(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準筒面と、この基準筒面の中心軸線と直交する平坦面とを有するワークにおける、当該平坦面の平坦度を高精度で計測する方法であって、
第１，第２の計測手段を、上記ワークの軸方向に離して上記基準筒面に対峙させるとともに、第３計測手段を上記ワークの平坦面に対峙させ、
上記ワークを、回転軸線がワークの中心軸線と略一致するようにして回転させ、この回転に伴ない、上記第１，第２計測手段から、上記基準筒面において第１，第２計測手段に対峙する第１，第２環状領域の多数箇所の位置情報を得るとともに、第３計測手段から上記平坦面において第３計測手段に対峙する第３環状領域の多数箇所の位置情報を得、
上記第１計測手段により計測した位置情報から、上記第１環状領域の中心点位置を求め、
上記第２計測手段により計測した位置情報から、上記第２環状領域の中心点位置を求め、
さらに、これら第１，第２環状領域の中心点位置情報から、上記基準筒面の中心軸線と直交する基準平面を実質的に求め、
上記第３計測手段で計測した第３環状領域の位置情報を上記基準平面からの位置情報に補正し、この補正された位置情報から上記ワークの平坦面の平坦度を演算することを特徴とする平坦度計測方法。
【請求項２】
基準筒面と、この基準筒面の中心軸線と直交する平坦面とを有するワークにおける、当該平坦面の平坦度を高精度で計測する装置であって、
回転軸線を上記基準筒面の中心軸線と略一致させて上記ワークを回転させる回転手段と、固定系に支持された第１，第２，第３の計測手段と、演算手段とを備え、
上記第１，第２の計測手段は、互いに上記回転軸線方向に離れるとともに上記ワークの基準筒面に対峙して配置され、ワークが所定角度回転する度に、上記ワークの基準筒面において当該第１，第２の計測手段に対峙する第１，第２環状領域の位置をそれぞれ計測し、
上記第３計測手段は、上記ワークの平坦面に対峙して配置され、ワークが所定角度回転する度に、上記平坦面において当該第３計測手段に対峙する第３環状領域の位置を計測し、
上記演算手段は、上記第１計測手段により計測した位置情報から、上記基準筒面の第１環状領域の中心点位置を求め、上記第２計測手段により計測した位置情報から、上記基準筒面の第２環状領域の中心点位置を求め、これら第１，第２環状領域の中心点位置情報から、上記基準筒面の中心軸線と直交する基準平面を実質的に求め、
さらに上記演算手段は、上記第３計測手段で計測された位置情報を上記基準平面からの位置情報に補正し、この補正された位置情報から上記ワークの平面の平坦度を演算することを特徴とする平坦度計測装置。
【請求項３】
上記演算手段は、上記基準平面からの位置情報の最小値と最大値の差に基づき平坦度を数値化することを特徴とする請求項２に記載の平坦度計測装置。
【請求項４】
上記固定系は垂直に起立する支持シャフトを備え、この支持シャフトに上記第１，第２計測手段が設けられ、
上記回転手段は、上記支持シャフトに回転可能に支持された筒状の回転体と、この回転体を回転させる回転駆動手段とを備え、この回転体の上面がワークの設置面として提供され、
さらに、クランプ機構が装備され、このクランプ機構は上記回転体に設けられて上記ワークをクランプすることを特徴とする請求項２または３に記載の平坦度計測装置。
【請求項５】
上記ワークが環状をなし、その内周面が上記基準筒面として提供され、上記第１，第２計測手段は、上記回転体に設置されたワークの内側に配置され、上記クランプ機構は、上記回転体の外周に設けられて上記ワークの外周をクランプすることを特徴とする請求項４に記載の平坦度計測装置。
【請求項６】
上記クランプ機構は、中間部が上記回転体の外周に回動可能に支持された複数のクランクアームと、上記回転体の外周に昇降可能に設けられた昇降筒と、この昇降筒とクランプアームの下端部とを連結する複数のリンクと、上記昇降筒を上方へ付勢することにより、クランプアームの上端部を上記ワークの外周に押し付けるバネとを有し、
上記固定系には上記昇降筒を押し下げてクランプアームを開くクランプ解除手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の平坦度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの平坦面の平坦度を高精度に計測する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された装置は、光ディスク等のワークを回転させ、このワークの平坦面に対峙して配置された計測手段から、平坦面において計測手段に対峙する環状領域の位置情報を得、これにより平坦度を計測するようになっている。
