JP5715365B2 - Straightness measuring device and straightness measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、空気マイクロメータを用いた真直度測定装置並びにこの真直度測定装置を用いた真直度測定方法に関するものである。 The present invention relates to a straightness measuring device using an air micrometer and a straightness measuring method using the straightness measuring device.
大型加工物の加工精度向上に対する要求の高まりと共に、工作機械の移動真直度や加工面の真直形状の測定精度に対しても、その向上が求められている。 Along with the increasing demands for improving the machining accuracy of large workpieces, there is also a need for improvements in the measurement accuracy of the machine tool straightness and the straightness of the machined surface.
一般的には、機械の移動真直度測定には直定規を基準として用いており、また、加工物の形状測定には機械の高精度の移動真直性を基準に用いているが、これらの基準の精度が不足するような場合には、反転法や多点法を用いることもある。 In general, a straight ruler is used as a standard for measuring the straightness of a machine, and a high-precision straightness of the machine is used for measuring the shape of a workpiece. In some cases, the inversion method or the multipoint method may be used.
また、移動真直度のローリング測定には水準器を用い、ピッチングやヨーイング測定にはオートコリメータを用いることが一般的となっている。 Also, it is common to use a level for rolling straightness measurement and an autocollimator for pitching and yawing measurement.
また、水平面内での長尺加工物の真直形状誤差の高精度測定にも、上述した水準器やオートコリメータを用いている。 The above-described level and autocollimator are also used for high-precision measurement of the straight shape error of a long workpiece in a horizontal plane.
しかしながら、水準器は応答速度が低いことやヨーイング測定には使用できないという欠点があり、また、オートコリメータを工作機械上で用いる際は、ノイズ低減のために応答速度を落とさざるを得ないという幾つかの欠点がある。 However, the spirit level has the disadvantages that the response speed is low and cannot be used for yawing measurement, and when the autocollimator is used on a machine tool, the response speed must be reduced to reduce noise. There are some disadvantages.
更に、水準器やオートコリメータによる逐次2点法では、2点の間隔を変更することが容易でなく、特に狭い接点間隔を必要とする内挿が困難であるという問題もある。 Furthermore, in the sequential two-point method using a level or an autocollimator, it is not easy to change the interval between two points, and there is a problem that it is difficult to interpolate that requires a particularly narrow contact interval.
また、反転法では、水平面内にある測定面が重力による撓みの影響で正しく測定できず、長尺の被測定物では、鉛直面内を対象にしても反転前後の形状変化が問題となり、また、多点法においても、この多点法の代表例である3点法におけるゼロ点問題の解決策が最近種々提案されているが、測定中のドリフトの問題などまだ課題も残っており、特に、測定所要時間が長くなる長尺の被測定物ではこのことが大きな問題となってしまうため、実用化には至っていない。 In addition, with the inversion method, the measurement surface in the horizontal plane cannot be measured correctly due to the influence of the deflection due to gravity. In the multipoint method, various solutions for the zero point problem in the three-point method, which is a representative example of this multipoint method, have been proposed recently, but there are still problems such as the problem of drift during measurement. This is a big problem for a long object to be measured with a long measurement time, and has not been put to practical use.
そこで、本発明は、上記のような真直度測定における様々な問題点を改善し、高精度に真直度を測定することが可能な真直度測定装置並びにこの真直度測定装置を用いた真直度測定方法を提案することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the various problems in the straightness measurement as described above, and can measure the straightness with high accuracy, and the straightness measurement using the straightness measurement device. The purpose is to propose a method.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
空気マイクロメータを用いた真直度測定装置であって、被測定物1の被測定面Msと対向状態に設けられる補助基準面Reを形成した補助基準部2を備え、前記補助基準部2は、前記補助基準面Reを形成した基体部2aと、この基体部2aを支持する基体支持部2bとから成り、水平方向に対向配設した前記基体支持部2b間に前記補助基準面Reを下方に向けて前記基体部2aを架設した構成とすると共に、前記被測定面Ms上に移動自在に載置して前記補助基準面Reを前記被測定面Msに間隔をおいて対向状態に配設し得る構成とし、前記被測定面Ms上に載置した際の対向する前記被測定面Msと前記補助基準面Reとの間の所定範囲を走査区間Sとし、この走査区間Sを移動する測定ヘッド部3を備え、この測定ヘッド部3は、前記被測定面Msと対向する位置に空気マイクロメータから成る第一センサ部4を設け前記補助基準面Reと対向する位置に空気マイクロメータから成る第二センサ部5を設けると共に、この第一センサ部4と第二センサ部5との測定方向を同一直線上に配置した構成とし、この測定ヘッド部3を前記走査区間Sで所定方向に走査移動させて、前記走査区間Sの多数の測定箇所における前記第一センサ部4から前記被測定面Msまでの距離と前記第二センサ部5から前記補助基準面Reまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成すると共に、前記被測定面Ms上に移動自在に載置し、前記被測定物1に対して前記補助基準部2を相対移動させる前の走査区間Sと、前記補助基準部2を所定距離だけ相対移動させた後の走査区間Sとにおける夫々の前記走査測定値の差分値から前記被測定面Msの真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする真直度測定装置に係るものである。
A straightness measuring apparatus using an air micrometer , comprising an
