(57)【要約】      （修正有）【課題】骨部材の載置と固定（把持）および再把持のときに生ずる位置ずれをなくすとともに、骨部材を損壊することなく確実に固定して、高精度に骨部材を整形加工する骨部材用ＮＣ加工装置を提供する。【解決手段】本発明の骨部材用ＮＣ加工装置は、骨部材を把持する把持手段と、該骨部材の三次元形状寸法を測定する三次元形状寸法測定手段と、を備えたことを特徴としている。本発明の骨部材用ＮＣ加工装置は、三次元形状寸法測定手段を備えているので、骨部材の移動載置が不要になり、三次元形状寸法を測定するとき位置と三次元ＮＣ加工するときの位置はずれない。【選択図】図１
2017173032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨部材のＮＣ加工装置であって、
該骨部材を把持する把持手段と、
該骨部材の三次元形状寸法を測定する三次元形状寸法測定手段と、
を備えたことを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項２】
請求項１において、前記把持手段は、
複数本の真空吸着支持棒であること
を特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項３】
請求項２において、前記真空吸着支持棒は、
該先端部が、前記骨部材に密着するように、角度自在にして、柔軟性のある生体適合部材により覆われている
ことを特徴とする、骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項４】
請求項３において、前記真空吸着支持棒は、該先端部に柔軟性のある生体適合部材により形成されている吸盤
を備えることを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項５】
請求項１〜４までのいずれかの１項において、前記三次元形状寸法測定手段は、
前記骨部材に接触したことを検知する接触探針
を備えることを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項６】
請求項５において、前記接触探針は、
前記骨部材に接する接触部分が生体適合性部材により形成されていること
を特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項７】
前記請求項１〜４までのいずれかの１項において、前記三次元形状寸法測定手段は、
前記骨部材との隙間を測定する空気マイクロメータ
を備えたことを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項８】
前記請求項１〜４までのいずれかの１項において、前記三次元形状寸法測定手段は、
前記骨部材との距離を測定する光学式距離測定器
を備えることを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項９】
前記請求項１〜４までのいずれかの１項において、前記三次元形状寸法測定手段は、
前記骨部材上に光学模様を投影する光学模様投影手段と、
前記骨部材上に投影された光学模様を撮像する電子カメラと、
該電子カメラから出力される画像信号から前記骨部材の三次元形状寸法を計算する
画像処理装置と、
を備えたことを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項１０】
請求項９において、前記光学模様投影手段は、該光源がレーザーであり、かつ、前記光学模様が直線であること
を特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【請求項１１】
前記請求項１〜４までのいずれかの１項において、
前記三次元形状寸法測定手段は、
前記骨部材を少なくとも２つの方向から撮影する電子カメラと、
該電子カメラから出力される画像信号から前記骨部材の三次元形状寸法を計算する
画像処理装置と、
を備えたことを特徴とする骨部材用ＮＣ加工装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨部材の三次元形状寸法を高精度に測定するとともに、その骨部材を高精度に整形加工する骨部材用ＮＣ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨折した骨を接合するために、従来からチタンなどの生体適合金属製の骨接合ねじなどが用いられてきた。骨接合ねじは、生体内での腐食の恐れや感染巣を提供する危険があるので、それを体外に取り出す再手術が必要であった。再手術は患者に麻酔の危険性や精神的、身体的負担を強いることになるので、生体内で周囲の骨と一体化して最終的には正常な骨に置換される材料、例えば、自家、あるいは、他家の骨を切り出し、この骨を整形加工した骨部材を骨折部に移植する技術が考案されている（例えば、特許文献１）。これにより再手術する必要がなくなり、患者の負担を大幅に軽減することができる。
