特許 6048608 形状測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6048608

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】形状測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/20 20060101AFI20161212BHJP

   G01B 5/28 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/20 R

   G01B5/28 102

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-100699(P2016-100699)

(22)【出願日】2016年5月19日

(62)【分割の表示】特願2015-72601(P2015-72601)の分割

【原出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-194519(P2016-194519A)

(43)【公開日】2016年11月17日

【審査請求日】2016年5月20日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】関本 倫裕

(72)【発明者】

【氏名】高梨 陵

(72)【発明者】

【氏名】木村 浩章

(72)【発明者】

【氏名】増田 光

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３７３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１５５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６３９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３３２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４８８４０９１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状又は円筒状の測定対象物を測定する形状測定装置において、
前記測定対象物を周方向に相対的に回転する回転移動部と、
前記回転する前記測定対象物の真円度測定を行う第１測定部と、
外乱により生じた外乱信号の発生を判断するために、前記第１測定部に対して前記周方向の反対側の位置において、前記回転する前記測定対象物の表面粗さ測定を行う第２測定部と、
前記真円度測定の測定データと前記表面粗さ測定の測定データとの比較に基づいて、外乱により生じた外乱信号の発生を判断する判断部と、を備え、
前記第１測定部による前記真円度測定と、前記第２測定部による前記表面粗さ測定とを同時に行う形状測定装置。

【請求項2】

前記第１測定部は、前記測定対象物に第１測定子を介して接触した状態で前記測定対象物の周方向に相対的に回転移動しながら、前記第１測定子の変位量を検出した検出信号に基づいて前記真円度測定を行い、
前記第２測定部は、前記第１測定子と前記測定対象物との接触位置に対して前記周方向の反対側の位置において、第２測定子を介して前記測定対象物に接触した状態で前記周方向に相対的に回転移動しながら、前記第２測定子の変位量を検出した検出信号に基づいて前記表面粗さ測定を行う請求項１に記載の形状測定装置。

【請求項3】

前記真円度測定の測定データから導いたうねり成分を、前記表面粗さ測定の測定データから取り除くことにより、前記測定対象物の表面粗さを示す粗さ曲線を求める演算部を備える請求項１又は２に記載の形状測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は形状測定装置に係り、特に真円度測定と表面粗さ測定とを行うことができる形状測定装置及び形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、円柱状又は円筒状のワークの精密測定では、真円度測定と表面粗さ測定とが行われる場合があり、それらの真円度測定と表面粗さ測定とは通常では別の測定機により実施される。

【0003】

一方、特許文献１には、スペース、コスト等の低減のため、真円度測定と表面粗さ測定のときとで測定データをサンプリングする間隔を変更することで、一台の測定機で両方の測定を行えるようすることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４８８４０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では、真円度測定と表面粗さ測定とは測定としては完全に独立したものとなっており、各々の測定により得られたデータを相互に有効利用することについては開示されていない。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、真円度測定のデータと表面粗さ測定のデータとに各々により得られたデータを相互に有効利用し、測定精度の向上等を図ることができる形状測定装置及び形状測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一の態様に係る形状測定装置は、円柱状又は円筒状の測定対象物を測定する形状測定装置において、測定対象物を周方向に相対的に回転する回転移動部と、回転する測定対象物の真円度測定を行う第１測定部と、回転する測定対象物の表面粗さ測定を行う第２測定部と、を備え、第１測定部による真円度測定と、第２測定部による表面粗さ測定とを同時に行う。

【0008】

本態様によれば、真円度測定と表面粗さ測定とを同時に行うことができるため、測定効率も向上する。

【0009】

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、第２測定部は、第１測定部に対して周方向の反対側の位置において、測定対象物の表面粗さ測定を行う。

【0010】

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、第１測定部は、測定対象物に第１測定子を介して接触した状態で測定対象物の周方向に相対的に回転移動しながら、第１測定子の変位量を検出した検出信号に基づいて真円度測定を行い、第２測定部は、第１測定子と測定対象物との接触位置に対して周方向の反対側の位置において、第２測定子を介して測定対象物に接触した状態で周方向に相対的に回転移動しながら、第２測定子の変位量を検出した検出信号に基づいて表面粗さ測定を行う。

【0011】

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、第１測定部により得られた真円度測定のデータと、第２測定部により得られた表面粗さ測定のデータとを１つのデータファイルにより保存する。

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の形状測定方法は、円柱状又は円筒状の測定対象物を測定する形状測定方法において、測定対象物を周方向に相対的に回転する回転移動ステップと、回転する測定対象物の真円度測定を第１測定部により行う第１測定ステップと、回転する測定対象物の表面粗さ測定を第２測定部により行う第２測定ステップと、を有し、第１測定ステップでの真円度測定と、第２測定ステップでの表面粗さ測定とを同時に行う。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、真円度測定と表面粗さ測定とを同時に行うことができるため、真円度測定のデータと表面粗さ測定のデータとに各々により得られたデータを相互に有効利用し、測定精度の向上等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る真円度測定装置の全体構成を示した斜視図

