(57)【要約】【課題】一般的な三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値の測定を行うことができるねじ形状測定方法を提供すること。【解決手段】三次元測定機を利用してねじ穴形状の測定を行う際に、十字スタイラス135の接触部136をねじ穴WHの周辺のワーク表面W1に当接させ、この当接状態のまま十字スタイラス135をねじ穴WHの中心向きに移動させ、接触部136がねじ穴WHの開口SOに達したら、接触部136をねじ形状WSに当接させたまま十字スタイラス135をねじ形状WSの中心軸線に沿って下降させて、ねじ形状WSの輪郭を倣い測定し、この倣い測定を終了したと判定したら十字スタイラス135をねじ穴WHの中心に寄せて外へ引き出す。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元測定機を利用してねじ穴形状の測定を行うねじ形状測定方法であって、
測定すべきねじ穴形状を有するワークが装着される三次元測定機と、この三次元測定機に装着される倣いプローブと、この倣いプローブに装着されかつワークに接触される側方に分岐した接触部を有する分岐型スタイラスとを用い、
前記倣いプローブの倣い測定軸線と前記ねじ穴形状の中心軸線とを合わせる軸合わせ工程と、
前記スタイラスを前記ねじ穴形状に接触させつつ前記倣いプローブを前記倣い測定軸線に沿って移動させる倣い測定工程と、
前記倣い測定で得られた測定データから前記ねじ穴形状の各種特性値を演算する演算工程と、を含み、
前記倣い測定工程は、
前記接触部を前記ねじ穴の周辺の前記ワークの表面に当接させ、
この当接状態のまま前記スタイラスを前記ねじ穴の中心向きに移動させ、
前記接触部が前記ねじ穴の開口に達したら、前記接触部を前記ねじ穴のねじ穴形状に当接させたまま前記スタイラスを前記ねじ穴形状の中心軸線に沿って下降させて、前記ねじ穴形状の輪郭を倣い測定し、
この倣い測定を終了したと判定したら前記スタイラスを前記ねじ穴の中心に寄せて外へ引き出す
ことを特徴とするねじ形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載したねじ形状測定方法において、
前記倣い測定による輪郭データの径方向の値の変動が一定以下になったときに不完全ねじ部の検出と判定し、この不完全ねじ部を検出したら、前記倣い測定を終了したと判定する
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に記載したねじ形状測定方法において、
前記倣い測定工程は、前記ねじ穴形状の周方向の３箇所以上について行う
ことを特徴とするねじ形状測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のねじ形状測定方法をコンピュータに実行させるねじ形状測定プログラムがコンピュータで読取可能に記録された
ことを特徴とするねじ形状測定プログラムを記録した記録媒体。
【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、および、そのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に一般的な三次元測定機を利用して、ねじ形状の特性値を測定できるようにしたねじ形状測定方法、および、そのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物品等の表面の形状測定には三次元測定機が多用されている。
三次元測定機では、形状測定を行う物品等（ワーク）をテーブル上に載置しておき、このテーブルに対して三次元的に相対移動するプローブ先端のスタイラスをワーク表面に接触させる。そして、接触した点の三次元座標位置を読出すことを順次繰返すことで、ワーク表面の立体形状を精密に捉えることが可能である。
【０００３】
このような三次元測定機においては、従来、一般的なワーク表面の形状測定の他、ワーク表面に形成された穴の内径や中心軸位置の測定なども行われている。
また、ワーク表面に形成されたねじ穴について、各々の中心軸位置の測定あるいは複数のねじ穴の軸間距離の測定も行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ねじ形状（ねじ穴＝雌ねじ、ねじ軸＝雄ねじ）については、中心軸位置の他に、ねじ形状の特性を規定する多様なパラメータ（特性値）が存在する。例えば、ねじピッチ、ねじ有効径、ねじ山角度、ねじ切り長さ等である。
これらのねじ形状の特性値を測定する技術としては、従来様々な測定方法が知られている。
【０００５】
