(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパー面を有する座面内に挿入されるヘッド部と、
前記ヘッド部表面に前記座面の深さ方向に少なくとも３つ設けられており、あらかじめ決められた基準点から前記座面までのギャップ量を測定するギャップセンサーと、
を有し、
前記少なくとも３つのギャップセンサーのうち１つは、前記座面の深さ方向のテーパー面の角度が変化する位置に配置されていることを特徴とするテーパー状座面測定装置。
【請求項２】
前記ヘッド部表面に前記座面の深さ方向に３つのギャップセンサーが設けられており、
前記テーパー面の角度が変化する位置に配置されている１つのギャップセンサーは、前記３つのギャップセンサーのうち中間にあるギャップセンサーであることを特徴とする請求項１記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項３】
測定対象物がテーパーピースであり、前記テーパー面の角度が変化する位置は、前記テーパーピースにボールジョイントを差し込んで変形が加わる位置であることを特徴とする請求項１または２記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項４】
前記ギャップセンサーによって、前記ギャップ量が前記座面の周方向に４箇所の位置で測定され、
前記座面の周方向の４箇所は、前記ギャップ量が最大になる位置であって前記座面内で対面した位置と、当該最大位置に対して９０°ずれた前記ギャップ量が最小になる位置であって前記座面内で対面した位置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項５】
前記ギャップセンサーは、前記座面の深さ方向に少なくとも３点、かつ円周方向に互いに９０°離れた４箇所に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項６】
前記ギャップセンサーは、前記座面の深さ方向に少なくとも３点、かつ円周方向に１箇所配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項７】
前記ギャップ量から前記座面の真円度、テーパー角度、同軸度、輪郭度を算出する算出手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のテーパー状座面測定装置。
【請求項８】
テーパー面を有する座面内に、ヘッド部を備えた測定子の当該ヘッド部を挿入し、
前記ヘッド部表面に前記座面の深さ方向に少なくとも３つ設けられ、かつ、当該少なくとも３つのうち１つは、前記座面の深さ方向のテーパー面の角度が変化する位置に配置されているギャップセンサーによって、基準点から座面表面までのギャップ量を測定することを特徴とするテーパー状座面測定方法。
【請求項９】
前記ギャップ量は、前記座面の周方向に４箇所の位置で測定し、測定した前記ギャップ量から前記座面の真円度、テーパー角度、同軸度、輪郭度を算出することを特徴とする請求項８記載のテーパー状座面測定方法。
【請求項１０】
前記ギャップ量を測定する前記座面の周方向の４箇所は、前記ギャップ量が最大になる位置であって前記座面内で対面した位置と、当該最大位置に対して９０°ずれた前記ギャップ量が最小になる位置であって前記座面内で対面した位置で測定することを特徴とする請求項９記載のテーパー状座面測定方法。
【請求項１１】
前記最大位置は、前記座面の深さ方向のテーパー面の変形の偏りに合わせて前記ギャップセンサーが配置された前記ヘッド部を回転させて前記ギャップ量を測定して見つけ出すことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載のテーパー状座面測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパー状座面測定装置およびその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テーパー状の座面を有する製品（部品）における、その座面を検査する方法として、テーパー状の座面に当接する球体の測定子を用いた方法がある。この方法は、球体の測定子をテーパー状座面に押し付けて接触させた際の測定子と座面との接触線の長さを計測することで、座面のテーパー角を求めている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７１９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記方法では、測定子の球体と座面との接触線長さから座面のテーパー角を測定しているため、球体表面と座面とが接触した部分でのテーパー角度しか測定できない。このため、テーパー面である座面の面全体としての精度を判定することができない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、テーパー状座面の精度を判定することができるテーパー状座面測定装置およびその測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のテーパー状座面測定装置は、テーパー面を有する座面内に挿入されるヘッド部の表面に座面の深さ方向に少なくとも３つ設けられたギャップセンサーを有している。このギャップセンサーがあらかじめ決められた基準点から座面までのギャップ量を測定する。そして少なくとも３つのギャップセンサーのうち１つは、座面の深さ方向のテーパー面の角度が変化する位置に配置されている。
