(57)【要約】【課題】被測定物の形状を高精度に測定する形状測定装置および形状トレース機構を提供することにある。【解決手段】形状測定装置１は、直線状の保持溝を有する本体２１と、この本体２１の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能な複数の検出針２２と、直線状に配列された複数の画素を有する検出部３１と、この検出部３１を検出針２２に対して移動させながら、本体２１に対する各検出針２２の位置を検出する第１駆動手段５０と、検出部３１からの信号を基に被測定物の形状を求める演算手段であるＣＰＵとを備える。複数の検出針２２は、この本体２１の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能にされているから、検出針２２の間隔を小さくすることができるので、被測定物の形状を高精度に測定することができる。【選択図】　図２
2004069608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
直線状の保持溝を有する本体と、
この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能な複数の検出針と、
直線状に配列された複数の検出素子を有する検出手段と、
この検出手段を検出針に対して移動させながら、前記本体に対する各検出針の位置を検出する駆動手段と、
前記検出手段からの信号を基に被測定物の形状を求める演算手段とを備え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において、
前記検出針は、並設方向の一方の面に前記進退方向に沿ってガイド凹溝を有し、他方の面に前記進退方向に沿って隣接する前記検出針の前記ガイド凹溝と嵌合しかつ摺動可能なガイド凸条を有することを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の形状測定装置において、
前記駆動手段は、前記検出手段が検出針の進退方向と略平行に配置された状態において、検出手段を検出針の並設方向へ移動させることを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の形状測定装置において、
前記駆動手段は、前記検出手段が検出針の並設方向と略平行に配置された状態において、検出手段を検出針の進退方向へ移動させることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定装置において、
前記本体および検出針によって形状トレース機構が構成され、前記検出手段および駆動手段によって形状測定機構が構成され、前記形状測定機構に対して前記形状トレース機構が分離・組込可能に構成されていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】
被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
直線状の保持溝を有する本体と、
この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能な複数の検出針と、
前記検出針の並設方向へ直線状に配列された複数の検出素子を一体化した検出手段と、
前記検出手段からの信号を基に被測定物の形状を求める演算手段とを備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項７】
被測定物に複数の検出針を当接させ、これら検出針の相対位置から被測定物の形状を測定するための形状測定装置に用いられる形状トレース機構であって、
直線状の保持溝を有する本体を備え、
前記検出針は、前記本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能に設けられているとともに、並設方向の一方の面に前記進退方向に沿ってガイド凹溝を有し、他方の面に前記進退方向に沿って隣接する前記検出針の前記ガイド凹溝と嵌合しかつ摺動可能なガイド凸条を有することを特徴とする形状トレース機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の形状を測定する形状測定装置および形状トレース機構に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、物体の形状を測定する装置としてコントレーサ等の形状測定装置がある。この形状測定装置は、被測定物の表面に接し、表面の凹凸によって上下方向へ変位する触針と、この触針を被測定物の表面に沿って走査させる走査機構と、この走査機構の走査位置と触針の上下方向の変位量から被測定物の表面形状を演算する演算部とを備える構造である。
