JP2016166766A - 形状測定装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定軸合わせに要する手間の削減および時間短縮を図り、形状測定装置の測定効率を向上させる。【解決手段】面対称性を有する校正用ゲージ、例えば真球であるマスターボール９０、を回転テーブル２２０の回転中心以外の位置にセットする。回転テーブル２２０を回転駆動させながら前記校正用ゲージ９０を測定する。測定子３３０が校正用ゲージ９０を検出したときの回転テーブル２２０の位相のパターンに基づいて、測定軸のズレを判定する。【選択図】図１７

Description

本発明は形状測定装置の調整方法に関する。

形状測定装置として真円度測定装置が知られている。真円度測定装置は、回転機構を有し、円形形体の被測定物の半径変化を精密に測定する機能を有する。

まず、真円度測定装置の構成を簡単に説明する。図１は、真円度測定装置１００の外観図である。図中に、マシン座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を併記した。
紙面の左から右方向にＸ軸をとり、紙面の手前から奥方向にＹ軸をとり、下から上方向にＺ軸をとる。

真円度測定装置１００は、測定機本体部２００と、ホストコンピュータ１１０と、操作部１２０と、モーションコントローラ１３０と、を備える。

測定機本体部２００は、基台２１０と、回転テーブル２２０と、座標測定部３００と、を備える。

回転テーブル２２０は、回転駆動部２２１と、載物台２２３と、を備える。
回転駆動部２２１は基台２１０上に設置され、円板状の載物台２２３を回転させる。回転駆動部２２１の側面には調整用つまみ２２２が周方向に９０度間隔で配置されている。調整用つまみ２２２を操作することにより載物台２２３をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ調整できるようになっており、これにより、載物台２２３の心出しおよび水平出しができるようになっている。被測定物をこの載物台２２３の上にセットすると、載物台２２３とともに被測定物が回転する。

座標測定部３００は、Ｚ軸コラム３１０と、Ｚスライダ３２０と、Ｘアーム３３０と、ヘッドホルダ３４０と、プローブヘッド３５０と、を備える。

Ｚ軸コラム３１０は、Ｚ軸に平行に基台２１０上に立設されている。Ｚスライダ３２０は、Ｚ方向（上下方向）に移動可能にＺ軸コラム３１０に設けられている。Ｘアーム３３０は、Ｘ方向に進退可能にＺスライダ３２０に支持されている。ヘッドホルダ３４０はＬ字型の部材であって、ヘッドホルダ３４０の基端はＸアーム３３０の先端に取り付けられ、ヘッドホルダ３４０の先端にはプローブヘッド３５０が取り付けられている。

なお、ヘッドホルダ３４０は、Ｘ軸方向に延びる回転軸３３１を中心として回転可能に設けられている。回転可能範囲は、例えば０°からマイナス９０°の範囲に規制されている。図２のように、ヘッドホルダ３４０が鉛直のとき、これを「垂直姿勢」とする。図３のように、ヘッドホルダ３４０が水平のとき、これを「水平姿勢」とする。

プローブヘッド３５０は、てこ式電気マイクロメータであり、ヘッドホルダ３４０の先端に取り付けられている。プローブヘッド３５０は、スタイラス３６０を有し、スタイラス３６０の先端には被測定物に接触する測定子３６１が設けられている。スタイラス３６０は、先端をＸ軸方向に変位させることができるように傾動可能に設けられている。ここでは、てこ式電気マイクロメータを用いたが、プローブヘッド３５０としては平行移動式の電気マイクロメータでもよいし、その他既存のプローブヘッドを利用できる。

ヘッドホルダ３４０が垂直姿勢（図２）のとき、ヘッドホルダ３４０の側面に設けられた調整ネジ３４１を回すことでプローブヘッド３５０をＹ方向に微小変位させることができる。
また、ヘッドホルダ３４０が水平姿勢（図３）のとき、ヘッドホルダ３４０の端面に設けられた調整ネジ３４２を回すことでプローブヘッド３５０をＹ方向に微小移動させることができる。

なお、スタイラス３６０の角度、ヘッドホルダ３４０の倒れ角、Ｘアーム３３０の進退量、および、Ｚスライダ３２０の位置（昇降量）は、それぞれエンコーダ（不図示）で検出される。

ホストコンピュータ１１０は、ＣＰＵ（中央処理装置）や所定プログラムを格納したＲＯＭ、ＲＡＭを有するいわゆるコンピュータ端末であって、モーションコントローラ１３０に所定の動作指令を与えるとともに、測定機本体部２００で取得されたデータに基づいて被測定物Ｗの形状解析等の演算処理を実行する。また、ホストコンピュータ１１０は、モニタ１１２やキーボード、マウスを介して入出力インターフェースをユーザに提供する。操作部１２０は、操作レバーや操作ボタンを有し、手動操作によってモーションコントローラ１３０に動作指令を与える。モーションコントローラ１３０は、測定機本体部２００の駆動制御を実行する。