【図2】形状測定装置においてデータ処理等を行うデータ処理部の概略構成を示したブロック図

【図3】真円度測定及び表面粗さ測定の一連の測定手順を示したフローチャート

【図4】測定範囲の指定の説明に用いた説明図

【図5】ワークの断面輪郭曲線のパワースペクトラムを例示した図

【図6】ＲＳｍ値と基準長さとの関係を示した図

【図7】Ｒａ値、Ｒｚ値と基準長さとの関係を示した図

【図8】カットオフ値λｃとサンプリング間隔との関係を示した図

【図9】測定結果画像の一例を示した図

【図10】効果の説明に使用した説明図

【図11】効果の説明に使用した説明図

【図12】第２の実施の形態の形状測定装置の構成を示した正面図

【図13】効果の説明に使用した説明図

【図14】効果の説明に使用した説明図

【図15】効果の説明に使用した説明図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

【0016】

図１は、本発明に係る形状測定装置の全体構成を示した斜視図である。

【0017】

同図に示す形状測定装置１は、真円度を測定する周知の真円度測定装置の構成を有する。形状測定装置１において、下端部には装置全体を支持する台状のベース１０が配置され、ベース１０の上面には、上下方向（Ｚ軸方向）に沿った回転軸（θ軸）周り方向に回転可能な載物台１２が設けられる。この載物台１２の上面には、測定対象物となる円柱状又は円筒状のワークＷが載置される。また、ワークＷは、その中心軸が載物台１２の回転軸と同軸上となるように載置される。

【0018】

ベース１０の内部には、載物台１２に連結されるモータ等を備え、載物台１２を回転駆動する回転駆動部１１が設けられる。

【0019】

この回転駆動部１１により、載物台１２に載置されたワークＷが、載物台１２と共にθ軸周り方向に回転する。

【0020】

なお、載物台１２は手動により回転するものであってもよい。また、載物台１２は、θ軸に垂直な方向であって、互いに直交する左右方向及び前後方向に対してもつまみの回転操作等によって移動可能なものであってもよい。

【0021】

ベース１０の上面側には、コラム１４、キャリッジ１６、径方向移動アーム１８、旋回アーム２０、検出器ホルダ２２を有する検出器支持機構１３を介して検出器２４（測定プローブ）が支持される。

【0022】

検出器２４は、例えば円筒状の検出器本体２４Ａの下端から棒状に延びる測定子２４Ｂ（スタイラス）と、検出器本体２４Ａの内部に設けられ、測定子２４Ｂの変位量を作動トランス等により検出して電気信号（検出信号）として出力する不図示の変位検出部と、を有する。測定子２４Ｂは、一平面内において測定子２４Ｂの軸線がその軸線に直交する方向（変位方向）に変位可能に検出器本体２４Ａに支持されると共に、その変位方向のうちの一方の向き（付勢方向）にバネなどにより付勢される。測定時においてはその付勢方向に測定子２４Ｂの先端部（先端球）がワークＷの周面に押圧されて当接が維持される。

【0023】

検出器支持機構１３について説明すると、ベース１０の上面において載物台１２の右側には、上下方向に沿って延在するコラム１４が立設される。そして、コラム１４には、コラム１４に沿って上下方向に移動可能なキャリッジ１６が支持される。キャリッジ１６は、例えばモータの駆動により上下方向に移動するが、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

【0024】

このキャリッジ１６の上下方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を上下方向の位置を変更可能に支持する。

【0025】

キャリッジ１６には、径方向に延びる径方向移動アーム１８が径方向に移動可能に支持される。径方向移動アーム１８は、例えばモータの駆動により径方向に移動するが、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

【0026】

この径方向移動アーム１８の径方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４の径方向の位置を変更可能に支持する。

【0027】

なお、径方向は、載物台１２の回転軸（θ軸）を中心とする径方向（Ｒ軸方向）を示し、径方向移動アーム１８が移動する方向を左右方向（Ｘ軸方向）とする。

【0028】

径方向移動アーム１８の左側（載物台１２側）の端部には、旋回アーム２０の一端（基端）が径方向に沿った旋回軸の周りに旋回可能に連結される。旋回アーム２０は、ネジにより径方向移動アーム１８に固定されており、つまみ３０の回転操作によりネジを緩めることで、旋回アーム２０が旋回軸周りに旋回可能となり、旋回アーム２０の向きの変更が可能となる。

【0029】

この旋回アーム２０の旋回機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を径方向に沿った旋回軸周りの旋回角度を変更可能に支持する。

【0030】

旋回アーム２０の先端部には径方向に延びる検出器ホルダ２２の基端部が固定される。

【0031】

検出器ホルダ２２の先端部にはつまみ３２の回転操作により着脱可能に検出器２４が装着される。

【0032】

検出器ホルダ２２は、検出器２４の先端側（測定子２４Ｂが設けられる側）が旋回アーム２０の旋回軸の軸線上に向う方向となるように、かつ、検出器本体２４Ａの軸線が旋回アーム２０の軸線と平行となるように検出器２４の基端側を固持する。

【0033】

また、検出器ホルダ２２は、検出器２４の取付角度、即ち、検出器本体２４Ａの軸線周りの回転角度を変えて固持することができる。この検出器ホルダ２２における検出器２４の取付角度の調整機構により、測定子２４Ｂの変位方向及び付勢方向を調整することができる。

