JP5742078B2 - 真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法、並びに心ずれ量算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法に係り、特に、真円度測定装置の検出器の測定子を測定物に当接させる検出点と測定物の母線とのずれを示す心ずれ量を算出して心ずれ量の補正をする機能を備えた真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法に関するものである。

従来より、円筒物などの円形の物体の真円度を測定する真円度測定装置（真円度測定機）が知られている。この真円度測定装置は、例えば、円筒物などの円形の断面を有する測定物（ワーク）を回転可能な載置台の上に載置して、ワークの表面に先端子（測定子）を接触させ、ワークの回転に伴う先端子の変位を測定して検出することにより円形断面の外形形状を測定する。

例えば、特許文献１には、真円度測定機において、円柱状ワークに対して第１の検出器の接触子を水平に、かつ直径方向に案内する水平腕と、この腕の先端に設けられて第１の検出器の接触子を直径の位置の２点に向かって接触可能とした第１の検出器の支持枠と、水平腕の水平移動量を検出する径読取りの第２の検出器とから構成される真円度測定機の直径測定装置が記載されている。この装置は、まずマスターピースを回転台の上にセットし、第１の検出器の接触子をマスターピースの右側面に当て、第２の検出器の読みを求め、次いで接触子をマスターピースの左側面に当てて、第２の検出器の読みを求め、これら第２の検出器の２つの読みからマスタの既知寸法によりこの装置の誤差値を算出しておく。そして、マスタの代わりにワークをセットし、同様にして直径寸法を測定して、誤差補正を行っている。

また、特許文献２には、真円度測定機の原点情報取得及び測定物の表面形状を測定する検出器の校正を行う真円度測定機用基準治具であって、この基準治具は、回転テーブル上のＸＹテーブルの上面に取り外し可能に載置され、段付きの円板状に形成されたた台座と、台座の上段部にプローブ（検出器）の感度校正を可能とする校正マスタが設けられ、校正マスタの上方に、その最下面、最上面のＸ軸方向及び右側面、左側面のＺ軸方向の測定可が可能なように配置された原点ボール（基準球）を備え、プローブの各姿勢におけるプローブに設けられたスタイラス（センサ）の位置ずれを求めて補正値とするものが記載されている。これは、真円度測定機用基準治具を測定物回転機構の上に載せ、真円度測定機の検出器のセンサを基準球に接触させることで真円度測定機の原点情報を得るとともに、検出器のセンサを校正マスタに関与させることで検出器の感度校正を行うようにしたものである。

特開平１−２５９２１１号公報 特許第４１６３５４５号公報

しかしながら、真円度測定装置のテーブル上に測定物を設置して検出器の測定子を測定物に当接させて検出を行う際、測定物の母線と測定子を測定物に当接させる検出点とを一致させることが非常に難しく、従来基準となる測定物の直径値と異なる直径値の測定物については、正確な直径値を測定することができないという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、測定物の母線と検出点とのずれ量である心ずれ量を算出して補正することにより基準となる測定物の直径値とは異なる直径値を有する測定物であっても正確な直径値を算出することのできる真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する手段と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する手段と、前記算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、測定物の母線と検出点のずれである心ずれ量を算出して補正することにより、基準測定物の直径値と異なる直径値を有する測定物であっても、その正確な直径値を算出することが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記測定物の中心とは、測定の際、前記測定子の前記先端球が接触する前記測定物の外周の点が形成する図形の最小二乗円の中心であることを特徴とする。

これにより、測定物が真円でない場合であっても、なるべく真円に近い形で正確な測定を行うことができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量補正方法であって、直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する工程と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する工程と、測定物の中心と回転の中心を一致させて測定物を検出器に対して相対的に回転させるようにして、任意の測定物を測定して得られた測定値を、前記算出した心ずれ量に基づいて補正する工程と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法を提供する。

請求項３に記載の発明によれば、測定物の母線と検出点のずれである心ずれ量を算出して補正することにより、基準測定物の直径値と異なる直径値を有する測定物であっても、その正確な直径値を算出することが可能となる。

