(57)【要約】【課題】撮像装置の焦点位置調整を軽減して、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法を提供すること。【解決手段】丸棒状のワーク７０の軸線Ｒａと回転軸Ｃ0とを少なくとも同一方向に向け、回転軸Ｃ0を中心に回転可能な状態でワーク７０を把持する把持工程と、ワーク７０の設計データに基づいて、回転軸Ｃ0を中心としたワーク７０の回転軌跡を演算する工程と、ワーク７０の回転に同期して、演算工程における演算結果に基づき撮像装置の光軸とワーク７０の軸線Ｒａとを直交させ、ワーク７０の計測部位に焦点が合うように撮像装置とワーク７０とを相対配置する配置工程と、配置されたワーク７０の計測部位を撮像する撮像工程とを備えた。【選択図】図８
2008046010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置を用いて丸棒状のワークの外形を計測する計測方法であって、
前記ワークの軸線と回転軸とを少なくとも同一方向に向け、前記回転軸を中心に回転可能な状態で前記ワークを把持する把持工程と、
前記ワークの設計データに基づいて、前記回転軸を中心とした前記ワークの回転軌跡を演算する演算工程と、
前記ワークの回転に同期して、前記演算工程における演算結果に基づき前記撮像装置の光軸と前記ワークの軸線とを直交させ、前記ワークの計測部位に焦点が合うように前記撮像装置と前記ワークとを相対配置する配置工程と、
配置された前記ワークの計測部位を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする丸棒状ワークの外形の計測方法。
【請求項２】
前記把持工程では、前記ワークの軸線と前記回転軸とが合致する状態で前記ワークを把持することを特徴とする請求項１に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
【請求項３】
前記把持工程では、前記ワークの軸線と前記回転軸とが合致しない状態で前記ワークを把持することを特徴とする請求項１に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
【請求項４】
前記ワークは軸径が異なる少なくとも２つ以上の略同心である軸部を有し、
前記把持工程では、前記少なくとも２つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、
前記演算工程では、前記一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、
前記撮像工程では、前記ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
【請求項５】
前記ワークは軸径が異なる少なくとも２つ以上の非同心である軸部を有し、
前記把持工程では、前記少なくとも２つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、
前記演算工程では、前記一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、
前記撮像工程では、前記ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
【請求項６】
前記ワークを前記回転軸を中心として複数回に分けて逐次回転させる回転工程を備え、
前記演算工程では、前記複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上の前記ワークの計測部位の位置を演算することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸棒状ワークの外形を計測する計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸棒状ワークの外形を計測する計測装置として、工具保持手段と、工具保持手段を軸線を中心に回転させる回転駆動手段と、工具保持手段に保持された棒状切削工具の先端部を軸線方向および軸線方向と直交するＺ軸方向の２つの方向から撮像する撮像手段とを備えた棒状切削工具の測定装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
上記測定装置を用いた測定方法では、特定された複数の測定点を上記撮像手段を用いて２つの方向から撮像することにより、複数の測定点の三次元座標を求める。この三次元座標から２つの方向以外の視点における棒状切削工具の先端部の形状パラメータを演算して求める。したがって、上記先端部の形状に対応して撮像手段の視点（撮像する角度）を変えずに、上記形状パラメータの測定を可能とした。
【０００４】
また、丸棒状ワークを保持する保持手段としては、図１１に示すように、ワークとしての刃具を回転可能に把持するチャック装置９０が知られている（特許文献２）。チャック装置９０は、先端側が３分割された工具挟持部９１と、工具挟持部９１を締め付けて刃具を把持させる操作体９２とを有している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５９７１３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記測定装置では、回転駆動手段の回転軸と棒状切削工具の軸線とが合致するように正しい姿勢で棒状切削工具が工具保持手段に保持されないと軸ぶれが生じる。ワークを回転させて撮像する際に、軸ぶれが起こると撮像手段による焦点が定まらず、正確に複数の測定点の三次元座標が得られないという課題がある。
【０００７】
