JP2019152967A - 計測システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測周期および計測値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムを提供する。【解決手段】計測システム１は、制御装置１００と、第１の周期Ｔｂで計測対象を計測し、かつ計測により得られた計測値を制御装置１００に送信する計測装置３００とを備える。計測装置３００は、第１の周期Ｔｂよりも長い第２の周期Ｔａで送信されるフレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３を用いて、送信待ちの計測値と、送信待ちの計測値の個数の情報を含む付加情報とを制御装置１００に送信する。制御装置１００は、付加情報を用いて、複数の計測値を時系列に並べた時系列データを生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、計測システムおよび計測システムにおける方法に関する。

近年のＩＣＴ（Information and Communication Technology）の進歩によって、生産現場においても、制御装置と各種の計測装置とをネットワークなどを介して統合したシステムが提案されている。

たとえば、米国特許出願公開第２００８／０３０７１２５Ａ１号明細書（特許文献１）には、所定のサンプリング周期でデータを取得し、サンプリング周期よりも長いポーリング周期で当該データを制御装置に送信する構成が開示されている（たとえば、特許文献１の図１，図２等）。

米国特許出願公開第２００８／０３０７１２５Ａ１号明細書

ところで、制御装置に送信する計測値の個数を毎回一定にする観点から、サンプリング周期（計測周期）をポーリング周期（送信周期）の約数にする必要がある。また、特許文献１では、ポーリング周期の方がサンプリング周期よりも長いため、取得されたデータの全てが制御装置には送信されない。

本願発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、計測周期および計測値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムおよび計測システムにおける方法を提供することにある。

本発明のある局面に従うと、計測システムは、制御装置と、第１の周期で計測対象を計測し、かつ計測により得られた計測値を制御装置に送信する計測装置とを備える。計測装置は、第１の周期よりも長い第２の周期で送信される第１のフレームを用いて、送信待ちの計測値と、送信待ちの計測値の個数の情報を含む第１の付加情報とを制御装置に送信する。制御装置は、第１の付加情報を用いて、複数の計測値を時系列に並べた第１の時系列データを生成する。

上記の構成によれば、計測周期および計測値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムを提供することが可能となる。

好ましくは、第１の付加情報は、第１のフレームの識別番号をさらに含む。
上記の構成によれば、制御装置は、どのフレームに何個の計測値または状態値が含まれているのかを判別することができる。

好ましくは、制御装置は、第１の周期と第１のフレームの受信時刻とに基づき、計測装置が計測値を得たときの時刻情報を算出する。制御装置は、第１のフレームの受信時刻と第１のフレームの基準となる受信タイミングとの差分を算出する。制御装置は、算出された時刻情報を差分で補正する。

上記の構成によれば、フレームのゆらぎの影響を受けない高精度な各計測結果の時刻情報を得ることができる。

好ましくは、計測システムは、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置をさらに備える。駆動装置は、第３の周期で駆動装置の動作状態を計測し、かつ計測によって得られた状態値を制御装置に送信する機能を有する。駆動装置は、第３の周期よりも長い第４の周期で送信される第２のフレームを用いて、送信待ちの状態値と、送信待ちの状態値の個数の情報を含む第２の付加情報とを制御装置に送信する。制御装置は、第２の付加情報を用いて、複数の状態値を時系列に並べた第２の時系列データを生成する。

上記の構成によれば、計測周期および状態値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムを提供することが可能となる。

好ましくは、制御装置は、第１の時系列データと第２の時系列データとに基づいて、計測値と状態値との対応関係を時系列で表したプロファイルを生成する。

上記の構成によれば、計測システム１のユーザは、計測対象の正確な形状を知ることが可能となる。

好ましくは、制御装置は、第１の時系列データおよび第２の時系列データの各々に対して、データ補間の処理を行なう。制御装置は、補間後の第１の時系列データおよび補間後の第２の時系列データとを用いて、プロファイルを生成する。

上記の構成によれば、計測システム１のユーザは、計測対象のより正確な形状を知ることが可能となる。

好ましくは、計測装置は、第１の時系列データにおけるデータ補間の方法を、制御装置に指示する。

上記の構成によれば、制御装置１００において、計測値の時系列データの補間方法を予め定めておく必要がなくなる。

本発明の他の局面に従うと、方法は、制御装置と、第１の周期で計測対象を計測することにより得られた計測値を制御装置に送信する計測装置とを備えた計測システムにおいて実行される。方法は、計測装置が、第１の周期よりも長い第２の周期で送信される第１のフレームを用いて、送信待ちの計測値と、送信待ちの計測値の個数の情報を含む付加情報とを制御装置に送信するステップと、制御装置が、付加情報を用いて、複数の計測値を時系列に並べた時系列データを生成するステップとを備える。

上記の方法によれば、計測周期および計測値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムを提供することが可能となる。

本発明によれば、計測周期および計測値の送信周期の設定の自由度を高め、かつ高精度の計測システムを提供することが可能となる。

計測システムの概略構成を表した図である。 本実施の形態に係る計測システムの全体構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る計測システムを構成する制御装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る計測システム１を構成するドライブユニットのハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置のハードウェア構成例を示す模式図である。 フレームの送信タイミングを説明するための図である。 フレームの構成を説明するための図である。 計測装置と制御装置との間で実行される処理の流を説明するためのシーケンス図である。 計測装置において実行されるフレーム送信処理の流れを説明するためのフロー図である。 制御装置において実行される処理の流れを説明するためのフロー図である。 外部ディスプレイに表示される画像を説明するための図である。 フレームのゆらぎを説明するための図である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰返さない。

