(57)【要約】【課題】簡便に円柱の外周形状の測定が可能となる形状測定方法及び形状測定装置を提供すること。【解決手段】円柱１５の外形形状を測定する形状測定装置１であって、形状測定装置１は、円柱１５の表面の位置を測定する第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１を備えている。さらに、円柱１５と第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１とを相対移動させるテーブル部３とを備えている。第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１の内少なくとも１つの測定ユニットおいて、円柱１５と測定ユニットとを相対移動して、円柱１５の外形形状の一部を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱の外形形状を測定する形状測定装置であって、
前記円柱の表面との距離を測定する複数の測定ユニットと、
前記円柱と前記測定ユニットとを相対移動させるテーブル部とを備え、
前記複数の前記測定ユニットの内少なくとも１つの前記測定ユニットにおいて、前記円柱と前記測定ユニットとを相対移動して、前記外形形状の一部を測定することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記測定ユニットは、光学装置と、当該光学装置と前記円柱との距離を変更するテーブル部と、光電変換装置と、合焦点位置検出装置とを備え、
前記テーブル部が、前記光学装置と前記円柱との距離を変更し、前記合焦点位置検出装置が、前記円柱の表面の模様が前記光電変換装置に結像する場所を検出し、前記測定ユニットが、前記光学装置と前記円柱との距離を計測することを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の形状測定装置であって、
前記光電変換装置は、前記円柱の軸方向に長いサンプリング領域を備え、当該サンプリング領域の画像信号を前記合焦点位置検出装置に出力し、
前記合焦点位置検出装置は、前記光電変換装置が出力する信号を用いて、前記円柱の表面の模様が前記光電変換装置に結像する場所を検出することを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の形状測定装置であって、
前記光電変換装置は、エリアセンサであることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
透過光照明装置を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
斜め照射照明装置を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
落射照明装置を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
前記円柱の径寸法を入力する入力装置と、
前記径寸法から測定ユニットが測定する測定領域を演算する領域演算装置を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項９】
円柱の外形形状を測定する形状測定方法であって、
前記円柱の径寸法を入力する寸法入力工程と、
前記円柱の外周上における一端の場所を検出する検出工程と、
前記一端の前記場所から測定範囲を演算する演算工程と、
前記測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する測定工程とを有し、演算工程では、各測定ユニットが測定する測定範囲を演算することを特徴とする形状測定方法。
【請求項１０】
円柱の外形形状を測定する形状測定方法であって、
前記円柱の外周上において対向する２つの端の場所を検出する検出工程と、
前記２つの端の前記場所から測定範囲を演算する演算工程と、
前記測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する測定工程とを有することを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱の外形形状を測定する形状測定方法及び形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の形状を非接触にて測定する技術が広く活用されている。例えば、被測定物が傷つき易く、接触子で触れることができない場合や、被測定物が小さすぎて、接触子を被測定物に当てにくい場合などがある。被測定物の形状を非接触により測定する方法の一つとして、ＸＹテーブル、Ｚテーブル、ＴＶカメラ及び画像処理装置を用いる方法が特許文献１に開示されている。それによると、まず、被測定物をＸＹテーブルに載置して、被測定物を移動する。次に、ＴＶカメラが被測定物の画像を取り込み、画像処理装置とＺテーブルを用いて、画像にピントがあう場所にＴＶカメラを移動する（以下フォーカス合わせと称す）。被測定物の移動とＴＶカメラの移動とを繰返し、被測定物のＸＹ座標値とＴＶカメラのＺ座標値とをプロットして物体の形状をトレースする。
【０００３】
しかし、この方法では、物体において、測定する場所の面の向きとＴＶカメラの対物レンズの向きが対向しないとき、精度良く測定できなくなる。つまり、物体に光を照射するとき、物体に反射する光のうち、ＴＶカメラに入射する入射光が少なくなる。このとき、ＴＶカメラが撮影する画像は、暗くなり、ピントを合わせにくくなる。そのため、被測定物における面の向きによっては、測定精度が悪くなるという問題があった。特に、円柱を測定する場合においては、外周の面が円柱の中心から外側に向いていることから、全周の形状を測定することが難しかった。
【０００４】
上述の問題を解決するために、被測定物において測定する面の傾きに対応して、ＴＶカメラの向きを変えて形状を測定する方法が特許文献２に開示されている。それによると、被測定物の測定する面を検出後、面の向きを推定し、面の向きに合わせて、ＴＶカメラの向きを変えて測定している。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０１０２２号公報（図１）
【特許文献２】特開平８−３０４０６５号公報（図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
被測定物の表面の向きに、ＴＶカメラの向きを合わせて測定する方法では、ＴＶカメラを移動した後、測定する面の向きを推測してＴＶカメラの位置と向きの制御をして、フォーカスを合わせている。そのため、ＴＶカメラの位置と姿勢制御が煩雑なものとなっていた。さらに、測定装置は、ＴＶカメラの位置、姿勢、ＴＶカメラと物体との距離を考慮して測定したデータを変換する工程が必要となり、煩雑なものとなっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、簡便に円柱の外周形状の測定が可能となる形状測定方法及び形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の形状測定装置は、円柱の外形形状を測定する形状測定装置であって、円柱の表面との距離を測定する複数の測定ユニットと、円柱と測定ユニットとを相対移動させるテーブル部とを備え、複数の測定ユニットの内少なくとも１つの測定ユニットにおいて、円柱と測定ユニットとを相対移動して、外形形状の一部を測定することを特徴とする。
【０００９】
尚、円柱は、単なる円柱に加え、円柱の表面に凹凸が形成されている円柱も含んでいる概念である。
この形状測定装置によれば、形状測定装置は、円柱の外形形状を測定する。形状測定装置は、複数の測定ユニットとテーブル部とを備えている。テーブル部は、円柱と測定ユニットとを相対移動させる。測定ユニットは、円柱と相対移動しつつ、円柱の外形との距離を計測することで円柱の外形形状を測定する。
【００１０】
