专利名称：宽度测量方法和表面特性测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由表面特性测量机进行的宽度测量方法，尤其是涉及一种由具有能够改变测量姿势的检测器的表面特性测量机测量被测量物的宽度的宽度测量方法。
背景技术：
用于圆度测量机、表面粗糙度测量机、轮廓形状测量机等的表面特性测量机中的检测器多采用在沿与工件表面正交的方向可以摆动的杆前端上设置触头的构造，通过在使该触头与工件表面抵接的状态下沿工件的表面方向扫描检测器而收集数据来获得测量数据，从而进行工件的表面特性解析和坐标或尺寸的测量。
但是，由于这种构造的检测器是检测摆动方向(在表面粗糙度测量机和轮廓形状测量机中是指在上下方向的Z轴方向；在圆度测量机中是指前后方向的X轴方向)的凸凹的单轴检测器，所以，尽管在摆动方向的凸凹检测中精度极高，但是难以高精度地获得与摆动正交方向(工件表面方向)的工件表面数据，例如，很难直接检测工件端部(在工件的角部，通常为90°的角度的情况较多)等的形状特点部位，特别是很难准确求得被设在工件表面的槽等的凹部的宽度或凸部的宽度(例如，参见日本特开2001-343228号公报等)。
另外，因为检测器相对于工件在相对姿势和相对扫描方向上存在着制约，所以，不能对任意工件表面都进行高精度的扫描。
此外，因为能够测量的区域由于测量机的各部构造部件与工件的干涉而受到限制，所以存在不一定能够对工件的任意部位进行测量的问题点。
其结果为，在需要进行高精度的测量时，需要在由表面特性测量机进行的工件表面的轮廓或圆度的测量之外，在不同的专用测量机等上重新设置工件而个别地测量这些宽度或直径等，因此，增加了测量步骤和测量时间，造成了工件测量整体的测量效率低下。

发明内容
本发明为了解决上述那样的问题，提供了能够缓和检测器相对于工件的相对扫描方向或可测量区域的限制的表面特性测量机、以及利用该表面特性测量机的宽度测量方法。
本发明的表面特性测量机，其特征在于，具有可旋转地放置被测量物的旋转台；可沿与上述旋转台的旋转轴心平行的Z轴方向移动的Z轴滑动部件；被保持在上述Z轴滑动部件上、并可沿与上述旋转轴心正交的X轴方向进退的X轴滑动部件；被保持在上述X轴滑动部件上、并能以与上述X轴平行的中心线A为中心旋转的第1臂；被保持在上述第1臂上、并可沿与上述X轴正交的方向进退的第2臂；被保持在第2臂上、用于测量上述被测量物的表面特性的检测器。
在此，第2臂，不一定是与X轴正交的方向，也可以是可沿向与X轴正交面倾斜的方向进退。
另外，最好是可以分别测量Z轴滑动部件的移动量、X轴滑动部件的进退量、第1臂的旋转量、第2臂的进退量。
根据本发明，因为检测器相对于工件的相对姿势和相对扫描方向的自由度得到提高，所以对于任意工件表面都可以进行高精度的扫描。
另外，因为可以避免测量机的各部构造部件与工件的干涉，所以可以测量的区域扩大，可以进行工件的任意部位的测量。
另外，本发明的表面特性测量机，其特征在于，上述检测器能以与上述第2臂的进退方向平行的中心线B为中心旋转地被保持着。
在此，中心线B，虽然最好是与X轴正交，但也可以是不正交。另外，最好是以检测器的中心线B为中心的旋转量可以被测量。
另外，最好是与检测器的检测方向(检测出工件的凸凹的方向)大致正交、并在前端具有测量触头的触头杆的轴线与中心线B大致平行。因此，即使在检测器旋转了的情况下，也可以防止触头杆的倾斜变化。
根据本发明，因为检测器可以旋转地被保持，所以，能够将检测器的检测方向朝向任意方向，因此，提高了测量的精度和自由度。
本发明的宽度测量方法，其特征在于，包括由上述检测器扫描上述被测量物的第1表面来得到第1测量数据的第1测量工序；由上述检测器扫描上述被测量物的第2表面来得到第2测量数据的第2测量工序；基于上述第1测量数据和上述第2测量数据进行宽度运算处理来得到宽度数据的宽度运算工序。
在此，第1表面和第2表面为相对的位置关系，例如，直立圆筒内径的左侧内侧面与右侧内侧面、直立圆柱的左侧外侧面与右侧外侧面、水平凸缘部的上面与下面等。
另外，在第1测量工序的测量之后，检测器例如通过Z轴滑动部件移动、X轴滑动部件进退、第2臂进退等而被移动，此后，在第2测量工序中进行测量。此外，第1测量工序中的检测器姿势和第2测量工序中的检测器姿势不必一样，例如，也可以通过第1臂的旋转、检测器相对于第2臂的的旋转，来变更姿势。
根据本发明，例如，由于可以分别沿着Z轴方向、或与Z轴和X轴正交的Y轴方向等各种方向扫描直立圆柱的左侧外侧面与右侧外侧面来进行测量，所以，将提高测量的自由度。
