(57)【要約】【課題】装置および処理が簡単で精度が得られるねじ形状測定方法を提供すること。【解決手段】雌ねじＳ１の中心軸線Ｃに沿いかつ中心軸線Ｃを挟んで対向する第１軸線および第２軸線に沿って倣い測定を行い、得られた雌ねじＳ１の輪郭形状データからねじ形状の特性値を測定するねじ形状測定方法であって、倣い測定を実行して第１軸線および第２軸線で輪郭形状データを取得し、中心軸線Ｃ上の第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２の各々で、第１軸線側のねじ山と第２軸線側のねじ山との中心軸線Ｃに沿った変位量ｄＸ１，ｄＸ２を検出し、検出したねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２から、倣い軸線Ｔの中心軸線Ｃに対する傾き量θおよびずれ量ｄＹをそれぞれ計算し、傾き量θおよびずれ量ｄＹを解消するように倣い測定における雌ねじＳ１の姿勢を調整する。【選択図】図２０
2014077725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ形状の中心軸線に沿いかつ前記中心軸線を挟んで対向する第１軸線および第２軸線に沿って前記ねじ形状の倣い測定を行い、得られた前記ねじ形状の輪郭形状データから前記ねじ形状の特性値を測定するねじ形状測定方法であって、
前記倣い測定を実行して前記第１軸線および第２軸線で前記輪郭形状データを取得し、
前記中心軸線上の第１位置および第２位置の各々で、前記第１軸線側のねじ山と前記第２軸線側のねじ山との前記中心軸線に沿った変位量を検出し、
検出した第１位置および第２位置のねじ山変位量から、前記第１軸線および前記第２軸線の前記中心軸線に対する傾き量およびずれ量をそれぞれ計算し、
前記傾き量および前記ずれ量を解消するように前記倣い測定における前記ねじ形状の姿勢を調整することを特徴とするねじ形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のねじ形状測定方法において、
前記傾き量および前記ずれ量は、前記ねじ山変位量、前記第１位置と前記第２位置との距離および前記ねじ形状のリード角を用いて三角法演算により計算することを特徴とするねじ形状測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のねじ形状測定方法において、
前記倣い測定による前記輪郭形状データの取得と、前記傾き量および前記ずれ量の計算と、前記ねじ形状の姿勢の調整とを、要求条件を満足するまで繰り返すとともに、
前記要求条件は、前記傾き量および前記ずれ量が所望の精度となること、予め設定された繰り返し回数に達したこと、作業者が終了を指示したこと、の何れかであることを特徴とするねじ形状測定方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載のねじ形状測定方法において、
前記ねじ形状の倣い測定に、揺動式のアームを有する形状測定機を用いるとともに、
前記アームは、揺動方向両側に向けて一対のスタイラスを有し、
前記形状測定機は、前記各スタイラスでそれぞれ前記第１軸線および第２軸線に沿った倣い測定が可能であることを特徴とするねじ形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ形状測定方法に関し、ねじ形状の各種特性値を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ねじ形状（雌ねじ＝ねじ孔、雄ねじ＝ねじ軸）については、ねじ形状を特定するために様々な特性値（ねじピッチや有効径など）が用いられており、これらの特性値はねじの種類毎にＪＩＳ（日本工業規格）に規定されている。
例えば、規格ＪＩＳＢ０２０５には一般用メートルねじの各種特性値が規定されている。ここで、ねじ形状の特性値は、ねじ形状の中心軸を通る平面による断面形状に現れるねじ山の輪郭形状として規定されている。
【０００３】
従来、ねじ形状の測定には、三針法が多用されてきた。三針法は、ＪＩＳＢ０２６１等にも規定された測定方法であり、ねじ軸の片側に１本、反対側に２本の測定用針を吊してねじ山の間に配置し、これらの測定用針の外側寸法をマイクロメータ等で測定することで、ねじ形状の有効径等を算出できる。
しかし、三針法では、測定用針の準備からねじ形状に対する配置、測定ないし演算の手順が煩雑であった。
これに対し、三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値を測定する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１では、三次元測定機に装着された倣いプローブを、ねじ形状の中心軸線に沿って移動させることで、ねじ山の輪郭形状を倣い測定し、ねじ形状の各種特性値を取得している。とくに、特許文献１では、倣いプローブによる倣い測定を、ねじ形状の周方向の複数箇所について行うことで、ねじ形状の三次元的な形状情報を取得しており、ねじ形状の有効径についても演算することができ、ねじ形状の中心軸線についても、その３軸位置および傾きを測定することができる。
【０００５】
しかし、前述した特許文献１では、ねじ形状の測定に三次元測定機を用い、倣い測定を複数箇所で繰り返し行う必要があり、装置および処理の複雑さが避けられなかった。
これに対し、測定装置および測定処理をより簡素にするために、一軸移動型の形状測定機を用いたねじ形状の測定も行われている（特許文献２参照）。
特許文献２では、形状測定機の倣い測定軸線とねじ形状の中心軸線とが揃うように配置し、形状測定機のスタイラスでねじ山を順次横断するようになぞり、ねじ山の輪郭形状やねじピッチ等を取得している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８２９５２号公報
【特許文献２】特開平６−１８５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献２のように、一軸移動型の形状測定機による一回の倣い測定で得られるのは、ねじ山の輪郭形状およびねじピッチなど一部の特性値など、ねじ形状の中心軸線に沿った方向の特性値に限定され、中心軸線に交差する断面形状として現れるねじ形状の有効径などは測定できない。
これに対し、一軸移動型の形状測定機による倣い測定を、ねじ形状の中心軸線を挟んで互いに反対側となる対向位置でそれぞれ行うことで、ねじ形状の有効径の測定も可能である。
ただし、ねじ形状の対向位置をそれぞれ倣い測定する際には、ねじ形状の中心軸線と形状測定機の倣い軸線（倣い測定の移動軸線、トレース軌跡）とを正確に一致させるための「通り出し」調整および「頂点出し」調整が必要となる。
【０００８】
通り出しは、レベリングとも呼ばれ、倣い軸線とねじ形状の中心軸線とが平行となるように調整する操作である。
このような通り出しが正確に行われていないと、つまり倣い測定の移動軸線とねじ形状の中心軸線とが平行でなく、２本の軸線に傾きがあると、ねじ山の輪郭形状として測定される形状が変形し、正確なねじ形状の特性値が得られなくなる。
