JP7390576B2

JP7390576B2 - 保持治具、表面形状測定装置、及び保持治具ユニット

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Publication number: JP7390576B2
Application number: JP2020065946A
Authority: JP
Inventors: 裕明上村
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2040-04-01
Also published as: JP2021162503A; JP2023184750A

Description

本発明は、保持治具、表面形状測定装置、及び保持治具ユニットに関する。

ワーク（被測定物）の真円度を測定する装置として真円度測定装置が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

真円度測定装置により、球形状のワークを測定する場合がある。その場合、球形状のワークは、保持治具により保持する必要がある。球形状のワークを保持する保持治具として、例えば、（１）ワークに対応する球形状のくりぬきが形成された面を有する保持治具、（２）ワークに対応する球形状の皿ザグリを有する保持治具、（３）円筒ワーク用のチャック、及び（４）ワークを保持する球体を３点正三角形状に配置した保持治具等が知られている。

特開平８－３１３２４７号公報特開２００３－３０２２１８号公報特開２００６－１４５３４４号公報

しかしながら、（１）の保持治具は、面でワークを受けるため安定性が低くなり、また球形状にくりぬかれているため幅広い直径のワークに対応することは難しい。幅広い直径のワークに対応するためには複数の保持治具が必要になる。

（２）の保持治具は、点ではなく線もしくは面で受けることになるため安定性が低く、（１）と同様に、幅広い直径のワークに対応することは難しい。

（３）の保持治具は、球形状のワークの最長円周部分（いわゆる赤道部分）を固定する必要があるため全円周を測定することは難しい。

（４）の保持治具は、保持用球体を接着する必要がある。また、異なる直径の球形状のワークを置いたとき、ワークと保持用球体とが接触する角度が異なるため保持用球体からの反力によるワークの形状の変化の予測が難しい。ワークと保持用球体とが接触する角度を統一しようとすると、ワークの径に対して保持治具を１種類ずつ準備する必要がある。保持用球体を配置するためには、保持用球体を機械加工で位置決めする必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、幅広い直径のワークに対応でき、かつワークを安定して保持できる保持治具、表面形状測定装置、及び保持治具ユニットを提供することを目的とする。

第１態様の保持治具は、球形状のワークを保持する保持治具であって、円筒形状の枠部材と、枠部材の中心に配置される円柱形状の中心ピンと、中心ピンより高く、先端が先細りのテーパー形状で、外径が同一の円柱形状の３本のテーパーピンと、中心ピンの外周に、周方向に３本のテーパーピンを均等配置するため、枠部材の隙間に配置されるテーパーピンより低い複数の円柱形状の調整ピンと、を備える。

第２態様の保持治具において、テーパーピンの外径をＡ、調整ピンの外径をＢ、中心ピンの外径をＣ、枠部材の内径をＤと、Ａ≦Ｂとしたとき、以下の式１、及び式２式；式１Ｂ＝－（Ｃ^２＋Ａ×Ｃ）/(Ｃ－３Ａ)、式２Ｄ＝Ｃ＋２Ｂを満たす。

第３態様の保持治具において、テーパーピンの先端角度をθとし、球形状のワークの直径をＲとしたとき、Ｃ／ｃｏｓθ≦Ｒ≦（Ａ＋Ｃ）／ｃｏｓθを満たすワークを保持する。

第４態様の保持治具において、先端角度は、０°＜θ＜９０である。

第５態様の表面形状測定装置は、テーブルと、テーブルに着脱可能に設置された上述の保持治具と、保持治具に保持された球形状のワークの表面に接触する測定子の変位量を検出する検出器と、を備える。

