(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状ガイドレールと、ガイドレールに沿って移動可能にガイドレールに係合するテーブルと、ガイドレールの長手軸に直交する横手軸方向に移動可能にテーブルに係合するステージと、ステージに固定された非接触変位センサと、テーブルを駆動する第１駆動手段と、非接触変位センサの長手軸座標を検知する第１座標検知手段と、ステージを駆動する第２駆動手段と、非接触変位センサの横手軸座標を検知する第２座標検知手段と、ガイドレールの横手軸方向の撓みを用いて非接触変位センサの横手軸座標を補正する座標補正手段と、ガイドレールを支持する支持部材と、被測定表面に対して支持部材を位置決めする支持部材位置決め手段とを備え、支持部材は長さ調整可能な複数の支持脚を有することを特徴とする可搬式表面形状測定装置。
【請求項２】
ガイドレールは支持部材に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項３】
原点位置にある非接触変位センサの横手軸座標が、支持部材にマークされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項４】
原点位置にある非接触変位センサの横手軸座標が、支持部材位置決め手段にマークされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項５】
支持脚は非酸化物系セラミックス製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の可搬式表面測定装置。
【請求項６】
非接触式変位センサと被測定表面との間の距離を一定に維持する一定距離維持手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項７】
非接触変位センサはレーザ変位センサであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項８】
テーブルを支持する空気軸受けを備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の搬式表面形状測定装置。
【請求項９】
ガイドレールはセラミックス製であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項１０】
測定データ記憶手段と測定データ解析手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項１１】
被測定表面の初期形状データを記憶する初期形状データ記憶手段と、初期形状データと測定データとに基づいて被測定表面の劣化を検知する劣化検知手段とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項１２】
被測定表面の劣化が許容レベルを超えると警報を表示する第１警報表示手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項１３】
被測定表面の劣化の、前回測定時からの増分が許容レベルを超えると警報を表示する第２警報表示手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の可搬式表面形状測定装置。
【請求項１４】
支持部材が有する長さ調整可能な複数の支持脚の長さを独立に調整し、被測定表面に対して支持部材を位置決めし、直線状ガイドレールを支持部材に連結し、直線状ガイドレールに沿って移動可能な非接触変位センサをガイドレールの長手軸方向の第１位置へ移動させ、非接触変位センサをガイドレールの長手軸に直交する横手軸方向の第２位置へ移動させ、非接触変位センサと被測定表面との間の横手軸方向距離を測定し、非接触変位センサの第１位置の長手軸座標を検知し、非接触変位センサの第２位置の横手軸座標を検知し、非接触変位センサと被測定表面との間の横手軸方向距離と、非接触変位センサの第２位置の横手軸座標と、ガイドレールの横手軸方向の撓みに基づいて非接触変位センサの第２位置の横手軸座標を補正する補正値とを用いて、被測定表面の測定点の横手軸座標を算出し、非接触変位センサの種々の異なる第１位置において、被測定表面の測定点の横手軸座標を算出することを特徴とする偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項１５】
支持部材が有する複数の支持脚を、非酸化物系セラミックス製の設置面に設置することを特徴とする請求項１４に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項１６】
非接触変位センサと被測定表面との間の距離を一定に維持することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項１７】
