JP2006214753A - 形状測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒部材の側面に対する端面の傾き及び円筒度等を高精度で測定する。
【解決手段】基準平面２１上に配置され円筒部材２２を回転可能に支持するＶブロック２３と、該Ｖブロック２３の近傍にてＶブロック２３に支持された円筒部材２２の軸方向の一方の端面２２ｂに対面するように基準平面２１に対して４５度に傾斜配置され、光干渉計１０からの光を前記一方の端面２２ｂに向けて照射する反射ミラー２４とを備え、円筒部材２２の側面２２ａにて反射された光と、一方の端面２２ｂにて反射された光とを光干渉計１０に取り込み、干渉縞２６を形成して円筒部材２２の側面２２ａに対する一方の端面２２ｂの傾き及び側面２２ａの円筒度を測定する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、形状測定方法及び装置に関し、特に干渉縞を利用して円筒部材の側面に対する軸方向の端面の傾き及び円筒度を測定する形状測定方法及び装置に関する。

光学レンズ等の光学素子の成形には、一対の円筒状（円柱状を含む）の金型とこの金型が挿入される円筒形状のスリーブ部材（「胴型」とも言う）を用いることが多い。このような金型では、その軸方向の端面に光学面（レンズ面）が形成されるが、この光学面の表裏面（レンズ面の表と裏）は、中心軸に対する傾きや中心位置ずれ（偏芯）が成形品たる光学素子の品質に直結することから、光学レンズ等の光学素子の偏芯精度を高精度で維持する必要がある。このため、金型の軸方向の端面（底面又は光学面）を基準として、軸方向に沿う側面（外周面）は高精度な垂直度が要求される。

従来、このような金型の側面及び端面の垂直度及び円筒度の精度測定は、３次元測定機、円筒度測定機、垂直度測定機等を使用して測定する必要があったが、測定時間が長いことや、測定精度が要求基準以下であったり、また測定機のコストが高い等の課題があり、更に、それぞれの測定に特化した精度の高い各測定データ（面の測定データ、傾きデータ、真円データ等）の結果を合成すると、結局大きな誤差が発生してしまうという課題があった。

これに対し、従来、特許文献１には、真円度測定機に関する技術が開示されている。この従来技術によれば、回転テーブルに載置された被測定物と、この被測定物の所定高さ位置に接触状態で配置された検出器と、回転テーブルの回転中心から検出器までの位置を知らせる検出データを記憶するデータメモリとを有している。真円度を測定する際は、検出器をセットした状態で、被測定物が検出器に対して回転し、１回転すると停止するが、このとき、検出器により被測定物の真円度に関わるデータが連続的に検出され、そのデータをデータメモリに送り込んで、その算出結果（真円度）を、システムコントローラによって表示するようになっていた。

また、特許文献２には、形状測定機に関する技術が開示されている。この従来技術によれば、上下方向に移動するＺ軸スライダに、水平に延びる横軸を中心として旋回テーブルを旋回自在に取り付け、前記Ｚ軸スライダに非接触検出器を取り付ける。そして、被測定物の直角度を測定するには、旋回テーブルとＺ軸スライダとを水平面内のＸ軸方向に相対移動させながら、非接触検出器によって被測定物の直角をなす一方の面からの距離を電気信号として検出していく。やがて、非接触検出器が被測定物の直角位置まで移動したとき、旋回テーブルを約９０度旋回させ、その後、旋回テーブルとＺ軸スライダとをＺ軸方向へ相対移動させながら、非接触検出器によって被測定物の直角をなす他方の面からの距離を電気信号として検出していき、直角形状の測定を行うものである。
特開平５−２３１８６４号公報（第６頁、図１） 特開平６−１９４１５２号公報（第４頁、図３）

