JP2001050740A - 形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変位計を往復移動させるアクチュエータの振
動を抑え、変位計を広い動作範囲で安定に高速位置決め
しつつ形状測定を行うことができる形状測定装置を提供
する。 【解決手段】 変位計５を搭載したキャリッジ１と、変
位計５を被測定面１８ａの起伏に追従させるべくキャリ
ッジ１を上下移動させる駆動機構３と、キャリッジ１の
位置を検出して位置信号を発生させる位置検出部４と、
変位計５の出力信号もしくは前記位置信号に基づいて、
キャリッジ１の位置制御のための操作量を算出する位置
制御コントローラ１６と、前記位置信号から算出した速
度信号に基づいて、キャリッジ１の速度制御のための操
作量を算出する速度制御コントローラ１５と、位置制御
コントローラ１６もしくは速度制御コントローラ１５か
らの操作量に応じて駆動機構３を駆動する駆動回路６と
を備えた形状測定装置において、キャリッジ１の現在位
置を使用して目標速度を演算し、当該目標速度を使用し
て速度制御を行うように構成した。
動を抑え、変位計を広い動作範囲で安定に高速位置決め
しつつ形状測定を行うことができる形状測定装置を提供
する。 【解決手段】 変位計５を搭載したキャリッジ１と、変
位計５を被測定面１８ａの起伏に追従させるべくキャリ
ッジ１を上下移動させる駆動機構３と、キャリッジ１の
位置を検出して位置信号を発生させる位置検出部４と、
変位計５の出力信号もしくは前記位置信号に基づいて、
キャリッジ１の位置制御のための操作量を算出する位置
制御コントローラ１６と、前記位置信号から算出した速
度信号に基づいて、キャリッジ１の速度制御のための操
作量を算出する速度制御コントローラ１５と、位置制御
コントローラ１６もしくは速度制御コントローラ１５か
らの操作量に応じて駆動機構３を駆動する駆動回路６と
を備えた形状測定装置において、キャリッジ１の現在位
置を使用して目標速度を演算し、当該目標速度を使用し
て速度制御を行うように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、変位計を用いて被
測定面の形状を測定する形状測定装置に関するものであ
る。
測定面の形状を測定する形状測定装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、非球面レンズや非球面ミラー
などの形状を３次元的に測定する形状測定装置が種々と
提案されている。たとえば特開平2-254634号公報中に
は、波長の異なる２つのレーザ光を測定光と参照光とに
分離し、参照光を被測定面に集光し、その反射光に基づ
いてフォーカスサーボをかけるとともに、測定光を被測
定面に垂直に集光し、その反射光に基づいて傾き補正サ
ーボをかけながら被測定面の形状測定を行う光学式変位
計を用いた形状測定装置が記載されている。この場合、
被測定体は水平方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に移動可能
な保持部に保持され、レーザ光源やフォーカスサーボ系
を含む光学式変位計はアクチュエータにより上下方向
（Ｚ軸方向）に昇降移動されるキャリッジに保持されて
いる。
などの形状を３次元的に測定する形状測定装置が種々と
提案されている。たとえば特開平2-254634号公報中に
は、波長の異なる２つのレーザ光を測定光と参照光とに
分離し、参照光を被測定面に集光し、その反射光に基づ
いてフォーカスサーボをかけるとともに、測定光を被測
定面に垂直に集光し、その反射光に基づいて傾き補正サ
ーボをかけながら被測定面の形状測定を行う光学式変位
計を用いた形状測定装置が記載されている。この場合、
被測定体は水平方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に移動可能
な保持部に保持され、レーザ光源やフォーカスサーボ系
を含む光学式変位計はアクチュエータにより上下方向
（Ｚ軸方向）に昇降移動されるキャリッジに保持されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の形状測定装置においては、フォーカス位置に基づいた
位置制御のみによりアクチュエータを駆動させて変位計
を昇降移動させていたため、変位計を広範囲に移動させ
て測定を行う必要がある場合にアクチュエータの振動が
問題となる。つまり、変位計を広範囲に移動させて測定
を行う場合、測定時間を短縮するために、変位計を測定
開始位置まで素早く移動させ、被測定面に素早く追従さ
せて安定に移動させる必要があるが、そのためにはアク
チュエータの構造などに起因して発生する機械共振など
の問題を解決しなければならない。本発明はこのような
従来技術の問題点を解消すべく創案されたものであり、
変位計を往復移動させるアクチュエータの振動を抑え、
変位計を広い動作範囲で安定に高速位置決めしつつ形状
測定を行うことができる形状測定装置を提供することを
課題とする。
の形状測定装置においては、フォーカス位置に基づいた
位置制御のみによりアクチュエータを駆動させて変位計
を昇降移動させていたため、変位計を広範囲に移動させ
て測定を行う必要がある場合にアクチュエータの振動が
問題となる。つまり、変位計を広範囲に移動させて測定
を行う場合、測定時間を短縮するために、変位計を測定
