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JP4452828B2 - Acceleration tube disk outer diameter measuring method and acceleration tube disk outer diameter measuring device - Google Patents
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Acceleration tube disk outer diameter measuring method and acceleration tube disk outer diameter measuring device Download PDF

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Description

本発明は、ディスクの外径計測方法、及びディスクの外径計測装置に関する。   The present invention relates to a disk outer diameter measuring method and a disk outer diameter measuring apparatus.

現在、高エネルギー電子陽電子衝突実験のため、電子/陽電子リニアコライダ(LC)の開発が進められている。前記電子/陽電子リニアコライダにはいわゆるXバンド加速管という加速管が用いられている。この加速管には、HDDS(High Phase Advance Damped Detuned Structure)ディスクという加速管ディスクが用いられるが、この加速管ディスクにはサブマイクロメートルオーダの加工精度が要求されている。したがって、その検査のためには、精密旋盤で加工された約60mmのディスク外径をサブマイクロメートルオーダで計測する必要がある。   Currently, an electron / positron linear collider (LC) is being developed for high-energy electron-positron collision experiments. For the electron / positron linear collider, an so-called X-band accelerator tube is used. For this acceleration tube, an acceleration tube disk called HDDS (High Phase Advance Damped Detuned Structure) disk is used, and this acceleration tube disk is required to have a processing accuracy on the order of submicrometers. Therefore, for the inspection, it is necessary to measure the outer diameter of a disc of about 60 mm processed with a precision lathe on the order of submicrometers.

しかしながら、現在、ディスク外径をサブミクロンオーダで高精度に計測する方法及び装置は未だ確立されていない。   However, at present, a method and apparatus for measuring the outer diameter of the disk with high accuracy on the order of submicrons have not yet been established.

本発明は、ディスク外径を高精度かつ廉価に計測することができる新規な方法及び装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel method and apparatus capable of measuring the outer diameter of a disk with high accuracy and at low cost.

上記目的を達成すべく、本発明は、外径既知の参照ディスクおよび外径未知の計測ディスクを、それらの軸線が互いに平行となる姿勢で所定方向に沿って並べ、それらのディスクをステージに固定する工程と、互いに固定されそれらのディスクを間に挟んで互いに対向するよう配置された一対の非接触型の距離測定センサを、参照ディスクおよび計測ディスクの面内を直線的に分断する位置関係を維持しながら前記両方のディスクの両方の外周面を連続的かつ一体的にスキャンするように前記ステージに対し前記所定方向に相対変位させ、前記面内を直線状に分断する仮想ライン上でそれぞれの距離測定センサから前記両方のディスクの外周面までの距離を連続的に測定する工程と、対をなすそれぞれの距離測定センサから前記参照ディスクの外周面までの測定距離の和、対をなすそれぞれの距離測定センサから前記計測ディスクの外周面までの測定距離の和、および、前記参照ディスクの既知の外径に基づき、前記計測ディスクの外径を算出する工程とを具えることを特徴とする加速管ディスクの外径計測方法である。 In order to achieve the above object, the present invention arranges a reference disk with a known outer diameter and a measuring disk with an unknown outer diameter along a predetermined direction with their axes parallel to each other, and these disks are fixed to the stage. And a positional relationship that linearly divides the reference disk and the measuring disk in a plane between a pair of non-contact distance measuring sensors that are fixed to each other and arranged to face each other with the disks interposed therebetween. While maintaining , both the outer peripheral surfaces of the both disks are relatively displaced in the predetermined direction with respect to the stage so as to continuously and integrally scan , and each of the virtual lines on the virtual lines that divide the surface linearly . A step of continuously measuring the distance from the distance measuring sensor to the outer peripheral surfaces of both disks, and the reference disk from each pair of distance measuring sensors; Based on the sum of the measurement distances to the outer peripheral surface, the sum of the measurement distances from each pair of distance measurement sensors to the outer peripheral surface of the measurement disk, and the known outer diameter of the reference disk, the outer diameter of the measurement disk A method for measuring the outer diameter of the accelerating tube disk.

