WO2017033581A1 - 表面形状測定方法、心ずれ量算出方法、及び表面形状測定装置 - Google Patents

表面形状測定方法、心ずれ量算出方法、及び表面形状測定装置 Download PDF

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WO2017033581A1
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detector
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shape
misalignment
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光 増田
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株式会社東京精密
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the surface shape of a workpiece by detecting the displacement of the surface of the workpiece with the detector while relatively rotating the workpiece and the detector around the rotation center.
  • a roundness measuring device for measuring the roundness of the workpiece is known (for example, see Patent Document 1).
  • a rotary base is provided on a main body base (stage), a column is erected on the main body base, and a carriage (sliding body) is vertically mounted on the column. It is provided to be movable in the direction (vertical direction).
  • An arm (horizontal arm) is supported on the carriage so as to be movable in the horizontal direction, and a first detector is provided at the tip of the arm.
  • the first detector has a probe (contactor) that contacts the surface of the workpiece, and detects the displacement of the probe using a differential transformer.
  • the carriage is also provided with a second detector that detects the amount of movement of the arm in the horizontal direction.
  • the center of the workpiece measurement part (hereinafter referred to as “work center”) is almost at the rotation axis (rotation center) of the turntable. Place the work on the turntable so that they match. Then, the carriage is moved to adjust the vertical position so that the probe contacts the surface (measurement surface) of the workpiece, and the arm is moved to adjust the horizontal position. In this state, the first detector detects the displacement of the probe that contacts the surface of the work while rotating the turntable, thereby obtaining the surface shape data of the work and calculating the roundness of the work.
  • Patent Document 1 discloses a method for measuring the diameter of a workpiece using a roundness measuring machine.
  • the master work is first placed on a turntable, the probe of the first detector is applied to the right side surface of the master work, the output of the second detector is obtained, and then the probe is transferred to the master.
  • Applying the output of the second detector to the left side of the workpiece obtaining the measured diameter of the master workpiece, which is the difference in the output of the second detector, and the difference between the measured diameter of the master workpiece and the known diameter of the master workpiece Is a correction value.
  • the master work instead of the master work, set the work that is the measurement object, obtain the work diameter of the work by the same measurement as the master work, and subtract the correction value from the work diameter of the work. A certain correction diameter is calculated.
  • Patent Document 2 a measuring element of a detector is brought into contact with the surface of a work (measurement object) placed on a table, the table or the detector is rotated, and the detector is moved relative to the work.
  • a roundness measuring machine that measures the roundness, cylindricity, and the like of a workpiece by rotating the probe and detecting the displacement of the probe contacting the workpiece surface with a detector is disclosed.
  • the detection point touches the workpiece from the rotation center (rotation axis) that is the center of relative rotation between the workpiece and the detector.
  • rotation center rotation axis
  • it is necessary to measure the workpiece diameter after calibration with a reference workpiece (reference measurement object) having a known diameter.
  • reference workpiece reference measurement object
  • the distance from the center of rotation to the detection point is shifted, so that calibration must be performed again using a reference workpiece.
  • the “measurement bus” refers to a straight line that passes through the center of rotation and is parallel to the displacement direction of the probe.
  • the shift of the detection point with respect to the measurement bus is referred to as “center shift”, and the shift amount (distance between the measurement bus and the detection point) at this time is referred to as “center shift”.
  • an error error in the detection value by the detector
  • the displacement direction of the probe due to the misalignment is referred to as “measurement error”.
  • Patent Document 2 discloses that a detector is moved in a direction parallel to a measurement bus with respect to a reference workpiece having a known diameter, and measurement is performed at two detection points opposed to the reference measurement object.
  • a method for calculating the amount of misalignment based on the measurement difference is disclosed. According to this method, the diameter of the workpiece measured by the roundness measuring device can be corrected based on the amount of misalignment. Therefore, an accurate diameter can be calculated even for a workpiece having a diameter different from the diameter of the reference workpiece, regardless of the amount of misalignment of the roundness measuring machine.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can measure the surface shape of a workpiece with high accuracy and high reproducibility, and a surface shape measuring method and misalignment that enable measurement with excellent versatility. It is an object to provide an amount calculation method and a surface shape measuring apparatus.
  • the surface shape measuring method detects the displacement of the surface of the workpiece with the detector while rotating the workpiece and the detector relatively around the rotation center.
  • a surface shape measuring method for measuring a surface shape of a workpiece by disposing a detector on one side with respect to the workpiece and relatively rotating the workpiece and the detector around a rotation center.
  • a first shape data acquisition step for acquiring first shape data indicating the surface shape of the workpiece when the detector detects a displacement of the surface of the workpiece; and a detector is disposed on the other side of the workpiece
  • the surface shape measuring method is the first aspect, wherein the first shape data and the second shape data are collated, and a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece is calculated based on the collation result.
  • a shape parameter calculating step is the first aspect, wherein the first shape data and the second shape data are collated, and a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece is calculated based on the collation result.
  • the shape parameter is a workpiece diameter.
  • the shape parameter calculating step is calculated based on the first diameter and the second shape data of the workpiece calculated based on the first shape data.
  • the workpiece diameter is calculated by averaging the second workpiece diameter.
  • the surface shape measuring method is the evaluation in the first aspect, in which the first shape data and the second shape data are collated and the measurement accuracy of the surface shape of the workpiece is evaluated based on the collation result. Comprising steps.
  • the method of calculating the amount of misalignment according to the sixth aspect of the present invention is a method of calculating the amount of misalignment in the surface shape measuring method according to any one of the first to fifth aspects.
  • This is a method in which the detector detects the displacement of the probe that contacts the surface of the workpiece while rotating the detector and the detector around the rotation center, and is a straight line that passes through the rotation center and is parallel to the displacement direction of the probe. Is a measurement bus, and the first shape data and the second shape data are collated and the heart indicating the distance of the detection point with respect to the measurement bus based on the collation result when the position where the probe contacts the workpiece is the detection point.
  • a center deviation amount calculating step for calculating a deviation amount is provided.
  • the misalignment amount calculating step performs a phase inversion process in which one of the first shape data and the second shape data is shifted in phase by 180 degrees with respect to the other. Then, the shift angle between the first shape data and the second shape data after the phase inversion process is calculated, and the misalignment amount is calculated based on the shift angle.
  • the misalignment amount calculation method compares the misalignment amount calculated in the misalignment amount calculation step with a preset reference value, and when the misalignment amount is equal to or less than the reference value.
  • a misalignment determining step is provided in which it is determined that there is no misalignment, and when the misalignment amount exceeds the reference value, it is determined that there is a misalignment.
  • the surface shape measuring apparatus detects the displacement of the surface of the workpiece with the detector while rotating the workpiece and the detector relative to each other around the rotation center.
  • a first shape data acquisition unit that acquires first shape data indicating the surface shape of the workpiece when the displacement is detected, and a detector arranged on the other side of the workpiece, the workpiece and the detector are arranged at the center of rotation.
  • a second shape data acquisition unit that acquires second shape data indicating the surface shape of the workpiece when the displacement of the surface of the workpiece is detected by the detector while rotating around.
  • a surface shape measuring apparatus compares the first shape data and the second shape data, and calculates a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece based on the result of the comparison.
  • a shape parameter calculation unit compares the first shape data and the second shape data, and calculates a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece based on the result of the comparison.
  • the shape parameter is a workpiece diameter.
  • the shape parameter calculation unit is calculated based on the first diameter and second shape data of the workpiece calculated based on the first shape data.
  • the workpiece diameter is calculated by averaging the second workpiece diameter.
  • the surface shape measuring apparatus is the evaluation according to the ninth aspect, wherein the first shape data and the second shape data are collated and the measurement accuracy of the surface shape of the workpiece is evaluated based on the collation result. A part.
  • the surface shape measuring apparatus is the surface shape measuring apparatus according to any one of the ninth to thirteenth aspects, wherein the surface shape measuring apparatus relatively rotates the workpiece and the detector around the rotation center.
  • This is a device that detects the displacement of the probe that contacts the surface of the workpiece with a detector, and uses a straight line that passes through the center of rotation and is parallel to the displacement direction of the probe as a measurement bus, and the position where the probe contacts the workpiece
  • the first shape data and the second shape data are collated, and based on the collation result, a misalignment amount calculation unit that calculates a misalignment amount indicating the distance of the detection point with respect to the measurement bus is provided.
  • the surface shape measuring apparatus is the surface shape measuring apparatus according to the fourteenth aspect, wherein the misalignment amount calculating unit shifts one of the first shape data and the second shape data by 180 degrees with respect to the other. A reversal process is performed, a shift angle between the first shape data and the second shape data after the phase reversal process is calculated, and a misalignment amount is calculated based on the shift angle.
  • the surface shape measuring apparatus compares the amount of misalignment calculated by the amount of misalignment calculating unit with a preset reference value, and the amount of misalignment is A misalignment determining unit is provided that determines that there is no misalignment when it is equal to or less than the reference value, and determines that there is a misalignment when the amount of misalignment exceeds the reference value.
  • the surface shape of a workpiece can be measured with high accuracy and high reproducibility, and measurement with excellent versatility is possible.
  • the figure which showed an example of the surface shape data (record figure) of the work obtained only using the 1st measurement data The figure which showed an example of the surface shape data (recording figure) of the workpiece
  • work W obtained using 1st measurement data and 2nd measurement data Schematic showing the configuration of the roundness measuring machine of the second embodiment
  • the flowchart which showed an example of the amount-of-center deviation calculation method using the roundness measuring device of 2nd Embodiment The figure for demonstrating the amount-of-center deviation calculation method using the roundness measuring device of 2nd Embodiment.
  • the figure for demonstrating the amount-of-center deviation calculation method using the roundness measuring device of 2nd Embodiment The figure for demonstrating the amount-of-center deviation calculation method using the roundness measuring device of 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a roundness measuring machine 10 according to the first embodiment.
  • the roundness measuring machine 10 of the first embodiment is provided with a turntable (turntable) 14 on which a work (measurement object) W is placed on a main body base (base) 12.
  • the rotary table 14 is finely fed in the X direction and the Y direction by an X direction fine adjustment knob (not shown) and a Y direction fine adjustment knob (not shown), and an X direction inclination knob (not shown) and a Y direction inclination knob (not shown). ) To adjust the inclination in the X and Y directions.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other, the X direction is a horizontal direction (corresponding to a moving direction of an arm 22 described later), the Y direction is a horizontal direction orthogonal to the X direction, and the Z direction is vertical.
  • Direction movement direction of a carriage 20 described later).
  • the turntable 14 is rotatably supported by a motor (rotary drive unit) 16 through a bearing (not shown).
  • a rotary encoder (not shown) constituting a rotation angle detector 62 (see FIG. 2) described later is attached to the rotation shaft of the motor 16 so that the rotation angle is read with high accuracy.
  • an ultra-high precision hydrostatic air bearing is used as the bearing, and the rotary table 14 is rotated with extremely high rotational accuracy (for example, 0.005 ⁇ m).
  • the rotation angle detector 62 (rotary encoder) is an example of a means (rotation angle detection means) for detecting the rotation angle of the workpiece W, and the workpiece placed on the rotary table 14 by detecting the rotation angle of the motor 16. The rotation angle of W is detected.
  • a detection signal (rotation angle data) output from the rotation angle detection unit 62 (rotary encoder) is input to the arithmetic processing unit 34 described later.
  • the rotation angle detection means is not limited to the rotary encoder, and for example, the rotation angle of the workpiece W may be detected based on information on a drive signal (number of pulses) of the motor 16 that drives the rotation table 14.
  • a column (support) 18 extending in the vertical direction (Z direction) is erected on the main body base 12, and a carriage 20 is supported on the column 18 so as to be movable in the vertical direction (Z direction).
  • an arm (radial movement axis) 22 is supported so as to be movable in a horizontal uniaxial direction (X direction).
  • a detector holder 24 is attached to the tip of the arm 22.
  • a detector 26 is attached to the tip of the detector holder 24.
  • An electric micrometer using a differential transformer is used for the detector 26 and detects the amount of displacement of the probe 28 that contacts the surface of the workpiece W.
  • the detector 26 is composed of a bidirectional detector having a radial (X direction) bidirectional (in both left and right directions in FIG. 1) detection function perpendicular to the rotational axis of the rotary table 14. Specifically, the detector 26 includes an urging member for urging the measuring element 28 in both directions in the X direction. The detector 26 is kept parallel at the center of the displaceable range, and the detector at the center position. For example, when the probe 28 is displaced to the right in FIG. 1, a positive value is output, and when the probe 28 is displaced to the left, a negative value is output.
  • the configuration of such a bidirectional detector is well known (see, for example, Patent Document 1), and detailed description thereof is omitted here.
  • the structure which the detector 26 consists of a bidirectional type detector was shown as one of the preferable aspects, it is not restricted to this, It is a one-way type detector which has a detection function only in one direction. It may be configured. In this case, the direction of the detector 26 may be changed in accordance with the direction (direction) in which the probe 28 is brought into contact with the surface (measurement surface) of the workpiece W.
  • the position of the detector 26 (X-direction position, Z-direction position) can be detected by a detector position detector 60 (see FIG. 2) described later.
  • the detector position detector 60 detects the position of an X-axis linear encoder (not shown) that detects the position of the arm 22 that moves the detector 26 in the X direction, and the position of the carriage 20 that moves the detector 26 in the Z direction.
  • a Z-axis linear encoder (not shown).
  • Detection signals respectively output from the X-axis linear encoder and the Z-axis linear encoder are input to an arithmetic processing unit 34 described later.
  • the arithmetic processing unit 34 detects the detector 26 from the detector position data detected by the X-axis linear encoder or the Z-axis linear encoder. It is possible to grasp the position (X direction position, Z direction position).
