(57)【要約】【課題】測定対象物の変位測定精度の低下を抑制可能な変位センサ及び形状測定システムを提供する。【解決手段】制御回路２１は、電圧信号Ｓ１の解析により最大受光量Ｄｎを検出し、メモリ２４に各サンプリングタイミングに対応付けて記憶し、たとえば現在のサンプリングタイミング以前の複数周期分の最大受光量の平均値Ｋを演算し、この平均値Ｋが目標レベルＴｈ１と同じ受光ランクに属するかどうかに基づき受光面１９ａでの受光状態の安定・不安定を判断し、不安定と判断したときは、コントローラ１２に測定信号Ｓ３を出力するとともに不安定を示すハイレベルの出力信号Ｓ４を出力する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に光を照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、
前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、
前記変位測定部で出力された前記測定信号を外部に出力する出力部と、
前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、
前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、
前記受光状態判断部で不安定であると判断されている間、外部への報知動作を行う報知部と、を備える変位センサ。
【請求項２】
前記報知部は、前記報知動作として、外部機器へ報知信号を出力する構成である請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
測定対象物に光を照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、
前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、
前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、
前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、
前記変位測定部で順次出力された前記測定信号と、前記受光状態判断部での判断結果とを対応付けて記憶する記憶部と、を備える変位センサ。
【請求項４】
前記受光状態判断部は、前記受光量検出部で検出された受光量レベルに基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項５】
前記受光状態判断部は、前記投光量調整部での前記調整量に基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項６】
変位センサとコントローラとを備える形状測定システムであって、
前記変位センサには、
測定対象物に光を照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、
前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、
前記変位測定部で出力された前記測定信号を前記コントローラに出力する出力部と、
前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、
前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、
前記受光状態判断部で不安定であると判断されている間、前記コントローラへ報知信号を出力する報知部と、が備えられ、
前記コントローラには、
前記変位測定部から測定信号及び前記報知部から報知信号が入力される入力部と、
前記報知信号が入力されていない間に、前記変位センサから入力された測定信号のみに基づき前記測定対象物の形状測定を行う形状測定部と、が備えられている形状測定システム。
【請求項７】
前記受光状態判断部は、前記受光量検出部で検出された受光量レベルに基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である請求項６に記載の形状測定システム。
【請求項８】
前記受光状態判断部は、前記投光量調整部での前記調整量に基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である請求項６に記載の形状測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサ及び形状測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１には、光源からの光を測定対象物に照射し、その反射光をイメージセンサで受光して、当該反射光のイメージセンサにおける受光位置に基づき光源及びイメージセンサから測定対象物までの距離を測定する光学式変位計が開示されている。このような光学式変位計では、常時一定の投光量で投光部を駆動すると、測定対象物表面の凹凸や色の相違などによってイメージセンサにおける受光量が変化し、イメージセンサにおける受光位置を精度良く検出できず距離測定に支障を来たすおそれがある。そこで、従来の光学式変位計の中には、そのイメージセンサでの受光量をフィードバックして一定の受光量になるよう投光部の投光量を制御するものがある。