§１ 適用例
図１は、計測システム１の概略構成を表した図である。

図１を参照して、計測システム１は、制御装置１００と、計測装置３００とを備える。
計測装置３００は、計測周期Ｔｂ（第１の周期）で計測対象を計測し、かつ計測により得られた計測値を制御装置１００に送信する。詳しくは、計測装置３００は、計測周期Ｔｂよりも長い送信周期Ｔａ（第２の周期）で送信されるフレームを用いて、送信待ちの計測値と、送信待ちの計測値の個数の情報を含む付加情報とを制御装置１００に送信する。

図１の例の場合、時刻ｔ０から計測周期Ｔｂで計測が実行される。計測により得られた計測値は、計測装置３００内のバッファに一時的に格納される。計測装置３００は、送信周期Ｔａ毎に、バッファに一時的に格納している計測値（送信待ちの計測値）と、当該計測値の個数の情報（付加情報）とを、制御装置１００に送信する。なお、送信周期Ｔａおよび送信タイミングは制御装置１００によって管理されている。

たとえば、送信周期Ｔａのタイミングである時刻ｔ１において、計測装置３００は、フレーム＃Ｋ１を用いて、送信待ちの計測値＃１、＃２、＃３と、送信待ちの計測値の個数（すなわち、３個）の情報を含む付加情報とを制御装置１００に送信する。

また、時刻ｔ１から送信周期Ｔａが経過したタイミングである時刻ｔ２において、計測装置３００は、フレーム＃Ｋ２を用いて、送信待ちの計測値＃４、＃５、＃６，＃７と、送信待ちの計測値の個数（すなわち、４個）の情報を含む付加情報とを制御装置１００に送信する。

さらに、時刻ｔ２から送信周期Ｔａが経過したタイミングである時刻ｔ３において、計測装置３００は、フレーム＃Ｋ３を用いて、送信待ちの計測値＃８、＃９、＃１０と、送信待ちの計測値の個数（すなわち、３個）の情報を含む付加情報とを制御装置１００に送信する。

図１の例の場合、計測周期Ｔｂは送信周期Ｔａの約数となっていないため、各フレームに含まれる測定値の個数は、上記のように一定にはなっていない。一方、計測周期が送信周期の約数となる場合には、各フレームに含まれる測定値の個数は一定になる。

制御装置１００は、上記付加情報を用いて、複数の計測値を時系列に並べた時系列データを生成する。詳しくは、制御装置１００は、フレーム＃Ｋ１、フレーム＃Ｋ２、フレーム＃Ｋ３、…を、この順に受信する。各フレームには、上述したように、計測値だけではなく、フレームに含まれている計測値の個数を表した付加情報が含まれている。

制御装置１００は、上記付加情報によって、各フレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３に含まれる計測値の個数を知ることができる。つまり、制御装置１００は、フレームを受信する度に、付加情報に示された個数の計測値が計測装置３００から送信されたことを知ることができる。それゆえ、制御装置１００は、計測装置３００から送信された計測値を確実に管理できることが可能となる。

したがって、計測システム１によれば、計測周期Ｔｂおよび計測値の送信周期Ｔａの設定の自由度を高めることができる。また、計測システム１によれば、全ての測定値を確実に管理できるため、高精度な時系列データを得ることができる。

以下、このような処理を実行する計測システム１の詳細な構成例について説明する。
§２ 構成例
＜Ａ．計測システムの全体構成例＞
まず、本実施の形態に係る計測システム１の全体構成例について説明する。図２は、本実施の形態に係る計測システム１の全体構成例を示す模式図である。

図２を参照して、本実施の形態に係る計測システム１は、一例として、検査装置２に配置された計測対象（以下、「ワークＷ」とも称す。）上の複数の計測点に対する距離を光学的に計測することで、ワークＷの表面形状を示す形状情報を出力する。

本明細書において、「形状情報」は、計測対象（ワークＷ）の形状を示す情報であり、計測対象に設定される任意の位置と当該位置についての計測点との対応関係を包含する概念である。

より具体的には、計測システム１は、主たる構成要素として、制御装置１００と、制御装置１００とフィールドネットワーク２０を介して接続されるドライブユニット２００および計測装置３００とを含む。計測装置３００が計測対象であるワークＷを計測する。

フィールドネットワーク２０は、典型的には、データの到着時間が保証される、定周期通信を行うネットワークが採用される。このような定周期通信を行うネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）などを採用できる。

一例として、制御装置１００は、フィールドネットワーク２０における通信マスタとして機能する。通信マスタは、フィールドネットワーク２０に接続されているデバイス間においてタイマの同期を管理するとともに、データの送受信などのタイミングを規定する通信スケジュールを管理する。すなわち、通信マスタである制御装置１００は、フィールドネットワーク２０上のデータ通信（上述したフレームの送受信等）およびタイマの同期を管理する。

ドライブユニット２００および計測装置３００は、通信マスタからの指示に従って、フィールドネットワーク２０上でデータを送受信する通信スレーブとして機能する。

より具体的には、制御装置１００は、タイマ１０２を有し、ドライブユニット２００は、タイマ２０２を有し、計測装置３００は、タイマ３０２を有している。制御装置１００のタイマ１０２がレファレンスクロックなどの同期信号を発生することで、他のタイマ２０２，３０２がタイマ１０２に同期する。したがって、フィールドネットワーク２０に接続されるデバイス間では、データの送受信タイミングを共通の時刻で管理することができる。

このように、ドライブユニット２００および計測装置３００は、同期されたタイマをそれぞれ有している。ドライブユニット２００および計測装置３００は、タイミング同期されたネットワークであるフィールドネットワーク２０を介して接続されることで、それぞれのタイマ間を同期させることができる。

本明細書において、「時刻」は、時間の流れのある一点を特定する情報を意味し、時分秒などで規定される通常の意味の時刻に加えて、例えば、フィールドネットワーク内で共通に利用されるタイマ値またはカウンタ値を含み得る。「時刻」は、基本的には、各デバイスが有しているタイマによって管理される。また、「時刻情報」は、「時刻」そのものに加えて、「時刻」を特定するための情報（例えば、「時刻」を何らかの方法でエンコーディングした結果や、ある基準時刻からの経過時間など）を含む。

