JP2018169266A - 表面形状測定装置の角度補正方法及び角度補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出装置の検出角度誤差の影響を受けることなく、ワークの表面形状の測定精度を向上させることが可能な表面形状測定装置の角度補正方法及び角度補正装置を提供する。【解決手段】マスターワークの中心を回転軸に垂直な第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態で第１測定が行われたときの第１測定データを取得する第１測定データ取得工程Ｓ１０と、マスターワークの中心を第１方向とは回転軸周りの位相が異なる第２方向に偏心距離だけ偏心させた状態で第２測定が行われたときの第２測定データを取得する第２測定データ取得工程Ｓ１２と、第１測定データ及び第２測定データに基づき、回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度誤差補正工程Ｓ２０と、を備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、ワークと検出器とを相対的に回転させながらワークの表面形状を測定する表面形状測定装置の角度補正方法及び角度補正装置に関する。

従来より、ワークの表面形状を測定する表面形状測定装置として、ワークの真円度等を測定する真円度測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の表面形状測定装置は、ワークを載置するテーブルと、ワークの表面位置を検出する検出器と、ワークを検出器に対して回転軸周りに相対的に回転させる回転機構と、回転機構に設けられた回転角度検出装置（例えば、ロータリーエンコーダ等）とを備える。

そして、表面形状測定装置では、テーブルに載置されたワークを検出器に対して相対的に回転させながらワークの表面位置を検出器で検出することにより、ワークの回転に伴うワークの表面位置（径方向位置及び周方向位置）を示す測定データを取得し、この測定データからワークの表面形状を評価するためのパラメータを算出している。

特開２００４−１０８７８７号公報

ところで、従来の表面形状測定装置では、回転機構に対する回転角度検出装置の取り付け時の偏心に起因した偏心誤差や回転角度検出装置の形状に起因した形状誤差によって、回転角度検出装置の検出角度に誤差が発生する。

例えば、回転機構の回転軸に対して回転角度検出装置が偏心した状態で取り付けられた場合には、図１５に示すように、１回転で１周期の正弦波状の特性を有する周期的な検出角度誤差が発生する。

また、回転角度検出装置の形状にはばらつきがあるため、図１６に示すように、回転角度検出装置の形状に起因した誤差として、回転角度毎にランダムな角度検出誤差が発生する。

したがって、従来の表面形状測定装置で用いられている回転角度検出装置では、回転角度検出装置の取り付け時の偏心に起因した偏心誤差や回転角度検出装置の形状に起因した形状誤差などが複雑に絡み合って、図１７に示すような角度検出誤差が発生することから、ワークの表面形状の測定精度を向上させることができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転角度検出装置の検出角度誤差の影響を受けることなく、ワークの表面形状の測定精度を向上させることが可能な表面形状測定装置の角度補正方法及び角度補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、ワークを載置するテーブルと、ワークの表面位置を検出する検出器と、ワークを検出器に対して回転軸周りに相対的に回転させる回転機構と、回転機構の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えた表面形状測定装置の、回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度補正方法であって、テーブルに載置されたマスターワークの中心を回転軸に垂直な第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、回転機構によりマスターワークを検出器に対して相対的に回転させながら検出器が検出したマスターワークの表面位置を回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第１測定データを取得する第１測定データ取得工程と、テーブルに載置されたマスターワークの中心を第１方向とは回転軸周りの位相が異なる第２方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、回転機構によりマスターワークを検出器に対して相対的に回転させながら検出器が検出したマスターワークの表面位置を回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第２測定データを取得する第２測定データ取得工程と、第１測定データ及び第２測定データに基づき、回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度誤差補正工程と、を備える。

本発明の第２態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、第１態様において、角度誤差補正工程は、第１測定データ及び第２測定データのいずれか一方の測定データが他方の測定データに対して位相差がなくなるように位相補正を行う位相補正工程と、位相補正後の一方の測定データと他方の測定データとを比較することにより、回転角度検出装置の検出角度誤差を算出する角度誤差算出工程と、を有する。

本発明の第３態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、第２態様において、角度誤差算出工程は、回転角度検出装置の検出角度誤差を回転角度毎に算出する。

本発明の第４態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、角度誤差補正工程は、回転角度検出装置の検出角度誤差に基づき、回転角度検出装置の検出角度を補正する。

本発明の第５態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、角度誤差補正工程は、回転角度検出装置の検出角度誤差に基づき、検出器が検出したワークの表面位置を補正する。

本発明の第６態様に係る表面形状測定装置の角度補正方法は、第１態様から第５態様のいずれか１つの態様において、角度誤差補正工程は、回転角度検出装置の検出角度誤差が許容範囲内であるか否かを判定し、検出角度誤差が許容範囲内で場合には補正を行わず、検出角度誤差が許容範囲を超える場合には補正を行う。

