JP6126359B2 - 球体形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は球体形状測定装置、特に、測定対象である被測定球の保持手段の改良に関する。

従来、真球度、つまり真球からの形状偏差を測定するための球体形状測定装置が知られている。例えば、特許文献１には、球体の中心を通る所定の平面で切り取られる球体の断面の輪郭形状（これを単に、球体の「大円の形状」と呼ぶ。）を測定するための球体形状測定装置が記載されている。特許文献１の球体形状測定装置は、一般的な真円度測定機を利用するものであり、また、日本工業規格のＪＩＳ Ｂ１５０１（２００９）「転がり軸受−鋼球」に准じた真球度の測定を効率よく行うことができる。

球状の基準器の１つに、軸部と球部から成る参照球というものがあり、三次元測定機等に用いられている（特許文献２参照）。三次元測定機等では、参照球の球部の中心を通り、かつ、軸部の中心線に垂直な平面で切り取られる球部の断面の輪郭形状（これを単に、球部の「赤道円の形状」と呼ぶ。）を参照することが多い。例えば、特許文献２には、球の測定において、赤道上に９０度等配で４点、北極に１点の測定点を配置する場合が多く、この５点の測定点を用いて球の中心座標と直径を表す４つのパラメータを最小二乗法で推定するといった説明がある。このように、参照球の球部の中心座標を推定する場合等に、その球部の赤道円の形状を参照することが多いので、特許文献１の球体形状測定装置を用いて参照球の真球度を測定する際にも、その赤道円の形状を一連の測定手順の中で測定することができれば、測定作業の効率を一層高めることができる。

図８は、特許文献１の球体形状測定装置９の全体構成を示す斜視図である。図９は、測定装置９の保持台９０に保持された参照球２０付近の拡大図である。保持台９０は、測定装置９の回転テーブル５上に載置されている。

図８に示すように、測定装置９の基台８に立設されたコラム２には、Ｚ方向に移動自在のスライダ３が設けられている。スライダ３には、Ｘ方向に移動自在のクランク状のアーム４が設けられている。アーム４の先端にはプローブ６が固定されている。プローブ６は、揺動自在に支持されたスタイラスを有し、スタイラスの先端の変位量を検出する。スライダ３およびアーム４は、スタイラスの先端が参照球の球部２２に接触する位置まで、プローブ６を平行移動させることができる。

保持台９０は、図９に示すように本体部９２と傾斜回転保持部９４から成る。本体部９２は傾斜面９３を有し、この傾斜面上に傾斜回転保持部９４が回転自在に設けられている。傾斜回転保持部９４の表面にはその回転軸に沿って形成された穴が形成されている。この穴に参照球２０の軸部２４の先端が挿入されて、テーブル面に対して傾斜する状態で保持される。また、傾斜回転保持部９４が、参照球２０を保持した状態で、その回転軸を中心に回転すれば、参照球の球部２２が軸部２４を中心軸に回転する。ここで、保持された参照球の軸部２４の軸線とテーブル面とが成す角度をθとする。角度θは、その正弦が１／(√３)となる角度を中心とする±５度の範囲内で設定されている。つまり、このような角度θが得られるように、保持台９０に対して傾斜回転保持部９４の姿勢が定められている。

また、回転テーブル５のアライメント調整つまみ７を用いて、参照球の球部２２の中心が回転テーブル５の回転軸上になるように、回転テーブル５の天板の位置および姿勢を調整することができるようになっている。

プローブ６の先端が球部２２に接触した状態で、回転テーブル５が保持台９０を回転させると、球部２２の大円Ｃ１の輪郭形状がスタイラスの変位量として検出されるので、変位量に基づいて大円Ｃ１の形状データを取得することができる。また、参照球の軸部２４の軸線まわりに球部２２を１２０度ずつ回転させることができるので、その都度、輪郭形状を測定することによって、球部２２の中心を通って互いに概ね直交する３平面でそれぞれ切り取られる球部２２の断面の輪郭形状、すなわち、３つの大円の形状を測定することができる。

特開２０１２−０６３３３８号公報 特開２００２−３２８０１８号公報（段落００４１）

しかしながら、特許文献１には、球部の赤道円の形状測定についての具体的な記載がない。つまり、上記の測定では、球部の３つの大円の形状を測定することができるが、これらの大円には球部の赤道円が含まれていない。

発明者らは、特許文献１の測定装置の回転テーブルの回転軸に、参照球の軸部の軸線を合わせて、つまり、軸部が垂直になるように参照球を設置して、球部の赤道円の形状を測定する場合には、次の点に注意しなければならないと考えた。まず、特許文献１の保持台の構造に、参照球の軸部を垂直に設置できる構造を追加する場合、参照球の軸部を斜めに設置した状態と垂直に設置した状態とのそれぞれにおいて、保持台とプローブが干渉しないようにしなければならない。

