JP7201942B2 - 検出器及び真円度測定機 - Google Patents

Description

本発明は検出器及び真円度測定機に係り、特に被測定物に対する姿勢変更を行わずに２方向の変位を測定する検出器及び真円度測定機に関する。

真円度測定機は、被測定物の内外径方向の変位を測定する真円度測定と上下方向の変位を測定する平面度測定との、２方向の測定ニーズがある。このため、被測定物に対する検出器の姿勢を変更することで、２方向の測定を行っていた。しかしながら、姿勢変更のためにはユーザによる操作、又は自動変更機構が必要であるという問題があり、姿勢変更を行わずに２方向を精度よく測定可能な検出器が要望されている。

一方、姿勢変更を行わずに複数方向の変位を測定する検出器として、測定する自由度分だけ平行リンク機構を重ねた検出器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような検出器は、平行リンクを重ねるため、構造が複雑であった。また、変位センサが自由度数分、例えば２方向なら２つ必要であった。さらに、測定する複数方向の自由度が分離していないため、誤差が発生しやすいという問題点があった。例えば、上下方向と左右方向との測定が可能な検出器においては、上下方向の変位を内外径方向のリンクの変位で吸収できてしまう。

このような問題点に対し、特許文献２には、測定対象物と接触する接触子をＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）センサのコアとコイルとのそれぞれに取り付け、２つの接触子により検出器の姿勢を変えることなく２方向の測定を実施する検出器が提案されている。

実開昭６４－５０３０３号公報 特許第４８８４３７６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の検出器では、２箇所の接触点を有するため、測定姿勢に制限があるという問題点があった。また、２箇所の接触点を有するため、検出器の校正が複雑であるという問題点があった。さらに、２つの可動部を接続する軸受部を通して、測定しない側の部材が回転してしまい、測定精度分離が困難という問題点もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、姿勢変更を行うことなく２方向の変位を精度よく測定する検出器及び真円度測定機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために検出器の一の態様は、それぞれ第１長さの第１リンク部材及び第２リンク部材が対向し、それぞれ第２長さの第３リンク部材及び第４リンク部材が対向する四節平行リンクと、第１リンク部材と平行な方向に伸延する測定子であって、一端が第１リンク部材又は第４リンク部材に支持され、他端に接触子を保持する測定子と、第２リンク部材を第１方向に平行にして固定する第１固定部と、第３リンク部材を第１方向に直交する第２方向に平行に固定する第２固定部と、を有し、第２リンク部材又は第３リンク部材を固定するリンク固定機構と、第１リンク部材、第２リンク部材、第３リンク部材、及び第４リンク部材のうちの対向する一対のリンク部材の一方に設けられた第１部品と他方に設けられた第２部品との相対位置の変位量を検出する変位センサであって、第２リンク部材を固定した場合に第１方向の変位量を検出し、第３リンク部材を固定した場合に第２方向の変位量を検出する変位センサと、を備えた検出器である。

本態様によれば、第１長さの第１リンク部材及び第２リンク部材が対向し、それぞれ第２長さの第３リンク部材及び第４リンク部材が対向する四節平行リンクの第２リンク部材を第１方向に平行な方向に固定した場合に第１方向の変位量を検出し、第３リンク部材を第２方向に平行な方向に固定した場合に第２方向の変位量を検出するようにしたので、姿勢変更を行うことなく２方向の変位を精度よく測定することができる。

変位センサはコア及びコイルを有するＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）センサであり、ＬＶＤＴセンサは、コア及びコイルのうちの一方が第１部品であり、他方が第２部品であることが好ましい。これにより、適切に変位量を検出することができる。

一端が第１リンク部材又は測定子に接続され、他端がレバーに接続されたバネを有し、第２リンク部材を固定した場合にレバーを第１方向に向け、第３リンク部材を固定した場合にレバーを第２方向に向けることで接触子に測定力を付与する測定力付与機構を備えることが好ましい。これにより、適切に２方向の変位量を検出することができる。

第２長さは、第１長さと測定子の長さとの和に等しいことが好ましい。これにより、２方向の測定感度を等しくすることができる。

上記目的を達成するために真円度測定機の一の態様は、それぞれ第１長さの第１リンク部材及び第２リンク部材が対向し、それぞれ第２長さの第３リンク部材及び第４リンク部材が対向する四節平行リンクと、第１リンク部材と平行な方向に伸延する測定子であって、一端が第１リンク部材又は第４リンク部材に支持され、他端に接触子を保持する測定子と、第２リンク部材を第１方向に平行にして固定する第１固定部と、第３リンク部材を第１方向に直交する第２方向に平行に固定する第２固定部と、を有し、第２リンク部材又は第３リンク部材を固定するリンク固定機構と、第１リンク部材、第２リンク部材、第３リンク部材、及び第４リンク部材のうちの対向する一対のリンク部材の一方に設けられた第１部品と他方に設けられた第２部品との相対位置の変位量を検出する変位センサであって、第２リンク部材を固定した場合に第１方向の変位量を検出し、第３リンク部材を固定した場合に第２方向の変位量を検出する変位センサと、を備えた検出器と、測定対象物が載置され、回転軸を中心に測定対象物を回転させる回転ステージと、を備え、第１方向及び第２方向は、一方が回転ステージの回転軸と平行な方向であり他方が回転軸と垂直な方向である真円度測定機である。

