JPS6128083B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円または円弧の形状を測定する際
に、同じような半径被測定物に対して測定子の回
転半径を変化させずに連続して高倍率でその形状
測定を行なわせる装置に関するものである。

被測定物の円または円弧を形状測定装置で測定
する際に、先ず回転中心を正確に決めなければな
らないが、この回転中心を求めることについて
は、例えば本出願人が先に出願した「被測定物の
円または円弧等の真の中心および離脱変位量変動
幅等を測定する装置（特願昭49−107685号）」に
記載されており、このようにして得られた回転中
心を基準として、該被測定物に測定子を接触さ
せ、測定子の回転半径を調整して測定子からの出
力信号を、測定子あるいは演算回路の測定可能な
範囲内に納めることが要求される。

したがつて、形状を高精度で測定したい場合
に、演算増幅器の倍率を高い倍率にしてしまう
と、測定子の半径寸法の調整を高倍率で行なわな
ければならなくなる。また、被測定物について異
なる半径の円または円弧をもつ形状を連続的に測
定する場合には、被測定物ごとに測定子の半径寸
法を調整しなければならなくなる。

本発明によれば、前記測定において、低倍率で
の測定値から平均半径寸法成分を求め、高倍率で
被測定物を測定する際には、高倍率における測定
値から上記平均半径成分を減じて増幅器の出力信
号平均レベルを零にし、測定子の回転半径を調整
しないでも、半径の異つた被測定物の形状を連続
して高倍率で測定可能にしている。

以下、本発明の実施例を、円または円弧の形状
の測定方法と関連させながら、説明する。

従来、円や円弧形状等のまたはその表面あらさ
を回転式の形状測定機を用いて測定する場合に、
測微計の検知範囲に限界があるため、被測定面の
曲率半径および曲率中心位置を被測定面と測微計
触針との相対回転半径および基準形状面を形成す
る回転案内面、すなわち基準回転スピンドルの回
転中心位置に合致させる作業を行なわなければな
らなかつた。すなわち基準回転スピンドルを回転
させながら、測微形触針と被測定面との相対変位
が、測微計の検知範囲内に入るように、目視によ
るか、あるいは測微計からの出力電圧値を参照し
つつ、上記回転中心を合わせたり、回転半径を合
わせたりする作業を行なう必要があつた訳であ
る。上記相対変位が測微計の検知範囲内に入つた
後は、目的の精度に達するまで順次、測微計の倍
率を上げながら同様の作業を繰り返し、回転中心
および回転半径が充分合致したところで被測定面
の形状や表面あらさの測定に入ることになる。こ
れは普通、芯出しまたは芯出し作業といわれてい
る。しかしながら、この芯出し作業は非常に繁雑
であり、時間もかかるものであつた。例えば、機
械部分の円または円の一部の形状や、その表面あ
らさを測定する機械として種々の仕様、形式のも
のが販売されているかその機械系、電気系の線型
特性の故に、測定が高精度、高倍率になるに従つ
て、測微計の検知範囲が狭くなり、そのため測定
者は、被測定曲線の測定信号をその検知範囲内に
入れることに多くの時間を要し能率が上らない上
に、測定結果に測定者の個人差が影響するなどの
欠点がある。

それらを解決するために、近年、測微計からの
出力電圧を電気的に処理することにより、芯出し
作業を自動化する試みもなされている。しかしな
がら、これらの自動化は、測微計触針と被測定面
との相対変位が、測微計検知範囲の極く狭い部分
に入つている場合にのみ可能であり、そこに入れ
るまでは、やはり手動操作による芯出し作業を行
なわねばらない。

高倍率においては測微計検知範囲外にある場合
でも芯出し作業の自動化ができるが、これを第１
図で説明する。

同図は被測定面と測微計、例えば電気マイクロ
など、の触針の検知範囲を示しており、XY平面
上の被測定面の一点Ｐで測微計触針が矢印で示す
ように当つている状態を示す。

