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JP2015052480A - Geometric quantity measuring apparatus and geometric quantity measuring method - Google Patents

Geometric quantity measuring apparatus and geometric quantity measuring method Download PDF

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JP2015052480A
JP2015052480A JP2013184475A JP2013184475A JP2015052480A JP 2015052480 A JP2015052480 A JP 2015052480A JP 2013184475 A JP2013184475 A JP 2013184475A JP 2013184475 A JP2013184475 A JP 2013184475A JP 2015052480 A JP2015052480 A JP 2015052480A
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Japan
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distance
group
geometric
sensor
error
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JP2013184475A
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Japanese (ja)
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明彦 稲田
Akihiko Inada
明彦 稲田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a geometric quantity measuring apparatus capable of measuring geometric quantity by using a relatively small reference gauge.SOLUTION: A geometric quantity measuring apparatus 50 for measuring straightness of a workpiece W comprises three distance sensors 9A, 9B and 9C of a first group, which are arranged on a predetermined straight line with a first distance L1 from each other, a sensor head 9 having three distance sensors 9a, 9b and 9c of a second group, which are arranged on the predetermined straight line with a second distance D1 from each other shorter than the first distance L1, and an actuator 8 for table movement which relatively moves the sensor head 9 to the workpiece W along the predetermined straight line.

Description

本発明は、被測定物の真直度、平面度等、基準となる幾何学的形状からの逸脱の大きさである幾何学量を測定する幾何学量測定装置及び幾何学量測定方法に関する。   The present invention relates to a geometric amount measuring apparatus and a geometric amount measuring method for measuring a geometric amount that is a magnitude of deviation from a reference geometric shape, such as straightness and flatness of an object to be measured.

従来、形状が既知である基準ゲージを用いて3つのセンサの原点における相対高さ誤差を測定してそれらの3つのセンサを校正し、校正された3つのセンサと逐次3点法を用いて被測定物の真直度を求める方法が知られている(例えば、特許文献1及び2参照。)。   Conventionally, a reference gauge having a known shape is used to measure the relative height error at the origins of the three sensors to calibrate the three sensors, and the three sensors that are calibrated and the three-point method are used sequentially. A method for determining the straightness of a measurement object is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2010−181195号公報JP 2010-181195 A 特開2010−197350号公報JP 2010-197350 A

しかしながら、基準ゲージは、その大きさが大きくなるほど、製作及び取り扱いが煩雑になり、また、温度、重力等の影響が大きく出て再現性が悪くなる。   However, the larger the size of the reference gauge, the more complicated the manufacture and handling, and the greater the influence of temperature, gravity, etc., the worse the reproducibility.

上述の点に鑑み、比較的小さい基準ゲージを用いて幾何学量を測定できる幾何学量測定装置及び幾何学量測定方法が求められている。   In view of the above, there is a need for a geometric amount measuring apparatus and a geometric amount measuring method that can measure a geometric amount using a relatively small reference gauge.

本発明の実施例に係る幾何学量測定装置は、被測定物の、基準となる幾何学的形状からの逸脱の大きさである幾何学量を測定する幾何学量測定装置であって、所定直線上に第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計と前記所定直線上に前記第1距離より小さい第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計とを有する距離計支持体と、前記被測定物に対して前記距離計支持体を前記所定直線に沿って相対移動させる移動機構と、を含む。   A geometric amount measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is a geometric amount measuring apparatus that measures a geometric amount that is a magnitude of deviation from a reference geometric shape of an object to be measured. At least three first group distance meters arranged at a first distance on a straight line and at least three second group distance meters arranged at a second distance smaller than the first distance on the predetermined line; And a moving mechanism for moving the distance meter support relative to the object to be measured along the predetermined straight line.

また、本発明の実施例に係る幾何学量測定方法は、被測定物の、基準となる幾何学的形状からの逸脱の大きさである幾何学量を測定する幾何学量測定方法であって、所定直線上に第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計と前記所定直線上に前記第1距離より小さい第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計とを有する距離計支持体、及び、前記被測定物のうちの少なくとも一方を、前記距離計支持体が前記被測定物に対して前記所定直線に沿って相対的に移動するように移動させる移動ステップと、表面形状が既知である基準ゲージを用いて前記少なくとも3つの第2群距離計を校正する校正ステップと、前記少なくとも3つの第2群距離計の出力を用いて3点法又は逐次3点法により前記被測定物における少なくとも前記第1距離の2倍の長さの表面形状を導出する表面形状導出ステップと、前記表面形状導出ステップで導出された表面形状に基づいて、前記少なくとも3つの第1群距離計の零点誤差を決定する零点誤差決定ステップと、前記零点誤差決定ステップを複数回繰り返すことで得られる複数の零点誤差を平均して前記少なくとも3つの第1群距離計の零点誤差を補正する零点誤差補正ステップと、前記零点誤差補正ステップにおいて零点誤差が補正された前記少なくとも3つの第1群距離計の出力を用いて3点法又は逐次3点法により前記被測定物の表面形状を導出する表面形状導出ステップと、を有する。   Further, the geometric amount measuring method according to the embodiment of the present invention is a geometric amount measuring method for measuring a geometric amount which is a magnitude of deviation from a reference geometric shape of an object to be measured. , At least three first group distance meters arranged at a first distance on a predetermined straight line, and at least three second group distances arranged at a second distance smaller than the first distance on the predetermined straight line. A distance meter support having a meter and at least one of the objects to be measured are moved such that the distance meter support moves relative to the object to be measured along the predetermined straight line. A moving step, a calibration step of calibrating the at least three second group distance meters using a reference gauge having a known surface shape, and a three-point method or sequential using outputs of the at least three second group distance meters The object to be measured by the three-point method A surface shape deriving step for deriving a surface shape having a length at least twice as long as the first distance, and zero points of the at least three first group distance meters based on the surface shape derived in the surface shape deriving step A zero error determination step for determining an error, and a zero error correction step for correcting a zero error of the at least three first group distance meters by averaging a plurality of zero errors obtained by repeating the zero error determination step a plurality of times And surface shape derivation for deriving the surface shape of the object by the three-point method or the sequential three-point method using the outputs of the at least three first group distance meters whose zero-point errors have been corrected in the zero-point error correction step. Steps.

上述の手段により、比較的小さい基準ゲージを用いて幾何学量を測定できる幾何学量測定装置及び幾何学量測定方法が提供される。   By the above-mentioned means, a geometric amount measuring apparatus and a geometric amount measuring method capable of measuring a geometric amount using a relatively small reference gauge are provided.

本発明の実施例に係る幾何学量測定装置が搭載される平面研削盤の正面図である。It is a front view of the surface grinder by which the geometric amount measuring apparatus which concerns on the Example of this invention is mounted. 図1の平面研削盤の右側面図である。It is a right view of the surface grinder of FIG. センサヘッドの底面図(その1)である。It is a bottom view (the 1) of a sensor head. 本発明の実施例に係る幾何学量測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the geometric amount measuring apparatus which concerns on the Example of this invention. 幾何学量測定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a geometric amount measurement process. センサヘッドがワークに対して相対移動する際のセンサヘッドとワークの位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of a sensor head and a workpiece | work when a sensor head moves relatively with respect to a workpiece | work. 幾何学量測定装置が利用する各種パラメータと各種計算値の関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship between the various parameters and various calculation values which a geometric amount measuring apparatus utilizes. センサヘッドの底面図(その2)である。It is a bottom view (the 2) of a sensor head.

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例に係る幾何学量測定装置が搭載される平面研削盤100の正面図であり、図2は、その右側面図である。平面研削盤100は、主に、本体ベッド1、X軸テーブル2、立軸砥石用コラム3、立軸砥石ヘッド4、砥石ヘッド回転用モータ5、砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7、テーブル移動用アクチュエータ8、センサヘッド9、表示装置10、入力装置11、制御装置12、及び基準ゲージ13を含む。   FIG. 1 is a front view of a surface grinding machine 100 on which a geometric amount measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is mounted, and FIG. 2 is a right side view thereof. The surface grinding machine 100 is mainly composed of a main body bed 1, an X-axis table 2, a vertical-grinding wheel column 3, a vertical-shaft grinding wheel head 4, a grinding wheel head rotating motor 5, a grinding wheel head vertical feed actuator 6, and a grinding wheel head left and right feeding actuator. 7, a table moving actuator 8, a sensor head 9, a display device 10, an input device 11, a control device 12, and a reference gauge 13.

本体ベッド1は、X軸テーブル2をX軸方向に移動可能に支持する台座である。具体的には、本体ベッド1は、X軸テーブル2の下面に取り付けられるラック(図示せず。)とかみ合うピニオン(図示せず。)をその上面に有する。   The main body bed 1 is a pedestal that supports the X-axis table 2 so as to be movable in the X-axis direction. Specifically, the main body bed 1 has a pinion (not shown) that engages with a rack (not shown) attached to the lower surface of the X-axis table 2 on its upper surface.

X軸テーブル2は、図示しない駆動機構によって、本体ベッド1上をX軸方向に摺動させられるテーブルであり、その上面で被研削物であり且つ被測定物であるワークW(例えば、定盤である。)を支持する。本実施例では、X軸テーブル2は、ラックアンドピニオン機構により駆動されるが、ボールねじ機構等の他の駆動機構により駆動されてもよい。   The X-axis table 2 is a table that is slid in the X-axis direction on the main body bed 1 by a drive mechanism (not shown), and a workpiece W (for example, a surface plate) that is an object to be ground on its upper surface and is an object to be measured. ). In this embodiment, the X-axis table 2 is driven by a rack and pinion mechanism, but may be driven by another driving mechanism such as a ball screw mechanism.

立軸砥石用コラム3は、立軸砥石ヘッド4を上下方向(Z軸方向)及び左右方向(Y軸方向)に移動可能に支持する装置である。   The vertical axis grinding wheel column 3 is a device that supports the vertical axis grinding wheel head 4 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction) and the horizontal direction (Y-axis direction).

立軸砥石ヘッド4は、垂直方向(Z軸方向)に平行に延びる砥石軸40を有する砥石ヘッドである。なお、砥石軸40の先端には、砥石車41が取り付けられる。   The vertical axis grindstone head 4 is a grindstone head having a grindstone shaft 40 extending in parallel to the vertical direction (Z-axis direction). A grinding wheel 41 is attached to the tip of the grinding wheel shaft 40.

砥石ヘッド回転用モータ5は、立軸砥石ヘッド4の砥石軸40を回転させるモータであり、例えば、ACサーボモータが用いられる。   The grindstone head rotating motor 5 is a motor that rotates the grindstone shaft 40 of the vertical-shaft grindstone head 4, and an AC servomotor is used, for example.

砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6は、立軸砥石ヘッド4をZ軸方向に移動させるための上下移動機構を駆動するアクチュエータである。本実施例では、砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6は、ボールねじ機構におけるボールねじ軸又はボールねじナットを回転させるためのACサーボモータである。そして、図1の矢印AR1で示すように、立軸砥石ヘッド4をZ軸方向に移動させる。   The grinding wheel head vertical feed actuator 6 is an actuator that drives a vertical movement mechanism for moving the vertical grinding wheel head 4 in the Z-axis direction. In the present embodiment, the grinding wheel head vertical feed actuator 6 is an AC servo motor for rotating a ball screw shaft or a ball screw nut in a ball screw mechanism. Then, as indicated by an arrow AR1 in FIG. 1, the vertical grinding wheel head 4 is moved in the Z-axis direction.

砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7は、立軸砥石ヘッド4をY軸方向に移動させるための左右移動機構を駆動するアクチュエータである。本実施例では、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7は、ボールねじ機構におけるボールねじ軸又はボールねじナットを回転させるためのACサーボモータである。そして、図2の矢印AR2で示すように、立軸砥石ヘッド4をY軸方向に移動させる。   The grinding wheel head left / right feeding actuator 7 is an actuator that drives a left / right moving mechanism for moving the vertical grinding wheel head 4 in the Y-axis direction. In this embodiment, the grinding wheel head left / right feed actuator 7 is an AC servo motor for rotating a ball screw shaft or a ball screw nut in a ball screw mechanism. Then, as indicated by an arrow AR2 in FIG. 2, the vertical axis grinding wheel head 4 is moved in the Y-axis direction.

テーブル移動用アクチュエータ8は、X軸テーブル2をX軸方向に移動させるためのテーブル移動機構を駆動するアクチュエータである。本実施例では、テーブル移動用アクチュエータ8は、ボールねじ機構におけるボールねじ軸又はボールねじナットを回転させるためのACサーボモータである。そして、図1の矢印AR3で示すように、X軸テーブル2をX軸方向に移動させる。   The table moving actuator 8 is an actuator that drives a table moving mechanism for moving the X-axis table 2 in the X-axis direction. In this embodiment, the table moving actuator 8 is an AC servomotor for rotating a ball screw shaft or a ball screw nut in a ball screw mechanism. Then, as indicated by an arrow AR3 in FIG. 1, the X-axis table 2 is moved in the X-axis direction.

なお、上下移動機構、左右移動機構、及びテーブル移動機構は、ラックアンドピニオン機構等の他の機構であってもよい。   Note that the vertical movement mechanism, the horizontal movement mechanism, and the table movement mechanism may be other mechanisms such as a rack and pinion mechanism.

センサヘッド9は、被測定物としての研削加工後のワークWの表面の真直度又は平面度を測定するための距離計を支持する距離計支持体であり、立軸砥石ヘッド4に取り付けられる。また、センサヘッド9は、上面視でX軸に平行な直線上に第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計と、同じ直線上に第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計とを含む。第1群距離計及び第2群距離計を構成する距離計は、光学式、超音波式、レーザ式等の非接触式の距離計であってもよく、トランス方式、スケール方式等の接触式の距離計であってもよい。また、各群を構成する距離計のそれぞれは同じタイプのものであってもよく、異なるタイプのものであってもよい。また、非接触式の距離計のそれぞれは、その有効測定範囲等に応じて、被測定物の表面との間の距離がほぼ同じとなるようにセンサヘッド9に取り付けられてもよく、被測定物の表面との間の距離が異なるようにセンサヘッド9に取り付けられてもよい。本実施例では、センサヘッド9は、第1距離ずつ隔てて配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9C、及び、第1距離より小さい第2距離ずつ隔てて配置される3つの第2群距離センサ9a、9b、9cを含む。また、第1群距離センサ9A及び第2群距離センサ9aは同じ1つの距離センサである。   The sensor head 9 is a distance meter support that supports a distance meter for measuring the straightness or flatness of the surface of the workpiece W after grinding as an object to be measured, and is attached to the vertical axis grinding stone head 4. In addition, the sensor head 9 is disposed at least three first group distance meters disposed on a straight line parallel to the X axis by a first distance when viewed from above and at a second distance on the same straight line. And at least three second group distance meters. The distance meter constituting the first group distance meter and the second group distance meter may be a non-contact type distance meter such as an optical type, an ultrasonic type, or a laser type, and a contact type such as a transformer type or a scale type. It may be a distance meter. Further, each of the distance meters constituting each group may be the same type or different types. Further, each of the non-contact type distance meters may be attached to the sensor head 9 so that the distance to the surface of the object to be measured is substantially the same according to the effective measurement range or the like. You may attach to the sensor head 9 so that the distance between the surfaces of an object may differ. In the present embodiment, the sensor head 9 includes three first group distance sensors 9A, 9B, 9C that are spaced apart by a first distance, and three that are spaced by a second distance that is smaller than the first distance. Second group distance sensors 9a, 9b and 9c are included. The first group distance sensor 9A and the second group distance sensor 9a are the same one distance sensor.

また、センサヘッド9は、永久磁石等を用いて立軸砥石ヘッド4に脱着可能に取り付けられる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。センサヘッド9は、例えば、立軸砥石ヘッド4に脱着不能に取り付けられてもよい。この場合、センサヘッド9は、平面研削盤100による研削加工が行われる際に専用のカバーが被せられ、外部環境から隔離される。   The sensor head 9 is detachably attached to the vertical axis grindstone head 4 using a permanent magnet or the like. However, the present invention is not limited to this. For example, the sensor head 9 may be attached to the vertical grinding wheel head 4 in a non-detachable manner. In this case, the sensor head 9 is covered with a dedicated cover when being ground by the surface grinder 100 and is isolated from the external environment.

図3は、センサヘッド9を鉛直下方(−Z方向)から見たセンサヘッド9の底面図であり、距離センサの4つの配置例を示す。   FIG. 3 is a bottom view of the sensor head 9 when the sensor head 9 is viewed from the vertically lower side (−Z direction), and shows four arrangement examples of distance sensors.

また、本実施例では、距離センサは、非接触式のレーザ変位計であり、レーザ変位計の投光ビームは、ラインビーム形状を採用する。また、ラインビーム形状の延在方向は、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに対して傾斜する。本実施例では、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに対して45度の角度を形成する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ラインビーム形状の延在方向は、X軸又はY軸に平行であってもよい。また、レーザ変位計の投光ビームは、スポット形状であってもよい。   In the present embodiment, the distance sensor is a non-contact type laser displacement meter, and the projection beam of the laser displacement meter adopts a line beam shape. Further, the extending direction of the line beam shape is inclined with respect to each of the X-axis direction and the Y-axis direction. In this embodiment, an angle of 45 degrees is formed with respect to each of the X-axis direction and the Y-axis direction. However, the present invention is not limited to this. For example, the extending direction of the line beam shape may be parallel to the X axis or the Y axis. Further, the projected beam of the laser displacement meter may have a spot shape.

図3の1段目では、センサヘッド9は、棒状の本体部9sと、上面視でX軸に平行な直線上に第1距離L1ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9Cと、同じ直線上に第2距離D1(<L1)ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第2群距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、第1群距離センサ9A、第2群距離センサ9aは、同じ1つの距離センサである。そのため、図3の1段目のセンサヘッド9は、5つの距離センサを含む。   In the first stage of FIG. 3, the sensor head 9 includes three rod-shaped main body portions 9 s and three main body portions 9 s arranged on the straight line parallel to the X axis when viewed from above with a first distance L1. The first group distance sensors 9A, 9B, and 9C, and the three second group distance sensors 9a, 9b, and 9c arranged on the main body portion 9s at intervals of the second distance D1 (<L1) on the same straight line; including. The first group distance sensor 9A and the second group distance sensor 9a are the same one distance sensor. Therefore, the first-stage sensor head 9 in FIG. 3 includes five distance sensors.

また、図3の2段目では、センサヘッド9は、棒状の本体部9sと、上面視でX軸に平行な直線上に第1距離L1ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9Cと、同じ直線上に第2距離D1(<L1)ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第2群距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、第1群距離センサ9A及び第2群距離センサ9aは同じ1つの距離センサであり、第1群距離センサ9B及び第2群距離センサ9cも同じ1つの距離センサである。そのため、センサヘッド9は、図3の2段目のセンサヘッド9は、4つの距離センサを含む。   Further, in the second stage of FIG. 3, the sensor head 9 is disposed on the main body 9s at a first distance L1 on a straight line parallel to the X axis when viewed from above and the bar-shaped main body 9s. Three first group distance sensors 9A, 9B, 9C, and three second group distance sensors 9a, 9b, which are arranged on the main body 9s at intervals of the second distance D1 (<L1) on the same straight line. 9c. The first group distance sensor 9A and the second group distance sensor 9a are the same one distance sensor, and the first group distance sensor 9B and the second group distance sensor 9c are the same one distance sensor. Therefore, the sensor head 9 includes four distance sensors in the second stage sensor head 9 of FIG.

また、図3の3段目では、センサヘッド9は、棒状の本体部9sと、上面視でX軸に平行な直線上に第1距離L1ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9Cと、同じ直線上に第2距離D1(<L1)ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第2群距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、第1群距離センサ9B及び第2群距離センサ9bは、同じ1つの距離センサである。そのため、図3の3段目のセンサヘッド9は、5つの距離センサを含む。   In the third stage of FIG. 3, the sensor head 9 is disposed on the main body 9s at a first distance L1 on a bar-shaped main body 9s and a straight line parallel to the X axis in a top view. Three first group distance sensors 9A, 9B, 9C, and three second group distance sensors 9a, 9b, which are arranged on the main body 9s at intervals of the second distance D1 (<L1) on the same straight line. 9c. The first group distance sensor 9B and the second group distance sensor 9b are the same one distance sensor. Therefore, the third-stage sensor head 9 in FIG. 3 includes five distance sensors.

また、図3の4段目では、センサヘッド9は、棒状の本体部9sと、棒状の本体延長部90sと、上面視でX軸に平行な直線上に第1距離L1ずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9Cと、同じ直線上に第2距離D1(<L1)ずつ間隔を空けて本体部9s及び本体延長部90s上に配置される3つの第2群距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、第1群距離センサ9A及び第2群距離センサ9cは、同じ1つの距離センサである。そのため、図3の4段目のセンサヘッド9は、5つの距離センサを含む。また、本体延長部90sは、第2群距離センサ9a、9bが搭載された状態で、本体部9sに脱着可能に取り付けられる部材である。   In the fourth stage of FIG. 3, the sensor head 9 is spaced by a first distance L1 on a straight body parallel to the X axis when viewed from the top, with a rod-shaped main body 9s and a rod-shaped main body extension 90s. Three first group distance sensors 9A, 9B, and 9C arranged on the main body 9s are arranged on the main body 9s and the main body extension 90s with a second distance D1 (<L1) on the same straight line. Second group distance sensors 9a, 9b and 9c. The first group distance sensor 9A and the second group distance sensor 9c are the same one distance sensor. Therefore, the fourth-stage sensor head 9 in FIG. 3 includes five distance sensors. The main body extension 90s is a member that is detachably attached to the main body 9s in a state where the second group distance sensors 9a and 9b are mounted.