另外，本发明的宽度测量方法，在上述宽度运算工序中，分别从上述第1测量数据和上述第2测量数据中求出最大值或最小值，并基于最大值或最小值将上述被测量物的直径值作为宽度数据。
根据本发明，例如，从测量直立圆柱的右侧外侧面得到的第1测量数据中求出的最大值、从测量左侧外侧面得到的第2测量数据求出的最小值，从该最大值与最小值之差可以容易地求出圆柱的直径值。
另外，本发明的宽度测量方法，其特征在于，包括校准上述检测器的校准工序；通过用上述检测器扫描上述被测量物的表面而得到测量数据的测量工序；从上述测量数据求出最大值或最小值，并基于其最大值或最小值将上述被测量物的直径值作为宽度数据的宽度运算工序。
在此，所谓检测器的校准是指校准检测器的测量触头的坐标值，例如，就X轴方向来说，在测量触头测量旋转台的轴心位置时，校准检测器，以使得X轴的坐标值变为零。
根据本发明，由坐标值校准完毕的检测器例如沿着Y轴方向扫描圆柱右侧外侧面而取得了测量数据后，如果由其测量数据求出最大值，那么，由于马上就求出半径值，所以，可以将该半径值乘以2而作为直径值，可以极其容易地进行宽度尺寸的测量。
如上所述，根据本发明的宽度测量方法，取得了能够高精度、正确而且容易地对圆筒等的内径值和外径值(直径值)进行测量的效果。
另外，根据本发明的表面特性测量机，因为提高了检测器相对于工件的相对姿势和相对扫描方向的自由度，所以，除了可以对任意工件表面进行高精度的扫描之外，还可以避免测量机的各部构造部件与工件的干涉。因此，取得了可以测量的区域扩大、可以进行工件的任意部位的测量的效果。


图1是表示本发明的实施例1的圆度测量机的简图。
图2是本发明的实施例1的圆度测量系统的框图。
图3是表示本发明的实施例1的宽度测量方法的流程图。
图4是表示检测器的第1姿势和第2姿势中的校准状态的图。
图5是在工件上测量点数据的说明图。
图6是在工件上测量线数据的说明图。
图7是在工件上测量面数据的说明图。
图8是在工件上测量点数据的另一说明图。
图9是在工件上测量线数据的另一说明图。
图10是在工件上测量面数据的另一说明图。
图11是指定点的说明图。
图12是宽度计算的说明图。
图13是宽度计算的另一说明图。
图14是宽度计算的又一说明图。
图15是宽度计算的又一说明图。
图16是表示本发明的第2实施例的圆度测量机的简图。
图17是表示由圆度测量机进行的扫描姿势的图。
图18是表示由圆度测量机进行的另一扫描姿势的图。
图19是表示本发明的实施例2的宽度测量方法的流程图。
图20是表示本发明的实施例2的测量数据的图。
图21是表示本发明的实施例3的宽度测量方法的流程图。
图22是表示本发明的实施例3的校准工序的图。
图23是表示本发明的实施例3的测量数据的图。
图24是表示本发明的改型例的圆度测量机的简图。
具体实施例方式
下面，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1表示本发明的实施例1的圆度测量机1的概略构成。
图1所示的圆度测量机1在基座2的上部一端侧上具有可以旋转地放置工件W，并以轴心C为中心旋转的旋转台10。
另外，在基底2的上部另一端侧上，具有垂直竖立设置的支柱3，沿着此支柱3在上下方向(Z轴方向)上可以滑动地保持Z轴滑动部件4。Z轴滑动部件4保持滑动部件5，该保持滑动部件5可沿着左右方向(X轴方向)相对于Z轴滑动部件4滑动。
在X轴滑动部件5的旋转台10侧(图中左端)设有第1臂6，此第1臂6以与X轴平行的中心线A为中心相对于X轴滑动部件5可以旋转地被保持于X轴滑动部件5上。另外，第1臂6保持着第2臂7的一端，该第2臂7可相对于第1臂6滑动，在图1所示的状态中，其滑动方向是上下方向，与Z轴方向为同一方向。不过，在第1臂6从图1所示的状态旋转了90°的状态中，第1臂6成为水平状态，第2臂7的滑动方向成为垂直于图1的纸面的方向，与Y轴方向成为同一方向。
在第2臂7的另一端侧上保持着以中心线B为中心可以旋转的检测器主体8。从检测器主体8伸出、并在顶端(图中下端)具有球状的触头9的可摆动的杆，其摆动方向在图1的状态下是左右方向(X轴方向)，在这种状态下，触头9可以检测出X轴方向的凸凹。
在此圆度测量机1中，除了设有具有触头9的检测器之外，还设有未图示的各种检测器，以规定的精度检测Z轴滑动部件4的移动量(Z轴移动量)、X轴滑动部件5的移动量(X轴移动量)、第1臂6的旋转量、第2臂7的移动量、检测器主体8的旋转量、旋转台10的旋转量。
