(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が載置される載置面と、
前記載置面に対して互いに直交する３軸方向に沿って相対的に移動可能なベース部と、
前記ベース部の第１の位置に配置され、前記測定対象物に接触するタッチプローブと、
前記ベース部の第２の位置に配置され、前記載置面に平行な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な画像プローブと、
前記タッチプローブとは独立して、前記画像プローブを前記載置面に垂直な方向に延在する回転移動軸を中心に回転させる回転駆動部と、
前記画像プローブを前記撮影方向に延在する直線移動軸に沿って移動させる直線駆動部と、
前記第１の位置に配置された前記タッチプローブと、前記第２の位置に配置された前記画像プローブとのオフセット量を、前記画像プローブの前記回転移動軸を中心とした回転角度、及び前記画像プローブの前記直線移動軸上の位置に応じて算出する算出部と
を具備する内壁測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内壁測定装置であって、
前記ベース部は、前記載置面に垂直な第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向とに沿って、前記載置面に対して相対的に移動可能であり、
前記回転駆動部は、前記画像プローブを前記第１の方向に延在する前記回転移動軸を中心に回転させる
内壁測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内壁測定装置であって、
前記タッチプローブは、前記測定対象物に接触する先端部を有し、
前記画像プローブは、前記測定対象物を撮影する撮影光学系を有し、
前記算出部は、前記タッチプローブの前記先端部の位置と、前記画像プローブの前記撮影光学系の焦点位置とのオフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の内壁測定装置であって、
前記算出部は、前記載置面に平行な方向において、前記回転駆動部により回転される前記画像プローブの前記回転移動軸と前記直線駆動部による移動される前記画像プローブの前記直線移動軸との第１のオフセット量と、前記タッチプローブと前記回転移動軸との第２のオフセット量とをそれぞれ算出し、算出された前記第１及び前記第２のオフセット量をもとに前記オフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内壁測定装置であって、
前記算出部は、前記載置面に垂直な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な校正用画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第１の校正用治具に対して実行された前記校正用画像プローブによる測定の結果をもとに、前記第１のオフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内壁測定装置であって、
前記算出部は、前記校正用画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第２の校正用治具に対して実行された前記タッチプローブ及び前記校正用画像プローブの各々による測定の結果をもとに、前記第２のオフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内壁測定装置であって、
前記算出部は、前記画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第３の校正用治具に対して実行された前記タッチプローブ及び前記画像プローブの各々による測定の結果をもとに、前記載置面に垂直な方向における前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の内壁測定装置であって、
前記算出部は、前記画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第４の校正用治具に対して実行された前記画像プローブによる測定の結果をもとに、前記画像プローブの焦点位置までの距離を算出し、算出された前記焦点位置までの距離をもとに前記オフセット量を算出する
内壁測定装置。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の内壁測定装置であって、
前記タッチプローブは、前記第１の位置に固定され、前記ベース部と一体的に移動し、
前記内壁測定装置は、さらに、前記第２の位置に固定され、前記ベース部と一体的に移動し、前記回転駆動部及び前記直線駆動部を有し、前記画像プローブを支持する支持機構を具備し、
前記画像プローブは、前記支持機構を介して前記第２の位置に配置される
内壁測定装置。
【請求項１０】
測定対象物が載置される載置面に対して互いに直交する３軸方向に沿って相対的に移動可能なベース部の第１の位置に配置されたタッチプローブと、前記ベース部の第２の位置に配置された画像プローブとのオフセット量を算出するオフセット量算出方法であって、
前記載置面に平行な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な前記画像プローブを前記載置面に垂直な方向に延在する回転移動軸を中心に回転させる回転駆動部の前記回転移動軸と、前記画像プローブを前記撮影方向に延在する直線移動軸に沿って移動させる直線駆動部の前記直線移動軸との、前記載置面に平行な方向における第１のオフセット量を算出し、
前記タッチプローブと前記回転移動軸との前記載置面に平行な方向における第２のオフセット量とを算出し、
算出された前記第１及び前記第２のオフセット量、前記画像プローブの前記回転移動軸を中心とした回転角度、及び前記画像プローブの前記直線移動軸上の位置をもとに、前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量を算出する
