(57)【要約】      （修正有）【課題】光学式距離計および長さ基準器であるブロックゲージを用いることで、ナノメートルオーダーの測定精度で校正する内面測定機の校正装置を提供する。【解決手段】摺動自在な第２ブロック２を摺動させ突出させた状態で第２ブロック２に光学式距離計４の光線を照射、続いて、第２ブロック２を引き戻して光線を第１ブロック１に照射することで、第２ブロック２の絶対厚さ寸法を求め、これを第１ブロック１と第３ブロック３との間の絶対距離とする。そして、第１ブロック１と第３ブロック３との間に、被検体となる内面測定機５を挿入し、第１ブロック１と第３ブロック３との距離を測定する。そして、内面測定機５の表示値を、絶対厚さ寸法に校正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された第１ブロックに対して摺動自在な第２ブロックを配置し、
前記第２ブロックに接する第３ブロックを、前記第１ブロックとの間に前記第２ブロックを挟み込むように配置し、
前記第３ブロック側から、前記第１ブロックおよび前記第２ブロックに光線を照射する光学式距離計を有し、
前記第２ブロックを突出させた状態で、前記第２ブロックに前記光学式距離計の光線を照射し、
続いて前記第２ブロックを引き戻して前記光線を前記第１ブロックに照射することで、前記第２ブロックの絶対厚さ寸法を求め、
前記絶対厚さ寸法を前記第１ブロックと前記第３ブロックとの間の絶対距離とし、
前記第１ブロックと前記第３ブロックとの間に、被検体となる内面測定機を挿入し、
前記内面測定機の表示値を、前記絶対厚さ寸法に校正することを特徴とする内面測定機の校正装置。
【請求項２】
前記第３ブロック側から前記第１ブロックおよび前記第２ブロックに光線を照射する前記光学式距離計は光コム距離計であることを特徴とする請求項１に記載の内面測定機の校正装置。
【請求項３】
前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックとからなるブロックユニットは、
前記光学式距離計から照射される前記光線に対してＸ方向およびＹ方向に角度の微調整機構を有し、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に前記角度を微調整しつつ、前記第２ブロックの厚さ寸法を複数回測定した時の最小値を求め、これを前記第２ブロックの絶対厚さ寸法とすることを特徴とする請求項１または２に記載の内面測定機の校正装置。
【請求項４】
前記ブロックユニットの固定には押し付け固定機構が用いられ、前記第１ブロックと前記第２ブロックと前記第３ブロックとの面間接触荷重を均一にできることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内面測定機の校正装置。
【請求項５】
前記第１ブロックと前記第２ブロックとは同一の材質であり、かつ前記光学式距離計が光線を照射する面の表面処理方法が同一であるブロックを用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内面測定機の校正装置。
【請求項６】
前記第２ブロックは切り欠き部を有し、前記切り欠き部に、被検体センサの先端部を挿入可能とし、前記光学式距離計による前記第２ブロックの測定点と前記被検体センサの測定点とを前記第２ブロックの摺動面内に収めたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内面測定機の校正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面測定機の校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密加工技術の進歩により０．１マイクロメートル以下の加工が行われるようになった。それに伴い、精密加工の精度を保障するために、ナノメートルオーダーの精度で測定を行える測定機が開発されている。例えば特許文献１には、光コムを用いてナノメートルオーダーでの測定或いは絶対距離測定が行える測定機について開示されている。
【０００３】
特許文献１などに示される測定機は、ある程度離れた位置からレーザーを照射して、測定対象物の形成面までの距離や外形を高精度に測定する上で極めて優れているが、小型のベアリング部品の内径や、深穴内面を測定することは、測定機材の設置上、困難である。
一般に、機械部品の深穴などの内面測定においては、接触式測定センサによる３次元座標測定機、非接触式測定センサである空気式マイクロメータなどが利用されている。接触式測定センサによる３次元座標測定機及びその校正について、例えば特許文献２に記載されている。また、空気式マイクロメータ及びその校正について、例えば特許文献３に記載されている。現状においては、これらの測定機ではナノメートルオーダーでの測定は行えないことに加え、リングゲージ等の校正基準器自体が、マイクロメートルオーダーであるため、測定値を保障することができない。
