JP4706137B2

JP4706137B2 - 表面形状測定機のワーク位置決め方法及び装置

Info

Publication number: JP4706137B2
Application number: JP2001203212A
Authority: JP
Inventors: 努神崎
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2003014406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面形状測定機のワーク位置決め方法及び装置に係り、円柱体や円筒体、円錐体のように断面円形状（断面楕円形状を含む）のワークを表面形状測定機の所定位置に所定の姿勢で位置決めする表面形状測定機のワーク位置決め方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
表面形状測定機は、ワークの表面に触針を摺動させ、その触針の変位を検出してワークの表面形状を測定する装置である。この表面形状測定機では、ワークを所定位置に位置決めして測定を行う必要がある。
【０００３】
このワークの位置決め方法としては、従来、特許３０６４１８４号に開示されている方法がある。この方法は、まず、ワークを仮置きし、その仮置きされたワークの表面を少なくとも２回平行な走査を行う。次いで、各走査で得られた各測定値の頂点を結ぶ線でワークの稜線の方向を算出し、算出した稜線の方向から基準姿勢に対する誤差を算出する。そして、この誤差を修正するようにワークを動かして、基準姿勢の状態にワークを位置決めしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仮置きされた一般的な姿勢のワークには、通常、Ｘ−Ｚ方向に複合的位置誤差が存在し、このような複合的位置誤差が存在する姿勢のワークを走査しても、図１１に示すように、その走査で得られた測定値の頂点は測定すべき測定稜線位置とは一致しない。このため、特許３０６４１８４号の方法では、オフセットを持った位置に位置決めされてしまう欠点がある。また、頂点が測定領域から外れている場合には、有効に作用しないという欠点もある。
【０００５】
本発明の目的は、ワークの位置決めを正確に行うことができる表面形状測定機のワーク位置決め方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ワーク保持台上に載置された断面円形状のワークの表面を触針で走査し、その触針の変位を検出してワークの表面形状を測定する表面形状測定機のワーク位置決め方法において、互いに直交する３つの座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる空間直交座標を設定する座標設定工程と、Ｘ軸上の点Ｘ₁を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査し、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する第１走査工程と、前記第１走査工程で取得した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を求める第１楕円中心演算工程と、Ｘ軸上の点Ｘ₂を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査し、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する第２走査工程と、前記第２走査工程で取得した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を求める第２楕円中心演算工程と、前記第１楕円中心演算工程で求めた楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）と前記第２楕円中心演算工程で求めた楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を通る直線Ｌを求める直線演算工程と、前記直線Ｌが、Ｘ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要な前記ワークの姿勢修正量を求める姿勢修正量演算工程と、前記姿勢修正量演算処理工程で求めた姿勢修正量に基づいて前記ワークの姿勢を修正し、そのワークの軸線がＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるようにワークを位置決めする位置決め工程と、からなることを特徴とする表面形状測定機の位置決め方法を提供する。
