JP4128338B2 - 測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラスチックスレンズ、特にｆθレンズ或いはその金型などのように曲面形状を有する被測定物の表面形状を測定するための測定装置の一例として、特開平１０−１３２５４９号公報に示される形状測定装置の例がある。この提案例は、概略的には、光学式変位計を非接触プローブとして備え、この変位計の出力を用いて非接触プローブを被測定物表面に沿って走査させてこの被測定物の表面形状を測定する上で、変位計の走査速度によらず測定サンプリング位置間隔を一定間隔とするようにしたものである。即ち、測長手段による測長データのサンプリング距離間隔を一定にしたものである。この提案例の形状測定装置では、測長データのサンプリングは、コンピュータ上のソフトウェアタイマによって行い、ソフトウェア的に距離間隔が一定になるようにしている。
【０００３】
また、他の例として、例えば、特開２０００−１３１０３１公報に示される三次元座標測定機によれば、タッチプローブ式の三次元座標測定装置に代わる非接触式の形状測定装置が提案されており、その形状測定部にはレーザスキャナとＣＣＤとが用いられている。また、測定動作を行う部分と形状測定部とに各々マイクロコンピュータを備えた構成とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般にデータ解析をする場合や特開平１０−１３２５４９号公報に示される装置のようにソフトウェア的に距離間隔が一定になるような演算をする場合、データ数がより多く、かつ、サンプリング周期が正しいことが好ましい。しかし、マイクロコンピュータ上のソフトウェアタイマで測長データを取得する場合、パソコン等に搭載されるマイクロコンピュータはデータ取得以外の演算も行っているためサンプリング周期の短縮には限界があり、サンプリング周期の間隔も必ずしも一定ではない。
【０００５】
この点について、従来のシステム制御系、測長器からのデータ取得の構成例を示す図１９を参照してより詳細に説明する。ちなみに、詳細な説明はないが、上記の特開平１０−１３２５４９号公報に示される形状測定装置の場合、図１９に示す構成に基づいている。なお、形状測定装置自体の構成は、図１により後述するような接触式変位計を用いた形状測定装置を想定している。
【０００６】
従来の形状測定装置は、パーソナルコンピュータ（以下、適宜ＰＣという）１００によってシステム制御され、レーザ測長器１０１の測長データが取得される。ＰＣ１００は、演算装置であるＣＰＵ１０２、不揮発メモリであるＲＯＭ１０３、揮発メモリであるＲＡＭ１０４、各種入出力系Ｉ／Ｏ１０５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１０６、表示器１０７等により構成されている。ＰＣ１００自体は、オペレーションシステム（以下、適宜ＯＳという）によって制御される。
【０００７】
形状測定装置自体に搭載されているＸ，Ｙ軸コントローラ１０８とＺ軸コントローラ１０９とは、ＰＣ１００上のメモリアドレス若しくはＩ／Ｏアドレス上に配置され、ＰＣ１００上のプログラムによって制御される。Ｘ，Ｙ軸ドライバ１１０はＸ，Ｙ軸コントローラ１０８の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｘ，Ｙ軸ステージ１１１は駆動される。Ｘ，Ｙ軸ステージ１１１の位置はＸ，Ｙ軸エンコーダ１１２によって検出され、Ｘ，Ｙ軸コントローラ１０８へフィードバックされることによりＸ，Ｙ軸ステージ１１１は位置決め制御される。一方、Ｚ軸ドライバ１１３はＺ軸コントローラ１０９の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｚ軸ステージ１１４は駆動される。Ｚ軸ステージ１１４の位置は、Ｚ軸エンコーダ１１５によって検出され、Ｚ軸コントローラ１０９へフィードバックされることよりＺ軸ステージ１１４は位置決め制御される。
【０００８】
被測定物の表面形状の測定時は、変位計１１６によって検出される被測定物と変位計１１６との間の変位量がＺ軸コントローラ１０９へフィードバックされ、Ｚ軸ステージ１１４は追従制御される。Ｚ軸ステージ１１４を追従制御に切換え、Ｘ軸若しくはＹ軸を走査させて被測定物の表面形状に倣い動作をさせ、そのときの軌跡をＺ軸ステージ１１４上のレーザ測長器１０１によって検出し、レーザ測長器１０１の測長データを、ＰＣ１００のＩ／Ｏ１０５若しくは図示されていないが、ＰＣ１００に組み込んだ拡張Ｉ／ＯによってＰＣ１００に取り込まれる。ＰＣ１００は拡張Ｉ／Ｏによって、レーザ測長器１０１の設定、測長データの保持（ラッチ）、読込み等の動作をレーザ測長器１０１と相互通信（ハンドシェーク）を行うことによって可能にしている。
【０００９】
レーザ測長器１０１はその測長データを取得するためには命令等を通信を介して送る必要があり、その測長データは、ＰＣ１００上のＯＳの機能であるソフトウェアタイマを使用することで、所定のサンプリング周期で読込まれる。しかし、図２０に示すタイムチャートのように、ソフトウェアタイマを使用したデータ取込みでは、ＯＳがデータ取込み以外の処理も行うため、他の処理待ちの時間が発生し、サンプリング周期をｔsampと設定しても、実際のサンプリング周期はｔsampとなる保証がなく、測長データDATA0，DATA1，DATA2，DATA3，…を取得する上で、通常ｔ０，ｔ１，ｔ２，…に示すようなｔsamp前後の周期となってしまい、最悪の場合、データ欠落の可能性もある。これにより、後処理で帯域フィルタを使用してフィルタ処理を行う場合、このようなサンプリング周期の誤差が、形状の誤差として発生してしまう可能性がある。また、設定できる最小サンプリング周期は数ms程度であるため、検出できる形状の周波数は、サンプリング周波数の１／１０と考えると１００Ｈｚ以下となってしまい、高い周波数の形状の検出を高速で行うにはサンプリング周期のことからも限界が発生してしまう。加えて、ＰＣ１００はソフトウェアタイマにより頻繁に測長データを読込む処理をするため、負荷が大きく、ディスプレイ１０７に対する表示処理やその他の処理が間に合わなくなる場合もある。
【００１０】
また、特開２０００−１３１０３１公報に示される三次元座標測定機の場合、測定動作を行う部分と形状測定部とに各々マイクロコンピュータを備えており、複数のマイクロコンピュータに演算処理を分散させているが、形状測定部のマイクロコンピュータは、画像処理等の演算に使用されている。結局、測定動作を行う部分に対するマイクロコンピュータが図１９の場合のＰＣ１００と同様にシステム制御している構成例といえる。また、マイクロコンピュータ同士の通信方法に関しては述べられていない。
【００１１】
そこで、本発明は、測長部により測定される測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることにより上記目的を実現する上で、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で各種のデータ通信が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１３】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状測定装置自体の各演算部とデータ取得用演算部との間で統括制御用演算部を介することなく直接的に通信可能にし、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【００１４】
また、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットを提供する。通信部として一般的なＩ／Ｏポートを使用することができ、安価で高速な通信が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１５】
また、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ通信部として構成が簡素化でき、また、差動信号を使用することによって、通信距離の延長も可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ通信部として非常に高速で、かつ、大量のデータの授受が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１７】
また、本発明は、測長部の測長データが欠落することなく計測できる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１８】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、バンドパスフィルタ等による後処理が容易となる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１９】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状等の測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２０】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部の測長データを保持でき、統括制御用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測できる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を一層低減させることができ、或いは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２２】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、ソフトウェアタイマによる制御の場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２３】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状測定装置自体の各演算部と形状測定装置自体の各演算部とデータ取得用演算部との間で統括制御用演算部を介することなく直接的に通信可能にし、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能な測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の測定装置は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２５】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００２６】
また本発明の測定装置は、キャリッジを被測定面に追従させるキャリッジ駆動部の軌跡を測定する測長部を備えるキャリッジ位置の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２７】
従って、キャリッジ位置の測定装置において、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００２８】
また本発明の測定装置は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２９】
従って、形状測定装置において、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００３０】
また本発明の測定装置において、前記変位計が接触式変位計である。
【００３１】
従って、接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用できる。
【００３２】
また本発明の測定装置において、前記変位計が非接触式変位計である。
【００３３】
従って、非接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用できる。
【００３４】
また本発明の測定装置は、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部を備える。
【００３５】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えることにより、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００３６】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部は、パラレル通信を行うＩ／Ｏポート接続により構成されている。
【００３７】
従って、データ通信部をパラレル通信方式とすることにより、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部となる。
【００３８】
また発明の測定装置において、前記データ通信部は、シリアル通信を行うシリアルポート接続により構成されている。
【００３９】
従って、データ通信部をシリアル通信方式とすることにより、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長も可能となる。
【００４０】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部は、双方の演算部から読み書き可能な共有メモリにより構成されている。
【００４１】
従って、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとすることにより、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受が高速で可能となる。
【００４２】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、データキャッシュ部に測長データを蓄える。
【００４３】
従って、データ取得用演算部において所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えることにより、測長部の測長データを欠落することなく計測できる。
【００４４】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００４５】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００４６】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、前記統括制御用演算部により前記データ通信部を介して設定された所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００４７】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００４８】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が所定のサンプリング周期を設定する領域とされている。
【００４９】
従って、共有メモリを利用することにより、請求項１３記載の測定装置を容易に実現できる。
【００５０】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦蓄えその蓄え順に前記統括制御用演算部側へ出力する先入れ先出し型のデータキャッシュ部を備える。
【００５１】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【００５２】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える。
【００５３】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【００５４】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、主演算処理において前記データ通信部を介して前記統括制御用演算部側との通信を行い、所定のサンプリング周期による割込み処理において測長部から測長データを取得する。
【００５５】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【００５６】
また本発明の測定装置において、前記追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部は、前記データ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知する異常検知手段を備え、この異常検知手段により異常が検知された場合に異常回避動作を行わせる異常回避手段と、を備える。
【００５７】
従って、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行うようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能となる。
【００５８】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が測長部異常を示す領域とされている。
【００５９】
従って、共有メモリを利用することにより請求項１７記載の測定装置を容易に実現できる。
【００６０】
本発明は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置を用いる測定方法であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部とは別個に設けたデータ取得用演算部により前記測長部との間で通信を行わせて前記測長部により測定された測長データを取得するようにした。
【００６１】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。
【００６２】
また本発明の測定方法において、データ取得用演算部により所定のサンプリング周期で前記測長部により測定された測長データを取得するようにした。
【００６３】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００６４】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期を前記統括制御用演算部によりデータ通信部を介して前記データ取得用演算部に設定するようにした。
