JP2017138108A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、効率良く且つ精度良く測定面の傾斜を測定できる測定装置を提供する。【解決手段】測定開始点又は測定終了点にパッド３０２の当接面３０２ａを当接させたときに、エア制御装置３１１は、エアバッグ３０４内のエア圧を検出し、所定の圧力になるように配管３１０を介してエアを送出し、もしくはエアを抜き出す。エアバッグ３０４内のエア圧が所定値になれば、当接面３０２ａと測定対象面との面圧が一定になる。かかる状態で、水準器の傾きは測定対象面に対して適切となるので、測定対象面の傾きを精度良く検出することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、測定装置に関し、鉛直方向に対する測定面の傾きを高精度に測定できる測定装置に関する。

長尺物などの被測定物の面形状や断面直線形状を精度良く測定をするために、基準となる直定規との比較測定を実施することがある。あるいは、光軸の直線性を基準にして、走査方向に被測定面と２点で当接する台上の鏡の傾斜をオートコリメータで測定して、直線形状を算出する方法も用いられている。また、基準が使えないときには、多点法プローブを用いた多点法により、運動誤差と形状誤差を分離する方法がとられる。更には、2点で当接する水準器あるいはタリベルなどで直線形状を求める方法もある。

真直形状や平面形状の測定対象が大型化するのに伴い、基準定規が長尺化し、その作成が困難になってきている。また、空中での光線の揺らぎの影響で光軸の基準も十分な精度を保てない場合もある。このような背景から、多点法を用いた測定の必要性が高まっているが、多点法ではゼロ点調整誤差による放物線誤差の問題があり、しかも長尺になり逐次数が増えるほど放物線誤差が大きくなるという問題がある。

特許文献１には、例えばステージの傾斜を、形状測定における移動開始点と終了点の静止時に計測し、多点法プローブで測定評価した真直形状における両端の傾斜の差に含まれる、多点法プローブのゼロ点調整誤差による放物線誤差の影響を抽出できることを利用して、目的の形状測定データそのものから多点法プローブのゼロ点の校正が出来る、いわゆるその場校正を実現できる技術が開示されている。

特開２００９−２８１７６８号公報

ところで、多点法プローブのゼロ点調整誤差による放物線誤差の影響を抽出するには、多点法プローブで測定評価した真直形状における測定面両端の傾斜を精度良く測定する必要がある。ここで、多くの水準器は、測定面に当接した状態で、自身の傾きから重力加速度方向に対する測定面の傾きを検出するものであり、一般的には作業者が水準器を測定面に当てて、その傾きを測定している。これに対し、測定の効率化や自動化のために、ロボット等を用いて水準器を位置決めして測定面の傾斜を測定したいという要請がある。

しかるに、高精度仕様のロボットを用いれば、数値制御により水準器を適切な押圧力で測定面に押し当てて精度良く維持することができるが、ロボット自体が高価であるという難点がある。そこで、より安価な一般汎用ロボットにより保持器を保持して、測定面の傾斜を測定しようとする試みがある。しかしながら一般汎用ロボットは多種多様な性能を有するため、使用したロボットによっては基準位置に対して０．１ｍｍを超える振れが生じる恐れがあり、これにより水準器と測定面との間に作用する力が変化してしまい、精度良く測定面の傾斜を測定できない恐れがある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、低コストで、効率良く且つ精度良く測定面の傾斜を測定できる測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の測定装置は、搬送機構により位置決めされて、水準器を用いて鉛直方向に対する測定面の傾きを測定可能な測定装置において、
前記搬送機構に連結される連結部と、
前記水準器を保持する保持部と、
前記保持部に取り付けられており、前記測定面に当接することによって前記保持部の鉛直方向に対する傾きを前記測定面に倣わせる当接部と、
前記連結部と前記保持部との間に配置され、前記当接部と前記測定面との間に生じる力を制御する制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、前記連結部と前記保持部との間に配置された前記制御部が、前記当接部と前記測定面との間に生じる力を制御するので、前記搬送機構により位置決めされた際に、前記測定面に対する前記測定装置の位置が目的位置からずれたとしても、測定時において前記当接部と前記測定面との間に生じる力を適切な値に制御出来るため、前記測定面に対して前記保持器を適切に倣わせることができるから、前記保持器に保持された水準器により前記測定面の傾斜を精度良く測定することができる。尚、「水準器」は、重力加速度方向に対する自身の姿勢を検出できるものであれば好ましく、そのタイプは問わない。

