JP2005037355A - 幅測定方法および表面性状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、ワークに対する検出器の相対姿勢および相対走査方向の自由度を向上させ、任意のワーク表面に対して、精度の高い走査を行うことが可能な表面性状測定機を提供するとともに、円筒などの内径値や外径値（直径値）について精度よく正確かつ容易な測定方法を提供する。
【解決手段】 ワークを回転可能に載置する回転テーブルと、該回転テーブルの回転軸心と平行なＺ軸方向に移動可能なＺ軸スライダと、該Ｚ軸スライダに保持され、前記回転軸心に直交するＸ軸方向に進退可能とされたＸ軸スライダと、該Ｘ軸スライダに保持され、Ｘ軸に平行な中心線Ａを中心として回転可能な第１アームと、該第１アームに保持され、Ｘ軸に直交する方向に進退可能とされた第２アームと、該第２アームに保持され、前記被測定物の表面性状を測定する検出器とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面性状測定機による幅測定方法に関し、特に測定姿勢変更可能な検出器を備えた表面性状測定機により被測定物の幅の測定を行う幅測定方法に関する。

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触針を設けた構造のものが多く用いられ、この触針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。

ところがこの構造の検出器は、揺動方向（表面粗さ測定機や輪郭形状測定機では上下方向のZ軸方向、真円度測定機では前後方向のX軸方向）の凹凸を検出する１軸検出器であるために、揺動方向の凹凸検出では極めて精度が高いが、揺動直交方向（ワーク表面方向）のワーク表面データを精度良く得ることが難しく、例えばワーク端部（ワークの角部で、通常は９０°の角度をなす場合が多い）などの形状特徴点部位を直接的に検出することが困難であり、特にワーク表面に設けられた溝などの凹部の幅や凸部の幅を正確に求めることは困難であった。（例えば、特許文献１など）
また、ワークに対する検出器の相対姿勢および相対走査方向に制約があったため、任意のワーク表面に対して、精度の高い走査を行うことが出来なかった。
さらに、測定可能領域が、測定機の各部構造部材とワークとの干渉によって制限されるために、必ずしもワークの任意箇所の測定が行えないという問題点があった。

特開平２００１−３４３２２８号公報

その結果、精度の高い測定を行う必要がある場合は、表面性状測定機によるワーク表面の輪郭や真円度の測定とは別に、異なる専用測定機などにワークをセットしなおしてこれらの幅測定や直径測定などを別個に行う必要があり、その分、測定段取りや測定時間が増加し、ワーク測定全体として測定能率の低下を招いていた。

本願発明は、このような問題を解決するために、ワークに対する検出器の相対走査方向や測定可能領域の制限を緩和できる表面性状測定機および、その表面性状測定機を用いた幅測定方法を提供する。

前記目的を達成するために、本発明に係る表面性状測定機は、被測定物を回転可能に載置する回転テーブルと、前記回転テーブルの回転軸心と平行なＺ軸方向に移動可能なＺ軸スライダと、前記Ｚ軸スライダに保持され、前記回転軸心に直交するＸ軸方向に進退可能とされたＸ軸スライダと、前記Ｘ軸スライダに保持され、前記Ｘ軸に平行な中心線Ａを中心として回転可能な第１アームと、前記第１アームに保持され、前記Ｘ軸に直交する方向に進退可能とされた第２アームと、前記第２アームに保持され、前記被測定物の表面性状を測定する検出器と、を備えたことを特徴とする。

ここで、第２アームは、必ずしもＸ軸に直交する方向でなくても良く、Ｘ軸直交面に傾斜する方向に進退可能とされていても良い。
また、Ｚ軸スライダの移動量、Ｘ軸スライダの進退量、第１アームの回転量、第２アームの進退量は、それぞれ測定可能とされることが好ましい。
この発明によれば、ワークに対する検出器の相対姿勢および相対走査方向の自由度が向上するため、任意のワーク表面に対して、精度の高い走査を行うことが出来る。
さらに、測定機の各部構造部材とワークとの干渉を回避できるので、測定可能領域が広がり、ワークの任意箇所の測定を行うことが出来る。

さらに、本発明に係る表面性状測定機は、前記検出器は、前記第２アームの進退方向に平行な中心線Ｂを中心として回転可能に保持されたことを特徴とする。
ここで、中心線Ｂは、Ｘ軸に対して直交していることが好ましいが、必ずしも直交でなくとも良い。また、検出器の中心線Ｂを中心とした回転量は、測定可能とされることが好ましい。
また、検出器の検出方向（ワークの凹凸を検出する方向）に略直交し、先端に測定子を備えたスタイラスの軸は、中心線Ｂと略平行であることが好ましい。これによって、検出器が回転された場合でもスタイラスの傾きが変化することを防ぐことができる。
この発明によれば、検出器が回転可能に保持されるため、検出器の検出方向を任意の方向に向けることが出来るので、測定の精度と自由度が向上する。

また、本発明に係る幅測定方法は、前記検出器によって前記被測定物の第１表面上を走査して第１測定データを得る第１測定工程と、前記検出器によって前記被測定物の第２表面上を走査して第２測定データを得る第２測定工程と、前記第１測定データと前記第２測定データに基づいて幅演算処理を行って幅データを得る幅演算工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、第１表面と第２表面は相対する位置関係にあり、例えば、直立円筒内径の左側内側面と右側内側面、直立円柱の左側外側面と右側外側面、水平鍔部の上面と下面などである。
また、第１測定工程における測定の後、検出器は例えばＺ軸スライダ移動、Ｘ軸スライダ進退、第２アーム進退などによって移動させられ、その後、第２測定工程において測定が行われる。さらに、第１測定工程における検出器姿勢と、第２測定工程における検出器姿勢は同一である必要はなく、例えば、第１アームの回転、第２アームに対する検出器の回転によって、姿勢が変更されても良い。

