JPH087062B2 - 平面度測定装置 - Google Patents

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し、特に測定装置の設置状
態に拘らず正確に測定できる平面度の測定装置に関す
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ため、その加工に際
しては十分な仕上り精度をもって加工されることが必要
であり、また、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ため、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。

このような高精度の平面度が要求されるワークの平面
度を測定する方法としては、まず測定すべき面上、最も
凸となる三位置を選定し、この三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という手法が
採用されている。そして、凸部の最高値と凹部の最低値
の差を平面度（μｍ）と定義している。

第19〜21図は、従来の平面度測定方法および測定装置
の一例を示す構成図であり、被測定物としてハイポイド
ギヤを用いて説明する。

まず、第19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三点を
目視により選定する。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、背面２のうち最も突出
した三点は、第20図に示すように、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、測定者は三つ
の凸部５（図中×印）を官能的に選定することができ
る。

ついで、第21図に示すように、定盤３上にジャッキ６
を介して設置された補助定盤７上にハイポイドギヤ１を
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の三位置における高さが同一となるように
三つのジャッキ６を調整する。そしてこの状態で、背面
の全面をダイヤルゲージ８により走査して、最も低い凹
部の深さを測定し、上記凸部５の高さとこの凹部の高さ
との差を計算により求め、これを背面２の平面度と決定
していた。

（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、三つの
凸部５を選定することにより平面度が決定されるが、こ
の三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
る平面度測定には適していなかった。

また、ハイポイドキ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という欠
点もあった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ハイポイドギヤの背面の平面度を正確
かつ信頼性高く測定することができるハイポイドギヤの
平面測定装置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変位セ
ンサと、前記変位センサを測定面の回転中心を通過する
直線上を一端から他端に至るまで移動させるための移動
手段と、前記変位センサと前記位置検出手段との検出信
号により、同一位置における２つの間隙寸法の平均値を
演算し、かつ、この平均値データに基づいて、前記測定
面上の円周方向の三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仮想基準面を決定して
平面度の演算処理を行う演算手段とを備えたことを特徴
とする平面度測定装置である。

（作用） このように構成した本発明にあっては、測定面の回転
中心を通過する直線上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する。

次に、同一測定点における２つの間隙寸法データの平
均値を演算し、これを補正間隙寸法データとし、この値
を用いて、測定面の円周方向の三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理
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。

（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（Ａ）（Ｂ）はアダプタの変形例を示す断面
図、第４〜12図は旋回アームの平行度を補正する手順を
説明する断面図、第13図は同実施例の操作手順を示すフ
ローチャート、第14〜17図は同実施例の演算原理を説明
する概念図、第18図は本発明の他の応用例を示す平面図
である。

なお、本実施例は、被測定物として高精度の平面度が
要求されるハイポイドギヤを用いて説明するが、本発明
の平面度測定装置はこのハイポイドギヤに限定されるこ
となく、種々の被測定物について用いることができる。

まず、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ター
ンテーブル上面に設置され、これにより、ハイポイドギ
ヤ１の軸心とターンテーブル11の軸心とが一致すること
となる。

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３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が望ましい。

これにより、測定すべきハイポイドギヤ１が複数種類
あっても、各専用アダプタを準備しておくだけで、これ
ら複数種類のハイポイドギヤ１を一つのターンテーブル
11で測定することが可能となる。例えば、第３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１の測定を同一の測定装置10にて行うこ
とができる。

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の端部に変位センサ23が固定されている。

この旋回アーム21は、被測定物１をターンテーブル11
上に設置する際には、変位センサ23と被測定物１との干
渉を防止するために退避位置に旋回し、一方測定時に
は、変位センサ23が測定面２に対向する測定位置（背面
の中心を通る直線上）まで旋回して固定されるようにな
っている。本実施例の横アーム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、被測
定物の一端から他端に至る領域を往復移動可能になって
いる。すなわち、第１図に示すハイポイドギヤ１の中心
を通る直線上を、左端から右端に至る領域の間隙寸法Ｇ
を走査することができる。また、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。

ターンテーブル11および移動手段20のそれぞれの移動
量は、位置検出手段32により検出されるように構成され
ており、これにより変位センサ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ことができる。そ
して、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Ｇの測定データと対応した状態で格納
される。

前述したように、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は、移動手
段20の旋回アーム21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が、この変位センサ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Ｇ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こととなる。

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」、20〜30
μｍ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１図及び第４〜
17図を参照しつつ説明する。

測定手順 まず、測定すべきハイポイドギヤ１をアダプタ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を測定位置まで旋回して、変位センサ23が
ハイポイドギヤ１の測定面２の中心を通る直線上の一端
（第１図中左端）に位置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、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。この１周分の測定を終了すれ
ば、次に移動手段20を駆動させて変位センサ23を所定ピ
ッチだけ半径方向内側に移動させ、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。このような操作
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25に入
力する。

さらに、このようにして最外周から最内周までの全域
にわたる間隙寸法Ｇの測定を終了すると、今度は、この
最内周からハイポイドギヤ１の他端（第１図中、右端）
である最外周までの間隙寸法を上述した手順により測定
し、演算手段に入力する。

本実施例において、ハイポイドギヤの一端から他端に
至る全域の間隙寸法を測定するように構成したのは、変
位センサ23の移動軌跡がターンテーブル11の回転面に対
して平行となっていない場合、例えば、第４図に示すよ
うに、旋回アーム21がターンテーブル11に対して角度α
だけ傾いていた場合には、本来測定されるべき測定面の
一般平面が、測定データに誤った平面形状として演算手
段25に記憶され、これを基に平面度が演算されるからで
あり、これをマスターを用いて調節することなく簡便な
方法で補正しようとするものである。この点について
は、さらに後述するが、要するにマスターによる調節を
行なうことなく、また旋回アーム21の平行度如何に拘ら
ず測定できることが本発明の特徴であるといえる。

