JP4159809B2

JP4159809B2 - 非接触測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JP4159809B2
Application number: JP2002170565A
Authority: JP
Inventors: 平三郎中川; 義昭垣野
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP2004012431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を被測定物表面に照射してその反射光を受光する非接触変位計を用い、三角測量法によって被測定物表面の変位量を測定する非接触測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した非接触変位計は、図１０に示す如き基本構造を備える。即ち、図示するように、この非接触変位計３０は、レーザ光を被測定物表面Ｍａに向けて照射する投光素子３１と、被測定物表面Ｍａによって反射されたレーザ光を受光する受光面３２ａを具備し、この受光面３２ａの法線が投光素子３１から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子３２と、投光素子３１と被測定物Ｍとの間に配置され、投光素子３１から照射されたレーザ光を集光して被測定物表面Ｍａに導く投光レンズ３３と、被測定物表面Ｍａのレーザ光受光位置と受光素子３２との間に配置され、被測定物表面Ｍａから反射されたレーザ光を集光して受光素子３２の受光面３２ａに結像せしめる受光レンズ３４などを備え、図１１に示すように、これらが適宜カバー３５内に収容された構成を備える。
【０００３】
受光素子３２に結像されるレーザ光の光量は、図１０に示すように、ガウス分布を示すが、当該受光素子３２では、入光光量のピーク位置を結像位置として認識する。
【０００４】
そして、上記構成の非接触変位計３０は、図１１に示すような三次元測定装置５０の一部として組み込まれ、測定に供される。尚、図中の符号５１は、前記非接触変位計３０を支持する支持部材であり、符号５２は、被測定物Ｍが載置される載置台である。支持部材５１は適宜送り装置（図示せず）によって直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向に移動するように構成され、かかる支持部材５１の移動によって、非接触変位計３０が被測定物Ｍに対して走査せしめられ、当該被測定物Ｍの三次元形状が測定される。
【０００５】
この非接触変位計３０を用いた変位測定の基本原理は、上述の如く三角測量法による。具体的には、図１２に示すように、受光レンズ３４の中心位置と被測定物表面Ｍａとの間の距離をｈ、受光レンズ３４の中心位置と受光素子３２との間の距離をａ、受光素子３２の中心位置Ｌに立てた法線と、投光素子から照射されるレーザ光の光軸とが交差する角度をγとし、被測定物表面Ｍａによって反射されたレーザ光が受光素子３２の中心位置Ｌに受光されるとした場合に、被測定物表面Ｍａが上方にεだけ変位することによって、受光素子３２のレーザ光受光位置が中心位置ＬからΔｇだけずれたとすると、当該変位εは、下式数式１によってこれを算出することができる。
【０００６】
【数１】

【０００７】
したがって、適宜校正処理によって、前記距離ｈ及びａ、角度γ並びにこの関係における前記受光位置（中心位置）Ｌを予め既定値として取得しておけば、上記数式１によって被測定物表面Ｍａの変位を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被測定物表面Ｍａによって反射される前記反射光は、当該被測定物表面Ｍａの性状に依る影響を極めて受け易く、このため、上述した従来の測定方法及び測定装置では、被測定物表面Ｍａの変位を高精度に測定することができないという問題があった。
【０００９】
より具体的に言うと、例えば、旋盤，マシニングセンタ，研削盤といった工作機械によって機械加工された被測定物Ｍの表面は、鏡面のような平滑面ではなく、当該表面には波状の凹凸が形成され、また、工具の走査方向に沿った加工条痕（筋状の加工跡）が形成される。
【００１０】
前記受光面３２ａに受光されるレーザ光の受光光量は、被測定物Ｍの表面が平滑面である場合には、受光領域の中心部において最大となるが、上記のような凹凸や加工条痕が存在する表面では、凸部で強く反射されたり、或いは、斜面で反射方向が変向したりして、前記受光面３２ａにおける受光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレた（偏った）状態となる。そして、このピークのズレによって測定誤差を生じる。
【００１１】