しかしながら、前述した従来の技術では、いずれも被測定物の外形に沿って検出器をトレースしながら測定データを得るものであるため、被測定物を正確にセットしなければならないと共に、被測定物と検出器とを相対的に移動させる必要があるため、真円度や直角度の測定のために多大の時間を要するという課題があった。また、測定機そのものが高価であるため測定コストも増大すると共に、その検出結果も、接触式検出器を用いた場合は勿論、非接触検出器を用いた場合であっても、必ずしも満足のいく高精度な検出値を得るまでには至らなかった。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で円筒部材の側面に対する端面の傾き及び円筒度等を高精度で測定することのできる形状測定方法及び装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、所定の基準平面上に配置され、被測定物としての円筒部材を、該円筒部材の側面と該側面に外接する２本の接線との交点を通る２本の略平行な線で下方から回転可能に支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に対面するように前記基準平面に対して傾斜配置され、光干渉計からの光を反射させて前記円筒部材の前記少なくともいずれか一方の端面に向けて光を照射する反射ミラーと、を備え、
前記光干渉計から前記側面に照射されて反射された光と、前記少なくともいずれか一方の端面にて反射された光と、を前記光干渉計に取り込み干渉縞を形成して、前記円筒部材の側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定可能としたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、所定の基準平面上に配置され、被測定物としての円筒部材を、該円筒部材の側面と該側面に外接する２本の接線との交点を通る２本の略平行な線で下方から回転可能に支持する支持部材と、
前記支持部材に支持された前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に対向するように配置された第１の光干渉計と、
前記円筒部材の側面に対向するように配置された第２の光干渉計と、を備え、
前記円筒部材の側面から反射された光と、前記円筒部材の少なくともいずれか一方の端面から反射された光を、前記第１の光干渉計と前記第２の光干渉計に取り込み、
前記円筒部材の側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定可能としたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の形状測定装置において、前記支持部材は、Ｖブロックであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１又は３に記載の形状測定装置において、前記反射ミラーは、前記基準平面に対して略４５度の角度を成して傾斜配置されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、被測定物としての円筒部材の側面に対する軸方向の端面の傾斜及び前記側面の円筒度を測定する形状測定方法において、
前記円筒部材を支持部材にて下方から回転可能に支持した状態で、光干渉計から前記側面に向けて略平行な光を照射すると共に、前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に向けて略平行な光を照射し、前記側面からの反射光と前記少なくともいずれか一方の端面からの反射光とを前記光干渉計に関連付けて取り込み、これらの反射光に基づき形成されたそれぞれの干渉縞を解析して前記側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の形状測定方法において、前記円筒部材を前記支持部材にて回転可能に支持した状態で、前記円筒部材を所定角度づつ回転させ、該所定角度ごとに前記側面と前記少なくともいずれか一方の端面にそれぞれ平行な光を照射し、これらの反射光を略同時に前記光干渉計に関連付けて取り込んでそれぞれの干渉縞を形成することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、被測定物としての円筒部材の側面に対する軸方向の端面の傾斜及び前記側面の円筒度を測定する形状測定方法において、
基準平面に対し前記円筒部材の中心軸が略直交するように該円筒部材を縦置き状に配置し、前記円筒部材の軸方向のいずれか一方の端面を前記基準平面上に当接配置すると共に、前記円筒部材の側面に対面するように前記基準平面上に配置した反射ミラーを介して前記側面に光干渉計からの光を照射し、前記側面からの反射光を前記光干渉計に取り込み、この反射光に基づき形成された干渉縞を解析することにより、前記基準平面に対する前記側面の傾きを測定することを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の形状測定方法において、前記光干渉計から前記円筒部材の軸方向のいずれか他方の端面に照射された光の反射光を前記光干渉計に取り込んで干渉縞を形成し、前記いずれか他方の端面の凹凸を測定するようにしたことを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項７又は８に記載の形状測定方法において、前記基準平面を透明な材料で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、円筒部材の側面に対する端面の傾き及び円筒度等を簡単かつ高精度で測定することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る形状測定装置２０を光干渉計１０に取り付けた状態の全体側面図である。同図に示すように、光干渉計１０は、縦軸１１に沿って上下方向に移動自在でかつ水平に配置された取付基盤１２と、この取付基盤１２上に載置された形状測定装置２０にレーザ光（以下、単に「光」という）を照射する光照射部１３と、照射した光の反射光によって形成された干渉縞及びデータ等を解析して表示するディスプレイ部１４と、を備えている。なお、光干渉計（フィゾー型干渉計）１０は、周知のごとく、参照波面（本実施の形態では基本的に平面波）を照射し、被測定物からの反射光の光路長差により発生する干渉縞を捉え、これを解析して被測定物の表面形状等を求めるものである。解析手法としては、フリンジスキャン法やフーリエ変換法等がある。
［第１の実施の形態］
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ第１の実施の形態の形状測定装置２０の平面図、正面図、側面図である。

