JP5545691B2 - Shape measuring method and shape measuring apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、形状測定方法及び形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring device.
従来、小さな球体の測定方法(真球度測定方法)として様々な方法が用いられているが、決め手となる方法が無かった。例えば、鋼球1個を真円度測定器で互いに90°をなす2又は3赤道平面上の鋼球表面の輪郭を測定し、それぞれの最小外接円から鋼球表面までの半径方向の距離の最大の値を真球度として求める方法や、鋼球1個を角度90°及び120°のV溝とこれに垂直な測定子との間に置き、方向を変えて測定(10回以上を推奨)したときの測定子の動きの最大の値を2で除した値を真球度として求める方法が知られているが(JIS規格(JIS B1501))、この方法では、球形状(理想球面からの偏差)を面として捉えることができない。特に、小さな球体(直径が1〜2mm以下)の場合、この小さな球体の真球度を測定するためには微細な先端球を有する測定子が必要となり、かかる測定子を加工するためのプローブ(測定子)加工方法及び加工機が考えられている(特許文献1参照)。
ところが、かかる微細な先端球を有する測定子を加工することができても、加工された測定子の微細な先端球の真球度を測定することまでは行うことができず、かかる先端球の真球度測定は、今後、発展が期待される微小なプロービングシステムの高精度化の鍵となっていた。
そして、かかる微細な先端球の真球度測定方法として、被測定物体である球体から複数の断面形状を測定し、「各断面((部分)円)の中心が、球の中心と合致する」との仮定を用いて、この断面形状を数値的に合成し、合成により得られた形状に基づき真球度を測定する方法が考えられている。
However, even if a probe having such a fine tip sphere can be processed, it cannot be performed until the sphericity of the fine tip sphere of the processed probe is measured. Sphericality measurement has been the key to improving the precision of minute probing systems that are expected to develop in the future.
As a method for measuring the sphericity of such a fine tip sphere, a plurality of cross-sectional shapes are measured from a sphere that is the object to be measured, and “the center of each cross-section ((part) circle) matches the center of the sphere”. Using this assumption, a method of numerically synthesizing the cross-sectional shape and measuring the sphericity based on the shape obtained by the synthesis is considered.
しかしながら、上記微細な先端球の真球度測定方法の場合、各断面の中心が球の中心に合致するとの仮定に基づき測定が行われるため、測定精度を考慮した場合に、必ずしも妥当な測定結果が得られるとの保証がないという問題があった。 However, in the case of the method for measuring the sphericity of the above-mentioned fine tip sphere, the measurement is performed based on the assumption that the center of each cross section coincides with the center of the sphere. There was a problem that there was no guarantee that
本発明の目的は、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる形状測定方法及び形状測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a shape measuring method and a shape measuring apparatus capable of performing shape measurement with high accuracy and high reliability.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の断面形状を測定して当該被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
前記被測定物体は、球体であり、
前記被測定物体の回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状に係る第1情報を、当該回転対称軸回りに当該被測定物体を所定の角度で回転させる度に取得する工程と、
前記被測定物体の回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得する工程と、
前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、前記第1情報及び前記第2情報に基づき、前記第1情報を取得する工程において取得された前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出する工程と、
算出した前記相対的な位置に基づき、前記被測定物体の形状を算出する工程と、
を備え、
前記回転対称軸と平行なY軸と、測定時の光軸と平行なZ軸と、前記Y軸及び前記Z軸に直交するX軸と、を有し、
前記所定の拘束条件は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ前記被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、前記被測定物体全体の平行移動成分を、前記被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1
In the shape measuring method for measuring the cross-sectional shape of the measured object that is a rotationally symmetric body and measuring the shape of the measured object,
The object to be measured is a sphere,
Obtaining first information relating to a cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis of the object to be measured, each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
Obtaining second information relating to a cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis of the measured object;
By using a predetermined constraint condition between the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis, the first information and Calculating a relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis acquired in the step of acquiring the first information based on the second information;
Calculating the shape of the object to be measured based on the calculated relative position;
With
A Y axis parallel to the rotational symmetry axis, a Z axis parallel to the optical axis at the time of measurement, and an X axis orthogonal to the Y axis and the Z axis,
The predetermined constraint condition is such that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the object to be measured at an angle different from the rotational symmetry axis coincide with the center of each measured cross-sectional shape. In the coordinate system at the time of measurement passing through the center of the measured object perpendicular to the optical axis at the time of measurement, performing only parallel movement in the direction connecting the intersection of the ideal rotational symmetry body and the straight line including the two cross-sectional shapes, Translation is performed only in a plane where z = 0, and the translation component of the entire object to be measured is constrained so that the center of the object to be measured comes to the origin on the coordinates.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の形状測定方法において、
前記第1情報を取得する工程は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と前記被測定物体を前記回転対称軸回りに所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得し、
前記第2情報を取得する工程は、前記回転対称軸を所定の角度に傾けた後、前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾ける前の前記回転対称軸回りに前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする。
The invention according to
The step of acquiring the first information includes the step of acquiring one-section shape information of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis, and the step of rotating the object to be measured around the rotational symmetry axis at a predetermined angle; By alternately repeating, the first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained,
The step of acquiring the second information includes the step of acquiring the cross-sectional shape information of the measured object after tilting the rotational symmetry axis to a predetermined angle and the measured object about the rotational symmetry axis before tilting. The second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is acquired by alternately repeating the step of rotating at a predetermined angle.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の形状測定方法において、
前記第1情報を取得する工程は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と前記被測定物体を前記回転対称軸回りに所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得し、
前記第2情報を取得する工程は、前記回転対称軸を所定の角度に傾けた後、前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾けた後の前記回転対称軸回りに前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the shape measuring method according to claim 1,
The step of acquiring the first information includes the step of acquiring one-section shape information of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis, and the step of rotating the object to be measured around the rotational symmetry axis at a predetermined angle; By alternately repeating, the first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained,
The step of acquiring the second information includes the step of acquiring the cross-sectional shape information of the measured object after tilting the rotational symmetry axis to a predetermined angle and the measurement target around the rotational symmetry axis after tilting. The second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is acquired by alternately repeating the step of rotating the object at a predetermined angle.