また、本発明は、外径既知の参照ディスクおよび外径未知の計測ディスクを、それらの軸線が互いに平行となる姿勢で所定方向に沿って並べて固定するステージと、互いに固定され前記両方のディスクを間に挟んで互いに対向するよう配置され、前記両方のディスクの面内を直線的に分断する位置関係を維持しながら前記両方のディスクの両方の外周面を連続的かつ一体的にスキャンするように前記ステージに対し前記所定方向に相対変位させ、前記面内を直線状に分断する仮想ライン上で前記両方のディスクの外周面までの距離をそれぞれ測定する一対の非接触型の距離測定センサと、距離測定センサ前記所定方向に沿って変位させる駆動手段とを具えることを特徴とする加速管ディスクの外径計測装置である。
The present invention also provides a stage for fixing a reference disk having a known outer diameter and a measuring disk having an unknown outer diameter, arranged in a predetermined direction so that their axes are parallel to each other, and both of the fixed disks. It is arranged so as to be opposed to each other with a gap therebetween, and continuously scans the outer peripheral surfaces of both disks continuously and integrally while maintaining the positional relationship of linearly dividing the surfaces of both disks. the are relatively displaced in the predetermined direction with respect to the stage, a pair of distance measuring sensors of the non-contact type for measuring the distance to the outer peripheral surface of said both disks respectively on a virtual line that divides the inside of the plane in a straight line, an outer diameter measuring apparatus of the accelerating tube disc, characterized in that it comprises a driving means for displacing along the distance measuring sensor in the predetermined direction.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、特にディスクの外周部に静電容量センサを配置した場合、前記ディスクの外周部と前記静電容量センサとで形成される空間の静電容量が、その空間における前記外周部と前記静電容量センサとの距離に依存することを見出した。   The inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object. As a result, particularly when a capacitance sensor is arranged on the outer periphery of the disk, the capacitance of the space formed by the outer periphery of the disk and the capacitance sensor is different from that of the outer periphery and the static in the space. We found that it depends on the distance to the capacitance sensor.

例えば、参照ディスクの外周部と静電容量センサとで形成される基準空間の静電容量をCrとし、前記基準空間における前記ディスク外周部と前記静電容量センサとの距離をdrとし、計測ディスクの外周部と静電容量センサとで形成される計測空間の静電容量をCmとし、前記計測空間における前記ディスク外周部と前記静電容量センサとの距離をdmとすると、
dr=P/Cr (1)
dm=P/Cm (2)
なる関係式が成立する。
For example, the capacitance of the reference space formed by the outer periphery of the reference disk and the capacitance sensor is Cr, the distance between the disk outer periphery and the capacitance sensor in the reference space is dr, and the measurement disk The capacitance of the measurement space formed by the outer periphery of the disk and the capacitance sensor is Cm, and the distance between the disk outer periphery and the capacitance sensor in the measurement space is dm.
dr = P / Cr (1)
dm = P / Cm (2)
The following relational expression holds.

ここで、前記Pは、静電容量センサの面積S、絶縁物(本装置では大気)の比誘電率εr、真空の誘電率εから、
P=εrεS (3)
として計算される値であり、測定対象の材質によらず常に一定の定数とみなせる。また、前記Pは、実測より既知とすることができる。これによって、上述した関係式より、静電容量から距離に一意に変換することができる。なお、以降「センサ出力値」とは、静電容量を距離に換算したdm及びdrを示すものとする。
Here, the P, the area of the electrostatic capacitance sensor S, the dielectric constant εr of the insulator (air in this apparatus), the dielectric constant epsilon 0 of a vacuum,
P = εrε 0 S (3)
It can be regarded as a constant value regardless of the material to be measured. The P can be known from actual measurement. Thus, the capacitance can be uniquely converted into the distance from the above-described relational expression. Hereinafter, the “sensor output value” indicates dm and dr obtained by converting the capacitance into a distance.

今、例えば、各ディスクの中心と静電容量センサとの距離Lを一定とし、参照ディスクの外径をDrとし、計測ディスクの外径をDmとすると、
L=Dr/2+dr (4)
L=Dm/2+dm (5)
なる関係が成立するので、目的とする計測ディスクの外径Dmは、
Dm=Dr+2(dr−dm)=Dr+2P(1/Cr−/Cm) (6)
として求めることができる。
Now, for example, when the distance L between the center of each disk and the capacitance sensor is constant, the outer diameter of the reference disk is Dr, and the outer diameter of the measurement disk is Dm.
L = Dr / 2 + dr (4)
L = Dm / 2 + dm (5)
Therefore, the outer diameter Dm of the target measurement disk is
Dm = Dr + 2 (dr−dm) = Dr + 2P (1 / Cr− / Cm) (6)
Can be obtained as

(6)式において、Cr及びCmは上述した計測を通じて既知であり、さらにP及びDrも既知であるから、これらの値を用いることによって目的とする計測ディスクの外径Dmを導出することができる。なお、(4)及び(5)式において、Lはキャンセルされるため、未知でかまわない。   In the equation (6), Cr and Cm are known through the above-described measurement, and further, P and Dr are also known. Therefore, the outer diameter Dm of the target measurement disk can be derived by using these values. . In the expressions (4) and (5), L is canceled and may be unknown.

