JP2004219368A - 表面性状測定機の平行度誤差補正回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、コンピュータで平行度補正プログラムを実行させる必要がなく、コンピュータの性能の優劣に拘わらず即時的に平行度誤差を補正できる表面性状測定機の平行度誤差補正回路を提供することにある。
【解決手段】被測定物を基準方向に載置する載置台と、被測定物の表面性状を測定する検出器と、基準方向に略平行な方向へ検出器を駆動する駆動機構と、駆動機構における検出器の駆動量を検出する駆動量検出器とを備えた表面性状測定機の、基準方向と駆動方向との平行度誤差を補正する平行度誤差補正回路において、平行度誤差を記憶する平行度誤差記憶回路と、検出器駆動量と平行度誤差とを乗算して平行度誤差補正量を算出する乗算器と、平行度誤差補正量と検出器出力とを加算して、平行度誤差補正済の被測定物の測定データを出力する加算器とを備えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真円度測定機、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、三次元座標測定機などに代表される表面性状測定機の検出器駆動機構の傾斜補正回路に関し、特にワークを載置台の基準方向に載置した際の基準方向と検出器の相対駆動方向との平行度誤差を補正する表面性状測定機の平行度誤差補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真円度測定機、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機などの表面性状測定機に用いられる検出器は、ワーク表面直交方向に揺動可能なレバー先端に接触子を設けた構造のものが多く用いられ、この接触子をワーク表面に当接させた状態で検出器をワークの表面方向に駆動・走査してデータを収集することによって測定データを得て、ワークの表面性状解析や座標あるいは寸法の測定を行う。
ところがこの測定データ収集に際して、ワークが載置されたテーブルの基準方向と、検出器の駆動・走査方向との間に平行度誤差が存在すると、その平行度誤差が測定データに重畳されるため、正確な測定データ収集を行うことができない。
【０００３】
例えば、図３は真円度測定機１０を示すが、この真円度測定機１０において、検出器５の駆動方向Ｃと回転テーブル７の回転軸心方向Ｗが平行でない場合は、検出器５による測定データには平行度誤差が含まれることになる。
真円度測定機１０の構成概略を説明すると、まず、基台１の一端にコラム２が立設されており、そのコラム２に沿ってＺ軸スライダ３（駆動機構）がＺ軸方向に昇降する。このＺ軸スライダ３の昇降位置は、図示しないスケール９（駆動量検出器）によって検出される。このＺ軸スライダ３には、Ｘ軸に平行なＲ軸方向（＝Ｘ軸方向）へスライド可能なＲ軸スライダ４が保持されている。このＲ軸スライダ４の先端には検出器５が保持されており、この検出器５はスタイラスＳ先端部（接触子）のＸ軸方向の変位をデータとして出力する。
【０００４】
従って、Ｚ軸スライダ３をＺ軸方向に昇降させれば、それに伴って検出器５もＺ軸方向へ昇降される。この時、コラム２の立設方向を正確にＺ軸方向に一致させることが加工精度の点から難しいため、Ｚ軸スライダ３の昇降方向Ｃ（＝検出器５の昇降方向：駆動方向）は、厳密にはＺ軸方向と一致しない。
一方、基台１の他端には回転テーブル７（載置台）が設置されており、その回転テーブル７の上面はワーク８を載置可能となっている。ワーク８は、その軸心（測定方向）が回転テーブル７の回転軸心Ｗ（基準方向）に一致するように載置されるので、ワーク８は、回転テーブル７の回転軸心Ｗを回転中心として回転する。
【０００５】
この時、スタイラスＳの接触子がワーク８の例えば外側面に接触していれば、検出器５は、このワーク８の回転軸心Ｗに直交する断面におけるワーク外周データを出力することになるので、このワーク外周データに基づいて、ワーク８の真円度や半径などを測定することが出来る。
ここで、回転テーブル７の回転軸心ＷとＺ軸スライダ３の昇降方向Ｃが平行でなく、平行度誤差を有する場合、検出器５の昇降に伴って、検出器５は回転テーブル７の回転軸心Ｗに対して、この平行度誤差の分だけ相対的に接近あるいは離隔する。
【０００６】
この状態で、Ｚ軸スライダ３を昇降させて、Ｚ軸方向に異なる位置でワーク外周データを収集すると、ワーク半径が異なることになって、測定に不具合を生じるという問題点がある。
