(57)【要約】【課題】高精度で、かつ短いタクトタイムで対象物を計測するのに有利な計測装置を提供する。【解決手段】この計測装置は、光を投受光する測定子を用いて対象物を計測するものであり、駆動機構に関する位置データ、角度可変機構に関する角度データ、および検出器による検出データの計測データを取得するに際し、基準となる第１トリガー信号（第１データ取得トリガー）を発生させる主制御部３００と、駆動機構、角度可変機構、および検出器をそれぞれ制御する複数の制御部３０１〜３０６とを備える。複数の制御部３０１〜３０６のうち第１制御部３０４は、第１トリガー信号を基準としたタイミングで計測データを取得し、かつ第２トリガー信号（第２データ取得トリガー）を発生させ、複数の制御部のうち第１制御部とは異なる第２制御部３０１〜３０３、３０５、３０６は、第２トリガー信号を基準として計測データを取得する。【選択図】図４
2014153223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投受光する測定子を用いて対象物を計測する計測装置であって、
前記対象物または前記測定子を移動させる駆動機構と、
前記測定子から出射される光が進行する角度を変化させる角度可変機構と、
前記対象物で反射された光を検出する検出器と、
前記駆動機構に関する位置データ、前記角度可変機構に関する角度データ、および前記検出器による検出データの計測データを取得するに際し、基準となる第１トリガー信号を発生させる主制御部と、
前記駆動機構、前記角度可変機構、および前記検出器をそれぞれ制御する複数の制御部と、を備え、
前記複数の制御部のうち第１制御部は、前記第１トリガー信号を基準としたタイミングで前記計測データを取得し、かつ第２トリガー信号を発生させ、
前記複数の制御部のうち前記第１制御部とは異なる第２制御部は、前記第２トリガー信号を基準として前記計測データを取得する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記第２トリガー信号を発生させる前記第１制御部は、前記駆動機構、前記角度可変機構、および前記検出器のうち、前記計測データの取得に要する時間の許容範囲が狭いものを制御する制御部であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記第２トリガー信号を発生させる前記第１制御部は、前記対象物または前記測定子の移動方向により切り替わることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記主制御部は、前記計測データに基づいて前記測定子の計測位置のずれを求め、前記駆動機構または前記角度可変機構の少なくとも一方で前記ずれを補正させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記主制御部は、所望の制御帯域または前記計測位置の少なくとも一方を参照して、前記ずれの補正に用いる前記駆動機構または前記角度可変機構を選択することを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記駆動機構は、前記対象物または前記測定子を少なくとも第１方向および該第１方向に直交する第２方向の２つの方向に移動させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記対象物または前記測定子を互いに異なる方向に移動する複数の前記駆動機構を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記第２制御部は、前記第２トリガー信号を基準として、前記計測データの取得に要する時間の許容範囲内のタイミングで前記計測データを取得することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記複数の制御部のうち前記第１制御部以外のすべての制御部が、前記第２トリガー信号を基準として前記計測データを取得することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品、または部品を製造するための金型などを対象物として、その対象物の形状を非接触で測定する装置がある。このような装置として、測定子である非接触式プローブを備え、このプローブを支持した移動体を対象物に対して相対的に移動させつつ対象物の表面までの距離を計測して、結果的に対象物の形状を測定する３次元計測装置が知られている。近年、部品の製造に際して高い加工精度が要求されるに伴い、その部品の形状を測定する装置の計測精度の向上も求められている。これに対して、特許文献１は、非接触で高精度な計測を実現するものとして、非接触式プローブとガルバノミラーとを用いた３次元形状測定装置（３次元計測装置）を開示している。ここで、非接触式プローブは、レーザー光源からのレーザー光をコリメートレンズで平行光とし、ガルバノミラーによりレーザー光の進路を変更して形状計測の対象物に照射する。