オフセット量算出方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のオフセット量算出方法であって、
前記第１のオフセット量の算出ステップは、
前記載置面に垂直な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な校正用画像プローブを前記第２の位置に配置するステップと、
前記校正用画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第１の校正用治具に対して前記校正用画像プローブによる測定を実行させ、その測定結果をもとに前記第１のオフセット量を算出するステップと
を含むオフセット量算出方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のオフセット量算出方法であって、
前記第２のオフセット量の算出ステップは、前記校正用画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第２の校正用治具に対して前記タッチプローブ及び前記校正用画像プローブの各々による測定を実行させ、その測定結果をもとに、前記第２のオフセット量を算出するステップを含む
オフセット量算出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のオフセット量算出方法であって、さらに、
前記載置面に垂直な方向における、前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量を算出する
オフセット量算出方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のオフセット量算出方法であって、
前記載置面に垂直な方向におけるオフセット量の算出ステップは、
前記画像プローブを前記第２の位置に配置するステップと、
前記画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第３の校正用治具に対して前記タッチプローブ及び前記画像プローブの各々による測定を実行させ、その測定結果をもとに、前記載置面に垂直な方向におけるオフセット量を算出するステップと
を含むオフセット量算出方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のオフセット量算出方法であって、さらに、
前記画像プローブが前記第２の位置に配置された状態で、第４の校正用治具に対して実行された前記画像プローブによる測定の結果をもとに、前記画像プローブの焦点位置までの距離を算出する
オフセット量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエンジンシリンダ等の内壁を測定可能な内壁測定装置、及びこれに適用可能なオフセット量算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の種類のプローブを有する測定装置が用いられている。例えば特許文献１には、プローブホルダにレーザ変位プローブ、タッチプローブ及び画像プローブが取付けられた表面性状測定装置について記載されている。この表面性状測定装置では、プローブホルダに、プローブ切替機構が設けられる。プローブ切替機構は、測定に使用されるプローブを選択的に所定のプローブ切替え位置に移動させ、他のプローブをプローブ切替え位置から退避させることが可能である。これにより装置の大型化を招くことなく、プローブ間で共用して測定可能な範囲を維持することが可能となる（特許文献１の明細書段落［００１５］［００１６］［００２１］図３、４等）。
【０００３】
また特許文献２には、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとを備える表面性状測定装置について、接触式検出器と画像プローブとのオフセット量を正確に求めることを可能とするオフセット量算出方法について記載されている（特許文献２の明細書段落［００２８］−［００３２］［００２１］図８−１０等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１６５４８号公報
【特許文献２】特許第５３５０６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような複数のプローブを有する測定装置を用いて、例えばエンジンシリンダ等の内壁の表面性状やボア半径等を高精度に測定可能とする技術が求められている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、内壁を高精度に測定可能な内壁測定装置、及びこれに適用可能なオフセット量算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内壁測定装置は、載置面と、ベース部と、タッチプローブと、画像プローブと、回転駆動部と、直線駆動部と、算出部とを具備する。
前記載置面には、測定対象物が載置される。
前記ベース部は、前記載置面に対して互いに直交する３軸方向に沿って相対的に移動可能である。
前記タッチプローブは、前記ベース部の第１の位置に配置され、前記測定対象物に接触する。
前記画像プローブは、前記ベース部の第２の位置に配置され、前記載置面に平行な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能である。
前記回転駆動部は、前記画像プローブを前記載置面に垂直な方向を軸として回転させる。
前記直線駆動部は、前記画像プローブを前記撮影方向に沿って移動させる。
前記算出部は、前記第１の位置に配置された前記タッチプローブと、前記第２の位置に配置された前記画像プローブとのオフセット量を算出する。
【０００８】