ここで、再び図1及び図2を参照して、平面研削盤100の構成要素の説明を継続する。   Here, referring to FIGS. 1 and 2 again, the description of the components of the surface grinding machine 100 will be continued.

表示装置10は、各種情報を表示するための装置であり、例えば、液晶ディスプレイ等である。   The display device 10 is a device for displaying various information, and is, for example, a liquid crystal display.

入力装置11は、平面研削盤100に各種情報を入力するための装置であり、例えば、キーボード、タッチパネル、ジョイスティック、リモートコントローラ等である。   The input device 11 is a device for inputting various information to the surface grinding machine 100, and is, for example, a keyboard, a touch panel, a joystick, a remote controller, or the like.

制御装置12は、平面研削盤100の動きを制御するための装置であり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory)等を備えたコンピュータである。   The control device 12 is a device for controlling the movement of the surface grinding machine 100, and includes, for example, a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a non-volatile random access (NVRAM). Memory) and the like.

基準ゲージ13は、距離計の校正に用いる基準ゲージであり、既知の表面形状を有する。本実施例では、基準ゲージ13は、第2距離ずつ間隔を空けて配置される第2群距離センサ9a、9b、9cの校正(零点誤差の補正)に用いられ、第2距離より大きい第1距離ずつ間隔を空けて配置される第1群距離センサ9A、9B、9Cの校正(零点誤差の補正)に用いられることはない。そのため、基準ゲージ13のX軸方向の長さは、第2群距離センサ9a、9b、9cの校正(零点誤差の補正)に必要な最小限の長さを有する。本実施例では、基準ゲージ13のX軸方向の長さは、第2群距離センサの間隔である第2距離D1の2倍の長さに相当し、第1群距離センサの間隔である第1距離L1の2倍の長さより短い。   The reference gauge 13 is a reference gauge used for calibration of the distance meter, and has a known surface shape. In this embodiment, the reference gauge 13 is used for calibration (correction of zero point error) of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c arranged at intervals of the second distance, and the first gauge larger than the second distance. The first group distance sensors 9A, 9B, 9C arranged at intervals are not used for calibration (zero error correction). Therefore, the length of the reference gauge 13 in the X-axis direction has a minimum length necessary for calibration (correction of zero point error) of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c. In this embodiment, the length of the reference gauge 13 in the X-axis direction corresponds to twice the length of the second distance D1, which is the distance between the second group distance sensors, and is the distance between the first group distance sensors. The distance is shorter than twice the distance L1.

図4は、平面研削盤100に搭載される幾何学量測定装置50の構成例を示す機能ブロック図である。幾何学量測定装置50は、主に、砥石ヘッド回転用モータ5、砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7、テーブル移動用アクチュエータ8、センサヘッド9、表示装置10、入力装置11、及び制御装置12で構成される。   FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of the geometric amount measuring apparatus 50 mounted on the surface grinding machine 100. As shown in FIG. The geometric amount measuring device 50 mainly includes a grinding wheel head rotating motor 5, a grinding wheel head vertical feed actuator 6, a grinding wheel head lateral feed actuator 7, a table moving actuator 8, a sensor head 9, a display device 10, and an input device. 11 and a control device 12.

制御装置12は、例えば、研削制御部120、幾何学量測定制御部121、及び零点誤差決定部122を機能要素として有する。そして、制御装置12は、各機能要素に対応するプログラムをROMから読み出してRAMにロードし、各機能要素に対応する処理をCPUに実行させる。   The control device 12 includes, for example, a grinding control unit 120, a geometric amount measurement control unit 121, and a zero point error determination unit 122 as functional elements. And the control apparatus 12 reads the program corresponding to each functional element from ROM, loads it to RAM, and makes CPU perform the process corresponding to each functional element.

研削制御部120は、平面研削盤100によるワークWの研削加工を制御する機能要素である。具体的には、研削制御部120は、入力装置11を通じて入力される研削深さ、研削幅等の各種情報に基づいて、ワークWに対する立軸砥石ヘッド4の動作内容を決定する。そして、研削制御部120は、決定した動作内容に応じた制御信号を適切なタイミングで砥石ヘッド回転用モータ5、砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7、及びテーブル移動用アクチュエータ8のそれぞれに対して出力しながら、平面研削盤100によるワークWの研削加工を制御する。   The grinding control unit 120 is a functional element that controls grinding of the workpiece W by the surface grinding machine 100. Specifically, the grinding control unit 120 determines the operation content of the vertical grinding wheel head 4 with respect to the workpiece W based on various information such as a grinding depth and a grinding width input through the input device 11. Then, the grinding control unit 120 sends a control signal according to the determined operation content at an appropriate timing to the grinding wheel head rotating motor 5, the grinding wheel head vertical feed actuator 6, the grinding wheel head left / right feeding actuator 7, and the table moving actuator. 8, the grinding of the workpiece W by the surface grinding machine 100 is controlled.

幾何学量測定制御部121は、幾何学量測定装置50によるワークWの幾何学量の測定を制御する機能要素である。本実施例では、幾何学量測定制御部121は、入力装置11を通じて入力される測定範囲、サンプリング間隔等の各種情報に基づいて、ワークWに対するセンサヘッド9の動作内容を決定する。そして、幾何学量測定制御部121は、決定した動作内容に応じた制御信号を適切なタイミングで砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ6、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7、及びテーブル移動用アクチュエータ8のそれぞれに出力しながら、センサヘッド9をワークWに対して相対移動させる。また、幾何学量測定制御部121は、その相対移動の際に、距離センサを用いて距離データを取得し、取得した距離データを制御装置12のRAMに記録する。その後、幾何学量測定制御部121は、RAMに記録した距離データに基づいてワークWの幾何学量を測定(演算)する。なお、幾何学量測定制御部121は、ワークWの幾何学量の演算に必要な全ての距離データを記録した後でその幾何学量の演算を開始してもよく、その幾何学量の演算に含まれる中間的な演算に必要な距離データを取得し次第、その中間的な演算を開始してもよい。本実施例では、幾何学量測定制御部121は、第1群距離センサ9A、9B、9Cが取得した距離データに基づいて、3点法又は逐次3点法により、ワークWの真直度を測定する。   The geometric quantity measurement control unit 121 is a functional element that controls the measurement of the geometric quantity of the workpiece W by the geometric quantity measurement device 50. In this embodiment, the geometric amount measurement control unit 121 determines the operation content of the sensor head 9 with respect to the workpiece W based on various information such as a measurement range and a sampling interval input through the input device 11. Then, the geometric amount measurement control unit 121 sends a control signal corresponding to the determined operation content to each of the grinding wheel head vertical feed actuator 6, the grinding wheel head horizontal feed actuator 7, and the table moving actuator 8 at an appropriate timing. While outputting, the sensor head 9 is moved relative to the workpiece W. The geometric amount measurement control unit 121 acquires distance data using a distance sensor during the relative movement, and records the acquired distance data in the RAM of the control device 12. Thereafter, the geometric amount measurement control unit 121 measures (calculates) the geometric amount of the workpiece W based on the distance data recorded in the RAM. The geometric amount measurement control unit 121 may start calculating the geometric amount after recording all the distance data necessary for calculating the geometric amount of the workpiece W. The intermediate calculation may be started as soon as the distance data necessary for the intermediate calculation included in is acquired. In this embodiment, the geometric amount measurement control unit 121 measures the straightness of the workpiece W by the three-point method or the sequential three-point method based on the distance data acquired by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. To do.

ここで、図5を参照しながら、幾何学量測定装置50がワークWの幾何学量を測定する処理(以下、「幾何学量測定処理」とする。)について説明する。なお、図5は、幾何学量測定処理の流れを示すフローチャートであり、幾何学量測定装置50は、例えば、入力装置11を通じた幾何学量測定処理の開始命令に応じてこの幾何学量測定処理を実行する。   Here, with reference to FIG. 5, a process in which the geometric amount measuring apparatus 50 measures the geometric amount of the workpiece W (hereinafter referred to as “geometric amount measurement process”) will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the geometric quantity measurement process. The geometric quantity measurement apparatus 50 performs the geometric quantity measurement according to, for example, a geometric quantity measurement process start command through the input device 11. Execute the process.

最初に、制御装置12の幾何学量測定制御部121は、入力装置11を通じて入力される測定範囲及びサンプリング間隔を取得する(ステップS1)。   First, the geometric amount measurement control unit 121 of the control device 12 acquires a measurement range and a sampling interval input through the input device 11 (step S1).

測定範囲は、幾何学量測定処理の対象となるワークW上の範囲であり、例えば、開始座標Ps(Xs、Ys)、終了座標Pe(Xe、Ye)で指定される。また、測定範囲は、測定長さX1及び測定幅Y1で指定されてもよい。   The measurement range is a range on the workpiece W to be subjected to the geometric amount measurement process, and is specified by, for example, the start coordinate Ps (Xs, Ys) and the end coordinate Pe (Xe, Ye). Further, the measurement range may be specified by the measurement length X1 and the measurement width Y1.

サンプリング間隔は、各距離センサによるサンプリングの間隔であり、X軸方向の測定分解能dxに相当する。本実施例では、サンプリング間隔は、例えば、10[mm]である。   The sampling interval is a sampling interval by each distance sensor and corresponds to the measurement resolution dx in the X-axis direction. In the present embodiment, the sampling interval is, for example, 10 [mm].

その後、幾何学量測定制御部121は、測定範囲に基づいてセンサヘッド9の基準位置の座標(Xt、Yt)を決定し、センサヘッド9をその基準位置に移動させる(ステップS2)。具体的には、幾何学量測定制御部121は、砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ7及びテーブル移動用アクチュエータ8のうちの少なくとも1つに制御信号を出力し、センサヘッド9及びX軸テーブル2の少なくとも1つを駆動させ、センサヘッド9を基準位置に移動させる。   Thereafter, the geometric amount measurement control unit 121 determines the coordinates (Xt, Yt) of the reference position of the sensor head 9 based on the measurement range, and moves the sensor head 9 to the reference position (step S2). Specifically, the geometric amount measurement control unit 121 outputs a control signal to at least one of the grinding wheel head left-right feeding actuator 7 and the table moving actuator 8, and at least the sensor head 9 and the X-axis table 2. One is driven to move the sensor head 9 to the reference position.

その後、幾何学量測定制御部121は、測定範囲に基づいてX軸方向に沿う測定距離を決定した上で、テーブル移動用アクチュエータ8及びセンサヘッド9に制御信号を出力する。そして、X軸テーブル2(ワークW)を+X方向に測定距離だけ移動させる。この移動中、センサヘッド9における5つの距離センサ9a(9A)、9b、9c、9B、9Cのそれぞれは、サンプリング間隔毎に距離を測定し、測定結果としての距離データを制御装置12のRAM上に記録する(ステップS3)。   Thereafter, the geometric amount measurement control unit 121 determines a measurement distance along the X-axis direction based on the measurement range, and then outputs a control signal to the table moving actuator 8 and the sensor head 9. Then, the X-axis table 2 (work W) is moved in the + X direction by the measurement distance. During this movement, each of the five distance sensors 9a (9A), 9b, 9c, 9B, and 9C in the sensor head 9 measures the distance at each sampling interval, and the distance data as the measurement result is stored in the RAM of the control device 12. (Step S3).