この形状測定装置２０は、略水平な基準平面２１上に配置され、被測定物としての円筒部材２２を、断面略円形の側面２２ａと該側面２２ａに外接する２本の接線２３ａ,２３ｂとの交点Ａ，Ａ'（図２Ｃ参照）を通る２本の略平行な線、にて下方から回転可能に支持するＶブロック（支持部材）２３と、このＶブロック２３の近傍にて、該Ｖブロック２３に支持された円筒部材２２の軸方向の少なくともいずれか一方の端面（本実施形態では右端面２２ｂ）に対面するように基準平面２１に対して略４５度に傾斜配置された反射ミラー２４と、を備えている。

この反射ミラー２４は、光干渉計１０から照射された光２５を反射させて円筒部材２２の右端面２２ｂに向けて光を照射する役目をなす。なお、円筒部材２２の側面２２ａと右端面２２ｂ及び左端面２２ｃは、鏡面に仕上げられている。

この場合、光干渉計１０から照射された光２５は、反射ミラー２４を介して円筒部材２２の右端面２２ｂに照射され、該右端面２２ｂで反射され、更にその反射光は、照射時の経路と略同一経路を通って再び反射ミラー２４にて反射され、その反射光が光干渉計１０に取り込まれる。なお、図２Ａの符号２２ｂ'は、反射ミラー２４に写った右端面２２ｂの画像である。また、円筒部材２２の側面２２ａには、光干渉計１０から照射された光２７が直接照射され、軸方向に沿う最も高い部分において反射されて、その反射光が略同一経路を通って光干渉計１０に取り込まれる。

本実施の形態では、光干渉計１０から円筒部材２２の側面２２ａに直接照射されて反射された光と、光干渉計１０から反射ミラー２４を介して右端面２２ｂに照射され、この右端面２２ｂから反射された光とは、光干渉計１０に関連付けて取り込まれる。すなわち、円筒部材２２の回転方向の所定位置（位相）の側面２２ａに照射された光による反射光と、円筒部材２２の右端面２２ｂに照射された光による反射光とが、関連付けて取り込まれることにより、側面２２ａがある回転方向位置にあるときの、右端面２２ｂからの反射光による干渉縞がどのようになっているかを把握することができる。また、光干渉計１０の内部には、それぞれの反射光を関連付けて取り込む取込み制御部（図示せず）を備えていて、このように側面２２ａからの反射光と右端面２２ｂからの反射光とを関連付けて取り込み、形成された干渉縞を解析することで、円筒部材２２の側面２２ａの凹凸や右端面２２ｂの凹凸を測定できるばかりでなく、基準平面２１に対する側面２２ａの傾きや基準平面２１に対する右端面２２ｂの傾き等を高精度で測定することができる。

なお、本実施の形態では、１分以下の円筒軸に対する傾きや、１μｍ以下の真円、円筒度が要求される円筒部材に適用することを想定している。また、本実施の形態においては、反射ミラー２４を、円筒部材２２の軸方向の右端面２２ｂに対面するように配置した場合について説明したが、これに限らず、反射ミラー２４を、円筒部材２２の軸方向の左端面２２ｃに対面するように配置しても良いし、更に、円筒部材２２の軸方向の左右両端面に対面するように２個設けても良い。

図３は、円筒部材２２の側面２２ａに照射された光の反射光を光干渉計１０に取り込み、この反射光によって形成された干渉縞２６の様子を示している。この場合、円筒部材２２の側面２２ａが基準平面２１に対して均一な高さになっており、かつ凹凸がなければ干渉縞２６の縞本数は０本の状態だが、凹凸や傾きがあると、図３のような干渉縞２６が現れる。従って、この干渉縞２６の間隔や模様を解析することで、側面２２ａの凹凸の度合いや基準平面２１に対する傾斜の度合いを定量的に測定することができる。