【０００７】
本発明の位置決め方法は、まず、ワークをワーク保持台に載置する。次に、Ｘ軸上の点Ｘ₁を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿ってワークの表面を触針で走査する。そして、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する。次に、Ｘ軸上の点Ｘ₂を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿ってワークの表面を触針で走査する。そして、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する。次に、１回目の走査（第１走査工程）で取得した変位データから触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を求める。同様に２回目の走査（第２走査工程）で取得した変位データから触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を求める。次に、求めた２つの楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）とＰ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）とを通る直線Ｌを求める。次に、その直線ＬがＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要なワークの姿勢修正量を求める。そして、求めた姿勢修正量に基づいてワークの姿勢を修正する。この方法によれば、Ｘ−Ｚ方向に複合的位置誤差が存在する場合であっても、正確にワークを位置決めできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る表面形状測定機のワーク位置決め方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【０００９】
図１は、本発明に係るワーク位置決め装置が組み込まれた表面形状測定機の全体構成図である。この表面形状測定機１０は、ワークテーブル１２上に載置されたワークＷの表面を触針１４でＸ軸方向に走査し、その触針１４のＺ軸方向の変位を変位検出器１６で検出して、ワークＷの表面形状を測定する。
【００１０】
水平に設置された定盤１８上には、支柱２０が垂直に立設されている。支柱２０にはＺテーブル２２が摺動自在に支持されており、図示しないＺテーブル駆動手段に駆動されて垂直に上下動する。
【００１１】
Ｚテーブル２２には、Ｘアーム２４が水平に支持されている。Ｘアーム２４は、図示しないＸアーム駆動手段に駆動されてＸ軸方向に進退移動する。変位検出器１６は、このＸアーム２４の先端に設けられている。そして、このＸアーム２４が軸方向に進退移動することにより、触針１４がＸ軸に沿って往復動する。
【００１２】
ここで、図２に示すように、定盤１８の表面をＸ−Ｙ平面とし、このＸ−Ｙ平面において、触針１４が移動する直線をＸ軸とする。そして、このＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸に直交する直線をＹ軸とし、このＹ軸とＸ軸との交点（原点Ｏ）を通り、Ｘ−Ｙ平面に直交する直線をＺ軸とする。このように設定された空間直交座標をＯ−ＸＹＺ座標とする。
【００１３】
触針１４はＸ軸に沿って移動し、そのときのＺ軸方向の変位が変位検出器１６によって検出される。
【００１４】
ワークＷを保持するワークテーブル１２は、直方体のブロック状に形成されており、その上面にＶ溝が形成されている（いわゆる「Ｖブロック」）。ワークＷは、このＶ溝内に載置される。このワークテーブル１２は、位置決め装置３０を介して定盤１８上に設置されている。
【００１５】
位置決め装置３０は、図２に示すように、定盤１８上をＹ軸方向に沿って摺動するＹテーブル３２と、そのＹテーブル３２上でワークテーブル１２をＺ軸周り及びＹ軸回りに揺動させるチルトユニット３４とで構成されている。
