(57)【要約】【課題】本発明は、温度による誤差をより低減できる作業装置および補正方法を提供する。【解決手段】本発明の作業装置の一例である形状測定装置Ｄは、所定の作業を実行する作業部の一例である白色干渉計ヘッド部１と、白色干渉計ヘッド部１を保持する保持部材２と、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で保持部材２の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定部３（３−１、３−２）と、表面温度測定部３によって測定された保持部材２の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った保持部材２の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算部４４と、変化長演算部４４によって求められた変化量に基づいて白色干渉計ヘッド部１の白色干渉データを補正する補正部４５とを備える。【選択図】図１
2014228460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の作業を実行する作業部と、
前記作業部を保持する保持部材と、
所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で前記保持部材の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定部と、
前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った前記保持部材の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算部と、
前記変化長演算部によって求められた前記変化量に基づいて前記作業を補正する補正部とを備えること
を特徴とする作業装置。
【請求項２】
前記表面温度測定部は、前記複数の位置それぞれで前記保持部材の表面温度を所定のサンプリング間隔でサンプリングすることによって前記保持部材の表面温度時系列データを測定し、
前記変化長演算部は、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度時系列データに基づいて前記保持部材の内部温度を求め、求めた前記内部温度に基づいて、前記変化量を求めること
を特徴とする請求項１に記載の作業装置。
【請求項３】
前記変化長演算部は、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度時系列データを平均することによって平均表面温度時系列データを求め、求めた平均表面温度時系列データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記平均表面温度時系列データに予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタでフィルタリングし、このフィルタリングした前記平均表面温度時系列データを逆フーリエ変換することによって、前記保持部材の内部平均温度を求めること
を特徴とする請求項２に記載の作業装置。
【請求項４】
前記作業部は、前記作業の対象である作業対象物に対する白色干渉によって前記作業対象物の形状を求めるための白色干渉データを測定する白色干渉部を備え、
前記作業対象物を載置するための載置面を形成する載置台を有し、前記載置面を含む平面内で前記載置台を移動可能な載置部と、
前記載置台を前記平面内で移動させることによって前記作業対象物の複数の測定点それぞれで、前記表面温度測定部によって前記保持部材の各表面温度を測定すると共に前記白色干渉部によって前記作業対象物の白色干渉データを測定する走査測定部と、
前記複数の測定点それぞれで前記作業対象物の形状を求める形状演算部とをさらに備え、
前記変化長演算部は、前記複数の測定点それぞれで前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記変化量を求め、
前記補正部は、前記変化長演算部によって求められた前記各変化量に基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記作業部の前記白色干渉部によって測定された前記白色干渉データを補正し、
前記形状演算部は、前記複数の測定点それぞれにおける前記補正部によって補正された前記各白色干渉データに基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記作業対象物の形状を求めること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の作業装置。
【請求項５】
所定の作業を実行する作業部と、前記作業部を保持する保持部材とを備える作業装置に用いられ、前記作業を補正する作業装置の補正方法において、
所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で前記保持部材の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定工程と、
前記表面温度測定工程によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った前記保持部材の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算工程と、
前記変化長演算工程によって求められた前記変化量に基づいて前記作業を補正する補正工程とを備えること
