(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１６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１６の表面との距離を測定する測定ユニット２を備えている。さらに、円柱１６と測定ユニット２とを相対移動させるＹ移動テーブル８、Ｘ移動テーブル１１、移動テーブル２０と、円柱１６を回転させる回転テーブル１２とを備えている。円柱１６と測定ユニット２とを相対移動して、外形形状を測定する形状測定と、円柱１６の回転とを反復して円柱１６の外形形状を測定する。【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、
前記円柱を回転させる回転部とを備え、
前記円柱と前記測定ユニットとを相対移動して、前記外形形状を測定する形状測定と、前記円柱の回転とを繰り返して前記円柱の外形形状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、
前記測定範囲の一部を測定ユニットを用いて測定する測定工程と、
前記円柱を回転する回転工程とを有し、
前記測定工程と前記回転工程とを繰り返して、前記円柱の外形形状を測定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、
前記測定範囲の一部を測定ユニットを用いて測定する測定工程と、
前記円柱を回転する回転工程とを有し、
前記測定工程と前記回転工程とを繰り返して、前記円柱の外形形状を測定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ものである。
【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被測定物の形状をトレースする。
【０００３】
この方法では、被測定物において、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、測定し難くなる。つまり、被測定物に光を照射するとき、被測定物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。ＴＶカメラが撮影する画像は、暗くなり、ピントを合わせ難くなる。そのため、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できなかった。
【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カメラと被測定物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、円柱を回転させる回転部とを備え、円柱と測定ユニットとを相対移動して、外形形状を測定する形状測定と、円柱の回転とを繰り返して円柱の外形形状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、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、円柱に対して相対移動しつつ、円柱の外形との距離を計測することで円柱の外形形状の一部を測定する。このとき、形状測定装置は、測定ユニットを向いている面のみを測定することが可能となっている。
【００１０】
形状測定装置は、回転部を備え、円柱を回転する。円柱は回転され、測定ユニットと対向する面が入れ代り、測定していない面を測定ユニットに向けることができる。つまり、形状測定と円柱の回転を繰り返すことにより円柱における全周の形状を測定することができる。
【００１１】
又、円柱を固定して、測定ユニットの姿勢と位置とを制御して円柱の形状を測定する方法もある。この方法は、測定ユニットの姿勢と位置を制御することが複雑な制御となり、制御装置が複雑な装置となる。それに比べて、円柱を回転する方法は、円柱を回転する回転角度を制御するだけで、円柱における全周の形状測定が可能となることから、簡便な制御で、精度良く外形形状を測定することができる。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。エリアセンサ、ラインセンサ共に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できる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。光電変換装置は、表面の凹凸を検出することができることから、光電変換装置は、表面の凹凸に焦点を合わせ易くなる。光電変換装置は、表面の凹凸に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。
【００２４】
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。
【００２５】
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における外周上の表面の凹凸を検出することができる。光電変換装置は、表面の凹凸を検出することができることから、光電変換装置は、焦点を合わせ易くなる。光電変換装置は、表面の凹凸に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。
【００２６】
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。
【００２７】
この形状測定装置によれば、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、測定範囲の一部を測定ユニットを用いて測定する測定工程と、円柱を回転する回転工程とを有し、測定工程と回転工程とを繰り返して、円柱の外形形状を測定することを特徴とする。
【００３０】
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、測定範囲の一部を測定ユニットを用いて測定する。
【００３１】
測定工程において、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、回転工程において、円柱を回転して、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、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。