図４及び図５は、円筒部材２２の右端面２２ｂに照射された光の反射光を光干渉計１０に取り込み、この反射光によって形成された干渉縞２６の様子を示している。この場合、円筒部材２２の側面２２ａからの反射光と右端面２２ｂからの反射光とを、光干渉計１０に関連付けて取り込むことで、前述したように、基準平面２１に対する右端面２２ｂの傾き等を高精度で測定することができる。一方、側面２２ａからの反射光による干渉縞によって基準平面２１に対する側面２２ａの傾きを認識することができる。その結果、例えば円筒部材２２の右端面２２ｂが理想的な平面で、かつ基準平面２１に対し傾きがゼロである場合は、観測視野に干渉縞２６の縞本数は０本の状態だが、若しも右端面２２ｂに凹凸が生じていたり、また基準平面２１に対して傾きが生じていたりすると、それに応じて種々の縞模様が現れる。例えば、図４では同心円状の干渉縞２６が現れ、図５では６本の干渉縞２６が所定間隔で現れている。これにより、図４の場合は、同心円状に凹凸部分があることが認識され、図５の場合は、右端面２２ｂからの反射光による干渉縞によって基準平面２１に対する右端面２２ｂの傾き等を認識することができる。

以上により、本実施の形態によれば、円筒部材２２の側面２２ａに照射された光の反射光と、円筒部材２２の右端面２２ｂに照射された光の反射光と、を光干渉計１０にそれぞれ関連付けて取り込み、それぞれの反射光に基づき干渉縞２６を形成して解析することで、それぞれの面の表面形状（凹凸）や、円筒部材２２の側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き、及び円筒部材２２の円筒度等を高精度（例えば０．１μｍレベル）で測定することができる。

次に、第１の実施の形態の一部を変更した変形例について説明する。
この変形例では、反射ミラー２４を用いて同一の干渉計に取り込まれていた円筒部材２２の軸方向の少なくともいずれか一方の端面の反射光を、反射ミラー２４を介さず、直接もう一台の干渉計（第２の干渉計）に取り込む構成に変更した。このような構成をとることにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

更に、第１の実施の形態では、平行平面波を出す参照レンズを使用したが、この変形例では、複数の干渉計を使用することで、側面２２ａを観察する干渉計の参照レンズに、シリンドリカル面用の参照レンズを使用し、干渉縞２６の観察可能範囲を広げることが可能になり、円筒部材２２の端面が平面でなく、Ｒ面（球面）であっても、球面波を出す参照レンズを使用することにより、測定を行うことができる。

なお、２つの干渉計（第１の干渉計と第２の干渉計）は、被測定物としての円筒部材２２に対して、アライメントが可能な調整機構（例えば、押しネジ、引きネジで固定されて、平行移動、傾き移動が可能な調整機構）を備えていても、全く問題はない。
［第２の実施の形態］
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ第２の実施形態の形状測定装置１２０の平面図、正面図、側面図である。

この形状測定装置１２０は、後述する反射ミラー１２４等を載置する透明（又は不透明）な材料からなる水平な基準平面１２１を有している。本実施の形態では、ガラス板等からなる透明な基準平面１２１を有し、この基準平面１２１に対し円筒部材２２の中心軸が略直交するように該円筒部材２２を縦置き状に配置することにより、円筒部材２２の軸方向の一方の端面、例えば図２Ａの右端面２２ｂを下にした下端面（２２ｂ）を基準平面１２１上に当接配置する。また、基準平面１２１上に円筒部材２２の側面２２ａに対面するように、本実施の形態では、平面視略９０度の間隔で４つの反射ミラー１２４が配置されている。また、本実施の形態では、基準平面１２１に対し略４５度下方に傾斜した反射ミラー１２５を備えている。

