輪郭形状測定方法
【課題】歯車歯形、ネジ形状、歯形・ネジのピッチなどを精度良く、しかも効率良く測定可能な非接触型の測定方法を提案すること。
【解決手段】輪郭形状測定方法では、被測定物体１の輪郭形状の理想輪郭形状に沿って等間隔の空隙３を作り出す補償用輪郭形状２ａを備えた補償用物体２を用意し、被測定物体１の理想輪郭形状からの偏差となる空隙３の変化を、光源４から空隙３の測定点Ｐ１に照射された光の通過光量の変化として、受光装置５において読み取ることができる。従来の輪郭投影機に見られるような画像分解能に関する光学的限界に支配されず、高精度の受光素子の有する光強度変化に関する分解能の限界まで輪郭形状の測定分解能を高めることが出来る。
【解決手段】輪郭形状測定方法では、被測定物体１の輪郭形状の理想輪郭形状に沿って等間隔の空隙３を作り出す補償用輪郭形状２ａを備えた補償用物体２を用意し、被測定物体１の理想輪郭形状からの偏差となる空隙３の変化を、光源４から空隙３の測定点Ｐ１に照射された光の通過光量の変化として、受光装置５において読み取ることができる。従来の輪郭投影機に見られるような画像分解能に関する光学的限界に支配されず、高精度の受光素子の有する光強度変化に関する分解能の限界まで輪郭形状の測定分解能を高めることが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面輪郭形状の概要が既知の被測定物の断面輪郭形状の測定方法に関し、特に、歯車やネジ等の円周上の周期的パターンのピッチ誤差、形状誤差の測定に適した輪郭形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円周上の周期的なパターンの代表例である歯車の測定では、そのピッチの変動測定以外は、必ずしもその周期的性質を利用しないで測定している。多くの場合は接触式のフィーラを歯溝に挿入して歯形に触れて測定をしている。特許文献１にはこのような測定子を用いた接触型の歯車測定機が提案されている。また、輪郭投影機で得た画像から歯車の断面形状等を測定する方法も知られている。特許文献２、３、４にはこのような非接触型の歯車歯形の測定方法が提案されている。一方、ネジの形状測定では、大きいものは３次元測定機が使われるが、小型のものは工具顕微鏡などの輪郭投影型の測定器が用いられる。
【特許文献１】特開２００２−１０７１４２号公報
【特許文献２】特開平０７−７１９５０号公報
【特許文献３】特開平０９−１４９３７号公報
【特許文献４】特開２００４−１２１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の接触式フィーラを用いた歯形測定方法では、歯車が小型になるにつれて歯溝に挿入できるフィーラの入手が難しくなり、精度の高い測定が出来なくなりつつある。投影機による非接触型の輪郭測定方法では、画像分解能が不足して、必要な精度でのピッチ誤差の測定、歯形誤差の測定が出来ないという問題点がある。また、投影機では歯幅方向の端面近傍を除いてハスバ歯車の測定に対応できないという問題点がある。
【０００４】
ネジの形状測定方法、そのピッチの測定方法においても、従来においては効率的な方法が少なく、投影機による断面形状測定も光線による輪郭画像が必ずしも所望の位置での断面を示すわけではなく、十分な精度が得られないことが多い。
【０００５】
さらに、画像をもとに断面形状を得ようとする方法では、ＣＣＤ受光素子の進歩はあるものの、光の回折限界の制約は残り、分解能が高められないという難点もある。
【０００６】
本発明の課題は、このような問題点に鑑みて、歯車歯形、ネジ形状、歯形・ネジのピッチなどを精度良く、しかも効率良く測定可能な非接触型の測定方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の輪郭形状測定方法では、被測定形状の理想的な形状からの差を微小な空隙の変化として表し、その空隙の変化を空隙を通過する光量変化として測定することにより、歯車歯形、ネジ形状、歯形・ネジのピッチなどを、精度良く、しかも効率良く測定できるようにしている。
【０００８】
すなわち、本発明の輪郭形状測定方法は、
被測定物体の理想断面輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用断面輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定物体の実際の断面輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体を配置し、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定物体の前記断面輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定物体の輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用断面輪郭形状に基づき算出することを特徴としている。
【０００９】
ここで、本発明の輪郭形状測定方法において、前記被測定物体の前記断面輪郭形状が、同一形状部分が同一周期で繰り返される周期的輪郭形状の場合には、前記被測定物体と前記補償用物体を第１配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第１測定点を採用し、前記被測定物体と前記補償用物体を、前記第１配置関係から整数周期ずれた第２配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第２測定点を採用し、各第１測定位置において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定物体の断面輪郭形状の形状偏差と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状の形状偏差を分離同定することができる。
【００１０】
また、本発明の輪郭形状測定方法において、前記被測定物体は、同一の断面輪郭形状を備えた一定の厚さの物体である場合には、前記被測定物体および前記補償用物体を相対的に前記被測定物体の厚さ方向に移動し、前記被測定物体の厚さ方向における異なる位置における断面輪郭形状を測定することができる。
【００１１】
本発明の輪郭形状測定方法は、前記被測定物体が歯車またはネジの場合には、前記歯車の歯形形状あるいはピッチ、または、前記ネジのネジ形状あるいはピッチを測定することができる。
【００１２】
また、本発明の輪郭形状測定方法は、前記被測定物体が、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具である場合には、前記切削工具または前記歯切り工具の切れ刃形状を測定することができる。
【００１３】
次に、本発明の歯車の歯形輪郭形状測定方法は、
被測定歯車における軸直角断面における理想歯形輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用歯形輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定歯車における一つの軸直角断面における実際の歯形輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体をかみ合わせた状態を形成し、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記空隙部分の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定歯車の歯形輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用歯形輪郭形状に基づき算出することを特徴としている。
【００１４】
