JP7392254B2 - 表面性状測定方法及び表面性状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は表面性状測定方法及び表面性状測定装置に関する。

真円度測定装置を用いて被測定物の表面性状を測定する際に、接触子に対して規定の測定力を付与し、高精度の表面性状測定を実現している。一方、被測定物の剛性が小さい場合に、測定力の付与に起因して測定結果が影響を受けるという問題が存在している。

特許文献１は、測定力を相対的に小さくすることで、測定力に起因する被測定物の変形の影響を最小限にとどめようとする形状測定装置が記載されている。

特開２００８－１２２３７０号公報

しかしながら、測定力を相対的に小さくすると、接触子の被測定物に対する追従性の低下が問題となる。光を用いた非接触式の測定を適用して、測定力に起因する被測定物の変形を避ける工夫も行われているが、接触式の測定に適用される変位計と比較して、非接触式の測定に適用される変位計は高コストとなる。また、非接触式の測定では、接触表面と光学表面との差異が問題となることがあり得る。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定力に起因する測定結果への影響を抑制し得る、表面性状測定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態様に係る表面性状測定方法は、測定力付与部を用いて接触子を介して被測定物に対して測定力を付与し、接触子の変位を検出する検出部を用いて被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法であって、第一測定力を適用した被測定物の測定を実施する第一測定力適用測定工程と、第一測定力と異なる第二測定力を適用した被測定物の測定を実施する第二測定力適用測定工程と、第一測定力及び第二測定力を用いて、第一測定力適用測定工程において得られる第一測定データに基づき導出される第一仮指標及び第二測定力適用測定工程において得られる第二測定データから導出される第二仮指標から、被測定物に付与される測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出工程と、を含む表面性状測定方法である。

第１態様によれば、第一測定力を適用する測定を実施して第一仮指標を導出する。第二測定力を適用する測定を実施して第二仮指標を導出する。第一測定力及び第二測定力を用いて、第一仮指標及び第二仮指標から被測定物の表面性状指標を導出する。これにより、測定力の影響が除去された測定結果として、被測定物の表面性状指標を導出し得る。

第２態様は、第１態様の表面性状測定方法において、表面性状指標導出工程は、第一測定力をＦ_１、第二測定力をＦ_２、第一仮指標をＳｔ_１、第二仮指標をＳｔ_２、被測定物に付与される測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標をＳｔとして、Ｓｔ＝（Ｆ_２×Ｓｔ_１－Ｆ_１×Ｓｔ_２）／（Ｆ_２－Ｆ_１）を用いて、被測定物の表面性状指標Ｓｔを導出する構成としてもよい。

第２態様によれば、第一測定力Ｆ_１、第二測定力Ｆ_２、第一仮指標Ｓｔ_１及び第二仮指標Ｓｔ_２を用いて、測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標Ｓｔを導出し得る。すなち、被測定物の物性及び被測定物の寸法等の被測定物に関するパラメータを用いずに、測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標Ｓｔを導出し得る。

第３態様は、第１態様又は第２態様の表面性状測定方法において、第一測定力適用測定工程は、第一鉛直位置において被測定物の測定を実施する第一測定工程及び第一鉛直位置と鉛直方向の位置が異なる第二鉛直位置において被測定物の測定を実施する第二測定工程を含み、第二測定力適用測定工程は、第一鉛直位置において被測定物の測定を実施する第三測定工程及び第二鉛直位置において被測定物の測定を実施する第四測定工程を含む構成としてもよい。

第３態様によれば、第一測定力及び第二測定力のそれぞれについて、複数の鉛直位置における測定を実施する。これにより、測定力の影響による被測定物の変形を把握し得る。

第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか一態様の表面性状測定方法において、第一測定データと第二測定データとの差分を表す差分データを導出する差分導出工程と、差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施するフィルタ処理工程と、を含み、表面性状指標導出工程は、フィルタ処理工程の処理結果を用いて、被測定物に付与される測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標を導出する構成としてもよい。

第４態様によれば、被測定物の把持状態に起因する測定力の影響を算出し得る。これにより、把持状態に起因する測定力の影響を除去した被測定物の表面性状指標を導出し得る。

第５態様は、第１態様から第４態様のいずれか一態様の表面性状測定方法において、表面性状指標導出工程は、表面性状指標として、円筒度、同軸度、平行度及び直径の少なくともいずれかを導出する構成としてもよい。

第５態様によれば、測定力の影響が除去された円筒度、同軸度、平行度及び直径を導出し得る。

第６態様に係る表面性状測定装置は、接触子と、接触子を介して被測定物に対して測定力を付与する測定力付与部と、接触子の変位を検出する検出部と、検出部を用いて得られた被測定物の測定データから被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出部と、を備え、表面性状指標導出部は、第一測定力を適用する測定から得られた第一測定データに基づき第一仮指標を導出し、第一測定力と異なる第二測定力を適用した測定から得られた第二測定データに基づき第二仮指標を導出し、第一仮指標及び第二仮指標から、被測定物に付与される測定力の影響を除去した被測定物の表面性状の指標を導出する表面性状測定装置である。