開始位置まで素早く移動させ、被測定面に素早く追従さ
せて安定に移動させる必要があるが、そのためにはアク
チュエータの構造などに起因して発生する機械共振など
の問題を解決しなければならない。本発明はこのような
従来技術の問題点を解消すべく創案されたものであり、
変位計を往復移動させるアクチュエータの振動を抑え、
変位計を広い動作範囲で安定に高速位置決めしつつ形状
測定を行うことができる形状測定装置を提供することを
課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、変位計を搭載したキャリッ
ジと、変位計を被測定面の起伏に追従させるべく前記キ
ャリッジを往復移動させる駆動機構と、前記キャリッジ
の位置を検出して位置信号を発生させる位置検出部と、
前記変位計の出力信号もしくは前記位置信号に基づい
て、前記キャリッジの位置制御のための操作量を算出す
る位置制御コントローラと、前記位置信号から算出した
速度信号に基づいて、前記キャリッジの速度制御のため
の操作量を算出する速度制御コントローラと、前記位置
制御コントローラもしくは前記速度制御コントローラか
らの操作量に応じて前記駆動機構を駆動する駆動回路と
を備えた形状測定装置において、前記キャリッジの現在
位置を使用して目標速度を演算し、当該目標速度を使用
して速度制御を行うように構成したことを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の形状測定
装置において、前記キャリッジの現在位置に応じて、あ
らかじめ作成しておいた目標速度テーブルから前記目標
速度を選択し、当該目標速度を使用して速度制御を行う
ことを特徴とする。また、請求項３記載の発明は、請求
項１または２記載の形状測定装置において、前記目標速
度の最大値に制限を設けたことを特徴とする。また、請
求項４記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項
３記載の形状測定装置において、前記キャリッジの動作
立ち上がり時の加速度を最大とし、加速終了後、前記キ
ャリッジの現在位置を使用して算出した目標速度もしく
は前記目標速度テーブルから選択した目標速度に従って
減速することを特徴とする。また、請求項５記載の発明
は、請求項１、請求項２または請求項３記載の形状測定
装置において、前記キャリッジの加速時の目標速度を移
動開始位置から所定距離までの間は所定の目標速度の値
とし、目標位置が前記所定距離よりも手前の場合、前記
キャリッジの現在位置を使用して算出した減速時の目標
速度もしくは前記目標速度テーブルから選択した減速時
の目標速度に従って速度制御（請求項１〜３と同様な動
作による減速）し、前記所定距離を過ぎた位置から目標
位置までは、前記キャリッジの現在位置を使用して算出
した目標速度もしくは前記目標速度テーブルから選択し
た目標速度に従って速度制御（請求項１〜３と同様な動
作による加減速）することを特徴とする。
に、請求項１記載の発明は、変位計を搭載したキャリッ
ジと、変位計を被測定面の起伏に追従させるべく前記キ
ャリッジを往復移動させる駆動機構と、前記キャリッジ
の位置を検出して位置信号を発生させる位置検出部と、
前記変位計の出力信号もしくは前記位置信号に基づい
て、前記キャリッジの位置制御のための操作量を算出す
る位置制御コントローラと、前記位置信号から算出した
速度信号に基づいて、前記キャリッジの速度制御のため
の操作量を算出する速度制御コントローラと、前記位置
制御コントローラもしくは前記速度制御コントローラか
らの操作量に応じて前記駆動機構を駆動する駆動回路と
を備えた形状測定装置において、前記キャリッジの現在
位置を使用して目標速度を演算し、当該目標速度を使用
して速度制御を行うように構成したことを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の形状測定
装置において、前記キャリッジの現在位置に応じて、あ
らかじめ作成しておいた目標速度テーブルから前記目標
速度を選択し、当該目標速度を使用して速度制御を行う
ことを特徴とする。また、請求項３記載の発明は、請求
項１または２記載の形状測定装置において、前記目標速
度の最大値に制限を設けたことを特徴とする。また、請
求項４記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項
３記載の形状測定装置において、前記キャリッジの動作
立ち上がり時の加速度を最大とし、加速終了後、前記キ
ャリッジの現在位置を使用して算出した目標速度もしく
は前記目標速度テーブルから選択した目標速度に従って
減速することを特徴とする。また、請求項５記載の発明
は、請求項１、請求項２または請求項３記載の形状測定
装置において、前記キャリッジの加速時の目標速度を移
動開始位置から所定距離までの間は所定の目標速度の値
とし、目標位置が前記所定距離よりも手前の場合、前記
キャリッジの現在位置を使用して算出した減速時の目標
速度もしくは前記目標速度テーブルから選択した減速時
の目標速度に従って速度制御（請求項１〜３と同様な動
作による減速）し、前記所定距離を過ぎた位置から目標
位置までは、前記キャリッジの現在位置を使用して算出
した目標速度もしくは前記目標速度テーブルから選択し
た目標速度に従って速度制御（請求項１〜３と同様な動
