(57)【要約】【課題】  変位計の干渉を抑制して、三点法による形状測定を可能とする。【解決手段】  測定対象物５９と測定対象物５９の周囲に配置された３個のレーザ変位計８９，９１，９３とを測定対象物５９の軸心回りに相対回転可能に支持し、測定対象物５９と３個のレーザ変位計８９，９１，９３との相対回転により各レーザ変位計８９，９１，９３に測定対象物５９の表面の変位検出を別個独立に順に行なわせるコンピュータ１０９を設け、各レーザ変位計８９，９１，９３の検出結果を合成して測定対象物５９の形状を演算するコンピュータ１０９を設けたことを特徴とする。【選択図】  図１０
2005069837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の周囲三方に、該測定対象物の表面の変位を検出する３個の変位計を配置し、該変位計の変位検出結果から前記測定対象物の形状測定を行う三点法による形状測定方法において、
前記各変位計と前記測定対象物との相対回転により該測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行い、各変位計の検出結果を合成して前記形状測定を行うことを特徴とする順次三点法による形状測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の順次三点法による形状測定方法であって、
前記相対回転を、次の変位計の測定開始前に初期位置に逆転により戻すことを特徴とする順次三点法による形状測定方法。
【請求項３】
測定対象物と該測定対象物の周囲に配置された３個の変位計とを前記測定対象物の軸心回りに相対回転可能に支持し、
前記測定対象物と前記３個の変位計との前記相対回転により前記各変位計に前記測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行なわせる制御手段を設け、
前記各変位計の検出結果を合成して前記測定対象物の形状を演算する演算手段を設けたことを特徴とする順次三点法による形状測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の順次三点法による形状測定装置であって、
前記制御手段は、次の変位計の測定開始前に前記相対回転を初期位置に逆転により戻すことを特徴とする順次三点法による形状測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の順次三点法による形状測定装置であって、
前記測定対象物は、前記制御手段により制御される駆動部により回転駆動可能な主軸に支持され、
前記３個の変位計を、前記主軸と共に支持台に支持したことを特徴とする順次三点法による形状測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の順次三点法による形状測定装置であって、
前記支持台は、前記主軸を支持したベースユニットの全体ベースと、前記３個の変位計を支持し前記ベースユニットの位置決め固定部に対して着脱自在に位置決め固定可能な測定ユニットの測定ベースとを備え、
前記全体ベースの位置決め固定部に着脱自在に位置決め固定可能であり該固定状態で前記主軸に支持した切削対象物を回転切削可能な切削ユニットの切削ベースを備えたことを特徴とする順次三点法による形状測定装置を備えた小型旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロサイズの機械要素の形状測定が可能な順次三点法による形状測定方法及び装置、マイクロサイズの機械要素の加工及び形状測定が可能な小型旋盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の形状測定を行うには、図２０に示すような装置が用いられることがある。この図２０は、真円度測定器の斜視図である。この真円度測定器は、回転テーブル２０３上に測定対象物２０１を支持させ、測定対象物２０１の外周面に検出器２０５の触診部２０７を接触させる。前記回転テーブル２０３の回転によって測定対象物２０１を回転させ、このときの触診部２０７の変位から測定対象物２０１の真円度を測定する。
【０００３】
しかし、測定対象物２０１がマイクロマシン等の部品である場合には、その測定対象物２０１が微細であるために接触式の触診部２０７によって破壊されるおそれがある。
【０００４】
これに対し、図２１，図２２に示されるような非接触式の測定装置がある。図２１は、いわゆる三点法による形状測定装置の原理図、図２２はレーザ光の照射を示した原理図である。図２１，図２２のように、三点法による形状測定装置では、３台の変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃを測定対象物２１１の周囲三方に配置している。３台の変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃには、例えばレーザ変位計が用いられている。
