JP2010181195A - 形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
形状測定装置は、変位センサ41〜43の検出感度軸方向Kが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第2姿勢位置D2及び第3姿勢位置D3、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第1姿勢位置D1を取り得るようにホルダ38を回転自在に支持する姿勢可変機構を備える。形状測定装置は基準幅直定規を変位センサ41〜43の配列方向を走査方向として、該走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規の校正値を比較することで変位センサ41〜43の零点調整誤差を算出し、被測定物の断面形状を逐次3点法で測定して、零点調整誤差に基づき校正する。
【選択図】図3
Description
以下、本発明を具体化した第1実施形態の形状測定装置を図1〜図6を参照して説明する。
コラム30は、一対の脚部31及び両脚部31の上部間に梁渡された梁部32からなる。梁部32の下面には、図4、図5に示すように、Y軸方向に延びる一対のガイドレール34が設けられている。スライダ33は、エンコーダ付きACサーボモータM2(図5参照)に作動連結されたボールねじ36(図3、4参照)の回転により、前記ガイドレール34にて沿って移動され、すなわち、Y軸方向に往復移動自在となっている。Y軸方向は第2方向に相当する。
スライダ33の下部には、支持ブラケット37を介して、ホルダ38がX軸周りで回動自在に支持されている。ホルダ38は、等間隔にX軸方向に併設されたプローブとしての3個の変位センサ41〜43を保持する。
なお、ACサーボモータM3の図示しない出力軸とホルダ38とを作動連結する機構(図示しない)には、減速機構45が含まれる。前記ACサーボモータM3及びACサーボモータM3の回転駆動をホルダ38に伝達する減速機構45により、姿勢可変機構KAが構成されている。
形状測定装置10の制御装置の電気的構成について説明すると、図5に示すように形状測定装置10の制御装置は、コンピュータからなるCPU(中央処理装置)11を備えている。CPU11は,変位センサ41〜43を図示しないA/D変換器を介して接続されており、各センサの出力信号(すなわち、検出信号)を入力する。CPU11は、各種処理プログラム等を格納するROM(図示しない)を備えており、該プログラムに従って各種の演算処理を行う。
次に、上記のように構成された形状測定装置10を使用して行う逐次3点法について説明する。図6は、本実施形態で利用する逐次3点法の零点調整法の原理を説明するための説明図である。
m2(x)=f(x)+ez(x)+α ……(2)
m3(x)=f(x+d)+ez(x)+ep(x)d ……(3)
ただし、αは、変位センサ41及び変位センサ43の取付け位置が同じとし、変位センサ41を基準としたときの変位センサ42の零点調整誤差である。
Δm12(x)=f(x)−f(x−d)+α+ep(x)d ……(4)
Δm23(x)=f(x+d)−f(x)−α+ep(x)d ……(5)
式(5)−式(4)により、ep(x)dの項を消去して2回の差分を得る。
ここで、Δμf(x)は、式(5)−式(4)により得られた2回の差分値である。
次に、CPU11は、ACサーボモータM1の駆動制御が行われ、テーブル25を反X軸方向に移動させて、基準幅直定規100がホルダ38と干渉しない位置に退避させる。この状態で、図2に示すように、形状測定装置10の制御装置のCPU11は、ACサーボモータM2を駆動して、スライダ33を移動させてホルダ38を第2測定位置に位置させ、かつ、ACサーボモータM3を駆動して、ホルダ38を第2姿勢位置D2に位置させる。
なお、g(x)は、基準幅直定規100の他方の面の形状を表わし、Δμg(x)は、前述したΔμf(x)に相当する基準幅直定規100の他方の面の形状における2回の差分値である。
又、基準幅直定規100の両面の形状の測定結果から得られる、幅の長さ方向の変化、すなわち、幅真直形状は、両面の測定結果の和であり、幅真直形状W(x)は次式(8)のようになり、零点調整誤差αに起因する放物線誤差を含む。
ただし、αは変位センサ(プローブ)の零点調整誤差であり、前記両面の測定中は、不変とする。又、両面の一次の傾斜は、取り除いて表わしている。又、基準幅直定規100の形状{f(x)+g(x)}は予めの構成で校正された校正値となって既知となっているため、CPU11は、基準幅直定規100の全長をLとして、零点調整誤差αは次のように求める。
なお、式(9)は、式(8)からの変形である。
上記のようにして、CPU11は、零点調整誤差αを求めた後、この零点調整誤差αを後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置18に格納する。