一般的に、マスタ−スレーブ型の定周期ネットワークにおいては、いずれか１つ以上のデバイスがタイマ同士の同期を管理する通信マスタとして機能すればよい。この通信マスタは、必ずしも制御装置１００である必要はなく、例えば、ドライブユニット２００および計測装置３００のいずれかが通信マスタとして機能してもよい。

制御装置１００は、任意のコンピュータであり、典型的には、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）として具現化されてもよい。制御装置１００は、フィールドネットワーク２０を介して接続されたドライブユニット２００に対して、動作指令を与えるとともに、ドライブユニット２００からの情報（動作情報を含む）を受信する。また、制御装置１００は、計測装置３００に対して、計測指令を与えるとともに、計測装置３００からの情報（計測情報を含む）を受信する。制御装置１００は、ドライブユニット２００および計測装置３００からのそれぞれのフィードバック応答を統合して、ワークＷについての形状情報を生成する。

動作情報は、典型的には、複数の状態値を含んでいる。また、計測情報は、典型的には、複数の計測値を含んでいる。動作情報および計測情報は、典型的には、図１で示したようにフレーム（フレームデータ）として構成される。

なお、制御装置１００は、生成したワークＷの形状情報に基づいて何らかの制御演算を実行してもよいし、生成したワークＷの形状情報を製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）などの上位装置へ送信するようにしてもよい。

ドライブユニット２００は、計測装置３００と計測対象であるワークＷとの間の相対位置関係を変化させる駆動装置に相当する。より具体的には、ドライブユニット２００は、ワークＷが置載された検査装置２を作動させるモータ１０を駆動する。例えば、ドライブユニット２００は、サーボドライバやインバータユニットなどを含む。ドライブユニット２００は、制御装置１００からの動作指令に従って、モータ１０を駆動するための交流電力またはパルス電力を与えるとともに、モータ１０の動作状態（例えば、回転位置（位相角）、回転速度、回転加速度、トルクなど）を取得して、指定された情報を動作情報として制御装置１００へ送信する。なお、モータ１０にエンコーダ（図４に示すエンコーダ１２を参照）が装着されている場合には、そのエンコーダからの出力信号がドライブユニット２００へ入力される。

モータ１０は、回転駆動することで、検査装置２を構成するステージ６の位置を変化させる。例えば、ステージ６は、基部４の上に移動可能に配置されるとともに、ステージ６はボールネジ１４と係合されている、モータ１０は、減速機を介してボールネジ１４と機械的に結合されており、モータ１０の回転運動がボールネジ１４へ与えられる。ボールネジ１４の回転によって、ボールネジ１４とステージ６との相対位置関係は、ボールネジ１４の延伸方向に変化することになる。

すなわち、制御装置１００からドライブユニット２００に対して動作指令を与えることで、検査装置２のステージ６の位置が変化することになり、ステージ６上に配置されているワークＷもその位置を変化させる。

計測装置３００は、ワークＷについての変位を計測する計測ユニットに相当する。本実施の形態においては、ワークＷについての変位として、計測装置３００と電気的または光学的に接続されるセンサヘッド３１０からワークＷの表面上の計測点までの距離を想定する。例えば、計測装置３００は、ワークＷの表面上の計測点までの距離を光学的に計測する光学式変位センサが用いられてもよい。具体的には、計測装置３００は、センサヘッド３１０からワークＷに対して計測光を照射し、その光がワークＷで反射して生じる光を受光することで、ワークＷの表面上の計測点までの距離を計測する。一例として、三角測距方式の光学変位センサや同軸共焦点方式の光学変位センサが用いられてもよい。

計測装置３００は、ワークＷに対して計測光を照射するとともに、ワークＷからの反射光を受光してワークＷの特性値を計測する。より具体的には、計測装置３００は、計測タイミング（例えば、ワークＷに照射する計測光の強度やタイミング）を調整しつつ、受光された反射光から算出される計測結果を含む計測情報を制御装置１００へ送信する。一例として、計測装置３００は、時刻同期性を与えるためには制御装置１００からの計測指令に従って、計測タイミングを調整しつつ、受光された反射光から算出される計測結果を含む計測情報を制御装置１００へ送信する。

なお、ワークＷに対して照射される計測光の強度およびタイミングは、光を発生する光源の点灯時間および点灯タイミングを制御し、あるいは、ワークＷからの反射光を受光する撮像素子の露光時間および露光タイミングを制御することで調整されてもよい。

本明細書において、「計測対象（ワークＷ）の位置を示す情報」は、ワークＷ自体の位置を示す情報に加えて、ワークＷと機械的に接続された検査装置２またはモータ１０などの位置を示す情報を含む。すなわち、「計測対象（ワークＷ）の位置を示す情報」は、ワークＷの位置を直接的または間接的に特定することができる任意の情報を包含する。また、これらの情報の次元数はいずれであってもよい。さらに、「計測対象（ワークＷ）の速度を示す情報」および「計測対象（ワークＷ）の加速度を示す情報」についても同様である。

制御装置１００は、動作情報および計測情報の間の時間的な関係を調整した上で、ワークＷの形状を示す情報（形状情報）を生成する。

＜Ｂ．計測システムを構成する各装置のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る計測システム１を構成する各装置のハードウェア構成例について説明する。

（ｂ１：制御装置）
図３は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する制御装置１００のハードウェア構成例を示す模式図である。図３を参照して、制御装置１００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ１０２に加えて、プロセッサ１０４と、メインメモリ１０６と、フラッシュメモリ１０８と、チップセット１１４と、ネットワークコントローラ１１６と、メモリカードインターフェイス１１８と、内部バスコントローラ１２２と、フィールドネットワークコントローラ１２４とを含む。

プロセッサ１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などで構成され、フラッシュメモリ１０８に格納された各種プログラムを読み出して、メインメモリ１０６に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。

