形状测量设备用的公差检测方法和公差检测装置

摘要

形状测量设备用的公差检测方法和公差检测装置。在检测具有复杂形状使得难以执行连续测量的被测对象的形状的公差时，读取设定的多个部分测量数据。接着，根据第一部分测量数据设定基准位置。然后，利用基准位置将各部分测量数据组合成为一个数据。另外，使用组合后的数据计算公差。

说明书

技术领域

本发明的非限制性方案涉及一种形状测量设备用的公差检 测方法和公差检测装置。更具体地，本发明涉及如下的形状测 量设备用的公差检测方法和公差检测装置：其适用于圆度测量 设备，并且能够利用一个计算操作容易地检测出被测对象的的 形状公差，该被测对象具有难以执行连续测量而只能通过分区 测量计算的复杂形状。

背景技术

为了测量具有圆柱形状或者圆筒形状的回转体对象，已知 比如圆度测量设备等形状测量设备从这样的被测对象收集与真 圆度相关的各种数据，包括真圆度、同心度和同轴度等。当使 用这样的真圆度测量设备时，被测对象被置于回转台(turn  table)上。在回转台转动的状态下，通过检测头等检测出被测 对象的表面形状。由此，积累被测对象的表面形状数据，并测 量和计算出比如真圆度的值(专利文件1)。

特别地，在前端具有球状测量头的探针(stylus)在回转 台的径向(称为R轴方向)上被施力并且接触被测对象的表面。 通过线性编码器检测探针的移位量，同时通过旋转编码器检测 回转台的转角。通过使两种测量值配对为检测数据，在被测对 象转动一圈时收集检测数据，这样可以测量整周的形状。另外， 所收集的检测数据用于执行最小二乘法、最小领域法 (minimum domain method)等，以获得更为严密的平均圆 形数据，所述平均圆形数据用于计算真圆度值等。

但是，如图1所示，当测量比如被测对象24等对象时，由于 被测对象24的突起部24a或者用作键孔的切除部或者锯齿部， 难以对被测对象24的形状执行连续测量，不具有仿形测量功能 的真圆度测量设备需要将测量分到四部分圆周，如图1中的测量 (1)-(4)所示，以使得检测器的物理损伤最小化。因此， 仅能获得被分开的各部分圆周的几何公差。换句话说，虽然在 检测位移的检测器的前端设置有探针，但探针仅沿R轴方向移 动。因此，仅检测到R轴方向上的位移。因此，当存在突起部 时，探针可能不能移动越过突起部并且可能损坏检测器。另外， 当存在槽时，探针可能会陷入槽中且不能从槽中移出，这也会 造成检测器的损坏。

因此，为获得整体形状的几何公差，必须首先获得被分开 的各部分圆周的各自的几何公差值，并使用各部分数据的最大 值和最小值推定整体形状的几何公差。

专利文件2说明了另一种计算具有切除部的截面形状的真 圆度的方法：去除未测量的凹部的底部数据和凸部的顶部数据， 并基于剩余的测量数据计算真圆度。

[专利文件1]日本特许第2701141号公报

[专利文件2]日本特开平6-11336号公报

但是，上述的方法是用于测量允许连续测量其整体形状的 被测对象的方法。该方法不能应用到具有复杂的形状而使得难 以执行连续测量的被测对象，由此需要分区测量。

发明内容

本发明解决上述问题。本发明提供了一种检测方法，其通 过一个计算操作容易地检测具有复杂形状而使得难以执行连续 测量并且仅通过分区测量计算的被测对象的形状公差。

根据本发明，当检测具有复杂形状而使得难以执行连续测 量的被测对象的形状公差时，读取(retrieve)设定的多个部分 测量数据(partial measurement data)。然后，根据第一部分 测量数据设定基准位置。然后，使用所述基准位置将各部分测 量数据组合成为一个数据。此外，使用组合后的数据计算公差。