【０００７】
本発明のテーパー状座面測定方法は、テーパー面を有する座面内に測定子のヘッド部を挿入する。そしてヘッド部表面に座面の深さ方向に少なくとも３つ設けられ、かつ、当該少なくとも３つのうち１つは、前記座面の深さ方向のテーパー面の角度が変化する位置に配置されているギャップセンサーによって、基準点から座面表面までのギャップ量を測定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、テーパーを有する座面の深さ方向に少なくとも２つのギャップセンサーを設けて、このギャップセンサーにより基準点からのギャップ量を測定することとした。これにより座面のテーパー面に対して深さ方向に複数の位置で座面表面の変化を捕らえることができる。したがって、テーパー面の精度を面全体として判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】テーパー状座面測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】測定子の例を示す斜視図である。
【図３】テーパー状座面の測定手順を示すフローチャートである。
【図４】ギャップ量の最大値を説明するための説明図である。
【図５】図４に示した断面に対して垂直な方向をＺ軸（座面の深さ方向）として、Ｚ−Ｘ面を示す図である。
【図６】実際に測定した残存軸力と、重回帰計算式によって得られた残存軸力との相関を示すグラフである。
【図７】光明丹を用いた当たり面積方法で測定したテーパー面の面積と実際に測定した残存軸力との相関を示すグラフである。
【図８】座面内の深さ方向におけるギャップ量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面において同一の機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面はあくまでも本発明の実施形態を説明するためのものであるので、各部材の寸法や比率は説明の都合上誇張または簡略化しており、実際の寸法や比率とは異なる。
【００１１】
図１はテーパー状座面測定装置（以下単に測定装置と称する）の概略構成を示す図である。図２は測定子の例を示す斜視図であり、（ａ）は第１の例、（ｂ）は第２の例である。
【００１２】
測定装置１は、測定子１０、基台２０、および測定器本体３０を有する。
【００１３】
測定子１０は、製品１００のテーパー状座面１０１に挿入されるヘッド部１２と、ヘッド部１２を支持する柱状の柱部１３とを含む。
【００１４】
ここで、テーパー状座面１０１を有する製品１００（部品）は、製品１００に凹部が形成されており、その凹部内壁面（座面）にテーパーが付いていて、内壁面全体が円錐柱の表面と同等の形状となっているものである。
【００１５】
ヘッド部１２は、製品１００のテーパー状座面１０１の理想形状に合致する形状よりわずかに小さな形状をしている。そしてヘッド部１２の表面には、複数のギャップセンサー５０が配置されている。ヘッド部１２を理想形状に合致する形状よりわずかに小さな形状としたのは、少なくとも座面１０１が製品１００としての許容最低値を満たしている状態では、ヘッド部１２を確実に座面１０１内に挿入できるようにするためである。したがって、ヘッド部１２の大きさは、少なくともギャップセンサー５０が取り付けられた状態で座面１０１内に挿入できる大きさとする必要がある。なお、ヘッド部１２の理想形状としては、たとえば、製品１００として許容される座面１０１の大きさの最小値などである。そのようにすれば、仮に座面１０１の開口の大きさが製品１００として許容される最小値より小さければヘッド部１２を挿入することができず、テーパー面の精度を測定するまでもなく、不良と判断することができる。もちろんさらに小さく作って、そのような不良品も含めてギャップ量測定できるようにしておいてもよい。
【００１６】
ギャップセンサー５０は、ヘッド部１２を製品１００のテーパー状座面１０１に挿入したときにヘッド部表面（基準点）からテーパー形状の座面１０１表面までの距離（ギャップ量）を測定する。ギャップセンサー５０は、ヘッド部１２の表面に座面１０１の深さ方向に少なくとも２つ以上設けている（本実施形態では３つ）。
【００１７】
