JP2553854B2 - ワ−クピ−スの表面プロフアイルを測定する装置 - Google Patents
ワ−クピ−スの表面プロフアイルを測定する装置Info
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- JP2553854B2 JP2553854B2 JP62027048A JP2704887A JP2553854B2 JP 2553854 B2 JP2553854 B2 JP 2553854B2 JP 62027048 A JP62027048 A JP 62027048A JP 2704887 A JP2704887 A JP 2704887A JP 2553854 B2 JP2553854 B2 JP 2553854B2
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、ワークピースの表面プロファイルを測定
する装置および方法に関するものである。
する装置および方法に関するものである。
特に、この発明の第１の局面は、１対の脚部および検
出手段を有するプローブアセンブリを含むワークピース
の表面プロファイルを測定するための装置に関し、プロ
ーブアセンブリはワークピースに関して移動可能であ
り、そのため脚部は相対的移動の方向に間隔をあけられ
た第１のおよび第２の場所でワークピース表面と係合
し、検出手段は相対的移動の方向に脚部場所から間隔を
あけられたワークピース表面上の第３の場所のプローブ
アセンブリに関する距離に依存する信号を与えるように
動作可能である。
出手段を有するプローブアセンブリを含むワークピース
の表面プロファイルを測定するための装置に関し、プロ
ーブアセンブリはワークピースに関して移動可能であ
り、そのため脚部は相対的移動の方向に間隔をあけられ
た第１のおよび第２の場所でワークピース表面と係合
し、検出手段は相対的移動の方向に脚部場所から間隔を
あけられたワークピース表面上の第３の場所のプローブ
アセンブリに関する距離に依存する信号を与えるように
動作可能である。
Ｖ−ブロック測定装置は既知であり、そこでワークピ
ースは、たとえば米国特許明細書第3274693号で示され
るように第１のおよび第２の場所でワークピースの外部
表面に接触する平坦な側面を有するＶ−ブロックに関し
て回転される。この明細書はまた、その第９図および第
10図でＶ−ブロック装置と同じように作用するが内部表
面を測定し、かつ第１のおよび第２の表面でワークピー
スと係合するための丸い脚部を有する装置を示す。
ースは、たとえば米国特許明細書第3274693号で示され
るように第１のおよび第２の場所でワークピースの外部
表面に接触する平坦な側面を有するＶ−ブロックに関し
て回転される。この明細書はまた、その第９図および第
10図でＶ−ブロック装置と同じように作用するが内部表
面を測定し、かつ第１のおよび第２の表面でワークピー
スと係合するための丸い脚部を有する装置を示す。
Ｖ−ブロック装置およびそれに対する内部測定の変形
の不利な点は、「Ｖ」または脚部の側面が表面の粗な凸
凹に従うが微細な凸凹には従わず、かつそれゆえに検出
手段からの信号は表面プロファイルを完全には表わさな
いことである。
の不利な点は、「Ｖ」または脚部の側面が表面の粗な凸
凹に従うが微細な凸凹には従わず、かつそれゆえに検出
手段からの信号は表面プロファイルを完全には表わさな
いことである。
この発明の第１の局面は、脚部が実質的に検出手段と
同様に近接して表面プロファイルの変化に従うように適
合されることを特徴とする。代わりに、表面変化に所望
の感度を与えると、検出手段のみならず脚部もその感度
を生じるように配置される。
同様に近接して表面プロファイルの変化に従うように適
合されることを特徴とする。代わりに、表面変化に所望
の感度を与えると、検出手段のみならず脚部もその感度
を生じるように配置される。
こうして、装置はワークピースプロファイルの凸凹の
ためプローブアセンブリの移動を考慮に入れてプロファ
イルを決定するように（上記のように）処理され得る信
号を与える。実際、装置はその信号に応答してワークピ
ースの表面プロファイルを決定する手段を含んでもよ
く、決定手段は、検出手段に直接従う表面の凸凹のため
検出された距離の変化に加えて表面プロファイルの凸凹
と係合する脚部が生じるプローブアセンブリの動きによ
る検出された距離の変化を考慮に入れるように動作可能
である。
ためプローブアセンブリの移動を考慮に入れてプロファ
イルを決定するように（上記のように）処理され得る信
号を与える。実際、装置はその信号に応答してワークピ
ースの表面プロファイルを決定する手段を含んでもよ
く、決定手段は、検出手段に直接従う表面の凸凹のため
検出された距離の変化に加えて表面プロファイルの凸凹