ここで、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状を等間隔の空隙で第１のかみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定歯車と前記補償用物体を前記第１かみ合い関係から整数ピッチずれた第２かみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第２測定点を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定歯車の歯形輪郭形状のピッチ誤差と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状のピッチ偏差を分離同定することができる。
【００１５】
また、前記被測定歯車と前記補償用物体を、それらの軸線方向に前記空隙を保持したまま相対的に移動させ、前記被測定歯車における異なる軸直角断面における歯形輪郭形状の測定を行うことができる。
【００１６】
一方、本発明のネジの輪郭形状測定方法は、
被測定ネジにおける含軸断面における理想ネジ輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用ネジ輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定ネジにおける一つの含軸断面における実際のネジ輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状をかみ合わせた状態にし、
前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記空隙部分の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定ネジのネジ輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用ネジ輪郭形状に基づき算出することができる。
【００１７】
ここで、前記測定点を固定し、前記被測定ネジと前記補償用物体をネジ軸線方向に向けて一体化して移動し、前記測定点の移動軌跡上に現れる各空隙の各通過光量を測定し、各通過光量から、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状のピッチを基準にした前記測定点の前記移動軌跡上における前記被測定ネジのネジ面のピッチ変動を算出することができる。
【００１８】
また、前記補償用物体のみをネジ軸線方向に１ピッチ移動させた前記かみ合い状態とし、この状態で前記測定点における前記空隙部分の通過光量を測定し、２回の通過光量の測定値の差に基づき、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状の隣接ピッチ誤差を算出することができる。
【００１９】
さらに、前記被測定ネジのみを回転しながら軸線方向に進行させ、前記測定点において一定のサンプリング周期で前記通過光量を測定し、測定した各通過光量に基づき、前記被測定ネジの螺旋に沿った理想ネジ輪郭形状からの偏差を算出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の輪郭形状測定方法によれば、被測定物体の輪郭形状の理想輪郭形状に沿って等間隔の空隙を作り出す補償用輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、被測定物体の理想輪郭形状からの偏差となる空隙の変化を、空隙を通過する光量変化として読み取ることができる。
【００２１】
このため、従来の輪郭投影機に見られるような画像分解能に関する光学的限界に支配されず、高精度の受光素子の有する光強度変化に関する分解能の限界まで輪郭形状の測定分解能を高めることが出来る。例えば空隙の幅０．１μｍの差を画像としては分解できなくても、空隙を通る光量変化としては１／１０００の変化を簡単に検出できるので、基準となる空隙が１０μｍ以内にあればその変化幅０．０１μｍは容易に検出できることなる。
【００２２】
また、製作される歯車やネジなどの被測定物体が小さくなっても、その断面形状のパターンに対する補償用パターンも常に製作可能であると考えてよいので、本発明によれば、小さな歯車などに用いる測定用フィーラの入手できずに形状測定ができないという問題も克服できる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、厚みの薄い補償用物体を用いればネジ面のような曲面であっても光線の通る空隙を所定の断面位置に限定することができるので、立体的な形状測定にも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の測定方法の原理を示す説明図であり、被測定物体がネジの場合を示してある。ネジ１の含軸断面の輪郭形状を測定する場合には、その理想的なネジ溝を完全に塞ぐことのできる相補的な輪郭形状を元に、そのネジ溝輪郭を法線方向に一定量Δだけ痩せさせて作製した補償用ネジ溝輪郭２ａを備えた薄板からなる補償用物体２を用意する。
【００２５】
この補償用物体２の補償用ネジ溝輪郭２ａが等間隔Δの空隙３が形成される状態で被測定物体であるネジ１のネジ溝輪郭１ａに対峙するように配置する。また、ネジ１の軸線１Ａに直交する方向において、空隙３を挟み、その一方の側に測定用の光源４を配置し、その他方の側に受光装置５を配置する。光源４は、例えば、輪郭測定によく用いられている工具顕微鏡の光源のように、すりガラスを介して一様化した非コヒーレントな平行光線を用いることが有効である。
【００２６】
ネジ溝輪郭１ａに沿って形成されている一定幅の空隙３における所定の測定点を通過する光のみを受光するために、例えば図１に示す円形の開口部によって示される一定面積の測定点Ｐ１の通過光のみを受光装置５で受け取るようにする。
【００２７】
図２に示すように、測定位置Ｐ（開口部）を決めるには、空隙３と受光装置５の間に開口穴６ａをあけた遮蔽板６（開口絞り）を配置しておけばよい。また、この図に示すように、空隙３の位置に焦点を合わせた集光レンズ７を介して、受光装置５、例えばフォトダイオードに空隙３の測定位置Ｐ１からの光を集めるようにしてもよい。あるいは、光ファイバーの端面を測定位置Ｐに配置して、光ファイバーを介して通過光を受光装置５に導いてもよい。
【００２８】
ここで、図１において、被測定物体のネジ１と補償用物体２を一体化してネジ軸線１Ａの方向に移動すれば、固定した位置にある測定点Ｐ１が相対的に測定線Ｌ１に沿って移動し、この測定線Ｌ１に交差する各空隙部分の隙間寸法に対応した光量変化が次々と測定され、補償用物体２のピッチを基準にした測定線Ｌ１上のネジ面（ネジ溝輪郭１ａ）のピッチ変動を測定できる。
【００２９】
なお、検出された光量変化量と空隙変化量の関係は、被測定物体１、開口穴６ａの径等によって変動するので、図１に示す被測定物体であるネジ１と補償用物体２を軸線１Ａの方向に既知の量だけ相対移動させて空隙変化を加えて、光量変化量と空隙変化量の関係を校正しておくことが好ましい。また、基準となる補償用物体の補償用ネジ溝輪郭２ａのピッチが不明のときは、補償用物体２だけをネジ軸線１Ａの方向に１ピッチ移動して同じ測定を繰り返して、２回のピッチ測定結果の差を取ると、隣接ピッチ誤差を取り出すことができる。さらに、被測定物体であるネジ１だけを回転しながら軸線１Ａの方向に進行させると、ネジ１のネジ溝輪郭１ａにおける螺旋に沿った理想形状からの偏差を測定できる。
【００３０】
次に、図３に示すように、測定線Ｌ１上の２点に、第１および第２開口（測定点）Ｐ１、Ｐ２と受光装置（図示せず）とをそれぞれ配置して、同時に各通過光量を測定すると、ネジ１の回転時に、ネジ１を回転させるための駆動装置(不図示)が原因で生じるネジ１（被測定物体）の歩み量のむらの影響を除去することが出来る。また、ネジ１の軸線１Ａを挟んで対称な位置に第３および第４開口（測定点）Ｐ３、Ｐ４と、受光装置（図示せず）とをそれぞれを対向配置し、ネジ軸線１Ａを挟んだ両側での測定を行うと、ネジ１の進行時の軸直角方向の振れ（軸直角方向の振れ、およびネジ軸の傾斜の振れを含む)の影響を除去できる。
