JP2003254747A - 真直度測定法 - Google Patents
真直度測定法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な方法で、走査機構の案内面の精度に影
響されることのない、精度の高い真直度測定を実現でき
る真直度測定法を得るにある。 【解決手段】 検出器取付台及び被測定物の何れか一方
を案内面に沿って移動させ、前記検出器取付台と被測定
物の間の幾何学的関係を測定し、得られたデータ列から
被測定物表面の真直度を求める真直度測定法において、
前記検出器取付台に前記被測定物表面とのギャップを測
定するための3個の変位検出器を前記案内面に沿って所
定の間隔で設置するとともに、所定の標準試料片で前記
3個の変位検出器を校正した後、前記検出器取付台また
は前記被測定物を移動して所定移動量ごとに前記変位検
出器により被測定物を一斉に測定し、測定開始位置から
測定終了時までの間に得られたデータ列からの演算によ
り、前記検出器取付台または前記被測定物移動時の運動
誤差の影響を受けることなく前記被測定物の真直度を求
める真直度測定法。
響されることのない、精度の高い真直度測定を実現でき
る真直度測定法を得るにある。 【解決手段】 検出器取付台及び被測定物の何れか一方
を案内面に沿って移動させ、前記検出器取付台と被測定
物の間の幾何学的関係を測定し、得られたデータ列から
被測定物表面の真直度を求める真直度測定法において、
前記検出器取付台に前記被測定物表面とのギャップを測
定するための3個の変位検出器を前記案内面に沿って所
定の間隔で設置するとともに、所定の標準試料片で前記
3個の変位検出器を校正した後、前記検出器取付台また
は前記被測定物を移動して所定移動量ごとに前記変位検
出器により被測定物を一斉に測定し、測定開始位置から
測定終了時までの間に得られたデータ列からの演算によ
り、前記検出器取付台または前記被測定物移動時の運動
誤差の影響を受けることなく前記被測定物の真直度を求
める真直度測定法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は被測定物表面の測定
方法に関し、特に、被測定物表面の真直度を測定する方
法に関する。
方法に関し、特に、被測定物表面の真直度を測定する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】工作機械の案内面等の真直度測定には、
差動オートコリメーション法、逐次2点法、3点法等が
用いられるが、これらの測定法においては複数の角度検
出器間の取付けの差が形状の放物線誤差となって現れる
欠点がある。
差動オートコリメーション法、逐次2点法、3点法等が
用いられるが、これらの測定法においては複数の角度検
出器間の取付けの差が形状の放物線誤差となって現れる
欠点がある。
【0003】この欠点を解決する1つの工夫が、特願2
002−33390により本特許と同じ発明者によって
先に提案された。
002−33390により本特許と同じ発明者によって
先に提案された。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この発明は、
角度検出器を用いるため、従来の簡単な角度検出器では
精度が充分に高められず、また精度の高い角度検出器を
用いる場合装置が大掛かりになり、しかも高価になる欠
点があった。
角度検出器を用いるため、従来の簡単な角度検出器では
精度が充分に高められず、また精度の高い角度検出器を
用いる場合装置が大掛かりになり、しかも高価になる欠
点があった。
【0005】本発明の目的は、前述した従来の真直度測
定法と同様に3つの変位検出器を用いる測定法であっ
て、簡単な方法で、走査機構の案内面の精度に影響され
ることのない、精度の高い真直度測定を実現できる真直
度測定法を得るにある。
定法と同様に3つの変位検出器を用いる測定法であっ
て、簡単な方法で、走査機構の案内面の精度に影響され
ることのない、精度の高い真直度測定を実現できる真直
度測定法を得るにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、検出器取付台及び被測定物の何れか一方
を案内面に沿って移動させ、前記検出器取付台と被測定
物の間の幾何学的関係を測定し、得られたデータ列から
被測定物表面の真直度を求める真直度測定法において、
前記検出器取付台に前記被測定物表面とのギャップを測
定するための3個の変位検出器を前記案内面に沿って所
定の間隔で設置するとともに、所定の標準試料片で前記
3個の変位検出器を校正した後、前記検出器取付台また
は前記被測定物を移動して所定移動量ごとに前記変位検
出器により被測定物を一斉に測定し、測定開始位置から
測定終了時までの間に得られたデータ列からの演算によ
り、前記検出器取付台または前記被測定物移動時の運動
誤差の影響を受けることなく前記被測定物の真直度を求