と係合する脚部が生じるプローブアセンブリの動きによ
る検出された距離の変化を考慮に入れるように動作可能
である。
好ましくは、脚部は本質的に、相対的移動の方向に対
して横方向のラインに沿ってワークピースと点接触また
はワークピースと線接触するように適合される。たとえ
ば、ワークピース表面に近傍して従うために、脚部は
「尖った」または「環状の」脚部であってもよい。
して横方向のラインに沿ってワークピースと点接触また
はワークピースと線接触するように適合される。たとえ
ば、ワークピース表面に近傍して従うために、脚部は
「尖った」または「環状の」脚部であってもよい。
フーリエ解析は、ワークピースプロファイルが表わさ
れ得る複数個の高調波の振幅および位相を決定するよう
に採用されてもよい。検出手段および脚部が非対称的に
配置される場合、より平坦な振幅周波数応答が特に、考
慮される高調波の範囲の端部で達成され得ることがわか
った。好ましくは、第１のおよび第３の場所ならびに第
２のおよび第３の場所の相対的間隔が、高調波範囲の中
間でより平坦な振幅周波数応答を与えるために偶数対１
の比、たとえば4:1である。
れ得る複数個の高調波の振幅および位相を決定するよう
に採用されてもよい。検出手段および脚部が非対称的に
配置される場合、より平坦な振幅周波数応答が特に、考
慮される高調波の範囲の端部で達成され得ることがわか
った。好ましくは、第１のおよび第３の場所ならびに第
２のおよび第３の場所の相対的間隔が、高調波範囲の中
間でより平坦な振幅周波数応答を与えるために偶数対１
の比、たとえば4:1である。
装置はまた、第１の、第２のおよび第３の場所から間
隔をあけられたワークピース表面上の第４の場所のプロ
ーブアセンブリに関する距離に依存する信号を与えるた
めのさらなる検出手段を含んでもよい。２つの検出手段
の信号が付加されてもよく、かつプローブアセンブリ
は、第１のおよび第４の場所の相対的間隔が第２のおよ
び第３の場所の相対的間隔に等しいように配置されても
よい。これはそのとき、周波数応答の位相歪をなくする
効果を有する。代わりに、プローブアセンブリは第１の
および第４の場所の相対的間隔が第２のおよび第３の場
所の相対的間隔に等しくないように配置されてもよい。
これはそのとき、高調波範囲にかかる２つの構成要素の
周波数応答インターリーブするように周波数応答を延長
させる効果を有する。
隔をあけられたワークピース表面上の第４の場所のプロ
ーブアセンブリに関する距離に依存する信号を与えるた
めのさらなる検出手段を含んでもよい。２つの検出手段
の信号が付加されてもよく、かつプローブアセンブリ
は、第１のおよび第４の場所の相対的間隔が第２のおよ
び第３の場所の相対的間隔に等しいように配置されても
よい。これはそのとき、周波数応答の位相歪をなくする
効果を有する。代わりに、プローブアセンブリは第１の
および第４の場所の相対的間隔が第２のおよび第３の場
所の相対的間隔に等しくないように配置されてもよい。
これはそのとき、高調波範囲にかかる２つの構成要素の
周波数応答インターリーブするように周波数応答を延長
させる効果を有する。
装置は、第１のおよび第２のプローブアセンブリの検
出手段の検出の平面から間隔を置かれたワークピース上
のさらなる場所に対する距離に依存する信号を与えるた
めに、第１の上記のプローブアセンブリから間隔を置か
れた第２のこのようなプローブアセンブリならびに第１
のおよび第２のプローブアセンブリに関して装着された
さらなる検出手段を含んでもよい。装置はそのとき、一
般に円筒形のワークピースの丸さ、偏心率、円筒性およ
び先細りを測定するように用いられ得る。
出手段の検出の平面から間隔を置かれたワークピース上
のさらなる場所に対する距離に依存する信号を与えるた
めに、第１の上記のプローブアセンブリから間隔を置か
れた第２のこのようなプローブアセンブリならびに第１
のおよび第２のプローブアセンブリに関して装着された
さらなる検出手段を含んでもよい。装置はそのとき、一
般に円筒形のワークピースの丸さ、偏心率、円筒性およ
び先細りを測定するように用いられ得る。
この発明の特定の実施例の例として説明が続き、添付
の図面が参照される。
の図面が参照される。
ワークピースの完全なプロファイルを測定する多くの
現在の方法は、作業場から、精密スピンドル型の表面測
定のための器具またはコンピュータ制御の座標測定機械
のいずれかに至るまでワークピースを除去することを必
要とする。以下に述べられる装置は精密スピンドル器具
を用いて利用され得るが、それはまた機械からワークピ
ースを除去する必要なく機械作業場で利用されてもよ
い、なぜなら装置は測定装置に関して正確に設定された
ワークピースの回転の軸に頼らないからである。しかし
