(57)【要約】【課題】測定を効率よく行う。【解決手段】測定装置１１は、被検物の形状を測定する測定プローブ１８と、被検物を載置する上面が水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜可能とされ、複数の基準穴３１が形成された回転テーブル２１を有する傾斜回転テーブル１４とを備えている。基準穴３１は、回転テーブル２１の傾斜軸Ｌ２に対し、回転テーブル２１の上面から見て線対称となる配置で、回転テーブル２１の外周の端部近傍の４箇所以上に形成されている。本発明は、例えば、傾斜回転テーブルを有する測定装置に適用できる。【選択図】図１
2010160084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を測定する測定手段と、
前記被検物を載置する上面が水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜可能とされ、複数の基準穴が形成されたテーブルと
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記基準穴は、前記テーブルが傾斜する傾斜軸に対し、前記テーブルの上面から見て線対称となる配置で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記基準穴は、前記テーブルの外周の端部近傍の４箇所以上に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記テーブルは、前記被検物が載置される上面に対して垂直な回転軸を中心として、前記上面を回転することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項５】
前記テーブルが傾斜された状態で、前記測定手段により測定された前記基準穴の位置に基づいて前記テーブルの傾斜角度を測定し、測定済みの傾斜角度との差に応じた補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段により算出された前記補正値に応じて、前記測定手段による前記被検物の測定結果を補正する補正手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関し、特に、測定を効率よく行うことができるようにした測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、被検物の形状を二次元または三次元で測定する測定機では、被検物の姿勢を回転させたり傾斜させたりすることで、任意の方向からの測定を行うことができる。
【０００３】
このような測定機は、被検物を回転または傾斜させるために、１軸の回転軸を有するテーブルや、２軸の回転軸および傾斜軸を有するテーブルを備えている。ところで、このような測定機において、被検物が載置されたテーブルを回転または傾斜させると、被検物の重量や重心位置の偏りなどによりテーブルが変形し、その変形に伴って測定誤差が発生することがある。
【０００４】
そのため、従来、テーブルに設置された基準球を測定することでテーブルの変形などを求め、テーブルの変形に伴う測定誤差を補正してキャンセルさせることで、被検物を高精度に測定する測定装置が用いられている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、予め定置された基準球面体および基準平面体について、測定手段に対する相対位置を測定することで、測定手段の位置および姿勢を正確に検知し、三次元形状の測定精度を高めることができる測定方法および装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４３８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したようにテーブルに基準球が設置されている測定装置では、測定用のプローブが基準球に接触する恐れがある。従って、そのような接触を回避するためにプローブを退避させる動作が必要になるなど、測定の効率が低下することがあった。