JPS62220806A

JPS62220806A - 平面度測定装置

Info

Publication number: JPS62220806A
Application number: JP6533686A
Authority: JP
Inventors: Kiichiro Tsuda; 津田　喜一郎; Yusuke Kuriyama; 栗山　祐輔
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1987-09-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】

この発明は、特に、狭い場所での測定、遠隔測定、簡単
迅速な測定、厳しい環境下での測定などが可能な平面度
測定装置に関する。

【従来技術とその問題点】

一般に、平面度は「平面部分の幾何学的平面からの狂い
の大きさ」と定義されている（ＪＩＳ　Ｂ　０６２１−
１９７４）。このことを第７図を参照しながら説明する
と、実形状を平行な２つの幾何学的形状、つまり理想的
な直線で挟み、この間隔（図におけるｈｏ、　ｈｌ　、
　ｈ２）のうちの最小の値（図ではｈｏ）をもって表示
すると決めである。このような決めかたを最小領域法と
いう。この最小領域法で平面度を求めるには、まず、実体の形
状を示す記録図形を求め、この図形上から直観的に求め
るか、基準形状と実形状との偏差の測定信号を演算回路
に入れて数値計算をおこなって求めるかである。しかし、上記の方法は厳密ではあるが、測定に大変な費
用がかかるばかりでなく、特殊な形状に対しては測定が
ほとんど不可能であって、現実的な方法とはいえない。そこで、実際の測定においては、実形状と基準線との偏
差を検出器の測定子を用いて求め、一定領域内の偏差の
最大値と最小値との差から、狂いの大きさ、つまり平面
度を求めるのが普通である。さて、従来の平面度測定方法には、以下に述べるように
、触針を用いた測定法、光学的測定法などがある。まず、触針を用いた方法は、触針が被測定面に絶えず接
触する状態でこの触針を保持している検出器を被測定面
の平均方向に平行に動かすと、この直線的な動きを基準
として、これと表面形状との偏差に応じて触針が上下に
動くので、この動きを検出器で電気信号に変換し、この
信号を増幅器。フィルタ、演算処理装置、指示計および記録計に送って
、表面形状の拡大記録および各種の分析値を求める□と
いう方法である。この方法は、繰り返し測定の精度が他の測定法に比較し
て非常に高いので、表面の微細な形状の工業的測定法と
して、もっとも多く利用されている。しかし、被測定面
の一断面の輪郭測定であるから、面全体の状況を特に求
める必要があるときには手数がかかる。例えば、第８図で示したように、被測定体３５の被測定
面３６を測定するとき、測定台３１に案内されてＸ方向
に移動しうる移動台３２と、この移動台３２に案内され
てＹ方向に移動しうる支持台３３とがあり、この支持台
３３に設けられてＺ方向に移動しうる検出器の測定子３
４が、前記被測定面３６に接触している。これから分か
るように、装置全体が大がかりになるのが欠点である。次に光学的方法であるが、これには光波干渉式微小変位
測定法、光切断法などがある。前者の光波干渉式微小変位測定法は、光学系における標
準反射面からの反射光と、被測定面からの反射光とが互
いに干渉してできる干渉縞から表面の形状を求めるもの
で、被測定面に接触しないで測定できるのが特徴である
。しかし、表面の反射状態や外部振動の影響を受けやす
いのと、簡単に遠隔測定ができないのが欠点である。また、後者の光切断法は、細長いスリットと投光用対物
レンズとによって平面状の光を被測定面に当て、表面に
できる明暗の縞模様を観察用対物レンズで拡大して見る
ものである。この方法も前記方法とほぼ同様の特徴と欠
点とをもつ。その他の方法として、走査電子顕微鏡を用いる方法があ
る。これは、被測定面を２次元的に走査すると同時に、
これと同期してブラウン管のビームを走査させておき、
細く絞られた電子プローブを被測定面に照射し、発生す
る２次電子などの量子を検出、増幅して、その強度に応
じてでブラウン管のビームの輝度を変調する。このよう
にすると、検出された量子による顕微鏡の像がブラウン
管面上に得られる。この方法では、被測定面に接触しな
いで、非常に精度の良い測定ができるとともに、焦点深
度が深くて複雑な表面形状の観測ができるのが大きな特
徴である。しかし、この方法の難点は装置が大形になる
とともに費用が極めて高いことである。最近、狭い空間に設けられた対象物の被測定面を、遠隔
的に、例えばロボット装置を用いて計測したい、という
要求が増える傾向にあり、これらの要求には従来方法で
は応えることができない。