この内壁測定装置では、ベース部に、タッチプローブと、配置面に平行な方向で撮影可能な画像プローブとが配置される。画像プローブは回転駆動部により配置面に垂直な方向を軸として回転される。また直線駆動部により、撮影方向に沿って移動される。これにより配置面に平行な方向において異なる撮影方向で測定対象物を撮影することが可能となる。また撮影方向に沿ってスキャニングをすることも可能となる。また算出部により、タッチプローブと画像プローブとのオフセット量が算出される。この結果、内壁を高精度に測定することが可能となる。
【０００９】
前記ベース部は、前記載置面に垂直な第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１及び前記第２の方向にそれぞれ直交する第３の方向とに沿って、前記載置面に対して相対的に移動可能であってもよい。この場合、前記回転駆動部は、前記画像プローブを前記第１の方向を軸として回転させてもよい。
ベース部の移動方向と、画像プローブの回転軸の方向とが同じ方向となり、精度の高い内壁測定が可能となる。
【００１０】
前記タッチプローブは、前記測定対象物に接触する先端部を有してもよい。この場合、前記画像プローブは、前記測定対象物を撮影する撮影光学系を有してもよい。また前記算出部は、前記タッチプローブの前記先端部の位置と、前記画像プローブの前記撮影光学系の焦点位置とのオフセット量を算出してもよい。
これによりタッチプローブ及び画像プローブの切替え等を高精度に実行することが可能となる。
【００１１】
前記撮影光学系は、光干渉光学系であってもよい。
光干渉を利用することで内壁の表面性状等を高精度に測定することが可能である。
【００１２】
前記算出部は、前記載置面に平行な方向において、前記回転駆動部により回転される前記画像プローブの回転軸と前記直線駆動部による移動される前記画像プローブの移動軸との第１のオフセット量と、前記タッチプローブと前記回転軸との第２のオフセット量とをそれぞれ算出し、算出された前記第１及び前記第２のオフセット量をもとに前記オフセット量を算出してもよい。
これによりオフセット量を精度よく算出することが可能となる。
【００１３】
前記算出部は、前記載置面に垂直な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な校正用画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第１の校正用治具に対して実行された前記校正用画像プローブによる測定の結果をもとに、前記第１のオフセット量を算出してもよい。
校正用画像プローブを用いることで高精度に第１のオフセット量を算出することができる。
【００１４】
前記算出部は、前記校正用画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第２の校正用治具に対して実行された前記タッチプローブ及び前記校正用画像プローブの各々による測定の結果をもとに、前記第２のオフセット量を算出してもよい。
校正用画像プローブを用いることで高精度に第２のオフセット量を算出することができる。
【００１５】
前記算出部は、前記画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第３の校正用治具に対して実行された前記タッチプローブ及び前記画像プローブの各々による測定の結果をもとに、前記載置面に垂直な方向における前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量を算出してもよい。
これによりオフセット量を精度よく算出することが可能となる。
【００１６】
前記算出部は、前記画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第４の校正用治具に対して実行された前記画像プローブによる測定の結果をもとに、前記画像プローブの焦点位置までの距離を算出し、算出された前記焦点位置までの距離をもとに前記オフセット量を算出してもよい。
これによりオフセット量を精度よく算出することが可能となる。
【００１７】
本発明の一形態に係るオフセット量算出方法は、測定対象物が載置される載置面に対して互いに直交する３軸方向に沿って相対的に移動可能なベース部の第１の位置に配置されたタッチプローブと、前記ベース部の第２の位置に配置された画像プローブとのオフセット量を算出するオフセット量算出方法であって、
前記載置面に平行な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な前記画像プローブを前記載置面に垂直な方向を回転軸として回転させる回転駆動部の回転軸と、前記画像プローブを前記撮影方向に沿って移動させる直線駆動部の移動軸との、前記載置面に平行な方向における第１のオフセット量を算出することを含む。
前記タッチプローブと前記回転軸との前記載置面に平行な方向における第２のオフセット量とが算出される。
算出された前記第１及び前記第２のオフセット量をもとに、前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量が算出される。
【００１８】
このオフセット量算出方法では、上記した第１及び第２のオフセット量をもとに、タッチプローブと画像プローブとのオフセット量を高精度に算出することができる。
【００１９】
前記第１のオフセット量の算出ステップは、前記載置面に垂直な方向を撮影方向として前記測定対象物を撮影可能な校正用画像プローブを前記第１の位置に配置するステップと、前記校正用画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第１の校正用治具に対して前記校正用画像プローブによる測定を実行させ、その測定結果をもとに前記第１のオフセット量を算出するステップとを含んでもよい。
校正用画像プローブを用いることで高精度に第１のオフセット量を算出することができる。
【００２０】
前記第２のオフセット量の算出ステップは、前記校正用画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第２の校正用治具に対して前記タッチプローブ及び前記校正用画像プローブの各々による測定を実行させ、その測定結果をもとに、前記第２のオフセット量を算出するステップを含んでもよい。
