JP2019144163A - 曲率半径計測装置および曲率半径計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被計測物を変形させることなく、高精度に曲率半径を計測することのできる曲率半径計測装置を提供する。【解決手段】曲率半径計測装置１００Ａは、被計測物１上の測定点ｐ１〜ｐＮにおける座標値を非接触で測定する測定機１０Ａと、被計測物１の曲率半径を算出する計算機２０とを備える。計算機２０は、測定点ｐ１〜ｐＮの座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物１の仮の曲率中心位置を算出する。計算機２０は、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、測定点ｐ１〜ｐＮとの距離の標準偏差が極小となる中心位置候補を代表中心位置として特定する。計算機２０は、特定した代表中心位置と測定点ｐ１〜ｐＮとの距離の代表値を曲率半径として算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、被計測物の曲率半径を計測する曲率半径計測装置および曲率半径計測方法に関するものである。

従来、被計測物に接触して、被計測物上の少なくとも３点における座標値を測定し、測定された座標値に基づいて、Ｒ形状の中心位置および半径を最小二乗法により算出するＲ形状計測装置が知られている（特開２０１２−１４５５５１号公報（特許文献１））。

特開２０１２−１４５５５１号公報

しかしながら、特開２０１２−１４５５５１号公報に記載のＲ形状計測装置では、座標値の測定時に被計測物に接触する必要がある。そのため、湾曲した液晶パネルを保護する保護ガラスのような薄型の被計測物の場合、座標値の測定のときに被計測物が変形し、適切な曲率半径を計測できない。

さらに、曲率半径が大きい場合、被計測物上の少なくとも３点における座標値の測定精度が曲率半径の算出に大きく影響する。たとえば、曲率半径が７５０ｍｍ程度であり、被計測物上の少なくとも３点における座標値の測定精度が±０．０１〜０．０２ｍｍである場合、曲率半径の計測精度は±１ｍｍ以上となる。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被計測物を変形させることなく、高精度に曲率半径を計測することのできる曲率半径計測装置および曲率半径計測方法を提供することである。

本開示のある局面に係る曲率半径計測装置は、被計測物上のＮ個の測定点における座標値を非接触で測定する測定機と、被計測物の曲率半径を算出する計算機とを備える。Ｎは３以上の整数である。計算機は、座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物の仮の曲率中心位置を算出する。さらに、計算機は、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、Ｎ個の測定点の各々との距離の標準偏差が極小となる中心位置候補を特定し、特定した中心位置候補とＮ個の測定点の各々との距離の代表値を曲率半径として算出する。

本開示の別の局面に係る曲率半径計測方法は、被計測物上のＮ個の測定点の座標値を非接触で測定する第１ステップを備える。Ｎは３以上の整数である。さらに、曲率半径計測方法は、測定された座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物の仮の曲率中心位置を算出する第２ステップと、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、Ｎ個の測定点の各々との距離の標準偏差が極小となる中心位置候補を特定し、特定した中心位置候補とＮ個の測定点の各々との距離の代表値を被計測物の曲率半径として算出する第３ステップとを備える。

本開示の曲率半径計測装置および曲率半径計測方法によれば、被計測物を変形させることなく、高精度に曲率半径を計測することができる。

実施の形態１に係る曲率半径計測装置を示す断面図である。 実施の形態１に係る曲率半径計測方法の前半の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１，２に係る曲率半径計測方法の後半の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る曲率半径計測装置を示す断面図である。 実施の形態２に係る曲率半径計測方法の前半の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。以下で説明する各実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る曲率半径計測装置を示す断面図である。図１に示されるように、曲率半径計測装置１００Ａは、被計測物１上のＮ個（Ｎは３以上の整数）の測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎの整数）における座標値を非接触で測定する測定機１０Ａと、被計測物１の曲率半径を算出する計算機２０とを備える。被計測物１は、たとえば湾曲した液晶パネルを保護する保護ガラスであり、ステージ２上に載置される。

