JP2001091244A - 真円度測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワーク軸心を従来の測定２個所の位置で算出
するのではなく、ワーク軸心を複数の測定位置により算
出するものであり、ワークの測定断面の全体の特徴を備
え持ったワーク軸心として算出する方法および装置であ
る。したがって、ワーク軸心の決定によって求まる形状
誤差（同心度・同軸度・円筒度など）は、精確に算出で
きる。 【構成】 被測定物の高さの異なる複数の測定位置にお
ける形状を測定し、測定データとして記憶する工程およ
び手段と、複数の該測定データにおいて、中心位置の算
出を選択する工程および手段と、複数の該中心位置を用
いて、ワーク軸心を算出する工程および手段と、を備
え、たことを特徴とする真円度測定方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物(以下「ワー
ク」という)または検出器のいずれかを回転させてワー
クの真円度や円柱形状(以下単に「真円度」という)を測
定する真円度測定機に係り、複数の中心位置を用いて、
ワーク軸心を算出する工程および手段を備え、ワーク測
定断面の全体の特徴を備え持ったワーク軸心を算出する
ことで、形状誤差が精確に算出できる。

【０００２】

【従来の技術】半径法真円度測定機(以下「単に真円度
測定機という」)は、真円度測定機によって幾何学的円
に近い基準軸を再現し、この基準軸を中心として検出器
を被測定物の回りに相対的に回転させ、検出器の変位信
号と基準軸から得られる基準円を比較し、評価するもの
である。

【０００３】真円度測定機は、テーブル回転型真円度測
定機と検出器回転型真円度測定機とに大別できる。(図
１) テーブル回転型真円度測定機は、図１（A）に示すよう
に、回転テーブルが回転して求まる精度の良い理想的な
基準軸心である回転軸心（ＺＯ）と、回転テーブルに載
置されているワークの円柱表面に当接されている検出器
により回転テーブルが回転して求まる検出器の変位信号
からワークの中心が算出される。検出器回転型真円度測
定機は、図１（B）に示すように、回転軸受が回転して
求まる精度の良い理想的な基準軸心である回転軸心（Ｚ
Ｏ）と、テーブルに載置されているワークの円柱表面に
回転軸受に搭載されている検出器により回転軸受の回転
から求まる検出器の変位信号からワークの中心が算出さ
れる。

【０００４】ワーク中心の算出手段は外接円中心法、内
接円中心法、最小領域中心法および最小自乗中心法が周
知のワーク中心の算出手段である。(図２) 理解を容易にするために、図において円形図形は誇張し
て描いている。

【０００５】外接円中心法は、図２（A）に示すよう
に、検出器の変位信号(以下「検出信号」という)を極座
標上に記録したとき得られる円形図形(W０)を囲む最小
外接円(A１)と同心で既円形図形（W０）に内接する円
（A２）との二つの半径差で表す真円度評価方法で、既
二つの円（A１,A２）の中心（AO）が外接円中心法によ
って求まった中心（AO）である。

【０００６】内接円中心法は図２（Ｂ）に示すように、
検出信号を極座標上に記録したとき得られる円形図形
（W０）を囲む最大内接円（B１）と同心で既円形図形に
外接する円（B２）との二つの半径差で表す真円度評価
方法で、既二つの円（B１,B２）の中心（BO）が内接円
中心法によって求まった中心（BO）である。

【０００７】最小領域中心法は図２（Ｃ）に示すよう
に、検出信号を極座標上に記録したとき得られる円形図
形(W0)を内接する円（C１）と外接する円（C１）が同心
で二つの半径差が最小となる半径で表す真円度評価方法
で、既二つの円（C１,C２）の中心（CO）が最小領域中
心法によって求まった中心（CO）である。

【０００８】最小自乗中心法は図２（Ｄ）に示すよう
に、検出信号を極座標上に記録したとき得られる円形図
形（W０）上に真円を配し、真円と円形図形の半径差す
なわち誤差の自乗が最小となる円を基準円（D１）と
し、既基準円と同心の外接する円（D２）と既基準円と
同心の内接する円（D３）の二つの半径差で表す真円度
評価方法で、基準円（D１）および既二つの円（D２、D
３）の中心（DO）が最小自乗中心法によって求まった中
心（DO）である。

【０００９】近年、とくに円柱形状の一部に切り欠きな
どの特異領域を有するワークや設計時期から非円形を目
的として製作されたピストンなどの真円度や円柱形状の
形状評価を目的として、設計値照合の方法（仮称）によ
るワーク中心の算出が行われている。図３で示すよう
に、真円度評価値（Ｅ４）は、設計値に基づいて製作し
た円筒形状のワークを真円度測定機で測定し、設計値
（Ｅ３）と記録図形（Ｗ０）との各回転角度における偏
差の合計が最小となるように設計値照合し、該偏差の最
小値で設計値の記録図形を移動させた図形（Ｅ１）と、
該偏差の最大値で設計値の記録図形を移動させた図形
（Ｅ２）との差で表したものである。この時の設計値の
原点座標（Ｅ０）をワーク中心とするものである。