める真直度測定法を提案するものである。
め、本発明は、検出器取付台及び被測定物の何れか一方
を案内面に沿って移動させ、前記検出器取付台と被測定
物の間の幾何学的関係を測定し、得られたデータ列から
被測定物表面の真直度を求める真直度測定法において、
前記検出器取付台に前記被測定物表面とのギャップを測
定するための3個の変位検出器を前記案内面に沿って所
定の間隔で設置するとともに、所定の標準試料片で前記
3個の変位検出器を校正した後、前記検出器取付台また
は前記被測定物を移動して所定移動量ごとに前記変位検
出器により被測定物を一斉に測定し、測定開始位置から
測定終了時までの間に得られたデータ列からの演算によ
り、前記検出器取付台または前記被測定物移動時の運動
誤差の影響を受けることなく前記被測定物の真直度を求
める真直度測定法を提案するものである。
【0007】後述する本発明の好ましい実施形態の説明
においては、 1)前記標準試料片により3個の前記変位検出器の校正を
行う場合、平面度のよい標準試料片を用いて、前記各変
位検出器の出力と前記被測定物表面とのギャップとの関
係を線形化するとともに、その勾配を同一とし、かつ所
定のギャップにおいて前記変位検出器の内、左右の検出
器の出力の平均値が中央の検出器の出力となるように校
正するもの、 2)前記標準試料片により3個の前記変位検出器の校正を
行う場合、形状の凹凸が対応する一組の標準試料片を用
い、前記各変位検出器の出力と前記被測定物表面とのギ
ャップとの関係を線形化するとともに、その勾配を同一
とし、かつ前記一組の標準試料片における所定ギャップ
での左右の変位検出器の出力の平均値が中央の検出器の
出力となるように校正値を求め、前記各校正値の平均値
が前記各変位検出器の出力となるように設定することに
より、標準試料片の形状による校正の誤差を抑制するも
の、 3)前記標準試料片は、擦り合わせることにより凹と凸が
対応するように作られた一組の標準試料片であるもの が説明される。
においては、 1)前記標準試料片により3個の前記変位検出器の校正を
行う場合、平面度のよい標準試料片を用いて、前記各変
位検出器の出力と前記被測定物表面とのギャップとの関
係を線形化するとともに、その勾配を同一とし、かつ所
定のギャップにおいて前記変位検出器の内、左右の検出
器の出力の平均値が中央の検出器の出力となるように校
正するもの、 2)前記標準試料片により3個の前記変位検出器の校正を
行う場合、形状の凹凸が対応する一組の標準試料片を用
い、前記各変位検出器の出力と前記被測定物表面とのギ
ャップとの関係を線形化するとともに、その勾配を同一
とし、かつ前記一組の標準試料片における所定ギャップ
での左右の変位検出器の出力の平均値が中央の検出器の
出力となるように校正値を求め、前記各校正値の平均値
が前記各変位検出器の出力となるように設定することに
より、標準試料片の形状による校正の誤差を抑制するも
の、 3)前記標準試料片は、擦り合わせることにより凹と凸が
対応するように作られた一組の標準試料片であるもの が説明される。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明による真直度測定法
の概要を示している。つまり、基準となる軸に略平行と
なるように、検出器取付台の案内面と被測定物が設置さ
れ、検出器取付台は案内面に倣って滑らかに動くように
構成され、その上には変位検出器A,B,Cが配置され
る。各変位検出器の取付軸は、等間隔で互いに平行とな
るように設置されるが、その軸方向の位置は厳密に一致
させる必要はない。なお、ここで用いる変位検出器とし
ては、静電容量検出器を始めとする非接触型の変位検出
器に限らず、触針式の電気マイクロメータ等の変位計を
想定している。
の概要を示している。つまり、基準となる軸に略平行と
なるように、検出器取付台の案内面と被測定物が設置さ
れ、検出器取付台は案内面に倣って滑らかに動くように
構成され、その上には変位検出器A,B,Cが配置され
る。各変位検出器の取付軸は、等間隔で互いに平行とな
るように設置されるが、その軸方向の位置は厳密に一致
させる必要はない。なお、ここで用いる変位検出器とし
ては、静電容量検出器を始めとする非接触型の変位検出
器に限らず、触針式の電気マイクロメータ等の変位計を
想定している。
【0009】真直度測定に際しては、始めに3つの変位
検出器の校正を行うけれども、その構成時の様子を図2
に示してある。検出器取付台は案内面に対して着脱可能
であり、ここでは、設置台(1)上に固定され、変位検
出器に対向するように標準試料片が設置台(2)に固定
される。設置台と(1)と設置台(2)は検出器の取付
け軸と直角方向に移動可能なるように構成されており、
この状態で、設置台と(1)と設置台(2)の相対位置
を変化させながら、各変位検出器の出力を測定すると、
例えば図3(a)に示すようになる。なお、設置台と