また、工具保持手段として図１１に示したチャック装置９０を用いたとしても、測定するワークが極細の丸棒状である場合、工具挟持部９１へワークを挿入する際に、隙間９３にワークが挟まり易く、正しい姿勢で狭持されないおそれがある。
【０００８】
さらに、ワークの測定部位が微細加工されている場合、撮像手段は、ワークの測定部位を拡大する光学系が必要となる。光学系の拡大倍率が高ければ高いほど、焦点深度が浅くなる。したがって、焦点範囲からワークがずれてしまわないように、ワークの回転に同期して焦点位置の調整を頻繁に行う必要があるという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、撮像装置の焦点位置調整を軽減して、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法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】
【００１０】
本発明の丸棒状ワークの外形の計測方法は、撮像装置を用いて丸棒状のワークの外形を計測する計測方法であって、ワークの軸線と回転軸とを少なくとも同一方向に向け、回転軸を中心に回転可能な状態でワークを把持する把持工程と、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心としたワークの回転軌跡を演算する演算工程と、ワークの回転に同期して、演算工程における演算結果に基づき撮像装置の光軸とワークの軸線とを直交させ、ワークの計測部位に焦点が合うように撮像装置とワークとを相対配置する配置工程と、配置されたワークの計測部位を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが少なくとも同一方向に向くようにワークを把持する。したがって、ワークの軸線と回転軸とが常に平行な状態で回転軸を中心にワークを回転させることができる。ゆえにワークの回転によって軸線がぶれない。演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心としたワークの回転軌跡を演算する。そして、配置工程では、求められたワークの回転軌跡を基に撮像装置とワークとを相対配置する。したがって、撮像装置に対するワークの位置を探索して焦点位置を調整する場合に比べて、ワークを撮像範囲にすばやく位置させ、焦点位置の調整を行うことができる。すなわち、撮像装置の焦点位置調整を軽減して、軸線がぶれることなく撮像することができるので、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法を提供することができる。
【００１２】
上記把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが合致する状態でワークを把持することを特徴とする。この方法によれば、ワークは軸線を中心として回転するように把持される。したがって、配置工程で撮像装置とワークとを相対配置すれば、ワークの回転に同期した計測部位に対する焦点位置の調整を省略することができる。また、外形が同一の設計データを基に製造された異なるワークを把持しても、計測部位に対する焦点位置の調整をすばやく行うことができる。
【００１３】
また、上記把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが合致しない状態でワークを把持してもよい。ワークに対して軸線と回転軸とを合致させて把持するように一旦調整すると、軸径の異なるワークを把持した場合、当該ワークの軸線と回転軸とがずれる。このような場合であっても、この方法によれば、演算工程では、当該ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした当該ワークの回転軌跡を演算するので、当該ワークを撮像範囲にすばやく位置させ、焦点位置の調整を行うことができる。すなわち、軸径の異なるワークに対しても効率的に計測が可能な計測方法を提供することができる。
【００１４】
上記ワークは軸径が異なる少なくとも２つ以上の略同心である軸部を有し、把持工程では、少なくとも２つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、演算工程では、一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、撮像工程では、ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする。
【００１５】
この方法によれば、演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算するので、軸径が異なる少なくとも２つ以上の略同心である軸部を有するワークであっても、他方の軸部の計測部位に対して容易に焦点位置の調整ができ、精度よく計測ができる。
【００１６】
また、上記ワークは軸径が異なる少なくとも２つ以上の非同心である軸部を有し、把持工程では、少なくとも２つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、演算工程では、一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、撮像工程では、ワークの他方の軸部の計測部位を撮像してもよい。
【００１７】
この方法によれば、演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算するので、軸径が異なる少なくとも２つ以上の非同心である軸部を有するワークであっても、他方の軸部の計測部位に対して容易に焦点位置の調整ができ、精度よく計測ができる。
【００１８】