この対象物の表面で反射されたレーザー光は、ガルバノミラーや結像レンズを介して戻り、ラインセンサーまたはＣＣＤなどの受光素子で受光される。ガルバノミラーは、駆動機構としてのモーターを備え、モーターの駆動によりレーザー光を走査（進路変更）する。このような計測装置は、非接触式プローブから対象物の表面までの距離を、コリメートレンズと結像レンズとの間隔、結像レンズの受光素子に対する焦点距離、およびレーザー光の受光時の受光素子の位置から三角測量の原理に基づいて算出する。最終的に、計測装置は、取得した距離に関するデータとガルバノミラーの角度とから対象物の形状を求める（測定する）ことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３３３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示す計測装置は、ガルバノミラーを１軸、および非接触プローブを３軸で駆動することで、対象物に対して計４軸方向のレーザー走査が可能である。そして、この計測装置は、４軸に関する位置データと、非接触式プローブから対象物の表面までの距離とを用いて形状を求める。ここで、高速でレーザー走査を行うためには、４軸を駆動する各駆動機構または受光素子（以下、「ユニット」という）のいずれかが高速で動作する必要があり、走査させる方向の軌跡や計測プロファイルによって任意に決まる。一方、計測装置は、高精度な計測を実現するためには、高速に動作する各ユニットからの各計測データを取得、処理するための複数の画像処理部（制御回路）を高精度に同期させつつその計測データを取得する必要がある。しかしながら、特許文献１に示す計測装置の構成では、画像処理部は、複数のユニットからの信号を高精度に同期して取得するものではない。したがって、短いタクトタイムでの計測と、高精度な計測と両立させることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、高精度で、かつ短いタクトタイムで対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、光を投受光する測定子を用いて対象物を計測する計測装置であって、対象物または測定子を移動させる駆動機構と、測定子から出射される光が進行する角度を変化させる角度可変機構と、対象物で反射された光を検出する検出器と、駆動機構に関する位置データ、角度可変機構に関する角度データ、および検出器による検出データの計測データを取得するに際し、基準となる第１トリガー信号を発生させる主制御部と、駆動機構、角度可変機構、および検出器をそれぞれ制御する複数の制御部と、を備え、複数の制御部のうち第１制御部は、第１トリガー信号を基準としたタイミングで計測データを取得し、かつ第２トリガー信号を発生させ、複数の制御部のうち第１制御部とは異なる第２制御部は、第２トリガー信号を基準として計測データを取得する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、高精度で、かつ短いタクトタイムで対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成を示す図である。
【図２】非接触式プローブの構成を示す図である。
【図３】ガルバノミラーの駆動動作を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る制御部の構成とデータの取得とを説明する図である。
【図５】各ユニットの駆動制御に係る制御部の構成を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る制御部の構成を説明する図である。
【図７】従来の制御部の構成とデータの取得とを説明する図である。
【図８】計測点と変化と取得データの補正との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る計測装置について説明する。本実施形態に係る計測装置は、部品、または部品を製造するための金型などを被計測物（対象物）とし、この被計測物の形状を非接触で３次元計測（３次元測定）する産業装置である。図１は、本実施形態に係る計測装置１００の構成を示す概略図である。なお、以下の各図において、被測定物Ｗが載置された状態での平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取り、このＸＹ平面に垂直（本実施形態では鉛直方向）にＺ軸を取っている。また、以下、計測装置１００は、一例として、非接触式プローブ１０１を被計測物Ｗに対して移動させながら３次元計測するものとする。なお、この移動は、連続動作に限らず、計測時に一旦停止するものとしてもよい。
【００１１】