另外，在此圆度测量机1中，具有使Z轴滑动部件4沿上下方向移动的Z轴驱动机构、使X轴滑动部件5沿左右方向移动的X轴驱动机构、使第1臂6转动的第1臂旋转移动机构、驱动第2臂7的第2臂驱动机构、使检测器主体8转动的检测器转动机构、使旋转台10转动的旋转台转动机构，其图示省略。
图2表示含有圆度测量机1和进行其控制以及数据处理的计算机100的圆度测量系统的框图。
圆度测量机1的各个驱动机构和转动机构，被连接在包括驱动放大器和D/A变换电路的控制装置101上而被控制成规定的定位位置、定位角度、定位速度。另外，由各个检测器检测出来后输出的各移动量和转动量被连接在包括输入放大器和A/D变换电路的检测输入装置102上而进行输入处理。计算机100除了包括进行各种数据处理的中央处理装置103、存储数据的存储装置104外，还包括输入来自于操作者的指令的键盘和鼠标或操纵手柄、输出数据处理结果的显示装置和印刷装置、还有进行与外部设备间的数据输入输出等相对于中央处理装置103进行指令或数据的输入输出的输入输出装置105。
此圆度测量机1的通常的测量可以是手动测量和自动测量。
手动测量的步骤为首先，将第1臂6、检测器主体8保持为图1所示的状态，通过操纵手柄等由手动使X轴滑动部件5向工件W方向前进，使得触头9接触到工件W上，触头9(测量触头)一旦接触到工件W上，就使X轴滑动部件5停止，并使旋转台10旋转。而且随着旋转台10的旋转，检测出跟踪工件W的表面凸凹的触头9的摆动，并将其检测器的输出从检测输入装置102输入。
而且数据收集一结束就停止旋转台10的转动，通过对所收集的数据进行各种处理，来进行工件W的圆度等的运算，并在输入输出装置105的显示装置上显示其结果。
另外，在进行自动测量时，由中央处理装置103执行使用键盘生成的或者从外部设备输入的零件程序。
根据此零件程序的内容可以进行各种测量动作，作为其一个例子是，可以使在上述的手动测量中表示的步骤自动进行处理，此时，操作者如果指定零件程序，并使之开始执行，则由于此后在测量过程中不需要操作者介入，所以，提高了测量效率。通过预先将针对测量的工件的各种测量动作记载到该零件程序内，可以实现各种工件测量的自动化。
用此圆度测量机1来进行本发明的宽度测量时，虽然按照图3的流程图所示的步骤进行测量处理，但是，在这种情况下也可以用手动测量和由零件程序进行的自动测量中的任意一种方式来进行测量处理。
首先，在步骤10开始宽度测量处理(S10)。
接着，将校准基准夹具20放置到旋转台10上。如图4所示，校准基准夹具20由直立支柱21、倾斜支柱22以及基准球23构成，并且基准球23以必要的精度保证其圆球度。在校准基准夹具20向旋转台10放置时，通过未图示的定位夹具使基准球23的中心与旋转台10的旋转轴心C一致，并使基准球23的中心坐标也成为规定的值。
此后，在使第1臂6和检测器主体8转动的同时，使Z轴滑动部件4、X轴滑动部件5、第2臂7移动，使检测器主体8和触头9成为如图4所示的那样的第1姿势(检测器主体8a和触头9a)。在此姿势下移动第2臂，使得触头9a沿前后方向扫描基准球23的顶上部位而取得检测结果。此检测结果为，由于是圆弧状的数据，所以通过解析这些数据来算出基准球23的中心。
在此，由于基准球23的半径和中心坐标已知，所以触头9的前端半径、和触头9的中心位置被校准，从而第1校准工序结束(S20)。
接下来，如图4所示，同样地使触头9成为第2姿势(检测器主体8b和触头9b)，对第2姿势进行与第1校准工序同样的校准处理后，结束第2校准工序(S30)。
接着，将工件W放置在旋转台10上。此时，通过未图示的中心找正机构和水平找正机构进行调整(S40)，以使工件W的轴心与旋转台10的轴心C相一致。
测量时，在第1测量工序(S50)中将检测器保持为第1姿势，扫描工件W的第1表面W1而取得第1测量数据，然后，在第2测量工序(S60)中将检测器保持为第2姿势，扫描工件W的第2表面W2而取得第2测量数据。
此时，使第1校准工序的校准结果反映到由第1测量工序取得的数据中而求出第1测量数据，并使第2校准工序的校准结果反映到由第2测量工序取得的数据中而求出第2测量数据。
图5～图10表示在此第1测量工序和第2测量工序中收集第1测量数据和第2测量数据的状况。
图5表示取得XY平面中的点数据的测量，在工件W的第1表面W1上，由检测器的第1姿势收集仅点P1一点的Z轴数据(第1测量工序)，此后，在工件W的第2表面W2上，在与点P1同样的X轴坐标值、Y轴坐标值处，由检测器的第2姿势收集仅点P2一点的Z轴数据(第2测量工序)。