本態様によれば、姿勢変更を行うことなく回転ステージの回転軸と平行な方向及び垂直な方向の２方向の変位を精度よく測定することができる。

第１方向の変位量を検出する際の変位センサの第１校正値及び第２方向の変位量を検出する際の変位センサの第２校正値を記憶する記憶部と、第２リンク部材を固定した場合には第１校正値を、第３リンク部材を固定した場合には第２校正値を適用して変位センサの出力値を校正する校正部と、を備えることが好ましい。これにより、２方向の変位量を適切に検出することができる。

本発明によれば、姿勢変更を行うことなく２方向の変位を精度よく測定することができる。

真円度測定機の全体構成を示す図 真円度測定機による測定の様子を示す概略図 検出器の内部構成を示す斜視図 検出器の内部構成を示す側面図 測定力付与機構を説明するための検出器の概略図 リンク固定機構を説明するための検出器の概略図 検出器の作用を説明するための図 検出器の作用を説明するための図 検出器の内部構成を示す斜視図 検出器の作用を説明するための図 検出器の作用を説明するための図 真円度測定機の電気的構成を示すブロック図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。

＜真円度測定機の構成＞
図１は、真円度測定機１０の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、真円度測定機１０は、本体ベース１２上に測定対象物となるワークＷを載置する回転ステージ１４が設けられている。回転ステージ１４は、Ｘ方向微動つまみ（不図示）及びＹ方向微動つまみ（不図示）によって±Ｘ方向及び±Ｙ方向に微動送りがされ、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）によって±Ｘ方向及び±Ｙ方向に傾斜が調整されるようになっている。

なお、±Ｘ方向、±Ｙ方向、及び±Ｚ方向は互いに直交する方向であり、±Ｘ方向は水平方向（後述するアーム２０の移動方向）、±Ｙ方向は±Ｘ方向に直交する水平方向、±Ｚ方向は鉛直方向（後述するキャリッジ１８の移動方向）である。

本体ベース１２の内部には、回転ステージ１４に連結されるモータ（不図示）が備えられている。回転ステージ１４は、このモータにより±Ｚ方向に平行な回転軸を中心に回転する。

回転ステージ１４の上面には、ワークＷが載置される。図１に示すワークＷは、一定の外径を有する円筒形状を有している。ワークＷは、その中心軸が回転ステージ１４の回転軸と同軸上となるように載置される。回転ステージ１４に載置されたワークＷは、回転ステージ１４とともに回転軸を中心に回転する。

また、本体ベース１２上には、±Ｚ方向に延びるコラム１６が立設される。コラム１６には、キャリッジ１８が±Ｚ方向に移動自在に支持されている。キャリッジ１８は、モータ（不図示）の駆動により±Ｚ方向に移動する。

キャリッジ１８には、アーム２０が±Ｘ方向に移動自在に支持されている。アーム２０は、モータ（不図示）の駆動により±Ｘ方向に移動する。

アーム２０の先端には検出器ホルダ２２が設けられている。検出器ホルダ２２には、検出器２４が着脱可能に取り付けられる。検出器２４は、略±Ｚ方向に延びるスタイラス２６を有している。スタイラス２６の先端には接触子２８（図２参照）が設けられている。

検出器２４は、接触子２８の変位を示す電気信号を出力する。検出器２４の詳細については後述する。

キャリッジ１８の±Ｚ方向の移動及びアーム２０の±Ｘ方向の移動により、検出器２４の±Ｚ方向及び±Ｘ方向の位置を変更することができる。

このように構成された真円度測定機１０において、回転ステージ１４を回転することで、ワークＷと検出器２４とを相対的に移動させる。そして、検出器２４の検出結果に基づいて、ワークＷの表面性状を測定することができる。

図２は、真円度測定機１０による測定の様子を示す概略図である。図２のＦ２Ａに示すように、回転ステージ１４とともに回転するワークＷの側面に接触子２８を接触させることで、ワークＷの真円度を測定することができる。また、図２のＦ２Ｂに示すように、回転ステージ１４とともに回転するワークＷの上面に接触子２８を接触させることで、ワークＷの上面の平面度を測定することができる。

図２に示すように、真円度測定機１０は、検出器２４の姿勢を変更することなく、内外径方向の真円度測定と上下方向の平面度測定との、２方向の測定を行うことができる。

＜第１の実施形態＞
〔検出器の構成〕
図３は、第１の実施形態に係る検出器２４の内部構成を示す斜視図である。また、図４は、検出器２４の内部構成を示す側面図であり、一部を透視した図である。

図３及び図４に示すように、検出器２４は、前述したスタイラス２６、接触子２８の他、四節平行リンク３０、変位センサ６０、及び測定力付与機構８０等を備えて構成される。

四節平行リンク３０は、第１リンクメンバー３２、第２リンクメンバー３４、第３リンクメンバー３６、第４リンクメンバー３８、連結部４０、連結部４２、連結部４４、及び連結部４６を備えている。また、四節平行リンク３０は、連結部４４において平行リンク支持部４８によって支持される。