その一方、近時、リードタイムの短縮といった観点から、工作機械で加工されたワークを、そのまま機上で高精度に形状測定し得る測定装置が待望されているが、前記非接触変位計３０は振動等の外乱によって測定精度が影響を受け難いといった優れた特長を有することから、機上計測に最も適したツールであると考えられている。
【００１２】
そこで、本発明者らは、上述した非接触変位計３０の特長を生かしつつ、更にその測定精度を高めるべく鋭意研究を重ねた結果、本発明をなすに至ったものである。
【００１３】
斯くして、本発明は、非接触変位計を用い、三角測量法によって被測定物表面の変位を測定する非接触測定方法及び測定装置において、当該被測定物表面の変位を従来に増して高精度に測定し得る測定方法及び測定装置の提供を、その目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、測定対象領域内に、機械加工による加工条痕が一方向に整列して形成された被測定物表面の変位量を測定する方法であって、
レーザ光を被測定物表面に照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとを備えた非接触変位計を用い、
前記投光素子から被測定物表面にレーザ光を照射して、その反射光を前記受光素子に受光せしめ、該受光素子受光面の受光位置を検出して、検出された受光位置、並びに前記投光素子，受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を測定する方法において、
前記加工条痕の有無及びその整列方向を、前記被測定物の機械加工に用いたＮＣプログラム若しくは該ＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータを基に、条痕認識手段によって認識し、認識した結果に基づいて、前記非接触変位計を、その前記投光素子，受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕と平行となるように配置して、前記測定を行うようにしたことを特徴とする非接触測定方法に係る。
【００１５】
そして、この非接触測定方法は、以下の非接触測定装置によって、これを好適に実施することができる。
【００１６】
即ち、上記非接触測定装置は、
被測定物が載置される載置台と、
前記載置台上の被測定物表面にレーザ光を照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとからなる非接触変位計と、
前記非接触変位計を支持する支持手段と、
前記支持手段と載置台とを直交３軸方向に相対移動させる送り機構部と、
前記直交３軸方向における前記支持手段と載置台との間の相対位置を検出する位置検出器と、
前記送り機構部の作動を制御する送り制御手段と、
前記被測定物の機械加工に用いたＮＣプログラム若しくは該ＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータを記憶する記憶手段と、
前記非接触変位計の受光素子からその受光位置に係るデータを受信し、受信した受光位置、並びに前記投光素子，受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を算出し、算出した変位量から前記被測定物に係る形状データを生成する形状データ生成手段と、
前記被測定物表面の測定対象領域に、機械加工によって形成され、一方向に整列された加工条痕が存在するか否か、及び該加工条痕の前記整列方向を、前記記憶手段に格納されたＮＣプログラム若しくはツールパスデータを基に認識する条痕認識手段と、
前記非接触変位計を、その投光素子から照射されるレーザ光の光軸周りに回転させる回転駆動手段と、
前記条痕認識手段から認識信号を受信し、前記条痕認識手段によって加工条痕の存在が確認された場合に、前記非接触変位計の前記投光素子，受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕に対して平行となるように、前記回転駆動手段の作動を制御して前記非接触変位計の回転位置を制御する回転制御手段とを設けて構成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、本例では、工作機械で加工されたワークを機上で測定するように構成された測定装置について説明する。したがって、本測定装置は、工作機械の機構部分及び制御部分の一部をそのまま測定用に利用した構成として観念され、以下、当該工作機械の機構部分及び制御部分を含めて測定装置と呼ぶこととする。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る測定装置の概略構成を示した側面図であり、図２は、そのブロック図である。図１に示すように、本例の測定装置１は、ベッド１１と、このベッド１１上に立設されたコラム１２と、コラム１２に上下方向（矢示Ｚ軸方向）に移動可能に支持された主軸頭１３と、主軸頭１３に回転自在に支持された主軸１６と、ベッド１１上に矢示Ｙ軸方向に移動可能に設けられたサドル１９と、このサドル１９上に紙面に対し直交する方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられたテーブル２０と、主軸１６に保持される非接触変位計３０と、数値制御装置４０などから構成される。