这时，虽然收集数据的Z坐标值为Z轴滑动部件4的移动量与检测器的检测量(触头9的摆动量)的合成值，但这一点在以下的图6和图7的改型例中也是同样的。
图6表示取得XY平面中的线数据的测量，在第1测量工序中，在工件W的第1表面W1上，在检测器的第1姿势下以点P1为开始点，使第2臂7移动来使检测器进行扫描，收集L1的线数据。在第2测量工序中，在工件W的第2表面W2上，在检测器的第2姿势下以点P2(也可以是X轴坐标值和Y轴坐标值与点P1相同)为开始点，使第2臂7移动来使检测器进行扫描，收集L2的线数据。
图7表示取得XY平面中的面数据的测量，在第1测量工序中，在工件W的第1表面W1上，在检测器的第1姿势下以点P1为开始点，通过使旋转台10旋转来使工件W旋转，从而使检测器对工件W进行扫描，收集C1-1的圆数据。
接下来，在工件W的半径方向上，从不同的开始点同样地收集C1-2、......、C1-n的圆数据。在第2测量工序中，在工件W的第2表面W2上，在测量器的第2姿势下以点P2(也可以是X轴坐标值和Y轴坐标值与点P1相同)为开始点，同样地收集C2-1的圆数据。接下来，在工件W的半径方向上，从不同的开始点同样地收集C2-2、......、C2-n的圆数据。
图8表示取得工件W的径向上的点数据的测量，在作为工件W的内径的第1表面W1上，通过检测器的第1姿势来收集仅点X1一点的X轴数据(第1测量工序)，此后，在作为工件W的外径的第2表面W2上，在与点X1相同的Y坐标值、Z坐标值上，通过检测器的第2姿势收集仅点X2一点的X轴数据(第2测量工序)。
取得此工件W的径向数据时的检测器的第2姿势与图1所示的检测器的姿势相同，第1姿势相对于此第2姿势来说，是使检测器主体8绕中心线B旋转180°的姿势。在此工件W的径向上的测量中的第1姿势和第2姿势在以下的图9、图10的说明中也是相同的。
此时，虽然收集数据的X轴坐标值是X轴滑动部件5的移动量与检测器的检测量(触头9的摆动量)的合成值，但是，这点在以下的图9和图10的改型例中也是相同的。
图9表示取得工件W的径向上的线数据的测量，在第1测量工序中，在工件W的第1表面W1上，在检测器的第1姿势下以点X1为开始点，使第2臂7移动而使检测器进行扫描，收集Lx1的线数据。在第2测量工序中，在工件W的第2表面W2上，在检测器的第2姿势下以点X2(也可以是X轴坐标值和Y轴坐标值与点X1相同)为开始点，使第2臂7移动而使检测器进行扫描，收集Lx2的线数据。
图10表示取得工件W的径向上的面数据的测量，在第1测量工序中，在工件W的第1表面W1上，在检测器的第1姿势下以点X1为开始点，通过使旋转台10旋转来使工件W旋转，从而使检测器对工件W进行扫描，并收集Cx1-1的圆数据。
接下来，在工件W的Z轴方向上，从不同的开始点同样地收集Cx1-2、......、Cx1-n的圆数据。在第2测量工序中，在工件W的第2表面W2上，在检测器的第2姿势下以点X2(也可以是X坐标值和Y轴坐标值与点X1相同)为开始点，同样地收集Cx2-1的圆数据。然后，在工件W的Z轴方向上，从不同的开始点同样地收集Cx2-2、......、Cx2-n的圆数据。
由第1和第2测量工序收集了数据以后，通过宽度运算工序来运算取得宽度数据(S70)。
最容易的宽度数据运算是运算由图5取得的第1测量数据P1与第2测量数据P2的Z轴坐标值的差。在此情况下，由于点P1与点P2的X轴坐标值和Y轴坐标值是相同的，所以从点P1(指定点)来看，点P2(对应点)存在于Z轴方向上。因此，仅通过只运算两点(指定点和对应点)的Z轴坐标值的差，就可以运算Z轴方向的宽度(在图5的情况下也可以说成是厚度)。(这时，当然即使指定Z轴方向以外的方向也是无意义的。)关于对由图6取得的线数据L1、L2的宽度数据的运算，也可以是同样的运算，但是，这时因为是线数据(多个点列数据)，所以首先在线数据L1中确定指定点a1。此指定点a1也可以仅指定线数据L1中的一点，但也可以是例如图11所示的那样，将构成线数据L1的点列数据每隔一点指定为a0、a1、a2、......，还可以将构成线数据L1的点列数据的全体作为指定点来指定。
如果指定点(a1等)被指定，那么，接下来就从构成线数据L2的点列数据中搜索与该指定点对应的对应点(b1等)。作为此搜索方法，有如图12所示的那样，从线数据L2中搜索从指定点a1在指定方向上存在的对应点b1的方法，例如求出存在于从指定点a1向Z轴方向上的对应点b1。另外，有如图13所示的那样，从线数据L2中搜索从指定点a1以最短距离存在的对应点b1的方法。