  • the means for detecting the position of the detector 26 is not limited to a linear encoder, but may be detected by a rotary encoder via a mechanism that converts linear movement of the detector 26 (arm 22) into rotational motion.
  • the detection method of the encoder is not particularly limited, and various methods such as an optical method, a magnetic method, a laser method, a mechanical method, and a capacitance method can be employed. Further, as long as the position of the detector 26 can be detected, not only the encoder but also any other configuration can be adopted.
  • the roundness measuring machine 10 of the present embodiment When the roundness of the workpiece W is measured by the roundness measuring machine 10 of the present embodiment, after the workpiece W is placed on the rotary table 14, first, the rotation center of the rotary table 14 and the center of the workpiece W are determined. Eccentricity correction and inclination correction of the workpiece W with respect to the rotary table 14 are performed.
  • the rotary table 14 is rotated once by the motor 16 in a state where the probe 28 of the detector 26 is in contact with the surface (side surface) of the workpiece W, and data for one round of the surface of the workpiece W is collected.
  • the detection signal (displacement data) output from the detector 26 is input to the arithmetic processing unit 34.
  • the arithmetic processing unit 34 performs arithmetic processing such as the roundness of the workpiece W from the rotation angle data input from the rotary encoder and the displacement data input from the detector 26, and displays the calculation processing result on the display unit 36. To do.
  • the arithmetic processing unit 34 performs various arithmetic functions for measuring the diameter of the workpiece W with high accuracy and high reproducibility.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a functional configuration of the arithmetic processing unit 34.
  • the detection signal (displacement data) output from the detector 26 and the detector position detection unit 60 are output to the arithmetic processing unit 34.
  • the detection signal (detector position data) and the detection signal (rotation angle data) output from the rotation angle detector 62 (rotary encoder) are input.
  • the arithmetic processing unit 34 operates as the following functional units in order to execute the various arithmetic processes described above. That is, the arithmetic processing unit 34 functions as a first shape data acquisition unit 38, a second shape data acquisition unit 40, a shape parameter calculation unit 42, and the like.
  • the first shape data acquisition unit 38 indicates the surface shape (measured cross-sectional shape) of the workpiece W when the measurement is performed in a state where the probe 28 is brought into contact with the surface of the workpiece W from one side with respect to the workpiece W. First shape data is acquired.
  • the 2nd shape data acquisition part 40 shows the surface shape (measurement cross-sectional shape) of the workpiece
  • the shape parameter calculation unit 42 collates the first shape data and the second shape data, and calculates a shape parameter (for example, the diameter of the workpiece W) that defines the surface shape of the workpiece W based on the collation result.
  • a shape parameter for example, the diameter of the workpiece W
  • the shape parameter calculation unit 42 includes a correction value calculation unit 44, a radial position calculation unit 46, a radial position correction unit 48, and a diameter calculation unit 50.
  • the correction value calculation unit 44 obtains, as a correction value (calibration value), the difference between the measured diameter when the roundness measuring device 10 measures the diameter of the master work and the known diameter of the master work.
  • the radial position calculation unit 46 is configured to determine the radial position of the surface of the workpiece W (workpiece) based on the first shape data and the second shape data acquired by the first shape data acquisition unit 38 and the second shape data acquisition unit 40, respectively. Calculate the distance from the center to the workpiece surface.
  • the radial position correction unit 48 corrects the radial position of the surface of the workpiece W calculated by the radial position calculation unit 46.
  • the diameter calculating unit 50 calculates the diameter of the workpiece W based on the corrected radial direction position of the surface of the workpiece W corrected by the radial position correcting unit 48, and further, based on the correction value calculated by the correction value calculating unit 44, the workpiece Correct the diameter of W.
  • This surface shape measuring method is an example of the surface shape measuring method according to the present invention, which can measure the surface shape of the workpiece W with high accuracy and high reproducibility, and enables measurement with excellent versatility. It is. Specifically, as will be described in detail later, the detector 26 is arranged on one side with respect to the workpiece W, and the detector W is rotated while the workpiece W and the detector 26 are relatively rotated around the rotation center. 26, the first shape data indicating the surface shape of the workpiece W when the displacement of the surface of the workpiece W is detected, and the detector 26 is arranged on the other side of the workpiece W, and the workpiece W and the detector 26 are arranged.
  • the second shape data indicating the surface shape of the workpiece W when the displacement of the surface of the workpiece W is detected by the detector 26 while relatively rotating around the rotation center is obtained, respectively.
  • the two shape data are collated, and the diameter of the workpiece W is obtained based on the collation result.
  • the diameter of the workpiece W is an example of a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece W.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the method for measuring the surface shape of the workpiece W using the roundness measuring instrument 10 of the first embodiment.
  • 4A to 4E are diagrams for explaining the processing shown in the flowchart of FIG.
  • the workpiece W is placed on the rotary table 14 so that the center of the workpiece W and the rotation center of the rotary table 14 substantially coincide with each other. It is assumed that centering adjustment) and tilt correction (tilting adjustment) have been performed.
  • a master work (reference work) MW having a known diameter is prepared, and the master work MW is placed on the turntable 14. Then, after adjusting the eccentricity so that the workpiece center exactly coincides with the rotation center of the turntable 14, as shown in FIG. 4A, the probe is placed on one side (0 degree position) in the X direction on the surface of the master workpiece MW. The arm 22 is moved in the X direction so that 28 contacts. Then, the arithmetic processing unit 34 detects the position r 1 in the X direction of the detector 26 when the output of the detector 26 shows a value + ⁇ ( ⁇ > 0) shifted from the 0 point to the plus side (right side in the figure). Obtained from the instrument position detector 60.
  • the detector 26 is moved to the opposite side across the master work MW so that the probe 28 contacts the other side (180-degree position) of the surface of the master work MW in the X direction. Then, the arm 22 is moved in the X direction. Then, the arithmetic processing unit 34 obtains the X-direction position r 2 of the detector 26 when the output of the detector 26 is indicated a value - ⁇ shifted to the minus side from the zero-point from the detector position detection unit 60.
  • the X-direction position of the detector 26 detected by the detector position detector 60 is based on the rotation center (work center) of the rotary table 14 as the reference position (origin), and the right side of FIG.
  • the positive side and the left side are the negative side.
  • the arithmetic processing unit 34 functions as the correction value calculation unit 44 of the shape parameter calculation unit 42, and the measured diameter d of the master work MW from the X-direction positions r 1 and r 2 of the detector 26 acquired as described above.
  • 1
  • the correction value is stored in a storage unit (not shown). Thereby, the diameter calculation part 50 mentioned later can correct
  • Step S10 First shape data acquisition step
  • the workpiece W is placed on the rotary table 14 instead of the master workpiece MW, and the eccentricity correction or the like is performed so that the center of the workpiece accurately matches the rotation center of the rotary table 14.
  • the arm 22 is moved in the X direction so that the probe 28 contacts one side (0-degree position) of the surface of the workpiece W in the X direction.
  • the arithmetic processing unit 34 functions as the first shape data acquisition unit 38, and the X direction of the detector 26 when the output of the detector 26 indicates a value + ⁇ shifted from the 0 point to the plus side (right side in the drawing).
  • Detector position data R 1 indicating the position is acquired from the detector position detector 60.
  • Step S12 Second shape data acquisition step
  • the detector 26 is moved to the opposite side across the workpiece W so that the probe 28 contacts the other side (180 degree position) of the surface of the workpiece W in the X direction.
  • the arm 22 is moved in the X direction.
  • the arithmetic processing unit 34 functions as the second shape data acquiring unit 40, and the X of the detector 26 when the output of the detector 26 shows a value - ⁇ deviated from 0 point to the minus side (left side in the figure).
  • Detector position data R 2 indicating the direction position is acquired from the detector position detector 60. Further in this state, as shown in FIG.
  • first shape data acquisition step (step S10) and the second shape data acquisition step (step S12) face each other with the workpiece W interposed therebetween (specifically, with the rotation axis of the rotary table 14 interposed therebetween). Since the measurement was performed with the detector 26 placed at the position, the first shape data A and the second shape data B have a 180 ° phase shift in the circumferential direction around the rotation center. . That is, due to the difference in the position of the detector 26, the first shape data A and the second shape data B have the above-described phase shift (phase inversion).
  • the first shape data is used to correct a phase shift due to a difference in measurement position (that is, a detection position of the detector 26 with respect to the workpiece W).
  • a process of shifting the phase of either one of A and the second shape data B by 180 degrees with respect to the other (phase inversion process) is performed.
  • a first shape data A phase of the second shape data B becomes the matches, corresponding to the rotation (the output of the detector 26) the angle data theta 1 to the corresponding displacement data T 1 and the rotation angle data theta 2 the T 2 (output of the detector 26) displacement data a shows the displacement data at the same position of the surface of the workpiece W to one another.
  • Step S14 Shape parameter calculation step
  • the arithmetic processing unit 34 functions as the shape parameter calculation unit 42 and collates the two shape data (first shape data A and second shape data B) acquired in step S10 and step S12, and the result of the collation
  • the diameter of the workpiece W which is a shape parameter that defines the surface shape of the workpiece W, is calculated. Specifically, it is performed as follows.
  • the column 18 and the main body base 12 are stretched or distorted due to a change in the environmental temperature or the like between the measurement of the master workpiece MW and the measurement of the workpiece W, and the detector position detector 60 (X-axis)
  • the linear encoder is shifted by an error v in the X direction relative to the rotation center (work center) of the rotary table 14.
  • the radial position of the surface of the workpiece W calculated for each rotation angle is S 1 ⁇ v and S 2 + v, for example, as shown in FIG. 5A, it is obtained using only the first shape data A. While the surface shape (recorded figure) of the workpiece W obtained is smaller than the reference circle, as shown in FIG.
  • the master workpiece MW is obtained.
  • the surface shape data (recorded figure) of the workpiece W can obtain a shape close to the true size (the size of the reference circle) without being affected by the error v. Therefore, it is possible to calculate the diameter of the workpiece W with high accuracy compared to the case where the diameter of the workpiece W is calculated based on only one of the measurement data of the first shape data A and the second shape data B. Become.
  • an intermediate position obtained the radial position S 1, S 2 of the workpiece W by simple average showed manner to complement Masatsune direction position S is not limited to this,
  • the influence of the error v can be suppressed, and the workpiece W can be compared with the case where the diameter of the workpiece W is calculated based on only one of the first shape data A and the second shape data B. Can be calculated with high accuracy.
  • the center method the least square center method, the maximum inscribed circle method, the minimum circumscribed circle method, etc.
  • Step S16 Output step
  • the arithmetic processing unit 34 outputs the shape parameter (the diameter D of the workpiece W) calculated in step S14 to the display unit 36 as a result of the arithmetic processing.
  • the diameter D of the workpiece W is displayed on the display unit 36, and this flowchart ends.
  • the detector 26 is disposed on one side with respect to the workpiece W, and the workpiece W and the detector 26 are arranged at the center of rotation.
  • the detector 26 is arranged on the other side, and the workpiece W when the displacement of the surface of the workpiece W is detected by the detector 26 while the workpiece W and the detector 26 are rotated relatively around the rotation center.
  • the surface shape measuring method for example, it is possible to accurately calculate the long side and the short side of an ellipse. Therefore, the surface shape of the workpiece W can be measured with high accuracy and high reproducibility, and measurement with excellent versatility is possible.
  • the arithmetic processing unit 34 functions as an evaluation unit.
  • the diameter of the workpiece W is calculated after correcting the direction position.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the following calculation method may be used.
  • the first radial position S 1 and the second radial position S 2 calculated in the radial direction position calculating unit 46 is inputted to the diameter calculator 50 (see FIG. 2).
  • the diameter calculation unit 50 determines the center method (the least square center method, the maximum inscribed circle method, the minimum circumscribed circle) based on the first radial direction position S 1 of the surface of the workpiece W calculated by the radial position calculation unit 46. law, etc.) by calculating a diameter (first diameter) D 1 of the workpiece W.
  • the diameter calculating unit 50 is based on the center method (the least square center method, the maximum inscribed circle method, the minimum circumscribed circle method) based on the second radial direction position S 2 of the surface of the workpiece W calculated by the radial position calculating unit 46. calculating a diameter (second diameter) D 2 of the workpiece W obtained by, etc.).
  • requires can also be employ
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the roundness measuring device 100 of the second embodiment.
  • the roundness measuring machine 100 of the second embodiment is provided with a rotary table (rotary table) 114 on which a work (measurement object) W is placed on a main body base (base) 112. ing.
  • the rotary table 114 is finely fed in the X direction and the Y direction by an X direction fine adjustment knob (not shown) and a Y direction fine adjustment knob (not shown), and an X direction inclination knob (not shown) and a Y direction inclination knob (not shown). ) To adjust the inclination in the X and Y directions.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other, the X direction is a horizontal direction (corresponding to a moving direction of an arm 122 described later), the Y direction is a horizontal direction orthogonal to the X direction, and the Z direction is vertical.
  • Direction movement direction of a carriage 120 described later).
  • the rotary table 114 is rotatably supported by a motor (rotary drive unit) 116 through a bearing (not shown).
  • a rotary encoder (not shown) is attached to the rotation shaft of the motor 116 so that the rotation angle is read with high accuracy.
  • an ultra-high precision hydrostatic air bearing is used as the bearing, and the rotary table 114 is rotated with very high rotational accuracy (for example, 0.005 ⁇ m).
  • the rotary encoder is an example of means for detecting the rotation angle of the work W (rotation angle detection means), and detects the rotation angle of the work W placed on the rotary table 114 by detecting the rotation angle of the motor 116. .
  • a detection signal (rotation angle data) output from the rotary encoder is input to an arithmetic processing unit 134 described later.
  • the rotation angle detection means is not limited to the rotary encoder, and for example, the rotation angle of the workpiece W may be detected based on information on a drive signal (number of pulses) of the motor 116 that drives the rotation table 114.
