DE112021001666T5

DE112021001666T5 - Messvorrichtung für Innenflächenformen und Justierverfahren für Messvorrichtungen für Innenflächenformen

Info

Publication number: DE112021001666T5
Application number: DE112021001666.0T
Authority: DE
Inventors: Hideki Morii; Katsufumi Moriyama; Hiroaki Kimura
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US11740074B2; US20230028748A1; WO2021187192A1

Abstract

Es werden eine Messvorrichtung für Innenflächenformen zum geeigneten Justieren einer Position einer Bohrung und ein Justierverfahren für die Messvorrichtung für Innenflächenformen bereitgestellt. Folgende Aspekte werden unter Verwendung einer Kamera beobachtet: eine erste Position einer kleinen Bohrung eines Werkstücks, das an einer Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist und sich mit einem Drehkörper dreht, und eine zweite Position, die sich von der ersten Position unterscheidet, unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem zweiten Drehwinkel, der sich von dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers unterscheidet. Es werden eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung aus Koordinaten der jeweiligen beobachteten Positionen berechnet, und es wird eine Information über die kleine Bohrung, die die Position und die Neigung der kleinen Bohrung beinhaltet, ausgegeben.

Description

{Technisches Gebiet}
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Messung der Innenflächenform eines kleinen Lochs bzw. einer kleiner Bohrung, das bzw. die in einem Werkstück ausgebildet ist.
{Stand der Technik}
In einer Formenmessvorrichtung, die ein Werkstück und eine Kontaktsonde oder kontaktfreie Sonde relativ zueinander bewegt, um eine Form des Werkstücks zu messen, ist eine Messvorrichtung für Innenflächenformen bekannt, die das Werkstück um eine Drehachse zur Messung einer Rundheit des Werkstücks dreht. Zur Messung der Rundheit mittels der Messvorrichtung für Innenflächenformen ist es erforderlich, die Drehachse zu der Achse des Werkstücks auszurichten.
Die Patentschrift 1 offenbart eine Technik, um ein Kontaktelement eines Detektors mit einem inneren Umfang einer Bohrung eines Werkstücks, das auf einem Drehtisch angeordnet ist, in Kontakt zu bringen und dadurch eine Rundheit der Bohrung zu messen. Bei der in der Patentschrift 1 beschriebenen Technik wird das Kontaktelement des Detektors mit der äußeren peripheren Oberfläche des Werkstücks im Voraus in Kontakt gebracht, es wird eine Unrundheit des Werkstücks bei geringer Vergrößerung beobachtet während sich der Drehtisch dreht, und die Anordnungsposition des Werkstücks wird so eingestellt, dass die Unrundheit gering ist.
{Liste der Zitate}
{Patentliteratur}
{PTL 1} Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Nummer 2006-145344
{Überblick über die Erfindung}
{Technische Aufgabe}
Bei der Messung der Innenflächenform einer kleinen Bohrung unter Anwendung einer Messvorrichtung für Innenflächenformen gibt es Probleme bei der Justierung der kleinen Bohrung. Wenn insbesondere die Sonde in die kleine Bohrung eingeführt wird und das Werkstück sich dreht, ergibt sich das Problem, dass die Sonde mit der Bohrungswand kollidiert.
Wenn andererseits die Justierung unter Anwendung der Bohrung und eines koaxialen Formbereichs durchgeführt wird, wie dies in der in der Patentschrift 1 beschriebenen Technik der Fall ist, gibt es eine Grenze für die Form des zu messenden Objekts, die noch gemessen werden kann.
Wenn ferner der Anwender die Sonde einführt, während eine Beobachtung mit einem Mikroskop vorgenommen wird, ist Geschicklichkeit des Anwenders erforderlich. In diesem Falle ist eine Automatisierung schwierig, und die Sonde kann aufgrund eines Bedienfehlers mit der Bohrungswand kollidieren.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf derartige Umstände erdacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, die in geeigneter Weise eine Position einer Bohrung ausrichtet bzw. justiert, und ein Justierverfahren für die Messvorrichtung für Innenflächenformen bereitzustellen.
{Lösung der Aufgabe}
Ein Aspekt einer Messvorrichtung für Innenflächenformen zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist auf: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position auf einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, und die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung ist; einen Abstandsdetektor bzw. Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks zu erfassen, wobei eine Sonde verwendet wird, die in der Lage ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück auf der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, und wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde, die sich entsprechend parallel zu der ersten Richtung erstreckt, ist; eine Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung; einer Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, unter Anwendung der Kamera zu beobachten bzw. abzubilden: eine erste Position und eine zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörper, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, und der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; eine Positions-und-Neigungsberechnungseinheit, die ausgebildet ist, eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen; und eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, Information über die kleine Bohrung, die die berechnete Position und Neigung der kleinen Bohrung enthält, auszugeben.
Es ist bevorzugt, dass die Messvorrichtung für Innenflächenformen ferner eine Halterungssteuerung aufweist, die ausgebildet ist, die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung auf der Grundlage der Information über die kleine Bohrung zu steuern und eine Abweichung zwischen einer Mittelachse der kleinen Bohrung und der Drehachse innerhalb eines Sollwertes zu halten. Dies ermöglicht eine automatische Justierung der Bohrungsposition.
Es ist bevorzugt, dass: die Kamera durch den ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist; und die Beobachtungssteuerung eine Brennpunktposition der Kamera unter Anwendung des Linearbewegungsmechanismus an die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung bewegt. Folglich kann die Kamera in geeigneter Weise auf die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung fokussiert werden derart, dass die kleine Bohrung in geeigneter Weise durch die Kamera beobachtet bzw. abgebildet werden kann.
Ein Aspekt der Messvorrichtung für Innenflächenformen zur Lösung der vorhergehenden Aufgabe weist auf: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und ihre Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Oberfläche bzw. Fläche ist, wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; einen Abstandsdetektor bzw. Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die ausgebildet ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde ist, die sich jeweils parallel zu der ersten Richtung erstreckt; eine Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung; eine erste Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, unter Anwendung der Kamera zu beobachten bzw. abzubilden: eine erste Position und eine zweite Position eines lochartigen Musters eines Referenzwerkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position des lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, wobei das Referenzwerkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert ist, wobei das Referenzwerkstück mit dem lochartigen Muster versehen ist und eine bekannte Form hat, wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; eine Drehmittelpunktskoordinatenberechnungseinheit, die ausgebildet ist, Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen; eine zweite Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, eine dritte Position und eine vierte Position der kleinen Bohrung eines zu messenden Werkstücks zu beobachten unter Verwendung einer Kamera mit einer optischen Achse, die parallel zu der ersten Richtung verläuft, wobei die vierte Position sich in der ersten Richtung von der dritten Position unterscheidet, wobei das zu messende Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert ist; und eine Positions-und-Neigungsberechnungseinheit, die ausgebildet ist, eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung aus Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers und aus der dritten Position und der vierten Position der kleinen Bohrung zu berechnen.
Gemäß den jeweils vorhergehenden Aspekten kann die Position der Bohrung in geeigneter Weise auf der Grundlage der Information über die kleine Bohrung justiert bzw. ausgerichtet werden. Dies ist insbesondere effizient für eine Bohrung mit äußerst kleinem Durchmesser mit einem Innendurchmesser von 500 µm oder weniger.
Es ist bevorzugt, dass die Messvorrichtung für Innenflächenformen ferner eine Halterungssteuerung aufweist, die ausgebildet ist, die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung auf der Grundlage der Information über die kleine Bohrung, die eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung beinhaltet, zu steuern und eine Abweichung zwischen einer Mittelachse der kleinen Bohrung und der Drehachse innerhalb eines Sollwertes zu halten. Dies ermöglicht eine automatisierte Justierung der Bohrungspositionen.
Es ist bevorzugt, dass: die Kamera durch den ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist; und die zweite Beobachtungssteuerung eine Brennpunktsposition der Kamera an die dritte Position und die vierte Position der kleinen Bohrung unter Anwendung des ersten Linearbewegungsmechanismus bewegt. Folglich kann die Kamera in geeigneter Weise auf die dritte Position und die vierte Position der kleinen Bohrung fokussiert werden derart, dass die kleine Bohrung in geeigneter Weise von der Kamera beobachtet werden kann.
Es ist bevorzugt, dass der erste Drehwinkel und der zweite Drehwinkel sich um 180° unterscheiden. Dadurch ist es möglich, die Positionsneigung der kleinen Bohrung in genauer Weise zu berechnen.
Es ist bevorzugt, dass die Messvorrichtung für Innenflächenformen ferner ein koaxiales optisches Beleuchtungssystem aufweist, das ausgebildet ist, Licht koaxial zu einer optischen Achse der Kamera auszusenden. Dadurch kann die kleine Bohrung in dem Werkstück in geeigneter Weise ausgeleuchtet werden, so dass die kleine Bohrung in geeigneter Weise von der Kamera beobachtet werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die Messvorrichtung für Innenflächenformen femer einen schwammartigen Reflektor oder einen tonerdenartigen bzw. knetmasseartigen Reflektor aufweist, wobei der Reflektor Licht, das auf eine Öffnung auf der Kameraseite der kleinen Bohrung des Werkstücks auftrifft, zu der kleinen Bohrung zu einer Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung reflektiert, wobei das Werkstück zwischen der Kamera und der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung angeordnet ist. Dies macht es möglich, das Licht, das auf die Öffnung der kleinen Bohrung des Werkstücks auf der Kameraseite auftrifft, zu der kleinen Bohrung an der Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung zu reflektieren, ohne das Werkstück zu beschädigen.
Es ist bevorzugt, dass die Messvorrichtung für Innenflächenformen ferner aufweist: eine Struktur mit offenen Zellen mit Flexibilität bzw. Biegsamkeit; und eine Lichtquelle, die ausgebildet ist, Licht auf die Struktur mit offenen Zellen auftreffen zu lassen, wobei die Struktur mit offenen Zellen dafür sorgt, dass Licht der Lichtquelle auf die Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung der kleinen Bohrung des Werkstücks, das zwischen der Kamera und der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung angeordnet ist, auftrifft. Folglich kann Licht in geeigneter Weise zu der Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung der kleinen Bohrung des Werkstücks gelenkt werden.
Ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen zur Lösung der vorhergehenden Aufgabe ist ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, wobei die Messvorrichtung für Innenflächenformen aufweist: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und ihre Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; und einen Abstandsdetektor bzw. Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde, die sich entsprechend parallel zu der ersten Richtung erstreckt, ist, wobei das Justierverfahren umfasst: einen Beobachtungssteuerungsschritt, um unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse, die parallel zu der ersten Richtung liegt, zu beobachten: eine erste Position und eine zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, und wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einen Positions-und-Neigungsberechnungsschritt zur Berechnung einer Position und einer Neigung der kleinen Bohrung aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers; und einen Ausgabeschritt zum Ausgeben von Information über die kleine Bohrung, die die berechnete Position und Neigung der kleinen Bohrung beinhaltet.
Ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen zur Lösung der vorhergehenden Aufgabe ist ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, wobei die Messvorrichtung für Innenflächenformen aufweist: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und ihre Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, und wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; und einen Abstandsdetektor bzw. Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines zu messenden Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die ausgebildet ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung fixiert wird und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde, die sich entsprechend parallel zu der ersten Richtung erstreckt, ist, wobei das Justierverfahren umfasst: einen ersten Beobachtungssteuerungsschritt zur Fixierung eines Referenzwerkstücks an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, und zur Beobachtung, unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung, einer ersten Position und einer zweiten Position eines lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und der ersten Position und der zweiten Position des lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, wobei das Referenzwerkstück mit dem lochartigen Muster versehen ist und eine bekannte Form hat, wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einen Drehmittelpunktskoordinatenberechnungsschritt zur Berechnung von Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung unter dem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers; und einen zweiten Beobachtungssteuerungsschritt zum Justieren des zu messenden Werkstücks an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung und zum Beobachten einer dritten Position und einer vierten Position der kleinen Bohrung des zu messenden Werkstücks unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung, wobei die vierte Position sich in der ersten Richtung von der dritten Position unterscheidet; und einen Positions-und-Neigungsberechnungsschritt zur Berechnung einer Position und einer Neigung der kleinen Bohrung aus Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers und aus der dritten Position und der vierten Position der kleinen Bohrung des Drehkörpers.
Gemäß diesem Aspekt kann die Position der Bohrung in geeigneter Weise auf der Grundlage der Information über die kleine Bohrung ausgerichtet bzw. justiert werden. Dies ist insbesondere effizient für eine Bohrung mit einem äußerst kleinen Durchmesser mit einem Innendurchmesser von 500 µm oder weniger.
{Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung}
Erfindungsgemäß kann die Position der Bohrung bzw. des Lochs in geeigneter Weise justiert werden.
Figurenliste

{1} 1 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbasu einer Messvorrichtung für Innenflächenformen darstellt.
{2} 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer kontaktfreien Sonde und einer Kontaktsonde zeigt.
{3} 3 ist eine Blockansicht, die einen elektrischen Aufbau der Messvorrichtung für Innenflächenformen zeigt.
{4} 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozessablaufs in einem Justierverfahren einer Messvorrichtung für Innenflächenformen zeigt.
{5} 5 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten einer oberen Öffnung einer kleinen Bohrung unter Anwendung einer Kamera zeigt.
{6} 6 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer Drehachse eines Drehkörpers, der oberen Öffnung unter einem festgelegten Winkel θ = 0° des Drehkörpers und einem Bild der oberen Öffnung in einem Abbildungsbereich der Kamera zeigt.
{7} 7 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten einer unteren Öffnung der kleinen Bohrung unter Verwendung der Kamera zeigt.
{8} 8 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen der Drehachse des Drehkörpers, der unteren Öffnung bei dem festgelegten Winkel θ = 0° des Drehkörpers und einem Bild der unteren Öffnung in einem Abbildungsbereich der Kamera zeigt.
{9} 9 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen der Drehachse des Drehkörpers, der oberen Öffnung bei einem festgelegten Winkel θ = 180° des Drehkörpers und einem Bild der oberen Öffnung in einem Abbildungsbereich der Kamera zeigt.
{10} 10 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen der Drehachse des Drehkörpers, der unteren Öffnung an dem festgelegten Winkel θ = 180° des Drehkörpers ubnd einem Bild der unteren Öffnung in einem Abbildungsbereich der Kamera zeigt.
{11} 11 ist eine Ansicht zur Erläuterung von Bewegungszielkoordinaten der oberen Öffnung und von Bewegungszielkoordinaten der unteren Öffnung.
{12} 12 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Kamera und der kleinen Bohrung in einem Werkstück unter Anwendung einer Werkstückmontagehalterung zeigt.
{13} 13 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten einer Zwischenposition der kleinen Bohrung unter Anwendung der Kamera zeigt.
{14} 14 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten der kleinen Bohrung unter Anwendung der Kamera zeigt, wenn eine Position der kleinen Bohrung des Werkstücks deutlich von der Drehachse abweicht.
{15} 15 ist eine Ansicht, die eine Ortskurve von Mittelpunktskoordinaten der oberen Öffnung der kleinen Bohrung in einem Abbildungsbereich der Kamera zeigt, wenn der Drehkörper in Drehung ist.
{16} 16 ist eine Ansicht, die einen optischen Weg für Licht zeigt, das auf die Kamera einfällt, um die untere Öffnung der kleinen Bohrung in dem Werkstück zu beobachten.
{17} 17 ist eine Ansicht, die Zustände des Beobachtens der unteren Öffnung der kleinen Bohrung des Werkstücks unter Anwendung der Kamera darstellt.
{18} 18 ist eine Ansicht, die das Einführen eines schwammartigen Reflektors auf Seite der unteren Öffnung einer kleinen Bohrung in einem Werkstück zeigt.
{19} 19 ist eine Ansicht, die das Einführen eines lehmartigen bzw. knetbaren Reflektors in die Seite der unteren Öffnung der kleinen Bohrung in dem Werkstück zeigt.
{20} 20 ist eine Ansicht, die das Einführen eines Streuelements in die Seite der unteren Öffnung der kleinen Bohrung in dem Werkstück zeigt.
{21} 21 ist ein Flussdiagramm, das den Prozessablauf eines Justierverfahrens für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
{22} 22 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zur Ermittlung einer Position von Drehmittelpunktskoordinaten zeigt.
{23} 23 ist ein Flussdiagramm, das Justierschritte für ein Werkstück zeigt, was ein zu messendes Objekt ist.
{24} 24 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Berechnung von Drehmittelpunktskoordinaten zeigt, wenn eine kleine Bohrung eines Werkstücks eine Form mit einem Vorsprung im Inneren hat.
{25} 25 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Berechnung von Drehmittelpunktskoordinaten unter Anwendung eines Referenzwerkstücks zeigt.
{26} 26 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Referenzwerkstücks mit einer ebenen Form zeigt.

{Beschreibung von Ausführungsformen}
Im Folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
<Aufbau der Messvorrichtung für Innenflächenformen>
1 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 misst eine Innenflächenform (Rundheit und dergleichen) eines kleinen Lochs bzw. einer kleinen Bohrung H, das bzw. die in einem Werkstück W ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist die kleine Bohrung H eine kleine Bohrung, die entlang der Mittelachse des Werkstücks W ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der kleinen Bohrung H ist ein sehr kleiner Durchmesser (beispielsweise beträgt der Innendurchmesser 500 µm oder weniger). In 1 sind eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung entsprechende Richtungen, die senkrecht zueinander sind, wobei die X-Richtung die horizontale Richtung ist, die Y-Richtung senkrecht zu der X-Richtung liegt und die Z-Richtung die vertikale Richtung ist.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 eine Hauptkörperbasiseinheit 12, einen Drehkörper 14, eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16, eine Werkstückmontagehalterung 18, eine Säule bzw. eine Stütze 20, einen Wagen 22, einen Arm bzw. Ausleger 24, einen Abstandsdetektor bzw. Verschiebungsdetektor 28 und eine Kamera 34.
Der Drehkörper 14 ist an der Hauptkörperbasiseinheit 12 befestigt. Im Inneren der Hauptkörperbasiseinheit 12 sind ein Motor (nicht gezeigt), der mit dem Drehkörper 14 verbunden ist, ein Geber (nicht gezeigt) und ein Hochgenauigkeitsdrehmechanismus (nicht gezeigt) vorgesehen. Der Drehkörper 14 wird von dem Motor angetrieben, um sich mit hoher Genauigkeit um eine Drehachse A_R zu drehen, die parallel zu der Z-Richtung (ein Beispiel einer ersten Richtung) verläuft. Ferner wird der Drehwinkel des Drehkörpers 14 durch das Drehwinkelsignal, das von dem Geber ausgegeben wird, erfasst.
Die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 (ein Beispiel einer Linear-und-Neige-Bewegungshalterung) wird von dem Drehkörper 14 gehalten bzw. getragen derart, dass sie in Bezug auf den Drehkörper 14 relativ bewegbar ist. Die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 wird von einem Motor (nicht gezeigt) so angetrieben, dass sie sich parallel zu der X- und Y-Richtung bewegt, und sie kann die Position des an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 fixierten Werkstücks W in der ebenen Fläche, die senkrecht zu der Z-Richtung verläuft (in der XY-Ebene), ändern. Ferner wird die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 von einem Motor (nicht gezeigt) so angetrieben, dass sie in Bezug auf die X-Richtung und die Y-Richtung geneigt wird, und sie kann die Neigung des an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 fixierten Werkstücks W in Bezug auf die XY-Ebene ändern.
Die Werkstückmontagehalterung 18 ist auf der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 angeordnet. Das Werkstück W ist auf der Werkstückmontagehalterung 18 montiert. Anders ausgedrückt, das Werkstück W wird mittels der Werkstückmontagehalterung 18 an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 fixiert. Das Werkstück W hat eine kleine Bohrung H mit einem äußerst kleinen Durchmesser. Die kleine Bohrung H verläuft in das Innere des Werkstücks W geradlinig ausgehend von der oberen Öffnung Ou (siehe 5) zu der unteren Öffnung O_D (siehe 7).
Zur Messung der Innenflächenform, etwa der Rundheit, der kleinen Bohrung H des Werkstücks W in der Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 ist es erforderlich, das Werkstück W derart auszurichten bzw. zu justieren, dass die Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W koaxial zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 verläuft. Das Justieren des Werkstücks W ist nachfolgend beschrieben. 1 zeigt einen Zustand vor der Justierung des Werkstücks W. Das justierte Werkstück W dreht sich zusammen mit dem Drehkörper 14 um die Drehachse A_R.
Ferner steht eine Säule bzw. Stütze (Holm) 20, die sich parallel zu der Z-Richtung erstreckt, aufrecht auf der Hauptkörperbasiseinheit 12. Der untere Endbereich der Säule 20 ist an der oberen Fläche der Hauptkörperbasiseinheit 12 befestigt.
Der Wagen 22 wird von Säule 20 derart gehalten, dass er in der Z-Richtung bewegbar ist. Der Wagen 22 wird von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, um sich in der Z-Richtung zu bewegen. Der Wagen 22 entspricht einem vertikalen Linearbewegungsmechanismus (ein Beispiel eines ersten Linearbewegungsmechanismus), um den Verschiebungsdetektor 28 und die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen.
Der Arm 24 wird von dem Wagen 22 derart gehalten, dass er in der X-Richtung (ein Beispiel einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung) bewegbar ist. Der Arm 24 wird von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, um sich in der X-Richtung zu bewegen. Der Arm 24 entspricht einem horizontalen Linearbewegungsmechanismus zum Bewegen des Verschiebungsdetektors 28 und der Kamera 34 in der X-Richtung.
Der Verschiebungsdetektor 28 wird von dem Arm 24 gehalten. Der Verschiebungsdetektor 28 beinhaltet eine kontaktfreie Sonde oder eine Kontaktsonde 30.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Sonde 30 zeigt. Bei 202A in 2 ist eine kontraktfreie Sonde 30 dargestellt. Der Verschiebungsdetektor 28 (siehe 1), der die kontaktfreie Sonde 30 enthält, weist auf: ein Lichtemissionselement (nicht gezeigt), das Detektierlicht aussendet; und ein Lichtempfangselement (nicht gezeigt), das reflektiertes Licht des Detektierlichts, das von dem Lichtemissionselement ausgesendet wird, empfängt. Die kontaktfreie Sonde 30 enthält eine optische Faser 38 und einen reflektierenden Spiegel 40. Das von dem Lichtemissionselement (nicht gezeigt) des Verschiebungsdetektors 28 (siehe 1) ausgesandte Licht wird durch die optische Faser 38 zu dem reflektierenden Spiegel 40 geführt, von der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Spiegels 40 reflektiert und trifft auf das Werkstück W. Das reflektierte Licht, das von dem Werkstück W reflektiert wird, trifft auf den reflektierenden Spiegel 40, wird von der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Spiegels 40 reflektiert und wird zu der optischen Faser 38 geführt. Das zu der optischen Faser 38 geführte reflektierte Licht wird einem Lichtempfangselement (nicht gezeigt) des Verschiebungsdetektors 28 zugeführt. Der Verschiebungsdetektor 28 erfasst die Verschiebung des Werkstücks W auf der Grundlage des von dem Lichtempfangselement empfangenen reflektierten Lichts.