また、上記ワークを回転軸を中心として複数回に分けて逐次回転させる回転工程を備え、演算工程では、複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上のワークの計測部位の位置を演算することを特徴とすることが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、演算工程では、複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上のワークの計測部位の位置を演算するので、配置工程では、複数回に分けた回転に応じて撮像装置とワークとを適正な撮像位置に相対配置することができる。すなわち、ワークを複数回に分けて回転させ、これに同期して撮像することによりワークの計測部位に対して複数回の計測を実施してより正確な寸法データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施形態は、極細の丸棒状のワークを回転可能な状態で把持するクランプ機構を具備する計測装置を用いた計測方法を例に説明する。なお、説明に用いる図は、適宜拡大または縮小して表示している。
【００２１】
まず、上記計測装置について図１から図６に基づいて説明する。図１は、計測装置の構成を示す概略図である。図１に示すように計測装置１００は、極細の丸棒状のワークＲを回転可能な状態で把持するクランプ機構３０と、クランプ機構３０が上面に配設されたテーブル３１と、把持されたワークＲの軸線Ｒａに直交するＺ軸方向からワークＲを撮像する撮像装置３５とを備えている。撮像装置３５は、撮像手段としての２つのカメラユニット３６，３７と、各カメラユニット３６，３７に対向して配置された２つの照明３３，３４とを備えている。カメラユニット３６，３７と照明３３，３４とは、同一のテーブル３２に配設されている。また、テーブル３２をＺ軸方向に移動させることにより、ワークＲに対する各カメラユニット３６，３７の焦点を調整するオートフォーカス機構３８を有している。カメラユニット３６，３７は、例えば、撮像素子としてのＣＣＤとワークＲの計測部位を拡大する対物レンズとの組み合わせを用いる。この場合、カメラユニット３６とカメラユニット３７とは撮像時の倍率が異なるように構成されている。照明３３，３４は、例えば、高輝度が得られるハロゲンランプなどを用い、各カメラユニット３６，３７の撮像倍率に応じて照明輝度が設定されている。オートフォーカス機構３８は、当然ながらテーブル３２をＺ軸方向に移動させる駆動部を備えているが図示省略した。
【００２２】
また、計測装置１００は、把持されたワークＲの少なくとも一部が各カメラユニット３６，３７と各照明３３，３４との間の各光軸３３ａ，３４ａ上に位置するように、テーブル３１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる駆動部（図示省略）を備えている。当該駆動部は、Ｘ軸モータとＹ軸モータとを有する。Ｘ軸モータおよびＹ軸モータは、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。
【００２３】
さらに、計測装置１００の各部を制御する制御装置４０を備えている。制御装置４０は、ＣＰＵ４１と、ＥＰＲＯＭなどからなるメモリ４２と、画像処理部４３と、Ｘ軸モータ制御部４４と、Ｙ軸モータ制御部４５と、クランプ機構３０のモータ２９の制御を行うモータ制御部４６と、を備えている。制御装置４０は、例えばパーソナルコンピュータ等を活用して構成する。
【００２４】
メモリ４２には、被計測物であるワークＲの設計データと計測部位を特定するデータおよび測定プログラムが格納されている。また、計測装置１００における計測上の座標が格納されている。当該座標は、クランプ機構３０と撮像装置３５との位置関係において設定された原点と、この原点を基準としたＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の座標を含むものである。
【００２５】
図２は、クランプ機構の構造を示す概略斜視図である。図２に示すように、クランプ機構３０は、極細の丸棒状のワークＲを把持する把持部１０と、把持されたワークＲの姿勢を調整する姿勢調整部２０と、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として軸支する軸受け２７と、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として回転させる回転駆動部としてのモータ２９とを備えている。モータ２９は、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。
【００２６】
軸受け２７とモータ２９との間には、姿勢調整部２０の原点位置を検出する位置検出機構２８と、モータ２９の回転軸と姿勢調整部２０とを軸受け２７を介して連結するスリーブ状の連結部２９ａとが設けられている。上記の各構成は、支持プレート２５の表面にそれぞれ配設されている。
【００２７】
位置検出機構２８は、位置検出用のプレート（ドグ板）２８ａと、ドグ板２８ａの取り付け部２８ｂと、原点センサ２８ｃとから構成されている。軸受け２７により回転可能に軸支された姿勢調整部２０の一方の軸（不図示）に取り付け部２８ｂが固定されている。原点センサ２８ｃは、例えば、発光部（不図示）と受光部（不図示）とが対向配置されたフォトマイクロセンサを用い、取り付け部２８ｂに取り付けられたドグ板２８ａが上記発光部と上記受光部との間を横切るように支持プレート２５の表面に配設されている。上記発光部と上記受光部との間の光軸をドグ板２８ａが遮蔽することにより、原点位置が検出される。本実施形態では検出位置精度３０μｍのフォトマイクロセンサを用いた。回転角度に直すと０．１°の精度で原点を検出可能である。
【００２８】
