JP2005315781A - 形状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブの許容ストロークを抑えたまま、被測定物の形状に合わせて適正な測定開始位置を簡単かつ確実に設定することができる形状測定機を提供すること。
【解決手段】 被測定物Ｗの表面にプローブ２６を接触させて、その表面形状を測定する形状測定機であって、被測定物Ｗの設計形状に関する情報を記憶する設計形状記憶手段と、この設計形状に関する情報から測定に必要なプローブ２６の測定ストロークＨを算出する測定ストローク算出手段と、プローブ２６または被測定物Ｗを互いに進退自在に相対移動させるガイド手段と、このガイド手段の駆動を制御する駆動制御手段と、プローブ２６または被測定物Ｗの前記深さ方向における位置を検出する位置検出手段とを有し、駆動制御手段は、測定ストロークＨと、プローブ２６または被測定物Ｗの位置とから、ガイド手段を介して、プローブ２６および被測定物Ｗの適正な測定開始位置を設定することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、接触式プローブを有する形状測定機に関する。

近年、作動軸の先端に設けられた接触式プローブを用いて被測定物の形状を測定する形状測定機が多く知られている。これら形状測定機の中には、軸方向に往復移動可能に支持された作動軸と、この作動軸の先端に設けられたプローブとを備えたものが紹介されている（特許文献１参照。）。

この形状測定機においては、作動軸を先端に向けて付勢することで、被測定物に対してプローブを接触させる。その状態から、作動軸の軸方向に直交する方向に被測定物を移動させると、プローブが被測定物の表面にならって、前記被測定物の深さ方向に移動する。このときのプローブの前記深さ方向の移動量と、プローブと直交する方向の移動量とを移動量検出手段により検出し、これらの検出結果に基づいて所定の演算を行うことにより、被測定物の表面形状の測定が行われる。

このような形状測定機によると、作動軸を往復移動させることによりプローブを被測定物に対してストロークさせていることから、プローブがそのストロークの最後端に配される位置から最先端に配される位置までの移動量、すなわちプローブの許容ストロークが、作動軸の長さ内に制限される。そのため、被測定物の測定に必要なプローブの測定ストロークが、上記許容ストローク内に設定されるように、それらプローブや被測定物を目視することにより、または移動量検出手段の出力値を観察することにより、被測定物またはプローブの位置を位置決めし、被測定物の測定開始位置の設定が行われていた。

ここで、一般に、これらプローブは、測定に伴うプローブへのモーメント荷重や移動量検出手段の検出誤差、または温度変化などによる測定精度の悪化を抑えるため、ストッパなどを用いることにより、その許容ストロークを最小限に抑えることが要請される。そのため、測定精度を向上させるためにプローブの許容ストロークを最小限に抑えつつ、その許容ストロークの範囲内でこれを最大限利用して測定する場合も多い。
国際公開第０３／０２３３６９号パンフレット

しかしながら、上記のような形状測定機では、測定の際に、プローブの許容ストロークが一杯に使用され、そのストロークの余分が少ないため、適正な測定開始位置を設定するのが困難になるという問題がある。測定開始位置の設定を誤ると、プローブにその許容ストロークの限界を超えて移動させようとする力が働く場合があり、測定機や被測定物に傷を付けてしまうおそれがある。また、ストロークが足りないために、測定を中止して再度の測定が必要になるなどして、全体の測定時間の増加にもつながってしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、プローブの許容ストロークを抑えたまま、被測定物の形状に合わせて、適正な測定開始位置を簡単かつ確実に設定することができ、被測定物を短時間で高精度に測定することができる形状測定機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、プローブ軸の軸方向に移動可能に支持されたプローブを被測定物の深さ方向に変化のある表面にならって追従させて、前記プローブと被測定物との接触点の空間位置座標を検出することにより、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定機であって、前記被測定物の設計形状に関する情報を記憶する設計形状記憶手段と、この設計形状記憶手段により記憶された前記設計形状に関する情報から、測定に必要な前記プローブの測定ストロークを算出する測定ストローク算出手段と、前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方を、互いに進退自在に相対移動させるガイド手段と、このガイド手段の駆動を制御する駆動制御手段と、前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方の前記深さ方向における位置を検出する位置検出手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記測定ストローク算出手段により算出された測定ストロークと、前記位置検出手段により検出された前記プローブまたは前記被測定物の位置とから、前記ガイド手段を介して、前記プローブおよび被測定物の適正な測定開始位置を設定することを特徴とする。

この発明に係る形状測定機においては、設計形状記憶手段により被測定物の設計形状に関する情報が記憶され、この情報から、測定ストローク算出手段により、測定ストロークが算出される。そして、この測定ストロークと、位置検出手段により検出されたプローブまたは被測定物の位置とから、駆動制御手段により、ガイド手段を介して、プローブおよび被測定物の適正な測定開始位置が設定される。
これにより、適正な測定開始位置を簡単かつ確実に設定することができる。そのため、形状測定機や被測定物が傷付くのを防止することができる。また、ストロークが足りないことから生じる再度の測定が不要となり、全体の測定時間を短くすることができる。さらに、許容ストロークを最小限に維持することができ、高精度に測定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の形状測定機において、前記被測定物の表面の測定範囲に関する情報を記憶する測定範囲記憶手段を備え、前記測定ストローク算出手段は、前記測定範囲記憶手段により記憶された前記測定範囲に関する情報と、前記設計形状に関する情報とから、前記測定ストロークを算出することを特徴とする。