そして、光干渉計１０からの平行な光が、４つの反射ミラー１２４を介して円筒部材２２の側面２２ａに照射されると、４つの側面２２ａにて光が反射される。ここでの反射光は、照射時と略同一の経路を進んで４つの反射ミラー１２４に到達し、この４つの反射ミラー１２４を介して光干渉計１０に関連付けて取り込まれ、この反射光により干渉縞１２６が形成される。この場合、円筒部材２２の下端面（２２ｂ）に対する側面２２ａの傾きがゼロに近くかつ側面２２ａの凹凸がなければ、干渉縞１２６の縞本数は０本の状態である。なお、図６Ａに示した符号２２ａ'は、円筒部材２２の側面２２ａの反射像を示している。

一方、円筒部材２２の軸方向の他方の端面、例えば図２Ａの左端面２２ｃを上にした上端面（２２ｃ）には、光干渉計１０から照射された光が直接照射され、その上端面にて反射されて、その反射光が光干渉計１０に各反射光と関連付けて取り込まれる。更に、本実施の形態では基準平面１２１が透明なため、この透明な基準平面１２１を透過して外光が進入し、その光が基準平面１２１と円筒部材２２の下端面（２２ｂ）との接触面で反射し、この反射光により干渉縞１２８が形成される（図６Ｂ参照）。この接触面の干渉縞１２８を観測することで、基準平面１２１と下端面（２２ｂ）との接触面にゴミ等が介在している場合あるいは十分な平面精度を持ち、正しく載置されているか等を識別することができる。すなわち、本実施の形態によれば、基準平面１２１と円筒部材２２の下端面（２２ｂ）との間にゴミ等の介在や形状のズレがある場合、そこに微小な間隙が生じていたりする場合に、そこに下方から外光が進入すると、基準平面１２１からの反射光と下端面（２２ｂ）からの反射光とにより形成された干渉縞１２８を反射ミラー１２４を介して目視にて確認できるようになっている（図６Ｂ参照）。

図７は、４つの反射ミラー１２４を配置する代わりに、３つの反射ミラー１２４を１２０度回転対称に配置し、この３つの反射ミラー１２４を介して円筒部材２２の側面２２ａに照射された光により得られたそれぞれの干渉縞１２６と、円筒部材２２の上端面（２２ｃ）に照射して反射された光による干渉縞１２７と、を同時に観測視野に取り込んだ画像を示している。

以上により、本実施の形態によれば、基準平面１２１に縦置き状に配置した円筒部材２２の側面２２ａに照射された光による干渉縞１２６と、上端面（２２ｃ）からの反射光による干渉縞１２７（図７参照）と、を光干渉計１０にそれぞれ関連付けて取り込むことで、それぞれの面の表面粗さや、下端面２２ｂ（又は上端面２２ｃ）に対する側面２２ａの傾き等を高精度（例えば０．１μｍレベル）で測定することができる。
［円筒部材の具体的な測定］
図８乃至図１１は、種々の円筒部材２２の外観を示す図であり、図８はテーパ状の円筒部材２２、図９は側面に対する右端面に傾きがある円筒部材２２、図１０は側面に真円度誤差がある円筒部材２２、図１１は中心位置に誤差のある円筒部材２２を示しており、以下、これらの円筒部材２２を測定対象とした場合について説明する。更に、図示しないが、端面の平面度誤差のある円筒部材２２、両端面の平行度に誤差のある円筒部材２２を測定対象とした場合についても説明する。また、図１２は、このような円筒部材２２を形状測定装置２０,１２０で測定した場合の結果を示している。

図１２を参照しながら、まず、図８に示したテーパ状の円筒部材２２を測定する場合について説明する。このテーパ状の円筒部材２２を、Ｖブロック２３にて支持し、光干渉計１０からその側面２２ａ及び右端面２２ｂにそれぞれ光を照射して測定した場合、円筒部材２２の側面２２ａに照射された光により円筒部材２２がテーパ状であることを認識することができ、また、右端面２２ｂに照射された光により該右端面２２ｂの傾きの度合いを把握することができる。これにより、テーパ誤差のある円筒部材２２であることが認識され、よって、図１２の測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式」参照）。また、この円筒部材２２を所定角度づつ回転（自転）させて測定すれば、より詳細にテーパ誤差のある円筒部材２２であることが認識され、よって、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式＋回転」参照）。