【０００３】
この形状測定装置を用いた物体の形状測定手順としては、まず走査機構によって、触針が被測定物の表面をなぞるように走査されると、被測定物の表面の凹凸によって触針が上下方向に変位される。すると、演算部において、走査機構の走査位置と触針の上下方向の変位量とから被測定物の形状が演算される。
しかしながら、上記のような形状測定装置は、被測定物の表面を１本の触針でなぞるので、形状の測定に時間がかかるという問題がある（１）。
【０００４】
上記（１）のような問題を解決するために、スピンドルの直線変位を検出・表示する直線変位検出器を複数並設して被測定物の形状を測定する方法が提案されている。この方法によると、上記（１）のように形状の測定に時間がかかるという問題は、解消できる。しかしながら、構造上、検出器自体（ケース）は、スピンドルよりも太くなり、測定間隔が大きくなってしまい、高精度の測定ができなくなるという問題が生ずる（２）。さらに、各直線変位検出器毎にスピンドルの位置をカウントするカウンタが必要となり、測定装置自体の構成が大きくなってしまうという問題もある（３）。
【０００５】
上記したような（２）、（３）の新たな問題に対処する方法として、被測定物の形状を測定するために、押圧により後退する複数の進退プローブと、各進退プローブの移動量を検出する移動量検出手段と、この移動量検出手段の出力に基づき測定領域の起伏を画像データに置換するデータ読取手段とを備える形状測定装置が提案されている（特開平０６−３１７４１２号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、　上記特開平０６−３１７４１２号公報記載の技術では、進退プローブを支持する基台に所定の間隔で複数の挿通孔を形成し、この挿通孔に進退プローブを進退可能に挿通させている。そのため、挿通孔の形成される間隔よりも進退プローブの測定間隔を小さくできず、被測定物の形状を高精度に測定することができないという問題がある。
【０００７】
また、上記の公報では進退プローブ自体に等間隔に遮光ラインを設け、形状測定の際に、この遮光ライン自体の通過量を測定するようにする構成も記載されている。しかし、進退プローブ自体に遮光ラインを設ける構成にすると、進退プローブを支持する基台に挿通孔を設け、その挿通孔に受光素子や発光素子を組み込むようになるため、より基台内の構成が複雑となる。これによっても、挿通孔の間隔を小さくすることはできなくなるので、進退プローブの測定間隔を小さくできなくなり、被測定物の形状を高精度に測定することができないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、被測定物の形状を高精度に測定する形状測定装置および形状トレース機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明の形状測定装置は、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、直線状の保持溝を有する本体と、この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能な複数の検出針と、直線状に配列された複数の検出素子を有する検出手段と、この検出手段を検出針に対して移動させながら、本体に対する各検出針の位置を検出する駆動手段と、前記検出手段からの信号を基に被測定物の形状を求める演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような本発明によれば、被測定物の形状を測定する際には、まず、被測定物に複数の検出針を押し当て、検出針を進退させる。検出手段を移動させて、本体に対する検出針の位置を検出する。そして、演算手段により、被測定物の形状を求める。
本体は、直線状の保持溝を有し、複数の検出針は、この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能にされている。従って、各検出針は、互いに接しているから、検出針の間隔を小さくすることができるので、被測定物の形状を高精度に測定することができる。
【００１１】
本発明の形状測定装置では、前記検出針は、並設方向の一方の面に前記進退方向に沿ってガイド凹溝を有し、他方の面に前記進退方向に沿って隣接する前記検出針の前記ガイド凹溝と嵌合しかつ摺動可能なガイド凸条を有することが好ましい。