この発明に係る形状測定機においては、測定範囲記憶手段により、被測定物の表面の測定範囲に関する情報が記憶され、測定範囲に関する情報と設計形状に関する情報とから、測定ストローク算出手段により、測定ストロークが算出される。そのため、実際に必要な測定範囲に応じた測定ストロークが正確かつ迅速に算出される。
これにより、実際に必要な測定ストロークに合わせて、より精度よく測定開始位置を設定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の形状測定機において、前記測定開始位置を、前記算出された測定ストロークのストロークエンドに設定し、この測定ストロークが前記プローブの許容ストロークの範囲内にあることを特徴とする。
この発明に係る形状測定機においては、測定開始位置が、測定ストロークのストロークエンドに設定され、この測定ストロークが許容ストロークの範囲内に設定される。
これにより、より正確かつ迅速に被測定物の測定を行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の形状測定機において、前記測定ストロークのストロークエンドを、前記許容ストロークのストロークエンドの近傍に設定することを特徴とする。
この発明に係る形状測定機においては、測定開始位置である測定ストロークのストロークエンドが、許容ストロークのストロークエンドの近傍に設定される。そのため、測定時におけるプローブの突出量が最小限に抑えられる。
これにより、プローブ軸の剛性を上げ、かつ測定に伴うプローブ軸に加わるモーメント荷重を最小限に抑えることが可能となり、より精度の高い測定が可能となる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の形状測定機において、前記設計形状記憶手段により記憶された前記設計形状に関する情報と、前記位置検出手段により検出された前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方の位置とに応じて、前記ガイド手段を介して前記プローブおよび被測定物の相対移動速度を制御する相対移動速度制御手段を備えることを特徴とする。
この発明に係る形状測定機においては、設計形状に関する情報と、位置検出手段により検出されたプローブまたは被測定物の少なくとも一方の位置とに応じて、相対移動速度制御手段により、ガイド手段を介してプローブおよび被測定物の相対移動速度が制御される。
これにより、プローブまたは被測定物の位置に応じて、両者の相対速度を変化させることができ、より効率よく迅速に測定することができるとともに、両者の接触による損傷を防止することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の形状測定機において、前記相対移動速度は、前記プローブと前記被測定物とが互いに離間する離間位置から両者が互いに近接する近接位置までの間において、前記プローブまたは前記被測定物を相対移動させる第１の送り速度と、前記プローブまたは前記被測定物が、前記近接位置から前記プローブと前記被測定物とが接触する接触位置を経て前記測定開始位置に至るまでの間において、前記プローブまたは前記被測定物を相対移動させる第２の送り速度とを有することを特徴とする。

この発明に係る形状測定機においては、離間位置から近接位置までの間では、第１の送り速度でプローブと被測定物とが相対移動し、近接位置から接触位置を経て測定開始位置に至るまでの間では、第２の送り速度で両者が相対移動する。
これにより、プローブと被測定物との相対距離に応じて、その相対移動速度を変化させることができ、例えば、両者の相対距離が離れている場合には相対移動速度を高速にし、両者の相対距離が近づいたときに相対移動速度を低速にすることにより、より効率よく迅速に測定することができるとともに、両者の接触による損傷を防止することができる。

本発明によれば、プローブの許容ストロークを最小限に設定しつつも、被測定物の形状に応じて、適正な測定開始位置を簡単かつ確実に設定することができる。そのため、被測定物の測定を精度よく迅速に行うことができ、形状測定機や被測定物の損傷を防止することができる。

（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例に係る形状測定機について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施例としての形状測定機に、例えば凸レンズからなるワーク（被測定物）を取り付けた様子を示したものである。
図１において、符号１は形状測定機、符号Wはワークを示している。
形状測定機１は、後述するＺ軸駆動モータ４２などを制御するモータ制御部（駆動制御手段、相対移動速度制御手段）１５と、各種演算を行う演算部（測定ストローク算出手段）１６と、各種情報を記憶するメモリ（設計形状記憶手段、測定範囲記憶手段）１７とを有する処理装置２を備えている。
また、この形状測定機１は、被測定物の測定を行う測定部３と、ワークＷを支持する支持部４とを備えており、両者が測定機ベース５の上に対向して配置されている。

測定部３は、基台としてのＸ軸ステージ８と、ワークＷを実際に測定する測定ユニット６とを備えている。
Ｘ軸ステージ８は、測定機ベース５の一端に設けられており、Ｘ駆動軸９を介して、後述するエアスライド軸（プローブ軸）２０の軸線Ｌに直交する方向、すなわち図に示すＸ軸方向に往復移動可能になっている。すなわち、Ｘ軸ステージ８は、モータ制御部１５によって制御される不図示のＸ軸駆動モータにより駆動させられるようになっている。

