JP4309727B2 - 測定用治具およびこれを用いた三次元形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の表面および裏面の三次元形状を測定するための測定用治具およびこの測定用治具を用いた三次元形状測定方法に関する。

非球面を有する非球面レンズ等の表裏面の形状を、接触式プローブあるいは非接触式プローブを走査して測定する形状測定方法が知られている。プローブの走査方式としては、被測定物をθ方向に回転させながらプローブをＸ方向に走査する方式（以下「Ｒθ走査方式」という）と、被測定物に対してプローブを相対的にＸ方向およびＹ方向に走査する方式（以下「ＸＹ走査方式」という）がある。

例えば特開２００１−３２４３１１号公報は、Ｒθ走査方式を用いて被測定物の表裏面の三次元形状を測定する三次元形状測定方法のひとつを開示している。この三次元形状測定方法で使用される形状測定機を図８に示す。ここで、非球面レンズ１２が被測定物である。この非球面レンズ１２は、θステージ１１に支持されている。そして、非球面レンズ１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂに対向して、二つの光プローブ１３ａおよび１３ｂが配置されている。

この三次元形状測定機では、θステージ１１の回転軸に対して被測定物の軸が略一致するように、非球面レンズ１２をセッティングする。そして、θステージ１１により、非球面レンズ１２を回転させる。続いて、回転する非球面レンズ１２に対して、二つの光プローブ１３ａおよび１３ｂが、θステージ１１の回転軸に直交するＸ方向に走査される。その際、二つの光プローブ１３ａおよび１３ｂは、それぞれ非球面レンズ１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂのＺ方向（θステージ１１の回転軸と平行な方向）の変化に追従しながら移動する。光プローブ１３ａおよび光プローブ１３ｂの位置座標は、レーザー測長器１４ａおよび１４ｂにより測定される。そして、このときのθステージ１１のθ座標、光プローブ１３ａ，１３ｂのＸ座標およびＺ座標から、非球面レンズ１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂの形状測定が行われる。従って、非球面レンズ１２のセッティングをやり直すことなく、非球面レンズ１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂの形状測定が可能である。

また、非球面レンズ１２の軸とθステージ１１の回転軸とを略一致させて被測定物を回転させるので、被測定物の同一半径上の形状は略一定となる。このようなことから、プローブ１３ａおよび１３ｂの位置制御が容易となり、走査速度を早くできる。このように、Ｒθ走査方式の形状測定方法は、被測定面が回転対称な形状の場合には、ＸＹ走査方式の形状測定方法に比べて測定時間の短縮が可能であるという特徴がある。

また特開２００２−７１３４４号公報は、ＸＹ走査方式を用いて被測定物の表裏面の三次元形状を測定する方法のひとつを開示している。この形状測定方法を図９に示す。ここで、レンズ２１が被測定物である。この測定方法では、レンズ２１の被測定面２１ａ上を、測定プローブ２４がＸ方向およびＹ方向に走査する。これにより、測定プローブ２４のＸＹ座標位置でのＺ座標を求め、被測定面２１ａの形状測定を行なう。ここで、レンズ２１は、レンズ２１の表面２１ａと裏面２１ｂが露出するように、測定用治具２２に支持されている。なお、この測定用治具２２には、三つの位置決め球２３の表裏面が露出した状態で固定されている。

測定方法について説明する。まず、レンズ２１の表面２１ａが上を向いた状態にして測定用治具２２を定盤上に固定する。そして、測定プローブ２４により、三つの位置決め球２３の表面、およびレンズ２１の表面２１ａの形状測定を行う。続いて、三つの位置決め球２３の表面の測定データから、測定用治具２２の基準座標を決定する。そして、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の表面２１ａのずれを求める。その後、測定用治具２２を１８０度回転（表裏反転）させ、レンズ２１の裏面２１ｂが上を向いた状態にして定盤上に固定する。そして、三つの位置決め球２３の裏面、およびレンズ２１の裏面２１ｂの形状測定を行う。続いて、三つの位置決め球２３の裏面の測定データから、測定用治具２２の基準座標を決定する。そして、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の裏面２１ｂのずれを求める。このように、測定用治具２２の基準座標に対するレンズ２１の表面２１ａのずれと裏面２１ｂのずれから、レンズ２１の表面２１ａと裏面２１ｂの相対的位置ずれを求める。

また特開２００１−５６２１７号公報には、測定用治具で決定される基準座標に対する非球面レンズの表面形状を測定する別の方法を開示している。この形状測定方法を、図１０に示す。ここで、非球面レンズ３１が被測定物である。この方法では、まず、非球面レンズ３１を、測定用治具３２に固定する。この測定用治具３２には、上側平面部分３２ａとエッジ部分３２ｂが設けられている。そして、非球面レンズ３１の表面３１ａの形状と測定用治具３２の基準部分の形状をプローブ３３で測定する。続いて、非球面レンズ３１の表面３１ａの測定データを、測定用治具３２の基準部分から決定される基準座標系に対する形状データに変換する。このようにして、非球面レンズ３１の表面３１ａの形状を求める。
特開２００１−３２４３１１号公報 特開２００２−７１３４４号公報 特開２００１−５６２１７号公報

図８に示した従来技術では、被測定物のセッティングをやり直すことなく表面および裏面の形状測定が可能である。しかし、プローブとプローブの位置制御を行なう駆動機構、およびプローブの位置座標を測定するための測長器がそれぞれ二つ必要である。そのため、装置構成が複雑となり、装置が大きくなってしまう。

これに対し、図９に示した従来技術では、測定用治具２２を用いることにより、一つのプローブで被測定物の表面および裏面の形状測定が可能であり、かつ表面と裏面の相対位置関係も測定可能である。しかしながら、測定用治具２２には、三つの位置決め球２３が設けられている。そのため、この測定用治具２２を、図８に示すようなＲθ走査方式の形状測定方法に用いると、三つの位置決め球２３はθステージ１１の回転軸に対して回転対称な形状とはならない。その結果、位置決め球２３の形状をＲθ走査方式で測定するためには、走査速度を非常に遅くする必要があり、測定時間が長くなってしまう。

