(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取り替え可能な複数のサンプル保持用の治具と、当該治具を常にサンプル台の同じ位置に取り付けるための位置決め手段と、上記複数のサンプル保持用の治具を識別する治具識別手段とを備えて成り、当該治具識別手段で識別される治具情報により選択可能な教示データを制限する機能を有し、選択された教示データに従ってＸ−Ｙ面内で走査させサンプル形状を測定する自動測定機能を有する形状測定装置において、
上記治具識別手段が、上記サンプル台に設置された複数のボタンスイッチと、当該複数のボタンスイッチのうち特定のボタンスイッチがＯＮされないように上記各治具に形成された切り欠きとからなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
上記治具識別手段が、サンプル台に設置された近接スイッチ及びバーコードリーダと、上記各治具に付されたバーコードからなることを特徴とする請求項１の形状測定装置。
【請求項３】
取り替え可能な複数のサンプル保持用の治具と、当該治具を常にサンプル台の同じ位置に取り付けるための位置決め手段と、上記複数のサンプル保持用の治具を識別する治具識別手段とを備えて成り、当該治具識別手段で識別される治具情報により選択可能な教示データを制限する機能を有し、選択された教示データに従ってＸ−Ｙ面内で走査させサンプル形状を測定する自動測定機能を有する形状測定装置において、
上記治具識別機能が、サンプル台に設置された非接触スイッチと、バーコードリーダと、各治具に付されたバーコードからなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
上記教示データが、少なくとも測定開始点の３次元絶対座標と、測定開始点からの相対位置を示す２次元位置データからなり、上記測定開始点でのサンプル表面の法線ベクトルが概略Ｚ軸に平行であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、物品の自由曲面の高精度な形状測定装置に関するものであり、合成樹脂製の比較的剛性の低い非球面レンズ等の高精度な自由曲面の形状を測定するについて、その表面形状を損なうことなく、繰り返し再現性良く自動測定を行うことができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
非球面レンズなどの自由曲面形状測定装置においてはサブミクロンから１０ｎｍ程度の測定精度が要求され、非球面などの自由曲面の形状測定を光学的に高精度で行う技術が知られている。このものは被測定面上に光を集光し、反射光から表面形状を測定する光プローブを利用したものであり、光を被測定面に集光して、その反射光を利用して表面形状を測定するものであるために、光のスポット径で横方向の測定分解能が制限され、１ミクロンミリ以下の微細な形状を測定することはできず、また、表面を無反射コートした物品の表面形状の測定には適用できない。
また、接触式のものはステージの真直度、スケールの精度と配置の問題もあるが、触針の接触圧による被測定表面の変形があるので接触圧を極力低減することが必要であり、これが非常に困難である。
このような問題を解消することを目的とする発明が特許第２６６１３１４号公報に記載されている。
ところで、非球面レンズ等についての高い精度が求められる曲面の形状評価手段として、一般に触針式形状測定装置が用いられるが、特にレンズ面の自由度の増加に従い、１回の測定で複数の軌跡を走査し、レンズ面全面を測定、評価する三次元形状測定装置が用いられている。
光学的なもの接触式のもののいずれについても、被測定曲面の高さに応じてＺ軸方向の位置を調整し、移動テーブルを被測定曲面に応じた所定のプログラムにしたがってＸＹ座標上を移動させて、移動テーブルに支持された測定端子（触針等）で被測定曲面を走査して、所定の原点を基準にしてＸＹＺの３次元座標上の測定値に基づいて曲面形状を高精度に測定するものである。
生産現場では、合成樹脂製レンズの成形工程におけるサンプルの抜き取り検査が行われ、この抜き取り検査のために数種類のサンプルを定期的に繰り返し測定することになるので、これを自動測定できるようにすることが強く求められる。また寸法の比較的大きな合成樹脂製光学部品等の比較的それ自体の剛性が低いサンプルの場合、サンプルを保持する際の基準面の位置や保持具の位置、押し付け圧等によって被測定レンズが微小に変形し、このため測定結果が微妙に変化するため、再現性のある測定を安定的に繰り返すことが難しい。このため再現性を考慮した専用の治具による保持機構が求められ、また、そのための保持機構による保持状況は実使用時の保持状況を反映したものであることが求められる。
【０００３】
【解決しようとする課題】
