JP3716310B2 - 検査対象物の形状測定装置及び検査対象物の形状測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物の形状測定装置及び検査対象物の形状測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、検査対象物の形状を測定する方法として、例えば、刃物の刃先の形状測定方法である光・メカニカル法がある。光・メカニカル法は、図１３に示すように刃物２００における刃先の外形形状の中心、すなわち、刃先の曲率半径の中心を予測して、その位置（予測位置）を回転中心軸Ｐとして、刃物２００全体が回転できるようにしている。そして、刃先の接線部に対して軸部２１０ａ，２１１ａにて一体回転する回転レバー２１０，２１１がそれぞれ接触して配置されている。回転レバー２１０，２１１の軸部２１０ａ，２１１ａにはそれぞれレーザーを反射させるミラーＭ１，Ｍ２が形成されている。なお、図１４は、回転レバー２１１の斜視図である。
【０００３】
前記ミラーＭ１，Ｍ２の上方からレーザー光Ｌを照射すると、ミラーＭ１，Ｍ２にて反射したレーザー光Ｌ１，Ｌ２が、ミラーＭ１，Ｍ２の上方に配置したスクリーンＳＣにレーザー光のスポットとして投影されるようにされている。
【０００４】
そして、刃物２００を、前記回転中心軸Ｐを中心に逐次回転させたときのスクリーンＳＣ上のスポット位置をそれぞれ測定し、刃先に接触する接線に一致する直線の式を多数求めて、原点を定めて直線を描くことにより、刃物の刃先形状に類似した包絡線を得るというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光・メカニカル法では、下記の欠点があった。
（ａ） レーザー光Ｌ１，Ｌ２の反射経路を大きくすることにより、ミラーＭ１，Ｍ２の微小な角度変化を読みとることができるシステムであるため、反射経路の大きさとシステムの大きさが比例し、装置全体は大きなボリュームを備えた構造体となる。
【０００６】
（ｂ） スクリーンＳＣ上のレーザー光のスポット径が読み取り精度に影響を与え、ミラーＭ１，Ｍ２からのスポット径は投影面（スクリーンの面）までの距離が大きくなるにしたがって広がる。
【０００７】
（ｃ） レーザー光のスポット位置の測定が、目視に依存したものであるため、精度が減少する。
上記のうち、特に（ｂ）の条件を満たす小型化されたものがないなどの理由により、光・メカニカル法には行き詰まりが見られている。
【０００８】
ところで、刃物の刃先の切れ味評価には製造工程中のいずれかの位置にシステムの導入を図り、オンライン的に測定できることが望ましい。さらに、非破壊的に全数検査が可能であれば、申し分のないものである。光・メカニカル法は、オンラインを図るには、高精度と小型化が逆の関係にあり、研究室的にはよい方法ではあるが、高精度システムの実用化には困難さが見られる。
【０００９】
本発明の目的は、検査対象の形状を非破壊的に測定でき、小型化ができるとともに、製造工程のいずれかの位置に導入が可能であり、高精度の形状測定を行うことができる検査対象物の形状測定装置及び検査対象物の形状測定方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、検査対象物を保持する保持手段と、回転中心の周りに回転自在に設けられ、前記検査対象物に当接する回転部材と、前記検査対象物に当接した回転部材を回転する方向へ、前記保持手段又は前記回転部材の少なくともいずれか１つを、移動する移動手段と、前記移動手段の直線移動量（ｈ）を検出する移動量検出手段と、前記移動手段の移動に応じて、前記回転部材が回転したときの回転角度（β）を検出する回転角度検出手段と、前記移動量検出手段がその時々に検出した直線移動量（ｈ）と、前記回転角度検出手段にて検出され、前記直線移動量（ｈ）に応じた回転角度（β）に基づいて、その時々の直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出する直線式算出手段と、前記直線式算出手段にて得られたその時々の直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）から得られる包絡線を生成する包絡線生成手段と、を備えたことを特徴とする検査対象物の形状測定装置を要旨とするものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記包絡線生成手段が生成した包絡線と、基準データとを比較して、評価を行う評価手段を備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記包絡線生成手段が生成した包絡線を出力する第１出力手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１において、前記移動量検出手段がその時々に検出した直線移動量（ｈ）と、前記回転角度検出手段にて検出され、前記直線移動量（ｈ）に応じた回転角度（β）に基づいて、その時々の直線式（ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ）を算出する直線式算出手段と、前記直線式算出手段にて得られたその時々の直線式のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて、該隣り合う直線との交点を算出する交点算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４において、前記交点算出手段にて算出された複数の交点に沿った線の回帰式を算出する回帰式算出手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５において、前記回帰式算出手段が算出した回帰式の曲線と、基準データとを比較して、評価を行う評価手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６において、前記回帰式算出手段が算出した回帰式の曲線を出力する第２出力手段を備えたことを特徴とする。