【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、測定範囲の一部を測定ユニットを用いて測定する測定工程と、円柱を回転する回転工程とを有し、測定工程と回転工程とを繰り返して、円柱の外形形状を測定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、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、回転工程において、円柱を回転して、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、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】
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が演算可能となっている。演算工程では、その直径のデータを基にして、測定ユニットの測定範囲を演算する。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】
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
形状測定装置１は、矩形板状に形成される基台５を備えている。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。
【００３９】
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（７ａ，７ｂ）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（７ａ，７ｂ）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（７ａ，７ｂ）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。
【００４０】
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（１０ａ，１０ｂ）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（１０ａ，１０ｂ）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。
【００４１】
Ｘ移動テーブル１１の上面１１ａには、Ｚ方向を軸として回転する回転部としての回転テーブル１２が形成されている。回転テーブル１２は、内部に図示しない回転モータを備えている。そして、所定のステップ数に相対する駆動信号が回転モータに入力されると、回転モータが正転又は逆転して、回転テーブル１２が同ステップ数に相当する分だけ、Ｚ方向を軸として所定の角度分回転して、停止するようになっている。
【００４２】
回転テーブル１２の上面１２ａには、Ｚ方向に延びる円筒状のＺ固定テーブル１３が形成され、Ｚ固定テーブル１３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１４が配置されている。そのＺ移動テーブル１４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固定テーブル１３に沿って所定の場所に移動し、停止するようになっている。
【００４３】
Ｚ移動テーブル１４の上面１４ａには、チャック１５が形成され、被測定物である円柱１６を３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１７が形成されている。支持台１７のＺ方向には、固定テーブル１８が形成され、固定テーブル１８の上面１８ａには、Ｙ方向に延びる一対の案内レール１９ａ，１９ｂが、固定テーブル１８のＹ方向全幅にわたり凸設されている。その固定テーブル１８の上側には、一対の案内レール１９ａ，１９ｂ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移動テーブル２０が配置されている。その移動テーブル２０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１７、固定テーブル１８、案内レール１９ａ，１９ｂ及び移動テーブル２０を合わせて移動部２１とする。
【００４６】
移動テーブル２０の上面２０ａには、光電変換装置としてのカメラ２２が配置され、カメラ２２の円柱１６側には、光学装置２３が配置されている。光学装置２３の光軸２３ａは、円柱１６の軸と直交するように配置されている。カメラ２２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。光学装置２３は、例えば、複数のレンズにより構成し、円柱１６の表面を拡大して、カメラ２２のＣＣＤ素子に投影するようになっている。
【００４７】
光学装置２３に隣接して落射照明装置としての落射照明２４が配置されている。落射照明２４が発光する光は、光学装置２３に導かれ、光学装置２３の内部を通過して、円柱１６を照射するようになっている。
【００４８】
移動テーブル２０をＹ方向に移動して、光学装置２３と円柱１６との距離を調整することにより、カメラ２２に投影される円柱１６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。移動部２１、カメラ２２、光学装置２３及び落射照明２４とを合わせて測定ユニット２とする。
【００４９】
基台５の上面５ａには、支持部２６を介して斜め照射照明装置としての第１斜照明２７が配置され、支持部２８を介して斜め照射照明装置としての第２斜照明２９が配置されている。第１斜照明２７と第２斜照明２９とで光学装置２３を挟む様に配置されている。さらに、第１斜照明２７及び第２斜照明２９は、円弧状に形成され、円柱１６を中心軸として同心円状に配置されている。
【００５０】
基台５の上面５ａには、支持部３０を介して透過光照明装置としての透過照明３１が配置され、透過照明３１は、円柱１６を挟んで、光学装置２３と対向する位置に配置されている。
【００５１】
基台５の上面５ａに、照明光源３２が配置され、照明光源３２と第１斜照明２７、第２斜照明２９及び透過照明３１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３３により接続されている。照明光源３２が発光する光は、ライトガイド３３を通して、第１斜照明２７、第２斜照明２９及び透過照明３１を照射する。第１斜照明２７、第２斜照明２９及び透過照明３１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１６を照射するようになっている。
