JP2018163093A - 検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮する検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機を提供する。【解決手段】測定対象物の表面に接触する接触子１０４を支持するスタイラス１０２と、スタイラス１０２を保持する保持部１０６と、保持部１０６を回転軸１０８によって揺動自在に保持し、保持部１０６の変位を検出する測定部１１０と、測定部１１０を収納する本体部と、を備え、保持部１０６は、スタイラス１０２の軸であるスタイラス軸ｃと本体部の軸である本体軸ｂとを平行に、かつスタイラス軸ｃと本体軸ｂとを本体軸ｂ及び回転軸１０８に直交する第１方向にオフセットしてスタイラス１０２を保持する検出器２４を備える。【選択図】図７

Description

本発明は検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機に係り、特に測定を高速化及び自動化する技術に関する。

真円度測定機において、測定対象物の外周面を測定する際には、検出器本体と測定対象物との衝突を防止するため、検出器本体から一定の角度を持たせた姿勢のスタイラスを使用していた。このような検出器において、続いて測定対象物の細穴の内側面を測定する際には、スタイラスと測定対象物との衝突を防止するために、スタイラス角度を検出器の軸線方向に沿った姿勢に変更する必要があった。

また、測定対象物の上面を測定する際と外周面に設けられた細溝の上下面を測定する際にも、同様の姿勢変更が必要であった。

従来、このような姿勢変更は測定者が手動で実施していたために時間がかかり、またこれらの測定を自動的に実施することは困難であるという課題があった。

このような課題に対し、特許文献１には、この姿勢変更を自動的に実施するために、真円度測定機本体に固定された突起物を設け、この突起物にスタイラスを当接させることで姿勢変更を行う真円度測定機が提案されている。

特開２０１６−６５７５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、姿勢変更のための突起物の追加が必要となるという問題点がある。また、突起物に当接させて目的の姿勢へ移行させるための制御等によりシステムが複雑化し、コストがかかるという問題点もあった。さらに、姿勢変更のための時間が必要であるという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮する検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために検出器の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する。

本態様によれば、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持するようにしたので、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

本体軸と接触子の測定対象物に接触する位置との第１方向の距離は、本体軸と本体部の外周面との第１方向の距離よりも大きいことが好ましい。これにより、本体部が測定対象物と接触することがない。

本体部は、円筒形状を有することが好ましい。これにより、測定対象物の内側面の変位を適切に検出することができる。

接触子は、球形状、円錐形状、多角錐形状、円盤形状、又は斧形状であることが好ましい。これにより、保持部の変位を適切に検出することができる。

測定部は、回転軸まわりに回転自在に保持部を軸支することが好ましい。これにより、スタイラスを適切に保持することができる。

測定部は、一対の回転軸が設けられる固定リンクと、一端が一対の回転軸にそれぞれ回動自在に軸支される一対の可動リンクと、一対の可動リンクのそれぞれの他端に設けられた回転軸に揺動自在に軸支され、スタイラスを保持する揺動リンクと、から構成される平行リンク機構を有していてもよい。これにより、スタイラスを適切に保持することができる。

上記目的を達成するために表面性状測定機の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する検出器と、測定対象物の測定面に接触子を接触させ、測定対象物と接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、検出器の検出結果に基づいて測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、を備えた。

本態様によれば、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面の表面性状を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

上記目的を達成するために真円度測定機の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する検出器と、測定対象物の測定面に接触子を接触させ、測定対象物と接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、検出器の検出結果に基づいて測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、を備えた表面性状測定機を備えて構成され、相対移動部は、測定対象物を回転させる回転ステージを備え、表面性状測定部は、測定対象物の真円度を測定する。

本態様によれば、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面の真円度を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

表面性状測定機（真円度測定機）の全体構成を示す図 従来の検出器の構成の一例を示す図 垂直姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 傾斜姿勢に設定された検出器の構成の一例を示す図 傾斜姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 ワークに対する接触子の接触点の位置を示す模式図 本実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 ワークの真円度測定を示す概略図 第２の姿勢における検出器付近の拡大図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 ワークの円筒内側面の測定の上面図 検出器の円弧補正を説明するための図 平行リンク機構を用いた検出器の構成の一例を示す図 平行リンク機構を用いた検出器の構成の一例を示す図 ワークの円柱外側面の測定の上面図 従来の検出器におけるワークの測定の上面図 本実施形態に係る検出器におけるワークの測定の上面図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。