次に、このテーパ状の円筒部材２２を、図２Ａ〜図２Ｃに示した形状測定装置２０のように、Ｖブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、形成された干渉縞を解析すれば、側面２２ａがテーパ状をなしていることや、側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾きを正確に測定することができるため、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式」参照）。更に、この円筒部材２２をＶブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、更に回転（自転））させながら測定すれば、所定回転角度における側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き等を正確に測定することができるため、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式＋回転」参照）。更にまた、このテーパ状の円筒部材２２を、図６Ａ〜図６Ｃに示した形状測定装置１２０（但し、１個の反射ミラー１２４）を用いれば、円筒部材２２を縦置き状に配置して測定できるので、テーパ状の形状も正確に測定することができる。よって、測定結果は○となる（図１２の「基準面当接方式（反射１）」参照）。同様に、２個以上の反射ミラー１２４を用いてもテーパ状の形状を正確に測定することができる（図１２の「基準面当接方式（反射２以上）」参照）。

次に、図９に示すように、側面２２ａに対する右端面２２ｂに傾きがある円筒部材２２を測定する場合について説明する。この円筒部材２２を、Ｖブロック２３にて支持し、光干渉計１０からその右端面２２ｂに光を照射して測定した場合、側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き（垂直度）を測定することはできない。側面２２ａの位置によって右端面２２ｂの傾斜の度合いが変化するからである。よって、測定結果は×となる（図１２の「Ｖブロック方式」参照）。しかし、この円筒部材２２を所定角度づつ回転させて測定すれば、所定回転角度ごとの右端面２２ｂの凹凸が測定できるため、側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き（垂直度）を測定することができる。よって、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式＋回転」参照）。

更に、この円筒部材２２を、図２Ａ〜図２Ｃに示した形状測定装置２０のように、Ｖブロック２３にて支持し、その側面と端面に光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、形成された干渉縞を解析すれば、側面２２ａに対する２２ｂの傾きを正確に測定することができるため、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式」参照）。更にまた、この円筒部材２２をＶブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、更に回転させながら測定すれば、所定回転角度における側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き等を正確に測定することができるため、測定結果は○となる （図１２の「Ｖブロックアライメント方式＋回転」参照）。また、この円筒部材２２を、図６Ａ〜図６Ｃに示した形状測定装置１２０により、縦置き状に配置して測定すれば、１個又は２個以上の反射ミラー１２４を用いて、側面２２ａに対する右端面２２ｂの傾き等を正確に測定することができる（図１２の「基準面当接方式（反射１）（反射２以上）」参照）。

次に、図１０に示すように、側面に真円度誤差がある断面卵形の円筒部材２２を測定する場合について説明する。この円筒部材２２を、Ｖブロック２３にて支持し、光干渉計１０からその側面２２ａに光を照射して測定する手段では、円筒部材２２の側面２２ａの凹凸を測定できても、側面２２ａの高さは軸方向に沿って略同じであるため（側面２２ａの平行度は良好）、このままでは側面２２ａの真円度を測定することはできない。よって、測定結果は×となる（図１２の「Ｖブロック方式」参照）。しかし、この円筒部材２２を所定角度づつ回転させて測定すれば、所定回転角度ごとの側面２２ａの高さの変化を測定することができ、これにより真円度を測定することができる。このため、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式＋回転」参照）。

一方、この円筒部材２２を、図２Ａ〜図２Ｃに示した形状測定装置２０のように、Ｖブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、形成された干渉縞を解析しても、円筒部材２２を回転させなければ側面２２ａの真円度を測定することはできないため、測定結果は×となる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式」参照）。しかし、この円筒部材２２をＶブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、更に回転させながら測定すれば、所定回転角度における側面２２ａの凹凸により真円度を測定することができる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式＋回転」参照）。また、この円筒部材２２を、図６Ａ〜図６Ｃに示した形状測定装置１２０により、縦置き状に配置して測定しても、１個又は２個以上の反射ミラー１２４を用いただけでは真円度を測定することはできない。よって、測定結果は×となる（図１２の「基準面当接方式（反射１）（反射２以上）」参照）。