フラッシュメモリ１０８には、制御装置１００として基本的な機能を提供するためのシステムプログラム１１０に加えて、制御装置１００において実行されるユーザプログラム１１２が格納される。

システムプログラム１１０は、制御装置１００においてユーザプログラム１１２を実行するために必要な処理を実行するための命令群である。

ユーザプログラム１１２は、制御対象などに応じて任意に作成される命令群であり、例えば、シーケンスプログラム１１２Ａと、モーションプログラム１１２Ｂと、形状情報生成プログラム１１２Ｃとを含む。

チップセット１１４は、プロセッサ１０４と各デバイスを制御することで、制御装置１００全体としての処理を実現する。

ネットワークコントローラ１１６は、上位ネットワークを介して上位装置などとの間でデータを遣り取りする。

メモリカードインターフェイス１１８は、不揮発性記憶媒体の一例であるメモリカード１２０を着脱可能に構成されており、メモリカード１２０に対してデータを書込み、メモリカード１２０から各種データを読出すことが可能になっている。

内部バスコントローラ１２２は、制御装置１００に装着されるＩ／Ｏユニット１２６との間で内部バス１２８を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。

フィールドネットワークコントローラ１２４は、ドライブユニット２００および計測装置３００を含む他の装置との間をネットワーク接続し、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。フィールドネットワークコントローラ１２４は、フィールドネットワーク２０における通信マスタとしての機能として、同期管理機能１２５を含む。

同期管理機能１２５は、フィールドネットワーク２０に接続されている各デバイスからの時刻（典型的には、各デバイスが有するタイマが出力するカウンタ値）とタイマ１０２からの時刻とに基づいて、デバイス間の時刻ずれを算出し、その時刻ずれを補正した後の同期信号を各デバイスへ出力する。このように、同期管理機能１２５は、タイマ１０２をドライブユニット２００のタイマおよび計測装置３００のタイマとの間で同期させる。

図３には、プロセッサ１０４がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、制御装置１００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア（例えば、汎用コンピュータをベースとした産業用コントローラ）を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳ（Operating System）を並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。

（ｂ２：ドライブユニット２００）
図４は、本実施の形態に係る計測システム１を構成するドライブユニット２００のハードウェア構成例を示す模式図である。図４を参照して、ドライブユニット２００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ２０２を含むフィールドネットワークコントローラ２０４と、ドライブコントローラ２０６と、主回路２０８と、パルスカウンタ２１０とを含む。

フィールドネットワークコントローラ２０４は、制御装置１００および計測装置３００を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。

ドライブコントローラ２０６は、制御装置１００からの動作指令に従って、所定の演算ロジックに従って指令値を生成する。より具体的には、ドライブコントローラ２０６は、位置制御ループ、速度制御ループ、トルク制御ループなどの必要な制御ループを組み合わせた制御演算ロジックを有している。ドライブコントローラ２０６は、パルスカウンタ２１０にてカウントされたカウント値などから、対象のモータ１０の動作状態を算出して、制御装置１００へ出力する。

ドライブコントローラ２０６は、プロセッサにプログラムを実行させることで必要な処理および機能を実現するソフトウェア実装に加えて、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードワイヤード回路を用いて必要な処理および機能を実現するハードウェア実装により実現してもよい。

主回路２０８は、例えば、コンバータ回路およびインバータ回路を含んで構成され、ドライブコントローラ２０６からの指令に従って、所定の電流波形または電圧波形を生成して、接続されているモータ１０へ与える。

パルスカウンタ２１０は、モータ１０に装着されているエンコーダ１２からのパルス信号をカウントして、そのカウント値をドライブコントローラ２０６へ出力する。

なお、主回路２０８およびパルスカウンタ２１０などは、駆動対象のモータ１０の電気的特性または機械的特性に応じて適宜変更されてもよい。

以下、フィールドネットワークコントローラ２０４とドライブコントローラ２０６との詳細について説明する。ドライブコントローラ２０６は、バッファ２０６１，２０６２を含む。

バッファ２０６１は、読出用の状態および書込用の状態の何れかの状態を保持している。バッファ２０６１の状態は、フィールドネットワークコントローラ２０４の処理によって切り替わる。バッファ２０６１が書込用の状態であった場合、バッファ２０６１は、パルスカウンタ２１０より出力された状態値を格納する。バッファ２０６１が読出用の状態であった場合、フィールドネットワークコントローラ２０４による読み出し指令により、バッファ２０６１に一時的に格納している状態値がバッファ２０６１から読み出される。読み出された状態値は、フレームに格納された状態で、フィールドネットワークコントローラ２０４によって、フィールドネットワーク２０に出力される。

バッファ２０６２は、読出用の状態および書込用の状態の何れかの状態を保持している。バッファ２０６２の状態は、フィールドネットワークコントローラ２０４の処理によって切り替わる。バッファ２０６２が書込用の状態であった場合、バッファ２０６２は、パルスカウンタ２１０より出力された状態値を格納する。バッファ２０６２が読出用の状態であった場合、フィールドネットワークコントローラ２０４による読み出し指令により、バッファ２０６２に一時的に格納している状態値がバッファ２０６２から読み出される。読み出された状態値は、フレームに格納された状態で、フィールドネットワークコントローラ２０４によって、フィールドネットワーク２０に出力される。

フィールドネットワークコントローラ２０４は、制御装置１００にて定義されている一定通信周期毎に、バッファ２０６１およびバッファ２０６２のうちの読出用の状態になっているバッファに格納されている状態値を取得する。フィールドネットワークコントローラ２０４は、取得された状態値を、フィールドネットワーク２０に出力する。

フィールドネットワークコントローラ２０４は、状態値の出力後、バッファ２０６１およびバッファ２０６２のうち、読出用の状態になっているバッファに格納されている状態値を消去する。フィールドネットワークコントローラ２０４は、状態値の読み出し実行後、バッファ２０６１およびバッファ２０６２の状態（読出用または書込用の状態）を反対の状態(読み出し実行前の状態が読出用状態であれば、書込用の状態)に切り替える。