＜真円度測定機の構成＞
図１は、本実施形態に係る表面性状測定機の全体構成を示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示す状態から姿勢を変更した状態の側面図である。図１に示すように、真円度測定機１０は、本体ベース（基台）１２上に測定対象物となるワークＷを載置する回転ステージ（回転台）１４が設けられている。回転ステージ１４は、Ｘ方向微動つまみ（不図示）及びＹ方向微動つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に微動送りがされ、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に傾斜が調整されるようになっている。

なお、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向（後述するアーム２０の移動方向）、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向（後述するキャリッジ１８の移動方向）である。

本体ベース１２の内部には、回転ステージ１４に連結されるモータ（不図示）が備えられている。回転ステージ１４は、Ｚ方向に平行な回転軸を中心に回転する。

回転ステージ１４の上面には、ワークＷが載置される。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すワークＷは、一定の外径と内径とを有する円筒形状を有している。ワークＷは、その中心軸が回転ステージ１４の回転軸と同軸上となるように載置される。回転ステージ１４に載置されたワークＷは、回転ステージ１４とともに回転軸を中心に回転する。

また、本体ベース１２上には、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるコラム（支柱）１６が立設され、コラム１６にはキャリッジ１８が鉛直方向（Ｚ方向）に移動自在に支持されている。キャリッジ１８は、モータ（不図示）の駆動によりＺ方向に移動する。

キャリッジ１８には、アーム（径方向移動軸）２０が水平一軸方向（Ｘ方向）に移動自在に支持されている。アーム２０は、モータ（不図示）の駆動によりＸ方向に移動する。

また、アーム２０は、Ｘ方向に平行な旋回軸周りに旋回自在に支持されている。

アーム２０の先端には検出器ホルダ２２が設けられており、検出器ホルダ２２には検出器２４が着脱可能に取り付けられる。検出器２４は、例えば、差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用される。検出器２４の詳細については後述する。

キャリッジ１８のＺ方向の移動及びアーム２０のＸ方向の移動により、検出器２４のＺ方向及びＸ方向の位置を変更することができる。また、アーム２０の旋回により、検出器２４の向きを変更することができる。

図１（Ｂ）に示した状態は、検出器２４の検出器軸ａはＺ方向に平行であり、検出器２４の第１の姿勢と呼ぶ。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示した状態からアーム２０を図中左回りに９０度旋回させた状態を示している。この状態では、検出器２４の検出器軸ａはＹ方向に平行であり、検出器２４の第２の姿勢と呼ぶ。

このように構成された真円度測定機１０において、回転ステージ１４（相対移動部の一例）を回転することで、ワークＷと検出器２４とを相対的に移動させる。そして、検出器２４の検出結果に基づいて、ワークＷの表面性状を測定する（表面性状測定部の一例）ことができる。特に、検出器２４の第１の姿勢において、ワークＷの円柱外側面、円筒内側面、及び細穴内側面の真円度を測定することができる。また、第２の姿勢において、ワークＷの上面及び細溝上下面の表面性状を測定することができる。

＜従来の検出器の問題点＞
図２は、従来の検出器２４の構成の一例を示す図である。

検出器２４は、円筒状の検出器本体１００の下端１００Ａから棒状に延びるスタイラス１０２と、検出器本体１００の内部にスタイラス１０２の変位量を差動トランス等により検出して電気信号として出力する不図示の変位検出部と、を有する。

スタイラス１０２は、先端部にワークＷの表面に接触する接触子１０４を有する。スタイラス１０２は、Ｘ方向双方向に変位可能に検出器本体１００に支持されるとともに、バネ等の付勢部材によりＸ方向双方向に付勢される。

また、スタイラス１０２は、回転ステージ１４の回転軸に対する角度を変更することで姿勢を変更可能に構成されている。図２に示す検出器２４は、スタイラス１０２がＺ方向に平行な角度である垂直姿勢に設定されている場合を示している。

図３は、垂直姿勢におけるワークＷの真円度測定を示す概略図である。垂直姿勢は、図３（Ａ）に示すように、ワークＷの細穴内側面の真円度測定に適している。しかしながら、垂直姿勢は、図３（Ｂ）に示すワークＷの円柱外側面の測定、及び図３（Ｃ）に示すワークＷの円筒内側面の測定において、検出器本体１００の下端１００ＡがワークＷと衝突する可能性がある。