另外，形状测量设备用的公差检测方法包括以在组合区间 处一致(coincide)的方式，将一个部分测量数据与另一个部分 测量数据组合。

另外，形状测量设备用的公差检测方法包括以在组合区间 处连续的方式，将一个部分测量数据与另一个部分测量数据组 合。

另外，形状测量设备用的公差检测方法包括以部分测量数 据的均值彼此一致的方式，组合各部分测量数据。

本发明提供了一种在检测具有复杂形状而使得难以执行连 续测量的被测对象的形状公差时使用的形状测量设备用的公差 检测装置。所述装置包括：读取部件，其构造成读取设定的多 个部分测量数据；设定部件，其构造成根据所述多个部分测量 数据的第一部分测量数据设定基准位置；组合部件，其构造成 利用所述基准位置将所述多个部分测量数据的各部分测量数据 组合成为一个数据集；和计算部件，其构造成利用组合后的数 据计算公差。

根据本发明，可以通过一个计算操作容易地检测具有复杂 形状而使得难以执行连续测量并且仅通过分区测量计算的被测 对象的形状公差。

因此，可以避免获得多个数值以推定整体形状的公差的麻 烦，由此节省了确认结果的时间。另外，可以通过线性测量确 定组合形状的几何公差，这增加了可用于自动测量的变化的数 量。

附图说明

下面参考多个附图借助于本发明的典型实施方式的非限制 性示例，进一步详细说明了本发明，在附图的若干图中，相同 的附图标记表示类似的部件，其中：

图1是具有复杂形状使得难以执行连续测量的圆筒的测量 数据的示意图；

图2示出了图1中所示的测量数据的具体示例；

图3是根据本发明的实施方式的真圆度测量设备的示意性 立体图；

图4是示出根据本发明的实施方式的真圆度测量设备的构 造的框图；

图5是示出根据本发明的实施方式的组合处理的流程图；

图6示出根据本发明的实施方式的为了将多个部分截面的 圆周数据组合成为单个截面的设定屏幕的示例；

图7示出将多个部分截面的位移量转换成为单个截面的位 移量的处理；

图8示出组合后的圆周数据的示例；

图9示出组合处理的变形例；和

图10示出组合处理的另一变形例。

具体实施方式

这里通过实施例示出细节，并且仅用于本发明的实施方式 的图示说明的目的，并且提供了被认为最有用和最易于理解的 对于本发明的原理和构思方面的说明。关于此，仅试图示出对 主要理解本发明所需的本发明的结构细节，根据附图进行的说 明使得本领域技术人员清楚可在实践中实现本发明的形式。

参考附图详细说明了本发明的实施方式。

图3是根据本发明的实施方式的真圆度测量设备的示意图。 图4是示出所述真圆度测量设备的构造的框图。在本实施方式 中，被测对象24被置于回转台12上，回转台12被设置在基台11 上。来自CPU的驱动指令被输入到马达驱动电路33A，使马达 22旋转。驱动力经由带21A和带轮传输到回转台12的转轴，回 转台12以恒定转速转动。通过旋转编码器21逐次地检测转角θ 并且将转角θ作为数字信号输入到CPU 31。来自检测检测头20 的回转台12(被测对象24)在径向方向(R轴方向)上的位移 检测信号通过A/D转换器35被转换为数字信号，并且被逐次地 输入到CPU 31。探针26被安装于检测头20。探针26相对于检 测头20被弹簧等朝向预定的恒定方向连续地移位和施力。当测 量对象时，探针的顶端接触被测对象24。探针26克服弹簧的施 力而移位，并且通过利用检测头20内的差分变压器等构造的位 移检测器检测探针26的位移量。通常，尽管位移检测器的分辨 力高，但可测量范围很小，大约为±300μm。因此，为调节检测 头20的位置，CPU 31自动控制Z轴(上下方向)的轴向驱动和 R轴(径向)的轴向驱动。具体地，Z轴方向的驱动指令由CPU 31输入到马达驱动电路33B，Z轴方向驱动器29使检测头20沿Z 轴方向移动。类似地，R轴方向的驱动指令由CPU 31输入到马 达驱动电路33C，R轴方向驱动器28使检测头20沿R轴方向移 动。用于检测R轴方向上的位置的线性编码器被设置在R轴方向 驱动器28中。