另外，还有这样的搜索方法如图14所示，依次算出内接于线数据L1和L2的内接圆Ic，从由该内接圆Ic的中心Pc构成的点列中求出中心线L3，在该中心线L3的任意点(可以是多个点)中把与中心线L3正交的方向上的线数据L1上的点作为指定点a1，并以线数据L2上的点为对应点b1。
关于对由图7或图10取得的面数据的宽度数据的运算，除了图12～图14的搜索方法之外，还可以扩展利用图14中的内接圆的方法来进行由如图15所示的一个例子那样的内接球的搜索。
这种情况，首先根据第1测量数据算出与工件W的第1表面W1相当的第1面S1，并根据第2测量数据算出与第2表面W2相当的第2面S2。然后，依次算出内接于该第1面S1和第2面S2的内接球Is，从由该内接球Is的中心Ps构成的点列求出中心面S3，在该中心面S3的任意点(可以是多个)中把与中心面S3正交的方向上的第1面S1上的点作为指定点a1，并将第2面S2上的点作为对应点b1进行搜索。
如果通过这些方法搜索到指定点a1和与此对应的对应点b1，则把从各指定点a1到对应点b1的距离作为宽度进行运算。
在存在多个指定点的情况下，运算各自的宽度而得出宽度数据。
在由宽度运算工序(S70)得到宽度数据之后，在宽度统计工序(S80)中对宽度数据进行统计处理。在此宽度数据仅由一个数据构成的情况下，不进行宽度统计工序中的处理，但在宽度数据由多个数据构成的情况下，将进行各种统计处理。作为其统计处理项目，将进行多个宽度数据中的最大值或最小值的提取和算术平均值的统计量的计算。
当这些处理结束时，第1测量数据、第2测量数据、宽度数据、统计量的各数据就被显示在输入输出装置105的显示装置上而结束处理(S90)。
根据该实施例，具有下述效果。
(1)由于检测器的第1姿势和第2姿势可以是各种各样的姿势，所以即使是单轴检测器也可以很容易地测量复杂工件的任意位置上的宽度、厚度、高度等的2点间的距离。
(2)由于使第1姿势下的检测器的校准结果反映在第1测量数据中，使第2姿势中的检测器的校准结果反映在第2测量数据中，所以，可以进行高精度的测量。其结果为，即使在进行基于第1测量数据和第2测量数据的宽度的测量的情况下，也可以得到高精度的宽度测量结果。
(3)由于可以将第1测量数据中的任意数据作为指定点，并从该指定点搜索指定的任意方向的第2测量数据而求出对应点，将从指定点到对应点的距离作为宽度进行运算，所以，例如无论工件中的测量对象的槽的方向是什么方向，都可以指定与该槽方向正交的方向而正确地求出槽的宽度。
(4)由于将第1测量数据中的任意点作为指定点来求宽度，所以，当有不希望作为宽度运算的对象的部位时，可以在该特定部位不进行宽度运算。
(5)由于可以从第2测量数据中搜索距第1测量数据中的指定点最短距离的对应点而把从指定点到对应点的距离作为宽度进行运算，所以，例如在测量槽宽度时，可以高精度地求出最窄的部位的宽度。另外，对于法兰的凸缘等的厚度也可以高精度地求出最薄部位的厚度。
(6)由于依次求出内接于第1测量数据和第2测量数据的内接圆，以内接圆的中心的轨迹为中心线，将与该中心线正交的方向上的第1测量数据中的指定点与第2测量数据中的对应点的距离作为宽度进行运算，所以，例如可以高精度地求出滚珠丝杠中的沟槽的宽度数据。
(7)当能够由第1测量数据和第2测量数据定义各面的时候，由于依次求出内接于各自的面之间的内接球，并把与由内接球的中心坐标形成的中心面正交的方向(法线方向)上的第1测量数据中的指定点与第2测量数据中的对应点的距离作为宽度进行运算，所以，例如可以高精度地求出圆筒等中的壁厚的分布。
(8)由于可以根据多个宽度数据求出高精度的统计的特征量，所以，很容易把握工件的宽度测量结果的倾向。
接下来，说明本发明的实施例2。
如图16所示，在实施例2中使用的表面特性测量机(圆度测量机)与实施例1(图1、图2)大致相同。将在该图16中以D-D表示的水平剖面主要部分表示在图17、图18中。
图16中的第1臂6与图1不同，由于以中心线A为中心旋转而保持为水平姿势，所以第2臂7可以沿水平方向(Y轴方向)滑动。即，随着第2臂7的滑动，使水平姿势的检测器主体8向Y轴方向进退。
图16所示的工件W在上下方向上具有凸缘部，此实施例2是测量由该凸缘部所夹的中央圆柱轴部的直径。因为对于这样的特殊形状的工件来说，在图1所示的检测器的姿势下不能进行测量，所以，使成为水平姿势的检测器主体8向Y轴方向进退来进行测量。