把持部１０は、受け台アーム１１と、受け台アーム１１の一方の端部１１ａに取り付けられた受け台１と、Ｔ字形状の押さえ部アーム１２と、その端部１２ａに取り付けられた押さえ部５と、を備えている。ワークＲは、受け台１と押さえ部５とにより把持される。
【００２９】
姿勢調整部２０は、受け台アーム１１をガイドするアームガイド１６と、受け台アーム１１の他方の端部１１ｂを支持する位置調整部としての中空のブロック２１と、を備えている。また、アームガイド１６とブロック２１とが配設された回転テーブル１８と、軸受け２７に軸支されると共にブロック２１が取り付けられる回転プレート２４と、を備えている。アームガイド１６と回転テーブル１８とは、ブロック２１に対して受け台アーム１１の軸ぶれを調整するぶれ調整部１５を構成している。
【００３０】
したがって、モータ２９を駆動すれば、軸受け２７に軸支された回転プレート２４が回転する。回転プレート２４には、ブロック２１を介して回転テーブル１８が固定されているので、ブロック２１とアームガイド１６とに支持された受け台アーム１１が回転する。すなわち、ワークＲを把持部１０に把持した状態でモータ２９の回転軸を中心として回転させる構成となっている。
【００３１】
図３は、把持部を示す正面図である。詳しくは、把持部１０をＸ軸方向から見た正面図である。図３に示すように、受け台１は、Ｖ字形状の溝部２を有している。押さえ部５は、溝部２に収まる先端部６を有している。ワークＲは受け台１の溝部２に挿入され、押さえ部５の先端部６により押圧されて把持される。
【００３２】
また、図３に示すように、姿勢調整部２０のアームガイド１６は、Ｌ字状に形成されており、その底部が回転テーブル１８に固定されている。その側面には、Ｘ軸方向に離間して設けられた２つのロックネジ１９と、Ｙ軸調整ネジ１７ａとが設けられている。また、回転テーブル１８とアームガイド１６とを下方（Ｚ軸方向）から貫通する２つのＺ軸調整ネジ１７ｂが設けられている。
【００３３】
よって、受け台１が取り付けられた受け台アーム１１はＹ軸調整ネジ１７ａと、Ｚ軸調整ネジ１７ｂとで支持されている。各調整ネジ１７ａ，１７ｂのねじ込み量を調整することにより、受け台アーム１１のＹ軸方向、Ｚ軸方向のぶれを調整可能となっている。すなわち、上記Ｙ軸調整ネジ１７ａ、Ｚ軸調整ネジ１７ｂ、ロックネジ１９は、受け台アーム１１のぶれ調整部１５（図２参照）に含まれる。
【００３４】
図４は、受け台の詳細を示す概略図である。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ方向から見た平面図である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、受け台１は、２つの斜面２ａ，２ｂからなるＶ字形状の溝部２と、溝部２の延在方向と直交する方向に設けられた４つの凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂと、取り付け用の２つのネジ孔１ａ，１ｂとを有している。溝部２を挟んで設けられた一対（１組）の凹部３ａ，３ｂは、受け台１の上方から見ると、ワークＲの挿入側から内側に入り込んだ位置に設けられている。もう一対の凹部４ａ，４ｂは、一方の凹部３ａ，３ｂに対して離間し、受け台１の側面を切り欠くように設けられている。言い換えれば、ワークＲの止当たり機能を有する受け台アーム１１（図２参照）に面して設けられている。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、一対の凹部４ａ，４ｂは、ワークＲの径に対応して溝部２の深さよりも浅く、それぞれ対応する斜面２ａ，２ｂの一部を切り欠くように設けられている。したがって、ワークＲが溝部２に沿って挿入され受け台アーム１１に突き当たる。また、凹部４ａ，４ｂによってワークＲの挿入が阻害されない。
【００３７】
ワークＲの径が非常に細い場合は、それぞれ対応する２つの斜面２ａ，２ｂをすべて切り欠くように一対の凹部４ａ，４ｂを設けてもよい。また、ワークＲを少なくとも２つの斜面２ａ，２ｂによって支持することができれば、溝部２の底部を平面としてもよい。なお、凹部３ａ，３ｂの形成方法も同様である。
【００３８】
このような受け台１は、図２に示した受け台アーム１１の長軸方向と溝部２の延在方向とが合致するように、受け台アーム１１の端部１１ａにネジ止めされる。
【００３９】
図５は、押さえ部の詳細を示す概略図である。同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ方向から見た平面図である。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、押さえ部５は、受け台１の溝部２に収まる先端部６を有している。先端部６は、溝部２の斜面２ａ，２ｂと同じ傾斜角度を有する２つの斜面６ａ，６ｂと、溝部２の延在方向と平行することになる平面６ｃとを有している。また、平面６ｃに直交するように斜面６ａ側に張り出した凸部７ａ，８ａと、斜面６ｂ側に張り出した凸部７ｂ，８ｂとを有している。一対（１組）の凸部７ａ，７ｂは、受け台１に形成された一対の凹部３ａ，３ｂに対応する位置で、先端部６に形成されている。同様に、一対の凸部８ａ，８ｂは、一対の凹部４ａ，４ｂに対応する位置で、先端部６に形成されている。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、底面７ｃ，８ｃが先端部６の平面６ｃと同一の平面を構成するように、紙面上の水平方向に各斜面６ａ，６ｂから張り出している。すなわち、受け台１の溝部２を横断するように先端部６に形成されている。また、押さえ部５には、押さえ部アーム１２の一方の端部１２ａに嵌合する切り欠き９と、固定用のネジが貫通する孔９ａとが設けられている。
【００４２】