を特徴とする作業装置の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の作業を実行する作業部を備え、前記作業を行う作業装置に関する。そして、本発明は、前記作業部を保持する保持部材の長さを補正する補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の精密機械産業には、所定の作業を実行する作業部を保持部材の一方端に持つ様々な作業装置が存在し、前記作業部は、当該作業装置の用途に応じて様々な態様がある。例えば、製品を組み立てる組み立て装置では、前記作業部は、マニピュレータの一方端に取り付けられた、部品を掴む把持部であり、また例えば、マニピュレータの一方端に取り付けられた、ネジを留めるネジ留め部であり、また例えば、マニピュレータの一方端に取り付けられた、部品を溶接する溶接部である。また例えば、材料を加工する工作機械では、前記作業部は、アームの一方端に取り付けられた、材料を削るバイト（切削工具）である。また例えば、被測定物を測定する測定装置では、アームの一方端に取り付けられた、被測定物を当該測定装置の測定方法に応じて検出する検出部である。
【０００３】
このような作業装置では、精度よく作業を実行するために、作業部と作業の対象である作業対象物との距離を正確に把握する必要がある。しかしながら、作業装置は、様々な環境温度下で使用され、また作業装置自体が発熱する等のために、前記マニピュレータやアーム等の、作業部を保持する保持部材は、様々な温度となり、伸縮する。このため、作業部と作業対象物との前記距離を温度によって補正する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、被加工物の熱膨張係数の変化に対応した補正を行って加工誤差の少ない加工を自動的に行うＮＣ加工装置が開示されている。この特許文献１に開示されたＮＣ加工装置は、ＮＣデータに従って加工機を駆動制御して被加工物を目標寸法に加工するＮＣ加工装置において、前記被加工物の温度を測定する温度測定手段と、前記被加工物の寸法を測定する寸法測定手段と、これら測定手段によりそれぞれ測定された前記被加工物の温度及び寸法に基づいて前記加工機の温度に応じた加工誤差の補正値を求める加工誤差算出手段と、前記温度測定手段により測定された前記被加工物の温度及び熱膨脹係数に基づいて前記目標寸法の温度補正を行う目標寸法補正手段と、前記加工誤差算出手段により求められた前記加工誤差の補正値及び前記目標寸法補正手段により温度補正された前記目標寸法に基づいて前記加工機の加工補正値を求める補正値算出手段と、を具備している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９０１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記特許文献１では、被加工物（すなわち、作業対象物）の温度を測定し、被加工物の熱膨張係数の変化に対応した補正が行われており、ＮＣ加工装置の温度によるＮＣ加工装置の伸張が考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、温度による誤差をより低減できる作業装置および補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる作業装置は、所定の作業を実行する作業部と、前記作業部を保持する保持部材と、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で前記保持部材の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定部と、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った前記保持部材の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算部と、前記変化長演算部によって求められた前記変化量に基づいて前記作業を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような作業装置では、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で保持部材の表面温度がそれぞれ測定され、これら測定された保持部材の各表面温度に基づいて、前記保持部材における基準長からの変化量が求められ、この求められた変化量に基づいて前記作業が補正される。したがって、このような作業装置は、当該作業装置側の保持部材の伸縮が考慮されるから、温度による誤差をより低減できる。
【００１０】
また、他の一態様では、上述の作業装置において、前記表面温度測定部は、前記複数の位置それぞれで前記保持部材の表面温度を所定のサンプリング間隔でサンプリングすることによって前記保持部材の表面温度時系列データを測定し、前記変化長演算部は、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度時系列データに基づいて前記保持部材の内部温度を求め、求めた前記内部温度に基づいて、前記変化量を求めることを特徴とする。
【００１１】
現実の保持部材は、３次元の構造体であり、前記保持部材の表面で受けた熱は、表面から内部へ熱伝導し、所定の時間経過後に内部に到達する。このため、前記特許文献１のように、表面温度を測定しただけでは、熱伝導による時間遅れに起因する誤差が残ってしまう。一方、保持部材の内部温度と表面温度とが同じ温度になる平衡状態では、表面温度の測定によって、時間遅れによる誤差を充分に低減できる。しかしなから、前記平衡状態になるまでに相応の時間を要するため、作業を開始するまでに時間を要し、作業効率が低下してしまう。上記構成の作業装置は、保持部材における表面温度の時間変化から前記保持部材の内部温度を見積もるので、表面温度の測定でも温度による誤差をさらにより低減でき、平衡状態になるまで待つ必要がないので、作業効率を向上できる。