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体にステムを取り付ける工程を備え、
前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程は、前記ステムとともに前記被測定物体を所定の角度で回転させることを特徴とする。
Invention of Claim 4 is the shape measuring method of
A step of attaching a stem to the object to be measured;
The step of rotating the object to be measured at a predetermined angle is characterized in that the object to be measured is rotated at a predetermined angle together with the stem.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体の断面形状に係る前記第1情報及び前記第2情報を非接触測定により測定して取得することを特徴とする。
Invention of Claim 5 is the shape measuring method as described in any one of Claims 1-4 ,
The first information and the second information relating to a cross-sectional shape of the object to be measured are measured and acquired by non-contact measurement.
請求項6に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の断面形状を測定して当該被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体は、球体であり、
前記被測定物体を前記回転対称軸回りに所定の角度で回転させる回転手段と、
前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の回転対称軸と平行な前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得する第1情報取得手段と、
前記回転対称軸を所定の角度に傾けて保持する回転対称軸保持手段と、
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得する第2情報取得手段と、
前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、前記第1情報取得手段により取得された第1情報及び前記第2情報取得手段により取得された第2情報に基づき、前記第1情報取得手段により取得された前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出する位置算出手段と、
算出した前記相対的な位置に基づき、前記被測定物体の形状を算出する形状測定手段と、
を備え、
前記回転対称軸と平行なY軸と、測定時の光軸と平行なZ軸と、前記Y軸及び前記Z軸に直交するX軸と、を有し、
前記所定の拘束条件は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ前記被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、前記被測定物体全体の平行移動成分を、前記被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することを特徴とする。
The invention described in claim 6
In a shape measuring apparatus that measures the cross-sectional shape of a measurement object that is a rotationally symmetric body and measures the shape of the measurement object,
The object to be measured is a sphere,
Rotating means for rotating the object to be measured at a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
Each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle by the rotating means, a cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis of the object to be measured is calculated, and a first shape related to the cross-sectional shape of the object to be measured is calculated. First information acquisition means for acquiring one information;
Rotational symmetry axis holding means for holding the rotational symmetry axis at a predetermined angle;
Second information acquisition means for acquiring second information relating to a cross-sectional shape of the object to be measured, after the rotation symmetry axis is inclined at a predetermined angle by the rotation symmetry axis holding means;
The first information acquisition is performed by using a predetermined constraint condition between a cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and a cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis. Based on the first information acquired by the means and the second information acquired by the second information acquisition means, the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis acquired by the first information acquisition means Position calculating means for calculating a relative position between the cross-sectional shapes in each of them,
Shape measuring means for calculating the shape of the object to be measured based on the calculated relative position;
With
A Y axis parallel to the rotational symmetry axis, a Z axis parallel to the optical axis at the time of measurement, and an X axis orthogonal to the Y axis and the Z axis,
The predetermined constraint condition is such that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the object to be measured at an angle different from the rotational symmetry axis coincide with the center of each measured cross-sectional shape. In the coordinate system at the time of measurement passing through the center of the measured object perpendicular to the optical axis at the time of measurement, performing only parallel movement in the direction connecting the intersection of the ideal rotational symmetry body and the straight line including the two cross-sectional shapes, Translation is performed only in a plane where z = 0, and the translation component of the entire object to be measured is constrained so that the center of the object to be measured comes to the origin on the coordinates.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の形状測定装置において、
前記第2情報取得手段は、
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾ける前の前記回転対称軸回りに前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the shape measuring apparatus according to claim 6 ,
The second information acquisition means includes
After the rotationally symmetric axis is tilted to a predetermined angle by the rotationally symmetric axis holding unit, the measured object is rotated by the rotating unit around the rotationally symmetric axis before the tilting by a predetermined angle. Is calculated, and second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained.
請求項8に記載の発明は、請求項6に記載の形状測定装置において、
前記回転対称軸保持手段により前記回転対称軸を所定の角度に傾けて保持された前記被測定物体を前記回転対称軸回りに所定の角度で回転させる第2の回転手段を備え、
前記第2情報取得手段は、
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾けた後の前記回転対称軸回りに前記第2の回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the shape measuring apparatus according to claim 6 ,
Second rotating means for rotating the object to be measured held by tilting the rotational symmetry axis at a predetermined angle by the rotational symmetry axis holding means at a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
The second information acquisition means includes
Each time the rotationally symmetric axis is tilted to a predetermined angle by the rotationally symmetric axis holding means, the measured object is rotated at a predetermined angle by the second rotating means around the rotationally symmetric axis after tilting. One cross-sectional shape of the object to be measured is calculated, and second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is acquired.
請求項9に記載の発明は、請求項6〜8の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
を備え、
前記第1情報取得手段及び前記第2情報取得手段は、
前記撮像手段によって撮像された写像に基づき前記被測定物体の一断面形状を算出することを特徴とする。
Invention of Claim 9 is the shape measuring apparatus as described in any one of Claims 6-8 ,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
Imaging means for imaging a map formed by irradiating the object to be measured with light output from the light source unit;
With
The first information acquisition unit and the second information acquisition unit are:
One cross-sectional shape of the object to be measured is calculated based on the map imaged by the imaging means.
請求項1に記載の発明によれば、被測定物体の回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状に係る第1情報と、回転対称軸と異なる角度における被測定物体の断面形状に係る第2情報と、を取得することができ、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状と回転対称軸と異なる角度における被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、第1情報及び第2情報に基づき、第1情報を取得する工程において取得された回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができ、算出した相対的な位置に基づき、被測定物体の形状を算出することができ、所定の拘束条件は、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状と回転対称軸と異なる角度における被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、被測定物体全体の平行移動成分を、被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, the first information related to the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis of the measured object and the first information related to the cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetric axis. 2 information can be obtained, and a predetermined constraint condition between the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the measured object at a different angle from the rotational symmetry axis is used. Based on the first information and the second information, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis acquired in the step of acquiring the first information is calculated. The shape of the object to be measured can be calculated based on the calculated relative position, and the predetermined constraint condition is that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and an angle different from the rotational symmetry axis. Disconnection of measured object The shape is translated only in the direction connecting the intersection of the ideal rotationally symmetric body matched with the center of each measured cross-sectional shape and the straight line including the two cross-sectional shapes, and is perpendicular to the optical axis at the time of measurement. In the coordinate system at the time of measurement passing through the center of the measurement object, the translation is performed only in the plane where z = 0, and the translation component of the entire measurement object is centered on the coordinate origin. Ru can be constrained to.
