JP2021081275A - 表面性状測定方法及び表面性状測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
〔真円度測定装置の全体構成〕
図1は実施形態に係る真円度測定装置の全体構成図である。同図に示す真円度測定装置10は、ワーク9の測定対象部分に接触子18Aを接触させて、ワーク9の測定を実施する。真円度測定装置10は、ワーク9の測定データを解析して、ワーク9の円筒度及び真円度等の幾何公差を導出し得る。なお、実施形態に記載のワーク9は被測定物の一例に相当する。
図2は図1に示す真円度測定装置の機能ブロック図である。真円度測定装置10は、制御装置19を備える。制御装置19は、表示装置19A及び入力装置19Bが接続される。表示装置19Aは液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置を適用し得る。入力装置19Bは、キーボード及びマウスを適用し得る。タッチパネル方式のディスプレイ装置を表示装置19Aに適用して、表示装置19Aと入力装置19Bとを兼用してもよい。
制御装置19は、コンピュータを適用し得る。制御装置19は、以下に説明するハードウェアを用いて、規定のプログラムを実行して真円度測定装置10の機能を実現する。各制御部のハードウェアは、各種のプロセッサ及び各種のメモリを適用し得る。プロセッサの例として、CPU(Central Processing Unit)が挙げられる。CPUはプログラムを実行して各種処理部として機能する。メモリの例として、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)が挙げられる。
次に、図3から図6を用いて、第一実施形態に係る円筒度測定方法の概略について説明する。なお、実施形態に記載の円筒度測定方法は表面性状測定方法の一例に相当する。
図7は第一実施形態に係る円筒度測定方法の手順を示すフローチャートである。図8は図7に示す円筒度測定方法における測定条件の説明図である。図7に示す第一測定力設定工程S10では、図2に示す測定力設定部52は、円筒度測定に適用される第一測定力F1に対応する測定力付与機構56の設定値を取得し、取得した測定力付与機構56の設定値を測定力付与制御部50へ送信する。
図7に示す第一測定工程S12と第二測定工程S14とは入れ替えが可能である。同様に、第三測定工程S18と第四測定工程S20とは入れ替えが可能である。また、第一測定力設定工程S10、第一測定工程S12の後に第二測定力設定工程S16及び第三測定工程S18を実施し、その後、第一測定力設定工程S10、第二測定工程S14、第二測定力設定工程S16及び第四測定工程S20をこの順に実施してもよい。
〔測定力に起因するワークの変形量計算〕
図9はワークの変形量計算に適用されるパラメータの説明図である。ワーク9の変形量w(z)は、ワーク9を円柱形状とし、ワーク9の把持を完全な固定端と仮定したワーク9の変形モデルを用いて算出する。なお、zは鉛直方向の座標値を表す。
w(z)=(F×z)/(3×E×I) …式1
と表される。ワーク9の直径をdとすると、中実円柱の断面二次モーメントIは、I=π/(64×d4)である。
測定された円筒度をCYLmeasとし、真の円筒度をCYLtrueとする。ここで、測定された円筒度CYLmeasは、測定力の影響が除去されていない円筒度を表す。真の円筒度CYLtrueは、測定力の影響が除去された円筒度を表す。
CYLmeas=CYLtrue−{w(z2)−w(z1)} …式2
と表される。
CYLmeas=CYLtrue−{F×(z2−z1)/(3×E×I)} …式3
と表される。
式3に適用されるヤング率E及び断面二次モーメントIは、ワーク9ごとに異なるため、式3を用いて真の円筒度CYLtrueを計算することは困難である。そこで、複数の測定力Fのそれぞれを適用した測定を実施し、それぞれの測定データから円筒度CYLmeasを算出し、式3におけるヤング率E及び断面二次モーメントIを消去する。
CYLmeas−1=CYLtrue−{F1×(z2−z1)/(3×E×I)} …式4
と表される。また、測定された円筒度CYLmeas−2は、
CYLmeas−2=CYLtrue−{F2×(z2−z1)/(3×E×I)} …式5
と表される。式4及び式5を真の円筒度CYLtrueについて解くと、真の円筒度CYLtrueは、
CYLtrue=(F2×CYLmeas−2−F1×CYLmeas−1)/(F2−F1) …式6
と表される。
第一実施形態に係る真円度測定装置及び円筒度測定方法によれば、以下の作用効果を得ることが可能である。
第一測定力F1を適用したワーク9の測定を実施し、第一測定力F1に対応する測定された円筒度CYLmeas−1を算出する。第二測定力F2を適用したワーク9の測定を実施し、第二測定力F2に対応する測定された円筒度CYLmeas−2を算出する。式6を用いて、真のCYLtrueを算出する。これにより、測定力に起因するワーク9の変形の影響が除去された真のCYLtrueを算出し得る。
上記式6によれば、ワーク9のヤング率E等のワーク9の物性及びワーク9の寸法を用いずに、測定力の影響を排除したワーク9の円筒度CYLtrueを算出し得る。
複数の鉛直位置において、測定力を変更してワーク9の測定を実施する。これにより、ワーク9の変形モデルを用いて測定力に起因するワークの変形を把握し得る。