複数の測定点の長手軸座標と横手軸座標の測定値に基づいて、被測定表面が形成する円弧を計算し、当該円弧の半径Ｒを表示することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項１８】
複数の測定点の長手軸座標と横手軸座標の測定値に基づいて、被測定表面が形成する円弧を計算し、当該円弧と各測定点との間の横手軸方向偏差△Ｒを計算して表示することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項１９】
複数の測定点の長手軸座標と横手軸座標の測定値に基づいて、被測定表面が形成する円弧を計算し、当該円弧と各測定点との間の横手軸方向偏差△Ｒを計算し、最大△Ｒと最小△Ｒの差△Ｈを表示することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項２０】
被測定表面は回転対称形状であり、被測定表面の直径に亘る複数の測定点の長手軸座標と横手軸座標の測定値に基づいて被測定表面が形成する円弧を計算し、被測定表面の半径に亘る複数の測定点の長手軸座標と横手軸座標の測定値に基づいて被測定表面が形成する円弧を計算し、直径に亘る複数の測定点から計算した円弧の半径Ｒと、半径に亘る複数の測定点から計算した円弧の半径Ｒとを表示することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【請求項２１】
直径に亘る複数の測定点から計算した円弧の半径Ｒと、半径に亘る複数の測定点から計算した円弧の半径Ｒとの差を表示することを特徴とする請求項２０に記載の偏平対象物の表面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、偏平対象物の表面形状、特にラップ定盤の加工表面形状を測定する可搬式測定装置に関するものである。
〔背景技術〕
脆性材料の精密加工、ＧＭＲヘッドの高精度曲面加工等に使用されるラップ定盤は、微細な螺旋溝が形成された平坦な又は湾曲した加工表面を有している。高い加工精度を維持するために、加工表面の全体形状、微細形状を適正状態に維持する必要がある。加工表面の全体形状、微細形状を適正状態に維持するために、加工表面の全体形状、微細形状を正確に測定する必要がある。
ラップ定盤の加工表面形状の測定は従来以下の装置により行われていた。
Ａ．平面度、真球度等の加工表面の全体形状の測定
ａ．スパンゲージ
ｂ．三次元測定機
ｃ．コンパレータ、ダイアルゲージ
Ｂ．溝形状等の加工表面の微細形状の測定
ａ．表面粗さ計
ｂ．走査型電子顕微鏡
従来の測定装置には以下の問題があった。
スパンゲージ：点の測定なので、局部的な変形を見落とす可能性が高い。
三次元測定機、コンパレータ、ダイアルゲージ：ラップ盤から取り外したラップ定盤の加工表面形状は測定できるが、ラップ盤に取り付けられたラップ定盤の加工表面形状は測定できない。
表面粗さ計：Ｚ方向（偏平対象物の厚み方向）の測定可能範囲が１ｍｍ未満であり球面の測定に適さない。
走査型電子顕微鏡：測定するのに時間が掛かるので、広い表面の測定に適さない。
スパンゲージ、三次元測定機、表面粗さ計、コンパレータなどの接触測定装置は、ラップ定盤がスズなどの軟質金属製である場合、加工表面の正確な測定が出来ず、加工表面を傷つける可能性が高い。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、ラップ盤に取り付けられたラップ定盤の加工表面の全体形状と微細形状とを、容易且つ正確に測定可能な可搬式測定装置を提供することである。
本発明の他の目的は、装置に搭載された偏平対象物の表面の全体形状と微細形状とを、容易且つ正確に測定可能な可搬式測定装置を提供することである。
本発明においては、直線状ガイドレールと、ガイドルールに沿って移動可能にガイドレールに係合するテーブルと、ガイドレールの長手軸に直交する横手軸方向に移動可能にテーブルに係合するステージと、ステージに固定された非接触変位センサと、テーブルを駆動する第１駆動手段と、非接触変位センサの長手軸座標を検知する第１座標検知手段と、ステージを駆動する第２駆動手段と、非接触変位センサの横手軸座標を検知する第２座標検知手段と、ガイドレールの横手軸方向の撓みを用いて非接触変位センサの横手軸座標を補正する座標補正手段と、ガイドレールを支持する支持部材と、被測定表面に対して支持部材を位置決めする支持部材位置決め手段とを備え、支持部材は長さ調整可能な複数の支持脚を有することを特徴とする可搬式表面形状測定装置を提供する。