請求項２に記載の測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記連結部と前記保持部との間に配置され，流体を出し入れすることで膨縮可能となっているバッグと、前記バッグ内の流体圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に応じて、前記バッグ内に前記流体を導入し或いは前記バッグ内から前記流体を排出するエア圧調整器とを有することを特徴とする。

前記バッグが流体を出し入れすることで膨縮可能となっているので、前記エア圧調整器が、前記圧力センサの出力に応じて、前記バッグ内に前記流体を導入し或いは前記バッグ内から前記流体を排出することで、測定時において、前記当接部と前記測定面との間に生じる力を略一定に制御することが出来、これにより前記測定面の傾斜を精度良く測定することができる。「流体」としてはエアを用いるのが最も取り扱いが容易であるが、水や油などを用いても良い。

請求項３に記載の測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御部は、前記連結部と前記保持部との間に配置されて弾性変形可能な可撓性部材を有することを特徴とする。

前記搬送機構により位置決めされた際に、前記測定面に対する前記測定装置の位置が目的位置からずれたとしても、前記制御部として可撓性部材を用いることで、測定時において、前記当接部と前記測定面との間に生じる力の変化を抑えることが出来、これにより前記測定面の傾斜を精度良く測定することができる。尚、可撓性部材とは，例えばゴムや樹脂などを含むものをいう。

請求項４に記載の測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記搬送機構はロボットであることを特徴とする。

前記搬送機構としてロボットを用いることで、測定の効率化や自動化を促進できる。

本発明によれば、低コストで、効率良く且つ精度良く測定面の傾斜を測定できる測定装置を提供することができる。

本実施の形態にかかる測定装置により測定可能な被測定物ＯＢＪの斜視図である。 本実施の形態にかかる測定装置３００を、ロボットにより把持した状態で示す図である。 本実施の形態にかかる測定装置３００の正面図である。 測定装置３００の側面図である。 測定装置３００の上面図である。 測定装置３００の分解図である。 逐次三点法で測定面の形状を測定できる形状測定装置１００の斜視図である。 逐次三点法で測定面の形状を測定できる形状測定装置１００の斜視図である。 形状測定装置１００の正面図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。 （ａ）はミラーの非反射位置を示し、（ｂ）はミラーの反射位置を示す図である。 測定装置３００により面ＰＬ２の傾きを測定する状態を示す斜視図である。 測定装置３００により面ＰＬ２の傾きを測定する状態を示す上面図である。 測定装置３００により面ＰＬ１の傾きを測定する状態を示す斜視図である。 測定装置３００により面ＰＬ１の傾きを測定する状態を示す上面図である。 別な実施の形態にかかる測定装置３００を、ｚ方向奥側から見た図である。 図１６と同じ方向から見たホルダ３０１を示す図である。 更に別な実施の形態にかかる測定装置３００を示す斜視図である。 更に別な実施の形態にかかる測定装置３００を分解して示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかる測定装置により測定可能な被測定物ＯＢＪの斜視図である。図に示すように、被測定物ＯＢＪの両側には、鉛直方向上方及び前方に突出してなる一対の板状部ＰＴが設けられている。各板状部ＰＴの前縁の一部は、直線ブレード状に突出したブレード部ＵＬとなっており、ブレード部ＵＬの内側を向いた面ＰＬ１と、面ＰＬ１と直交して交差する板状部ＰＴの面ＰＬ２が、それぞれ測定面となっている。

図２は、本実施の形態にかかる測定装置３００を、ロボットにより把持した状態で示す図である。搬送機構であるロボットＲＢＴは、定盤に設置された基台ＢＳに対して回転可能な回転テーブルＴＢを備えており、更に回転テーブルＴＢに対して揺動可能な揺動アームＰＡが設けられている。揺動アームＰＡの先端には、伸縮アームＥＡが揺動可能且つ伸縮可能に連結され、伸縮アームＥＡの先端には、ハンドＨＤが揺動可能且つ回転可能に連結されている。尚、ハンドＨＤは、汎用のチャック機構を用いることで、形状測定装置１００も共通して把持可能である。ロボットＲＢＴの構成は以上に限られず、任意の形態が可能である。