また、図１０に示した従来技術では、測定用治具の基準部分により決定される基準座標に対する被測定物の表面の形状を求めることはできる。しかしながら、被測定物の裏面の形状は測定できないため、被測定物の表面と裏面の相対位置関係が分からない。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、測定装置の複雑化や大型化させることなく、被測定物の表面と裏面の相対的な位置ずれを測定可能とする測定用治具を提供することである。また、本発明の他の目的は、この測定用治具を用いた三次元形状測定方法を提供することである。

本発明は、ひとつには、被測定物の表面と裏面の三次元形状を測定するための測定用治具に向けられており、以下の各項に列記する測定用治具を含んでいる。

１． 本発明の測定用治具は、基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を保持する保持部と、前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用の検出部とを有することを特徴とする。

この測定用治具は、第一実施形態および第二実施形態が対応する。

２． 本発明の別の測定用治具は、第１項の測定用治具において、前記回転角度の原点設定用の検出部は、外周面に設けられた検出部材であることを特徴とする。

この測定用治具は、第一実施形態が対応する。

３． 本発明の別の測定用治具は、第１項の測定用治具において、前記回転角度の原点設定用の検出部は、第一基準面および第二基準面に形成されたマーキングであることを特徴とする。

この測定用治具は、第二実施形態が対応する。

４． 本発明の別の測定用治具は、第１項〜第３項の測定用治具において、前記第一の基準面および前記第二の基準面の形状は、前記基準軸を中心とした円錐面あるいは二次曲面の一部であることを特徴とする。

この測定用治具は、第一実施形態および第二実施形態が対応する。

本発明は、ひとつには、基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、外周面に設けられた前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用の検出部材とを有する測定用治具を用いた三次元形状測定方法に向けられており、下記の三次元形状測定方法を含んでいる。

５． 本発明の三次元形状測定方法は、前記測定用治具に、前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を固定する工程と、プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の表面の形状測定データと、前記第一の基準面の形状測定データを同一座標系で取得すると共に、前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを取得する第一の測定工程と、前記プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の裏面の形状測定データと、前記第二の基準面の形状測定データを同一座標系で取得すると共に、前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを取得する第二の測定工程と、前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを用いて、前記第一の基準面の形状測定データと前記第二の基準面の形状測定データとの間の前記基準軸を回転中心とした回転角度の相対的な誤差を補正する工程と、前記第一の基準面の形状測定データと前記第一の基準面の設計形状データから第一の座標変換量を算出する工程と、前記第二の基準面の形状測定データと前記第二の基準面の設計形状データから第二の座標変換量を算出する工程と、前記第一の座標変換量および前記第二の座標変換量を用いて、前記被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データを座標変換する工程とを有することを特徴とする。

この三次元形状測定方法は、第一実施形態が対応する。

この三次元形状測定方法によれば、被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データに含まれる被測定物のセッティング誤差を、測定用治具の第一の基準面と第二の基準面の形状測定データおよび回転角度の原点設定用の検出部材のデータを用いて補正することが可能となり、一つのプローブで被測定物の表面および裏面の相対的な位置関係を含めた三次元形状を測定できる。

本発明は、ひとつには、基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、前記第一基準面および第二基準面に形成された、前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用のマーキングとを有する測定用治具を用いた三次元形状測定方法に向けられており、下記の三次元形状測定方法を含んでいる。

６． 本発明の三次元形状測定方法は、前記測定用治具に、前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を固定する工程と、プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の表面の形状測定データと、前記第一の基準面の形状測定データと、前記第一の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データを同一座標系で取得する第一の測定工程と、前記プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の裏面の形状測定データと、前記第二の基準面の形状測定データと、前記第二の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データを同一座標系で取得する第二の測定工程と、前記第一の基準面の形状測定データと、前記第一の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データと、前記第一の基準面の設計形状データから第一の座標変換量を算出する工程と、前記第二の基準面の形状測定データと、前記第二の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データと、前記第二の基準面の設計形状データから第二の座標変換量を算出する工程と、前記第一の座標変換量および前記第二の座標変換量を用いて、前記被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データを座標変換する工程とを有することを特徴とする。

この三次元形状測定方法は、第二実施形態が対応する。

この三次元形状測定方法によれば、被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データに含まれる被測定物のセッティング誤差を、測定用治具の第一の基準面と第二の基準面の形状測定データおよび第一基準面と第二基準面に形成された回転角度の原点設定用のマーキングの形状測定データを用いて補正することが可能となり、一つのプローブで被測定物の表面および裏面の相対的な位置関係を含めた三次元形状を測定できる。

７． 本発明の別の三次元形状測定方法は、第５項または第６項の三次元形状測定方法において、前記第一の測定工程および前記第二の測定工程は、前記測定用治具を回転手段により回転させると共に、この回転手段の回転角（θ）を測定し、前記プローブを前記回転手段により回転する前記被測定物あるいは前記測定用治具の高さ方向（Ｚ軸方向）の変化に追従させながら前記回転手段の回転軸と直交する方向（Ｘ軸方向）に移動すると共に、前記プローブのＸＺ座標を測定し、前記回転手段の回転角（θ）と前記プローブの座標（ｘ，ｚ）を座標値として取り込み、形状測定データを取得する工程であることを特徴とする。

この三次元形状測定方法は、第一実施形態および第二実施形態が対応する。

この三次元形状測定方法によれば、被測定物の表面および測定用治具の第一の基準面の形状と、被測定物の裏面および測定用治具の第二の基準面の形状を、Ｒθ走査方式の形状測定方法で測定できるので、測定時間の短縮が可能である。

本発明の測定用治具によれば、測定装置の複雑化や大型化させることなく、被測定物の表面と裏面の相対的な位置ずれが測定可能となる。また、本発明の三次元形状測定方法によれば、測定装置の複雑化や大型化させることなく、被測定物の表面と裏面の相対的な位置ずれを測定することが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

第一実施形態
図１Ａは、本発明の第一実施形態における測定用治具の縦断面図であり、図１Ｂはその平面図である。

図１Ａと図１Ｂに示すように、測定用治具１１０には、被測定物を保持するための保持部１１４が中心部に形成されている。測定用治具１１０は、表面側の穴１１５および裏面側の穴１１６を有している。これらの穴は、保持部１１４で保持された被測定物の被測定面を露出させ、被測定物の表面および裏面の形状を後述するプローブ１４０で測定できるようにするために設けられている。