例えば、光学式の変位センサをねじ形状に対して軸方向に移動させ、ねじ山の輪郭を非接触で倣い測定することで、ねじピッチ、ねじ山高さ、ねじ径、ねじテーパー等を測定するものがある（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。また、非接触でなくねじ形状の軸線方向の輪郭を接触計測し、更にねじ溝に沿った形状測定により、ねじ形状の精密測定を行う技術も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
なお、ねじ軸の有効径を測定する技術としては、従来より三針測定法が知られている。これは、ねじ軸の片側に２本、反対側に１本の針を、それぞれねじ溝に収るように配置し、各側の針を押えるようにマイクロメータスピンドルで挟み、既知の針径に基づいて既定の演算式からねじ有効径を算出するものである。このために、専用の三針ゲージ、三針用アダプター、三針測定台が開発されている。これら三針式の測定については、JIS B 0271に規定がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３４１８２６号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７６０７号公報
【特許文献３】特開平９−２６４７１９号公報
【特許文献４】特開昭５５−１１３９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、ねじ形状の特性値に対する測定技術は種々あるものの、一般的な三次元測定機を用いた形状測定の一環としてのねじ形状の測定は行われていなかった。
これは、三次元測定機を利用してねじ形状の各種測定を行うためには、既存のプローブ、スタイラスといったハードウェアが適していないとともに、動作プログラムにおいてもねじ形状の各種測定を行うための測定コマンドや測定アルゴリズムが準備されていなかったことによる。
しかし、製品製造工程におけるインライン測定に三次元測定機の導入が進んでいることもあり、ねじ形状の各種測定も三次元測定機で自動的に行えるようにすることが要望されていた。
【０００９】
本発明の目的は、三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値の測定を行えるねじ形状測定方法、および、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のねじ形状測定方法は、三次元測定機を利用してねじ穴形状の測定を行うねじ形状測定方法であって、測定すべきねじ穴形状を有するワークが装着される三次元測定機と、この三次元測定機に装着される倣いプローブと、この倣いプローブに装着されかつワークに接触される側方に分岐した接触部を有する分岐型スタイラスとを用い、前記倣いプローブの倣い測定軸線と前記ねじ穴形状の中心軸線とを合わせる軸合わせ工程と、前記スタイラスを前記ねじ穴形状に接触させつつ前記倣いプローブを前記倣い測定軸線に沿って移動させる倣い測定工程と、前記倣い測定で得られた測定データから前記ねじ穴形状の各種特性値を演算する演算工程と、を含み、前記倣い測定工程は、前記接触部を前記ねじ穴の周辺の前記ワークの表面に当接させ、この当接状態のまま前記スタイラスを前記ねじ穴の中心向きに移動させ、前記接触部が前記ねじ穴の開口に達したら、前記接触部を前記ねじ穴のねじ穴形状に当接させたまま前記スタイラスを前記ねじ穴形状の中心軸線に沿って下降させて、前記ねじ穴形状の輪郭を倣い測定し、この倣い測定を終了したと判定したら前記スタイラスを前記ねじ穴の中心に寄せて外へ引き出すことを特徴とする。
【００１１】
三次元測定機としては、ワークを載置するテーブルとプローブ装着部分とが三次元で相対移動する既存のものが利用できる。
三次元測定機に各工程を実行させるために、制御手段として、三次元測定機の動作制御およびデータ処理を行うために用いられているホストコンピュータ、ホストコンピュータと三次元測定機の間に介在してホストコンピュータからの動作指令に基づいて三次元測定機を作動させるコントローラ等、三次元測定機の制御に用いられている既存の装置を用いればよい。
各工程を実行させるための動作プログラムは、外部で作成して磁気テープ、ディスク等の既存の情報記録媒体によって、またはオンライン通信で制御手段にロードされるようにすればよい。
【００１２】
本発明のねじ形状測定方法では、前記倣い測定による輪郭データの径方向の値の変動が一定以下になったときに不完全ねじ部の検出と判定し、この不完全ねじ部を検出したら、前記倣い測定を終了したと判定することが好ましい。
【００１３】
