特許 6671011 真円度測定装置

(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】6671011

(24)【登録日】2020年3月5日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】真円度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/20 20060101AFI20200316BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/20 R

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-40636(P2016-40636)

(22)【出願日】2016年3月3日

(65)【公開番号】特開2017-156255(P2017-156255A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2018年12月19日

(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】高梨 陵

【審査官】 川村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３２６３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５４９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８５１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２４７４０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１９３４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００−５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークが載置されるテーブルと、
前記テーブルに連結され、前記テーブルを回転させるスピンドルと、
前記テーブルに載置された前記ワークの表面に接触する測定子の変位量を検出する検出器と、
前記ワークの測定開始前における回転停止状態の前記スピンドルの回転軸と、前記ワークの測定時における回転状態の前記スピンドルの回転軸との相対的な傾斜量Ｂを検知する検知部と、
を備え、
前記検知部は、
前記回転停止状態の前記スピンドルの回転軸の軸方向の互いに異なる高さ位置に配置され、前記テーブル又は前記スピンドルまでの距離又は変位量を検出する第１センサ及び第２センサを備え、
前記第１センサ及び前記第２センサの検出結果に基づいて前記傾斜量Ｂを検知する、
真円度測定装置。

【請求項2】

前記テーブルは、前記テーブルの回転中心と前記ワークの形状中心とを調芯する調芯手段を有する、請求項１に記載の真円度測定装置。

【請求項3】

前記スピンドルは、エアベアリングによって回転自在に支持される、請求項１又は２に記載の真円度測定装置。

【請求項4】

前記傾斜量Ｂと前記測定子の変位量とに基づいて前記ワークの真円度を算出する演算部を備える請求項１、２又は３に記載の真円度測定装置。

【請求項5】

前記演算部は、前記検出器によって検出された前記測定子の角度位置毎の変位量Ｃを、前記傾斜量Ｂに基づいて算出された前記測定子の検出位置における前記スピンドルの回転軸の傾斜量Ｄに基づいて補正することにより前記ワークの真円度を算出する、請求項４に記載の真円度測定装置。

【請求項6】

前記演算部は、前記変位量Ｃから前記傾斜量Ｄを減算して得られた前記角度位置毎の補正値Ｅに基づき、前記ワークの真円度を算出する、請求項５に記載の真円度測定装置。

【請求項7】

前記演算部は、前記傾斜量Ｂが、設定した閾値よりも大きい場合には、前記傾斜量Ｄで変位量Ｃが補正された前記補正値Ｅに基づいてワークの真円度を算出し、前記閾値よりも小さい場合には、前記傾斜量Ｄで前記変位量Ｃを補正することなく前記変位量Ｃに基づいてワークの真円度を算出する、
請求項６に記載の真円度測定装置。

【請求項8】

前記演算部は、前記変位量Ｃ又は前記補正値Ｅに基づいて、前記ワークの真円度をリアルタイムで算出する、請求項６又は７に記載の真円度測定装置。

【請求項9】

前記第１センサ、前記第２センサ及び前記検出器の検出結果に基づいて、前記演算部は、振動成分を前記検出結果から削除して真円度を算出する、請求項４から８のいずれか１項に記載の真円度測定装置。

【請求項10】

前記第１センサ、前記第２センサ及び前記検出器の検出結果に基づいて、前記演算部は、偏心成分を前記検出結果から削除して真円度を算出する、請求項４から８のいずれか１項に記載の真円度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真円度測定装置に係り、特に被測定物であるワークを回転させてワークの真円度を測定する真円度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

円柱状又は円筒状のワークの真円度を測定する真円度測定装置は、回転可能なテーブルにワークを載置し、ワークの表面に検出器の測定子を接触させ、ワークの回転に伴う基準値からの測定子の変位量を検出器によって検出することにより、ワークの真円度を測定する（特許文献１参照）。このような真円度測定装置は、ワークの測定に先立って真円度測定装置が有する誤差成分の補正、又は検出器の較正が行われる（特許文献２、３参照）。

【0003】

特許文献２には、円柱状ワークに対して第１の検出器の接触子を水平に、かつ直径方向に案内する水平腕と、この腕の先端に設けられて第１の検出器の接触子を直径の位置の２点に向かって接触可能とした第１の検出器の支持枠と、水平腕の水平移動量を検出する径読取りの第２の検出器と、から構成される真円度測定装置が開示されている。この真円度測定装置は、まずマスターピースを回転台の上にセットし、第１の検出器の接触子をマスターピースの右側面に当て、第２の検出器の読みを求める。次いで、第１の検出器の接触子をマスターピースの左側面に当てて、第２の検出器の読みを求め、第２の検出器の２つの読みからマスターピースの既知寸法により、装置の誤差値を求める。そして、マスターピースを脱してワークをセットし、同様にしてワークの直径寸法を測定し、装置の誤差値の誤差補正を行う。