本実施形態において、被測定物は非球面レンズ１２０である。この非球面レンズ１２０は、表面１２１と裏面１２２が共に非球面である。

保持部１１４の外周部１１８の表面側には、第一の基準面である円錐面１１１が形成されている。一方、保持部１１４の外周部１１８の裏面側には、第二の基準面である円錐面１１２が形成されている。円錐面１１１と円錐面１１２は共に、外周部１１８の外側部分に位置している。

円錐面１１１と円錐面１１２は共に、測定用治具１１０の基準軸１１３に対して傾きを持ち、基準軸１１３を中心とした軸対称な形状である。ここで、基準軸１１３は、測定用治具１１０の機械加工時における加工機の回転軸である。そして、円錐面１１１および円錐面１１２は、この基準軸１１３を形状の軸として高精度に加工されている。円錐面１１１と円錐面１１２は、加工機から測定用治具１１０を取り外すことなく加工できる形状とするのが好ましい。このようにすれば、被加工物である測定用治具１１０の加工機への脱着による誤差を無くすことができる。その結果、円錐面１１１と円錐面１１２の軸を、高精度に一致させることができる。

なお、保持部１１４の形状の中心軸（保持部１１４に固定された被測定物の形状の中心軸）は、基準軸１１３と厳密に一致させる必要はない。両者は、後述するプローブ１４０での被測定物の形状測定時に、被測定物の表面および裏面がＺ方向に大きく振れない程度に合わせればよい。

被測定物を固定する方法としては、ネジや押さえ環等を介して保持部１１４に固定する方法がある。あるいは、接着や嵌合等で、被測定物を直接保持部１１４に固定してもよい。固定方法は問わないが、被測定物を保持部１１４へ固定したときに、できるだけ被測定面に撓みが発生しない方法を用いることが好ましい。

また、測定用治具１１０の外周面には、回転角度の原点設定用の検出部材である円柱状のシャフト１１７がある。

図２は、被測定物と測定用治具と三次元形状測定機の関係を示す概念図である。

図２に示すように、本実施形態の三次元形状測定機は、Ｒθ走査方式の三次元形状測定機である。この三次元形状測定機で、測定用治具１１０に固定した被測定物の被測定面の形状を測定する。三次元形状測定機は、エアースピンドル１３０と、被測定面の形状を測定するプローブ１４０と、不図示のデータ処理部を有している。エアースピンドル１３０は、測定用治具１１０を固定可能な回転部１３１を有する。データ処理部は、形状測定データ等の処理を行なう。

エアースピンドル１３０の回転部１３１は、回転支持部１３２により回転可能に支持され、回転軸１３３を回転中心として高精度にθ方向に回転する。図示していないが、エアースピンドル１３０は、回転部１３１をθ方向に回転させるモータとθ方向の回転角度を検出するロータリーエンコーダを有している。

一方、プローブ１４０は、先端に被測定面と接触する先端球１４１を有している。三次元形状測定機は、図示していないが、さらに、Ｚ駆動部、Ｘ駆動部及び測長器とを有している。ここで、Ｚ駆動部は、先端球１４１と被測定面の間の接触圧を一定に保つように、プローブ１４０のＺ方向（回転軸１３３と平行な方向）の位置制御を行なう。Ｘ駆動部は、プローブ１４０をＸ方向（回転軸１３３と直交する方向）に移動する。測長器は、プローブのＸＺ座標を測定する。

また、この三次元形状測定機には、近接センサー１５０が固定配置されている。近接センサー１５０は、回転部１３１により回転する測定用治具１１０に設けたシャフト１１７がθ方向の所定位置に来たことを検出するための非接触式センサーである。

図３は、本発明の第一実施形態における三次元形状測定方法のフローチャートを示している。以下、図３のフローチャートに従って、本実施形態の三次元形状測定方法について説明する。

測定用治具１１０の保持部１１４に、被測定物である非球面レンズ１２０を固定する（Ｓｔｅｐ１）。非球面レンズ１２０は表面１２１と裏面１２２が共に非球面である。非球面レンズ１２０を測定用治具１１０に固定したら、全ての測定が終了するまで非球面レンズ１２０は測定用治具１１０から取り外さない。

次に、測定用治具１１０を、回転手段であるエアースピンドル１３０の回転部１３１
上に固定する。その際、非球面レンズ１２０の表面１２１が、プローブ１４０と対向
するように測定用治具１１０を配置する（Ｓｔｅｐ２）。なお、測定用治具１１０の
基準軸１１３は、エアースピンドル１３０の回転軸１３３と厳密に一致させる必要は
ない。すなわち、後述するプローブ１４０での被測定面の形状測定時に、被測定面の
高さがＺ方向に大きく振れない程度に合わせればよい。

次に、不図示のＺ駆動部によりプローブ１４０をＺ方向に移動させる。そして、被測定面である非球面レンズ１２０の表面１２１に、プローブ１４０の先端球１４１を接触させ、接触圧を一定に保つ制御を開始する。続いて、エアースピンドル１３０の回転部１３１を回転させる。そして、近接センサー１５０が測定用治具１１０のシャフト１１７を検出した時点で、エアースピンドル１３０のロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。さらに、不図示のＸ駆動部によりプローブ１４０をＸ方向に移動させる。その間、プローブ１４０のＸＺ座標（ｘ，ｚ）とエアースピンドル１３０の回転部１３１の回転角度（θ）を測定して、非球面レンズ１２０の表面１２１の形状測定データ（ｘ_ａ，ｚ_ａ，θ_ａ）（ａ＝１，２，３…）を点列データとして取得する。その後、プローブ１４０を測定用治具１１０の第一の基準面である円錐面１１１に接触させる。そして、非球面レンズ１２０の表面１２１の測定と同様にして、円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ）（ｂ＝１，２，３…）を点列データとして取得する（Ｓｔｅｐ３）。