【発明の目的】

この発明の目的は、従来のものがもつ以上の問題点を解
消し、狭い場所での簡単迅速な測定が可能な小形、軽量
、低コストの装置を提供することにある。

【発明の要点】

上述の目的を達成するための本発明の要点は、次のよう
な考え方に基づいている。すなわち、基準平面を有する基体に１個または２個以上
の位置検出器を取り付け、この基準平面を被測定面に接
触させた状態で移動させ、各検出器によって被測定面の
各箇所からの測定値を収集する、というものである。したがって、次のように装置を構成する。被測定面と接
触する基準平面を有する基体と、この基体に設けられる
１個または２個以上の位置検出器を設ける。そして、前
記基体を前記被測定面と接触させた状態で移動させると
ともに、各位置検出器によって、この位置検出器の測定
子と前記被測定面との間の間隔を、適宜箇所において、
検出し得るようにする。また、特に実施態様として、基体を所定軸を中心として
回動可能に軸支させて構成することができる。以上のように構成することによって、被測定面の複数箇
所の平面度を求めるための測定が、同時になされ、かつ
、位置検出器の測定子が被測定面上を移動するから、さ
らに多くの箇所で測定がおこなわれる。

【発明の実施例】

この発明の一実施例を、第１図、第２図を参照しながら
説明する。第１図は平面度の測定状態における装置要部
の断面図、第２図は基準値を求める際の装置要部の断面
図である。第１図で、１は基体、２はこの基体に設けられた基準平
面、つまり被測定面の平面度を決めるための基準となる
べき平面、３＾、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄはいずれも位置セン
サで基体１に分布して設けられ、それぞれの先端に測定
子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄを備えている。５は被測定体、６は被測定面である。基体ｌの基準平面２と、被測定体５の被測定面６とは接
触しており、この接触状態を保持したままで、基体１は
位置センサ３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ，３Ｄとともに、被測
定体５の上を所定領域にわたり移動できるように構成さ
れている。この移動機構は図示を省略しである。また、
各位置センサからの検出値に基づいて平面度を求めるた
めの演算回路も図示してない。基体１がある位置をとっているときの、各測定子４Ａ、
４Ｂ、４Ｃ，４０の先端と、基準平面２との距離をそれ
ぞれＬａｏ、　Ｌｂｏ、　Ｌｃｏ、　Ｌｄｏ、同じく被
測定面６との距離をそれぞれ、Ｌａｉ、Ｌｂｉ、Ｌｃｉ
、Ｌｄｉ−、とする。基体１が移動することにより、前記ｉは１，２゜３、・
・・・・・をとることになる。位置センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄが、被測定面６上を
移動し、各位置において検出した、基準平面２と被測定
面６との間隔の中での最大値が平面度を表す。すなわち、Ｌａ１−Ｌａｏ、　Ｌｂｉ　−Ｌｂｏ＋　Ｌ
ｃｉ−Ｌｃｏ、　ＬｄｉＬｄｏ　　（ｉ　＝　１．　２
．　３．−−）の中から最大値を選べば、これが平面度
を表す値である。測定子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄの各先端と、基準平面２
との距離Ｌａｏ、　Ｌｂｏ、　Ｌｃｏ、　Ｌｄｏの求め
かたは、次のとおりである。第２図で、基準となるべき
平面８を有する基準体７の上に基体１を、その基準平面
２と前記基準平面８とを接触させるようにして重ねる。この状態で、位置センサ３＾の測定子４Ａの先端と基準
体７の基準平面８との間隔Ｌａｏを測定すれば得られる
。測定子４Ｂ、　４Ｃ，４Ｄについても同様である。さて、位置センサとしては測定原理によって、ノズル・
フラッパを用いた空気圧式、静電容量式、差動トランス
式など種々あり、その場合の目的と周囲条件とに応じて
適宜適用することになる。次に、この平面度測定に適する、小形で測定精度の高い
渦電流式センサについて第３図の原理図を参照しながら
説明する。測定子（検出ヘッド）には微小なコイルが用
いられ、高周波発振回路となっている。つまり、水晶発
振器２１によって一定周波数で励振された検出コイルＺ
を設け、これのつくる磁界内に金属の被測定体２５が入
ると、電磁誘導によってこの被測定体２５の内部に誘導
電流（渦電流）が流れ、これにより検出コイルＺのイン
ダクタンスの損失が生じる。この損失量は検出コイルＺ
