WO2022153706A1 - 偏心量補正方法及び直径測定装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an eccentricity correction method and a diameter measuring device for correcting eccentricity when measuring the diameter of a columnar workpiece.
- Patent Document 1 shows the surface shape of a workpiece obtained by relatively rotating a workpiece whose surface is in contact with a stylus from one side and a detector.
- the first shape data is collated with the second shape data indicating the surface shape of the work acquired by relatively rotating the work piece in which the stylus is brought into contact with the surface from the other side and the detector, and the collation result is obtained.
- a method of calculating the amount of misalignment between the contactor and the center of the rotating mechanism and correcting the measured work diameter based on the calculation result is disclosed.
- Patent Document 1 cannot measure the diameter of the work with high accuracy when the center of the cylindrical work and the center of rotation of the rotating mechanism do not match. Therefore, it is necessary to perform eccentricity correction in order to match the center of the cylindrical workpiece with the rotation center of the rotation mechanism, but the eccentricity correction takes time.
- the present disclosure has been made in view of the above, and obtains an eccentricity correction method capable of measuring the diameter of a work with high accuracy even if the center of the columnar work and the center of rotation of the rotation mechanism do not match. With the goal.
- the eccentricity correction method is a eccentricity correction method in a control device of a diameter measuring device that performs a process of calculating the diameter of a cylindrical workpiece.
- the displacement meter was brought into contact with the side surface.
- a columnar master work having a known diameter was rotated once around the axis of the cylinder to obtain the center position of the rotation of the master work, and the displacement meter was brought into contact with the side surface.
- the eccentricity correction method includes a step of removing the primary component corresponding to the eccentricity between the center of the cross section of the work and the center of rotation from the Fourier transform data to obtain the eccentricity removal data, and the eccentricity amount. It includes a step of acquiring corrected shape data in which the amount of eccentricity is removed by inverse Fourier transforming the removed data, and a step of calculating the diameter of the work based on the corrected shape data.
- the diameter of the work can be measured with high accuracy.
- FIG. 1 A flowchart showing a flow of calibration operation of the diameter measuring device according to the first embodiment.
- FIG. 1 Schematic diagram showing a state in which the amount of misalignment of the work is adjusted to zero by the diameter measuring device according to the first embodiment.
- FIG. 1 Schematic diagram of a state in which the diameter measuring device according to the second embodiment has the spherical end of the stylus in contact with the side surface of the work.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a diameter measuring device according to a first embodiment.
- the diameter measuring device 100 according to the first embodiment includes a measuring mechanism unit 130 and a control device 140.
- the measuring mechanism unit 130 includes a surface plate 101 having a horizontal reference surface 101a and a rotation mechanism 102 installed on the surface plate 101a of the surface plate 101.
- the rotation mechanism 102 includes a rotation table 103.
- the rotary table 103 is driven by the motor 103a to rotate. That is, the center of rotation of the rotary table 103 is the center of rotation of the rotary mechanism 102.
- a rotary encoder (not shown) is attached to the motor 103a so that the rotation angle of the motor 103a can be detected with high accuracy.
- the direction of the rotation axis of the rotary table 103 is defined as the Z direction
- the two directions perpendicular to each other in the plane perpendicular to the Z direction are defined as the X direction and the Y direction.
- a work positioning mechanism unit 119 that positions and holds the work W in the X and Y directions can be mounted on the rotary table 103.
- the work W positioned by the work positioning mechanism unit 119 rotates together with the work positioning mechanism unit 119 as the rotary table 103 rotates.
- the work positioning mechanism unit 119 is provided with a structure for adjusting the positions of the work W in the X and Y directions so that the center of the work W and the center of the rotary table 103 substantially coincide with each other when the work W is positioned.
- a positioning pin can be exemplified as a structure for adjusting the mutual positions of the work positioning mechanism unit 119 and the rotary table 103 in the X and Y directions.
- the work is positioned on the reference block in the X-direction and the Y-direction provided on the rotary table 103.
- a structure for determining the mechanism unit 119 can be mentioned.
- a Y-axis mechanism 107 extending in the Y direction is provided on the reference surface 101a of the surface plate 101.
- the Y-axis mechanism 107 includes a Y-axis slider 109 that can move in the Y direction.
- the Y-axis slider 109 is driven in the Y direction by the Y-axis drive motor 108 and the ball screw attached to the Y-axis drive motor 108.
- a rotary encoder (not shown) is attached to the Y-axis drive motor 108, and the position of the Y-axis slider 109 in the Y direction can be detected.
- the rotary encoder (not shown) is a Y-axis position detector that detects the position of the Y-axis slider 109.
- a Z-axis mechanism 110 extending in the Z direction is provided on the Y-axis slider 109.
- the Z-axis mechanism 110 includes a Z-axis slider 112 that is movable in the Z direction.
- the Z-axis slider 112 is driven in the Z-axis direction by the Z-axis drive motor 111 and the ball screw attached to the Z-axis drive motor 111.
- a rotary encoder (not shown) is attached to the Z-axis drive motor 111, and the position of the Z-axis slider 112 in the Z direction can be detected.
- the rotary encoder (not shown) is a Z-axis position detector that detects the position of the Z-axis slider 112.
- An X-axis mechanism 104 extending in the X direction is provided on the Z-axis slider 112.
- the X-axis mechanism 104 is equipped with an X-axis slider 106 that can move in the X direction.
- the X-axis slider 106 is driven in the X-axis direction by the X-axis drive motor 105 and the ball screw attached to the X-axis drive motor 105.
- a rotary encoder (not shown) is attached to the X-axis drive motor 105, and the position of the X-axis slider 106 in the X direction can be detected.
- the rotary encoder (not shown) is an X-axis position detector that detects the position of the X-axis slider 106.
- a displacement meter 113 is mounted on the X-axis slider 106.
- the displacement meter 113 includes a stylus 114.
- the stylus 114 is a lever-type differential transformer displacement detector having one end spherical and rotatably fixed in one direction around the other end.
- the displacement meter 113 is mounted on the X-axis slider 106 so that the spherical end of the stylus 114 moves in the X direction.
- the displacement meter 113 detects the amount of displacement by bringing the spherical end of the stylus 114 into contact with the side surface of the work W.
- the control device 140 includes a control unit 115, a measurement unit 116, a processing unit 117, and a display unit 118.
- the control unit 115 is connected to the motor 103a, the X-axis drive motor 105, the Y-axis drive motor 108, and the Z-axis drive motor 111.