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1情報を取得する工程によって、回転対称軸と平行な被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と被測定物体を回転対称軸回りに所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得することができ、第2情報を取得する工程によって、回転対称軸を所定の角度に傾けた後、被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾ける前の回転対称軸回りに被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the invention described in
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1情報を取得する工程によって、回転対称軸と平行な被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と被測定物体を回転対称軸回りに所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得することができ、第2情報を取得する工程によって、回転対称軸を所定の角度に傾けた後、被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾けた後の回転対称軸回りに被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the third aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained, and the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis is obtained by the step of acquiring the first information. The first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured can be obtained by alternately repeating the step of acquiring the cross-sectional shape information and the step of rotating the object to be measured at a predetermined angle around the rotational symmetry axis. In addition, the step of acquiring the second information is performed by tilting the rotational symmetry axis to a predetermined angle, and then acquiring the cross-sectional shape information of the object to be measured. The second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured can be acquired by alternately repeating the process of rotating at the angle of.
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項4に記載の発明によれば、請求項2又は3に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、被測定物体にステムを取り付ける工程を備え、被測定物体を所定の角度で回転させる工程によって、ステムとともに被測定物体を所定の角度で回転させることができる。
従って、被測定物体にステムを取り付けることにより、形状測定を行う際の当該被測定物体の位置決めを好適に行うことができるとともに、被測定物体を所定の角度で回転させる際のハンドリング性能を向上させることができる。
According to the invention described in claim 4, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in
Therefore, by attaching a stem to the object to be measured, it is possible to suitably position the object to be measured when performing shape measurement, and to improve handling performance when rotating the object to be measured at a predetermined angle. be able to.
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜4の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、被測定物体の断面形状に係る第1情報及び第2情報を非接触測定により測定して取得することができる。
従って、被測定物体の表面に傷を付けることなく、好適に形状測定を行うことができる。
According to the invention described in claim 5 , it is needless to say that the same effect as in the invention described in any one of claims 1 to 4 can be obtained, and the first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured and The second information can be obtained by measurement by non-contact measurement.
Therefore, the shape measurement can be suitably performed without scratching the surface of the object to be measured.
請求項6に記載の発明によれば、回転手段によって、被測定物体を回転対称軸回りに所定の角度で回転させることができ、第1情報取得手段によって、回転手段により被測定物体を所定の角度で回転させる度に被測定物体の回転対称軸と平行な被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得することができ、回転対称軸保持手段によって、回転対称軸を所定の角度に傾けて保持することができ、第2情報取得手段によって、回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することができ、位置算出手段によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状と回転対称軸と異なる角度における被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、第1情報取得手段により取得された第1情報及び第2情報取得手段により取得された第2情報に基づき、第1情報取得手段により取得された回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができ、形状測定手段によって、算出した相対的な位置に基づき、被測定物体の形状を算出することができ、所定の拘束条件は、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状と回転対称軸と異なる角度における被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、被測定物体全体の平行移動成分を、被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the object to be measured can be rotated around the rotational symmetry axis by a predetermined angle by the rotating means, and the object to be measured is predetermined by the rotating means by the first information acquiring means. Each time the object is rotated at an angle, one cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis of the object to be measured can be calculated, and first information related to the cross-sectional shape of the object to be measured can be acquired, and the rotational symmetry axis can be maintained. The rotation symmetry axis can be held at a predetermined angle by the means, and the second information acquisition means can tilt the rotation symmetry axis to a predetermined angle by the rotation symmetry axis holding means, and then The second information related to the cross-sectional shape can be acquired, and the position calculation means allows the cross-sectional shape between the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the measured object at a different angle from the rotational symmetry axis. Where Based on the first information acquired by the first information acquisition means and the second information acquired by the second information acquisition means, the rotational symmetry axis acquired by the first information acquisition means is used. The relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object can be calculated, and the shape of the measured object can be calculated based on the calculated relative position by the shape measuring means. The predetermined constraint condition is that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the object to be measured at an angle different from the rotational symmetry axis are matched to the ideal rotational symmetry that matches the center of each measured cross-sectional shape. A coordinate system at the time of measurement that passes only in the direction connecting the intersection of the body and the straight line including the two cross-sectional shapes, passes through the center of the object to be measured, perpendicular to the optical axis at the time of measurement, and z = 0 In plane Only perform translation, the translation component of the entire object to be measured, can be the center of the object to be measured, restrained to come to the origin of the coordinates.
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第2情報取得手段によって、回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾ける前の回転対称軸回りに回転手段により被測定物体を所定の角度で回転させる度に被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the seventh aspect of the invention, it is of course possible to obtain the same effect as that of the sixth aspect of the invention. By the second information acquisition means, the rotational symmetric axis holding means is predetermined by the rotational symmetric axis holding means. After being tilted at an angle, the cross-sectional shape of the object to be measured is calculated each time the object to be measured is rotated at a predetermined angle by the rotating means around the rotational symmetry axis before the tilt, and the cross-sectional shape of the object to be measured is calculated. The second information can be acquired.
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項8に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第2の回転手段によって、回転対称軸保持手段により回転対称軸を所定の角度に傾けて保持された被測定物体を回転対称軸回りに所定の角度で回転させることができ、第2情報取得手段によって、回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾けた後の回転対称軸回りに第2の回転手段により被測定物体を所定の角度で回転させる度に被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することができる。
従って、被測定物体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに被測定物体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、回転対称軸と平行な被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
According to the eighth aspect of the invention, it is possible to obtain the same effect as the sixth aspect of the invention, and the second rotational means causes the rotationally symmetric axis holding means to set the rotationally symmetric axis to a predetermined value. The object to be measured held at an angle can be rotated at a predetermined angle around the rotational symmetry axis, and the rotational symmetry axis is inclined at the predetermined angle by the rotational symmetry axis holding means by the second information acquisition means. After that, each time the object to be measured is rotated at a predetermined angle by the second rotating means around the rotationally symmetric axis after being tilted, one cross-sectional shape of the object to be measured is calculated, and the second cross-sectional shape of the object to be measured is calculated. 2 information can be acquired.