【００６５】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部により設定するようにしたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００６６】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄え、その蓄え順に前記データキャッシュ部からデータ通信部を介して前記統括制御用演算部側へ出力させるようにした。
【００６７】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達させるようにしたので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【００６８】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施した後、データ通信部を介して前記統括制御用演算部側へ出力させるようにした。
【００６９】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【００７０】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期による割込み処理において前記測長部から測長データを取得するようにした。
【００７１】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【００７２】
本発明は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える測定装置に対する動作制御方法であって、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、前記データ取得用演算部が前記測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部を動作制御させるようにした。
【００７３】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、データ取得用演算部が測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は走査駆動部用演算部を動作制御させるようにしたので、統括制御用演算部を介することなく通信して制御させることができ、データ取得用演算部の測長データを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００７４】
また本発明の測定装置の動作制御方法において、前記追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部が、前記データ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知し、異常が検知された場合に異常回避動作を行わせるようにした。
【００７５】
従って、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行わせるようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能となる。
【００７６】
本発明は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００７７】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００７８】
本発明は、キャリッジを被測定面に追従させるキャリッジ駆動部の軌跡を測定する測長部を備えるキャリッジ位置の測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００７９】
従って、キャリッジ位置の測定装置用の測定制御ユニットとして、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００８０】
本発明は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００８１】
従って、形状測定装置用の測定制御ユニットとして、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００８２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部を備える。
【００８３】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えることにより、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００８４】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、パラレル通信を行うＩ／Ｏポート接続により構成されている。
【００８５】
従って、データ通信部をパラレル通信方式とすることにより、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部となる。
【００８６】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、シリアル通信を行うシリアルポート接続により構成されている。
【００８７】
従って、データ通信部をシリアル通信方式とすることにより、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長も可能となる。
【００８８】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、双方の演算部から読み書き可能な共有メモリにより構成されている。
【００８９】
従って、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとすることにより、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受が高速で可能となる。
【００９０】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、データキャッシュ部に測長データを蓄える。
【００９１】
従って、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えることにより、測長部の測長データを欠落することなく計測できる。
【００９２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００９３】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００９４】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、前記統括制御用演算部により前記データ通信部を介して設定された所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００９５】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００９６】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が所定のサンプリング周期を設定する領域とされている。
【００９７】
従って、共有メモリを利用することにより請求項３６記載の測定制御ユニットを容易に実現することができる。
【００９８】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦蓄えその蓄え順に前記統括制御用演算部側へ出力する先入れ先出し型のデータキャッシュ部を備える。
【００９９】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１００】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える。
【０１０１】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【０１０２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、主演算処理において前記データ通信部を介して前記統括制御用演算部側との通信を行い、所定のサンプリング周期による割込み処理において測長部から測長データを取得する。
【０１０３】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【０１０４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施の形態の測定装置は、接触式変位計を搭載した形状測定装置への適用例を示す。図１は接触式変位計を搭載した形状測定装置の測定原理を示す概略構成図である。まず、走査駆動部としてのＸ，Ｙ軸ステージ１上には垂直方向に駆動する変位計駆動部（＝変位体駆動部）としてのＺ軸ステージ２が搭載されている。Ｚ軸ステージ２上にはマイクロエアスライダ３により支持された触針式プローブ４と荷重調整用ばね５と触針式プローブ４の微小変位を検出する変位計（＝変位体）６とが搭載されている。また、各々のステージの変位を検出するためにＺ軸ステージ２上には、Ｘ軸用レーザ測長器７とＹ軸用レーザ測長器８とＺ軸用レーザ測長器９とが搭載されている。このＺ軸用レーザ測長器９が本発明にいう測長部に相当する。１０はＸ軸レーザ測長器７用の基準ミラー、１１はＹ軸レーザ測長器８用の基準ミラー、１２はＺ軸レーザ測長器９用の基準ミラーである。
【０１０５】
次に、形状測定装置の動作概要を説明する。Ｘ軸，Ｙ軸の位置検出は、図示していないがモータ軸上のロータリエンコーダ若しくはリニアエンコーダによって行い、この位置の値を使用した位置決め制御系によりＸ軸，Ｙ軸は駆動される。Ｚ軸はリニアエンコーダ１３によって位置検出され、この値を使用した位置決め制御系によって駆動される。被測定物取付治具１４上に取付けられた被測定物１５に接触式プローブ４を接触させ、荷重調整用ばね５の変形量を変位計６によって検出する。Ｚ軸の制御を変位計６の出力を使用した追従制御系に切換えて変位計６の出力が所定の値となるようにする。このＺ軸追従制御の状態で、Ｘ，Ｙ軸ステージ１をＸ軸方向若しくはY軸方向に駆動し、被測定物１５の表面上に接触式プローブ４を走査させる。このときの軌跡をＺ軸ステージ２上のＺ軸レーザ測長器９によって検出し、その値を被測定物１５の表面形状とすることがこの形状測定装置の原理である。ここでは、Ｚ軸上に触針式変位計６を搭載した例を示したが、後述するような非接触式の変位計を用いる場合も同様な原理である。
【０１０６】
次に、このような形状測定装置に対する制御演算系及びＺ軸レーザ測長器９からの測長データ取得の構成例を図２に示す。まず、制御演算系として、統括制御用演算部としてのパーソナルコンピュータ（以下、適宜ＰＣという）２１と、このＰＣ２１とは別個のデータ取得用演算部としての測長用ＤＳＰ（Ｄigital Ｓignal Ｐrocessor）２２とが設けられている。即ち、図１９に示した従来例に比して、本実施の形態では、ＰＣ１００単独によるシステム制御ではなく、Ｚ軸レーザ測長器９から測長データを取得するために専用の測長用ＤＳＰ２２を加えた構成とされている。
【０１０７】
本実施の形態のＰＣ２１も、演算装置であるＣＰＵ２３、不揮発メモリであるＲＯＭ２４、揮発メモリであるＲＡＭ２５、各種入出力系Ｉ／Ｏ２６、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２７、表示器２８等により構成されているが、要は、オペレーションシステム（以下、適宜ＯＳという）上のアプリケーションソフトにより当該形状測定装置全体を統括制御するものであればよい。従って、代表例として示すＰＣの他に、いわゆるワークステーションであってもよく、或いは、シーケンサ自体又はシーケンサ機能を付加した（外付けでもよい）ＰＣ等であってもよい。
【０１０８】
形状測定装置自体に搭載されている走査駆動部用演算部としてのＸ，Ｙ軸コントローラ２９と追従機構部用演算部としてのＺ軸コントローラ３０とは、ＰＣ２１上のメモリアドレス若しくはＩ／Ｏアドレス上に配置され、ＰＣ２１上のプログラムによって制御される。Ｘ，Ｙ軸ドライバ３１はＸ，Ｙ軸コントローラ２９の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｘ，Ｙ軸ステージ１は駆動される。Ｘ，Ｙ軸ステージ１の位置はＸ，Ｙ軸エンコーダ３２によって検出され、Ｘ，Ｙ軸コントローラ２９へフィードバックされることによりＸ，Ｙ軸ステージ１は位置決め制御される。一方、Ｚ軸ドライバ３３はＺ軸コントローラ３０の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｚ軸ステージ２は駆動される。Ｚ軸ステージ２の位置は、Ｚ軸エンコーダ３４によって検出され、Ｚ軸コントローラ３０へフィードバックされることよりＺ軸ステージ２は位置決め制御される。このフィードバック制御系３５が追従機構部として機能する。Ｘ，Ｙ軸コントローラ２９やＺ軸コントローラ３０もハードウェア的にはＤＳＰにより構成されている。
【０１０９】
また、測長用ＤＳＰ２２の処理は、図示していないが、測長用ＤＳＰ２２に接続される専用Ｉ／Ｏ（図９参照）によって、レーザ測長器９の設定、測長データの保持（ラッチ）、読込み等の動作をレーザ測長器９と相互通信（ハンドシェーク）を行う。
【０１１０】
これによって、測長データを取込む形状測定の処理の負荷を分担できる。よって、ＰＣ２１の負荷を低減し、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる形状測定装置を提供することができる。
【０１１１】
ここでは、データ取得用演算部にＤＳＰを用い、ＤＳＰ２２上でソフトウェア的な演算により測長データを取得する構成として説明したが、ハードウェア的なデータ取得用の演算部とすることも可能である。また、統括制御用のＰＣ２１とは別のデータ取得用に独立させたＰＣ（マイクロコンピュータ）を使用するようにしてもよい。
【０１１２】
また、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間はデータ通信部３６により所定のデータ通信が可能なように接続されている。所定の通信制御の手続きを決めておき、データ通信部３６においてこの手続きに基づいた通信をすることによって、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間で、測長データの転送や、レーザ測長器９の初期化命令等の各種データ通信が可能となる。
【０１１３】
これらのＰＣ２１、測長用ＤＳＰ２２及びデータ通信部３６は形状測定装置と一体的に構成してもよいが、図１に示すような形状測定装置自体とは別個の測定制御ユニットとして構成し、既存の形状測定装置と組合わせてその制御等に用いるようにしてもよい。
【０１１４】
このデータ通信部３６としては、例えば、図３、図４又は図５に示すような構成例を採ることができる。
【０１１５】
図３に示す例は、パラレル通信方式とした構成例を示す。データ通信部３６としてＰＣ２１にはＩ／Ｏポート３７が接続され、測長用ＤＳＰ２２にも専用のＩ／Ｏポート３８が接続されている。ＰＣ２１側のＩ／Ｏポート３７のＩＮポートと測長用ＤＳＰ２２側のＩ／Ｏポート３８のＯＵＴポート、ＰＣ２１側のＩ／Ｏポート３７のＯＵＴポートと測長用ＤＳＰ２２側のＩ／Ｏポート３８のＩＮポートは、１対１の関係で接続されている。ポート数はデータのbit数に合わせて用意する必要がある。仮に、一度に８bitのデータを送る必要があるならば、８bit以上のポートが必要となる。所定の通信制御の手続きに基づき、Ｉ／Ｏポート３７，３８の各bitを書換えたり、読込んだりすることによって、通信を行う。
【０１１６】
このようにデータ通信部３６をパラレル通信とすることによって、一般的なＩ／Ｏポート３７，３８を使用することができ、安価で高速なデータ通信部３６を備えた形状測定装置となる。
【０１１７】
図４に示す例は、シリアル通信方式とした構成例を示す。データ通信部３６としてＰＣ２１にはシリアルポート３９が接続され、測長用ＤＳＰ２２にも専用シリアルポート４０が接続されている。互いのシリアルポート３９，４０は結線されている。シリアルポート３９，４０では、所定の通信制御の手続きに基づいて、所定のデータ転送速度でシリアルにデータは授受される。データ通信は、同期させる必要がある。
【０１１８】
図３に示したようなパラレル通信の場合、必要bit数だけポートを用意する必要があるが、シリアル通信では、2本の線で可能であるので配線が簡素化でき、ノイズに強い差動信号を使用することによって通信距離の延長も可能となるメリットがある。
【０１１９】
図５に示す例は、データ通信部３６を共有メモリ４１により構成した構成例を示す。即ち、データ通信部３６としてＰＣ２１からも測長用ＤＳＰ２２からも読み書き可能な共有メモリ４１を使用するようにしたものである。使用する測長用ＤＳＰ２２を３２bit型とし、共有メモリ４１は１word＝４byte＝３２bitとして説明する。例えば、図５の場合、２Kword（８Kbyte）の共有メモリ４１は、ＰＣ３６のメモリアドレスE0000h〜E1FFFhの空間に割当てられ、測長用ＤＳＰ２２のメモリアドレス200000h〜2007FFhの空間に割当てられる。共有メモリ４１の所定のメモリアドレスを通信用に使用し、所定の通信制御の手続きに基づいて、データの授受を行う。
【０１２０】
共有メモリ４１を使用する場合、ＰＣ２１からの読み書きも、測長用ＤＳＰ２２からの読み書きも一般のメモリに対して行うのと同様であることから、数クロックで行うことができるため、データ通信の高速化が図れる。また、共有メモリ４１において測長データ通信領域を広く取ることによって大量データの授受の高速化が可能となる。
【０１２１】
ところで、本実施の形態の場合、測長用ＤＳＰ２２は図６に示すタイムチャートのように、データ取得間隔（サンプリング周期）が一定時間ｔsampとなるようにｔ０＝ｔ１＝ｔsampで測長データをレーザ測長器９より取得するものである。データ取得のロジックは一定であるためデータ取得にかかる時間は既知である。そこで、図７に示すフローチャートのように、一定時間待つようなソフトウェアタイマを作成し、一定周期で測長データを取得する。即ち、測長データを取得し（ステップＳ１）、その後、ＰＣ２１側と通信を行い（Ｓ２）、データを送信する。その後、所定時間分待機し（Ｓ３）、ステップＳ１に戻り、測長データを取得していく。ＰＣ２１上でソフトウェアタイマを使用する場合と違い、測長用ＤＳＰ２２はデータ取得以外の処理をしないため、サンプリング周期が変化し、データの欠落が発生することはない。このように、測長用ＤＳＰ２２が、所定のサンプリング周期でレーザ測長器９のデータを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【０１２２】