第１リンクメンバー３２（第１リンク部材の一例）は、スタイラス２６を保持している。スタイラス２６は、第１リンクメンバー３２と平行な方向に伸延するように保持される。四節平行リンク３０から接触子２８まで、ここでは連結部４２から接触子２８までを測定子２７と呼ぶ。なお、スタイラス２６は、第１リンクメンバー３２に保持される構成に限定されず、第１リンクメンバー３２と平行な方向に伸延して第１リンクメンバー３２又は第４リンクメンバー３８に保持されていればよい。

第１リンクメンバー３２の一端には、連結部４０によって第３リンクメンバー３６（第３リンク部材の一例）の一端が揺動自在に連結されている。また、第１リンクメンバー３２の他端には、連結部４２によって第４リンクメンバー３８（第４リンク部材の一例）の一端が揺動自在に連結されている。

第２リンクメンバー３４（第２リンク部材の一例）の一端には、連結部４４によって第３リンクメンバー３６の他端が揺動自在に連結されている。また、第２リンクメンバー３４の他端には、連結部４６によって第４リンクメンバー３８の他端が揺動自在に連結されている。

このように構成された四節平行リンク３０によって、接触子２８が２次元平面内を移動可能となる。

ここで、第１リンクメンバー３２及び第２リンクメンバー３４の長さ（有効リンク長）は、それぞれ第１長さＬ_１である。即ち、第１リンクメンバー３２の連結部４０と連結部４２との距離をＬ_Ｒ、第２リンクメンバー３４の連結部４４と連結部４６との距離をＬ_Ｏとすると、以下の式１が成り立つ。

Ｌ_Ｒ＝Ｌ_Ｏ＝Ｌ_１ …（式１）
また、第３リンクメンバー３６及び第４リンクメンバー３８の長さ（有効リンク長）は、それぞれ第２長さＬ_２である。即ち、第３リンクメンバー３６の連結部４０と連結部４４との距離をＬ_Ｇ、第４リンクメンバー３８の連結部４２と連結部４６との距離をＬ_Ｂとすると、以下の式２が成り立つ。

Ｌ_Ｇ＝Ｌ_Ｂ＝Ｌ_２ …（式２）
このように、対向するリンクメンバーの長さ（有効リンク長）を等しく構成することにより、四節平行リンク３０は、第１リンクメンバー３２、第２リンクメンバー３４、第３リンクメンバー３６、及び第４リンクメンバー３８のうちの１つのリンクメンバーを固定すると、固定したリンクメンバーに対向するリンクメンバーが、固定したリンクメンバーとの平行を維持した状態で円弧運動をする（平行リンク動作）。

四節平行リンク３０は、第２リンクメンバー３４及び第３リンクメンバー３６をそれぞれ独立に固定するリンク固定機構５０（図６参照）を備えている。リンク固定機構５０の詳細については後述する。

変位センサ６０は、第１リンクメンバー３２、第２リンクメンバー３４、第３リンクメンバー３６、及び第４リンクメンバー３８のうちの対向する一対のリンクメンバーの一方に設けられた第１部品と他方に設けられた第２部品との相対位置の変位量を検出する。ここでは、変位センサ６０は、ボビン６２及びコア６４（図７参照）を備えたＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）センサである。ボビン６２及びコア６４のうちの一方が第１部品に相当し、他方が第２部品に相当する。

ボビン６２は、空洞部を有する円筒形状を有している。ボビン６２にはコイル（不図示）が巻回されている。ボビン６２は、空洞部を第３リンクメンバー３６に平行にした状態で、第３リンクメンバー３６に設けられたボビン支持部６６に支持される。

コア６４は、円柱形状を有している。コア６４は、円柱の軸を第４リンクメンバー３８に平行にした状態でボビン６２の空洞部に挿通され、第４リンクメンバー３８に設けられたコア支持部６８に支持される。なお、第３リンクメンバー３６にコア支持部６８を設けてコア６４を支持し、第４リンクメンバー３８にボビン支持部６６を設けてボビン６２を支持してもよい。

測定力付与機構８０は、測定力付与ダイヤル８２、及び測定力付与ダイヤル８２を回転自在に支持する測定力付与ダイヤル支持部８４を備えている。測定力付与ダイヤル支持部８４は、平行リンク支持部４８に支持されている。測定力付与機構８０は、第１リンクメンバー３２を付勢して接触子２８に測定力を付与する。

なお、平行リンク支持部４８は、支持部４９によって±Ｚ方向を軸に回転可能に支持される。これにより、検出器２４は、±Ｘ方向の変位の検出と±Ｙ方向の変位の検出を切り替えることができる。

〔測定力付与機構の構成〕
図５は、測定力付与機構８０を説明するための検出器２４の概略図である。図５では、測定力付与ダイヤル８２、及び測定力付与ダイヤル支持部８４の図示は省略している。また、図５では、±Ｘ方向及び±Ｙ方向を区別せず水平方向を±Ｒ方向と表記している。