作による加減速）することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 ［請求項１に対応する実施の形態］図１は本発明の実施
の形態の一例を示す形状測定装置の概略構成図である。
この例では、本発明を触針式形状測定装置に適用した場
合を示している。図中、５は触針式変位計であり、触針
式変位計５はアクチュエータ３０のキャリッジ１に搭載
されている。キャリッジ１は、ばねｋおよびダンパｃか
らなる支持機構２によって上下方向（鉛直方向）に移動
可能に支持されている。キャリッジ１の下部にはこれを
駆動させるためのボイスコイルモータ３が設けられてい
る。キャリッジ１の位置ｘ（基準位置ｘ0からの移動距
離）は、リニアエンコーダ（位置検出部）４によって検
出される。リニアエンコーダ４の出力は、目標速度演算
部７、目標位置演算部８、追従目標位置演算部９、モー
ド切替器１３、速度演算器１４、速度制御コントローラ
１５、位置制御コントローラ１６、モード切替器１７な
どからなる制御系４０に入力される。制御系４０は、入
力信号に基づきモータドライバ（駆動回路）６を介して
ボイスコイルモータ（駆動機構）３を駆動制御する。
て説明する。 ［請求項１に対応する実施の形態］図１は本発明の実施
の形態の一例を示す形状測定装置の概略構成図である。
この例では、本発明を触針式形状測定装置に適用した場
合を示している。図中、５は触針式変位計であり、触針
式変位計５はアクチュエータ３０のキャリッジ１に搭載
されている。キャリッジ１は、ばねｋおよびダンパｃか
らなる支持機構２によって上下方向（鉛直方向）に移動
可能に支持されている。キャリッジ１の下部にはこれを
駆動させるためのボイスコイルモータ３が設けられてい
る。キャリッジ１の位置ｘ（基準位置ｘ0からの移動距
離）は、リニアエンコーダ（位置検出部）４によって検
出される。リニアエンコーダ４の出力は、目標速度演算
部７、目標位置演算部８、追従目標位置演算部９、モー
ド切替器１３、速度演算器１４、速度制御コントローラ
１５、位置制御コントローラ１６、モード切替器１７な
どからなる制御系４０に入力される。制御系４０は、入
力信号に基づきモータドライバ（駆動回路）６を介して
ボイスコイルモータ（駆動機構）３を駆動制御する。
【０００６】図２は触針式変位計５の断面図である。同
図において、２３は触針式変位計５のハウジングであ
り、ハウジング２３はキャリッジ１に固定されている。
ハウジング２３には、その下方にセットされた被測定物
１８の被測定面１８ａに当接する触針子(直動スライダ)
２０が上下方向に移動可能に保持されている。被測定物
１８は、水平回転あるいは水平移動する図示しない載置
台上に保持されている。触針子２０の先端、すなわち被
測定面１８ａと接触する部分には真球の接触部材１９が
設けられている。触針子２０は、ハウジング２３内に設
けられた静圧空気軸受２４によって非接触支持されるこ
とにより、水平方向には動かないように拘束され、上下
方向には摺動抵抗なく動けるようになっている。ハウジ
ング２３の側壁には、図示しない空気供給管を通して静
圧空気軸受２４内に空気を供給するための孔２５が設け
られている。触針子２０の上端には端板２６が一体的に
取り付けられている。触針子２０は、上端部外周に設け
られたコイルばね２１によって下方から端板２６が支え
られることにより弾力的に支持されている。触針子２０
の上方には端板２６の上面中心部に臨ませて変位計２２
が設けられている。変位計２２は、静電容量型変位計や
フォーカス信号を使用した光学式変位計等の高精度な変
位計であり、この変位計２２によって触針子２０の変位
が高精度に検出されるようになっている。この形状測定
装置による形状測定動作について説明する。触針子２０
の接触部材１９が被測定面に押しつけられると、触針子
２０がハウジング２３に対して相対的に上昇移動する。
その結果、触針子２０の端板２６が中立位置よりも変位
計２２側に移動するため、変位計２２の出力が変化す
る。このとき、変位計２２の出力が一定になるように、
アクチュエータ３０を制御してキャリッジ１を上昇させ
ることにより真球部材１９の接触荷重が一定に保たれ
る。反対に、触針子２０の接触部材１９が被測定面１８
ａから離れた場合は、触針子２０の端板２６が中立位置
よりも変位計２２から離れるため、変位計２２の出力が
変化する。このとき、変位計２２の出力が一定になるよ
うに、アクチュエータ３０を制御してキャリッジ１を下
降させることにより真球部材１９の接触荷重が一定に保
たれる。このように、変位計２２の出力が一定になるよ
うにキャリッジ１の位置を制御しつつ、被測定面１８ａ
を走査し、キャリッジ１の動作軌跡を測定することによ
り、被測定面１８ａの形状が測定される。
図において、２３は触針式変位計５のハウジングであ
り、ハウジング２３はキャリッジ１に固定されている。
ハウジング２３には、その下方にセットされた被測定物
１８の被測定面１８ａに当接する触針子(直動スライダ)
２０が上下方向に移動可能に保持されている。被測定物
１８は、水平回転あるいは水平移動する図示しない載置
台上に保持されている。触針子２０の先端、すなわち被
測定面１８ａと接触する部分には真球の接触部材１９が
設けられている。触針子２０は、ハウジング２３内に設
けられた静圧空気軸受２４によって非接触支持されるこ
とにより、水平方向には動かないように拘束され、上下
