專利名稱：旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對機(jī)床或電子設(shè)備等所使用的各種旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)(抖動(dòng))進(jìn)行測定的方法及裝置，尤其，涉及在對精密機(jī)床的主軸等要求有高的旋轉(zhuǎn)精 度的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行測定上所適于的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方 法及裝置。
背景技術(shù)：
在研磨機(jī)等的精密機(jī)床中，若主軸的旋轉(zhuǎn)中心線的位置(主軸的徑向的位置)過 大地變動(dòng)，則加工精度顯著下降，因此，在出廠時(shí)或維修時(shí)，需要檢查旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量。作為對這樣的主軸等的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量進(jìn)行測定的方法，公知 有雙點(diǎn)法或三點(diǎn)法。其是沿旋轉(zhuǎn)體的外周面配置多個(gè)位移計(jì)(配置2個(gè)位移計(jì)的稱之為二 點(diǎn)法，配置3個(gè)位移計(jì)的稱之為三點(diǎn)法)并由各位移計(jì)對旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的主軸外周 面的位置變動(dòng)量進(jìn)行測定的方法，按照基于各位移計(jì)所測得的測定數(shù)據(jù)算出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn) 中心線的位置變動(dòng)量的方式構(gòu)成(參照下述專利文獻(xiàn)1 3)。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開平06-229751號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利公開平06-235422號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利公開平10-015705號(hào)公報(bào)根據(jù)上述的現(xiàn)有方法，能夠?qū)πD(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量進(jìn)行二維測定 (測量)，但，需要使用多個(gè)位移計(jì)，因此，在各位移計(jì)之間特性(例如，溫度特性)不同時(shí)， 在各位移計(jì)的測定數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生因特性的不同引起的誤差，存在不容易得到高精度的測定 結(jié)果的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況提出的，其目的在于，提供一種能夠?qū)Ρ粶y體的旋轉(zhuǎn)所 伴隨的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行高精度測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法及裝置。本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法為對被測體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的該被 測體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法，其特征在于，將顯微鏡進(jìn)行配置，使得該顯微鏡的物鏡的光軸與上述旋轉(zhuǎn)中心線成為平行，并 且使得該旋轉(zhuǎn)中心線位于該顯微鏡的被觀察區(qū)域內(nèi)，將由上述顯微鏡放大所觀察的位置指標(biāo)設(shè)置于該被測體，使得該位置指標(biāo)在上述 被觀察區(qū)域內(nèi)能夠與上述被測體一體地旋轉(zhuǎn)，在上述被測體旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對經(jīng)由上述物鏡所形成的、上述位置指標(biāo) 的放大像分別進(jìn)行攝像，求出所攝像的各上述放大像在攝像坐標(biāo)系內(nèi)的移動(dòng)軌跡，基于被求出的該移動(dòng)軌 跡，計(jì)算上述旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量。
