JP4769914B2

JP4769914B2 - 平面度測定方法と装置

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Publication number: JP4769914B2
Application number: JP2005045970A
Authority: JP
Inventors: 俊野村; 和秀神谷; 和夫谷口
Original assignee: 俊野村; 和秀神谷; 和夫谷口
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: JP2006234427A

Description

この発明は、各種工作機械のステージや定盤、その他種々の平面の平面度を精密に検査するための平面度測定方法と装置に関する。

例えば、工作機械に用いられるステージや作業用の定盤の平面精度を測定する方法としては、水準器を用いて２点間の傾斜を求め、測定点の一方を重複させて直線的に逐次傾斜を記録し、これを積分してその直線上での変位、即ちその平面のある線分上での真直度を求め、これを平行に繰り返すとともにその直角方向にも繰り返して平面度を求めていた。さらに、この２点法による測定精度を高めるため、水準器の代わりにオートコリメータを用いるものやさらにレーザ干渉計を用いる方法もある。

また、真直度を求める方法として、特許文献１に開示されている逐次２点法がある。この逐次２点法は、一定の間隔に配置して２つの変位計を設け、この２つの変位計を測定方向に対して常に平行に変位するようにして、検査対象物を２つの変位計によりその間隔毎に重複して変位を測定して、その測定線上の真直度を求めるものである。この方法によれば、測定機を載せた検査台の真直度と測定対象の真直度を独立に一度に求めることができるものである。
特開２００１−１５７９５１号公報

前記従来の平面度測定方法は、いずれも直線上に測定器を移動させ、その直線の真直度を求めて、これを平行に複数回測定するとともにその直角方向にも測定を繰り返すことにより平面度を求めるので、測定回数が多く、効率の悪いものであった。

この発明は、前記従来技術の問題を鑑みて成されるもので、簡単な構成で、効率的に平面度を求めることができる平面度測定方法と装置を提供することを目的とする。

この発明は、互いに直交する方向の傾斜を検出可能な傾斜計と、この傾斜計が取り付けられた本体と、この本体の下面から突出し前記互いに直交する方向に２辺を有した直角三角形を形成した３点の測定子とを備え、前記３点の測定子を測定対象面に載置し、前記測定子の前記直角三角形の直角の頂点である１点に対する他の２点の平面上での位置と傾斜を検知し、前記本体を前記２辺の一方に沿った直線上を移動させて、先に検知した２点のうちの１点に前記直角の頂点に位置する測定子を合わせて、前記測定対象面の前記直角の頂点に位置する測定子以外の他の２点の変位を検知し、これを繰り返す平面度測定方法である。

またこの発明は、互いに直交する方向の傾斜を検知する傾斜計と、この傾斜計が取り付けられた本体と、この本体の下面から突出し前記互いに直交する方向に２辺を有した直角三角形を形成した３点の測定子と、前記傾斜計により検知した傾斜を記憶しその傾斜と前記直角三角形の直角の頂点である１点と前記他の２点との距離から測定対象部位の前記直角三角形の直角の頂点である１点に対する他の２点の平面上での変位を求める平面度測定装置である。

前記傾斜計は、傾斜により動く電極間の静電容量の変化を検知するもので、同時に互いに直交する２方向の傾斜を検知可能である。さらに、前記本体には、前記測定子が接触する位置以外の測定対象面の変位を検知する容量型または光学的な非接触の変位センサを備えたものである。

さらに、前記演算手段は、前記傾斜計により検知した各測定点の傾斜により、測定対象面の鉛直度を含む傾斜角度を求めるようにしても良い。

この発明の平面度測定方法と装置によれば、同時に３点の平面上での位置とその高低である変位を検知し、１点を重複させて、２点を未知の検知位置の変位測定に用いることにより、面状に平面上の測定位置の変位を測定することができ、極めて測定効率が高いものである。さらに、測定子が３点であるため安定に測定対象面に載置または接触させることができ、接触点も微小な点にすることができ、より測定精度を高めることができる。