溝部２に挿入されたワークＲは、溝部２によって支持されると共に、押さえ部５の平面６ｃにより押圧される。また、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、受け台１の各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂにそれぞれ収まる。よって、ワークＲの溝部２に対する挿入位置がずれていても、ワークＲが各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂにより溝部２に沿って所定の位置に案内される。
【００４３】
また、例えば、ワークＲをより正しい姿勢で溝部２に配置するために、ワークＲの挿入方向において、凹部４ａ，４ｂと同様に受け台１の側面に凹部３ａ，３ｂを切り欠くように設けることが考えられる。すると、ワークＲを溝部２に挿入する際に、作業者から見ると押さえ部５の凸部７ａ，７ｂによって溝部２が隠れてしまい挿入ミスを起こすおそれがある。この場合、凹部３ａ，３ｂは受け台１の内側に設けられているので、これに収まる凸部７ａ，７ｂによって溝部２の入り口部分が隠れず、ワークＲをより確実に溝部２に挿入することが可能である（図４参照）。
【００４４】
なお、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂは、溝部２の延在方向に対して必ずしも直交する方向に設けなくてもよい。例えば、ワークＲの挿入方向に対して、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとこれに対応する各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂとを逆ハの字に開くように形成することが好ましい。これによれば、各凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂによって、ワークＲの挿入が阻害され難い。さらには、斜面６ａ，６ｂは必須ではなく、先端部６がワークＲを把持するための平面６ｃと、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとを有する構成としてもよい。また、凸部は２組に限定されず、１組でもその効果が期待できるし、もっと増やしてもよい。
【００４５】
図６は把持部および姿勢調整部の詳細を示す斜視図である。詳しくは、ブロック２１とアームガイド１６とを透視して表した図である。
【００４６】
図６に示すように、把持部１０において、押さえ部アーム１２は、支持部１２ｃが受け台アーム１１に設けられた長孔１１ｃに収められ、軸１３により軸支されている。一方の端部１２ａに押さえ部５がネジ止めされている。他方の端部１２ｂと受け台アーム１１との間には、溝部２に向けて押さえ部５を付勢する付勢部としてのバネ１４が設けられている。付勢部はバネ１４に限らずゴムなどの弾性体を用いてもよい。また、押さえ部５は、押さえ部アーム１２の長軸方向と平面６ｃの延在方向とが合致するように、押さえ部アーム１２の端部１２ａにネジ止めされる。すなわち、押さえ部５は、押さえ部アーム１２の支持部１２ｃを支点としてバネ１４により付勢され、先端部６が受け台１の溝部２に収まる構成となっている。
【００４７】
姿勢調整部２０において、受け台アーム１１は、一方の端部１１ａがぶれ調整部１５によって支持されている。一方の端部１１ａの先端には、受け台１がネジ１１ｄにより取り付けられている。他方の端部１１ｂは、ブロック２１の中空部２１ａに挿入され、Ｚ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＺ軸傾き調整ネジ２２ａ，２２ｂと、Ｙ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＹ軸傾き調整ネジ２２ｃ，２２ｄとによって４つの方向から支持され、ブロック２１に固定されている。
【００４８】
軸受け２７に軸支された回転プレート２４には、ブロック２１側に突出する四角柱状の軸２４ａが設けられている。軸２４ａは、ブロック２１の中空部２１ａに挿入され、Ｚ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＺ軸オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂと、Ｙ軸方向にブロック２１を貫通する一対のＹ軸オフセット調整ネジ２３ｃ，２３ｄとによって４つの方向から支持され、ブロック２１に固定される。これにより、回転プレート２４の軸２４ａと受け台アーム１１の端部１１ｂとがブロック２１を介して間接的に連結される。すなわち、回転プレート２４が回転すれば、把持部１０と姿勢調整部２０（ぶれ調整部１５、ブロック２１）とが一体となって回転する。また、軸２４ａは、モータ２９の回転中心と合致しており、回転軸の回転につれて回転する。ゆえに、モータ２９は、把持部１０と姿勢調整部２０とを一体として回転させる。
【００４９】
このようなクランプ機構３０によれば、溝部２に挿入されたワークＲは、２つの斜面２ａ，２ｂで支持されると共に、押さえ部５の平面６ｃとの間で押圧され把持される。よって、ワークＲの軸線Ｒａと溝部２の延在方向とが合致するように把持される。
【００５０】
また、押さえ部５に設けられた２組の凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂが２組の凹部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに収まるように設けられている。したがって、溝部２にワークＲが傾いた状態で挿入されても、各凸部７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂがワークＲを溝部２の斜面２ａ，２ｂに沿って所定の位置に収まるようにガイドする。