図５に示すように、測定力付与機構８０は、測定力付与レバー８６、及び測定力付与バネ８８を備えている。

測定力付与ダイヤル８２の回転軸（不図示）は、測定力付与ダイヤル支持部８４を貫通して、測定力付与レバー８６の軸支側８６Ａを軸支している。測定力付与レバー８６は、測定力付与ダイヤル８２の回転に伴って軸支側８６Ａを中心に非軸支側８６Ｂが円弧を描いて回転する。

第１リンクメンバー３２のＲＺ平面視において測定力付与ダイヤル８２の回転軸と重なる位置にはバネ固定部（不図示）が設けられ、測定力付与バネ８８の一端が接続される。また、測定力付与バネ８８の他端は、測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂに接続される。したがって、測定力付与バネ８８は、バネ力により第１リンクメンバー３２を測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂの方向に付勢する。この付勢力は、スタイラス２６を介して接触子２８に測定力として付与される。

例えば、図５のＦ５Ａに示すように、測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂを－Ｒ方向に向けると、第１リンクメンバー３２は－Ｒ方向に付勢され、接触子２８には－Ｒ方向に測定力が付与される。これにより、図２のＦ２Ａに示したように、ワークＷの真円度を測定することができる。

また、図５のＦ５Ｂに示すように、測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂを－Ｚ方向に向けると、接触子２８には－Ｚ方向に測定力が付与される。これにより、図２のＦ２Ｂに示したように、ワークＷの上面の平面度を測定することができる。

また、図５のＦ５Ｃに示すように、測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂを＋Ｒ方向に向けると、接触子２８には＋Ｒ方向に測定力が付与される。これにより、円筒形状のワークＷの内径の真円度を測定することができる。

測定力付与機構８０は、第１リンクメンバー３２と平行リンク支持部４８（図３参照）との間に＋Ｚ方向にバネ力が作用する自重キャンセルバネ９０を備えている。自重キャンセルバネ９０は、そのバネ力により、－Ｚ方向に測定力を付与する際の第１リンクメンバー３２の自重の影響を排除する。したがって、－Ｚ方向に付与する測定力には第１リンクメンバー３２の自重が加わることがなく、－Ｚ方向に付与する測定力と±Ｒ方向に付与する測定力との差を小さくすることができる。

〔リンク固定機構の構成〕
図６は、リンク固定機構５０を説明するための検出器２４の概略図である。検出器２４は、図２のＦ２Ａに示すようにワークＷの側面に接触子２８を接触させて真円度を測定する場合には、第３リンクメンバー３６を±Ｒ方向（第２方向の一例）に平行にして固定する。また、図２のＦ２Ｂに示すようにワークＷの上面に接触子２８を接触させて平面度を測定する場合には、第２リンクメンバー３４を±Ｚ方向（第１方向の一例）に平行にして固定する。

図６に示すように、リンク固定機構５０は、第２リンクメンバー固定用ピン５２、及び第３リンクメンバー固定用ピン５４を備えている。

第２リンクメンバー固定用ピン５２（第１固定部の一例）は、±Ｒ方向に移動可能に平行リンク支持部４８に支持されている。一方、第２リンクメンバー３４には、窪み部３４Ｄが設けられている。第２リンクメンバー固定用ピン５２を－Ｒ方向に移動させると、第２リンクメンバー固定用ピン５２は、±Ｚ方向に平行な状態の第２リンクメンバー３４の窪み部３４Ｄに係合する。

また、第３リンクメンバー固定用ピン５４（第２固定部の一例）は、±Ｚ方向に移動可能に平行リンク支持部４８に支持されている。一方、第３リンクメンバー３６には、窪み部３６Ｄが設けられている。第３リンクメンバー固定用ピン５４を－Ｚ方向に移動させると、第３リンクメンバー固定用ピン５４は、±Ｒ方向（第２方向の一例）に平行な状態の第３リンクメンバー３６の窪み部３６Ｄに係合する。

ワークＷの平面度を測定する場合は、図６に示すように、第３リンクメンバー固定用ピン５４を＋Ｚ方向に移動させて窪み部３６Ｄとの係合を解除する。また、第２リンクメンバー固定用ピン５２を－Ｒ方向に移動させて窪み部３４Ｄに係合させる。ここで、－Ｚ方向に測定力を付与する際に、測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂを－Ｚ方向に対して角度θだけ＋Ｒ方向に向ける。

これにより、測定力付与バネ８８のバネ力Ｆ_Ｍのうち、－Ｚ方向の分力Ｆ_Ｍ×ｃｏｓθが接触子２８に付与する測定力となり、＋Ｒ方向の分力Ｆ_Ｍ×ｓｉｎθが窪み部３４Ｄと第２リンクメンバー固定用ピン５２との押し付け力となる。この押し付け力により第２リンクメンバー３４を±Ｚ方向に平行にして固定することができる。

ワークＷの真円度を測定する場合は、第２リンクメンバー固定用ピン５２を＋Ｒ方向に移動させて窪み部３４Ｄとの係合を解除する。また、第３リンクメンバー固定用ピン５４を－Ｚ方向に移動させて窪み部３６Ｄに係合させる。

