JP7314473B2 - 相関関係生成方法、測定力調整方法及び表面性状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は相関関係生成方法、測定力調整方法及び表面性状測定装置に関する。

接触式の表面性状測定用の検出器において、被測定物に接触する接触子、接触子を支持するアーム、アームを揺動可能に支持する揺動支持軸及びアームの揺動変位を検出するセンサを備えるテコ式検出器が広く用いられる。テコ式検出器において、接触子を被測定物へ押し当てる測定力を付与するために、コイルばね等の弾性体が用いられる。測定力は、測定力調節機構を用いて調整される。測定力は設定精度が課題となっていた。

特許文献１は、被測定物に接触子を接触させて測定を実施する接触型内径測定器が記載されている。同文献に記載の装置は、揺動支点において揺動可能に支持された測定用アームの一端に接触子を備え、検出器を用いて他端の変位を検出する。同装置に具備されるアームの揺動支点は十字バネを用いて構成される。かかる構成は、測定力が一定で高精度の測定を可能としている。

特開平１１－２５７９０５号公報

しかしながら、装置ごとに機械的な個体差が存在する場合、測定力付与機構の設定が同一であっても、実際に被測定物に付与される測定力が異なる可能性がある。そのために、装置ごとに測定力付与機構の設定と測定力との相関関係を実際に測定する必要がある。アーム及び接触子等が交換可能な場合にも、同様の課題が存在している。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、低コストの簡易な測定力の調整を実施し得る、相関関係生成方法、測定力調整方法及び表面性状測定装置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、次の発明態様を提供する。

第１態様に係る相関関係生成方法は、接触子を具備するアームが、揺動支点において板状弾性部材を用いて揺動可能に支持され、揺動支点を挟んで接触子とは反対側のアームの部分に、測定力付与部を用いて付勢力を与えることによりアームを介して接触子に対して測定力を付与し、接触子の変位を検出する表面性状測定における相関関係生成方法であって、接触子をワークに非接触にした状態で、付勢力に対応する測定力付与部の設定値を変化させながらアームを介して接触子の変位を検出する検出工程と、変位の検出値と板状弾性部材の物性値とに基づき、変位を検出した際に接触子に付与される測定力を算出する算出工程と、算出工程の算出結果に基づき、測定力付与部の設定値と測定力との相関関係を作成する作成工程と、を含む相関関係生成方法である。

第１態様によれば、接触子を非接触として、複数の測定力付与機構の設定値について接触子の変位を検出する。接触子の変位の検出結果から揺動支点においてアームを支持する板状弾性部材の物性値を用いて、測定力付与機構の設定値に対する接触子に付与される測定力との相関関係を導出する。これにより、測定力を実測する測定装置等を必要とせず、低コストの簡易な、測定力調整に適用される相関関係を生成し得る。

測定力の調整という概念は、測定力の初期設定及び測定力が設定された後の構成等の概念を含み得る。

第２態様は、第１態様の相関関係生成方法において、相関関係は、測定力をＦ_ｍｅａｓ、板状弾性部材の曲げこわさをＢ、アームにおける変位検出位置の検出値をＤ、板状弾性部材の長さをＬ、揺動支点から変位検出位置までの距離をＬ_ａｒｍ、揺動支点から接触子までの距離をＬ_ｔｉｐとして、Ｆ_ｍｅａｓ＝Ｂ×Ｄ／（Ｌ×Ｌ_ａｒｍ×Ｌ_ｔｉｐ）を用いて導出される測定力が適用される構成としてもよい。

第２態様によれば、板状弾性部材の曲げこわさＢ、接触子の変位の検出値Ｄ、板状弾性部材の長さＬ、揺動支点からアームにおける変位検出位置までの距離Ｌ_ａｒｍ及び揺動支点から接触子までの距離Ｌ_ｔｉｐを用いて、接触子の変位の検出値Ｄから測定力Ｆ_ｍｅａｓを導出し得る。

第３態様に係る測定力調整方法は、第１態様に記載された相関関係生成方法で作成された相関関係を用いて測定力を調整する測定力調整方法であって、測定力の値を入力する入力工程と、相関関係を参照して、測定力の値に対応する測定力付与部の設定値を決定する決定工程と、決定工程で決定された測定力付与部の設定値に基づき、測定力付与部を動作させて、接触子に対して付与する測定力を調整する調整工程と、を含む測定力調整方法である。

第３態様によれば、第１態様に記載の相関関係を用いた測定力の調整が可能である。

第４態様は、第３態様の測定力調整方法において、複数の相関関係から測定条件に応じた相関関係を選択する相関関係選択工程を含む構成としてもよい。

第４態様によれば、測定条件に応じた測定力の調整を実施し得る。

第５態様に係る表面性状測定装置は、接触子と、接触子が取り付けられるアームと、アームの揺動支点において、板状弾性部材を用いてアームを揺動可能に支持するアーム支持部と、揺動支点を挟んで接触子とは反対側のアームの部分に付勢力を与えることによりアームを介して接触子に対して測定力を付与する測定力付与部と、アームを介して接触子の変位を検出する検出部と、測定力付与部の設定値と測定力との相関関係が記憶される相関関係記憶部と、を備え、相関関係は、接触子をワークに非接触にした状態で、付勢力に対応する測定力付与部の設定値を変化させながら接触子の変位を検出し、変位の検出値と板状弾性部材の物性値とに基づき、変位を検出した際に接触子に付与される測定力を算出し、算出結果に基づき生成された測定力付与部の設定値と測定力との相関関係が適用される表面性状測定装置である。

