专利名称：真圆度测量装置及测量端子好坏的判定方法
技术领域：
本发明涉及真圆度测量装置及其使用的测量端子的好坏的判定方法， 特别涉及修正工件中心轴对转动轴偏移的偏心、算出真圆度的真圆度测量 装置以及利用偏心判定测量端子好坏的方法。
背景技术：
真圆度测量装置通过将圆筒物等具有圆形截面的被测物(工件)装载 在可转动的载物台上，使测量端子接触工件的表面，测量检出随着工件转 动而产生的测量端子的位移，来测量圆形截面的外形形状。
图l是表示真圆度测量装置的基本结构的附图。如图所示，真圆度测 量装置具有装载、转动工件W的载物台1;与转动的工件W的表面接触 的测量端子11;测量测量端子11的位移的测头12;放大测头12输出的 测量信号的放大器13;将放大的检出信号转换为数字信号的模拟-数字转
换器(A/D转换器)14;处理A/D转换器输出的数字测量信号(测量数据)、 算出真圆度的演算处理部15。在以下的说明中，以工件W作为圆筒物进 行说明。
测量端子11具有球状的端部，可在与载物台1的转动轴平行的第1 平面内位移，与工件W的表面接触，随着被测物的转动而位移。测头12 支承测量端子ll，利用差动变压器检出测量端子11的位移，输出测量信 号。演算处理部15由计算机等构成。这里，放大器13及A/D转换器14 设置在测头12内。
图2表示球状的测量端子11与装载在载物台1上的工件W接触的状 况。工件W转动时，测量端子11根据工件W的表面的半径位移。关于 真圆度测量装置的基本结构，在专利文件1至3中公开、被广泛公知，因此这里就省略以上的说明。
如图2所示，如果工件W的中心与载物台1的转动中心一致，测量
端子ll位移的范围小。但是，如图3A及图3B所示，工件W的中心O' 从载物台1的转动中心O开始偏移时，即偏心时，当工件W的中心O' 位于转动中心O的右侧时，测量端子ll的球(以下，该球简称为测量端 子)的中心O"向右侧位移正好一个偏心量，工件W的中心O'位于转动 中心O的左侧时，测量端子11的中心O"向左侧位移正好一个偏心量。换 言之，当工件W的半径为R，测量端子ll的半径为r，偏心量为E时， 工件W的中心O'位于转动中心O的右侧时，转动中心O与测量端子11 的中心O"的距离为R+E，工件W的中心O'位于转动中心O的左侧时， 转动中心O与测量端子11的中心O"的距离为R—E。因此，测量信号正 好有2E的不同。
放大器13放大测量信号，使测量信号的变动范围对应A/D转换器14 的输入信号范围。因此，根据放大器13的放大率，决定可测量的测量信 号的范围，即测量范围。由于A/D转换器14的分辨率由字节数确定，在 测头12输出的测量信号的范围大时，对应最小分辨率的位移量变大，分 辨率低。因此，在进行高精度测量时，必须使测量信号的变动范围变小， 测量范围变窄。
如上所述，由于偏心时，测量信号的变动范围变大，正好为偏心量E 的2倍的，因此，在进行高精度测量时，要进行调整，使工件W的中心 O，尽可能与转动中心O —致，即尽可能縮小偏心量E。专利文献1至3公 开了容易进行使偏心量E尽可能变小的中心调整方法，及正确算出轴心的 方法等。但是，中心调整是需要时间的作业 工作，存在测量的效率低下 的问题。
近年，由于电子装置及执行软件的演算处理装置的进步，已经可以廉 价地实现具有高分辨率，同时可在很宽的测量范围内进行测量的结构。这
样，当检出由于如图3A及图3B所示的偏心量E而产生的测量信号(测 量数据)的变化时，在进行自动算出偏心量E、从测量数据中除去由于偏心量E而发生的变化的修正后，才算出真圆度。这样，即使不进行上述烦 杂的中心调整，也能进行高精度的测量。
专利文献1:日本特开平4-329306号公报 专利文献2:日本特开2001-91244号公报 专利文献3:日本特开2004-93529号公报
