JP5116414B2 - 形状解析装置及び形状解析プログラム - Google Patents
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円柱形状測定装置90は、試料(被測定物)を回転させる為の回転テーブル91と、試料の表面の凹凸を走査するための測定子92と、を備えている。本構成例では、測定子92は、試料の表面に触針93を接触ながら測定子92と試料表面とを相対移動させることによって試料表面の凹凸を走査する。このような触針を用いた測定子92のほか、非接触センサで試料表面の凹凸を読み取る測定子も用いられることがある。
円柱形状測定装置90は、試料に対して測定子92をZ方向に沿って、及びXY平面内で直動させる(直線的に移動させる)カラム94、上下台95及びアーム96を備えている。
また図1に示す円柱形状測定装置90の構成例では、試料に対して測定子が移動することによって測定子と試料とが相対的に直動するが、このほかにも、試料を移動させることによって測定子と試料とが相対的に直動するように構成することも可能である。
第1の種類の測定データは、触針93を試料Wの外周面S1に接触させながら、軸ARを回転軸として試料Wを自転させて外周面S1の凹凸を測定して得られるデータである。図示の試料Wのように中空形状の試料を測定する場合には、軸ARを回転軸として試料Wを自転させて内周面S3上の凹凸を測定することができ、このように内周面S3を測定して得られるデータもこの種類に属する。
外周面S1を測定する場合には、走査線である円周L1に沿った試料Wの外周面S1の凹凸を示すデータが得られ、このデータは円周L1を外周とする断面S2の外周の凹凸を示す。
内周面S3を測定する場合には、走査線である円周L2に沿った試料Wの内周面S3の凹凸を示すデータが得られ、このデータは円周L3を内周とするドーナツ形の断面S4の内周の凹凸を示す。
第2の種類の測定データは、触針93を試料Wの上面S5又は下面S6に接触させながら、軸ARを回転軸として試料Wを自転させてこれらの面の凹凸を測定して得られるデータである。上面S5を測定して得られるデータは、円状の走査線L3に沿った上面S5の凹凸を示し、下面S6を測定して得られるデータは、円状の走査線L4に沿った下面S6の凹凸を示す。
第3の種類の測定データは、触針93を試料Wの外周面S1に接触させながら、測定子92をZ方向に直動させて外周面S1の凹凸を測定して得られるデータである。図示の試料Wのように中空形状の試料を測定する場合には、測定子92をZ方向に直動させて内周面S3上の凹凸を測定することができ、このように内周面S3を測定して得られるデータもこの種類に属する。外周面S1を測定して得られるデータは、直線状の走査線L5に沿った外周面S1の凹凸を示し、内周面S3を測定して得られるデータは、直線上の走査線L6に沿った内周面S3の凹凸を示す。
第4の種類の測定データは、触針93を試料Wの上面S5又は下面S6に接触させながら測定子92をXY面内で直動させ、これらの面の凹凸を測定して得られるデータである。上面S5を測定して得られるデータは、直線状の走査線L7に沿った上面S5の凹凸を示し、下面S6を測定して得られるデータは、直線状の走査線L8に沿った下面S6の凹凸を示す。
図5は、振れ(面基準)の説明図である。回転測定動作によって測定した基準面SRと同じ傾きを持ち、回転測定動作によって測定した円周CRにより得られた基準面中心Cを通るデータム軸ADを中心とする測定円CMの変位の大きさを示す。
ステップS11では、形状解析プログラムは、そのプログラムに用意されている解散可能な形状パラメータのリストをコンピュータのディスプレイに表示して作業者に提示する。作業者は表示された形状パラメータのリストのうちから1つを選択して、以下のステップで計算を行う形状パラメータを決定する。
ステップS13では、形状解析プログラムは、ステップS12で選択された測定データを解析して、ステップS11で選択した形状パラメータを計算する。
上述のとおり、形状パラメータの種類は多岐に及ぶが、各形状パラメータを算出するには、それぞれ算出に使用する凹凸データを測定した面の数や方向が決まっている。したがって、形状パラメータの算出に使用する凹凸データを先に選択させて、選択した凹凸データから算出できる形状パラメータを決定して、これら決定した形状パラメータのうちから、算出すべきパラメータを作業者に選択させれば、作業者が形状パラメータを選択するときの選択枝を低減することができる。