また、本実施の形態の測長用ＤＳＰ２２は、レーザ測長器９から取得した測長データに対して所定のフィルタ演算処理を行うフィルタ演算処理手段の機能を有している。ここでは、データ取得用演算部にＤＳＰ２２を用いているため、ソフトウェア的なフィルタ処理とする。例えば、１０回分の測長データを使用し、（１）式に示すような１０回の平均化を行い、その結果をデータ通信部３６を通して、ＰＣ２１側へ送出する。
【０１２３】
【数１】
【０１２４】
また、測長データの高域ノイズ除去のために（２）式のようなカットオフ周波数ω（rad／s）の１次のローパスフィルタとする場合、（３）式の離散化状態空間方程式と（４）式の出力方程式に基づいた演算をすることによって可能となる。ここで、（３２）（４）式のｘは状態変数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはカットオフ周波数と測長データのサンプリング周期とによって決定される定数である。（３）（４）式のｕは入力、ここでは取得された測長データとなり、ｙは出力、ここではフィルタリング後の測長データとなる。ｎはサンプリング数を表す。
【０１２５】
【数２】
【０１２６】
このように、データ取得用演算部である測長用ＤＳＰ２２においてフィルタ演算処理をすることによって、統括制御用演算部であるＰＣ２１の演算処理の負荷をより一層低減させることができる。
【０１２７】
本発明の第二の実施の形態を図８に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。
【０１２８】
本実施の形態では、測長用ＤＳＰ２２と、追従機構部用演算部であるＺ軸コントローラ３０又は走査駆動部用演算部であるＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間に所定のデータ通信を行うデータ通信部４２を付加したものである。所定の通信制御の手続きを決めておき、データ通信部４２においてこの手続きに基づいた通信をすることによって、統括制御用演算部であるＰＣ２１を介することなく測長用ＤＳＰ２２と、Ｚ軸コントローラ３０又はＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間で直接的に通信できる。
【０１２９】
ＰＣ２１を介した通信を行う場合、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間の通信による遅れ、ＰＣ２１とＺ軸コントローラ３０又はＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間の通信による遅れが発生してしまうが、本実施の形態によれば、Ｚ軸コントローラ３０若しくはＸ，Ｙ軸コントローラ２９において、測長用ＤＳＰ２２のデータを使用した時間遅れのないもしくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。また、図８では追従制御用のセンサとして変位計６が用いられているが、変位計６の代わりにレーザ測長器９を使用することも可能となる。
【０１３０】
なお、このデータ通信部４２に関してもデータ通信部３６の場合と同様な構成例（図３ないし図５参照）を採ることができる。また、このようなデータ通信部４２を備える構成にあっても、第一の実施の形態で説明したようなデータ取得等に関する処理・制御は同様に適用できる。また、測定制御ユニットとして構成する場合には、このデータ通信部４２を含めて構成すればよい。
【０１３１】
本発明の第三の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態は、データ取得用演算部に一時的に測長データを蓄えるデータキャッシュ部としてのキャッシュＲＡＭ４３を備えたものである。測長用ＤＳＰ２２のバス４４上には、ＲＯＭ４５、ＲＡＭ４６とともに、レーザ測長器９との間でデータ取得やその他の通信を行うＩ／Ｏ４７が接続されている。そして、このバス４４上にＩ／Ｏ４７を介して取得した測長データを一時的に蓄えておくキャッシュＲＡＭ４３が接続されている。データ通信部３６もこのバス４４上に接続されている。
【０１３２】
本実施の形態のデータ取得用演算部の構成によれば、統括制御用演算部であるＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間のデータ授受に何らかの遅れが発生した場合においても、取得した測長データはキャッシュＲＡＭ４３に一時保存されるため、測長データの欠落なく取得することができる。また、データ通信部３６に図５で説明したような共有メモリ４１を使用する場合、ＰＣ２１・測長用ＤＳＰ２２間の測長データの受け渡しを高速に行えるため、測長用ＤＳＰ２２による測長データのサンプリング周期よりもＰＣ２１側のデータ取得サンプリング周期を十分に遅くし、ＰＣ２１の１回のサンプリングで所定サンプリング分の測長データを取得する方法を採ることができる。この場合、測長用ＤＳＰ２２が取得した所定サンプリング分の測長データの一時保存場所としてキャッシュＲＡＭ４３を利用することができる。
【０１３３】
本発明の第四の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、測長用ＤＳＰ２２における所定のサンプリング周期をデータ通信部３６を介してＰＣ２１により設定するようにしたものである。ここでは、データ通信部３６として共有メモリ４１を用いた場合の適用例として説明する。
【０１３４】
データ通信部３６としての共有メモリ４１は図５に示したように、ＰＣ２１及び測長用ＤＳＰ２２のメモリ上に配置されている。図１０では測長用ＤＳＰ２２上のメモリアドレスのみを考えて説明する。共有メモリ４１の所定のアドレス空間に通信用のフラグ領域とデータ領域とを予め設定しておく。アドレス200000h〜2001FFhの通信フラグ領域では、ＰＣ２１からの命令や測長用ＤＳＰ２２及びレーザ測長器９の状態を示す３２bitの通信フラグFLAG0, FLAG1, FLAG2, …を設定する。アドレス200200h〜2007FFhのデータ領域では、測長用ＤＳＰ２１がレーザ測長器９から取得した測長データが格納され、ＰＣ２１に渡される。
【０１３５】
本実施の形態では、通信フラグ領域中の通信フラグFLAG2がサンプリング周期を設定する領域とされている。ＰＣ２１は測長データのサンプリング周期を１msと設定したい場合、この通信フラグFLAG2の領域に1000と書込む。測長用ＤＳＰ２２はこの通信フラグFLAG2の領域を読込むと、1000であるので、１msのサンプリング周期と認識しこの１msのサンプリング周期で測長データを読込むように設定を行う。測長データのサンプリング周期の設定方法は、ソフトウェア的なソフトウェアタイマでも、ハードウェア的な割込み処理でも良い。これによって、測長データのサンプリング周期の設定がＰＣ２１によって可能となる。
【０１３６】
このように、本実施の形態によれば、測長データのサンプリング周期はデータ通信部３６を介してＰＣ２１により設定できるので、被測定物１５の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【０１３７】
本発明の第五の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、キャッシュＲＡＭ４３としてＦＩＦＯメモリ（先入れ先出しメモリ）を用い、所定サンプリング周期で取得された測長データを、一旦、キャッシュＲＡＭ４３に順次蓄え、蓄えられた順に、データ通信部３６を介して、ＰＣ２１側へ送出させるように構成したものである。
【０１３８】
所定のサンプリング周期で測長用ＤＳＰ２２によって読込まれた測長データは、一旦、キャッシュＲＡＭ４３に蓄えられる。図１１（ａ）は、測長データとなるサンプリングデータDATA0, DATA1, DATA2がキャッシュＲＡＭ４３に順に蓄えられていく様子を模式的に示している。次に、レーザ測長器９から読込んだ順で所定のサンプリング回数分の測長データがデータ通信部３６へ送られていく。図１１（ｂ）は、２回分のサンプリングデータDATA0, DATA1がデータ通信部３６へ送られている様子を示している。また、最新の測長データは、順々にキャッシュＲＡＭ４３に蓄えられていく。測長サンプリングのｎサンプリング後の状態を模式的に示す図１１（ｂ）のキャッシュＲＡＭ４３では、測長データとなるサンプリングデータDATA0, DATA1がデータ通信部３６へ送られたため、最古のデータはDATA2となり、最新データはDATA(n+2)となる。データ通信部３６に送られた測長データは所定のサンプリング周期で、ＰＣ２１によって読出される。ＰＣ２１が読出したことを確認し、測長用ＤＳＰ２２は最古のデータから、上記の動作に基づいて測長データをデータ通信部３６へ送っていく。
【０１３９】
このように、本実施の形態によれば、キャッシュＲＡＭ４３としてＦＩＦＯメモリを使用し、ＰＣ２１へ測長データを送るように構成することによって、ＰＣ２１の測長データ読込みサンプリングが低速であっても、測長データを保持することができるため、ＰＣ２１の負荷を増加させず、かつ、測長データを欠落させることなく時系列で被測定物１５の形状データを取得することができる。
【０１４０】
本発明の第六の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、測長用ＤＳＰ２２のデータ取得のサンプリング周期を測長用ＤＳＰ２２自身のハードウェアで持っているタイマ割込み若しくは外部クロックを利用したトリガによる割込み処理によって構築するようにしたものである。即ち、一般的なＤＳＰやＣＰＵには内部タイマ割込みや外部に割込み端子があるので、これを利用して、所定のサンプリング周期で割込み処理を行わせるようにしたものである。
【０１４１】
タイマ割込みを用いる方法について図１２を参照して説明する。タイマ割込みをｔsampに設定しておく。測長用ＤＳＰ２２内のカウンタはメインルーチン（主演算処理）実行中においてクロックをカウントし、カウンタの値がｔsampとなったところで、割込みが発生し、割込みルーチンが実行され、処理が終了するとメインルーチンへ戻る。割込みが発生するまでは測長用ＤＳＰ２２のメインルーチンが実行される。本実施の形態のメインルーチンではＰＣ２１との間でデータ通信部３６を介して測長データや各種フラグの授受の処理を行う。割込みルーチンでは、レーザ測長器９より測長データを取得する処理が行われる。割込みはｔsamp毎に発生することになるため、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、取得された測長データは確実に所定の間隔ｔsampのサンプリング周期となる。
【０１４２】
本発明の第七の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、追従機構部用演算部であるＺ軸コントローラ３０とデータ取得用演算部である測長用ＤＳＰ２２との間で通信を行うデータ通信部４２を共有メモリ４８により構成し、Ｚ軸コントローラ３０が測長用ＤＳＰとの通信において、測長用ＤＳＰ２２からの所定の信号により、所定の異常回避動作を行うようにしたものである。
【０１４３】
このデータ通信部４２としての共有メモリ４８はＺ軸コントローラ３０及び測長用ＤＳＰ２２のメモリ上に配置されている。図１３では測長用ＤＳＰ２２上のメモリアドレスのみを考えて説明する。共有メモリ４８の所定のアドレス空間に通信用のフラグ領域とデータ領域を予め設定しておく。アドレス200800h〜2009FFhの通信フラグ領域では、Ｚ軸コントローラ３０からの命令や測長用ＤＳＰ２２及びレーザ測長器９の状態を示す３２bitの通信フラグFLAG0, FLAG1, FLAG2, …を設定する。アドレス200A00h〜200FFFhのデータ領域では、測長用ＤＳＰ２２がレーザ測長器９から取得した測長データが格納され、Ｚ軸コントローラ３０に渡される。
【０１４４】
本実施の形態では、通信フラグ領域中の通信フラグFLAG1がレーザ測長器異常を示すものとして割当てられているものとする。レーザ測長器９は、空気の揺らぎや、移動速度などによってエラーを発生することがある。また、ハードウェア的な異常が発生する可能性がある。Ｚ軸コントローラ３０が測長データを使用して追従制御を行っていた場合、前記各種エラーによって位置情報が途切れると、Ｚ軸ステージ２が衝突し装置が破損する可能性がある。そこで、Ｚ軸コントローラ３０は通信フラグFLAG1を常時読込むことによって、測長データの異常を検知することができる。Ｚ軸コントローラ３０が異常を検知すると、エンコーダ１３を使用した位置決め制御モードに制御モードを切換えたり、非常停止をすることによって、ステージの衝突を回避することができる。
【０１４５】
本実施の形態によれば、ＰＣ２１を介することなくＺ軸コントローラ３０・測長用ＤＳＰ２２間で直接的にエラー信号を授受できるため、サンプリングによる測長用ＤＳＰ２２とＰＣ２１との間の遅れ、ＰＣ２１とＺ軸コントローラ３０との間の遅れが発生しない、若しくは、最小であるため、ＰＣ２１を介した制御構成よりも安全となる。
【０１４６】
なお、本実施の形態では、Ｚ軸コントローラ３０・測長用ＤＳＰ２２間についての適用例で説明したが、Ｚ，Ｙ軸コントローラ２９・測長用ＤＳＰ２２間についても同様に適用することにより、Ｘ，Ｙ軸における異常回避動作を適切に行わせることが可能となる。
【０１４７】
なお、前述した各実施の形態は、図１に示したような接触式変位計６を搭載した形状測定装置への適用例として説明したが、接触式に限らず、非接触式変位計を搭載した形状測定装置にも同様に適用できる。図１４はその一例として、光ピックアップにおけるフォーカス誤差信号検出法として周知な非点収差法による光プローブ構造の非接触の光学式変位計５１を用いる場合の原理を示すものである。
【０１４８】
図１４及び図１５に基づいて非点収差法を使用した光プローブ構造の光学式変位計５１について説明する。半導体レーザ５２から射出された光は、偏光ビームスプリッタ５３により反射された後、対物レンズ５４で被測定物１５の表面上に集光され、その反射光は再び対物レンズ５４を通り、更に偏光ビームスプリッタ５３、円柱レンズ５５を経て４分割フォトダイオード５６に入射して受光される。
【０１４９】
図１５に受光面に分割受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄを有する４分割フォトダイオード５６とその受光面上に形成されるビームスポット形状を示す。被測定物１５の表面が対物レンズ５４の焦点位置にあるとき、図１５（ｂ）に示すように４分割フォトダイオード３６上に円形のビームスポットを結ぶように調整すると、被測定物１５の表面が遠いときは図１５（ｃ）に示すように横長の楕円ビームスポットになり、被測定物１５の表面が近いときは図１５（ａ）に示すように縦長の楕円ビームスポットとなる。従って、４分割フォトダイオード５６の分割受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄの出力を各々ａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、（５）式よりフォーカス誤差信号Ｓが算出できる。
【０１５０】
Ｓ＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）……（５）
この（５）式より計算されるフォーカス誤差信号Ｓは図１６に示すように、被測定物１５の表面が近いときは正となり、合焦点位置では零、遠いときは負となる。なお、（５）式において総受光量で除算しているのは、被測定物１５の表面の反射率の影響を受けないように無次元化しているためである。
【０１５１】
非接触式としては、このような光学式に限らず、例えば、静電容量式変位計を用いてもよい。非接触光学式変位計は、静電容量変位計と比較すると測定範囲を広くとることができる反面、測定するターゲットとして光を反射する鏡面とする必要がある。一方、静電容量式変位計の場合には、被測定物１５の表面部分は導電性材料とする必要があるものの、小型化が可能である。
【０１５２】
本発明の第八の実施の形態を図１７に基づいて説明する。前述した各実施の形態は、形状測定装置への適用例として説明したが、本実施の形態は、常時ステージ位置を検出する必要のある精密位置決めステージ用のキャリッジ位置を測定するための測定装置の適用例を示す。
【０１５３】
図１７は精密位置決めステージを示すブロック図的な構成図である。まず、リニアステージ６１上のキャリッジ（＝変位体）６２はサーボモータ（＝キャリッジ駆動部）６３によって駆動される。キャリッジ６３上には被測定面であるミラー６４等の反射面があり、レーザ測長器６５からのレーザを反射させることによって、レーザ測長ユニット（＝測長部）６６においてキャリッジ６２の変位を高精度で測定するというものである。
【０１５４】
本実施の形態においても、前述した実施の形態の場合と同様に、制御演算系として、統括制御用演算部としてのパーソナルコンピュータＰＣ６７と、このＰＣ６７とは別個のデータ取得用演算部としての測長用ＤＳＰ６８とが設けられている。これらのＰＣ６７や測長用ＤＳＰ６８は、前述のＰＣ２１や測長用ＤＳＰ２２と同様に構成されており、その説明を省略する。
【０１５５】
測長用ＤＳＰ６８はレーザ測長ユニット６６から所定のサンプリング周期で測長データを取得する。測長用ＤＳＰ６８で取得した測長データはＰＣ６７に対してデータ通信部６９を介して引き渡される。加えて、測長データは制御用ＤＳＰ７０へも引き渡され、所定の補償器の演算を行い、サーボモータ６３をフィードバック駆動させることによってキャリッジ６２の高精度な位置決めを可能にする。ＰＣ６７は高精度位置決めされるキャリッジ６２の軌跡をミラー６４等の反射面を介して所定のサンプリング周期の時系列データとして取得することができる。
【０１５６】
本発明の第九の実施の形態を図１８に基づいて説明する。本実施の形態は、図１７で説明したような精密位置決めステージを走査光学系ビーム測定装置に応用したものである。走査光学系ビーム測定装置とは、レーザプリンタやデジタル複写機の光書込み系により照射されるレーザビームが感光体上でどのようになっているかを測定する装置である。ステージの基本的な動作は精密位置決めステージと同様であるので、異なる部分のみ説明する。
【０１５７】