校正用画像プローブを用いることで高精度に第２のオフセット量を算出することができる。
【００２１】
前記オフセット量算出方法は、さらに、前記載置面に垂直な方向における、前記タッチプローブと前記画像プローブとのオフセット量を算出してもよい。
これにより互いに直交する３軸方向の各々における、タッチプローブと画像プローブとのオフセット量を高精度に算出することができる。
【００２２】
前記載置面に垂直な方向におけるオフセット量の算出ステップは、前記画像プローブを前記第１の位置に配置するステップと、前記画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第３の校正用治具に対して前記タッチプローブ及び前記画像プローブの各々による測定を実行させ、その測定結果をもとに、前記載置面に垂直な方向におけるオフセット量を算出するステップとを含んでもよい。
これにより載置面に垂直な方向におけるオフセット量を高精度に算出することができる。
【００２３】
前記オフセット量算出方法は、さらに、前記画像プローブが前記第１の位置に配置された状態で、第４の校正用治具に対して実行された前記画像プローブによる測定の結果をもとに、前記画像プローブの焦点位置までの距離を算出してもよい。
これによりタッチプローブと画像プローブとのオフセット量を高精度に算出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、内壁を高精度に測定することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る内壁測定装置の外観を模式的に示す図である。
【図２】プローブヘッド部の構成例を示す概略図である。
【図３】プローブ支持機構をＺ方向の上方から見た場合の模式図である。
【図４】オフセット量の算出の一例を示すフローチャートである。
【図５】第１のオフセット量の算出例を説明するための模式図である。
【図６】校正用画像プローブの構成例を示す概略図である。
【図７】第２のオフセット量の算出例を説明するための模式図である。
【図８】画像プローブの焦点位置までの距離の算出例を説明するための図である。
【図９】Ｚ方向におけるタッチプローブと焦点位置とのオフセット量の算出例を説明するための図である。
【図１０】内壁測定装置による内壁測定の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示す各ステップを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
［内壁測定装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る内壁測定装置の外観を模式的に示す図である。内壁測定装置５００は、３次元座標測定機１００及びＰＣ（Personal Computer）２００を有する。３次元座標測定機１００及びＰＣ２００が一体的に構成されてもよい。またＰＣ２００以外のコンピュータが用いられてもよい。
【００２８】
３次元座標測定機１００は、基体部１０と、３軸移動機構２０と、ステージ３０と、ヘッドカバー４０と、プローブヘッド部５０（図２参照）とを有する。基体部１０により、３軸移動機構２０が支持される。
【００２９】
３軸移動機構２０は、Ｘ軸移動機構２１と、Ｙ軸移動機構２２と、Ｚ軸移動機構２３とを有する。Ｘ軸移動機構２１は、ステージ３０をＸ方向に沿って移動可能に支持する。Ｙ軸移動機構２２は、Ｘ軸移動機構２１を、Ｙ方向に沿って移動可能に支持する。Ｚ軸移動機構２３は、ヘッドカバー４０及びプローブヘッド部５０を、Ｚ軸方向に沿って移動させる。
【００３０】
３軸移動機構２０がＰＣ２００により制御されることで、ＸＹＺの３軸で構成される測定座標区間内で、プローブヘッド部５０を走査することが可能となる。すなわちステージ３０に載置される測定対象物Ｍに対して、互いに直交するＸＹＺの３軸方向に沿って、プローブヘッド部５０を相対的に移動させることが可能となる。
【００３１】
ＸＹＺの各移動機構２１、２２及び２３の具体的な構成は限定されない。また３軸移動機構２０の構成も、ＸＹＺの各方向に沿ってプローブヘッド部５０を走査可能であるのならば、任意の構成が採用さてよい。なおＺ方向は、本実施形態において、第１の方向に相当する。Ｘ及びＹ方向は、第２及び第３の方向に相当する。
【００３２】
３次元座標測定機１００には、ＸＹＺの各方向に対して、リニアエンコーダ等の図示しない位置検出機構が設置される。位置検出機構により、測定対象物Ｍに対するプローブヘッド部５０の相対的な変位や位置のデータが、ＰＣ２００に出力される。位置検出機構の具体的な構成は限定されない。
【００３３】
ステージ３０は、水平方向（ＸＹ平面方向）に平行な載置面３１を有する。載置面３１に測定対象物Ｍが載置される。本実施形態では、測定対象物Ｍとして、載置面３１に自動車等に搭載されるシリンダブロックが載置される。ヘッドカバー４０に覆われたプローブヘッド部５０を制御することで、シリンダブロックに設けられたシリンダの内壁を測定することが可能である。プローブヘッド部５０については、後に詳しく説明する。
【００３４】
ＰＣ２００は、任意の接続形態により３次元座標測定機１００に接続される。ＰＣ２００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のコンピュータの構成に必要なハードウェアを有する（いずれも図示なし）。
【００３５】
ＰＣ２００による処理は、例えばＣＰＵが、ＲＯＭやＨＤＤ等に記憶された所定のプログラムを、ＲＡＭにロードして実行することにより実現される。図１に示すように、本実施形態では、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することで、駆動制御部２０１、表面測定部２０２、及びオフセット量算出部２０３が実現される。各ブロックを実現するために専用のハードウェアが用いられてもよい。
【００３６】
