| 【発明の名称】 |
輪郭形状測定データ補正方法及び輪郭形状測定機 |
| 【発明者】 |
【氏名】瀬高 雅文
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| 【要約】 |
【課題】触針の移動方向（Ｘ方向）及びそれに直角な方向（Ｚ方向）の変位量をリニアエンコーダで検出する輪郭形状測定機において、リニアエンコーダの狭範囲を容易に補正することができて、作業者による差が生じにくく、経年変化するおそれが極めて小さい方法及びそれを備えた輪郭形状測定機を提供する。
【解決手段】高平面度面を有する基準ゲージを測定し、リニアエンコーダの狭範囲に相当する分の測定データについて、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの測定データ個々の偏差を求め、その偏差を狭範囲補正値とする。測定データはＺ方向とＸ方向の２つのリニアエンコーダから出力されるので、まず、基準ゲージを、Ｘ方向の出力が無視できる程度の小さな角度傾けた状態で測定し、その測定データからＺ方向の補正値を算出する。次に、触針が基準ゲージを正確にトレースできる程度の範囲内で大きな角度傾けた状態で測定し、その測定データをＺ方向の補正値で補正した後、Ｘ方向の補正値を算出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】触針の移動方向の変位量を検出するＸリニアエンコーダ及びその移動方向に直角な方向の前記触針の変位量を検出するＺリニアエンコーダを有し、ワークの表面に前記触針を当接させながら前記触針をワークに対して相対的に移動させ、前記触針の移動方向及びそれに直角な方向の変位量を前記Ｘリニアエンコーダ及び前記Ｚリニアエンコーダで検出して、ワークの輪郭形状を測定する輪郭形状測定機において、高平面度面を有する基準ゲージのその高平面度面を、前記触針の移動方向に対して小さな角度傾けて測定し、得られた測定データのうち、前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、最小二乗直線を算出するとともに、その最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差を前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲補正値とし、前記基準ゲージの高平面度面を、前記触針が基準ゲージを正確にトレースできる程度の範囲内で大きな角度傾けて測定し、得られた測定データのうち、前記Ｘリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲補正値で補正した後、最小二乗直線を算出するとともに、その最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差を前記Ｘリニアエンコーダの狭範囲補正値とすることを特徴とする輪郭形状測定データ補正方法。
【請求項２】前記Ｚリニアエンコーダ及びＸリニアエンコーダが光電式で狭範囲出力が正弦波形であることを特徴とする請求項１に記載の輪郭形状測定データ補正方法。
【請求項３】前記小さな角度が２．５゜で、前記大きな角度が４５゜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の輪郭形状測定データ補正方法。
【請求項４】触針の移動方向の変位量を検出するＸリニアエンコーダ及びその移動方向に直角な方向の前記触針の変位量を検出するＺリニアエンコーダを有し、ワークの表面に前記触針を当接させながら前記触針をワークに対して相対的に移動させ、前記触針の移動方向及びそれに直角な方向の変位量を前記Ｘリニアエンコーダ及び前記Ｚリニアエンコーダで検出する測定部と、高平面度面を有する基準ゲージと、前記基準ゲージの高平面度面を、前記測定部で前記触針の移動方向に対して小さな角度傾けて測定し得られた測定データのうち、前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差を前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲補正値とするＺ補正値算出部と、前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲補正値を記憶するＺ補正値記憶部と、前記基準ゲージの高平面度面を、前記測定部で前記触針が前記基準ゲージを正確にトレースできる程度の範囲内で大きな角度傾けて測定し得られた測定データのうち、前記Ｘリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、前記Ｚリニアエンコーダの狭範囲補正値で補正した後、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差を前記Ｘリニアエンコーダの狭範囲補正値とするＸ補正値算出部と、前記Ｘリニアエンコーダの狭範囲補正値を記憶するＸ補正値記憶部と、を備えたことを特徴とする輪郭形状測定機。
【請求項５】前記Ｚリニアエンコーダ及びＸリニアエンコーダが光電式で狭範囲出力が正弦波形であることを特徴とする請求項４に記載の輪郭形状測定機。