【００１６】
図３、図４は、それぞれＹテーブル３２の構成を示すＸ−Ｚ断面図とＹ−Ｚ断面図である。同図に示すように、Ｙテーブル３２は定盤１８上に敷設されたガイドレール３６上を摺動自在に支持されている。
【００１７】
ガイドレール３６は、Ｙ軸方向に沿って敷設されており、断面逆台形状に形成されている。Ｙテーブル３２は、その下面に断面逆台形状の溝３８が形成されており、この溝３８がガイドレール３６に嵌合されてガイドレール３６上を摺動自在に支持される。
【００１８】
ガイドレール３６は、中空状に形成されており、その中空部４０にはネジ棒４２が配設されている。ネジ棒４２は、ガイドレール３６に沿って配設されており、両端がブラケット４４、４４に軸支されている。また、このネジ棒４２には、一方のブラケット４４に設けられたＹテーブル駆動モータ４６が連結されている。ネジ棒４２は、このＹテーブル駆動モータ４６を駆動することにより回動する。
【００１９】
ネジ棒４２にはナット部材４８が螺合されており、このナット部材４８は連結バー５０を介してＹテーブル３２に連結されている。ガイドレール３６の上面には、この連結バー５０とほぼ同じ幅の開口部５２がネジ棒４２に沿って形成されており、連結バー５０は、この開口部５２を通してＹテーブル３２に連結されている。
【００２０】
以上のように構成されたＹテーブル３２は、Ｙテーブル駆動モータ４６を駆動することにより、ガイドレール３６に沿ってＹ軸方向に往復動する。
【００２１】
チルトユニット３４は、Ｙ軸回りに揺動するＹβテーブル５４と、Ｚ軸回りに揺動するＺθテーブル５６とで構成されている。
【００２２】
図５は、Ｙβテーブル５４の構成を示すＸ−Ｚ断面図である。同図に示すように、Ｙβテーブル５４は、Ｙテーブル３２上に設けられたベースプレート５８をＹ軸回りの方向に揺動自在に支持されている。このＹβテーブル５４は、板バネ６０と引張バネ６２を介してベースプレート５８に連結されている。
【００２３】
板バネ６０は、その上端部がＹβテーブル５４のＸ軸方向の一端に突出して形成された板バネ支持片５４Ａに固定されており、下端部がベースプレート５８のＸ軸方向の一端に突出して形成された板バネ支持片５８Ａに固定されている。Ｙβテーブル５４は、この板バネ６０を中心にベースプレート５８に対してＹ軸回りに揺動する。
【００２４】
一方、引張バネ６２は、その上端部がＹβテーブル５４のＸ軸方向他端に突出して形成された引張バネ支持片５４Ｂに固定されており、下端部がベースプレート５８のＸ軸方向他端に突出して形成された引張バネ支持片５８Ｂに固定されている。Ｙβテーブル５４は、この引張バネ６２によって常にベースプレート５８に近づく方向に付勢される。
【００２５】
ベースプレート５８上には、ネジ棒６４が配設されている。ネジ棒６４は、Ｘ軸方向に沿って配設されており、その両端部がブラケット６６、６６に軸支されている。また、このネジ棒６４には一方のブラケット６６に設けられたＹβテーブル駆動モータ６８が連結されている。ネジ棒６４は、このＹβテーブル駆動モータ６８を駆動することにより回動する。
【００２６】
ネジ棒６４にはナット部材７０が螺合されており、このナット部材７０には球状に形成されたスライド駒７２が固着されている。一方、Ｙβテーブル５４の下面には、クサビ状に形成されたガイドブロック７４が固着されており、このガイドブロック７４の下面にスライド駒７２の上面が当接されている。
【００２７】
以上のように構成されたＹβテーブル５４は、Ｙβテーブル駆動モータ６８を駆動することにより、ベースプレート５８上をＹ軸回りの方向に揺動する。すなわち、Ｙβテーブル駆動モータ６８を駆動すると、ネジ棒６４が回動し、これによって、スライド駒７２がネジ棒６４に沿って移動する。そして、このスライド駒７２が移動することによって、Ｙβテーブル５４の下面に固着されたガイドブロック７４が押し上げられ、あるいは押し下げられて板バネ６０を中心に揺動し、この結果、Ｙβテーブル５４がＹ軸回りの方向に揺動する。
【００２８】
図６、図７は、それぞれＺθテーブル５６の構成を示すＸ−Ｙ断面図とＸ−Ｚ断面図である。同図に示すように、Ｚθテーブル５６は、Ｙβテーブル５４上に設けられたベースプレート７６上をＺ軸回りの方向に揺動自在に支持されている。
【００２９】