このギャップセンサー５０は、たとえば、歪ゲージが用いられる。ヘッド部１２を製品１００のテーパー状座面１０１に入れ込んだときに、ギャップセンサー５０がテーパー状座面１０１の表面に当接したときの歪値がギャップ量をあらわすことになる。
【００１８】
また、このギャップセンサー５０は、たとえば渦電流式変位センサを用いることができる。渦電流式変位センサ自体が座面と接触していなくでも、渦電流式変位センサから座面１２の表面まで距離（ギャップ量）を計測することができる。
【００１９】
ギャップセンサー５０としては、歪ゲージや渦電流式変位センサ以外にも、ヘッド部１２表面と座面１０１の表面までの距離を測定できるものであればどのようなものでもよい。
【００２０】
得られたギャップ量は、測定器本体３０から出力される電気信号の値である。このため、製品管理に用いる場合には、その電気信号の値（たとえば抵抗値や電圧値）をそのまま用いることができる（詳細後述）。もちろん、測定器本体３０から出力される電気信号の値を分かりやすいようにＳＩ単位系などの値に変換するようにしてもよい。変換する場合にはあらかじめ電気信号の値を対応したＳＩ単位系の値に変換するため検量線（または変換式）を作成して用いる。
【００２１】
ギャップセンサー５０の配置は、たとえば、第１例として図２（ａ）に示すように、ヘッド部１２の周方向に４箇所、座面１０１内深さ方向に３点の計１２個である。４箇所は図示するように互いに座面１０１内で対面した２箇所と、それに対して９０°ずれた２箇所の合計４箇所である。また、第２例として図２（ｂ）に示すように、ヘッド部１２の周方向に１箇所（座面１０１の深さ方向に１列）に、高さ（座面１０１の深さ）方向に３点の計３個などである。
【００２２】
ギャップセンサー５０の高さ（座面１０１の深さ）方向の配置位置（ギャップセンサー５０同士の間隔）は、第１例および第２例ともにたとえば等間隔でよい。しかし、後述するように測定対象である製品１００の変形に偏りがあるような場合には、そのような製品１００の座面１０１形状の偏り方に合わせて配置することが好ましい。このような座面１０１形状の偏りに合わせた配置については後述する。
【００２３】
第１例と第２例の違いは、測定する際に、第１例であれば、最大４５°回転させれば、座面１０１内全周の計測が可能となるので測定効率が上がる。一方、第２例は、ヘッドを３６０°回転させることで座面１０１内全周の計測が可能となり、しかもギャップセンサー５０の数が少なくてすむので装置コストを抑えることができる。なお、本実施形態では、後述するように、座面１０１内全周をくまなく測定するのではなく、製品形状の偏りに合わせて特定部位の計測だけで、座面１０１の精度を見極めることができるようにしている。
【００２４】
なお、図２においては、ヘッド部１２全体を円錐柱形状としているが、ギャップセンサー５０が座面１０１内のテーパー面に沿って当接し、基準点となる位置から座面１０１表面までの距離を測定できればどのような形状でもよい。また、基準点はどこに設定してもよい。本実施形態では、円錐柱形状をしたヘッド部表面、すなわちギャップセンサー５０の設置面を基準点としたが、これに代えてたとえば、ヘッド部１２の中心など任意の位置であってもよい。これは特に座面１０１の精度管理を行う際にギャップセンサー５０（測定器本体３０）から出力される電気信号（詳細後述）の値を直接用いる場合には、ギャップセンサー５０の信号の変化をギャップ量として読み取っているため、どこを基準点としているかは問題とならないからである。
【００２５】
測定器本体３０は、複数のギャップセンサー５０のそれぞれと接続されていて、ヘッド面と座面１０１との距離に対応した信号を出力する。測定器本体３０は、ギャップセンサー５０が歪ゲージの場合にはいわゆるストレインアンプが使用される。ストレインアンプは内部にブリッジ回路と電流増幅器とを含み、歪ゲージの微小な抵抗変化を検出する。
【００２６】
一方、ギャップセンサー５０として電気抵抗体を用いた場合は、抵抗測定器が使用される。この場合、抵抗測定器は、各電気抵抗体と製品１００（実際には基台２０）との間の抵抗値を計測する。抵抗値の測定は、各電気抵抗体と基台２０との間に電流を流し、そのときの電流値および電圧値から求める。この場合電圧を一定に保ち、電気抵抗体が座面１０１に当接する面積によって変化する電流値を出力とするようにしてもよい。
【００２７】
また、この測定器本体３０は算出手段としても機能する。このため測定器本体３０は算出手段となるコンピュータを内蔵していて、座面１０１の出来上がり精度の判定や精度管理を行うための各データを算出している。各データは、軸センターずれ量、同軸度、真円度、テーパー角度、および輪郭度である。これらのデータについては後述する。なお、これらのデータを算出する算出手段は、測定器本体３０とは別に設けたコンピュータによって行うようにしてもよい。
【００２８】
柱部１３は、上下動および柱部１３を回転させることができる支持部１４に取り付けられていて、ヘッド部１２を上下されると共に任意の角度で回転させることができる機構を備えている。
【００２９】