形状測定装置は、複数の測定ユニットを備え、外形形状を測定する。個々の測定ユニットは、精度良く測定できる場所の外形形状を測定する。つまり、各測定ユニットは、精度良く測定できる場所における外形形状を測定する。従って、１個の測定ユニットが円柱の全周の外形を測定する場合に比べて、精度良く外形形状を測定することができる。
【００１１】
本発明の形状測定装置では、測定ユニットは、光学装置と、当該光学装置と円柱との距離を変更するテーブル部と、光電変換装置と、合焦点位置検出装置とを備え、テーブル部が、光学装置と円柱との距離を変更し、合焦点位置検出装置が、円柱の表面の模様が光電変換装置に結像する場所を検出し、測定ユニットが、光学装置と円柱との距離を計測することを特徴とする。
【００１２】
この形状測定装置によれば、測定ユニットは、光学装置と、光学装置と円柱との距離を変更するテーブル部と、光電変換装置と、合焦点位置検出装置とを備えている。円柱の外形に光があたり、反射する反射光は光学装置に入射する。光学装置に入射して、光学装置を通過する光は、光電変換装置を照射する。合焦点位置検出装置は、円柱の表面の模様が光電変換装置に結像するように光学装置を移動し、光学装置の移動量を計測する。合焦点位置検出装置は、円柱の表面形状の凹凸に応じて、光学装置を移動させ、光学装置の移動量を計測することにより、外形形状を測定する。
【００１３】
この方法は、円柱における外周の面が光学装置の光軸に対して斜面となるときにも、円柱の外周にて乱反射して、光学装置に入射する光があるとき外形形状を測定することができる。従って、円柱の外周のように、斜面と光学装置の光軸との成す角が、場所により変わるときにも外形形状を測定することができる。
【００１４】
本発明の形状測定装置では、光電変換装置は、円柱の軸方向に長いサンプリング領域を備え、当該サンプリング領域の画像信号を合焦点位置検出装置に出力し、合焦点位置検出装置は、光電変換装置が出力する信号を用いて、円柱の表面の模様が光電変換装置に結像する場所を検出することを特徴とする。
【００１５】
この形状測定装置によれば、合焦点位置検出装置は、円柱の軸方向の画像データを光電変換装置が出力する信号を用いて、円柱の表面の模様が前記光電変換装置に結像するように光学装置を移動する。
光学装置の光軸を円柱の断面中心を通るように配置して、光軸を移動するとき、光学装置と円柱の表面との距離は、光軸が円柱の外周方向に移動する方が、光軸が円柱の軸方向に移動するとにきに比べて、大きく変化する。サンプリング領域内において、光学装置と円柱の表面との距離の変化が小さい方が精度良く焦点を合わせることができる。従って、光電変換装置が出力する信号において、円柱の軸方向に長いサンプリング領域の画像データを用いる方が、円柱の外周方向に長いサンプリング領域の画像データを用いる場合に比べて、精度よく焦点を合わせることができる。
【００１６】
本発明の形状測定装置では、光電変換装置は、エリアセンサであることを特徴とする。
【００１７】
この形状測定装置によれば、光電変換装置は、エリアセンサを備えている。ここで、エリアセンサとは、光電変換素子がマトリクス状に配列して形成されているセンサを示す。一方、光電変換素子が一方向に配列して形成されているセンサをラインセンサと称す。光電変換装置としては、エリアセンサの他にも、ラインセンサでも、円柱の表面で反射した光を受光して、合焦点位置を判断可能な光分布情報を得ることが可能である。
【００１８】
エリアセンサを用いるときは、光電変換素子により得られる電気信号をモニタに表示することで、操作者が光電変換装置の受光面内において焦点が合っている場所を、確認をすることが容易にできる。ラインセンサを用いるとき、操作者は、光学装置と円柱の表面との距離を変えて、ラインセンサ上で焦点があっているかどうかを確認することとなる。従って、ラインセンサを用いるときに比べて、エリアセンサを用いるとき、操作者は、焦点の合う場所を容易に確認することができる。
【００１９】
本発明の形状測定装置は、透過光照明装置を備えることを特徴とする。
【００２０】
この形状測定装置によれば、形状測定装置は、透過光照明装置を備えている。円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と直交する面の場所を光学装置及び光電変換装置を用いて検出するとき、斜め照射照明又は落射照明を用いるときに比べて、透過照明を用いる方が、高いコントラストで円柱の外周上の表面の位置を認識することができる。従って、円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と直交する面の場所を精度良く認識することができる。
【００２１】
本発明の形状測定装置は、斜め照射照明装置を備えることを特徴とする。
【００２２】
この形状測定装置によれば、形状測定装置は、斜め照射照明装置を備えている。円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と斜めに交差する面の場所を光学装置及び光電変換装置を用いて検出するとき、透過照明及び落射照明を行うときに比べて、高いコントラストで円柱における外周上の表面の凹凸を検出することができる。表面の凹凸を検出することができることから光電変換装置に焦点を合わせ易くなる。表面の凹凸に光電変換装置の焦点を合わせ易くなる為、測定ユニットは表面の形状を精度良く測定することができる。従って、円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と斜めに交差する面の場所の形状を精度良く測定することができる。
【００２３】
本発明の形状測定装置は、落射照明装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
この形状測定装置によれば、形状測定装置は、落射照明装置を備えている。円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と略平行となる面の場所を光学装置及び光電変換装置を用いて検出するとき、斜め照射照明及び透過照明を行うときに比べて、高いコントラストで円柱の外周上の表面の凹凸を検出することができる。表面の凹凸を検出することができることから光電変換装置に焦点を合わせ易くなる。表面の凹凸に光電変換装置の焦点を合わせ易くなる為、測定ユニットは表面の形状を精度良く測定することができる。従って、円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と略平行となる面の場所の形状を精度良く測定することができる。
【００２５】
本発明の形状測定装置は、円柱の径寸法を入力する入力装置と、径寸法から測定ユニットが測定する測定領域を演算する領域演算装置を備えることを特徴とする。
【００２６】
この形状測定装置によれば、形状測定装置は、径寸法を入力する入力装置と、径寸法から測定ユニットが測定する測定領域を演算する領域演算装置を備えている。円柱の外周形状は円に近い形状となっている。円周上の一箇所の場所と接線方向を測定ユニットが検出し、円径寸法が入力装置から入力されるとき、領域演算装置が円周上の概略の座標を演算することができる。ここで、径寸法は円柱の外周の直径または、半径を示す。
【００２７】
測定ユニットが測定する場所に移動して、光学装置の光軸方向に、光学装置を移動して合焦点する場所を検索するとき、焦点の合う場所から離れた場所から検索をするときに比べて、焦点の合う場所に近い場所から検索をするときの方が、焦点の合う場所を早く検出することができる。従って、測定ユニットが焦点の合う場所を早く検出できる為、生産性良く測定することができる。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の形状測定方法は、円柱の外形形状を測定する形状測定方法であって、円柱の径寸法を入力する寸法入力工程と、円柱の外周上における一端の場所を検出する検出工程と、一端の場所から測定範囲を演算する演算工程と、測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する測定工程とを有し、演算工程では、各測定ユニットが測定する測定範囲を演算することを特徴とする。