被測定物の真円度測定に当たっては、測定子３６１を被測定物の表面に当接させた状態で回転テーブル２２０を回転駆動させる。すると、測定子３６１が被測定物の表面を走査（トレース）する。すなわち、回転テーブル２２０の回転駆動で被測定物が回転する際、被測定物の半径変化に応じて測定子３６１がＸ軸方向に変位する。具体的には、被測定物の半径変化に応じてＸアーム３３０が進退し、これによって測定子３６１がＸ軸方向に変位し、測定子３６１が被測定物の表面に追従する。回転テーブル２２０が一周したところでＺスライダ３２０を上方または下方に移動させ、被測定物の周方向の走査を繰り返す。スタイラス３６０の角度、Ｘアーム３３０の位置、および、Ｚスライダ３２０の位置をそれぞれエンコーダ（不図示）で検出し、測定子３６１の変位量を測定データとして得る。測定データに基づいて被測定物の形状解析、すなわち、真円度、円筒度の解析が行われる。

さて、真円度測定装置１００を使った測定にあたっては、まず、回転テーブル２２０の回転軸と測定子３６１の測定軸Ｌとが同一平面において直交するように軸合わせをする必要がある。なお、測定軸Ｌとは、測定子３６１の中心を通り、Ｘ軸に平行な仮想線である。測定子３６１はＸアーム３３０の進退によって変位するのであるから、測定軸Ｌとはすなわち（Ｚスライダ３２０の位置を固定した状態における）測定子３３０の可動方向に相当する。そして、測定軸Ｌの位置合わせ作業を本明細書では「測定軸合わせ」と称することにする。

仮に測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に直交しない状態で測定作業を行ってしまうと、測定子３６１の変位が被測定物の半径変化に正しく対応しないのは当然である。例えば、スタイラス３６０を交換した場合や、スタイラス３６０の傾斜角を変更した場合、ヘッドホルダ３４０の角度（姿勢）を変更した場合など、には「測定軸合わせ」を行う必要がある。

従来、「測定軸合わせ」は次のように行われてきた（例えば特許文献１、２）。まず、先端に真球を有するマスターボール９０を用意する。マスターボール９０を回転テーブル２２０の中心にセットし（図２、図３参照）、さらに、センタリング（心出し）を行う。すなわち、真球の中心と回転テーブル２２０の回転軸線とを合わせる。次に、測定子３６１を真球に当接させ、この状態でＹ方向調整ネジ（３４１、３４２）を回し、測定子３６１のＸ方向変位が最大になるような位置を探す。測定子３６１のＸ方向変位が最大になるところが見つかったら、そこでＹ方向調整ネジ（３４１、３４２）を止める。

特許５２９２５６４号 特開２０１２−１４５４９２号公報

上記の手順によって「測定軸合わせ」を正しく行うことはできる。ただし、マスターボール９０を回転テーブル２２０の中心にセットしなければならないのであるから、被測定物を一旦外さなければならない。そして、「測定軸合わせ」を行った後で、もう一度、被測定物を回転テーブル２２０にセットして、被測定物の心出しを行わなければならない。ある被測定物を測定している最中にスタイラス３６０を交換したり、ヘッドホルダ３４０の姿勢を変更したりすることがある。スタイラス３６０交換や姿勢変更の度に上記のような手順を要するとすると、手間が掛かり、測定効率が上がらないという問題がある。

本発明の目的は、測定軸合わせに要する手間の削減および時間短縮を図り、形状測定装置の測定効率を向上させることにある。

本発明の形状測定装置の軸ずれ判定方法は、
形状測定装置の軸ずれ判定方法あって、
前記形状測定装置は、
被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、を備えており、
前記測定子の中心を通り、前記Ｘ軸に平行な仮想線を測定軸とするとき、
当該形状測定装置の調整方法は、
面対称性を有する校正用ゲージを前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットし、
前記回転テーブルを回転駆動させながら前記校正用ゲージを測定し、
前記測定子が前記校正用ゲージを検出したときの前記回転テーブルの位相のパターンに基づいて、前記回転テーブルの回転軸に対して前記測定軸がズレているか否かを判定する
ことを特徴とする。

本発明では、
前記校正用ゲージの測定結果に基づいて、
前記測定子が前記校正用ゲージの検出を開始した時の前記回転テーブルの位相である検出開始位相θｉと、
前記測定子が前記校正用ゲージの検出を終了した時の前記回転テーブルの位相である検出終了位相θｆと、
測定値がピーク値を示すときの前記回転テーブルの位相であるピーク時位相θｐと、を求め、
軸ずれ指標値ＭをＭ＝｛（θｐ−θｉ）−（θｆ−θｐ）｝とするとき、
前記軸ずれ指標値Ｍの正負によって前記測定軸のずれの方向を判定する
ことが好ましい。

本発明では、
前記校正用ゲージは、前記回転テーブルの側面に予めセットされている
ことが好ましい。

本発明では、
前記校正用ゲージは、真球の全体または真球の一部分である
ことが好ましい。

本発明の形状測定装置の調整方法は、
Ｙ軸に沿った方向で前記測定子と前記回転テーブルとの位置を相対的に微調整可能となっており、
前記形状測定装置の軸ずれ判定方法を実行した後、
前記測定軸のズレ方向の判定結果をモニタに表示し、
ユーザは、前記モニタの表示を参考にして前記測定子の位置を微調整する
ことを特徴とする。