計測装置１００は、まず、測定子である非接触式プローブ（以下、単に「プローブ」という）１０１を備える。なお、プローブ１０１の詳細については後述する。計測装置１００は、さらに、Ｚスピンドル１０２と、Ｘビーム１０３と、Ｚバランサーブラケット１０４と、Ｙコラム１０５と、サポーター１０６と、モーター１０７と、計測用テーブル１０８と、設置台１０９と、制御部１１０とを備える。Ｚスピンドル１０２は、プローブ１０１を保持し、計測用テーブル１０８上に載置された被計測物Ｗに対して、プローブ１０１をＺ軸方向に移動可能とする。Ｘビーム１０３は、Ｚバランサーブラケット１０４を介してＺスピンドル１０２を支持し、Ｚスピンドル１０２をＸ軸方向に移動可能する。Ｚバランサーブラケット１０４は、Ｚスピンドル１０２の自重補償を行う。Ｙコラム１０５は、Ｘビーム１０３を支持し、Ｚスピンドル１０２をＹ軸方向に移動可能する。サポーター１０６は、Ｙコラム１０５を支持する。モーター１０７は、Ｙコラム１０５を駆動するための駆動部であり、例えばリニアモーターである。なお、不図示であるが、Ｚスピンドル１０２およびＸビーム１０３についても同様の駆動部により駆動される。このように、Ｚスピンドル１０２、Ｘビーム１０３、およびＹコラム１０５は、それぞれプローブ１０１を駆動（走査）させるための駆動機構といえる。計測用テーブル１０８は、上記のとおり被計測物Ｗを保持し、この計測用テーブル１０８は、設置台１０９上に設置される。制御部１１０は、非接触式プローブ１０１、Ｚスピンドル１０２、Ｘビーム１０３、およびＹコラム１０５の各動作を制御する。なお、制御部１１０の詳細については後述する。
【００１２】
なお、上記説明した計測装置１００の構成は、一例であり、以下のような変形も可能である。まず、被計測物Ｗは、計測用テーブル１０８上に直接載置されるものに限られず、例えば、保持用の雇い、または被計測物Ｗの姿勢を変更可能とする回転テーブルやチルトテーブル上に載置される構成としてもよい。また、計測装置１００は、被計測物Ｗに対して、Ｚスピンドル１０２、Ｘビーム１０３、およびＹコラム１０５が駆動し、プローブ１０１が相対的に移動する構成に限らない。すなわち、計測装置１００は、計測用テーブル１０８に駆動機構を設けることで、プローブ１０１に対して、計測用テーブル１０８が駆動し、被測定物Ｗが相対的に移動する構成としてもよい。
【００１３】
図２は、プローブ１０１の構成を示す概略図である。この図２に例示するプローブ１０１は、光（レーザー光）を投受光することで計測を行う非接触式のプローブであり、焦点法を利用するものとする。なお、計測装置１００に採用し得るプローブ１０１は、焦点法を利用するものに限らず、三角測量法、光波干渉法またはＴｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法などを利用するものでもよい。プローブ１０１では、まず、光源２０１が光を照射し、集光レンズ２０２、ハーフミラー２０３、および共焦点ピンホール２０４のそれぞれを介して、対物レンズ２０５に入射させる。次に、光源２０１からの光は、角度可変機構である第１ガルバノミラー２０６および第２ガルバノミラー２０７により、プローブ１０１から出射されて進行する所望の方向（角度）が変更され、被計測物Ｗに点光源の像として投影される。次に、被計測物Ｗで反射した光は、点光源と光学的に同等な位置に配置されている共焦点ピンホール２０４へ戻り通過する。そして、共焦点ピンホール２０４を通過して戻った光は、ハーフミラー２０３で反射された後に集光レンズ２０８に入射し、光検出器（検出器）などで構成されたレーザー光計測機構である測長部２０９が光強度を検出する。このような構成により、まず、プローブ１０１は、被計測物Ｗまたは上記の光学系が光軸方向に移動しているときに最も光強度が大きくなる位置を検知することで、被計測物Ｗの表面位置を特定できる。また、プローブ１０１は、各ガルバノミラー２０６、２０７により光を適宜走査させることで、被計測物Ｗの所望の位置を計測することができる。さらに、プローブ１０１は、その内部の計測基準点から被計測物Ｗまでの光線方向の距離を計測することができ、各ガルバノミラー２０６、２０７の角度に基づいて光線方向の角度を計測することができる。結果として、計測装置１００は、このようなプローブ１０１を用いることにより、各計測値から被計測物Ｗの３次元データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めることができる。なお、計測装置１００は、図１に示すようなＺスピンドル１０２、Ｘビーム１０３、およびＹコラム１０５を駆動する構成を採用する場合には、これらの位置データを加味して、被計測物Ｗの３次元データを求めることになる。
【００１４】
