JP2007327754A - 被加工物の真直度測定方法およびワークの平面研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械のワークテーブル上で変位計を用いて測定した加工ワークの真直度の値に、変位計やテーブルの走査運動誤差が影響しない真直度の測定方法。
【解決手段】 測定範囲、感度、分解能も同種の２つの変位計Ａ，Ｂを用い、標準直定規に対してレバー式自律校正法で校正された変位計Ａ，Ｂの両方をピッチ距離ｐ間離して工作機械の工具頭に固定し、前記変位計Ａ，Ｂを用いて前記工作機械のワークテーブル上に載置された被加工物の変位高さを検出し、変位計Ａ，Ｂ検出の変位高さの差をピッチｐで割った値を積分して変位計Ａにより検出された変位グラフとして出力し、被加工物の真直度を導く。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機械加工されたワーク（被加工物）表面の直線方向の真直度を測定する方法およびワ−クの平面研削方法に関する。

フォトマスク石英ガラス基板、ステンレス製樹脂押出Ｔ−ダイ、ジルコニア製流延塗布Ｔ−ダイ等、ナノレベルの精密加工が要求される数値制御加工機械において、ワークテーブルやツールテーブルの表面真直度が１．０μｍ／ｍ以下であること、および機械加工されたワ−ク表面真直度が０．５μｍ／ｍ以下であることが要求されている。よって、これらテーブル表面の真直度や機械加工されたワーク表面の真直度を真直度測定器を用いて恒温室内で測定することが行われている。

図８は、平面研削加工されたSUS420J2製長尺ワーク（長さ２２００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）の加工ワークの長さ方向の変位グラフで、真直度は表示された変位グラフに被加工ワークの測定方向長さの理想直線を描き、この理想直線と変位グラフとが交わる点を境に理想直線より上側にある変位グラフのピークを通る接線を理想直線に平行に描き、また、この理想直線と変位グラフが交わる点を境に理想直線より下側にある変位グラフのピークを通る接線を理想直線に平行に描き、前記理想直線と接線と接線と直交する垂直線の接線と接線間の長さが最大な値０．８μｍ／２０００ｍｍを加工ワークの真直度として表示している。

被測定物の真直度測定方法としては、次ぎに挙げる方法があり、被測定物の寸法が大きいものについては、Ｃ）方法、Ｄ）方法、Ｅ）方法が一般的である。

Ａ）定盤面に被測定物を当てて定盤面と被測定物間との隙間を隙間ゲージで測定する方法。

Ｂ）定盤上に２個の等しい寸法のブロックゲージを置き、被測定物のベッセル点で支え、測定器を定盤面上で走行させて定盤面から被測定物の下面までの高さを長手方向に測定して求める。

Ｃ）オートコリメータ（JIS B 7538-1976）またはアライメント望遠鏡などの光学的測定器により被測定物面上を走行する平面鏡（反射鏡）の傾きまたは標的位置の光軸からの偏心を測定して求める方法。

例えば、被測定物に変位検出用コーナーキューブと角度検出用反射鏡を設け、またレーザ発生器と固体撮像素子カメラおよび受光ガラスからなる位置センサーを搭載した変位．角度測定装置を設け、さらにその変位・角度測定装置の姿勢を検出するための位置センサーを設けると共に、被測定物と一体になって動く定規とその目盛りを読むための固体撮像素子カメラを設置し、前記変位検出用コーナーキューブおよび角度検出用反射鏡によってそれぞれ計測される被測定物体の直線運動に伴う変位および角度を、前記位置センサーによって検出される変位・角度測定装置の姿勢に基づいて補正するようにしたことを特徴とする真直度の計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、互いに距離（√２）ｄだけ離れ反射面が対面した状態で水平面内に位置する２枚の反射鏡からなる水平平行2面鏡と、互いに距離（√２）ｄだけ離れ反射面が対面した状態で鉛直面内に位置する２枚の反射鏡からなる鉛直平行２面鏡とを前記水平平行２面鏡の向きを反射面の裏側に立てた法線の方向がそれぞれｍH1＝（−１／（√２），０，１／（√２））、ｍH2＝（１／（√２），０，１／（√２））またはｍ’H1（１／（√２），０，−１／（√２）、ｍ’H2（−１／（√２），０，−１／（√２））となるようにし、前記鉛直平行2面鏡の向きを反射面の裏側に立てた法線の方向がそれぞれｍV1＝（０，１／（√２），−１／（√２））、ｍV2＝（０，−１／（√２），１／（√２））またはｍ’V1＝（０，１／（√２），１／（√２））、ｍ’V2＝（０，−１／（√２），−１／（√２））となるようにし、かつレーザービームを発生する光源と、レーザービームを２分割する半透鏡と、前記レーザービームの方向を変える光路変更反射鏡と、前記水平平行２面鏡及び鉛直平行２面鏡からの反射光の位置を検出するポジションセンサとを前記直動体の外の固定位置に備えることを特徴とする直動体の真直度計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