【特許文献１】特開平２−８３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、所定の厚みを有する歯車等のワークにおいて、ワークの端面（平坦面）の平坦度を、ワークの中心軸線と直交する基準平面を基準にして計測することが要求されることがある。しかし、上記特許文献１の装置を用いて厚みのあるワークの平坦度を計測する場合、ワークの中心軸線が回転軸線と高精度で一致していないため、上記基準平面に対する平坦面の平坦度を計測することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は、基準筒面と、この基準筒面の中心軸線と直交する平坦面とを有するワークにおける、当該平坦面の平坦度を高精度で計測する方法であって、
第１，第２の計測手段を、上記ワークの軸方向に離して上記基準筒面に対峙させるとともに、第３計測手段を上記ワークの平坦面に対峙させ、上記ワークを、回転軸線がワークの中心軸線と略一致するようにして回転させ、この回転に伴ない、上記第１，第２計測手段から、上記基準筒面において第１，第２計測手段に対峙する第１，第２環状領域の多数箇所の位置情報を得るとともに、第３計測手段から上記平坦面において第３計測手段に対峙する第３環状領域の多数箇所の位置情報を得、上記第１計測手段により計測した位置情報から、上記第１環状領域の中心点位置を求め、上記第２計測手段により計測した位置情報から、上記第２環状領域の中心点位置を求め、さらに、これら第１，第２環状領域の中心点位置情報から、上記基準筒面の中心軸線と直交する基準平面を実質的に求め、上記第３計測手段で計測した第３環状領域の位置情報を上記基準平面からの位置情報に補正し、この補正された位置情報から上記ワークの平坦面の平坦度を演算することを特徴とする。
【０００５】
また、本発明は、基準筒面と、この基準筒面の中心軸線と直交する平坦面とを有するワークにおける、当該平坦面の平坦度を高精度で計測する装置であって、
回転軸線を上記基準筒面の中心軸線と略一致させて上記ワークを回転させる回転手段と、固定系に支持された第１，第２，第３の計測手段と、演算手段とを備え、上記第１，第２の計測手段は、互いに上記回転軸線方向に離れるとともに上記ワークの基準筒面に対峙して配置され、ワークが所定角度回転する度に、上記ワークの基準筒面において当該第１，第２の計測手段に対峙する第１，第２環状領域の位置をそれぞれ計測し、上記第３計測手段は、上記ワークの平坦面に対峙して配置され、ワークが所定角度回転する度に、上記平坦面において当該第３計測手段に対峙する第３環状領域の位置を計測し、上記演算手段は、上記第１計測手段により計測した位置情報から、上記基準筒面の第１環状領域の中心点位置を求め、上記第２計測手段により計測した位置情報から、上記基準筒面の第２環状領域の中心点位置を求め、これら第１，第２環状領域の中心点位置情報から、上記基準筒面の中心軸線と直交する基準平面を実質的に求め、さらに上記演算手段は、上記第３計測手段で計測された位置情報を上記基準平面からの位置情報に補正し、この補正された位置情報から上記ワークの平面の平坦度を演算することを特徴とする。
【０００６】
上記方法まはた装置によれば、ワークの基準筒面の中心軸線が回転軸線に対して傾いていても、第１，第２計測手段からの位置情報に基づき、上記基準筒面の中心軸線と直交する基準平面を求め、第３計測手段からの位置情報を、この基準平面からの位置情報に補正するので、この基準平面に対するワークの平坦面の平坦度を高精度で計測することができる。
【０００７】
好ましくは、上記演算手段は、上記基準平面からの位置情報の最小値と最大値の差に基づき平坦度を数値化する。これにより、平坦度を単純な数値で評価することができる。
【０００８】
好ましくは、上記固定系は垂直に起立する支持シャフトを備え、この支持シャフトに上記第１，第２計測手段が設けられ、上記回転手段は、上記支持シャフトに回転可能に支持された筒状の回転体と、この回転体を回転させる回転駆動手段とを備え、この回転体の上面がワークの設置面として提供され、さらにクランプ機構が装備され、このクランプ機構は上記回転体に設けられて上記ワークをクランプする。
これによれば、ワークをしっかりとクランプしながら回転させることができ、しかも、ワークを設置する回転体が筒状をなして支持シャフトを中心にして回転するので、ワークを高精度で回転させることができ、ひいては平坦度をより一層高精度で計測することができる。
【０００９】
好ましくは、上記ワークが環状をなし、その内周面が上記基準筒面として提供され、上記第１，第２計測手段は、上記回転体に設置されたワークの内側に配置され、上記クランプ機構は、上記回転体の外周に設けられて上記ワークの外周をクランプする。
これによれば、環状ワークの内側の空間を、第１，第２計測手段を配置することにより有効活用するため、計測装置を小型化することができる。
【００１０】