  • a column (post) 118 extending in the vertical direction (Z direction) is erected on the main body base 112, and a carriage 120 is supported on the column 118 so as to be movable in the vertical direction (Z direction).
  • an arm (radial movement axis) 122 is supported so as to be movable in a horizontal uniaxial direction (X direction).
  • a detector holder 124 is attached to the tip of the arm 122.
  • a detector 126 is attached to the tip of the detector holder 124.
  • An electric micrometer using a differential transformer is used for the detector 126, and detects the amount of displacement of the probe 128 that contacts the surface of the workpiece W.
  • the detector 126 is configured by a bidirectional detector having a radial (X direction) bidirectional (both left and right in FIG. 7) detection function perpendicular to the rotational axis of the rotary table 114. Since the configuration of the bidirectional detector is well known, detailed description thereof is omitted here. Note that the detector 126 is not limited to a detector having a bidirectional detection function, and may have a detection function only in one direction. In this case, the direction of the detector 126 may be changed according to the direction (direction) in which the measuring element 128 is brought into contact with the side surface of the workpiece W.
  • the position of the detector 126 (X-direction position, Z-direction position) is an X-axis linear encoder (not shown) that detects the position of the arm 122 that moves the detector 126 in the X direction, and the detector 126 is moved in the Z direction.
  • the position of the carriage 120 can be detected by a Z-axis linear encoder (not shown) that detects the position of the carriage 120.
  • Detection signals respectively output from the X-axis linear encoder and the Z-axis linear encoder are input to an arithmetic processing unit 134 described later.
  • the arithmetic processing unit 134 detects the detector 126 from the detector position data detected by the X-axis linear encoder or the Z-axis linear encoder. It is possible to grasp the position (X direction position, Z direction position).
  • the means for detecting the position of the detector 126 is not limited to a linear encoder, but may be detected by a rotary encoder via a mechanism that converts linear movement of the detector 126 (arm 122) into a rotational motion.
  • the detection method of the encoder is not particularly limited, and various methods such as an optical method, a magnetic method, a laser method, a mechanical method, and a capacitance method can be employed. Further, as long as the position of the detector 126 can be detected, not only the encoder but also any other configuration can be adopted.
  • the roundness measuring device 100 of the second embodiment When measuring the roundness or the like of the workpiece W with the roundness measuring device 100 of the second embodiment, after the workpiece W is placed on the rotary table 114, first, the rotation center of the rotary table 114 and the workpiece W are measured. The eccentricity correction with respect to the center and the inclination correction of the workpiece W with respect to the rotary table 114 are performed.
  • the rotary table 114 is rotated once by the motor 116 in a state where the probe 128 of the detector 126 is in contact with the surface (side surface) of the workpiece W, and data for one round of the surface of the workpiece W is collected.
  • the detection signal (displacement data) output from the detector 126 is input to the arithmetic processing unit 134.
  • the arithmetic processing unit 134 performs arithmetic processing on the roundness of the workpiece W from the rotation angle data input from the rotary encoder and the displacement data input from the detector 126, and displays the calculation processing result on the display unit 136. To do.
  • the arithmetic processing unit 134 does not use a reference workpiece (reference measured object) having a known diameter, and does not use a roundness measuring instrument. It has a function of performing various kinds of arithmetic processing so that 100 misalignment amounts can be obtained accurately.
  • FIG. 8 is a functional block diagram showing a functional configuration of the arithmetic processing unit 134.
  • the arithmetic processing unit 134 operates as the following functional units in order to execute the various arithmetic processes described above. That is, the arithmetic processing unit 134 functions as the first shape data acquisition unit 138, the second shape data acquisition unit 140, the misalignment amount calculation unit 142, and the like.
  • the first shape data acquisition unit 138 shows the surface shape (measured cross-sectional shape) of the workpiece W when the measurement is performed in a state where the probe 128 is in contact with the surface of the workpiece W from one side with respect to the workpiece W. First shape data is acquired.
  • the second shape data acquisition unit 140 indicates the surface shape (measured cross-sectional shape) of the workpiece W when the measurement is performed in a state where the probe 128 is in contact with the surface of the workpiece W from the other side with respect to the workpiece W. Second shape data is acquired.
  • the misalignment amount calculation unit 142 collates the first shape data and the second shape data, and calculates the misalignment amount of the roundness measuring device 100 based on the collation result.
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the misalignment determination unit 144 that determines the presence or absence of misalignment of the roundness measuring device 100 based on the calculation result of the misalignment amount calculated by the misalignment amount calculation unit 142. There is also.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a state in which measurement is performed in a state where the roundness measuring device 100 has no misalignment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a state where measurement is performed in a state where the roundness measuring device 100 has a misalignment.
  • the center C of the workpiece W coincides with the rotation center O of the rotary table 114.
  • the center C of the work W is the center of the least square circle of the surface shape (measured cross-sectional shape) of the work W obtained when the work W is rotated relative to the detector 126.
  • the arithmetic processing part 134 acquires the shape data which shows the surface shape of the workpiece
  • work W which consists of the rotation angle data output from the rotary encoder, and the displacement data output from the detector 126, and based on this shape data
  • a shape parameter (such as a diameter) that defines the surface shape of the workpiece W is calculated, and the shape of the workpiece W is analyzed.
  • the shape data indicating the surface shape of the workpiece W is obtained with high accuracy.
  • the shape parameter of the workpiece W can be obtained with high accuracy.
  • the detection point P at which the probe 128 abuts on the surface of the workpiece W due to various factors such as an error inherent to the apparatus at the time of manufacturing the roundness measuring device 100, an environmental change such as a temperature change, and a change with time is shown in FIG.
  • a position shift occurs in a direction perpendicular to the measurement bus M without being coincident with the measurement bus M, and the probe 128 is detected at a detection point P ′ different from the ideal detection point P. May come into contact.
  • the distance ⁇ in the Y direction perpendicular to the X direction (displacement direction of the probe 28) between the ideal detection point P and the actual detection point P ′ is a deviation between the measurement bus M and the detection point P ′.
  • a displacement occurs in the displacement direction (X direction) of the probe 128 between the ideal detection point P and the actual detection point P ′.
  • a measurement error is generated by the difference (distance) ⁇ (hereinafter referred to as measurement error ⁇ ).
  • the diameter as an example of the shape parameter of the workpiece W is obtained as G 0.
  • the measurement accuracy of the surface shape of the workpiece W obtained by the roundness measuring device 100 becomes a factor. That is, the measurement accuracy of the surface shape of the workpiece W depends on the amount of misalignment ⁇ of the roundness measuring device 100.
  • the error inherent to the device at the time of manufacture can be reduced to an acceptable level by applying various adjustment means at the time of shipment, etc. Since it changes with time, it is difficult to completely eliminate the measurement error ⁇ accompanying the amount of misalignment ⁇ .
  • the method of calculating the amount of misalignment of the present embodiment includes first shape data and second shape data indicating the surface shape of the workpiece W when measurement is performed at positions facing each other across the workpiece W.
  • the shape data is acquired, the first shape data and the second shape data are collated, and the amount of misalignment ⁇ of the roundness measuring device 100 is calculated based on the collation result. Details will be described below.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of the amount of misalignment calculation using the roundness measuring device 100 of the second embodiment.
  • 12A and 12B and FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining the method of calculating the amount of misalignment shown in FIG.
  • the workpiece W is placed on the rotary table 114 so that the center C of the workpiece W and the rotation center O of the rotary table 114 substantially coincide with each other. It is assumed that correction (centering adjustment) and tilt correction (tilting adjustment) have been performed. In addition, it is assumed that processing for calibrating the detector position detection unit (X-axis linear encoder) is performed in advance.
  • Step S110 First shape data acquisition step
  • First as shown in FIG. 12A and FIG. 12B, with the rotary table 114 in a state where the probe 128 of the detector 126 is in contact with the workpiece W from the one side (right side) to the surface (right side) of the workpiece W. While the workpiece W and the detector 126 are relatively rotated, the detector 126 detects the displacement of the probe 128.
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the first shape data acquisition unit 138 and acquires the first shape data A for one round of the surface of the workpiece W.
  • Step S112 Second shape data acquisition step
  • the detector 126 is moved in the X direction (direction parallel to the measurement bus M) by the movement of the arm 122, and the workpiece W is moved from the other side (left side) with respect to the workpiece W.
  • the displacement of the probe 128 is detected by the detector 126 while the workpiece W and the detector 126 are relatively rotated by the rotary table 114 while the probe 128 of the detector 126 is in contact with the surface (left side) of To do.
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the second shape data acquisition unit 140 and acquires the second shape data B for one round of the surface of the workpiece W.
  • Steps S114, S116, S118 Amount of misalignment calculation
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the misalignment amount calculating unit 142, collates the first shape data A and the second shape data B, and the decentering of the roundness measuring device 100 based on the collation result.
  • the quantity ⁇ is calculated.
  • FIGS. 14A to 14C and FIGS. 15A to 15C are diagrams for explaining the calculation principle of the misalignment amount ⁇ .
  • FIGS. 14A to 14C are measurement results when there is no misalignment, and FIGS. The measurement results when there is a deviation are shown respectively.
  • first shape data A shown in FIG. 14A and second shape data B shown in FIG. 14B are obtained.
  • the first shape data A and the second shape data B have a 180 ° phase shift in the circumferential direction around the rotation center O. That is, the first shape data A and the second shape data B are respectively obtained by measurement using the positions facing each other across the workpiece W as detection points P1 and P2 (see FIGS. 12B and 13B). The difference in the positions of the detection points P1 and P2 causes the above-described phase shift.
  • FIG. 5 after performing processing (phase inversion processing) for shifting one of the first shape data A and the second shape data B by 180 degrees in the circumferential direction around the rotation center O with respect to the other, FIG. As shown in FIG. 5, when the first shape data A and the second shape data B are overlapped, the two coincide with each other. That is, when the two shape data A and B after the phase inversion processing match each other, it can be determined that the roundness measuring device 100 has no misalignment.
  • first shape data A shown in FIG. 15A and second shape data B shown in FIG. 15B are obtained.
  • FIG. 4 shows that when the first shape data A and the second shape data B are overlapped, they do not match each other. That is, when the two shape data A and B after the phase inversion process do not match, it can be determined that the roundness measuring device 100 has a misalignment. This is because when the above-described measurement (step S110 and step S112) is performed in a state where there is a misalignment, the two detection points P1 and P2 do not exist at positions facing each other across the rotation center O. Is.
  • the shift angle between the two shape data A and B after the phase inversion processing is ⁇
  • the straight line connecting the rotation center O and the detection point P1 is N
  • the straight line N and the measurement bus M are
  • the angle formed by ⁇ is ⁇ (hereinafter, referred to as the misalignment angle ⁇ )
  • the relationship ⁇ ⁇ / 2 holds.
  • the X-direction distance K from the rotation center O to the detection point P1 is obtained from detector position data input from the above-described X-axis linear encoder.
  • the shift angle ⁇ is the shape data of both the two pieces of shape data A and B after the phase inversion processing coincided with each other while being rotated by the same angle with respect to the other? It is preferable to check whether or not, and to calculate the rotation angle when the two pieces of shape data coincide with each other as the deviation angle ⁇ . Note that the rotation angle is shifted not only when the two pieces of shape data necessarily match, but also when the two pieces of shape data can be regarded as the same (that is, when the error between the two pieces of shape data is equal to or less than a preset threshold value). The angle ⁇ may be calculated.
  • a difference is obtained for each sampling point of the two shape data A and B after the phase inversion processing, and the total value of the differences is minimized. May be calculated as the shift angle ⁇ .
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the misalignment amount calculation unit 142. The following processing is executed.
  • the arithmetic processing unit 134 corrects the phase shift caused by the difference in the positions of the detection points P1 and P2 that are opposed to each other with the workpiece W interposed therebetween, in the first shape data A and the second shape data B.
  • a phase inversion process is performed in which either one is shifted in phase by 180 degrees with respect to the other (step S114).
  • the arithmetic processing unit 134 calculates the deviation angle ⁇ between the two shape data A and B after the phase inversion processing (step S116), and further calculates the misalignment amount ⁇ based on the deviation angle ⁇ (step S116). S118).
  • the two shape data A and B after the phase inversion processing match each other as shown in FIG. 14C.
  • the arithmetic processing unit 134 outputs the calculation result of the misalignment amount ⁇ calculated in step S118 to the display unit 136 as the arithmetic processing result (step S120).
  • the amount of misalignment ⁇ of the roundness measuring device 100 is displayed on the display unit 136, and this flowchart ends.
  • the surface shape of the workpiece W when the measurements are performed at positions facing each other across the workpiece W is shown.
  • the first shape data A and the second shape data B are acquired, the first shape data A and the second shape data B are collated, and the amount of misalignment ⁇ of the roundness measuring device 100 is calculated based on the collation result. To do. Accordingly, it is possible to accurately obtain the misalignment amount ⁇ of the roundness measuring device 100 by a simple measurement operation without using a reference workpiece having a known diameter.
  • a shape parameter for defining the surface shape of the workpiece W using the result ( (Roundness, cylindricity, diameter, etc.) can be accurately calculated.
  • the symbol ⁇ (*) represents the square root of *.
  • the diameter D of the workpiece W indicates that the error changes according to the magnitude of the misalignment amount ⁇ . That is, when the diameter D of the workpiece W is calculated without considering the misalignment amount ⁇ , an error is generated in the diameter corresponding to the misalignment amount ⁇ .
  • the diameter D of the workpiece W can be obtained in consideration of the misalignment amount ⁇ . As a result, the diameter D of the workpiece W can be obtained accurately.
  • the calculation result of the misalignment amount ⁇ calculated based on the two shape data A and B is output to the display unit 136.