【０００５】
図２３は三点法による測定データの取得法を示す説明図、図２４は各レーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃのレーザ光２１３Ａ，２１３Ｂ，２１３Ｃが測定対象物２１１に入射している状態の概略図を示している。
【０００６】
図２１〜図２４のように、測定対象物２１１を３６０度回転させ、変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃにより、測定対象物２１１の一回転分の変位を同時に検出する。そのレーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃの変位検出結果から測定対象物２１１の形状測定を行う。測定理論は、以下のとおりである。
【０００７】
図２１に示すように、３台のレーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃの測定中心軸の交点をＯとし、各レーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃ間の角度をφ、及びτとする。点Ｏを通る直角座標系をＸ−Ｙとし、Ｘ軸からの回転角をθとする。測定対象物２１１の回転中心Ｏ′は、一般には点Ｏと一致しないが、点Ｏの近傍にある。このため、測定軸の形状は、その平均半径をｒ０として次式で表わされる。
【０００８】
【数１】
2005069837.tif 000003
各変位計の出力ＳＡ，ＳＢ，ＳＣは次のようになる。
【０００９】
ＳＡ（θ）＝ＲＡ−ｒ（θ）−ｘ（θ）                            （２）
ＳＢ（θ）＝ＲＢ−ｒ（θ−φ）−ｘ（θ）cosφ＋ｙ（θ）sinφ    （３）
ＳＣ（θ）＝ＲＣ−ｒ（θ＋τ）−ｘ（θ）cosτ−ｙ（θ）sinτ    （４）
ここで、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはレーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃと点Ｏとの間の距離を表し、ｘ（θ），ｙ（θ）はラジアル振れのＸ，Ｙ方向の成分を表している。次に、レーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃの出力に係数１，ａ，ｂをそれぞれ乗じたうえで加え合わせると、合計出力は次のようになる。
【００１０】
【数２】
2005069837.tif 000004
このとき、
ａsinφ−ｂsinτ＝０      １＋ａcosφ＋ｂcosτ＝０          （６）
を満足するようなａ，ｂ，τ，φを選択すれば式（５）はｘ（θ），ｙ（θ）と無関係になるから
αｋ＝１＋ａcosｋφ＋ｂcosｋτ    βｋ＝−ａsinｋφ＋ｂsinｋτ  （７）
と変換して、式（５）は次のように表される。
【００１１】
【数３】
2005069837.tif 000005
Ｓ（θ）のフーリエ係数をＦｋ，Ｇｋとおくと
ＦＫ＝−ＡＫαＫ−ＢＫβＫ    ＧＫ＝−ＡＫβＫ−ＢＫαＫ                    （９）
と表されるから、被削材形状ｒ（θ）のフーリエ係数が次のように求められる。
【００１２】
ＡＫ＝（−αＫＦＫ＋βＫＧＫ）／（αＫ２＋βＫ２）
ＢＫ＝（−βＫＦＫ＋αＫＧＫ）／（αＫ２＋βＫ２）                      （１０）
これを式（１）に代入することにより各角度における断面形状が求まる。
【００１３】
ところで、前記各レーザ変位計２０９Ａ，２０９Ｂ，２０９Ｃの各レーザ光２１３Ａ，２１３Ｂ，２１３Ｃは、そのスポット径が約２０μｍであるが、図２４のように照射範囲がスポット径の周囲±０．５ｍｍにまで及ぶ。従って、スポット径の周囲±０．５ｍｍに他のレーザ光が入射すると、範囲２１５で干渉を起こし、測定ができなくなる恐れがある。
【００１４】
このため、測定対象物２１１の径が小さくなると、三点法において図２４のように、三点同時に測定できず、測定不能に陥り、非接触の測定ができないという問題がある。
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−９１２４４号公報
【００１６】
【非特許文献１】奥山英樹、守時一著「三点法真円度測定法における検出子間の特性ずれの影響」精密工学会誌、１９９９年第６５巻３号ｐ４４７−５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
解決しようとする問題点は、三点法による形状測定では、マイクロマシン等の部品の形状測定には無理があるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の形状測定方法は、各変位計と測定対象物との相対回転により該測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行い、各変位計の検出結果を合成して形状測定を行うことを最も主要な特徴とする。