この発明によれば、例えば、直立円柱の左側外側面と右側外側面をそれぞれＺ軸方向あるいは、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸方向など、種々の方向に走査して測定を行えるので、測定の自由度が向上する。
また、本発明に係る幅測定方法は、前記幅演算工程において、前記第１測定データと前記第２測定データの各々から最大値又は最小値を求め、それらの最大値又は最小値に基づいて前記被測定物の直径値を幅データとすることを特徴とする。
この発明によれば、例えば直立円柱の右側外側面を測定した第１測定データから求めた最大値と、左側外側面を測定した第２測定データから求めた最小値との差から、円柱の直径値を求めることが容易に出来る。

また、本発明に係る幅測定方法は、前記検出器を校正する校正工程と、前記検出器によって前記被測定物の表面上を走査して測定データを得る測定工程と、前記測定データから最大値又は最小値を求め、その最大値又は最小値に基づいて前記被測定物の直径値を幅データとする幅演算工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、検出器の校正とは、検出器の測定子の座標値を校正することをいい、例えば、Ｘ軸方向については、測定子が回転テーブルの軸心位置を測定する場合において、Ｘ軸の座標値がゼロとなるように検出器を校正する。
この発明によれば、座標値校正済の検出器によって、例えば円柱右側外側面をＹ軸方向に走査して測定データを得た後、その測定データから最大値を求めれば、半径値が直ちに求まるので、その半径値を２倍して直径値とすることができ、幅寸法測定が極めて容易に行える。

本発明にかかる幅測定方法によれば、円筒などの内径値や外径値（直径値）について精度よく正確かつ容易に測定が行えるという効果を奏する。
また、本発明にかかる表面性状測定機によれば、ワークに対する検出器の相対姿勢および相対走査方向の自由度が向上するため、任意のワーク表面に対して、精度の高い走査を行うことが出来る他、測定機の各部構造部材とワークとの干渉を回避できるので、測定可能領域が広がり、ワークの任意箇所の測定を行うことが出来るという効果を奏する。

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には本発明の実施例１にかかる真円度測定機１の概略構成を示す。
同図に示す真円度測定機１は、ベース２の上部一端側に、ワークＷを回転可能に載置し、軸心Ｃを中心として回転する回転テーブル１０が備えられている。
また、ベース２の上部他端側には垂直に立設された支柱３を備え、この支柱３に沿ってＺ軸スライダ４が上下方向（Ｚ軸方向）に摺動可能に保持されている。Ｚ軸スライダ４はＸ軸スライダ５を左右方向（Ｘ軸方向）に摺動可能に保持している。

Ｘ軸スライダ５の回転テーブル１０側（図中左端）には第１アーム６が設けられており、この第１アーム６はＸ軸と平行な中心線Ａを中心としてＸ軸スライダ５に対して回転可能に保持されている。さらに第１アーム６は第２アーム７の一端を摺動可能に保持しており、その摺動方向は図１に示す状態おいては上下方向であり、Ｚ軸方向と同一方向である。但し、第１アーム６が図１に示す状態から９０°回転した状態では第１アーム６は水平状態となり、第２アーム７の摺動方向は図１の紙面垂直方向となり、Ｙ軸方向と同一方向になる。

第２アーム７の他端側には検出器本体８が中心線Ｂを中心として回転可能に保持されている。検出器本体８からは先端（図中下端）に球状の触針９を備えた揺動可能なレバーが突出しており、その揺動方向は図１の状態では左右方向（Ｘ軸方向）であり、この状態では触針９はＸ軸方向の凹凸を検出可能である。
この真円度測定機１には触針９を備える検出器の他に、図示しない各種の検出器が設けられており、Ｚ軸スライダ４の移動量（Ｚ軸移動量）、Ｘ軸スライダ５の移動量（Ｘ軸移動量）、第１アーム６の回動量、第２アーム７の移動量、検出器本体８の回動量、回転テーブル１０の回動量が所定の精度で検出される。

また、この真円度測定機１には、Ｚ軸スライダ４を上下方向に移動させるＺ軸駆動機構、Ｘ軸スライダ５を左右方向に移動させるＸ軸駆動機構、第１アーム６を回動させる第１アーム回動機構、第２アーム７を駆動させる第２アーム駆動機構、検出器本体８を回動させる検出器回動機構、回転テーブル１０を回動させる回転テーブル回動機構を備えるが図示を省略する。
図２は真円度測定機１とその制御及びデータ処理を行うコンピュータ１００を含む真円度測定システムのブロック図を示す。

真円度測定機１の各々の駆動機構及び回動機構は駆動増幅器およびＤＡ変換回路を含む制御装置１０１に接続されて所定の位置決め位置、位置決め角度、位置決め速度に制御される。また、各々の検出器によって検出されて出力された各々の移動量及び回動量は入力増幅器およびＡＤ変換回路を含む検出入力装置１０２に接続されて入力処理が行われる。
コンピュータ１００はさらに、各種のデータ処理を行う中央処理装置１０３、データを記憶する記憶装置１０４を含む他、オペレータからの指令を入力するキーボードやマウスあるいはジョイスティック、データ処理結果を出力する表示装置や印刷装置、更には外部機器とのデータ入出力など中央処理装置１０３に対する指令やデータの入出力を行う入出力装置１０５も含む。

