WO2018180900A1 - 検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機 - Google Patents

検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機 Download PDF

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WO2018180900A1
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axis
measurement
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Inventor
森井　秀樹
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株式会社東京精密
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    • G01B7/282—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures for measuring roundness

Definitions

  • the present invention relates to a detector, a surface texture measuring instrument, and a roundness measuring instrument, and more particularly to a technique for speeding up and automating the measurement.
  • Patent Document 1 provides a protrusion fixed to the roundness measuring device main body and automatically contacts the protrusion with the stylus in order to automatically perform this posture change.
  • Patent Document 1 has a problem that it is necessary to add a protrusion for changing the posture.
  • the system becomes complicated and costly due to control for moving the stylus to a target posture by contacting the projection.
  • time is required for posture change.
  • a detector a surface property measuring instrument, and a roundness measuring instrument that automatically measure a plurality of surfaces of a measurement object and reduce the time required for the measurement.
  • the purpose is to provide.
  • one aspect of the detector includes a stylus that supports a contactor that contacts the surface of the measurement object, a holding unit that holds the stylus, and a holding unit that is swingably held by a rotating shaft. And a measuring unit that detects the displacement of the holding unit, and a main body unit that houses the measuring unit, and the holding unit has a stylus axis that is a stylus axis and a main body axis that is the axis of the main body unit in parallel.
  • the stylus shaft and the main body shaft are offset in a first direction orthogonal to the main body shaft and the rotation shaft to hold the stylus.
  • the stylus axis that is the axis of the stylus and the main body axis that is the axis of the main body portion are parallel, and the stylus axis and the main body axis are offset in the first direction orthogonal to the main body axis and the rotation axis. Since the stylus is held, the main body portion does not come into contact with the object to be measured, and a plurality of surfaces can be automatically measured to shorten the time required for the measurement.
  • the distance in the first direction between the main body shaft and the position of the contact with the object to be measured is larger than the distance in the first direction between the main body shaft and the outer peripheral surface of the main body portion. Thereby, a main-body part does not contact a measuring object.
  • the main body preferably has a cylindrical shape. Thereby, the displacement of the inner surface of a measuring object can be detected appropriately.
  • the contact is preferably in the shape of a sphere, cone, polygonal cone, disk, or ax.
  • the measurement unit pivotally supports the holding unit so as to be rotatable around the rotation axis. Thereby, a stylus can be held appropriately.
  • the measuring unit is provided at a fixed link provided with a pair of rotating shafts, a pair of movable links whose one ends are rotatably supported by the pair of rotating shafts, and at the other ends of the pair of movable links.
  • You may have a parallel link mechanism provided with the rocking
  • one aspect of the surface texture measuring machine is a stylus that supports a contactor that contacts the surface of the object to be measured, a holding unit that holds the stylus, and a holding unit that can be swung by a rotating shaft.
  • a measuring unit that detects the displacement of the holding unit and a main body unit that houses the measuring unit, and the holding unit has a stylus shaft that is a shaft of the stylus and a main body axis that is the shaft of the main body unit in parallel.
  • a detector that holds the stylus by offsetting the stylus axis and the main body axis in a first direction orthogonal to the main body axis and the rotation axis, and a contactor is brought into contact with the measurement surface of the measurement object
  • a relative movement unit that relatively moves the contact and a surface property measurement unit that measures the surface property of the measurement object based on the detection result of the detector.
  • the main body portion does not come into contact with the measurement object, and the surface properties of a plurality of surfaces can be automatically measured, and the time required for measurement can be shortened.
  • one aspect of the roundness measuring machine includes a stylus that supports a contactor that contacts the surface of a measurement object, a holding unit that holds the stylus, and a holding unit that is swung by a rotating shaft.
  • a detector that holds the stylus by offsetting the stylus axis and the main body axis in parallel in a first direction orthogonal to the main body axis and the rotation axis, and a contactor in contact with the measurement surface of the measurement object.
  • a surface property measuring device including a relative moving unit that relatively moves the contactor and a surface property measuring unit that measures the surface property of the measurement object based on the detection result of the detector.
  • the relative moving part rotates the measurement object
  • a rotating stage for a surface texture measuring unit measures the roundness of the measurement object.
  • the main body does not come into contact with the measurement object, and the roundness of a plurality of surfaces can be automatically measured, and the time required for measurement can be shortened.
  • Diagram showing the overall configuration of a surface texture measuring instrument (roundness measuring instrument) Diagram showing the overall configuration of a surface texture measuring instrument (roundness measuring instrument) Diagram showing the overall configuration of a surface texture measuring instrument (roundness measuring instrument)
  • the figure which shows an example of a structure of the conventional detector Schematic showing the roundness measurement of a workpiece in a vertical posture Schematic showing the roundness measurement of a workpiece in a vertical posture Schematic showing the roundness measurement of a workpiece in a vertical posture
  • position Schematic showing the roundness measurement of the workpiece in an inclined posture
  • Schematic diagram showing the position of the contact point of the contact with the workpiece Schematic diagram showing the position of the contact point of the contact with the workpiece
  • Top view of measuring the inner surface of a cylindrical workpiece Diagram for explaining detector arc correction The figure which shows an example of a structure of the detector using a parallel link mechanism
  • the figure which shows an example of a structure of the detector using a parallel link mechanism Top view of measuring the outer surface of a cylindrical workpiece Top view of workpiece measurement with a conventional detector
  • Top view of workpiece measurement in detector according to this embodiment Top view of workpiece measurement in detector according to this embodiment
  • FIG. 1A to FIG. 1C are diagrams showing an overall configuration of a surface texture measuring instrument according to this embodiment, FIG. 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view.
  • FIG. 1C is a side view of the surface texture measuring machine in a state in which the stylus posture is changed from the state shown in FIG. 1B.
  • the roundness measuring machine 10 is provided with a rotating stage (turning table) 14 on which a workpiece W to be measured is placed on a main body base (base) 12. .
  • the rotary stage 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 direction and the Y direction.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other, the X direction is the horizontal direction (the movement direction of the arm 20 described later), the Y direction is the horizontal direction orthogonal to the X direction, and the Z direction is the vertical direction. (Movement direction of carriage 18 described later).
  • a motor (not shown) connected to the rotary stage 14 is provided inside the main body base 12.
  • the rotary stage 14 rotates around a rotation axis parallel to the Z direction.
  • a workpiece W shown in FIGS. 1A and 1B has a cylindrical shape having a constant outer diameter and inner diameter.
  • the workpiece W is placed so that its central axis is coaxial with the rotation axis of the rotary stage 14.
  • the workpiece W placed on the rotary stage 14 rotates around the rotation axis together with the rotary stage 14.
  • a column (post) 16 extending in the vertical direction (Z direction) is erected on the main body base 12, and a carriage 18 is supported on the column 16 so as to be movable in the vertical direction (Z direction).
  • the carriage 18 moves in the Z direction by driving a motor (not shown).
  • An arm (radial movement axis) 20 is supported on the carriage 18 so as to be movable in a horizontal uniaxial direction (X direction).
  • the arm 20 moves in the X direction by driving a motor (not shown).
