JP2008070181A - 真円度測定装置較正治具および真円度測定装置の較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真円度測定装置を良好に較正できる較正治具を提供する。
【解決手段】外周面に、周方向の全周で２周期、５０周期および５００周期の異なる３つの周期で、２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍとなる起伏を有する３つのトラック２１を設けて較正治具２０を形成する。較正治具２０のトラック２１の起伏に対応した振幅スペクトルの較正データを取得する。較正対象の真円度測定装置１で較正治具２０のトラック２１の起伏を測定した測定データの振幅スペクトルと、較正データとを比較し、差分誤差を是正する調整により較正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被測定物の真円度を測定する真円度測定装置を較正するための真円度測定装置較正治具、および、この較正治具を用いた真円度測定装置の較正方法に関する。

従来、被測定物の真円度を測定する真円度測定装置は、例えばプローブの静的または動的な方法で較正されている。ここで、静的な較正方法としては、プローブの下方でブロックゲージ一式を差し替えて変位を測定する方法が知られている。一方、動的な較正方法としては、所定の直径で精密に加工されていて高精度な測定機で測定されて値付けされている円柱または円筒からなるゲージ、いわゆるフリック標準器を測定する方法が知られている。また、圧電素子で駆動される表面に真円度測定装置のプローブを当てて検出信号を出力して変位を測定するとともに、同時にこの表面の変位をレーザ干渉計で高精度に測定して、２つの測定結果を比較することにより真円度測定装置を較正する方法も知られている。この較正方法において、異なる周期の正弦波を組み合わせた凹凸形状を備えた治具を用いて較正する方法が、ジャスコ(Jusko)により提案されている（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。
この非特許文献１に記載のものは、筒状の全波長標準器と呼ばれ、内周面に、カットオフ周波数（５，１５，５０，１５０，５００山／回転；ＵＰＲ）の条件で、それぞれ振幅が異なる凹凸が設けられている。この全波長標準器を用いて、真円度測定装置の感度較正をすることができる。

O.Jusko, F. Ludicke, Novel multi-wave standards for the calibration of form measuring instruments, Proc. 1st EuSPEN, Bremen, Vol. 2, 1999, p. 299-302 Schneider, U., H▲u▲bner, G.: Dynamic Calibration and Testing of Roundness Measuring Devices by Means of a Waviness Standard, Proc. 4th Int. Symp. Dimensional Metrology in Production and Quality Control, Tampere, Finland, 1992, p.394-414

しかしながら、上述した非特許文献１および非特許文献２に記載の従来の全波長標準器を用いて真円度測定装置を較正する較正では、較正処理が困難であり、例えば測定結果の異なる高調波の相互作用の影響により、演算処理が煩雑となる。特に、高増幅すなわち被測定物の表面凹凸を高倍率で測定する真円度測定器では、高周波用の一般的に測定するスケールに対して振幅が大きすぎるため、良好な較正に適していない。このため、高周波および低周波の双方で動的に良好な較正が困難であるという問題がある。
できる治具が

本発明の目的は、このような点に鑑みて、真円度測定装置の良好な較正が得られる真円度測定装置較正治具およびこの較正治具を用いた真円度測定装置の較正方法を提供する。

本発明に記載の真円度測定装置較正治具は、真円度測定装置を較正するための真円度測定装置較正治具であって、内周面と外周面とのうちの少なくともいずれか一方に設けられた評価面上に、周方向で正弦波状の起伏を有する評価トラックを複数備え、これら評価トラックは、正弦波状の起伏における周期および振幅のうちの少なくともいずれか一方が異なることを特徴とする。
この発明では、内周面と外周面とのうちの少なくともいずれか一方に設けられた評価面上に、周期および振幅のうちの少なくともいずれか一方が異なる正弦波状の起伏を有する評価トラックを複数設けている。
このことにより、例えば被測定物の表面形状にプローブを接触させて真円度を測定する真円度測定装置での高周波および低周波に対する動的な較正が、複数の周期および振幅のうちの少なくともいずれか一方が異なる正弦波状の起伏を有した複数の評価トラックを設けた簡単な構成で、真円度の測定と同様に複数の評価トラックを測定する簡単な方法で、高精度に実施できる。

