WO2022153706A1

WO2022153706A1 - 偏心量補正方法及び直径測定装置

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Publication number: WO2022153706A1
Application number: PCT/JP2021/044357
Authority: WO
Inventors: 敏通馬場; 格石崖; 孝吉岡
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2022-07-21
Also published as: JP7412607B2; JPWO2022153706A1

Abstract

円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置（１００）の制御装置（１４０）における偏心量補正方法であって、変位計（１１３）を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに１回転させて、マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、変位計（１１３）を側面に接触させたワークを、マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに１回転させて、ワークの形状データを取得するステップと、形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップと、フーリエ変換データから、ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する１次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、補正形状データを基に、ワークの直径を算出するステップとを備える。

Description

偏心量補正方法及び直径測定装置

　本開示は、円柱状のワークの直径を測定する際に偏心を補正する偏心量補正方法及び直径測定装置に関する。

　円柱状のワークの直径を測定する方法として、特許文献１には、一方側から表面に測定子を接触させたワークと検出器とを相対的に回転させることによって取得したワークの表面形状を示す第１形状データと、他方側から表面に測定子を接触させたワークと検出器とを相対的に回転させることによって取得したワークの表面形状を示す第２形状データとを照合し、照合結果に基づいて、接触子と回転機構の中心との心ずれ量を算出し、測定したワーク直径を算出結果に基づいて補正する方法が開示されている。

特開２０１７－１７３２８８号公報

　しかしながら、上記特許文献１に開示される測定方法は、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しない場合、ワークの直径を高精度に測定することができない。このため、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とを一致させるために偏心補正を行う必要があるが、偏心補正に時間がかかってしまう。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しなくとも、ワークの直径を高精度に測定できる偏心量補正方法を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る偏心量補正方法は、円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置の制御装置における偏心量補正方法であって、変位計を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに１回転させて、マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、変位計を側面に接触させたワークを、マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに１回転させて、ワークの形状データを取得するステップと、形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップとを備える。本開示に係る偏心量補正方法は、フーリエ変換データから、ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する１次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、補正形状データを基に、ワークの直径を算出するステップとを備える。

　本開示によれば、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しなくとも、ワークの直径を高精度に測定できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る直径測定装置の構成を示す図実施の形態１に係る直径測定装置の校正の動作の流れを示すフローチャート実施の形態１に係る直径測定装置の測定子の球状端をマスターワークの側面に接触させた状態を示す模式図実施の形態１に係る直径測定装置でマスターワークの心ずれ量をゼロに校正した状態を示す模式図実施の形態１に係る直径測定装置によってワークの直径を測定する動作の流れを示すフローチャート実施の形態１に係る直径測定装置のワーク位置決め機構部にワークを搭載した状態を示す模式図実施の形態１に係る直径測定装置でワークの心ずれ量をゼロに調整した状態を示す模式図実施の形態１に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図実施の形態１に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図実施の形態１に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図実施の形態１に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図実施の形態２に係る直径測定装置が測定子の球状端をワークの側面に接触させた状態の模式図実施の形態２に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図実施の形態２に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図実施の形態２に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図実施の形態２に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図実施の形態３に係る直径測定装置の構成を示す図実施の形態４に係る直径測定装置の構成を示す図実施の形態１から実施の形態４に係る直径測定装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図実施の形態１から実施の形態４に係る直径測定装置の制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図

　以下に、実施の形態に係る偏心量補正方法及び直径測定装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る直径測定装置１００は、測定機構部１３０と、制御装置１４０とを備える。測定機構部１３０は、水平の基準面１０１ａを有する定盤１０１と、定盤１０１の基準面１０１ａ上に設置された回転機構１０２とを備える。回転機構１０２は、回転テーブル１０３を備えている。回転テーブル１０３は、モータ１０３ａによって駆動されて回転する。すなわち、回転テーブル１０３の回転の中心は、回転機構１０２の回転の中心である。モータ１０３ａには、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、モータ１０３ａの回転角度を高精度に検出可能となっている。ここで、回転テーブル１０３の回転軸の方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内における互いに垂直な２方向をＸ方向及びＹ方向と定義する。