好ましくは、上記クランプ機構は、中間部が上記回転体の外周に回動可能に支持された複数のクランクアームと、上記回転体の外周に昇降可能に設けられた昇降筒と、この昇降筒とクランプアームの下端部とを連結する複数のリンクと、上記昇降筒を上方へ付勢することにより、クランプアームの上端部を上記ワークの外周に押し付けるバネとを有し、上記固定系には上記昇降筒を押し下げてクランプアームを開くクランプ解除手段が設けられている。
これによれば、クランプ機構は摺接抵抗を受けることなくワークをクランプしながら回転体とともに回転することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、厚みのあるワークの平坦面の平坦度を、ワークの中心軸線と直交する基準面に対して高精度に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態をなす計測装置を、図面を参照しながら説明する。図１，図２に示すように、本実施形態では計測対象となるワークＷは歯車である。このワークＷは、環状をなし、外歯車部を形成してなる外周面Ｗａと内歯車部を形成してなる内周面Ｗｂとを有している。外歯車部の歯は軸線と平行をなし、内歯車部の歯は捩れている。内歯車部の歯は、例えば約５°間隔で形成され、外歯車部の歯の間隔はそれより大きい。
【００１３】
上記外歯車部の外接面は円筒面をなし、内歯車部の内接面も円筒面をなす。したがって、本実施形態のワークＷの外周面Ｗａと内周面Ｗｂはともに実質的に円筒面（筒面）であると言える。本実施形態では、ワークＷの内周面Ｗｂが、後述の基準筒面として提供される。
【００１４】
上記ワークＷは、さらに一対の端面Ｗｃ，Ｗｄを有している。図２に示すように、これら端面Ｗｃ，Ｗｄはそれぞれ同心をなす環状の平坦面と、その間の段差を有している。本実施形態では端面Ｗｃ，Ｗｄの外側の環状の平坦面の平坦度が計測される。なお、以下の説明では、端面Ｗｃ，Ｗｄに言及する場合には、計測対象となる環状の平坦面を指す。
【００１５】
図１に示すように、計測装置は固定系１と回転系２を備えている。固定系１は、ベース１０と、このベース１０の上面に固定されたハウジング１１と、下端がベース１０に固定されて垂直に起立する支持シャフト１２と、この支持シャフト１２から離れてハウジング１１の上壁に垂直に固定された支柱１３とを備えている。支持シャフト１２はハウジング１１の上壁を貫通して上方に大きく突出しており、その中間部および上端部に、水平をなす一対の支持テーブル１４，１５が固定されている。
【００１６】
上記回転系２は、上記支持シャフト１２と同軸をなす回転筒２１を備えている。この回転筒２１は、上下に離れたベアリング２２により支持シャフト１２に回転可能に支持されている。上記回転筒２１の上端部は拡径されている。図２に良く示されているように、回転筒２１の上端面には、環状の設置テーブル２３が固定され、この設置テーブル２３の上面が上記ワークＷを載せる設置面２３ａとなっている。これら回転筒２１と設置テーブル２３により、回転体２０が構成されている。
【００１７】
上記回転筒の下端部には筒状のアタッチメント２４が固定されており、このアタッチメント２４の外周にはプーリ２５が固定されている。
一方、ハウジング１１の上壁にはステッピングモータ２６（回転駆動手段）が固定されており、このステッピングモータ２６の出力軸に設けたプーリ（図示しない）と上記プーリ２５との間にはタイミングベルト２７が掛け渡されている。後述するように、このモータ２６の駆動により、上記回転体２０が所定角度ずつ間欠回転するようになっている。
上記回転体２０と上記モータ２６により、ワークＷを回転させる回転手段が構成されている。
【００１８】
ワークＷは、回転体２０の設置面２３ａに載せられた状態で、クランプ機構３０によりクランプされるようになっている。
このクランプ機構３０は、複数本例えば４本のクランプアーム３１と、昇降筒３２と、クランプアーム３１と同数のリンク３３と、圧縮コイルバネ３４（バネ）とを備えている。複数のクランプアーム３１は周方向に等間隔で配置され、回転筒２０の上端拡径部の外周にブラケット３７を介して回転可能に支持されている。昇降筒３２は、回転筒２０の外周に昇降可能に支持されている。リンク３３は昇降筒３２の上端とクランクアーム３１の下端に掛け渡され、これらに回転可能に連結されている。
【００１９】
上記圧縮コイルバネ３４は、昇降筒３２の下端面と、昇降筒３２の下方において回転筒２１の外周に固定された受けリング３８との間に配置されている。図１の左半分に示すように、昇降筒３２は圧縮コイルバネ３４により上方に付勢され、そのため、クランプアーム３１の下端部はリンク３３により径方向，外方向に押され、それに伴い、クランプアーム３１の上端部は径方向，内方向に押され、ワークＷの外周面Ｗａをクランプするようになっている。
【００２０】