- the control unit 115 outputs a drive command to each motor, and a position detection signal is input from a rotary encoder attached to each motor.
- the measuring unit 116 is connected to the displacement meter 113. The displacement amount output from the displacement meter 113 is input to the measuring unit 116.
- the processing unit 117 is connected to the control unit 115 and the measurement unit 116, and includes the position detection signals of the rotary encoders attached to the motor 103a, the X-axis drive motor 105, the Y-axis drive motor 108, and the Z-axis drive motor 111.
- the amount of displacement output from the displacement meter 113 is input.
- the processing unit 117 outputs the diameter calculation result of the work W calculated by the diameter calculation process described later to the display unit 118.
- the display unit 118 displays the diameter calculation result of the work W on a display device (not shown).
- the display device may be provided by the control device 140, or may be a device different from the control device 140.
- FIG. 2 is a flowchart showing a flow of calibration operation of the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the calibration of the diameter measuring device 100 according to the first embodiment is performed using a columnar master work MW having a uniform diameter and a known diameter.
- the masterwork MW is mounted on the rotary table 103 so that the center Om of the columnar masterwork MW having a uniform diameter and the known columnar masterwork MW coincides with the center Ot of the rotary table 103.
- the center Om of the master work MW and the center Ot of the rotary table 103 can be easily aligned. be able to.
- the fine adjustment amount in the XY direction may be calculated from the eccentric amount a calculated by the diameter calculation process described later.
- step S02 the control unit 115 drives the X-axis drive motor 105, the Y-axis drive motor 108, and the Z-axis drive motor 111 to bring the spherical end of the stylus 114 of the displacement meter 113 into contact with the side surface of the master work MW.
- the XYZ coordinates at this time be (X m , Y emp , Z m ).
- FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the spherical end of the stylus of the diameter measuring device according to the first embodiment is in contact with the side surface of the master work. In the Y direction, a misalignment amount ⁇ is generated between the center Om of the master work MW and the spherical end.
- step S03 the control unit 115 acquires measurement data of the Y coordinate and the displacement amount when the Y-axis drive motor 108 is rotated forward and reverse and the displacement meter 113 is scanned in the Y-axis direction.
- FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the amount of misalignment of the master work is calibrated to zero by the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the spherical end of the stylus 114 is arranged at a position (X m , Y m , Z m ) in XYZ coordinates.
- step S05 the processing unit 117 acquires the data of the displacement amount L m of the displacement meter 113 when the rotary table 103 is rotated once.
- L m becomes a constant value. If L m does not reach a constant value, the process is repeated from step S02.
- step S06 the processing unit 117 determines the X coordinate X of the center Ot of the rotary table 103 based on the displacement amount L m , the radius D m / 2 of the master work MW, and the X coordinate X m of the spherical end of the stylus 114. Calculate t .
- FIG. 5 is a flowchart showing a flow of operation for measuring the diameter of the work by the diameter measuring device according to the first embodiment.
- step S11 a columnar work W having a radius of R w is mounted on the work positioning mechanism unit 119.
- FIG. 6 is a schematic view showing a state in which the work is mounted on the work positioning mechanism portion of the diameter measuring device according to the first embodiment. As shown in FIG.
- the center O w of the work W mounted on the work positioning mechanism unit 119 does not coincide with the center O t of the rotary table 103.
- the center Ow of the work W is located at (a, ⁇ ) in polar coordinates using the eccentricity a and the eccentricity angle ⁇ .
- step S12 the control unit 115 drives the X-axis drive motor 105, the Y-axis drive motor 108, and the Z-axis drive motor 111 to bring the spherical end of the stylus 114 of the displacement meter 113 into contact with the side surface of the work W.
- the amount of misalignment ⁇ can be made zero.
- FIG. 7 is a schematic view showing a state in which the amount of misalignment of the work is adjusted to zero by the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the XYZ coordinates of the spherical end of the stylus 114 are (X w , Y m , Z w ).
- step S13 the control unit 115 rotates the rotary table 103 to rotate the work W once around the axis of the cylinder, and the processing unit 117 acquires the data of the displacement amount L w ( ⁇ ) of the displacement meter 113.
- the work W makes one rotation around the axis of the cylinder around the center position of the rotation of the master work MW with the spherical end of the stylus 114 of the displacement meter 113 in contact with the side surface. do.
- step S14 the processing unit 117 determines the radius R ( ⁇ ) of the work W based on the displacement amount L w ( ⁇ ), the X coordinate X t of the center of the rotary table 103, and the X coordinate X w of the spherical end of the stylus 114. ) Is calculated.
- the control device 140 rotates the work W in which the displacement meter 113 is in contact with the side surface once around the axis of the cylinder, and acquires the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W. do.
- the data of the radius R ( ⁇ ) is the shape data of the work W.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the rotation angle and the radius of the work in the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the graph of the theoretical value of the radius R ( ⁇ ) has the shape shown in FIG. From FIG. 8, it can be confirmed that the radius R ( ⁇ ) is a waveform having the radius R w ⁇ the eccentricity a of the work W.
- step S15 the processing unit 117 Fourier transforms the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W.
- the control device 140 acquires the Fourier transform data which is the result of Fourier transforming the data of the radius R ( ⁇ ) which is the shape data.
- 9 and 10 are diagrams showing the Fourier transform result of the radius data of the work by the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the sampling frequency of the measuring unit 116 is 360 Hz, and the Nyquist frequency is 180 Hz.
- FIG. 9 shows the data from the beginning 0 Hz to 9 Hz of the result of Fourier transforming the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W
- FIG. 10 shows the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W obtained by Fourier transforming.
- the results are displayed from 350 Hz to 359 Hz at the end.
- a spectrum with frequencies above the Nyquist frequency is a virtual image of a spectrum with frequencies below the Nyquist frequency.
- the Nyquist frequency is 180 Hz
- the Fourier transform result is symmetrical with 180 Hz as a boundary as shown in FIGS. 9 and 10. Therefore, the spectrum appearing at 359 Hz is a virtual image of the spectrum of 1 Hz and is a primary component.
- the spectral value of the 0th-order component 201 shows a value substantially equal to the radius R w of the work W, and the spectral values of the primary component 202 and the primary component 203 have a value that is half of the eccentricity a. It is appearing.
- step S16 the processing unit 117 deletes the primary component of the Fourier transform data of the radius R ( ⁇ ) of the work W.
