JP2975434B2 - 形状測定装置 - Google Patents

形状測定装置

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JP2975434B2
JP2975434B2 JP3015581A JP1558191A JP2975434B2 JP 2975434 B2 JP2975434 B2 JP 2975434B2 JP 3015581 A JP3015581 A JP 3015581A JP 1558191 A JP1558191 A JP 1558191A JP 2975434 B2 JP2975434 B2 JP 2975434B2
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俊郎 樋口
康弘 三浦
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えばスクロール型圧
縮機に使用される旋回スクロール部材及び固定スクロー
ル部材などのスクロール部の形状あるいはカムの形状を
測定するための形状測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の形状測定装置として、ベース上面
にX軸(左右)方向に往復動されるX軸テーブルを装設
するとともに、該X軸テーブル上面に対し垂直軸線の回
りで回転する回転テーブルを装設し、前記ベース上面に
立設したコラムに対し前記回転テーブル上面に取付た被
測定物としてのスクロール部材の被測定面に接触して形
状を測定する形状測定用プローブをZ(上下)軸方向の
移動可能に装着した所謂曲座標形状測定装置が提案され
ている。そして、予め制御装置に記憶された理想スクロ
ール形状データに基づいて前記X軸テーブル及び回転デ
ーブルを動作し、スクロール部材の被測定面を所定位置
に保持した形状測定用プローブに接触させて、該形状測
定用プローブの往復動作により被測定面の形状を測定す
るようになっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した形
状測定装置は、形状測定用プローブが一方向へのみ往復
動可能に支持構成されているので、スクロール部材の被
測定面に対し形状測定用プローブを直角方向、つまり法
線方向に常時当てることができず、このため形状測定用
プローブの最も感度の良くなる法線方向以外の方向にお
いて形状測定用プローブの測定量が変化し、従って測定
精度が低下するとともに、測定速度を速くすると形状測
定用プローブのヘッドが被測定面に正確に接触した状態
を維持することが難しくなるので、測定作業能率を上げ
ることができないという問題があった。
【0004】この発明の目的は、一方向に動作される測
定用フローブの測定動作を円滑かつ適正に行い測定精度
及び作業能率を向上することができる形状測定装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、コラム上において被測定物を支持する
転可能な支持部材と、他のコラムに装設され、前記被測
定物の被測定面に接触して形状を測定可能な形状測定用
プローブと、前記支持部材及び形状測定用プローブを予
め記憶した設定形状データに基づいて相対移動させて前
記被測定の形状を測定させる被測定物の測定動作指令
手段とを備えた形状測定装置において、前記コラムの1
つに、前記形状測定用プローブを前記被測定物に対して
相対的に移動させる第1駆動機構を設け、またこれとは
別の他のコラムに、前記形状測定用プローブによる被測
定物の測定動作時に該形状測定用プローブの測定動作方
向を前記被測定面と直交する方向に指向させるように、
前記形状測定用プローブを前記支持部材の回転にともな
い、前記第1駆動機構によるものとは同一平面内でかつ
異なる方向へ相対的に移動させる第2駆動機構を設け、
さらに前記形状測定用プローブを予め記憶した位置制御
データに基づいて前記被測定物に対して位置制御するプ
ローブ位置制御手段を設けるという手段をとっている。
【0006】
【作用】この発明は被測定物の測定動作指令手段から出
力された設定形状データに基づいて被測定物を支持した
支持部材及び形状測定用プローブを相対移動させて、被
測定物の被測定面に前記プローブを当接し形状測定を行
なう。この形状測定用プローブによる測定動作時におい
て、プローブ位置制御手段から出力された位置制御デー
タに基づいて形状測定用プローブが前記被測定面と直交
