(57)【要約】【課題】計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とが直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる計測システムを提供する。【解決手段】駆動装置は、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力する。計測装置は、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力する。計測システムは、１または複数の第１の情報に基づいて、第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を含む。【選択図】図８
2018152005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測システムであって、
計測対象を計測する計測装置と、
前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを備え、
前記計測装置および前記駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有しており、
前記駆動装置は、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力し、
前記計測装置は、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力し、
前記計測システムは、１または複数の前記第１の情報に基づいて、前記第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を備える、計測システム。
【請求項２】
前記第１の情報は、前記計測対象の加速度を示す情報および速度を示す情報をさらに含み、
前記情報生成手段は、算出対象の時刻より前の時刻における、前記計測対象の加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出する、請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記情報生成手段は、算出対象の時刻の近傍にある時刻に対応付けられる複数の前記第１の情報に含まれる位置を示す情報を補間して、当該算出対象の時刻における位置を算出する、請求項１に記載の計測システム。
【請求項４】
前記計測装置および前記駆動装置は、タイミング同期されたネットワークを介して接続されている、請求項１に記載の計測システム。
【請求項５】
前記ネットワーク上のデータ通信およびタイマの同期を管理する通信マスタをさらに備え、
前記情報生成手段は、前記通信マスタに設けられる、請求項４に記載の計測システム。
【請求項６】
前記計測装置は、前記計測対象に対して計測光を照射するとともに、前記計測対象からの反射光を受光して前記計測対象の特性値を計測するように構成されており、
前記第２の情報は、前記計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項７】
前記駆動装置が前記第１の情報を出力するタイミングと、前記計測装置が前記第２の情報を出力するタイミングとは、互いに異なっている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項８】
制御装置であって、
計測対象を計測する計測装置と、前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とをネットワーク接続するネットワークコントローラと、
前記計測装置のタイマおよび前記駆動装置のタイマとの間で同期されたタイマとを備え、
前記駆動装置は、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力し、
前記計測装置は、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力し、さらに
１または複数の前記第１の情報に基づいて、前記第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を備える、制御装置。
【請求項９】
計測対象を計測する計測装置と、前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを備える計測システムにおける計測方法であって、前記計測装置および前記駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有しており、前記計測方法は、
前記駆動装置が、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力するステップと、
前記計測装置が、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力するステップと、
１または複数の前記第１の情報に基づいて、前記第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するステップと、
共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成するステップとを備える、計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを含む計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＣＴ（Information and Communication Technology）の進歩によって、生産現場においても、制御装置と各種の計測装置とをネットワークなどを介して統合したシステムが提案されている。
【０００３】
このようなシステムに用いられるネットワークにおいては、制御装置および計測装置を含む各デバイスが互いに同期されたタイマを有しており、このような互いに同期されたタイマにより管理されるタイミングに基づいて、定周期でのデータ通信を保証する。例えば、特開２００９−１５７９１３号公報（特許文献１）は、ｎｓオーダーの計時機能をもつ計時手段を備えたユニット間であっても、制御に影響を与えることなく比較的短時間で時間同期を行うことができる構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５７９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特開２００９−１５７９１３号公報（特許文献１）は、ネットワークに接続されるデバイス間でタイマの同期を維持する技術を開示するものの、それぞれのデバイスにて取得されたデータを集約するなどのシステム全体としての処理については、何ら示唆されていない。
【０００６】
本発明は、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とが直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる計測システムを提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある局面に従う計測システムは、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを含む。計測装置および駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有している。駆動装置は、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力する。計測装置は、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力する。計測システムは、１または複数の第１の情報に基づいて、第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を含む。
【０００８】
好ましくは、第１の情報は、計測対象の加速度を示す情報および速度を示す情報をさらに含み、情報生成手段は、算出対象の時刻より前の時刻における、計測対象の加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出する。
【０００９】
好ましくは、情報生成手段は、算出対象の時刻の近傍にある時刻に対応付けられる複数の第１の情報に含まれる位置を示す情報を補間して、当該算出対象の時刻における位置を算出する。
【００１０】
好ましくは、計測装置および駆動装置は、タイミング同期されたネットワークを介して接続されている。
【００１１】