次に、図１１に示すように、円筒断面の中心位置誤差（円筒度）のある円筒部材２２を測定する場合について説明する。この円筒部材２２を、Ｖブロック２３にて支持し、光干渉計１０からその側面２２ａに光を照射すると、その側面２２ａの凹凸を測定することができるため、円筒部材２２の中心位置誤差（円筒度）を測定することができる。よって、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式」参照）。また、この円筒部材２２を所定角度づつ回転させて測定しても、所定回転角度ごとの側面２２ａの凹凸により円筒度を測定することができる。よって、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロック方式＋回転」参照）。

更に、この円筒部材２２を、図２Ａ〜図２Ｃに示した形状測定装置２０のように、Ｖブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、形成された干渉縞を解析すれば、円筒部材２２の円筒度を測定することができ、測定結果は○となる（図１２の「Ｖブロックアライメント方式」参照）。更にまた、この円筒部材２２をＶブロック２３にて支持し、その側面２２ａと右端面２２ｂに光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、更に回転させながら測定すれば、所定回転角度における側面２２ａの凹凸により円筒度を測定することができる （図１２の「Ｖブロックアライメント方式＋回転」参照）。また、この円筒部材２２を、図６Ａ〜図６Ｃに示した形状測定装置１２０により、縦置き状に配置して測定しても、１個の反射ミラー１２４を用いただけでは円筒度を正確に測定することはできないが（図１２の「基準面当接方式（反射１）」参照）、２個の反射ミラー１２４を用いれば円筒度を測定することができる（図１２の「基準面当接方式（反射２）」参照）。

次に、図示しないが、例えば端面の平面度誤差を有する円筒部材２２については、光干渉計１０からその端面に光を照射して干渉縞を得て測定すれば良いので、前述したどのような測定手段によっても端面の平面度を測定することができる（図１２参照）。また、図示しないが、円筒部材２２の軸方向の左右両端面の平行度を測定する場合、その円筒部材２２を、Ｖブロック２３にて支持し、光干渉計１０からその両端面にそれぞれ光を照射して干渉縞を得て測定したとしても、両端面の平行度を測定することはできない（図１２の「Ｖブロック方式」参照）。側面２２ａの位置によって右端面２２ｂの傾斜の度合いが変化するからである。しかし、この円筒部材２２を所定角度づつ回転させたり、円筒部材２２の側面と端面に光を照射して得られたそれぞれの反射光を関連付けて光干渉計１０に取り込み、形成された干渉縞を解析して測定等の手段により測定することで、両端面の平行度を簡単に測定することができる（図１２の「Ｖブロック方式＋回転」、「Ｖブロックアライメント方式」、「Ｖブロックアライメント方式＋回転」、「基準面当接方式（反射１）（反射２以上）」参照）。

以上により、本実施形態の形状測定方法及び装置を使用すれば、簡単な構成で数千万円程度の測定装置を使用した場合と同等又はそれ以上の測定精度で、円筒部材２２の外形評価及び側面に対する端面の垂直度、真円度や円筒度の度合いを１分以下、１μｍ以下のレベルで測定解析することが可能である。

本発明に係る形状測定装置を光干渉計に取付けた状態の側面図である。 第１の実施の形態の形状測定装置の平面図である。 同上の正面図である。 同上の側面図である。 円筒部材の側面からの反射光による干渉縞を示す図である。 円筒部材の端面からの反射光による干渉縞を示す図である。 円筒部材の端面からの反射光による干渉縞を示す図である。 第２の実施の形態の形状測定装置の平面図である。 同上の正面図である。 同上の側面図である。 円筒部材の側面と端面からの反射光によるそれぞれの干渉縞を、１つの観測視野に示した図である。 テーパ誤差を有する円筒部材の外観を示す図である。 側面に対する端面の垂直誤差を有する円筒部材の外観を示す図である。 側面の真円度誤差を有する円筒部材の外観を示す図である。 中心位置誤差を有する円筒部材の外観を示す図である。 円筒部材を形状測定装置で測定した場合の結果を示す図である。