レーザダイオード７１から出射されたレーザビームは、モータに取り付けられたポリゴンミラー７２によって偏向走査される。偏向走査されたレーザビームはｆθレンズ７３等の光学系によって所定のビーム径に絞られて、感光体表面に照射される。感光体表面のビーム径や強度によって、感光体表面の帯電状態が変化し、トナーを使用することによって、静電画像を現像する。この感光体に代えて、ＣＣＤカメラ等の受光素子７４を使用して、感光体表面相当位置のビーム径や強度を測定するのが、走査光学系ビーム測定装置である。走査光学系ビーム測定装置のリニアステージ７５のキャリッジ７６上にはＣＣＤカメラ等の受光素子７４が搭載されている。受光素子７４の受光面は、感光体表面相当の位置に配置されている。
【０１５８】
キャリッジ７６を所定速度で走査させながら感光体全域のレーザビームを測定していくとき、感光体表面の位置と測定されたレーザビームとを同時に測定する必要がある。そのため、ステージ制御系と測定系を図１７に示した場合と同じように構成することによって、ＰＣ６７が感光体表面の位置と測定されたレーザビームとを同時に取得することができる。また、受光素子７４で取込んだ画像をＰＣ６７で処理する場合、負荷が大きくなる。測長器データを取得する処理をＰＣ６７から切り離し専用の測長用ＤＳＰ６９を利用することによって、ＰＣ６７の演算負荷を低減させることができる。
【０１５９】
【発明の効果】
本発明の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６０】
また本発明の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６１】
また本発明の形状の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６２】
また本発明によれば、測定装置において、接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用することができる。
【０１６３】
また本発明によれば、測定装置において、非接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用することができる。
【０１６４】
また本発明によれば、測定装置において、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えるので、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１６５】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部をパラレル通信方式としたので、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部を提供できる。
【０１６６】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部をシリアル通信方式としたので、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長もできる。
【０１６７】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとしたので、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受を高速で行わせることができる。
【０１６８】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えるので、測長部の測長データを欠落することなく計測することができる。
【０１６９】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得するようにしたので、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にすることができる。
【０１７０】
また本発明によれば、測定装置において、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理ができる
【０１７１】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより、上記の測定装置を容易に実現することができる。
【０１７２】
また本発明によれば、測定装置において、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１７３】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うようにしたので、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる。
【０１７４】
また本発明によれば、測定装置において、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期にすることができる。
【０１７５】
また本発明によれば、測定装置において、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行うようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避を可能にすることができる。
【０１７６】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより上記の測定装置を容易に実現することができる。
【０１７７】
また本発明の測定方法によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えるので、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。
【０１７８】
また本発明によれば、測定方法において、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にすることができる。
【０１７９】
また本発明によれば、測定方法において、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部により設定するようにしたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理ができる。
【０１８０】
また本発明によれば、測定方法において、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達させるようにしたので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１８１】
また本発明によれば、測定方法において、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行わせることにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる
【０１８２】
また本発明によれば、測定方法において、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行わせるようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期にすることができる。
【０１８３】
また本発明の測定装置の動作制御方法によれば、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、データ取得用演算部が測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は走査駆動部用演算部を動作制御させるようにしたので、統括制御用演算部を介することなく通信して制御させることができ、データ取得用演算部の測長データを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１８４】
また本発明によれば、測定装置の動作制御方法において、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行わせるようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避を可能にすることができる。
【０１８５】
また本発明の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８６】
また本発明のキャリッジ位置の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８７】
また本発明の形状の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８８】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えるので、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１８９】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部をパラレル通信方式としたので、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部とすることができる。
【０１９０】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部をシリアル通信方式としたので、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長もできる。
【０１９１】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとしたので、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受を高速で行わせることができる。
【０１９２】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えるので、測長部の測長データを欠落することなく計測させることができる。
【０１９３】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得するようにしたので、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にさせることができる。
【０１９４】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理を可能にすることができる。
【０１９５】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより上記の測定制御ユニットを容易に実現することができる。
【０１９６】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１９７】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部で測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行わせるようにしたので、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる。
【０１９８】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行わせるようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の接触式変位計を搭載した形状測定装置の測定原理を示す概略構成図である。
【図２】全体構成を示すブロック図である。
【図３】データ通信部の構成例を示すブロック図である。
【図４】データ通信部の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】データ通信部のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【図６】サンプリング処理を示すタイムチャートである。
【図７】その処理制御を示す概略フローチャートである。
【図８】本発明の第二の実施の形態の形状測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態のデータ取得用演算部の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態の共有メモリの構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態のデータ処理例を模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態の割込み処理を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の第七の実施の形態の共有メモリの構成を示す説明図である。
【図１４】形状測定装置の変形例として非接触式変位計の原理的構成例を示す概略構成図である。
【図１５】その測定原理を説明するための受光素子の説明図である。
【図１６】得られる信号の波形図である。
【図１７】本発明の第八の実施の形態の精密位置決めステージを示すブロック図的な構成図である。
【図１８】走査光学系ビーム測定装置への適用例を示す概略平面図である。
【図１９】従来の全体構成を示すブロック図である。
【図２０】そのサンプリング処理を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 走査駆動部
２ 変位計駆動部、変位体駆動部
６ 変位計、変位体
９ 測長部
２１ 統括制御用演算部
２２ データ取得用演算部
２９ 走査駆動部用演算部
３０ 追従機構部用演算部
３５ 追従機構部
３６ データ通信部
３７，３８ Ｉ／Ｏポート
３９，４０ シリアルポート
４１ 共有メモリ
４２ データ通信部
４３ データキャッシュ部
４８ 共有メモリ
５１ 変位計
６１ キャリッジ、変位体
６３ キャリッジ駆動部、変位体駆動部
６４ 被測定面
６６ 測長部
６７ 統括制御用演算部
６８ データ取得用演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラスチックスレンズ、特にｆθレンズ或いはその金型などのように曲面形状を有する被測定物の表面形状を測定するための測定装置の一例として、特開平１０−１３２５４９号公報に示される形状測定装置の例がある。この提案例は、概略的には、光学式変位計を非接触プローブとして備え、この変位計の出力を用いて非接触プローブを被測定物表面に沿って走査させてこの被測定物の表面形状を測定する上で、変位計の走査速度によらず測定サンプリング位置間隔を一定間隔とするようにしたものである。即ち、測長手段による測長データのサンプリング距離間隔を一定にしたものである。この提案例の形状測定装置では、測長データのサンプリングは、コンピュータ上のソフトウェアタイマによって行い、ソフトウェア的に距離間隔が一定になるようにしている。
【０００３】
また、他の例として、例えば、特開２０００−１３１０３１公報に示される三次元座標測定機によれば、タッチプローブ式の三次元座標測定装置に代わる非接触式の形状測定装置が提案されており、その形状測定部にはレーザスキャナとＣＣＤとが用いられている。また、測定動作を行う部分と形状測定部とに各々マイクロコンピュータを備えた構成とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般にデータ解析をする場合や特開平１０−１３２５４９号公報に示される装置のようにソフトウェア的に距離間隔が一定になるような演算をする場合、データ数がより多く、かつ、サンプリング周期が正しいことが好ましい。しかし、マイクロコンピュータ上のソフトウェアタイマで測長データを取得する場合、パソコン等に搭載されるマイクロコンピュータはデータ取得以外の演算も行っているためサンプリング周期の短縮には限界があり、サンプリング周期の間隔も必ずしも一定ではない。
【０００５】
この点について、従来のシステム制御系、測長器からのデータ取得の構成例を示す図１９を参照してより詳細に説明する。ちなみに、詳細な説明はないが、上記の特開平１０−１３２５４９号公報に示される形状測定装置の場合、図１９に示す構成に基づいている。なお、形状測定装置自体の構成は、図１により後述するような接触式変位計を用いた形状測定装置を想定している。
【０００６】
従来の形状測定装置は、パーソナルコンピュータ（以下、適宜ＰＣという）１００によってシステム制御され、レーザ測長器１０１の測長データが取得される。ＰＣ１００は、演算装置であるＣＰＵ１０２、不揮発メモリであるＲＯＭ１０３、揮発メモリであるＲＡＭ１０４、各種入出力系Ｉ／Ｏ１０５、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１０６、表示器１０７等により構成されている。ＰＣ１００自体は、オペレーションシステム（以下、適宜ＯＳという）によって制御される。
【０００７】
形状測定装置自体に搭載されているＸ，Ｙ軸コントローラ１０８とＺ軸コントローラ１０９とは、ＰＣ１００上のメモリアドレス若しくはＩ／Ｏアドレス上に配置され、ＰＣ１００上のプログラムによって制御される。Ｘ，Ｙ軸ドライバ１１０はＸ，Ｙ軸コントローラ１０８の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｘ，Ｙ軸ステージ１１１は駆動される。Ｘ，Ｙ軸ステージ１１１の位置はＸ，Ｙ軸エンコーダ１１２によって検出され、Ｘ，Ｙ軸コントローラ１０８へフィードバックされることによりＸ，Ｙ軸ステージ１１１は位置決め制御される。一方、Ｚ軸ドライバ１１３はＺ軸コントローラ１０９の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｚ軸ステージ１１４は駆動される。Ｚ軸ステージ１１４の位置は、Ｚ軸エンコーダ１１５によって検出され、Ｚ軸コントローラ１０９へフィードバックされることよりＺ軸ステージ１１４は位置決め制御される。
【０００８】
被測定物の表面形状の測定時は、変位計１１６によって検出される被測定物と変位計１１６との間の変位量がＺ軸コントローラ１０９へフィードバックされ、Ｚ軸ステージ１１４は追従制御される。Ｚ軸ステージ１１４を追従制御に切換え、Ｘ軸若しくはＹ軸を走査させて被測定物の表面形状に倣い動作をさせ、そのときの軌跡をＺ軸ステージ１１４上のレーザ測長器１０１によって検出し、レーザ測長器１０１の測長データを、ＰＣ１００のＩ／Ｏ１０５若しくは図示されていないが、ＰＣ１００に組み込んだ拡張Ｉ／ＯによってＰＣ１００に取り込まれる。ＰＣ１００は拡張Ｉ／Ｏによって、レーザ測長器１０１の設定、測長データの保持（ラッチ）、読込み等の動作をレーザ測長器１０１と相互通信（ハンドシェーク）を行うことによって可能にしている。
