JP2012068202A - 真直度測定装置並びに真直度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に真直度を測定することが可能な真直度測定装置並びにこの真直度測定装置を用いた真直度測定方法を提案することを目的とする。
【解決手段】被測定物１の被測定面Ｍｓと補助基準部２の補助基準面Ｒｅとを対向状態且つ相対移動自在に設け、これらによって形成した走査区間Ｓに空気マイクロメータの測定ヘッド部３を走査方向に走査移動させて、各測定箇所における第一センサ部４から被測定面Ｍｓまでの距離と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成し、被測定物１に対して補助基準部２が相対移動する前後の走査測定値の差分から被測定面Ｍｓの真直度を測定算出するように構成した真直度測定装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気マイクロメータを用いた真直度測定装置並びにこの真直度測定装置を用いた真直度測定方法に関するものである。

大型加工物の加工精度向上に対する要求の高まりと共に、工作機械の移動真直度や加工面の真直形状の測定精度に対しても、その向上が求められている。

一般的には、機械の移動真直度測定には直定規を基準として用いており、また、加工物の形状測定には機械の高精度の移動真直性を基準に用いているが、これらの基準の精度が不足するような場合には、反転法や多点法を用いることもある。

また、移動真直度のローリング測定には水準器を用い、ピッチングやヨーイング測定にはオートコリメータを用いることが一般的となっている。

また、水平面内での長尺加工物の真直形状誤差の高精度測定にも、上述した水準器やオートコリメータを用いている。

しかしながら、水準器は応答速度が低いことやヨーイング測定には使用できないという欠点があり、また、オートコリメータを工作機械上で用いる際は、ノイズ低減のために応答速度を落とさざるを得ないという幾つかの欠点がある。

更に、水準器やオートコリメータによる逐次２点法では、２点の間隔を変更することが容易でなく、特に狭い接点間隔を必要とする内挿が困難であるという問題もある。

また、反転法では、水平面内にある測定面が重力による撓みの影響で正しく測定できず、長尺の被測定物では、鉛直面内を対象にしても反転前後の形状変化が問題となり、また、多点法においても、この多点法の代表例である３点法におけるゼロ点問題の解決策が最近種々提案されているが、測定中のドリフトの問題などまだ課題も残っており、特に、測定所要時間が長くなる長尺の被測定物ではこのことが大きな問題となってしまうため、実用化には至っていない。

そこで、本発明は、上記のような真直度測定における様々な問題点を改善し、高精度に真直度を測定することが可能な真直度測定装置並びにこの真直度測定装置を用いた真直度測定方法を提案することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

空気マイクロメータを用いた真直度測定装置であって、被測定物１の被測定面Ｍｓと補助基準部２の補助基準面Ｒｅとを対向状態に設け、この対向状態に設けた被測定面Ｍｓと補助基準面Ｒｅとの間の所定範囲を走査区間Ｓとし、この走査区間Ｓに前記空気マイクロメータの測定ヘッド部３を移動自在に設け、この測定ヘッド部３は、前記被測定面Ｍｓと対向する位置に第一センサ部４を設け前記補助基準面Ｒｅと対向する位置に第二センサ部５を設けた構成とし、この第一センサ部４と第二センサ部５とを設けた前記測定ヘッド部３を所定方向に走査移動させて、前記走査区間Ｓの多数の測定箇所における前記第一センサ部４から前記被測定面Ｍｓまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成し、前記被測定物１と前記補助基準部２とを相対移動自在に設けて、前記被測定物１または前記補助基準部２に対して前記補助基準部２または前記被測定物１が相対移動する前の走査区間Ｓと所定距離だけ相対移動した後の走査区間Ｓとにおける夫々の前記走査測定値の差分値から前記被測定面Ｍｓの真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする真直度測定装置に係るものである。

また、前記被測定物１若しくは前記補助基準部２に傾斜測定部６を設け、前記被測定物１または前記補助基準部２の前記補助基準部２または前記被測定物１に対する相対移動前後の傾斜度を測定し、この測定した傾斜度に基づいて補正を行い前記被測定面Ｍｓの真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の真直度測定装置に係るものである。

また、前記被測定面Ｍｓと前記補助基準面Ｒｅとの間に、前記測定ヘッド部３を直線的に移動させる走査ガイド部７を設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の真直度測定装置に係るものである。

また、前記測定ヘッド部３の走査方向長さをＸ，走査方向と水平方向に直交する幅方向長さをＹ，厚みをＴとし、前記測定ヘッド部３と前記被測定面ＭｓとのクリアランスをＣ_１，前記測定ヘッド部３と前記補助基準面ＲｅとのクリアランスをＣ_２とし、前記測定ヘッド部３が走査方向に対して前後に最大に傾いた状態時の最大ピッチング角度をθｘ，前記測定ヘッド部３が走査方向に対して左右に最大に傾いた状態時の最大ローリング角度をθｙとして、（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθx−１）＜必要測定精度又は分解能、及び（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθy−１）＜必要測定精度又は分解能となるように、前記Ｘ，Ｙ，Ｔ，Ｃ_１，Ｃ_２を設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真直度測定装置に係るものである。