支持部材が有する複数の支持脚の長さを独立に調整し、支持部材位置決め手段を用いて被測定表面に対して支持部材を位置決めし、直線上ガイドレールを支持部材に連結し、直線状ガイドレールに沿って移動可能な非接触変位センサをガイドレールの長手軸方向の第１位置へ移動させ、非接触変位センサをガイドレールの長手軸に直交する横手軸方向の第２位置へ移動させ、非接触変位センサと被測定表面との間の横手軸方向距離を測定し、非接触変位センサの第１位置の長手軸座標を検知し、非接触変位センサの第２位置の横手軸座標を検知し、非接触変位センサと被測定表面との間の横手軸方向距離と、非接触変位センサの第２位置の横手軸座標と、ガイドレールの横手軸方向の撓みに基づいて非接触変位センサの第２位置の横手軸座標を補正する補正値とを用いて、被測定表面の測定点の横手軸座標を算出し、非接触変位センサの種々の異なる第１位置において、被測定表面の測定点の横手軸座標を算出することにより、被測定表面の全体形状と微細形状とを、容易且つ正確に測定することができる。
支持部材が有する複数の支持脚の長さを独立に調整することにより、被測定表面が載置される面上に支持部材を安定して載置することができる。
支持部材位置決め手段を用いることにより、支持部材を被測定表面に対して容易に位置決めすることができる。
被測定表面に対して支持部材を位置決めし、直線上ガイドレールを支持部材に連結することにより、少ない重量負担で容易に可搬式表面形状測定装置を被測定表面に対して位置決めすることができる。
〔発明を実施するための最良の形態〕
本件発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置を説明する。
図１〜４に示すように、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置２０は、アルミナセラミックス、炭化珪素等の単位質量当たりの縦弾性係数が大きな素材から成る、中空断面の直線状ガイドレール１を備えている。ガイドレール１の両端は、一対の支柱１０により支持されている。ガイドレール１と一対の支柱１０とは一体に組み付けられている。
Ｘ軸テーブル４が、ガイドレール１に沿ってガイドレール１の長手軸Ｘの方向に移動可能に、ガイドレール１に係合している。Ｘ軸テーブル４は空気軸受け４１を介してガイドレール１により支持されている。Ｘ軸テーブル４はＸ軸モータ４２により駆動される。可搬式表面形状測定装置２０の非稼働時には、Ｘ軸テーブル４は、ガイドレール１の一端近傍の原点位置に在る。
Ｚ軸ステージ３が、Ｘ軸に直交するＺ軸の方向に移動可能に、Ｘ軸テーブル４に係合している。Ｚ軸ステージ３はＺ軸モータ５により駆動される。可搬式表面形状測定装置２０の非稼働時には、Ｚ軸ステージ３は、Ｘ軸近傍の原点位置に在る。
静電容量センサ、渦電流センサ、ファイバーセンサ、レーザーセンサ等の非接触式変位センサ９が、Ｚ軸ステージ３に固定されている。測定スポット径が小さく、測定精度が高いレーザーセンサが最も好適である。
非接触式変位センサ９のＸ軸座標を検知するＸ軸リニアスケール２が、ガイドレール１に取り付けられている。非接触式変位センサ９のＺ軸座標を検知するＺ軸リニアスケール３２が、Ｘ軸テーブル４に取り付けられている。
一対の支柱１０は一対の着脱用治具１５により着脱可能に一対の支持台１１に固定されている。複数の支持脚１２が、支持台１１に螺合している。ハンドル１７が、支持脚１２に固定されている。ナット１８が支持脚１２に螺合している。
一対の支持台１１の間にガイドレール１と平行に延在するスケール１４が配設されている。一対の支持台１１とスケール１４とは一体に組み付けられている。一対の位置決め治具１３が、スケール１４の長手軸方向に移動可能に、スケール１４に係合している。位置決め治具１３は、スケール１４との係合部１３ａと、被測定物の周側面に当接可能な位置合わせ部１３ｂと、被測定物の測定表面周縁部に当接可能な位置合わせ面１３ｃとを有している。位置合わせ面１３ｃと原点位置に在る非接触式変位センサ９との間のＺ軸方向距離は、非接触式変位センサ９の測定有効距離の範囲内に設定されている。
図５に示すように、本件発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置２０は、カウンター回路５１と、変位データ入力回路５２と、データ演算処理部５３と、撓み補正データ記憶部５４と、表面形状データ記憶部５５と、サーボコントローラ５６と、表示装置５７とを有するデータ処理部を備えている。
ラップ盤に取り付けられたラップ定盤の加工表面形状を、可搬式表面形状測定装置２０を用いて、ラップ定盤の直径ラインに沿って測定する際の、可搬式表面形状測定装置２０の設置手順を説明する。
図２に示すように、ラップ盤１００の水平且つ平坦な上面１００ａに、円環板状のラップ定盤７が載置固定されている。ラップ定盤７は、球面状の加工表面７ａを有している。
着脱用治具１５を操作して、可搬式表面形状測定装置２０を、ガイドレール１を含む第１部分と、支持台１１を含む第２部分とに分離する。