なお、前述した特許文献２にも、これらの各軸線が傾いていると得られるねじ山の輪郭形状に誤差が生じること、これらの軸線が揃うように形状測定機の向きおよび位置を調節することの記載がある。ただし、調整に関する具体的な手順などの記載はない。
【０００９】
通り出しの操作としては、例えば、ねじ形状が雄ねじつまりねじ軸であって、ねじ形状と同時に形成された円柱状部分を有する場合、この円柱状部分の表面の母線を検出することで、中心軸線の方向を取得することができる。
しかし、そのような円柱状部分がない場合、あるいはねじ形状が雌ねじつまりねじ孔である場合、母線の検出による通り出しが困難であり、カットアンドトライで中心軸線を割り出してゆく必要があり、非常に煩雑な作業となる。
【００１０】
頂点出しは、ピーク・ボトム検出とも呼ばれ、ねじ形状の断面（中心軸線と交差する平面）でのピーク（上頂点）とボトム（下頂点）とを検出することで、中心軸線を挟んで反対側となる対向位置（直径が検出できる２位置）を割り出すものである。
このような頂点出しが正確に行われていないと、例え前述した通り出しが正確であっても、ねじ山の輪郭形状が不正確になるとともに、有効径などが正確に演算できないことになる。
【００１１】
例えば、ねじ形状が雄ねじつまりねじ軸である場合に、その断面（中心軸線と交差する平面）の最も高い位置（ピーク）と最も低い位置（ボトム）において倣い測定が行われれば、各々で得られたねじ山の輪郭形状はそれぞれねじ形状の中心軸線を通る同じ断面に現れる輪郭形状となり、ＪＩＳＢ０２０５等に規定されるねじ形状に合致するものとなる。
しかし、頂点出しが不正確で、ねじ形状の断面（中心軸線と交差する平面）の互いに反対側からずれた位置で倣い測定を行ったとすると、得られるねじ山の輪郭形状は、本来のねじ山の輪郭を反映したものとは異なるものとなる。
【００１２】
以上のように、一軸移動型の形状測定機による倣い測定を、ねじ形状の中心軸線を挟んで互いに反対側となる対向位置でそれぞれ行うことで、前述した特許文献１のような複雑な装置および処理を簡素化できるものの、ねじ形状の対向位置の倣い測定にあたって「通り出し」および「頂点出し」に関する煩雑な処理が避けられないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、装置および処理が簡単で精度が得られるねじ形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ねじ形状の倣い測定を行った際に、倣い軸線上の２点において、中心軸線を挟んで互いに反対側にあるねじ山および谷の、中心軸線に沿った変位量を検出することで、ねじ形状の中心軸線に対する倣い軸線の傾き量およびずれ量が計算できる、との発明者の独自の知見に基づくものである。
まず、本発明の原理について説明する。
【００１５】
図１において、ねじ形状Ｓは、例えば雄ねじまたは雌ねじであり、図中の円筒形状は雄ねじの外周または雌ねじの内周を概略的に示している。ねじ形状Ｓは中心軸線Ｃを有し、この中心軸線Ｃを含む平面ＰＣが規定される。
このようなねじ形状Ｓに対して一軸移動型の形状測定機による倣い測定を行う場合、倣い軸線Ｔ（中心軸線Ｃを挟んで互いに反対側となる対向位置に設定される下側の倣い軸線Ｔ１および上側の倣い軸線Ｔ２）は中心軸線Ｃに沿って設定される。
【００１６】
ねじ形状Ｓが雌ねじの場合、下側の倣い軸線Ｔ１に沿った倣い測定は、ねじ形状Ｓ内に導入されたスタイラスがねじ形状Ｓの内側から下向きに接触した状態とされ、上側の倣い軸線Ｔ２に沿った倣い測定は、ねじ形状Ｓ内に導入されたスタイラスがねじ形状Ｓの内側から上向きに接触した状態とされる。
ねじ形状Ｓが雄ねじの場合、下側の倣い軸線Ｔ１に沿った倣い測定は、ねじ形状Ｓの下方に配置されたスタイラスがねじ形状Ｓの外側から上向きに接触した状態とされ、上側の倣い軸線Ｔ２に沿った倣い測定は、ねじ形状Ｓの上方に配置されたスタイラスがねじ形状Ｓの外側から下向きに接触した状態とされる。
【００１７】
このような倣い測定において、倣い測定の移動軸線つまり倣い軸線Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）は、同じ形状測定機による移動であるため、それぞれ同方向に揃っている。このような倣い軸線Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）が中心軸線Ｃと平行である場合、倣い軸線Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）が規定する平面ＰＴは前述した中心軸線Ｃを含む平面ＰＣと一致する。
ここで、形状測定機に対するねじ形状Ｓの配置が適正でなく、倣い軸線Ｔと中心軸線Ｃとに傾きおよび軸ずれが生じたとすると、平面ＰＴは平面ＰＣから離れ、平面ＰＣとは異なる部位でねじ形状Ｓと交差し、ねじ形状Ｓの異なる輪郭形状を表すことになる。
【００１８】
図２、図３および図４は、倣い軸線Ｔと中心軸線Ｃとが揃っており、平面ＰＴと平面ＰＣとが一致している状態を示す。
図２において、ねじ形状Ｓの平面形状（ＸＹ平面）を見たとき、倣い軸線Ｔおよび平面ＰＴは、ねじ形状Ｓの中心軸線Ｃおよび平面ＰＣと一致しており、ねじ形状Ｓの中央を通る。
図３のように、ねじ形状Ｓの中心軸線Ｃに交差する断面（ＹＺ平面）においては、平面ＰＴは平面ＰＣであり、ねじ形状Ｓの最下端（倣い軸線Ｔ１となる）から中心軸線Ｃを通って最上端（倣い軸線Ｔ２となる）に至っており、これらの倣い軸線Ｔ１，Ｔ２がねじ形状Ｓの直径Ｄ（ここでは外径）を示すものとなる。
図４のように、平面ＰＴと平面ＰＣとが一致している状態では、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２で得られる輪郭形状Ｆ１，Ｆ２（ＺＸ平面）は、ねじ形状Ｓのねじ山形状（ねじ山の平面ＰＴ，ＰＣで切断した断面形状）を示すものとなる。
【００１９】
図４において、ねじ形状Ｓの中心軸線Ｃに沿って所定距離離れた２点（Ｐ１，Ｐ２）では、中心軸線Ｃを挟んで対向する部位のねじ山が基本的にねじピッチの半分ずれる（山に対して谷になる）。
これに加え、倣い軸線Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）のねじ形状の中心軸線に対する傾きあるいは軸ずれに応じて、２点（Ｐ１，Ｐ２）で中心軸線Ｃを挟んで対向する部位のねじ山は、それぞれ中心軸線Ｃ方向に変位を生じる。
【００２０】
図５、図６および図７は、倣い軸線Ｔと中心軸線Ｃと、つまり平面ＰＴと平面ＰＣとが軸ずれを生じた状態を示す。
図５において、ねじ形状Ｓの平面形状（ＸＹ平面）を見たとき、倣い軸線Ｔおよび平面ＰＴは、ねじ形状Ｓの中央を通る中心軸線Ｃおよび平面ＰＣと平行であるが、ずれ量ｄＹだけずれている。
図６のように、ねじ形状Ｓの中心軸線Ｃに交差する断面（ＹＺ平面）においては、平面ＰＴが平面ＰＣからずれ量ｄＹだけ軸ずれを生じており、倣い軸線Ｔ２，Ｔ１は、ねじ形状Ｓの最下端および最上端を通らないため、ねじ形状Ｓの直径Ｄ（有効径）を示すものとはならない。
図７のように、軸ずれを生じた状態では、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２上に表れる輪郭形状Ｆ１，Ｆ２（ＺＸ平面）は、ねじ形状Ｓの本来のねじ山形状（図４に示す輪郭形状Ｆ１，Ｆ２）から変形されたものとなる。