また、前記補助基準部２は、対向する基体支持部２ｂに、下面を前記補助基準面Ｒｅとした基体部２ａを架設した構成とし、この基体支持部２ｂを前記被測定面Ｍｓ上若しくは前記被測定物１を載置する載置台上に移動自在に載置した構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真直度測定装置に係るものである。

また、前記測定ヘッド部３に固定具12を設け、この測定ヘッド部３の走査移動を阻止し該測定ヘッド部３を前記走査区間Ｓ内の所定の位置に固定した構成とし、前記補助基準部２に接続アダプター部13を設け、この接続アダプター部13を工作機械の主軸ツールホルダー14に着脱自在に設けた構成とし、前記工作機械の主軸ツールホルダー14に前記接続アダプター部13を接続して前記補助基準部２を該主軸ツールホルダー14に設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設け、このマシニングテーブル15を移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部３の前記第一センサ部４から前記マシニングテーブル15の表面までの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出することで前記マシニングテーブル15の移動真直度を測定できるように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置に係るものである。

また、請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記被測定物１の被測定面Ｍｓと前記補助基準部２の補助基準面Ｒｅとを対向状態に設け、この対向状態に設けた前記被測定面Ｍｓと前記補助基準面Ｒｅとの間の所定範囲を前記走査区間Ｓとし、この走査区間Ｓに前記空気マイクロメータの測定ヘッド部３を移動自在に設け、この測定ヘッド部３は、前記被測定面Ｍｓと対向する位置に前記第一センサ部４を設け前記補助基準面Ｒｅと対向する位置に前記第二センサ部５を設けて、この測定ヘッド部３を所定方向に走査移動させて、前記走査区間Ｓの多数の測定箇所における前記第一センサ部４から前記被測定面Ｍｓまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる前記走査測定値を測定算出し、前記被測定物１と前記補助基準部２とを相対移動自在に設けて、前記被測定物１または前記補助基準部２に対する前記補助基準部２または前記被測定物１の相対移動前後の夫々の前記走査区間Ｓにおける前記走査測定値の差分値から前記被測定面Ｍｓの真直度を測定算出することを特徴とする真直度測定方法に係るものである。

また、請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記被測定物１に対して前記補助基準部２が相対移動する前の該補助基準部２の位置を第一走査位置とし、第一走査位置に配置した前記補助基準部２の補助基準面Ｒｅと前記被測定面Ｍｓとの間の所定範囲を第一走査区間Ｓ_１とし、この第一走査区間Ｓ_１の走査方向に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部３を走査移動し、前記第一走査区間Ｓ_１の多数の測定箇所における前記第一センサ部４から前記被測定面Ｍｓまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離とを夫々測定し、この夫々の測定箇所における前記第一センサ部４から前記補助基準面Ｒｅまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値を第一走査測定値として得、前記被測定物１に対して前記補助基準部２を走査方向に所定距離だけ相対移動させ、前記被測定物１に対して前記補助基準部２が相対移動した後の該補助基準部２の位置を第二走査位置とし、この第二走査位置に配置した前記補助基準部１の補助基準面Ｒｅと前記被測定面Ｍｓとの間の所定範囲を第二走査区間Ｓ_２とし、この第二走査区間Ｓ_２の走査方向に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部３を走査移動し、前記第二走査区間Ｓ_２の多数の測定箇所における前記第一センサ部４から前記被測定面Ｍｓまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離とを夫々測定し、この夫々の測定箇所における前記第一センサ部４から前記被測定面Ｍｓまでの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値を第二走査測定値として得、前記第一走査測定値と前記第二走査測定値との差分値から前記被測定面Ｍｓの真直度を算出することを特徴とする真直度測定方法に係るものである。

また、前記被測定部１に対して前記補助基準部２が相対移動する前後の傾斜度を夫々測定し、この測定した傾斜度に基づいて相対傾きを求め、この相対傾きを用いて前記第一走査測定値と前記第二走査測定値との差分値を補正して、前記被測定面Ｍｓの真直度を算出することを特徴とする請求項８記載の真直度測定方法に係るものである。

また、請求項６記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記測定ヘッド部３に固定具12を設けて該測定ヘッド部３を前記走査区間Ｓ内の所定の位置に固定状態にして、前記補助基準部２に接続アダプター部13を設け、工作機械の主軸ツールホルダー14に前記接続アダプター部13を接続して前記補助基準部２を該主軸ツールホルダー14に設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設け、このマシニングテーブル15を移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部３の前記第一センサ部４から前記マシニングテーブル15の表面までの距離と前記第二センサ部５から前記補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出して前記マシニングテーブル15の移動真直度を測定算出することを特徴とする真直度測定方法に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、被測定面に対して補助基準面が所定距離移動した前後（若しくは補助基準面に対して被測定面が所定距離移動した前後）の夫々の走査区間における走査測定値の差分値を求めるだけの極めて容易な操作で真直度を求めることができ、しかも、従来からの逐次２点法に比して一層安定した差分値を多数の測定箇所で得ることができ、高精度に真直度を測定することができる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。