ラップ定盤７の外直径と、非接触式変位センサ９と位置決め治具１３の位置合わせ部１３ｂとの間のガイドレール１に直交する方向の水平距離とに基づいて、非接触式変位センサ９がラップ定盤７の直径ライン上を移動するように、一対の位置決め治具１３間の距離を、スケール１４の目盛りを見ながら調整する。
位置決め治具１３の位置合わせ面１３ｃの高さが、ラップ定盤７の周縁部７ｂの高さと同一になるように、ハンドル１７を回転させて支持脚１２の有効長さＬを調整する。ナット１８を締めつけて、支持脚１２の有効長さＬを調整値に固定する。
一対の位置合わせ部１３ｂをラップ定盤７の周側面に当接させ、一対の位置合わせ面１３ｃをラップ定盤７の周縁部７ｂに当接させて、可搬式表面形状測定装置２０の第２部分をラップ盤１００の上面１００ａに載置する。
可搬式表面形状測定装置２０の第２部分上に、可搬式表面形状測定装置２０の第１部分を載置し、着脱用治具１５を操作して、第１部分を第２部分に固定する。
可搬式表面形状測定装置２０の設置が完了すると、ガイドレール１はラップ盤１００の上面１００ａと平行に延在し、非接触式変位センサ９はラップ定盤７の直径ライン上に在り、非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ方向距離は非接触式変位センサ９の測定有効距離の範囲内に在る。
可搬式表面形状測定装置２０の設置に関して、可搬式表面形状測定装置２０は以下の利点を有する。
（１）位置決め治具１３を使用することにより、非接触式変位センサ９がラップ定盤７の直径ライン上を移動するように、可搬式表面形状測定装置２０を、ラップ定盤７に対して容易に位置決めすることができる。位置決め治具１３は、種々の形状、寸法の測定対象物に広く使用可能である。
（２）支持脚１２の有効長さＬを調整することにより、非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ方向距離を、非接触式変位センサ９の測定有効距離の範囲内に、容易に設定することができる。
（３）支持脚１２の有効長さＬを調整することにより、可搬式表面形状測定装置２０の第１部分を第２部分に載置する際の、原点位置に在る非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの干渉を防止し、干渉による加工表面７ａの損傷を防止することができる。
（４）複数の支持脚１２の有効長さＬを、独立に調整することにより、図６に示すようにラップ盤１００の上面１００ａに段差が在る場合でも、或いはラップ盤１００の上面１００ａが傾斜している場合でも、可搬式表面形状測定装置２０をラップ盤１００の上面１００ａ上に安定して載置することができる。
（５）可搬式表面形状測定装置２０の第２部分をラップ定盤７に対して位置決めしてラップ盤１００上に載置し、次いで可搬式表面形状測定装置２０の第１部分を台２部分に載置固定することにより、少ない重量負担で容易に可搬式表面形状測定装置２０をラップ盤１００に載置することができる。複数の第２部分を用意しておけば、複数のラップ定盤７の各々に予め第２部分を位置決めし、単一の第１部分を順次各第２部分に載置固定して、複数のラップ定盤７の加工表面形状を順次測定することができる。高価な第１部分を、複数の安価な第２部分が共有することにより、表面形状の測定費用が低減する。
図５を参照しつつ、可搬式表面形状測定装置２０によるラップ定盤７の加工表面形状の測定手順を説明する。
ユーザは、制御ソフトを起動して、測定開始位置、測定終了位置、測定ピッチ等の測定条件を入力する。
Ｘ軸モータ４２が作動して、Ｘ軸テーブル４が原点位置から測定開始位置へ移動する。非接触式変位センサ９のＸ軸座標データＸｎが、Ｘ軸リニアスケール２からカウンター回路５１に入力される。Ｘ軸テーブル４が測定開始位置に到達すると、測定トリガがカウンター回路５１から変位データ入力回路５２へ入力され、測定が開始される。
非接触式変位センサ９がラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ軸方向距離を測定し、測定値に基づいてサーボコントローラ５６がＺ軸モータ５をフィードバック制御し、Ｚ軸ステージ３が、非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ軸方向距離が非接触式変位センサ９の最適測定距離（測定有効距離が５±０．３ｍｍのレーザーセンサの場合約５ｍｍ）となる位置へ、移動する。非接触式変位センサ９がラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ方向距離Ｚｉを測定する。測定データＺｉが非接触式変位センサ９から変位データ入力回路５２に入力される。非接触式変位センサ９のＺ軸座標データＺｓが、Ｚ軸リニアスケール３２から変位データ入力回路５２に入力される。
非接触式変位センサ９の測定データＺｉと、非接触式変位センサ９のＺ軸座標データＺｓとが、変位データ入力回路５２からデータ演算処理部５３に入力される。非接触式変位センサ９のＸ軸座標データＸｎが、カウンター回路５１からデータ演算処理部５３に入力される。