  • the presence or absence of misalignment of the roundness measuring device 100 may be determined according to the calculated amount of misalignment ⁇ so that the measurement accuracy can be easily determined.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating another example of the amount of misalignment calculation using the roundness measuring device 100 according to the second embodiment.
  • the same processes as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the arithmetic processing unit 134 functions as the misalignment determination unit 144 (see FIG. 8).
  • ⁇ is compared with a preset reference value to determine whether or not the amount of misalignment ⁇ is equal to or less than the reference value (step S122). If the amount of misalignment ⁇ exceeds the reference value (in the case of No), it is determined that “there is a misalignment” (step S124). It is determined that “there is no misalignment” (step S126).
  • Step S122, S124, and S126 are an example of a misalignment determination step.
  • the user can easily determine the measurement accuracy of the roundness measuring device 100 according to the misalignment amount calculation method illustrated in FIG. Therefore, by setting the reference value described above according to the measurement accuracy required for the roundness measuring device 100, when it is determined that “no misalignment”, it is unnecessary to perform confirmation and calibration work that are not originally required. Therefore, measurement efficiency can be improved. On the other hand, if it is determined that there is “center misalignment”, there is a possibility of affecting measurement accuracy. Therefore, the misalignment amount ⁇ is calibrated, or the shape parameter indicating the surface shape of the workpiece W is corrected. Can be appropriately performed.
  • the type of the detectors 26 and 126 is not limited to the differential transformer system, and may be a contact type or a non-contact type as long as at least displacement of the surface of the workpiece W can be detected.
  • Various detectors may be used. For example, a laser displacement sensor or the like can be used.
  • the diameter of the workpiece W is calculated as an example of the shape parameter that defines the surface shape of the workpiece W has been described.
  • the shape parameter may be calculated.
  • the first shape data A and the second shape data B are measured at a large number of measurement points (for example, 14400 points) when the workpiece W is rotated once.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the measurement data is not limited to this, and may be measurement data measured at some measurement points.
  • the number of measurement points, the interval, and the like are appropriately adjusted according to measurement accuracy.
  • the range for obtaining measurement data is not necessarily limited to one round, and may be a partial range.
  • the present invention is not limited to this, and a detector rotation type in which a detector rotates around a measurement object.
  • the present invention can be applied to a roundness measuring machine, and the same effect can be obtained.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Roundness measuring machine, 12 ... Main body base, 14 ... Rotary table, 16 ... Motor, 18 ... Column, 20 ... Carriage, 22 ... Arm, 24 ... Detector holder, 26 ... Detector, 28 ... Measuring element, 34 ... arithmetic processing unit, 38 ... first shape data acquisition unit, 40 ... second shape data acquisition unit, 42 ... shape parameter acquisition unit, 44 ... correction value calculation unit, 46 ... radial position calculation unit, 48 ... radial direction Position correction unit, 50 ... Diameter calculation unit, 60 ... Detector position detection unit, 62 ... Rotation angle detection unit, 100 ... Roundness measuring device, 112 ... Base, 114 ...
  • Rotary table 116 ... Motor, 118 ... Column, DESCRIPTION OF SYMBOLS 120 ... Carriage, 122 ... Arm, 124 ... Detector holder, 126 ... Detector, 128 ... Measuring element, 134 ... Operation processing part, 136 ... Display part, 138 ... 1st shape data acquisition part, 140 ... 2nd shape Over data acquisition unit, 142 ... misalignment amount calculating section, 144 ... misalignment determination unit, M ... measuring bus

Landscapes

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Abstract

ワークの直径を高精度かつ再現性高く測定することができ、汎用性に優れた測定を可能とする表面形状測定方法、心ずれ量算出方法、及び表面形状測定装置を提供する。ワークに対して一方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第１形状データを取得する第１取得ステップと、ワークに対して他方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第２形状データを取得する第２取得ステップと、を備える。

Description

表面形状測定方法、心ずれ量算出方法、及び表面形状測定装置
　本発明は、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出することにより、ワークの表面形状を測定する技術に関する。
　従来より、ワーク（測定物）の表面形状を測定する表面形状測定装置として、ワークの真円度等を測定する真円度測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に開示された真円度測定機は、本体ベース（ステージ）の上に回転台が設けられるとともに、本体ベースの上にはコラムが立設され、コラムにキャリッジ（滑動体）が鉛直方向（上下方向）に移動自在に設けられている。キャリッジにはアーム（水平腕）が水平方向に移動自在に支持されており、その先端に第１検出器が設けられる。第１検出器は、ワークの表面に接触する測定子（接触子）を有し、差動トランスにより測定子の変位を検出する。また、キャリッジには、アームの水平方向の移動量を検出する第２検出器が設けられている。
　この真円度測定機を用いて、ワークの真円度を測定する際には、ワークの測定部分の中心（以下、「ワーク中心」という）が回転台の回転軸心（回転中心）にほぼ一致するように、ワークを回転台の上に載置する。そして、ワークの表面（測定面）に測定子が接触するように、キャリッジを移動して鉛直方向の位置を調整するとともに、アームを移動して水平方向の位置を調整する。この状態で回転台を回転させながらワークの表面に接触する測定子の変位を第１検出器で検出することにより、ワークの表面形状データを取得して、ワークの真円度等を算出する。
　また、特許文献１には、真円度測定機によるワークの直径測定方法が開示されている。この直径測定方法では、まずマスタワークを回転台の上に載置し、第１検出器の測定子をマスタワークの右側面に当て、第２検出器の出力を取得し、次いで測定子をマスタワークの左側面に当てて、第２検出器の出力を取得し、第２検出器の出力の差であるマスタワークの測定直径を求め、マスタワークの測定直径とマスタワークの既知直径との差を補正値とする。そして、マスタワークの代わりに測定物であるワークをセットし、マスタワークと同様な測定によりワークの測定直径を求め、ワークの測定直径から上記補正値を減算することで、ワークの真の直径である補正直径を算出している。
　また、特許文献２には、テーブル上に載置されたワーク（測定物）の表面に検出器の測定子を接触させ、テーブル又は検出器を回転させてワークに対して検出器を相対的に回転させ、ワークの表面に接触する測定子の変位を検出器で検出することにより、ワークの真円度や円筒度などを測定する真円度測定機が開示されている。
　このような真円度測定機を用いてワークの直径を測定する場合、ワークと検出器との相対的な回転の中心となる回転中心（回転軸心）から検出点（測定子がワークに当接する位置）までの正確な距離を把握するために、直径が既知の基準ワーク（基準測定物）で校正を行った後にワークの直径を測定する必要がある。また、校正後に温度変化があった場合には、回転中心から検出点までの距離がずれるため、基準ワークを用いて校正をやり直す必要がある。
　また、校正に用いた基準ワークと測定を行うワークとの直径が異なる場合には、測定母線に対する検出点のずれによる誤差が発生し、直径の測定精度が悪くなるという問題がある。なお、本明細書において、「測定母線」とは、回転中心を通り測定子の変位方向に平行な直線をいう。また、測定母線に対する検出点のずれを「心ずれ」といい、このときのずれ量（測定母線と検出点との距離）を「心ずれ量」という。また、心ずれに伴う測定子の変位方向（測定母線と平行な方向）の誤差（検出器による検出値の誤差）を「測定誤差」という。
　このような問題に対し、特許文献２には、直径が既知の基準ワークに対して検出器を測定母線と平行な方向に移動して基準測定物の対向する２つの検出点でそれぞれ測定を行い、その測定差に基づいて心ずれ量を算出する方法が開示されている。この方法によれば、真円度測定機により測定されたワークの直径を心ずれ量に基づいて補正することが可能となる。したがって、真円度測定機の心ずれ量に左右されることなく、基準ワークの直径とは異なる直径を有するワークであっても正確な直径を算出することが可能となる。
特開平１－２５９２１１号公報 特開２０１２－１４５４９４号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された直径測定方法では、ワークの直径方向（回転台の回転軸心に対して垂直な径方向）に対向した２点の位置に測定子を接触させることで測定を行っているが、ワークを回転させずに測定を行うため２点のデータしかなく、真円でないものを測定した場合には、真の値（直径）を測定しているとはいえず、測定誤差が大きくなる要因となる。特にワークの真円度が低い場合には、ワークの直径を測定する方向（ワークに対して測定子を接触させる位置）によって測定結果にバラツキが生じやすく、ワークの直径を高精度かつ再現性高く測定することは困難であり、汎用性に欠けるものである。
　また、特許文献２に開示された心ずれ量算出方法では、真円度測定機の心ずれ量を算出するためには基準ワークを用いた測定が必要不可欠であり、測定作業が煩雑で面倒であるという問題がある。
　また、特許文献２に開示された心ずれ量算出方法では、基準ワークを用いることによって真円度測定機の心ずれ量を算出することが可能であるが、そのためには高い寸法精度で基準ワークの測定が行われることが前提となっている。しかしながら、基準ワークが使用に伴って磨耗して寸法が変わった場合には、心ずれ量の算出に誤差が生じてしまい、ワークの表面形状を精度よく求めることができない問題がある。その結果、ワークの直径の測定精度に悪影響を及ぼす要因となる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワークの表面形状を高精度かつ再現性高く測定することができ、汎用性に優れた測定を可能とする表面形状測定方法、心ずれ量算出方法、及び表面形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、本発明の第１態様に係る表面形状測定方法は、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出することにより、ワークの表面形状を測定する表面形状測定方法であって、ワークに対して一方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第１形状データを取得する第１形状データ取得ステップと、ワークに対して他方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第２形状データを取得する第２形状データ取得ステップと、を備える。
