JP2010122091A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の測定手段を備える形状測定装置において、各測定手段の測定範囲を広くする。
【解決手段】形状測定装置は、レーザプローブ１７、画像プローブ１８、タッチプローブ１９の３種類のプローブを備えている。回転軸移動部１３Ｂは、傾斜軸Ａ１回りに回転自在に傾斜軸支持部１３Ａに支持されており、回転軸移動部１３Ｂを傾斜軸Ａ１回りに傾斜させることにより、回転テーブル１３Ｃに設置されている被検物２を、各プローブに対して傾斜させることができる。各プローブは、各プローブの図内の左側面が、傾斜軸Ａ１に対して略平行になるように配置されている。本発明は、例えば、形状測定装置に適用できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、形状測定装置に関し、特に、複数の測定手段を備える形状測定装置に関する。

従来、少なくとも一軸を中心に回転可能で、タッチプローブが装着されているスピンドルを回転させ、タッチプローブを被検物に対して傾斜させながら被検物の各部に接触させて、被検物の形状を測定する形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

逆に、被検物が設置されたテーブルを回転させ、タッチプローブに対して被検物を傾斜させながら、被検物の各部にタッチプローブを接触させて、被検物の形状を測定する形状測定装置もある。

また、形状測定装置の測定に用いられるプローブには、タッチプローブ以外にも、画像センサ、レーザプローブなど複数の種類があり、複数の種類のプローブを備え、各プローブを使い分けながら、被検物の形状を測定できる形状測定装置もある。

国際公開第２００６／１３４３６０号パンフレット

しかしながら、複数のプローブを備える形状測定装置においては、未使用のプローブとテーブルが干渉し、使用中のプローブの測定範囲が制限されてしまう場合がある。例えば、プローブの傾斜が可能な場合に、未使用のプローブがテーブルに当たって、使用中のプローブの可動範囲が制限されたり、テーブルの傾斜が可能な場合に、テーブルが未使用のプローブに当たって、テーブルの可動範囲が制限されたりして、その結果、使用中のプローブの測定範囲が制限されてしまう場合がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、複数のプローブを備える形状測定装置において、各プローブの測定範囲を広くできるようにするものである。

本発明の一側面の形状測定装置は、物体の形状の測定に用いる複数の測定手段と、前記物体を設置するテーブルとを備えた形状測定装置において、前記テーブルおよび前記測定手段のうち一方を他方に対して傾斜軸回りに傾斜可能であり、複数の前記測定手段が前記傾斜軸に対して略平行に配置されている。

本発明の一側面の形状測定装置においては、複数の測定手段が傾斜軸に対して略平行に配置され、物体および測定手段のうち一方が他方に対して傾斜軸回りに傾斜される。

本発明の一側面によれば、複数の測定手段を備える形状測定装置において、各測定手段の測定範囲を広くすることができる。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について説明する。

図１乃至図３は、本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態を示す図である。具体的には、図１は、本発明を適用した形状測定装置１の正面図であり、図２は、形状測定装置１の傾斜回転テーブル１３、レーザプローブ１７、画像プローブ１８、および、タッチプローブ１９の周辺を拡大して示した図である。また、図３は、傾斜回転テーブル１３を傾斜させたときの、レーザプローブ１７の方向（図１の左側）から見た、傾斜回転テーブル１３、レーザプローブ１７、画像プローブ１８、および、タッチプローブ１９の周辺を、拡大して示した図である。

なお、以下、形状測定装置１の設置面に対して水平な方向であって、形状測定装置１の左右の方向（図１の左右方向）をＸ軸方向、設置面に対して水平な方向であって、形状測定装置１の前後の方向（図１の紙面に垂直な方向）をＹ軸方向、および、設置面に対して垂直な方向（図１の上下方向）をＺ軸方向とする。

形状測定装置１においては、架台１１の上に石定盤１２が設けられている。また、石定盤１２の上面の中央付近には、被検物２を設置するための傾斜回転テーブル１３が設けられている。

傾斜回転テーブル１３は、傾斜軸支持部１３Ａ、回転軸移動部１３Ｂ、および、回転テーブル１３Ｃにより構成される。回転軸移動部１３Ｂは、Ｘ軸に平行な傾斜軸Ａ１回りに回転自在に傾斜軸支持部１３Ａに支持されている。回転テーブル１３Ｃは、Ｚ軸に平行な回転軸Ａ２回りに回転自在に回転軸移動部１３Ｂに支持されている。被検物２は、例えば、クランプなどの機構を用いたり、回転テーブル１３Ｃに吸着させるなどして、回転テーブル１３Ｃの上面に固定される。また、傾斜軸支持部１３Ａの中には、図示していない傾斜軸駆動モータが内蔵されており、この傾斜軸駆動モータを駆動させることで、回転軸移動部１３Ｂを傾斜軸Ａ１回りに任意の角度で移動させることができる。