ベースプレート７６上には、Ｘ軸方向の一端中央に回転軸７８が垂直に立設されている。この回転軸７８には、Ｚθテーブル５６のＸ軸方向の一端中央に形成された軸受穴８０が挿通されている。Ｚθテーブル５６は、この回転軸７８を中心にベースプレート７６上を揺動自在に支持され、これにより、Ｚ軸回りの方向に揺動する。
【００３０】
ベースプレート７６上には、ネジ棒８２が配設されている。ネジ棒８２は、Ｙ軸方向に沿って配設されており、その両端部がブラケット８４、８４に軸支されている。また、このネジ棒８２には一方のブラケット８４に設けられたＺθテーブル駆動モータ８６が連結されている。ネジ棒８２は、このＺθテーブル駆動モータ８６を駆動することにより回動する。
【００３１】
ネジ棒８２には、ベースプレート７６上を摺動するナット部材８８が螺合されている。このナット部材８８には支持棒９０を介して球体９２が固着されている。球体９２はＺθテーブル５６の下面に固着された逆Ｕ字状の連結部材９４の内側に収容されている。
【００３２】
また、ベープレート７６とＺθテーブル５６には、それぞれ引張バネ支持片７６Ａ、５６Ａが突出して形成されおり、この引張バネ支持片７６Ａ、５６Ａには、引張バネ９６が掛けられている。Ｚθテーブル５６は、この引張バネ９６によって常に時計回りの方向に付勢されている。
【００３３】
以上のように構成されたＺθテーブル５６は、Ｚθテーブル駆動モータ８６を駆動することにより、ベースプレート７６上をＺ軸回りの方向に揺動する。すなわち、Ｚθテーブル駆動モータ８６を駆動すると、ネジ棒８２が回動し、これによって、球体９２がネジ棒８２に沿って移動する。そして、この球体９２が移動することにより、Ｚθテーブル５６の下面に固着された連結部材９４が球体９２に押されて回転軸７８を中心に回動し、この結果、Ｚθテーブル５６がＺ軸回りに揺動する。
【００３４】
以上のように構成された位置決め装置３０は、Ｙテーブル駆動モータ４６を駆動してＹテーブル３２をＹ軸方向に移動させることにより、ワークテーブル１２がＹ方向に移動する。また、Ｙβテーブル駆動モータ６８を駆動して、Ｙβテーブル５４をＹ軸周りの方向に揺動させることにより、ワークテーブル１２がＹ軸周りの方向に揺動し、Ｚθテーブル駆動モータ８６を駆動して、Ｚθテーブル５６をＺ軸回りの方向に揺動させることにより、ワークテーブル１２がＺ軸周りの方向に揺動する。
【００３５】
なお、このＹテーブル駆動モータ４６、Ｙβテーブル駆動モータ６８及びＺθテーブル駆動モータ８６は、制御部１００からの制御信号に基づいて作動する。同様にＺテーブル２２を駆動する図示しないＺテーブル駆動手段と、Ｘアーム２４を駆動する図示しないＸアーム駆動手段も制御部１００からの駆動信号に基づいて作動する。
【００３６】
また、変位検出器１６で検出された触針１４のＺ軸方向の変位データは、制御部１００に出力され、制御部１００は、この変位データに基づいて予めメモリに記憶されたプログラムに従ってワークＷを位置決めする。
【００３７】
前記のごとく構成された本実施の形態の位置決め装置３０を用いた表面形状測定機１０のワーク位置決め方法は、次のとおりである。
【００３８】
まず、測定対象のワークＷ（ここでは円筒体）をワークテーブル１２に載置する。
【００３９】
なお、このとき位置決め装置３０を構成するＹテーブル３２、Ｙβテーブル５４及びＺθテーブル５６は、それぞれ予め設定された原点位置Ｙ₀、Ｙβ₀、Ｚθ₀に位置しており、また、触針１４を移動させるＺテーブル２２及びＸアーム２４もそれぞれ予め設定された原点位置Ｚ₀、Ｘ_Oに位置している。
【００４０】
ワークＷがワークテーブル１２に載置されると、所定のプログラムに従って位置決め操作が行われる。
【００４１】
Ｘアーム２４が駆動され、触針１４がＸ軸上を移動して第１測定地点Ｘ₁に移動する。
【００４２】
次に、図８に示すように、Ｙテーブル３２が駆動され、所定のＹ軸方向走査開始地点に移動する。そして、そのＹ軸方向走査開始地点からＹ軸に沿って移動し、所定のＹ軸方向走査終了地点に移動する。変位検出器１６は、このＹ軸に沿ってＹ軸方向走査開始地点からＹ軸方向走査終了地点に向かって移動するワークＷの表面を触針１４で走査し、そのときの触針１４のＺ軸方向の変位を検出する。検出された変位データは、制御部１００に出力され、内蔵するメモリに記憶される。
【００４３】