第６態様の保持治具ユニットは、球形状のワークを保持する保持治具ユニットであって、円筒形状の枠部材と、枠部材の中心に配置可能で、外径の異なる複数の円柱形状の中心ピンで構成される中心ピン群と、中心ピンより高く、先端が先細りのテーパー形状で、外径が同一の円柱形状の３本のテーパーピンをテーパーセットとし、テーパーセットに含まれるテーパーピンの外径が異なる複数のテーパーセットから構成されるテーパーピン群と、中心ピンの外周に、周方向にテーパーセットに含まれる３本のテーパーピンを均等配置するため、枠部材の隙間に配置可能でテーパーピンより低く、外径が同一である複数の円柱形状の調整ピンを調整セットとし、調整セットに含まれる調整ピンの外径が異なる複数の調整セットから構成される調整ピン群と、を備え、球形状のワークの直径に応じて、中心ピン群から選択される中心ピンと、テーパーピン群から選択されるテーパーセットと、調整ピン群から選択される少なくとも１つの調整セットとが枠部材に着脱可能に配置される。

本発明によれば、球形状のワークに対して、簡単な構成で、幅広い直径に対応でき、かつ安定して保持できる保持治具、表面形状測定装置、及び保持治具ユニットを提供できる。

図１は表面形状測定装置の全体構成を示した斜視図である。図２は保持治具の斜視図である。図３は保持治具の分解斜視図である。図４はワークを保持する保持治具の斜視図である。図５は保持治具の平面図である。図６は図５のVI－VI線に沿う保持治具の断面図である。図７は保持治具ユニットの概念図である。図８は枠部材、中心ピン、テーパーピン、及び調整ピンの関係を説明する説明図である。図９は枠部材の内径Ｄ、テーパーピンの外径Ａ、中心ピンの外径Ｃ、及び調整ピンの外径Ｂと、ワークの最小直径及び最大直径と、例示する表である。図１０は演算処理装置の表示画面の一例を示す。図１１は演算処理装置の表示画面の一例を示す。

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。なお、本発明に係る表面形状測定装置の一つである真円度測定装置を例示して説明する。

図１は、本発明に係る真円度測定装置の全体構成を示した斜視図である。

図１に示す真円度測定装置１は、球形状の測定対象物（ワークＷ）の真円度を測定するため、着脱可能な保持治具５０を備えている。

まず、図１を参照して、真円度測定装置１を説明する。

真円度測定装置１は、下端部に装置全体を支持する台状のベース１０と、ベース１０の上面に、上下方向（鉛直方向）に沿った回転軸周り方向に回転可能なテーブル１２とを備える。なお、図中、上下方向をＺ軸方向として表す。

テーブル１２の上面には、詳細を後述する保持治具５０が着脱可能に固定され、保持治具５０の上面に測定対象物となる球形状のワークＷが支持される。また、ワークＷは、その中心がテーブル１２の回転軸上となるように支持される。

ベース１０の内部には、テーブル１２に連結されるモーター等と、テーブル１２を回転駆動する回転駆動部とが設けられる。

回転駆動部により、テーブル１２に固定された保持治具５０及びワークＷが、テーブル１２と共に回転軸周り方向に回転する。

なお、テーブル１２は手動により回転するものであってもよい。また、テーブル１２は、回転軸に垂直な方向であって、互いに直交する左右方向及び前後方向に対してもつまみの回転操作等によって移動可能なものであってもよい。

ベース１０の上面側には、コラム１４、キャリッジ１６、径方向移動アーム１８、旋回アーム２０、及び検出器ホルダ２２を有する検出器支持機構１３を介して検出器２４（測定プローブ）が支持される。

検出器２４は、例えば円筒状の検出器本体２４Ａの下端から棒状に延びる測定子２４Ｂ（スタイラス）と、検出器本体２４Ａの内部に設けられ、測定子２４Ｂの変位量を作動トランス等により検出して電気信号（検出信号）として出力する不図示の変位検出部と、を有する。

測定子２４Ｂは、一平面内において測定子２４Ｂの軸線がその軸線に直交する方向（変位方向）に変位可能に検出器本体２４Ａに支持されると共に、その変位方向のうちの一方の向き（付勢方向）にバネなどにより付勢される。

測定時においてはワークＷの周面に対して、測定子２４Ｂの先端部（先端球）がその付勢方向に押圧されて当接が維持される。そして、回転駆動部によるワークＷの回転軸周りの回転と共に、測定子２４Ｂの変位量を示す検出器２４からの検出信号が不図示の演算処理装置４０に読み取られ、その検出信号に基づいて真円度等が算出される。演算処理装置４０は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算装置である。

