JP2020165667A - 形状測定機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの形状測定を安価且つ高速に行うことができる形状測定機及びその制御方法を提供する。【解決手段】測定光を出力し、且つワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、干渉計から測定光が入力された場合に、測定光をワークに向けて出射し且つワークにて反射された反射光を干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、干渉計に対して複数のセンサヘッドを１つずつ順番に接続する接続切替を行う光スイッチと、ワークと複数のセンサヘッドとの相対移動を行う相対移動機構と、を備え、光スイッチが、相対移動機構による相対移動が行われている間に、接続切替を繰り返し実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの形状を非接触で測定する形状測定機及びその制御方法に関する。

円柱状又は円筒状のワークの真円度、円筒度、及び直角度等の各種形状を非接触で測定する形状測定機が知られている。

例えば特許文献１には、光源と、干渉計と、センサヘッドと、回転機構と、を備える形状測定機が記載されている。光源は、測定光を出力する。干渉計は、光源から入力された測定光をセンサヘッドに出力すると共に、ワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する。センサヘッドは、ワークの被測定面（外周面又は内周面）に対向する位置に配置されており、干渉計から入力された測定光を被測定面に向けて出射し且つ被測定面にて反射された反射光を干渉計へ出力する。回転機構は、測定光が照射されているワークを回転させる。

このように特許文献１に記載の形状測定機は、回転機構によりワークを回転させながら、センサヘッドによる測定光の出射と干渉計による干渉信号の検出とを連続的に行うことで、干渉計による干渉信号の検出結果に基づきワークの真円度及び円筒度を演算する。

特開２０１１−２２０８１６号公報

ところで、特許文献１に記載の形状測定機を用いてワークの長手方向に沿った複数位置（複数断面）でワークの真円度等の形状測定を行う場合には、センサヘッドを複数位置に順番に移動させると共に、複数位置ごとに、ワークを回転させながらセンサヘッドによる測定光の出射と干渉計による干渉信号の検出とを行う必要がある。さらに、ワークの直角度を測定する場合には、ワークの外周面の他にワークの上面も被測定面となるので、センサヘッドの姿勢変更が必要となる。このため、特許文献１に記載の形状測定機では、形状測定に時間が掛かるという問題が生じる。

そこで、仮に形状測定機に複数組のセンサヘッド及び干渉計を設けることで、形状測定機により複数位置ごとの形状測定を並行して行うことが考えられる。この場合には、形状測定機をマルチセンサ化することができるので、測定時間を短縮することができる。しかしながら、この場合には干渉計を複数設ける必要があるが、干渉計は高価であるので、形状測定機の製造コストが著しく増加してしまう。また、各干渉計の測定精度のばらつきにより、形状測定の測定精度が低下するおそれもある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの形状測定を安価且つ高速に行うことができる形状測定機及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための形状測定機は、ワークの形状を非接触で測定する形状測定機において、測定光を出力し、且つワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、干渉計から測定光が入力された場合に、測定光をワークに向けて出射し且つワークにて反射された反射光を干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、干渉計に対して複数のセンサヘッドを１つずつ順番に接続する接続切替を行う光スイッチと、ワークと複数のセンサヘッドとの相対移動を行う相対移動機構と、を備え、光スイッチが、相対移動機構による相対移動が行われている間に、接続切替を繰り返し実行する。

この形状測定機によれば、センサヘッドごとに干渉計を設けることなく、形状測定機をマルチセンサ化することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が相対移動を行う間に、複数のセンサヘッドが、センサヘッドごとに互い異なるワークの走査範囲を測定光で間欠的に走査し、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの形状を演算する形状演算部を備える。これにより、センサヘッドごとに干渉計を設けることなく、形状測定機をマルチセンサ化することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、形状演算部によるワークの形状の演算に必要な走査範囲ごとの干渉信号のサンプリング数をＱとし、相対移動機構による相対移動が完了するのに要する時間をｔとし、センサヘッドの数をＮとし、干渉計のサンプリング速度をＶとした場合に、サンプリング速度がＶ≧Ｑ×Ｎ／ｔを満たし、光スイッチが、サンプリング速度に応じた切替速度で接続切替を行う。これにより、走査範囲ごとにワークの形状の演算に必要な数の干渉信号が得られる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が、円柱状又は円筒状のワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、回転軸を中心として回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、複数のセンサヘッドが、ワークの外周面に対向する位置で且つ回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置されており、回転機構が回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、複数のセンサヘッドが、外周面の周方向に沿った走査範囲であって且つセンサヘッドごとに軸方向の位置が互い異なる走査範囲を測定光で間欠的に走査し、形状演算部が、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの走査範囲ごとの真円度及びワークの円筒度の少なくとも一方を演算する。これにより、ワークの真円度及び／又は円筒度の測定を安価且つ高速に行うことができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、センサヘッドの軸方向の位置を、センサヘッドごとに調整する位置調整機構を備える。これにより、ワークの所望の軸方向位置の形状を測定することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、形状演算部が、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、回転テーブルに載置されているワークの傾きを演算し、形状演算部による傾きの演算結果に基づき、回転テーブルを傾斜させて傾きを補正する傾斜機構を備える。これにより、ワークの傾き補正を安価且つ高速に行うことができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が、円柱状又は円筒状のワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、回転軸を中心として回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、複数のセンサヘッドが、ワークの外周面に対向する位置で且つ回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置された複数の第１センサヘッドと、ワークの上面に対向する位置に配置された第２センサヘッドと、を有し、回転機構が回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、複数の第１センサヘッドが、外周面の周方向に沿った走査範囲である第１走査範囲であって且つ第１センサヘッドごとに軸方向の位置が互い異なる第１走査範囲を測定光で間欠的に走査し、回転機構が回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、第２センサヘッドが、上面における円形状の走査範囲である第２走査範囲を測定光で間欠的に走査し、形状演算部が、干渉計による第１センサヘッド及び第２センサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの直角度を演算する。これにより、ワークの直角度の測定を安価且つ高速に行うことができる。

本発明の目的を達成するための形状測定機の制御方法は、測定光を出力し、且つワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、干渉計から測定光が入力された場合に、測定光をワークに向けて出射し且つワークにて反射された反射光を干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、を備える形状測定機の制御方法において、干渉計に対して複数のセンサヘッドを１つずつ順番に接続する接続切替を行う接続切替ステップと、ワークと複数のセンサヘッドとの相対移動を行う相対移動ステップと、を有し、相対移動ステップでの相対移動が行われている間に、接続切替ステップを繰り返し実行する。