【０００３】
手作業による骨部材の整形加工は、加工精度が低いという問題があった。特に、関節部分の骨移植の場合、手作業で整形加工したものは、加工精度が低いために、関節面に不具合を生じるという問題があった。これらの問題を解決するために、骨部材を精密に加工する骨部材加工システムが提案されている（特許文献２）。しかし、形状測定装置などを用いて、予め、整形加工する骨部材の形状を測定した後に、その骨部材を骨部材加工システムに移動載置して整形加工するので、正確に載置することが困難であった。また、骨部材加工システムにおける骨部材把持方法は、骨部材を下部から支持する支持具が可動ピストンであり、上部から固定具で固定するものであるために、骨部材の５面全体を１回の把持で加工することが不可能で、骨部材を再把持する必要があった。このため、再現性良く正確に再把持することが困難であった。すなわち、形状測定装置で正確に形状が測定できても、骨部材加工システムでＮＣプログラムどおりに正確に加工できても、骨部材の載置と固定（把持）および再把持のときに、位置ずれを起こして、整形加工した骨部材の形状は、目標とする形状にならないという問題があった。さらに、骨部材は比較的強度が弱く、複雑な形状をしている面を固定金具を用いて抑えつける従来方法によると、骨部材を損壊するおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７３７５９５号
【特許文献２】特開２０１５−１３４０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、骨部材の載置と固定（把持）および再把持のときに生ずる位置ずれをなくすとともに、骨部材を損壊することなく確実に固定して、高精度に骨部材を整形加工する骨部材用ＮＣ加工装置を提供することを目的とする。
【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に、本発明に係る請求項１の骨部材用ＮＣ加工装置は、骨部材を把持する把持手段と、該骨部材の三次元形状寸法を測定する三次元形状寸法測定手段と、を備えたことを特徴としている。本発明の骨部材用ＮＣ加工装置は、三次元形状寸法測定手段を備えているので、骨部材の移動載置が不要になり、位置ずれは生じない。
【０００７】
また、請求項２の前記把持手段は、複数本の真空吸着支持棒であることを特徴としている。本発明の骨部材用ＮＣ加工装置によれば、複雑で曲面の形状である骨部材を複数本の棒により複数点で支持するため、前記骨部材を確実に把持することができる。また、骨部材を再把持しなくても、骨部材の５面全体を整形加工することができる。
【０００８】
また、請求項３の前記真空吸着支持棒は該先端部が、前記骨部材に密着するように、角度自在にして、柔軟性のある生体適合部材により覆われていることを特徴としている。本発明の真空吸着支持棒によれば、該先端部が骨部材に密着して支持するので、骨部材を確実に把持することができる。
【０００９】
また、請求項４の前記真空吸着支持棒は、該先端部に柔軟性のある生体適合部材により形成されている吸盤を備えることを特徴としている。本発明の真空吸着支持棒によれば、該先端部に備えられた吸盤が、骨部材に、より強く密着するので、骨部材をより確実に把持することができる。
【００１０】
また、請求項５の三次元形状寸法測定手段は、前記骨部材に接触したことを検知する接触探針を備えることを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、刃具の代わりに接触探針を把持して、骨部材表面上を走査することによって、その骨部材の三次元形状寸法を容易に測定することができる。すなわち、別途、三次元形状寸法測定装置を備えなくても、接触探針と骨部材用ＮＣ加工装置とで、三次元形状寸法測定装置の機能を持たせることができる。
【００１１】
また、請求項６の前記接触探針は、前記骨部材に接する接触部分が生体適合性部材により形成されていることを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、骨部材の三次元形状寸法を測定するときに、生体に適合しない切屑などが骨部材に付着することを防止することができる。
【００１２】