【０００４】
本出願人は、光干渉断層法を応用して、各種機械部品に形成された小穴や深穴などの内周面の状態を高精度に測定可能な３次元走査型の光イメージング用プローブを開発している。そして、この光イメージング用プローブの構造を、特許文献４などで開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２３１８８３号
【特許文献２】特許第３８３７５０３号
【特許文献３】特許第５２２２０６６号
【特許文献４】国際公開第２０１５／０２２７６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、内面測定機の校正に、内面寸法の絶対値が保障されていないリングゲージを用いることなく、絶対値が明確な校正器を用いることであり、この校正器を実用的なレベルに具体化することである。また、校正器の寸法の絶対値測定と校正器を用いた被検体となる内面測定センサの校正とを同時に、或いは、時間的に差異なく連続的に行なうことにより、校正精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための一手段として、内面測定機の校正装置を次のように構成する。固定された第１ブロックに対して摺動自在な第２ブロックを配置し、第２ブロックに接する第３ブロックを第１ブロックとの間に第２ブロックを挟み込むように配置する。そして、第３ブロック側から、第１ブロックおよび第２ブロックに光線を照射する光学式距離計を備える。まず、第２ブロックを突出させた状態で、第２ブロックに光学式距離計の光線を照射する。続いて、第２ブロックを引き戻して光線を第１ブロックに照射することで、第２ブロックの絶対厚さ寸法を求め、これを第１ブロックと第３ブロックとの間の絶対距離とする。そして、第１ブロックと第３ブロックとの間に、被検体となる内面測定機を挿入し、第１ブロックと第３ブロックとの距離を測定する。そして、内面測定機の表示値を、絶対厚さ寸法に校正するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検体である内面測定機の絶対値校正が可能となる。
また、内面測定機による測定と光学式距離計による測定は同時、または時間的に差異なく連続的に行われるため、校正中の気温変化、気体密度や気圧変化の影響を受けず、かつ、全ての装置を取り外すことなく校正が行われるため、取り付け精度の差異の影響を受けず、正確な校正が行える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係わる校正装置の構成図である（第２ブロック収納状態）。
【図２】本発明の実施形態に係わる校正装置の要部構成図である（第２ブロック突出状態）
【図３】本発明の実施形態に係わる校正装置の第１ブロックの垂直度調整に対する第２ブロックの厚さ寸法変化の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係わる校正装置の上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係わる校正装置の第２の実施の形態に係るブロックの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態における内面測定機の校正装置の第一の特徴は、基準となる第１〜第３のブロックと光学式距離計とを用いて構成した点にある。具体的には、まず、固定された第１ブロックに対して摺動自在な第２ブロックを配置し、第２ブロックに接する第３ブロックを第１ブロックとの間に第２ブロックを挟み込むように配置する。そして、第３ブロック側から、第１ブロックおよび第２ブロックに光線を照射する光学式距離計を備える。まず、第２ブロックを突出させた状態で、第２ブロックに光学式距離計の光線を照射する。続いて、第２ブロックを引き戻して光線を第１ブロックに照射することで、第２ブロックの絶対厚さ寸法を求め、これを第１ブロックと第３ブロックとの間の距離の絶対値とする。そして、第１ブロックと第３ブロックとの間に、被検体となる内面測定機を挿入し、内面測定機の表示値を、絶対厚さ寸法に校正するものである。
これにより、被検体の内面測定機を光学式距離計で測定された絶対値に校正することができる。また、内面測定機による測定と光学式距離計による測定は同時に、または時間的に差異なく連続的に行われるため、校正中の気温変化、気体密度や気圧変化の影響を受けず、かつ、全ての装置を取り外すことなく校正が行われるため、取り付け精度の差異の影響を受けず、正確な校正が行える。
【００１１】
第二の特徴としては、第３ブロック側から第１ブロックおよび第２ブロックに光線を照射する光学式距離計を光コム距離計とした。
これにより、ブロックの厚さ測定における基準点を設定することなくブロックと光線光源との絶対距離を測定可能となり、高精度にブロックの絶対厚さ寸法を測定することが可能となる。