その後、幾何学量測定制御部121は、センサヘッド9が測定範囲のX軸方向の端部に達すると、RAMに記録された距離データに基づいて、3点法又は逐次3点法により、ワークWの真直度を算出する(ステップS4)。   Thereafter, when the sensor head 9 reaches the end of the measurement range in the X-axis direction, the geometric amount measurement control unit 121 performs the work by the three-point method or the sequential three-point method based on the distance data recorded in the RAM. The straightness of W is calculated (step S4).

その後、幾何学量測定制御部121は、表示装置10に対して制御信号を出力し、算出したワークWの真直度を表示装置10上に表示させる。   Thereafter, the geometric amount measurement control unit 121 outputs a control signal to the display device 10 to display the calculated straightness of the workpiece W on the display device 10.

このように、本実施例では、幾何学量測定制御部121は、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれが取得した距離データに基づいて、3点法又は逐次3点法により、ワークWの真直度を測定して表示する。そのため、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれは、零点誤差が予め除去されていることが望ましい。   As described above, in this embodiment, the geometric amount measurement control unit 121 uses the three-point method or the sequential three-point method based on the distance data acquired by each of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. The straightness of W is measured and displayed. Therefore, it is desirable that the zero error is removed in advance for each of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C.

そこで、例えば、表面形状F(x)が既知である基準ゲージを用いて、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの距離データの二階差分値を求めて零点誤差を除去することが考えられる。   Therefore, for example, using a reference gauge whose surface shape F (x) is known, it is considered to obtain the second-order difference value of each distance data of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C and remove the zero error. It is done.

なお、位置x、x+L1、x+2×L1にある第1群距離センサ9A、9B、9Cの出力m9A、m9B、m9Cはそれぞれ、式(1)〜(3)で表され、二階差分値Cは、式(4)で表される。 The outputs m 9A , m 9B , and m 9C of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C at the positions x, x + L1, and x + 2 × L1 are expressed by equations (1) to (3), respectively, and are second-order differential values. CG is represented by Formula (4).

Figure 2015052480
なお、L1は第1群距離センサのセンサ間隔を表し、e(x)はZ方向並進誤差を表し、ep(x)はピッチング誤差を表す。また、α9Bは第1群距離センサ9Aから見た第1群距離センサ9Bの零点誤差を表し、α9Cは第1群距離センサ9Aから見た第1群距離センサ9Cの零点誤差を表す。
Figure 2015052480
L1 represents the sensor interval of the first group distance sensor, e z (x) represents the Z direction translation error, and ep (x) represents the pitching error. Α 9B represents the zero point error of the first group distance sensor 9B viewed from the first group distance sensor 9A, and α 9C represents the zero point error of the first group distance sensor 9C viewed from the first group distance sensor 9A.

そして、表面形状F(x)が既知の場合、上述の式(1)〜式(4)に基づいてα9B、α9Cが導き出され、二階差分値Cを二階積分して得られる形状(2次曲線誤差)が零点誤差による誤差形状として導き出される。その結果、第1群距離センサ9A、9B、9Cの出力と3点法又は逐次3点法とを用いて導き出される任意の表面形状から誤差形状すなわち零点誤差の影響が除去され得る。 When the surface shape F (x) is known, alpha 9B based on the above equation (1) to (4), alpha 9C is derived, obtained by second order integrating the second difference value C G shape ( A quadratic curve error) is derived as an error shape due to a zero point error. As a result, the influence of the error shape, that is, the zero point error can be removed from any surface shape derived using the outputs of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C and the three-point method or the sequential three-point method.

しかし、第1群距離センサのそれぞれの間隔(センサピッチ)である第1距離L1が大きいほど、それら第1群距離センサの校正(零点誤差の補正)に必要な基準ゲージを用意することが困難になる。その表面形状F(x)の再現性の確保が難しいためである。具体的には、基準ゲージが大きいほど温度変化に対する熱膨張の影響が大きくなるためである。また、基準ゲージが大きいほど重力の影響が大きくなりその設置の仕方によっては再現性を確保することが難しくなるためである。さらに、基準ゲージが大きいほど再配置及び運搬が困難になるという実用上の問題もある。   However, as the first distance L1, which is the distance (sensor pitch) between the first group distance sensors, is larger, it is more difficult to prepare a reference gauge necessary for calibration (correction of zero error) of the first group distance sensors. become. This is because it is difficult to ensure the reproducibility of the surface shape F (x). Specifically, the larger the reference gauge, the greater the influence of thermal expansion on the temperature change. Also, the larger the reference gauge, the greater the influence of gravity, and it becomes difficult to ensure reproducibility depending on the installation method. In addition, there is a practical problem that the larger the reference gauge, the more difficult the relocation and transportation.

このように、センサピッチが大きい第1群距離センサの校正(零点誤差の補正)ができるような基準ゲージを用意することは現実的でない。そこで、幾何学量測定装置50は、零点誤差決定部122によって、大きな基準ゲージを用いることなく、第1群距離センサ9A、9B、9Cの校正(零点誤差の補正)ができるようにする。   Thus, it is not realistic to prepare a reference gauge that can calibrate (correct zero point error) the first group distance sensor having a large sensor pitch. Therefore, the geometric amount measuring apparatus 50 enables the zero point error determination unit 122 to calibrate the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C (correct the zero point error) without using a large reference gauge.

零点誤差決定部122は、第1群距離計の零点誤差を決定する機能要素である。本実施例では、零点誤差決定部122は、第2群距離センサ9a、9b、9cの出力と3点法又は逐次3点法とを用いて導き出されるワークWの表面形状F(x)を用いて第1群距離センサ9A、9B、9Cの零点誤差を決定する。なお、第2群距離センサ9a、9b、9cは、基準ゲージ13を用いて零点誤差が補正(除去)される。センサピッチが第1群距離センサ9A、9B、9Cより小さく、基準ゲージ13の長さが比較的短くて済むためである。但し、第2群距離センサ9a、9b、9cは、基準ゲージ13による校正方法以外の他の公知の校正方法を用いて零点誤差が補正されてもよい。   The zero point error determination unit 122 is a functional element that determines the zero point error of the first group distance meter. In the present embodiment, the zero point error determination unit 122 uses the surface shape F (x) of the workpiece W derived using the outputs of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c and the three-point method or the sequential three-point method. The zero point errors of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C are determined. In the second group distance sensors 9a, 9b, 9c, the zero point error is corrected (removed) using the reference gauge 13. This is because the sensor pitch is smaller than those of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C, and the length of the reference gauge 13 is relatively short. However, the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c may correct the zero point error using a known calibration method other than the calibration method using the reference gauge 13.

そして、零点誤差決定部122は、基準ゲージ13よりも長いワークWをあたかも大型の基準ゲージとして用いながら第1群距離センサの零点誤差を決定する。具体的には、零点誤差決定部122は、大型の基準ゲージとしてのワークWの表面形状F(x)を用いて、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの距離データの二階差分値を求めて零点誤差を除去する。この二階差分値Cは、式(5)で表される。 Then, the zero point error determination unit 122 determines the zero point error of the first group distance sensor while using the workpiece W longer than the reference gauge 13 as a large reference gauge. Specifically, the zero-point error determination unit 122 uses the surface shape F (x) of the workpiece W as a large reference gauge, and the second-order difference value of each distance data of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C. To eliminate the zero error. This second-order difference value CW is expressed by Expression (5).

Figure 2015052480
なお、Err(x)は、ワークWの表面形状を導き出すための3点法又は逐次3点法に基づく演算の際に第2群距離センサ9a、9b、9cの測定分解能レベルの偶然誤差が積算されて拡大された量である。また、第2群距離センサ9a、9b、9cのそれぞれの偶然誤差が正規分布にしたがう場合、それらの加減算によって導出されるErr(x)の値も正規分布にしたがう。
Figure 2015052480
Note that Err (x) is calculated by integrating a random error of the measurement resolution levels of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c in the calculation based on the three-point method or the sequential three-point method for deriving the surface shape of the workpiece W. The amount that has been expanded. In addition, when the random errors of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c follow a normal distribution, the value of Err (x) derived by adding and subtracting them also follows the normal distribution.

ここで、式(5)に示す二階差分値Cと式(4)に示す二階差分値Cとの差分を二階差分値Cとすると、二階差分値Cは、以下の式(6)で表される。 Here, when the difference between the second difference value C G shown in Equation second difference value shown in (5) C W and the formula (4) and second difference values C T, second difference value C T, the following equation (6 ).

Figure 2015052480
なお、二階差分値Cは、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの零点からの誤差量の二階差分値を表す。また、二階差分値Cでは、第2群距離センサ9a、9b、9cの測定分解能レベルの偶然誤差が3点法又は逐次3点法に基づく演算の際に拡大されることによって増大する偶然誤差Err(x)による影響が大きい。一方で、零点誤差α9B、α9Cは、測定値のドリフトが生じない限り、位置xによらず一定である。そのため、距離の測定が行われる位置x毎に二階差分値Cを導き出して平均化することで、偶然誤差Err(x)を低減させることができる。なお、平均化できる回数をm回とすると、偶然誤差Err(x)は、1/√m倍まで低減される。式(7)は、平均化できる回数mの算出方法を表す。なお、W1は、ワークWのX軸方向の長さを表し、dxは、X軸方向の測定分解能を表す。
Figure 2015052480
Incidentally, second difference value C T represents the first group distance sensor 9A, 9B, the second difference value of the error amount from the respective zero point of 9C. Further, the second difference value C T, the second group distance sensors 9a, 9b, accidental errors random errors of measurement resolution levels 9c is increased by being enlarged in the calculation based on the three-point method or sequential three-point method The effect of Err (x) is large. On the other hand, the zero point errors α 9B and α 9C are constant regardless of the position x unless the measured value drifts. Therefore, for each position x of the distance measurements are carried out by averaging derive second difference value C T, it is possible to reduce the random error Err (x). If the number of times that averaging can be performed is m, the chance error Err (x) is reduced to 1 / √m times. Expression (7) represents a calculation method of the number m of times that can be averaged. W1 represents the length of the workpiece W in the X-axis direction, and dx represents the measurement resolution in the X-axis direction.

Figure 2015052480
このように、m回の平均化によって式(6)における偶然誤差Err(x)が低減されることで、偶然誤差Err(x)の影響を抑えた状態で式(6)における零点誤差α9B、α9Cが導き出される。また、偶然誤差Err(x)の影響を抑えた状態の二階差分値Cを二階積分して得られる形状(2次曲線誤差)が零点誤差による誤差形状として導き出される。
Figure 2015052480
In this way, the accidental error Err (x) in the equation (6) is reduced by m times of averaging, so that the zero point error α 9B in the equation (6) is suppressed in a state where the influence of the accidental error Err (x) is suppressed. , Α 9C is derived. Also, second-order differential value C T a second order integration to obtain the shape of the state of suppressing the influence of the random error Err (x) (2 quadratic curve error) is derived as the error shape by zero error.

