JPH0797029B2

JPH0797029B2 - 平面の平面度測定装置および平面度測定方法

Info

Publication number: JPH0797029B2
Application number: JP1275969A
Authority: JP
Inventors: 茂森
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH03138510A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、被測定物の平面の平面度を正確かつ信頼性高
く測定し得る測定装置に関する。

（従来の技術）例えば、自動車の動力伝達装置などに用いられるハイポ
イドギヤは、高負荷にて使用されるのでその加工に際し
ては十分な仕上り精度をもって正確に加工されることが
必要である。また、このハイポイドギヤは、その背面に
おいて他の部品と組み付けた状態で使用されるので、特
に背面の平面度の確保が信頼性向上のために必要であ
る。

この平面度を測定する方法としては、ハイポイドギヤを
加工した後に、背面の当り面が凸部を呈するような３位
置を選定し、ついでこの３位置の高さを同一平面上に設
置した後に、凹部の寸法を測定する。そして、凸部の最
高値と凹部の最低値の差を平面度（μｍ）としている。
ここに、平面度および平面度の表示は日本工業規格に以
下のように定義される（JIS B 0621−1984参照）。つま
り、平面度とは、平面形体の幾何学的に正しい平面（幾
何学的平面）からの狂いの大きさをいう。また、平面度
は、平面形体を幾何学的平行二平面で挟んだとき、平行
二平面の間隔が最小となる場合の、二平面の間隔で表
し、平面度_mm又は平面度＿μｍと表示する。

第11図〜第13図は、従来のハイポイドギヤ背面の平面度
測定方法およびその測定装置の一例を示す構成図であ
る。

まず、第11図に示すように、ハイポイドギヤ１の背面２
に光明丹を塗布した後、ハイポイドギヤ１の背面２と定
盤３とを摺合わせ、背面２のうち最も突出した３点を選
定する。ここで、ハイポイドギヤ１の背面２と定盤３と
を摺合わせた結果、第12図に示すように、背面２のうち
最も突出した３点は、金属間相互の直接接触となって金
属面４が露出することから、測定者は３つの凸部５を選
定することができる。

ついで、第13図に示すように、ハイポイドギヤ１を定盤
上にジャッキを介して設置された補助定盤７上に設置
し、ハイトゲージ９に取付けたダイヤルゲージ８を用い
て凸部５の３位置における高さが同一となるように３つ
のジャッキ６を調整する。そしてこの状態で、背面をダ
イヤルゲージにより走査して、最も低い凹部の深さを測
定し、背面２の平面度を計算により決定する。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の平面度測定においては、３つの凸
部を選定することにより平面度が決定されるが、この３
位置の正確な位置は、測定者の個人差により誤差を発生
されるなど不確定要素があり、数十μｍの精度を要する
平面度測定においては好ましくない。

また、ハイポイドギヤの摺合わせなどの事前作業および
平面度測定のために多くの測定時間を要する。

本発明は、上述した従来の技術に伴なう種々の欠点、問
題点を解決し、日本工業規格（JIS B 0621−1984）で規
定された平面の平面度を正確かつ信頼性高くしかも経済
的に測定することができる平面度測定装置および平面度
測定方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明に係る平面の平面度測
定装置は、略円形状の測定面を有する被測定物を搭載して回転させ
るターンテーブルと、該ターンテーブルの回転位置を検出する位置検出手段
と、ターンテーブルに搭載された被測定物の測定面に対向す
ると共に測定面との間隙寸法を検出する測距手段と、前記測距手段を測定面の半径方向に移動させるための移
動手段と、仮想基準面を基準として、前記測距手段により検出され
た変位データの最高変位と最低変位との差によって定ま
る前記測定面の平面度を演算する演算手段とを備え、前記演算手段は、前記測距手段と前記位置検出手段との
検出信号により、前記測定面上の円周方向の３等分領域
における最も突出した位置の変位が互いに等しくなるよ
うに前記測定面全体の変位データを回転移動させること
により前記仮想基準面を決定し、当該仮想基準面を基準
として前記平面度の演算処理を行うことを特徴とする平
面度測定装置である。

また、上記目的を達成するための本発明に係る平面の平
面度測定方法は、仮想基準面を基準として、被測定物の測定面に関する変
位データの最高変位と最低変位との差によって定まる前
記測定面の平面度を算出する平面の平面度測定方法であ
って、前記測定面上の円周方向の３等分領域における最も突出
した位置の変位が互いに等しくなるように前記測定面全
体の変位データを回転移動させることにより前記仮想基
準面を決定する仮想基準面設定ステップと、前記仮想基準面設定ステップで決定した仮想基準面を基
準として前記平面度の演算処理を行う演算ステップと、前記演算ステップにおける平面度の演算処理値が最小値
を示してそれ以上小さくならなくなるまで、前記仮想基
準面設定ステップおよび前記演算ステップを繰り返し、
最小の前記演算処理値をもって真正な平面度の値とする
処理ステップと、を有することを特徴とする平面度測定
方法である。