どうしても干渉が避けられない場合は、球部の大円の形状測定用と、球部の赤道円の形状測定用とのそれぞれにおいて別個の保持台を用意することによって、干渉を回避できる可能性がある。しかし、大円の形状測定時と赤道円の形状測定時とのそれぞれにおいて、保持台を交換しなければならず、参照球の取り付けや取り外しなども伴って、測定作業が非常に煩雑になってしまう。

また、一般的な真円度測定機には回転テーブル、スライダ、アームのような移動機構があるので、測定値はこれらの運動誤差の影響を受ける。これらの影響を避けて高い測定精度を確保するためには、反転法やマルチステップ法といった手法が用いられて、真円度測定機の運動誤差が自己校正される。

しかし、これらの運動誤差は、回転テーブルの回転軸から被測定物表面までの距離や、テーブル上面から被測定物表面までの高さに起因して変化する。特に、参照球の場合、軸部を垂直に設置するか、斜めに設置するかの違いによって、テーブル上面から球部までの高さが変化してしまう。また、設置する姿勢を変える前後で、水平方向においても球部の位置が移動してしまう。そのため、参照球の軸部を垂直に設置する場合、または軸部を斜めに設置する場合のいずれにおいても、球部の高さ方向や水平方向の位置を揃える調整が必要になる。

参照球の姿勢が異なることによって高さが違う場合には、個別の補正値を予め取得しておく必要がある。加えて、任意の姿勢に対応させる場合は、大量の補正値を取得して管理しておかなければならない。

本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、従来の球体形状測定装置の機能向上であって、球部および軸部からなる被測定球の球部の形状を測定する際に、１つの保持台により被測定球の姿勢を複数通りに容易に変更することができ、しかも、それぞれの姿勢での測定において生じる運動誤差に対する補正を効率的に行なうことができる球体形状測定装置を提供することを目的とする。すなわち、使い勝手と測定精度の２つの面で優れた球体形状測定装置を提供することである。

前記課題を解決するために本発明にかかる球体形状測定装置は、球部、および、前記球部の中心を通る中心線を有する軸部により構成された被測定球を測定対象とするものであり、テーブルと、前記テーブル上に載置されて前記被測定球を保持する保持台と、前記テーブルに平行な面上での前記球部の輪郭形状を測定するプローブと、を備えている。
前記保持台は、前記テーブル上に載置されるベース部と、前記ベース部の異なる位置にそれぞれ設けられた垂直保持部および傾斜保持部と、を有する。前記垂直保持部は、前記軸部をテーブル面に対して垂直方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持する。前記傾斜保持部は、前記軸部をテーブル面に対して傾斜方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持する。
これら垂直保持部および傾斜保持部は、それぞれの軸線同士で１つの交点を形成するように配置されており、かつ、前記交点から前記垂直保持部までの長さ寸法と前記交点から前記傾斜保持部までの長さ寸法とが一致するように配置され、前記球部の中心が前記交点に位置するように配置されていることを特徴とする。

前記保持台は、さらに、前記垂直保持部と前記傾斜保持部の少なくとも一方を、テーブル面に平行な方向で、他方の前記垂直保持部または前記傾斜保持部に対して接近または離隔する方向に、スライドさせるスライド調整部を備えることが好ましい。

前記保持台は、さらに、前記垂直保持部を、テーブル面に垂直な方向に移動させる高さ調整部を備えることが好ましい。

また、前記保持台は、さらに、前記傾斜保持部で定められる傾斜方向の軸線とテーブル面との成す角度が連続的に変化するように、前記ベース部に対する前記傾斜保持部の傾斜角度を調整する角度調整部を備えることが好ましい。

また、本発明にかかる球体形状測定装置は、球部、および、前記球部の中心を通る中心線を有する軸部により構成された被測定球を測定対象とするものであり、テーブルと、前記テーブル上に載置されて前記被測定球を保持する保持台と、前記テーブルに平行な面上での前記球部の輪郭形状を測定するプローブと、を備えている。
前記保持台は、前記テーブル上に載置されるベース部と、前記被測定球の前記軸部を所定方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持する保持部と、前記保持部の位置を前記ベース部の垂直保持位置または傾斜保持位置に切り換える位置切換部と、を有する。
前記位置切換部が前記保持部を前記垂直保持位置に切り換えた状態では、前記保持部により規定される前記所定方向がテーブル面に対して垂直方向であり、前記保持部を前記傾斜保持位置に切り換えた状態では、前記所定方向がテーブル面に対して傾斜方向である。
前記保持部のそれぞれの保持位置での軸線同士が１つの交点を形成し、前記保持部の位置の切り換え前後で前記交点から前記保持部までの長さ寸法が一致することを特徴とする。