幾何学量測定制御部121は、上述のステップS4において、3点法又は逐次3点法により導き出されるワークWの表面形状からこの誤差形状を除去することで零点誤差を補正した上で、ワークWの真直度を算出する。   The geometric amount measurement control unit 121 corrects the zero point error by removing this error shape from the surface shape of the workpiece W derived by the three-point method or the sequential three-point method in step S4 described above, and then corrects the workpiece W. Calculate the straightness of.

次に、図6を参照して、幾何学量測定装置50がワークWの真直度を測定する処理について説明する。なお、図6は、センサヘッド9及びワークWを+Y側から見た図であり、センサヘッド9がワークWに対して−X方向に相対移動する際のセンサヘッド9とワークWとの位置関係を示す。また、図6は、時間の経過と共にその位置関係が1段目(最上段)の状態から5段目(最下段)の状態に移行することを示す。なお、本実施例では、実際にはワークWが+X方向に移動する。   Next, with reference to FIG. 6, a process in which the geometric quantity measuring device 50 measures the straightness of the workpiece W will be described. FIG. 6 is a view of the sensor head 9 and the workpiece W as viewed from the + Y side. The positional relationship between the sensor head 9 and the workpiece W when the sensor head 9 moves relative to the workpiece W in the −X direction. Indicates. FIG. 6 shows that the positional relationship shifts from the first stage (uppermost stage) to the fifth stage (lowermost stage) with the passage of time. In the present embodiment, the work W actually moves in the + X direction.

また、本実施例では、ワークWのX軸方向の長さW1は10000[mm]であり、第1群距離センサ9A、9B、9Cの間隔である第1距離(センサピッチ)L1が1000[mm]であり、第2群距離センサ9a、9b、9cの間隔である第2距離(センサピッチ)D1が200[mm]である。また、各距離センサによる測定は、センサヘッド9のX軸方向への相対移動距離が測定分解能としての距離dxに達する度に行われ、測定分解能dxは10[mm]である。   In the present embodiment, the length W1 of the workpiece W in the X-axis direction is 10000 [mm], and the first distance (sensor pitch) L1 that is the distance between the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C is 1000 [ mm], and the second distance (sensor pitch) D1 that is the distance between the second group distance sensors 9a, 9b, 9c is 200 [mm]. The measurement by each distance sensor is performed every time the relative movement distance of the sensor head 9 in the X-axis direction reaches the distance dx as the measurement resolution, and the measurement resolution dx is 10 [mm].

図6の1段目は、第1群距離センサ9A、9B、9Cによる初回(1回目)の測定が行われるときの状態を示す。このとき、距離センサ9A(9a)による測定点は、ワークWの+X側の端点にあり、距離センサ9Bによる測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に1000[mm]だけ離れた地点にあり、距離センサ9Cによる測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に2000[mm]だけ離れた地点にある。但し、この時点では、第2群距離センサ9a、9b、9cの測定値と3点法又は逐次3点法とを用いたワークWの形状の導出は未だ行われていない。なお、図6の1段目では、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの測定点をワークWの表面の白丸で表す。図6の2段目以降についても同様である。   The first row in FIG. 6 shows a state when the first (first) measurement is performed by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. At this time, the measurement point by the distance sensor 9A (9a) is at the + X side end point of the workpiece W, and the measurement point by the distance sensor 9B is 1000 mm away from the + X side end point of the workpiece W in the −X direction. The measurement point by the distance sensor 9C is at a point away from the end point on the + X side of the workpiece W by 2000 [mm] in the −X direction. However, at this time, the derivation of the shape of the workpiece W using the measurement values of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c and the three-point method or the sequential three-point method has not been performed yet. In the first row of FIG. 6, the measurement points of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C are represented by white circles on the surface of the workpiece W. The same applies to the second and subsequent stages in FIG.

図6の2段目は、第1群距離センサ9A、9B、9Cによる200回目の測定が行われるときの状態を示す。このとき、距離センサ9A(9a)による測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に2000[mm]だけ離れた地点にある。この時点において、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサ9a、9b、9cのこれまでの測定値と3点法又は逐次3点法とを用いて、ワークWの+X側の端点から2000[mm]の地点までの表面形状を導き出すことができる。そして、幾何学量測定装置50は、導き出したワークWの表面形状と、1回目の測定(図6の1段目)における第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの測定値とに基づいて、1回目の零点誤差導出処理を実行できる。すなわち、幾何学量測定装置50は、センサヘッド9を2000[mm]だけ相対移動させた時点で初めて零点誤差導出処理を実行できる。なお、零点誤差導出処理は、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの零点誤差を導き出す演算処理を意味する。また、図6の2段目では、ワークWの表面形状のうち3点法又は逐次3点法を用いてその表面形状が導出された部分を太実線で表す。図6の3段目以降についても同様である。   The second row in FIG. 6 shows a state when the 200th measurement is performed by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. At this time, the measurement point by the distance sensor 9A (9a) is located at a point away from the end point on the + X side of the workpiece W by 2000 [mm] in the −X direction. At this time, the geometric amount measuring apparatus 50 uses the measured values of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c and the three-point method or the sequential three-point method from the end point on the + X side of the workpiece W. Surface shapes up to a point of 2000 [mm] can be derived. Then, the geometric amount measuring apparatus 50 is based on the derived surface shape of the workpiece W and the measured values of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C in the first measurement (first stage in FIG. 6). Thus, the first zero error derivation process can be executed. That is, the geometric amount measuring apparatus 50 can execute the zero point error deriving process only when the sensor head 9 is relatively moved by 2000 [mm]. The zero point error deriving process means a calculation process for deriving the zero point errors of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C. Further, in the second stage of FIG. 6, a portion of the surface shape of the workpiece W from which the surface shape is derived using the three-point method or the sequential three-point method is represented by a thick solid line. The same applies to the third and subsequent stages in FIG.

図6の3段目は、第1群距離センサ9A、9B、9Cによる201回目の測定が行われるときの状態を示す。このとき、距離センサ9A(9a)による測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に2010[mm]だけ離れた地点にある。この時点において、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサ9a、9b、9cのこれまでの測定値と3点法又は逐次3点法とを用いて、ワークWの+X側の端点から2010[mm]の地点までの表面形状を導き出すことができる。そして、幾何学量測定装置50は、導き出したワークWの表面形状と、2回目の測定(図示せず。)における第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの測定値とに基づいて、2回目の零点誤差導出処理を実行できる。   The third row in FIG. 6 shows a state when the 201st measurement is performed by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. At this time, the measurement point by the distance sensor 9A (9a) is located at a point away from the end point on the + X side of the workpiece W by 2010 [mm] in the −X direction. At this time, the geometric amount measuring apparatus 50 uses the measured values of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c and the three-point method or the sequential three-point method from the end point on the + X side of the workpiece W. The surface shape up to a point of 2010 [mm] can be derived. Then, the geometric quantity measuring device 50 is based on the derived surface shape of the workpiece W and the measured values of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C in the second measurement (not shown). The second zero point error deriving process can be executed.

また、図6の4段目は、第1群距離センサ9A、9B、9Cによる202回目の測定が行われるときの状態を示す。このとき、距離センサ9A(9a)による測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に2020[mm]だけ離れた地点にある。この時点において、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサ9a、9b、9cのこれまでの測定値と3点法又は逐次3点法とを用いて、ワークWの+X側の端点から2020[mm]の地点までの表面形状を導き出すことができる。そして、幾何学量測定装置50は、導き出したワークWの表面形状と、3回目の測定(図示せず。)における第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの測定値とに基づいて、3回目の零点誤差導出処理を実行できる。   The fourth row in FIG. 6 shows a state when the 202nd measurement is performed by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. At this time, the measurement point by the distance sensor 9A (9a) is at a point away from the + X side end point of the workpiece W by 2020 [mm] in the −X direction. At this time, the geometric amount measuring apparatus 50 uses the measured values of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c and the three-point method or the sequential three-point method from the end point on the + X side of the workpiece W. The surface shape up to a point of 2020 [mm] can be derived. Then, the geometric amount measuring device 50 is based on the derived surface shape of the workpiece W and the measured values of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C in the third measurement (not shown). A third zero error derivation process can be executed.

このように、幾何学量測定装置50は、センサヘッド9を2000[mm]だけ相対移動させた後は、測定分解能に相当する距離dx(10[mm])だけセンサヘッド9を相対移動させる度に零点誤差導出処理を実行できる。   As described above, the geometric amount measuring apparatus 50 moves the sensor head 9 relative to the distance dx (10 [mm]) corresponding to the measurement resolution after the sensor head 9 is relatively moved by 2000 [mm]. The zero point error deriving process can be executed.

図6の5段目は、第1群距離センサ9A、9B、9Cによる1000回目の測定が行われるときの状態を示す。このとき、距離センサ9A(9a)による測定点は、ワークWの+X側の端点から−X方向に10000[mm]だけ離れた地点にある。この時点において、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサ9a、9b、9cのこれまでの測定値と3点法又は逐次3点法とを用いて、ワークWの+X側の端点から−X側の端点までの表面形状全体を導き出すことができる。そして、幾何学量測定装置50は、導き出したワークWの表面形状と、800回目の測定(図示せず。)における第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの測定値とに基づいて、801回目の零点誤差導出処理を実行できる。   The fifth row in FIG. 6 shows a state when the 1000th measurement is performed by the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. At this time, the measurement point by the distance sensor 9A (9a) is at a point away from the + X side end point of the workpiece W by 10000 [mm] in the −X direction. At this time, the geometric amount measuring apparatus 50 uses the measured values of the second group distance sensors 9a, 9b, and 9c and the three-point method or the sequential three-point method from the end point on the + X side of the workpiece W. The entire surface shape up to the end point on the −X side can be derived. Then, the geometric amount measuring device 50 is based on the derived surface shape of the workpiece W and the measured values of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C in the 800th measurement (not shown). The 801th zero error derivation process can be executed.

その後、幾何学量測定装置50は、801回の零点誤差導出処理で得られた結果を平均化する。具体的には、零点誤差決定部122は、第1群距離センサ9Aに関する801個の零点誤差量を平均して1個の平均零点誤差量を導き出す。第1群距離センサ9B、9Cについても同様である。   Thereafter, the geometric amount measuring apparatus 50 averages the results obtained by the 801 zero error derivation process. Specifically, the zero point error determination unit 122 averages 801 zero point error amounts related to the first group distance sensor 9A to derive one average zero point error amount. The same applies to the first group distance sensors 9B and 9C.