【0004】

特許文献３には、原点情報取得及び測定物の表面形状を測定する検出器の校正を行う真円度測定装置用の基準治具が開示されている。特許文献３の基準治具は、回転テーブル上のＸＹテーブルの上面に取り外し可能に載置され、段付きの円板状に形成された台座と、台座の上段部にプローブの感度校正を可能とする校正マスタが設けられ、校正マスタの上方に、その最下面、最上面のＸ軸方向及び右側面、左側面のＺ軸方向の測定が可能なように配置された原点ボールを備え、プローブの各姿勢におけるプローブに設けられたスタイラスの位置ずれを求めて補正値としている。これは、基準治具を測定物回転機構の上に載せ、真円度測定装置の検出器のセンサを基準球に接触させることで真円度測定装置の原点情報を得るとともに、検出器のセンサを校正マスタに関与させることで検出器の感度校正を行うものである。

【0005】

上記の如く、真円度測定装置は、装置の誤差補正や検出器の感度較正をワークの測定に先立って実施することにより、正確な測定結果を得るようにしている。また、ワークが載置されるテーブルの回転精度の誤差もゼロではなく、この回転精度の誤差においても予め取り除いた後、ワークの測定を実施している。なお、テーブルの回転精度とは、テーブルに連結されてテーブルを回転させるスピンドルの回転精度と等価である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−１５４９４２号公報

【特許文献2】特開平１−２５９２１１号公報

【特許文献3】特開２００４−３１７１５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来の真円度測定装置のように、ワークの測定前にテーブルの回転精度の誤差成分を取り除く作業（以下、「偏心較正作業」と言う。）を実施したとしても、テーブルの回転精度の誤差成分を確実に除去することは困難であった。

【0008】

この問題は、真円度測定装置に生じる特有のものである。以下に説明すると、真円度測定装置は、ワークの形状的な中心（形状中心であってテーブルで回転させる中心）をテーブルの回転中心に調芯した後、テーブルを回転させてワークの真円度を測定する。真円度測定装置は、その精度にもよるが、平面形状を厳密に測定するために、また、テーブルの回転運動の運動誤差がワーク個体の測定精度に影響を与えないようにするために、測定対象のワークを滑らかに回転運動させて測定する。特に、運動誤差の小さい高精度なテーブルは、回転時の摺動抵抗を小さくするためにエアベアリング等の静圧軸受で支持するように構成されているが、その分、剛性が小さくなってしまうため、テーブルの回転精度に誤差が生じる場合がある。

【0009】

また、ワークの中でも、時として形状中心が、ワークの重心位置と一致しないワークがある。このようなワークの場合、ワークの形状中心をテーブルの回転中心に調芯しても、ワークの重心位置がテーブルの回転中心に一致しないため、テーブルの剛性の点でどうしても軸触れを起こしてしまい、この場合には、測定精度に大きく影響する。このように、測定時のスピンドル（テーブル）の回転軸（ワークの測定時における回転状態のスピンドルの回転軸）と、偏心較正作業時のスピンドルの回転軸（ワークの測定開始前における回転停止状態のスピンドルの回転軸：以下「Ａ軸」と称する。）と、が相対的に傾斜（軸触れも傾斜と等価）した場合、ワーク形状が理想的な真円であっても回転軸（Ａ軸）に垂直な断面外周をトレースすることではなくなるため、断面外周の形状が楕円形状になってしまう。つまり、従来の真円度測定装置は、上記のような特有の問題を抱えているため、スピンドルの回転軸が測定時に傾斜するという問題が生じる。これにより、精度の高い測定を実施することが困難な場合があった。

【0010】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、真円度測定装置が持つ特有の問題、つまり、スピンドルの回転軸が測定時に傾斜した際に、スピンドルの回転軸の傾斜量を検知し、検知したスピンドルの回転軸の傾斜量に基づいて測定精度の向上を図ることができる真円度測定装置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】

【0011】

本発明の真円度測定装置は、本発明の目的を達成するために、ワークが載置されるテーブルと、テーブルに連結され、テーブルを回転させるスピンドルと、テーブルに載置されたワークの表面に接触する測定子の変位量を検出する検出器と、ワークの測定開始前における回転停止状態のスピンドルの回転軸と、ワークの測定時における回転状態のスピンドルの回転軸との相対的な傾斜量Ｂを検知する検知部と、を備える。

【0012】

本発明の真円度測定装置の検知部によれば、ワークの測定開始前における回転停止状態のスピンドルの回転軸（Ａ軸）と、ワークの測定時における回転状態のスピンドルの回転軸との相対的な傾斜量Ｂを検知する。これにより、本発明によれば、真円度測定装置が持つ特有の問題、つまり、スピンドルの回転軸が測定時に傾斜した際に、スピンドルの回転軸の傾斜量Ｂを検知することができる。なお、スピンドルの回転軸の傾斜量Ｂは、Ａ軸に対する傾斜量でもよく、Ａ軸に直交する軸に対する傾斜量でもよい。