図３は、プローブ１０１における第１ガルバノミラー２０６および第２ガルバノミラー２０７の駆動動作の一例を示す概略図である。特に、図３（ａ）は、Ｙコラム１０５の走査に合わせてプローブ１０１が被計測物Ｗを計測する際の基本動作を示す図である。ここで、例えば、Ｙコラム１０５の移動方向としての走査方向（Ｙ軸方向：第１方向）に対して直交方向（Ｘ軸方向：第２方向）に光を走査する方向を主走査方向として第１ガルバノミラー２０６を駆動する場合を想定する。この動作によれば、図３（ｂ）に示すような、被計測物Ｗの表面上を一定の傾きを持って往復するような走査軌跡が得られる。これに対して、Ｙコラム１０５の走査方向に対して直交方向に光を走査する方向を主走査方向としつつ、Ｙコラム１０５の走査方向に対して平行方向に光を走査する方向の副走査方向も組み合わせる場合を想定する。この場合、主走査方向の光の走査は、第１ガルバノミラー２０６の駆動により実施し、一方、副走査方向の光の走査は、第２ガルバノミラー２０７の駆動により実施し得る。この主走査と副走査との両方を実施する動作によれば、図３（ｃ）に示すような、被計測物Ｗの表面上を、Ｙコラム１０５の走査方向に対する直交方向に平行となる複数の走査軌跡（図中、点線で示すＹ軸方向の副走査により連続する軌跡）が得られる。なお、被計測物Ｗの走査方向をＸ軸方向とする場合には、主走査方向の光の走査を第２ガルバノミラー２０７が、副走査方向の光の走査を第１ガルバノミラー２０６がそれぞれ実施することになる。
【００１５】
次に、計測装置１００の制御部１１０の構成、およびその制御動作について説明する。まず、この制御部１１０を採用することによる計測装置１００の利点を明確にする観点から、比較のために従来の計測装置が有する制御部６００の構成、およびその制御動作について予め説明する。なお、従来の制御部６００の説明に際し、説明の簡単化のために、Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、Ｚスピンドル１０２、第１ガルバノミラー２０６、第２ガルバノミラー２０７、および測長部２０９の各ユニットについては、本実施形態のものと同一とする。
【００１６】
図７は、従来の制御部６００の構成を示すブロック図（図７（ａ））と、この場合の各ユニットによるデータ取得とを説明する図（図７（ｂ））である。まず、図７（ａ）に示すように、制御部６００は、主制御部６０１と、各ユニットを制御対象とする各制御回路６０２〜６０７とを含む。主制御部６０１は、被計測物Ｗを計測するための計測プロファイルを作成し、各制御回路６０２〜６０７を統括する。具体的には、主制御部６０１は、計測プロファイルに基づいて、各ユニットに対する駆動指令などを各制御回路６０２〜６０７とで送受信する。次に、各制御回路として、まず、Ｘビーム用制御回路６０２は、Ｘビーム１０３用のモータードライバーに駆動信号を送信し、モーターを駆動させることでＸビーム１０３の動作を制御する。また、Ｘビーム用制御回路６０２は、Ｘビーム１０３の現在位置を計測させるトリガーを不図示の位置センサーに送信し、この位置センサーから位置データを取得する。同様に、Ｙコラム用制御回路６０３は、Ｙコラム１０５用のモータードライバーに駆動信号を送信し、モーター１０７を駆動させることでＹコラム１０５の動作を制御する。また、Ｙコラム用制御回路６０３は、Ｙコラム１０５の現在位置を計測させるトリガーを不図示の位置センサーに送信し、この位置センサーから位置データを取得する。さらに、Ｚスピンドル用制御回路６０４は、Ｚスピンドル１０２用のモータードライバーに駆動信号を送信し、モーターを駆動させることでＺスピンドル１０２の動作を制御する。また、Ｚスピンドル用制御回路６０４は、Ｚスピンドル１０２の現在位置を計測させるトリガーを不図示の位置センサーに送信し、この位置センサーから位置データを取得する。第１ガルバノミラー用制御回路６０５は、第１ガルバノミラー２０６用のモータードライバーに駆動信号を送信し、モーターを駆動させることで第１ガルバノミラー２０６の動作を制御する。また、第１ガルバノミラー用制御回路６０５は、第１ガルバノミラー２０６の現在角度を計測させるトリガーを不図示の角度センサーに送信し、この角度センサーから角度データを取得する。同様に、第２ガルバノミラー用制御回路６０６は、第１ガルバノミラー２０７用のモータードライバーに駆動信号を送信し、モーターを駆動させることで第２ガルバノミラー２０７の動作を制御する。また、第２ガルバノミラー用制御回路６０６は、第２ガルバノミラー２０７の現在角度を計測させるトリガーを不図示の角度センサーに送信し、この角度センサーから角度データを取得する。なお、上記各位置センサーまたは各角度センサーとしては、例えばエンコーダを採用可能であるが、各位置データまたは各角度データを取得する機構については、特に限定するものではない。測長部用制御回路６０７は、プローブ１０１の光強度データ（検出データ：測長データ）を計測（取得）するためのトリガーを光検出器を含む測長部２０９に送信し、光強度データを取得する。また、測長部用制御回路６０７は、プローブ１０１に含まれる光源２０１の光量調整やＯＮ／ＯＦＦ制御なども制御する。
【００１７】