Ｄ）図９に示すように、被測定物面上を走行する水準器の反射鏡の傾斜角をオートコリメータで連続的に測定し、この傾斜角の値から２点連鎖法により真直度を求める方法（非特許文献１参照。）。

Ｅ）スライドバー上で支持される静圧スライダに測定器の触針を取り付けてなる真直度測定装置を用い、予め基準条件下で基本真直ゲージの真直性能Ａおよび準基本真直ゲージの真直性能Ｂを検出して両者の差Ｂ−Ａを記憶しておき、非基準条件下での測定時に、まず前記準基本真直ゲージの真直性能Ｂ′を検出し、これと前記記憶値との差Ｂ′−（Ｂ−Ａ）を補正値として、実測値から差し引くようにした真直度測定方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

Ｆ）部品の断面曲線またはＸＹＺステージの移動曲線から算出した回帰直線に平行な２直線で断面曲線または移動曲線を挟んでこの平行２直線の間隔を算出し、次に回帰直線に対してわずかに傾斜を変えた平行２直線で断面曲線または移動曲線を挟んでこの平行２直線の間隔を算出し、その間隔どうしを比較することを繰り返して平行２直線の最小間隔を求める。また繰り返し真直度測定して得た各データの回帰直線に対する各測定点の変位の再現精度を真直度再現精度として算出する方法（例えば、特許文献４参照。）。

さらに、測定器の変位計線形誤差を校正するための基準計器に対する変位計の自律校正法も多く提案されている。

例えば、図４、図５および図６に示すように、測定範囲、感度、分解能も同種の２つの静電容量型変位計Ａ，Ｂを基準側変位計が被校正側変位計のｎ倍の変位を検出するように配置し、基準側変位計Ａの支持台を可動とし、レバーの傾きを増しながら校正測定を行う。基準側の変位計出力が測定範囲の端まで達した時、被校正側変位計Ｂは未だ測定範囲の１／ｎしか検査が済んでいないので、基準側変位計の出力が最小値に戻るように支持台を移動した後に次ぎの１／ｎの範囲を検査し、これを繰り返して被校正側変位計の全測定範囲を検査する。

次ぎに、変位計Ａと変位計Ｂの配置を交換し、変位計Ｂを基準にして変位計Ａを校正し、最初の校正曲線に含まれた平均感度直線からの誤差を１／ｎ^２倍に減衰させる。

この変位計Ａと変位計Ｂの配置を交換し、校正する手順をｋ（ｋは１〜３０の整数）回繰り返して行うことにより（図７参照）、誤差は１／ｎ^ｋ倍と限りなく０に近接する（非特許文献２参照。）

別態様の自律校正装置として、基台と、この基台上にセンサーの校正用入力となる変位を与えるための圧電アクチュエータを介して取り付けられた治具と、前記基台に取り付けられたレーザ光源と、前記治具の裏面に治具と共に変位するように取り付けられて前記レーザ光源からの出力光ビームが垂直に入射される可動ミラーと、この可動ミラーの近傍において前記基台に前記可動ミラーと直交する反射面をもって取り付けられ、前記レーザ光源からの出力光ビームの一部が分岐されて垂直に入射される基準ミラーと、前記可動ミラー及び基準ミラーからの反射光による干渉縞を検出するための受光素子とを備えたことを特徴とするセンサーの自律校正用変位入力装置も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。

被測定物の真直度を向上させる工作機械として、工作機械のステージの真直度を補正する研削機械も提案されている。例えば、ベッドと、そのベッドの上面に敷設されたレールに沿って往復動可能なワークテーブルと、工具を支持するコラムとを備えた工作機械において、前記ワークテーブルの走行面の変位を検出するための走行面変位検出手段と、その走行面変位検出手段の検出結果に基づいて走行面の変位を矯正するための走行面矯正手段と、前記コラムの傾きを検出するためのコラム傾き検出手段と、そのコラム傾き検出手段の検出結果に基づいてコラムの傾きを矯正するためのコラム矯正手段を設けた工作機械である（例えば、特許文献６参照。）。