また、請求項７の前記三次元形状寸法測定手段は、前記骨部材との隙間を測定する空気マイクロメータを備えたことを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、刃具の代わりに空気マイクロメータのノズル部を把持して、骨部材表面上を走査することによって、その骨部材の三次元形状寸法を容易に測定することができる。すなわち、別途、三次元形状寸法測定装置を備えなくても、接触探針と骨部材用ＮＣ加工装置とで、三次元形状寸法測定装置の機能を持たせることができる。さらに、空気マイクロメータは非接触で隙間が測定できるので、骨部材を損傷するおそれがなくなる。
【００１３】
また、請求項８の前記三次元形状寸法測定手段は、前記骨部材との距離を測定する光学式距離測定器を備えることを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、刃具の代わりに光学式距離測定器の光学測定部を把持して、骨部材表面上を走査することによって、その骨部材の三次元形状寸法を容易に測定することができる。すなわち、別途、三次元形状寸法測定装置を備えなくても、光学式距離測定器と骨部材用ＮＣ加工装置とで、三次元形状寸法測定装置の機能を持たせることができる。さらに、光学式距離測定器は非接触で距離が測定できるので、骨部材を損傷するおそれがなくなる。
【００１４】
また、請求項９の前記三次元形状寸法測定手段は、前記骨部材上に光学模様を投影する光学模様投影手段と、前記骨部材上に投影された光学模様を撮像する電子カメラと、該電子カメラから出力される画像信号から前記骨部材の三次元形状寸法を計算する画像処理装置と、を備えたことを特徴としている。接触探針や空気マイクロメータ、および光学式距離測定器の場合、骨部材用NC加工装置は、二次元あるいは三次元の走査をする必要があり、骨部材の三次元形状寸法の測定には長時間を要する。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、光学模様投影手段は多次元の走査を必要としないので、骨部材の三次元形状寸法の測定時間を短縮することができる。
【００１５】
また、請求項１０の前記光学模様投影手段は、該光源がレーザーであり、かつ、前記光学模様が直線であることを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、光学模様が直線であれば一次元の走査のみによって、凸形状などの骨部材の三次元形状を精度の良くかつ短時間で測定することができる。
【００１６】
また、請求項１１の前記三次元形状寸法測定手段は、前記骨部材を少なくとも２つの方向から撮影する電子カメラと、該電子カメラから出力される画像信号から前記骨部材の三次元形状寸法を計算する画像処理装置と、を備えたことを特徴としている。本発明の骨部材ＮＣ加工装置よれば、骨部材の三次元形状寸法を短時間で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る骨部材加工装置の本体部１０の斜視図
【図２】本発明に係る骨部材加工装置の骨部材支持部２０の概略図であり、（ａ）は骨部材支持部２０の概略上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ‐Ａ´で切断した骨部材支持部２０の概略縦断面図
【図３】本発明に係る接触探針１１０の一例を示す概略図
【図４】本発明に係る空気マイクロメータ１２０の一例を示す概略構造図
【図５】本発明に係る光学式距離測定器１３０の一例を示す概略図
【図６】本発明に係る光学模様投影手段１４０の直線状の光学模様と、電子カメラ１４１の概略配置図
【図７】本発明に係る２つの電子カメラ１５１、１５２の概略配置図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の骨部材用ＮＣ加工装置の実施形態を以下に図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されない。骨部材用ＮＣ加工装置は、本体部１０と、図示しない真空ポンプおよび制御部９０を備える。
【００１９】
図１は、本発明に係る本体部１０の斜視図である。本体部１０は、骨部材支持部２０と、回転テーブル３０と、旋回テーブル４０と、Ｘ軸直動ステージ５０と、Ｙ軸直動ステージ６０と、Ｚ軸直動ステージ７０と、スピンドル８０と、を備える。骨部材支持部２０は回転テーブル３０上に、該回転テーブル３０は旋回テーブル４０上に、該旋回テーブル４０はＸ軸直動ステージ５０上に、該Ｘ軸直動ステージ５０はＹ軸直動ステージ６０上に、該Ｙ軸直動ステージ６０はベース１１上に、それぞれ、取り付けられている。一方、スピンドル８０は先端部８０ａと、胴体部８０ｂと、胴体部８０ｂを収めるハウジング８３と、図示しない駆動部とで構成される。スピンドル８０はＺ軸直動ステージ７０上に、該Ｚ軸直動ステージ７０はカラム１８に、該カラム１８はベース１１上に、それぞれ、取り付けられている。骨部材支持部２０に把持される骨部材２５とスピンドル８０の先端部８０ａに固定される刃具８４との相対的配置は、刃具８４が骨部材２５の５面を加工できるものとなっている。