Therefore, by measuring a plurality of cross-sectional shapes of the object to be measured that intersect each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the object to be measured is rotated about the rotational symmetry axis. Even if it occurs, the relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained. As a result, it is possible to perform shape measurement with high accuracy and high reliability.
請求項9に記載の発明によれば、請求項6〜8の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、光源部によって、光を照射することができ、撮像手段によって、被測定物体に光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像することができ、第1情報取得手段及び第2情報取得手段によって、撮像手段によって撮像された写像に基づき被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の表面に傷を付けることなく、好適に形状測定を行うことができる。
According to the invention described in claim 9 , it is needless to say that the same effect as the invention described in any one of claims 6 to 8 can be obtained, and the light source unit can irradiate light, The imaging unit can capture a map formed by irradiating the object to be measured with the light output from the light source unit, and based on the map captured by the imaging unit by the first information acquisition unit and the second information acquisition unit. One cross-sectional shape of the object to be measured can be calculated.
Therefore, the shape measurement can be suitably performed without scratching the surface of the object to be measured.
以下に、本発明に係る形状測定方法及び形状測定装置について、図面を用いて具体的な態様を説明する。なお、本実施形態においては、回転対称体である被測定物体として、球体を例に挙げて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the shape measuring method and the shape measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a spherical object will be described as an example of an object to be measured that is a rotationally symmetric body.
<第1実施形態>
第1実施形態における形状測定装置100は、図1に示すように、光源部10と、コリメートレンズ20と、球体(被測定物体)200を回転支持する回転機構30と、対物レンズ40と、撮像部50と、画像処理部60と、を備え、光源部10から照射される光の光軸に沿って順に、コリメートレンズ20と、球体200と、対物レンズ40と、撮像部50とが配置されている。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the
光源部10は、例えば、図1に示すように、白色光を出力する点光源を用い、球体200に白色光を照射する。なお、光源部10は、かかる点光源に限らず、面光源であっても良く、また、放電灯、発光ダイオード、レーザーなどによって、光を発生させても良い。
For example, as illustrated in FIG. 1, the
コリメートレンズ20は、光源部10から照射される光を平行光に変換させるレンズである。
The collimating
回転機構30は、例えば、図1に示すように、把持部31と、角度位置調整機構32と、回転テーブル33と、を備えて構成されている。
For example, as illustrated in FIG. 1, the rotation mechanism 30 includes a
把持部31は、球体200に取り付けられたステム201を把持する。かかるステム201を把持する構成としては、例えば、コレットチャックが用いられる。なお、球体200に取り付けられたステム201の延長線上に当該球体200の中心が配置されるように形成されている。
The
角度位置調整機構32は、例えば、図4に示すように、凹型のスロープを形成しており、かかるスロープ上に沿って把持部31をスライドさせる機構となっている。また、かかるスロープは略半円形状をなしており、この半円の曲率中心は、球体200の中心に一致するように形成されている。従って、把持部31をスライドさせた際、球体200の中心位置を調整することなく、ステム201を所定の角度で保持することができる。これにより、角度位置調整機構32は、把持部31によって把持されるステム201を所定の角度に傾けて保持する回転対称軸保持手段として機能する。
For example, as shown in FIG. 4, the angular
回転テーブル33は、図1に示すように、角度位置調整機構32を載置可能に構成され、例えば、光源部10の光軸に対して直角となるステム201を回転対称軸として、駆動モータ33aを駆動させることにより球体200を回転させる。また、回転テーブル33は、例えば、エンコーダ(図示省略)により、回転角度の制御を行う。これにより、回転テーブル33は、回転手段として機能する。
As shown in FIG. 1, the rotary table 33 is configured so that the angular
対物レンズ40は、例えば、図1に示すように、光源部10から照射される光の光軸上において、球体200と後述する撮像部50の撮像面との間に配置されており、球体200の写像を撮像部50の撮像面に結像させるために用いられる。
For example, as shown in FIG. 1, the
撮像部50は、例えば、CCDカメラが用いられ、対物レンズ40を通して写像を撮像する。
具体的には、図2に示すように、光源部10から出力された光が、コリメートレンズ20を介して球体200を照射してできる写像を、対物レンズ40を通して撮像する。
撮像部50は、かかるCCDカメラを用いて写像を撮像することによって、撮像手段として機能する。
For example, a CCD camera is used as the
Specifically, as shown in FIG. 2, a map formed by the light output from the
The
画像処理部60は、例えば、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)61、RAM(Random Access Memory)62、記憶部63、画像処理結果を示す表示部64等を備えて構成され、記憶部63に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の動作を行うため予め設定された所定の動作条件に基づく各部の動作制御を行う機能を有する。
For example, as shown in FIG. 1, the
CPU61は、記憶部63に格納された処理プログラム等を読み出して、RAM62に展開して実行することにより、球体200の画像処理を行う。
The
RAM62は、CPU61により実行された処理プログラム等を、RAM62内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
The
記憶部63は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体(図示省略)を有しており、この記録媒体は、例えば、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部63は、CPU61が画像処理を行うための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部63は、例えば、図1に示すように、第1情報取得プログラム63a、第2情報取得プログラム63b、位置算出プログラム63c、形状測定プログラム63d等を格納している。
The
第1情報取得プログラム63aは、CPU61に、球体200に取り付けられたステム201と平行な球体200の断面形状に係る第1情報を取得する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、球体200に取り付けられたステム201と平行な球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、図2に示すように、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、回転テーブル33を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、図3(球形状を表す細線)に示すように、かかる第1情報を取得する。
CPU61は、かかる第1情報取得プログラム63aを実行することで、第1情報取得手段として機能する。