【００１０】設計値照合の方法および前記中心方法はテ
ーブル回転型真円度測定機および検出器回転型真円度測
定機においても同じである。また、以下の説明におい
て、外接円中心法、内接円中心法、最小領域中心法、最
小自乗中心法および設計値照合の方法を総称して前記中
心法と記す。

【００１１】真円度測定機におけるワーク軸心は、偏芯
補正・傾斜補正手段に用いるとともに、ワークの同心度
・同軸度・円筒度の算出におけるワーク基準軸心として
用いる。通常、真円度測定機の基準軸心である回転基準
軸心（Z０）と、前記中心法で算出したワークの軸心は
一致していない。すなわち、ワークの軸心は回転基準軸
心に対し、芯ずれ及び傾きが存在している。

【００１２】回転基準軸心に対する前記中心法で算出し
たワークの軸心の芯ずれを補正する方法(偏芯補正)及び
装置は、周知の算出方法および手段である。また、回転
基準軸心に対する前記中心法で算出したワークの軸心の
傾きを補正する方法(傾斜補正)及び装置は、特開平６―
１１３３７、特開平６―３３１３４３および特許第２７
９２５４９号などにより、公知の算出方法および手段で
ある。

【００１３】図４は従来技術によるワーク軸心の算出方
法と形状誤差算出の流れ図である。また、図５、図６、
図７、図８は、実施具体例である。すなわち、図５のよ
うに、被測定物を回転基準軸心（Ｚ０）を中心に回転さ
せ、高さの異なる測定位置（例えば、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４，Ｆ５）において測定断面の形状を測定する
（図４の１０１）。 各測定断面データにおいて、前
記中心法の中から一つの中心法を選択し（図４の１０
２）、高さの異なる中心位置（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ
４，Ｇ５）を算出する。（図４の１０３） これらの中心位置から作業者が２箇所（例えば、Ｇ１，
Ｇ５)を選び（図４の１０４）、この２箇所の中心位置
を通る直線をもってワーク軸心（Ｔ１）とするものであ
る。（図４の１０５） ワーク軸心（Ｔ１）を用いて該偏芯補正および該傾斜補
正し（図４の１０６）、回転基準軸心（Ｚ０）とワーク
軸心（Ｔ１）を一致させた結果を図６に示す。なお、偏
芯補正および傾斜補正の方法および装置は、周知および
公知の事実であり、その詳細は省略する。また、一致さ
せた回転基準軸心（Ｚ０）とワーク軸心（Ｔ１）を基準
に形状誤差を算出し（図４の１０７）、表示装置へ表示
する（図４の１０８）。

【００１４】しかしながら、上記の作業者が中心位置か
ら２箇所を選択する工程において、図７に示すように、
中心位置Ｇ１およびＧ４を選択するものとする。この２
箇所の中心位置を通る直線がワーク軸心（Ｔ２）とな
る。ワーク軸心（Ｔ２）を用いて該偏芯補正および該傾
斜補正し、回転基準軸心（Ｚ０）とワーク軸心（Ｔ２）
を一致させた結果を図８に示す。

【００１５】図５および図７において、同一ワークを測
定しているにもかかわらずワーク軸心は中心位置を算出
する高さの異なる２箇所の測定位置（Ｆ１，Ｆ５）が異
なる位置（Ｆ１，Ｆ４）において算出すると、異なるワ
ーク軸心（Ｔ1およびＴ２）を算出してしまう。したが
って、前記異なるワーク軸心（Ｔ1およびＴ２）を用い
て偏芯補正・傾斜補正を行うと、その結果として、ワー
クの形状誤差（同心度・同軸度・円筒度）は、異なる結
果を算出する。

【００１６】本発明は上記課題を鑑みなされたものであ
り、円筒形状のワークの全体の特徴を備え持ったワーク
軸心を算出する方法および装置である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】、

【実施例】図９は本発明におけるワーク軸心の算出方法
と形状誤差算出の流れ図である。また、図１０、図１１
は、実施具体例である。すなわち、図１０のように、被
測定物を回転基準軸心（Ｚ０）を中心に回転させ、高さ
の異なる測定位置（例えば、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，
Ｆ５）において測定断面の形状を測定し、記憶部へ記憶
する。（図９の２０１）。各測定断面データにおいて、
前記中心法の中から各々の測定断面データに対し、各々
の中心法を選択し（図９の２０２）、高さの異なる中心
位置（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５）を算出する（図
９の２０３）。作業者はワーク軸心の求める方式(例え
ば、最小自乗法または最小領域法)を選択する（図９の
２０４）。作業者は既中心位置からワーク軸心を構成す
る中心位置の複数箇所（例えば、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ
４，Ｇ５)を選択し（図９の２０５）、該中心位置を要
素とするワーク軸心（Ｔ０）を算出する（図９の２０
６）。ワーク軸心（Ｔ０）を用いて該偏芯補正および該
傾斜補正を行い（図９の２０７）、回転基準軸心（Ｚ
０）とワーク軸心（Ｔ０）を一致させた結果を図１１に
示す。また、一致させた回転基準軸心（Ｚ０）とワーク
軸心を基準に形状誤差を算出し（図９の２０８）、表示
装置へ表示する（２０９）。