前記位置切換部は、ベース部に対して１８０度回転自在に設けられており、前記位置切換部の回転軸は、前記垂直保持位置での軸線と前記傾斜保持位置での軸線との成す角の２等分線に一致し、前記位置切換部の１８０度の回転によって、前記保持部の位置が前記ベース部の垂直保持位置または傾斜保持位置に切り換わることが好ましい。

このような構成であれば、前記垂直保持部、または、前記位置切換部により垂直保持位置に切り換えられた保持部のいずれかによって、参照球が垂直状態に保持されるため、球部の赤道円の形状を測定することができる。同様に、前記傾斜保持部、または、前記位置切換部によって傾斜保持位置に切り換えられた保持部のいずれかによって、参照球が傾斜状態に保持されるため、球部の大円の形状を測定することができる。さらに、参照球をいずれの姿勢に設置した場合でも、テーブルに対する参照球の球部の中心位置座標が、高さ位置を含めて、同一になるため、両方の姿勢での形状測定において、共通する運動誤差の補正量を使用することができる。また、２姿勢の相互の変更をスムーズに行なうことができる。

従って、被測定球の球部を形状測定する際に、１つの保持台により被測定球の姿勢を複数通りに容易に変更することができ、しかも、それぞれの姿勢での測定において生じる運動誤差に対して共通の補正量を使用することで効率的に補正を実行できる。すなわち、使い勝手と測定精度の２つの面で優れた球体形状測定装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の真円度測定機を用いて参照球を斜めの姿勢で設置した状態を示す斜視図である。 図１の測定機を用いて参照球を垂直の姿勢で設置した状態を示す図である。 第２実施形態の真円度測定機を用いて、任意長さの参照球を斜めの姿勢で設置した状態を示す斜視図である。 図３の任意長さの参照球を垂直の姿勢で設置した状態を示す図である。 第３実施形態の真円度測定機を用いて参照球の任意の輪郭を測定する際に、参照球を斜めの姿勢で設置した状態を示す斜視図である。 第４実施形態の真円度測定機を用いて参照球を斜めの姿勢に切り換えた状態を示す斜視図である。 図６の参照球を垂直の姿勢に切り換えた状態を示す図である。 従来の真円度測定機の全体構成を示す斜視図である。 図８の真円度測定機の保持台付近の拡大図である。

第１実施形態
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明にかかる真円度測定機１、つまり、球の真球からの形状偏差（真円度）を測定する装置の保持台付近の拡大図である。真円度測定機１は、図８、９に示した従来の測定機９と比較すると、参照球２０を２通りの姿勢で保持する保持台１０を有している点で構成が異なっている。その他の基本的な構成、例えば、コラム２、スライダ３、アーム４、プローブ６および回転テーブル５のそれぞれの構成は、図８、９に示す構成に共通する。なお、プローブ６は接触式に限られず、非接触のレーザープローブなどでもよい。

＜保持台の構成＞
保持台１０は、大きく３つの部位、すなわち、ベース部１２、垂直保持部１４および傾斜回転保持部１６を有する。ベース部１２は、図１のように水平保持板と、この上に取り付けられた図９に共通する本体部９２と、を組み合わせて構成してもよい。ベース部１２は、水平面１２ａと傾斜面１２ｂとを持つ。水平面１２ａの法線と傾斜面１２ｂの法線とは１点（交点Ｐ）で交わるように、２つの面１２ａ、１２ｂの位置関係が決められている。後述するように、この交点Ｐは保持される参照球２０の球部２２の中心位置になる。

垂直保持部１４は、ほぼ円柱状であり、水平面１２ａ上に立設している。この垂直保持部１４の中心線は、上記の水平面１２ａの法線に一致する。垂直保持部１４の上面にはその中心線に沿って穴１５（図１）が形成されている。垂直保持部１４の穴１５に、参照球２０の軸部２４の先端の突起部が挿入されると、参照球２０がテーブル面に対して垂直の姿勢で保持される。

傾斜回転保持部１６は、傾斜面上に回転自在に設けられている。傾斜回転保持部１６の回転軸は、上記の傾斜面１２ｂの法線に一致する。傾斜回転保持部１６の表面にはその回転軸に沿って穴１７（図２）が形成されている。傾斜回転保持部１６の穴１７に、参照球２０の軸部２４の先端の突起部が挿入されると、参照球２０がテーブル面に対して傾斜する姿勢で保持される。また、テーブル面上での保持台１０の位置または姿勢を調整することによって、参照球２０の球部２２の中心が回転テーブル５の回転軸上に配置される。その他、保持された参照球２０の軸部２４の軸線とテーブル面とが成す角度θなどについての傾斜回転保持部１６の構成および機能は、図９の傾斜回転保持部９４に共通する。