さらに、測定力付与バネ８８のバネ力のうち、＋Ｚ方向への分力を窪み部３６Ｄと第３リンクメンバー固定用ピン５４との押し付け力として発生させつつ、Ｒ方向又は－Ｒ方向への分力を接触子２８の測定力として付与する方向に測定力付与レバー８６の非軸支側８６Ｂを向ければよい。

ここでは、リンク固定機構５０として、第２リンクメンバー固定用ピン５２及び第３リンクメンバー固定用ピン５４を用いているが、第２リンクメンバー３４及び第３リンクメンバー３６を固定する方法はこれに限定されない。例えば、機械的にクランプする方法、又は電磁石によって固定する方法等を採用してもよい。また、リンク固定機構５０は、第２リンクメンバー３４及び第３リンクメンバー３６のいずれか一方を選択的に固定できればよい。

このように、リンク固定機構５０により第２リンクメンバー３４及び第３リンクメンバー３６のそれぞれを独立に固定することで、後述するように接触子２８の移動方向を１次元的な移動に制限することができる。

〔検出器の作用〕
図７及び図８は、検出器２４の作用を説明するための図である。

図７のＦ７Ａに示すように、第２リンクメンバー３４の固定を解放し、第３リンクメンバー固定用ピン５４によって第３リンクメンバー３６を固定すると、第４リンクメンバー３８は、第３リンクメンバー３６に対して平行を維持したまま±Ｒ方向に移動可能となる。また、測定力付与機構８０（図７において不図示）によってＲ方向又は－Ｒ方向に測定力を付与する。

この状態で、測定力を付与した方向に接触子２８を測定対象物に接触させると、接触子２８は、測定対象物の表面に応じて±Ｒ方向に変位する。

図７のＦ７Ｂは、Ｆ７Ａに示す状態から接触子２８が＋Ｒ方向に変位した様子を示している。Ｆ７Ｂに示すように、接触子２８が＋Ｒ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して＋Ｒ方向に相対移動する。

また、図７のＦ７Ｃは、Ｆ７Ａに示す状態から接触子２８が－Ｒ方向に変位した様子を示している。Ｆ７Ｃに示すように、接触子２８が－Ｒ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して－Ｒ方向に相対移動する。

変位センサ６０は、この相対移動により発生するコイル電流の変化を検出して、接触子２８の±Ｒ方向の変位量を検出する。これにより、真円度測定機１０は、ワークＷの真円度を測定することができる。

一方、図８のＦ８Ａに示すように、第３リンクメンバー３６の固定を解放し、第２リンクメンバー固定用ピン５２によって第２リンクメンバー３４を固定すると、第１リンクメンバー３２は、第２リンクメンバー３４に対して平行を維持したまま±Ｚ方向に移動可能となる。また、測定力付与機構８０（図８において不図示）によって－Ｚ方向に測定力を付与する。

この状態で、測定力を付与した方向に接触子２８を測定対象物に接触させると、接触子２８は、測定対象物の表面に応じて±Ｚ方向に変位する。

図８のＦ８Ｂは、Ｆ８Ａに示す状態から接触子２８が＋Ｚ方向に変位した様子を示している。Ｆ８Ｂに示すように、接触子２８が＋Ｚ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して＋Ｒ方向に相対移動する。

また、図８のＦ８Ｃは、Ｆ８Ａに示す状態から接触子２８が－Ｚ方向に変位した様子を示している。Ｆ８Ｃに示すように、接触子２８が－Ｚ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して－Ｒ方向に相対移動する。

変位センサ６０は、この相対移動により発生するコイル電流の変化を検出して、接触子２８の±Ｚ方向の変位量を検出する。これにより、真円度測定機１０は、ワークＷの上面の平面度を測定することができる。

＜Ｒ方向／Ｚ方向感度比＞
ここで、±Ｒ方向の変位を測定する場合と±Ｚ方向の変位を測定する場合との変位センサ６０の感度について考える。

検出器２４における測定時の接触子２８の変位量をΔ_Ｃ、変位センサ６０のボビン６２及びコア６４の相対変位量をΔ_ＬＶＤＴとすると、検出器２４の感度Ｓ_１は、Ｓ_１＝Δ_ＬＶＤＴ／Δ_Ｃと表すことができる。

接触子２８が±Ｒ方向に変位する場合の感度をＳ_１Ｒ、接触子２８が±Ｚ方向に変位する場合の感度をＳ_１Ｚ、測定子２７の長さ、即ち連結部４２と接触子２８との間の距離を第３長さＬ_３とし、変位角度が微小角の近似を使用すると、Ｓ_１Ｒ及びＳ_１Ｚはそれぞれ、
Ｓ_１Ｒ＝Ｌ_１／（Ｌ_１＋Ｌ_３） …（式３）
Ｓ_１Ｚ＝Ｌ_１／Ｌ_２ …（式４）
と表すことができる。