（ｂ３：計測装置３００）
図５は、本実施の形態に係る計測システム１を構成する計測装置３００のハードウェア構成例を示す模式図である。図５を参照して、計測装置３００は、フィールドネットワーク２０における通信タイミングなどを管理するタイマ３０２を含むフィールドネットワークコントローラ３０４と、撮像コントローラ３０６と、データ処理部３０８とを含む。

フィールドネットワークコントローラ３０４は、制御装置１００およびドライブユニット２００を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク２０を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。

撮像コントローラ３０６は、制御装置１００からの動作指令に従って、センサヘッド３１０に対して照射指令を与える。データ処理部３０８は、センサヘッド３１０からの受光信号に基づいて、ワークＷの表面上の計測点までの距離を算出する。

計測装置３００に接続されるセンサヘッド３１０は、発光源３１２と、受光素子３１４と、レンズ３１６とを含む。

発光源３１２は、撮像コントローラ３０６からの指令に従って駆動されて、所定の光を発生する光源であり、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザなどで構成される。

受光素子３１４は、対象のワークＷからの反射光を受光して、その受光信号をデータ処理部３０８へ出力する素子であり、例えば、１次元配置の受光素子（１次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等）や２次元配置の受光素子（ＣＣＤ（Charge Coupled Device）など）により構成される。

レンズ３１６は、センサヘッド３１０から照射される計測光、および、ワークＷから反射される光の焦点位置などを調整する光学系である。

なお、センサヘッド３１０の光学的構成および電気的構成は、計測原理に応じて適宜設計されるため、図５に示すような構成に限定されるものではない。

以下、フィールドネットワークコントローラ３０４とデータ処理部３０８との詳細について説明する。データ処理部３０８は、バッファ３０８１，３０８２を含む。

バッファ３０８１は、読出用の状態および書込用の状態の何れかの状態を保持している。バッファ３０８１の状態は、フィールドネットワークコントローラ３０４の処理によって切り替わる。バッファ３０８１が書込用の状態であった場合、バッファ３０８１は、センサヘッド３１０より出力された計測値を格納する。バッファ３０８１が読出用の状態であった場合、フィールドネットワークコントローラ３０４による読み出し指令により、バッファ３０８１に一時的に格納している計測値がバッファ３０８１から読み出される。読み出された計測値は、フレームに格納された状態で、フィールドネットワークコントローラ３０４によって、フィールドネットワーク２０に出力される。

バッファ３０８２は、読出用の状態および書込用の状態の何れかの状態を保持している。バッファ３０８２の状態は、フィールドネットワークコントローラ３０４の処理によって切り替わる。バッファ３０８２が書込用の状態であった場合、バッファ３０８２は、センサヘッド３１０より出力された計測値を格納する。バッファ３０８２が読出用の状態であった場合、フィールドネットワークコントローラ３０４による読み出し指令により、バッファ３０８２に一時的に格納している計測値がバッファ３０８２から読み出される。読み出された計測値は、フレームに格納された状態で、フィールドネットワークコントローラ３０４によって、フィールドネットワーク２０に出力される。

フィールドネットワークコントローラ３０４は、制御装置１００にて定義されている一定通信周期毎に、バッファ３０８１およびバッファ３０８２のうちの読出用の状態になっているバッファに格納されている計測値を取得する。フィールドネットワークコントローラ３０４は、取得された計測値を、フィールドネットワーク２０に出力する。

フィールドネットワークコントローラ３０４は、計測値の出力後、バッファ３０８１およびバッファ３０８２のうち、読出用の状態になっているバッファに格納されている計測値を消去する。フィールドネットワークコントローラ３０４は、計測値の読み出し実行後、バッファ３０８１およびバッファ３０８２の状態（読出用または書込用の状態）を反対の状態(読み出し実行前の状態が読出用状態であれば、書込用の状態)に切り替える。

＜Ｃ．フレームの送信およびフレーム構成＞
図６は、フレームの送信タイミングを説明するための図である。

図６を参照して、計測装置３００は、制御装置１００に対して時刻ｔ０においてフレーム＃Ｋ１を送信した後、制御装置１００に対して送信周期Ｔａでフレームを順次送信する。本例の場合、計測装置３００は、時刻ｔ１においてフレーム＃Ｋ２を送信し、時刻ｔ２（ｔ２＝ｔ１＋Ｔａ）においてフレーム＃Ｋ３を送信する。

ドライブユニット２００は、制御装置１００に対して時刻ｔ０′（ｔ０′＞ｔ０）においてフレーム＃Ｄ１を送信した後、制御装置１００に対して送信周期Ｔｃ（本例では、Ｔｃ＜Ｔａ）でフレームを順次送信する。本例の場合、ドライブユニット２００は、時刻ｔ１′においてフレーム＃Ｄ２を送信し、時刻ｔ２′（ｔ２′＝ｔ１′＋Ｔｃ）においてフレーム＃Ｄ３を送信する。

図７は、フレームの構成を説明するための図である。詳しくは、図７（Ａ）は、フレーム＃Ｄ１の構成を説明するための図である。図７（Ｂ）は、フレーム＃Ｄ２の構成を説明するための図である。図７（Ｃ）は、フレーム＃Ｋ１の構成を説明するための図である。図７（Ｄ）は、フレーム＃Ｋ２の構成を説明するための図である。

図７（Ａ），（Ｂ）を参照して、ドライブユニット２００は、各フレーム＃Ｄ１，＃Ｄ２に、フレームの識別情報であるインデックス番号（識別情報）と、フレームに含まれる状態値の個数（データ数）の情報と、得られた状態値（送信待ちの状態値）とを含める。