基台２０は、製品１００を載置させて固定するもので、たとえば平面方向に移動自在な、いわゆるＸ−Ｙステージを用いることができる。Ｘ−Ｙステージを用いることで製品１００の座面１０１内部にヘッド部１２を入れやすい位置に移動することができる。また、さらに回転も自在なＸ−Ｙステージを用いれば、柱部１３は支持部１４に対して回転自在にさせる必要はなく、支持部１４は上下動だけが可能なものであってもよい。
【００３０】
また、たとえば支持部１４はロボットハンドを用いることができる。ロボットハンドを用いることで、ヘッド部１２の位置をＸ−Ｙ方向はもとより回転も自在に行うことができる。この場合、基台２０は製品１００を載置させて固定するだけでよく、Ｘ−Ｙ方向や回転する必要はない。
【００３１】
以上説明した測定装置を用いたテーパー状座面の測定手順を説明する。
【００３２】
図３は、テーパー状座面１０１の測定手順を示すフローチャートである。
【００３３】
ここでは、まず図３に示したフローチャートを参照して全体の流れを説明する。
【００３４】
座面１０１測定のために、測定子１０のヘッド部１２を座面１０１内に挿入する（Ｓ１）。
【００３５】
次に、測定子１０を回転させながら、その表面に設けられているギャップセンサー５０からの信号を検出し、ギャップ量が最大になる位置でのギャップセンサー５０の信号値をギャップ量として取得する（Ｓ２）。ギャップ量が最大になる位置については後述する。
【００３６】
次に、得られたギャップ量（最大値）から、軸センターずれ量を算出して（Ｓ３）、軸センター直線を求める（Ｓ４）。
【００３７】
次に、得られた軸センター直線を中心とする座面１０１を周方向に沿って切断するギャップセンサー５０配置位置における断面のセンターずれ量を算出する（Ｓ５）。そして、得られた断面のセンターずれ量から同軸度を算出する（Ｓ１１）
一方、軸センターのずれ量から、そのずれ分を補正したギャップ量を算出する（Ｓ６）。そして、補正後のギャップ量から、真円度およびテーパー角度をそれぞれ算出する（Ｓ１２およびＳ１３）。さらに、補正後のギャップ量の最大値から最小値を引いた値から輪郭度を算出する（Ｓ１４）。
【００３８】
その後、得られた同軸度、真円度、テーパー角度、および輪郭度から、製品１００におけるテーパー状座面１０１の精度を判定する（Ｓ１５）。
【００３９】
以下各ステップの詳細を説明する。
【００４０】
まず、測定子１０のヘッド部１２を座面１０１内に挿入するステップ（Ｓ１）は、製品位置を座面１０１内にヘッド部１２が入るように位置決めした後、測定子１０を下降させてヘッド部１２を座面１０１内に挿入することにより行われる（図１参照）。
【００４１】
この工程は、測定作業員により行われてもよいし、ロボットハンドを用いている場合には、あらかじめ教示されたデータにしたがってロボット動作させることにより行うことになる。このとき、ヘッド部１２を、それ以上下降しなくなるまで位置まで下降させて座面１０１内に確実に入れるようにする。
【００４２】
ヘッド部１２を挿入するときは、Ｘ−ＹステージまたはロボットハンドのＸ−Ｙ方向をいったんフリーの状態にしておいてもよい。これにより座面１０１内のテーパー面に沿ってヘッド部１２が下降することで製品１００がＸ−Ｙ方向に動いてまたはロボットハンドのＸ−Ｙ方向が動いて、確実に座面１０１内部にヘッド部１２を入れることができる。ただし、一度座面１０１内部にヘッド部１２を入れた後は、Ｘ−ＹステージまたはロボットハンドのＸ−Ｙ方向は固定する。これは、その後のステップ２においてギャップ量の最大値を探す際にヘッド部１２を回転させたときに、フリー状態のままだと回転させるたびに製品位置がずれてしまうおそれがあり、座面１０１とギャップセンサー５０との距離を正確に測定できなくなるからである。特にギャップセンサー５０がヘッド部周囲方向に１つの場合（図２（ｂ）の場合）は固定しなければならない。ただし、ギャップセンサー５０のヘッド部周囲方向の数を多くして、ギャップ量の最大値を探す際にヘッド部１２を回転させる必要がなければ、Ｘ−ＹステージまたはロボットハンドのＸ−Ｙ方向は常にフリー状態でもよい。
【００４３】
次に、ギャップ量の最大値を探すステップ（Ｓ２）は、座面１０１内に入れたヘッド部１２を所定角度回転させて、各位置で座面１０１とギャップセンサー５０との距離を測定する。図４は、ギャップ量の最大値を説明するための説明図であり、図１におけるＬ１線に沿う断面を示している。
【００４４】
図示するように、ギャップ量は、座面１０１の円周方向において均等に存在するのではなく座面変形の偏りに応じて大きい部分や小さい部分がある。図では、ギャップ量の最大位置Ｇａ１およびＧｃ１と最小位置Ｇｂ１およびＧｄ１が９０°ごとに繰り返している。すなわち座面１０１を上から見ると楕円ＤＤの形状をしている。なお図において円ＳＤは比較のために示した真円である。このステップ（Ｓ２）は、このような偏りのあるギャップ量から最大となる位置を探して、そのときの値をギャップ量として測定するものである。
【００４５】