【0034】

なお、図１の形状測定装置１は、ワークＷが回転することで、検出器２４がワークＷの周りを相対的に周方向に回転移動するワーク回転型の測定装置であるが、検出器２４がワークＷの周りを回転移動する検出器回転型の測定装置であってもよい。

【0035】

図２は、上記形状測定装置１においてデータ処理等を行う図１では不図示のデータ処理部５０の概略構成を示したブロック図である。

【0036】

形状測定装置１のデータ処理部５０は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置において所定のプログラムの実行により構成され、同図に示すようにデータ取得手段５２、データ記憶手段５４、真円度算出手段５６、表面粗さ算出手段５８、測定条件設定手段６０、結果情報生成手段６２等を有する。また、操作者により各種情報が入力されるキーボード等の入力手段７０や操作者に各種情報を出力（表示等）するモニタ等の出力手段７２も有する。

【0037】

データ取得手段５２は、図１における検出器２４と回転駆動部１１の回転角度検出手段４８（図１では不図示）とに接続され、検出器２４からは測定子２４Ｂの変位量を示す変位信号（検出信号）を取り込み、回転角度検出手段４８からは載物台１２の回転角度を示す位置信号（角度信号）を取り込む。

【0038】

そして、データ取得手段５２は、載物台１２、即ち、ワークＷが回転している際に、回転角度検出器４８からの角度信号に基づいて、ワークＷが予め決められた角度変化量分の回転が生じたことを検知し、その検知ごとに検出器２４からの変位信号（検出信号）の値をＡ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換して変位量データとしてサンプリングする。なお、検出器２４は測定子２４Ｂを介してワークＷの周面に接触しているものとする。

【0039】

これにより、載物台１２に載置されたワークＷが一定角度を回転する間隔（時間間隔又はその回転角度間隔）をサンプリング間隔として変位量データがサンプリングされ、サンプリングされた変位量データとワークＷ（載物台１２）の回転角度とが対応付けされたデータが測定データとしてデータ記憶手段５４に順次記憶させる。

【0040】

なお、ワークＷ（載物台１２）の回転角度とは、ワークＷの周方向（中心軸周り方向）の位置を示す。また、載物台１２の回転は、測定データの取得の際に、回転駆動部１１（モータ）のデータ処理部５０等による制御によって行われるものであってもよいし、手動により行われるものであってもよい。

【0041】

また、本実施の形態の形状測定装置１は、真円度測定と表面粗さ測定を行うことが可能であり、データ取得手段５２は、１つのワークＷに対して真円度測定用の測定データと表面粗さ測定用の測定データとを取得し、データ記憶手段５４に記憶させる。

【0042】

真円度測定のときと表面粗さ測定のときとを比較した場合に、真円度測定のときには、検出器２４として測定子２４Ｂの先端球の曲率半径が大きいものが使用され、かつ、サンプリング間隔も大きな値に設定される。また、測定データを取得する測定範囲としてワークＷの一回転（３６０度）分の回転角度範囲に設定される。

【0043】

一方、表面粗さ測定のときには、検出器２４として測定子２４Ｂの先端球の曲率半径が小さいものが使用され、かつ、サンプリング間隔も小さな値に設定される。また、測定データを取得する測定範囲としてワークＷの所定の回転角度範囲（後述）に設定される。

【0044】

真円度算出手段５６は、データ記憶手段５４に記憶された真円度測定用の測定データに基づいてワークＷの真円度に関連する値を算出する。

【0045】

例えば、真円度を示す値として、データ記憶手段５４に記憶された真円度測定用の測定データが示すワークＷの断面輪郭曲線を２つの同心の幾何学的円で挟んだときの同心２円の間隔が最小になる場合の２円の半径差であるＰ−Ｐ値を算出する。

【0046】

また、ワークＷの断面輪郭曲線の平均円からの偏差の最大値であるＰ値（山高さ）や偏差の最小値であるＶ値（谷深さ）、平均円から正方向の変位として表われる山の数であるＰｃ値（山数）なども真円度に関連する値として算出する。

【0047】

そして、これらの算出結果を真円度測定の測定結果データとしてデータ記憶手段５４に記憶させる。

【0048】

表面粗さ算出手段５８は、データ記憶手段５４に記憶された表面粗さ測定用の測定データに基づいてワークＷの表面粗さに関連する値を算出する。

【0049】

例えば、表面粗さを示す値（粗さパラメータ）として、データ記憶手段５４に記憶された表面粗さ測定用の測定データが示すワークＷの断面輪郭曲線からノイズ成分やうねり成分などの粗さ成分以外の成分を取り除いた粗さ曲線を求める。そして、その粗さ曲線に基づいて表面粗さを表す粗さパラメータであって算術平均粗さを示すＲａ値や十点平均粗さを示すＲｚ値等を算出する。

【0050】

また、これらの算出結果を表面粗さ測定の測定結果データとしてデータ記憶手段５４に記憶させる。

【0051】

測定条件設定手段６０は、入力手段７０により入力されたデータ、データ記憶手段５４に記憶された測定データ及び測定結果データに基づいて、真円度測定及び表面粗さ測定の各々における測定条件を決定する。そして、データ取得手段５２や表面粗さ算出手段５８に対して各々に関連する測定条件を設定して測定条件に従った測定を実施させる。