Ｓｔｅｐ３において、プローブ１４０のＸ方向の移動は、間欠的に行っても、連続的に行ってもよい。つまり、プローブ１４０のＸ方向の位置を、任意の複数箇所で固定して測定することもできる。このようにすると、エアースピンドル１３０の回転軸１３３を中心とした同心円状の形状測定データが得られる。また、プローブ１４０をＸ方向に移動しながら測定すると、スパイラル（渦巻き）状の形状測定データが得られる。取得する形状測定データは、このような同心円状の形状測定データやスパイラル状の形状測定データであってもよく、または、これらを複合した形状測定データであってもよい。

Ｓｔｅｐ３では、非球面レンズ１２０の表面１２１と測定用治具１１０の円錐面１１１の形状を、測定用治具１１０のセッティングを変えることなく測定している。よって、表面１２１の形状測定データと円錐面１１１の形状測定データは、同一測定座標系での測定データとして扱える。

ここで、保持部１１４の形状の中心軸（保持部１１４に固定された被測定物の形状の中心軸）が基準軸１１３と略一致し、かつ測定用治具１１０の基準軸１１３がエアースピンドル１３０の回転軸１３３と略一致している。このため、非球面レンズ１２０の表面１２１および測定用治具１１０の円錐面１１１は、エアースピンドル１３０の回転軸１３３を中心とした略回転対称形状となることから、エアースピンドル１３０の回転部１３１を回転させてもプローブ１４０のＺ方向の位置はあまり変化しない。従って、プローブ１４０のＺ方向の位置制御が容易となることから、回転部１３１の回転やＸ駆動部の移動を高速にすることが可能であり、測定時間の短縮が図れる。

次に、非球面レンズ１２０の裏面１２２がプローブ１４０と対向するように、測定用治具１１０を表裏反転させ、回転手段であるエアースピンドル１３０の回転部１３１上に固定する（Ｓｔｅｐ４）。

Ｓｔｅｐ３と同様の手順で、被測定面である非球面レンズ１２０の裏面１２２にプローブ１４０の先端球１４１を接触させ、接触圧を一定に保つ制御を開始する。そして、回転部１３１を回転させ、近接センサー１５０が測定用治具１１０のシャフト１１７を検出した時点で、エアースピンドル１３０のロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットする。その後、非球面レンズ１２０の裏面１２２の形状測定データ（ｘ_ｃ，ｚ_ｃ，θ_ｃ，）（ｃ＝１，２，３…）と、測定用治具１１０の第二の基準面である円錐面１１２の形状測定データ（ｘ_ｄ，ｚ_ｄ，θ_ｄ）（ｄ＝１，２，３…）を点列データとして取得する（Ｓｔｅｐ５）。

Ｓｔｅｐ３およびＳｔｅｐ５において、シャフト１１７を検出し、エアースピンドル１３０のロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットしている。これにより、測定用治具１１０の表裏反転に伴うθ方向のセッティング誤差を補正することができる。これは、シャフト１１７のデータを用いて、測定用治具１１０のθ方向のセッティング誤差を補正するとも言える。

Ｓｔｅｐ３で取得した形状測定データと同様に、Ｓｔｅｐ５で取得した裏面１２２の形状測定データと円錐面１１２の形状測定データは、同一測定座標系での測定データとして扱える。

Ｓｔｅｐ３で取得した円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ，）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，Ｚ_ｂ）に変換する。そして測定データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，Ｚ_ｂ）を座標変換して円錐面１１１の形状誤差データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，ΔＺ_ｂ）を算出する。

形状誤差データを算出する座標変換は、例えば、特開２００２−１１６０１９号公報で開示されているような方法を用いることができる。すなわち、被測定面の設計式にプローブの先端球の曲率半径を加味した設計形状データと測定データを比較する。そして、最小二乗法やニュートン法等既知の方法を用いて、設計形状データと測定データの間の誤差が最小となるように、測定データを座標変換する。ここで、被測定面は円錐面であるので、座標変換のパラメータとしては、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸に沿った三つの並進移動と、Ｘ軸とＹ軸の周りの二つの回転移動を用いる。

この座標変換の結果から、円錐面１１１の測定データの座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ）を第一の座標変換量として記憶する（Ｓｔｅｐ６）。ここで、Ａ_ｂは円錐面１１１の測定データのＸ軸方向の並進移動量、Ｂ_ｂはＹ軸方向の並進移動量、Ｃ_ｂはＺ軸方向の並進移動量、α_ｂはＸ軸周りの回転移動量、β_ｂはＹ軸周りの回転移動量である。

Ｓｔｅｐ６において、第一の座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ）を求めることにより、三次元形状測定機の測定座標系に対する測定用治具１１０の円錐面１１１のセッティング誤差を算出できる。

次に、Ｓｔｅｐ５で取得した円錐面１１２の形状測定データ（ｘ_ｄ，ｚ_ｄ，θ_ｄ）をＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｄ，Ｙ_ｄ，Ｚ_ｄ）に変換する。そして測定データ（Ｘ_ｄ，Ｙ_ｄ，Ｚ_ｄ）を座標変換して円錐面１１２の形状誤差データ（Ｘ_ｄ，Ｙ_ｄ，ΔＺ_ｄ）を算出する。この座標変換の結果から、円錐面１１２の測定データの座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ）を第二の座標変換量として記憶する（Ｓｔｅｐ７）。ここで、Ａ_ｄは円錐面１１２の測定データのＸ軸方向の並進移動量、Ｂ_ｄはＹ軸方向の並進移動量、Ｃ_ｄはＺ軸方向の並進移動量、α_ｄはＸ軸周りの回転移動量、β_ｄはＹ軸周りの回転移動量である。

Ｓｔｅｐ７において、第二の座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ）を求めることにより、三次元形状測定機の測定座標系に対する測定用治具１１０の円錐面１１２のセッティング誤差を算出できる。

次に、Ｓｔｅｐ６で算出した第一の座標変換量と、Ｓｔｅｐ７で算出した第二の座標変換量を用いて、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の形状測定データを補正する。

ただし、図４Ａに示すように、円錐面１１１の設計形状データは、三次元形状測定機のＸＺθ座標系において、Ｚ軸上の点Ｐ１１１を頂点とした点線Ｓ１１１で示す円錐面で定義される。一方、図４Ｂに示すように、円錐面１１２の設計形状データはＺ軸上の点Ｐ１１２を頂点とした点線Ｓ１１２で示す円錐面で定義される。