而且，本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定裝置為對被測體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的 該被測體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定裝置，其特征在 于，具備顯微鏡，按照物鏡的光軸與上述旋轉(zhuǎn)中心線相互平行并且該旋轉(zhuǎn)中心線位于被觀 察區(qū)域內(nèi)的方式進(jìn)行配置；位置指標(biāo)，按照在上述被觀察區(qū)域內(nèi)能夠與上述被測體一體地旋轉(zhuǎn)的方式被設(shè)置 于該被測體，并且由顯微鏡放大而被觀察；攝像機(jī)構(gòu)，在上述被測體旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對經(jīng)由上述物鏡所形成的、上述 位置指標(biāo)的放大像分別進(jìn)行攝像；分析機(jī)構(gòu)，求出所攝像的各上述放大像在攝像坐標(biāo)系內(nèi)的移動(dòng)軌跡，基于被求出 的該移動(dòng)軌跡，計(jì)算上述旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量。在本發(fā)明涉及的旋轉(zhuǎn)中心線的位置測定裝置中，可以在上述被觀察區(qū)域內(nèi)配置多 個(gè)上述位置指標(biāo)。本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)中心線被定義為并非被固定于空間的旋轉(zhuǎn)中心線，而是被固定 于被測體的旋轉(zhuǎn)中心線。根據(jù)本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法及裝置，通過具備了上述的 結(jié)構(gòu)，取得如以下的效果。S卩，被設(shè)置在被測體的位置指標(biāo)的移動(dòng)軌跡，在旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)沒有的情 況下成為圓形；在有位置變動(dòng)的情況下，成為與該變動(dòng)量對應(yīng)地從圓形偏離的形狀。在本發(fā) 明中，利用顯微鏡對位置指標(biāo)的放大像進(jìn)行攝像(拍攝)，基于該放大像求出位置指標(biāo)的移 動(dòng)軌跡，因此，也能夠掌握移動(dòng)軌跡的微小的變動(dòng)。由此，能夠高精度地求出旋轉(zhuǎn)中心線的
位置變動(dòng)量。而且，與需要將多個(gè)位移計(jì)作為各測定系統(tǒng)來使用的現(xiàn)有方法不同，在本發(fā)明中， 只要將顯微鏡作為唯一的測定系統(tǒng)使用即可，因此，不存在因各測定系統(tǒng)間的特性的不同 引起的誤差產(chǎn)生的顧慮。


圖1是一實(shí)施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)中心線位置變動(dòng)測定裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1所示的分析裝置的簡要結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖3是表示測定用夾具的一方式的俯視圖。圖4是表示其他的方式的測定用夾具的俯視圖。圖5是表示所攝像的放大像的強(qiáng)度分布的示意圖。圖6是表示放大像的移動(dòng)軌跡的一例的示意圖。圖7是表示旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量的求法的概要的示意圖。圖中1_顯微鏡，2-分析裝置，3、3A_測定用夾具，5-被測體，5a_(被測體的)前 端面，10A-落射照明光學(xué)系統(tǒng)，10B-觀察光學(xué)系統(tǒng)，11-光源部，12-聚光透鏡，13-場鏡， 14-半反射鏡，15-物鏡，16-成像透鏡，17-攝像攝像機(jī)，18-2維圖像傳感器，21-移動(dòng)軌跡 算出部，22-位置變動(dòng)量計(jì)算部，3U31A-基板，32、32A 32C-位置指標(biāo)，A-旋轉(zhuǎn)中心線， L-光軸，C、C' _(基板的)中心點(diǎn)，AS-孔徑光闌，F(xiàn)S-場闌，IM-最大強(qiáng)度， 13_閾值，(^ (^-丨放大像的)直徑，p-移動(dòng)軌跡，sQ-最小平方圓，sM-大圓，sm-小圓，Tq-(圓的)中 心點(diǎn)，S-位置變動(dòng)量。