実施形態では、球形状のワークＷの母線の位置、即ち、ワークＷの中心を通る水平断面におけるワークＷの輪郭曲線の位置に測定子２４Ｂの先端部が当接され、母線に沿って測定子２４Ｂが移動することにより真円度の測定が行われる。

検出器支持機構１３は、ベース１０の上面においてテーブル１２の右側に、上下方向に沿って延在するコラム１４を備える。そして、コラム１４には、コラム１４に沿って上下方向に移動可能なキャリッジ１６が支持される。キャリッジ１６は、例えばモーターの駆動により上下方向に移動する。キャリッジ１６は、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

キャリッジ１６の上下方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を上下方向の位置を変更可能に支持する。

キャリッジ１６には、径方向に延びる径方向移動アーム１８が径方向に移動可能に支持される。径方向移動アーム１８は、例えばモーターの駆動により径方向に移動する。径方向移動アーム１８は、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

径方向移動アーム１８の径方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４の径方向の位置を変更可能に支持する。

なお、径方向は、テーブル１２の回転軸を中心とする径方向を示し、径方向移動アーム１８が移動する方向を左右方向（Ｘ軸方向）とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直な方向を前後方向（Ｙ軸方向）とする。

径方向移動アーム１８のテーブル１２側の端部には、旋回アーム２０の一端（基端）が径方向に沿った旋回軸の周りに旋回可能に連結される。旋回アーム２０は、ネジにより径方向移動アーム１８に固定されており、つまみ３０の回転操作によりネジを緩めることで、旋回アーム２０が旋回軸周りに旋回可能となり、旋回アーム２０の向きの変更が可能になる。

この旋回アーム２０の旋回機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を径方向に沿った旋回軸周りの旋回角度を変更可能に支持する。

旋回アーム２０の先端部には径方向（左右方向）に延びる検出器ホルダ２２の基端部が固定される。

検出器ホルダ２２の先端部には、例えば、不図示のつまみが設けられ、つまみの回転操作により検出器２４が着脱可能に装着される。

検出器ホルダ２２は、検出器２４の先端側（測定子２４Ｂが設けられる側）が旋回アーム２０の旋回軸の軸線上に向う方向になるように、かつ、検出器本体２４Ａの軸線が旋回アーム２０の軸線と平行になるように検出器２４の基端側を固持する。

検出器ホルダ２２は、検出器２４の取付角度、即ち、検出器本体２４Ａの軸線周りの回転角度を変えて固持できる。この検出器ホルダ２２における検出器２４の取付角度の調整機構により、測定子２４Ｂの変位方向及び付勢方向を調整できる。

図１の真円度測定装置１は、ワークＷが回転することで、検出器２４がワークＷの周りを相対的に周方向に回転移動するワーク回転型の測定装置である。なお、検出器２４がワークＷの周りを回転移動する検出器回転型の測定装置であってもよい。演算処理装置４０は、真円度測定装置１の各部の駆動を統括的に制御する。演算処理装置４０は、例えば、テーブル１２、キャリッジ１６、径方向移動アーム１８、及び旋回アーム２０等の駆動を制御する。

実施形態の保持治具５０は、真円度測定装置１に対して着脱可能にテーブル１２に設置される。真円度測定装置１は、保持治具５０を用いて球形状のワークＷの真円度を測定できる。保持治具５０がテーブル１２から取り外された場合、真円度測定装置１は、球形状以外の形状のワークの真円度を測定できる。

次に実施形態の保持治具５０を、図面を参照して説明する。図２は、保持治具の斜視図である。図３は、保持治具の分解斜視図である。

図２、図３に示すように、保持治具５０は、円筒形状の枠部材５２を備える。枠部材５２は、２段の円柱形状５２Ａで構成される。枠部材５２の円柱形状５２Ａは、上下方向（Ｚ軸方向）において、下側により大きな外径の円柱部分を有する２段形状である。