【００１９】
図２に示すように、前記主軸頭１３は送り機構部１４によって駆動され、そのＺ軸方向における位置が送り機構部１４に付設された位置検出器１５によって検出される。また、主軸１６は駆動モータ１７によって回転駆動され、その回転位置が当該主軸１６に付設された回転位置検出器１８によって検出される。
【００２０】
また、前記サドル１９は送り機構部２３によって駆動され、そのＹ軸方向における位置が送り機構部２３に付設された位置検出器２４によって検出される。同様に、前記テーブル２０は送り機構部２１によって駆動され、そのＸ軸方向における位置が送り機構部２１に付設された位置検出器２２によって検出される。
【００２１】
また、前記非接触変位計３０は、上述の図１０及び図１１に示したものと同様の構成を備える。
【００２２】
尚、前記位置検出器１５，２２，２４はそれぞれ磁気スケールや光学スケールなどからなり、回転位置検出器１８は光学式のパルスエンコーダなどからなる。
【００２３】
前記数値制御装置４０は、データ記億部４１，プログラム解析部４２，送り制御部４３，主軸制御部４４，変位計制御部４６，加工条痕認識部４５，形状データ生成部４７などから構成される。
【００２４】
データ記憶部４１はＮＣプログラム，ツールパスデータ，測定プログラム，形状データといった各種プログラムやデータが格納される機能部であり、数値制御装置４０に接続された入出力装置５０から前記プログラムやデータが入力され、当該データ記憶部４１に格納される。このデータ記憶部４１内に格納されたプログラムやデータは、入出力装置５０の出力部に出力されるようになっており、その内容を、当該出力部を通して確認することができるようになっている。
【００２５】
尚、前記加工プログラムは、言うまでもなく、加工順序にしたがって主軸の回転（回転開始，回転停止，回転方向）、その回転角度や回転速度、送り軸、その移動位置や送り速度といった指令をＮＣコードで記述したものである。
【００２６】
また、測定プログラムも同様に、主軸の回転角度、送り軸、その移動位置や送り速度、測定の開始や終了といった指令を、ＮＣコードを含む特定のコードで記述したものである。
【００２７】
例えば、図３に示すように、テーブル２０上に載置された被測定物Ｍの表面Ｍａに適宜設定した測定位置Ｐ_１〜Ｐ_１４の変位量を順次測定する場合、当該測定プログラムでは、まず、測定の開始が指令され、次に、主軸１６の初期回転角度が指令された後、主軸１６に装着された非接触変位計３０を前記各測定位置Ｐ_１〜Ｐ_１４の上方の所定位置に移動させるための座標位置（各送り軸における位置）とその位置に移動する移動速度が順次指令され、最後に測定の終了が指令される。
【００２８】
前記プログラム解析部４２は、前記データ記憶部４１に格納されたプログラムを順次読み出して、これを実行する機能部であり、例えば、ＮＣプログラムを実行する場合には、プログラム中に指定された主軸の回転、その回転角度や回転速度、送り軸、その移動位置や送り速度といった指令を認識し、指令に応じた制御信号を前記送り制御部４３や主軸制御部４４に送信する。また、測定プログラムを実行する場合には、プログラム中に指定された主軸の回転角度、送り軸、その移動位置や送り速度、測定の開始や終了といった指令を認識し、指令に応じた制御信号を前記送り制御部４３，主軸制御部４４，加工条痕認識部４５，変位計制御部４６や形状データ生成部４７に送信する。
【００２９】
前記送り制御部４３は、前記プログラム解析部４２から受信した送り軸，移動位置，送り速度などに関する制御信号に従い、制御対象の各送り機構部１４，２１，２３を各位置検出器１５，２２，２４からフィードバックされる位置信号を基にフィードバック制御して、主軸頭１３，サドル１９やテーブル２０を指令位置に移動させる。これにより、テーブル２０上に載置されたワーク（被測定物）と主軸１６とが前記直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）方向に適宜相対移動せしめられる。
【００３０】
前記主軸制御部４４は、前記プログラム解析部４２から受信した主軸の回転，その回転角度や回転速度などに関する制御信号に従い、駆動モータ１７を回転位置検出器１８からフィードバックされる回転位置信号を基にフィードバック制御して、主軸１６を指令角度に割り出したり、指令回転速度で回転させる。