【０００３】
そして、このような光学式変位計は、光源からの光の照射方向に交差する方向に測定対象物を移動機構によって相対的に移動させることで、各移動位置に対応するイメージセンサでの受光位置に基づき測定対象物の表面形状を測定する形状測定にも利用される。
【特許文献１】特開２００１−５０７１１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記形状測定に利用される場合、移動機構による光の照射スポットの移動過程において測定対象物表面の凹凸形状や色の変化などによってイメージセンサでの受光量が変動する。勿論、上記構成では、フィードバック制御によって比較的に緩やかな受光量変化であれば追従して是正される。しかしながら、受光量変化が比較的に大きく変動する場合には、上記フィードバック制御の追従遅れが生じたまま一定の速度で移動機構が駆動されてしまい、各照射スポットに対応するイメージセンサでの受光位置を正確に検出できず、その結果、形状測定の精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、測定対象物の変位測定精度の低下を抑制可能な変位センサ及び形状測定システムを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係る変位センサは、測定対象物に光を照射する投光部と、前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、前記変位測定部で出力された前記測定信号を外部に出力する出力部と、前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、前記受光状態判断部で不安定であると判断されている間、外部への報知動作を行う報知部と、を備える。
なお、本発明の「位置検出部での受光量変化」には、受光面上において最大受光量を示す部分の当該最大受光量の変化、受光面全体が受ける総受光量の変化、受光面のうち一定レベル以上の受光量を示す範囲内での総受光量の変化が含まれる。
「位置検出部で受光される反射光」は、測定対象物での投光部からの光の正反射光であっても、拡散反射光であってもよい概念である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の変位センサにおいて、前記報知部は、前記報知動作として、外部機器へ報知信号を出力する構成である。
【０００８】
請求項３の発明に係る変位センサは、測定対象物に光を照射する投光部と、前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、前記変位測定部で順次出力された前記測定信号と、前記受光状態判断部での判断結果とを対応付けて記憶する記憶部と、を備える。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の変位センサにおいて、前記受光状態判断部は、前記受光量検出部で検出された受光量レベルに基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の変位センサにおいて、前記受光状態判断部は、前記投光量調整部での前記調整量に基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である。
【００１１】
請求項６の発明に係る形状測定システムは、変位センサとコントローラとを備える形状測定システムであって、前記変位センサには、測定対象物に光を照射する投光部と、前記測定対象物からの反射光を受光する受光面を有し、その反射光の前記受光面上での受光位置に基づく位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの位置信号を順次取り込んで各位置信号に応じた測定信号を出力する測定動作を行う変位測定部と、前記変位測定部で出力された前記測定信号を前記コントローラに出力する出力部と、前記位置検出部の受光面での受光量を検出する受光量検出部、及び、前記受光量検出部で検出された受光量レベルと基準レベルまたは基準レベル範囲との比較結果に対応した調整量で前記投光部の投光量を増減させる投光量調整部を有し、前記変位測定部による測定動作時において、前記位置検出部の受光面での受光量をフィードバックして当該受光量を一定とするための前記投光部の投光量制御を行う投光量フィードバック制御部と、前記投光量フィードバック制御部における制御動作の変化に基づき、前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する受光状態判断部と、前記受光状態判断部で不安定であると判断されている間、前記コントローラへ報知信号を出力する報知部と、が備えられ、前記コントローラには、前記変位測定部から測定信号及び前記報知部から報知信号が入力される入力部と、前記報知信号が入力されていない間に、前記変位センサから入力された測定信号のみに基づき前記測定対象物の形状測定を行う形状測定部と、が備えられている。