【００１２】
また、他の一態様では、これら上述の作業装置において、前記変化長演算部は、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度時系列データを平均することによって平均表面温度時系列データを求め、求めた平均表面温度時系列データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記平均表面温度時系列データに予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタでフィルタリングし、このフィルタリングした前記平均表面温度時系列データを逆フーリエ変換することによって、前記保持部材の内部平均温度を求めることを特徴とする。
【００１３】
このような作業装置は、平均表面温度時系列データをフーリエ変換することで周波数空間に変換するので、前記保持部材の内部温度を求める際に、所定の予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタを用いることができ、内部平均温度で前記保持部材の内部温度を求めることができる。
【００１４】
また、他の一態様では、これら上述の作業装置において、前記作業部は、前記作業の対象である作業対象物に対する白色干渉によって前記作業対象物の形状を求めるための白色干渉データを測定する白色干渉部を備え、前記作業対象物を載置するための載置面を形成する載置台を有し、前記載置面を含む平面内で前記載置台を移動可能な載置部と、前記載置台を前記平面内で移動させることによって前記作業対象物の複数の測定点それぞれで、前記表面温度測定部によって前記保持部材の各表面温度を測定すると共に前記白色干渉部によって前記作業対象物の白色干渉データを測定する走査測定部と、前記複数の測定点それぞれで前記作業対象物の形状を求める形状演算部とをさらに備え、前記変化長演算部は、前記複数の測定点それぞれで前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記変化量を求め、前記補正部は、前記変化長演算部によって求められた前記各変化量に基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記作業部の前記白色干渉部によって測定された前記白色干渉データを補正し、前記形状演算部は、前記複数の測定点それぞれにおける前記補正部によって補正された前記各白色干渉データに基づいて、前記複数の測定点それぞれで前記作業対象物の形状を求めることを特徴とする。
【００１５】
このような作業装置は、作業部として、作業対象物に対する白色干渉によって前記作業対象物の形状を求めるための白色干渉データを測定する白色干渉部を備え、載置部の移動によって作業対象物の複数の測定点それぞれで、走査測定部によって所定範囲の白色干渉データと各表面温度とを求め、形状演算部によって複数の測定点それぞれで作業対象物の形状を求める。そして、この作業対象物の形状を求める際に、このような作業装置は、前記複数の測定点それぞれで、変化長演算部によって前記各表面温度に基づいて変化量を求め、前記複数の測定点それぞれで、これら求めた各変化量で前記作業部の前記白色干渉部によって測定された各白色干渉データを補正部によって補正する。したがって、この構成によれば、作業装置として形状測定装置が提供され、この形状測定装置は、温度による誤差をより低減できる。
【００１６】
そして、本発明の他の一態様にかかる補正方法は、所定の作業を実行する作業部と、前記作業部を保持する保持部材とを備える作業装置に用いられ、前記作業を補正する作業装置の補正方法において、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で前記保持部材の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定工程と、前記表面温度測定工程によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った前記保持部材の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算工程と、前記変化長演算工程によって求められた前記変化量に基づいて前記作業を補正する補正工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
このような作業装置の補正方法では、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で保持部材の表面温度がそれぞれ測定され、これら測定された保持部材の各表面温度に基づいて、前記保持部材における基準長からの変化量が求められ、この求められた変化量に基づいて前記作業が補正される。したがって、このような作業装置の補正方法は、当該作業装置側の保持部材の伸縮が考慮されるから、温度による誤差をより低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる作業装置および補正方法は、温度による誤差をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態における作業装置の一例である形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す形状測定装置の白色干渉計ヘッド部回りのより詳細な構成を示す斜視図である。
【図３】表面温度に対する内部温度の時間遅れを説明するための図である。