する方向に位置制御される。このため形状測定用プロー
ブは被測定面に対し常に最も感度の良くなる法線方向に
対向して測定動作が行われ、測定精度が向上するととも
に、測定用プローブの被測定面への追従性を高めること
ができ、作業能率を向上することができる。
【0007】
【実施例】以下、この発明をスクロール型圧縮機のスク
ロール部材の形状を測定するスクロール形状測定装置と
して具体化した一実施例を図1〜図7に基づいて説明す
る。図1及び図2に示すようにベース1の上面にはコラ
ム2が載置され、該コラム2の水平支持部2aの上面に
はX軸テーブル3が第1駆動機構としてのX軸サーボモ
ータ4によりX軸方向(左右方向)の往復動可能に支持
されている。又、このX軸テーブル3の上面には水平
(θ軸)回転テーブル5がダイレクトサーボモータ6に
より回転可能に支持されている。前記X軸テーブル3及
び回転テーブル5はリニヤスケール7及びロータリーエ
ンコーダ8により移動距離が直接測定される。前記水平
回転テーブル5の上面には自動芯出・傾斜補正装置9が
載置され、該補正装置9の上面には図4に示す旋回スク
ロール部材41又は図5に示す固定スクロール部材42
を載置して固定するための治具10が設けられている。
【0008】前記コラム2の上部には可動支持体として
のY軸コラム12が第2駆動機構としてのY軸サーボモ
ータ13により前記X軸方向と直交する水平なY軸方向
(図1の紙面直交方向)の往復動可能に支持されてい
る。このY軸コラム12の側面にはZ軸コラム14がZ
軸サーボモータ15によりZ軸方向(上下方向)の往復
動可能に支持されている。さらに前記Z軸コラム14に
はヘッド16を備えた測定用プローブ17が一方向への
測定動作可能に支持されている。同じくZ軸コラム14
には図2に示すように治具10の傾斜測定用プローブ1
8が取付られている。前記Y軸コラム12及びZ軸コラ
ム14の往復移動距離はリニヤスケール19及び20に
よりそれぞれ直接測定されるようになっている。
【0009】次に、図3により形状測定装置の制御回路
図について説明する。中央演算処理回路21には実測ス
クロール形状データDt1等を記憶するランダム・アクセ
ス・メモリ(RAM)及び理想スクロール形状データD
t0等を記憶するリード・オンリー・メモリ(ROM)が
接続されている。又、前記処理回路21には入力インタ
ーフェース24を介して前述したリニヤスケール7、ロ
ータリーエンコーダ8、形状測定用プローブ17、傾斜
測定用プローブ18、リニヤスケール19,20等が接
続されている。同じく処理回路21には出力インターフ
ェース25及び駆動回路26〜30を介して前記X軸サ
ーボモータ4、ダイレクトサーボモータ6、Y軸サーボ
モータ13、Z軸サーボモータ15、自動芯出・傾斜補
正装置9等が接続され、処理回路21から動作指令信号
が出力されるようになっている。さらに、前記処理回路
21にはX軸テーブル3及び水平回転テーブル5を予め
記憶した理想スクロール形状データDt0に基づいて動作
させ、スクロール部材41,42のスクロール部41
a,42aの被測定面Sを前記形状測定用プローブ17
に接触させて測定動作指令を出力するための測定動作指
令手段としての測定動作指令回路31が接続されてい
る。同じく処理回路21にはプローブ位置制御手段とし
てのプローブ位置制御回路32が接続され、スクロール
部材41,42の測定動作時に予め記憶した位置制御デ
ータに基づいて前記Y軸コラム12を形状測定用プロー
ブ17の被測定面Sと直交する法線方向に指向させる制
御動作を行うようにしている。
【0010】次に、前記のように構成したスクロール形
状測定装置により、旋回スクロール部材の被測定面Sの
形状を測定する動作について説明する。最初に、スクロ
ール部材を取り付けない状態で、形状測定用プローブ1
7により治具10に形成した基準ピン穴10aの位置を
自動測定する。次に傾斜測定用プローブ18の下端を治
具10の上面に接触した状態で回転テーブル5を一回転
させて治具10の傾きを自動測定する。さらに、両測定
用プローブ17,18の測定データに基づいて、自動芯
出・自動傾斜補正装置9を動作させて治具10の中心軸
線をθ軸回転テーブル5の中心軸線に合わせる。
【0011】次に、前記治具10の上面に旋回スクロー
ル部材41を載置固定し、スクロール部41aの形状を
以下のようにして測定する。図4に示すように旋回スク
ロール部材41のスクロール部41aの被測定面Sは、