これによれば、前記検出針は、ガイド凹溝およびガイド凸条を有し、ガイド凸条は、隣接する検出針のガイド凹溝と嵌合しかつ摺動可能とされているから、検出針は進退方向に対してスムーズに進退することができるので、形状の測定をより精度よく行うことができる。
【００１２】
本発明の形状測定装置では、前記駆動手段は、前記検出手段が検出針の進退方向と略平行に配置された状態において、検出手段を検出針の並設方向へ移動させることが好ましい。
これによれば、検出手段は、検出針の並設方向に移動して、各検出針の進退方向の移動量を検出する。従って、検出手段は、検出針の並設方向には、自由に移動できるので、検出手段の幅を大きくしなくとも、検出針の並設方向に広い測定範囲を持つ被測定物の形状の測定を行うのに好適である。
【００１３】
本発明の形状測定装置では、前記駆動手段は、前記検出手段が検出針の並設方向と略平行に配置された状態において、検出手段を検出針の進退方向へ移動させることが好ましい。
これによれば、検出手段は、検出針の進退方向に移動して、各検出針の進退方向の移動量を検出する。従って、検出手段は、検出針の進退方向には、自由に移動できるので、被測定物表面の凹凸の大きな被測定物の形状の測定を行うのに好適である。
【００１４】
本発明の形状測定装置では、前記本体および検出針によって形状トレース機構が構成され、前記検出手段および駆動手段によって形状測定機構が構成され、前記形状測定機構に対して前記形状トレース機構が分離・組込可能に構成されていることが好ましい。
これによれば、形状トレース機構自体だけならば、簡素な構造であるから小型・軽量にすることができるので、操作性に優れ、測定作業を能率的に行うことができる。
また、形状トレース機構が形状測定機構に対して分離・組込可能であるから、形状測定装置の設置できない場所での測定も可能になる。
さらに、形状トレース機構自体だけの交換ができるから、形状トレース機構が老朽化・故障等の際の形状測定装置のメンテナンスも容易に行うことができる。
【００１５】
本発明の形状測定装置は、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、直線状の保持溝を有する本体と、この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能な複数の検出針と、　前記検出針の並設方向へ直線状に配列された複数の検出素子を一体化した検出手段と、前記検出手段からの信号を基に被測定物の形状を求める演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このような本発明によれば、被測定物の形状を測定する際には、まず、被測定物に複数の検出針を押し当て、検出針を進退させる。検出手段により本体に対する検出針の位置を検出する。そして、演算手段により、被測定物の形状を求める。
本体は、直線状の保持溝を有し、複数の検出針は、この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能にされている。従って、各検出針は、互いに接しているから、検出針の間隔を小さくすることができるので、被測定物の形状を高精度に測定することができる。
【００１７】
本発明の形状トレース機構は、被測定物に複数の検出針を当接させ、これら検出針の相対位置から被測定物の形状を測定するための形状測定装置に用いられる形状トレース機構であって、直線状の保持溝を有する本体を備え、前記検出針は、前記本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能に設けられているとともに、並設方向の一方の面に前記進退方向に沿ってガイド凹溝を有し、他方の面に前記進退方向に沿って隣接する前記検出針の前記ガイド凹溝と嵌合しかつ摺動可能なガイド凸条を有することを特徴とする。
【００１８】
このような本発明によれば、前述と同様の作用・効果により、被測定物の形状を高精度に測定することができる。
また、本体と検出針とを備えただけの簡素な構造であるから小型・軽量にすることができるので、屋外の建造物等、機器の持ち運びができない測定のしにくい場所での測定も可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る形状測定装置１が示されている。
【００２０】
形状測定装置１は、測定装置本体１０と、測定データ処理部９０とを備えて構成されている。ここで、測定データ処理部９０は、パソコン等によって構成され測定装置本体１０において測定された形状の測定値を処理する。測定装置本体１０は、図２に示されるように、形状トレース機構２０と、形状測定機構３０とを備えて構成されている。
【００２１】