とくに、中心軸線Ｃ上の２点（Ｐ１，Ｐ２）では、輪郭形状Ｆ１，Ｆ２上の対応する位置（中心軸線Ｃを挟んで互いに反対側にあるねじ山および谷の位置）が、それぞれ中心軸線Ｃに沿って変位したものとなる。
【００２１】
図５において、平面ＰＣでは、点Ｐ１，Ｐ２におけるねじ形状Ｓの上下の山谷は一致している（図４に示す輪郭形状Ｆ１，Ｆ２）。
しかし、図５および図７に示すように、平面ＰＴでは、点Ｐ１，Ｐ２における下側の山（図７に示す輪郭形状Ｆ１）と上側の谷（図７に示す輪郭形状Ｆ２）とは、互いに中心軸線Ｃ方向にｄＸ１，ｄＸ２だけ変位したものとなる。
この際、平面ＰＣと平面ＰＴとはずれ量ｄＹ分だけ平行にずれているので、点Ｐ１，Ｐ２における変位量ｄＸ１，ｄＸ２は等しくなる。
このように、２つの点Ｐ１，Ｐ２に等しく表れる変位量ｄＸ１，ｄＸ２は、平面ＰＣと平面ＰＴとのずれ量ｄＹに基づくものといえる。
【００２２】
図８および図９は、倣い軸線Ｔと中心軸線Ｃと、つまり平面ＰＴと平面ＰＣとが傾きを生じた状態を示す。
図８において、ねじ形状Ｓの平面形状（ＸＹ平面）を見たとき、倣い軸線Ｔおよび平面ＰＴは、例えば点Ｐ１を通る垂直な直線で交差しつつ互いに角度θ（傾き量）だけ傾いている。
図９のように、傾きを生じた状態では、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２で得られる輪郭形状Ｆ１，Ｆ２（ＺＸ平面）は、交差する位置（例えば点Ｐ１）から離れるほど、ねじ形状Ｓの本来のねじ山形状（図４に示す輪郭形状Ｆ１，Ｆ２）から変形されて表れる。
この際、交点である点Ｐ１では、輪郭形状Ｆ１，Ｆ２上の対応する位置（中心軸線を挟んで互いに反対側にあるねじ山および谷の位置）が一致したままである（変位量ｄＸ１＝０）のに対し、点Ｐ１から離れた点Ｐ２では、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２上のねじ山および谷の位置がそれぞれ中心軸線に沿って変位したもの（変位量ｄＸ２）となる。なお、交点が点Ｐ１と異なる場合、点Ｐ１における山谷の変位量ｄＸ１も０ではなくなる。
このような、変位量ｄＸ１，ｄＸ２は、平面ＰＣと平面ＰＴとの傾き（傾き量θ）に基づくものであり、２つの点Ｐ１，Ｐ２の変位量ｄＸ１，ｄＸ２の差分から傾き量θが計算できるといえる。
【００２３】
前述したように、２つの点Ｐ１，Ｐ２の変位量ｄＸ１，ｄＸ２の差分から傾き量θが計算でき、変位量ｄＸ１，ｄＸ２に共通する成分からずれ量ｄＹが計算できる。
実際には、倣い測定の移動軸線（倣い軸線）の中心軸線に対する傾きおよび軸ずれは混在しているが、変位量ｄＸ１，ｄＸ２の差分および平均をとることで各成分の分離が可能である。
このような原理に基づき、本発明では、倣い軸線である第１軸線（倣い軸線Ｔ１）と第２軸線（倣い軸線Ｔ２）の各々で倣い測定を行って輪郭形状データ（輪郭形状Ｆ１，Ｆ２）を取得しておき、中心軸線Ｃ上の２点（Ｐ１，Ｐ２）について、第１軸線の輪郭形状Ｆ１でのねじ山（または谷）と第２軸線の輪郭形状Ｆ２でのねじ山（または谷）との中心軸線Ｃ方向の変位量ｄＸ１，ｄＸ２を検出し、検出した２点のねじ山変位から倣い軸線Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）の中心軸線Ｃに対する傾き量θおよびずれ量ｄＹをそれぞれ計算できるようにする。
具体的に、本発明は以下の構成を備える。
【００２４】
本発明は、ねじ形状の中心軸線に沿いかつ前記中心軸線を挟んで対向する第１軸線および第２軸線に沿って前記ねじ形状の倣い測定を行い、得られた前記ねじ形状の輪郭形状データから前記ねじ形状の特性値を測定するねじ形状測定方法であって、前記倣い測定を実行して前記第１軸線および第２軸線で前記輪郭形状データを取得し、前記中心軸線上の第１位置および第２位置の各々で、前記第１軸線側のねじ山と前記第２軸線側のねじ山との前記中心軸線に沿った変位量を検出し、検出した第１位置および第２位置のねじ山変位量から、前記第１軸線および前記第２軸線の前記中心軸線に対する傾き量およびずれ量をそれぞれ計算し、前記傾き量および前記ずれ量を解消するように前記倣い測定における前記ねじ形状の姿勢を調整することを特徴とする。
【００２５】
本発明において、倣い測定を行う手段としては、輪郭測定機などの一軸移動型の形状測定機が好適である。ただし、形状測定機に限らず、三次元測定機による一軸移動倣い測定を行ってもよい。さらに、光学的にねじ形状の輪郭測定を行ってもよい。これら以外の手段であっても、ねじ形状の中心軸線を挟んで互いに反対側において、第１軸線および第２軸線となる倣い測定を行い、各々の精密な輪郭が得られるものであればよい。
【００２６】
このような本発明では、倣い測定を行って得られた第１軸線および第２軸線の輪郭形状データから、第１位置および第２位置における各軸線上のねじ山（反対側では谷）の軸線方向の変位を取得する。そして、各点の変位量の差分から傾き成分を取り出し、傾き量を演算する。併せて、各点の変位量の平均値により共通する軸ずれ成分を取り出し、ずれ量を演算する。
これらの演算には、幾何学的な近似等を適宜含めてよく、要求される精度に応じて簡略化を拡張してもよい。一方で、厳密な演算を行うことで、演算精度を高めることができる。これらの精度は、要求されるねじ形状の測定精度に応じて設定することができ、装置および処理の簡略化と精度向上のバランスを適宜選択することができる。
なお、一回の倣い測定および傾き量、ずれ量の演算で得られた結果に基づいて、ねじ形状の形状測定機等に対する姿勢を調整し、再度倣い測定、傾き量、ずれ量の演算ないし姿勢の調整を行うことで、精度を更に改善することができ、これらを繰り返すことで、一層の精度向上を図ることができる。
【００２７】
本発明のねじ形状測定方法において、前記傾き量および前記ずれ量は、前記ねじ山変位量、前記第１位置と前記第２位置との距離および前記ねじ形状のリード角を用いて三角法演算により計算することが望ましい。
例えば、前記ずれ量ｄＹは、前記ねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２、前記距離Ｌ、前記リード角βとして、ｄＹ＝（ｄＸ１＋ｄＸ２）／４ｔａｎβで計算することができる。
また、前記傾き量θは、前記ねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２、前記距離Ｌとして、Ｌ＝ｔａｎθ＝（ｄＹ１−ｄＹ２）の関係を利用して計算することができる。
このような本発明では、ねじ形状の規格にあるリード角βを利用して三角法演算を行うことで、傾き量、ずれ量の演算を容易に行うことができる。
【００２８】
本発明のねじ形状測定方法において、前記倣い測定による前記輪郭形状データの取得と、前記傾き量および前記ずれ量の計算と、前記ねじ形状の姿勢の調整とを、要求条件を満足するまで繰り返すとともに、前記要求条件は、前記傾き量および前記ずれ量が所望の精度となること、予め設定された繰り返し回数に達したこと、作業者が終了を指示したこと、の何れかであることが望ましい。
このような本発明では、倣い測定、傾き量、ずれ量の演算ないし姿勢の調整の繰り返しにより、要求条件に応じた精度向上を図ることができる。
【００２９】