ガイドレール１の自重とＸ軸テーブル４の重量とによるガイドレール１のＺ軸方向の撓みに基づいて非接触式変位センサ９のＺ軸座標データＺｓを補正する撓み補正データΔｚが、撓み補正データ記憶部５４に予め記憶されている。撓み補正データΔｚが、撓み補正データ記憶部５４からデータ演算処理部５３に入力される。
データ演算処理部５３は、図７に示すように、測定データＺｉと、非接触式変位センサ９のＺ軸座標データＺｓと、撓み補正データΔｚとを用いて、加工表面７ａの測定点のＺ軸座標Ｚｎを算出する。
加工表面７ａの測定点のＺ軸座標データＺｎと、Ｘ軸座標データＸｎとが、データ演算処理部５３から表面形状データ記憶部５５へ入力され、記憶される。
Ｘ軸テーブル４がラップ定盤７の直径ライン上の次の測定位置へ移動して加工表面７ａの測定が行われ、データ演算処理部５３が測定点のＺ軸座標データＺｎを算出し、表面形状データ記憶部５５が測定点のＺ軸座標データＺｎとＸ軸座標Ｘｎとを記憶する。
Ｘ軸テーブル４の移動と、加工表面７ａの測定と、データ演算処理部５３による測定点のＺ軸座標データＺｎの算出と、表面形状データ記憶部５５による測定点のＺ軸座標データＺｎとＸ軸座標データＸｎとの記憶が繰り返され、ラップ定盤７の一つの直径ライン上の加工表面７ａの形状データが、表面形状データ記憶部５５に蓄積される。
ラップ定盤７が回転されて、ラップ定盤７の複数の直径ライン上で、加工表面７ａの測定が行われ、ラップ定盤７の複数の直径ライン上の加工表面７ａの形状データが、表面形状データ記憶部５５に蓄積される。例えば、ラップ定盤７が４５度ずつ回転されて、４つの直径ライン上で、加工表面７ａの測定が行われ、ラップ定盤７の４つの直径ライン上の加工表面７ａの形状データが、表面形状データ記憶部５５に蓄積される。
加工表面７ａの形状測定に関して、可搬式表面形状測定装置２０は以下の利点を有する。
（１）アルミナセラミックス、炭化珪素等の単位質量あたりの縦弾性係数が大きい素材で形成された中空断面のガイドレール１の、Ｚ軸方向の撓みは微小なので、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が高い。
（２）アルミナセラミックス、炭化珪素等は線膨張係数が小さいので、環境温度が変化しても、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が高く維持される。
（３）Ｘ軸テーブル４が空気軸受け４１を介してガイドレール１により支持されているので、Ｘ軸テーブル４の移動に際して、ころがり軸受けで発生するような転動、スティックスリップによる振動が発生しない。従って、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が高い。
（４）Ｘ軸テーブル４が空気軸受け４１を介してガイドレール１により支持されているので、Ｘ軸テーブル４とガイドレール１との摺動抵抗が小さく、Ｘ軸モータ４２の発熱量が少なく、ガイドレール１の熱変形量が少ない。従って、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が高い。
（５）Ｘ軸テーブル４が空気軸受け４１を介してガイドレール１により支持されているので、Ｘ軸テーブル４とガイドレール１との摺動面が劣化し難い。従って、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が長期間に亘って高く維持される。
（６）非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ軸方向距離が非接触式変位センサ９の最適測定距離に維持されて、非接触式変位センサ９とラップ定盤７の加工表面７ａとの間のＺ軸方向距離が正確に測定され、ガイドレール１のＺ軸方向の撓みが補正されるので、ラップ定盤７の加工表面７ａの微細形状を正確に測定することができる。
（７）ラップ定盤７の複数の直径ライン上の複数の位置で、加工表面７ａの形状を正確に測定することができるので、ラップ定盤７の加工表面７ａの全体形状を正確に測定することができる。
（８）ラップ定盤７の一つの直径ライン上の加工表面７ａの形状測定は、制御ソフトに基づいて自動的に行われるので、ラップ定盤７の加工表面７ａの全体形状と微細形状とを、容易且つ正確に測定することができる。
表面形状データ記憶部５５に記憶された加工表面７ａの形状データの処理手順を以下に説明する。
データ演算処理部５３が、表面形状データ記憶部５５から加工表面７ａの表面形状データを取得し、当該データを処理する。表面形状データの処理は、図８に示す手順で行われる。形状データの処理の手順を以下に詳述する。
（１）特異点除去
