JP2018173349A - 表面形状測定機の校正装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、表面形状測定機10の概略図である。図2は、表面形状測定機10の測定対象物であるワークWの断面図である。図1及び図2に示すように、表面形状測定機10は、ワークWに形成された小穴9の内面の表面形状(輪郭形状又は表面粗さ等)を測定する。なお、ここでいう小穴9とは、例えば直径Dが25mm以下の穴である。また、図中のX軸方向は本発明の第2軸方向に相当し、Y軸方向は本発明の第1軸方向に相当し、Z軸方向は第1軸方向及び第2軸方向の双方向に垂直な本発明の第3軸方向に相当する。
本実施形態におけるスタイラス18等の設計値には、下記の[表1]に示すものが含まれる。
図4(A)は、設計値通りに形成された理想状態のスタイラス18の側面図である。図4(B)は、製造誤差が生じているスタイラス18の側面図である。なお、図4(B)では、スタイラス18の製造誤差を実際よりも強調表示している。
図5は校正用ゲージユニット45の外観斜視図であり、図6は校正用ゲージユニット45の側面図である。図5及び図6に示すように、校正用ゲージユニット45は、底板46と、コラム47と、天板48と、平面部49と、ピンゲージ50(本発明の校正部材に相当)と、下側ベース51(本発明の第1ベースに相当)と、下側ブロックゲージ52(本発明の第1ゲージに相当)と、中央ブロックゲージ53(本発明の中央ゲージに相当)と、上側ブロックゲージ54(本発明の第2ゲージに相当)と、上側ベース55(本発明の第2ベースに相当)と、を備える。
図7に示すように、測定箇所P1は、ピンゲージ50の上側表面50aである。ここでは、アーム32を第1揺動方向SW1に搖動させて上側表面50aに下向き触針34を接触させた状態で、下向き触針34により上側表面50aをX軸方向にトレースする。
測定箇所P2は、ピンゲージ50の下側表面50bである。ここでは、アーム32を第2揺動方向SW2に搖動させて下側表面50bに上向き触針36を接触させた状態で、上向き触針36により下側表面50bをX軸方向にトレースする。
図8に示すように、測定箇所P3は、下側ベース51のベース上面51aである。ここでは、アーム32を第1揺動方向SW1に搖動させてベース上面51aに下向き触針34を接触させた状態で、下向き触針34によりベース上面51aをX軸方向にトレースする。
測定箇所P4は、下側ブロックゲージ52のゲージ上面52aである。ここでは、アーム32を第1揺動方向SW1に搖動させてゲージ上面52aに下向き触針34を接触させた状態で、下向き触針34によりゲージ上面52aをX軸方向にトレースする。
図9に示すように、測定箇所P5は、上側ベース55のベース下面55aである。ここでは、アーム32を第2揺動方向SW2に搖動させてベース下面55aに上向き触針36を接触させた状態で、上向き触針36によりベース下面55aをX軸方向にトレースする。
測定箇所P6は、上側ブロックゲージ54のゲージ下面54aである。ここでは、アーム32を第2揺動方向SW2に搖動させてゲージ下面54aに上向き触針36を接触させた状態で、上向き触針36によりゲージ下面54aをX軸方向にトレースする。
次に、図10(A),(B)と、図11(A)〜(C)と、図12(A),(B)とを用いて、表面形状測定機10によるピンゲージ50の上側表面50a及び下側表面50bの測定処理について具体的に説明する。図10(A),(B)は、ピンゲージ50の上側表面50a及び下側表面50bを測定する際の課題を説明するための説明図である。図11(A)〜(C)は、両触針34,36をピンゲージ50の上側表面50a及び下側表面50bに接触させる方法について説明するための説明図である。図12(A),(B)は、表面形状測定機10によるピンゲージ50の上側表面50a及び下側表面50bのそれぞれの測定処理の流れを示すフローチャートである。
このように本実施形態では、ピンゲージ50のX軸方向の側方に平面部49を設けることで、下向き触針36を平面部49の上面49aに沿ってピンゲージ50の上側表面50aまで案内し、且つ上向き触針36を平面部49の下面49bに沿ってピンゲージ50の下側表面50bまで案内することができる。その結果、ピンゲージ50に両触針34,36を容易に接触させることができる。
図13(A)はピンゲージ50をX軸方向から見た側面図であり、図13(B)はピンゲージ50をZ軸方向から見た上面図である。なお、図13(B)中の符号T1は、図13(A)中の下向き触針34で上側表面50aをトレースした際の軌跡であり、符号T2は、図13(A)中の上向き触針36で下側表面50bをトレースした際の軌跡である。