更に、本発明は、測定手段として空気マイクロメータを採用したので、測定因子が空気となるため、被測定面に付着している油や塵埃の影響を受け難く、被測定面の性状（例えば、色・模様・光沢の有無など）を選ばずに測定することが可能であり、しかも、被接触なので、被測定面を傷つけることなく測定できる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。

また、この空気マイクロメータの測定ヘッド部は、走査速度が水準器やオートコリメータの応答速度に左右されないため、長尺ものの測定所要時間が大幅に短縮でき、更に、センサ配置のスペースがコンパクトになり、例えば、他の原理の変位センサでは、独立した変位センサを二本利用するため、センサの配置スペースのため装置が大きくなり、両センサ出力の和を演算するために計算機に取り込む前の演算装置を追加するか、計算機に二つのセンサ出力を極めて高レベルの同時性で取り込むための入力装置が必要になるが、本発明では、前述したセンサと計算機のインターフェースが簡略化された構成となるため、極めて簡易な構成となる。

しかも、測定ヘッド部が上下に移動しても第一センサ部及び第二センサ部から吐出する圧縮空気の流量の合算値は変化しないので、この測定ヘッド部の上下の移動を制御する必要もなく、従って、測定ヘッド部に設けた第一センサ部及び第二センサ部を、例えば被測定軸上に容易に且つ正確に配置することができる為、測定時にピッチング，ヨーイング及びローリングの影響を受け難く、極めて高精度に第一センサ部及び第二センサ部から吐出する圧縮空気の流量の合算値を検出することができるので、被測定面の真直度を高精度に測定することができる画期的な真直度測定装置となる。

また、本発明のように、被測定物または補助基準部に対して補助基準部または被測定物を相対移動させて差分を求めて真直度を測定する方法においては、被測定物若しくは補助基準部の移動前後の姿勢変化が測定形状の放物線誤差になるが、傾斜測定部で測定した傾斜度に基づいて測定結果を補正するので、放物線誤差が生じず、高精度に真直度を測定することができる。

また、被測定物または補助基準部の移動前後の二回だけ傾斜測定部の測定した傾斜度を読み取るように構成することで、十分に時間を掛けて傾斜測定部の性能の限界までの分解能での測定を可能にするので、より一層放物線誤差を排除した高精度な真直度を測定することができる画期的な真直度測定装置となる。

また、請求項６記載の発明においては、極めて簡易な構成で容易に工作機械のマシニングテーブルの移動真直度を測定することができる実用性に優れた真直度測定装置となる。

実施例１の測定ヘッド部を示す説明断面図である。 実施例１における空気マイクロメータの説明図である。 実施例１の数学的原理構成を示す説明図である。 実施例１を示す説明斜視図である。 実施例１を示す説明断面図である。 実施例１における測定ヘッド部と被測定面及び補助基準面との各クリアランスを決定する際の考え方を説明する図である。 実施例１の測定ヘッド部を自動走査するように構成した状態を示す説明斜視図である。 実施例１にリニアスケール部を設けた状態を示す説明斜視図である。 実施例１の補助基準部の相対移動を示す説明図である。 実施例２を示す説明斜視図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、測定手段として空気マイクロメータを用いたので、例えば、第一センサ部４及び第二センサ部５を圧縮空気が吐出するノズル状に形成することで、図１，図２に示すように、第一センサ部４及び第二センサ部５から圧縮空気が吐出し、この圧縮空気の流量の変化を測定することで各センサ部４，５から各測定面Ｍｓ，Ｒｅの形状を測定することができ、この測定結果をもとに被測定面Ｍｓの真直度を高精度に測定することができる実用性に優れた画期的な真直度測定装置となる。

具体的には、第一センサ部４及び第二センサ部５から吐出する圧縮空気の流量Ｑ_１（第一センサ部４から吐出する圧縮空気の流量），Ｑ_２（第二センサ部５から吐出する圧縮空気の流量）は、ノズル状センサ部の周径πｄ（ｄはノズル状センサ部の直径）と、この第一センサ部４の先端部から被測定面Ｍｓまでの距離ｈ_１（第二センサ部５の先端部から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２も同様）によって作られる円筒側面の面積πｄｈ_１（πｄｈ_２）とリニアな関係になっている。

また、前述した円筒側面の面積πｄｈ_１（πｄｈ_２）のπｄは固定値なので、従って、第一センサ部４，第二センサ部５から吐出される夫々の圧縮空気の流量Ｑ_１，Ｑ_２は、夫々の第一センサ部４及び第二センサ部５が対向する面、即ち、被測定面Ｍｓ及び補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_１及びｈ_２とリニアな関係となることが言え、圧縮空気の吐出流量は、Ｑ_１＝ｋπｄ_１ｈ_１（ｋ：定数、ｄ_１：ノズル状に形成した第一センサ部４の直径）及びＱ_２＝ｋπｄ_２ｈ_２（ｋ：定数、ｄ_２：ノズル状に形成した第二センサ部５の直径）と表すことができる。