The first
Specifically, for example, by executing the first
The
第2情報取得プログラム63bは、CPU61に、球体200に取り付けられたステム201と異なる角度における球体200の断面形状に係る第2情報を取得する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、図4に示すように、角度位置調整機構32によって、把持部31をスライドさせ、把持部31によって把持されたステム201を所定の角度に傾ける。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、第1情報取得プログラム63aを実行したときと同じように、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報(図3の球形状を表す太線)を取得する。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、図5,6に示すように、回転テーブル33を所定の角度θで回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第2情報を取得する。
CPU61は、かかる第2情報取得プログラム63bを実行することで、第2情報取得手段として機能する。
The second
Specifically, for example, by executing the second
The
位置算出プログラム63cは、CPU61に、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された球体200に取り付けられたステム201と平行な球体200の断面形状間の相対的な位置を算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、球体200のステム201と平行な球体200の断面形状とステム201と異なる角度における球体200の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された第1情報及び第2情報取得プログラム63bの実行により取得された第2情報に基づき、球体200のステム201と平行な球体200における断面形状間の相対的な位置を算出する。
CPU61は、かかる形状測定プログラム63dを実行することで、形状測定手段として機能する。
The
Specifically, for example, the
The
より具体的には、例えば、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された第1情報及び第2情報取得プログラム63bの実行により取得された第2情報に基づき、測定された各断面形状の中心をノミナルな円の中心と合致させる。なお、このとき、測定された各断面形状の最小二乗円を求め、この最小二乗円の中心(仮の中心)をノミナルな円の中心と合致させても良い。
そして、このとき、互いに交差する2つのノミナルな断面(理想球体の断面)であれば、各断面による円形状は、2交点を持つはずであるが、実際には測定誤差が含まれるため、完全には一致しない。
そこで、2つのノミナルな断面による円形状の交点を結ぶ直線方向に円形状を平行移動させ、同一点の位置が等しくなるようにする(差が最小となるようにする)。
そして、これを、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された第1情報及び第2情報取得プログラム63bの実行により取得された第2情報に基づき、得られた全ての断面の組み合わせを考え、最小二乗法等により最適な調整量を求める。
More specifically, for example, the
At this time, if there are two nominal cross sections that intersect each other (the cross section of an ideal sphere), the circular shape of each cross section should have two intersections, but in reality, measurement errors are included, so Does not match.
Therefore, the circular shape is translated in the direction of the straight line connecting the circular intersections of the two nominal cross sections so that the positions of the same points are equal (the difference is minimized).
Then, based on the first information acquired by the execution of the first
ここで、例えば、図7に示すように、第1情報取得プログラム63aの実行により、Y軸回り(ステム201回り)に回転角度θを与えながら、球体200の経線方向の断面形状にかかる第1情報を取得する。次に、第2情報取得プログラム63bの実行により、ステム201をYZ平面でY軸に対して角度φ傾け、更に回転角度θを与えながら、球体200の断面形状に係る第2情報を取得したとする。なお、このとき、i番目(i=1,…,n)の測定時の回転角度をθi、傾斜角度φiとする。ただし、Y軸回り(ステム201回り)に球体200の経線方向の断面形状を取得する際は、φi=0となる。
そして、n個の断面形状Ci(i=1,2,…,n)を測定したとする。
このとき、球体200の断面形状は、Z軸方向から測定しているので、Z軸に垂直な平面と球体200との交線(円)が最大になるものを測定している。つまり、Z軸に垂直で、球体200の中心を通る断面である。
そのため、測定された任意の2つの断面はともに球体200の中心を通る。よって、2つの断面を含む平面がなす交線は球体200の中心を通る直線であり、この直線は球体200と2点で交わる。
Here, for example, as shown in FIG. 7, the first
Assume that n cross-sectional shapes C i (i = 1, 2,..., N) are measured.
At this time, since the cross-sectional shape of the
Therefore, any two measured cross sections pass through the center of the
具体的には、例えば、図8に示すように、測定された任意の2つの断面Ci,Cj(i≠j)の2つの交点(理想的な円を考えた場合の同一点)をPi,j,Qi,jとする。
このとき、i番目の測定の断面を含む平面方程式は、次式となる。
(sinθi cosφi)x −(sinφi)y +(cosθi cosφi)z=0 ・・・式(1)
簡略化すると、次式のようになる。
ai x + bi y + ciz =0 ・・・式(2)
そして、このとき、平面の法線ベクトルは、(ai ,bi ,ci )となる。
同様に、j番目の測定の断面を含む平面の方程式は、次式となる。
(sinθj cosφj)x −(sinφj)y +(cosθj cosφj)z=0 ・・・式(3)
簡略化すると、次式のように書き表す。
aj x + bjy + cjz =0 ・・・式(4)
そして、このとき、2つの断面Ci,Cj(i≠j)を含む直線の方程式は次式で表される。
(x,y,z)=k(cjbi−cibj,ciaj−cjai,aibj−biaj)・・・式(5)
(k:任意の数)
簡略化すると、この式(5)の直線の方程式は次式のようになる。
(x,y,z)=k(ai,j,bi,j,ci,j) ・・・式(6)
このとき、直線の方向ベクトルは、(ai,j,bi,j,ci,j)となる。
また、ノミナルな球の方程式は、次式のように書き表される。
x2+y2+z2=r2 ・・・式(7)
そして、ノミナルな球と2つの断面Ci,Cj(i≠j)を含む直線との交点は数1に示す式で求められる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 8, two intersecting points (same points when an ideal circle is considered) of two arbitrary cross sections C i and C j (i ≠ j) measured are represented. Let P i, j and Q i, j .
At this time, the plane equation including the cross section of the i-th measurement is as follows.
(Sin θ i cos φ i ) x − (sin φ i ) y + (cos θ i cos φ i ) z = 0 Equation (1)
When simplified, the following equation is obtained.
a i x + b i y + c i z = 0 ··· Equation (2)
At this time, the normal vector of the plane is (a i , b i , c i ).
Similarly, the equation of the plane including the j-th measurement cross section is as follows.
(Sin θ j cos φ j ) x − (sin φ j ) y + (cos θ j cos φ j ) z = 0 Equation (3)
For simplification, it is expressed as follows.
a j x + b j y + c j z = 0 Equation (4)
At this time, a linear equation including two cross sections C i and C j (i ≠ j) is expressed by the following equation.