(1) 本実施形態の形状測定装置10は、変位センサ41〜43の検出感度軸方向Kが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第2姿勢位置D2及び第3姿勢位置D3、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第1姿勢位置D1を取り得るようにホルダ38を回転自在に支持する姿勢可変機構KAを備える。又、形状測定装置10は、幅の長さ方向の変化(幅真直形状)が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規100と、前記基準幅直定規100が着脱自在に設けられ、変位センサ41〜43による逐次3点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せるテーブル25(支持手段)を備える。又、形状測定装置10は、基準幅直定規100を備えたテーブル25(支持手段)を水平面に含まれる第1方向(X軸方向)に移動するリニアテーブル20(第1移動手段)と、姿勢可変機構KAを水平面に含まれるとともに第1方向と直交する第2方向に移動するACサーボモータM2及びボールねじ36(第2移動手段)を備える。そして、形状測定装置10は基準幅直定規100を変位センサ41〜43の配列方向を走査方向として、該走査方向(X軸方向)に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規100の校正値を比較することで変位センサ41〜43の零点調整誤差αを算出し、被測定物の断面形状を逐次3点法で測定して零点調整誤差αに基づいて校正する。
次に第2実施形態を図7〜図10を参照して説明する。なお、本実施形態を含めた以下の実施形態では、第1実施形態で説明した構成に相当する構成については、第1実施形態と同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について説明する。第1実施形態では、ホルダ38をスライダ33に対して支持ブラケット37を介して支持した。それに対して、第2実施形態では、図7に示すようにスライダ33の下部に、回転支持体35が鉛直方向に向かうZ軸(すなわち、鉛直軸)の周りで回転自在に支持され、該回転支持体35に対してホルダ38が支持ブラケット37を介して支持されているところが異なっている。
(1) 第2実施形態の形状測定装置10は、ホルダ38を鉛直軸(Z軸)周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構KBを備えている。又、形状測定装置10は、回転支持機構KBによりホルダ38が鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの変位センサ41〜43の配列方向を走査方向にする。すなわち、CPU11はリニアテーブル20(第1移動手段)及びACサーボモータM2及びボールねじ36(第2移動手段)の駆動制御により前記走査方向に走査して、被測定物50の測定線S(被測定物50における走査方向に向かう直線)に沿う断面形状を測定する。
次に第3実施形態を図11及び図12を参照して説明する。第3実施形態では、第1実施形態の構成中、スライダ33の取付け構成及び該スライダ33に対するホルダ38の取付け構成が異なっている。すなわち、第1実施形態では、一対のガイドレール34は梁部32下面に設けられていたが、第3実施形態では、一対のガイドレール34は梁部32のX軸方向に向く側面に対してY軸方向に延びるように設けられている。そして、スライダ33は、ACサーボモータM2(図12参照)に作動連結されたボールねじ36(図11参照)が回転することにより、前記ガイドレール34にて沿って移動され、すなわち、Y軸方向に往復移動自在となっている。本実施形態において、ACサーボモータM2及びボールねじ36により、第2移動手段が構成されている。
第3実施形態では、下記の特徴がある。
(1) 本実施形態の形状測定装置10は、ホルダ38を、変位センサ41〜43の検出感度軸方向Kに並進移動可能にするホルダ移動手段H等を備えている。又、形状測定装置10は、被測定物の被測定対象面が変位センサ41〜43の所定の測定範囲内に入るようにホルダ移動手段H等を移動制御するCPU11(制御手段)を備える。
次に形状測定装置10の第4実施形態を図11及び図12を参照して説明する。
第4実施形態は、第3実施形態の構成において、これから測定する被測定物の被測定対象面の測定線Sにおける、ホルダ38の被測定物に対する相対運動軌跡が記憶装置18に予め格納されている。
(1) 本実施形態の形状測定装置10は、ホルダ38を、変位センサ41〜43の検出感度軸方向Kに並進移動可能にするホルダ移動手段H等を備える。又、形状測定装置10は、変位センサ41〜43の所定の測定範囲内に入るように、ホルダ38の被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する記憶装置18(第1運動軌跡記憶手段)を備える。そして、CPU11(制御手段)は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段H等及び姿勢可変機構KAを制御して、被測定物に対するホルダ38の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ41〜43の所定の測定範囲を維持する。