【0052】

例えば、データ取得手段５２における測定データの取得に関連する測定条件として、ワークＷに対して測定を行う測定範囲、即ち、測定データ（変位量データ）を取得する測定範囲（ワークＷの回転角度範囲）や、サンプリング間隔等を決定し、データ取得手段５２に対してその測定条件を設定する。

【0053】

また、表面粗さ算出手段５８における表面粗さの算出に関連する測定条件として、測定データが示すワークＷの断面輪郭曲線から粗さ成分を抽出するフィルタ（フィルタ処理）の各種カットオフ値などを決定し、表面粗さ算出手段５８に対してその測定条件を設定する。

【0054】

特に、表面粗さ測定は、真円度測定の実施後において行われ、表面粗さ測定における測定条件の設定には、真円度測定の測定結果データ、即ち、真円度算出手段５６の算出結果が参照される。

【0055】

結果情報生成手段６２は、データ記憶手段５４に記憶された１つのワークＷに対する真円度測定及び表面粗さ測定の測定データ及び測定結果データ（算出結果）に基づいて、真円度測定及び表面粗さ測定の測定結果を示す測定結果画像を生成し、その測定結果画像を出力手段７２に出力する。

【0056】

また、１つのワークＷに対する真円度測定及び表面粗さ測定の測定データ及び測定結果データを１つの関連情報として１つのデータファイルに収めてデータ記憶手段５４に保存する。なお、同図におけるデータ記憶手段５４は、データを一時的に記録する記憶媒体と半永久的に記録するデータ保存用の記憶媒体の両方を含み、測定データ及び測定結果データを収めたデータファイルはデータ保存用の記憶媒体に記憶される。

【0057】

次に上記形状測定装置１における真円度測定及び表面粗さ測定の一連の測定手順について説明するとともに、図２のデータ処理部５０における処理の詳細について説明する。

【0058】

図３は、真円度測定及び表面粗さ測定の一連の測定手順を示したフローチャートである。

【0059】

まず、測定の前提として、図１のように測定対象物となる円柱状又は円筒状のワークＷが載物台１２に載置され、そのワークＷの中心軸が載物台１２の回転軸（θ軸）と略一致する位置に設定されているものとする。そして、ここでは、そのワークＷの外周面の真円度測定と表面粗さ測定とが行われるものとする。

【0060】

また、真円度測定と表面粗さ測定のうち、真円度測定が先に行われる。

【0061】

さらに、測定開始時には、図１における検出器２４として、測定子２４Ｂの先端球（先端部）の曲率半径が、真円度測定に適した大きさのものであって、少なくとも表面粗さ測定のときよりも大きいものが検出器ホルダ２２に取り付けられているものとし、測定子２４Ｂの先端球はワークＷの外周面に当接しているものとする。なお、測定子２４Ｂの先端球の曲率半径を変更する場合において、検出器２４全体を交換する態様、検出器本体２４Ａに対して測定子２４Ｂの全体を交換する態様、及び、測定子２４Ｂの先端球のみを交換する態様のうちのいずれの態様でもよい。

【0062】

まず、図３のステップＳ１０では、真円度測定における測定条件として、ワークＷに対して測定を行う測定範囲、即ち、データ取得手段５２が検出器２４から測定データを取得する測定範囲（ワークＷの回転角度範囲）と、測定データをサンプリングする際のサンプリング間隔とが測定条件設定手段６０により設定される。

【0063】

ここでは、測定範囲として、ワークＷの回転角度範囲が一回転（３６０度）分の回転角度範囲に設定され、サンプリング間隔として、ワークＷが一定角度を回転する間隔であって少なくとも表面粗さ測定時よりも大きな値に設定される。

【0064】

次に、図３のステップＳ１２では、載物台１２が回転駆動部１１により回転している間に、データ取得手段５２により、ステップＳ１０において設定された測定条件に従って測定データが取得され、真円度測定の測定データとしてデータ記憶手段５４に記憶される。

【0065】

ここで、測定データは上述のように検出器２４からの変位信号をサンプリングして得られる変位量データと、回転角度検出器４８により検出されるワークＷ（載物台１２）の回転角度とを対応付けたデータを示す。

【0066】

そして、データ取得手段５２は、その変位量データのサンプリングをステップＳ１０において設定されたサンプリング間隔により、かつ、ワークＷの回転角度が一回転（３６０度）分の回転角度となるまで実行する。

【0067】

なお、載物台１２の回転は、上述のように回転駆動部１１（モータ）のデータ処理部５０等による制御によって行われるものであってもよいし、手動により行われるものであってもよい。

【0068】

次に、図３のステップＳ１４では、ステップＳ１２においてデータ記憶手段５４に記憶された真円度測定の測定データに基づいて、ワークＷの真円度に関連する値として、上述のように真円度を示すＰ−Ｐ値、山高さを示すＰ値、谷深さを示すＶ値、山数を示すＰｃ値等が真円度算出手段５６により算出される。