本発明の形状測定装置の軸ずれ判定プログラムは、
形状測定装置の軸ずれ判定プログラムであって、
前記形状測定装置は、
被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、
モーションコントローラを介して前記回転テーブルおよび前記座標測定部の動作制御を行うホストコンピュータと、を備えており、
面対称性を有する校正用ゲージが前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットされており、
前記測定子の中心を通り、前記Ｘ軸に平行な仮想線を測定軸とするとき、
当該形状測定装置の軸ずれ判定プログラムは、前記コンピュータに、
回転テーブルを回転駆動させながら前記校正用ゲージ測定するステップと、
前記測定子が前記校正用ゲージを検出したときの前記回転テーブルの位相のパターンに基づいて、前記回転テーブルの回転軸に対して前記測定軸がズレているか否かを判定するステップと、を実行させる
ことを特徴とする。

本発明の形状測定装置は、
被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットされた面対称性を有する校正用ゲージと、
被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、を具備する
ことを特徴とする。

真円度測定装置の外観図。 垂直姿勢を示す図。 水平姿勢を示す図。 真円度測定装置の測定軸合わせ方法の手順を示すフローチャート。 真円度測定装置の測定軸合わせ方法の手順を示すフローチャート。 真円度測定装置の測定軸合わせ方法の手順を示すフローチャート。 校正用ゲージを回転テーブルにセットした状態を示す図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 測定軸Ｌが回転テーブルの回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合の動作を例示する図。 変形例１として、回転テーブルの側面に校正用ゲージをセットした様子を示す図。 変形例２として、真球ではない校正用ゲージを例示する図。 変形例２として、真球ではない校正用ゲージを例示する図。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
形状測定装置（真円度測定装置１００）の調整方法に係る第１実施形態を説明する。
図４、図５、図６は、本実施形態の調整方法の手順を示すフローチャートである。
このフローチャートに沿って順に説明していく。

真円度測定装置１００の測定軸合わせを行うにあたって、まず、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットする（ＳＴ１００）。図７は、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットした状態を示す図である。校正用ゲージ５００は、真球を先端に有するいわゆるマスターボールである。校正用ゲージ５００をセットする位置は、回転テーブル２２０の中心以外であればよい。好ましくは、回転テーブル２２０の中心からの距離ができる限り大きい方がよく、例えば、回転テーブル２２０の端に近いところに校正用ゲージ５００をセットするのがよい。

なお、回転テーブル２２０の載物台２２３に校正用ゲージ５００をセットするためのネジ孔などを予め設けておいてもよいであろう。

校正用ゲージ５００をセットする位置は回転テーブル２２０の中心以外であるから、図７に示すように、回転テーブル２２０の中心に被測定物Ｗを置いたままでよい。つまり、測定軸合わせにあたって、被測定物Ｗを回転テーブル２２０から外す必要は無い。例えば、被測定物Ｗを測定している最中にスタイラス３６０を交換したり、スタイラス３６０の角度やヘッドホルダ３４０の角度を変更したりするような場合であっても、被測定物Ｗはそのままの状態にして、回転テーブル２２０の空いたスペースに校正用ゲージ５００をセットすればよい。（したがって、測定軸合わせの後で回転テーブル２２０および被測定物Ｗの心出しを再度行う必要は無い。）

校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットしたら、この校正用ゲージ５００を"測定"する（ＳＴ２００）。

やや冗長であるが、用語について付言しておく。
「この校正用ゲージ５００を"測定"する（ＳＴ２００）」といっても校正用ゲージ５００の正確な形状データそのものを取得したいわけではない。校正用ゲージ５００の正しい形状データそのものを得たければ、図２や図３のように、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０の中心にセットしなければならない。ここでは、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０の中心以外にセットしているわけであるから、校正用ゲージ５００の形状データそのものが得られるわけではない。

本実施形態は、回転テーブル２２０の中心から外れた位置にある校正用ゲージ５００に対して測定子３６１を倣い走査させ、このときの測定子３６１と校正用ゲージ５００との接触の仕方によって測定軸Ｌのズレを逆算するものである。「回転テーブル２２０の中心から外れた位置にある校正用ゲージ５００に対して測定子３６１を倣い走査させる」という動作と、回転テーブル２２０の中心にセットした被測定物を測定する動作とは、「回転テーブル２２０を回転させながら回転テーブル２２０上の対象物に対して測定子３６１を倣い走査させる」という点で同じ動作である。実際のところ、校正用ゲージ５００を"測定"する（ＳＴ２００）ための動作制御は、被測定物を測定するためのパートプログラムと同じでよい。したがって、便宜上、「回転テーブル２２０の中心から外れた位置にある校正用ゲージ５００に対して測定子３６１を倣い走査させる」動作も「測定」と称することにした。

ここで、第１パターンとして、測定軸Ｌが既に合っている場合を考えてみる。（測定軸Ｌが合っている、とは、回転テーブル２２０の回転軸と測定子３６１の測定軸Ｌとが同一平面で直交するようになっていることをいう。以下同じ。）図８から図１４は、測定軸Ｌが既に合っている場合の動作を例示する図である。図８の状態では、測定軸Ｌが回転テーブル２２０の中心を通っており、すなわち、測定軸Ｌが既に合っている。（したがって、測定軸Ｌを調整する必要は無いのであるが、ユーザとしてみれば、測定軸Ｌがあっているかどうかはわからない。）