- the control device 140 removes the eccentric amount removal data obtained by removing the primary component corresponding to the eccentricity a between the center Ow of the cross section of the work W and the center Ot of the rotary table 103 from the Fourier transform data. get.
- the primary component of the Fourier transform data of the radius R ( ⁇ ) of the work W is a component caused by the eccentricity a.
- 11 and 12 are diagrams showing data in which the primary component of the Fourier transform result of the radius data of the work by the diameter measuring device according to the first embodiment is deleted.
- FIG. 11 shows the primary component 202 of FIG. 9 deleted
- FIG. 12 shows the primary component 203 of FIG. 10 deleted.
- the dashed bars indicate the deleted primary components 202, 203.
- step S17 the processing unit 117 performs inverse Fourier transform on the Fourier transform data in which the primary component, which is a component due to the eccentricity a, is deleted.
- the control device 140 acquires the correction shape data from which the eccentricity amount a has been removed.
- the work W is in a state where the spherical end of the stylus 114 of the displacement meter 113 is in contact with the side surface of the work W.
- the control device 140 calculates the diameter of the work W based on the corrected shape data in which the eccentricity is removed by inverse Fourier transforming the eccentricity removal data.
- FIG. 13 and 14 are diagrams showing the theoretical value of the radius of the work obtained by inverse Fourier transforming the Fourier transform data from which the primary component has been deleted by the diameter measuring apparatus according to the first embodiment.
- 13 and 14 show theoretical values of the radius R ( ⁇ ) when the radius R w of the work W is 30 mm and the eccentricity a is approximately zero.
- FIG. 13 is a graph represented by the same vertical scale as in FIG. 8, and the radius R ( ⁇ ) is a substantially constant value at 30 mm.
- FIG. 14 shows a larger vertical scale than FIG. 13, and it can be confirmed that the radius calculation error by the diameter measuring device 100 according to the first embodiment is smaller than 1 ⁇ m.
- FIG. 15 is a diagram showing theoretical values of the calculated diameter and the calculation error of the diameter measuring device according to the first embodiment.
- the calculation error increases as the eccentricity a increases.
- FIG. 16 is a schematic view of a state in which the diameter measuring device according to the second embodiment has the spherical end of the stylus in contact with the side surface of the work. Even if the calibration of the diameter measuring device 100 is completed, the spherical end of the stylus 114 due to factors such as the straightness of the X-axis slider 106, the positioning accuracy of the Y-axis slider 109, the influence of the surrounding environment such as temperature change, and the change with time. May be misaligned, resulting in misalignment. As shown in FIG. 16, the position may be displaced by the amount of center deviation ⁇ . In this case, the theoretical formula of the radius R ( ⁇ ) of the work W shown in step S14 of the diameter calculation process described above is rewritten to the following formula (2).
- FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the rotation angle and the radius of the work in the diameter measuring device according to the second embodiment.
- the radius R w of the work W is 30 mm
- the eccentricity a is 0.2 mm
- the misalignment amount ⁇ is 0.04 mm
- the graph of the theoretical value of the radius R ( ⁇ ) of the work W is the shape shown in FIG. Become.
- FIG. 18 and 19 are diagrams showing the Fourier transform result of the radius data of the work by the diameter measuring device according to the second embodiment.
- FIG. 18 shows the data from the beginning 0 Hz to 9 Hz of the result of Fourier transforming the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W
- FIG. 19 shows the data of the radius R ( ⁇ ) of the work W obtained by Fourier transforming. The results are displayed from 350 Hz to 359 Hz at the end.
- a value substantially equal to the radius R w of the work W appears in the spectral value of the 0th-order component 301, and a value half of the eccentricity a appears in the spectral values of the primary component 302 and the primary component 303.
- FIGS. 20 and 21 are diagrams showing data in which the primary component of the Fourier transform result of the radius data of the work by the diameter measuring device according to the second embodiment is deleted.
- FIG. 20 shows the primary component 302 of FIG. 18 deleted
- FIG. 21 shows the primary component 303 of FIG. 19 deleted.
- the dashed bar indicates the deleted primary components 302, 303.
- 22 and 23 are diagrams showing the theoretical value of the radius of the work obtained by inverse Fourier transforming the Fourier transform data from which the primary component has been deleted by the diameter measuring apparatus according to the second embodiment. 22 and 23 show theoretical values of the radius R ( ⁇ ) when the radius R w of the work W is 30 mm, the misalignment amount ⁇ is 0.04 mm, and the eccentricity a is approximately zero.
- FIG. 22 is a graph represented by the same vertical scale as in FIG. 17, and the radius R ( ⁇ ) is 30 mm, which is a substantially constant value.
- FIG. 23 shows an enlarged vertical scale of FIG. 22, and it can be confirmed that the radius calculation error by the diameter measuring device 100 according to the second embodiment is smaller than 1 ⁇ m.
- FIG. 24 is a diagram showing theoretical values of the calculated diameter and the calculation error of the diameter measuring device according to the second embodiment.
- FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the diameter measuring device according to the third embodiment.
- the X-axis mechanism 104 includes an X-axis linear scale 120
- the Y-axis mechanism 107 includes a Y-axis linear scale 121
- the Z-axis mechanism 110 includes a Z-axis linear scale 122.
- the X-axis linear scale 120 is the X-axis position detector
- the Y-axis linear scale 121 is the Y-axis position detector
- the Z-axis linear scale 122 is the Z-axis position detector. ..
- the X-axis linear scale 120, the Y-axis linear scale 121, and the Z-axis linear scale 122 are connected to the control unit 115, and the positions of the X-axis slider 106, the Y-axis slider 109, and the Z-axis slider 112 are set by the rotary encoder. Can be detected with high accuracy.
- the diameter measuring device 400 also feeds back the position information from the X-axis linear scale 120, the Y-axis linear scale 121, and the Z-axis linear scale 122, and feeds back the position information from the X-axis linear scale 120, the Y-axis linear scale 121, and the Z-axis linear scale 122, and the X-axis slider 106, the Y-axis slider 109, and Z.
- the axis slider 112 By positioning and controlling the axis slider 112, it is possible to grasp the straightness of the X-axis slider 106, the Y-axis slider 109, and the Z-axis slider 112, the influence of the surrounding environment such as positioning accuracy and temperature change, and the amount of misalignment due to factors such as aging. Therefore, the amount of misalignment ⁇ of the stylus 114 can be grasped, and the state in which the above-mentioned calibration is completed can be approached.