図３に示すように、枠部材５２の円柱形状５２Ａには、上下方向に貫通する円柱形状の貫通孔５２Ｂが形成されている。円柱形状５２Ａの内壁により貫通孔５２Ｂが画定される。貫通孔５２Ｂは、上下方向において、同一の内径を有する。保持治具５０は、円柱形状５２Ａと貫通孔５２Ｂとにより円筒形状が構成される。保持治具５０では、円柱形状５２Ａの中心軸と及び貫通孔５２Ｂの中心軸とは基本的に一致し、保持治具５０の中心軸Ａｘを構成する。

図２に示すように、中心ピン５４が枠部材５２の中心（中心軸Ａｘ）に配置される。図３に示すように、中心ピン５４は、外径が一定の円柱形状を有している。図２にでは、中心ピン５４の中心軸と枠部材５２の中心軸Ａｘとが位置合わせされる。

図２に示すように、中心ピン５４の外周に、周方向に３本のテーパーピン５６が均等配置される。図３に示すように、テーパーピン５６は、先端が円錐形状５６Ａの円柱形状５６Ｂで構成される。ここで、先端は上下方向の上側であり、テーパーピン５６は、上側に向かうに伴い先細りになる円錐形状５６Ａを備えている。テーパーピン５６は、円錐形状５６Ａより下側では、外径が一定の円柱形状５６Ｂを有している。円錐形状５６Ａの底面と円柱形状５６Ｂの上面は、基本的に同じ大きさで同じ形状である。図２及び図３に示すように、テーパーピン５６は、中心ピン５４より高い。テーパーピン５６は、円柱形状の部材を面取りすることにより円錐形状５６Ａを備えることができる。実施形態では、先端が細りのテーパー形状として円錐形状を示したが、円錐台形状であってもよい。

３本のテーパーピン５６により組を構成し、組に含まれる３本のテーパーピン５６は、同じ形状である。３本のテーパーピン５６は、同じ高さ、同じ円錐形状５６Ａ、同じ円柱形状５６Ｂを備えている。

図２に示すように、テーパーピン５６より低い複数の調整ピン５８が枠部材５２の隙間に配置される。図３に示すように、調整ピン５８は、外径が一定の円柱形状を有している。図２に示すように、調整ピン５８は、中心ピン５４の外周に、周方向に３本のテーパーピン５６を均等配置するために枠部材５２の隙間に配置される。枠部材５２の隙間は、貫通孔５２Ｂにおいて中心ピン５４及び３本のテーパーピン５６により占められる部分以外の部分であればよい。

なお、図２及び図３において、調整ピン５８にドットパターンが付与されているが、理解を容易にするためである。したがって、中心ピン５４、テーパーピン５６、及び調整ピン５８の外表面の色、及び模様等の有無は特に限定されない。

図４は、保持治具５０がワークＷを保持した状態を示す斜視図であり、図５は、保持治具５０を上下方向から見た平面図である。

図４に示すように、枠部材５２に中心ピン５４、３本のテーパーピン５６、及び３本の調整ピン５８が配置された保持治具５０が準備される。図５に示すように、中心ピン５４は枠部材５２の貫通孔５２Ｂの中心に配置される。調整ピン５８が枠部材５２の貫通孔５２Ｂに配置され、３本のテーパーピン５６が中心ピン５４の外周に、周方向に角度σ（＝１２０°）で、均等配置される。

図４に示すように、球形状のワークＷが保持治具５０に移動され、ワークＷが保持治具５０に保持される。

図４及び図５に示すように、保持治具５０において、３本のテーパーピン５６の円錐形状５６Ａの傾斜面がワークＷを３点で支持できる。３点支持することにより、保持治具５０は球形状のワークＷを安定して保持できる。

枠部材５２に配置された中心ピン５４、３本のテーパーピン５６、及び３本の調整ピン５８の間に多少の隙間が生じた場合でも、３本のテーパーピン５６は、ワークＷの重量により、枠部材５２の貫通孔５２Ｂを画定する内壁の方向に押し付けられる。その結果、ガタのないワークＷの保持が可能になる。

中心ピン５４に電磁石、又は磁石、又はエアチャック等の保持機能を付与できる。付与された保持機能は、保持治具５０の保持力を向上できる。なお、ワークＷを非接触測定する場合、保持治具５０はワークＷの重量のみで保持できる。