一方、図４は、スタイラス１０２がＺ方向に対して一定の傾斜角度を有する傾斜姿勢に設定されている検出器２４を示す図である。

また、図５は、傾斜姿勢におけるワークＷの真円度測定を示す概略図である。傾斜姿勢は、図５（Ａ）に示すワークＷの円柱外側面の測定、及び図５（Ｂ）に示すワークＷの円筒内側面の測定に適している。しかしながら、傾斜姿勢は、図５（Ｃ）に示すワークＷの細穴内側面の測定において、スタイラス１０２がワークＷと衝突する可能性がある。

このように、従来の検出器２４は、ワークＷの測定面に応じて、スタイラス１０２の姿勢を変更する必要があった。

また、接触子１０４が略球形であり、偏摩耗した場合について考える。図６は、ワークＷに対する接触子１０４の接触点の位置を示す模式図であり、図６（Ａ）はスタイラス１０２が垂直姿勢の場合、図６（Ｂ）はスタイラス１０２が傾斜姿勢の場合を示している。

図６（Ａ）に示すように、垂直姿勢の場合は、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_１と接触子１０４の中心Ｏ_１との距離はＲ_１である。一方、図６（Ｂ）に示すように、傾斜姿勢の場合は、接触点Ｐ_２と接触子１０４の中心Ｏ_１との距離はＲ_２である。

ここで、接触子１０４が偏摩耗している場合には、Ｒ_１≠Ｒ_２となる。したがって、接触子１０４が偏摩耗している場合には、スタイラス１０２の姿勢を変更すると、測定結果がスタイラス１０２の姿勢に依存して変化してしまう。このように、再現性の高い測定が困難であるという問題点があった。

＜検出器の構成＞
図７は、本実施形態に係る検出器２４の構成の一例を示す図である。検出器２４は、円筒状の検出器本体１００、スタイラス１０２、接触子１０４、保持部１０６、回転軸１０８、測定部１１０、及びアーム部１１２を有する。

検出器２４は、スタイラス１０２が回転変位する際の接触子１０４の主たる変位方向（Ｘ方向）及び回転軸１０８に直交する軸である検出器軸ａを有する。

検出器本体１００（本体部の一例）は、円筒形状であり、中心軸である本体軸ｂを有する。検出器本体１００は、保持部１０６及び測定部１１０を収納している。なお、本実施形態において検出器軸ａと本体軸ｂとは同軸上にある。

保持部１０６は、スタイラス１０２を保持しており、回転軸１０８によって揺動自在に保持される。ここでは、保持部１０６は、図中紙面に垂直な（Ｙ方向に平行な）回転軸１０８まわりに回転自在（揺動自在）に検出器本体１００に軸支されている。また、スタイラス１０２は、不図示のバネにより図中左右方向に（検出器軸ａに対して直交する方向に）付勢される。

検出器本体１００からは、保持部１０６によって保持されたスタイラス１０２が延出している。スタイラス１０２は、ワークＷの表面に接触する接触子１０４を先端に支持している。スタイラス１０２と接触子１０４とを介在する部材を設けてもよい。

スタイラス１０２は、接触子１０４を有する一端から図中上方向（検出器軸ａと同方向）に延びる第１部分１０２Ａと、第１部分１０２Ａの他端において第１部分１０２Ａと接続され、保持部１０６に保持される第２部分１０２Ｂとを有している。

第１部分１０２Ａの中心軸であるスタイラス軸ｃは、本体軸ｂとは平行である。また、スタイラス軸ｃは、検出器本体１００の外周面の図中下方向（本体軸ｂと同方向）に沿った延長面である仮想延長面Ｓ上に配置されている。

すなわち、保持部１０６は、スタイラス軸ｃと本体軸ｂ（検出器軸ａ）とを平行に、かつスタイラス軸ｃと本体軸ｂ（検出器軸ａ）とを本体軸ｂ（検出器軸ａ）及び回転軸１０８に直交する方向（第１方向の一例）にオフセットしてスタイラス１０２の第１部分１０２Ａを保持している。また、そのオフセット量は、検出器本体１００の円筒形状の半径に等しい。