ここで、例えば、ｄ_１＝ｄ_２＝ｄとなるように第一センサ部４及び第二センサ部５の各ノズル径を調整することで、第一センサ部４と第二センサ部５とから吐出される圧縮空気の合算値Ｑ_１＋Ｑ_２は、Ｑ_１＋Ｑ_２＝ｋπｄ（ｈ_１＋ｈ_２）と表すことができる。

即ち、第一センサ部４の先端部から被測定面Ｍｓまでの距離ｈ_１と、第二センサ部５の先端部から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２との合算値ｈ_１＋ｈ_２は、Ｑ_１＋Ｑ_２から求めることができ、従って、第一センサ部４と第二センサ部５とによって検出されるｈ_１とｈ_２との合算値の算出は、測定ヘッド部３内に、例えば、ドリル加工などにより一本の共通配管部８を設けることにより容易に実現できるため、特別な演算を必要としない実用性に優れた真直度測定装置となる。

また、本発明の数学的原理構成を、図３を用いて説明する。

図３においては、走査方向がｘ方向で、真直形状の高さ方向の凹凸がｚ方向に取られている。補助基準部２の補助基準面Ｒｅの真直形状がｆ（ｘ）、被測定物１の被測定面Ｍｓの真直形状がｇ（ｘ）で表されるとする。

図３（ａ）は、補助基準面Ｒｅと被測定面Ｍｓとの形状の原点を合致させて対向させた状態にある。このとき、測定ヘッド部３に設けた第一センサ部４，第二センサ部５で同時に形状を走査測定すると、測定ヘッド部３の走査運動誤差Ｅｚが、第一センサ部４に対して正方向に作用し、第二センサ部５に対しては負方向に作用する、或いは、逆に、第一センサ部４に対して負方向に作用し、第二センサ部５に対しては正方向に作用するといった正負逆に作用するので、第一センサ部４と第二センサ部５との出力の和（合算値）は、式（１）のように示すことができ、結果的に走査運動誤差Ｅｚは相殺されて式（１）には含まれない形となる。尚、形状に関係の無い一定のオフセット量は省略している。

図３に示したｘ軸で、例えば、ｘ＝ｘ_０に始まり、間隔Ｄで配置したｘ_１、ｘ_２、・・・、ｘ_Ｎの点で第一センサ部４及び第二センサ部５の出力をサンプリングするものとする。

次に、図３（ｂ）のように、例えば、被測定物１に対して補助基準部２をｘ方向に距離Ｄだけ移動する。言い換えると、被測定面Ｍｓに対して補助基準面Ｒｅをｘ方向に距離Ｄだけ移動して再度走査測定を行うと、差動出力は式（２）にように与えられる。

ここで、Ｚ_Ｄは、補助基準面Ｒｅ（補助基準部２）を、例えば、距離Ｄだけ移動した際に生じるｚ方向のオフセットである。尚、移動の際にｚ方向へのオフセットだけでなく、ｘ方向への傾斜も生じるが、この傾斜の影響は、例えば、被測定物１若しくは補助基準部２に傾斜測定部６を設けて傾斜度を検出し、この検出した傾斜に基づいて補正することができるので、式（２）においては省略している。

ここで、式（１）、式（２）の差を取ると、式（３）のようになり、目的である被測定物１の被測定面Ｍｓの差分値が得られる。

この差分値は、走査測定の際の走査運動誤差Ｅｚも、補助基準面Ｒｅの形状誤差も理論上完全に除去されていることがわかる。

上記式（３）に、ｇ（ｘ_０）＝０を初期値として与えると、ｇ（ｘ_１）、ｇ（ｘ_２）、ｇ（ｘ_３）、・・・・、ｇ（ｘ_Ｎ）、ｇ（ｘ_Ｎ＋１）が逐次求められることとなる。

但し、Ｚ_Ｄの影響で全体にｘＺ_Ｄ／Ｄの傾斜が加わっているので、この傾斜を取り除く必要があり、これは真直形状の表現で両端を揃えること、即ち、上記の場合、ｇ（ｘ_０）＝ｇ（ｘ_Ｎ＋１）とすることで、この傾斜を取り除くことができることとなる。

本発明の具体的な実施例１について図１〜図９に基づいて説明する。

本実施例は、空気マイクロメータを用いた真直度測定装置であって、被測定物１の被測定面Ｍｓと補助基準部２の補助基準面Ｒｅとを対向状態に設け、この対向状態に設けた被測定面Ｍｓと補助基準面Ｒｅとの間の所定範囲を走査区間Ｓとし、この走査区間Ｓに空気マイクロメータの測定ヘッド部３を移動自在に設け、この測定ヘッド部３は、被測定面Ｍｓと対向する位置に第一センサ部４を設け補助基準面Ｒｅと対向する位置に第二センサ部５を設けて、この測定ヘッド部３を所定方向に走査移動させて、走査区間Ｓの多数の測定箇所における第一センサ部４から被測定面Ｍｓまでの距離と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成し、被測定物１と補助基準部２とを相対移動自在に設けて、被測定物１または補助基準部２に対する補助基準部２または被測定物１の相対移動前後の夫々の走査区間Ｓにおける走査測定値の差分値から被測定面Ｍｓの真直度を測定算出するように構成した真直度測定装置である。