好ましくは、計測システムは、ネットワーク上のデータ通信およびタイマの同期を管理する通信マスタをさらに含む。情報生成手段は、通信マスタに設けられる。
【００１２】
好ましくは、計測装置は、計測対象に対して計測光を照射するとともに、計測対象からの反射光を受光して計測対象の特性値を計測するように構成されている。第２の情報は、計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む。
【００１３】
好ましくは、駆動装置が第１の情報を出力するタイミングと、計測装置が第２の情報を出力するタイミングとは、互いに異なっている。
【００１４】
本発明の別の局面に従う計測装置は、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とをネットワーク接続するネットワークコントローラと、計測装置のタイマおよび駆動装置のタイマとの間で同期されたタイマとを含む。駆動装置は、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力する。計測装置は、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力する。制御装置は、１または複数の第１の情報に基づいて、第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を含む。
【００１５】
本発明のさらに別の局面に従えば、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを備える計測システムにおける計測方法が提供される。計測装置および駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有している。計測方法は、駆動装置が、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第１の情報として出力するステップと、計測装置が、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第２の情報として出力するステップと、１または複数の第１の情報に基づいて、第２の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するステップと、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る計測システムは、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とが直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係る計測システムの全体構成例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係る計測システムを構成する制御装置のハードウェア構成例を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る計測システムを構成するドライブユニットのハードウェア構成例を示す模式図である。
【図４】本実施の形態に係る計測システムを構成する計測装置のハードウェア構成例を示す模式図である。
【図５】本実施の形態に係る計測システムにおけるドライブユニットおよび計測装置の動作タイミングを説明するための図である。
【図６】本実施の形態に係る計測システムにおける形状情報の生成処理を説明するための図である。
【図７】本実施の形態に係る計測システムにおける形状情報の生成処理を説明するための図である。
【図８】本実施の形態に係る計測システムにおいて実行される処理手順を示すシーケンス図である。
【図９】本実施の形態に係る計測システムを構成するドライブユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態に係る計測システムを構成する計測装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本実施の形態に係る計測システムにおける情報の遣り取りおよび処理を説明するための図である。
【図１２】加速度および速度に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。
【図１３】近傍の動作情報に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。
【図１４】本実施の形態に係る計測システムを構成する計測装置における露光時間の動的決定処理を説明するための図である。
【図１５】本実施の形態に係る計測システムを構成する計測装置において露光時間が動的に決定される場合の影響を説明するための図である。
【図１６】本実施の形態に係る計測システムにおける形状情報の生成手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の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。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
＜Ａ．計測システムの全体構成例＞
まず、本実施の形態に係る計測システム１の全体構成例について説明する。図１は、本実施の形態に係る計測システム１の全体構成例を示す模式図である。
【００２０】
図１を参照して、本実施の形態に係る計測システム１は、一例として、検査装置２に配置された計測対象（以下、「ワークＷ」とも称す。）上の複数の計測点に対する距離を光学的に計測することで、ワークＷの表面形状を示す形状情報を出力する。
【００２１】
本明細書において、「形状情報」は、計測対象（ワークＷ）の形状を示す情報であり、計測対象に設定される任意の位置と当該位置についての計測点との対応関係を包含する概念である。
【００２２】
より具体的には、計測システム１は、主たる構成要素として、制御装置１００と、制御装置１００とフィールドネットワーク２０を介して接続されるドライブユニット２００および計測装置３００とを含む。計測装置３００が計測対象であるワークＷを計測する。
【００２３】
フィールドネットワーク２０は、典型的には、データの到着時間が保証される、定周期通信を行うネットワークが採用される。このような定周期通信を行うネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）などを採用できる。
【００２４】
一例として、制御装置１００は、フィールドネットワーク２０における通信マスタとして機能する。通信マスタは、フィールドネットワーク２０に接続されているデバイス間においてタイマの同期を管理するとともに、データの送受信などのタイミングを規定する通信スケジュールを管理する。すなわち、通信マスタである制御装置１００は、フィールドネットワーク２０上のデータ通信およびタイマの同期を管理する。
【００２５】
ドライブユニット２００および計測装置３００は、通信マスタからの指示に従って、フィールドネットワーク２０上でデータを送受信する通信スレーブとして機能する。
【００２６】
より具体的には、制御装置１００は、タイマ１０２を有し、ドライブユニット２００は、タイマ２０２を有し、計測装置３００は、タイマ３０２を有している。制御装置１００のタイマ１０２がレファレンスクロックなどの同期信号を発生することで、他のタイマ２０２，３０２がタイマ１０２に同期する。したがって、フィールドネットワーク２０に接続されるデバイス間では、データの送受信タイミングを共通の時刻で管理することができる。
【００２７】
このように、ドライブユニット２００および計測装置３００は、同期されたタイマをそれぞれ有している。ドライブユニット２００および計測装置３００は、タイミング同期されたネットワークであるフィールドネットワーク２０を介して接続されることで、それぞれのタイマ間を同期させることができる。
【００２８】
本明細書において、「時刻」は、時間の流れのある一点を特定する情報を意味し、時分秒などで規定される通常の意味の時刻に加えて、例えば、フィールドネットワーク内で共通に利用されるタイマ値またはカウンタ値を含み得る。「時刻」は、基本的には、各デバイスが有しているタイマによって管理される。また、「時刻情報」は、「時刻」そのものに加えて、「時刻」を特定するための情報（例えば、「時刻」を何らかの方法でエンコーディングした結果や、ある基準時刻からの経過時間など）を含む。
【００２９】
一般的に、マスタ−スレーブ型の定周期ネットワークにおいては、いずれか１つ以上のデバイスがタイマ同士の同期を管理する通信マスタとして機能すればよい。この通信マスタは、必ずしも制御装置１００である必要はなく、例えば、ドライブユニット２００および計測装置３００のいずれかが通信マスタとして機能してもよい。
【００３０】