垂直保持部１４の位置は、水平面１２ａにおいて垂直保持部１４の中心線と傾斜回転保持部１６の回転軸とが一点（交点Ｐ）で交わるように決められている。また、交点Ｐから傾斜回転保持部１６の穴１７までの長さと、交点Ｐから垂直保持部１４の穴１５までの長さとが一致するように、垂直保持部１４の上面の高さ（Ｚ座標値）が設定されている。従って、図１のように参照球２０を傾斜させて保持した状態から、図２のように垂直に保持した状態に変更した場合に、保持台１０自体のテーブル面上での位置は変わらないので、特に調整することなく、参照球２０の球部２２の中心を回転テーブル５の回転軸上に配置させることができる。

また、変更の前後で、参照球２０の球部２２の位置も移動しない。すなわち、いずれの姿勢で参照球２０を保持しても、参照球の球部２２の中心の高さ（Ｚ座標値）は変化しないし、水平面１２ａに平行な面上の位置（ＸおよびＹ座標値）も変化しない。参照球２０の姿勢の変化の前後で、球部２２の中心位置を一致させることができる。

また、いずれの姿勢においても、参照球２０の軸部２４が球部２２から下方に伸びる状態になるから、垂直保持部１４および傾斜回転保持部１６の位置が両方とも球部２２よりも下方になる。従って、回転テーブル５を回転させてプローブ６による輪郭測定の際に、プローブ６と保持台１０との干渉が生じない。

以降、真円度測定機１を用いて参照球２０の輪郭測定をする手順について説明する。
球部２２の輪郭測定は、参照球２０の姿勢に関わらず以下のように実行される。まず、スライダ３およびアーム４によって、保持された参照球２０に対してプローブ６を移動して、プローブ６の先端を球部２２に接触させる。接触位置は、球部２２の中心を通って水平面１２ａに平行な面と球部表面との交線上とする。次に、プローブ６の先端が球部２２に接触した状態で、回転テーブル５を回転させて、回転テーブル５の回転位置に関連付けられたプローブ６の先端の変位量を検出する。これらの検出値に基づいて、交線に沿った球部２２の輪郭形状を算出することができる。参照球２０の姿勢に応じた輪郭測定は、次のように実行される。

＜３つの大円の形状測定＞
特許文献１と同様の測定方法になる。すなわち、図１に示すように、本実施形態の保持台１０の傾斜回転保持部１６の穴１７に参照球の軸部２４を挿入して、保持台１０に参照球２０を傾斜状態で保持させる。軸部２４の軸線まわりに参照球の球部２２を１２０度ずつ回転させる。その回転位置ごとにプローブ６と回転テーブル５とを用いた輪郭測定を実行する。この結果、球部２２の中心を通って互いに概ね直交する３平面でそれぞれ切り取られる球部２２の断面の輪郭形状、すなわち、３つの大円（Ｃ１等）の形状を取得することができる。

＜赤道円の測定方法＞
図２に示すように、保持台１０の垂直保持部１４の穴１５に参照球の軸部２４を挿入して、保持台１０に参照球２０を垂直状態で保持させる。この状態で、プローブ６と回転テーブル５とを用いた輪郭測定を実行する。この結果、球部の中心を通り、かつ、軸部の中心線に垂直な平面で切り取られる球部の断面の輪郭形状、すなわち、球部の赤道円（Ｃ２）の形状を取得することができる。

本実施形態では、参照球２０の姿勢を順次変更して輪郭測定をする際、大円および赤道円のいずれかの輪郭測定後に、測定者が参照球２０を保持台１０の一方の保持部から取り外して、他方の保持部の穴にその軸部２２を挿入するだけで、次の測定をスムーズに実行することができる。

以上のように測定機１が構成されているので、参照球の球部２２の３つの大円の形状を測定する設置姿勢から、球部２２の赤道の形状を測定する設置姿勢に変更する手順が、大幅に簡略化される。また、参照球２０をいずれの姿勢に設置した場合でも、回転テーブル５に対する参照球２０の球部の中心位置座標が、高さ位置を含めて、同一になるため、両方の測定において、共通する運動誤差の補正量を使用することができる。結果として、球部２２の３つの大円の形状と、赤道の形状とを、少ない段取りでかつ高精度に測定することが可能になる。

第２実施形態
図３、４に基づいて第２実施形態にかかる真円度測定機２０１について説明する。第１実施形態の保持台１０と共通する構成には、その符号の数字に２００を加えた符号を付す。図３は、参照球１２０が斜めに保持された状態を示す。図４は、参照球１２０が垂直に保持された状態を示す。