ここで、この走査によって得られた変位データは、図９（ａ）に示すように、第１測定地点Ｘ₁において、ワークＷをＹ−Ｚ平面に沿って切断した時のワークＷの断面の輪郭の一部を表している。そして、このワークＷの断面の輪郭は、ワークＷの軸線がＸ軸と平行に保持されている場合を除き、円筒状ワークの場合は楕円形状となる。制御部１００は、この変位データから第１測定地点Ｘ₁における断面の輪郭を構成する楕円を求める。そして、その楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を求め、内蔵するメモリに記憶する。
【００４４】
次に、Ｙテーブル３２が駆動され、所定のＹ軸方向走査終了地点からＹ軸方向走査開始地点に復帰する。
【００４５】
次に、図８に示すように、Ｘアーム２４が駆動され、触針１４がＸ軸上を移動して第２測定地点Ｘ₂に移動する。
【００４６】
次に、Ｙテーブル３２が駆動され、所定のＹ軸方向走査開始地点に移動する。そして、そのＹ軸方向走査開始地点からＹ軸に沿って移動し、所定のＹ軸方向走査終了地点に移動する。変位検出器１６は、このＹ軸に沿って移動するワークＷの表面を触針１４で走査し、そのときの触針１４のＺ軸方向の変位を検出する。検出された変位データは、制御部１００に出力され、内蔵するメモリに記憶される。
【００４７】
ここで、この走査によって得られた変位データは、図９（ｂ）に示すように、第２測定地点Ｘ₂において、ワークＷをＹ−Ｚ平面に沿って切断した時のワークＷの断面の輪郭の一部を表している。制御部１００は、この変位データから第２測定地点Ｘ₂における断面の輪郭を構成する楕円を求める。そして、その楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を求め、内蔵するメモリに記憶する。
【００４８】
以上によりＹ軸方向の走査が終了する。この後、Ｙテーブル３２は当初の原点位置Ｙ₀に復帰する。
【００４９】
次に、制御部１００は、上記２回の走査で得られた第１測定地点Ｘ₁における楕円の中心座標Ｐ₁と第２測定地点Ｘ₂における楕円の中心座標Ｐ₂を通る直線Ｌを求める。
【００５０】
ここで、第１測定地点Ｘ₁における楕円の中心座標Ｐ₁は、第１測定地点Ｘ₁において、ワークＷをＹ−Ｚ平面に沿って切断した時のワークＷの軸芯の位置を表しており、第２測定地点Ｘ₂における楕円の中心座標Ｐ₂は、第２測定地点Ｘ₂において、ワークＷをＹ−Ｚ平面に沿って切断した時のワークＷの軸芯の位置を表している。したがって、この２点Ｐ₁、Ｐ₂を通る直線Ｌは、ワークＷの軸線の位置を表すことになる。
【００５１】
ワークＷの位置決めは、ワークＷの軸線（Ｌ）が、Ｘ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるようにする。そこで、制御部１００は、求めた直線ＬがＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要な修正量を算出する。
【００５２】
ここで、ワークＷの姿勢は、Ｙテーブル３２によるＹ軸方向への移動と、Ｙβテーブル５４によるＹ軸回りの回転と、Ｚθテーブル５６によるＺ軸回りの回転とによって制御される。したがって、制御部１００は、求めた直線ＬがＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要なＹ軸方向への移動量ｙと、Ｙ軸回りの回転量ｙβと、Ｚ軸回りの移動量ｚθとを算出する。そして、求めた修正量に基づいてＹテーブル３２、Ｙβテーブル５４及びＺθテーブル５６を駆動し、ワークＷを位置決めする。
【００５３】
すなわち、まず、制御部１００は、図１０（ａ）に示すように、Ｙβテーブル５４を駆動し、ワークＷをＹ軸回りにｙβ回転させる。これにより、ワークＷは、その軸線（Ｌ）が、Ｘ−Ｙ平面と平行になる。
【００５４】
次に、制御部１００は、図１０（ｂ）に示すように、Ｚθテーブル５６を駆動し、ワークＷをＺ軸回りにｚθ回転させる。これにより、ワークＷは、その軸線（Ｌ）がＸ軸と平行になる。
【００５５】
次に、制御部１００は、図１０（ｃ）に示すように、Ｙテーブル３２を駆動し、ワークＷをＹ軸方向に沿ってＹ移動させる。
【００５６】
これにより、ワークＷは、その軸線（Ｌ）がＸ軸上に位置する（Ｘ−Ｚ平面上においてＸ軸と平行になる）。
【００５７】