また、前記補助基準部2にリニアスケール部11を設けて、前記測定ヘッド部3の走査位置を確知できる構成としたことを特徴とする請求項1記載の真直度測定装置に係るものである。2. The straightness measuring apparatus according to
また、前記被測定物1若しくは前記補助基準部2に傾斜測定部6を設け、前記被測定物1または前記補助基準部2の前記補助基準部2または前記被測定物1に対する相対移動前後の傾斜度を測定し、この測定した傾斜度に基づいて補正を行い前記被測定面Msの真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする請求項1,2のいずれか1項に記載の真直度測定装置に係るものである。
In addition, an
また、前記被測定面Msと前記補助基準面Reとの間に、前記測定ヘッド部3を直線的に移動させる走査ガイド部7を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の真直度測定装置に係るものである。
Also, the between the auxiliary reference plane Re and the surface to be measured Ms, any one of
また、前記測定ヘッド部3の走査方向長さをX,走査方向と水平方向に直交する幅方向長さをY,厚みをTとし、前記測定ヘッド部3と前記被測定面MsとのクリアランスをC1,前記測定ヘッド部3と前記補助基準面ReとのクリアランスをC2とし、前記測定ヘッド部3が走査方向に対して前後に最大に傾いた状態時の最大ピッチング角度をθx,前記測定ヘッド部3が走査方向に対して左右に最大に傾いた状態時の最大ローリング角度をθyとして、(T+C1+C2)×(1/COSθx−1)<必要測定精度又は分解能、及び(T+C1+C2)×(1/COSθy−1)<必要測定精度又は分解能となるように、前記X,Y,T,C1,C2を設定したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の真直度測定装置に係るものである。
The length of the
また、前記測定ヘッド部3に固定具12を設け、この測定ヘッド部3の走査移動を阻止し該測定ヘッド部3を前記走査区間S内の所定の位置に固定した構成とし、前記補助基準部2に接続アダプター部13を設け、この接続アダプター部13を工作機械の主軸ツールホルダー14に着脱自在に設けた構成とし、前記工作機械の主軸ツールホルダー14に前記接続アダプター部13を接続して前記補助基準部2を該主軸ツールホルダー14に設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設け、このマシニングテーブル15を移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部3の前記第一センサ部4から前記マシニングテーブル15の表面までの距離と前記第二センサ部5から前記補助基準面Reまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出することで前記マシニングテーブル15の移動真直度を測定できるように構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の真直度測定装置に係るものである。
Further, a
また、請求項1〜5のいずれか1項に記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、被測定物1の被測定面Ms上に移動自在に載置し、この被測定面Ms上に最初に載置した位置を第一走査位置とし、第一走査位置における補助基準部2の補助基準面Reと被測定面Msとの間の所定範囲を第一走査区間S1とし、この第一走査区間S1の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部3を走査移動させ、第一走査区間S1の多数の測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2とを夫々測定し、この第一走査区間S1の多数の測定箇所における第一センサ部4から補助基準面Reまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2との合算値である第一走査測定値を得、次いで、前記被測定物1に対して補助基準部2を走査方向に所定の距離だけ相対移動させ、前記被測定物1に対して補助基準部2が相対移動した位置を第二走査位置とし、この第二走査位置における補助基準部2の補助基準面Reと被測定面Msとの間の所定範囲を第二走査区間S2とし、この第二走査区間S2の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部3を走査移動し、第二走査区間S2の多数の測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2とを夫々測定し、この第二走査区間S2の多数の測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2との合算値である第二走査測定値を得、この第一走査測定値と第二走査測定値との差分値を算出して前記被測定面Msにおける前記第一走査区間S 1 の始点から前記第二走査区間S 2 の終点までの真直度を算出することを特徴とする真直度測定方法に係るものである。
A straightness measurement method using the straightness measurement apparatus according to any one of
また、前記被測定部1に対して前記補助基準部2が相対移動する前後の傾斜度を夫々測定し、この測定した傾斜度に基づいて相対傾きを求め、この相対傾きを用いて前記第一走査測定値と前記第二走査測定値との差分値を補正して、前記被測定面Msの真直度を算出することを特徴とする請求項7記載の真直度測定方法に係るものである。
Further, the degree of inclination before and after the
また、請求項6記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記測定ヘッド部3に固定具12を設けて該測定ヘッド部3を前記走査区間S内の所定の位置に固定状態にして、前記補助基準部2に接続アダプター部13を設け、工作機械の主軸ツールホルダー14に前記接続アダプター部13を接続して前記補助基準部2を該主軸ツールホルダー14に設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設け、このマシニングテーブル15を移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部3の前記第一センサ部4から前記マシニングテーブル15の表面までの距離と前記第二センサ部5から前記補助基準面Reまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出して前記マシニングテーブル15の移動真直度を測定算出することを特徴とする真直度測定方法に係るものである。
A straightness measurement method using the straightness measurement apparatus according to
本発明は上述のように構成したから、被測定面に対して補助基準面が所定距離移動した前後(若しくは補助基準面に対して被測定面が所定距離移動した前後)の夫々の走査区間における走査測定値の差分値を求めるだけの極めて容易な操作で真直度を求めることができ、しかも、従来からの逐次2点法に比して一層安定した差分値を多数の測定箇所で得ることができ、高精度に真直度を測定することができる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。 Since the present invention is configured as described above, in each scanning section before and after the auxiliary reference plane has moved a predetermined distance with respect to the measurement surface (or before and after the measurement surface has moved a predetermined distance with respect to the auxiliary reference surface). The straightness can be obtained by an extremely easy operation that merely obtains the difference value of the scanning measurement value, and more stable difference values can be obtained at a large number of measurement points as compared with the conventional sequential two-point method. This is an epoch-making straightness measuring apparatus excellent in practicality that can measure straightness with high accuracy.