(1)と設置台(2)の相対位置は、レーザ測長器等の
校正された測長器により測定されている。各出力は、例
えばDSP(Digital Signal Processor)に取りこま
れ、図3(b)に示されるように、線形化されるととも
に、ある基準変位において、変位検出器AとCの出力の
和の半分が変位検出器Bの出力となるように、調整さ
れ、あるいは校正される。
検出器の校正を行うけれども、その構成時の様子を図2
に示してある。検出器取付台は案内面に対して着脱可能
であり、ここでは、設置台(1)上に固定され、変位検
出器に対向するように標準試料片が設置台(2)に固定
される。設置台と(1)と設置台(2)は検出器の取付
け軸と直角方向に移動可能なるように構成されており、
この状態で、設置台と(1)と設置台(2)の相対位置
を変化させながら、各変位検出器の出力を測定すると、
例えば図3(a)に示すようになる。なお、設置台と
(1)と設置台(2)の相対位置は、レーザ測長器等の
校正された測長器により測定されている。各出力は、例
えばDSP(Digital Signal Processor)に取りこま
れ、図3(b)に示されるように、線形化されるととも
に、ある基準変位において、変位検出器AとCの出力の
和の半分が変位検出器Bの出力となるように、調整さ
れ、あるいは校正される。
【0010】すなわち、
【数1】
・・・(1)
となるように調整される。
【0011】次に、真直度を求めるための測定動作に入
る。再び図1に従って説明する。 被測定物の表面形状 ; f(χ) 案内面の形状 ; g(χ) 検出器取付台のピッチング誤差 ; ep(χ) センサ出力 ; μA(χ) μB(χ) μC(χ) センサ間隔 ; h/2 センサオフセット ; SA SB SC 検出器取付台(ステージ)は2つの車輪で案内面上を倣
って走行すると考え、しかも2つの車輪は変位検出器
A,Cの取付け位置に一致しているとする。このとき、
検出器取付台のピッチング誤差は、
る。再び図1に従って説明する。 被測定物の表面形状 ; f(χ) 案内面の形状 ; g(χ) 検出器取付台のピッチング誤差 ; ep(χ) センサ出力 ; μA(χ) μB(χ) μC(χ) センサ間隔 ; h/2 センサオフセット ; SA SB SC 検出器取付台(ステージ)は2つの車輪で案内面上を倣
って走行すると考え、しかも2つの車輪は変位検出器
A,Cの取付け位置に一致しているとする。このとき、
検出器取付台のピッチング誤差は、
【数2】
・・・(2)
と表すことができる。
【0012】従って、各変位センサの出力は、
【数3】
・・・(3)
【数4】
・・・(4)
【数5】
・・・(5)
と表すことができる。
【0013】ここで、式(3)−式(4)、および式
(4)−式(5)を計算する。
(4)−式(5)を計算する。
【数6】
・・・(6)
【数7】
・・・(7)
【0014】各変位検出器の出力は式(1)が成立する
ように、調整されているが、校正に用いた標準試料片の
形状や測定誤差等を考慮して
ように、調整されているが、校正に用いた標準試料片の
形状や測定誤差等を考慮して
【数8】
・・・(8)
あるいは
【数9】
・・・(8)’
とおく。ただし、εは誤差を表し、ε=0であれば、当
然式(1)が成立する。
然式(1)が成立する。
【0015】このとき、式(6)と式(7)は、
【数10】
・・・(9)
【数11】
・・・(10)
となるので、
【数12】
・・・(11)
【数13】
・・・(12)
と近似し、式(9)と式(10)の差を計算すれば、
【数14】
・・・(13)
を得る。
【0016】ここで、
【数15】
・・・(14)
とおき、更に
【数16】
・・・(15)
と近似すれば、結局、
【数17】
・・・(16)
を得る。
【0017】そして、上式を2回積分すれば、
【数18】
・・・(17)
となり、式(14)を代入して、f(χ)について解け
ば、
ば、
【数19】
・・・(18)
となる。ただし、積分定数C1 およびC2 はここでは求
められていないが、それらは検出器取付台と被測定物の
平均的な距離および傾きを表し、被測定物の表面形状に
は直接影響しないので、ここでは無視して考えることが
できる。
められていないが、それらは検出器取付台と被測定物の
平均的な距離および傾きを表し、被測定物の表面形状に
は直接影響しないので、ここでは無視して考えることが
できる。
【0018】従って、測定誤差が零であれば、測定値μ
A(χ) ,μB(χ) ,μC(χ),を用いて、形状f
(χ)を計算することができる。しかし、実際には誤差
εを完全に零にすることはできないから、使用可能な範
囲を制限する必要が生ずる。すなわち、ここで対象とす
る形状f(χ)の凹凸に対して、
A(χ) ,μB(χ) ,μC(χ),を用いて、形状f
(χ)を計算することができる。しかし、実際には誤差
εを完全に零にすることはできないから、使用可能な範