このためには、たとえば、図２（ａ）に示した周方向に４箇所ギャップセンサー５０を配置しているものにあっては少なくとも４５°になるまで少しずつ測定子１０を回転させてギャップ量を測定する。たとえば１°刻み、３°刻み、５°刻み、１０°刻みなどで回転させて各回転ごとに測定する。もちろん刻み角度は任意でよく、細かくした方が精度が向上するが、あまり細かくすると測定に時間がかかるようになる。このため、好ましくは５°刻み、１０°刻み程度がよい。たとえば５°刻みであれば、最初に挿入したときに１回、５°移動して１回、さらに５°移動して１回の合計３回の測定ですむ。
【００４６】
一方、図２（ｂ）に示した周方向に１箇所ギャップセンサー５０を配置しているものにあっては３６０°になるまで少しずつ測定子１０を回転させてギャップ量を測定することになる。回転する刻みは、この場合も前記同様に、たとえば１°刻み、３°刻み、５°刻み、１０°刻みなど、測定効率と精度との兼ね合いで任意の刻み角度で回転させればよい。
【００４７】
なお、ヘッド部１２を回転させる際には、ヘッド部１２を座面１０１内に入れたまま回転させてもよいし、座面１０１から少しだけ引き上げて回転させ、再度ヘッド部１２を座面１０１表面に押し当ててギャップ量を測定するようにしてもよい。
【００４８】
次に、軸センターずれ量を算出するステップ（Ｓ３）は、ステップ（Ｓ２）において求めた最大ギャップ量が得られた位置で各周方向断面Ｌ１〜Ｌ３におけるセンターずれ量を求める。Ｌ１〜Ｌ３断面は、ギャップセンサー５０を設けた位置における断面である。
【００４９】
なお、図４では、Ｌ１断面のみ示したがＬ２およびＬ３断面いついても同様であるので図示省略する。
【００５０】
Ｌ１断面におけるギャップ量をＧａ１、Ｇｂ１、Ｇｃ１、Ｇｄ１とする。これらの値は対応する位置の各ギャップセンサー５０から得られる。
【００５１】
ここではヘッド部１２の中心を仮の軸センター位置（仮想中心）としたときのズレ量を図４におけるＸ−Ｙ座標（仮想中心を原点とする）としてあらわすと、Ｘ方向のずれ量をＺＬ１ｘ、Ｙ方向のずれ量をＺＬ１ｙとして下記（１）および（２）式により求める。
【００５２】
ＺＬ１ｘ＝（Ｇａ１−Ｇｃ１）／２    …（１）
ＺＬ１ｙ＝（Ｇｂ１−Ｇｄ１）／２    …（２）
同様にＬ２およびＬ３断面の軸センターズレ量をＺＬ２ｘ、ＺＬ２ｙ、ＺＬ３ｘ、ＺＬ３ｙとして求める。
【００５３】
次にＳ３で求めた各断面におけるずれ量から軸センター直線を計算するステップ（Ｓ４）となる。
【００５４】
このステップ（Ｓ４）において、軸センター直線は図４に示した断面に対して垂直な方向をＺ軸（座面の深さ方向、すなわちヘッド部を挿入する方向）として、Ｚ−Ｘ面とＺ−Ｙ面のそれぞれについて求める。
【００５５】
図５は、Ｚ−Ｘ面を示す図である。図５において縦軸がＸ方向、横軸がＺ方向である。図において符号ＳＴはヘッド部外形線、ＤＤ測定されるテーパー面、Ｚｘは下記（３）式により求められる軸センター直線、ＺＬ１ｘ、ＺＬ２ｘ、ＺＬ３ｘは各断面におけるセンターずれ位置を示す。
【００５６】
なお、Ｚ−Ｙ面については図５と同様であり横軸がＹ方向に変わるだけであるので図示省略する。
【００５７】
Ｚ−Ｘ面における直線は下記（３）式、Ｚ−Ｙ面における直線は下記（４）式のとおりである。
【００５８】
Ｚｘ＝Ａｘ（Ｘ）＋Ｂｘ    …（３）、Ｚｙ＝Ａｙ（Ｙ）＋Ｂｙ    …（４）
（３）式における傾きＡｘは、ＺＬ１ｘ、ＺＬ２ｘ、ＺＬ３ｘから最小二乗法により近似して求める。具体的な式は下記（５）式のとおりである。
【００５９】
Ａｘ＝（３Σ（ＺＬｉｘ・Ｌｉ）−（ΣＺＬｉｘ）（ΣＬｉ）／（３Σ（Ｚｌｉｘ）２−（ΣＺＬｉｘ）２）    …（５）
式中、ｉは１〜３の自然数である。したがってここでは、ＺｌｉｘはＺＬ１ｘ、ＺＬ２ｘ、ＺＬ３ｘを示すこととなる。またＬｉは、Ｌ１乃至Ｌ３断面のＺ方向の座標値である。
【００６０】
（３）式における切片Ｂｘは、下記（６）式による求める。
【００６１】
Ｂｘ＝（ＺＬ１ｘ＋ＺＬ２ｘ＋ＺＬ３ｘ）／３−Ａｘ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３    …（６）
Ｚ−Ｙ面についても同様に求めることができる。
【００６２】
次に、ギャップセンサー５０配置位置における断面のセンターずれ量を算出するステップ（Ｓ５）は、Ｓ４で求めた軸センター直線からＬ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれの断面のセンターのズレ量を求めるものである。
【００６３】
Ｌｉ（ｉ＝１〜３）断面のＸ方向のずれ量は先ほど求めた（３）式において、（Ｘ）にＬｉの位置、すなわち、原点からＬｉまでのＺ軸方向の座標値を代入することで求められる。すなわちＬｉ（ｉ＝１〜３）断面のＸ方向のずれ量＝Ａｘ・Ｌｉ＋Ｂｘとなる。同様にＹ方向ずれ量は、（４）式に原点からＬｉまでのＺ軸方向の座標値を代入することで求められる。
【００６４】
次に、得られた各断面におけるセンターずれ量から同軸度を算出する（Ｓ１１）。