具體實(shí)施例方式以下，參照上述附圖對本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。另外，實(shí)施方式 的說明所使用的各個(gè)圖并非表示其詳細(xì)的形狀或構(gòu)造的圖，各部件的大小或部件之間的距 離等進(jìn)行了適當(dāng)變更。圖1所示的旋轉(zhuǎn)中心線位置變動(dòng)測定裝置(以下稱之為“本實(shí)施方式裝置”)是對 被測體5 (例如，車床機(jī)的主軸)的旋轉(zhuǎn)所伴隨的該旋轉(zhuǎn)中心線A的位置變動(dòng)量進(jìn)行測定分 析的裝置，其具備顯微鏡1、作為分析機(jī)構(gòu)的分析裝置2及被搭載固定于被測體5的前端面 5a的測定用夾具3而構(gòu)成。另外，被測體5的旋轉(zhuǎn)中心線A視為被固定于被測體5的中心 線，被測體5的前端面5a設(shè)為相對于旋轉(zhuǎn)中心線A垂直地形成的面。如圖1所示，上述顯微鏡1由落射照明光學(xué)系統(tǒng)(也稱外接照明光學(xué)系統(tǒng) epi-illumination optical system) 10A和觀察光學(xué)系統(tǒng)10B構(gòu)成。其中落射照明光學(xué)系 統(tǒng)10A由光源部11、聚光透鏡12、孔徑光闌AS、場闌FS、場鏡13、半反射鏡14及物鏡15構(gòu) 成，按照將光源部11輸出的光束作為照明光照射到上述測定用夾具3的方式構(gòu)成。另一方 面，觀察光學(xué)系統(tǒng)10B由在落射照明光學(xué)系統(tǒng)10A所兼用的物鏡15、成像透鏡16、作為攝像 機(jī)構(gòu)的攝像攝像機(jī)17構(gòu)成，按照將顯微鏡1的被觀察區(qū)域內(nèi)的觀察對象物(在本實(shí)施方式 裝置中為后述的位置指標(biāo)32)的放大像通過物鏡15及成像透鏡16而形成于攝像攝像機(jī)17 的2維圖像傳感器18 (由CCD或CMOS等構(gòu)成)上、由攝像攝像機(jī)17對該放大像進(jìn)行攝像 的方式構(gòu)成。上述分析裝置2由進(jìn)行圖像處理或各種演算處理的計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，具備容納各種 程序的硬盤等的存儲(chǔ)裝置或進(jìn)行各種演算處理的CPU，并且，具備由這些CPU及存儲(chǔ)器內(nèi)的 程序等構(gòu)成的移動(dòng)軌跡算出部21及位置變動(dòng)量計(jì)算部22而構(gòu)成(參照圖2)。如圖3所示，上述測定用夾具3由基板31、和在該基板31的中心點(diǎn)C附近所形成 的位置指標(biāo)32構(gòu)成。該位置指標(biāo)32例如由在基板31上通過蒸鍍等所形成的金、鋁、鉻等 的金屬膜構(gòu)成。而且，根據(jù)顯微鏡1的觀察倍率或照明光的波長等可適當(dāng)設(shè)定該位置指標(biāo) 32的大小，但，在本實(shí)施方式裝置中，例如將顯微鏡1的觀察倍率設(shè)為2000倍，將照明光的 中心波長設(shè)為405nm，將位置指標(biāo)32的直徑設(shè)定為大致300nm。而且，在基板31的表面的 除位置指標(biāo)32形成的區(qū)域外的其他區(qū)域形成有防反射膜，就可以抑制照明光的反射。另外，代替測定用夾具3也可以使用圖4所示的測定用夾具3A。該測定用夾具3A 與上述測定用夾具3的不同之處在于，在基板31A的中心點(diǎn)C'的附近形成有3個(gè)位置指標(biāo) 32A 32C。而且，3個(gè)位置指標(biāo)32A 32C在距中心點(diǎn)C'的各距離相互不同的位置形成。其次，對本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法(以下稱 之為“本實(shí)施方式方法”)進(jìn)行說明。另外，本實(shí)施方式方法使用上述的旋轉(zhuǎn)中心線位置變 動(dòng)測定裝置而進(jìn)行。<1>將圖1所示的顯微鏡1進(jìn)行配置，使得物鏡15的光軸L與被測體5的旋轉(zhuǎn)中 心線A成為平行，并且使得該旋轉(zhuǎn)中心線A位于顯微鏡1的被觀察區(qū)域內(nèi)。另外，在本實(shí)施 方式方法中，進(jìn)行顯微鏡1的位置調(diào)節(jié)，使得上述光軸L與上述旋轉(zhuǎn)中心線A相互重疊(不是本發(fā)明的必需要件)。