ロボットＲＢＴの各部は、制御装置ＣＯＮＴにより数値制御され、不図示のモータ等を介して、所定の精度でハンドＨＤを任意の３次元位置に置くことが出来、従って被測定物ＯＢＪの測定面に沿って図１における鉛直方向に変位させることもできる。このように、ロボットＲＢＴで把持することにより、測定装置３００を被測定物ＯＢＪの測定面の両端に配置させることができるようになっている。

図３は、本実施の形態にかかる測定装置３００の正面図であり、図４は、測定装置３００の側面図である。又、図５は、測定装置３００の上面図であり、図６は、測定装置３００の分解図であるが、水準器は図示を省略している。尚、図３〜６で用いる３次元座標系（ＸＹＺ）は、後述する逐次三点法において用いる３次元座標系（ｘｙｚ）と異なっている。

図６に示すように、扁平の六角柱状であるホルダ３０１の側面３０１ａに、パッド（脚部）３０２が２つ、上下に離間して配置されている。パッド３０２は矩形板状であって、その正面中央に突出した当接面（当接部）３０２ａを全幅で形成している。２つの当接面３０２ａは同一平面（図６でＸＹ平面）内に位置するものとする。これにより２つの当接面３０２ａを測定面に当接させたとき、ホルダ３０１(及び後述する載置板３０６)の鉛直方向に対する傾きを測定面に倣わせることができる。

又、ホルダ３０１の側面３０１ａから１つおいた側面３０１ｂに、パッド（脚部）３０３が２つ、上下に離間して配置されている。パッド３０３はパッド３０２と同じ板状であるが、その側面中央に突出した当接面（当接部）３０３ａを全幅で形成している。２つの当接面３０３ａは同一平面（図６でＸＺ平面）内に位置するものとする。これにより２つの当接面３０３ａを測定面に当接させたとき、ホルダ３０１(及び後述する載置板３０６)の鉛直方向に対する傾きを測定面に倣わせることができる。パッド３０２，３０３は、ねじ止めもしくは接着等によりホルダ３０１に取り付けられている。

ホルダ３０１の側面３０１ａ、３０１ｂからそれぞれ１つおいた広幅の側面３０１ｃには、例えば樹脂製である蛇腹状のエアバッグ３０４の一方の面が取り付けられている。エアバッグ３０４の他方の面は、Ｌ字状の板材であるブラケット３０５の裏面に接合された斜板３０５ａに取り付けられている。連結部であるブラケット３０５の上端近傍は、ロボットＲＢＴのハンドＨＤによりチャック可能な凹凸部（不図示）を有している。よって、測定装置３００は、上述したロボットＲＢＴにより保持されて、測定面の両端に配置可能となっている。

エアバッグ３０４は、配管３１０を介して、エア制御装置３１１に連結されており、その内圧に応じて蛇腹が膨縮可能となっている。エアバッグ３０４と共に制御部を構成するエア制御装置３１１は、配管３１０、すなわちエアバッグ３０４内の流体圧を検出する圧力センサと、該圧力センサの出力に応じて、エアバッグ３０４内に配管３１０を介してエアを導入し或いはエアを排出するエア圧調整器とを有する。エアバッグ３０４とエア制御装置３１１とで、制御部を構成する。

ホルダ３０１の上面３０１ｄには、３つのねじ孔３０１ｅが設けられている。一方、図６で二点鎖線上に水準器ＬＶ（図３，４参照）を取付可能な載置板３０６は、ねじ孔３０１ｅに対向して貫通孔３０６ａを有しており、貫通孔３０６ａに挿通したボルト３０７をねじ孔３０１ｅに螺合させることで、載置板３０６がホルダ３０１に取り付け可能となっている。載置板３０６は、ホルダ３０１に取り付けた状態でブラケット３０５と干渉しないようになっている。水準器ＬＶは、鉛直面であるＸＹ平面に対する傾きを測定できる機能を有する。ホルダ３０１と載置板３０６とで保持部を構成する。