【００６５】
同軸度を求めるには各断面の軸センターのズレ量から、軸センターからの距離を求めて、その距離のＬ１，Ｌ２，Ｌ３各断面での最大値と最小値の差を同軸度とする。軸センターからの距離は、Ｌ１断面では、軸センターからの距離＝√（（Ａｘ・Ｌ１＋Ｂｘ）２＋（Ａｙ・Ｌ１＋Ｂｙ）２）となる。Ｌ２断面およびＬ３断面についても同様である。
【００６６】
Ｓ５の後、軸センターのずれ量を補正したギャップ量を算出するステップ（Ｓ６）となる。このステップ（Ｓ６）では、Ｓ２で求めた各断面のギャップ量を、Ｓ５で求めた軸センターからのズレ量で引くことで求める。この軸センターズレ補正後のギャップ量をＨＧａ、ＨＧｂ、ＨＧｃ、ＨＧｄとすると、下記（５）乃至（８）式のとおりである。
【００６７】
ＨＧａｉ＝Ｇａｉ−Ａｘ・Ｌｉ＋Ｂｘ  …（５）
ＨＧｂｉ＝Ｇｂｉ−Ａｙ・Ｌｉ＋Ｂｙ  …（６）
ＨＧｃｉ＝Ｇｃｉ＋Ａｘ・Ｌｉ＋Ｂｘ  …（７）
ＨＧｄｉ＝Ｇｄｉ＋Ａｙ・Ｌｉ＋Ｂｙ  …（８）
式中ｉ＝１〜３である。
【００６８】
次に、補正後のギャップ量から真円度を算出する（Ｓ１２）。このステップ（Ｓ１２）は、補正後のギャップ量ＨＧａと、このＨＧａに対して１８０°の位置にあるＨＧｃのギャップ量を加えた値をＨＧａｂとする。また、ＨＧａに対し９０°の位置にあるＨＧｂとＨＧｂに対して１８０°の位置にあるＨＧｄのギャップ量を加えた値ＨＧｂｄとする。そして、ＨＧａｂとＨＧｂｄの差を真円度として求める。
【００６９】
次に、補正後のギャップ量からテーパー角度の算出する（Ｓ１３）。テーパー角度の算出は、各断面の基準円直径の差から算出する。まず、Ｌ１断面からＬ２断面の距離をＬ１２、Ｌ２断面からＬ３断面までの距離をＬ２３とし、Ｌ１２間のテーパー角度をθａｂとする。ヘッド部１２のギャップセンサー５０が設けられている位置における各断面寸法をＳｈａ，Ｓｈｂ，Ｓｈｃとすると、各断面間のテーパー角度θａｂ，θｂｃは、下記（９）および（１０）式となる。
【００７０】
テーパー角度θａｂ＝ＴＡＮ−１（（（（Ｓｈａ＋（（ＨＧａ１＋ＨＧｃ１）＋（ＨＧｂ１＋ＨＧｄ１））／２−（Ｓｈｂ＋（（ＨＧａ２＋ＨＧｃ２）＋（ＨＧｂ２＋ＨＧｄ２））／２））／Ｌ１２）／２）×１８０／π    …（９）
同様にテーパー角度θｂｃ＝ＴＡＮ−１（（（（Ｓｈｂ＋（（ＨＧａ２＋ＨＧｃ２）＋（ＨＧｂ２＋ＨＧｄ２））／２−（Ｓｈｃ＋（（ＨＧａ３＋ＨＧｃ３）＋（ＨＧｂ３＋ＨＧｄ３））／２））／Ｌ１２）／２）×１８０／π    …（１０）
また、ダイレクトに、それぞれの断面のギャップ量を上下の断面の位置差で、ギャップ量の差と、ギャップセンサー５０配置位置の距離から角度に換算しても良い。
【００７１】
次に、Ｓ５で求めた補正後のギャップ量から輪郭度を算出する（Ｓ１４）。これには、補正後のギャップ量から、まずギャップ量最大値（ＭＡＸ）、ギャップ量最小値（ＭＩＮ）を求める。そして、ギャップ量最大値（ＭＡＸ）からギャップ量最小値（ＭＩＮ）を引くことでそれらの差を求めて、これを輪郭度としている。
【００７２】
最後に、同軸度、真円度、テーパー角度、輪郭度のデータから座面１０１の出来上がり制度を判定することになる（Ｓ１５）。この判定のステップは、さまざまな方法がある。たとえば、同軸度、真円度、テーパー角度、および輪郭度の各データごとに、その許容範囲を設定して、許容範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００７３】
また、重回帰計算による良否判定を行うようにしてもよい。これにはたとえば、あらかじめ複数の良品および不良品を用いて各データを取得して、各データの値を説明変数、良否判定に用いる値を目的変数とする重回帰計算式を作成する。そして作成した重回帰計算式に品質検査を行う製品１００から取得した各データの値を入れることで判定する。
【００７４】
このとき目的変数とする良否判定に用いる値は、製品１００によって異なる。一例を挙げると、自動車のサスペンション部品の締結に使用されるボールジョイントは、テーパーピース部品が有するテーパー状座面１０１に当接するように圧入されている。テーパーピース部品のテーパー状座面１０１の出来上がり精度が悪いと、そこに圧入されて支持されるボールジョイントとの間でガタツキが生じる原因となる。このようなテーパーピース部品に対してボールジョイントが確実に取り付けられているか否かを示す指標として残存軸力ある。
【００７５】
そこで、この残存軸力を目的変数、同軸度、真円度、テーパー角度、輪郭度の各データの値を説明変数とする重回帰計算式をあらかじめ作成しておく。後は、製品１００（ここではテーパーピース部品）のテーパー状座面１０１を既に説明した手順で測定して、得られた各データを重回帰計算式に当てはめて残存軸力を求めることで、求めた残存軸力によりその部品の良否を判定することができる。
【００７６】