【0069】

そして、その算出結果が真円度測定の測定結果データとしてデータ記憶手段５４に記憶される。

【0070】

以上により、真円度測定が終了し、以下、表面粗さ測定に移行する。

【0071】

表面粗さ測定に移行すると、図３のステップＳ１６〜ステップＳ３２では、ワークＷが載物台１２に載置されたまま、表面粗さ測定における測定条件の設定が行われる。

【0072】

まず、ステップＳ１６では、検出器２４として、測定子２４Ｂの先端球の曲率半径が、表面粗さ測定に適した大きさのものであって、少なくとも真円度測定のときよりも小さいものに操作者により交換される。

【0073】

次に、図３のステップＳ１８では、真円度測定の測定データに基づいて、表面粗さ測定を行う測定範囲、即ち、データ取得手段５２が検出器２４から測定データを取得する測定範囲（ワークＷの回転角度範囲）が測定条件設定手段６０により設定される。

【0074】

例えば、測定条件設定手段６０は、図４（Ａ）のように真円度測定の測定データが示すワークＷの断面輪郭曲線の図と、真円度測定の測定結果データであるＰ−Ｐ値とを出力手段７２に出力する。

【0075】

この画面を参照して操作者は入力手段７０により表面粗さ測定における測定範囲を図４（Ｂ）の符号Ｓで示す範囲のようにワークＷの回転角度範囲等により指定する。

【0076】

また、同図の断面輪郭曲線のようにワークＷが意図的に形成された段差を有する場合、表面粗さが正しく評価されるように、操作者は段差を含まない範囲を測定範囲として指定することが望ましい。特に、図４（Ｂ）のように段差の位置を測定範囲Ｓの基点（一方の端点）として指定することで、同一形状の複数のワークＷに対して表面粗さ測定を行う場合に、ワークＷと載物台１２との位相が相違している場合であっても、ワークＷの同一部分に対する表面粗さ測定を行うことができる。

【0077】

なお、測定範囲の指定は、ワークＷの直径値（又は、半径値）を測定し、又は、操作者が入力手段７０から入力することで、測定範囲の距離（測定長さ）を算出して表示することも可能である。また、測定範囲を指定する場合に、測定範囲の基点と、基点からの回転角度とを指定するのではなく、測定範囲の基点と、基点からの測定長さとを指定することも可能である。

【0078】

次に、図３のステップＳ２０では、真円度測定の測定データに基づいて、ワークＷの断面輪郭曲線のパワースペクトラムが測定条件設定手段６０により算出される。なお、パワースペクトラムは真円度測定の測定結果データとして真円度算出手段５６が算出してデータ記憶手段５４に記憶させるようにしてもよい。

【0079】

次に、図３のステップＳ２２では、ステップＳ２０において算出されたパワースペクトラムに基づいて断面輪郭曲線が周期波形であるか、又は、非周期波形であるかが測定条件設定手段６０により判断される。

【0080】

周期波形の場合には、パワースペクトラムにおいてその周期に対応する成分の振幅値が大きくなる。そのため、図５（Ａ）のパワースペクトラムのグラフのように振幅値が大きい成分（所定の閾値よりも大きい振幅値）が存在する場合には周期波形であると判断され、ステップＳ２４の処理に移行する。

【0081】

一方、図５（Ｂ）のパワースペクトラムのグラフのように振幅値が大きい成分（所定の閾値よりも大きい振幅値）が存在しない場合には非周期波形であると判断され、ステップＳ２８に移行する。

【0082】

なお、断面輪郭曲線が周期波形であるか、非周期波形であるかは、表面粗さ測定における測定条件の設定において必要となる情報である。そして、操作者が目視によって判断することによる曖昧さを無くすことができる。

【0083】

ステップＳ２２において断面輪郭曲線が周期波形であると判断された場合、次に、図３のステップＳ２４では、データ記憶手段５４に真円度測定の測定結果データとして記憶されたＰｃ値（山数）に基づいて、周知の粗さパラメータであって、粗さ曲線要素の平均長さを示すＲＳｍ値が測定条件設定手段６０により推測される。

【0084】

即ち、ワークＷの半径によりワークＷの外周の長さを算出し、Ｐｃ値で割ることで、１つの山の長さを算出することができる。そして、ＲＳｍ値はその１つの山の長さに近い値となることから１つの山の長さをＲＳｍ値の推測値とすることができる。

【0085】

次に、図３のステップＳ２６では、ステップＳ２４で推測されたＲＳｍ値と、ＪＩＳ規格に示された図６の対応表（JIS B 0633:2001参照)とに基づいて粗さパラメータの基準長さが測定条件設定手段６０により推測される。

【0086】

ここで、図６の対応表には、断面輪郭曲線が周期波形である場合において、ＲＳｍ値を測定するための基準長さが、ＲＳｍ値の大きさに応じた値として示されている。

【0087】

この基準長さの推測によってカットオフ値λｃが基準長さの同一値として推測される。カットオフ値λｃは、データ記憶手段５４に記憶される表面粗さ測定用の測定データから粗さ曲線を生成する際のハイパスフィルタのカットオフ値であり、ワークＷの断面輪郭曲線からハイパスフィルタを通してうねり成分を除去して粗さ成分を抽出することができるカットオフ値を示す。