【００３１】
図４は、光ファイバーを用いて、測定点に光を導き、測定点の空隙部分の通過光を受光装置に導く構成を示す説明図である。薄い板で作製した補償用物体２の両面に光ファイバー１１、１２を取り付け、一方の光源用光ファイバー１１の先端面１１ａから光を測定位置の空隙部分Ｐ１に照射し、反対側の受光用光ファイバー１２の先端面１２ａにおいて、空隙部分Ｐ１を通過した光を受け取り、受光装置までガイドする。光ファイバー１１からの出射光はファイバー１１の開口数に応じた角度で広がり、直接に測定点（空隙部分）Ｐ１を通過するだけでなく、その一部が、被測定側のネジ１および補償用物体２のエッジ部に照射され散乱する。散乱光の一部も空隙部分Ｐ１を通過して受光用光ファイバー１２に入る。なお、光ファイバー以外の導光部材を用いることも可能である。
【００３２】
また、図５に示すように、光源用の光ファイバー１１と受光用の光ファイバー１２の配置には種々の形式が考えられる。図５（ａ）に示すように、単純に補償用物体２の補償用輪郭形状２ａの端面２ｂに平行に光ファイバー先端面１１ａ、１２ａを並べることができる。可能であれば、図５（ｂ）に示すように、両光ファイバー１１、１２の中心軸線を測定すべき空隙部分Ｐ１の方向に向ける形態が好ましい。さらに、図５（ｃ）に示すように、光ファイバー先端面１１ａ、１２ａを斜めに切断し、光ファイバー１１、１２の光線の出射軸と受光軸が空隙部分Ｐ１を向くように配置する形態を採用することも可能である。
【００３３】
また、光源用の光ファイバー１１と受光用の光ファイバー１２の対を、補償用物体２の補償用ネジ溝輪郭２ａに沿って複数配置して多数の測定点（空隙部分）を同時に測る方法も時間の節約のためには好ましい。
【００３４】
もちろん、光源用の光ファイバー１１のみを用いても良いし、受光用の光ファイバー１２のみを用いても良い。例えば、図１、図２に示す光源からの光を測定点に導くための導光手段、または、通過光を受光装置あるいは集光レンズに導く導光手段として、光ファイバーを用いることができる。
【００３５】
また、複数のファイバー光源からの光を一つのフォトダイオードで受光するときには、各ファイバーに入る光を順次に点灯し、あるいは、ファイバーごとに異なる周波数による変調を加えて、受光回路（不図示）で検波して弁別できるようにすることが好ましい。
【００３６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の形状測定方法を歯車の形状測定方法として用いた場合の実施の形態を示す説明図である。例えば、被測定物体である平歯車の軸直角断面に対して、その理想形状である歯溝をぴったり塞ぐ輪郭を元に、その輪郭を法線方向に一定量だけ痩せさせた補償用歯溝輪郭１０２ａを備えた薄板からなる補償用物体を製作する。
【００３７】
ここで、図６（ａ）に示すように、被測定物体が内歯車２１の場合には、外周面に補償用歯溝輪郭２２ａを備えた外歯車様の補償用物体２２を製作する。図６（ｂ）に示すように、被測定物体が外歯車３１の場合には、内周面に補償用歯溝輪郭３２ａを備えた内歯車様の補償用物体３２を製作する。歯車２１、３１と補償用物体２２、３２を一定の空隙２３、３３が形成されるように設置した時に生じる偏心の影響は、空隙２３、３３における歯車中心線２１ａ、３１ａを挟んで対称な位置にある２箇所の空隙部分に開口穴（測定点）Ｐ１１、Ｐ１２を設け、これらを通過する通過光量を平均化することにより除去できる。
【００３８】
図７は、被測定物体と補償用物体のそれぞれのピッチ誤差を分離同定する手順を示す説明図であり、被測定物体が図６（ａ）に示す内歯車２１の場合の例である。図７（ａ）に示すように、歯数Ｎ枚の内歯車２１の１番目の歯溝２１（１）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）をかみ合わせた状態にする。この状態において、図７（ａ）に示す測定点Ｐ１１、Ｐ１２を補償用物体２２の１番目の歯２２（１）からＮ番面の歯２２（Ｎ）に順次に移動させて、これらの位置における通過光量を順次に測定する。
【００３９】
次に、図７（ｂ）に示すように、補償用物体２２を歯１枚分だけずらして内歯車２１の２番目の歯溝２１（２）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）をかみ合わせた状態にする。この状態において、測定点Ｐ１１、Ｐ１２を第１番目の歯２２（１）からＮ番目の歯２２（Ｎ）まで順次に移動させ、各位置において２ヶ所の通過光量を順次に測定する。
【００４０】
補償用物体２２を歯１枚分だけずらして、１番目からＮ番目まで、Ｎ回の測定を行う測定動作を、被測定物体２１のＮ番目の歯溝２１（Ｎ）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）がかみ合う位置までＮ回繰り返す。
【００４１】
補償用物体２１の１枚目の歯２１（１）に着目すると、以下の式を得る。
Ｍ1,1＝Ａ1β−Ｂ1β
…
Ｍ1,j＝Ａ1β−Ｂjβ
…
Ｍ1,N＝Ａ1β−ＢNβ
ただし、
Ａiβ：補償用物体ｉ番目の歯のピッチ誤差
Ａjβ：被測定物体ｊ番目の歯溝のピッチ誤差
Ｍi,j：補償用物体ｉ番目の歯と被測定物体ｊ番目の歯溝が
かみ合っている状態のセンサ読み
【００４２】
上式の辺々の総和をとると、Ｂjβの総和がゼロになるので次式を得る。
【００４３】
着目する補償用物体２２の歯番号を変えると、補償用物体２２の全ての歯のピッチ誤差を求めることができる。右歯面と左歯面について、それぞれ前述の手順を行うことで補償用物体２２のピッチ誤差を得ることができる。また、被測定物体２１の歯に着目して同様の計算を行うと、被測定物体２１のピッチ誤差を得ることができる。
【００４４】
複数の異なる被測定物体２１のピッチ測定は、上記のようにピッチ誤差を同定した補償用物体２２を用いて一回転のセンサ読みを得た後に、補償用物体２２のピッチ誤差を除くことで求めることができる。なお、以上のピッチ測定の説明では、歯を１枚だけずらせて得た測定結果の差で、補償用物体２２のピッチ誤差と被測定歯車２１のピッチ誤差を分離する手段を説明したが、複数枚の歯をずらせて得た測定結果の差分から同様の効果を得ることも出来る。
【００４５】
（その他の実施の形態）
本発明の輪郭形状測定方法は、上記の歯車、ネジ以外の物体の輪郭形状を測定するために用いることができる。例えば、被測定物体が、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具である場合には、切削工具または歯切り工具の切れ刃形状を測定するために用いることができる。
【００４６】
また、各種の砥石について回転したときに生成される形状を測定するために用いることができ、砥石使用後の摩耗量を測定するために用いることができる。
【００４７】
さらに、タービン翼などのように、複雑な三次元の輪郭形状を持つ被測定物体の測定ににも用いることができる。この場合には、光ファイバーなどを用いて多点の通過光量を測定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の測定原理を示す説明図であり、被測定物体がネジの場合を例に挙げて説明したものである。
【図２】受光装置の側の構成例を示す説明図である。
【図３】ネジのピッチ誤差などを測定する場合の説明図である。
【図４】光ファイバーを用いた光学系を示す説明図である。
【図５】光ファイバー用いた光学系における光ファイバーの配置例および先端面形状の例を示す説明図である。
【図６】本発明を適用して歯車の歯形輪郭形状を測定する場合を示す説明図である。
【図７】歯車の歯形のピッチ誤差などを測定する場合の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ネジ（被測定物体）
１ａ ネジ溝輪郭
１Ａ ネジ軸線
２ 補償用物体
３ 空隙
