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発明の名称 真直度測定装置の真直運動精度測定方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−235304(P2001−235304A)
公開日 平成13年8月31日(2001.8.31)
出願番号 特願2000−43228(P2000−43228)
出願日 平成12年2月21日(2000.2.21)
代理人 【識別番号】100072718
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 史旺 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2F062
【Fターム(参考)】
2F062 AA55 BB03 BB14 CC09 DD12 EE01 EE12 EE62 FF03 HH05 JJ07 
発明者 井口 信明 / 林 孝
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 水平に配置される長尺状の案内部材に沿ってスライダを移動し、前記スライダに配置されるセンサを、前記案内部材と平行に水平に配置される長尺状のストレートマスタの基準面に沿って移動し、前記センサからの出力に基づいて前記スライダの真直運動精度を測定する真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記ストレートマスタの基準面を上側または下側にして、前記ストレートマスタの2点を、前記ストレートマスタの自重による撓み量が最小となる最小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿って前記センサを移動し第1の測定データを得た後、前記ストレートマスタの基準面を下側または上側に反転して、前記最小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿ってセンサを移動し第2の測定データを得、前記第1の測定データおよび第2の測定データに基づいて前記スライダの真直運動精度を測定することを特徴とする真直度測定装置の真直運動精度測定方法。
【請求項2】 請求項1記載の真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記第1の測定データおよび第2の測定データに基づいて前記ストレートマスタの前記基準面の真直度を測定することを特徴とする真直度測定装置の真直運動精度測定方法。
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記ストレートマスタには、前記最小撓み支持点となる位置に貫通穴が形成され、前記貫通穴に挿入される支持部材により、前記ストレートマスタが支持されていることを特徴とする真直度測定装置の真直運動精度測定方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真直度測定装置の真直運動精度を測定するための真直度測定装置の真直運動精度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、被測定物の真直度を高い精度で測定する真直度測定装置が開発されている。そして、このような真直度測定装置では、校正されたストレートマスタの基準面を基準に装置の真直運動精度を測定し、装置の精度評価あるいは補正用のデータを得ることが行われている。
【0003】しかし、近年、真直度測定装置に要求される真直運動精度が厳しくなり、ストレートマスタの基準面と同等の精度が要求されるようになってきている。そこで、装置の真直運動精度とストレートマスタの真直度とを同時に評価することができる、反転法を用いた真直度測定方法が使用されるようになっている。反転法には、水平方向に測定する場合と、垂直方向に測定する場合があり、真直度測定装置の運動精度とストレートマスタの基準面の真直度が一意的に測定算出できる、水平方向の反転法が一般的である。
【0004】しかしながら、一般に、被測定物の測定を行う場合には、垂直方向の方が、作業し易く、被測定物に対する評価も適切であるため、垂直方向での測定が要望されている。図9および図10は、反転法を使用した従来の真直運動精度測定方法を示すもので、符号1は真直度測定装置を示している。
【0005】この真直度測定装置1は、水平に配置される長尺状の案内部材2を有している。案内部材2には、案内部材2に沿ってスライダ3が移動自在に配置されている。スライダ3の上面には、例えば、微小変位計からなるセンサ4が固定されている。そして、真直度測定装置1の側方には、支持台5を介して長尺状のストレートマスタ6が案内部材2と平行に、かつ、水平に配置されている。
【0006】図9では、ストレートマスタ6の上面が基準面6aとされ、案内部材2に沿ってスライダ3を移動し、スライダ3に配置されるセンサ4の測定部4aを、ストレートマスタ6の基準面6aに沿って移動することにより、第1の測定データが得られる。次に、ストレートマスタ6が反転され、基準面6aがストレートマスタ6の下面として設定され、案内部材2に沿ってスライダ3を移動し、スライダ3に配置されるセンサ4の測定部4aを、ストレートマスタ6の基準面6aに沿って移動することにより、第2の測定データが得られる。