この計測装置では、被計測物Ｗの所望の位置を計測するために、Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、またはＺスピンドル１０２の駆動偏差による計測位置誤差を、各ガルバノミラー２０６、２０７を用いて補正する。Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、およびＺスピンドル１０２の制御帯域は、その構造上、数１０Ｈｚ程度であるのに対して、各ガルバノミラー２０６、２０７の制御帯域は、数ｋＨｚ以上である。したがって、２つのガルバノミラー２０６、２０７を用いることで、高速制御で、計測時間の短縮化が実現できる。さらに、被計測物Ｗの所望の位置を計測するためには、同時に、各位置データ、各角度データ、および光強度データを同期して計測することが望ましい。これは、各ユニットでの個別の計測を同期せずに実施すると、被計測物Ｗの所望の位置を計測しているつもりが、実際には異なる位置を計測している場合があるためである。また、このように同期させない場合、各制御回路６０２〜６０７は、Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、Ｚスピンドル１０２、および各ガルバノミラー２０６、２０７に対して、それぞれ正しい駆動指令値を送信できない。すなわち、Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、Ｚスピンドル１０２、および各ガルバノミラー２０６、２０７は、所望の位置に駆動できない。従来の計測装置は、このような複数のユニットからの信号を同期して取得するものではない。
【００１８】
一方、各ユニットでの個別のデータ計測を同期させて実施するに際しても、以下の内容を考慮する必要がある。ここで、計測装置が、被計測物Ｗの表面である縦１００ｍｍ×横１００ｍｍの平面を計測精度１μｍおよびタクトタイム５秒で計測する場合を想定する。各ユニットは、上位の主制御部６０１から送信される計測指令としてのデータ取得トリガー（トリガー信号）を受け、各データを計測（取得）してデータ取得信号を発生させる。そして、主制御部６０１は、そのデータ取得信号を受信することで、各ユニットにてデータ取得許容範囲（データ取得同期精度）内でデータが取得できたかどうかを確認する。なお、「データ取得許容範囲」とは、各ユニットにより異なり、それぞれ各計測データを有効に扱い得る（この計測データを使用すれば被計測物Ｗの形状を高精度に特定し得る）、計測データの取得に要する時間の許容範囲のことをいう。ここで、データ取得トリガーを基準とすると、要求されるデータ取得許容範囲は、数１０〜数１００ｎｓｅｃ．である。特にこの場合のデータ取得許容範囲の厳しい（許容範囲が狭い）ユニットは、図７（ｂ）に示すように、ガルバノミラー（特に計測点に対して動作が速い主走査方向用の第１ガルバノミラー２０６）である。なお、これについては計測プロファイルに依存するため、他のユニットが最もデータ取得許容範囲が厳しくなることもある。このように、各ユニットについては、所望の計測精度やタクトタイムを実現するために、予めデータ取得許容範囲が決められている。しかしながら、周辺環境の温度変化などに起因して、各制御回路６０２〜６０７を構成している電子部品から出力される信号の立ち上り特性や立ち下り特性が変動したり、またケーブルなどで発生する信号の遅延時間が変動したりする可能性がある。その結果、図７（ｂ）に示すように、データ取得許容範囲から外れたタイミングでデータを取得してしまうユニット（この例では第１ガルバノミラー２０６）が発生する。非接触式であるプローブ１０１を被計測物Ｗに対して相対的に移動させながら計測する計測装置では、データ取得許容範囲外でデータを取得すると、そのデータ自体に信頼性が無くなり使用することができず、被計測物Ｗの形状を計測することができない。
【００１９】
これに対して、例えば、データ取得タイミングの調整を再度行うことが考えられるが、その場合、装置タクトタイムに影響を及ぼす。一方、データ取得時間をモニタリングし、データ取得タイミングがずれた場合には、その都度取得データを補正することも考えられる。しかしながら、取得データを補正する場合、補正時に発生する丸め誤差やデータの切り捨てなどによる誤差が計測結果に含まれてしまうため、計測精度の悪化の要因になる。これに関連して、例えば、測長部２０９においてデータ取得許容範囲内にて光強度データを計測（取得）できなかったと想定する。そして、特に複雑な形状の被計測物Ｗを計測する場合には、計測点が変わると被計測物Ｗの形状も変わるため、取得データの補正を行うにしても非常に困難である。図８を用いて具体的に説明すると、まず、第１計測点Ｐ１でのタイミングで、Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、およびＺスピンドル１０２の各位置データ、ならびに各ガルバノミラー２０６、２０７の各角度データが取得される。これに対して、測長部２０９の光強度データは、第１計測点Ｐ１からずれた第２計測点Ｐ２でのタイミングで取得される。