本発明のねじ形状測定方法では、前記倣い測定工程は、前記ねじ穴形状の周方向の３箇所以上について行うことが好ましい。
【００１４】
本発明のねじ形状測定プログラムを記録した記録媒体は、上述したねじ形状測定方法をコンピュータに実行させるねじ形状測定プログラムがコンピュータで読取可能に記録されたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の前提技術を、図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の前提技術に基づきねじ形状の測定も行えるようにした三次元測定機10が示されている。
三次元測定機10は、三次元測定機本体11と、この三次元測定機本体11から必要な測定値を取り込んで、これを処理するためのホストシステム12とから構成されている。
【００１６】
三次元測定機本体11は、次のように構成されている。
すなわち、除振台111の上には、定盤112（テーブル）がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤112の両側端から立設されたアーム支持体113,114の上端にＸ軸ガイド115が支持されている。
【００１７】
アーム支持体113は、その下端がＹ軸ガイド116に沿ってＹ軸方向に移動可能に配置され、また、アーム支持体114は、その下端がエアーベアリングによって定盤112上にＹ軸方向に移動可能に支持されている。
【００１８】
前記Ｘ軸ガイド115は、垂直方向に延びるＺ軸ガイド117をＸ軸方向にガイドする。Ｚ軸ガイド117には、Ｚ軸アーム118がＺ軸ガイド117に沿って移動するように設けられ、Ｚ軸アーム118の下端に接触式のプローブ13が装着されている。
【００１９】
プローブ13は、定盤112上に載置された被測定物Ｗに接触した際にホストシステム12へ接触検出信号を出力する既存のタッチトリガープローブあるいは接触状態で倣い動作することで輪郭形状を連続して出力する倣いプローブ等であり、接触時点のＸ，Ｙ，Ｚ軸座標値あるいは連続した倣い測定データがホストシステム12に送られて定義演算処理されるようになっている。
【００２０】
なお、プローブ13は、後述するように回転プローブヘッドを介してＺ軸アーム118に接続されるとともに、先端のスタイラスが適宜交換可能である。この際、交換したスタイラス毎の変動誤差を抑えるために、三次元測定機10はスタイラス交換のつど校正動作を行うようになっている。このために、定盤112の角隅部分には校正ポイント119が設置されている。
【００２１】
校正ポイント119は、球状の先端を有し、その中心位置および半径は正確に計測済である。従って、スタイラス交換をした場合、この校正ポイント119の計測により、個々のスタイラスの誤差を算出してその分の補正を行うことができる。
これにより、三次元測定機10に規定される機械座標系と、プローブ13ないしスタイラスに設定されるプローブ座標系との座標合わせが行なわれるようになっている。
【００２２】
ホストシステム12は、次のように構成されている。
すなわち、ホストシステム12は、ホストコンピュータ121と、モニタ122、プリンタ123およびキーボード124とを備えている。
ホストコンピュータ121は、プローブ13からの信号からワークＷの形状データを演算する既存のソフトウェアプログラムを備え、これらを適宜実行して所定の演算処理を行うことができるものである。
【００２３】
具体的には、プローブ13がタッチトリガープローブである場合、接触信号に基づいて三次元測定機本体11の現在位置座標値を読出し、プローブ13先端の接触部の座標位置を割出す。この値はプローブ13が接触したワークＷ表面の位置となる。
また、プローブ13が倣いプローブである場合、三次元測定機本体11に所定の倣い動作を実行させるとともに、プローブ13からの測定データを連続的にモニタし、輪郭形状として記録する。これによりワークＷの特定部分の輪郭形状が測定できる。
【００２４】
図２にはプローブ13が示されている。
前述したように、本実施例のプローブ13は、回転プローブヘッド131を介してＺ軸アーム118に装着されている。また、前述のように、プローブ13としてはタッチトリガープローブあるいは倣いプローブが適宜選択される。
【００２５】
回転プローブヘッド131は、回転軸132を中心にしてプローブ13が0度から90度まで傾斜するように回転可能である（図中Ａ方向）。また、Ｚ軸アーム118に対する連結軸133に対して、本体部分が360度回転自在である（図中Ｂ方向）。