なお、本発明における形状測定部には、例えば、（１）報知信号が入力されている間は、変位測定部からの測定信号の入力（取込）動作を停止（測定信号をバッファメモリに一時的に格納するがこれを形状測定用メモリに記憶しない、または、バッファメモリへの一時的な格納すら行わないように）し、報知信号が入力されていない信頼性の高い測定信号だけを取り込む構成や、（２）報知信号の入力の有無にかかわらず、変位測定部からの全測定信号を取り込みつつ、それら各測定信号と報知信号の有無情報とを対応付けてメモリに記憶する構成が含まれる。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の形状測定システムにおいて、前記受光状態判断部は、前記受光量検出部で検出された受光量レベルに基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６に記載の形状測定システムにおいて、前記受光状態判断部は、前記投光量調整部での前記調整量に基づき前記位置検出部での受光状態が安定か不安定かを判断する構成である。
【発明の効果】
【００１４】
＜請求項１の発明＞
本構成によれば、投光量制御動作によって位置検出部での受光量レベルが不安定になっているときには、それを外部に報知する報知動作が実行される。従って、現在出力されている測定信号が、受光量不安定状態で取得された信号であって変位測定に対して信頼性が低いものか、受光量安定状態で取得された信号であって変位測定に対して信頼性が高いものかについて、作業者や上記測定信号を受ける外部機器（例えば上記機器）に知らせることができる。
【００１５】
＜請求項２の発明＞
例えば、測定信号を受ける外部機器（例えば上位機器）に、受光状態が不安定であることを示す報知信号を与えることで、外部機器側では、受けた各測定信号について、変位測定に使用できる程度の信頼性があるかどうかを認識することができる。
【００１６】
＜請求項３の発明＞
本構成によれば、変位測定部での測定動作によって順次出力される測定信号と、その測定動作時における受光状態判断部での判断結果とが時系列的に対応付けられた記憶部に記憶される。従って、この記憶部に記憶された記憶内容に基づき信頼性の高い測定信号のみに基づく、測定対象物の変位測定結果を得ることが可能となる。
【００１７】
＜請求項４，７の発明＞
本構成によれば、投光量フィードバック制御部で検出された受光量レベルに基づき受光状態が安定か不安定かが判断される。例えば受光量レベルが制御目標値に対応して正常範囲内にあれば安定と判断され、その正常範囲外にあれば不安定と判断される。
【００１８】
＜請求項５，８の発明＞
本構成によれば、投光量フィードバック制御部で検出された受光量レベルに対応した調整量（現在の投光量を目標投光量にするために必要な調整量）に基づき受光状態が安定か不安定かが判断される。例えば受光量レベルに対応する調整量が所定レベル以内であれば安定と判断され、その所定レベル超であれば不安定と判断される。
【００１９】
＜請求項６の発明＞
本構成によれば、投光量制御動作によって位置検出部での受光量レベルが不安定になっているときには、報知信号がコントローラに与えられる。従って、現在出力されている測定信号が、受光量不安定状態で取得された信号であって変位測定に対して信頼性が低いものか、受光量安定状態で取得された信号であって変位測定に対して信頼性が高いものかについて、コントローラ側で認識することができ、受光状態が不安定のときの測定信号を除いた、信頼性の高い測定信号に基づき測定対象物の形状測定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を図１〜図４を参照しつつ説明する。
【００２１】
１．形状測定システムの全体構成
図１は、本実施形態の形状測定システム１０の全体概要図である。この形状測定システム１０は、変位センサ１１とコントローラ１２とが信号ケーブルを介して接続されてなる形状測定装置１３と、ワークＷ（本発明の「測定対象物」に相当）が載置された移動機構としてのＸＹステージ１４とを備えて構成されている。
【００２２】
（１）形状測定装置