　本発明の第２態様に係る表面形状測定方法は、第１態様において、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいてワークの表面形状を規定する形状パラメータを算出する形状パラメータ算出ステップを備える。
　本発明の第３態様に係る表面形状測定方法は、第２態様において、形状パラメータはワークの直径である。
　本発明の第４態様に係る表面形状測定方法は、第３態様において、形状パラメータ算出ステップは、第１形状データに基づいて算出されるワークの第１直径と第２形状データに基づいて算出されるワークの第２直径とを平均化処理することによってワークの直径を算出する。
　本発明の第５態様に係る表面形状測定方法は、第１態様において、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいてワークの表面形状の測定精度を評価する評価ステップを備える。
　本発明の第６態様に係る心ずれ量算出方法は、第１態様～第５態様のいずれか１つの態様の表面形状測定方法における心ずれ量算出方法であって、表面形状測定方法は、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、ワークの表面に接触する測定子の変位を検出器で検出する方法であり、回転中心を通り測定子の変位方向に平行な直線を測定母線とし、測定子がワークに当接する位置を検出点としたとき、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいて測定母線に対する検出点の距離を示す心ずれ量を算出する心ずれ量算出ステップを備える。
　本発明の第７態様に係る心ずれ量算出方法は、心ずれ量算出ステップは、第１形状データ及び第２形状データのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす位相反転処理を行い、位相反転処理後の第１形状データ及び第２形状データのずれ角度を算出し、ずれ角度に基づいて心ずれ量を算出する。
　本発明の第８態様に係る心ずれ量算出方法は、心ずれ量算出ステップによって算出された心ずれ量と予め設定した基準値とを比較し、心ずれ量が基準値以下である場合には心ずれがないと判断し、心ずれ量が基準値を超える場合には心ずれがあると判断する心ずれ判断ステップを備える。
　本発明の第９態様に係る表面形状測定装置は、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出することにより、ワークの表面形状を測定する表面形状測定装置であって、ワークに対して一方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第１形状データを取得する第１形状データ取得部と、ワークに対して他方側に検出器を配置して、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器でワークの表面の変位を検出したときのワークの表面形状を示す第２形状データを取得する第２形状データ取得部と、を備える。
　本発明の第１０態様に係る表面形状測定装置は、第９態様において、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいてワークの表面形状を規定する形状パラメータを算出する形状パラメータ算出部を備える。
　本発明の第１１態様に係る表面形状測定装置は、第１０態様において、形状パラメータはワークの直径である。
　本発明の第１２態様に係る表面形状測定装置は、第１１態様において、形状パラメータ算出部は、第１形状データに基づいて算出されるワークの第１直径と第２形状データに基づいて算出されるワークの第２直径とを平均化処理することによってワークの直径を算出する。
　本発明の第１３態様に係る表面形状測定装置は、第９態様において、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいてワークの表面形状の測定精度を評価する評価部を備える。
　本発明の第１４態様に係る表面形状測定装置は、第９態様～第１３態様のいずれか１つの態様において、表面形状測定装置は、ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、ワークの表面に接触する測定子の変位を検出器で検出する装置であって、回転中心を通り測定子の変位方向に平行な直線を測定母線とし、測定子がワークに当接する位置を検出点としたとき、第１形状データと第２形状データとを照合し、照合した結果に基づいて測定母線に対する検出点の距離を示す心ずれ量を算出する心ずれ量算出部を備える。
　本発明の第１５態様に係る表面形状測定装置は、第１４態様において、心ずれ量算出部は、第１形状データ及び第２形状データのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす位相反転処理を行い、位相反転処理後の第１形状データ及び第２形状データのずれ角度を算出し、ずれ角度に基づいて心ずれ量を算出する。
　本発明の第１６態様に係る表面形状測定装置は、第１４態様又は第１５態様において、心ずれ量算出部によって算出された心ずれ量と予め設定した基準値とを比較し、心ずれ量が基準値以下である場合には心ずれがないと判断し、心ずれ量が基準値を超える場合には心ずれがあると判断する心ずれ判断部を備える。
　本発明によれば、ワークの表面形状を高精度かつ再現性高く測定することができ、汎用性にも優れた測定を可能とする。
第１の実施形態の真円度測定機を示した概略図 第１の実施形態の真円度測定機のブロック図 第１の実施形態の真円度測定機によるワークの直径測定方法の流れを示したフローチャート 図３のフローチャートに示した処理を説明するための図 図３のフローチャートに示した処理を説明するための図 図３のフローチャートに示した処理を説明するための図 図３のフローチャートに示した処理を説明するための図 図３のフローチャートに示した処理を説明するための図 第１測定データのみを用いて得られるワークの表面形状データ（記録図形）の一例を示した図 第２測定データのみを用いて得られるワークＷの表面形状データ（記録図形）の一例を示した図 第１測定データ及び第２測定データを用いて得られるワークＷの表面形状データ（記録図形）の一例を示した図 第２の実施形態の真円度測定機の構成を示した概略図 演算処理部の機能構成を示した機能ブロック図 真円測定機に心ずれがない状態で測定が行われるときの様子を示した概略図 真円測定機に心ずれがある状態で測定が行われるときの様子を示した概略図 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法の一例を示したフローチャート 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法を説明するための図 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法を説明するための図 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法を説明するための図 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法を説明するための図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、第１形状データを示した図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、第２形状データを示した図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、位相反転処理後の２つの形状データを示した図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、第１形状データを示した図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、第２形状データを示した図 心ずれ量の算出原理を説明するための図であり、位相反転処理後の２つの形状データを示した図 第２の実施形態の真円度測定機を用いた心ずれ量算出方法の他の例を示したフローチャート
　以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。
　（第１の実施形態）
　まず、第１の実施形態について説明する。
　図１は、第１の実施形態の真円度測定機１０を示した概略図である。図１に示すように、第１の実施形態の真円度測定機１０は、本体ベース（基台）１２上にワーク（測定物）Ｗを載置する回転テーブル（回転台）１４が設けられている。回転テーブル１４は、Ｘ方向微動つまみ（不図示）及びＹ方向微動つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に微動送りがされ、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に傾斜調整がされるようになっている。
　なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向（後述のアーム２２の移動方向に相当）、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向（後述のキャリッジ２０の移動方向）である。
　回転テーブル１４は、軸受（不図示）を介してモータ（回転駆動部）１６によって回転可能に支持されている。モータ１６の回転軸には後述の回転角度検出部６２（図２参照）を構成するロータリーエンコーダ(不図示)が取り付けられ、回転角が高精度に読み込まれるようになっている。軸受には、例えば、超高精度の静圧エアーベアリングが用いられ、回転テーブル１４は非常に高い回転精度（例えば、０．００５μｍ）で回転される。回転角度検出部６２（ロータリーエンコーダ）は、ワークＷの回転角度を検出する手段（回転角度検出手段）の一例であり、モータ１６の回転角度を検出することによって回転テーブル１４に載置されたワークＷの回転角度を検出する。回転角度検出部６２（ロータリーエンコーダ）から出力される検出信号（回転角度データ）は後述の演算処理部３４に入力される。なお、回転角度検出手段としてはロータリーエンコーダに限らず、例えば、回転テーブル１４を駆動するモータ１６の駆動信号（パルス数）の情報に基づいてワークＷの回転角度を検出するようにしてもよい。
　本体ベース１２上には、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるコラム（支柱）１８が立設され、コラム１８にはキャリッジ２０が鉛直方向（Ｚ方向）に移動自在に支持されている。キャリッジ２０には、アーム（径方向移動軸）２２が水平一軸方向（Ｘ方向）に移動自在に支持されている。アーム２２の先端には検出器ホルダ２４が取り付けられている。検出器ホルダ２４の先端には検出器２６が取り付けられている。検出器２６には差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用されており、ワークＷの表面に接触する測定子２８の変位量を検出するようになっている。
　検出器２６は、回転テーブル１４の回転軸心に垂直な径方向（Ｘ方向）双方向（図１において左右両方向）の検出機能を有する双方向型検出器で構成される。具体的には、検出器２６は、測定子２８をＸ方向双方向に付勢するための付勢部材を有しており、変位可能範囲の中央において平行を保ち、その中央の位置における検出器２６の出力を０とし、例えば図１の右側に測定子２８が変位した場合にはプラスの値を出力し、左側に測定子２８が変位した場合にはマイナスの値を出力する。このような双方向型検出器の構成については周知であり（例えば特許文献１を参照）、ここでは詳細な説明を省略する。
　なお、本実施形態では、好ましい態様の１つとして、検出器２６が双方向型検出器からなる構成を示したが、これに限らず、片方向のみの検出機能を有する片方向型検出器で構成されてもよい。この場合、ワークＷの表面（測定面）に対して測定子２８を接触させる方向（向き）に応じて検出器２６の向きを変更すればよい。
　検出器２６の位置（Ｘ方向位置、Ｚ方向位置）は、後述の検出器位置検出部６０（図２参照）により検出することが可能となっている。検出器位置検出部６０は、検出器２６をＸ方向に移動するアーム２２の位置を検出するＸ軸リニアエンコーダ（不図示）と、検出器２６をＺ方向に移動するキャリッジ２０の位置を検出するＺ軸リニアエンコーダ（不図示）とを含んで構成される。Ｘ軸リニアエンコーダ及びＺ軸リニアエンコーダからそれぞれ出力される検出信号（検出器位置データ）は後述の演算処理部３４に入力される。これにより、演算処理部３４は、ワークＷの直径、円筒度、同軸度等の形状パラメータを算出する際に、Ｘ軸リニアエンコーダやＺ軸リニアエンコーダで検出された検出器位置データから検出器２６の位置（Ｘ方向位置、Ｚ方向位置）を把握することが可能となっている。
　なお、検出器２６の位置を検出する手段としては、リニアエンコーダに限らず、検出器２６（アーム２２）の直線移動を回転運動に変換する機構を介してロータリーエンコーダで検出するようにしてもよい。また、エンコーダの検出方式は特に限定されず、光学式、磁気式、レーザ式、機械式、静電容量式などの各種方式を採用することができる。また、検出器２６の位置を検出できれば、エンコーダに限らず、他の任意の構成のものを採用可能である。
　本実施形態の真円度測定機１０でワークＷの真円度等を測定する場合は、ワークＷを回転テーブル１４に載置した後、最初に回転テーブル１４の回転中心とワークＷの中心との偏心補正と、回転テーブル１４に対するワークＷの傾斜補正を行う。
　次に、検出器２６の測定子２８がワークＷの表面（側面）に接触した状態で回転テーブル１４がモータ１６によって１回転され、ワークＷの表面１周分のデータが採取される。検出器２６から出力された検出信号（変位データ）は演算処理部３４に入力される。演算処理部３４では、ロータリーエンコーダから入力される回転角度データと、検出器２６から入力される変位データとからワークＷの真円度などを演算処理し、その演算処理結果を表示部３６に表示する。
　ところで、第１の実施形態の真円度測定機１０は、詳細を後述するように、演算処理部３４は、ワークＷの直径を高精度かつ再現性高く測定するための各種演算機能を行う機能を有する。
　図２は、演算処理部３４の機能構成を示した機能ブロック図である。図２に示すように、演算処理部３４には、検出器２６から出力された検出信号（変位データ）と、検出器位置検出部６０（Ｘ軸リニアエンコーダ及びＺ軸リニアエンコーダ）から出力された検出信号（検出器位置データ）と、回転角度検出部６２（ロータリーエンコーダ）から出力された検出信号（回転角度データ）とが入力される。
　演算処理部３４は、前述の各種演算処理を実行するために、以下の機能部として動作する。すなわち、演算処理部３４は、第１形状データ取得部３８、第２形状データ取得部４０、及び形状パラメータ算出部４２等として機能する。
　第１形状データ取得部３８は、ワークＷに対して一方側からワークＷの表面に測定子２８を接触させた状態で測定が行われたときのワークＷの表面形状（測定断面形状）を示す第１形状データを取得する。
　第２形状データ取得部４０は、ワークＷに対して他方側からワークＷの表面に測定子２８を接触させた状態で測定が行われたときのワークＷの表面形状（測定断面形状）を示す第２形状データを取得する。
　形状パラメータ算出部４２は、第１形状データと第２形状データとを照合し、その照合した結果に基づいてワークＷの表面形状を規定する形状パラメータ（例えば、ワークＷの直径）を算出する。
　形状パラメータ算出部４２は、補正値算出部４４と、径方向位置算出部４６と、径方向位置補正部４８と、直径算出部５０とを備えている。
　補正値算出部４４は、真円度測定機１０によりマスタワークの直径を測定したときの測定直径とマスタワークの既知直径との差を補正値（校正値）として求める。
　径方向位置算出部４６は、第１形状データ取得部３８及び第２形状データ取得部４０でそれぞれ取得された第１形状データ及び第２形状データに基づき、ワークＷの表面の径方向位置（ワーク中心からワーク表面までの距離）を算出する。
　径方向位置補正部４８は、径方向位置算出部４６で算出されたワークＷの表面の径方向位置を補正する。