【0013】

ここでＡ軸とは、ワークの測定開始前における回転停止状態のスピンドルの回転軸を指す。つまりＡ軸は、測定前に実施される偏心較正作業によって基準値に誤差補正されたスピンドルの回転軸を指す。また、ワークは、ワークの形状中心が、テーブルの回転中心と等価なスピンドルの回転軸に合された状態でテーブルに載置される。しかしながら、スピンドルの回転軸は前述の如く、真円度測定装置の特有の問題に起因して、ワークの測定時にＡ軸に対して傾斜するので、この傾斜量Ｂが測定精度に影響を与える場合がある。このため本発明では、回転状態のスピンドルの回転軸の傾斜量Ｂを、ワークを測定しながら検知部によって検知している。なお、本発明に記載の傾斜量Ｂとは、例えばＡ軸の単位長さに対するスピンドルの回転軸のＡ軸に直交する方向の傾斜量（離間量）を指す。実際に検知したい傾斜量は、回転状態のテーブルの回転中心の傾斜量であるが、通常の装置において軸長がテーブルよりも長いスピンドルは傾斜量の分解能をテーブルよりも高めることができ、また検知部の配置位置の自由度も広い。このため本発明では、スピンドルの回転軸の傾斜量Ｂを検知部で検知することで、テーブルの回転中心の傾斜量を間接的に検知している。

【0014】

本発明の一態様は、テーブルは、テーブルの回転中心とワークの形状中心とを調芯する調芯手段を有することが好ましい。

【0015】

本発明の一態様によれば、真円度測定装置では、テーブル回転中心(ないしは測定子の回転中心)とワークの形状中心とを合わせることが求められる。調芯手段により、回転中心と形状中心とを合わせることができ、真円度を高精度に測定する環境を設定することが可能となる。その上で、形状中心と重心が一致していないワーク等では、傾斜量を検知する検知手段により、測定子の変位量を精度よく補正することが可能となる。

【0016】

本発明の一態様は、スピンドルは、エアベアリングによって回転自在に支持されることが好ましい。

【0017】

本発明の一態様によれば、エアベアリングは、摺動抵抗が極めて小さく、エアベアリングの摺動抵抗に伴うノイズが極めて小さいという特徴がある一方で、剛性が小さくなるという欠点がある。形状中心と重心が一致していないワークでは、ベアリングの剛性不足に伴うテーブルの傾斜量を補正することで、高精度な真円度測定を実現する。

【0018】

本発明の一態様は、傾斜量Ｂと測定子の変位量とに基づいてワークの真円度を算出する演算部を備えることが好ましい。

【0019】

本発明の一態様は、演算部は、検出器によって検出された測定子の角度位置毎の変位量Ｃを、傾斜量Ｂに基づいて算出された測定子の検出位置におけるスピンドルの回転軸の傾斜量Ｄに基づいて補正することによりワークの真円度を算出することが好ましい。

【0020】

本発明の一態様の演算部によれば、傾斜量Ｂに基づいて算出された測定子の検出位置におけるスピンドルの回転軸の傾斜量Ｄに基づき、検出器によって検出された測定子の角度位置毎の変位量Ｃを補正する。これにより、ワークを測定する際に生じるテーブルの回転精度の誤差成分を取り除いた測定を実施することができるので、ワークの測定精度が向上する。

【0021】

本発明の一態様は、演算部は、変位量Ｃから傾斜量Ｄを減算して得られた角度位置毎の補正値Ｅに基づき、ワークの真円度を算出することが好ましい。

【0022】

本発明の一態様の演算部によれば、変位量Ｃから傾斜量Ｄを減算して得られた角度位置毎の補正値Ｅに基づき、ワークの真円度を算出するので、測定精度が向上する。

【0023】

本発明の一態様は、演算部は、傾斜量Ｂが、設定した閾値よりも大きい場合には、傾斜量Ｄで変位量Ｃが補正された補正値Ｅに基づいてワークの真円度を算出し、閾値よりも小さい場合には、傾斜量Ｄで変位量Ｃを補正することなく変位量Ｃに基づいてワークの真円度を算出することが好ましい。

【0024】

本発明の一態様によれば、検知部によって検知される傾斜量Ｂに、測定精度に影響を与えない閾値を設定している。そして、検知部によって検知された傾斜量が、その設定値よりも小さい場合には、傾斜量Ｄで変位量Ｃを補正することなく変位量Ｃをそのまま使用してワークの真円度を算出する。一方、検知部によって検知された傾斜量が、その設定値を超えた場合には、傾斜量Ｄで変位量Ｃが補正された補正値Ｅに基づいてワークの真円度を算出する。これにより、測定精度に影響を与えるテーブルの回転精度の誤差成分を取り除いた測定を実施することができるので、ワークの測定精度が向上する。

【0025】

本発明の一態様は、演算部は、変位量Ｃ又は補正値Ｅに基づいて、ワークの形状をリアルタイムで算出することが好ましい。

【0026】

本発明の一態様の演算部によれば、検出器によって絶えず検出されている変位量Ｃに基づき、又は補正値Ｅに基づいて、ワークの真円度を角度位置毎に算出していく。これにより、ワークの真円度をテーブルの回転と同時（リアルタイム）に算出することができる。