駆動制御部２０１は、３次元座標測定機１００内の各機構の駆動を制御する。表面測定部２０２は、３次元座標測定機１００から出力される測定データ等をもとに、測定対象物Ｍの表面性状等を測定する。オフセット量算出部２０３は、プローブヘッド部５０に配置されたタッチプローブ５２と画像プローブ５３とのオフセット量を算出する。当該オフセット量の算出方法については、後に詳しく説明する。
【００３７】
プログラムは、例えば種々の記録媒体を介してＰＣ２００にインストールされる。あるいは、インターネット等を介してプログラムがＰＣ２００にインストールされてもよい。
【００３８】
図２は、プローブヘッド部５０の構成例を示す概略図である。プローブヘッド部５０は、ベース部５１と、タッチプローブ５２と、画像プローブ５３と、プローブ支持機構５４とを有する。ベース部５１は、Ｚ軸移動機構２３に接続され、Ｚ方向に沿って移動される。ベース部５１が移動すると、タッチプローブ５２、画像プローブ５３、及びプローブ支持機構５４も一体的に移動する。
【００３９】
タッチプローブ５２は、ベース部５１の第１の位置Ｓ１に配置される。タッチプローブ５２は、先端球５５が設けられたスタイラス５６を有する。タッチプローブ５２は、スタイラス５６がＺ方向に延在するように、第１の位置Ｓ１に取付けられる。
【００４０】
タッチプローブ５２は、測定対象物Ｍに対して先端球５５が接触するように走査される。測定対象物Ｍ及び先端球５５の接触が検知されるときのＸＹＺの座標情報をもとに、測定対象物Ｍの形状や高さ等が算出される。タッチプローブ５２の具体的な構成は限定されず、任意のタッチプローブが用いられてよい。
【００４１】
画像プローブ５３は、ベース部５１の第２の位置Ｓ２に、プローブ支持機構５４を介して配置される。図２に示す例では、第１及び第２の位置Ｓ１及びＳ２は、互いにＸ方向に並ぶ位置に設定されているが、これに限定される訳ではない。
【００４２】
本実施形態では、画像プローブ５３として、白色光干渉計が用いられる。従って図２に示すように、画像プローブ５３内には、光干渉光学系５７が構成される。光干渉光学系５７は、測定対象物Ｍが載置される載置面３１に平行な方向（ＸＹ平面方向）を撮影方向として、測定対象物Ｍを撮影可能なように構成されている。すなわち画像プローブ５３によりＺ方向に平行な垂直面を測定することが可能である。
【００４３】
また典型的には、光干渉光学系５７の焦点位置Ｐから画像プローブ５３内の撮像素子（図示なし）までの光学距離と、参照面５８から撮像素子までの光学距離とが等しくなるように設定されている。もちろんこれに限定される訳ではない。光干渉光学系５７の具体的な構成や使用される光学部材等は限定されず、適宜設計されてよい。
【００４４】
プローブ支持機構５４は、回転駆動部６０と、直線駆動部６１とを有する。回転駆動部６０は、載置面３１に垂直な方向であるＺ方向に延在するθ軸を回転軸として、画像プローブ５３を回転させることが可能である。回転駆動部６０は、例えば図示しない接続部材等を介して、ベース部５１の第２の位置Ｓ２に回転可能に配置される。回転駆動部６０の具体的な構成は限定されず、例えばモータ等の駆動源や回転トルクを伝達する回転部材等により構成される。
【００４５】
直線駆動部６１は、回転駆動部６０に取付けられ、１方向に延在するＷ軸に沿って、画像プローブ５３を移動させることが可能である。直線駆動部６１には、画像プローブ５３が、撮影光軸の方向がＷ軸の方向と等しくなるように取付けられる。従って直線駆動部６１により、画像プローブ５３を撮影方向に沿って移動させることが可能となる。なお直線駆動部６１は、回転駆動部６０に対して固定されてもよいし、Ｗ軸方向に沿って移動可能であってもよい。直線駆動部６１の具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。
【００４６】
このように本実施形態では、回転駆動部６０及び直線駆動部６１を介して、画像プローブ５３が、ベース部５１の第２の位置Ｓ２に配置される。回転駆動部６０は、第２の位置にＳ２に配置された画像プローブ５２を回転させる。直線駆動部６１は、第２の位置Ｓ２に配置された画像プローブ５２を一方向に沿って移動させる。
【００４７】
図３は、プローブ支持機構５４をＺ方向の上方から見た場合の模式図である。図３では、説明を分かりやするために、回転駆動部６０の下方に位置する直線駆動部６１及び画像プローブ５３が見えるように図示されている。また画像プローブ５３が、模式的に矩形状に図示されている。
【００４８】
図３Ａ及びＢに示すように、回転駆動部６０が駆動すると、θ軸を中心に、直線駆動部６１及び画像プローブ５３が回転する。従って直線駆動部６１により移動される画像プローブ５３の移動軸であるＷ軸も回転する。
【００４９】
θ軸の周りには所定の位置を基準として、角度スケールが設定されている。ＰＣ２００により回転駆動部６０を制御することで、画像プローブ５３の撮影方向（Ｗ軸方向）の回転角度θを制御することが可能である。また回転角度θは、図示しないロータリエンコーダ等の角度検出機構により検出され、ＰＣ２００に出力される。
【００５０】
本実施形態では、回転角度θが０度及び１８０度の場合、Ｗ軸がＹ方向に延在し、座標軸の向きが互いに反対となる。回転角度θが９０度及び２７０度の場合、Ｗ軸がＸ方向に延在し、座標軸の向きが互いに反対となる。もちろんこのような角度設定に限定される訳ではない。
【００５１】
Ｗ軸上にも所定のスケールが設定されている。ＰＣ２００により直線駆動部６１を制御することで、Ｗ軸上の所定の位置（所定のＷ座標の位置）に、画像プローブ５３を移動させることが可能である。また画像プローブ５３の位置（Ｗ座標）は、図示しないリニアエンコーダ等の位置検出機構により検出され、ＰＣ２００に出力される。
【００５２】
なおθ軸上にＷ軸が位置するように、回転駆動部６０及び直線駆動部６１を組み立てることも可能である。しかしながら実際には組み立て誤差等により、厳密にθ軸上にＷ軸を配置することは難しい。後に説明するように、本実施形態に係るオフセット量の算出方法を実行することで、θ軸とＷ軸との距離を含むオフセット量を算出することが可能である。
【００５３】
［オフセット量の算出方法］