そして、本発明では、請求項１に記載の真円度測定装置較正治具であって、前記評価トラックは、３種の起伏で設けられ、かつ、周期が全周で２周期、５０周期および５００周期で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍである構成とすることが好ましい。
この発明では、複数の評価トラックとして、周期が全周で２周期、５０周期および５００周期の異なる３つの周期の起伏で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍとしている。
このことにより、被測定物の表面形状の微細な凹凸状況も測定できる高倍率の真円度測定装置でも、３種類の評価トラックを設ける比較的に簡単な構成で高精度な較正が得られる。

さらに、本発明では、請求項１または請求項２に記載の真円度測定装置較正治具であって、前記評価面の径が３０ｍｍである構成とすることが好ましい。
この発明では、評価トラックが設けられる評価面の径を３０ｍｍとしている。
このため、高周波となる５００周期の起伏でも高精度に形成できるとともに、高精度な較正ができる治具を比較的に小型で容易に形成できる。

また、本発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具であって、前記真円度測定装置は、検出器から被検出物の表面形状に対応して信号の所定の周波数成分を除去するフィルタ演算部を備える構成とすることが好ましい。
この発明では、較正対象の真円度測定装置として、検出器から測定により被測定物の表面形状に応じて出力される信号の所定の周波数成分を除去するフィルタ演算部を備えたものとしている。
このことにより、較正対象の真円度測定装置におけるフィルタ演算部で適用されるフィルタのフィルタリング特性を、例えば真円度測定装置較正治具の評価面を測定した検出器からの振幅をフーリエ変換などにより処理して２番目から５０番目までの高調波の振幅率と、２番目から５００番目までの高調波の振幅率とを、フィルタの対応する値と比較するなどにより、容易に高精度で確認できる。

さらに、本発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具であって、前記真円度測定装置は、前記被測定物を回転可能に支持する被測定物回転機構を備える構成とすることが好ましい。
この発明では、補正対象の真円度測定装置として、被測定物を回転可能に支持する被測定物回転機構を備えたものとしている。
このことにより、較正対象の真円度測定装置における被測定物回転機構の回転動作の定常性を、例えば真円度測定装置較正治具の内周面を測定した検出器からの振幅における測定一回転毎の５０番目から５００番目までの起伏周辺の振幅の分布状態と、真円度測定装置較正治具の起伏の振幅と比較するなどにより、容易に高精度で認識できる。

本発明に記載の真円度測定装置の較正方法は、真円度測定装置の較正方法であって、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具の内周面と外周面とのうちの少なくともいずれか一方の前記評価面上の評価トラックを、周方向で走査して測定した前記検出器から出力される振幅と、前記真円度測定装置較正治具の起伏の振幅とを比較して差分を補正することを特徴とする。
この発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具の評価面上の評価トラックを周方向で走査して起伏を測定し、測定結果と真円度測定装置較正治具の起伏とを比較し、差分を是正する補正を実施するのみで、高精度な較正が容易に得られる。

そして、本発明では、請求項６に記載の真円度測定装置の較正方法であって、前記真円度測定装置較正治具の測定で得られた前記検出器からの信号をフーリエ変換して得られる振幅スペクトルにおける第二高調波の振幅を、前記真円度測定装置較正治具の起伏の振幅で除算処理し、この除算処理により得られた値を前記真円度測定装置のプローブ倍率として設定する構成とすることが好ましい。
この発明では、較正対象の真円度測定装置で真円度測定装置較正治具の評価面を周方向で測定して得られた検出器からの信号をフーリエ変換して得られる振幅スペクトルにおけるにおける第二高調波の振幅を、真円度測定装置較正治具の起伏の振幅で除算処理する。そして、この除算処理により得られた値を、真円度測定装置のプローブ倍率として設定している。
このことにより、真円度測定装置較正治具の所定の起伏を設けた測定面を測定し、得られた振幅スペクトルの２番目の調波の振幅に基づいて、容易なフーリエ変換や除算などの演算処理をするのみで、プローブ倍率の高精度な較正が容易にできる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、本第一実施形態では、本発明の真円度測定装置較正用治具を用いて較正される真円度測定装置を例示するが、例えば、較正のための較正データを記憶して自動的に較正してもよい。
図１は、本実施の一形態における真円度測定装置の概略構成を示すブロック図である。