ながら、ワークピースとともに回転するために装着され
た穴のあいたディスクと協働する光学センサのような、
角度データ検出のためのいくつかの手段をワークピース
を回転させる機械上に設けることが好ましい。
現在の方法は、作業場から、精密スピンドル型の表面測
定のための器具またはコンピュータ制御の座標測定機械
のいずれかに至るまでワークピースを除去することを必
要とする。以下に述べられる装置は精密スピンドル器具
を用いて利用され得るが、それはまた機械からワークピ
ースを除去する必要なく機械作業場で利用されてもよ
い、なぜなら装置は測定装置に関して正確に設定された
ワークピースの回転の軸に頼らないからである。しかし
ながら、ワークピースとともに回転するために装着され
た穴のあいたディスクと協働する光学センサのような、
角度データ検出のためのいくつかの手段をワークピース
を回転させる機械上に設けることが好ましい。
第１図を参照すると、測定されるべき一般に円筒形の
ワークピース10は、装置の軸Ｏのまわりでの一定速度の
回転のために装着され、ワークピースの公称軸Ｏ′は装
置の軸Ｏとほぼ同軸である。プローブヨーク12は２つの
相対的に固定されたプローブ14、16を、かつまた変換器
固定子20に関連して半径方向に移動するために装着され
た１つのダイナミックプローブ18を保持し、前記変換器
固定子20はヨーク12に関するダイナミックプローブ18の
位置に線形的に関連する信号Ｓを出力する。プローブ1
4、16、18の各々は、ワークピース10と係合するための
尖ったまたは環状の脚部22、24、26を有する。脚部は、
同じ形および大きさである。ヨーク12はアーム28の一方
の端部に軸支的に装着され、その他方の端部は装置に軸
支的に装着され、そのためヨークは第１図で見られるよ
うに一般に垂直方向に移動し、かつまたワークピースが
回転するにしたがって、固定されたプローブ14、16の脚
部22、24がワークピースの表面上に乗るようにされるよ
うにアーム28へのその軸支接続のまわりで揺動すること
が可能である。ダイナミックプローブは、ワークピース
10と接触してその脚部26を維持するようにばね負荷され
る。
ワークピース10は、装置の軸Ｏのまわりでの一定速度の
回転のために装着され、ワークピースの公称軸Ｏ′は装
置の軸Ｏとほぼ同軸である。プローブヨーク12は２つの
相対的に固定されたプローブ14、16を、かつまた変換器
固定子20に関連して半径方向に移動するために装着され
た１つのダイナミックプローブ18を保持し、前記変換器
固定子20はヨーク12に関するダイナミックプローブ18の
位置に線形的に関連する信号Ｓを出力する。プローブ1
4、16、18の各々は、ワークピース10と係合するための
尖ったまたは環状の脚部22、24、26を有する。脚部は、
同じ形および大きさである。ヨーク12はアーム28の一方
の端部に軸支的に装着され、その他方の端部は装置に軸
支的に装着され、そのためヨークは第１図で見られるよ
うに一般に垂直方向に移動し、かつまたワークピースが
回転するにしたがって、固定されたプローブ14、16の脚
部22、24がワークピースの表面上に乗るようにされるよ
うにアーム28へのその軸支接続のまわりで揺動すること
が可能である。ダイナミックプローブは、ワークピース
10と接触してその脚部26を維持するようにばね負荷され
る。
第１図で示される装置の動きは、第２図ないし第５図
を参照して今から述べられ、そこではプローブ脚部22、
24、26の位置はそれぞれＣ、Ａ、Ｂで示され、かつ変換
器固定子基準点はＤで示される。ヨーク中心Ｙは、ダイ
ナミックプローブの作用線BY上にあり、かつ各脚部A,C
の接触点からの距離R0にあるように規定される。脚部
Ｂ、ＣおよびＢ、Ａは、ヨーク中心Ｙのまわりで角度α
およびβにより角度的に間隔をあけられる。
を参照して今から述べられ、そこではプローブ脚部22、
24、26の位置はそれぞれＣ、Ａ、Ｂで示され、かつ変換
器固定子基準点はＤで示される。ヨーク中心Ｙは、ダイ
ナミックプローブの作用線BY上にあり、かつ各脚部A,C
の接触点からの距離R0にあるように規定される。脚部
Ｂ、ＣおよびＢ、Ａは、ヨーク中心Ｙのまわりで角度α
およびβにより角度的に間隔をあけられる。
第２図は、ワークピースが脚部Ａで半径RAの増分を生
じ、そのため脚部Ａが脚部Ｂの半径方向の位置を移動す
ることなく位置Ａ′に移動する場合を示す。この移動
は、元のヨーク中心Ｙから変換器基準点Ｄの半径の増分
RDAを生じる。第２図のジオメトリから、以下のことが
決定され得る、すなわち RDA＝RA sinα/sin（α＋β） となる。脚部Ｂは基準表面から移動しないので、脚部Ａ
の移動により生じられた脚部Ｂと変換器基準点Ｄとの間