方向には摺動抵抗なく動けるようになっている。ハウジ
ング２３の側壁には、図示しない空気供給管を通して静
圧空気軸受２４内に空気を供給するための孔２５が設け
られている。触針子２０の上端には端板２６が一体的に
取り付けられている。触針子２０は、上端部外周に設け
られたコイルばね２１によって下方から端板２６が支え
られることにより弾力的に支持されている。触針子２０
の上方には端板２６の上面中心部に臨ませて変位計２２
が設けられている。変位計２２は、静電容量型変位計や
フォーカス信号を使用した光学式変位計等の高精度な変
位計であり、この変位計２２によって触針子２０の変位
が高精度に検出されるようになっている。この形状測定
装置による形状測定動作について説明する。触針子２０
の接触部材１９が被測定面に押しつけられると、触針子
２０がハウジング２３に対して相対的に上昇移動する。
その結果、触針子２０の端板２６が中立位置よりも変位
計２２側に移動するため、変位計２２の出力が変化す
る。このとき、変位計２２の出力が一定になるように、
アクチュエータ３０を制御してキャリッジ１を上昇させ
ることにより真球部材１９の接触荷重が一定に保たれ
る。反対に、触針子２０の接触部材１９が被測定面１８
ａから離れた場合は、触針子２０の端板２６が中立位置
よりも変位計２２から離れるため、変位計２２の出力が
変化する。このとき、変位計２２の出力が一定になるよ
うに、アクチュエータ３０を制御してキャリッジ１を下
降させることにより真球部材１９の接触荷重が一定に保
たれる。このように、変位計２２の出力が一定になるよ
うにキャリッジ１の位置を制御しつつ、被測定面１８ａ
を走査し、キャリッジ１の動作軌跡を測定することによ
り、被測定面１８ａの形状が測定される。
【０００７】次に、この形状測定装置の各動作モードに
ついて説明する。 ・速度制御モード このモードでは、モード切替器１７はＡ接点に切り替え
られる。リニアエンコーダ４によって検出されたキャリ
ッジ１の位置ｘから、速度演算器１４によって速度ｖが
算出され、目標速度演算部７によって目標速度ｖ０が算
出される。速度ｖと目標速度ｖ０は比較器１０に入力さ
れ速度偏差ｅVが算出される。速度偏差ｅVは速度制御コ
ントローラ１５に入力される。速度制御コントローラ１
５からは速度偏差ｅVに応じた操作量ｉCが出力される。
ここでは操作量を目標電流値ｉ Cとする。目標電流値ｉC
はモータドライバ６に入力されてボイスコイルモータ３
にモータ電流ｉmを流しキャリッジ１を速度制御によっ
て上下方向に駆動する。 ・位置制御モード このモードでは、モード切替器１３はＡ接点に、モード
切替器１７はＢ接点に切り替えられる。リニアエンコー
ダ４によって検出されたキャリッジ１の位置ｘから目標
位置演算部８によって目標位置ｘ0が算出される。位置
ｘと目標位置ｘ0は比較器１１に入力され速度偏差ｅXが
算出される。位置偏差ｅXは位置制御コントローラ１６
に入力される。位置制御コントローラ１６からは位置偏
差ｅXに応じた操作量ｉCが出力される。ここでは操作量
を目標電流値ｉCとする。目標電流値ｉCはモータドライ
バ６に入力されてボイスコイルモータ３にモータ電流ｉ
mを流しキャリッジ１を位置制御によって上下方向に駆
動する。 ・追従制御モード このモードでは、両モード切替器１３、１７はともにＢ
接点に切り替えられる（図示の状態）。被測定物１８の
表面を触針式変位計５で走査したとき、変位計５の中立
位置からの変位ｅｐと、追従目標位置演算部９によって
算出された追従目標位置ｘｆとが比較器１２に入力され
位置偏差ｅXが算出される。位置偏差ｅXは位置制御コン
トローラ１６に入力される。位置制御コントローラ１６
は位置偏差ｅXに応じた操作量ｉCが出力される。ここで
は操作量を目標電流値ｉCとする。目標電流値ｉCはモー
タドライバ６に入力されてボイスコイルモータ３にモー
タ電流ｉmを流しキャリッジ１をフォーカス信号による
位置制御によって上下方向に駆動する。上記目標速度の
演算方法の一例を説明する。加速度および減速度をαと
する。目標位置をｘref、キャリッジの位置をx、初期位
置をｘ0とする。ここでは、加減速の距離を同一と考え
て加減速の切換え位置を（ｘref−ｘ0）／２＋ｘ0とす
る。現在位置が切換え位置となるまでは、式(1)の演算
を行い演算結果を速度制御モードの目標速度Ｖrefとす
る。 加減速の切換え位置から目標位置までは、式(2)の演算
を行い演算結果を速度制御モードの目標速度Ｖrefとす
る。
ついて説明する。 ・速度制御モード このモードでは、モード切替器１７はＡ接点に切り替え
られる。リニアエンコーダ４によって検出されたキャリ
ッジ１の位置ｘから、速度演算器１４によって速度ｖが
算出され、目標速度演算部７によって目標速度ｖ０が算
出される。速度ｖと目標速度ｖ０は比較器１０に入力さ
れ速度偏差ｅVが算出される。速度偏差ｅVは速度制御コ
ントローラ１５に入力される。速度制御コントローラ１
５からは速度偏差ｅVに応じた操作量ｉCが出力される。
ここでは操作量を目標電流値ｉ Cとする。目標電流値ｉC
はモータドライバ６に入力されてボイスコイルモータ３
にモータ電流ｉmを流しキャリッジ１を速度制御によっ
て上下方向に駆動する。 ・位置制御モード このモードでは、モード切替器１３はＡ接点に、モード
切替器１７はＢ接点に切り替えられる。リニアエンコー
ダ４によって検出されたキャリッジ１の位置ｘから目標