Techniken der Verschiebungsdetektoren 28 des kontaktfreien Typs, die hierin anzuwenden sind, können bekannte Verfahren sein, etwa ein Laserinterferometer, ein weißes Interferometer, ein SD-OCT (optische Kohärenztomografie im Spektralbereich), und ein SS-OCT (optische Kohärenztomografie mit überstrichener Quelle).
Zu beachten ist, dass der Verschiebungsdetektor 28 die Verschiebung des Werkstücks W durch Kontakt erfassen kann. In 202B in 2 ist eine Kontaktsonde 30 dargestellt. Die Kontaktsonde 30 enthält an ihrem Ende ein Kontaktelement 42, das in Richtung zu dem Werkstück W gedrückt wird. Wenn das Kontaktelement 42 mit dem Werkstück W in Kontakt tritt, dann wird das Kontaktelement 42 entsprechend der Form des Werkstücks W ausgelenkt bzw. verschoben. Die Verschiebung des Kontaktelements 42 wird über die Sonde 30 auf den Verschiebungsdetektor 28 übertragen. Der Verschiebungsdetektor 28 erfasst die Verschiebung des Werkstücks W auf der Grundlage der Verschiebung des Kontaktelements 42.
Verschiebungserfassungsmechanismen für Verschiebungsdetektoren des Kontakttyps 28, die hier anzuwenden sind, können bekannte Mechanismen sein, etwa ein LVDT (linearer variabler Differentialtransformator), ein Interferometer, ein optisches Triangulationsverfahren und eine Dünnschichtverformungsmessung. Ferner kann in dem Verschiebungsdetektor 28 ein Verfahren angewendet werden, in welchem die Tatsache ausgenutzt wird, wonach das Kontaktelement 42 bei der Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt wird und anschließend der Kontakt den Resonanzpunkt ändert.
Es sei wieder auf die Beschreibung der 1 verwiesen; wenn die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 die Rundheit der kleinen Bohrung H des Werkstücks W misst, wird die Sonde 30 in der Z-Richtung zusammen mit dem Verschiebungsdetektor 28 durch den Wagen 22 in Bewegung versetzt, und wird damit in die kleine Bohrung H des Werkstücks W eingeführt. Der Verschiebungsdetektor 28 erfasst die Verschiebung aufgrund der Bohrungswand (Innenseitenfläche) der kleinen Bohrung H, indem die Sonde 30 verwendet wird.
Die Kamera 34 wird von dem Arm 24 gehalten, wobei die optische Achse Ac (siehe 12) parallel und in der Z-Richtung nach unten gerichtet verläuft.
Die Kamera 34 weist auf: ein koaxiales optisches EPI-Beleuchtungssystem 35 (siehe 3, ein Beispiel eines koaxialen optischen Beleuchtungssystems); und ein optisches Vergrö-ßerungssystem (Mikroskop, nicht dargestellt), das ein zu beobachtendes Objekt vergrößert und projiziert. Das koaxiale optische EPI-Beleuchtungssystem 35 enthält eine Beleuchtungslichtquelle (nicht dargestellt), und einen Halbspiegel (nicht dargestellt), der Licht aus der Beleuchtungslichtquelle als Beleuchtungslicht koaxial zu der optischen Achse Ac der Kamera 34 aussendet. Die Kamera 34 kann ein zu beobachtendes Objekt mit dem Beleuchtungslicht, das koaxial zu der optischen Achse Ac der Kamera verläuft, ausleuchten und kann ein vergrößertes Bild des zu beobachtenden Objekts aufnehmen. Obwohl in diesem Falle eine koaxiale EPI-Ausleuchtung angewendet wird, kann auch eine schräg gerichtete Beleuchtung eingesetzt werden.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10, die auf diese Weise ausgebildet ist, justiert das Werkstück W, führt die Sonde 30 in die kleine Bohrung H des Werkstücks W ein, versetzt den Drehkörper 14 in Drehung, so dass dieser sich relativ zu dem Werkstück W und der Sonde 30 bewegt, erfasst die der Bohrungswand der kleinen Bohrung H hervorgerufene Verschiebung mit dem Verschiebungsdetektor 28 und kann dadurch die Rundheit der kleinen Bohrung messen.
<Elektrischer Aufbau der Messvorrichtung für Innenflächenformen>
3 ist eine Blockansicht, die einen elektrischen Aufbau der Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 zeigt. Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 enthält eine Steuerung 50.
Die Steuerung 50 ist durch einen Computer für Allgemeinzwecke, etwa einen Personalcomputer oder einen Mikrocomputer, implementiert. Die Steuerung 50 enthält eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einen ROM (Festwertspeicher), einen RAM (Direktzugriffsspeicher) und eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle. In der Steuerung 50 werden diverse Programme, etwa in dem ROM gespeicherte Steuerprogramme in den RAM geladen, und die Programme, die in dem RAM geladen werden, werden von CPU ausgeführt, so dass die Funktionen jedes Teils in der Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 verwirklicht werden. Anschließend werden durch die Eingabe/Ausgabeschnittstelle diverse arithmetische Prozesse und Steuerungsprozesse ausgeführt.
Wie in 3 dargestellt ist, enthält die Steuerung 50 eine Messungssteuerung 52, eine Verschiebungserfassungseinheit 54, eine Rundheitsberechnungseinheit 56, eine Beobachtungssteuerung 58, eine Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60, eine Halterungssteuerung 62 und eine Ausgabeeinheit 63.
Die Messungssteuerung 52 steuert die entsprechenden Motoren (nicht dargestellt), die mit dem Wagen 22, dem Arm 24 und dem Drehkörper 14 verbunden sind; sie steuert ferner die relative Position zwischen der Sonde 30, des Verschiebungsdetektors 28 und der kleinen Bohrung H des Werkstücks W.
Die Verschiebungserfassungseinheit 54 steuert den Verschiebungsdetektor 28 und erfasst die durch die Bohrungswand der kleinen Bohrung H hervorgerufene Verschiebung, die von dem Verschiebungsdetektor 28 erfasst wird.
Die Rundheitberechnungseinheit 56 berechnet die Rundheit der kleinen Bohrung H aus der relativen Position zwischen der Sonde 30 und dem Werkstück W, die von der Messungssteuerung 52 erfasst wird, und aus der Verschiebung, die von dem Verschiebungsdetektor 28 erfasst wird.
Die Beobachtungssteuerung (die erste und die zweite Beobachtungssteuerung) 58 steuert die Kamera 34 und erfasst ein Bild, das von der Kamera 34 aufgenommen wird. Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet die Position und die Neigung der kleinen Bohrung H des Werkstücks W aus dem Bild, das von der Beobachtungssteuerung 58 erfasst wird. Die Halterungssteuerung 62 steuert den Motor (nicht dargestellt), der die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 antreibt, auf der Grundlage der Position und der Neigung der kleinen Bohrung H, die von der Linear-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet werden, und ändert die Position und die Neigung der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16. Die Ausgabeeinheit 63 gibt die Information über die kleine Bohrung, die die Position und die Neigung der kleinen Bohrung H enthält, die von der Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 erhalten wurden, an eine Ausgabeschnittstelle aus (nicht dargestellt).
<Justierverfahren>
Wie zuvor beschrieben ist, ist zur Messung der Innenflächenform, etwa der Rundheit der kleinen Bohrung H des Werkstücks W, eine Justierung bzw. Ausrichtung zum Angleichen der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H an die Drehachse A_R des Drehkörpers 14 erforderlich. Die Justierung beinhaltet eine Zentrierung, die die Position in der XY-Ebene einstellt, und eine Neigung, die die Neigung in Bezug auf die XY-Ebene einstellt. Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 kann das Zentrieren und Neigen unter Anwendung der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 ausführen.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Prozessablaufs des Justierverfahrens der Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 darstellt. Dabei sei angenommen, dass das Werkstück W, das eine kleine Bohrung H aufweist, auf der Werkstückmontagehalterung 18 im Voraus befestigt wurde. Die Werkstückmontagehalterung 18 fixiert das Werkstück W, wobei ein Spalt an der unteren Öffnung O_D (siehe 7) der kleinen Bohrung H des Werkstücks W vorgesehen ist (wobei die untere Öffnung O_D nicht blockiert ist).
Im Schritt S1 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht dargestellt) entsprechend dem Ergebnis an, das durch den Geber (nicht dargestellt) des Drehkörpers 14 erfasst wird, und bewegt (dreht) den Drehkörper 14 an eine Position, an der der Drehwinkel ein eingestellter Winkel bzw. Sollwinkel θ = 0° (ein Beispiel eines ersten Drehwinkels) ist.
Im Schritt S2 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht dargestellt) des Arms 24 derart an, dass die Kamera 34 in der Z-Richtung des Werkstücks W nach oben bewegt wird. Des Weiteren steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht dargestellt) des Wagens 22 derart an, dass die Kamera 34 in der Z-Richtung bewegt wird, und sie richtet die Brennpunktsposition der Kamera 34 zu der oberen Öffnung Ou (ein Beispiel einer ersten Position) der kleinen Bohrung H aus.
In dem folgenden Schritt S3 (ein Beispiel eines Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet (bildet ab) die Beobachtungssteuerung 58 die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H, wobei die Kamera 34 verwendet wird. Ferner berechnet die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelspunktskoordinaten (x, y)_OU der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H bei dem festgelegten Winkel θ = 0°.
5 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34 darstellt. In 5 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. Die Brennpunktsebene Fu, die in 5 dargestellt ist, ist eine Ebene, die senkrecht zur optischen Achse Ac der Kamera 34 verläuft und den Brennpunkt der Kamera 34 enthält, und ist hier zu der Position der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H ausgerichtet. Ferner ist der punktschraffierte Teil, der in 5 gezeigt ist, ein optischer Weg für Licht, das auf die Kamera 34 einfällt, um die obere Öffnung Ou zu beobachten, und das in 5 dargestellte Bild lou ist ein Bild (in der Z-Richtungsansicht) des Wandbereichs der oberen Öffnung Ou, der von der Kamera 34 beobachtet bzw. abgebildet wird.
6 ist eine Ansicht, die die Drehachse A_R des Drehkörpers 14, die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H des Werkstücks W an dem gegebenen Winkel θ = 0° des Drehkörpers 14, die Positionsbeziehung zwischen dem Abbildungsbereich R der Kamera 34 und dem Bild lou, das im Schritt S3 in dem Abbildungsbereich R aufgenommen wird, zeigt. In 6 ist der Abbildungsbereich R in der Z-Richtungsansicht dargestellt, und das Werkstück W ist im Querschnitt in der Y-Richtungsansicht gezeigt.
Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0U der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H mit dem eingestellten Winkel θ = 0° aus dem Bild I_0U.