本発明のねじ形状測定方法において、前記ねじ形状の倣い測定に、揺動式のアームを有する形状測定機を用いるとともに、前記アームは、揺動方向両側に向けて一対のスタイラスを有し、前記形状測定機は、前記各スタイラスでそれぞれ前記第１軸線および第２軸線に沿った倣い測定が可能であることが望ましい。
このような本発明では、逆向きのスタイラスにより、ねじ形状あるいは形状測定機を反転等させることなく、それぞれ第１軸線および第２軸線に沿った倣い測定を行うことができる。
例えば、アームの一方向のみにスタイラスが設置された形状測定機であると、第１軸線に沿った倣い測定の後、第２軸線に沿った倣い測定を行う前に、ねじ形状（およびそれが形成された被測定物）の向きを反転させるか、あるいは形状測定機のスタイラスの向きおよび接触方向を反転させる必要がある。
これに対し、逆向きに配置された一対のスタイラスにより揺動方向の両方向で倣い測定ができる形状測定機であれば、ねじ形状あるいは形状測定機の反転を行う必要をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の原理を説明するためのねじ形状の斜視図。
【図２】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが揃った状態を示す平面図。
【図３】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが揃った状態を示す断面図。
【図４】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが揃った状態での倣い測定により得られるねじ山の輪郭形状を示す図。
【図５】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが軸ずれした状態を示す平面図。
【図６】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが軸ずれした状態を示す断面図。
【図７】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが軸ずれした状態での倣い測定により得られるねじ山の輪郭形状を示す図。
【図８】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが傾いた状態を示す平面図。
【図９】本発明の原理を説明するための図であって、倣い軸線と中心軸線とが傾いた状態での倣い測定により得られるねじ山の輪郭形状を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態の形状測定機を示す斜視図。
【図１１】前記実施形態の形状測定機のＸ軸駆動機構およびスタイラス変位検出手段を示す図。
【図１２】前記実施形態の形状測定機の測定アームおよび変位検出器の関係を示す平面図。
【図１３】前記実施形態の形状測定機の測定アームおよび測定アーム姿勢切替機構を示す図。
【図１４】前記実施形態の形状測定機の測定姿勢・測定力制御回路を示す図。
【図１５】前記実施形態の形状測定機の着脱機構を示す分解斜視図。
【図１６】前記実施形態の形状測定機の接触検知回路を示す図。
【図１７】前記実施形態の形状測定機の制御システムを示すブロック図。
【図１８】前記実施形態における雌ねじ内側上下面を倣い測定する例を示す断面図。
【図１９】前記実施形態の処理を示すフローチャート。
【図２０】前記実施形態における倣い測定を示す図。
【図２１】前記実施形態における演算手順を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態は、ねじ形状である雌ねじＳ１のねじ形状測定（図１８参照）を行うために、一軸移動型の形状測定機である表面性状測定機（図１０〜図１７参照）を用いるとともに、本発明に基づく処理（図１９〜図２１参照）を実行するものである。
以下には、先ず表面性状測定機について説明し、続いて本発明に基づく処理について説明する。
【００３２】
〔表面性状測定機の構成〕
本実施形態で用いる表面性状測定機は、図１０に示すように、ベース１と、このベース１上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有するスタイラス変位検出手段２０と、このスタイラス変位検出手段２０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備える。
【００３３】
相対移動機構４０は、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０をＺ軸まわり（α方向）に回転させる回転駆動機構４１Ａと、ベース１の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に設けられスタイラス変位検出手段２０をステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の移動方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構４５と、を備える。
従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、スタイラス変位検出手段２０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、スタイラス変位検出手段２０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを含む三次元移動機構を備えるとともに、ステージ１０をＺ軸まわり（α方向）に回転させる回転駆動機構４１Ａを備えて構成されている。
【００３４】
Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
回転駆動機構４１Ａは、Ｙ軸駆動機構４１とステージ１０との間に設置された軸受機構と、ステージ１０を回転駆動するモータ等により構成されている。
Ｘ軸駆動機構４５は、図１１に示すように、Ｚスライダ４３に固定された駆動機構本体４６と、この駆動機構本体４６にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール４７と、このガイドレール４７に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ４８と、このＸスライダ４８のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器４９と、Ｘスライダ４８をガイドレール４７に沿って移動させる送り機構５０とを備える。
送り機構５０は、駆動機構本体４６にガイドレール４７と平行に設けられＸスライダ４８に螺合された送りねじ軸５１と、駆動源としてのモータ５２と、このモータ５２の回転を送りねじ軸５１に伝達する回転伝達機構５３とから構成されている。回転伝達機構５３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
【００３５】