基礎円Cが決定されると、それにより特定のインボリュ
ート曲線として表される形状となっている。この形状の
測定範囲は図4のP1 〜P2 である。
【0012】今、形状測定用プローブ17を基礎円Cの
中心O2 からY軸方向に該基礎円の半径分だけ変位した
位置に移動調節して動作制御回路31により回転テーブ
ル5をサーボモータ6により回転するとともにX軸テー
ブル3をサーボモータ4によりX軸方向に動作させて、
形状測定用プローブ17により被測定面Sの形状を測定
する。この時、前記測定点開始点P1 から終了点P2
での理想スクロール形状軌跡T0 及びそのデータDtO
いずれも予め判っているので、この理想スクロール形状
軌跡T0 となるようにスクロール部材41が位置制御動
作される。ここで、被測定面Sのインボリュート曲線部
分においては、プローブ17の中心O3が基礎円Cの半
径Rcだけ偏心した位置に配置されているので、プロー
ブ17が被測定面Sに対して最も感度の良い法線方向に
当たることになり、測定精度を向上することができる。
又、スクロール部41aの中心部の軌跡は、インボリュ
ート曲線と異なるため、その箇所においてはサーボモー
タ13によりY軸コラム12が動作されて形状測定用プ
ローブ17の位置が法線方向に向くように連続して位置
制御動作される。
【0013】ところで、旋回スクロール部材41の基礎
円Cの中心O2 と前記回転テーブル5の中心O1 は加工
誤差などにより図4に示すように偏心している場合が生
じる。この時には図6に示すようにθ軸回転テーブル5
を360°以上回転させた場合における実測スクロール
形状データDt1から理想スクロール形状データDt0を減
算して得られた図7に示す形状誤差成分データT3 に基
づいて、図4に示す両中心O1,2 のX軸方向の変位量
Δxと変位角Δθを演算制御回路21により回転周期成
分の1次分を使って求めることもできる。これらの変位
量Δxと変位角Δθが零以外の場合には、旋回スクロー
ル部材41の加工時において位置ずれにより生じたと見
なし、演算制御回路21によりこの変位量Δx、変位角
Δθを除去したスクロール形状データ、即ち、基礎円C
の中心O2 に関する形状の誤差成分のみを求めることが
できる。
【0014】ところで、図5に示す固定スクロール部材
42のスクロール部42aは旋回スクロール部材のスク
ロール部41aと方向が逆のため、この固定スクロール
部材42の形状測定時においては、形状測定用プローブ
17の偏位方向を逆とすることによってX軸ストローク
範囲を小さくすることができる。又、前記形状測定用プ
ローブ17は、スクロール部41aの直角度の測定も行
なうことができる。
【0015】なお、Y軸コラム12の動作は形状測定用
プローブ17と傾斜測定用プローブ18の位置切換に利
用することもできるので、両プローブ17,18を交換
しなくても済み、自動測定が可能となる。さらに、測定
動作指令回路31及びプローブ位置制御回路32は予め
数回繰り返し動作されて逆伝達関数による繰り返し補償
法などを用いて高速、高精度化されている。
【0016】さて、この発明の実施例においては、形状
測定用プローブ17をスクロール部材41,42のスク
ロール部41a,42aの被測定面Sに対し常に法線方
向に対向するようにY軸コラム12により位置制御動作
するようにしたので、測定精度を向上することができる
とともに、被測定面Sに対するプローブ17の追従性が
向上して測定速度を速くすることができる。
【0017】次に、この発明の別の実施例を図8〜図1
0に基づいて説明する。図8及び図9に示す別例は、Z
軸コラム14に対し可動支持体としての回転軸35を取
付け、該回転軸を往復駆動機構としてのサーボモータ3
6により回転制御させ、形状測定用プローブ17を被測
定面Sに対し法線方向に指向するように制御動作するこ
とも可能である。
【0018】図10に示す別例はベース1に水平支持台
37を固設し、該水平支持台37に固定コラム38を取
付け、該コラム38に前記回転テーブル5を支持すると
ともに、支持台37に対しX軸コラム39をサーボモー
タ4によりX軸方向の往復動可能に支持し、さらに該X
軸コラム3に前記Y軸コラム12を支持するように構
成することもできる。この実施例の場合には形状測定用
プローブ17がX軸方向及びY軸方向に制御動作され、
スクロール部材41は所定位置において回転テーブル5
により回転動作される。
【0019】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、例えば二つの一軸プローブを直交方向に