【００１８】なお、図９の２０５で示すように、ワーク
軸心を構成する複数断面の指定において、一般的には、
全ての複数の測定断面が対象となるが、測定位置に切り
欠きなどの特異領域があり、ワーク軸心を構成する中心
位置として適さない断面形状は、指定しないことを可能
とするものである。また、ワーク軸心を構成する複数の
測定断面の指定において、２断面のみを指定すること
で、従来のワーク軸心の算出方法と同じとなる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、ワーク軸心を従来
の測定２個所の位置で算出するのではなく、ワーク軸心
を複数の測定位置により算出するものであり、ワークの
測定断面の全体の特徴を備え持ったワーク軸心として算
出できる。したがって、ワーク軸心の決定によって求ま
る形状誤差（同心度・同軸度・円筒度など）は、精確に
算出できる。

【００２０】また、本発明を垂直方向の変位の検出に用
い、水平調整(レベリング補正)に用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】真円度測定機の基準軸心の大別 図１（A） テーブル回転型 図１（B） 検出器回転型

【図２】ワーク軸心の算出手段 図２（A） 外接円中心法 図２（B） 内接円中心法 図２（C） 最小領域中心法 図２（D） 最小自乗中心法

【図３】非円形ワークの測定記録図形を設計値照合によ
る方法で真円度誤差の評価をした例

【図４】従来技術におけるワーク軸心の算出方法と形状
誤差算出の流れ図

【図５】測定断面位置と中心位置からワーク軸心を算出
する例―１

【図６】偏芯補正・傾斜補正により回転基準軸心とワー
ク軸心を一致させた例―１

【図７】測定断面位置と中心位置からワーク軸心を算出
する例―２

【図８】偏芯補正・傾斜補正により回転基準軸心とワー
ク軸心を一致させた例―２

【図９】本発明におけるワーク軸心の算出方法と形状誤
差算出の流れ図

【図１０】複数の中心位置からワーク軸心を算出する例

【図１１】本発明における偏芯補正・傾斜補正により回
転基準軸心とワーク軸心を一致させた例

【符号の説明】

Ｔ1 ２箇所の中心位置（Ｇ1，Ｇ５）を用いて算出した
ワーク軸心。 Ｔ2 ２箇所の中心位置（Ｇ1，Ｇ４）を用いて算出した
ワーク軸心。 Ｔ0 本発明による複数の中心位置を用いて算出したワ
ーク軸心

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機構を有し、検出器によって被測定
   物の円周方向の半径の変化または円周方向および軸方向
   の半径の変化を測定する真円度測定機において、被測定
   物の高さの異なる複数の測定位置における形状を測定
   し、測定データとして記憶する工程と、複数の該測定デ
   ータにおいて、中心位置の算出を選択する工程と、複数
   の該中心位置を用いて、ワーク軸心を算出する工程と、
   を備え、たことを特徴とする真円度測定方法。
2. 【請求項２】 複数の該中心位置を用いて、ワーク軸心
   を算出する工程において、複数の該中心位置を用いて最
   小自乗または最小領域によりワーク軸心を算出する、こ
   とを特徴とする請求項１に記載の真円度測定方法。
3. 【請求項３】 複数の該中心位置を用いて、ワーク軸
   心を算出する工程において、複数の該中心位置の中から
   ２つ以上の中心位置を選択してワーク軸心の算出に用い
   るワーク軸心を算出する、ことを特徴とする請求項１に
   記載の真円度測定方法。
4. 【請求項４】 回転機構を有し、検出器によって被測定
   物の円周方向の半径の変化または円周方向および軸方向
   の半径の変化を測定する真円度測定機において、被測定
   物の高さの異なる複数の測定位置における形状を測定
   し、測定データとして記憶する手段と、複数の該測定デ
   ータにおいて、中心位置の算出を選択する手段と、複数
   の該中心位置を用いて、ワーク軸心を算出する手段と、
   を備え、たことを特徴とする真円度測定装置。
5. 【請求項５】 複数の該中心位置を用いて、ワーク軸心
   を算出する手段において、複数の該中心位置を用いて最
   小自乗または最小領域によりワーク軸心を算出する、こ
   とを特徴とする請求項４に記載の真円度測定装置。
6. 【請求項６】 複数の該中心位置を用いて、ワーク軸
   心を算出する手段において、複数の該中心位置の中から
   ２つ以上の中心位置を選択してワーク軸心の算出に用い
   るワーク軸心を算出する、ことを特徴とする請求項４に
   記載の真円度測定装置。