【図４】表面温度から保持部材の長さの変化量を求める手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２１】
実施形態における作業装置は、所定の作業を実行する作業部と、前記作業部を保持する保持部材と、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で前記保持部材の表面温度をそれぞれ測定する表面温度測定部と、前記表面温度測定部によって測定された前記保持部材の各表面温度に基づいて、所定の基準温度における前記方向に沿った前記保持部材の長さである基準長からの変化量を求める変化長演算部と、前記変化長演算部によって求められた前記変化量に基づいて前記作業を補正する補正部とを備える。作業装置は、上述したように、組み立て装置、工作機械および測定装置等の様々な装置であり、作業部は、その用途に応じて様々な態様があり、そして、補正部は、作業に応じた補正を行うものである。例えば、組み立て装置や工作機械では、温度変化に起因したマニピュレータの伸縮による作業部（例えば把持部、ネジ留め部、溶接部およびバイト等の工具）と作業対象物との間の距離が補正される。また例えば、測定装置では、温度変化に起因したアームの伸縮による検出部と作業対象物との間の距離が補正される。本実施形態では、このような様々な作業装置の一例として、作業装置が形状測定装置である場合について以下に説明する。
【００２２】
図１は、実施形態における作業装置の一例である形状測定装置の構成を示す図である。図２は、図１に示す形状測定装置の白色干渉計ヘッド部回りのより詳細な構成を示す斜視図である。
【００２３】
実施形態における作業装置の一例である形状測定装置Ｄは、図１および図２に示すように、前記作業部の一例である白色干渉計ヘッド部１と、保持部材２と、表面温度測定部３（３−１、３−２）と、制御演算部４とを備え、本実施形態では、さらに、載置部５と、入力部６と、出力部７と、インターフェース部（以下、「ＩＦ部」と略記する。）８とを備える。
【００２４】
白色干渉計ヘッド部１は、所定の作業を実行する作業部の一例であり、測定対象である測定対象物（被測定物）に対する白色干渉によって前記作業対象物の形状を求めるための白色干渉データを測定する装置である。測定対象物は、作業の対象である作業対象物の一例である。より具体的には、白色干渉計ヘッド部１は、可干渉性の少ない白色光を放射する白色光源から測定対象物に照射され、測定対象物から反射された白色光と、前記白色光源から参照面に照射され、参照面から反射された白色光とを干渉させて前記測定対象物の干渉画像を得ると共に、前記参照面を光軸方向に移動させて最も干渉光強度の大きい参照面位置を検出する装置である。白色干渉計ヘッド部１は、前記干渉させて前記測定対象物の白色干渉データを得るために、例えばミラウ型やマイケルソン型の等光路干渉計と、前記測定対象物の干渉画像を撮像する撮像部と、等価的に前記参照面を光軸方向に移動させるために、光軸方向に移動する対物レンズ１１と、測定対象物が載置される載置部５の載置面と対物レンズ１１との距離を検出する差動型レーザ測距部とを備えている。白色干渉計ヘッド部１は、制御演算部４に接続され、前記撮像部で撮像した干渉画像のデータ（干渉画像データ）および前記差動型レーザ測距部で測距した距離のデータ（参照面位置データ）を白色干渉データとして制御演算部４へ出力する。
【００２５】
保持部材２は、白色干渉計ヘッド部１を保持する部材である。本実施形態では、保持部材２は、図１に示すように、第１ないし第３保持部材２１〜２３を備える側面視にて略コ字形状（略Ｃ字形状）の部材である。形状測定装置Ｄにおける高さ方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を図１および図２に示すように設定した場合に、第３保持部材２３は、第１および第２保持部材２１、２２を支持する支持体であり、互いに直交する一方向Ｘおよび他方向Ｙの２方向に拡がる平板状である。第３保持部材２３の一端には、前記ＸＹ平面の法線方向である前記高さ方向Ｚに立設するように、第２保持部材２２が固定されている。第２保持部材２２は、高さ方向Ｚに長尺な柱状体であり、その一方端には、上述のように第３保持部材２３が固定され、その他方端には、他方向Ｙ（水平方向Ｙ）に延びるように、第１保持部材２１の一方端が固定されている。第１保持部材２１は、他方向Ｙ（水平方向Ｙ）に長尺な柱状体であり、その一方端には、上述のように第２保持部材２２が固定され、その他方端には、白色干渉計ヘッド部１が、その光軸と高さ方向Ｚとを一致させて取り付けられている。保持部材２は、任意の材料から形成でき、本実施形態では、例えば石材あるいはセラミックで形成されている。
【００２６】
表面温度測定部３は、所定の方向に沿って互いに離間した複数の位置で保持部材２の表面温度をそれぞれ測定する装置である。本実施形態では、高さ方向Ｚにおける保持部材２の伸縮を補正することから、表面温度測定部３は、高さ方向Ｚに沿って互いに離間した複数の位置で保持部材２の表面温度をそれぞれ測定するように、保持部材２の表面に設けられている。保持部材２における高さ方向に沿った複数の位置は、例えば、熱源となる白色干渉計ヘッド部１に近い位置から、前記熱源の白色干渉計ヘッド部１から遠い位置までの範囲で種々の位置があり、例えば、白色干渉計ヘッド部１の取り付け位置における第１保持部材２１の表面位置Ｐａ、第１保持部材２１と第２保持部材２２との固定位置における第２保持部材２２の表面位置Ｐｂ、第２保持部材２２と第３保持部材２３との固定位置における第２保持部材２２の表面位置Ｐｄ、および、表面位置Ｐｂと表面位置Ｐｄとの中間位置における第２保持部材２２の表面位置Ｐｃ等がある。本実施形態では、表面温度測定部３は、２個の熱電対であり、高さ方向に沿った保持部材２の温度分布を最低限の測定箇所で測定するために、第１熱電対３−１は、前記熱源の白色干渉計ヘッド部１に近い位置である表面位置Ｐａに取り付けられ、表面位置Ｐａの表面温度を測定し、第２熱電対３−２は、前記熱源の白色干渉計ヘッド部１に遠い位置である表面位置Ｐｄに取り付けられ、表面位置Ｐｄの表面温度を測定する。そして、表面温度測定部３の第１および第２熱電対３−１、３−２は、制御演算部４に接続され、その測定した表面位置Ｐａ、Ｐｄの各表面温度データＴ（Ｐａ）、Ｔ（Ｐｄ）を制御演算部４へ出力する。