なお第１図では基準回転スピンドルに取付けら
れた測微計が、XY平面上に配置された凹曲面部
分を測定する場合を例にとつて、芯出し作業を説
明するが、測微計がXY平面上にあり、凹曲面部
分がスピンドルに取付けられている場合とか、あ
るいは被測定面が凸曲面であつても同様の芯出し
作業は可能であることは勿論である。第１図の状
態で、測微計の作動方向O′Pおよび測微計の回転
中心O′と被測定面の曲率中心O₀を結ぶ方向
O₀O′とは、互いにＹ軸と平行になる様に位置決
めされているものとする。この位置決め方法につ
いては後述するように、本発明の最大の目的が被
測定面の変位信号を測微計の検知範囲内に入れる
ことにあるのであるから、目的とする“芯出し”
の精度によつては、位置決め誤差が多少あつても
問題とはならない。

今、第１図で測微計の回転半径が、被測定面の
曲率半径より小さい場合には、測微計を回転させ
るに従つて、被測定面は測微計の検知範囲外に逸
脱してしまう。この時、任意角度回転した測微計
触針の位置を、第２図に示す様にO′P′とする。
ここで被測定面の曲率中心O₀を移動してO′に合
致させ、かつ測微計の回転半径′′を拡大して
被測定面の曲率半径₀に合致させれば、芯出し
作業の目的は達せられる。しかし、実際にはO₀
の位置や曲率半径₀の値が全く不明であるため
以下の順序に従つてO₀をO′に近づけ、かつ
′′を逐次拡大していく方法を採る。第２図は
この方法を示し、まず測微計の回転半径′′を
拡大し、測微計触針が被測定面A₀に当たつた点
P₁（実際には測微計からの出力電圧が、ある設定
基準電圧値を越えた点）にて、その拡大を停止せ
しめる。この時、この拡大量′₁を他の方法、例
えばパルスカウンターなど、で求めておき、次
に、この量と同量だけ被測定面を正のＹ方向に移
動せしめる。この時、被測定面A₁に移動し、そ
の曲率中心O₁は元の位置O₀に対して_{0 1}＝′₁
の関係にあることは明らかである。この時、また
被測定面は測微計の検知範囲外に逸脱してしま
う。すなわち測微計からの出力電圧が、設定基準
電圧以下に下がつてしまうため、再び測微計の回
転半径をP₂点まで拡大せしめる。次にこの時の拡
大量_{1 2}と同量だけ、再び被測定面を正のＹ方向
に移動せしめると、被測定面はA₂に移動し、そ
の曲率中心O₂は元の位置O₁に対して_{1 2}＝_{1 2}
の関係となる。以下測微計回転半径の拡大と被測
定面の移動を交互に繰り返す事によつて、被測定
面の曲率半径と測微計の回転半径との差が小さく
なつていくため、両者の拡大量及び移動量は次第
に小さくなり、究極的に被測定面の曲率中心が測
微計の回転中心O′に一致した時点では、その時
の被測定面Anに当つた測微計回転半径′の拡
大量はゼロとなり、拡大は停止し、故に被測定面
の移動も停止する。以上のようにして芯出し作業
が進められる訳であるが、実際には、最初に記し
た様な位置決め誤差があつたり、また測微計回転
半径の拡大と被測定面の移動とを無限に繰り返す
事は不可能であるため、例えば測微計の拡大量
が、ある設定基準値以下となつた時点で上記「拡
大」「移動」を停止するようにする。

さて、上記方法は、「拡大」と「移動」とを交
互に繰り返すため、実際には時間もかかり、芯出
しも繁雑となる。そこで、測微計回転半径の単位
時間当たりの拡大量と被測定面の単位時間当たり
の移動量すなわち両者の拡大および速度を相等し
て連続的に拡大移動させるようにすれば、操作が
簡略化できる。このことは逆に、測微計回転半径
の拡大速度と被測定面の移動速度とを相等しくす
ることが難かしい場合には前述の方法で芯出し操
作を行なえばよいということになる。