の移動RDAのため変換器信号SAは、 SA＝−kRA sinα/sin（α＋β） となり、ここではｋは変位に対する出力信号に関する変
換器定数である。
じ、そのため脚部Ａが脚部Ｂの半径方向の位置を移動す
ることなく位置Ａ′に移動する場合を示す。この移動
は、元のヨーク中心Ｙから変換器基準点Ｄの半径の増分
RDAを生じる。第２図のジオメトリから、以下のことが
決定され得る、すなわち RDA＝RA sinα/sin（α＋β） となる。脚部Ｂは基準表面から移動しないので、脚部Ａ
の移動により生じられた脚部Ｂと変換器基準点Ｄとの間
の移動RDAのため変換器信号SAは、 SA＝−kRA sinα/sin（α＋β） となり、ここではｋは変位に対する出力信号に関する変
換器定数である。
同様に第３図を参照すると、脚部Ｃでの半径の増分RC
は、元のヨーク中心Ｙから変換器データの半径の増分R
DCを生じ、そのため、 RDC＝RC sinβ/sin（α＋β） となる。これは以下のように変換器信号SCを生じる、す
なわち SC＝−kRC sinβ/sin（α＋β） となる。
は、元のヨーク中心Ｙから変換器データの半径の増分R
DCを生じ、そのため、 RDC＝RC sinβ/sin（α＋β） となる。これは以下のように変換器信号SCを生じる、す
なわち SC＝−kRC sinβ/sin（α＋β） となる。
第４図を参照すると、脚部Ｂでの半径の増分RBは、ヨ
ークおよび変換器固定子基準点Ｄのいかなる移動も生じ
ず、かつこうして信号SBが以下のように生じられる、す
なわち SB＝kRB となる。すぐ前で述べられた説明は、ワークピースが静
止し、かつ半径の増分が３つの脚部Ａ、Ｂ、Ｃで生じら
れる場合を述べる。さてワークピースが回転されかつそ
れが注目されることを考慮すると、 RA（θ）＝Ｒ（θ＋β） RB（θ）＝Ｒ（θ） RC（θ）＝Ｒ（θ−α） となり、ここではθは脚部Ｂを通過する半径ラインに関
するワークピース上のデータ半径ラインＬの角度であ
る。
ークおよび変換器固定子基準点Ｄのいかなる移動も生じ
ず、かつこうして信号SBが以下のように生じられる、す
なわち SB＝kRB となる。すぐ前で述べられた説明は、ワークピースが静
止し、かつ半径の増分が３つの脚部Ａ、Ｂ、Ｃで生じら
れる場合を述べる。さてワークピースが回転されかつそ
れが注目されることを考慮すると、 RA（θ）＝Ｒ（θ＋β） RB（θ）＝Ｒ（θ） RC（θ）＝Ｒ（θ−α） となり、ここではθは脚部Ｂを通過する半径ラインに関
するワークピース上のデータ半径ラインＬの角度であ
る。
それゆえに、脚部Ａ、Ｂ、Ｃの移動に帰し得る信号は
当然以下のようになる、すなわち SA＝−kR（θ＋β）sin α/sin（α＋β） SB＝kR（θ） SC＝−kR（θ−α）sinβ/sin（α＋β） となる。以下の説明では、項ａおよびｂは以下のように
採用される、すなわち ａ＝sinβ/sin（α＋β） ｂ＝sinα/sin（α＋β） となる。信号全体は、 Ｓ＝SA＋SB＋SC ＝ｋ｛Ｒ（θ）−bR（θ＋β）−aR（θ−α）｝ となる。ワークピースのセクションの半径方向のプロフ
ァイルは、フーリエ級数で表わされ得る、すなわち Ｒ（θ）＝ΣCncos［ｎθ＋νｎ］ となり、ここではｎは高調波数である整数であり、νｎ
はｎ番目の高調波の位相であり、かつCnはｎ番目の高調
波の振幅である。それゆえに以下のことが注目される、
すなわち Ｒ（θ＋β）＝Cncos［ｎ（θ＋β）＋νｎ］ Ｒ（θ−α）＝Cncos［ｎ（θ−α）＋νｎ］ が注目される。信号Ｓに対する方程式に代入すると、 Ｓ＝ｋΣCn｛cos［ｎθ＋νｎ］−bcos［ｎ（θ＋β）
＋νｎ］ −acos［ｎ（θ−α）＋νｎ］｝ となる。値ｋ、ａおよびｂは既知であるので、標準の高
速フーリエ変換（FFT）技術およびコンピュータを用い
て、一定速度でのワークピースの１回転の間信号Ｓの変
化から、高調波の所望の範囲にわたるCnおよびνｎの値
を得ることが可能である。一旦これらの値が既知になる
と、それらは方程式に代入され得る、すなわち Ｒ（θ）＝ΣCncos［ｎθ＋νｎ］ となる。こうして、半径方向のプロファイルが決定され
る。
当然以下のようになる、すなわち SA＝−kR（θ＋β）sin α/sin（α＋β） SB＝kR（θ） SC＝−kR（θ−α）sinβ/sin（α＋β） となる。以下の説明では、項ａおよびｂは以下のように
採用される、すなわち ａ＝sinβ/sin（α＋β） ｂ＝sinα/sin（α＋β） となる。信号全体は、 Ｓ＝SA＋SB＋SC ＝ｋ｛Ｒ（θ）−bR（θ＋β）−aR（θ−α）｝ となる。ワークピースのセクションの半径方向のプロフ
ァイルは、フーリエ級数で表わされ得る、すなわち Ｒ（θ）＝ΣCncos［ｎθ＋νｎ］ となり、ここではｎは高調波数である整数であり、νｎ
はｎ番目の高調波の位相であり、かつCnはｎ番目の高調