【００２９】
この形状測定方法によれば、寸法入力工程で円柱の径寸法を入力する。径寸法は円柱の外周の直径または、半径を示す。検出工程で円柱の外周上における一端の場所を検出する。演算工程で、円柱の外周における一端の場所から測定範囲を演算する。測定工程では、測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する。
【００３０】
測定工程において、円周上の表面形状を複数の測定ユニットを用いて測定することから、ある測定ユニットは、円周上の表面形状の内、精度良く測定可能な範囲を測定する。この測定ユニットが、精度良く測定できない場所は、別の測定ユニットが測定することで測定が可能となる。従って、各測定ユニットは、精度良く測定できる場所を測定する為、精度良く測定できる形状測定方法とすることができる。
【００３１】
さらに、検出工程で円柱の外周上における一端の場所を検出し、演算工程では、一端の場所のデータを基に各測定ユニットが測定する測定領域を演算する。各測定ユニットの測定場所を個別にセットする場合は、測定ユニットの台数と同じ回数、測定場所をセットする必要ある。従って、測定ユニット毎に測定場所をセットする場合に比べて、１回の検出工程及び演算工程で、測定場所をセットできることから、生産性良く、測定場所をセットすることができる。
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明の形状測定方法は、円柱の外形形状を測定する形状測定方法であって、円柱の外周上において対向する２つの端の場所を検出する検出工程と、２つの端の場所から測定範囲を演算する演算工程と、測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する測定工程とを有することを特徴とする。
【００３３】
この形状測定方法によれば、検出工程で円柱の外周上における対向する２つの端の場所を検出する。演算工程で、円柱の外周における対向する２つの端の場所から測定範囲を演算する。測定工程では、測定範囲を複数の測定ユニットを用いて測定する。
【００３４】
測定工程において、円周上の表面形状を複数の測定ユニットを用いて測定することから、ある測定ユニットは、円周上の表面形状の内、精度良く測定可能な範囲を測定する。この測定ユニットが、精度良く測定できない場所は、別の測定ユニットが測定することが可能となる。従って、各測定ユニットは、精度良く測定できる場所を測定する為、精度良く測定できる形状測定方法とすることができる。
【００３５】
さらに、検出工程で円柱の外周上における対向する２つの端の場所を検出し、演算工程では、２つの端の場所を示すデータを基に各測定ユニットが測定する測定領域を演算して、各測定ユニットが測定する測定場所をセットする。各測定ユニットの測定場所を測定ユニット毎にセットする場合は、測定ユニットの台数に相当する回数分、測定場所を測定ユニットにセットする必要ある。従って、測定ユニット毎に測定場所をセットする場合に比べて、１回の検出工程及び演算工程で、測定場所をセットできることから、生産性良く、測定場所をセットすることができる。
【００３６】
検出工程では、円柱の外周上における対向する２つの端の場所を検出し、円柱の外周における直径を演算することができる。演算工程では、その直径のデータを基にして、各測定ユニットの測定領域を演算する。この方法では、円柱の外周の径寸法を入力する必要がない為、寸法入力工程を省くことができる。従って、生産性良く形状測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を具体化した実施例について図面に従って説明する。
尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
本実施形態では、本発明の特徴的な形状測定装置と、この形状測定装置を用いて測定する場合の例について図１〜図９に従って説明する。
【００３８】
（形状測定装置）
最初に形状測定装置について説明する。図１は、形状測定装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、形状測定装置１は、ワークの形状を測定する測定ユニット２と、測定ユニット２に対してワークを相対的に移動させるテーブル部３と、動作を制御する制御装置４を主として構成されている。
【００３９】
形状測定装置１には、矩形板状に形成される基台５が備えられている。本実施形態では、この基台５の平面方向の一方向をＸ方向とし、基台５の平面方向の内、同Ｘ方向と直交する方向をＹ方向とする。又、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向とする。
【００４０】
基台５の上面５ａには、Ｙ方向に延びるＹ固定テーブル６が形成され、Ｙ固定テーブル６の上面６ａには、Ｙ方向に延びる一対のＹ案内レール７が、Ｙ固定テーブル６のＹ方向全幅にわたり凸設されている。そのＹ固定テーブル６の上側には、一対のＹ案内レール７に対応する図示しない直動機構を備えたＹ移動テーブル８が配置されている。そのＹ移動テーブル８の直動機構は、例えば、Ｙ案内レール７に沿ってＹ方向に延びるネジ軸（駆動軸）と、同ネジ軸と螺合するボールナットを備えたネジ式直動機構であって、その駆動軸が、所定のパルス信号を受けてステップ単位で正逆転するＹ軸モータ（図示しない）に連結されている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号がＹ軸モータに入力されると、Ｙ軸モータが正転又は逆転して、Ｙ移動テーブル８が同ステップ数に相当する分だけ、Ｙ方向に沿って所定の場所に移動及び停止するようになっている。
【００４１】
Ｙ移動テーブル８の上面８ａには、Ｘ方向に延びるＸ固定テーブル９が形成され、Ｘ固定テーブル９の上面９ａには、Ｘ方向に延びる一対のＸ案内レール１０が、Ｘ固定テーブル９のＸ方向全幅にわたり凸設されている。そのＸ固定テーブル９の上側には、一対のＸ案内レール１０に対応する図示しない直動機構を備えたＸ移動テーブル１１が配置されている。そのＸ移動テーブル１１の直動機構は、例えば、Ｙ移動テーブル８の直動機構と同様な機構であり、Ｘ方向に沿って所定の場所に移動及び停止するようになっている。
【００４２】
Ｘ移動テーブル１１の上面１１ａには、Ｚ方向に延びる円筒状のＺ固定テーブル１２が形成され、Ｚ固定テーブル１２の内側には、図示しない直動機構を備えたＺ移動テーブル１３が配置されている。そのＺ移動テーブル１３の直動機構は、例えば、Ｙ移動テーブル８の直動機構と同様な機構であり、Ｚ方向に沿って所定の場所に移動及び停止するようになっている。
【００４３】
Ｚ移動テーブル１３の上面１３ａには、チャック１４が形成され、被測定物である円柱１５を三方向から押圧して固定するようになっている。
【００４４】
基台５の上面５ａにおいて、Ｙ固定テーブル６のＹ方向には、直方体の支持台１６が形成されている。支持台１６のＺ方向には、第１固定テーブル１７が形成され、第１固定テーブル１７の上面１７ａには、Ｙ方向に延びる一対のＹ案内レール１８ａ，１８ｂが、第１固定テーブル１７のＹ方向全幅にわたり凸設されている。その第１固定テーブル１７の上側には、一対のＹ案内レール１８ａ，１８ｂに対応する図示しない直動機構を備えたテーブル部としての第１移動テーブル１９が配置されている。その第１移動テーブル１９の直動機構は、例えば、Ｙ移動テーブル８の直動機構と同様な機構であり、Ｙ方向に沿って所定の場所に移動及び停止するようになっている。
【００４５】
支持台１６、第１固定テーブル１７、Ｙ案内レール１８ａ，１８ｂ及び第１移動テーブル１９を合わせて第１移動部２０とする。
【００４６】
第１移動テーブル１９の上面１９ａには、第１カメラ２１が配置され、第１カメラ２１の円柱１５側には、第１光学装置２２が配置されている。第１カメラ２１は、受光する光を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子等を搭載した基板などで構成されている。第１光学装置２２は、例えば、複数のレンズにより構成し、円柱１５の表面を拡大して、第１カメラ２１のＣＣＤ素子に投影するようになっている。