第６態様によれば、第１態様と同様の効果を得ることができる。

第６態様において、第２態様から第５態様で特定した事項と同様の事項を適宜組み合わせることができる。その場合、表面性状測定方法において特定される処理や機能を担う構成要素は、これに対応する処理や機能を担う表面性状測定装置の構成要素として把握することができる。

本発明によれば、第一測定力を適用する測定を実施して第一仮指標を導出する。第二測定力を適用する測定を実施して第二仮指標を導出する。第一測定力及び第二測定力を用いて、第一仮指標及び第二仮指標から被測定物の表面性状指標を導出する。これにより、測定力の影響が除去された測定結果として、被測定物の表面性状指標を導出し得る。

図１は第一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は相対的に大きい測定力を適用する場合の円筒度測定の模式図である。 図４は図３に示す円筒度測定において導出されるワークの形状を示す模式図である。 図５は相対的に小さい測定力を適用する場合の円筒度測定の模式図である。 図６は図５に示す円筒度測定において導出されるワークの形状を示す模式図である。 図７は第一実施形態に係る円筒度測定方法の手順を示すフローチャートである。 図８は図７に示す円筒度測定方法における測定条件の説明図である。 図９はワークの変形量計算に適用されるパラメータの説明図である。 図１０は高剛性となる場合のワークの把持状態を示す模式図である。 図１１は図１０を側面視した図である。 図１２は低剛性となる場合のワークの把持状態を示す模式図である。 図１３は図１２を側面視した図である。 図１４は測定波形の説明図である。 図１５は相対的に大きい測定力を適用する場合の測定波形の説明図である。 図１６は相対的に小さい測定力を適用する場合の測定波形の説明図である。 図１７は差分波形の説明図である。 図１８は第二実施形態に係る円筒度測定方法に適用される把持方向に起因する測定力の影響除去方法の手順を示すフローチャートである。

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。

［第一実施形態］
〔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、ワーク９の測定対象部分に接触子１８Ａを接触させて、ワーク９の測定を実施する。真円度測定装置１０は、ワーク９の測定データを解析して、ワーク９の円筒度及び真円度等の幾何公差を導出し得る。なお、実施形態に記載のワーク９は被測定物の一例に相当する。

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。なお、支持台は基台と呼ばれる場合がある。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の上面は把持具１４が取り付けられる。把持具１４は、ワーク９をテーブル１３の上面に載置する際にワーク９の基端部を把持する。把持具１４は、三爪のスクロールチャックを適用し得る。

ワーク９は、測定対象部分の形状中心がテーブル１３の回転軸２２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、モータを備える。モータは、ベース１１の内部に配置される。モータの回転軸は、駆動伝達機構を介してテーブル１３の駆動軸と連結される。モータは、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。テーブル１３に付した矢印線は、テーブル１３の回転方向を示す。駆動伝達機構は、ギア等を含み得る。なお、モータ、駆動伝達機構及びテーブル１３の駆動軸の図示を省略する。

真円度測定装置１０は、コラム１５、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。

コラム１５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キャリッジを昇降可能に支持する。水平アーム１７の先端部は、検出器１８が取り付けられる。なお、キャリッジの図示を省略する。符号ｚを付した矢印線はキャリッジの昇降方向を示す。また、符号Ｒを付した矢印線は水平アームの移動方向を表す。

検出器１８は、接触子１８Ａ、アーム１８Ｃ及び変位センサを備える。接触子１８Ａはアーム１８Ｃの先端に取り付けられる。アーム１８Ｃは揺動支点において揺動可能に支持される。変位センサは、アーム１８Ｃを介して接触子１８Ａの変位を検出する。検出器１８は、アーム１８Ｃの揺動支点を挟んで反対側の、アーム１８Ｃの変位検出位置の変位を検出するテコ式検出器を適用し得る。テコ式検出器では、変位センサは変位検出位置の変位を表す測定データを出力する。

変位センサから出力される測定データは制御装置へ送信される。なお、図１では変位センサ及び制御装置の図示を省略する。変位センサは符号１８Ｂを用いて図２に図示する。制御装置は符号１９を用いて図２に図示する。

検出器１８は、測定力付与機構を備える。測定力付与機構は、設定値に応じた測定力を接触子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。実施形態に記載の測定力付与機構は測定力付与部の一例に相当する。実施形態に記載の検出器１８は検出部の一例に相当する。

〔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。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１９は、測定データ取得部４０、測定データ処理部４２、測定データ記憶部４４、処理結果記憶部４６を備える。測定データ取得部４０は、検出器１８に具備される変位センサ１８Ｂから送信される測定データを取得する。測定データ取得部４０は、測定データ記憶部４４を用いて測定データ取得部４０を介して取得した測定データを記憶する。

測定データ処理部４２は、測定データ取得部４０を介して取得した測定データに対して処理を実施する。測定データ処理部４２は、処理結果記憶部４６を用いて処理結果を記憶する。