位置演算部８によって目標位置ｘ0が算出される。位置
ｘと目標位置ｘ0は比較器１１に入力され速度偏差ｅXが
算出される。位置偏差ｅXは位置制御コントローラ１６
に入力される。位置制御コントローラ１６からは位置偏
差ｅXに応じた操作量ｉCが出力される。ここでは操作量
を目標電流値ｉCとする。目標電流値ｉCはモータドライ
バ６に入力されてボイスコイルモータ３にモータ電流ｉ
mを流しキャリッジ１を位置制御によって上下方向に駆
動する。 ・追従制御モード このモードでは、両モード切替器１３、１７はともにＢ
接点に切り替えられる（図示の状態）。被測定物１８の
表面を触針式変位計５で走査したとき、変位計５の中立
位置からの変位ｅｐと、追従目標位置演算部９によって
算出された追従目標位置ｘｆとが比較器１２に入力され
位置偏差ｅXが算出される。位置偏差ｅXは位置制御コン
トローラ１６に入力される。位置制御コントローラ１６
は位置偏差ｅXに応じた操作量ｉCが出力される。ここで
は操作量を目標電流値ｉCとする。目標電流値ｉCはモー
タドライバ６に入力されてボイスコイルモータ３にモー
タ電流ｉmを流しキャリッジ１をフォーカス信号による
位置制御によって上下方向に駆動する。上記目標速度の
演算方法の一例を説明する。加速度および減速度をαと
する。目標位置をｘref、キャリッジの位置をx、初期位
置をｘ0とする。ここでは、加減速の距離を同一と考え
て加減速の切換え位置を（ｘref−ｘ0）／２＋ｘ0とす
る。現在位置が切換え位置となるまでは、式(1)の演算
を行い演算結果を速度制御モードの目標速度Ｖrefとす
る。 加減速の切換え位置から目標位置までは、式(2)の演算
を行い演算結果を速度制御モードの目標速度Ｖrefとす
る。
【０００８】図３に式(1)、式(2)によって演算された目
標速度Ｖrefを示す。また、図４に図３の目標速度Ｖref
で動かした場合の時間と速度の関係を示す。この例で
は、加速度減速度一定の形で目標速度を演算する例を示
したが、アクチュエータの振動を最小限に抑えるために
アクチュエータへの入力エネルギーを最小とするＳ字曲
線を使用する方法もある。上記のように、目標速度を現
在位置に応じて変更していくことによって、アクチュエ
ータに加わる力を調整しアクチュエータの振動を抑え、
動作範囲が広く安定した高速位置決めが可能となる。 ［請求項２に対応する実施の形態］上記の例で示した式
(1)、式(2)をあらかじめ目標速度テーブルとして持って
おくことにより、平方根のような複雑な計算をなくして
演算負荷を低減する。ここでは、表１の目標速度テーブ
ルｆtab(d)から目標速度Ｖrefを求めることとする。加
減速の切換えは請求項１に対応する実施の形態と同様と
する。加速時の目標速度テーブルの選択方法は式(3)、
減速時の目標速度テーブルの選択方法は式(4)であらわ
される。
標速度Ｖrefを示す。また、図４に図３の目標速度Ｖref
で動かした場合の時間と速度の関係を示す。この例で
は、加速度減速度一定の形で目標速度を演算する例を示
したが、アクチュエータの振動を最小限に抑えるために
アクチュエータへの入力エネルギーを最小とするＳ字曲
線を使用する方法もある。上記のように、目標速度を現
在位置に応じて変更していくことによって、アクチュエ
ータに加わる力を調整しアクチュエータの振動を抑え、
動作範囲が広く安定した高速位置決めが可能となる。 ［請求項２に対応する実施の形態］上記の例で示した式
(1)、式(2)をあらかじめ目標速度テーブルとして持って
おくことにより、平方根のような複雑な計算をなくして
演算負荷を低減する。ここでは、表１の目標速度テーブ
ルｆtab(d)から目標速度Ｖrefを求めることとする。加
減速の切換えは請求項１に対応する実施の形態と同様と
する。加速時の目標速度テーブルの選択方法は式(3)、
減速時の目標速度テーブルの選択方法は式(4)であらわ
される。
【表１】
【０００９】［請求項３に対応する実施の形態］移動距
離が短かくキャリッジ１の速度の飽和がない場合や、機
構や操作性の問題がない場合は最大速度の設定の必要性
はない。しかし、実際の形状測定装置ではエンコーダ４
の許容最大速度やカウンタの許容周波数等の機構や操作
性の問題から最大速度を設定する必要がある。ここで
は、請求項１に対応する実施の形態の構成および動作を
前提として説明する。上記式(1)、式(2)の演算によって
算出された目標速度Ｖrefが所定の最大速度Ｖmaxよりも
大きいとき、目標速度を式(5)とする。加速と減速の切
換え位置は請求項１に対応する実施の形態と同様とす
る。 このときの動作を図５に示す。図５は横軸に時間、縦軸
に目標速度をとって表したものである。キャリッジ１の
移動距離が短い場合は、請求項１に対応する実施の形態
と同様の動作を行い、移動距離が長くなると式(5)によ
って最大速度Ｖrefによって等速度で駆動される区間が
できる。その後、目標位置ｘrefまで減速し位置決めさ
れる。このように、目標速度の最大値を設定することに
よって、より安全性、操作性を高めることができる。
離が短かくキャリッジ１の速度の飽和がない場合や、機
構や操作性の問題がない場合は最大速度の設定の必要性
はない。しかし、実際の形状測定装置ではエンコーダ４
の許容最大速度やカウンタの許容周波数等の機構や操作
性の問題から最大速度を設定する必要がある。ここで
は、請求項１に対応する実施の形態の構成および動作を