形状トレース機構２０は、本体２１と、複数の検出針２２とを備えて構成されている。本体２１は、図３（Ｃ）に示されるように、断面直線状の保持溝２１Ａを有する。保持溝２１Ａは、その横幅が、検出針２２の横方向の幅と略同じである。
【００２２】
検出針２２は、図３に示されるように、本体２１の保持溝２１Ａ内に互いに接した状態で一列に並設され、かつ、それぞれ独立的に保持溝２１Ａの深さ方向へ進退可能にされている。
また、検出針２２は、図４に示されるように、ガイド凹溝２２Ａとガイド凸条２２Ｂとを有する。さらに、検出針２２の先端部２２Ｃは、鋭く尖って針状に形成され、検出針２２の後端部２２Ｄは、直角な面に形成され、右側側面に突起部分を有するものである。
【００２３】
ガイド凹溝２２Ａは、検出針２２の並設方向の一方の面すなわち検出針２２の上面に、後端部２２Ｄから先端部２２Ｃ付近まで形成されている。ガイド凹溝２２Ａは、断面略台形形状である。
ガイド凸条２２Ｂは、検出針２２の並設方向の他方の面すなわち検出針２２の下面に、後端部２２Ｄから先端部２２Ｃ付近まで形成されている。ガイド凸条２２Ｂは、断面略台形形状であり、他の検出針２２のガイド凹溝２２Ａと嵌合しかつ摺動可能にされている。なお、ガイド凹溝２２Ａは、検出針２２の長手方向においてガイド凸条２２Ｂより長く形成されている。
【００２４】
形状測定機構３０は、図２に示されるように、内部に矩形状の開口部３０Ａを有するコ字形のフレーム３０Ｂと、このフレーム３０Ｂに設けられたガイド５０Ｅを介して上下方向（図２中ｚ方向）へ移動する検出手段である検出部３１と、この検出部３１をフレーム３０Ｂの上下方向（図２中ｚ方向）へ移動させる第１駆動手段５０と、フレーム３０Ｂを図２中ｘ方向へ移動させる第２駆動手段５６とを備えて構成されている。
【００２５】
検出部３１は、図２中のｙ軸方向と略平行に配置され、検出針２２の後端部２２Ｄの位置を検出する。この検出部３１は、直線状にかつｙ軸方向に沿って配列された複数のＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）からなる画像素子を有している。この画像素子は、図２では示していないが、検出部３１の図示裏面側に配置されている。
【００２６】
第１駆動手段５０は、上下に設けられた一対の回転軸５０Ｆと、各回転軸５０Ｆの両端に固定されたプーリ５０Ｃと、これら上下のプーリ５０Ｃ間に架け渡されたベルト５０Ｄと、回転軸５０Ｆに設けられたギヤ５０Ｂと、このギヤ５０Ｂとかみ合ったモータ５０Ａとを備えて構成されている。
【００２７】
ベルト５０Ｄには、検出部３１が取り付けられている。これにより、モータ５０Ａの回転が、ベルト５０Ｄに伝達され、このベルト５０Ｄが駆動することにより、検出部３１がｚ軸方向に移動される。
【００２８】
検出部３１が移動する上方位置には、開始位置リミットスイッチ３７が、下方位置には、終了位置リミットスイッチ３８がそれぞれ設けられているとともに、上方の回転軸５０Ｆには、パルス発生部３５が設けられている。
【００２９】
開始位置リミットスイッチ３７は、第１駆動手段５０が検出部３１を移動させる移動開始の位置で検出部３１を検出する。開始位置リミットスイッチ３７は、開口部３０Ａの内面の＋ｚ方向側に設けられている。
終了位置リミットスイッチ３８は、第１駆動手段５０が検出部３１を移動させる移動終了の位置で検出部３１を検出する。終了位置リミットスイッチ３８は、開口部３０Ａの内面の−ｚ方向側に設けられている。
【００３０】
パルス発生部３５は、図２に示されるように、上側の２個のプーリ５０Ｃの間に設けられ、検出部３１の画像素子に検出針２２が重なった時から検出針２２の間隔を移動する毎に、パルスを発生する。
【００３１】
第２駆動手段５６は、一対のレール５６Ａに沿って図示しないモータ等の駆動手段によりｘ軸方向に測定装置本体１０を移動させるもので、形状測定機構３０のフレーム３０Ｂの下側に設けられている。
【００３２】
図５は、形状測定機構３０の構成を示すブロック図である。
形状測定機構３０は、前述したように、モータ５０Ａ、パルス発生部３５、検出部３１、開始位置リミットスイッチ３７、及び終了位置リミットスイッチ３８の他に、表示部３２、モード切換スイッチ３３、測定開始／データ出力スイッチ３４、カウンタ３６と、校正値記憶部３９と、通信用Ｉ／Ｆ４０と、アンプ４１と、これらを制御するＣＰＵ６０とを有する。
【００３３】
表示部３２は、図１に示されるように、形状測定機構３０のフレーム３０Ｂを覆うカバー３０Ｃの前面部分でありかつ開口部３０Ａよりも上側に設けられ、形状を測定する検出部３１の位置等を表示する。
【００３４】