４ 光源
５ 受光装置
６ 遮蔽板
６ａ 開口穴
７ 集光レンズ
１１、１２ 光ファイバー
１１ａ、１２ａ 先端面
２１ 内歯車（被測定物体）
２１（１）、２１（２）、２１（Ｎ） 歯溝
２１ａ 歯車中心線
２２ 補償用物体
２２ａ 補償歯溝輪郭
２２（１）、２２（Ｎ） 歯
２３ 空隙
３１ 外歯車（被測定物体）
３１ａ 歯車中心線
３２ 補償用物体
３２ａ 補償用歯溝輪郭
３３ 空隙
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１１、Ｐ１２ 測定点
Ｌ１ 測定線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面輪郭形状の概要が既知の被測定物の断面輪郭形状の測定方法に関し、特に、歯車やネジ等の円周上の周期的パターンのピッチ誤差、形状誤差の測定に適した輪郭形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円周上の周期的なパターンの代表例である歯車の測定では、そのピッチの変動測定以外は、必ずしもその周期的性質を利用しないで測定している。多くの場合は接触式のフィーラを歯溝に挿入して歯形に触れて測定をしている。特許文献１にはこのような測定子を用いた接触型の歯車測定機が提案されている。また、輪郭投影機で得た画像から歯車の断面形状等を測定する方法も知られている。特許文献２、３、４にはこのような非接触型の歯車歯形の測定方法が提案されている。一方、ネジの形状測定では、大きいものは３次元測定機が使われるが、小型のものは工具顕微鏡などの輪郭投影型の測定器が用いられる。
【特許文献１】特開２００２−１０７１４２号公報
【特許文献２】特開平０７−７１９５０号公報
【特許文献３】特開平０９−１４９３７号公報
【特許文献４】特開２００４−１２１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の接触式フィーラを用いた歯形測定方法では、歯車が小型になるにつれて歯溝に挿入できるフィーラの入手が難しくなり、精度の高い測定が出来なくなりつつある。投影機による非接触型の輪郭測定方法では、画像分解能が不足して、必要な精度でのピッチ誤差の測定、歯形誤差の測定が出来ないという問題点がある。また、投影機では歯幅方向の端面近傍を除いてハスバ歯車の測定に対応できないという問題点がある。
【０００４】
ネジの形状測定方法、そのピッチの測定方法においても、従来においては効率的な方法が少なく、投影機による断面形状測定も光線による輪郭画像が必ずしも所望の位置での断面を示すわけではなく、十分な精度が得られないことが多い。
【０００５】
さらに、画像をもとに断面形状を得ようとする方法では、ＣＣＤ受光素子の進歩はあるものの、光の回折限界の制約は残り、分解能が高められないという難点もある。
【０００６】
本発明の課題は、このような問題点に鑑みて、歯車歯形、ネジ形状、歯形・ネジのピッチなどを精度良く、しかも効率良く測定可能な非接触型の測定方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の輪郭形状測定方法では、被測定形状の理想的な形状からの差を微小な空隙の変化として表し、その空隙の変化を空隙を通過する光量変化として測定することにより、歯車歯形、ネジ形状、歯形・ネジのピッチなどを、精度良く、しかも効率良く測定できるようにしている。
【０００８】
すなわち、本発明の輪郭形状測定方法は、
被測定物体の理想断面輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用断面輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定物体の実際の断面輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体を配置し、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定物体の前記断面輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定物体の輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用断面輪郭形状に基づき算出することを特徴としている。
【０００９】
ここで、本発明の輪郭形状測定方法において、前記被測定物体の前記断面輪郭形状が、同一形状部分が同一周期で繰り返される周期的輪郭形状の場合には、前記被測定物体と前記補償用物体を第１配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第１測定点を採用し、前記被測定物体と前記補償用物体を、前記第１配置関係から整数周期ずれた第２配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第２測定点を採用し、各第１測定位置において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定物体の断面輪郭形状の形状偏差と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状の形状偏差を分離同定することができる。
【００１０】
また、本発明の輪郭形状測定方法において、前記被測定物体は、同一の断面輪郭形状を備えた一定の厚さの物体である場合には、前記被測定物体および前記補償用物体を相対的に前記被測定物体の厚さ方向に移動し、前記被測定物体の厚さ方向における異なる位置における断面輪郭形状を測定することができる。
【００１１】
本発明の輪郭形状測定方法は、前記被測定物体が歯車またはネジの場合には、前記歯車の歯形形状あるいはピッチ、または、前記ネジのネジ形状あるいはピッチを測定することができる。
【００１２】
また、本発明の輪郭形状測定方法は、前記被測定物体が、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具である場合には、前記切削工具または前記歯切り工具の切れ刃形状を測定することができる。
【００１３】
次に、本発明の歯車の歯形輪郭形状測定方法は、
被測定歯車における軸直角断面における理想歯形輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用歯形輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定歯車における一つの軸直角断面における実際の歯形輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体をかみ合わせた状態を形成し、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記空隙部分の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定歯車の歯形輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用歯形輪郭形状に基づき算出することを特徴としている。
【００１４】
ここで、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状を等間隔の空隙で第１のかみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定歯車と前記補償用物体を前記第１かみ合い関係から整数ピッチずれた第２かみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第２測定点を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定歯車の歯形輪郭形状のピッチ誤差と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状のピッチ偏差を分離同定することができる。