制御装置１００は、任意のコンピュータであり、典型的には、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）として具現化されてもよい。制御装置１００は、フィールドネットワーク２０を介して接続されたドライブユニット２００に対して、動作指令を与えるとともに、ドライブユニット２００からの情報（動作情報および時刻情報を含む）を受信する。また、制御装置１００は、計測装置３００に対して、計測指令を与えるとともに、計測装置３００からの情報（計測情報および時刻情報を含む）を受信する。制御装置１００は、ドライブユニット２００および計測装置３００からのそれぞれのフィードバック応答を統合して、ワークＷについての形状情報を生成する。このワークＷについての形状情報を生成する処理の詳細については、後述する。
【００３１】
なお、制御装置１００は、生成したワークＷの形状情報に基づいて何らかの制御演算を実行してもよいし、生成したワークＷの形状情報を製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）などの上位装置へ送信するようにしてもよい。
【００３２】
ドライブユニット２００は、計測装置３００と計測対象であるワークＷとの間の相対位置関係を変化させる駆動装置に相当する。より具体的には、ドライブユニット２００は、ワークＷが置載された検査装置２を作動させるモータ１０を駆動する。例えば、ドライブユニット２００は、サーボドライバやインバータユニットなどを含む。ドライブユニット２００は、制御装置１００からの動作指令に従って、モータ１０を駆動するための交流電力またはパルス電力を与えるとともに、モータ１０の動作状態（例えば、回転位置（位相角）、回転速度、回転加速度、トルクなど）を取得して、指定された情報を動作情報として制御装置１００へ送信する。なお、モータ１０にエンコーダ（図３に示すエンコーダ１２を参照）が装着されている場合には、そのエンコーダからの出力信号がドライブユニット２００へ入力される。
【００３３】
モータ１０は、回転駆動することで、検査装置２を構成するステージ６の位置を変化させる。例えば、ステージ６は、基部４の上に移動可能に配置されるとともに、ステージ６はボールネジ１４と係合されている、モータ１０は、減速機を介してボールネジ１４と機械的に結合されており、モータ１０の回転運動がボールネジ１４へ与えられる。ボールネジ１４の回転によって、ボールネジ１４とステージ６との相対位置関係は、ボールネジ１４の延伸方向に変化することになる。
【００３４】
すなわち、制御装置１００からドライブユニット２００に対して動作指令を与えることで、検査装置２のステージ６の位置が変化することになり、ステージ６上に配置されているワークＷもその位置を変化させる。
【００３５】
計測装置３００は、ワークＷについての変位を計測する計測ユニットに相当する。本実施の形態においては、ワークＷについての変位として、計測装置３００と電気的または光学的に接続されるセンサヘッド３１０からワークＷの表面上の計測点までの距離を想定する。例えば、計測装置３００は、ワークＷの表面上の計測点までの距離を光学的に計測する光学式変位センサが用いられてもよい。具体的には、計測装置３００は、センサヘッド３１０からワークＷに対して計測光を照射し、その光がワークＷで反射して生じる光を受光することで、ワークＷの表面上の計測点までの距離を計測する。一例として、三角測距方式の光学変位センサや同軸共焦点方式の光学変位センサが用いられてもよい。
【００３６】
計測装置３００は、ワークＷに対して計測光を照射するとともに、ワークＷからの反射光を受光してワークＷの特性値を計測する。より具体的には、計測装置３００は、制御装置１００からの計測指令に従って、計測タイミング（例えば、ワークＷに照射する計測光の強度やタイミング）を調整しつつ、受光された反射光から算出される計測結果を含む計測情報を制御装置１００へ送信する。
【００３７】
なお、ワークＷに対して照射される計測光の強度およびタイミングは、光を発生する光源の点灯時間および点灯タイミングを制御し、あるいは、ワークＷからの反射光を受光する撮像素子の露光時間および露光タイミングを制御することで調整されてもよい。
【００３８】
本実施の形態に係る計測システム１においては、ドライブユニット２００から制御装置１００へ送信される動作情報には、当該動作情報に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、対応付けられる動作情報が取得されたタイミングなどを示す。このように、ドライブユニット２００は、ワークＷの位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、動作情報（第１の情報）として出力する。
【００３９】
本明細書において、「計測対象（ワークＷ）の位置を示す情報」は、ワークＷ自体の位置を示す情報に加えて、ワークＷと機械的に接続された検査装置２またはモータ１０などの位置を示す情報を含む。すなわち、「計測対象（ワークＷ）の位置を示す情報」は、ワークＷの位置を直接的または間接的に特定することができる任意の情報を包含する。また、これらの情報の次元数はいずれであってもよい。さらに、「計測対象（ワークＷ）の速度を示す情報」および「計測対象（ワークＷ）の加速度を示す情報」についても同様である。
【００４０】
同様に、計測装置３００から制御装置１００へ送信される計測情報には、当該計測情報に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、例えば、対応付けられる計測情報が取得されたタイミング、あるいは、対応付けられる計測情報を取得するための計測光が照射されたタイミングなどを示す。このように、計測装置３００は、ワークＷを計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、計測情報（第２の情報）として出力する。
【００４１】
制御装置１００は、動作情報および計測情報のそれぞれに対応付けられた時刻情報を用いて、動作情報および計測情報の間の時間的な関係を調整した上で、ワークＷの形状情報を生成する。より具体的には、制御装置１００は、１または複数の動作情報（第１の情報）に基づいて、計測情報（第２の情報）に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、ワークＷの形状を示す情報（形状情報）を生成する。
【００４２】
＜Ｂ．計測システムを構成する各装置のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る計測システム１を構成する各装置のハードウェア構成例について説明する。
【００４３】
（ｂ１：制御装置）
図２は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例を示す模式図である。図２を参照して、制御装置１００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ１０２に加えて、プロセッサ１０４と、メインメモリ１０６と、フラッシュメモリ１０８と、チップセット１１４と、ネットワークコントローラ１１６と、メモリカードインターフェイス１１８と、内部バスコントローラ１２２と、フィールドネットワークコントローラ１２４とを含む。
【００４４】
プロセッサ１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などで構成され、フラッシュメモリ１０８に格納された各種プログラムを読み出して、メインメモリ１０６に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。
【００４５】
フラッシュメモリ１０８には、制御装置１００として基本的な機能を提供するためのシステムプログラム１１０に加えて、制御装置１００において実行されるユーザプログラム１１２が格納される。
【００４６】
システムプログラム１１０は、制御装置１００においてユーザプログラム１１２を実行するために必要な処理を実行するための命令群である。
【００４７】
ユーザプログラム１１２は、制御対象などに応じて任意に作成される命令群であり、例えば、シーケンスプログラム１１２Ａと、モーションプログラム１１２Ｂと、形状情報生成プログラム１１２Ｃとを含む。
【００４８】
チップセット１１４は、プロセッサ１０４と各デバイスを制御することで、制御装置１００全体としての処理を実現する。
【００４９】
ネットワークコントローラ１１６は、上位ネットワークを介して上位装置などとの間でデータを遣り取りする。
【００５０】
メモリカードインターフェイス１１８は、不揮発性記憶媒体の一例であるメモリカード１２０を着脱可能に構成されており、メモリカード１２０に対してデータを書込み、メモリカード１２０から各種データを読出すことが可能になっている。