モード切換スイッチ３３は、図１に示されるように、カバー３０Ｃの前面部分に設けられ、通常の物体の形状の測定を行うモードか、校正用の物体の形状測定し校正値として取り込むモードかを選択する。
【００３５】
測定開始／データ出力スイッチ３４は、図１に示されるように、カバー３０Ｃの前面部分に設けられ、物体の形状の測定を開始するか、物体の形状を測定後にデータを出力するかを選択する。
【００３６】
カウンタ３６は、パルス発生部３５で発生するパルスの発生回数をカウントする。校正値記憶部３９は、校正用のカウンタ値とＣＣＤの画素位置の記憶を行う。
通信用Ｉ／Ｆ４０は、測定データ処理部９０とデータ通信線９１を介して接続され、測定装置本体１０において測定された形状の測定値を測定データ処理部９０に転送するものである。
アンプ４１は、ＣＰＵ６０が発信するアナログ信号を増幅する。ＣＰＵ６０は、検出部３１からの信号を基に被測定物５の形状を求める。
【００３７】
次に、図６に、上記した形状測定装置１を用いた形状測定の処理フローを示す。
図２に示すように、被測定物５の位置を固定して、検出針２２の先端部２２Ｃを被測定物５に押し当てて、被測定物５の形状をトレースする。その際、各検出針２２は、被測定物５の表面形状に応じて、ｙ軸方向に進退する。その後、測定開始で処理を開始する（Ｓ１０１）。検出部３１の照明部を点灯させる（Ｓ１０２）。
【００３８】
測定開始位置を決定するために、図２に示すように、測定方向すなわち−ｚ方向とは反対方向（＋ｚ方向）に検出部３１が移動するようにモータ５０Ａを回転させて、検出部３１を移動させる（Ｓ１０３）。開始位置リミットスイッチ３７が検出部３１を検出したら（Ｓ１０４）、カウンタ３６を０クリアする（Ｓ１０５）。
【００３９】
測定方向（−ｚ方向）に検出部３１が移動するようにモータ５０Ａを回転させて、検出部３１を移動させる（Ｓ１０６）。検出針２２が、検出部３１の直線状に配列された複数の画素に重なった時に、パルス発生部３５からパルスが発生されると（Ｓ１０７）、カウンタ３６の値を記録する（Ｓ１０８）。隣接する画素の画素値の差の最大値と、最大値の画素位置を０で初期化する（Ｓ１０９）。
【００４０】
検出部３１の画素の画素信号を測定する（Ｓ１１０）。前回（１つ前）の画素値との差を計算する。但し、最初の画素の処理時は、差を０とする（Ｓ１１１）。差が現在の最大値より大きい場合は、差の最大値を更新する（Ｓ１１２）（Ｓ１１３）。また、現在の画素位置を更新、つまり差の最大の画素位置を現在の画素位置に更新する（Ｓ１１４）。検出部３１の全ての画素について上記処理が終了するまで（Ｓ１１０）からの処理を繰り返す（Ｓ１１５）。
【００４１】
１つの検出針２２に対する処理が終了したら、記憶している画素位置（差の最大の画素位置）を、校正値記憶部３９（図５参照）から読み出された値で、以下の式（１）を用いて補正し、記録する（Ｓ１１６）。
補正後の画素位置＝記憶している画素位置−校正値・・・（１）
【００４２】
次の検出針２２に対するカウンタ値と差の最大の画素位置を記録する（Ｓ１１７）。終了位置リミットスイッチ３８が検出部３１を検出するまで（Ｓ１０７）からの処理を繰り返す（Ｓ１１８）。終了位置リミットスイッチ３８が検出部３１を検出したら、記録された一連のカウンタ値と画素位置（差の最大の画素位置）より、検出部３１の移動方向位置と検出針２２の後端部２２Ｄの位置をそれぞれ以下の式（２）、（３）を用いて物理的な位置に変換する（Ｓ１１９）。
検出部３１の移動方向位置＝カウンタ値×検出針２２の配置間隔・・・（２）
検出針２２の後端部２２Ｄの位置＝画素位置×１画素の配置間隔・・・（３）
【００４３】
以上の検出部３１の移動方向位置と検出針２２の後端部２２Ｄの位置より、被測定物５の表面形状が求められる。なお、この測定結果は、表示部３２に表示してもよく、測定データ処理部９０に送信してもよい。その後、検出部３１の照明部を消灯させる（Ｓ１２０）。測定を終了する（Ｓ１２１）。
【００４４】
なお、上記した校正値について述べる。まず、校正値記憶部３９に記憶されている、校正用のカウンタ値と画素位置を全て０で初期化する。次に、所定の形状をした被測定物をこの形状測定装置１で測定する。その場合、上記した測定処理フローの（Ｓ１１９）の時点で一連のカウンタ値と画素位置を、校正値記憶部３９に校正値として記憶する。
【００４５】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）本体２１は、直線状の保持溝２１Ａを有し、複数の検出針２２は、この本体２１の保持溝２１Ａ内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能にされている。従って、各検出針２２は、互いに接しているから、検出針２２の間隔を小さくすることができるので、被測定物５の形状を高精度に測定することができる。
