JP2001330430A

JP2001330430A - 平面度測定方法および平面度測定装置

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Publication number: JP2001330430A
Application number: JP2000149941A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Niimi; 清明新美; Yoshihiko Yokoyama; 善彦横山; Toshio Hashimoto; 敏雄橋本; Yukio Nishiyama; 幸男西山; Hideyuki Naganuma; 英幸長沼
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークを製造ラインから検査室に搬入するこ
となくその平面度を簡易かつ精度よく測定できる平面度
測定方法および平面度測定装置を提供する。【解決手段】被測定面ＷＳの全周にわたって所定ピッ
チにより２点ずつ同時またはほぼ同時に距離センサＤ
１，Ｄ２（Ｄ１，Ｄ３）により距離を測定し、前記測定
値のうちの３測定値を選択し、前記選択した測定値より
仮想基準平面を作成し、前記各測定値の前記仮想基準平
面からの変位を算出し、前記算出された変位のうちの最
大変位を選択し、前記選択された最大変位を所定数で減
算することにより平面度を測定するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面度測定方法お
よび平面度測定装置に関する。さらに詳しくは、例えば
定盤などの高精度の平面を備えることが必要とされる製
品の平面度を測定する平面度測定方法および平面度測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、定盤などの高精度の平面度が
要求される製品（以下、ワークという）を製造する場合
には、例えば抜き取り検査によって、製造されるワーク
の平面度を測定するのが通常である。というのは、通常
の工場内では温度管理を行うことが容易ではない。この
ため、製造ライン内にある製品の平面度を測定しようと
すると、測定治具が温度変化に伴って伸縮し、これによ
って測定結果に誤差が生じる。したがって、工場内の温
度変化による測定誤差の影響をさけるために、温度管理
が実施されている検査室内でワークの平面度を測定する
ことが行われる。

【０００３】図６にこのような従来の平面度測定方法の
一例を示す。この例では、定盤の長方形平面Ｆ’の各辺
あたり３個、合計８個の測定点Ｅについて、例えばダイ
アルゲージにより基準位置からの高さが測定される。そ
して、その最大値と最小値との差を適当な数で割ること
によって、平面Ｆ’の例えば１００ｍｍあたりの平面度
が算出される。

【０００４】このように、従来より、例えば定盤などの
ワークの平面度について検査する際には周囲の温度変化
による誤差の影響を排除するために、温度管理が実施さ
れている検査室内で平面度を測定するのが通常である。
このため、ワークの平面度について検査するために、ワ
ークを製造ラインから検査室に搬入する必要があり、ワ
ークの全数について検査を実行することが困難であると
ともに、検査結果を直ちに製造工程にフィードバックし
たり、あるいは検査結果に応じて平面度の不良なワーク
を再加工するなどの適切な処置を行うことが困難である
という問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、ワークを製造ラ
インから検査室に搬入することなくその平面度を簡易か
つ精度よく測定できる平面度測定方法および平面度測定
装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の平面度測定方法
は、ワークの平面度を測定する平面度測定方法であっ
て、被測定面の全周にわたって所定ピッチにより２点ず
つ同時またはほぼ同時に距離センサにより距離を測定
し、前記測定値のうちの３測定値を選択し、前記選択し
た測定値より仮想基準平面を作成し、前記各測定値の前
記仮想基準平面からの変位を算出し、前記算出された変
位のうちの最大変位を選択し、前記選択された最大変位
を所定数で減算することにより平面度を測定することを
特徴とする。

【０００７】本発明の平面度測定方法においては、前記
３測定値を角近傍の測定値から選択するのが好ましく、
前記測定値に対して機械系誤差の補正をなすのがさらに
好ましい。ここで、前記所定ピッチは、例えば１００ｍ
ｍとされている。

【０００８】一方、本発明の平面度測定装置は、被測定
面までの距離を測定する第１、第２および第３のセンサ
を有する測定機構と、前記測定機構を一方向に移動させ
る第１駆動機構およびそれと直交する方向に移動させる
第２駆動機構と、前記第１駆動機構および第２駆動機構
を駆動するドライバと、前記ドライバを制御するととも
に前記測定機構からの測定値を演算処理して平面度を測
定するコントローラとを備え、前記第１および第２のセ
ンサが前記一方向と同一方向に配され、前記第１および
第３のセンサが前記一方向と直交する方向と同一方向に
配されてなることを特徴とする。