第２部分１０２Ｂは、第１部分１０２Ａと接続され、図中右方向へ延びる第３部分１０２Ｃと、第３部分１０２Ｃと接続され、図中上方向へ延びて保持部１０６に保持される第４部分１０２Ｄとを有している。ここでは、第１部分１０２Ａと第２部分１０２Ｂとを一体に形成しているが、別部材としてもよい。

接触子１０４は、図中右方向から左方向（Ｘ方向）に、ワークＷに接触する。ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。すなわち、本体軸ｂとワークＷに対する接触子１０４の接触点との水平方向（第１方向）の距離は、本体軸ｂと検出器本体１００の外周面との水平方向の距離よりも大きい。

保持部１０６には、保持部１０６の回転に伴って変位するアーム部１１２が設けられている。スタイラス１０２の回転変位によって保持部１０６が回転変位し、この変位がアーム部１１２を介して測定部１１０に伝えられる。

測定部１１０は、いわゆるてこ式検出器を用いている。測定部１１０は、アーム部１１２の変位量、すなわちスタイラス１０２の回転変位量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を不図示のセンサにおいて測定する。例えば、アーム部１１２が検出器軸ａと平行になる位置における出力を０とし、図７の右側にアーム部１１２が変位した場合にはプラスの値を出力し、左側にアーム部１１２が変位した場合にはマイナスの値を出力する。

なお、ここでは測定部１１０が双方向型検出器の場合を示したが、これに限らず、片方向のみの検出機能を有する片方向型検出器で構成されてもよい。この場合、ワークＷの測定面に対して接触子１０４を接触させる方向（向き）に応じて検出器２４の向きを変更すればよい。

このように構成された検出器２４によれば、スタイラス１０２の姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。すなわち、図８（Ａ）に示すように、ワークＷの細穴内側面の真円度測定において、スタイラス１０２とワークＷが衝突することはなく、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示すように、ワークＷの円柱外側面の測定及び円筒内側面の測定において、検出器本体１００の下端１００ＡとワークＷが衝突することもない。

したがって、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

また、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_１（図６（Ａ）参照）が接触子１０４の常に同じ位置になるので、接触子１０４の摩耗による変化に対して高精度な測定を維持することができる。

さらに、後述する円弧補正が一定となるため、高精度な測定を行うことができる。

また、図９は、第２の姿勢における検出器２４付近の拡大図である。第２の姿勢では、検出器ホルダ２２は、図１（Ｂ）に示した状態から検出器２４を９０度回転させて、スタイラス軸ｃが検出器軸ａから下方向にオフセットさせた状態で検出器２４を保持している。図９（Ａ）に示すように、接触子１０４は、図中上方向から下方向に（検出器軸ａに対して垂直に）、ワークＷに接触する。スタイラス１０２の第１部分１０２Ａは、接触子１０４からワークＷの上面に沿って図中左方向へ（検出器軸ａに対して同方向に）延びている。

したがって、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_３は、検出器本体１００の外周面の図中右方向に沿った延長面である仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。

このように構成された第２の姿勢の検出器２４によれば、ワークＷの上面だけでなく、図９（Ｂ）に示すように、ワークＷの細溝上下面を測定することも可能である。接触点Ｐ_３は常に同じ位置であるため、偏摩耗の影響もない。

＜検出器の他の実施形態＞
図１０〜図１２は、他の実施形態に係る検出器２４の構成の一例を示す図である。なお、図７に示した検出器２４と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０及び図１１に示す検出器２４は、スタイラス１０２の形状がそれぞれ異なる。また、図１２に示す検出器２４は、接触子１０４の形状がそれぞれ異なる。

図１０（Ａ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第２部分１０２Ｂが図中右方向へ延びる第３部分１０２Ｃからなり、第３部分１０２Ｃが保持部１０６に保持される。

図１０（Ｂ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第１部分１０２Ａが仮想延長面Ｓに対して保持部１０６側にあり、ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。

図１０（Ｃ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第３部分１０２Ｃが、図７に示す検出器２４の第３部分１０２Ｃよりも長い。すなわち、図７に示す検出器２４よりもスタイラス軸ｃと本体軸ｂとのオフセット量が大きい。

図１１（Ａ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第３部分１０２Ｃが、図１０（Ｃ）に示す検出器２４の第３部分１０２Ｃよりもさらに長い。