次に第5実施形態を図13及び図14を参照して説明する。第5実施形態では、第3実施形態の構成に加えて、さらに、図13に示すようにホルダ38に対して変位センサ44が設けられている。すなわち、変位センサ44は、変位センサ41〜43の配列方向上において、変位センサ43に隣接して配置されている。なお、本実施形態では、変位センサ44の配置は、変位センサ43に隣接した反変位センサ42側に設けられているが、変位センサ41の反変位センサ42側の位置に隣接して配置されていても良い。
この相対運動軌跡は、テーブル25上に載置した被測定物をX軸方向に定速度で移動させているときに、変位センサ44で測定することにより得られたものである。そして、該相対運動軌跡は、CPU11がACサーボモータM2,M3,M5を駆動制御する制御周期毎に、ホルダ38を位置させるべき座標(Y,Z)と、その座標に位置させる場合の姿勢(β)を含む。
(1) 本実施形態の形状測定装置10は、ホルダ38には、変位センサ41〜43と、変位センサ41〜43よりも測定範囲が広い変位センサ44とを備える。そして、変位センサ44で、変位センサ41〜43の測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する記憶装置18(第2運動軌跡記憶手段)を備える。そして、CPU11(制御手段)は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段H等及び姿勢可変機構KAを制御して、前記被測定物に対するホルダ38の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ41〜43の測定範囲を維持する。この結果、本実施形態では、変位センサ41〜43の測定範囲を維持することができる。特に、逐次3点法で用いられる変位センサ41〜43では分解能を高めるため、所定の測定範囲に制限が生じるが、このことから、長尺の被測定物ではプローブの所定の測定範囲に被測定物の被測定対象面の全長を入れることが可能となる。
○ 第1実施形態では、ホルダ38を、変位センサ41〜43の検出感度軸方向Kが鉛直方向に向く第1姿勢位置D1、Y軸方向に向く第2姿勢位置D2、及び反Y軸方向に向く第3姿勢位置D3の各姿勢位置に位置することを可能としたが、この3つの姿勢位置に限定されるものではない。前記3つの姿勢位置に、さらに、第1姿勢位置D1と第2姿勢位置D2との間の姿勢位置、第1姿勢位置D1と第3姿勢位置D3との間の姿勢位置の少なくともいずれか1つを含む姿勢位置を加えても良い。
○ 第1実施形態では、第1移動手段をリニアテーブル20にて構成したが、第1移動手段の構成はリニアテーブル20に限定されるものではない。例えば、コラム30を第1移動手段としてX軸方向(第1方向)に移動自在に構成してもよい。又、リニアテーブル20とコラム30の両者により、X軸方向(第1方向)に移動自在に構成することも可能である。
○ 第1実施形態では基準幅直定規100の幅を測定するようにしたが、図15(a)に示すように、テーブル25上面にX軸方向に延びる溝26を形成してもよい。溝26は、図15(a)に示すように、一対の鉛直面27,28及び底面29により、横断面凹状に形成されるとともに、支持ブラケット37及びホルダ38が余裕をもって入る溝の幅を有する。この溝26が形成されている部分が基準幅直定規に相当する。
○ なお、上記のようにテーブル25上面に溝26を設ける代わりに、基準幅直定規100の上面において、一対の鉛直面と両鉛直面を連結する底面とからなる凹状の溝(図示しない)を、X軸方向である長手方向に延出するように形成してもよい。この場合、該溝は支持ブラケット37及びホルダ38が余裕をもって入る溝幅を有する。
○ 第1実施形態では基準幅直定規100の幅を測定するようにしたが、図15(b),(c)に示すように、テーブル25のY軸方向側の側面25a及び反Y軸方向側の側面25bを鉛直面に形成して、両側面25a,25bを基準幅直定規としてもよい。
○ 第2実施形態では、回転支持体35は、ホルダ38が第1姿勢位置D1に位置する際の変位センサ42の検出感度軸方向Kと同軸となる回転軸線K1の周りで回転可能になっていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ホルダ38が第1姿勢位置D1に位置する際の変位センサ41又は変位センサ43の検出感度軸方向Kと同軸となるように回転軸線K1と一致させて回転軸線K1の周りで回転支持体35が回転可能になっていてもよい。又、ホルダ38が第1姿勢位置D1に位置する際、該ホルダ38における変位センサ41〜43の配列方向に沿った軸線(すなわち、ホルダ38の支持ブラケット37に対する回転軸線)を回転軸線K1が通過する位置でもよい。
18…記憶装置(第1運動軌跡記憶手段、第2運動軌跡記憶手段、記憶手段)、
20…リニアテーブル(第1移動手段)、25…テーブル(支持手段)、