图1中的触头9相对于检测器主体8向左方向(X轴负方向)突出，并且检测出工件W外表面的左右方向(X轴方向)的凸凹。触头9未与工件W接触时的触头9的稳态位置为在触头9的摆动范围内的左端。
与此相对，图16所示的实施例2中使用的检测器，如图17所示，在检测器主体8的轴心的延长线上具有触头杆81，并在该触头杆81前端具有触头91。而且如图17所示，检测器8的轴线位置为稳态位置时，此触头91向图17的左右方向摆动而能够检测凸凹。即，当触头91向右方向摆动了的时候，检测出X轴正方向的凸部，当触头91向左方向摆动的时候，检测出X轴负方向的凹部。利用此圆度测量机1的、由本发明进行的宽度测量(直径测量)，虽然将按照图19的流程图所示的步骤进行测量处理，但是，这时也可以以手动测量和由零件程序进行的自动测量的任意测量方式进行测量。
首先，在S110开始测量，但是，这时使工件W放置到旋转台10上等的规定的测量准备处理已经完成了。
然后，如图17所示，将检测器的触头91定位到工件W的右侧面，并使其扫描工件W的轴部的包括最右端在内的部分而取得第1测量数据L11(第1测量工序＝S120)。
此后，如图18所示，将检测器的触头91定位到工件W的左侧面，并使其扫描工件W的轴部的包括最左端在内的部分而取得第2测量数据L12(第2测量工序＝S130)。
然后从第1测量数据L11中搜索最大值a11、从第2测量数据L12中搜索最小值b11。此第1测量数据L11和第2测量数据L12虽然是随着触头91的摆动而得到的数据，但是由于在各自的测量中的检测器主体8的X轴方向位置由X轴滑动部件5的位置决定，所以如果将检测器主体8的X轴方向位置加到触头91摆动数据上去，就可以得到图20所示的数据。在该图20中，点a11和点b11分别是第1测量数据L11和第2测量数据L12的X轴方向的最大值和最小值。基于此结果，如果能够求出最大值a11与最小值b11的X轴方向的坐标值的差，那么，就可以求出工件W的圆柱轴部的直径(宽度运算工序S140)。
此后，结束处理(S150)。
根据此实施例2，具有以下效果。
(9)由于可以与工件的测量部位相一致地将检测器保持在最适当的姿势上，并通过向规定方向的扫描得出测量数据，所以即使是单轴检测器也能够高精度地对复杂形状的工件的任意位置进行测量。
(10)由于在第1测量工序中，将检测器定位在第1位置上而取得第1测量数据之后，在第2测量工序中，将检测器定位在第2位置上而取得第2测量数据，从而搜索各自的测量数据的最大值和最小值，并基于其结果将工件的直径值作为宽度数据而求出，所以，可以进行高精度的测量。
(11)由于可以基于测量数据的最大值和最小值而通过差分处理得出宽度数据，所以，并不一定需要进行触头前端位置的校准，尽管测量简易，但可以进行高精度的测量。
(12)由于可以通过同样的测量方法将内径直径值、或凸缘的厚度的最厚部或最薄部等的厚度作为宽度数据求出，所以可以进行容易且高精度的测量。
(实施例3)接下来，说明本发明的实施例3。
在实施例3中使用的表面特性测量机(圆度测量机)可以是实施例1(图1、图2)或者实施例2(图16)中的任何一种表面特性测量机。
根据该圆度测量机1，虽然由本发明进行的宽度测量(直径测量)是按照图21的流程图所示的步骤来进行测量处理的，但是，在这种情况下也可以由手动测量和由零件程序进行的自动测量中的任何一种测量方式来进行测量。
首先，由S210开始测量。
接下来，将第1臂6保持为图17所示的姿势，并将校准基准夹具20放置到旋转台10上。如图22所示，校准基准夹具20由直立支柱21和倾斜支柱22以及基准球23构成，并且，基准球23要以必要的精度保证其圆球度。在向旋转台10放置校准基准夹具20的时候，用未图示的定位夹具使基准球23的中心与旋转台10的旋转轴心C相一致，并使基准球23的中心坐标也成为规定的值。
此后，在使触头9(91)接触基准球23的右端的状态下，使Z轴滑动部件4上下运动，并且在触头9(91)的摆动输出在X轴方向上最大的位置处保持Z轴滑动部件。
接下来，使第2臂7沿Y轴方向进退，在触头9(91)的摆动输出在X轴方向上最大的位置处保持第2臂7，以使此时的X轴滑动部件5的位置和触头9(91)的摆动输出相加所得到的值成为基准球23的半径值(直径值/2)，由此校准触头9(91)的X轴坐标(S220校准工序)。
此后，取代校准基准夹具20而将工件W放置在旋转台10上，并进行工件W的中心找正、水平找正。即，使工件W的轴心与旋转台10的旋转轴心C相一致。