（作用）このように構成した本発明に係る平面の平面度測定装置
にあっては、測定面の所定の測定点における変位データ
を位置検出手段により測定点を確認しながら変位センサ
にて測定し、このデータを演算手段に格納し、次に測定
面の円周方向の３等分領域における最も突出した位置の
変位を等しくすべく、変位データを同次変換により回転
移動して仮想基準面を決定する演算処置を行なう。そし
て、全域における最高変位および最低変位の差から平面
度を演算する。

また、本発明に係る平面の平面度測定方法にあっては、
仮想基準面を基準として、被測定物の測定面に関する変
位データの最高変位と最低変位との差によって定まる測
定面の平面度を算出するが、まず、仮想基準面設定ステ
ップにおいて、測定面上の円周方向の３等分領域におけ
る最も突出した位置の変位が互いに等しくなるように測
定面全体の変位データを回転移動させて、仮想基準面を
決定する。ついで、演算ステップにおいて、仮想基準面
設定ステップで決定した仮想基準面を基準として、変位
データの最高変位と最低変位との差から平面度の演算処
理を行う。そして、処理ステップにおいて、演算ステッ
プにおける平面度の演算処理値が最小値を示してそれ以
上小さくならなくなるまで、仮想基準面設定ステップお
よび演算ステップを繰り返し、最小の演算処理値をもっ
て真正な平面度の値とし、平面度の測定が完了する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る平面度測定装置の全
体を示す構成図、第２図は、第１図のII−II線に沿う断
面図、第３図は、同実施例の操作手順を示すフローチャ
ート、第４〜７図は同実施例の演算原理を説明する概念
図、第８図（Ａ）（Ｂ）は、アダプタの変形例を示す断
面図、第９図および第10図は、本発明の他の応用例を示
す平面および断面図である。

第１〜２図に示すように、本実施例の平面度測定装置10
は、被測定物であるハイポイドギヤ１の背面２を測定面
として、当該被測定物１を所定の速度にて回転させるタ
ーンテーブル11を有している。このハイポイドギヤ１
は、ターンテーブル11上面に突出形成された凸部11aに
アダプタ14の通孔14aを嵌合し、さらにアダプタ14をハ
イポイドギヤ１の凹部1aに嵌合することにより、ハイポ
イドギヤ１とターンテーブル11とが同心円となるように
ターンテーブル上面に設置される。ここで、測定しよう
とするハイポイドギヤ１の形状、特に凹部1aの形状が複
数種類ある場合には、第８図（Ａ）（Ｂ）に示すよう
に、アダプタ14の形状を各ハイポイドギヤ１の形状に対
応するように形成し、一方、これら各アダプタ14の通孔
形状をターンテーブル11の凸部形状に対応した形状に形
成することにより、専用アダプタを設けるだけで種々の
ハイポイドギヤを一つのターンテーブルで測定すること
が可能となる。第８図（Ａ）（Ｂ）に示す二つのハイポ
イドギヤ１は、それぞれ凹部1aの形状が異なっている
が、アダプタ14の段部14bの形状をこれら凹部1aの形状
にそれぞれ対応して形成しており、また、アダプタ14の
通孔14aはターンテーブル11の凸部11aの形状に対応して
いることから、一方のハイポイドギヤの測定を終了した
後に、他方のハイポイドギヤの測定を行う場合には、ア
ダプタ14を取り替えるだけでハイポイドギヤの測定を行
うことができる。

ハイポイドギヤ１の測定面２との間隙寸法Ｇを高精度に
て検出する変位センサ23（測距手段に相当）は、移動手
段20のアームに取り付けられた状態で、測定面２に対向
して設けられている。移動手段20は、支軸24の回りに旋
回する旋回アーム21と、この旋回アーム21に対して直交
するとともに旋回アーム21に沿って直線移動する横アー
ム22を有し、横アーム22の端部に前記変位センサ23が固
定されている。旋回アーム21は、被測定物１をターンテ
ーブル11上に設置する際に旋回して、変位センサ23と被
測定物１とが干渉しないようになっており、測定時に
は、変位センサ23が測定面２に対向する位置まで移動し
て固定される。横アーム22は、サーボモータ30等により
ボールネジ31等を介して旋回アーム21上を往復移動する
が、測定時には、ターンテーブル11の回転状態と関連し
て所定ピッチづつ移動するように図示しない制御手段か
ら指令信号が送信されるようになっている。また、この
変位センサ23のハイポイドギヤ１の測定面２に対する現
在位置を把握するために、ターンテーブル11および移動
手段20の移動量は、位置検出手段32により検出されるよ
うになっており、この検出信号は演算手段25の記憶部に
変位センサ23による間隙寸法の測定データと対応した状
態で格納される。