【0027】

本発明の一態様は、検知部は、回転停止状態のスピンドルの回転軸の軸方向の互いに異なる高さ位置に配置され、テーブル又はスピンドルまでの距離又は変位量を検出する第１センサ及び第２センサを備え、第１センサ及び第２センサの検出結果に基づいて傾斜量Ｂを検知することが好ましい。

【0028】

本発明の一態様の検知部によれば、第２センサによって検出された距離又は変位量から、第１センサによって検出された距離又は変位量を減算し、この変位量減算値を、第２センサの第２高さ位置から第１センサの第１高さ位置を減算した高さ減算値で除算する。これによって検知部は、傾斜量Ｂを検知することができる。

【0029】

本発明の一態様は、第１センサ、第２センサ及び検出器の検出結果に基づいて、演算部は、振動成分を検出結果から削除して真円度を算出することが好ましい。

【0030】

本発明の一態様は、第１センサ、第２センサ及び検出器の検出結果に基づいて、演算部は、偏心成分を検出結果から削除して真円度を算出することが好ましい。

【発明の効果】

【0031】

本発明の真円度測定装置によれば、真円度測定装置が持つ特有の問題、つまり、スピンドルの回転軸が測定時に傾斜した際に、スピンドルの回転軸の傾斜量を検知するので、検知したスピンドルの回転軸の傾斜量に基づいて測定精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施形態の真円度測定装置の外観斜視図

【図2】真円度測定装置の構成を示したブロック図

【図3】傾斜量に基づくワーク測定方法の一例を示したフローチャート

【図4】ワークの偏心較正作業を示した説明図

【図5】図４の偏心較正作業後に行われるワークの測定形態を示した説明図

【図6】傾斜量が閾値よりも小さい場合のワーク測定方法を示した説明図

【図7】傾斜量が閾値よりも大きい場合のワーク測定方法を示した説明図

【図8】スピンドルに振動が発生した場合の較正方法を示した説明図

【図9】スピンドルの測定時の回転軸がＡ軸に対して偏芯した場合の較正方法を示した説明図

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、添付図面に従って本発明に係る真円度測定装置の好ましい実施形態について詳説する。

【0034】

図１は、本発明の実施形態の真円度測定装置１０の外観斜視図である。図２は、真円度測定装置１０の構成を示したブロック図である。

【0035】

〔真円度測定装置１０の全体構成〕
図１、図２の如く真円度測定装置１０は、箱型のベース１２と、ベース１２の上面に回転可能に設けられ、略円筒状のワーク１４を載置するテーブル１６と、ベース１２の内部に設けられ、テーブル１６を回転駆動するモータ１８（図２参照）が内蔵されたスピンドル２０と、ベース１２の上面にＺ方向（鉛直方向）に立設されたコラム２２と、コラム２２に沿ってＺ方向に移動可能なキャリッジ２４と、キャリッジ２４にＸ方向（水平方向）に移動可能に取り付けられたアーム２６と、アーム２６の端部に取り付けられた検出器ホルダ２８と、検出器ホルダ２８に取り付けられ、先端に測定子３０を有する検出器３２と、を備える。

【0036】

テーブル１６は、ワーク１４を載置して回転されるものであり、テーブル１６の回転角は、スピンドル２０に連結されたエンコーダ５２から出力される回転角信号によって検出される。

【0037】

コラム２２は、テーブル１６の回転中心であるスピンドル２０の回転軸Ａ（Ａ軸）に対してＺ方向に平行に立設された柱であり、その下端部がベース１２の上面に固定される。コラム２２には、キャリッジ２４がＺ方向に移動可能に取り付けられる。コラム２２に対してキャリッジ２４をＺ方向に移動させるための駆動手段としては特に限定されるものではないが、例えば、モータ、ボールネジ、ガイドレール等の組み合わせで構成される。

【0038】

なお、上記のスピンドル２０の回転軸Ａ（Ａ軸）とは、ワーク１４の測定開始前における回転停止状態のスピンドル２０の回転軸を指す。つまり回転軸Ａは、ワークの測定前に実施される偏心較正作業によって基準値に誤差補正されたスピンドル２０の回転軸を指す。しかし、スピンドル２０の回転軸は、テーブル１６にワーク１４が載置されると、真円度測定装置１０が有する特有の問題に起因して回転軸Ａに対して傾斜する場合があり、この傾斜量（後述する傾斜量Ｂ）が測定精度に影響を与える場合がある。この件については後述する。

【0039】

アーム２６は、キャリッジ２４にＸ方向に沿って取り付けられ、キャリッジ２４と一体となってＺ方向に移動される。また、アーム２６の先端には、検出器ホルダ２８の下端が取り付けられている。更に、アーム２６は、キャリッジ２４に対してＸ方向に移動可能に取り付けられる。キャリッジ２４に対してアーム２６をＸ方向に移動させるための駆動手段としては特に限定されるものではないが、モータ、ボールネジ、ガイドレール等の組み合わせで構成される。以上の構成により、アーム２６に取り付けられた検出器ホルダ２８は、コラム２２に沿ったＺ方向、及びアーム２６に沿ったＸ方向に移動可能に構成される。