发明内容
但是，历来的真圆度测量装置的偏心量的修正是在，图3A及图3B 所示的工件W和测量端子11的接触位置C在转动中心O和测量端子11 的中心O"的连接线上，换言之，是在测量端子可能位移的平面内进行的。 存在偏心时，如图4A所示，工件W的中心O'位于转动中心O的右侧时 (O，R)及位于左侧时(O'L)，工件W和测量端子11的接触位置C在转 动中心O和测量端子11的中心O"的连接线上，但如图4B所示，工件W 的中心O，位于转动中心0的上侧时(O，U)及位于下侧时(O，S)，则如 图4C所示，工件W和测量端子11的接触位置C不在转动中心0和测量 端子11的中心O"的连接线上。此时，与测量端子11的0和O"的连接线 上的表面位置相对应的值作为测量数据输出。因此，测量信号的值是从与 转动中心O到工件W的半径R的值加上正好为误差偏移的值，但是，历 来不进行这样的修正。
不进行这样的修正的理由是在考虑利用A/D转换器14的分辨率来应 对偏心量的大小时，这样的偏心量产生的误差P小，与分辨率相比可以忽 略。
但是，近年，电子装置和执行软件的演算处理装置的进步显著，例如 利用廉价的A/D转换器14也能实现16字节的分辨率。因此，即使是历来 不进行高精度测量的偏心量也可以进行高精度的测量了，相应地，产生了 不能再忽略历来所忽略的图4C所示的误差、不能再不以充分的精度进行 测量的问题。
此外，测量端子11由钢球、超硬合金球、红宝石球等非常坚硬的材料制成，呈真圆形状进行测量。但是，即使用坚硬的材料制作，随着使用 产生磨损，形状发生变化，测量端子11的形状变得不是真圆形状。即使 测量端子11的形状变得不是真圆形状，如果不偏心则不会影响测量数据， 因此到此为止没有进行特别的管理。但是，如上所述，如果要在具有偏心 的状态下也要高精度地进行真圆度的测量的话，则测量端子11的形状变 化会影响测量数据。因此，有必要监视测量端子11的形状变化，判定能 否使用。但是，到此为止没有简便地测量测量端子11的形状变化的好方 法。
本发明是解决上述问题的发明，第l目的是实现进一步改善偏心时的
测量精度的真圆度测量装置。第2目的是可简便地测量测量端子的形状变化。
为了实现上述第1目的,本发明的第1实施方式的真圆度测量装置是， 考虑对由于偏心而使工件和测量端子的接触位置在相对于测量端子的可 位移的平面的垂直方向上的偏移部分对测量信号产生的影响，进行补正。
艮口，本发明的第l实施方式的真圆度测量装置，其为具备装载转动具
有圆形截面的被测量物的载物台；具有球状的顶端部，可在与上述载物台 的转动轴平行的第1平面内位移，与装载上述载物台的上述被测物的表面 接触，随着上述被测量物的转动而位移的测量端子；检出上述测量端子的 位移，输出测量数据的测头；处理上述测量数据算出上述被测物的真圆度 的处理控制部；上述处理控制部对由于上述被测物的圆形截面的中心与上 述载物台的转动中心的差、即偏心而使上述被测物的表面与上述测量端子 的接触位置在上述第1平面内的偏移进行修正，算出上述被测量物的真圆 度的真圆度测量装置，其特征在于上述处理控制部算出由于偏心使上述被 测物的表面与上述测量端子的接触位置在上述第1平面的垂直方向的偏 移，对由于算出的上述第1平面的垂直方向的偏移而产生的在上述第1平 面内的偏移也进行修正，算出上述被测物的真圆度。
根据本发明的第l种实施方式的真圆度测量装置，由于算出因偏心而 使工件与测量端子的接触位置在测量端子可位移的平面的垂直方向上的偏移，而且由于算出、修正对该偏移对测量信号的影响，因此进一步提高 了测量精度。
为实现上述第2目的，本发明的第2种实施方式的测量端子好坏的判 定方法是，在对转动中心不偏心的状态和偏心的状态下测量形状已知的基 准被测物的外形形状，从2个测量数据的差测出测量端子的变形情况，判 定好坏。