また、Ｘ軸ステージ８の外面のうち、支持部４側の反対側に配される後端面には、第１のガラススケール１０が取り付けられており、Ｘ軸ステージ８のＸ軸方向への往復移動に合わせて、この第１のガラススケール１０もＸ軸方向に往復移動するようになっている。そして、このとき逐次変化する第１のガラススケール１０のＸ軸上の位置が測定機ベース５上に設けられた第１のガラススケールヘッド１１によって検出され、この検出結果が演算部１６に逐次出力されるようになっている。

さらに、Ｘ軸ステージ８の上には測定機板７を介して測定ユニット６が固定されている。測定ユニット６は、柱状に形成されたエアスライド軸２０と、略直方体形状のエアスライド軸受２１とを有するエアスライド２２を備えている。
エアスライド軸受２１は、その長さ方向に貫通する貫通穴（不図示）が形成されており、その貫通穴が支持部４に向けられた状態で、測定機板７の上に固定されている。そして、この貫通穴の中をエアスライド軸２０が通された状態になっている。貫通穴の内壁には、複数の吹出孔（不図示）が形成され、エアスライド軸２０と貫通穴の内壁面との間には、圧縮したクリーンでドライな圧縮空気を吹出孔から噴出させることにより、数μｍの微小な隙間を生じさせるようになっている。すなわち、この空気の噴出により、エアスライド軸２０は、エアスライド軸受２１の内壁面とは接触していない、浮いた状態になっている。これにより、エアスライド軸２０は、支持部４に対して接近離間する方向、すなわち軸線Ｌ方向に往復移動可能に支持されている。

ここで、測定機ベース５は、水平な設置面５０に対し、足部５１ａ，５１ｂを介して、角度αだけ傾斜した状態で設置されており、そのため測定部３は、図２に示すように、支持部４に向けて角度αだけ傾けられた状態になっている。これにより、エアスライド軸２０は、このエアスライド軸２０を含む部材の自重の軸線Ｌ方向成分により、支持部４に向けて付勢された状態になっている。さらに、このエアスライド軸２０の近傍には圧縮空気を噴出する噴出ノズル３１が設けられており、この噴出ノズル３１から、図3に示すように、エアスライド軸２０の斜め後方、すなわち矢印Ｃ方向に向けて圧縮空気を吹き付けることにより、エアスライド軸２０を支持部４から離間する方向に退避させることができるようになっている。

エアスライド軸２０の先端部には、取付部２５を介して例えば精密ルビーからなる球状のプローブ２６が取り付けられている。一方、エアスライド軸２０の後端部には、プローブ軸測長器（位置検出手段）３０が設けられている。
プローブ軸測長器３０は、図１に示すように、エアスライド軸２０の後端に形成された段差部２７にネジ止めされた第２のガラススケール２８と、測定機板７上に固定された第２のガラススケールヘッド２９とを備えている。第２のガラススケールヘッド２９には、第２のガラススケール２８が往復移動可能に挿通され、第２のガラススケールヘッド２９は、その逐次変化する第２のガラススケール２８の軸線Ｌ上の位置を検出し、その検出結果を演算部１６に逐次出力するようになっている。
そして、これら第１のガラススケールヘッド１１および第２のガラススケールヘッド２９からの出力情報に基づいて、演算部１６が、所定の演算を行い、ワークＷの表面形状を算出するようになっている。

さらに、エアスライド軸２０の段差部２７の近傍には、軸線Ｌに直交する方向に沿って延ばされた衝接棒２３が固定されている。この衝接棒２３は、図３に示すように、その長さ寸法がエアスライド軸２０の幅寸法より長くなるように設定され、エアスライド軸２０に固定された状態では、衝接棒２３の両端がエアスライド軸２０からその幅方向に沿って突出するようになっている。

また、衝接棒２３の近傍には、図１に示すコの字状のストッパ２４が、エアスライド軸２０に隣接されて配置されている。ストッパ２４は、図３に示すように、その底面部が軸線Ｌに平行になるように、かつその両内側壁２４ａ，２４ｂの間に、突出した衝接棒２３の長さ方向の一端が配されるようにして、測定機板７上に取り付けられている。そのため、エアスライド軸２０の往復移動に伴って、衝接棒２３はストッパ２４の両内側壁２４ａ，２４ｂの間を往復移動するようになっており、エアスライド軸２０が所定位置を超えて移動しようとしても、衝接棒２３が一方の内側壁２４ａ，２４ｂに接触することになり、これによりエアスライド軸２０の軸線Ｌ方向の移動を制限するようになっている。したがって、この両内側壁２４ａ，２４ｂ間の距離Ｅ’が、エアスライド軸２０を介したプローブ２６の最大限の移動量、すなわちプローブ２６が最後方にある位置と、図３の２点鎖線で示す最前方にある位置との間の移動量となり、この最大限の移動量がプローブ２６の許容ストロークＥとなる。