請求項８の発明は、回転中心の周りで回転自在に設けた回転部材を、検査対象物に当接し、前記検査対象物と前記回転部材との当接状態を保持して移動したときの、該検査対象物の直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）に応じた前記回転部材の回転角度（β）を検出し、検出した前記直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）と対応して検出した前記回転角度（β）に基づいて直線式（ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ）を算出し、前記算出した直線式を出力して包絡線を形成することを特徴とする検査対象物の形状測定方法を要旨とするものである。
【００１７】
請求項９の発明は、回転中心の周りで回転自在に設けた回転部材を、検査対象物に当接し、前記検査対象物と前記回転部材との当接状態を保持して移動したときの、該検査対象物の直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）に応じて変化した前記回転部材の回転角度（β）を検出し、検出した前記直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）と対応して検出した前記回転角度（β）に基づいて直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出し、前記算出した直線式のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて該隣り合う直線の交点を算出することを特徴とする検査対象物の形状測定方法を要旨とするものである。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項９において、前記隣り合う直線の交点を算出した後、該算出した複数の交点に沿った線の回帰式を算出し、該算出した回帰式にて曲線を形成することを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０において、算出した前記交点を表示することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を、図１乃至図８を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は検査対象物の形状測定装置１００の平面図、図２は、同じく側面図、図３は同じく正面図である。
本実施形態の形状測定装置１００は、特に刃物の刃先形状の形状測定を行うための装置である。基台１０上には、軸取付台１１が固定されている。軸取付台１１上には、一対のベアリング支持板１２ａ，１２ｂが互いに対向するように、かつ、平行になるように配置固定されている。両ベアリング支持板１２ａ，１２ｂには、回転軸１３が図示しないベアリングを介して水平に、かつ回動自在に支持されている。
【００２２】
基台１０上には、ベアリング支持板１２ａと相対するように取付板１４が固定され、取付板１４の上部には、回転角度検出手段としてのロータリーエンコーダ１５が取付固定されている。前記回転軸１３の一端は一方のベアリング支持板１２ａから突出され、ロータリーエンコーダ１５に対してカップリング１５ａを介して連結されている。カップリング１５ａはロータリーエンコーダ１５とのアラインメントの調整のためにノンバックラッシュ型とされている。
【００２３】
回転軸１３の他端は他方のベアリング支持板１２ｂから外方（図１、図３において、右方）へ突出されている。ベアリング支持板１２ｂから突出した回転軸１３の端部には、回転部材としての測定レバー２０が固定されている。測定レバー２０は回転軸１３に対して直交する方向に延出されている。軸取付台１１上には、ベアリング支持板１２ｂと並ぶように支持板２１が立設されている。
【００２４】
移動量測定装置２２は、支持板２１に対してブラケット２３を介して支持されている。移動量測定装置２２は、ガイド板部２４、第１スライド部材２５、第２スライド部材２６及び把持部材２７を備える。ガイド板部２４はブラケット２３に対して固定されるとともに上下方向に延出されている。ガイド板部２４は検出面側（図１において、右側面側）に図示しないスケールコイルが上下方向に沿って埋設されている。第１スライド部材２５は、ガイド板部２４に上下方向に延びるように設けられたガイド溝（図示しない）に対して上下方向にスライド自在に組み付けられており、端部に螺合されたビス２５ａの螺合量の調節により、ガイド板部２４に対して移動の許容及び固定が可能である。第１スライド部材２５は、移動手段に相当する。
【００２５】
第１スライド部材２５は、図２に示すように水平に、かつ測定レバー２０の下方に位置するように延出されている。第１スライド部材２５のベアリング支持板１２ｂ側の面には、ガイド突条２５ｂが第１スライド部材２５の長手方向に延びるように設けられている。図３に示すように第２スライド部材２６は、前記ガイド突条２５ｂに対して、第１スライド部材２５の長手方向に沿ってスライド自在に組み付けられている。すなわち、第２スライド部材２６は、図２において、左右方向へスライド自在とされている。又、第２スライド部材２６は、下面に螺合された，ネジ２６ａの螺合量の調節により、第１スライド部材２５に対してスライドの許容及び固定が可能である。第２スライド部材２６上面には、保持手段としての把持部材２７が固定されている。
【００２６】
把持部材２７は基端部から上方に延びる一対の把持片２８が形成されている。把持部材２７は、両把持片２８の基端側側部に螺入された締付ネジ２９の螺合量の調節により、両把持片２８に対する検査対象物Ｔの着脱が可能とされている。両把持片２８にて把持された検査対象物Ｔは、第１スライド部材２５の上下方向の適宜の移動、及び第２スライド部材２６の左右方向の適宜の移動により、測定レバー２０の先端下面に当接可能に対応するように配置可能とされている。
【００２７】