すなわち、測長部２０９のデータ取得時間をモニタリングし、データ取得タイミングを第１計測点Ｐ１に合わせるように補正したとしても、各計測点Ｐ１、Ｐ２における表面形状が異なるため、容易に補正することが難しいことがわかる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る計測装置１００は、制御部１１０が各ユニットでの個別のデータ計測を以下のように同期させて実施させることで、被計測物Ｗの形状を高精度に計測する。図４は、本実施形態に係る制御部１１０の構成を示すブロック図（図４（ａ））と、この場合の各ユニットによるデータ取得とを説明する図（図４（ｂ））である。本実施形態において、制御部１１０は、主制御部３００と、各ユニットを制御対象とする各制御回路３０１〜３０６とを含む。ここで、主制御部３００および各制御回路３０１〜３０６は、それぞれ従来の主制御部６０１および各制御回路６０２〜６０７に、基本的な制御動作の点で対応している。まず、本実施形態では、各ユニットの中でデータ取得許容範囲の最も厳しいユニットが、上記図７（ｂ）で例示した場合と同様に、主走査方向に駆動する第１ガルバノミラー２０６であると想定する。制御部１１０では、図４（ａ）に示すように、最上位の主制御部３００は、データ取得トリガーを各制御回路３０１〜３０６に個別に送信するのではなく、第１ガルバノミラー用制御回路３０４のみに第１データ取得トリガー（第１トリガー信号）を送信する。そして、第１ガルバノミラー用制御回路３０４は、他の各制御回路に第２データ取得トリガー（第２トリガー信号）を送信する。この場合、他の各制御回路とは、Ｘビーム用制御回路３０１、Ｙコラム用制御回路３０２、Ｚスピンドル用制御回路３０３、第２ガルバノミラー用制御回路３０５、測長部用制御回路３０６ということになる。なお、第２データ取得トリガーを送信する制御回路を第１制御部とし、一方、この第２データ取得トリガーを受信する制御回路を第２制御部と定義することもできる。また、本実施形態では、上記の各制御回路のすべてが、第１制御部または第２制御部のいずれかに振り分けられる構成としている。これに対して、第１制御部以外の第２制御部には、例えば、第１ガルバノミラー用制御回路３０４以外のすべての制御回路を含むものとせずに、それらの制御回路から選択された任意の制御回路のみを含むものとしてもよい。
【００２１】
この場合、図４（ｂ）に示すように、まず、第１ガルバノミラー用制御回路３０４は、主制御部３００からの第１データ取得トリガーに基づいて、上記従来の第１ガルバノミラー用制御回路６０５について説明したように、角度データを取得する。さらに、第１ガルバノミラー用制御回路３０４は、取得した角度データのデータ取得信号に基づいて、所定のタイミングで第２データ取得トリガーを発生させる。そして、他の各制御回路３０１、３０２、３０３、３０５、３０６は、第２データ取得トリガーを基準として、従来の各制御回路６０２、６０３、６０４、６０６、６０７について説明したように、計測データ（位置データ、角度データ、光強度データ）を取得する。
【００２２】
なお、図４に例示した制御部１１０では、主制御部３００の下位で、かつ他の各制御回路の上位となる位置付けで第２データ取得トリガーを発生させる制御回路は、データ取得許容範囲が最も厳しいユニットに対応する第１ガルバノミラー用制御回路３０４である。これに対して、計測プロファイルの内容によっては、第１ガルバノミラー２０６以外のユニットの方が、データ取得許容範囲が厳しくなる場合も考えられる。この場合には、第２データ取得トリガーを発生させる制御回路として、第１ガルバノミラー用制御回路３０４に換えて、データ取得許容範囲が最も厳しいユニットに対応した制御回路を採用してもよい。さらに、第２データ取得トリガーを発生させる制御回路は、データ取得許容範囲が最も厳しいユニットに対応した制御回路とする以外にも、以下のように選択することも可能である。例えば、実際の各計測を行う前に、実験的に温度や湿度などの周辺環境変化に対する各ユニットのデータ取得トリガーに対するデータ取得信号のばらつきを確認し、記憶しておく。そして、ばらつき量がデータ許容取得範囲を超えて特に変動するユニットを特定し、このユニットに対応する制御回路を、第２データ取得トリガーを発生させる制御回路として選択してもよい。
【００２３】
制御部１１０は、駆動系の各ユニット（Ｘビーム１０３、Ｙコラム１０５、Ｚスピンドル１０２、第１ガルバノミラー２０６、第２ガルバノミラー２０７）の各制御回路から取得した各種データに基づいて、各ユニットの目標位置や駆動指令値を導出する。次に、制御部１１０による駆動系の各ユニットの駆動制御（各制御回路に対する制御指示）について説明する。以下、一例として、制御部１１０が、Ｙコラム１０５の駆動偏差（ずれ）を第１ガルバノミラー２０６を用いて補正する場合（またはその逆の場合）における駆動制御について説明する。図５は、この場合の駆動制御を説明するための制御部１１０の構成の一部を示すブロック図であり、この駆動制御に関係する構成要素のみを例示している。なお、実際の形状測定時には、制御部１１０は、Ｘビーム１０３、Ｚスピンドル１０２、および第２ガルバノミラー２０７の各ユニットについても適宜駆動制御を実行することになる。ここで、Ｙコラム１０５の駆動偏差を第１ガルバノミラー２０６を用いて補正する場合を例示するのは、以下の理由による。上記従来の制御部６００の説明でも触れたが、Ｙコラム１０５の制御帯域が数１０Ｈｚ程度なのに対して、第１ガルバノミラー２０６の制御帯域は、数ｋＨｚ以上である。したがって、Ｙコラム１０５の駆動偏差分を、このＹコラム１０５よりも制御帯域の高い第１ガルバノミラー２０６を用いて補正することは、計測装置１００全体として高速制御できるため、タクトタイムを向上させる点で有利になり得るからである。