保持治具５０は、テーパーピン５６の円錐形状の傾斜面に直交する角度で球形状のワークＷを保持できる。図６は、保持治具５０の断面図である。図６に示すように、ワークＷがテーパーピン５６の円錐形状の傾斜面に直交する角度で保持される。ワークＷに対して、３本のテーパーピン５６から等しい反力を得ることが可能になる。

テーパーピン５６の先端角度をθとし、テーパーピン５６の円柱形状５６Ｂの外径をＡ、中心ピン５４の外径をＣ、ワークＷの直径をＲとしたとき、以下の関係を有する。

テーパーピン５６の先端角度θは、円錐形状５６Ａの頂点からＺ軸方向に延びる直線Ｌ１と、円錐形状５６Ａの傾斜面の延長方向の直線Ｌ２との成す角である。テーパーピン５６により支持される最小のワークＷ（ＭＩＮ）の直径Ｒ（ＭＩＮ）はＲ（ＭＩＮ）＝Ｃ／ｃｏｓθと表現できる。

また、テーパーピン５６により支持される最大のワークＷ（ＭＡＸ）の直径Ｒ（ＭＡＸ）はＲ（ＭＡＸ）＝（Ａ＋Ｃ）／ｃｏｓθと表現できる。

したがって、保持治具５０は、以下の式を満たす直径ＲのワークＷを保持できる。
Ｃ／ｃｏｓθ≦Ｒ≦（Ａ＋Ｃ）／ｃｏｓθ
テーパーピン５６の先端角度θは、保持するワークＷの直径に応じて、任意に決定できる。上式より、先端角度θが大きくなるほど保持できるワークＷの直径が大きくなり、先端角度θが小さくなるほど保持できるワークＷの直径が小さくなる。先端角度θは、特に限定されないが、０°＜θ＜９０°が好ましく、さらに４５°≦θ≦８０°であることが好ましい。

次に、保持治具ユニットを図７に基づいて説明する。保持治具ユニット１００は、枠部材５２と、中心ピン群Ｇ１と、テーパーピン群Ｇ２と、調整ピン群Ｇ３とを含んでいる。上述したように、枠部材５２は、内壁により貫通孔５２Ｂが画定される円柱形状５２Ａで構成される。

中心ピン群Ｇ１は、外径の異なる複数の円柱形状の中心ピン５４により構成され、各中心ピン５４は枠部材５２の中心に配置可能である。実施形態では中心ピン群Ｇ１は４本の中心ピン５４を含んでいる。

テーパーピン群Ｇ２は、４組のテーパーセットＳ２１～Ｓ２４を含んでいる。各テーパーセットＳ２１～Ｓ２４は、中心ピン５４より高く、先端が円錐形状５６Ａで外径が同一の円柱形状５６Ｂの３本のテーパーピン５６を含み、１セットを構成している。各テーパーセットＳ２１～Ｓ２４に含まれるテーパーピン５６は、それぞれ異なる外径の円柱形状５６Ｂで構成されている。各テーパーセットＳ２１～Ｓ２４を区別しない場合、単にテーパーセットＳ２と称する場合がある。

調整ピン群Ｇ３は、４組の調整セットＳ３１～Ｓ３４を含んでいる。各調整セットＳ３１～Ｓ３４は、テーパーピン５６より低く、外径が同一である３本の円柱形状の調整ピン５８を含み、１セットを構成している。各調整セットＳ３１～Ｓ３４に含まれる調整ピン５８は、それぞれ異なる外径の円柱形状で構成されている。各調整セットＳ３１～Ｓ３４を区別しない場合、単に調整セットＳ３と称する場合がある。

保持治具ユニット１００では、球形状のワークＷの直径に応じて、中心ピン群Ｇ１から選択される中心ピン５４と、テーパーピン群Ｇ２から選択されるテーパーセットＳ２と、調整ピン群Ｇ３から選択される少なくとも１つの調整セットＳ３とが、枠部材５２に着脱可能に配置される。