【００１９】
前記相対回転を、次の変位計の測定開始前に初期位置に逆転により戻すことを特徴とする。
【００２０】
本発明の順次三点法による形状測定装置は、測定対象物と該測定対象物の周囲に配置された３個の変位計とを前記測定対象物の軸心回りに相対回転可能に支持し、前記測定対象物と前記３個の変位計との前記相対回転により前記各変位計に前記測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行なわせる制御手段を設け、前記各変位計の検出結果を合成して前記測定対象物の形状を演算する演算手段を設けたことを特徴とする。
【００２１】
前記制御手段は、次の変位計の測定開始前に前記相対回転を初期位置に逆転により戻すことを特徴とする。
【００２２】
前記測定対象物は、前記制御手段により制御される駆動部により回転駆動可能な主軸に支持され、前記３個の変位計を、前記主軸と共に支持台に支持したことを特徴とする。
【００２３】
前記支持台は、前記主軸を支持したベースユニットの全体ベースと、前記３個の変位計を支持し前記ベースユニットの位置決め固定部に対して着脱自在に位置決め固定可能な測定ユニットの測定ベースとを備え、前記全体ベースの位置決め固定部に着脱自在に位置決め固定可能であり該固定状態で前記主軸に支持した切削対象物を回転切削可能な切削ユニットの切削ベースを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の順次三点法による形状測定方法では、各変位計と測定対象物との相対回転により、測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行い、各変位計の検出結果を合成して形状測定を行うため、各変位計の干渉を招くことなく、三点法と同様に形状測定を行うことができる。
【００２５】
従って、測定対象物がマイクロマシン等の部品であっても、無理なく形状測定を行うことができる。
【００２６】
前記相対回転を次の変位計の測定開始前に初期位置に逆転により戻すため、変位検出を変位計毎に別個独立に行いながら、各変位計と測定対象物との相対回転の条件を合わせることができ、より正確な形状測定を行うことができる。
【００２７】
本発明の順次三点法による形状測定装置では、測定対象物と該測定対象物の周囲に配置された３個の変位計とを前記測定対象物の軸心回りに相対回転可能に支持し、前記測定対象物と前記３個の変位計との前記相対回転により前記各変位計に前記測定対象物の表面の変位検出を変位計毎に別個独立に行なわせる制御手段を設け、前記各変位計の検出結果を合成して前記測定対象物の形状を演算する演算手段を設けたため、各変位計の干渉を招くことなく、三点法と同様に形状測定を行うことができる。
【００２８】
従って、測定対象物がマイクロマシン等の部品であっても、無理なく形状測定を行うことができる。
【００２９】
前記制御手段は、次の変位計の測定開始前に前記相対回転を初期位置に逆転により戻すため、変位検出を変位計毎に別個独立に行いながら、各変位計と測定対象物との相対回転の条件を合わせることができ、より正確な形状測定を行うことができる。
【００３０】
前記測定対象物は、前記制御手段により制御される駆動部により回転駆動可能な主軸に支持され、前記３個の変位計を前記主軸と共に支持台に支持したため、制御手段による駆動部の制御により、前記相対回転を初期位置に正確に戻すことができ、より正確な形状測定を行うことができる。
【００３１】
前記支持台は、前記主軸を支持したベースユニットの全体ベースと、前記３個の変位計を支持し、前記ベースユニットの位置決め固定部に対して着脱自在に位置決め固定可能な測定ユニットの測定ベースとを備え、前記全体ベースの位置決め固定部に着脱自在に位置決め固定可能であり、該固定状態で前記主軸に支持した切削対象物を回転切削可能な切削ユニットの切削ベースを設けたため、切削ユニットによって対象物を回転切削した後、主軸に支持した切削対象物をそのまま測定対象物として測定ユニットにより測定することができ、より正確な形状測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
マイクロマシン等の部品を形状測定するという目的を順次三点法により実現した。
【実施例１】
【００３３】
図１，図２，図３は、本発明の実施例１に係る順次三点法による形状測定装置を備えた小型旋盤の概略全体図を示し、図１はベースユニットに切削ユニットを位置決め固定した概略全体図、図２はベースユニットに測定ユニットを位置決め固定した概略全体図、図３はベースユニットに測定ユニットを位置決め固定した状態の平面図である。
【００３４】
図１〜図３のように、小型旋盤１は、ベースユニット３に対し切削ユニット５及び測定ユニット７を着脱自在に位置決め固定可能となっている。
【００３５】