次に、図15(A),(B)を用いて、表面形状測定機10による下側ブロックゲージ52のゲージ上面52a、及び上側ブロックゲージ54のゲージ下面54aの測定処理について具体的に説明する。ここで図15(A),(B)は、表面形状測定機10によるゲージ上面52a及びゲージ下面54aのそれぞれの測定処理の流れを示すフローチャートである。
図16(A),(B)は、ゲージ上面52a及びゲージ下面54aの測定の効果を説明するための説明図である。図16(A)に示すように、本実施形態では、中央ブロックゲージ53によりZ軸方向の間隔がD2(図6参照)に規定されているゲージ上面52a及びゲージ下面54aのうち、ゲージ上面52aを下向き触針34でX軸方向にトレースし、ゲージ下面54aを上向き触針36でX軸方向にトレースしている。これにより、図16(B)に示すような中央ブロックゲージ53の上面を下向き触針34でX軸方向にトレースし、中央ブロックゲージ53の下面を上向き触針36でX軸方向にトレースした場合と同様の測定データが得られる。
次に、図17(A),(B)を用いて、表面形状測定機10による下側ベース51のベース上面51a及び上側ベース55のベース下面55aの測定処理について具体的に説明する。ここで、図17(A),(B)は、表面形状測定機10によるベース上面51a及びベース下面55aのそれぞれの測定処理の流れを示すフローチャートである。
このように本実施形態では、下向き触針34によりベース上面51aをX軸方向にトレースすることで、前述のゲージ上面52aのX軸方向のトレースと合わせて、下向き触針34により段差量D1(図6参照)を有する段差ゲージをトレースした場合と同様の測定データが得られる。また、上向き触針36により上側ベース55のベース下面55aをX軸方向にトレースすることで、前述のゲージ下面54aのX軸方向のトレースと合わせて、上向き触針36により段差量D1を有する段差ゲージをトレースした場合と同様の測定データが得られる。
図18は、データ処理装置37の構成を示すブロック図である。図18に示すように、データ処理装置37は、駆動制御部37Aと、検出結果取得部37Bと、演算処理部37Cと、前述の設計値及び校正値を含む各種情報及びデータを記憶する記憶部37Dと、を有する。これら各部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はFPGA(field-programmable gate array)を含む各種の演算回路及びメモリにより実現される。
評価値1〜3は、下向き触針34によりピンゲージ50の上側表面50aをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果に基づき算出される評価値である。
評価値1は、ピンゲージ50の半径値誤差を示す評価値である。この評価値1は、下記の[数1]式により算出される。なお、ここでいう指定値とは設計値を示す。
評価値2は、ピンゲージ50の真円度誤差を示す評価値であり、下記の[数2]式により算出される。
評価値3は、ピンゲージ50の極座標対称性誤差を示す評価値であり、下記の[数3]式により算出される。
評価値4〜6は、上向き触針36でピンゲージ50の下側表面50bをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果に基づき算出される評価値である。
評価値4は、ピンゲージ50の半径値誤差を示す評価値である。この評価値4は、下記の[数4]式により算出される。
評価値5は、ピンゲージ50の真円度誤差を示す評価値であり、下記の[数5]式により算出される。
評価値6は、ピンゲージ50の極座標対称性誤差を示す評価値であり、下記の[数6]式により算出される。
評価値7は、下向き触針34によりベース上面51aとゲージ上面52aとをそれぞれトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果に基づき算出され、ベース上面51aとゲージ上面52aとの段差量誤差を示す評価値である。この評価値7は、下記の[数7]式により算出される。
評価値8は、上向き触針36によりゲージ下面54aとベース下面55aとをそれぞれトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果に基づき算出され、ゲージ下面54aとベース下面55aとの段差量誤差を示す評価値である。この評価値8は、下記の[数8]式により算出される。
評価値9〜10は、下向き触針34によりゲージ上面52aをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、上向き触針36によりゲージ下面54aをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、に基づき算出される。