具体的には、補助基準部２は、対向する基体支持部２ｂに、下面を前記補助基準面Ｒｅとした基体部２ａを架設した構成とし、基体支持部２ｂを被測定面Ｍｓ上、若しくは被測定物１を載置する載置台上に移動自在に載置したいずれかの構成とし、本実施例では、被測定面Ｍｓ上に移動自在に載置した構成の場合を示している。

更に詳細に説明すると、基体部２ａは、図４に示すように、方形状のブロック体からなり、このブロック体の長手方向両端部に基体支持部２ｂを対向状態に設けて、この対向する基体支持部２ｂに基体部２ａを架設状態に設けた構成としている。

また、この基体支持部２ｂは、底部に脚部２ｃを着脱自在に設けた構成としている。

また、この対向する基体支持部２ｂ間に、後述する測定ヘッド部３の走査移動時のスライド移動をガイドする走査ガイド部７を架設した構成としている。

この走査ガイド部７は、測定ヘッド部３を被測定面Ｍｓに接触した状態で走査移動して測定する場合は、装置を持ち上げた際に測定ヘッド部３が装置から脱落することを防止すると共に、走査移動時のＹ方向、即ち、走査方向に対して直交する方向、言い換えると左右方向へのズレを防止する効果があり、また、測定ヘッド部３を被測定面Ｍｓに非接触状態で走査移動して測定する場合は、上記効果に加えて、測定ヘッド部３とこの測定ヘッド部３の上下方向に設けられている被測定面Ｍｓ及び補助基準面Ｒｅとの夫々の適正なクリアランスＣ_１，Ｃ_２を保持する効果がある。

また更に、この補助基準部２は、傾斜測定部６を設け、この補助基準部２の被測定物１に対する相対移動前後の傾斜度を測定し、この測定した傾斜度に基づいて補正を行い被測定面Ｍｓの真直度を測定算出するように構成している。

具体的には、本実施例においては、この傾斜測定部６に水準器を採用しており、これを補助基準部２の基体部２ａ上面、即ち補助基準面Ｒｅの裏面に付設した構成としている。

尚、傾斜測定部６としては上述の水準器以外にオートコリメータを採用しても良く、このオートコリメータを採用する場合は、前述した水準器を設けた位置、即ち、補助基準面Ｒｅの裏面にオートコリメータの反射鏡を設け、オートコリメータ本体は被測定面Ｍｓの任意の空きスペース若しくは別の安定した構造物の上に設けた構成とする。

また、本実施例は、センサ部４，５に空気マイクロメータを用いた構成であり、この空気マイクロメータの測定ヘッド部３は、図５に示すように、共通配管部の先端を分岐し、一方を第一センサ部４とし、他方を第二センサ部５とし、この第一センサ部４と第二センサ部５とを鉛直方向に同一線上に設け、夫々のセンサ部４，５から圧縮空気が流出するように構成している。

具体的には、測定ヘッド部３の下方側、即ち、被測定面Ｍｓ側に、先端部を被測定面Ｍｓ側に向けて第一センサ部４を設け、測定ヘッド部３の上方側、即ち、補助基準面Ｒｅ側に、先端部を補助基準面Ｒｅに向けて第二センサ部５を設けた構成とし、更に、この第一センサ部４及び第二センサ部５の測定方向を一直線上に配置し、いわゆるアッベの原理に基づいた配置とすることで、被測定面Ｍｓと補助基準面Ｒｅとの形状比較（両者の和の測定）が高精度に実現でき、結果として被測定面Ｍｓの真直度を高精度に測定できる構成としている。

また、本実施例に用いている空気マイクロメータは、差圧式の空気マイクロメータを採用しており、この差圧式の空気マイクロメータは、出力を電気信号に容易に変換できること、供給される圧縮空気の圧力を一定に保つためのレギュレータの性能に精度が左右され難いこと、ノズルと測定面とのクリアランスを流量式の空気マイクロメータに比して大きく取れる点で優れている。

また、図６に示すように、この測定ヘッド部３は、測定ヘッド部３の走査方向長さをＸ，走査方向と水平方向に直交する幅方向長さをＹ，厚みをＴとし、この測定ヘッド部３と被測定面ＭｓとのクリアランスをＣ_１，測定ヘッド部３と補助基準面ＲｅとのクリアランスをＣ_２とし、測定ヘッド部３が走査方向に対して前後に最大に傾いた状態時の最大ピッチング角度をθｘ，測定ヘッド部３が走査方向に対して左右に最大に傾いた状態時の最大ローリング角度をθｙとして、（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθx−１）＜必要測定精度若しくは分解能、及び（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθy−１）＜必要測定精度若しくは分解能となるように、Ｘ，Ｙ，Ｔ，Ｃ_１，Ｃ_２を設定し、本実施例においては、この必要測定精度若しくは分解能の数値を０．０５μｍに設定している。