図４は、前記ベースユニット３の斜視図である。図１〜図４のように、ベースユニット３は、主軸９を支持するもので、全体ベース１１を備えている。全体ベース１１は、位置決め固定部１３と、台座１５とからなっている。
【００３６】
前記位置決め固定部１３は、位置決め固定部本体２３と位置決め面１７，１９，２１とを備えている。位置決め固定部本体２３は、平板状をなしている。位置決め固定部本体２３の側面には、位置決めブラケット２５及び３箇所のユニット固定ブラケット３７，３９，４１がボルト２９によって締結固定されている。
【００３７】
前記位置決め面１７は、平板状の位置決め固定部本体２３上面で構成されている。位置決め面１７の上面には、３箇所の位置決めピン３１が突設されている。３箇所の位置決めピン３１は、切削ユニット５及び測定ユニット７をＺ方向（上下方向）へ位置決め拘束する。
【００３８】
前記位置決め面１９は、位置決めブラケット２５の側面で構成されている。位置決め面１９には、２箇所の位置決めピン３３が設けられている。２箇所の位置決めピン３３は、前記切削ユニット５及び測定ユニット７をＹ方向（前後方向）へ位置決め拘束する。
【００３９】
前記位置決め面２１は、前記台座１５を構成する台座本体２７の側面で構成されている。位置決め面２１には、１箇所の位置決めピン３５が設けられている。位置決めピン３５は、前記切削ユニット５及び測定ユニット７をＸ方向（左右方向）へ位置決め拘束する。
【００４０】
従って、前記切削ユニット５あるいは測定ユニット７を、位置決めピン３１，３３，３５に突き当てることにより、位置決め固定部１３に対し正確に位置決め固定することができる。
【００４１】
前記ユニット固定ブラケット３７は、Ｙ方向に貫通形成されたボルトねじ込み孔３８を備えている。前記ユニット固定ブラケット３９は、Ｚ方向に貫通形成されたボルトねじ込み孔４０を備えている。前記ユニット固定ブラケット４１は、ＸＹＺ方向に対し斜めに貫通形成されたボルトねじ込み孔４２を備えている。
【００４２】
図３のように、前記ユニット固定ブラケット３７には前記ボルトねじ込み孔３８にＸ方向にボルト４３をねじ込み、前記ユニット固定ブラケット３９にはボルトねじ込み孔４０にＺ方向にボルト４５をねじ込み、前記ユニット固定ブラケット４１にはボルトねじ込み孔４２に斜めにボルト４９をねじ込んでいる。これらボルト４３，４５，４９によって、位置決め固定部１３上の切削ユニット５あるいは測定ユニット７に締め付け力を与え、前記各位置決めピン３１，３３，３５に突き当てる。
【００４３】
前記台座本体２７上には、主軸支持部５１と、モータブラケット５３とが設けられている。主軸支持部５１には、主軸９が転がり軸受けによって回転可能に軸支されている。モータブラケット５３には、駆動部としてサーボモータ５５が取り付けられている。サーボモータ５５には、前記主軸９がカップリング５６を介して結合されている。前記主軸９には、コレットチャック５７が設けられ、測定対象物５９或いは後述する切削対象物が支持される。
【００４４】
図５は、前記切削ユニット５を示す概略斜視図である。図５の切削ユニット５は、前記全体ベース１１の位置決め固定部１３に着脱自在に位置決め固定可能となっている。切削ユニット５は、前記位置決め固定状態で前記主軸９に支持した切削対象物を回転切削する。
【００４５】
前記切削ユニット５は、平板状の切削ベース６１を備えている。切削ベース６１の２箇所の側面の一方には、前記全体ベース１１の位置決めピン３３に対応する２箇所の位置決めピン６３が突設され、同他方には前記位置決めピン３５に対応する１箇所の位置決めピン６５が突設されている。切削ベース６１の下面には、前記全体ベース１１の位置決めピン３１に対応する３箇所の位置決めピン（図示せず）が突設されている。
【００４６】
前記切削ベース６１は、下面の位置決めピンが前記位置決め固定部１３の位置決めピン３１に突き当てられる。同前記位置決めピン６３が前記位置決めピン３３に突き当てられる。同前記位置決めピン６５が前記位置決めピン３５に突き当てられる。これらの突き当てで切削ベース６１は、ベースユニット３の位置決め固定部１３に対し正確に位置決められる。
【００４７】
前記切削ユニット５の切削ベース６１上には、ＸＹステージ６７、三分力センサ６９を介して、刃物台７１が設けられている。刃物台７１には、バイト７３が支持されている。
【００４８】
前記ＸＹステージ６７は、サーボモータ７５，７７を備えている。サーボモータ７５，７７の駆動によって、ＸＹステージ６７が駆動され、刃物台７１をＸ方向、Ｙ方向へ移動させる。
【００４９】
前記三分力センサ６９は、切削抵抗を測定するものである。三分力センサ６９は、例えば水晶圧電式力センサが用いられ、任意の方向から作用する力を直交３成分に分解して測定する。
【００５０】
図６は、前記測定ユニット７の斜視図である。図６のように、測定ユニット７は、測定ベース７９を備えている。測定ベース７９は、前記切削ベース６１と同形状に形成され、側面に位置決めピン８１，８３を備え、底面にも前記切削ベース６１と同様に位置決めピンを備えている。
【００５１】