なお、調整セットＳ３に含まれる複数の調整ピン５８は、選択された中心ピン５４の外周に、周方向に選択されたテーパーセットＳ２に含まれる３本のテーパーピン５６を均等配置するため、枠部材５２の隙間に配置可能である。

次に、枠部材５２、中心ピン５４、テーパーピン５６及び調整ピン５８の関係を図８に基づいて説明する。テーパーピン５６の外径をＡ、調整ピン５８の外径をＢ、中心ピン５４の外径をＣ、枠部材５２の内径をＤとし、Ａ≦Ｂとしたとき、以下の関係式を満たす。

図８に示すように、余弦の定理から以下の関係式を満たす。
a²= b² + c² - 2bc×cosα
a= (A+B)/2, b= (A+C)/2, c= (B+C)/2
α = 60°であるので、cos60 = 1/2になる。

これらの関係から、余弦の定理が以下式になる。
((A+B)/2)²= ((A+C)/2)² + ((B+C)/2)² -((A+C)/2)×((B+C)/2)
ここから以下の式１が導かれる。
B = - (C²+AC)/(C-3A)・・・式１
また、枠部材５２の内径Ｄ、調整ピン５８の外径Ｂ、及び中心ピン５４の外径Ｃの関係から式２が導かれる。
C+2B=D・・・式２
上述したように、テーパーピン５６の先端角度θとした場合、保持できる球形状のワークＷの最小直径Ｒ（ＭＩＮ）と最大直径Ｒ（ＭＡＸ）とは以下の関係になる。
R(MIN)＝C/cosθ・・・式３
R(MAX)＝(A+C)/cosθ・・・式４
式１から式４に基づいて、保持したいワークＷの直径Ｒに応じて、保持治具ユニット１００を構成する中心ピン群Ｇ１から中心ピン５４が選択され、テーパーピン群Ｇ２からテーパーセットＳ２が選択され、また、調整ピン群Ｇ３から調整セットＳ３が選択され、枠部材５２に配置される。

例えば、枠部材５２の内径Ｄ、及びテーパーピン５６の外径Ａを一定とした場合、式１及び式２から、以下の式が求められる。
(C²+AC)/(C-3A) = (D-C)/2
これを解くと、以下のようにＣを求めることができる。
C=(-(D+5D)±((D+5A)²+12AD)^(1/2))/2
さらに、式２より、上述の式で求められたＣからＢを求めることができる。

図８において、中心ピン５４、テーパーピン５６及び調整ピン５８以外に、テーパーピン５６が枠部材５２の内壁方向に移動することを規制するため、規制部材（不図示）を、テーパーピン５６と枠部材５２の内壁との間に配置することができる。規制部材はテーパーピン５６の移動を規制できる限り、その形状は特に限定されない。実施形態では、枠部材５２内での中心ピン５４、テーパーピン５６及び調整ピン５８に配置により、ワークＷを保持する座が決定される。ワークＷを保持する座の配置精度は、中心ピン５４、テーパーピン５６及び調整ピン５８の直径精度に依存する。直径精度の高いピン（中心ピン５４、テーパーピン５６及び調整ピン５８等）を容易に入手できるので、正確な座の配置が可能になる。

図９は、保持治具ユニット１００において、枠部材５２の内径Ｄを１５ｍｍで一定にした場合における、テーパーピン５６の外径Ａ、中心ピン５４の外径Ｃ、調整ピン５８の外径Ｂ、及びワークＷの最小直径及び最大直径を、例示する表である。

図９の表では、Ｎｏ１からＮｏ６の６種類の組み合わせを示す。Ｎｏ１からＮｏ４では、枠部材５２の内径Ｄ、及びテーパーピン５６の先端角度θを一定とし、テーパーピン５６の外径Ａ、中心ピン５４の外径Ｃ、調整ピン５８の外径Ｂを変化させている。