スタイラス変位検出手段２０は、図１１に示すように、Ｘスライダ４８にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持された本体としてのブラケット２２と、このブラケット２２に支持軸としての回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能（円弧運動可能）に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂと、測定アーム２４の円弧運動量（Ｚ軸方向の変位量）を検出する変位検出器２７と、測定アーム２４に位置調整可能に設けられたバランスウエイト２９と、測定アーム２４が円弧運動方向の一方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢および他方向（下方向）に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０と、ブラケット２２、測定アーム２４、変位検出器２７、バランスウエイト２９、測定アーム姿勢切替機構６０を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。
【００３６】
測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ円弧運動可能に支持された第１測定アーム２４Ａと、この第１測定アーム２４Ａの先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４Ｂとから構成されている。着脱機構２５は、第１測定アーム２４Ａと第２測定アーム２４Ｂとが一直線上に配置されるようにこれらを接続する。
スタイラス２６Ａ，２６Ｂは、第２測定アーム２４Ｂに対して円弧運動方向に突出して設けられている。つまり、第２測定アーム２４Ｂに対して上向きのスタイラス２６Ａと下向きのスタイラス２６Ｂとが上下方向に直角に突出して設けられている。
なお、スタイラス２６Ａ，２６Ｂには、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングを施す、あるいは表面を磨く等して、低摩擦化加工されたスタイラスを用いてもよい。後述する測定姿勢・測定力制御回路７０の制御によっては、測定アーム２４が円弧運動方向の一方向（例えば、上方向）に付勢されている場合と、他方向（下方向）に付勢される場合とで測定力に差が生じ、予期せぬ微小なひっかかり等でスタイラスが破損する恐れがある。しかし、前述のような低摩擦化加工されたスタイラスを用いることで、そのような破損を防止することができる。
【００３７】
変位検出器２７は、図１２に示すように、測定アーム２４の円弧運動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４の円弧運動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。具体的には、測定アーム２４に設けられ測定アーム２４の円弧運動方向に湾曲したスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向して本体としてのブラケット２２に取り付けられた検出ヘッド２７Ｂとを備える。スケール２７Ａの検出面は、測定アーム２４の軸線上でかつ測定アーム２４の円弧運動面上に配置されている。これにより、スケール２７Ａの検出面、測定アーム２４、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの先端が同一軸上に配置されることになる。
バランスウエイト２９は、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４Ａ側の重量と、第２測定アーム２４Ｂ側の重量とがバランスするように、測定アーム２４の軸方向へ位置調整可能に設けられている。具体的には、バランスウエイト２９は、止めねじにより測定アーム２４の所望位置に固定される。あるいは、測定アーム２４に雄ねじを形成し、この雄ねじにバランスウエイト２９を位置調整可能に螺合してもよい。
【００３８】
測定アーム姿勢切替機構６０は、図１３に示すように、第１測定アーム２４Ａの途中に設けられた円筒状の磁石６１と、この磁石６１内を通って本体としてのブラケット２２に固定され測定アーム２４とを、回転軸２３を支点として円弧運動方向の一方向（上方向）および他方向（下方向）へ付勢するボイスコイル６２によって構成され、測定姿勢・測定力制御回路７０からの指令で制御される。
測定姿勢・測定力制御回路７０からの指令により、ボイスコイル６２に電流が流されると、ボイスコイル６２から発生する電磁力と磁石６１の磁力により、測定アーム２４の磁石６１がボイスコイル６２に引きつけられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。
ここに、測定アーム姿勢切替機構６０は、測定アーム２４を、回転軸２３を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイル６２を含み、測定アーム２４を円弧運動方向へ付勢しスタイラス２６Ａ，２６Ｂに測定力を付与する測定力付与手段を兼ねている。
【００３９】
測定姿勢・測定力制御回路７０は、図１４に示すように、後述する制御装置１０１から出力されるバランス指令、切替動作指令（上向きまたは下向き切替動作指令）、測定力指令に応じて予め設定した速度に対応する電圧Ａ（指令速度信号）を発生するＣＰＵなどからなる指令信号発生手段７２と、この指令信号発生手段７２からの電圧Ａ（デジタル信号）をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ７３と、変位検出器２７からのパルス信号（周波数）を基に測定アーム２４の動作速度に対応した電圧Ｂ（動作速度信号）を出力する測定アーム速度検出手段としての周波数電圧コンバータ７４と、指令速度信号（電圧Ａ）と動作速度信号（電圧Ｂ）との差電圧Ｃを出力する差分出力手段としての減算器７５と、この減算器７５からの差電圧Ｃを電流に変換し測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に与える定電流回路７６とを含んで構成されている。これにより、測定アーム２４の動作速度を予め設定した一定速度以下に抑えながら測定アーム２４を円弧運動させることができる。
ここで、指令信号発生手段７２から発生される電圧Ａ（指令速度信号）は、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物に接触した際に、スタイラス２６Ａ，２６Ｂや被測定物が損傷することがない速度に設定されている。
【００４０】
着脱機構２５は、図１１に示すように、ケーシング２８内に配置される。また、着脱機構２５は、図１５に示すように、第１測定アーム２４Ａの先端に設けられた矩形板状の第１プレート８１と、第２測定アーム２４Ｂの基端に設けられた矩形板状の第２プレート８２と、第１プレート８１に対して第２プレート８２を対向させた際に第１プレート８１に対して第２プレート８２を所定の位置に位置決めする位置決め機構８３と、第１プレート８１に設けられた磁石９５と、第２プレート８２に設けられ磁石９５に吸着される磁性体９６とを含んで構成されている。
【００４１】
位置決め機構８３は、一対の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂが測定アーム２４の軸