囲を制限する必要が生ずる。すなわち、ここで対象とす
る形状f(χ)の凹凸に対して、
【数20】
となるように、測定誤差は設定されていなくてはならな
い。ただし「χmax 」は測定領域の最大値を示す。
い。ただし「χmax 」は測定領域の最大値を示す。
【0019】この関係を更に具体的に説明する。例え
ば、3つの変位検出器を校正する場合に使用する標準試
料片が、図4に示すような凹面であったとする。中央部
の凹部がεだけ湾曲した球面の一部であったとすると、
校正した結果は、式(8)’ で現される。ここに、 ε=0.01μm h=5mm χmax =20mm とすれば、
ば、3つの変位検出器を校正する場合に使用する標準試
料片が、図4に示すような凹面であったとする。中央部
の凹部がεだけ湾曲した球面の一部であったとすると、
校正した結果は、式(8)’ で現される。ここに、 ε=0.01μm h=5mm χmax =20mm とすれば、
【数21】
となる。
【0020】従って、被測定物の表面形状f(χ)の結
果に0.64μmの誤差が重畳されるので、この値が無
視できるくらいの凹凸が表面形状としてある場合に本手
法が有効になる。間隔hの3つの変位検出器を同時に校
正可能な標準試料片の大きさは、幅で2hもあれば十分
であるので、上記数値例の場合、10mm程度であり、
この表面の平坦度を0.01μm程度に仕上げるのは、
さほど困難ではない。更に安価に、精度を上げる工夫と
しては次の方法がある。
果に0.64μmの誤差が重畳されるので、この値が無
視できるくらいの凹凸が表面形状としてある場合に本手
法が有効になる。間隔hの3つの変位検出器を同時に校
正可能な標準試料片の大きさは、幅で2hもあれば十分
であるので、上記数値例の場合、10mm程度であり、
この表面の平坦度を0.01μm程度に仕上げるのは、
さほど困難ではない。更に安価に、精度を上げる工夫と
しては次の方法がある。
【0021】すなわち、図5に示すように、2個のペア
になった試料片で校正することである。この試料片はレ
ンズの磨き工程で使用される擦り合わせによって作られ
ている。一般的に凹と凸の組み合わせになり、その量は
不明であるが、同じになっているのが特徴である。従っ
て、図2で説明した校正の場合、図5に示すペアの標準
試料片でそれぞれ校正し、その平均をとれば、正確な
値、誤差の少ない校正結果が得られるわけである。
になった試料片で校正することである。この試料片はレ
ンズの磨き工程で使用される擦り合わせによって作られ
ている。一般的に凹と凸の組み合わせになり、その量は
不明であるが、同じになっているのが特徴である。従っ
て、図2で説明した校正の場合、図5に示すペアの標準
試料片でそれぞれ校正し、その平均をとれば、正確な
値、誤差の少ない校正結果が得られるわけである。
【0022】図6に示す標準試料片1において、
【数22】
と校正し、標準試料片2で
【数23】
と校正する。
【0023】ε1 =ε2
であるので、両者の和をとれば、
【数24】
の関係が得られる。
【0024】つまり、
【数25】
とすることにより、正確な校正が可能になる。
【0025】また、このような標準試料片は加工が簡単
であるので、安価に入手可能である利点もある。
であるので、安価に入手可能である利点もある。
【0026】また、以上の結果を式(5)に代入すれ
ば、同様、案内面の形状も求めることができる。ただ
し、「SC 」は求められていないが、これは定数項であ
り、検出器取付台と被測定物の平均的な距離を表し、被
測定物の表面形状には直接影響しないので、無視して考
えることができる。
ば、同様、案内面の形状も求めることができる。ただ
し、「SC 」は求められていないが、これは定数項であ
り、検出器取付台と被測定物の平均的な距離を表し、被
測定物の表面形状には直接影響しないので、無視して考
えることができる。
【0027】形状f(χ)が求められれば、公知の技術
である最小領域法等により真直度は容易に求めることが
できる。
である最小領域法等により真直度は容易に求めることが
できる。
【0028】また、これまでの説明では、3つの変位検
出器を等間隔で配置すると説明したが、厳密に等間隔で
配置する必要は必ずしもなくてもよい。この場合、演算
式が多少複雑になるだけである。
出器を等間隔で配置すると説明したが、厳密に等間隔で
配置する必要は必ずしもなくてもよい。この場合、演算
式が多少複雑になるだけである。
【0029】さらに、以上の説明では、被測定物を固定
し、検出器取付台を移動する場合で説明したが、これに
限定されるものではなく、検出器取付台を固定し被測定
物を検出器取付台に沿って移動してもよい。この場合、
検出器取付台の案内面の形状は被測定物の案内面の形状
となる。
し、検出器取付台を移動する場合で説明したが、これに
限定されるものではなく、検出器取付台を固定し被測定
物を検出器取付台に沿って移動してもよい。この場合、