本発明の第７態様に係る表面形状測定装置の角度補正装置は、ワークを載置するテーブルと、ワークの表面位置を検出する検出器と、ワークを検出器に対して回転軸周りに相対的に回転させる回転機構と、回転機構の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えた表面形状測定装置の、回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度補正装置であって、テーブルに載置されたマスターワークの中心を回転軸に垂直な第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、回転機構によりマスターワークを検出器に対して相対的に回転させながら検出器が検出したマスターワークの表面位置を回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第１測定データを取得する第１測定データ取得部と、テーブルに載置されたマスターワークの中心を第１方向とは回転軸周りの位相が異なる第２方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、回転機構によりマスターワークを検出器に対して相対的に回転させながら検出器が検出したマスターワークの表面位置を回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第２測定データを取得する第２測定データ取得部と、第１測定データ及び第２測定データに基づき、回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度誤差補正部と、を備える。

本発明の第８態様に係る表面形状測定装置の角度補正装置は、第７態様において、マスターワークの中心を回転軸から第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態と、マスターワークの中心を回転軸から第２方向に偏心距離だけ偏心させた状態とを切替可能なマスターワーク移動機構を備える。

本発明によれば、回転角度検出装置の検出角度誤差の影響を受けることなく、ワークの表面形状の測定精度を向上させることが可能となる。

本実施形態の真円度測定機の構成を示した概略図 データ処理装置の構成を示した機能ブロック図 角度誤差補正テーブル作成部の構成を示した機能ブロック図 第１測定が行われるときの様子を示した概略図 第１測定データ取得部で取得される第１測定データの一例を示した図 第２測定が行われるときの様子を示した概略図 第２測定データ取得部で取得される第２測定データの一例を示した図 第１測定データと第２測定修正データとの差分データの一例を示した図 極座標変換後の第１測定データ及び第２測定データを示した図 検出角度誤差の算出方法を説明するための図 角度誤差補正テーブルの一例を示した図 本実施形態の真円度測定機を用いた角度補正方法を示したフローチャート図 マスターワーク移動機構の構成例を示した図 マスターワーク移動機構の動作例を示した図 エンコーダスケールの取り付け時の偏心に起因した検出角度誤差（偏心誤差）の一例を示した図 エンコーダスケールの形状に起因した検出角度誤差（形状誤差）を示した図 従来の表面形状測定装置で発生する検出角度誤差の一例を示した図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態では、本発明を適用した表面形状測定装置の一例として真円度測定機を例示するが、本発明は、ワークの表面形状を測定する様々なタイプの表面形状測定装置に対して広く適用可能である。

（真円度測定機の構成）
まず、図１を参照しながら、本実施形態の真円度測定機１０の構成について説明する。図１は、本実施形態の真円度測定機１０の構成を示した概略図である。

図１に示すように、本実施形態の真円度測定機１０は、ベース（基台）１２上にワーク（測定物）Ｗを載置する回転テーブル１４が設けられている。回転テーブル１４には、Ｘ方向微動つまみ１６及びＹ方向微動つまみ１８によってＸ方向及びＹ方向に微動送りがされ、Ｘ方向傾斜つまみ（不図示）及びＹ方向傾斜つまみ（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に傾斜調整がされるようになっている。

回転テーブル１４は、軸受（不図示）を介してモータ２０（回転機構の一例）によって回転可能に支持されている。モータ２０の回転軸には回転角度検出装置３６（図２参照）が取り付けられ、回転角度が高精度に読み込まれるようになっている。回転角度検出装置３６は、例えば、ロータリーエンコーダ等で構成される。軸受には、例えば、超高精度の静圧エアーベアリングが用いられ、回転テーブル１４は非常に高い回転精度（例えば、０．００５μｍ）で回転される。回転角度検出装置３６は、モータ２０の回転軸の回転角度を検出することにより、回転テーブル１４に載置されたワークＷの回転角度を検出する。回転角度検出装置３６から出力される検出信号（回転角度データ）は後述のデータ処理装置１００に入力される。なお、回転角度検出装置３６としてはロータリーエンコーダに限らず、例えば、回転テーブル１４を駆動するモータ２０の駆動信号（パルス数）の情報に基づいてワークＷの回転角度を検出するものであってもよい。

ベース１２上には、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるコラム（支柱）２２が立設され、コラム２２にはキャリッジ２４が鉛直方向（Ｚ方向）に移動自在に支持されている。キャリッジ２４には、アーム（径方向移動軸）２６が水平一軸方向（Ｘ方向）に移動自在に支持されている。アーム２６の先端には検出器ホルダ２８が取り付けられている。検出器ホルダ２８の先端には検出器３０が取り付けられている。検出器３０には差動変圧器を用いた電気マイクロメータが使用されており、ワークＷの表面に接触する測定子３２の変位量を検出するようになっている。なお、検出器３０から出力される検出信号（変位データ）は、後述のデータ処理装置１００に入力される。