接下来，如图17所示将检测器的触头9(91)定位到工件W的右侧面上，并扫描工件W的轴部的包括最右端在内的部分而取得测量数据L13(测量工序S230)。
此后，从测量数据L13中搜索最大值a12。虽然此测量数据L13是随着触头9(91)的摆动而变化的数据，但是，由于测量中的检测器主体8的X轴方向位置由X轴滑动部件5的位置决定，所以，如果将检测器主体8的X轴方向位置加算到触头9(91)摆动数据上，就可以得出图23所示的数据。此图23的X轴与Y轴的交点O为坐标原点，并与工件W的轴心和旋转台10的旋转轴心C相一致。另外，对于以虚线表示的工件W来说，测量工序中的测量数据L13为实线部分。点a12是测量数据L13的X轴方向的最大值。
由于触头9(91)的位置在校准工序S220中已经被校准，所以，点a12的X轴坐标值表示工件W的半径值，并且可以将此X轴坐标值乘以2而得出作为工件W的宽度数据的直径值(S240宽度运算工序)。
此后，结束处理(S250)根据此实施例3，除了具有实施例2中的效果(9)之外还具有以下的效果。
(13)因为通过校准工序校准触头位置，所以，如果放置工件时使工件的轴心与旋转台的旋转轴心相一致，则由于仅以一次测量工序就可以得出工件的宽度或直径值，所以可以简便而且高速地进行测量。
(14)由于可以通过同样的测量方法将内径直径值作为宽度数据求出，所以，可以容易且高精度地进行测量。
下面对本发明的改型例进行说明。
图24虽然与图1所示的圆度测量机1相同，但是，其检测器主体8被旋转了180°，其触头9相对于检测器主体8向右方向(X轴正方向)凸出，并且检测出工件内表面的左右方向(X轴方向)的凸凹。而触头9未与工件W接触时的触头9的稳态位置是在触头9的摆动范围内的右端。
在此改型例中的测量处理除了可以进行内径直径等的宽度测量之外，还可以进行内径圆度、内径圆柱度等测量。此改型例的特征是，通过使第2臂7可以进退，使触头9能够到达工件W的内径下部，扩大了能够测量的区域，可以高精度地进行工件W的任意部位的测量。而现有技术，因为X轴滑动部件5或第1臂6与工件W干涉，所以触头9不能到达工件W的内径下部。为了弥补这一点，解决这一点的课题曾经是使用较长的触头杆进行测量来确保测量精度，但通过利用本发明的方法解决了这一点。
这样，根据本发明，可以准确而且容易地进行工件的直径值等的宽度测量，但是，本发明并不局限于这些实施例。
例如，虽然作为检测器展示的是触头式摆动型单轴检测器，但并不局限于此，也可以是二维或三维仿形检测器，还可以是将光学式地收集图像数据的图像检测器或磁式、静电电容式或其他光学式检测器，无论相对于工件是接触式还是非接触式，都可以实施本发明。
另外，在各实施例中，虽然对使用圆度测量用检测器的例子进行了展示，但是，也可以取而代之利用表面粗糙度测量用检测器，并可以由此进行表面粗糙度测量或微小形状的圆度或形状、或尺寸测量。
另外，在图7或图10中，作为取得面数据的情况的扫描方法展示了基于圆数据的方法，但是，并不局限于此，也可以基于多个线数据得出面数据。
另外，在图11～图13中，虽然展示了指定点与对应点使用线数据中的各点的数据的例子，但是，也可以对线数据L1、L2进行插补处理，在线数据L1的插补曲线上，每隔一定距离设置一个指定点，使得从线数据L2的插补曲线上求出与该指定点对应的对应点。
另外，作为圆度测量机，展示的是工件旋转型的，但是，并不局限于此，也可以是检测器旋转型。
另外，作为表面特性测量机，展示的是实施于圆度测量机的例子，但是并不局限于此，也可以实施于表面粗糙度测量机、轮廓形状测量机、图像测量机、三坐标测量机等。
另外，对于工件来说，虽然表示了检测器可以保持多个姿势的例子，但是，也可以取而代之是工件保持多个姿势。
另外，也可以是检测器或包括触头的杆可通过自动或手动进行交换的。
另外，根据本发明的宽度测量方法，也可以是执行计算机的程序来执行处理步骤的。
另外，该计算机的程序并未由语言形式和执行方式限定，也可以是生成任何高级语言或解释程序方式等的中间语言的。
另外，此计算机的程序，也可以不常驻于存储装置内，而是在必要时借助于输入输出装置经由通信路径而读入。由于根据由本发明执行的宽度测量方法的程序因为其计算处理简单、适合于小型化，所以，也适合于这样的实施方式。
另外，在实施例2(图16)或实施例3中，虽然沿Y轴方向进行了触头9(91)的扫描，但是，并不局限于此，只要与工件W的测量部位的形状相一致地确定扫描方向即可。作为一个例子，只要使第1臂6相对于Y轴倾斜45°，就可以在YZ平面内进行相对于Y轴倾斜45°的方向上的扫描。即，即使是螺栓等的螺旋形状工件，也可以进行高精度的测量。