【００５２】
又、照明光源３２は、第１斜照明２７、第２斜照明２９及び透過照明３１とに対して、点灯と消灯とを切り換え可能となっている。
【００５３】
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３８、入力装置３９及び電気回路を内部に備えている。
【００５４】
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）３５と、各種情報を記憶するメモリ３６とを有する。メモリ３６はデータバス３７を介してＣＰＵ３５と接続されている。
【００５５】
モニタ３８及び入力装置３９は、入出力インターフェース４０およびデータバス３７を介してＣＰＵ３５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１４、回転テーブル１２及び、移動テーブル２０は、テーブル制御装置４１と接続され、テーブル制御装置４１に制御される。テーブル制御装置４１は、入出力インターフェース４０およびデータバス３７を介してＣＰＵ３５と接続されている。
【００５６】
チャック１５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４２と接続され、チャック制御装置４２に制御される。チャック制御装置４２は、入出力インターフェース４０およびデータバス３７を介してＣＰＵ３５と接続されている。カメラ２２は、合焦点位置検出装置４３と接続され、カメラ２２の画像信号は、合焦点位置検出装置４３に出力される。合焦点位置検出装置４３は、入出力インターフェース４０およびデータバス３７を介してＣＰＵ３５と接続されている。
【００５７】
第１斜照明２７、第２斜照明２９、透過照明３１及び、落射照明２４は、光源制御装置４４と接続され、光源制御装置４４に制御される。光源制御装置４４は、入出力インターフェース４０およびデータバス３７を介してＣＰＵ３５と接続されている。
【００５８】
メモリ３６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３６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４５や、測定領域を演算する領域演算装置としての測定領域演算プログラム４６を記憶する記憶領域を有する。さらに、メモリ３６には、円柱１６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、ＣＰＵ３５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。
【００５９】
ＣＰＵ３５は、メモリ３６内に記憶されたプログラム４５に従って、円柱１６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。
【００６０】
入力装置３９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３８は測定時の各種情報を表示する装置である。ＣＰＵ３５は、入力される各種測定条件とプログラム４５とに従って、測定を行い、測定状況をモニタ３８に表示する。操作者がモニタ３８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。
【００６１】
チャック制御装置４２は、チャック１５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１６をチャック１５に載置した後、測定時に、チャック制御装置４２はチャック１５を閉めて、円柱１６を固定する。又、測定後、チャック制御装置４２はチャック１５を開いて円柱１６を除材可能にする。
【００６２】
光源制御装置４４は、第１斜照明２７、第２斜照明２９、透過照明３１及び、落射照明２４の点灯と消灯とを制御する装置である。カメラ２２と測定する場所との相対位置に応じて、プログラム４５に従って、各照明と光源とを選択して点灯する。
【００６３】
テーブル制御装置４１は、Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１４、回転テーブル１２及び、移動テーブル２０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１４及び、移動テーブル２０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４１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４１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。
【００６４】
同様に、回転テーブル１２には、角度センサが内蔵されており、テーブル制御装置４１は、この角度センサの出力を検出することにより、回転テーブル１２の回転角度を認識する。テーブル制御装置４１は、回転テーブル１２にパルス信号を送信し、回転テーブル１２を所望の角度に移動することができるようになっている。
【００６５】
合焦点位置検出装置４３は、カメラ２２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、カメラ２２と円柱１６とを所定の間隔離して、画像データを取込み、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、カメラ２２と円柱１６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、カメラ２２と円柱１６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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６は、測定する予定の領域総てを測定したか、を判断する工程であり、測定する予定の領域総てを測定が済んでいるとき終了とする。測定する予定の領域の中で測定が済んでいない領域があるとき、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７は回転工程に相当し、被測定物である円柱を回転して、測定する面を測定ユニットに向ける工程である。次にステップＳ５に移行する。以上のステップで形状測定が終了する。
【００６８】
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。
【００６９】