プローブ13に装着されるスタイラスとしては、直線状の標準スタイラス134または四方に分岐を有する十字スタイラス135が適宜選択される。何れのスタイラスも、先端に球状の接触部136を備えている。
【００２６】
前述したプローブ13およびスタイラス134,135は、それぞれホストコンピュータ12からの動作指令に基づいて適宜交換される。また、選択的に使用されるプローブ13およびスタイラス134,135は、三次元測定機本体11の移動範囲内に配置されたツールストッカに準備しておくことで自動交換可能となっている（図１では省略）。
【００２７】
次に、三次元測定機10を用いて行われるねじ形状の測定について説明する。
図３には、本前提技術で測定するねじ形状の特性値が示されている。
図３において、ワークＷの表面Ｗ１にはねじ穴WHが形成されており、その内周にはねじ形状WSが形成されている。ねじ形状WSは開口SOから奥へ完全ねじ部S1、不完全ねじ部S2、ドリル下穴部S3となっている。ここで、ドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPが測定すべき特性値となっている。
【００２８】
これらの特性値を測定するために、本前提技術では図４、図５、図６に示す一連の処理を実行する。これらの処理は、ホストコンピュータ12で実行されるプログラムに基づく動作指令に従って三次元測定機本体11が動作することで実行される。
【００２９】
はじめに、座標系の設定を行う（処理ST1）。
この処理では、通常使用しているタッチトリガープローブと標準スタイラス134を装着した状態で、前述した校正ポイント119による機械座標系とプローブ座標系との整合を行った後、ワークＷの所定の表面部位を数点測定する。つまり、ワークＷの表面部位は予め設計データに基づいて解っているが、ワークＷの定盤112に対する載置状態に応じて各点の測定値は変化する。従って、ここで複数点の測定値から校正値を割出し、この後のワークＷ各部の測定値を補正するようにする。
【００３０】
次に、ワークＷのねじ形状WSの中心座標SP'の仮測定を行う（処理ST2）。
この処理では、既存のねじ測定マクロコマンド等を利用する。具体的には、前述した従来のねじ軸位置測定方法を利用する。この処理によりねじ形状WSの中心軸線S4の位置SP'が暫定的に測定される。
【００３１】
暫定的な中心軸線S4の位置SP'が得られたら、測定対象の特性値の一つであるドリル下穴の深さSMの測定を行う（処理ST3）。
この処理においては、先ずプローブ13をタッチトリガープローブから倣いプローブに交換する。但し、スタイラスは標準スタイラス134とする。交換したら校正ポイント119で校正をしておく。
【００３２】
この状態で、プローブ13を移動させ、スタイラス134をねじ穴WH内に導入し、中心軸線S4に沿って降下させ、図７に示すように先端の接触部136を底部中心S5に接触させる。接触までの移動距離はワークＷの設計データを参照して概略的に決定すればよい。
スタイラス134の接触部136が底部中心S5に接触した状態では、接触部136の半径r、ドリル下穴部S3の内径dとして、X=(d/2)tanθ-r/cosθがドリル下穴部S3下端から接触部136の中心までの距離となる。従って、中心軸線S4の方向の座標位置からXを引いたものがドリル下穴の深さSMとなる。
【００３３】
次に、測定対象の特性値であるねじ形状WSの中心座標SPの本測定と有効径SDの測定を行うための処理に移る。
まず、倣いプローブになっているプローブ13から標準スタイラス134を外し、十字スタイラス135を装着する。装着したら校正ポイント119で校正をしておく。併せて、スタイラス135の姿勢を調整しておく。具体的にはスタイラス135の+Y軸側、-Y軸側、+X軸側、-X軸側の接触部136が正しく機械座標系の各軸方向に向くように向きを調整する。
この状態で、回転プローブヘッド131を作動させ、プローブ13の倣い軸線をねじ穴WHの中心軸線S4に合わせる。中心軸線S4としてはワークＷの設計データ値を参照する（処理ST4）。
【００３４】
この状態で、ねじ穴WHの内周のねじ形状WSの倣い動作を行う（処理ST5）。この倣い動作の詳細は図５に示されている。
すなわち、スタイラス135をねじ穴WHの開口中心位置に配置し（処理ST11）、ねじ穴WH内に導入したうえ、中心軸線S4に沿って下降（奥側へ移動）させる（処理ST12）。ワークＷの設計データあるいは先に測定したドリル下穴の深さSMに基づいて接触部136がねじ穴底部近傍に達したら減速し、底面に達したら移動を停止する（処理ST13）。
【００３５】