検出器３０の位置（Ｘ方向位置、Ｚ方向位置）は、検出器位置検出装置３４（図２参照）により検出される。検出器位置検出装置３４は、検出器３０をＸ方向に移動するアーム２６の位置を検出するＸ軸リニアエンコーダ（不図示）と、検出器３０をＺ方向に移動するキャリッジ２４の位置を検出するＺ軸リニアエンコーダ（不図示）とを備える。検出器位置検出装置３４から出力される検出信号（検出器位置データ）は、後述のデータ処理装置１００に入力される。

本実施形態の真円度測定機１０でワークＷの真円度等を測定する場合は、ワークＷを回転テーブル１４に載置した後、最初に回転テーブル１４の回転軸（回転中心）ＯとワークＷの中心との偏心補正と、回転テーブル１４の回転軸Ｏに対するワークＷの傾斜補正を行う。

次に、検出器３０の測定子３２がワークＷの表面（側面）に接触した状態で回転テーブル１４がモータ２０によって１回転され、ワークＷの表面１周分のデータが採取される。このとき、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号がデータ処理装置１００に入力される。

データ処理装置１００では、入力された各検出信号に基づき、ワークＷの表面の各測定点における径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）とを関連付けた測定データを生成し、生成した測定データに基づいてワークＷの真円度等を演算処理する。データ処理装置１００で演算処理された結果は、モニタやプリンタ等の出力部１１０に表示される。

（データ処理装置の構成）
次に、データ処理装置１００の構成について説明する。なお、データ処理装置１００は、本発明に係る角度補正装置の一例である。

図２は、データ処理装置１００の構成を示した機能ブロック図である。データ処理装置１００は、コンピュータによって実現され、図２に示すように、測定データ生成部１０２、角度誤差補正テーブル作成部１０４、測定データ補正部１０６、及び記憶部１０８を備える。なお、図中、様々な処理を行う機能ブロックとして記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。すなわち、これらの機能ブロックは、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できるものであり、いずれかに限定されるものではない。

測定データ生成部１０２は、検出器３０及び検出器位置検出装置３４から出力された検出信号（変位データ及び検出値位置データ）からワークＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）を算出するとともに、回転角度検出装置３６から出力された検出信号（回転角度データ）から各測定点の周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた測定データを生成する。測定データ生成部１０２は、このようにして生成した測定データを測定データ補正部１０６に出力する。また、必要に応じて記憶部１０８に測定データを記憶する。

角度誤差補正テーブル作成部１０４は、回転角度検出装置３６の検出角度誤差を算出し、その検出角度誤差を補正するための角度誤差補正テーブルを作成する。角度誤差補正テーブル作成部１０４は、作成した角度誤差補正テーブルを記憶部１０８に記憶する。

測定データ補正部１０６は、記憶部１０８に記憶された角度誤差補正テーブルを読み込み、その角度誤差補正テーブルを参照することによって、ワークＷを測定する際に測定データ生成部１０２で生成された測定データの補正処理を行う。測定データ補正部１０６は、補正処理を施した測定データを、モニタやプリンタ等の出力部１１０に出力する。なお、測定データ補正部１０６は、角度誤差補正部の一例である。

図３は、角度誤差補正テーブル作成部１０４の構成を示した機能ブロック図である。図３に示すように、角度誤差補正テーブル作成部１０４は、第１測定データ取得部１１２、第２測定データ取得部１１４、位相補正部１１６、及び角度誤差算出部１１８を備える。

第１測定データ取得部１１２は、直径が既知のマスターワークＭＷ（図４参照）を用いた第１測定が行われたときの第１測定データを取得する。

図４は、第１測定が行われるときの様子を示した概略図である。第１測定では、図４に示すように、回転テーブル１４に載置されたマスターワークＭＷの中心Ｃを回転軸Ｏに垂直な第１方向（本例ではＸ方向のプラス方向）に予め設定された偏心距離Ｅだけ偏心させた位置（第１測定位置）に配置した状態とする。そして、マスターワークＭＷを第１測定位置に配置した状態で、検出器３０の測定子３２をマスターワークＭＷの表面に接触させ、回転テーブル１４によりマスターワークＭＷを回転させながら検出器３０で測定子３２の変位を検出する。これにより、第１測定データ取得部１１２は、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号に基づき、マスターワークＭＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた第１測定データを取得する。