【００２０】
本体部１０における、骨部材支持部２０と、回転テーブル３０と、旋回テーブル４０と、Ｘ軸直動ステージ５０と、Ｙ軸直動ステージ６０と、Ｚ軸直動ステージ７０と、スピンドル８０と、の取付方法は、上に説明した取付方法だけでなく、他の取付方法であっても良い。例えば、骨部材支持部２０は回転テーブル３０上に、該回転テーブル３０は旋回テーブル４０上に、該旋回テーブル４０はＸ軸直動ステージ５０上に、該Ｘ軸直動ステージ５０はベース１１上に、それぞれ取り付け、スピンドル８０はＺ軸直動ステージ７０上に、該Ｚ軸直動ステージ７０はカラム１８に、該カラム１８はＹ軸直動ステージ６０上に、該Ｙ軸直動ステージ６０はベース１１上に、それぞれ、取り付けたものであっても良い。
【００２１】
また、本体部１０は、回転テーブル３０と旋回テーブル４０とは備えず、骨部材支持部２０と、Ｘ軸直動ステージ５０と、Ｙ軸直動ステージ６０と、Ｚ軸直動ステージ７０と、スピンドル８０と、を備えたものであっても良い。さらに、本体部１０は、回転テーブル３０および旋回テーブル４０のいずれか一方のテーブルと、骨部材支持部２０と、Ｘ軸直動ステージ５０と、Ｙ軸直動ステージ６０と、Ｚ軸直動ステージ７０と、スピンドル８０と、を備えたものであっても良い。
【００２２】
図２は、骨部材支持部２０の概略図であり、（ａ）は骨部材支持部２０の概略上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ‐Ａ´で切断した骨部材支持部２０の概略縦断面図である。骨部材支持部２０は、基板２１と、３本の真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、真空継手２８と、を備える。基板２１には、真空継手２８と３本の真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃとが取り付けられ、真空継手２８と真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２ｃとの間には、真空継手２８から三分枝する空気通路が設けられている。真空継手２８は、屈曲自在な配管２９を介して図示しない真空ポンプに接続される。
【００２３】
真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれの先端部には、柔軟性のある部材により形成された吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃが、ボールジョイント２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して取り付けられている。真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃの軸芯部、ボールジョイント２４ａ、２４ｂ、２４ｃの中心部、および、吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃの中心部には、それぞれ空気通路が設けられ、真空継手２８の三分枝した空気通路に接続されている。したがって、骨部材２５を吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃ上に置き、真空ポンプを起動すると、骨部材２５は、吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃによって吸着される。このとき、ボールジョイント２３ａ，２３ｂ，２３ｃにより、吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃは骨部材２５の形状に合わせて自在に角度を変えられるため、骨部材２５は真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃ上に確実に固定される。
【００２４】