第１スライド部材２５には、移動量検出手段としての移動量検出センサ３０が設けられている。移動量検出センサ３０は、図示しない基板に設けられた励磁コイルが通電されると磁束が発生し、この磁束により前記ガイド板部２４に設けられた図示しないスケールコイルに誘導電流が生じる公知の誘導型トランスデューサ形式のものである。そして、この誘導電流により、スケールコイルに磁束が生じ、前記図示しない基板に設けられた検出コイル（図示しない）に誘導電流（誘起電圧）が生じる。この検出コイルに生じた誘導電流（誘起電圧）は励磁コイルとスケールコイルとの相対変位に応じて変化するため、検出コイルからの信号に基づいて位置（変位）を検出することができる。
【００２８】
このため、移動量検出センサ３０は、第１スライド部材２５の原点位置からの上下方向の移動に応じて、その移動したときの原点位置からの移動量を検出可能とされている。なお、本実施形態では、前記原点位置は、図２に示すように、両把持片２８に取付け保持された検査対象物Ｔが測定レバー２０に対して当接した状態であって、測定レバー２０が水平になったときの位置を原点位置としている。なお、測定レバー２０が水平になった位置（以下、水平位置という）とは、検査対象物Ｔの高さ（基台１０が載置されている載置面Ｍからの高さ）と、回転軸１３の軸心の高さ（基台１０が載置されている載置面Ｍからの高さ）が一致したときの位置である。すなわち、図２においては、前記測定レバー２０は、検査対象物Ｔと当接する下面と回転軸１３の軸心との高さが同一とされている。
【００２９】
又、ベアリング支持板１２ａ，１２ｂ間の回転軸１３には、基準レバー３５が固定されている。基準レバー３５は、測定レバー２０と同一方向に延出されており、測定レバー２０が水平位置に位置した際には、図５に示すように基準レバー３５も水平になるように形成されている。そして、基準レバー３５は、軸取付台１１との間に、初期設定治具３６が介在配置されたとき、図５に示すように、水平になるように位置し、ロータリーエンコーダ１５の検出する回転角度が初期設定されるようにされている。
【００３０】
次に、形状測定装置１００の電気的構成について説明する。図４は検査対象物の形状測定装置１００の電気的構成を示す電気ブロック図である。
ロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０は、コンピュータ４０に電気的に接続され、出力信号をＣＰＵ（中央処理演算装置）４１に入力する。又、ＣＰＵ４１は、評価判定プログラムを格納するＲＯＭ４２、及び作業用メモリとなるＲＡＭ４３を備えている。ＣＰＵ４１には、第１出力手段としてのディスプレイ４４が接続されており、ＣＰＵ４１が生成した出力データに基づいてディスプレイ４４に出力する。すなわち、ロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０からの出力信号に基づいて、その出力信号に応じた回転角度β及び高さ（直線移動量ｈ）を出力する出力データを生成してディスプレイ４４に出力する。ディスプレイ４４は、その出力データに基づいて回転角度β及び高さ（直線移動量ｈ）を表示する。
【００３１】
又、コンピュータ４０はキーボードやマウス等の入力装置４５が接続されており、入力装置４５からの決定信号の入力に基づいて、ロータリーエンコーダ１５の出力信号（回転角度）及び移動量検出センサ３０からの出力信号（移動量）をハードディスクからなる記憶装置４６に格納する。
【００３２】
前記コンピュータ４０は直線式算出手段、包絡線生成手段、評価手段に相当する。
（データの取得）
さて、上記のように構成された形状測定装置１００を使用して、データを取得する方法について説明する。
【００３３】
まず、最初に基準レバー３５と軸取付台１１との間に図５に示すように初期設定治具３６を載置し、基準レバー３５を水平になるように位置させる。このときの回転軸１３の位置をゼロ点という。
【００３４】
次に、把持部材２７の両把持片２８にて検査対象物Ｔである刃物を把持する。このとき、できる限り刃先尖端が刃物の長さ方向の中央に位置するように設置した後、締付ネジ２９にて締め付けることにより、検査対象物Ｔを把持部材２７に保持する。
【００３５】
次に、検査対象物Ｔの刃先尖端が測定レバー２０の下方に位置し、水平位置に位置する測定レバー２０の下面に接触（当接）するように第１スライド部材２５及び第２スライド部材２６にて上下方向、及び横方向にスライド調整する。調整後は、ビス２５ａ，ネジ２６ａを締め付けることにより、第１スライド部材２５及び第２スライド部材２６の位置を保持する。
【００３６】
次に、ロータリーエンコーダ１５の出力信号及び移動量検出センサ３０の出力信号を、入力装置４５を使用してゼロにリセットする。続いて、入力装置４５を操作して、決定信号をコンピュータ４０に入力し、コンピュータ４０にてロータリーエンコーダ１５の出力信号（回転角度）及び移動量検出センサ３０の出力信号（移動量）を記憶装置４６に格納する。
【００３７】
なお、コンピュータ４０がロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０の出力信号を記憶装置４６に格納するときは、入力装置４５を操作して決定信号をコンピュータ４０に入力していることが前提であるため、以下の説明では、説明の便宜上、入力装置４５の操作による決定信号の入力については説明しない。
【００３８】
そして、このときのロータリーエンコーダ１５の出力信号を回転角度β（＝β０＝０）として、コンピュータ４０は記憶装置４６に格納する。又、このときの移動量検出センサ３０の出力信号を直線移動量としての高さ（＝ｈ０＝０）として、コンピュータ４０は記憶装置４６に格納する。
【００３９】
次に、第１スライド部材２５を鉛直上方に所定量（本実施形態では、１．０ｍｍ）移動させ、コンピュータ４０はこのときのロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０の出力信号を記憶装置４６に格納する。なお、このときのロータリーエンコーダ１５の出力信号を回転角度β₁とし、移動量検出センサ３０の出力信号を直線移動量としての高さ（ｈ₁＝１．０）とする。なお、前記直線移動量ｈは、小さければ小さいほど測定の精度が向上する。
【００４０】