このように、幾何学量測定装置50は、10000[mm]の長さのワークWを10[mm]の測定分解能で測定した場合、801回の零点誤差導出処理を実行することができる。そのため、幾何学量測定装置50は、800回の平均により、各零点誤差に含まれる偶然誤差を約1/28(=1/√800)に低減できる。これは、例えば、第2群距離センサ9a、9b、9cのセンサピッチが200[mm]で且つZ軸方向のセンサ分解能(精度)が0.02[μm]であるとし、また、第2群距離センサ9a、9b、9cの出力と3点法又は逐次3点法により第1群距離センサ9Aと9Cとの間に相当する距離(2×L1)のワークWの表面形状を導き出す際に積み上げられる偶然誤差が3σで0.32[μm]であったとすると、800回の平均により、その偶然誤差を3σで0.011[μm]まで低減できることを表す。すなわち、0.011[μm]の再現性を確保できるようにする基準ゲージを用いた場合と同等の効果を得ることができる。その結果、幾何学量測定装置50は、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの零点誤差を補正するために必要な比較的大きな基準ゲージを用いることなく、センサピッチが1000[mm]で且つZ軸方向のセンサ分解能(精度)が0.02[μm]である第1群距離センサ9A、9B、9Cの出力と3点法又は逐次3点法により10000[mm]の長さを有するワークWの表面形状を導き出すときに積み上げられる偶然誤差を3σで0.32[μm]に抑えることができる。   As described above, the geometric amount measuring apparatus 50 can execute 801 zero error derivation processing when a workpiece W having a length of 10000 [mm] is measured with a measurement resolution of 10 [mm]. Therefore, the geometric amount measuring apparatus 50 can reduce the random error included in each zero point error to about 1/28 (= 1 / √800) by averaging 800 times. This is because, for example, the sensor pitch of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c is 200 [mm], and the sensor resolution (accuracy) in the Z-axis direction is 0.02 [μm]. Accumulated when deriving the surface shape of the workpiece W at a distance (2 × L1) corresponding to the distance between the first group distance sensors 9A and 9C by the output of the distance sensors 9a, 9b, 9c and the three-point method or the sequential three-point method. Assuming that the coincidence error is 0.32 [μm] at 3σ, it means that the coincidence error can be reduced to 0.011 [μm] at 3σ by averaging 800 times. That is, it is possible to obtain an effect equivalent to that obtained when a reference gauge that can ensure a reproducibility of 0.011 [μm] is used. As a result, the geometric amount measuring apparatus 50 has a sensor pitch of 1000 [mm] without using a relatively large reference gauge necessary for correcting the zero error of each of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C. In addition, the output of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C having a sensor resolution (accuracy) in the Z-axis direction of 0.02 [μm] and a length of 10000 [mm] by the three-point method or the sequential three-point method The accidental error accumulated when deriving the surface shape of the workpiece W can be suppressed to 0.32 [μm] at 3σ.

このように、幾何学量測定装置50は、第1群距離センサ9A、9B、9Cの校正に必要な比較的大きなゲージを用いずに、第2群距離センサ9a、9b、9cの校正に必要な比較的小さなゲージを用いて、第1群距離センサ9A、9B、9Cの零点誤差を高精度に補正できる。また、このようにして零点誤差が補正される第1群距離センサ9A、9B、9Cの出力と3点法又は逐次3点法とを用いて、比較的大きな形状を有するワークW(例えば、数メートルの長さを有するワークW)の真直度を高精度に算出することができる。   Thus, the geometric amount measuring apparatus 50 is necessary for the calibration of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c without using a relatively large gauge necessary for the calibration of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C. A zero error of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C can be corrected with high accuracy using a relatively small gauge. In addition, the workpiece W (for example, several numbers) having a relatively large shape is obtained by using the outputs of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C in which the zero error is corrected in this way and the three-point method or the sequential three-point method. The straightness of the workpiece W) having a meter length can be calculated with high accuracy.

ここで、図7を参照して、幾何学量測定装置50による効果の具体例を説明する。なお、図7は、幾何学量測定装置50が利用する各種パラメータと各種計算値の関係を示す表である。   Here, with reference to FIG. 7, the specific example of the effect by the geometric amount measuring apparatus 50 is demonstrated. FIG. 7 is a table showing the relationship between various parameters used by the geometric quantity measuring apparatus 50 and various calculated values.

図7は、第1群距離センサ9A、9B、9Cの精度σ、及び、第2群距離センサ9a、9b、9cの精度σがそれぞれ0.01[μm]であることを示す。また、第1群距離センサ9A、9B、9Cの間隔(センサピッチ)L1が1000[mm]であり、第2群距離センサ9a、9b、9cの間隔(センサピッチ)D1が200[mm]であることを示す。また、測定対象であるワークWのX軸方向の長さW1が10000[mm]であり、X軸方向の測定分解能dxが10[mm]であることを示す。 Figure 7 shows a first group distance sensor 9A, 9B, precision sigma 1 of 9C, and, second group range sensors 9a, 9b, the 9c precision sigma 2 is respectively 0.01 [μm]. Further, the distance (sensor pitch) L1 between the first group distance sensors 9A, 9B, 9C is 1000 [mm], and the distance (sensor pitch) D1 between the second group distance sensors 9a, 9b, 9c is 200 [mm]. Indicates that there is. Further, the length W1 in the X-axis direction of the workpiece W to be measured is 10000 [mm], and the measurement resolution dx in the X-axis direction is 10 [mm].

この場合、第2群距離センサ9a、9b、9cのそれぞれの出力と3点法又は逐次3点法とを用いて導き出されるワークWの表面形状の測定値の偶然誤差σN2は、以下の式(8)で表される。なお、偶然誤差σN2は、3点法又は逐次3点法によって導き出されるワークWの表面形状における、第2群距離センサ9a、9b、9cのそれぞれのセンサ分解能レベルの偶然誤差の伝播に起因して増大した偶然誤差である。また、偶然誤差σN2は、上述のパラメータの値を代入すると、0.159[μm]となる。 In this case, the coincidence error σ N2 of the measured value of the surface shape of the workpiece W derived using the outputs of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c and the three-point method or the sequential three-point method is expressed by the following equation: It is represented by (8). Incidentally, the chance error σ N2 is caused by propagation of the chance error of each sensor resolution level of the second group distance sensors 9a, 9b, 9c in the surface shape of the workpiece W derived by the three-point method or the sequential three-point method. This is an increased chance error. Further, the accidental error σ N2 becomes 0.159 [μm] when the above-described parameter values are substituted.

Figure 2015052480
そして、偶然誤差σN2は、式(7)によって求められるm回の平均化によって、式(9)に示すように、平均化後偶然誤差σN2Xとなる。また、平均化後偶然誤差σN2Xは、上述のパラメータの値を代入すると、0.006[μm]となる。
Figure 2015052480
The random error sigma N2 is the m times of averaging as determined by equation (7), as shown in equation (9), and after averaging random error sigma N2X. Further, the accidental error σ N2X after averaging becomes 0.006 [μm] when the above-described parameter values are substituted.

Figure 2015052480
また、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれに関する零点誤差と偶然誤差とを重ね合わせた重ね合わせ誤差σ9A、σ9B、σ9Cは、以下の式(10)で表される。また、重ね合わせ誤差σ9A、σ9B、σ9Cは、上述のパラメータの値を代入すると、0.011[μm]となる。
Figure 2015052480
Further, superposition errors σ 9A , σ 9B , and σ 9C obtained by superimposing the zero point error and the chance error on each of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C are expressed by the following formula (10). The overlay errors σ 9A , σ 9B , and σ 9C are 0.011 [μm] when the values of the above parameters are substituted.

Figure 2015052480
また、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれで検出可能な最小高さhは、以下の式(11)で表される。また、最小高さhは、上述のパラメータの値を代入すると、0.287[μm]となる。
Figure 2015052480
Further, the minimum height h that can be detected by each of the first group distance sensors 9A, 9B, and 9C is expressed by the following formula (11). Moreover, the minimum height h is 0.287 [μm] when the above-described parameter values are substituted.

Figure 2015052480
また、第1群距離センサ9A、9B、9Cのそれぞれの出力と3点法又は逐次3点法とを用いて導き出されるワークWの表面形状の偶然誤差σN1は、式(8)に示す第2群距離センサに関する偶然誤差σN2と同様、以下の式(12)で表される。また、偶然誤差σN1は、上述のパラメータの値を代入すると、0.091[μm]となる。
Figure 2015052480
Further, the random error σ N1 of the surface shape of the workpiece W derived by using the outputs of the first group distance sensors 9A, 9B, 9C and the three-point method or the sequential three-point method is expressed by the equation (8). Similar to the accidental error σ N2 related to the second group distance sensor, it is expressed by the following equation (12). Further, the accidental error σ N1 becomes 0.091 [μm] when the above-described parameter values are substituted.

Figure 2015052480
なお、第1群距離センサ9Aの精度σ、第2群距離センサ9Aの精度σ、第1群距離センサ9Aの間隔L1、第2群距離センサ9Aの間隔D1、ワークWの長さW1、X軸方向の測定分解能dx等のパラメータは、以下のように決定される。すなわち、形状測定における分解能の仕様そのものとなる検出可能な最小高さh、及び、積算された偶然誤差σN1の値が最も小さくなるように決定される。
Figure 2015052480
The accuracy σ 1 of the first group distance sensor 9A, the accuracy σ 2 of the second group distance sensor 9A, the interval L1 of the first group distance sensor 9A, the interval D1 of the second group distance sensor 9A, and the length W1 of the workpiece W The parameters such as the measurement resolution dx in the X-axis direction are determined as follows. That is, the minimum detectable height h that is the resolution specification itself in the shape measurement and the value of the accumulated coincidence error σ N1 are determined to be the smallest.

このように、幾何学量測定装置50は、1[m](=1000[mm])のセンサピッチで配置される3つの第1群距離センサ9A、9B、9Cを用いて、約0.3[μm]程度の分解能で、10[m](=10000[mm])の長さのワークWの表面形状の真直度を測定できる。   As described above, the geometric amount measuring apparatus 50 uses the three first group distance sensors 9A, 9B, and 9C arranged at a sensor pitch of 1 [m] (= 1000 [mm]), and is approximately 0.3. The straightness of the surface shape of the workpiece W having a length of 10 [m] (= 10000 [mm]) can be measured with a resolution of about [μm].