来自线性编码器的位移检测信号首先被输入到A/D转换器 35以转换成为数字信号。然后，该信号被输入到CPU 31中。由 于来自旋转编码器21的转角θ的检测信号已经是数字信号，所以 该信号被直接输入到CPU 31。这些数字信号被成对地处理为测 量数据并存储在存储器电路39中。根据需要，从CPU 31取出该 数据，用于通过最小二乘法、最小领域法等进行的真圆度计算、 同轴度计算等。该计算结果显示在显示器40上或者由打印机43 打印记录。操作人员可以从键盘41发出检测头20通过哪条路径 移动、对测量数据执行何种几何计算等指令。根据需要，可以 通过与外部的通信输出测量数据或者几何计算结果。

图5示出根据本发明的实施方式的组合处理的细节。

在步骤100，读取设定的多个部分测量数据。

在步骤110，为组合截面数据，根据第一部分测量数据设定 检测器的测量基准位置。

在步骤120，如图6所示，操作人员观察显示器40上显示的 设定屏幕，并且从部分测量数据序列将数据拷贝到与待组合的 截面数据序列的测量位置相对应的索引(index)。具体地，图6 的左侧的列表包含候选用于组合到截面数据中的部分圆周数 据。例如，通过点击屏幕中央部的“→”钮，可以将数据存储 为右侧列表中的用于构造截面的圆周数据。

此时，添加测量数据与测量基准位置之间的差。特别地， 如图7所示，校正各截面数据的差(discrepancy)，并且如图7 的右侧所示地构造一个截面。在图7中，Rn是截面的第n个测量 半径值。Δr_n-1是截面的第n个测量半径值与第一个截面的测量 半径值之间的差。

例如，当截面的第一测量数据为x(i)₁时，截面的第二测量 数据为x(i)₂+Δr_2-1，截面的第三测量数据为x(i)₃+Δr_3-1，截面 的第四测量数据为x(i)₄+Δr_4-1。可以确定：关于Δr_2-1，第二截 面的最初数据与第一截面的最后数据一致；关于Δr_3-1，第三截 面的最初数据与第二截面的最后数据一致；关于Δr_4-1，第四截 面的最初数据与第三截面的最后数据一致。各组的间隔A、B、 C能够用直线连结。

当完成图5中的步骤120时，执行步骤130，使用如图7的右 侧所示的组合后的截面数据计算几何公差，

在随后的步骤140中，几何公差计算的结果显示为显示器 40上的例如数值或者图。然后，结束该处理。

图8示出了组合后的截面数据的示例。

因此，通过将分开的圆周数据认为是一个截面数据，可以 一次获得圆筒形对象的截面的几何公差。

另外，数据组合法并不局限于上述实施方式。如图9中的示 例所示，从数据的一端延伸的延长线可以与另一数据的端部连 接。另外，考虑到各组的第一个数据和最后一个数据的实质随 机误差的相似性，可以采取如图10中所示的措施，其中各组的 数据的均值一致，从而所述组合反映了平均误差水平。

被测对象不限于圆周或者圆筒形状。另外，形状测量设备 不限于真圆度测量设备。

注意，前述示例仅用于说明的目的，不应被理解为对本发 明的限制。虽然已经参考典型实施方式说明了本发明，应理解 本发明使用的词语是描述性或者说明性的词语，而不是限制性 的词语。在所附权利要求书的范围内，如现在说明或者补充的， 在不偏离本发明的方面的范围和精神的前提下，可以进行改变。 虽然这里已经参考特定的结构、材料和实施方式说明了本发明， 本发明并非想要局限于这里说明的细节；而是，本发明延伸涵 盖全部功能等同的结构、方法和使用，比如在所附权利要求书 的范围内。

本发明并不局限于上述的实施方式，在不偏离本发明的范 围的前提下，可以进行各种变化和变形。