さらに、第１スライド部材２５を上方に所定量（本実施形態では、１．０ｍｍ）移動させ、コンピュータ４０はこのときのロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０の出力信号を記憶装置４６に格納する。このときのロータリーエンコーダ１５の出力信号を回転角度β₂とし、移動量検出センサ３０の出力信号（データ）を直線移動量としての高さ（ｈ₂＝２．０）とする。
【００４１】
以下、同様にして、操作を繰り返し、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端の有効幅Ｗのうち、図７（ａ）に示すように１／２範囲について、第１スライド部材２５を上方に所定量ずつ逐次移動して、そのときの高さ（直線移動量ｈ）と回転角度βを、移動量検出センサ３０とロータリーエンコーダ１５からそれぞれ得る。
【００４２】
ここで、有効幅Ｗ（effective width）について説明する。
本実施形態では、刃先の形を測定するに当たり、直線性のよい測定レバー２０を用いて倣い方式を利用しているために、図７（ａ）の原点０と刃先尖端との距離ｄが大きいとき、頂上部（最上部）からある角度だけ下がった位置を超えたとき、真の値より大きい値を表示するようになる。このため、予め、大きさの分かっている刃物の刃先尖端を測定するとともに、それからのずれ量を測定し、ずれ量の相対誤差の変化を求めておく。この場合、相対誤差には急激に大きく変化する範囲が存在する。そこで、相対誤差が微小な領域を、測定可能領域として、有効幅Ｗ（effective width）としている。現在わかっている領域では、例えば、刃先先端の曲率半径が約０．０５ｍｍ以上で、約±４５度であるが、それ未満の場合には、約±１５度である。
【００４３】
前記距離ｄは回転軸１３がゼロ点の位置に位置したとき、すなわち、測定レバー２０が水平位置に位置したときにおける、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端中心と回転軸１３の軸心との距離である。
【００４４】
上記刃物における刃先尖端の有効幅Ｗのうち、図７（ａ）に示すように１／２範囲に関して得られた位置情報（回転角度β、高さ（直線移動量ｈ））に関するロータリーエンコーダ１５出力の角度情報は、tanβ₁〜tanβ_nとおくことができ、回転角度β₁〜β_n及び高さ（直線移動量）ｈ₁〜ｈ_nに基づいて後述する直線式が得られる。なお、β₁〜β_nは正であるため、tanβ₁〜tanβ_nは正の値である。
【００４５】
続いて、第１スライド部材２５を鉛直下方に移動して、刃物の刃先尖端の位置を下げる。下げる位置は、ロータリーエンコーダ１５の出力信号がゼロとなる位置（回転軸１３がゼロ点の位置）である。
【００４６】
続いて初期設定治具３６を基準レバー３５の下方から取り去った状態で、第１スライド部材２５を鉛直下方に所定量（本実施形態では、１．０ｍｍ）移動させ、コンピュータ４０はこのときのロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０の出力信号を記憶装置４６に格納する。なお、このときのロータリーエンコーダ１５の出力信号を回転角度β_n+1とし、移動量検出センサ３０の出力信号を直線移動量ｈ_n+1（＝−１．０）とする。
【００４７】
さらに、第１スライド部材２５を鉛直下方に所定量（本実施形態では、１．０ｍｍ）移動させ、コンピュータ４０はこのときのロータリーエンコーダ１５及び移動量検出センサ３０の出力信号を記憶装置４６に格納する。このときのロータリーエンコーダ１５の出力信号を回転角度β_n+2とし、移動量検出センサ３０の出力信号（データ）を直線移動量としての高さ（ｈ_n+2＝−２．０）とする。
【００４８】
以下、同様にして、操作を繰り返す。すなわち、検査対象物Ｔである刃物における刃先尖端の有効幅Ｗのうち、図７（ａ）に示すように鉛直上方に移動した場合とは反対側の１／２範囲について、第１スライド部材２５を下方に所定量ずつ逐次移動して、そのときの高さ（直線移動量ｈ）と回転角度βを、移動量検出センサ３０とロータリーエンコーダ１５からそれぞれ得る。
【００４９】
上記刃物における刃先尖端の有効幅Ｗのうち、図７（ａ）に示すように１／２範囲に関して得られた位置情報（回転角度β、高さ（直線移動量ｈ））に関するロータリーエンコーダ１５出力の角度情報はtanβ_n+1〜tanβ_mとおくことができる。なお、ｎ，ｍは測定回数であり、ｎ＜ｍである。又、β_n+1〜β_mは負の値であるため、tanβ₁〜tanβ_nは負の値である。
【００５０】
そして、回転角度β_n+1〜β_m及び高さ（直線移動量）ｈ_n+1〜ｈ_mに基づいて、後述する直線式が得られる。この直線式は、回転角度β₁〜β_n及び高さ（直線移動量）ｈ₁〜ｈ_nに基づいて得られる直線式とは、逆の傾きを持つ。
【００５１】
（評価判定）
次に、前述のようにして得られたデータに基づいて、包絡線を得て、評価判定を行うコンピュータ４０の作用について説明する。
【００５２】
図６は、コンピュータ４０が実行する評価判定プログラムのフローチャートである。
（Ｓ１）
評価判定プログラムが実行されると、ステップ１（以下、ステップをＳという）では、記憶装置４６に格納したデータ（回転角度β₁〜β_n，β_n+1〜β_m、直線移動量ｈ₁〜ｈ_n，ｈ_n+1〜ｈ_m）を読み出す。
【００５３】
（Ｓ２）
Ｓ２では、読み出した回転角度β₁〜β_n，β_n+1〜β_mに基づいて直線式
ｙ＝ａｘ …（１）
の直線群を得る。すなわち、傾きａに、「tanβ」を代入した直線式
ｙ＝tanβ・ｘ …（２）
の群を得る。
【００５４】
ここでのtanβは、tanβ₁〜tanβ_n，tanβ_n+1〜tanβ_mを意味する。
図７（ａ）においては、傾きtanβ₁〜tanβ_nの直線群の例を実線で示し、傾きtanβ_n+1〜tanβ_mの直線群の例を点線で示している。
【００５５】
（Ｓ３）
Ｓ３では、Ｓ１で読み出した高さ（直線移動量）ｈ₁〜ｈ_n，ｈ_n+1〜ｈ_mに基づいて、直線式ｙ＝ａｘ＋ｂの直線群を得る。すなわち、傾きａに「tanβ」が代入された直線群を高さ（直線移動量ｈ）に相当する分、座標変換するべく、切片ｂに、「−ｈ」を代入した直線式
ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ …（３）
の群を得る。
【００５６】