評価値9は、ゲージ上面52aとゲージ下面54aとの段差量誤差を示す評価値であり、下記の[数9]式により算出される。
評価値10は、ゲージ上面52aとゲージ下面54aとの角度誤差を示す評価値であり、下記の[数10]式により算出される。
評価値11は、下向き触針34でピンゲージ50の上側表面50aをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、上向き触針36でピンゲージ50の下側表面50bをトレースした際の第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、に基づき算出される評価値である。
図18に戻って、演算処理部37Cは、校正部56及び測定データ演算部57を備えている。校正部56は、本発明の第1校正部、第2校正部、及び第3校正部として機能する。
校正部56は、ピンゲージ50を用いた校正を行う場合、第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、記憶部37Dの設計値記憶部61に予め記憶されているピンゲージ50の設計値(指定値)とに基づき、前述の評価値1〜評価値6を算出する。そして、校正部56は、各評価値がそれぞれ最小となるように、設計値記憶部61に予め記憶されている前述の設計値LH1,LV1,R1,LH2,LV2,R2をそれぞれ校正した校正値LHd,LVd,Rd,LHu,LVu,Ruを算出し、算出した各校正値を記憶部37Dの校正値記憶部62に記憶させる。これにより、スタイラス18の製造誤差に起因する測定の誤差が解消される。
校正部56は、下側ベース51と下側ブロックゲージ52との段差、及び上側ベース55と上側ブロックゲージ54との段差を用いた校正を行う場合、第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、設計値記憶部61に予め記憶されている段差量D1の設計値(指定値)とに基づき、前述の評価値7〜8を算出する。両触針34,36の触針高さに誤差があると、両触針34,36をそれぞれ用いて測定を行った際に、第1検出器20のZ軸方向(上下方向)の感度S1,S2に誤差が生じる。従って、校正部56は、評価値7〜8が最小となるように、設計値記憶部61に予め記憶されている第1検出器20のZ軸方向の感度S1,S2を校正する校正値Sd,Suを算出して、算出した校正値Sd,Suを校正値記憶部62に記憶させる。これにより、第1検出器20のZ軸方向の感度校正を行うことができる。
校正部56は、下側ブロックゲージ52のゲージ上面52aと、上側ブロックゲージ54のゲージ下面54aとを用いた校正を行う場合、第1検出器20及び第2検出器22の検出結果と、設計値記憶部61に予め記憶されている間隔D2の設計値(指定値)とに基づき、前述の評価値9〜10を算出する。
測定データ演算部57は、検出結果取得部37Bから取得した第1検出器20及び第2検出器22の検出結果に基づき、測定対象(小穴9の内面、校正用ゲージユニット45の各部)の表面形状を測定した測定データを生成する。この際に、測定データ演算部57は、校正値記憶部62に校正値が記憶されている場合には、校正値を考慮して測定データを生成、例えば校正値で補正した測定データを生成する。そして、測定データ演算部57は、測定データを記憶部37D内の測定データ記憶部63に格納する。
次に、図20を用いて上記構成の表面形状測定機10の校正について説明する。ここで、図20は、表面形状測定機10の校正方法を示すフローチャートである。
<ピンゲージの直径の調整による効果>
図21は、ピンゲージ50の直径DAを調整することで得られる効果を説明するための説明図である。なお、ストローク幅LD1は、既述の通り、揺動支点軸30を支点としてアーム32が第2揺動方向SW2(図1参照)に最も揺動した状態での下向き触針34の先端34Aの先端位置と、第1揺動方向SW1に最も揺動した状態での上向き触針36の先端36Aの先端位置と、のZ軸方向の間隔である。
図23は、中央ブロックゲージ53の厚み(間隔D2)を調整することにより得られる効果の説明図である。なお、ベース間隔D3は、ベース上面51aとベース下面55aとの間のZ軸方向の間隔である。また、ストローク幅LD2は、既述の通り、揺動支点軸30を支点としてアーム32が、第1揺動方向SW1に最も揺動した状態での下向き触針34の先端34Aの先端位置と、第2揺動方向SW2に最も揺動した状態での上向き触針36の先端36Aの先端位置と、のZ軸方向の間隔である。
以上のように本実施形態の表面形状測定機10では、ピンゲージ50の直径DAの調整と、中央ブロックゲージ53の厚み(間隔D2)の調整と、位置PZの調整とを行うことで、ピンゲージ50を用いた校正と、各ベース51,55及び各ブロックゲージ52,54を用いた校正と、をそれぞれ揺動支点軸30の位置PZを固定して行うことができる。その結果、揺動支点軸30の位置PZを変える必要がある従来の校正法(図22、図24、図28参照)よりも、各校正を高精度に行うことができる。