【００２４】
まず、制御部１１０の通常時の駆動制御は、以下のとおりである。第１ガルバノミラー２０６の角度制御に関し、第１ガルバノミラー用制御回路３０４内の第１角度制御部５００は、主制御部３００からの目標角度と、第１ガルバノミラー２０６用の角度検出部（角度センサー）５０１で検出された角度との差分を受信する。すなわち、第１ガルバノミラー用制御回路３０４は、操作値を角度検出部５０１から第１ガルバノミラー２０６用の駆動機構（モーター）５０２に送るフィードバック制御を実行している。一方、Ｙコラム１０５の位置制御に関しても同様に、Ｙコラム用制御回路３０２内の第１位置制御部５０３は、主制御部３００からの目標位置と、Ｙコラム１０５用の位置検出部（位置センサー）５０４で検出された位置データとの差分を受信する。すなわち、Ｙコラム用制御回路３０２は、操作値を位置検出部５０４からＹコラム１０５の駆動機構（モーター１０７）に送るフィードバック制御を実行している。
【００２５】
次に、Ｙコラム１０５の駆動偏差を第１ガルバノミラー２０６を用いて補正する場合には、主制御部３００は、第１ガルバノミラー用制御回路３０４内のスイッチＳＷ１をオンとし、Ｙコラム用制御回路３０２内のスイッチＳＷ２をオフとする。これにより、第１ガルバノミラー２０６のフィードバック制御に、Ｙコラム１０５の目標位置をフィードフォワードする制御が追加される。具体的には、Ｙコラム１０５の目標位置は、第１ガルバノミラー２０６用の第１データ変換部５０５でデータ変換され、第２角度制御部５０６を介して、第１角度制御部５００からの操作値に加味される。また、Ｙコラム１０５の位置検出部５０４で検出された位置データは、第１ガルバノミラー２０６用の第２データ変換部５０７でデータ変換され、角度検出部５０１で検出した角度データとの差分が取られる。そして、ここで得られた差分を目標角度に加味することで、制御部１１０は、Ｙコラム１０５の位置を考慮した第１ガルバノミラー２０６の駆動指令値を第１角度制御部５００に送信できる。
【００２６】
これとは反対に、第１ガルバノミラー２０６の駆動偏差をＹコラム１０５を用いて補正する場合には、Ｙコラム１０５の制御帯域が数１０Ｈｚ程度で十分であることを前提として、主制御部３００は、スイッチＳＷ１をオフとし、スイッチＳＷ２をオンとする。これにより、Ｙコラム１０５のフィードバック制御に、第１ガルバノミラー２０６の目標角度をフィードフォワードする制御が追加される。具体的には、第１ガルバノミラー２０６の目標角度は、Ｙコラム１０５用の第１データ変換部５０８でデータ変換され、第２位置制御部５０９を介して、第１位置制御部５０３からの操作値に加味される。また、第１ガルバノミラー２０６の角度検出部５０１で検出された角度データは、Ｙコラム１０５用の第２データ変換部５１０でデータ変換され、位置検出部５０４で検出した位置データとの差分が取られる。そして、ここで得られた差分を目標位置に加味することで、制御部１１０は、第１ガルバノミラー２０６の角度を考慮したＹコラム１０５の駆動指令値を第１位置制御部５０３に送信できる。
【００２７】
なお、Ｙコラム１０５の駆動範囲は、第１ガルバノミラー２０６の駆動範囲よりも大きい。そこで、被計測物Ｗの所望の位置を計測する際には、所望位置と現在位置との差が第１ガルバノミラー２０６の駆動範囲内となる場合に、スイッチＳＷ１をオンとし、スイッチＳＷ２をオフとして、第１ガルバノミラー２０６を用いて補正することが望ましい。これに対して、被計測物Ｗの所望の計測位置と現在位置との差が第１ガルバノミラー２０６の駆動範囲外となる場合は、スイッチＳＷ１をオフとし、スイッチＳＷ２をオンとして、Ｙコラム１０５を用いて補正することが望ましい。
【００２８】