ここでの、tanβは、tanβ₁〜tanβ_n，tanβ_n+1〜tanβ_mを意味し、ｈは、ｈ₁〜ｈ_n，ｈ_n+1〜ｈ_mを意味する。
図７（ｂ）においては、傾きtanβ₁〜tanβ_nの直線群の例を実線で示し、傾きtanβ_n+1〜tanβ_mの直線群の例を点線で示している。
【００５７】
（Ｓ４）
Ｓ４では、Ｓ３で得られた直線群の直線式に基づいて包絡線の画像データを生成し、ディスプレイ４４に出力する。
【００５８】
この結果、ディスプレイ４４には、例えば図８に示す包絡線が表示される。図８に示すように、包絡線で示された形状は、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端の形状を示す。なお、図８は、刃先尖端の曲率半径を２．０ｍｍで制作したもので得られた包絡線である。
【００５９】
（Ｓ５）
Ｓ５では、記憶装置４６に格納された基準データ、例えば、切れ味がよい刃先尖端のデータと、今回作成された包絡線で作成された検査対象物Ｔの刃物の刃先尖端と比較し、評価判定を行う。評価判定では、包絡線で作成された刃先尖端の半径を求め、基準データの刃先尖端の半径と比較して、その良否を判定することにより行われる。この処理の終了後、評価判定プログラムを終了する。
【００６０】
第１実施形態によると、次のような作用効果を奏する。
（１） 本実施形態の形状測定装置１００は、検査対象物Ｔである刃物を保持する把持部材２７（保持手段）と、検査対象物Ｔである刃物を移動する第１スライド部材２５（移動手段）と、軸心（回転中心）の周りで回転自在に設けられ、検査対象物Ｔに当接する測定レバー２０（回転部材）を設けた。又、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端の高さ（直線移動量ｈ）を検出する移動量検出センサ３０（移動量検出手段）を設けた。さらに、形状測定装置１００は、検査対象物Ｔの直線移動に応じた測定レバー２０の回転角度βを検出するロータリーエンコーダ１５（回転角度検出手段）を備えている。
【００６１】
この結果、本実施形態の形状測定装置１００では、刃物の刃先尖端形状を微細に測定できるとともに、検査対象の形状を非破壊的に測定できる。又、従来技術で挙げた光・メカニカル法で形状測定を行う装置に比して、小型化ができるとともに、刃物の製造工程のいずれかの位置にインライン、かつオンラインにて導入が可能であり、高精度の形状測定を行うことができる効果を奏する。
【００６２】
そして、検査対象物Ｔの形状測定、特に本実施形態では刃物の形状測定が定量的に可能であり、刃物製造工程管理が容易となる効果を奏する。
（２） 又、本実施形態の形状測定装置１００のコンピュータ４０は、直線式算出手段として、移動量検出センサ３０がその時々に検出した高さ（直線移動量ｈ）と、ロータリーエンコーダ１５が検出し、前記高さ（直線移動量ｈ）に応じた回転角度βに基づいて、その時々の直線式（ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ）を算出するようにした。又、コンピュータ４０は、包絡線生成手段として、得られたその時々の直線式（ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ）から得られる包絡線を生成するようにした。
【００６３】
又、本実施形態の検査対象物Ｔの形状測定方法は、軸心（回転中心）の周りで回転自在に設けた測定レバー２０（回転部材）を検査対象物Ｔに当接する。そして、検査対象物Ｔと測定レバー２０との当接状態を保持して移動したときの、検査対象物Ｔの高さ（直線移動量ｈ）と、高さ（直線移動量ｈ）に応じた測定レバー２０の回転角度βを検出する。
【００６４】
そして、本実施形態の形状測定方法は、検出した高さ（直線移動量ｈ）と、該高さ（直線移動量ｈ）と対応して検出した回転角度βに基づいて直線式ｙ＝tanβ・ｘ−ｈを算出し、算出した直線式を表示して包絡線を形成する。
【００６５】
このようにして得られた直線式の直線の交点群が作る包絡線は、測定レバー２０が当接した検査対象物Ｔの形状、本実施形態では、刃物の刃先尖端形状に類似したものとなる。これは、検査対象物Ｔの鉛直上方及び下方の直線移動量を微細に移動することにより、交点群の間隔が微細になり、極めて検査対象物Ｔの形状、本実施形態では、刃先形状に一致した形状を示すことができる。
【００６６】
（３） ここで、刃物についての背景説明を行う。
刃物の特徴は、切ることであり、刃物の研究では切れ味試験が行われている。刃物を用いて物体を切断しようとするとき、人は切り込ませるときの垂直方向と同時に水平方向の抵抗力を合成したものを切れ味と感覚的に感じているが、この感覚量を定量化して考えることが少ない。物体を切ったときの切れ味を調べることはできるが、定量的に切れ味を表現することが難しい問題がある。従来は、多くの人により切れ味試験機が提案されているが、決定的なものがいまだに存在していない状態である。
【００６７】
刃物を製作する側から見れば、切れ味試験機が提案されていたとしても、最終試験であり、最終工程に行き着く前に、最終的に刃物になる前に、その形について測定しなければ一定品質の刃物は完成しないことが多い。特に、刃先の性能は、０．００３ｍｍ磨り減ると切れ味が変化し、それは人は感じることができるといわれている。その切れ味を左右するのは、刃先の小刃と呼ばれる０．０２〜０．２ｍｍ程度の範囲の尖端部分の性能（形、曲率半径、角度）に依存している。
【００６８】
従って、刃物の性能を知る上で、刃先尖端の形状を知ることは大変重要である。その形状を刃物の生産現場でオンライン測定することが必要とされている。現状では、出荷時の切れ味試験機に重点が置かれ、刃物の刃先尖端形状の測定方法は無視されている。これまでにも、いくつかの形状測定方法が提案されているが、生産現場等のオンライン測定に有効な方法が存在せず、その手段が確立されていない。
【００６９】
それに対して、本実施形態での方法は機械的に形状をなぞり、その変化を小型・角度高分解能のロータリーエンコーダ１５で読みとるという方法により、生産現場等のオンラインで、刃物の刃先尖端形状が誰でも手軽に、早く、精度よく、安価に測定できるような形状測定装置１００に構成されている。従って、本実施形態での方法は将来的に全自動で測定が可能な方法であり、工学的に大きく貢献できる。