あるいは、ワーク８を回転させずに、検出器５を昇降させることによって、ワーク８外側面あるいは内側面のＺ軸方向の測定が可能であるが、この場合も、検出器５の昇降に伴って、検出器５は回転テーブル７の回転軸心Ｗに対して、平行度誤差の分だけ相対的に接近あるいは離隔するために、ワーク８側面のＺ軸方向の測定が正確に行えないという問題点がある。
回転テーブル７の回転軸心ＷとＺ軸スライダ３の昇降方向Ｃとの平行度誤差を測定する方法は既に提案されており、例えば回転テーブル７上にワーク８に代えて、円筒度が許容範囲にあるように予め加工された円筒マスターを載置し、この円筒マスターの外側面を、検出器５を昇降しながら測定してその測定結果から平行度誤差を求めるものがある（例えば特許文献１など）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１９６４１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして、回転テーブル７の回転軸心ＷとＺ軸スライダ３の昇降方向Ｃとの平行度誤差を測定できたとしても、実際の測定において検出器５が出力するデータを即時処理して平行度誤差を補正する方法は提供されていなかった。
例えば、回転テーブル７上へのワーク８の載置にあたって、回転軸心Ｗとワーク８の軸心を一致させる必要から、スタイラスＳの接触子をワーク８の各所へ接触させて検出器５の出力を確認しながらワーク８の載置位置を微調整する必要がある。
【０００９】
この微調整作業は、検出器５の出力を表示器で確認しながら試行錯誤的に行われるが、この表示器へ表示される検出器５出力は、平行度誤差が補正されている必要がある。さらに、この微調整作業の能率化のためには、ワーク８の微調整に応じて、その結果がただちに表示器に反映される必要があり、検出器５出力に対する平行度誤差の補正を即時的に行う必要がある。（例えば、微調整の結果が、０．５秒後に表示器に表示されるようでは、作業の能率が大幅に低下する。）
【００１０】
ところが、従来技術においては、検出器５の出力を一旦、コンピュータやマイクロプロセッサに取り込み、平行度誤差補正プログラムを実行させて検出器５出力の平行度誤差を補正し、その補正結果を表示器へ出力するという構成がとられていたために、即時的に平行度誤差を補正して表示器へ出力したい場合は、毎秒あたり数十回〜１００回以上の平行度誤差補正プログラム実行を行わなければならず、コンピュータやマイクロプロセッサに過大な性能が要求される原因となっていた。
【００１１】
本願発明は、このような問題を解決するために、コンピュータやマイクロプロセッサで平行度誤差補正プログラムを実行させる必要がなく、コンピュータやマイクロプロセッサの性能の優劣に拘わらず即時的に平行度誤差を補正できる表面性状測定機の平行度誤差補正回路を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明にかかる表面性状測定機の平行度誤差補正回路は、被測定物の測定方向と載置台の基準方向とを一致させて該被測定物を載置する該載置台と、前記被測定物の表面性状を測定する検出器と、前記基準方向に略平行な駆動方向へ前記検出器を前記被測定物に対して相対駆動する駆動機構と、前記駆動機構における前記検出器の相対駆動量を検出する駆動量検出器とを備えた表面性状測定機の、前記基準方向と前記駆動方向との平行度誤差を補正する平行度誤差補正回路において、前記平行度誤差を記憶する平行度誤差記憶回路と、前記駆動量検出器の出力と前記平行度誤差記憶回路に記憶された前記平行度誤差とを乗算して平行度誤差補正量を算出する乗算器と、前記平行度誤差補正量と前記検出器の出力とを加算して、平行度誤差補正済の前記被測定物の測定データを出力する加算器と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、被測定物の測定方向と載置台の基準方向とを一致させて該被測定物を載置するとは、被測定物回転型の真円度測定機の回転テーブルの回転軸心に被測定物の軸心が一致するように被測定物を載置したり、検出器回転型の真円度測定機の固定テーブルに、被測定物の軸心が検出器回転機構の軸心に一致するように被測定物を載置する、あるいは、直動テーブルの直動方向である基準方向に被測定物の測定方向を一致させて載置するなど、をいい、必ずしも基準方向は、回転軸心である必要はない。
【００１４】
この発明によれば、検出器から出力されたデータに対して、駆動量検出器の出力に平行度誤差を乗算してその駆動位置に応じた平行度誤差補正量を算出し、その駆動位置に応じた平行度誤差補正量を加算するので、ただちに平行度誤差が補正される。このため、コンピュータやマイクロプロセッサの性能の優劣に拘わらず即時的に平行度誤差を補正できるので、表面性状測定機を廉価に構成することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記平行度誤差補正済の前記被測定物の前記測定データを表示する表示器をさらに備えることが好ましい。