第５態様によれば、第１態様に記載の相関関係を用いた測定力の調整が可能である。

本発明によれば、接触子を非接触として、複数の測定力付与機構の設定値について接触子の変位を検出する。接触子の変位の検出結果から揺動支点においてアームを支持する板状弾性部材の物性値を用いて、測定力付与機構の設定値に対する接触子に付与される測定力との相関関係を導出する。これにより、測定力を実測する測定装置等を必要とせず、低コストの簡易な、測定力調整に適用される相関関係を生成し得る。

図１は実施形態に係る真円度測定装置の全体構成図である。 図２は図１に示す真円度測定装置の機能ブロック図である。 図３は図１に示す真円度測定装置に適用される測定力調整方法の手順を示すフローチャートである。 図４はテコ式検出器の概念図である。 図５は図１に示す真円度測定装置に適用される検出器の構成例を示す模式図である。 図６は測定力付与機構の設定値と変位センサの検出値との関係を示す模式図である。 図７は板バネが発生させる回転モーメントの詳細説明図である。 図８は板バネが発生させる測定力計算の説明図である。 図９は接触子に作用する測定力算出の説明図である。 図１０は測定力付与機構の設定値に対する変位センサの検出値を示すグラフである。 図１１は測定力付与機構の設定値に対する測定力を示すグラフである。 図１２はアームの揺動支点に適用される板バネの模式図である。 図１３はアームの揺動支点に適用される十字バネの模式図である。 図１４は付け替え式の接触子を備える検出部の模式図である。 図１５は接触子の形状等が異なる検出部の模式図である。 図１６はアームに対する接触子の取付角度が相違する場合の模式図である

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。本明細書では、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は適宜省略する。

［真円度測定装置］
〔真円度測定装置の全体構成〕
図１は実施形態に係る真円度測定装置の全体構成図である。同図に示す真円度測定装置１０は、円柱形状のワーク９の真円度を測定する。被測定物のワーク９は、円板形状及び円筒形状等を適用し得る。

真円度測定装置１０は、ベース１１を備える。ベース１１は真円度測定装置１０の各部を支持する支持台である。支持台は基台と同義である。真円度測定装置１０は、テーブル１３を備える。テーブル１３は載物台と呼ばれる場合がある。

テーブル１３は、円盤状であり、ベース１１の上面に取り付けられる。テーブル１３は、テーブル１３の中心を通り、かつ、上下方向に延びる回転軸２２の位置において、ベース１１を用いて回転可能に支持される。テーブル１３は、水平方向の基準面に対して平行となるように、基準面に対する傾きが調整される。

ここで、本明細書のおける上方向という用語は鉛直上方向を表す。また、下方向という用語は鉛直下方向を表す。

テーブル１３の上面はワーク９が載置される。ワーク９は、測定対象部分の形状中心が回転軸と一致するように、テーブル１３の上面に載置される。図１には、円柱形状のワーク９における外周面が測定対象部分であり、円柱の中心軸がテーブル１３の回転軸２２と一致するようにワーク９が載置される例を示す。

真円度測定装置１０は、モータ１４を備える。モータ１４は、ベース１１の内部に配置される。モータ１４の回転軸は、駆動伝達機構を介してテーブル１３の回転軸と連結される。モータ１４は、回転軸２２を回転中心として、テーブル１３を回転動作させる。駆動伝達機構は、ギアを含み得る。なお、駆動伝達機構の図示を省略する。

真円度測定装置１０は、コラム１５、キャリッジ１６、水平アーム１７及び検出器１８を備える。コラム１５は、ベース１１の上面であり、水平方向におけるベース１１の側方側に配置される。コラム１５は上下方向に延びる柱である。

キャリッジ１６は、コラム１５を用いて昇降可能に支持される。キャリッジ１６は、水平アーム１７が水平方向に移動可能に取り付けられる。水平アーム１７の先端部は、検出器１８が取り付けられる。

検出器１８は、接触子１８Ａ及び変位センサを備える。なお、図１では変位センサの図示を省略する。変位センサは、符号１８Ｂを用いて図２に図示する。検出器１８は、符号Ａを用いて示す方向に沿って移動する接触子１８Ａの変位を検出する。検出器１８は、接触子１８Ａの変位を表す検出信号を出力する。検出信号は制御装置１９へ送信される。

検出器１８は、測定力付与機構を備える。測定力付与機構は、測定力の設定値に対応する測定力を接触子１８Ａへ付与する。なお、図１では、測定力付与機構の図示を省略する。測定力付与機構は符号５６を用いて図２に図示する。

真円度測定装置１０は、制御装置１９を備える。制御装置１９は、表示装置１９Ａ及び入力装置１９Ｂが接続される。表示装置１９Ａは液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置を適用し得る。入力装置１９Ｂは、キーボード及びマウスを適用し得る。タッチパネル方式のディスプレイ装置を表示装置１９Ａに適用して、表示装置１９Ａと入力装置１９Ｂとを兼用してもよい。