前提として説明する。上記式(1)、式(2)の演算によって
算出された目標速度Ｖrefが所定の最大速度Ｖmaxよりも
大きいとき、目標速度を式(5)とする。加速と減速の切
換え位置は請求項１に対応する実施の形態と同様とす
る。 このときの動作を図５に示す。図５は横軸に時間、縦軸
に目標速度をとって表したものである。キャリッジ１の
移動距離が短い場合は、請求項１に対応する実施の形態
と同様の動作を行い、移動距離が長くなると式(5)によ
って最大速度Ｖrefによって等速度で駆動される区間が
できる。その後、目標位置ｘrefまで減速し位置決めさ
れる。このように、目標速度の最大値を設定することに
よって、より安全性、操作性を高めることができる。
【００１０】［請求項４に対応する実施の形態］請求項
１に対応する実施の形態の構成および動作を前提として
説明する。最も速く短時間で位置決めを実現するために
は、アクチュエータの発生しうる最大の加速度で加速減
速すればよいが、実機においては、アクチュエータの機
械共振などにより整定時間が長くなり、かえって位置決
め終了までの所用時間が長くなることがある。機械共振
を抑えるためには、アクチュエータへの入力を抑えるこ
とが望まれる。この問題を以下のようにして解決する。
動作を図６を参照して説明する。式(2)の演算によって
目標速度を与えることにより、立ち上がり時の速度偏差
ｅVは大きな値となり、速度制御コントローラ１５から
の操作量である目標電流値ｉCは大きくなる。これによ
り、モータドラーバ６の流すモータ電流ｉmは飽和し、
キャリッジ１は最大加速度で加速する。速度が目標速度
まで達した後、キャリッジ１は目標速度に従って減速し
ていく。機械共振などの振動は目標速度が一定速度のと
きもしくは、減速時の加速度定数αを調整することによ
って整定させることができる。このように、キャリッジ
１の動作立ち上がり時の加速度をアクチュエータの出し
うる最大のものとすることによって、より短時間で測定
開始位置まで変位計５を移動させることができる。 ［請求項５に対応する実施の形態］請求項１に対応する
実施の形態の構成および動作を前提として説明する。動
作を図７、図８を参照して説明する。キャリッジ１の加
速時の初期の目標速度Ｖrefを所定の距離LまでＶiniと
する。また、移動量が前記所定の距離Ｌよりも手前であ
る場合、加速時から式(2)によって目標速度を演算す
る。これにより立ち上がり時の速度偏差ｅVは大きな値
となり、速度制御コントローラ１５からの操作量である
目標電流値ｉCは大きくなる。目標電流値ｉCにより、モ
ータドライバ６の流すモータ電流ｉmは飽和し、目標速
度Ｖiniまで加速する。その後、請求項１から３と同様
な動作によって目標速度を与えて、加速・減速を行い目
標位置ｘrefまで移動する。図７は横軸に位置、縦軸に
目標速度を表したものである。移動距離が大きいときは
所定の距離Ｌまで目標速度をＶiniとしている。また、
移動距離が小さいときは、目標速度の演算を式(2)によ
っておこなうことを示している。図８は横軸に時間、縦
軸を目標速度とし、移動距離に応じた目標速度の変化と
実速度の関係を示したものである。このように、キャリ
ッジ１の動作立ち上がり時の目標速度を工夫することに
よって、アクチュエータの抵抗や静摩擦力による立ち上
がりの遅れを抑えて、変位計５を高速かつ高精度に測定
開始位置まで移動させることが可能となる。なお、本発
明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上
記の例では本発明を触針式形状測定装置に適用した場合
について説明したが、光学式形状測定装置にも適用でき
る。
１に対応する実施の形態の構成および動作を前提として
説明する。最も速く短時間で位置決めを実現するために
は、アクチュエータの発生しうる最大の加速度で加速減
速すればよいが、実機においては、アクチュエータの機
械共振などにより整定時間が長くなり、かえって位置決
め終了までの所用時間が長くなることがある。機械共振
を抑えるためには、アクチュエータへの入力を抑えるこ
とが望まれる。この問題を以下のようにして解決する。
動作を図６を参照して説明する。式(2)の演算によって
目標速度を与えることにより、立ち上がり時の速度偏差
ｅVは大きな値となり、速度制御コントローラ１５から
の操作量である目標電流値ｉCは大きくなる。これによ
り、モータドラーバ６の流すモータ電流ｉmは飽和し、
キャリッジ１は最大加速度で加速する。速度が目標速度
まで達した後、キャリッジ１は目標速度に従って減速し
ていく。機械共振などの振動は目標速度が一定速度のと
きもしくは、減速時の加速度定数αを調整することによ
って整定させることができる。このように、キャリッジ
１の動作立ち上がり時の加速度をアクチュエータの出し
うる最大のものとすることによって、より短時間で測定
開始位置まで変位計５を移動させることができる。 ［請求項５に対応する実施の形態］請求項１に対応する
実施の形態の構成および動作を前提として説明する。動
作を図７、図８を参照して説明する。キャリッジ１の加
速時の初期の目標速度Ｖrefを所定の距離LまでＶiniと
する。また、移動量が前記所定の距離Ｌよりも手前であ
る場合、加速時から式(2)によって目標速度を演算す
る。これにより立ち上がり時の速度偏差ｅVは大きな値
となり、速度制御コントローラ１５からの操作量である