変位センサ１１は、投光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）１５と、そのレーザダイオード１５を駆動するためのＬＤ駆動回路１６と、レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１をワークＷ表面上に照射させる投光レンズ１７とを備えている。これらのレーザダイオード１５、ＬＤ駆動回路１６及び投光レンズ１７が本発明の「投光部」に相当する。
【００２３】
また、変位センサ１１は、受光レンズ１８と、その受光レンズ１８を透過したレーザ光Ｌ２を受光する位置検出素子としてのＣＣＤリニアセンサ１９と、そのＣＣＤリニアセンサ１９を駆動するためのＣＣＤ駆動回路２０とを備えている。これらの受光レンズ１８、ＣＣＤリニアセンサ１９及びＣＣＤ駆動回路２０が本発明の「位置検出部」に相当する。
【００２４】
レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１は、投光レンズ１７を透過してワークＷ上に照射される。そして、このワークＷ上での拡散反射光Ｌ２は、受光レンズ１８を透過してＣＣＤリニアセンサ１９に入射する。このＣＣＤリニアセンサ１９において各画素に蓄積された電荷は、ＣＣＤ駆動回路２０によって読み出され、時系列の電圧信号に変換される。
【００２５】
ＣＣＤ駆動回路２０が所定の転送用クロックをＣＣＤリニアセンサ１９に与えることにより、ＣＣＤリニアセンサ１９は、各画素に蓄積された電荷を１画素ずつ順番に転送する。そして、ＣＣＤ駆動回路２０は、全画素の蓄積電荷に対応する時系列の電圧信号Ｓ１（本発明の「位置信号」に相当）を出力する。
【００２６】
また、変位センサ１１は、例えばＦＰＧＡ（Fileld Programmable Gate Array）によって構築された制御回路２１、第１出力回路２２（本発明の「出力部」に相当）及び第２出力回路２３（本発明の「報知部」に相当）を備えている。制御回路２１は、後述する測定動作時において、ＬＤ駆動回路１６に駆動信号Ｓ２を与えてレーザダイオード１５に投光動作をさせる一方で、所定の設定サンプリング周期ＴでＣＣＤ駆動回路２０を駆動させてＣＣＤリニアセンサ１９の各画素の蓄積電荷を転送させる受光動作を実行させて、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換して受ける。また、制御回路２１は、例えば上記設定サンプリング周期Ｔごとに、ＣＣＤ駆動回路２０から受ける各電圧信号Ｓ１に基づく測定信号Ｓ３を、第１出力回路２２を介して順次コントローラ１２に与える。更に、これに同期して、上記各設定サンプリング周期Ｔごとにそのときの出力信号Ｓ４（後述）を、第２出力回路２３を介して順次コントローラ１２に与える。
【００２７】
コントローラ１２は、制御回路３０、設定部３１及びメモリ３２を備えている。制御回路３０は、後述するように、変位センサ１１から順次出力される上記測定信号Ｓ３及び出力信号Ｓ４を図示しない入力部を介して受け、これらの信号Ｓ３，Ｓ４に基づき、ＸＹステージ１４を駆動制御しつつ、ワークＷの形状測定動作を実行する。なお、設定部３１は、例えば変位センサ１１やコントローラ１２の各動作条件などの各種設定を行うためのものである。
【００２８】
以上の構成により、変位センサ１１では、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐ（本発明の「受光面での受光位置」に相当）が、形状測定装置１３（投光レンズ１７）からワークＷの照射スポットＱまでの距離によって移動する。そして、制御回路２１は、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐを、電圧信号Ｓ１を解析して検出することによりワークＷの高さ変位を測定することできる。
【００２９】
より具体的には、制御回路２１は、設定サンプリング周期Ｔごとに、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１を受けて、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上の全画素から最大受光量の画素を検出（受光量のピーク位置を検出）し、このピーク画素の位置に対応した測定信号Ｓ３を、第１出力回路２２を介してコントローラ１２へ出力する。このとき、制御回路２１は本発明の「変位測定部」として機能する。そして、コントローラ１２は、変位センサ１１から順次送られて来る測定信号Ｓ３に応じた測定データをメモリ３２の測定データ記憶領域に時系列で順次格納していく。このとき、制御回路３０は、本発明の「形状測定部」として機能する。
【００３０】
（２）ＸＹステージ
ＸＹステージ１４は、ワークＷが載置され水平面上においてＸＹの直交２方向に移動可能とされている。このＸＹステージ１４は、制御回路３０からの制御信号Ｓ５を受けて、この制御信号Ｓ５に応じた方向及び速度で載置台を移動させる。