艮P，本发明的第2种实施方式的测量端子好坏的判定方法是，在真圆 度测量装置中，判定接触被测物表面的测量端子的球状端部的形状好坏的 测量端子好坏判定方法，其特征在于，装载形状己知的基准被测物，使上 述基准被测物的圆形截面的中心与载物台的转动中心一致，测量上述基准 被测物的无偏心外形形状，使上述基准被测物的圆形截面的中心相对于上 述载物台的转动中心具有所定量偏心，测量上述基准被测物的偏心外形形 状，从上述无偏心外形形状和上述偏心外形形状的差算出上述测量端子从 球状开始的变形量，算出的上述变形量超过所定的范围时，判定为不良。
被测物的中心与转动中心一致时，即使使用变形的测量端子进行测 量，测量端子的变形也不影响测量数据。相反，被测量物的中心对于转动 中心偏心时，使用变形的测量端子进行测量时，测量数据受到影响。因此， 在不偏心状态和偏心状态下测量形状已知的基准被测量物的外形形状时， 在2个测量数据中产生差值。因此，可从2个测量数据的差测量测量端子 的变形情况。
根据本发明，可提高偏心时的测量精度，即使偏心也能高精度地测量， 因此，可不需要调整偏心，提高真圆度测量装置的操作性及效率。
图1是表示表面粗糙度/形状测量装置的外观的附图。
图2是表示测量端子对载物台上工件的动作的附图。
图3A及图3B是说明工件中心对转动中心偏移(偏心)时的历来的 实例中的修正方法的附图。图4A至图4C是说明历来实例中的偏心修正的问题的附图。
图5是说明本发明的第1实施例的偏心修正处理的附图。
图6是说明本发明的第1实施例的偏心修正处理的附图。
图7是说明算出偏心量的另一种的方法的附图。
图8A及图8B是说明本发明的第2实施例的测量端子的磨损量的算 出原理的附图。
图9是表示第2实施例中测量端子的好坏判定处理的流程图。
10载物台 11测量端子 12测头
14 A/D变换器 15演算处理部 W工件
具体实施例方式
以下说明本发明的实施例的真圆度测量装置，实施例的真圆度测量装 置具有与如图1所示的历来的真圆度测量装置类似的基本结构，只是在演 算处理部15的修正处理不同。换言之，使构成演算处理部15的电脑工作 的软件不同。以下，说明修正处理的内容。
图5及图6是说明本发明的第1实施例的真圆度测量装置的修正处理 的附图。
首先，在第1实施例的修正处理中，使用工件W的半径R，测量端 子ll的半径r，偏心量E。工件W的半径R及测量端子ll的半径r使用 事先判明的值，工件W的半径R也可从测量的值简便地算出使用。如在 图3A、图3B及图4A中所说明的，工件W的中心从转动中心偏心时，绘制的测量信号，略呈椭圆形，但此时的椭圆形的短边与工件W的直径
基本相等。工件W的半径R为几十mm以上的值，检出精度为l岬以下， 这里输入的半径R的值不太需要高精度。测量端子11的半径r也是同样。
偏心量E如图3A、图3B及图4A中所说明的，可由位移信号的最大 值和最小值的差简便地算出。另外，在不位于180度不同的转动位置上时， 还求出位移信号为相同的值的方向，即，与最大值和最小值垂直相交的方 向，还可由这4方向的值算出位移信号的最大值和最小值。总之，使用通 过这种方法算出最大值偏心量E时的精度是充分的。
图5及图6表示以转动中心O为原点，测量端子11的中心O"在X 轴上可移动地被支承，工件W的中心O'在转动中心O的周围转动时的情 况，表示以O，位于O和O"的连接线上时的情况为起点，图5表示中心 O'位于第一象限的情况，图6表示中心O'位于第二象限的情况。在图5 及图6中，C表示工件W和测量端子ll的接触位置，M表示转动中心O 和测量端子ll的中心O"的连接线上的点，M作为测量端子的位置被检出。
如图5所示，载物台i以e (o<e<90°)转动。工件w的中心o'和测