本実施形態に係るオフセット量の算出方法を説明する。本実施形態では、第１の位置Ｓ１に配置されたタッチプローブ５２と、第２の位置Ｓ２に配置された画像プローブ５３とのオフセット量として、先端球５５の位置と焦点位置Ｐとのオフセット量が算出される。このオフセット量は、回転駆動部６０の回転角度θ、及び画像プローブ５３のＷ座標に依存して変化する量である。本算出方法により、回転角度θ及びＷ座標に応じたオフセット量を算出することが可能である。
【００５４】
例えば３次元座標測定機１００の設計値として、上記したオフセット量が予め算出されて記憶されている場合も有り得る。しかしながら寸法公差や組立誤差等により、実際にはオフセット量と設計値とが異なる場合も多い。本算出方法を用いることで、例えば測定前等の所定のタイミング等において、オフセット量を高精度に校正することが可能となる。
【００５５】
図４は、オフセット量の算出の一例を示すフローチャートである。まずθ軸とＷ軸との第１のオフセット量が算出される（ステップ１０１）。第１のオフセット量は、ＸＹ平面方向における、θ軸からＷ軸までの距離である。
【００５６】
図５は、第１のオフセット量の算出例を説明するための模式図である。図６は、第１のオフセットを算出するためにプローブヘッド部５０に取付けられる校正用の画像プローブ８０の構成例を示す概略図である。
【００５７】
図５Ａに示すように、θ軸からＷ軸への垂線Ｖ（回転角度が０度の場合はＸ軸方向に延在する）と、Ｗ軸とが交わる点を、Ｗ軸上の原点Ｄとする（Ｗ座標はＷ０とする）。θ軸と原点Ｄとの距離が、第１のオフセット量Ｏ１に相当する。
【００５８】
第１のオフセット量Ｏ１を算出するためには、図６に示すように、プローブヘッド部５０の直線駆動部６１に、画像プローブ５３に代えて校正用画像プローブ８０が取付けられる。すなわちベース部５１の第２の位置Ｓ２に、校正用画像プローブ８０が配置される。
【００５９】
校正用画像プローブ８０は、Ｚ方向を撮影方向として、測定対象物Ｍを撮影可能なように構成されている。従って校正用画像プローブ８０によりＸＹ平面方向に平行な水平面を測定することが可能である。なおＺ軸に沿って上方から校正用画像プローブ８０を見ると、校正用画像プローブ８０の焦点位置Ｐ'は、Ｗ軸上の校正用画像プローブ８０のＷ座標の位置に等しい。
【００６０】
校正用画像プローブ８０の配置に関して、例えば画像プローブ５３内の撮像素子等を含む全体が、校正用画像プローブ８０に交換されてもよい。あるいは、画像プローブ５３の光干渉光学系５７を保持する部材のみが取り外し可能であり、Ｚ方向への撮影を可能とする撮影光学系を保持する部材と交換されてもよい。すなわち光学系のみの交換により、第２の位置Ｓ２への校正用画像プローブ８０の配置が実現されてもよい。
【００６１】
図５Ａに示すように、回転角度θが０度に設定され、校正用画像プローブ８０がＷ座標Ｗ１の位置に配置される。Ｗ１の値は限定されず、原点Ｄからある程度離れた位置が選択される。この状態で、ステージ３０に載置された第１の校正用治具に対して測定が実行される。なおプローブヘッド部５０のＸＹＺ空間における位置は、第１の校正用治具の上方の位置に適宜設定される。
【００６２】
第１の校正用治具としては、例えばチェッカーパターンを有する治具が用いられる。校正用画像プローブ８０により、チェッカーパターンが撮影され、所定の交点の位置が測定される。図５Ｃに示すように、測定結果は、０度における測定位置Ｎ１として記憶される。
【００６３】
図５Ｂに示すように、プローブヘッド部５０の位置を維持したまま、回転角度θが１８０度となるように、回転駆動部６０が回転する。Ｗ軸上のＷ座標はＷ１のままである。その状態で同じチェッカーパターンの同じ交点の位置が測定される。図５Ｃに示すように、測定結果は、１８０度における測定位置Ｎ２として記憶される。
【００６４】
図５Ｃに示すように、測定位置Ｎ１と測定位置Ｎ２とのＸ座標の差の半分の大きさが、θ軸と原点Ｄとの第１のオフセット量Ｏ１として算出される。また測定位置Ｎ１と測定位置Ｎ２とのＹ座標の差の半分の大きさが、原点ＤからＷ座標Ｗ１の位置までの距離として算出される。Ｗ座標Ｗ１から当該距離分の大きさを差し引くことで、原点ＤのＷ座標Ｗ０を算出することが可能となる。
【００６５】
第１のオフセット量Ｏ１及び原点ＤのＷ座標Ｗ０をもとに、任意の回転角度θで任意のＷ座標の位置に配置された校正用画像プローブ８０と、θ軸とのオフセット量を算出することが可能となる。もちろんこのオフセット量は、第２の位置Ｓ２に画像プローブ５３が配置される場合も同じである。
【００６６】
次に、タッチプローブ５２とθ軸との第２のオフセット量が算出される（ステップ１０２）。第２のオフセット量は、ＸＹ平面方向における、先端球５５の位置からθ軸までの距離である。
【００６７】
図７は、第２のオフセット量の算出例を説明するための模式図である。プローブヘッド部５０に校正用画像プローブ８０が取付けられた状態で、第２の校正用治具に対して、タッチプローブ５２及び校正用画像プローブ８０の各々により測定が実行される。
【００６８】
図７に示すように、第２の校正用治具としては、リングゲージ９０が用いられる。リングゲージ９０は、上面９１の高さ、内周面９２の内径等が、所定の校正値に設定されている。
【００６９】
まず校正用画像プローブ８０が、Ｗ軸上の原点Ｄに移動される。そしてリングゲージ９０の上面９１にフォーカスが合わせられ、校正用画像プローブ８０により撮影が実行される。撮影画像に対して例えばエッジ検出等により内周面９２が検出され、中心位置ＣのＸＹ座標が算出される。例えば図７Ｂに示すように、内周面９２に対して設定された複数の測定ポイントＵを撮影した複数の撮影画像をもとに、内周面９２の全体形状が算出される。その算出結果をもとに、中心位置ＣのＸＹ座標が算出される。
【００７０】
図７Ｃに示すように、リングゲージ９０に対してタッチプローブ５２が走査され、内周面９２に設定された複数の測定ポイントＵの位置が測定される。この測定結果をもとに、内周面９２の全体形状が算出され、中心位置ＣのＸＹ座標が算出される。
【００７１】