変位センサ23としては、例えば磁気センサなどを用いる
ことができ、ハイポイドギヤ１の測定面２に対する変位
センサ23との間隙寸法Ｇにより変化する磁石回路の磁気
量を利用して、間隙寸法Ｇの検出が行なわれる。この変
位センサ23にて検出された磁気量は電気量に変換された
後に、前述したように演算手段25の記憶部に記憶される
ようになっている。この記憶部に格納された間隙寸法の
データは、さらに後述する演算処理が行われてハイポイ
ドギヤ１の測定面２の平面度が決定される。

さらに、演算手段25には、当該演算手段にて演算した測
定結果を表示するための表示手段26が接続されている。
この表示手段26は、ある基準値を予め入力しておき、測
定結果がこの基準値を満足するか否かによって合格、あ
るいは不合格の表示を行うものでも良いし、さらに、測
定面２の部位別に測定データを表示するように構成して
も良い。この場合、測定データの値を種々の範囲、例え
ば、基準面に対する測定値が０〜10μｍであるときは
「赤」、10〜20μｍであるときは「橙」、20〜30μｍで
あるときは「黄」、…のように、CRTディスプレイ上に
カラー表示することも可能である。

次に、このように構成した本実施例の平面度測定装置の
測定手順と演算処理方法について、第３〜７図を参照し
つつ説明する。

まず、測定すべき被測定物１をアダプター14を介してタ
ーンテーブル11上に設置した後に、移動手段20の旋回ア
ーム21を旋回して、変位センサ23が被測定物１の測定面
２に対向するように当該旋回アーム21を固定する。つい
で、ターンテーブル11を回転させながら変位センサ23お
よび位置検出手段32により、ハイポイドギヤ１の１周分
の各位置における間隙寸法Ｇを検出し、その検出信号を
演算手段25に入力する。１周分の測定を終了すると、移
動手段20の駆動して変位センサ23を所定ピッチだけ半径
方向に移動させ、再びターンテーブル11を回転させて、
次の１周分の間隙寸法Ｇを測定し、この測定データを演
算手段25に入力する。このような動作を繰り返し、ハイ
ポイドギヤ１の測定面２の最外周から最内周までの全域
にわたる間隙寸法Ｇを演算手段に入力する。

次に、測定された間隙寸法データから被測定物１の平面
度を算出する訳であるが、この演算処理は、第３図に示
すフローチャートおよび以下述べる手順で行われる。

なお、従来被測定物に光明丹を塗布してこれを定盤にす
り合わせ、接触した３点を測定者の判断にて決定してい
た訳であるが、本実施例にあっては、この３点の決定を
以下の計算手順により求めるようにし、同時に平面度の
測定結果をも演算しようとするものである。

ステップ１〜３（仮想基準面設定ステップに相当）まず、第４図に示すように、測定面２のうち、互いに12
0゜をなす（円周を３等分）半径方向の直線上におい
て、それぞれ最も間隙寸法Ｇが大きい点を演算手段25の
記憶部から抽出して、これら３点α、β、γのＺ軸方向
の変位が等しくなるように、全変位データとともに回転
移動する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、ターンテ
ーブル11における直交座標である。

この回転移動は、まず、第５図に示すように３点α、
β、γを含む平面に直交する法線ベクトルＶを求め、３
点α、β、γの原点に対する座標を、それぞれ、 α（Ｘ_α、Ｙ_α、Ｚ_α）、 β（Ｘ_β、Ｙ_β、Ｚ_β）、 γ（Ｘ_γ、Ｙ_γ、Ｚ_γ）にて表せば、法線ベクトルＶ＝（v_x、v_y、v_z）は、 Vx＝（ｙβ−ｙα）（ｚγ−ｚα） −（Ｚβ−Ｚα）（Ｙγ−Ｙα） Vy＝（Ｚβ−Ｚα）（Ｘγ−Ｘα） −（Ｘβ−Ｘα）（Ｚγ−Ｚα） Vz＝（Ｘβ−Ｘα）（Ｙγ−Ｙα） −（Ｙβ−Ｙα）（Ｘγ−Ｘα） |V|＝（Vx²＋Vy²Vz²）^1/2 にて表すことができる。

次に、上記法線ベクトルＶが、第７図に示すようにＺ軸
と平行となるように同次変換式Ｔを求めると、同次変換式またはここに、 θ_ｘ＝Sin^-1（−v_x） θ_ｙ＝tan^-1（v_y/v_z）このように全変位データに関し、その同次変換式との積
を求めることにより３点α、β、γにおける変位データ
がＺ軸方向において同一となるように、回転移動の処理
が行なわれる。