【0007】そして、第1の測定データから第2の測定データを差し引いて1/2倍することにより、ストレートマスタ6の基準面6aの真直度が得られ、このストレートマスタ6の基準面6aの真直度データでは、ストレートマスタ6の自重による撓みの影響は、除去されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この垂直方向の反転法の場合には、ストレートマスタ6の自重による撓みが真直度測定装置1の垂直運動精度に加わっているため、適切な、真直度測定装置1の真直運動精度を得ることが困難である。
【0009】すなわち、図11に示すような水平方向の反転法の場合には、水平方向の第1の測定データおよび第2の測定データをF1(x)およびF2(x)、ストレートマスタの基準面の真直度をM(x)、真直度測定装置の真直運動精度をS(x)とすると、F1(x)=S(x)+M(x)・・・(1)
2(x)=S(x)−M(x)・・・(2)
となり、この式(1)および(2)から、 M(x)=(1/2)・(F1(x)−F2(x))・・・(3)
S(x)=(1/2)・(F1(x)+F2(x))・・・(4)
となる。
【0010】従って、第1の測定データF1(x)と第2の測定データF2(x)を加算し、1/2倍すると真直度測定装置の水平方向の真直運動精度S(x)を得ることができる。一方、図12に示すような垂直方向の反転法の場合には、垂直方向の第1の測定データおよび第2の測定データをG1(x)およびG2(x)、ストレートマスタ6の基準面6aの真直度をM(x)、真直度測定装置1の真直運動精度をS(x)、ストレートマスタ6の撓みをT(x)とすると、1(x)=S(x)+T(x)+M(x)・・・(5)
2(x)=S(x)+T(x)−M(x)・・・(6)
となり、この式(5)および(6)から、 M(x)=(1/2)・(G1(x)−G2(x))・・・(7)
S(x)+T(x)=(1/2)・(G1(x)+G2(x))・・・(8)
となり、ストレートマスタ6の自重による撓みT(x)が真直度測定装置1の垂直運動精度S(x)に加わることになる。
【0011】また、従来の垂直方向の測定では、ストレートマスタ6の両端を支持台5により支持しているため、ストレートマスタ6の撓み量が比較的大きくなり、非常に高精度な測定をすることが困難になるという問題があった。すなわち、近時、例えば、長さが1m以上のストレートマスタ6を使用して、1m以上の真直運動精度を、例えば、10nmオーダーの精度で測定することが要求されているが、例えば、1mの長さのストレートマスタ6では、高剛性低密度のセラミックスを用いても、その撓み量が、1000nm以上となる。
【0012】そして、撓み量が大きくなると、測定範囲がセンサの最大感度領域から外れ、精度の高い測定を行うことが困難になる。また、最大感度で測定できた場合にも、センサの測定範囲が広くなるため、センサの非線形性の影響による誤差が生じることになる。
【0013】本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、ストレートマスタの撓み量を最小にした状態で真直運動精度を高精度で測定することができる真直度測定装置の真直運動精度測定方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の真直度測定装置の真直運動精度測定方法は、水平に配置される長尺状の案内部材に沿ってスライダを移動し、前記スライダに配置されるセンサを、前記案内部材と平行に水平に配置される長尺状のストレートマスタの基準面に沿って移動し、前記センサからの出力に基づいて前記スライダの真直運動精度を測定する真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記ストレートマスタの基準面を上側または下側にして、前記ストレートマスタの2点を、前記ストレートマスタの自重による撓み量が最小となる最小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿って前記センサを移動し第1の測定データを得た後、前記ストレートマスタの基準面を下側または上側に反転して、前記最小撓み支持点で支持した状態で、前記基準面に沿ってセンサを移動し第2の測定データを得、前記第1の測定データおよび第2の測定データに基づいて前記スライダの真直運動精度を測定することを特徴とする。
【0015】請求項2の真直度測定装置の真直運動精度測定方法は、請求項1記載の真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記第1の測定データおよび第2の測定データに基づいて前記ストレートマスタの前記基準面の真直度を測定することを特徴とする。請求項3の真直度測定装置の真直運動精度測定方法は、請求項1または請求項2記載の真直度測定装置の真直運動精度測定方法において、前記ストレートマスタには、前記最小撓み支持点となる位置に貫通穴が形成され、前記貫通穴に挿入される支持部材により、前記ストレートマスタが支持されていることを特徴とする。
【0016】(作用)請求項1の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタの基準面を上側または下側にして、ストレートマスタの2つの支持点が、ストレートマスタの撓み量が最小となる最小撓み支持点で支持される。そして、これにより、ストレートマスタの両端を支持する場合に比較して撓み量が非常に小さなものになる。
【0017】従って、測定範囲がセンサの最大感度領域から外れることがなくなり、精度の高い測定を行うことが可能になる。また、センサの測定範囲が狭くなるため、センサの非線形性の影響による誤差が非常に小さなものになる。そして、例えば、ストレートマスタの基準面を上側にして、基準面に沿ってセンサを移動することにより、第1の測定データが得られ、この後、ストレートマスタの基準面を下側に反転し、基準面に沿ってセンサを移動することにより第2の測定データが得られる。