【００２７】
載置部５は、前記測定対象物を載置するための載置面を形成する載置台５１を有し、前記載置面を含む平面内で載置台５１を移動可能な装置である。載置部５は、例えば、一方向Ｘおよび他方向Ｙそれぞれに移動するＸＹステージであり、載置台５１と、第１および第２載置台用支持部材５２、５３と、第１および第２駆動部５４、５５とを備える。載置台５１は、測定対象物を載置するための載置面を持つ板状体である。第１載置台用支持部材５２は、一方向Ｘに沿って案内しつつ移動可能に載置台５１を支持する部材であり、第２載置台用支持部材５３は、一方向Ｙに沿って案内しつつ移動可能に第１載置台用支持部材５２を介して載置台５１を支持する部材である。載置台５１、第１載置台用支持部材５２および第２載置台用支持部材５３は、この順で上から高さ方向Ｚに沿って重ねられて保持部材２の第３保持部材２３上に配設されている。このように載置台５１が第１および第２載置台用支持部材５２、５３を介して保持部材２の第３保持部材２３上に配設されることによって、保持部材２は、前記作業部の一例である白色干渉計ヘッド部１と載置部５の載置台５１に載置された測定対象物とを所定の方向（本実施形態では、測定する方向となる高さ方向Ｚ）で離隔して白色干渉計ヘッド部１を保持している。第１駆動部５４は、載置面を含むＸＹ平面内で載置台５１を移動させるべく、第１載置台用支持部材５２によって支持しつつ載置台５１を一方向Ｘに沿って移動させる装置であり、例えば、リニアモータ等である。第２駆動部５５は、載置面を含む平面内で載置台５１を移動させるべく、第２載置台用支持部材５３によって支持しつつ載置台５１を他方向Ｙに沿って移動させる装置であり、例えば、リニアモータ等である。これら第１および第２駆動部５４、５５は、制御演算部４に接続され、制御演算部４によって制御される。
【００２８】
測定対象物は、本実施形態では、例えば、樹脂材料製のミラー母材であり、安定的に載置台５１に載置するために、治具ＡＤに配置され、このミラー母材を含む治具ＡＤが載置台５１上に載置されている。そして、治具ＡＤには、ミラー母材の各測定位置を特定するための基準点が設けられている。ミラー母材の各測定位置は、この基準点からの相対位置で決定され、その各測定位置におけるミラー母材の面形状が測定される。
【００２９】
制御演算部４は、測定対象物の形状を測定するべく、形状測定装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものであり、白色干渉計ヘッド部１の出力（白色干渉データ）および表面温度測定部３の出力（表面温度データ）に基づいて測定対象物の形状を求めるものである。制御演算部４は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、このＣＰＵによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性記憶素子、このＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。なお、制御演算部４は、白色干渉計ヘッド部１の白色干渉データ、表面温度測定部３の表面温度データおよび測定対象物の形状データ等の各データを記憶するために、例えばハードディスク等の比較的大容量の記憶装置をさらに備えてもよい。そして、制御演算部４には、プログラムを実行することによって、機能的に、制御部４１、走査測定部４２、形状演算部４３、変化長演算部４４および補正部４５が構成される。
【００３０】
制御部４１は、測定対象物の形状を測定するために、形状測定装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。
【００３１】
走査測定部４２は、載置部５の載置台５１を載置面を含む前記ＸＹ平面内で移動させることによって作業対象物の複数の測定点それぞれで、表面温度測定部３によって保持部材２の各表面温度を測定すると共に白色干渉計ヘッド部１によって作業対象物の白色干渉データを測定するものである。
【００３２】
形状演算部４３は、複数の測定点それぞれで作業対象物の形状を求めるものである。本実施形態では、形状演算部４３は、複数の測定点それぞれにおける、補正部４５によって補正された各白色干渉データに基づいて、複数の測定点それぞれで作業対象物の形状を求めるものである。
【００３３】
変化長演算部４４は、表面温度測定部３によって測定された保持部材２の各表面温度に基づいて、予め設定された所定の基準長からの変化量を求めるものである。本実施形態では、変化長演算部４４は、第１および第２熱電対３−１、３−２によって測定された保持部材２における表面位置Ｐａ、Ｐｄの各表面温度Ｔｓ（Ｐａ）、Ｔｓ（Ｐｄ）に基づいて、前記基準長からの変化量を求める。基準長は、所定の基準温度における、表面温度の各測定位置Ｐａ、Ｐｄの並ぶ前記方向に沿った保持部材２の長さである。
【００３４】
