JP2008292199A - 真円度測定装置、真円度測定方法、及び真円度測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】偏心が大きい場合であっても、高精度で偏心が求められる真円度測定装置、真円度測定方法、及び真円度測定プログラムを提供する。
【解決手段】真円度測定装置は、接触検出時において回転軸Ｏと測定子２４とを結ぶＸ軸上の回転軸Ｏと測定子２４の表面との間の距離を測定距離として取得し、回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する。さらに、真円度測定装置は、偏心距離ｅ、偏心角度αを計算する偏心位置計算部と、偏心距離ｅ、偏心角度α、測定角度θ、ワーク４の半径Ｒ、及び測定子２４の中心から表面までの長さ（半径Ｒ_ｔｉｐ）に基づき、ワーク４と測定子２４との接触する接触点Ｐから回転軸Ｏまでの距離ＯＰとなるように測定距離を補正し、回転軸Ｏを中心とするＸ軸と接触点Ｐとの間の補正角度γを測定角度に加算する補正を行う測定値補正部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物の真円度を計測する真円度測定装置、真円度測定方法、及び真円度測定プログラムに関する。

真円度測定装置は、載物台（テーブル）に円柱状又は円筒状のワーク（被測定物）を載置し、載物台を回転させる（テーブル回転型）か、又は測定子自体をワークの周りに回転させて測定子でワークの周面（外面や内面）をトレースして、その真円度を測定する。テーブル回転型の真円度測定装置は、所定軸上の測定子の変位に基づき測定値をもとめる（特許文献１〜５参照）。
特開平４−３２９３０６号公報 特開平５−２６９６４９号公報 特開平８−１２２０５０号公報 特開２００４−９３５２９号公報 特開２００４−１０８７８７号公報

上記のような測定方法であるので、テーブル回転型の真円度測定装置により正確な測定値を得るには、測定子とワークとの接触点は、測定子の変位を検出可能な所定軸上に位置することが前提となる。しかしながら、当然、測定子は、その中心位置から表面までに所定距離の半径を有している。よって、ワークが回転軸に対して偏心していれば、接触子の半径によって、接触点の位置は所定軸上に位置しない場合が生じ、これにより測定値は、誤差を含むものとなる。このような誤差の問題は、特に、接触子の半径より小さい半径を有するワークを偏心した状態で測定した場合に顕著に現れる。

そこで、本発明は、ワークが回転軸に対して偏心している場合であっても、高精度で測定値をもとめられる真円度測定装置、真円度測定方法、及び真円度測定プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る真円度測定装置は、回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置であって、前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算部と、前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正部とを備えることを特徴とする。

上記のような構成を有することにより、被測定物と検出部との接触する接触点から回転軸までの距離となるように測定距離を補正し、回転軸を中心とする検出線と接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行うことができ、よって、測定値の誤差を解消することができる。

また、本発明に係る真円度測定方法は、回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置を用いた真円度測定方法であって、前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算ステップと、前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正ステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る真円度測定プログラムは、回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置を用いた真円度測定プログラムであって、コンピュータに、前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算ステップと、前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正ステップとを実行させるためのものである。

本発明によれば、ワークが回転軸に対して偏心している場合であっても、高精度で測定値をもとめられる真円度測定装置、真円度測定方法、及び真円度測定プログラムを提供することができる。

以下、添付の図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。

先ず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る真円度測定装置の外観構造について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る真円度測定装置の外観を示す斜視図である。この真円度測定装置は、測定機本体１と、演算処理装置２とから構成される。測定機本体１は、基台３と、この基台３上に設けられて円柱状又は円筒状のワーク４を載置すると共に回転させる求心テーブル５と、この求心テーブル５に載置されたワーク４の周面の径方向変位を検出する変位検出装置６と、これらを操作するための操作部７とを備えて構成されている。

求心テーブル５は、円板状の載物台１１を、その下側に配置された回転駆動装置１２により回転駆動して、載物台１１の上に載置されたワーク４を回転させるものである。回転駆動装置１２の側面には、心ずれ調節用の心出しつまみ１３，１４及び傾斜調節用の水平出しつまみ１５，１６が周方向にほぼ９０度の間隔で配置されており、これらのつまみ１３〜１６を操作することにより、手動操作で載物台１１の心出し及び水平出しを行うことができるようになっている。

変位検出装置６は次のように構成されている。即ち、基台３には上方に延びるコラム２１が立設されており、このコラム２１にスライダ２２が上下動可能に装着されている。スライダ２２にはアーム２３が装着されている。アーム２３は水平方向に駆動され、その先端に設けられた測定子（検出部）２４がワーク４の外周面と接触し、且つワーク４が回転することによって、ワーク４の外周面の径方向変位が測定データとして得られるようになっている。

変位検出装置６で得られた測定データは、演算処理装置２に取り込まれ、ここでワーク４の測定断面の中心座標や真円度等が求められる。演算処理装置２は、演算処理を実行する演算処理装置本体３１、及び操作部３２、表示画面３３を有する。