本発明は、ワークの形状測定を安価且つ高速に行うことができる。

円柱状又は円筒状のワークの形状を非接触で測定する第１実施形態の形状測定機の斜視図である。 干渉計及び制御装置のブロック図である。 ワークの外周面に対するセンサヘッドごとの測定光の走査範囲を説明するための説明図である。 校正部による各センサヘッドの角度位置関係の校正を説明するための説明図である。 形状測定機によるワークの真円度及び円筒度の測定処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態の形状測定機の斜視図である。 第２実施形態の校正部による各センサヘッドの高さ位置の校正を説明するための説明図である。 第３実施形態の形状測定機の斜視図である。 形状演算部によるワークの傾きの演算と、傾斜機構によるワークの傾き補正とを説明するための説明図である。 傾斜機構によるワークの傾き補正前の状態と傾き補正後の状態とを説明するための説明図である。 第４実施形態の形状測定機の斜視図である。 第４実施形態の校正部による第１センサヘッド同士の高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。 第４実施形態の校正部による第１センサヘッドと第２センサヘッドとの高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。 干渉計の変形例を示すブロック図である。

［第１実施形態］
図１は、円柱状又は円筒状のワークＷの形状を非接触で測定する第１実施形態の形状測定機１０の斜視図である。図１に示すように、形状測定機１０は、例えば、円柱状又は円筒状のワークＷの真円度、円筒度、及び直角度等のワークＷの各種形状（表面粗さ及び輪郭形状等の表面性状を含む）を測定可能な真円度測定機である。なお、第１実施形態では、ワークＷの真円度及び円筒度の測定を例に挙げて説明を行う。

形状測定機１０は、不図示の基台と、回転テーブル１２と、回転機構１４と、３個のセンサヘッド１６と、干渉計１８と、光スイッチ２０と、制御装置２２と、を備える。

回転テーブル１２は、その中心を通る回転軸Ｃを中心として回転自在に不図示の基台に設けられている。この回転テーブル１２の上面には、ワークＷが載置されている。ワークＷは、その中心軸が回転軸Ｃと一致（略一致を含む、以下同じ）するようにワークＷの上面に載置される。

また、回転テーブル１２の外周面には、その周方向に沿って環状のスケール２４が設けられている。このスケール２４には、不図示の格子目盛りが設けられている。また、スケール２４に対向する位置には、光センサ２６が設けられている。

光センサ２６は、スケール２４の格子目盛りを検出してその検出信号を制御装置２２へ出力する。この光センサ２６から出力される検出信号に基づき、回転テーブル１２の回転量（回転角度）、回転方向、及び回転速度等を検出することができる。なお、回転テーブル１２の外周面に光センサ２６を設け、この光センサ２６で格子目盛りを読み取り可能な位置にスケール２４を設けてもよい。

回転機構１４は、不図示のモータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置２２の制御の下、回転軸Ｃを中心として回転テーブル１２を回転させる。これにより、後述の各センサヘッド１６に対して、ワークＷが回転軸Ｃを中心として相対回転（相対移動）される。従って、回転機構１４は本発明の相対移動機構として機能する。

各センサヘッド１６は、ワークＷの外周面に対向する位置で且つ上下方向（回転軸Ｃの軸方向に相当）において互いに異なる位置に配置されている。なお、センサヘッド１６の数は２個又は４個以上であってもよい。また、本明細書におけるセンサヘッド１６とは、後述の測定光Ｌ１をワークＷに向けて出射する光出射端（後述の反射光Ｌ３の入射端でもある）も含まれる。従って、例えば、後述の各光導波路２８の先端部自体がセンサヘッド１６として機能する場合もある。

各センサヘッド１６は、個別の光導波路２８（例えば光ファイバーケーブル）を介して光スイッチ２０に接続されている。各センサヘッド１６は、後述の干渉計１８から後述の光スイッチ２０等を介して測定光Ｌ１が入力された場合に、この測定光Ｌ１をワークＷの外周面に向けて出射する。

また、各センサヘッド１６は、ワークＷの被測定面である外周面にて反射（正反射）された測定光Ｌ１の反射光Ｌ３を受光して、この測定光Ｌ１を、光導波路２８及び光スイッチ２０を介して干渉計１８に向けて出力する。ここでいう正反射とは、測定光Ｌ１をその出射元のセンサヘッド１６に向けて反射することである。

図２は、干渉計１８及び制御装置２２のブロック図である。図２及び既述の図１に示すように、干渉計１８は、光源３０、スプリッタ３２、参照光路３４、測定光路３６、ミキサ３８、信号検出部４０、及びこれら各部を接続する光導波路４２等を備えている。

光源３０は、ハロゲンランプ、発光ダイオード、又はレーザ光源などの公知の各種光源が用いられ、測定光Ｌ１をスプリッタ３２に向けて出力する。なお、光源３０が干渉計１８の外部に設けられていてもよい。

スプリッタ３２は、光源３０と参照光路３４と測定光路３６とにそれぞれ接続している。スプリッタ３２は、光源３０から入力された測定光Ｌ１の一部を分割し、分割した光を参照光Ｌ２として参照光路３４に出力する。また、スプリッタ３２は、測定光Ｌ１の残りを測定光路３６に出力する。

参照光路３４には、第１コリメータ４６、プリズムリフレクタ４８、コーナリフレクタ５０、移動ステージ５２、及び第２コリメータ５４が設けられている。

第１コリメータ４６は、スプリッタ３２から入力される参照光Ｌ２を平行光線としてプリズムリフレクタ４８に向けて出射する。プリズムリフレクタ４８は、第１コリメータ４６から入力された参照光Ｌ２をコーナリフレクタ５０に向けて反射すると共に、このコーナリフレクタ５０から入射する参照光Ｌ２を第２コリメータ５４に向けて反射する。

コーナリフレクタ５０は、本発明の反射面として機能するものであり、プリズムリフレクタ４８により反射された参照光Ｌ２の光路上に配置されている。このコーナリフレクタ５０は、プリズムリフレクタ４８から入射した参照光Ｌ２を再びプリズムリフレクタ４８に向けて反射する。

移動ステージ５２は、コーナリフレクタ５０に取り付けられている。この移動ステージ５２は、プリズムリフレクタ４８により反射された参照光Ｌ２の光路に平行な方向に沿ってコーナリフレクタ５０を往復動させる。これにより、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差を時間変化させることができる。

第２コリメータ５４は、プリズムリフレクタ４８から入射する参照光Ｌ２を集光し、この参照光Ｌ２をミキサ３８へ出力する。

測定光路３６には、サーキュレータ４４が設けられている。サーキュレータ４４は、スプリッタ３２から入力される測定光Ｌ１を光スイッチ２０に向けて出力すると共に、この光スイッチ２０から入力された反射光Ｌ３をミキサ３８に向けて出力する。