続いて、何れかの接触部136の方向（例えば+Y方向）へ径方向移動させ（処理ST14）、この接触部136がねじ形状WSに接触したら停止させる（処理ST15）。この状態で、中心軸線S4に沿ってスタイラス135を上昇（開口側へ移動）させ（処理ST16）、ねじ穴開口SOに達したら（処理ST17）、スタイラス135をねじ穴WHの外へ取出す（処理ST18）。このうち、処理ST16の間にねじ形状WSの輪郭データを測定する。
【００３６】
これらの一連の動作は図８に示すようになる。図８において、各矢印は接触部136の軌跡を示す。
これらにより、ねじ形状SWの一方向（+Y方向）の輪郭が仮に測定され、この方向における開口SOからの山谷が把握される。
【００３７】
図４に戻って、ねじ穴WHの有効径SDおよび中心位置SPを測定するために、ポイント測定を+Y,-Y,+X,-X各方向に90度間隔で４回繰返す（処理ST6）。このポイント測定の詳細は図６に示されている。
【００３８】
すなわち、スタイラス135をねじ穴WHの開口中心位置に配置し（処理ST21）、ねじ穴WH内に導入したうえ、中心軸線S4に沿って下降（奥側へ移動）させ、先に処理ST14で選択したのと同じ接触部136（ここでは+Y方向）がねじ穴開口SOから４谷目となるZ軸位置にくるように移動する（処理ST22）。
【００３９】
この状態で、先の+Y方向の接触部136を対応する+Y方向へ移動させ、対向するねじ形状WSの谷に接触させ、その位置をポイント測定する（処理23）。
次に、スタイラス135を中心に戻すとともに、Z軸位置を4分の1ピッチ分下降させる（処理ST24）。この際のねじピッチPはワークＷの設計データを利用する。
この状態で、隣接する+X方向の接触部136を対応する+X方向へ移動させ、対向するねじ形状WSの谷に接触させ、その位置をポイント測定する（処理25）。
【００４０】
この時、Z軸位置はP/4ずらされており、従って+X方向の接触部136は先に+Y方向の接触部136が入ったねじ谷と連続するねじ谷に入ることになる。
これらの径方向移動および中心でのZ軸P/4移動を繰返すことで続く-Y方向、-X方向のポイント測定も順次行われる（処理ST26〜ST29）。そして、+X方向のポイント測定が終ったらスタイラス135をねじ穴WHの外へ取出す（処理ST30）。
【００４１】
これらの一連の動作は図９および図１０に示すようになる。各図において、各丸印は接触部136の各処理毎の位置を示し、各矢印は接触部136の軌跡を示す。
これらにより、ねじ形状SWの一連のねじ谷に関する+Y,-Y,+X,-Xの4方向、つまり90度づつ一周分のポイントが測定される。
【００４２】
図４に戻って、以上により測定したねじ形状SWの一連のねじ谷に関する+Y,-Y,+X,-Xの4方向のポイントデータをホストコンピュータ12で演算処理することでねじ穴WHの有効径SDおよび中心位置SPが把握される（処理ST7）。
【００４３】
なお、ねじ穴WHの有効径SDの演算は、ねじ軸の場合に利用される公知の三針式計算法をねじ穴に適用して次のように行う。
先ず、ポイント測定した4点のデータから4つの接触状態にある時の接触部136の中心座標が解るので、この中心座標を通る一つの円の直系SD1を求める。ここで、接触部136の半径r、ねじの公称ピッチP、ねじ山の角度痾、ねじ山の高さh0とすると、図１１に示す関係がある。
すなわち、図中の距離h1、h3、hは次式のようになる。
【００４４】
（数１）
h1＝h2 cosec(α/2)＝r cosec(α/2)
h3＝h0/2＝(P/4)cot(α/2)
h＝h1−h3＝｛r cosec(α/2)｝−｛(P/4)cot(α/2)｝
【００４５】
従って、ねじ穴WHの有効径SDは次式の通りとなる。
【００４６】
（数２）
SD＝SD1＋2h
＝SD1＋2［｛r cosec(α/2)｝−｛(P/4)cot(α/2)｝］
＝SD1＋2r cosec(α/2)−(P/2)cot(α/2)
【００４７】
次に、ねじ穴WHの内周のねじ長SLを測定するために、ねじ形状WSの倣い動作を行う（処理ST8）。この倣い動作の詳細は前述の図５の手順である。
そして、ここで得られた倣い測定データに基づいて、ねじ形状WSの不完全ねじ部S2と完全ねじ部S1との境界位置を割出し、これにより完全ねじ部S1の長さとしてねじ長SLを演算する（処理ST9）。
【００４８】
具体的には次のような演算手順を採用する。
図１２において、ねじ形状WSは完全ねじ部S1の下方には不完全ねじ部S2があり、更に下方にはドリル下穴S3が続いている。倣い測定軌跡WS1は、先の倣い動作の際の接触部136の中心位置を順次記録したものである。
【００４９】