ステップＳ１では、被測定物である円柱の径寸法を図２に示す入力装置３９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４６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。
【００７０】
ステップＳ２では、図１に示す様に、操作者が、被測定物である円柱１６を形状測定装置１のチャック１５に載置する。続いて、図２に示す様に、操作者が、入力装置３９からスタート信号を入力し、ＣＰＵ３５がスタート信号を受けて、チャック制御装置４２にチャック固定信号を出力する。チャック制御装置４２はチャック固定信号を受けて、チャック１５を閉じて図１に示す円柱１６を固定する。
【００７１】
続いて、操作者は、図１に示す様に、Ｚ移動テーブル１４をＺ方向に移動して、円柱１６における測定予定の場所を光学装置２３の光軸２３ａと合わせる。形状測定装置１は、カメラ２２が撮像する画像を、モニタ３８に表示できるようになっており、操作者は、モニタ３８を確認して操作を行う。
【００７２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ステップＳ３に対応する図である。図４（ａ）に示す様に、透過照明３１を点灯する。透過照明３１と光学装置２３との間を、円柱１６が通過するように配置する。つまり、透過照明３１が照射する光線５０を円柱１６が遮って形成される影をカメラ２２が撮像する。
【００７３】
図４（ｂ）は、カメラ２２が撮像する画面５１を示している。画面の中には、円柱１６の影１６ａを撮像している領域と光線５０が照射された明るい領域とが映されている。画面５１には、Ｘ方向に長い矩形のサンプリング領域５２が設定されている。図２に示す合焦点位置検出装置４３は、画面５１のサンプリング領域５２の画像信号を用いて、光学装置２３と円柱１６との距離を調節して、画面５１の焦点が合うようにする。
【００７４】
このとき、画面５１において、影１６ａの領域と光線５０の領域との境界である端部１６ｂ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５２を設定する。サンプリング領域５２では、暗い影１６ａの領域と、明るい光線５０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。
【００７５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す様に、円柱１６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５１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１６の移動を停止する。次に、光学装置２３をＹ方向に移動して、画面５１に焦点が合う場所で停止する。続いて、円柱１６をＸ方向に移動し、画面５１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１６の移動を停止する。
【００７６】
図２に示すＸ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８、Ｚ移動テーブル１４及び移動テーブル２０の位置及び回転テーブル１２の角度から、図４（ａ）に示す円柱１６の端１６ｃの位置座標を認識する。
【００７７】
図５はステップＳ４に対応する図である。図５に示す様に、円柱１６における一端としての端１６ｃの位置座標と、ステップＳ１にて入力された円柱１６の直径Ｌとを用いて、図１に示す測定ユニット２が測定する領域を、測定範囲としての第１領域５３〜第４領域５６に分割して演算する。
【００７８】
第１領域５３〜第４領域５６は、円柱１６の外周を四等分した領域となっている。第１領域５３は、円柱１６のＹ方向側の領域とし、第２領域５４は、円柱１６のＸ方向側の領域とする。第３領域５５は、円柱１６におけるＹ方向の反対方向の領域とし、第４領域５６は、円柱１６におけるＸ方向の反対方向の領域とする。
【００７９】
端１６ｃの座標を（０，０）とするとき、円柱１６の直径Ｌを用いて、別の端１６ｄの座標は（Ｌ，０）となる。さらに、第４領域５６と第１領域５３との境となる点５７の座標は、（Ｌ／２（１−ＣＯＳ（４５度））、Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となり、第１領域５３と第２領域５４との境となる点５８の座標は、（Ｌ／２（１＋ＣＯＳ（４５度））、Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となる。第２領域５４と第３領域５５との境となる点５９の座標は、（Ｌ／２（１＋ＣＯＳ（４５度））、−Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となり、第３領域５５と第４領域５６との境となる点６０の座標は、（Ｌ／２（１−ＣＯＳ（４５度））、−Ｌ／２×ＳＩＮ（４５度））となる。
【００８０】
ステップＳ５では、図１に示す測定ユニット２を用いて、図５に示す第１領域５３の測定を行う。まず、測定ユニット２が図５に示す点５７を測定可能な場所に、テーブル部３が円柱１６を移動する。
【００８１】
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５３ａの測定に対応する図である。図６（ａ）に示す様に第１斜照明２７を点灯し、第１斜照明２７の発する光線５０は、円柱１６を照射する。円柱１６を照射する光線５０は、円柱１６で反射して光学装置２３を照射する。測定ユニット２が撮像する領域である撮像領域６１において、円柱１６の表面は、光学装置２３の光軸２３ａに対して斜面となっている。このとき、撮像領域６１を照射する光線５０は、光軸２３ａに対して斜めから照射する方が、光軸２３ａと平行に照射するより、光学装置２３に入射する光線５０が多くなる。従って、円柱１６の斜面を測定するときは、第１斜照明２７を点灯して光軸２３ａに対して斜め方向から照射する。
【００８２】
測定ユニット２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に示すテーブル制御装置４１は、Ｘ移動テーブル１１、Ｙ移動テーブル８及び移動テーブル２０の座標データ及び回転テーブル１２の角度データを図２に示すＣＰＵ３５に出力する。ＣＰＵ３５は、撮像領域６１の座標を演算し、図２に示すメモリ３６に格納する。
【００８３】