【0018】そして、第1の測定データと第2の測定データとを加算し、1/2倍することにより、スライダの真直運動精度が得られる。なお、このスライダの真直運動精度には、ストレートマスタの撓みの影響が加わっているが、ストレートマスタの撓みが非常に小さいため、無視することが可能である。
【0019】また、ストレートマスタの撓みを材料力学的な計算により求め、補正を行うことにより、スライダの真直運動精度をより厳密に求めることができる。請求項2の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、第1の測定データから第2の測定データを減算して、1/2倍することにより、ストレートマスタの基準面の真直度が求められる。
【0020】そして、この真直度には、ストレートマスタの撓みの影響が完全に排除されているため、非常に精度が高いものとなる。請求項3の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタの最小撓み支持点となる位置に貫通穴が形成され、この貫通穴に支持部材を挿入することにより、ストレートマスタが支持される。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図1および図2は、本発明の真直度測定装置の真直運動精度測定方法の一実施形態を示しており、図3は、図1および図2の真直度測定装置の詳細を示している。
【0022】図3に示す真直度測定装置は、水平に配置される長尺状の案内部材11を備えている。そして、案内部材11に沿ってスライダ13が移動可能に配置されている。案内部材11の側面には、リニアモータのマグネット15が配置され、スライダ13の内側面には、リニアモータのコイル17が配置されている。
【0023】また、スライダ13は、図示しない空気軸受を介して、案内部材11に摺動自在に支持されている。案内部材11の両端は、ブロック部材19により支持されている。スライダ13の上面には、例えば、微小変位計からなるセンサ21が固定されている。
【0024】このセンサ21は、スライダ13の上面に固定される本体部材23と、本体部材23に固定される長尺状の支持部材25と、支持部材25の先端に配置される測定部27とを有している。そして、測定部27からの測定信号は、センサーアンプ29およびドライバ31を介してコンピュータ33に入力され、コンピュータ33により制御,解析が行われる。
【0025】上述した真直度測定装置の真直運動精度の測定は、本発明の真直度測定装置の真直運動精度測定方法の一実施形態により以下述べるようにして行われる。すなわち、この実施形態では、先ず、図1に示すように、真直度測定装置の案内部材11の側面と平行に、長尺状のストレートマスタ35が配置される。図1の状態では、ストレートマスタ35の上面が基準面35aとされている。
【0026】そして、ストレートマスタ35は、この基準面35aが水平になるように、一対の支持手段37により支持される。また、ストレートマスタ35は、その両側を、ストレートマスタ35の撓み量が最小となる最小撓み支持点Pで支持される。図4は、ストレートマスタ35の詳細を示すもので、このストレートマスタ35は、長さLが1000mmとされ、その横断面の幅Bが50mm、高さHが80mmとされている。
【0027】また、アルミナセラミックスからなり、ヤング率が380Gpa、密度が3.95×103kg/m3とされている。そして、ストレートマスタ35の側面には、ストレートマスタ35の自重による撓み量が最小となる最小撓み支持点Pとなる位置に、円形状の貫通穴35bが形成されている。
【0028】この最小撓み支持点Pの位置は、材料力学の撓み式を用いて計算することができ、例えば、図5に示すように、梁材であるストレートマスタ35の全長をLとすると、両端からL1=0.2232Lの位置となる。そして、上述したストレートマスタ35では、最小撓み支持点Pにおける撓み量が、50nmとなる。
【0029】一方、同一のストレートマスタ35を、図6に示すように、その両端で支持する場合には、中央Cに最大撓みが生じ、その撓み量が、2480nmとなる。従って、図5に示したように、ストレートマスタ35を最小撓み支持点Pで支持する場合の最大撓み量は、図6に示したように、ストレートマスタ35を両端で支持する場合に比較して1/50程度と非常に小さな値となる。
【0030】そして、図1では、一対の支持手段37が、断面L字状のブロック部材39と、このブロック部材39の側面に突出形成される支持部材41とから構成されている。支持部材41は、円柱状をしており、その外径が、ストレートマスタ35に形成される貫通穴35bより多少小径とされている。
【0031】支持手段37の支持部材41は、ストレートマスタ35に形成される貫通穴35bに挿入され、これにより、ストレートマスタ35が最小撓み支持点Pの位置で支持されている。そして、図1に示したように、ストレートマスタ35の基準面35aを上面に位置させた状態で、案内部材11に沿ってスライダ13を移動し、スライダ13に配置されるセンサ21の測定部27を、ストレートマスタ35の基準面35aに沿って移動することにより、第1の測定データが得られる。
【0032】次に、図2に示すように、ストレートマスタ35が反転され、ストレートマスタ35の基準面35aが下面に位置される。この図2の状態では、支持手段37Aのブロック部材には、図1で使用されたブロック部材39より高さの高いブロック部材39Aが使用される。そして、ブロック部材39Aの支持部材41を、ストレートマスタ35の貫通穴35bに挿入し、ストレートマスタ35を支持した状態では、ストレートマスタ35の下面の基準面35aが、図1に示したストレートマスタ35の上面の基準面35aと同一の高さ位置に位置される。