測定機１０Ａは、アーム１２と、レーザ変位センサ１３と、回転角度検出センサ１４と、座標出力部１５Ａとを備える。

アーム１２は、回転軸１１を中心に回転する回転体であり、図示しない駆動源によって回転駆動される。回転軸１１は、アーム１２の一方端に位置する。アーム１２の回転軸１１の位置は、ステージ２上に被計測物１を載置したときに、当該被計測物１の曲率中心位置の近傍になるように予め設定されている。

レーザ変位センサ１３は、測定方向が被計測物１に向くようにアーム１２の他方端に支持され、被計測物１との距離を非接触で測定する。被計測物１上のＮ個の測定点ｐ１〜Ｎは、アーム１２がＮ個の互いに異なる回転位置にあるときのレーザ変位センサ１３の測定方向と被計測物１の表面との交点である。

アーム１２は、図中の右端の位置から回転し始め、予め設定された測定角度間隔だけ回転した後に一旦停止する動作をＮ回繰り返して、左端まで回転移動する。レーザ変位センサ１３は、アーム１２が停止するたびに被計測物１上の測定点ｐｉとの距離ｄｉを測定する。

回転角度検出センサ１４は、基準方向からのアーム１２の回転角度を検出する。図１に示す例では、基準方向は鉛直方向上向きに設定されている。以下では、レーザ変位センサ１３の測定方向が測定点ｐｉに向いたときのアーム１２の回転角度をθｉとする。

座標出力部１５Ａは、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。座標出力部１５Ａは、算出した測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を計算機２０に出力する。

座標出力部１５Ａは、レーザ変位センサ１３によって測定された測定点ｐｉとの距離ｄｉと、アーム１２の回転角度θｉと、回転軸１１とレーザ変位センサ１３の測定原点との距離Ｌｏとに基づいて測定点ｐｉの座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。具体的には、座標出力部１５Ａは、以下の式（１）（２）に従って座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。
ｘｉ＝Ｌｉ×ｓｉｎθｉ 式（１）
ｚｉ＝ｚｏ−Ｌｉ×ｃｏｓθｉ 式（２）
ここで、ｚｏは、アーム１２の回転軸１１のｚ座標値である。Ｌｉは、回転軸１１からレーザ変位センサ１３の測定原点までの距離Ｌｏとレーザ変位センサ１３によって測定された距離ｄｉとの和（＝Ｌｏ＋ｄｉ）である。Ｌｏは、形状が既知の校正治具により、予め測定される。

計算機２０は、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物１の仮の曲率中心位置の座標値（ａ，ｂ）を算出する。

ＬＭｅｄＳ手法（最小メジアン手法）は、ロバスト推定の１つであり、ランダムに抽出したサンプルの全測定値における二乗誤差の中央値が最も小さいときの推定を正しい推定とみなす手法である。

計算機２０は、測定点ｐ１〜ｐＮのそれぞれの座標値（ｘ１，ｚ１）〜（ｘＮ，ｚＮ）の群からランダムに３つの測定点の座標値を抽出し、当該３つの測定点を通る円の中心位置の座標値および半径を算出する。計算機２０は、この工程を予め設定された回数（Ｍ回）だけ繰り返す。ｊ回目（ｊ＝１〜Ｍ）の工程で算出された円の中心位置の座標値を（ａｊ，ｂｊ）とし、当該円の半径をＲｊとする。計算機２０は、半径Ｒ１〜ＲＭの中央値を求め、当該中央値の半径に対応する中心位置の座標値を仮の曲率中心位置の座標値（ａ，ｂ）とする。

計算機２０は、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、測定点ｐ１〜ｐＮの各々との距離Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の標準偏差が極小となる中心位置候補を代表中心位置として特定する。計算機２０は、仮の曲率中心位置からＸ方向または−Ｘ方向にΔｘ、Ｚ方向または−Ｚ方向にΔｚずつ位置を変化させることにより、中心位置候補を移動させる。そのため、中心位置候補は、仮の曲率中心位置の近傍において格子状に位置する。