  • the arm 20 is supported so as to be able to turn around a turning axis parallel to the X direction.
  • a detector holder 22 is provided at the tip of the arm 20, and a detector 24 is detachably attached to the detector holder 22.
  • a detector 24 is detachably attached to the detector holder 22.
  • an electric micrometer using a differential transformer is used as the detector 24. Details of the detector 24 will be described later.
  • the position of the detector 24 in the Z direction and the X direction can be changed by the movement of the carriage 18 in the Z direction and the movement of the arm 20 in the X direction. Further, the direction of the detector 24 can be changed by turning the arm 20.
  • the detector axis a of the detector 24 is parallel to the Z direction, and the posture of the detector 24 is referred to as a first posture.
  • 1C shows a state in which the arm 20 is turned 90 degrees counterclockwise in the drawing from the state shown in FIG. 1B. In this state, the detector axis a of the detector 24 is parallel to the Y direction, and the posture of the detector 24 is referred to as a second posture.
  • the work W and the detector 24 are relatively moved by rotating the rotary stage 14 (an example of a relative movement unit). And based on the detection result of the detector 24, the surface property of the workpiece
  • work W can be measured (an example of a surface property measurement part).
  • the roundness of the outer surface, the inner surface, and the inner surface of the narrow hole of the cylindrical workpiece W can be measured.
  • the second posture the surface properties of the upper surface of the workpiece W and the upper and lower surfaces of the narrow groove can be measured.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional detector.
  • the detector 24 includes a stylus 102 that extends in a rod shape from the lower end 100A of the cylindrical detector body 100, a displacement detector (not shown) that detects the amount of displacement of the stylus 102 with a differential transformer or the like, and outputs it as an electrical signal.
  • a displacement detector (not shown) that detects the amount of displacement of the stylus 102 with a differential transformer or the like, and outputs it as an electrical signal.
  • the displacement detector is provided inside the detector body 100.
  • the stylus 102 has a contact 104 that contacts the surface of the workpiece W at the tip.
  • the stylus 102 is supported by the detector body 100 so as to be displaceable in both directions in the X direction, and is urged in both directions in the X direction by a biasing member such as a spring.
  • the stylus 102 is configured to be able to change its posture by changing the angle of the rotary stage 14 with respect to the rotation axis.
  • FIG. 2 shows the detector 24 when the stylus 102 is set to a vertical posture parallel to the Z direction.
  • 3A to 3C are schematic views showing the roundness measurement of the workpiece W in a vertical posture.
  • the vertical posture is suitable for measuring the roundness of the inner surface of the thin hole of the workpiece W.
  • the lower end 100A of the detector body 100 collides with the workpiece W in the measurement of the outer surface of the cylindrical workpiece W shown in FIG. 3B and the measurement of the inner surface of the cylindrical workpiece W shown in FIG. there's a possibility that.
  • FIG. 4 is a diagram showing the detector 24 in which the stylus 102 is set in an inclined posture having a constant inclination angle with respect to the Z direction.
  • FIGS. 5A to 5C are schematic views showing the roundness measurement of the workpiece W in the inclined posture.
  • the inclined posture is suitable for the measurement of the outer surface of the cylindrical workpiece W shown in FIG. 5A and the measurement of the inner surface of the cylindrical workpiece W shown in FIG. 5B.
  • the stylus 102 may collide with the workpiece W in the measurement of the inner surface of the thin hole of the workpiece W shown in FIG.
  • the conventional detector 24 needs to change the posture of the stylus 102 in accordance with the measurement surface of the workpiece W.
  • FIG. 6A shows a case where the stylus 102 is in a vertical posture
  • FIG. 6B shows a case where the stylus 102 is in an inclined posture. .
  • the distance between the center O 1 of the contact point P 1 and the contactor 104 of the contact 104 against the workpiece W is R 1.
  • the distance between the center O 1 of the contact point P 2 and the contactor 104 is R 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the detector 24 according to the present embodiment.
  • the detector 24 includes a cylindrical detector main body 100, a stylus 102, a contact 104, a holding unit 106, a rotating shaft 108, a measuring unit 110, and an arm unit 112.
  • the detector 24 has a main displacement direction (X direction) of the contact 104 when the stylus 102 is rotationally displaced and a detector axis a which is an axis orthogonal to the rotation axis 108.
  • the detector main body 100 (an example of the main body) has a cylindrical shape and has a main body axis b which is a central axis.
  • the detector main body 100 houses a holding unit 106 and a measurement unit 110.
  • the detector axis a and the body axis b are coaxial (match).
  • the holding unit 106 holds the stylus 102 and is swingably held by the rotating shaft 108.
  • the holding unit 106 is pivotally supported by the detector main body 100 so as to be rotatable (swingable) about a rotation axis 108 perpendicular to the paper surface in the drawing (parallel to the Y direction).
  • the stylus 102 is biased in the left-right direction in the drawing (in the X direction orthogonal to the detector axis a) by a spring (not shown).
  • the stylus 102 held by the holding unit 106 extends from the detector main body 100.
  • the stylus 102 supports a contact 104 that contacts the surface of the workpiece W at the tip.
  • a member interposed between the stylus 102 and the contact 104 may be provided.
  • the stylus 102 is connected to the first portion 102A extending from the one end having the contact 104 in the upward direction in the figure (the same direction as the detector axis a), and the first portion 102A at the other end of the first portion 102A. And a second portion 102 ⁇ / b> B held by 106.
  • the stylus axis c that is the central axis of the first portion 102A is parallel to the main body axis b. Further, the stylus axis c is disposed on a virtual extension surface S that is an extension surface along the lower direction (the same direction as the main body axis b) of the outer peripheral surface of the detector main body 100 in the figure.
  • the stylus axis c and the body axis b are parallel to each other, and the stylus axis c and the body axis b (detector axis a) are aligned with the body axis b (detector axis a) and the rotation axis 108.
  • the holding unit 106 holds the stylus 102 so as to be offset from each other in a direction orthogonal to the direction (an example of the first direction). The offset amount is equal to the radius of the cylindrical detector body 100.
  • the second part 102B has a third part 102C and a fourth part 102D.
  • the third portion 102C is connected to the first portion 102A and extends rightward in the drawing.
  • the fourth portion 102D is connected to the third portion 102C, extends upward in the drawing, and is held by the holding portion 106.
  • the first portion 102A and the second portion 102B are integrally formed, but may be separate members.
  • the contact 104 contacts the workpiece W from the right direction to the left direction (X direction) in the drawing.
  • the contact point of the contact 104 with the workpiece W exists on the opposite side of the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S. That is, the distance in the horizontal direction (first direction) between the main body axis b and the contact point of the contact 104 with the workpiece W is larger than the horizontal distance between the main body axis b and the outer peripheral surface of the detector main body 100.
  • the holding portion 106 is provided with an arm portion 112 that is displaced as the holding portion 106 rotates.
  • the holding unit 106 is rotationally displaced by the rotational displacement of the stylus 102, and this displacement is transmitted to the measuring unit 110 via the arm unit 112.
  • the measuring unit 110 uses a so-called lever type detector.