　直径算出部５０は、径方向位置補正部４８で補正されたワークＷの表面の補正径方向位置に基づきワークＷの直径を算出し、さらに補正値算出部４４で算出された補正値に基づきワークＷの直径を補正する。
　次に、第１の実施形態の真円度測定機１０を用いたワークＷの表面形状測定方法について説明する。この表面形状測定方法は、本発明に係る表面形状測定方法の一例であり、ワークＷの表面形状を高精度かつ再現性高く測定することができ、汎用性にも優れた測定を可能とするものである。具体的には、詳細を後述するように、ワークＷに対して一方側に検出器２６を配置して、ワークＷと検出器２６とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器２６でワークＷの表面の変位を検出したときのワークＷの表面形状を示す第１形状データと、ワークＷに対して他方側に検出器２６を配置して、ワークＷと検出器２６とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器２６でワークＷの表面の変位を検出したときのワークＷの表面形状を示す第２形状データとをそれぞれ取得し、第１形状データと第２形状データとを照合し、その照合した結果に基づいてワークＷの直径を求めるようにしたものである。ワークＷの直径は、ワークＷの表面形状を規定する形状パラメータの一例である。
　図３は、第１の実施形態の真円度測定機１０を用いたワークＷの表面形状測定方法の流れを示したフローチャートである。図４Ａ～図４Ｅは、図３のフローチャートに示した処理を説明するための図である。なお、図３に示したフローチャートの開始にあたっては、ワークＷの中心と回転テーブル１４の回転中心とがほぼ一致するようにワークＷが回転テーブル１４上に載置され、必要に応じて偏心補正（センタリング調整）や傾斜補正（チルチング調整）が行われているものとする。
　まず、測定物であるワーク（測定ワーク）Ｗの測定に先立って、検出器位置検出部６０のＸ軸リニアエンコーダを校正するための処理が実施される。
　具体的には、まず、直径が既知のマスタワーク（基準ワーク）ＭＷを準備し、マスタワークＭＷを回転テーブル１４の上に載置する。そして、ワーク中心が回転テーブル１４の回転中心に正確に一致するように偏心を調整した後、図４Ａに示すように、マスタワークＭＷの表面のＸ方向の一方側（０度位置）に測定子２８が接触するように、アーム２２をＸ方向に移動させる。そして、演算処理部３４は、検出器２６の出力が０点からプラス側（図において右側）にずれた値＋α（α＞０）を示したときの検出器２６のＸ方向位置ｒ１を検出器位置検出部６０から取得する。次に、図４Ｂに示すように、検出器２６をマスタワークＭＷを挟んで反対側に移して、マスタワークＭＷの表面のＸ方向の他方側（１８０度位置）に測定子２８が接触するように、アーム２２をＸ方向に移動させる。そして、演算処理部３４は、検出器２６の出力が０点からマイナス側にずれた値－αを示したときの検出器２６のＸ方向位置ｒ２を検出器位置検出部６０から取得する。
　なお、検出器位置検出部６０（Ｘ軸リニアエンコーダ）により検出される検出器２６のＸ方向位置は、回転テーブル１４の回転中心（ワーク中心）を基準位置（原点）とし、図１の右側をプラス側、左側をマイナス側とする。
　次に、演算処理部３４は形状パラメータ算出部４２の補正値算出部４４として機能し、上記のようにして取得した検出器２６のＸ方向位置ｒ１、ｒ２からマスタワークＭＷの測定直径ｄ１＝｜ｒ１－ｒ２｜を求める。そして、マスタワークＭＷの測定直径ｄ１とマスタワークＭＷの既知直径ｄ０との差ｅ＝ｄ１－ｄ０＝｜ｒ１－ｒ２｜－ｄ０を補正値（校正値）とし、この補正値を図示しない記憶部に記憶しておく。これにより、後述する直径算出部５０は、記憶部に記憶されている補正値を用いて、ワークＷの直径の測定を補正（校正）することができる。
　（ステップＳ１０：第１形状データ取得ステップ）
　上記処理が終了すると、第１形状データ取得ステップが実施される。
　具体的には、図４Ｃに示すように、マスタワークＭＷに代えてワークＷを回転テーブル１４の上に載置し、ワーク中心が回転テーブル１４の回転中心により正確に一致するように偏心補正や傾斜補正を行った後、ワークＷの表面のＸ方向の一方側（０度位置）に測定子２８が接触するように、アーム２２をＸ方向に移動させる。そして、演算処理部３４は第１形状データ取得部３８として機能し、検出器２６の出力が０点からプラス側（図において右側）にずれた値＋αを示したときの検出器２６のＸ方向位置を示す検出器位置データＲ１を検出器位置検出部６０から取得する。さらにこの状態で、図４Ｃに示すように、モータ１６により回転テーブル１４を回転駆動してワークＷを回転させながら、ワークＷの表面に接触する測定子２８の変位を示す変位データＴ１を検出器２６から取得するとともに、測定子２８の変位を検出したときのワークＷの回転角度を示す回転角度データθ１を回転角度検出部６２から取得する。このとき、ワークＷを１回転させる間に多数の測定点（例えば１４４００点）を測定し、各測定点において検出器２６の出力（変位データ）Ｔ１を回転角度検出部６２の出力（回転角度データ）θ１に関連付けて記憶しておく。なお、これらのデータＲ１、Ｔ１、θ１をまとめて第１形状データＡと呼ぶことにする。
　（ステップＳ１２：第２形状データ取得ステップ）
　次に、図４Ｄに示すように、検出器２６をワークＷを挟んで反対側に移して、ワークＷの表面のＸ方向の他方側（１８０度位置）に測定子２８が接触するように、アーム２２をＸ方向に移動させる。そして、演算処理部３４は第２形状データ取得部４０として機能し、検出器２６の出力が０点からマイナス側（図において左側）にずれた値－αを示したときの検出器２６のＸ方向位置を示す検出器位置データＲ２を検出器位置検出部６０から取得する。さらにこの状態で、図４Ｅに示すように、モータ１６により回転テーブル１４を回転駆動してワークＷを回転させながら、ワークＷの表面に接触する測定子２８の変位を示す変位データＴ２を検出器２６から取得するとともに、測定子２８の変位を検出したときのワークＷの回転角度を示す回転角度データθ２を回転角度検出部６２から取得する。このとき、ワークＷを１回転させる間に多数の測定点（例えば１４４００点）を測定し、各測定点において検出器２６の出力（変位データ）Ｔ２を回転角度検出部６２の出力（回転角度データ）θ２に関連付けて記憶しておく。なお、これらのデータＲ２、Ｔ２、θ２をまとめて第２形状データＢと呼ぶことにする。
　なお、第１形状データ取得ステップ（ステップＳ１０）と第２形状データ取得ステップ（ステップＳ１２）は、ワークＷを挟んで（具体的には、回転テーブル１４の回転軸心を挟んで）互いに対向する位置に検出器２６を配置して測定が行われたものなので、第１形状データＡと第２形状データＢとは回転中心を中心とする周方向に１８０度位相がずれた関係となっている。すなわち、検出器２６の位置の違いによって、第１形状データＡと第２形状データＢとは上述した位相のずれ（位相の反転）が生じたものとなっている。そのため、次の形状パラメータ算出ステップ（ステップＳ１４）が行われる前に、測定位置（すなわち、ワークＷに対する検出器２６の検出位置）の違いに伴う位相のずれを補正するために、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす処理（位相反転処理）が行われるようになっている。これにより、第１形状データＡと第２形状データＢの位相は一致したものとなり、回転角度データθ１に対応する変位データ（検出器２６の出力）Ｔ１と回転角度データθ２に対応する変位データ（検出器２６の出力）Ｔ２とは互いにワークＷの表面の同一位置における変位データを示したものとなる。
　（ステップＳ１４：形状パラメータ算出ステップ）
　次に、演算処理部３４は形状パラメータ算出部４２として機能し、ステップＳ１０及びステップＳ１２で取得した２つの形状データ（第１形状データＡ及び第２形状データＢ）を照合し、その照合した結果に基づいて、ワークＷの表面形状を規定する形状パラメータであるワークＷの直径を算出する。具体的には以下のようにして行われる。
　まず、径方向位置算出部４６は、第１形状データＡに基づき、回転角度検出部６２で検出されたワークＷの回転角度θ１毎にワークＷの表面の径方向の位置（ワーク中心からワーク表面までの距離）Ｓ１＝Ｒ１＋Ｔ１を第１径方向位置として算出する。
　また、径方向位置算出部４６は、第２形状データＢに基づき、回転角度検出部６２で検出されたワークＷの回転角度θ２毎にワークＷの表面の径方向の位置（ワーク中心からワーク表面までの距離）Ｓ２＝Ｒ２＋Ｔ２を第２径方向位置として算出する。
　次に、径方向位置補正部４８は、径方向位置算出部４６で算出したワークＷの表面の２つの径方向位置（第１径方向位置Ｓ１及び第２径方向位置Ｓ２）に基づき、ワークＷの回転角度θ（＝θ１、θ２）毎にワークＷの表面の補正径方向位置Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２を算出する。すなわち、２つの径方向位置Ｓ１、Ｓ２を単純平均して求められる中間位置を補正径方向位置Ｓとして算出する。例えば、θ１＝４５度であるときの第１径方向位置を２５ｍｍ、θ２＝４５度であるときの第２径方向位置を３０ｍｍとしたとき、θ＝４５度に対応するワークＷの表面の補正径方向位置は２７．５ｍｍとなる。
　ここで、マスタワークＭＷを測定してからワークＷを測定するまでの間に環境温度の変化等により、コラム１８や本体ベース１２の伸びや歪みが発生し、検出器位置検出部６０（Ｘ軸リニアエンコーダ）が回転テーブル１４の回転中心（ワーク中心）に対して相対的にＸ方向に誤差ｖだけずれた場合を考える。この場合、回転角度毎に算出されるワークＷの表面の径方向位置はＳ１－ｖ、Ｓ２＋ｖとなるので、例えば、図５Ａに示すように、第１形状データＡのみを用いて得られるワークＷの表面形状（記録図形）は基準円よりも小さくなる一方で、図５Ｂに示すように、第２形状データＢのみを用いて得られるワークＷの表面形状は基準円より大きくなる。そのため、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方の形状データのみに基づいて算出されるワークＷの直径には測定誤差δ＝２ｖが生じることになる。したがって、ワークＷの直径を精度良く算出することは困難である。
　一方、本実施形態では、回転角度毎に算出したワークＷの表面の径方向位置Ｓ１、Ｓ２を単純平均して求められる中間位置を補正径方向位置Ｓとして求めているので、マスタワークＭＷを測定してからワークＷを測定するまでの間に環境温度の変化等により、コラム１８や本体ベース１２の伸びや歪みが発生し、検出器位置検出部６０（Ｘ軸リニアエンコーダ）が回転テーブル１４の回転中心（ワーク中心）に対して相対的にＸ方向に誤差ｖだけずれても、このときの補正径方向位置はＳ＝｛（Ｓ１‐ｖ）＋（Ｓ２＋ｖ）｝／２として求められるので、誤差ｖをキャンセルすることができる。したがって、図６に示すように、ワークＷの表面形状データ（記録図形）は、誤差ｖの影響を受けることなく、真の大きさ（基準円の大きさ）に近い形状を得ることができる。したがって、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方の測定データのみに基づいてワークＷの直径を算出する場合に比べて、ワークＷの直径を高精度に算出することが可能となる。
　なお、本実施形態では、好ましい態様として、ワークＷの径方向位置Ｓ１、Ｓ２を単純平均して求められる中間位置を補正径方向位置Ｓとする態様を示したが、これに限らず、例えば、各径方向位置Ｓ１、Ｓ２を加重平均することによって求めた位置Ｓ＝｛ａ×Ｓ１＋ｂ×Ｓ２｝／２（但し、ａ＋ｂ＝１、ａ＞０、ｂ＞０）を補正径方向位置とする態様としてもよい。この態様においても誤差ｖの影響を抑えることができ、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方の形状データのみに基づいてワークＷの直径を算出する場合に比べて、ワークＷの直径を精度良く算出することが可能である。
　次に、直径算出部５０は、径方向位置補正部４８で算出したワークＷの補正径方向位置Ｓに基づき、中心法（最小自乗中心法、最大内接円法、最小外接円法など）によりワークＷの直径Ｄ０を求める。そして、このようにして求めた直径Ｄ０から補正値算出部４４で算出された補正値ｅを減算することで、真の直径Ｄ＝Ｄ０－ｅを求める。
　（ステップＳ１６：出力ステップ）
　次に、演算処理部３４は、演算処理結果として、ステップＳ１４で算出した形状パラメータ（ワークＷの直径Ｄ）を表示部３６に出力する。これにより、表示部３６にはワークＷの直径Ｄが表示され、本フローチャートは終了となる。
　次に、第１の実施形態の効果について説明する。
　第１の実施形態の真円度測定機１０を用いた表面形状測定方法によれば、ワークＷに対して一方側に検出器２６を配置して、ワークＷと検出器２６とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器２６でワークＷの表面の変位を検出したときのワークＷの表面形状を示す第１形状データＡを取得する第１形状データ取得ステップと、ワークＷに対して他方側に検出器２６を配置して、ワークＷと検出器２６とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、検出器２６でワークＷの表面の変位を検出したときのワークＷの表面形状を示す第２形状データＢを取得する第２形状データ取得ステップと、第１形状データＡと第２形状データＢとを照合し、その照合した結果に基づいて、ワークＷの表面形状を規定する形状パラメータであるワークＷの直径を算出する形状パラメータ算出ステップと、を備える。これにより、ワークＷの真円度が低い場合でも、ワークＷを回転することによって得られる２つの形状データＡ、Ｂに基づいてワークＷの表面形状を規定する形状パラメータ（ワークＷの直径）を算出しているので、測定誤差が生じることがなく、しかもワークＷに対する検出器２６の測定位置（ワークＷに対して測定子２８を接触させる位置）によって測定結果にバラツキが生じることもない。また、この表面形状測定方法によれば、例えば楕円の長辺や短辺も精度良く算出することが可能となる。したがって、ワークＷの表面形状を高精度かつ再現性高く測定することができ、汎用性にも優れた測定が可能となる。
　また、第１の実施形態では、第１形状データＡと第２形状データＢとを照合することにより、その照合した結果に基づいてワークＷの表面形状の測定精度を評価することが可能である（評価ステップの一例）。すなわち、第１形状データＡと第２形状データＢとを重ね合せたとき、ワークＷの回転角度θ（＝θ１、θ２）毎におけるワークＷの表面の径方向位置Ｓ１、Ｓ２の差（＝｜Ｓ１－Ｓ２｜）と予め設定した基準値とを比較し、その差が基準値以下である場合には要求される測定精度を満たしていると判断し、基準値を超える場合には要求される測定精度を満たしていないと判断することもできる。これにより、ユーザは、真円度測定機１０におけるワークＷの表面形状の測定精度を簡易に判断することが可能となる。この場合、演算処理部３４は評価部として機能する。
　なお、第１の実施形態では、ステップＳ１６の形状パラメータ算出ステップにおいて、２つの形状データＡ、Ｂに基づき、ワークＷの回転角度θ（＝θ１、θ２）毎にワークＷの表面の径方向位置を補正してからワークＷの直径を算出しているが、これに限らず、例えば、次のような算出方法とすることもできる。
　すなわち、径方向位置算出部４６は、上述した実施形態と同様にして、ステップＳ１２で取得した第１形状データＡに基づき、ワークＷの表面の第１径方向位置Ｓ１＝Ｒ１＋Ｔ１を算出するとともに、ステップＳ１４で取得した第２形状データＢに基づき、ワークＷの表面の第２径方向位置Ｓ２＝Ｒ２＋Ｔ２を算出する。径方向位置算出部４６で算出された第１径方向位置Ｓ１及び第２径方向位置Ｓ２は直径算出部５０に入力される（図２参照）。
　次に、直径算出部５０は、径方向位置算出部４６で算出したワークＷの表面の第１径方向位置Ｓ１に基づき、中心法（最小自乗中心法、最大内接円法、最小外接円法など）によりワークＷの直径（第１直径）Ｄ１を算出する。
　また、直径算出部５０は、径方向位置算出部４６で算出したワークＷの表面の第２径方向位置Ｓ２に基づき、中心法（最小自乗中心法、最大内接円法、最小外接円法など）により求められるワークＷの直径（第２直径）Ｄ２を算出する。
　さらに直径算出部５０は、上記のようにして求めたワークＷの第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２に基づき、ワークＷの直径Ｄ０＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２を算出する。すなわち、ワークＷの第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２を単純平均することによってワークＷの直径Ｄ０を算出する。そして、このようにして求めた直径Ｄ０から補正値算出部４４で算出された補正値ｅを減算することで、真の直径Ｄ＝Ｄ０－ｅを求める。