本発明は上記の要請に応えることを目的とするものであって、比較的剛性の低いサンプルであってもその保持機構による保持力により形状を損ねることがなく、繰り返し再現よくサンプルを保持して、自動測定を行えるようにすることをその第１の課題とするものである。
また第２の課題は、サンプルを繰り返して自動測定するについて、同一のサンプルに対してその測定領域を変更する場合にも教示のやり直しを必要としない、より使いやすい形状測定装置を工夫することである。
また、サンプルのばらつきや操作者の取付けミスでサンプルが水平方向に少しずれて保持された場合や、サンプル表面での測定点での法線ベクトルがＺ軸と概略平行でなくて傾斜している場合に測定開始点への移動時に触針がサンプルに衝突してしまうことがあるが、本発明は触針の上記衝突の確率を可及的に小さくできるように形状測定装置を工夫することをその第３の課題とするものである。
さらに、測定サンプルの種類を変更する際、自動測定機能の教示データも変更するのであるが、これを操作者に行わせる場合、誤って他の教示データを選択する可能性がある。この時、自動測定プログラムは装置に取り付けられている治具やサンプルと関係なく教示データの示す測定開始位置に触針を移動させる。ここで触針がサンプルや治具に衝突することがある。一般に触針の測定開始位置への移動は移動速度も速いため、サンプルや治具に衝突すると触針が破損してしまう可能性が大きい。触針は面精度の高いルビー球や高精度の静圧空気軸受など高価な部品で構成されているので、これらが破損するとその修復には時間がかかり、修復費用も非常に高い。非接触で形状を測定する光触針でも、光触針の構成要素である対物レンズや検出光学系が損傷し、その修理、調整に時間、コストが一層かかる。本発明は、上記のような人為的ミスによる形状測定装置の触針の破損の可能性を可及的に低減できるように形状測定装置を工夫することをその第４の課題とするものである。
【０００４】
【課題解決のために講じた手段】
(１) 請求項１に係る発明の形状測定装置は、
取り替え可能な複数のサンプル保持用の治具と、当該治具を常にサンプル台の同じ位置に取り付けるための位置決め手段と、上記複数のサンプル保持用の治具を識別する治具識別手段とを備えて成り、当該治具識別手段で識別される治具情報により選択可能な教示データを制限する機能を有し、選択された教示データに従ってＸ−Ｙ面内で走査させサンプル形状を測定する自動測定機能を有する形状測定装置を前提として、
上記治具識別手段が、上記サンプル台に設置された複数のボタンスイッチと、当該複数のボタンスイッチのうち特定のボタンスイッチがＯＮされないように上記各治具に形成された切り欠きとからなることを特徴とするものである。
(２) 請求項２に係る発明の形状測定装置は、上記形状測定装置（請求項１）において、
上記治具識別手段が、サンプル台に設置された近接スイッチ及びバーコードリーダと、上記各治具に付されたバーコードからなることを特徴とするものである。
(３) 請求項４に係る発明の形状測定装置は、上記形状測定装置（請求項１又は２）において、
上記教示データが、少なくとも測定開始点の３次元絶対座標と、測定開始点からの相対位置を示す２次元位置データからなり、上記測定開始点でのサンプル表面の法線ベクトルが概略Ｚ軸に平行であることを特徴とするものである。
【０００５】
【実施の形態】
次いで、実施の形態を図１を参照しつつ概念的に説明する。
この実施の形態においては、サンプル１用の治具２には実使用を反映した、垂直、水平の突き当て基準４，５と、特定の圧力でサンプル１を治具２に安定的に保持する押し付け用プランジャー６を備えており、また、サンプル台３の位置決めピン７（詳細は図示省略）が差し込まれる穴（図示省略）を備え、治具２の穴に上記位置決めピン７を差し込むことにより、取り替えの度に常に同じ位置に治具を固定するようにしている。
測定装置の触針移動ステージにはエンコーダが備わっており、触針の位置を３次元の座標値として測定する。制御コンピュータには教示工程で各走査パスの測定開始点、終了点の触針の位置を記憶してあって、複数の走査パスを１つの自動測定手順として測定条件等と共に教示データ（測定開始点の３次元絶対座標と、測定開始点からの相対位置を示す２次元位置データ等からなる制御データ）として記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶した教示データを管理する管理手段と、特定の教示データを再現する再現手段とを備えていて、これによる教示データ記憶機能、教示データを管理するデータベース機能、特定の教示データを再現する自動測定機能を備えている。
測定開始点でサンプルに対して倣い制御を開始した後は、Ｚ軸方向には倣い動作で位置が決まるので、Ｘ，Ｙ軸方向の送り量があれば特に３次元座標値を記憶しておく必要はない。また、測定領域の変更も、送り量を変更するだけで良いので、新たに教示し直しを行う必要はない。さらに、レンズ面など決まった領域内を固定ピッチの縞状に測定する場合は、測定領域を測定開始点からの相対距離で指定するだけで良い。