量端子11的中心O"的连接线与转动中心和测量端子11的中心o"的连接 线(X轴)所形成的角度为S， 5用式(1)表示。
S=sin—1 (Esin6/ (R+r)) (1)
测头的输出(即测量端子的M的位置)用式(2)表示。
M=Rcos5— (r—rcosS)十Ecos0 (2)
实际接触的位置C用下式(3)表示。
C=M+ (r—rcosS) =RcosS+Ecose (3)
另外，此时的位置c位于由测量开始点s开始的e+s的转动角度上。
式(1)至(3)在图6的情况也成立，中心O，在第3及第4象限时 也成立。只是，在X轴下侧时，5为负。
如上，得到工件w在e+s的转动角度上的接触位置c的测量值。 一般地，在真圆度测量装置中，工件w的转动中心的转动角度分割成一定间距，均等地进行测量数据的读入，如上述偏心时，测量开始点S
的角度为零时，对于转动中心o的转动角度为e，接触位置c形成的与工 件w的中心o'的角度为e+5，因此测量数据在工件的圆周上形成不等的 间距。于是，使用不等间距的测量数据，插补求出圆周上等间距部分的值。 根据这样求出的圆周上等间距不的测量数据算出真圆度。关于将不等间距 的测量值变换为等间距的测量数据的插补处理，由于从以前开始就进行， 因此省略了详细说明。
另外，在第l实施例中，由图3A及图3B中表示的测量数据的最大 值及最小值，或由在垂直相交的方向上测量数据算出偏心量E，但如图7 所示，在直角坐标系中图示工件W的全周测量数据，将得到的形状W' 的重心位置作为工件中心O'，可将与转动中心O的距离作为偏心量E求 出。如工件W为椭圆形，用第1实施例的方法算出时，不能求出正确的 偏心量。此外，在工件W为三角形等奇数角形时，有时即使转动中心与 工件中心一致也视为偏心。如果使用图7的方法，不会产生这样的问题。
另外，由图7中测量的形状的内切圆和外接圆的径差，可确定被测量 物的形状异常量(偏移真圆的量)。
形状异常量为一定量以下时，用第1实施例的方法算出偏心量及偏心 方向是适当的，但是形状异常量超出一定量时，使用图7中说明的方法算 出偏心量及偏心方向是适当的。
测量端子11由钢球、超硬合金球、红宝石球等非常坚硬的材料制成。 第l实施例的真圆度测量装置中，测量端子呈真圆形状进行测量，但是即 使使用坚硬的材料制成，随着使用产生磨损，形状发生变化，变得不是真 圆形状。如果工件W是圆筒(可以是球)，当工件W的中心O'与转动中 心O—致(不偏心)时，由于即使测量端子磨损，与工件W的接点也相 同，因此不影响测量信号，当工件W的中心O'与转动中心O偏移(偏心) 时，由于工件W与测量端子ll的接触点移动，因此受到从测量端子的真 圆开始的形状变化的影响。
第2实施例中，检出由测量端子的真圆开始的形状变化的情况，判定是否为可使用状态。图8A及图8B是说明检出由第2实施例测量端子的真圆开始产生的 形状变化的情况的原理的附图。如图8A所示，考虑半径原本为rl的测量 端子11产生磨损，与工件接触的部分的中心(没有偏心时，与工件接触 的部分)的半径为r2的情况。使用如图8A所示的测量端子11，使真圆形 状的基准工件的中心与转动中心一致而进行测量时，在图8B中，得到用 P表示的圆形轨迹。接着，在基准工件的中心对转动中心以所定量偏移的 状态，即在使其偏心的状态下进行测量时，在图8B中，检出用S表示的 卵形形状的轨迹。另外，在图8A及图8B中，Q表示用半径为r2的测量 端子测量偏心的工件时的轨迹，R表示用半径为rl的测量端子测量偏心的 工件时的轨迹(不进行中心位置的修正)。在轨迹S中，短边方向的最大半径为R的横方向的位置T相对于长 边方向的半径的中间位置V正好偏移(rl一r2) /2。另外，V是轨迹P的 圆的中心，轨迹Q的椭圆的中心，T是轨迹R的椭圆的中心。