JP2012127822A - 形状測定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 接触式プローブを被測定物の表面に沿って移動させることで、被測定物の表面形状を測定する形状測定方法において、プローブに加わる接触力の分力の大きさにより、被測定面と移動手段の方向の関係を推定する。その結果、被測定面と垂直に近い状態であると判断された方向の移動手段のみによって、プローブの接触力制御を行うこと。
【選択図】 図2
Description
三次元方向に移動可能なプローブ保持手段に弾性支持されたプローブを被測定物に接触させつつ前記被測定物の表面を走査させるとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
計測した前記プローブの位置又は姿勢から前記被測定物に対して前記プローブが受ける接触力および、前記接触力の前記三次元方向の分力をそれぞれ演算する工程と、
前記接触力あるいは前記接触力の目標値に比べた差分が予め定められた閾値より小さな前記分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸にて、前記接触力を目標値に近づける制御を行い、その他の分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸による接触力の制御を無効化してプローブ走査を行う工程と、
を有することを特徴とする形状測定方法、
である。
Fx=Kx*Xp (式1)
Fy=Ky*Yp (式2)
Fz=Kz*Zp (式3)
となる。従ってこれらの合力の大きさ(接触力)は、
Fxyz=(Fx2+Fy2+Fz2)1/2 (式4)
と計算される。つまり位置を計測して三次元の座標位置を算出するとともに、位置に対してプローブの剛性を乗ずることで分力を算出する。
Ftx=Ft*Fx’/(Fx’2+Fy’2+Fz’2)1/2 (式5)
とし、他の軸も同様にする。
Fxyz≒Fx
Fx≫Fy
Fx≫Fz (式6)
であり、Fx以外の接触力制御量はFxとくらべ微小なので、X軸移動手段8のみで接触力制御を行っても問題が無い。そこで、合力Fxyz、と各軸の分力について、その差分が、ある閾値Fth以下になった場合には、その分力方向に平行な移動軸での接触力制御が可能であるとみなす。これは、例えば図2の場合では、
Fxyz−Fx<Fth (式7)
となる場合である。この場合、接触力制御器15においてX方向以外の分力、即ちY、Z方向への接触力制御を無効化してプローブを走査することで、接触力制御の影響をY、Z方向の位置制御へ及ぼせなくする。
Fth≦Fxy*(1−(1/2)1/2) (式8)
において、両辺の関係が等号であれば、接触力を2軸で制御する区間がなく単軸制御同士を切り替えることを意味し、不等号であれば2軸で制御する区間が存在することになる。
0<Fth<Fxy*(1−(1/2)1/2) (式9)
であれば良い。なお、用いる移動軸がXYZの3軸である場合にも、同様の考えでもって、
0<Fth<Fxyz*(1−(1/3)1/2) (式10)
とすれば良い。
Fxy−Fx<Fth (式11)
且つ、
Fxy−Fy>Fth (式12)
となり、X軸移動手段8のみで接触力制御が行われ、X軸と交差する軸であるY軸の接触力制御は無効化する。
Fxy−Fx>Fth
Fxy−Fy>Fth (式13)
となるので、接触力に対して近接するほどの強い分力が生じる軸は無いため、X軸移動手段8とY軸移動手段9とが同時に接触力制御を行う。以下同様に、先端球7が周回するに従って区間Cの紙面のであるならば、
Fxy−Fy<Fth
Fxy−Fx>Fth (式14)
となり、Y軸方向の分力が接触力と近接しX軸方向の分力は非常に小さくなるため、Y軸移動手段9のみで接触力制御が行われる。以降D、E、F、G、Hと同じ考え方で先端球7は被測定物2の外形円周を周回することができ、再び始終点に至る。なお、以上の周回動作に関しては、穴の内径においても同様であり、垂直へ切り立った内壁面であってもつなぎ目の無い高速な倣い走査が可能となる。
Fxyz−Fx<Fth (式15)
且つ、
Fxyz−Fy<Fth (式16)
且つ、
Fxyz−Fz>Fth (式17)
の関係が成立する。この場合、X軸移動手段8とY軸移動手段9とが同時に接触力制御を行い、Z軸移動手段10は接触力制御を行わず、無効化する。
Fxyz−Fx>Fth (式18)
且つ、
Fxyz−Fy>Fth (式19)
且つ、
Fxyz−Fz>Fth (式20)
となる。この場合図3に従い、X軸移動手段8、Y軸移動手段9、Z軸移動手段10の全てが接触力制御と位置制御を行うことになる。
Fxyz−Fx>Fth (式21)
且つ、
Fxyz−Fy>Fth (式22)
且つ、
Fxyz−Fz<Fth (式23)
となる。従ってこの場合は、Z軸移動手段10のみが接触力制御を行い、X軸移動手段8、Y軸移動手段9が接触力制御を行わないことになる。以降、再び二点鎖線の円の内側と一点鎖線の円の外側の領域、二点鎖線の外側の領域を経て終点に達する。
(Fx2+Fy2)1/2=Ft (式24)
となるように、Ftx、Ftyを算出し制御量を出力してもよい。