形状解析装置1は、図1を示して説明した円柱形状測定装置から、この円柱形状測定装置が試料の表面の凹凸を測定子で走査することにより得た表面の凹凸データである測定データを入力し、この測定データを解析することにより試料の形状パラメータを算出する。図示するとおり、形状解析装置1は、円柱形状測定装置から入力した測定データ11を記憶する記憶装置と、データ選択入力部12と、形状パラメータリスト生成部14と、パラメータ選択入力部15と、形状パラメータリスト算出部16とを備えている。
形状パラメータリスト生成部14は、データ選択入力部12によりデータの選択が行われると、形状解析装置1により算出可能な各形状パラメータについて、データ選択入力部12により選択されたデータから算出可能か否かを判定し、その判定結果をパラメータ算出可否テーブル13に記憶する。
形状パラメータリスト算出部16は、データ選択入力部12を用いて選択されたデータを解析して、選択パラメータ選択入力部15を用いて選択された形状パラメータを算出する。
例えば、回転測定動作により得られた図9の(A)に示す測定データの場合、ヘッダ情報の測定動作情報には、回転測定動作を示す情報「回転」が含まれる。
さらに図2の(B)に示す円周L3に沿って測定子92による走査が行われた場合には面方向情報には「上面」を示す情報が含まれ、円周L4に沿って測定子92による走査が行われた場合には「下面」を示す情報が含まれる。
また面方向情報には、図3の(A)に示す直線L5に沿って測定子92による走査が行われた場合には「外周面」を示す情報が、直線L6に沿って測定子92による走査が行われた場合には「内周面」を示す情報が含まれる。
さらに図2の(B)に示す直線L7に沿って測定子92による走査が行われた場合には面方向情報には「上面」を示す情報が含まれ、直線L8に沿って測定子92による走査が行われた場合には「下面」を示す情報が含まれる。
図9の(B)の角度位置情報は、試料Wの外周面S1又は内周面S3をZ方向に走査したときの回転テーブル91の角度位置情報を示すことによって、試料Wの外周面S1又は内周面S3をZ方向に走査して得た測定データについて、データを測定した走査線を試料Wの自転軸から見たときの相対的な方位角を与える。この角度位置情報は、2つの測定データが試料Wの表面上の互いに対向する箇所で測定されたものか否かを判定する際に利用される。
ステップS21では、作業者は、円柱形状測定装置から入力されハードディスクドライブ27に保存された複数の測定データ11のうちから、形状パラメータの算出に使用するものを1つ以上選択する。この様子を図11及び図12を参照して説明する。
図11は、形状解析プログラム26がディスプレイ25に表示するメイン画面を示す図である。
入力ファイル指定画面33には、ハードディスクドライブ27内の所定のフォルダ(ディレクトリ)内に記録されている測定データファイルのファイル名一覧34が表示される。作業者は、ファイル名一覧34内のファイル名をマウス24で指定することにより、またはファイル名をキーボード23で直接入力することによって、以降のステップで行う形状パラメータの算出に使用する測定データを1つ以上選択する。
形状パラメータのリストを作成する処理は、形状解析プログラム26によって算出することが可能な各形状パラメータについて、ステップS21で選択した測定データから算出できるか否かを判定し、その判定結果をパラメータ算出可否テーブル13に記憶することによって行う。
図13は、パラメータ算出可否テーブル13のうち、回転測定動作による測定データから算出可能な形状パラメータに関する部分のみを示したパラメータ算出可否テーブル13aを示す図である。
以下の説明において「測定面数」の語は、測定子92による走査が1回行われて1つの測定データが得られた測定面の数を意味するものとして使用する。例えば、同一の面にて2回走査が行われ2つの測定データが採取された場合には測定面数は「2」となる。
ここで、図2の(A)を参照して説明した試料Wの外周L1又は内周L2を測定した第1の種類の測定データについて測定面数をカウントする場合には、1つの外周L1を1回走査して得た1つの断面S2の外周の凹凸を測定した測定データの測定面数を「1」とし、または1つの内周L2を1回走査して得た断面S4の内周の凹凸を測定した測定データの測定面数を「1」とする。
形状パラメータ「平面度(複)」は、平面の凹凸を2回以上回転測定し、全ての測定データの最大値と最小値の幅を平面度として示したものである。したがって平面度(複)の算出には、図2の(B)に示す試料Wの上面S5又は下面S6を測定した測定面数が2以上の第2の種類の測定データを必要とする。
図23において、「○(1)」は、図10に示すステップS21で選択した測定データが図2の(A)に示す試料Wの外周面S1又は内周面S3を測定子92で走査して得られたデータである場合、すなわち図9の(A)に示す測定データのヘッダ情報の面方向情報フィールドに「外周面」または「内周面」を示す情報が含まれている場合に、算出可能であることを示す。