本実施例では、真空吸着支持棒の本数は３本であったが、３本以上の複数本の真空吸着支持棒を用いても良い。また、本実施例では、真空吸着支持棒２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれの先端部に吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備えるものであったが、柔軟性のある部材により形成された吸盤を備えたものであっても良い。なお、吸口２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび吸盤は生体適合部材により形成することが好ましい。
【００２５】
回転テーブル３０と旋回テーブル４０は、回転案内ガイド（例えば、ベアリング）、減速器（例えば、ウォームギア）、サーボモータなどで構成され、サーボアンプを介して、制御部９０（例えば、ＮＣ制御装置）からの制御信号により回転駆動される。また、Ｘ軸直動ステージ５０と、Ｙ軸直動ステージ６０と、Ｚ軸直動ステージ７０とは、直線案内ガイド（例えば、ＬＭガイド）、サーボモータなどで構成され、サーボアンプを介して、制御部９０（例えば、ＮＣ制御装置）からの制御信号により直線駆動される。スピンドル８０は、カップリングを介して、スピンドルモータ８５に連結されている。スピンドルモータ８５は、ドライバを介して、制御部９０（例えば、ＮＣ制御装置）からの制御信号により回転駆動される。したがって、制御部９０は、骨部材支持部２０に把持される骨部材２５とスピンドル８０に固定される刃具８４との相対的配置は、刃具８４が骨部材２５の任意部分を５面加工できるものとなっている。
【００２６】
スピンドル８０の先端部８０ａは、刃具８４を把持するツールホルダー８１が脱着可能にして固定できる構造になっている。また、スピンドル８０の先端部８０ａは、下記に述べる接触探針１１０や、空気マイクロメータ１２０の空気ノズル部１２１や、光学式距離測定器１３０の光学測定部１３１を、それぞれのホルダーを介して脱着可能にして固定できる構造になっている。
【００２７】
次に、本発明に係る骨部材用ＮＣ加工装置の動作モードについて、以下に説明する。動作モードには、＜形状測定モード＞と＜整形加工モード＞とがある。
【００２８】
＜整形加工モード＞
この動作モードは、制御部９０に予め記憶したプログラムに従って被加工物を加工するものであって、通常のＮＣ加工装置における動作と同じあるので説明は省略する。
＜形状測定モード＞
この動作モードでは、三次元形状寸法測定手段１００に、接触探針１１０、空気マイクロメータ１２０、光学式距離測定器１３０、光学模様投影手段１４０と電子カメラ１４１とによる方法、あるいは、２つの方向から撮影する電子カメラ１５１，１５２と画像処理装置１５３とによる方法、のいずれのものを用いるかによって、実施形態が異なる。
【００２９】
［第１の実施形態］
この実施形態では、接触探針１１０を三次元形状寸法測定手段１００に用いる。接触探針１１０は、該探針部が被測定物に接触すると電気的な接触信号を発生するものである。
【００３０】
図３は、接触探針１１０の一例を示す概略図である。接触探針１１０は、小さな球１１１と、円柱形ロッド１１２と、バネ１１３と、スタイラス１１４と、スタイラスホルダ１１５と、を備える。円柱形ロッド１１２の先端には小さな球１１１が、一方、円柱形ロッド１１２の他端部にはスタイラス１１４が固定されており、スタイラス１１４はバネ１１３により３点支持機構でスタイラスホルダ１１４の位置を定位置に保持されている。小さな球１１２が被測定物に接触すると、スタイラス１１４がスタイラスホルダ１１５を押す圧力が変化し、スタイラス１１４とスタイラスホルダ１１５との電気抵抗も変化する。接触探針１１０は、この電気抵抗の変化を検知して電気的な接触信号を出力する。
【００３１】
接触探針１１０の探針部である小さな球１１１は、耐摩耗性の高い材質（例えば、サファイア）のものが好ましい。さらに、小さな球１１１の材質は、生体適合材料であることが好ましい。
【００３２】
本実施形態における被測定物の三次元形状寸法測定では、骨部材用ＮＣ加工装置の本体部１０のスピンドル８０の先端部８０ａに接触探針ホルダーを介して接触探針１１０を把持させるとともに、被測定物である骨部材２５を骨部材支持部２０に固定する。制御部９０は、予め記憶したプログラムに従って、被測定物に接触探針１１０の探針部である小さな球１１１を接触させ、その接触位置を制御部９０の記憶部に記憶する。この動作を多数繰り返して他の接触位置を制御部９０の記憶部に記憶する。その後、制御部９０は、該記憶部に記憶された多数の接触位置から、被測定物の三次元形状寸法を算出する。さらに具体的には、例えば、ＸＹ平面上に碁盤目状の格子点を設定し、ある格子点のＸＹ位置に接触探針１１０の探針部を移動させた後に、接触探針１１０をＺ軸に沿って下降させ接触位置を検出して記憶する動作を、各格子点において繰り返すことによって三次元形状寸法の算出に必要な三次元接触位置が測定できる。