検出器取付台の案内面の形状は被測定物の案内面の形状
となる。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、検出器取付台に3つの変位検出器を取り付
け、所定の平坦度を有する標準試料片、あるいは擦り合
わせ法により製作したペアの標準試料片で校正すること
により、従来の3点法において発生する取付け誤差を消
去できるから、精度の高い真直度の測定が可能になる。
によれば、検出器取付台に3つの変位検出器を取り付
け、所定の平坦度を有する標準試料片、あるいは擦り合
わせ法により製作したペアの標準試料片で校正すること
により、従来の3点法において発生する取付け誤差を消
去できるから、精度の高い真直度の測定が可能になる。
【図1】本発明による真直度測定法の概念図である。
【図2】本発明による変位検出器の校正手順の説明図で
ある。
ある。
【図3】設置台の相対位置を変化させる場合の説明図で
ある。
ある。
【図4】標準試料片が凹面である場合の説明図である。
【図5】ペアになった標準試料片を用いる校正の説明図
である。
である。
A 変位検出器
B 変位検出器
C 変位検出器
(1) 設置台
(2) 設置台
1 標準試料片
2 標準試料片
Claims (4)
- 【請求項1】 検出器取付台及び被測定物の何れか一方
を案内面に沿って移動させ、前記検出器取付台と被測定
物の間の幾何学的関係を測定し、得られたデータ列から
被測定物表面の真直度を求める真直度測定法において、 前記検出器取付台に前記被測定物表面とのギャップを測
定するための3個の変位検出器を前記案内面に沿って所
定の間隔で設置するとともに、所定の標準試料片で前記
3個の変位検出器を校正した後、前記検出器取付台また
は前記被測定物を移動して所定移動量ごとに前記変位検
出器により被測定物を一斉に測定し、測定開始位置から
測定終了時までの間に得られたデータ列からの演算によ
り、前記検出器取付台または前記被測定物移動時の運動
誤差の影響を受けることなく前記被測定物の真直度を求
めることを特徴とする真直度測定法。 - 【請求項2】 前記標準試料片により3個の前記変位検
出器の校正を行う場合、平面度のよい標準試料片を用い
て、前記各変位検出器の出力と前記被測定物表面とのギ
ャップとの関係を線形化するとともに、その勾配を同一
とし、かつ所定のギャップにおいて前記変位検出器の
内、左右の検出器の出力の平均値が中央の検出器の出力
となるように校正することを特徴とする請求項1記載の
真直度測定法。 - 【請求項3】 前記標準試料片により3個の前記変位検
出器の校正を行う場合、形状の凹凸が対応する一組の標
準試料片を用い、前記各変位検出器の出力と前記被測定
物表面とのギャップとの関係を線形化するとともに、そ
の勾配を同一とし、かつ前記一組の標準試料片における
所定ギャップでの左右の変位検出器の出力の平均値が中
央の検出器の出力となるように校正値を求め、前記各校
正値の平均値が前記各変位検出器の出力となるように設
定することにより、標準試料片の形状による校正の誤差
を抑制することを特徴とする請求項1記載の真直度測定
法。 - 【請求項4】 前記標準試料片は、擦り合わせることに
より凹と凸が対応するように作られた一組の標準試料片
であることを特徴とする請求項3記載の真直度測定法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002052552A JP2003254747A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 真直度測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002052552A JP2003254747A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 真直度測定法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003254747A true JP2003254747A (ja) | 2003-09-10 |
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ID=28664216
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002052552A Pending JP2003254747A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 真直度測定法 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003254747A (ja) |
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