測定データ処理部４２は、解析部４３及び測定力影響除去処理部４５を備える。解析部４３は測定データを解析してワーク９の円筒度等の幾何公差を導出する。解析部４３は、測定力影響除去処理部４５と連携して、測定データを解析する際に、測定力の影響を除去したワーク９の円筒度等を導出する。

なお、測定力の影響を除去する処理の詳細は後述する。実施形態に記載の解析部４３は表面性状指標導出部の構成要素の一例に相当する。実施形態に記載の測定力影響除去処理部４５は表面性状指標導出部の構成要素の一例に相当する。

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。表示制御部４８は、表示装置１９Ａに表示させる情報に対応する電気信号を表示信号へ変換し、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情報を表示する。

制御装置１９は、測定力付与制御部５０及び測定力設定部５２を備える。測定力付与制御部５０は、ワーク９の測定に適用される測定力付与機構５６の設定値に基づき、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の設定値を取得する。測定力設定部５２は、入力装置１９Ｂ等を用いて入力された測定力付与機構５６の設定値を取得し得る。測定力設定部５２は、取得した測定力付与機構５６の設定値を測定力付与制御部５０へ送信する。

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の動作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にテーブル１３を回転させるモータ、キャリッジ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、円筒度測定に適用される円筒度測定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、各種のプロセッサ及び各種のメモリを適用し得る。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。メモリの例として、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）が挙げられる。

［円筒度測定方法の概要］
次に、図３から図６を用いて、第一実施形態に係る円筒度測定方法の概略について説明する。なお、実施形態に記載の円筒度測定方法は表面性状測定方法の一例に相当する。

図３は相対的に大きい測定力を適用する場合の円筒度測定の模式図である。図４は図３に示す円筒度測定において導出されるワークの測定モデルを示す模式図である。図５は相対的に小さい測定力を適用する場合の円筒度測定の模式図である。図６は図５に示す円筒度測定において導出されるワークの測定モデルを示す模式図である。

図３に示す第一測定力Ｆ_１は、図５に示す第二測定力Ｆ_２とは異なり、Ｆ_１＞Ｆ_２の関係を有する。図３に示すワーク９は、図５に示すワーク９と比較して倒れが大きくなる。そうすると、同一の測定位置における回転断面は測定力の大きさに応じて変化する。

図３に示す場合におけるワーク９の基端側の測定位置の回転断面９０Ａは、図５に示す場合におけるワーク９の基端側の測定位置における回転断面９１Ａよりも小さくなる。同様に、図３に示すワーク９の先端側の測定位置における回転断面９０Ｂは、図５に示すワーク９の先端側の測定位置における回転断面９１Ｂよりも小さくなる。

すなわち、図４に示すワーク９の測定モデル９０は、図６に示すワーク９の測定モデル９１と相違する。そうすると、測定力の違いに起因して円筒度等の指標が相違する。そこで、第一実施形態にかかる円筒度測定方法では、測定力を変更して複数の測定位置において測定を行い、測定力に起因するワーク９の変形モデルから測定力の影響が除去された円筒度等を導出する。

〔円筒度測定方法のフローチャート〕
図７は第一実施形態に係る円筒度測定方法の手順を示すフローチャートである。図８は図７に示す円筒度測定方法における測定条件の説明図である。図７に示す第一測定力設定工程Ｓ１０では、図２に示す測定力設定部５２は、円筒度測定に適用される第一測定力Ｆ_１に対応する測定力付与機構５６の設定値を取得し、取得した測定力付与機構５６の設定値を測定力付与制御部５０へ送信する。

第一測定力設定工程Ｓ１０において、測定力付与制御部５０は取得した測定力付与機構５６の設定値に基づき測定力付与機構５６を動作させる。第一測定力設定工程Ｓ１０の後に第一測定工程Ｓ１２へ進む。

第一測定工程Ｓ１２では、制御装置１９は図８に示す第一鉛直位置ｚ_１におけるワーク９の測定を実施する。すなわち、第一測定工程Ｓ１２において、駆動制御部６０は駆動機構６２を動作させて接触子１８Ａを第一鉛直位置ｚ_１に移動させ、テーブル１３を回転させる。第一鉛直位置ｚ_１は、図３及び図５に示す基端側の測定位置に対応する。

第一測定工程Ｓ１２において、検出器１８は規定のサンプリング周期を適用して接触子１８Ａの変位を検出し、測定データを制御装置１９へ送信する。測定データ処理部４２は測定データ取得部４０を介して検出器１８から送信される測定データを取得する。第一測定工程Ｓ１２において、測定データ処理部４２は第一鉛直位置ｚ_１におけるワーク９の回転断面９０Ａを表す測定データを取得する。第一測定工程Ｓ１２の後に第二測定工程Ｓ１４へ進む。

第二測定工程Ｓ１４では、制御装置１９は第二鉛直位置ｚ_２におけるワーク９の測定を実施する。すなわち、第二測定工程Ｓ１４では、駆動制御部６０は駆動機構６２を動作させて接触子１８Ａを第二鉛直位置ｚ_２に移動させ、テーブル１３を回転させる。