従って、測定ユニット７は、測定ベース７９の位置決めピン８１，８３、底面部の位置決めピンによって、切削ユニット５と同様に前記ベースユニット３の位置決め固定部１３に対し正確に位置決められる。
【００５２】
前記測定ベース７９上には、Ｘステージ８５を介して、センサブラケット８７が取り付けられている。Ｘステージ８５は、サーボモータ８６によって、Ｘ方向に左右駆動されるようになっている。
【００５３】
前記センサブラケット８７には、貫通孔８８がＸ方向に貫通形成されている。貫通孔８８は、測定ユニット７をベースユニット３に固定したとき、測定対象物５９を挿通させる。センサブラケット８７には、３個の変位計としてレーザ変位計８９，９１，９３が設けられている。レーザ変位計８９，９１，９３の配置は、図７のようになっている。
【００５４】
図７は、図６の矢印Ａ方向から見たレーザ変位計の取付状態図である。図７のように、３個のレーザ変位計８９，９１，９３は、測定対象物５９の周囲に前記図２１と同様に配置されている。この例の場合ではτ＝１００．９°、φ＝１２８．７°に配置されている。レーザ変位計８９，９１，９３の測定中心軸は、主軸９の回転中心を通るように設定されている。
【００５５】
前記レーザ変位計８９，９１，９３は、それぞれ同一構成なっている。レーザ変位計８９，９１，９３は、手動ステージ９５，９７，９９に支持され、手動ステージ９５，９７，９９は、前記センサブラケット８７に取り付けられている。手動ステージ９５，９７，９９の手動調整によって、レーザ変位計８９，９１，９３を主軸９の回転中心に対し接近離反移動させることができる。
【００５６】
図８は、前記レーザ変位計８９，９１，９３の測定原理を示す概略図である。前記レーザ変位計８９，９１，９３は、同一原理であり、レーザ変位計８９を代表して示す。レーザ変位計９１，９３については、図８中の括弧内にその符号を示す。
【００５７】
前記レーザ変位計８９は、発光素子１０１とカスタムレンズ１０３と受光素子１０５とを備えている。このセンサ変位計８９の測定原理は、三角測量を応用したものである。すなわち、発光素子１０１から照射されたレーザ光が、投光側のレンズを通過し、測定対象物５９の表面で拡散反射する。この拡散反射光の一部を受光側のカスタムレンズ１０３で集光し、受光素子１０５上にスポットを結ぶ。測定対象物５９が変位すると、拡散反射光の集光する角度が変化し、それに伴い受光素子１０５上のスポットが移動する。その移動したスポットの位置を検出することによって測定対象物５９の変位量を測定することができる。
【００５８】
図９は、前記切削ユニット５をベースユニット３に前記のように位置決め固定した場合の制御ブロック図である。図９のように、前記主軸モータ５５、送りモータ７５、及び切込モータ７７は、制御手段としてのコンピュータ１０７によって制御される。
【００５９】
前記主軸モータ５５、送りモータ７５、及び切込モータ７７は、それぞれサーボパック１０９，１１１，１１３に接続されている。サーボパック１０９，１１１，１１３は、前記コンピュータ１０７のサーボモータコントロールボード１１５に接続されている。サーボパック１０９，１１１，１１３には、電源回路１１７が接続されている。
【００６０】
前記三分力センサ６９は、三分力の出力部がそれぞれチャージアンプ１１９，１２１，１２３に接続されている。チャージアンプ１１９，１２１，１２３は、三分力センサ６９から発生した電荷を電圧に変換して出力する。
【００６１】
前記チャージアンプ１１９，１２１，１２３の出力側は、接続ボックス１２５に接続されている。接続ボックス１２５は、前記コンピュータ１０７のＡＤ変換ボード１２７に接続されている。
【００６２】
図１０は、前記ベースユニット３に切削ユニット５に代えて測定ユニット７を位置決め固定した場合の制御ブロック図を示している。図１０のように、測定ユニット７の送りモータ８６は、コントローラ１２９に接続されている。コントローラ１２９は、前記コンピュータ１０７に接続されている。
【００６３】
従って、コンピュータ１０７の制御によって、コントローラ１２９を介し送りモータ８６が駆動され、測定ユニット７のＸステージ８５をＸ方向に駆動することができる。このＸステージ８５の駆動によって、図６，図７のように、センサブラケット８７を介し、各レーザ変位計８９，９１，９３を測定対象物５９に対しＸ方向へ相対移動させることができる。
【００６４】
前記各レーザ変位計８９，９１，９３は、センサヘッド１３１，１３３，１３５とレーザ変位計アンプユニット１３７，１３９，１４１とからなる。センサヘッド１３１，１３３，１３５は、前記測定対象物５９の周囲に前記のように配置されている。各レーザ変位計アンプユニット１３７，１３９，１４１は、接続ボックス１２５に接続されている。
【００６５】
次に作用を説明する。この作用には、小型旋盤としての作用及び順次三点法による形状測定装置としての作用とがある。
（小型旋盤としての作用）