しかし、図４Ａの円錐面１１１の設計形状データＳ１１１を基準として考えると、図４Ｂの円錐面１１２の設計形状データＳ１１２は表裏反転している。従って、円錐面１１１の測定データと円錐面１１２の測定データの位置関係を把握するためには、同一測定座標系のデータとする必要がある。そこで、図４Ｃに示すように、円錐面１１２の測定座標系の符号を反転させ、かつ円錐面１１１の頂点Ｐ１１１と円錐面１１２の頂点Ｐ１１２の間隔を理論値Ｌ₀に合わせる処理を行う。

ここで、頂点Ｐ１１１と頂点Ｐ１１２の間隔の理論値Ｌ₀としては、測定用治具１１０を加工するときの加工機の座標値（設計値）を用いてもよく、あるいは円錐面１１１と円錐面１１２の形状を同一座標系で測定可能な、他の高精度な三次元形状測定機等で測定した結果から算出した実測値を用いてもよい。

また、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の測定データを同一座標系で評価するためには、Ｓｔｅｐ７で算出した第二の座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ）についても同様に測定座標系を反転させる必要があるので、各パラメータの符号を反転し、かつＺ軸方向の並進移動量に頂点Ｐ１１１と頂点Ｐ１１２の間隔の理論値Ｌ₀を加味して、新たな第二の座標変換量（−Ａ_ｄ，−Ｂ_ｄ，−Ｃ_ｄ'，−α_ｄ，−β_ｄ）とする。

Ｓｔｅｐ３で取得した非球面レンズ１２０の表面１２１の形状測定データ（ｘ_ａ，ｚ_ａ，θ_ａ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）に変換する。この測定データ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）を第一の座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ）を用いて座標変換し、測定データ（Ｘ_ａ'，Ｙ_ａ'，Ｚ_ａ'）とする。またＳｔｅｐ５で取得した非球面レンズ１２０の裏面１２２の形状測定データ（ｘ_ｃ，ｚ_ｃ，θ_ｃ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）に変換する。この測定データ（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を新たな第二の座標変換量（−Ａ_ｄ，−Ｂ_ｄ，−Ｃ_ｄ'，−α_ｄ，−β_ｄ）を用いて座標変換し、測定データ（Ｘ_ｃ'，Ｙ_ｃ'，Ｚ_ｃ'）とする（Ｓｔｅｐ８）。

これにより、表面１２１の測定データと裏面１２２の測定データを同一座標系のデータとすることができる。

Ｓｔｅｐ８で算出した非球面レンズ１２０の非球面である表面１２１の測定データ（Ｘ_ａ'，Ｙ_ａ'，Ｚ_ａ'）と非球面である裏面１２２の測定データ（Ｘ_ｃ'，Ｙ_ｃ'，Ｚ_ｃ'）により、表面１２１と裏面１２２の相対位置関係を含めた非球面レンズ１２０の三次元形状が分かる（Ｓｔｅｐ９）。

非球面レンズ１２０の表面１２１の非球面軸と裏面１２２の非球面軸の相対位置関係は、例えば、以下のようにして求めることができる。

被測定面である非球面１２１の設計形状データとこの非球面の測定データの間の誤差が最小となるように測定データを座標変換して、非球面１２１の形状誤差データ（Ｘ_ａ'，Ｙ_ａ'，ΔＺ_ａ'）を算出する。同様にして、非球面１２２の形状誤差データ（Ｘ_ｃ'，Ｙ_ｃ'，ΔＺ_ｃ'）を算出する。これらの算出には、最小二乗法やニュートン法等既知の方法を使用することができる。

この座標変換の結果から、非球面１２１の設計形状データに対する非球面１２１の測定データの座標変換量（Ａ_ａ，Ｂ_ａ，Ｃ_ａ，α_ａ，β_ａ）が求められる。ここで、Ａ_ａは非球面１２１の測定データのＸ軸方向の並進移動量、Ｂ_ａはＹ軸方向の並進移動量、Ｃ_ａはＺ軸方向の並進移動量、α_ａはＸ軸周りの回転移動量、β_ａはＹ軸周りの回転移動量である。

同様にして、非球面１２２の測定データの座標変換量（Ａ_ｃ，Ｂ_ｃ，Ｃ_ｃ，α_ｃ，β_ｃ）が求められる。ここで、Ａ_ｃは非球面１２２の測定データのＸ軸方向の並進移動量、Ｂ_ｃはＹ軸方向の並進移動量、Ｃ_ｃはＺ軸方向の並進移動量、α_ｃはＸ軸周りの回転移動量、β_ｃはＹ軸周りの回転移動量である。

非球面１２１の座標変換量（Ａ_ａ，Ｂ_ａ，Ｃ_ａ，α_ａ，β_ａ）と非球面１２２の座標変換量（Ａ_ｃ，Ｂ_ｃ，Ｃ_ｃ，α_ｃ，β_ｃ）の差（Ａ_ａ-Ａ_ｃ，Ｂ_ａ-Ｂ_ｃ，Ｃ_ａ-Ｃ_ｃ，α_ａ-α_ｃ，β_ａ-β_ｃ）から、非球面１２１の非球面軸に対する非球面１２２の非球面軸の相対的な位置関係が分かる。

本実施形態によれば、一つのプローブを有したＲθ走査方式の三次元形状測定機を用いて、被測定物の表面および裏面の相対的な位置ずれを含めた三次元形状を測定できるので、測定機が複雑化・大型化することがなく、また測定時間の短縮が可能である。

本実施形態では、第一の基準面および第二の基準面の形状を、測定用治具１１０の外周部１１８の外側部分に設けた円錐面としているが、これに限定されない。

図５Ａは、図１Ａと図１Ｂに示した測定用治具１１０に代えて適用可能な測定用治具の変形例を示している。図５Ａに示すように、この変形例の測定用治具１１０Ａも、第一の基準面である円錐面１１１Ａと、第二の基準面である円錐面１１２Ａを有している。ただし、測定用治具１１０Ａでは、円錐面１１１Ａと円錐面１１２Ａが共に、保持部１１４の外周部１１８の内側部分に形成されている。このように、基準面である円錐面１１１Ａと円錐面１１２Ａを保持部１１４の側に設けることも可能である。