　また、第１の実施形態では、好ましい態様として、ワークＷの直径Ｄ０を第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２を単純平均することによって求める態様を示したが、これに限らず、ワークＷの第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２を加重平均することによって直径Ｄ０＝｛ｐ×Ｄ１＋ｑ×Ｄ２｝／２（但し、ｐ＋ｑ＝１、ｐ＞０、ｑ＞０）を求める態様を採用することもできる。
　なお、第１の実施形態では、真円度測定機１０を用いてワークＷの表面形状を規定する形状パラメータ（ワークＷの直径）を測定する場合について説明したが、これに限らず、例えば、後述の第２の実施形態の真円度測定機１００を用いて測定を行ってもよいし、その他の真円度測定機を用いて測定を行ってもよい。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。なお、前述の第１の実施形態と重複する部分もあるが、あらためて全体を通して説明する。
　図７は、第２の実施形態の真円度測定機１００の構成を示した概略図である。
　図７に示すように、第２の実施形態の真円度測定機１００は、本体ベース（基台）１１２上にワーク（測定物）Ｗを載置する回転テーブル（回転テーブル）１１４が設けられている。回転テーブル１１４は、Ｘ方向微動つまみ（不図示）及びＹ方向微動つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に微動送りがされ、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に傾斜調整がされるようになっている。
　なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向（後述のアーム１２２の移動方向に相当）、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向（後述のキャリッジ１２０の移動方向）である。
　回転テーブル１１４は、軸受（不図示）を介してモータ（回転駆動部）１１６によって回転可能に支持されている。モータ１１６の回転軸にはロータリーエンコーダ(不図示)が取り付けられ、回転角が高精度に読み込まれるようになっている。軸受には、例えば、超高精度の静圧エアーベアリングが用いられ、回転テーブル１１４は非常に高い回転精度（例えば、０．００５μｍ）で回転される。ロータリーエンコーダは、ワークＷの回転角度を検出する手段（回転角度検出手段）の一例であり、モータ１１６の回転角度を検出することによって回転テーブル１１４に載置されたワークＷの回転角度を検出する。ロータリーエンコーダから出力される検出信号（回転角度データ）は後述の演算処理部１３４に入力される。なお、回転角度検出手段としてはロータリーエンコーダに限らず、例えば、回転テーブル１１４を駆動するモータ１１６の駆動信号（パルス数）の情報に基づいてワークＷの回転角度を検出するようにしてもよい。
　本体ベース１１２上には、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるコラム（支柱）１１８が立設され、コラム１１８にはキャリッジ１２０が鉛直方向（Ｚ方向）に移動自在に支持されている。キャリッジ１２０には、アーム（径方向移動軸）１２２が水平一軸方向（Ｘ方向）に移動自在に支持されている。アーム１２２の先端には検出器ホルダ１２４が取り付けられている。検出器ホルダ１２４の先端には検出器１２６が取り付けられている。検出器１２６には差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用されており、ワークＷの表面に接触する測定子１２８の変位量を検出するようになっている。
　検出器１２６は、回転テーブル１１４の回転軸心に垂直な径方向（Ｘ方向）双方向（図７において左右両方向）の検出機能を有する双方向型検出器で構成される。双方向型検出器の構成は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、検出器１２６としては、双方向の検出機能を有するものに限定されず、片方向のみの検出機能を有するものでもよい。この場合、ワークＷの側面に対して測定子１２８を接触させる方向（向き）に応じて検出器１２６の向きを変更すればよい。
　検出器１２６の位置（Ｘ方向位置、Ｚ方向位置）は、検出器１２６をＸ方向に移動するアーム１２２の位置を検出するＸ軸リニアエンコーダ（不図示）と、検出器１２６をＺ方向に移動するキャリッジ１２０の位置を検出するＺ軸リニアエンコーダ（不図示）とにより検出することが可能となっている。Ｘ軸リニアエンコーダ及びＺ軸リニアエンコーダからそれぞれ出力される検出信号（検出器位置データ）は後述の演算処理部１３４に入力される。これにより、演算処理部１３４は、ワークＷの直径、円筒度、同軸度等の形状パラメータを算出する際に、Ｘ軸リニアエンコーダやＺ軸リニアエンコーダで検出された検出器位置データから検出器１２６の位置（Ｘ方向位置、Ｚ方向位置）を把握することが可能となっている。
　なお、検出器１２６の位置を検出する手段としては、リニアエンコーダに限らず、検出器１２６（アーム１２２）の直線移動を回転運動に変換する機構を介してロータリーエンコーダで検出するようにしてもよい。また、エンコーダの検出方式は特に限定されず、光学式、磁気式、レーザ式、機械式、静電容量式などの各種方式を採用することができる。また、検出器１２６の位置を検出できれば、エンコーダに限らず、他の任意の構成のものを採用可能である。
　第２の実施形態の真円度測定機１００でワークＷの真円度等を測定する場合は、ワークＷを回転テーブル１１４に載置した後、最初に回転テーブル１１４の回転中心とワークＷの中心との偏心補正と、回転テーブル１１４に対するワークＷの傾斜補正を行う。
　次に、検出器１２６の測定子１２８がワークＷの表面（側面）に接触した状態で回転テーブル１１４がモータ１１６によって１回転され、ワークＷの表面１周分のデータが採取される。検出器１２６から出力された検出信号（変位データ）は演算処理部１３４に入力される。演算処理部１３４では、ロータリーエンコーダから入力される回転角度データと、検出器１２６から入力される変位データとからワークＷの真円度などを演算処理し、その演算処理結果を表示部１３６に表示する。
　ところで、第２の実施形態の真円度測定機１００では、詳細を後述するように、演算処理部１３４は、直径が既知の基準ワーク（基準測定物）を用いることなく、真円度測定機１００の心ずれ量を精度よく求められるようにするための各種演算処理を行う機能を有する。
　図８は、演算処理部１３４の機能構成を示した機能ブロック図である。図８に示すように、演算処理部１３４は、前述の各種演算処理を実行するために、以下の機能部として動作する。すなわち、演算処理部１３４は、第１形状データ取得部１３８、第２形状データ取得部１４０、及び心ずれ量算出部１４２等として機能する。
　第１形状データ取得部１３８は、ワークＷに対して一方側からワークＷの表面に測定子１２８を接触させた状態で測定が行われたときのワークＷの表面形状（測定断面形状）を示す第１形状データを取得する。
　第２形状データ取得部１４０は、ワークＷに対して他方側からワークＷの表面に測定子１２８を接触させた状態で測定が行われたときのワークＷの表面形状（測定断面形状）を示す第２形状データを取得する。
　心ずれ量算出部１４２は、第１形状データと第２形状データとを照合し、その照合した結果に基づいて真円度測定機１００の心ずれ量を算出する。
　なお、演算処理部１３４は、心ずれ量算出部１４２で算出された心ずれ量の算出結果に基づいて真円度測定機１００の心ずれの有無を判断する心ずれ判断部１４４として機能する場合もある。
　次に、第２の実施形態の真円度測定機１００を用いた心ずれ量算出方法について説明する。
　図９は、真円度測定機１００に心ずれがない状態で測定が行われるときの様子を示した概略図である。図１０は、真円度測定機１００に心ずれがある状態で測定が行われるときの様子を示した概略図である。なお、ここでは、ワークＷの中心Ｃは回転テーブル１１４の回転中心Ｏに一致しているものとする。また、ワークＷの中心Ｃとは、検出器１２６に対してワークＷを相対的に回転させたときに得られるワークＷの表面形状（測定断面形状）の最小二乗円の中心とする。
　図９に示すように、検出器１２６の測定子１２８がワークＷの表面に接触した状態でワークＷを回転させて測定が行われる場合、検出器１２６の測定子１２８はワークＷの表面の凹凸に応じて測定母線Ｍと平行なＸ方向に変位可能となっており、この測定子１２８の変位が検出器１２６で検出される。そして、演算処理部１３４は、ロータリーエンコーダから出力された回転角度データと、検出器１２６から出力された変位データとからなるワークＷの表面形状を示す形状データを取得し、この形状データに基づいて各種演算処理を行い、ワークＷの表面形状を規定する形状パラメータ（直径等）を算出し、ワークＷの形状の解析を実行する。
　ここで、図９に示すように、測定子１２８がワークＷの表面に当接する検出点Ｐが測定母線Ｍと一致している場合には、ワークＷの表面形状を示す形状データを精度よく取得することができ、結果的に、ワークＷの形状パラメータを精度よく求めることが可能となる。
　しかしながら、真円度測定機１００の製造時における装置固有の誤差、温度変化などの環境変化や経時変化等、種々の要因によって、測定子１２８がワークＷの表面に当接する検出点Ｐが、図１０に示すように、測定母線Ｍと一致せずに、測定母線Ｍに対して垂直な方向に位置ずれが生じてしまい、理想的な検出点Ｐとは異なる検出点Ｐ’で測定子１２８が接触する場合がある。この場合、理想的な検出点Ｐと実際の検出点Ｐ’との間のＸ方向（測定子２８の変位方向）に垂直なＹ方向の距離σが測定母線Ｍと検出点Ｐ’とのずれ量である心ずれ量を表している（以下、心ずれ量σという。）。そして、このような心ずれ量σが存在している場合、理想的な検出点Ｐと実際の検出点Ｐ’との間に測定子１２８の変位方向（Ｘ方向）に位置ずれが生じ、この差（距離）εだけ測定誤差が生じる（以下、測定誤差εという。）。
　すなわち、真円度測定機１００に心ずれがない状態の場合には理想的な検出点Ｐで測定が行われるので、ワークＷの形状パラメータの一例である直径はＧ0として求められるのに対し、真円度測定機１００に心ずれがある状態の場合には理想的な検出点Ｐとは異なる検出点Ｐ’で測定が行われるのでワークＷの直径はＧ0よりも小さいＧ1として求められる。この場合、次式 Ｇ1＝Ｇ0－２εの関係が成り立つ。
　したがって、真円度測定機１００に心ずれがある状態で測定が行われると、真円度測定機１００で得られるワークＷの表面形状の測定精度が悪くなる要因となる。つまり、真円度測定機１００の心ずれ量σによりワークＷの表面形状の測定精度が左右されることになる。
　なお、製造時における装置固有の誤差は、出荷時等の各種調整手段を適用することで、誤差を許容できるレベルまで押さえ込むことが可能であるが、経時変化や環境変化に起因する変動は時間の経過とともに変化するため、心ずれ量σに伴う測定誤差εを完全に排除することは困難である。
　本実施形態の心ずれ量算出方法は、詳細を後述するように、ワークＷを挟んで互いに対向する位置でそれぞれ測定が行われたときのワークＷの表面形状を示す第１形状データ及び第２形状データを取得し、第１形状データと第２形状データとを照合し、その照合した結果に基づいて真円度測定機１００の心ずれ量σを算出するようにしたものである。以下、詳細を説明する。
　図１１は、第２の実施形態の真円度測定機１００を用いた心ずれ量算出方法の一例を示したフローチャートである。図１２Ａ及び図１２Ｂと図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１１に示した心ずれ量算出方法を説明するための図である。なお、図１１に示したフローチャートの開始にあたっては、ワークＷの中心Ｃと回転テーブル１１４の回転中心Ｏとがほぼ一致するようにワークＷは回転テーブル１１４上に載置され、必要に応じて偏心補正（センタリング調整）や傾斜補正（チルチング調整）が行われているものとする。また、検出器位置検出部（Ｘ軸リニアエンコーダ）を校正するための処理も事前に行われているものとする。
　（ステップＳ１１０：第１形状データ取得ステップ）
　まず、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、ワークＷに対して一方側（右側）からワークＷの表面（右側面）に検出器１２６の測定子１２８を接触させた状態で、回転テーブル１１４によりワークＷと検出器１２６とを相対的に回転させながら検出器１２６で測定子１２８の変位を検出する。このとき、演算処理部１３４は第１形状データ取得部１３８として機能し、ワークＷの表面１周分の第１形状データＡを取得する。
　（ステップＳ１１２：第２形状データ取得ステップ）
　次に、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、アーム１２２の移動により検出器１２６をＸ方向（測定母線Ｍと平行な方向）に移動させ、ワークＷに対して他方側（左側）からワークＷの表面（左側面）に検出器１２６の測定子１２８を接触させた状態で、回転テーブル１１４によりワークＷと検出器１２６とを相対的に回転させながら検出器１２６で測定子１２８の変位を検出する。このとき、演算処理部１３４は第２形状データ取得部１４０として機能し、ワークＷの表面１周分の第２形状データＢを取得する。
　（ステップＳ１１４、Ｓ１１６、Ｓ１１８：心ずれ量算出ステップ）
　次に、演算処理部１３４は心ずれ量算出部１４２として機能し、第１形状データＡと第２形状データＢとを照合し、その照合した結果に基づいて真円度測定機１００の心ずれ量σを算出する。
　ここで、真円度測定機１００の心ずれ量σの算出原理について、図１４Ａ～図１４Ｃ及び図１５Ａ～図１５Ｃを参照して説明する。図１４Ａ～図１４Ｃ及び図１５Ａ～図１５Ｃは心ずれ量σの算出原理を説明するための図であり、図１４Ａ～図１４Ｃは心ずれがない場合の測定結果、図１５Ａ～図１５Ｃは心ずれがある場合の測定結果をそれぞれ示したものである。
　まず、真円度測定機１００に心ずれがない場合には、例えば、図１４Ａに示す第１形状データＡと図１４Ｂに示す第２形状データＢとが得られる。この場合、第１形状データＡと第２形状データＢとは回転中心Ｏを中心とする周方向に１８０度位相がずれた関係となっている。すなわち、第１形状データＡと第２形状データＢは、ワークＷを挟んで互いに対向する位置を検出点Ｐ１、Ｐ２（図１２Ｂ及び図１３Ｂ参照）とする測定でそれぞれ得られたものであり、この検出点Ｐ１、Ｐ２の位置の違いによって上述した位相のずれが生じたものとなっている。したがって、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方を他方に対して回転中心Ｏを中心とする周方向に１８０度位相をずらす処理（位相反転処理）を行った後、図１４Ｃに示すように、第１形状データＡと第２形状データＢとを重ね合せると両者は互いに一致したものとなる。すなわち、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂが互いに一致する場合には、真円度測定機１００には心ずれがないものと判断することができる。
　一方、真円度測定機１００に心ずれがある場合には、例えば、図１５Ａに示す第１形状データＡと図１５Ｂに示す第２形状データＢとが得られる。この場合、第１形状データＡ及び第２形状データＢを取得したときの検出点Ｐ１、Ｐ２の位置の違いに伴う位相のずれを補正するために上述した位相反転処理を行った後、図１５Ｃに示すように、第１形状データＡと第２形状データＢとを重ね合せると両者は互いに一致しないものとなる。すなわち、位相反転処理後の２つの形状データＡ，Ｂが不一致となる場合には、真円度測定機１００には心ずれがあるものと判断することができる。これは、心ずれがある状態で前述の測定（ステップＳ１１０及びステップＳ１１２）が行われた場合には、２つの検出点Ｐ１、Ｐ２が回転中心Ｏを挟んで互いに対向する位置に存在しないことによるものである。
　ここで、図１５Ｃにおいて位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂのずれ角度をθとし、図１２Ｂにおいて回転中心Ｏと検出点Ｐ１とを結ぶ直線をＮとし、直線Ｎと測定母線Ｍとがなす角度をα（以下、心ずれ角度αという。）としたとき、α＝θ／２ の関係が成り立つ。