特許第２６５０８３０号明細書 特開２００１−３５６０１１号公報 特許第２７５３８７９号明細書 特開２００４−１４４６４６号公報 特開平１１−３２５９７６号公報 特開２００５−２４６５５４号公報 テーラー ホブソン株式会社(Taylor Hobson Limited)発行の製品カタログ、「平面度・真直度 コンピュータ解析システム」…反射鏡を使った真直度の測定の図 清野 慧、杉淵 亨、森島 健著、「変位計の線形誤差の自律的校正」、精密工学会誌 第５９巻，第１２号，p.131−136、平成５年１２月５日発行

従来の被測定物の真直度を恒温室で測定する方法に代わり、工場内に設置された工作機械のラインに真直度測定器を備えさせ、ワークテーブル上に固定された加工ワーク（被測定物）の真直度を直接現場で測定することが望まれている。直接現場で真直度の測定が可能であれば、真直度がユーザーの基準値を満たさないとき、その現場でユーザーの基準値を満たす精密加工を続けることができる。従来の一々被測定物をワークテーブルから取り外し、恒温室へ移送し、そこで被測定物の真直度を測定し、真直度がユーザーの基準値を満たさないとき、再び、被測定物を工作機械のワークテーブル上に固定させてユーザーの基準値を満たす精密加工を続ける方法と比較すると、測定の手間および再度、精密加工を続けるための段取り作業が省ける利点を有する。

しかし、加工機械ラインへの真直度測定器の設置は、変位計プローブの取り付け位置の変化による誤差、変位計プローブまたは被測定物（加工ワーク）の走査運動誤差の影響により現場で測定した被測定物の変位グラフより求めた真直度と、恒温室内で測定した被測定物表面の変位グラフより求めた真直度の値が大きくずれることがあり、ユーザーへの信頼性に欠けていた。このずれを防ぐには、頻繁な校正が必要となる。

本発明者等は、非特許文献２に記載の測定範囲、感度、分解能も同種の２つの非接触静電容量型変位計Ａ，Ｂを用いるレバー式自律校正法で校正された非接触静電容量型変位計を用い、非接触型静電容量変位計Ａ，Ｂを同時に使用して被測定物表面と変位計間の距離を検出し、検出された２つの高さ変位差数値を用いればワークテーブルまたは変位計の走査運動誤差の計算上の影響を受けることがないことを見出し、本発明に到った。また、ワ−クの機械加工時に工具頭の昇降移動をワークテーブルの左右移動による操作誤差分の真直度の量補正してプログラミングすれば、加工されたワークの真直度はより向上すると着想した。

請求項１の発明は、測定範囲、感度、分解能も同種の２つの変位計Ａ，Ｂを用い、標準直定規に対してレバー式自律校正法で校正された変位計Ａ，Ｂの両方をピッチ距離ｐ間離して工作機械の工具頭に変位計Ａ，Ｂの列がワークテーブルの長手方向に向くよう距離ｐ離して支持し、次の工程を経て被加工物の真直度を測定する方法を提供するものである。
１）ワークテーブルおよび変位計Ａ，Ｂの相対的な移動により前記ワークテーブル上に固定された標準直定規表面と各変位計Ａ，Ｂプロ−ブ間の距離Ｓ_A(X_i)，Ｓ_B(X_i＋ｐ)を検出し、メモリーで記録する。
２）演算部で両者の差｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を演算し、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ａのプローブ電極間の距離をZ_0A、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ｂのプローブ電極間の距離Z_0Bと仮定したときの距離Z_0Bと距離Z_0Aの差（Z_0B−Z_0A）としてメモリーに記憶する。
３）前記変位計Ａ，Ｂを用いて前記ワークテーブル上の被加工物表面と各変位計Ａ，Ｂのプローブ間の距離ｍ₁(X_i)およびｍ₂(X_i＋ｐ)を検出し、メモリーする。
４）これら検出値の差m_2ｄ(X_i)＝〔ｍ₂(X_i＋ｐ)−ｍ₁(X_i)〕を演算し、メモリーする。
５）m_2ｄ(X_i)/ｐを求める式に｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を代入する演算を行い、このm_2ｄ(X_i)/ｐを被加工物表面の高さ変位函数f(X)の微分値df(X)/dXとして近似させ、次式で表される微分値を検出されていった各値よりこの導関数を積分していくとともに、メモリーに記録する。
df(X)/dX≒〔ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)〕/ｐ＋｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝/ｐ
６）前式の導関数を積分した変位函数f(X)を、変位計Ａにより計測された被加工物表面の真直度変位グラフとして出力するか、そのf(X)値の最大ピ−ク値を被加工物の真直度Ｓ_ａとして出力する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の測定方法おいて、変位計として非接触静電容量型変位計を用いることを特徴とする、真直度の測定方法を提供するものである。