<2>將圖3所示的測定用夾具3搭載固定于該被測體5的前端面5a(參照圖1)， 使得位置指標(biāo)32在上述被觀察區(qū)域內(nèi)能夠與被測體5 —體地旋轉(zhuǎn)。另外，在本實(shí)施方式方 法中，進(jìn)行測定用夾具3的位置調(diào)節(jié)，使得測定用夾具3的基板31的中心點(diǎn)C位于上述光 軸L上(不是本發(fā)明的必需要件)。<3>旋轉(zhuǎn)被測體5，并且在該被測體5旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對經(jīng)由上述物鏡15 及上述成像透鏡16在2維圖像傳感器18上所形成的、上述位置指標(biāo)32的放大像由上述攝 像攝像機(jī)17分別進(jìn)行攝像。根據(jù)被測體5的旋轉(zhuǎn)速度能夠適當(dāng)設(shè)定拍攝次數(shù)，但，在本實(shí) 施方式方法中例如以每分鐘10000次的比率進(jìn)行拍攝。<4>按上述多個(gè)時(shí)刻每一個(gè)所拍攝的各個(gè)放大像的移動(dòng)軌跡P(參照圖6)在根據(jù) 上述2維圖像傳感器18所適當(dāng)設(shè)定的攝像坐標(biāo)系內(nèi)得以求出。該移動(dòng)軌跡P的求法的概 要如下。(a)首先，將所攝像的各圖像數(shù)據(jù)加以二進(jìn)制化，使放大像的中心位置易于確定。 作為在二進(jìn)制化時(shí)的閾值可以根據(jù)放大像的大小與2維圖像傳感器18的像素密度的關(guān)系 適當(dāng)設(shè)定，但，偏高地設(shè)定容易特定放大像的中心位置。例如，將放大像設(shè)為圓點(diǎn)圖像，設(shè)該 光強(qiáng)度分布成為如圖5所示的高斯分布(表示為2維)時(shí)，將閾值設(shè)定成最大強(qiáng)度IM的1/ e的12時(shí)，進(jìn)而設(shè)定成最大強(qiáng)度IM的8/9的13時(shí)，二進(jìn)制后的放大像的直徑比設(shè)定成最大 強(qiáng)度IM的l/e2(e為納皮爾對數(shù))的L時(shí)變得更小(c^〉^〉^)，因此，容易特定該中心 位置。(b)其次，在攝像坐標(biāo)系內(nèi)，二進(jìn)制化后的放大像的中心位置(也可以是重心位 置)的坐標(biāo)值按每個(gè)上述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行求出，通過將這些坐標(biāo)值與拍攝順序相結(jié)合，求出 上述移動(dòng)軌跡P。另外，在上述的移動(dòng)軌跡算出機(jī)構(gòu)21中進(jìn)行該移動(dòng)軌跡P的計(jì)算。<5>基于在上述順序<4>中求出的移動(dòng)軌跡P，計(jì)算被測體5的旋轉(zhuǎn)中心線A的位 置變動(dòng)量S (參照圖7)。該位置變動(dòng)量5的求法概要如下。[a]首先，求出上述移動(dòng)軌跡P所擬合的的最小平方圓&，并且確定該中心點(diǎn)！；。[b]其次，求出與上述最小平方圓SQ同心(中心點(diǎn)Tq)的、與上述移動(dòng)軌跡P外切 的大圓SM及內(nèi)切的小圓sm。[c]接著，將上述的大圓SM及小圓Sm的半徑之差作為上述位置變動(dòng)量5進(jìn)行計(jì) 算。另外，在上述的位置變動(dòng)量計(jì)算機(jī)構(gòu)22中實(shí)行該位置變動(dòng)量8的計(jì)算。以上，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可以對形 態(tài)進(jìn)行各種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，使用了圖3所示的測定用夾具3，但取而代之，也能夠使 用圖4所示的測定用夾具3A。測定順序與使用測定用夾具3時(shí)相同，但是，測定用夾具3A 具有3個(gè)位置指標(biāo)32A 32C，因此，成為求出與各位置指標(biāo)32A 32C對應(yīng)的3個(gè)移動(dòng)軌 跡。于是，按3個(gè)移動(dòng)軌跡通過上述的順序求出各位置變動(dòng)量(\、52、S3)，通過平均這 些各位置變動(dòng)量，可以計(jì)算位置變動(dòng)量(=(S 1+ S 2+ S 3)/3)。而且，在測定用夾具3、3A中的位置指標(biāo)32、32A 32C是反射照明光的反射類型 的位置指標(biāo)。也可以將透射照明光的透射類型的位置指標(biāo)作為位置指標(biāo)來使用。這樣的透 射類型的位置指標(biāo)可以適用于測定中空的被測體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)的情況等。另外，在使用透射類型的位置指標(biāo)時(shí)，代替上述的落射照明光學(xué)系統(tǒng)10A，作為顯微鏡用的照 明系統(tǒng)使用一般的透射照明光學(xué)系統(tǒng)(省略圖示)。 而且，通過組合使用測定被測體外周面的形狀的位移計(jì)(可以為1個(gè)，省略圖示)， 也能夠進(jìn)行被測體外周面的圓度測定。