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、測定を効率よく行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の測定装置は、被検物の形状を測定する測定手段と、前記被検物を載置する上面が水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜可能とされ、複数の基準穴が形成されたテーブルとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の測定装置においては、上面が水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜可能とされ、複数の基準穴が形成されたテーブルの上面に載置された被検物の形状が測定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の測定装置によれば、測定を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
【図２】傾斜回転テーブル１４の平面図である。
【図３】所定の傾斜角度で傾斜している回転テーブル２１上の被検物４１を測定している状態を示す図である。
【図４】測定装置１１を制御する制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明を適用した測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、測定装置１１は、測定装置１１全体の水平度を調整することができる架台１２に、石製または鋳鉄製の定盤１３が載置され、水平に保たれた定盤１３の上面に傾斜回転テーブル１４が載置されている。
【００１６】
定盤１３は、端部（図１では右側の端部）が、定盤１３上をＹ軸方向（図１の奥行き方向）に駆動可能な門型フレーム１５のＹ軸ガイドを兼ねるように形成されている。門型フレーム１５は、Ｘ軸方向（図１の左右方向）に延びるＸ軸ガイド１５ａ、定盤１３のＹ軸ガイドに沿って駆動する駆動側柱１５ｂ、および駆動側柱１５ｂの駆動に従って定盤１３の上面を滑動する従動側柱１５ｃにより構成されている。
【００１７】
ヘッド部１６は、門型フレーム１５のＸ軸ガイド１５ａに沿って駆動可能であり、ヘッド部１６に対してＺ軸方向（図１の上下方向）に駆動可能なＺ軸ガイド１７が装着されている。Ｚ軸ガイド１７の下端部には、測定プローブ１８が装着されており、測定プローブ１８は、Ｚ軸を中心に回動可能、かつ、水平方向の所定軸を中心に傾動可能に構成されている。
【００１８】
このように、測定装置１１では、門型フレーム１５、ヘッド部１６、およびＺ軸ガイド１７を駆動させることで、測定プローブ１８を、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のそれぞれに自在に動かすことができ、測定プローブ１８を回動および傾動させることで、測定プローブ１８の先端を任意の方向に向けることができる。
【００１９】
傾斜回転テーブル１４は、被検物（例えば、後述する図３の被検物４１）が上面に載置される回転テーブル２１、回転テーブル２１の上面に対して垂直な回転軸Ｌ１を中心として回転テーブル２１が回転可能に装着される傾斜テーブル２２、並びに、Ｘ軸方向に延びる傾斜軸Ｌ２を中心に傾斜テーブル２２を回転可能に支持する支持部２３および２４を備えて構成される。
【００２０】
傾斜テーブル２２は、回転軸駆動モータ２２ａを内蔵しており、回転軸駆動モータ２２ａは、回転軸Ｌ１を中心として回転テーブル２１を回転駆動する。また、支持部２３は、傾斜軸駆動モータ２３ａを内蔵しており、傾斜軸駆動モータ２３ａは、傾斜軸Ｌ２を中心として傾斜テーブル２２を回転駆動することで、回転テーブル２１を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる。
【００２１】
このように、傾斜回転テーブル１４では、回転テーブル２１を回転させ、傾斜テーブル２２を傾斜させることで、回転テーブル２１に載置される被検物を任意の姿勢で保持することができる。なお、回転テーブル２１は、傾斜テーブル２２の傾斜角度が急勾配になっても被検物がずれないように、被検物を固定することができるように構成されている。
【００２２】
そして、測定装置１１では、回転テーブル２１に載置される被検物の姿勢が所定の傾斜角度および傾斜方向で保持され、任意の方向から測定プローブ１８を被検物に当接させることで、被検物の三次元形状が測定される。
【００２３】