【００４６】
（２）検出針２２は、ガイド凹溝２２Ａおよびガイド凸条２２Ｂを有することにより、ガイド凸条２２Ｂは、隣接する検出針２２のガイド凹溝２２Ａと嵌合しかつ摺動可能とされているから、検出針２２は進退方向に対してスムーズに進退することができるので、形状の測定をより精度よく行うことができる。
【００４７】
（３）検出部３１は、検出針２２の並設方向に移動して、各検出針２２の進退方向の移動量を検出する。従って、検出部３１は、検出針２２の並設方向には、自由に移動できるので、検出部３１の幅を大きくしなくとも、検出針２２の並設方向に広い測定範囲を持つ被測定物５の形状の測定を行うのに好適である。
【００４８】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下の説明では既に説明した部分、部材と同一のものは同一符号を付してその説明を簡略する。
【００４９】
第１実施形態の形状測定装置１では、図２に示すように、検出部３１が検出針２２の進退方向（ｙ軸方向）と略平行に配置され、第１駆動手段５０は、検出部３１を検出針２２の並設方向（ｚ軸方向）へ移動させていたが、第２実施形態の形状測定装置２では、図７に示すように、検出部３１が検出針２２の並設方向（ｚ軸方向）と略平行に配置され、第１駆動手段５０は、検出部３１を検出針２２の進退方向（ｙ軸方向）へ移動させる点が異なる。
【００５０】
また、第１実施形態の形状測定装置１では、図３に示すように、パルス発生部３５を備えていたが、第２実施形態の形状測定装置２では、図８に示すように、パルス発生部３５を備えず、タイマ４２を備えている点も異なる。ここで、タイマ４２は、所定時間間隔でＣＰＵ６０に対して割り込みの信号を発生する。
【００５１】
さらに、第２実施形態の形状測定装置２では、カウンタ３６は、画素信号を検出した際の検出部３１の位置を記録する。形状測定装置２には、図８に示すように、検出部３１の位置を検出する検出部位置検出器３１Ａが設けられている。この検出部位置検出器３１Ａは、図７に示すように、開口部３０Ａ内面の−ｚ方向側に設けられ、一定の目盛を有するものである。さらに、形状測定装置２では、各画素毎にカウンタ値を記録する機能を有している。
【００５２】
次に、図９に、上記した形状測定装置２を用いた形状測定の処理フローを示す。
図７に示すように、図示しない被測定物の位置を固定して、検出針２２の先端部２２Ｃを被測定物に押し当てて、被測定物の形状をトレースする。その際、各検出針２２は、被測定物の表面形状に応じて、ｙ軸方向に進退する。その後、測定開始で処理を開始する（Ｓ２０１）。検出部３１の照明部を点灯させる（Ｓ２０２）。
【００５３】
測定開始位置を決定するために、図７に示すように、測定方向すなわち＋ｙ方向とは反対方向（−ｙ方向）に検出部３１が移動するようにモータ５０Ａを回転させて、検出部３１を移動させる（Ｓ２０３）。開始位置リミットスイッチ３７が検出部３１を検出したら（Ｓ２０４）、画素信号を検出した際の検出部３１の位置を記録するカウンタ３６を０クリアする（Ｓ２０５）。
【００５４】
このカウンタ３６は、検出部３１の各画素毎に検出部３１の位置をカウンタ値として記録する。そしてこれら各画素に対するカウンタ値の記録を全て初期値にリセットする（Ｓ２０６）。各画素毎に対する前回画素信号値との差を０で初期化する（Ｓ２０７）。
【００５５】
＋ｙ方向に検出部３１が移動するようにモータ５０Ａを回転させて、検出部３１を移動させる（Ｓ２０８）。タイマ４２から割り込みの信号が発生したら、次の処理に進む（Ｓ２０９）。検出針２２が、検出部３１の直線状に配列された画素に重なった時に、画素信号が発生する。検出部３１の画素の画素信号を測定する（Ｓ２１０）。同じ画素の１つ前の画素値との差を計算する。但し、最初の画素の処理時は、差を０とする（Ｓ２１１）。差が現在の最大値より大きい場合は、差の最大値を更新する（Ｓ２１２）（Ｓ２１３）。また、現在測定中の画素における検出部３１の位置をカウンタ値として、現在のカウンタ値を記録する（Ｓ２１４）。検出部３１の直線状に配列された画素の所定の画素数に達するまで（Ｓ２１０）からの処理を繰り返す（Ｓ２１５）。
【００５６】
検出部３１の直線状に配列された画素の全てに対する処理が終了したら、終了位置リミットスイッチ３８が検出部３１を検出するまで（Ｓ２０９）からの処理を繰り返す（Ｓ２１６）。終了位置リミットスイッチ３８が検出部３１を検出したら、各画素におけるカウンタ値を校正値記憶部３９から読み出された値で、以下の式（４）を用いて補正し、記録する（Ｓ２１７）。