　回転テーブル１０３の上には、ワークＷをＸ方向及びＹ方向において位置決め保持するワーク位置決め機構部１１９を搭載できるようになっている。ワーク位置決め機構部１１９によって位置決めされたワークＷは、回転テーブル１０３の回転に伴って、ワーク位置決め機構部１１９と一緒に回転する。ワーク位置決め機構部１１９には、ワークＷを位置決めした状態でワークＷの中心と回転テーブル１０３の中心とが概ね一致するように、相互のＸ方向及びＹ方向の位置を調整する構造が設けられている。ワーク位置決め機構部１１９と回転テーブル１０３との相互のＸ方向及びＹ方向の位置を調整する構造には、位置決めピンを例示できる。また、ワーク位置決め機構部１１９と回転テーブル１０３との相互のＸ方向及びＹ方向の位置を調整する構造の別の例には、回転テーブル１０３上に設けるＸ方向及びＹ方向の基準ブロックにワーク位置決め機構部１１９を当て決めする構造を挙げることができる。

　定盤１０１の基準面１０１ａ上には、Ｙ方向に延びるＹ軸機構１０７が設けられている。Ｙ軸機構１０７は、Ｙ方向に移動自在なＹ軸スライダ１０９を備えている。Ｙ軸スライダ１０９は、Ｙ軸駆動モータ１０８と、Ｙ軸駆動モータ１０８に取り付けられたボールねじとによってＹ方向に駆動される。Ｙ軸駆動モータ１０８には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、Ｙ軸スライダ１０９のＹ方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、Ｙ軸スライダ１０９の位置を検出するＹ軸位置検出器である。

　Ｙ軸スライダ１０９上には、Ｚ方向に延びるＺ軸機構１１０が設けられている。Ｚ軸機構１１０は、Ｚ方向に移動自在なＺ軸スライダ１１２を備えている。Ｚ軸スライダ１１２は、Ｚ軸駆動モータ１１１と、Ｚ軸駆動モータ１１１に取り付けられたボールねじとによってＺ軸方向に駆動される。Ｚ軸駆動モータ１１１には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、Ｚ軸スライダ１１２のＺ方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、Ｚ軸スライダ１１２の位置を検出するＺ軸位置検出器である。

　Ｚ軸スライダ１１２上には、Ｘ方向に延びるＸ軸機構１０４が設けられている。Ｘ軸機構１０４には、Ｘ方向に移動自在なＸ軸スライダ１０６が搭載されている。Ｘ軸スライダ１０６は、Ｘ軸駆動モータ１０５と、Ｘ軸駆動モータ１０５に取り付けられたボールねじとによってＸ軸方向に駆動される。Ｘ軸駆動モータ１０５には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、Ｘ軸スライダ１０６のＸ方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、Ｘ軸スライダ１０６の位置を検出するＸ軸位置検出器である。

　Ｘ軸スライダ１０６上には、変位計１１３が搭載されている。変位計１１３は、測定子１１４を備えている。測定子１１４は、一端が球状になっており、他端を中心に一方向に回転可能に固定されているてこ式の差動トランス変位検出器である。変位計１１３は、測定子１１４の球状端がＸ方向に移動するようにＸ軸スライダ１０６に搭載されている。変位計１１３は、ワークＷの側面に測定子１１４の球状端を接触させることで、変位量を検出する。