さらに、石定盤１２の上面には、長手方向がＸ軸方向と平行なＸ軸ガイド１４Ｃにより駆動側柱１４Ａと従動側柱１４Ｂとを接続した、コ字形状のコラム１４が設けられている。駆動側柱１４Ａは、石定盤１２の上面の右端に形成されているＹ軸ガイド１２Ａに案内されてＹ軸方向に平行移動することが可能であり、駆動側柱１４ＡがＹ軸方向に平行移動することにより、コラム１４全体が、Ｙ軸方向に平行移動する。

また、Ｚ軸ガイド１５は、長手方向がＺ軸と平行になるようにスライダ１６に支持されるとともに、スライダ１６に案内されて、Ｚ軸方向に平行移動することが可能である。さらに、スライダ１６は、Ｘ軸ガイド１４Ｃに支持されるとともに、Ｘ軸ガイド１４Ｃに案内されて、Ｘ軸方向に平行移動することが可能である。さらに、

なお、スライダ１６のＸ軸方向の移動、コラム１４のＹ軸方向の移動、および、Ｚ軸ガイド１５のＺ軸方向の移動は、例えば、図示せぬモータなどの駆動機構により電動で行われる。

また、Ｚ軸ガイド１５の下端面には、レーザプローブ１７、画像プローブ１８、および、タッチプローブ１９の３種類のプローブが装着されている。

レーザプローブ１７は、投光部１７Ａ（図３）から被検物２に向けて、所定の明暗パターンを有するレーザ光を照射し、そのレーザ光が照射された被検物２の像を受光部１７Ｂにより受光し、受光した像に基づいて、被検物２の表面の各位置を検出する。例えば、レーザプローブ１７は、受光部１７Ｂにおいて被検物２の像に基づいて、被検物２の表面の各位置の、所定の基準位置に対する相対位置を検出する。レーザプローブ１７は、検出結果を示す信号を形状測定装置１の図示せぬ演算装置（例えば、CPU（Central Processing Unit）など）に供給する。

画像プローブ１８は、内蔵する画像センサにより被検物２を撮影し、その結果得られた画像データを形状測定装置１の図示せぬ演算装置に供給する。

タッチプローブ１９は、その先端を被検物２に接触させ、そのときのタッチプローブ１９の位置から、接触した被検物２の表面の各位置を検出する。例えば、タッチプローブ１９は、その先端を被検物２に接触させたときに、回転テーブル１３Ｃの角度位置、回転軸移動部１３Ｂの角度位置、コラム１４のＹ方向における位置、スライダ１６のＸ方向における位置、Ｚ軸ガイド１５のＺ方向における位置から、所定の基準位置に対する相対位置を検出する。タッチプローブ１９は、接触時に信号を出力するので、そのタイミングで前記位置情報を取得し、形状測定装置１の図示せぬ演算装置に供給する。

そして、図示せぬ演算装置では、レーザプローブ１７から供給される信号、画像プローブ１８から供給される画像データ、および、タッチプローブ１９から供給される信号を用いて、被検物２の三次元の形状測定を行う。また、形状測定装置１では、被検物２の形状や材質などに応じて、これらの３種類のプローブを使い分けながら、被検物２の形状を測定することが可能である。

また、上述したように、スライダ１６をＸ軸方向に移動させることにより、Ｚ軸ガイド１５を介してスライダ１６に支持されている各プローブ（レーザプローブ１７、画像プローブ１８、および、タッチプローブ１９）のＸ軸方向の位置を調整することが可能である。さらに、コラム１４をＹ軸方向に移動させることにより、Ｚ軸ガイド１５およびスライダ１６を介してコラム１４に支持されている各プローブのＹ軸方向の位置を調整することが可能である。また、Ｚ軸ガイド１５をＺ軸方向に移動させることにより、Ｚ軸ガイド１５に装着されている各プローブのＺ軸方向の位置を調整することか可能である。

さらに、回転軸移動部１３Ｂを傾斜軸Ａ１回りに回転させることにより、各プローブに対して被検物２を傾斜させることが可能である。また、回転テーブル１３Ｃを回転軸Ａ２回りに回転させることにより、被検物２を回転軸Ａ２回りに回転させることが可能である。

このように、形状測定装置１では、各プローブのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の位置を調整したり、回転軸移動部１３Ｂや回転テーブル１３Ｃを回転させたりして、被検物２と各プローブの相対位置を変化させながら、被検物２の各部の形状を測定することができる。