すなわち、第２図で最初測微計触針の位置が
O′P′にあり、被測定面がA₀の状態にあるものと
する。この時測微計の回転半径の拡大と被測定面
の正のＹ方向への移動とを同時に開始せしめる
と、ある一定時間後の両者の状態は、その単位時
間当りの拡大量と移動量が相等しいので被測定面
がA₁まで進んだ時には測微計触針はP₁まで進
み、被測定面がA₂まで進んだ時には測微計触針
はP₂まで進むという具合になる。このようにして
測微計触針が被測定面に当つた時点（実際には、
測微計からの出力電圧がある設定基準電圧を越え
た時点）で両者の拡大・移動を停止せしめる。こ
の時、前述の方法の場合と同様に被測定面の曲率
中心O′に一致し、明らかに測微計の回転半径
O′Pnは被測定面の曲率半径と等しくなつてい
る。

第３図は、上記方法を実施する測定装置の１例
を概略示す。この装置は、例えば、ボールベアリ
ング内外輪のボール溝面の形状測定を行なうもの
であるが、一般の真円度測定機においても原理は
同じである。

第３図では、Ｘ−Ｙ移動テーブル上に置かれた
被測定物を、基準回転スピンドルに取付けられた
測微計にて測定するものである。図中１０１は基
準回転スピンドル１０２を駆動するモーターおよ
び回転スピンドルの回転位置を検知するための絶
対角度分割計（ロータリーエンコーダ）を含む回
転駆動装置、１０３は測微計移動用の案内装置
で、送りねじの一端に固定されたモータ１０４に
よつて測微計１０５及びその触針１０６の回転半
径が変えられるようになつている。また、第３図
中右側部に本装置に用いる電気回路として記憶回
路１１１、比較回路１１２、制御回路１１３、ス
イツチング回路１１４、およびその信号伝達系を
示す。

この測定装置の動作についての詳細は本発明と
直接関係がないので省略する。

本発明においては、上述のような測定におい
て、低倍率での測定結果から平均半径寸法成分を
求め、高倍率に切り変えて被測定物を測定する場
合には、高倍率における測定信号から上記平均半
径成分を減じて信号の平均レベルを零レベルにお
き、測定子の回転半径をその都度調整しなくと
も、同じような半径をもつ被測定物の形状が連続
して高倍率で測定できるようにした装置を構成し
ている。

本発明による装置の一実施例を第４図に示す。
該装置は測定子の回転中心と被測定物の円弧中心
とを概略一致させて、まず初めに、低倍率で測定
し、測定結果より偏心量を求め、次に被測定物が
置かれたテーブルをその偏心量だけ移動して再度
高倍率で、その形状を測定するものである。

第４図において、１は、例えば10KHzの信号を
発する発振器、２は測定子、３は演算増幅器、４
は同期検波器、５はフイルタ、６はアナログ−デ
イジタル（Ａ−Ｄ）変換器、７は計算機、８はア
ナログスイツチ、９は低抗回路網を示し、このア
ナログスイツチと抵抗回路網によりデイジタル−
アナログ（Ｄ−Ａ）変換器を構成している。更に
１０は位相調整回路である。

このような回路構成をとる装置で、まづ、第１
回目の円弧形状測定の際に、測定範囲を例えば±
200μというような値の低倍率測定で偏心量を求
める。この倍率設定は、演算増幅器に設けたスイ
ツチにより所望の値に設定して行なう。例えば差
動トランスなどから構成された測定子２からの出
力は演算増幅器に与えられそこで処理されたあと
同期検波器４に送られる。この同期検波器の他方
の入力には発振器からの発振出力が与えられてい
る。したがつて同期検波器４の出力側のＰ点の信
号は測定子の回転半径及び偏心量に従つて等価的
に第５図ａに示すような特性として表わされる。

上記信号はフイルタ５を介してＡ−Ｄ変換器に
送られ、ここでアナログ信号からデイジタル信号
に変換された計算機７に与えられる。計算機では
第１回目の測定結果信号から平均値R₀を求め、
これをデイジタル出力の形式でＤ−Ａ変換器を構
成しているアナログスイツチ８に送る。