まず、図８のように、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０の中心から外れた位置にセットしたとする。そして、校正用ゲージ５００の測定を開始する。この測定動作自体は、真円度測定装置１００（ホストコンピュータ１１０）にプリセットされた測定用パートプログラムで実行できる。図８の状態から回転テーブル２２０が回転する。（ここでは図中時計回りに回転するとする。）図９の状態では、測定子３６１が測定軸Ｌに沿って進退したとしても測定子３６１が校正用ゲージ５００に接触することはない。

図９の状態からさらに回転が進むと、図１０に示すように、校正用ゲージ５００の外側面が測定子３６１に接触するようになる。測定子３６１と校正用ゲージ５００とが接触を開始した時の回転テーブル２２０の位相をθｉとする。ここでは、一例として、θｉ＝３２°とする。

測定子３６１が校正用ゲージ５００の外側面に接触したら、測定子３６１の座標値（具体的にはＸ座標値）と回転テーブル２２０の位相とを対にした測定データを取得していく。

さらに回転テーブル２２０が回転すると、測定子３６１が校正用ゲージ５００の外側面を倣い走査する。ここでは、校正用ゲージ５００の外側面に押されて、測定子３６１は、Ｘ軸のプラス方向に変位するであろう。図１１は、測定子３６１がＸ軸のプラス方向に最も大きく変位した状態を示す図である。測定子３６１がＸ軸のプラス方向に最も大きく変位したときの測定値を「ピーク値」と称することにする。また、ピーク値を示すときの回転テーブル２２０の位相をθｐとする。ここでは、一例として、θｐ＝４２°とする。

ピーク値の後、回転テーブル２２０がさらに回転すると、測定子３６１は校正用ゲージ５００の外側面を倣い走査しながらＸ軸のマイナス方向に変位するが、回転テーブル２２０の回転が進むと、最終的には校正用ゲージ５００が測定子３６１から離れてしまう。（校正用ゲージ５００が測定軸Ｌを通り過ぎ、校正用ゲージ５００が測定軸Ｌに交差しなくなる。）図１２は、測定子３６１が校正用ゲージ５００から離れる直前の状態を示す図である。測定子３６１と校正用ゲージ５００との接触が終了する時の回転テーブル２２０の位相をθｆとする。ここでは、一例として、θｆ＝５２°とする。

このあと回転テーブル２２０が回転しても測定子３６１と校正用ゲージ５００とが接触することはなく、測定子３６１と校正用ゲージ５００とが離れたところで測定（ＳＴ２００）を終了してもよい。
このようにして、測定子３６１の座標値（具体的にはＸ座標値）と回転テーブル２２０の位相とを対にした測定データが取得される。

このように校正用ゲージ５００の測定データが得られたら、次に測定データの解析を行う（ＳＴ３００）。データ解析の工程（ＳＴ３００）は、ホストコンピュータ１１０によって実行される。図５は、データ解析の手順を示すフローチャートである。データ解析としては、主要点算出工程ＳＴ３００Ａと、指標値算出工程ＳＴ３００Ｂと、がある。

まず、主要点算出工程ＳＴ３００Ａから説明する。
主要点とは、前述のθｉ、θｐおよびθｆのことである。
θｉは、測定子３６１と校正用ゲージ５００とが接触を開始した時の回転テーブル２２０の位相である。
θｉを接触開始位相（検出開始位相）と称することにする。
θｐは、ピーク値を示すときの回転テーブル２２０の位相である。
θｐをピーク時位相と称することにする。
θｆは、測定子３６１と校正用ゲージ５００との接触が終了する時の回転テーブル２２０の位相である。
θｆを接触終了位相（検出終了位相）と称することにする。

ホストコンピュータ１１０は、測定データを解析して、接触開始位相θｉ、ピーク時位相θｐおよび接触終了位相θｆを特定する。本例では、測定データをＸＹ面にマッピングすると、図１３のようになる。回転テーブル２２０の回転角が３２°のときに測定データの取得が始まって（ＳＴ３１０）、回転角が５２°で測定データの取得が終了している（ＳＴ３３０）。したがって、接触開始位相θｉ＝３２°であり（ＳＴ３２０）、接触終了位相θｆ＝５２°である（ＳＴ３４０）。

また、ピーク値を探索すると、回転テーブル２２０の回転角が４２°のときに測定子３６１がＸ軸のプラス方向に最も大きく変位しており（ＳＴ３５０）、したがって、ピーク時位相θｐ＝４２°である（ＳＴ３６０）。

主要点（θｉ、θｐおよびθｆ）の算出（ＳＴ３００Ａ）に続き、軸ずれ指標値Ｍを算出する（ＳＴ３００Ｂ）。
軸ずれ指標値Ｍとは、接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角と、ピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角と、の差に相当する値である。