なお、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_１（図６（Ａ）参照）の仮想延長面Ｓからの距離が大きくなると、後述する円弧補正の影響が大きくなるため、測定精度が低下する。したがって、接触点Ｐ_１は仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００の反対側に存在するとともに、仮想延長面Ｓからの距離はできるたけ小さい方が好ましい。

図１１（Ｂ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第３部分１０２Ｃが第１部分１０２Ａから第４部分１０２Ｄへ向かって図中右上方向へ延びている。また、図１１（Ｃ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第３部分１０２Ｃが第１部分１０２Ａから第４部分１０２Ｄへ向かって図中右下方向へ延びている。このように、第３部分１０２Ｃの延びる方向は、Ｘ方向と平行な方向でなくてもよい。

図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示す検出器２４のスタイラス１０２は、第１部分１０２Ａが仮想延長面Ｓに対して保持部１０６側にあり、接触子１０４の一部が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。

図１２（Ａ）に示す検出器２４の接触子１０４は略球形状であり、図７に示す検出器２４の接触子１０４よりも直径が大きい。

図１２（Ｂ）に示す検出器２４の接触子１０４は三角錐形状であり、その頂点が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。ここでは、三角錐形状を用いたが、円錐形状又は多角錐形状であってもよい。

図１２（Ｃ）に示す検出器２４の接触子１０４は円盤形状であり、図１２（Ｄ）に示す検出器２４の接触子１０４は斧形状である。

図１０〜図１２に示した検出器２４であっても、姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。したがって、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

また、検出器本体１００の形状は、可能な限り直径の小さい円筒形状が望ましい。図１３は、図８（Ｃ）に示すワークＷの円筒内側面の測定の上面図である。図１３に示すように、ワークＷの円筒内側に検出器本体１００が入ることで、円筒内側面の奥（図８（Ｃ）において下方向）までの測定が可能となる。

なお、検出器本体１００の形状は、多角柱形状、又は小突起のある円筒形状等でもよい。

＜円弧補正＞
図１４は、検出器２４の円弧補正を説明するための図である。

検出器２４の静的なパラメータとして、接触子１０４の中心と回転軸１０８とを結ぶ直線と鉛直軸（Ｚ方向）のなす角度をθ、回転軸１０８と測定部１１０との距離をＬ_Ｄ、接触子１０４の中心と回転軸１０８との距離をＬ_Ｓとする。

また、接触子１０４のワークＷとの接触によって生じる変位パラメータとして、測定部１１０によって観察されるＸ方向の変位をΔＤ、アーム部１１２の変位角をΔθ、接触子１０４の回転方向の変位をΔＣ、接触子１０４の変位のＸ方向成分をΔＸ、とする。

検出器２４は、測定部１１０によって観察されるＸ方向の変位ΔＤから、接触子１０４の変位のＸ方向成分ΔＸを求める。

これらのパラメータに対して、以下の関係式が成立する
Δθ＝ΔＤ／Ｌ_Ｄ …（式１）
Δθ＝ΔＣ／Ｌ_Ｓ …（式２）
ΔＸ＝ΔＣ×ｃｏｓθ …（式３）
また、式１〜式３により、以下の式が成立する。

ΔＸ＝ΔＤ×（Ｌ_Ｓ／Ｌ_Ｄ）×ｃｏｓθ …（式４）
ここで、ｃｏｓθが円弧補正の項である。

測定部１１０として、てこ式検出器を使用する場合、接触子１０４は直線運動では無く、正確には円運動を行う。この円運動に起因する効果を補正（円弧補正）する事で、より高精度に測定を実施する事ができる。

従来の検出器２４では、この円弧補正をスタイラス１０２の姿勢変更に応じて実施する必要があり、特に手動で姿勢変更を実施する場合においては、設定角度の違いに応じて円弧補正をその都度実施する必要があった。

本実施形態における検出器２４によれば、スタイラス１０２の姿勢変更を実施する必要は無く、常に同じ円弧補正を実施する事でより高精度な測定が容易に実現できる。

＜平行リンク機構検出器＞
ここまでは、測定部１１０として、てこ式検出器を用いた場合について説明したが、測定部１１０はてこ式検出器に限定されない。例えば、平行リンク機構検出器を用いることも可能である。

