准确简单地测量锥体形状的方法
锥体（taper）是在表示倾斜、倾角时使用的术语。相似的形状有“斜坡”，在设计上通常与锥体区分使用。
本项将介绍运用锥体的目的、使用锥体的部件、计算方法、加工方法等基础知识，以及测量课题和解决方法。
何谓锥体
锥体是指细长结构物的直径、宽度、厚度等逐渐减小的状态。锥体形状种类繁多，需根据目标区分使用。锥体可使结构物具有强度，或更容易嵌合，通过冲压或切削加工等成型。
此外，设计成锥体状称为“带锥度”，锥体角度大时称为“锥度大”，角度小时称为“锥度小”。与锥体相似的词语有斜坡，两者需严格区分使用。
锥体与斜坡的差异
两侧带倾斜角度的形状称为“锥体”，一侧水平、只有另一侧倾斜的形状称为“斜坡”。例如，在相同圆锥上的材料中，以中心线为基准，若将只有单侧的倾斜作为目标即为斜坡，将两侧的倾斜作为目标则为锥体。
锥体与斜坡的图纸标记
锥体与斜坡分别用各自的符号和数值表示。锥体大小用锥角和锥度比表示。而斜坡用名为坡度比的值表示。
- A
- 锥体符号与锥体形状方向相同。
使用锥体的部件
锥体用于销、用于支撑轴的轴承、配管、散热器、法兰等大量部件。形状均为锥体，但目的各有不同，形状也具有各自的特点。
螺丝、轴承、嵌合部等
使用直径相对于距离呈线性变化的锥体（线性锥体）。侧面角度固定，锥体程度用锥角（角度）或锥度比表示。
发动机冷却散热片、散热器
使用直径相对于距离呈指数型函数变化的锥体（指数型锥体）。侧面形状从根部开始急剧变细，前端变得非常细。因此，可减小间距，并减小重量和振动。
除此之外，配管、飞机机身等希望减小流体阻力的部件会使用类似抛物线形状的“抛物线锥体”。此外，销等用来结合两个部件的部件与一般的锥体相反，使用越往前端越粗的“反锥体”。
锥角的计算
在图纸上，通常用锥度比来表示锥体。但是，在使用车床加工等情况下，可能需要用到锥角的值。
锥度比
较粗一端的尺寸与较细一端的尺寸的比例。例如，若锥度比为3:100，则在100 mm处直径变细3 mm。
- a
- 较大一端的直径
- b
- 较小一端的直径
- L
- 长度
- ø
- 锥角
锥角
锥角可通过以下公式计算。
例如，图纸指示的锥度比为3/100时，锥角计算如下。
锥体的加工法
锥体用车床或冲压机加工而成。若使用冲压加工，在制作模具时需设定锥体。若使用车床，需使用刀具台的角度调节装置进行加工。下面将介绍使用车床的锥体加工。
所谓车床，是一种旋转材料实施切削的机床。旋转待加工物体，利用被固定的工具切削工件进行制作。因为是旋转加工物实施切削，所以适合加工朝着前端方向逐渐变细的锥体。在车床上将锥形刀头立铣刀的角度指定为锥角的1/2。锥角的1/2也就是坡角。
(1) 旋转车床，调节角度
↓
(2) 操作车床手柄进行切削
↓
(3) 切削到端部后恢复至刀锋离开加工物的状态
↓
(4) 重复该过程，直到变成所希望的形状
超精密车床也可加工纳米级的微小锥体。因此，质量管理要求采用高精度的测量仪。
锥体测量的课题
确认是否已通过锥体加工获得期望尺寸（公差范围内）和形状是非常重要的。尤其是圆锥状的锥体，因为是立体形状，所以要求高精度、定量的3D形状测量。
但是，在用投影仪、接触式形状轮廓测量仪、锥度规等进行测量时，存在难以准确测量、出现偏差等各种课题。
利用投影仪测量锥体的课题
属于光学测量仪，测量原理类似于光学显微镜。将目标物置于载物台上，从下方照射光源，将目标物的轮廓投影到屏幕上。大型投影仪的屏幕直径甚至可超过1 m。通过二维投影无法确认的位于深处的锥体部分，测量时需切断样品。
该测量方法存在如下课题。