【００３３】
［第２の実施形態］
この実施形態では、空気マイクロメータ１２０を三次元形状寸法測定手段１００に用いる。空気マイクロメータ１２０は、該空気マイクロメータ１２０のノズル部１２１を通過する空気流量を測定し、該空気流量からノズル部１２１と被測定物との隙間寸法を測定するものである。
【００３４】
図４は、空気マイクロメータ１２０の一例を示す概略構造図である。空気マイクロメータ１２０は、空気ノズル部１２１と、オリフィス１２２と、第１圧力計１２４と、第２圧力計１２６と、空気源１２７と、流量計算手段１２８と、隙間寸法計算手段１２９と、を備える。空気ノズル１２１と空気源１２７とは屈曲自在の配管で接続され、該配管の途中にオリフィス１２２が挿入される。該オリフィス１２２の空気ノズル１２１側に設けられた第１空気圧室１２３には第１圧力計１２４を、該オリフィス１２２の空気源側に設けられた第２空気圧室１２５は第２圧力計１２６を備え、それぞれオリフィス１２２の空気ノズル側及びオリフィス１２２の空気源側の空気圧を測定し、それぞれ第１圧力信号及び第２圧力信号として出力する。流量計算手段１２８は、第１圧力信号及び第２圧力信号から、空気ノズル１２１を通過する空気流量を計算し、流量信号として出力する。隙間寸法計算手段は、流量信号及び第２圧力信号から、空気ノズル１２１と被測定物との隙間寸法を計算し、制御部９０に対して寸法信号として出力する。
【００３５】
流量計算手段１２８や隙間寸法計算手段１２９の機能は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成したもの、あるいは、これらの個別ＩＣを集積したワンチップマイコンで容易に構成でき、また制御部９０に組み込んでもよい。ノズルと平面との隙間から流れる空気流量を測定すれば、ノズルと平面との隙間寸法が計算できることは、日本工業規格（流量式空気マイクロメータＪＩＳＢ７５３５）に記載されているので、ここでの説明は省略する。
【００３６】
本実施形態における被測定物の三次元形状寸法測定では、まずスピンドル８０の先端部８０ａに、図示しない空気ノズルホルダを介して空気ノズル部１２１を接続し、被測定物である骨部材２５を骨部材支持部２０に固定する。次に、外部入力または制御部９０によって空気源１２７を起動させると共に、制御部９０は予め記憶したプログラムに従って、所定の位置へ空気ノズルを移動させ、該位置で空気ノズル部１２１を骨部材２５へと近づけていく。流量計算手段１２８は、空気ノズル部１２１と被測定物との間の空気流量を計算し、隙間寸法計算手段１２９へ流量信号を出力する。該流量信号から、隙間寸法計算手段１２９は隙間寸法を計算して、制御部９０の記憶部へと記憶させる。かかる一連動作を多数繰り返し、多数の隙間寸法を制御部９０に記憶する。最後に、制御部９０は、該記憶部に記憶された多数の隙間寸法から、被測定物の三次元形状寸法を算出する。
【００３７】
［第３の実施形態］
この実施形態では、光学式距離測定器１３０を三次元形状寸法測定手段１００に用いる。光学式距離測定器１３０は、光学式距離測定器１３０が光を照射した位置と被測定物からの反射光を受光した位置とのずれから、光学式距離測定器１３０と被測定物との距離を計算するものである。
【００３８】
図５は、光学式距離測定器１３０の一例を示す概略図である。光学式距離測定器１３０は、光学測定部１３１と、距離計算手段１３４と、を備え、光学測定部１３１は、光源１３２と、受光部１３３と、を備える。
【００３９】
受光部１３３は、反射光を受光した位置に応じた受光位置信号を出力できるように構成され、例えば複数のフォトダイオードで構成することができる。距離計算手段１３４は、受光部１３３から出力される受光位置信号を受け取って被測定物と光学測定部１３１との距離を計算し、制御部９０に対して距離信号として出力する。距離計算手段１３４の機能は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成したもの、あるいは、これらの個別ＩＣを集積したワンチップマイコンで容易に構成でき、また制御部９０に組み込んでもよい。
【００４０】
本実施形態における被測定物の三次元形状寸法測定では、スピンドル８０の先端部８０ａに光学式距離測定器ホルダーを介して光学測定部１３１を把持させるとともに、被測定物である骨部材２５を骨部材支持部２０に固定する。次に、光学測定部１３１の光源１３２から光を照射すると共に、制御部９０は光学測定部１３１を走査させる。走査の際、制御部９０は、距離計算手段１３４から受け取る距離信号が一定となるように、すなわち受光部１３３における反射光受光位置が一定となるように制御し、走査した座標を、制御部９０の記憶部へと記憶する。その後、制御部９０は、該記憶部に記憶された走査座標から、被測定物の三次元形状寸法を算出する。なお、［実施形態１］や［実施形態２］と同様に、予め記憶したプログラムに従って所定の位置へと移動させ、各位置での被測定物と光源との距離を記憶し、これを多数の位置について行って、記憶された距離から三次元形状寸法を算出してもよい。