【０００９】
レーザ測長器１０１はその測長データを取得するためには命令等を通信を介して送る必要があり、その測長データは、ＰＣ１００上のＯＳの機能であるソフトウェアタイマを使用することで、所定のサンプリング周期で読込まれる。しかし、図２０に示すタイムチャートのように、ソフトウェアタイマを使用したデータ取込みでは、ＯＳがデータ取込み以外の処理も行うため、他の処理待ちの時間が発生し、サンプリング周期をｔsampと設定しても、実際のサンプリング周期はｔsampとなる保証がなく、測長データDATA0，DATA1，DATA2，DATA3，…を取得する上で、通常ｔ０，ｔ１，ｔ２，…に示すようなｔsamp前後の周期となってしまい、最悪の場合、データ欠落の可能性もある。これにより、後処理で帯域フィルタを使用してフィルタ処理を行う場合、このようなサンプリング周期の誤差が、形状の誤差として発生してしまう可能性がある。また、設定できる最小サンプリング周期は数ms程度であるため、検出できる形状の周波数は、サンプリング周波数の１／１０と考えると１００Ｈｚ以下となってしまい、高い周波数の形状の検出を高速で行うにはサンプリング周期のことからも限界が発生してしまう。加えて、ＰＣ１００はソフトウェアタイマにより頻繁に測長データを読込む処理をするため、負荷が大きく、ディスプレイ１０７に対する表示処理やその他の処理が間に合わなくなる場合もある。
【００１０】
また、特開２０００−１３１０３１公報に示される三次元座標測定機の場合、測定動作を行う部分と形状測定部とに各々マイクロコンピュータを備えており、複数のマイクロコンピュータに演算処理を分散させているが、形状測定部のマイクロコンピュータは、画像処理等の演算に使用されている。結局、測定動作を行う部分に対するマイクロコンピュータが図１９の場合のＰＣ１００と同様にシステム制御している構成例といえる。また、マイクロコンピュータ同士の通信方法に関しては述べられていない。
【００１１】
そこで、本発明は、測長部により測定される測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることにより上記目的を実現する上で、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で各種のデータ通信が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１３】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状測定装置自体の各演算部とデータ取得用演算部との間で統括制御用演算部を介することなく直接的に通信可能にし、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【００１４】
また、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットを提供する。通信部として一般的なＩ／Ｏポートを使用することができ、安価で高速な通信が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１５】
また、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ通信部として構成が簡素化でき、また、差動信号を使用することによって、通信距離の延長も可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、データ通信部を備えることで上記目的を実現する上で、データ通信部として非常に高速で、かつ、大量のデータの授受が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１７】
また、本発明は、測長部の測長データが欠落することなく計測できる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１８】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、バンドパスフィルタ等による後処理が容易となる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００１９】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状等の測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２０】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部の測長データを保持でき、統括制御用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測できる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２１】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を一層低減させることができ、或いは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去可能な測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２２】
さらに、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、ソフトウェアタイマによる制御の場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる測定装置、測定方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２３】
また、本発明は、統括制御用演算部とは別個にデータ取得用演算部を備えることで上記目的を実現する上で、形状測定装置自体の各演算部と形状測定装置自体の各演算部とデータ取得用演算部との間で統括制御用演算部を介することなく直接的に通信可能にし、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能な測定装置、測定方法、測定装置の動作制御方法及び測定制御ユニットを提供する。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の測定装置は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２５】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００２６】
また本発明の測定装置は、キャリッジを被測定面に追従させるキャリッジ駆動部の軌跡を測定する測長部を備えるキャリッジ位置の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２７】
従って、キャリッジ位置の測定装置において、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００２８】
また本発明の測定装置は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００２９】
従って、形状測定装置において、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００３０】
また本発明の測定装置において、前記変位計が接触式変位計である。
【００３１】
従って、接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用できる。
【００３２】
また本発明の測定装置において、前記変位計が非接触式変位計である。
【００３３】
従って、非接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用できる。
【００３４】
また本発明の測定装置は、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部を備える。
【００３５】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えることにより、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００３６】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部は、パラレル通信を行うＩ／Ｏポート接続により構成されている。
【００３７】
従って、データ通信部をパラレル通信方式とすることにより、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部となる。
【００３８】
また発明の測定装置において、前記データ通信部は、シリアル通信を行うシリアルポート接続により構成されている。
【００３９】
従って、データ通信部をシリアル通信方式とすることにより、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長も可能となる。
【００４０】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部は、双方の演算部から読み書き可能な共有メモリにより構成されている。
【００４１】
従って、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとすることにより、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受が高速で可能となる。
【００４２】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、データキャッシュ部に測長データを蓄える。
【００４３】
従って、データ取得用演算部において所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えることにより、測長部の測長データを欠落することなく計測できる。
【００４４】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００４５】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００４６】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、前記統括制御用演算部により前記データ通信部を介して設定された所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００４７】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００４８】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が所定のサンプリング周期を設定する領域とされている。
【００４９】
従って、共有メモリを利用することにより、請求項１３記載の測定装置を容易に実現できる。
【００５０】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦蓄えその蓄え順に前記統括制御用演算部側へ出力する先入れ先出し型のデータキャッシュ部を備える。
【００５１】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【００５２】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える。
【００５３】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【００５４】
また本発明の測定装置において、前記データ取得用演算部は、主演算処理において前記データ通信部を介して前記統括制御用演算部側との通信を行い、所定のサンプリング周期による割込み処理において測長部から測長データを取得する。
【００５５】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【００５６】
また本発明の測定装置において、前記追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部は、前記データ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知する異常検知手段を備え、この異常検知手段により異常が検知された場合に異常回避動作を行わせる異常回避手段と、を備える。
【００５７】
従って、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行うようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能となる。
【００５８】
また本発明の測定装置において、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が測長部異常を示す領域とされている。
【００５９】
従って、共有メモリを利用することにより請求項１７記載の測定装置を容易に実現できる。
【００６０】
本発明は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置を用いる測定方法であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部とは別個に設けたデータ取得用演算部により前記測長部との間で通信を行わせて前記測長部により測定された測長データを取得するようにした。
【００６１】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。
【００６２】
また本発明の測定方法において、データ取得用演算部により所定のサンプリング周期で前記測長部により測定された測長データを取得するようにした。
【００６３】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００６４】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期を前記統括制御用演算部によりデータ通信部を介して前記データ取得用演算部に設定するようにした。
【００６５】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部により設定するようにしたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００６６】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄え、その蓄え順に前記データキャッシュ部からデータ通信部を介して前記統括制御用演算部側へ出力させるようにした。
【００６７】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達させるようにしたので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【００６８】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施した後、データ通信部を介して前記統括制御用演算部側へ出力させるようにした。
【００６９】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【００７０】
また本発明の測定方法において、所定のサンプリング周期による割込み処理において前記測長部から測長データを取得するようにした。
【００７１】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【００７２】
本発明は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える測定装置に対する動作制御方法であって、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、前記データ取得用演算部が前記測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部を動作制御させるようにした。
【００７３】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、データ取得用演算部が測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は走査駆動部用演算部を動作制御させるようにしたので、統括制御用演算部を介することなく通信して制御させることができ、データ取得用演算部の測長データを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００７４】
また本発明の測定装置の動作制御方法において、前記追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部が、前記データ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知し、異常が検知された場合に異常回避動作を行わせるようにした。
【００７５】
従って、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行わせるようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避が可能となる。
【００７６】
本発明は、変位体を被測定面に追従させる変位体駆動部の軌跡を測定する測長部を備える測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００７７】
従って、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００７８】
本発明は、キャリッジを被測定面に追従させるキャリッジ駆動部の軌跡を測定する測長部を備えるキャリッジ位置の測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００７９】
従って、キャリッジ位置の測定装置用の測定制御ユニットとして、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００８０】