【０００９】本発明の平面度測定装置においては、前記
第１、第２および第３のセンサが直角二等辺三角形をな
すように配されているのが好ましく、測定値に対して機
械系誤差の補正をなす機械系誤差補正手段を備えてなる
のがさらに好ましい。

【００１０】

【作用】本発明は、前記の如く構成されているので、例
えば製造ライン内であってもワークの平面度を周囲の温
度変化にかかわらず精密に測定することができる。

【００１１】本発明の好ましい形態においては、機械系
誤差を補正して平面度を測定しているので、機械系を精
密に構成することなく精度よく平面度を測定することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。

【００１３】本発明の一実施形態に係る平面度測定方法
が適用される平面度測定装置の構成を図１および図２に
示し、この平面度測定装置Ａは、例えば定盤などの製品
（以下、ワークという）Ｗの平面度を製造ライン内で測
定できるように、ワークＷを搬送するコンベアＫの近傍
に配設されている。

【００１４】平面度測定装置Ａは、ワークＷ表面までの
距離を測定するセンサヘッド１１を有する測定機構１０
と、この測定機構１０をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動機
構（第１の駆動機構）２０と、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸
駆動機構（第２の駆動機構）３０と、これら各駆動機構
２０、３０に駆動用電力を供給するＸ・Ｙ軸駆動ドライ
バ４０と、Ｘ・Ｙ軸駆動ドライバ４０を制御するととも
に測定機構１０からの測定値を演算処理するコントロー
ラ（制御部）５０とから構成され、コントローラ５０の
制御によって、測定機構１０をワークＷの被検査面ＷＳ
と略平行に駆動しつつ（図２参照）ワークＷの平面度を
測定するようにされてなる。なお、ワークＷの搬送時に
センサヘッド１１を退避させるために、センサヘッド１
１はＺ軸駆動機構（第３の駆動機構（図示省略））によ
って、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能に設けられてい
る。

【００１５】測定機構１０は、図３に示すように、ワー
クＷの被検査面ＷＳと相対する面１１ａに第１〜第３の
距離センサ（以下、単にセンサということもある）Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３を有している。ここで、各センサＤ１，
…は、各センサＤ１，…の中心が、面において直角三角
形の頂点に位置し、直角を形成する二辺がそれぞれＸ軸
およびＹ軸に平行となるように配されている。直角とな
る点に位置するセンサＤ１からの二つのセンサＤ２，Ｄ
３の距離は同一に設けられており、具体的には、第２の
センサＤ２は第１のセンサＤ１に対してＸ軸方向に＋１
００ｍｍの位置に設けられ、第３のセンサＤ３は第１の
センサＤ１に対してＹ軸方向に＋１００ｍｍの位置に設
けられている。

【００１６】各距離センサＤ１，…としては、非接触式
のものも利用することができるが、接触式のものを採用
することが好ましい。また、例えばレーザ光をワークＷ
に照射して、その反射光をイメージセンサにより検出
し、このときのレーザ光の照射角度から測定点までの距
離を測定するレーザレージファインダから構成すること
ができる。また、超音波、マイクロ波あるいは光の反射
時間を測定して距離を測定するダイアフラム法、または
２つのカメラを用いた両眼立体視による方法を利用した
ものであってもよい。また、前記制御部５０は、各距離
センサＤ１，…を制御可能に設けられており、具体的に
は、Ｘ軸方向にセンサヘッド１１を移動して距離を測定
していく際には、第１のセンサＤ１および第２のセンサ
Ｄ２が稼動し、Ｙ軸方向にセンサヘッド１１を移動して
距離を測定していく際には、第１のセンサＤ１および第
３のセンサＤ３が稼動するように各センサＤ１，…を制
御している。

【００１７】図４はワークＷの被検査面ＷＳを示してい
る。ワークＷは長方形状の被検査面ＷＳの長辺が図１の
Ｘ軸と平行となり、また短辺が図１のＹ軸方向と平行と
なるように置かれている。また、本実施形態の測定方法
は、センサヘッド１１をＸ軸方向およびＹ軸方向に順次
移動しつつ、その都度距離センサＤ１，…によって距離
を測定して、センサヘッド１１がワークＷの端縁近傍を
周回して得られた各点Ｐ０（Ｐ１６）〜Ｐ１５における
データに基づいてワークＷの平面度を算出するものであ
る。