計算機２０は、特定した代表中心位置と測定点ｐ１〜ｐＮの各々との距離Ｄｉ’（ｉ＝１〜Ｎ）の代表値を被計測物１の曲率半径として算出する。代表値は、たとえば中央値、平均値などである。

図２および図３を参照して、実施の形態１に係る曲率半径計測方法の流れを説明する。図２は、実施の形態１に係る曲率半径計測方法の前半の流れを示すフローチャートである。図３は、実施の形態１に係る曲率半径計測方法の後半の流れを示すフローチャートである。まずステップＳ１において、レーザ変位センサ１３を初期位置（被計測物１の右端側）へ移動させる。次にステップＳ２において、測定条件が設定される。測定条件には、測定開始角度と、測定終了角度と、測定角度間隔とが含まれる。なお、測定開始Ｘ座標と、測定終了Ｘ座標と、測定Ｘ座標間隔または測定点数とが測定条件として設定されてもよい。

次にステップＳ３において、レーザ変位センサ１３の最初の測定位置が設定される。つまり、ステップＳ２で設定された測定開始角度が測定位置に対応する目標角度として設定される。

次にステップＳ４において、測定位置に向けたアーム１２の回転移動を開始させる。次にステップＳ５において、レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したか否かが判断される。具体的には、回転角度検出センサ１４によって検出された角度が目標角度と一致する場合に、レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したと判断される。レーザ変位センサ１３が測定位置に移動していないと判断された場合（Ｓ５でＮＯ）、再度ステップＳ５の処理が繰り返される。

レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したと判断された場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ６において、アーム１２の回転移動が停止され、レーザ変位センサ１３は、被計測物１の最初の測定点ｐ１との距離ｄ１を測定する。

次にステップＳ７において、次の測定位置があるか否かが判断される。具体的には、回転角度検出センサ１４によって検出された角度が測定終了角度と一致していない場合に、次の測定位置があると判断される。次の測定位置がある場合（Ｓ７でＹＥＳ）、ステップＳ８において、次の測定位置が設定される。具体的には、現在の測定位置からステップＳ２で設定された測定角度間隔だけ回転したときのレーザ変位センサ１３の位置が次の測定位置として設定される。このとき、回転角度検出センサ１４によって検出された角度から測定角度間隔を加算した角度が測定位置に対応する目標角度として設定される。その後、ステップＳ４〜Ｓ７の処理が繰り返される。すなわち、レーザ変位センサ１３が次の測定位置に移動するようにアーム１２が回転し、レーザ変位センサ１３は、被計測物１の次の測定点ｐｉとの距離ｄｉを測定する。

次の測定位置がない場合（Ｓ７でＮＯ）、座標出力部１５Ａは、ステップＳ９において、上記の式（１）（２）に従って各測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出し、計算機２０に出力する。

図３に示されるように、計算機２０は、次のステップＳ１０において、各測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物１の仮の曲率中心位置の座標値（ａ，ｂ）を算出する。

次にステップＳ１１において、計算機２０は、仮の曲率中心位置を中心位置候補に設定する。次にステップＳ１２において、計算機２０は、中心位置候補と中心位置候補の周囲の８点との９点の各々について、各測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｄｉの標準偏差を算出する。中心位置候補の周囲の８点とは、中心位置候補の座標値を（ａ’，ｂ’）とするとき、座標値がそれぞれ（ａ’−Δｘ，ｂ’−Δｚ）、（ａ’，ｂ’−Δｚ）、（ａ’＋Δｘ，ｂ’−Δｚ）、（ａ’−Δｘ，ｂ’）、（ａ’＋Δｘ，ｂ’）、（ａ’−Δｘ，ｂ’＋Δｚ）、（ａ’，ｂ’＋Δｚ）、（ａ’＋Δｘ，ｂ’＋Δｚ）である８点である。ΔｘおよびΔｚは予め設定される。