目標電流値ｉCは大きくなる。目標電流値ｉCにより、モ
ータドライバ６の流すモータ電流ｉmは飽和し、目標速
度Ｖiniまで加速する。その後、請求項１から３と同様
な動作によって目標速度を与えて、加速・減速を行い目
標位置ｘrefまで移動する。図７は横軸に位置、縦軸に
目標速度を表したものである。移動距離が大きいときは
所定の距離Ｌまで目標速度をＶiniとしている。また、
移動距離が小さいときは、目標速度の演算を式(2)によ
っておこなうことを示している。図８は横軸に時間、縦
軸を目標速度とし、移動距離に応じた目標速度の変化と
実速度の関係を示したものである。このように、キャリ
ッジ１の動作立ち上がり時の目標速度を工夫することに
よって、アクチュエータの抵抗や静摩擦力による立ち上
がりの遅れを抑えて、変位計５を高速かつ高精度に測定
開始位置まで移動させることが可能となる。なお、本発
明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上
記の例では本発明を触針式形状測定装置に適用した場合
について説明したが、光学式形状測定装置にも適用でき
る。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような優れた効果が得られる。請求項１記載の発明
によれば、変位計を搭載したキャリッジの目標速度を現
在位置に応じて変更していくことによって、アクチュエ
ータに加わる力を調整しアクチュエータの振動を抑え、
動作範囲が広く安定した高速位置決めが可能な形状測定
装置を提供できる。請求項２記載の発明によれば、請求
項１の効果に加えて、目標速度の演算をテーブル化する
ことにより制御演算処理を低減し、制御演算の高速化も
しくは低コスト化に有利な形状測定装置を提供できる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１，２の効果に加
えて、目標速度の最大値を設定することによって、安全
性および操作性をより高めた形状測定装置を提供でき
る。請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の効果
に加えて、立ち上がり加速度をアクチュエータの出しう
る最大のものとすることによって、より短時間で測定開
始位置まで移動を可能とする形状測定装置を提供でき
る。請求項５記載の発明によれば、立ち上がり時の目標
速度を工夫することによって、アクチュエータの抵抗や
静摩擦力による立ち上がりの遅れを抑えて、高速かつ高
精度に測定開始位置まで変位計を移動させることができ
る形状測定装置を提供できる。
下のような優れた効果が得られる。請求項１記載の発明
によれば、変位計を搭載したキャリッジの目標速度を現
在位置に応じて変更していくことによって、アクチュエ
ータに加わる力を調整しアクチュエータの振動を抑え、
動作範囲が広く安定した高速位置決めが可能な形状測定
装置を提供できる。請求項２記載の発明によれば、請求
項１の効果に加えて、目標速度の演算をテーブル化する
ことにより制御演算処理を低減し、制御演算の高速化も
しくは低コスト化に有利な形状測定装置を提供できる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１，２の効果に加
えて、目標速度の最大値を設定することによって、安全
性および操作性をより高めた形状測定装置を提供でき
る。請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の効果
に加えて、立ち上がり加速度をアクチュエータの出しう
る最大のものとすることによって、より短時間で測定開
始位置まで移動を可能とする形状測定装置を提供でき
る。請求項５記載の発明によれば、立ち上がり時の目標
速度を工夫することによって、アクチュエータの抵抗や
静摩擦力による立ち上がりの遅れを抑えて、高速かつ高
精度に測定開始位置まで変位計を移動させることができ
る形状測定装置を提供できる。
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す形状測定装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図２】図１中に示す触針式変位計の断面図である。
【図３】図１中に示すキャリッジの目標速度と位置との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図４】図３の目標速度で動かした場合におけるキャリ
ッジの速度と時間との関係を示す図である。
ッジの速度と時間との関係を示す図である。
【図５】目標速度の最大値を設定した場合におけるキャ
リッジの速度と時間との関係を示す図である。
リッジの速度と時間との関係を示す図である。
【図６】キャリッジの動作立ち上がり時の加速度を最大
とした場合におけるキャリッジの速度と時間との関係を
示す図である。
とした場合におけるキャリッジの速度と時間との関係を
示す図である。
【図７】キャリッジの移動距離が大きいときは所定の距
離Ｌまで所定の目標速度で、移動距離が小さいときは演
算により求めた目標速度で動かした場合におけるキャリ
ッジの速度と時間との関係を示す図である。
離Ｌまで所定の目標速度で、移動距離が小さいときは演
算により求めた目標速度で動かした場合におけるキャリ
ッジの速度と時間との関係を示す図である。