ステップ４〜５（演算ステップおよび処理ステップに相
当）次に、第６図に示すように、この回転移動を終了した状
態で、円周方向に任意に３等分した領域におけるそれぞ
れ最も突出した位置を走査して抽出し、これら新たな３
点α_１、β_１、γ_１おける変位データがほぼ等しくなる
まで変位データの回転移動処理を繰り返す。そして、こ
れら新たな３点α、β、γおける変位データが、等しく
なった時の変位データα_ｎ、β_ｎ、γ_ｎを含む平面が仮
想基準面となり、この仮想基準面を基準として、変位デ
ータの最高変位と最低変位との差によって測定面の平面
度が演算される。

このように本実施例によれば、基準位置の選択に際し、
測定者の主観的要素を含むことなく決定することができ
るので、正確かつ信頼性が高く測定することができる。
また、平面度の測定の際、事前作業をとくに必要とする
ことがなく、測定時間を著しく短縮させることができ、
経済的に平面度を測定することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく種々の
変形例が考えられる。

例えば、第９図に示すように測定面をいくつかの領域に
分割して各領域における平面度を測定することも可能で
ある。この場合、ハイポイドキヤ１の測定面２を同心状
の３領域27、28、29に分割し、最高変位と最低変位とを
測定し、両者の差により平面度を演算することにより、
各区域27、28、29における平面度が得られる。したがっ
て、測定面２全域に代えて区画された領域ごとの平面度
をより詳細にかつ正確に得ることができる。

また、本発明は、所定のテーパを有する測定面２にも適
用することができる。例えば、第10図に示すように、測
定面２の外周部2aと内周部2bの変位に差異がある場合
は、外周部2aおよび内周部2bのそれぞれの変位の平均値
を測定値から求めて、その差をもって「テーパー量ｔ」
とし、表示手段26により表示させることができる。

さらに、ハイポイドギヤの測定面にボルト孔が設けられ
ている場合は、ボルト孔近傍における変位データを除外
して、前述の演算処理を行なって平面度を演算させるこ
とも可能である。

（発明の効果）以上述べたように本発明に係る平面の平面度測定装置お
よび平面度測定方法によれば、基準位置の選択に際し、
測定者の主観的要素を含むことなく決定することができ
るので、正確かつ信頼性が高く測定することができる。
また、平面度の測定の際、事前作業をとくに必要とする
ことがなく、測定時間を著しく短縮させることができ、
経済的に平面度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る平面度測定装置の全
体を示す構成図、第２図は、第１図のII−II線に沿う断
面図、第３図は、同実施例の操作手順を示すフローチャ
ート、第４〜７図は同実施例の演算原理を説明する概念
図、第８図（Ａ）（Ｂ）は、アダプタの変形例を示す断
面図、第９図および第10図は、本発明の他の応用例を示
す平面および断面図、第11〜13図は従来の平面度測定装
置を示す説明図である。１……被測定物、２……測定面、 10……平面度測定装置、11……ターンテーブル、 20……移動手段、23……変位センサ（測距手段）、 25……演算手段、26……表示手段、 32……位置検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略円形状の測定面を有する被測定物を搭載
して回転させるターンテーブルと、該ターンテーブルの回転位置を検出する位置検出手段
と、ターンテーブルに搭載された被測定物の測定面に対向す
ると共に測定面との間隙寸法を検出する測距手段と、前記測距手段を測定面の半径方向に移動させるための移
動手段と、仮想基準面を基準として、前記測距手段により検出され
た変位データの最高変位と最低変位との差によって定ま
る前記測定面の平面度を演算する演算手段とを備え、前記演算手段は、前記測距手段と前記位置検出手段との
検出信号により、前記測定面上の円周方向の３等分領域
における最も突出した位置の変位が互いに等しくなるよ
うに前記測定面全体の変位データを回転移動させること
により前記仮想基準面を決定し、当該仮想基準面を基準
として前記平面度の演算処理を行うことを特徴とする平
面の平面度測定装置。
【請求項２】仮想基準面を基準として、被測定物の測定
面に関する変位データの最高変位と最低変位との差によ
って定まる前記測定面の平面度を算出する平面の平面度
測定方法であって、前記測定面上の円周方向の３等分領域における最も突出
した位置の変位が互いに等しくなるように前記測定面全
体の変位データを回転移動させることにより前記仮想基
準面を決定する仮想基準面設定ステップと、前記仮想基準面設定ステップで決定した仮想基準面を基
準として前記平面度の演算処理を行う演算ステップと、前記演算ステップにおける平面度の演算処理値が最小値
を示してそれ以上小さくならなくなるまで、前記仮想基
準面設定ステップおよび前記演算ステップを繰り返し、
最小の前記演算処理値をもって真正な平面度の値とする
処理ステップと、を有することを特徴とする平面の平面
度測定方法。