【００７０】
又、測定精度を左右する、ロータリーエンコーダ及びコンピュータ技術の向上に対応して、ＩＴ技術により、高精度及び高分解能の限界を引き上げることも期待できる。
【００７１】
（４） 本実施形態の形状測定装置１００のコンピュータ４０は、評価手段として、生成した包絡線と基準データとを比較して、評価を行うようにした。
この結果、生産現場等のオンラインで、刃物の刃先尖端形状が誰でも手軽に、早く、精度よく、安価に測定でき、評価の結果が得られる。
【００７２】
（５） 本実施形態の形状測定装置１００では、コンピュータ４０が生成した包絡線を、ディスプレイ４４（第１出力手段）にて表示するようにした。
この結果、刃物の刃先尖端形状を目視で確認にすることができる。
【００７３】
（第２実施形態）
次に第２実施形態を、図９〜図１１を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態とハード構成は同一構成であるため、同一構成には同一符号を付し、異なるところを中心にして説明する。
【００７４】
第２実施形態では、コンピュータ４０が処理する評価判定プログラムが異なっている。図９は、第２実施形態において、コンピュータ４０が実行する評価判定プログラムである。
【００７５】
（Ｓ１１〜Ｓ１３）
Ｓ１１〜Ｓ１３は、それぞれ第１実施形態のＳ１〜Ｓ３と同様であるため説明を省略する。
【００７６】
（Ｓ１４）
Ｓ１４では、隣り合う直線の交点の算出、すなわち交点座標の算出を行う。
例えば、
ｙ＝tanβ₁・ｘ−ｈ₁ …（４）
ｙ＝tanβ₂・ｘ−ｈ₂ …（５）
式（４）、式（５）が隣り合う２つの直線式であるとすると、この２つの直線式から交点座標（ｘ₁，ｙ₁）を算出する。
【００７７】
同様にして、
ｙ＝tanβ₂・ｘ−ｈ₂ …（５）
ｙ＝tanβ₃・ｘ−ｈ₃ …（６）
式（５）、式（６）が隣り合う２つの直線式であるとすると、この２つの直線式から交点座標（ｘ₂，ｙ₂）を算出する。以下、交点座標を算出することを単に交点を求めるという。
【００７８】
以下、同様にして測定個数ｍ個までの交点（ｘ₃，ｙ₃），……，（ｘ_m-1．ｙ_m-1）を求める。
（Ｓ１５）
次に，Ｓ１５では、求めた交点座標（ｘ₁，ｙ₁），……，（ｘ_m-1．ｙ_m-1）に基づいて、式（７）に示す回帰式を求める。
【００７９】
本実施形態では、下記の式（７）で示すｎ次の回帰式を公知の統計解析プログラムで処理することにより求める。なお、ここでのｎは正の整数である。
ｙ＝ａ₁ｘⁿ＋ａ₂ｘ^n-1＋…＋ａ_nｘ＋ａ_n+1 …（７）
なお、ａ₁，…ａ_n+1は回帰係数である。
【００８０】
（Ｓ１６）
Ｓ１５で求めた回帰式のデータ及び交点座標（ｘ₁，ｙ₁），…，（ｘ_m-1,ｙ_m-1）のデータをディスプレイ４４に出力し、ディスプレイ４４に回帰式の曲線及び各交点を表示させる。
【００８１】
なお、ここで、実際に検査した例を図１０、図１１を参照して説明する。
図１０中、ＦはＳ１４で求められた交点を表示した例を示し、各交点は回帰式で得られる曲線が表示されている。回帰式で得られた曲線は、刃物の刃先尖端形状を示している。図１０のＱは、Ｆで示すものと同じ検査対象物Ｔをマイクロスコープで観測したものを、点でプロットし、プロットした点を適宜の曲線で結んだものである。図１１は、図１０中、前記交点及びプロットした点を省略したＦとＱとを示している。
【００８２】
ＦとＱとを比較すると、この例では、刃物の刃先尖端形状は、特に±０．２５ｍｍの範囲で、Ｆが実際にマイクロスコープで観察したものと略一致していることが分かる。
【００８３】
（Ｓ１７）
Ｓ１７では、記憶装置４６に格納された基準データ、例えば、切れ味がよい刃先尖端のデータと、回帰式で得られる曲線（検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端形状）と比較し、評価判定を行う。評価判定では、回帰式で得られる曲線において、刃先尖端に相当する部分の半径を求め、基準データの刃先尖端の半径と比較して、その良否を判定することにより行われる。この処理の終了後、評価判定プログラムを終了する。
【００８４】
前記コンピュータ４０は直線式算出手段、交点算出手段、評価手段及び回帰式算出手段に相当する。
第２実施形態によると、第１実施形態の作用効果（１）、（３）の他、次のような作用効果を奏する。
【００８５】
（１） 第２実施形態の形状測定装置１００のコンピュータ４０は、得られたその時々の直線式（ｙ＝tanβ・ｘ−ｈ）のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて、該隣り合う直線との交点を算出する交点算出手段として機能するようにした。
【００８６】
又、第２実施形態の検査対象物Ｔの形状測定方法は、軸心（回転中心）の周りで回転自在に設けた測定レバー２０を検査対象物Ｔに当接し、検査対象物Ｔと測定レバー２０との当接状態を保持して移動したときの、検査対象物Ｔの高さ（直線移動量ｈ）と、高さ（直線移動量ｈ）に応じた測定レバー２０の回転角度βを検出する。
【００８７】
そして、本実施形態の形状測定方法は、検出した高さ（直線移動量ｈ）と、該高さ（直線移動量ｈ）と対応して検出した回転角度βに基づいて直線式ｙ＝tanβ・ｘ−ｈを算出し、前記算出した直線式のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて該隣り合う直線の交点を算出する。
【００８８】
この結果、求められた複数の交点により、刃物の刃先尖端形状を確認することができる。
（２） 第２実施形態の形状測定装置１００のコンピュータ４０は、算出された複数の交点に沿った線の回帰式を算出する回帰式算出手段として機能するようにした。特に、回帰式は、ｎ次の回帰式としているため、曲線が得られる。
【００８９】
又、本実施形態の形状測定方法は、前記隣り合う直線の交点を算出した後、該算出した複数の交点に沿った線の回帰式を算出し、該算出した回帰式にて曲線を形成する。
【００９０】