次に、図２を参照して、演算処理装置本体３１の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る演算処理装置本体３１の構成を示すブロック図である。

演算処理装置本体３１は、主に、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、ＨＤＤ４４、表示制御部４５を有する。演算処理装置本体３１において、操作部３２から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ４６ａを介してＣＰＵ４１に入力される。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ４４からＩ／Ｆ４６ｂを介してＲＡＭ４２に格納された各種プログラムに従って、測定実行処理、偏心計算処理、測定値補正処理、解析処理、表示処理等を実行する。

ＣＰＵ４１は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４６ｃを介して真円度測定機１を制御する。ＨＤＤ４４は、各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４２は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。また、ＣＰＵ４１は、表示制御部４５を介して表示画面３３に測定結果等を表示する。

ＣＰＵ４１は、ＨＤＤ４４から各種プログラムを読み出し、そのプログラムを実行することにより、測定値取得部４１ａ、偏心計算部４１ｂ、測定値補正部４１ｃとして機能する。

測定値取得部４１ａは、測定子２４による接触検出時において回転軸から測定子２４の中心へ向かうＸ軸上の回転軸と測定子２４の表面との間の測定距離として取得し、及び回転駆動装置１２による初期角度からの回転角度を測定角度として取得する。

偏心計算部４１ｂは、測定した測定距離及び測定角度に基づきワーク４の偏心位置を算出する。偏心位置とは、回転軸とワーク４の軸心との間の距離（偏心距離）、及び回転軸を中心とするワーク４の軸心とＸ軸との間の角度（偏心角度）を含む値である。なお、偏心計算は、偏心位置となる中心値をパラメータとする関数を測定値に合わせ込む等の方法によってなされる。

測定値補正部４１ｃは、偏心位置（偏心距離、偏心角度）、測定角度、ワーク４の半径、及び測定子２４の半径に基づき、ワーク４及び接触子２４の接触する接触点から回転軸までの距離となるように測定距離を補正し、Ｘ軸と接触点との間の補正角度を測定角度に加算する補正を行う。

次に、図３を参照して、上述した測定値取得部４１ａ、偏心計算部４１ｂ、測定値補正部４１ｃによる動作を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る真円度測定装置による動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、先ず、測定値取得部４１ａは、ワーク４の半径偏差を測定する（ステップＳ１０１）。続いて、偏心計算部４１ｂは、測定した半径偏差に基づき偏心位置を計算し、ワーク４の偏心位置、及び半径値を生成する（ステップＳ１０２）。

ここで、図４及び図５を参照して、測定値Ｐを測定時における、ワーク４及び測定子２４の関係を説明する。図４は、本実施形態に係るワーク４の測定概略図であり、図５は、測定値Ｐを測定する場合のワーク４及び測定子２４の関係を示した図である。なお、図４及び図５に示す例は、求心テーブル５を回転させていない初期状態であるものとする。図４に示すように、ワーク４に測定子２４を接触させワーク４に接触している測定子２４のＸ軸方向の所定値ｒからの変位に基づき半径偏差Δを測定する。回転軸Ｏから測定子２４の表面までの距離が測定値となる。求心テーブル５を回転軸Ｏ中心に回転させながら、このような測定を行い、図４に示す例にあっては、測定子２４のＸＹ面の断面形状が測定されることとなる。ここで、図５に示すように、半径Ｒを有するワーク４の中心Ｃ０が回転軸Ｏから偏心距離ｅ、偏心角度αにて偏心しており、その中心Ａ０から半径Ｒ_ｔｉｐを有する測定子２４にて測定した場合、中心Ｃ０と中心Ａ０との距離が「Ｒ＋Ｒｔｉｐ」と等しくなった時に、ワーク４と測定子２４は接触する。したがって、接触時のＸ軸上の測定点Ｍ０における測定距離（回転軸Ｏからの距離（ＯＭ０））は、その接触点Ｐ０における値と異なる。すなわち、測定点Ｍ０における測定値は、誤差を有することとなる。なお、測定点Ｍ０は、Ｘ軸上で回転軸Ｏ方向に中心Ａ０から半径Ｒｔｉｐの長さ離れた位置となる。

再び、図３を参照して真円度測定装置の動作説明を行う。ステップＳ１０２に引き続き、測定値補正部４１ｃは、測定子２４の半径値の入力を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１０３）。ここで、測定値補正部４１ｃは、測定子２４の入力を受け付けていないと判断した場合（ステップＳ１０３、Ｎ）、繰り返しステップＳ１０４の処理を実行する。一方、測定値補正部４１ｃは、測定子２４の入力を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１０３、Ｙ）、次の処理に移行する。