以上一連の工程でワークＷの位置決めが完了する。この後、ワークＷは、触針１４によってその表面がＸ軸方向に走査され、表面形状の測定が行われる。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態のワークの位置決め方法では、Ｏ−ＸＹＺ座標上におけるワークＷの軸線の位置を検出し、その軸線がＸ−Ｙ平面上でＸ軸と平行になるように位置決めする。この方法によれば、ワークテーブル１２に載置されたワークＷにＸ−Ｚ方向の複合的位置誤差が存在しているような場合であっても、ワークＷの状態を正確に把握することができ、所定の位置に正確に位置決めすることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態のチルトユニット３４は、Ｙβテーブル５４上にＺθテーブル５６が載置された構成になっているが、Ｚθテーブル５６上にＹβテーブル５４が載置された構成であってもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、▲１▼ワークＷをＹ軸回りにｙβ回転させて、その軸線をＸ−Ｙ平面と平行にしたのち、▲２▼ワークＷをＺ軸回りにｚθ回転させて、その軸線がＸ軸と平行にし、▲３▼その後、ワークＷをＹ軸方向に沿ってＹ移動させて、ワークＷの軸線をＸ軸上に位置させているが、この▲１▼〜▲３▼の順番は、これに限定されるものではない。たとえば、ワークＷをＺ軸回りにｚθ回転させて、その軸線がＸ−Ｚ平面と平行にしたのち、ワークＷをＹ軸回りにｙβ回転させて、その軸線をＸ軸と平行にし、その後、ワークＷをＹ軸方向に沿ってＹ移動させて、ワークＷの軸線をＸ軸上に位置させてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態では、円筒状のワークＷを位置決めする場合を例に説明したが、本発明の適用は、これに限定されるものではなく、円柱体や円錐体のように断面円形状（断面楕円形状を含む）のワーク全般について適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、ワークの軸線の位置を検出するようにしているので、ワークの状態を正確に把握することができる。これにより、ワークを所定の位置に正確に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面形状測定機の全体構成図
【図２】位置決め装置の概略構成を示す斜視図
【図３】Ｙテーブルの構成を示すＸ−Ｚ断面図
【図４】Ｙテーブルの構成を示すＹ−Ｚ断面図
【図５】Ｙβテーブルの構成を示すＸ−Ｚ断面図
【図６】Ｚθテーブルの構成を示すＸ−Ｙ断面図
【図７】Ｚθテーブルの構成を示すＸ−Ｚ断面図
【図８】Ｙ軸方向の走査の説明図
【図９】第１走査地点Ｘ₁及び第２走査地点Ｘ₂におけるＹ軸方向の触針の変位データのグラフ
【図１０】ワークの姿勢修正方法の説明図
【図１１】従来のワーク位置決め方法の説明図
【符号の説明】
１０…表面形状測定機、１２…ワークテーブル、１４…触針、１６…変位検出器、１８…定盤、２０…支柱、２２…Ｚテーブル、２４…Ｘアーム、３０…位置決め装置、３２…Ｙテーブル、３４…チルトユニット、３６…ガイドレール、３８…溝、４０…中空部、４２…ネジ棒、４４…ブラケット、４６…Ｙテーブル駆動モータ、４８…ナット部材、５０…連結バー、５２…開口部、５４…Ｙβテーブル、５６…Ｚθテーブル、５８…ベースプレート、６０…板バネ、６２…引張バネ、６４…ネジ棒、６６…ブラケット、６８…Ｙβテーブル駆動モータ、７０…ナット部材、７２…スライド駒、７４…ガイドブロック、７６…ベースプレート、７８…回転軸、８０…軸受穴、８２…ネジ棒、８４…ブラケット、８６…Ｚθテーブル駆動モータ、８８…ナット部材、９０…支持棒、９２…球体、９４…連結部材、９６…引張バネ、１００…制御部

Claims

ワーク保持台上に載置された断面円形状のワークの表面を触針で走査し、その触針の変位を検出してワークの表面形状を測定する表面形状測定機のワーク位置決め方法において、
互いに直交する３つの座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる空間直交座標を設定する座標設定工程と、
Ｘ軸上の点Ｘ₁を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査し、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する第１走査工程と、