【００４７】
第１光学装置２２に隣接して落射照明装置及び透過光照明装置としての第１落射光源２３が配置されている。第１落射光源２３が発光する光は、第１光学装置２２に導かれ、第１光学装置２２の内部を通過して、円柱１５を照射するようになっている。
【００４８】
第１移動テーブル１９をＹ方向に移動して、第１光学装置２２と円柱１５との距離を調整することにより、第１カメラ２１に投影される円柱１５の表面における画像を焦点の合った画像にできるようになっている。第１移動部２０、第１カメラ２１、第１光学装置２２及び第１落射光源２３とを合わせて第１測定ユニット２４とする。
【００４９】
同様に、基台５の上面５ａにおいて、Ｙ固定テーブル６のＹ方向の反対方向には、支持台２５が形成されている。支持台２５のＺ方向には、第３固定テーブル２６、Ｙ案内レール２７ａ，２７ｂ、テーブル部としての第３移動テーブル２８の順に配置されている。支持台２５、第３固定テーブル２６、Ｙ案内レール２７ａ，２７ｂ及び第３移動テーブル２８とを合わせて第３移動部２９とする。
【００５０】
第３移動テーブル２８の上面２８ａには、第３カメラ３０、第３光学装置３１及び、落射照明装置及び透過光照明装置としての第３落射光源３２が配置されている。第３移動テーブル２８をＹ方向に移動して、第３光学装置３１と円柱１５との距離を調整することにより、第３カメラ３０に投影される円柱１５の表面の画像を焦点の合った画像にできるようになっている。第３落射光源３２が発光する光は、第３光学装置３１の内部を通過して円柱１５を照射可能となっている。第３移動部２９、第３カメラ３０、第３光学装置３１及び第３落射光源３２とを合わせて第３測定ユニット３３とする。
【００５１】
同様に、基台５の上面５ａにおいて、Ｘ固定テーブル９のＸ方向には、支持台３４が形成されている。支持台３４のＺ方向には、第２固定テーブル３５、Ｘ案内レール３６ａ，３６ｂ、テーブル部としての第２移動テーブル３７の順に配置されている。支持台３４、第２固定テーブル３５、Ｘ案内レール３６ａ，３６ｂ、第２移動テーブル３７とを合わせて第２移動部３８とする。
【００５２】
第２移動テーブル３７の上面３７ａには、第２カメラ３９、第２光学装置４０及び、落射照明装置及び透過光照明装置としての第２落射光源４１が配置されている。第２移動テーブル３７をＸ方向に移動して、第２光学装置４０と円柱１５との距離を調整することにより、第２カメラ３９に投影される円柱１５の表面の画像を焦点の合った画像にできるようになっている。第２落射光源４１が発光する光は、第２光学装置４０の内部を通過して、円柱１５を照射可能となっている。第２移動部３８、第２カメラ３９、第２光学装置４０及び第２落射光源４１とを合わせて第２測定ユニット４２とする。
【００５３】
同様に、基台５の上面５ａにおいて、Ｘ固定テーブル９のＸ方向の反対方向には、支持台４３が形成されている。支持台４３のＺ方向には、第４固定テーブル４４、Ｘ案内レール４５ａ，４５ｂ、テーブル部としての第４移動テーブル４６の順に配置されている。支持台４３、第４固定テーブル４４、Ｘ案内レール４５ａ，４５ｂ、第４移動テーブル４６とを合わせて第４移動部４７とする。
【００５４】
第４移動テーブル４６の上面４６ａには、第４カメラ４８、第４光学装置４９及び、落射照明装置及び透過光照明装置としての第４落射光源５０が配置されている。第４移動テーブル４６をＸ方向に移動して、第４光学装置４９と円柱１５との距離を調整することにより、第４カメラ４８に投影される円柱１５の表面の画像を焦点の合った画像にできるようになっている。第４落射光源５０が発光する光は、第４光学装置４９の内部を通過して、円柱１５を照射可能となっている。第４移動部４７、第４カメラ４８、第４光学装置４９及び第４落射光源５０とを合わせて第４測定ユニット５１とする。
【００５５】
基台５の上面５ａには、支持部５５を介して斜め照射照明装置及び透過光照明装置としての第１斜照明５６〜第４斜照明５９が配置されている。第１斜照明５６は、第１光学装置２２と第２光学装置４０との間に配置され、第２斜照明５７は、第２光学装置４０と第３光学装置３１との間に配置されている。同様に、第３斜照明５８は、第３光学装置３１と第４光学装置４９との間に配置され、第４斜照明５９は、第４光学装置４９と第１光学装置２２との間に配置されている。
【００５６】
基台５の上面５ａに、斜照明光源６０が配置され、斜照明光源６０と第１斜照明５６〜第４斜照明５９とが、グラスファイバーなどから構成されるライトガイド６１により接続されている。斜照明光源６０が発光する光は、ライトガイド６１を通過して、第１斜照明５６〜第４斜照明５９を照射する。第１斜照明５６〜第４斜照明５９は、その内部にグラスファイバーが配置され、入射される光をガイドして円柱１５を照射するようになっている。
【００５７】
制御装置４は、形状測定装置１の動作を制御する装置であり、モニタ７０、入力装置７１及び電気回路を内部に備えている。
【００５８】
図２は、形状測定装置の電気制御ブロック図である。図２において、制御装置４は、プロセッサとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（演算処理装置）７２と、各種情報を記憶するメモリ７３とを有する。メモリ７３はデータバス７４を介してＣＰＵ７２と接続されている。
【００５９】
制御装置４は、データバス７４に接続して入出力インターフェース７５を備えている。制御装置４は、この入出力インターフェース７５に接続して、モニタ７０、入力装置７１、テーブル制御装置７６、チャック制御装置７７、合焦点位置検出装置７８光源制御装置７９を備えている。
【００６０】
モニタ７０及び入力装置７１は、入出力インターフェース７５およびデータバス７４を介してＣＰＵ７２に接続されている。Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１３及び、第１移動テーブル１９〜第４移動テーブル４６は、テーブル制御装置７６と接続され、テーブル制御装置７６に制御される。テーブル制御装置７６は、入出力インターフェース７５およびデータバス７４を介してＣＰＵ７２と接続されている。
【００６１】
チャック１４は、電気信号を受けて開閉するチャックであり、チャック制御装置７７と接続され、チャック制御装置７７に制御される。チャック制御装置７７は、入出力インターフェース７５およびデータバス７４を介してＣＰＵ７２と接続されている。第１カメラ２１〜第４カメラ４８は、合焦点位置検出装置７８と接続され、第１カメラ２１〜第４カメラ４８の画像信号は、合焦点位置検出装置７８に出力される。合焦点位置検出装置７８は、入出力インターフェース７５およびデータバス７４を介してＣＰＵ７２と接続されている。
【００６２】
第１斜照明５６〜第４斜照明５９及び、第１落射光源２３〜第４落射光源５０は、光源制御装置７９と接続され、光源制御装置７９に制御される。光源制御装置７９は、入出力インターフェース７５およびデータバス７４を介してＣＰＵ７２と接続されている。
【００６３】
メモリ７３は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。メモリ７３は、機能的には、形状測定装置１の動作の制御手順が記述されたプログラムソフト８０や、測定領域を演算する測定領域演算プログラム８１を記憶する記憶領域を有する。さらに、メモリ７３には、円柱１５を測定する測定位置を座標データとして記憶するための記憶領域や、ＣＰＵ７２のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
【００６４】
ＣＰＵ７２は、メモリ７３内に記憶されたプログラムソフト８０に従って、円柱１５における表面の所定位置の形状を測定するための制御を行うものである。
【００６５】
入力装置７１は、測定の際に用いられる各種測定条件のデータを入力する装置であり、モニタ７０は測定時の各種情報を表示する装置である。ＣＰＵ７２は、入力される各種測定条件とプログラムソフト８０とに従って、測定を行い。測定状況をモニタ７０に表示する。操作者がモニタ７０に表示される各種情報を見て、測定状況を確認して操作するようになっている。