図９の表によれば、Ｎｏ１は７．１（ｍｍ）≦Ｒ≦１４．１（ｍｍ）のワークＷを保持でき、Ｎｏ２は４．５（ｍｍ）≦Ｒ≦７．３（ｍｍ）のワークＷを保持でき、Ｎｏ３は２．９（ｍｍ）≦Ｒ≦４．３（ｍｍ）のワークＷを保持でき、Ｎｏ４は、２．０（ｍｍ）≦Ｒ≦２．８（ｍｍ）のワークＷを保持できる。したがって、テーパーピン５６、中心ピン５４、及び調整ピン５８の組み合わせを変えることで、幅広い直径のワークＷを保持できることが理解できる。したがって、実施形態の保持治具は、直径の小さいワークＷにも対応できる。

Ｎｏ５及びＮｏ６では、先端角度θ以外を一定にし、先端角度θを変化させている。図９の表によれば、Ｎｏ５は１３．９（ｍｍ）≦Ｒ≦３５．９（ｍｍ）のワークＷを保持でき、Ｎｏ６は３６．３（ｍｍ）≦Ｒ≦９３．９（ｍｍ）のワークＷを保持できる。したがって、先端角度θを変えることで、幅広い直径のワークＷを保持できることが理解できる。したがって、実施形態の保持治具は、直径の大きいワークＷにも対応できる。

次に、ユーザーが、測定したいワークＷの直径から中心ピン５４、テーパーセットＳ２、及び調整セットＳ３を選択するための手順を説明する。ユーザーは、例えば、演算処理装置４０を利用できる。演算処理装置４０には、式１から式４を含むプログラム、及び図９に示す表を参照テーブルとして記憶させることができる。

図１０及び図１１は、演算処理装置４０に表示される画面の一例を示す。表示画面２００は、例えば、データ入力欄２０２、及びデータ表示欄２０４を備える。表示画面２００の下段にはボタンとして、「戻る」ボタン２０６、及び「次へ」ボタン２０８が含まれる。

図１０に示すように、ユーザーは、枠部材の内径Ｄ、及び測定したいワークＷの直径Ｒを入力できる。入力した数値を修正する場合、「戻る」ボタン２０６を押すことにより、再入力できる。入力した数値に問題ない場合、「次へ」ボタン２０８を押す。演算処理装置４０が枠部材５２の内径Ｄ、及び測定したいワークＷの直径Ｒの数値に基づいて、処理を行う。

次に、図１１に示すように、データ表示欄２０４は、演算処理装置４０の処理により算出された、テーパーピンの外径Ａ、先端角度θ、中心ピンの外径Ｃ，調整ピンの外径Ｂ、及びワークのＲ（ＭＩＮ）とＲ（ＭＡＸ）を表示する。ユーザーは、算出結果に基づいて、中心ピン群Ｇ１から中心ピン５４を選択する。また、ユーザーは、テーパーピン群Ｇ２から算出された外径Ａ、及び先端角度θを有するテーパーピン５６を含むテーパーセットＳ２を選択し、調整ピン群Ｇ３から算出された外径Ｂを有する調整ピン５８を含む調整セットＳ３を選択する。選択されたこれらの中心ピン５４、テーパーセットＳ２及び調整セットＳ３が枠部材５２に着脱可能に配置することで保持治具５０が構成され、ワークＷを保持できる。なお、図１０、及び図１１では、データ入力欄２０２を枠部材の内径Ｄ、及びワークＷの直径Ｒとし、データ表示欄２０４をテーパーピンの外径Ａ、先端角度θ、中心ピンの外径Ｃ，調整ピンの外径Ｂ、及びワークのＲ（ＭＩＮ）とＲ（ＭＡＸ）を表示した。しかしながら、これらに限定されず、データ入力欄２０２及びデータ表示欄２０４の項目を適宜変更できる。

保持治具５０が真円度測定装置１のテーブル１２に設置される。保持治具５０に保持されたワークＷの真円度が、真円度測定装置１により測定される。

枠部材５２は、円柱形状５２Ａ及び貫通孔５２Ｂを同軸加工で仕上げることが好ましい。円柱形状５２Ａと貫通孔５２Ｂの中心軸は一致できる。枠部材５２の円柱形状５２Ａの外周で一度アライメントすれば、中心ピン５４、テーパーセットＳ２及び調整セットＳ３の組み合わせを変更した場合でも、毎回のセンタリングの調整が不要になる。