また、請求項４に示すように、前記測定物の中心とは、測定の際、前記測定子の前記先端球が接触する前記測定物の外周の点が形成する図形の最小二乗円の中心であることを特徴とする。

これにより、測定物が真円でない場合であっても、なるべく真円に近い形で正確な測定を行うことができる。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する手段と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する手段と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する手段と、第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する手段と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する手段と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する手段と、第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する手段と、第３の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第３の基準測定物の半径を検出する手段と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量、及び、前記測定子の前記先端球の直径を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差、及び、前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第３の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する手段と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、前記算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正する手段を更に備えたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の真円度測定装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、前記算出した心ずれ量に基づいて、前記検出器の位置を調整する心ずれ調整機構を更に備えたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の真円度測定装置を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する工程と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する工程と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する工程と、第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する工程と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する工程と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する工程と、第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する工程と、第３の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第３の基準測定物の半径を検出する工程と、前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量、及び、前記測定子の前記先端球の直径を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差、及び、前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第３の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する工程と、を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１３に記載の発明は、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の心ずれ量算出方法で算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正することを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法を提供する。
また、同様に前記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の心ずれ量算出方法で算出した心ずれ量に基づいて、前記検出器の位置を調整することを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法を提供する。

以上説明したように、本発明によれば、測定物の母線と検出点のずれである心ずれ量を算出して補正することにより、基準測定物の直径値と異なる直径値を有する測定物であっても、その正確な直径値を算出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る真円度測定装置の外観を示す斜視図である。 図１の真円度測定装置の構成を示すブロック図である。 検出器回転形真円度測定装置の測定機本体の外観を示す斜視図である。 真円度測定装置で測定物の測定を行う際心ずれのない理想的な場合を示す平面図である。 真円度測定装置で測定物の測定を行う際心ずれがある場合を示す平面図である。 既知の異なる直径を有する２つの基準測定物を測定して心ずれ量を求める様子を示す平面図である。 測定した半径の値を算出した心ずれ量Ｙを用いて補正する方法を示す平面図である。 測定物の外径あるいは内径を測定した値を心ずれ量で補正する場合を示す平面図である。 既知の異なる直径を有する３つの基準測定物を測定して心ずれ量及び先端球の直径を求める様子を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る真円度測定装置の外観を示す斜視図である。

この真円度測定装置は、測定機本体と演算処理装置とから構成されており、図１には、真円度測定装置１０の測定機本体１１を示す。

測定機本体１１は、ベース（基台）１４上に測定物（ここでは図示省略）を載置する載物台（ＸＹ／傾斜テーブル）１２が設けられている。載物台（ＸＹ／傾斜テーブル）１２は、Ｘ方向微動つまみ２２及びＹ方向微動つまみ２４を備えている。Ｘ方向微動つまみ２２及びＹ方向微動つまみ２４はそれぞれ載物台移動軸に連結しており、これらの微動つまみ２２、２４によって載物台１２をＸ方向及びＹ方向に微動送りすることができ、載物台１２の水平位置を微調整することができるようになっている。

また、載物台１２には、Ｘ方向傾斜つまみ２５及びＹ方向傾斜つまみ２３が設けられておりＸ方向及びＹ方向に傾斜調整がされるようになっている。

また、載物台１２の下部には回転機構１５が設けられている。回転機構１５は、載物台１２を回転駆動することにより載物台１２の上に載置された測定物を回転させるものである。

またベース１４上には上方に略垂直に延びるコラム（支柱）２７が立設されており、コラム２７にはスライダ２８が上下動可能に装着されている。スライダ２８には水平アーム（径方向移動軸）２９が水平方向に駆動可能に装着されている。

水平アーム２９の先端には、検出器３０が設けられ、検出器３０は測定子３１を備えている。真円度測定装置１０は、この測定子３１を載物台１２上に載置された測定物に接触させて測定物を測定し、測定で得られる検出信号を検出器３０を介して演算処理装置に送り演算処理装置で処理するようになっている。なお、水平アーム２９の先端には心ずれ調整機構３２が設置されている。