そして、本実施形態では、表面温度測定部３は、複数の表面位置それぞれで保持部材２の表面温度を所定のサンプリング間隔（サンプリング周期）でサンプリングすることによって保持部材２の表面温度時系列データＴ（Ｚ、ｔ）を測定しており、変化長演算部４４は、表面温度測定部３によって測定された保持部材２の各表面温度時系列データＴ（Ｚ、ｔ）に基づいて保持部材２の内部温度を求め、求めた内部温度に基づいて、前記基準長からの変化量を求めるものである。より具体的には、本実施形態では、例えば、変化長演算部４４は、表面温度測定部３によって測定された保持部材２の各表面温度時系列データを平均することによって平均表面温度時系列データを求め、求めた平均表面温度時系列データを高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換した前記平均表面温度時系列データに予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタＪωでフィルタリングし、このフィルタリングした前記平均表面温度時系列データを逆フーリエ変換することによって、保持部材２の内部平均温度を求めるものである。
【００３５】
そして、本実施形態では、測定対象物は、載置部５の載置台５１の移動によって、複数の測定点で測定され、これら複数の測定点それぞれ、測定対象物の形状を求めることから、変化長演算部４４は、これら複数の測定点それぞれで、上述によって前記変化量を求める。
【００３６】
補正部４５は、変化長演算部４４によって求められた変化量に基づいて、前記作業の一例として白色干渉計ヘッド部１の白色干渉データを補正するものである。本実施形態では、補正部４５は、変化長演算部４４によって求められた前記各変化量に基づいて、前記複数の測定点それぞれで白色干渉計ヘッド部１によって測定された白色干渉データを補正するものである。
【００３７】
入力部６は、制御演算部４に接続され、例えば、測定対象物の測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば測定対象物における識別子の入力等の各種データを形状測定装置Ｄに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部７は、入力部６から入力されたコマンドやデータ、および、測定された測定対象物の形状を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３８】
なお、入力部６および出力部７からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部６は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部７は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として形状測定装置Ｄに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い形状測定装置Ｄが提供される。
【００３９】
ＩＦ部８は、制御演算部４に接続され、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ−２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。
【００４０】
次に、本実施形態の動作について説明する。図３は、表面温度に対する内部温度の時間遅れを説明するための図である。図３の横軸は、高さ方向Ｚに沿った位置であり、その縦軸は、温度Ｔである。図４は、表面温度から保持部材の長さの変化量を求める手法を説明するための図である。
【００４１】
このような構成の形状測定装置Ｄでは、まず、測定対象物が形状測定装置Ｄにセットされ、測定が開始される。本実施形態では、上述したように、測定対象物のミラー母材は、治具ＡＤにセットされ、この治具ＡＤが載置台５１にセットされる。測定が開始されると、制御演算部４の走査測定部４２は、載置台５１を移動しながら白色干渉計ヘッド部１によって測定された白色干渉データに基づいて治具ＡＤの前記基準点を検出し、基準位置を決定する。走査測定部４２は、基準位置から、予め設定された測定を開始する測定開始点（測定開始位置）に載置台５１を移動する。そして、走査測定部４２は、まず、この測定開始点で、白色干渉計ヘッド部１によって所定範囲の白色干渉データを測定し、この測定した白色干渉データを測定点（測定位置）と対応させて保存する。すなわち、白色干渉計ヘッド部１は、対物レンズ１１の位置を光軸方向（高さ方向Ｚ）に移動させつつ所定のサンプリング間隔で、前記撮像部によって測定対象物の干渉画像を撮像し、前記差動型レーザ測距部によって載置部５の載置面と対物レンズ１１との距離を検出し、各撮像によって得られた各干渉画像データおよび各検出によって得られた各参照面位置データを互いに対応付けて、これら各干渉画像データおよび各参照面位置データを白色干渉データとして制御演算部４へ出力する。一方、このように白色干渉データを測定している間に、走査測定部４２は、この測定開始点（測定開始位置）で、表面温度測定部３の第１および第２熱電対３−１、３−２によって測定される各表面位置Ｐａ、Ｐｄにおける表面温度を所定のサンプリング間隔でサンプリングし、各表面温度時系列データＴ（Ｐａ、ｔ）、Ｔ（Ｐｄ、ｔ）を取り込み、この取り込んだ各表面温度時系列データＴ（Ｐａ、ｔ）、Ｔ（Ｐｄ、ｔ）を前記測定点（測定位置）と対応させて保存する。
【００４２】
そして、前記測定開始位置の測定が終了すると、走査測定部４２は、次の測定点（次の測定位置）の測定を実行するために、次の測定点に載置台５１を移動する。次の測定点に載置台５１を移動すると、走査測定部４２は、上述と同様に、白色干渉計ヘッド部１によって所定範囲の白色干渉データを測定し、表面温度測定部３から各表面温度時系列データを取り込み、これらを前記測定点（測定位置）と対応させて保存する。以下同様に、順次に各測定点（各測定位置）の測定が実行される。
【００４３】