小型旋盤として使用するときには、図５で示される切削ユニット５をベースユニット３に位置決め固定し、図１のように組み付ける。前記位置決め固定の際には、ベースユニット３に対し、小型旋盤５の切削ベース６１を全体ベース１１の位置決め固定部１３上に載置する。このとき、切削ユニット５の位置決めピン６３，６５等とベースユニット３の位置決めピン３３，３５等とを前記のようそれぞれ突き当てる。
【００６６】
この状態で、前記ボルト４９，４３，４５を順に締結する。この締結により、切削ユニット５の切削ベース６１を全体ベース１１の位置決め固定部１３上に位置決め固定し、切削ユニット５をベースユニット３に着脱自在に位置決め固定する。ベースユニット３の主軸９には、図９のようにコレットチャック５７を介して切削対象物５９Ａが支持される。
【００６７】
小型旋盤として作用させる際には、図９においてコンピュータ１０７の制御により、主軸モータ５５、送りモータ７５、切込モータ７７を駆動する。主軸モータ５５、送りモータ７５、切込モータ７７の制御は、サーボモータコントロールボード１１５、サーボパック１０９，１１１，１１３を介して、サーボ制御される。このサーボ制御で、主軸９を介し切削対象物５９Ａが回転し、バイト７３が送り動作及び切込動作を行い、切削対象物５９Ａが切削される。
【００６８】
このときの切削抵抗は、三分力センサ６９で測定され、チャージアンプ１１９，１２１，１２３を用いて電荷を電圧に変換し、接続ボックス１２５、ＡＤ変換ボード１２７を介して、コンピュータ１０７へ入力される。コンピュータ１０７では、この入力によって切削抵抗を演算することができる。
（順次三点法による形状測定装置）
順次三点法による形状測定装置としては、前記切削ユニット５に代えて、図６で示す測定ユニット７をベースユニット３に位置決め固定する。この位置決め固定は、切削ユニット５の場合と同様であり、測定ベース７９をベースユニット３の位置決め固定部１３上に載置する。このとき、前記同様位置決めピン８１，８３等と位置決めピン３３，３５等とをそれぞれ突き当て、ボルト４９，４３，４５を前記同様締結する。
【００６９】
この状態で、前記切削対象物５９Ａを測定対象物５９とし、設定範囲で回転させることによって、測定対象物５９の表面の変位検出を行う。前記回転は、図１０のようにコンピュータ１０７の制御によって、主軸モータ５５をサーボ制御することで行う。
【００７０】
前記測定対象物５９の表面の変位検出は、各センサヘッド１３１，１３３，１３５によって別個独立に順に行われる。すなわち、測定対象物５９の回転による測定対象物５９と、３個のレーザ変位計８９，９１，９３との相対回転により、各レーザ変位計８９，９１，９３に測定対象物５９の表面の変位検出を別個独立に順に行わせる。
【００７１】
例えば、センサヘッド１３１は、測定対象物５９の最初の３６０°の回転の範囲で検出を行い、センサヘッド１３３は２回転目の３６０°から７２０°の範囲で測定を行い、センサヘッド１３５は３回転目の７２０°から１０８０°の範囲で測定を行う。
【００７２】
また、コンピュータ１０７による送りモータ８６の駆動によって、センサヘッド１３１，１３３，１３５を測定対象物５９に沿った方向であるＸ方向へ移動させることができ、Ｘ方向の複数箇所において測定対象物５９の形状測定を行うことができる。
【００７３】
前記各センサヘッド１３１，１３３，１３５による測定結果は、レーザ変位計アンプユニット１３７，１３９，１４１を介して接続ボックス１２５に入力される。接続ボックス１２５からは、ＡＤ変換ボード１２７を介してコンピュータ１０７へ入力される。コンピュータ１０７では、各レーザ変位計８９，９１，９３の検出結果を合成して、測定対象物５９の形状を演算する。
【００７４】
従って、コンピュータ１０７は各レーザ変位計８９，９１，９３の検出結果を合成して、測定対象物５９の形状を演算する演算手段を構成している。
【００７５】
図１１は、前記レーザ変位計８９，９１，９３による測定データの概要を示すグラフである。図１１のように、従来の三点法では、（１），（２），（３）、又は（４），（５），（６）等のように、３６０度内の３つの測定結果を１つのデータとしている。これに対し、本実施例の順次三点法による形状測定方法では、（１），（５），（９）、又は（２），（６），（７）等のように、１周につき１つの測定結果を用い、３周分で１つのデータとしている。この結果、順次三点法による形状測定方法では、各レーザ変位計８９，９１，９３が同時に動作することがない。従って、測定対象物５９がマイクロマシンの部品等のように微細であっても、各レーザ変位計８９，９１，９３のレーザ光の相互干渉を起こすことがなく、正確な形状測定を行うことができる。
【００７６】
図１２は、三点法と順次三点法とによる形状測定方法の測定結果を極座標表示で示している。測定データは、それぞれ主軸９の７回転分である。この場合、測定対象物は、三点法においてもレーザ光の干渉が起こらない程度の大きさとした。
【００７７】