なお、上述した計測においては、前記参照ディスク中心−前記静電容量センサ間の距離と、前記計測ディスク中心−前記静電容量センサ間の距離とを同一に保持する必要がある。また、前記静電容量センサの測定方向に前記参照ディスク及び前記計測ディスクを配置する。   In the measurement described above, it is necessary to keep the distance between the reference disk center and the capacitance sensor and the distance between the measurement disk center and the capacitance sensor the same. Further, the reference disk and the measurement disk are arranged in the measurement direction of the capacitance sensor.

また、上記装置においては、少なくとも計測ディスクに対する参照ディスクと、これらディスクの静電容量を計測するための静電容量センサとを準備すれば足りるので、装置構成を簡易化することができるとともに、そのコストを低減することができる。   In the above apparatus, it is sufficient to prepare at least a reference disk for the measurement disk and a capacitance sensor for measuring the capacitance of these disks, so that the apparatus configuration can be simplified, Cost can be reduced.

なお、前記参照ディスクの前記基準空間に関する静電容量及び前記計測ディスクの前記計測空間に関する静電容量は、駆動手段により、静電容量センサを前記参照ディスク及び前記計測ディスクに対し、これらディスクの側面に沿って相対的にスキャンさせることによって得ることができる。この場合、前記参照ディスク及び前記計測ディスクの大きさや前記静電容量センサの測定範囲などに依存することなく、前記基準空間及び前記計測空間の全体に亘って静電容量を計測することができ、これらの静電容量を正確に計測することができる。   The capacitance of the reference disk with respect to the reference space and the capacitance of the measurement disk with respect to the measurement space are determined by driving means such that a capacitance sensor is placed on the side surface of the reference disk and the measurement disk. Can be obtained by relatively scanning along. In this case, the capacitance can be measured over the entire reference space and the measurement space without depending on the size of the reference disk and the measurement disk, the measurement range of the capacitance sensor, and the like. These capacitances can be measured accurately.

また、少なくとも2つの静電容量センサを準備し、これら静電容量センサを前記参照ディスク及び前記計測ディスクの両側において配置し、前記参照ディスク及び前記計測ディスクに対して相対的にスキャンすることが好ましい。この場合、前記基準空間及び前記計測空間の静電容量を複数のセンサを用いて計測することができるので、前記静電容量、すなわち前記計測ディスクの外径の計測精度を向上させることができる。   Further, it is preferable to prepare at least two capacitance sensors, dispose these capacitance sensors on both sides of the reference disk and the measurement disk, and scan relative to the reference disk and the measurement disk. . In this case, the capacitance of the reference space and the measurement space can be measured using a plurality of sensors, so that the measurement accuracy of the capacitance, that is, the outer diameter of the measurement disk can be improved.

少なくとも2つの静電容量センサを用いる際、前記少なくとも2つの静電容量センサは、前記参照ディスク及び前記計測ディスクの両側において、前記少なくとも2つの静電容量センサの中心軸同士が0.05rad以下の角度をなすように配置することが好ましい。   When using at least two capacitance sensors, the at least two capacitance sensors have a central axis of the at least two capacitance sensors of 0.05 rad or less on both sides of the reference disk and the measurement disk. It is preferable to arrange them at an angle.

これによって、前記少なくとも2つの静電容量センサにより、前記参照ディスク及び前記計測ディスクの面内をほぼ直線的に分断するようにしてスキャンすることができるようになるので、前記参照ディスク及び前記計測ディスクの全面をほぼ均一にスキャンすることができ、前記基準空間及び前記計測空間の全体に亘る静電容量をより正確に計測することができるようになる。この結果、前記基準空間及び前記計測空間の静電容量をより正確に計測することができ、前記計測ディスクの外径計測精度をより向上させることができる。   Accordingly, the reference disk and the measurement disk can be scanned by the at least two capacitance sensors so as to divide the reference disk and the measurement disk substantially linearly. Can be scanned almost uniformly, and the capacitance over the entire reference space and measurement space can be measured more accurately. As a result, the capacitances of the reference space and the measurement space can be measured more accurately, and the outer diameter measurement accuracy of the measurement disk can be further improved.

また、前記少なくとも2つの静電容量センサそれぞれの和のピーク値を利用して、前記参照ディスクの前記基準空間における静電容量及び前記計測ディスクの前記計測空間における静電容量とすることが好ましい。
Further, it is preferable to use the peak value of the sum of each of the at least two capacitance sensors as the capacitance in the reference space of the reference disk and the capacitance in the measurement space of the measurement disk.