本実施形態の測定機２０１は、図１の保持台１０を、サイズの異なる参照球（１２０など）に対応するための位置調整機能を備えた保持台２１０に置き換えた構成となっている。位置調整とは、回転テーブル５のテーブル面に平行な方向（水平方向）への参照球１２０の位置調整と、テーブル面に垂直な方向（高さ方向）への位置調整との両方を含む意味である。

保持台２１０は、ベース部２１２と、垂直保持部２１４と、高さ調整部２１５と、回転保持部２１６と、スライド調整部２１７とを有する。ベース部２１２は、板状であり、水平面２１２ａを有する。この水平面２１２ａには、高さ調整部２１５とスライド調整部２１７が離間した位置に設けられている。高さ調整部２１５は、垂直保持部２１４の高さ調整（Ｚ方向の位置調整）を行なう。例えば、高さ調整部２１５には水平面２１２ａに垂直な方向に雌ネジ部を設けて、これに螺合する雄ネジ部を垂直保持部２１４に設ける。垂直保持部２１４のネジ込み量によって高さ調整を行なう。

スライド調整部２１７は、水平面２１２ａに平行にスライド自在に設けられている。ただし、そのスライド方向は、垂直保持部２１４に接近または離間する方向である。スライド調整部２１７は傾斜面２１７ｂを有し、この傾斜面２１７ｂには傾斜回転保持部２１６が第１実施形態の傾斜回転保持部２１６と同様に設けられている。なお、図３、４の保持台２１０は垂直保持部２１４側に高さ調整機能を有し、傾斜回転保持部２１６側にスライド調整機能を有しているが、この関係は逆であってもよい。つまり、垂直保持部２１４をスライド調整するスライド調整部と、傾斜回転保持部２１６を高さ調整する高さ調整部とを設けても良い。また、垂直保持部２１４または傾斜回転保持部２１６のいずれか一方に高さ調整部とスライド調整部の両方を設けても良い。

本実施形態の測定機２０１は、第１実施形態の測定機１に無い機能、すなわち、異なるサイズの参照球の測定機能を具備するものである。一般的に、回転テーブル５の回転に伴って球部２２の輪郭形状を測定する場合には、球部２２を回転テーブル５の概ね回転軸上に設置する必要がある。図１の保持台１０では、垂直保持部１４と傾斜回転保持部１６の相対的な位置関係は固定されていて、傾斜状態で保持される参照球の軸部２４の軸線がテーブル面と成す角度も固定されている。保持された参照球の球部２２の中心が保持台１０に固有の交点Ｐに位置するように、球部２２の中心から軸部２４の先端までの長さ寸法が設定されている場合は良い。しかし、その長さ寸法を有さない異なるサイズの参照球、例えば、軸部の長さ寸法が異なる参照球や、球部の直径が異なる参照球を測定対象にする場合は、同じ保持台１０を使って参照球を傾斜状態で保持した際に、球部の中心が回転テーブル５の回転軸から外れてしまう。また、垂直状態で保持した場合と傾斜状態で保持した場合とのそれぞれにおける球部の中心の高さが一致しなくなる。

これに対して、本実施形態の保持台２１０は、２つの調整機構（２１５，２１７）を備えているので、サイズの異なる参照球１２０の測定を実行できる。まず、図３のように傾斜状態で保持する場合に、スライド調整部２１７によって傾斜回転保持部２１６の水平方向の位置を調整することができるようにした。つまり、回転テーブル５の回転軸から球部１２２の中心が外れた寸法だけ、スライド調整部２１７を移動させることにより、球部１２２の中心を回転テーブル５の回転軸上に合わせることができる。このように、傾斜状態で球部１２２の中心が回転テーブル５の回転軸から外れてしまうという問題を、スライド調整部２１７を設けて、傾斜回転保持部２１６を回転テーブル５の半径方向に移動可能にしたことで解決した。

次に、図４に示すように参照球１２０を垂直状態で保持する場合に、高さ調整部２１５によって垂直保持部２１４の高さを調整することができるようにした。つまり、垂直状態で保持した際の球部１２２の中心の高さを変えることにより、傾斜状態で保持した際の球部１２２の中心の高さと一致させることができる。このように、垂直状態で保持した場合と傾斜状態で保持した場合とのそれぞれにおける球部１２２の中心の高さが一致しないという問題を、高さ調整部２１５を設けたことによって解決した。