図７（Ｃ），（Ｄ）を参照して、計測装置３００は、各フレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２に、フレームの識別情報であるインデックス番号と、フレームに含まれる計測値の個数（データ数）の情報と、得られた計測値（送信待ちの計測値）とを含める。

制御装置１００は、このような構成のフレームを受信することにより、どのフレームに何個の計測値または状態値が含まれているのかを判別することができる。

なお、図７においては、ドライブユニット２００が送信するフレームのインデックス番号と、計測装置３００が送信するフレームのインデックス番号とが重複している構成を例に挙げているが、これに限定されない。ドライブユニット２００が送信するフレームのインデックス番号と、計測装置３００が送信するフレームのインデックス番号とが重複しないように、各フレームのインデックス番号が付与されるように計測システム１を構成してもよい。

制御装置１００は、計測装置３００から受信した各フレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３，…に含まれる計測値によって、計測値の時系列データを生成する。また、制御装置１００は、ドライブユニット２００から受信した各フレーム＃Ｄ１，＃Ｄ２，＃Ｄ３，…に含まれる状態値によって、状態値の時系列データを生成する。

なお、インデックス番号（識別番号）と、フレームに含まれる計測値の個数の情報とは、「付加情報」の一例である。

＜Ｄ．制御構造＞
図８は、計測装置３００と制御装置１００との間で実行される処理の流れを説明するためのシーケンス図である。

図８を参照して、シーケンスＳＱ１において、計測装置３００は計測を行う。その後、シーケンスＳＱ２〜ＳＱ８で示すように、計測周期Ｔｂで計測を繰り返す。計測装置３００は、制御装置１００による管理に基づき、シーケンスＳＱ４の計測の実行中にフレームを制御装置１００に対して送信する（シーケンスＳＱ９）。このフレームには、図７で示したように、インデックス番号と、フレームに含まれる状態値の個数の情報と、得られた状態値（送信待ちの状態値）とが含まれている。

計測装置３００は、シーケンスＳＱ４の途中でフレームを送信した後、送信周期Ｔａでフレームの送信を繰り返す。たとえば、シーケンスＳＱ７における計測と、シーケンスＳＱ８における計測との間のタイミングで、フレームを制御装置１００に送信する（シーケンスＳＱ１０）。

図９は、計測装置３００において実行されるフレーム送信処理の流れを説明するためのフロー図である。

図９を参照して、ステップＳ１において、計測装置３００は、フレームの送信タイミングか否かを判断する。計測装置３００は、送信タイミングであると判断すると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ２において、２つのバッファ３０８１，３０８２（図５参照）のうちの一方のバッファに格納されている計測値（送信待ちの計測値）の個数をカウントする。計測装置３００は、送信タイミングでないと判断すると（ステップＳ１においてＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。

ステップＳ３において、計測装置３００は、インデックス番号と、計測値の個数と、計測値とを含むフレームを生成する。ステップＳ４において、計測装置３００は、生成されたフレームを制御装置１００に対して送信する。

図１０は、制御装置１００において実行される処理の流れを説明するためのフロー図である。

図１０を参照して、ステップＳ１１において、制御装置１００は、計測装置３００から受信した計測値に基づき、計測値の時系列データの補間処理を実行する。ステップＳ１２において、制御装置１００は、ドライブユニット２００から受信した状態値に基づき、状態値の時系列データの補間処理を実行する。

これらの補間処理は、少なくとも、同じタイミング（時刻）における計測値と状態値とが得るための処理である。たとえば、計測値の取得時刻が、ｔ０，ｔ０＋Ｔｂ，ｔ０＋２Ｔｂ，ｔ０＋３Ｔｂ，…であり、状態値の取得時刻が、ｔ０′，ｔ０′＋Ｔｄ，ｔ０′＋２Ｔｄ，ｔ０′＋３Ｔｄ，…であるとする。なお、Ｔｄは、状態値の計測周期であり、送信周期Ｔｃ（図６参照）よりも短い。また、説明の便宜上、ｔ０＜ｔ０′＜ｔ０＋Ｔｂとする。

この場合、制御装置１００は、計測値を用いた補間処理によって少なくとも、時刻ｔ０′，ｔ０′＋Ｔｄ，ｔ０′＋２Ｔｄ，ｔ０′＋３Ｔｄ，…における計測値を生成する。一例として、制御装置１００は、時刻ｔ０の計測値と時刻ｔ０＋Ｔｂの計測値とを用いて、時刻ｔ０′の計測値（補間値）を生成する。また、制御装置１００は、状態値を用いた補間処理によって少なくとも、時刻ｔ０＋Ｔｂ，ｔ０＋２Ｔｂ，ｔ０＋３Ｔｂ，…における計測値を生成する。

ステップＳ１３において、制御装置１００は、計測装置３００から受信した計測値と、ドライブユニット２００から受信した状態値と、補間処理よって得られた計測値および状態値とを用いて、計測値と状態値とに基づくプロファイル（ワークＷの形状を示す情報）を生成する。ステップＳ１４において、制御装置１００は、プログラマブル表示器等の外部ディスプレイに、生成されたプロファイルに基づくグラフ（図１１（Ｃ））を表示させる。

補間処理の具体的な内容は、制御装置１００において予め定められていてもよいし、あるいは、計測装置３００およびドライブユニット２００が、それぞれの値の補間処理の方法を制御装置１００に対して指示してもよい。すなわち、計測装置３００が計測値の時系列データにおけるデータ補間の方法を制御装置１００に指示し、かつドライブユニット２００が状態値の時系列データにおけるデータ補間の方法を制御装置１００に指示するように、計測システム１を構成してもよい。このような構成によれば、制御装置１００において、計測値の時系列データの補間方法および状態値の時系列データの補間方法を予め定めておく必要がなくなる。