波の振幅である。それゆえに以下のことが注目される、
すなわち Ｒ（θ＋β）＝Cncos［ｎ（θ＋β）＋νｎ］ Ｒ（θ−α）＝Cncos［ｎ（θ−α）＋νｎ］ が注目される。信号Ｓに対する方程式に代入すると、 Ｓ＝ｋΣCn｛cos［ｎθ＋νｎ］−bcos［ｎ（θ＋β）
＋νｎ］ −acos［ｎ（θ−α）＋νｎ］｝ となる。値ｋ、ａおよびｂは既知であるので、標準の高
速フーリエ変換（FFT）技術およびコンピュータを用い
て、一定速度でのワークピースの１回転の間信号Ｓの変
化から、高調波の所望の範囲にわたるCnおよびνｎの値
を得ることが可能である。一旦これらの値が既知になる
と、それらは方程式に代入され得る、すなわち Ｒ（θ）＝ΣCncos［ｎθ＋νｎ］ となる。こうして、半径方向のプロファイルが決定され
る。
信号Ｓを表わすフーリエ級数は以下のように書き表わ
され得る、すなわち ｓ＝ｋΣAnCncos［（ｎθ＋νｎ）＋φｎ］ となり、ここでは An 2＝［１−acos（ｎα）−bcos（ｎβ）］２ ＋［asin（ｎα）−bsin（ｎβ）］２ かつ となる。Anはｎ番目の高調波の振幅周波数応答を表わ
し、かつφｎは位相シフト周波数応答を表わす。
され得る、すなわち ｓ＝ｋΣAnCncos［（ｎθ＋νｎ）＋φｎ］ となり、ここでは An 2＝［１−acos（ｎα）−bcos（ｎβ）］２ ＋［asin（ｎα）−bsin（ｎβ）］２ かつ となる。Anはｎ番目の高調波の振幅周波数応答を表わ
し、かつφｎは位相シフト周波数応答を表わす。
α＝βである場合、振幅周波数応答は１−（cos（ｎ
β）/cosβ）となり、かつｎ＝１およびｎ＝（２π／
β）−１に対して０の値を有する。振幅周波数応答の最
大値は、値ｎ＝π／βに対して生じる。通過帯域はこう
して、ｎ＝２とｎ＝π／βの真中のｎ＝（２π／β）−
２との間で生じる。
β）/cosβ）となり、かつｎ＝１およびｎ＝（２π／
β）−１に対して０の値を有する。振幅周波数応答の最
大値は、値ｎ＝π／βに対して生じる。通過帯域はこう
して、ｎ＝２とｎ＝π／βの真中のｎ＝（２π／β）−
２との間で生じる。
α＝β＝π/10（18゜）の場合、振幅周波数応答は第
５図において破線で示される。ｎ＝２およびｎ＝18に対
する振幅周波数応答はｎ＝10に対するものの約10分の１
であり、より平らな周波数応答がエラーを生じる可能性
が少ないのでそれは不所望であることが注目される。
５図において破線で示される。ｎ＝２およびｎ＝18に対
する振幅周波数応答はｎ＝10に対するものの約10分の１
であり、より平らな周波数応答がエラーを生じる可能性
が少ないのでそれは不所望であることが注目される。
非対称的プローブ配置を採用することにより、すなわ
ちαおよびβが等しくない場合、装置の性能を改良する
ことが可能である。
ちαおよびβが等しくない場合、装置の性能を改良する
ことが可能である。
振幅周波数応答の二乗を展開すると、 An 2＝１＋a2＋b2−2acos（ｎα）−2bcos（ｎβ） ＋2abcos［ｎ（α＋β）］ となる。α＞βかつしたがってａ＜ｂに対して、この二
乗は−2acos（ｎα）＋2abcos［ｎ（α＋β）］のリッ
プル構成要素により変形された安定した曲線１＋a2＋b2
−2bcos（ｎβ）の形態であるように考慮され得る。α
を増加すると、リップル構成要素は通過帯域限界の近傍
のｎに関して応答の迅速な増加をもたらし、こうしてよ
り平坦な応答を生じる。
乗は−2acos（ｎα）＋2abcos［ｎ（α＋β）］のリッ
プル構成要素により変形された安定した曲線１＋a2＋b2
−2bcos（ｎβ）の形態であるように考慮され得る。α
を増加すると、リップル構成要素は通過帯域限界の近傍
のｎに関して応答の迅速な増加をもたらし、こうしてよ
り平坦な応答を生じる。
好ましくは、リップル構成要素は著しいピークを生じ
るよりもむしろ応答の平坦さをさらに改良するように、
中間帯域（nmid＝π／β）で安定した構成要素から除去
されるべきである。α＝2mπ/nmidを設定することによ
り、ｍが整数である場合、リップル構成要素−2acos
（ｎα）＋2abcos［ｎ（α＋β）］は負の最小値−（2a
＋2ab）になる。第５図の配置に対して、この結果を生
じるαの可能な値は２π/10、４π/10および６π/10で
ある。第５図では、点線は値β＝π/10およびα＝４π/
10に対する振幅周波数応答を示す。応答はｎ＝８および
ｎ＝12で最大値約2.1を有し、かつｎ＝２およびｎ＝18
での応答はｎ＝８またはｎ＝12での応答の約3/10である
ことがわかる。
るよりもむしろ応答の平坦さをさらに改良するように、
中間帯域（nmid＝π／β）で安定した構成要素から除去
されるべきである。α＝2mπ/nmidを設定することによ