＜測定手順＞
真円度測定機２０１を用いた具体的な測定手順の一例を説明する。
まず、図４のように保持台２１０に参照球１２０を垂直状態で保持させる。次に、プローブ６の先端を球部１２２に接触させて、接触状態を維持してプローブ６を適宜移動させることにより、その検出値に基づいて球部１２２の中心の位置座標の概略値を算出する。これにより、参照球１２０の球部１２２の中心から軸部１２４の先端までの長さ寸法が得られる。

次に、取得した参照球１２０の長さ寸法に基づいて、一義的に定まるスライド調整部２１７の移動量を得る。この移動量に基づいて、スライド調整部２１７の位置を調整する。このようにして調整した保持台２１０に参照球１２０を傾斜状態で保持させて、大円Ｃ１の形状を測定する。傾斜回転保持部２１６により軸部１２４を回転させて、各回転位置の大円形状を測定することもできる。

続けて、取得した参照球１２０の長さ寸法に基づいて、高さ調整部２１５の移動量を得る。つまり、参照球１２０を傾斜状態にした際の球部１２２の中心と、垂直状態にした際の球部１２２の中心とが一致するような高さ調整部２１５の移動量が一義的に定まるので、この移動量に基づいて、高さ調整部２１５の高さを調整する。このようにして調整した保持台２１０に参照球１２０を垂直状態で保持させて赤道円Ｃ２の形状測定を実行する。
なお、最初に参照球１２０の長さ寸法を測定する際に上記の高さ方向の移動量を取得することができるので、姿勢を傾斜させる前に垂直状態での赤道円Ｃ２の形状測定をした方が効率的である。

この結果、参照球１２０をいずれの姿勢に設置した場合でも、回転テーブル５に対する参照球１２０の球部１２２の中心位置座標が、高さ位置を含めて、同一になるため、両方の測定において、共通する運動誤差の補正量を使用することができる。また、異なるサイズの参照球１２０を測定する場合に同じ保持台２１０を使用できるので、大円Ｃ１の形状測定をする姿勢から赤道Ｃ２の形状測定をする姿勢への変更手順が、大幅に簡略化される。以上のように、参照球１２０の中心位置及び高さを調整する機構（２１５，２１７）を追加することにより、参照球１２０の球部の直径または軸部の長さ寸法を変更した場合においても、参照球の３つの大円の形状および赤道円の形状を少ない段取りでかつ高精度に測定することが可能になる。
なお変形例として、垂直保持部２１４をベース部２１２に固定し、傾斜回転保持部２１６側に高さ調整部とスライド調整部の両方を設けた場合の測定手順を説明する。高さ調整部は傾斜回転保持部２１６をその傾斜方向の軸線に沿って移動させる構造でも良く、垂直方向の軸線に沿って移動させる構造でも良い。まず、参照球１２０を垂直状態に保持して、長さ寸法を測定するとともに赤道円Ｃ２の形状測定を行なう。次に、参照球の長さ寸法に応じてスライド調整と高さ調整をまとめて実行する。これらの調整後に、参照球１２０の傾斜状態での大円Ｃ１の形状測定を実行する。このようにすれば、より少ない手順での測定が可能になる。

第３実施形態
図５に基づいて第３実施形態にかかる真円度測定機３０１について説明する。第１実施形態の保持台１０と共通する構成には、その符号の数字に３００を加えた符号を付す。図５は、参照球２０の任意の輪郭を測定する際に、参照球２０を斜めの姿勢で設置した状態を示す図である。

図５に示す測定機３０１は、図１における保持台１０を、任意の大円の形状測定に対応するための角度調整機能を備えた保持台３１０に置き換えた構成となっている。角度調整とは、参照球２０の軸部２４の傾斜角度を調整する意味である。

ベース部３１２は、垂直保持部３１４が設けられる水平面３１２ａと、角度調整部３１８の案内面として利用される凹状の曲面３１２ｂとを有する。回転テーブル５の回転軸と半径方向とによって定まる平面で、曲面３１２ｂを切り取った場合の断面形状は、円弧である。角度調整部３１８は、ベース部３１２の曲面３１２ｂに合致する凸状の曲面を有する。また、角度調整部３１８には、傾斜回転保持部３１６が取り付けられている。従って、角度調整部３１８の姿勢が、凹状の曲面３１２ｂに案内されて変化すると、傾斜回転保持部３１６の姿勢も変化し、これに伴って、傾斜回転保持部３１６で定まる傾斜方向も変わる。

特許文献１には、参照球２０の軸部２４の軸線とテーブル面との成す角度をおよそ３５度とし、傾斜回転保持部３１６をその回転軸を中心に１２０度ずつ回転させて、１２０度ごとの回転位置で通常の輪郭測定を実行することによって、完全に直交する３つの大円の輪郭形状を測定することができることが提案されている。また、軸部２４とテーブル面との成す角度の設定値を変更することにより、球部２２の中心を通る任意の平面で切り取られる球部２２の断面の輪郭形状を測定することができることも提案されている。本実施形態では角度調整部３１８を設けたことにより、特許文献１で提案されている任意の断面の輪郭形状を容易に測定することができる。