この真円度測定機１における通常の測定は手動測定と自動測定が可能である。
手動測定における手順は、まず、第１アーム６、検出器本体８を図１に示す状態に保持し、触針９がワークＷに接触するようにジョイスティックなどによって手動でＸ軸スライダ５をワークＷ方向へ前進させる。触針９（測定子）がワークＷに接触したら、Ｘ軸スライダ５を停止させ、回転テーブル１０を回転させる。そして回転テーブル１０の回転に伴ってワークＷの表面の凹凸に追従した触針９の揺動を検出し、その検出器の出力を検出入力装置１０２から入力する。

そしてデータ収集が終了すると回転テーブル１０の回動を停止し、収集されたデータに各種の処理を施すことによってワークＷの真円度などを演算し、入出力装置１０５の表示装置にその結果を表示する。
また、自動測定を行う場合は、キーボードを使用して作成または外部機器から入力したパートプログラムを中央処理装置１０３で実行する。

このパートプログラムの内容によって各種の測定動作が行えるが、一例として前述の手動測定で示した手順を自動処理させることが可能であり、この場合、オペレータはパートプログラムを指定し、実行を開始させれば、その後は測定途中におけるオペレータ介在は不要になるので、測定能率が向上する。このパートプログラムに、測定するワークに応じた各種の測定動作を前もって記述しておくことにより、各種のワーク測定の自動化が行える。

この真円度測定機１によって、本発明による幅測定を行う場合は、図３のフローチャートに示す手順で測定処理を行うが、この場合、手動測定とパートプログラムによる自動測定のいずれで行っても良い。
まず、ステップ１０で幅測定処理を開始する（Ｓ１０）。
次に、校正基準冶具２０を回転テーブル１０へ載置する。校正基準冶具２０は図４に示すように、直立支柱２１、傾斜支柱２２および基準球２３で構成されており、基準球２３は必要な精度で真球度が保証されている。校正基準冶具２０の回転テーブル１０への載置にあたっては、図示しない位置決め冶具により基準球２３の中心が回転テーブル１０の回転軸心Ｃに一致し、基準球２３の中心座標も所定の値となるように載置される。

その後、第１アーム６及び検出器本体８を回動させると共にＺ軸スライダ４、Ｘ軸スライダ５、第２アーム７を移動させて、検出器本体８と触針９を図４に示すように、第１姿勢（検出器本体８ａと触針９ａ）とする。この姿勢で触針９ａが基準球２３の頂上部位前後を走査するように第２アームを移動させて検出結果を得る。この検出結果は円弧状のデータとなるので、これらのデータを解析して基準球２３の中心を算出する。
ここで、基準球２３の半径と中心座標は既知であるから、触針９の先端半径と、触針９の中心位置が校正されて第１校正工程を終了する（Ｓ２０）。

次に、同様にして触針９を図４に示すように、第２姿勢（検出器本体８ｂと触針９ｂ）として、第１校正工程と同様の校正処理を第２姿勢について行い第２校正工程を終了する（Ｓ３０）。
次に、ワークＷを回転テーブル１０上に載置する。この時、ワークＷの軸心が回転テーブル１０の軸心Ｃに一致するように図示しない心出し機構と水平出し機構によって調整を行う（Ｓ４０）。
測定は、第１測定工程（Ｓ５０）において検出器を第１姿勢に保持し、ワークＷの第１表面Ｗ１を走査して第１測定データを得た後、第２測定工程（Ｓ６０）において検出器を第２姿勢に保持し、ワークＷの第２表面Ｗ２を走査して第２測定データを得る。

この時、第１校正工程における校正結果を第１測定工程で得たデータに反映させて第１測定データを求め、第２校正工程における校正結果を第２測定工程で得たデータに反映させて第２測定データを求める。
図５から図１０はこの第１測定工程と第２測定工程での第１測定データと第２測定データの収集の様子を示す。
図５はＸＹ平面における点データを得る測定を示し、ワークＷの第１表面Ｗ１上において点Ｐ１の一点のみのＺ軸データを検出器の第１姿勢により収集（第１測定工程）し、その後、ワークＷの第２表面Ｗ２において点Ｐ１と同一のＸ座標値、Ｙ座標値において点Ｐ２の一点のみのＺ軸データを検出器の第２姿勢により収集（第２測定工程）する。

この場合、収集データのＺ座標値はＺ軸スライダ４の移動量と検出器の検出量（触針９の揺動量）の合成値となるが、この点は以下の図６と図７の変形例でも同様である。
図６はＸＹ平面における線データを得る測定を示し、第１測定工程において、ワークＷの第１表面Ｗ１上において検出器の第１姿勢で点Ｐ１を開始点とし、第２アーム７を移動させて検出器を走査させ、Ｌ１の線データを収集する。第２測定工程では、ワークＷの第２表面Ｗ２上において検出器の第２姿勢で点Ｐ２（Ｘ座標値とＹ座標値は点Ｐ１と同一であっても良い）を開始点とし、第２アーム７を移動させて検出器を走査させ、Ｌ２の線データを収集する。