〔制御装置の説明〕
図２は図１に示す真円度測定装置の機能ブロック図である。制御装置１９は、検出信号取得部４０及び信号処理部４２を備える。検出信号取得部４０は、検出器１８から送信される検出信号を取得する。検出信号取得部４０は、検出信号記憶部４４を用いて検出結果を記憶する。信号処理部４２は、検出器１８の検出信号を用いてワーク９の測定結果を生成する。信号処理部４２は、測定結果記憶部４６を用いて測定結果を記憶する。

制御装置１９は、表示制御部４８を備える。表示制御部４８は、表示装置１９Ａを制御する。信号処理部４２は、測定結果を表す電気信号を表示制御部４８へ送信する。表示制御部４８は、測定結果を表す電気信号を表示装置１９Ａに適用される表示信号へ変換し、表示信号を表示装置１９Ａへ送信する。表示装置１９Ａは、表示制御部４８から送信された表示信号が表す検出器１８の測定結果を表示する。

制御装置１９は、測定力付与制御部５０、測定力設定部５２及びテーブル記憶部５４を備える。測定力付与制御部５０は、検出器１８に具備される測定力付与機構５６の動作を制御する。測定力設定部５２は、測定力付与機構５６の制御パラメータである測定力を設定する。

テーブル記憶部５４は、測定力付与機構５６の設定値と接触子に付与される測定力との相関関係を示す測定力設定テーブル５８が記憶される。測定力付与制御部５０は、測定力設定部５２の設定値に基づき、測定力付与機構５６の動作を制御する。なお、実施形態に示すテーブル記憶部５４は相関関係記憶部の一例に相当する。測定力付与機構５６の動作制御の詳細は後述する。

制御装置１９は、駆動制御部６０を備える。駆動制御部６０は、駆動機構６２の制御パラメータに基づき駆動機構６２の動作を制御する。駆動機構６２は、図１に示すモータ１４、キャリッジ１６を動作させるモータ及び水平アーム１７を動作させるモータを含み得る。

制御装置１９は、入力部６４を備える。入力部６４は入力装置１９Ｂから送信される入力信号を取得する。入力部６４は入力信号に対応する情報を制御装置１９の各部へ送信する。例えば、入力装置１９Ｂを用いて制御パラメータの設定値が入力される場合、入力部６４は取得した入力信号に対応する制御パラメータを該当する制御部へ送信する。

制御装置１９は、プログラム記憶部６６を備える。プログラム記憶部６６は、真円度測定装置１０及び制御装置１９に適用される各種のプログラムが記憶される。プログラムの一例として、接触子に対して付与される測定力の調整に使用される測定力調整プログラムが挙げられる。

〔制御装置のハードウェア構成〕
制御装置１９は、コンピュータを適用し得る。制御装置１９は、以下に説明するハードウェアを用いて、規定のプログラムを実行して真円度測定装置１０の機能を実現する。各制御部のハードウェアは、各種のプロセッサを適用し得る。プロセッサの例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が挙げられる。ＣＰＵはプログラムを実行して各種処理部として機能する。

図３は図１に示す真円度測定装置に適用される測定力調整方法の手順を示すフローチャートである。測定力設定工程Ｓ１０では、図２に示す測定力設定部５２は、ワーク９の測定に適用される測定力を設定する。なお、実施形態に記載の測定力設定工程Ｓ１０は測定力の値を入力する入力工程の一例に相当する。実施形態に記載のワーク９の測定は表面性状測定の一例に相当する。

測定力は、ワーク９の規格、測定精度及び接触子１８Ａ等の測定条件に応じて決められる。測定力設定部５２は、ワーク９の測定に適用される測定条件に基づき、測定力を設定する。測定力設定工程Ｓ１０の後に測定力設定情報取得工程Ｓ１２へ進む。なお、実施形態に記載の測定力の設定は測定力の値の入力の一例に相当する。

測定力設定情報取得工程Ｓ１２では、測定力付与制御部５０は測定力設定工程Ｓ１０において設定される測定力の入力情報を取得する。測定力設定情報の例として、測定力付与機構５６の設定値が挙げられる。測定力付与機構５６の設定値は符号Ｓ_Ｖを用いて図６に示す。測定力設定情報取得工程Ｓ１２の後に動作パラメータ読出工程Ｓ１４へ進む。

動作パラメータ読出工程Ｓ１４では、測定力付与制御部５０は測定力設定テーブル５８から測定力設定情報に対応する動作パラメータを読み出す。動作パラメータ読出工程Ｓ１４の後に動作パラメータ設定工程Ｓ１６へ進む。

動作パラメータ設定工程Ｓ１６では、測定力付与制御部５０は、動作パラメータ読出工程Ｓ１４において読み出した測定力付与機構５６の動作パラメータを設定する。動作パラメータ設定工程Ｓ１６の後に測定付与機構動作工程Ｓ１８へ進む。なお、実施形態に記載の動作パラメータ読出工程Ｓ１４及び動作パラメータ設定工程Ｓ１６は、決定工程の構成要素の一例に相当する。

測定付与機構動作工程Ｓ１８では、測定力付与制御部５０は動作パラメータ設定工程Ｓ１６において設定された動作パラメータに基づき測定力付与機構５６を動作させる。測定付与機構動作工程Ｓ１８の後に調整完了確認工程Ｓ２０へ進む。

調整完了確認工程Ｓ２０では、測定力付与制御部５０は測定力付与機構５６の調整が完了したか否かを判定する。測定力付与制御部５０は測定力付与機構５６の位置を検出する位置センサの検出結果に基づき測定力付与機構５６の調整が完了したか否かを判定してもよい。