  • the measuring unit 110 measures the displacement of the contact 104 in the left-right direction in the drawing based on the displacement amount of the arm portion 112, that is, the rotational displacement amount of the stylus 102, using a sensor (not shown). For example, when the output of the arm unit 112 at a position parallel to the detector axis a is 0, when the arm unit 112 is displaced to the right in FIG. 7, a positive value is output, and the arm unit 112 is displaced to the left. In this case, a negative value is output.
  • the measurement unit 110 is a bidirectional detector
  • the present invention is not limited thereto, and the measurement unit 110 may be configured by a unidirectional detector having a detection function only in one direction.
  • the direction of the detector 24 may be changed according to the direction (direction) in which the contact 104 is brought into contact with the measurement surface of the workpiece W.
  • the roundness measurement of the inner surface of the thin hole of the work W, the measurement of the outer surface of the cylinder, and the measurement of the inner surface of the cylinder can be performed without changing the posture of the stylus 102.
  • the lower end 100A of the detector main body 100 and the workpiece W do not collide.
  • FIGS. 9A and 9B are enlarged views of the vicinity of the detector 24 in the second posture.
  • the detector holder 22 rotates the detector 24 by 90 degrees from the state shown in FIG. 1B, and causes the detector 24 to be offset with the stylus axis c offset downward from the detector axis a. keeping.
  • the contact 104 comes into contact with the workpiece W from the upper side to the lower side in the drawing (perpendicular to the detector axis a).
  • the first portion 102A of the stylus 102 extends from the contact 104 along the upper surface of the workpiece W in the left direction in the drawing (in the same direction with respect to the detector axis a).
  • the contact point P 3 of the contact 104 against the workpiece W, the opposite side of the detector body 100 to the detector body 100 virtual extension surface S in the drawing of the outer peripheral surface is an extension surface along the rightward Exists.
  • position comprised in this way, it is also possible to measure not only the upper surface of the workpiece
  • FIGS. 10A to 12D are diagrams illustrating an example of the configuration of the detector 24 according to another embodiment.
  • symbol is attached
  • the shape of the stylus 102 is different.
  • the shape of the contact 104 is different.
  • the second portion 102B is composed of a third portion 102C extending in the right direction in the drawing, and the third portion 102C is held by the holding unit 106.
  • the first portion 102A is on the holding unit 106 side with respect to the virtual extension surface S, and the contact point of the contact 104 with the workpiece W is detected with respect to the virtual extension surface S. It exists on the opposite side to the container body 100.
  • the third portion 102C is longer than the third portion 102C of the detector 24 shown in FIG. That is, the offset amount between the stylus axis c and the main body axis b is larger than that of the detector 24 shown in FIG.
  • the third portion 102C is longer than the third portion 102C of the detector 24 shown in FIG. 10C.
  • the contact point P 1 exists on the opposite side of the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S and that the distance from the virtual extension surface S is as small as possible.
  • the third portion 102C extends from the first portion 102A toward the fourth portion 102D in the upper right direction in the drawing. Further, in the stylus 102 of the detector 24 shown in FIG. 11C, the third portion 102C extends from the first portion 102A toward the fourth portion 102D in the lower right direction in the drawing. Thus, the extending direction of the third portion 102C may not be a direction parallel to the X direction.
  • the first portion 102A is on the holding unit 106 side with respect to the virtual extension surface S, and a part of the contact 104 is a detector with respect to the virtual extension surface S. It exists on the opposite side to the main body 100.
  • the contact 104 of the detector 24 shown in FIG. 12A has a substantially spherical shape and is larger in diameter than the contact 104 of the detector 24 shown in FIG.
  • the contact 104 of the detector 24 shown in FIG. 12B has a triangular pyramid shape, and its apex exists on the opposite side of the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S.
  • the triangular pyramid shape is used here, it may be a conical shape or a polygonal pyramid shape.
  • the contact 104 of the detector 24 shown in FIG. 12C has a disk shape
  • the contact 104 of the detector 24 shown in FIG. 12D has an ax shape (fan shape).
  • the roundness measurement of the inner surface of the thin hole of the work W, the measurement of the outer surface of the cylinder, and the measurement of the inner surface of the cylinder are performed without changing the posture. Can do. Therefore, it is possible to automatically measure a plurality of surfaces of the workpiece W and reduce the time required for the measurement.
  • the shape of the detector main body 100 is desirably a cylindrical shape having a diameter as small as possible.
  • FIG. 13 is a top view of FIG. 8C showing the measurement of the inner surface of the cylindrical workpiece W.
  • FIG. 13 As shown in FIG. 13, when the detector main body 100 enters the inside of the cylindrical workpiece W, measurement up to the inner surface (downward in FIG. 8C) is possible.
  • the shape of the detector body 100 may be a polygonal column shape, a cylindrical shape with small protrusions, or the like.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the arc correction of the detector 24.
  • an angle formed by a straight line connecting the center of the contact 104 and the rotation axis 108 and the vertical axis (Z direction) is ⁇ , and a distance between the rotation axis 108 and the measurement unit 110 is L D , The distance between the center of the contact 104 and the rotating shaft 108 is L S.
  • the displacement in the X direction observed by the measurement unit 110 is ⁇ D
  • the displacement angle of the arm unit 112 is ⁇
  • the displacement in the rotation direction of the contact 104 is ⁇ C.
  • the X direction component of the displacement of the contact 104 is assumed to be ⁇ X.
  • the detector 24 obtains the X-direction component ⁇ X of the displacement of the contact 104 from the X-direction displacement ⁇ D observed by the measuring unit 110.
  • ⁇ X ⁇ D ⁇ (L S / L D ) ⁇ cos ⁇ (Formula 4)
  • cos ⁇ is an arc correction term.
  • the contact 104 does not move linearly but accurately moves circularly. By correcting the effect caused by this circular motion (arc correction), it is possible to carry out measurement with higher accuracy.
  • the detector 24 in this embodiment it is not necessary to change the attitude of the stylus 102, and more accurate measurement can be easily realized by always performing the same arc correction.
  • ⁇ Parallel link mechanism detector> Up to this point, the case where a lever type detector is used as the measuring unit 110 has been described, but the measuring unit 110 is not limited to a lever type detector. For example, a parallel link mechanism detector can be used.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of the detector 24 using a parallel link mechanism as the measurement unit 110.
  • the detector 24 includes a cylindrical detector body 100, a stylus 102, a contact 104, rotating shafts 120A, 120B, 120C, 120D, a fixed link 122, movable links 124A, 124B, a swing link. 126 and a displacement sensor 128.
  • the detector main body 100 has a cylindrical shape along the Z direction.
  • the stylus 102 is urged leftward in the drawing by a spring (not shown) inside the detector main body 100.
  • a stylus 102 extends from the detector body 100.
  • the stylus 102 has a contact 104 at the tip.
  • the stylus 102 extends from the contact 104 in the upward direction in the drawing (in the same direction as the detector axis a), and is connected to the first portion 102A and is held by the swing link 126. And have.
  • the first portion 102A extends on a virtual extension surface S that is an extension surface along the downward direction of the outer peripheral surface of the detector main body 100 in the drawing.
