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタ
の２点を、ストレートマスタの撓み量が最小となる最小
撓み支持点で支持し、また、ストレートマスタの基準面
を上側および下側に反転して測定するようにしたので、
ストレートマスタの撓み量を最小にした状態で真直運動
精度を高精度で測定することができる。

【００４３】請求項２の真直度測定装置の真直運動精度
測定方法では、第１の測定データおよび第２の測定デー
タに基づいてストレートマスタの基準面の真直度を測定
するようにしたので、求められた真直度には、ストレー
トマスタの撓みの影響が完全に排除され、これにより非
常に高い精度でストレートマスタの真直度を測定するこ
とができる。

【００４４】請求項３の真直度測定装置の真直運動精度
測定方法では、ストレートマスタの最小撓み支持点とな
る位置に貫通穴を形成し、この貫通穴に支持部材を挿入
してストレートマスタを支持するようにしたので、スト
レートマスタの基準面を下面にした場合にも、センサが
支持部材に干渉することがなくなり、ストレートマスタ
を容易，確実に支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真直度測定装置の真直運動精度測定方
法の一実施形態においてストレートマスタの基準面を上
面に位置させた状態を示す斜視図である。

【図２】本発明の真直度測定装置の真直運動精度測定方
法の一実施形態においてストレートマスタの基準面を下
面に位置させた状態を示す斜視図である。

【図３】図１および図２の真直度測定装置の詳細を示す
斜視図である。

【図４】図１のストレートマスタを示す説明図である。

【図５】図１のストレートマスタを最小撓み支持点で支
持した時の撓み量を説明するための説明図である。

【図６】図１のストレートマスタを両端で支持した時の
撓み量を説明するための説明図である。

【図７】ストレートマスタの他の例を示す説明図であ
る。

【図８】ストレートマスタのさらに他の例を示す説明図
である。

【図９】従来の真直度測定装置の真直運動精度測定方法
を示す斜視図である。

【図１０】従来の真直度測定装置の真直運動精度測定方
法を示す斜視図である。

【図１１】水平方向に測定する場合の反転法の原理を示
す説明図である。

【図１２】垂直方向に測定する場合の反転法の原理を示
す説明図である。

【符号の説明】

１１案内部材１３スライダ２１センサ３５ストレートマスタ３５ａ基準面３５ｂ貫通穴４１支持部材Ｐ最小撓み支持点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平に配置される長尺状の案内部材に沿
ってスライダを移動し、前記スライダに配置されるセン
サを、前記案内部材と平行に水平に配置される長尺状の
ストレートマスタの基準面に沿って移動し、前記センサ
からの出力に基づいて前記スライダの真直運動精度を測
定する真直度測定装置の真直運動精度測定方法におい
て、前記ストレートマスタの基準面を上側または下側にし
て、前記ストレートマスタの２点を、前記ストレートマ
スタの自重による撓み量が最小となる最小撓み支持点で
支持した状態で、前記基準面に沿って前記センサを移動
し第１の測定データを得た後、前記ストレートマスタの
基準面を下側または上側に反転して、前記最小撓み支持
点で支持した状態で、前記基準面に沿ってセンサを移動
し第２の測定データを得、前記第１の測定データおよび
第２の測定データに基づいて前記スライダの真直運動精
度を測定することを特徴とする真直度測定装置の真直運
動精度測定方法。
【請求項２】請求項１記載の真直度測定装置の真直運
動精度測定方法において、前記第１の測定データおよび第２の測定データに基づい
て前記ストレートマスタの前記基準面の真直度を測定す
ることを特徴とする真直度測定装置の真直運動精度測定
方法。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の真直度測
定装置の真直運動精度測定方法において、前記ストレートマスタには、前記最小撓み支持点となる
位置に貫通穴が形成され、前記貫通穴に挿入される支持
部材により、前記ストレートマスタが支持されているこ
とを特徴とする真直度測定装置の真直運動精度測定方
法。