ところで、レーザプローブ１７、画像プローブ１８、および、タッチプローブ１９は、各プローブの水平方向の一端が傾斜軸Ａ１に対して平行になるように配置されている。より具体的には、図３における各プローブの左側の側面、すなわち、形状測定装置１の背面側の側面が、傾斜軸Ａ１に対して平行になるように配置されている。

これにより、図３に示されるように、形状測定装置１の正面側に被検物２を傾斜させる場合、各プローブにとって、他のプローブにより回転軸移動部１３Ｂの可動範囲が制限されることがない。すなわち、各プローブにとって、形状測定装置１の正面側に被検物２を傾斜させる場合の回転軸移動部１３Ｂの可動範囲は、他のプローブが設けられていない場合と同じになる。従って、各プローブの測定範囲は、他のプローブにより制限されることがなく、他のプローブが設けられてない場合と同じになる。

なお、形状測定装置１の背面側に被検物２を傾斜させる場合は、図３において右側の側面が最も突出しているレーザプローブ１７により、回転軸移動部１３Ｂの可動範囲が制限され、その結果、画像プローブ１８およびタッチプローブ１９の測定範囲が、レーザプローブ１７により制限される。しかし、これは、回転テーブル１３Ｃを回転軸Ａ２回りに回転させることができ、被検物２を形状測定装置１の背面側に傾斜させなくても、被検物２の各側面の測定が可能であるので、特に問題にならない。

また、形状測定装置１では、Ｘ軸ガイド１４Ｃの長手方向と平行な方向、すなわち、Ｘ軸方向と平行な方向に、傾斜軸Ａ１が設定されている。これにより、被検物２を形状測定装置１の正面方向に傾斜させた場合に、正面方向から観察している観察者にとって、被検物２が近くなるととともに、駆動側柱１４Ａや従動側柱１４Ｂにより視界が遮られないため、被検物２を観察しやすくなる。

なお、以上の説明では、回転軸移動部１３Ｂを傾斜させることにより、各プローブに対して被検物２を傾斜させる場合を例に示したが、各プローブを傾斜軸Ａ１と平行な軸回りに回転可能な構成として、被検物２に対して各プローブを傾斜させるようにしても、同様の効果を得ることが可能である。

また、以上の説明では、各プローブの水平方向の一端を傾斜軸Ａ１に対して平行に配置する例を示したが、例えば、各プローブの中心軸や測定軸などを傾斜軸Ａ１に対して平行に配置するようにしてもよい。このように、各プローブを傾斜軸Ａ１に対して略平行に配置することにより、例えば、各プローブを傾斜軸Ａ１に対して垂直に配置する場合と比較して、各プローブの測定範囲を広くすることができる。

さらに、以上の説明では、３種類のプローブを設ける例を示したが、本発明は、２種類以上のプローブを設ける場合に適用することが可能である。また、以上の説明では、異なる種類のプローブを設ける場合を例に示したが、本発明は、同じ種類のプローブを２つ以上設ける場合にも適用することが可能である。従って、本発明は、プローブの種類に関わらず、２つ以上のプローブを形状測定装置に設ける場合に適用することが可能である。

また、本発明を適用した形状測定装置に設けることができるプローブの種類は、上述した例に限定されるものではない。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態を示す正面図である。 形状測定装置の傾斜回転テーブルおよび各プローブの周辺を拡大して示した図である。 形状測定装置の傾斜回転テーブルを傾斜させた状態を示す図である。

符号の説明

１ 形状測定装置， ２ 被検物， １１ 架台， １２ 石定盤， １２Ａ Ｙ軸ガイド， １３ 傾斜回転テーブル， １３Ａ 傾斜軸支持部， １３Ｂ 回転軸移動部， １３Ｃ 回転テーブル， １４ コラム， １４Ａ 駆動側柱， １４Ｂ 従動側柱， １４Ｃ Ｘ軸ガイド， １５ Ｚ軸ガイド， １６ スライダ， １７ レーザプローブ， １８ 画像プローブ， １９ タッチプローブ

Claims (4)

1. 物体の形状の測定に用いる複数の測定手段と、前記物体を設置するテーブルとを備えた形状測定装置において、
   前記テーブルおよび前記測定手段のうち一方を他方に対して傾斜軸回りに傾斜可能であり、複数の前記測定手段が前記傾斜軸に対して略平行に配置されている
   ことを特徴とする形状測定装置。
2. 前記テーブルが前記傾斜軸回りに傾斜する
   ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
3. 長手方向が水平であり、前記測定手段を支持するとともに、前記測定手段の前記長手方向と平行な方向の移動を案内する支持部材をさらに備え、
   前記傾斜軸が、複数の前記測定手段が前記支持部材に案内されて移動する方向と平行である
   ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
4. 複数の前記測定手段の一端が前記傾斜軸に対して略平行に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。

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