接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角、すなわち、（θｐ−θｉ）を求める（ＳＴ３７０）。
ここでは、４２°−３２°＝１０°である。
続いて、ピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角、すなわち、（θｆ−θｐ）を求める（ＳＴ３８０）。
ここでは、５２°−４２°＝１０°である。
そして、｛（θｐ−θｉ）−（θｆ−θｐ）｝＝Ｍとする（ＳＴ３９０）。
ここでは、Ｍ＝１０°−１０°＝０°である。
軸ずれ指標値Ｍが求まったところでデータ解析は終了である。

次に、パターン判定を行う（ＳＴ４００）。パターン判定工程（ＳＴ４００）は、ホストコンピュータ１１０によって実行される。パターン判定（ＳＴ４００）においては、軸ずれ指標値Ｍの値に基づいて、回転中心と測定軸Ｌとの相対位置関係を判定する。図６は、パターン判定（ＳＴ４００）の手順を示すフローチャートである。

ホストコンピュータ１１０は、まず、軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜と所定閾値εとを比較する（ＳＴ４１０）。軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜が所定閾値ε以下であれば（ＳＴ４１０：ＹＥＳ）、測定軸Ｌは十分に回転テーブル２２０の回転中心近傍を通っているとし、測定軸合わせの調整は正しく完了していると判定する（ＳＴ４２０）。

測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転中心近傍を通っている場合、回転テーブル２２０の回転中心から外れた位置にある校正用ゲージ５００を測定したとしても、校正用ゲージ５００自体の幾何学的対称性により、接触開始位相θｉと接触終了位相θｆとはピーク時位相θｐを間にして対称に表れるはずである。したがって、軸ずれ指標値Ｍがある所定閾値ε以下であれば、測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転中心近傍を通っていると判定できる。軸ずれ指標値Ｍがある所定閾値ε以下であって、測定軸Ｌの調整が不要となるパターンを第１パターンとする。

閾値εの値は特に限定されないが、例えば、１°以下の数値に設定するのが好ましいであろう。

次に、ホストコンピュータ１１０は、第１パターンであること、つまり、測定軸合わせが正しく行われていることをユーザに知らせる（ＳＴ５００）。
ユーザに伝える方法としては、音や音声で伝えても良いし、紙に印刷してもよいが、ここではモニタ１１２にガイダンス表示するとする（ＳＴ５００）。
図１４は、ガイダンス表示の一例である。
モニタ画面上に、回転テーブル２２０の画像に測定軸Ｌを重ねて表示し、本例では、測定軸合わせが正しく行われていることを"ＯＫ"のサインで示している。

ユーザは、ガイダンス表示を見て、調整ＯＫであることを確認したら（ＳＴ６００：ＹＥＳ）、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０から外し（ＳＴ７００）、被測定物Ｗの測定に取り掛かる。

上記の例は、測定軸Ｌが既に合っている（測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転中心近傍を通っている）場合であった。
次に、測定軸Ｌがずれている場合を説明する。
図１５から図１９は、測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に対してプラスＹ方向にずれている場合である。これを第２パターンとする。上記例と同じく、図１５に示すように、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットして校正用ゲージ５００を測定する（ＳＴ１００、ＳＴ２００）。回転テーブル２２０が回転すると、測定子３６１が校正用ゲージ５００に接触を開始し（図１５）、さらに、回転テーブル２２０の回転に伴って測定子３６１が校正用ゲージ５００の外側面に押されてＸ軸のプラス方向に変位する（図１６）。そして、回転テーブル２２０の回転が進むと最終的には測定子３６１が校正用ゲージ５００から離れる（図１７）。このようにして取得した測定データをＸＹ面にマッピングすると例えば図１８のようになる。

本例では測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に対してプラスＹ方向にずれているわけであるから、先の例（図８から図１４）に比べて、接触開始位相θｉ、ピーク時位相θｐおよび接触終了位相θｆがすべて小さくなるのは直観的に理解できるであろう。
データ解析（ＳＴ３００）によって、接触開始位相θｉ、ピーク時位相θｐおよび接触終了位相θｆを特定する（ＳＴ３１０−ＳＴ３６０）。
いま、一例として、接触開始位相θｉを１８°とし、接触終了位相θｆを４０°とし、ピーク時位相θｐ＝２７°とする。

そして、軸ずれ指標値Ｍを算出する。
接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角、すなわち、（θｐ−θｉ）を求める（ＳＴ３７０）。
ここでは、２７°−１８°＝９°である。
ピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角、すなわち、（θｆ−θｐ）を求める（ＳＴ３８０）。
ここでは、４０°−２７°＝１３°である。
そして、｛（θｐ−θｉ）−（θｆ−θｐ）｝＝Ｍを求める（ＳＴ３９０）。
ここでは、Ｍ＝９°−１３°＝−４°である。

校正用ゲージ５００自体は幾何学的対称性をもつが、測定軸Ｌがズレていることに起因し、測定結果は対称性を持たない歪（いびつ）な形となる。
つまり、ピーク時位相θｐを間にして接触開始位相θｉと接触終了位相θｆとは対称にはならない。
測定軸ＬがマイナスＹ方向にズレている場合、接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角（θｐ−θｉ）の方がピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角（θｆ−θｐ）よりも小さくなるわけである。
したがって、軸ずれ指標値Ｍは負の数となる。