ハウジング１１には、クランプ解除手段４０が設けられている。このクランプ解除手段４０は、ハウジング１１の上壁に固定された４つの作動シリンダ４１と、この作動シリンダ４１の垂直に延びるロッド４１ａの上端に固定された係止ブロック４５とを備えている。係止ブロック４５は、昇降筒３２の下端に形成された環状の鍔３２ａの上方に位置する爪４５ａを有している。
【００２１】
図１の右半分に示すように、作動シリンダ４１が縮んだ状態にある時には、係止ブロック４５の爪４５ａが昇降筒３２の鍔３２ａに係止して、昇降筒３２を圧縮コイルバネ３４に抗して下方に押す。そのため、クランプアーム３１の下端部がリンク３３により径方向，内方向に引かれ、それに伴い、クランプアーム３１の上端部が径方向，外方向に変位し、ワークＷの外周から離れ、ワークＷのクランプ状態が解除される。
【００２２】
図２に示すように、上記クランクアーム３１の上端部には、回転筒２０の径方向，内方向に突出する押さえ部材３５が設けられている。この押さえ部材３５の先端部３５ａは球形状をなしており、上記クランプ状態において、この押さえ部材３５の先端部３５ａが、ワークＷの外周面Ｗａの谷部に嵌るようになっている。
【００２３】
図２，図３に示すように、固定系１の上側の支持テーブル１５には、モータ２６の初期位置に対してワークＷを位置決めするための位置決め機構５０が設けられている。この位置決め機構５０は移動台５１を備えている。この移動台５１は平面略Ｕ字形をなし、基部５１ａと、この基部５１ａの両端から図において左方向に延びる一対の側片部５１ｂとを有している。移動台５１は、一対の側片部５１ｂに設けたリニアガイド５２（図２において一部のみ示す）を介して支持テーブル１５に支持され、このリニアガイド５２に案内されて、図２，図３における左右方向（支持シャフト１２の径方向）に直線的に移動可能になっている。
【００２４】
上記移動台５１の基部５１ａの下面にはブラケット５３が固定されている。このブラケット５３は、図２，図３において右から見て略Ｕ字形をなし、水平部５３ａと、この水平部５３ａの両端から垂直に上方に延びる垂直部５３ｂとを有している。この垂直部５３ｂの上端が上記移動台５１の基部５１ａの下面に固定されている。
【００２５】
図３に示すように、上記支持テーブル１５には、ブラケット５３の一対の垂直部５３ｂとの干渉を避けるために切欠１５ｂが形成されている。図２に示すように、上記ブラケット５３の水平部５３ａはこの支持テーブル１５の下方に位置している。
【００２６】
上記ブラケット５３の水平部５３ａの中央には，移動台５１の移動方向に沿って外方に突出する位置決め部材５４が設けられている。この位置決め部材５４の先端部５４ａは球形状をなしており、ワークＷの内周面Ｗｂに対峙するようになっている。
【００２７】
図２，図３に示すように、位置決め機構５０は、圧縮コイルバネ５５と作動シリンダ５６とを備えている。この圧縮コイルバネ５５は、支持テーブル１５の断面非円形の凸部１５ａと移動台５１の基部５１ａの対峙する面に形成された穴１５ｈ，５１ｈに収容されている。
【００２８】
作動シリンダ５６は、支持テーブル１５の上面に固定されており、移動台５１の移動方向に延びるロッド５６ａを有している。このロッド５６ａの先端に設けられた爪５６ｘが、移動台５１の一方の側片部５１ｂに設けられた爪５１ｘに引っ掛かっている。
【００２９】
上記作動シリンダ５６が圧縮コイルバネ５５に抗して縮んだ状態にある時には、図２、図３に示すように、移動台５１が後退位置にあり、位置決め部材５４がワークＷの内周面Ｗｂから離れている。作動シリンダ５６が伸びた状態にある時には、圧縮コイルバネ５５により移動台５１は前進位置にあり、位置決め部材５４の球形状の先端部５４ａが、ワークＷの内周面Ｗｂの谷部に入り込み、位置決めをなすようになっている。
【００３０】
図１に示すように、計測装置は、さらに第１，第２，第３の計測手段６０，７０，８０と、コンピュータを含む制御・演算手段９０（演算手段）とを備えている。
第１計測手段６０と第２計測手段７０は、後述する回転軸線１００方向（ワークＷの軸方向）に離れて配置されており、ワークＷが所定角度回転する毎に、ワークＷの内周面Ｗｂにおいてこれら計測手段６０，７０が対峙する第１，第２の環状領域の位置を、それぞれ計測するものである。
第３計測手段８０は、ワークＷが所定角度回転する毎に、ワークＷの端面Ｗｃ，Ｗｄのうち上側に位置する端面Ｗｃにおいて第３計測手段８０が対峙する第３環状領域の位置を、計測するものである。
【００３１】
上記第１計測手段６０は、図２，図４に示すように、下側の支持テーブル１４の上面に設けられている。詳述すると、第１計測手段６０は、上記支持テーブル１４の上面にリニアガイド６２を介して支持された移動台６１を備えている。この移動台６１はリニアガイド６２により、図２，図４において左右方向（支持シャフト１２の径方向）に直線的に移動可能である。なお、移動台６１には左右方向に延びる逃がし穴６１ａが形成されており、この逃がし穴６１ａを上記支持シャフト１２が貫通している。