光スイッチ２０には、光導波路４２を介してサーキュレータ４４が接続されていると共に、既述の各光導波路２８を介して各センサヘッド１６がそれぞれ接続されている。この光スイッチ２０は、後述の制御装置２２の制御の下、干渉計１８に接続するセンサヘッド１６の切り替えを行う。これにより、各センサヘッド１６が、互いに異なるタイミング（時分割）でワークＷの外周面へ測定光Ｌ１を照射すると共に、外周面に反射された反射光Ｌ３の受光及び出力を行う。

ミキサ３８は、例えば光ミキサが用いられる。このミキサ３８は、参照光路３４から入力される参照光Ｌ２と、測定光路３６から入力されるセンサヘッド１６ごとの反射光Ｌ３との干渉信号ＬＳを生成する。そして、ミキサ３８は、センサヘッド１６ごとの干渉信号ＬＳを信号検出部４０へ出力する。

信号検出部４０は、例えば、フォトダイオード、光電管、及び光電子倍増管などの各種光電変換装置（撮像素子でも可）が用いられる。この信号検出部４０は、制御装置２２の制御の下、ミキサ３８から入力されるセンサヘッド１６ごとの干渉信号ＬＳを電気信号に変換して制御装置２２へ出力する。

なお、回転テーブル１２の回転（回転角度）と、光スイッチ２０の接続切替及び干渉計１８の干渉信号ＬＳの検出とのタイミングは同期しているが、同期していなくともよい。

制御装置２２は、例えばパーソナルコンピュータのような演算装置であり、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置２２の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

制御装置２２は、回転機構１４、光スイッチ２０、及び信号検出部４０などの形状測定機１０の各部の動作を統括制御する。また、制御装置２２は、信号検出部４０から入力されたセンサヘッド１６ごとの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、詳しくは後述するが、ワークＷの走査範囲７０ごとの真円度及びワークＷの円筒度（以下、適宜「ワークＷの真円度等」と略す）を演算する。

制御装置２２は、不図示の制御プログラムを実行することにより、干渉計制御部６０、駆動制御部６２、スイッチ制御部６４、形状演算部６６、及び校正部６８として機能する。

干渉計制御部６０は、干渉計１８の各部の動作を制御する。この干渉計制御部６０は、ワークＷの真円度等の測定開始操作が不図示の操作部に入力されると、干渉計１８を作動させる。具体的には、干渉計制御部６０は、光源３０から測定光Ｌ１を常時出射させると共に、移動ステージ５２を常時往復動させる。

駆動制御部６２は、回転機構１４の駆動を制御、すなわち回転テーブル１２の回転を制御する。この駆動制御部６２は、ワークＷの真円度等の測定開始操作に応じて、回転機構１４を駆動して、回転軸Ｃを中心として回転テーブル１２を回転させる。この際に、駆動制御部６２は、光センサ２６から入力される検出信号に基づき、回転テーブル１２を少なくとも１回転させる。これにより、センサヘッド１６ごとに、測定光Ｌ１によりワークＷの外周面をその周方向に沿って１周以上走査することができる。

スイッチ制御部６４は、ワークＷの真円度等の測定開始操作に応じて、光スイッチ２０の切替制御、すなわち干渉計１８に接続するセンサヘッド１６の切り替えを制御する。スイッチ制御部６４は、光スイッチ２０を制御して、回転機構１４による回転テーブル１２の回転が行われている間、干渉計１８に対して各センサヘッド１６を１つずつ順番に接続する接続切替を繰り返し実行する。

図３は、ワークＷの外周面に対するセンサヘッド１６ごとの測定光Ｌ１の走査範囲７０を説明するための説明図である。ここで図３中の測定点Ｐは、ワークＷの被測定面（ここでは外周面）に入射される測定光Ｌ１の入射位置を示すと共に、この測定光Ｌ１の反射光Ｌ３の反射位置を示す。なお、図３では、図面の煩雑化を防止するために、センサヘッド１６ごと（走査範囲７０ごと）の測定点Ｐの一部のみを図示している。

図３に示すように、回転テーブル１２の回転中に光スイッチ２０が上述の接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド１６が、互いに異なるタイミングで（時分割で）、回転中のワークＷの外周面（各測定点Ｐ）への測定光Ｌ１の間欠的な照射と、この外周面（各測定点Ｐ）にて反射された反射光Ｌ３の間欠的な受光及び出力と、を行う。ここでいう間欠的（断続的ともいう）とは、不連続であることを指し、一定間隔及び不定間隔の双方を含む。

このように各センサヘッド１６は、ワークＷの外周面の周方向に沿った３つの円形状（略円形状を含む）の走査範囲７０であって、且つセンサヘッド１６ごとに上下方向の位置である高さ位置が互いに異なる３つの走査範囲７０を測定光Ｌ１で間欠的且つ同時に走査する。その結果、干渉計１８（信号検出部４０）から形状演算部６６に対して、個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果が入力される。

図２に戻って、形状演算部６６は、ワークＷの真円度等の測定時には信号検出部４０から入力される個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、ワークＷの外周面の走査範囲７０ごとの真円度及びワークＷの円筒度を演算する。

なお、形状演算部６６は、センサヘッド１６ごとの位置情報を予め取得している。この位置情報には、例えば、各センサヘッド１６の回転軸Ｃを中心とする軸周り方向の角度位置の関係（以下、角度位置関係と略す）と、各センサヘッド１６の高さ位置と、が含まれる。

最初に形状演算部６６は、個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、測定光Ｌ１が入射された時点での測定点Ｐとセンサヘッド１６との間の距離の演算を測定点Ｐごとに行う距離演算処理を、走査範囲７０ごと（センサヘッド１６ごと）に行う。なお、具体的な距離の検出方法は公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

次いで、形状演算部６６は、走査範囲７０ごとの距離演算処理の演算結果に基づき、走査範囲７０ごとに各測定点Ｐ（外周面）の相対的な凹凸を演算することで、ワークＷの走査範囲７０ごとの真円度を演算すると共に、ワークＷの円筒度を演算する。なお、真円度及び円筒度の演算方法（例えば内挿処理及びフィッティング処理等）は公知技術であるので具体的な説明は省略する。また、形状演算部６６は、真円度及び円筒度の双方を演算する代わりにいずれか一方のみを演算してもよい。

本実施形態では、センサヘッド１６ごとに各々に対応する走査範囲７０を測定光Ｌ１で間欠的に走査するため、ワークＷの真円度及び円筒度の測定精度を確保するためには走査範囲７０ごとの測定点Ｐの数を一定数以上にする必要がある。このため、干渉計１８は、回転テーブル１２の回転速度よりも高速サンプリング可能なものが用いられる。