静電容量センサそれぞれのピーク値を用いた場合、このピーク値は、上述したようなディスクと静電容量センサとの相対的なスキャンの際に、このスキャンが蛇行したり、上下に変動したりして行われることにより変動してしまう。この結果、前記基準空間などの静電容量を正確に計測することができず、前記計測ディスクの外径を正確に計測することができなくなってしまう場合がある。これに対して、静電容量センサそれぞれの和のピーク値は、前記スキャンにおける蛇行や上下変動においても変化することがない。したがって、前記計測ディスクの外径を正確に計測することができるようになる。
When the peak value of each capacitance sensor is used, this peak value may mean that the scan meanders or fluctuates up and down during the relative scan of the disk and the capacitance sensor as described above. It will fluctuate by being done. As a result, the capacitance of the reference space or the like cannot be accurately measured, and the outer diameter of the measurement disk cannot be accurately measured. On the other hand, the peak value of the sum of the capacitance sensors does not change even when meandering or up and down in the scan. Therefore, the outer diameter of the measurement disk can be accurately measured.

また、前記参照ディスクの温度と前記計測ディスクの温度とを、所定の温度範囲、具体的には±0.2℃以内に設定することが好ましい。前記参照ディスク及び前記計測ディスクの外径は、その材料成分などに応じて温度依存性が比較的大きくなる場合がある。したがって、双方のディスクに関する前記基準空間及び計測空間の静電容量を異なる温度で計測した場合に、前記静電容量の値は温度差に起因した誤差を含むようになり、その結果、前記計測ディスクの外径も前記温度差に起因した誤差を含むようになる。この結果、本発明の方法及び装置に基づいた前記計測ディスクの外径計測を正確に行うことができない場合がある。   Further, it is preferable that the temperature of the reference disk and the temperature of the measurement disk are set within a predetermined temperature range, specifically within ± 0.2 ° C. The outer diameters of the reference disk and the measurement disk may have a relatively large temperature dependency depending on the material components. Therefore, when the capacitances of the reference space and the measurement space for both disks are measured at different temperatures, the value of the capacitance includes an error caused by a temperature difference, and as a result, the measurement disk The outer diameter also includes an error due to the temperature difference. As a result, it may be impossible to accurately measure the outer diameter of the measurement disk based on the method and apparatus of the present invention.

このような場合において、前記参照ディスクの温度と前記計測ディスクの温度とを、所定の温度範囲、具体的には±0.2℃以内に設定することにより、上述した双方のディスクの温度依存性などをほとんど無視することができ、上述したような問題を生じることがない。   In such a case, by setting the temperature of the reference disk and the temperature of the measurement disk within a predetermined temperature range, specifically, within ± 0.2 ° C., the temperature dependency of both the disks described above. Etc. can be almost ignored, and the above-mentioned problems do not occur.

以上説明したように、本発明によれば、ディスク外径を高精度かつ廉価に計測することができる新規な方法及び装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a novel method and apparatus capable of measuring the outer diameter of a disk with high accuracy and low cost.

以下、本発明の詳細、その他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて説明する。   Details of the present invention and other features and advantages will be described below based on the best mode.

図1は、本発明におけるディスクの外径計測装置の一例を示す概略構成図である。図1に示す外径計測装置10は、所定のステージ21上において、参照ディスク11及び計測ディスク12が所定の距離を隔てて配置されているとともに、固定治具15及び16、並びに温度センサ17及び18によってステージ21上に固定されている。また、ステージ21は、互いに対向するとともに離隔して設けられた1対の固定板22及び23の、上方側22に固定されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a disk outer diameter measuring apparatus according to the present invention. The outer diameter measuring apparatus 10 shown in FIG. 1 has a reference disk 11 and a measurement disk 12 arranged at a predetermined distance on a predetermined stage 21, a fixing jig 15 and 16, a temperature sensor 17 and 18 is fixed on the stage 21. The stage 21 is fixed to the upper side 22 of a pair of fixing plates 22 and 23 that are opposed to each other and spaced apart from each other.

下側の固定板23には静電容量センサ13及び14が距離Lを保持して固定されており、これらセンサのセンサ部13A及び14Aは、上側固定板22に設けられた開口部22Aから上方に突出し、参照ディスク11及び計測ディスク12を介して互いに対向し、測定軸が一致するようにして位置している。また、固定板22及び23間にはアクチュエータ24が設けられており、上側固定板22を下側固定板23に対して駆動するように構成されている。   Capacitance sensors 13 and 14 are fixed to the lower fixing plate 23 while maintaining a distance L, and the sensor portions 13A and 14A of these sensors are located above the opening 22A provided on the upper fixing plate 22. Are opposed to each other via the reference disk 11 and the measurement disk 12, and are positioned so that the measurement axes coincide with each other. An actuator 24 is provided between the fixed plates 22 and 23 and is configured to drive the upper fixed plate 22 relative to the lower fixed plate 23.