図５Ｂは、図１Ａと図１Ｂに示した測定用治具１１０に代えて適用可能な測定用治具の別の変形例を示している。図５Ｂに示すように、この変形例の測定用治具１１０Ｂでは、保持部１１４の外周部１１８の表面側に、第一の基準面である二次曲面１１１Ｂが形成されており、保持部１１４の外周部１１８の裏面側に、第二の基準面である二次曲面１１２Ｂが形成されている。二次曲面１１１Ｂは外周部１１８の内側部分に位置し、二次曲面１１２Ｂは外周部１１８の外側部分に位置している。ここで、二次曲面とは、光軸に沿う方向の断面において、二次曲面に相当する部分の断面形状が二次曲線となっている面のことである。このように、第一の基準面および第二の基準面の断面形状を、二次曲線の一部とすることも可能である。

ここで、二次曲線としては、円や放物線や楕円等がある。ただし、基準面の断面形状を円の一部（円弧）とする場合には、図５Ｂの右側の円弧の中心と左側の円弧の中心が一致している（すなわち同一円の円弧である）と、基準軸１１３が一義的に求められない。従って、基準面の断面形状を円とする場合には、右側の円弧の中心と左側の円弧の中心を一致させないことが条件となる。つまり、基準軸１１３を中心とした断面が円であるドーナッツ形状の一部とする（図５Ｃ）。円以外の二次曲線の場合には、右側と左側の断面が同一の二次曲線であっても、基準軸１１３は一義的に求められる。

第一の基準面と第二の基準面は、プローブ１４０で形状測定が可能な形状であればよく、直線や二次曲線の組み合わせであっても構わない。

また、本実施形態では、測定用治具１１０の回転角度の原点設定用の検出部材として円柱状のシャフト１１７を用いているが、検出部材としては板や角柱、あるいは球でもよい。また、検出部材を検出するために近接センサー１５０を用いた構成を説明したが、検出部材を用いて測定用治具１１０がθ方向の所定の角度にきたことを検出できれば、どのようなセンサーであってもよい。

また本実施形態は、形状測定用のプローブとして接触式のプローブ１４０を用いた例を説明したが、公知の光プロ-ブを被測定面との距離を一定に保ちながら走査する非接触式プローブであってもよい。

本実施形態では、Ｒθ走査方式の三次元形状測定機を用いた測定方法を説明したが、ＸＹ走査方式の三次元形状測定機でも同様の測定が可能である。ＸＹ走査方式の三次元形状測定機の場合も、非球面レンズ１２０の表面１２１と測定用治具１１０の円錐面１１１の形状を同一座標系で測定する。ただし、測定用治具１１０のθ方向の位置を算出するため、円柱状のシャフト１１７の表面の形状測定も同一座標系で行う。同様に、非球面レンズ１２０の裏面１２２、測定用治具１１０の円錐面１１２の形状およびシャフト１１７の裏面の形状を同一座標系で測定する。そして、測定用治具１１０の円錐面１１１とシャフト１１７の表面の測定データと、円錐面１１２とシャフト１１７の裏面の測定データを用いて、測定用治具１１０の表裏反転に伴うθ方向の角度誤差の補正をデータ上で行なう。その後、上記Ｓｔｅｐ６以降の手順に準じて、これらの測定データをデータ処理する。これにより、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の相対位置関係を含めた三次元形状を求められる。

第二実施形態
図６Ａは、本発明の第二実施形態における測定用治具の縦断面図であり、図６Ｂはその平面図である。本実施形態の測定用治具は、基本的に第一実施形態の測定用治具に似ている。よって、図６Ａと図６Ｂにおいて、図１Ａや図１Ｂに示した部材と同一の参照符号で指示された部材は、同様の部材を示している。

本実施形態の測定用治具２１０を、図６Ａと図６Ｂに示す。本実施形態の測定用治具２１０は、円柱状のシャフト１１７を持っていない点で、第一実施形態の測定用治具１１０と異なる。代わりに、測定用治具２１０は、第一の基準面である円錐面１１１に刻まれた回転角度の原点設定用の細線２１１と、第二の基準面である円錐面１１２に刻まれた同様の細線２１２（不図示）とを有している。

円錐面１１１の細線２１１と円錐面１１２の細線２１２（不図示）は、回転角度の原点設定用のマーキング（指標）である。これらのマーキングは、測定用治具２１０の基準軸１１３を回転中心としたθ方向（円錐面の母線方向）において、同一角度θ₀の方向を向くように形成されている。なお、これらのマーキングは、基準面の形状を測定するときに、マーキングの位置が検出できればよい。よって、プローブ１４０による基準面の形状測定時に支障がない程度に細く、浅く形成すればよい。

本実施形態における三次元形状測定機の構成や測定のフローチャートは、基本的に第一実施形態と同じである。以下、第一実施形態との相違点に重点をおいて、本実施形態の三次元形状測定方法について説明する。

Ｓｔｅｐ１およびＳｔｅｐ２は、第一実施形態と同じである。

Ｓｔｅｐ３において、プローブ１４０により非球面レンズ１２０の表面１２１の形状測定データ（ｘ_ａ，ｚ_ａ，θ_ａ）（ａ＝１，２，３，・・・）と、円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ）（ｂ＝１，２，３，・・・）を点列データとして取得する。

ただし、第一実施形態では、近接センサー１５０でシャフト１１７を検出した時点で、エアースピンドル１３０のロータリーエンコーダの回転角度（θ）をリセットしている。これに対して、本実施形態では、このような回転角度（θ）のリセットは行なわない。また、円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ）には、細線２１１の形状データも含まれている。

Ｓｔｅｐ４は、第一実施形態と同じである。

Ｓｔｅｐ５において、プローブ１４０により非球面レンズ１２０の裏面１２２の形状測定データ（ｘ_ｃ，ｚ_ｃ，θ_ｃ）（ｃ＝１，２，３，・・・）と、円錐面１１２の形状測定データ（ｘ_ｄ，ｚ_ｄ，θ_ｄ）（ｄ＝１，２，３，・・・）を点列データとして取得する。ただし、本実施形態のＳｔｅｐ３と同様に、エアースピンドル１３０のロータリーエンコーダの回転角度（θ）のリセットは行なわない。また、円錐面１１２の形状測定データ（ｘ_ｄ，ｚ_ｄ，θ_ｄ）には、細線２１２（不図示）の形状データも含まれている。