式３及び式４から、Ｒ方向とＺ方向との感度比Ｒ／Ｚは、
Ｒ／Ｚ＝Ｓ_１Ｒ／Ｓ_１Ｚ＝Ｌ_２／（Ｌ_１＋Ｌ_３） …（式５）
と表すことができる。

ここで、±Ｒ方向の変位を測定する場合の変位センサ６０の感度と±Ｚ方向の変位を測定する場合との変位センサ６０の感度とは、等しいことが好ましい。式５から、Ｒ／Ｚ＝１、即ちＳ_１Ｘ＝Ｓ_１Ｚとするためには、
Ｌ_２＝Ｌ_１＋Ｌ_３ …（式６）
の関係を満たせばよいことがわかる。

即ち、検出器２４は、第２長さＬ_２が第１長さＬ_１と第３長さＬ_３との和に等しい構成とすることで、±Ｒ方向の変位を測定する場合と±Ｚ方向の変位を測定する場合との変位センサ６０の感度を等しくすることができる。

＜第２の実施形態＞
〔検出器の構成〕
図９は、第２の実施形態に係る検出器２５の内部構成を示す図であり、一部を透視した図である。第１の実施形態に係る検出器２４とは、変位センサ６０の配置が異なっている。

図９に示すように、検出器２５は、第１リンクメンバー３２にコア支持部６８が設けられている。コア支持部６８はコア６４の円柱の軸を第１リンクメンバー３２と平行にしてコア６４を支持する。また、検出器２５は、第２リンクメンバー３４にボビン支持部６６が設けられている。ボビン支持部６６はボビン６２（図１０参照）の空洞部を第２リンクメンバー３４と平行にしてボビン６２を支持する。第１リンクメンバー３２にボビン支持部６６を設けてボビン６２を支持し、第２リンクメンバー３４にコア支持部６８を設けてコア６４を支持してもよい。その他の構成は、検出器２４と同様である。

〔検出器の作用〕
図１０及び図１１は、検出器２５の作用を説明するための図である。

図１０のＦ１０Ａに示すように、第２リンクメンバー３４の固定を解放し、第３リンクメンバー固定用ピン５４によって第３リンクメンバー３６を固定すると、第４リンクメンバー３８は、第３リンクメンバー３６に対して平行を維持したまま±Ｒ方向に移動可能となる。また、測定力付与機構８０（図１０において不図示）によってＲ方向又は－Ｒ方向に測定力を付与する。

この状態で、測定力を付与した方向から接触子２８を測定対象物に接触させると、接触子２８は、測定対象物の表面に応じて±Ｒ方向に変位する。

図１０のＦ１０Ｂは、Ｆ１０Ａに示す状態から接触子２８が＋Ｒ方向に変位した様子を示している。Ｆ１０Ｂに示すように、接触子２８が＋Ｒ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して＋Ｚ方向に相対移動する。

また、図１０のＦ１０Ｃは、Ｆ１０Ａに示す状態から接触子２８が－Ｒ方向に変位した様子を示している。Ｆ１０Ｃに示すように、接触子２８が－Ｒ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して－Ｚ方向に相対移動する。

変位センサ６０は、この相対移動により発生するコイル電流の変化を検出して、接触子２８の±Ｒ方向の変位量を検出する。これにより、真円度測定機１０は、ワークＷの真円度を測定することができる。

一方、図１１のＦ１１Ａに示すように、第３リンクメンバー３６の固定を解放し、第２リンクメンバー固定用ピン５２によって第２リンクメンバー３４を固定すると、第１リンクメンバー３２は、第２リンクメンバー３４に対して平行を維持したまま±Ｚ方向に移動可能となる。また、測定力付与機構８０（図１１において不図示）によって－Ｚ方向に測定力を付与する。

この状態で、測定力を付与した方向から接触子２８を測定対象物に接触させると、接触子２８は、測定対象物の表面に応じて±Ｚ方向に変位する。

図１１のＦ１１Ｂは、Ｆ１１Ａに示す状態から接触子２８が＋Ｚ方向に変位した様子を示している。Ｆ１１Ｂに示すように、接触子２８が＋Ｚ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して＋Ｚ方向に相対移動する。

また、図１１のＦ１１Ｃは、Ｆ１１Ａに示す状態から接触子２８が－Ｚ方向に変位した様子を示している。Ｆ１１Ｃに示すように、接触子２８が－Ｚ方向に変位すると、変位センサ６０のコア６４は、ボビン６２に対して－Ｚ方向に相対移動する。

変位センサ６０は、この相対移動により発生するコイル電流の変化を検出して、接触子２８の±Ｚ方向の変位量を検出する。これにより、真円度測定機１０は、ワークＷの上面の平面度を測定することができる。

＜Ｒ方向／Ｚ方向感度比＞
第１の実施形態と同様に、±Ｒ方向の変位を測定する場合と±Ｚ方向の変位を測定する場合との変位センサ６０の感度について考える。なお、検出器２５は、第１リンクメンバー３２及び第２リンクメンバー３４の長さ（有効リンク長）は、それぞれ第１長さＬ_１である。また、第３リンクメンバー３６及び第４リンクメンバー３８の長さ（有効リンク長）は、それぞれ第２長さＬ_２である。測定子２７の長さ、即ち連結部４２と接触子２８との間の距離は第３長さＬ_３である。