図９に示すように、周辺測定点のＺ軸座標データＺｎの平均値と比較して突出したＺ軸座標データＺｎが存在する場合に、当該突出したＺ軸座標データＺｎを特異点と見做して平滑化する。この結果、非接触式変位センサ９のレーザ光線の乱反射、加工表面７ａに付着した埃やゴミ等による測定誤差が除去される。周辺測定点の数、突出量のしきい値は、ユーザーが設定することができる。
（２）フィルタリング
図１０に示すように、特異点を平滑化したＺ軸座標データＺｎをＦＩＲ型ローパスフィルタに通して、高周波ノイズを除去する。カットオフ周波数は、ユーザーが設定することができる。
（３）頂点データ作成
図１１に示すように、高周波ノイズを除去したＺ軸座標データＺｎの、周期的な波の波頂と波底とを検出し、波頂データ、波底データとして表面形状データ記憶部５５に記憶する。
波頂の包絡線を算出することにより、ラップ定盤７の加工対象物との接触面の形状を把握することができる。
波底の包絡線を算出することにより、加工表面７ａを成形加工した工作機械の加工精度を把握することができる。
（４）溝形状データ作成
図１２に示すように、高周波ノイズを除去したＺ軸座標データＺｎの、各波の山幅、溝深さ、溝面積を算出し、溝形状データとして表面形状データ記憶部５５に記憶する。
ラップ定盤７の使用に伴い、加工表面７ａに形成した螺旋溝の山幅が増加し、溝深さが減少するので、溝形状データに基づいて、ラップ定盤７の磨耗度を把握することができ、ラップ定盤７の加工表面７ａの再加工時期、ラップ定盤７の取り替え時期等を把握することができる。
（５）Ｒデータ作成
波頂データを用いて、加工表面７ａの半径Ｒを算出し、Ｒデータとして表面形状ゲータ記憶部５５に記憶する。
図１３に示すように、波頂データを、Ｘ軸に沿って、領域Ｉ、領域ＩＩ、領域ＩＩＩに３等分する。各領域から１個の波頂データを取得し、３個の波頂データの関係（凹、凸、平坦）を検知する。各領域から新たに１個の波頂データを取得し、３個の波頂データの関係を検知する。上記手順をＮ回繰り返し（Ｎは各領域内の波頂データ数である）、最も多かった形状を波頂データの形状と判断する。
波頂データの形状が凹又は凸の場合、各領域から１個の波頂データを取得し、３個の波頂データを通る円を計算する。各領域から新たに１個の波頂データを取得し、３個の波頂データを通る円を計算する。上記手順をｎ回繰り返す。計算された円の半径が所定値ｒより大きい場合は、波頂データの形状を平坦と見做し、円計算の繰り返しを中止すをる。ｎ個の円の半径の平均値、中心座標の平均値を、加工表面７ａが形成する円弧の半径Ｒ、中心座標と判断する。繰り返し数ｎ、所定値ｒはユーザーが設定することができる。
波頂データの形状が平坦の場合、全波頂データから計算した最小二乗近似直線を加工表面７ａの表面形状と判断する。
加工表面７ａの成形加工時には、予め設定した半径Ｒが実現されるように加工表面７ａを成形加工するので、加工完了後に加工表面７ａの形状を測定して、半径Ｒを算出することにより、加工表面７ａを成形加工した工作機械の加工精度を把握することができる。
加工表面７ａの形状管理に、Ｒデータを役立てることができる。
（６）ΔＲデータ作成
図１４に示すように、波頂データを用いて算出した加工表面７ａの半径Ｒの円弧と、頂点データとのＺ軸方向偏差ΔＲを算出し、ΔＲデータとして表面形状データ記憶部５５に記憶する。
ΔＲにより、加工表面７ａの凹凸を把握することができる。
ΔＲの許容範囲を設定しておけば、ΔＲデータに基づいて、加工表面７ａの形状管理をすることができる。
ΔＲのＸ軸方向の分布に基づいて、ラップ定盤７の径方向位置による加工精度のバラツキを把握することができる。
（７）傾き補正
図１５に示すように、高周波ノイズを除去したＺ軸座標データＺｎの全体を回転させて、データ全体の傾きを除去し、Ｚ軸座標データＺｎを見易くする。傾き補正により、ラップ定盤７と可搬式表面形状測定装置２０との厳密な平行調整が不要になり、平行調整に要する時間が短縮される。
（８）グラフ表示
図１６乃至図１８に示すように、上述の各種データを表示装置５７の画面上にグラフ表示することにより、ラップ定盤７の加工表面７ａの状態を視覚的に把握することができる。
図１６は、一直径ライン上の加工表面７ａの形状をグラフ表示している。上図は高周波ノイズを除去したＺ軸座標データＺｎのＸ軸方向分布を示し、下図はΔＲのＸ軸方向分布を示している。画面の右側に、測定条件（測定開始点、測定終了点、測定ピッチ、測定点数、測定速度）、半径Ｒ、最大ΔＲ、最小ΔＲ、最大ΔＲと最小ΔＲの差ΔＨ、等を示している。半径Ｒ、最大ΔＲ、最小ΔＲ、最大ΔＲと最小ΔＲの差ΔＨ、等をグラフ示することにより、ラップ定盤の加工表面７ａに要求される形状と、実際の形状との差を容易に把握することができる。
図１７の上図は、図１６の部分拡大図である。
図１８は、複数の直径ライン上の測定結果を結合して得られた、加工表面７ａの三次元形状を表示している。