Als nächstes steuert im Schritt S4 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, so dass die Kamera 34 in der Z-Richtung bewegt wird, und justiert die Brennpunktsposition der Kamera 34 auf die untere Öffnung O_D (ein Beispiel einer zweiten Position), deren Position in der Z-Richtung sich von derjenigen der oberen Öffnung O_DU der kleinen Bohrung H unterscheidet.
Im folgenden Schritt S5 (ein Beispiel des Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Ferner berechnet die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 0°.
7 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34 zeigt. In 7 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. Wie in 7 gezeigt ist, ist die Brennpunktsebene F_D zu der Position der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H ausgerichtet. Ferner ist der in 7 dargestellte punktschraffierte Teil ein optischer Weg für Licht, das auf die Kamera 34 fällt, um die untere Öffnung O_D zu beobachten, und das Bild I_0U, das in 7 gezeigt ist, ist ein Bild (in der Z-Richtungsansicht) des Randbereichs der unteren Öffnung O_D, die von der Kamera 34 abgebildet wird.
8 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen der Drehachse A_R des Drehkörpers 14, der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W unter dem festgelegten Winkel θ = 0° des Drehkörpers 14 und dem Bild I_0D, das im Schritt S5 in dem Abbildungsbereich R einer Kamera 34 aufgenommen wird, zeigt. In 8 ist der Abbildungsbereich R in der Z-Richtungsansicht dargestellt, und das Werkstück W ist in der Y-Richtungsansicht im Querschnitt gezeigt.
Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter den festgelegten Winkel bzw. Sollwinkel θ = 0° ausgehend von dem Bild I_0D.
Als nächstes steuert im Schritt S6 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) entsprechend dem Ergebnis an, das von dem Geber (nicht dargestellt) des Drehkörpers 14 erhalten wird, und bewegt dadurch den Drehkörper 14 an eine Position, an der der Drehwinkel ein festgelegter Winkel bzw. Sollwinkel θ = 180° ist (ein Beispiel eines zweiten Drehwinkels).
Im Schritt S7 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen, und richtet die Brennpunktsposition der Kamera 34 zu der oberen Öffnung Ou aus.
In dem folgenden Schritt S8 (ein Beispiel des Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 unter Anwendung der Kamera 34 die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H. Ferner berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180° aus dem Bild I_180U.
9 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen der Drehachse A_R des Drehkörpers 14, der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H des Werkstücks W unter dem festgelegten Winkel θ = 180° des Drehkörpers 14 und dem Bild I_0U, das in Schritt S8 in dem Abbildungsbereich R der Kamera 34 erfasst wird, zeigt. In 9 ist der Abbildungsbereich R in der Z-Richtungsansicht dargestellt, und das Werkstück W ist in der Y-Richtungsansicht im Querschnitt gezeigt.
Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180° aus dem Bild I_180U.
Als nächstes steuert im Schritt S9 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen, und justiert die Brennpunktsposition der Kamera 34 in Bezug auf die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H.
In dem folgenden Schritt S10 (ein Beispiel des Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Des Weiteren berechnet die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180° aus dem Bild I_180D.
10 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen der Drehachse A_R des Drehkörpers 14, der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W unter dem festgelegten Winkel θ = 180° des Drehkörpers 14 und dem Bild I_0D, das im Schritt S10 in dem Abbildungsbereich R der Kamera 34 erhalten wird, zeigt. In 10 ist der Abbildungsbereich R in der Z-Richtungsansicht dargestellt, und das Werkstück W ist in der Y-Richtungsansicht im Querschnitt gezeigt.
Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 berechnet die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180° aus dem Bild I_180D.
Im Schritt S11 (ein Beispiel eines Positions-und-Neigungsberechnungsschritts) berechnet die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 die Position und die Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W in Bezug auf die Drehachse A_R des Drehkörpers 14 aus den Mittelpunktskoordinaten (x, y)ou der oberen Öffnung Ou und der Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 0° und aus den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou und der Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180°.
Im Schritt S12 ermittelt die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60, ob die Abweichung zwischen der Position und der Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W und der Drehachse A_R innerhalb des Sollwerts liegt. Wenn die Abweichung größer als der Sollwert ist, dann führt die Steuerung 50 den Prozessablauf des Schritts S13 aus. Wenn die Abweichung innerhalb des Sollwerts liegt, dann endet der Prozessablauf dieses Flussdiagramms.
Im Schritt S13 berechnet die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit 60 einen Bewegungsbetrag der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16. 11 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Bewegungszielkoordinaten Cu(x, y) der oberen Öffnung Ou und der Bewegungszielkoordinaten C_D(_X, y) der unteren Öffnung O_D. 11 zeigt die Positionsbeziehung für: die Mittelpunktskoordinaten (x, y)ou der oberen Öffnung Ou und die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 0°; die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou und die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = 180°; die Bewegungszielkoordinaten Cu(x, y) der oberen Öffnung Ou; und die Bewegungszielkoordinaten C_D(_X, y) der unteren Öffnung O_D.
Wie in 11 gezeigt ist, werden die Bewegungszielkoordinaten Cu(x, y) der oberen Öffnung Ou ausgedrückt als: $C_{U} (x,y) = {{(x, y)}_{0U} + {(x,y)}_{180 U}} / 2$
In ähnlicher Weise werden die Bewegungszielkoordinaten C_D(_X, y) der unteren Öffnung O_D ausgedrückt als: $C_{D} (x,y) = {(x,y) O_{0D} + {(x,y)}_{180 D}} / 2$
Die Positions-und-Neigungsberechnungseinheit berechnet den Bewegungsbetrag für die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 aus den Bewegungszielkoordinaten Cu(x, y) der oberen Öffnung Ou und den Bewegungszielkoordinaten C_D(_X, y) der unteren Öffnung O_D. Die Ausgabeeinheit 63 erhält den Bewegungsbetrag (ein Beispiel der Information über die kleine Bohrung) der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16, der von der Linear-und-Neigungsberechnungseinheit berechnet ist, und gibt diesen Betrag an die Halterungssteuerung 62 aus (ein Beispiel eines Ausgabeschritts).
Im Schritt S14 (ein Beispiel eines Halterungssteuerungsschritts) steuert die Halterungssteuerung 62 den Motor (nicht gezeigt) der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 auf der Grundlage des im Schritt S13 berechneten Bewegungsbetrags an, um damit die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 an die Zielposition zu bewegen. Danach geht der Ablauf zum Schritt S1 weiter, und die Steuerung 50 führt den gleichen Prozessablauf aus. Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 wiederholt diesen Prozessablauf, und erzeugt dadurch eine Abweichung zwischen der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W und der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 innerhalb des Sollwerts.
Wie zuvor beschrieben ist, ermöglicht es das Justierverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dass die Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 ausgerichtet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist es nicht erforderlich, dass die optische Achse Ac der Kamera 34 zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 ausgerichtet wird, und daher ist es möglich, die Justierung mit einem einfachen Aufbau vorzunehmen. Das Justierverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist effizient, wenn die kleine Bohrung H eine Bohrung mit einem sehr kleinen Durchmesser mit einem Innendurchmesser von 500 µm oder weniger ist. Insbesondere ist das Justierverfahren besonders effizient, wenn der Durchmesser der kleinen Bohrung H 200 µm oder weniger und der Durchmesser der Sonde 30 100 µm oder weniger beträgt. Ferner kann die kleine Bohrung H einen Durchmesser haben, der größer als 500 µm ist.
Dabei wird der Sollwinkel θ des Drehwinkels des Drehkörpers 14 beim Beobachten der oberen Öffnung Ou und der unteren Öffnung O_D unter Anwendung der Kamera 34 auf θ = 0° und θ = 180° festgelegt, die somit Winkel sind, die sich voneinander um 180° unterscheiden. Dies ermöglicht eine genaue Berechnung der Abweichung zwischen der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W und der Drehachse A_R.
Um ferner die Zylindrizität des Werkstücks W mit hoher Genauigkeit zu messen, weist die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 die Säule 20 auf, die parallel zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 verläuft. In der vorliegenden Ausführungsform wurde beim Umschalten des Beobachtens zwischen der oberen Öffnung Ou und der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H die Brennpunktsposition der Kamera 34 unter Anwendung des vertikalen Bewegungsmechanismus des Wagens 22 verschoben. Dadurch wird der Brennpunktssteuerungsmechanismus der Kamera 34 unnötig und es wird eine Justierung bzw. Ausrichtung mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Beispielsweise verschiebt sich die Position der Drehachse in der Brennpunktsebene nicht, wodurch es möglich ist, ein optisches System mit hoher Vergrößerung einzusetzen.
Des Weiteren kann die Ausgabeeinheit 63 den Bewegungsbetrag (ein Beispiel der Information über die kleine Bohrung) der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16, die aus der Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 erhalten wird, an eine Ausgabeschnittstelle (nicht gezeigt) oder dergleichen ausgeben (ein Beispiel des Ausgabeschritts). Des Weiteren kann die Ausgabeeinheit 63 die Information über die kleine Bohrung, die die Position und die Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W in Bezug auf die Drehachse A_R des Drehkörpers 14 enthält, die im Schritt S11 berechnet wurden, erhalten, und kann die Information über die kleine Bohrung an eine Ausgabeschnittstelle (nicht dargestellt) oder dergleichen ausgeben (ein Beispiel des Ausgabeschritts). Der Anwender kann die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 auf der Grundlage der ausgegebenen Information manuell bedienen, um dadurch die Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 auszurichten. In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Ausgabeeinheit 63 den erhaltenen Bewegungsbetrag an die Halterungssteuerung 62 aus.
<Werkstückmontagehalterung>
Die Beobachtung der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H erfordert, dass der Winkel (Neigung) der kleinen Bohrung H innerhalb eines gewissen Bereichs gehalten wird, wenn das Werkstück W auf der Werkstückmontagehalterung 18 montiert wird.
12 ist eine Ansicht, die Beziehungen zwischen der Kamera und der kleinen Bohrung des Werkstücks, die durch die Werkstückmontagehalterung festgelegt sind, zeigt. In 12 zeigt 212A den maximalen Winkel des Beobachtungslichts, das auf die Objektivlinse (nicht gezeigt) der Kamera 34 auftrifft, in Bezug auf die optische Achse Ac. Wie in 212A gezeigt ist, wird die Anzahl der Öffnungen bzw. die numerische Apertur der Objektivlinse der Kamera 34 NA durch den folgenden Ausdruck berechnet: $NA = n \times sin θ_{obj}$
wobei:θ_obj der maximale Winkel des auf die Objektivlinse auftreffenden Beobachtungslichts in Bezug auf die optische Achse Ac der Kamera 34 ist, und n der Brechungsindex des optischen Wegs des Beobachtungslichts ist. Unter der Annahme, dass der Brechungsindex n der Luft in dem optischen Weg des Beobachtungslichts gleich 1,0 ist, ist daher eine Werkstückmontagehalterung 18 erforderlich, die in der Lage ist, das Werkstück W so zu positionieren, dass erfüllt ist: $θ_{work} < asin (NA)$
wobei: θ_work der Neigungswinkel der kleinen Bohrung H in Bezug auf die Drehachse A_R des Drehkörpers 14 ist.
