(57)【要約】【課題】被検物を高精度に測定する。【解決手段】測定装置１１の傾斜回転テーブル１４は、被検物が載置され、回転軸Ｌ１を中心に回転駆動する回転テーブル２１と、回転テーブル２１が回転可能に装着され、水平方向に延びる傾斜軸Ｌ２を中心に傾斜駆動する傾斜テーブル２２を備える。また、傾斜回転テーブル１４は、傾斜テーブル２２に対する回転テーブル２１の変位を測定する変位センサ３１乃至３３と、傾斜テーブルの鉛直方向の変位を測定する変位センサ３４を備える。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２
2011021962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の三次元的な形状を測定する測定装置において、
前記被検物が載置され、所定の回転軸を中心に回転駆動する回転テーブルと、
前記回転テーブルが回転可能に装着され、水平方向に延びる傾斜軸を中心に傾斜駆動する傾斜テーブルと、
前記傾斜テーブルに対する前記回転テーブルの変位を測定する第１の変位測定手段と、
前記傾斜テーブルの鉛直方向の変位を測定する第２の変位測定手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第２の変位測定手段は、前記回転テーブルの回転軸と前記傾斜テーブルの傾斜軸との交点の鉛直方向の略直下に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記回転テーブルの回転軸は、前記傾斜テーブルの両端を支持する支持部どうしの略中間に配置されている
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】
前記第１の変位測定手段は、前記回転テーブルの回転軸を中心とした円周に沿って略等間隔となる少なくとも３箇所に配設される
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】
前記第１の変位測定手段および前記第２の変位測定手段により測定された変位に基づいて、前記被検物の測定値を補正する補正手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置。
【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、被検物を高精度に測定する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。このような測定機では、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回転テーブルや、２軸の回転軸および傾斜軸を有する傾斜回転テーブルを備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、被検物が載置されるテーブル面を回転させる回転テーブルと、回転テーブルを傾斜させる支持台とを備えた傾斜回転テーブルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３８２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、傾斜回転テーブルを備える測定装置では、被検物の重量や重心位置の偏りなどにより、傾斜軸または回転軸を支持する支持部において微小な変位（ズレやブレなど）が発生することがあり、この変位により被検物の位置が、本来あるべき位置から乖離することがある。そして、このような微小な変位によって測定誤差が発生することで、測定精度が低下することになり、被検物を高精度に測定することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被検物を高精度に測定する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】
【０００７】
本発明の測定装置は、被検物の三次元的な形状を測定する測定装置であって、前記被検物が載置され、所定の回転軸を中心に回転駆動する回転テーブルと、前記回転テーブルが回転可能に装着され、水平方向に延びる傾斜軸を中心に傾斜駆動する傾斜テーブルと、前記傾斜テーブルに対する前記回転テーブルの変位を測定する第１の変位測定手段と、前記傾斜テーブルの鉛直方向の変位を測定する第２の変位測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の測定装置においては、所定の回転軸を中心に回転駆動する回転テーブルに被検物が載置され、水平方向に延びる傾斜軸を中心に傾斜駆動する傾斜テーブルにより回転テーブルが回転可能に装着されており、第１の変位測定手段により、傾斜テーブルに対する回転テーブルの変位が測定され、第２の変位測定手段により、傾斜テーブルの鉛直方向の変位が測定される。これにより、第１および第２の変位測定手段による測定結果に基づいて、回転テーブルおよび傾斜テーブルの変位が解消されるように測定結果を補正することができ、被検物を高精度に測定することができる。
【０００９】
また、第２の変位測定手段を、回転テーブルの回転軸と傾斜テーブルの傾斜軸との交点の鉛直方向の略直下に配設することができる。このような配置により、数少ないセンサで有効に変位を測定することができる。
【００１０】
また、回転テーブルの回転軸は、傾斜テーブルの両端を支持する支持部どうしの略中間に配置することができる。また、第１の変位測定手段は、回転テーブルの回転軸を中心とした円周に沿って略等間隔となる少なくとも３箇所に配設することができる。これにより、効率的に測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の測定装置によれば、被検物を高精度に測定することができる。
【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】測定装置の傾斜回転テーブルの三面図である。
【図３】所定の傾斜角度で傾斜している回転テーブル上の被検物の測定について説明する図である。