　制御装置１４０は、制御部１１５、測定部１１６、処理部１１７及び表示部１１８を備えている。制御部１１５は、モータ１０３ａ、Ｘ軸駆動モータ１０５、Ｙ軸駆動モータ１０８及びＺ軸駆動モータ１１１に接続されている。制御部１１５は、各モータへ駆動指令を出力するとともに、各モータに取り付けられたロータリエンコーダから位置検出信号が入力される。測定部１１６は、変位計１１３に接続されている。測定部１１６には、変位計１１３から出力された変位量が入力される。処理部１１７は、制御部１１５及び測定部１１６に接続されており、モータ１０３ａ、Ｘ軸駆動モータ１０５、Ｙ軸駆動モータ１０８及びＺ軸駆動モータ１１１に取り付けられたロータリエンコーダの位置検出信号と、変位計１１３から出力された変位量とが入力される。処理部１１７は、後述する直径算出処理によって演算処理したワークＷの直径算出結果を表示部１１８に出力する。表示部１１８は、ワークＷの直径算出結果を不図示の表示装置に表示させる。なお、表示装置は、制御装置１４０が備えてもよいし、制御装置１４０とは別の装置であってもよい。

　図２は、実施の形態１に係る直径測定装置の校正の動作の流れを示すフローチャートである。実施の形態１に係る直径測定装置１００の校正は、直径が一様かつ既知の円柱状のマスターワークＭＷを用いて行われる。ステップＳ０１において、直径が一様かつ既知の円柱状のマスターワークＭＷの中心Ｏ_ｍと回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔとが一致するようにマスターワークＭＷを回転テーブル１０３上に搭載する。ワーク位置決め機構部１１９に、ＸＹ方向に微調整できる微動つまみを備えた精密ＸＹステージを用いることにより、マスターワークＭＷの中心Ｏ_ｍと、回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔとの位置合わせを容易に行うことができる。なお、ＸＹ方向の微調整量は、後述する直径算出処理にて算出する偏心量ａから算出してもよい。

　ステップＳ０２において、制御部１１５は、Ｘ軸駆動モータ１０５、Ｙ軸駆動モータ１０８及びＺ軸駆動モータ１１１を駆動して変位計１１３の測定子１１４の球状端をマスターワークＭＷの側面に接触させる。この時のＸＹＺ座標を（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｔｅｍｐ，Ｚ_ｍ）とする。図３は、実施の形態１に係る直径測定装置の測定子の球状端をマスターワークの側面に接触させた状態を示す模式図である。Ｙ方向において、マスターワークＭＷの中心Ｏ_ｍと球状端との間には、心ずれ量σが生じている。

　ステップＳ０３において、制御部１１５は、Ｙ軸駆動モータ１０８を正転及び逆転させ、変位計１１３をＹ軸方向に走査させた際のＹ座標と変位量との測定データを取得する。

　ステップＳ０４において、処理部１１７は、Ｙ座標と変位量との測定データから、変位量が最小となるＹ座標（Ｙ_ｍ）を求め、制御部１１５がＹ軸スライダ１０９をＹ_ｍに位置決めすることで心ずれ量σ＝０に校正する。図４は、実施の形態１に係る直径測定装置でマスターワークの心ずれ量をゼロに校正した状態を示す模式図である。心ずれ量σがゼロに校正されたとき、測定子１１４の球状端は、ＸＹＺ座標で（Ｘ_ｍ，Ｙ_ｍ，Ｚ_ｍ）の位置に配置される。

　ステップＳ０５において、処理部１１７は、回転テーブル１０３を１回転させた際の変位計１１３の変位量Ｌ_ｍのデータを取得する。心ずれ量σ＝０に校正されている場合、Ｌ_ｍは一定値となる。Ｌ_ｍが一定値とならない場合、ステップＳ０２から処理をやり直す。

　ステップＳ０６において、処理部１１７は、変位量Ｌ_ｍ、マスターワークＭＷの半径Ｄ_ｍ／２及び測定子１１４の球状端のＸ座標Ｘ_ｍに基づいて、回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔのＸ座標Ｘ_ｔを算出する。回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔのＸ座標Ｘ_ｔは、Ｘ_ｔ＝Ｘ_ｍ＋Ｌ_ｍ＋（Ｄ_ｍ／２）により算出できる。上記の処理により、直径測定装置１００は、マスターワークＭＷの回転の中心位置を取得する。