図５は、第１測定データ取得部１１２で取得される第１測定データの一例を示した図である。図５に示すように、第１測定データは、回転軸Ｏから第１方向（Ｘ方向のプラス方向）に偏心距離Ｅだけ偏心した第１測定位置（マスターワーク中心Ｃ）を中心とする円形状の測定データとなる。第１測定データ取得部１１２は、第１測定データを角度誤差算出部１１８に対して出力する。

第２測定データ取得部１１４は、マスターワークＭＷ（図６参照）を用いた第２測定が行われたときの第２測定データを取得する。なお、第１測定と第２測定とは同一のマスターワークＭＷを用いるものとする。

図６は、第２測定が行われるときの様子を示した概略図である。図６に示すように、第２測定では、回転テーブル１４に載置されたマスターワークＭＷの中心Ｃを第１方向（Ｘ方向のプラス方向）とは回転軸Ｏ周りの位相が異なる第２方向に上記偏心距離Ｅだけ偏心させた位置（第２測定位置）に配置した状態とする。すなわち、第２測定位置は、マスターワークＭＷの中心Ｃを第１測定位置から回転軸Ｏを中心として所定の回転方向（本例ではＣＣＷ方向（反時計周り方向））に所定の位相（回転角度）φだけ位相をずらした位置である。そして、マスターワークＭＷを第２測定位置に配置した状態で、検出器３０の測定子３２をマスターワークＭＷの表面に接触させ、回転テーブル１４によりマスターワークを回転させながら検出器３０で測定子３２の変位を検出する。これにより、第２測定データ取得部１１４は、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号に基づき、マスターワークＭＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた第２測定データを取得する。

図７は、第２測定データ取得部１１４で取得される第２測定データの一例を示した図である。図７に示すように、第２測定データは、回転軸Ｏから第２方向（第１方向から位相がφだけずれた方向）に偏心距離Ｅだけ偏心した第２測定位置（マスターワーク中心Ｃ）を中心とする円形状の第２測定データとなる。第２測定データ取得部１１４は、第２測定データを位相補正部１１６に対して出力する。

位相補正部１１６は、入力された第２測定データを上記回転方向とは逆方向、すなわち、ＣＷ方向（時計周り方向）に位相をφだけ位相をずらす位相補正処理を行う（位相補正工程の一例）。第１測定データと第２測定データとは、上述のとおり、回転軸Ｏ周りに位相がφだけずれた状態で各々の測定（第１測定及び第２測定）が行われたものなので、位相補正部１１６において、第１測定データと第２測定データとの位相差がなくなるように第２測定データの位相補正処理を施すことによって、第１測定データと位相補正処理後の第２測定データとの位相が一致したものとなる。位相補正部１１６は、位相補正処理が施された第２測定修正データを角度誤差算出部１１８に対して出力する。以下、位相補正処理後の第２測定データを「第２測定修正データ」という。

なお、本実施形態では、第１測定データと第２測定データとの位相差がなくなるように第２測定データに対して位相補正処理を行っているが、これに限らず、第１測定データに対して位相補正処理を行うようにしてもよい。

角度誤差算出部１１８は、入力された第１測定データ及び第２測定修正データに基づき、回転角度検出装置３６の検出角度誤差を回転角度毎に算出する。そして、回転角度毎の検出角度誤差を示す角度誤差補正テーブルを作成し、その角度誤差補正テーブルを記憶部１０８に格納する。

（第１測定データと第２測定修正データとの差分データ）
図８は、第１測定データと第２測定修正データとの差分データの一例を示した図である。なお、図８は、極座標変換後の差分データを示したものであり、横軸は周方向位置θ、縦軸は径方向位置Ｒの誤差ΔＲを示している。また、極座標変換後の第１測定データ及び第２測定データを図９に参考に示す。なお、図９において、符号Ｔ１は第１測定データ、符号Ｔ２は第２測定データ、符号Ｔ２ｐは第２測定修正データ（位相補正処理後の第２測定データ）を示す。

図８に示すように、第１測定データと第２測定修正データとの差分データは、ワークＷの表面の各測定点における周方向位置θに応じて径方向位置Ｒの誤差ΔＲにばらつきが発生する。この誤差ΔＲは、回転角度検出装置３６の検出角度誤差に起因して発生する形状誤差成分を表している。なお、図８に示した差分データは、図９に示した第１測定データＴ１と第２測定修正データＴ２ｐとの差分データに相当する。

ここで、本実施形態では、第１測定データ及び第２測定データは、直径が既知であるマスターワークＭＷを用いて測定されたデータである。また、これらの測定が行われたときの回転軸ＯからマスターワークＭＷの中心Ｃまでの偏心距離は互いに同じ距離であり、かつ偏心方向は回転軸Ｏ周りの位相が互いに異なる方向となっている。