上述の実施例では接触力に対する分力の差分に対して閾値を定めた。このような方法をとると、装置の振動等の外乱にて接触力が変動した際にも接触力の変動に応じて無効化がなされるためロバスト性が向上する。
特定の閾値Fthを定めた上で、分力Fx、Fy,Fzがその閾値を超えたか否かで無効化の判定を行ってもよい。その場合、差分値の計算が不要となるため、制御に伴う上位コントローラを始め演算手段の計算負荷が低減され、取得した位置データなどの処理など大きな計算負荷を必要とする処理に計算資源を充当することができるなど、効率的なシステム設計に有益である。
2 被測定物
3 プローブ保持手段
4 板バネ
5 プローブシャフト
6 3面ミラー
7 先端球
8 X軸移動手段
9 Y軸移動手段
10 Z軸移動手段
11 X軸方向移動量算出手段
12 Y軸方向移動量算出手段
13 Z軸方向移動量算出手段
14 位置制御器
15 接触力制御器
16 接触力ベクトル演算手段
17 プローブ位置姿勢計算手段
18 上位コントローラ
19 Xスライダー
20 Yスライダー
21 Zスライダー
22 ワーク架台
23 ステージ架台
Claims (6)
- 三次元方向に移動可能なプローブ保持手段に弾性支持されたプローブを被測定物に接触させつつ前記被測定物の表面を走査させるとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
計測した前記プローブの位置又は姿勢から前記被測定物に対して前記プローブが受ける接触力および、前記接触力の前記三次元方向の分力をそれぞれ演算する工程と、
前記接触力あるいは前記接触力の目標値に比べた差分が予め定められた閾値より小さな前記分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸にて、前記接触力を目標値に近づける制御を行い、その他の分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸による接触力の制御を無効化してプローブ走査を行う工程と、
を有することを特徴とする形状測定方法。 - 前記接触力の分力のいずれも、前記接触力あるいは前記接触力の目標値に比べた差分が前記閾値以上の場合には、前記プローブ保持手段の各移動軸にて前記分力の和が前記接触力の目標値に近づける制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。
- 前記分力の全てが前記接触力あるいは前記接触力の目標値に比べた差分が前記閾値以上の場合には、異常を知らせる信号を発信することを特徴とする請求項2に記載の形状測定方法。
- 三次元方向に移動可能なプローブ保持手段に弾性支持されたプローブを被測定物に接触させつつ前記被測定物の表面を走査させるとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
計測した前記プローブの位置又は姿勢から前記被測定物に対して前記プローブが受ける接触力および、前記接触力の分力を演算する工程と、
前記分力が、予め定められた閾値より大きな場合、前記分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸にて、前記接触力を目標値に近づける制御を行い、その他の分力の方向の移動軸による接触力の制御を無効化してプローブ走査を行う工程と、
を有することを特徴とする形状測定方法。 - プローブを被測定物に接触させつつ前記被測定物の表面を走査させるとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
三次元方向に移動可能なプローブ保持手段と、
前記プローブ保持手段に弾性支持されたプローブと、
プローブの位置および姿勢を計測する計測手段と、
計測した前記プローブの位置又は姿勢から前記被測定物に対して前記プローブが受ける接触力および、前記接触力の分力を演算する演算手段と、
を有し、
前記分力が、前記接触力あるいは接触力の目標値に比べた差分が予め定められた閾値より小さい場合、前記分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸にて、前記接触力を目標値に近づける制御を行い、その他の分力の方向の移動軸による接触力の制御を無効化してプローブ走査を行うこと、
を有することを特徴とする形状測定装置。 - プローブを被測定物に接触させつつ前記被測定物の表面を走査させるとともに前記プローブの位置を計測することで前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
三次元方向に移動可能なプローブ保持手段と、
前記プローブ保持手段に弾性支持されたプローブと、
プローブの位置および姿勢を計測する計測手段と、
計測した前記プローブの位置又は姿勢から前記被測定物に対して前記プローブが受ける接触力および、前記接触力の分力を演算する演算手段と、
を有し、
前記分力が、予め定められた閾値より大きな場合、前記分力の方向の前記プローブ保持手段の移動軸にて、前記接触力を目標値に近づける制御を行い、その他の分力の方向の移動軸による接触力の制御を無効化してプローブ走査を行うこと、
を有することを特徴とする形状測定装置。
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