　実施の形態１に係る直径測定装置１００による円柱状のワークＷの直径の測定は、上記の校正によって回転テーブル１０３を１回転させた際の変位計１１３の変位量Ｌ_ｍが一定値となっている状態で行う。図５は、実施の形態１に係る直径測定装置によってワークの直径を測定する動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１において、半径がＲ_ｗの円柱状のワークＷをワーク位置決め機構部１１９に搭載する。図６は、実施の形態１に係る直径測定装置のワーク位置決め機構部にワークを搭載した状態を示す模式図である。図６に示すように、ワーク位置決め機構部１１９に搭載したワークＷの中心Ｏ_ｗは、回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔと一致していない。回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔを原点とした場合、ワークＷの中心Ｏ_ｗは、偏心量ａと偏心角θとを用いた極座標で（ａ，θ）に位置している。

　ステップＳ１２において、制御部１１５は、Ｘ軸駆動モータ１０５、Ｙ軸駆動モータ１０８及びＺ軸駆動モータ１１１を駆動して変位計１１３の測定子１１４の球状端をワークＷの側面に接触させる。この時、測定子１１４の球状端がＹ_ｍに位置決めされるようにＹ軸駆動モータ１０８を制御することで、心ずれ量σをゼロにすることができる。図７は、実施の形態１に係る直径測定装置でワークの心ずれ量をゼロに調整した状態を示す模式図である。心ずれ量σをゼロに調整したとき、測定子１１４の球状端のＸＹＺ座標は、（Ｘ_ｗ，Ｙ_ｍ，Ｚ_ｗ）となっている。

　ステップＳ１３において、制御部１１５が回転テーブル１０３を回転させることによりワークＷを円柱の軸回りに１回転させ、処理部１１７が変位計１１３の変位量Ｌ_ｗ（θ）のデータを取得する。回転テーブル１０３が回転することにより、ワークＷは、変位計１１３の測定子１１４の球状端を側面に接触させた状態で、マスターワークＭＷの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに１回転する。

　ステップＳ１４において、処理部１１７は、変位量Ｌ_ｗ（θ）、回転テーブル１０３の中心のＸ座標Ｘ_ｔ、及び測定子１１４の球状端のＸ座標Ｘ_ｗに基づいてワークＷの半径Ｒ（θ）を算出する。ワークＷの半径Ｒ（θ）は、Ｒ（θ）＝Ｘ_ｔ－｛Ｘ_ｗ＋Ｌ_ｗ（θ）｝により算出できる。ステップＳ１２からステップＳ１４の一連の動作により、制御装置１４０は、変位計１１３を側面に接触させたワークＷを円柱の軸回りに１回転させて、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータを取得する。半径Ｒ（θ）のデータは、ワークＷの形状データである。

　実施の形態１においては、測定子１１４とワークＷとが図７に示す位置関係にあり心ずれ量σがゼロに調整されているため、ワークＷの半径Ｒ（θ）は、下記式（１）で表される。

　図８は、実施の形態１に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図である。ワークＷの半径Ｒ_ｗを３０ｍｍ、偏心量ａを０．２ｍｍとした場合、半径Ｒ（θ）の理論値のグラフは、図８に示す形状となる。図８から、半径Ｒ（θ）は、ワークＷの半径Ｒ_ｗ±偏心量ａとなる波形となることが確認できる。