上記実施形態では、図20に示したステップS31からステップS36の順番で校正用ゲージユニット45の各部の測定を行っているが、各部を測定する測定順番は適宜変更してもよい。
図25は、表面形状測定機10の校正方法の変形例1を示すフローチャートであり、図22は、表面形状測定機10の校正方法の変形例2を示すフローチャートである。上記実施形態では、校正用ゲージユニット45の各部の測定(図20のステップS31からステップS36)が全て完了した後で各校正値の算出を行っているが、校正値の算出は適宜タイミングで行ってもよい。
図27は、校正用ゲージユニット45の変形例を示した斜視図である。図27に示すように、本発明は、ピンゲージ50を用いる場合よりは校正の精度が低下するものの、既述の基準球100(本発明の校正部材に相当)を備える校正用ゲージユニット45を用いてスタイラス18の校正を行う場合にも適用できる。なお、図中の基準球100は、天板48の端部に設けられた基準球保持部91により挟持(保持)されているが、基準球100の保持方法は特に限定されない。そして、基準球100の直径をストローク幅LD1(図21参照)よりも小さくすると共に、揺動支点軸30のZ軸方向の位置PZを基準球100の中心位置に位置合わせすることで、上記実施形態と同様の効果が得られる。
Claims (11)
- 第1軸方向に平行な回転軸を支点として第1揺動方向と第2揺動方向とに揺動自在に支持されたアームと、前記アームの先端に設けられ且つ前記第1揺動方向に向かって突出する第1触針及び前記第2揺動方向に向かって突出する第2触針と、前記第1触針及び前記第2触針の両触針の一方をワークに接触させた状態で、前記ワークに対して前記アームを第1軸方向に垂直な第2軸方向に相対移動させる移動機構と、前記アームの揺動による変位を検出する検出器と、を備える表面形状測定機の校正装置において、
前記アームの前記第1揺動方向の揺動によって前記第1触針と接触する第1面であって、且つ前記第1軸方向及び前記第2軸方向の双方向に平行な第1面を有する第1ゲージと、
前記アームの前記第2揺動方向の揺動によって前記第2触針と接触する前記双方向に平行な第2面であって、且つ前記第1面に対して前記双方向に垂直な第3軸方向に第1面間隔をあけて対向配置された第2面を有する第2ゲージと、
を備え、
前記アームが前記第1揺動方向に最も揺動した状態での前記第1触針の先端位置と、前記第2揺動方向に最も揺動した状態での前記第2触針の先端位置と、の前記第3軸方向の間隔を第1位置間隔とした場合、前記第1面間隔が前記第1位置間隔よりも狭く調整されている表面形状測定機の校正装置。 - 前記第1面の一部と前記第2面の一部との間に設けられ、前記第1面間隔に対応する厚みを有する中央ゲージを備える請求項1に記載の表面形状測定機の校正装置。
- 前記第1面と前記第2面との間の中間位置が、前記回転軸の前記第3軸方向の位置に一致している請求項1又は2に記載の表面形状測定機の校正装置。
- 前記第1面に前記第1触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第1面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第1面検出結果取得部と、
前記第2面に前記第2触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第2面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第2面検出結果取得部と、
前記第1面検出結果取得部及び前記第2面検出結果取得部がそれぞれ取得した前記検出結果に基づき、前記両触針の前記第3軸方向の触針高さの差を校正する第1校正部と、
を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の表面形状測定機の校正装置。 - 前記第3軸方向の中で前記第1面から前記第2面に向かう側を第3軸方向一方側とし、前記第2面から前記第1面に向かう側を第3軸方向他方側とした場合、
前記第1面に対して前記第2軸方向にずれた位置からさらに前記第1面に対して前記第3軸方向他方側に第2面間隔をあけた位置に設けられた第3面であって、前記アームの前記第1揺動方向の揺動によって前記第1触針と接触する前記双方向に平行な第3面を有する第1ベースと、
前記第2面に対して前記第2軸方向にずれた位置からさらに前記第2面に対して前記第3軸方向一方側に第3面間隔をあけた位置に設けられた第4面であって、前記アームの前記第2揺動方向の揺動によって前記第2触針と接触する前記双方向に平行な第4面を有する第2ベースと、