補正後のカウンタ値＝記憶している各画素に対するカウンタ値−校正値・・・（４）
【００５７】
終了位置リミットスイッチ３８が検出部３１を検出したら、記録された一連の画素位置とカウンタ値より、検出針２２の長手方向に垂直な位置と検出針２２の後端部２２Ｄの位置をそれぞれ以下の式（５）、（６）を用いて物理的な位置に変換する（Ｓ２１８）。
検出針２２の長手方向に垂直な位置＝画素位置×１画素の配置間隔・・・（５）
検出針２２の後端部２２Ｄの位置＝カウンタ値×カウンタ分解能・・・（６）
【００５８】
なお、式（６）中のカウンタ分解能とは、カウンタ値と実際の物理的な位置とを対応させるための補正用の値である。
以上の検出針２２の長手方向に垂直な位置と検出針２２の後端部２２Ｄの位置より、被測定物の表面形状が求められる。なお、この測定結果は、表示部３２に表示してもよく、測定データ処理部９０に送信してもよい。その後、検出部３１の照明部を消灯させる（Ｓ２１９）。測定を終了する（Ｓ２２０）。
【００５９】
なお、上記した校正値について述べる。まず、校正値記憶部３９に記憶されている、校正用の各画素に対するカウンタ値を全て０で初期化する。次に、所定の形状をした被測定物をこの形状測定装置２で測定する。その場合、上記した測定処理フローの（Ｓ２１７）の時点で一連のカウンタ値を、校正値記憶部３９に校正値として記憶する。
【００６０】
上述のような本実施形態によれば、前述の第１実施形態の効果（（３）を除く）に加えて次のような効果がある。
（４）検出部３１は、検出針２２の進退方向に移動して、各検出針２２の進退方向の移動量を検出する。従って、各検出針２２の進退方向の移動量の検出は、検出部３１の幅に制限されず、検出針２２の進退方向（ｙ軸方向）の長さの範囲内で物体の形状の測定をすることができるので、被測定物５表面の凹凸の大きな、被測定物５の形状の測定を行うのに好適である。
【００６１】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、形状トレース機構２０としては、前記各実施形態では、形状測定機構３０と一体的な構成を採用していたが、これに限られず、図１０に示すように形状測定機構に対して分離・組込可能に構成されている形状トレース機構２５のような構成としてもよい。
【００６２】
この形状トレース機構２５は、本体２６と、複数の検出針２７とを備えて構成されている。本体２６は、保持溝２６Ａを有している。この形状トレース機構２５は、形状トレース機構２０とは、本体２６の上面側に固定用ピン２６Ｂを有している点が異なる。この固定用ピン２６Ｂは、形状の測定後、固定用ピン２６Ｂを検出針２７に押し当て検出針２７を固定する。　形状トレース機構２５による物体の形状トレース後、形状測定機構に組み込み形状を測定する。
【００６３】
この構成によれば、形状トレース機構２５自体だけならば、簡素な構造であるから小型・軽量にすることができるので、操作性に優れ、測定作業を能率的に行うことができる。
また、形状測定機構に対して形状トレース機構２５が分離・組込可能であるから、形状測定装置の設置できない場所での測定も可能になる。
さらに、形状トレース機構２５自体だけの交換ができるから、形状トレース機構２５が老朽化・故障等の際の形状測定装置のメンテナンスも容易に行うことができる。
【００６４】
検出針２２のガイド凹溝２２Ａおよびガイド凸条２２Ｂは、断面略台形形状であったが、これに限られず、ガイド凹溝２２Ａおよびガイド凸条２２Ｂが嵌合しかつ摺動可能な形状であればよい。例えば、ガイド凹溝２２Ａおよびガイド凸条２２Ｂは、三角形、四角形、半円形等の形状としてもよい。
【００６５】
検出部３１は、複数のＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）からなる画素を備え、光学式で後端部２２Ｄの検出を行うものであったが、これに限られず、磁気式、静電容量式等の検出手段を用いて後端部２２Ｄの検出を行うようにしてもよい。
【００６６】
また、検出針２２の進退方向の移動量は、測定前後の後端部２２Ｄの位置を検出することにより、求められていたが、これに限られず、検出針２２に印となる部分を別に形成し、この印の位置を検出することにより、検出針２２の移動量を求めるようにしてもよい。
【００６７】
通信用Ｉ／Ｆ４０と測定データ処理部９０はデータ通信線９１を介している有線式で接続されていたが、無線式であってもよい。
【００６８】
測定データ処理部９０は、市販のパソコン等を採用していたが、これに限られず、その他、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｓｓｉｓｔａｎｔ）も使用でき、プリンタ等を接続して、紙による結果の出力を行ってもよい。