【００５１】
内部バスコントローラ１２２は、制御装置１００に装着されるＩ／Ｏユニット１２６との間で内部バス１２８を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
【００５２】
フィールドネットワークコントローラ１２４は、ドライブユニット２００および計測装置３００を含む他の装置との間をネットワーク接続し、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。フィールドネットワークコントローラ１２４は、フィールドネットワーク２０における通信マスタとしての機能として、同期管理機能１２５を含む。
【００５３】
同期管理機能１２５は、フィールドネットワーク２０に接続されている各デバイスからの時刻（典型的には、各デバイスが有するタイマが出力するカウンタ値）とタイマ１０２からの時刻とに基づいて、デバイス間の時刻ずれを算出し、その時刻ずれを補正した後の同期信号を各デバイスへ出力する。このように、同期管理機能１２５は、タイマ１０２をドライブユニット２００のタイマおよび計測装置３００のタイマとの間で同期させる。
【００５４】
図２には、プロセッサ１０４がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、制御装置１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用コンピュータをベースとした産業用コントローラ）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。
【００５５】
（ｂ２：ドライブユニット２００）
図３は、本実施の形態に係る計測システム１を構成するドライブユニット２００のハードウェア構成例を示す模式図である。図３を参照して、ドライブユニット２００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ２０２を含むフィールドネットワークコントローラ２０４と、ドライブコントローラ２０６と、主回路２０８と、パルスカウンタ２１０とを含む。
【００５６】
フィールドネットワークコントローラ２０４は、制御装置１００および計測装置３００を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
【００５７】
ドライブコントローラ２０６は、制御装置１００からの動作指令に従って、所定の演算ロジックに従って指令値を生成する。より具体的には、ドライブコントローラ２０６は、位置制御ループ、速度制御ループ、トルク制御ループなどの必要な制御ループを組み合わせた制御演算ロジックを有している。ドライブコントローラ２０６は、パルスカウンタ２１０にてカウントされたカウント値などから、対象のモータ１０の動作状態を算出して、制御装置１００へ出力する。
【００５８】
ドライブコントローラ２０６は、プロセッサにプログラムを実行させることで必要な処理および機能を実現するソフトウェア実装に加えて、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードワイヤード回路を用いて必要な処理および機能を実現するハードウェア実装により実現してもよい。
【００５９】
主回路２０８は、例えば、コンバータ回路およびインバータ回路を含んで構成され、ドライブコントローラ２０６からの指令に従って、所定の電流波形または電圧波形を生成して、接続されているモータ１０へ与える。
【００６０】
パルスカウンタ２１０は、モータ１０に装着されているエンコーダ１２からのパルス信号をカウントして、そのカウント値をドライブコントローラ２０６へ出力する。
【００６１】
なお、主回路２０８およびパルスカウンタ２１０などは、駆動対象のモータ１０の電気的特性または機械的特性に応じて適宜変更されてもよい。
【００６２】
（ｂ３：計測装置３００）
図４は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００のハードウェア構成例を示す模式図である。図４を参照して、計測装置３００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ３０２を含むフィールドネットワークコントローラ３０４と、撮像コントローラ３０６と、データ処理部３０８とを含む。
【００６３】
フィールドネットワークコントローラ３０４は、制御装置１００およびドライブユニット２００を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
【００６４】
撮像コントローラ３０６は、制御装置１００からの動作指令に従って、センサヘッド３１０に対して照射指令を与える。データ処理部３０８は、センサヘッド３１０からの受光信号に基づいて、ワークＷの表面上の計測点までの距離を算出する。
【００６５】
計測装置３００に接続されるセンサヘッド３１０は、発光源３１２と、受光素子３１４と、レンズ３１６とを含む。
【００６６】
発光源３１２は、撮像コントローラ３０６からの指令に従って駆動されて、所定の光を発生する光源であり、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザなどで構成される。
【００６７】
受光素子３１４は、対象のワークＷからの反射光を受光して、その受光信号をデータ処理部３０８へ出力する素子であり、例えば、１次元配置の受光素子（ラインセンサ）や２次元配置の受光素子（ＣＣＤ（Charge Coupled Device）など）により構成される。
【００６８】
レンズ３１６は、センサヘッド３１０から照射される計測光、および、ワークＷから反射される光の焦点位置などを調整する光学系である。
【００６９】
なお、センサヘッド３１０の光学的構成および電気的構成は、計測原理に応じて適宜設計されるため、図４に示すような構成に限定されるものではない。
【００７０】
＜Ｃ．形状情報生成処理＞
次に、本実施の形態に係る計測システム１において実行される形状情報生成処理について説明する。
【００７１】
図５は、本実施の形態に係る計測システム１におけるドライブユニット２００および計測装置３００の動作タイミングを説明するための図である。図５を参照して、ドライブユニット２００および計測装置３００は、それぞれの特性に応じた周期で処理を実行する。そのため、ドライブユニット２００が動作指令に応じてモータ１０に対する動作を制御するタイミングおよび周期は、計測装置３００がワークＷに対する距離を計測するタイミングおよび周期とは一致しない。
【００７２】
図５に示す例では、ドライブユニット２００は、動作時刻ＴＳ１，ＴＳ２，…（時間間隔ΔＴＳ）で制御を行うとともに、動作情報を出力する。これに対して、計測装置３００は、計測時刻ＴＺ１，ＴＺ２，…（時間間隔ΔＴＺ）でワークＷに対する計測処理（距離計測）を行う。なお、計測装置３００により計測される距離は、撮像開始から撮像完了までの撮像データにおける光学特性により算出される値に相当するので、取得された計測情報には、当該計測情報を行うための撮像が完了したタイミングを示す時刻が対応付けられてもよい。
【００７３】
ワークＷの表面形状を示す形状情報（すなわち、プロファイル）は、センサヘッド３１０とワークＷとの間の相対位置関係と、その相対位置関係において計測されるワークＷに対する距離との関係を示すものであり、相対位置関係および距離はいずれも同時刻に取得されるべきである。
【００７４】
図５に示すように、ドライブユニット２００および計測装置３００は、互いに同期して制御および計測を行うものではないので、共通のタイミングで動作情報および計測情報が同時に出力されるものではない。すなわち、ドライブユニット２００が動作情報を出力するタイミングと、計測装置３００が、計測情報を出力するタイミングとは、互いに異なっている場合がある。
【００７５】
本実施の形態に係る計測システム１においては、制御装置１００、ドライブユニット２００、および計測装置３００は、互いに同期したタイマを有しているため、それぞれのデバイスが出力する時刻情報の時間軸は共通化しているとみなすことができる。そこで、ドライブユニット２００からは動作情報に時刻情報を対応付けて出力するとともに、計測装置３００からは計測情報に時刻情報を対応付けて出力する。そして、制御装置１００は、時刻情報を基準として、ドライブユニット２００からの動作情報と、計測装置３００からの計測情報とのタイミングを整合させることで、ワークＷについての形状情報を生成する。
【００７６】
図６および図７は、本実施の形態に係る計測システム１における形状情報の生成処理を説明するための図である。
【００７７】