ここで、求められた平均値R₀は測定子の回転
半径成分の偏位を表わし、被測定物の円弧半径の
差異により生じたものである。

上記のように偏心量に対応してテーブルを移動
したあと、第２回目の測定、すなわち高倍率での
測定に入るのであるが（例えば、第２回目の測定
範囲を±20μとする）、第５図ａの状態のままで
は、測定範囲を超えてしまうことになる。高倍率
の測定では、測定者が回転半径を機械的に操作・
調整する際に、測定子が測定者の体温等の温度変
化の影響を受けるため測定誤差を生じてしまうこ
とがある。

本発明の装置は第１回の測定で求めた半径の平
均値R₀を計算機からＤ−Ａ変換器の一部を構成
しているアナログスイツチ８に入力する。このス
イツチ８からの出力を抵抗回路網へ、発信器出力
と共に与え、上記R₀に対応するアナログ信号を
演算増幅器に送るのであるが、その際に演算増幅
器で測定子からの第２回の出力信号と抵抗調整回
路の出力の位相を合わせるために位相調整回路１
０を介して上記演算増幅器の減算用入力端子（非
反転入力端子）へ与える。

したがつて、該演算増幅器では、測定子からの
第２回目の測定信号から位相調整回路からの出力
としての平均半径値R₀が減算され測定の基準点
が零レベルになる。

この状態を第５図ｂに示す。すなわち、演算増
幅器からの出力は第２回目の高倍率の測定におい
ては、平均平径寸法成分が除去されるので高倍率
で被測定物の形状が測定でき、Ｐ点の信号は第５
図ｂのような特性になる。

以上に述べたように本発明によれば、第１回目
に測定した半径信号から平均半径寸法を算出し、
第２回目の測定の際に半径測定信号から平均半径
寸法要素を除去し高倍率で測定することにより、
半径寸法を高精度で測定できるという効果を奏す
る。

また本発明によれば、同じような形状をした被
測定物の円または円弧の半径を、測定子の回転半
径を調整することなく、連続的に高精度で測定す
ることができ、効率の良い測定ができるという利
点をもたらしている。

本発明の実施に当つては以上の述べたものの他
種々の変形形態を採ることができる。例えば、第
４図においてはデイジタル計算機を用いた場合に
ついて述べたが、アナログ式で行う場合はアナロ
グ・デイジタル変換器６〜抵抗回路網９をアナロ
式計算装置に代えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は被測定面と測微計の検知範囲を説明す
る図、第２図は測微計の回転半径と回転の中心位
置を被測定物の円弧曲線の曲率半径と曲率中心に
合わせる順序を説明する図、第３図は第２図の手
順を実施するための装置の一例、第４図は本発明
による高倍率測定装置の一実施例、および第５図
ａ，ｂは測定状態を示す図を、それぞれ、示す。 １……発振器、２……測定子、３……演算増幅
器、４……同期検波器、５……フイルタ、６……
アナログ−デイジタル変換器、７……計算機、８
……アナログスイツチ、９……抵抗回路網、１０
……位相調整回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物の円形状半径寸法を測定する測定
   子、 測定倍率を切換える装置を備え測定倍率にもと
   づき前記測定子からの測定信号を増幅する演算増
   幅器、 該演算増幅器からの信号を受け平均半径寸法を
   算出する計算装置、及び 該計算装置の算出信号を前記測定子からの測定
   信号と位相調整し、該位相調整された算出信号を
   前記演算増幅器の減算用入力端子に印加する位相
   調整回路、 を具備し、 前記演算増幅器の測定倍率切換装置の測定倍率
   を低倍率に設定し、前記測定子、前記演算増幅
   器、および前記計算装置を用いて、前記被測定物
   の円形状を測定し、平均半径寸法を計算し、 次いで、前記演算増幅器の測定倍率を高倍率に
   設定し、前記位相調整回路にて前記測定子を作動
   させて得られた測定信号と前記予め得られた低倍
   率の平均半径寸法との位相調整をとつて、前記演
   算増幅器にて該測定子の測定信号から前記予め低
   倍率測定によつて得られた平均半径寸法を減じて
   円形状半径の形状誤差に起因する交流成分のみを
   取り出し、円弧又は円の形状を高倍率測定するこ
   とを特徴とする、円形状半径寸法測定調整装置。