検出器１８は、規定のサンプリング周期を適用して接触子１８Ａの変位を検出し、測定データを制御装置１９へ送信する。測定データ処理部４２は測定データ取得部４０を介して検出器１８から送信される測定データを取得する。

第二測定工程Ｓ１４では、測定データ処理部４２は第二鉛直位置ｚ_２におけるワーク９の回転断面９０Ｂを表す測定データを取得する。第二鉛直位置ｚ_２は、図３及び図５に示す先端側の測定位置に対応する。第二測定工程Ｓ１４の後に第二測定力設定工程Ｓ１６へ進む。なお、実施形態に記載の第一測定工程Ｓ１２及び第二測定工程Ｓ１４は、第一測定力適用測定工程の構成要素の一例に相当する。

第二測定力設定工程Ｓ１６では、測定力設定部５２は、円筒度測定に適用される第二測定力Ｆ_２に対応する測定力付与機構５６の設定値を取得し、取得した測定力付与機構５６の設定値を測定力付与制御部５０へ送信する。

第二測定力設定工程Ｓ１６において、測定力付与制御部５０は取得した測定力付与機構５６の設定値に基づき測定力付与機構５６を動作させる。第二測定力設定工程Ｓ１６の後に第三測定工程Ｓ１８へ進む。

第三測定工程Ｓ１８では、制御装置１９は第一鉛直位置ｚ_１におけるワーク９の測定を実施する。すなわち、第三測定工程Ｓ１８において、駆動制御部６０は駆動機構６２を動作させて接触子１８Ａを第一鉛直位置ｚ_１に移動させ、テーブル１３を回転させる。

第三測定工程Ｓ１８において、検出器１８は規定のサンプリング周期を適用して接触子１８Ａの変位を検出し、測定データを制御装置１９へ送信する。測定データ処理部４２は測定データ取得部４０を介して検出器１８から送信される測定データを取得する。第三測定工程Ｓ１８において、測定データ処理部４２は第一鉛直位置ｚ_１におけるワーク９の回転断面９１Ａを表すデータを取得する。第三測定工程Ｓ１８の後に第四測定工程Ｓ２０へ進む。

第四測定工程Ｓ２０では、制御装置１９は第二鉛直位置ｚ_２におけるワーク９の測定を実施する。すなわち、第四測定工程Ｓ２０では、駆動制御部６０は駆動機構６２を動作させて、接触子１８Ａを第二鉛直位置ｚ_２に移動させ、テーブル１３を回転させる。

検出器１８は、規定のサンプリング周期を適用して接触子１８Ａの変位を検出し、測定データを制御装置１９へ送信する。測定データ処理部４２は測定データ取得部４０を介して検出器１８から送信される測定データを取得する。第四測定工程Ｓ２０では、測定データ処理部４２は第二鉛直位置ｚ_２におけるワーク９の回転断面９１Ｂを表すデータを取得する。第四測定工程Ｓ２０の後に円筒度算出工程Ｓ２２へ進む。

なお、実施形態に記載の第三測定工程Ｓ１８及び第四測定工程Ｓ２０は、第二測定力適用測定工程の構成要素の一例に相当する。

円筒度算出工程Ｓ２２では、解析部４３は、第一測定力Ｆ_１及び第二測定力Ｆ_２のそれぞれについてワーク９の円筒度を算出する。測定力影響除去処理部４５は、第一測定力Ｆ_１が適用される場合のワーク９の円筒度及び第二測定力Ｆ_２が適用される場合のワーク９の円筒度を用いて、測定力の影響を除去したワーク９の円筒度を算出する。円筒度算出工程Ｓ２２の後に測定結果出力工程Ｓ２４へ進む。なお、実施形態に記載の円筒度算出工程Ｓ２２は表面性状指標導出工程の一例に相当する。

測定結果出力工程Ｓ２４では、制御装置１９は表示装置１９Ａを用いて、円筒度算出工程Ｓ２２において算出された、測定力の影響を除去したワーク９の円筒度を表示させる。測定結果出力工程Ｓ２４の後に、制御装置１９は円筒度測定方法を終了させる。

〔円筒度測定方法の変形例〕
図７に示す第一測定工程Ｓ１２と第二測定工程Ｓ１４とは入れ替えが可能である。同様に、第三測定工程Ｓ１８と第四測定工程Ｓ２０とは入れ替えが可能である。また、第一測定力設定工程Ｓ１０、第一測定工程Ｓ１２の後に第二測定力設定工程Ｓ１６及び第三測定工程Ｓ１８を実施し、その後、第一測定力設定工程Ｓ１０、第二測定工程Ｓ１４、第二測定力設定工程Ｓ１６及び第四測定工程Ｓ２０をこの順に実施してもよい。