另外，在第2实施例(图16)或实施例3中，虽然仅展示了进行宽度(直径值)测量的情况，但是，根据图16所示的检测器姿势，当然也可以对工件W的圆柱轴部的圆度或圆柱度、Z轴方向的直线度等进行测量。
另外，使图16所示的检测器主体8的姿势以旋转轴心B为中心旋转90°，并将触头9(91)的检测方向作为Z轴正方向或Z轴负方向，通过测量工件W的上表面或凸缘部的上表面，以及凸缘部的下表面来进行宽度测量，此外，还可以由触头9(91)在工件W的上表面、凸缘部的上表面、凸缘部的下表面沿Y轴方向扫描一个部位或多个部位而测量直线度或平面度。
另外，在图24所示的圆筒内径部的测量中，通过使触头9(91)在YZ平面内沿倾斜方向或旋转方向进行扫描，可以扫描工件W的内径面。即，通过在使触头9(91)与工件W的内径面接触了的状态下使第1臂6旋转，可以扫描工件W的内径面的包括X轴方向右端在内的区域。或在使第1臂6相对于Y轴倾斜了的状态下，通过使第2臂7进退，可以扫描包括工件W的内径面的X轴方向右端的区域。
如果能够将这些扫描方法或各种检测器组合起来而进行测量，则当然可以进行直径值等的宽度测量或各种表面特性测量。
另外，虽然展示了第2臂7相对于第1臂6可以沿直线方向进退地滑动的例子，但是，并不局限于此，也可以是以第2臂7的轴线(与X轴平行)为中心，使第2臂7能够旋转。
另外，虽然展示了检测器主体8以旋转轴心B为中心相对于第2臂7可以旋转被保持的例子，但是，并不局限于此，也可以是检测器主体8相对于第2臂7能够沿X轴方向进退地被保持。
另外，虽然展示了Z轴滑动部件4保持着X轴滑动部件5，使其可沿着与Z轴正交的X轴方向进退的例子，但是，例如也可以是Z轴滑动部件4在XZ平面内可以倾斜，X轴滑动部件5的进退方向相对于Z轴可以倾斜成任意角度。
权利要求
1.一种表面特性测量机，其特征在于，包括旋转台，该旋转台可旋转地放置被测量物；Z轴滑动部件，该Z轴滑动部件可沿与上述旋转台的旋转轴心平行的Z轴方向移动；X轴滑动部件，该X轴滑动部件被保持在上述Z轴滑动部件上，并可沿与上述旋转轴心正交的X轴方向进退；第1臂，该第1臂被保持在上述X轴滑动部件上，并能以与上述X轴平行的中心线A为中心旋转；第2臂，该第2臂被保持在上述第1臂上，并可沿与上述X轴正交的方向进退；检测器，该检测器被保持在上述第2臂上，用于测量上述被测量物的表面特性。
2.如权利要求1所述的表面特性测量机，其特征在于，上述检测器能以与上述第2臂的进退方向平行的中心线B为中心旋转地被保持着。
3.一种宽度测量方法，该宽度测量方法是通过由权利要求1或2所述的表面特性测量机测量上述被测量物来测量其宽度尺寸，其特征在于，包括由上述检测器扫描上述被测量物的第1表面来得到第1测量数据的第1测量工序；由上述检测器扫描上述被测量物的第2表面来得到第2测量数据的第2测量工序；基于上述第1测量数据和上述第2测量数据进行宽度运算处理来得到宽度数据的宽度运算工序。
4.如权利要求3所述的宽度测量方法，其特征在于，在上述宽度运算工序中，分别从上述第1测量数据和上述第2测量数据中求出最大值或最小值，并基于这些最大值或最小值将上述被测量物的直径值作为宽度数据。
5.一种宽度测量方法，该宽度测量方法是通过由权利要求1或2所述的表面特性测量机测量上述被测量物来测量其宽度尺寸，其特征在于，包括校准上述检测器的校准工序；由上述检测器扫描上述被测量物的表面而得到测量数据的测量工序；从上述测量数据中求出最大值或最小值，并基于其最大值或最小值将上述被测量物的直径值作为宽度数据的宽度运算工序。
全文摘要
一种宽度测量方法和表面特性测量机，该表面特性测量机具有可以旋转地放置被测量物的旋转台；可以沿着与该旋转台的旋转轴心平行的Z轴方向移动的Z轴滑动部件；被保持在该Z轴滑动部件上、并可以沿着与上述旋转轴心正交的X轴方向进退的X轴滑动部件；被保持在该X轴滑动部件上、并能以与X轴平行的中心线A为中心旋转的第1臂；被保持在该第1臂上、并可沿着与X轴正交的方向进退的第2臂；被保持在该第2臂上、用于测量上述被测量物的表面特性的检测器。
文档编号G01B7/34GK1637380SQ20041010177
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月22日 优先权日2003年12月22日
发明者小岛司, 樱田淳二, 玉井利幸, 松宫贞行, 加纳孝文, 野口和志 申请人:株式会社三丰