図６は実際に測定した残存軸力と、重回帰計算式によって得られた残存軸力との相関を示すグラフである。図６において縦軸が実際に測定した残存軸力、横軸が重回帰計算式によって得られた残存軸力である。また、図７は比較のために、光明丹を用いた当たり面積方法で測定したテーパー面の面積と実際に測定した残存軸力との相関を示すグラフである。図７において縦軸が実際に測定した残存軸力、横軸が光明丹を用いて測定したテーパー面の面積である。光明丹を用いたテーパー面の面積の測定は、テーパープラグゲージに光明丹を塗り、それを座面１０１内へ挿入して、テーパー状座面１０１内に付着した光明丹部分の面積を測定するものである。この方法は昔から行われている方法であり詳細な説明は省略する。
【００７７】
なお、図６および７におけるテーパー状座面１０１は上述したボールジョイントを締結するテーパーピース部品のテーパー状座面１０１である。
【００７８】
図６からわかるとおり、本実施形態を用いて測定した同軸度、真円度、テーパー角度、輪郭度の各データから得たれた重回帰計算による残存軸力は、相関を示す直線近く近傍に集まってきている。一方、図７から、光明丹を用いた当たり面積方法で測定したテーパー面の面積と残存軸力は、一部が相関を示す直線から遠くなっている。両者の相関係数Ｒは、重回帰計算による場合がＲ＝０．８８（図６のもの）、光明丹を用いた場合がＲ＝０．５８（図７のもの）となった。
【００７９】
このことから、本実施形態によるテーパー状座面１０１の測定法と、その測定値を用いた重回帰計算による残存軸力は、テーパー状座面１０１を有する部品においてその部品を使用したときの軸力管理の指標として利用できることがわかる。
【００８０】
なお、重回帰計算を用いる場合には、このような残存軸力に限定されるものではない。たとえば、テーパー状座面１０１の精度そのもの良否（０か１）を目的変数とする重回帰計算式を作成して精度判定するようにしてもよい。
【００８１】
このように重回帰計算を用いる場合に説明変数とする値は、ＳＩ単位系を用いる必要はなく、ギャップセンサー５０から得られた抵抗値や電圧値などを直接用いることができる。この場合、もちろん測定結果である抵抗値や電圧値などの値を直接用いて重回帰計算式を作成しておく必要がある。これにより、被測定製品を測定する際にはいちいち抵抗値や電圧値などの測定結果の値をＳＩ単位系に変換する必要がなくなる。
【００８２】
次に、ヘッド部１２におけるギャップセンサー５０の配置について説明する。
【００８３】
まず、座面１０１深さ方向に対するギャップセンサー５０の配置について説明する。
【００８４】
図８は、座面１０１内の深さ方向におけるギャップ量の変化を示すグラフである。横軸が座面１０１内の深さでＬ０が底部である。縦軸がギャップ量であり、ギャップなしを０とする。
【００８５】
テーパー状座面１０１の測定および精度管理のためには、ギャップセンサー５０の位置が重要となる。より高精度を求めるとギャップセンサー５０の数は多い方が良いと考えられる。しかし無限にギャップセンサー５０を取り付けることはできないため、効率的にかつ製品管理上必要十分な精度を得るためには適当な位置にギャップセンサー５０を配置することが重要である。
【００８６】
テーパー面における変形は、テーパーピースが埋め込まれるアクスル部品の剛性と、テーパーピースの座面１０１に当接するジョイントの剛性によってほぼ決まる。
【００８７】
図８の例は、上述した自動車のサスペンションにおけるテーパーピースの座面１０１にボールジョイントを圧入した後、ジョイントを取り出して３次元測定機でテーパーピースの座面１０１を測定した結果である。
【００８８】
このようなテーパー面においては、テーパー面の角度が変化する部分にのみギャップセンサー５０を配置することで、テーパー面全体の角度を知ることができる。
【００８９】
つまりギャップセンサー５０の配置位置を、測定ポイントＡ、測定ポイントＢ、測定ポイントＣに置くことで、Ｌ１２断面での角度、Ｌ２３断面での角度としてテーパー面全体の角度を精度よく求めることができる。
【００９０】
なお、ギャップ量が不明な新規のテーパーにおいても、一度ギャップ量を３次元測定機で測定して、その変化の偏りを求めてＦＥＭ解析等を行えば、ギャップ量を捕らえるために効果的な位置を容易に求めることができる。
【００９１】
このようにそれぞれのギャップ量の偏り方お違いに合わせた深さ方向に３つの測定ポイントで測定することによって、ギャップセンサー５０の数を増やさずに、かつ高精度に測定ができるようになる。
【００９２】
このようにすることで、テーパーピースにボールジョイントを差し込んで、いったん変形が加わった後のテーパー面であっても高精度で計測することができる。
【００９３】
そして、既に説明したように重回帰計算によって残存軸力を指標とすることでテーパー面の精度管理としてテーパーピースにボールジョイントを差し込んだ状態でどれだけ軸力があるかを求めることができる。
【００９４】
また、テーパーピースにボールジョイントを差し込んで変形が加わった後に、テーパー面にさらに加工を追加して使用する場合もある。このような場合でも、本装置を用いて測定することで、従来の当たり面積を管理する方法に比べて高精度に軸力を管理できることに変わりはない。