＜Ｅ．ユーザインターフェイス＞
図１１は、外部ディスプレイに表示される画像を説明するための図である。図１１（Ａ）は、計測値の時間的変化を表したグラフである。図１１（Ｂ）は、状態値の時間的変化を表したグラフである。図１１（Ｃ）は、計測値と状態値とに基づくプロファイルを表したグラフである。

図１１（Ａ）を参照して、制御装置１００は、予め定められたユーザ操作を受け付けたことに基づき、計測装置３００から受信した計測値と、補間処理よって得られた計測値とを用いて、計測値の時間的変化を表すグラフを表示する。

図１１（Ｂ）を参照して、制御装置１００は、予め定められた他のユーザ操作を受け付けたことに基づき、計測装置３００から受信した状態値と、補間処理よって得られた状態値とを用いて、状態値の時間的変化を表すグラフを表示する。

図１１（Ｃ）を参照して、制御装置１００は、さらに他のユーザ操作を受け付けたことに基づき、計測値と状態値とに基づくプロファイルを表したグラフを表示する。計測システム１のユーザが当該グラフを確認することにより、ワークの計測位置に対する計測値の変化を知ることができる。

＜Ｆ．変形例＞
（１）フレームのゆらぎに対する処理
制御装置１００において、フレーム到着時刻から計測周期Ｔｂ，Ｔｄ毎の時刻情報を算出した場合、フレームのゆらぎによって取得時刻情報の精度が劣化することが起こり得る。

そこで、制御装置１００は、フレームのズレ情報を収集および管理する。これにより、制御装置１００は、フレームのゆらぎの影響を受けない高精度な各計測結果の時刻情報を求めることができる。

図１２は、フレームのゆらぎを説明するための図である。図１２を参照して、フレームのゆらぎにより、制御装置１００におけるフレーム＃Ｋ１の受信時刻が、フレーム到達の基準時刻（本例では、ｔ０）からΔｔ０だけ遅れたとする。同様に、フレーム＃Ｋ２，＃Ｋ３の受信時刻が、それぞれ、フレーム到達の基準時刻（本例では、ｔ１，ｔ２）からΔｔ１，Δｔ２だけ遅れたとする。

この場合、制御装置１００は、フレーム＃Ｋ１に含まれる計測値＃１，＃２，＃３（図７（Ｃ）参照）の時刻情報（時刻）をΔｔ０だけ早める処理を行なう。同様に、制御装置１００は、フレーム＃Ｋ２に含まれる計測値＃４，＃５，＃６，＃７（図７（Ｄ）参照）の時刻情報をΔｔ１だけ早める処理を行なう。制御装置１００は、フレーム＃Ｋ３に含まれる各計測値の時刻情報をΔｔ２だけ早める処理を行なう。

詳しくは、制御装置１００は、計測周期Ｔｂとフレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３，…の受信時刻とに基づき、計測装置３００が計測値を得たときの時刻情報を算出する。制御装置１００は、当該フレームの受信時刻とフレームの基準となる受信タイミング（基準時刻）との差分（Δｔ０，Δｔ１，Δｔ２，…）を算出する。制御装置１００は、算出された時刻情報を当該差分で補正する。

また、制御装置１００は、計測周期Ｔｄとフレーム＃Ｄ１，＃Ｄ２，＃Ｄ３，…の受信時刻とに基づき、ドライブユニット２００が状態値を得たときの時刻情報を算出する。制御装置１００は、当該フレームの受信時刻とフレームの基準となる受信タイミング（基準時刻）との差分を算出する。制御装置１００は、算出された時刻情報を当該差分で補正する。

このような構成によれば、上述したように、フレームのゆらぎの影響を受けない高精度な各計測結果の時刻情報を求めることができる。

（２）時刻情報の送信
上記においては、ドライブユニット２００および計測装置３００は、状態値および計測値を制御装置１００に送信する際に、これらの値の計測タイミングを表す時刻情報を制御装置１００に通知しない構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

ドライブユニット２００および計測装置３００は、以下のように、計測タイミングを表す時刻情報を制御装置１００に通知してもよい。

計測システム１においては、ドライブユニット２００から制御装置１００へ送信される状態値には、当該状態値に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、対応付けられる動作値が取得されたタイミングなどを示す。このように、ドライブユニット２００は、ワークＷの位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、状態値として出力する。

同様に、計測装置３００から制御装置１００へ送信される計測値には、当該計測値に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、例えば、対応付けられる計測値が取得されたタイミング、あるいは、対応付けられる計測値を取得するための計測光が照射されたタイミングなどを示す。このように、計測装置３００は、ワークＷを計測することで取得された計測値と、当該計測値が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、計測値として出力する。

制御装置１００は、状態値および計測値のそれぞれに対応付けられた時刻情報を用いて、状態値および計測値の間の時間的な関係を調整した上で、ワークＷの形状情報を生成する。より具体的には、制御装置１００は、１または複数の状態値に基づいて、計測値に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測値との組み合わせに基づいて、ワークＷのプロファイルを生成する。

（３）表示処理
制御装置１００は、プロファイルを表したグラフのみならず、計測値の時系列データ、状態値の時系列データ等の各種のデータを、ユーザ指示に基づき、外部のディスプレイ等に表示してもよい。

また、制御装置１００は、計測の途中で、グラフをリアルタイムに更新してもよい。あるいは、制御装置１００は、１個の計測対象の計測が終了した時点で、グラフを表示してもよい。

＜Ｇ．付記＞
〔１〕制御装置（１００）と、第１の周期（計測周期Ｔｂ）で計測対象（Ｗ）を計測し、かつ前記計測により得られた計測値を前記制御装置（１００）に送信する計測装置（３００）とを備え、前記計測装置（３００）は、前記第１の周期（計測周期Ｔｂ）よりも長い第２の周期（送信周期Ｔａ）で送信される第１のフレーム（フレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３，…）を用いて、送信待ちの前記計測値と、前記送信待ちの計測値の個数の情報を含む第１の付加情報とを前記制御装置（１００）に送信し、前記制御装置（１００）は、前記第１の付加情報を用いて、複数の前記計測値を時系列に並べた第１の時系列データを生成する、計測システム（１）。