図７はＸＹ平面における面データを得る測定を示し、第１測定工程において、ワークＷの第１表面Ｗ１上において検出器の第１姿勢で点Ｐ１を開始点とし、回転テーブル１０を回転させることによってワークＷを回転させて検出器をワークＷに対して相対走査させ、Ｃ１−１の円データを収集する。
次にワークＷの半径方向において異なる開始点から同様にＣ１−２、、、Ｃ１−ｎの円データを収集する。第２測定工程では、ワークＷの第２表面Ｗ２上において検出器の第２姿勢で点Ｐ２（Ｘ座標値とＹ座標値は点Ｐ１と同一であっても良い）を開始点とし、同様にＣ２−１の円データを収集する。次にワークＷの半径方向において異なる開始点から同様にＣ２−２、、、Ｃ２−ｎの円データを収集する。

図８はワークＷの径方向における点データを得る測定を示し、ワークＷの内径である第１表面Ｗ１上において点Ｘ１の一点のみのＸ軸データを検出器の第１姿勢により収集（第１測定工程）し、その後、ワークＷの外径である第２表面Ｗ２において点Ｘ１と同一のＹ座標値、Ｚ座標値において点Ｘ２の一点のみのＸ軸データを検出器の第２姿勢により収集（第２測定工程）する。
このワークＷの径方向のデータを得る場合の検出器の第２姿勢は、図１に示す検出器の姿勢と同一であり、第１姿勢は、この第２姿勢に対して検出器本体８を中心線Ｂの周りに１８０°回転させた姿勢である。このワークＷの径方向における測定での第１姿勢と第２姿勢は以下の図９、図１０の説明でも同一である。

この場合、収集データのＸ座標値はＸ軸スライダ５の移動量と検出器の検出量（触針９の揺動量）の合成値となるが、この点は以下の図９と図１０の変形例でも同様である。
図９はワークＷの径方向における線データを得る測定を示し、第１測定工程において、ワークＷの第１表面Ｗ１上において検出器の第１姿勢で点Ｘ１を開始点とし、第２アーム７を移動させて検出器を走査させ、Ｌｘ１の線データを収集する。第２測定工程では、ワークＷの第２表面Ｗ２上において検出器の第２姿勢で点Ｘ２（Ｘ座標値とＹ座標値は点Ｘ１と同一であっても良い）を開始点とし、第２アーム７を移動させて検出器を走査させ、Ｌｘ２の線データを収集する。

図１０はワークＷの径方向おける面データを得る測定を示し、第１測定工程において、ワークＷの第１表面Ｗ１上において検出器の第１姿勢で点Ｘ１を開始点とし、回転テーブル１０を回転させることによってワークＷを回転させて検出器をワークＷに対して相対走査させ、Ｃｘ１−１の円データを収集する。
次にワークＷのＺ軸方向において異なる開始点から同様にＣｘ１−２、、、Ｃｘ１−ｎの円データを収集する。第２測定工程では、ワークＷの第２表面Ｗ２上において検出器の第２姿勢で点Ｘ２（Ｘ座標値とＹ座標値は点Ｘ１と同一であっても良い）を開始点とし、同様にＣｘ２−１の円データを収集する。次にワークＷのＺ軸方向において異なる開始点から同様にＣｘ２−２、、、Ｃｘ２−ｎの円データを収集する。
第１及び第２の測定工程によってデータが収集された後、幅演算工程によって幅データを演算して得る（Ｓ７０）。

幅データ演算の最も簡易的なものは、図５によって得た第１測定データＰ１と第２測定データＰ２のＺ軸座標値の差を演算するものである。この場合、点Ｐ１と点Ｐ２のＸ座標値とＹ座標値は同一であるから点Ｐ１（指定点）から見て点Ｐ２（対応点）はＺ軸方向に存在することになる。従って、単に両点（指定点と対応点）のＺ軸座標値の差を演算するのみで、Ｚ軸方向の幅（図５の場合は厚みとも言える）が演算できる。（この場合は当然、Ｚ軸方向以外の方向を指定しても無意味である。）

図６によって得た線データＬ１、Ｌ２に対する幅データの演算についても、同様な演算が可能であるが、この場合、線データ（複数の点列データ）であるから、まず線データＬ１において、指定点ａ１を決定する。この指定点ａ１は線データＬ１中の一点のみを指定しても良いが、例えば図１１に示すように線データＬ１を構成する点列データを一点おきにａ０、ａ１、ａ２、、、というように指定しても良く、さらに線データＬ１を構成する点列データの全てを指定点として指定しても良い。

指定点（ａ１など）が指定されると、次にこの指定点に対応する対応点（ｂ１など）を線データＬ２を構成する点列データから探索する。この探索方法としては、図１２に示すように指定点ａ１から指定方向に存在する対応点ｂ１を線データＬ２から探索する方法があり、例えば、指定点ａ１からＺ軸方向に存在する対応点ｂ１を求める。また、図１３に示すように指定点ａ１から最短距離で存在する対応点ｂ１を線データＬ２から探索する方法がある。

さらに、図１４に示すように線データＬ１と線データＬ２に内接する内接円Ｉｃを順次算出し、この内接円Ｉｃの中心Ｐｃによって構成される点列から中心線Ｌ３を求め、この中心線Ｌ３の任意の点（複数可）において中心線Ｌ３に直交する方向における線データＬ１上の点を指定点ａ１とし、線データＬ２上の点を対応点ｂ１として探索する方法がある。
図７または図１０によって得た面データに対する幅データの演算については、図１２から図１４の探索方法の他、図１４における内接円を用いる方法を拡張して、図１５に一例を示すような内接球による探索を行うことができる。