調整完了確認工程Ｓ２０において、測定力付与制御部５０が測定力付与機構５６の調整が完了していないと判定する場合はＮｏ判定となる。Ｎｏの場合は測定付与機構動作工程Ｓ１８へ進み、調整完了確認工程Ｓ２０においてＹｅｓ判定となるまで、測定付与機構動作工程Ｓ１８及び調整完了確認工程Ｓ２０をくり返し実施する。

一方、調整完了確認工程Ｓ２０において、測定力付与制御部５０が測定力付与機構５６の調整が完了したと判定する場合はＹｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、測定力付与制御部５０は、測定力調整方法を終了させる。

なお、実施形態に示す測定付与機構動作工程Ｓ１８及び調整完了確認工程Ｓ２０は、調整工程の構成要素の一例に相当する。

図２に示すテーブル記憶部５４が複数の測定力付与機構５６を記憶する場合、ワーク９の測定条件に応じて測定力設定テーブル５８を切り替えるテーブル切替工程を実施してもよい。かかる態様において、ワーク９の測定条件を取得する測定条件取得工程を実施した後に、テーブル切替工程を実施し得る。

制御装置１９は、測定値調整に適用される測定力設定テーブル５８の識別情報を表示装置１９Ａに表示させてもよい。すなわち、測定値調整に適用される測定力設定テーブル５８の識別情報を表示する測定力設定テーブル識別情報表示工程を実施してもよい。

制御装置１９は、新たな測定力設定テーブル５８を生成してもよい。すなわち、動作パラメータ読出工程Ｓ１４において、アームの種類及びアームの取付方向等の測定条件に合致する測定力設定テーブル５８が存在しない場合において、接触子２０２が被測定物２１０と非接触の状態において、測定力の設定値ごとに変位センサ２０８の検出値を読み出し、変位センサ２０８の検出値から測定力を算出し、新たな測定力設定テーブル５８を作成するテーブル作成工程を実施し得る。

なお、実施形態に示すテーブル作成工程は、相関関係作成工程の一例に相当する。実施形態に示す測定力の設定値ごとは、測定力の設定ごとの一例に相当する。かかる態様によれば、新たな測定条件に対する測定力調整の実施が可能となる。

制御装置１９は、複数の測定力設定テーブル５８を備える場合に、測定条件に応じて測定力設定テーブル５８を選択するテーブル選択工程を実施し得る。なお、実施形態に示すテーブル選択工程は、相関関係選択工程の一例に相当する。かかる態様によれば、測定条件に応じた測定力の調整を実施し得る。

［一般的なテコ式検出器の説明］
図４はテコ式検出器の概念図である。テコ式検出器１００は、接触子１０２、アーム１０４、測定力付与機構１０６及び変位センサ１０８を備える。テコ式検出器１００は、被測定物１１０へ接触子１０２を接触させ、接触子１０２と被測定物１１０とを相対的に操作させ、被測定物１１０の表面の凹凸を検出する。接触子１０２は図１に示す接触子１８Ａに対応する。被測定物１１０はワーク９に対応する。

図４に示すアーム１０４は接触子１０２を先端に保持する。アーム１０４は揺動支点１１２を用いて揺動可能に支持される。揺動支点１１２に付された矢印線は、アーム１０４の揺動方向を表す。

測定力付与機構１０６は、アーム１０４に付勢力を与えることにより、被測定物１１０へ接触子１０２を押し当てる測定力を調整する。測定力付与機構１０６は、測定力を発生させるコイルバネ１１４等の弾性体を備える。コイルバネ１１４の一端はアーム１０４と連結される。コイルバネ１１４の他端は昇降機構と接続される。測定力付与機構１０６に付された矢印線は、コイルバネ１１４の他端の移動方向を表す。なお、昇降機構の図示を省略する。

変位センサ１０８は、アーム１０４の基端位置である変位検出位置１１６の変位を検出する。テコ式検出器１００は、変位センサ１０８の検出結果を表す出力信号を出力する。被測定物１１０へ付与される測定力は、測定力付与機構１０６を用いて設定され、調整されるが、測定力の設定精度は、被測定物１１０の表面性状を測定する測定精度を確保するための課題となっている。

なお、説明の都合上、図４には接触子１０２の先端が下向きとなる態様を例示したが、図４に示すテコ式検出器は、図１に示す検出器１８と同様に、接触子１０２の先端が水平方向を向く態様及び接触子１０２の先端が上向きとなる態様でもよい。図５に示す検出器２００等についても同様である。

〔本実施形態に係る真円度測定装置に適用される検出器の構成例〕
図５は図１に示す真円度測定装置に適用される検出器の構成例を示す模式図である。検出器２００は、接触子２０２、アーム２０４、測定力付与機構２０６、変位センサ２０８を備える。測定力付与機構２０６はコイルバネ２１４を備える。

図５に示す接触子２０２は図１に示す接触子１８Ａに対応する。被測定物２１０はワーク９に対応する。符号２１２はアーム２０４の揺動支点を表す。符号２１６はアーム２０４の変位検出位置を表す。

図５には、アーム２０４の基端を変位検出位置２１６とする態様を適用したが、変位検出位置２１６は、揺動支点２１２について接触子２０２と反対側のアーム２０４の任意の位置を適用し得る。