【００１２】
第三の特徴としては、第１ブロックと第２ブロックと第３ブロックとからなるブロックユニットは、光学式距離計から照射される光線に対してＸ方向およびＹ方向に角度の微調整機構を有する。そして、Ｘ方向およびＹ方向に角度を微調整しつつ、第２ブロックの厚さ寸法を複数回測定した時の最小値を求め、これを第２ブロックの絶対厚さ寸法とする。
これにより、ブロックに照射される光線の角度変化による測定長さの変化を抑制し、高精度に校正が可能である。また、光線と第１ブロックとの垂直度が都度調整可能であるため、校正精度を均一化することが可能である。
【００１３】
第四の特徴としては、ブロックユニットの固定に押し付け固定機構が用いられ、第１ブロックと第２ブロックと第３ブロックとの面間接触荷重を均一にできる。
これにより、上記３つのブロックの接触面の状態を校正毎に均一化できるので、高精度に校正することが可能である。
【００１４】
第五の特徴としては、第１ブロックと第２ブロックとは同一の材質であり、かつ光学式距離計が光線を照射する面の表面処理方法が同一であるブロックを用いる。
これにより、光学式距離計のセンサが受光する第１ブロックおよび第２ブロックの反射光の強度を均一化でき、高精度に校正することが可能である。
【００１５】
第六の特徴としては、第２ブロックは切り欠き部を有し、この切り欠き部に、被検体センサの先端部を挿入可能とし、光学式距離計による第２ブロックの測定点と被検体センサの測定点とを第２ブロックの摺動面内に収めた。
これにより、第１、第２および第３ブロックの平面度の影響を抑制し、高精度に校正することが可能である。
【実施例】
【００１６】
本発明に係る内面測定機の校正装置の実施例を図１から図５を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係わる内面測定機の校正装置の構成図を示している。本実施例の校正装置は、固定台１１と、チルトステージ１２と、ブロック１と、ブロック２と、ブロック３と、偏心ねじ１３と、スライダ１４と、光コム距離計４と、校正対象である光プローブ５を備える。
【００１８】
チルトステージ１２は、固定台１１に固定されている。
ブロック１は、チルトステージ１２に固定されている。
ブロック２は、ブロック１に摺動自在に接している。
ブロック３は、ブロック２をブロック１とともに挟み込み、これら３つのブロックでコの字状の溝を上面側に形成している。
偏心ねじ１３は、ブロック３側に配置されている。
スライダ１４は、偏心ねじ１３によってブロック３側に押し出されて、押し付け荷重を均等にブロック３に伝達する。
光コム距離計４は、ブロック３側に配置されて、ブロック１に光線を照射する。
【００１９】
ブロック１、ブロック２およびブロック３は、コの字状の溝を上面側に有するブロックユニット１０として構成されている。また、ブロック３側に置かれた偏心ねじ１３をトルクレンチで一定荷重で締結することでブロック３にスライダ１４が押し付けられ、ブロックユニット１０はブロック３からブロック１の方向に均等荷重で押し付け固定され、ブロック間の面間隙間が校正毎に一定となるように固定される。
【００２０】
ブロック２は摺動自在であり、光線を照射される位置と避ける位置とを移動することができる。図１はブロック２がブロック１とブロック３の間に収納され光線を避ける状態であり、図２はブロック２の一部がブロック１とブロック２の間で突出している状態まで移動し光線を照射される状態である。
【００２１】
図２に示すように、ブロック２を突出した状態で偏心ねじ１３を締結してブロックユニット１０を固定し、ブロック２に光線を照射することで、ブロック２と光コム距離計４との絶対距離Ｌ２を測定する。
【００２２】
続いて偏心ねじ１３の締結を解除し、図１に示すように、ブロック２を摺動させ収納した状態で偏心ねじ１３を締結してブロックユニット１０を固定し、ブロック１に光線を照射することでブロック１と光コム距離計４との絶対距離Ｌ１を測定する。
【００２３】
ブロック１と光コム距離計４との絶対距離Ｌ１と、ブロック２と光コム距離計４との絶対距離Ｌ２との差を算出することで、ブロックユニット１０のコの字状の溝の幅寸法を構成するブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ1を測定することができる。
【００２４】
ブロック１はチルトステージ１２で取り付け角度をＸ方向およびＹ方向に調整可能となっている。
図３は、チルトステージ１２によるブロック１の調整における、ブロック１の垂直度調整に対するブロック２の厚さ寸法変化の関係をグラフで表している。
チルトステージ１２のＸ角度の変動に対する光コム距離計が表示するブロック２の厚さ寸法を記録し、表示される厚さ寸法が最低値を示すＸ角度でチルトステージ１２のＸ角度変位機構を固定する。続いてチルトステージ１２のＹ角度の変動に対する光コム距離計が表示するブロック２の厚さ寸法を記録し、表示される厚さ寸法が最低値を示すＹ角度でチルトステージ１２のＹ角度変位機構を固定する。