次にステップＳ１３において、計算機２０は、中心位置候補について算出した距離Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の標準偏差が極小であるか否かを判断する。計算機２０は、中心位置候補について算出した距離Ｄｉの標準偏差が中心位置候補の周囲の８点の各々について算出した距離Ｄｉの標準偏差より小さい場合に、中心位置候補について算出した距離Ｄｉの標準偏差が極小であると判断する。

中心位置候補について算出した距離Ｄｉの標準偏差が極小でない場合（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１４において、計算機２０は中心位置候補を移動させる。ここでは、直前のステップＳ１２において標準偏差が算出された９点のうちの最小の標準偏差が算出された１点が新たな中心位置候補として設定される。すなわち、Ｘ方向または−Ｘ方向にΔｘ、およびＺ方向または−Ｚ方向にΔｚの少なくとも一方だけ移動した位置に中心位置候補が移動される。ステップＳ１４の後、処理はステップＳ１２に戻される。

中心位置候補について算出した距離Ｄｉの標準偏差が極小である場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、計算機２０は、ステップＳ１５において、当該中心位置候補を代表中心位置として特定する。ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理により、計算機２０は、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、距離Ｒｉの標準偏差が極小となる中心位置候補を代表中心位置として特定する。

最後にステップＳ１６において、計算機２０は、代表中心位置と測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｄｉ’（ｉ＝１〜Ｎ）の代表値（中央値または平均値）を被計測物１の曲率半径として算出する。

以上のように、曲率半径計測装置１００Ａは、被計測物１上のＮ個（Ｎは３以上の整数）の測定点ｐ１〜ｐＮにおける座標値を非接触で測定する測定機１０Ａと、被計測物１の曲率半径を算出する計算機２０とを備える。計算機２０は、測定点ｐ１〜ｐＮの座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により被計測物１の仮の曲率中心位置を算出する。計算機２０は、仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｄｉの標準偏差が極小となる中心位置候補を代表中心位置として特定する。計算機２０は、特定した代表中心位置と測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｄｉ’（ｉ＝１〜Ｎ）の代表値を曲率半径として算出する。

このような構成によれば、非接触で座標値が測定されるため、被計測物１の変形による測定誤差を抑制することができる。また、曲率半径の算出にＬＭｅｄＳ手法が用いられることにより、被計測物１との距離測定誤差の影響を抑制できる。たとえば被計測物１が保護フィルムを含む保護ガラスである場合、保護フィルムと保護ガラスとの間の気泡による距離測定誤差の影響を抑制することができる。さらに、ＬＭｅｄＳ手法で求めた仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させ、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｄｉの標準偏差が極小となる中心位置候補がサーチされる。これにより、安価なレーザ変位センサ１３を用いて、大きな曲率の被計測物１の曲率半径を高精度に計測することができる。たとえばＲ７５０ｍｍの被計測物１に対し、測定精度±０．０１〜０．０２ｍｍのレーザ変位センサ１３を用いたとしても、曲率半径の計測精度を±０．３ｍｍ以下にすることができる。

測定機１０Ａは、レーザ変位センサ１３と、レーザ変位センサ１３を支持し、回転軸１１を中心に回転するアーム１２とを備える。Ｎ個の測定点ｐ１〜ｐＮは、アーム１２がＮ個の互いに異なる回転位置にあるときのレーザ変位センサ１３の測定方向と被計測物１の表面との交点である。測定機１０Ａは、測定点ｐｉについて、レーザ変位センサ１３によって測定された測定点ｐｉとの距離ｄｉと、アーム１２の回転角度θｉと、回転軸１１とレーザ変位センサ１３の測定原点との距離Ｌｏとに基づいて座標値を算出する座標出力部１５Ａをさらに備える。これにより、アーム１２を備えた簡易な構成の測定機１０Ａにより、Ｎ個の測定点ｐ１〜ｐＮの座標値を測定できる。

なお、図１に示す例では、アーム１２の回転軸１１は、被計測物１の上方に位置している。しかしながら、アーム１２の回転軸１１を被計測物１の下方に配置してもよい。この場合は、被計測物１は、上下反転させた状態でセットされる。