図６を参照して、ドライブユニット２００からの情報（動作情報および時刻情報）と、計測装置３００からの情報（計測情報および時刻情報）とに基づいて、それぞれの時刻情報を基準として、動作情報および計測情報を時系列で並べたテーブル４００が生成される。すなわち、制御装置１００は、ドライブユニット２００および計測装置３００から取得される、動作情報、計測情報、時刻情報を時系列順にテーブル化する。
【００７８】
より具体的には、テーブル４００は、動作情報４０４と、計測情報４０６と、時刻情報４０２とを含むレコードで構成される。
【００７９】
図６のテーブル４００に示すように、ドライブユニット２００からの動作情報４０４と計測装置３００からの計測情報４０６とは同一の時刻で取得されるとは限らないので、本実施の形態においては、いずれかの情報を補間または推定することで、同一の時刻における、動作情報４０４および計測情報４０６の組み合わせを決定する。
【００８０】
図６に示す例では、動作情報４０４を補間することで、計測情報４０６が取得されている時刻の動作情報を算出する。ここで、動作情報は、各時刻の位置に加えて、ワークＷの加速度を示す情報および速度を示す情報を含み得る。このような速度および加速度の情報を用いることで、指定された時刻における位置を算出できる。
【００８１】
より具体的には、図６のテーブル４００において、計測時刻ＴＺ１における計測情報１に対応付けられる動作情報１２が、隣接する動作時刻ＴＳ１における動作情報１と隣接する動作時刻ＴＳ２における動作情報２とを用いて補間することで算出される。このように、制御装置１００は、計測装置３００により出力された計測情報の計測時刻に対応付けられる動作情報を、隣接する動作情報に基づいて補間することで決定する。
【００８２】
計測情報に対応付けられる各計測時刻について、このような補間処理を行うことで、図６に示すような時系列に関連付けられたテーブル４１０が生成される。テーブル４１０は、動作情報４１４と、計測情報４１６と、時刻情報４１２とを含むレコードで構成される。テーブル４１０を構成する各テーブルに基づいて、動作情報４１４に含まれる位置と計測情報４１６とを対応付けてプロットすると、図６に示すような形状情報４２０が出力される。
【００８３】
説明の便宜上、テーブルを用いた処理例について説明したが、これに限らず任意のデータ処理技術を用いて実装すればよい。すなわち、共通の時刻に対応付けられる、動作情報および計測情報の組み合わせを生成することで、形状情報を生成するものであれば、どのような処理を採用してもよい。
【００８４】
図６に示すような形状情報の生成処理は、実質的に、図７に示すような処理を実現できるものであればよい。図７においては、時刻情報に対する動作情報の変化を示す動作情報の時間的変化４２４と、時刻情報に対する計測情報の変化を示す計測情報の時間的変化４２６とが共通の時刻情報の座標に揃えられている。さらに、動作情報の時間的変化４２４については、補間処理によって、実際に動作情報が取得されていない時刻についての動作情報も推定される。これら２つの時間的変化を統合して、時刻情報を消し去ることで、動作情報に対する計測情報の変化を示す形状情報４２０を生成できる。
【００８５】
なお、上述の図６および図７に示す生成処理は、典型的には、制御装置１００において実行されるが、これに限らず、ドライブユニット２００または計測装置３００で実行されてもよい。
【００８６】
＜Ｄ．処理手順＞
次に、本実施の形態に係る計測システム１における処理手順について説明する。
【００８７】
（ｄ１：全体処理シーケンス）
図８は、本実施の形態に係る計測システム１において実行される処理手順を示すシーケンス図である。図８に示すシーケンス図においては、制御装置１００のプロセッサ１０４およびフィールドネットワークコントローラ１２４と、ドライブユニット２００のフィールドネットワークコントローラ２０４およびドライブコントローラ２０６と、計測装置３００のフィールドネットワークコントローラ３０４、撮像コントローラ３０６およびデータ処理部３０８との間で実行される処理に着目している。
【００８８】
上述したように、フィールドネットワーク２０に接続されるデバイス間ではタイミング同期されており、このタイミング同期は、一例として、制御装置１００のフィールドネットワークコントローラ１２４によって管理される。具体的には、制御装置１００のフィールドネットワークコントローラ１２４は、フィールドネットワーク２０を順次伝送されるフレームに含まれる各デバイス（通信スレーブ）からの時刻（各通信スレーブが管理するタイマが出力するカウント値）に基づいて、各デバイスにおけるタイミングずれ量（時刻ずれ量）を算出し（シーケンスＳＱ１００）、算出したタイミングずれ量を補正するための同期信号をそれぞれのデバイスに送信する（シーケンスＳＱ１０２）。各デバイス（通信スレーブ）は、制御装置１００のフィールドネットワークコントローラ１２４からの同期信号に従って、管理しているタイマを補正する。この同期信号は、時刻ずれ補正後の時刻を指定するものである。
【００８９】
なお、シーケンスＳＱ１００およびシーケンスＳＱ１０２の処理は、他の処理とは独立して所定周期毎または所定イベント毎に実行されてもよい。
【００９０】
ドライブユニット２００におけるモータ１０に対する制御動作として、ドライブユニット２００のドライブコントローラ２０６は、予め与えられた動作指令に従って、制御処理を実行する（シーケンスＳＱ１１０）。このとき、ドライブコントローラ２０６は、制御処理の実行結果などに基づいて、動作情報を取得する。さらに、ドライブコントローラ２０６は、制御処理の実行タイミングに対応付けられる時刻情報をフィールドネットワークコントローラ２０４（タイマ２０２）から取得する（シーケンスＳＱ１１２）。
【００９１】
そして、ドライブコントローラ２０６は、取得した動作情報を、フィールドネットワークコントローラ２０４を介して制御装置１００へ送信する（シーケンスＳＱ１１４）とともに、対応付けられる時刻情報を、フィールドネットワークコントローラ２０４を介して制御装置１００へ送信する（シーケンスＳＱ１１６）。ドライブユニット２００から送信された動作情報および対応付けられる時刻情報は、制御装置１００のプロセッサ１０４がアクセス可能なメインメモリ１０６などに格納される。
【００９２】
計測装置３００におけるワークＷに対する計測処理として、計測装置３００のデータ処理部３０８は、撮像コントローラ３０６に対して、撮像期間（露光期間）中のいずれのタイミングで時刻情報を取得するのかを示す、時刻情報の取得タイミングを通知する（シーケンスＳＱ１２０）。続いて、撮像コントローラ３０６は、予め指定された撮像条件などに従って、撮像処理を開始する（シーケンスＳＱ１２２）。さらに、撮像コントローラ３０６は、時刻情報の取得タイミングに従って、撮像期間中に対応付けられる時刻情報をフィールドネットワークコントローラ３０４（タイマ３０２）から取得する（シーケンスＳＱ１２４）。そして、撮像コントローラ３０６は、撮像素子から出力される撮像信号をデータ処理部３０８へ出力する（シーケンスＳＱ１２６）とともに、対応付けられる時刻情報を出力する（シーケンスＳＱ１２８）。
【００９３】
データ処理部３０８は、撮像コントローラ３０６からの撮像信号に基づいて計測処理を実行して計測情報を生成する（シーケンスＳＱ１３０）。そして、データ処理部３０８は、生成した計測情報を、フィールドネットワークコントローラ３０４を介して制御装置１００へ送信する（シーケンスＳＱ１３２）とともに、対応付けられる時刻情報を、フィールドネットワークコントローラ３０４を介して制御装置１００へ送信する（シーケンスＳＱ１３４）。計測装置３００から送信された計測情報および対応付けられる時刻情報は、制御装置１００のプロセッサ１０４がアクセス可能なメインメモリ１０６などに格納される。
【００９４】
図８に示す、モータ１０に対する制御動作（シーケンスＳＱ１１０〜ＳＱ１１６）、および、ワークＷに対する計測処理（シーケンスＳＱ１２０〜ＳＱ１３４）は、所定回数繰返される。ワークＷに対する一連の計測処理が完了すると、制御装置１００のプロセッサ１０４は、格納されている動作情報、計測処理、時刻情報に基づいて、形状情報を生成する（シーケンスＳＱ１４０）。
【００９５】
以上のような一連の処理がワークＷ毎に繰返される。
（ｄ２：ドライブユニット２００における処理手順）
次に、本実施の形態に係る計測システム１を構成するドライブユニット２００における処理手順について説明する。図９は、本実施の形態に係る計測システム１を構成するドライブユニット２００における処理手順を示すフローチャートである。
【００９６】
図９を参照して、ドライブユニット２００は、同期信号を受信すると（ステップＳ２００）、時刻ずれを補正する処理を実行する（ステップＳ２０２）。
【００９７】