また、図１に示すように、上述の支持部４は、支持部本体としてのワークベース４０を備えており、このワークベース４０は、測定機ベース５の他端近傍に固定されている。そしてワークベース４０の上には、後述する基板部４８およびＺ軸移動ステージ４１を介して、ワークＷを保持する保持壁部４５が設置されている。この保持壁部４５の外面のうち、測定部３側に向けられる保持壁部前面４５ａには、取付穴４５ｂが設けられている。そして、この取付穴４５ｂに、ワークＷを保持するワークホルダ４６が着脱可能に取り付けられるようになっている。このワークホルダ４６は、ワークＷを保持した状態で、ワークＷの最突出部Ｐ₁と保持壁部前面４５ａとの間が一定の距離Ａをもって保持されるようになっている。

さらに、本実施例における形状測定機１は、支持部４を測定部３に向けて移動させるためのガイド機構（ガイド手段）４７を備えている。ガイド機構４７は、ワークベース４０上に固定される上述の基板部４８を備えており、この基板部４８の上に、Ｚ軸移動ステージ４１が、測定部３に対して接近離間する方向、すなわち図１に示すＺ軸方向に往復移動可能に支持されている。Ｚ軸移動ステージ４１の外面のうち、測定部３側の反対側に配される後端面には、駆動軸４９を介してＺ軸駆動モータ４２が設けられている。Ｚ軸駆動モータ４２は、モータ制御部１５に接続されており、このモータ制御部１５により、駆動制御されるようになっている。そして、Ｚ軸駆動モータ４２を駆動することにより、Ｚ軸移動ステージ４１をＺ軸方向に移動させるようになっている。このときの移動速度は、モータ制御部１５からの指示信号に応じて、高速移動と低速移動とに切り替えられるようになっている。

さらに、Ｚ軸移動ステージ４１の側面には、第３のガラススケール（位置検出手段）４３が設けられており、この第３のガラススケール４３の近傍であって基板部４８上には第３のガラススケールヘッド（位置検出手段）４４が設けられている。これにより、Ｚ軸移動ステージ４１の移動に合わせて、第３のガラススケール４３がＺ軸方向に移動し、このときの逐次変化するＺ軸移動ステージ４１のＺ軸上の位置が第３のガラススケールヘッド４４により検出され、この検出結果が演算部１６に逐次出力されるようになっている。

また、本実施例における形状測定機１は、処理装置２を備えている。処理装置２は、上述したように、モータ制御部１５と演算部１６とメモリ１７とを備えている。メモリ１７は、後述するように、図４に示すワークＷの設計形状Fに関する情報と、ワークＷの測定範囲Gに関する情報があらかじめ記憶されるようになっている。演算部１６は、これら設計形状に関する情報と測定範囲に関する情報とに基づいて、ワークＷの測定ストロークＨを算出するようになっている。そして、この測定ストロークＨについての出力信号に基づいて、モータ制御部１５がＺ軸駆動モータ４２を駆動するようになっている。さらに、Ｚ軸駆動モータ４２の駆動によって逐次変化するＺ軸移動ステージ４１のＺ軸上の位置が、第３のガラススケールヘッド４４により検出され、この検出結果が演算部１６に入力されると、演算部１６からの位置情報に関する出力信号に基づいて、モータ制御部１５は、ワークＷがＺ軸上の所定の位置に設定されるように、Ｚ軸駆動モータ４２を駆動するようになっている。

次に、このように構成された本実施例における形状測定機１の作用について説明する。
最初に、ワークＷの表面形状の全体の測定作用について概説する。
まず、測定しようとするワークＷの図４に示す設計形状Fおよびその設計形状Fの測定範囲Gの処理装置２への入力を行う。このときの設計形状Fは、設計式より求められるものであり、測定範囲Gは、図７の上面図に示すように、プローブ２６をワークＷの表面に対してＸ軸方向に沿って走査させる範囲をいうものであり、ワークＷとプローブ２６との接触点の一端Ｐ₂からその他端Ｐ₃までのＸ軸方向における距離をいうものである。すなわち、図７に示す矢印Ｇが本実施例における測定範囲Ｇを示すものである。これらを入力することにより、設計形状Ｆおよび測定範囲Ｇに関する情報がメモリ１７に記憶される。

次いで、そのワークＷを保持壁部４５に取り付ける。するとワークＷとプローブ２６とは、両者が対向した状態になる。
測定機ベース５は角度αだけ傾けられていることから、図２に示すように、エアスライド２２も角度αだけ傾けられた状態になる。そのため、エアスライド軸２０に、その自重の軸線Ｌ方向の成分により、先端に向けて移動しようとする力が働く。これにより、プローブ２６はワークＷの方向に対する付勢力が加わった状態になる。この状態から、処理装置２に対して測定開始命令を入力すると、後述するようにワークＷがプローブ２６に対して近づくように移動していき、ワークＷの最突出部Ｐ₁とプローブ２６とが接触した状態で、図１および図６（ｃ）に示す最適な測定開始位置に設定される。