【請求項６】前記小さな角度が２．５゜で、前記大きな角度が４５゜であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の輪郭形状測定機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの輪郭形状を求める輪郭形状測定機に係わり、特に、触針の移動方向及びそれに直角な方向の変位量をリニアエンコーダで検出する輪郭形状測定機の測定データの補正方法及びそれを備えた輪郭形状測定機に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】図７に一般的な輪郭形状測定機の測定部４０を示す。図７に示すように、測定部４０は、ベース４１に立設されたコラム４２に送り装置４３が設けられ、触針４９を有し触針４９のＺ方向（鉛直方向）の変位量を検出する検出器４４が、送り装置４３にＸ方向（水平方向）移動自在に設けられている。送り装置４３には検出器４４の移動量（Ｚ方向との名称を統一するために、本明細書ではＸ方向についても「変位量」という）を検出するリニアエンコーダが内蔵されている。これによって、ワークＷの測定位置に触針４９を当接した状態で検出器４４をＸ方向に移動させると、触針４９のＺ方向の変位量が検出器４４で検出され、検出器４４のＸ方向の変位量が送り装置４３のスケールで検出されて、測定データ（触針４９のＸ及びＺ方向の変位データ）が得られる。そして、測定データからワークＷの輪郭形状が演算され、その結果がＣＲＴやＸ−Ｙレコーダーに出力される。
【０００３】検出器４４の検出方式としては差動トランス等が用いられるものもあるが、差動トランス等は測定誤差が検出範囲に比例するので、輪郭形状測定のように測定範囲が比較的広い場合は、Ｘ方向の変位量の検出と同様にリニアエンコーダが用いられることが多くなってきている。
【０００４】ところで、リニアエンコーダとしては一般的に光電式が多く用いられる。光電式リニアエンコーダでは精密に目盛りが刻まれたスケールを基準とし、その目盛りを読取りヘッドで計数することによって変位量を検出するが、目盛りと目盛りとの間（狭範囲）の変位量についても微細に検出することができる。つまり、読取りヘッドにも精密に刻まれた目盛りが設けられており、狭範囲内で変位するとスケールの目盛りと読取りヘッドの目盛りとの相対位置が変化して、光量が正弦波的に変化するので、これを電気的に分割して微細な変位量を求める。例えば、狭範囲としては１０〜２０μｍ、これを５０〜１００に分割する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この場合、広範囲はスケールの目盛り間の距離の精度がそのまま測定精度として現れるのでスケールの製作精度に依存するが、狭範囲は読取りヘッドとの位置関係（スケールと読取りヘッドの目盛り同士の相対的な傾きやスケールと読取りヘッドとの隙間等）によって影響される。すなわち、スケールと読取りヘッドとの位置関係が正しく調整されないと、正しい正弦波形が得られないので検出された値に誤差が発生する。通常、狭範囲の調整方法としては、出力が互いに位相が９０゜ずれるように読取りヘッド内に設けられた２つの光電センサーの出力を、Ｘ−Ｙのグラフにプロットさせ、プロット図形（リサージュ波形）が真円になるように、スケールと読取りヘッドとの位置関係を調整する。図８で示したのは、真円Ｊに対してリサージュ波形Ｋが楕円になっている例であり、真円Ｊに対する差δが誤差を表している。
【０００６】しかしながら、このような調整を行うためには多くの時間がかかり、調整精度には作業者による個人差が生じやすい。また、スケールと読取りヘッドとの位置関係は機械的に調整しいてるので一度正しく調整されてたとしても、温度変化や振動などで経年変化するおそれは免れられない。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、触針４９の移動方向（Ｘ方向）及びそれに直角な方向（Ｚ方向）の変位量をリニアエンコーダで検出する輪郭形状測定機において、リニアエンコーダの狭範囲を容易に補正することができて、作業者による差が生じにくく、経年変化するおそれが極めて小さい方法及びそれを備えた輪郭形状測定機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成するために、高平面度面を有する基準ゲージを斜めにして測定し、得られた測定データのうちリニアエンコーダの狭範囲に相当する分の測定データについて、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差をリニアエンコーダの狭範囲補正値とするようにする。
【０００９】この場合、測定データはＺ方向とＸ方向の２つのリニアエンコーダから出力されるので、補正値の算出に当たってはＺ方向とＸ方向とを分離して行う。つまり、まず、Ｘ方向の出力が無視できる程度小さくなるように、基準ゲージの高平面度面を水平面に対して小さな角度傾けた状態で測定し、その測定データからＺ方向の補正値を算出する。次に、触針が基準ゲージを正確にトレースできる程度の範囲内で大きな角度傾けた状態で測定し、その測定データをＺ方向の補正値で補正した後、Ｘ方向の補正値を算出する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る輪郭形状測定機の実施の形態のブロック図を図３に示す。図３に示すように、測定部４０は従来の技術（図７）で説明したように、ワークＷの表面に触針４９を当接させながら触針４９をワークＷに対して相対的に移動させ、触針４９のＺ方向及びＸ方向の変位量をリニアエンコーダで検出するものである。
