JPH03255305A - 表面プロフィール測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、測定対象物の表面プロフィール或いは真直度
を高精度で測定する方法及び装置に関する。

（従来の技術） 一般に測定対象物の表面プロフィールを測定する方法と
しては、第８図に示すように、測定対象物１と平行に案
内軌道４を設け、この案内軌道に沿って移動可能とした
距離検出器３により測定対象物１までの距離分布を測定
して表面プロフィールを求める方法が知られている。と
ころが、特に測定対象物が長尺物である場合、この案内
・軌道が反ったりたわんだりするという問題かあった。

案内軌道のこのような真直度変化は表面プロフィール測
定値に直接的に影響を及ぼし、大きな測定誤差要因とな
るからである。

そこてこの対策として、特開昭５９−５７１１２号等で
提案されている所謂ｒ逐次三点法ｊや、ストレートエツ
ジ或いはピアノ線等のワイヤー等を真直度基準とする方
法が開発されている。前者は、３個の距離検出器を等間
隔βに連結し、これらを案内軌道に沿って距離Ｉ２だけ
移動させる毎に測定対象物までの距離を測定し、同一位
置における相異なる距離検出器による測定値を比較する
ことによって、案内軌道の真直度変化に依存しない表面
プロフィールを算出しようとするものである。又後者は
、測定対象物と平行に真直度が一定とみなすことのでき
るストレートエツジ或いはワイヤー等を架設し、これを
真直度基準として測定対象物の表面プロフィールを測定
するものである。

（発明が解決しようとする課題） 然し、ｒ逐次三点法ｊでは、距離ρ毎のとびとびの点に
おける離散的な表面プロフィール情報しか得られず、又
、各距離検出器の偶発的な測定誤差が蓄積され精度の良
い測定結果が得られないという欠点があワた。又、スト
レートエツジ等を真直度基準とする方法では、特に測定
対象物が長尺物である場合、基準となるべきストレート
エツジにも反り・たわみ笠による真直度変化が発生し、
高精度な表面プロフィール測定ができない問題かあった
。更に、ワイヤーを真直度基準とする方法では、このよ
うな真直度基準の反り・たわみを回避できる利点がある
が、ワイヤーの張力の微小な変化等が生じた場合、ワイ
ヤーか僅かに懸垂し、これが測定誤差要因となる虞れが
あった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、表面
プロフィールを高精度に測定する方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 請求項１に記載の表面プロフィール測定方法は、物体の
表面プロフィールを測定するに際し、該測定対象物に平
行に真直度基準のワイヤーを張り、該ワイヤーと該測定
対象物との距離分布を測定するとともに、該ワイヤーの
固有振動数を測定し、該固有振動数から該ワイヤーの懸
垂量を算出し、該距離分布測定値と該懸垂量とから該測
定対象物の表面プロフィールを求めるようにしたもので
ある。

請求項２に記載の表面プロフィール測定装置は、測定対
象物に平行に張ったワイヤーと、該ワイヤーと該測定対
象物との距離分布を測定する距離検出装置と、該ワイヤ
ーの固有振動数を検出する固有振動数検出装置と、該固
有振動数から該ワイヤーの懸垂量を算出するとともに、
該ワイヤー懸垂量と該距離分布測定値とから該測定対象
物の表面プロフィールを演算する演算装置とからなるよ
うにしたものである。

（作用） 本発明によれば、測定対象物までの距離分布測定の真直
度基準として測定対象物と平行にワイヤーを架設し、更
にこのワイヤーの微小な懸垂量（真直度変化）をワイヤ
ーの固有振動数から算出し、ワイヤーの懸垂による測定
誤差を補償するようにしたので、正確な真直度基準が得
られ、測定対象物の表面プロフィールを高精度に測定で
きる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施形態を示したものである。以
下、この図に蟇づき、本発明の具体的な構成について説
明する。

測定対象物１と平行にピアノ線等のワイヤー２を架設し
、これを仮の真直度基準とする。このワイヤー２は、で
きるたけたるまないように十分大きな張力を加えた状態
で架設する必要かある。

距離検出装置３は、このワイヤー２を基準として測定対
象物までの距離分布を検出するもので、本実施例では１
個の距離検出器を案内軌道４に沿って移動せしめながら
測定対象物１とワイヤー２との距離分布を測定する場合
について示しである。

ワイヤー２の真直度か全く変化せずに一定に保たれてい
れば、距離検出装置３による距離分布測定結果から正確
な測定対象物１の表面プロフィールが求められる。然し
、特に温度変化や振動を有する測定環境下等では、ワイ
ヤー２の両端を固定する部分の微小な変位や、ワイヤー
２への微細な付着物によるワイヤー２の自重の変化等に
より、ワイヤーの張力か変化し、ワイヤー２の真直度が
第２図に示すように変化する可能性がある。

このワイヤーの真直度変化は一般に、ワイヤーの長さに
伴って大きくなるので、測定対象物が長尺物である場合
にはこの影響は無視できないものとなる。このような場
合、測定対象物の表面プロフィール測定の精度が劣化す
ることになる。そこでワイヤー２の固有振動数ｆを固有
振動数検出装置５で測定し、この固有振動数ｆからワイ
ヤー２の真直度変化、即ち懸垂量を演算装置６で算出し
、これをもって前記距離分布測定値を補正することによ
り、高精度の表面プロフィール測定値を得ることができ
る。ワイヤーの固有振動数は、例えばワイヤーに振動を
加え、この時のワイヤーの振動振幅の経時変化を変位計
で検出し、このデータを周波数解析することにより容易
に求めることがてきる。