このような測定中に（測定に並行して）、あるいは、測定の終了後に、制御演算部４は、前記保存した各測定点それぞれの各白色干渉データおよび各表面温度時系列データに基づいて、各測定点それぞれの測定対象物の形状を求め、これら求めた各測定点における測定対象物の各形状を連結することで、測定対象物全体の表面形状を求める。このように各測定点における測定対象物の各形状を連結するので、１個の白色干渉データでは得られないより広い範囲の形状を測定できる。
【００４４】
より具体的には、各測定点（各測定位置）それぞれにおいて、変化長演算部４４は、表面温度測定部３によって測定された保持部材２の各表面温度に基づいて、予め設定された所定の基準長からの変化量を求める。補正部４５は、変化長演算部４４によって求められた変化量に基づいて、白色干渉データを補正する。例えば、測定中の温度変化に起因して保持部材２が高さ方向Ｚ、すなわち、光軸方向に伸縮するので、白色干渉データの参照面位置データに変化量を加算することによって白色干渉データの参照面位置データが補正される。なお、基準長より伸張する場合には、変化量は、プラス（＋）で表され、基準長より収縮する場合には、変化量は、マイナス（−）で表される。そして、形状演算部４３は、補正部４５によって補正された白色干渉データに基づいて、作業対象物の形状を求める。各測定点それぞれで作業対象物の形状が求められると、形状演算部４３は、これら求めた各測定点における測定対象物の各形状を連結することで、測定対象物全体の表面形状を求め、この求めた測定対象物全体の表面形状を出力部７に出力する。また、必要に応じて、制御演算部４は、この求めた測定対象物全体の表面形状をＩＦ部８に出力する。
【００４５】
ここで、変化長演算部４４による前記変化量の演算について以下に説明する。保持部材２の温度変化に起因する基準長からの変化量は、上述したように、保持部材２の各表面温度に基づいて求められてもよいが、保持部材２は、現実には３次元構造体であり、その表面で受けた熱は、表面から内部へ熱伝導し、所定の時間経過後に内部に到達する。したがって、図３に示すように、実線で示す保持部材２の表面温度分布と、破線で示す保持部材２の内部温度分布との間には、時間遅れが存在する。このため、保持部材２の内部温度に基づいて求めた変化量は、保持部材２の各表面温度に基づいて求めた変化量に較べて、より正確になる。一方、保持部材２の内部温度と保持部材２の表面温度とが同じ温度になる平衡状態では、表面温度の測定によって、前記時間遅れによる誤差を充分に低減できる。しかしなから、前記平衡状態になるまでに時間を要するため、測定を実行するまでに時間を要し、測定時間が長くなってしまう。そこで、本実施形態では、表面温度から以下のように内部温度を見積もり、前記時間遅れによる誤差を低減しつつ、測定時間の短縮化を図っている。
【００４６】
保持部材２の表面で受けた熱が内部に熱伝導する場合、熱伝導方程式は、保持部材２の表面から垂直に内部に向かう方向をｚ方向としたｘｙｚ直交座標系における時間ｔでの温度分布をＴ（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）とし、保持部材２の熱伝導率をｋとし、その密度をρとし、その比熱容量をｃとした場合に、次式（１）で表される。
【００４７】
【数１】
2014228460.tif 000003
【００４８】
この熱伝導方程式は、変数分離法を用い、第１境界条件として、境界面（保持部材２の表面）ｚ＝０の温度変化（境界条件、初期値）をＴ（ｘ、ｙ、０、ｔ）＝Ｔωｅｉｗｔとし（ｉ２＝−１）、第２境界条件として、保持部材２内部を含めた温度分布の有界条件を｜Ｔ（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）｜＜∞として、解かれ、次式（２）（式（２−１）またはその変形式の式（２−２））となる。なお、Ｒは、温度伝導率ｋ／（ρ×ｃ）の逆数であり、Ｒ＝（ρ×ｃ／ｋ）である。また、Ｔ（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）は、ｘｙに関し不変であるので、Ｔ（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）＝Ｔ（ｚ、ｔ）とした。
【００４９】
【数２】
2014228460.tif 000004
【００５０】
この式２より、保持部材２の表面上、角周波数ωの変化成分は、深さｚの保持部材２内部では、振幅がｅｘｐ（−（（Ｒ×｜ω｜×ｚ）／２）１／２）倍程度減衰し、位相が（（Ｒ×｜ω｜×ｚ）／２）１／２程度ずれることが分かる。なお、ｅｘｐ（ｘ）＝ｅｘである。
【００５１】
この式２によって与えられる保持部材２の表面の温度分布Ｔ（ｚ、ｔ）に対し、表面温度変化に対する保持部材２の表面から深さｚ＝Ｄ＞０までの温度分布の平均＜Ｔ（ｔ）＞は、次式（３）となる。なお、＜α＞は、αの平均であることを意味する。また、式３におけるＪωは、次式４によって与えられる。
【００５２】
【数３】
2014228460.tif 000005
【００５３】
【数４】
2014228460.tif 000006
【００５４】
ここで、第１境界条件から、Ｔωは、表面温度変化をフーリエ変換したものの周波数ωに対応する周波数成分であり、それに対応する内部平均温度変化の周波数成分は、式３より、Ｊω×Ｔωで与えられる。すなわち、表面温度の時間変動（前記温度分布Ｔ（０、ｔ））Ｔ（ｔ）を測定し、この測定したＴ（ｔ）を前記Ｊωなる周波数特性を持つフィルタによって変換することで、保持部材の内部の平均温度＜Ｔ（ｔ）＞が求められる。
【００５５】