そして、第２測定修正データは、第１測定データと第２測定データとの位相差がなくなるように、第２測定データに対して位相補正処理が施されたものである。

そのため、回転角度検出装置３６の検出角度誤差が存在しない場合には、第１測定データと第２測定修正データ（位相補正処理後の第２測定データ）とは互いに一致した形状となるので、第１測定データと第２測定修正データとの差分データは、各周方向位置（回転角度）における誤差（形状誤差成分）は本来０となるはずである。

一方、回転角度検出装置３６の検出角度誤差が存在する場合には、第１測定データと第２測定修正データとの差分データは、図８に示すように、回転角度検出装置３６の検出角度誤差に起因して、第１測定データと第２測定修正データとは一致した形状とならず、上述のとおり、ワークＷの表面の各測定点における周方向位置θに応じて径方向位置Ｒの誤差ΔＲにばらつきが発生する。

したがって、第１測定データと第２測定修正データとの差分データの形状誤差成分の大きさに応じて、回転角度検出装置３６の検出角度誤差の大きさを容易に把握することができる。例えば、第１測定データと第２測定修正データとの差分データの形状誤差成分が予め定めた許容範囲内（−ε≦Δ≦ε；但し、ε＞０とする。）であるか否かを判定し、形状誤差成分が許容範囲内である場合には検出角度誤差の補正を行わず、形状誤差成分が許容範囲内である場合に検出角度誤差の補正を行うことも可能である。

（検出角度誤差の算出方法）
次に、回転角度検出装置３６の検出角度誤差の算出方法について説明する。図１０は、検出角度誤差の算出方法を説明するための図である。

まず、第１測定データにおいて、例えば回転角度の指示値（回転角度検出装置３６の検出角度）が０度（θ＝０）であるときに測定された測定点（第１測定点；図４のマスターワークＭＷの表面上の点Ｐ１に相当）における径方向位置をＲ_０とする。また、図１０に示すように、回転角度の指示値（０度）に対応する検出角度誤差がＡ_０であるとした場合、本来の径方向位置はＲ_０／cosＡ_０となる。

このとき、第１測定点における形状誤差成分ΔＲ_０は、以下の式（１）から求められる。

次に、第２測定修正データ（位相補正処理後の第２測定データ）において周方向位置が０度となる測定点（第２測定点；図６のマスターワークＭＷの表面上の点Ｐ２に相当）における径方向位置をＲ’_φとする。なお、第２測定点は、位相補正処理が行われる前の第２測定データにおいて周方向位置がφ度であるときの測定点に相当する。また、第２測定修正データにおける第２測定点は、回転角度の指示値がφ度（θ＝φ）であるときに測定されたものであり、そのときにおける検出角度誤差をＡ_φとする。このとき、第２測定点における形状誤差成分ΔＲ’_φは、以下の式（２）から求められる。

第１測定点における形状誤差成分ΔＲ_０と第２測定点における形状誤差成分ΔＲ’_φとの差分は、以下の式（３）で示される。

ここで、φ＝１８０度とした場合、以下の式（４）及び（５）が成り立つ。

ここで、式（４）における左辺「ΔＲ₀-ΔＲ’₁₈₀」は、マスターワークＭＷの表面の周方向位置が０度位置（図４の点Ｐ１及び図５の点Ｐ２にそれぞれ相当する位置）における測定結果の形状誤差成分の差分である。

また、式（５）における「ΔＲ₁₈₀-ΔＲ’₀」は、マスターワークＭＷの表面の周方向位置が１８０度位置（図４の点Ｐ１及び図５の点Ｐ２からそれぞれ１８０度位相が異なる位置）における測定結果の形状誤差成分の差分である。

また、「Ｒ₀」と「Ｒ₁₈₀」は第１測定データの周方向位置が０度と１８０度にそれぞれ対応する径方向位置を示す。また、「Ｒ’₁₈₀」と「Ｒ’₀」は第２測定修正データの周方向位置が１８０度と０度にそれぞれ対応する径方向位置を示す。

Ａ₀とＡ₁₈₀とが求めたい検出角度誤差であるので、式（４）と式（５）をＡ₀とＡ₁₈₀について解くと、以下の式（６）及び（７）に示すとおりとなる。

式（６）及び式（７）は、０度位置で１８０度の位相をずらした場合である。

ここで、求めたい検出角度誤差の周方向位置をα、位相ずらし量をβとすると、検出角度誤差Ａ_αは、以下の式（８）で求めることができる。

したがって、真円度測定機１０においてワークＷの表面の各測定点の径方向位置（Ｒ値）及び周方向位置（θ値）を測定した際、この周方向位置（θ値）を、式（８）で求めた検出角度誤差Ａ_αを加味した真の値（本来の回転角度）に置き換える補正を行うことで、ワークＷの表面形状の測定精度を向上させることが可能となる。