この場合、静電容量センサ13及び14が下側固定板23に固定されているとともに、参照ディスク11及び計測ディスク12はステージ21を介して上側固定板22に固定されているので、アクチュエータ24による上記駆動によって、静電容量センサ13及び14は、参照ディスク11及び計測ディスク12の側面に沿ってスキャンすることになる。   In this case, the capacitance sensors 13 and 14 are fixed to the lower fixed plate 23, and the reference disk 11 and the measurement disk 12 are fixed to the upper fixed plate 22 via the stage 21, so that the actuator 24 By the above driving, the capacitance sensors 13 and 14 scan along the side surfaces of the reference disk 11 and the measurement disk 12.

なお、参照ディスク11の外径は公知であり、計測ディスク12の外径が、本装置及び以下に説明する方法に基づいて計測される。   Note that the outer diameter of the reference disk 11 is known, and the outer diameter of the measurement disk 12 is measured based on this apparatus and the method described below.

次に、図1に示す装置を用いた好ましい外径計測方法について説明する。図2は、図1に示す装置を用いた外径計測方法を説明するための図であり、図3及び図4は、かかる計測によって得た静電容量センサの出力値を概念的に示す図である。   Next, a preferred outer diameter measuring method using the apparatus shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining an outer diameter measuring method using the apparatus shown in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are diagrams conceptually showing output values of the capacitance sensor obtained by the measurement. It is.

最初に、図1に示すようにして、ステージ21上に参照ディスク11及び計測ディスク12を配置した後、温度センサ17及び18により参照ディスク11及び計測ディスク12の温度をモニタリングし、好ましくは参照ディスク11及び計測ディスク12の温度差が所定の範囲内、望ましくは±0.2℃以内になるまで待機する。この場合、双方のディスクの温度依存性に起因した計測ディスク12の外径計測誤差をほとんど無視することができる。   First, as shown in FIG. 1, after the reference disk 11 and the measurement disk 12 are arranged on the stage 21, the temperatures of the reference disk 11 and the measurement disk 12 are monitored by the temperature sensors 17 and 18, and preferably the reference disk. 11 and the measurement disk 12 wait until the temperature difference is within a predetermined range, preferably within ± 0.2 ° C. In this case, the outer diameter measurement error of the measurement disk 12 due to the temperature dependence of both disks can be almost ignored.

なお、このような温度差が早期に達成されるべく、図1に示す装置は例えば恒温室などに配置し、かかる室内で計測を行うことが好ましい。また、参照ディスク11及び計測ディスク12についても、図1に示す装置に装着する以前において、それぞれ所定の恒温室内に保存しておくことが好ましい。   In order to achieve such a temperature difference at an early stage, it is preferable to place the apparatus shown in FIG. 1 in a temperature-controlled room, for example, and perform measurement in such a room. Further, it is preferable that the reference disk 11 and the measurement disk 12 are also stored in a predetermined temperature-controlled room before being mounted on the apparatus shown in FIG.

次いで、アクチュエータ24を駆動させ、上側固定板22を下側固定板23に対して移動させる。このとき、上述したように、静電容量センサ13及び14は、参照ディスク11及び計測ディスク12の側面に沿ってスキャンすることになる(図2参照)。このとき、参照ディスク11の外周部と静電容量センサ13及び14とで形成される基準空間S1の静電容量Cr及び計測ディスク12の外周部と静電容量センサ13及び14とで形成される計測空間S2の静電容量Cmは、図示しない計測手段などにより、静電容量センサ13及び14における各出力の和のピーク値として得る。
Next, the actuator 24 is driven to move the upper fixing plate 22 relative to the lower fixing plate 23. At this time, as described above, the capacitance sensors 13 and 14 scan along the side surfaces of the reference disk 11 and the measurement disk 12 (see FIG. 2). At this time, the capacitance Cr in the reference space S1 formed by the outer periphery of the reference disk 11 and the capacitance sensors 13 and 14 and the outer periphery of the measurement disk 12 and the capacitance sensors 13 and 14 are formed. The capacitance Cm of the measurement space S2 is obtained as a peak value of the sum of the outputs of the capacitance sensors 13 and 14 by a measuring means (not shown) or the like.

したがって、基準空間S1におけるディスク11の外周部と静電容量センサ13及び14との距離をdrとし、計測空間S2におけるディスク12の外周部と静電容量センサ13及び14との距離をdmとすると、上述した(1)式及び(2)式の関係を得ることができる。   Therefore, if the distance between the outer periphery of the disk 11 and the capacitance sensors 13 and 14 in the reference space S1 is dr, and the distance between the outer periphery of the disk 12 and the capacitance sensors 13 and 14 in the measurement space S2 is dm. The relationship between the above-described equations (1) and (2) can be obtained.