また、測定ヘッド部３の側面には、取手部９を設けており、測定ヘッド部３を走査移動する際には、この取手部９を摘まんで測定ヘッド部３を走査方向に移動させる構成としている。尚、この測定ヘッド部３の走査移動においては、図７に示すように、補助基準部２に駆動部10を設け、この駆動部10を送りねじ状に構成した走査ガイド部７に連設し、測定ヘッド部３にこの走査ガイド部７と螺合する雌ネジ部を形成し、この測定ヘッド部３と走査ガイド部７とを螺合させた状態で、この走査ガイド部７を駆動部10によって回転させて、この走査ガイド部７が回転することによって測定ヘッド部３が自動で走査方向に送り移動される構成としても良い。

また、図８に示すように、基体部２ａの側面にリニアスケール部11を設けて、測定ヘッド部３の走査位置を確知できる構成としても良い。

このリニアスケール部11を設けた構成とすることで、走査区間Ｓにおける複数の測定箇所の位置を明確にでき、補助基準部２の相対移動前後の測定箇所を再現性良く測定することができ、より一層高精度に真直度を測定することができる画期的な真直度測定装置となる。

このように構成した本実施例を用いて、被測定物１の被測定面Ｍｓの真直度を測定する方法の一測定例を以下に説明する。

先ず、図４に示すように、被測定物１に対して補助基準部２が相対移動する前の補助基準部２の位置を第一走査位置とし、第一走査位置に配置した補助基準部２の補助基準面Ｒｅと被測定面Ｍｓとの間の所定範囲を第一走査区間Ｓ_１とし、この第一走査区間Ｓ_１の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部３を走査移動し、第一走査区間Ｓ_１の多数の測定箇所、本測定例では間隔Ｄで等間隔に配置した測定箇所における第一センサ部４から被測定面Ｍｓまでの距離ｈ_１と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２を各測定箇所毎に測定し、この第一走査区間Ｓ_１の多数の測定箇所における第一センサ部４から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_１と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２との合算値である第一走査測定値を得る。

次に、図９に示すように、被測定物１に対して補助基準部２を走査方向に所定の距離、本測定例では距離Ｄだけ相対移動させ、被測定物１に対して補助基準部２が相対移動した後の補助基準部２の位置を第二走査位置とし、この第二走査位置に配置した補助基準部２の補助基準面Ｒｅと被測定面Ｍｓとの間の所定範囲を第二走査区間Ｓ_２とし、この第二走査区間Ｓ_２の走査方向に空気マイクロメータの測定ヘッド部３を走査移動し、第二走査区間Ｓ_２の多数の測定箇所、本測定例では間隔Ｄで等間隔に配置した測定箇所における第一センサ部４から被測定面Ｍｓまでの距離ｈ_１と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２を各測定箇所毎に測定し、この第二走査区間Ｓ_２の多数の測定箇所における第一センサ部４から被測定面Ｍｓまでの距離ｈ_１と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離ｈ_２との合算値である第二走査測定値を得る。

このようにして得た第一走査測定値と第二走査測定値との差分値を算出することで被測定面Ｍｓにおける第一走査区間Ｓ_１の始点から第二走査区間Ｓ_２の終点までの真直度が求められる。

本実施例を用いた真直度測定は、上述した測定方法を繰返し行い、被測定物１の被測定面Ｍｓの真直度を測定する真直度測定方法である。

また、この繰返し測定を行う際に、上述のように第一走査区間Ｓ_１の始点から第二走査区間Ｓ_２の終点までの真直度を求め、次の走査区間Ｓの始点を最初に測定した第二走査区間Ｓ_２の終点と一致する位置まで補助基準部２を移動させる方法と、被測定物１に対する補助基準部２の相対移動量を常に距離Ｄずつ移動させながら繰返し測定する方法とがあり、前者は先に求めた補助基準面Ｒｅの形状を基準にして測定することになるので、効率よく測定することができ、測定時間の短縮を図ることができ、後者は補助基準面Ｒｅの形状を繰返し確認しながら測定を繰り返すこととなるので、精度が向上する方法となる。

また、上述した本実施例を用いた真直度測定方法において、例えば被測定面Ｍｓの真直度測定長をＬとした場合、この真直度測定長Ｌに渡る真直度測定結果の不確かさには、補助基準部２が被測定物１に対して距離Ｄだけ相対移動した際の姿勢の評価誤差をΔμ（少なくとも傾斜測定部６の分解能の不確かさ）として、Δμ×Ｌ^２／２Ｄで表される放物線誤差を含んでいる。

従って、真直度測定長Ｌが走査区間Ｓの走査距離の２倍よりも短い長さ、即ち、Ｌ＜２Ｓであれば、補助基準部２の移動量は、Ｌ／２という大きい移動量Ｄと、Ｓ／１０若しくはそれ以下の小さい移動量ｄの２回の移動をして合計３回の走査測定を行うこととなる。この際、移動量Ｄで求めて決めたＬ／２の点の高さと、移動量ｄで端から折れ線でつないで求めたＬ／２での高さは一般的には一致しない。