倣い測定軌跡WS1を直線近似することで、各ねじ山の斜面に沿った直線的な近似軌跡WS2を計算する。この近似軌跡WS2の山側の交点および谷側の交点は、加工誤差や丸み変形等を含まないため実際のねじ山先端およびねじ谷先端よりも高精度に位置を確定できる。そして、各交点のうち谷側の交点の中心軸線S4からの距離（＝半径Ri）を順次計算する。
【００５０】
ここで、公称のねじ外径R0に対し、その90％以上あれば完全ねじ部F1、以下であれば不完全ねじ部F2と規定する。つまり、真境界半径RS'=R0×0.9とする。そして、対応するねじ谷に対する接触部136（半径r）の中心位置の中心軸線S4からの距離を仮境界半径RS=RS'-rとする。
【００５１】
このような仮境界半径RSに基づいて、先に計算した各谷の交点の半径Riを評価すると、例えば半径Rn+1以上は仮境界半径RSより大きく、Rn以下が仮境界半径RSより小さければ、この２つの谷の間に実際の境界が存在することになる。
【００５２】
この実際の境界のZ軸位置は次のように確定することができる。
図１３に示すように、完全ねじ部S1に属する半径Rn+1の谷と不完全ねじ部S2に属する半径Rnの谷とは１ピッチP分だけZ軸位置がずれている。そして、図から明らかなように(RS-Rn)/ΔZ=(Rn+1-Rn)/Pの関係があり、これからΔZ=P(Rn+1-Rn)/(RS-Rn)となる。従って、半径Rnとなった谷のZ軸位置からΔZを差引けば、実際の境界の位置が求まる。そして、この値から更にねじ穴WHの開口SOのZ軸位置を差引けば、完全ねじ部S1のねじ長SLが算出できる。
【００５３】
なお、図１３では谷部深さが直線的に変化する場合を示したが、この変化は他の関数、例えば指数関数的に変化するものであってもよい。
更に、これらの関係はテーブルに予め格納しておき、適宜参照できるようにしてもよい。
以上により、ねじ形状WSのドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPが全て測定できたことになる。
【００５４】
このような本前提技術によれば次に示すような効果がある。
すなわち、三次元測定機10により通常のワークＷ表面の形状測定を行うことができる。つまり、プローブ13、スタイラス134,135に至るプローブ群は既存の構成であり、通常のワークＷ表面の形状測定動作を妨げるものではない。
【００５５】
一方、ワークＷに形成されたねじ形状WSについても、同じ装置のままねじ形状の各種特性値の測定を行うことができる。
すなわち、軸合わせ工程により、倣いプローブがワークＷ表面のねじ形状WSに対して、その軸線方向に倣い方向が合わせられた所定の姿勢でセットされる。そして、倣い測定工程により、ねじ形状WSが倣い測定される。さらに、演算工程により、倣い測定によるデータから、ねじ形状WSの各特性値を演算することができる。
【００５６】
従って、三次元測定機10を用いて、通常のワークＷ表面の形状測定から、従来は別途作業が必要だったねじ形状WSの測定までをシームレスに実行することができ、製造ライン等でのインライン測定を行うことも可能となる。
【００５７】
なお、本発明の前提技術は前記前提技術に限定されるものではなく、以下に示す変形等も本発明に含まれるものである。
すなわち、前記前提技術では、測定するねじ形状WSの特性値として、ドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPの４つを設定したが、他の特性値を選択してもよい。
【００５８】
すなわち、前記前提技術では専らワークの設計データから得たピッチPを用いていたが、倣い測定軌跡WS1の直線近似で得られた近似軌跡WS2（図１２参照）におけるねじ山側の交点あるいは谷側の交点の位置から正確なピッチP'を求めてもよい。
また、同じく近似軌跡WS2において、ねじ山側の交点あるいは谷側の交点の交叉角度からねじ山角度を求めても良い。
【００５９】
前記前提技術においては、座標系の設定（処理ST1）の後、既存方法による中心座標の仮測定（処理ST2）を行ったが、これは適宜省略してもよい。省略した場合、ワークＷの設計データを代用する等ができる。
【００６０】
また、前記前提技術では、4回のポイント測定の前に倣い動作１（処理ST5）を行い、その後にねじ長測定のための倣い動作２（処理8）を行ったが、これは兼用してもよい。例えば、先にねじ長測定を行い、後でポイント測定を行ってもよい。あるいは、ポイント測定の前の倣い動作１を省略してもよい。この場合、ワークＷの設計データを参照する等によりねじ谷を探る等すればよい。
【００６１】
更に、前記前提技術では各測定動作の都度、各特性値を演算するようにしたが、全ての測定動作を行った後に一括して演算工程を実施してもよい。