軸ずれ指標値Ｍに基づいてパターン判定を行う（ＳＴ４００）。軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜と所定閾値εとを比較する（ＳＴ４１０）。ここでは、軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜が所定閾値εを超えている（ＳＴ４１０：ＮＯ）。軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜が所定閾値εを超えている場合、軸ずれ指標値Ｍの符号を確認する（ＳＴ４３０）。軸ずれ指標値Ｍの値が負であれば（ＳＴ４３０：ＹＥＳ）、測定軸ＬがプラスＹ方向にずれていると判定する。したがって、測定軸ＬをマイナスＹ方向に移動させる調整が必要である（ＳＴ４４０）。測定軸ＬをマイナスＹ方向に移動させる調整が必要なパターンを第２パターンとする。

図１９は、ガイダンス表示の一例である。
モニタ画面上に、回転テーブル２２０の画像に測定軸Ｌを重ねて表示し、本例では、測定軸ＬがプラスＹ方向にずれていることを示し、合わせて、調整で移動させるべき向きを矢印（６０２）で示している。

ユーザは、ガイダンス表示を見て、軸合わせの調整が必要であることを確認したら（ＳＴ６００：ＮＯ）、ガイダンスに従って調整ねじ（３４１、３４２）で測定軸Ｌを移動させる（ＳＴ８００）。調整後、再度、ＳＴ２００からＳＴ６００を実行し、測定軸Ｌの調整がＯＫであることを確認する（ＳＴ６００：ＹＥＳ）。その後、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０から外し（ＳＴ７００）、被測定物Ｗの測定に取り掛かる。

三番目の例として、測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合を説明する。
図２０から図２４は、測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれている場合を説明するための図である。これを第３パターンとする。上記例と同じく、図２０に示すように、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットして校正用ゲージ５００を測定する（ＳＴ１００、ＳＴ２００）。回転テーブル２２０が回転すると、測定子３６１が校正用ゲージ５００に接触を開始し（図２０）、さらに、回転テーブル２２０の回転に伴って測定子３６１が校正用ゲージ５００の外側面に押されてＸ軸のプラス方向に変位する（図２１）。そして、回転テーブル２２０の回転が進むと最終的には測定子３６１が校正用ゲージ５００から離れる（図２２）。

このようにして取得した測定データをＸＹ面にマッピングすると例えば図２３のようになる。本例では測定軸Ｌが回転テーブル２２０の回転軸線に対してマイナスＹ方向にずれているわけであるから、先の例（図８から図１４）に比べて、接触開始位相θｉ、ピーク時位相θｐおよび接触終了位相θｆがすべて大きくなるのは直観的に理解できるであろう。データ解析（ＳＴ３００）によって、接触開始位相θｉ、ピーク時位相θｐおよび接触終了位相θｆを特定する（ＳＴ３１０−ＳＴ３６０）。いま、一例として、接触開始位相θｉを４６°とし、接触終了位相θｆを６８°とし、ピーク時位相θｐ＝５８°とする。

そして、軸ずれ指標値Ｍを算出する。
接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角、すなわち、（θｐ−θｉ）を求める（ＳＴ３７０）。
ここでは、５８°−４６°＝１２°である。
ピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角、すなわち、（θｆ−θｐ）を求める（ＳＴ３８０）。
ここでは、６８°−５８°＝１０°である。
そして、｛（θｐ−θｉ）−（θｆ−θｐ）｝＝Ｍを求める（ＳＴ３９０）。
ここでは、Ｍ＝１２°−１０°＝２°である。

上記例（図１５−図１９）と同じく、測定軸Ｌがズレていることに起因して測定結果は対称性を持たない歪（いびつ）な形となり、ピーク時位相θｐを間にして接触開始位相θｉと接触終了位相θｆとは対称にならない。
ここでは、測定軸ＬがマイナスＹ方向にズレている場合、接触開始位相θｉからピーク時位相θｐまでの回転角（θｐ−θｉ）の方がピーク時位相θｐから接触終了位相θｆまでの回転角（θｆ−θｐ）よりも大きくなるわけである。
したがって、軸ずれ指標値Ｍは正の数となる。

軸ずれ指標値Ｍの絶対値｜Ｍ｜と所定閾値εとを比較し（ＳＴ４１０：ＮＯ）、さらに、軸ずれ指標値Ｍの符号を確認する（ＳＴ４３０：ＮＯ）。
軸ずれ指標値Ｍの値が正であれば（ＳＴ４３０：ＮＯ）、測定軸ＬがマイナスＹ方向にずれていると判定する（ＳＴ４５０）。
したがって、測定軸ＬをプラスＹ方向に移動させる調整が必要である（ＳＴ４５０）。
測定軸ＬをプラスＹ方向に移動させる調整が必要なパターンを第３パターンとする。

図２４は、ガイダンス表示の一例である。
モニタ画面上に、回転テーブル２２０の画像に測定軸Ｌを重ねて表示し、本例では、測定軸ＬがマイナスＹ方向にずれていることを示し、合わせて、調整で移動させるべき向きを矢印（６０３）で示している。