【００１５】
また、前記被測定歯車と前記補償用物体を、それらの軸線方向に前記空隙を保持したまま相対的に移動させ、前記被測定歯車における異なる軸直角断面における歯形輪郭形状の測定を行うことができる。
【００１６】
一方、本発明のネジの輪郭形状測定方法は、
被測定ネジにおける含軸断面における理想ネジ輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用ネジ輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定ネジにおける一つの含軸断面における実際のネジ輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状をかみ合わせた状態にし、
前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記空隙部分の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定ネジのネジ輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用ネジ輪郭形状に基づき算出することができる。
【００１７】
ここで、前記測定点を固定し、前記被測定ネジと前記補償用物体をネジ軸線方向に向けて一体化して移動し、前記測定点の移動軌跡上に現れる各空隙の各通過光量を測定し、各通過光量から、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状のピッチを基準にした前記測定点の前記移動軌跡上における前記被測定ネジのネジ面のピッチ変動を算出することができる。
【００１８】
また、前記補償用物体のみをネジ軸線方向に１ピッチ移動させた前記かみ合い状態とし、この状態で前記測定点における前記空隙部分の通過光量を測定し、２回の通過光量の測定値の差に基づき、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状の隣接ピッチ誤差を算出することができる。
【００１９】
さらに、前記被測定ネジのみを回転しながら軸線方向に進行させ、前記測定点において一定のサンプリング周期で前記通過光量を測定し、測定した各通過光量に基づき、前記被測定ネジの螺旋に沿った理想ネジ輪郭形状からの偏差を算出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の輪郭形状測定方法によれば、被測定物体の輪郭形状の理想輪郭形状に沿って等間隔の空隙を作り出す補償用輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、被測定物体の理想輪郭形状からの偏差となる空隙の変化を、空隙を通過する光量変化として読み取ることができる。
【００２１】
このため、従来の輪郭投影機に見られるような画像分解能に関する光学的限界に支配されず、高精度の受光素子の有する光強度変化に関する分解能の限界まで輪郭形状の測定分解能を高めることが出来る。例えば空隙の幅０．１μｍの差を画像としては分解できなくても、空隙を通る光量変化としては１／１０００の変化を簡単に検出できるので、基準となる空隙が１０μｍ以内にあればその変化幅０．０１μｍは容易に検出できることなる。
【００２２】
また、製作される歯車やネジなどの被測定物体が小さくなっても、その断面形状のパターンに対する補償用パターンも常に製作可能であると考えてよいので、本発明によれば、小さな歯車などに用いる測定用フィーラの入手できずに形状測定ができないという問題も克服できる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、厚みの薄い補償用物体を用いればネジ面のような曲面であっても光線の通る空隙を所定の断面位置に限定することができるので、立体的な形状測定にも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の測定方法の原理を示す説明図であり、被測定物体がネジの場合を示してある。ネジ１の含軸断面の輪郭形状を測定する場合には、その理想的なネジ溝を完全に塞ぐことのできる相補的な輪郭形状を元に、そのネジ溝輪郭を法線方向に一定量Δだけ痩せさせて作製した補償用ネジ溝輪郭２ａを備えた薄板からなる補償用物体２を用意する。
【００２５】
この補償用物体２の補償用ネジ溝輪郭２ａが等間隔Δの空隙３が形成される状態で被測定物体であるネジ１のネジ溝輪郭１ａに対峙するように配置する。また、ネジ１の軸線１Ａに直交する方向において、空隙３を挟み、その一方の側に測定用の光源４を配置し、その他方の側に受光装置５を配置する。光源４は、例えば、輪郭測定によく用いられている工具顕微鏡の光源のように、すりガラスを介して一様化した非コヒーレントな平行光線を用いることが有効である。
【００２６】
ネジ溝輪郭１ａに沿って形成されている一定幅の空隙３における所定の測定点を通過する光のみを受光するために、例えば図１に示す円形の開口部によって示される一定面積の測定点Ｐ１の通過光のみを受光装置５で受け取るようにする。
【００２７】
図２に示すように、測定位置Ｐ（開口部）を決めるには、空隙３と受光装置５の間に開口穴６ａをあけた遮蔽板６（開口絞り）を配置しておけばよい。また、この図に示すように、空隙３の位置に焦点を合わせた集光レンズ７を介して、受光装置５、例えばフォトダイオードに空隙３の測定位置Ｐ１からの光を集めるようにしてもよい。あるいは、光ファイバーの端面を測定位置Ｐに配置して、光ファイバーを介して通過光を受光装置５に導いてもよい。
【００２８】
ここで、図１において、被測定物体のネジ１と補償用物体２を一体化してネジ軸線１Ａの方向に移動すれば、固定した位置にある測定点Ｐ１が相対的に測定線Ｌ１に沿って移動し、この測定線Ｌ１に交差する各空隙部分の隙間寸法に対応した光量変化が次々と測定され、補償用物体２のピッチを基準にした測定線Ｌ１上のネジ面（ネジ溝輪郭１ａ）のピッチ変動を測定できる。
【００２９】
なお、検出された光量変化量と空隙変化量の関係は、被測定物体１、開口穴６ａの径等によって変動するので、図１に示す被測定物体であるネジ１と補償用物体２を軸線１Ａの方向に既知の量だけ相対移動させて空隙変化を加えて、光量変化量と空隙変化量の関係を校正しておくことが好ましい。また、基準となる補償用物体の補償用ネジ溝輪郭２ａのピッチが不明のときは、補償用物体２だけをネジ軸線１Ａの方向に１ピッチ移動して同じ測定を繰り返して、２回のピッチ測定結果の差を取ると、隣接ピッチ誤差を取り出すことができる。さらに、被測定物体であるネジ１だけを回転しながら軸線１Ａの方向に進行させると、ネジ１のネジ溝輪郭１ａにおける螺旋に沿った理想形状からの偏差を測定できる。
【００３０】
次に、図３に示すように、測定線Ｌ１上の２点に、第１および第２開口（測定点）Ｐ１、Ｐ２と受光装置（図示せず）とをそれぞれ配置して、同時に各通過光量を測定すると、ネジ１の回転時に、ネジ１を回転させるための駆動装置(不図示)が原因で生じるネジ１（被測定物体）の歩み量のむらの影響を除去することが出来る。また、ネジ１の軸線１Ａを挟んで対称な位置に第３および第４開口（測定点）Ｐ３、Ｐ４と、受光装置（図示せず）とをそれぞれを対向配置し、ネジ軸線１Ａを挟んだ両側での測定を行うと、ネジ１の進行時の軸直角方向の振れ（軸直角方向の振れ、およびネジ軸の傾斜の振れを含む)の影響を除去できる。
【００３１】
図４は、光ファイバーを用いて、測定点に光を導き、測定点の空隙部分の通過光を受光装置に導く構成を示す説明図である。薄い板で作製した補償用物体２の両面に光ファイバー１１、１２を取り付け、一方の光源用光ファイバー１１の先端面１１ａから光を測定位置の空隙部分Ｐ１に照射し、反対側の受光用光ファイバー１２の先端面１２ａにおいて、空隙部分Ｐ１を通過した光を受け取り、受光装置までガイドする。光ファイバー１１からの出射光はファイバー１１の開口数に応じた角度で広がり、直接に測定点（空隙部分）Ｐ１を通過するだけでなく、その一部が、被測定側のネジ１および補償用物体２のエッジ部に照射され散乱する。散乱光の一部も空隙部分Ｐ１を通過して受光用光ファイバー１２に入る。なお、光ファイバー以外の導光部材を用いることも可能である。