更に、本発明は、測定手段として空気マイクロメータを採用したので、測定因子が空気となるため、被測定面に付着している油や塵埃の影響を受け難く、被測定面の性状(例えば、色・模様・光沢の有無など)を選ばずに測定することが可能であり、しかも、被接触なので、被測定面を傷つけることなく測定できる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。 Furthermore, since the present invention employs an air micrometer as the measuring means, the measurement factor is air, so it is not easily affected by oil or dust adhering to the surface to be measured, and the properties of the surface to be measured (for example, A revolutionary straightness measuring device with excellent practicality that can be measured without damaging the surface to be measured. Become.
また、この空気マイクロメータの測定ヘッド部は、走査速度が水準器やオートコリメータの応答速度に左右されないため、長尺ものの測定所要時間が大幅に短縮でき、更に、センサ配置のスペースがコンパクトになり、例えば、他の原理の変位センサでは、独立した変位センサを二本利用するため、センサの配置スペースのため装置が大きくなり、両センサ出力の和を演算するために計算機に取り込む前の演算装置を追加するか、計算機に二つのセンサ出力を極めて高レベルの同時性で取り込むための入力装置が必要になるが、本発明では、前述したセンサと計算機のインターフェースが簡略化された構成となるため、極めて簡易な構成となる。 In addition, since the scanning speed of this air micrometer's measuring head is not affected by the response speed of the level or autocollimator, the time required for long measurements can be greatly reduced, and the sensor layout space can be made more compact. For example, in the displacement sensor of another principle, since two independent displacement sensors are used, the apparatus becomes large due to the arrangement space of the sensors, and the arithmetic device before being taken into the computer to calculate the sum of both sensor outputs However, in the present invention, the interface between the sensor and the computer is simplified in the present invention. It becomes an extremely simple configuration.
しかも、測定ヘッド部が上下に移動しても第一センサ部及び第二センサ部から吐出する圧縮空気の流量の合算値は変化しないので、この測定ヘッド部の上下の移動を制御する必要もなく、従って、測定ヘッド部に設けた第一センサ部及び第二センサ部を、被測定軸上に容易に且つ正確に配置することができる為、測定時にピッチング,ヨーイング及びローリングの影響を受け難く、極めて高精度に第一センサ部及び第二センサ部から吐出する圧縮空気の流量の合算値を検出することができるので、被測定面の真直度を高精度に測定することができる画期的な真直度測定装置となる。 Moreover, even if the measurement head part moves up and down, the total value of the flow rate of the compressed air discharged from the first sensor part and the second sensor part does not change, so there is no need to control the vertical movement of the measurement head part. Therefore, since the first sensor part and the second sensor part provided in the measurement head part can be easily and accurately arranged on the axis to be measured , it is difficult to be affected by pitching, yawing and rolling during measurement. Since the total value of the flow rate of the compressed air discharged from the first sensor unit and the second sensor unit can be detected with extremely high accuracy, it is an epoch-making capable of measuring the straightness of the measured surface with high accuracy. A straightness measuring device.
また、本発明のように、被測定物または補助基準部に対して補助基準部または被測定物を相対移動させて差分を求めて真直度を測定する方法においては、被測定物若しくは補助基準部の移動前後の姿勢変化が測定形状の放物線誤差になるが、傾斜測定部で測定した傾斜度に基づいて測定結果を補正するので、放物線誤差が生じず、高精度に真直度を測定することができる。 Further, in the method of measuring the straightness by calculating the difference by moving the auxiliary reference part or the measured object relative to the measured object or the auxiliary reference part as in the present invention, the measured object or the auxiliary reference part The posture change before and after the movement becomes a parabolic error of the measured shape, but the measurement result is corrected based on the inclination measured by the inclination measuring unit, so that no parabolic error occurs and the straightness can be measured with high accuracy. it can.