さらに、アーム１２と被計測物１との相対位置は、被計測物１の曲率に応じて変更されてもよい。この場合、被計測物１の曲率半径の設計値に応じて、回転軸１１を上下に移動させる。もしくは、ステージ２の高さを上下させてもよい。具体的には、回転軸１１と被計測物１との距離が被計測物１の曲率半径の設計値と略同一となるように、回転軸１１またはステージ２を移動させる。これにより、被計測物１の曲率中心位置の近傍に回転軸１１を位置させることができる。このような構成によれば、様々な曲率をもった被計測物１の曲率半径の計測が容易にできる。

上記の説明では、レーザ変位センサ１３が被計測物１との距離を測定する際にアーム１２を停止させる。しかしながら、回転角度検出センサ１４によって検出された角度が目標角度と一致した時に、レーザ変位センサ１３へ外部トリガを出力すると同時に目標角度を次の測定位置に対応する角度に更新してもよい。これにより、アーム１２を停止させることなく、右端から左端まで連続して回転させることができる。このような構成によれば、測定時間を大幅に短縮することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る曲率半径計測装置を示す断面図である。図４に示されるように、曲率半径計測装置１００Ｂは、図１に示す曲率半径計測装置１００Ａと比較して、測定機１０Ａの代わりに測定機１０Ｂを備える点でのみ相違する。計算機２０については実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

測定機１０Ｂは、レーザ変位センサ１３と、Ｘ軸ステージ１６と、Ｚ軸ステージ１７と、回転ステージ１８と、座標出力部１５Ｂとを備える。

Ｘ軸ステージ１６は、図示しない駆動源によってＸ軸方向に移動する。Ｚ軸ステージ１７は、Ｘ軸ステージ１６に搭載され、図示しない駆動源によってＺ軸方向に移動する。回転ステージ１８は、Ｚ軸ステージ１７に搭載され、図示しない駆動源によって回転軸１８ａを中心に回転する。レーザ変位センサ１３は、回転ステージ１８に搭載される。

Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７は、図示しない駆動源によって、回転ステージ１８に搭載されたレーザ変位センサ１３を円弧補間動作させる。回転ステージ１８は、図示しない駆動源によって、測定方向が円弧補間の径方向外向きとなるようにレーザ変位センサ１３を回転させる。このように、Ｘ軸ステージ１６、Ｚ軸ステージ１７および回転ステージ１８は、レーザ変位センサ１３を円弧補間動作させるとともに、測定方向が円弧補間の径方向外向きとなるようにレーザ変位センサ１３を回転させる機構を構成する。

被計測物１上のＮ個の測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、レーザ変位センサ１３がＮ個の互いに異なる位置まで移動したときのレーザ変位センサ１３の測定方向と被計測物１の表面との交点である。Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７は、図中の右端の位置からレーザ変位センサ１３の円弧補間動作を開始し、予め設定された角度だけレーザ変位センサ１３を移動させた後に一旦停止させる動作をＮ回繰り返して、左端まで移動させる。このとき、回転ステージ１８は、測定方向が円弧補間の径方向外向きとなるようにレーザ変位センサ１３を回転させる。レーザ変位センサ１３は、停止するたびに被計測物１上の測定点ｐｉとの距離ｄｉを測定する。

座標出力部１５Ｂは、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。座標出力部１５Ｂは、算出した測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を計算機２０に出力する。