(X, y, z) = k (c j b i −c i b j , c i a j −c j a i , a i b j −b i a j ) (5)
(K: any number)
To simplify, the equation of the straight line of the equation (5) is as follows.
(X, y, z) = k (a i, j , b i, j , c i, j ) (6)
At this time, the direction vector of the straight line is (a i, j , b i, j , c i, j ).
Also, the nominal sphere equation is expressed as:
x 2 + y 2 + z 2 = r 2 (7)
Then, the intersection of the nominal sphere and the straight line including the two cross sections C i and C j (i ≠ j) is obtained by the equation shown in Equation 1.
数1において、Pi,j,Qi,jは、符号の違いのみであり、順序は任意である。
このとき、この交点は、測定された2つの断面上の点であり、同一点を測定していることになるため、測定値の座標値は理論上等しくなる。
しかし、(i)断面の中心を球体200の中心座標と仮定して算出していることや、(ii)測定誤差のため、必ずしもこれらは一致しない。そのため、両者が出来るだけ一致するように、以下に説明する拘束条件に基づき、測定データを平行移動させて球形状のデータを作成する。このとき、拘束される条件としては、
(a)交点を結ぶ方向に平行移動のみを行う。
(b)測定時の光軸に垂直かつ球の中心を通る平面内でのみ平行移動を行う。この平面は測定時の座標系で、z=0である。
この拘束条件の下、有効な全ての組み合わせについて、最小二乗法により最適解を求める。但し、これらの拘束条件のみでは、必ずしも式が解けない。これは、球全体の平行移動する成分が不定になるためである。
よって、次の拘束条件を追加する。
(c)球全体の平行移動成分は、球の中心が、座標上の原点にくるように拘束する。
このとき、測定は離散的になることが一般的である。そのため、必ずしも交点上に測定データがあるとは限らない。そのため、最近傍点のデータを用いたり、周辺データから内挿することになる。また、その際、測定ノイズや空間高周波のデータを除くためにフィルタを用いても良い。
In Equation 1, P i, j and Q i, j are only the difference in sign, and the order is arbitrary.
At this time, this intersection is a point on the two measured cross sections, and the same point is measured, so the coordinate values of the measured values are theoretically equal.
However, (i) the calculation is performed on the assumption that the center of the cross section is the center coordinate of the
(A) Only translation is performed in the direction connecting the intersections.
(B) The translation is performed only in a plane perpendicular to the optical axis at the time of measurement and passing through the center of the sphere. This plane is the coordinate system at the time of measurement, and z = 0.
Under this constraint condition, optimum solutions are obtained by the least square method for all effective combinations. However, the equation cannot always be solved only by these constraint conditions. This is because the component that translates the entire sphere becomes indefinite.
Therefore, the following constraint condition is added.
(C) The translation component of the entire sphere is constrained so that the center of the sphere is at the origin on the coordinates.
At this time, the measurement is generally discrete. Therefore, there is not always measurement data at the intersection. Therefore, the data of the nearest neighbor point is used or interpolated from the peripheral data. At this time, a filter may be used to remove measurement noise and spatial high frequency data.
ここで、上述した測定データの拘束条件(a)、(b)を定式化する。具体的には、図7に示すように、i番目の断面Ciとj番目の断面Cjの拘束を考える。2断面の交点を結ぶ直線方向に座標軸ξi,i,jをとる。さらに、円の中心を通り、座標軸ξi,i,jに垂直かつ断面Ciを含む面内にあるように座標軸ζi,i,jをとる。また、これら2つの座標軸に垂直な軸をωi,i,jとする。なお、ωi,i,jは、図8に示すように、測定時の光軸方向に正の方向をとり、ξi,i,j,ζi,i,jは、右手座標系をなすように定める。
このとき、上記の拘束条件は、次式で表される。
ωi,i,j=0 ・・・式(10)
ωj,j,i=0 ・・・式(11)
ξi,i,j−ξj,i,j=δi,j ・・・式(12)
Here, the constraint conditions (a) and (b) of the measurement data described above are formulated. Specifically, as shown in FIG. 7, a constraint on the i-th cross section C i and the j-th cross section C j is considered. The coordinate axes ξ i, i, j are taken in the direction of the straight line connecting the intersections of the two cross sections. Further, the coordinate axis ζ i, i, j is taken so as to be in a plane passing through the center of the circle, perpendicular to the coordinate axis ξ i, i, j and including the cross section C i . Also, let ω i, i, j be an axis perpendicular to these two coordinate axes. As shown in FIG. 8, ω i, i, j takes a positive direction in the optical axis direction at the time of measurement, and ξ i, i, j , ζ i, i, j forms a right-handed coordinate system. Determine as follows.
At this time, the constraint condition is expressed by the following equation.
ω i, i, j = 0 (10)
ω j, j, i = 0 (11)
ξ i, i, j −ξ j, i, j = δ i, j Equation (12)
ξj,i,jは、ξj,j,i方向に修正したものである(2断面の拘束条件のみでは、ζi,i,j,ζj,j,i方向は拘束されない)。
また、δi,jは、ノミナルな2交点を結ぶ直線方向の断面の位置の差である(Pi,j,Qi,jの2点の平均などを利用することが望ましい)。
ここで、断面Cjの元のxyz座標で表した移動量(調整量)ベクトルをMi=(xi,yi,zi)とする。
xyz座標系とξi,i,jζi,i,jωi,i,j座標系は、共通の原点をもち、回転のみで関係付けられる関係である。よって、ベクトルMiをξi,i,jζi,i,jωi,i,j座標系に変換するには、3×3行列Ri,jを用いて変換でき、座標変換後の値は次式のように表される。
Ri,jMi=(αi,j(xi,yi,zi),βi,j(xi,yi,zi),γi,j(xi,yi,zi)) ・・・式(13)
Rj,iMj=(αj,i(xj,yj,zj),βj,i(xj,yj,zj),γj,i(xj,yj,zj)) ・・・式(14)
回転後の座標系のベクトルは、式(2)(6)により判明しているので、回転角度を同定することが可能であり、一般に知られている回転の式を用いて変換行列Ri,jを求める。なお、このとき、z軸をx軸回りにφi回転し、さらにy軸回りにθiだけ回転することによりωi,i,j軸が得られ、さらにωi,i,j軸回りに回転を行い、前記φi、θi回転後のx軸がξj,i,j軸に合致するように回転している。回転の式は、例えば、参考文献(ロボット・マニピュレータ、R.P.ポール著、吉川恒夫訳、コロナ社刊、1984年)などによって計算することができる。
ξ j, i, j is corrected in the ξ j, j, i direction (the ζ i, i, j , ζ j, j, i direction is not constrained only by the constraint condition of two cross sections).