ユーザは、ガイダンス表示を見て、軸合わせの調整が必要であることを確認したら（ＳＴ６００：ＮＯ）、ガイダンスに従って調整ねじ（３４１、３４２）で測定軸Ｌを移動させる（ＳＴ８００）。
調整後、再度、ＳＴ２００からＳＴ６００を実行し、測定軸Ｌの調整がＯＫであることを確認する（ＳＴ６００：ＹＥＳ）。
その後、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０から外し（ＳＴ７００）、被測定物の測定に取り掛かる。

このような本実施形態によれば次の効果を奏する。
（１）本実施形態では、校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０の中心から外れた位置にセットする。被測定物を測定している最中であれば、被測定物Ｗはそのままの状態にして回転テーブル２２０の空いたスペースに校正用ゲージ５００をセットすればよい。したがって、被測定物Ｗの測定中にスタイラス３６０を交換したり、ヘッドホルダ３４０の姿勢を変更したりするようなことがあったとしても、測定軸合わせの後で回転テーブル２２０および被測定物Ｗの心出しを再度行う必要は無い。これにより測定効率の向上を図れることはもちろんである。さらに、スタイラス３６０交換やヘッドホルダ３４０の姿勢変更を簡便に行えるようになるわけであるから、被測定物Ｗの測定箇所に応じて積極的にスタイラス３６０交換やヘッドホルダ３４０の姿勢変更を行っても良い。
したがって、測定作業の便宜向上はもちろん測定精度の向上にも繋がる。

（２）本実施形態では、回転テーブル２２０の中心から外れた位置に校正用ゲージ５００をセットしておけばよく、例えば、校正用ゲージ５００自体の位置を細かく調整する必要はない。従来は、マスターボール９０を回転テーブル２２０の中心にセットしなければならなかったので、マスターボール９０の心出し作業が必要となっていた。この点、本実施形態は格段に簡便である。

（３）本実施形態では、軸ずれ指標値Ｍの符号によって測定軸Ｌがどちらにズレているかを判定する。そして、ガイダンス表示でユーザに測定軸Ｌをどちらに動かせばよいか指示する。従来は、マスターボール９０に測定子３６１を当てながらＹ軸に沿って行ったり来たりを繰り返してピーク点を探っていたわけである。この点、本実施形態によれば、測定軸合わせに要する時間をかなり短縮できると期待できる。

（４）本実施形態は上記のように画期的な効果を奏するのであるが、校正用ゲージ５００自体は従来よく知られたマスターボール９０等であって特殊なゲージを必要とするようなものではない。
従って、本実施形態を実施するにあたって追加のコストはそれほど必要ではなく、既存の真円度測定装置１００に対して本実施形態を低価格で追加することができる。

（変形例１）
本実施形態の変形例をいくつか例示しておく。校正用ゲージ５００は回転テーブル２２０の中心以外にセットすればよいのであるから、例えば、図２５に示すように、回転テーブル２２０の側面に校正用ゲージ５００をセットしてもよい。この場合、校正用ゲージ５００が回転テーブル２２０に付いたままでも被測定物Ｗの測定には何ら影響しない。したがって、校正用ゲージ５００を常時回転テーブル２２０の側面に付けたままにしておいてもよい。

（変形例２）
校正用ゲージ５００は、真球に限定されない。ピーク値に関して対称性をもつ、いわゆる面対称な図形であればよい。例えば、図２６に示すような三角柱や三角錐（底面が正三角形あるいは二等辺三角形）などの面対称性を有する角柱あるいは角錐といった多角形であってもよい。凸形の図形に限らず、例えば、図２７に示すような凹形状であっても面対称性があれば校正用ゲージ５００として利用できる。この場合、凹部の一番凹んだところがピーク値に対応する。ちなみに、真球であれば、中心を通る総ての面に関して面対称性を有することは明らかであろう。これに対し、真球ではない校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットするに当たっては、回転テーブルの回転軸と回転テーブル２２０の直径とがこの校正用ゲージ５００の対称面に乗るように校正用ゲージ５００を回転テーブル２２０にセットする必要がある。

（変形例３）
上記実施形態において、ホストコンピュータ１１０は、校正用ゲージ５００の測定結果に基づいて測定軸Ｌがどちらにズレているかを求め、その結果をモニタ表示でユーザに示した。従って、測定軸合わせの作業はユーザのマニュアル操作によって行われていた。これに対し、校正用ゲージ５００の測定結果に基づいて測定軸Ｌがどちらにどれだけズレているかを定量的に算出し、調整量を具体的に算出するようにしてもよい。
調整方向に加えて、調整量をモニタ表示でユーザに示してもよい。ユーザは、指示された調整量の分だけ測定軸Ｌをずらすように操作すればよい。
あるいは、算出された調整量に従ってホストコンピュータ１１０による自動制御で自動的に測定軸合わせが行われるようにしてもよい。
校正用ゲージ５００の径や校正用ゲージ５００の設置位置（回転中心からの距離）、さらには、スタイラス３６０の傾斜角度やヘッドホルダ３４０の傾斜角度が分かっていれば、調整量を具体的に算出することは（幾何学的な計算であるので）理論的には可能である。