座標出力部１５Ｂは、レーザ変位センサ１３によって測定された測定点ｐｉとの距離ｄｉと、回転ステージ１８の回転軸１８ａの座標値（ｘｉｏ，ｚｉｏ）と、回転ステージ１８の回転角度θｉ（図３参照）と、回転軸１８ａとレーザ変位センサ１３の測定原点との距離ｄｏとに基づいて座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。具体的には、座標出力部１５Ｂは、以下の式（３）（４）に従って座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出する。
ｘｉ＝ｘｉｏ＋（ｄｉ＋ｄｏ）×ｃｏｓθｉ 式（３）
ｚｉ＝ｚｉｏ＋（ｄｉ＋ｄｏ）×ｓｉｎθｉ 式（４）
ここで、ｘｉｏは、Ｘ軸ステージ１６の位置から求められる。ｚｉｏは、Ｚ軸ステージ１７の位置から求められる。θｉは、回転ステージ１８の回転角度から求められる。ｄｏは、回転ステージ１８とレーザ変位センサ１３との相対位置から予め測定される。なお、回転ステージ１８の回転軸１８ａとレーザ変位センサ１３の測定原点とを一致させた場合には、ｄｏ＝０となる。

図５および図３を参照して、実施の形態２に係る曲率半径計測方法の流れについて説明する。図５は、実施の形態２に係る曲率半径計測方法の前半の流れを示すフローチャートである。なお、図３には、実施の形態１だけでなく実施の形態２に係る曲率半径計測方法の後半の流れのフローチャートが示される。

まずステップＳ２１において、Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７は、レーザ変位センサ１３を円弧補間動作の初期位置（被計測物１の右端側）へ移動させる。次にステップＳ２２において、測定条件が設定される。測定条件には、円弧補間動作されるレーザ変位センサ１３の測定開始位置と測定終了位置と測定角度間隔と円弧の中心点と円弧の半径とが含まれる。円弧の中心点は、ステージ２上に被計測物１を載置したときに、当該被計測物１の曲率中心位置の近傍になるように設定される。さらに、円弧の半径は、被計測物１の曲率半径の設計値よりも規定値だけ小さい値に設定される。当該規定値は、レーザ変位センサ１３が測定可能な距離範囲内の値（たとえば中央値）である。

次にステップＳ２３において、レーザ変位センサ１３の最初の測定位置が設定される。つまり、ステップＳ２２で設定された測定開始位置が測定位置として設定される。このとき、レーザ変位センサ１３を測定開始位置に移動させるための、Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７の各々の目標位置が決定される。さらに、回転ステージ１８の目標角度が決定される。

次にステップＳ２４において、Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７は、測定位置に向けたレーザ変位センサ１３の円弧補間動作を開始させる。さらに、回転ステージ１８は、レーザ変位センサ１３の測定方向が円弧補間の径方向外向きとなるように、レーザ変位センサ１３を回転させる。

次にステップＳ２５において、レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したか否かが判断される。Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７の位置と目標位置との比較結果、および回転ステージ１８の回転角度と目標角度との比較結果に基づいて、レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したか否かが判断される。レーザ変位センサ１３が測定位置に移動していないと判断された場合（Ｓ２５でＮＯ）、再度ステップＳ２５の処理が繰り返される。

レーザ変位センサ１３が測定位置に移動したと判断された場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６において、Ｘ軸ステージ１６、Ｚ軸ステージ１７および回転ステージ１８による円弧補間動作が停止され、レーザ変位センサ１３は、被計測物１の最初の測定点ｐ１との距離ｄ１を測定する。

次にステップＳ２７において、次の測定位置があるか否かが判断される。次の測定位置がある場合（Ｓ２７でＹＥＳ）、ステップＳ２８において、現在の測定位置からステップＳ２で設定された測定角度間隔だけ回転移動した位置が次の測定位置として決定される。このとき、ステップＳ２２で設定された測定条件（円弧の中心点、円弧の半径、測定角度間隔）と現在の測定位置とに基づいて、レーザ変位センサ１３を次の測定位置に移動させるための、Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７の各々の目標位置が決定される。さらに、回転ステージ１８の目標角度が決定される。そして、ステップＳ２４〜Ｓ２７の処理が繰り返される。すなわち、レーザ変位センサ１３が次の測定位置に移動するようにＸ軸ステージ１６、Ｚ軸ステージ１７および回転ステージ１８が動作し、レーザ変位センサ１３によって、被計測物１の次の測定点ｐｉとの距離ｄｉを測定する。