と被測定面２６との距離Ｘに対応して変化する。このインダクタンスの変化を電圧に変換する方法として
、例えば同図に示した正帰還法が用いられる。交流増幅
器２２の出力を、検出コイルＺと基準コイルＺｏで分圧
し、正帰還することによって、微小なインダクタンス変
化を効率よく増幅する。そして、検波・増幅部２３を介して電圧に変換して出力
する。以上のように、渦電流式位置センサは、非接触で測定可
能であり、さらに機械的動作部がないから信頼性が高く
、油、水、はこりなどの影響を受けない。寸法も小さく
、検出ヘッドの直径は型式により４〜２０ｎ程度である
。次に、この発明の別の実施例を、第４図、第５図を参照
しながら説明する。この実施例は、被測定面が正面研削
ないしは研磨されたものの場合に適する測定装置の例で
ある。例えばこのような面は、弁座シート面、空気圧機
器の気密面または円柱状部材取付けの基準面などである
。第４図で、厚肉円筒状の被測定体１５の端面が被測定面
１６である。２個の位置センサ１３Ａ、　１３Ｂが基盤
１１の一方の側に取り付けられる。その反対側が基準面
１２である。また、この基盤１１の中心位置に、この面
と直角に回動軸エフが自在継手としての弾性継手１８を
介して取り付けられる。この回動軸１７は被測定体１５
の軸とほぼ一致している。位置センサ１３Ａの取付位置
は、基盤１１の中心から半径Ｒａのところ、同じ（位置
センサ１３Ｂのそれは半径Ｒｂのところである。そして
、各測定子１４Ａ、　１４Ｂの先端と被測定面１６との
距離を測定して平面度を求めることは前記の実施例の場
合と同様である。回動軸１７は適宜回動じながら、そのときどきの位置で
、各測定子１４Ａ、　１４Ｂの先端と被測定面１６との
距離が測定される。したがって、この場合には前記半径
Ｒａ、Ｒｈに対応した２つの円軌道に沿って測定がおこ
なわれることになる。また、測定点を多く取り、かつ測
定時間を短縮する目的で、さらに多くの位置センサをそ
れぞれ異なった半径位置に全円周にわたって設け、回動
軸１７の狭い角度範囲の回動で全被測定面を網羅するこ
ともできる。上述した測定装置による測定方法は、被測定面が比較的
大きい「うねり」をなす場合、つまり被測定面が基準平
面の一方の側だけに存在するときには不都合はない。し
かし、「うねり」の外に細かい山や谷を含んでいるとき
には、第６図に示すように位置センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ
，３Ｄの測定子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ。４Ｄを収容している基体ｌの凹部に被測定面１６の山が
入り込んで、その分だけ測定誤差となる。また、一般に検出器には温度ドリフトの問題がある。つ
まり、周囲温度の変化によって検出器の零点やゲインが
変動する。したがって、第２図の、測定子４Ａの先端と
基準平面２との距離Ｌａｏを測定したときと、第６図の
被測定面１６と測定子４Ａなどの先端との距離を測定す
るときとで、一般には周囲温度に差異があるので、位置
センサの温度ドリフトの影響で測定誤差を生じる。そこで、上述した２つの測定誤差の問題を解決するため
には、位置センサによって測定された、測定子先端と被
測定面との距離の値を次のように処理すればよい。すな
わち、各位置センサの測定子ごとに距離値の最大値と最
小値との差値を求め、これらの差値の最大値を平面度と
する。この求め方は、被測定面における「うねり」や凹
凸に方向性がなければ、つまり「うねり」や凹凸の傾向
があらゆる方向について同じであれば、妥当性をもつ。以上のことを第６図を参照しながら説明する。被測定面１６の山部が、位置センサ３Ａ、　３Ｂ、　３
Ｃ，３Ｄの測定子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄを収容してい
る基体ｌの凹部に入り込むと、被測定面１６は基準平面
２に対して両側に存在することになる。したがって、あ
る測定子先端と被測定面１６との距離の、最大値と最小
値との差値が、その測定子で測定された最大の凹凸値と
なり、平面度を表すことになる。Ｌａｊ　（ｊ・１゜２
．３．−−−１．）の中の最大値Ｌａｍａｘと最小値Ｌ
ａｍ１ｎとの差値ΔＬａ、　Ｌｂｊ　の中の最大値Ｌｂ
ｍａｘと最小値Ｌｂｍｉｎとの差値ΔＬｂ、以下同様に
差値ΔＬｃ、ΔＬｄをそれぞれ求めると、それらの差値
ΔＬａ、　　ΔＬｂ、　　ΔＬｃ、　　ΔＬｄ中の最大
値が平面度となる。以上の求め方によると、被測定面の山部が測定子を収容
する凹部に入り込むことの影響をなくすると同時に、測
定中では温度変動はないと見なし得るため、温度ドリフ
トの影響を除去し得る。