そこで、移動量ｄで求めた折れ線全体をＬ＝０とし、移動量Ｄで求めたＬ／２の点に一致させるように傾斜補正を行う。

この傾斜補正は、補助基準部２に設けた傾斜測定部６で、この補助基準部２の移動前後の傾斜度を夫々測定し、この測定した各傾斜度に基づいて各走査区間Ｓ_１，Ｓ_２で得た第一走査測定値及び第二走査測定値を補正するものである。

この傾斜補正を行うことによって、０（本測定例においては第一走査区間Ｓ_１の始点）〜Ｌ／２の範囲の内挿点を決定することができる。

本発明の具体的な実施例２について図１０に基づいて説明する。

本実施例は、実施例１に示す真直度測定装置を工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定する際に用いる真直度測定装置である。

具体的には、測定ヘッド部３に固定具12を設け、この測定ヘッド部３の走査移動を阻止し測定ヘッド部３を前記走査区間Ｓ内の所定の位置に固定した構成とし、補助基準部２に接続アダプター部13を設け、この接続アダプター部13を工作機械の主軸ツールホルダー14に着脱自在に設けた構成とし、この工作機械の主軸ツールホルダー14に接続アダプター部13を接続して補助基準部２をこの工作機械の主軸ツールホルダー14に設けると共に、この工作機械のマシニングテーブル15の表面と対向状態に設けた構成とし、この工作機械のマシニングテーブル15を移動させて、固定状態の測定ヘッド部３の第一センサ部４からマシニングテーブルの表面までの距離と第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出することで、この工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定できるように構成した真直度測定装置である。

即ち、一般的に工作機械のマシニングテーブル15は、表面の真直度が評価されているので表面は真直であると言えるので、このマシニングテーブル15を移動させながら表面の真直度を測定した際には、測定結果は一定の値を示すことになり、もし、この測定結果が一定でない値を示したならば、これはマシニングテーブル15が真直で無いのではなく、マシニングテーブル15の移動真直度が真直で無いということになり、本実施例は、このような真直な表面若しくは真直な表面を有する基準部を載置した移動物体の移動真直度を測定するための真直度測定装置である。

具体的には、本実施例では、工作機械のマシニングテーブル15、即ち、被測定物側１が移動するので、測定ヘッド部３は走査移動する必要がなく、よって、測定ヘッド部３を固定する固定具12を設けて、この測定ヘッド部３を固定状態にした構成としている。

尚、本実施例を工作機械の主軸ツールホルダー14に取り付ける際、基体支持部２ｂに設けた脚部２ｃがマシニングテーブル15と干渉する可能性がある場合は、これを取り外して装着するものとする。

また、測定ヘッド部３を固定し移動不能状態にしたことにより、この測定ヘッド部３に設けた第二センサ部５は、補助基準面Ｒｅの常に同じ位置を測定することとなるので、この第二センサ部５から補助基準面Ｒｅまでの距離は一定となる。

従って、測定ヘッド部３が出力する走査測定値の変化は、第一センサ部４からマシニングテーブル15の表面までの距離の変化となり、また、このマシニングテーブル15の表面は真直であることが既知なので、測定ヘッド部３が出力する走査測定値の変化は、工作機械のマシニングテーブル15の移動時の上下方向の変動を示すものであり、即ち、本実施例によって、工作機械のマシニングテーブル15の移動真直度を測定することができることとなる。

尚、本発明は、本実施例１，２に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ 被測定物
２ 補助基準部
２ａ 基体部
２ｂ 基体支持部
３ 測定ヘッド部
４ 第一センサ部
５ 第二センサ部
６ 傾斜測定部
７ 走査ガイド部
12 固定具
13 接続アダプター部
14 主軸ツールホルダー
15 マシニングテーブル
Ｍｓ 被測定面
Ｒｅ 補助基準面
Ｓ 走査区間
Ｓ_１ 第一走査区間
Ｓ_２ 第二走査区間

Claims (10)