測定装置３００を、図５に示すように上方から見たときに、パッド３０２の当接面３０２ａを，その直交方向に投影した投影像の範囲（図５でハッチングで示す範囲）内に、ホルダ３０１、載置板３０６及び水準器ＬＶを含む組立体の合成重心Ｇが含まれると、当接面３０２ａを測定面に当接させて傾きを測定するために、ロボットＲＢＴにより測定装置３００を測定面に押し当てた際に姿勢変化が起きにくいので好ましい。合成重心Ｇは、好ましくは投影像の中心に位置すると良い。

次に、逐次三点法で測定面の形状を測定する際に用いる形状測定装置１００について説明する。図７，８は、逐次三点法で測定面の形状を測定できる形状測定装置１００の斜視図であり、図９は、形状測定装置１００の正面図である。形状測定装置１００において、板状のベースプレート１０１の背面にブラケット１０２を取り付けている。図示していないが、ブラケット１０２は、ロボットによりチャック可能な凹凸部を有している。よって、形状測定装置１００は、上述したごときロボットＲＢＴ等により保持されて、測定面に沿って走査変位可能である。

更に、ベースプレート１０１の背面におけるブラケット１０２の近傍に、コントローラ１０４が取り付けられている。コントローラ１０４は、後述する３つのミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを一体で移動させる駆動機構（不図示）を駆動制御するものである。

ベースプレート１０１の正面側には、これに接合されたサブプレート１０３を介して、３つの光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃが等間隔に並べられて取り付けられている。サブプレート１０３は、インバー等の熱膨張係数が低い素材から形成されており、温度変化による光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの相対位置変化などの影響を極力抑制して安定した保持に貢献する。直方体状の光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、下方に略Ｖ字状の切欠部１０５ａを有しており、図９に示すように、その一方の側面に発光部１０５ｂを設け、他方の側面に受光部１０５ｃを設けている。外部から光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃへの給電及び外部への出力転送は、それぞれ連結されたケーブル１０５ｄを介して行われる。

隣接する光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの間において、ベースプレート１０１に一端を接合された略Ｌ字状のリブ１０６が、サブプレート１０３との干渉を回避しつつ上下方向に延在している。

図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図であり、被測定物ＯＢＪと共に示している。リブ１０６の自由端である下端には、軸線が斜めに延在するようにして固定軸１０６ａが形成されている。固定軸１０６ａの周囲には、軸受１０７を介してローラ１０８が組み付けられており、固定軸１０６ａに対して回転自在となっている。ローラ１０８の材質は金属又は樹脂製である。ローラ１０８を樹脂製とする場合、例えばロックウェル硬さで８０以上であるポリプラスチック株式会社製のジュラコン（登録商標）などを用いることが好ましい。

図１０に示すように、走査変位の際に、ガイド部材としてのローラ１０８を測定面である面ＰＬ１及び面ＰＬ２の双方に当接させて転動させることで、ベースプレート１０１すなわち光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃと、面ＰＬ１及び面ＰＬ２との距離を一定に維持し、これにより例え形状測定装置１００をロボット等により把持して走査変位させた場合でも、後述する逐次三点法による測定を可能としている。

図９に示すように、３つのミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃが保持体２０１により把持されて、不図示のアクチュエータにより、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの下方においてｘ方向に変位可能とされている。図９に示す状態では、各ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、実線で示すように光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａ直下よりずれた位置（非反射位置）にあるので、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの発光部１０５ｂから出射された光束ＢＭを反射せず、かかる光束ＢＭは図１１（ａ）に示すように下方に向かうこととなる。

よって光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａが、測定すべき面ＰＬ２に対向しているときは、光束ＢＭは面ＰＬ２で反射してミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射することなく、同じ光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの受光部１０５ｃに直接入射し、その入射位置に基づいて光センサから面ＰＬ２の入射点の位置までの距離（後述する出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）に相当）を求めることができる。この値を用いて、逐次三点法により面ＰＬ２の形状測定を行える。

これに対し、コントローラ１０４からの信号がアクチュエータに送信されると、３つのミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃが保持体２０１と共に、点線で示す位置へと変位する。このとき、各ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、図９に点線で示すように光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａ直下の位置（反射位置）にくるので、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの発光部１０５ｂから出射された光束ＢＭを反射し、反射された光束ＢＭは図１１（ｂ）に示すように側方に向かい、面ＰＬ１に入射することとなる。