以下、この発明の平面度測定方法と装置の実施形態について説明する。図１〜図３は、この発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態における測定装置１０は、互いに直交する方向の傾斜を検知する傾斜計１２と、この傾斜計１２が取り付けられた本体１４を備える。この本体１４の下面１４ａには、３点の測定子１５，１６，１７が突設されている。測定子１５，１６，１７は、直角二等辺三角形を成すように配置され、測定装置１０の傾斜検知方向は、測定子１５，１６方向と、測定子１６，１７方向の２方向である。また、傾斜計１２により検知した傾斜を記憶しその傾斜の測定子間の距離から測定対象部位の変位を求めるパーソナルコンピュータ等による演算手段を備える。

傾斜計は、例えば傾斜により動く移動電極と固定電極間の静電容量の変化を検知するもので、同時に互いに直交する２方向の位置に設けられた容量が傾斜により変化し、傾斜を検知可能なものである。その他、公知の光学的に検知するものでも良く、適宜のものを利用することが可能であり、１軸方向の傾斜センサを直角に配置して２方向の傾斜を検知しても良い。

この実施形態の平面度測定方法は、図１に示すように、傾斜計１２を備えた測定装置１０を、測定対象面２０に載置し、測定子１５，１６，１７のうち、直角の角にある測定子１６を測定対象面２０の角に合わせ、規準点ｋとする。この基準点ｋから各測定子１５，１７の測定点までの線分の、所定の平面に対する傾きを検知し、基準点ｋに対する各測定子１５，１７による各測定点の、前記所定の平面と直交する方向の変位を測定する。

測定装置１２の移動方法は、図３に示すように、先ず基準点ｋに測定子１６を合わせて、他の２点の変位を測定した後、測定子１６，１７が、測定子１６，１７間の線分の延長線上に沿って位置するように、測定装置１０を移動させる。移動距離は、測定子１６を、直前に測定子１７が位置していた測定点に一致するまでの距離である。この状態で、測定子１５，１７の測定点の変位を傾斜計１２のデータから演算する。以上の動作を繰り返して、基準点ｋから測定子１６，１７間の線分の延長上にある直線上の各測定点と、この直線と平行な直線上に位置した測定子１５による各測定点の変位を同時に得ることができる。

さらに、図３において、右端まで測定装置１０を移動させた後、測定装置１０を図面上９０°反時計回りに回動させる。そして測定装置１０を、測定子１６，１７間の２倍の間隔だけ測定子１６，１７間の線分の延長方向に移動させる。この後、前記移動方向と直角方向に測定装置１０を移動させ、基準点ｋからの直線上の前記測定と同様に、測定子１６，１７間の間隔毎に、測定子１５，１７が位置した測定点の変位を測定する。この動きを繰り返して、測定対象面２０の平面度を測定する。なお、測定装置１０の測定子１５，１６，１７を移動させて検知する際に、測定装置１０を平行移動させる測定点を結んだ線が奇数本の場合、図３に示すように、最後の測定は、測定子１７等による１点ずつの測定となる。

この実施形態の平面度測定方法と装置によれば、同時に３点の平面上での位置とその変位を検知し、未知の２点の変位を同時に測定することができ、平面上の測定位置の変位を面状に測定して行くことができ、従来の約２分の１に近い測定回数となり、極めて測定効率が高いものである。

次に、この発明の平面度測定装置の第二実施形態について、図４を基にして説明する。この実施形態の平面度測定装置は、本体１４の下面１４ａに露出して、非接触で間隔を測定可能な変位センサ２２を設けたものである。変位センサ２２としては、静電容量を検知するものや渦電流を用いるもの、レーザダイオードによる干渉を利用するもの等、既存の装置を利用することができる。

また、この測定装置１０の測定子１５，１６，１７は二等辺三角形の頂点に位置し、頂角の角度は鋭角に設定されたものである。この場合も、上記実施形態と同様に、例えば測定子１６，１７方向に測定装置１０を平行移動させて、測定子１５による検知を同時に行うことができる。

この実施形態の平面度測定装置によれば、測定子１５，１６，１７の間隔を大きくとって、その間の測定対象の変位を変位センサ２２により同時に測定することにより、さらに効率良く平面度の測定を行うことができる。また、測定点の間隔を狭くして、測定点を多く取ることにより、より精細な面評価が可能となる。