この場合、まず、第１測定データに基づいてワークＷの第１表面Ｗ１に相当する第１面Ｓ1を算出し、第２測定データに基づいて第２表面Ｗ２に相当する第２面Ｓ２を算出する。次に、この第１面Ｓ１と第２面Ｓ２に内接する内接球Ｉｓを順次算出し、この内接球Ｉｓの中心Ｐｓによって構成される点列から中心面Ｓ３を求め、この中心面Ｓ３の任意の点（複数可）において中心面Ｓ３に直交する方向における第１面Ｓ１上の点を指定点ａ１とし、第２面Ｓ２上の点を対応点ｂ１として探索する。
これらの方法によって指定点ａ１と、それに対応する対応点ｂ１が探索されると、それぞれ指定点ａ１から対応点ｂ１までの距離を幅として演算する。

指定点が複数存在する場合は、それぞれの幅を演算して幅データを得る。
幅演算工程（Ｓ７０）によって幅データを得た後に、幅統計工程（Ｓ８０）において幅データに対して統計処理を行う。この幅データが、１データのみで構成される場合は、幅統計工程における処理は無作業となるが、複数データで構成されている場合は、各種の統計処理が行われる。その統計処理項目としては、複数の幅データ中の最大値あるいは最小値の抽出および算術平均値の統計量の算出が行われる。
これらの処理が終了すると、第１測定データ、第２測定データ、幅データ、統計量の各データが入出力装置１０５の表示装置に表示されて処理を完了する（Ｓ９０）。

この実施形態によれば次の効果がある。
（１）検出器の第１姿勢および第２姿勢として、様々な姿勢が可能であるので、１軸検出器であっても複雑なワークの任意位置における幅、厚み、高さなどの２点間の距離を容易に測定することができる。
（２）第１姿勢における検出器の校正結果を第１測定データに反映させ、第２姿勢における検出器の校正結果を第２測定データに反映させているので、精度の高い測定が行える。その結果、第１測定データと第２測定データに基づく幅の測定を行う場合であっても、精度の高い幅測定結果を得ることができる。

（３）第１測定データ中の任意のデータを指定点とし、この指定点から指定した任意の方向の第２測定データを探索して対応点を求め、指定点から対応点までの距離を幅として演算できるので、例えばワーク上における測定対象の溝の方向がどのような方向であっても、その溝方向に直交する方向を指定して溝の幅を正確に求めることができる。
（４）第１測定データ中の任意の点を指定点として幅を求めるので、幅演算の対象外としたい個所がある場合は、その特定個所で幅演算を行わないようにすることが出来る。

（５）第１測定データ中の指定点から、最短距離の対応点を第２測定データから探索して指定点から対応点までの距離を幅として演算することができるので、例えば溝幅においては、最も狭い個所の幅を精度良く求めることが出来る。また、フランジのつばなどの凸部の厚みについては、最も薄い個所の厚みを精度良く求めることが出来る。
（６）第１測定データと第２測定データに内接する内接円を順次求め、内接円の中心の軌跡を中心線とし、この中心線に直交する方向における第１測定データ中の指定点と第２測定データ中の対応点との距離を幅として演算するので、例えばボールねじにおけるボール溝の幅データを精度良く求めることが出来る。

（７）第１測定データと第２測定データによってそれぞれ面を定義することが出来る場合に、それぞれの面間に内接する内接球を順次求め、内接球の中心座標から形成される中心面に直交する方向（法線方向）における第１測定データ中の指定点と第２測定データ中の対応点との距離を幅として演算するので、例えば、円筒などにおける肉厚の分布を精度よく求めることができる。
（８）複数の幅データに基づいて精度の高い統計的特徴量を求めることが出来るので、ワークの幅測定結果の傾向把握が容易になる。

次に、本発明に係る実施例２を説明する。
実施例２において用いる表面性状測定機（真円度測定機）は図１６に示す通り、実施例１（図１、図２）とほぼ同様である。この図１６において、Ｄ-Ｄで示す水平断面要部を図１７、図１８に示す。
図１６における第１アーム６は、図１とは異なり、中心線Ａを中心にして回転されて水平姿勢に保たれているので、第２アーム７は水平方向（Ｙ軸方向）へ摺動可能である。つまり、第２アーム７の摺動に伴って、水平姿勢の検出器本体８はＹ軸方向へ進退される。

図１６に示すワークＷは上下に鍔部を備えており、この実施例２は、この鍔部で挟まれた中央円柱軸部の直径を測定するものである。このような特殊形状のワークでは、図１に示す検出器の姿勢では測定が出来ないため、水平姿勢とされた検出器本体８をＹ軸方向へ進退して測定を行う。
図１における触針９は、検出器本体８に対して左方向（Ｘ軸−方向）へ突出しており、ワークＷ外表面の左右方向（Ｘ軸方向）の凹凸を検出する。触針９がワークＷに接触していない場合の触針９の定常位置は、触針９の揺動範囲において左端となっている。

これに対して、図１６に示す実施例２で用いる検出器は、図１７に示すように検出器本体８の軸心の延長線上にスタイラス８１を有し、その先端に触針９１を備えている。そしてこの触針９１は、図１７に示すように検出器８の軸線位置が定常位置であり、図１７の左右方向へ揺動して凹凸検出が可能である。つまり、触針９１が右方向へ揺動した場合は、Ｘ軸＋方向の凸部を検出し、左方向へ揺動した場合は、Ｘ軸−方向の凹部を検出する。
この真円度測定機１を用いた、本発明による幅測定（直径測定）は、図１９のフローチャートに示す手順で測定処理を行うが、この場合、手動測定とパートプログラムによる自動測定のいずれで行っても良い。