曲面をもったサンプルはその保持姿勢を適当にとることにより測定領域中央近傍に曲面の頂点または最下点を位置させることができ、特にレンズ面では実使用時の光軸をＺ軸方向にとると光学設計上の原点がそれになる。この原点を既存の頂点探索法により求めてこれを測定開始点とすればよい。
個々のサンプル別の取付け用の治具を備え、各サンプルと治具に依存した教示データを基に自動測定を行うのであるが、各治具は他の種々の治具と区別するための情報を示すマークがバーコードで表示されている。サンプル台には治具識別用センサ（バーコードリーダー）が取り付けられており、治具が取り付けられると治具識別用センサによってこれを識別し、教示データ作成時にこれと同一の表示がなされている治具に対応する教示データを自動測定の選択対象としてユーザに選択させ、選択した教示データに基づいて自動的に表面形状測定を行う。
【０００６】
次いで、他の実施の形態を図２を参照しつつ概念的に説明する。
サンプル台には複数のボタンスイッチ１１が設置されている。このボタンスイッチ１１は治具が装着されたときに、各治具に対応する組み合わせのスイッチがＯＮされるものであるが、各治具には固有のパターンで特定のスイッチがＯＮされないようにするための切り欠き１２がそれぞれの治具固有のパターンで設けられている。したがって、位置決めピンにより治具が設置されると、このことにより上記切り欠き１２が入っていない位置にあるスイッチだけがＯＮとなり、切り欠きのある位置のスイッチはＯＦＦのままになる。従って治具の切り欠きのパターンがスイッチのＯＮ−ＯＦＦの組み合わせに変換される。スイッチの信号は測定装置のＩ／Ｏに取り込まれ、測定装置はこの信号を基に現在設置されている治具を識別し、操作者が選択可能な教示データを制限する。
サンプル台には治具が取り付けられたことを認識するための近接スイッチとバーコードリーダが設置されている。各治具には治具を定位置に設置した時、バーコードリーダの正面になる位置にそれぞれの治具の識別情報を印刷したバーコードが付されており、治具を設置した時にスイッチが押され、バーコードリーダが作動して治具に付されたバーコードを読み取り、これによって取り付けられた治具を識別する。
【０００７】
【効 果】
〔請求項１に係る発明について〕
サンプル形状の自動測定機能を有する形状測定装置について、取り替え可能な複数のサンプル保持用の治具と、当該治具を常にサンプル台の同じ位置に取り付けるための位置決め手段と、上記複数のサンプル保持用の治具を識別する治具識別手段とを備えて成り、当該治具識別手段で識別される治具情報により選択可能な教示データを制限する機能を有し、選択された教示データに従ってＸ−Ｙ面内で走査させサンプル形状を測定する自動測定機能を有する形状測定装置において、
上記治具識別手段が、上記サンプル台に設置された複数のボタンスイッチと、当該複数のボタンスイッチのうち特定のボタンスイッチがＯＮされないように上記各治具に形成された切り欠きとからなることによって、測定結果に対するサンプルの設置状況の影響を小さくし、繰り返し再現性の高い測定を行うことができる。また、治具をサンプル台の定位置に設置することにより測定装置が現在の治具を識別することができ、この治具情報にしたがって測定可能な教示データの中から所定の教示データを操作者に間違いなく選択させることができる。したがって、教示データの選択ミスによる触針の接触を防ぐことができる。
〔請求項２に係る発明について〕
請求項１における治具識別手段が、サンプル台に設置された近接スイッチ及びバーコードリーダと、上記各治具に貼り付けられたバーコードからなることにより、治具の識別を非接触で行うため設置自由度が高く、簡単に設置することができる。
〔請求項４に係る発明について〕
請求項１又は請求項２における教示データが、少なくとも測定開始点の３次元絶対座標と測定開始点からの相対位置を示す２次元位置データとによるものとし、さらに測定開始点でのサンプル表面の法線ベクトルを概略Ｚ軸に平行にしたことによって、測定領域を変更しても再教示を行う必要が無く、したがって一層使いやすい。また、サンプルの取付け誤差によりサンプルが左右にずれても、測定開始点近傍ではＺ軸方向の高さがほとんど変わらないため、触針の移動時に触針がサンプルに衝突して破損する確率を可及的に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は発明の実施の形態の概念図である。
【図２】は発明の他の実施の形態の概念図である。
【符号の説明】
１：サンプル
２：サンプル用の治具
３：サンプル台
４，５：突き当て基準
６：押し付け用プランジャー
１１：ボタンスイッチ
１２：特定のスイッチをＯＮさせないようにするための切り欠き
【図１】
0003693279.tif 000002
【図２】
0003693279.tif 000003