【0088】

そして、推測されたカットオフ値λｃは、表面粗さ算出手段５８において表面粗さ等を算出する際に使用される値として設定される。

【0089】

一方、図３のステップＳ２２において断面輪郭曲線が非周期波形であると判断された場合、次に、ステップＳ２８では、データ記憶手段５４に真円度測定の測定結果データとして記憶されたＰ−Ｐ値（真円度）に基づいて、周知の粗さパラメータであって、算術平均粗さを示すＲａ値と十点平均粗さを示すＲｚ値とが測定条件設定手段６０により推測される。

【0090】

即ち、Ｐ−Ｐ値は、各中心法により求めた中心と同心の内接円と、外接円の半径差を表しており、このＰ−Ｐ値は、Ｒｚ値に近い値となる。そのため、Ｐ−Ｐ値をＲｚ値の推測値とすることができる。なお、データ記憶手段５４に真円度測定の測定データに基づいて、ステップＳ１８において設定された測定範囲でのＰ−Ｐ値を算出し、そのＰ−Ｐ値をＲｚ値の推測値とするとしてもよい。

【0091】

また、Ｒａ値は、Ｒｚ値のおおよそ１／４（三角波形の場合）であるため、Ｐ−Ｐ値の４分の１の値をＲａ値の推測値とすることができる。

【0092】

次に、図３のステップＳ３０では、ステップＳ２８で推測されたＲａ値及びＲｚ値と、ＪＩＳ規格に示された図７の対応表（JIS B 0633:2001参照)とに基づいて粗さパラメータの基準長さが測定条件設定手段６０により推測される。

【0093】

ここで、図７の対応表には、断面輪郭曲線が非周期波形である場合において、Ｒａ値及びＲｚ値を測定するための基準長さが、Ｒａ値及びＲｚ値の大きさに応じた値として示されている。

【0094】

この基準長さの推測によってカットオフ値λｃが基準長さの同一値として推測される。

【0095】

そして、推測されたカットオフ値λｃは、表面粗さ算出手段５８において表面粗さ等を算出する際に使用される値として設定される。

【0096】

次に、図３のステップＳ３２では、ステップＳ２６又はステップＳ３０において推測されたカットオフ値λｃと、ＪＩＳ規格に示された図８の対応表（JIS B 0651:2001参照)とに基づいて、データ取得手段５２が検出器２４から測定データを取得する際のサンプリング間隔が測定条件設定手段６０により設定される。

【0097】

ここで、図８の対応表には、カットオフ値λｃに対応した最大サンプリング間隔の値が示されており、例えば、そのカットオフ値λｃに対応した最大サンプリング間隔の値がそのままサンプリング間隔として設定される。また、図８の対応表の最大サンプリング間隔は、長さを単位としており、ワークＷの直径値を考慮することでワークＷの回転角度間隔としてサンプリング間隔を設定することができる。

【0098】

次に、図３のステップＳ３４では、載物台１２が回転駆動部１１により回転している間に、データ取得手段５２により、ステップＳ１８及びステップＳ３２において設定された測定条件に従って測定データが取得され、表面粗さ測定の測定データとしてデータ記憶手段５４に記憶される。

【0099】

即ち、データ取得手段５２は、検出器２４からの変位量データのサンプリングを、ステップＳ３２において設定されたサンプリング間隔により、かつ、ワークＷの回転角度がステップＳ１８において設定された測定範囲（回転角度範囲）内であるときに実行する。

【0100】

なお、載物台１２の回転は、上述のように回転駆動部１１（モータ）のデータ処理部５０等による制御によって行われるものであってもよいし、手動により行われるものであってもよい。

【0101】

次に、図３のステップＳ３６では、ステップＳ３４においてデータ記憶手段５４に記憶された表面粗さ測定の測定データに基づいて、ワークＷの表面粗さに関連する値が表面粗さ算出手段５８により算出される。

【0102】

即ち、表面粗さ算出手段５８は、データ記憶手段５４に記憶された表面粗さ測定用の測定データが示すワークＷの断面輪郭曲線から、ステップＳ２６において設定されたカットオフ値λｃのハイパスフィルタを通して粗さ成分のみを抽出した粗さ曲線を生成する。そして、その粗さ曲線と、ステップＳ２６又はステップＳ３０において推測された基準長さとに基づいて、算術平均粗さを示すＲａ値、十点平均粗さを示すＲｚ値、粗さ曲線要素の平均長さを示すＲＳｍ値等を算出する。

【0103】

そして、その算出結果が表面粗さ測定の測定結果データとしてデータ記憶手段５４に記憶される。

【0104】

なお、ここで算出されたＲａ値、Ｒｚ値、又はＲＳｍ値と、推測された基準長さに対応する図６、図７におけるＲａ値、Ｒｚ値、又はＲＳｍ値の範囲とを比較し、それらが合致していない場合には基準長さを変更して再度Ｒａ値、Ｒｚ値、又はＲＳｍ値を算出して合致するまで繰り返すが、詳細な説明は省略する。

【0105】

以上により、表面粗さ測定が終了する。

【0106】

次に、図３のステップＳ３８では、データ記憶手段５４に記憶された真円度測定及び表面粗さ測定の測定データ及び測定結果データ（算出結果）に基づいて、真円度測定及び表面粗さ測定の測定結果の情報をモニタなどに出力（表示）するための測定結果画像が結果情報生成手段６２により生成される。そして、その測定結果画像が出力手段７２に出力される。また、真円度測定及び表面粗さ測定の測定データ及び測定結果データが１つの関連情報として１つのデータファイルに収められてデータ記憶手段５４に保存される。