図２に示される傾斜回転テーブル１４の平面図を参照して、傾斜回転テーブル１４について説明する。図２Ａには、傾斜回転テーブル１４の平面図が示されており、図２Ｂには、図２Ａにおいて破線で囲われた領域Ｃが拡大されて示されている。
【００２４】
図２Ａに示すように、回転テーブル２１は、円形の板状の部材であり、その円周の端部近傍に複数の基準穴３１が形成されている。これらの基準穴３１は、回転テーブル２１と同心の基準円上に等間隔で、回転テーブル２１の上面に対して垂直な方向から見たときに傾斜軸Ｌ２に対して線対称となるように配置されている。また、基準穴３１は、その中心軸Ｐが回転テーブル２１の上面に直交するように形成されており、基準穴３１の周辺部となる回転テーブル２１の上面は、高精度に平面度が規定されている。
【００２５】
また、回転テーブル２１は、中央部分に形成されている複数の貫通穴（図２の例では、６個の貫通穴）を介して、複数のボルトにより、傾斜テーブル２２に内蔵されている回転軸駆動モータ２２ａのシャフトに連結されている。
【００２６】
このように回転テーブル２１に形成されている複数の基準穴３１は、回転テーブル２１を傾斜させて被検物の三次元形状を測定するときに、回転テーブル２１の傾斜角度を補正する際の基準となる。
【００２７】
図３には、所定の傾斜角度で傾斜している回転テーブル２１上の被検物４１を測定プローブ１８により測定している状態が示されている。図３は、傾斜回転テーブル１４をＸ軸方向から支持部２４を透過して見た図である。
【００２８】
被検物４１の側面形状を被検物４１の底面近くまで計測できるようにするために、図３に示すように、回転テーブル２１に被検物４１が保持され、傾斜軸駆動モータ２３ａ（図１）が傾斜テーブル２２を駆動して、所定の傾斜角度で傾斜させる。ここで、被検物４１の測定を行う前に、例えば、３箇所の基準穴３１を測定することによる回転テーブル２１の傾斜角度の測定が行われる。
【００２９】
例えば、測定プローブ１８は、まず、１番目の基準穴３１の近傍の回転テーブル２１の上面の３箇所を測定し、基準穴３１の近傍における回転テーブル２１の上面の平面を規定する。その後、測定プローブ１８は、この基準穴３１の内周面の３箇所を測定することで、基準穴３１の中心軸Ｐ（図２Ｂ）を決定する。これにより、基準穴３１の近傍の平面と基準穴３１の中心軸Ｐとの交点を求め、その交点を基準点とする。
【００３０】
同様に、測定プローブ１８は、２番目および３番目の基準穴３１において基準点を求め、それらの３箇所の基準穴３１の基準点に基づいて、回転テーブル２１の傾斜角度を決定する。
【００３１】
ここで、例えば、所定の傾斜角度で傾斜している回転テーブル２１上の被検物４１の三次元形状を測定するとき、回転テーブル２１の傾斜角度を維持したまま回転テーブル２１を所定角度ずつ回転させて、図３に示すように、被検物４１の側面を順次測定する。このような測定を行うときに、被検物４１の重心位置に偏りがあると、被検物４１の姿勢の変化に応じて、回転テーブル２１の形状に微小な変形が発生することがある。また、回転テーブル２１を傾斜させる駆動機構に振れがあると、被検物４１の姿勢の変化に応じて、回転テーブル２１の傾斜角度に微小なズレが発生することがある。このような回転テーブル２１の形状の微小な変形や、回転テーブル２１の傾斜角度の微小なズレなどによる変化量が、被検物４１の三次元形状の測定値に含まれる結果、測定誤差が発生する。
【００３２】
そこで、測定装置１１では、回転テーブル２１を回転させるたびに、上述したように基準穴３１に応じた基準点を測定することで、回転テーブル２１の傾斜角度を測定する。これにより、回転テーブル２１を回転させて被検物４１の姿勢を変化させることで、回転テーブル２１の形状に微小な変形が発生したり、回転テーブル２１の傾斜角度に微小なズレが発生したとしても、変形やズレによる変化量を把握することができる。従って、この変化量に基づいた補正を行うことで、測定結果に誤差が生じることが回避され、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、測定装置１１では、回転テーブル２１に形成されている基準穴３１を利用して回転テーブル２１の傾斜角度を測定するので、被検物４１の三次元形状の測定を効率よく行うことができる。即ち、従来の測定装置では、テーブルに設置された基準球を利用して補正を行っていたが、基準球が測定プローブに接触する恐れがあるため、テーブルを回転させる際には、テーブルから十分に離れた位置に測定プローブを退避させる必要があった。また、基準球の配置によっては、プローブの移動経路が制限されたり、被検物を測定する際の障害となることがある。