「○(2)」は、ステップS21で選択した測定データが図2の(B)に示す試料Wの上面S5又は下面S6を測定子92で走査して得られたデータである場合、すなわち測定データの面方向情報フィールドに「上面」または「下面」を示す情報が含まれている場合に、算出可能であることを示す。
「○(4)」は、ステップS21で選択した全て測定データの面方向情報フィールドに「外周面」が含まれているか、又はステップS21で選択した全て測定データの面方向情報フィールドに「内周面」が含まれている場合に、算出可能であることを示す。
「×」は、算出不能であることを示す。
本実施例による形状解析プログラム26は、直動測定動作による測定データから算出可能な形状パラメータとして、「Z軸真直度」、「軸心真直度」、「直動円筒度」、「直動平行度」、「直動直角度」、「直動径偏差」及び「R軸真直度」を算出することができる。パラメータ算出可否テーブル13bは、これらの形状パラメータのそれぞれについて、ステップS21で選択した測定データから算出できるか否かのフラグを記録するための計算可否フィールドを有する。
以下、上記に列挙した直動測定動作による測定データから算出可能な各形状パラメータの意義と、それぞれのパラメータを計算するために必要な測定面数と測定面の種類を説明する。
すなわち、走査線L1上で測定した測定データの角度位置情報フィールドには、走査線L1上を測定子92で走査するために(すなわち図1に示す円柱形状測定装置の構成例では、触針93を走査線L1上に位置付けるために)制御された回転テーブル91の角度位置θ1が含まれ、走査線L2上で測定した測定データの角度位置情報フィールドには、走査線L2上を測定子92で走査するために制御された回転テーブル91の角度位置θ2が含まれる。したがって、それぞれの測定データに含まれる角度位置情報θ1及びθ2の間の相対角度を求めることによって、2つの走査線L1及びL2が対向する箇所にあるか否かを判定することができる。
このとき、θ2>θ1’かつθ2<θ2’であれば2つの測定データを測定した箇所は対向していると判定する。
したがって直動円筒度の測定には、図3の(A)に示す円筒状試料Wの表面の外周面S1上又は内周面S3上の2箇所についての測定した測定データの対を最低1対必要とし、1対の測定データに含まれる2つの測定データを測定した箇所が、円筒状試料Wの表面の対向する箇所にあることを要する。2つの測定データを測定した箇所が円筒状試料Wの表面の対向する箇所にあるか否かは、軸心真直度の場合と同様に判定することができる。
したがって直動平行度の算出には、図3の(A)に示す試料Wの外周面S1又は内周面S3を測定した、測定面数が2の第3の種類の測定データを必要とする。
したがって直動直角度の算出には、図3の(A)に示す試料Wの外周面S1又は内周面S3を測定した、測定面数が2の第3の種類の測定データを必要とし、なおこれらの測定データを測定した走査線L1及びL2が、円筒状試料Wの表面の対向する箇所にあることを要する。走査線L1及びL2が対向する箇所にあるか否かの判定は、軸心真直度の場合と同様に判定することができる。
図27において、「○(1)」は、図10に示すステップS21で選択した測定データが図3の(A)に示す試料Wの外周面S1又は内周面S3を測定子92で走査して得られたデータである場合、すなわち図9の(B)に示す測定データのヘッダ情報の面方向情報フィールドに「外周面」または「内周面」を示す情報が含まれている場合に、算出可能であることを示す。
「○(2)」は、ステップS21で選択した測定データが図3の(B)に示す試料Wの上面S5又は下面S6を測定子92で走査して得られたデータである場合、すなわち測定データの面方向情報フィールドに「上面」または「下面」を示す情報が含まれている場合に、算出可能であることを示す。
「○(4)」は、ステップS21で選択した測定データが、その面方向情報フィールドに「外周面」または「内周面」を示す情報が含まれており、かつ、試料Wの表面の互いに対向する2箇所について測定された1対の測定データの複数対からなる場合に、算出可能であることを示す。
「×」は、算出不能であることを示す。
そして形状解析プログラム26は、ヘッダ情報の測定動作情報フィールドを参照し、選択された測定データを測定したときの測定動作が、回転測定動作であるのか直動測定動作であるのかを判定する。
さらに形状解析プログラム26は、ステップS21にて選択した測定データに、直動測定動作により試料の内外周をZ方向に走査して測定した複数の測定データが含まれる場合には、これら選択された測定データに、試料Wの対向する箇所にて測定された2つの測定データからなる測定データの対が存在するかを判定する。