　したがって、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂのずれ角度θを算出することにより、そのずれ角θに基づいて心ずれ角度α（＝θ／２）を求めることができる。また、図１２Ｂにおいて、回転中心Ｏから検出点Ｐ１までのＸ方向距離をＫとすると、真円度測定機１００の心ずれ量σは、次式 σ＝Ｋ×tanα によって求めることができる。なお、回転中心Ｏから検出点Ｐ１までのＸ方向距離Ｋは、上述したＸ軸リニアエンコーダから入力される検出器位置データから求められるものである。
　また、ずれ角度θの算出方法としては、例えば、上述した位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂのいずれか一方を他方に対して等角度ずつ回転させながら両者の形状データが一致するか否かを確認し、両者の形状データが一致したときの回転角度をずれ角度θとして算出することが好ましい。なお、両者の形状データが必ずしも一致する場合のみならず、両者の形状データが同一であるとみなせる場合（すなわち、両者の形状データの誤差が予め設定した閾値以下である場合）の回転角度をずれ角度θとして算出するようにしてもよい。
　また、両者の形状データが一致するか否かの判定方法として、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂの各サンプリング点に対して差分を求め、その差分の合計値が最小になるときの回転角度をずれ角度θとして算出するようにしてもよい。
　また、位相反転処理が行われる前の２つの形状データＡ、Ｂに対し、上述した方法と同様に、いずれか一方を他方に対して等角度ずつ回転させながら両者の形状データが一致するか否かを確認し、両者の形状データが一致したときの回転角度に１８０度を加算もしくは減算した値をずれ角度θとして算出するようにしてもよい。
　図１１に戻って再びフローチャートの説明を行うと、ステップＳ１１０及びステップＳ１１２において第１形状データＡ、第２形状データＢをそれぞれ取得した後、演算処理部１３４は心ずれ量算出部１４２として機能し、以下の処理を実行する。
　すなわち、演算処理部１３４は、ワークＷを挟んで互いに対向する位置である検出点Ｐ１、Ｐ２の位置の違いによる位相のずれを補正するために、第１形状データＡ及び第２形状データＢのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす位相反転処理を行う（ステップＳ１１４）。
　次に、演算処理部１３４は、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂのずれ角度θを算出し（ステップＳ１１６）、さらに、ずれ角度θに基づいて心ずれ量σを算出する（ステップＳ１１８）。
　ここで、上述したように、真円度測定機１００に心ずれがない場合には、図１４Ｃに示すように、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂは互いに一致したものとなる。一方、真円度測定機１００に心ずれがある場合には、図１５Ｃに示すように、位相反転処理後の２つの形状データＡ、Ｂは互いに一致せず、そのときの形状データＡ、Ｂのずれ角度θの１／２が上述した心ずれ角度α（図１２Ｂ参照）に相当する。したがって、真円度測定機１００の心ずれ量σは、次式σ＝Ｋ×tan（θ／２）により算出することができる。なお、この式において、Ｋは回転中心Ｏから検出点Ｐ１までのＸ方向距離である。
　次に、演算処理部１３４は、演算処理結果として、ステップＳ１１８で算出した心ずれ量σの算出結果を表示部１３６に出力する（ステップＳ１２０）。これにより、表示部１３６には真円度測定機１００の心ずれ量σが表示され、本フローチャートは終了となる。
　次に、第２の実施形態の効果について説明する。
　第２の実施形態の真円度測定機１００を用いた心ずれ量算出方法によれば、ワークＷを挟んで互いに対向する位置でそれぞれ測定が行われたときのワークＷの表面形状を示す第１形状データＡ及び第２形状データＢを取得し、第１形状データＡと第２形状データＢとを照合し、その照合した結果に基づいて真円度測定機１００の心ずれ量σを算出する。これにより、直径が既知の基準ワークを用いることなく、簡単な測定作業で、真円度測定機１００の心ずれ量σを精度よく求めることが可能となる。
　また、第２の実施形態では、上述したように真円度測定機１００の心ずれ量σを精度よく求めることができるため、その結果を利用してワークＷの表面形状を規定する形状パラメータ（真円度、円筒度、直径等）を精度よく算出することが可能となる。例えば、形状パラメータの一例であるワークＷの直径Ｄ（＝Ｇ0）を求める場合には、次式 Ｄ＝２√（Ｋ2＋σ2）によってワークＷの直径Ｄを算出することができる。なお、記号√（＊）は、＊の平方根を表す。
　ここで、上述した式において、ワークＷの直径Ｄは心ずれ量σの大きさに応じて誤差が変化することを示している。すなわち、心ずれ量σが考慮されずにワークＷの直径Ｄが算出された場合には心ずれ量σに応じた分だけ直径に誤差が生じる結果となる。これに対して、本実施形態では、心ずれ量σを考慮した上でワークＷの直径Ｄを求めることができるので、その結果として、ワークＷの直径Ｄを正確に求めることが可能となる。
　また、第２の実施形態では、２つの形状データＡ、Ｂに基づいて算出した心ずれ量σの算出結果が表示部１３６に出力されるようにしたが、ユーザが真円度測定機１００の測定精度を簡易に判定できるように、算出した心ずれ量σの大きさに応じて真円度測定機１００の心ずれの有無を判断するようにしてもよい。
　図１６は、第２の実施形態の真円度測定機１００を用いた心ずれ量算出方法の他の例を示したフローチャートである。図１６において、図１１に示した処理と共通する処理は同一の符号を付して、その説明を省略する。
　図１６に示した心ずれ量算出方法では、心ずれ量σの算出が行われた後（ステップＳ１１８）、演算処理部１３４は心ずれ判断部１４４（図８参照）として機能し、心ずれ量σと予め設定した基準値とを比較し、心ずれ量σが基準値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。そして、心ずれ量σが基準値を超える場合（Ｎｏの場合）には「心ずれあり」と判断し（ステップＳ１２４）、心ずれ量σが基準値以下である場合（Ｙｅｓの場合）には「心ずれなし」と判断する（ステップＳ１２６）。その後、演算処理部１３４は、ステップＳ１２４又はステップＳ１２６の判断結果を表示部１３６に出力し（ステップＳ１２８）、本フローチャートは終了となる。ステップＳ１２２、ステップＳ１２４、及びステップＳ１２６は心ずれ判断ステップの一例である。
　図１６に示した心ずれ量算出方法によれば、ユーザが真円度測定機１００の測定精度を簡易に判定することが可能となる。したがって、真円度測定機１００に要求される測定精度に応じて上述した基準値を設定することにより、「心ずれなし」と判断された場合には、本来必要としない確認、校正作業が不要となるので測定効率を向上させることができる。一方、「心ずれあり」と判断された場合には、測定精度に影響を与える可能性があることから心ずれ量σの校正処理、あるいは、ワークＷの表面形状を示す形状パラメータの補正処理などを適宜行うことが可能となる。
　（その他）
　上述した各実施形態では、検出器２６、１２６の種類としては差動トランス方式に限定されず、少なくともワークＷの表面の変位を検出することができるものであれば、接触式あるいは非接触式の種々の検出器が用いられてもよい。例えば、レーザー式の変位センサ等も使用することができる。
　また、上述した各実施形態では、ワークＷの表面形状を規定する形状パラメータの一例としてワークＷの直径を算出する場合を説明したが、形状パラメータの種類は特に限定されず、ワークＷの直径以外の形状パラメータを算出するようにしてもよい。
　また、上述した各実施形態では、好ましい態様の１つとして、第１形状データＡ及び第２形状データＢは、それぞれワークＷを１回転させたときに多数の測定点（例えば１４４００点）で測定されたときの１周分の測定データである場合を示したが、これに限らず、その一部の測定点で測定された測定データであってもよい。例えば、歯車の歯の表面の形状を評価する場合には、歯車の谷部を除いて歯車の歯部の表面の変位データのみを取得すればよい。すなわち、ワークＷを１回転させたときの１周分の測定データを多数の測定点で連続的に取得することを必ずしも必要とするものではなく、測定対象となるワークＷの形状、要求される測定精度に応じて、測定点の数、間隔等が適宜調整されることが好ましい。また、測定データを取得する範囲（ワークＷの回転範囲）も必ずしも１周分に限らず、その一部の範囲であってもよい。
　また、上述した各実施形態では、本発明をテーブル回転型の真円度測定機に適用した場合について説明したが、これに限らず、測定物の周りを検出器が回転する検出器回転型の真円度測定機に対しても本発明を適用することができ、同様な効果を得ることができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
　１０…真円度測定機、１２…本体ベース、１４…回転テーブル、１６…モータ、１８…コラム、２０…キャリッジ、２２…アーム、２４…検出器ホルダ、２６…検出器、２８…測定子、３４…演算処理部、３８…第１形状データ取得部、４０…第２形状データ取得部、４２…形状パラメータ取得部、４４…補正値算出部、４６…径方向位置算出部、４８…径方向位置補正部、５０…直径算出部、６０…検出器位置検出部、６２…回転角度検出部、１００…真円度測定機、１１２…ベース、１１４…回転テーブル、１１６…モータ、１１８…コラム、１２０…キャリッジ、１２２…アーム、１２４…検出器ホルダ、１２６…検出器、１２８…測定子、１３４…演算処理部、１３６…表示部、１３８…第１形状データ取得部、１４０…第２形状データ取得部、１４２…心ずれ量算出部、１４４…心ずれ判断部、Ｍ…測定母線

Claims (16)

  1. 　ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出することにより、前記ワークの表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
    　前記ワークに対して一方側に前記検出器を配置して、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出したときの前記ワークの表面形状を示す第１形状データを取得する第１形状データ取得ステップと、
    　前記ワークに対して他方側に前記検出器を配置して、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出したときの前記ワークの表面形状を示す第２形状データを取得する第２形状データ取得ステップと、
    　を備える表面形状測定方法。
  2. 　前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記ワークの表面形状を規定する形状パラメータを算出する形状パラメータ算出ステップを備える、
    　請求項１に記載の表面形状測定方法。
  3. 　前記形状パラメータは前記ワークの直径である、
    　請求項２に記載の表面形状測定方法。
  4. 　前記形状パラメータ算出ステップは、前記第１形状データに基づいて算出される前記ワークの第１直径と前記第２形状データに基づいて算出される前記ワークの第２直径とを平均化処理することによって前記ワークの直径を算出する、
    　請求項３に記載の表面形状測定方法。
  5. 　前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記ワークの表面形状の測定精度を評価する評価ステップを備える、
    　請求項１に記載の表面形状測定方法。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の表面形状測定方法における心ずれ算出方法であって、前記表面形状測定方法は、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記ワークの表面に接触する測定子の変位を前記検出器で検出する方法であり、
    　前記回転中心を通り前記測定子の変位方向に平行な直線を測定母線とし、前記測定子が前記ワークに当接する位置を検出点としたとき、前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記測定母線に対する前記検出点の距離を示す心ずれ量を算出する心ずれ量算出ステップを備える、
    　心ずれ量算出方法。
  7. 　前記心ずれ量算出ステップは、前記第１形状データ及び前記第２形状データのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす位相反転処理を行い、前記位相反転処理後の前記第１形状データ及び前記第２形状データのずれ角度を算出し、前記ずれ角度に基づいて前記心ずれ量を算出する、
    　請求項６に記載の心ずれ量算出方法。
  8. 　前記心ずれ量算出ステップによって算出された前記心ずれ量と予め設定した基準値とを比較し、前記心ずれ量が前記基準値以下である場合には心ずれがないと判断し、前記心ずれ量が前記基準値を超える場合には心ずれがあると判断する心ずれ判断ステップを備える、
    　請求項６又は７に記載の心ずれ量算出方法。
  9. 　ワークと検出器とを回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出することにより、前記ワークの表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
    　前記ワークに対して一方側に前記検出器を配置して、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出したときの前記ワークの表面形状を示す第１形状データを取得する第１形状データ取得部と、
    　前記ワークに対して他方側に前記検出器を配置して、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記検出器で前記ワークの表面の変位を検出したときの前記ワークの表面形状を示す第２形状データを取得する第２形状データ取得部と、
    　を備える表面形状測定装置。
  10. 　前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記ワークの表面形状を規定する形状パラメータを算出する形状パラメータ算出部を備える、
    　請求項９に記載の表面形状測定装置。
  11. 　前記形状パラメータは前記ワークの直径である、
    　請求項１０に記載の表面形状測定装置。
  12. 　前記形状パラメータ算出部は、前記第１形状データに基づいて算出される前記ワークの第１直径と前記第２形状データに基づいて算出される前記ワークの第２直径とを平均化処理することによって前記ワークの直径を算出する、
    　請求項１１に記載の表面形状測定装置。
  13. 　前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記ワークの表面形状の測定精度を評価する評価部を備える、
    　請求項９に記載の表面形状測定装置。
  14. 　前記表面形状測定装置は、前記ワークと前記検出器とを前記回転中心の周りに相対的に回転させつつ、前記ワークの表面に接触する測定子の変位を前記検出器で検出する装置であって、
    　前記回転中心を通り前記測定子の変位方向に平行な直線を測定母線とし、前記測定子が前記ワークに当接する位置を検出点としたとき、前記第１形状データと前記第２形状データとを照合し、前記照合した結果に基づいて前記測定母線に対する前記検出点の距離を示す心ずれ量を算出する心ずれ量算出部を備える、
    　請求項９から１３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
  15. 　前記心ずれ量算出部は、前記第１形状データ及び前記第２形状データのいずれか一方を他方に対して１８０度位相をずらす位相反転処理を行い、前記位相反転処理後の前記第１形状データ及び前記第２形状データのずれ角度を算出し、前記ずれ角度に基づいて前記心ずれ量を算出する、
    　請求項１４に記載の表面形状測定装置。
  16. 　前記心ずれ量算出部によって算出された前記心ずれ量と予め設定した基準値とを比較し、前記心ずれ量が前記基準値以下である場合には心ずれがないと判断し、前記心ずれ量が前記基準値を超える場合には心ずれがあると判断する心ずれ判断部を備える、
    　請求項１４又は１５に記載の表面形状測定装置。
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