【００３４】
これに対して、測定装置１１では、回転テーブル２１を回転させる際に、従来のような接触の恐れがないので、測定プローブ１８を大きく退避させる必要がなく、退避させる距離を従来よりも少なくすることができる。これにより、例えば、被検物４１の所定の側面の測定から、次の側面の測定までの時間を短縮することができ、ひいては、被検物４１の全体の測定に要する時間を短縮することができる。また、基準穴３１が、測定プローブ１８の移動経路を制限することも、被検物４１の測定の障害となることもなく、確実に被検物４１を測定することができる。さらに、基準穴３１が、被検物４１の配置の障害となることもないので、被検物の配置の自由度を高めることができる。
【００３５】
また、回転テーブル２１に形成された基準穴３１を利用することで、例えば、従来のようにテーブルに基準球を設置した場合よりも、傾斜回転テーブル１４を小型化することができる。さらに、基準穴３１を形成することにより可動部分が小型化されるので回転テーブル２１を軽量化することができ、これにより、回転軸駆動モータ２２ａおよび傾斜軸駆動モータ２３ａとして出力の小さなモータを採用することができるので、傾斜回転テーブル１４をより小型化することができる。
【００３６】
また、回転テーブル２１に多数の基準穴３１を形成することで、例えば、回転テーブル２１からはみ出るような大きさの被検物を測定する際にも、全ての基準穴３１が被検物に覆われることを回避することができる。
【００３７】
なお、測定精度を向上させる対策として、テーブルの剛性を高めて変形を抑制することが考えられるが、その場合には、テーブルを大型化することになり、例えば、１μｍ程度の測定精度が要求されるときにはテーブルが非合理的な大きさになってしまい、そのような測定装置を実現することは非常に困難である。
【００３８】
次に、図４は、図１の測定装置１１を制御する制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００３９】
図４の制御装置５１では、Ｘ軸カウント部５２が、図１のヘッド部１６が有するＸ軸エンコーダ（図示せず）に接続されており、ヘッド部１６がＸ軸ガイド１５ａに沿って駆動するのに応じてＸ軸エンコーダから出力されるシグナルを計数し、その結果を示すカウント値を位置決定部５７に供給する。同様に、Ｙ軸カウント部５３は、門型フレーム１５のＹ軸方向への駆動に応じたカウント値を位置決定部５７に供給し、Ｚ軸カウント部５４は、Ｚ軸ガイド１７のＺ軸方向への駆動に応じたカウント値を位置決定部５７に供給する。
【００４０】
また、θ軸カウント部５５は、回転テーブル２１の回転に応じたカウント値を位置決定部５７に供給し、γ軸カウント部５６は、傾斜テーブル２２の傾斜に応じたカウント値を位置決定部５７に供給する。
【００４１】
位置決定部５７は、Ｘ軸カウント部５２、Ｙ軸カウント部５３、Ｚ軸カウント部５４、θ軸カウント部５５、およびγ軸カウント部５６からそれぞれ供給されるカウント値などに基づいて、被検物４１に当接される測定プローブ１８の先端の位置を決定する。そして、位置決定部５７は、測定プローブ１８の先端位置を示す座標情報を位置補正部５８に供給する。
【００４２】
位置補正部５８は、例えば、回転テーブル２１の基準穴３１の測定に基づいて補正値を取得する処理と、被検物４１を測定する処理を行う。
【００４３】
上述したように、測定装置１１では、傾斜軸駆動モータ２３ａにより傾斜テーブル２２を所定の傾斜角度で傾斜させた後に、基準穴３１の基準点を求める測定が行われる。位置補正部５８は、位置決定部５７から供給される座標情報に基づいて基準穴３１の基準点を求め、例えば、３箇所の基準点に従って、傾斜テーブル２２の傾斜角度を決定する。位置補正部５８は、被検物４１の測定が行われる前に決定した傾斜テーブル２２の傾斜角度を基準角度として、メモリ５９に記憶させる。その後、回転テーブル２１の回転ごとに、傾斜テーブル２２の傾斜角度と、メモリ５９に記憶されている基準角度との差を補正値として算出して、メモリ５９に記憶させる。
【００４４】
位置補正部５８は、このようにして補正値を取得し、例えば、回転テーブル２１の回転に応じて回転テーブル２１が変形したとしても、メモリ５９に記憶されている補正値に従って、位置決定部５７から供給される被検物４１の座標情報を補正し、その測定結果を測定結果記録部６０に記録する。