測定データの対をなす2つの測定データが対向条件を充足するか否か、すなわちこれら2つの測定データが試料Wの対向する箇所にて測定されたか否かの判定は、軸心直角度、直動円筒度及び直動直角度の算出可否の判定条件に関する上記の説明で述べたように、2つの測定データのヘッダ情報の角度位置情報フィールドにそれぞれ記憶された回転テーブル91の回転位置間の相対角度に基づいて行う。
作業者は表示された形状パラメータのみから、算出する形状パラメータを選択することができる。
このとき、例えば図28の(B)及び図29の(B)に示すように、作業者が、マウス24を操作してツールバー31の「回転系測定」ボタン又は「直動系測定」ボタンを押下し、算出する形状パラメータを選択するプルダウンメニューを表示するとき、それぞれのプルダウンメニュー35及び36に、パラメータ算出可否テーブル13において、算出可能であると記憶された形状パラメータのみを表示することとしてよい。
図28の(B)及び図29の(B)に示されるプルダウンメニュー35及び36は、それぞれ図28の(A)及び図29の(A)に示したパラメータ算出可否テーブル13a及び13bに記憶された判定結果を反映したものである。
作業者は、プルダウンメニュー35及び36に表示された項目のみから、算出する形状パラメータを選択することができる。
11 測定データ
12 データ選択入力部
13 パラメータ算出可否テーブル
14 形状パラメータリスト生成部
15 パラメータ選択入力部
16 形状パラメータリスト算出部
26 形状解析プログラム
Claims (6)
- 所定の軸を回転軸として測定子に対して試料を相対的に自転させることにより前記測定子で前記試料の表面を走査する測定動作によって走査線上における前記表面の凹凸データを生成する円柱形状測定装置によって得られた凹凸データを解析して、前記試料の形状パラメータを算出する形状解析装置であって、
前記円柱形状測定装置が生成する前記凹凸データには、少なくとも第1及び第2の種類があり、
前記第1の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の任意の断面についてこの断面の外周の凹凸を示すデータであって、前記測定動作により前記試料の側面を前記測定子で走査することにより測定され、
前記第2の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の上面についてこの上面の凹凸を示すデータであって、前記測定動作により前記試料の上面を前記測定子で走査することによって測定され、
前記凹凸データは、そのデータを生成したときに前記測定子により走査された前記試料の表面の向きを示す面方向情報を含み、
前記形状解析装置は、
アクセス可能な前記凹凸データから、前記形状パラメータの算出に使用するデータをユーザに1つ以上選択させるデータ選択入力部と、
前記データ選択入力部にて選択した前記凹凸データを測定した前記測定面の数と前記凹凸データが各々含む面方向情報に応じて、予め定められた選択基準に従って、複数の種類の形状パラメータの中から算出すべき形状パラメータを選択して、形状パラメータのリストを生成する形状パラメータリスト生成部と、
前記形状パラメータリスト生成部により生成された前記リストの中から、算出すべき形状パラメータをユーザに選択させるパラメータ選択入力部と、
を備えることを特徴とする形状解析装置。 - 前記測定動作を第1の種類の測定動作として、
前記円柱形状測定装置は、さらに、前記測定子と前記試料とを直線的に相対移動させることにより前記測定子で前記試料の表面を走査する第2の種類の測定動作によって走査線上における前記表面の凹凸データを生成し、
前記凹凸データには、さらに第3及び第4の種類があり、
前記第3の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の側面についてこの側面の凹凸を示すデータであって、前記第2の種類の測定動作により前記試料の側面を前記所定の回転軸に沿って前記測定子で走査することにより測定され、
前記第4の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の上面についてこの上面の凹凸を示すデータであって、前記第2の種類の測定動作により前記試料の上面を前記測定子で走査することにより測定され、
前記凹凸データは、そのデータを生成したときの測定動作が前記第1及び第2の種類の測定動作のいずれかであるかを示す測定動作情報をさらに含み、