以上の構成により、幾何学量測定装置50は、基準ゲージ13を用いて校正された第2群距離センサの出力と3点法又は逐次3点法とに基づいてワークWの表面形状の一部を導き出す。また、幾何学量測定装置50は、導き出されたワークWの表面形状の一部を用いて第1群距離センサを校正する。そして、幾何学量測定装置50は、ワークWの表面形状の一部の導出と第1群距離センサの校正とを繰り返し、第1群距離センサの出力に含まれる偶然誤差を平均化することによって、第1群距離センサの出力に含まれる偶然誤差を低減する。そして、幾何学量測定装置50は、偶然誤差による影響が低減された第1群距離センサの出力と3点法又は逐次3点法とに基づいてワークWの表面形状全体を導き出す。具体的には、幾何学量測定装置50は、3点法又は逐次3点法によって導き出される形状から、零点誤差に起因する誤差形状を除去する。その結果、幾何学量測定装置50は、比較的小さい基準ゲージ13を用いて、比較的大きな形状を有するワークWの真直度を高精度に測定できる。   With the above configuration, the geometric amount measuring apparatus 50 is a part of the surface shape of the workpiece W based on the output of the second group distance sensor calibrated using the reference gauge 13 and the three-point method or the sequential three-point method. To derive. Further, the geometric amount measuring apparatus 50 calibrates the first group distance sensor using a part of the derived surface shape of the workpiece W. Then, the geometric amount measuring apparatus 50 repeats derivation of a part of the surface shape of the workpiece W and calibration of the first group distance sensor, and averages the accidental errors included in the output of the first group distance sensor. The accidental error included in the output of the first group distance sensor is reduced. Then, the geometric amount measuring apparatus 50 derives the entire surface shape of the workpiece W based on the output of the first group distance sensor and the three-point method or the sequential three-point method in which the influence due to the accidental error is reduced. Specifically, the geometric amount measuring apparatus 50 removes an error shape caused by a zero point error from a shape derived by a three-point method or a sequential three-point method. As a result, the geometric amount measuring apparatus 50 can measure the straightness of the workpiece W having a relatively large shape with high accuracy using the relatively small reference gauge 13.

また、同様の理由により、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサの校正に用いる基準ゲージ13の長さを、第2群距離センサの間隔である第2距離D1の2倍以上で、且つ、第1群距離センサの間隔である第1距離L1の2倍より短い長さとする。その結果、幾何学量測定装置50は、第1群距離センサの校正に用いる基準ゲージを省略できる。また、幾何学量測定装置50は、第2群距離センサの校正に用いる基準ゲージ13のコンパクト化を促進できる。   For the same reason, the geometric amount measuring apparatus 50 allows the length of the reference gauge 13 used for calibration of the second group distance sensor to be not less than twice the second distance D1, which is the interval between the second group distance sensors. The length is shorter than twice the first distance L1, which is the interval between the first group distance sensors. As a result, the geometric amount measuring apparatus 50 can omit the reference gauge used for calibration of the first group distance sensor. Further, the geometric quantity measuring device 50 can promote the downsizing of the reference gauge 13 used for calibration of the second group distance sensor.

また、幾何学量測定装置50は、ラインビーム形状の投光ビームを発するレーザ変位計を距離センサとして採用することによって、測定値に対するノイズの影響を低減させることができる。所定幅のラインビーム内の変位量を平均化した値をラインビームの中心にある測定点の測定値として出力するためである。   Further, the geometric amount measuring apparatus 50 can reduce the influence of noise on the measurement value by adopting a laser displacement meter that emits a projection beam having a line beam shape as a distance sensor. This is because a value obtained by averaging the amount of displacement in the line beam having a predetermined width is output as a measurement value at a measurement point at the center of the line beam.

また、幾何学量測定装置50は、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに対して45度傾斜するラインビーム形状を採用することによって、測定値に対するノイズの影響がX方向測定ライン及びY方向測定ラインの何れか一方に偏るのを防止することができる。ノイズの原因の1つである研削痕は、被測定物の延在方向又はその直交方向、すなわち、X軸又はY軸に平行な方向に形成され易いためである。   Further, the geometric amount measuring apparatus 50 adopts a line beam shape inclined at 45 degrees with respect to each of the X-axis direction and the Y-axis direction, so that the influence of noise on the measurement value is measured in the X-direction measurement line and the Y-direction measurement It is possible to prevent biasing to any one of the lines. This is because the grinding mark, which is one of the causes of noise, is easily formed in the extending direction of the object to be measured or its orthogonal direction, that is, the direction parallel to the X axis or the Y axis.

次に、図8を参照して、センサヘッド9の別の実施例について説明する。なお、図8は、センサヘッド9の別の3つの構成例を鉛直下方(−Z方向)から見たセンサヘッド9の底面図である。   Next, another embodiment of the sensor head 9 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a bottom view of the sensor head 9 as viewed from three vertically lower structural examples (−Z direction) of the sensor head 9.

図8上段のセンサヘッド9は、三角柱形状の本体部9sと、X軸に平行な方向に距離Dbずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9A、9B、9Cと、Y軸に平行な方向に距離Daずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、距離センサ9A及び距離センサ9aは同じ一つの距離センサである。そのため、センサヘッド9は、5つの距離センサを含む。なお、距離Daと距離Dbとは、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。   The upper sensor head 9 in FIG. 8 includes a triangular prism main body 9s and three distance sensors 9A, 9B, and 9C arranged on the main body 9s with a distance Db in the direction parallel to the X axis. It includes three distance sensors 9a, 9b, 9c arranged on the main body 9s with a distance Da in the direction parallel to the Y axis. The distance sensor 9A and the distance sensor 9a are the same distance sensor. Therefore, the sensor head 9 includes five distance sensors. The distance Da and the distance Db may be the same value or different values.

図8中段のセンサヘッド9は、底面が十字形状の多角柱である本体部9sと、X軸に平行な方向に距離Dbずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9A、9B、9Cと、Y軸に平行な方向に距離Daずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、距離センサ9B及び距離センサ9aは同じ一つの距離センサである。そのため、図8中段のセンサヘッド9は、図8上段のセンサヘッド9と同様、5つの距離センサを含む。なお、距離Daと距離Dbとは、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。   The sensor head 9 in the middle of FIG. 8 includes a main body portion 9s whose bottom surface is a cross-shaped polygonal column and three distance sensors 9A arranged on the main body portion 9s at intervals of a distance Db in a direction parallel to the X axis. , 9B, 9C, and three distance sensors 9a, 9b, 9c arranged on the main body portion 9s at intervals of a distance Da in a direction parallel to the Y axis. The distance sensor 9B and the distance sensor 9a are the same distance sensor. Therefore, the sensor head 9 in the middle stage of FIG. 8 includes five distance sensors, like the sensor head 9 in the upper stage of FIG. The distance Da and the distance Db may be the same value or different values.

図8下段のセンサヘッド9は、底面がT字形状の多角柱である本体部9sと、X軸に平行な方向に距離Dbずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9A、9B、9Cと、Y軸に平行な方向に距離Daずつ間隔を空けて本体部9s上に配置される3つの距離センサ9a、9b、9cとを含む。なお、距離センサ9B及び距離センサ9aは同じ一つの距離センサである。そのため、図8下段のセンサヘッド9は、図8上段、中段のセンサヘッド9と同様、5つの距離センサを含む。なお、距離Daと距離Dbとは、同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。   The lower sensor head 9 in FIG. 8 includes a main body portion 9s whose bottom surface is a polygonal column having a T-shape, and three distance sensors arranged on the main body portion 9s with a distance Db in the direction parallel to the X axis. 9A, 9B, and 9C, and three distance sensors 9a, 9b, and 9c arranged on the main body portion 9s at intervals of a distance Da in a direction parallel to the Y axis. The distance sensor 9B and the distance sensor 9a are the same distance sensor. Therefore, the lower sensor head 9 in FIG. 8 includes five distance sensors, similar to the upper and middle sensor heads 9 in FIG. The distance Da and the distance Db may be the same value or different values.

また、図8の3つの実施例では、5つの距離センサは、本体部9sに対して脱着可能に取り付けられる。そのため、本体部9sから5つの距離センサを取り外し、図8中の点線で示すような別途用意される棒状の本体部に付け替えることによって、図3の1段目に示すセンサヘッド9と同じセンサ配置を実現できる。   In the three embodiments of FIG. 8, the five distance sensors are detachably attached to the main body 9s. Therefore, the same sensor arrangement as that of the sensor head 9 shown in the first row of FIG. 3 is obtained by removing the five distance sensors from the main body portion 9s and replacing them with a separately prepared rod-like main body portion as shown by a dotted line in FIG. Can be realized.

なお、X軸に平行な方向に等間隔に配置される少なくとも3つの距離センサと、Y軸に平行な方向に等間隔に配置される少なくとも3つの距離センサとを含む図8のセンサヘッド9は、ワークWの幾何学量の測定をより効率的に実行できるようにする。   The sensor head 9 of FIG. 8 includes at least three distance sensors arranged at equal intervals in a direction parallel to the X axis and at least three distance sensors arranged at equal intervals in a direction parallel to the Y axis. The measurement of the geometric amount of the workpiece W can be executed more efficiently.

具体的には、幾何学量測定装置50は、ワークWの表面上の測定範囲に対し、センサヘッド9を相対移動させながら距離データを取得する。すなわち、幾何学量測定装置50は、X軸に平行な複数のX方向測定ラインのそれぞれの上に並ぶ測定点の距離データ、及び、Y軸に平行な複数のY方向測定ラインのそれぞれの上に並ぶ測定点の距離データを取得する。そのため、幾何学量測定装置50は、複数のX方向測定ライン及び複数のY方向測定ラインのそれぞれに対して、3点法又は逐次3点法による真直度測定を実行することができ、ひいては、ワークWの表面上に格子状に並ぶ測定ラインに基づいて3点法又は逐次3点法による平面度測定を実行することができる。その結果、幾何学量測定装置50は、ワークWの真直度や平面度の測定効率を高めることができる。   Specifically, the geometric amount measuring apparatus 50 acquires distance data while moving the sensor head 9 relative to the measurement range on the surface of the workpiece W. That is, the geometric amount measuring apparatus 50 includes distance data of measurement points arranged on each of a plurality of X direction measurement lines parallel to the X axis, and each of the plurality of Y direction measurement lines parallel to the Y axis. Get the distance data of the measurement points on the line. Therefore, the geometric amount measuring apparatus 50 can perform straightness measurement by the three-point method or the sequential three-point method for each of the plurality of X-direction measurement lines and the plurality of Y-direction measurement lines. Flatness measurement can be executed by the three-point method or the sequential three-point method based on the measurement lines arranged in a grid pattern on the surface of the workpiece W. As a result, the geometric amount measuring apparatus 50 can increase the measurement efficiency of the straightness and flatness of the workpiece W.