図１２のように、三点法と順次三点法による形状測定方法の何れの測定結果においても、ほぼ同様な結果を得ることができた。すなわち、本実施例においては、レーザ変位計８９，９１，９３によるレーザ光の相互干渉を起こさずに、測定対象物５９の形状測定を従来の三点法による形状測定方法と同様に正確に行うことができた。
【００７８】
この順次三点法により、測定対象物をマイクロマシンの部品のように微細なものに適用すれば、従来の三点法では測定できなくとも三点法と同様に正確に形状測定を行うことができる。
【００７９】
以上より、本実施例では、ベースユニット３に対し切削ユニット５と測定ユニット７とを交換して位置決め固定することにより、切削ユニット５で加工した切削対象物５９Ａを測定対象物５９として測定ユニット７によりそのままオンマシンで形状測定することができ、より正確な形状測定を行うことができる。
【００８０】
本実施例では、各レーザ変位計８９，９１，９３のレーザの干渉を避けるために、レーザ変位計８９，９１，９３の１つずつで測定する順次三点法とした。これにより、マイクロマシン等の部品等の微細な測定対象物５９であっても、正確な形状測定を行うことができた。
【実施例２】
【００８１】
図１２の形状測定結果は、充分に満足できるものである。一方、実施例２の順次三点法による形状測定方法、形状測定装置は、さらに厳密な測定結果を得る場合に適している。なお、順次三点法による形状測定方法の基本的な部分、形状測定装置の基本的な構成は、実施例１と同様であり、また小型旋盤としても基本的には同様である。
【００８２】
図１２の測定結果において、三点法、順次三点法による形状測定結果の何れにおいても、バラツキがあることが分かった。このバラツキを定量的に比較するために、７つのデータの各角度の標準偏差を求めた。その結果を図１３に示す。
【００８３】
図１３（ａ）は三点法による場合の標準偏差、（ｂ）は順次三点法による場合の標準偏差である。図１３から明らかなように、順次三点法による結果には、三点法に比較して若干バラツキが多かった。この原因は、次の通りである。
【００８４】
前記ベースユニット３で測定対象物５９を回転させる主軸９を回転自在に支持する軸受けは、転がり軸受けが用いられている。図１４は、転がり軸受けのボールの動きを示し、（ａ）は回転前の状態を示す断面図、（ｂ）は１回転後の状態を示す断面図である。
【００８５】
図１４の転がり軸受け１４３は、インナーレース１４５とアウターレース１４７との間にボール１４９を介在したものである。転がり軸受け１４３は、インナーレース１４５が主軸９側に固定され、アウターレース１４７が例えば図４等で示す主軸支持部５１に固定される。この転がり軸受け１４３において、主軸９と共にインナーレース１４５がアウターレース１４７に対して１回転したとき（ｂ）の状態となり、転動するボール１４９は（ａ）の元の位置まで戻ることはない。
【００８６】
また、内部の隙間、疲労による変形等によって、ボール１４９の位置によって転がり軸受け１４３の振れ方が異なる。つまり、１周毎に異なった振れ方をすると言える。
【００８７】
図１５は、レーザ変位計１つによる変位測定結果を示す極座標表示のグラフである。図１５のように、転がり軸受け１４３は、毎回転異なった動きをしていた。三点法による形状測定においては、理論上、主軸の振れは除去される。これは、同じ振れが含まれる１回転分の測定結果に用いるからである。しかし、順次三点法においては、振れの異なる３回転分の測定結果を合成するため、若干のバラツキを生じる。
【００８８】
図１６は、本実施例の順次三点法の概要を示す説明図である。この図１６のように、本実施例による順次三点法による形状測定方法は、以下のとおりである。
【００８９】
１．図１０のコンピュータ１０７によるサーボ制御で、主軸モータ５５を３６    ０度回転させ、最初のレーザ変位計８９で１回転分（１）を測定する。
【００９０】
２．次に、主軸モータ５５のサーボ制御によって主軸９を逆回転させ、測定開    始時の位置まで戻す。
【００９１】
３．測定開始時の位置から再び主軸モータ５５によって主軸９を３６０度回転    させる。このとき、次のレーザ変位計９１によって、１回転分（２）を測定    する。
【００９２】
４．２と同様に主軸９を逆回転させて、測定開始時の位置まで戻す。
【００９３】
５．再び主軸９を測定開始時の位置から３６０度回転させ、最後のレーザ変位    計９３で１回転分（３）を測定する。
【００９４】
このように、主軸９を１回転分回転させた後に逆回転させて測定開始位置まで戻すことで、前記転がり軸受け１４３のボール１４９の位置を測定開始時の位置である図１４（ａ）の位置まで戻すことができる。このことより、転がり軸受け１４３に起因する振れの影響を除去することができた。この結果は、図１７のように確認することができた。
【００９５】
図１７は、レーザ変位計１つの変位測定結果３回転分を極座標表記したものを示すグラフである。図１７のように、毎回転同じような波形が出力されていることが分かった。この結果から、転がり軸受け１４３は、回転した分を逆回転させることによって、内部のボール１４９の位置が戻り、回転時に生じるねじれがほぼ同じになることが分かった。