この結果、回帰式に基づいた曲線が得られることにより、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端形状が具体的に視認することができる。
（３） 第２実施形態の形状測定装置１００は、コンピュータ４０が算出した回帰式の曲線を出力するディスプレイ４４（第２出力手段）を備えた。
【００９１】
この結果、ディスプレイ４４により、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端形状が具体的に視認することができる。
（４） 本実施形態の形状測定方法は、算出した前記交点を表示する。
【００９２】
この結果、複数の交点の表示により、検査対象物Ｔである刃物の刃先尖端形状を具体的に視認することができる。
（５） 本実施形態の形状測定装置１００のコンピュータ４０は、評価手段として、生成した回帰式の曲線と基準データとを比較して、評価を行うようにした。
【００９３】
この結果、生産現場等のオンラインで、刃物の刃先尖端形状が誰でも手軽に、早く、精度よく、安価に測定でき、評価の結果が得られる。
前記実施形態の構成を、下記のように変更してもよい。
【００９４】
（１） 第１実施形態及び第２実施形態の形状測定装置１００の構成中、コンピュータ４０及びディスプレイ４４を省略した形状測定装置としてもよい。
（２） 第１実施形態及び第２実施形態の形状測定装置１００の構成中、ディスプレイ４４を省略した形状測定装置としてもよい。
【００９５】
（３） 前記各実施形態では、第１スライド部材２５を手動で上下に移動するようにしたが、駆動手段にて自動で上下に移動させ、所定時間毎、例えば、数ｍｓｅｃ毎に回転部材の回転角度と、移動量検出手段の出力信号をコンピュータ４０に取込みしてもよい。
【００９６】
（４） 前記各実施形態では、ディスプレイ４４を第１出力手段及び第２出力手段としたが、第１出力手段及び第２出力手段をプリンタとしてもよい。従って、プリンタにて包絡線及び交点は印字出力される。
【００９７】
（５） 前記各実施形態では、第１スライド部材２５にて、検査対象物Ｔを移動するようにしたが、逆に検査対象物Ｔを移動させないように固定し、回転軸１３、測定レバー２０、ロータリーエンコーダ１５、カップリング１５ａ側を一体に直線移動できる組立体として構成してもよい。この場合、移動する側である、組立体の直線移動量を検出する移動量検出手段を設けるものとする。
【００９８】
又、第１スライド部材２５とともに、前記組立体をともに移動する構成としてもよい。この場合、移動量検出手段は、それぞれ移動する両者の移動量を検出するようにし、測定レバー２０と検査対象物Ｔとが当接した状態で、測定レバー２０を回転させたときに寄与した実質的な直線移動量を検出する構成にするものとする。
【００９９】
（６） 前記各実施形態では、第１スライド部材２５を鉛直上方及び下方に移動するようにしたが、すなわち、第１スライド部材２５自身が直線移動できるようにし、第１スライド部材２５の直線移動量を移動量検出センサ３０にて検出するようにした。しかし、回転部材である測定レバー２０を結果的に回転させればよいため、第１スライド部材２５に代えて、測定レバー２０を回転するように当接しながら、自身も回動させて、移動する部材であってもよい。この場合、移動量検出センサ３０は、前記移動する部材の上下方向の直線移動量を検出するように構成すればよい。
【０１００】
（７） 第２実施形態では、Ｓ１５で求めた回帰式のデータ及び交点座標（ｘ₁，ｙ₁），……，（ｘ_m-1,ｙ_m-1）のデータをディスプレイ４４に出力し、ディスプレイ４４に回帰式の曲線及び各交点を表示させるようにした。これに代えて、Ｓ１６では、Ｓ１４で求めた交点座標（ｘ₁，ｙ₁），……，（ｘ_m-1,ｙ_m-1）のデータをディスプレイ４４に出力し、ディスプレイ４４に各交点を表示させるようにしてもよい。
【０１０１】
（８） 前記各実施形態では、刃物の刃先尖端形状を表すものとして、包絡線又は交点を求めたが、刃先尖端形状を表すものとして、刃先角を求めてもよい。刃先角は、検出された回転角度βと、高さ（直線移動量ｈ）に基づいて得ることができる。例えば、両刃の刃物の場合、刃物の刃先尖端から、所定の高さ（直線移動量ｈ）までの刃先角を得る場合、前記回転角度βの２倍が刃先角となる。刃先角は、刃物によって、異なるが、図１２（ａ）に示す例で説明する。
【０１０２】
図１２（ａ）は、包丁等のように両刃を備えた刃物の刃先部分を示し、刃物の尖端から小刃先Ａ、刃先Ｂ、刃体Ｃを備える。刃体Ｃ部分の角度（刃物の両側面間の角度）を刃体角という。又、刃先Ｂ部分の角度（刃物の両側面間の角度）は、刃先角という。又、刃先尖端から０．０２〜０．２ｍｍ迄部分（小刃先Ａ）の角度は、図１２（ｂ）に示すように小刃先角という。本発明においては、図１０の例からも明らかなように刃先角のみならず、小刃先角の測定も前記回転角度βに基づいて測定可能である。
【０１０３】
なお、図１２（ｂ）において、刃先尖端部分に形成される部分は小鋸刃といい、０．０００５〜０．００１ｍｍの大きさを有する。
（９） 前記実施形態では、検査対象物Ｔとして、刃物の刃先尖端形状を測定するようにしたが、検査対象物Ｔは、刃物に限定する必要はない。
【０１０４】
すなわち、本装置及び方法は、広く、微細な形状について測定できるものである。従って、下記の広い分野で適用が可能である。
（ａ） 刃物工業界（工作機械等のバイトやチップ等、ドリル、包丁、はさみ等の刃先形状測定機器）
（ｂ） 上記刃物工業界以外の物体の形状測定装置
（ｃ） 角度測定器
（ｄ） 形状の評価システム
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項７の発明によれば、検査対象の形状を非破壊的に測定でき、小型化ができるとともに、製造工程のいずれかの位置に導入が可能であり、高精度及び高分解能の形状測定を行うことができる効果を奏する。
【０１０６】
又、請求項８乃至請求項１１は、上記装置の効果を実現することができる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 検査対象物の形状測定装置１００の平面図。
【図２】 同じく側面図。
【図３】 同じく正面図。
【図４】 検査対象物の形状測定装置１００の電気的構成を示す電気ブロック図。