【0033】この状態で、案内部材11に沿ってスライダ13を移動し、スライダ13に配置されるセンサ21の測定部27を、ストレートマスタ35の基準面35aに沿って移動することにより、第2の測定データが得られる。
【0034】そして、最後に、コンピュータ33により第1の測定データと第2の測定データとを加算し、1/2倍することにより、スライダ13の真直運動精度が得られる。なお、このスライダ13の真直運動精度には、ストレートマスタ35の撓みの影響が加わっているが、ストレートマスタ35の撓みが非常に小さいため、無視することが可能である。
【0035】また、ストレートマスタ35の撓みを材料力学的な計算により求め、補正を行うことにより、スライダ13の真直運動精度をより厳密に求めることができる。そして、上述した真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、第1の測定データから第2の測定データを減算して、1/2倍することにより、ストレートマスタ35の基準面35aの真直度が求められる。
【0036】そして、この真直度には、ストレートマスタ35の撓みの影響が完全に排除されているため、非常に精度が高いものとなる。上述した真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタ35の両側を、ストレートマスタ35の撓み量が最小となる最小撓み支持点Pで支持し、また、ストレートマスタ35の基準面35aを上側および下側に反転して測定するようにしたので、ストレートマスタ35の撓み量を最小にした状態で真直運動精度を高精度で測定することができる。
【0037】すなわち、上述した測定方法では、ストレートマスタ35の両側を、ストレートマスタ35の撓み量が最小となる最小撓み支持点Pで支持したので、ストレートマスタ35の両端を支持する場合に比較して撓み量を非常に小さなものにすることができる。従って、測定範囲がセンサ21の最大感度領域から外れることがなくなり、精度の高い測定を行うことが可能になる。
【0038】また、センサ21の測定範囲が狭くなるため、センサ21の非線形性の影響による誤差が非常に小さなものになり、精度の高い測定を行うことが可能になる。そして、上述した真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタ35の最小撓み支持点Pとなる位置に貫通穴35bを形成し、この貫通穴35bに支持部材41を挿入してストレートマスタ35を支持するようにしたので、ストレートマスタ35の基準面35aを下面にした場合にも、センサ21が支持部材41に干渉することがなくなり、ストレートマスタ35を容易,確実に支持することができる。
【0039】なお、上述した実施形態では、ストレートマスタ35をアルミナセラミックスにより形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ガラス,アルミニウム,鉄等の材料により形成しても良い。また、上述した実施形態では、ストレートマスタ35の最小撓み支持点Pとなる位置にのみ貫通穴35bを形成した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、図7に示すように、最小撓み支持点P以外の位置に貫通穴35c等の肉抜き穴を形成することにより、ストレートマスタ35の自重を低減することができる。
【0040】さらに、上述した実施形態では、ストレートマスタ35の断面形状を矩形状にした例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、図8に示すように、I形状にしても良く、この場合には、ストレートマスタ35Aの最小撓み支持点Pに貫通穴35bを形成することなく、突出部35dを支持部材41Aにより直接支持することが可能になる。
【0041】また、上述した実施形態では、ストレートマスタ35の真直度を高い精度で求めた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、同様にして種々の被測定物の真直度を高い精度で求めることができる。
【0042】
【発明の効果】以上述べたように、請求項1の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタの2点を、ストレートマスタの撓み量が最小となる最小撓み支持点で支持し、また、ストレートマスタの基準面を上側および下側に反転して測定するようにしたので、ストレートマスタの撓み量を最小にした状態で真直運動精度を高精度で測定することができる。
【0043】請求項2の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、第1の測定データおよび第2の測定データに基づいてストレートマスタの基準面の真直度を測定するようにしたので、求められた真直度には、ストレートマスタの撓みの影響が完全に排除され、これにより非常に高い精度でストレートマスタの真直度を測定することができる。
【0044】請求項3の真直度測定装置の真直運動精度測定方法では、ストレートマスタの最小撓み支持点となる位置に貫通穴を形成し、この貫通穴に支持部材を挿入してストレートマスタを支持するようにしたので、ストレートマスタの基準面を下面にした場合にも、センサが支持部材に干渉することがなくなり、ストレートマスタを容易,確実に支持することができる。




 

 


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