- 部分投影仪的镜头只能聚焦于目标物的一部分。因此，必须要手动在每个测量位置对焦。例如，若目标物是圆锥形，则要求每个测量位置都精确对焦。对焦位置产生人为差异时，不仅会出现测量误差，还存在随着测量位置增多需要耗费更多对焦时间的问题。而且在测量截面形状时必须切断目标物。
- 进行形状比较时，必须将放大10倍的图纸与投影图像重合，通过目视检查差异。此外，无法取得尺寸以及与图纸有差异位置的数值，需要将轮廓形状转印到描图纸上，数据保存和比较都十分困难。
如上所述，并不是每位现场人员都能准确测量，而且有些位置无法测量，某些目标物需要切断等，成为了重要的课题。
利用形状轮廓测量仪测量锥体的课题
形状轮廓测量仪是使用被称为探针的触针，沿目标物表面移动，对其轮廓形状进行测量、记录的装置。近年来还出现了用激光代替触针，通过非接触式的轮廓描绘，实现复杂形状测量的机型。部分机型还能进行上下两面的测量。
对于想要测量的锥体形状，形状轮廓测量仪必须在垂直方向上准确描画测量线。
因此存在以下课题。
- 将样品固定于夹具、对样品实施水平调整等作业十分耗时。而且，为了准确地实施水平调整，必须具备形状轮廓测量仪的相关知识和技能。
- 形状轮廓测量仪的触针以触针臂上的支点为中心上下进行圆弧运动，而触针前端位置也会沿着X方向移动，因此X轴数据会发生误差。
- 使针按照预期通过的作业非常困难，针的微小偏移就会造成测量值偏差。
锥体测量的课题解决方法
如果重新审视使用的测量仪所存在的课题，可发现某个共同点。那就是，对于立体的目标物和测量位置，总是在以点或线接触的同时进行测量。
为解决这些测量课题，基恩士开发了3D轮廓测量仪“VR系列”。以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。最快1秒完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量三维形状。因此，测量结果不会产生偏差，可瞬间实施定量测量。具体优点如下。
优点1：无需切割样品即可测量
例如，测量刀头工具或散热器的散热片等间距较小、有深度的目标物时，若使用接触式测量仪，探头等测量元件难以到达底面实施测量。
采用“VR系列”，即使是过去需要切割截面实施平面测量的目标物，也可通过虚拟切断，测量锥体等截面形状。因此，可以在不切割截面的情况下测量位于深处的部分。
此外，还可使用事先注册测量项目的分析模板分析工件形状，因此可迅速完成此前耗费时间或难以完成的测量。
优点2：可测量最大300mm×150mm的大范围
测量所需的作业是，将目标物放置到载物台上，然后只需按下按钮即可。无需严格定位等预先准备，即使没有测量仪的知识和经验，也能立即实施高精度测量。
可提取载物台上放置的目标物的特点，自动补正位置。省去了过去耗时耗力的、严格的位置调整工作。因此，测量作业无需配置专人操作，不熟悉操作的人员也可轻松快速地完成测量。
总结：对难以测量的锥体面形状测量进行飞跃性改善和高效化
采用“VR系列”，可通过高速3D扫描，以非接触的方式迅速、准确地测量目标物的3D形状，解决接触式测量仪所存在的课题。
- 无需切断目标物即可测量截面。
- 消除了人为导致的测量值偏差，实现定量测量。
- 无需定位等操作，实现只需在载物台上放置目标物后按下按钮的简单操作。避免了配置专人执行测量作业。
- 简单、快速、高精度地测量3D形状，因此可在短时间内测量多个目标物，有助于提升质量。
另外，还能进行简单分析，例如与以往3D形状数据和CAD数据的比较、公差范围内的分布等，因此可有效应用于产品开发和制造的趋势分析、抽取检测等各种用途。