【００５１】
把持部１０は、アームガイド１６および回転テーブル１８とブロック２１とからなる姿勢調整部２０により支持され、一体となって回転する。ぶれ調整部１５の各調整ネジ１７ａ，１７ｂとブロック２１の各傾き調整ネジ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとにより、ワークＲの軸線Ｒａのぶれが調整される。そして、ブロック２１の各オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにより、実質的に軸２４ａとワークＲの軸線Ｒａとの相対位置を決めることができる。ゆえに、軸２４ａと軸線Ｒａとが合致するように各オフセット調整ネジ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのねじ込み量を調整すれば、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとを合致させて、ワークＲを回転させることができる。また、合致させなくても、モータ２９の回転軸とワークＲの軸線Ｒａとを所定の距離オフセットして、回転軸を中心として把持部１０に把持されたワークＲを相対的に回転させることができる。
【００５２】
このような計測装置１００によれば、制御装置４０のＣＰＵ４１は、メモリ４２に格納されたワークＲの設計データに基づいて、モータ２９の回転軸を中心としてワークＲを回転させたときのワークＲの回転軌跡を演算する。また、演算結果に基づいて把持部１０に把持されたワークＲの軸線Ｒａと撮像装置３５の光軸３３ａ（または光軸３４ａ）とを交差させ、ワークＲの所望の計測部位に焦点が合うようにオートフォーカス機構３８、画像処理部４３、Ｘ軸モータ制御部４４、Ｙ軸モータ制御部４５、モータ制御部４６をそれぞれ制御する。したがって、ワークＲを適正な撮像範囲にすばやく配置して焦点位置を調整することが可能である。また、把持部１０には、モータ２９の回転軸に対して軸ぶれしないようにワークＲが把持されるので、ワークＲを回転軸を中心に回転させても精度よく撮像することが可能である。
【００５３】
＜丸棒状ワークの外形の計測方法＞
次に、本実施形態の計測方法について図７〜図１０に基づいて説明する。図７は実施例１のワークを示す概略側面図、図８は実施例１のワークの計測方法を示す図である。図９は実施例２のワークを示す概略図、図１０は実施例２のワークの計測方法を示す図である。
【００５４】
（実施例１）
図７に示すように、実施例１のワーク７０は、軸径が異なる３つの軸部７１，７２，７３を有する丸棒である。各軸部７１，７２，７３は軸線Ｒａに対して略同心である。また、軸部（主軸）７１から軸部（副軸）７２、軸部（先端軸）７３に行くに従って細くなっている。例えば、主軸７１の軸径ｄ３がおよそ２００μｍ、副軸７２の軸径ｄ２がおよそ１００μｍ、先端軸７３の軸径ｄ１は、およそ２０μｍである。主軸７１と副軸７２との間、副軸７２と先端軸７３との間は、それぞれテーパ部となっている。この場合、各軸径ｄ１，ｄ２，ｄ３と、寸法ａ，ｂ，ｃ，ｅを計測する。
【００５５】
図８は実施例１のワークの計測方法を示し、詳しくは、Ｘ軸方向から見たワークを示す図である。この場合、クランプ機構３０において、予め把持部１０にワーク７０を把持させ、ワーク７０の軸線Ｒａとモータ２９の回転軸Ｃ0とが合致するように姿勢調整部２０を調整する（軸調整工程）。実際の調整方法としては、クランプ機構３０にワーク７０を把持して回転させ、その状態を撮像装置３５により撮像して軸線Ｒａのぶれがないかチェックする作業を繰り返して行う。
【００５６】
次に作業者は、ワーク７０の主軸７１を把持部１０の溝部２に挿入し、押さえ部５によって押圧する。これより、ワーク７０の軸線Ｒａと回転軸Ｃ0とを同一方向に向け、回転軸Ｃ0を中心に回転可能な状態でワーク７０を把持する（把持工程）。そして、制御装置４０を操作して計測動作を開始させる。ＣＰＵ４１は、まず、メモリ４２に格納されたワーク７０の設計データに基づいて、軸線Ｒａを中心にワーク７０を回転させたときの回転軌跡を演算する（演算工程）。すなわち、この場合、図８の実線で示した同心円が回転軌跡を示すものである。
【００５７】
次に、メモリ４２に格納された測定プログラムと演算された回転軌跡に基づいてＸ軸モータ制御部４４とＹ軸モータ制御部４５とに制御信号を送る。Ｘ軸モータ制御部４４とＹ軸モータ制御部４５は、制御信号に基づいてＸ軸モータ、Ｙ軸モータを駆動して例えば光軸３３ａ上にワーク７０の計測部位が位置するようにテーブル３１を移動させる。また、オートフォーカス機構３８に制御信号を送り、照明３３によって照明されたワーク７０にカメラユニット３６の焦点が合うようにオートフォーカス機構３８を駆動する。より詳しくは、カメラユニット３６によって撮像された画像情報に基づいて画像処理部４３がワーク７０の外形を特定し、外形線が所定のシャープネスを得られるようにオートフォーカス機構３８を駆動して焦点合わせを行う（配置工程）。
【００５８】
画像処理部４３は、焦点が合った状態で撮像された画像情報をビットマップデータに変換してＣＰＵ４１に送る。ＣＰＵ４１はこのビットマップデータから計測部位の寸法を演算して出力する（計測工程）。また、制御装置４０は、モータ制御部４６に制御信号を送り、ワーク７０を複数回に分けて回転させるようにモータ２９を駆動する（回転工程）。これに同期してワーク７０を撮像する計測工程を複数回繰り返し、出力されたデータをＣＰＵ４１によって統計処理させる（寸法データ処理工程）。これにより、計測部位の複数のサンプリングデータから平均値やバラツキが得られる。
【００５９】