次に、ワイヤーの固有振動数ｆからワイヤーの懸垂量を
算出する方法について第２図に基づいて説明する。一般
にワイヤーの固有振動数では、ワイヤーの長さをし、ワ
イヤーの張力なＴ、ワイヤーの線密度をσとして と表わされる。一方、ワイヤーの懸垂量（懸垂曲線）は
、第２図のようにＸ−Ｙ座標をとると、と表わされる。

（１） （２）式より、 となる。

従って、ワイヤーの固有振動数ｆを測定することにより
、第２図のようなワイヤーの懸垂曲線が算出できる。前
述の距離分布測定値をこの懸垂量によって補正すること
により、ワイヤーの真直度か変化しても正確な表面プロ
フィールを求めることができる。

第５図は、ワイヤーの張力Ｔと固有振動数ｆの関係を測
定した結果の例である。本例は長さ２．４ｍ、太さ１φ
の鋼線をワイヤーとして使用しており、ワイヤーの張力
を変化させた時の固有振動数検出装置５の出力の変化を
丸印でプロットしである。同図に併記した理論値の曲線
は、上式（１）式によるものである。又、第６図はワイ
ヤーの張力Ｔとワイヤー中央部の懸垂量の関係を示した
例である１本例ては長さ２ｍ、太さｌφの鋼線をワイヤ
ーとして使用した場合のものである０例えばこのワイヤ
ーを３０ｋｇの張力で張っである場合、この張力が±１
０％変化すると懸垂量は約２０μ層変化し、これが測定
誤差となる。実際にはこのワイヤーを使用する場合、５
０ｋｇ以上の張力で張ることが望ましいが、そうした場
合でも、ワイヤーの張力が変化しやすい測定環境におい
ては数μ諺の測定誤差を生じる虞れがある。このような
場合、張力の変化量をワイヤーの固有振動数によって間
接的に検出しその補正を行なうことが高精度の測定のた
めに必要となるのである。

第３図、第４図は本発明の別の実施形態を示す図である
。

第３図の実施形態では、距離検出装置３を一対の距離検
出器１１Ａ、ＩＩＢから構成したものである。即ち、図
の上側の距離検出器１１Ａと測定対象物１との距離、及
び下側の距離検出器１１Ｂとワイヤー２との距離の和を
とって、測定対象物１のワイヤー２を基準とする表面プ
ロフィールデータとするものである。

又、第４図の実施形態ては、距離検出装置３を複数の距
離検出器１１Ａ、ＩＩＢ、１２Ａ、１２Ｂ・・・で構成
したものであり、更に本例では、距離検出装置３の中の
１つの距離検出器が、固有振動数検出装置を構成する変
位計５を兼ねるようにしである。このようにすると、固
有振動数検出装置の検出ヘッドを別途設ける必要がない
という利点がある。

長さ２ｍの棒状体の真直度を、第４図に示した装置構成
で測定した例を第７図に示す０図中、実線は接触式の変
位計によって測定した結果、破線は本発明による測定結
果、−点鏝線はストレートエツジを真直度基準とした従
来法による測定結果をそれぞれ示す、従来法ではストレ
ートエツジ自体のたわみにより１０μ重程度の測定誤差
を生じたが、本発明による測定結果は接触式変位計の測
定値とよく一致した。

［発明の効果］ 本発明は、表面プロフィールを測定する真直度基準とし
て、測定対象物と平行に架設したワイヤーを用い、更に
このワイヤーの微小な懸垂量をワイヤーの固有振動数か
ら算出し、ワイヤーの懸垂による測定誤差を補償するよ
うにしたので、正確な真直度基準による高精度な表面プ
ロフィール測定ができるようになった。特に、測定対象
物が長尺物である場合、真直度基準を架設しただけの従
来の方法では、真直度基準自身の真直度変化による測定
誤差が大きくなり、本発明の方法の有効性が大いに発揮
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施形態を示す模式図、第２図は本
発明の測定原理を示す模式図、第３図は本発明の別の実
施形態を示す模式図、第４図は本発明の更に別の実施形
態を示す模式図、第５図はワイヤーの張力と固有振動数
の関係を示す線図、第６図はワイヤーの張力と懸垂量の
関係を示す線図、第７図は本発明による測定結果例を示
す線図、第８図は従来の表面プロフィール測定方法の原
理を示す模式図である。 １・・・測定対象物、 ２・・・ワイヤー ３・・・距離検出装置、 ４・・・案内軌道、 ５・・・固有振動数検出装置、 ６・・・演算装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体の表面プロフィールを測定するに際し、該測
   定対象物に平行に真直度基準のワイヤーを張り、該ワイ
   ヤーと該測定対象物との距離分布を測定するとともに、
   該ワイヤーの固有振動数を測定し、該固有振動数から該
   ワイヤーの懸垂量を算出し、該距離分布測定値と該懸垂
   量とから該測定対象物の表面プロフィールを求めること
   を特徴とする、表面プロフィール測定方法。
2. （２）測定対象物に平行に張ったワイヤーと、該ワイヤ
   ーと該測定対象物との距離分布を測定する距離検出装置
   と、該ワイヤーの固有振動数を検出する固有振動数検出
   装置と、該固有振動数から該ワイヤーの懸垂量を算出す
   るとともに、該ワイヤー懸垂量と該距離分布測定値とか
   ら該測定対象物の表面プロフィールを演算する演算装置
   とからなることを特徴とする、表面プロフィール測定装
   置。