【００３１】
前記変位計制御部４６は、前記プログラム解析部４２から受信した制御信号に基づき、前記非接触変位計３０の作動を制御する。具体的には、前記プログラム解析部４２から測定開始信号を受信して前記非接触変位計３０の投光素子３１からレーザ光を照射させ、測定終了信号を受信してレーザ光の照射を停止させる。
【００３２】
前記加工条痕認識部４５は、図４に示した処理を実行する。即ち、前記プログラム解析部４２から測定開始信号を受信して処理を開始し（ステップＳ１）、ついで、前記プログラム解析部４２から非接触変位計３０の移動位置（測定位置）に係る信号を受信すると（ステップＳ２）、データ記憶部４１に格納されたＮＣプログラム若しくは当該ＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータを解析して、当該測定位置を含む所定領域内に存在する加工条痕の角度（本例では、Ｘ軸−Ｙ軸平面における角度）を算出（認識）する（ステップＳ３）。
【００３３】
通常、工作機械によって加工された被測定物Ｍの加工表面には、図５に示すように、工具Ｔの走査方向に沿った加工条痕（筋状の加工跡）Ｔ_Ｍが形成される。尚、図５は、一例としてボールエンドミルによって加工された被測定物Ｍの加工表面を図示したものである。
【００３４】
かかる加工条痕Ｔ_ＭのＸ軸−Ｙ軸平面における角度（図６における角度θ）は、データ記憶部４１に格納されたＮＣプログラム若しくはこのＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータからこれを容易に算出することができ、前記加工条痕認識部４５は算出した角度データを主軸制御部４４に送信し、主軸制御部４４は受信した角度位置に主軸１６を回転させる。
【００３５】
前記非接触変位計３０は、主軸１６の回転角度が０°のとき、投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面が前記Ｘ軸と平行になるように、前記主軸１６に装着されており、主軸１６が加工条痕Ｔ_Ｍと一致する角度に回転せしめられると、図７に示すように、非接触変位計３０の投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面が加工条痕Ｔ_Ｍと平行になる。
【００３６】
以後、加工条痕認識部４５は、プログラム解析部４２から非接触変位計３０の測定位置に係る信号を受信するたびに、上記加工条痕Ｔ_Ｍの角度を算出してこれを主軸制御部４４に送信し（ステップＳ５）、プログラム解析部４２から測定終了信号を受信した後、処理を終了する（ステップＳ６）。
【００３７】
前記形状データ生成部４７は、前記プログラム解析部４２から測定開始信号を受信して処理を開始し、非接触変位計３０が測定位置に移動したとき、その受光素子３２によって検出された受光位置データ（図１２に示したΔｇ）を受信する。そして、受信した受光位置データを基に三角測量法によって測定位置の変位量を算出し、算出した変位量と前記位置検出器１５から受信した位置信号とを基に、所定の基準位置に対する当該測定位置のＺ軸方向における位置を算出し、算出したＺ軸方向の位置データと、Ｘ軸−Ｙ軸平面における測定位置の位置データとを関連付けて、これを当該測定位置の三次元位置データとしてデータ記憶部４１に格納する。
【００３８】
以上の構成を備えた本例の測定装置１では、テーブル２０上に載置された被測定物Ｍの形状が、以下のようにして測定される。尚、被測定物Ｍは、データ記憶部４１に格納されたＮＣプログラムに基づいて、図３に示した形状に加工され、当該加工済みの被測定物Ｍがそのまま機上で測定されるものとする。また、測定は、被測定物表面Ｍａに設定された測定位置Ｐ_１〜Ｐ_１４のＺ軸方向における位置を測定するものとする。
【００３９】
まず、プログラム解析部４２によりデータ記憶部４１から測定プログラムが読み出され、当該測定プログラムが順次実行される。
【００４０】
即ち、まず、非接触変位計３０の投光素子３１からレーザ光が照射せしめられ、レーザ光が照射された状態で当該非接触変位計３０が、測定位置Ｐ_１の上方に移動せしめられる。その際、測定位置Ｐ_１を含む所定領域内に形成された加工条痕Ｔ_Ｍの角度が、前記加工条痕認識部４５によって認識され、認識された角度となるように主軸１６が回転せしめられる。これにより、当該主軸１６に装着された非接触変位計３０の投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面が前記加工条痕Ｔ_Ｍと平行になる。
【００４１】