本発明は、変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部と、を備える。
【００８１】
従って、形状測定装置用の測定制御ユニットとして、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる。また、データ通信部を備えることによって、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることが可能となる。
【００８２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行うデータ通信部を備える。
【００８３】
従って、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えることにより、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。
【００８４】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、パラレル通信を行うＩ／Ｏポート接続により構成されている。
【００８５】
従って、データ通信部をパラレル通信方式とすることにより、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部となる。
【００８６】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、シリアル通信を行うシリアルポート接続により構成されている。
【００８７】
従って、データ通信部をシリアル通信方式とすることにより、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長も可能となる。
【００８８】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部は、双方の演算部から読み書き可能な共有メモリにより構成されている。
【００８９】
従って、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとすることにより、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受が高速で可能となる。
【００９０】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、データキャッシュ部に測長データを蓄える。
【００９１】
従って、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えることにより、測長部の測長データを欠落することなく計測できる。
【００９２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００９３】
従って、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【００９４】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、前記統括制御用演算部により前記データ通信部を介して設定された所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する。
【００９５】
従って、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【００９６】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が所定のサンプリング周期を設定する領域とされている。
【００９７】
従って、共有メモリを利用することにより請求項３６記載の測定制御ユニットを容易に実現することができる。
【００９８】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦蓄えその蓄え順に前記統括制御用演算部側へ出力する先入れ先出し型のデータキャッシュ部を備える。
【００９９】
従って、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１００】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える。
【０１０１】
従って、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うことにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することが可能となる。
【０１０２】
また本発明の測定制御ユニットにおいて、前記データ取得用演算部は、主演算処理において前記データ通信部を介して前記統括制御用演算部側との通信を行い、所定のサンプリング周期による割込み処理において測長部から測長データを取得する。
【０１０３】
従って、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うことにより、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データが確実に一定間隔のサンプリング周期となる。
【０１０４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施の形態の測定装置は、接触式変位計を搭載した形状測定装置への適用例を示す。図１は接触式変位計を搭載した形状測定装置の測定原理を示す概略構成図である。まず、走査駆動部としてのＸ，Ｙ軸ステージ１上には垂直方向に駆動する変位計駆動部（＝変位体駆動部）としてのＺ軸ステージ２が搭載されている。Ｚ軸ステージ２上にはマイクロエアスライダ３により支持された触針式プローブ４と荷重調整用ばね５と触針式プローブ４の微小変位を検出する変位計（＝変位体）６とが搭載されている。また、各々のステージの変位を検出するためにＺ軸ステージ２上には、Ｘ軸用レーザ測長器７とＹ軸用レーザ測長器８とＺ軸用レーザ測長器９とが搭載されている。このＺ軸用レーザ測長器９が本発明にいう測長部に相当する。１０はＸ軸レーザ測長器７用の基準ミラー、１１はＹ軸レーザ測長器８用の基準ミラー、１２はＺ軸レーザ測長器９用の基準ミラーである。
【０１０５】
次に、形状測定装置の動作概要を説明する。Ｘ軸，Ｙ軸の位置検出は、図示していないがモータ軸上のロータリエンコーダ若しくはリニアエンコーダによって行い、この位置の値を使用した位置決め制御系によりＸ軸，Ｙ軸は駆動される。Ｚ軸はリニアエンコーダ１３によって位置検出され、この値を使用した位置決め制御系によって駆動される。被測定物取付治具１４上に取付けられた被測定物１５に接触式プローブ４を接触させ、荷重調整用ばね５の変形量を変位計６によって検出する。Ｚ軸の制御を変位計６の出力を使用した追従制御系に切換えて変位計６の出力が所定の値となるようにする。このＺ軸追従制御の状態で、Ｘ，Ｙ軸ステージ１をＸ軸方向若しくはY軸方向に駆動し、被測定物１５の表面上に接触式プローブ４を走査させる。このときの軌跡をＺ軸ステージ２上のＺ軸レーザ測長器９によって検出し、その値を被測定物１５の表面形状とすることがこの形状測定装置の原理である。ここでは、Ｚ軸上に触針式変位計６を搭載した例を示したが、後述するような非接触式の変位計を用いる場合も同様な原理である。
【０１０６】
次に、このような形状測定装置に対する制御演算系及びＺ軸レーザ測長器９からの測長データ取得の構成例を図２に示す。まず、制御演算系として、統括制御用演算部としてのパーソナルコンピュータ（以下、適宜ＰＣという）２１と、このＰＣ２１とは別個のデータ取得用演算部としての測長用ＤＳＰ（Ｄigital Ｓignal Ｐrocessor）２２とが設けられている。即ち、図１９に示した従来例に比して、本実施の形態では、ＰＣ１００単独によるシステム制御ではなく、Ｚ軸レーザ測長器９から測長データを取得するために専用の測長用ＤＳＰ２２を加えた構成とされている。
【０１０７】
本実施の形態のＰＣ２１も、演算装置であるＣＰＵ２３、不揮発メモリであるＲＯＭ２４、揮発メモリであるＲＡＭ２５、各種入出力系Ｉ／Ｏ２６、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２７、表示器２８等により構成されているが、要は、オペレーションシステム（以下、適宜ＯＳという）上のアプリケーションソフトにより当該形状測定装置全体を統括制御するものであればよい。従って、代表例として示すＰＣの他に、いわゆるワークステーションであってもよく、或いは、シーケンサ自体又はシーケンサ機能を付加した（外付けでもよい）ＰＣ等であってもよい。
【０１０８】
形状測定装置自体に搭載されている走査駆動部用演算部としてのＸ，Ｙ軸コントローラ２９と追従機構部用演算部としてのＺ軸コントローラ３０とは、ＰＣ２１上のメモリアドレス若しくはＩ／Ｏアドレス上に配置され、ＰＣ２１上のプログラムによって制御される。Ｘ，Ｙ軸ドライバ３１はＸ，Ｙ軸コントローラ２９の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｘ，Ｙ軸ステージ１は駆動される。Ｘ，Ｙ軸ステージ１の位置はＸ，Ｙ軸エンコーダ３２によって検出され、Ｘ，Ｙ軸コントローラ２９へフィードバックされることによりＸ，Ｙ軸ステージ１は位置決め制御される。一方、Ｚ軸ドライバ３３はＺ軸コントローラ３０の出力に応じたモータ電流をモータに流し、Ｚ軸ステージ２は駆動される。Ｚ軸ステージ２の位置は、Ｚ軸エンコーダ３４によって検出され、Ｚ軸コントローラ３０へフィードバックされることよりＺ軸ステージ２は位置決め制御される。このフィードバック制御系３５が追従機構部として機能する。Ｘ，Ｙ軸コントローラ２９やＺ軸コントローラ３０もハードウェア的にはＤＳＰにより構成されている。
【０１０９】
また、測長用ＤＳＰ２２の処理は、図示していないが、測長用ＤＳＰ２２に接続される専用Ｉ／Ｏ（図９参照）によって、レーザ測長器９の設定、測長データの保持（ラッチ）、読込み等の動作をレーザ測長器９と相互通信（ハンドシェーク）を行う。
【０１１０】
これによって、測長データを取込む形状測定の処理の負荷を分担できる。よって、ＰＣ２１の負荷を低減し、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことが可能となる形状測定装置を提供することができる。
【０１１１】
ここでは、データ取得用演算部にＤＳＰを用い、ＤＳＰ２２上でソフトウェア的な演算により測長データを取得する構成として説明したが、ハードウェア的なデータ取得用の演算部とすることも可能である。また、統括制御用のＰＣ２１とは別のデータ取得用に独立させたＰＣ（マイクロコンピュータ）を使用するようにしてもよい。
【０１１２】
また、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間はデータ通信部３６により所定のデータ通信が可能なように接続されている。所定の通信制御の手続きを決めておき、データ通信部３６においてこの手続きに基づいた通信をすることによって、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間で、測長データの転送や、レーザ測長器９の初期化命令等の各種データ通信が可能となる。
【０１１３】
これらのＰＣ２１、測長用ＤＳＰ２２及びデータ通信部３６は形状測定装置と一体的に構成してもよいが、図１に示すような形状測定装置自体とは別個の測定制御ユニットとして構成し、既存の形状測定装置と組合わせてその制御等に用いるようにしてもよい。
【０１１４】
このデータ通信部３６としては、例えば、図３、図４又は図５に示すような構成例を採ることができる。
【０１１５】
図３に示す例は、パラレル通信方式とした構成例を示す。データ通信部３６としてＰＣ２１にはＩ／Ｏポート３７が接続され、測長用ＤＳＰ２２にも専用のＩ／Ｏポート３８が接続されている。ＰＣ２１側のＩ／Ｏポート３７のＩＮポートと測長用ＤＳＰ２２側のＩ／Ｏポート３８のＯＵＴポート、ＰＣ２１側のＩ／Ｏポート３７のＯＵＴポートと測長用ＤＳＰ２２側のＩ／Ｏポート３８のＩＮポートは、１対１の関係で接続されている。ポート数はデータのbit数に合わせて用意する必要がある。仮に、一度に８bitのデータを送る必要があるならば、８bit以上のポートが必要となる。所定の通信制御の手続きに基づき、Ｉ／Ｏポート３７，３８の各bitを書換えたり、読込んだりすることによって、通信を行う。
【０１１６】
このようにデータ通信部３６をパラレル通信とすることによって、一般的なＩ／Ｏポート３７，３８を使用することができ、安価で高速なデータ通信部３６を備えた形状測定装置となる。
【０１１７】
図４に示す例は、シリアル通信方式とした構成例を示す。データ通信部３６としてＰＣ２１にはシリアルポート３９が接続され、測長用ＤＳＰ２２にも専用シリアルポート４０が接続されている。互いのシリアルポート３９，４０は結線されている。シリアルポート３９，４０では、所定の通信制御の手続きに基づいて、所定のデータ転送速度でシリアルにデータは授受される。データ通信は、同期させる必要がある。
【０１１８】
図３に示したようなパラレル通信の場合、必要bit数だけポートを用意する必要があるが、シリアル通信では、2本の線で可能であるので配線が簡素化でき、ノイズに強い差動信号を使用することによって通信距離の延長も可能となるメリットがある。
【０１１９】
図５に示す例は、データ通信部３６を共有メモリ４１により構成した構成例を示す。即ち、データ通信部３６としてＰＣ２１からも測長用ＤＳＰ２２からも読み書き可能な共有メモリ４１を使用するようにしたものである。使用する測長用ＤＳＰ２２を３２bit型とし、共有メモリ４１は１word＝４byte＝３２bitとして説明する。例えば、図５の場合、２Kword（８Kbyte）の共有メモリ４１は、ＰＣ３６のメモリアドレスE0000h〜E1FFFhの空間に割当てられ、測長用ＤＳＰ２２のメモリアドレス200000h〜2007FFhの空間に割当てられる。共有メモリ４１の所定のメモリアドレスを通信用に使用し、所定の通信制御の手続きに基づいて、データの授受を行う。
【０１２０】
共有メモリ４１を使用する場合、ＰＣ２１からの読み書きも、測長用ＤＳＰ２２からの読み書きも一般のメモリに対して行うのと同様であることから、数クロックで行うことができるため、データ通信の高速化が図れる。また、共有メモリ４１において測長データ通信領域を広く取ることによって大量データの授受の高速化が可能となる。
【０１２１】
ところで、本実施の形態の場合、測長用ＤＳＰ２２は図６に示すタイムチャートのように、データ取得間隔（サンプリング周期）が一定時間ｔsampとなるようにｔ０＝ｔ１＝ｔsampで測長データをレーザ測長器９より取得するものである。データ取得のロジックは一定であるためデータ取得にかかる時間は既知である。そこで、図７に示すフローチャートのように、一定時間待つようなソフトウェアタイマを作成し、一定周期で測長データを取得する。即ち、測長データを取得し（ステップＳ１）、その後、ＰＣ２１側と通信を行い（Ｓ２）、データを送信する。その後、所定時間分待機し（Ｓ３）、ステップＳ１に戻り、測長データを取得していく。ＰＣ２１上でソフトウェアタイマを使用する場合と違い、測長用ＤＳＰ２２はデータ取得以外の処理をしないため、サンプリング周期が変化し、データの欠落が発生することはない。このように、測長用ＤＳＰ２２が、所定のサンプリング周期でレーザ測長器９のデータを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理が容易となる。
【０１２２】
また、本実施の形態の測長用ＤＳＰ２２は、レーザ測長器９から取得した測長データに対して所定のフィルタ演算処理を行うフィルタ演算処理手段の機能を有している。ここでは、データ取得用演算部にＤＳＰ２２を用いているため、ソフトウェア的なフィルタ処理とする。例えば、１０回分の測長データを使用し、（１）式に示すような１０回の平均化を行い、その結果をデータ通信部３６を通して、ＰＣ２１側へ送出する。
【０１２３】
【数１】
また、測長データの高域ノイズ除去のために（２）式のようなカットオフ周波数ω（rad／s）の１次のローパスフィルタとする場合、（３）式の離散化状態空間方程式と（４）式の出力方程式に基づいた演算をすることによって可能となる。ここで、（３２）（４）式のｘは状態変数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはカットオフ周波数と測長データのサンプリング周期とによって決定される定数である。（３）（４）式のｕは入力、ここでは取得された測長データとなり、ｙは出力、ここではフィルタリング後の測長データとなる。ｎはサンプリング数を表す。
【０１２５】
【数２】
このように、データ取得用演算部である測長用ＤＳＰ２２においてフィルタ演算処理をすることによって、統括制御用演算部であるＰＣ２１の演算処理の負荷をより一層低減させることができる。
【０１２７】
本発明の第二の実施の形態を図８に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。
【０１２８】
本実施の形態では、測長用ＤＳＰ２２と、追従機構部用演算部であるＺ軸コントローラ３０又は走査駆動部用演算部であるＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間に所定のデータ通信を行うデータ通信部４２を付加したものである。所定の通信制御の手続きを決めておき、データ通信部４２においてこの手続きに基づいた通信をすることによって、統括制御用演算部であるＰＣ２１を介することなく測長用ＤＳＰ２２と、Ｚ軸コントローラ３０又はＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間で直接的に通信できる。
【０１２９】
ＰＣ２１を介した通信を行う場合、ＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間の通信による遅れ、ＰＣ２１とＺ軸コントローラ３０又はＸ，Ｙ軸コントローラ２９との間の通信による遅れが発生してしまうが、本実施の形態によれば、Ｚ軸コントローラ３０若しくはＸ，Ｙ軸コントローラ２９において、測長用ＤＳＰ２２のデータを使用した時間遅れのないもしくは時間遅れの少ない制御演算が可能となる。また、図８では追従制御用のセンサとして変位計６が用いられているが、変位計６の代わりにレーザ測長器９を使用することも可能となる。
【０１３０】