【0040】

検出器ホルダ２８は、Ｌ字型の部材であり、下端がアーム２６に連結され、上端に検出器３２が取り付けられる。

【0041】

検出器３２は、ワーク１４の表面に接触する測定子３０と、差動トランス等の変位量検出部（不図示）と、を有し、測定子３０の変位量を示す電気信号をアナログ電圧値として出力する。検出器３２の検出方向は水平方向である。

【0042】

また、テーブル１６には、Ｘ方向微動つまみ３４及びＹ方向微動つまみ３６を備えたＸＹ駆動機構（調芯手段）が備えられる。Ｘ方向微動つまみ３４及びＹ方向微動つまみ３６は、それぞれスピンドル２０に連結されており、Ｘ方向微動つまみ３４及びＹ方向微動つまみ３６を操作することによってテーブル１６をＸ方向及びＹ方向（Ｘ方向に直交する水平方向）に微動送りすることができる。これにより、テーブル１６の水平位置が微調整される。更に、テーブル１６には、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）が設けられており、Ｘ方向傾斜つまみ及びＹ方向傾斜つまみを操作することによって、テーブル１６をＸ方向及びＹ方向に傾斜させることができる。これにより、テーブル１６の傾斜方向の姿勢が微調整される。このような水平方向及び傾斜方向の微調整作業によって、つまりテーブル１６の偏心較正作業によって、テーブル１６の回転精度の誤差が取り除かれる。

【0043】

また、ワーク１４をテーブル１６に載置して、ワーク１４の円筒面の形状中心である中心軸を、テーブル１６の回転中心であるスピンドル２０の回転軸Ａに合わせる調芯作業について説明する。この調芯作業は、まず、ワーク１４を、テーブル１６上に、ワーク１４の円筒面の中心軸がスピンドル２０の回転軸の中心にほぼ一致するように載置する。次に、測定子３０がワーク１４の測定する位置に接触するように、キャリッジ２４を移動して上下方向の位置を調整し、アーム２６を移動して径方向の位置を調整する。

【0044】

この状態で、ワーク１４を回転して、ワーク１４の円筒部の中心軸とスピンドル２０の回転軸との偏心を測定し、テーブル１６に設けられたＸＹ移動機構のＸ方向微動つまみ３４及びＹ方向微動つまみ３６を操作して、ワーク１４の円筒部の中心軸をスピンドル２０の回転軸に正確に一致させる。この調芯作業を実施することにより、真円度を高精度に測定する環境を設定することが可能となる。その上で、形状中心と重心が一致していないワーク１４等では、後述するように、傾斜量Ｂを検知する検知手段によって、測定子３０の変位量を精度よく補正することが可能となる。

【0045】

<真円度測定装置１０の演算処理装置４０>
図２の如く、真円度測定装置１０は、演算処理装置４０を有する。

【0046】

演算処理装置４０には、検出器３２から出力される測定子３０の変位量を示す電気信号（アナログ電圧値）が入力される。演算処理装置４０は、増幅器４２、Ａ／Ｄ変換器４４、演算処理部４６、及び動作プログラムが記憶されたメモリ４８を有し、さらに測定結果を表示するディスプレイ５０を備える。

【0047】

測定子３０をワーク１４に接触させて得られた電気信号は、検出器３２から演算処理装置４０に送信される。演算処理装置４０では、電気信号をまず増幅器４２によって増幅し、この後、Ａ／Ｄ変換器４４によってデジタル信号に変換し、演算処理部４６によって演算処理する。

【0048】

<真円度測定装置１０によるワーク１４の測定方法の一例>
まず、ワーク１４の測定に先立ち、真円度測定装置１０の誤差補正と、検出器３２の感度較正と、テーブル１６の偏心較正作業と、を実施し、真円度測定装置１０を基準値に設定する。つまり、テーブル１６にマスターピースを載置して、このマスターピースを検出器３２で測定して得られる真円度が真円となるように真円度測定装置１０を基準値に設定する。

【0049】

この後、被測定物であるワーク１４をテーブル１６の上面に載置し、まず、ワーク１４の円筒面の中心軸をスピンドル２０の回転軸Ａに合わせる調芯作業と、スピンドル２０の回転軸Ａに対するワーク１４の傾斜補正を行う。これにより、スピンドル２０の回転軸Ａとワーク１４の中心とが一致したものとして設定される。

【0050】

次に、検出器３２の測定子３０をワーク１４の側面に接触させた状態で、テーブル１６をスピンドル２０によって１回転させ、ワーク１４の側面の１周分のデータを検出器３２からアナログ電圧値として採取する。アナログ電圧値として得られた電気信号は、上述したように増幅器４２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４４でデジタル信号に変換されて、演算処理部４６に入力される。演算処理部４６は、エンコーダ５２から出力される回転角度データであって、テーブル１６の回転方向において分割された複数の角度位置毎の回転角度データと、前述の角度位置毎に検出器３２で検出された変位量と、に基づいてワーク１４の真円度を演算し、演算結果をディスプレイ５０に表示する。