一方、本例においては、静電容量センサ13及び14間の距離をLとしているので、この場合、上述した(4)式及び(5)式に代えて、
L=Dr+2dr (7)
L=Dm+2dm (8)
なる関係が成立する。したがって、目的とする計測ディスクの外径Dmは、上記(6)式同様に、
Dm=Dr+2(dr−dm)=Dr+2P(1/Cr−/Cm) (9)
として得ることができる。
On the other hand, in this example, since the distance between the capacitance sensors 13 and 14 is L, in this case, instead of the above-described equations (4) and (5),
L = Dr + 2dr (7)
L = Dm + 2dm (8)
This relationship is established. Therefore, the outer diameter Dm of the target measurement disk is the same as the above equation (6).
Dm = Dr + 2 (dr−dm) = Dr + 2P (1 / Cr− / Cm) (9)
Can be obtained as

(9)式において、Cr及びCmは上述した計測を通じて既知であり、さらにP及びDrも既知であるから、これらの値を用いることによって目的とする計測ディスクの外径Dmを導出することができる。なお、(7)及び(8)式において、Lはキャンセルされるため、未知でかまわない。   In the equation (9), Cr and Cm are known through the above-described measurement, and P and Dr are also known. Therefore, the outer diameter Dm of the target measurement disk can be derived by using these values. . In the expressions (7) and (8), L is canceled and may be unknown.

なお、上述した計測においては、対向する静電容量センサ13及び14間の距離をLとしているので、上述したような、前記参照ディスク中心−前記静電容量センサ間の距離と、前記計測ディスク中心−前記静電容量センサ間の距離とを同一に保持する必要がない。したがって、計測操作を簡易化することができる。   In the above-described measurement, since the distance between the opposing capacitance sensors 13 and 14 is L, the distance between the reference disk center and the capacitance sensor and the measurement disk center as described above are used. -It is not necessary to keep the distance between the capacitive sensors the same. Therefore, the measurement operation can be simplified.

なお、本例においては、上述したように、基準空間S1及び計測空間S2の静電容量Cr及びCmを、静電容量センサ13及び14における出力の和のピーク値としている。したがって、例えば、図3に示すように、ステージ21が横揺れし、静電容量センサ13及び14のスキャンが蛇行して行われたような場合においても、静電容量センサ13及び14それぞれの出力値は異なるものの、それらの和はスキャンが直線的に行われた場合と同じになる。
In this example, as described above, the capacitances Cr and Cm of the reference space S1 and the measurement space S2 are set to the peak value of the sum of the outputs from the capacitance sensors 13 and 14. Therefore, for example, as shown in FIG. 3, even when the stage 21 rolls and the scanning of the capacitance sensors 13 and 14 meanders, the outputs of the capacitance sensors 13 and 14 respectively. Although the values are different, their sum is the same as when the scan was performed linearly.

また、図4に示すように、ステージ21が傾いた状態でスキャンが行われた場合においても、静電容量センサ13及び14それぞれの出力値は異なるものの、それらの和はステージ21が平行の状態でスキャンが行われた場合と同じになる。したがって、参照ディスク11及び計測ディスク12の静電容量の計測精度が向上し、上述した導出方法に基づいた、計測ディスク12の外径の計測精度が向上する。 Further, as shown in FIG. 4, even when scanning is performed with the stage 21 tilted, the output values of the capacitance sensors 13 and 14 are different, but the sum of them is the state where the stage 21 is parallel. This is the same as when a scan is performed at. Therefore, the measurement accuracy of the capacitance of the reference disk 11 and the measurement disk 12 is improved, and the measurement accuracy of the outer diameter of the measurement disk 12 based on the above-described derivation method is improved.

但し、図3及び図4の上側に示すように、ステージ21が平行であり、スキャンが直線的に行われるような場合、静電容量センサ13及び14のピーク出力値はそれぞれ等しくなるので、例えばこれらの値を平均化して用いることにより、基準空間S1及び計測空間S2それぞれの静電容量を高精度に計測することができ、計測ディスク12の外径を高精度に計測することができる。   However, as shown in the upper side of FIGS. 3 and 4, when the stage 21 is parallel and the scan is performed linearly, the peak output values of the capacitance sensors 13 and 14 are equal to each other. By averaging these values and using them, the capacitances of the reference space S1 and the measurement space S2 can be measured with high accuracy, and the outer diameter of the measurement disk 12 can be measured with high accuracy.

図5は、図1に示す装置において、静電容量センサ13及び14の好ましい配置状態を示す図である。図1においては、静電容量センサ13及び14をディスク11及び12を介して対向するようにして配置しているが、この際、図5に示すように、静電容量センサ13の中心軸13Cと静電容量センサ14の中心軸14Cとのなす角θが0.05rad以下となるようにすることが好ましい。   FIG. 5 is a diagram showing a preferable arrangement state of the capacitance sensors 13 and 14 in the apparatus shown in FIG. In FIG. 1, the capacitance sensors 13 and 14 are arranged so as to face each other with the disks 11 and 12 interposed therebetween. At this time, as shown in FIG. And the central axis 14C of the capacitance sensor 14 is preferably set to 0.05 rad or less.