更に光束ＢＭは面ＰＬ１で反射して、再度ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射され、同じ光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの受光部１０５ｃに入射し、その入射位置に基づいて光センサから面ＰＬ１の入射点の位置までの距離（後述する出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）に相当）を求めることができる。この値を用いて、逐次三点法により面ＰＬ１の形状測定を行える。尚、コントローラ１０４からの逆特性の信号がアクチュエータに送信されると、３つのミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃが保持体２０１と共に、実線で示す位置へと復帰する。

次に、逐次三点法により、本実施の形態にかかる形状測定装置１００を用いた被測定物の測定方法について説明する。ここでは、ロボットＲＢＴにより把持した形状測定装置１００を被測定物ＯＢＪに対して相対変位させながら、面ＰＬ１又はＰＬ２を測定するものとするが、形状測定装置１００は直定規などに沿って移動させても良い。まず、不図示のアクチュエータにより、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを非反射位置に置き、形状測定装置１００を面ＰＬ２に沿って走査変位させながら、面ＰＬ２を測定するものとし、図９で面ＰＬ２に直交する方向をｚ方向、形状測定装置１００を走査変位する方向をｘ方向（被測定物を示す図１における鉛直方向）とする。

形状測定装置１００を走査変位する際に微小な変形や傾きが生じると、形状測定装置１００全体がｚ方向に移動したり傾斜したりすることによる運動誤差成分が生じる。ここで、面ＰＬ２の表面形状をｆ（ｘ）、形状測定装置１００のｚ方向への偏心誤差をｅ_z（ｘ）とし、走査方向への傾斜誤差をＥ_p（ｘ）とし、各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）は、以下の式で表せる。
ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅ_z（ｘ）−ｄ・Ｅ_p（ｘ） （１）
ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅ_z（ｘ） （２）
ｍ₃（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （３）

更に隣り合う光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力から偏心誤差成分を消去して、次式の差動出力を得る。
μ₁（ｘ）＝ｍ₃（ｘ）−ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （４）
μ₂（ｘ）＝ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （５）

更に、（４）,（５）式の差をΔμ（ｘ）とすると、傾斜誤差成分を除去した以下の式が得られる。
Δμ（ｘ）＝μ₁（ｘ）−μ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−２ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ） （６）

一方、式（１）〜（３）より、ｆ（ｘ）の二階差分を求めると、以下の式（７）となる。
Δ²ｆ（ｘ）
＝｛ｆ（ｘ＋ｄ）−２・ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）｝／ｄ²
＝［｛ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）｝−｛ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）｝］／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝／ｄ² （７）

よって、Δ²ｆ（ｘ）は、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを取り付けたサブプレート１０３の並進誤差ｅ_z（ｘ）、傾斜誤差Ｅ_p（ｘ）の影響を受けることなく、光センサの出力ｍ₁（ｘ），ｍ₂（ｘ），ｍ₃（ｘ）及び間隔ｄで表されることとなる。

つまり、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）等により得られたΔ²ｆ（ｘ）を二階積分することにより、面ＰＬ２の表面形状ｆ（ｘ）を知ることができる。なお、ｆ（ｘ）の一次以下の項は、面ＰＬ２の測定部分の平均的な距離、傾きを表すことになるので、形状測定においては無視することができる。

しかし、実際には、サブプレート１０３に支持された各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃには、測定時の基準点のずれ、いわゆるゼロ点ずれが存在する。例えば、各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃのｚ方向の基準点からのずれを、それぞれ、ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃とおいて、式（１）〜（３）を再計算すると、以下の式（１）′〜（３）′となる。
ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅ_z（ｘ）−ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋ｋ₁ （１）′
ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｋ₂ （２）′
ｍ₃（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋ｋ₃ （３）′

更に、ｆ（ｘ）の二階差分を取ると、以下の式（７）′となる。
Δ²ｆ（ｘ）
＝｛ｆ（ｘ＋ｄ）−２・ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）｝／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝／ｄ²−｛ｋ₃−２・ｋ₂＋ｋ₁｝／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝−ｋ₁₂₃／ｄ² （７）′
ただし、式（７）′において、ｋ₃−２・ｋ₂＋ｋ₁＝ｋ₁₂₃とした。