次の測定位置がない場合（Ｓ２７でＮＯ）、座標出力部１５Ｂは、ステップＳ２９において、上記の式（３）および式（４）に従って各測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の座標値（ｘｉ，ｚｉ）を算出し、計算機２０に出力する。

その後、実施の形態１と同様に、図３に示すステップＳ１０〜Ｓ１６が実行され、被計測物１の曲率半径が算出される。

実施の形態２に係る曲率半径計測装置１００Ｂによっても、非接触で測定点ｐｉの座標値が測定されるため、被計測物１の変形による測定誤差を抑制することができる。また、曲率算出にＬＭｅｄＳ手法が用いられることにより、被計測物１との距離測定誤差の影響を抑制できる。さらに、ＬＭｅｄＳ手法で求めた仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させ、測定点ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）との距離Ｒｉの標準偏差が極小となる中心位置候補がサーチされる。これにより、安価なレーザ変位センサ１３を用いて、大きな曲率の被計測物１の曲率半径を高精度に計測することができる。

測定機１０Ｂは、レーザ変位センサ１３を円弧補間動作させるとともに、測定方向が円弧補間の径方向外向きとなるようにレーザ変位センサ１３を回転させる機構を備える。当該機構は、Ｘ軸ステージ１６、Ｚ軸ステージ１７および回転ステージ１８によって構成される。Ｎ個の測定点ｐ１〜ｐＮは、レーザ変位センサ１３がＮ個の互いに異なる位置まで移動したときのレーザ変位センサ１３の測定方向と被計測物１の表面との交点である。測定機１０Ｂは、測定点ｐｉについて、レーザ変位センサ１３によって測定された当該測定点ｐｉとの距離ｄｉと、レーザ変位センサ１３の位置および回転角度とに基づいて、測定点ｐｉの座標値を算出する座標出力部１５Ｂをさらに備える。

これにより、実施の形態１のようなアーム１２が不要となり、測定機１０Ｂのサイズを小さくすることができる。被計測物１のセット向きを上下反転させることで、凸型のＲ形状の被計測物にも容易に対応ができる。この場合、レーザ変位センサ１３を円弧補間動作させるとともに、測定方向が円弧補間の径方向内向きとなるようにレーザ変位センサ１３を回転させる。

さらに、レーザ変位センサ１３をある測定位置から次の測定位置まで移動させるとき、Ｘ軸ステージ１６が目標位置まで移動する時間と、Ｚ軸ステージ１７が目標位置まで移動する時間と、回転ステージ１８が目標角度まで回転する時間とが同一になるように制御されることが好ましい。この場合、円弧補間動作中に、回転ステージ１８の回転角度が目標角度と一致した時に、レーザ変位センサ１３へ外部トリガを出力すると同時にレーザ変位センサ１３を次の測定位置へ移動開始させてもよい。このとき、Ｘ軸ステージ１６およびＺ軸ステージ１７の目標位置と回転ステージ１８の目標角度とが次の測定位置に対応する値に更新される。これにより、Ｘ軸ステージ１６、Ｚ軸ステージ１７および回転ステージ１８を停止させることなく、レーザ変位センサ１３を右端から左端まで連続して移動させることができる。このような構成によれば、測定時間を大幅に短縮することができる。なお、Ｘ軸ステージ１６の位置が目標位置と一致した時に、レーザ変位センサ１３へ外部トリガを出力すると同時にレーザ変位センサ１３を次の測定位置へ移動開始させてもよい。

実施の形態３．
実施の形態１または実施の形態２では、被計測物１を水平面であるＸＹ平面に平行になるようセットされる。しかしながら、実施の形態３では、被計測物１をＸＺ平面に平行になるようにセットする。このとき、レーザ変位センサ１３をＸＹ平面に平行な面に沿って回転または円弧補間動作させる。