ステップＳ１０３に続いて、測定値補正部４１ｃは、ワーク４の設計半径値の入力を受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで、測定値補正部４１ｃは、ワーク４の設計半径値の入力を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１０４、Ｙ）、受け付けたワーク４の設計半径値に基づき測定値補正計算を行う（ステップＳ１０５）。一方、測定値補正部４１ｃは、ワーク４の設計半径値の入力を受け付けていないと判断した場合（ステップＳ１０４、Ｎ）、基準となるアーム位置からの測定時のアーム位置の変化量により取得な可能な半径値に基づき測定値補正計算を行う（ステップＳ１０６）。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の一実施形態に係る真円度測定装置により測定した測定値を補正する測定値補正計算処理を説明する。先ず、図６を参照して、測定角度の補正に用いる補正角度の計算方法について説明する。図６及び図７は、図５に示した状態から測定角度θだけ求心テーブル５を回転させた状態を示すものである。よって、図６に示すように、ワーク４の軸心は、回転軸Ｏから距離ｅ、角度θ＋αの位置に配置される。この求心テーブル５にて角度θ回転させた状態において、測定子２４は、ワーク４と接触点Ｐにて接触し、Ｘ軸上の測定値Ｍを取得しているものとする。ここで、ワーク４の偏心位置をＣとし、測定子２４の中心をＡとし、角ＰＯＡの角度をγ、角ＰＡＯの角度をβとし、偏心位置ＣからＸ軸上に引いた垂線のＸ軸との交点をＤ、接触点ＰからＸ軸上に引いた垂線のＸ軸との交点をＥとする。

上記のような条件のもと、角度γ、角度βは、下記の（式１）及び（式２）であらわすことができる。

上述した（式１）の角度γが、補正角度となり、その補正角度γを測定角度に加算して、測定角度を補正する。

次に、図７を参照して、測定距離の補正に用いる補正距離の算出方法について説明する。測定距離に補正距離を加算して、回転軸Ｏから接触点Ｐまでの距離となるように測定距離を補正する。ここで、図７において、偏心位置Ｃから線分ＯＰにおろす垂線が線分ＯＰに交わる点をＦとし、Ｘ軸上であって、回転軸Ｏから距離ＯＰと同じ距離だけ離れた点をＰ’とし、点Ｍと点Ｐ’との間の距離をｄｒγとする。

上記のような条件のもと、距離ｄｒγ、距離ＯＰは、下記の（式３）及び（式４）であらわすことができる。

上記（式３）の距離ｄｒγが、測定距離を回転軸Ｏと接触点Ｐとの間の距離とするために加算する補正距離となり、その補正距離ｄｒγを測定距離に加算して、測定距離を補正する。

上述した補正後の測定距離、及び補正後の測定角度は、下記の（式５）及び（式６）となる。

上記のように本発明の一実施形態に係る真円度測定装置によれば、測定値補正部４１ｃにより、測定距離を補正距離ｄｒγだけシフトさせ、さらに回転軸Ｏ中心に測定角度を補正角度γだけ回転させることにより、測定距離及び測定角度は接触点Ｐの値と一致する。よって、ワーク４が偏心した場合であっても、測定値に含まれる誤差を解消することができる。

本発明の一実施形態に係る真円度測定機の構成概略図である。 本発明の一実施形態に係る演算処理装置本体３１の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る真円度測定機の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る真円度測定機による測定概略図である。 本発明の一実施形態に係る真円度測定機により測定した測定値、及び偏心位置の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真円度測定機により測定した測定値を補正する処理を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る真円度測定機により測定した測定値を補正する処理を説明する図である。

符号の説明

１…測定機本体、２…演算処理装置、３…基台、４…ワーク、５…求心テーブル、６…変位検出装置、７…操作部、１１…載物台、１２…回転駆動装置、１３，１４…心出しつまみ、１５，１６…水平出しつまみ、２１…コラム、２２…スライダ、２３…アーム、２４…測定子、３１…演算処理装置本体、３２…操作部、３３…表示画面。

Claims (3)

1. 回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置であって、
   前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算部と、
   前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正部と
   を備えることを特徴とする真円度測定装置。
2. 回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置を用いた真円度測定方法であって、
   前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算ステップと、
   前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正ステップと
   を備えることを特徴とする真円度測定方法。
3. 回転軸を中心として被測定物を回転させる回転部、前記被測定物との接触に基づき当該接触を検出する検出部、当該検出部による接触検出時において前記回転軸と前記検出部の中心とを結ぶ検出線上の前記回転軸と前記検出部の表面との間の距離を測定距離として取得し、前記回転部による回転角度を測定角度として取得する測定値取得部を有する真円度測定装置を用いた真円度測定プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記測定距離及び前記測定角度に基づき、前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の距離を偏心距離として計算し、前記回転軸を中心とする前記被測定物の軸心と前記回転軸との間の角度を偏心角度として計算する偏心位置計算ステップと、
   前記偏心距離、前記偏心角度、前記測定角度、前記被測定物の半径、及び前記検出部の中心から表面までの長さに基づき、前記被測定物と前記検出部との接触する接触点から前記回転軸までの距離となるように前記測定距離を補正し、前記回転軸を中心とする前記検出線と前記接触点との間の補正角度を前記測定角度に加算する補正を行う測定値補正ステップと
   を実行させるための真円度測定プログラム。
   

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