あるいは、上記実施形態の説明では、「測定軸合わせ」という調整操作を行うこととしたが、真円度測定装置が軸ずれ方向および軸ずれ量を把握しておいて、測定値を前記軸ずれ方向および軸ずれ量に応じて補正演算するようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態においては、ヘッドホルダ３４０に設けられた調整ねじ３４１、３４２で測定軸Ｌを動かす構成を例示したが、測定軸合わせというのは回転テーブル２２０の回転軸と測定子３６１の測定軸Ｌとの軸合わせであるから、回転テーブルがＹ軸に沿って移動するようになっていてもよい。

ホストコンピュータに与えるプログラム（軸ずれ判定プログラム）の供給方法は限定されない。プログラムを記録した（不揮発性）記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよく、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてもよい。

１００…真円度測定装置、１１０…ホストコンピュータ、１１２…モニタ、１２０…操作部、１３０…モーションコントローラ、２００…測定機本体部、２１０…基台、２２０…回転テーブル、２２１…回転駆動部、２２３…載物台、３００…座標測定部、３１０…Ｚ軸コラム、３２０…Ｚスライダ、３３０…Ｘアーム、３３０…測定子、３３１…回転軸、３４０…ヘッドホルダ、３４１…調整ネジ、３４２…調整ネジ、３５０…プローブヘッド、３６０…スタイラス、３６１…測定子、５００…校正用ゲージ、θｆ…接触終了位相（検出終了位相）、θｉ…接触開始位相（検出開始位相）、θｐ…ピーク時位相。

Claims (7)

1. 形状測定装置の軸ずれ判定方法あって、
   前記形状測定装置は、
   被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
   被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、を備えており、
   前記測定子の中心を通り、前記Ｘ軸に平行な仮想線を測定軸とするとき、
   当該形状測定装置の調整方法は、
   面対称性を有する校正用ゲージを前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットし、
   前記回転テーブルを回転駆動させながら前記校正用ゲージを測定し、
   前記測定子が前記校正用ゲージを検出したときの前記回転テーブルの位相のパターンに基づいて、前記回転テーブルの回転軸に対して前記測定軸がズレているか否かを判定する
   ことを特徴とする形状測定装置の軸ずれ判定方法。
2. 請求項１に記載の形状測定装置の軸ずれ判定方法において、
   前記校正用ゲージの測定結果に基づいて、
   前記測定子が前記校正用ゲージの検出を開始した時の前記回転テーブルの位相である検出開始位相θｉと、
   前記測定子が前記校正用ゲージの検出を終了した時の前記回転テーブルの位相である検出終了位相θｆと、
   測定値がピーク値を示すときの前記回転テーブルの位相であるピーク時位相θｐと、を求め、
   軸ずれ指標値ＭをＭ＝｛（θｐ−θｉ）−（θｆ−θｐ）｝とするとき、
   前記軸ずれ指標値Ｍの正負によって前記測定軸のずれの方向を判定する
   ことを特徴とする形状測定装置の軸ずれ判定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の形状測定装置の軸ずれ判定方法において、
   前記校正用ゲージは、前記回転テーブルの側面に予めセットされている
   ことを特徴とする形状測定装置の軸ずれ判定方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の形状測定装置の調整方法において、
   前記校正用ゲージは、真球の全体または真球の一部分である
   ことを特徴とする形状測定装置の軸ずれ判定方法。
5. 前記形状測定装置は、Ｙ軸に沿った方向で前記測定子と前記回転テーブルとの位置を相対的に微調整可能となっており、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の形状測定装置の軸ずれ判定方法を実行した後、
   前記測定軸のズレ方向の判定結果をモニタに表示し、
   ユーザは、前記モニタの表示を参考にして前記測定子の位置を微調整する
   ことを特徴とする形状測定装置の調整方法。
6. 形状測定装置の軸ずれ判定プログラムであって、
   前記形状測定装置は、
   被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
   被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、
   モーションコントローラを介して前記回転テーブルおよび前記座標測定部の動作制御を行うホストコンピュータと、を備えており、
   面対称性を有する校正用ゲージが前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットされており、
   前記測定子の中心を通り、前記Ｘ軸に平行な仮想線を測定軸とするとき、
   当該形状測定装置の軸ずれ判定プログラムは、前記コンピュータに、
   回転テーブルを回転駆動させながら前記校正用ゲージ測定するステップと、
   前記測定子が前記校正用ゲージを検出したときの前記回転テーブルの位相のパターンに基づいて、前記回転テーブルの回転軸に対して前記測定軸がズレているか否かを判定するステップと、を実行させる
   ことを特徴とする形状測定装置の軸ずれ判定プログラム。
7. 被測定物を載置するとともにＺ軸を回転中心として回転可能な回転テーブルと、
   前記回転テーブルの回転中心以外の位置にセットされた面対称性を有する校正用ゲージと、
   被測定物を検出する測定子を有し、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちのＸ軸に平行な方向に前記測定子を進退させて、前記測定子により前記被測定物表面に沿った倣い測定を実行する座標測定部と、を具備する
   ことを特徴とする形状測定装置。

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