〔真円度測定器の構成〕
図１に示すように、真円度測定装置１は、被測定物Ｗにおける外周面を走査し、真円度を測定する。
この真円度測定装置１は、ベース２と、このベース２の上面一側に配置され被測定物Ｗを回転駆動させる被測定物回転機構３と、ベース２の上面他側に配置され被測定物Ｗの外表面位置を検出する位置検出機構７と、などを備えて構成されている。

被測定物回転機構３は、回転テーブル４と、ＸＹテーブル５とを備えている。
回転テーブル４は、ベース２に図示省略の回転駆動機構を介して回転可能に設けられている。ＸＹテーブル５は、回転テーブル４の上面に配置され、被測定物Ｗを載置する。
また、回転テーブル４には、ＸＹテーブル５を回転テーブル４の回転中心軸Ｚに対して直交し、かつ互いに直交する方向（ＸおよびＹ方向）へ移動させる調整つまみ６Ａ，６Ｂがそれぞれ設けられている。さらに、回転テーブル４には、ＸＹテーブル５の上面（被測定物載置面）を傾ける傾斜つまみ（図示省略）が設けられている。

位置検出機構７は、支柱８と、スライダ９と、第１水平アーム１０と、回動部材１１と、第２水平アーム１２と、プローブホルダ１３と、検出器としてのプローブ１４と、モータ１５とを備えている。
支柱８は、ベース２に垂直（Ｚ軸と平行）に立設されている。スライダ９は、支柱８に昇降可能に設けられている。第１水平アーム１０は、スライダ９に支柱８に対して直交する方向（Ｚ軸に対して直交する方向であるＸ軸方向）へ摺動可能に設けられている。回動部材１１は、第１水平アーム１０の先端側に、この第１水平アーム１０の軸線Ａに対して回動可能に設けられている。第２水平アーム１２は、回動部材１１に取り付けられ、第１水平アーム１０と平行に設けられている。プローブホルダ１３は、第２水平アーム１２に回転軸Ｂに対して１８０度反転可能に設けられている。プローブ１４は、プローブホルダ１３に設けられ、センサである触針としてのスタイラス１４Ａを有している。すなわち、プローブ１４は、被測定物Ｗの表面にスタイラス１４Ａがばねにより付勢され、被測定物Ｗの表面の凹凸に応じて信号を出力する図示しない電子マイクロメータからなる検出センサを備えている。モータ１５は、プローブホルダ１３を回転させて向きを変える。すなわち、モータ１５を駆動させることにより、プローブホルダ１３が所定角度（例えば１８０度反対位置の２位置）に回動され、プローブホルダ１３の姿勢を、スタイラス１４Ａで被測定物Ｗの外径を測定する外径測定時姿勢と、内径を測定する内径測定時姿勢とに反転させることができるようになっている。

〔基準治具の構成〕
次に、上述した真円度測定装置１を較正するための本発明における真円度測定装置較正治具である較正治具２０について、図面を参照して説明する。
図２は、較正治具の概略構成を示す斜視図である。なお、図２は、説明の都合上、トラックの起伏を概念的に示す。