方向に沿って平行にかつ所定間隔あけて配置された第１着座部８５と、一対の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂが測定アーム２４の軸方向に沿って平行にかつ所定間隔あけて配
置されかつ第１着座部８５に対して測定アーム２４の軸方向に離間して設けられた第２着座部８６と、一対の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂが測定アーム２４の軸方向に対し
て直角にかつ所定間隔あけて配置された第３着座部８７と、これら第１着座部８５、第２着座部８６および第３着座部８７にそれぞれ対応して設けられこれらに係脱可能な係合球部８８，８９，９０と、少なくとも２以上の係合孔９１，９２と、これら各係合孔９１，９２に係合する少なくとも２以上の係合ピン９３，９４とを備えている。
【００４２】
第１着座部８５、第２着座部８６、第３着座部８７および係合ピン９３，９４は、第１プレート８１に配置されている。具体的には、第１プレート８１において、測定アーム２４の軸方向に離れた両端部に第１着座部８５および第２着座部８６が配置され、これら第１着座部８５および第２着座部８６よりも下方で、かつ、これらの間に第３着座部８７が配置されている。また、第１着座部８５および第２着座部８６の真下位置に係合ピン９３，９４が配置されているとともに、第１着座部８５、第２着座部８６、第３着座部８７の間に磁石９５が配置されている。
係合球部８８，８９，９０および係合孔９１，９２は、第２プレート８２に配置されている。つまり、第１プレート８１に対して第２プレート８２を所定位置に位置決めしたときに、第２プレート８２において、第１プレート８１の第１着座部８５、第２着座部８６、第３着座部８７に対応する位置に係合球部８８，８９，９０が、係合ピン９３，９４に対応した位置に係合孔９１，９２が、磁石９５に対応した位置に磁性体９６がそれぞれ配置されている。
【００４３】
また、係合球部８８，８９，９０は、第１プレート８１に対して第２プレート８２を所定位置に位置決めしたとき、それぞれ対応する着座部の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂの間に嵌り、円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂと接触するように配置されている。
これら各着座部８５，８６，８７を構成する一対の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂおよび係合球部８８，８９，９０は、導電性材料によって形成されている。
そして、図１６に示すように、これら各着座部８５，８６，８７を構成する一対の円柱状位置決め部材８４Ａ，８４Ｂとこれに係脱される係合球部８８，８９，９０との接触、離間によって開閉される着座センサ９７，９８，９９が形成され、これらの着座センサ９７，９８，９９が直列に接続されて接触検知回路１００に接続されている。
接触検知回路１００は、着座センサ９７，９８，９９の接触、離間を検知し、その状態
をランプの点灯や消灯、表示部への表示、あるいは、ブザーなどの音などで報知する。
また、係合ピン９３，９４の突出量は、これら係合ピン９３，９４が係合孔９１，９２に係合し始めてから、磁石９５に磁性体９６が吸着されるように設定されている。
【００４４】
図１７は、本実施形態の表面性状測定機の制御システムを示している。
制御装置１０１には、回転駆動機構４１Ａ、Ｙ軸駆動機構４１、Ｚ軸駆動機構４４、Ｘ軸駆動機構４５、スタイラス変位検出手段２０に含まれる変位検出器２７、接触検知回路１００、測定アーム姿勢切替機構６０（これは、測定姿勢・測定力制御回路７０を介して）が接続されているとともに、入力手段１０２、出力手段１０３、記憶装置１０４などが接続されている。
ここで、制御装置１０１は、接触検知回路１００においていずれかの着座センサ９７，
９８，９９が離間したことが検知されたときに、相対移動機構４０（回転駆動機構４１Ａ、Ｙ軸駆動機構４１、Ｚ軸駆動機構４４、Ｘ軸駆動機構４５）の駆動を停止させる駆動停止手段を構成している。また、制御装置１０１は、第２測定アーム２４Ｂの交換後に、測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に通電する電流を調整して測定アーム２４のバランスを調整するバランス調整手段を構成している。具体的には、変位検出器２７によって検出される測定アーム２４の円弧運動量を監視しながら、ボイスコイル６２に通電する電流を調整し、測定アーム２４の円弧運動量が予め設定した設定値になった段階でバランス調整を完了させるバランス調整手段を構成している。
【００４５】
〔表面性状測定機による倣い測定〕
図１８において、被測定物Ｗ１にはねじ形状である雌ねじＳ１が形成されている。この雌ねじＳ１の内面上下のねじ山形状を前述した表面性状測定機を用いて倣い測定する際には、先ず被測定物Ｗ１をステージ１０（図１０参照）上に設置し、次に相対移動機構４０を駆動させて、測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを被測定物Ｗ１の雌ねじＳ１内に位置させる。
【００４６】
この状態で、制御装置１０１から、下向切替動作指令および測定力指令を出力する。すると、測定姿勢・測定力制御回路７０によって、測定アーム２４の先端が下向きに付勢されるとともに、指令測定力に応じた電流が、測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に与えられる。
これにより、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４の先端が例えば下方向に付勢される方向へ予め設定された速度で測定アーム２４が動作され、下向きスタイラス２６Ｂが指令測定力で雌ねじＳ１の下面に接触される。この状態において、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出手段２０とステージ１０とを雌ねじＳ１の中心軸線Ｃ（Ｘ軸方向）に沿って相対移動させると、変位検出器２７によって測定アーム２４の円弧運動量が検出され、この円弧運動量から雌ねじＳ１の下面側のねじ山についての輪郭形状データ（図４の輪郭形状Ｆ１参照）が測定される。
【００４７】
次に、制御装置１０１から、上向切替動作指令および測定力指令を出力する。すると、測定アーム姿勢切替機構６０によって、測定アーム２４の先端が上方向に付勢される方向へ予め設定された速度で測定アーム２４が動作され、上向きのスタイラス２６Ａが雌ねじＳ１の上面に指令測定力で接触される。
この状態で、前述した下面の倣い測定と同様に、相対移動機構４０によりスタイラス変位検出手段２０とステージ１０とを雌ねじＳ１の中心軸線Ｃ（Ｘ軸方向）に沿って相対移動させると、変位検出器２７によって測定アーム２４の円弧運動量が検出され、この円弧運動量から雌ねじＳ１の上面側のねじ山についての輪郭形状データ（図４の輪郭形状Ｆ２参照）が測定される。
【００４８】
〔倣い測定における姿勢調整〕