計測装置１００は、軸線Ｒａがぶれないようにワーク７０を把持して回転させるクランプ機構３０を備えているので、上記複数回に渡ってサンプリングデータを得ようとする場合、初回の計測において、ワーク７０に対するカメラユニット３６の焦点位置調整をしておけば、ワーク７０を回転させても再び焦点位置調整の必要がなく、計測を行うことが可能である。また、ワーク７０を交換して他のワーク７０について計測を続ける場合においても同様である。すなわち、精度よくワーク７０の外形を計測可能であると共に、複数回の計測に伴うワーク７０とカメラユニット３６との焦点位置調整が簡略化された。
【００６０】
撮像倍率が異なる２つのカメラユニット３６，３７の選択は、ワーク７０の外形寸法に応じて測定プログラムに組み込まれている。例えば、まず、低倍率のカメラユニット３６を選択して軸径が大きな主軸７１と副軸７２に対して焦点位置を調整して撮像する。その後、高倍率のカメラユニット３７を選択して微細な先端軸７３に対して焦点位置を調整して撮像する。このようにすれば、高倍率のカメラユニット３７を用いていきなり先端軸７３に対して焦点位置を調整する場合に比べて、要する時間を短縮することが可能である。
【００６１】
当然のことながら、撮像倍率が異なる各カメラユニット３６，３７の各ＷＤ（Working  Distance）は、予めメモリ４２に撮像装置３５の位置情報の一つとして入力されている。よって、制御装置４０は、各カメラユニット３６，３７の撮像範囲にワーク７０を容易に位置させることが可能である。
【００６２】
図８に示すように、姿勢調整部２０において、モータ２９の回転軸Ｃ0とワーク７０の軸線Ｒａとが合致せず、オフセットするように位置調整されている場合は、オフセットされた回転軌跡上においてワーク７０が相対的に回転する。したがって、回転するワーク７０に対して撮像装置３５の焦点位置を調整する必要が生ずる。この場合、ＣＰＵ４１は、ワーク７０の設計データとオフセットされた値（位置情報）に基づいて回転角度に応じたワーク７０のＸ，Ｙ，Ｚ軸座標を演算する。例えば、先端軸７３の中心の回転軌跡は軌跡Ｔ1となる。また、各軸部７１，７２，７３の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。この演算結果に基づいて制御装置４０がＸ軸モータ制御部４４、Ｙ軸モータ制御部４５に制御信号を送り、回転角度に応じて例えば光軸３３ａ上にワーク７０の計測部位が位置するようにテーブル３１を移動させる。また、オートフォーカス機構３８に制御信号を送り、テーブル３２をＺ軸方向に移動させてワーク７０の計測部位に撮像装置３５の焦点を合わせる。そして、上述したような計測工程、寸法データ処理工程を複数回に分けて行う。
【００６３】
上記のような計測方法を用いれば、各軸径ｄ１，ｄ２，ｄ３、び各寸法ａ，ｂ，ｃ，ｅを精度よく計測することができる。これにより各軸部７１，７２，７３の外形やテーパ部の長さを求めることができる。また、主軸７１に対して、副軸７２、先端軸７３の偏心についても計測可能である。
【００６４】
計測装置１００が表示装置や印刷装置をさらに備えていれば、ＣＰＵ４１が出力する寸法データを表示したり用紙に記録すること、あるいはワーク７０の画像情報を表示することが可能である。
【００６５】
（実施例２）
図９は実施例２のワークを示す概略図である。同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の正面図である。
【００６６】
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、実施例２のワーク８０は、軸径が異なる２つの軸部８１と軸部８２を有する丸棒である。軸部（主軸）８１の軸線Ｒａと軸部（先端軸）８２の軸線Ｒｂとが合致しない非同心である。例えば、主軸８１の軸径ｄ４がおよそ３００μｍ、先端軸８２の軸径ｄ５がおよそ５０μｍである。主軸８１と先端軸８２との間は、テーパ部となっている。この場合、各軸径ｄ４，ｄ５と各寸法ｆ，ｇを計測する。
【００６７】
図１０は実施例２のワークの計測方法を示し、同図（ａ）は軸線Ｒａを中心にワーク８０を回転させる場合を示し、同図（ｂ）は回転軸Ｃ0に対して軸線Ｒａがオフセットされた場合を示す。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、軸調整工程では、計測装置１００の姿勢調整部２０において、ワーク８０の軸線Ｒａとモータ２９の回転軸Ｃ0とが合致するように予め調整する。把持工程では、ワーク８０の主軸８１を把持部１０に挿入して把持する。ワーク８０が回転すると、非同心の先端軸８２は、軸線Ｒａ（回転軸Ｃ0）を中心とした回転軌跡上において相対的に回転する。例えば、軸線Ｒｂの回転軌跡は軌跡Ｔ2となる。また、先端軸８２の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。演算工程では、ワーク８０の設計データに基づいてこれらの回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置３５とワーク８０とを各カメラユニット３６，３７の撮像範囲において相対配置する。測定プログラムは、主軸８１を計測する場合と先端軸８２を計測する場合とによって、ワーク８０の配置位置を演算結果に基づいて選択する。以下計測工程、回転工程、寸法データ処理工程は、実施例１の場合と同様である。
【００６９】