【００１８】かかる測定方法は、まず、被検査面ＷＳの
１つの角Ｃ１近傍の点Ｐ０（角Ｃ１からＸ軸方向および
Ｙ軸方向夫々に２０ｍｍの位置の点）の鉛直上方に第１
のセンサＤ１が位置するように各駆動機構２０，３０に
よりセンサヘッド１１を移動させる。これによって、点
Ｐ０からＸ軸方向に＋１００ｍｍの点Ｐ１の鉛直上方に
第２のセンサＤ２が位置する（点Ｐ０からＹ軸方向に＋
１００ｍｍの点Ｐ１５位置に第３のセンサＤ３が位置す
る）。そして、この状態で第１のセンサＤ１および第２
のセンサＤ２により被検査面ＷＳまでの距離を同時また
はほぼ同時に測定する。

【００１９】その後、センサヘッド１１をＸ軸方向に所
定ピッチ移動する。このピッチは、第１のセンサＤ１と
第２のセンサＤ２との距離（１００ｍｍ）と同一とされ
ている。これによって、第１のセンサＤ１が点Ｐ１の鉛
直上方に移動し、また第２のセンサＤ２は点Ｐ１からＸ
軸方向に１００ｍｍの点Ｐの鉛直上方に移動する。そし
て、この状態で第１のセンサＤ１および第２のセンサＤ
２により被検査面ＷＳまでの距離を同時またはほぼ同時
に測定する。

【００２０】以下同様に、点Ｐ２および点Ｐ３、点Ｐ３
および点Ｐ４、点Ｐ４および点Ｐ５（角Ｃ２の近傍の
点）のそれぞれ２点を第１のセンサＤ１および第２のセ
ンサＤ２によって同時またはほぼ同時に順次測定してい
く。

【００２１】点Ｐ４および点Ｐ５の測定が終了した後
に、さらにセンサヘッド１１をＸ軸方向に１００ｍｍ移
動する。これにより、点Ｐ５の鉛直上方に第１のセンサ
Ｄ１が位置し、点Ｐ５のＹ軸方向に１００ｍｍの点Ｐ６
の鉛直上方に第３のセンサＤ３が位置する。そして、こ
の状態で第１のセンサＤ１および第３のセンサＤ３によ
り被検査面ＷＳまでの距離を同時またはほぼ同時に測定
する。

【００２２】その後、センサヘッド１１をＹ軸方向に所
定ピッチ、例えば１００ｍｍ移動させる。これによっ
て、第１のセンサＤ１が点Ｐ６の鉛直上方に移動し、ま
た第３のセンサＤ３は点Ｐ７（点Ｐ６からＹ軸方向に１
００ｍｍの点）の鉛直上方に移動する。そして、この状
態で第１のセンサＤ１および第３のセンサＤ３により被
検査面ＷＳまでの距離を同時またはほぼ同時に測定す
る。

【００２３】以下同様に、センサヘッド１１を移動し
て、点Ｐ７および点Ｐ８（角Ｃ３の近傍の点）の２点を
第１のセンサＤ１および第３のセンサＤ３により同時ま
たはほぼ同時に測定する。

【００２４】ついで、センサヘッド１１をＹ軸方向に１
００ｍｍ移動させるとともにＸ軸方向に−１００ｍｍ移
動させる。これによって、点Ｐ８の鉛直上方に第２のセ
ンサＤ２が位置し、点Ｐ８のＸ軸方向に−１００ｍｍの
点Ｐ９の鉛直上方に第１のセンサＤ１が位置する。そし
て、この状態で第１のセンサＤ１および第２のセンサＤ
２により被検査面ＷＳまでの距離を同時またはほぼ同時
に測定する。

【００２５】その後、センサヘッド１１をＸ軸方向に所
定ピッチ（−１００ｍｍ）移動させる。これによって、
第１のセンサＤ１が点Ｐ１０の鉛直上方に移動し、また
第２のセンサＤ２は点Ｐ９の鉛直上方に移動する。この
状態で第１のセンサＤ１および第２のセンサＤ２により
被検査面ＷＳまでの距離を同時またはほぼ同時に測定す
る。

【００２６】以下同様にしてセンサヘッド１１を移動
し、点Ｐ１０および点Ｐ１１、点Ｐ１１および点Ｐ１
２、点Ｐ１２および点Ｐ１３（角Ｃ４の近傍の点）のそ
れぞれ２点を第１のセンサＤ１および第２のセンサＤ２
により同時またはほぼ同時に順次測定していく。