具体的には、ワークＷの真円度及び円筒度の演算に必要な走査範囲７０ごとの干渉信号ＬＳのサンプリング数をＱ［ポイント（ｐｔ）］とし、回転機構１４による回転テーブル１２の回転（例えば１回転）が完了するのに要する時間をｔ（ｓ）とし、センサヘッド１６の数をＮとし、干渉計１８のサンプリング速度をＶ［ポイント（ｐｔ）／ｓ］とする。この場合に、サンプリング速度がＶ≧Ｑ×Ｎ／ｔを満たすような干渉計１８を用いる。また、光スイッチ２０として、干渉計１８のサンプリング速度に応じた切替速度で既述の接続切替を行うものを用いる。

例えば、本実施形態ではサンプリング速度がＶ＝１０００（ｐｔ／ｓ）を満たす干渉計１８と、このサンプリング速度に対応した切替速度を有する光スイッチ２０と、を用いる。また、本実施形態における回転テーブル１２の回転数Ｒは、４ｒｐｍ（０．０６７ｒｐｓ）、換言すると回転テーブル１２をｔ＝１５秒（ｓ）で１回転させる回転速度である。また、本実施形態のセンサヘッド１６の数はＮ＝３である。この場合には、以下の［数１］式の（１）又は（２）に示すように、回転テーブル１２の１回の回転で、走査範囲７０ごとに５０００（ｐｔ）の測定点Ｐのサンプリングが可能である。

真円度等の評価では、例えば、各走査範囲７０の１周当たりの山の数が５０個となる周期をカットオフ値とするガウシンアンフィルタ（ローパスフィルタ）が用いられる。このため、走査範囲７０ごとに５０００（ｐｔ）の測定点Ｐのサンプリングが可能であれば、真円度等の十分な評価が可能となる。

校正部６８は、既述のセンサヘッド１６ごとの位置情報（角度位置関係等）を校正する。

図４は、校正部６８による各センサヘッド１６の角度位置関係の校正を説明するための説明図である。図４及び既述の図２に示すように、各センサヘッド１６の角度位置関係を校正する場合には、回転テーブル１２上に角度位置関係の校正用の冶具７２（基準ワークともいう）がセットされる。この冶具７２は、上下方向に延びた円柱形状を有し、且つその外周面には上下方向に延びた切り欠き７２ａが形成されている。

回転テーブル１２上への冶具７２のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部６０が干渉計１８を作動させると共に、駆動制御部６２が回転機構１４を駆動して回転テーブル１２を１回転させる。また、スイッチ制御部６４が、回転テーブル１２の回転中に、光スイッチ２０による接続切替を繰り返し実行する。これにより、センサヘッド１６ごとに、センサヘッド１６から出射される測定光Ｌ１により冶具７２の外周面がその周方向に沿って１周分だけ走査される。

さらに、この走査に応じて、干渉計１８から形状演算部６６に対して、センサヘッド１６ごとに、回転テーブル１２の角度位置（０°〜３６０°）ごとの干渉信号ＬＳの検出結果が入力される。そして、形状演算部６６が、センサヘッド１６ごとに、各角度位置におけるセンサヘッド１６から冶具７２の外周面までの距離を演算し、その演算結果を校正部６８へ出力する。

次いで、校正部６８は、センサヘッド１６ごとの各角度位置の距離演算結果に基づき、センサヘッド１６ごとに切り欠き７２ａに対応する角度位置（以下、切欠角度位置という）を検出する。そして、校正部６８は、センサヘッド１６ごとの切欠角度位置の検出結果に基づき各センサヘッド１６の角度位置関係の実測値を演算することで、予め取得されている各センサヘッド１６の角度位置関係（設計値等）を校正する。

なお、各センサヘッド１６の高さ位置の実測値については、不図示の測距センサ等を用いることで取得可能である。このため、校正部６８は、各センサヘッド１６の高さ位置の実測値に基づき、予め取得されているセンサヘッド１６ごとの高さ位置（設計値等）を校正する。

校正部６８によるセンサヘッド１６ごとの位置情報の校正は、所定のタイミングで定期的に実行される。既述の形状演算部６６は、各センサヘッド１６の校正後の位置情報を用いて既述の走査範囲７０ごとの各測定点Ｐの位置座標を演算する。これにより、本実施形態では、ワークＷの真円度及び円筒度をより高精度に演算することができる。

なお、上記第１実施形態の形状演算部６６は、個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果に基づきワークＷの真円度及び円筒度を演算しているが、真円度等以外の測定も同時に実行可能である。例えば、形状演算部６６は、走査範囲７０ごとの距離演算処理の演算結果（ワークＷの半径情報）、及びセンサヘッド１６の位置情報（ここでは、回転軸Ｃから各センサヘッド１６までの距離情報を含む）などに基づき、公知の手法でワークＷの走査範囲７０ごとの断面形状の測定を行う。

また、この場合には、走査範囲７０ごとの距離演算処理の演算結果（ワークＷの半径情報）の校正を行う。具体的には、半径「ｒ１」の円筒形状の直径マスターワークを回転テーブル１２上に載置した状態で回転機構１４により回転テーブル１２を１周以上回転させると共に、干渉計１８による個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出と、形状演算部６６による走査範囲７０ごとの既述の距離演算処理とを行う。これにより、形状演算部６６は、最小二乗法等を用いて走査範囲７０ごとの円形の断面形状の半径「ｒ２」を演算することができる。

次いで、校正部６８は、センサヘッド１６（走査範囲７０）ごとに、直径マスターワークの半径の設計値「ｒ１」と測定値「ｒ２」との差分である「ｒ１−ｒ２」分だけ既述の距離演算処理の演算結果（ワークＷの半径情報）をオフセットする。これにより、走査範囲７０ごとに回転軸Ｃから各測定点Ｐまでの距離を正確に演算することができるので、ワークＷの走査範囲７０ごとの断面形状の測定を高精度に行うことができる。

［形状測定機の作用］
図５は、上記構成の形状測定機１０の制御方法、特に形状測定機１０によるワークＷの真円度及び円筒度の測定処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、オペレータは、測定対象のワークＷを回転テーブル１２上にセットした後（ステップＳ１）、真円度等の測定開始操作を不図示の操作部に入力する。これにより、制御装置２２が干渉計制御部６０、駆動制御部６２、スイッチ制御部６４、及び形状演算部６６等として機能する。なお、この測定開始操作の入力時点で、光スイッチ２０は各センサヘッド１６のいずれかを干渉計１８に接続している。

そして、駆動制御部６２が、回転機構１４を駆動して回転テーブル１２の回転を開始させる（ステップＳ２）。これにより、回転軸Ｃを中心として回転テーブル１２及びワークＷが一体的に回転する。なお、駆動制御部６２は、光センサ２６から入力される検出信号に基づき、回転テーブル１２が予め定めた回転量分（少なくとも１回転）だけ回転するまで、回転テーブル１２の回転を継続する（ステップＳ３でＮＯ）。なお、ステップＳ２，Ｓ３は、本発明の相対移動ステップに相当する。