図２に、真円度測定装置１０の構成を表すブロック図を示す。

図２に示すように、真円度測定装置１０は、測定機本体１１と演算処理装置１３で構成される。測定機本体１１については、図１の説明と重複する点もあるが再度説明することとする。

測定機本体１１は、ベース１４上に回転機構１５によって回転する載物台１２が設けられている。載物台１２には、水平方向の微調整及び垂直方向に対する傾斜調整を行うための、Ｘ方向微動つまみ２２、Ｙ方向微動つまみ２４及びＸ方向傾斜つまみ２５、Ｙ方向傾斜つまみ２３が設けられている。

載物台１２は、軸受１６、エンコーダ１８、モータ２０等を備えた回転機構１５によって回転される。載物台１２は、軸受１６を介してモータ２０によって回転可能に支持されている。モータ２０の回転軸にはエンコーダ１８が取り付けられ、回転角が高精度に読み込まれるようになっている。軸受１６は、例えば、超高精度の静圧エアーベアリングが用いられ、載物台１２は非常に高い回転精度（例えば、０．００５μｍ）で回転される。

またベース１４上に立設されたコラム（支柱）２７にはスライダ２８が上下動可能に装着され、スライダ２８には水平アーム（径方向移動軸）２９が水平方向に駆動可能に装着されている。そして、水平アーム２９の先端には、検出器３０が設けられ、検出器３０には測定子３１が設置されている。また、検出器３０には差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用されており、測定物２６に接触する測定子３１の変位量を検出するようになっている。

測定時には、測定物２６を載物台１２上に載せ、測定子３１を測定物に接触させて測定を行う。測定で得られる検出信号は、検出器３０を介して演算処理装置１３に送られる。

演算処理装置１３は、増幅器３３、Ａ／Ｄ変換器３４、演算／処理手段３６及びこれらの制御を行うためにメモリに記憶されたプログラム３８からなり、さらに処理結果を表示する表示手段を備えている。

測定子３１を測定物２６に接触させて得られた検出信号は検出器３０を介して演算処理装置１３に送られる。演算処理装置１３では、まず増幅器３３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタル信号に変換されて、演算／処理手段３６に入力される。

この真円度測定装置１０で測定物２６の真円度等を測定する場合には、測定物２６を載物台１２上に載置した後、最初に載物台１２の回転中心と測定物２６の中心との偏心補正と、載物台１２の回転軸に対する測定物２６の傾斜補正を行う。これにより、載物台１２の回転中心と測定物２６の中心とは一致しているものとする。

次に、検出器３０の測定子３１を測定物２６の側面に接触させた状態で、載物台１２がモータ２０によって１回転され、測定物２６の側面１周分のデータがアナログ電圧値として採取される。アナログ電圧値として得られた検出信号は、上述したように増幅器３３で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル信号に変換されて、演算／処理手段３６に入力される。演算／処理手段３６は、エンコーダ１８から入力される回転角度データと、検出器３０で検出された変位データとから測定物２６の真円度を演算し、演算結果を表示手段４０に表示する。

なお、以上説明してきた真円度測定装置１０は、測定物２６を載せた載物台１２が回転し、測定子３１は前後方向（水平アーム２９の移動方向）及び上下方向（スライダ２８の移動方向）に移動するだけで、測定子３１は回転しない、載物台回転形の真円度測定装置であったが、本発明は、このような載物台回転形真円度測定装置に限定されるものではない。載物台は回転せず、測定子が前後方向及び上下方向に移動するとともに、測定子が測定物の回りを回転して測定する、検出器回転形の真円度測定装置にも適用可能である。

図３は、検出器回転形真円度測定装置の測定機本体の外観を示す斜視図である。

図３に示すように、この真円度測定装置１００の測定機本体１１１は、ベース１１４上に測定物を載せる載物台１１２が設けられている。載物台１１２は、Ｘ方向微動つまみ１２２及びＹ方向微動つまみ１２４を有している。なお、ここでは省略したが、前の例と同様にＸ方向傾斜つまみ及びＹ方向傾斜つまみを備えていてもよい。