実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２の効果に加えて、被計測物１の厚みが非常に薄い場合であっても、被計測物１の自重による変形を抑制でき、精度良く被計測物１の曲率半径を計測できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 被計測物、２ ステージ、１０Ａ，１０Ｂ 測定機、１１，１８ａ 回転軸、１２ アーム、１３ レーザ変位センサ、１４ 回転角度検出センサ、１５Ａ，１５Ｂ 座標出力部、１６ Ｘ軸ステージ、１７ Ｚ軸ステージ、１８ 回転ステージ、２０ 計算機、１００Ａ，１００Ｂ 曲率半径計測装置。

Claims (6)

1. 被計測物上のＮ個の測定点における座標値を非接触で測定する測定機と、
   前記被計測物の曲率半径を算出する計算機とを備え、
   Ｎは３以上の整数であり、
   前記計算機は、
   前記座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により前記被計測物の仮の曲率中心位置を算出し、
   前記仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、前記Ｎ個の測定点の各々との距離の標準偏差が極小となる前記中心位置候補を特定し、特定した前記中心位置候補と前記Ｎ個の測定点の各々との距離の代表値を前記曲率半径として算出する、曲率半径計測装置。
2. 前記測定機は、
   前記被計測物との距離を非接触で測定するセンサと、
   前記センサを支持し、回転軸を中心に回転する回転体とを備え、
   前記Ｎ個の測定点は、前記回転体がＮ個の互いに異なる回転位置にあるときの前記センサの測定方向と前記被計測物の表面との交点であり、
   前記測定機は、前記Ｎ個の測定点の各々について、前記センサによって測定された当該測定点との距離と、前記回転体の回転角度と、前記回転軸と前記センサとの距離とに基づいて前記座標値を算出する座標出力部をさらに備える、請求項１に記載の曲率半径計測装置。
3. 前記測定機は、
   前記被計測物との距離を非接触で測定するセンサと、
   前記センサを円弧補間動作させるとともに、測定方向が円弧補間の径方向となるように前記センサを回転させる機構とを備え、
   前記Ｎ個の測定点は、前記機構によって前記センサをＮ個の互いに異なる位置まで移動させたときの前記センサの測定方向と前記被計測物の表面との交点であり、
   前記測定機は、前記Ｎ個の測定点の各々について、前記センサによって測定された当該測定点との距離と、前記センサの位置および回転角度とに基づいて前記座標値を算出する座標出力部をさらに備える、請求項１に記載の曲率半径計測装置。
4. 被計測物上のＮ個の測定点の座標値を非接触で測定する第１ステップを備え、
   Ｎは３以上の整数であり、さらに、
   測定された前記座標値に基づいて、ＬＭｅｄＳ手法により前記被計測物の仮の曲率中心位置を算出する第２ステップと、
   前記仮の曲率中心位置を起点として中心位置候補を移動させたときに、前記Ｎ個の測定点の各々との距離の標準偏差が極小となる前記中心位置候補を特定し、特定した前記中心位置候補と前記Ｎ個の測定点の各々との距離の代表値を前記被計測物の曲率半径として算出する第３ステップとを備える、曲率半径計測方法。
5. 前記第１ステップは、
   前記被計測物との距離を非接触で測定するセンサを支持する回転体を回転させながら、前記センサによって前記Ｎ個の測定点との距離を順次測定させるステップと、
   前記Ｎ個の測定点の各々について、前記センサによって測定された当該測定点との距離と、前記回転体の回転角度と、前記回転体の回転軸と前記センサとの距離とに基づいて前記座標値を算出するステップとを備える、請求項４に記載の曲率半径計測方法。
6. 前記第１ステップは、
   前記被計測物との距離を非接触で測定するセンサを円弧補間動作させるとともに、測定方向が円弧補間の径方向となるように前記センサを回転させながら、前記センサによって前記Ｎ個の測定点との距離を順次測定させるステップと、
   前記Ｎ個の測定点の各々について、前記センサによって測定された当該測定点との距離と、前記センサの位置および回転角度とに基づいて前記座標値を算出するステップとを備える、請求項４に記載の曲率半径計測方法。

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