検出器２００は、アーム２０４を揺動可能に支持する支持部材に板バネ２２０が適用される。板バネ２２０の中点が、アーム２０４の揺動支点２１２となる。アーム２０４に付した矢印線は、アーム２０４の揺動方向を表す。板バネ２２０は、アーム連結部材２２２を用いてアーム２０４と連結される。アーム２０４は、揺動支点２１２よりも接触子２０２の側の位置において、板バネ２２０と連結される。

板バネ２２０は、フレーム連結部材２２４を用いて、変位センサ２０８を支持するフレーム２２６と連結される。検出器２００は、測定力付与機構２０６の設定値と測定力との相関関係を用いて、規定の測定力を適用した被測定物２１０の測定を実施する。

板バネ２２０の物性値を用いて、変位センサ２０８の検出値から測定力を算出し、測定力付与機構２０６の設定値と変位センサ２０８の検出値との相関関係が導出される。

測定力付与機構２０６の設定値と測定力との相関関係は、図２に示す測定力設定テーブル５８を適用し得る。なお、測定力付与機構２０６は、図２に示す測定力付与機構５６に相当する。以下に、測定力の算出について詳細に説明する。

なお、実施形態に示す板バネ２２０は板状弾性部材を用いてアームを支持するアーム支持部の構成要素の一例に相当する。また、実施形態に示す板バネ２２０は板状弾性部材の一例に相当する。更に、実施形態に記載の測定力付与機構２０６は、測定力付与部の一例に相当する。

〔測定力付与機構の設定値と測定力との相関関係の導出の説明〕
図６は測定力付与機構の設定値と変位センサの検出値との関係を示す模式図である。以下の手順に従って、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖごとの変位センサ２０８の検出値を検出する検出工程を実施する。図６では測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを模式的に図示する。まず、接触子２０２を自由状態にする。すなわち、接触子２０２を図５に示す被測定物２１０に対して非接触状態とする。

次に、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを決定する。設定値Ｓ_Ｖは、測定力付与機構２０６に具備される昇降機構の基準位置に対する移動距離とする。基準位置に対して昇降機構を上昇させる場合の移動距離を正の値とし、基準位置に対して昇降機構を下降させる場合の移動距離を負の値とする。測定力付与機構２０６に付した矢印線は、昇降機構の上昇を表す。

設定値Ｓ_Ｖに応じた板バネ２２０の反力がアーム２０４に作用し、板バネ２２０が発生させる回転モーメントと、測定力付与機構２０６が発生させる回転モーメントとがつり合い、アーム２０４の揺動が静止する。

なお、図６に示すアーム２０４の揺動支点２１２よりも先端側の位置に付した矢印線は、板バネ２２０が発生させる回転モーメントを表す。アーム２０４の揺動支点２１２を挟んで接触子２０２と反対側のアームの部分である、アーム２０４におけるコイルバネ２１４の連結位置２０４Ｂに付した矢印線は、測定力付与機構２０６が発生させる回転モーメントを表す。図７及び図９についても同様である。

板バネ２２０が発生させる回転モーメントは、アーム２０４における板バネ２２０の連結位置２０４Ａに作用する力のモーメントである。測定力付与機構２０６が発生させる回転モーメントは、アーム２０４におけるコイルバネ２１４の連結位置２０４Ｂに作用する力のモーメントである。

アーム２０４の揺動が静止した状態における変位センサ２０８の検出値Ｄを取得する。板バネ２２０の物性値を用いて、変位センサ２０８の検出値Ｄから測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖに対応する板バネ２２０の反力を算出する。板バネ２２０の反力から板バネ２２０が発生させる力に対応する接触子２０２に対して付与する測定力の算出が可能である。

測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを変えて、複数の測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖについて測定力を算出する。算出結果に基づき測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖと測定力との相関関係を導出する。なお、実施形態に記載の測定力の算出は算出工程の一例に相当する。実施形態に記載の相関関係生成の手順は、相関関係生成方法の一例に相当する。以下に、測定力の算出について詳細に説明する。

図６に実線を用いて図示した接触子２０２及びアーム２０４は、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖがゼロを除く任意の値の場合を表す。同図に一点鎖線を用いて図示した接触子２０２及びアーム２０４は、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖがゼロの場合を表す。測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖがゼロの場合の変位センサ２０８の検出値Ｄを基準値とする。以下の説明では、基準値をゼロとする。変位センサ２０８の検出値Ｄは、アーム２０４の変位検出位置２１６の変位が適用される。

アーム２０４の変位検出位置２１６の変位は、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖがゼロの場合のアーム２０４の変位検出位置２１６の位置に対する距離が適用される。アーム２０４の変位検出位置２１６の変位はミリメートル等の距離を表す単位が用いられる。

符号Ｐ_Ａは、板バネ２２０の反力を表す。反力Ｐ_Ａは、アーム２０４における板バネ２２０の連結位置２０４Ａに作用する。符号Ｆ_ｍｆは、コイルバネ２１４が発生させる力を表す。コイルバネ２１４が発生させる力Ｆ_ｍｆは、アーム２０４に対して角度φをなす。

符号Ｌは、アーム２０４の長手方向に沿う板バネ２２０の長さを表す。板バネ２２０の長さＬは、板バネ２２０の弾性変形が可能な部分の長さであり、板バネ２２０の非変形状態における長さが適用される。板バネ２２０の長さＬは固定値である。