【００３２】
また、図５に示すように、光源用の光ファイバー１１と受光用の光ファイバー１２の配置には種々の形式が考えられる。図５（ａ）に示すように、単純に補償用物体２の補償用輪郭形状２ａの端面２ｂに平行に光ファイバー先端面１１ａ、１２ａを並べることができる。可能であれば、図５（ｂ）に示すように、両光ファイバー１１、１２の中心軸線を測定すべき空隙部分Ｐ１の方向に向ける形態が好ましい。さらに、図５（ｃ）に示すように、光ファイバー先端面１１ａ、１２ａを斜めに切断し、光ファイバー１１、１２の光線の出射軸と受光軸が空隙部分Ｐ１を向くように配置する形態を採用することも可能である。
【００３３】
また、光源用の光ファイバー１１と受光用の光ファイバー１２の対を、補償用物体２の補償用ネジ溝輪郭２ａに沿って複数配置して多数の測定点（空隙部分）を同時に測る方法も時間の節約のためには好ましい。
【００３４】
もちろん、光源用の光ファイバー１１のみを用いても良いし、受光用の光ファイバー１２のみを用いても良い。例えば、図１、図２に示す光源からの光を測定点に導くための導光手段、または、通過光を受光装置あるいは集光レンズに導く導光手段として、光ファイバーを用いることができる。
【００３５】
また、複数のファイバー光源からの光を一つのフォトダイオードで受光するときには、各ファイバーに入る光を順次に点灯し、あるいは、ファイバーごとに異なる周波数による変調を加えて、受光回路（不図示）で検波して弁別できるようにすることが好ましい。
【００３６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の形状測定方法を歯車の形状測定方法として用いた場合の実施の形態を示す説明図である。例えば、被測定物体である平歯車の軸直角断面に対して、その理想形状である歯溝をぴったり塞ぐ輪郭を元に、その輪郭を法線方向に一定量だけ痩せさせた補償用歯溝輪郭１０２ａを備えた薄板からなる補償用物体を製作する。
【００３７】
ここで、図６（ａ）に示すように、被測定物体が内歯車２１の場合には、外周面に補償用歯溝輪郭２２ａを備えた外歯車様の補償用物体２２を製作する。図６（ｂ）に示すように、被測定物体が外歯車３１の場合には、内周面に補償用歯溝輪郭３２ａを備えた内歯車様の補償用物体３２を製作する。歯車２１、３１と補償用物体２２、３２を一定の空隙２３、３３が形成されるように設置した時に生じる偏心の影響は、空隙２３、３３における歯車中心線２１ａ、３１ａを挟んで対称な位置にある２箇所の空隙部分に開口穴（測定点）Ｐ１１、Ｐ１２を設け、これらを通過する通過光量を平均化することにより除去できる。
【００３８】
図７は、被測定物体と補償用物体のそれぞれのピッチ誤差を分離同定する手順を示す説明図であり、被測定物体が図６（ａ）に示す内歯車２１の場合の例である。図７（ａ）に示すように、歯数Ｎ枚の内歯車２１の１番目の歯溝２１（１）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）をかみ合わせた状態にする。この状態において、図７（ａ）に示す測定点Ｐ１１、Ｐ１２を補償用物体２２の１番目の歯２２（１）からＮ番面の歯２２（Ｎ）に順次に移動させて、これらの位置における通過光量を順次に測定する。
【００３９】
次に、図７（ｂ）に示すように、補償用物体２２を歯１枚分だけずらして内歯車２１の２番目の歯溝２１（２）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）をかみ合わせた状態にする。この状態において、測定点Ｐ１１、Ｐ１２を第１番目の歯２２（１）からＮ番目の歯２２（Ｎ）まで順次に移動させ、各位置において２ヶ所の通過光量を順次に測定する。
【００４０】
補償用物体２２を歯１枚分だけずらして、１番目からＮ番目まで、Ｎ回の測定を行う測定動作を、被測定物体２１のＮ番目の歯溝２１（Ｎ）と補償用物体２２の１番目の歯２２（１）がかみ合う位置までＮ回繰り返す。
【００４１】
補償用物体２１の１枚目の歯２１（１）に着目すると、以下の式を得る。
Ｍ1,1＝Ａ1β−Ｂ1β
…
Ｍ1,j＝Ａ1β−Ｂjβ
…
Ｍ1,N＝Ａ1β−ＢNβ
ただし、
Ａiβ：補償用物体ｉ番目の歯のピッチ誤差
Ａjβ：被測定物体ｊ番目の歯溝のピッチ誤差
Ｍi,j：補償用物体ｉ番目の歯と被測定物体ｊ番目の歯溝が
かみ合っている状態のセンサ読み
【００４２】
上式の辺々の総和をとると、Ｂjβの総和がゼロになるので次式を得る。
【００４３】
着目する補償用物体２２の歯番号を変えると、補償用物体２２の全ての歯のピッチ誤差を求めることができる。右歯面と左歯面について、それぞれ前述の手順を行うことで補償用物体２２のピッチ誤差を得ることができる。また、被測定物体２１の歯に着目して同様の計算を行うと、被測定物体２１のピッチ誤差を得ることができる。
【００４４】
複数の異なる被測定物体２１のピッチ測定は、上記のようにピッチ誤差を同定した補償用物体２２を用いて一回転のセンサ読みを得た後に、補償用物体２２のピッチ誤差を除くことで求めることができる。なお、以上のピッチ測定の説明では、歯を１枚だけずらせて得た測定結果の差で、補償用物体２２のピッチ誤差と被測定歯車２１のピッチ誤差を分離する手段を説明したが、複数枚の歯をずらせて得た測定結果の差分から同様の効果を得ることも出来る。
【００４５】
（その他の実施の形態）
本発明の輪郭形状測定方法は、上記の歯車、ネジ以外の物体の輪郭形状を測定するために用いることができる。例えば、被測定物体が、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具である場合には、切削工具または歯切り工具の切れ刃形状を測定するために用いることができる。
【００４６】
また、各種の砥石について回転したときに生成される形状を測定するために用いることができ、砥石使用後の摩耗量を測定するために用いることができる。
【００４７】
さらに、タービン翼などのように、複雑な三次元の輪郭形状を持つ被測定物体の測定ににも用いることができる。この場合には、光ファイバーなどを用いて多点の通過光量を測定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の測定原理を示す説明図であり、被測定物体がネジの場合を例に挙げて説明したものである。
【図２】受光装置の側の構成例を示す説明図である。
【図３】ネジのピッチ誤差などを測定する場合の説明図である。
【図４】光ファイバーを用いた光学系を示す説明図である。
【図５】光ファイバー用いた光学系における光ファイバーの配置例および先端面形状の例を示す説明図である。
【図６】本発明を適用して歯車の歯形輪郭形状を測定する場合を示す説明図である。
【図７】歯車の歯形のピッチ誤差などを測定する場合の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ネジ（被測定物体）
１ａ ネジ溝輪郭
１Ａ ネジ軸線
２ 補償用物体
３ 空隙
４ 光源
５ 受光装置
６ 遮蔽板
６ａ 開口穴
７ 集光レンズ
１１、１２ 光ファイバー
１１ａ、１２ａ 先端面
２１ 内歯車（被測定物体）
２１（１）、２１（２）、２１（Ｎ） 歯溝
２１ａ 歯車中心線
２２ 補償用物体
２２ａ 補償歯溝輪郭
２２（１）、２２（Ｎ） 歯
２３ 空隙
３１ 外歯車（被測定物体）
３１ａ 歯車中心線
３２ 補償用物体
３２ａ 補償用歯溝輪郭
３３ 空隙
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ１１、Ｐ１２ 測定点