【００２５】
これにより、校正毎にＸ角度およびＹ角度の調整が可能となることで、ブロックユニット１０と光コム距離計が照射する光線との垂直度の変化による測定誤差を受けることなくブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ１が測定可能となっている。
【００２６】
校正対象である光プローブ５は、例えば特許文献４に示されるように先端に２個のモータを内蔵し第１モータが光線を３６０度回転放射しつつ、第２モータが軸方向に放射角度をスウィープさせて光線を定点（１点）から３次元的に放射するものである。本願発明者らは、この方式の光プローブを用いて、サブミクロンオーダーよりも高精度での測定が行えることを検証している。
【００２７】
光プローブ５を、ブロックユニット１０の幅がＴ１であるコの字状の溝に上面から挿入する。そして、ブロック２を摺動し引き戻した状態で偏心ねじ１３を締結し固定されたブロックユニット１０において、ブロック１とブロック３との距離Ｔ２を測定する。
【００２８】
光プローブ５の測定において、上記では光コム距離計４との測定とは別途行なっているが、光プローブ５の測定と光コム距離計４の測定は同時であってもよい。
【００２９】
光プローブ５が表示するブロック１とブロック３との距離Ｔ２を、光コム距離計４が測定したブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ１に校正することで、光プローブ５の絶対値校正が可能である。
【００３０】
また、光コム距離計４によるブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ１の測定と、光プローブ５によるブロックユニット１０のコの字状の溝の幅寸法Ｔ２の測定および校正を同時に、または時間的に差異なく連続的に行うことにより、校正中の温度変化、気体密度または気圧変化などの影響を受けず、校正精度を向上させることができる。
【００３１】
また、ブロック１およびブロック２は同一の材質であり、かつ、ブロック１およびブロック２の光コム距離計４から光線が照射される面の表面処理方法が同一であるため、光線の反射光の強度を同一にすることができ、反射光の強度の差による測定誤差が抑制され、高精度にブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ１を測定することができ、校正精度を向上させることができる。
【００３２】
また、校正に用いるブロックユニット１０と光コム距離計４が照射する光線との垂直度およびブロックユニット１０の押し付け固定荷重は都度調整することができ、かつ、全ての装置を取り外すことなく校正を行うことができ、取り付け精度が均一化され、校正条件の均一化が可能となっている。
【００３３】
図５において、６は本発明に係る内面測定機の絶対値校正装置に用いる第２ブロックである。ブロック６は切り欠き部６ａを有していることで、光プローブ５の測定位置がブロック６の摺動面内に収まり、ブロックユニット１０を構成する３つのブロックの平面度によって生じる、ブロックユニット１０のコの字状の溝の内面の傾きによる測定値の誤差を抑制することができ、校正精度を向上させることができる。
【００３４】
このように、光コム距離計４およびコの字状の溝を構成するブロックユニット１０からなる校正装置を用いることで、光プローブ５が測定したコの字状の溝の幅寸法の値Ｔ２を、光コム距離計４が測定したブロック２の絶対厚さ寸法Ｔ１で校正することができ、光プローブ５の絶対値校正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明である内面測定機の校正装置は、従来の基準器であるリングゲージではなく、光コム距離計およびブロックゲージを用いており、光コム距離計が持つ絶対長さ測定機能によって、ブロックゲージ長さの絶対値を測定することが可能であり、内面形状測定機の絶対値校正が可能となっている。
この校正方法で校正した内面形状測定機を用いることで、より高精度な３次元幾何学精度測定を必要としているボールベアリング外輪の軌道内面形状測定や自動車のエンジン噴射ノズルの深孔奥部の３次元形状測定などを、従来の測定機では不可能だった測定値に絶対値保障を行うことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  第１ブロック
２  第２ブロック
３  第３ブロック
４  光コム距離計
５  内面測定センサ
６  切り欠きブロック
６ａ  切り欠き部
１０  ブロックユニット
１１  固定台
１２  チルトステージ
１３  偏心ねじ
１４  スライダ
【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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