この場合、静電容量センサ13及び14により、参照ディスク11及び計測ディスク12の面内をほぼ直線的に分断するようにしてスキャンすることができるようになるので、参照ディスク11及び計測ディスク12の全面をほぼ均一にスキャンすることができ、基準空間S1及び計測空間S2の全体に亘る静電容量をより正確に計測することができるようになる。この結果、基準空間S1及び計測空間S2の静電容量をより正確に計測することができ、計測ディスク12の外径計測精度をより向上させることができる。   In this case, the capacitive sensors 13 and 14 can scan the reference disk 11 and the measurement disk 12 so as to divide the surface of the reference disk 11 and the measurement disk 12 almost linearly. The entire surface can be scanned almost uniformly, and the capacitance over the entire reference space S1 and measurement space S2 can be measured more accurately. As a result, the capacitances of the reference space S1 and the measurement space S2 can be measured more accurately, and the outer diameter measurement accuracy of the measurement disk 12 can be further improved.

以上、図1に示すような装置及びこれを利用した上記方法によれば、計測ディスク12の外径計測誤差を、例えば±2μm以内にまで向上させることができる。この結果、前記装置及び前記方法は、加速管ディスクとして使用されるHDDS(High Phase Advance Damped Detuned Structure)ディスクの外径計測に対して好適に使用することができる。   As described above, according to the apparatus shown in FIG. 1 and the above-described method using the apparatus, the outer diameter measurement error of the measurement disk 12 can be improved to within ± 2 μm, for example. As a result, the apparatus and the method can be suitably used for measuring the outer diameter of an HDDS (High Phase Advance Damped Detuned Structure) disk used as an acceleration tube disk.

また、図1に示す装置10は、計測ディスク12に加えて、参照ディスク11及び静電容量センサ12、13、さらには温度センサ17、18やステージ21などの安価な構成要素のみから構成されている。したがって、装置10は安価に構成することができるとともに、上述した計測も安価に行うことができる。
In addition to the measurement disk 12, the apparatus 10 shown in FIG. 1 includes only the reference disk 11 and the capacitance sensors 12, 13, and only inexpensive components such as the temperature sensors 17, 18 and the stage 21. Yes. Therefore, the apparatus 10 can be configured at low cost, and the above-described measurement can be performed at low cost.

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.

また、静電容量センサを用いる代わりにレーザ測長器などを用いても、非接触で計測ディスク12の外径を計測することができる。
Further, the outer diameter of the measurement disk 12 can be measured in a non-contact manner by using a laser length measuring device or the like instead of using the capacitance sensor.

本発明におけるディスクの外径計測装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the outer diameter measuring apparatus of the disk in this invention. 図1に示す装置を用いた外径計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outer diameter measuring method using the apparatus shown in FIG. 本発明の方法によって得た静電容量センサの出力値を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the output value of the electrostatic capacitance sensor obtained by the method of this invention. 同じく、本発明の方法によって得た静電容量センサの出力値を概念的に示す図である。Similarly, it is a figure which shows notionally the output value of the capacitance sensor obtained by the method of the present invention. 図1に示す装置において、静電容量センサの好ましい配置状態を示す図である。In the apparatus shown in FIG. 1, it is a figure which shows the preferable arrangement | positioning state of a capacitance sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10 ディスクの外径計測装置
11 参照ディスク
12 計測ディスク
13,14 静電容量センサ
15,16 固定治具
17,18 温度センサ
21 ステージ
22 上側固定板
23 下側固定板
24 アクチュエータ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 External diameter measuring apparatus of disk 11 Reference disk 12 Measuring disk 13, 14 Capacitance sensor 15, 16 Fixing jig 17, 18 Temperature sensor 21 Stage 22 Upper fixing plate 23 Lower fixing plate 24 Actuator

Claims (6)