前記第１走査工程で取得した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を求める第１楕円中心演算工程と、
Ｘ軸上の点Ｘ₂を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査し、その時の触針のＺ軸方向の変位データを取得する第２走査工程と、
前記第２走査工程で取得した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を求める第２楕円中心演算工程と、
前記第１楕円中心演算工程で求めた楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）と前記第２楕円中心演算工程で求めた楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を通る直線Ｌを求める直線演算工程と、
前記直線Ｌが、Ｘ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要な前記ワークの姿勢修正量を求める姿勢修正量演算工程と、
前記姿勢修正量演算処理工程で求めた姿勢修正量に基づいて前記ワークの姿勢を修正し、そのワークの軸線がＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるようにワークを位置決めする位置決め工程と、
からなることを特徴とする表面形状測定機の位置決め方法。
前記位置決め工程は、前記ワークのＺ軸回りの回転と、Ｙ軸回りの回転と、Ｙ軸方向への移動との組み合わせで前記ワークを位置決めし、前記姿勢修正量演算工程は、前記ワークの姿勢修正に必要なＺ軸回りの回転量、Ｙ軸回りの回転量、Ｙ軸方向への移動量を求めることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定機のワーク位置決め方法。
ワーク保持台上に載置された断面円形状のワークの表面を触針で走査し、その触針の変位を検出してワークの表面形状を測定する表面形状測定機のワーク位置決め装置において、
互いに直交する３つの座標軸Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる空間直交座標に対して前記ワーク保持台をＺ軸回りに回転させるとともにＹ軸回りに回転させるチルト手段と、
前記ワーク保持台をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段と、
前記空間直交座標のＸ軸上の点Ｘ₁を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査した時の触針のＺ軸方向の変位データを記憶する第１記憶手段と、
前記第１記憶手段で記憶した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を求める第１楕円中心演算手段と、
前記空間直交座標のＸ軸上の点Ｘ₂を通り、Ｙ軸と平行な直線に沿って前記ワークを前記触針で走査した時の触針のＺ軸方向の変位データを記憶する第２記憶手段と、
前記第２記憶手段で記憶した変位データから前記触針で走査した断面の輪郭を構成する楕円を求め、その楕円の中心座標Ｐ₂（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を求める第２楕円中心演算手段と、
前記第１楕円中心演算手段で求めた楕円の中心座標（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）と前記第２楕円中心演算手段で求めた楕円の中心座標（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）を通る直線Ｌを求める直線演算手段と、
前記ワーク保持台のＺ軸回りの回転、Ｙ軸回りの回転及びＹ軸方向への移動で前記直線ＬがＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるのに必要な前記ワークの姿勢修正量を求める姿勢修正量演算手段と、
からなり、前記姿勢修正量演算処理工程で求めた姿勢修正量に基づいて前記チルト手段及び前記Ｙ方向移動手段を駆動して前記ワークの姿勢を修正し、そのワークの軸線がＸ−Ｚ平面上でＸ軸と平行になるようにワークを位置決めする制御手段と、
からなることを特徴とする表面形状測定機の位置決め装置。