如果算出位 置T和V的差，就可求出(rl一r2)/2，即对应磨损量rl一r2的量。这里， 预先设定磨损量rl一r2的阈值，当超出该阈值时，判定不能使用。图9是表示第2实施例中的测量处理的流程图。在步骤101中，外形及真圆度已知的基准圆筒(可以是球)配置在载 物台上，调整载物台的位置使基准圆筒中心与转动中心一致。该调整动作 是边观察检出值，边利用为使检出值为真圆形状而设置在载物台上的移动 装置而进行的。在步骤102中，进行基准圆筒的真圆度测量，记录测量结果。从而得 到圆轨迹P，算出V的位置。在步骤103中，利用设置在载物台上的移动装置，使基准圆筒的中心 相对于转动中心正好偏移所定量E。在步骤104中，在偏心状态下，进行基准圆筒的真圆度测量，记录测 量结果。从而得到卵形轨迹S，求出T的位置的同时，确认V的位置。在步骤105中，算出T的位置和V的位置的差，即磨损量。在步骤106中，判定T的位置和V的位置的差是否比预先设定的阈 值小，如果小，进入步骤107，向操作员报告测量端子的磨损量在容许范 围内，如果大，进入步骤108，向操作员报告测量端子的磨损量超出容许 范围，为不良，使用新的测量端子。以上说明本发明的实施例，但各种变形例是可以的，例如，在第l实 施例中根据公式进行修正，但也可以使用修正值的图表进行修正。
权利要求
1.真圆度测量装置，具备装载转动具有圆形截面的被测物的载物台；具有球状的端部，可在含上述载物台的转动轴的第1平面内位移，与装载在上述载物台上的上述被测物的表面接触，随着上述被测物的转动而位移的测量端子；检出上述测量端子的位移，输出测量数据的测头；处理上述测量数据，算出上述被测物的真圆度的处理控制部，上述处理控制部，对由于上述被测物的圆形截面的中心与上述载物台的转动中心的差、即偏心而使上述被测物的表面与上述测量端子的接触位置在上述第1平面内发生的偏移进行修正，算出上述被测物的真圆度，其特征在于上述处理控制部，算出由于偏心而使上述被测物的表面与上述测量端子的接触位置在垂直于上述第1平面的方向上的偏移，对由于算出的上述第1平面的垂直方向的偏移而使上述被测物的表面与上述测量端子的接触位置在上述第1平面内的偏移进行修正，算出上述被测物的真圆度。
2. 真圆度测量装置的测量端子好坏的判定方法，在真圆度测量装置 中，判定接触被测物的表面的测量端子的球状端部的形状的好坏，其特征 在于，装载形状已知的基准被测物，使上述基准被测物的圆形截面的中心与 载物台的转动中心一致，测量上述基准被测量物的无偏心外形形状，使上述基准被测物的圆形截面相对于上述载物台的转动中心以所定 量偏心，测量上述基准被测物的偏心外形形状，从上述无偏心外形形状与上述偏心外形形状的差，算出由上述测量端 子的球状开始的变形量，算出的上述变形量超过所定的范围时，判定为不良。
全文摘要
目的是实现改善偏心时的测量精度的真圆度测量装置。真圆度测量装置具备载物台1；具有球状端部，可在包含载物台的转动轴的第1平面内位移，与被测物的表面接触位移的测量端子11；检出测量端子的位移，输出测量数据的测头12-14；处理测量数据的处理控制部15，处理控制部对由于被测物的中心与载物台的转动中心的偏心而使被测物的表面与测量端子的接触位置在第1平面内的偏移进行修正，算出真圆度，处理控制部算出由于偏心而使接触位置在第1平面的垂直方向上的偏移，对由于算出的偏移而使接触位置在第1平面内的偏移进行修正，算出真圆度。
文档编号G01B5/20GK101322006SQ20068004527
公开日2008年12月10日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月5日
发明者榎本雅人, 沢藤进 申请人:东京精密股份有限公司