【００４５】
キーボードやマウスなどからなる操作部６１は、ユーザの操作に応じた操作信号を制御部６４に供給し、CRTやLCDなどからなる表示部６２は、制御部６４の制御に従い、位置補正部５８により出力される測定結果や各種のメッセージなどを表示する。
【００４６】
制御部６４は、例えば、被検物４１を測定する際に補正を行うか否かを確認するメッセージを表示部６２に表示させ、ユーザの操作に応じて操作部６１から供給される操作信号に基づいて、制御装置５１の各部を制御する。駆動部６３は、制御部６４の制御に従って、回転軸駆動モータ２２ａおよび傾斜軸駆動モータ２３ａと、門型フレーム１５、ヘッド部１６、およびＺ軸ガイド１７のそれぞれを駆動する駆動手段とを駆動して、測定プローブ１８の先端を被検物４１に当接させ、被検物４１の三次元形状の測定を行う。
【００４７】
以上のように、制御装置５１は構成されており、所定の傾斜角度で傾斜している回転テーブル２１上の被検物４１の三次元形状を測定する際に、位置補正部５８が、傾斜テーブル２２の基準穴３１の測定に基づく補正値を取得してメモリ５９に記憶させ、その補正値に基づいて被検物４１の測定結果を補正するので、測定精度を向上させることができる。
【００４８】
また、図２に示したように、複数の基準穴３１が傾斜軸Ｌ２に対して線対称となるように配置した場合、被検物４１によって回転テーブル２１に生じる歪が一様になり、位置補正部５８による補正を容易に行わせることができる。また、回転テーブル２１の傾斜角度の測定精度を向上させるときには多くの基準穴３１を測定することになるが、この場合、歪が対称性を有するので、少ない基準穴３１の測定でも測定精度を向上させることができる。
【００４９】
なお、図２では、１８個の基準穴３１が形成されているが、基準穴３１の個数は、回転テーブル２１の平面を規定することができるように、少なくとも３個以上形成されていればよい。また、基準穴３１の配置の対象性を考慮して、４個以上の偶数個で形成されていることが好ましい。
【００５０】
また、基準穴３１は、回転テーブル２１を貫通するように形成する他、回転テーブル２１の上面から所定の深さを有する止まり穴としてもよい。なお、基準穴３１を貫通穴とすることで、回転テーブル２１の裏面を利用して傾斜角度を測定することができ、例えば、傾斜角度が大きいときには、測定を容易に行うことができる場合がある。また、基準穴３１の直径としては１０ｍｍ以上が好ましく、基準穴３１の直径を大きくすることで加工精度が向上して基準穴３１の真円度が高くなり、測定精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、測定装置１１による被検物４１の測定方法としては、レーザプローブや画像プローブを使用した光学的な測定方法を採用することができる。
【００５２】
また、本発明は、回転テーブルを備えず、傾斜テーブルのみを有する測定装置に適用することができる。このような測定装置でも、傾斜テーブルに基準穴を形成し、傾斜テーブルの傾斜角度を変更するたびに基準穴を利用した補正を行うことで、測定精度を向上させることができるとともに、測定を効率よく行うことや装置の小型化を図ることができる。
【００５３】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  測定装置，  １２  架台，  １３  定盤，  １４  傾斜回転テーブル，  １５  門型フレーム，  １６  ヘッド部，  １７  Ｚ軸ガイド，  １８  測定プローブ，  ２１  回転テーブル，  ２２  傾斜テーブル，  ２２ａ  回転軸駆動モータ，  ２３および２４  支持部，  ２３ａ  傾斜軸駆動モータ，  ３１  基準穴，  ４１  被検物，  ５１  制御装置，  ５２  Ｘ軸カウント部，  ５３  Ｙ軸カウント部，  ５４  Ｚ軸カウント部，  ５５  θ軸カウント部，  ５６  γ軸カウント部，  ５７  位置決定部，  ５８  位置補正部，  ５９  メモリ，  ６０  測定結果記録部，  ６１  操作部，  ６２  表示部，  ６３  駆動部，  ６４  制御部
【図１】
2010160084.tif 000003
【図２】
2010160084.tif 000004
【図３】
2010160084.tif 000005
【図４】
2010160084.tif 000006