【図５】 基準レバー３５の説明図。
【図６】 コンピュータ４０が実行する評価判定プログラムのフローチャート。
【図７】 （ａ）は、ｙ＝ａｘの直線式の説明図、（ｂ）は直線式ｙ＝ａｘ＋ｂの直線式の説明図。
【図８】 包絡線の説明図。
【図９】 第２実施形態のコンピュータ４０が実行する評価判定プログラム。
【図１０】 交点及び回帰式で算出された曲線の説明図。
【図１１】 同じく交点及び回帰式で算出された曲線の説明図。
【図１２】 （ａ）は刃先角の説明図、（ｂ）は小刃先角の説明図。
【図１３】 光・メカニカル法の原理の説明図。
【図１４】 回転レバー２１１の斜視図。
【符号の説明】
１５…ロータリーエンコーダ（回転角度検出手段）
２０…測定レバー（回転部材）
２５…第１スライド部材（移動手段）
２７…把持部材（保持手段）
３０…移動量検出センサ（移動量検出手段）
４０…コンピュータ（直線式算出手段、前記包絡線生成手段、評価手段、交点算出手段、回帰式算出手段）
４４…ディスプレイ（第１出力手段、第２出力手段）
１００…形状測定装置
Ｔ…検査対象物

Claims (11)

1. 検査対象物を保持する保持手段と、
   回転中心の周りに回転自在に設けられ、前記検査対象物に当接する回転部材と、
   前記検査対象物に当接した回転部材を回転する方向へ、前記保持手段又は前記回転部材の少なくともいずれか１つを、移動する移動手段と、
   前記移動手段の直線移動量（ｈ）を検出する移動量検出手段と、
   前記移動手段の移動に応じて、前記回転部材が回転したときの回転角度（β）を検出する回転角度検出手段と、
   前記移動量検出手段がその時々に検出した直線移動量（ｈ）と、前記回転角度検出手段にて検出され、前記直線移動量（ｈ）に応じた回転角度（β）に基づいて、その時々の直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出する直線式算出手段と、
   前記直線式算出手段にて得られたその時々の直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）から得られる包絡線を生成する包絡線生成手段と、
   を備えたことを特徴とする検査対象物の形状測定装置。
2. 前記包絡線生成手段が生成した包絡線と、基準データとを比較して、評価を行う評価手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の検査対象物の形状測定装置。
3. 前記包絡線生成手段が生成した包絡線を出力する第１出力手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査対象物の形状測定装置。
4. 前記移動量検出手段がその時々に検出した直線移動量（ｈ）と、前記回転角度検出手段にて検出され、前記直線移動量（ｈ）に応じた回転角度（β）に基づいて、その時々の直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出する直線式算出手段と、
   前記直線式算出手段にて得られたその時々の直線式のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて、該隣り合う直線との交点を算出する交点算出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の検査対象物の形状測定装置。
5. 前記交点算出手段にて算出された複数の交点に沿った線の回帰式を算出する回帰式算出手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の検査対象物の形状測定装置。
6. 前記回帰式算出手段が算出した回帰式の曲線と、基準データとを比較して、評価を行う評価手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の検査対象物の形状測定装置。
7. 前記回帰式算出手段が算出した回帰式の曲線を出力する第２出力手段を備えたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の検査対象物の形状測定装置。
8. 回転中心の周りで回転自在に設けた回転部材を、検査対象物に当接し、
   前記検査対象物と前記回転部材との当接状態を保持して移動したときの、該検査対象物の直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）に応じた前記回転部材の回転角度（β）を検出し、
   検出した前記直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）と対応して検出した前記回転角度（β）に基づいて直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出し、
   前記算出した直線式を出力して包絡線を形成することを特徴とする検査対象物の形状測定方法。
9. 回転中心の周りで回転自在に設けた回転部材を、検査対象物に当接し、
   前記検査対象物と前記回転部材との当接状態を保持して移動したときの、該検査対象物の直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）に応じて変化した前記回転部材の回転角度（β）を検出し、
   検出した前記直線移動量（ｈ）と、該直線移動量（ｈ）と対応して検出した前記回転角度（β）に基づいて直線式（ｙ＝ tan β・ｘ−ｈ）を算出し、
   前記算出した直線式のうち、互いに隣り合う直線の直線式に基づいて該隣り合う直線の 交点を算出することを特徴とする検査対象物の形状測定方法。
10. 前記隣り合う直線の交点を算出した後、該算出した複数の交点に沿った線の回帰式を算出し、該算出した回帰式にて曲線を形成することを特徴とする請求項９に記載の検査対象物の形状測定方法。
11. 算出した前記交点を表示することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の検査対象物の形状測定方法。

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