Ｓｔｅｐ６において、円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ）をＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，Ｚ_ｂ）として、形状誤差データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，ΔＺ_ｂ）を算出する。

細線２１１を設けた円錐面１１１の形状誤差データの例を図７に示す。図７は、同心円状の形状測定データから求めた形状誤差データ（Ｘ_ｂ，Ｙ_ｂ，ΔＺ_ｂ）を、三次元鳥瞰図としてグラフ表示にしたものである。図７に示すように、円錐面１１１の形状誤差を示す同心円状のデータＭには、細線２１１による形状誤差データＮが含まれている。この細線２１１による形状誤差データＮが、Ｘ軸に一致するようなＺ軸周りの回転移動量γ_ｂを算出し記憶する。

そして、このγ_ｂを用いて、円錐面１１１の形状測定データ（ｘ_ｂ，ｚ_ｂ，θ_ｂ）を座標変換することにより、θ方向のセッティング誤差を補正し、新たな形状測定データ（ｘ_ｂ'，ｚ_ｂ'，θ_ｂ'）とする。次に、円錐面１１１の設計形状データに対する円錐面１１１の形状測定データの座標変換量を求めるが、細線２１１による形状誤差データＮは不要であるので削除したほうが、より精度の高い座標変換量を求められる。この新たな形状測定データ（ｘ_ｂ'，ｚ_ｂ'，θ_ｂ'）をＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｂ'，Ｙ_ｂ'，Ｚ_ｂ'）として、形状誤差データ（Ｘ_ｂ'，Ｙ_ｂ'，ΔＺ_ｂ'）を算出する。この座標変換の結果から、円錐面１１１の測定データの座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ）を記憶する。

記憶した座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ）とＺ軸周りの回転移動量γ_ｂを合わせて、第一の座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ，γ_ｂ）として記憶する。これにより、三次元形状測定機の測定座標系に対する測定用治具２１０の円錐面１１１のセッティング誤差を算出できる。

Ｓｔｅｐ７においても、本実施形態のＳｔｅｐ６と同様に、円錐面１１２の細線２１２（不図示）による形状誤差データから、円錐面１１２の形状測定データのＺ軸周りの回転移動量γ_ｄを算出する。そして、円錐面１１２の測定データの座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ）と合わせて、第二の座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ，γ_ｄ）として記憶する。これにより、三次元形状測定機の測定座標系に対する測定用治具２１０の円錐面１１２のセッティング誤差を算出できる。

Ｓｔｅｐ８において、本実施形態のＳｔｅｐ６で算出した第一の座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ，γ_ｂ）と本実施形態のＳｔｅｐ７で算出した第二の座標変換量（Ａ_ｄ，Ｂ_ｄ，Ｃ_ｄ，α_ｄ，β_ｄ，γ_ｄ）を用いて、非球面レンズ１２０の表面１２１と裏面１２２の測定データを座標変換する。ただし、第二の座標変換量については、第一実施形態でも述べたように、各パラメータの符号を反転し、かつＺ軸方向の並進移動量に円錐面１１１の頂点Ｐ１１１と円錐面１１２の頂点Ｐ１１２の間隔の理論値Ｌ₀を加味して、新たな第二の座標変換量（-Ａ_ｄ，-Ｂ_ｄ，-Ｃ_ｄ'，-α_ｄ，-β_ｄ，_-γ_ｄ）とする。

そして、Ｓｔｅｐ３で取得した非球面レンズ１２０の表面１２１の形状測定データ（ｘ_ａ，ｚ_ａ，θ_ａ）をＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）とし、この測定データ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ，Ｚ_ａ）を第一の座標変換量（Ａ_ｂ，Ｂ_ｂ，Ｃ_ｂ，α_ｂ，β_ｂ，γ_ｂ）を用いて座標変換し、測定データ（Ｘ_ａ'，Ｙ_ａ'，Ｚ_ａ'）とする。また、Ｓｔｅｐ５で取得した非球面レンズ１２０の裏面１２２の形状測定データ（ｘ_ｃ，ｚ_ｃ，θ_ｃ）を、ＸＹＺ直交座標系の測定データ（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）とし、この測定データ（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を新たな第二の座標変換量（-Ａ_ｄ，-Ｂ_ｄ，-Ｃ_ｄ'，-α_ｄ，-β_ｄ，-γ_ｄ）を用いて座標変換し、測定データ（Ｘ_ｃ'，Ｙ_ｃ'，Ｚ_ｃ'）とする。これにより、非球面レンズ１２０の表面１２１の測定データと裏面１２２の測定データを同一座標系のデータとすることができる。

Ｓｔｅｐ９において、非球面レンズ１２０の表面１２１の測定データ（Ｘ_ａ'，Ｙ_ａ'，Ｚ_ａ'）と裏面１２２の測定データ（Ｘ_ｃ'，Ｙ_ｃ'，Ｚ_ｃ'）により、表面１２１と裏面１２２の相対位置関係を含めた非球面レンズ１２０の三次元形状が分かる。

本実施形態によれば、第一の基準面と第二の基準面に設けたマーキングの測定データを用いることにより、被測定物の表面および裏面の相対的な位置ずれを含めた三次元形状を測定できるので、三次元形状測定機に第一実施形態で用いたような近接センサー１５０を必要としない。

本実施形態では、第一の基準面のマーキングと第二の基準面のマーキングとが、それぞれ、一本の細線２１１と一本の細線２１２であるとして説明したが、マーキングは複数本の細線であってもよい。そして、各細線の測定データからＺ軸周りの回転移動量を求め、平均化することにより、Ｚ軸周りの回転移動量の算出精度を向上させることができる。また、本実施形態でも、プローブ１４０は、公知の非接触式プローブであってもよい。

また、本実施形態でも、第一の基準面および第二の基準面の形状は、第一実施形態と同様に、プローブ１４０で形状測定が可能な形状であればよい。直線や二次曲線あるいはこれらの組み合わせであっても構わない。