また、ドライブユニット２００は、モータ１０に対する制御動作などから動作情報を決定する処理（ステップＳ２０４）、および、対応付けられる時刻情報を決定する処理（ステップＳ２０６）を実行する。そして、ドライブユニット２００は、決定した動作情報および時刻情報を出力する（ステップＳ２０８）。これらの対応付けられた動作情報および時刻情報を含む出力レコードが制御装置１００に格納される。
【００９８】
（ｄ３：計測装置３００における処理手順）
次に、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００における処理手順について説明する。図１０は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００における処理手順を示すフローチャートである。
【００９９】
図１０を参照して、計測装置３００は、同期信号を受信すると（ステップＳ３００）、時刻ずれを補正する処理を実行する（ステップＳ３０２）。
【０１００】
また、計測装置３００は、ワークＷに対する計測光の照射などの撮像処理を実行し（ステップＳ３０４）、その撮像結果に基づいて計測情報を決定する処理（ステップＳ３０６）、および、対応付けられる時刻情報を決定する処理（ステップＳ３０８）を実行する。そして、計測装置３００は、決定した計測情報および時刻情報を出力する（ステップＳ３１０）。これらの対応付けられた計測情報および時刻情報を含む出力レコードが制御装置１００に格納される。
【０１０１】
＜Ｅ．動作情報の補間処理＞
次に、本実施の形態に係る計測システム１における動作情報の補間処理に関して、いくつかの実装例を説明する。
【０１０２】
図１１は、本実施の形態に係る計測システム１における情報の遣り取りおよび処理を説明するための図である。説明の便宜上、図１１には、ドライブユニット２００および計測装置３００が同一の制御サイクルで処理をサイクリック実行する例を示すが、これに限られることなく、それぞれ固有の制御サイクルで処理が実行されてもよい。さらに、特定のイベント毎などの非周期処理であってもよい。
【０１０３】
図１１に示す例においては、ドライブユニット２００は、動作情報として、各動作時刻ＴＳｘに対応付けられた位置Ｓｘ、速度Ｖｓｘ、加速度Ａｓｘ（但し、ｘはインデックス番号を示す。）を出力する。また、計測装置３００は、計測情報として、各計測時刻ＴＺｘに対応付けられた計測値Ｄｚｘ（但し、ｘはインデックス番号を示す。）を出力する。
【０１０４】
（ｅ１：補間処理その１）
本実施の形態に係る計測システム１において、動作情報は、ドライブユニット２００により回転駆動されるモータ１０からの情報である。このような回転駆動される機械系の特性を考慮すれば、十分に短い時間内であれば、速度は時間に対して線型的に変化すると考えられる。すなわち、直前の動作時刻において取得された加速度が一定であるとみなすと、動作情報を推定したい計測時刻における速度は、直前の動作時刻における速度に対して、加速度に経過時間を乗じて得られる速度変化を加減算することで、算出できる。
【０１０５】
すなわち、直前の動作時刻における速度が既知であり、推定対象の計測時刻における速度が推定できるので、２つの速度の関係から、推定対象の位置を算出できる。
【０１０６】
図１２は、加速度および速度に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。図１２には、図１１に示す計測時刻ＴＺ２における位置Ｓ（ＴＺ２）を推定する場合を例に説明する。
【０１０７】
図１２（Ａ）を参照して、動作時刻ＴＳ１における動作情報として、速度Ｖｓ１および加速度Ａｓ１が取得されているとする。動作時刻ＴＳ１から推定対象の計測時刻ＴＺ２までの間は、加速度Ａｓ１が維持されるとして、計測時刻ＴＺ２における速度Ｖｓ（ＴＺ２）は、以下のように算出できる。
【０１０８】
Ｖｓ（ＴＺ２）＝Ｖｓ１＋ΔＶｓ＝Ｖｓ１＋Ａｓ１×（ＴＺ２−ＴＳ１）
図１２（Ｂ）を参照して、動作時刻ＴＳ１における位置が位置Ｓ１であるので、上述の速度変化を考慮すると、動作時刻ＴＳ１から計測時刻ＴＺ２までの移動距離を位置Ｓ１に加算して得られる、計測時刻ＴＺ２における位置Ｓ（ＴＺ２）は以下のように算出できる。
【０１０９】
Ｓ（ＴＺ２）＝［｛Ｖｓ１＋Ａｓ１×（ＴＺ２−ＴＳ１）｝２−Ｖｓ１２］／２×Ａｓ１
以上のように、算出対象の時刻より前の時刻における、ワークＷの加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出してもよい。
【０１１０】
（ｅ２：補間処理その２）
本実施の形態に係る計測システム１においては、周期的に動作情報を取得できるので、時系列の動作情報のうち、推定対象の計測時刻の近傍にある動作情報を用いて補間処理を行うことで、対象の計測時刻における位置を推定することができる。
【０１１１】
図１３は、近傍の動作情報に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。図１３を参照して、例えば、動作時刻ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３における位置がそれぞれ位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３であるとする。例えば、動作時刻ＴＳ２と動作時刻ＴＳ３との間にある計測時刻ＴＺ２における位置Ｓ（ＴＺ２）を推定する場合を例に説明する。
【０１１２】
この場合、例えば、動作時刻ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３における位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の情報を用いて補間式を決定し、その決定した補間式に基づいて、位置Ｓ（ＴＺ２）を推定できる。
【０１１３】
補間式としては、公知の補間方式を採用できる。このような公知の補間方式としては、一次補間、ラグランジェ補間、スプライン補間などが知られている。例えば、計測時刻ＴＺ２の近傍にある動作時刻ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３の動作情報を用いて、ラグランジュ補間を適用すると、位置Ｓ（ＴＺ２）は以下のように推定できる。
【０１１４】
Ｓ（ＴＺ２）＝Ｓ１×（ＴＺ２−Ｔ２）（ＴＺ２−ＴＳ３）／（ＴＳ１−ＴＳ２）（ＴＳ１−ＴＳ３）＋Ｓ２×（ＴＺ２−Ｔ１）（Ｚ２−ＴＳ３）／（ＴＳ２−ＴＳ１）（ＴＳ２−ＴＳ３）＋Ｓ３×（ＴＺ２−Ｔ１）（Ｚ２−ＴＳ２）／（ＴＳ３−ＴＳ１）（ＴＳ３−ＴＳ２）
なお、説明の便宜上、推定対象の計測時刻ＴＺ２の近傍にある３つの動作情報を用いる補間式を例示したが、補間に用いる動作情報の数については特に限定されることなく、状況に応じた数を適宜選択すればよい。
【０１１５】
以上のように、算出対象の時刻の近傍にある時刻に対応付けられる複数の動作情報（第１の情報）に含まれる位置を示す情報を補間して、当該算出対象の時刻における位置を算出してもよい。
【０１１６】
（ｅ３：補足）
本実施の形態に係る計測システム１においては、動作情報と対応付けられる時刻情報（動作時刻）とが制御装置１００へ送信されるので、各動作情報に対応付けられるタイミングを特定できる。但し、ドライブユニット２００における制御動作がフィールドネットワーク２０上で管理される所定の制御周期毎にサイクリックに実行される場合には、ドライブユニット２００から動作情報のみを受信する場合であっても、各動作情報に対応付けられる時刻情報（動作時刻）を算出できる。そのため、推定対象となる計測時刻さえ特定できれば、当該計測時刻における動作情報（位置）についても上述のいずれかの方法で推定できる。
【０１１７】
上述の説明では、ドライブユニット２００が周期的に制御動作を実行し、その制御動作に同期して動作情報も周期的に送信される例を示したが、必ずしもこのような周期的な制御動作は必要ではない。少なくとも、動作情報と対応付けられる時刻情報（動作時刻）とが制御装置１００へ送信されれば、上述のいずれかの方法によって、対象となる計測時刻における動作情報（位置）を推定できる。
【０１１８】
また、図１１には、ドライブユニット２００および計測装置３００のいずれも所定周期毎に処理をサイクリック実行する例を示すが、これに限らず、両方または片方が異なる周期で処理を実行し、あるいは、イベント的に処理を実行するような場合であっても、上述したような方法によって、動作情報（位置）を推定可能である。すなわち、本実施の形態に係る計測システム１においては、フィールドネットワーク２０に接続される各デバイスがタイミング同期されたタイマを有しているので、このようなタイミング同期されたタイマからの時刻情報を用いることで、それぞれのデバイスが独自の周期で情報を送信するような形態であっても、通信マスタ（制御装置１００）などにおいて、時刻を基準としてそれらの情報を集約することができる。
【０１１９】