図１５は、測定部１１０として平行リンク機構を用いた検出器２４の構成の一例を示す図である。

図１５に示すように、検出器２４は、円筒状の検出器本体１００、スタイラス１０２、接触子１０４、回転軸１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、固定リンク１２２、可動リンク１２４Ａ、１２４Ｂ、揺動リンク１２６、及び変位センサ１２８を有する。

検出器本体１００はＺ方向に沿った円筒形状を有している。スタイラス１０２は、検出器本体１００の内部において不図示のバネにより図中左方向に付勢される。

検出器本体１００からは、スタイラス１０２が延出している。スタイラス１０２は、先端に接触子１０４を有している。

スタイラス１０２は、接触子１０４から図中上方向へ（検出器軸ａと同方向に）延びる第１部分１０２Ａと、第１部分１０２Ａと接続され、揺動リンク１２６に保持される第２部分１０２Ｂとを有している。

第１部分１０２Ａは、検出器本体１００の外周面の図中下方向に沿った延長面である仮想延長面Ｓ上に延びている。また、第２部分１０２Ｂは、第１部分１０２Ａと接続され、図中右方向へ延びる第３部分１０２Ｃと、第３部分１０２Ｃと接続され、図中上方向へ延びて保持部１０６に保持される第４部分１０２Ｄとを有している。

接触子１０４は、図中右方向から左方向に、ワークＷに接触する。ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。

固定リンク１２２は、両端に設けられた一対の回転軸１２０Ａ及び１２０Ｂに固定されている。回転軸１２０Ａ及び１２０Ｂには、一対の可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂの一端がそれぞれ回動自在に支持されている。

可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂの他端には、回転軸１２０Ｃ及び１２０Ｄが設けられる。揺動リンク１２６は、回転軸１２０Ｃ及び１２０Ｄに両端を揺動自在に軸支される。揺動リンク１２６は、スタイラス１０２の第４部分１０２Ｄを保持する保持部１０６として機能する。したがって、ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。

変位センサ１２８は、揺動リンク１２６の揺動量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を測定する測定部１１０として機能する。図１６に示すように、接触子１０４がＸ方向に変位すると、固定リンク１２２、可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂ、及び揺動リンク１２６とからなる形状を平行四辺形に維持しながら揺動リンク１２６がＸ方向に揺動する。変位センサ１２８は、この揺動リンク１２６の揺動量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を測定する。

このように、平行リンク機構を用いた検出器２４によっても、ワークＷに対する接触子１０４の接触点が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在するため、スタイラス１０２の姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。したがって、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。

また、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_１（図６（Ａ）参照）が接触子１０４の常に同じ位置になるので、接触子１０４の摩耗による変化に対して高精度な測定を維持することができる。

＜真円度測定機に特有の効果＞
これまで説明した検出器２４は、表面性状測定機に適用することができるが、特に真円度測定機に用いることで、以下の特有の効果を奏する。

検出器軸ａ及びスタイラス１０２の第１部分１０２Ａが延びる方向をワークＷの回転ステージ１４の回転方向（検出器回転型では検出器２４の回転軸）と略平行な姿勢で測定を実施することで、細穴の測定が可能となる。特に、比較的小さな内径で深い位置の測定が可能であり、さらに外径の測定が可能である。

検出器軸ａ及びスタイラス１０２の第１部分１０２Ａが延びる方向を回転ステージ１４の回転方向（検出器回転型では検出器２４の回転軸）と略垂直な姿勢で測定を実施することで、ワークＷの側面の細溝及び上面の測定が可能である。

また、真円度測定機１０では、測定位置を円筒形状のワークＷの中心を通る線上で実施する必要があるが、この点についても以下のように特有の効果を奏する。

図１７は、図８（Ｂ）に示すワークＷの円柱外側面の測定の上面図である。図１７に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_４は、ワークＷの中心Ｏ_２を通り、かつＸ方向に平行な直線Ｌの線上に存在する。

ここで、従来の検出器２４を用いた場合であって、スタイラス１０２の姿勢変更軸が直線Ｌに対して傾斜している場合について、図１８を用いて説明する。

図１８（Ａ）は、図５（Ａ）に示すワークＷの円柱外側面の測定の上面図である。図１８（Ａ）に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_５は、ワークＷの中心Ｏ_２を通り、かつＸ方向に平行な直線Ｌの線上に存在する。