図６（ｂ）は、カメラ２２の焦点が撮像領域６１に合っているとき、カメラ２２が撮像する画面５１を示す。このステップでは、図２に示す合焦点位置検出装置４３が、画像データを参照する領域であるサンプリング領域６２をＺ方向に長く配置する。測定ユニット２が、サンプリング領域６２に焦点を合わせたとき、サンプリング領域６２の近くにおいて、カメラ２２は、円柱１６の表面に形成されている模様６３を観測可能である。円柱１６は、Ｘ方向が斜面となっており、画面５１のＸ方向側の領域５１ａ及びＸ方向の反対方向の領域５１ｂ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６３は、観測するために形成しても良いが、円柱１６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。
【００８４】
合焦点位置検出装置４３が、サンプリング領域６２を設定するとき、Ｘ方向に長く配置すると、サンプリング領域６２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４３が、サンプリング領域６２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６２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６２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。
【００８５】
尚、円柱１６の表面に形成されている模様６３の形態によっては、落射照明２４による光線５０が模様６３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、落射照明２４を点灯しても良い。
【００８６】
続いて、測定ユニット２と円柱１６とをＸ方向に相対移動して測定する。このとき、光軸２３ａと円柱１６における撮像領域６１の面との成す角度は、徐々に直交するように変化する。
【００８７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５に示す領域５３ｂの測定に対応する図である。領域５３ｂでは、円柱１６の表面が、光学装置２３の光軸２３ａに対して略直交する面となっている。図７（ｂ）は、カメラ２２の焦点が撮像領域６１に合っているとき、カメラ２２が撮像する画面５１を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す様に、このとき、撮像領域６１を照射する光線５０は、光軸２３ａと平行に照射する方が、光軸２３ａに対して斜めに照射するより、光学装置２３に入射する光線５０が多くなる。従って、円柱１６において、光軸２３ａと略直交する面を測定するときは、第１斜照明２７に加えて、落射照明２４を点灯し、光軸２３ａと平行な光線５０と光軸２３ａに対して斜め方向からの光線５０とを照射する。
【００８８】
模様６３の形態によっては、第１斜照明２７を点灯せず、落射照明２４による光線５０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６３の形態によっては、例えば、第１斜照明２７を消灯しても良い。
【００８９】
そして、測定ユニット２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ＣＰＵ３５は、撮像領域６１の座標を演算し、図２に示すメモリ３６に格納する。
【００９０】
続いて、測定ユニット２と円柱１６とをＸ方向に相対移動して測定する。このとき、円柱１６の撮像領域６１の表面は光軸２３ａに対して、徐々に斜めに変化する。
【００９１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図５に示す領域５３ｃの測定に対応する図である。領域５３ｃでは、円柱１６における撮像領域６１の面が、光学装置２３の光軸２３ａに対して斜面となっている。図８（ｂ）は、カメラ２２の焦点が撮像領域６１に合っているとき、カメラ２２が撮像する画面５１を示す。
【００９２】
このとき、撮像領域６１を照射する光線５０は、光軸２３ａに対して斜めから照射する方が、光軸２３ａと平行に照射するより、光学装置２３に入射する光線５０が多くなる。従って、円柱１６の斜面を測定するときは、第２斜照明２９を点灯して光軸２３ａに対して斜め方向から照射する。
【００９３】
模様６３の形態によっては、落射照明２４による光線５０が模様６３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、落射照明２４を点灯しても良い。
【００９４】
そして、測定ユニット２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ＣＰＵ３５は、撮像領域６１の座標を演算し、図２に示すメモリ３６に格納する。続いて、測定ユニット２と円柱１６とをＸ方向に相対移動して測定する。
【００９５】
図５に示す第１領域５３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６６に対して、測定データをプロットした測定線６７は、凹凸の量と、凹凸のある場所が解るようになっている。
【００９６】
続いて、図２に示すＣＰＵ３５は、図５に示す第１領域５３〜第４領域５６のうち測定が済んだ領域と済んでない領域とを判断する。ここでは、第１領域５３の測定が済んでおり、第２領域５４〜第４領域５６の領域の測定が済んでいない。従って、続いて、第２領域５４の測定を行う。
【００９７】
ＣＰＵ３５は、テーブル制御装置４１に指示信号を出力して、回転テーブル１２を作動する。続いて、形状測定装置１は、第２領域５４の測定を行う。回転テーブル１２の作動と測定を行い、第３領域５５及び第４領域５６の形状測定を行う。これにより、円柱１６における形状測定が全周に渡って行われ、第１領域５３〜第４領域５６の測定データを接合して、円柱１６の外周の測定データが完成する。
【００９８】
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、測定ユニット２及び円柱１６を回転する回転テーブル１２を備えている。回転テーブル１２は円柱１６を回転し、測定ユニット２は、第１領域５３〜第４領域５６を順次測定する。又測定ユニット２は、光軸２３ａに対して撮像領域６１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２３ａに対して撮像領域６１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を回転せずに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。