Ｌ１ 測定線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物体の理想断面輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用断面輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定物体の実際の断面輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体を配置し、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状と前記補償用物体（２、２２、３２）の前記補償用断面輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定物体の前記断面輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定物体の輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用断面輪郭形状に基づき算出することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状は、同一形状部分が同一周期で繰り返される周期的輪郭形状であり、
前記被測定物体と前記補償用物体を第１配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定物体と前記補償用物体を、前記第１配置関係から整数周期ずれた第２配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第２測定位置を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定物体の断面輪郭形状の形状偏差と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状の形状偏差を分離同定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は、同一の断面輪郭形状を備えた一定の厚さの物体であり、
前記被測定物体および前記補償用物体を相対的に前記被測定物体の厚さ方向に移動し、前記被測定物体の厚さ方向における異なる位置における断面輪郭形状を測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は歯車またはネジであり、
前記歯車の歯形形状あるいはピッチ、または、前記ネジのネジ形状あるいはピッチを測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具であり、
前記切削工具または前記歯切り工具の切れ刃形状を測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項６】
被測定歯車における軸直角断面における理想歯形輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用歯形輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定歯車における一つの軸直角断面における実際の歯形輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体をかみ合わせた状態を形成し、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定歯車の歯形輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用歯形輪郭形状に基づき算出することを特徴とする歯車の歯形輪郭形状測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の歯車の歯形輪郭形状測定方法において、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状を等間隔の空隙で第１のかみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定歯車と前記補償用物体を前記第１かみ合い関係から整数ピッチずれた第２かみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第２測定点を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定歯車の歯形輪郭形状のピッチ誤差と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状のピッチ偏差を分離同定することを特徴とする歯車の歯形輪郭形状測定方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の歯車の歯形輪郭形状測定方法において、
前記被測定歯車と前記補償用物体を、それらの軸線方向に前記空隙を保持したまま相対的に移動させ、
前記被測定歯車における異なる軸直角断面における歯形輪郭形状の測定を行うことを特徴とする歯車の歯形輪郭測定方法。
【請求項９】
被測定ネジにおける含軸断面における理想ネジ輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用ネジ輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定ネジにおける一つの含軸断面における実際のネジ輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状をかみ合わせた状態にし、
前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定ネジのネジ輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用ネジ輪郭形状に基づき算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記測定点を固定し、
前記被測定ネジと前記補償用物体をネジ軸線方向に向けて一体化して移動し、
前記測定点の移動軌跡上に現れる各空隙の各通過光量を測定し、
各通過光量から、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状のピッチを基準にした前記測定点の前記移動軌跡上における前記被測定ネジのネジ面のピッチ変動を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記補償用物体のみをネジ軸線方向に１ピッチ移動させた前記かみ合い状態とし、
この状態で前記測定点における前記空隙の通過光量を測定し、
２回の通過光量の測定値の差に基づき、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状の隣接ピッチ誤差を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記被測定ネジのみを回転しながら軸線方向に進行させ、
前記測定点において一定のサンプリング周期で前記通過光量を測定し、
測定した各通過光量に基づき、前記被測定ネジの螺旋に沿った理想ネジ輪郭形状からの偏差を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１】
被測定物体の理想断面輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用断面輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定物体の実際の断面輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体を配置し、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状と前記補償用物体（２、２２、３２）の前記補償用断面輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定物体の前記断面輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定物体の輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用断面輪郭形状に基づき算出することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体の前記断面輪郭形状は、同一形状部分が同一周期で繰り返される周期的輪郭形状であり、