また、上記いずれの実施形態においても、基準面は、光軸に沿う方向の断面において、断面形状を表す線が、例えば直線や二次曲線で表される。あるいは、断面形状を表す線が、これらの線を組み合わせた線になっている。よって、基準面の形状は、所定の線を基準軸周りに回転させた場合に、その所定の線が描く軌跡によって表される形状になっている。図１Ａ、図５Ａでは、所定の線は直線であるので、基準面の面形状は円錐面である。また、図５Ｂでは、所定の線は二次曲線であるので、面形状は二次曲面である。また、図５Ｃでは、所定の線は、基準軸から離れた位置に中心を持つ円の円弧である。よって、面形状は、ドーナツ形状の外面の一部になる。

本実施形態では、Ｒθ走査方式の三次元形状測定機を用いた測定方法を説明したが、ＸＹ走査方式の三次元形状測定機でも同様の測定が可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

本発明の第一実施形態における測定用治具の縦断面図である。 図１Ａに示された測定用治具の平面図である。 被測定物と測定用治具と三次元形状測定機の関係を示す概念図である。 本発明の第一実施形態における三次元形状測定方法のフローチャートを示している。 図１Ａに示された測定用治具の上側の円錐面の設計形状データを模式的に示している。 図１Ａに示された測定用治具の下側の円錐面の設計形状データを模式的に示している。 図４Ａに示された設計形状データと図４Ｂに示された設計形状データとを同一測定座標系で示している。 図１Ａと図１Ｂの測定用治具に代えて適用可能な測定用治具の変形例を示している。 図１Ａと図１Ｂの測定用治具に代えて適用可能な測定用治具の別の変形例を示している。 図５Ｂに示された測定用治具の断面斜視図である。 本発明の第二実施形態における測定用治具の縦断面図である。 図６Ａに示された測定用治具の平面図である。 同心円状の形状測定データから求めた形状誤差データの三次元鳥瞰図である。 特開２００１−３２４３１１号公報に開示されている三次元形状測定方法で使用される形状測定機の斜視図である。 特開２００２−７１３４４号公報に開示されている三次元形状測定方法で使用される測定用治具の斜視図である。 特開２００１−５６２１７号公報に開示されている三次元形状測定方法における測定時の断面図である。

符号の説明

１１０…測定用治具、１１０Ａ…測定用治具、１１０Ｂ…測定用治具、１１１…円錐面、１１１Ａ…円錐面、１１１Ｂ…二次曲面、１１２…円錐面、１１２Ａ…円錐面、１１２Ｂ…二次曲面、１１３…基準軸、１１４…保持部、１１５…表面側の穴、１１６…裏面側の穴、１１７…シャフト、２１０…測定用治具、２１１…細線、２１２…細線。

Claims (7)

1. 基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、
   前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、
   前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を保持する保持部と、
   前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用の検出部とを有することを特徴とする測定用治具。
2. 前記回転角度の原点設定用の検出部は、外周面に設けられた検出部材であることを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。
3. 前記回転角度の原点設定用の検出部は、第一基準面および第二基準面に形成されたマーキングであることを特徴とする請求項１に記載の測定用治具。
4. 前記第一の基準面および前記第二の基準面の形状は、前記基準軸を中心とした円錐面あるいは二次曲面の一部であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載の測定用治具。
5. 基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、外周面に設けられた前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用の検出部材とを有する測定用治具を用いた三次元形状測定方法であり、
   前記測定用治具に、前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を固定する工程と、
   プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の表面の形状測定データと、前記第一の基準面の形状測定データを同一座標系で取得すると共に、前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを取得する第一の測定工程と、
   前記プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の裏面の形状測定データと、前記第二の基準面の形状測定データを同一座標系で取得すると共に、前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを取得する第二の測定工程と、
   前記測定用治具の回転角度の原点設定用の検出部材のデータを用いて、前記第一の基準面の形状測定データと前記第二の基準面の形状測定データとの間の前記基準軸を回転中心とした回転角度の相対的な誤差を補正する工程と、
   前記第一の基準面の形状測定データと前記第一の基準面の設計形状データから第一の座標変換量を算出する工程と、
   前記第二の基準面の形状測定データと前記第二の基準面の設計形状データから第二の座標変換量を算出する工程と、
   前記第一の座標変換量および前記第二の座標変換量を用いて、前記被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データを座標変換する工程とを有することを特徴とする三次元形状測定方法。
6. 基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の一方の面に形成された第一の基準面と、前記基準軸に対して少なくとも形状の一部が傾きを持ち、前記基準軸を中心とした軸対称な形状であって、外周部の他方の面に形成された第二の基準面と、前記第一基準面および第二基準面に形成された、前記基準軸を回転中心とした回転角度の原点設定用のマーキングとを有する測定用治具を用いた三次元形状測定方法であり、
   前記測定用治具に、前記基準軸と略一致して表面と裏面が露出するように被測定物を固定する工程と、
   プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の表面の形状測定データと、前記第一の基準面の形状測定データと、前記第一の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データを同一座標系で取得する第一の測定工程と、
   前記プローブと前記測定用治具を相対的に移動しながら座標値を取り込むことにより、前記被測定物の裏面の形状測定データと、前記第二の基準面の形状測定データと、前記第二の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データを同一座標系で取得する第二の測定工程と、
   前記第一の基準面の形状測定データと、前記第一の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データと、前記第一の基準面の設計形状データから第一の座標変換量を算出する工程と、
   前記第二の基準面の形状測定データと、前記第二の基準面に形成された前記マーキングの形状測定データと、前記第二の基準面の設計形状データから第二の座標変換量を算出する工程と、
   前記第一の座標変換量および前記第二の座標変換量を用いて、前記被測定物の表面の形状測定データおよび裏面の形状測定データを座標変換する工程とを有することを特徴とする三次元形状測定方法。
7. 前記第一の測定工程および前記第二の測定工程は、前記測定用治具を回転手段により回転させると共に、この回転手段の回転角（θ）を測定し、前記プローブを前記回転手段により回転する前記被測定物あるいは前記測定用治具の高さ方向（Ｚ軸方向）の変化に追従させながら前記回転手段の回転軸と直交する方向（Ｘ軸方向）に移動すると共に、前記プローブのＸＺ座標を測定し、前記回転手段の回転角（θ）と前記プローブの座標（ｘ，ｚ）を座標値として取り込み、形状測定データを取得する工程であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三次元形状測定方法。

Images