【００３１】
そして、形状測定システム１０は、投光動作をし、ＸＹステージ１４を例えばＸ方向（図１で白抜き矢印方向）に移動させつつ、上記設定サンプリング周期Ｔ毎に受光動作を実行することで、ワークＷのＸ方向における断面形状（高さ変位）を測定することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、例えば照射スポットＱをワークＷ表面で走査する過程で、何回の距離測定（測定動作）を行ってワークＷの形状測定を行うかを設定するためのその測定回数や各距離測定の測定ピッチ間隔を設定部３１で設定できるようになっている。そして、制御回路３０は、設定された上記測定回数や測定ピッチ間隔に連動して、これらに適した設定サンプリング周期Ｔや、ＸＹステージ１４の移動速度を条件設定するようになっている。
【００３３】
具体的には、例えば所望の測定回数及びワークＷの長さが設定された場合、現在設定されているＸＹステージ１４の移動速度から、所望の測定回数でワークＷの全長ついて距離測定を行えるよう設定サンプリング周期Ｔを自動で変更する。或いは、現在の設定サンプリング周期Ｔから、所望の測定回数でワークＷの全長ついて距離測定を行えるようＸＹステージ１４の移動速度を自動で変更する。
【００３４】
また、後述する投光量制御時において何周期分の最大受光量データの平均値に基づき実行するかについても設定部３１で設定できるようになっている。この場合、制御回路３０は、設定された周期回数に応じて設定サンプリング周期Ｔを変更（例えば周期回数が多い場合は、サンプリング周期を短くするなど）や、ＸＹステージ１４の移動速度を変更（例えば周期回数が多い場合は、移動速度を遅くするなど）する。
【００３５】
２．測定動作
さて、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐ、より具体的には、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上の全画素から最大受光量の画素を高い精度で検出するには、拡散反射光Ｌ２の受光面１９ａでの受光量レベルを適切な一定の目標レベルＴｈ１に保つ必要がある。その理由としては、次のことが挙げられる。受光面１９ａでの受光量レベルが低いと最大受光量の画素と他の画素との受光量差が小さくなり、その分だけ最大受光量の画素を特定しづらくなる。これを解決する１つの方法として、レーザダイオード１５からのレーザ光Ｌ１の投光量を一律に高くし、受光面１９ａでの受光量レベル自体をより高くする方法があるが、ＣＣＤリニアセンサ１９の飽和レベルによる制限があり、これ以上に受光量レベルを高くするわけにはいかない。
【００３６】
そこで、制御回路２１は、測定動作時において各設定サンプリング周期Ｔ毎に、受光面１９ａでの受光量レベルを上記目標レベルＴｈ１に保つようにフィードバック制御（いわゆるＡＰＣ（Automatic  Power  Control）制御）を実行する。具体的には、制御回路２１は、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１に基づき最大受光量の画素の受光量を監視し、この受光量（本実施形態では一設定サンプリングタイミング時以前の４周期分の最大受光量平均値）と上記目標レベルＴｈ１との差を相殺する増減方向にレーザダイオード１５の投光量を制御すべく駆動信号Ｓ２をＬＤ駆動回路１６に与える。このとき、制御回路２１は、本発明の「投光量フィードバック制御部」として機能する。
【００３７】
しかしながら、ワークＷのなかには例えば表面光沢や色が一様でないものもや被測定面の高低が極端に変化するものがあり、このようなワークＷの形状測定を行う場合、ＸＹステージ１４を移動させて照射スポットＱを移動させる走査過程で、受光面１９ａでの受光量レベルが極端に変化することがある。これについて、図２を参照しつつ具体的に説明する。同図は、ワークＷのＸ方向長を基準として、各設定サンプリング周期Ｔ毎における、ワークＷ上の照射スポットＱのＸ方向の移動位置、及び、最大受光量Ｄｎの推移を示したタイミングチャートである。なお、同図中のワークＷ表面の白抜き部分は表面が白色部分を示し、斜線部分は表面が黒色部分を示す。同図に示すように、表面が黒色部分と白色部分を有するワークＷの場合には、その黒色部分と白色部分との境（ワークＷ上で照射スポットＱが位置Ａから位置Ｂに移動する間、位置Ｃから位置Ｄに移動する間）で受光面１９ａでの受光量レベルが大きく変化する。
【００３８】
このとき、ＸＹステージ１４が所定速度以上の速度Ｖ１で移動していると、制御回路２１は、上述のフィードバック制御が追いつかず受光面１９ａでの受光量レベルが目標レベルＴｈ１に達しない低いレベルでの電圧信号Ｓ１に基づき受光面１９ａでの受光位置Ｐを検出することになり、その検出精度（感度）が低下し、信頼性の低い測定信号Ｓ３を出力することになる。