またベース１１４上には上方に略垂直に延びるコラム（支柱）１２７が立設されており、コラム１２７にはスライダ１２８が上下動可能に装着されている。スライダ１２８は、コラム１２７に設けられた送り装置１５０によって上下に移動されるようになっている。またスライダ１２８の下側には水平アーム（径方向移動軸）１２９が取り付けられており、水平アーム１２９には検出器１３０及び測定子１３１が設置されている。

真円度測定装置１００は、測定子１３１を載物台１１２上に載置された測定物に接触させながら、測定子１３１を測定物の回りに回転させて測定物を測定する。測定で得られる検出信号は、検出器１３０を介して図示を省略した演算処理装置に送られ、演算処理装置で処理されるようになっている。なお、水平アーム１２９と検出器１３０との間には心ずれ調整機構１３２が設置されている。

以下、本実施形態の真円度測定装置１０（あるいは１００）による心ずれ量の算出とこれを用いた心ずれ量補正方法について説明する。

真円度測定時には、図４に示すように、測定子３１の先端球３１ａを載物台１２（ここでは図示省略）上に載せた測定物２６に接触させる。

そして、載物台回転形の真円度測定装置１０の場合には、図４に矢印Ａで示すように載物台１２を回転することによって測定物２６を回転する。また、検出器回転形の真円度測定装置１００の場合には、図４に矢印Ｂで示すように測定子３１（先端球３１ａ）を測定物２６の外周に沿って回転させる。なお、測定物２６の中心と載物台１２の回転中心とは一致しているものと仮定する。また、ここで測定物２６の中心とは、測定物２６の外周を形成する図形（正確に言うと、先端球３１ａを接触させて測定する点（検出点）を含み載物台１２の表面に平行な断面の外周の図形）の最小二乗円の中心であるとする。

このとき、いずれの場合も測定子３１の先端球３１ａが測定物２６と接触しているようにする。例えば、載物台回転形の真円度測定装置１０の場合には、図４に矢印Ｄで示すように、先端球３１ａを測定物２６の外表面に常に押し当てながら、測定物２６を矢印Ａ方向に回転する。このとき、測定物２６が真円でなく、測定物２６の回転につれて半径が変化すると、先端球３１ａは回転中心側に寄って行ったりあるいは離れたり、矢印Ｄ方向内でその位置が変化する。

この先端球３１ａの位置の変化を検出器３０を介して検出し、演算／処理装置１３で処理することにより測定物２６の真円度が検出される。

図４に示すように、測定子３１の先端球３１ａを、矢印Ｄが示す検出方向に移動して測定物２６と接触させて測定を行う検出点Ｐが、測定物２６の中心を通る母線Ｍと一致している場合には、正確に測定物２６の真円度を測定することができる。

しかし、実際の測定においては、測定子３１の先端球３１ａの測定物２６に対する検出点Ｐが測定物２６の母線Ｍと一致しているとは限らない。

装置によっては、例えば図５に示すように、測定子３１の先端球３１ａが測定物２６と接触する検出点Ｑが、測定物２６の母線Ｍと一致しない場合がある。この場合には、測定物２６の母線Ｍと一致する検出点Ｐと、実際の測定での検出点Ｑとにおける、先端球３１ａの検出方向Ｄに関する先端球３１ａの中心間の距離εだけ測定誤差が生じる。

また、検出点Ｐと検出点Ｑにおける、検出方向Ｄと垂直な方向に関する先端球３１ａの中心間の距離Ｙが、このときの検出点Ｑの母線Ｍからのずれを表しており、この値Ｙが心ずれ量である。

次にこの心ずれ量Ｙを求める方法について説明する。

以下述べる方法は、直径値の異なる２つの基準測定物（直径値が既知）を測定し、その測定値から心ずれ量Ｙを算出するものである。

図６に示すように、既知の直径値の異なる２つの基準測定物２６−１及び２６−２をそれぞれ真円度測定装置１０で測定する。基準測定物２６−１の直径値をＤ_１、基準測定物２６−２の直径値をＤ_２とする。また、先端球３１ａの直径をｄとする。