  • the second portion 102B is connected to the first portion 102A and extends in the right direction in the drawing, and is connected to the third portion 102C.
  • the second portion 102B extends in the upward direction in the drawing and extends the holding portion 106.
  • the fourth portion 102D is held by the second portion 102D.
  • the contact 104 contacts the workpiece W from the right to the left in the figure.
  • the contact point of the contact 104 with the workpiece W exists on the opposite side of the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S.
  • the fixed link 122 is fixed to a pair of rotating shafts 120A and 120B provided at both ends.
  • One ends of a pair of movable links 124A and 124B are rotatably supported on the rotary shafts 120A and 120B, respectively.
  • Rotating shafts 120C and 120D are provided at the other ends of the movable links 124A and 124B.
  • the swing link 126 is pivotally supported by the rotary shafts 120C and 120D so that both ends can swing freely.
  • the swing link 126 functions as the holding portion 106 that holds the fourth portion 102D of the stylus 102. Therefore, the contact point of the contact 104 with the workpiece W exists on the opposite side of the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S.
  • the displacement sensor 128 functions as the measurement unit 110 that measures the displacement of the contact 104 in the horizontal direction in the drawing based on the swing amount of the swing link 126. As shown in FIG. 16, when the contact 104 is displaced in the X direction, the swing link 126 is moved to the X while maintaining the shape of the fixed link 122, the movable links 124A and 124B, and the swing link 126 in a parallelogram. Swing in the direction. The displacement sensor 128 measures the displacement of the contact 104 in the left-right direction in the figure based on the swing amount of the swing link 126.
  • the contact point of the contact 104 with the workpiece W exists on the opposite side to the detector main body 100 with respect to the virtual extension surface S. Without changing, the roundness measurement of the inner surface of the narrow hole of the workpiece W, the measurement of the outer surface of the cylinder, and the measurement of the inner surface of the cylinder can be performed. Therefore, it is possible to automatically measure a plurality of surfaces of the workpiece W and reduce the time required for the measurement.
  • the contact point P 1 of the contact 104 with respect to the workpiece W (see FIGS. 6A and 6B) is always at the same position of the contact 104, so that highly accurate measurement is maintained against changes due to wear of the contact 104. be able to.
  • the detector 24 described so far can be applied to a surface texture measuring device, but particularly when used in a roundness measuring device, has the following specific effects.
  • the workpiece W is measured by measuring the detector axis a and the direction in which the first portion 102A of the stylus 102 extends in a posture substantially perpendicular to the rotation direction of the rotary stage 14 (in the detector rotation type, the rotation axis of the detector 24). It is possible to measure the narrow groove on the side surface and the upper surface.
  • FIG. 17 is a top view of the measurement of the outer surface of the cylindrical workpiece W shown in FIG. 8B. As shown in FIG. 17, the contact point P 4 of the contact 104 with respect to the workpiece W exists on a straight line L passing through the center O 2 of the workpiece W and parallel to the X direction.
  • FIG. 18A is a top view of measurement of the outer surface of the workpiece W shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 18A, the contact point P 5 of the contact 104 against the workpiece W passes through the center O 2 of the workpiece W, and is present on a line parallel straight line L in the X direction.
  • FIG. 18B is a top view of the measurement of the inner side surface of the workpiece W shown in FIG. 3C.
  • the attitude change axis of the stylus 102 is inclined with respect to the straight line L, as shown in FIG. 18B, the contact point P 6 of the contact 104 against the workpiece W is a position deviated from the line of the straight line L .