さらに、式（７）′に基づいて、Δ²ｆ（ｘ）を二階積分すると、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）等の項の他に、ｋ₁₂₃／２ｄ²を係数としたｘ²に比例する項が生じる。したがって、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）から得られる値は、表面形状ｆ（ｘ）からｋ₁₂₃・ｘ²／２ｄ²の分ずれたものであり、これは、いわゆる放物線誤差として知られるゼロ点ずれに起因する誤差である。かかる放物線誤差をｇ（ｘ）とする。つまり、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力値からは、面ＰＬ２の真の面形状ｆ（ｘ）に、放物線誤差ｇ（ｘ）が重畳された、誤差内在形状ｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）が求められることとなり、よって放物線誤差ｇ（ｘ）を求めない限り、真の被測定物ＯＢＪの上面形状ｆ（ｘ）を得ることができないといえる。

そこで、水準器ＬＶを利用して放物線誤差を排除することを考える。（４）、（５）式の差動出力に対して、（５）式にゼロ点誤差の項αを加え、（４）式の差動出力をｄだけシフトして、以下の式を得る。
μ₁（ｘ＋ｄ）＝ｆ（ｘ＋２ｄ）−ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ＋ｄ） （４）′
μ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋α （５）′

ここで、αは２つの隣り合う光センサの測定基準を結ぶ線が平行にならないことによるｚ方向のシフト誤差を、角度に対応させたゼロ点誤差である。（４）′、（５）′式の差をとると、以下の式が得られる。
ΔＥｐ（ｘ）≡ｄ（Ｅ_p（ｘ＋ｄ）−Ｅ_p（ｘ））＝μ₁（ｘ＋ｄ）−μ₂（ｘ）＋α （８）

（８）式は，隣り合う光センサの傾斜誤差の差分を表しているから、逐次Ｎ点加えていくことで、以下の（９）式を得る。

（９）式の左辺におけるＥｐ（０）は、測定開始点（ｘ＝０）の傾斜誤差であり、Ｅｐ（Ｎｄ）は、測定終了点（ｘ＝Ｎｄ＝Ｌ）の傾斜誤差である。つまり、測定開始点と測定終了点での形状測定装置１００の傾き、すなわち面ＰＬ２の測定開始点と測定終了点の傾きを測定すれば、右辺の値、すなわちゼロ点誤差αを理論上求めることができるのである。

図１２、１３は、測定装置３００により面ＰＬ２の傾きを測定する状態を示す図であるが、ロボットＲＢＴは省略している。ここでは、パッド３０２を面ＰＬ２に当接させて、その傾きを測定するものとする。ロボットＲＢＴには、予め面ＰＬ２の測定開始点と測定終了点の位置を入力しているので、ロボットＲＢＴは、数値制御により面ＰＬ２の測定開始点と測定終了点にパッド３０２が位置するように、測定装置３００を姿勢変化させ、また位置決めする。

ロボットＲＢＴにより、測定開始点又は測定終了点にパッド３０２の当接面３０２ａを当接させ、図１３に示すように矢印方向に予圧を付与すると、エア制御装置３１１は、エアバッグ３０４内のエア圧を検出し、所定の圧力になるように配管３１０を介してエアを送出し、もしくはエアを抜き出す。エアバッグ３０４内のエア圧が所定値になれば、当接面３０２ａと面ＰＬ２との面圧が一定になる。かかる状態で、水準器ＬＶの傾きは面ＰＬ２に対して適切となるので、面ＰＬ２の傾きを精度良く検出することができる。尚、被測定物ＯＢＪの幅方向反対側にある面ＰＬ２の傾きを測定する場合には、測定装置３００を姿勢変化させることなく、平行移動させるのみで可能となる。

これに対し、面ＰＬ１の形状測定については、アクチュエータの駆動により、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを反射位置に置き、形状測定装置１００を面ＰＬ１に沿って走査変位させながら，上述したのと同様に逐次三点法で測定を行うことができる。但し、面ＰＬ１に直交する方向をｚ方向、形状測定装置１００を走査変位する方向をｘ方向とする。又、放物線誤差を排除するために、面ＰＬ１の測定開始点と測定終了点の傾きを測定すればよい。

図１４、１５は、測定装置３００により面ＰＬ１の傾きを測定する状態を示す図であるが、ロボットＲＢＴは省略している。ここでは、パッド３０３を面ＰＬ１に当接させて、その傾きを測定するものとする。ロボットＲＢＴには、予め面ＰＬ１の測定開始点と測定終了点の位置を入力しているので、ロボットＲＢＴは、数値制御により面ＰＬ１の測定開始点と測定終了点にパッド３０３が位置するように、測定装置３００を姿勢変化させ、また位置決めする。