また、被測定物または補助基準部の移動前後の二回だけ傾斜測定部の測定した傾斜度を読み取るように構成することで、十分に時間を掛けて傾斜測定部の性能の限界までの分解能での測定を可能にするので、より一層放物線誤差を排除した高精度な真直度を測定することができる画期的な真直度測定装置となる。 In addition, it is configured to read the inclination measured by the inclination measurement unit only twice before and after the movement of the object to be measured or the auxiliary reference part, so that it takes enough time to achieve the resolution to the limit of the performance of the inclination measurement unit. Therefore, it becomes an epoch-making straightness measuring device that can measure the straightness with high accuracy while further eliminating the parabolic error.
また、請求項6記載の発明においては、極めて簡易な構成で容易に工作機械のマシニングテーブルの移動真直度を測定することができる実用性に優れた真直度測定装置となる。 According to the sixth aspect of the present invention, the straightness measuring apparatus is excellent in practicality and can easily measure the moving straightness of the machining table of the machine tool with an extremely simple configuration.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 An embodiment of the present invention which is considered to be suitable will be briefly described with reference to the drawings showing the operation of the present invention.
本発明は、測定手段として空気マイクロメータを用いたので、例えば、第一センサ部4及び第二センサ部5を圧縮空気が吐出するノズル状に形成することで、図1,図2に示すように、第一センサ部4及び第二センサ部5から圧縮空気が吐出し、この圧縮空気の流量の変化を測定することで各センサ部4,5から各測定面Ms,Reの形状を測定することができ、この測定結果をもとに被測定面Msの真直度を高精度に測定することができる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。
Since the present invention uses an air micrometer as the measuring means, for example, the
具体的には、第一センサ部4及び第二センサ部5から吐出する圧縮空気の流量Q1(第一センサ部4から吐出する圧縮空気の流量),Q2(第二センサ部5から吐出する圧縮空気の流量)は、ノズル状センサ部の周径πd(dはノズル状センサ部の直径)と、この第一センサ部4の先端部から被測定面Msまでの距離h1(第二センサ部5の先端部から補助基準面Reまでの距離h2も同様)によって作られる円筒側面の面積πdh1(πdh2)とリニアな関係になっている。
Specifically, the flow rate Q 1 of compressed air discharged from the
また、前述した円筒側面の面積πdh1(πdh2)のπdは固定値なので、従って、第一センサ部4,第二センサ部5から吐出される夫々の圧縮空気の流量Q1,Q2は、夫々の第一センサ部4及び第二センサ部5が対向する面、即ち、被測定面Ms及び補助基準面Reまでの距離h1及びh2とリニアな関係となることが言え、圧縮空気の吐出流量は、Q1=kπd1h1(k:定数、d1:ノズル状に形成した第一センサ部4の直径)及びQ2=kπd2h2(k:定数、d2:ノズル状に形成した第二センサ部5の直径)と表すことができる。
Further, πd of the aforementioned cylindrical side surface area πdh 1 (πdh 2 ) is a fixed value. Therefore, the flow rates Q 1 and Q 2 of the compressed air discharged from the
ここで、例えば、d1=d2=dとなるように第一センサ部4及び第二センサ部5の各ノズル径を調整することで、第一センサ部4と第二センサ部5とから吐出される圧縮空気の合算値Q1+Q2は、Q1+Q2=kπd(h1+h2)と表すことができる。
Here, for example, by adjusting the nozzle diameters of the
即ち、第一センサ部4の先端部から被測定面Msまでの距離h1と、第二センサ部5の先端部から補助基準面Reまでの距離h2との合算値h1+h2は、Q1+Q2から求めることができ、従って、第一センサ部4と第二センサ部5とによって検出されるh1とh2との合算値の算出は、測定ヘッド部3内に、例えば、ドリル加工などにより一本の共通配管部8を設けることにより容易に実現できるため、特別な演算を必要としない実用性に優れた真直度測定装置となる。
That is, the distance h 1 from the tip portion of the
また、本発明の数学的原理構成を、図3を用いて説明する。 The mathematical principle configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
図3においては、走査方向がx方向で、真直形状の高さ方向の凹凸がz方向に取られている。補助基準部2の補助基準面Reの真直形状がf(x)、被測定物1の被測定面Msの真直形状がg(x)で表されるとする。
In FIG. 3, the scanning direction is the x direction, and the straight unevenness in the height direction is taken in the z direction. It is assumed that the straight shape of the auxiliary reference surface Re of the
図3(a)は、補助基準面Reと被測定面Msとの形状の原点を合致させて対向させた状態にある。このとき、測定ヘッド部3に設けた第一センサ部4,第二センサ部5で同時に形状を走査測定すると、測定ヘッド部3の走査運動誤差Ezが、第一センサ部4に対して正方向に作用し、第二センサ部5に対しては負方向に作用する、或いは、逆に、第一センサ部4に対して負方向に作用し、第二センサ部5に対しては正方向に作用するといった正負逆に作用するので、第一センサ部4と第二センサ部5との出力の和(合算値)は、式(1)のように示すことができ、結果的に走査運動誤差Ezは相殺されて式(1)には含まれない形となる。尚、形状に関係の無い一定のオフセット量は省略している。