【００９９】
（２）本実施形態によれば、測定ユニット２は、光学装置２３と、移動テーブル２０と、カメラ２２と、合焦点位置検出装置４３とを備えている。円柱１６の外形に光があたり、反射する反射光は光学装置２３に入射する。光学装置２３に入射する光は、カメラ２２を照射する。合焦点位置検出装置４３は、円柱の表面の模様６３がカメラ２２に結像するように測定ユニット２を移動し、移動テーブル２０の移動量を計測する。合焦点位置検出装置４３は、円柱の表面形状の模様６３に応じて、光学装置２３を移動させ、移動テーブル２０の移動量を計測することにより、外形形状を測定する。
【０１００】
この方法は、円柱１６における外周の面が光学装置２３の光軸２３ａに対して斜面となるときにも、円柱１６の外周の模様６３にて乱反射して、光学装置２３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１６の外周のように、斜面と光学装置２３の光軸２３ａ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。
【０１０１】
（３）本実施形態によれば、合焦点位置検出装置４３は、円柱１６の軸方向の模様６３をカメラ２２が出力する信号を用いて、円柱１６の表面の模様６３がカメラ２２に結像するように光学装置２３を移動している。
【０１０２】
光学装置２３の光軸２３ａを円柱１６の断面中心を通るように配置するとき、光学装置２３と円柱１６の表面との距離は、光軸２３ａが円柱１６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）に移動するとにきに比べて、大きく変化する。従って、サンプリング領域６２は、円柱１６の軸方向（Ｚ方向）にする方が、円柱１６の外周方向（Ｘ方向）にする場合に比べて、測定ユニット２の焦点を精度よく合わせることができる。
【０１０３】
（４）本実施形態によれば、カメラ２２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、カメラ２２により得られる電気信号をモニタ３８に表示することで、操作者がカメラ２２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６１における焦点を合っている状況を、合っていない場所と比較して確認することができる。
【０１０４】
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６１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。
【０１０５】
（５）本実施形態によれば、形状測定装置１は、測定ユニット２に対して、透過光照明装置の役割を果たす透過照明３１を備えている。円柱１６の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置２３の光軸２３ａと直交する面の場所において、測定ユニット２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、透過照明３１の方が、高いコントラストで円柱１６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、透過照明３１を用いることにより、円柱の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置２３の光軸２３ａと直交する面の場所を精度良く認識することができる。
【０１０６】
（６）本実施形態によれば、形状測定装置１は、第１斜照明２７及び第２斜照明２９を備えている。円柱１６の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置２３の光軸２３ａと斜めに交差する面の場所を測定ユニット２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６３を認識することができる。測定ユニット２は、表面の模様６３を認識することができることからカメラ２２は、表面の模様６３に焦点を合わせ易くなる。カメラ２２は、表面の模様６３に焦点を合わせ易くなる為、測定ユニット２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１６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。
【０１０７】
（７）本実施形態によれば、形状測定装置１は、落射照明２４を備えている。円柱１６の外周上の表面において、面の法線方向が光学装置２３の光軸２３ａと略平行となる面の場所を測定ユニット２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１６における外周上の表面の模様６３を認識することができる。表面の模様６３を認識することができることからカメラ２２に焦点を合わせ易くなる。表面の模様６３をカメラ２２に焦点を合わせ易くなる為、測定ユニット２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１６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。
【０１０８】
（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３９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４６を備えている。円柱１６の外周形状は円周の形状に近い形状となっている。円周上の端１６ｃ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３９から入力されるとき、測定領域演算プログラム４６が第１領域５３における円周上の概略の座標を演算することができる。
【０１０９】
測定ユニット２が測定する場所に移動し、測定ユニット２は、光学装置２３を光軸２３ａ方向に移動して、合焦点する場所を検索する。このとき、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、測定ユニット２が円柱１６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。
【０１１０】
（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。
【０１１１】