図１０（ｂ）に示すように、姿勢調整部２０において、ワーク８０の軸線Ｒａとモータ２９の回転軸Ｃ0とが合致していない場合、主軸８１と先端軸８２はそれぞれ回転軸Ｃ0を中心として相対的に回転する。例えば、軸線Ｒａの回転軌跡は軌跡Ｔ3となり、軸線Ｒｂの回転軌跡は軌跡Ｔ4となる。また、主軸８１および先端軸８２の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。演算工程では、ワーク８０の設計データに基づいてこれらの回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置３５とワーク８０とを各カメラユニット３６，３７の撮像範囲において相対配置する。測定プログラムは、主軸８１を計測する場合と先端軸８２を計測する場合とによって、ワーク８０の配置位置を演算結果に基づいて選択する。以下計測工程、回転工程、寸法データ処理工程は、実施例１の場合と同様である。
【００７０】
上記のような実施例２の計測方法を用いれば、非同心の先端軸８２を有するワーク８０においても実質的に角度を変えて効率よく撮像し、各軸径ｄ４，ｄ５および各寸法ｆ，ｇを精度よく計測することができる。これにより各軸部８１，８２の外形やテーパ部の長さを求めることができる。また、主軸８１に対して先端軸８２の偏心についてもその精度を計測可能である。
【００７１】
上記実施形態の効果は、以下の通りである。
計測装置１００を用いた上記実施形態の丸棒状のワーク７０の計測方法において、把持工程では、クランプ機構３０の把持部１０に主軸７１を挿入し、ワーク７０を回転可能な状態で把持する。主軸７１の軸線Ｒａはモータ２９の回転軸Ｃ0に対して軸ぶれしないように把持される。そして、演算工程では、ワーク７０の設計データに基づいて回転軸Ｃ0を中心に回転するワーク７０の回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置３５とワーク７０とを相対配置して、オートフォーカス機構３８により計測部位に焦点を合わせる。したがって、ワーク７０の回転に同期して、速やかに焦点位置を合わせて計測部位の撮像を行うことができる。また、ワーク７０は軸ぶれしないように把持されているため、高い精度で撮像を行うことができる。よって、ワーク７０を複数回に分けて回転させ計測する場合、あるいは複数のワーク７０を交換して計測する場合、ワーク７０が高い位置精度で配置されるので、オートフォーカス機構３８による焦点位置調整を頻繁に実施しなくてもよい。すなわち、ワーク７０の外形寸法を精度よく且つ効率よく計測することができる。また、主軸７１に対する各軸部７２，７３の偏心についても計測することができる。なお、非同心の軸部８１，８２を有するワーク８０においても同様である。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。
【００７３】
（変形例１）上記実施形態の計測方法において、各ワーク７０，８０を回転可能な状態で把持する方法は、計測装置１００のクランプ機構３０に限定されない。各ワーク７０，８０に合わせて専用に把持するツール（治工具）を用い、モータ２９の回転軸に取り付けてもよい。
【００７４】
（変形例２）上記実施形態の計測方法において、予めクランプ機構３０にワークを把持して回転させ、各回転角度に応じて撮像装置３５の焦点位置を調整する。このときのＸ，Ｙ，Ｚ軸座標を制御装置４０によりメモリ４２に記憶させる動作を実施してもよい。これによれば、最初の焦点位置調整に時間を要するものの、ワークの設計データが不明な場合にも対応することができる。
【００７５】
（変形例３）上記実施形態の計測方法において、計測装置１００のクランプ機構３０、テーブル３１、撮像装置３５などの各部の配置は、これに限定されない。例えば、図１において、丸棒状のワークＲの軸線ＲａとＺ軸方向とが合致するようにクランプ機構３０をテーブル３１に配置して、ワークＲの軸線Ｒａに対して垂直な方向に光軸３３ａが来るように、カメラユニット３６と照明３３とを対向配置してもよい。これによれば、ワークＲをＺ軸方向から受け台１の溝部２に挿入することとなり、Ｘ軸方向にワークＲを挿入する場合に比べて作業がし易い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】計測装置の構成を示す概略図。
【図２】クランプ機構の構造を示す概略斜視図。
【図３】把持部を示す正面図。
【図４】（ａ）は受け台の詳細を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た平面図。
【図５】（ａ）は押さえ部の詳細を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向から見た平面図。
【図６】把持部および姿勢調整部の詳細を示す斜視図。
【図７】実施例１のワークを示す概略側面図。
【図８】実施例１のワークの計測方法を示す図。
【図９】（ａ）は実施例２のワークを示す側面図、（ｂ）は（ａ）の正面図。
【図１０】（ａ）は軸線を中心にワークを回転させる実施例２のワークの計測方法を示す図、（ｂ）は回転軸に対して軸線がオフセットされた実施例２のワークの計測方法を示す図。
【図１１】従来のクランプ機構としてのチャック装置を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００７７】
３５…撮像装置、３３ａ，３４ａ…光軸、７０，８０…丸棒状のワーク、７１，７２，７３…略同心である軸部、８１，８２…非同心である軸部、Ｃ0…回転軸、Ｒａ…軸線、Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4…回転軌跡としての軌跡。
【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】
2008046010.tif 000009
【図８】
2008046010.tif 000010
【図９】
2008046010.tif 000011
【図１０】
2008046010.tif 000012
【図１１】
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