り、ｍが整数である場合、リップル構成要素−2acos
（ｎα）＋2abcos［ｎ（α＋β）］は負の最小値−（2a
＋2ab）になる。第５図の配置に対して、この結果を生
じるαの可能な値は２π/10、４π/10および６π/10で
ある。第５図では、点線は値β＝π/10およびα＝４π/
10に対する振幅周波数応答を示す。応答はｎ＝８および
ｎ＝12で最大値約2.1を有し、かつｎ＝２およびｎ＝18
での応答はｎ＝８またはｎ＝12での応答の約3/10である
ことがわかる。
上記の配置の変形において、ヨーク12は第６図で略図
的に示されるように、プローブ14からの角度γで設定さ
れたさらなる変換器20′およびダイナミックプローブ1
8′と適合される。１つの配置では、角度βおよびγは
等しく設定されかつ変換器20、20′の出力信号は、変換
器が等しい変換器定数ｋを有する場合単に合計される。
もしワークピースプロファイルの半径の増分が各高調波
の２つの構成要素の合計であると考えられ、ヨーク12の
対称方向に関して一方がサイン構成要素でありかつ他方
がコサイン構成要素であるならば、そのときコサイン構
成要素は偶対称のため加算するがサイン構成要素は奇対
称のため減算しかつ打ち消し合う。それゆえに、結果と
して生じる周波数応答は位相誤差を有さない。代わりの
配置では、角度βおよびγは等しくないように設定され
る。このように、２つのプローブ18、18′の周波数応答
のリップル構成要素はインターリーブされ、かつこうし
て延長された周波数応答を生じる。
的に示されるように、プローブ14からの角度γで設定さ
れたさらなる変換器20′およびダイナミックプローブ1
8′と適合される。１つの配置では、角度βおよびγは
等しく設定されかつ変換器20、20′の出力信号は、変換
器が等しい変換器定数ｋを有する場合単に合計される。
もしワークピースプロファイルの半径の増分が各高調波
の２つの構成要素の合計であると考えられ、ヨーク12の
対称方向に関して一方がサイン構成要素でありかつ他方
がコサイン構成要素であるならば、そのときコサイン構
成要素は偶対称のため加算するがサイン構成要素は奇対
称のため減算しかつ打ち消し合う。それゆえに、結果と
して生じる周波数応答は位相誤差を有さない。代わりの
配置では、角度βおよびγは等しくないように設定され
る。このように、２つのプローブ18、18′の周波数応答
のリップル構成要素はインターリーブされ、かつこうし
て延長された周波数応答を生じる。
上で述べられた実施例は１つの半径方向の平面におい
て一般に円筒形のワークピースの丸さを測定するのに適
するが、一般に円筒形のワークピースの丸さ、偏心率、
円筒性および先細りを測定するための変形された装置を
例示する第７図が今から参照される。
て一般に円筒形のワークピースの丸さを測定するのに適
するが、一般に円筒形のワークピースの丸さ、偏心率、
円筒性および先細りを測定するための変形された装置を
例示する第７図が今から参照される。
装置は、第１図で示されたものと一般に同じであるが
固定したスペーサ部材34により接続された１対のヨーク
アセンブリ30、32を含む。スペーサ部材はボールおよび
コーンベアリング36により、すべての軸のまわりを旋回
することが可能であるアーム38の一方の端部に接続さ
れ、かつアームの他方の端部は軸方向に旋回するための
支持部材40に軸支的に接続される。各ヨークアセンブリ
30、32は１対の固定された脚部42、44、46、48を有し、
かつそれぞれの変換器50、52を保持する。各ヨークアセ
ンブリ30、32は第１図の配置と同じ態様で独立して作用
し、かつこうして変換器50、52の半径方向の平面におけ
るR50（θ）およびR52（θ）が決定され得ることが認め
られる。しかしながら、さらなる変換器54、56はまた、
異なる半径方向の平面におけるスペーサ部材上に装着さ
れる。それゆえに、R50（θ）およびR52（θ）をR
50（θ）およびR52（θ）ならびに変換器54、56により
生じられた信号を決定すると、さらなる変換器54、56の
各々の半径方向の平面においてR54（θ）およびR
56（θ）を決定し、かつこうしてワークピースの丸さ、
偏心率、円筒性および先細りを決定することもまた可能
である。
固定したスペーサ部材34により接続された１対のヨーク
アセンブリ30、32を含む。スペーサ部材はボールおよび
コーンベアリング36により、すべての軸のまわりを旋回
することが可能であるアーム38の一方の端部に接続さ
れ、かつアームの他方の端部は軸方向に旋回するための
支持部材40に軸支的に接続される。各ヨークアセンブリ
30、32は１対の固定された脚部42、44、46、48を有し、
かつそれぞれの変換器50、52を保持する。各ヨークアセ
ンブリ30、32は第１図の配置と同じ態様で独立して作用