〔板バネが発生させる回転モーメントの計算〕
図７は板バネが発生させる回転モーメントの詳細説明図である。符号Ｌ_ａｒｍは、アーム２０４の揺動支点２１２から変位検出位置２１６までの距離である。符号θは、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖがゼロの場合のアーム２０４に対する、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖが任意の値の場合のアーム２０４の角度である。

板バネ２２０の反力が発生させる回転モーメントは、板バネ２２０の長さＬ及び板バネ２２０の反力Ｐ_Ａを用いて、（Ｌ／２）×Ｐ_Ａと表される。なお、計算の都合上、アームの揺動支点２１２を板バネ２２０の中点とした。板バネ２２０の中点は、板バネ２２０における弾性変形可能な部分の中点である。

〔板バネが発生させる測定力の計算〕
図８は板バネが発生させる測定力計算の説明図である。板バネ２２０の基端２２０Ａからの距離がｘの位置における変位δ（ｘ）は、δ（ｘ）＝（Ｐ×Ｌ×ｘ^２）／［（６×Ｂ）×｛３－（ｘ／Ｌ）｝］と表される。

ここで、板バネ２２０が発生させる力Ｐは、図７に示す板バネ２２０の反力Ｐ_Ａと大きさが同一であり、板バネ２２０の反力Ｐ_Ａと反対方向を向く。Ｂは曲げこわさであり、Ｂ＝（ｂ×ｔ^３×Ｅ）／｛１２×（１－ν^２）｝と表される。

ｂは、板バネ２２０の幅である。板バネ２２０の幅は、板バネ２２０の長さＬの方向と直交する幅方向における板バネ２２０の全長である。ｔは板バネ２２０の厚みである。Ｅは板バネ２２０のヤング率である。νは板バネ２２０のポアソン比である。

板バネ２２０の基端２２０Ａからの距離がｘの位置における検出器２００のアーム角度θ（ｘ）は、θ（ｘ）＝｛δ（ｘ＋ｄｘ）－δ（ｘ）｝／ｄｘと表される。すなわち、検出器２００のアーム角度θ（ｘ）は、δ（ｘ）をｘについて微分した、ｄδ（ｘ）／ｄｘである。検出器２００のアーム角度θ（ｘ）は、板バネ２２０の長さＬをパラメータとして、θ（Ｌ）＝（Ｐ×Ｌ^２）／（２×Ｂ）と表される。

ここで、図８に示す検出器２００のアーム角度θ（ｘ）は、図７に示す角度θである。図８では一点鎖線を用いてアーム２０４を模式的に示す。一方、アーム２０４の揺動支点２１２から変位センサ２０８までの距離Ｌ_ａｒｍ及び検出器２００の検出値Ｄを用いて、θの正接は、ｔａｎ（θ）＝Ｄ／Ｌ_ａｒｍと表される。

微小角度近似を適用し、ｔａｎ（θ）＝θとして、上記の数式をＰについて解き、Ｐ（Ｄ）＝（２×Ｂ×Ｄ）／（Ｌ^２×Ｌ_ａｒｍ）と求められる。板バネ２２０が発生させる力Ｐは、検出器２００の検出値Ｄをパラメータとする関数として表される。

上記Ｐ（Ｄ）において、板バネ２２０の曲げこわさＢ及び板バネ２２０の長さＬは、板バネ２２０の物性値として規定される。また、アーム２０４の揺動支点２１２から変位センサ２０８までの距離Ｌ_ａｒｍは、アーム２０４の機械的仕様に基づき規定される。

〔接触子に作用する測定力の計算〕
図９は接触子に作用する測定力算出の説明図である。アーム２０４における揺動支点２１２から接触子２０２の位置までの距離をＬ_ｔｉｐとし、接触子２０２に作用する測定力をＦ_ｍｅａｓとする。

測定力付与機構２０６が発生させる回転モーメントは、（Ｌ／２）×Ｐ＝Ｂ×Ｄ／（Ｌ×Ｌ_ａｒｍ）と表される。測定力付与機構２０６が発生させる回転モーメントは、Ｆ_ｍｅａｓ×Ｌ_ｔｉｐとつり合う。すなわち、接触子２０２に作用するＦ_ｍｅａｓは、Ｆ_ｍｅａｓ（Ｄ）＝Ｂ×Ｄ／（Ｌ×Ｌ_ａｒｍ）と表される。

〔測定力設定テーブルの説明〕
図１０は測定力付与機構の設定値に対する変位センサの検出値を示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖであり、縦軸は変位センサ２０８の検出値Ｄである。

測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖは、図５等に示すコイルバネ２１４を移動させる移動機構の動作パラメータを適用し得る。移動機構がパルスモータ等の制御型モータを具備する場合、制御パラメータはコイルバネ２１４の移動距離に対応するパルス数を適用し得る。

測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを変えて、複数の設定値Ｓ_Ｖについて変位センサ２０８の検出値Ｄを測定する。測定値を表すプロットに対して線形補間及びデータの外挿等の処理を施し、図１０に示すグラフが生成される。

図１１は測定力付与機構の設定値に対する測定力を示すグラフである。図１１に示すグラフの横軸は、図１０に示すグラフと同様に、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖである。図１１に示すグラフの縦軸は、接触子２０２に作用する測定力Ｆ_ｍｅａｓである。測定力Ｆ_ｍｅａｓの単位はミリニュートンである。