【００２７】ついでセンサヘッド１１をＹ軸方向に−１
００ｍｍ移動する。これによって、点Ｐ１３の鉛直上方
に第３のセンサＤ３が位置し、点Ｐ１３のＹ軸方向に−
１００ｍｍの点Ｐ１４の鉛直上方に第１のセンサＤ１が
位置する。そして、この状態で第１のセンサＤ１および
第３のセンサＤ３により被検査面ＷＳまでの距離を同時
またはほぼ同時に測定する。

【００２８】以下同様してセンサヘッド１１を移動し、
点Ｐ１４および点Ｐ１５、点Ｐ１５およびＰ１６（点Ｐ
０）のそれぞれ２点を第１のセンサＤ１および第３のセ
ンサＤ３により同時またはほぼ同時に順次測定してい
く。

【００２９】前記説明から明らかなように、本実施形態
では各点Ｐ０，…について２回測定がなされので、その
測定値を平均したものを各点Ｐ０，…のデータとする。

【００３０】しかして、このようにして得られた各デー
タについて機械系誤差補正手段により機械系の誤差を補
正して、その誤差取り除いたものを各点における測定値
とする。この機械系誤差補正手段による補正として、機
構全体やワークＷの傾きに対する傾き補正と、機構可動
部の位置による変化を補正する真直度補正とを行う。

【００３１】なお、かかる機械系誤差の補正は、予め基
準定盤を前記と同様の方法で各点Ｐ０，…の値を測定し
ておき、これに基づいて各点Ｐ０，…における補正値を
定めておくことによりなし得る。

【００３２】前記補正により得られた各点の測定値のう
ち、角Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の近傍の点Ｐ０，Ｐ５，Ｐ１３
の測定値を基準点とし、この基準点を含む平面を仮想基
準平面として定め、各点Ｐ１，…における測定値と、仮
想基準平面との変位Ｈｎを検出する（図５参照）。な
お、図５において、実線で囲まれた領域が仮想基準平面
を示し、一点鎖線で囲まれた領域が被検査面ＷＳを示
す。

【００３３】変位Ｈｎは、具体的には次のようにして検
出される。

【００３４】測定点Ｐ１〜Ｐ５にあっては、Ｈｎ＝Ｐｎ−Ｐ５／５・ｎ（ｎ＝１〜５）

【００３５】測定点Ｐ５〜Ｐ８にあっては、Ｈｎ＝Ｐｎ−Ｐ１３／３・（ｎ−５）−Ｐ５（ｎ＝５〜８）

【００３６】測定点Ｐ８〜Ｐ１３にあっては、Ｈｎ＝Ｐｎ−Ｐ５／５・（１３−ｎ）−Ｐ１３（ｎ＝８〜１３）

【００３７】測定点Ｐ１３〜Ｐ１６にあっては、Ｈｎ＝Ｐｎ−Ｐ１３／３・（１６−ｎ）（ｎ＝１３〜１６）により求めることができる。なお、Ｐ０は基準点とさ
れ、変位Ｈ０＝０とされている。

【００３８】しかして、各点Ｐ０，…の変位Ｈｎの中か
ら最大変位量Ｈｎ_maxを求め、これをワークＷの１００
ｍｍあたりの平面度とする。

【００３９】このように、本実施形態の平面度測定方法
においては、ワークＷの被検査面ＷＳ上でＸ軸およびＹ
軸方向に配されたセンサＤ１，…によって距離を同時に
またはほぼ同時に測定して、ついでこのセンサＤ１，…
をＸ軸およびＹ軸方向に順次移動させて被検査面ＷＳ全
周に亘って距離を測定し、しかるのち得られた測定値を
演算処理することによりワークＷの平面度を測定するこ
とができる。しかも、その測定の際に、平面度測定装置
Ａの機械系における誤差等を補正により排除しているの
で、温度管理が困難な製造ライン内においてもワークＷ
の平面度を精密に測定することができる。

【００４０】なお、前記実施形態においては、測定機構
１０の一回の移動距離を、センサの配置間隔と同一の１
００ｍｍとしたが、これよりも小さくして測定領域を重
ならせてさらに高精度な測定を行うことも可能である。