次に、第二実施形態に係る円筒度測定方法について説明する。第二実施形態に係る円筒度測定方法が適用される真円度測定装置は、測定力に起因するワーク9の把持方向の影響を除去した、ワーク9の円筒度を算出する。
図10は高剛性となる場合のワークの把持状態を示す模式図である。図11は図10を側面視した図である。図12は低剛性となる場合のワークの把持状態を示す概略平面図である。図13は図12を側面視した図である。
次に、図15から図17を用いて、ワーク9の把持方向の影響除去について説明する。第一実施形態に係る円筒度測定の場合と同様に、二つの異なる測定力である第一測定力F1及び第二測定力F2のそれぞれを適用した測定データを用いて、ワーク9の把持方向と測定力の方向との相対角度に起因する影響を除去し得る。かかる場合は、それぞれの回転断面の測定について演算を実施する。
図18は第二実施形態に係る円筒度測定方法に適用される把持方向に起因する測定力の影響除去方法の手順を示すフローチャートである。図18に示すフローチャートは、図7に示す各回転断面の測定に対して適用される。
第二実施形態に係る円筒度測定方法によれば、以下の作用効果を得ることが可能である。
第一実施形態及び第二実施形態に示す円筒度測定は、同軸度、平行度及び直径等の測定にも適用可能である。
第一実施形態及び第二実施形態に示す円筒度測定は、接触子の変形に起因する影響の除去にも適用可能である。
本実施形態では、ワーク9の表面性状を測定する表面性状測定装置の一例として、ワーク9の円筒度等を測定する真円度測定装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、真円度測定装置以外の表面性状測定装置であってもよい。
Claims (6)
- 測定力付与部を用いて接触子を介して被測定物に対して測定力を付与し、前記接触子の変位を検出する検出部を用いて前記被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法であって、
第一測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第一測定力適用測定工程と、
前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第二測定力適用測定工程と、
前記第一測定力及び前記第二測定力を用いて、前記第一測定力適用測定工程において得られる第一測定データに基づき導出される第一仮指標及び前記第二測定力適用測定工程において得られる第二測定データから導出される第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出工程と、
を含む表面性状測定方法。 - 前記表面性状指標導出工程は、前記第一測定力をF1、前記第二測定力をF2、前記第一仮指標をSt1、前記第二仮指標をSt2、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標をStとして、St=(F2×St1−F1×St2)/(F2−F1)を用いて、前記被測定物の表面性状指標Stを導出する請求項1に記載の表面性状測定方法。
- 前記第一測定力適用測定工程は、第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第一測定工程及び前記第一鉛直位置と鉛直方向の位置が異なる第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第二測定工程を含み、
前記第二測定力適用測定工程は、前記第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第三測定工程及び前記第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第四測定工程を含む請求項1又は2に記載の表面性状測定方法。 - 前記第一測定データと前記第二測定データとの差分を表す差分データを導出する差分導出工程と、
前記差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施するフィルタ処理工程と、
を含み、
前記表面性状指標導出工程は、前記フィルタ処理工程の処理結果を用いて、被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する請求項1から3のいずれか一項に記載の表面性状測定方法。 - 前記表面性状指標導出工程は、前記表面性状指標として、円筒度、同軸度、平行度及び直径の少なくともいずれかを導出する請求項1から4のいずれか一項に記載の表面性状測定方法。
- 接触子と、
前記接触子を介して被測定物に対して測定力を付与する測定力付与部と、
前記接触子の変位を検出する検出部と、
前記検出部を用いて得られた前記被測定物の測定データから前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出部と、
を備え、
前記表面性状指標導出部は、第一測定力を適用する測定から得られた第一測定データに基づき第一仮指標を導出し、前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した測定から得られた第二測定データに基づき第二仮指標を導出し、前記第一仮指標及び前記第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状の指標を導出する表面性状測定装置。
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