【００９６】
図１８は、三点法と順次三点法とによる形状測定方法においていずれも前記のように回転を戻して測定した形状測定結果を示すグラフである。なお、この場合も測定対象物の大きさは三点法で測定できる程度のものとした。
【００９７】
図１８より明らかなように、実施例２の順次三点法は主軸９を逆回転させることで、転がり軸受け１４３による誤差を除去したため、連続３回転させて測定した実施例１の図１２の順次測定法による測定結果に比べてバラツキが小さくなっていることが分かる。このバラツキを定量的に評価したグラフが、図１９である。
【００９８】
図１９（ａ）は、三点法による各角度での変位の標準偏差のグラフ、（ｂ）が実施例２の各角度での変位の標準偏差のグラフである。
【００９９】
実施例１で示した図１３（ａ）の三点法の標準偏差のグラフと図１９（ａ）の三点法のグラフとを比較すると明らかなように、三点法による測定結果には回転を戻す戻さないと言った測定法による差がなかった。一方、実施例１で示した図１３（ｂ）の順次三点法の標準偏差のグラフと実施例２の図１９（ｂ）の順次三点法のグラフとを比較すると明らかなように、測定法による差が生じた。
【０１００】
この結果、主軸９の１回転分の測定毎に逆回転させ、転がり軸受け１４３内のボール１４９の位置を測定開始時の位置まで戻すことによって、実施例２の順次三点法は三点法に、より近似させることが可能となる。このため、より正確な測定を行うことができた。
【０１０１】
本実施例では、順次三点法において、主軸９の転がり軸受け１４３の振れの影響を除去することによって、三点法と同等の測定を行うことができた。
【０１０２】
前記実施例では、レーザの干渉を防止するようにしたが、例えば変位計の形状的な大きさの干渉を防止する構成にすることも可能である。例えば、各変位計を１つ１つ用いて測定する場合に、測定対象物の周囲に均等配置した変位計を測定軸に対して半径方向内外へ可動に構成し、各変位計を順に半径方向内側へ移動させて測定する構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】ベースユニットに切削ユニットを位置決め固定した概略全体図である（実施例１）。
【図２】ベースユニットに測定ユニットを位置決め固定した概略全体図である（実施例１）。
【図３】ベースユニットに測定ユニットを位置決め固定した状態の平面図である（実施例１）。
【図４】ベースユニットの斜視図である（実施例１）。
【図５】切削ユニットの斜視図である（実施例１）。
【図６】測定ユニットの斜視図である（実施例１）。
【図７】図６の矢印Ａ方向から見たレーザ変位計の取付状態図である（実施例１）。
【図８】レーザ変位計の原理図である（実施例１）。
【図９】切削ユニットをベースユニットに位置決め固定した場合の制御ブロック図である（実施例１）。
【図１０】測定ユニットをベースユニットに位置決め固定した場合の制御ブロック図である（実施例１）。
【図１１】レーザ変位計による測定データの概要を示すグラフである（実施例１）。
【図１２】三点法と順次三点法とによる形状測定方法の測定結果を極座標表示で示したグラフである（実施例１）。
【図１３】図１２の測定データの標準偏差を示し、（ａ）は三点法、（ｂ）は順次三点法のグラフである。
【図１４】転がり軸受けのボールの動きを示し、（ａ）は回転前の状態を示す断面図、（ｂ）は１回転後の状態を示す断面図である。
【図１５】レーザ変位計１つによる変位測定結果を示す極座標表示のグラフである。
【図１６】順次三点法の概要を示す説明図である（実施例２）。
【図１７】センサ１つによる変位測定結果を示す極座標表示のグラフである（実施例２）。
【図１８】回転を戻して測定した形状測定結果を示すグラフである（実施例２）。
【図１９】図１８のデータの各角度での変位の標準偏差を示し、（ａ）は三点法、（ｂ）は順次三点法のグラフである（実施例２）。
【図２０】真円度測定器の斜視図である（従来例）。
【図２１】三点法による形状測定装置の原理図である（従来例）。
【図２２】レーザ光の照射を示した原理図である（従来例）。
【図２３】三点法による測定データの取得法を示す説明図である（従来例）。
【図２４】三点法によるレーザの干渉を示す説明図である（従来例）。
【符号の説明】
【０１０４】
１  小型旋盤
３  ベースユニット
５  切削ユニット
７  測定ユニット
９  主軸
１１  全体ベース（支持台）
１３  位置決め固定部
５５  主軸モータ（駆動部）
５９  測定対象物
５９Ａ  切削対象物（対象物）
６１  切削ベース（支持台）
７９  測定ベース（支持台）
８９，９１，９３  レーザ変位計（変位計）
１０７  コンピュータ（制御手段）（演算手段）
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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