すなわち、第一鉛直位置ｚ_１において、第一測定力Ｆ_１を適用したワーク９の測定及び第二測定力Ｆ_２を適用した測定を実施し、その後、第二鉛直位置ｚ_２において、第一測定力Ｆ_１を適用した測定及び第二測定力Ｆ_２を適用した測定を実施してもよい。更に、第一鉛直位置ｚ_１における測定と第二鉛直位置ｚ_２における測定とを入れ替えてもよい。

本実施形態では、二か所の鉛直位置における測定データを用いたが、測定に適用される鉛直位置は、三か所以上であってもよい。

［測定力の影響を除去する処理の詳細な説明］
〔測定力に起因するワークの変形量計算〕
図９はワークの変形量計算に適用されるパラメータの説明図である。ワーク９の変形量ｗ（ｚ）は、ワーク９を円柱形状とし、ワーク９の把持を完全な固定端と仮定したワーク９の変形モデルを用いて算出する。なお、ｚは鉛直方向の座標値を表す。

ワーク９の固定端から鉛直方向の距離がｚの位置に付与される測定力をＦとし、ワーク９のヤング率をＥとし、ワーク９の固定端からの鉛直方向の距離がｚの位置における断面二次モーメントをＩとする。ワーク９の変形量ｗ（ｚ）は、
ｗ（ｚ）＝（Ｆ×ｚ）／（３×Ｅ×Ｉ） …式１
と表される。ワーク９の直径をｄとすると、中実円柱の断面二次モーメントＩは、Ｉ＝π／（６４×ｄ^４）である。

〔測定力の円筒度への寄与〕
測定された円筒度をＣＹＬ_ｍｅａｓとし、真の円筒度をＣＹＬ_ｔｒｕｅとする。ここで、測定された円筒度ＣＹＬ_ｍｅａｓは、測定力の影響が除去されていない円筒度を表す。真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅは、測定力の影響が除去された円筒度を表す。

ワーク９の固定端からの鉛直方向の距離がｚ_１の位置において、測定力Ｆが付与される場合のワーク９の変形量ｗ（ｚ）をｗ（ｚ_１）とし、固定端からの垂直方向の距離がｚ_２の位置において測定力Ｆが付与される場合のワーク９の変形量ｗ（ｚ）をｗ（ｚ_２）とする。測定された円筒度ＣＹＬ_ｍｅａｓは、
ＣＹＬ_ｍｅａｓ＝ＣＹＬ_ｔｒｕｅ－｛ｗ（ｚ_２）－ｗ（ｚ_１）｝ …式２
と表される。

式１に示すｗ（ｚ）を式２に代入すると、測定された円筒度ＣＹＬ_ｍｅａｓは、
ＣＹＬ_ｍｅａｓ＝ＣＹＬ_ｔｒｕｅ－｛Ｆ×（ｚ_２－ｚ_１）／（３×Ｅ×Ｉ）｝ …式３
と表される。

〔測定力の影響除去〕
式３に適用されるヤング率Ｅ及び断面二次モーメントＩは、ワーク９ごとに異なるため、式３を用いて真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅを計算することは困難である。そこで、複数の測定力Ｆのそれぞれを適用した測定を実施し、それぞれの測定データから円筒度ＣＹＬ_ｍｅａｓを算出し、式３におけるヤング率Ｅ及び断面二次モーメントＩを消去する。

第一測定力Ｆ_１を適用する測定から算出される、測定された円筒度をＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}とし、第二測定力Ｆ_２を適用する測定から算出される、測定された円筒度をＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}とする。測定位置を図８に示す第一鉛直位置ｚ_１及び第二鉛直位置ｚ_２とする。測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}は、
ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}＝ＣＹＬ_ｔｒｕｅ－｛Ｆ_１×（ｚ_２－ｚ_１）／（３×Ｅ×Ｉ）｝ …式４
と表される。また、測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}は、
ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}＝ＣＹＬ_ｔｒｕｅ－｛Ｆ_２×（ｚ_２－ｚ_１）／（３×Ｅ×Ｉ）｝ …式５
と表される。式４及び式５を真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅについて解くと、真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅは、
ＣＹＬ_ｔｒｕｅ＝（Ｆ_２×ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}－Ｆ_１×ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}）／（Ｆ_２－Ｆ_１） …式６
と表される。

すなわち、図２に示す測定データ処理部４２は、式６を記憶する記憶部を備えてもよい。すなわち、解析部４３は、測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}及び測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}を算出し、測定力影響除去処理部４５は、式６を参照して、真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅを算出し得る。

なお、実施形態に記載の円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}は第一仮指標Ｓｔ_１の一例に相当する。実施形態に記載の円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}は第二仮指標Ｓｔ_２の一例に相当する。実施形態に記載の真の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅは被測定物の表面性状指標Ｓｔの一例に相当する。

［第一実施形態の作用効果］
第一実施形態に係る真円度測定装置及び円筒度測定方法によれば、以下の作用効果を得ることが可能である。

〔１〕
第一測定力Ｆ_１を適用したワーク９の測定を実施し、第一測定力Ｆ_１に対応する測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－１}を算出する。第二測定力Ｆ_２を適用したワーク９の測定を実施し、第二測定力Ｆ_２に対応する測定された円筒度ＣＹＬ_{ｍｅａｓ－２}を算出する。式６を用いて、真のＣＹＬ_ｔｒｕｅを算出する。これにより、測定力に起因するワーク９の変形の影響が除去された真のＣＹＬ_ｔｒｕｅを算出し得る。