検出器２５において、接触子２８が±Ｒ方向に変位する場合の感度をＳ_２Ｒ、接触子２８が±Ｚ方向に変位する場合の感度をＳ_２Ｚとし、変位角度が微小角の近似を使用すると、それぞれ、
Ｓ_２Ｒ＝Ｌ_２／（Ｌ_１＋Ｌ_３） …（式７）
Ｓ_２Ｚ＝１ …（式８）
と表すことができる。

式７及び式８から、Ｒ方向とＺ方向との感度比Ｒ／Ｚは、
Ｒ／Ｚ＝Ｓ_２Ｒ／Ｓ_２Ｚ＝Ｌ_２／（Ｌ_１＋Ｌ_３） …（式９）
と表すことができる。

式５及び式９に示すように、検出器２４及び検出器２５は、ともにＲ方向／Ｚ方向感度比を同じ式で表すことができる。

また、Ｒ／Ｚ＝１、即ちＳ_２Ｘ＝Ｓ_２Ｚとするためには、
Ｌ_２＝Ｌ_１＋Ｌ_３ …（式１０）
の関係を満たせばよいことがわかる。

即ち、検出器２５は、第２長さＬ_２が第１長さＬ_１と第３長さＬ_３との和に等しい構成とすることで、±Ｒ方向の変位を測定する場合と±Ｚ方向の変位を測定する場合との変位センサ６０の感度を等しくすることができる。

＜変位センサの校正＞
図１２は、真円度測定機１０の電気的構成を示すブロック図である。真円度測定機１０は、前述の回転ステージ１４、キャリッジ１８、アーム２０、検出器２４（図４参照）又は検出器２５（図９参照）の変位センサ６０の他、制御部１００、校正部１０２、固定リンクメンバー検出部１０４、記憶部１０６、算出部１０８、及び出力部１１０を備えている。

制御部１００は、真円度測定機１０の動作を統括制御する。制御部１００は、回転ステージ１４の回転、キャリッジ１８の±Ｚ方向の移動、及びアーム２０の±Ｘ方向の移動を制御し、回転ステージ１４の回転角度、キャリッジ１８の±Ｚ方向の位置、及びアーム２０の±Ｘ方向の位置を把握する。

校正部１０２は、変位センサ６０の出力値を校正する。固定リンクメンバー検出部１０４は、リンク固定機構５０により固定されたリンクメンバーが第２リンクメンバー３４及び第３リンクメンバー３６のいずれかであるかを検出する。例えば、測定力付与レバー８６の向きを検出すればよい。固定したリンクメンバーがいずれかであるかを不図示の入力部からユーザが入力してもよい。

記憶部１０６は、第２リンクメンバー３４を固定して±Ｚ方向の変位を測定する場合の第１校正値、及び第３リンクメンバー３６を固定して±Ｒ方向の変位を測定する場合の第２校正値が予め記憶されている。第１校正値及び第２校正値は、平面度及び真円度が既知のワークＷの測定を事前に行うことで、算出することができる。

校正部１０２は、固定リンクメンバー検出部１０４から固定されたリンクメンバーの情報を取得し、取得したリンクメンバーに応じた校正値を適用する。即ち、第２リンクメンバー３４が固定されている場合は、記憶部１０６から第１校正値を取得し、取得した校正値を用いて変位センサ６０の出力値を校正する。また、第３リンクメンバー３６が固定されている場合は記憶部１０６から第２校正値を取得し、取得した校正値を用いて変位センサ６０の出力値を校正する。

算出部１０８は、校正部１０２から出力された値と、制御部１００から出力された回転ステージ１４の回転角度、キャリッジ１８の±Ｚ方向の位置、及びアーム２０の±Ｘ方向の位置に基づいて、ワークＷの真円度及び平面度を算出する。

出力部１１０は、不図示のディスプレイを備え、算出部１０８によって算出されたワークＷの真円度及び平面度を表示する。

このように、測定方向に応じて変位センサ６０の出力値を校正することにより、２方向それぞれを高精度に測定することができる。

＜まとめ＞
以上のように構成された検出器２４及び検出器２５によれば、四節平行リンク３０を使用し、第２リンクメンバー３４又は第３リンクメンバー３６を固定するリンク固定機構５０を設けたので、固定するリンクメンバーにより、接触子２８の運動方向が一意に制限される。これにより、多方向の運動自由度の影響を受けることがなく、高精度に測定することができる。

また、四節平行リンク３０の互いに対向するリンクメンバーである第１リンクメンバー３２と第２リンクメンバー３４、又は第３リンクメンバー３６と第４リンクメンバー３８に変位センサ６０の相対移動する２部品を取り付けたので、いずれの測定方向においても、接触子２８の変位に応じて変位センサ６０が変位を検知することができる。したがって、１つの変位センサ６０で両方向の測定を行うことができる。さらに、四節平行リンク３０の互いに向かい合うリンクメンバー同士は、互いに平行な状態を保ったまま移動するので、変位センサ６０の相対移動する２部品も平行を保って変位する。このため、円弧運動による誤差を無くすことができ、高精度に測定することができる。