演算処理方法 まず、変位センサ23の移動軌跡とターンテーブル11の
回転平面との平行度を補正する。

これは、以下述べる原理に基づく。すなわち、第４図
に示すように、旋回アーム21がターンテーブル11の回転
面に対して角度θだけ傾斜していたとすると、変位セン
サ23が背面２の最外周位置Ｘから測定を開始し、最内周
位置Ｙに至ったとき、このときの測定データは、第５図
に示すように中央部が角度θで凹んだハポイドギヤ１と
して測定されたこととなる。これに対して、最内周位置
Ｙからさらに変位センサ23が移動して他端の最外周位置
Ｚに至ったとき、このときの測定データは、第６図に示
すように中央部が角度θで凸となったハイポイドギヤ１
として測定されたこととなる。したがって、本来は第４
図に示すようにほぼ平面形状の測定面２であっても、旋
回アーム21の傾斜状況、あるいは変位センサ23の走査範
囲によっては正確な測定面２を得ることができないが、
本実施例のように、最外周位置Ｘから測定面の中心（回
転中心）を通過して他端の最外周位置Ｚまで測定するよ
うに構成すれば、測定面２の回転中心の左右で、同一の
点を１回づつ測定することとなり、この２回測定された
データを平均すれば正確な測定面２としてのデータを得
ることができるのである。

また、第７図に示すようにハイポイドギヤ１の背面２
の中央部がもともと凸形状であって、かつ旋回アーム21
がターンテーブル11の回転面に対して角度θだけ傾斜し
ている場合には、変位センサ23が背面２の最外周位置Ｘ
から測定を開始し最内周位置Ｙに至ったとき、このとき
の測定データは、第８図に示すように中央部が本来の面
より角度θだけ凸となったハポイドギヤ１として測定さ
れたこととなる。これに対して、最内周位置Ｙからさら
に変位センサ23が移動して他端の最外周位置Ｚ至ったと
き、このときの測定データは、第９図に示すように中央
部が本来の面より角度θだけ凹んだハイポイドギヤ１と
して測定されたこととなる。

同様に、第10図に示すように、ハイポイドギヤ１の背
面２の中央部がもともと凹形状であって、かつ旋回アー
ム21がターンテーブル11の回転面に対して角度θだけ傾
斜している場合には、変位センサ23が背面２の最外周位
置Ｘから測定を開始し最内周位置Ｙに至ったとき、この
ときの測定データは、第11図に示すように中央部が本来
の面より角度θだけ凹んだハポイドギヤ１として測定さ
れたこととなる。これに対して、最内周位置Ｙからさら
に変位センサ23が移動して他端の最外周位置Ｚに至った
とき、このときの測定データは、第12図に示すように中
央部が本来の面より角度θだけ凸となったハイポイドギ
ヤ１として測定されたこととなる。

このように、本実施例においては、変位センサ23によ
り測定された間隙データＧをＸ〜Y,Y〜Ｚの範囲で別々
に演算手段25に格納しておき、それぞれ同一の地点の位
置データを検索し、この２つの間隙寸法データＧを平均
し、これを補正された間隙寸法データＧとしている。

次に、このようにして補正された間隙寸法データＧか
らハイポイドギヤ１の背面２の平面度を算出する訳であ
るが、この演算処理は、第13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 まず、第14図に示すように、測定面２のうち、互いに
120゜をなす（円周を三等分）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、これら三点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15図に示すように三点α、
β、γを含む平面に直交する法線ベクトル を求め、三点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、 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、上記法線ベルトル が、第17図に示すようにＺ軸と平行となるような同次変
換式Ｔを求めると、 同次変換式 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 次に、第16図に示すように、この回転移動を終了した
状態で、円周方向に任意に三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
三点α_１、β_１、γ_１に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、これら新たな三点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、旋回アームの平行度如
何に拘らず、しかもマスターを用いて調節することな
く、正確な平面度を簡便な操作で測定することができ
る。また、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。さらに、平面度の測
定にさい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18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
状の三領域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、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よれば、旋回アームの平行
度如何に拘らず、しかもマスターを用いて調節すること
なく、正確な平面度を簡便な操作で測定することができ
る。

また、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。

さらに、平面度の測定に際し事前作業を特に必要とす
ることがなく、したがって測定時間を著しく短縮させる
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（Ａ）（Ｂ）はアダプタの変形例を示す断面
図、第４〜12図は旋回アームの平行度を補正する手順を
説明する断面図、第13図は同実施例の操作手順を示すフ
ローチャート、第14〜17図は同実施例の演算原理を説明
する概念図、第18図は本発明の他の応用例を示す平面
図、第19〜21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、 25……演算手段、26……表示手段、 32……位置検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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抗す
   ると共に測定面との間隙寸法を検出する変位センサと、 前記変位センサを測定面の回転中心を通過する直線上を
   一端から他端に至るまで移動させるための移動手段と、 前記変位センサと前記位置検出手段との検出信号によ
   り、同一位置における２つの間隙寸法の平均値を演算
   し、かつ、この平均値データに基づいて、前記測定面上
   の円周方向の三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仮想基準面を決定して平面
   度の演算処理を行う演算手段とを備えたことを特徴とす
   る平面度測定装置。