なお、このデータ通信部４２に関してもデータ通信部３６の場合と同様な構成例（図３ないし図５参照）を採ることができる。また、このようなデータ通信部４２を備える構成にあっても、第一の実施の形態で説明したようなデータ取得等に関する処理・制御は同様に適用できる。また、測定制御ユニットとして構成する場合には、このデータ通信部４２を含めて構成すればよい。
【０１３１】
本発明の第三の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態は、データ取得用演算部に一時的に測長データを蓄えるデータキャッシュ部としてのキャッシュＲＡＭ４３を備えたものである。測長用ＤＳＰ２２のバス４４上には、ＲＯＭ４５、ＲＡＭ４６とともに、レーザ測長器９との間でデータ取得やその他の通信を行うＩ／Ｏ４７が接続されている。そして、このバス４４上にＩ／Ｏ４７を介して取得した測長データを一時的に蓄えておくキャッシュＲＡＭ４３が接続されている。データ通信部３６もこのバス４４上に接続されている。
【０１３２】
本実施の形態のデータ取得用演算部の構成によれば、統括制御用演算部であるＰＣ２１と測長用ＤＳＰ２２との間のデータ授受に何らかの遅れが発生した場合においても、取得した測長データはキャッシュＲＡＭ４３に一時保存されるため、測長データの欠落なく取得することができる。また、データ通信部３６に図５で説明したような共有メモリ４１を使用する場合、ＰＣ２１・測長用ＤＳＰ２２間の測長データの受け渡しを高速に行えるため、測長用ＤＳＰ２２による測長データのサンプリング周期よりもＰＣ２１側のデータ取得サンプリング周期を十分に遅くし、ＰＣ２１の１回のサンプリングで所定サンプリング分の測長データを取得する方法を採ることができる。この場合、測長用ＤＳＰ２２が取得した所定サンプリング分の測長データの一時保存場所としてキャッシュＲＡＭ４３を利用することができる。
【０１３３】
本発明の第四の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、測長用ＤＳＰ２２における所定のサンプリング周期をデータ通信部３６を介してＰＣ２１により設定するようにしたものである。ここでは、データ通信部３６として共有メモリ４１を用いた場合の適用例として説明する。
【０１３４】
データ通信部３６としての共有メモリ４１は図５に示したように、ＰＣ２１及び測長用ＤＳＰ２２のメモリ上に配置されている。図１０では測長用ＤＳＰ２２上のメモリアドレスのみを考えて説明する。共有メモリ４１の所定のアドレス空間に通信用のフラグ領域とデータ領域とを予め設定しておく。アドレス200000h〜2001FFhの通信フラグ領域では、ＰＣ２１からの命令や測長用ＤＳＰ２２及びレーザ測長器９の状態を示す３２bitの通信フラグFLAG0, FLAG1, FLAG2, …を設定する。アドレス200200h〜2007FFhのデータ領域では、測長用ＤＳＰ２１がレーザ測長器９から取得した測長データが格納され、ＰＣ２１に渡される。
【０１３５】
本実施の形態では、通信フラグ領域中の通信フラグFLAG2がサンプリング周期を設定する領域とされている。ＰＣ２１は測長データのサンプリング周期を１msと設定したい場合、この通信フラグFLAG2の領域に1000と書込む。測長用ＤＳＰ２２はこの通信フラグFLAG2の領域を読込むと、1000であるので、１msのサンプリング周期と認識しこの１msのサンプリング周期で測長データを読込むように設定を行う。測長データのサンプリング周期の設定方法は、ソフトウェア的なソフトウェアタイマでも、ハードウェア的な割込み処理でも良い。これによって、測長データのサンプリング周期の設定がＰＣ２１によって可能となる。
【０１３６】
このように、本実施の形態によれば、測長データのサンプリング周期はデータ通信部３６を介してＰＣ２１により設定できるので、被測定物１５の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理が可能となる。
【０１３７】
本発明の第五の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、キャッシュＲＡＭ４３としてＦＩＦＯメモリ（先入れ先出しメモリ）を用い、所定サンプリング周期で取得された測長データを、一旦、キャッシュＲＡＭ４３に順次蓄え、蓄えられた順に、データ通信部３６を介して、ＰＣ２１側へ送出させるように構成したものである。
【０１３８】
所定のサンプリング周期で測長用ＤＳＰ２２によって読込まれた測長データは、一旦、キャッシュＲＡＭ４３に蓄えられる。図１１（ａ）は、測長データとなるサンプリングデータDATA0, DATA1, DATA2がキャッシュＲＡＭ４３に順に蓄えられていく様子を模式的に示している。次に、レーザ測長器９から読込んだ順で所定のサンプリング回数分の測長データがデータ通信部３６へ送られていく。図１１（ｂ）は、２回分のサンプリングデータDATA0, DATA1がデータ通信部３６へ送られている様子を示している。また、最新の測長データは、順々にキャッシュＲＡＭ４３に蓄えられていく。測長サンプリングのｎサンプリング後の状態を模式的に示す図１１（ｂ）のキャッシュＲＡＭ４３では、測長データとなるサンプリングデータDATA0, DATA1がデータ通信部３６へ送られたため、最古のデータはDATA2となり、最新データはDATA(n+2)となる。データ通信部３６に送られた測長データは所定のサンプリング周期で、ＰＣ２１によって読出される。ＰＣ２１が読出したことを確認し、測長用ＤＳＰ２２は最古のデータから、上記の動作に基づいて測長データをデータ通信部３６へ送っていく。
【０１３９】
このように、本実施の形態によれば、キャッシュＲＡＭ４３としてＦＩＦＯメモリを使用し、ＰＣ２１へ測長データを送るように構成することによって、ＰＣ２１の測長データ読込みサンプリングが低速であっても、測長データを保持することができるため、ＰＣ２１の負荷を増加させず、かつ、測長データを欠落させることなく時系列で被測定物１５の形状データを取得することができる。
【０１４０】
本発明の第六の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、測長用ＤＳＰ２２のデータ取得のサンプリング周期を測長用ＤＳＰ２２自身のハードウェアで持っているタイマ割込み若しくは外部クロックを利用したトリガによる割込み処理によって構築するようにしたものである。即ち、一般的なＤＳＰやＣＰＵには内部タイマ割込みや外部に割込み端子があるので、これを利用して、所定のサンプリング周期で割込み処理を行わせるようにしたものである。
【０１４１】
タイマ割込みを用いる方法について図１２を参照して説明する。タイマ割込みをｔsampに設定しておく。測長用ＤＳＰ２２内のカウンタはメインルーチン（主演算処理）実行中においてクロックをカウントし、カウンタの値がｔsampとなったところで、割込みが発生し、割込みルーチンが実行され、処理が終了するとメインルーチンへ戻る。割込みが発生するまでは測長用ＤＳＰ２２のメインルーチンが実行される。本実施の形態のメインルーチンではＰＣ２１との間でデータ通信部３６を介して測長データや各種フラグの授受の処理を行う。割込みルーチンでは、レーザ測長器９より測長データを取得する処理が行われる。割込みはｔsamp毎に発生することになるため、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、取得された測長データは確実に所定の間隔ｔsampのサンプリング周期となる。
【０１４２】
本発明の第七の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、追従機構部用演算部であるＺ軸コントローラ３０とデータ取得用演算部である測長用ＤＳＰ２２との間で通信を行うデータ通信部４２を共有メモリ４８により構成し、Ｚ軸コントローラ３０が測長用ＤＳＰとの通信において、測長用ＤＳＰ２２からの所定の信号により、所定の異常回避動作を行うようにしたものである。
【０１４３】
このデータ通信部４２としての共有メモリ４８はＺ軸コントローラ３０及び測長用ＤＳＰ２２のメモリ上に配置されている。図１３では測長用ＤＳＰ２２上のメモリアドレスのみを考えて説明する。共有メモリ４８の所定のアドレス空間に通信用のフラグ領域とデータ領域を予め設定しておく。アドレス200800h〜2009FFhの通信フラグ領域では、Ｚ軸コントローラ３０からの命令や測長用ＤＳＰ２２及びレーザ測長器９の状態を示す３２bitの通信フラグFLAG0, FLAG1, FLAG2, …を設定する。アドレス200A00h〜200FFFhのデータ領域では、測長用ＤＳＰ２２がレーザ測長器９から取得した測長データが格納され、Ｚ軸コントローラ３０に渡される。
【０１４４】
本実施の形態では、通信フラグ領域中の通信フラグFLAG1がレーザ測長器異常を示すものとして割当てられているものとする。レーザ測長器９は、空気の揺らぎや、移動速度などによってエラーを発生することがある。また、ハードウェア的な異常が発生する可能性がある。Ｚ軸コントローラ３０が測長データを使用して追従制御を行っていた場合、前記各種エラーによって位置情報が途切れると、Ｚ軸ステージ２が衝突し装置が破損する可能性がある。そこで、Ｚ軸コントローラ３０は通信フラグFLAG1を常時読込むことによって、測長データの異常を検知することができる。Ｚ軸コントローラ３０が異常を検知すると、エンコーダ１３を使用した位置決め制御モードに制御モードを切換えたり、非常停止をすることによって、ステージの衝突を回避することができる。
【０１４５】
本実施の形態によれば、ＰＣ２１を介することなくＺ軸コントローラ３０・測長用ＤＳＰ２２間で直接的にエラー信号を授受できるため、サンプリングによる測長用ＤＳＰ２２とＰＣ２１との間の遅れ、ＰＣ２１とＺ軸コントローラ３０との間の遅れが発生しない、若しくは、最小であるため、ＰＣ２１を介した制御構成よりも安全となる。
【０１４６】
なお、本実施の形態では、Ｚ軸コントローラ３０・測長用ＤＳＰ２２間についての適用例で説明したが、Ｚ，Ｙ軸コントローラ２９・測長用ＤＳＰ２２間についても同様に適用することにより、Ｘ，Ｙ軸における異常回避動作を適切に行わせることが可能となる。
【０１４７】
なお、前述した各実施の形態は、図１に示したような接触式変位計６を搭載した形状測定装置への適用例として説明したが、接触式に限らず、非接触式変位計を搭載した形状測定装置にも同様に適用できる。図１４はその一例として、光ピックアップにおけるフォーカス誤差信号検出法として周知な非点収差法による光プローブ構造の非接触の光学式変位計５１を用いる場合の原理を示すものである。
【０１４８】
図１４及び図１５に基づいて非点収差法を使用した光プローブ構造の光学式変位計５１について説明する。半導体レーザ５２から射出された光は、偏光ビームスプリッタ５３により反射された後、対物レンズ５４で被測定物１５の表面上に集光され、その反射光は再び対物レンズ５４を通り、更に偏光ビームスプリッタ５３、円柱レンズ５５を経て４分割フォトダイオード５６に入射して受光される。
【０１４９】
図１５に受光面に分割受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄを有する４分割フォトダイオード５６とその受光面上に形成されるビームスポット形状を示す。被測定物１５の表面が対物レンズ５４の焦点位置にあるとき、図１５（ｂ）に示すように４分割フォトダイオード３６上に円形のビームスポットを結ぶように調整すると、被測定物１５の表面が遠いときは図１５（ｃ）に示すように横長の楕円ビームスポットになり、被測定物１５の表面が近いときは図１５（ａ）に示すように縦長の楕円ビームスポットとなる。従って、４分割フォトダイオード５６の分割受光領域ａ，ｂ，ｃ，ｄの出力を各々ａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、（５）式よりフォーカス誤差信号Ｓが算出できる。
【０１５０】
Ｓ＝｛（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）……（５）
この（５）式より計算されるフォーカス誤差信号Ｓは図１６に示すように、被測定物１５の表面が近いときは正となり、合焦点位置では零、遠いときは負となる。なお、（５）式において総受光量で除算しているのは、被測定物１５の表面の反射率の影響を受けないように無次元化しているためである。
【０１５１】
非接触式としては、このような光学式に限らず、例えば、静電容量式変位計を用いてもよい。非接触光学式変位計は、静電容量変位計と比較すると測定範囲を広くとることができる反面、測定するターゲットとして光を反射する鏡面とする必要がある。一方、静電容量式変位計の場合には、被測定物１５の表面部分は導電性材料とする必要があるものの、小型化が可能である。
【０１５２】
本発明の第八の実施の形態を図１７に基づいて説明する。前述した各実施の形態は、形状測定装置への適用例として説明したが、本実施の形態は、常時ステージ位置を検出する必要のある精密位置決めステージ用のキャリッジ位置を測定するための測定装置の適用例を示す。
【０１５３】
図１７は精密位置決めステージを示すブロック図的な構成図である。まず、リニアステージ６１上のキャリッジ（＝変位体）６２はサーボモータ（＝キャリッジ駆動部）６３によって駆動される。キャリッジ６３上には被測定面であるミラー６４等の反射面があり、レーザ測長器６５からのレーザを反射させることによって、レーザ測長ユニット（＝測長部）６６においてキャリッジ６２の変位を高精度で測定するというものである。
【０１５４】
本実施の形態においても、前述した実施の形態の場合と同様に、制御演算系として、統括制御用演算部としてのパーソナルコンピュータＰＣ６７と、このＰＣ６７とは別個のデータ取得用演算部としての測長用ＤＳＰ６８とが設けられている。これらのＰＣ６７や測長用ＤＳＰ６８は、前述のＰＣ２１や測長用ＤＳＰ２２と同様に構成されており、その説明を省略する。
【０１５５】
測長用ＤＳＰ６８はレーザ測長ユニット６６から所定のサンプリング周期で測長データを取得する。測長用ＤＳＰ６８で取得した測長データはＰＣ６７に対してデータ通信部６９を介して引き渡される。加えて、測長データは制御用ＤＳＰ７０へも引き渡され、所定の補償器の演算を行い、サーボモータ６３をフィードバック駆動させることによってキャリッジ６２の高精度な位置決めを可能にする。ＰＣ６７は高精度位置決めされるキャリッジ６２の軌跡をミラー６４等の反射面を介して所定のサンプリング周期の時系列データとして取得することができる。
【０１５６】
本発明の第九の実施の形態を図１８に基づいて説明する。本実施の形態は、図１７で説明したような精密位置決めステージを走査光学系ビーム測定装置に応用したものである。走査光学系ビーム測定装置とは、レーザプリンタやデジタル複写機の光書込み系により照射されるレーザビームが感光体上でどのようになっているかを測定する装置である。ステージの基本的な動作は精密位置決めステージと同様であるので、異なる部分のみ説明する。
【０１５７】
レーザダイオード７１から出射されたレーザビームは、モータに取り付けられたポリゴンミラー７２によって偏向走査される。偏向走査されたレーザビームはｆθレンズ７３等の光学系によって所定のビーム径に絞られて、感光体表面に照射される。感光体表面のビーム径や強度によって、感光体表面の帯電状態が変化し、トナーを使用することによって、静電画像を現像する。この感光体に代えて、ＣＣＤカメラ等の受光素子７４を使用して、感光体表面相当位置のビーム径や強度を測定するのが、走査光学系ビーム測定装置である。走査光学系ビーム測定装置のリニアステージ７５のキャリッジ７６上にはＣＣＤカメラ等の受光素子７４が搭載されている。受光素子７４の受光面は、感光体表面相当の位置に配置されている。
【０１５８】
キャリッジ７６を所定速度で走査させながら感光体全域のレーザビームを測定していくとき、感光体表面の位置と測定されたレーザビームとを同時に測定する必要がある。そのため、ステージ制御系と測定系を図１７に示した場合と同じように構成することによって、ＰＣ６７が感光体表面の位置と測定されたレーザビームとを同時に取得することができる。また、受光素子７４で取込んだ画像をＰＣ６７で処理する場合、負荷が大きくなる。測長器データを取得する処理をＰＣ６７から切り離し専用の測長用ＤＳＰ６９を利用することによって、ＰＣ６７の演算負荷を低減させることができる。
【０１５９】
【発明の効果】
本発明の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６０】
また本発明の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６１】
また本発明の形状の測定装置によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１６２】
また本発明によれば、測定装置において、接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用することができる。
【０１６３】
また本発明によれば、測定装置において、非接触式変位計を用いた形状測定装置に好適に適用することができる。
【０１６４】
また本発明によれば、測定装置において、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えるので、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１６５】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部をパラレル通信方式としたので、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部を提供できる。
【０１６６】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部をシリアル通信方式としたので、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長もできる。
【０１６７】
また本発明によれば、測定装置において、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとしたので、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受を高速で行わせることができる。
【０１６８】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えるので、測長部の測長データを欠落することなく計測することができる。
【０１６９】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得するようにしたので、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にすることができる。