請求項３の発明は、数値制御平面研削機械を用い、左右方向に移動可能なワークテーブル上に載置されたワークを、前後方向に移動可能なツールテーブルに搭載された砥石頭を用い、被加工物と砥石頭との相対的な動きにより砥石頭の砥石軸に回転自在に備えられた砥石車によりワーク表面を平面研削する方法であって、
予め、請求項１の工程６）で出力されたｆ(X_i)の値と、工程１）で検出された変位計ＡのＳ_A(X_i)および工程３）で検出されたｍ₁(X_i)の値より走査運動誤差Ez(X_i)を次式で演算し、この走査運動誤差Ez(X_i)をメモリーし、
Ez(X_i)＝ｍ₁(X_i)−ｆ(X_i)＋Ｓ_A(X_i)
ワークテーブル座標位置X_i位置でワークを研削加工する際、ワークの平面研削加工時の砥石車の上下方向移動距離をEz(X_i)の昇降移動補正を成しながら平面研削加工を行うことを特徴とする、ワークの平面研削方法を提供するものである。

予め、測定範囲、感度、分解能も同種の２つの変位計Ａ，Ｂを用い、標準直定規に対してレバー式自律校正法で校正された変位計Ａ，Ｂの両方を同時に用いて加工ワークの変位を工作機械のワークテーブル上で測定するので、上記式（３）より理解されるようにワークテーブルまたは変位計Ａ，Ｂの走査運動誤差E_z(X_i)が抹消される。さらに、ワークの平面研削加工時に、加工プラミングにおいてワークテーブルの各位置座標における走査運動誤差Ez(X_i)分、砥石頭の昇降移動高さを補正することにより、研削加工されたワークの真直度はより向上する。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は被加工物の高さ変位を測定する変位計プローブを備える平面研削機械の要部を示す平面図、図２は数値制御平面研削機械の斜視図、図３は加工ワークの変位高さより真直度を算出する方法を説明する図、図４は変位計の変位を与えるレバーシステムを示す図、図５は変位計とレバーシステムを備える自律校正測定器の正面図、図６は変位計を用いる自律校正システムと表示器の配線を示す斜視図、図７は自律校正における誤差収束の様子（ｋ＝３）を示す図、図８は平面研削加工されたワークの長手方向変位高さのグラフより真直度を導き出す説明図、および図９は真直度測定器の斜視図である。

図２に示す数値制御平面研削機械１００は、特開２００６−１０２８６７号公報の図１として開示されている可変油静圧軸受直動キャッリジ（ワークテーブルおよびツールテーブル）を備える数値制御平面研削機械である。図中、３は砥石車、４は左右方向に往復移動可能なワークテーブル、５は作業台部、６はフレーム、７は前後方向に往復移動可能なサドル、８は操作盤、９はコラム、１０は砥石頭、１１は研削液供給ノズルである。

ワークテーブル４上に電磁チャック２３を介して固定されたワークｗの加工は、ワークテーブル４の左右方向の移動と、回転する砥石車３を備える砥石頭１０を支持するコラム６を起立して固定するサドル（ツールテーブル）７の前後方向移動、および砥石頭１０の上下方向移動の相対的な組み合わせにより実施される。なお、数値制御平面研削機械１００は各ＸＹＺ軸座標リニアスケール３０を備える。

図１に示すように、真直度測定器の非接触静電容量型変位計（センサープローブ）Ａ，Ｂ一対は、支持具１３により図１に示す数値制御平面研削装置１００の砥石車保護カバー３ａの側壁に平行に取り付けられ、一方の非接触静電容量型変位計Ａの下部ヘッド部分はワークテ−ブル４上に固定された標準直定規２０上面鉛直方向に位置し、他方の非接触静電容量型変位計Ｂの下部ヘッド部分はワークテーブル４上面鉛直方向に位置する。非接触静電容量型変位計Ａ，Ｂは、１０ｎｍより高い分解能を有するもので、測定範囲、感度、分解能も同種の２つの変位計Ａ，Ｂであることが必須である。この同種の２つの非接触静電容量型変位計Ａ，Ｂは、予め図４および図５に示すレバ−型自律校正測定器に備えられ、標準直定規を用い、図７に示す工程を経て自律校正されていることが必須である。

非接触型静電容量変位計は、プローブに有する面積Ｓのセンサー電極と被測定物の間(距離ｄ)に静電容量（Ｃ）を形成させ、センサーから被測定物までの距離の変化に応じて静電容量が変化（Ｃ＝ｅ・Ｓ／ｄ）することで被測定物面の変位を測定する器具である。なお、式におけるｅは誘電率を示す。