- the diameter measuring device 400 even if the misalignment amount ⁇ occurs, it is possible to approach the state where the calibration is completed by feeding back the position of the linear scale, and the calculation error due to the misalignment amount ⁇ can be obtained. Occurrence can be suppressed.
- FIG. 26 is a diagram showing the configuration of the diameter measuring device according to the fourth embodiment.
- the diameter measuring device 500 according to the fourth embodiment includes a non-contact displacement sensor 123 on the X-axis slider 106, and the measuring unit 116 is connected to the displacement sensor 123, according to the first embodiment. It is different from the diameter measuring device 100 or the diameter measuring device 400 according to the third embodiment. That is, in the fourth embodiment, the displacement sensor 123 detects the displacement amount of the master work MW or the side surface of the work W mounted on the rotary table 103.
- a two-dimensional displacement sensor capable of measuring a plurality of preset linear regions in one direction may be used.
- the displacement sensor 123 is mounted on the X-axis slider 106 so that the linear region to be measured is in the Y-axis direction.
- a two-dimensional displacement sensor is used for the displacement sensor 123, it is possible to acquire measurement data equivalent to that when the displacement meter 113 or the displacement sensor 123 is scanned in the Y-axis direction, and the amount of displacement is minimized from the measurement data.
- step S04 By extracting the coordinates (Y m ), it is possible to omit step S04 from step S02 for deriving the Y coordinates (Y m ) using the masterwork MW described above.
- the diameter of the work W is calculated using the amount of displacement of the extracted Y coordinate (Y m ).
- the functions of the control device 140 of the diameter measuring devices 100, 400, 500 according to the above-described first to fourth embodiments are realized by the processing circuit.
- the processing circuit may be dedicated hardware or a processing device that executes a program stored in the storage device.
- FIG. 27 is a diagram showing a configuration in which the functions of the diameter measuring devices according to the first to fourth embodiments are realized by hardware.
- the processing circuit 29 incorporates a logic circuit 29a that realizes the function of the control device 140.
- the function of the control device 140 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
- FIG. 28 is a diagram showing a configuration in which the functions of the control device of the diameter measuring device according to the first to fourth embodiments are realized by software.
- the processing circuit 29 includes a processor 291 that executes the program 29b, a random access memory 292 that the processor 291 uses for the work area, and a storage device 293 that stores the program 29b.
- the function of the control device 140 is realized by the processor 291 expanding and executing the program 29b stored in the storage device 293 on the random access memory 292.
- the software or firmware is written in a programming language and stored in the storage device 293.
- Processor 291 can exemplify a central processing unit, but is not limited thereto.
- the storage device 293 applies a semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or EPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
- the semiconductor memory may be a non-volatile memory or a volatile memory.
- the storage device 293 can be applied with a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, or a DVD (Digital Versatile Disc).
- the processor 291 may output data such as a calculation result to the storage device 293 and store the data, or may store the data in an auxiliary storage device (not shown) via the random access memory 292.
- the function of the control device 140 can be realized by a microcomputer.
- the processing circuit 29 realizes the function of the control device 140 by reading and executing the program 29b stored in the storage device 293. It can be said that the program 29b causes the computer to execute the procedure and the method for realizing the function of the control device 140.
- processing circuit 29 may realize a part of the function of the control device 140 with dedicated hardware and a part of the function of the control device 140 with software or firmware.
- the processing circuit 29 can realize each of the above-mentioned functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