このように、図8における5つの距離センサは、X軸及びY軸のそれぞれに平行な方向に距離センサを3つずつ配置可能な本体部と棒状の本体部との間で付け替えられる。そのため、幾何学量測定装置50の利用者は、図8に示すような本体部によって実現される機能と、図3に示すような棒状の本体部によって実現される機能とを必要に応じて使い分けることができる。すなわち、幾何学量測定装置50の利用者は、比較的廉価な本体部を複数用意し、比較的高価な距離センサをそれら複数の本体部で兼用できるようにすることで、複数の機能を低コストで利用できる。   As described above, the five distance sensors in FIG. 8 are interchanged between the main body portion and the rod-shaped main body portion in which three distance sensors can be arranged in a direction parallel to each of the X axis and the Y axis. Therefore, the user of the geometric amount measuring apparatus 50 uses the function realized by the main body as shown in FIG. 8 and the function realized by the rod-like main body as shown in FIG. be able to. That is, the user of the geometric amount measuring apparatus 50 can reduce the plurality of functions by preparing a plurality of relatively inexpensive main body portions and allowing the plurality of main body portions to use a relatively expensive distance sensor. Available at cost.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

例えば、上述の実施例では、幾何学量測定装置50は、センサピッチが1000[mm]の第1群距離センサを用いて、1000[mm]の測定分解能で10000[mm]の長さのワークWの真直度を測定する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、幾何学量測定装置50は、合成法を利用し、例えば10[mm]、50[mm]等のセンサピッチ未満の測定分解能で10000[mm]の長さのワークWの真直度を測定してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the geometric amount measuring apparatus 50 uses a first group distance sensor with a sensor pitch of 1000 [mm], and a workpiece having a length of 10,000 [mm] with a measurement resolution of 1000 [mm]. Measure the straightness of W. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the geometric amount measuring apparatus 50 uses a synthesis method to measure the straightness of a workpiece W having a length of 10,000 [mm] with a measurement resolution less than a sensor pitch such as 10 [mm] or 50 [mm], for example. May be.

また、上述の実施例では、センサヘッド9をX軸方向に移動できない構成が採用されているが、センサヘッド9をX軸方向及びY軸方向に移動可能な構成が採用されてもよい。   In the above-described embodiment, a configuration in which the sensor head 9 cannot be moved in the X-axis direction is employed. However, a configuration in which the sensor head 9 can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction may be employed.

同様に、上述の実施例では、X軸テーブル2(ワークW)をY軸方向に移動できない構成が採用されているが、X軸テーブル2(ワークW)をX軸方向及びY軸方向に移動可能な構成が採用されてもよい。   Similarly, in the above-described embodiment, the X-axis table 2 (work W) cannot be moved in the Y-axis direction. However, the X-axis table 2 (work W) is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction. Possible configurations may be employed.

また、上述の実施例では、平面研削盤100による研削加工、及び、幾何学量測定装置50による幾何学量測定が何れも制御装置12によって制御されるが、別々の制御装置によって制御されてもよい。すなわち、幾何学量測定装置50は、平面研削盤100の制御装置から独立した専用の制御装置を備えるようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the grinding by the surface grinder 100 and the geometric amount measurement by the geometric amount measuring device 50 are both controlled by the control device 12, but may be controlled by separate control devices. Good. That is, the geometric amount measuring device 50 may include a dedicated control device that is independent from the control device of the surface grinding machine 100.

また、上述の実施例において、センサヘッド9に搭載される距離センサのそれぞれは、所定のサンプリング間隔で距離を測定し、その測定値を出力する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。距離センサのそれぞれは、例えば、継続的に距離を測定しながら、ローパスフィルタ等を適用して複数の測定値を一纏めにし、所定のサンプリング間隔毎にその一纏めにした測定値を出力するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, each of the distance sensors mounted on the sensor head 9 measures the distance at a predetermined sampling interval and outputs the measured value. However, the present invention is not limited to this. Each of the distance sensors, for example, applies a low-pass filter or the like to collect a plurality of measurement values while continuously measuring the distance, and outputs the measurement values collected at a predetermined sampling interval. Also good.

また、上述の実施例では、幾何学量測定装置50は、立軸砥石ヘッド4を備えた平面研削盤100に搭載されるが、横軸砥石ヘッドを備えた平面研削盤に搭載されてもよい。また、幾何学量測定装置50は、被測定物に対してセンサヘッド9を少なくともX軸方向に相対移動させる機構を備える他の工作機械に搭載されてもよい。   In the above-described embodiment, the geometric amount measuring device 50 is mounted on the surface grinder 100 including the vertical axis grindstone head 4, but may be mounted on the surface grinder including the horizontal axis grindstone head. Further, the geometric amount measuring apparatus 50 may be mounted on another machine tool including a mechanism for moving the sensor head 9 relative to the object to be measured at least in the X-axis direction.

また、上述の実施例では、幾何学量取得装置50は、平面研削盤に搭載されるものとして説明されたが、他の工作機械に搭載されてもよい。具体的には、幾何学量取得装置50は、半導体製造装置、液晶パネル製造装置等に搭載されてもよい。   Moreover, although the geometric amount acquisition apparatus 50 was demonstrated as what is mounted in a surface grinder in the above-mentioned Example, you may mount in another machine tool. Specifically, the geometric amount acquisition apparatus 50 may be mounted on a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal panel manufacturing apparatus, or the like.

1・・・本体ベッド 2・・・X軸テーブル 3・・・立軸砥石用コラム 4・・・立軸砥石ヘッド 5・・・砥石ヘッド回転用モータ 6・・・砥石ヘッド上下送り用アクチュエータ 7・・・砥石ヘッド左右送り用アクチュエータ 8・・・テーブル移動用アクチュエータ 9・・・センサヘッド 9A、9B、9C・・・第1群距離センサ 9a、9b、9c・・・第2群距離センサ 9s・・・本体部 10・・・表示装置 11・・・入力装置 12・・・制御装置 13・・・基準ゲージ 40・・・砥石軸 41・・・砥石車 50・・・幾何学量測定装置 90s・・・本体延長部 100・・・平面研削盤 120・・・研削制御部 121・・・幾何学量測定制御部 122・・・零点誤差決定部 W・・・ワーク   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body bed 2 ... X-axis table 3 ... Column for vertical-axis whetstone 4 ... Vertical-axis whetstone head 5 ... Motor for whetstone head rotation 6 ... Actuator for whetstone head vertical feed 7. -Grinding wheel head left-right feed actuator 8 ... Table movement actuator 9 ... Sensor head 9A, 9B, 9C ... First group distance sensor 9a, 9b, 9c ... Second group distance sensor 9s -Main body 10 ... Display device 11 ... Input device 12 ... Control device 13 ... Reference gauge 40 ... Grinding wheel shaft 41 ... Grinding wheel 50 ... Geometric measuring device 90s ..Main body extension unit 100 ... Surface grinding machine 120 ... Grinding control unit 121 ... Geometric amount measurement control unit 122 ... Zero error determination unit W ... Workpiece

Claims (6)

被測定物の、基準となる幾何学的形状からの逸脱の大きさである幾何学量を測定する幾何学量測定装置であって、
所定直線上に第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計と前記所定直線上に前記第1距離より小さい第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計とを有する距離計支持体と、
前記被測定物に対して前記距離計支持体を前記所定直線に沿って相対移動させる移動機構と、
を含む幾何学量測定装置。
A geometric quantity measuring device for measuring a geometric quantity, which is a magnitude of deviation from a reference geometric shape of an object to be measured,
At least three first group distance meters arranged at a first distance on a predetermined straight line and at least three second group distance meters arranged at a second distance smaller than the first distance on the predetermined straight line. A distance meter support having:
A moving mechanism for moving the distance meter support relative to the object to be measured along the predetermined straight line;
Geometric measurement device.
表面形状が既知である基準ゲージを有し、
前記基準ゲージの長さは、前記第2距離の2倍以上であり、且つ、前記第1距離の2倍より小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の幾何学量測定装置。
Having a reference gauge whose surface shape is known;
A length of the reference gauge is at least twice the second distance and less than twice the first distance;
The geometric amount measuring apparatus according to claim 1, wherein
前記第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計のうちの1つ又は2つは、前記第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計のうちの1つ又は2つである、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の幾何学量測定装置。
One or two of the at least three first group distance meters arranged at a distance of the first distance is one of at least three second group distance meters arranged at a distance of the second distance. One or two,
The geometric quantity measuring device according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
前記第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計のうちの少なくとも1つは、前記距離計支持体に対して脱着可能である、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の幾何学量測定装置。
At least one of the at least three first group distance meters arranged at a distance of the first distance is detachable from the distance meter support;
The geometric quantity measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計のうちの少なくとも1つは、前記距離計支持体に対して脱着可能である、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の幾何学量測定装置。
At least one of at least three second group distance meters arranged at a distance of the second distance is detachable from the distance meter support;
The geometric amount measuring apparatus according to claim 1, wherein the geometric amount measuring apparatus is characterized in that:
被測定物の、基準となる幾何学的形状からの逸脱の大きさである幾何学量を測定する幾何学量測定方法であって、
所定直線上に第1距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第1群距離計と前記所定直線上に前記第1距離より小さい第2距離ずつ隔てて配置される少なくとも3つの第2群距離計とを有する距離計支持体、及び、前記被測定物のうちの少なくとも一方を、前記距離計支持体が前記被測定物に対して前記所定直線に沿って相対的に移動するように移動させる移動ステップと、
表面形状が既知である基準ゲージを用いて前記少なくとも3つの第2群距離計を校正する校正ステップと、
前記少なくとも3つの第2群距離計の出力を用いて3点法又は逐次3点法により前記被測定物における少なくとも前記第1距離の2倍の長さの表面形状を導出する表面形状導出ステップと、
前記表面形状導出ステップで導出された表面形状に基づいて、前記少なくとも3つの第1群距離計の零点誤差を決定する零点誤差決定ステップと、
前記零点誤差決定ステップを複数回繰り返すことで得られる複数の零点誤差を平均して前記少なくとも3つの第1群距離計の零点誤差を補正する零点誤差補正ステップと、
前記零点誤差補正ステップにおいて零点誤差が補正された前記少なくとも3つの第1群距離計の出力を用いて3点法又は逐次3点法により前記被測定物の表面形状を導出する表面形状導出ステップと、
を有する幾何学量測定方法。
A geometric amount measuring method for measuring a geometric amount, which is a magnitude of deviation from a reference geometric shape of an object to be measured,
At least three first group distance meters arranged at a first distance on a predetermined straight line and at least three second group distance meters arranged at a second distance smaller than the first distance on the predetermined straight line. And a movement for moving at least one of the distance measuring object support and the object to be measured so that the distance measuring object support moves relative to the object to be measured along the predetermined straight line. Steps,
A calibration step of calibrating the at least three second group rangefinders using a reference gauge having a known surface shape;
A surface shape deriving step for deriving a surface shape at least twice as long as the first distance in the object to be measured by a three-point method or a sequential three-point method using outputs of the at least three second group distance meters; ,
A zero point error determining step of determining zero point errors of the at least three first group distance meters based on the surface shape derived in the surface shape deriving step;
A zero error correction step of correcting a zero error of the at least three first group distance meters by averaging a plurality of zero errors obtained by repeating the zero error determination step a plurality of times;
A surface shape deriving step for deriving a surface shape of the object to be measured by a three-point method or a sequential three-point method using outputs of the at least three first group distance meters whose zero-point errors have been corrected in the zero-point error correction step; ,
A geometrical amount measuring method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116255893A (en) * 2021-12-10 2023-06-13 财团法人精密机械研究发展中心 Machine tool intelligent digital geometric accuracy detection system and method

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