ここで、図５に示すように、凹状の曲面３１２ｂの断面形状である円弧の中心を、交点Ｐ（垂直保持部３１４による垂直方向の軸線と、傾斜回転保持部３１６による傾斜方向の軸線との交点）にすることが好ましい。曲面３１２ｂの断面形状が交点Ｐを中心とする円弧であれば、角度調整部３１８の姿勢を変化させても、球部２２の中心位置は交点Ｐのまま維持されて、移動しない。このように、角度調整部３１８の断面円弧状の案内面を、球部２２を中心とする円弧状に設計することにより、軸部２４とテーブル面とのなす角度を変更させても、参照球２０の球部２２の中心位置及び高さを一定にすることができる。従って、参照球２０の任意の位置の形状を少ない段取りでかつ高精度に測定することが可能になる。
なお、本実施形態の保持台３１０に第２実施形態で説明した高さ調整機能およびスライド調整機能を組み込んで多機能保持台を構成してもよい。

第４実施形態
図６、７に基づいて第４実施形態にかかる真円度測定機４０１について説明する。第１実施形態の保持台１０と共通する構成には、その符号の数字に４００を加えた符号を付す。図６は、参照球２０が斜めに保持される位置（傾斜保持位置）に切り換えられた状態を示す。図７は、参照球２０が垂直に保持される位置（垂直保持位置）に切り換えられた状態を示す。

本実施形態の真円度測定機４０１は、図１における保持台１０を位置切換機構付きの保持台４１０に置き換えた構成となっている。保持台４１０は、ベース部４１２と、回転保持部４１６と、位置切換部４１８と、を有する。ベース部４１２は、テーブル面上に載置され、テーブル面とは平行でない傾斜面４１２ａを有する。

位置切換部４１８は、傾斜面４１２ａに垂直な軸（Ｌ）を中心にして、ベース部４１２に対して回転自在に設けられている。この回転によって、位置切換部４１８は、回転保持部４１６の位置を垂直保持位置または傾斜保持位置に切り換える。位置切換部４１８の回転角度は、少なくとも１８０度である。

回転保持部４１６は、参照球の軸部２２を所定方向に規定した状態で軸部２２の先端を保持する。この回転保持部４１６の構成は、第１実施形態の傾斜回転保持部１６の構成に共通している。図６のように、回転保持部４１６を傾斜保持位置に切り換えた状態では、所定方向がテーブル面に対して傾斜方向になり、この傾斜方向の軸線をＬ２で示す。図７のように、位置切換部４１８が回転保持部４１６を垂直保持位置に切り換えた状態では、回転保持部４１６により規定される所定方向がテーブル面に対して垂直方向になり、この垂直方向の軸線をＬ１で示す。垂直方向の軸線Ｌ１と傾斜方向の軸線Ｌ２とは、１点（交点Ｐ）で交わっている。また、回転保持部４１６の位置の切り換え前後で交点Ｐから回転保持部４１６までの長さ寸法が一致している。回転軸Ｌは、垂直保持位置での垂直方向の軸線Ｌ１と、傾斜保持位置での傾斜方向の軸線Ｌ２とが成す角度の２等分線に一致しており、この回転軸Ｌは、位置切換部４１８に関する対称線と呼ばれる。

第１から第３実施形態においては、参照球２０を斜めの姿勢及び垂直の姿勢に相互に変更する際に、垂直保持部１４および傾斜回転保持台１６に対して参照球２０の取り付け・取り外しの作業を必要とする。これに対して、本実施形態の保持台４１０を用いれば、参照球２０の取り付け・取り外しの作業を行うことなく、位置切換部４１８を切り換えるだけで、参照球２０の姿勢を斜め及び垂直に相互に変更することが可能になる。ここでは、対称線Ｌを回転軸として位置切換部４１８を回転させる機構としたが、必ずしも回転機構にする必要は無く、例えば、位置切換部４１８をベース部４１２から取り外せるようにして、取り外した位置切換部４１８を反転させた後、再度ベース部４１２に取り付けられるような着脱機構を設けてもよい。

以上の各実施形態ではテーブル回転型の場合を説明した。しかし、テーブルを回転させる方式の測定装置だけでなく、球部２２の周りを検出器自体が移動する方式（検出器回転型）の測定装置にも本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。