また同時に、干渉計制御部６０が干渉計１８を作動させる。これにより、光スイッチ２０を介して干渉計１８と接続されているセンサヘッド１６からワークＷの外周面に向けて測定光Ｌ１が出射されると共にこの外周面の測定点Ｐにて反射された反射光Ｌ３が元のセンサヘッド１６に入射する（ステップＳ４）。そして、干渉計１８内で参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の干渉信号ＬＳが生成され、この干渉信号ＬＳが信号検出部４０で検出される（ステップＳ５）。これにより、信号検出部４０から形状演算部６６に対して干渉信号ＬＳの検出結果が出力される。

そして、スイッチ制御部６４は、光スイッチ２０を制御して、干渉計１８に接続するセンサヘッド１６の切り替える（ステップＳ６でＮＯ、ステップＳ７）。この切り替え後、既述のステップＳ４，Ｓ５の処理が再度実行される。

以下、スイッチ制御部６４は、回転機構１４による回転テーブル１２の回転が行われている間、光スイッチ２０を制御して、干渉計１８に対して各センサヘッド１６を１つずつ順番に接続する接続切替を繰り返し実行する（ステップＳ６でＮＯ、ステップＳ７、本発明の接続切替ステップに相当）。これにより、各センサヘッド１６が、互いに異なるタイミング（時分割）で、センサヘッド１６ごとに異なる走査範囲７０を測定光Ｌ１で間欠的に走査する。

また、光スイッチ２０の接続切替が実行されるごとに既述のステップＳ４，Ｓ５の処理が繰り返し実行される。これにより、干渉計１８から形状演算部６６に対して、個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果が入力される。

回転機構１４による回転テーブル１２の回転、すなわちワークＷの回転が終了すると（ステップＳ２，Ｓ６でＹＥＳ）、形状演算部６６が、干渉計１８から入力される個々の走査範囲７０の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、既述の通りワークＷの走査範囲７０ごとの真円度及びワークＷの円筒度を演算する（ステップＳ８）。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態では、回転テーブル１２が回転されている間、光スイッチ２０による接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド１６を時分割で作動させて、ワークＷの互いに異なる複数の走査範囲７０を測定光Ｌ１で間欠的且つ同時に走査することができる。これにより、センサヘッド１６ごとに干渉計１８を設ける必要がなくなるので、形状測定機１０を安価にマルチセンサ化することができる。また、１個のセンサヘッド１６の高さ位置を調整して各走査範囲７０（断面数）を測定光Ｌ１でそれぞれ走査する場合よりも短時間でワークＷの形状測定を行うことができる。さらに１つのセンサヘッド１６で同じ数の走査範囲７０（断面数）を測定する場合よりも測定速度が高くなる。その結果、ワークＷの形状測定を安価且つ高速に行うことができる。

また、本実施形態では、複数のセンサヘッド１６が互い異なる走査範囲７０を測定光Ｌ１で走査するので、測定対象の走査範囲７０ごとに１つのセンサヘッド１６を配置するだけで走査範囲７０ごとの形状測定を実行することができる。その結果、走査範囲７０の数が増加したとしてもセンサヘッド１６の数の増加は最小限に抑えられるので、形状測定機１０を安価に構成することができる。

さらに、本実施形態では、センサヘッド１６ごと干渉信号ＬＳを１つの（共通の）干渉計１８で検出するので、複数の干渉計１８を同時に用いた場合のような干渉計１８ごとの測定精度のばらつきという問題は発生せず、ワークＷの形状測定の測定精度が高められる。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の形状測定機１０の斜視図である。上記第１実施形態の形状測定機１０では各センサヘッド１６の位置が固定されているが、第２実施形態の形状測定機１０では各センサヘッド１６の高さ位置を個別に調整可能である。なお、第２実施形態の形状測定機１０は、３つの位置調整機構７６を備える点を除けば上記第１実施形態の形状測定機１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

各位置調整機構７６は、センサヘッド１６ごとに個別に設けられている。各位置調整機構７６は、例えば公知のリニアモータ機構が用いられ、上下方向に延びたガイド７６ａと、ガイド７６ａにより上下方向に移動自在に保持されている可動子７６ｂ（キャリッジともいう）と、を備える。各可動子７６ｂにはそれぞれセンサヘッド１６が１個ずつ設けられている。なお、リニアモータ機構の詳細構成については公知技術であるのでその詳細についての説明は省略する。また、位置調整機構７６として、リニアモータ機構の代わりにボールねじ機構などの各種リニア駆動機構を用いてもよい。

各位置調整機構７６の駆動は、既述の駆動制御部６２によって制御される。駆動制御部６２は、不図示の操作部に入力された各センサヘッド１６の位置調整操作に応じて、各位置調整機構７６をそれぞれ駆動することで各センサヘッド１６の高さ位置を個別に調整する。これにより、ワークＷの外周面の各走査範囲７０の高さ位置をそれぞれ任意に調整することができる。

図７は、第２実施形態の校正部６８による各センサヘッド１６の高さ位置の校正を説明するための説明図である。なお、各センサヘッド１６の他の校正（角度位置関係の校正等）については上記第１実施形態と基本的に同じであるので、ここでは説明を省略する。

図７に示すように、各センサヘッド１６の高さ位置を校正する場合には、回転テーブル１２上に高さ位置の校正用の冶具７８（基準ワークともいう）がセットされる。この冶具７８は、上下方向に延びた円柱形状を有している。

回転テーブル１２上への冶具７８のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部６０が干渉計１８を作動させると共に、駆動制御部６２が各位置調整機構７６を駆動して各センサヘッド１６を上下方向に沿って移動させる。また、スイッチ制御部６４が、各センサヘッド１６の移動の間、光スイッチ２０による接続切替を繰り返し実行させる。これにより、各センサヘッド１６から出射される測定光Ｌ１により冶具７８の外周面が上下方向に沿って同時に走査される。

さらに、この走査に応じて、干渉計１８から形状演算部６６に対して、冶具７８の外周面の上下方向に沿った複数の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果がセンサヘッド１６ごとに入力される。これにより、形状演算部６６が、センサヘッド１６ごとに上述の距離演算処理（測定光Ｌ１が入射された時点での測定点Ｐとセンサヘッド１６との間の距離の演算を測定点Ｐごとに行う処理）を行い、その演算結果を校正部６８に出力する。