【0107】

図９は、測定結果画像の一例を示す。同図に示すように測定結果画像は、真円度測定の測定結果が表示される第１領域８０と、表面粗さ測定の測定結果が表示される第２領域８２とを有し、第１領域８０には、真円度測定の測定データに基づくワークＷの断面輪郭曲線が表示される。また、第１領域８０には、測定結果データとしてＰ−Ｐ値、Ｐ値、Ｖ値、Ｐｃ値が表示される。更に、ワークＷの断面輪郭曲線上には、表面粗さ測定の測定範囲が示される。同図の例では３つの測定範囲Ａ、Ｂ、Ｃが設定されたことが示されている。

【0108】

一方、第２領域８２には、測定範囲Ａ、Ｂ、Ｃごとに、表面粗さ測定の測定データが横軸を回転角度、縦軸を変位量としてグラフ表示される。また、測定範囲Ａ、Ｂ、Ｃごとに測定結果データとしてＲａ値とＲｚ値などが表示される。

【0109】

以上の形状測定装置１によれば、真円度測定の測定結果を利用して適切な測定条件で表面粗さ測定を行うことができ、測定作業の負担軽減が図られると共に、操作者の経験によらず適切の測定条件での測定が行われるようになる。

【0110】

また、１つのワークＷに対する真円度測定と表面粗さ測定とのデータが１つのデータファイルに関連付けて記憶されるためデータ管理が行い易くなる。

【0111】

また、真円度測定の測定データを参照することで表面粗さを把握したい部分のみを表面粗さ測定の測定範囲として指定することが容易となり、効率的に測定を行うことができる。

【0112】

例えば、図１０のように円筒体８６の内部で回転する円柱状のワークＷの外周上の摩耗状況を評価したい場合がある。この場合に、真円度測定を行わずに表面粗さ測定のみを行うときには、どの部分が円筒体８６に接する凸部分かを事前に判断することができない。そのため、図１１のように全周（３６０度）に渡って表面粗さ測定を行う必要があり、長い時間を要する。

【0113】

一方、真円度測定は表面粗さ測定と比べると測定時間が短く、本実施の形態のように、表面粗さ測定を行う前に真円度測定を行うことで、長時間を要せずに円筒体８６に接するワークＷの凸部分８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃを把握することができ、全周を測定範囲とすることなくその凸部分８８Ａ、８８Ｂ、８８Ｃのみを測定範囲として表面粗さ測定を行うことができる。これによって、効率的な測定を行うことができる。

【0114】

次に、真円度測定と表面粗さ測定とを行うことできる形状測定装置の第２の実施の形態について説明する。

【0115】

図１２は、第２の実施の形態の形状測定装置１００を示した正面図であり、図１の形状測定装置１と同一又は類似作用の構成要素には同一符号を付して図１の形状測定装置１と相違する部分のみについて説明する。

【0116】

同図における形状測定装置１００において、キャリッジ１６には、径方向移動アーム１８、旋回アーム２０、及び検出器ホルダ２２からなる検出器支持機構１３と同様に構成された検出器支持機構１１３であって、径方向移動アーム１１８、旋回アーム１２０、検出器ホルダ１２２からなる検出器支持機構１１３が設けられる。そして、その検出器支持機構１１３の検出器ホルダ１２２に検出器本体１２４Ａと測定子１２４Ｂからなる検出器１２４が支持される。

【0117】

これによって、径方向（Ｘ軸方向）に２つの検出器２４と検出器１２４とが配置される。

【0118】

そして、一方の検出器２４として真円度測定用の検出器が取り付けられ、他方の検出器１２４として表面粗さ測定用の検出器が取り付けられる。これらの検出器２４と検出器１２４とは、上記実施の形態と同様に、検出器２４における測定子２４Ｂの先端球（先端部）の曲率半径の方が、検出器１２４の測定子１２４Ｂにおける先端球の曲率半径よりも大きい点で相違する。

【0119】

この形状測定装置１００によれば、図１３のように検出器２４の測定子２４Ｂと検出器１２４の測定子１２４Ｂとが載物台１２の回転軸（θ軸）と略同軸上に配置されたワークＷの中心軸を挟んで対向して配置され、それらはワークＷの外周面において１８０度反対となる回転角度の位置（周方向に反対となる位置）に接触する。

【0120】

そして、載物台１２をθ軸周りに１回転させてワークＷを１回転させると、検出器２４からは、図１４（Ａ）のように真円度測定の測定データ（変位量データ）が取得され、検出器１２４からは図１４（Ｂ）のように表面粗さ測定の測定データ（変位量データ）が取得される。これらの検出器２４、１２４の各々から測定データは上記実施の形態のデータ処理部５０と同様のデータ処理部においてデータ取得手段により同時に取り込まれてデータ記憶手段に記憶され、真円度算出得手段及び表面粗さ算出手段によって真円度、表面粗さ等の算出が行われる。