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。次にステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１５は、測定する予定の領域総てを測定したか、を判断する工程であり、測定する予定の領域総てについて測定が済んでいるとき終了とする。測定する予定の領域の中で測定が済んでいない領域があるとき、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６は回転工程に相当し、被測定物である円柱を回転して、測定する面を測定ユニットに向ける工程である。次にステップＳ１４に移行する。以上のステップで形状測定が終了する。
【０１１２】
ステップＳ１１は、実施形態１と同様に円柱を載置する工程であり、説明を省略する。ステップＳ１２では、図４において、端１６ｃを検出し、座標データを測定した後、円柱１６をＸ方向と反対の方向へ移動して、端１６ｃと対向する場所の端１６ｄを検出する。
【０１１３】
ステップＳ１３では、図２に示すＣＰＵ３５が、図５に示す端１６ｃ及び端１６ｄの座標データから円柱１６の直径Ｌを演算する。その後、ＣＰＵ３５が、第１の実施形態と同様に、第１領域５３〜第４領域５６を演算する。
ステップＳ１４では、実施形態１と同様の方法で形状測定を行う。実施形態１と同様の内容であり、説明を省略する。
【０１１４】
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。
【０１１５】
（１）本実施形態によれば、ステップＳ１２の検出工程で円柱１６の外周上における対向する２つの端１６ｃ、端１６ｄの場所を検出して、円柱１６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１６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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
（変形例１）
第１の実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ３５を用いてプログラム４５で実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ３５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。
【０１１８】
（変形例２）
第１の実施形態では、焦点位置を検索するとき、移動テーブル２０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。光学装置２３と円柱１６との距離が変えられれば良い。移動テーブル２０が不要になることから、簡便な装置とすることができる。
【０１１９】
（変形例３）
第１の実施形態では、形状測定装置１は、円柱１６を第１領域５３〜第４領域５６の４つの領域に分けて測定しているが、４つに限らず、５つ以上の領域に分けても良い。測定ユニット２が測定する領域が狭くなることから、光軸２３ａと撮像領域６１の面における法線の成す角度を鋭角にできる。従って、撮像領域６１を照射して反射する光線５０が、光学装置２３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。
【０１２０】
（変形例４）
第１の実施形態では、測定ユニット２を用いて、測定ユニット２と円柱１６の撮像領域６１との距離を測定している。このとき、カメラ２２で撮像した模様６３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１６に照射する光が乱反射するとき、円柱１６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。
【０１２１】
（変形例５）
第１の実施形態では、測定ユニット２を用いて、測定ユニット２と円柱１６の撮像領域６１との距離を測定している。このとき、カメラ２２で撮像した模様６３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１６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。
【０１２２】
（変形例６）
第１の実施形態では、測定ユニット２を用いて、測定ユニット２と円柱１６の撮像領域６１との距離を測定している。このとき、カメラ２２で撮像した模様６３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１６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。
【０１２３】
（変形例７）
第１の実施形態では、測定ユニット２を用いて、測定ユニット２と円柱１６の撮像領域６１との距離を測定している。このとき、カメラ２２で撮像した模様６３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。
【０１２４】
（変形例８）
第１の実施形態では、カメラ２２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。
【０１２５】
（変形例９）
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１４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】
【０１２６】
【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】
【０１２７】
１…形状測定装置、２…測定ユニット、３…テーブル部、１２…回転部としての回転テーブル、１６…円柱、１６ｃ，１６ｄ…端、２０…テーブル部としての移動テーブル、２２…光電変換装置としてのカメラ、２３…光学装置、２４…落射照明装置としての落射光源、２７…斜め照射照明装置としての第１斜照明、２９…斜め照射照明装置としての第２斜照明、３１…透過光照明装置としての透過照明、４３…合焦点位置検出装置、４６…領域演算装置としての測定領域演算プログラム、５２，６２…サンプリング領域、５３…測定範囲としての第１領域、５４…測定範囲としての第２領域、５５…測定範囲としての第３領域、５６…測定範囲としての第４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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