  • FIG. 19A is a top view of measurement of the outer surface of the workpiece W shown in FIG. 8B. As shown in FIG. 19A, the contact point P 7 of the contact 104 with the workpiece W exists on the straight line L.
  • FIG. 19B is a top view of measurement of the inner surface of the workpiece W shown in FIG. 8C. Because it moves parallel to the X direction from the position of the detector 24 shown in FIG. 19A, as shown in FIG. 19B, the contact point P 8 of the contact 104 against the workpiece W is present on the line of the straight line L.
  • the measurement position adjustment time can be reduced and the measurement accuracy can be improved.

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Abstract

複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮する検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機を提供する。測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する検出器によって上記課題を解決する。

Description

検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機
　本発明は検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機に係り、特に測定を高速化及び自動化する技術に関する。
　真円度測定機において、測定対象物の外周面を測定する際には、検出器本体と測定対象物との衝突を防止するため、検出器本体に対して一定の角度を持たせた姿勢のスタイラスを使用していた。このような検出器において、続いて測定対象物の細穴の内側面を測定する際には、スタイラスと測定対象物との衝突を防止するために、スタイラスを検出器の軸線方向に沿った姿勢に変更する必要があった。
　また、測定対象物の上面を測定する際と外周面に設けられた細溝の上下面を測定する際にも、同様の姿勢変更が必要であった。
　従来、このような姿勢変更は測定者が手動で実施していたために時間がかかり、またこれらの測定を自動的に実施することは困難であるという課題があった。
　このような課題に対し、特許文献１には、この姿勢変更を自動的に実施するために、真円度測定機本体に固定された突起物を設け、この突起物にスタイラスを当接させることで姿勢変更を行う真円度測定機が提案されている。
特開２０１６－６５７５１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の装置では、姿勢変更のための突起物の追加が必要となるという問題点がある。また、突起物に当接させて目的の姿勢へスタイラスを移行させるための制御等によりシステムが複雑化し、コストがかかるという問題点もあった。さらに、姿勢変更のための時間が必要であるという問題もあった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定対象物の複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮する検出器、表面性状測定機、及び真円度測定機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検出器の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する。
　本態様によれば、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持するようにしたので、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　本体軸と接触子の測定対象物に接触する位置との第１方向の距離は、本体軸と本体部の外周面との第１方向の距離よりも大きいことが好ましい。これにより、本体部が測定対象物と接触することがない。
　本体部は、円筒形状を有することが好ましい。これにより、測定対象物の内側面の変位を適切に検出することができる。
　接触子は、球形状、円錐形状、多角錐形状、円盤形状、又は斧形状であることが好ましい。これにより、保持部の変位を適切に検出することができる。
　測定部は、回転軸まわりに回転自在に保持部を軸支することが好ましい。これにより、スタイラスを適切に保持することができる。
　測定部は、一対の回転軸が設けられる固定リンクと、一端が一対の回転軸にそれぞれ回動自在に軸支される一対の可動リンクと、一対の可動リンクのそれぞれの他端に設けられた回転軸に揺動自在に軸支され、スタイラスを保持する揺動リンクと、を備える平行リンク機構を有していてもよい。これにより、スタイラスを適切に保持することができる。
　上記目的を達成するために表面性状測定機の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する検出器と、測定対象物の測定面に接触子を接触させ、測定対象物と接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、検出器の検出結果に基づいて測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、を備えた。
　本態様によれば、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面の表面性状を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　上記目的を達成するために真円度測定機の一の態様は、測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、スタイラスを保持する保持部と、保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、保持部の変位を検出する測定部と、測定部を収納する本体部と、を備え、保持部は、スタイラスの軸であるスタイラス軸と本体部の軸である本体軸とを平行に、かつスタイラス軸と本体軸とを本体軸及び回転軸に直交する第１方向にオフセットしてスタイラスを保持する検出器と、測定対象物の測定面に接触子を接触させ、測定対象物と接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、検出器の検出結果に基づいて測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、を備えた表面性状測定機を備えて構成され、相対移動部は、測定対象物を回転させる回転ステージを備え、表面性状測定部は、測定対象物の真円度を測定する。
　本態様によれば、本体部が測定対象物と接触することがなく、複数の面の真円度を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　本発明によれば、複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
表面性状測定機（真円度測定機）の全体構成を示す図 表面性状測定機（真円度測定機）の全体構成を示す図 表面性状測定機（真円度測定機）の全体構成を示す図 従来の検出器の構成の一例を示す図 垂直姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 垂直姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 垂直姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 傾斜姿勢に設定された検出器の構成の一例を示す図 傾斜姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 傾斜姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 傾斜姿勢におけるワークの真円度測定を示す概略図 ワークに対する接触子の接触点の位置を示す模式図 ワークに対する接触子の接触点の位置を示す模式図 本実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 ワークの真円度測定を示す概略図 ワークの真円度測定を示す概略図 ワークの真円度測定を示す概略図 第２の姿勢における検出器付近の拡大図 第２の姿勢における検出器付近の拡大図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 他の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図 円筒形状のワークの内側面の測定の上面図 検出器の円弧補正を説明するための図 平行リンク機構を用いた検出器の構成の一例を示す図 平行リンク機構を用いた検出器の構成の一例を示す図 円柱形状のワークの外側面の測定の上面図 従来の検出器におけるワークの測定の上面図 従来の検出器におけるワークの測定の上面図 本実施形態に係る検出器におけるワークの測定の上面図 本実施形態に係る検出器におけるワークの測定の上面図