なお、この発明の平面度測定方法と装置は上記実施形態に限定されるものではなく、測定装置の測定子の配置は上記実施形態以外の配置でも良く、傾斜計も互いに直交する２方向の傾斜が検知または演算により検出できるものであれば良く、その構造は問わない。また、測定対象面は、工作機械のステージや定盤の他、各種測定器のガイド面や建造物の平面等、小さな面から大きな面まで、対象物を選ばないものである。

また、測定装置を逐次移動させる手段は、手動の他、適宜の装置を利用することができるものであり、工作機械等の移動機構やロボットでも良い。そのほか、測定対象面は水平面のみならず、傾斜した面や垂直面でも良く、面の傾斜角度や鉛直度等を合わせて計測するようにしても良い。例えば、建築物の屋根や壁、天井、床その他の面の傾斜を測定して、その面の評価をすることが可能である。

次に、この発明の平面度測定方法と装置により定盤を測定した実施例について説明する。この実施例の測定装置は、測定対象面の測定点が直交する升目状を想定して、３本の測定子を直角二等辺三角形の各頂点に配置した。測定面の傾きの調整を行うために、差動マイクロメータヘッドを測定子に利用した。測定子の間隔は、1m〜2mの定盤の平面度測定において、ＪＩＳで規定されている155mmと190mmを選択できるように設計されている。また、傾斜計は、測定装置の重心に配置した。

従来の２点法とこの実施例の方法との比較
２点法とこの実施例の方法との比較を行うため、製作した測定装置を使って同一の定盤の平面度を測定した。被測定物には、900mm×900mmの鋳鉄製の作業定盤を利用した。測定点の間隔は、ｘ，ｙ方向にそれぞれ155ｍｍとし、測定点数は、ｘ，ｙ方向にそれぞれ５点とした。したがって、620mm×620mmの範囲で平面度の測定を行ったことになる。各測定点での傾きの測定は、1000回の測定を行い、その平均値を測定値として用いた。

図５に従来の２点法による測定結果を示す。また、図６にこの発明の実施例による測定結果を示す。それぞれの測定法によって得られた平面度は、423μmと425.5μmであった。

この実施例では、２軸傾斜計を使用して平面度を測定することができ、測定精度は従来の２点法と変わらないことが確認された。さらに、２点法と比較して、測定回数を約半分に減少させることができ、測定時間を短縮することが可能となった。

この発明の平面度測定装置による第一実施形態を示す斜視図である。この発明の第一実施形態の測定装置を示す斜視図である。この発明の第一実施形態の測定装置による測定方法を示す平面図である。この発明の平面度測定装置の第二実施形態の平面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面図（ｃ）である。従来の２点法による平面度測定結果を示すグラフである。この発明の一実施例の測定装置により測定した平面度測定結果を示すグラフである。

１０測定装置
１２傾斜計
１４本体
１５，１６，１７測定子
２０測定対象面

Claims

互いに直交する方向の傾斜を検出可能な傾斜計と、この傾斜計が取り付けられた本体と、この本体の下面から突出し前記互いに直交する方向に２辺を有した直角三角形を形成した３点の測定子とを備え、前記３点の測定子を測定対象面に載置し、前記測定子の前記直角三角形の直角の頂点である１点に対する他の２点の平面上での位置と傾斜を検知し、前記本体を前記２辺の一方に沿った直線上を移動させて、先に検知した２点のうちの１点に前記直角の頂点に位置する測定子を合わせて、前記測定対象面の前記直角の頂点に位置する測定子以外の他の２点の変位を検知し、これを繰り返すことを特徴とする平面度測定方法。
互いに直交する方向の傾斜を検知する傾斜計と、この傾斜計が取り付けられた本体と、この本体の下面から突出し前記互いに直交する方向に２辺を有した直角三角形を形成した３点の測定子と、前記傾斜計により検知した傾斜を記憶しその傾斜と前記直角三角形の直角の頂点である１点と前記他の２点との距離から測定対象部位の前記直角三角形の直角の頂点である１点に対する他の２点の平面上での変位を求める演算手段とを備えたことを特徴とする平面度測定装置。
前記傾斜計は、傾斜により動く電極間の静電容量の変化を検知するもので、同時に互いに直交する２方向の傾斜を検知可能であることを特徴とする請求項２記載の平面度測定装置。
前記本体には、前記測定子が接触する位置以外の測定対象面の変位を検知する非接触の変位センサを備えたことを特徴とする請求項２記載の平面度測定装置。