また、各実施形態の保持台は、そのベース部１２，２１２，３１２，４１２を回転テーブルに載置した状態で用いられ、回転テーブルに対してベース部自体の姿勢は変化しない。しかし、回転式ではないテーブルを用いて、保持台自体に回転機構を設けてもよい。つまり、例えば図３のベース部２１２自体が、スライド調整部２１７及び高さ調整部２１５を載せたまま、垂直保持部２１４の軸線を中心に回転自在に構成されていてもよい。同様に図１、５、６のベース部１２，３１２，４１２についても、垂直保持部１４，３１４の軸線や図６の軸線Ｌ１を中心に回転自在に構成されていてもよい。

１、２０１、３０１、４０１ 球体形状測定装置（真円度測定機）
２ コラム
３ スライダ
４ アーム
５ 回転テーブル（テーブル）
６ プローブ
１０、２１０、３１０、４１０ 保持台
１２、２１２、３１２、４１２ ベース部
１４、２１４、３１４ 垂直保持部
１６、２１６、３１６ 傾斜回転保持部（傾斜保持部）
２０、１２０ 参照球
２２、１２２ 球部
２４、１２４ 軸部
２１５ 高さ調整部
２１７ スライド調整部
３１８ 角度調整部
４１６ 回転保持部（保持部）
４１８ 位置切換部

Claims (5)

1. 球部、および、前記球部の中心を通る中心線を有する軸部により構成された被測定球を測定対象とする球体形状測定装置であって、
   テーブルと、
   前記テーブル上に載置されて前記被測定球を保持する保持台と、
   前記テーブルに平行な面上での前記球部の輪郭形状を測定するプローブと、を備え、
   前記保持台は、前記テーブル上に載置されるベース部と、前記ベース部の異なる位置にそれぞれ設けられた垂直保持部および傾斜保持部と、を有し、
   前記垂直保持部は、前記軸部をテーブル面に対して垂直方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持し、
   前記傾斜保持部は、前記軸部をテーブル面に対して傾斜方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持し、
   これら垂直保持部および傾斜保持部は、それぞれの軸線同士で１つの交点を形成するように配置されており、かつ、前記交点から前記垂直保持部までの長さ寸法と前記交点から前記傾斜保持部までの長さ寸法とが一致するように配置され、前記球部の中心が前記交点に位置するように配置されていることを特徴とする球体形状測定装置。
2. 請求項１記載の球体形状測定装置において、
   前記保持台は、さらに、前記垂直保持部と前記傾斜保持部の少なくとも一方を、テーブル面に平行な方向で、他方の前記垂直保持部または前記傾斜保持部に対して接近または離隔する方向に、スライドさせるスライド調整部を備えることを特徴とする球体形状測定装置。
3. 請求項１または２記載の球体形状測定装置において、
   前記保持台は、さらに、前記垂直保持部を、テーブル面に垂直な方向に移動させる高さ調整部を備えることを特徴とする球体形状測定装置。
4. 請求項１から３のいずかに記載の球体形状測定装置において、
   前記保持台は、さらに、前記傾斜保持部で定められる傾斜方向の軸線とテーブル面との成す角度が連続的に変化するように、前記ベース部に対する前記傾斜保持部の傾斜角度を調整する角度調整部を備えることを特徴とする球体形状測定装置。
5. 球部、および、前記球部の中心を通る中心線を有する軸部により構成された被測定球を測定対象とする球体形状測定装置であって、
   テーブルと、
   前記テーブル上に載置されて前記被測定球を保持する保持台と、
   前記テーブルに平行な面上での前記球部の輪郭形状を測定するプローブと、を備え、
   前記保持台は、前記テーブル上に載置されるベース部と、前記被測定球の前記軸部を所定方向に規定した状態で前記軸部の先端を保持する保持部と、前記保持部の位置を前記ベース部の垂直保持位置または傾斜保持位置に切り換える位置切換部と、を有し、
   前記位置切換部が前記保持部を前記垂直保持位置に切り換えた状態では、前記保持部により規定される前記所定方向がテーブル面に対して垂直方向であり、前記保持部を前記傾斜保持位置に切り換えた状態では、前記所定方向がテーブル面に対して傾斜方向であり、
   前記保持部のそれぞれの保持位置での軸線同士が１つの交点を形成し、
   前記保持部の位置の切り換え前後で前記交点から前記保持部までの長さ寸法が一致し、
   前記位置切換部は、ベース部に対して１８０度回転自在に設けられており、
   前記位置切換部の回転軸は、前記垂直保持位置での軸線と前記傾斜保持位置での軸線との成す角の２等分線に一致し、
   前記位置切換部の１８０度の回転によって、前記保持部の位置が前記ベース部の垂直保持位置または傾斜保持位置に切り換わることを特徴とする球体形状測定装置。

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