また、周方向位置（θ値）を補正することに代えて、径方向位置（Ｒ値）を補正することも可能である。すなわち、補正後の径方向位置をｃＲ_αとした場合、以下の式（９）によって補正後の径方向位置ｃＲ_αを求めることができる。

図３に示した角度誤差算出部１１８は、上述した式（８）に基づき、回転角度毎に検出角度誤差Ａ_αを補正値として算出する（角度誤差算出工程の一例）。そして、回転角度毎の検出角度誤差Ａ_α（補正値）を示す角度誤差補正テーブルを作成する。角度誤差補正テーブルの一例を図１１に示す。角度誤差算出部１１８で作成された角度誤差補正テーブルは、記憶部１０８に記憶される。

（真円度測定機における角度補正方法）
次に、本実施形態の真円度測定機１０における角度補正方法について説明する。この角度補正方法は、本発明に係る角度補正方法の一例である。

図１２は、本実施形態の真円度測定機１０を用いた角度補正方法を示したフローチャート図である。

（ステップＳ１０：第１測定データ取得工程）
まず、被測定物であるワークＷの測定に先立って、マスターワークＭＷを用いて第１測定を行う。

第１測定では、図４に示すように、回転テーブル１４に載置されたマスターワークＭＷの中心Ｃを回転軸Ｏに垂直な第１方向に予め設定された偏心距離Ｅだけずらした位置（第１測定位置）に配置した状態とする。そして、検出器３０の測定子３２をマスターワークＭＷの表面に接触させ、回転テーブル１４によりマスターワークＭＷを回転させながら検出器３０で測定子３２の変位を検出する。これにより、第１測定データ取得部１１２は、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号に基づき、マスターワークＭＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた第１測定データを取得する。

（ステップＳ１２：第２測定データ取得工程）
次に、マスターワークＭＷを用いて第２測定を行う。

第２測定では、図６に示すように、回転テーブル１４に載置されたマスターワークＭＷの中心Ｃを第１方向とは回転軸Ｏ周りの位相が異なる第２方向に上記偏心距離Ｅだけ偏心させた位置（第２測定位置）に配置した状態とする。そして、検出器３０の測定子３２をマスターワークＭＷの表面に接触させ、回転テーブル１４によりマスターワークを回転させながら検出器３０で測定子３２の変位を検出する。これにより、第２測定データ取得部１１４は、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号に基づき、マスターワークＭＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた第２測定データを取得する。

第１測定及び第２測定が行われるとき、図１３に示すマスターワーク移動機構４０を用いることが好ましい。図１３は、マスターワーク移動機構４０の構成例を示した図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。

図１３に示すように、マスターワーク移動機構４０は、回転テーブル１４とマスターワークＭＷとの間に配置される。マスターワーク移動機構４０は、回転テーブル１４側から順に、回転移動部４２と、水平移動部４４とを備える。

回転移動部４２は、回転テーブル１４の回転軸Ｏと同軸周りに回転可能に構成され、回転テーブル１４に対して相対的に回転することができる。水平移動部４４は、回転移動部４２の回転軸Ｏに垂直な径方向（水平方向）の一方向に移動可能に構成され、回転移動部４２に対して相対的に移動することができる。なお、回転移動部４２を回転させた場合には、水平移動部４４も一体となって回転する。

回転移動部４２及び水平移動部４４を駆動する駆動機構としては、ユーザによる手動で駆動する手動機構や、電気的に制御されて駆動する電動機構などにより構成される。また、回転移動部４２及び水平移動部４４は、予め定められた位置でロックされるようにロック手段（不図示）を備えていることが好ましい。

このようなマスターワーク移動機構４０を用いて第１測定及び第２測定を行う場合には、まず始めに、図１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回転テーブル１４の上面にマスターワーク移動機構４０を載置し、次いで、マスターワーク移動機構４０を構成する水平移動部４４の上面にマスターワークＭＷを載置する。

第１測定を行う場合には、図１４の（Ａ）に示すように、マスターワーク移動機構４０の水平移動部４４を移動させることにより、マスターワークＭＷを第１測定位置に移動させる。また、第１測定が行われた後、第２測定を行う場合には、図１４の（Ｂ）に示すように、マスターワーク移動機構４０の回転移動部４２を回転させることにより、マスターワークＭＷを第２測定位置に移動させる。

このように第１測定及び第２測定が行われるときにマスターワーク移動機構４０を用いることにより、マスターワークＭＷを第１測定位置及び第２測定位置に正確かつ簡単に、そして迅速に移動させることが可能となる。

