JP2018072202A - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の形状測定装置の一例である三次元測定装置10の正面図であり、図2は三次元測定装置10の側面図である。この三次元測定装置10は、繰り返し精度が異なる複数種類(本実施形態では2種類)の測定センサ11を用いて、同一の測定対象物Wの各測定ポイント(測定位置)の三次元座標値(X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の各座標値)を測定して、測定対象物Wの形状を演算する。ここでいう測定対象物Wの形状とは、測定対象物Wの三次元形状、二次元形状、表面形状、輪郭形状、及び長さ又は径などの各種の寸法形状などが含まれる。
図9は、制御部26の電気的構成を示すブロック図である。図9に示すように、制御部26は、例えばCPU(Central Processing Unit)或いはFPGA(field-programmable gate array)を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部26は、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部40と、測定データ取得部41と、記憶部42と、形状演算部43と、表示制御部44として機能する。
形状演算部43は、記憶部42を参照して取得した繰り返し精度情報46と、測定データ取得部41から取得した接触測定ポイントP1毎及び非接触測定ポイントP2毎の測定データとに基づき、測定対象物Wの形状を演算する。具体的に形状演算部43は、接触測定ポイントP1毎及び非接触測定ポイントP2毎の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサ11(プローブ29、ラインセンサ30)の繰り返し精度に基づく重み付けを行い、重み付けされた各測定データに基づき最小二乗法を用いて形状を演算する。本実施形態では、プローブ29及びラインセンサ30の繰り返し精度をそれぞれσ1、σ2とした場合、σ1及びσ2の逆数の二乗で各測定データの重み付けを行う。すなわち、接触測定ポイントP1の測定データに対しては(1/σ1)2の重み係数を用いて重み付けを行い、非接触測定ポイントP2の測定データに対しては(1/σ2)2の重み係数を用いて重み付けを行う。
重み付けを行わない演算処理では、プローブ29による接触測定ポイントP1ごとの測定データ(実測点)をx1とし、ラインセンサ30による非接触測定ポイントP2ごとの測定データ(実測点)をx2とした場合、測定データx1,x2から測定対象物Wの長さX(推定)を演算する。なお、重み付けを行わない演算処理では、プローブ29及びラインセンサ30の繰り返し精度(標準偏差)を用いた演算を行わないので、ここでは同じ繰り返し精度「σ」とする。
本実施形態の形状演算部43は、測定データx1,x2の他に、プローブ29の繰り返し精度σ1及びラインセンサ30の繰り返し精度σ2に関する情報を取得しているので、測定データx1の確率分布P(x1)は下記の[数6]式で表され、測定データx2の確率分布P(x2)は下記の[数7]式で表される。
次に、図10を用いて上記構成の三次元測定装置10による測定対象物Wの形状測定方法について説明を行う。ここで図10は、三次元測定装置10による測定対象物Wの形状測定の流れを示すフローチャートである。なお、三次元測定装置10は自動測定モードと手動測定モードとを有しているが、ここでは自動測定モードが設定されている場合を例に挙げて説明を行う。また、測定対象物Wの測定用のパートプログラム、及び測定センサ11(プローブ29、ラインセンサ30)の交換用のセンサ交換プログラムは予め作成されて記憶部42等に記憶されているものとして説明を行う。
以上のように本実施形態の三次元測定装置10では、繰り返し精度の異なるプローブ29及びラインセンサ30を併用して同一の測定対象物Wの形状を測定することで、繰り返し精度が高く且つ測定数の少ないプローブ29の測定データと、繰り返し精度が低く且つ測定数の多いラインセンサ30の測定データとが得られる。これにより、三次元測定装置10で測定対象物Wの各測定ポイントを測定した測定データの中に、プローブ29で接触測定ポイントP1を測定した高精度の測定データが含まれるので、全ての測定ポイントをラインセンサ30で測定した場合と比較して、測定対象物Wの形状の測定精度を向上させることができる。また、全ての測定ポイントをプローブ29で測定することなく、高速測定可能なラインセンサ30で非接触測定ポイントを測定することにより、測定時間を短縮することができる。その結果、プローブ29とラインセンサ30との双方のメリットを生かして、測定精度の確保と測定時間の短縮とを両立することができる。