權(quán)利要求
一種旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法，其是對被測體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的該被測體的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法，其特征在于，將顯微鏡進(jìn)行配置，使得該顯微鏡的物鏡的光軸與上述旋轉(zhuǎn)中心線平行，并且使得該旋轉(zhuǎn)中心線位于該顯微鏡的被觀察區(qū)域內(nèi)，將由上述顯微鏡放大所觀察的位置指標(biāo)設(shè)置于該被測體，使得該位置指標(biāo)在上述被觀察區(qū)域內(nèi)能夠與上述被測體一體地旋轉(zhuǎn)，在上述被測體旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對經(jīng)由上述物鏡所形成的、上述位置指標(biāo)的放大像分別進(jìn)行攝像，求出所攝像的各上述放大像在攝像坐標(biāo)系內(nèi)的移動(dòng)軌跡，基于被求出的該移動(dòng)軌跡，計(jì)算上述旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量。
2.一種旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定裝置，其是對被測體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的該被測體的旋 轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定裝置，其特征在于，具備顯微鏡，按照物鏡的光軸與上述旋轉(zhuǎn)中心線相互平行并且該旋轉(zhuǎn)中心線位于被觀察區(qū) 域內(nèi)的方式配置；位置指標(biāo)，按照在上述被觀察區(qū)域內(nèi)能夠與上述被測體一體地旋轉(zhuǎn)的方式被設(shè)置于該 被測體，并且由上述顯微鏡放大而被觀察；攝像機(jī)構(gòu)，在上述被測體旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對經(jīng)由上述物鏡所形成的、上述位置 指標(biāo)的放大像分別進(jìn)行攝像；分析機(jī)構(gòu)，求出所攝像的各上述放大像在攝像坐標(biāo)系內(nèi)的移動(dòng)軌跡，基于被求出的該 移動(dòng)軌跡，計(jì)算上述旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)量。
3.權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定裝置，其特征在于，在上述被觀察區(qū)域內(nèi)中配置多個(gè)上述位置指標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)Ρ粶y體的旋轉(zhuǎn)所伴隨的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)進(jìn)行高精度的測定的旋轉(zhuǎn)中心線的位置變動(dòng)測定方法及裝置。具有位置指標(biāo)(32)的測定用夾具(3)按照能夠與被測體(5)一體地旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置，在被測體(5)旋轉(zhuǎn)的過程的多個(gè)時(shí)刻，對由顯微鏡(1)形成的位置指標(biāo)(32)的放大像分別通過攝像攝像機(jī)(17)進(jìn)行攝像。求出被攝像的各個(gè)放大像的移動(dòng)軌跡，基于被求出的移動(dòng)軌跡，計(jì)算被測體(5)的旋轉(zhuǎn)中心線(A)的位置變動(dòng)量。
文檔編號(hào)G01B11/27GK101846496SQ20101015011
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者葛宗濤, 高橋研一 申請人:富士能株式會(huì)社