Further, δ i, j is the difference in the position of the cross section in the straight line direction connecting the two nominal intersections (preferably using the average of the two points P i, j and Q i, j ).
Here, the movement amount (adjustment amount) vector represented by the original xyz coordinates of the cross section C j is M i = (x i , y i , z i ).
The xyz coordinate system and ξ i, i, j ζ i, i, j ω i, i, j coordinate system have a common origin and are related only by rotation. Therefore, in order to convert the vector M i to ξ i, i, j ζ i, i, j ω i, i, j coordinate system, it can be converted using the 3 × 3 matrix R i, j , The value is expressed as:
R i, j M i = (α i, j (x i , y i , z i ), β i, j (x i , y i , z i ), γ i, j (x i , y i , z i ))... Formula (13)
R j, i M j = (α j, i (x j , y j , z j ), β j, i (x j , y j , z j ), γ j, i (x j , y j , z j )) ... Formula (14)
Since the vector of the coordinate system after the rotation is known from the equations (2) and (6), the rotation angle can be identified, and the transformation matrix R i, Find j . At this time, the ω i, i, j axis is obtained by rotating the z-axis by φ i about the x-axis and further by θ i about the y-axis, and further about the ω i, i, j- axis. The x axis after the rotation of φ i and θ i is rotated so as to coincide with the ξ j, i, j axis. The equation of rotation can be calculated by, for example, a reference document (Robot Manipulator, RP Paul, translated by Tsuneo Yoshikawa, Corona Publishing, 1984).
そして、式(10)、(11)、(12)より、次の拘束式が得られる。
αi,j(xi,yi,zi)−αj,i(xj,yj,zj)=δi,j ・・・式(15)
γi,j(xi,yi,zi)=0 ・・・式(16)
γj,i(xj,yj,zj)=0 ・・・式(17)
ここで、αi,j(xi,yi,zi),αj,i(xj,yj,zj),γi,j(xi,yi,zi),γj,i(xj,yj,zj)は、式(13),(14)から明らかなように、xi,yi,zi,xj,yj,zjの1次結合で表される式である。
よって、次式の形式で書き表すことができる。
Di,jxi+Ei,jyi+Fi,jzi+Dj,ixj+Ej,iyj+Fj,izj=δi,j ・・・式(18)
Gi,jxi+Hi,jyi+Ii,jzi=0 ・・・式(19)
Gj,ixj+Hj,iyj+Ij,izj=0 ・・・式(20)
これらの式を、全ての可能な断面の組み合わせについてあてはめる。
Then, the following constraint equation is obtained from the equations (10), (11), and (12).
α i, j (x i , y i , z i ) −α j, i (x j , y j , z j ) = δ i, j (15)
γ i, j (x i , y i , z i ) = 0 (16)
γ j, i (x j , y j , z j ) = 0 Equation (17)
Here, α i, j (x i , y i , z i ), α j, i (x j , y j , z j ), γ i, j (x i , y i , z i ), γ j , i (x j , y j , z j ) is a linear combination of x i , y i , z i , x j , y j , z j , as is clear from equations (13) and (14). It is a formula expressed.
Therefore, it can be expressed in the form of the following equation.
D i, j x i + E i, j y i + F i, j z i + D j, i x j + E j, i y j + F j, i z j = δ i, j (18)
G i, j x i + H i, j y i + I i, j z i = 0 (19)
G j, i x j + H j, i y j + I j, i z j = 0 (20)
These equations are applied for all possible cross-section combinations.
次に、拘束条件(c)について定式化すると、球全体の拘束を用いれば良いので、次式で表される。 Next, when the constraint condition (c) is formulated, the constraint of the entire sphere may be used, and therefore expressed by the following formula.
数2において、式(21)〜(23)を同時に満たす(xi,yi,zi)が、求める調整量である。
しかし、上記の拘束条件は一般に過拘束であるので、測定ノイズがあることを考慮すると、一意な解をもたない。そのため、最小二乗法(一般化逆行列)により解を求める。
そこで、式(18)〜(23)を行列表記にすると、次式で表される。
In
However, since the above constraint conditions are generally over-constrained, there is no unique solution considering that there is measurement noise. Therefore, a solution is obtained by the least square method (generalized inverse matrix).
Therefore, when Expressions (18) to (23) are expressed in matrix, they are expressed by the following expression.
数3において、行列Aのサイズは、最大(3nC2+3n)×(3n)、Bはベクトルで(3nC2+3n)×1のサイズである。なお、行数は、組み合わせにより測定に寄与できないものを除去することにより小さくなる場合がある。また、計算条件の悪いデータの組は取り除くことが望ましい。
また、式(24)は、一般化逆行列により、次式で表される。
In Equation 3, the size of the matrix A is (3 n C 2 + 3n) × (3n) at the maximum, and B is a vector and has a size of (3 n C 2 + 3n) × 1. Note that the number of rows may be reduced by removing those that cannot contribute to the measurement due to the combination. It is also desirable to remove data sets with poor calculation conditions.
Moreover, Formula (24) is represented by the following formula using a generalized inverse matrix.