【図４】測定装置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が回転テーブル２１を回転駆動させる中心となる軸が、回転軸Ｌ１である。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】
また、傾斜回転テーブル１４は、回転テーブル２１のテーブル面（被検物が載置される回転テーブル２１の上面）が、回転軸Ｌ１に直交するように設計される。しかしながら、傾斜回転テーブル１４では、回転テーブル２１が傾斜テーブル２２に対して回転可能に支持されているため、回転テーブル２１に載置される被検物の重量や重心位置の偏りなどによって、その回転支持部（例えば、ボールベアリングなど）を中心として、回転テーブル２１のテーブル面が、回転軸Ｌ１に直交する面に対して微小に変位する（以下、適宜、面ブレと称する）ことがある。
【００２４】
また、傾斜テーブル２２は、支持部２３および２４に対して回転可能に支持されているため、傾斜テーブル２２の両端の回転支持部において微小に変位することがあり、回転テーブル２１に載置される被検物の重量により、鉛直方向であるＺ方向の下方に、傾斜テーブル２２全体がズレること（以下、適宜、沈み込みと称する）がある。
【００２５】
このように、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みが発生することによって、回転テーブル２１を回転させたり、傾斜テーブル２２を傾斜させたときに、被検物の位置が変化（即ち、本来あるべき位置からの乖離が発生）してしまい、この位置の変化により測定誤差が発生することが考えられる。
【００２６】
そこで、測定装置１１は、このような被検物の位置の変化を解消する（即ち、変化量を０とする）補正を行うために、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みを測定する複数のセンサ（図２の変位センサ３１乃至３４）を傾斜回転テーブル１４に設けるとともに、それらのセンサにより測定された変位に基づいて被検物の測定値を補正する補正手段（図４の位置補正部５８）を有する制御装置５１を備えている。
【００２７】
即ち、測定装置１１では、傾斜回転テーブル１４に設けられた複数のセンサの出力に基づいて、制御装置５１により、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みによる被検物の位置の変化が解消されるような補正が行われる。
【００２８】
次に、図２を参照して、傾斜回転テーブル１４に設けられた複数のセンサについて説明する。図２には、傾斜回転テーブル１４の三面図が示されている。
【００２９】
図２に示すように、傾斜回転テーブル１４には、回転テーブル２１の面ブレを測定するための３つの変位センサ３１乃至３３と、傾斜テーブル２２の沈み込みを測定する変位センサ３４とが備えられており、変位センサ３１乃至３４は、測定結果を制御装置５１に出力する。また、変位センサ３１乃至３４としては、例えば、高周波電磁界を利用して渦電流を発生させ、発振状態の変化により間隔（距離）を測定するセンサを使用することができる。
【００３０】
変位センサ３１乃至３３は、回転テーブル２１の回転中心である回転軸Ｌ１を中心とした円周に沿って等間隔となるように、傾斜テーブル２２の上面に配設されている。また、変位センサ３１乃至３３は、測定部である上端面と回転テーブル２１の下面とが所定の間隔となるように、回転テーブル２１の下方に配置されており、回転テーブル２１の下面との間隔を測定する。
【００３１】
例えば、傾斜回転テーブル１４は、回転テーブル２１に被検物が載置されていない状態であり、かつ、回転テーブル２１が水平である状態で、変位センサ３１乃至３３ぞれぞれの上端面と回転テーブル２１の下面とが同一の間隔となるように設計される。そして、被検物が載置されることにより、上述したように回転テーブル２１の面ブレが発生すると、変位センサ３１乃至３３それぞれの上端面と回転テーブル２１の下面との間隔が変化し、それぞれの間隔が変位センサ３１乃至３３により測定される。
【００３２】
ここで、回転テーブル２１は、自身の変形を無視できるように十分に高い剛性（平面性および捻れに対する剛性）を有するものとされており、回転テーブル２１に被検物が載置されると、回転テーブル２１の軸部を回転可能に支持する傾斜テーブル２２内のガイド２２ｂ（ベアリングなど）を中心として面ブレが発生し、変位センサ３１乃至３３により測定される間隔が変化する。従って、変位センサ３１乃至３３による３点での測定により規定される一つの平面を、面ブレが発生した状態での回転テーブル２１のテーブル面とみなすこと、即ち、回転テーブル２１に発生した面ブレを把握することができる。
【００３３】
また、変位センサ３４は、支持部２３および２４が両側に配置される基台３５の上面に配設されており、回転テーブル２１の回転軸Ｌ１と傾斜テーブル２２傾斜軸Ｌ２との交点の真下に配置される。例えば、回転テーブル２１のテーブル面が水平とされているとき、変位センサ３４は、回転軸Ｌ１の鉛直方向下方に配置される。
【００３４】
ここで、傾斜回転テーブル１４は、回転テーブル２１の回転軸Ｌ１が、傾斜テーブル２２の軸部を回転可能に支持する支持部２３および２４内のガイド２３ｂおよび２４ｂ（ベアリングなど）の中間に配置されるように構成されており、従って、変位センサ３４は、その中間における傾斜テーブル２２の沈み込みを測定する。即ち、変位センサ３４からガイド２３ｂまでの距離と、変位センサ３４からガイド２４ｂまでの距離とが等しくなるように、変位センサ３４は配置される。
【００３５】
さらに、傾斜テーブル２２の下面は、図２の側面図に示すように、傾斜軸Ｌ２を中心とした半円形状の曲面となっており、傾斜テーブル２２を傾動させても、変位センサ３４の測定部である上端面と、傾斜テーブル２２の下面との間隔は一定である。
【００３６】
そして、回転テーブル２１に被検物が載置され、傾斜テーブル２２に沈み込みが発生すると、変位センサ３４の上端面と傾斜テーブル２２の下面との間隔が狭くなり、その間隔が変位センサ３４により測定される。
【００３７】
このように、傾斜回転テーブル１４では、変位センサ３１乃至３３により回転テーブル２１の面ブレが測定されるとともに、変位センサ３４により傾斜テーブル２２の沈み込みが測定される。そして、変位センサ３１乃至３４の測定結果に基づいて、図４を参照して後述するように、制御装置５１が被検物の変位を解消するような補正をすることができ、高精度な測定を行うことができる。