次に、非接触変位計３０の受光素子３２によって検出された受光位置データが、形状データ生成部４７によってサンプリングされ、サンプリングされた受光位置データを基に三角測量法によって測定位置Ｐ_１の変位量が算出される。ついで、算出された変位量を基に、所定の基準位置に対する当該測定位置Ｐ_１のＺ軸方向における位置が算出され、算出されたＺ軸方向の位置データと、Ｘ軸−Ｙ軸平面における測定位置Ｐ_１の位置データとが関連付けられて、これが当該測定位置Ｐ_１の三次元位置データ（形状データ）としてデータ記憶部４１に格納される。
【００４２】
以後、順次、非接触変位計３０が測定位置Ｐ_２〜Ｐ_１４の上方に移動せしめられ、上述の如くして、各測定位置Ｐ_２〜Ｐ_１４における三次元位置が測定され、測定された三次元位置データがデータ記憶部４１に格納される。そして、全ての測定位置Ｐ_１〜Ｐ_１４についての測定が終了した後、当該測定処理が終了される。
【００４３】
上述したように、レーザ光による非接触変位計３０では、被測定物表面Ｍａによって反射されるレーザ反射光が、当該被測定物表面Ｍａの性状に極めて影響され易く、このために、被測定物表面Ｍａの変位量を高精度に測定することができないという根本的な問題がある。
【００４４】
しかしながら、本実施形態では、上述したように、非接触変位計３０の姿勢を、その投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面が、被測定物表面Ｍａの測定対象領域内に存在する加工条痕Ｔ_Ｍに対して平行となる姿勢としているので、前記受光素子３２に受光される光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレるのを防止することができ、当該変位量を高精度に測定することができる。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、上述した非接触変位計３０の有する問題点を解決し、変位量を高精度に測定することができるが、かかる本実施形態、即ち、本発明における効果を下記実験例によってより具体的に実証する。
【００４６】
（実験例１）
非接触変位計３０として、レーザフォーカス変位計（ＬＴ−８１１０、キーエンス社製）を用い、図８（ａ）に示すように、試料Ｍをテーブル２０上に載置して、非接触変位計３０をＸ軸方向に走査し、前記試料Ｍ表面の変位量を連続的にサンプリング（測定距離１０ｍｍで５０００点）した後、ＪＩＳＢ０６０１に従って、その表面粗さＲ_ＺＬを算出した。
【００４７】
尚、非接触変位計３０のレーザ光径は３０μｍであり、図１２に示すｈ，γ，ａの値は、それぞれｈ＝３０ｍｍ，γ＝４０°，ａ＝１０ｍｍであった。また、試料Ｍには、表面粗さがＲ_ｙ＝６．０μｍとＲ_ｙ＝１１．６μｍ（いずれも接触式表面粗さ計で測定）に研削加工された２種類の鋼片を用いた。
【００４８】
また、試料Ｍに形成された加工条痕（研削痕）Ｔ_ＭがＹ軸と平行になるように、当該試料Ｍをテーブル２０上に載置するとともに、主軸１６の回転角度αが０°のとき、図１０に示した投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面がＸ軸、即ち加工条根Ｔ_Ｍと直交するように、当該非接触変位計３０を主軸１６に装着し、主軸１６の回転角度αを、０°（図８（ｂ）），１０°，２０°，３０°，４０°，４５°，５０°，６０°，７０°，８０°，９０°（図８（ｃ））としてＸ軸方向に走査し、上記の如く試料Ｍの表面粗さＲ_ＺＬを測定した。その結果を図９に示す。
【００４９】
図９から明らかなように、主軸１６の回転角度αが９０°のとき、即ち、前記投光素子３１，受光素子３２，投光レンズ３３及び受光レンズ３４を含む平面が加工条根Ｔ_Ｍと平行となるように、当該非接触変位計３０を配置することで、その測定精度を高めることができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。例えば、上例では、制御系を工作機械の数値制御装置４０内に組み込んだ構成としたが、これに限られるものではなく、かかる制御系を工作機械の数値制御装置４０とは別個に設けた構成としても良い。更に、上例では、被測定物Ｍを工作機械上で測定し得る構成としたが、言うまでもなく、測定装置を工作機械とは別に設けた構成とすることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、非接触変位計の姿勢を、その投光素子，受光素子及び受光レンズを含む平面が、被測定物表面の測定対象領域内に存在する加工条痕に対して平行となる姿勢としているので、受光素子に受光される光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレるのを防止することができ、当該変位量を高精度に測定することができる。
【００５２】