ロボットＲＢＴにより、測定開始点又は測定終了点にパッド３０３の当接面３０３ａを当接させ、図１５に示す矢印方向に予圧を付与すると、エア制御装置３１１は、エアバッグ３０４内のエア圧を検出し、所定の圧力になるように配管３１０を介してエアを送出し、もしくはエアを抜き出す。エアバッグ３０４内のエア圧が所定値になれば、当接面３０３ａと面ＰＬ１との面圧が一定になる。但し、面ＰＬ２に対して面ＰＬ１の幅が狭い場合、面圧を一定にするためにエア圧は，例えば面積比で面ＰＬ２の測定時より低くすべきである。かかる状態で、水準器ＬＶの傾きは面ＰＬ１に対して適切となるので、面ＰＬ１の傾きを精度良く検出することができる。

尚、被測定物ＯＢＪの幅方向反対側にある面ＰＬ１の傾きを測定する場合には、ロボットＲＢＴのハンドＨＤを回転させて、天地を逆にするように測定装置３００を反転させれば良い。但し、パッド３０３の両側面に当接面３０３ａを形成すれば、図１５に点線で示すように測定装置３００を姿勢変化させることなく、平行移動させるのみで、迅速に両方の面ＰＬ１の傾きを測定できる。

図１６は、別な実施の形態にかかる測定装置３００を、Ｚ方向奥側から見た図である。図１７は、同方向から見たホルダ３０１を示す図であるが、載置板３０６を取り付けた状態で示している。

本実施の形態では、ホルダ３０１とブラケット３０５の斜板３０５ａとの間に、エアバッグの代わりに、制御部としての可撓性部材を配置している。より具体的には、図１７に示すように、ホルダ３０１のブラケット３０５に対向する面３０１ｃに、３本の円筒状の固定軸３２０を植設している。固定軸３２０の先端には、雄ねじ部３２０ａが形成されている。固定軸３２０の周囲には、両端にワッシャ３２１を取り付けた円筒ゴム３２２が嵌合している。ここでは、円筒ゴム３２２が可撓性部材を構成する。尚、３０６ｂは、外力を受けたときに斜板３０５ａがブラケット３０５に対して傾かないように補強する為のリブである。

図１６に示すように、斜板３０５ａには、固定軸３２０に対向して貫通孔３０５ｂが形成されており、貫通孔３０５ｂに固定軸３２０を挿通させ、露出した雄ねじ部３２０ａにナット３２３を螺合させて、適切なトルクで締め上げることで、ホルダ３０１とブラケット３０５とが連結される。このとき、一方のワッシャ３２１がホルダ３０１の面３０１ｃに当接し、他方のワッシャ３２１が斜板３０５ａの対向面に当接し、更に固定軸３２０を介して軸力が伝達されるので、円筒ゴム３２２には所定の予圧が付与されるようになっている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様である。

図１２〜１５を参照して、ロボットＲＢＴが、測定装置３００を測定開始点と測定終了点に位置決めすることによりパッド３０２，３０３を面ＰＬ２，ＰＬ１に当接させたとき、測定装置３００が目標位置から多少ずれても、円筒ゴム３２２が弾性変形することにより、当接面３０２ａ、３０３ａと面ＰＬ２、ＰＬ１との面圧を一定に近づけることができる。これにより、面ＰＬ２，ＰＬ１の傾きを精度良く検出することができる。又、コントローラ１０４が不要となるので、よりコスト低減となる。

図１８は、更に別な実施の形態にかかる測定装置３００を示す斜視図である。図１９は、かかる実施の形態にかかる測定装置３００を分解して示す斜視図であるが、見る方向を変えて示している。本実施の形態では、図１６，１７の実施の形態に対して、円筒ゴム３２２の支持態様が異なっている。

より具体的には、ブラケット３０５に連結された斜板３０５ａには、ロアステー３６０が取り付けられており、また斜板３０５ａに対向するホルダ３０１の面にはアッパステー３５０が取り付けられている。

ロアステー３６０は、斜板３０５ａに固定される固定板３６１と、固定板３６１から載置板３０６に平行に延在するように接合された保持板３６２と、固定板３６１に対して保持板３６２を裏面(ここでは下面)で補強するように接合された一対の補強板３６３とからなる。