【００３９】
従って、従来のように、変位センサ１１から測定信号Ｓ３をコントローラ１２に単に送るだけの構成では、コントローラ１２側で各測定信号Ｓ３が信頼性が高いものか信頼性が低いものかを判別することができないため、受けた全測定信号Ｓ３に基づいて精度の低い形状測定が行われてしまうおそれがある。
【００４０】
そこで、本実施形態では、次述するように、制御回路２１は、上記各設定サンプリング周期Ｔごとの各測定動作において、そのときにＣＣＤ駆動回路２０から取り込んだ各電圧信号Ｓ１に基づき、上記測定信号Ｓ３と、受光状態の安定・不安定を示す出力信号Ｓ４とを、同期したタイミングでコントローラ１２に出力する構成としている。
【００４１】
（１）変位センサ側の動作
例えばコントローラ１２の設定部３１で所定の操作が行われると、制御回路２１は、図３のフローチャートに示す制御を実行する。制御回路２１は、まずＳ１でサンプリングカウンタＮ（上記測定回数）を「１」に初期化する、次に、制御回路２１は、Ｓ２で投光動作を開始し、Ｓ３でメモリ３２に記憶された制御信号Ｓ５をＸＹステージ１４に与えて駆動させつつ、Ｓ４で上記設定サンプリング周期Ｔ毎のサンプリングタイミングを待つ。そして、制御回路２１は、そのサンプリングタイミングが到来したときに（Ｓ４で「Ｙ」）、受光動作を実行させてＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１を取り込む（Ｓ５）。
【００４２】
そして、制御回路２１は、Ｓ６で、この電圧信号Ｓ１の解析により最大受光量の画素の受光量（以下、「最大受光量Ｄｎ」という）を検出し、例えばメモリ２４に各サンプリングタイミングに対応付けて記憶し、たとえば現在のサンプリングタイミング以前の複数周期分（本実施形態では４周期分）の最大受光量（Ｄｎ−３，Ｄｎ−２，Ｄｎ−１，Ｄｎ）の平均値Ｋを演算する。次に、制御回路２１は、この平均値Ｋを予め定められた互いにレベルの異なる複数の基準レベルと比較することで、当該平均値Ｋがこれら複数の基準レベルに仕切られた複数の受光ランクのうちのどれに属するかを判定する。このとき、制御回路２１は、本発明の「受光量検出部」として機能する。
【００４３】
そして、制御回路２１は、Ｓ７で平均値Ｋの属する受光ランクが、目標レベルＴｈ１の属する受光ランクと一致するかどうかを判断する。両受光ランクが一致する場合には（Ｓ７で「Ｙ」）、制御回路２１は、Ｓ８で現在のサンプリングタイミングで取り込んだ電圧信号Ｓ１の解析により受光面１９ａでの受光位置Ｐを検出し、この受光位置Ｐに対応する測定信号Ｓ３を出力する。このように平均値Ｋと目標レベルＴｈ１とが同一受光ランクに属する場合は、受光面１９ａでの最大受光量Ｄｎ（平均値Ｋ）と目標レベルＴｈ１との差が所定範囲内であり、測定精度に実質的に影響を与えない程度に最大受光量Ｄｎが安定していることを意味する。従って、この場合には、制御回路２１は、上記フィードバック制御による投光量調整動作を実行せずい、ローレベルの出力信号Ｓ４を第１出力回路２２を介してコントローラ１２に出力する。その後、制御回路２１は、Ｓ９でサンプリングカウンタＮに１を加えて次のサンプリングタイミングを待つ待機状態となる。
【００４４】
一方、両受光ランクが一致しない場合には（Ｓ７で「Ｎ」）、制御回路２１は、Ｓ１０で現在のサンプリングタイミングで取り込んだ電圧信号Ｓ１の解析により受光面１９ａでの受光位置Ｐを検出し、この受光位置Ｐに対応する測定信号Ｓ３を出力する。ここで、このように平均値Ｋと目標レベルＴｈ１とが互いに異なる受光ランクにそれぞれ属する場合は、受光面１９ａでの最大受光量Ｄｎ（平均値Ｋ）と目標レベルＴｈ１との差が大きく測定精度に実質的に影響を与える程度に最大受光量Ｄｎが不安定になっていることを意味する。従って、制御回路２１は、平均値Ｋに属する受光ランク（本発明の「受光量検出部で検出された受光量レベル」に相当）に応じた調整量（平均値Ｋと目標レベルＴｈ１との差に応じた調整量にほぼ等しい）分だけレーザダイオード１５の投光量を変更させるための駆動信号Ｓ２をＬＤ駆動回路１６に与えてフィードバック制御による投光量調整動作を実行する（Ｓ１１）。このとき、制御回路２１は、本発明の「投光量調整部」として機能する。
ところが、この投光量調整動作の実行中は最大受光量Ｄｎが安定せず、この間のサンプリングタイミングに対応して出力される各測定信号Ｓ３は、実際のワークＷ表面の変位（高さ）に対応する正確な受光位置Ｐを検出できない信頼性の低い電圧信号Ｓ１に基づくものである可能性がある。
【００４５】