〔２〕
上記式６によれば、ワーク９のヤング率Ｅ等のワーク９の物性及びワーク９の寸法を用いずに、測定力の影響を排除したワーク９の円筒度ＣＹＬ_ｔｒｕｅを算出し得る。

〔３〕
複数の鉛直位置において、測定力を変更してワーク９の測定を実施する。これにより、ワーク９の変形モデルを用いて測定力に起因するワークの変形を把握し得る。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る円筒度測定方法について説明する。第二実施形態に係る円筒度測定方法が適用される真円度測定装置は、測定力に起因するワーク９の把持方向の影響を除去した、ワーク９の円筒度を算出する。

すなわち、第二実施形態に係る円筒度測定装置は、図２に示す制御装置１９にフィルタ設定部及びフィルタ処理部が追加される。なお、第二実施形態に係る円筒度測定装置の図示は省略する。

〔把持方向の影響〕
図１０は高剛性となる場合のワークの把持状態を示す模式図である。図１１は図１０を側面視した図である。図１２は低剛性となる場合のワークの把持状態を示す概略平面図である。図１３は図１２を側面視した図である。

図１０及び図１２に示すワーク９の輪郭に沿う矢印線はワーク９の回転方向を示す。ワーク９の回転方向は図１等に示すテーブル１３の回転方向と一致する。符号１４Ａ、符号１４Ｂ及び符号１４Ｃは、三爪のスクロールチャックが適用される把持具１４の爪を示す。

円柱形状のワーク９の把持は、一般に三爪のスクロールチャック等の三点でワークを把持する把持具１４が用いられる。三点でワーク９を把持する把持具１４を採用した場合、爪の位置と測定力Ｆの方向との相対関係に応じて、ワーク９の倒れが変化する。

図１０及び図１１に示すワーク９の把持状態では、測定力Ｆの方向に爪１４Ｃが位置する。かかるワーク９の把持状態は、図１２及び図１３に示すワーク９の把持状態と比較して高剛性であり、ワーク９の倒れが小さい。

一方、図１２及び図１３に示すワーク９の把持状態では、測定力Ｆの方向に対して斜めの位置に爪１４Ｂ及び爪１４Ｃが位置する。かかるワーク９の把持状態は、図１０及び図１１に示すワーク９の把持状態と比較して低剛性であり、ワーク９の倒れが大きい。

すなわち、ワーク９を回転軸２２について一回転させてワーク９の側面を測定する場合、テーブル１３の回転角度に応じてワーク９の倒れが変化する。なお、テーブル１３の回転角度は符号θを用いて図１４に図示する。

図１４は測定波形の説明図である。図１４に示す測定波形１００は、ワーク９の任意の鉛直位置における回転断面を表す。測定波形１００の測定データは極座標表示が適用される。符号Ｒはワーク９の半径方向を表す。符号θはテーブル１３の回転角度を表す。波形１０２はワーク９の倒れがない理想的な回転断面の輪郭形状を表す。

測定データ１０４は低剛性状態に対応する測定波形１００における測定データであり、図１２及び図１３に示すワーク９の倒れが大きい状態において測定された測定データである。測定データ１０６は高剛性状態に対応する測定波形１００における測定データであり、図１０及び図１１に示すワーク９の倒れが小さい状態において測定された測定データである。

〔把持方向の影響除去〕
次に、図１５から図１７を用いて、ワーク９の把持方向の影響除去について説明する。第一実施形態に係る円筒度測定の場合と同様に、二つの異なる測定力である第一測定力Ｆ_１及び第二測定力Ｆ_２のそれぞれを適用した測定データを用いて、ワーク９の把持方向と測定力の方向との相対角度に起因する影響を除去し得る。かかる場合は、それぞれの回転断面の測定について演算を実施する。

図１５は相対的に大きい測定力を適用する場合の測定波形の説明図である。図１６は相対的に小さい測定力を適用する場合の測定波形の説明図である。図１７は差分波形の説明図である。

図１５に示す測定波形１１０は、第一測定力Ｆ_１を適用したワーク９の測定から得られる。図１６に示す測定波形１１２は、第二測定力Ｆ_２を適用したワーク９の測定から得られる。図１７に示す差分波形１１４は、測定波形１１２と測定波形１１０との差分を表す。

一般に、ワーク９の把持方向に起因する測定波形１１０等への影響は３ＵＰＲ（Undulation Per Revolution）程度の低周波数成分として現れる。図１７に示す差分波形１１４は、ワーク９の一回転あたり３つの凸を有している。