まず、Ｓ１１０で測定を開始するが、この時点でワークＷを回転テーブル１０上へ載置するなどの所定の測定準備処理は、既に完了させておく。
次に、図１７に示すように、検出器の触針９１をワークＷの右側面へ位置決めし、ワークＷの軸部の最右端を含むように走査して第１測定データＬ１１を得る（第１測定工程＝Ｓ１２０）。
その後、図１８に示すように、検出器の触針９１をワークＷの左側面へ位置決めし、ワークＷの軸部の最左端を含むように走査して第２測定データＬ１２を得る（第２測定工程＝Ｓ１３０）。

次に第１測定データＬ１１から最大値ａ１１を、第２測定データＬ１２から最小値ｂ１１を探索する。この第１測定データＬ１１と第２測定データＬ１２は、触針９１の揺動に伴うデータであるが、それぞれの測定における検出器本体８のＸ軸方向位置は、Ｘ軸スライダ５の位置で決まるので、触針９１揺動データに検出器本体８のＸ軸方向位置を加算すると、図２０に示すデータが得られる。この図２０において点ａ１１と点ｂ１１はそれぞれ、第１測定データＬ１１と第２測定データＬ１２のＸ軸方向の最大値と最小値である。
この結果に基づいて、最大値ａ１１と最小値ｂ１１のＸ軸方向の座標値の差分を求めれば、ワークＷの円柱軸部の直径を求めることができる（幅演算工程＝Ｓ１４０）。
その後、処理を終了する（Ｓ１５０）。

この実施例２によれば、次の効果がある。
（９）ワークの測定部位に合わせて検出器を最適姿勢の保ち、所定方向の走査によって測定データを得ることが出来るので、１軸検出器であっても複雑な形状のワークの任意位置における測定を精度良く行うことが出来る。
（１０）第１測定工程において、検出器を第１位置に位置決めして第１測定データを得た後、第２測定工程において、検出器を第２位置に位置決めして第２測定データを得て、それぞれの測定データの最大値と最小値を探索し、その結果に基づいてワークの直径値を幅データとして求めているので、精度の高い測定を行うことが出来る。

（１１）測定データの最大値や最小値に基づいて、差分処理によって幅データを得ることが出来るので、必ずしも触針先端位置の校正を行う必要がなく、簡易な測定にも拘わらず、高い精度の測定が行える。
（１２）同様の測定方法により内径直径値や、鍔部の厚みの最厚部や最薄部などの厚みを幅データとして求めることができるので、容易かつ精度の良い測定を行うことが出来る。

次に、本発明に係る実施例３を説明する。
実施例３において用いる表面性状測定機（真円度測定機）は実施例１（図１、図２）または実施例２（図１６）のいずれでも良い。
この真円度測定機１によって、本発明による幅測定（直径測定）は、図２１のフローチャートに示す手順で測定処理を行うが、この場合、手動測定とパートプログラムによる自動測定のいずれで行っても良い。

まず、Ｓ２１０で測定を開始する。
次に、第１アーム６を図１７に示す姿勢に保持すると共に、校正基準冶具２０を回転テーブル１０へ載置する。校正基準冶具２０は、図２２に示すように、直立支柱２１、傾斜支柱２２および基準球２３で構成されており、基準球２３は必要な精度で真球度が保証されている。校正基準冶具２０の回転テーブル１０への載置にあたっては、図示しない位置決め冶具により基準球２３の中心が回転テーブル１０の回転軸心Ｃに一致し、基準球２３の中心座標も所定の値となるように載置される。

その後、触針９（９１）を基準球２３の右端に接触させた状態でＺ軸スライダ４を上下動させ、触針９（９１）の揺動出力がＸ軸方向で最大となる位置でＺ軸スライダを保持する。
次に、第２アーム７をＹ軸方向に進退させて、触針９（９１）の揺動出力がＸ軸方向で最大となる位置で第２アーム７を保持し、この時のＸ軸スライダ５の位置と触針９（９１）の揺動出力の加算値が基準球２３の半径値（直径値／２）となるように、触針９（９１）のＸ軸座標を校正する（Ｓ２２０：校正工程）。

その後、校正基準冶具２０に代えてワークＷを回転テーブル１０に載置し、ワークＷの心出し、水平出しを行う。つまり、ワークＷの軸心を回転テーブル１０の回転軸心Ｃに一致させる。
次に、図１７に示すように、検出器の触針９（９１）をワークＷの右側面へ位置決めし、ワークＷの軸部の最右端を含むように走査して測定データＬ１３を得る（測定工程＝Ｓ２３０）。

その後、測定データＬ１３から最大値ａ１２を探索する。この測定データＬ１３は、触針９（９１）の揺動に伴うデータであるが、測定における検出器本体８のＸ軸方向位置は、Ｘ軸スライダ５の位置で決まるので、触針９（９１）揺動データに検出器本体８のＸ軸方向位置を加算すると、図２３に示すデータが得られる。この図２３のＸ軸とＹ軸の交点Ｏは座標原点であり、ワークＷの軸心および回転テーブル１０の回転軸心Ｃに一致している。また破線で示したワークＷに対して、測定工程における測定データＬ１３は実線部分である。点ａ１２は、測定データＬ１３のＸ軸方向の最大値である。