そこで、制御回路２１は、このように最大受光量Ｄｎが不安定になっている間は、第１出力回路２２を介してハイレベルの出力信号Ｓ４（本発明の「報知信号」に相当）をコントローラ１２に出力する（Ｓ１０）。なお、本実施形態では、最大受光量Ｄｎが安定か不安定かの判断は、Ｓ７での判定結果を用いるようにしている。即ち、平均値Ｋと目標レベルＴｈ１との受光ランクが一致すれば安定と判断し、不一致であれば不安定と判断する。このとき、制御回路２１は、本発明の「受光状態判断部」として機能する。その後、制御回路２１は、Ｓ９でサンプリングカウンタＮに１を加えて次のサンプリングタイミングを待つ待機状態となる。
【００４６】
（２）コントローラ側の動作
コントローラ１２は、各サンプリングタイミングに対応したタイミングで、変位センサ１１から測定信号Ｓ３及び出力信号Ｓ４を順次受ける。ここで、コントローラ１２は、変位センサ１１から受ける出力信号Ｓ４のハイ・ローレベルに基づき、現タイミングで受けた測定信号Ｓ３が信頼性の高いものか信頼性の低いものか認識することができる。そこで、制御回路３０は、各タイミングにおいて、安定状態を示すローレベルの出力信号Ｓ４とともに受けた測定信号Ｓ３については、これを測定データとしてメモリ３２の測定データ記憶領域に時系列で順次格納していく。
【００４７】
一方、不安定状態を示すハイレベルの出力信号Ｓ４とともに受けた測定信号Ｓ３については、メモリ３２の測定データ記憶領域への格納をせずに破棄する。それとともに、制御回路３０は、次にローレベルの出力信号Ｓ４を受けるまで、ＸＹステージ１４の移動速度を、上記投光量フィードバック制御の追従遅れによる影響が実質的にない程度の遅い速度Ｖ２（＜Ｖ１）に変更して、再びローレベルの出力信号Ｓ４を受けるようになったときに当初の速度Ｖ１に戻すように速度制御を行う。
【００４８】
３．本実施形態の作用効果
図４は、ワークＷのＸ方向長を基準として、各設定サンプリング周期Ｔ毎における、ワークＷ上の照射スポットＱのＸ方向の移動位置、及び、ＸＹステージ１４の移動速度を示したタイミングチャートである。なお、同図中のワークＷ表面の白抜き部分は表面が白色部分を示し、斜線部分は表面が黒色部分を示す。
【００４９】
上記測定動作が実行されると、図４に示すようにＸＹステージ１４は第１速度Ｖ１で移動する。照射スポットＱがワークＷの白色部分に位置している間は、制御回路２１によって平均値Ｋと目標レベルＴｈ１とが同一受光ランクに属すると判定される（Ｓ７で「Ｙ」）。すなわち、受光面１９ａでの受光量変化はほとんどなくほぼ目標レベルＴｈ１に保たれており、フィードバック制御は実行されず照射スポットＱの各移動位置において受光位置Ｐの安定的な検出を行うことができ、設定サンプリング周期Ｔ毎に測定信号Ｓ３とローレベルの出力信号Ｓ４とがコントローラ１２に送られ、各測定信号Ｓ３に対応する測定データがメモリ３２に時系列で順次格納していく。
【００５０】
その後、照射スポットＱがワークＷ上の移動位置Ａに差し掛かったときに、受光面１９ａでの受光量が低下し始め、制御回路２１によって平均値Ｋと目標レベルＴｈ１とが異なる受光ランクに属すると判定される（Ｓ７で「Ｎ」）と、投光量のフィードバック制御が実行されるとともに、設定サンプリング周期Ｔ毎に測定信号Ｓ３とハイレベルの出力信号Ｓ４とがコントローラ１２に送られる。そして、コントローラ１２の制御回路３０は、ハイレベルの出力信号Ｓ４を受けている間、受けた各測定信号Ｓ３を破棄しつつ、ＸＹステージ１４の移動速度を第１速度Ｖ１よりも遅い第２速度Ｖ２に切り替える。
【００５１】
従って、コントローラ１２では、受光面１９ａでの受光量が安定しているときのサンプリングタイミングで取得した、信頼性の高い測定信号Ｓ３に対応する測定データだけをメモリ３２に格納できる。そして、この信頼性の高い測定データ群のみによってワークＷの表面形状を測定したり、例えばコントローラ１２に設けられた表示部にワークＷの表面形状を表示させたりすることができる。しかも、照射スポットＱは、受光面１９ａでの受光量が大きく変化し得る移動位置Ａ，Ｂ間、移動位置Ｃ，Ｄ間では、受光面１９ａでの受光量が小さい部分を移動している間に比べて移動速度が遅いため、上記のような処理をしても測定ピッチにそれほど影響を与えずに済む。
【００５２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、変位センサ１１からの測定信号Ｓ３及び出力信号Ｓ４を、外部機器として形状測定専用のコントローラ１２に送信する構成としたが、これに限らず、例えば、外部機器として所定の形状測定プログラムが導入された汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に送信する構成であってもよい。また、変位センサ１１と外部機器との通信は、通信線搬送通信や電力線搬送通信（ＰＬＣ（Power Line Communications））などの有線方式であっても、無線方式であってもよい。
【００５３】