そして、校正部６８は、センサヘッド１６ごとの距離演算処理の結果に基づき、センサヘッド１６ごとに、冶具７８の上面と外周面との境界位置（或いは冶具７８の外周面に形成された不図示の段差の位置）を検出する。次いで、校正部６８は、センサヘッド１６ごとの検出位置に基づき、センサヘッド１６ごとに検出位置をセンサヘッド１６の高さ位置の原点（基準位置）として設定する。これにより、全てのセンサヘッド１６の高さ位置に対して、冶具７８により規定される共通の原点（基準位置）が設定され、各センサヘッド１６の高さ位置の校正が完了する。

以上のように第２実施形態の形状測定機１０では、各センサヘッド１６の高さ位置を調整することができるので、ワークＷの所望の高さ位置の形状（真円度等）を測定することができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の形状測定機１０の斜視図である。上記第１実施形態の形状測定機１０ではワークＷの真円度及び円筒度の測定を例に挙げて説明したが、第３実施形態の形状測定機１０ではワークＷの形状測定として回転テーブル１２上でのワークＷの傾きを測定し、この測定結果に基づきワークＷの傾きを補正する。

なお、第３実施形態の形状測定機１０は、制御装置２２の形状演算部６６が回転テーブル１２上に載置されたワークＷの傾きを演算し且つ傾斜機構８０を備える点を除けば、上記第１実施形態の形状測定機１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

第３実施形態の形状演算部６６は、センサヘッド１６（走査範囲７０）ごとの各測定点Ｐの干渉信号ＬＳの検出結果に基づきワークＷの真円度及び円筒度を演算する他に、２個のセンサヘッド１６にそれぞれ対応する各測定点Ｐの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、回転テーブル１２上でのワークＷの傾きを演算する。

傾斜機構８０は、不図示のアクチュエータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置２２（駆動制御部６２）の制御の下、回転テーブル１２を水平な姿勢（上下方向に垂直な姿勢）から傾斜させる。

図９は、形状演算部６６によるワークＷの傾きの演算と、傾斜機構８０によるワークＷの傾き補正とを説明するための説明図である。図１０は、傾斜機構８０によるワークＷの傾き補正前の状態と傾き補正後の状態とを説明するための説明図である。

図９の符号ＩＸＡに示すように、形状演算部６６は、上下方向（Ｚ軸方向）の高さ位置が異なる２個のセンサヘッド１６（２つの走査範囲７０）にそれぞれ対応する各測定点Ｐの干渉信号ＬＳの検出結果に基づき、２つの走査範囲７０ごとの各測定点Ｐの位置座標を演算する。なお、図９中では２個のセンサヘッド１６の一方を「センサ１」とし他方を「センサ２」としている。

次いで、図９の符号ＩＸＢに示すように、形状演算部６６は、２つの走査範囲７０ごとの各測定点Ｐの位置座標の演算結果に基づき、走査範囲７０ごとに、測定点Ｐの内挿（補間）を行って測定点Ｐの数を増加させる。

そして、形状演算部６６は、内挿後の走査範囲７０ごとの各測定点Ｐの位置座標に基づき、走査範囲７０ごとの各測定点Ｐの中心位置を最小二乗法等により演算する。

ここで、上下方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の双方に垂直な方向をＹ軸方向とした場合に、回転軸Ｃを原点として、２つの走査範囲７０の一方に対応する中心位置１の位置座標が（ΔＸ１、ΔＹ１）で表され、２つの走査範囲７０の他方に対応する中心位置２の位置座標が（ΔＸ２、ΔＹ２）表される。また、中心位置１の高さ位置が座標Ｚ１で表わされ、中心位置２の高さ位置が座標Ｚ２で表わされる。この場合には形状演算部６６は、下記の［数２］式に基づきＸＺ面内でのワークＷの傾きを演算すると共に、下記の［数３］式に基づきＹＺ面内でのワークＷの傾きを演算して、各傾きの演算結果を駆動制御部６２に出力する。

図９の符号ＩＸＣと、図１０の符号ＸＡ及び符号ＸＢとに示すように、第３実施形態の駆動制御部６２は、形状演算部６６から入力されるワークＷの傾きの演算結果に基づき、傾斜機構８０を駆動して、ワークＷの傾きを補正する。これにより、ワークＷが上下方向（Ｚ軸）に平行な姿勢となる。

なお、上述のようにワークＷの傾きを補正した場合に、ワークＷの形状誤差（断面形状のずれ等）の影響により、ワークＷの中心が回転軸Ｃからずれる場合がある。このため、上述のワークＷの傾きの測定（演算）及び補正は複数回繰り返すことが好ましい。そして、上記第１実施形態と同様にワークＷの真円度及び円筒度の測定が開始される。これにより、ワークＷの真円度及び円筒度をより高精度に測定することができる。

以上のように、第３実施形態においても、２個のセンサヘッド１６を異なるタイミング（時分割）で作動させて、ワークＷの外周面の互いに異なる２つの走査範囲７０を測定光Ｌ１で間欠的且つ同時に走査することができる。このため、上記第１実施形態と同様の理由により、ワークＷの傾き測定及び傾き補正を安価且つ高速に行うことができる。

なお、第３実施形態では、形状演算部６６によりワークＷの傾きを演算し、この演算結果に基づき傾斜機構８０によりワークＷの傾きを補正しているが、ワークＷの傾き補正をソフトウェア的に実行してもよい。

具体的には、形状演算部６６により、既述の通り走査範囲７０ごとに各測定点Ｐの中心位置の位置座標を演算する（図９の符号ＩＸＡ及び符号ＩＸＢ参照）。そして、形状演算部６６は、走査範囲７０ごとの中心位置の位置座標の演算結果に基づき、走査範囲７０ごとに、各測定点Ｐの中心位置の位置座標が回転軸Ｃに一致（略一致を含む）するように、各測定点Ｐの位置座標を補正する（図９の符号ＩＸＣ参照）。

なお、上記第３実施形態ではワークＷの傾きの演算及び補正について説明したが、これらと同様の方法を用いて、形状演算部６６により回転軸Ｃに対するワークＷの偏心を演算し、この演算結果に基づき傾斜機構８０により回転テーブル１２を傾斜させてワークＷの偏心を補正してもよい。

また、上記第３実施形態では各センサヘッド１６の位置が固定されているが、上記第２実施形態と同様に、各センサヘッド１６の高さ位置が個別に調整可能であってもよい。

［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態の形状測定機１０の斜視図である。上記各実施形態の形状測定機１０ではワークＷの形状測定として真円度、円筒度、及び傾きの測定を例に挙げて説明したが、第４実施形態の形状測定機１０ではワークＷの形状測定としてワークＷの直角度の測定を行う。この場合には、ワークＷの外周面及び上面の双方が被測定面となる。