30…コラム、31…脚部、32…梁部、33…スライダ、
34…ガイドレール、37…支持ブラケット、38…ホルダ、
41〜43…変位センサ(プローブ)、
45…減速機構、100…基準幅直定規、100a…側面、
M1,M2,M3,M4,M5…ACサーボモータ、
D1…第1姿勢位置、D2…第2姿勢位置、D3…第3姿勢位置、
KA…姿勢可変機構、K…検出感度軸方向、KB…回転支持機構、
K1…回転軸線、H…ホルダ移動手段。
Claims (6)
- 3つのプローブを保持するホルダと、前記3つのプローブの検出感度軸方向が水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる2つの姿勢、及び前記水平面と直交する鉛直方向に向ける姿勢が少なくとも取り得るように前記ホルダを回転自在に支持する姿勢可変機構と、幅又は溝を有して、前記幅又は前記溝の幅の長さ方向の変化(以下、両者を含めて幅真直形状という)が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規と、前記基準幅直定規が着脱自在に設けられ、又は前記基準幅直定規が形成され、前記3つのプローブによる逐次3点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せる支持手段と、前記姿勢可変機構と前記基準幅直定規を備えた前記支持手段の少なくともいずれかを水平面に含まれる第1方向に移動する第1移動手段と、前記姿勢可変機構と前記支持手段の少なくともいずれかを水平面内に含まれるとともに前記第1方向と直交する第2方向に移動する第2移動手段と、を備え、
前記基準幅直定規を前記3つのプローブの配列方向を走査方向にして、前記第1移動手段及び第2移動手段のうち、少なくとも第1移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と前記基準幅直定規の校正値を比較することで前記3つのプローブの零点調整誤差を算出し、前記被測定物の断面形状を逐次3点法で測定して、前記零点調整誤差に基づいて校正することを特徴とする形状測定装置。 - 前記ホルダを鉛直軸周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構を備え、
前記回転支持機構により、前記ホルダが前記鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの前記プローブの配列方向を走査方向にして、前記第1移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで、被測定物における走査方向に向かう直線に沿う断面形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記ホルダを、プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るように前記ホルダ移動手段を移動制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の形状測定装置。 - 前記ホルダを、前記プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
前記プローブの所定の測定範囲内に入るように、前記ホルダの被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する第1運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記プローブの所定の測定範囲を維持する制御手段とを備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の形状測定装置。 - 前記ホルダに設けられ、前記3つのプローブを第1〜第3のプローブとしたとき、第1〜第3のプローブよりも測定範囲が広い第4のプローブと、
該第4のプローブで、前記第1〜第3のプローブの測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する第2運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記第1〜第3のプローブの測定範囲を維持する制御手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の形状測定装置。 - 前記基準幅直定規の校正値、又は前記3つのプローブの零点調整誤差を記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段に記憶した前記校正値、又は零点調整誤差により、前記3つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正可能であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちいずれか1項に記載の形状測定装置。
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