【００３２】
図４に示すように、第１計測手段６０は、さらに引張りコイルバネ６３と作動シリンダ６４とを備えている。引張りコイルバネ６３の一端は支持テーブル１４の上面に連結され、他端は移動台６１に連結されており、この引張りコイルバネ６３により、移動台６１は左方向に付勢されている。作動シリンダ６４は支持テーブル１４の上面に固定されており、そのロッド６４ａが右方向に延びている。
【００３３】
上記移動台６１の左端部上面には支持板部６１ａが設けられ、右端部上面には当て板部６１ｂが設けられている。
上記支持板部６１ｂの中央には左方向に突出する当接部材６５が設けられている。この当接部材６５は、ワークＷの内周面Ｗｂに対峙するとともにこの内周面Ｗｂと等しい曲率半径の円弧面からなる当接面６５ａを有している。
【００３４】
図４に示すように、上記当て板部６１ｂは、移動台６１の移動方向と直交する方向に水平に延び、その一端部には、上述した作動シリンダ６４のロッド６４ａの先端が対峙している。
上記当て板部６１ｂの他端には、当接部材６６が挿入固定されている。この当接部材６６は平坦な当接面６６ａを有しており、この当接面６６ａに、位置センサ６７が対峙している。この位置センサ６７は支持テーブル１４の上面に固定されており、その先端に接触子６７ａを有している。この接触子６７ａは、図示しないバネにより常に突出方向に付勢されており、押圧された時に移動台６１の移動方向に後退する。
【００３５】
図４に示すように、上記作動シリンダ６４のロッド６４ａが伸び状態にある時、引張りコイルバネ６３に抗して移動台６４が右方向に移動され、移動台６４が後退位置に維持される。この時、当接面６５ａはワークＷの内周面Ｗｂから離れ、当接面６６ａも位置センサ６７の接触子６７ａから離れている。
【００３６】
作動シリンダ６４が縮んだ時、引張りコイルバネ６３により移動台６１が左方向に移動され、当接面６５ａがワークＷの内周面Ｗｂに当たる。この時、当接面６６ａが接触子６６を後退させる。この後退量の情報は、上記ワークＷの内周面Ｗｂにおいて当接面６５ａに対峙する第１環状領域の位置情報を表している。本実施形態では、位置センサ６７による出力値が、支持シャフト１２の中心軸線換言すればワークＷの回転軸線１００からの距離を示すように、制御・演算手段９０で設定している。
【００３７】
上記第２計測手段７０は、図２に示すように、上側の支持テーブル１５の下面に設けられており、第１計測手段６０と同一構成要素を備えている。詳述すると、第２計測手段７０は、上記支持テーブル１５の下面にリニアガイド７２を介して支持された移動台７１を備えている。この移動台７１はリニアガイド７２により、第１計測手段６０の移動台６１と同方向に直線的に移動可能である。なお、移動台７１には左右方向に延びる逃がし穴７１ａが形成されており、この逃がし穴７１ａを上記支持シャフト１２が貫通している。
【００３８】
上記移動台７１の左端部上面には、支持板部７１ａが設けられ、右端部上面には当て板部７１ｂが設けられている。
上記支持板部７１ｂの中央には外方に突出する当接部材７５が設けられている。この当接部材７５は、ワークＷの内周に対峙するとともにこの内周面Ｗｂと等しい曲率半径の円弧面からなる当接面７５ａを有している。
第１，第２の計測手段６０，７０の当接面６５ａ，７５ａは、周方向位置が一致している。換言すれば、回転軸線１００と平行な１つの直線上にある。
【００３９】
図示しないが、第２計測手段７０は、第１計測手段６０の張りコイルバネ６３，作動シリンダ６４，当接部材６６，位置センサ６７に相当する部材を有しているが、同一構成であるので図示および説明を省略する。第２計測手段７０の位置センサも第１計測手段６０と同様に、ワークＷの内周面Ｗｂにおいて当接面７５ａに対峙する第２環状領域の位置を、回転軸線１００からの距離として出力する。
【００４０】
上記ワークＷの内周面Ｗｂの第１，第２の環状領域は、回転軸線１００と直交し上記当接面６５ａ，７５ａを通る２つの平面（水平面）が、ワークＷの内周面Ｗｂと交差する線状の領域である。
【００４１】
上記第３計測手段８０は、図１に示すように固定系１の支柱１３に設けられており、支柱１３に回動可能に支持された筒８１と、筒８１の上端部に回動不能かつ昇降可能に支持された台８２と、この台８２から支持シャフト１２に向かって突出した支持部材８３と、この支持部材８３に支持された位置センサ８４とを備えている。
【００４２】
位置センサ８４は垂直に支持されており、その下端に接触子８４ａを有している。この接触子８４ａは図示しないバネにより常に突出方向すなわち下方に付勢されており、押された時に上方へ後退可能である。