図２に示すように、較正治具２０は、例えば外径が３０ｍｍで長さ寸法が２０ｍｍの円柱状に形成されている。
較正治具２０の外周面には、周方向に例えば３本のトラック２１が軸方向で略平行に設けられ、これらトラック２１には正弦波状に周方向で周期的な図示しない起伏が設けられている。各トラック２１の起伏は、較正治具２０の周方向の全周で、例えば、２周期、５０周期および５００周期の異なる３つの周期で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍとなる状態に形成されている。すなわち、これら起伏が設けられた較正治具２０は、高分解能の真円度測定装置１に適している。
なお、２周期、１５周期および１５０周期の異なる３つの周期で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、１５周期の振幅が０．２μｍ、１５０周期の振幅が０．１μｍとなる状態に形成したトラック２１を有するいわゆる標準タイプのものなどに設計してもよい。
この較正治具２０は、例えば高周波誘導加熱などにより少なくともトラック２１の部分が焼入れ硬化されている。そして、較正治具２０は、製造された後、あらかじめ較正された基準真円度測定装置１にてトラック２１の外周面の起伏状態が測定され、測定により起伏に対応した振幅スペクトルがあらかじめ開示される。すなわち、較正治具２０における起伏の振幅スペクトルを、較正治具２０毎に較正データとしてあらかじめ取得される。

〔真円度測定装置の動作〕
次に、上記真円度測定装置１の動作として、較正治具２０を用いた真円度測定装置１の較正方法について説明する。
この較正は、例えば真円度測定装置１の出荷前、あるいは真円度測定装置１の定期的な保守管理時などに実施される。

まず、較正治具２０を真円度測定装置１の回転テーブル４上に載置固定する。さらに、プローブ１４の向きを外径測定の姿勢とする。
そして、被測定物Ｗの内周面の真円度の測定動作と同様に、回転テーブル４を回転しつつプローブ１４を較正治具２０の外周面で周方向に相対的に滑動する状態に走査させ、較正治具２０のトラック２１の起伏の測定による振幅スペクトルを検出させて測定データを得る。
この後、得られた測定データの振幅スペクトルと、あらかじめ開示されている較正治具２０の較正データとを比較し、差分誤差を評価する。

そして、得られた差分誤差を是正すべく、真円度測定装置１を調整する。すなわち、真円度測定装置１のプローブ倍率、動的プローブ特性、フィルタリング特性、回転の定常性、となどが較正される。
具体的には、各周期のトラック２１の振幅に対応した信号をフーリエ変換して得られる振幅スペクトルにおける第二高調波の測定振幅と、各周期のトラック２１の較正データの振幅とを比較することにより、真円度測定装置１のプローブ倍率が較正可能である。

〔実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態では、周期および振幅がそれぞれ異なる正弦波状の起伏を有するトラック２１を外周面に複数設けている。
このため、例えば被測定物Ｗの表面形状にプローブ１４を接触させて真円度を測定する真円度測定装置１での高周波および低周波に対する動的な較正が、それぞれ複数の異なる周期および振幅の正弦波状の起伏を有した複数のトラック２１を設けた簡単な構成で、真円度の測定と同様に複数のトラック２１を測定する簡単な方法で、高精度に実施できる。

そして、複数のトラック２１として、全周で２周期、５０周期および５００周期の異なる３つの周期の起伏で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍとしている。
このため、ワークＷの表面形状の微細な凹凸状況も測定できる高倍率（高分解能）の真円度測定装置１でも、３種類のトラック２１を設ける比較的に簡単な構成で高精度な較正が得られる。

また、較正治具２０のトラック２１の起伏が設けられた外周面の径寸法を３０ｍｍとしている。
このため、高周波となる５００周期の起伏でも高精度に形成できるとともに、高精度な較正ができる較正治具２０を比較的に小型で容易に形成できる。

また、外周面に起伏を設けたため、外部からの衝撃により起伏２２が損傷するなどの不都合も生じにくく、取扱性も向上し、良好な高精度の較正が容易に得られる。

そして、較正治具２０を用いた較正として、較正治具２０のトラック２１をプローブ１４を周方向で走査して測定し、得られた測定データの振幅スペクトルと、あらかじめ開示された較正治具２０の較正データとを比較し、得られた差分誤差を調整することで較正する。すなわち、測定データの振幅スペクトルを、較正データと同一のスペクトル分布となる状態に調整する。
すなわち、既知である実際の較正治具２０のトラック２１の起伏が再現されるように、較正治具２０のトラック２１の凹凸を測定して比較する簡単な作業・処理で、高精度な較正が得られる。

〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。

すなわち、本発明の真円度測定装置較正治具としては、起伏が設けられる外径として３０ｍｍの円柱状としたが、この限りではなく、外径は適宜設計できる。同様に、軸方向の長さ寸法についても、２０ｍｍに限られるものではなく、適宜設計できる。
さらに、２周期、５０周期、５００周期の３種類のトラック２１を設けて説明したが、上述したように、例えば２周期、１５周期、１５０周期の３種類のトラック２１を設けてもよく、さらに他の周期の組み合わせでもよい。
また、トラック２１を外周面に設けて説明したが、例えば図３に示すように、内周面に設けてもよい。具体的には、図３に示す較正治具２１は、円筒状に形成され、内周面に周方向にリブ状に内周面が評価面となる評価部２２が設けられ、この評価部２２の内周面に、周期および振幅が異なる複数のトラック２１が設けられている。なお、図３は、説明の都合上、１つのトラック２１の起伏様に起伏を概念的に示す。
さらに、較正治具２０は、トラック２１を外周面および内周面の双方に設けてもよい。
また、周期および振幅のそれぞれが異なる起伏としたが、周期または振幅の一方のみが異なる正弦波状としてもよい。

その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。

本発明に係る真円度測定装置の概略構成を示す側面図である。 前記実施の形態における較正治具を示す斜視図である。 本発明に係る他の較正治具の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１……真円度測定装置としての真円度測定器
３……被測定物回転機構
１４……検出器としてのプローブ
１４Ａ…触針としてのスタイラス
２０……真円度測定装置較正治具としての較正治具
２１……評価トラックであるトラック
Ｗ……被測定物

Claims (7)

1. 真円度測定装置を較正するための真円度測定装置較正治具であって、
   内周面と外周面とのうちの少なくともいずれか一方に設けられた評価面上に、周方向で正弦波状の起伏を有する評価トラックを複数備え、
   これら評価トラックは、正弦波状の起伏における周期および振幅のうちの少なくともいずれか一方が異なる
   ことを特徴とする真円度測定装置較正治具。
2. 請求項１に記載の真円度測定装置較正治具であって、
   前記評価トラックは、３種の起伏で設けられ、かつ、周期が全周で２周期、５０周期および５００周期で、かつ２周期の振幅が１．５μｍ、５０周期の振幅が０．２μｍ、５００周期の振幅が０．１μｍである
   ことを特徴とする真円度測定装置較正治具。
3. 請求項１または請求項２に記載の真円度測定装置較正治具であって、
   前記評価面の径が３０ｍｍである
   ことを特徴とする真円度測定装置較正治具。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具であって、
   前記真円度測定装置は、検出器から被検出物の表面形状に対応して出力される信号の所定の周波数成分を除去するフィルタ演算部を備える
   ことを特徴とする真円度測定装置較正治具。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具であって、
   前記真円度測定装置は、前記被測定物を回転可能に支持する被測定物回転機構を備える
   ことを特徴とする真円度測定装置較正治具。
6. 真円度測定装置の較正方法であって、
   請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の真円度測定装置較正治具の内周面と外周面とのうちの少なくともいずれか一方の前記評価面上の評価トラックを、周方向で走査して測定した前記検出器から出力される振幅と、前記真円度測定装置較正治具の起伏の振幅とを比較して差分を補正する
   ことを特徴とする真円度測定装置の較正方法。
7. 請求項６に記載の真円度測定装置の較正方法であって、
   前記真円度測定装置較正治具の測定で得られた前記検出器からの信号をフーリエ変換して得られる振幅スペクトルにおける第二高調波の振幅を、前記真円度測定装置較正治具の起伏の振幅で除算処理し、この除算処理により得られた値を前記真円度測定装置のプローブ倍率として設定する
   ことを特徴とする真円度測定装置の較正方法。

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