FIG. 3A shows a state in which the origins of the shapes of the auxiliary reference surface Re and the surface to be measured Ms are matched to face each other. At this time, when the shape is simultaneously scanned and measured by the
図3に示したx軸で、例えば、x=x0に始まり、間隔Dで配置したx1、x2、・・・、xNの点で第一センサ部4及び第二センサ部5の出力をサンプリングするものとする。
The x-axis shown in FIG. 3, for example, begins with x = x 0, x 1, x 2 arranged at intervals D, · · ·, the
次に、図3(b)のように、例えば、被測定物1に対して補助基準部2をx方向に距離Dだけ移動する。言い換えると、被測定面Msに対して補助基準面Reをx方向に距離Dだけ移動して再度走査測定を行うと、差動出力は式(2)にように与えられる。
Next, as shown in FIG. 3B, for example, the
ここで、ZDは、補助基準面Re(補助基準部2)を、例えば、距離Dだけ移動した際に生じるz方向のオフセットである。尚、移動の際にz方向へのオフセットだけでなく、x方向への傾斜も生じるが、この傾斜の影響は、例えば、被測定物1若しくは補助基準部2に傾斜測定部6を設けて傾斜度を検出し、この検出した傾斜に基づいて補正することができるので、式(2)においては省略している。
Here, Z D is an auxiliary reference plane Re (auxiliary reference unit 2), for example, a z-direction offset generated when the distance moved by D. Note that not only the offset in the z direction but also the inclination in the x direction occurs during the movement. The influence of this inclination is caused by, for example, providing the
ここで、式(1)、式(2)の差を取ると、式(3)のようになり、目的である被測定物1の被測定面Msの差分値が得られる。 Here, when the difference between Expression (1) and Expression (2) is taken, Expression (3) is obtained, and the difference value of the measurement target surface Ms of the object to be measured 1 is obtained.
この差分値は、走査測定の際の走査運動誤差Ezも、補助基準面Reの形状誤差も理論上完全に除去されていることがわかる。 From this difference value, it is understood that both the scanning motion error Ez in the scanning measurement and the shape error of the auxiliary reference surface Re are theoretically completely removed.
上記式(3)に、g(x0)=0を初期値として与えると、g(x1)、g(x2)、g(x3)、・・・・、g(xN)、g(xN+1)が逐次求められることとなる。 When g (x 0 ) = 0 is given as an initial value to the above formula (3), g (x 1 ), g (x 2 ), g (x 3 ),..., G (x N ), g (x N + 1 ) is obtained sequentially.
但し、ZDの影響で全体にxZD/Dの傾斜が加わっているので、この傾斜を取り除く必要があり、これは真直形状の表現で両端を揃えること、即ち、上記の場合、g(x0)=g(xN+1)とすることで、この傾斜を取り除くことができることとなる。 However, since an inclination of xZ D / D is added to the whole due to the influence of Z D , it is necessary to remove this inclination, which is to align both ends with a straight shape expression, that is, in the above case, g (x By setting 0 ) = g (x N + 1 ), this inclination can be removed.
本発明の具体的な実施例1について図1〜図9に基づいて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例は、空気マイクロメータを用いた真直度測定装置であって、被測定物1の被測定面Msと補助基準部2の補助基準面Reとを対向状態に設け、この対向状態に設けた被測定面Msと補助基準面Reとの間の所定範囲を走査区間Sとし、この走査区間Sに空気マイクロメータの測定ヘッド部3を移動自在に設け、この測定ヘッド部3は、被測定面Msと対向する位置に第一センサ部4を設け補助基準面Reと対向する位置に第二センサ部5を設けて、この測定ヘッド部3を所定方向に走査移動させて、走査区間Sの多数の測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成し、被測定物1と補助基準部2とを相対移動自在に設けて、被測定物1または補助基準部2に対する補助基準部2または被測定物1の相対移動前後の夫々の走査区間Sにおける走査測定値の差分値から被測定面Msの真直度を測定算出するように構成した真直度測定装置である。
The present embodiment is a straightness measuring apparatus using an air micrometer, in which the surface to be measured Ms of the object to be measured 1 and the auxiliary reference surface Re of the
具体的には、補助基準部2は、対向する基体支持部2bに、下面を前記補助基準面Reとした基体部2aを架設した構成とし、基体支持部2bを被測定面Ms上、若しくは被測定物1を載置する載置台上に移動自在に載置したいずれかの構成とし、本実施例では、被測定面Ms上に移動自在に載置した構成の場合を示している。
Specifically, the