　ステップＳ１５において、処理部１１７は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換する。ステップＳ１５の動作により、制御装置１４０は、形状データである半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得する。図９及び図１０は、実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図である。なお、測定部１１６のサンプリング周波数は３６０Ｈｚであり、ナイキスト周波数は１８０Ｈｚとなっている。図９は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換した結果の先頭の０Ｈｚから９Ｈｚまでを表示したものであり、図１０は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換した結果の後尾の３５０Ｈｚから３５９Ｈｚまでを表示したものである。ナイキスト周波数以上の周波数のスペクトルは、ナイキスト周波数未満の周波数のスペクトルの虚像である。ここでは、ナイキスト周波数が１８０Ｈｚであるため、図９及び図１０に示すようにフーリエ変換結果は１８０Ｈｚを境にして対称になっている。したがって、３５９Ｈｚに表れるスペクトルは１Ｈｚのスペクトルの虚像であり、１次成分である。０次成分２０１のスペクトル値には、ワークＷの半径Ｒ_ｗとほぼ同等の値が現れており、１次成分２０２と１次成分２０３とのスペクトル値には、偏心量ａの半分の値が現れている。

　ステップＳ１６において、処理部１１７は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のフーリエ変換データの１次成分を削除する。ステップＳ１６の動作により、制御装置１４０は、ワークＷの断面の中心Ｏ_ｗと回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔとの偏心量ａに相当する１次成分をフーリエ変換データから除去した偏心量除去データを取得する。ワークＷの半径Ｒ（θ）のフーリエ変換データの１次成分とは、偏心量ａに起因する成分である。図１１及び図１２は、実施の形態１に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図である。図１１は、図９の１次成分２０２を削除したものであり、図１２は、図１０の１次成分２０３を削除したものである。図１１及び図１２において、破線の棒は、削除された１次成分２０２，２０３を示している。

　ステップＳ１７において、処理部１１７は、偏心量ａに起因する成分である１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換する。ステップＳ１７の動作により、制御装置１４０は、偏心量ａが除去された補正形状データを取得する。

　以上の処理により、ワークＷの中心Ｏ_ｗと回転テーブル１０３の中心Ｏ_ｔとが一致しなくても、変位計１１３の測定子１１４の球状端をワークＷの側面に接触させた状態でワークＷを円柱の軸回りに１回転させて取得した変位計１１３の変位量Ｌ_ｗ（θ）のデータから近似的に偏心量ａ＝０で測定した場合のワークＷの半径Ｒ（θ）を求めることができる。ワークＷの直径は、半径Ｒ（θ）の２倍であるから、ワークＷの半径Ｒ（θ）が求まることにより、ワークＷの直径も求まる。すなわち、以上の処理により、近似的に偏心量ａ＝０の場合のワークＷの直径を求めることができる。つまり、制御装置１４０は、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを基に、ワークＷの直径を算出する。

　図１３及び図１４は、実施の形態１に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図である。なお、図１３及び図１４は、ワークＷの半径Ｒ_ｗが３０ｍｍで偏心量ａを近似的にゼロとした場合の半径Ｒ（θ）の理論値を示している。図１３は、図８と同じ縦軸尺度で表したグラフであり、半径Ｒ（θ）は、３０ｍｍでほぼ一定の値となる。図１４は、図１３よりも縦軸尺度を大きくしたものであり、実施の形態１に係る直径測定装置１００による半径の算出誤差が１μｍよりも小さいことが確認できる。

　図１５は、実施の形態１に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図である。図１５に示すように、偏心量ａが大きくなるにつれて算出誤差が大きくなる。実施の形態１に係る直径測定装置１００は、偏心量ａが１００μｍ以下となるようにワークＷを位置決めできれば、半径Ｒ_ｗ＝３０ｍｍのワークＷの直径を１μｍ以下の算出誤差で測定できる。実際には、変位計１１３の測定精度による誤差も生じるため、使用する変位計１１３の測定精度が±１０μｍよりも高精度であれば、半径Ｒ_ｗ＝３０ｍｍのワークＷの直径の最終的な測定精度は、±１０μｍ程度となる。