触針９（９１）の位置は、校正工程Ｓ２２０において校正されているので、点ａ１２のＸ軸座標値は、ワークＷの半径値を示すことになり、このＸ軸座標値を２倍してワークＷの幅データである直径値を得ることが出来る（Ｓ２４０：幅演算工程）。
その後、処理を終了する（Ｓ２５０）。

この実施例３によれば、実施例２における効果（９）のほかに次の効果がある。
（１３）校正工程によって触針位置が校正されるので、ワークの軸心を回転テーブルの回転軸心と一致するようにワークを載置すれば、一回の測定工程のみでワークの幅や直径値を得ることができるので、測定が簡便かつ高速に行える。
（１４）同様の測定方法により内径直径値を幅データとして求めることができるので、容易かつ精度の良い測定を行うことが出来る。

次に変形例について説明する。
図２４は、図１に示す真円度測定機１と同様であるが、検出器本体８が１８０度回転させられており、触針９が検出器本体８に対して右方向（Ｘ軸＋方向）へ突出し、ワーク内表面の左右方向（Ｘ軸方向）の凹凸を検出する。触針９がワークＷに接触していない場合の触針９の定常位置は、触針９の揺動範囲において右端となっている。

この変形例での測定処理は、内径直径などの幅測定の他に内径真円度、内径円筒度などが行える。この変形例の特徴は、第２アーム７を進退可能としたことで、触針９がワークＷの内径下部まで到達可能となり、測定可能領域が広がり、ワークＷの任意箇所の測定を精度良く行える点である。従来は、Ｘ軸スライダ５や第１アーム６とワークＷとの干渉のために、触針９がワークＷの内径下部まで届かなかった。これを補うために長いスタイラスを用いて測定を行っていたため、測定精度の確保が課題であったが、この点が解消された。

このように本発明によれば、ワークの直径値などの幅測定を正確かつ容易に行うことができるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
例えば、検出器としては触針式揺動型１軸検出器を示したが、これに限らず、二次元あるいは三次元倣い検出器であってもよく、さらに画像データを光学的に収集する画像検出器や、磁気式、静電容量式、あるいはその他の光学式検出器であっても良く、ワークへの接触式、非接触式を問わず本発明を実施できる。
また、各実施例においては、真円度測定用検出器を用いる例で示したが、これに代えて表面粗さ測定用検出器を用いても良く、これによって表面粗さ測定や微小形状の真円度や形状あるいは寸法測定を行うことが出来る。

また、図７あるいは図１０では、面データを得る場合の走査方法として円データに基づく方法を示したが、これに限らず、複数の線データに基づいて面データを得ることも出来る。
さらに、図１１から図１３において、指定点と対応点は線データ中の各点のデータを用いる例を示したが、線データＬ１、Ｌ２に対して補間処理を行い、線データＬ１の補間曲線上で、一定距離毎に指定点を設け、その指定点に対応する対応点を線データＬ２の補間曲線上から求めるようにしても良い。

また、真円度測定機として、ワーク回転型のものを示したが、これに限らず検出器回転型であっても良い。
さらに、表面性状測定機としては、真円度測定機に実施する例を示したが、これに限らず表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、画像測定機、三次元測定機などでも実施できる。
また、ワークに対して、検出器が複数の姿勢を保持可能な例を示したが、これに代えてワークが複数の姿勢を保持するものであっても良い。
さらに、検出器あるいは触針を含むレバーは自動または手動で交換可能なものであっても良い。
また、本発明による幅測定方法は、コンピュータのプログラムを実行して処理手順を実行するものであっても良い。

また、このコンピュータのプログラムは言語形式や実行形態に限定されず、いかなる高級言語、あるいはインタープリタ形態などの中間言語を生成するものであっても良い。
さらに、このコンピュータのプログラムは、記憶装置内に常駐せず、必要な場合に入出力装置を介し通信経路を経由して読込むものであっても良い。本発明による幅測定方法を実行するプログラムは計算処理が単純で小型化に適するため、このような実行形態にも適する。

また、実施例２（図１６）や実施例３においては、触針９（９１）の走査をＹ軸方向に行ったが、これに限らず、ワークＷの測定部位の形状に合わせて走査方向を決めれば良い。一例として、第１アーム６をＹ軸に対して４５度に傾斜させれば、ＹＺ平面内でＹ軸に対して４５度の傾斜方向での走査が可能である。つまり、ねじなどの螺旋形状ワークであっても、精度の良い測定が可能である。

また、第２実施例（図１６）や実施例３においては、幅（直径値）測定を行う場合のみを示したが、図１６に示す検出器姿勢によって、ワークＷの円柱軸部の真円度や円筒度、Ｚ軸方向の真直度などの測定を行うことができることは勿論である。
さらに、図１６に示す検出器本体８の姿勢を回転軸心Ｂを中心にして９０度回転させ、触針９（９１）の検出方向をＺ＋方向あるいはＺ−方向とし、ワークＷの上面あるいは鍔部の上面さらには、鍔部の下面を測定して幅測定を行う他、ワークＷの上面、鍔部の上面、鍔部の下面を触針９（９１）によってＹ軸方向へ一箇所あるいは複数箇所を走査して真直度や平面度を測定することも出来る。