【図８】図７の目標速度で動かした場合におけるキャリ
ッジの移動距離に応じた目標速度の変化と実速度との関
係を示した図である。
ッジの移動距離に応じた目標速度の変化と実速度との関
係を示した図である。
１：キャリッジ ３：ボイスコイルモータ（駆動機構） ４：リニアエンコーダ（位置検出部） ５：変位計（触針式変位計） ６：モータドライバ（駆動回路） ７：目標速度演算部 ８：目標位置演算部 ９：追従目標位置演算部 １３：モード切替器 １４：速度演算器 １５：速度制御コントローラ １６：位置制御コントローラ １７：モード切替器 ３０：アクチュエータ ４０：制御系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA41 BA25 BD11 CA11 CA26 CB16 CC01 DA02 DA04 DA08 DB06 DC01 DD02 EA02 EB01 EB23 GA00 KA04 LA11 LA12 LA14 NA02 NA06 ZA01 2F069 AA51 BB40 DD09 DD15 DD25 EE03 EE22 EE26 GG02 GG06 GG15 GG35 GG39 GG52 GG56 GG62 HH02 HH14 JJ08 JJ25 MM04 MM11 MM17 MM21 MM23 MM32 NN05 NN11 PP02 QQ05
Claims (5)
- 【請求項１】 変位計を搭載したキャリッジと、変位計
を被測定面の起伏に追従させるべく前記キャリッジを往
復移動させる駆動機構と、前記キャリッジの位置を検出
して位置信号を発生させる位置検出部と、前記変位計の
出力信号もしくは前記位置信号に基づいて、前記キャリ
ッジの位置制御のための操作量を算出する位置制御コン
トローラと、前記位置信号から算出した速度信号に基づ
いて、前記キャリッジの速度制御のための操作量を算出
する速度制御コントローラと、前記位置制御コントロー
ラもしくは前記速度制御コントローラからの操作量に応
じて前記駆動機構を駆動する駆動回路とを備えた形状測
定装置において、前記キャリッジの現在位置を使用して
目標速度を演算し、当該目標速度を使用して速度制御を
行うように構成したことを特徴とする形状測定装置。 - 【請求項２】 前記キャリッジの現在位置に応じて、あ
らかじめ作成しておいた目標速度テーブルから前記目標
速度を選択し、当該目標速度を使用して速度制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。 - 【請求項３】 前記目標速度の最大値に制限を設けたこ
とを特徴とする請求項１または２記載の形状測定装置。 - 【請求項４】 前記キャリッジの動作立ち上がり時の加
速度を最大とし、加速終了後、前記目標速度に従って減
速することを特徴とする請求項１、請求項２または請求
項３記載の形状測定装置。 - 【請求項５】 前記キャリッジの加速時の目標速度を移
動開始位置から所定距離までの間は所定の目標速度の値
とし、目標位置が前記所定距離よりも手前の場合、前記
キャリッジの現在位置を使用して算出した目標速度もし
くは前記目標速度テーブルから選択した目標速度に従っ
て減速することを特徴とする請求項１、請求項２または
請求項３記載の形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22443099A JP3488842B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22443099A JP3488842B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001050740A true JP2001050740A (ja) | 2001-02-23 |
| JP3488842B2 JP3488842B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=16813661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22443099A Expired - Fee Related JP3488842B2 (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488842B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012252006A (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Tesa Sa | 座標測定機 |
-
1999
- 1999-08-06 JP JP22443099A patent/JP3488842B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012252006A (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Tesa Sa | 座標測定機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3488842B2 (ja) | 2004-01-19 |
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