【００６６】
チャック制御装置７７は、チャック１４の開閉を制御する装置である。操作者が被測定物である円柱１５をチャック１４に載置した後、測定時に、チャック制御装置７７はチャック１４を閉めて、円柱１５を固定する。又、測定後、チャック制御装置７７はチャック１４を開いて円柱１５を除材可能にする。
【００６７】
光源制御装置７９は、第１斜照明５６〜第４斜照明５９及び、第１落射光源２３〜第４落射光源５０の点灯と消灯とを制御する装置である。測定するカメラと測定する場所に応じて、プログラムソフト８０に従って、各照明と光源とを選択して点灯する。
【００６８】
テーブル制御装置７６は、Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１３及び、第１移動テーブル１９〜第４移動テーブル４６の位置情報の取得と、移動及び停止を制御する装置である。Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１３及び、第１移動テーブル１９〜第４移動テーブル４６には、移動距離を検出可能な図示しない位置センサが内蔵されており、テーブル制御装置７６は、この位置センサの出力を検出することにより、各移動テーブルの位置を認識する。テーブル制御装置７６は、各移動テーブルにパルス信号を送信し、各移動テーブルを所望の位置に移動することができるようになっている。
【００６９】
合焦点位置検出装置７８は、第１カメラ２１〜第４カメラ４８から出力される画像信号を演算して、焦点が合っている画像か、合っていない画像かを判断する装置である。例えば、第１カメラ２１と円柱１５とを所定の間隔離して、画像データ取込み、画像データの中で明るい場所と暗い場所とのコントラストを演算する。続いて、第１カメラ２１と円柱１５とを近づけて、コントラストを演算する。これを繰り返して、第１カメラ２１と円柱１５との距離と、コントラストの値との関係を測定し、最もコントラストが高い場所を焦点が合った場所とする。焦点位置の検出方法については、例えば、特開平８−２０１０２２号公報に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【００７０】
（形状測定方法）
次に本発明の形状測定方法について図３〜図９にて説明する。図３は、形状測定方法のフローチャートであり、図４〜図９は形状測定方法を説明する図である。
【００７１】
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１は寸法入力工程に相当し、被測定物である円柱の径寸法を入力装置に入力する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は、設置工程に相当し、被測定物である円柱を形状測定装置のチャックに載置して、固定する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は検出工程に相当し、被測定物である円柱の外周の一端を検出する工程である。次にステップＳ４に移行する。ステップＳ４は演算工程に相当し、円柱の径寸法と、円柱における外周の一端の座標とから測定領域を演算する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ５は測定工程に相当し、円柱における測定領域の形状を測定する工程である。以上のステップで形状測定が終了する。
【００７２】
次に、図４〜図９を用いて、図３に示したステップと対応させて、形状測定方法を詳細に説明する。
【００７３】
ステップＳ１では、被測定物である円柱の径寸法を入力装置７１に入力する。径寸法は、半径でも、直径でも良く、図２に示す測定領域演算プログラム８１が対応する寸法を入力する。この実施形態では、例えば、円柱の直径を採用している。
【００７４】
ステップＳ２では、操作者が、被測定物である円柱１５を形状測定装置１のチャック１４に載置する。続いて、操作者が、入力装置７１からスタート信号を入力し、ＣＰＵ７２がスタート信号を受けて、チャック制御装置７７にチャック固定信号を出力する。チャック制御装置７７はチャック固定信号を受けて、チャック１４を閉じて円柱１５を固定する。
【００７５】
続いて、操作者は、Ｚ移動テーブル１３をＺ方向に移動して、円柱１５における測定予定の場所を第１光学装置２２の光軸と合わせる。形状測定装置１は、第１カメラ２１が撮像する画像を、モニタ７０に表示できるようになっており、操作者は、モニタ７０を確認して操作を行う。
【００７６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ステップＳ３に対応する図である。ステップＳ３では、図４（ａ）に示す様に、第２斜照明５７、第３斜照明５８及び第３落射光源３２を点灯する。第２斜照明５７、第３斜照明５８及び第３落射光源３２と第１光学装置２２との間を、円柱１５が通過するように配置する。つまり、第２斜照明５７、第３斜照明５８及び第３落射光源３２が照射する光線８５を円柱１５が遮って形成される影を第１カメラ２１が撮像する。従って、第２斜照明５７、第３斜照明５８及び第３落射光源３２は、円柱１５及び第１カメラ２１に対して、透過照明として作用する。
【００７７】
図４（ｂ）は、第１カメラ２１が撮像する画面８６を示している。画面の中には、円柱１５の影１５ａと光線８５とが映される。画面８６には、Ｘ方向に長い矩形のサンプリング領域８７が設定されている。合焦点位置検出装置７８は、画面８６のサンプリング領域８７の画像信号を用いて、第１光学装置２２と円柱１５との距離を調節して、画面８６の焦点が合うようにする。
【００７８】
このとき、画面８６において、影１５ａの領域と光線８５の領域との境界である端部１５ｂの線と、直交する方向（図中Ｘ方向）が、長くなるようにサンプリング領域８７を設定する。サンプリング領域８７では、暗い影１５ａの領域と、明るい光線８５の領域とが含まれ、コントラストを演算し易くなっている。
【００７９】
続いて、円柱１５をＸ方向から、Ｘ方向の反対の方向に向けて移動する。画面８６において、明るい場所の面積と暗い場所の面積とが略等しくなるとき、円柱１５の移動を停止する。次に、第１光学装置２２をＹ方向に移動して、画面８６に焦点が合う場所で停止する。続いて、円柱１５をＸ方向に移動し、画面８６において、明るい場所の面積と暗い場所の面積とが等しくなる場所で、円柱１５の移動を停止する。
【００８０】
Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１３及び第１移動テーブル１９の位置から、円柱１５の一端１５ｃの位置座標を認識する。
【００８１】
図５はステップＳ４に対応する図である。ステップＳ４では、図５に示す様に、円柱１５における一端１５ｃの位置座標と、円柱１５の直径Ｌとを用いて、図１に示す第１測定ユニット２４が測定する第１領域８８、第２測定ユニット４２が測定する第２領域８９、第３測定ユニット３３が測定する第３領域９０、第４測定ユニット５１が測定する第４領域９１を演算する。
【００８２】
第１領域８８〜第４領域９１は、円柱１５の外周を四等分した領域となっている。第１領域８８は、円柱１５のＹ方向側の領域とし、第２領域８９は、円柱１５のＸ方向側の領域とする。第３領域９０は、円柱１５におけるＹ方向の反対方向の領域とし、第４領域９１は、円柱１５におけるＸ方向の反対方向の領域とする。
【００８３】
一端１５ｃの座標を（０、０）とするとき、円柱１５の直径Ｌを用いて、第４領域９１と第１領域８８との境となる点９２の座標は、（Ｌ／２（１−ＣＯＳ（４５度））、Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となり、第１領域８８と第２領域８９との境となる点９３の座標は、（Ｌ／２（１＋ＣＯＳ（４５度））、Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となる。第２領域８９と第３領域９０との境となる点９４の座標は、（Ｌ／２（１＋ＣＯＳ（４５度））、−Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となり、第３領域９０と第４領域９１との境となる点９５の座標は、（Ｌ／２（１−ＣＯＳ（４５度））、−Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となる。