次に図３を用いて長さＬの被加工物表面の直線（Ｘ軸）方向の真直度函数f(X_i)を求める方法を説明する。

レバー式自律校正法で校正された一対の非接触型静電容量型変位計Ａ，Ｂを距離ｐ離して工具頭に固定する。ここで定義する工具頭は、工具頭１０に備えられている砥石車保護カバー３ａに変位計が取り付けられている場合も工具頭として含む。被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ａのプローブ電極間の距離をZ_0A、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ｂのプローブ電極間の距離Z_0Bとする。距離Z_0Bと距離Z_0Aの差（Z_0B−Z_0A）は、ワークテーブル上に固定された標準直定規２０表面と各変位計プロ−ブ間の距離Ｓ_A(X_i)，Ｓ_B(X_i＋ｐ)を検出し、次式（１）で示すその差の値を以って近似させる。
（Z_0B−Z_0A）≒｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝

被加工物のＸ座標(X_i)における被加工物表面と変位計Ａのプローブ電極間の距離m_１(X_i)とし、被加工物または変位計Ａの走査運動誤差が及ぼす影響をE_z(X_i)とすると、変位計Ａで計測（出力）される距離m_１(X_i)は次式（２）で表される。
ｍ₁(X_i)＝ｆ(X_i)−ｚ_0A＋E_z(X_i)

Ｘ座標(X_i＋ｐ)における被加工物表面と変位計Ｂプローブ電極間の距離m₂(X_i＋ｐ)とし、被加工物または変位計Ｂの走査運動誤差が及ぼす影響をE_z(X_i＋ｐ)とすると、変位計Ｂで計測（出力）される距離m₂(X_i＋ｐ)は次式（３）で表される。
ｍ₂(X_i＋ｐ)＝ｆ(X_i＋ｐ)−ｚ_0B＋E_z(X_i＋ｐ)＝ｆ(X_i＋ｐ)−ｚ_0B＋E_z(X_i)
自律校正された変位計Ａ，Ｂを同時に使用して計測するので、E_z(X_i＋ｐ)＝E_z(X_i)である。

前式（３）と前式（２）の差の値は、被加工物表面のｐ距離離れた高さ変位m_2ｄ(X_i)となり、次式（４）で表わされ、被加工物または変位計Ａの走査運動誤差が及ぼす影響E_z(X_i)が、計算上消滅することとなる。
m_2ｄ(X_i)＝｛ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)｝−（ｚ_0Ｂ-ｚ_0Ａ）

式（４）に式（１）を代入すると次式（５）となる。
m_2ｄ(X_i) ≒｛ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)｝−｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝

被加工物表面のｐ距離離れた表面の変位度m_2ｄ(X_i)/ｐは、次式（６）で近似して表される。
m_2ｄ(X_i)/ｐ＝〔m₂(X_i＋ｐ)−m_１(X_i)〕/ｐ＝〔ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)〕/ｐ＋〔ｚ_0Ｂ-ｚ_0Ａ〕/ｐ

このm_2ｄ(X_i)/ｐを被加工物表面の高さ変位函数f(X)の微分値df(X)/dXとして近似させると、式（５）と式（６）より微分値df(X)/dXは次式（７）で表される。
df(X)/dX≒〔ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)〕/ｐ＋｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝/ｐ

よって、式（７）の導関数を積分することにより変位計Ａにより計測された被加工物表面の真直度変位グラフの函数f(X)が算出される。

この変位函数f(X)は、実測されたｍ₁(X_i)、ｍ₂(X_i＋ｐ)および｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝からパソコンの演算部で演算し、パソコン画面（表示器）に変位グラフf(X)として出力、あるいは、プリンタより変位グラフf(X)として出力可能である。

ワークの研削加工メーカーからは、この真直度の変位グラフf(X)とともに、ワーク長Ｌにおける最大真直度Ｓ_ａ値を開示することが要求されることが多い。その最大真直度も、メモリーされているパソコンからそのf(X)値の最大ピ−ク値を被加工物の真直度Ｓ_ａとして出力可能であり、その値Ｓ_ａをパソコン画面またはプリント紙に表示可能である。

変位計Ａ，Ｂプローブ間の距離ｐは、被加工物の長さＬ、表面形状に応じて定める。変位計Ａ，Ｂプローブ間の距離ｐは、１０〜２００ｍｍでよい。被加工物の長さＬが１００〜３００ｍｍと短い、または複雑なときは変位計Ａ，Ｂプローブ間の距離ｐを１０〜３０ｍｍと小さく採る。被加工物の長さＬが５００〜４０００ｍｍと長い、またはフラットで単純なときは変位計Ａ，Ｂプローブ間の距離ｐを５０〜２００ｍｍと大きく採る。