図１９は、各種データを数値表示している。各種データを数値表示することにより、これらのデータが許容範囲内であるか否か容易に把握することができる。
特にＲ、ΔＲ、最大ΔＲと最小ΔＲの差ΔＨは、ラップ定盤７の加工精度を管理する上で重要である。
直径全体に亘るデータから算出したＲと共に、半径のみに亘るデータから算出したＲも表示するのが望ましい。加工表面７ａを切削加工する工作機械は、ラップ定盤を回転させつつ半径方向に切削刃を動かして加工表面７ａを切削加工するので、直径に亘るデータから算出したＲと、半径のみに亘るデータから算出したＲとを比較することにより、工作機械の加工精度を把握することができる。例えば、図２０に示すように、工作機械の加工精度が低いために、加工表面７ａが単一の球面とならずドーナツ状になる場合がある。この場合、直径に亘るデータから算出したＲ１と、半径のみに亘るデータから算出したＲ２とは一致しない。両者が一致すれば、工作機械の加工精度は高い。
加工表面７ａの使用開始前の形状データを形状データの初期値として予め表面形状データ記憶部５５に記憶しておき、加工表面７ａの使用開始後の形状データと形状データの初期値とを比較して両者の差を加工表面７ａの劣化データとして表面形状データ記憶部５５に記憶し、表示装置５７に表示するようにしても良い。ラップ定盤７の加工表面７ａの再加工時期、ラップ定盤７の取り替え時期等がが適正化される。
加工表面７ａの劣化が許容レベルを超えた場合に、表示装置５７に警報を表示するようにしても良い。ラップ定盤７の加工表面７ａの再加工時期、ラップ定盤７の取り替え時期等が適正化される。
定期的に加工表面７ａの形状測定を行い、最新劣化データの前回測定時劣化データからの増分が許容レベルを超えた場合に、表示装置５７に警報を表示するようにしても良い。ラップ定盤７の取換のタイミングが適正化される。
可搬式表面形状測定装置２０をラップ盤１００の上面１００ａに設置した状態での原点位置にある非接触変位センサ９のＺ軸座標Ｚｓを、支持台１１にマークしても良い。当該マークが加工表面７ａよりも上方に位置するように、支持脚１２の有効長さＬを調整することにより、可搬式表面形状測定装置２０の第１部分を第２部分に載置する際に、非接触変位センサ９が加工表面７ａと干渉するのを防止することがかできる。
可搬式表面形状測定装置２０をラップ盤１００の上面１００ａに設置した状態での原点位置にある非接触変位センサ９のＺ軸座標Ｚｓを、位置決め治具１３にマークしても良い。当該マークが加工表面７ａよりも上方に位置するように、支持脚１２の有効長さＬを調整することにより、可搬式表面形状測定装置２０の第１部分を第２部分に載置する際に、非接触変位センサ９が加工表面７ａと干渉するのを防止することができる。
以上本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されない。
支持脚１２を非酸化物系セラミックス製としても良い。支持脚１２を非酸化物系セラミックスで被覆しても良い。ラップ盤１００の上面１００ａに非酸化物系セラミックス製の薄板を敷き、当該薄板に支持脚１２を設置しても良い。
セラミックスは、耐熱性、強度、耐食性、耐磨耗性、耐衝撃性に優れ、熱膨張率が小さいので、支持脚１２の材料として好適である。特に非酸化物系セラミッスは、酸化物系セラミックスに比べて摩擦係数が小さいので、支持脚１２を非酸化物系セラミックス製とし、或いは支持脚１２を非酸化物系セラミックスで被覆し、或いはラップ盤１００の上面１００ａに非酸化物系セラミックス製の薄板を敷き、当該薄板に支持脚１２を設置することにより、可搬式表面形状測定装置２０をラップ盤１００の上面１００ａに設置する際に、支持脚１２に作用する摩擦力による支持脚１２の歪みが抑制され、支持脚１２の歪みによるガイドレール１の真直度の低下が抑制され、可搬式表面形状測定装置２０の測定精度が向上する。非酸化物系セラミックスの中でも、汎用性の観点等から炭化珪素、窒化珪素が好ましい。支持脚１２を被覆する非酸化物系セラミックスとして、上記に加えて炭化チタンも有効である。
支持脚１２の素材がガイドレール１の真直度に与える影響を実験によって調べた。実験の手順と結果とを以下に説明する。
図２１、２２に示すように、前記実施例に係る可搬式表面形状測定装置２０をアルミナセラミックス製定盤２００上に載置し、プッシュプルゲージ２１を用いて１点支持側の支持脚１２の先端部に２４．５ＮのＸ軸方向荷重を印加し、次いで当該荷重を除荷した。ガイドレール１の中央部Ｂ、両端部Ａ、Ｃの、荷重印加前と荷重除荷後のＺ軸座標の変化量を、電気マイクロメータ２２を用いて測定した。支持脚１２の素材として、焼入処理済のステンレス鋼、非酸化物系セラミックスである炭化珪素、窒化珪素、酸化物系セラミックスであるアルミナセラミックス、ジルコニアを使用し、支持脚１２の素材と、前記Ｚ軸座標の変化量との関係を調べた。