校正用画像プローブ８０による測定の結果である中心位置ＣのＸＹ座標と、タッチプローブ５２による測定の結果である中心位置ＣのＸＹ座標との差（距離）が算出される。この差は、原点Ｄに配置された校正用画像プローブ８０と、タッチプローブ５２の先端球５５とのオフセット量に相当する。
【００７２】
このオフセット量に第１のオフセット量Ｏ１を加えることで、タッチプローブ５２とθ軸との第２のオフセット量が算出される。本実施形態では、任意の回転角度θで任意のＷ座標の位置に校正用画像プローブ８０（画像プローブ５３）が配置された場合、第１のオフセット量Ｏ１、原点ＤのＷ座標Ｗ０、及び第２のオフセット量をもとに、タッチプローブ５２と校正用画像プローブ８０（画像プローブ５３）とのオフセット量を算出することができる。
【００７３】
図２に示す画像プローブ５３の焦点位置Ｐまでの距離が算出される（ステップ１０３）。焦点位置Ｐまでの距離の算出は、プローブヘッド部５０に画像プローブ５３が取付けられた状態で行われる。
【００７４】
図８は、画像プローブ５３の焦点位置Ｐまでの距離の算出例を説明するための図である。焦点位置Ｐまでの距離は、Ｗ軸上の画像プローブ５３のＷ座標と、焦点位置ＰのＷ座標との距離ｔに相当する。図８Ａに示すように、画像プローブ５２の中心によりＷ座標が定められる場合には、当該中心から焦点位置Ｐまでの距離ｔとなる。
【００７５】
画像プローブ５３を原点Ｄに配置した場合には、Ｗ軸上における焦点位置Ｐまでの距離ｔは、Ｗ軸の軸方向におけるθ軸と焦点位置Ｐとのオフセット量に相当する。以下、画像プローブ５３の焦点位置Ｐまでの距離ｔを、同じ符号を用いて、画像プローブ５３の焦点距離ｔと記載する場合がある。
【００７６】
図８Ｂに示すリングゲージ９０に対して、タッチプローブ５２が走査され、中心位置のＸＹ座標が算出される。リングゲージ９０は、第４の校正用治具に相当する。すなわち本実施形態では、第２及び第４の校正用治具として同じリングゲージ９０が用いられる。もちろん異なる校正用治具が用いられてもよい。
【００７７】
上記したように、第１のオフセット量Ｏ１、原点ＤのＷ座標Ｗ０、及び第２のオフセット量をもとに、タッチプローブ５２と画像プローブ５３とのオフセット量を算出することが可能である。当該オフセット量をもとに、リングゲージ９０の中心位置に画像プローブ５３が移動される。その際には、典型的には、画像プローブ５２は、原点Ｄに配置される。
【００７８】
内周面９２に設定された所定の測定ポイントＵに向けてＷ軸が延在するように回転角度θが設定される。そしてＷ軸方向に沿って画像プローブ５３をスキャニングすることで、測定ポイントＵが測定され座標（θ、Ｗ）が算出される。図７Ｃでは、Ｘ方向に沿って画像プローブ５３の測定が実行されているが、測定ポイントＵの位置によってＷ軸の方向は適宜切替えられる。
【００７９】
例えば図７Ｃで示すような複数の測定ポイントＵが測定され、各ポイントＵの座標（θ、Ｗ）をもとに、内周面９２の内径が算出される。算出された内径と、リングゲージ９０に設定されている内径の校正値とを比較することで、画像プローブ５３の焦点距離ｔが算出される。これによりＸＹ平面方向における、タッチプローブ５２の先端球５５の位置と、画像プローブ５３の焦点位置Ｐとのオフセット量を算出することができる。
【００８０】
Ｚ方向におけるタッチプローブ５２と焦点位置Ｐとのオフセット量が算出される（ステップ１０４）。当該オフセット量の算出は、プローブヘッド部５０に画像プローブ５３が取付けられた状態で実行される。
【００８１】
図９は、Ｚ方向におけるタッチプローブ５２と焦点位置Ｐとのオフセット量の算出例を説明するための図である。図９Ａに示すように、リングゲージ９０に対してタッチプローブ５２が走査され、中心位置ＣのＸＹ座標と、上面９１のＺ座標が算出される。例えば上面９１に設定された複数の測定ポイントＵの各々のＺ座標が算出され、その平均値が算出される。
【００８２】
リングゲージ９０の中心位置Ｃに画像プローブ５２が配置される。そして内周面９２の上面９１側の端部に設定された複数の測定ポイントＵが、画像プローブ５３により撮影される。その際のベース部５１のＺ座標は、例えばリングゲージ９０の高さの校正値等をもとに設定される。
【００８３】
画像プローブ５３により撮影された測定ポイントＵの撮影画像に対して、エッジ検出等を実行することで、上面９１の位置（内周面９２と上方の空間との境界）の位置が検出される。当該検出された境界の位置をもとに、上面９１のＺ座標が算出される。例えば図９Ｂに示すように、複数の測定ポイントＵの各々に対して算出されたＺ座標の平均値が算出される。
【００８４】
タッチプローブ５２による測定の結果である上面９１Ｚ座標と、画像プローブ５３による測定の結果である上面９１のＺ座標との差（距離）が、Ｚ方向におけるタッチプローブ５２と焦点位置Ｐとのオフセット量として算出される。これによりＸＹＺの３軸方向において、タッチプローブ５２の先端球５５の位置と焦点位置Ｐとのオフセット量を算出することが可能となる。
【００８５】
なおリングゲージ９０は、第３の校正用治具に相当する。従って本実施形態では、第２、第３、及び第４の校正用治具として同じリングゲージ９０が用いられる。もちろん異なる校正用治具が用いられてもよい。
【００８６】
［内壁測定］
図１０は、内壁測定装置５００による内壁測定の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０に示す各ステップを説明するための模式図である。以下、測定対象物Ｍを、シリンダブロックＷと記載して説明を行う。
【００８７】
タッチプローブ５２によりシリンダブロックＷが測定される（ステップ１０１）。これによりシリンダブロックＷの上面の高さや各シリンダ７０の中心位置及び径等が測定される。
【００８８】
図１１Ａに示すように、タッチプローブ５２の先端球５５の位置と焦点位置Ｐとのオフセット量をもとに、内壁７１上の所定の測定ポイントＵに焦点位置Ｐが配置されるように、画像プローブ５２が移動される（ステップ２０２）。すなわち測定ポイントＵのＸＹＺ座標、及びオフセット量をもとに、画像プローブ５２のＸＹＺ座標、回転角度θ、及びＷ座標が設定される。
【００８９】