斯くして、本発明によれば、外乱の影響を受け難いという特長を備えた非接触変位計の測定精度を高めることができるので、かかる非接触変位計を用いることで、工作機械で加工された加工品をそのまま機上で測定することが可能である。これにより、当該加工におけるリードタイムの短縮など、その生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る非接触測定装置の概略構成を示した側面図である。
【図２】本実施形態に係る非接触測定装置の概略構成を示したブロック図である。
【図３】本実施形態に係る測定手順を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態の加工条痕認識部における処理手順をしめしたフローチャートである。
【図５】本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図８】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、実験例１の内容を説明するための説明図である。
【図９】実験例１における測定結果を示したグラフである。
【図１０】非接触変位計の基本構造を説明するための説明図である。
【図１１】非接触変位計を備えた測定装置の基本構成を説明するための説明図である。
【図１２】三角測量法による変位測定の基本原理について説明するための説明図である。
【符号の説明】
１測定装置
１６主軸
１７駆動モータ
１８回転位置検出器
２０テーブル
１４，２１，２３送り機構部
１５，２２，２４位置検出器
３０非接触変位計
３１投光素子
３２受光素子
３３投光レンズ
３４受光レンズ
４０数値制御装置
４１データ記憶部
４２プログラム解析部
４３送り制御部
４４主軸制御部
４５加工条痕認識部
４６変位計制御部
４７形状データ生成部

Claims

測定対象領域内に、機械加工による加工条痕が一方向に整列して形成された被測定物表面の変位量を測定する方法であって、
レーザ光を被測定物表面に照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとを備えた非接触変位計を用い、
前記投光素子から被測定物表面にレーザ光を照射して、その反射光を前記受光素子に受光せしめ、該受光素子受光面の受光位置を検出して、検出された受光位置、並びに前記投光素子，受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を測定する方法において、
前記加工条痕の有無及びその整列方向を、前記被測定物の機械加工に用いたＮＣプログラム若しくは該ＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータを基に、条痕認識手段によって認識し、認識した結果に基づいて、前記非接触変位計を、その前記投光素子，受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕と平行となるように配置して、前記測定を行うようにしたことを特徴とする非接触測定方法。
被測定物が載置される載置台と、
前記載置台上の被測定物表面にレーザ光を照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとからなる非接触変位計と、
前記非接触変位計を支持する支持手段と、
前記支持手段と載置台とを直交３軸方向に相対移動させる送り機構部と、
前記直交３軸方向における前記支持手段と載置台との間の相対位置を検出する位置検出器と、
前記送り機構部の作動を制御する送り制御手段と、
前記被測定物の機械加工に用いたＮＣプログラム若しくは該ＮＣプログラムを生成するためのツールパスデータを記憶する記憶手段と、
前記非接触変位計の受光素子からその受光位置に係るデータを受信し、受信した受光位置、並びに前記投光素子，受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を算出し、算出した変位量から前記被測定物に係る形状データを生成する形状データ生成手段と、
前記被測定物表面の測定対象領域に、機械加工によって形成され、一方向に整列された加工条痕が存在するか否か、及び該加工条痕の前記整列方向を、前記記憶手段に格納されたＮＣプログラム若しくはツールパスデータを基に認識する条痕認識手段と、
前記非接触変位計を、その投光素子から照射されるレーザ光の光軸周りに回転させる回転駆動手段と、
前記条痕認識手段から認識信号を受信し、前記条痕認識手段によって加工条痕の存在が確認された場合に、前記非接触変位計の前記投光素子，受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕に対して平行となるように、前記回転駆動手段の作動を制御して前記非接触変位計の回転位置を制御する回転制御手段とを設けて構成したことを特徴とする非接触測定装置。