より具体的には、保持部材２の内部の平均温度＜Ｔ（ｔ）＞は、例えば、表面温度変化Ｔ（ｔ）をフーリエ変換することによってＴωを求め、この周波数空間で前記Ｊωとの積（フィルタリング）を行い、そして、これを逆フーリエ変換することによって求められる。ここで、本実施形態では、保持部材２の表面温度時系列データは、複数の表面位置（上述の例では２箇所Ｐａ、Ｐｄ）で測定しているので、これらの平均値が求められ、保持部材２の内部の平均温度＜Ｔ（ｔ）＞は、この平均された平均表面温度時系列データをフーリエ変換することによってＴωを求め、この周波数空間で前記Ｊωとの積（フィルタリング）を行い、そして、これを逆フーリエ変換することによって求められている。
【００５６】
また例えば、保持部材２における内部平均温度の最新値のみの算出では、この最新値は、前記Ｊωを逆フーリエ変換することによって得られるインパルス応答により、表面温度変化Ｔ（ｔ）を直接畳み込み積分することによって求められる。本実施形態では、上述と同様に、この最新値は、前記Ｊωを逆フーリエ変換することによって得られるインパルス応答により、前記平均された平均表面温度時系列データを直接畳み込み積分することによって求められる。これは、いわゆるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）の信号処理である。
【００５７】
なお、表面温度のサンプリング周期（各データの時間間隔）とデータ数（時間幅、観測時間の長さ）は、前記Ｊωによって適宜に設定される。また、上述の複数の表面温度時系列データを平均する際に、保持部材２が前記ｚ方向に不均一な厚さである場合には、より精度良く内部温度を見積もるために、この不均一性に基づく重みで重み付ける重み付け平均（加重平均）が用いられてもよい。
【００５８】
そして、保持部材２の伸縮量、すなわち前記変化量は、図４に示すように、保持部材２の伸縮方向に直交する微小な厚面の面内で、上述の内部温度の平均化を行い、その内部温度にて、保持部材２の線膨張率を用いて前記伸縮方向（厚面の法線方向）における微小な厚面の微小変化量を求め、この求めた微小変化量を前記伸縮方向で積分することによって求められる。なお、微小変化量は、例えば、基準温度と内部温度との差に保持部材２の線膨張率を乗じ、この乗算結果に、前記基準温度における前記微小な厚面の法線方向の長さ（厚さ）をさらに乗じることで、求められる。あるいは、前記変化量は、基準温度と内部温度との差に保持部材２の線膨張率を乗じ、この乗算結果に基準長をさらに乗じることで求められてよい。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態における形状測定装置Ｄでは、高さ方向Ｚに沿って互いに離間した複数の位置Ｐａ、Ｐｄで保持部材２の表面温度がそれぞれ測定され、これら測定された保持部材２の各表面温度に基づいて、保持部材２における基準長からの変化量が求められ、この求められた変化量に基づいて白色干渉データが補正される。したがって、このような形状測定装置Ｄは、当該形状測定装置Ｄ側の保持部材２の伸縮が考慮されるから、温度による誤差をより低減できる。
【００６０】
また、本実施形態における形状測定装置Ｄは、保持部材２における表面温度の時間変化から保持部材２の内部温度を見積もるので、表面温度の測定でも温度による誤差をさらにより低減でき、平衡状態になるまで待つ必要がないので、作業効率を向上できる。特に、本実施形態における形状測定装置Ｄでは、より広い範囲の形状を測定するために、上述のように、各測定位置それぞれで測定が繰り返されるので、測定中に、測定環境の環境温度の変化や形状測定装置Ｄ自体の発熱等によって、保持部材２は、温度変化する場合が多いので、上述の作用効果は、より効果的である。
【００６１】
また、本実施形態における形状測定装置Ｄは、平均表面温度時系列データをフーリエ変換することで周波数空間に変換するので、保持部材２の内部温度を求める際に、所定の予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタＪωを用いることができ、内部平均温度で保持部材２の内部温度を求めることができる。
【００６２】
なお、上述では、保持部材２の内部の平均温度を求める際に、複数の表面位置（上述の例では２箇所Ｐａ、Ｐｄ）で測定された保持部材２の各表面温度時系列データが平均されたが、保持部材２の各表面温度時系列データそれぞれで、上述によって、各表面温度時系列データに基づく保持部材２の各変化量を求め、これら各変化量を平均（単純平均および重み付け平均を含む）することで、補正部４５で用いられる保持部材２の変化量が求められてもよい。この場合には、変化長演算部４４は、表面温度測定部３によって測定された前記保持部材の各表面温度時系列データを高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換した前記各表面温度時系列データに予め求められた所定の周波数特性を持つフィルタＪωでフィルタリングし、このフィルタリングした前記各表面温度時系列データを逆フーリエ変換することによって、各表面位置での各表面温度時系列データに基づく保持部材２の各内部平均温度を求める。そして、変化長演算部４４は、これら求めた各表面位置での各表面温度時系列データに基づく保持部材２の内部平均温度に基づいて、各表面温度時系列データに基づく各変化量を求め、これら各変化量を平均することで、補正部４５で用いられる保持部材２の変化量を求める。
【００６３】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００６４】
Ｄ  形状測定装置
１  白色干渉計ヘッド部
２  保持部材
３  表面温度測定部
４  制御演算部
５  載置部
５１  載置台
４２  走査測定部
４３  形状演算部
４４  変化長演算部
４５  補正部
【図１】
2014228460.tif 000007
【図２】
2014228460.tif 000008
【図３】
2014228460.tif 000009
【図４】
2014228460.tif 000010