外径既知の参照ディスクおよび外径未知の計測ディスクを、それらの軸線が互いに平行となる姿勢で所定方向に沿って並べ、それらのディスクをステージに固定する工程と、
互いに固定されそれらのディスクを間に挟んで互いに対向するよう配置された一対の非接触型の距離測定センサを、参照ディスクおよび計測ディスクの面内を直線的に分断する位置関係を維持しながら前記両方のディスクの両方の外周面を連続的かつ一体的にスキャンするように前記ステージに対し前記所定方向に相対変位させ、前記面内を直線状に分断する仮想ライン上でそれぞれの距離測定センサから前記両方のディスクの外周面までの距離を連続的に測定する工程と、
対をなすそれぞれの距離測定センサから前記参照ディスクの外周面までの測定距離の和、対をなすそれぞれの距離測定センサから前記計測ディスクの外周面までの測定距離の和、および、前記参照ディスクの既知の外径に基づき、前記計測ディスクの外径を算出する工程と
を具えることを特徴とする加速管ディスクの外径計測方法。
Arranging a reference disk of known outer diameter and a measuring disk of unknown outer diameter along a predetermined direction in a posture in which their axes are parallel to each other, and fixing these disks to the stage;
A pair of non-contact type distance measuring sensors, which are fixed to each other and arranged so as to face each other with the disc interposed therebetween, are maintained while maintaining the positional relationship of linearly dividing the plane of the reference disc and the measuring disc. From each distance measurement sensor on a virtual line that linearly divides the surface in a straight line by relative displacement in the predetermined direction with respect to the stage so that both outer peripheral surfaces of both disks are continuously and integrally scanned. Continuously measuring the distance to the outer peripheral surface of both discs;
The sum of the measurement distances from each pair of distance measurement sensors to the outer peripheral surface of the reference disk, the sum of the measurement distances from each pair of distance measurement sensors to the outer peripheral surface of the measurement disk, and the reference disk based on the known outer diameter, the outer diameter measuring method of the accelerating tube disc, characterized in that it comprises a step of calculating the outer diameter of the measuring disc.
前記参照ディスクの温度と、前記計測ディスクの温度とを、所定の温度範囲になるように設定する工程を具える請求項1に記載の加速管ディスクの外径計測方法。 And the temperature of the reference disc, said measuring disc and temperature, the outer diameter measuring method of the accelerating tube disk according to claim 1 comprising a step of setting to a predetermined temperature range. 前記参照ディスクの温度と、前記計測ディスクの温度とを計測し、これらの温度の差が、所定温度範囲内になってから前記測定を開始する請求項1もしくは2に記載の加速管ディスクの外径計測方法。 And the temperature of the reference disc, said measuring a temperature of the measurement disc, the difference between these temperatures, the outside of the accelerating tube disk according from getting within a predetermined temperature range to claim 1 or 2 starts the measurement Diameter measurement method. 前記非接触型距離測定センサとして、静電容量センサを用い、前記参照ディスクおよび計測ディスクのそれぞれの外周面から対応する前記非接触型距離測定センサまでの距離を、前記参照ディスクおよび計測ディスクのそれぞれの外周面と対応する静電容量センサとで形成される空間の静電容量から求める請求項1〜3のいずれかに記載の加速管ディスクの外径計測方法。 As the non-contact type distance measuring sensor, a capacitance sensor is used, and the distance from the outer peripheral surface of each of the reference disk and the measuring disk to the corresponding non-contact type distance measuring sensor is set to each of the reference disk and the measuring disk. The outer diameter measuring method of the acceleration tube disk in any one of Claims 1-3 calculated | required from the electrostatic capacitance of the space formed with the electrostatic capacitance sensor corresponding to an outer peripheral surface of this. 外径既知の参照ディスクおよび外径未知の計測ディスクを、それらの軸線が互いに平行となる姿勢で所定方向に沿って並べて固定するステージと、
互いに固定され前記両方のディスクを間に挟んで互いに対向するよう配置され、前記両方のディスクの面内を直線的に分断する位置関係を維持しながら前記両方のディスクの両方の外周面を連続的かつ一体的にスキャンするように前記ステージに対し前記所定方向に相対変位させ、前記面内を直線状に分断する仮想ライン上で前記両方のディスクの外周面までの距離をそれぞれ測定する一対の非接触型の距離測定センサと、
距離測定センサ前記所定方向に沿って変位させる駆動手段と
を具えることを特徴とする加速管ディスクの外径計測装置。
A stage for fixing a reference disk having a known outer diameter and a measuring disk having an unknown outer diameter, arranged in a predetermined direction in a posture in which their axes are parallel to each other;
It is fixed to each other and arranged so as to face each other with both the discs in between, and the outer peripheral surfaces of both the discs are continuously maintained while maintaining the positional relationship of linearly dividing the surfaces of the both discs. and integrally to relative displacement in the predetermined direction with respect to said stage to scan, a pair of non-measuring respective distances to the outer peripheral surface of said both disks on the virtual line that divides the inside of the plane in a straight line A contact-type distance measuring sensor;
Outer diameter measuring apparatus of the accelerating tube disc, characterized in that it comprises a driving means for displacing along the distance measuring sensor in the predetermined direction.
前記非接触型の距離測定センサが、前記参照ディスクおよび計測ディスクのそれぞれの外周面との間に形成される空間の静電容量を計測する静電容量センサであることを特徴とする請求項5に記載の加速管ディスクの外径計測装置。 6. The non-contact type distance measuring sensor is a capacitance sensor that measures a capacitance of a space formed between each of the reference disk and the outer peripheral surface of the measurement disk. The outer diameter measuring device of the acceleration tube disk described in 1.
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