を備え、
前記第1面間隔は、前記第3面と前記第4面との間の前記第3軸方向の間隔を、前記第1位置間隔よりも狭くする大きさに調整されている請求項1から4のいずれか1項に記載の表面形状測定機の校正装置。 - 前記第1面に前記第1触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第1面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第1面検出結果取得部と、
前記第2面に前記第2触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第2面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第2面検出結果取得部と、
前記第3面に前記第1触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第3面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第3面検出結果取得部と、
前記第4面に前記第2触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記第4面に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器から検出結果を取得する第4面検出結果取得部と、
前記第1面検出結果取得部及び前記第3面検出結果取得部がそれぞれ取得した検出結果に基づき、前記第1触針に対応する前記検出器の感度を校正し、且つ前記第2面検出結果取得部及び前記第4面検出結果取得部がそれぞれ取得した検出結果に基づき、前記第2触針に対応する前記検出器の感度を校正する第2校正部と、
を備える請求項5に記載の表面形状測定機の校正装置。 - 前記アームが前記第2揺動方向に最も揺動した状態での前記第1触針の先端位置と、前記第1揺動方向に最も揺動した状態での前記第2触針の先端位置と、の前記第3軸方向の間隔を第2位置間隔とした場合、
前記第2位置間隔よりも直径の小さい基準球、又は前記第1軸方向に平行で且つ前記第2位置間隔よりも直径の小さいピンゲージを、校正部材として備える請求項1から6のいずれか1項に記載の表面形状測定機の校正装置。 - 前記校正部材の前記第3軸方向の中心位置が、前記回転軸の前記第3軸方向の位置に一致している請求項7に記載の表面形状測定機の校正装置。
- 前記校正部材に前記第1触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記校正部材に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器からそれぞれ検出結果を取得する第1曲面検出結果取得部と、
前記校正部材に前記第2触針を接触させた状態で、前記移動機構により前記アームが前記校正部材に対して前記第2軸方向に相対移動されている間、前記検出器からそれぞれ検出結果を取得する第2曲面検出結果取得部と、
前記第1曲面検出結果取得部及び前記第2曲面検出結果取得部がそれぞれ取得した前記検出器の検出結果に基づき、前記両触針の先端部形状と、前記支点に対する前記両触針の先端部位置と、前記両触針の先端部位置の前記第2軸方向の位置ずれと、の少なくともいずれか1つを校正する第3校正部と、
を備える請求項7又は8に記載の表面形状測定機の校正装置。 - 第1軸方向に平行な回転軸を支点として第1揺動方向と第2揺動方向とに揺動自在に支持されたアームと、前記アームの先端に設けられ且つ前記第1揺動方向に向かって突出する第1触針及び前記第2揺動方向に向かって突出する第2触針と、前記第1触針及び前記第2触針の両触針の一方をワークに接触させた状態で、前記ワークに対して前記アームを第1軸方向に垂直な第2軸方向に相対移動させる移動機構と、前記アームの揺動による変位を検出する検出器と、を備える表面形状測定機の校正装置において、
基準球、又は前記第1軸方向に平行なピンゲージを校正部材として備え、
第1揺動方向及び第2揺動方向の双方向に垂直な方向を第3軸方向とし、前記アームが前記第2揺動方向に最も揺動した状態での前記第1触針の先端位置と、前記第1揺動方向に最も揺動した状態での前記第2触針の先端位置と、の前記第3軸方向の間隔を第2位置間隔とした場合、前記校正部材の直径が前記第2位置間隔よりも小さい表面形状測定機の校正装置。 - 前記校正部材の前記第3軸方向の中心位置が、前記回転軸の前記第3軸方向の位置に一致している請求項10に記載の表面形状測定機の校正装置。
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