更に詳細に説明すると、基体部2aは、図4に示すように、方形状のブロック体からなり、このブロック体の長手方向両端部に基体支持部2bを対向状態に設けて、この対向する基体支持部2bに基体部2aを架設状態に設けた構成としている。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
また、この基体支持部2bは、底部に脚部2cを着脱自在に設けた構成としている。
In addition, the base
また、この対向する基体支持部2b間に、後述する測定ヘッド部3の走査移動時のスライド移動をガイドする走査ガイド部7を架設した構成としている。
Further, a
この走査ガイド部7は、測定ヘッド部3を被測定面Msに接触した状態で走査移動して測定する場合は、装置を持ち上げた際に測定ヘッド部3が装置から脱落することを防止すると共に、走査移動時のY方向、即ち、走査方向に対して直交する方向、言い換えると左右方向へのズレを防止する効果があり、また、測定ヘッド部3を被測定面Msに非接触状態で走査移動して測定する場合は、上記効果に加えて、測定ヘッド部3とこの測定ヘッド部3の上下方向に設けられている被測定面Ms及び補助基準面Reとの夫々の適正なクリアランスC1,C2を保持する効果がある。
The
また更に、この補助基準部2は、傾斜測定部6を設け、この補助基準部2の被測定物1に対する相対移動前後の傾斜度を測定し、この測定した傾斜度に基づいて補正を行い被測定面Msの真直度を測定算出するように構成している。
Furthermore, the
具体的には、本実施例においては、この傾斜測定部6に水準器を採用しており、これを補助基準部2の基体部2a上面、即ち補助基準面Reの裏面に付設した構成としている。
Specifically, in the present embodiment, a level is adopted for the
尚、傾斜測定部6としては上述の水準器以外にオートコリメータを採用しても良く、このオートコリメータを採用する場合は、前述した水準器を設けた位置、即ち、補助基準面Reの裏面にオートコリメータの反射鏡を設け、オートコリメータ本体は被測定面Msの任意の空きスペース若しくは別の安定した構造物の上に設けた構成とする。
In addition to the above-described level, an autocollimator may be employed as the
また、本実施例は、センサ部4,5に空気マイクロメータを用いた構成であり、この空気マイクロメータの測定ヘッド部3は、図5に示すように、共通配管部の先端を分岐し、一方を第一センサ部4とし、他方を第二センサ部5とし、この第一センサ部4と第二センサ部5とを鉛直方向に同一線上に設け、夫々のセンサ部4,5から圧縮空気が流出するように構成している。
Further, in this embodiment, an air micrometer is used for the
具体的には、測定ヘッド部3の下方側、即ち、被測定面Ms側に、先端部を被測定面Ms側に向けて第一センサ部4を設け、測定ヘッド部3の上方側、即ち、補助基準面Re側に、先端部を補助基準面Reに向けて第二センサ部5を設けた構成とし、更に、この第一センサ部4及び第二センサ部5の測定方向を一直線上に配置し、いわゆるアッベの原理に基づいた配置とすることで、被測定面Msと補助基準面Reとの形状比較(両者の和の測定)が高精度に実現でき、結果として被測定面Msの真直度を高精度に測定できる構成としている。
Specifically, the
また、本実施例に用いている空気マイクロメータは、差圧式の空気マイクロメータを採用しており、この差圧式の空気マイクロメータは、出力を電気信号に容易に変換できること、供給される圧縮空気の圧力を一定に保つためのレギュレータの性能に精度が左右され難いこと、ノズルと測定面とのクリアランスを流量式の空気マイクロメータに比して大きく取れる点で優れている。 Further, the air micrometer used in the present embodiment adopts a differential pressure type air micrometer, and this differential pressure type air micrometer can easily convert the output into an electric signal, and supplied compressed air. It is excellent in that accuracy is hardly affected by the performance of the regulator for keeping the pressure constant, and that the clearance between the nozzle and the measurement surface can be made larger than that of a flow-type air micrometer.
また、図6に示すように、この測定ヘッド部3は、測定ヘッド部3の走査方向長さをX,走査方向と水平方向に直交する幅方向長さをY,厚みをTとし、この測定ヘッド部3と被測定面MsとのクリアランスをC1,測定ヘッド部3と補助基準面ReとのクリアランスをC2とし、測定ヘッド部3が走査方向に対して前後に最大に傾いた状態時の最大ピッチング角度をθx,測定ヘッド部3が走査方向に対して左右に最大に傾いた状態時の最大ローリング角度をθyとして、(T+C1+C2)×(1/COSθx−1)<必要測定精度若しくは分解能、及び(T+C1+C2)×(1/COSθy−1)<必要測定精度若しくは分解能となるように、X,Y,T,C1,C2を設定し、本実施例においては、この必要測定精度若しくは分解能の数値を0.05μmに設定している。
Further, as shown in FIG. 6, the
また、測定ヘッド部3の側面には、取手部9を設けており、測定ヘッド部3を走査移動する際には、この取手部9を摘まんで測定ヘッド部3を走査方向に移動させる構成としている。尚、この測定ヘッド部3の走査移動においては、図7に示すように、補助基準部2に駆動部10を設け、この駆動部10を送りねじ状に構成した走査ガイド部7に連設し、測定ヘッド部3にこの走査ガイド部7と螺合する雌ネジ部を形成し、この測定ヘッド部3と走査ガイド部7とを螺合させた状態で、この走査ガイド部7を駆動部10によって回転させて、この走査ガイド部7が回転することによって測定ヘッド部3が自動で走査方向に送り移動される構成としても良い。
Further, a
また、図8に示すように、基体部2aの側面にリニアスケール部11を設けて、測定ヘッド部3の走査位置を確知できる構成としても良い。
Moreover, as shown in FIG. 8, it is good also as a structure which can provide the
このリニアスケール部11を設けた構成とすることで、走査区間Sにおける複数の測定箇所の位置を明確にでき、補助基準部2の相対移動前後の測定箇所を再現性良く測定することができ、より一層高精度に真直度を測定することができる画期的な真直度測定装置となる。
By adopting a configuration in which this
このように構成した本実施例を用いて、被測定物1の被測定面Msの真直度を測定する方法の一測定例を以下に説明する。