〔２〕前記第１の付加情報は、前記第１のフレームの識別番号をさらに含む。
〔３〕前記制御装置（１００）は、前記第１の周期（計測周期Ｔｂ）と前記第１のフレームの受信時刻とに基づき、前記計測装置（３００）が前記計測値を得たときの時刻情報を算出し、前記第１のフレームの受信時刻と前記第１のフレームの基準となる受信タイミングとの差分を算出し、算出された時刻情報を前記差分で補正する。

〔４〕前記計測装置（３００）と前記計測対象（Ｗ）との間の相対位置関係を変化させる駆動装置（２００）をさらに備え、前記駆動装置（２００）は、第３の周期で前記駆動装置（２００）の動作状態を計測し、かつ前記計測によって得られた状態値を前記制御装置（１００）に送信する機能を有し、前記第３の周期よりも長い第４の周期で送信される第２のフレーム（フレーム＃Ｄ１，＃Ｄ２，＃Ｄ３，…）を用いて、送信待ちの前記状態値と、前記送信待ちの状態値の個数の情報を含む第２の付加情報とを前記制御装置（１００）に送信し、前記制御装置（１００）は、前記第２の付加情報を用いて、複数の前記状態値を時系列に並べた第２の時系列データを生成する。

〔５〕前記制御装置（１００）は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとに基づいて、前記計測値と前記状態値との対応関係を時系列で表したプロファイルを生成する。

〔６〕前記制御装置（１００）は、前記第１の時系列データおよび前記第２の時系列データの各々に対して、データ補間の処理を行ない、前記補間後の第１の時系列データおよび前記補間後の第２の時系列データとを用いて、前記プロファイルを生成する。

〔７〕前記計測装置（３００）は、前記第１の時系列データにおける前記データ補間の方法を、前記制御装置（１００）に指示する。

〔８〕制御装置（１００）と、第１の周期（計測周期Ｔｂ）で計測対象を計測することにより得られた計測値を前記制御装置（１００）に送信する計測装置（３００）とを備えた計測システム（１）における方法であって、前記計測装置（３００）が、前記第１の周期（計測周期Ｔｂ）よりも長い第２の周期（送信周期Ｔａ）で送信される第１のフレーム（フレーム＃Ｋ１，＃Ｋ２，＃Ｋ３，…）を用いて、送信待ちの前記計測値と、前記送信待ちの計測値の個数の情報を含む付加情報とを前記制御装置（１００）に送信するステップと、前記制御装置（１００）が、前記付加情報を用いて、複数の前記計測値を時系列に並べた時系列データを生成するステップとを備える。

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およ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 計測システム、２ 検査装置、６ ステージ、１０ モータ、１２ エンコーダ、１４ ボールネジ、２０ フィールドネットワーク、１００ 制御装置、１０２，２０２，３０２ タイマ、２００ ドライブユニット、３００ 計測装置、Ｔａ，Ｔｃ 送信周期、Ｔｂ，Ｔｄ 計測周期、Ｗ ワーク。

Claims (8)

1. 制御装置と、
   第１の周期で計測対象を計測し、かつ前記計測により得られた計測値を前記制御装置に送信する計測装置とを備え、
   前記計測装置は、前記第１の周期よりも長い第２の周期で送信される第１のフレームを用いて、送信待ちの前記計測値と、前記送信待ちの計測値の個数の情報を含む第１の付加情報とを前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、前記第１の付加情報を用いて、複数の前記計測値を時系列に並べた第１の時系列データを生成する、計測システム。
2. 前記第１の付加情報は、前記第１のフレームの識別番号をさらに含む、請求項１に記載の計測システム。
3. 前記制御装置は、
   前記第１の周期と前記第１のフレームの受信時刻とに基づき、前記計測装置が前記計測値を得たときの時刻情報を算出し、
   前記第１のフレームの受信時刻と前記第１のフレームの基準となる受信タイミングとの差分を算出し、
   算出された時刻情報を前記差分で補正する、請求項１または２に記載の計測システム。
4. 前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置をさらに備え、
   前記駆動装置は、
   第３の周期で前記駆動装置の動作状態を計測し、かつ前記計測によって得られた状態値を前記制御装置に送信する機能を有し、
   前記第３の周期よりも長い第４の周期で送信される第２のフレームを用いて、送信待ちの前記状態値と、前記送信待ちの状態値の個数の情報を含む第２の付加情報とを前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、前記第２の付加情報を用いて、複数の前記状態値を時系列に並べた第２の時系列データを生成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の計測システム。
5. 前記制御装置は、前記第１の時系列データと前記第２の時系列データとに基づいて、前記計測値と前記状態値との対応関係を時系列で表したプロファイルを生成する、請求項４に記載の計測システム。
6. 前記制御装置は、
   前記第１の時系列データおよび前記第２の時系列データの各々に対して、データ補間の処理を行ない、
   前記補間後の第１の時系列データおよび前記補間後の第２の時系列データとを用いて、前記プロファイルを生成する、請求項５に記載の計測システム。
7. 前記計測装置は、前記第１の時系列データにおける前記データ補間の方法を、前記制御装置に指示する、請求項６に記載の計測システム。
8. 制御装置と、第１の周期で計測対象を計測することにより得られた計測値を前記制御装置に送信する計測装置とを備えた計測システムにおける方法であって、
   前記計測装置が、前記第１の周期よりも長い第２の周期で送信される第１のフレームを用いて、送信待ちの前記計測値と、前記送信待ちの計測値の個数の情報を含む付加情報とを前記制御装置に送信するステップと、
   前記制御装置が、前記付加情報を用いて、複数の前記計測値を時系列に並べた時系列データを生成するステップとを備える、方法。

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