【００４３】
上記筒８１は、退避位置と計測位置との間において、手動で約９０°回動可能である。筒８１が図１に示す計測位置にある時、位置センサ８４はワークＷの上方に位置する。この筒８１の計測位置はロックレバー８５によりロックされる。筒８１が退避位置にある時、位置センサ８４はワークＷから離れる。これによりワークＷの設置および取り外しが可能となる。
【００４４】
上記支持部材８３は、調節機構８６により支持シャフト１２の径方向に位置調整可能である。これにより、位置センサ８４の接触子８４ａをワークＷの端面Ｗｃに正確に対峙させることができる。
【００４５】
上記筒８１にはカム８７が回動可能に設けられている。他方、上記台８２には下方に垂直に延びるフォロア８８が固定されており、このフォロア８８の下端部がカム８７に接している。台８２は自重および必要に応じてバネにより下方に付勢されており、カム８８の手動操作により、フォロア８７が上下動し、ひいては位置センサ８４が上下動するようになっている。
【００４６】
位置センサ８４は、その接触子８４ａがワークＷの端面に当たって上方へ後退した量の情報を出力する。この後退量の情報は、上記ワークＷの端面Ｗｃにおいて、接触子８４ａに対峙する環状領域（第３環状領域）の位置情報を表している。本実施形態では、位置センサ６７による出力値は、仮想平面（図５において符号ＰＬ１で示す）からの高さ（回転軸線１００方向の位置）を表すように制御・演算手段９０で設定している。仮想平面ＰＬ１より高い時には正の値となり、低い時には負の値となる。
【００４７】
上記仮想平面ＰＬ１は、水平な設置面２３ａを含む仮想平面ＰＬ０からワークＷの高さＨだけ高い位置にある。これら仮想平面ＰＬ０，ＰＬ１は回転軸線１００と直交している。したがって、図５に破線で示すように、ワークＷの中心軸線Ｗｘが回転軸線１００と一致して回転され、ワークＷの端面が完全な平坦面をなし、ワークＷが理想形である場合には、位置センサ６７で計測される高さはゼロ値となる。
【００４８】
次に、上記構成をなす計測装置の作用を説明する。作動シリンダ４１を縮ませてクランプ機構３０を開いた状態にするとともに、筒８１を退避位置にし位置センサ８４を設置テーブル８３の上方から外す。この状態で、ワークＷを設置テーブル２３の設置面２３ａに載せる。位置決め機構５０の作動シリンダ５６が縮んでいるので、位置決め部材５６が後退位置にあり、第１計測手段６０の作動シリンダ６４および第２計測手段７０の作動シリンダが伸びているので、当接部材６５，７５も後退位置にあり、ワークＷのセットが支障なく行なわれる。
【００４９】
上記のようにワークＷをセットした後で、筒８１を計測位置まで回してロックレバー８５でロックする。これにより位置センサ８４はワークＷの端面Ｗａの上方に位置することになる。この時、位置センサ８４の接触子８４ａはワークＷの端面Ｗｃから離れている。
【００５０】
次に、クランプ機構３０の作動シリンダ４１を伸ばすことにより、圧縮コイルバネ３４の力で、４つのクランプアーム３１を閉じて、ワークＷの外周をクランプする。これにより、ワークＷは回転体２０と一体化する。
【００５１】
次に、位置決め機構５０の作動シリンダ５６を伸ばすことにより、圧縮バネ５５の力で位置決め部材５４の先端部５４ａをワークＷの内歯車部Ｗｂの谷部に入り込ませて、ワークＷとモータ２６との位置決めを行なう。
【００５２】
次に、第１計測手段６０の作動シリンダ６４および第２計測手段７０の作動シリンダを縮めることにより、当接部材６５，７５の当接面６５ａ，７５ａをワークＷの内周面Ｗｂに当てる。これにより、第１計測手段６０の当接面６６ａが位置センサ６７の接触子６７ａに当たり、第２計測手段７０でも同様の状態となる。
また、カム８７をレバー操作により回して第３計測手段８０の位置センサ８４を下降させることにより、その接触子８４ａがワークＷの端面Ｗｃに当たるようにする。
【００５３】
第１〜第３の計測手段６０，７０，８０を上記のように計測状態にした後、制御・演算手段９０の制御により、モータ２６を間欠駆動させて、ワークＷを所定角度Θ毎に間欠回転させて、１回転させる。なお、角度Θは３６０°／Ｎ（Ｎは整数）である。本実施形態では、Ｎは、ワークＷの内周面Ｗｂの歯数と同数にしている。
【００５４】
制御・演算手段９０は、上記ワークＷが所定角度Θ回転して一時停止する度に、計測手段６０，７０，８０から出力される第１〜第３環状領域の位置情報を読み込み、この位置情報（各環状領域毎にＮ個の位置情報）に基づいて端面Ｗｃの平坦度を演算する。以下、図５，図６を参照しながら詳述する。
【００５５】
前述したように、図５に示すように、ワークＷが理想形でありワークＷの上下端面Ｗｃ，Ｗｄが完全な平坦面をなし、ワークＷの中心軸線２００が回転軸線１００と一致する場合には、ワークＷは、破線で示す位置にある。しかし、実際にはワークＷは図５において実線で示すように、その中心軸線２００が回転軸線１００から偏倚しかつ傾いている。なお、中心軸線２００は、本実施形態では内周面Ｗｂの中心軸線を意味する。