【００８４】
ステップＳ５では、図１に示す第１測定ユニット２４を用いて、図５に示す第１領域８８の測定を行う。まず、第１測定ユニット２４が図５に示す点９２を測定可能となるように、テーブル部３が円柱１５を移動する。
【００８５】
図６〜図９はステップＳ５に対応する図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５に示す領域８８ａの測定に対応する図である。図６（ａ）に示す様に第４斜照明５９を点灯して、円柱１５を照射する。円柱１５を照射する光線８５は、円柱１５で反射して第１光学装置２２を照射する。第１測定ユニット２４が撮像する領域である撮像領域９６において、円柱１５の表面は、第１光学装置２２の光軸２２ａに対して斜面となっている。このとき、撮像領域９６を照射する光線８５は、光軸２２ａに対して斜めから照射する方が、光軸２２ａと平行に照射するより、第１光学装置２２に入射する光線８５が多くなる。従って、円柱１５の斜面を測定するときは、第４斜照明５９を点灯して光軸２２ａに対して斜め方向から照射する。
【００８６】
第１測定ユニット２４をＹ方向に移動して、焦点の合う場所を検索する。焦点の合う場所を検出するとき、図２に示すテーブル制御装置７６は、Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８及び第１移動テーブル１９の座標データをＣＰＵ７２に出力する。ＣＰＵ７２は、撮像領域９６の座標を演算し、メモリ７３に格納する。
【００８７】
図６（ｂ）は、第１カメラ２１の焦点が撮像領域９６に合っているとき、第１カメラ２１が円柱１５を撮像するときの画面８６を示す。このステップでは、焦点合わせにて、図２に示す合焦点位置検出装置７８が、画像データを参照する領域であるサンプリング領域９７をＺ方向に長く配置する。第１測定ユニット２４が、サンプリング領域９７に焦点を合わせたとき、サンプリング領域９７の近くにおいて、第１カメラ２１は、円柱１５の表面に形成されている模様９８を観測可能である。円柱１５は、Ｘ方向が斜面となっており、画面８６のＸ方向側の領域８６ａ及びＸ方向の反対方向８６ｂでは、画像の焦点が合わずに、ぼやけた画像となっている。尚、模様９８は、観測するために形成しても良いが、円柱１５を研削、切削等で形成するときに形成される模様を活用しても良い。
【００８８】
合焦点位置検出装置７８が、サンプリング領域９７を設定するとき、Ｘ方向を長く配置すると、サンプリング領域９７にぼやけた画像と、焦点の合った画像とが混じった領域となる。一方、合焦点位置検出装置７８が、サンプリング領域９７を設定するとき、Ｚ方向を長く配置すると、サンプリング領域９７の略全域が焦点の合った領域とすることができる。従って、サンプリング領域９７を設定するとき、Ｚ方向を長く配置する方が、Ｘ方向を長くする場合に比べて、精度良く焦点合わせを行うことができる。
【００８９】
尚、円柱１５の表面に形成されている模様９８の形態によっては、第１落射光源２３による光線８５が模様９８に乱反射して、焦点を合わせ易い場合がある。この様なときは、例えば、第１落射光源２３を点灯しても良い。
【００９０】
続いて、第１測定ユニット２４と円柱１５とをＸ方向に相対移動して測定する。このとき、光軸２２ａと円柱１５における撮像領域９６の面との成す角度は、徐々に直交するように変化する。
【００９１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５に示す領域８８ｂの測定に対応する図である。領域８８ｂでは、円柱１５の表面が、第１光学装置２２の光軸２２ａに対して略直交する面となっている。図７（ｂ）は、第１カメラ２１の焦点が撮像領域９６に合っているとき、第１カメラ２１が円柱１５を撮像するときの画面８６を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す様に、このとき、撮像領域９６を照射する光線８５は、光軸２２ａと平行に照射する方が、光軸２２ａに対して斜めに照射するより、第１光学装置２２に入射する光線８５が多くなる。従って、円柱１５において、光軸２２ａと略直交する面を測定するときは、第４斜照明５９に加えて、第１落射光源２３を点灯し、光軸２２ａと平行な光線８５と光軸２２ａに対して斜め方向からの光線８５とを照射する。
【００９２】
模様９８の形態によっては、第４斜照明５９を点灯せず、第１落射光源２３による光線８５に限定して照明する方が、焦点を合わせ易い場合がある。従って、模様９８の形態によっては、例えば、第４斜照明５９を消灯しても良い。
【００９３】
第１測定ユニット２４をＹ方向に移動して、焦点の合う場所を検索する。焦点の合う場所を検出した後、図２に示すＣＰＵ７２は、撮像領域９６の座標を演算し、メモリ７３に格納する。
【００９４】
続いて、第１測定ユニット２４と円柱１５とをＸ方向に相対移動して測定する。このとき、円柱１５の撮像領域９６の面は光軸２２ａに対して、徐々に斜めに変化する。
【００９５】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図５に示す領域８８ｃの測定に対応する図である。領域８８ｃでは、円柱１５における撮像領域９６の面が、第１光学装置２２の光軸２２ａに対して斜面となっている。図８（ｂ）は、第１カメラ２１の焦点が撮像領域９６に合っているとき、第１カメラ２１が円柱１５を撮像するときの画面８６を示す。
【００９６】
このとき、撮像領域９６を照射する光線８５は、光軸２２ａに対して斜めから照射する方が、光軸２２ａと平行に照射するより、第１光学装置２２に入射する光線８５が多くなる。従って、円柱１５の斜面を測定するときは、第１斜照明５６を点灯して光軸２２ａに対して斜め方向から照射する。
【００９７】
模様９８の形態によっては、第１落射光源２３による光線８５が模様９８に乱反射して、焦点を合わせ易い場合がある。この様なときは、例えば、第１落射光源２３を点灯しても良い。
【００９８】
第１測定ユニット２４をＹ方向に移動して、焦点の合う場所を検索する。焦点の合う場所を検出した後、図２に示すＣＰＵ７２は、撮像領域９６の座標を演算し、図２に示すメモリ７３に格納する。続いて、第１測定ユニット２４と円柱１５とをＸ方向に相対移動して測定する。
【００９９】
図５に示す第１領域８８を総て測定した結果、形状測定装置１は、図９に示す測定データを得る。図９に示すように、円形の基準線９９に対して、測定データをプロットした測定線１００は、凹凸の量と、凹凸のある場所が解るようになっている。
【０１００】
続いて、図５に示す第２領域８９、第３領域９０、第４領域９１の各領域を、図１に示す第２測定ユニット４２、第３測定ユニット３３、第４測定ユニット５１が測定する。第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１の各測定ユニットが測定する測定データを接合して、円柱１５の外周の測定データが完成する。
【０１０１】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、形状測定装置１は、第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１を備えている。第１測定ユニット２４は、第１領域８８を測定し、第２測定ユニット４２は、第２領域８９を測定する。同様に、第３測定ユニット３３は、第３領域９０を測定し、第４測定ユニット５１は、第４領域９１を測定する。又各測定ユニットは、光軸２２ａに対して撮像領域９６の面が急な斜面にならない領域を測定するようにしている。光軸２２ａに対して撮像領域９６の面が緩やかな方が、精度良く焦点を合わせることができる。つまり、各測定ユニットは、精度良く測定できる領域の外形形状を測定している。従って、１個の測定ユニットが円柱の全周の外形を測定する場合に比べて、精度良く外形形状を測定することができる。