In 12 zeigt 212B eine Beziehung zwischen der Kamera 34 und dem Werkstück W, wenn eine Beziehung θ_work < θ_obj besteht. In 212B ist das Werkstück W im Querschnitt dargestellt. Der in 212B gezeigte optische Weg P ist ein optischer Weg, der zum Beobachten der unteren Öffnung O_D aus den optischen Wegen für das Beobachtungslicht, das auf die Kamera 34 einfällt, verwendet werden kann. Auf diese Weise ist es in dem in 212B dargestellten Fall möglich, die untere Öffnung O_D unter Anwendung der Kamera 34 zu beobachten.
In 12 zeigt 212C eine Beziehung zwischen der Kamera 34 und dem Werkstück W, wenn eine Beziehung θ_work > θ_obj besteht. In 212C ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. In dem 212C dargestellten Falle erreicht das Beobachtungslicht der unteren Öffnung O_D die Kamera 34 nicht, und es ist nicht möglich, die untere Öffnung O_D unter Anwendung der Kamera 34 zu beobachten.
<Position zum Beobachten der kleinen Bohrung>
Das vorhergehende Beispiel zeigt ein Beispiel zum Beobachten der oberen Öffnung O_DU und der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H. Jedoch ist die Position zur Beobachtung der kleinen Bohrung H nicht auf die Öffnung beschränkt, und es kann diesbezüglich eine Zwischenposition der kleinen Bohrung H genutzt werden.
13 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten unter Anwendung der Kamera 34 an einer Zwischenposition O_H (ein Beispiel einer zweiten Position) zeigt, deren Lage sich in der Z-Richtung von derjenigen der oberen Öffnung O_DU und der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unterscheidet. In 13 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. Die in 13 dargestellte kleine Bohrung H hat ein großes R an dem Randbereich der unteren Öffnung O_D (die untere Öffnung O_D hat eine R-Form). Folglich ist in dem in 13 dargestellten Beispiel die Brennpunktsebene F_H zu der Zwischenposition O_H der kleinen Bohrung H ausgerichtet. Ferner ist der in 13 gezeigte punktschraffierte Bereich ein optischer Weg für Licht, das auf die Kamera 34 trifft, um die Zwischenposition O_H zu beobachten. Das in 13 dargestellte Bild I_0H ist das Bild (in der Z-Richtungsansicht) der Zwischenposition O_H, das von der Kamera 34 aufgenommen wird.
Wenn die obere Öffnung O_DU und die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H Anschrägungen oder Rs aufweisen und es schwierig ist, die Randform der kleinen Bohrung H zu beobachten, ist es auf diese Weise möglich, die Zwischenposition der kleinen Bohrung H zu beobachten. Durch die Verwendung der Zwischenposition der kleinen Bohrung H können bei der Erfassung der Position der kleinen Bohrung H Techniken zur Auswahl von Gebieten mit hohem Kontrast (fokussierten Gebieten) in einem Bild, zur Messung unter Anwendung weißer Interferenzverfahren, und dergleichen, eingesetzt werden.
<Fall, in welchem die Position einer kleinen Bohrung deutlich von der Drehachse abweicht>
Wenn in dem vorhergehenden Beispiel der Drehkörper 14 gedreht wird, dann liegt die kleine Bohrung H stets innerhalb des Abbildungsbereichs der Kamera 34, die in der X-Richtung fixiert ist. Anders ausgedrückt, die kleine Bohrung H wird von Anfang an an einer Position angeordnet, die nahe an der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 derart liegt, dass sie innerhalb des Abbildungsbereichs der Kamera 34 liegt. Auch wenn die kleine Bohrung H so angeordnet ist, dass sie deutlich von der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 abweicht, ermöglicht das Betreiben des horizontalen Linearbewegungsmechanismus es dennoch, dass die gleiche Technik angewendet wird.
14 ist eine schematische Ansicht, die das Beobachten der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34 in einer Zeitabfolge zeigt, wenn die kleine Bohrung H des Werkstücks W so angeordnet wird, dass sie deutlich von der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 abweicht.
In 14 zeigt 214A einen Zustand, in welchem die kleine Bohrung H des Werkstücks W nicht innerhalb des Abbildungsbereichs der Kamera 34 liegt. Dazu bewegt die Messungssteuerung 52 den Drehkörper 14 an eine Position, an der der Drehwinkel ein festgelegter Winkel θ = θ_A ist. Der festgelegte Winkel bzw. Sollwinkel θ = θ_A ist ein Winkel, unter welchem die kleine Bohrung H des Werkstücks W und der Arm 24 in der Z-Richtungsansicht überlappen. Die Bewegung hin zu der Position an dem festgelegten Winkel θ = θ_a, kann unter anderem ausgeführt werden durch: Positionieren des Drehkörpers 14 unter Anwendung einer Montagehalterung; oder Bewegen des Drehkörpers 14 an jede Position der Kamera 34, die durch Bewegung des Arms 24 positioniert wird, um die kleine Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34 zu suchen.
In 14 zeigt 214B, wie die Beobachtungssteuerung 58 den Arm 24, der ein horizontaler Linearbewegungsmechanismus ist, an die Position P_A bewegt, an der die kleine Bohrung H in das Sichtfeld der Kamera 34 eintritt. An dieser Position P_A beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die obere Öffnung Ou und die untere Öffnung O_'D der kleinen Bohrung H, wobei die Kamera 34 verwendet wird. Anschließend berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_AU der oberen Öffnung Ou und die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_AD der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = θ_A. Ferner speichert die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Position P_A des Arms 24.
In 14 zeigt 214C, wie die Messungssteuerung 52 den Drehkörper 14 an eine Position bewegt, an der der Drehwinkel ein festgelegter Winkel θ = θ_A + 180° = θ_B ist.
In 14 zeigt 214D, wie die Beobachtungssteuerung 58 den Arm 24, der ein horizontaler Linearbewegungsmechanismus ist, an eine Position P_B bewegt, an der die kleine Bohrung H in das Sichtfeld der Kamera 34 eintritt. An dieser Position P_B beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die obere Öffnung Ou und die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H, wobei die Kamera 34 verwendet wird. Anschließend berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_BU der oberen Öffnung Ou und die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_BD der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = θc. Des Weiteren speichert die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Position P_B des Arms 24.
Die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 ist in der Lage, die Position und die Neigung der kleinen Bohrung H des Werkstücks W in Bezug auf die Drehachse A_R des Drehkörpers 14 aus den folgenden gewonnenen Faktoren zu berechnen; den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_AU der oberen Öffnung Ou und den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_AD der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter dem festgelegten Winkel θ = θ_A, und der Position des Arms 24 P_A; und den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_BU der oberen Öffnung Ou und den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_BD der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H an dem festgelegten Winkel θ = θ_D und der Position des Arms 24 P_B.
<Andere Beispiele zum Berechnen der Position und der Neigung der kleinen Bohrung>
Das vorhergehende Beispiel zeigt ein Beispiel für das Beobachten mit zwei Drehwinkeln, jedoch kann der Drehwinkel des Drehkörpers 14 auf drei oder mehr Winkel festgelegt werden, oder er kann kontinuierlich verstellt werden. Beispielsweise können die Position und die Neigung der kleinen Bohrung H aus der Ortskurve der Mittelpunktskoordinaten berechnet werden.
15 ist eine Ansicht, die eine Ortskurve bzw. Bahn Tu der Mittelpunktskoordinaten der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H in dem Abbildungsbereich R der Kamera 34 zeigt, wenn der Drehkörper 14 sich dreht. Dabei zeigt die Ortskurve, wann der Drehwinkel des Drehkörpers 14 von dem festgelegten Winkel θ = 0° auf den festgelegten Winkel θ = 90° gedreht wird. Aus dieser Ortskurve Tu berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 (x, y)_0U, (x, y)_15U, (x, y)_30U, (x, y)_45U, (x, y)_60U, (x, y)_75U und (x, y)_90U, die entsprechend Mittelpunktskoordinaten der festgelegten Winkel θ = 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° und 90° sind, und sie berechnet die Bewegungszielkoordinaten, d. h., die Koordinaten der Drehachse A_R, aus diesen berechneten Mittelpunktskoordinaten.
Auf diese Weise kann die Berechnung ohne Drehung des Drehkörpers 14 um 180° ausgeführt werden, so dass die Ausrichtung beschleunigt werden kann. Des Weiteren gibt es viel Information, die bei der Ermittlung des Drehmittelpunkts verwendet werden kann, wodurch es möglich ist, die Bewegungszielkoordinaten mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
<Lichtintensitätseinstellung>
16 ist eine Ansicht, die einen optischen Weg des Lichts, das auf die Kamera einfällt, zeigt, um die untere Öffnung der kleinen Bohrung des Werkstücks zu beobachten. 216A der 16 zeigt einen optischen Weg des Lichts, das auf die Kamera 34 einfällt, um die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zu beobachten. In 216A ist das Werkstück W im Querschnitt dargestellt. Wie in 216A gezeigt ist, kann der optische Weg, der zur Beobachtung der unteren Öffnung O_D verwendet wird, gegebenenfalls nur eine kleine Lichtintensität aufweisen. Anders ausgedrückt, die Beobachtung der unteren Öffnung O_D kann aufgrund der unzureichenden Lichtintensität im Vergleich zu der Beobachtung der oberen Öffnung Ou schwierig sein. Daher kann es einen Mechanismus geben, um die Lichtintensität beim Beobachten der unteren Öffnung O_D im Vergleich zu derjenigen Intensität beim Beobachten der oberen Öffnung Ou zu erhöhen.
In 216B der 16 ist ein Zustand dargestellt, in welchem eine Lichtquelle 70 für die Ausleuchtung einer kleinen Bohrung H auf Seite der unteren Öffnung O_D angeordnet ist. In 216B ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. Die Lichtquelle 70 beleuchtet die kleine Bohrung H von der unteren Öffnung O_D her (ein Beispiel der Öffnung auf Seite der Linear- und Neige-Bewegungshalterung). Die Lichtquelle 70 hat vorzugsweise eine geringe Kohärenz, um ein Speckelrauschen zu reduzieren. Die zu verwendende Lichtquelle 70 kann beispielsweise eine Lichtquelle aus einer LED (Leuchtdiode) oder mit ASE (verstärkte spontane Emission) sein. Bevorzugter ist es, dass die Mitte der Lichtquelle 70 zu der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 ausgerichtet ist.
Somit macht es die Anordnung der Lichtquelle auf Seite der unteren Öffnung O_D möglich, die Formkante der unteren Öffnung O_D hervorzuheben. Dies erleichtert die Beobachtung der unteren Öffnung O_D und ermöglicht eine Justierung mit hoher Genauigkeit.
<Einfügen eines Reflektors>
Abhängig von der Form des Werkstücks W kann es schwierig sein, die untere Öffnung O_D zu beobachten. 17 ist eine Ansicht, die Zustände beim Beobachten der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W unter Anwendung der Kamera 34 zeigt. In 17 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. Das in 17 dargestellte Werkstück W hat einen anderen Teilbereich des Werkstücks W, der asymmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt der unteren Öffnung O_D auf Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H angeordnet ist. Folglich hat, wie in 217A der 17 gezeigt ist, die untere Öffnung O_D des Werkstücks W abhängig von der Position bzw. Lage unterschiedliche reflektierte Lichtintensitäten, wodurch es schwierig ist, die untere Öffnung O_D zu beobachten bzw. abzubilden.
Ferner hat das in 17 dargestellte Werkstück W wenig Platz auf Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H. Daher ist, wie in 217B der 17 dargestellt ist, der Platz zum Einfügen der Lichtquelle 70 unzureichend, und die Lichtquelle 70 kann nicht auf Seite der unteren Öffnung O_D angeordnet werden.