【００６９】
前記第２実施形態では、検出部３１が第１駆動手段５０により移動して検出針２２の移動量を測定していたが、これに限られず、図１１から図１３に示すように、検出部３１自体は固定し、検出針２２には、所定間隔で、目盛２２Ｅを形成し、この目盛２２Ｅの通過量を検出部３１の複数の画素３１Ｂにより検出する。そして、この目盛２２Ｅの通過量を計算することにより、被測定物の形状を測定するようにする。
【００７０】
この際、例えば、図１１に示すように、検出針２２に所定間隔で１つずつ目盛２２Ｅを形成しておく。検出部３１の複数の画素３１Ｂは、１つの検出針２２に対して、３つの画素３１Ｂが測定できるような間隔で形成する。目盛２２Ｅの判別は、この対応する３つの画素３１Ｂ全てで行うようにしても良いし、３つの内の１つが測定するようにしても良い。
これによれば、検出針２２に目盛２２Ｅを形成し、これを検出部３１により測定する。この際、検出部３１は、移動する必要がないから、駆動手段を省略することができるので、より簡易な構造にすることができる。
【００７１】
また、例えば、図１２に示すように、検出針２２に所定間隔で、幅方向に対して２つずつ階段状に目盛２２Ｅを形成しておく。検出部３１の複数の画素３１Ｂは、１つの検出針２２に対して、２つの画素３１Ｂが測定できるような間隔で形成する。目盛２２Ｅの判別は、この対応する２つの画素３１Ｂ全てで行うようにする。
これによれば、階段状に目盛２２Ｅのそれぞれについて、画素３１Ｂで判別を行うことができるので、検出針２２の測定方向の弁別をすることができる
【００７２】
さらに、例えば、図１３に示すように、検出針２２に所定間隔で、幅方向に対して斜めに目盛２２Ｅを形成しておく。検出部３１の複数の画素３１Ｂは、１つの検出針２２に対して、４つの画素３１Ｂが測定できるような間隔で形成する。目盛２２Ｅの判別は、この対応する４つの画素３１Ｂ全てで行うようにする。
これによれば、例えば、４つの画素３１Ｂにより目盛２２Ｅの移動量を計算し，その平均を取ることで、形状を測定することになるので、形状測定の精度を高めることができる。
これらの構成によれば、複数の画素を一体化して検出部としたので、検出部の小型化、ひいては検出針の並設間隔を小さくすることによって精度の向上を図ることができる。
【００７３】
その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、本体は、直線状の保持溝を有し、複数の検出針は、この本体の保持溝内に互いに接した状態で一列に並設されかつそれぞれ独立的に保持溝の深さ方向へ進退可能にされている。従って、各検出針は、互いに接しているから、検出針の間隔を小さくすることができるので、被測定物の形状を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における測定装置本体の内部構造を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態における形状トレース機構の側面図（Ａ）、上面図（Ｂ）、後部の図（Ｃ）である。
【図４】第１実施形態における検出針の側面図（Ａ）、上面図（Ｂ）、後部の図（Ｃ）である。
【図５】第１実施形態における形状測定機構の構成のブロック図である。
【図６】第１実施形態における形状測定装置を用いた形状測定の処理フロー図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置を示す概略図である。
【図８】第２実施形態における形状測定機構の構成のブロック図である。
【図９】第２実施形態における形状測定装置を用いた形状測定の処理フロー図である。
【図１０】形状トレース機構の変形例を示す図である。
【図１１】検出針の第１の変形例を示す図である。
【図１２】検出針の第２の変形例を示す図である。
【図１３】検出針の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１、２　　　形状測定装置
５　　　被測定物
２０、２５　　　形状トレース機構
２１、２６　　　本体
２１Ａ、２６Ａ　　　保持溝
２２、２７　　　検出針
２２Ａ　　　ガイド凹溝
２２Ｂ　　　ガイド凸条
３０　　　形状測定機構
３１　　　検出部
５０　　　第１駆動手段
６０　　　ＣＰＵ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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