（ステップＳ１４：角度誤差補正テーブル作成工程）
次に、角度誤差補正テーブル作成部１０４は、第１測定で取得された第１測定データと第２測定で取得された第２測定データとに基づき、回転角度毎に検出角度誤差を算出する。そして、回転角度毎の検出角度誤差を示す角度誤差補正テーブルを作成し、記憶部１０８に記憶する。なお、検出角度誤差の算出方法については上述のとおりであるので、ここでは説明を省略する。

（ステップＳ１６：ワーク測定工程）
次に、マスターワークＭＷに代えてワークＷを回転テーブル１４上に載置し、ワーク中心が回転軸Ｏに正確に一致するように偏心を調整した後、検出器３０の測定子３２をワークＷの表面に接触させ、回転テーブル１４によりワークＷを回転させながら検出器３０で測定子３２の変位を検出する。これにより、測定データ生成部１０２は、検出器３０、検出器位置検出装置３４、及び回転角度検出装置３６からそれぞれ出力された検出信号に基づき、ワークＷの表面における各測定点の径方向位置（Ｒ値）と周方向位置（θ値）を算出し、これらを関連付けた測定データを取得する。

（ステップＳ１８：判定工程）
次に、測定データ補正部１０６は、記憶部１０８に記憶された角度誤差補正テーブルを読み込み、その角度誤差補正テーブルを参照することによって、各回転角度に対応する検出角度誤差の全てが予め設定した許容範囲内であるか否かを判定する。そして、全ての検出角度誤差が許容範囲内でない場合には、次のステップＳ２０に進む。一方、全ての検出角度誤差が許容範囲内である場合には、ステップＳ２０をスキップして、ステップＳ２２に進む。

（ステップＳ２０：角度誤差補正工程）
次に、測定データ補正部１０６は、ステップＳ１８で読み込んだ角度誤差補正テーブルを参照することによって、測定データ生成部１０２で生成された測定データの補正処理を行う。例えば、ある測定点における測定データの径方向位置をＲ_i、周方向位置（回転角度）をθ_iとし、θ_iには検出角度誤差Ａ_iが含まれているものとした場合、周方向位置θ_iから検出角度誤差Ａ_iを減算（又は加算）した値を補正後の周方向位置θ’とし、補正後の周方向位置θ’に対応する径方向位置はＲ_iのままする。なお、測定データの補正処理については、ワークＷの表面における全ての測定点に対して行う。また、角度誤差補正テーブルの中に補正対象の回転角度に対応する検出角度誤差が存在しない場合には、その近傍に存在する回転角度から補間処理によって算出された検出角度誤差に基づき補正するようにしてもよい。

（ステップＳ２２：測定結果出力工程）
次に、出力部１１０にワークＷの測定結果が出力される。なお、測定データ補正部１０６において、測定データに補正処理が施された場合には補正処理後の測定データが出力され、補正処理が施されなかった場合には測定データ生成部１０２で生成された測定データがそのまま出力される。以上により、本フローチャートが終了となる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、マスターワークＭＷの中心Ｃを回転軸Ｏに垂直な第１方向に偏心距離Ｅだけ偏心させた状態で測定したときの第１測定データと、マスターワークＭＷの中心を第１方向とは回転軸Ｏ周りの位相が異なる第２方向に偏心距離Ｅだけ偏心させた状態で測定したときの第２測定データとに基づき、回転角度検出装置３６の検出角度誤差を補正することができる。これにより、回転角度の指示精度が向上するので、検出角度誤差による影響を受けることなく、ワークＷの表面形状を高精度に測定することが可能となる。

特に本実施形態では、検出角度誤差を回転角度毎に補正することができるので、回転角度毎に検出角度誤差にばらつきが存在する場合でも、ワークＷの表面形状を高精度に測定することが可能となる。

なお、本実施形態では、ワークＷを測定したときの測定データのうち周方向位置（θ値）を補正するようにしたが、径方向位置（Ｒ値）を補正するようにしてもよい。この場合、上述した式（９）を用いて補正後の径方向位置を算出することができる。

また、本実施形態では、第１測定データ取得工程（ステップＳ１０）及び第２測定データ取得工程（ステップＳ１２）において、データ処理装置１００が第１測定データ及び第２測定データを順次取得する態様を一例として示したが、これらの測定データの取得順序は逆でもよい。また、データ処理装置１００は少なくとも第１測定データと第２測定データとをそれぞれ取得することができれば、これらの測定データを得るための測定は前もって別々に行われたものであってもよい。