【００３８】
次に、図３を参照して、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を使用して測定する例について説明する。
【００３９】
例えば、図３において右下を向く被検物４１の側面４２に測定プローブ１８を当接させて側面４２を測定した後、回転テーブル２１を９０度回転させて、図３において手前側を向いている被検物４１の側面４３を右下に向け、側面４２と同様に側面４３を測定する場合、回転テーブル２１の回転に伴って被検物４１の姿勢が変化する。このため、被検物４１の重心の偏りに応じて重心位置が変化することにより、回転テーブル２１の面ブレが発生したり、傾斜テーブル２２の沈み込みが発生したりする。
【００４０】
従って、測定装置１１では、回転テーブル２１を回転させるたびに、変位センサ３１乃至３４による測定を行う。そして、回転テーブル２１の回転の前後において変位センサ３１乃至３４による測定値が変化していれば、それらの測定値の変化量に基づいて、測定プローブ１８による測定結果が補正される。つまり、測定プローブ１８による測定結果が、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みを解消するように補正、即ち、面ブレおよび沈み込みにより発生した間隔の変化量が０になるように補正される。
【００４１】
また、図３において右上を向く被検物４１の側面４４を測定するときに、傾斜テーブル２２を傾動させると、回転テーブル２１の姿勢変化に伴う重心位置の移動によって、回転テーブル２１の面ブレが発生したり、傾斜テーブル２２の沈み込みが発生したりする。従って、測定装置１１では、回転テーブル２１を回転時と同様に、傾斜テーブル２２を傾動させるたびに、変位センサ３１乃至３４の測定結果に基づいて、測定プローブ１８による測定結果が補正される。
【００４２】
このように、測定装置１１では、変位センサ３１乃至３４の測定結果に基づいて測定プローブ１８による測定結果を補正することで、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みによる悪影響が測定プローブ１８による測定結果に反映されることを回避することができ、誤差の少ない高精度な測定をすることができる。
【００４３】
また、測定装置１１では、図２に示すように、回転テーブル２１のテーブル面が水平のときの回転軸Ｌ１の鉛直方向下方に変位センサ３４が配置されているので、少ないセンサ数で傾斜テーブル２２の沈み込みを有効に測定することができる。
【００４４】
また、測定装置１１では、傾斜テーブル２２の両端がガイド２３ｂおよび２４ｂにより支持され、ガイド２３ｂおよび２４ｂの中間地点に回転軸Ｌ１が配置されるように構成されているので、回転テーブル２１に被検物４１を載置したときの傾斜テーブル２２の変位は鉛直方向の下方だけに限定される。これにより、ガイド２３ｂおよび２４ｂの中間地点に変位センサ３４を１つだけ配置するだけで、傾斜テーブル２２の変位を測定することができる。
【００４５】
また、変位センサ３１乃至３３が、回転テーブル２１の回転中心である回転軸Ｌ１を中心とした円周に沿って等間隔となるように配設されているので、回転テーブル２１の面ブレを容易に測定することができる。
【００４６】
このように、測定装置１１では、変位センサ３１乃至３４が適切に配置されており、必要最低限なセンサ個数で、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みを測定することができる。従って、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みの測定を効率よく行うことができるとともに、測定装置１１を低コストで構成することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、変位センサ入力部５９には、変位センサ３１乃至３４による測定結果が入力される。即ち、変位センサ入力部５９には、変位センサ３１乃至３３と回転テーブル２１の下面との間隔を示す測定値が入力されるとともに、変位センサ３４と傾斜テーブル２２の下面との間隔を示す測定値が入力される。変位センサ入力部５９は、それらの測定結果を位置補正部５８に供給する。
【００５２】
位置補正部５８は、変位センサ入力部５９から供給される変位センサ３１乃至３４による測定結果に基づいて、位置決定部５７から供給される測定プローブ１８の先端位置を示す座標情報を補正し、その補正後の測定結果を測定結果記録部６０に記録する処理を行う。
【００５３】
上述したように、測定装置１１では、回転テーブル２１を回転させるたびに、および、傾斜テーブル２２を傾動させるたびに、変位センサ３１乃至３４による測定が行われ、回転テーブル２１の回転または傾斜テーブル２２の傾動の前後で測定値が変化した場合、位置補正部５８は、それらの測定値の変化量に基づいて、回転テーブル２１の面ブレおよび傾斜テーブル２２の沈み込みが解消されるように、測定プローブ１８の先端位置を示す座標情報を補正する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、変位センサ３１乃至３４による測定結果に基づいて被検物４１の測定結果を補正するので、高精度で測定を行うことができる。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
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乃至３４  変位センサ，  ３５  基台，  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  変位センサ入力部，  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】
2011021962.tif 000003
【図２】
2011021962.tif 000004
【図３】
2011021962.tif 000005
【図４】
2011021962.tif 000006