【００１１】Ｚ補正値算出部３１は、基準ゲージＧの高平面度面Ｇａを水平面に対して小さな角度傾けて測定し得られた測定データのうち、検出器４４に内蔵されたＺリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差をＺリニアエンコーダの狭範囲補正値δｚとする。Ｚ補正値記憶部３２は、狭範囲補正値δｚを記憶する。
【００１２】同様に、Ｘ補正値算出部３３は、基準ゲージＧを大きな角度傾けて高平面度面Ｇａを測定し得られた測定データのうち、送り装置４３に内蔵されたＸリニアエンコーダの狭範囲に相当する測定データについて、先に求めた狭範囲補正値δｚで補正した後、最小二乗直線を算出するとともにその最小二乗直線からの個々の測定データの偏差を求め、得られた偏差をＸリニアエンコーダの狭範囲補正値δｘとする。Ｘ補正値記憶部３４は、狭範囲補正値δｘを記憶する。
【００１３】以上が補正値の算出部分であり、前述した狭範囲補正値δｚ及びδｘが設定記憶された後にワークを測定すると、Ｚ測定データ補正部３５は、検出器４４から出力された触針４９のＺ方向の変位量を、Ｚ補正値記憶部３２から出力された狭範囲補正値δｚを用いて補正する。また、Ｘ測定データ補正部３６は、検出器４４のＸ方向の変位量を、Ｘ補正値記憶部３４から出力された狭範囲補正値δｘを用いて補正する。そして、輪郭形状算出部３７はＺ測定データ補正部３５及びＸ測定データ補正部３６で補正された測定データによってワークの輪郭形状を算出する。
【００１４】図１に示したフローチャートは、狭範囲補正値δｚ及び狭範囲補正値δｘを算出する手順である。また、図３は狭範囲補正値δｚ算出のための基準ゲージ測定説明図、図４は狭範囲補正値δｚの算出説明図、図５は狭範囲補正値δｘ算出のための基準ゲージ測定説明図、図６は狭範囲補正値δｘの算出説明図である。
【００１５】まず、平面度精度の高い面（高平面度面Ｇａ）を有する基準ゲージＧを、Ｘ方向の出力が無視できる程度の小さな角度（例えばθａ＝２．５゜）傾けて測定部４０にセットし（ステップ１１）高平面度面Ｇａを測定する（ステップ１２）。そして、得られた全測定データ（図３でＬａ）の中からＺリニアエンコーダの狭範囲Ｚａ（例えばＺａ＝１０μｍ）分の測定データが得られる補正区間Ｍａを設定し（ステップ１３）、補正区間Ｍａ内の測定データについて最小二乗直線Ｂａを算出し（ステップ１４）、その最小二乗直線ＢａからのＺ方向偏差を個々の測定データごとに求め、得られた偏差をＺリニアエンコーダの狭範囲補正値δｚとする（ステップ１５）。そして狭範囲補正値δｚを記憶する（ステップ１６）。なお、θａ＝２．５゜、Ｚａ＝１０μｍの場合、触針４９の必要なＸ方向変位量（補正区間Ｍａと同じ）は２５０μｍ程度になる。
【００１６】次に、基準ゲージＧを、触針４９が基準ゲージＧを正確にトレースできる程度の範囲内で大きな角度（例えばθｂ＝４５゜）傾けて測定部４０にセットし（ステップ１７）高平面度面Ｇａを測定する（ステップ１８）。そして、得られた全測定データ（図５でＬｂ）の中からＸリニアエンコーダの狭範囲Ｘａ（例えばＸａ＝１０μｍ）分の測定データが得られる補正区間Ｍｂを設定し（ステップ１９）、補正区間Ｍｂ内の測定データについて狭範囲補正値δｚで補正した後（ステップ２０）、最小二乗直線Ｂｂを算出し（ステップ２１）、その最小二乗直線ＢｂからのＸ方向偏差を個々の測定データごとに求め、得られた偏差をＸリニアエンコーダの狭範囲補正値δｘとする（ステップ２２）。そして、狭範囲補正値δｘを記憶する（ステップ２３）。
【００１７】なお、基準ゲージＧは専用に製作してもよいが、オプチカルフラットやブロックゲージ等を用いてもよい。いずれも、高精度の平面度面が必要な長さは数ｍｍ程度あればよい。
【００１８】また、リニアエンコーダの狭範囲検出方式としては、モアレ縞方式や光干渉方式等があるが、いずれの場合についても本発明は適用できる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、触針の移動方向及びそれに直角な方向の変位量をリニアエンコーダで検出する輪郭形状測定機において、高平面度面を有する基準ゲージを測定して得られた測定データから、リニアエンコーダの狭範囲補正値を算出し、ワーク測定時にはその補正値を用いて測定データを補正するようにした。したがって、スケールと読取りヘッドとの正確な位置関係を機械的に調整しなくてもよいので、リニアエンコーダの狭範囲を容易に補正することができ、調整精度に作業者による個人差が生じたり、一度正しく調整されてたものが経年変化するおそれもない輪郭形状測定機を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５１４９４
【氏名又は名称】株式会社東京精密
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）３月２８日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１０−２７４５２１ |
| 【公開日】 |
平成１０年（１９９８）１０月１３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−９２８２６ |
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