第４実施形態の形状測定機１０は、２個の第１センサヘッド１６Ａ、１個の第２センサヘッド１６Ｂ、及び略Ｌ字形状の可動子７６ｂを有する１つの位置調整機構７６を備え、且つ制御装置２２がワークＷの直角度の演算を行う点を除けば、上記各実施形態の形状測定機１０と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

各第１センサヘッド１６Ａは、ワークＷの外周面に対向する位置で且つ上下方向において互いに異なる位置に配置された状態で可動子７６ｂに設けられている。各第１センサヘッド１６Ａは、光スイッチ２０により干渉計１８と接続された場合に、干渉計１８から入力された測定光Ｌ１をワークＷの外周面に向けて出射する。そして、ワークＷの外周面にて反射された反射光Ｌ３は、その出射元の第１センサヘッド１６Ａに入射し、さらに光スイッチ２０を介して干渉計１８に入力される。

第２センサヘッド１６Ｂは、ワークＷの上面に対向する位置で可動子７６ｂに設けられている。この第２センサヘッド１６Ｂは、光スイッチ２０により干渉計１８と接続された場合に、干渉計１８から入力された測定光Ｌ１をワークＷの上面に向けて出射する。そして、ワークＷの上面にて反射された反射光Ｌ３は、その出射元の第２センサヘッド１６Ｂに入射し、さらに光スイッチ２０を介して干渉計１８に入力される。

位置調整機構７６は、駆動制御部６２の制御の下、可動子７６ｂを上下方向に移動させることで、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの高さ位置を調整する。

第４実施形態の光スイッチ２０は、スイッチ制御部６４の制御の下、干渉計１８に対して各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂを１つずつ順番に接続する接続切替を行う。

第４実施形態の干渉計制御部６０、駆動制御部６２、及びスイッチ制御部６４は、ワークＷの直角度の測定開始操作に応じて既述の第１実施形態（真円度等の測定時）と同様の制御を行う。これにより、干渉計１８が作動すると共に、回転機構１４により回転テーブル１２の回転が開始される。また、回転機構１４による回転テーブル１２の回転が行われている間、光スイッチ２０が既述の接続切替を繰り返し実行する。

回転テーブル１２の回転中に光スイッチ２０が接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド１６，１６Ｂが、互いに異なるタイミング（時分割）で、ワークＷの被測定面（外周面及び上面）を測定光Ｌ１で間欠的且つ同時に走査する。

具体的には、各第１センサヘッド１６ＡがそれぞれワークＷの外周面の互いに異なる２つの走査範囲７０を測定光Ｌ１で走査し、且つ第２センサヘッド１６ＢがワークＷの上面内の円形状（略円形状を含む）の走査範囲７１を測定光Ｌ１で走査する。これにより、干渉計１８の信号検出部４０から形状演算部６６に対して、個々の第１センサヘッド１６Ａ（走査範囲７０）の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果が入力され、且つ第２センサヘッド１６Ｂ（走査範囲７１）の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果が入力される。従って、第４実施形態の走査範囲７０が本発明の第１走査範囲に相当し、且つ走査範囲７１が本発明の第２走査範囲に相当する。

第４実施形態の形状演算部６６は、ワークＷの直角度の測定時には信号検出部４０から入力される各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂ（走査範囲７０，７１）の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果と、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの位置情報とに基づき、ワークＷの直角度を演算する。なお、直角度の具体的な演算方法は公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

第４実施形態の校正部６８は、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの位置情報、より具体的にはワークＷの直角度の演算に用いられる位置情報を校正する。この位置情報には、少なくとも各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの高さ位置の位置関係が含まれる。

図１２は、第４実施形態の校正部６８による第１センサヘッド１６Ａ同士の高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。図１３は、第４実施形態の校正部６８による第１センサヘッド１６Ａと第２センサヘッド１６Ｂとの高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。

図１２及び図１３に示すように、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの上下方向の位置関係を校正する場合には、上記第２実施形態と同様に回転テーブル１２上に高さ位置の校正用の冶具７８がセットされる。

回転テーブル１２上への冶具７８のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部６０が干渉計１８を作動させると共に、駆動制御部６２が位置調整機構７６を駆動して各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂを上下方向に沿って移動させる。また、スイッチ制御部６４が光スイッチ２０を制御して、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの接続切替を繰り返し実行する。これにより、各第１センサヘッド１６Ａからそれぞれ出射される測定光Ｌ１により冶具７８の外周面が上下方向に沿って同時に走査される。また、第２センサヘッド１６Ｂから冶具７８の上面に向けて測定光Ｌ１が出射される。

そして、干渉計１８から形状演算部６６に対して、冶具７８の外周面の上下方向に沿った複数の測定点Ｐごとの干渉信号ＬＳの検出結果が第１センサヘッド１６Ａごとに間欠的に入力される。また、干渉計１８から形状演算部６６に対して、第２センサヘッド１６Ｂに対向する冶具７８の上面の測定点Ｐに対応する干渉信号ＬＳの検出結果が間欠的に入力される。これにより、形状演算部６６が、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂ別に上述の距離演算処理を行って、その演算結果を校正部６８に出力する。

第４実施形態の校正部６８は、図１２に示すように第１センサヘッド１６Ａごとの距離演算処理の結果に基づき、既述の第２実施形態の校正時（図７参照）と同様に、第１センサヘッド１６Ａごとに冶具７８の上面と外周面との境界位置等を検出すると共にこの検出位置を各第１センサヘッド１６Ａの高さ位置の原点として設定する。これにより、各第１センサヘッド１６Ａの高さ位置の位置関係が校正される。

また、校正部６８は、図１３に示すように、第２センサヘッド１６Ｂの高さ位置の原点を、各第１センサヘッド１６Ａの一方で境界位置等が検出された高さ位置に設定（ゼロリセット）する。これにより、第１センサヘッド１６Ａと第２センサヘッド１６Ｂとの高さ位置の位置関係が校正される。以上で各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの高さ位置の位置関係の校正が完了する。

以上のように第４実施形態においても、回転テーブル１２が回転されている間、光スイッチ２０による接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂを時分割で作動させて、ワークＷの互いに異なる複数の走査範囲７０、７１を測定光Ｌ１で間欠的且つ同時に走査することができる。これにより、形状測定機１０を安価にマルチセンサ化することができる。また、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの姿勢変化が不要になるので、短時間でワークＷの直角度を測定することができる。その結果、ワークＷの直角度の測定を安価且つ高速に行うことができる。

なお、第４実施形態では、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの高さ位置が変更可能であるが、各センサヘッド１６Ａ，１６Ｂの高さ位置が固定されていてもよい。また、各第１センサヘッド１６Ａ或いは第２センサヘッド１６Ｂのいずれか一方のみの高さ位置が固定されていてもよい。さらに、各第１センサヘッド１６Ａが上下方向に一列に並べて設けられているが、一列に並べられていなくともよい。