そこで、図１７に示す差分波形１１４に対して、１５ＵＰＲ程度のローパスフィルタを適用したフィルタ処理を施してワーク９の把持方向の影響を算出し、回転断面の測定データからワーク９の把持方向に起因する測定力の影響を除去する。ローパスフィルタは、ワークを把持する爪の数に応じたカットオフ値を選択し得る。例えば、三爪のスクロールチャックが適用される場合カットオフ値が３ＵＰＲ以上１５ＵＰＲ以下のローパスフィルタを適用し得る。

〔円筒度測定方法のフローチャート〕
図１８は第二実施形態に係る円筒度測定方法に適用される把持方向に起因する測定力の影響除去方法の手順を示すフローチャートである。図１８に示すフローチャートは、図７に示す各回転断面の測定に対して適用される。

第一測定データ取得工程Ｓ１００では、第一測定力Ｆ_１を適用したワーク９の測定データを取得する。すなわち、第一測定データ取得工程Ｓ１００において、図２に示す測定データ処理部４２は図７の第一測定工程Ｓ１２において取得した、図８に示すワーク９の回転断面９０Ａを表す測定データを取得する。第一測定データ取得工程Ｓ１００の後に第二測定データ取得工程Ｓ１０２へ進む。

第二測定データ取得工程Ｓ１０２では、第二測定力Ｆ_２を適用したワーク９の測定データを取得する。すなわち、第二測定データ取得工程Ｓ１０２において、測定データ処理部４２は第三測定工程Ｓ１８において取得したワーク９の回転断面９１Ａを表す測定データを取得する。第二測定データ取得工程Ｓ１０２の後に差分算出工程Ｓ１０４へ進む。

差分算出工程Ｓ１０４では、測定データ処理部４２は、第一測定データ取得工程Ｓ１００において取得したワーク９の回転断面９０Ａを表す測定データと、第二測定データ取得工程Ｓ１０２において取得したワーク９の回転断面９１Ａを表す測定データとの差分データを算出する。差分データは、図１７に示す差分波形１１４に対応する。差分算出工程Ｓ１０４の後にフィルタ処理工程Ｓ１０６へ進む。なお、実施形態に記載の差分算出工程Ｓ１０４は差分導出工程の一例に相当する。

フィルタ処理工程Ｓ１０６では、差分算出工程Ｓ１０４において算出された差分データに対してローパスフィルタ処理を実施して、把持方向に起因する測定力の影響を算出するする。フィルタ処理工程Ｓ１０６の後に影響除去工程Ｓ１０８へ進む。

影響除去工程Ｓ１０８では、フィルタ処理工程Ｓ１０６において算出された把持方向に起因する測定力の影響を用いて、回転断面の測定データから把持方向に起因する測定力の影響を除去する演算を実施する。

同様に、回転断面９０Ｂ及び回転断面９１Ｂについても、図１８に示す処理を実施して、回転断面の測定データから把持方向に起因する測定力の影響を除去する。

［第二実施形態の作用効果］
第二実施形態に係る円筒度測定方法によれば、以下の作用効果を得ることが可能である。

第一測定力Ｆ_１を適用した回転断面の測定データ及び第二測定力Ｆ_２を適用した回転断面の測定データの差分データを算出し、差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施して、把持方向に起因する測定力の影響を算出する。各回転断面の測定データから把持方向に起因する測定力の影響を除去する。これにより、ワーク９の把持方向に起因する測定力の影響を除去した円筒度測定を実施し得る。

［円筒度測定以外の測定への適用例］
第一実施形態及び第二実施形態に示す円筒度測定は、同軸度、平行度及び直径等の測定にも適用可能である。

［接触子の変形への適用例］
第一実施形態及び第二実施形態に示す円筒度測定は、接触子の変形に起因する影響の除去にも適用可能である。

［応用例］
本実施形態では、ワーク９の表面性状を測定する表面性状測定装置の一例として、ワーク９の円筒度等を測定する真円度測定装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、真円度測定装置以外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。

９…ワーク、１０…真円度測定装置、１８…検出器、１８Ａ…接触子、１９…制御装置、４２…データ処理部、４３…解析部、４５…測定力影響除去処理部、５２…測定力設定部、５６…測定力付与機構

Claims (9)