図11は、本実施形態の三次元測定装置10において、形状演算時に繰り返し精度で重み付けを行った場合の効果を説明するための説明図である。なお、図11では測定対象物Wの面の形状を演算する場合を例に挙げて説明する。図11の上段に符号50で示す繰り返し精度で重み付けを行わない比較例のように、繰り返し精度の異なるプローブ29及びラインセンサ30により得られた測定データに対して単純に最小二乗法によるフィッティングを行った場合、測定対象物Wの形状の演算結果が、繰り返し精度の低く且つ測定数の多いラインセンサ30の測定データの影響を受ける。その結果、測定対象物Wの形状の測定精度の向上には限界がある。
図12は、実施例1及び後述の実施例2で用いられる測定対象物W1の概略図である。図12に示すように、実施例1では三次元測定装置10(株式会社東京精密製のザイザックス SVA NEX)を用いて、Z軸に平行な中心軸を有し且つ半径rが1.0mmの円筒体である測定対象物W1の半径rを測定した。最初に、繰り返し精度がσ1=1μmのプローブ29(レニショー株式会社製のTP)を用いて測定対象物W1の半径rを5点測定した。また、繰り返し精度がσ2=10μmのラインセンサ30(レニショー株式会社製のTDS)を用いて測定対象物W1の半径rを500点測定した。
実施例2では、測定対象物W1に対するラインセンサ30の測定数を5点に減らして、実施例1と同様の測定を行った。
図15は、実施例3で用いられる測定対象物W2の概略図である。実施例3では三次元測定装置10を用いて、半径rが1.0mmの球体である測定対象物W2の中心座標(0,0,0)を基準としたX軸方向の半径rを、プローブ29及びラインセンサ30を用いてそれぞれ実施例1と同じ条件で測定した。
図17は、他実施形態の制御部26の電気的構成を示すブロック図である。上記実施形態では、プローブ29及びラインセンサ30の各々のXYZ軸方向(複数軸方向)の繰り返し精度が全て同じであるものとして説明を行っている。これに対して、XYZ軸方向の全ての繰り返し精度が同一でないプローブ29及びラインセンサ30等の測定センサ11(本発明の第3測定センサに相当)を用いて測定を行う場合にも本発明を適用可能である。
Claims (7)
- 測定対象物に接触して前記測定対象物の測定ポイントの座標を測定する接触式の測定センサと、
前記測定対象物に非接触で前記測定対象物の測定ポイントの座標を測定する非接触式の測定センサと、
を備え、
前記接触式の測定センサ及び前記非接触式の測定センサを用いて同一の前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置。 - 前記接触式の測定センサ及び前記非接触式の測定センサを選択的に着脱自在に保持する測定ヘッドを備え、
前記接触式の測定センサ及び前記非接触式の測定センサの一方を前記測定ヘッドに着脱自在に保持させた状態で前記一方により測定を行った後、前記接触式の測定センサ及び前記非接触式の測定センサの他方を前記測定ヘッドに着脱自在に保持させた状態で前記他方により測定を行う請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記測定ヘッドは、前記接触式の測定センサ及び前記非接触式の測定センサをそれぞれ互いに直交する回転軸の軸周りに回転自在に保持する請求項2に記載の形状測定装置。
- 前記非接触式の測定センサは、前記接触式の測定センサよりも繰り返し精度が低く、且つ前記接触式の測定センサよりも時間当たりの測定数が多い請求項1から3のいずれか1項に記載の形状測定装置。
- 前記非接触式の測定センサが前記測定対象物の測定を行う前記測定ポイントである非接触測定ポイントは、前記接触式の測定センサが前記測定対象物の測定を行う前記測定ポイントである接触測定ポイントの間に複数設定されている請求項4に記載の形状測定装置。
- 前記測定対象物に対する前記接触式の測定センサによる測定結果と前記非接触式の測定センサによる測定結果とを取得する取得部を備える請求項1から5のいずれか1項に記載の形状測定装置。
- 測定対象物に接触して前記測定対象物の測定ポイントの座標を測定する接触式の測定センサと、前記測定対象物に非接触で前記測定対象物の測定ポイントの座標を測定する非接触式の測定センサと、を用いて同一の測定対象物の形状を測定する形状測定方法。
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