この発明によれば、平行度誤差補正済の被測定物の測定データを即時的（リアルタイム）に表示器に表示できるので、載置台への被測定物載置にあたって、載置台の基準方向と被測定物の測定方向とを一致させる微調整作業が極めて容易になる。
【００１６】
さらに、本発明は、前記検出器から出力される信号はアナログ量であり、前記加算器はアナログ加算器であることが好ましい。
この発明によれば、微小変位を検出可能な電気マイクロやインダクタンス式検出器などのアナログ量を出力する検出器の出力に対して平行度誤差を補正することが容易に行える。
【００１７】
また、この発明は、前記乗算器は、前記平行度誤差と前記駆動量検出器から出力されるデジタル量とを乗算するデジタル乗算器であって、このデジタル乗算器の出力をアナログ量に変換するアナログ変換器をさらに備えることが好ましい。この発明によれば、駆動量検出器としてリニヤスケールのように変位量がデジタル量で出力される検出器を用いる際に、平行度誤差がデジタル乗算され、その結果がアナログ量に変換されるので、アナログ形検出器の平行度誤差補正が容易になる。一般に表面性状を測定する検出器は、高分解能・高精度であることから、その測定範囲が狭く制限されることが多く、最小分解能と測定範囲との比率を示すダイナミックレンジは必ずしも大きくなく、アナログ形の検出器が用いられることが多い。これに対して、検出器を駆動する駆動機構は、被測定物の全域に渡って駆動可能とする必要があることから、測定範囲を大きくしたい場合が多く、駆動量検出器としてはリニヤスケールなどのデジタル形のダイナミックレンジの大きな検出器が用いられる。このような構成において、本発明によって平行度誤差補正が極めて容易に行える。
【００１８】
さらに、この発明は、前記駆動量検出器の出力をリセットするリセット回路をさらに備えることが好ましい。
この発明によれば、載置台の基準方向において、任意位置で駆動量検出器の出力をリセットしてゼロ出力とすることが可能となる。つまり、駆動量検出器がリセットされた位置においては、算出された平行度誤差補正量はゼロとなるので、この発明によって平行度誤差補正原点を任意設定可能となる。例えば、設計上の被測定物原点がわかっている場合は、その位置を平行度誤差補正原点とすることが出来るので、設計データと測定データとの対応付けが容易に行える。
【００１９】
また、この発明は、前記駆動量検出器は前記被測定物と前記検出器の相対駆動量の絶対値を検出することが好ましい。
この発明によれば、例えば載置台の載置面を常に駆動量検出原点とすることができるので、駆動量検出結果に間違いを生じる恐れが解消でき、測定の信頼度を向上することができる。
さらに、この発明は、前記表面性状測定機は、前記検出器を前記被測定物に対して相対回転可能な回転機構を備えた真円度測定機であり、前記基準方向は、前記回転機構の回転軸心方向であることが好ましい。
【００２０】
ここで、前記検出器を前記被測定物に対して相対回転可能とは、検出器に対して被測定物が、その軸を回転中心として回転する場合と、被測定物は固定載置され、その周囲を検出器が回転する場合のいずれをも含むものである。
この発明によれば、真円度測定機の検出器の相対回転軸心と被測定物の軸心が一致され、検出器を駆動方向に駆動して被測定物の表面を測定する場合に、検出器の相対回転軸心方向と駆動方向との平行度誤差が即時的に補正されるので、被測定物の載置台への載置作業が容易になるほか、被測定物の円筒度測定や半径値などの寸法測定、被測定物の外形あるいは内形などの幾何形状測定における計算処理速度を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる表面性状測定機の平行度誤差補正回路２０のブロック図を示し、表面性状測定機は図３に示す真円度測定機１０と同一である。
【００２２】
検出器５は電気マイクロ又はインダクタンス式検出器で、アナログ形の検出器である。この検出器５はインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２１に接続され、同期検波などの信号波形処理が行われて、インターフェイス２１からは検出器５の検出量に応じて直流電圧レベルのアナログ量が出力される。この電圧レベルが検出量を示す。インターフェイス２１にはゲイン設定回路２９の出力が接続されており、ゲインが決定される。例えば、インターフェイス２１の出力が、ＤＣ５Ｖの時、検出器は５ｍｍの変位を示すようなゲイン設定（ＤＣ５Ｖ／５ｍｍ）の他、同ＤＣ５Ｖ／０．５ｍｍ、同ＤＣ５Ｖ／０．０５ｍｍのようなゲイン切換えが可能である。