動作可能に組み合わせたプローブを使用することによ
り、方線方向を検知し、ソフト的に測定データを補正す
るように構成したり、スクロール形状以外にカムの形状
を測定する装置に具体化したりするなど、この発明の趣
旨を逸脱しない範囲で任意に変更して具体化することも
できる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明は被測定
物の被測定面に形状測定用プローブを常に法線方向に対
向して接触させることができるので、測定精度を向上す
ることができるととともに、プローブの被測定面への追
従性を高めて測定速度を向上することができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明をスクロール形状を測定装置に具体化
した一実施例を示す左側面図である。
【図2】形状測定装置の正面図である。
【図3】形状測定装置の制御回路図である。
【図4】旋回スクロール部材の正面図である。
【図5】固定スクロール部材の正面図である。
【図6】回転角と基礎円中心からの距離を示グラフであ
る。
【図7】形状誤差成分を示すグラフである。
【図8】この発明の別例を示す部分側面図である。
【図9】図8の部分正面図である。
【図10】この発明の別の形状測定装置の左側面図であ
る。
【符号の説明】
2 コラム、3 X軸テーブル、5 水平回転テーブ
ル、12 可動支持体としてのY軸コラム、13 往復
駆動機構としてのY軸サーボモータ、17 形状測定用
プローブ、21 中央演算処理回路、31 被測定物の
測定動作指令手段としての測定動作指令回路、32 プ
ローブの位置制御手段としての位置制御回路、35 可
動支持体としての回転軸、36 往復駆動機構としての
サーボモータ、41 旋回スクロール部材、42 固定
スクロール部材、S 被測定面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−276405(JP,A) 特開 昭58−173424(JP,A) 特開 昭57−208401(JP,A) 特開 昭53−104266(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 5/00 - 5/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コラム上において被測定物を支持する
    転可能な支持部材と、他のコラムに装設され、前記被測
    定物の被測定面に接触して形状を測定可能な形状測定用
    プローブと、前記支持部材及び形状測定用プローブを予
    め記憶した設定形状データに基づいて相対移動させて前
    記被測定面の形状を測定させる被測定物の測定動作指令
    手段とを備えた形状測定装置において、前記コラムの1
    に、前記形状測定用プローブを前記被測定物に対して
    相対的に移動させる第1駆動機構を設け、またこれとは
    別の他のコラムに、前記形状測定用プローブによる被測
    定物の測定動作時に該形状測定用プローブの測定動作方
    向を前記被測定面と直交する方向に指向させるように、
    前記形状測定用プローブを前記支持部材の回転にともな
    い、前記第1駆動機構によるものとは同一平面内でかつ
    異なる方向へ相対的に移動させる第2駆動機構を設け、
    さらに前記形状測定用プローブを予め記憶した位置制御
    データに基づいて前記被測定物に対して位置制御するプ
    ローブ位置制御手段を設けた形状測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19712029A1 (de) * 1997-03-21 1998-09-24 Zeiss Carl Fa Verfahren zur Steuerung von Koordinatenmeßgeräten nach Solldaten
GB2437982B (en) * 2006-05-08 2011-07-27 Taylor Hobson Ltd Metrological apparatus
JP5801796B2 (ja) * 2010-03-31 2015-10-28 Hoya株式会社 レンズ形状測定装置

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