- the configuration shown in the above embodiment is an example of the content, can be combined with another known technique, and a part of the configuration is omitted or changed without departing from the gist. It is also possible.
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Abstract
円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置(100)の制御装置(140)における偏心量補正方法であって、変位計(113)を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに1回転させて、マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、変位計(113)を側面に接触させたワークを、マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに1回転させて、ワークの形状データを取得するステップと、形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップと、フーリエ変換データから、ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する1次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、補正形状データを基に、ワークの直径を算出するステップとを備える。
Description
本開示は、円柱状のワークの直径を測定する際に偏心を補正する偏心量補正方法及び直径測定装置に関する。
円柱状のワークの直径を測定する方法として、特許文献1には、一方側から表面に測定子を接触させたワークと検出器とを相対的に回転させることによって取得したワークの表面形状を示す第1形状データと、他方側から表面に測定子を接触させたワークと検出器とを相対的に回転させることによって取得したワークの表面形状を示す第2形状データとを照合し、照合結果に基づいて、接触子と回転機構の中心との心ずれ量を算出し、測定したワーク直径を算出結果に基づいて補正する方法が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に開示される測定方法は、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しない場合、ワークの直径を高精度に測定することができない。このため、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とを一致させるために偏心補正を行う必要があるが、偏心補正に時間がかかってしまう。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しなくとも、ワークの直径を高精度に測定できる偏心量補正方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る偏心量補正方法は、円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置の制御装置における偏心量補正方法であって、変位計を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに1回転させて、マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、変位計を側面に接触させたワークを、マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに1回転させて、ワークの形状データを取得するステップと、形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップとを備える。本開示に係る偏心量補正方法は、フーリエ変換データから、ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する1次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、補正形状データを基に、ワークの直径を算出するステップとを備える。
本開示によれば、円柱状のワークの中心と回転機構の回転中心とが一致しなくとも、ワークの直径を高精度に測定できるという効果を奏する。
以下に、実施の形態に係る偏心量補正方法及び直径測定装置を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態1に係る直径測定装置100は、測定機構部130と、制御装置140とを備える。測定機構部130は、水平の基準面101aを有する定盤101と、定盤101の基準面101a上に設置された回転機構102とを備える。回転機構102は、回転テーブル103を備えている。回転テーブル103は、モータ103aによって駆動されて回転する。すなわち、回転テーブル103の回転の中心は、回転機構102の回転の中心である。モータ103aには、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、モータ103aの回転角度を高精度に検出可能となっている。ここで、回転テーブル103の回転軸の方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面内における互いに垂直な2方向をX方向及びY方向と定義する。
図1は、実施の形態1に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態1に係る直径測定装置100は、測定機構部130と、制御装置140とを備える。測定機構部130は、水平の基準面101aを有する定盤101と、定盤101の基準面101a上に設置された回転機構102とを備える。回転機構102は、回転テーブル103を備えている。回転テーブル103は、モータ103aによって駆動されて回転する。すなわち、回転テーブル103の回転の中心は、回転機構102の回転の中心である。モータ103aには、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、モータ103aの回転角度を高精度に検出可能となっている。ここで、回転テーブル103の回転軸の方向をZ方向とし、Z方向に垂直な平面内における互いに垂直な2方向をX方向及びY方向と定義する。
回転テーブル103の上には、ワークWをX方向及びY方向において位置決め保持するワーク位置決め機構部119を搭載できるようになっている。ワーク位置決め機構部119によって位置決めされたワークWは、回転テーブル103の回転に伴って、ワーク位置決め機構部119と一緒に回転する。ワーク位置決め機構部119には、ワークWを位置決めした状態でワークWの中心と回転テーブル103の中心とが概ね一致するように、相互のX方向及びY方向の位置を調整する構造が設けられている。ワーク位置決め機構部119と回転テーブル103との相互のX方向及びY方向の位置を調整する構造には、位置決めピンを例示できる。また、ワーク位置決め機構部119と回転テーブル103との相互のX方向及びY方向の位置を調整する構造の別の例には、回転テーブル103上に設けるX方向及びY方向の基準ブロックにワーク位置決め機構部119を当て決めする構造を挙げることができる。
定盤101の基準面101a上には、Y方向に延びるY軸機構107が設けられている。Y軸機構107は、Y方向に移動自在なY軸スライダ109を備えている。Y軸スライダ109は、Y軸駆動モータ108と、Y軸駆動モータ108に取り付けられたボールねじとによってY方向に駆動される。Y軸駆動モータ108には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、Y軸スライダ109のY方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、Y軸スライダ109の位置を検出するY軸位置検出器である。
Y軸スライダ109上には、Z方向に延びるZ軸機構110が設けられている。Z軸機構110は、Z方向に移動自在なZ軸スライダ112を備えている。Z軸スライダ112は、Z軸駆動モータ111と、Z軸駆動モータ111に取り付けられたボールねじとによってZ軸方向に駆動される。Z軸駆動モータ111には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、Z軸スライダ112のZ方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、Z軸スライダ112の位置を検出するZ軸位置検出器である。
Z軸スライダ112上には、X方向に延びるX軸機構104が設けられている。X軸機構104には、X方向に移動自在なX軸スライダ106が搭載されている。X軸スライダ106は、X軸駆動モータ105と、X軸駆動モータ105に取り付けられたボールねじとによってX軸方向に駆動される。X軸駆動モータ105には、不図示のロータリエンコーダが取り付けられており、X軸スライダ106のX方向の位置を検出可能である。不図示のロータリエンコーダは、X軸スライダ106の位置を検出するX軸位置検出器である。
X軸スライダ106上には、変位計113が搭載されている。変位計113は、測定子114を備えている。測定子114は、一端が球状になっており、他端を中心に一方向に回転可能に固定されているてこ式の差動トランス変位検出器である。変位計113は、測定子114の球状端がX方向に移動するようにX軸スライダ106に搭載されている。変位計113は、ワークWの側面に測定子114の球状端を接触させることで、変位量を検出する。
制御装置140は、制御部115、測定部116、処理部117及び表示部118を備えている。制御部115は、モータ103a、X軸駆動モータ105、Y軸駆動モータ108及びZ軸駆動モータ111に接続されている。制御部115は、各モータへ駆動指令を出力するとともに、各モータに取り付けられたロータリエンコーダから位置検出信号が入力される。測定部116は、変位計113に接続されている。測定部116には、変位計113から出力された変位量が入力される。処理部117は、制御部115及び測定部116に接続されており、モータ103a、X軸駆動モータ105、Y軸駆動モータ108及びZ軸駆動モータ111に取り付けられたロータリエンコーダの位置検出信号と、変位計113から出力された変位量とが入力される。処理部117は、後述する直径算出処理によって演算処理したワークWの直径算出結果を表示部118に出力する。表示部118は、ワークWの直径算出結果を不図示の表示装置に表示させる。なお、表示装置は、制御装置140が備えてもよいし、制御装置140とは別の装置であってもよい。