　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詳説する。
　＜真円度測定機の構成＞
　図１Ａから図１Ｃは、本実施形態に係る表面性状測定機の全体構成を示す図であり、図１Ａは正面図、図１Ｂは側面図である。また、図１Ｃは、図１Ｂに示す状態からスタイラスの姿勢を変更した状態における表面性状測定機の側面図である。図１Ａから図１Ｃに示すように、真円度測定機１０は、本体ベース（基台）１２上に測定対象物となるワークＷを載置する回転ステージ（回転台）１４が設けられている。回転ステージ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方向に傾斜が調整されるようになっている。
　なお、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向（後述するアーム２０の移動方向）、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向（後述するキャリッジ１８の移動方向）である。
　本体ベース１２の内部には、回転ステージ１４に連結されるモータ（不図示）が備えられている。回転ステージ１４は、Ｚ方向に平行な回転軸を中心に回転する。
　回転ステージ１４の上面には、ワークＷが載置される。図１Ａ及び図１Ｂに示すワークＷは、一定の外径と内径とを有する円筒形状を有している。ワークＷは、その中心軸が回転ステージ１４の回転軸と同軸上となるように載置される。回転ステージ１４に載置されたワークＷは、回転ステージ１４とともに回転軸を中心に回転する。
　また、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）１６が立設され、コラム１６にはキャリッジ１８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１８は、モータ（不図示）の駆動によりＺ方向に移動する。
　キャリッジ１８には、アーム（径方向移動軸）２０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２０は、モータ（不図示）の駆動によりＸ方向に移動する。
　また、アーム２０は、Ｘ方向に平行な旋回軸周りに旋回自在に支持されている。
　アーム２０の先端には検出器ホルダ２２が設けられており、検出器ホルダ２２には検出器２４が着脱可能に取り付けられる。検出器２４として、例えば、差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用される。検出器２４の詳細については後述する。
　キャリッジ１８のＺ方向の移動及びアーム２０のＸ方向の移動により、検出器２４のＺ方向及びＸ方向の位置を変更することができる。また、アーム２０の旋回により、検出器２４の向きを変更することができる。
　図１Ｂに示した状態では、検出器２４の検出器軸ａはＺ方向に平行であり、この検出器２４の姿勢を第１の姿勢と呼ぶ。また、図１Ｃは、図１Ｂに示した状態からアーム２０を図中左回りに９０度旋回させた状態を示している。この状態では、検出器２４の検出器軸ａはＹ方向に平行であり、この検出器２４の姿勢を第２の姿勢と呼ぶ。
　このように構成された真円度測定機１０において、回転ステージ１４（相対移動部の一例）を回転することで、ワークＷと検出器２４とを相対的に移動させる。そして、検出器２４の検出結果に基づいて、ワークＷの表面性状を測定する（表面性状測定部の一例）ことができる。特に、検出器２４の第１の姿勢において、円筒形状のワークＷの外側面、内側面、及び細穴内側面の真円度を測定することができる。また、第２の姿勢において、ワークＷの上面及び細溝上下面の表面性状を測定することができる。
　＜従来の検出器の問題点＞
　図２は、従来の検出器の構成の一例を示す図である。
　検出器２４は、円筒状の検出器本体１００の下端１００Ａから棒状に延びるスタイラス１０２と、スタイラス１０２の変位量を差動トランス等により検出して電気信号として出力する不図示の変位検出部と、を有する。変位検出部は検出器本体１００の内部に設けられる。
　スタイラス１０２は、先端部にワークＷの表面に接触する接触子１０４を有する。スタイラス１０２は、Ｘ方向双方向に変位可能に検出器本体１００に支持されるとともに、バネ等の付勢部材によりＸ方向双方向に付勢される。
　また、スタイラス１０２は、回転ステージ１４の回転軸に対する角度を変更することで姿勢を変更可能に構成されている。図２は、スタイラス１０２がＺ方向に対して平行である垂直姿勢に設定されている場合での検出器２４を示している。
　図３Ａから図３Ｃは、垂直姿勢におけるワークＷの真円度測定を示す概略図である。垂直姿勢は、図３Ａに示すように、ワークＷの細穴内側面の真円度測定に適している。しかしながら、垂直姿勢は、図３Ｂに示す円筒形状のワークＷの外側面の測定、及び図３Ｃに示す円筒形状のワークＷの内側面の測定において、検出器本体１００の下端１００ＡがワークＷと衝突する可能性がある。
　一方、図４は、スタイラス１０２がＺ方向に対して一定の傾斜角度を有する傾斜姿勢に設定されている検出器２４を示す図である。
　また、図５Ａから図５Ｃは、傾斜姿勢におけるワークＷの真円度測定を示す概略図である。傾斜姿勢は、図５Ａに示す円柱形状のワークＷの外側面の測定、及び図５Ｂに示す円筒形状のワークＷの内側面の測定に適している。しかしながら、傾斜姿勢は、図５Ｃに示すワークＷの細穴内側面の測定において、スタイラス１０２がワークＷと衝突する可能性がある。
　このように、従来の検出器２４は、ワークＷの測定面に応じて、スタイラス１０２の姿勢を変更する必要があった。
　また、略球形の接触子１０４が偏摩耗した場合について考える。図６Ａ及び図６Ｂは、ワークＷに対する接触子１０４の接触点の位置を示す模式図であり、図６Ａはスタイラス１０２が垂直姿勢の場合、図６Ｂはスタイラス１０２が傾斜姿勢の場合を示している。
　図６Ａに示すように、垂直姿勢の場合は、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ１と接触子１０４の中心Ｏ１との距離はＲ１である。一方、図６Ｂに示すように、傾斜姿勢の場合は、接触点Ｐ２と接触子１０４の中心Ｏ１との距離はＲ２である。
　ここで、接触子１０４が偏摩耗している場合には、Ｒ１≠Ｒ２となる。したがって、接触子１０４が偏摩耗している場合には、スタイラス１０２の姿勢を変更すると、測定結果がスタイラス１０２の姿勢に依存して変化してしまう。このように、再現性の高い測定が困難であるという問題点があった。
　＜検出器の構成＞
　図７は、本実施形態に係る検出器２４の構成の一例を示す図である。検出器２４は、円筒状の検出器本体１００、スタイラス１０２、接触子１０４、保持部１０６、回転軸１０８、測定部１１０、及びアーム部１１２を有する。
　検出器２４は、スタイラス１０２が回転変位する際の接触子１０４の主たる変位方向（Ｘ方向）及び回転軸１０８に直交する軸である検出器軸ａを有する。
　検出器本体１００（本体部の一例）は、円筒形状であり、中心軸である本体軸ｂを有する。検出器本体１００は、保持部１０６及び測定部１１０を収納している。なお、本実施形態において検出器軸ａと本体軸ｂとは同軸上にある（一致する）。
　保持部１０６は、スタイラス１０２を保持しており、回転軸１０８によって揺動自在に保持される。ここでは、保持部１０６は、図中紙面に垂直な（Ｙ方向に平行な）回転軸１０８まわりに回転自在（揺動自在）に検出器本体１００に軸支されている。また、スタイラス１０２は、不図示のバネにより図中左右方向に（検出器軸ａに対して直交するＸ方向に）付勢される。
　検出器本体１００からは、保持部１０６によって保持されたスタイラス１０２が延出している。スタイラス１０２は、ワークＷの表面に接触する接触子１０４を先端に支持している。スタイラス１０２と接触子１０４との間に介在する部材を設けてもよい。
　スタイラス１０２は、接触子１０４を有する一端から図中上方向（検出器軸ａと同方向）に延びる第１部分１０２Ａと、第１部分１０２Ａの他端において第１部分１０２Ａと接続され、保持部１０６に保持される第２部分１０２Ｂとを有している。
　第１部分１０２Ａの中心軸であるスタイラス軸ｃは、本体軸ｂと平行である。また、スタイラス軸ｃは、検出器本体１００の外周面の図中下方向（本体軸ｂと同方向）に沿った延長面である仮想延長面Ｓ上に配置されている。
　すなわち、スタイラス軸ｃと本体軸ｂ（検出器軸ａ）とを互いに平行に、かつスタイラス軸ｃと本体軸ｂ（検出器軸ａ）とを本体軸ｂ（検出器軸ａ）及び回転軸１０８に直交する方向（第１方向の一例）に互いにオフセットさせるように、保持部１０６はスタイラス１０２を保持している。また、そのオフセット量は、円筒形状の検出器本体１００の半径に等しい。
　第２部分１０２Ｂは、第３部分１０２Ｃと、第４部分１０２Ｄとを有している。第３部分１０２Ｃは第１部分１０２Ａと接続され、図中右方向へ延びる。第４部分１０２Ｄは第３部分１０２Ｃと接続され、図中上方向へ延びて保持部１０６に保持される。ここでは、第１部分１０２Ａと第２部分１０２Ｂとを一体に形成しているが、別部材としてもよい。
　接触子１０４は、図中右方向から左方向（Ｘ方向）に、ワークＷに接触する。ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。すなわち、本体軸ｂとワークＷに対する接触子１０４の接触点との水平方向（第１方向）の距離は、本体軸ｂと検出器本体１００の外周面との水平方向の距離よりも大きい。
　保持部１０６には、保持部１０６の回転に伴って変位するアーム部１１２が設けられている。スタイラス１０２の回転変位によって保持部１０６が回転変位し、この変位がアーム部１１２を介して測定部１１０に伝えられる。