Wie ferner in 217C der 17 gezeigt ist, ist es möglich, den Reflektor 72 auf Seite der unteren Öffnung O_D einzufügen. Jedoch erfordert der geringe Platz auf Seite der unteren Öffnung O_D eine genaue Positionierung. Ferner kann der Reflektor 72 mit dem Werkstück W kollidieren und das Werkstück W beschädigen.
Im Hinblick auf derartige Probleme kann ein flexibler bzw. biegsamer Reflektor auf Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W eingefügt werden, um die Lichtintensität beim Beobachten der unteren Öffnung O_D zu erhöhen.
18 ist eine Ansicht, die das Einfügen eines schwammartigen Reflektors 80 auf der Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zeigt. In 18 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. In 18 zeigt 218A den schwammartigen Reflektor 80 vor dem Einführen, und 218B zeigt den schwammartigen Reflektor 80 nach dem Einfügen.
Der schwammartige Reflektor 80 ist ein reflektierendes Element mit Elastizität und Biegsamkeit. Der schwammartige Reflektor 80 reflektiert das Licht, das aus der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H einfällt (ein Beispiel einer Öffnung auf Seite der Kamera), zu der kleinen Bohrung H auf Seite der unteren Öffnung O_D (ein Beispiel einer Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung). Der schwammartige Reflektor 80 besitzt wünschenswerterweise eine Farbe, etwa Weiß, die eine hohe Reflektivität für das Licht zeigt. Der schwammartige Reflektor 80 ist biegsam, so dass er in einen kleinen Raumbereich auf Seite der unteren Öffnung O_D eingefügt werden kann.
Wenn ein derartiger schwammartiger Reflektor 80 auf Seite der unteren Öffnung O_D eingefügt ist, kann er damit die Lichtintensität beim Beobachten der unteren Öffnung O_D erhöhen. Dies ermöglicht das Beobachten der unteren Öffnung O_D und erlaubt eine Justierung mit hoher Genauigkeit. Ferner verformt sich der schwammartige Reflektor 80 entsprechend der Form des Werkstücks W auf Seite der unteren Öffnung O_D. Dies erfordert keine genaue Formanpassung oder Positionierung und ist zudem kosteneffizient. Ferner ist der schwammartige Reflektor 80 flexibel bzw. nachgiebig, so dass dies die Wirkung hat, dass es keine Bedenken hinsichtlich einer Beschädigung des Werkstücks W gibt.
Des Weiteren ist 19 eine Ansicht, die das Einfügen eines lehmartigen bzw. knetbaren Reflektors 82 auf der Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zeigt. In 19 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. In 19 zeigt 219A den lehmartigen Reflektor 82 vor dem Einfügen, und 219B zeigt den lehmartigen Reflektor 82 nach dem Einfügen.
Der tonartige Reflektor 82 ist ein reflektierendes Element mit elastischem Verhalten und Biegsamkeit. Der lehmartige Reflektor 82 reflektiert das Licht, das aus der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H einfällt (ein Beispiel einer Öffnung auf Seite der Kamera), zu der kleinen Bohrung H an der unteren Öffnung O_D (ein Beispiel einer Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung). Der lehmartige Reflektor 82 hat vorzugsweise eine Farbe, etwa Weiß, die eine hohe Reflektivität für Licht zeigt. Der lehmartige Reflektor 82 ist nachgiebig derart, dass er in einen kleinen Raumbereich auf Seite der unteren Öffnung O_D eingefügt werden kann.
Wenn ein derartiger tonartiger Reflektor 82 auf Seite der unteren Öffnung O_D eingefügt ist, kann dadurch die Lichtintensität beim Beobachten der unteren Öffnung O_D erhöht werden. Dies erleichtert die Beobachtung der unteren Öffnung O_D und erlaubt eine Justierung mit hoher Genauigkeit. Ferner verformt sich der lehmartige Reflektor 82 entsprechend der Form des Werkstücks W auf Seite der unteren Öffnung O_D. Dies erfordert keine genaue Formanpassung oder Positionierung und ist kosteneffizient. Ferner ist der lehmartige Reflektor 82 nachgiebig, so dass sich daraus die Wirkung ergibt, wonach keine Bedenken hinsichtlich einer Beschädigung des Werkstücks W bestehen.
Ferner ist 20 eine Ansicht, die das Einfügen eines Streuelements 84 auf Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zeigt. In 20 ist das Werkstück W im Querschnitt gezeigt. In 20 zeigt 22A das Streuelement 84 vor dem Einfügen, und 22B zeigt das Streuelement 84 nach dem Einfügen.
Das Streuelement 84 ist ein Schwamm mit einer Struktur mit offenen Zellen, die Elastizität und Biegsamkeit besitzt. Das Streuelement 84 wird auf Seite der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H angeordnet (ein Beispiel einer Seite gegenüberliegend zur Kameraseite). Das Streuelement 84 ist biegsam derart, dass es in einen kleinen Raumbereich auf Seite der unteren Öffnung O_D eingefügt werden kann. Es wird eine Lichtquelle 70 an dem Streuelement 84 angebracht. Die Lichtquelle 70 sendet Licht aus, das auf das Streuelement 84 fällt. Das auf das Streuelement 84 aus der Lichtquelle 70 einfallende Licht erfährt mehrere Streuungen im Inneren des Streuelements 84 und fällt dann auf die untere Öffnung O_D.
Das Anordnen eines derartigen Streuelements 84 auf Seite der unteren Öffnung O_D ermöglicht, dass das Streuelement 84 aufgrund der Vielfachstreuung eine Oberflächenlichtquelle bildet. Dies kann zu einer Erhöhung der Lichtintensität beim Beobachten der unteren Öffnung O_D führen. Dies wiederum ermöglicht das Beobachten der unteren Öffnung O_D und erlaubt eine Justierung mit hoher Genauigkeit. Des Weiteren verformt sich das Streuelement 84 entsprechend der Form des Werkstücks W auf Seite der unteren Öffnung O_D. Dies erfordert keine genaue Formanpassung oder Positionierung und ist kosteneffizient. Ferner ist das Streuelement 84 nachgiebig derart, dass es die Wirkung hat, dass es keine Bedenken hinsichtlich der Beschädigung des Werkstücks W gibt.
<Weitere Ausführungsform>
Die vorhergehenden Ausführungsformen beschreiben Beispiele zur Berechnung der Position und der Neigung der kleinen Bohrung H immer dann, wenn die Innenflächenform des Werkstücks W gemessen wird. Jedoch ist es auch möglich, dass die Position der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 im Voraus aufgezeichnet wird, und dass das Werkstück W unter Anwendung der aufgezeichneten Drehmittelpunktskoordinaten, die im Weiteren hier auch als Drehmittelpunktskoordinaten bezeichnet werden (siehe 15), ausgerichtet wird.
21 ist ein Flussdiagramm, das den Prozessablauf eines Justierverfahrens einer Messvorrichtung für Innenflächenformen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 21 gezeigt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Position (Drehmittelpunktskoordinaten) der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 unter Anwendung eines Referenzwerkstücks W_R gemessen und aufgezeichnet (Schritt S100).
Als Nächstes wird unter Anwendung der in Schritt S100 aufgezeichneten Drehmittelpunktskoordinaten das Werkstück W, das das zu messende Objekt ist, ausgerichtet bzw. justiert (Schritt S200), und das Werkstück W wird gemessen (Schritt S300). Anschließend werden die Schritte S200 bis S300 wiederholt, bis die Messung aller Werkstücke W abgeschlossen ist (Schritt S400).
Das Folgende beschreibt den Schritt der Aufzeichnung der Position der Drehmittelpunktskoordinaten (Schritt S100) in der vorliegenden Ausführungsform mit Verweis auf 22.
Zunächst wird im Schritt S102 das Referenzwerkstück W_R auf der Werkstückmontagehalterung 18 montiert. Dabei hat das Referenzwerkstück W_R eine Form, die einer kleinen Bohrung (ein Beispiel eines lochartigen Musters, beispielsweise ein Kreis) ebenso wie beim Werkstück W entspricht, das ein zu messendes Objekt ist, und es ist ferner ein Werkstück, dessen Form (beispielsweise die Größe des Außendurchmessers und des Bohrungsdurchmessers) in genauer Weise im Voraus gemessen wird und daher bekannt ist. Das zu verwendende Werkstück W_R kann beispielsweise ein Werkstück sein, das aus dem gleichen Material hergestellt ist und im Wesentlichen die gleiche Form hat wie das Werkstück, das das zu messende Objekt ist.
Anschließend steuert im Schritt S104 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) entsprechend dem Ergebnis an, das von dem Geber (nicht dargestellt) des Drehkörpers 14 erfasst wird, und bewegt (dreht) den Drehkörper 14 an eine Position, an der der Drehwinkel der festgelegte Winkel θ = 0° (ein Beispiel des ersten Drehwinkels) ist.
Im Schritt 106 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Arms 24 an, so dass die Kamera 34 in der Z-Richtung des Referenzwerkstücks W_R nach oben bewegt wird. Ferner steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen, um damit die Brennpunktsposition der Kamera 34 zu der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H (ein Beispiel der ersten Position) auszurichten.
In dem folgenden Schritt S108 (ein Beispiel eines ersten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet (bildet ab) die Beobachtungssteuerung 58 unter Anwendung der Kamera 34 die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H. Ferner berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y) ou der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 0°.
Als Nächstes steuert im Schritt S110 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht dargestellt) des Wagens 22 an, um die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen, um damit die Brennpunktsposition der Kamera 34 zu der unteren Öffnung O_D (ein Beispiel der zweiten Position) auszurichten, deren Position in der Z-Richtung sich von derjenigen der oberen Öffnung O_DU der kleinen Bohrung H unterscheidet.
In dem folgenden Schritt S112 (ein Beispiel des ersten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Ferner berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 0°.
Als nächstes steuert im Schritt S114 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) entsprechend dem Ergebnis an, das von dem Geber (nicht gezeigt) des Drehkörpers 14 erfasst wird, um den Drehkörper 14 an eine Position zu bewegen, an der der Drehwinkel der festgelegte Winkel θ = 180° ist (ein Beispiel eines zweiten Drehwinkels).
Im Schritt S116 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um damit die Kamera 34 in der Z-Richtung zu bewegen, so dass die Brennpunktsposition der Kamera 34 auf die obere Öffnung Ou justiert wird.
In dem folgenden Schritt S118 (ein Beispiel des ersten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 unter Anwendung der Kamera 34 die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H. Ferner berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 180° aus dem Bild I_180U.
Als nächstes steuert im Schritt S120 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um die Kamera 34 in der Z-Richtung zur Justierung der Brennpunktsposition der Kamera 34 an die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H zu bewegen.
In dem folgenden Schritt S122 (ein Beispiel des ersten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Ferner berechnet die Linear-und-Neigungsberechnungseinheit 60 aus dem Bild I_180D die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 180°.
Im Schritt S124 (ein Beispiel eines Drehwinkelmittelpunktskoordinatenberechnungsschritts) berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Position (Drehmittelpunktskoordinaten) der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 aus den Mittelpunktskoordinaten (x, y)ou der oberen Öffnung Ou und den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_0D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 0°, und aus den Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180U der oberen Öffnung Ou und der Mittelpunktskoordinaten (x, y)_180D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H für den festgelegten Winkel θ = 180°. Anschließend speichert im Schritt S126 die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die in dem Schritt S124 berechneten Drehmittelpunktskoordinaten in der Speichereinheit der Steuerung 50.