図１１に示すグラフは、Ｆ_ｍｅａｓ（Ｄ）＝Ｂ×Ｄ／（Ｌ×Ｌ_ａｒｍ×Ｌ_ｔｉｐ）について、図１０に示す変位センサ２０８の検出値Ｄを適用して導出し得る。図１１に示すグラフは、図２に示す測定力設定テーブル５８の一例である。図２に示す測定力付与制御部５０は、測定力設定テーブル５８を参照して、測定力設定部５２を用いて設定された測定力Ｆ_ｍｅａｓに対応する測定力付与機構２０６の動作パラメータとして、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを読み出し、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖに基づき、測定力付与機構２０６を動作させる。

〔測定力設定テーブル作成の望ましい実施形態〕
〈外挿〉
測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖに対する変位センサ２０８の検出値Ｄを検出する際に、変位センサ２０８の検出値Ｄが検出範囲外となる測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖが存在し得る。かかる場合は、図１０に示すグラフにおけるプロットを外挿して、検出範囲外となる変位センサ２０８の検出値Ｄに対応する測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを補間し得る。プロットの外挿は、多項式近似等の公知の近似法を適用し得る。

〈線形特性〉
測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖに対する測定力Ｆ_ｍｅａｓは線形特性を有する。これにより、プロットの外挿の精度を高めることができる。ここでいう線形は、厳密な線形に限定されない。非線形であっても線形と同様の作用効果が得られる実質的な線形を適用してもよい。

〈測定力設定テーブルの更新〉
測定力設定テーブル５８は、真円度測定装置１０の初期状態において生成し、記憶し得る。測定力設定テーブル５８は、検出器２００の状態及び被測定物１１０に応じて更新し得る。ここでいう更新は、既存のテーブルを書き替える態様及び既存のテーブルを残し、かつ新たなテーブルを追加する態様のいずれも含み得る。

測定力設定テーブル５８を更新した場合、更新情報を記憶する態様が好ましい。すなわち、真円度測定装置１０は測定力設定テーブル５８の更新情報を記憶する更新情報記憶部を備え得る。更新情報は、更新日時等の情報を含み得る。

〔板状弾性部材の説明〕
図１２はアームの揺動支点に適用される板バネの模式図である。図１２に示す単板状板バネ３００は、平板形状を有する単板から構成される。図５等に示す板バネ２２０は、図１２に示す単板状板バネ３００が適用される。

単板状板バネ３００は、揺動側連結部材３０２を用いて一方の側が支持され、固定側揺動部材３０４を用いて他方の側が支持される。揺動側連結部材３０２は、図５等に示すアーム連結部材２２２に対応する。揺動側連結部材３０２は、図５等に示す接触子２０２及びコアが連結される。固定側揺動部材３０４は、フレーム連結部材２２４に対応する。固定側揺動部材３０４は、検出器２００の本体側に接続される。

図１３はアームの揺動支点に適用される十字バネの模式図である。図１３に示す十字バネ３２０は、図１２に示す単板状板バネ３００と比較して、回転軸受としての特性が改良されている。

図１３に示す十字バネ３２０は、揺動側連結部材３２２及び固定側揺動部材３２４を用いて支持される。揺動側連結部材３２２の機能は、図１２に示す揺動側連結部材３０２と同様である。固定側揺動部材３２４の機能は、固定側揺動部材３０４と同様である。なお、図１３に示す十字バネ３２０は板状弾性部材の一例に相当する。

［作用効果］
〔変位センサ検出値のゼロ点校正〕
測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを変えながら変位センサ２０８の検出値Ｄを読み取る動作において、変位センサ２０８の検出値Ｄがゼロとなる測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを検出する。これにより、測定力Ｆ_ｍｅａｓが中立となる測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖを検出し得る。

図１４は付け替え式の接触子を備える検出部の模式図である。図１５は接触子の形状等が異なる検出部の模式図である。図１６はアームに対する接触子の取付角度が相違する場合の模式図である。

図１４に示すように測定の目的等に応じて接触子２０２Ａを付け替える検出器２００Ａでは、接触子２０２の形状等に応じて、変位センサ２０８の検出値Ｄのゼロ点が変化する。本実施形態に示す測定力調整を実施しない場合は、接触子２０２Ａの状態に対して、秤等の測定装置を用いて測定力Ｆ_ｍｅａｓを直接測定する必要があった。

図１４に示す検出器２００Ａは、図５等に示す検出器２００に対して、接触子２０２Ａの付け替えが可能であり、接触子２０２Ａの質量に応じて、接触子２０２に対する回転モーメントの変化が生じる。

図１５に示す検出器２００Ｂは、図５等に示す検出器２００に具備される接触子２０２に対して、形状及び質量が異なる検出器２００Ｂを具備し、接触子２０２Ｂの質量及び形状に応じて、接触子２０２に対する回転モーメントの変化が生じる。

図１６に示す検出器２００Ｃは、図５等に示す検出器２００に具備される接触子２０２に対して、接触子２０２Ｃの取付角度が相違し、接触子２０２Ｃの取付角度に応じて、接触子２０２に対する回転モーメントの変化が生じる。

図１４に示す検出器２００Ａ、図１５に示す検出器２００Ｂ及び図１６に示す検出器２００Ｃは、図２に示す測定力設定テーブル５８を用いて、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖに対する変位センサ２０８の検出値Ｄのゼロ点の校正が可能となる。