【００５６】
図５において、ワークＷの中心軸線２００の偏倚量，傾斜量は著しく誇張して示してある。この偏倚，傾斜はクランプ機構３０によるワークＷのクランプの状態，ワークの下端面Ｗｄの僅かな歪みや中心軸線２００に対する僅かな傾き等により生じる。図５において、ワークＷは不完全な形で示しており、その内周面Ｗｂと上下端面Ｗｃ，Ｗｄのみを示している。
【００５７】
上記のように、ワークＷの中心軸線２００が回転軸線１００に対して軸振れした状態で回転されると、第３計測手段８０の位置センサ８４からの出力値は、この軸振れに対応する出力分を含んでしまい、高精度に平坦度を検出することができない。以下、その理由を図５を参照しながら説明する。
【００５８】
理解を容易にするために、実際の計測装置とは逆に、ワークＷが静止されていて第３計測手段８０が端面Ｗｃに沿って逆方向に３６０°回ることを想定する。実線で示すようにワークＷの中心軸線２００が回転軸線１００に対して左に傾いている場合には、端面Ｗｃの左側で低くなり、右側で高くなる。このような場合、たとえ端面Ｗｃが中心軸線２００と直交した基準平面に対して歪みが全くなくても、この軸振れに起因した出力値の変化を出力してしまう。また、端面Ｗｃに歪みがあっても、偶然に上記軸振れによる出力分で相殺することにより、出力値の変化が小さくなってしまうこともある。
【００５９】
そこで、制御・演算手段９０では、軸振れに伴なう出力分をキャンセルし、平坦度を高精度に計測するようにしている。
まず、ワークＷが静止していて第３計測手段８０が所定角度Θ毎に計測を行なうものとして、三次元空間における回転軸線１００に対するワークＷの中心軸線２００の位置を求める。
【００６０】
上記中心軸線２００を求める際に、前述した第１，第２計測手段６０、７０の位置情報が用いられる。図６を参照しながら説明すると、この位置情報はワークＷの内周面Ｗｂの第１，第２環状領域と回転軸線１００との間の距離を表している。図６においてｎ回目の計測点Ｐｎでの計測距離がＤｎで示されている。なお、図６には計測点間の角度Θを実際より遥かに大きく示している。
【００６１】
第１計測手段６０の距離情報Ｄｎと角度情報から、計測点ＰｎのＸ，Ｙ座標（Ｐｎ（ｘ），Ｐｎ（ｙ））を求める。なお、この座標平面において、回転軸線は座標（０，０）で表される。
【００６２】
そして、第１環状領域の中心点Ｇ１の座標を重点演算法を用いて求める。重点演算法は、第１環状領域の中心点Ｇ１を第１環状領域によって囲まれる面積の重心として求めるものである。詳述すると、図６に示すように、上記座標平面を角度Θで分割し、隣接する計測点Ｐｎ，Ｐｎ＋１と座標（０，０）を結ぶ三角形の重心のｘ座標Ｇｎ（ｘ），ｙ座標Ｇｎ（ｙ）を、下記式から求める。
Ｇｎ（ｘ）＝{Ｐｎ（ｘ）＋Ｐｎ＋１（ｘ）}／３  …（１）
Ｇｎ（ｙ）＝{Ｐｎ（ｙ）＋Ｐｎ＋１（ｙ）}／３  …（２）
また、上記三角形の面積を下記式から求める。
Ｓｎ＝Ｄｎ・Ｄｎ＋１・ｓｉｎΘ／２  …（３）
【００６３】
次に、Ｎ個の三角形の重心のｘ座標，ｙ座標，面積からワークＷの内周面Ｗｂの第１環状領域の重心点Ｇ１のｘ座標Ｇ１（ｘ）およびｙ座標Ｇ１（ｙ）を下記式より求める。
Ｇ１（ｘ）＝（Ｇ１ｘ・Ｓ１＋Ｇ２ｘ・Ｓ２ …ＧＮｘ・ＳＮ）／（Ｓ１＋Ｓ２ …ＳＮ）…（４）
Ｇ１（ｙ）＝（Ｇ１ｙ・Ｓ１＋Ｇ２ｙ・Ｓ２ …ＧＮｙ・ＳＮ）／（Ｓ１＋Ｓ２ …ＳＮ）…（５）
【００６４】
同様にして、第２計測手段７０の位置情報に基づき、ワークＷの内周面Ｗｂにおける第２環状領域の重心点Ｇ２のｘ座標Ｇ２（ｘ）およびｙ座標Ｇ２（ｙ）を求める。
【００６５】
上記重心点Ｇ１，Ｇ２の座標平面は、ともに回転軸線１００と直交するが、高さが異なる。この重心点Ｇ１，Ｇ２のＺ座標の情報を加えて、三次元空間に重心点Ｇ１，Ｇ２を位置させた時、これら重心点Ｇ１，Ｇ２を通る直線が、ワークＷの内周面Ｗｂの中心軸線２００である。
【００６６】
本実施形態では、中心軸線２００の三次元空間での位置を、２つの点Ｐ，Ｑの三次元座標として求める。上記点Ｑは、上記重心点Ｇ１，Ｇ２を通る直線と前述した仮想平面ＰＬ０との交点である。上記点Ｐは、上記重心点Ｇ１，Ｇ２を通る直線上において、上記点ＱからワークＷの高さ分だけ離れた点である。
【００６７】
次に、上記点Ｐを通り中心軸線２００と直交する基準平面ＰＬ３を求める。この基準平面ＰＬ３は、計測角度Θ離れた直線の集合であってもよい。
【００６８】
次に、第３計測手段８０による計測箇所毎の補正分ΔＭを求める。この補正分ΔＭは、図５において、基準平面ＰＬ３に対する点Ｒの高さで表される。点Ｒは、前述した仮想平面ＰＬ１と第３計測手段８０の接触子８４を通る垂直線とが交わる点である。補正分ΔＭは、基準平面ＰＬ３より点Ｒが高い時にプラス，低い時にマイナスとなる。ΔＭの絶対値は、点Ｒと点Ｓとの距離で表される。点Ｓは、点Ｒを通る基準平面ＰＬ３の法線と、この基準平面ＰＬ３とが交わる点である。