前記形状パラメータリスト生成部は、前記データ選択入力部にて選択した前記凹凸データを測定した前記測定面の数と前記凹凸データが各々含む面方向情報及び測定動作情報に応じて、予め定められた選択基準に従って、複数の種類の形状パラメータの中から算出すべき形状パラメータを選択して、形状パラメータのリストを生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の形状解析装置。 - 前記円柱形状測定装置は、前記試料を載置して自転する回転テーブルを備え、
前記凹凸データは、前記第3の種類の凹凸データを生成したときの前記回転テーブルの回転角度情報を含み、
前記形状パラメータリスト生成部は、前記データ選択入力部にて選択した2つの前記第3の種類の凹凸データをそれぞれ生成したときの回転角度の相対角度に基づいて算出すべき形状パラメータを選択することを特徴とする請求項2に記載の形状解析装置。 - 所定の軸を回転軸として測定子に対して試料を相対的に自転させることにより前記測定子で前記試料の表面を走査する測定動作によって走査線上における前記表面の凹凸データを生成する円柱形状測定装置によって得られた凹凸データにアクセス可能なコンピュータに、該凹凸データを解析して前記試料の形状パラメータを算出する処理を行わせる形状解析プログラムであって、
前記円柱形状測定装置が生成する前記凹凸データには、少なくとも第1及び第2の種類があり、
前記第1の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の任意の断面についてこの断面の外周の凹凸を示すデータであって、前記測定動作により前記試料の側面を前記測定子で走査することにより測定され、
前記第2の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の上面についてこの上面の凹凸を示すデータであって、前記測定動作により前記試料の上面を前記測定子で走査することによって測定され、
前記凹凸データは、そのデータを生成したときに前記測定子により走査された前記試料の表面の向きを示す面方向情報を含み、
前記形状解析プログラムは、
アクセス可能な前記凹凸データから、前記形状パラメータの算出に使用する1つ以上のデータに関してユーザが行った選択を受け付けるデータ選択処理と、
前記データ選択処理にて選択された前記凹凸データを測定した前記測定面の数と前記凹凸データが各々含む面方向情報に応じて、予め定められた選択基準に従って、複数の種類の形状パラメータの中から算出すべき形状パラメータを選択して、形状パラメータのリストを生成する形状パラメータリスト生成処理と、
前記形状パラメータリスト生成処理により生成された前記リストの中から、算出すべき形状パラメータに関してユーザが行った選択を受け付けるパラメータ選択処理と、
を前記コンピュータに行わせることを特徴とする形状解析プログラム。 - 前記測定動作を第1の種類の測定動作として、
前記円柱形状測定装置は、さらに、前記測定子と前記試料とを直線的に相対移動させることにより前記測定子で前記試料の表面を走査する第2の種類の測定動作によって走査線上における前記表面の凹凸データを生成し、
前記凹凸データには、さらに第3及び第4の種類があり、
前記第3の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の側面についてこの側面の凹凸を示すデータであって、前記第2の種類の測定動作により前記試料の側面を前記所定の回転軸に沿って前記測定子で走査することにより測定され、
前記第4の種類の凹凸データは、測定面としての前記試料の上面についてこの上面の凹凸を示すデータであって、前記第2の種類の測定動作により前記試料の上面を前記測定子で走査することにより測定され、
前記凹凸データは、そのデータを生成したときの測定動作が前記第1及び第2の種類の測定動作のいずれかであるかを示す測定動作情報をさらに含み、
前記形状パラメータリスト生成処理において、前記データ選択処理にて選択された前記凹凸データを測定した前記測定面の数と前記凹凸データが各々含む面方向情報及び測定動作情報に応じて、予め定められた選択基準に従って、複数の種類の形状パラメータの中から算出すべき形状パラメータを選択して、形状パラメータのリストを生成する処理を、
コンピュータに行わせることを特徴とする請求項4に記載の形状解析プログラム。 - 前記円柱形状測定装置は、前記試料を載置して自転する回転テーブルを備え、
前記凹凸データは、前記第3の種類の凹凸データを生成したときの前記回転テーブルの回転角度情報を含み、
前記形状パラメータリスト生成処理において、前記データ選択処理にて選択した2つの前記第3の種類の凹凸データをそれぞれ生成したときの回転角度の相対角度に基づいて算出すべき形状パラメータを選択することを特徴とする請求項5に記載の形状解析プログラム。
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