【０１０２】
（２）本実施形態によれば、第１測定ユニット２４は、第１光学装置２２と、第１移動テーブル１９と、第１カメラ２１と、合焦点位置検出装置７８とを備えている。円柱１５の外形に光があたり、反射する反射光は第１光学装置２２に入射する。第１光学装置２２に入射する光は、第１カメラ２１を照射する。合焦点位置検出装置７８は、円柱の表面の模様９８が第１カメラ２１に結像するように第１測定ユニット２４を移動し、第１移動テーブル１９の移動量を計測する。合焦点位置検出装置７８は、円柱の表面形状の模様９８に応じて、第１光学装置２２を移動させ、第１移動テーブル１９の移動量を計測することにより、外形形状を測定する。
【０１０３】
この方法は、円柱１５における外周の面が第１光学装置２２の光軸２２ａに対して斜面となるときにも、円柱１５の外周の模様９８にて乱反射して、第１光学装置２２に入射する光があるとき、外形形状を測定することができる。従って、円柱１５の外周のように、斜面と第１光学装置２２の光軸２２ａとの成す角が、場所により変わるときにも外形形状を測定することができる。
【０１０４】
（３）本実施形態によれば、合焦点位置検出装置７８は、円柱１５の軸方向の模様９８を第１カメラ２１が出力する信号を用いて、円柱１５の表面の模様９８が第１カメラ２１に結像するように第１光学装置２２を移動している。
【０１０５】
第１光学装置２２の光軸２２ａを円柱１５の断面中心を通るように配置するとき、第１光学装置２２と円柱１５の表面との距離は、光軸２２ａが円柱１５の外周方向（Ｘ方向）に移動する方が、光軸が円柱の軸方向（Ｚ方向）に移動するときに比べて、大きく変化する。従って、サンプリング領域９７は、円柱１５の軸方向（Ｚ方向）にする方が、円柱１５の外周方向（Ｘ方向）にする場合に比べて、第１測定ユニット２４の焦点を精度よく合わせることができる。
【０１０６】
（４）本実施形態によれば、第１カメラ２１は、エリアセンサを備えている。エリアセンサを用いるときは、第１カメラ２１により得られる電気信号をモニタ７０に表示することで、操作者が第１カメラ２１の受光面内において焦点が合っている場所と焦点があっていない場所とを、確認をすることが容易にできる。つまり、撮像領域９６における焦点が合っている状況を、合っていない場所と比較して確認することができる。
【０１０７】
ラインセンサを用いるとき、操作者は、光学装置と円柱の表面との距離を変えて、ラインセンサ上で焦点があっているかどうかを確認することとなる。つまり、撮像領域９６の周辺と比較することができない。従って、ラインセンサを用いるときに比べて、エリアセンサを用いるとき、操作者は、焦点の合う場所を容易に確認することができる。
【０１０８】
（５）本実施形態によれば、形状測定装置１は、第１測定ユニット２４に対して、透過光照明装置の役割を果たす第３落射光源３２、第２斜照明５７及び第３斜照明５８を備えている。円柱１５の外周上の表面において、面の法線方向が第１光学装置２２の光軸２２ａと直交する面の場所を第１測定ユニット２４を用いて認識するとき、斜め照射照明及び落射照明を行うときに比べて、落射照明の方が、高いコントラストで円柱１５における外周上の表面の位置を認識することができる。従って、落射照明を用いることにより、円柱の外周上の表面において、面の法線方向が第１光学装置２２の光軸２２ａと直交する面の場所を精度良く認識することができる。
【０１０９】
（６）本実施形態によれば、形状測定装置１は、第１斜照明５６〜第４斜照明５９を備えている。円柱１５の外周上の表面において、面の法線方向が第１光学装置２２の光軸２２ａと斜めに交差する面の場所を第１測定ユニット２４を用いて認識するとき、透過照明及び落射照明を行うときに比べて、高いコントラストで円柱における外周上の表面の模様９８を認識することができる。表面の模様９８を認識することができることから第１カメラ２１に焦点を合わせ易くなる。表面の模様９８を第１カメラ２１に焦点を合わせ易くなる為、第１測定ユニット２４は表面の形状を精度良く測定することができる。従って、円柱１５の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と斜めに交差する面の場所の形状を精度良く測定することができる。
【０１１０】
（７）本実施形態によれば、形状測定装置１は、第１落射光源２３〜第４落射光源５０を備えている。円柱１５の外周上の表面において、面の法線方向が第１光学装置２２の光軸２２ａと略平行となる面の場所を第１測定ユニット２４を用いて認識するとき、斜め照射照明及び透過照明を行うときに比べて、高いコントラストで円柱の外周上の表面の模様９８を認識することができる。表面の模様９８を認識することができることから第１カメラ２１に焦点を合わせ易くなる。表面の模様９８を第１カメラ２１に焦点を合わせ易くなる為、第１測定ユニット２４は表面の形状を精度良く測定することができる。従って、円柱１５の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置の光軸と略平行となる面の場所の形状を精度良く測定することができる。
【０１１１】
（８）本実施形態によれば、形状測定装置は１、径寸法を入力する入力装置７１と、径寸法から測定ユニットの測定領域を演算する測定領域演算プログラム８１を備えている。円柱１５の外周形状は円周の形状に近い形状となっている。円周上の一端１５ｃと接線方向を測定ユニットが認識し、円径寸法が入力装置７１から入力されるとき、測定領域演算プログラム８１が第１領域８８における円周上の概略の座標を演算することができる。
【０１１２】
第１測定ユニット２４が測定する場所に移動して、第１光学装置２２の光軸２２ａ方向に、第１光学装置２２を移動して合焦点する場所を検索するとき、円周から離れた場所から検索をするときに比べて、円周に近い場所から検索をするときの方が、合焦点する場所を早く検出することができる。従って、第１測定ユニット２４が円柱１５の表面の場所を早く認識できる為、生産性良く測定することができる。
【０１１３】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した形状測定方法の一実施形態について図１０のフローチャートを用いて説明する。
この実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図３に示すステップＳ１が省かれている点にある。
【０１１４】
図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ１１は、設置工程に相当し、被測定物である円柱を形状測定装置のチャックに載置して、固定する工程である。次にステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２は検出工程に相当し、被測定物である円柱の外周の一端を検出し、その一端と対向する場所の一端を検出する工程である。次にステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３は演算工程に相当し、検出した２つの端の位置データから円柱の径寸法を演算する。続いて径寸法と、円柱における外周の一端の座標とから測定領域を演算する工程である。次にステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４は測定工程に相当し、円柱における測定領域の形状を測定する工程である。以上のステップで形状測定が終了する。
【０１１５】
ステップＳ１１は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ１２は、図４において、一端１５ｃを検出し、座標データを測定した後、一端１５ｃと対向する場所の一端１５ｄを検出する。
【０１１６】