このときのワークＷとプローブ２６との接触力Ｆは、例えば、プローブ２６、エアスライド軸２０および第２のガラススケール２８の合計重量が４８ｇｆ、角度αが０．０６度である場合、
Ｆ＝４８［ｇｆ］×ｓｉｎ（０．０６［度］）＝０．０５［ｇｆ］
となり、５０ｍｇｆという微小な接触力を得ることができる。

この測定開始位置から、モータ制御部１５によりＸ軸駆動モータが駆動させられ、Ｘ軸ステージ８がＸ軸方向に沿って移動する。すると、図７に示すように、プローブ２６がワークＷの最突出部Ｐ₁から水平方向に離れるように移動するとともに、プローブ２６はワークＷに向けて付勢されていることから、ワークＷの表面にならってＺ軸方向前方に移動する。そして、このときのプローブ２６のＸ軸方向の位置は、第１のガラススケールヘッド１１により逐次検出され、その検出結果が演算部１６に向けて出力される。そして、この演算部１６の位置情報に関する出力信号に基づいて、モータ制御部１５が、プローブ２６が接触点の一端Ｐ₂まで配されたか否かを判断し、Ｐ₂まで配されたと判断すると、Ｘ軸駆動モータに向けて指示信号を出力することにより、Ｘ軸駆動モータの駆動が停止し、さらにＸ軸駆動モータが逆回転する。

そのため、Ｘ軸ステージ８が接触点の一端Ｐ₂を境として、反対方向に移動し、プローブ２６は再び最突出部Ｐ₁に向けて移動する。そして、プローブ２６は最突出部Ｐ₁に到達し、さらに最突出部Ｐ₁を超えて移動しつづける。そして、ついには接触点の他端Ｐ₃に到達する。このとき、演算部１６の位置情報に関する出力信号に基づいて、モータ制御部１５により、Ｘ軸駆動モータの駆動が停止し、さらにＸ軸駆動モータが逆回転する。そして、Ｘ軸ステージ８がセンターの位置に戻される。このＸ軸駆動モータの逆回転と並行して、モータ制御部１５により、Ｚ軸駆動モータ４２が逆回転させられ、ワークＷがプローブ２６と離間する方向に移動し、ワークＷとプローブ２６とが所定の距離を置いた初期位置に戻される。

これらプローブ２６の接触点の一端Ｐ₂から他端Ｐ₃までの移動の間において、プローブ２６のＸ軸方向の位置と、Ｚ軸方向の位置とが、それぞれ第１のガラススケールヘッド１１と第２のガラススケールヘッド２９とにより検出され、これら検出結果が演算部１６に向けて出力される。そして、この検出結果に基づいて、演算部１６により、ワークＷの表面形状が算出され、一連のワークＷの表面形状の測定動作が完了する。
なお、第１のガラススケールヘッド１１および第２のガラススケールヘッド２９により、Ｘ軸およびＺ軸方向の位置情報が出力されるのは、接触点の一端Ｐ₂から他端Ｐ₃までの間であればどこでも構わない。つまり、ワークＷとプローブ２６とが接触する測定範囲Ｇと、プローブ２６の位置情報を実際に出力する位置情報出力範囲とは異なっていてもよい。

次に、上記一連の動作内における測定開始位置の設定作用について特に説明する。
ワークＷの表面形状の測定においては、プローブ２６の許容ストロークＥが限られているため、この範囲内に、測定ストロークＨが設定される必要がある。本実施例における形状測定機１においては、以下のような第１の設定動作により、適正な測定開始位置が正確に設定される。
まず、上述したメモリ１７に記憶された設計形状Ｆに関する情報と、測定範囲Ｇに関する情報とに基づいて、演算部１６により、図４に示すように、測定ストロークＨが算出される。この測定ストロークＨとは、接触点の一端Ｐ₂と他端Ｐ₃とを結ぶＰ₂−Ｐ₃直線と直交する直交線がワークＷの最突出部Ｐ₁を通るとき、Ｐ₂−Ｐ₃直線が直交線と交わる交点Ｐ’と、最突出部Ｐ₁との間の前記直交線上における距離をいうものであり、プローブ２６をワークＷに走査させるときのプローブ２６のＺ軸方向の移動量をいうものである。このＺ軸方向とは、ワークＷの深さ方向、すなわち最突出部Ｐ₁と交点Ｐ’とを結ぶ線の向く方向をいう。なお、実際の測定においては、ある半径を持ったプローブ２６がワークＷの表面に接触することになり、図５に示すように、プローブ２６のワークＷへの接触点から、プローブ２６の先端までのＺ軸方向の距離、すなわち矢印Ｊに示す分だけ、測定ストロークＨには誤差が生じる。そこで、プローブ２６の半径の分の補正をかけ、実際のプローブ２６の測定ストロークを求めることにより、高精度な測定が可能となる。