なお、本実施形態では、本発明をテーブル回転型の真円度測定機に適用した場合について説明したが、これに限らず、ワークの周りを検出器が回転する検出器回転型の真円度測定機に対しても本発明を適用することができ、同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…真円度測定機、１２…ベース、１４…回転テーブル、１６…Ｘ方向微動つまみ、１８…Ｙ方向微動つまみ、２０…モータ、２２…コラム、２４…キャリッジ、２６…アーム、２８…検出器ホルダ、３０…検出器、３２…測定子、３４…検出器位置検出装置、３６…回転角度検出装置、４０…マスターワーク移動機構、４２…回転移動部、４４…水平移動部、１００…データ処理装置、１０２…測定データ生成部、１０４…角度誤差補正テーブル作成部、１０６…測定データ補正部、１０８…記憶部、１１０…出力部、１１２…第１測定データ取得部、１１４…第２測定データ取得部、１１６…位相補正部、１１８…角度誤差算出部、Ｗ…ワーク、ＭＷ…マスターワーク

Claims (8)

1. ワークを載置するテーブルと、前記ワークの表面位置を検出する検出器と、前記ワークを検出器に対して回転軸周りに相対的に回転させる回転機構と、前記回転機構の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えた表面形状測定装置の、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度補正方法であって、
   前記テーブルに載置されたマスターワークの中心を前記回転軸に垂直な第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、前記回転機構により前記マスターワークを前記検出器に対して相対的に回転させながら前記検出器が検出した前記マスターワークの表面位置を前記回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第１測定データを取得する第１測定データ取得工程と、
   前記テーブルに載置された前記マスターワークの中心を前記第１方向とは前記回転軸周りの位相が異なる第２方向に前記偏心距離だけ偏心させた状態で、前記回転機構により前記マスターワークを前記検出器に対して相対的に回転させながら前記検出器が検出した前記マスターワークの表面位置を前記回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第２測定データを取得する第２測定データ取得工程と、
   前記第１測定データ及び前記第２測定データに基づき、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度誤差補正工程と、
   を備える、表面形状測定装置の角度補正方法。
2. 前記角度誤差補正工程は、
   前記第１測定データ及び前記第２測定データのいずれか一方の測定データが他方の測定データに対して位相差がなくなるように位相補正を行う位相補正工程と、
   前記位相補正後の前記一方の測定データと前記他方の測定データとを比較することにより、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を算出する角度誤差算出工程と、
   を有する、請求項１に記載の表面形状測定装置の角度補正方法。
3. 前記角度誤差算出工程は、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を回転角度毎に算出する、
   請求項２に記載の表面形状測定装置の角度補正方法。
4. 前記角度誤差補正工程は、前記回転角度検出装置の検出角度誤差に基づき、前記回転角度検出装置の検出角度を補正する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置の角度補正方法。
5. 前記角度誤差補正工程は、前記回転角度検出装置の検出角度誤差に基づき、前記検出器が検出した前記ワークの表面位置を補正する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置の角度補正方法。
6. 前記角度誤差補正工程は、前記回転角度検出装置の検出角度誤差が許容範囲内であるか否かを判定し、該検出角度誤差が許容範囲内で場合には補正を行わず、該検出角度誤差が許容範囲を超える場合には補正を行う、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の表面形状測定装置の角度補正方法。
7. ワークを載置するテーブルと、前記ワークの表面位置を検出する検出器と、前記ワークを検出器に対して回転軸周りに相対的に回転させる回転機構と、前記回転機構の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えた表面形状測定装置の、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度補正装置であって、
   前記テーブルに載置されたマスターワークの中心を前記回転軸に垂直な第１方向に偏心距離だけ偏心させた状態で、前記回転機構により前記マスターワークを前記検出器に対して相対的に回転させながら前記検出器が検出した前記マスターワークの表面位置を前記回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第１測定データを取得する第１測定データ取得部と、
   前記テーブルに載置された前記マスターワークの中心を前記第１方向とは前記回転軸周りの位相が異なる第２方向に前記偏心距離だけ偏心させた状態で、前記回転機構により前記マスターワークを前記検出器に対して相対的に回転させながら前記検出器が検出した前記マスターワークの表面位置を前記回転角度検出装置の検出角度と対応付けた第２測定データを取得する第２測定データ取得部と、
   前記第１測定データ及び前記第２測定データに基づき、前記回転角度検出装置の検出角度誤差を補正する角度誤差補正部と、
   を備える、表面形状測定装置の角度補正装置。
8. 前記マスターワークの中心を前記回転軸から前記第１方向に前記偏心距離だけ偏心させた状態と、前記マスターワークの中心を前記回転軸から前記第２方向に前記偏心距離だけ偏心させた状態とを切替可能なマスターワーク移動機構を備える、
   請求項７に記載の表面形状測定装置の角度補正装置。

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