前述のような表面性状測定機を用いた雌ねじＳ１の倣い測定にあたっては、その中心軸線Ｃと倣い軸線Ｔとが正確に揃うように、表面性状測定機に対する被測定物Ｗ１の姿勢調整（通り出し・頂点出し）を行う必要がある。
具体的には、被測定物Ｗ１をステージ１０（図１０参照）上に設置したのち、相対移動機構４０（回転駆動機構４１ＡおよびＹ軸駆動機構４１）により、雌ねじＳ１の中心軸線Ｃが表面性状測定機の倣い測定の倣い軸線Ｔ（Ｘ軸方向）に一致するように、被測定物Ｗ１の姿勢（傾きに対応するα方向の向き、および軸ずれに対応するＹ軸方向の位置）を調整する。
本実施形態では、このような被測定物Ｗ１の姿勢調整として、本発明に基づく手順（図１９参照）による通り出し・頂点出しを行う。
【００４９】
先ず、ねじ形状である被測定物Ｗ１の雌ねじＳ１に、表面性状測定機の測定アーム２４のスタイラス２６Ａ，２６Ｂ（図１８参照）を導入し、その中心軸線Ｃを挟んだ上下面の２位置（ピーク，ボトム）で、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２に沿った倣い測定を行う（図１９の処理Ｓ１１）。
次に、倣い軸線Ｔ１，Ｔ２に沿った倣い測定による輪郭形状データから輪郭形状Ｆ１，Ｆ２を取得するとともに、中心軸線Ｃ上で距離Ｌだけ離れた２点Ｐ１，Ｐ２（第１位置および第２位置）を設定し、輪郭形状Ｆ１，Ｆ２における２点Ｐ１，Ｐ２でのそれぞれ倣い軸線Ｔ１，Ｔ２方向のねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２を検出する（図１９の処理Ｓ１２）。
さらに、検出したねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２から、雌ねじＳ１の中心軸線Ｃに対する表面性状測定機の倣い軸線Ｔの傾き量θおよびずれ量ｄＹを計算する（図１９の処理Ｓ１３）。
【００５０】
ここで、傾き量θおよびずれ量ｄＹの計算は、以下のように行う。
図２０において、雌ねじＳ１の平面形状（ＸＹ平面）を見たとき、倣い軸線Ｔ（および平面ＰＴ、前述した図５の説明など参照）は、ねじ形状Ｓの中央を通る中心軸線Ｃ（および平面ＰＣ、前述した図５の説明など参照）に対して、傾き量θの傾きおよびずれ量ｄＹの軸ずれが同時に生じた状態にある。
このような傾きおよび軸ずれにより、前述した倣い測定により得られる輪郭形状Ｆ１，Ｆ２（前述した図７および図９の説明を参照）には、距離Ｌだけ隔てた２点Ｐ１，Ｐ２においてそれぞれねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２が生じている。
このようなねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２については、雌ねじＳ１の規格上のリード角βを利用して、以下のような三角法を利用した演算を行うことができる。
【００５１】
図２１にも示すように、点Ｐ１，Ｐ２においては、倣い軸線Ｔに沿ってねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２が生じている。
ここで、点Ｐ１，Ｐ２における倣い軸線Ｔと中心軸線Ｃとの軸ずれはずれ量ｄＹ１，ｄＹ２であったとすると、これらは次のように表すことができる。
ｄＹ１≒ｄＸ１／２・ｔａｎβ      …（１）
ｄＹ２≒ｄＸ２／２・ｔａｎβ      …（２）
【００５２】
なお、正確には、点Ｐ１，Ｐ２における中心軸線Ｃに沿ったねじ山変位量ｄＸ１’，ｄＸ２’として以下となる。
ｄＹ１＝ｄＸ１’／２・ｔａｎβ      …（３）
ｄＹ２＝ｄＸ２’／２・ｔａｎβ      …（４）
ただし、ｄＸ１’＝ｄＸ１・ｃｏｓθ、ｄＸ２’＝ｄＸ２・ｃｏｓθであり、傾き量θが微小であることを考慮するとｃｏｓθ≒１であるため、前述した式（１）（２）のように近似することができる。
【００５３】
軸ずれのずれ量ｄＹは、傾き量θの傾き成分を除外した平行移動成分として、前述したｄＹ１，ｄＹ２の平均値つまり距離Ｌの中点位置のずれ量として計算することができる。
ｄＹ＝（ｄＹ１＋ｄＹ２）／２
＝（ｄＸ１＋ｄＸ２）／４・ｔａｎβ      …（５）
傾き量θは、距離ＬでｄＹ１，ｄＹ２の差分が生じる傾きということで、次のように計算することができる。
Ｌ・ｔａｎθ＝（ｄＹ１−ｄＹ２）      …（６）
θ＝ｔａｎ−１（ｄＹ１−ｄＹ２）／Ｌ
＝ｔａｎ−１（ｄＸ１−ｄＸ２）／Ｌ・２・ｔａｎβ      …（７）
【００５４】
以上の演算により傾き量θおよびずれ量ｄＹが計算できたら、要求条件に応じて終了判定を行う。
終了判定としては、傾き量θおよびずれ量ｄＹが所定の精度を満足するか否かの判定、後述する処理Ｓ１５の調整が予め設定された繰り返し回数に達したか否かの判定、作業者が終了を指示したか否かの判定の何れかであればよい（図１９の処理Ｓ１４）。
【００５５】
前述した処理Ｓ１４で要求条件が満足されない場合、例えば傾き量θおよびずれ量ｄＹが所定の基準値より大きい場合、表面性状測定機の回転駆動機構４１Ａによりステージ１０および被測定物Ｗ１をα軸廻りに回転させて傾き量θが解消するように調整し、Ｙ軸駆動機構４１によりステージ１０および被測定物Ｗ１を移動させてずれ量ｄＹが解消するように調整する（図１９の処理Ｓ１５）。
一方、前述した処理Ｓ１４で要求条件が満足された場合、傾き量θおよびずれ量ｄＹの調整は行わず、現在の調整状態で倣い測定された輪郭形状Ｆ１，Ｆ２を測定結果とし、この輪郭形状Ｆ１，Ｆ２から雌ねじＳ１のねじ形状特性値（外形、有効径ほか）を計算する。
【００５６】
〔実施形態の効果〕
以上に説明した本実施形態によれば、倣い測定を行って得られた第１軸線Ｔ１および第２軸線Ｔ２の輪郭形状データ（輪郭形状Ｆ１，Ｆ２）から、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２における各軸線上のねじ山および谷の軸線方向の変位量ｄＸ１，ｄＸ２を取得し、これらの差分から傾き成分を取り出し、傾き量θを演算できるとともに、各点の変位量ｄＸ１，ｄＸ２の平均値により共通する軸ずれ成分を取り出し、ずれ量ｄＹを演算することができる。
【００５７】
これらの傾き量θおよびずれ量ｄＹの演算には、幾何学的な近似等を適宜含めることができ、要求される精度に応じて簡略化することができる。一方で、厳密な演算を行うことで、演算精度を高めることができる。これらの精度は、要求されるねじ形状の測定精度に応じて設定することができ、装置および処理の簡略化と精度向上のバランスを適宜選択することができる。
とくに、本実施形態では、雌ねじＳ１のねじ形状の規格にあるリード角βを利用して三角法演算を行うことで、傾き量θおよびずれ量ｄＹの演算を容易に行うことができる。
【００５８】
さらに、一回の倣い測定および傾き量θ、ずれ量ｄＹの演算で得られた結果に基づいて、雌ねじＳ１の表面性状測定機に対する姿勢を調整し、再度倣い測定、傾き量θおよびずれ量ｄＹの演算ないし姿勢の調整を行うことで、精度を更に改善することができ、これらを繰り返すことで、一層の精度向上を図ることができる。
【００５９】