一方、アッパステー３５０は、斜板３０５ａに対向するホルダ３０１の面に固定される固定板３５１と、固定板３５１から載置板３０６に平行に延在するように接合された保持板３５２と、固定板３５１に対して保持板３５２を裏面(ここでは上面)で補強するように接合された一対の補強板３５３とからなる。

アッパステー３５０の保持板３５２には、４つの貫通孔３５２ａが形成されており、これに対向してロアステー３６０の保持板３６２には、４つの貫通孔３６２ａが形成されている。

図１９に示すように、可撓性部材である円筒ゴム３２２の両端中央には、金属製のスタッドボルト３５４がそれぞれ焼き付け等により一体的且つ同軸に固定され、両スタッドボルト３５４間にゴムが介在する状態となっている。アッパステー３５０，ロアステー３６０，円筒ゴム３２２により制御部を構成する。

組み付け時には、ホルダ３０１に対して固定した保持板３５２の下方から各貫通孔３５２ａを介して、円筒ゴム３２２の上端側のスタッドボルト３５４を貫通させ、保持板３５２の上側でナット３５５（図１８）により螺合させて締結する。

更に、ブラケット３０５に対して固定した保持板３６２の上方から各貫通孔３６２ａを介して、円筒ゴム３２２の下端側のスタッドボルト３５４を貫通させ、保持板３６２の下側でナット３６５により螺合させて締結する。これにより、ホルダ３０１とブラケット３０５とがアッパステー３５０，円筒ゴム３２２、ロアステー３６０を介して連結される。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、スタッドボルト３５４の軸線、すなわち円筒ゴム３２２の軸線が全てＺ方向を向くので、図１８，１９に示す姿勢（つまり、Ｚ方向が重力加速度方向と重なる姿勢）で水準器ＬＶを支持したときに、水準器ＬＶの自重が円筒ゴム３２２に付与されるため、経時変化により円筒ゴム３２２にヘタリが生じる恐れがある場合でも、その影響を極力抑制することができる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば搬送機構としては、ロボットに限られず、リニアガイドとアクチュエータとを組み合わせたものであっても良い。

１００ 形状測定装置
３００ 測定装置
３０１ ホルダ
３０１ａ 側面
３０１ｂ 側面
３０１ｃ 側面
３０１ｄ 上面
３０１ｅ ねじ孔
３０２ パッド
３０２ａ 当接面
３０３ パッド
３０３ａ 当接面
３０４ エアバッグ
３０５ ブラケット
３０５ａ 斜板
３０５ｂ 貫通孔
３０６ 載置板
３０６ａ 貫通孔
３０７ ボルト
３１０ 配管
３１１ エア制御装置
３２０ 固定軸
３２０ａ 雄ねじ部
３２１ ワッシャ
３２２ 円筒ゴム
３２３ ナット
３５０ アッパステー
３５１ 固定板
３５２ 保持板
３５２ａ 貫通孔
３５３ 補強板
３５４ スタッドボルト
３５５ ナット
３６０ ロアステー
３６１ 固定板
３６２ 保持板
３６２ａ 貫通孔
３６３ 補強板
３６５ ナット
ＯＢＪ 被測定物
ＲＢＴ ロボット

Claims (4)

1. 搬送機構により位置決めされて、水準器を用いて鉛直方向に対する測定面の傾きを測定可能な測定装置において、
   前記搬送機構に連結される連結部と、
   前記水準器を保持する保持部と、
   前記保持部に取り付けられており、前記測定面に当接することによって前記保持部の鉛直方向に対する傾きを前記測定面に倣わせる当接部と、
   前記連結部と前記保持部との間に配置され、前記当接部と前記測定面との間に生じる力を制御する制御部とを有することを特徴とする測定装置。
2. 前記制御部は、前記連結部と前記保持部との間に配置され，流体を出し入れすることで膨縮可能となっているバッグと、前記バッグ内の流体圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に応じて、前記バッグ内に前記流体を導入し或いは前記バッグ内から前記流体を排出するエア圧調整器とを有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記制御部は、前記連結部と前記保持部との間に配置されて弾性変形可能な可撓性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記搬送機構はロボットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。

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