上述の説明においては、ドライブユニット２００が出力する動作情報（位置）を補間して、それぞれの計測時刻に対応付けられる動作情報（位置）を推定する例について説明したが、逆であってもよい。すなわち、計測装置３００が出力する計測情報を補間して、それぞれの動作時刻に対応付けられる計測情報を推定するようにしてもよい。
【０１２０】
＜Ｆ．露光時間の動的決定＞
本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００において、撮像長さ（露光時間）を動的に決定するような機能が実装される場合がある。このような場合、計測装置３００が実際に計測しているワークＷの表面上の計測点も変動することになるため、計測情報に対応付けられる時刻情報についても、動的に決定される撮像時間に応じて補正する必要がある。
【０１２１】
図１４は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００における露光時間の動的決定処理を説明するための図である。図１４を参照して、例えば、所定の計測周期Ｔｓ毎にワークＷに対する計測処理が繰返し実行されるとする。このとき、ある撮像長さＴｅｘｐ１に亘って撮像処理が実行された後、その撮像処理によって得られた撮像信号に対するデータ処理によって、何らかの処理結果が得られたとする。得られた処理結果に基づいて、露光の過不足を判断することができる。そして、露光が不足していると判断された場合には、先の撮像長さより長い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。一方、露光が過剰であると判断された場合には、先の撮像長さより短い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。
【０１２２】
このように、先の撮像処理によって得られた処理結果に基づいて、後続の撮像処理の撮像長さ（すなわち、露光時間）が動的に決定されるようにしてもよい。このような撮像長さ（露光時間）に対する自動調整は、予め設定された最大の撮像長さの範囲で実行される。言い換えれば、撮像長さは、予め設定された最大長さ分だけ変動することになる。
【０１２３】
図１５は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００において露光時間が動的に決定される場合の影響を説明するための図である。図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）には、ワークＷが配置されたステージ６が紙面左側から紙面右側に移動している状態を示す。このようなワークＷの移動に伴って、ワークＷとセンサヘッド３１０との相対位置関係は時間的に変化することになる。そのため、撮像長さ（露光時間）が変化することで、計測光が照射されるワークＷの表面上の位置も変化することになる。
【０１２４】
一例として、図１５（Ａ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが相対的に短い場合には、ワークＷの紙面左寄りに計測光が照射されることになる。一方、図１５（Ｃ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが相対的に長い場合には、ワークＷの紙面右寄りに計測光が照射されることになる。また、図１５（Ｂ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが標準的な長さである場合には、両者の中間位置に計測光が照射されることになる。
【０１２５】
このような計測光の照射位置の変動を適切に反映して正しい形状情報を生成する必要がある。
【０１２６】
再度図１４を参照して、計測装置３００からの計測情報としては、計測値（上述の例では、ワークＷの表面までの距離）を含み、また、当該計測情報に対応付けられる時刻情報としては、例えば、計測周期Ｔｓの開始タイミングを示す計測時刻ＴＺ１と、撮像長さＴｅｘｐとを含むようにしてもよい。制御装置１００は、計測装置３００からの時刻情報に含まれる計測時刻ＴＺ１を撮像長さＴｅｘｐで補正することで、本来の計測時刻を算出するようにしてもよい。この場合、ワークＷの表面上の計測点としては、計測時刻ＴＺ’１，ＴＺ’２，ＴＺ’３…のタイミングに対応付けられる位置となる。
【０１２７】
また、アプリケーションによっては、撮像期間の中心に対応付けられる位置を計測点とすることが好ましい場合もある。この場合には、計測装置３００からの時刻情報に含まれる計測時刻ＴＺ１の１／２を撮像長さＴｅｘｐで補正することで、計測時刻ＴＺ’’１，ＴＺ’’２，ＴＺ’’３…を算出することができる。
【０１２８】
さらに、上述の説明では、計測周期Ｔｓの開始タイミングを示す計測時刻ＴＺ１および撮像長さＴｅｘｐを送信する例について説明したが、計測装置３００側において、計測時刻ＴＺ’１，ＴＺ’２，ＴＺ’３…、または、計測時刻ＴＺ’’１，ＴＺ’’２，ＴＺ’’３…を算出した上で、時刻情報として制御装置１００へ送信するようにしてもよい。
【０１２９】
このように、計測装置３００が計測情報を取得した時刻情報は、計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む。すなわち、計測装置３００が計測情報を取得した時刻情報は、計測光の照射開始時に対応するタイミング、計測光の照射期間中の任意のタイミング、計測光の照射完了時に対応するタイミングのいずれであってもよい。
【０１３０】
計測装置３００に撮像長さ（露光時間）を動的に決定するような機能が実装されている場合には、その撮像長さ（露光時間）に対応付けられる計測時刻を取得して、その取得した計測時刻を制御装置１００へ通知することが好ましい。この場合、どのようなデータ形式で計測時刻を制御装置１００へ通知するのかについては、任意の方法を採用できる。
【０１３１】
＜Ｇ．形状情報生成の処理手順＞
次に、形状情報の生成に係る処理手順について説明する。
【０１３２】
図１６は、本実施の形態に係る計測システム１における形状情報の生成手順を示すフローチャートである。図１６に示す各ステップは、典型的には、制御装置１００のプロセッサ１０４がプログラムを実行することで実現される。
【０１３３】
図１６を参照して、制御装置１００は、ドライブユニット２００からの情報（動作情報および対応付けられる時刻情報）を受信すると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、時刻情報をキーとして受信した情報を格納する（ステップＳ１０２）。そうでなければ（ステップＳ１００においてＮＯ）、ステップＳ１０２の処理はスキップされる。
【０１３４】
計測装置３００からの情報（計測情報および対応付けられる時刻情報）を受信すると（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、時刻情報をキーとして受信した情報を格納する（ステップＳ１０６）。そうでなければ（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ステップＳ１０６の処理はスキップされる。
【０１３５】
続いて、形状情報の生成が指示されると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、制御装置１００は、格納している計測装置３００からの情報に含まれる計測情報に対応付けられる時刻情報を特定し（ステップＳ１１０）、当該特定した時刻情報に対応付けられる動作情報（位置）を、格納しているドライブユニット２００からの情報を用いて算出する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１０およびステップＳ１１２の処理によって、ある時刻情報に対応付けられる、計測情報および動作情報（位置）の組み合わせを決定できる。
【０１３６】
そして、制御装置１００は、格納している計測装置３００からの情報に含まれるすべての時刻情報について、計測情報および動作情報（位置）の組み合わせを決定できたか否かを判断する（ステップＳ１１４）。計測情報および動作情報（位置）の組み合わせを決定していない時刻情報がある場合（ステップＳ１１４においてＮＯ）には、ステップＳ１１０以下の処理が繰返される。
【０１３７】
一方、すべての時刻情報について、計測情報および動作情報（位置）の組み合わせを決定している場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）には、計測情報および動作情報（位置）の組み合わせに基づいて、計測情報を生成する（ステップＳ１１６）。そして、処理は終了する。
【０１３８】
＜Ｈ．変形例＞