本実施形態では、雌ねじＳ１の上下面の倣い測定に、揺動式のアームを有する表面性状測定機を用いるとともに、測定アーム２４は、揺動方向両側に向けて一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有し、表面性状測定機は、各スタイラス２６Ａ，２６Ｂでそれぞれ第１軸線Ｔ１および第２軸線Ｔ２に沿った倣い測定が行えるようにした。このため、雌ねじＳ１あるいは表面性状測定機を反転等させることなく、それぞれ第１軸線Ｔ１および第２軸線Ｔ２に沿った倣い測定を行うことができる。
【００６０】
〔変形例〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、ねじ形状として雌ねじを用いた例を説明したが、ねじ形状は雄ねじであってもよい。また、ねじ形状の特性値としては、ねじピッチや外形、有効径のほか、ねじの種類毎にＪＩＳに規定されたものが該当する。
【００６１】
前記実施形態では、ねじ形状の倣い測定を行う手段として、揺動式のアームを有しかつ揺動方向の両側のスタイラスで第１軸線および第２軸線に沿った倣い測定を連続して行えるものについて説明したが、ねじ形状の倣い測定を行う手段はこれに限らない。例えば、片側のみにスタイラスを有する通常の輪郭測定機などの一軸移動型の形状測定機を用いてもよい。また、形状測定機に限らず、三次元測定機による一軸移動倣い測定を行ってもよい。さらに、光学的にねじ形状の輪郭測定を行ってもよく、例えば雄ねじの外形を投影して輪郭形状を同時に測定してもよい。
【００６２】
前記実施形態では、ずれ量ｄＹおよび傾き量θの計算にあたり、倣い測定で得られた輪郭形状データから、ねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との距離Ｌおよび雌ねじＳ１のリード角βを用いて、三角法演算によりずれ量ｄＹおよび傾き量θを計算したが、計算式は前述したずれ量ｄＹの式（５）および傾き量の式（７）に限らず、他の演算式としてもよい。
また、ずれ量ｄＹおよび傾き量θの計算の後の終了判定として、傾き量θおよびずれ量ｄＹが所望の精度となること、予め設定された繰り返し回数に達したこと、作業者が終了を指示したこと、の何れかであるとしたが、各々の詳細な条件等は実施にあたって適宜選択すればよく、幾つかの条件を組み合わせて判定してもよい。
【００６３】
前記実施形態では、雌ねじＳ１のねじ形状の規格にあるリード角βを利用して三角法演算を行うことで、傾き量θおよびずれ量ｄＹの演算を行うようにした。このリード角βは、測定するねじ形状の規格に基づいて利用者が制御装置１０１に入力してもよく、あるいは制御装置１０１に予め規格に基づくリード角βのデータテーブルを記録しておき、適宜参照してもよい。
さらに、リード角βを入力あるいは参照することは本発明に必須ではなく、前記実施形態の測定動作の間に、測定するねじ形状の実測値から算出するようにしてもよい。
【００６４】
例えば、先ず「リード角測定」として、中心軸線Ｃと倣い軸線Ｔとがずれた状態（未調整の状態）で、図１９の処理Ｓ１１を行い、第１軸線Ｔ１および第２軸線Ｔ２の輪郭形状を取得する。
そして、第１軸線Ｔ１または第２軸線Ｔ２のねじ山間隔からねじ形状のピッチＰ（複数箇所の平均値が望ましい）を計算し、併せてねじ形状の外径Ｄを計算する。
これらのピッチＰおよび外形Ｄから、リード角βは、β＝Ｔａｎ−１（Ｐ／πＤ）で計算できる。
【００６５】
次に、「仮測定」として、中心軸線Ｃと倣い軸線Ｔとがずれた状態のねじ形状に対し、前述した図１９の処理Ｓ１１〜Ｓ１３を行い、処理Ｓ１３では先に計算したリード角βを用いて計算を行うことにより、仮の傾き量θおよびずれ量ｄＹを計算する。そして、計算された仮の傾き量θおよびずれ量ｄＹに基づいて図１９の処理Ｓ１５を行い、ねじ形状の中心軸線Ｃと倣い軸線Ｔとのずれを「仮調整」する。
この仮調整では、未調整の状態で計算したリード角βを利用しているため、正しくは調整できない。
しかし、仮調整の後、「本調整」として図１９の処理Ｓ１１〜Ｓ１５を繰り返すことで、誤差を収束させることができ、処理Ｓ１４で要求条件が満足できる状態に達したら、処理Ｓ１６でねじ形状特性値の計算を行うことができる。
【００６６】
前記実施形態における処理Ｓ１１〜Ｓ１６は、制御装置１０１に記録された動作プログラムによって全自動で行ってもよい。ただし、一部の処理を手動によって行ってもよい。
例えば、マニュアル式のステージ１０を用いる場合、処理Ｓ１５（傾き量θの調整、ずれ量ｄＹの調整）を作業者が手動で行ってもよい。この場合、処理Ｓ１３までで計算された傾き量θおよびずれ量ｄＹを表示装置に表示させ、作業者がこの表示を見ながら調整を行い、再度倣い測定（処理Ｓ１１）を繰り返す、という手順を行えばよい。
あるいは、処理Ｓ１２で得られたねじ山変位量ｄＸ１，ｄＸ２を表示またはデータ出力し、作業者が別の計算手段などで処理Ｓ１３を行い、得られた傾き量θおよびずれ量ｄＹに基づいて調整を行ってもよい。
このように、本発明の手順は、その一部ないし全部を制御装置で自動実行してもよいし、作業者が手動操作により実行してもよい。
【００６７】
さらに、前記実施形態では、傾き量・ずれ量を求めたうえ、実際にねじ形状を移動させてねじ形状の姿勢を調整し、正しい姿勢でねじ形状を測定するようにしたが、本発明は前述した実際のねじ形状の調整に限らず、測定データでの姿勢調整を行ってもよい。
すなわち、先に傾き量・ずれ量を求めておき、姿勢調整することなしにねじ形状の測定を行い、ねじ形状の特性値の計算を行う際に、先に求めておいた傾き量・ずれ量を参照し、測定データを補正するような利用とすることもできる。
これは、測定対象のねじ形状がＪＩＳやＩＳＯで規定された形状（設計値）通りであると仮定すると、そのねじ形状の三次元形状は既知であり、例えば処理Ｓ１１により倣い測定された曲線は、ねじ形状のどの部分の断面曲線かを推測でき、測定経路に沿ったねじ形状の理論値と測定曲線から得られるパラメータ値（外径やピッチなどの計算値）が比較できることによる。
ただし、現実には、測定対象のねじ形状は理想通りではないので、複数回の倣い測定および演算を行うことで、精度を高めてゆくことができる。特に、前記実施形態ではＰ１，Ｐ２の２点での測定であったのに対し、更に多数の点での測定を行い、統計的に求めることで、実用的な精度を確保することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…ステージ
１０１…制御装置
２０…スタイラス変位検出手段
２４…測定アーム
２４Ａ…第１測定アーム
２４Ｂ…第２測定アーム
２６Ａ…スタイラス
２６Ｂ…スタイラス
２７…変位検出器
４０…相対移動機構
４１…Ｙ軸駆動機構
４１Ａ…回転駆動機構
４４…Ｚ軸駆動機構
４５…Ｘ軸駆動機構
５０…送り機構
６０…測定アーム姿勢切替機構
７０…測定姿勢・測定力制御回路
Ｃ…中心軸線
ｄＸ１，ｄＸ２…点Ｐ１，Ｐ２でのねじ山変位量
ｄＹ…ずれ量
ｄＹ１，ｄＹ２…点Ｐ１，Ｐ２でのずれ量
Ｆ１，Ｆ２…輪郭形状
Ｌ…距離
Ｐ１…第１位置である点
Ｐ２…第２位置である点
ＰＣ…中心軸線Ｃを含む平面
ＰＴ…倣い軸線Ｔを含む平面
Ｓ…ねじ形状
Ｓ１…雌ねじ
Ｔ…倣い軸線
Ｔ１…第１軸線
Ｔ２…第２軸線
Ｗ１…被測定物
β…リード角
θ…ずれ量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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