し、かつこうして変換器50、52の半径方向の平面におけ
るR50（θ）およびR52（θ）が決定され得ることが認め
られる。しかしながら、さらなる変換器54、56はまた、
異なる半径方向の平面におけるスペーサ部材上に装着さ
れる。それゆえに、R50（θ）およびR52（θ）をR
50（θ）およびR52（θ）ならびに変換器54、56により
生じられた信号を決定すると、さらなる変換器54、56の
各々の半径方向の平面においてR54（θ）およびR
56（θ）を決定し、かつこうしてワークピースの丸さ、
偏心率、円筒性および先細りを決定することもまた可能
である。
さらなる修正および開発は上記の装置に対してなされ
てもよいことが認められる。たとえば、プローブ脚部18
および変換器20は光学または超音波測定装置により置換
され得る。装置は、一般に丸いセクションワークピース
を測定することに限定されず、かつたとえば線形性およ
び平坦さを測定するために修正されてもよい。
てもよいことが認められる。たとえば、プローブ脚部18
および変換器20は光学または超音波測定装置により置換
され得る。装置は、一般に丸いセクションワークピース
を測定することに限定されず、かつたとえば線形性およ
び平坦さを測定するために修正されてもよい。
第１図は、表面プロファイル測定装置図である。 第２図ないし第４図は、第１図の装置の部分の移動を例
示する線図である。 第５図は、装置に対する振幅周波数応答のグラフであ
る。 第６図は、他の装置の略図である。 第７図は、さらなる装置の分解された透視図である。 図において、10はワークピース、12はヨーク、14,16,1
8,18′はプローブ、20,20′,50,52,54,56は変換器、22,
24,26,42,44,46,48は脚部、28,38はアーム、30,32はヨ
ークアセンブリ、34はスペーサ部材、40は支持部材であ
る。
示する線図である。 第５図は、装置に対する振幅周波数応答のグラフであ
る。 第６図は、他の装置の略図である。 第７図は、さらなる装置の分解された透視図である。 図において、10はワークピース、12はヨーク、14,16,1
8,18′はプローブ、20,20′,50,52,54,56は変換器、22,
24,26,42,44,46,48は脚部、28,38はアーム、30,32はヨ
ークアセンブリ、34はスペーサ部材、40は支持部材であ
る。
Claims (11)
- 【請求項１】概して円形部分を有するワークピースの表
面プロファイルを測定するための装置であって、 プローブアセンブリと、 プローブアセンブリに関してワークピースを回転させる
ための手段と、 決定手段とを備え、 前記プローブアセンブリは第１の検出器手段（18,20,2
6）と、前記プローブアセンブリに対するワークピース
の相対的移動の方向に間隔を隔てられた第１および第２
の場所（A,C）でワークピース表面と係合するように配
列される第１の対の脚部（22,24）とを含み、前記第１
の検出器手段は前記相対的移動の方向に脚部場所から間
隔を隔てられたワークピース表面上の第３の場所（Ｂ）
のプローブアセンブリに関する距離に依存する信号
（Ｓ）を与えるように作動可能であり、かつ前記決定手
段は前記信号に応答してワークピースの表面プロファイ
ルを決定し、 前記脚部（22,24）は、実質的に前記第１の検出手段と
同様に近接して表面プロファイルの変化に従うように適
合され、かつ前記決定手段は、前記第１の検出手段によ
り直接検出された表面の凸凹のため検出された距離の変
化に加えて表面プロファイルの凸凹と係合する脚部によ
り生じられるプローブアセンブリの動きによる、検出さ
れた距離の変化を考慮に入れるように動作可能であるこ
とを特徴とする、装置。 - 【請求項２】前記脚部（22,24）は、前記相対的移動の
方向に対して横方向のラインに沿って本質的にワークピ
ースと点接触またはワークピースと線接触するように適
合されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
載の装置。 - 【請求項３】前記脚部（22,24）は、互いに関して固定
されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項または
第２項に記載の装置。 - 【請求項４】前記第２および第３の場所（C,B）間の間
隔（α）は前記第１および第３の場所（A,B）間の間隔
（β）と等しくないことを特徴とする、特許請求の範囲
第１項ないし第３項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項５】前記第２および第３の場所（C,B）間の間
隔（α）と前記第１および第３の場所（A,B）間の間隔
（β）とは偶数対１の比であることを特徴とする、特許