変位計Ａと変位計Ｂの相互を交換して自律校正するレバー式自律校正は、恒温室内で標準直定規２０を用いて行ってもよいが、工作機械のワークテーブル上に標準直定規２０を載置し、変位計Ａと変位計Ｂの取り替えｋを２〜１０回行って自律校正してもよい。

次に、ワークテーブル上の被加工物の真直度Ｓ_ａを実際に計測する方法について説明する。

レバー式自律校正法で校正された非接触型静電容量型変位計Ａ，Ｂ一対を、砥石頭１０の砥石軸に回転自在に固定された砥石車３の保護カバー３ａの側壁または前面壁に変位計Ａ，Ｂの列がワークテーブルの長手方向(Ｘ軸方向)に向くよう距離ｐ離して支持する。

ワークテーブルの左右方向（Ｘ軸方向）またはツールテーブル７上のコラム９に搭載された砥石頭の前後方向（Ｙ軸方向）の相対的な移動により前記ワークテーブル上に固定された標準直定規２０表面と各変位計プロ−ブ間の距離Ｓ_A(X_i)，Ｓ_B(X_i＋ｐ)を検出（ボルト）し、その電圧値をコンソール(Console)に送信し、そこで電圧値を変位高さに演算し、座標軸、変位高さをパソコンのメモリー（マイコンの記憶部）に出力し、メモリーで記録する。

演算部で両者の差｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を演算し、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ａのプローブ電極間の距離をZ_0A、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ｂのプローブ電極間の距離Z_0Bと仮定したときの距離Z_0Bと距離Z_0Aの差（Z_0B−Z_0A）としてメモリーに記憶する。

つぎに、ワークテーブル上より標準直定規２０を取り去る。

前記変位計Ａ，Ｂを用いて前記ワークテーブル上の被加工物表面と各変位計Ａ，Ｂのプローブ間の距離ｍ₁(X_i)およびｍ₂(X_i＋ｐ)を検出（ボルト）し、その電圧値をコンソール(Console)に送信し、そこで電圧値を変位高さに演算し、座標軸、変位高さをパソコンのメモリーに出力し、メモリーで記録する。

コンピュータの制御装置の演算部でこれら検出値の差m_2ｄ(X_i)＝〔ｍ₂(X_i＋ｐ)−ｍ₁(X_i)〕を演算し、メモリーに記録する。

m_2ｄ(X_i)/ｐの式（６）に式（１）の｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を代入する演算を行い、このm_2ｄ(X_i)/ｐを被加工物表面の高さ変位函数f(X)の微分値df(X)/dXとして近似させ、次式（７）で表される微分値を検出されていった各値よりこの導関数を積分していくとともに、メモリーに記録する。。
df(X)/dX≒〔ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)〕/ｐ＋｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝/ｐ

この式（７）の導関数を積分した変位函数f(X)を、変位計Ａにより計測された被加工物表面の真直度変位グラフとしてパソソンの表示画面またはプリンタに出力する。

ワークの研削加工メーカーより、ワーク長Ｌにおける最大真直度Ｓ_ａ値を開示することが要求されるときは、メモリーされているパソコンからそのf(X)値の最大ピ−ク値Ｓ_ａ（最大真直度）を被加工物の真直度Ｓ_ａとして出力可能であり、その値Ｓ_ａをパソコン画面またはプリント紙に表示する。

被加工物の幅方向（前後方向：Ｙ軸方向）の変位高さの検出は、自律校正された非接触型静電容量型変位計Ａ，Ｂを砥石車３の保護カバ−３ａの側壁に変位計Ａ，Ｂが前後方向に一列となるように支持し、これら一対の変位計Ａ，Ｂを用い、前述の被加工物の左右方向変位高さを検出する工程と同様、ワークテーブル４または砥石頭を搭載するツールテーブル７の相対的な移動を行うことにより検出を行う。被加工物（標準直定規、ワークテーブルも含む）の前後方向（Ｙ軸方向）の高さ変位の測定は、ワークテーブル上にＹ軸方向に載せられた標準直定規２０を用いる。

新しいワークの研削加工は、前記変位計Ａ，Ｂおよび標準直定規をワークテーブルより取り外した後、新しいワークをワークテーブル上に載置し、数値制御平面研削機械１００の砥石車によりワークを研削加工する。研削加工機後、前記一対の自律校正した変位計Ａ，Ｂを砥石車保護カバー３ａに取り付け、既述した被加工物の変位高さの測定方法を着手し、真直度変位函数f(x)を求める。