図２３に測定結果を示す。図２３から、支持脚１２の素材として炭化珪素、窒化珪素を使用した時に、Ｚ軸座標の変化量が最も小さいことが分かる。炭化珪素、窒化珪素とアルミナセラミックスとの間の摩擦が小さいので、Ｘ軸方向荷重の除荷により、支持脚１２が定盤２００上で滑って支持脚１２の歪みが解放され、ガイドレール１のＺ軸方向の残留変位が微小化したと考えられる。ステンレス鋼製の支持脚１２を使用し、定盤２００の支持脚設置部にポリテトラフルオロエチレンテープを貼着して上記測定を行った場合にも、当該テープを貼着しない場合に比べてＺ軸座標の変化量は低減した。テープ上に設置した支持脚１２は経時的な沈降する可能性があるので、非酸化物系セラミックス製の薄板を定盤２００上に敷き、当該薄板に支持脚１２を設置するのが望ましい。
炭化珪素、窒化珪素、アルミナセラミックス、ジルコニア、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ステンレス鋼の低摩擦性、硬度、曲げ強度、軽量性、耐熱性、耐食性、耐磨耗性の評価を図２４に示す。図２４から、低摩耗性ではフッ素系樹脂であるポリテトラフルオロエチレンが優れているが、耐熱性、強度、耐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、低熱膨脹性等をも考慮すると、支持脚１２の素材としてセラミックスが好ましく、更に、耐摩耗性、低摩擦性の観点から支持脚１２の素材として非酸化物系セラミックスである炭化珪素、窒化珪素等が好ましいことが分かる。炭化チタンも非酸化物系セラミックスであり、低摩擦性に優れるので、支持脚１２の被覆材として好適である。
可搬式表面形状測定装置２０を軽量化すべく、ガイドレール１を小径化する場合には、ガイドレール１の真直度を維持するために、支持脚１２とラップ盤１００の上面１００ａとの間の摩擦を低減させる必要がある。可搬式表面形状測定装置２０の第２部分上に第１部分を載置する際に、両者の当接面が平行になっていないと、第２部分の当接面が第１部分の当接面に倣おうとして支持脚１２に歪みが発生し、ガイドレール１の直伸度が低下する可能性がある。係る事態の発生を抑制する観点からも、支持脚１２とラップ盤１００の上面１００ａとの間の摩擦を低減させる必要がある。
アルミナセラミックス製定盤２００を使用した測定結果を図２３に示したが、鉄製定盤を使用した測定でも、Ｚ軸座標の変化量の絶対値は異なるが、図２３と同様の結果が得られている。
〔発明の産業上利用可能性〕
本発明に係る可搬式表面形状測定装置は、ラップ定盤のみならず、金型、ミラー、レンズ、セラミック板など様々な偏平対象物の表面形状の測定に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置の上面図である。
図２は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置の側面図である。
図３は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置が備える位置決め治具の斜視図である。
図４は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置が備える支持脚の側面図である。
図５は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置のデータ処理部のブロック図である。
図６は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置の側面図である。
図７は、Ｚ軸座標Ｚｎの算出手順の説明図である。
図８は、本発明の実施例に係る可搬式表面形状測定装置によるデータ処理のフローチャートである。
図９は、特異点除去処理の説明図である。
図１０は、フィルタリング処理の説明図である。
図１１は、頂点データ作成処理の説明図である。
図１２は、溝形状データ作成処理の説明図である。
図１３は、Ｒデータ作成処理の説明図である。
図１４は、ΔＲデータ作成処理の説明図である。
図１５は、傾き補正処理の説明図である。
図１６は、測定データのグラフ表示の一例を示す図である。
図１７は、測定データのグラフ表示の一例を示す図である。
図１８は、測定データのグラフ表示の一例を示す図である。
図１９は、測定データの数値表示の一例を示す図である。
図２０は、ラップ定盤の断面図である。
図２１は、支持脚の素材とガイドレールの真直度との関係を調べるための測定装置の側面図である。
図２２は、図２１の部分拡大図である。
図２３は、測定により得られた支持脚の素材とガイドレールの真直度との関係を示す図である。
図２４は、種々の支持脚用素材の物理特性を比較した図である。
【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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