実施の形態２．
　実施の形態２に係る直径測定装置１００は、処理部１１７での処理の内容が実施の形態１に係る直径測定装置１００とは異なる。図１６は、実施の形態２に係る直径測定装置が測定子の球状端をワークの側面に接触させた状態の模式図である。直径測定装置１００の校正が完了していたとしても、Ｘ軸スライダ１０６の真直度、Ｙ軸スライダ１０９の位置決め精度、温度変化などの周辺環境の影響、経時変化といった要因によって測定子１１４の球状端の位置がずれて、心ずれが生じてしまうことがある。図１６に示すように心ずれ量σだけ位置がずれてしまう場合がある。この場合、上述した直径算出処理のステップＳ１４に示したワークＷの半径Ｒ（θ）の理論式は、以下の式（２）に書き換えられる。

　図１７は、実施の形態２に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図である。ワークＷの半径Ｒ_ｗを３０ｍｍ、偏心量ａを０．２ｍｍ、心ずれ量σを０．０４ｍｍとした場合、ワークＷの半径Ｒ（θ）の理論値のグラフは、図１７に示す形状となる。

　図１８及び図１９は、実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図である。図１８は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換した結果の先頭の０Ｈｚから９Ｈｚまでを表示したものであり、図１９は、ワークＷの半径Ｒ（θ）のデータをフーリエ変換した結果の後尾の３５０Ｈｚから３５９Ｈｚまでを表示したものである。０次成分３０１のスペクトル値にはワークＷの半径Ｒ_ｗとほぼ同等の値が現れ、１次成分３０２と１次成分３０３のスペクトル値には偏心量ａの半分の値が現れる。

　図２０及び図２１は、実施の形態２に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の１次成分を削除したデータを示す図である。図２０は図１８の１次成分３０２を削除したものであり、図２１は図１９の１次成分３０３を削除したものである。図２０及び図２１において、破線の棒は、削除された１次成分３０２，３０３を示している。図２２及び図２３は、実施の形態２に係る直径測定装置が１次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図である。なお、図２２及び図２３は、ワークＷの半径Ｒ_ｗが３０ｍｍ、心ずれ量σが０．０４ｍｍで、偏心量ａを近似的にゼロとした場合の半径Ｒ（θ）の理論値を示している。図２２は図１７と同じ縦軸尺度で表したグラフであり、半径Ｒ（θ）は３０ｍｍでほぼ一定の値となる。図２３は、図２２の縦軸尺度を大きくしたものであり、実施の形態２に係る直径測定装置１００による半径の算出誤差が１μｍよりも小さいことが確認できる。ただし、図１４及び図２３に示すように、心ずれ量σ＝０ｍｍの場合と心ずれ量σ＝０．０４ｍｍの場合とを比較すると、心ずれ量σ＝０．０４ｍｍの場合の方が算出した半径が小さくなる。

　図２４は、実施の形態２に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図である。図２４は、ワークＷの半径Ｒ_ｗを３０ｍｍ、偏心量ａ＝０．２ｍｍとし、心ずれ量σを変更した場合の算出直径及び算出誤差の理論値を示す。図２４に示すように、心ずれ量σが大きくなるにつれ算出直径が小さくなる。実施の形態２に係る直径測定装置１００は、心ずれ量σが８０μｍ以下であれば、半径Ｒ_ｗ＝３０ｍｍのワーク直径を２μｍ以下の算出誤差で測定できる。実際には、変位計１１３の測定精度が誤差による誤差も生じるため、使用する変位計１１３の測定精度が±１０μｍ以上であれば、半径Ｒ_ｗ＝３０ｍｍのワークＷの直径の最終的な測定精度は、±１０μｍ程度となる。

実施の形態３．
　図２５は、実施の形態３に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る直径測定装置４００は、Ｘ軸機構１０４がＸ軸リニアスケール１２０を備え、Ｙ軸機構１０７がＹ軸リニアスケール１２１を備え、Ｚ軸機構１１０がＺ軸リニアスケール１２２を備える点で、実施の形態１に係る直径測定装置１００と相違する。すなわち、実施の形態３においては、Ｘ軸リニアスケール１２０がＸ軸位置検出器であり、Ｙ軸リニアスケール１２１がＹ軸位置検出器であり、Ｚ軸リニアスケール１２２がＺ軸位置検出器である。Ｘ軸リニアスケール１２０、Ｙ軸リニアスケール１２１及びＺ軸リニアスケール１２２は、制御部１１５に接続されており、Ｘ軸スライダ１０６、Ｙ軸スライダ１０９及びＺ軸スライダ１１２それぞれの位置を、ロータリエンコーダよりも高精度に検出できる。