Im Folgenden sind die Justierschritte für das Werkstück W, das das zu messende Objekt ist, mit Verweis auf 23 beschrieben.
Zunächst wird im Schritt S202 das Werkstück W, das das zu messende Objekt ist, auf der Werkstückmontagehalterung 18 montiert.
Im Schritt 204 steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Arms 24 an, so dass die Kamera 34 in der Z-Richtung des Werkstücks W nach oben bewegt wird. Ferner steuert die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 derart an, dass die Kamera 34 in der Z-Richtung bewegt wird, um damit die Brennpunktsposition der Kamera 34 auf die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H (ein Beispiel einer dritten Position) zu justieren.
In dem folgenden Schritt S206 (ein Beispiel eines zweiten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet (bildet ab) die Beobachtungssteuerung 58 die obere Öffnung Ou der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Des Weiteren berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)u der oberen Öffnung Ou der kleinen Bohrung H.
Anschließend steuert im Schritt S208 die Messungssteuerung 52 den Motor (nicht gezeigt) des Wagens 22 an, um damit die Kamera 34 zur Justierung der Brennpunktsposition der Kamera 34 an die untere Öffnung O_D (ein Beispiel einer vierten Position), deren Position in der Z-Richtung sich von derjenigen der oberen Öffnung O_DU der kleinen Bohrung H unterscheidet, zu bewegen.
In dem folgenden Schritt S210 (ein Beispiel des zweiten Beobachtungssteuerungsschritts) beobachtet die Beobachtungssteuerung 58 die untere Öffnung O_D der kleinen Bohrung H unter Anwendung der Kamera 34. Des Weiteren berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Mittelpunktskoordinaten (x, y)_D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H.
Im Schritt 212 (ein Beispiel des Positions- und Neigungsberechnungsschritts) berechnet zunächst die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Position und die Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W aus den Mittelpunktskoordinaten (x, y) _U der oberen Öffnung Ou und der Mittelpunktskoordinaten (x, y)_D der unteren Öffnung O_D der kleinen Bohrung H, die entsprechend in den Schritten S206 und S210 berechnet wurden. Anschließend liest die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 die Position (Drehmittelpunktskoordinaten) der Drehachse A_R des Drehkörpers 140, die im Schritt 124 der 22 berechnet wird, aus der Speichereinheit der Steuerung 50 aus und berechnet die Position und die Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Referenzwerkstücks W_R in Bezug auf die Position (Drehmittelpunktskoordinaten) der Drehachse A_R des Drehkörpers 14. Dabei agiert die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 als eine Drehmittelpunktskoordinatenberechnungseinheit.
In Schritt S214 ermittelt die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60, ob eine Abweichung der Position und der Neigung der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W zu der Drehachse A_R innerhalb des Sollwertes liegt. Wenn die Abweichung größer als der Sollwert ist, dann führt die Steuerung 50 den Prozessablauf des Schritts S216 aus. Wenn die Abweichung innerhalb des Sollwerts liegt, ist der Prozessablauf dieses Flussdiagramms beendet.
In Schritt 216 berechnet die Positions- und Neigungsberechnungseinheit 60 den Bewegungsbetrag der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16.
In Schritt 218 (ein Beispiel eines Halterungssteuerungsschritts) steuert die Halterungssteuerung 62 den Motor (nicht gezeigt) der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 auf der Grundlage des im Schritt S13 berechneten Bewegungsbetrags an und bewegt die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung 16 zu der Zielposition. Danach geht der Prozessablauf weiter zum Schritt 204, und die Steuerung 50 führt den gleichen Prozessablauf aus. Die Messvorrichtung für Innenflächenformen 10 wiederholt diesen Prozessablauf und hält dadurch die Abweichung zwischen der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W und der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 innerhalb des Sollwerts.
Die vorliegende Ausführungsform erfordert nicht, dass der Drehkörper 14 jedes Mal betätigt wird, wenn das Werkstück W, das das zu messende Objekt ist, justiert wird (siehe 23). Daher kann die Justierung des Werkstücks W in kurzer Zeit abgeschlossen werden.
Im Allgemeinen erfordert der Steuerungsvorgang, der die Abweichung zwischen der Mittelachse A_H der kleinen Bohrung H des Werkstücks W und der Drehachse A_R des Drehkörpers 14 innerhalb des Sollwerts hält, mehrere Wiederholungen (siehe 4 und 23). Wenn die Justierzielgenauigkeit höher ist (der Abweichungssollwert ist kleiner), dann nimmt tendenziell die Anzahl der Wiederholungen zu.
In der vorliegenden Ausführungsform erfordert das Ansteuern nicht die Betätigung des Drehkörpers 14, wodurch es möglich, die erforderliche Zeit deutlich zu reduzieren.
Als spezielles Beispiel sei angegeben, dass N die Anzahl an Wiederholungen für die Ansteuerung angibt, und in einem Beispiel wird N = 4 im Mittel angenommen. Ferner repräsentiert t1 die Zeit, die für die Ansteuerung des Drehkörpers 14 (Drehvorgang von θ = 0° bis θ = 180°) in einem Ansteuervorgang erforderlich ist. Wenn für den Drehvorgang des Drehkörpers 14 angenommen wird, dass dafür 30 Sekunden jeweils für die obere Öffnung und die untere Öffnung in einem Beispiel erforderlich sind, dann ergibt t1 = 30 Sekunden x 2 = 60 Sekunden. Anschließend repräsentiert t2 die Zeit, die für die Bewegung nach oben und unten beim Positionieren der Brennpunktsposition der Kamera, beim Abbilden und für die Achse erforderlich ist. In einem Beispiel wird t2 = 30 Sekunden angenommen. Sodann repräsentiert T1 die Zeit, die zur Justierung bzw. Ausrichtung erforderlich ist, wenn der Ansteuervorgang die Bewegung des Drehkörpers 14 (4) beinhaltet, und T2 repräsentiert die Zeit, die für die Justierung bzw. Ausrichtung erforderlich ist, wenn der Ansteuervorgang diese Bewegung nicht enthält (23). In diesem Falle werden T1 und T2 wie folgt ausgedrückt: $T1 = (t 1 + t2) * N = (60 + 30) * 4 = 360 Sekunden$
$T2 = t2*N = 30 * 4 = 120 Sekunden$
Wenn in dem vorhergehenden speziellen Beispiel der Ansteuervorgang die Bewegung des Drehkörpers 14 nicht enthält, dann kann die zur Justierung des Werkstücks W erforderliche Zeit deutlich auf 1/3 im Vergleich zu dem Falle reduziert werden, in welchem der Ansteuervorgang die Bewegung miteinschließt.
Ferner sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Form und die Abmessungen des Referenzwerkstücks W_R bekannt, so dass die Drehmittelpunktskoordinaten mit hoher Genauigkeit erhalten werden können. Generell ist die Bohrung des Werkstücks W, das das zu messende Objekt ist, nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, und sie kann eine verzerrte Kreisform, etwa eine Ellipse, sein, oder die Form kann im Inneren einen Vorsprung aufweisen. Bei der Berechnung der Drehmittelpunktskoordinaten in dem Bild auf der Grundlage der Form der kleinen Bohrung des Werkstücks W, das das zu messende Objekt ist, kann es schwierig sein, aufgrund der Wirkung der Form der kleinen Bohrung des Werkstücks W den Drehmittelpunkt mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
24 ist die Draufsicht, die ein Beispiel für die Berechnung der Drehmittelpunktskoordinaten zeigt, wenn die kleine Bohrung H des Werkstücks W eine Form besitzt, in der im Inneren ein Vorsprung liegt, und 25 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Berechnung der Drehmittelpunktskoordinaten zeigt, wobei das Referenzwerkstück W_R verwendet wird.
In dem in 24 dargestellten Beispiel ist der Vorsprungsteil Po der kleinen Bohrung H1o deutlich erkennbar, wenn θ = 0° ist. Daher wird die Mittelpunktsposition der kleinen Bohrung H1₀ als eine Position C1_ERR erkannt, die von der wahren Position C1 in Richtung zur gegenüberliegenden Seite des Vorsprungsteils P₀ abweicht. Wenn andererseits θ = 180° ist, wird der Vorsprungsteil P₁₈₀ der kleinen Bohrung H1₁₈₀ aufgrund der Wirkung der Beleuchtung oder dergleichen abgeflacht. Daher wird die Mittelpunktsposition der kleinen Bohrung H1₁₈₀ als eine Position C2 erkannt, die im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt des Kreises übereinstimmt. Daher werden in diesem Beispiel Mittelpunktskoordinaten als eine Position C0_ERR erkannt, die von der wahren Position C0 abweicht.
Andererseits haben in dem in 25 dargestellten Beispiel beide kleine Bohrungen H_R0 und H_R180 bekannte ideale Kreisformen in beiden Fällen mit θ = 0° und θ = 180°, so dass die Form der kleinen Bohrung erkannt werden kann, ohne dass die Wirkung der Beleuchtung oder dergleichen einen Einfluss hat. Dies ermöglicht es, den Mittelpunkt CR1 der kleinen Bohrung H_R0 und den Mittelpunkt CR2 der kleinen Bohrung H_R180 in genauer Weise zu erfassen und die Berechnungsgenauigkeit für die Drehmittelpunktskoordinaten C zu verbessern. Dies ermöglicht ferner, Forminformation, etwa den Kreisdurchmesser der kleinen Bohrung des Referenzwerkstücks W_R, im Voraus zu messen und kleine Bohrungen zu erkennen und die Mittelpunktskoordinaten unter Anwendung der Forminformation zu berechnen, um damit die Drehmittelpunktskoordinaten C mit höherer Genauigkeit zu berechnen.
(Über das Referenzwerkstück W_R)
Zu beachten ist, dass in der zuvor beschriebenen weiteren Ausführungsform das zu verwendende Referenzwerkstück W_R ein Werkstück W ist, das eine dreidimensionale Form mit der gleichen kleinen Bohrung wie das Werkstück W hat, das das zu messende Objekt ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das zu verwendende Referenzwerkstück W_R eine ebene Form aufweisen. Das eben geformte Referenzwerkstück W_R kann mit einem Muster mit einem schwarzen Kreis in der Mitte (ein Beispiel eines lochartigen Musters) versehen sein, das einer kleinen Bohrung entspricht. Dies ermöglicht es, das Programm zum Suchen und zum Berechnen der Position der kleinen Bohrung der vorhergehenden Ausführungsform auch hier zu nutzen. Ferner kann das Referenzwerkstück W_R mit ebener Form ein Druckmuster zur Positionierung (eine Maske als Beispiel eines lochartigen Musters), das darauf aufgedruckt ist, aufweisen (siehe das ebene geformte Referenzwerkstück W_R, in 26). Das Druckmuster zur Positionierung kann mit einem Muster versehen sein, das die Mittelpunktsposition der kleinen Bohrung anzeigt. Dadurch ist es möglich, die Koordinaten des Mittelpunkts der Drehung und dergleichen mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Wenn ferner ein eben geformtes Referenzwerkstück verwendet wird, kann es in Verbindung mit einem Mechanismus zum Auf- und Abbewegen des Referenzwerkstücks in der Z-Richtung verwendet werden. In diesem Falle wird, wie in 26 dargestellt ist, das eben geformte Referenzwerkstück W_R1 in der Z-Richtung aufwärts und abwärts bewegt derart, dass die Drehmittelpunktskoordinaten auf der Grundlage des Mittelpunkts C_R1 der Maske (Muster Pa) für jede Position in der Z-Richtung berechnet werden. Folglich kann die Neigung der Drehachse im Voraus berechnet und aufgezeichnet werden, so dass die Justierung mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden kann.