【００９５】
このような深さ方向の３ポイントとすることで、変形が加わる前の状態、すなわち図におけるＬ１〜Ｌ３までが直線的なテーパー面となっている状態においても正確にテーパー面全体を測定することができる。
【００９６】
一方、円周方向の測定ポイントは、図４を用いて既に説明したとおり、座面１０１内で対面する２点が直交する合計４ポイントで計測することが好ましい。これについてもテーパーピースにボールジョイントを差し込んで加わった変形が楕円になるためである。したがって、その楕円の最大長さと最小長さのところで４点を測定するだけで、精度よく測定し、その結果から残存軸力を知ることが可能となる。
【００９７】
このようにテーパーピースにボールジョイントを差し込んで変形が加わった後の形状の偏りに合わせてギャップセンサーを配置することで、製品の出来上がり形状の精度判定はもとより、製品使用後に今後さらにどの程度使用できるかを判定することも可能となる。
【００９８】
なお、このようなギャップセンサーの配置は、テーパーピースにボールジョイントを差し込んで加わった変形に合わせるばかりでなく、たとえば、設計形状としてテーパー面に変形がある場合はそのような変形（形状の偏り）に合わせて配置すればよい。また、変形がなく、設計上直線的なテーパー面のみ測定するのであれば、ギャップセンサーは最低２つで測定すれば、その結果をテーパー面全体の形状とすることができる。
【００９９】
以上説明した本発明の実施形態によれば以下のような効果を奏する。
【０１００】
テーパーを有する座面１０１の深さ方向に少なくとも２つのギャップセンサー５０を設けて、基準点からのギャップ量を測定することとしたので、座面１０１内のテーパー面に対して深さ方向に複数の位置で座面１０１表面の変化を捕らえることができる。したがって、テーパー面の精度を面全体として判定することが可能となる。
【０１０１】
しかも、測定子１０の構造が非常に簡単であるため、たとえば、、昔ながらの光明丹を用いた面積法や複雑な装置構成となる３次元測定機を使用する場合に比べて、測定時間を短縮でき、かつ装置コストも安くすることができる。
【０１０２】
ギャップセンサー５０によって座面１０１の周方向に４箇所の位置でギャップ量を測定し、その結果から座面１０１の真円度、テーパー角度、同軸度、輪郭度を求めることとしたので座面１０１の周方向における形状の違いも判別することができる。
【０１０３】
テーパーを有する座面１０１の製品１００（部品）の形状偏りに応じて周方向に４箇所で測定する際に、測定位置としてギャップ量が最大となる位置とした。これは、たとえば製品１００のベースとなる鋳物（鉄やアルミ等）部品や鍛造部品の形状偏りや、アクスル部品を圧入したことで起こる形状の偏りが楕円形状であることに合わせたものである。したがって、これらの形状の周方向の偏りに合わせた最小限のギャップセンサー５０の数で、テーパー面を確実に捕らえることができる。
【０１０４】
座面１０１の深さ方向のテーパー面の変形の偏りに合わせてギャップセンサー５０を配置することとしたので、最小限のギャップセンサー５０の数でテーパー面の深さ方向についても確実に捕らえることができる。
【０１０５】
ギャップセンサー５０を、座面１０１の深さ方向に少なくとも２点、かつ円周方向に互いに９０°離れた４箇所に配置したので、座面１０１の周方向全体を測定する際にヘッド部１２の回転角度を少なくすることができる。したがって測定時間を短縮することができる。
【０１０６】
またギャップセンサー５０を、座面１０１の深さ方向に少なくとも２点、かつ円周方向に１箇所配置したので、ギャップセンサー５０を周方向の４箇所に配置した場合と比較して装置コストを削減できる。
【０１０７】
またギャップセンサー５０を設けたヘッド部１２を回転させて、ギャップ量の最大値を検出することとしたので、簡単な操作で座面１０１全体の面精度を測定して判定することができる。
【０１０８】
以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明は特許請求の範囲に記載された技術思想に基づいてさまざまな形態として実施可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  測定装置、
１０  測定子、
１２  ヘッド部、
１３  柱部、
１４  支持部、
２０  基台、
３０  測定器本体、
５０  ギャップ計測器、
１００  製品、
１０１  座面。
【図１】
0005540604.tif 000002
【図２】
0005540604.tif 000003
【図３】
0005540604.tif 000004
【図４】
0005540604.tif 000005
【図５】
0005540604.tif 000006
【図６】
0005540604.tif 000007
【図７】
0005540604.tif 000008
【図８】
0005540604.tif 000009