すなわち、あらかじめ表面形状測定装置に枠部材を据え付けた状態で、アライメントを行っておけば、中心ピン５４、テーパーセットＳ２及び調整セットＳ３の組み合わせを変更するだけで、幅広い直径のワークＷの保持に対応でき、ワークＷを交換する度に実施されるアライメントが不要になる。

１真円度測定装置、１０ベース、１２テーブル、１３検出器支持機構、１４コラム、１６キャリッジ、１８径方向移動アーム、２０旋回アーム、２２検出器ホルダ、２４検出器、２４Ａ検出器本体、２４Ｂ測定子、４０演算処理装置、５０保持治具、５２枠部材、５２Ａ円柱形状、５２Ｂ貫通孔、５４中心ピン、５６テーパーピン、５６Ａ円錐形状、５６Ｂ円柱形状、５８調整ピン、１００保持治具ユニット、２００表示画面、２０２データ入力欄、２０４データ表示欄、２０６「戻る」ボタン、２０８「次へ」ボタン、Ａｘ中心軸、Ｇ１中心ピン群、Ｇ２テーパーピン群、Ｇ３調整ピン群、Ｓ２、Ｓ２１～Ｓ２４テーパーセット、Ｓ３、Ｓ３１～Ｓ３４調整セット、Ｗワーク、θ 先端角度、σ 角度

Claims

球形状のワークを保持する保持治具であって、
円筒形状の枠部材と、
前記枠部材の中心に配置される円柱形状の中心ピンと、
前記中心ピンより高く、先端が先細りのテーパー形状で、外径が同一の円柱形状の３本のテーパーピンと、
前記中心ピンの外周に、周方向に前記３本のテーパーピンを均等配置するため、前記枠部材の隙間に配置される前記テーパーピンより低い複数の円柱形状の調整ピンと、
を備える保持治具。
前記テーパーピンの外径をＡ、前記調整ピンの外径をＢ、前記中心ピンの外径をＣ、前記枠部材の内径をＤと、Ａ≦Ｂとしたとき、
以下の式１、及び式２式；
式１Ｂ＝－（Ｃ^２＋Ａ×Ｃ）/(Ｃ－３Ａ)
式２Ｄ＝Ｃ＋２Ｂ
を満たす、請求項１に記載の保持治具。
前記テーパーピンの先端角度をθとし、前記球形状のワークの直径をＲとしたとき、Ｃ／ｃｏｓθ≦Ｒ≦（Ａ＋Ｃ）／ｃｏｓθを満たす前記ワークを保持する、請求項２に記載の保持治具。
前記先端角度は、０°＜θ＜９０°である請求項３に記載の保持治具。
テーブルと、
前記テーブルに着脱可能に設置された請求項１から４のいずれか一項の保持治具と、
前記保持治具に保持された球形状のワークの表面に接触する測定子の変位量を検出する検出器と、
を備える表面形状測定装置。
球形状のワークを保持する保持治具ユニットであって、
円筒形状の枠部材と、
前記枠部材の中心に配置可能で、外径の異なる複数の円柱形状の中心ピンで構成される中心ピン群と、
前記中心ピンより高く、先端が先細りのテーバー形状で、前記外径が同一の円柱形状の３本のテーパーピンをテーパーセットとし、前記テーパーセットに含まれる前記テーパーピンの外径が異なる複数の前記テーパーセットから構成されるテーパーピン群と、
前記中心ピンの外周に、周方向に前記テーパーセットに含まれる前記３本のテーパーピンを均等配置するため、前記枠部材の隙間に配置可能で前記テーパーピンより低く、外径が同一である複数の円柱形状の調整ピンを調整セットとし、前記調整セットに含まれる前記調整ピンの外径が異なる複数の前記調整セットから構成される調整ピン群と、を備え、
前記球形状のワークの直径に応じて、前記中心ピン群から選択される前記中心ピンと、前記テーパーピン群から選択される前記テーパーセットと、前記調整ピン群から選択される少なくとも１つの前記調整セットとが前記枠部材に着脱可能に配置される、保持治具ユニット。