〔測定力を直接測定する秤等の測定装置が不要〕
より低コスト、より簡易に測定力の調整及び校正が可能である。また、真円度測定装置１０の設置場所における現場作業が可能であり、真円度測定装置１０の実際の稼働環境において、正確な測定力の校正が可能である。また、常に最新の状態における測定力の校正値を利用し得る。これにより、真円度測定装置１０の測定結果の再現性が高まり、測定の高精度化を実現し得る。

〔検出器及び接触子等の個体差の影響の排除〕
検出器２００及び接触子２０２の個体差が存在する場合、測定力付与機構２０６の設定値Ｓ_Ｖと測定力Ｆ_ｍｅａｓとの相関関係を真円度測定装置１０の個体ごとに管理する必要がある。また、個体管理の手間が必要であり、設定ミス等の発生が懸念される。

これに対して、本実施形態に示す真円度測定装置１０は、シリアルナンバー入力等の個体管理の手間が不要であり、設定ミス等の発生の抑制及び個体管理の処理期間の削減を実現し得る。

〔応用例〕
本実施形態では、ワーク９の表面形状を測定する表面性状測定装置の一例として、ワーク９の真円度、真直度、平行度及び直角度等を測定する真円度測定装置１０を例に挙げて説明したが、これに限らず、表面粗さ測定装置及び輪郭形状測定装置等の各種の表面性状測定装置であってもよい。

以上説明した本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜構成要件を変更、追加、削除することが可能である。本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により、多くの変形が可能である。

１０…真円度測定装置、１９…制御装置、１９Ａ…表示装置、４８…表示制御部、５０…測定力付与制御部、５４…テーブル記憶部、５６，２０６…測定力付与機構、５８…測定力設定テーブル、６６…プログラム記憶部、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ…検出器、２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ…接触子、２０４…アーム、２０８…変位センサ、２１２…揺動支点、２２０…板バネ、２２２…アーム連結部材、２２４…フレーム連結部材、３００…単板状板バネ、３０２，３２２…揺動側連結部材、３０４，３２４…固定側揺動部材、３２０…十字バネ

Claims (5)

1. 接触子を具備するアームが、揺動支点において板状弾性部材を用いて揺動可能に支持され、前記揺動支点を挟んで前記接触子とは反対側の前記アームの部分に、測定力付与部を用いて付勢力を与えることにより前記アームを介して前記接触子に対して測定力を付与し、前記接触子の変位を検出する表面性状測定における相関関係生成方法であって、
   前記接触子をワークに非接触にした状態で、前記付勢力に対応する前記測定力付与部の設定値を変化させながら前記アームを介して前記接触子の変位を検出する検出工程と、
   前記変位の検出値と前記板状弾性部材の物性値とに基づき、前記変位を検出した際に前記接触子に付与される測定力を算出する算出工程と、
   前記算出工程の算出結果に基づき、前記測定力付与部の設定値と前記測定力との相関関係を作成する作成工程と、
   を含む相関関係生成方法。
2. 前記相関関係は、前記測定力をＦ_ｍｅａｓ、前記板状弾性部材の曲げこわさをＢ、前記アームにおける変位検出位置の検出値をＤ、前記板状弾性部材の長さをＬ、前記揺動支点から前記変位検出位置までの距離をＬ_ａｒｍ、前記揺動支点から前記接触子までの距離をＬ_ｔｉｐとして、
   Ｆ_ｍｅａｓ＝Ｂ×Ｄ／（Ｌ×Ｌ_ａｒｍ×Ｌ_ｔｉｐ）
   を用いて導出される前記測定力が適用される請求項１に記載の相関関係生成方法。
3. 請求項１に記載された相関関係生成方法で生成された前記相関関係を用いて前記測定力を調整する測定力調整方法であって、
   前記測定力の値を入力する入力工程と、
   前記相関関係を参照して、前記測定力の値に対応する前記測定力付与部の設定値を決定する決定工程と、
   前記決定工程で決定された前記測定力付与部の設定値に基づき、前記測定力付与部を動作させて、前記接触子に対して付与する測定力を調整する調整工程と、
   を含む測定力調整方法。
4. 複数の前記相関関係から測定条件に応じた前記相関関係を選択する相関関係選択工程を含む請求項３に記載の測定力調整方法。
5. 接触子と、
   前記接触子が取り付けられるアームと、
   前記アームの揺動支点において、板状弾性部材を用いて前記アームを揺動可能に支持するアーム支持部と、
   前記揺動支点を挟んで前記接触子とは反対側の前記アームの部分に付勢力を与えることにより前記アームを介して前記接触子に対して測定力を付与する測定力付与部と、
   前記アームを介して前記接触子の変位を検出する検出部と、
   前記測定力付与部の設定値と前記測定力との相関関係が記憶される相関関係記憶部と、
   を備え、
   前記相関関係は、接触子をワークに非接触にした状態で、前記付勢力に対応する前記測定力付与部の設定値を変化させながら前記接触子の変位を検出し、前記変位の検出値と前記板状弾性部材の物性値とに基づき、前記変位を検出した際に前記接触子に付与される測定力を算出し、算出結果に基づき作成された前記測定力付与部の設定値と前記測定力との相関関係が適用される表面性状測定装置。

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