ステップＳ１３では、図２に示すＣＰＵ７２が、図５に示す一端１５ｃ及び一端１５ｄの座標データから円柱１５の直径Ｌを演算する。その後、ＣＰＵ７２が、第１の実施形態と同様に、第１領域８８〜第４領域９１を演算する。
ステップＳ１４は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【０１１７】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（７）に加えて、以下の効果を有する。
【０１１８】
（１）本実施形態によれば、ステップＳ１２の検出工程で円柱１５の外周上における対向する２つの端１５ｃ、端１５ｄの場所を検出して、円柱１５の外周における直径Ｌを推測している。この方法では、円柱１５の外周の径寸法を入力する必要がない為、寸法入力工程を省くことができる。従って、生産性良く形状測定することができる。
【０１１９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
【０１２０】
（変形例１）
第１の実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ７２を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ７２を用いない単独の電子回路（ハードウェア）によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
【０１２１】
（変形例２）
第１の実施形態では、焦点位置を検索するとき、第１移動テーブル１９を移動して、焦点位置を検索したが、Ｙ移動テーブル８を移動して焦点位置を検索しても良い。第１光学装置２２と円柱１５との距離が変えられれば良い。第１移動テーブル１９〜第４移動テーブル４６が不要になることから、簡便な装置とすることができる。
【０１２２】
（変形例３）
第１の実施形態では、形状測定装置１が、第１領域８８を測定した後、第２領域８９、第３領域９０、第４領域９１と順番に測定している。第１測定ユニット２４が第１領域８８を測定するとき、第３測定ユニット３３は、第３領域９０を同時に測定しても良い。同様に、第２測定ユニット４２が第２領域８９を測定するとき、第４測定ユニット５１は第４領域９１を同時に測定しても良い。第１領域８８〜第４領域９１を測定するのに要する時間を半減することができる。その結果、生産性良く計測することができる。
【０１２３】
（変形例４）
第１の実施形態では、形状測定装置１は、第１測定ユニット２４〜第４測定ユニット５１の４つの測定ユニットを備えているが、４つに限らず、５つ以上の測定ユニットを備えても良い。各測定ユニットが測定する領域が狭くなることから、光軸２２ａと撮像領域９６の面の法線の成す角度を鋭角にできる。従って、撮像領域９６を照射して反射する光線８５が、光学装置に照射し易くすることができる。その結果、精度良く測定できるようになる。
【０１２４】
（変形例５）
第１の実施形態では、第１測定ユニット２４を用いて、第１測定ユニット２４と円柱１５の撮像領域９６との距離を測定している。このとき、第１カメラ２１で撮像した模様９８を、画像処理して、コントラストの高い場所を検索している。円柱１５に照射する光が乱反射するとき、円柱１５にレーザ光を照射して、反射光と参照光とを干渉させて測定してもよい。例えば、特開平５−１０７３３号公報に開示されている方法を用いてもよい。精度良く測定することができる。
【０１２５】
（変形例６）
第１の実施形態では、第１測定ユニット２４を用いて、第１測定ユニット２４と円柱１５の撮像領域９６との距離を測定している。このとき、第１カメラ２１で撮像した模様９８を、画像処理して、コントラストの高い場所を検索している。円柱１５に照射する光が乱反射するとき、共焦点法を用いて測定しても良い。ピンホールを通過する光を用いて、焦点が合う場所を検出しても良い。例えば、特開２００６−１５３８５１号公報に開示されている方法を用いてもよい。短い時間で焦点合わせができる為、生産性良く測定することができる。
【０１２６】
（変形例７）
第１の実施形態では、第１測定ユニット２４を用いて、第１測定ユニット２４と円柱１５の撮像領域９６との距離を測定している。このとき、第１カメラ２１で撮像した模様９８を、画像処理して、コントラストの高い場所を検索した。円柱１５に照射する光が乱反射するとき、反射光の光強度とパターンの変化を用いて、焦点が合う場所を判断しても良い。例えば、特開２００２−２７７７２９号公報に開示されている方法を用いてもよい。短い時間で焦点合わせができる為、生産性良く測定することができる。
【０１２７】
（変形例８）
第１の実施形態では、第１測定ユニット２４を用いて、第１測定ユニット２４と円柱１５の撮像領域９６との距離を測定している。このとき、第１カメラ２１で撮像した模様９８を、画像処理して、コントラストの高い場所を検索している。画像処理の方法として、画像の空間周波数が高い場所を検索して合焦点位置を求めても良い。例えば、特開平６−２０５２７０号公報に開示されている方法を用いてもよい。同様な効果が得られる。
【０１２８】
（変形例９）
第１の実施形態では、第１カメラ２１は、ＣＣＤ素子を用いたカメラを用いたが、電子管を用いて、受光する光を電気信号に変換してもよい。同様の効果が得られる。
【０１２９】
（変形例１０）
第１の実施形態では、Ｙ移動テーブル８、Ｘ移動テーブル１１、Ｚ移動テーブル１３は、モータとネジ式直動機構とを用いて直動機構を形成しているが、リニアモータを採用しても良い。テーブルを直進性良く移動できることから、精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】第１の実施形態に係る形状測定装置の構成を示す概略図。
【図２】形状測定装置の電気制御ブロック図。
【図３】形状測定方法のフローチャート。
【図４】形状測定方法を説明する図。
【図５】形状測定方法を説明する図。
【図６】形状測定方法を説明する図。
【図７】形状測定方法を説明する図。
【図８】形状測定方法を説明する図。
【図９】形状測定方法を説明する図。
【図１０】第２の実施形態に係る形状測定方法のフローチャート。
【符号の説明】
【０１３１】
１…形状測定装置、３…テーブル部、１５…端としての円柱、１５ｃ，１５ｄ…端としての一端、１９…テーブル部としての第１移動テーブル、２１…光電変換装置としての第１カメラ、２２…光学装置としての第１光学装置、２３…落射照明装置及び透過光照明装置としての第１落射光源、２４…測定ユニットとしての第１測定ユニット、２８…テーブル部としての第３移動テーブル、３０…光電変換装置としての第３カメラ、３１…光学装置としての第３光学装置、３２…落射照明装置及び透過光照明装置としての第３落射光源、３３…測定ユニットとしての第３測定ユニット、３８…テーブル部としての第２移動部、３９…光電変換装置としての第２カメラ、４０…光学装置としての第２光学装置、４１…落射照明装置及び透過光照明装置としての第２落射光源、４２…測定ユニットとしての第２測定ユニット、４７…テーブル部としての第４移動部、４８…光電変換装置としての第４カメラ、４９…光学装置としての第４光学装置、５０…落射照明装置及び透過光照明装置としての第４落射光源、５１…測定ユニットとしての第４測定ユニット、５６…斜め照射照明装置及び落射照明装置としての第１斜照明、５７…斜め照射照明装置及び落射照明装置としての第２斜照明、５８…斜め照射照明装置及び落射照明装置としての第３斜照明、５９…斜め照射照明装置及び落射照明装置としての第４斜照明、７８…合焦点位置検出装置、８１…領域演算装置としての測定領域演算プログラム、８７…サンプリング領域。
【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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【図９】
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【図１０】
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