次いで、ワークＷを保持壁部４５に取り付けるときには、噴出ノズル３１が、エアスライド軸２０に矢印Ｃ方向に向けて圧縮空気を噴出する。これにより、エアスライド軸２０が、ワークＷに対して退避させられ、衝接棒２３がワークＷに対して後方の内側壁２４ａに接触し、その動きが止められる。すなわち、プローブ２６が、図６（ａ）に示すように、許容ストロークＥの最後方に配された状態になる。
この状態から、算出された測定ストロークＨについての出力に基づいて、モータ制御部１５により、Ｚ軸駆動モータ４２が駆動させられ、Ｚ軸移動ステージ４１を介してワークＷがプローブ２６に接近する方向に移動を開始する。このときのワークＷのＺ軸方向の位置は、第３のガラススケールヘッド４４により検出された、第３のガラススケールのＺ軸方向の位置情報に基づいて演算部１６により求められる。すなわち、第３のガラススケール４３の位置情報に基づいて、保持壁部前面４５ａからワークＷの最突出部Ｐ₁の距離Ａを加算することにより、ワークＷの最突出部Ｐ₁のＺ軸方向の位置が検出される。

そして、ワークＷは、図６（ｂ）に示すように、プローブ２６に対して所定の距離に近づいたときに、モータ制御部１５により、停止させられる。このとき、ワークＷの最突出部Ｐ₁は、プローブ２６が最後方に置かれた位置からその許容ストロークＥの範囲内になるように設定され、かつ、そのワークＷの測定ストロークＨが許容ストロークＥの範囲内になるように設定される。すなわち、ワークＷの停止位置がワークＷの適正な測定開始位置となる。なお、プローブ２６のＺ軸方向の位置は、メモリ１７にあらかじめ記憶されてもよいし、第１のガラススケールヘッド１１からの検出結果に基づいて、演算部１６が所定の距離だけ加算することにより、算出してもよい。

さらに、ワークＷが上記測定開始位置に置かれると、噴出ノズル３１からの圧縮空気の噴出が止められる。すると、プローブ２６は、エアスライド軸２０を含む部材の自重の軸線Ｌ方向成分により付勢されているため、ワークＷに接近する方向に移動する。そして、図６（ｃ）に示すように、衝接棒２３が前方の内側壁２４ｂに接触するより先に、プローブ２６がワークＷの最突出部Ｐ₁に接触する。このときの接触位置が、プローブ２６の測定ストロークＨのストロークエンドになり、この位置がプローブ２６の適正な測定開始位置となる。これにより、ワークＷおよびプローブ２６の双方が適正な測定開始位置に設定される。この状態から、Ｘ軸ステージ８がＸ軸方向に往復移動し、上記のようにワークＷの表面形状が算出される。

また、本実施例における形状測定機１においては、ワークＷおよびプローブ２６の適正な測定開始位置を以下のような第２の設定動作により設定することも可能である。
まず、設計形状Ｆおよび測定範囲Ｇを入力後、ワークＷを保持壁部４５に取り付ける。このとき、プローブ２６は、図８（ａ）に示すように、許容ストロークＥの最前方に位置しており、ワークＷの表面にも接触していない状態になる。この状態から、モータ制御部１５により、Ｚ軸駆動モータ４２が駆動させられ、ワークＷがプローブ２６に接近する方向に高速に移動する。そして、図８（ｂ）に示すように、ワークＷがプローブ２６に近接する位置に到達すると、モータ制御部１５から速度切り替え用の指示信号が出力され、ワークＷは低速移動に切り替えられる。

そして、この低速状態のままワークＷはさらに移動していき、図８（ｃ）に示すように、ついにはワークＷの最突出部Ｐ₁がプローブ２６に静かに接触する。接触してもさらにワークＷは移動を続け、プローブ２６を押し戻していく。そして、図８（ｄ）に示すように、第２のガラススケールヘッド２９および第３のガラススケールヘッド４４からの位置情報に基づいて、演算部１６、モータ制御部１５を介して、所定の位置でワークＷの移動が停止する。この位置が上記と同様の適正な測定開始位置となる。

これら一連のワークＷの移動において、ワークＷとプローブ２６とが互いに離れている位置、すなわち両者が図８（ａ）に示す位置から図８（ｂ）に示す位置の直前に至るまでの両者の位置を離間位置といい、互いに近づいている位置、すなわち図８（ｂ）からワークＷとプローブ２６とが接触する直前の位置までの間を近接位置という。
そして、両者が離間位置から近接位置に至るまでの間は、ワークＷは高速で移動し、近接位置から図８（ｃ）に示す接触位置を経て適正な測定開始位置に至るまでの間は、ワークＷは低速で移動する。すなわち、高速移動における速度が第１の送り速度となり、低速移動における速度が第２の送り速度となる。