【００４１】

【実施例】以下、より具体的に本発明を説明する。

【００４２】表１に、Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ３の３
個のサンプル定盤について、前記実施形態の平面度測定
方法（２個のセンサにより同時またはほぼ同時に測定す
る方法）により測定した平面度の測定結果（実施例）
を、高精度の３次元測定機により測定した平面度の測定
結果（比較例）と対比して示すとともに、Ｎｏ．１，Ｎ
ｏ．２，Ｎｏ３の３個のサンプル定盤について、２個の
センサを順次作動させて測定した平面度の測定結果（参
考例）を併せて示す。なお、実施例および参考例の測定
結果については、真直度および傾きの補正を行ってい
る。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１より明らかなように、各サンプルＮ
ｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ３における実施例と比較例との
測定結果の差は、０．０００ｍｍ〜０．００３ｍｍ程度
であるが、この値は実用上問題とならない範囲のもので
ある。したがって、前記実施形態の平面度測定方法によ
れば、非常に高価な高精度の３次元測定機による測定結
果とほぼ同一の平面度の測定結果が得られる。また、実
施例と参考例との比較より、２個のセンサにより同時ま
たはほぼ同時に測定する方が精度よく測定がなし得るの
も理解される。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、例
えば製造ライン内であってもワークの平面度を周囲の温
度変化にかかわらず精密に平面度を測定することができ
るという優れた効果が得られる。

【００４６】また、本発明の好ましい形態においては、
機械系誤差を補正して平面度を測定しているので、機械
系を精密に構成することなく精度よく平面度を測定する
ことができるという優れた効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る平面測定方法が適用
される平面度測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】同装置を正面から見た図である。

【図３】同装置の測定機構の概略構成を示すブロック図
である。

【図４】本発明の一実施形態に係る平面度測定方法の手
順を説明するための説明図である。

【図５】同平面度測定方法の原理を説明するための説明
図である。

【図６】従来の平面度測定方法の一例を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１０測定機構１１センサヘッド２０Ｘ軸駆動機構３０Ｙ軸駆動機構４０Ｘ・Ｙ軸駆動ドライバ５０コントローラＡ平面度測定装置Ｄ１第１のセンサＤ２第２のセンサＤ３第３のセンサＷワークＷＳ被検査面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山幸男愛知県東海市加木屋町小家ノ脇５の416 (72)発明者長沼英幸三重県桑名郡多度町多度1653 Ｆターム(参考） 2F065 AA47 BB01 DD06 FF05 GG04 MM07 PP22 QQ21 RR01 RR05 UU05 2F069 AA42 AA54 BB40 DD15 EE04 EE23 GG01 GG04 GG07 GG08 GG09 GG13 GG35 GG65 JJ07 JJ23 MM04 MM13 NN09 NN26 PP07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの平面度を測定する平面度測定方
法であって、被測定面の全周にわたって所定ピッチにより２点ずつ同
時またはほぼ同時に距離センサにより距離を測定し、前
記測定値のうちの３測定値を選択し、前記選択した測定
値より仮想基準平面を作成し、前記各測定値の前記仮想
基準平面からの変位を算出し、前記算出された変位のう
ちの最大変位を選択し、前記選択された最大変位を所定
数で減算することにより平面度を測定することを特徴と
する平面度測定方法。
【請求項２】前記３測定値を角近傍の測定値から選択
することを特徴とする請求項１記載の平面度測定方法。
【請求項３】前記測定値に対して機械系誤差の補正を
なすことを特徴とする請求項１記載の平面度測定方法。
【請求項４】前記所定ピッチが１００ｍｍとされてい
ることを特徴とする請求項１記載の平面度測定方法。
【請求項５】被測定面までの距離を測定する第１、第
２および第３のセンサを有する測定機構と、前記測定機
構を一方向に移動させる第１駆動機構およびそれと直交
する方向に移動させる第２駆動機構と、前記第１駆動機
構および第２駆動機構を駆動するドライバと、前記ドラ
イバを制御するとともに前記測定機構からの測定値を演
算処理して平面度を測定するコントローラとを備え、前記第１および第２のセンサが前記一方向と同一方向に
配され、前記第１および第３のセンサが前記一方向と直
交する方向と同一方向に配されてなることを特徴とする
平面度測定装置。
【請求項６】前記第１、第２および第３のセンサが直
角二等辺三角形をなすように配されていることを特徴と
する請求項５記載の平面度測定装置。
【請求項７】測定値に対して機械系誤差の補正をなす
機械系誤差補正手段を備えてなることを特徴とする請求
項５記載の平面度測定装置。