ここで、測定子３１の先端球３１ａが、心ずれがなく、基準測定物２６−１と正しく接触したと仮定した場合の検出点をＰ_１とする。すなわち検出点Ｐ_１は基準測定物２６−１の母線Ｍと一致しているとする。また、このときの検出値をＲ_１とする。Ｒ_１は、基準測定物２６−１の半径（Ｄ_１／２）と先端球３１ａの半径（ｄ／２）の和、Ｒ_１＝（Ｄ_１／２）＋（ｄ／２）となる。

また同様に、測定子３１の先端球３１ａが、心ずれがなく、基準測定物２６−２と正しく接触したと仮定した場合の検出点をＰ_２とする。すなわち検出点Ｐ_２は基準測定物２６−２の母線Ｍ（基準測定物２６−１の母線と同じ）と一致している。このときの検出値をＲ_２とすると、Ｒ_２は、基準測定物２６−２の半径（Ｄ_２／２）と先端球３１ａの半径（ｄ／２）の和、Ｒ_２＝（Ｄ_２／２）＋（ｄ／２）となる。

しかし、実際の測定においては心ずれが存在する。心ずれが存在する場合、測定子３１の先端球３１ａが基準測定物２６−１と接触する検出点をＱ_１とし、そのときの検出値をＲ_１’とする。同様に実際の測定において、心ずれが存在する場合、測定子３１の先端球３１ａが基準測定物２６−２と接触する検出点をＱ_２とし、そのときの検出値をＲ_２’とする。また、実際の測定における先端球３１ａの中心と測定物２６−１（２６−２）の母線Ｍとの距離（心ずれ量）をＹとする。

このとき図６からわかるように、検出値Ｒ_１’及びＲ_２’は、それぞれ以下の式（１）及び（２）で求められる。

Ｒ_１’＝√［｛（Ｄ_１／２）＋（ｄ／２）｝^２−Ｙ^２］ …（１）
Ｒ_２’＝√［｛（Ｄ_２／２）＋（ｄ／２）｝^２−Ｙ^２］ …（２）
なお、ここで√［＊］は、＊の平方根を表す記号である。

これより、２つの基準測定物２６−１、２６−１を測定して得られる測定値（Ｒ_１’−Ｒ_２’）は、次の式（３）で表される。

（Ｒ_１’−Ｒ_２’）＝√［｛（Ｄ_１／２）＋（ｄ／２）｝^２−Ｙ^２］
− √［｛（Ｄ_２／２）＋（ｄ／２）｝^２−Ｙ^２］…（３）
従って、既知の直径値Ｄ_１、Ｄ_２を有する２つの基準測定物２６−１、２６−２を測定して得られる測定値（Ｒ_１’−Ｒ_２’）から、式（３）を解いて心ずれ量Ｙを算出することができる。

次に、測定した半径の値等を、算出した心ずれ量Ｙを用いて補正する方法について説明する。

まず、半径を測定して補正する場合について、図７を参照して説明する。

図７において、基準測定物２６−０の既知のマスタ直径をＤ_０とし、これを直径ｄの先端球３１ａを用いて測定する場合を考える。

図７において、測定半径をＲ’、上記のようにして、すでに求められている心ずれ量をＹとする。

この測定によって得られた測定半径Ｒ’を心ずれ量Ｙを用いて補正した校正半径をＲとすると、校正半径Ｒは次の式（４）のようにして求めることができる。

Ｒ＝√［｛（Ｄ_０＋ｄ）／２｝^２ − Ｙ^２］ …（４）
次に、図８を参照して、測定物の外径あるいは内径を測定する場合について説明する。

まず、測定物２６−３の外径を測定する場合を考えると、図８において、測定物２６−３の中心から先端球３１ａの中心までの距離は、三平方の定理によって、√［Ｒ^２＋Ｙ^２］と求めることができる。従って、外径は、これの２倍から先端球３１ａの直径ｄを引けばよいので、外径Ｄは、次の式（５）のようにして求められる。