一方、図１８（Ｂ）は、図３（Ｃ）に示すワークＷの円柱内側面の測定の上面図である。ここではスタイラス１０２の姿勢変更軸が直線Ｌに対して傾斜しているため、図１８（Ｂ）に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_６は、直線Ｌの線上から外れた位置となる。

このように、スタイラス１０２の姿勢変更軸が直線Ｌに対して傾斜している場合には、スタイラス１０２の姿勢変更によって測定位置が変化してしまうという問題があった。

これに対し、本実施形態に係る検出器２４を用いた場合であって、スタイラス１０２の第２部分１０２ＢのＸＹ平面に延びる方向が直線Ｌに対して傾斜している場合について、図１９を用いて説明する。

図１９（Ａ）は、図８（Ｂ）に示すワークＷの円柱外側面の測定の上面図である。図１９（Ａ）に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_７は直線Ｌの線上に存在する。

また、図１９（Ｃ）は、図８（Ｃ）に示すワークＷの円柱内側面の測定の上面図である。図１９（Ａ）に示す検出器２４の位置からＸ方向に平行に移動しているため、図１９（Ｂ）に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ_８は、直線Ｌの線上に存在する。

このように、スタイラス１０２の姿勢変更を不要としたことで、測定位置が変化するという不定性がない。したがって、測定位置調整の時間を削減できるとともに、測定精度を向上することができる。

＜その他＞
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。

１０ 真円度測定機
１２ 本体ベース
１４ 回転ステージ
１６ コラム
１８ キャリッジ
２０ アーム
２２ 検出器ホルダ
２４ 検出器
１００ 検出器本体
１００Ａ 下端
１０２ スタイラス
１０２Ａ 第１部分
１０２Ｂ 第２部分
１０２Ｃ 第３部分
１０２Ｄ 第４部分
１０４ 接触子
１０６ 保持部
１０８ 回転軸
１１０ 測定部
１１２ アーム部
１２０Ａ 回転軸
１２０Ｂ 回転軸
１２０Ｃ 回転軸
１２０Ｄ 回転軸
１２２ 固定リンク
１２４Ａ 可動リンク
１２４Ｂ 可動リンク
１２６ 揺動リンク
１２８ 変位センサ
Ｏ_１ 中心
Ｏ_２ 中心
Ｐ_１ 接触点
Ｐ_２ 接触点
Ｐ_３ 接触点
Ｐ_４ 接触点
Ｐ_５ 接触点
Ｐ_６ 接触点
Ｐ_７ 接触点
Ｐ_８ 接触点
Ｓ 仮想延長面
Ｗ ワーク
ａ 検出器軸
ｂ 本体軸
ｃ スタイラス軸

Claims (8)

1. 測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、
   前記スタイラスを保持する保持部と、
   前記保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、前記保持部の変位を検出する測定部と、
   前記測定部を収納する本体部と、
   を備え、
   前記保持部は、前記スタイラスの軸であるスタイラス軸と前記本体部の軸である本体軸とを平行に、かつ前記スタイラス軸と前記本体軸とを前記本体軸及び前記回転軸に直交する第１方向にオフセットして前記スタイラスを保持する検出器。
2. 前記本体軸と前記接触子の前記測定対象物に接触する位置との前記第１方向の距離は、前記本体軸と前記本体部の外周面との前記第１方向の距離よりも大きい請求項１に記載の検出器。
3. 前記本体部は、円筒形状を有する請求項１又は２に記載の検出器。
4. 前記接触子は、球形状、円錐形状、多角錐形状、円盤形状、又は斧形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の検出器。
5. 前記測定部は、前記回転軸まわりに回転自在に前記保持部を軸支する請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器。
6. 前記測定部は、
   一対の回転軸が設けられる固定リンクと、
   一端が前記一対の回転軸にそれぞれ回動自在に軸支される一対の可動リンクと、
   前記一対の可動リンクのそれぞれの他端に設けられた回転軸に揺動自在に軸支され、前記スタイラスを保持する揺動リンクと、
   から構成される平行リンク機構を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の検出器と、
   前記測定対象物の測定面に前記接触子を接触させ、前記測定対象物と前記接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、
   前記検出器の検出結果に基づいて前記測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、
   を備えた表面性状測定機。
8. 請求項７に記載の表面性状測定機を備えて構成され、
   前記相対移動部は、前記測定対象物を回転させる回転ステージを備え、
   前記表面性状測定部は、前記測定対象物の真円度を測定する真円度測定機。

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