1. 測定力付与部を用いて接触子を介して被測定物に対して測定力を付与し、前記接触子の変位を検出する検出部を用いて前記被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法であって、
   第一測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第一測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第二測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力及び前記第二測定力を用いて、前記第一測定力適用測定工程において得られる第一測定データに基づき導出される第一仮指標及び前記第二測定力適用測定工程において得られる第二測定データから導出される第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出工程と、
   を含み、
   前記表面性状指標導出工程は、前記第一測定力をＦ _１ 、前記第二測定力をＦ _２ 、前記第一仮指標をＳｔ _１ 、前記第二仮指標をＳｔ _２ 、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標をＳｔとして、Ｓｔ＝（Ｆ _２ ×Ｓｔ _１ －Ｆ _１ ×Ｓｔ _２ ）／（Ｆ _２ －Ｆ _１ ）を用いて、前記被測定物の表面性状指標Ｓｔを導出する表面性状測定方法。
2. 前記第一測定力適用測定工程は、第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第一測定工程及び前記第一鉛直位置と鉛直方向の位置が異なる第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第二測定工程を含み、
   前記第二測定力適用測定工程は、前記第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第三測定工程及び前記第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第四測定工程を含む請求項１に記載の表面性状測定方法。
3. 測定力付与部を用いて接触子を介して被測定物に対して測定力を付与し、前記接触子の変位を検出する検出部を用いて前記被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法であって、
   第一測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第一測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第二測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力及び前記第二測定力を用いて、前記第一測定力適用測定工程において得られる第一測定データに基づき導出される第一仮指標及び前記第二測定力適用測定工程において得られる第二測定データから導出される第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出工程と、
   を含み、
   前記第一測定力適用測定工程は、第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第一測定工程及び前記第一鉛直位置と鉛直方向の位置が異なる第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第二測定工程を含み、
   前記第二測定力適用測定工程は、前記第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第三測定工程及び前記第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する第四測定工程を含む表面性状測定方法。
4. 前記第一測定データと前記第二測定データとの差分を表す差分データを導出する差分導出工程と、
   前記差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施するフィルタ処理工程と、
   を含み、
   前記表面性状指標導出工程は、前記フィルタ処理工程の処理結果を用いて、被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する請求項１から３のいずれか一項に記載の表面性状測定方法。
5. 測定力付与部を用いて接触子を介して被測定物に対して測定力を付与し、前記接触子の変位を検出する検出部を用いて前記被測定物の表面性状を測定する表面性状測定方法であって、
   第一測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第一測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した前記被測定物の測定を実施する第二測定力適用測定工程と、
   前記第一測定力及び前記第二測定力を用いて、前記第一測定力適用測定工程において得られる第一測定データに基づき導出される第一仮指標及び前記第二測定力適用測定工程において得られる第二測定データから導出される第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出工程と、
   前記第一測定データと前記第二測定データとの差分を表す差分データを導出する差分導出工程と、
   前記差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施するフィルタ処理工程と、
   を含み、
   前記表面性状指標導出工程は、前記フィルタ処理工程の処理結果を用いて、被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状測定方法。
6. 前記表面性状指標導出工程は、前記表面性状指標として、円筒度、同軸度、平行度及び直径の少なくともいずれかを導出する請求項１から５のいずれか一項に記載の表面性状測定方法。
7. 接触子と、
   前記接触子を介して被測定物に対して測定力を付与する測定力付与部と、
   前記接触子の変位を検出する検出部と、
   前記検出部を用いて得られた前記被測定物の測定データから前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出部と、
   を備え、
   前記表面性状指標導出部は、第一測定力を適用する測定から得られた第一測定データに基づき第一仮指標を導出し、前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した測定から得られた第二測定データに基づき第二仮指標を導出し、前記第一仮指標及び前記第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状の指標を導出する際に、
   前記第一測定力をＦ _１ 、前記第二測定力をＦ _２ 、前記第一仮指標をＳｔ _１ 、前記第二仮指標をＳｔ _２ 、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標をＳｔとして、Ｓｔ＝（Ｆ _２ ×Ｓｔ _１ －Ｆ _１ ×Ｓｔ _２ ）／（Ｆ _２ －Ｆ _１ ）を用いて、前記被測定物の表面性状指標Ｓｔを導出する表面性状測定装置。
8. 接触子と、
   前記接触子を介して被測定物に対して測定力を付与する測定力付与部と、
   前記接触子の変位を検出する検出部と、
   前記検出部を用いて得られた前記被測定物の測定データから前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出部と、
   を備え、
   前記表面性状指標導出部は、第一測定力を適用する測定から得られた第一測定データに基づき第一仮指標を導出し、前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した測定から得られた第二測定データに基づき第二仮指標を導出し、前記第一仮指標及び前記第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状の指標を導出する際に、
   前記第一測定力を適用する測定において、第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施し、かつ、前記第一鉛直位置と鉛直方向の位置が異なる第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施し、前記第二測定力を適用する測定において、前記第一鉛直位置において前記被測定物の測定を実施し、かつ、前記第二鉛直位置において前記被測定物の測定を実施する表面性状測定装置。
9. 接触子と、
   前記接触子を介して被測定物に対して測定力を付与する測定力付与部と、
   前記接触子の変位を検出する検出部と、
   前記検出部を用いて得られた前記被測定物の測定データから前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状指標導出部と、
   を備え、
   前記表面性状指標導出部は、第一測定力を適用する測定から得られた第一測定データに基づき第一仮指標を導出し、前記第一測定力と異なる第二測定力を適用した測定から得られた第二測定データに基づき第二仮指標を導出し、前記第一仮指標及び前記第二仮指標から、前記被測定物に付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状の指標を導出する際に、
   前記第一測定データと前記第二測定データとの差分を表す差分データを導出し、前記差分データに対してローパスフィルタを適用したフィルタ処理を実施し、前記フィルタ処理の処理結果を用いて、被測定物に 付与される測定力の影響を除去した前記被測定物の表面性状指標を導出する表面性状測定装置。

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