【発明の効果】

この発明によれば、被測定面と接触する基準平面を有す
る基体と、この基体に設けられる１個または２個以上の
位置検出器を設け、前記基体をその基準平面と前記被測
定面とを接触させた状態で移動させるとともに、各位置
検出器によって、この位置検出器の測定子と前記被測定
面との間の間隔を、適宜箇所において、検出し得るよう
にして、被測定面の複数箇所での測定が、同時になされ
、かつ、位置検出器の測定子が被測定面上を移動するこ
とによって、さらに多くの箇所で測定がおこなわれる。したがって、この発明によれば、従来のものに比べ次の
ようなすぐれた効果がある。（１）　　狭い場所での測定が可能であり、同時にある
程度までの振動や衝撃のある環境条件下でも測定できる
頑丈さをもっている。（２）基体と位置検出器とを基本構成要素とし、動きも
比較的単純であるから、取扱いも楽で、かつ迅速な測定
ができる。また、特に熟練を必要としない。（３）小形、軽量であるとともに、低コストに造ること
ができる。（４）保守はほとんど不要であるし、故障を起こすおそ
れも少な（信頬性が高い。（５）実施態様によれば、被測定面の形状が円帯状の場
合、例えば厚肉円筒の端面のような場合には、装置の構
造・使用法ともに極めて簡単になる。なお、実際面で円
帯の幅に多少の差はあれ、これに該当するケースは非常
に多い。（６）また別の実施態様によれば、測定データを遠隔地
に伝送できるので、場所の制約を受けず、かつデータ処
理や解析に便利である。（７）　　さらにまた別の実施態様によれば、被測定面
が細かい山や谷を含むときでもその測定誤差を抑止する
ことができ、また位置検出器の温度ドリフトの影響をも
除去することができる。（８）　　ロボットによる自動検査に適用すれば、あら
ゆる点で最適な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例の測定状態における装置要部の断
面図、第２図は同じく基準値を求める際の装置要部の断面図。第３図は渦電流式位置センサの原理図、第４図は第２の
実施例による装置要部の断面図、第５図は同じく平面図
、第６図は、被測定面が細かい山や谷を含むときの、第１
実施例による装置要部の断面図、第７図は平面度の定義についての説明図、第８図は一従
来例の概略斜視図である。符号説明に基体、２：基体の基準平面、３．１３：位置センサ、４，１４　：測定子、ｓ、ｉ５
：被測定体、６，１６：被測定面、７：基準体、８：基
準体の基準平面、１１：基盤、１２：基盤の基準平面、１７：回動軸、１８：弾性継手
。第１図；ｌｉ″４図基盤第５図；ｔ′６図

Claims

【特許請求の範囲】１）被測定面と、この被測定面と接触して設置された基
準平面との適宜箇所での間隔を測定して被測定面の平面
度を求めるようにした測定装置において、（ａ）前記基準平面を一方の側にもつ基体と、（ｂ）前
記被測定面との距離を検出し得る測定子の先端が、前記
基準平面より被測定面の反対側に位置するように前記基
体に設けられた、１個または２個以上の位置検出器とを備え、前記基体の基準平面を前記被測定面に沿って移
動させ得るとともに、少なくとも測定時には前記基準平
面と被測定面を互いに接触させ得るようにしたことを特
徴とする平面度測定装置。２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、基体は
、この基体の基準平面にほぼ直角な軸のまわりに回動可
能に構成されたものであることを特徴とする平面度測定
装置。３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
いて、位置検出器は、測定値を遠隔地に伝送可能に構成
されたものであることを特徴とする平面度測定装置。４）特許請求の範囲第１項ないし第３のいずれかの項に
記載の装置において、平面度は、各測定子先端と被測定
面との距離から、前記各測定子先端と基準平面との距離
を減じて得られた各差値の中での最大値として求められ
ることを特徴とする平面度測定装置。５）特許請求の範囲第１項ないし第３のいずれかの項に
記載の装置において、平面度は、各測定子先端について
得られた、この各測定子先端と被測定面との距離の、最
大値と最小値との各差値の中での最大値として求められ
ることを特徴とする平面度測定装置。