このように、計測装置１００は、各ユニットの中で特にデータ取得許容範囲の厳しい第１ガルバノミラー２０６を、第１の計測基準である第１データ取得トリガーとは別に、第２の計測基準である第２データ取得トリガーを発生させる制御回路をする。これにより、第１ガルバノミラー２０６のデータ取得タイミングにばらつきが生じても、他のユニットは、第２データ取得トリガーを基準としたデータ取得タイミングで計測データを取得するので、同期にずれが生じない。したがって、計測装置１００は、従来のように第１ガルバノミラー２０６に生じたデータ取得タイミングのばらつきに合わせて他のユニットのデータ取得タイミングを調整する必要がない。すなわち、計測装置１００は、データ取得タイミング調整分の時間を削減できるため、被計測物Ｗの計測に要するタクトタイムを短くすることができる。さらに計測装置１００は、データ取得タイミングがデータ取得許容範囲に入らないことによる計測データの補正も要しないため、高精度な計測が実現できる。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、高精度で、かつ短いタクトタイムで対象物を計測するのに有利な計測装置を提供することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る計測装置について説明する。第１実施形態に係る計測装置１００では、Ｙコラム１０５によるＹ軸方向の走査に合わせて、プローブ１０１が被計測物Ｗを計測するものと想定し、第１ガルバノミラー２０６を主走査方向用、第２ガルバノミラー２０７を副走査方向用とする場合を例示した。これに対して、本実施形態に係る計測装置の特徴は、被計測物Ｗの計測時の走査方向をＹコラム１０５によるＹ軸方向に限らず、Ｘビーム１０３によるＸ軸方向にも切り替え可能とする点にある。被計測物Ｗの計測時の走査方向がＸ軸方向となるということは、第１実施形態で例示した走査方向とは９０度変わるため、第１ガルバノミラー２０６が副走査方向用となり、第２ガルバノミラー２０７が主走査方向用になる。ここで、主走査と副走査とでは、駆動範囲や駆動速度が大きく異なり、副走査を担当する側のガルバノミラーは、主走査を担当する側のガルバノミラーに比べて、データ取得許容範囲が１０３倍程度緩い。したがって、この場合、第１実施形態でいうところのデータ取得許容範囲の最も厳しいユニットは、第２ガルバノミラー２０７となる。
【００３１】
図６は、図４（ａ）に示す第１実施形態に係る制御部１１０の構成に対して特定の制御回路の配置（配線）を変更した、本実施形態に係る制御部４００の構成を示すブロック図である。制御部４００では、図６に示すように、最上位の主制御部４０１は、第１データ取得トリガーを、第１ガルバノミラー用制御回路４０２または第２ガルバノミラー用制御回路４０３に送信可能とする。第１ガルバノミラー用制御回路４０２は、他の各制御回路（Ｘビーム用制御回路４０４、Ｙコラム用制御回路４０５、Ｚスピンドル用制御回路４０６、測長部用制御回路４０７、第２ガルバノミラー用制御回路４０８）に、第２データ取得トリガーを送信し得る。一方、第２ガルバノミラー用制御回路４０３も、他の各制御回路（Ｘビーム用制御回路４０４、Ｙコラム用制御回路４０５、Ｚスピンドル用制御回路４０６、測長部用制御回路４０７、第１ガルバノミラー用制御回路４０２）に、第２データ取得トリガーを送信し得る。
【００３２】
このような構成において、まず、計測装置１００が被計測物Ｗの計測時の走査方向をＹ軸方向とする場合、制御部４００は、第１ガルバノミラー２０６を主走査方向の、第２ガルバノミラー２０７を副走査方向のそれぞれの駆動用に設定する。そして、制御部４００は、各ユニットの中でデータ取得許容範囲の最も厳しいユニットが第１ガルバノミラー２０６であるとして、主制御部４０１が送信する第１データ取得トリガーの送信先に、第１ガルバノミラー用制御回路４０２を選択する。一方、計測装置１００が被計測物Ｗの計測時の走査方向をＸ軸方向とする場合、制御部４００は、第２ガルバノミラー２０７を主走査方向の、第１ガルバノミラー２０６を副走査方向のそれぞれの駆動用に設定する。そして、制御部４００は、各ユニットの中でデータ取得許容範囲の最も厳しいユニットが第２ガルバノミラー２０７であるとして、主制御部４０１が送信する第１データ取得トリガーの送信先に、第２ガルバノミラー用制御回路４０３を選択する。このように、本実施形態に係る計測装置１００は、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、被計測物Ｗの走査方向に従って第２データ取得トリガーを発生させる制御回路を切り替えることで、各ユニットのデータ取得許容範囲の要求値を満たしやすくし得る。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  計測装置
１０１  非接触式プローブ
１０２  Ｚスピンドル
１０３  Ｘビーム
１０５  Ｙコラム
２０６  第１ガルバノミラー
２０７  第２ガルバノミラー
２０９  測長部
３００  主制御部
３０１  Ｘビーム用制御回路
３０２  Ｙコラム用制御回路
３０３  Ｚスピンドル用制御回路
３０４  第１ガルバノミラー用制御回路
３０５  第２ガルバノミラー用制御回路
３０６  測長部用制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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