［その他］
上記各実施形態では、干渉計１８として図２に示したタイプを例に挙げて説明したが、干渉計１８のタイプは特に限定されるものではない。例えば干渉計１８の変形例を示すブロック図である図１４において、光源３０として波長掃引光源３０Ａを用いると共に各センサヘッド１６，１６Ａ，１６Ｂの端面或いは各光導波路２８の先端面で反射された測定光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２として用いるタイプ（特開2018-084434号公報参照）の干渉計１８を用いてもよい。この場合にも、干渉計１８で検出された参照光Ｌ２と反射光Ｌ３との干渉信号ＬＳの検出結果を、公知の方法（特開2018-084434号公報参照）で解析することにより、上記各実施形態と同様にセンサヘッド１６から測定点Ｐまでの距離を演算することができる。

上記各実施形態では、回転テーブル１２を回転させてワークＷの各種形状を測定するワーク回転型の形状測定機１０を例に挙げて説明したが、ワークＷを定盤等に載置し且つ回転軸Ｃを中心として各センサヘッド１６，１６Ａ，１６Ｂを回転させることによりワークＷの各種形状を測定するヘッド回転型の形状測定機１０にも本発明を適用可能である。

上記各実施形態では、形状測定機１０として、回転軸Ｃを中心としてワークＷ又は各センサヘッド１６，１６Ａ，１６Ｂを回転させることによりワークＷの真円度等の形状を測定する真円度測定機を例に挙げて説明したが、各種形状のワークＷと各センサヘッド１６，１６Ａ，１６Ｂとを相対移動させながらワークＷの各種形状を測定する各種の形状測定機１０に本発明を適用可能である。例えばリング形状のワークＷの内側にセンサヘッド１６を配置することでワークＷの内周面の形状を測定したり、或いはリング形状のワークＷの内側及び外側にセンサヘッド１６を配置することでワークＷの内外周面の形状を同時測定したりすることができる。

１０…形状測定機
１２…回転テーブル
１４…回転機構
１６…センサヘッド
１６Ａ…第１センサヘッド
１６Ｂ…第２センサヘッド
１８…干渉計
２０…光スイッチ
２２…制御装置
３０…光源
４０…信号検出部
６０…干渉計制御部
６２…駆動制御部
６４…スイッチ制御部
６６…形状演算部
６８…校正部
７０，７１…走査範囲
７２，７８…冶具
７６…位置調整機構
８０…傾斜機構
Ｗ…ワーク
Ｌ１…測定光
Ｌ２…参照光
Ｌ３…反射光
ＬＳ…干渉信号

Claims (8)

1. ワークの形状を非接触で測定する形状測定機において、
   測定光を出力し、且つ前記ワークにて反射された前記測定光の反射光と、前記ワークとは異なる反射面で反射された前記測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、
   互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、前記干渉計から前記測定光が入力された場合に、前記測定光を前記ワークに向けて出射し且つ前記ワークにて反射された前記反射光を前記干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、
   前記干渉計に対して複数の前記センサヘッドを１つずつ順番に接続する接続切替を行う光スイッチと、
   前記ワークと複数の前記センサヘッドとの相対移動を行う相対移動機構と、
   を備え、
   前記光スイッチが、前記相対移動機構による前記相対移動が行われている間に、前記接続切替を繰り返し実行する形状測定機。
2. 前記相対移動機構が前記相対移動を行う間に、前記複数のセンサヘッドが、前記センサヘッドごとに互い異なる前記ワークの走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
   前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの形状を演算する形状演算部を備える請求項１に記載の形状測定機。
3. 前記形状演算部による前記ワークの形状の演算に必要な前記走査範囲ごとの前記干渉信号のサンプリング数をＱとし、前記相対移動機構による前記相対移動が完了するのに要する時間をｔとし、前記センサヘッドの数をＮとし、前記干渉計のサンプリング速度をＶとした場合に、前記サンプリング速度がＶ≧Ｑ×Ｎ／ｔを満たし、
   前記光スイッチが、前記サンプリング速度に応じた切替速度で接続切替を行う請求項２に記載の形状測定機。
4. 前記相対移動機構が、円柱状又は円筒状の前記ワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、前記回転軸を中心として前記回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、
   複数の前記センサヘッドが、前記ワークの外周面に対向する位置で且つ前記回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置されており、
   前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、複数の前記センサヘッドが、前記外周面の周方向に沿った前記走査範囲であって且つ前記センサヘッドごとに前記軸方向の位置が互い異なる前記走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
   前記形状演算部が、前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの前記走査範囲ごとの真円度及び前記ワークの円筒度の少なくとも一方を演算する請求項２又は３に記載の形状測定機。
5. 前記センサヘッドの前記軸方向の位置を、前記センサヘッドごとに調整する位置調整機構を備える請求項４に記載の形状測定機。
6. 前記形状演算部が、前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記回転テーブルに載置されている前記ワークの傾きを演算し、
   前記形状演算部による前記傾きの演算結果に基づき、前記回転テーブルを傾斜させて前記傾きを補正する傾斜機構を備える請求項４又は５に記載の形状測定機。
7. 前記相対移動機構が、円柱状又は円筒状の前記ワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、前記回転軸を中心として前記回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、
   複数の前記センサヘッドが、前記ワークの外周面に対向する位置で且つ前記回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置された複数の第１センサヘッドと、前記ワークの上面に対向する位置に配置された第２センサヘッドと、を有し、
   前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、複数の前記第１センサヘッドが、前記外周面の周方向に沿った前記走査範囲である第１走査範囲であって且つ前記第１センサヘッドごとに前記軸方向の位置が互い異なる前記第１走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
   前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも１回転させる間に、前記第２センサヘッドが、前記上面における円形状の前記走査範囲である第２走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
   前記形状演算部が、前記干渉計による前記第１センサヘッド及び前記第２センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの直角度を演算する請求項２又は３に記載の形状測定機。
8. 測定光を出力し、且つワークにて反射された前記測定光の反射光と、前記ワークとは異なる反射面で反射された前記測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、
   互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、前記干渉計から前記測定光が入力された場合に、前記測定光を前記ワークに向けて出射し且つ前記ワークにて反射された前記反射光を前記干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、
   を備える形状測定機の制御方法において、
   前記干渉計に対して複数の前記センサヘッドを１つずつ順番に接続する接続切替を行う接続切替ステップと、
   前記ワークと複数の前記センサヘッドとの相対移動を行う相対移動ステップと、
   を有し、
   前記相対移動ステップでの前記相対移動が行われている間に、前記接続切替ステップを繰り返し実行する形状測定機の制御方法。

Images