被加工物の幅方向（前後方向：Ｙ軸方向）の変異高さの検出は、自律校正された非接触型静電容量型変位計Ａ，Ｂを砥石車３の保護カバ−３ａの側壁に変位計Ａ，Ｂが前後方向に一列となるように支持し、これら一対の変位計Ａ，Ｂを用い、前述の左右方向（Ｘ軸方向）変位高さの検出と同様にしてワークの研削加工後にワークテーブル４または砥石頭を搭載するツールテーブル７の相対的な移動を行うことにより検出を行う。

非接触型静電容量型変位計としては、日本エ−・ディ・イ−株式会社のマイクロセンス５０００シリーズ（商品名）、小野測販株式会社の静電容量型変位計ＶＥ−５２１（商品名）、株式会社光洋製作所のアキュメジャー（商品名）、岩通計測株式会社のＳＴ−３５７１Ａ（商品名）、テクノシステム株式会社のＡＴＳシリーズ、ＡＴＭシリーズ（商品名）等が利用できる。非接触型静電容量型変位計に代えて、非接触型レーザ光変位計を用いてもよい。

標準直定規２０の材質としては、単結晶石英が一般である。最近は、ジルコニア製標準直定規のようなものも出現している。よって、加工されるワークと同種のものを用いてもよい。直定規２０の素材はワ−クの素材の熱線膨張率に近いものを選択することは勿論のことである。但し、変位計の分解能が１０ｎｍ以下であり、ユ−ザ−が求める真直度が１．０μｍ／１ｍまたは０．５μｍ／１ｍであることから直定規２０の真直度も１０ｎｍ以下であるものを選択する。

被加工物の素材としては、ステンレスの他に真鍮、ハステロイ等の金属類、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素等のセラミック類、ガラス、石英、螢石、サファイア基板等が挙げられる。

以上、記述した研削加工された被加工物の真直度の測定方法は、工作機械の工具が研磨パッドである研磨装置においてもワークテーブル上で被加工物の真直度を測定する方法として応用できることは勿論である。

市販されている３次元ＸＹＺステージ位置測定器にステージ直角度補正機構が備えられていることから理解されるように、ワークテーブルの直角度が優れていることは重要である。よって、ワークテーブルの変位高さを予め測定しておき、ワークの機械加工時に工具（例えば砥石車）の上下方向の昇降移動距離からワークテーブルの変位高さ分差し引く補正を行って工具の昇降を行えば、加工されたワークの真直度は従来の加工技術で得られた加工ワークより向上する。

既述した式（１）および式（２）から理解されるように、変位計による被加工物の高さ計測にはワークテーブルや工具の走査運動誤差E_z(X_i)の要因がある。よって、計測値から走査運動誤差E_z(X_i)を推測できる。本発明においては、この走査運動誤差E_z(X_i)を前に研削加工された加工ワークの真直度変位函数f(x)と、変位計ＡのＳ_A(X_i)およびｍ₁(X_i)の値より走査運動誤差Ez(X_i)を次式で演算し、この走査運動誤差Ez(X_i)をメモリーし、
Ez(X_i)＝ｍ₁(X_i)−ｆ(X_i)＋Ｓ_A(X_i)
ワークテーブル座標位置X_i位置でワークを研削加工する際、ワークの平面研削加工時の砥石車の上下方向移動距離をEz(X_i)の昇降移動補正をしながら平面研削加工を行う。

すなわち、出力されたＳ_A(X_i)、ｍ₁(X_i)、および出力値f(x_i)よりEz(X_i)を演算し、このEz(X_i)の値をパソコンの記憶部にメモリーするとともに、パソコンの記憶部にメモリーされている加工プログラムのワークテーブル座標位置X_i位置でワークを研削加工する際の工具の昇降移動距離をこのEz(X_i)の値差し引いた加工プログラムに補正する。

よって、走査運動誤差分を差し引いた工具頭の昇降距離でワークテーブル座標位置X_i位置でワークを研削加工するので、研削加工された被加工物の真直度は、前に研削加工された被加工物よりさらに向上する。なお、走査運動誤差の補正は、変位計Ｂを用いて計測された値より次式で演算された値を用いることができる。
Ez(X_i)＝ｍ₂(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i＋ｐ)＋Ｓ_Ｂ(X_i＋ｐ)

測定範囲、感度、分解能も同種であり、標準直定規に対してレバー式自律校正法で校正された変位計Ａ，Ｂの両方を同時に用い、工作機械のワークテーブル上で加工ワークの表面変位高さを検出し、真直度変位グラフ函数f(X_i)を出力するので、ワークテーブルまたは変位計の走査運動誤差分が除かれた真直度の値となる。また、従来の真直度測定方法のように、加工されたワークをワークテーブルより取り外し、恒温室へ移送し、恒温室内で加工ワークの表面真直度を検出するという段取りが不要となる。