Ｄ＝２×√［Ｒ^２＋Ｙ^２］−ｄ …（５）
次に、測定物２６−４の内径を測定する場合は、先端球３１ａを測定物２６−４に対して内接させるので、√［Ｒ^２＋Ｙ^２］で表される測定物２６−４の中心から先端球３１ａの中心までの距離に対して先端球３１ａの直径ｄを足せばよいので、次の式（６）のようにして求められる。

Ｄ＝２×√［Ｒ^２＋Ｙ^２］＋ｄ …（６）
以上のように、本実施形態によれば、測定子の先端球が測定物と接触する検出点が測定物の中心を通る母線と一致しておらず、母線からずれている場合であっても、この心ずれ量を算出することにより、半径の測定値を心ずれ量を用いて補正することができる。

このように、測定物の母線と検出点のずれ（心ずれ量）を算出して補正することにより、基準測定物の直径値と異なる直径値を有する測定物であっても、その正確な直径値を算出することが可能となる。

また、このように算出した心ずれ量を用いて測定値の補正を行う他、算出した心ずれ量に基づいて、心ずれ調整機構３２によって測定子３０及び先端球３１ａの位置（基準位置）を調整するようにしても良い。

以上説明した例は、直径値の異なる２つの基準測定物を測定して心ずれ量を算出していたが、測定する基準測定物は２つに限定されるものではない。例えば、直径値の異なる３つの基準測定物を測定してもよい。この場合には、心ずれ量だけでなく先端球の直径をも算出することができる。従って、先端球の直径が摩耗により変化している場合でも、その正確な直径値を求めることができる。

以下、これを図９を参照して説明する。

図９に示すように、中心を同一とした直径が既知の３つの円Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を測定する場合を考える。３つの円Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３の直径は、それぞれδ_１、δ_２、δ_３とする。

まず心ずれがない場合に、図に示すようにこれらの３つの円Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を測定したときの測定値をそれぞれρ_１、ρ_２、ρ_３とする。

また、心ずれ（心ずれ量Ｙ）がある場合に、これらの３つの円Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を測定したときの測定値をそれぞれρ_１’、ρ_２’、ρ_３’とする。また、先端球３１ａの直径値をｄとする。

すると心ずれがない場合には、各測定値ρ_１、ρ_２、ρ_３は、以下の式（７）〜（９）のようになる。

ρ_１＝δ_１／２ ＋ ｄ／２ …（７）
ρ_２＝δ_２／２ ＋ ｄ／２ …（８）
ρ_３＝δ_３／２ ＋ ｄ／２ …（９）
また心ずれがある場合の各測定値ρ_１’、ρ_２’、ρ_３’は、以下の式（１０）〜（１２）のようになる。

ρ_１’＝√［（δ_１／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］ …（１０）
ρ_２’＝√［（δ_２／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］ …（１１）
ρ_３’＝√［（δ_３／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］ …（１２）
そこで、円Ｃ_１と円Ｃ_２とを測定して測定値ρ_１’−ρ_２’、及び円Ｃ_１と円Ｃ_３とを測定して測定値ρ_１’−ρ_３’、を得る。

一方、上記式（１０）〜（１２）より、次の式（１３）及び（１４）が得られる。

ρ_１’−ρ_２’＝ √［（δ_１／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］
− √［（δ_２／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］ …（１３）
ρ_１’−ρ_３’＝ √［（δ_１／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］
− √［（δ_３／２ ＋ ｄ／２）^２−Ｙ^２］ …（１４）
従って、測定値ρ_１’−ρ_２’及びρ_１’−ρ_３’と式（１３）、（１４）から、心ずれ量Ｙ及び先端球３１ａの直径ｄを算出することができる。