また、前記前提技術ではねじ穴の内側のねじ形状の測定を行ったが、ねじ軸の外側のねじ形状の測定を行ってもよい。
【００６２】
以上は、本発明の前提技術であり、次に本発明の実施形態について説明する。
前記前提技術ではスタイラスを穴の奥から開口側へ戻る形で倣い動作を行ったが、本発明の実施形態のように、開口側から奥側へ向けて倣い動作を行うようにしてもよい。
図１４ないし図１６には本発明の実施形態が示されている。
図１６に示すように、本実施形態では前記前提技術と同じ装置構成を用いるが、スタイラス135はねじ穴WHの開口SO側から内部へと向う倣い動作を3回繰返してねじ形状WSの測定を行うようになっている。
【００６３】
図１４において、座標系の設定（処理ST31）、スタイラス軸線の設定（処理ST32）は前記前提技術と同様である。続く倣い測定開始位置への移動（処理33）は、ねじ穴WHの開口SOのやや上方にスタイラス135を配置する。この開始位置から、続く3回の倣い測定（処理ST34〜ST36）を行う。
【００６４】
図１５において、各倣い測定においては、先ずスタイラス135をねじ穴WHの開口SOのやや上方に配置する（処理ST41）。次に、スタイラス135をワークＷに近接させ（処理ST42）、ねじ穴WHの周辺のワークＷの表面W1に倣い測定する接触部136を当接させる（処理ST43）。そして、当接状態のままスタイラス135をねじ穴WHの中心向きに移動させ（処理ST44）、接触部136がねじ穴WHの開口SOに達するまで続ける（処理ST45）。
【００６５】
続いて、接触部136をねじ穴WHのねじ形状WSに当接させたまま、スタイラス135をねじ穴WHの中心軸線S4（図３参照）に沿って下降させ、ねじ形状WSの輪郭を倣い測定する（処理ST46）。この倣い測定は、不完全ねじ部F2（図３参照）が検出されるまで続ける。
【００６６】
ここで、不完全ねじ部F2の検出は、倣い測定における輪郭データの径方向の値の変動が一定以下になった時（ねじ山ねじ谷の高さが小さくなった時）に検出と判定する（処理ST47）。不完全ねじ部が検出されたら、スタイラス135をねじ穴WHの中心に寄せ、外へ引出す（処理ST48）。
【００６７】
これら3回の倣い測定の後、ねじ形状の各特性値を演算する（処理ST37）。ここでは、倣い測定によりねじ形状WSのねじ長SL、ねじピッチP'の他、周方向に3点の位置を測定することで中心軸線S4の位置や傾き等も検出可能できる。
【００６８】
以上に述べたように、本発明によれば、一般的な三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値の測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、ねじ形状測定方法、および、そのプログラムを記録した記録媒体に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の前提技術の装置構成を示す斜視図。
【図２】前記前提技術のプローブを示す分解斜視図。
【図３】前記前提技術のねじ穴を示す模式断面図。
【図４】前記前提技術の基本工程を示すフローチャート。
【図５】前記前提技術の倣い動作を示すフローチャート。
【図６】前記前提技術のポイント測定を示すフローチャート。
【図７】前記前提技術のドリル下穴深さ測定を示す模式断面図。
【図８】前記前提技術の倣い動作を示す模式断面図。
【図９】前記前提技術のポイント測定を示す模式断面図。
【図１０】前記前提技術のポイント測定を示す模式平面図。
【図１１】前記前提技術の有効径の演算を示す模式断面図。
【図１２】前記前提技術の完全ねじ部境界の演算を示す模式平面図。
【図１３】前記前提技術の完全ねじ部境界の演算を示すグラフ。
【図１４】本発明の実施形態の基本工程を示すフローチャート。
【図１５】前記実施形態の倣い動作を示すフローチャート。
【図１６】前記実施形態の倣い動作を示す模式斜視図。
【符号の説明】
【００７１】
10  三次元測定機
11  三次元測定機本体
12  ホストコンピュータ
13  プローブ
131 回転プローブヘッド
134 標準スタイラス
135 十字スタイラス
136 接触部
Ｗ  ワーク
WH  ねじ穴
WS  ねじ形状
W1  ワーク表面
SO  開口
S1  完全ねじ部
S2  不完全ねじ部
S3  ドリル下穴
S4  中心軸線
SP  中心軸線の位置
SM  ドリル下穴深さ
SL  ねじ長
SD  有効径
【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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