　実施の形態３に係る直径測定装置４００は、また、Ｘ軸リニアスケール１２０、Ｙ軸リニアスケール１２１及びＺ軸リニアスケール１２２からの位置情報をフィードバックし、Ｘ軸スライダ１０６、Ｙ軸スライダ１０９及びＺ軸スライダ１１２を位置決め制御することで、Ｘ軸スライダ１０６、Ｙ軸スライダ１０９及びＺ軸スライダ１１２の真直度、位置決め精度及び温度変化といった周辺環境の影響、経時変化といった要因による位置ずれ量を把握できるため、測定子１１４の心ずれ量σを把握でき、上述した校正が完了した状態に近づけることができる。

　実施の形態３における直径測定装置４００によれば、心ずれ量σが発生してもリニアスケールの位置をフィードバックすることで校正が完了した状態に近づけることができ、心ずれ量σによる算出誤差の発生を抑制できる。

実施の形態４．
　図２６は、実施の形態４に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態４に係る直径測定装置５００は、Ｘ軸スライダ１０６上に非接触の変位センサ１２３を備えており、測定部１１６が変位センサ１２３に接続されている点で、実施の形態１に係る直径測定装置１００又は実施の形態３に係る直径測定装置４００と相違する。すなわち、実施の形態４においては、回転テーブル１０３に搭載したマスターワークＭＷ又はワークＷの側面の変位量を変位センサ１２３が検出する。

　実施の形態４に係る直径測定装置５００の変位センサ１２３は、一方向のうち予め設定された直線領域を複数点測定できる二次元変位センサを用いてもよい。変位センサ１２３に二次元変位センサを用いる場合、測定する直線領域がＹ軸方向になるようにＸ軸スライダ１０６上に変位センサ１２３を搭載する。変位センサ１２３に二次元変位センサを用いると、変位計１１３又は変位センサ１２３をＹ軸方向に走査させた場合と同等の測定データを取得することができ、測定データから変位量が最小となるＹ座標（Ｙ_ｍ）を抽出することで上述したマスターワークＭＷを用いたＹ座標（Ｙ_ｍ）を導出するステップＳ０２からステップＳ０４を省略することができる。変位センサ１２３に二次元変位センサを用いる場合、抽出したＹ座標（Ｙ_ｍ）の変位量を用いてワークＷの直径を算出する。

　上記の実施の形態１から実施の形態４に係る直径測定装置１００，４００，５００の制御装置１４０の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する処理装置であってもよい。

　処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図２７は、実施の形態１から実施の形態４に係る直径測定装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路２９には、制御装置１４０の機能を実現する論理回路２９ａが組み込まれている。

　処理回路２９が処理装置の場合、制御装置１４０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。

　図２８は、実施の形態１から実施の形態４に係る直径測定装置の制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路２９は、プログラム２９ｂを実行するプロセッサ２９１と、プロセッサ２９１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ２９２と、プログラム２９ｂを記憶する記憶装置２９３を有する。記憶装置２９３に記憶されているプログラム２９ｂをプロセッサ２９１がランダムアクセスメモリ２９２上に展開し、実行することにより、制御装置１４０の機能が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置２９３に格納される。プロセッサ２９１は、中央処理装置を例示できるがこれに限定はされない。記憶装置２９３は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）といった半導体メモリを適用できる。半導体メモリは、不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置２９３は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）を適用できる。なお、プロセッサ２９１は、演算結果といったデータを記憶装置２９３に出力して記憶させてもよいし、ランダムアクセスメモリ２９２を介して不図示の補助記憶装置に当該データを記憶させてもよい。プロセッサ２９１、ランダムアクセスメモリ２９２及び記憶装置２９３を１チップに集積することにより、制御装置１４０の機能をマイクロコンピュータにより実現することができる。