【0051】

ところで、スピンドル２０の回転軸は、前述の如く、テーブル１６にワーク１４が載置されると、真円度測定装置１０の特有の問題に起因して回転軸Ａに対し傾斜する場合があり、この傾斜量Ｂが測定精度に影響を与える場合がある。よって、ワーク１４の測定精度を高めるためには、傾斜量Ｂを検知することが重要な要素となる。

【0052】

そこで、実施形態の真円度測定装置１０は、傾斜量Ｂを検知するために、テーブル１６にワーク１４を載置した状態で、スピンドル２０によってテーブル１６を１回転させたときのＡ軸に対するスピンドル２０の回転軸の傾斜量Ｂを、回転方向において分割された複数の角度位置毎に検知する検知部５４を備えている。すなわち、検知部５４は、ワーク１４の測定開始前における回転停止状態のスピンドル２０の回転軸（Ａ軸）と、ワーク１４の測定時における回転状態のスピンドル２０の回転軸との相対的な傾斜量Ｂを検知する。

【0053】

<検知部５４の一例>
検知部５４は図２の如く、基準位置ＲＰ（Reference Position）に対するＡ軸方向の第１高さ位置Ｈ１における、スピンドル２０までの距離又は変位量を検出する第１センサ５６と、基準位置ＲＰに対するＡ軸方向の第２高さ位置Ｈ２であって、第１高さ位置Ｈ１よりも高さの高い第２高さ位置Ｈ２における、スピンドル２０までの距離及び変位量を検出する第２センサ５８と、を備え、第１センサ５６及び第２センサ５８によって検出された距離又は変位量（検出結果）に基づいて傾斜量Ｂを演算処理部４６によって算出することにより検知している。すなわち、検知部５４は、Ａ軸方向の互いに異なる高さ位置に配置された第１センサ５６及び第２センサ５８と、演算処理部４６と、を備えている。

【0054】

第１センサ５６と第２センサ５８のそれぞれの検出方向は水平方向であり、真円度測定装置１０の検出器３２の測定方向と平行である。また、検出器３２、第１センサ５６及び第２センサ５８は、Ａ軸方向と平行な同一の鉛直線上に配置されており、検出器３２、第１センサ５６及び第２センサ５８のそれぞれの検出点は、同一の鉛直線上に位置している。なお、実施形態では、真円度測定装置１０のベース１２の底部を基準位置ＲＰに設定したが、この位置に限定されるものではなく、第１センサ５６の下方の任意の位置であればよい。また、第１センサ５６及び第２センサ５８として、渦電流型のセンサ又は差動変圧器型のセンサ等の非接触式変位センサを適用することが好ましいが、接触式のセンサであっても適用することができる。

【0055】

<演算処理部４６による傾斜量Ｂの検知方法>
演算処理部４６は、第２センサ５８によって検出された基準値からの変位量（距離でもよい）から、第１センサ５６によって検出された基準値からの変位量（距離でもよい）を減算し、この変位量減算値を、第２高さ位置Ｈ２から第１高さ位置Ｈ１を減算した高さ減算値で除算する。これによって検知部５４は、傾斜量Ｂを検知することができる。

【0056】

具体的に説明すると、エンコーダ５２から出力される回転角度データの複数の角度位置毎に検出される変位量であって、第１センサ５６によって検出される基準値からの変位量をＤ１、第２センサ５８によって検出される基準値からの変位量をＤ２としたときに、演算処理部４６は下記の式（１）にて傾斜量Ｂを算出する。

【0057】

Ｂ＝（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｈ２−Ｈ１）…（１）
これにより、実施形態の真円度測定装置１０によれば、Ａ軸に対するスピンドル２０の測定時の回転軸の傾斜量Ｂを検知することができる。

【0058】

<傾斜量Ｂに基づくワーク１４の測定方法>
実施形態の演算処理部４６は、ワーク１４の真円度を算出する演算部として機能する。すなわち、演算部である演算処理部４６は、検出器３２によって検出された測定子３０の角度位置毎の変位量Ｃを、傾斜量Ｂに基づいて算出された測定子３０の検出位置におけるスピンドル２０の回転軸の傾斜量Ｄに基づいて補正することによりワーク１４の真円度を算出する。具体的には、変位量Ｃから傾斜量Ｄを減算して得られた角度位置毎の補正値Ｅに基づき、ワーク１４の真円度を算出する。

【0059】

図３は、傾斜量Ｂに基づくワーク測定方法の一例を示したフローチャートである。

【0060】

まず、テーブル１６に載置されたワーク１４に検出器３２の測定子３０を接触させてテーブル１６を回転させる（Ｓｔｅｐ（Ｓ）１００）。

【0061】

次に、演算処理部４６は以下の変位量を取得する。すなわち、テーブル１６の角度位置毎に第１センサ５６によって検出される基準値からの変位量（検出値）Ｄ１、第２センサ５８によって検出される基準値からの変位量（検出値）Ｄ２、及び検出器３２によって検出される変位量（検出値）Ｃを取得する（Ｓ１１０）。