請求の範囲第４項に記載の装置。 - 【請求項６】前記第２および第３の場所（C,B）間の間
隔（α）と前記第１および第３の場所（A,B）間の間隔
（β）は４対１の比であることを特徴とする、特許請求
の範囲第５項に記載の装置。 - 【請求項７】前記プローブアセンブリは、前記第１、第
２および第３の場所から間隔を隔てられたワークピース
表面上の第４の場所のプローブアセンブリに関する距離
に依存する信号を与えるための第２の検出器手段を含む
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項ないし第６項
のいずれかに記載の装置。 - 【請求項８】前記プローブアセンブリは、前記第１、第
２および第３の場所から間隔を隔てられたワークピース
表面上の第４の場所のプローブアセンブリに関する距離
に依存する信号を与えるための第２の検出器手段を備
え、前記第１および第４の場所の間の間隔は第２および
第３の場所の間の間隔に等しいことを特徴とする、特許
請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項９】前記プローブアセンブリは、前記第１、第
２および第３の場所から間隔を隔てられたワークピース
表面上の第４の場所のプローブアセンブリに関する距離
に依存する信号を与えるための第２の検出器手段を備
え、前記第１および第４の場所の間の間隔は、第２およ
び第３の場所の間の間隔に等しくないことを特徴とす
る、特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記
載の装置。 - 【請求項１０】前記第１の検出器手段（18,20,26）およ
び第２の検出器手段の信号が加算されることを特徴とす
る、特許請求の範囲第７項ないし９項のいずれかに記載
の装置。 - 【請求項１１】前記プローブアセンブリは第１のさらな
る検出器手段と、第２のさらなる検出器手段と、第２の
対の脚部とを含み、前記第２の対の脚部はプローブアセ
ンブリに対するワークピースの相対的移動の方向に間隔
を隔てられる第１および第２のさらなる場所でワークピ
ース表面と係合するように配列され、かつ前記第１のさ
らなる検出器手段は前記相対的移動の方向における第１
および第２のさらなる場所から間隔を隔てられたワーク
ピース表面上の第３のさらなる場所のプローブアセンブ
リに関する距離に依存する信号を与えるように作動可能
であり、かつ前記第２の対の脚部および第１のさらなる
検出器手段は第１の検出器手段および第１の対の脚部か
ら間隔を隔てられており、 前記第２のさらなる検出器手段は第１の検出器手段と、
第１の対の脚部および第２の対の脚部に関して装着さ
れ、かつ前記第２のさらなる検出器手段は、前記第１の
検出器手段および前記第１のさらなる検出器手段の検出
の平面から間隔をおかれたワークピース上のさらに他の
場所のプローブアセンブリに関する距離に依存する信号
を与える、特許請求の範囲第１項ないし第10項のいずれ
かに記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8603060 | 1986-02-07 | ||
| GB868603060A GB8603060D0 (en) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Usefulness of in situ roundness measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62218809A JPS62218809A (ja) | 1987-09-26 |
| JP2553854B2 true JP2553854B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=10592689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62027048A Expired - Lifetime JP2553854B2 (ja) | 1986-02-07 | 1987-02-06 | ワ−クピ−スの表面プロフアイルを測定する装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4903413A (ja) |
| JP (1) | JP2553854B2 (ja) |
| DE (1) | DE3703493A1 (ja) |
| GB (2) | GB8603060D0 (ja) |
Families Citing this family (46)
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