図2は、実施の形態1に係る直径測定装置の校正の動作の流れを示すフローチャートである。実施の形態1に係る直径測定装置100の校正は、直径が一様かつ既知の円柱状のマスターワークMWを用いて行われる。ステップS01において、直径が一様かつ既知の円柱状のマスターワークMWの中心Omと回転テーブル103の中心Otとが一致するようにマスターワークMWを回転テーブル103上に搭載する。ワーク位置決め機構部119に、XY方向に微調整できる微動つまみを備えた精密XYステージを用いることにより、マスターワークMWの中心Omと、回転テーブル103の中心Otとの位置合わせを容易に行うことができる。なお、XY方向の微調整量は、後述する直径算出処理にて算出する偏心量aから算出してもよい。
ステップS02において、制御部115は、X軸駆動モータ105、Y軸駆動モータ108及びZ軸駆動モータ111を駆動して変位計113の測定子114の球状端をマスターワークMWの側面に接触させる。この時のXYZ座標を(Xm,Ytemp,Zm)とする。図3は、実施の形態1に係る直径測定装置の測定子の球状端をマスターワークの側面に接触させた状態を示す模式図である。Y方向において、マスターワークMWの中心Omと球状端との間には、心ずれ量σが生じている。
ステップS03において、制御部115は、Y軸駆動モータ108を正転及び逆転させ、変位計113をY軸方向に走査させた際のY座標と変位量との測定データを取得する。
ステップS04において、処理部117は、Y座標と変位量との測定データから、変位量が最小となるY座標(Ym)を求め、制御部115がY軸スライダ109をYmに位置決めすることで心ずれ量σ=0に校正する。図4は、実施の形態1に係る直径測定装置でマスターワークの心ずれ量をゼロに校正した状態を示す模式図である。心ずれ量σがゼロに校正されたとき、測定子114の球状端は、XYZ座標で(Xm,Ym,Zm)の位置に配置される。
ステップS05において、処理部117は、回転テーブル103を1回転させた際の変位計113の変位量Lmのデータを取得する。心ずれ量σ=0に校正されている場合、Lmは一定値となる。Lmが一定値とならない場合、ステップS02から処理をやり直す。
ステップS06において、処理部117は、変位量Lm、マスターワークMWの半径Dm/2及び測定子114の球状端のX座標Xmに基づいて、回転テーブル103の中心OtのX座標Xtを算出する。回転テーブル103の中心OtのX座標Xtは、Xt=Xm+Lm+(Dm/2)により算出できる。上記の処理により、直径測定装置100は、マスターワークMWの回転の中心位置を取得する。
実施の形態1に係る直径測定装置100による円柱状のワークWの直径の測定は、上記の校正によって回転テーブル103を1回転させた際の変位計113の変位量Lmが一定値となっている状態で行う。図5は、実施の形態1に係る直径測定装置によってワークの直径を測定する動作の流れを示すフローチャートである。ステップS11において、半径がRwの円柱状のワークWをワーク位置決め機構部119に搭載する。図6は、実施の形態1に係る直径測定装置のワーク位置決め機構部にワークを搭載した状態を示す模式図である。図6に示すように、ワーク位置決め機構部119に搭載したワークWの中心Owは、回転テーブル103の中心Otと一致していない。回転テーブル103の中心Otを原点とした場合、ワークWの中心Owは、偏心量aと偏心角θとを用いた極座標で(a,θ)に位置している。
ステップS12において、制御部115は、X軸駆動モータ105、Y軸駆動モータ108及びZ軸駆動モータ111を駆動して変位計113の測定子114の球状端をワークWの側面に接触させる。この時、測定子114の球状端がYmに位置決めされるようにY軸駆動モータ108を制御することで、心ずれ量σをゼロにすることができる。図7は、実施の形態1に係る直径測定装置でワークの心ずれ量をゼロに調整した状態を示す模式図である。心ずれ量σをゼロに調整したとき、測定子114の球状端のXYZ座標は、(Xw,Ym,Zw)となっている。
ステップS13において、制御部115が回転テーブル103を回転させることによりワークWを円柱の軸回りに1回転させ、処理部117が変位計113の変位量Lw(θ)のデータを取得する。回転テーブル103が回転することにより、ワークWは、変位計113の測定子114の球状端を側面に接触させた状態で、マスターワークMWの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに1回転する。
ステップS14において、処理部117は、変位量Lw(θ)、回転テーブル103の中心のX座標Xt、及び測定子114の球状端のX座標Xwに基づいてワークWの半径R(θ)を算出する。ワークWの半径R(θ)は、R(θ)=Xt-{Xw+Lw(θ)}により算出できる。ステップS12からステップS14の一連の動作により、制御装置140は、変位計113を側面に接触させたワークWを円柱の軸回りに1回転させて、ワークWの半径R(θ)のデータを取得する。半径R(θ)のデータは、ワークWの形状データである。
実施の形態1においては、測定子114とワークWとが図7に示す位置関係にあり心ずれ量σがゼロに調整されているため、ワークWの半径R(θ)は、下記式(1)で表される。
図8は、実施の形態1に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図である。ワークWの半径Rwを30mm、偏心量aを0.2mmとした場合、半径R(θ)の理論値のグラフは、図8に示す形状となる。図8から、半径R(θ)は、ワークWの半径Rw±偏心量aとなる波形となることが確認できる。
ステップS15において、処理部117は、ワークWの半径R(θ)のデータをフーリエ変換する。ステップS15の動作により、制御装置140は、形状データである半径R(θ)のデータをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得する。図9及び図10は、実施の形態1に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図である。なお、測定部116のサンプリング周波数は360Hzであり、ナイキスト周波数は180Hzとなっている。図9は、ワークWの半径R(θ)のデータをフーリエ変換した結果の先頭の0Hzから9Hzまでを表示したものであり、図10は、ワークWの半径R(θ)のデータをフーリエ変換した結果の後尾の350Hzから359Hzまでを表示したものである。ナイキスト周波数以上の周波数のスペクトルは、ナイキスト周波数未満の周波数のスペクトルの虚像である。ここでは、ナイキスト周波数が180Hzであるため、図9及び図10に示すようにフーリエ変換結果は180Hzを境にして対称になっている。したがって、359Hzに表れるスペクトルは1Hzのスペクトルの虚像であり、1次成分である。0次成分201のスペクトル値には、ワークWの半径Rwとほぼ同等の値が現れており、1次成分202と1次成分203とのスペクトル値には、偏心量aの半分の値が現れている。
ステップS16において、処理部117は、ワークWの半径R(θ)のフーリエ変換データの1次成分を削除する。ステップS16の動作により、制御装置140は、ワークWの断面の中心Owと回転テーブル103の中心Otとの偏心量aに相当する1次成分をフーリエ変換データから除去した偏心量除去データを取得する。ワークWの半径R(θ)のフーリエ変換データの1次成分とは、偏心量aに起因する成分である。図11及び図12は、実施の形態1に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の1次成分を削除したデータを示す図である。図11は、図9の1次成分202を削除したものであり、図12は、図10の1次成分203を削除したものである。図11及び図12において、破線の棒は、削除された1次成分202,203を示している。
ステップS17において、処理部117は、偏心量aに起因する成分である1次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換する。ステップS17の動作により、制御装置140は、偏心量aが除去された補正形状データを取得する。
以上の処理により、ワークWの中心Owと回転テーブル103の中心Otとが一致しなくても、変位計113の測定子114の球状端をワークWの側面に接触させた状態でワークWを円柱の軸回りに1回転させて取得した変位計113の変位量Lw(θ)のデータから近似的に偏心量a=0で測定した場合のワークWの半径R(θ)を求めることができる。ワークWの直径は、半径R(θ)の2倍であるから、ワークWの半径R(θ)が求まることにより、ワークWの直径も求まる。すなわち、以上の処理により、近似的に偏心量a=0の場合のワークWの直径を求めることができる。つまり、制御装置140は、偏心量除去データを逆フーリエ変換することで偏心量が除去された補正形状データを基に、ワークWの直径を算出する。
図13及び図14は、実施の形態1に係る直径測定装置が1次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図である。なお、図13及び図14は、ワークWの半径Rwが30mmで偏心量aを近似的にゼロとした場合の半径R(θ)の理論値を示している。図13は、図8と同じ縦軸尺度で表したグラフであり、半径R(θ)は、30mmでほぼ一定の値となる。図14は、図13よりも縦軸尺度を大きくしたものであり、実施の形態1に係る直径測定装置100による半径の算出誤差が1μmよりも小さいことが確認できる。
図15は、実施の形態1に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図である。図15に示すように、偏心量aが大きくなるにつれて算出誤差が大きくなる。実施の形態1に係る直径測定装置100は、偏心量aが100μm以下となるようにワークWを位置決めできれば、半径Rw=30mmのワークWの直径を1μm以下の算出誤差で測定できる。実際には、変位計113の測定精度による誤差も生じるため、使用する変位計113の測定精度が±10μmよりも高精度であれば、半径Rw=30mmのワークWの直径の最終的な測定精度は、±10μm程度となる。
実施の形態2.