被加工物の左右方向の変位高さを測定する変位計プローブを備える平面研削機械の要部を示す平面図である。 数値制御平面研削機械の斜視図である。 加工ワークの変位高さより真直度を算出する方法を説明する図である。 変位計の変位を与えるレバーシステムを示す図である。（公知） 変位計とレバーシステムを備える自律校正測定器の正面図である。（公知） 変位計を用いる自律校正システムと表示器の配線を示す斜視図である。（公知） 自律校正における誤差収束の様子を示す図である。（公知） 平面研削加工されたワークのＸ軸方向の真直度を示す図である。(公知) 真直度測定器の斜視図である。（公知）

符号の説明

ｗ 被加工物
Ａ 静電容量型変位計のプローブ
Ｂ 静電容量型変位計のプローブ
１００ 数値制御平面研削装置
３ 砥石車
３ａ 保護カバー
４ ワークテーブル
７ ツールテーブル
９ コラム
１０ 砥石頭
２０ 標準直定規
３０ リニアスケール

Claims (3)

1. 測定範囲、感度、分解能も同種の２つの変位計Ａ，Ｂを用い、標準直定規に対してレバー式自律校正法で校正された変位計Ａ，Ｂの両方をピッチ距離ｐ間離して工作機械の工具頭に変位計Ａ，Ｂの列がワークテーブルの長手方向に向くよう距離ｐ離して支持し、次の工程を経て被加工物の真直度を測定する方法。
   １）ワークテーブルおよび変位計Ａ，Ｂの相対的な移動により前記ワークテーブル上に固定された標準直定規表面と各変位計Ａ，Ｂプロ−ブ間の距離Ｓ_A(X_i)，Ｓ_B(X_i＋ｐ)を検出し、メモリーで記録する。
   ２）演算部で両者の差｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を演算し、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ａのプローブ電極間の距離をZ_0A、被加工物の基準面と非接触型静電容量型変位計Ｂのプローブ電極間の距離Z_0Bと仮定したときの距離Z_0Bと距離Z_0Aの差（Z_0B−Z_0A）としてメモリーに記憶する。
   ３）前記変位計Ａ，Ｂを用いて前記ワークテーブル上の被加工物表面と各変位計Ａ，Ｂのプローブ間の距離ｍ₁(X_i)およびｍ₂(X_i＋ｐ)を検出し、メモリーする。
   ４）これら検出値の差m_2ｄ(X_i)＝〔ｍ₂(X_i＋ｐ)−ｍ₁(X_i)〕を演算し、メモリーする。
   ５）m_2ｄ(X_i)/ｐを求める式に｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝を代入する演算を行い、このm_2ｄ(X_i)/ｐを被加工物表面の高さ変位函数f(X)の微分値df(X)/dXとして近似させ、次式で表される微分値を検出されていった各値よりこの導関数を積分していくとともに、メモリーに記録する。
   df(X)/dX≒〔ｆ(X_i＋ｐ)−ｆ(X_i)〕/ｐ＋｛Ｓ_B(X_i＋ｐ)−Ｓ_A(X_i)｝/ｐ
   ６）前式の導関数を積分した変位函数f(X)を、変位計Ａにより計測された被加工物表面の真直度変位グラフとして出力するか、そのf(X)値の最大ピ−ク値を被加工物の真直度Ｓ_ａとして出力する。
2. 請求項１に記載の測定方法おいて、変位計として非接触静電容量型変位計を用いることを特徴とする、真直度の測定方法。
3. 数値制御平面研削機械を用い、左右方向に移動可能なワークテーブル上に載置されたワークを、前後方向に移動可能なツールテーブルに搭載された砥石頭を用い、被加工物と砥石頭との相対的な動きにより砥石頭の砥石軸に回転自在に備えられた砥石車によりワーク表面を平面研削する方法であって、
   予め、請求項１の工程６）で出力されたｆ(X_i)の値と、工程１）で検出された変位計ＡのＳ_A(X_i)および工程３）で検出されたｍ₁(X_i)の値より走査運動誤差Ez(X_i)を次式で演算し、この走査運動誤差Ez(X_i)をメモリーし、
   Ez(X_i)＝ｍ₁(X_i)−ｆ(X_i)＋Ｓ_A(X_i)
   ワークテーブル座標位置X_i位置でワークを研削加工する際、ワークの平面研削加工時の砥石車の上下方向移動距離をEz(X_i)の昇降移動補正を成しながら平面研削加工を行うことを特徴とする、ワークの平面研削方法。

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