【００６９】
次に、下記式に示すように、各計測箇所毎の第３計測手段８０で計測された端面Ｗｃの位置、換言すれば面振れ量Ｍ’に上記補正分ΔＭを加えて、各計測箇所毎の真の面振れ量Ｍを求める。
Ｍ＝Ｍ’＋ΔＭ  …（６）
ここで、面振れ量Ｍ’は、計測位置が仮想平面ＰＬ１より低い場合にマイナス，高い場合にプラスで表される。
【００７０】
図５に示すように、中心軸線２００が左側に傾いていると、左側の計測箇所では面振れ量Ｍ’が過度に低くなるが、上記のように補正分ΔＭを加算することにより、相殺することができる。
【００７１】
上記のようにして、計測箇所毎の真の面振れ量Ｍ（基準平面ＰＬ３に対する高さ）を求めることができる。なお、厳密には真の面振れ量Ｍを求める際に、第３計測手段８０による面振れ量Ｍ’にｃｏｓΘ’を乗じた量（ただしΘ’は中心軸線２００の回転軸線１００に対する傾き角度）に上記補正分ΔＭを加えるべきであるが、傾き角度Θ’が微小であるので、上記（６）式でも高精度の面振れ量Ｍを求めることができる。
【００７２】
最後に、各計測箇所毎の面振れ量Ｍの最大値と最小値の差を、平坦度として演算する。そして、この差が閾値を超えた場合には、検査対象となっているワークＷの端面Ｗｃが十分な平坦度をもたないと判断する。
【００７３】
上記のようにして端面Ｗｃの平坦度を検出したら、計測手段６０，７０，８０を非計測位置にし、クランプ機構３０によるクランプ状態を解除する。その後で、ワークＷを反転させて他の端面Ｗｄの平坦度の計測を同様にして行なう。
【００７４】
ワークの形状は、上記実施形態に制約されず、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、種々採用可能である。ちなみに図７（Ａ）に示すワークでは、内周面または外周面を基準筒面として提供し、上端面，中間の平坦面，下端面の平坦度を計測する。図７（Ｂ）に示すワークでは、下面に形成された凹部の内周面，円筒面からなる下部外周面，円錐面からなる上部外周面のいずれかを基準筒面として提供し、上端面，中間の平坦面，下端面の平坦度を計測する。円錐面の一部も本発明の基準筒面とすることができる。また、正多角形の外周面，内周面も基準筒面として利用可能である。
【００７５】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様が可能である。例えば、上記第１実施形態において、ワークＷの内周面をクランプし、外周面を基準筒面としてその位置を第１，第２計測手段で計測してもよい。
ワークが軸方向に長い場合には、ワークの基準筒面を３つ以上の計測手段で計測し、各環状領域の中心に基づき、最小２乗法により中心軸線を決定してもよい。
【００７６】
基準平面は、ワークの中心軸線と直交すればよく、高さは任意に設定できる。
上記実施形態では計測手段は接触式であったが、非接触式であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態をなす計測装置の概略構成の側面図であり、左半分はワークのクランプ状態を要部を断面にして示し、右半分はワークの非クランプ状態を示す。
【図２】同計測装置の上部の構成を詳細に示す拡大断面図である。
【図３】同計測装置の位置決め機構を示す拡大平面図である。
【図４】同計測装置の第１計測手段の拡大平面図である。
【図５】本発明の原理を説明する概略図であり、ワークの軸振れを誇張して示す。
【図６】第１計測手段の計測値から第１環状領域の重心点を求める演算を説明する概略図であり、計測角度を誇張して示す。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、ワークの他の態様を例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  固定系
２  回転系
１２  支持シャフト
２０  回転体
２３ａ  設置面
２６  モータ（回転駆動手段）
３０  クランプ機構
３１  クランプアーム
３２  昇降筒
３３  リンク
３４  圧縮コイルバネ（バネ）
４０  クランプ解除手段
６０  第１計測手段
７０  第２計測手段
８０  第３計測手段
９０  制御・演算手段（演算手段）
１００  回転軸線
２００  中心軸線
Ｗ  ワーク
Ｗａ  外周面
Ｗｂ  内周面（基準筒面）
Ｗｃ，Ｗｄ  端面（平坦面）
【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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