なお、これまでワークＷは、プローブ２６に向かって凸形状であるとして説明してきたが、上記の作用は、プローブ２６に向かって凹形状のワークＷであっても同様であり、記憶された設計形状情報から測定ストロークを算出しその測定ストロークがプローブ２６の許容ストローク内であるように測定開始位置が適正に設定される。
また、本実施例における形状測定機１においては、図９に示すように、ワークＷの深さ寸法が小さい場合には、測定ストロークＨのストロークエンドがプローブ２６の最後方の位置に、より近接した位置に設定される。これにより、測定時におけるプローブ２６の、エアスライド軸受２１の前端部２１ａからの突出量を最小限に抑えることが可能となる。そのため、プローブ２６を支持するエアスライド軸２０の剛性を上げ、かつ、測定に伴うエアスライド軸２０に加わるモーメント荷重を最小限に抑えることが可能となり、より精度の高い測定が可能となる。

以上より、本実施例における形状測定機１によれば、プローブ２６の許容ストロークＥを最小限に抑えつつ、ワークＷおよびプローブ２６の最適な測定開始位置を容易かつ確実に設定することができる。そのため、高精度な測定を容易に行うことができる。
また、ワークＷやプローブ２６が傷付くのを防止することができ、測定開始位置の設定ミスによる再度の測定が不要となるため、全体の測定時間を短縮させることができる。
また、メモリ１７に、設計形状Ｆに関する情報と、測定範囲Ｇに関する情報とが記憶され、これら両情報に基づいて、測定ストロークＨが算出されるため、実際に必要な測定ストロークに合わせて高精度に測定開始位置を設定することができる。

さらに、測定開始位置が測定ストロークＨのストロークエンドに設定され、この測定ストロークＨが許容ストロークＥの範囲内に設定されるため、より正確かつ迅速に測定を行うことができる。
また、ワークＷの移動速度をその位置に応じてコントロールすることができるため、より効率よく測定することができる。すなわち、ワークＷとプローブ２６とが離間位置から近接位置までの間にあるときは、ワークＷは高速移動し、近接位置から接触位置を経て測定開始位置までの間にあるときは、ワークＷは低速移動することから、迅速な測定を可能としつつ、ワークＷとプローブ２６との接触による両者の損傷を防止することができる。

（実施例２）
図１０から図１１は、本発明の第２の実施例を示したものである。
図１０から図１１において、第１の実施例に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において相違したものとなっている。すなわち、本実施例における形状測定機１は、第３のガラススケール４３および第３のガラススケールヘッド４４が設けられておらず、かつワークＷの最突出部Ｐ₁と保持壁部前面４５ａとの間の距離Ａはワーク毎に異なっていてもよい。また、ストッパ２４の前方の内側壁２４ｂに隣接させて弾性体６５が取り付けられて構成されている。この弾性体６５により、エアスライド軸２０が先端方向に移動しても、衝接棒２３が前方の内側壁２４ｂには接触せずに弾性体６５に接触する。そのため、接触の際の衝撃が吸収され、プローブ２６が弾むことなく停止させられる。

このような構成のもと、上記の実施例のうち、第２の設定動作と同様にして、ワークＷがプローブ２６を押し戻すようにして、ワークＷおよびプローブ２６の適正な測定開始位置が設定される。ただし、この実施例において、ワークＷの位置およびＺ軸移動ステージ４１の位置はプローブ軸測長器３０のみにより検出される。よって、この実施例においては、プローブ測長器３０がワークＷの位置検出手段として機能する。
以上より、上記第１の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、第３のガラススケール４３および第３のガラススケールヘッド４４を不要とし、さらにワークホルダ４６の設計自由度が上げられることから、部品点数を減少させ、より簡易かつ安価に製造することができる。

（実施例３）
図１２は、本発明の第３の実施例を示したものである。
図１２において、上記第１および第２の実施例に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において相違したものとなっている。すなわち、本実施例における形状測定機１は、第３のガラススケール４３および第３のガラススケールヘッド４４に相当する部品として、基板部４８上にセンサ７０が設けられ、Ｚ軸移動ステージ４１の側面に、センサ７０に対応したドグ７１が設けられて構成されている。そして、ワークＷとプローブ２６とが近接位置に配されたときに、これらセンサ７０とドグ７１とが一致する位置に配され、このときにセンサ７０がドグ７１を検出するようになっている。センサ７０がドグ７１を検出すると、その検出結果を演算部１６に向けて出力し、所定の演算後の演算部１６の出力により、モータ制御部１５が、ワークＷの移動速度を上記実施例と同様に変更するようになっている。
以上より、上記第１の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、簡易な構成により、ワークＷの移動速度を制御することができる。