このように、直径値が既知の３つの基準測定物を測定することにより、心ずれ量Ｙのみならず先端球３１ａの直径ｄをも求めることが可能となる。

なお、上では載物台回転形の真円度測定装置１０を用いた例で説明したが、本発明は、検出器回転形の真円度測定装置１００に対しても好適に適用可能である。

以上、本発明の真円度測定装置及びその心ずれ量補正方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…（載物台回転形）真円度測定装置、１１…測定機本体、１２…載物台（ＸＹ／傾斜テーブル）、１３…演算処理装置、１４…ベース（基台）、１５…回転機構、１６…軸受、１８…エンコーダ、２０…モータ、２２…Ｘ方向微動つまみ、２３…Ｙ方向傾斜つまみ、２４…Ｙ方向微動つまみ、２５…Ｘ方向傾斜つまみ、２６…測定物、２７…コラム（支柱）、２８…スライダ、２９…水平アーム（径方向移動軸）、３０…検出器、３１…測定子、３１ａ…先端球、３２…心ずれ調整機構、３３…増幅器、３４…Ａ／Ｄ変換器、３６…演算／処理手段、３８…プログラム、４０…表示手段、１００…（検出器回転形）真円度測定装置

Claims (14)

1. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、
   直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する手段と、
   前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する手段と、
   前記算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正する手段と、
   を備えたことを特徴とする真円度測定装置。
2. 前記測定物の中心とは、測定の際、前記測定子の前記先端球が接触する前記測定物の外周の点が形成する図形の最小二乗円の中心であることを特徴とする請求項１に記載の真円度測定装置。
3. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量補正方法であって、
   直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する工程と、
   前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する工程と、
   測定物の中心と回転の中心を一致させて測定物を検出器に対して相対的に回転させるようにして、任意の測定物を測定して得られた測定値を、前記算出した心ずれ量に基づいて補正する工程と、
   を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法。
4. 前記測定物の中心とは、測定の際、前記測定子の前記先端球が接触する前記測定物の外周の点が形成する図形の最小二乗円の中心であることを特徴とする請求項３に記載の真円度測定装置における心ずれ量補正方法。
5. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、
   直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する手段と、
   前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする真円度測定装置。
6. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、
   第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する手段と、
   第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する手段と、
   前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする真円度測定装置。
7. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置において、
   第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する手段と、
   第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する手段と、
   第３の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第３の基準測定物の半径を検出する手段と、
   前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量、及び、前記測定子の前記先端球の直径を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差、及び、前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第３の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする真円度測定装置。
8. 前記算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正する手段を更に備えたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の真円度測定装置。
9. 前記算出した心ずれ量に基づいて、前記検出器の位置を調整する心ずれ調整機構を更に備えたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の真円度測定装置。
10. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、
    直径値の異なる複数の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記複数の基準測定物の半径を検出する工程と、
    前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記複数の基準測定物の半径の検出値の差に基づいて算出する工程と、
    を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法。
11. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、
    第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する工程と、
    第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する工程と、
    前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する工程と、
    を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法。
12. 直線に沿って前後移動する測定子の変位量を検出する検出器と、測定物の中心と回転の中心を一致させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させる手段と、を備え、前記測定子の先端に備えられた先端球を前記測定物に当接させて、前記測定物を前記検出器に対して相対的に回転させることにより、前記測定物の真円度を測定する真円度測定装置における心ずれ量算出方法であって、
    第１の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第１の基準測定物の半径を検出する工程と、
    第２の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第２の基準測定物の半径を検出する工程と、
    第３の基準測定物に前記測定子の前記先端球を当接させて、前記第３の基準測定物の半径を検出する工程と、
    前記測定物の中心を通り、かつ、前記測定子の移動方向と平行な直線を母線とし、前記母線から前記先端球の中心までの垂直な方向の距離を心ずれ量とした場合に、前記心ずれ量、及び、前記測定子の前記先端球の直径を前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第２の基準測定物の半径の検出値との差、及び、前記第１の基準測定物の半径の検出値と前記第３の基準測定物の半径の検出値との差に基づいて算出する工程と、
    を備えたことを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量算出方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか１項に記載の心ずれ量算出方法で算出した心ずれ量に基づいて、任意の測定物の測定値を補正することを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法。
14. 請求項１０から１２のいずれか１項に記載の心ずれ量算出方法で算出した心ずれ量に基づいて、前記検出器の位置を調整することを特徴とする真円度測定装置における心ずれ量補正方法。

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