【００２３】
スケール９はＺ軸スライダ３の昇降位置を検出し、リニヤスケールが用いられる。このスケール９はインクリメンタル式であるので、スケール９の出力はカウンタ２４で計数・積算される。このカウンタ２４の出力最小分解能は通常は固定とされ、ゲイン切換えなどは行わない。例えば、１カウント／１０μｍである。このカウンタ２４にはリセット回路２５が接続され、カウンタ２４の計数値を任意位置でリセット可能である。カウンタ２４がリセットされると、その出力はゼロとなる。
【００２４】
メモリー２６（平行度誤差記憶回路）には平行度誤差の値が記憶されており、例えば、２０μｍ／１００ｍｍに相当する値が記憶されている。このメモリー２６に記憶された平行度誤差は乗算器２７によって、カウンタ２４の出力と乗算されて平行度誤差補正量Δｘが算出される。この乗算器２７はデジタル量とデジタル量を乗算してデジタル量を出力するデジタル乗算器である。
【００２５】
例えば、平行度誤差が２０μｍ／１００ｍｍで、カウンタ２４の出力が５０ｍｍであれば、平行度誤差補正量Δｘは、１０μｍとなる。乗算器２７の出力である平行度誤差補正量Δｘは、Ｄ／Ａ変換器２８へ入力されてアナログ量に変換される。このＤ／Ａ変換器２８はゲイン設定回路２９の出力が接続されており、インターフェイス２１に設定されたゲインに応じて平行度誤差補正量Δｘを直流電圧に変換して出力する。
例えば、インターフェイス２１出力が、ＤＣ５Ｖ／０．５ｍｍとなるゲイン設定では、１０μｍの平行度誤差補正量Δｘは、ＤＣ０．１Ｖとなる。
【００２６】
加算器２２において、インターフェイス２１の出力とＤ／Ａ変換器２８の出力が加算され、検出器５の検出量に対して平行度誤差が補正されて測定データが算出される。
この測定データは表示器２３で表示される。この表示器２３はアナログ電圧を指針表示するアナログ表示器であるので、測定データの値が指針で表示される。そのため、測定データの増減が直感的にわかる。この測定データは、真円度測定機の図示しないデータ処理装置へ入力されて所定のデータ処理が行われる。
【００２７】
乗算器２７から出力される平行度誤差補正値は、Ｚ軸スライダ３の位置に応じて変化する値であり、変化の様子を図２に示す。横軸ＺはＺ軸スライダ３の駆動量（昇降位置）を示し、縦軸Δｘは、この昇降位置に対応する平行度誤差補正量を示す。例えば、昇降位置がｚ１の時、平行度誤差補正量はΔｘ１となる。
このように本発明によれば、Ｚ軸スライダ３の昇降位置に応じた平行度誤差補正量Δｘが算出されて検出器５出力（検出量）に加算され、平行度誤差補正済の測定データが即時的に出力され、その値が指針式の表示器で表示される。
【００２８】
従って、載置台への被測定物載置にあたって、載置台の基準方向と被測定物の測定方向とを一致させる微調整作業が極めて容易に行える。また、平行度誤差補正済の測定データを即時的に得ることができるので、データ処理装置における被測定物の真円度測定・円筒度測定や、半径値などの寸法測定、さらには被測定物の外形あるいは内形などの幾何形状測定の計算処理速度を向上させることができる。さらにデータ処理装置に用いるコンピュータやマイクロプロセッサには、過大な性能を必要としないため、真円度測定機を全体として廉価に構成することができる。
しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
例えば、表示器２３は指針式アナログ表示器を示したが、測定データのデジタル表示を併用するものであっても良く、さらに測定データのデジタル表示のみを行うもの（例えばデジタルマルチメータ）、あるいはバーグラフ表示されるものでも良い。
また、検出器５はアナログ形検出器のみを示したが、デジタル形検出器でも良く、その場合は、加算器をデジタル加算器とすれば良い。
【００３０】
さらに、Ｚ軸スライダ３の駆動量を検出するスケールはデジタル式のみを示したが、アナログ式であっても良い。このように、検出器、スケール、平行度誤差の値そのものは、デジタル量でもアナログ量でも良く、平行度誤差補正量Δｘ算出を行う乗算器や検出器出力の平行度誤差補正を行う加算器は、それらに応じて、アナログ式あるいはデジタル式を用いることが可能で、必要に応じて各値に対してＤ／Ａ変換あるいはＡ／Ｄ変換を施せば良い。
また、検出器５やスケール９の出力は有線接続とされる例を示したが、無線接続であっても良い。
【００３１】
さらに、インターフェイス２１やカウンタ２４の出力に対して、出力値をシフトさせるオフセットを加算するためのオフセット回路あるいは出力を任意値にプリセットするプリセット回路を設けても良い。