前記被測定物体と前記補償用物体を第１配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定物体と前記補償用物体を、前記第１配置関係から整数周期ずれた第２配置関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数周期ずれた複数の第２測定位置を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定物体の断面輪郭形状の形状偏差と前記補償用物体の前記補償用断面輪郭形状の形状偏差を分離同定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は、同一の断面輪郭形状を備えた一定の厚さの物体であり、
前記被測定物体および前記補償用物体を相対的に前記被測定物体の厚さ方向に移動し、前記被測定物体の厚さ方向における異なる位置における断面輪郭形状を測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は歯車またはネジであり、
前記歯車の歯形形状あるいはピッチ、または、前記ネジのネジ形状あるいはピッチを測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載の輪郭形状測定方法において、
前記被測定物体は、旋盤用チップなどの切削工具、または、ピニオンカッタ、ホブカッタなどの歯切り工具であり、
前記切削工具または前記歯切り工具の切れ刃形状を測定することを特徴とする輪郭形状測定方法。
【請求項６】
被測定歯車における軸直角断面における理想歯形輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用歯形輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定歯車における一つの軸直角断面における実際の歯形輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体をかみ合わせた状態を形成し、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定歯車の歯形輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用歯形輪郭形状に基づき算出することを特徴とする歯車の歯形輪郭形状測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の歯車の歯形輪郭形状測定方法において、
前記被測定歯車の前記歯形輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状を等間隔の空隙で第１のかみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第１測定点を採用し、
前記被測定歯車と前記補償用物体を前記第１かみ合い関係から整数ピッチずれた第２かみ合い関係となるように配置した状態において、前記測定点として、整数ピッチずれた複数の第２測定点を採用し、
各第１測定点において得られた各第１測定通過光量および各第２測定点において得られた各第２測定通過光量に基づき、前記被測定歯車の歯形輪郭形状のピッチ誤差と前記補償用物体の前記補償用歯形輪郭形状のピッチ偏差を分離同定することを特徴とする歯車の歯形輪郭形状測定方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の歯車の歯形輪郭形状測定方法において、
前記被測定歯車と前記補償用物体を、それらの軸線方向に前記空隙を保持したまま相対的に移動させ、
前記被測定歯車における異なる軸直角断面における歯形輪郭形状の測定を行うことを特徴とする歯車の歯形輪郭測定方法。
【請求項９】
被測定ネジにおける含軸断面における理想ネジ輪郭形状に沿って等間隔の空隙を形成可能な補償用ネジ輪郭形状を備えた補償用物体を用意し、
前記被測定ネジにおける一つの含軸断面における実際のネジ輪郭形状に沿って前記空隙が形成されるように前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状をかみ合わせた状態にし、
前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状と前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状との間に実際に形成された実隙間における、前記被測定ネジの前記ネジ輪郭形状に沿った方向における少なくとも一つの測定点において、一定面積の開口を通過する通過光量を測定し、
測定した通過光量から前記測定点における前記空隙の広狭を評価し、
前記測定点における前記被測定ネジのネジ輪郭形状を、前記評価結果と前記補償用ネジ輪郭形状に基づき算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記測定点を固定し、
前記被測定ネジと前記補償用物体をネジ軸線方向に向けて一体化して移動し、
前記測定点の移動軌跡上に現れる各空隙の各通過光量を測定し、
各通過光量から、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状のピッチを基準にした前記測定点の前記移動軌跡上における前記被測定ネジのネジ面のピッチ変動を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記補償用物体のみをネジ軸線方向に１ピッチ移動させた前記かみ合い状態とし、
この状態で前記測定点における前記空隙の通過光量を測定し、
２回の通過光量の測定値の差に基づき、前記補償用物体の前記補償用ネジ輪郭形状の隣接ピッチ誤差を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のネジの輪郭形状測定方法において、
前記被測定ネジのみを回転しながら軸線方向に進行させ、
前記測定点において一定のサンプリング周期で前記通過光量を測定し、
測定した各通過光量に基づき、前記被測定ネジの螺旋に沿った理想ネジ輪郭形状からの偏差を算出することを特徴とするネジの輪郭形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２９３１２（Ｐ２００９−２２９３１２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６６０３（Ｐ２００８−７６６０３）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（３９００４００５１）株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ (91)
【出願人】（５９１２３８９８１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（３９００４００５１）株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ (91)
【出願人】（５９１２３８９８１）
【Ｆターム（参考）】
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