本実施の形態に係る計測システム１においては、制御装置１００がドライブユニット２００および計測装置３００から情報を取得して形状情報を生成する構成例について説明したが、ドライブユニット２００および計測装置３００のいずれかで形状情報を生成するようにしてもよい。すなわち、形状情報を生成する機能をフィールドネットワーク２０の通信マスタに設けた構成について例示したが、他のデバイス上に配置してもよい。
【０１３９】
本実施の形態に係る計測システム１においては、ドライブユニット２００および計測装置３００は単一のフィールドネットワーク２０に接続されている例を示すが、それぞれ異なるフィールドネットワークに接続されていてもよい。例えば、制御装置は、２つのフィールドネットワークのそれぞれについて通信マスタとして機能しており、かつ、制御装置内ではそれぞれのフィールドネットワークについてのタイマが同期されているような構成が想定される。このような構成においては、異なるフィールドネットワーク同士でもタイミング同期を実現できるので、フィールドネットワークを共通化する必要はない。
【０１４０】
本実施の形態に係る計測システム１においては、ドライブユニット２００および計測装置３００がそれぞれ１つずつ配置される構成例を示すが、これに限らず、複数のドライブユニット２００および計測装置３００を配置してもよい。例えば、ステージ６として二自由度を有するＸＹステージを採用するとともに、それぞれの軸に沿って配置されたそれぞれのモータ１０を駆動するために、２つのドライブユニット２００が配置されてもよい。この場合であっても、互いのデバイスがタイミング同期されているので、それぞれのデバイスから取得された情報を同一の時間軸で集約することができる。
【０１４１】
本実施の形態に係る計測システム１においては、同一の時間軸で定義される時刻情報に対応付けられた動作情報（位置）および計測情報が時系列データを収集できるので、何らかの異常やイベントが発生した場合、その発生した時刻情報が取得できれば、そのタイミングにおける情報を特定でき、原因究明の一助となる。
【０１４２】
＜Ｉ．利点＞
本実施の形態に係る計測システムにおいては、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とは、それぞれ同期されたタイマを有しており、計測装置からの計測情報および駆動装置からの動作情報には、それぞれのタイマから出力される時刻情報が付与される。この時刻情報を基準として、計測情報および動作情報を互いに対応付けることで、それぞれの装置が直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる。
【０１４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４４】
１  計測システム、２  検査装置、４  基部、６  ステージ、１０  モータ、１２  エンコーダ、１４  ボールネジ、２０  フィールドネットワーク、１００  制御装置、１０２，２０２，３０２  タイマ、１０４  プロセッサ、１０６  メインメモリ、１０８  フラッシュメモリ、１１０  システムプログラム、１１２  ユーザプログラム、１１２Ａ  シーケンスプログラム、１１２Ｂ  モーションプログラム、１１２Ｃ  形状情報生成プログラム、１１４  チップセット、１１６  ネットワークコントローラ、１１８  メモリカードインターフェイス、１２０  メモリカード、１２２  内部バスコントローラ、１２４，２０４，３０４  フィールドネットワークコントローラ、１２５  同期管理機能、１２６  Ｉ／Ｏユニット、１２８  内部バス、２００  ドライブユニット、２０６  ドライブコントローラ、２０８  主回路、２１０  パルスカウンタ、３００  計測装置、３０６  撮像コントローラ、３０８  データ処理部、３１０  センサヘッド、３１２  発光源、３１４  受光素子、３１６  レンズ、４００，４１０  テーブル、４０２，４１２  時刻情報、４０４，４１４  動作情報、４０６，４１６  計測情報、４２０  形状情報、４２４，４２６  時間的変化、Ｗ  ワーク。
【図１】
2018152005.tif 000003
【図２】
2018152005.tif 000004
【図３】
2018152005.tif 000005
【図４】
2018152005.tif 000006
【図５】
2018152005.tif 000007
【図６】
2018152005.tif 000008
【図７】
2018152005.tif 000009
【図８】
2018152005.tif 000010
【図９】
2018152005.tif 000011
【図１０】
2018152005.tif 000012
【図１１】
2018152005.tif 000013
【図１２】
2018152005.tif 000014
【図１３】
2018152005.tif 000015
【図１４】
2018152005.tif 000016
【図１５】
2018152005.tif 000017
【図１６】
2018152005.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月22日(2017.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
モータ１０は、回転駆動することで、検査装置２を構成するステージ６の位置を変化させる。例えば、ステージ６は、基部４の上に移動可能に配置されるとともに、ステージ６はボールネジ１４と係合されている。モータ１０は、減速機を介してボールネジ１４と機械的に結合されており、モータ１０の回転運動がボールネジ１４へ与えられる。ボールネジ１４の回転によって、ボールネジ１４とステージ６との相対位置関係は、ボールネジ１４の延伸方向に変化することになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
より具体的には、図６のテーブル４００において、計測時刻ＴＺ１における計測情報１に対応付けられる動作情報４０８（動作情報１２）が、隣接する動作時刻ＴＳ１における動作情報１と隣接する動作時刻ＴＳ２における動作情報２とを用いて補間することで算出される。このように、制御装置１００は、計測装置３００により出力された計測情報の計測時刻に対応付けられる動作情報を、隣接する動作情報に基づいて補間することで決定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
Ｓ（ＴＺ２）＝Ｓ１×（ＴＺ２−Ｔ２）（ＴＺ２−ＴＳ３）／（ＴＳ１−ＴＳ２）（ＴＳ１−ＴＳ３）＋Ｓ２×（ＴＺ２−Ｔ１）（ＴＺ２−ＴＳ３）／（ＴＳ２−ＴＳ１）（ＴＳ２−ＴＳ３）＋Ｓ３×（ＴＺ２−Ｔ１）（ＴＺ２−ＴＳ２）／（ＴＳ３−ＴＳ１）（ＴＳ３−ＴＳ２）
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
図１４は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００における露光時間の動的決定処理を説明するための図である。図１４を参照して、例えば、所定の計測周期Ｔｓ毎にワークＷに対する計測処理が繰返し実行されるとする。このとき、ある撮像
長さＴｅｘｐに亘って撮像処理が実行された後、その撮像処理によって得られた撮像信号に対するデータ処理によって、何らかの処理結果が得られたとする。得られた処理結果に基づいて、露光の過不足を判断することができる。そして、露光が不足していると判断された場合には、先の撮像長さより長い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。一方、露光が過剰であると判断された場合には、先の撮像長さより短い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
一例として、図１５（Ａ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが相対的に短い場合には、ワークＷの紙面右寄りに計測光が照射されることになる。一方、図１５（Ｃ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが相対的に長い場合には、ワークＷの紙面左寄りに計測光が照射されることになる。また、図１５（Ｂ）に示すように、撮像長さＴｅｘｐが標準的な長さである場合には、両者の中間位置に計測光が照射されることになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2018152005.tif 000019
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2018152005.tif 000020
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2018152005.tif 000021