1. 空気マイクロメータを用いた真直度測定装置であって、被測定物の被測定面と補助基準部の補助基準面とを対向状態に設け、この対向状態に設けた被測定面と補助基準面との間の所定範囲を走査区間とし、この走査区間に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部を移動自在に設け、この測定ヘッド部は、前記被測定面と対向する位置に第一センサ部を設け前記補助基準面と対向する位置に第二センサ部を設けた構成とし、この第一センサ部と第二センサ部とを設けた前記測定ヘッド部を所定方向に走査移動させて、前記走査区間の多数の測定箇所における前記第一センサ部から前記被測定面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出するように構成し、前記被測定物と前記補助基準部とを相対移動自在に設けて、前記被測定物または前記補助基準部に対して前記補助基準部または前記被測定物が相対移動する前の走査区間と所定距離だけ相対移動した後の走査区間とにおける夫々の前記走査測定値の差分値から前記被測定面の真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする真直度測定装置。
2. 前記被測定物若しくは前記補助基準部に傾斜測定部を設け、前記被測定物または前記補助基準部の前記補助基準部または前記被測定物に対する相対移動前後の傾斜度を測定し、この測定した傾斜度に基づいて補正を行い前記被測定面の真直度を測定算出するように構成したことを特徴とする請求項１記載の真直度測定装置。
3. 前記被測定面と前記補助基準面との間に、前記測定ヘッド部を直線的に移動させる走査ガイド部を設けたことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の真直度測定装置。
4. 前記測定ヘッド部の走査方向長さをＸ，走査方向と水平方向に直交する幅方向長さをＹ，厚みをＴとし、前記測定ヘッド部と前記被測定面とのクリアランスをＣ_１，前記測定ヘッド部と前記補助基準面とのクリアランスをＣ_２とし、前記測定ヘッド部が走査方向に対して前後に最大に傾いた状態時の最大ピッチング角度をθｘ，前記測定ヘッド部が走査方向に対して左右に最大に傾いた状態時の最大ローリング角度をθｙとして、（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθx−１）＜必要測定精度又は分解能、及び（Ｔ＋Ｃ_１＋Ｃ_２）×（１／COSθy−１）＜必要測定精度又は分解能となるように、前記Ｘ，Ｙ，Ｔ，Ｃ_１，Ｃ_２を設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真直度測定装置。
5. 前記補助基準部は、対向する基体支持部に、下面を前記補助基準面とした基体部を架設した構成とし、この基体支持部を前記被測定面上若しくは前記被測定物を載置する載置台上に移動自在に載置した構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真直度測定装置。
6. 前記測定ヘッド部に固定具を設け、この測定ヘッド部の走査移動を阻止し該測定ヘッド部を前記走査区間内の所定の位置に固定した構成とし、前記補助基準部に接続アダプター部を設け、この接続アダプター部を工作機械の主軸ツールホルダーに着脱自在に設けた構成とし、前記工作機械の主軸ツールホルダーに前記接続アダプター部を接続して前記補助基準部を該主軸ツールホルダーに設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブルの表面と対向状態に設け、このマシニングテーブルを移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部の前記第一センサ部から前記マシニングテーブルの表面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出することで前記マシニングテーブルの移動真直度を測定できるように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記被測定物の被測定面と前記補助基準部の補助基準面とを対向状態に設け、この対向状態に設けた前記被測定面と前記補助基準面との間の所定範囲を前記走査区間とし、この走査区間に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部を移動自在に設け、この測定ヘッド部は、前記被測定面と対向する位置に前記第一センサ部を設け前記補助基準面と対向する位置に前記第二センサ部を設けて、この測定ヘッド部を所定方向に走査移動させて、前記走査区間の多数の測定箇所における前記第一センサ部から前記被測定面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値からなる前記走査測定値を測定算出し、前記被測定物と前記補助基準部とを相対移動自在に設けて、前記被測定物または前記補助基準部に対する前記補助基準部または前記被測定物の相対移動前後の夫々の前記走査区間における前記走査測定値の差分値から前記被測定面の真直度を測定算出することを特徴とする真直度測定方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記被測定物に対して前記補助基準部が相対移動する前の該補助基準部の位置を第一走査位置とし、第一走査位置に配置した前記補助基準部の補助基準面と前記被測定面との間の所定範囲を第一走査区間とし、この第一走査区間の走査方向に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部を走査移動し、前記第一走査区間の多数の測定箇所における前記第一センサ部から前記被測定面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離とを夫々測定し、この夫々の測定箇所における前記第一センサ部から前記補助基準面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値を第一走査測定値として得、前記被測定物に対して前記補助基準部を走査方向に所定距離だけ相対移動させ、前記被測定物に対して前記補助基準部が相対移動した後の該補助基準部の位置を第二走査位置とし、この第二走査位置に配置した前記補助基準部の補助基準面と前記被測定面との間の所定範囲を第二走査区間とし、この第二走査区間の走査方向に前記空気マイクロメータの測定ヘッド部を走査移動し、前記第二走査区間の多数の測定箇所における前記第一センサ部から前記被測定面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離とを夫々測定し、この夫々の測定箇所における前記第一センサ部から前記被測定面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値を第二走査測定値として得、前記第一走査測定値と前記第二走査測定値との差分値から前記被測定面の真直度を算出することを特徴とする真直度測定方法。
9. 前記被測定部に対して前記補助基準部が相対移動する前後の傾斜度を夫々測定し、この測定した傾斜度に基づいて相対傾きを求め、この相対傾きを用いて前記第一走査測定値と前記第二走査測定値との差分値を補正して、前記被測定面Ｍｓの真直度を算出することを特徴とする請求項８記載の真直度測定方法。
10. 請求項６記載の真直度測定装置を用いた真直度測定方法であって、前記測定ヘッド部に固定具を設けて該測定ヘッド部を前記走査区間内の所定の位置に固定状態にして、前記補助基準部に接続アダプター部を設け、工作機械の主軸ツールホルダーに前記接続アダプター部を接続して前記補助基準部を該主軸ツールホルダー1設けると共に、前記工作機械のマシニングテーブルの表面と対向状態に設け、このマシニングテーブルを移動させて、前記固定状態の測定ヘッド部の前記第一センサ部から前記マシニングテーブルの表面までの距離と前記第二センサ部から前記補助基準面までの距離との合算値からなる走査測定値を測定算出して前記マシニングテーブルの移動真直度を測定算出することを特徴とする真直度測定方法。

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