なお、上記第１から第３の実施例においては、ワークＷを凸レンズとしたが、これに限ることはなく、凹レンズであってもよく、また非球面レンズであっても、もしくはレンズ以外のものであってもよい。
また、支持部４を移動させる構成としたが、これに限ることはなく、測定部３を移動させたり、これら両者を移動させるようにしてもよい。
また、メモリ１７に設計形状Ｆと測定範囲Ｇとに関する情報を記憶させるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも設計形状Ｆに関する情報を記憶させるようにすればよい。ただし、両者を記憶させ、これらに基づいて測定ストロークＨを算出した方が、精度よく測定開始位置を設定できるのは上述の通りである。
また、ワークＷの移動速度はコントロールしなくてもよい。ただし、測定効率や損傷防止の点から、その移動速度をコントロールした方が望ましいのは上述の通りである。

さらに、プローブ２６を球状としたが、これに限らず、例えば、先端が微小な曲率半径を有する形状のものを用いてもよい。
また、プローブ２６の材質をルビーとしたが、これに限らず、ダイヤモンド、ガラス、サファイヤ、セラミクス等であってもよい。
また、エアスライド軸受２１内壁面に複数の吹出孔を形成するとしたが、これに代えて、多孔材質のものを用いてもよい。
さらに、プローブ軸測長器３０は、第２のガラススケール２８と第２のガラススケールヘッド２９とを有するとしたが、これに限らず、レーザ測長器を用いたものであってもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る形状測定機の第１の実施例を示す側面図である。 第１の実施例におけるプローブの傾きを示す説明図である。 第１の実施例における測定ユニットを示す上面図である。 第１の実施例におけるワークの設計形状を示す上面図である。 第１の実施例において、ワークの測定範囲の一端とプローブが接触している様子を示す説明図である。 第１の実施例において、測定時にワークおよびプローブの移動の様子を示した上面図である。 第１の実施例における測定ユニットの移動の様子を示す上面図である。 第１の実施例の第２設定動作におけるワークＷおよびプローブの移動を示す上面図である。 第１の実施例において、深さ寸法の小さいワークを取り付けたときの様子を示す上面図である。 本発明に係る形状測定機の第２の実施例を示す側面図である。 第２の実施例における測定ユニットを示す上面図である。 本発明に係る形状測定機の第３の実施例を示す側面図である。

符号の説明

１ 形状測定機
１５ モータ制御部（駆動制御手段、相対移動速度制御手段）
１６ 演算部（測定ストローク算出手段）
１７ メモリ（設計形状記憶手段、測定範囲記憶手段）
２０ エアスライド軸（プローブ軸）
２６ プローブ
３０ プローブ軸測長器（位置検出手段）
４３ 第３のガラススケール（位置検出手段）
４４ 第３のガラススケールヘッド（位置検出手段）
４７ ガイド機構（ガイド手段）
Ｆ 設計形状
Ｈ 測定ストローク
Ｗ ワーク（被測定物）

Claims (6)

1. プローブ軸の軸方向に移動可能に支持されたプローブを被測定物の深さ方向に変化のある表面にならって追従させて、前記プローブと被測定物との接触点の空間位置座標を検出することにより、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定機であって、
   前記被測定物の設計形状に関する情報を記憶する設計形状記憶手段と、
   この設計形状記憶手段により記憶された前記設計形状に関する情報から、測定に必要な前記プローブの測定ストロークを算出する測定ストローク算出手段と、
   前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方を、互いに進退自在に相対移動させるガイド手段と、
   このガイド手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
   前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方の前記深さ方向における位置を検出する位置検出手段とを有し、
   前記駆動制御手段は、前記測定ストローク算出手段により算出された測定ストロークと、前記位置検出手段により検出された前記プローブまたは前記被測定物の位置とから、前記ガイド手段を介して、前記プローブおよび被測定物の適正な測定開始位置を設定することを特徴とする形状測定機。
2. 前記被測定物の表面の測定範囲に関する情報を記憶する測定範囲記憶手段を備え、
   前記測定ストローク算出手段は、前記測定範囲記憶手段により記憶された前記測定範囲に関する情報と、前記設計形状に関する情報とから、前記測定ストロークを算出することを特徴とする請求項１に記載の形状測定機。
3. 前記測定開始位置を、前記算出された測定ストロークのストロークエンドに設定し、この測定ストロークが前記プローブの許容ストロークの範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の形状測定機。
4. 前記測定ストロークのストロークエンドを、前記許容ストロークのストロークエンドの近傍に設定することを特徴とする請求項３に記載の形状測定機。
5. 前記設計形状記憶手段により記憶された前記設計形状に関する情報と、前記位置検出手段により検出された前記プローブまたは前記被測定物の少なくとも一方の位置とに応じて、前記ガイド手段を介して前記プローブおよび被測定物の相対移動速度を制御する相対移動速度制御手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の形状測定機。
6. 前記相対移動速度は、前記プローブと前記被測定物とが互いに離間する離間位置から両者が互いに近接する近接位置までの間において、前記プローブまたは前記被測定物を相対移動させる第１の送り速度と、
   前記プローブまたは前記被測定物が、前記近接位置から前記プローブと前記被測定物とが接触する接触位置を経て前記測定開始位置に至るまでの間において、前記プローブまたは前記被測定物を相対移動させる第２の送り速度とを有することを特徴とする請求項５に記載の形状測定機。
   

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