A measurement example of a method for measuring the straightness of the measurement target surface Ms of the
先ず、図4に示すように、被測定物1に対して補助基準部2が相対移動する前の補助基準部2の位置を第一走査位置とし、第一走査位置に配置した補助基準部2の補助基準面Reと被測定面Msとの間の所定範囲を第一走査区間S1とし、この第一走査区間S1の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部3を走査移動し、第一走査区間S1の多数の測定箇所、本測定例では間隔Dで等間隔に配置した測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2を各測定箇所毎に測定し、この第一走査区間S1の多数の測定箇所における第一センサ部4から補助基準面Reまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2との合算値である第一走査測定値を得る。
First, as shown in FIG. 4, the position of the
次に、図9に示すように、被測定物1に対して補助基準部2を走査方向に所定の距離、本測定例では距離Dだけ相対移動させ、被測定物1に対して補助基準部2が相対移動した後の補助基準部2の位置を第二走査位置とし、この第二走査位置に配置した補助基準部2の補助基準面Reと被測定面Msとの間の所定範囲を第二走査区間S2とし、この第二走査区間S2の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部3を走査移動し、第二走査区間S2の多数の測定箇所、本測定例では間隔Dで等間隔に配置した測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2を各測定箇所毎に測定し、この第二走査区間S2の多数の測定箇所における第一センサ部4から被測定面Msまでの距離h1と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離h2との合算値である第二走査測定値を得る。
Next, as shown in FIG. 9, the
このようにして得た第一走査測定値と第二走査測定値との差分値を算出することで被測定面Msにおける第一走査区間S1の始点から第二走査区間S2の終点までの真直度が求められる。 Thus from a first scan measurement and the first start point of the scanning segment S 1 in the measurement surface Ms by calculating a difference value between the second scan measurements obtained by the end point of the second scanning section S 2 Straightness is required.
本実施例を用いた真直度測定は、上述した測定方法を繰返し行い、被測定物1の被測定面Msの真直度を測定する真直度測定方法である。
The straightness measurement using the present embodiment is a straightness measurement method in which the above-described measurement method is repeated to measure the straightness of the measurement surface Ms of the
また、この繰返し測定を行う際に、上述のように第一走査区間S1の始点から第二走査区間S2の終点までの真直度を求め、次の走査区間Sの始点を最初に測定した第二走査区間S2の終点と一致する位置まで補助基準部2を移動させる方法と、被測定物1に対する補助基準部2の相対移動量を常に距離Dずつ移動させながら繰返し測定する方法とがあり、前者は先に求めた補助基準面Reの形状を基準にして測定することになるので、効率よく測定することができ、測定時間の短縮を図ることができ、後者は補助基準面Reの形状を繰返し確認しながら測定を繰り返すこととなるので、精度が向上する方法となる。
In performing this repeated measures sought straightness from the first starting point of the scanning segment S 1 as described above to the second end point of the scanning section S 2, to measure the start point of the next scan interval S in the first a method of moving the position to the
また、上述した本実施例を用いた真直度測定方法において、例えば被測定面Msの真直度測定長をLとした場合、この真直度測定長Lに渡る真直度測定結果の不確かさには、補助基準部2が被測定物1に対して距離Dだけ相対移動した際の姿勢の評価誤差をΔμ(少なくとも傾斜測定部6の分解能の不確かさ)として、Δμ×L2/2Dで表される放物線誤差を含んでいる。
Further, in the straightness measurement method using the above-described embodiment, for example, when the straightness measurement length of the measured surface Ms is L, the uncertainty of the straightness measurement result over the straightness measurement length L is as follows: The posture evaluation error when the
従って、真直度測定長Lが走査区間Sの走査距離の2倍よりも短い長さ、即ち、L<2Sであれば、補助基準部2の移動量は、L/2という大きい移動量Dと、S/10若しくはそれ以下の小さい移動量dの2回の移動をして合計3回の走査測定を行うこととなる。この際、移動量Dで求めて決めたL/2の点の高さと、移動量dで端から折れ線でつないで求めたL/2での高さは一般的には一致しない。
Therefore, if the straightness measurement length L is shorter than twice the scanning distance of the scanning section S, that is, L <2S, the movement amount of the
そこで、移動量dで求めた折れ線全体をL=0とし、移動量Dで求めたL/2の点に一致させるように傾斜補正を行う。 Therefore, the entire broken line obtained from the movement amount d is set to L = 0, and the inclination correction is performed so as to coincide with the point of L / 2 obtained from the movement amount D.