　処理回路２９は、記憶装置２９３に記憶されたプログラム２９ｂを読み出して実行することにより、制御装置１４０の機能を実現する。プログラム２９ｂは、制御装置１４０の機能を実現する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

　なお、処理回路２９は、制御装置１４０の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、制御装置１４０の機能の一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

　このように、処理回路２９は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　２９　処理回路、２９ａ　論理回路、２９ｂ　プログラム、１００，４００，５００　直径測定装置、１０１　定盤、１０１ａ　基準面、１０２　回転機構、１０３　回転テーブル、１０３ａ　モータ、１０４　Ｘ軸機構、１０５　Ｘ軸駆動モータ、１０６　Ｘ軸スライダ、１０７　Ｙ軸機構、１０８　Ｙ軸駆動モータ、１０９　Ｙ軸スライダ、１１０　Ｚ軸機構、１１１　Ｚ軸駆動モータ、１１２　Ｚ軸スライダ、１１３　変位計、１１４　測定子、１１５　制御部、１１６　測定部、１１７　処理部、１１８　表示部、１１９　ワーク位置決め機構部、１２０　Ｘ軸リニアスケール、１２１　Ｙ軸リニアスケール、１２２　Ｚ軸リニアスケール、１２３　変位センサ、１３０　測定機構部、１４０　制御装置、２０１，３０１　０次成分、２０２，２０３，３０２，３０３　１次成分、２９１　プロセッサ、２９２　ランダムアクセスメモリ、２９３　記憶装置。

Claims

　円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置の制御装置における偏心量補正方法であって、
　変位計を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに１回転させて、前記マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、
　前記変位計を側面に接触させた前記ワークを、前記マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに１回転させて、前記ワークの形状データを取得するステップと、
　前記形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップと、
　前記フーリエ変換データから、前記ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する１次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、
　前記偏心量除去データを逆フーリエ変換することで前記偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、
　前記補正形状データを基に、前記ワークの直径を算出するステップとを備えることを特徴とする偏心量補正方法。
　請求項１に記載の偏心量補正方法を実行する制御装置と、
　水平の基準面を有する定盤と、
　前記基準面上に設置された回転テーブルと、
　前記回転テーブルの上に設置され、前記定盤と平行な面内において前記ワークを位置決めするワーク位置決め機構部と、
　前記定盤と平行な面内のＸ方向における前記ワークの移動量を測定する変位計と、
　前記基準面上に設置されており、前記定盤と平行かつＸ方向に垂直なＹ方向に移動可能なＹ軸スライダと、前記Ｙ軸スライダの位置を検出するＹ軸位置検出器とを備えたＹ軸機構と、
　前記Ｙ軸スライダ上に設置されており、前記定盤に垂直なＺ方向に移動可能なＺ軸スライダと、前記Ｚ軸スライダの位置を検出するＺ軸位置検出器とを備えたＺ軸機構と、
　前記Ｚ軸スライダ上に設置されており、Ｘ方向に移動可能なＸ軸スライダと、前記Ｘ軸スライダの位置を検出するＸ軸位置検出器とを備えたＸ軸機構とを有し、
　前記変位計は、前記Ｘ軸スライダに搭載されており、
　前記制御装置は、前記補正形状データを基に前記ワークの直径を算出することを特徴とする直径測定装置。
　前記Ｘ軸位置検出器、前記Ｙ軸位置検出器及び前記Ｚ軸位置検出器の各々は、リニアスケールであることを特徴とする請求項２に記載の直径測定装置。
　前記変位計は、非接触の変位センサであることを特徴とする請求項２又は３に記載の直径測定装置。