　測定部１１０は、いわゆるてこ式検出器を用いている。測定部１１０は、アーム部１１２の変位量、すなわちスタイラス１０２の回転変位量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を不図示のセンサにおいて測定する。例えば、アーム部１１２が検出器軸ａと平行になる位置における出力を０とし、図７の右側にアーム部１１２が変位した場合にはプラスの値を出力し、左側にアーム部１１２が変位した場合にはマイナスの値を出力する。
　なお、ここでは測定部１１０が双方向型検出器の場合を示したが、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の測定面に対して接触子１０４を接触させる方向（向き）に応じて検出器２４の向きを変更すればよい。
　このように構成された検出器２４によれば、スタイラス１０２の姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。すなわち、図８Ａに示すように、ワークＷの細穴内側面の真円度測定において、スタイラス１０２とワークＷが衝突することはなく、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、ワークＷの外側面の測定及び内側面の測定において、検出器本体１００の下端１００ＡとワークＷが衝突することもない。
　したがって、検出器２４の姿勢を手動で変更することが不要になるため、ワークＷの複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　また、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ１（図６Ａ参照）が接触子１０４の常に同じ位置になるので、接触子１０４の摩耗による変化に対して高精度な測定を維持することができる。
　さらに、後述する円弧補正が一定となるため、高精度な測定を行うことができる。
　また、図９Ａ及び図９Ｂは、第２の姿勢における検出器２４付近の拡大図である。第２の姿勢では、検出器ホルダ２２は、図１Ｂに示した状態から検出器２４を９０度回転させて、スタイラス軸ｃを検出器軸ａから下方向にオフセットさせた状態で検出器２４を保持している。図９Ａに示すように、接触子１０４は、図中上方向から下方向に（検出器軸ａに対して垂直に）、ワークＷに接触する。スタイラス１０２の第１部分１０２Ａは、接触子１０４からワークＷの上面に沿って図中左方向へ（検出器軸ａに対して同方向に）延びている。
　したがって、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ３は、検出器本体１００の外周面の図中右方向に沿った延長面である仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。
　このように構成された第２の姿勢の検出器２４によれば、ワークＷの上面だけでなく、図９Ｂに示すように、ワークＷの細溝上下面を測定することも可能である。接触点Ｐ３は常に同じ位置であるため、偏摩耗の影響もない。
　＜検出器の他の実施形態＞
　図１０Ａから図１２Ｄは、他の実施形態に係る検出器２４の構成の一例を示す図である。なお、図７に示した検出器２４と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０Ａから図１１Ｃに示す検出器２４では、スタイラス１０２の形状がそれぞれ異なる。また、図１２Ａから図１２Ｄに示す検出器２４では、接触子１０４の形状がそれぞれ異なる。
　図１０Ａに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第２部分１０２Ｂが図中右方向へ延びる第３部分１０２Ｃからなり、第３部分１０２Ｃが保持部１０６に保持される。
　図１０Ｂに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第１部分１０２Ａが仮想延長面Ｓに対して保持部１０６側にあり、ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。
　図１０Ｃに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第３部分１０２Ｃが、図７に示す検出器２４の第３部分１０２Ｃよりも長い。すなわち、図７に示す検出器２４よりもスタイラス軸ｃと本体軸ｂとのオフセット量が大きい。
　図１１Ａに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第３部分１０２Ｃが、図１０Ｃに示す検出器２４の第３部分１０２Ｃよりもさらに長い。
　なお、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ１（図６Ａ参照）の仮想延長面Ｓからの距離が大きくなると、後述する円弧補正の影響が大きくなるため、測定精度が低下する。したがって、接触点Ｐ１は仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００の反対側に存在するとともに、仮想延長面Ｓからの距離はできるたけ小さい方が好ましい。
　図１１Ｂに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第３部分１０２Ｃが第１部分１０２Ａから第４部分１０２Ｄへ向かって図中右上方向へ延びている。また、図１１Ｃに示す検出器２４のスタイラス１０２は、第３部分１０２Ｃが第１部分１０２Ａから第４部分１０２Ｄへ向かって図中右下方向へ延びている。このように、第３部分１０２Ｃの延びる方向は、Ｘ方向と平行な方向でなくてもよい。
　図１２Ａから図１２Ｄに示す検出器２４のスタイラス１０２では、第１部分１０２Ａが仮想延長面Ｓに対して保持部１０６側にあり、接触子１０４の一部が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。
　図１２Ａに示す検出器２４の接触子１０４は略球形状であり、図７に示す検出器２４の接触子１０４よりも直径が大きい。
　図１２Ｂに示す検出器２４の接触子１０４は三角錐形状であり、その頂点が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。ここでは、三角錐形状を用いたが、円錐形状又は多角錐形状であってもよい。
　図１２Ｃに示す検出器２４の接触子１０４は円盤形状であり、図１２Ｄに示す検出器２４の接触子１０４は斧形状（扇形）である。
　図１０Ａから図１２Ｄに示した検出器２４であっても、姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。したがって、ワークＷの複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　また、検出器本体１００の形状は、可能な限り直径の小さい円筒形状が望ましい。図１３は、円筒形状のワークＷの内側面の測定を示す図８Ｃの上面図である。図１３に示すように、円筒形状のワークＷの内側に検出器本体１００が入ることで、内側面の奥（図８Ｃにおいて下方向）までの測定が可能となる。
　なお、検出器本体１００の形状は、多角柱形状、又は小突起のある円筒形状等でもよい。
　＜円弧補正＞
　図１４は、検出器２４の円弧補正を説明するための図である。
　検出器２４の静的なパラメータとして、接触子１０４の中心と回転軸１０８とを結ぶ直線と鉛直軸（Ｚ方向）のなす角度をθ、回転軸１０８と測定部１１０との距離をＬＤ、接触子１０４の中心と回転軸１０８との距離をＬＳとする。
　また、接触子１０４のワークＷとの接触によって生じる変位パラメータとして、測定部１１０によって観察されるＸ方向の変位をΔＤ、アーム部１１２の変位角をΔθ、接触子１０４の回転方向の変位をΔＣ、接触子１０４の変位のＸ方向成分をΔＸとする。
　検出器２４は、測定部１１０によって観察されるＸ方向の変位ΔＤから、接触子１０４の変位のＸ方向成分ΔＸを求める。
　これらのパラメータに対して、以下の関係式が成立する。
　Δθ＝ΔＤ／ＬＤ　…（式１）
　Δθ＝ΔＣ／ＬＳ　…（式２）
　ΔＸ＝ΔＣ×ｃｏｓθ　…（式３）
　また、式１～式３により、以下の式が成立する。
　ΔＸ＝ΔＤ×（ＬＳ／ＬＤ）×ｃｏｓθ　…（式４）
　ここで、ｃｏｓθが円弧補正の項である。
　測定部１１０として、てこ式検出器を使用する場合、接触子１０４は直線運動では無く、正確には円運動を行う。この円運動に起因する効果を補正（円弧補正）することで、より高精度に測定を実施する事ができる。
　従来の検出器２４では、この円弧補正をスタイラス１０２の姿勢変更に応じて実施する必要があり、特に手動で姿勢変更を実施する場合においては、設定角度の違いに応じて円弧補正をその都度実施する必要があった。
　本実施形態における検出器２４によれば、スタイラス１０２の姿勢変更を実施する必要は無く、常に同じ円弧補正を実施する事でより高精度な測定が容易に実現できる。
　＜平行リンク機構検出器＞
　ここまでは、測定部１１０として、てこ式検出器を用いた場合について説明したが、測定部１１０はてこ式検出器に限定されない。例えば、平行リンク機構検出器を用いることも可能である。
　図１５は、測定部１１０として平行リンク機構を用いた検出器２４の構成の一例を示す図である。
　図１５に示すように、検出器２４は、円筒状の検出器本体１００、スタイラス１０２、接触子１０４、回転軸１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、固定リンク１２２、可動リンク１２４Ａ、１２４Ｂ、揺動リンク１２６、及び変位センサ１２８を有する。
　検出器本体１００はＺ方向に沿った円筒形状を有している。スタイラス１０２は、検出器本体１００の内部において不図示のバネにより図中左方向に付勢される。