変位センサ６０としてボビン６２とコア６４とを備えるＬＶＤＴセンサを使用し、ボビン６２とコア６４とを平行移動させることで、ボビン６２とコア６４とのギャップを小さくし、高精度に測定することができる。また、ボビン６２とコア６４とが平行移動するためにボビン６２とコア６４との衝突を防止することができ、測定範囲を向上させることができる。

検出器２４及び検出器２５は、ともにＲ方向とＺ方向との感度比をＬ_２／（Ｌ_１＋Ｌ_３）と表すことができる。また、Ｌ_２＝Ｌ_１＋Ｌ_３の関係を満たすことで、±Ｒ方向の変位を測定する場合の変位センサ６０の感度と±Ｚ方向の変位を測定する場合の変位センサ６０との感度を等しくし、感度を最適化することができる。

さらに、検出器２４、検出器２５を真円度測定機１０に適用し、測定方向を回転ステージ１４の回転軸に対して垂直方向（±Ｒ方向）と平行方向（±Ｚ方向）に設定することで、ワークＷの真円度及び平面度を精度よく分離することができる。また、母線方向（例えば図２における±Ｙ方向）に運動自由度を持たないため、それぞれを高精度に測定することができる。

また、リンクメンバーを固定して測定方向を決定した際に、自動的に測定方向の校正値を適用することで、適切な校正値を適用することでき、２方向それぞれを高精度に測定することができる。

＜その他＞
検出器２４及び検出器２５は、±Ｒ方向の変位の検出と±Ｚ方向の変位の検出を行うことができる。また、±Ｒ方向として、±Ｘ方向の変位の検出と±Ｙ方向の変位の検出とを切り替えることができる。したがって、３次元測定機に応用することが可能である。

本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。

１０ 真円度測定機
１２ 本体ベース
１４ 回転ステージ
１６ コラム
１８ キャリッジ
２０ アーム
２２ 検出器ホルダ
２４ 検出器
２５ 検出器
２６ スタイラス
２７ 測定子
２８ 接触子
３０ 四節平行リンク
３２ 第１リンクメンバー
３４ 第２リンクメンバー
３４Ｄ 窪み部
３６ 第３リンクメンバー
３６Ｄ 窪み部
３８ 第４リンクメンバー
４０ 連結部
４２ 連結部
４４ 連結部
４６ 連結部
４８ 平行リンク支持部
４９ 支持部
５０ リンク固定機構
５２ 第２リンクメンバー固定用ピン
５４ 第３リンクメンバー固定用ピン
６０ 変位センサ
６２ ボビン
６４ コア
６６ ボビン支持部
６８ コア支持部
８０ 測定力付与機構
８２ 測定力付与ダイヤル
８４ 測定力付与ダイヤル支持部
８６ 測定力付与レバー
８６Ａ 軸支側
８６Ｂ 非軸支側
８８ 測定力付与バネ
９０ 自重キャンセルバネ
１００ 制御部
１０２ 校正部
１０４ 固定リンクメンバー検出部
１０６ 記憶部
１０８ 算出部
１１０ 出力部

Claims (6)

1. それぞれ第１長さの第１リンク部材及び第２リンク部材が対向し、それぞれ第２長さの第３リンク部材及び第４リンク部材が対向する四節平行リンクと、
   前記第１リンク部材と平行な方向に伸延する測定子であって、一端が前記第１リンク部材又は前記第４リンク部材に支持され、他端に接触子を保持する測定子と、
   前記第２リンク部材又は前記第３リンク部材を固定するリンク固定機構と、
   前記第２リンク部材を固定した場合に前記第２リンク部材に平行な第１方向の変位量を検出し、前記第３リンク部材を固定した場合に前記第１方向に直交する第２方向の変位量を検出する変位センサと、
   を備えた検出器。
2. 前記変位センサはコア及びコイルを有するＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）センサであり、
   前記ＬＶＤＴセンサは、前記コアと前記コイルとの相対位置の変位量を検出する請求項１に記載の検出器。
3. 一端が前記第１リンク部材又は前記測定子に接続され、他端がレバーに接続されたバネを有し、
   前記第２リンク部材を固定した場合に前記レバーを前記第１方向に向け、前記第３リンク部材を固定した場合に前記レバーを前記第２方向に向けることで前記接触子に測定力を付与する測定力付与機構を備えた請求項１又は２に記載の検出器。
4. 前記第２長さは、前記第１長さと前記測定子の長さとの和に等しい請求項１から３のいずれか１項に記載の検出器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器と、
   測定対象物が載置され、回転軸を中心に前記測定対象物を回転させる回転ステージと、
   を備え、
   前記第１方向及び前記第２方向は、一方が前記回転ステージの回転軸と平行な方向であり他方が前記回転軸と垂直な方向である真円度測定機。
6. 前記第１方向の変位量を検出する際の前記変位センサの第１校正値及び前記第２方向の変位量を検出する際の前記変位センサの第２校正値を記憶する記憶部と、
   前記第２リンク部材を固定した場合には前記第１校正値を、前記第３リンク部材を固定した場合には前記第２校正値を適用して前記変位センサの出力値を校正する校正部と、
   を備えた請求項５に記載の真円度測定機。

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