【0062】

次に、演算処理部４６は、上記の（１）式にて傾斜量Ｂを算出した後、傾斜量Ｂに基づいて算出された測定子３０の検出位置におけるスピンドル２０の回転軸の傾斜量Ｄを、下記の式（２）にて算出する。式（２）のＨ３は、基準位置ＲＰからの測定子３０の検出位置までの第３高さ位置を示す。

【0063】

Ｄ＝（Ｄ２−Ｄ１）×（Ｈ３−Ｈ２）／（Ｈ２−Ｈ１）＝Ｂ×（Ｈ３−Ｈ２）…（２）
次に、演算処理部４６は、変位量Ｃから傾斜量Ｄを減算して得られた角度位置毎の補正値Ｅを、下記の式（３）にて算出する（Ｓ１２０）。

【0064】

Ｅ＝Ｃ−Ｄ…（４）
そして、演算処理部４６は、角度位置毎の補正値Ｅからワーク１４の真円度を算出する（Ｓ１３０）。これにより、ワーク１４を測定する際に生じるテーブル１６の回転精度の誤差成分を取り除いた測定を実施することができるので、ワーク１４の測定精度が向上する。

【0065】

また、演算処理部４６においては、補正値Ｅに基づいて、ワーク１４の真円度をリアルタイムで算出することが好ましい。

【0066】

すなわち、演算処理部４６は、検出器３２によって絶えず検出されている変位量Ｃから、検知部５４によって絶えず算出されている傾斜量Ｄを減算する。これによって得られる補正値Ｅに基づいて、ワーク１４の真円度を角度位置毎に測定していく。これにより、ワーク１４の真円度をテーブル１６の回転と同時（リアルタイム）に算出することができる。また、後述するように傾斜量Ｂが閾値よりも小さい場合には、補正値Ｅで補正することなく、変位量Ｃに基づいてワーク１４の真円度を角度位置毎に測定していく。ここで、例えば、傾斜量Ｂがある閾値よりも小さい場合には、それを正として、真円度を補正せずにそのまま算出することもある。すなわち、本発明においては、演算処理部４６は、必ずしも使用しない場合がある。

【0067】

<ワーク１４の他の測定方法>
図４は、ワーク１４の偏心較正作業の一例を示した説明図であり、図５は、図４の偏心較正作業後に行われるワーク１４の測定形態を示した説明図である。

【0068】

図４に示すテーブル１６の偏心較正作業は、前述の如くテーブル１６を水平方向及び傾斜方向に微調整等することにより、第１センサ５６によって検出された第１高さ位置Ｈ１における楕円形状の真円度データＲＤ（Roundness Data）１を基準の真円に較正する。そして、第２センサ５８によって検出された第２高さ位置Ｈ２における楕円形状の真円度データＲＤ２を基準の真円に較正する。これによって、偏心較正作業が終了する。

【0069】

この後、図５の如く、較正した値を基準値としてワーク１４を測定する。この測定は上記実施形態の測定手順と同様である。図５では、Ａ軸に対するスピンドル２０の測定時の回転軸が符号Ａ１で示されている。演算処理部４６は、テーブル１６の角度位置毎の第１センサ５６によって検出される基準値からの変位量Ｄ１、第２センサ５８によって検出される基準値からの変位量Ｄ２、検出器３２によって検出される変位量Ｃ、及び各高さ位置Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に基づき、角度位置毎の補正値Ｅを算出し、それらの補正値Ｅからワーク１４の真円度を算出する（式（１）、（２）、（３）参照）。すなわち、図５では、変位量Ｃで測定されたワーク１４の楕円形状の真円度が補正値Ｅによって補正されることが示されている。

【0070】

図６は、傾斜量Ｂに閾値を設定し、傾斜量Ｂが閾値よりも小さい場合のワーク測定方法を示した説明図である。図７は、傾斜量Ｂが閾値よりも大きい場合のワーク測定方法を示した説明図である。

【0071】

演算処理部４６で検知した傾斜量Ｂが、設定した閾値よりも小さい場合には、図６の如く、補正値Ｅで補正することなく変位量Ｃに基づいてワーク１４の真円度を算出する。図６の真円度データＲＤ１、ＲＤ２は、基準の真円に近い円形状なので較正する必要がないことを示している。

【0072】

また、傾斜量Ｂが設定した閾値よりも大きい場合には、図７の如く、傾斜量Ｄで変位量Ｃが補正された補正値Ｅに基づいてワーク１４の真円度を算出する。図７の真円度データＲＤ１、ＲＤ２は、基準の真円に対して形状の異なる楕円形なので較正する必要があることを示している。

【0073】

上記形態を実施するためには、測定精度に影響を与えない傾斜量Ｂの閾値を設定し、この閾値をメモリ４８（図２参照）に記憶させておく。そして、検知部５４によって検知された傾斜量Ｂがその閾値よりも小さい場合には、図６の如く、検出器３２によって検出される変位量Ｃをそのまま使用してワーク１４の真円度を算出する。一方、検知部５４によって検知された傾斜量Ｂが、その設定値を超えた場合には、図７の如く、補正値Ｅに基づいてワーク１４の真円度を算出する。これにより、測定精度に影響を与えるテーブル１６の回転精度の誤差成分を取り除いた測定を実施することができるので、ワーク１４の測定精度が向上する。