また、図２４に示す円筒内径部の測定において、触針９（９１）をＹＺ平面内において傾斜方向あるいは回転方向に走査させることによって、ワークＷの内径面を走査することが出来る。つまり、触針９（９１）をワークＷの内径面に接触させた状態で、第１アーム６を回転させることによって、ワークＷの内径面のＸ軸方向右端を含む領域を走査することが出来る。あるいは、第１アーム６をＹ軸に対して傾斜させた状態で第２アーム７を進退させることによって、ワークＷの内径面のＸ軸方向右端を含む領域を走査することが出来る。

これらの走査方法や各種検出器を組み合わせて測定を行えば、直径値などの幅測定や各種の表面性状測定を行うことができることはいうまでもない。
また、第２アーム７は第１アーム６に対して、直線方向に進退可能に摺動する例を示したが、これに限らず、更に、第２アーム７の軸線（Ｘ軸に平行）を中心にして、第２アーム７が回転可能であっても良い。

さらに、検出器本体８は回転軸心Ｂを中心にして、第２アーム７に対して回転可能に保持される例を示したが、これに限らず、更に検出器本体８が第２アーム７に対して、Ｘ軸方向へ進退可能に保持されても良い。
また、Ｚ軸スライダ４はＸ軸スライダ５を、Ｚ軸に直交するＸ軸方向に進退可能に保持する例を示したが、例えば、Ｚ軸スライダ４がＸＺ平面内で傾斜可能で、Ｘ軸スライダ５の進退方向が、Ｚ軸に対して任意角度に傾斜可能であっても良い。

以上説明したように本発明にかかる幅測定方法は、円筒などの内径値や外径値（直径値）について精度よく正確かつ容易に測定を行う用途に適用できる。
また、本発明に係る表面性状測定機によれば、ワークに対する検出器の相対姿勢および相対走査方向の自由度が向上するため、任意のワーク表面に対して、精度の高い走査を行うことが出来る他、測定機の各部構造部材とワークとの干渉を回避できるので、測定可能領域が広がり、ワークの任意箇所の表面性状測定を行う用途に適用できる。

本発明の実施例１にかかる真円度測定機を示す概略図である。 本発明の実施例１にかかる真円度測定システムのブロック図である。 本発明の実施例１にかかる幅測定方法を示すフローチャートである。 検出器の第１姿勢および第２姿勢における校正状態を示す図である。 ワーク上での点データ測定の説明図である。 ワーク上での線データ測定の説明図である。 ワーク上での面データ測定の説明図である。 ワーク上での点データ測定の他の説明図である。 ワーク上での線データ測定の他の説明図である。 ワーク上での面データ測定の他の説明図である。 指定点の説明図である。 幅計算の説明図である。 幅計算の他の説明図である。 幅計算の更に他の説明図である。 幅計算のその他の説明図である。 本発明の第２実施例にかかる真円度測定機を示す概略図である。 真円度測定機による走査姿勢を示す図である。 真円度測定機による他の走査姿勢を示す図である。 本発明の実施例２にかかる幅測定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例２にかかる測定データを示す図である。 本発明の実施例３にかかる幅測定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例３にかかる校正工程を示す図である。 本発明の実施例３にかかる測定データを示す図である。 本発明の変形例にかかる真円度測定機を示す概略図である。

符号の説明

１ 真円度測定機（表面性状測定機）
４ Ｚ軸スライダ
５ Ｘ軸スライダ
６ 第１アーム
７ 第２アーム
８ 検出器本体
９ 触針
１０ 回転テーブル
２３ 基準球
１００ コンピュータ
ａ１ 指定点
ｂ１ 対応点
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 被測定物を回転可能に載置する回転テーブルと、
   前記回転テーブルの回転軸心と平行なＺ軸方向に移動可能なＺ軸スライダと、
   前記Ｚ軸スライダに保持され、前記回転軸心に直交するＸ軸方向に進退可能とされたＸ軸スライダと、
   前記Ｘ軸スライダに保持され、前記Ｘ軸に平行な中心線Ａを中心として回転可能な第１アームと、
   前記第１アームに保持され、前記Ｘ軸に直交する方向に進退可能とされた第２アームと、
   前記第２アームに保持され、前記被測定物の表面性状を測定する検出器と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定機。
2. 前記検出器は、前記第２アームの進退方向に平行な中心線Ｂを中心として回転可能に保持されたことを特徴とする請求項１に記載の表面性状測定機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の表面性状測定機によって前記被測定物を測定して、その幅寸法を測定する幅測定方法であって、
   前記検出器によって前記被測定物の第１表面上を走査して第１測定データを得る第１測定工程と、
   前記検出器によって前記被測定物の第２表面上を走査して第２測定データを得る第２測定工程と、
   前記第１測定データと前記第２測定データに基づいて幅演算処理を行って幅データを得る幅演算工程と、
   を含むことを特徴とする幅測定方法。
4. 前記幅演算工程において、前記第１測定データと前記第２測定データの各々から最大値又は最小値を求め、それらの最大値又は最小値に基づいて前記被測定物の直径値を幅データとすることを特徴とする請求項３に記載の幅測定方法。
5. 請求項１又は請求項２に記載の表面性状測定機によって前記被測定物を測定して、その幅寸法を測定する幅測定方法であって、
   前記検出器を校正する校正工程と、
   前記検出器によって前記被測定物の表面上を走査して測定データを得る測定工程と、
   前記測定データから最大値又は最小値を求め、その最大値又は最小値に基づいて前記被測定物の直径値を幅データとする幅演算工程と、
   を含むことを特徴とする幅測定方法。
   

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