【０１７０】
また本発明によれば、測定装置において、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理ができる
【０１７１】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより、上記の測定装置を容易に実現することができる。
【０１７２】
また本発明によれば、測定装置において、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１７３】
また本発明によれば、測定装置において、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行うようにしたので、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる。
【０１７４】
また本発明によれば、測定装置において、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行うようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期にすることができる。
【０１７５】
また本発明によれば、測定装置において、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行うようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避を可能にすることができる。
【０１７６】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより上記の測定装置を容易に実現することができる。
【０１７７】
また本発明の測定方法によれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えるので、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。
【０１７８】
また本発明によれば、測定方法において、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得することにより、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にすることができる。
【０１７９】
また本発明によれば、測定方法において、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部により設定するようにしたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理ができる。
【０１８０】
また本発明によれば、測定方法において、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達させるようにしたので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１８１】
また本発明によれば、測定方法において、データ取得用演算部において、測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行わせることにより、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる
【０１８２】
また本発明によれば、測定方法において、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行わせるようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期にすることができる。
【０１８３】
また本発明の測定装置の動作制御方法によれば、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間をデータ通信部で結び、データ取得用演算部が測長部から取得した測長データに基づき追従機構部用演算部又は走査駆動部用演算部を動作制御させるようにしたので、統括制御用演算部を介することなく通信して制御させることができ、データ取得用演算部の測長データを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１８４】
また本発明によれば、測定装置の動作制御方法において、追従機構部用演算部若しくは走査駆動部用演算部が、データ取得用演算部の所定の信号によって所定の異常回避動作を行わせるようにしたので、統括制御用演算部を介さないため、時間的遅れが最小で安全な異常回避を可能にすることができる。
【０１８５】
また本発明の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８６】
また本発明のキャリッジ位置の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８７】
また本発明の形状の測定装置に用いられる測定制御ユニットによれば、従来では１つの演算部でソフトウェア的な手法により測長部から測長データを取得していたのに対し、統括制御用演算部に加え、データ取得用演算部を備えることによって、統括制御用演算部の負荷を低減させつつ、測長データをサンプリング周期一定で、高速に取込むことができる。また、データ通信部を備えるので、統括制御用演算部とデータ取得用演算部との間で、各種のデータ通信をすることができる。
【０１８８】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、形状測定装置自身側の各演算部とデータ取得用演算部との間にデータ通信部を備えるので、統括制御用演算部を介することなく通信でき、データ取得用演算部のデータを使用した時間遅れのない若しくは時間遅れの少ない制御演算ができる。
【０１８９】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部をパラレル通信方式としたので、一般的なＩ／Ｏポートを使用でき、安価で高速なデータ通信部とすることができる。
【０１９０】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部をシリアル通信方式としたので、パラレル通信方式では通信のbit数以上必要となるポートやケーブルが、数本で可能となるためデータ通信部の構成を簡素化できる上に、ノイズに強い差動信号を利用することによって、通信距離の延長もできる。
【０１９１】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ通信部を双方の演算部から読み書きできる共有メモリとしたので、通信時間はメモリの読み書き時間のみであるため非常に高速であり、かつ、共有メモリ領域を広くすることによって大量のデータの授受を高速で行わせることができる。
【０１９２】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部に所定量の測長データをデータキャッシュ部に蓄えるので、測長部の測長データを欠落することなく計測させることができる。
【０１９３】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部が所定のサンプリング周期で測長部の測長データを取得するようにしたので、バンドパスフィルタ等の後処理を容易にさせることができる。
【０１９４】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、測長データのサンプリング周期はデータ通信部を介して統括制御用演算部より設定できる構成としたので、被測定物の形状測定条件に合わせた測長データ量とすることができ、効率の良いデータ処理を可能にすることができる。
【０１９５】
また本発明によれば、共有メモリを利用することにより上記の測定制御ユニットを容易に実現することができる。
【０１９６】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、先入れ先出し型のデータキャッシュ部に蓄えられた測長データを、蓄えられた順にデータ通信部を介して統括制御用演算部に伝達するように構成したので、統括制御演算部との間の通信が低速であっても、測長部のデータを保持することができるため、統括用演算部の負荷を増加させることなく、かつ、測長データが欠落することなく時系列で計測することができる。
【０１９７】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、データ取得用演算部で測長データの取得だけでなく所定のフィルタ演算処理も行わせるようにしたので、統括制御演算部のデータ演算処理の負荷を低減でき、若しくは、測長データに含まれるノイズ成分を予め除去することができる。
【０１９８】
また本発明によれば、測定制御ユニットにおいて、測長データ取得を演算部の割込み処理によって行い、統括制御用演算部との通信を主演算処理によって行わせるようにしたので、ソフトウェアタイマによる場合と異なり、測長データ取得に関して確実に一定間隔のサンプリング周期とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の接触式変位計を搭載した形状測定装置の測定原理を示す概略構成図である。
【図２】全体構成を示すブロック図である。
【図３】データ通信部の構成例を示すブロック図である。
【図４】データ通信部の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】データ通信部のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【図６】サンプリング処理を示すタイムチャートである。
【図７】その処理制御を示す概略フローチャートである。
【図８】本発明の第二の実施の形態の形状測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態のデータ取得用演算部の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態の共有メモリの構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態のデータ処理例を模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態の割込み処理を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明の第七の実施の形態の共有メモリの構成を示す説明図である。
【図１４】形状測定装置の変形例として非接触式変位計の原理的構成例を示す概略構成図である。
【図１５】その測定原理を説明するための受光素子の説明図である。
【図１６】得られる信号の波形図である。
【図１７】本発明の第八の実施の形態の精密位置決めステージを示すブロック図的な構成図である。
【図１８】走査光学系ビーム測定装置への適用例を示す概略平面図である。
【図１９】従来の全体構成を示すブロック図である。
【図２０】そのサンプリング処理を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 走査駆動部
２ 変位計駆動部、変位体駆動部
６ 変位計、変位体
９ 測長部
２１ 統括制御用演算部
２２ データ取得用演算部
２９ 走査駆動部用演算部
３０ 追従機構部用演算部
３５ 追従機構部
３６ データ通信部
３７，３８ Ｉ／Ｏポート
３９，４０ シリアルポート
４１ 共有メモリ
４２ データ通信部
４３ データキャッシュ部
４８ 共有メモリ
５１ 変位計
６１ キャリッジ、変位体
６３ キャリッジ駆動部、変位体駆動部
６４ 被測定面
６６ 測長部
６７ 統括制御用演算部
６８ データ取得用演算部
Claims (17)
- 変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、
当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、
この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、
前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行う第一のデータ通信部と、
前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行う第二のデータ通信部とを備え、
前記第二のデータ通信部により、前記データ取得用演算部と、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方とが、前記統括制御用演算部を介することなく直接的にデータ通信を行う測定装置。 - 前記データ取得用演算部は、前記統括制御用演算部により前記第一のデータ通信部を介して設定された所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する請求項１記載の測定装置。
- 前記第一のデータ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が所定のサンプリング周期を設定する領域とされている請求項１又は２記載の測定装置。
- 前記データ取得用演算部は、
所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データを一旦蓄えその蓄え順に前記統括制御用演算部側へ出力する先入れ先出し型のデータキャッシュ部を備える請求項１ないし３の何れか一項記載の測定装置。 - 前記データ取得用演算部は、
所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える請求項１ないし４何れか一記載の測定装置。 - 前記データ取得用演算部は、
主演算処理において前記第一のデータ通信部を介して前記統括制御用演算部側との通信を行い、所定のサンプリング周期による割込み処理において測長部から測長データを取得する請求項１ないし５の何れか一記載の測定装置。 - 前記追従機構部に対する追従機構部用演算部又は前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部は、
前記第二のデータ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知する異常検知手段を備え、この異常検知手段により異常が検知された場合に異常回避動作を行わせる異常回避手段と、を備える請求項１ないし６の何れか一記載の測定装置。 - 前記第二のデータ通信部が所定のアドレス空間に通信用フラグ領域とデータ領域とを有する共有メモリからなり、この共有メモリの前記通信用フラグ領域の一部が測長部異常を示す領域とされている請求項７記載の測定装置。
- 変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置であって、当該測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行う第一のデータ通信部と、を備える測定装置に対する動作制御方法であって、
前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間を第二のデータ通信部で結び、
前記第二のデータ通信部により、前記データ取得用演算部が前記統括制御用演算部を介することなく直接的に前記測長部から取得した測長データに基づき、追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部を動作制御させるようにした測定装置の動作制御方法。 - 前記追従機構部用演算部又は前記走査駆動部用演算部が、
前記第二のデータ通信部を介した前記データ取得用演算部との通信において、前記データ取得用演算部からの所定の信号に基づき異常を検知し、異常が検知された場合に異常回避動作を行わせるようにした請求項９記載の測定装置の動作制御方法。 - 変位計を搭載した変位計駆動部と、前記変位計の出力が一定となるように被測定面の表面形状に追従させる前記変位計駆動部を制御する追従機構部と、前記変位計駆動部を前記被測定面の面内方向に走査させる走査駆動部と、前記被測定面の表面形状に追従させたときの前記変位計駆動部の軌跡を測定する測長部とを備え、前記測長部により測定された前記軌跡を前記被測定面の表面形状とする形状の測定装置に用いられる測定制御ユニットであって、
前記測定装置全体をアプリケーションソフトにより統括制御する統括制御用演算部と、
この統括制御用演算部とは別個に設けられて前記測長部により測定された測長データを前記測長部との間の通信により取得するデータ取得用演算部と、
前記統括制御用演算部と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行う第一のデータ通信部と、
前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方と前記データ取得用演算部との間のデータ通信を行う第二のデータ通信部とを備え、
前記第二のデータ通信部により、前記データ取得用演算部と、前記追従機構部に対する追従機構部用演算部と前記走査駆動部に対する走査駆動部用演算部の少なくとも一方とが、前記統括制御用演算部を介することなく直接的にデータ通信を行う測定制御ユニット。 - 前記第一のデータ通信部は、パラレル通信を行うＩ／Ｏポート接続により構成されている請求項１１記載の測定制御ユニット。
- 前記第一のデータ通信部は、シリアル通信を行うシリアルポート接続により構成されている請求項１１記載の測定制御ユニット。
- 前記第一のデータ通信部は、双方の演算部から読み書き可能な共有メモリにより構成されている請求項１１記載の測定制御ユニット。
- 前記データ取得用演算部は、データキャッシュ部に測長データを蓄える請求項１１ないし１４の何れか一記載の測定制御ユニット。
- 前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から測長データを取得する請求項１１ないし１５の何れか一記載の測定制御ユニット。
- 前記データ取得用演算部は、所定のサンプリング周期で前記測長部から取得した測長データに対してフィルタ演算処理を施して出力させるフィルタ演算処理手段を備える請求項１１ないし１６の何れか一記載の測定制御ユニット。
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