実施の形態2に係る直径測定装置100は、処理部117での処理の内容が実施の形態1に係る直径測定装置100とは異なる。図16は、実施の形態2に係る直径測定装置が測定子の球状端をワークの側面に接触させた状態の模式図である。直径測定装置100の校正が完了していたとしても、X軸スライダ106の真直度、Y軸スライダ109の位置決め精度、温度変化などの周辺環境の影響、経時変化といった要因によって測定子114の球状端の位置がずれて、心ずれが生じてしまうことがある。図16に示すように心ずれ量σだけ位置がずれてしまう場合がある。この場合、上述した直径算出処理のステップS14に示したワークWの半径R(θ)の理論式は、以下の式(2)に書き換えられる。
実施の形態2に係る直径測定装置100は、処理部117での処理の内容が実施の形態1に係る直径測定装置100とは異なる。図16は、実施の形態2に係る直径測定装置が測定子の球状端をワークの側面に接触させた状態の模式図である。直径測定装置100の校正が完了していたとしても、X軸スライダ106の真直度、Y軸スライダ109の位置決め精度、温度変化などの周辺環境の影響、経時変化といった要因によって測定子114の球状端の位置がずれて、心ずれが生じてしまうことがある。図16に示すように心ずれ量σだけ位置がずれてしまう場合がある。この場合、上述した直径算出処理のステップS14に示したワークWの半径R(θ)の理論式は、以下の式(2)に書き換えられる。
図17は、実施の形態2に係る直径測定装置におけるワークの回転角度と半径との関係を示す図である。ワークWの半径Rwを30mm、偏心量aを0.2mm、心ずれ量σを0.04mmとした場合、ワークWの半径R(θ)の理論値のグラフは、図17に示す形状となる。
図18及び図19は、実施の形態2に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果を示す図である。図18は、ワークWの半径R(θ)のデータをフーリエ変換した結果の先頭の0Hzから9Hzまでを表示したものであり、図19は、ワークWの半径R(θ)のデータをフーリエ変換した結果の後尾の350Hzから359Hzまでを表示したものである。0次成分301のスペクトル値にはワークWの半径Rwとほぼ同等の値が現れ、1次成分302と1次成分303のスペクトル値には偏心量aの半分の値が現れる。
図20及び図21は、実施の形態2に係る直径測定装置によるワークの半径のデータのフーリエ変換結果の1次成分を削除したデータを示す図である。図20は図18の1次成分302を削除したものであり、図21は図19の1次成分303を削除したものである。図20及び図21において、破線の棒は、削除された1次成分302,303を示している。図22及び図23は、実施の形態2に係る直径測定装置が1次成分を削除したフーリエ変換データを逆フーリエ変換して得たワークの半径の理論値を示す図である。なお、図22及び図23は、ワークWの半径Rwが30mm、心ずれ量σが0.04mmで、偏心量aを近似的にゼロとした場合の半径R(θ)の理論値を示している。図22は図17と同じ縦軸尺度で表したグラフであり、半径R(θ)は30mmでほぼ一定の値となる。図23は、図22の縦軸尺度を大きくしたものであり、実施の形態2に係る直径測定装置100による半径の算出誤差が1μmよりも小さいことが確認できる。ただし、図14及び図23に示すように、心ずれ量σ=0mmの場合と心ずれ量σ=0.04mmの場合とを比較すると、心ずれ量σ=0.04mmの場合の方が算出した半径が小さくなる。
図24は、実施の形態2に係る直径測定装置の算出直径及び算出誤差の理論値を示す図である。図24は、ワークWの半径Rwを30mm、偏心量a=0.2mmとし、心ずれ量σを変更した場合の算出直径及び算出誤差の理論値を示す。図24に示すように、心ずれ量σが大きくなるにつれ算出直径が小さくなる。実施の形態2に係る直径測定装置100は、心ずれ量σが80μm以下であれば、半径Rw=30mmのワーク直径を2μm以下の算出誤差で測定できる。実際には、変位計113の測定精度が誤差による誤差も生じるため、使用する変位計113の測定精度が±10μm以上であれば、半径Rw=30mmのワークWの直径の最終的な測定精度は、±10μm程度となる。
実施の形態3.
図25は、実施の形態3に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態3に係る直径測定装置400は、X軸機構104がX軸リニアスケール120を備え、Y軸機構107がY軸リニアスケール121を備え、Z軸機構110がZ軸リニアスケール122を備える点で、実施の形態1に係る直径測定装置100と相違する。すなわち、実施の形態3においては、X軸リニアスケール120がX軸位置検出器であり、Y軸リニアスケール121がY軸位置検出器であり、Z軸リニアスケール122がZ軸位置検出器である。X軸リニアスケール120、Y軸リニアスケール121及びZ軸リニアスケール122は、制御部115に接続されており、X軸スライダ106、Y軸スライダ109及びZ軸スライダ112それぞれの位置を、ロータリエンコーダよりも高精度に検出できる。
図25は、実施の形態3に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態3に係る直径測定装置400は、X軸機構104がX軸リニアスケール120を備え、Y軸機構107がY軸リニアスケール121を備え、Z軸機構110がZ軸リニアスケール122を備える点で、実施の形態1に係る直径測定装置100と相違する。すなわち、実施の形態3においては、X軸リニアスケール120がX軸位置検出器であり、Y軸リニアスケール121がY軸位置検出器であり、Z軸リニアスケール122がZ軸位置検出器である。X軸リニアスケール120、Y軸リニアスケール121及びZ軸リニアスケール122は、制御部115に接続されており、X軸スライダ106、Y軸スライダ109及びZ軸スライダ112それぞれの位置を、ロータリエンコーダよりも高精度に検出できる。
実施の形態3に係る直径測定装置400は、また、X軸リニアスケール120、Y軸リニアスケール121及びZ軸リニアスケール122からの位置情報をフィードバックし、X軸スライダ106、Y軸スライダ109及びZ軸スライダ112を位置決め制御することで、X軸スライダ106、Y軸スライダ109及びZ軸スライダ112の真直度、位置決め精度及び温度変化といった周辺環境の影響、経時変化といった要因による位置ずれ量を把握できるため、測定子114の心ずれ量σを把握でき、上述した校正が完了した状態に近づけることができる。
実施の形態3における直径測定装置400によれば、心ずれ量σが発生してもリニアスケールの位置をフィードバックすることで校正が完了した状態に近づけることができ、心ずれ量σによる算出誤差の発生を抑制できる。
実施の形態4.