この傾斜補正は、補助基準部2に設けた傾斜測定部6で、この補助基準部2の移動前後の傾斜度を夫々測定し、この測定した各傾斜度に基づいて各走査区間S1,S2で得た第一走査測定値及び第二走査測定値を補正するものである。
In this inclination correction, the
この傾斜補正を行うことによって、0(本測定例においては第一走査区間S1の始点)〜L/2の範囲の内挿点を決定することができる。 By performing the inclination correction, 0 (in the present measurement example first start point of the scanning segment S 1) can determine the interpolation point of ~L / 2 range.
本発明の具体的な実施例2について図10に基づいて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例は、実施例1に示す真直度測定装置を工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定する際に用いる真直度測定装置である。 The present embodiment is a straightness measuring device used when the straightness measuring device shown in the first embodiment is used to measure the movement straightness of the machining table 15 of the machine tool.
具体的には、測定ヘッド部3に固定具12を設け、この測定ヘッド部3の走査移動を阻止し測定ヘッド部3を前記走査区間S内の所定の位置に固定した構成とし、補助基準部2に接続アダプター部13を設け、この接続アダプター部13を工作機械の主軸ツールホルダー14に着脱自在に設けた構成とし、この工作機械の主軸ツールホルダー14に接続アダプター部13を接続して補助基準部2をこの工作機械の主軸ツールホルダー14に設けると共に、この工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設けた構成とし、この工作機械のマシニングテーブル15を移動させて、固定状態の測定ヘッド部3の第一センサ部4からマシニングテーブルの表面までの距離と第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出することで、この工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定できるように構成した真直度測定装置である。
Specifically, a fixing
即ち、一般的に工作機械のマシニングテーブル15は、表面の真直度が評価されているので表面は真直であると言えるので、このマシニングテーブル15を移動させながら表面の真直度を測定した際には、測定結果は一定の値を示すことになり、もし、この測定結果が一定でない値を示したならば、これはマシニングテーブル15が真直で無いのではなく、マシニングテーブル15の移動真直度が真直で無いということになり、本実施例は、このような真直な表面若しくは真直な表面を有する基準部を載置した移動物体の移動真直度を測定するための真直度測定装置である。 That is, since the surface straightness of the machining table 15 of a machine tool is generally evaluated because the surface is straight, when measuring the surface straightness while moving the machining table 15, The measurement result will show a constant value, and if this measurement result shows a non-constant value, this is not because the machining table 15 is not straight, but the movement straightness of the machining table 15 is straight. Therefore, the present embodiment is a straightness measuring device for measuring the moving straightness of a moving object on which such a straight surface or a reference portion having a straight surface is placed.
具体的には、本実施例では、工作機械のマシニングテーブル15、即ち、被測定物側1が移動するので、測定ヘッド部3は走査移動する必要がなく、よって、測定ヘッド部3を固定する固定具12を設けて、この測定ヘッド部3を固定状態にした構成としている。
Specifically, in this embodiment, since the machining table 15 of the machine tool, that is, the measured
尚、本実施例を工作機械の主軸ツールホルダー14に取り付ける際、基体支持部2bに設けた脚部2cがマシニングテーブル15と干渉する可能性がある場合は、これを取り外して装着するものとする。
When the embodiment is attached to the
また、測定ヘッド部3を固定し移動不能状態にしたことにより、この測定ヘッド部3に設けた第二センサ部5は、補助基準面Reの常に同じ位置を測定することとなるので、この第二センサ部5から補助基準面Reまでの距離は一定となる。
Further, since the
従って、測定ヘッド部3が出力する走査測定値の変化は、第一センサ部4からマシニングテーブル15の表面までの距離の変化となり、また、このマシニングテーブル15の表面は真直であることが既知なので、測定ヘッド部3が出力する走査測定値の変化は、工作機械のマシニングテーブル15の移動時の上下方向の変動を示すものであり、即ち、本実施例によって、工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定することができることとなる。
Therefore, the change in the scanning measurement value output from the
尚、本発明は、本実施例1,2に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。 Note that the present invention is not limited to the first and second embodiments, and the specific configuration of each component can be appropriately designed.
1 被測定物
2 補助基準部
2a 基体部
2b 基体支持部
3 測定ヘッド部
4 第一センサ部
5 第二センサ部
6 傾斜測定部
7 走査ガイド部
11 リニアスケール部
12 固定具
13 接続アダプター部
14 主軸ツールホルダー
15 マシニングテーブル
Ms 被測定面
Re 補助基準面
S 走査区間
S1 第一走査区間
S2 第二走査区間
h 1 距離
h 2 距離
DESCRIPTION OF
11 Linear scale section
12 Fixture
13 Connection adapter section
14 Spindle tool holder
15 Machining table Ms Surface to be measured Re Auxiliary reference surface S Scan section S 1 First scan section S 2 Second scan section
h 1 distance
h 2 distance
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