【0074】

なお、上述の実施形態では、スピンドル２０の回転軸Ａ１の傾斜量Ｂを検知部５４で検知することで、テーブル１６の測定時の回転軸Ａ１の傾斜量を間接的に検知したが、テーブル１６の測定時の回転軸Ａ１の傾斜量を直接的に検知してもよい。つまり、第１センサ５６及び第２センサ５８によってテーブル１６の２か所の高さ位置における基準位置ＲＰからの変位量と、２か所の高さ位置とに基づいて傾斜量Ｂを検知してもよい。実際に検知したい傾斜量は、Ａ軸に対するテーブル１６の測定時の回転中心の傾斜量であるからである。しかしながら、通常の装置において軸長がテーブル１６よりも長いスピンドル２０は傾斜量の分解能をテーブル１６よりも高めることができ、また検知部５４を構成する第１センサ５６及び第２センサ５８の配置位置の自由度も広いので、実施形態では、スピンドル２０の回転軸Ａ１の傾斜量Ｂを検知部５４で検知することで、テーブル１６の測定時の回転軸Ａ１の傾斜量を間接的に検知している。

【0075】

<検知部５４を用いた他の較正方法>
図８は、スピンドル２０に突発的な振動が発生した場合の較正方法を示した説明図である。

【0076】

スピンドル２０はエアベアリングを有する。真円度測定装置１０では、スピンドル２０の回転時にエアベアリング２１とスピンドル２０との間の隙間に起因して突発的な振動が発生し、この振動に起因して真円度データＲＤ１、ＲＤ２及び変位量Ｃに振動成分であるＥＤ（Error Data）が重畳する。この場合、演算処理部４６は、同一の角度位置において発生したＥＤを測定データから除外する処理を行う。つまり、演算処理部４６は、第１センサ５６及び第２センサ５８によって検出されたＥＤを変位量Ｃから削除するように変位量Ｃを較正し、その演算結果を出力する。これにより、ＥＤを除去したワーク１４の測定が可能となる。

【0077】

ここで、実施形態の真円度測定装置１０のスピンドル２０は、エアベアリング２１によって回転自在に支持されているが、エアベアリング２１は、摺動抵抗が極めて小さく、エアベアリング２１の摺動抵抗に伴うノイズが極めて小さいという特徴がある一方で、剛性が小さくなるという欠点がある。形状中心と重心が一致していないワーク１４では、エアベアリング２１の剛性不足に伴うテーブル１６の傾斜量Ｂを補正することで、高精度な真円度測定を実現することができる。

【0078】

図９は、スピンドル２０の測定時の回転軸Ａ１がＡ軸に対して偏芯した場合の較正方法を示した説明図である。

【0079】

第１センサ５６及び第２センサ５８によって検出された真円度データＲＤ１、ＲＤ２の中心が、偏心較正作業で設定された基準値の中心からそれぞれ同量分ずれている場合、演算処理部４６は、軸Ａに対して回転軸Ａ１は傾斜しておらず、その差分だけ偏心していると判断し、その偏心成分を削除した演算結果を出力する。

【0080】

以上のように検知部５４を構成する第１センサ５６及び第２センサ５８から出力される検出値を有効利用することによって、傾斜量Ｂを検知するだけでなく、スピンドル２０に生じる突発的な振動や偏芯量を取り除いた演算結果を得ることができる。よって、ワーク１４の形状を精度よく測定することができる。

【0081】

なお、検知部５４は、スピンドル２０の回転軸Ａに対してラジアル方向である上下の２点で傾斜量Ｂを求めたが、これに限定されない。例えば、テーブル１６の下部のスラスト面等、いずれの場所に第１センサ５６及び第２センサ５８を付け足すことも可能である。すなわち、スピンドル２０の回転軸Ａ１の傾斜量Ｂは、Ａ軸基準に限定されず、例えばＡ軸に直交する軸を基準とした傾斜量Ｂであってもよい。ただし、より定量的な傾斜量を求めて補正する上では、図２に記載のようにラジアル方向で上下の２点に第１センサ５６及び第２センサ５８を取り付けたほうが、高精度に補正することが可能となる。

【符号の説明】

【0082】

１０…真円度測定装置、１２…ベース、１４…ワーク、１６…テーブル、１８…モータ、２０…スピンドル、２１…エアベアリング、２２…コラム、２４…キャリッジ、２６…アーム、２８…検出器ホルダ、３０…測定子、３２…検出器、３４…Ｘ方向微動つまみ、３６…Ｙ方向微動つまみ、４０…演算処理装置、４２…増幅器、４４…Ａ／Ｄ変換器、４６…演算処理部、４８…メモリ、５０…ディスプレイ、５２…エンコーダ、５４…検知部、５６…第１センサ、５８…第２センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】