図26は、実施の形態4に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態4に係る直径測定装置500は、X軸スライダ106上に非接触の変位センサ123を備えており、測定部116が変位センサ123に接続されている点で、実施の形態1に係る直径測定装置100又は実施の形態3に係る直径測定装置400と相違する。すなわち、実施の形態4においては、回転テーブル103に搭載したマスターワークMW又はワークWの側面の変位量を変位センサ123が検出する。
図26は、実施の形態4に係る直径測定装置の構成を示す図である。実施の形態4に係る直径測定装置500は、X軸スライダ106上に非接触の変位センサ123を備えており、測定部116が変位センサ123に接続されている点で、実施の形態1に係る直径測定装置100又は実施の形態3に係る直径測定装置400と相違する。すなわち、実施の形態4においては、回転テーブル103に搭載したマスターワークMW又はワークWの側面の変位量を変位センサ123が検出する。
実施の形態4に係る直径測定装置500の変位センサ123は、一方向のうち予め設定された直線領域を複数点測定できる二次元変位センサを用いてもよい。変位センサ123に二次元変位センサを用いる場合、測定する直線領域がY軸方向になるようにX軸スライダ106上に変位センサ123を搭載する。変位センサ123に二次元変位センサを用いると、変位計113又は変位センサ123をY軸方向に走査させた場合と同等の測定データを取得することができ、測定データから変位量が最小となるY座標(Ym)を抽出することで上述したマスターワークMWを用いたY座標(Ym)を導出するステップS02からステップS04を省略することができる。変位センサ123に二次元変位センサを用いる場合、抽出したY座標(Ym)の変位量を用いてワークWの直径を算出する。
上記の実施の形態1から実施の形態4に係る直径測定装置100,400,500の制御装置140の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する処理装置であってもよい。
処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図27は、実施の形態1から実施の形態4に係る直径測定装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路29には、制御装置140の機能を実現する論理回路29aが組み込まれている。
処理回路29が処理装置の場合、制御装置140の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。
図28は、実施の形態1から実施の形態4に係る直径測定装置の制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路29は、プログラム29bを実行するプロセッサ291と、プロセッサ291がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ292と、プログラム29bを記憶する記憶装置293を有する。記憶装置293に記憶されているプログラム29bをプロセッサ291がランダムアクセスメモリ292上に展開し、実行することにより、制御装置140の機能が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置293に格納される。プロセッサ291は、中央処理装置を例示できるがこれに限定はされない。記憶装置293は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、又はEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)といった半導体メモリを適用できる。半導体メモリは、不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置293は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はDVD(Digital Versatile Disc)を適用できる。なお、プロセッサ291は、演算結果といったデータを記憶装置293に出力して記憶させてもよいし、ランダムアクセスメモリ292を介して不図示の補助記憶装置に当該データを記憶させてもよい。プロセッサ291、ランダムアクセスメモリ292及び記憶装置293を1チップに集積することにより、制御装置140の機能をマイクロコンピュータにより実現することができる。
処理回路29は、記憶装置293に記憶されたプログラム29bを読み出して実行することにより、制御装置140の機能を実現する。プログラム29bは、制御装置140の機能を実現する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。
なお、処理回路29は、制御装置140の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、制御装置140の機能の一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
このように、処理回路29は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
29 処理回路、29a 論理回路、29b プログラム、100,400,500 直径測定装置、101 定盤、101a 基準面、102 回転機構、103 回転テーブル、103a モータ、104 X軸機構、105 X軸駆動モータ、106 X軸スライダ、107 Y軸機構、108 Y軸駆動モータ、109 Y軸スライダ、110 Z軸機構、111 Z軸駆動モータ、112 Z軸スライダ、113 変位計、114 測定子、115 制御部、116 測定部、117 処理部、118 表示部、119 ワーク位置決め機構部、120 X軸リニアスケール、121 Y軸リニアスケール、122 Z軸リニアスケール、123 変位センサ、130 測定機構部、140 制御装置、201,301 0次成分、202,203,302,303 1次成分、291 プロセッサ、292 ランダムアクセスメモリ、293 記憶装置。
Claims (4)
- 円柱状のワークの直径を算出する処理を行う直径測定装置の制御装置における偏心量補正方法であって、
変位計を側面に接触させた直径が既知の円柱状のマスターワークを円柱の軸回りに1回転させて、前記マスターワークの回転の中心位置を取得するステップと、
前記変位計を側面に接触させた前記ワークを、前記マスターワークの回転の中心位置を中心に円柱の軸回りに1回転させて、前記ワークの形状データを取得するステップと、
前記形状データをフーリエ変換した結果であるフーリエ変換データを取得するステップと、
前記フーリエ変換データから、前記ワークの断面の中心と回転の中心との偏心量に相当する1次成分を除去して偏心量除去データを取得するステップと、
前記偏心量除去データを逆フーリエ変換することで前記偏心量が除去された補正形状データを取得するステップと、
前記補正形状データを基に、前記ワークの直径を算出するステップとを備えることを特徴とする偏心量補正方法。 - 請求項1に記載の偏心量補正方法を実行する制御装置と、
水平の基準面を有する定盤と、
前記基準面上に設置された回転テーブルと、
前記回転テーブルの上に設置され、前記定盤と平行な面内において前記ワークを位置決めするワーク位置決め機構部と、
前記定盤と平行な面内のX方向における前記ワークの移動量を測定する変位計と、
前記基準面上に設置されており、前記定盤と平行かつX方向に垂直なY方向に移動可能なY軸スライダと、前記Y軸スライダの位置を検出するY軸位置検出器とを備えたY軸機構と、
前記Y軸スライダ上に設置されており、前記定盤に垂直なZ方向に移動可能なZ軸スライダと、前記Z軸スライダの位置を検出するZ軸位置検出器とを備えたZ軸機構と、
前記Z軸スライダ上に設置されており、X方向に移動可能なX軸スライダと、前記X軸スライダの位置を検出するX軸位置検出器とを備えたX軸機構とを有し、
前記変位計は、前記X軸スライダに搭載されており、
前記制御装置は、前記補正形状データを基に前記ワークの直径を算出することを特徴とする直径測定装置。 - 前記X軸位置検出器、前記Y軸位置検出器及び前記Z軸位置検出器の各々は、リニアスケールであることを特徴とする請求項2に記載の直径測定装置。
- 前記変位計は、非接触の変位センサであることを特徴とする請求項2又は3に記載の直径測定装置。
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