　検出器本体１００からは、スタイラス１０２が延出している。スタイラス１０２は、先端に接触子１０４を有している。
　スタイラス１０２は、接触子１０４から図中上方向へ（検出器軸ａと同方向に）延びる第１部分１０２Ａと、第１部分１０２Ａと接続され、揺動リンク１２６に保持される第２部分１０２Ｂとを有している。
　第１部分１０２Ａは、検出器本体１００の外周面の図中下方向に沿った延長面である仮想延長面Ｓ上に延びている。また、第２部分１０２Ｂは、第１部分１０２Ａと接続され、かつ、図中右方向へ延びる第３部分１０２Ｃと、第３部分１０２Ｃと接続され、かつ、図中上方向へ延びて保持部１０６に保持される第４部分１０２Ｄとを有している。
　接触子１０４は、図中右方向から左方向に、ワークＷに接触する。ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。
　固定リンク１２２は、両端に設けられた一対の回転軸１２０Ａ及び１２０Ｂに固定されている。回転軸１２０Ａ及び１２０Ｂには、一対の可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂの一端がそれぞれ回動自在に支持されている。
　可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂの他端には、回転軸１２０Ｃ及び１２０Ｄが設けられる。揺動リンク１２６は、回転軸１２０Ｃ及び１２０Ｄに両端を揺動自在に軸支される。揺動リンク１２６は、スタイラス１０２の第４部分１０２Ｄを保持する保持部１０６として機能する。したがって、ワークＷに対する接触子１０４の接触点は、仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在する。
　変位センサ１２８は、揺動リンク１２６の揺動量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を測定する測定部１１０として機能する。図１６に示すように、接触子１０４がＸ方向に変位すると、固定リンク１２２、可動リンク１２４Ａ及び１２４Ｂ、及び揺動リンク１２６とからなる形状を平行四辺形に維持しながら揺動リンク１２６がＸ方向に揺動する。変位センサ１２８は、この揺動リンク１２６の揺動量に基づいて接触子１０４の図中左右方向の変位を測定する。
　このように、平行リンク機構を用いた検出器２４によっても、ワークＷに対する接触子１０４の接触点が仮想延長面Ｓに対して検出器本体１００とは反対側に存在するため、スタイラス１０２の姿勢変更を行うことなく、ワークＷの細穴内側面の真円度測定、円柱外側面の測定、及び円筒内側面の測定を行うことができる。したがって、ワークＷの複数の面を自動的に測定し、測定に要する時間を短縮することができる。
　また、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ１（図６Ａ及び図６Ｂ参照）が接触子１０４の常に同じ位置になるので、接触子１０４の摩耗による変化に対して高精度な測定を維持することができる。
　＜真円度測定機に特有の効果＞
　これまで説明した検出器２４は、表面性状測定機に適用することができるが、特に真円度測定機に用いることで、以下の特有の効果を奏する。
　検出器軸ａ及びスタイラス１０２の第１部分１０２Ａが延びる方向をワークＷの回転ステージ１４の回転方向（検出器回転型では検出器２４の回転軸）と略平行な姿勢で測定を実施することで、細穴の測定が可能となる。特に、比較的小さな内径で深い位置の測定が可能であり、さらに外径の測定が可能である。
　検出器軸ａ及びスタイラス１０２の第１部分１０２Ａが延びる方向を回転ステージ１４の回転方向（検出器回転型では検出器２４の回転軸）と略垂直な姿勢で測定を実施することで、ワークＷの側面の細溝及び上面の測定が可能である。
　また、真円度測定機１０では、測定位置を円筒形状のワークＷの中心を通る線上で実施する必要があるが、この点についても以下のように特有の効果を奏する。
　図１７は、図８Ｂに示す円柱形状のワークＷの外側面の測定の上面図である。図１７に示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ４は、ワークＷの中心Ｏ２を通り、かつＸ方向に平行な直線Ｌの線上に存在する。
　ここで、従来の検出器２４を用いた場合であって、姿勢変更後のスタイラス１０２のスタイラス軸ｃ（以下、姿勢変更軸）が直線Ｌに対して傾斜している場合について、図１８Ａ及び図１８Ｂを用いて説明する。
　図１８Ａは、図５Ａに示すワークＷの外側面の測定の上面図である。図１８Ａに示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ５は、ワークＷの中心Ｏ２を通り、かつＸ方向に平行な直線Ｌの線上に存在する。
　一方、図１８Ｂは、図３Ｃに示すワークＷの内側面の測定の上面図である。ここではスタイラス１０２の姿勢変更軸が直線Ｌに対して傾斜しているため、図１８Ｂに示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ６は、直線Ｌの線上から外れた位置となる。
　このように、スタイラス１０２の姿勢変更軸が直線Ｌに対して傾斜している場合には、スタイラス１０２の姿勢変更によって測定位置が変化してしまうという問題があった。
　これに対し、本実施形態に係る検出器２４を用いた場合であって、スタイラス１０２の第２部分１０２ＢのＸＹ平面に延びる方向が直線Ｌに対して傾斜している場合について、図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて説明する。
　図１９Ａは、図８Ｂに示すワークＷの外側面の測定の上面図である。図１９Ａに示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ７は直線Ｌの線上に存在する。
　また、図１９Ｂは、図８Ｃに示すワークＷの内側面の測定の上面図である。図１９Ａに示す検出器２４の位置からＸ方向に平行に移動しているため、図１９Ｂに示すように、ワークＷに対する接触子１０４の接触点Ｐ８は、直線Ｌの線上に存在する。
　このように、スタイラス１０２の姿勢変更を不要としたことで、測定位置が変化するという不定性がない。したがって、測定位置調整の時間を削減できるとともに、測定精度を向上することができる。
　＜その他＞
　本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
１０　真円度測定機
１２　本体ベース
１４　回転ステージ
１６　コラム
１８　キャリッジ
２０　アーム
２２　検出器ホルダ
２４　検出器
１００　検出器本体
１００Ａ　下端
１０２　スタイラス
１０２Ａ　第１部分
１０２Ｂ　第２部分
１０２Ｃ　第３部分
１０２Ｄ　第４部分
１０４　接触子
１０６　保持部
１０８　回転軸
１１０　測定部
１１２　アーム部
１２０Ａ　回転軸
１２０Ｂ　回転軸
１２０Ｃ　回転軸
１２０Ｄ　回転軸
１２２　固定リンク
１２４Ａ　可動リンク
１２４Ｂ　可動リンク
１２６　揺動リンク
１２８　変位センサ
Ｏ１　中心
Ｏ２　中心
Ｐ１　接触点
Ｐ２　接触点
Ｐ３　接触点
Ｐ４　接触点
Ｐ５　接触点
Ｐ６　接触点
Ｐ７　接触点
Ｐ８　接触点
Ｓ　仮想延長面
Ｗ　ワーク
ａ　検出器軸
ｂ　本体軸
ｃ　スタイラス軸

Claims (8)

  1. 　測定対象物の表面に接触する接触子を支持するスタイラスと、
    　前記スタイラスを保持する保持部と、
    　前記保持部を回転軸によって揺動自在に保持し、前記保持部の変位を検出する測定部と、
    　前記測定部を収納する本体部と、
    　を備え、
    　前記保持部は、前記スタイラスの軸であるスタイラス軸と前記本体部の軸である本体軸とを平行に、かつ前記スタイラス軸と前記本体軸とを前記本体軸及び前記回転軸に直交する第１方向にオフセットして前記スタイラスを保持する検出器。
  2. 　前記本体軸と前記接触子の前記測定対象物に接触する位置との前記第１方向の距離は、前記本体軸と前記本体部の外周面との前記第１方向の距離よりも大きい請求項１に記載の検出器。
  3. 　前記本体部は、円筒形状を有する請求項１又は２に記載の検出器。
  4. 　前記接触子は、球形状、円錐形状、多角錐形状、円盤形状、又は斧形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の検出器。
  5. 　前記測定部は、前記回転軸まわりに回転自在に前記保持部を軸支する請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器。
  6. 　前記測定部は、
    　一対の回転軸が設けられる固定リンクと、
    　一端が前記一対の回転軸にそれぞれ回動自在に軸支される一対の可動リンクと、
    　前記一対の可動リンクのそれぞれの他端に設けられた回転軸に揺動自在に軸支され、前記スタイラスを保持する揺動リンクと、
    　を備える平行リンク機構を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の検出器。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の検出器と、
    　前記測定対象物の測定面に前記接触子を接触させ、前記測定対象物と前記接触子とを相対的に移動させる相対移動部と、
    　前記検出器の検出結果に基づいて前記測定対象物の表面性状を測定する表面性状測定部と、
    　を備えた表面性状測定機。
  8. 　請求項７に記載の表面性状測定機を備えて構成され、
    　前記相対移動部は、前記測定対象物を回転させる回転ステージを備え、
    　前記表面性状測定部は、前記測定対象物の真円度を測定する真円度測定機。
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