また、スケール９はインクリメンタル式（相対式）のリニヤスケールを示したが、アブソリュート形（絶対形）であっても良く、要は、Ｚ軸スライダ３の昇降位置（駆動量）を検出できればよい。
【００３２】
さらに、表面性状測定機として真円度測定機の場合を示したが、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、画像測定機、三次元測定機などでも良く、要は被測定物の表面粗さ、うねり、輪郭、形状、寸法、座標などの表面性状を測定する測定機において、平行度誤差を補正する必要のある場合には、本発明を実施できる。
また、載置台の基準方向は、載置台上のワーク載置面に沿う方向であっても良い。
【００３３】
さらに、Ｚ軸スライダ３の駆動は、手動駆動あるいは、モータ駆動のいずれであってもよい。
また、検出器５は触針式に限らず、非接触式の検出器の他、振動式プローブ、倣いプローブ、画像プローブなどでも良く、検出器の測定原理に拘わりなく本発明を実施できる。
さらに、本発明の平行度誤差補正回路は、各種の半導体技術を用いて集積化してもよく、実施形態においては、各回路が個別に構成されるものとして説明したが、例えば乗算器２７とＤ／Ａ変換器２８を一体として構成してもよく、任意の回路ブロックを複合化しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる表面性状測定機の平行度誤差補正回路によれば、検出器出力に対して即時的な平行度誤差補正を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる表面性状測定機の平行度誤差補正回路のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる平行度誤差補正量の説明図である。
【図３】従来技術による真円度測定機の説明図である。
【符号の説明】
３ Ｚ軸スライダ
５ 検出器
７ 回転テーブル
８ 被測定物
１０ 真円度測定機
２２ 加算器
２７ 乗算器
２３ 表示器
Ｃ 検出器の駆動方向
Ｗ 回転テーブルの回転軸心方向（基準方向）

Claims (7)

1. 被測定物の測定方向と載置台の基準方向とを一致させて該被測定物を載置する該載置台と、前記被測定物の表面性状を測定する検出器と、前記基準方向に略平行な駆動方向へ前記検出器を前記被測定物に対して相対駆動する駆動機構と、前記駆動機構における前記検出器の相対駆動量を検出する駆動量検出器とを備えた表面性状測定機の、前記基準方向と前記駆動方向との平行度誤差を補正する平行度誤差補正回路において、
   前記平行度誤差を記憶する平行度誤差記憶回路と、
   前記駆動量検出器の出力と前記平行度誤差記憶回路に記憶された前記平行度誤差とを乗算して平行度誤差補正量を算出する乗算器と、
   前記平行度誤差補正量と前記検出器の出力とを加算して、平行度誤差補正済の前記被測定物の測定データを出力する加算器と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
2. 前記平行度誤差補正済の前記被測定物の前記測定データを表示する表示器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
3. 前記検出器から出力される信号はアナログ量であり、前記加算器はアナログ加算器であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
4. 前記乗算器は、前記平行度誤差と前記駆動量検出器から出力されるデジタル量とを乗算するデジタル乗算器であって、このデジタル乗算器の出力をアナログ量に変換するアナログ変換器をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
5. 前記駆動量検出器の出力をリセットするリセット回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
6. 前記駆動量検出器は前記被測定物と前記検出器の相対駆動量の絶対値を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。
7. 前記表面性状測定機は、前記検出器を前記被測定物に対して相対回転可能な回転機構を備えた真円度測定機であり、前記基準方向は、前記回転機構の回転軸心方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表面性状測定機の平行度誤差補正回路。

Images