【００４１】
［第４の実施形態］
この実施形態では、光学模様投影手段１４０と、電子カメラ１４１と、投影面形状寸法計算手段１４２と、を三次元形状寸法測定手段１００に用いる。
【００４２】
図６は、光学模様投影手段１４０の直線状の光学模様と、電子カメラ１４１の概略配置図である。光学模様投影手段１４０と電子カメラ１４１とは、その位置関係と向きが固定され、スピンドル８０のハウジング８３に取り付けられる。光学模様投影手段１４０は、被測定物上に一次元、または二次元の光学模様を投影するものであり、直線状の光学模様を投影するレーザー光源を用いることが好ましい。電子カメラ１４１は、被測定物に投影された光学模様を撮像し、画像信号を出力する。投影面形状寸法計算手段１４２は、電子カメラ１４１から出力される画像信号から骨部材２５の光学模様投影面の形状寸法を計算するものであり、この機能は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成したもの、あるいは、これらの個別ＩＣを集積したワンチップマイコンで容易に構成でき、また制御部９０に容易に組み込んでもよい。
【００４３】
図６のように、光学模様投影手段１４０から照射された直線光は、投影部の表面形状に沿って歪み、直線状の光学模様を描く。電子カメラ１４１は、該直線状の光学模様の歪みを撮像し、画像信号として出力する。投影面形状寸法計算手段１４２は、受け取った該画像信号から投影部の表面形状を計算し、形状信号として制御部９０へと出力し、制御部９０の記憶部へと記憶させる。かかる一連の動作を、光学模様投影手段１４０及び電子カメラ１４１が取り付けられたハウジング８３を一次元に走査させながら逐次行うことで、制御部９０の記憶部に記憶されたレーザーの通過した部分の被測定物の表面形状に関する情報から、被測定物の三次元形状寸法を算出する。
【００４４】
［第５の実施形態］
この実施形態では、電子カメラ１５１、１５２と、画像処理装置１５３と、を三次元形状寸法測定手段１００として用いる。
【００４５】
図７は、２つの電子カメラ１５１、１５２の概略配置図である。電子カメラ１５１，１５２は、互いの位置関係が固定され、スピンドル８０のハウジング８３に配置される。電子カメラは３つ以上備えてもよい。図示しない画像処理装置１５３は、電子カメラ１５１，１５２から出力される画像信号から、ステレオ視の原理に基づいて被測定物の撮像面の形状寸法を計算するものである。画像処理装置１５３の機能は、市販のデジタル画像処理装置を用いて組み込むこともできるし、制御部９０に容易に組み込むことができる。
【００４６】
本実施形態では、電子カメラ１５１，１５２が撮像し、出力した画像信号を、画像処理装置１５３がステレオ視の原理に基づいて処理することで撮像面の形状寸法を計算し、記憶するという一連の動作を複数の撮像面について実行し、複数の撮像面の形状寸法から被測定物の三次元形状寸法を算出する。
【符号の説明】
【００４７】
１０  本体部
２０  骨部材支持部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  真空吸着支持棒
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  ボールジョイント
２４ａ．２４ｂ，２４ｃ  吸口
２５  骨部材
３０  回転テーブル
４０  旋回テーブル
５０  Ｘ軸直動ステージ
６０  Ｙ軸直動ステージ
７０  Ｚ軸直動ステージ
８０  スピンドル
１００  三次元形状寸法測定手段
１１０  接触探針
１１１  小さな球
１１２  円柱形ロッド
１１３  バネ
１１４  スタイラス
１１５  スタイラスホルダ
１２０  空気マイクロメータ
１２１  空気ノズル部
１２２  オリフィス
１２３  第１空気圧室
１２４  第１圧力計
１２５  第２空気圧室
１２６  第２圧力計
１３０  光学式距離測定器
１３２  光源
１３３  受光部
１４０  光学模様投影手段
１４１，１５１，１５２  電子カメラ
【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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