Zu beachten ist, dass, wenn ein zu verwendendes Referenzwerkstück W_R eine dreidimensionale Form (Lochform) aufweist, wie dies zuvor beschrieben ist, es möglich ist, ein Programm zum Suchen und Berechnen der Position einer kleinen Bohrung auch für den Fall zu nutzen, in welchem das Referenzwerkstück W_R die ebene Form aufweist. Des Weiteren ist es möglich, den Drehmittelpunkt jeweils für die obere Öffnung und die untere Öffnung aufzuzeichnen, um dadurch die Neigung der Drehachse im Voraus zu berechnen und aufzuzeichnen.
Des Weiteren kann das zu verwendende Referenzwerkstück W_R ein Werkstück W sein, das ein zu messendes Objekt ist und mit hoher Genauigkeit hergestellt ist, oder es kann ein Objekt mit einer Form sein, die ähnlich zu derjenigen des Werkstücks W ist. In diesem Falle kann der Greifmechanismus für das Werkstück W, das das zu messende Objekt ist, für das Greifen des Referenzwerkstücks W_R verwendet werden.
<Anderes>
Der technische Bereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Bereich beschränkt. Die Bauweisen und dergleichen in den einzelnen Ausführungsformen können in geeigneter Weise zwischen den Ausführungsformen kombiniert werden, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung für Innenflächenformen,
12: Hauptkörperbasiseinheit,
14: Drehkörper,
16: Linear-und-Neige-Bewegungshalterung,
18: Werkstückmontagehalterung,
20: Säule bzw. Stütze,
22: Wagen,
24: Arm bzw. Ausleger,
28: Abstands- bzw. Verschiebungsdetektor,
30: Sonde,
34: Kamera,
35: koaxiales optisches EPI-Beleuchtungssystem,
38: optische Faser,
40: reflektierender Spiegel,
42: Kontaktelement,
50: Steuerung,
52: Messungssteuerung,
54: Verschiebungserfassungseinheit,
56: Rundheitsberechnungseinheit,
58: Beobachtungssteuerung,
60: Positions-und- Neigungsberechnungseinheit,
62: Halterungssteuerung,
63: Ausgabeeinheit,
70: Lichtquelle,
72: Reflektor,
80: schwammartiger Reflektor,
82: lehmartiger Reflektor,
84: Streuelement,
AH: Mittelachse,
AR: Drehachse,
FD: Brennebene,
FU: Brennebene,
H: kleine Bohrung,
I0D: Bild,
I0U: Bild,
I180D: Bild,
I180U: Bild,
OD: untere Öffnung,
Ou: obere Öffnung,
P: optischer Weg,
R: Abbildungsbereich,
S1 bis S14: jeweils Schritt des Prozessablaufs des Justierverfahrens der Messvorrichtung für Innenflächenformen,
Tu: Ortskurve bzw. Bahn der Mittelpunktskoordinaten der oberen Öffnung,
W: Werkstück und
WR, WR1: Referenzwerkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006145344 [0004]

Claims

Eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, mit: einem Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; einer Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und ihre Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, und wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; einem Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks unter Anwendung einer Sonde, die durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist, zu erfassen, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde ist, die sich jeweils parallel zu der ersten Richtung erstreckt; einer Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung; einer Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, unter Anwendung der Kamera zu beobachten: eine erste Position und eine zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, und wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einer Positions-und-Neigungsberechnungseinheit, die ausgebildet ist, eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den zweiten Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen; und einer Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, Information über die kleine Bohrung, die die berechnete Position und Neigung der kleinen Bohrung enthält, auszugeben.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach Anspruch 1, die ferner eine Halterungssteuerung aufweist, die ausgebildet ist, die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung auf der Grundlage der Information über die kleine Bohrung zu steuern und eine Abweichung zwischen einer Mittelachse der kleinen Bohrung und der Drehachse innerhalb eines Sollwertes zu halten.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kamera durch den ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist, und die Beobachtungssteuerung eine Brennpunktsposition der Kamera unter Anwendung des ersten Linearbewegungsmechanismus an die erste Position und die zweite Position der kleinen Bohrung bewegt.
Eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, mit: einem Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; einer Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und ihre Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, und wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; einem Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die ausgebildet ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde ist, die sich jeweils parallel zu der ersten Richtung erstreckt; einer Kamera mit einer optischen Achse parallel zu der ersten Richtung; einer ersten Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, unter Anwendung der Kamera zu beobachten: eine erste Position und eine zweite Position eines lochartigen Musters eines Referenzwerkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und die erste Position und die zweite Position des lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, wobei das Referenzwerkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist, wobei das Referenzwerkstück mit dem lochartigen Muster versehen ist und eine bekannte Form hat, und wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einer Drehmittelpunktskoordinatenberechnungseinheit, die ausgebildet ist, Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den zweiten Drehwinkel des Drehkörpers zu berechnen; einer zweiten Beobachtungssteuerung, die ausgebildet ist, eine dritte Position und eine vierte Position der kleinen Bohrung eines zu messenden Werkstücks unter Anwendung einer Kamera, die eine optische Achse parallel zu der ersten Richtung aufweist, zu beobachten, wobei die vierte Position sich in der ersten Richtung von der dritten Position unterscheidet, wobei das zu messende Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist; und einer Linear-und-Neigungsberechnungseinheit, die ausgebildet ist, eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung aus Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers und aus der dritten Position und der vierten Position der kleinen Bohrung des Drehkörpers zu berechnen.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach Anspruch 4, die ferner eine Halterungssteuerung aufweist, die ausgebildet ist, die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung auf der Grundlage von Information über die kleine Bohrung, die eine Position und eine Neigung der kleinen Bohrung beinhaltet, zu steuern und eine Abweichung zwischen einer Mittelachse der kleinen Bohrung und der Drehachse innerhalb eines Sollwerts zu halten.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kamera durch den ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegbar ist, und die zweite Beobachtungssteuerung eine Brennpunktsposition der Kamera unter Anwendung des ersten Linearbewegungsmechanismus an die dritte Position und die vierte Position der kleinen Bohrung bewegt.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich der erste Drehwinkel und der zweite Drehwinkel um 180° voneinander unterscheiden.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner ein koaxiales optisches Beleuchtungssystem aufweist, das ausgebildet ist, Licht koaxial zu einer optischen Achse der Kamera auszusenden.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner einen schwammartigen Reflektor oder einen lehmartigen Reflektor aufweist, wobei der Reflektor Licht, das auf eine Öffnung auf Seite der Kamera der kleinen Bohrung des Werkstücks auftrifft, von einer Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung her zu der kleinen Bohrung reflektiert, wobei das Werkstück zwischen der Kamera und der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung angeordnet ist.
Die Messvorrichtung für Innenflächenformen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner aufweist: eine Struktur mit offenen Zellen mit Biegsamkeit; und eine Lichtquelle, die ausgebildet ist, Licht auf die Struktur mit offenen Zellen auftreffen zu lassen, wobei die Struktur mit offenen Zellen ausgebildet ist, Licht aus der Lichtquelle auf eine Öffnung auf Seite der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung der kleinen Bohrung des Werkstücks, das zwischen der Kamera und der Linear-und-Neige-Bewegungssteuerung angeordnet ist, auftreffen zu lassen.
Ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, wobei die Messvorrichtung für Innenflächenformen aufweist: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, und wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; und einen Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die ausgebildet ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde ist, die sich entsprechend parallel zu der ersten Richtung erstreckt, wobei das Justierverfahren umfasst: einen Beobachtungssteuerungsschritt zum Beobachten, unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse, die parallel zu der ersten Richtung verläuft: einer ersten Position und einer zweiten Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und der ersten Position und der zweiten Position der kleinen Bohrung des Werkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einen Positions-und-Neigungsberechnungsschritt zur Berechnung einer Position und einer Neigung der kleinen Bohrung aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den zweiten Drehwinkel des Drehkörpers; und einen Ausgabeschritt zur Ausgabe von Information über die kleine Bohrung, die die berechnete Position und Neigung der kleinen Bohrung beinhaltet.
Ein Justierverfahren für eine Messvorrichtung für Innenflächenformen, wobei die Messvorrichtung für Innenflächenformen aufweist: einen Drehkörper, der ausgebildet ist, sich um eine Drehachse, die parallel zu einer ersten Richtung verläuft, zu drehen; eine Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, die von dem Drehkörper gehalten wird, wobei die Linear-und-Neige-Bewegungshalterung ausgebildet ist, ihre Position und Neigung zu ändern, wobei die Position eine Position in einer ebenen Fläche in Bezug auf den Drehkörper ist, wobei die Neigung eine Neigung in Bezug auf die ebene Fläche ist, wobei die ebene Fläche senkrecht zu der ersten Richtung liegt; und einen Verschiebungsdetektor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung einer Innenseitenfläche einer kleinen Bohrung eines zu messenden Werkstücks unter Anwendung einer Sonde zu erfassen, die ausgebildet ist, durch einen ersten Linearbewegungsmechanismus in der ersten Richtung bewegt zu werden, wobei das Werkstück an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung befestigt ist und sich zusammen mit dem Drehkörper dreht, wobei die Sonde eine Kontaktsonde oder eine kontaktfreie Sonde ist, die sich entsprechend parallel zu der ersten Richtung erstreckt, wobei das Justierverfahren umfasst: einen ersten Beobachtungssteuerungsschritt zum Fixieren eines Referenzwerkstücks an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung, und zum Beobachten, unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse, die parallel zu der ersten Richtung verläuft, von: einer ersten Position und einer zweiten Position eines lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter einem ersten Drehwinkel des Drehkörpers; und der ersten Position und der zweiten Position des lochartigen Musters des Referenzwerkstücks unter einem zweiten Drehwinkel des Drehkörpers, wobei die zweite Position eine Position ist, die sich in der ersten Richtung von der ersten Position unterscheidet, wobei das Referenzwerkstück mit dem lochartigen Muster versehen ist und eine bekannte Form hat, wobei der zweite Drehwinkel ein Winkel ist, der sich von dem ersten Drehwinkel unterscheidet; einem Drehmittelpunktskoordinatenberechnungsschritt zur Berechnung von Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der zweiten Bohrung für den ersten Drehwinkel des Drehkörpers und aus Koordinaten der beobachteten ersten Position und der beobachteten zweiten Position der kleinen Bohrung für den zweiten Drehwinkel des Drehkörpers; einen zweiten Beobachtungssteuerungsschritt zum Fixieren des zu messenden Werkstücks an der Linear-und-Neige-Bewegungshalterung und zum Beobachten einer dritten Position und einer vierten Position der kleinen Bohrung des zu messenden Werkstücks unter Anwendung einer Kamera mit einer optischen Achse, die parallel zu der ersten Richtung verläuft, wobei sich die vierte Position in der ersten Richtung von der dritten Position unterscheidet; und einen Positions-und-Neigungsberechnungsschritt zum Berechnen einer Position und einer Neigung der kleinen Bohrung aus Drehmittelpunktskoordinaten des Drehkörpers und aus der dritten Position und der vierten Position der kleinen Bohrung des Drehkörpers.