【0121】

ここで、検出器２４から変位量データ（検出信号）をサンプリングする際のサンプリング間隔やサンプリングにより取得した測定データは、上記実施の形態において真円度測定のときのものと等しく、検出器１２４から変位量データをサンプリングする際のサンプリング間隔やサンプリングにより取得した測定データは、上記実施の形態において表面粗さ測定のときのものであって測定範囲を全周分（３６０度分の回転角度範囲）としたものと等しい。

【0122】

これによれば、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示されているように、測定データの取得中に外乱（ワークＷの揺れなど）が発生した場合に、ワークＷの中心軸周りに１８０度異なる２方向に対応する真円度測定の測定データと表面粗さ測定の測定データとに変位方向が反対（径方向の外向きと内向き）となる外乱信号Ｖ１、Ｖ２が現れる。

【0123】

したがって、図１４（Ｃ）のように真円度測定の測定データと表面粗さ測定の測定データとを比較した場合に、真円度測定の測定データと表面粗さ測定の測定データとの１８０度の位相差を有する位置に変位方向が反対の同形態の信号が発生したときには、それらは外乱による外乱信号Ｖ１、Ｖ２と判断することができる。

【0124】

そして、その外乱信号Ｖ１、Ｖ２が発生したときには、その外乱信号Ｖ１、Ｖ２の部分の測定データを他方の測定データにより補正することで、又は、単純に除去して妥当な値の測定データで補間することで、図１４（Ｄ）、図１４（Ｅ）のように外乱信号Ｖ１、Ｖ２を取り除いた真円度測定の測定データと表面粗さ測定の測定データを得ることができる。

【0125】

このような処理は、上記実施の形態で示したデータ処理部５０における処理手段（例えば、データ取得５２）において行うことができる。

【0126】

これによって、真円度と表面粗さの正確な測定を１度の測定により行うことができる。

【0127】

なお、図１５（Ａ）のような断面輪郭曲線を有するワークＷに対して図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）のような表面粗さ測定の測定データと真円度測定の測定データが得られる場合において、表面粗さ測定の測定データからうねり成分等を取り除いた粗さ曲線を求める際に、上記実施の形態ではハイパスフィルタを用いるものとした。

【0128】

これに対して、図１５（Ｃ）の真円度測定の測定データは表面粗さ測定の測定データのうねり成分に近似するため、真円度測定の測定データから導いたうねり成分を表面粗さ測定の測定データから取り除くことによって図１５（Ｄ）のように粗さ曲線を求めるようにしてもよい。図１５（Ｂ）には、全周分の表面粗さ測定の測定データを取得する場合を示したが、一部の回転角度範囲の測定データのみを取得する場合であっても同様にして粗さ曲線を求めることができる。

【0129】

また、第２の実施の形態の形状測定装置１００においても、図１等に示した形状測定装置１について説明した技術的事項を適宜採用できる。例えば、１つのワークＷに対する真円度測定及び表面粗さ測定の測定データ及び測定結果データを１つの関連情報として１つのデータファイルに収めてデータ記憶手段に保存することは第２の実施の形態の形状測定装置１００においても有効である。

【0130】

（付記）上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。

【0131】

（付記１）円柱状又は円筒状の測定対象物に対して第１測定子を介して接触しながら測定対象物の周方向に相対的に回転移動する第１検出器であって、第１測定子の変位量を検出する第１検出器と、第１測定子と測定対象物との接触位置に対して周方向の反対側の位置において第２測定子を介して測定対象物に接触しながら周方向に相対的に回転移動する第２検出器であって、第２測定子の変位量を検出する第２検出器と、第１検出器の検出信号に基づいて測定対象物の真円度測定を行う真円度測定手段と、第２検出器の検出信号に基づいて測定対象物の表面粗さ測定を行う表面粗さ測定手段と、第１検出器の検出信号と第２検出器の検出信号との比較に基づいて、外乱により生じた外乱信号を第１検出器の検出信号及び第２検出器の検出信号から除去する処理手段と、を備える。

【0132】

付記１の発明によれば、第１検出器からの検出信号及び第２検出器からの検出信号の各々に含まれる外乱による外乱信号を相互に除去することができるため、測定精度の向上が図られる。また、真円度測定と表面粗さ測定とを同時に行うことができるため、測定効率も向上する。

【0133】

（付記２）第１検出器における第１測定子の先端部の曲率半径は、第２検出器における第２測定子の先端部の曲率半径よりも大きい態様とすることができる。

【0134】

（付記３）真円度測定手段により得られたデータと、表面粗さ測定手段により得られたデータとを１つのデータファイルにより保存する態様とすることができる。

【0135】

（付記４）真円度測定手段により得られたデータと、表面粗さ測定手段により得られたデータとを１つのデータファイルにより保存する態様とすることができる。

【符号の説明】

【0136】

Ｗ…ワーク、λｃ…カットオフ値、１，１００…形状測定装置、１２…載物台、１３，１１３…検出器支持機構、２４，１２４…検出器、２４Ｂ，１２４Ｂ…測定子、４８…回転角度検出手段，回転角度検出器、５０…データ処理部、５２…データ取得手段、５４…データ記憶手段、５６…真円度算出手段、５８…算出手段、６０…測定条件設定手段、６２…情報生成手段、７０…入力手段、７２…出力手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】