（２）上記実施形態では、報知動作として、外部機器としてのコントローラ１２にハイレベルの出力信号Ｓ４を出力する構成としたが、これに限らず、例えば変位センサ１１に表示灯を設けて所定の点灯パターンで点灯動作させる構成や、変位センサ１１に文字、記号等を表示可能な表示部を設けて所定の表示パターンを表示させる構成であってもよい。また、変位センサ１１に発音部を設けて所定の発音パターンで発音動作をさせる構成であってもよい。また、これらの表示・発音等の構成をコントローラ１２側に設けて、変位センサ１１から出力信号Ｓ４を受けているときに動作させる構成であってもよい。
【００５４】
（３）上記実施形態では、電圧信号Ｓ１に基づき受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐを検出する方法として、最大受光量の画素を検出する方法を採用したが、これに限らず、例えば、受光面１９ａ上の全画素の受光量の重心を位置情報として測定する、いわゆるＰＳＤ方式を採用してもよい。但し、上記実施形態の検出方法であれば、ＰＳＤ方式に比べてワークＷからの二次的反射光による影響を抑制できるというメリットがある。
【００５５】
（４）上記実施形態では、制御回路２１から順次出力される測定信号Ｓ３をコントローラ１２に出力する構成としたが、これに限らず、変位センサ１１にメモリを設けて、各設定サンプリング周期Ｔごとに、測定信号Ｓ３に応じた測定データと、そのときの受光状態の安定・不安定の判断結果データとを対応つけつつ時系列で上記メモリに順次格納していく構成であってもよい。そして、例えば一連の測定動作が終了した後に、メモリに格納された測定データと判断結果データとの時系列データ群を、データ通信や記録媒体を介して外部機器に与えてこの外部機器にてワークＷの形状測定を行う構成であってもよい。
【００５６】
（５）上記実施形態では、最大受光量Ｄｎが安定か不安定かは、最大受光量Ｄｎ（平均値Ｋ）の属する受光ランク（判定レベル）に基づき判断する構成としたが、これに限らず、その受光ランクに対応付けられた調整量に基づき判断する構成であってもよい。つまり、その調整量が所定値以下である場合に安定と判断し、所定値を超える場合に不安定と判断する。或いは、投光量フィードバック制御部の制御動作の結果として投光部に与えられる投光制御信号レベル（上記実施形態ではＬＤ駆動回路１６からレーザダイオード１５に流される投光電流）の変化量（例えば単位時間当たり変化量）を検出する検出部を設けて、ここで検出された変化量に基づき最大受光量Ｄｎが安定か不安定かを判断する構成であってもよい。
【００５７】
（６）上記実施形態では、コントローラ１２は、不安定状態を示すハイレベルの出力信号Ｓ４を受けたときには、ＸＹステージ１４を減速移動させる構成としたが、これに限らず、例えば、上記ハイレベルの出力信号Ｓ４を受けたときにＸＹステージ１４を停止させ、ローレベルの出力信号Ｓ４を受けるようになったときにＸＹステージ１４の移動を再開させる構成であってもよい。
【００５８】
（７）上記実施形態では、変位センサ１１は、ワークＷから拡散反射光を受光する、いわゆる拡散反射型のものであったが、これに限らず、例えばワークＷが正反射表面を有するものであるときは、レーザダイオード１５からのレーザ光Ｌ１をワークＷに対して斜め上方から照射し、その正反射光を受光する、いわゆる正反射型のものであってもよい。
【００５９】
（８）上記実施形態では、「測定範囲」は、ワークＷのＸ方向の全長に亘る範囲であったが、これに限らず、ワークＷ表面の一部の範囲であっても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る形状測定システムの全体概要図
【図２】各設定サンプリング周期毎の照射スポットの移動位置や最大受光量等の推移を示したタイミングチャート（その１）
【図３】変位センサの制御内容を示すフローチャート
【図４】各設定サンプリング周期毎の照射スポットの移動位置や最大受光量等の推移を示したタイミングチャート（その２）
【符号の説明】
【００６１】
１０…形状測定システム
１１…変位センサ
１２…コントローラ
１５…レーザダイオード（投光部）
１６…ＬＤ駆動回路（投光部）
１７…投光レンズ（投光部）
１８…受光レンズ（位置検出部）
１９…ＣＣＤリニアセンサ（位置検出部）
１９ａ…受光面
２０…ＣＣＤ駆動回路（位置検出部）
２１…制御回路（変位測定部、投光量フィードバック制御部、受光状態判断部、受光量検出部、投光量調整部）
２２…第１出力回路（出力部）
２３…第２出力回路（報知部）
３０…制御部（形状測定部）
Ｓ１…電圧信号（位置信号）
Ｓ３…測定信号
Ｓ４…ハイレベルの出力信号（報知信号）
Ｗ…ワーク（測定対象物）
【図１】
2007271519.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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