符号の説明

１０ 干渉計
２０ 形状測定装置
２１ 基準平面
２２ 円筒部材
２２ａ 側面
２２ｂ 右端面
２２ｃ 左端面
２３ Ｖブロック（支持部材）
２３ａ 接線
２３ｂ 接線
２４ 反射ミラー
２５ 光
２６ 干渉縞
２７ 光
１２０ 形状測定装置
１２１ 基準平面
１２４ 反射ミラー
１２５ 反射ミラー
１２６ 干渉縞
１２７ 干渉縞
１２８ 干渉縞

Claims (9)

1. 所定の基準平面上に配置され、被測定物としての円筒部材を、該円筒部材の側面と該側面に外接する２本の接線との交点を通る２本の略平行な線で下方から回転可能に支持する支持部材と、
   前記支持部材に支持された前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に対面するように前記基準平面に対して傾斜配置され、光干渉計からの光を反射させて前記円筒部材の前記少なくともいずれか一方の端面に向けて光を照射する反射ミラーと、を備え、
   前記光干渉計から前記側面に照射されて反射された光と、前記少なくともいずれか一方の端面にて反射された光と、を前記光干渉計に取り込み干渉縞を形成して、前記円筒部材の側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定可能としたことを特徴とする形状測定装置。
2. 所定の基準平面上に配置され、被測定物としての円筒部材を、該円筒部材の側面と該側面に外接する２本の接線との交点を通る２本の略平行な線で下方から回転可能に支持する支持部材と、
   前記支持部材に支持された前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に対向するように配置された第１の光干渉計と、
   前記円筒部材の側面に対向するように配置された第２の光干渉計と、を備え、
   前記円筒部材の側面から反射された光と、前記円筒部材の少なくともいずれか一方の端面から反射された光を、前記第１の光干渉計と前記第２の光干渉計に取り込み、
   前記円筒部材の側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定可能としたことを特徴とする形状測定装置。
3. 前記支持部材は、Ｖブロックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。
4. 前記反射ミラーは、前記基準平面に対して略４５度の角度を成して傾斜配置されていることを特徴とする請求項１又は３に記載の形状測定装置。
5. 被測定物としての円筒部材の側面に対する軸方向の端面の傾斜及び前記側面の円筒度を測定する形状測定方法において、
   前記円筒部材を支持部材にて下方から回転可能に支持した状態で、光干渉計から前記側面に向けて略平行な光を照射すると共に、前記円筒部材の軸方向の少なくともいずれか一方の端面に向けて略平行な光を照射し、前記側面からの反射光と前記少なくともいずれか一方の端面からの反射光とを前記光干渉計に関連付けて取り込み、これらの反射光に基づき形成されたそれぞれの干渉縞を解析して前記側面に対する前記少なくともいずれか一方の端面の傾き及び前記側面の円筒度を測定することを特徴とする形状測定方法。
6. 前記円筒部材を前記支持部材にて回転可能に支持した状態で、前記円筒部材を所定角度づつ回転させ、該所定角度ごとに前記側面と前記少なくともいずれか一方の端面にそれぞれ平行な光を照射し、これらの反射光を略同時に前記光干渉計に関連付けて取り込んでそれぞれの干渉縞を形成することを特徴とする請求項５に記載の形状測定方法。
7. 被測定物としての円筒部材の側面に対する軸方向の端面の傾斜及び前記側面の円筒度を測定する形状測定方法において、
   基準平面に対し前記円筒部材の中心軸が略直交するように該円筒部材を縦置き状に配置し、前記円筒部材の軸方向のいずれか一方の端面を前記基準平面上に当接配置すると共に、前記円筒部材の側面に対面するように前記基準平面上に配置した反射ミラーを介して前記側面に光干渉計からの光を照射し、前記側面からの反射光を前記光干渉計に取り込み、この反射光に基づき形成された干渉縞を解析することにより、前記基準平面に対する前記側面の傾きを測定することを特徴とする形状測定方法。
8. 前記光干渉計から前記円筒部材の軸方向のいずれか他方の端面に照射された光の反射光を前記光干渉計に取り込んで干渉縞を形成し、前記いずれか他方の端面の凹凸を測定するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の形状測定方法。
9. 前記基準平面を透明な材料で構成したことを特徴とする請求項７又は８に記載の形状測定方法。
   
   

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