画像プローブ５２の具体的な移動方法は限定されない。例えばシリンダ７０の中心位置Ｃに画像プローブ５２が配置され、測定ポイントＵに向けてＷ軸が延在するように回転角度θが設定される。そして測定ポイントＵに向けてフォーカスが合うように、Ｗ軸上の所定のＷ座標の位置に画像プローブ５３が移動される。
【００９０】
なお画像プローブ５３の焦点距離ｔが分かっているので、焦点位置Ｐが測定ポイントＵに合わせられた時に、Ｗ座標の値としてシリンダ７０の内径の半径の値を表示させる、といった処理も可能である。これにより測定されている位置を把握することが容易となり、精度のよい測定が可能となる。
【００９１】
画像プローブ５２により、シリンダ７０の内壁７１が測定される（ステップ１０３）。図１１Ａに示すように、Ｗ軸に沿って画像プローブ５３がスキャニングされる。また図１１Ｂに示すように、回転角度θの回転方向においても、画像プローブ５３がスキャニングされる。これにより内壁７１の測定ポイントＵを中心とした領域の表面性状等を高精度に測定することが可能となる。
【００９２】
以上、本実施形態に係る内壁測定装置５００では、ベース部５１に、タッチプローブ５２と、ＸＹ平面方向で撮影可能な画像プローブ５３とが配置される。画像プローブ５３は回転駆動部６０によりＺ方向を軸として回転される。また直線駆動部６１により、撮影方向に沿って移動される。これによりＸＹ平面方向において異なる撮影方向でシリンダ７０等の内壁７１を高精度に撮影することが可能となる。
【００９３】
また本内壁測定装置５００では、オフセット量算出部２０３により、タッチプローブ５２と画像プローブ５３とのオフセット量が算出される。例えば複数のシリンダブロックＷが順に載置面３１に載置される場合等では、載置工程ごとに位置ずれが発生することも多く、測定対象となる各シリンダ７０の位置もばらつくことが多い。
【００９４】
本内壁測定装置５００では、まずタッチプローブ５２により、各シリンダ７０の中心位置Ｃ等が高精度に算出可能である。そして両方のプローブのオフセット量をもとに、画像プローブ５３を所定の測定位置まで高精度に移動させることが可能である。この結果、画像プローブ５３により、非常に高い精度で内壁を測定することが可能となる。また両方のプローブを切替えるための工程や、特別な構成等が不要となり、測定工程の簡素化、測定時間の短縮、装置の小型化等を図ることも可能となる。
【００９５】
また本実施形態に係るオフセット量の算出方法では、画像プローブ５３が配置される第２の位置Ｓ２に校正用画像プローブ８０が配置される。校正用画像プローブ８０を用いることで、第１及び第２のオフセット量を高精度に測定することが可能となり、また校正作業の簡素化を実現することが可能となる。
【００９６】
＜その他の実施形態＞
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００９７】
タッチプローブ５２と画像プローブ５３とのオフセット量が、先端球５５の位置と焦点位置Ｐとのオフセット量に限定される訳ではない。例えばタッチプローブ５２と画像プローブ５３とのオフセット量として、先端球５５の位置と画像プローブ５３の位置とのオフセット量が算出されてもよい。この場合、当該オフセット量をもとに、タッチプローブ５２により算出されたシリンダ７０の中心位置Ｃに、画像プローブ５３を高精度に移動させることができる。その後は、例えばオートフォーカス等により焦点が合わせられ、内壁７１の測定が実行される。
【００９８】
また上記では、Ｗ軸上の原点ＤのＷ座標が算出された。当該原点ＤのＷ座標として、予め記憶されている設計値が用いられてもよい。すなわちＸＹ平面方向におけるオフセット量として、第１及び第２のオフセット量のみが算出される場合でも、精度の高い内壁測定は可能である。
【００９９】
上記では画像プローブ５３として白色光干渉計が用いられた。これにより内壁７１の表面性状等を高精度に測定することが可能となる。なお画像プローブ５３として、白色光干渉計とは異なる画像プローブが用いられる場合でも、本発明は適用可能である。
【０１００】
プローブヘッド部５０に配置されるタッチプローブ５２及び画像プローブ５３の各々の数は限定されない。３つ以上のプローブが配置される場合でも、本発明は適用可能である。
【０１０１】
画像プローブ５３が使用される場合には、タッチプローブ５２がベース部５１の第１の位置Ｓ１から退避可能であってもよい。例えばヘッドカバー４０内の他の位置に移動可能な構成が考えられる。同様に、タッチプローブ５２が使用される場合に、画像プローブ５３がベース部の第２の位置Ｓ２から退避可能であってもよい。
【０１０２】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせること
も可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるもの
ではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｍ…測定対象物
Ｏ１…第１のオフセット量
Ｐ…焦点位置
Ｓ１…第１の位置
Ｓ２…第２の位置
２０…３軸移動機構
３１…載置面
５０…プローブヘッド部
５１…ベース部
５２…タッチプローブ
５３…画像プローブ
５５…先端球
５７…光干渉光学系
６０…回転駆動部
６１…直線駆動部
７１…内壁
８０…校正用画像プローブ
９０…リングゲージ
１００…３次元座標測定機
２００…ＰＣ
２０３…オフセット量算出部
５００…内壁測定装置
【図１】
0006692658.tif 000002
【図２】
0006692658.tif 000003
【図３】
0006692658.tif 000004
【図４】
0006692658.tif 000005
【図５】
0006692658.tif 000006
【図６】
0006692658.tif 000007
【図７】
0006692658.tif 000008
【図８】
0006692658.tif 000009
【図９】
0006692658.tif 000010
【図１０】
0006692658.tif 000011
【図１１】
0006692658.tif 000012