そして、数4において求められた調整量(xi,yi,zi)(i=1,…,n)に基づき、ステム201と平行な球体200の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出する。
CPU61は、かかる位置算出プログラム63cを実行することで、位置算出手段として機能する。
Then, based on the adjustment amounts (x i , y i , z i ) (i = 1,..., N) obtained in Equation 4, the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the
The
形状測定プログラム63dは、CPU61に、球体200の形状を算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、CPU61は、形状測定プログラム63dを実行することにより、位置算出プログラム63cの実行により算出された調整量(xi,yi,zi)(i=1,…,n)に基づいて、ステム201と平行な球体200の断面形状の夫々を平行移動させ合成することにより、球体200の形状のマップデータを求め、球形状を算出することができる。また、このデータにより、真球度(最小二乗球からの偏差や、最大内接球と最小外接球の差など)を算出することができる。
The
Specifically, for example, the
次に、第1実施形態における形状測定装置100による球体200の形状測定方法について、図9のフローチャートを用いて説明する。
Next, a method for measuring the shape of the
まず、ステップS1において、図1に示すように、ステム201を球体200に取り付け当該ステム201の軸が、光軸に対して直角となるように球体200を配置した状態で、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、球体200に取り付けられたステム201と平行な球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、回転テーブル33を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第1情報を取得する。
First, in step S1, as shown in FIG. 1, in a state where the
次いで、ステップS2において、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、図4に示すように、角度位置調整機構32によって、把持部31をスライドさせ、把持部31によって把持されたステム201を所定の角度に傾ける。
Next, in step S2, the
次いで、ステップS3において、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、第1情報取得プログラム63aを実行したときと同じように、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム63bを実行することにより、回転テーブル33を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第2情報を取得する。
Next, in step S3, the
次いで、ステップS4において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、測定された断面における円形状の仮の中心を、ノミナルな円の中心と合致させる。
Next, in step S4, the
次いで、ステップS5において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、全ての断面の組み合わせについて交点を求め、調整量を算出する。
Next, in step S5, the
次いで、ステップS6において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、全ての拘束条件を含む行列の式を作る。
Next, in step S6, the
次いで、ステップS7において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、ステップS6において作成された行列式を同時に満たす調整量を算出する。
Next, in step S7, the
次いで、ステップS8において、CPU61は、形状測定プログラム63dを実行することにより、位置算出プログラム63cの実行により算出された調整量(xi,yi,zi)(i=1,…,n)に基づいて、断面形状を平行移動させ合成することにより、球体200の形状のマップデータを求め、球形状を算出して、本処理を終了する。
Next, in step S8, the
このように、回転テーブル33によって、球体200をステム201回りに所定の角度で回転させることができ、CPU61が、第1情報取得プログラム63aを実行することによって、回転テーブル33により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200のステム201と平行な球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得することができ、角度位置調整機構32によって、ステム201を所定の角度に傾けて保持することができ、CPU61が、第2情報取得プログラム63bを実行することによって、角度位置調整機構32により当該ステム201を所定の角度に傾けた後、傾ける前のステム201回りに回転テーブル33により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得することができ、CPU61が、位置算出プログラム63cを実行することによって、ステム201と平行な球体200の断面形状とステム201と異なる角度における球体200の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された第1情報及び第2情報取得プログラム63bの実行により取得された第2情報に基づき、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された球体200のステム201と平行な球体200の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができ、CPU61が、形状測定プログラム63dを実行することによって、算出した相対的な位置に基づき、球体200の形状を算出することができる。
従って、球体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに球体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、球体における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
また、球体200に光を照射するための光源部と、球体に光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像部50と、を備え、CPU61は、第1情報取得プログラム63a及び第2情報取得プログラム63bを実行することによって、撮像部50によって撮像された写像に基づき球体の一断面形状を算出することができる。
従って、球体の表面に傷を付けることなく、好適に形状測定を行うことができる。
In this way, the
Therefore, when a plurality of cross-sectional shapes of the sphere intersect with each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the sphere is rotated around the rotational symmetry axis. Even in such a case, the relative position between the cross-sectional shapes in the sphere can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained, and the shape measurement can be performed with high accuracy and high reliability. Can do.
Further, the
Therefore, the shape measurement can be suitably performed without damaging the surface of the sphere.
<第2実施形態>
次に、本発明の形状測定装置に係る第2実施形態について、図10を参照して説明する。第2実施形態の基本的構成は、第1実施形態と同様であり、第1実施形態の構成と異なる部分について説明する。
Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment which concerns on the shape measuring apparatus of this invention is described with reference to FIG. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and parts different from the configuration of the first embodiment will be described.
図10に示すように、第2実施形態における形状測定装置300は、光源部10と、コリメートレンズ20と、球体(被測定物体)200を回転支持する回転機構330と、対物レンズ40と、撮像部50と、画像処理部60と、を備え、光源部10から照射される光の光軸に沿って順に、コリメートレンズ20と、球体200と、対物レンズ40と、撮像部50とが配置されている。
As shown in FIG. 10, the
回転機構330は、例えば、図10に示すように、把持部31と、角度位置調整機構32と、回転テーブル33と、角度位置調整機構32に取り付けられた把持部31を回転させる第2駆動モータ34と、を備えて構成されている。
For example, as illustrated in FIG. 10, the
第2駆動モータ34は、ステッピングモータ等が用いられ、第2駆動モータ34に取り付けられた回転軸(図示省略)が把持部31に連結されており、当該回転軸を回動させることにより、把持部31を回動させることができる。これにより、例えば、図11に示すように、把持部31に把持されたステム201回りに球体200を回転させることができる。
これにより、第2駆動モータ34は、第2の回転手段として機能する。
As the
Thereby, the
第2情報取得プログラム363bは、CPU61に、球体200に取り付けられたステム201と異なる角度における球体200の断面形状に係る第2情報を取得する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、CPU61は、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、図4に示すように、角度位置調整機構32によって、把持部31をスライドさせ、把持部31によって把持されたステム201を所定の角度に傾ける。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、第2駆動モータ34を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第2情報を取得する。
CPU61は、かかる第2情報取得プログラム363bを実行することで、第2情報取得手段として機能する。
The second
Specifically, for example, by executing the second
The
次に、第2実施形態における形状測定装置300による球体200の形状測定方法について、図12のフローチャートを用いて説明する。
Next, a method for measuring the shape of the
まず、ステップS11において、図1に示すように、ステム201を球体200に取り付け当該ステム201の軸が、光軸に対して直角となるように球体200を配置した状態で、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、球体200に取り付けられたステム201と平行な球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、CPU61は、第1情報取得プログラム63aを実行することにより、回転テーブル33を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第1情報を取得する。
First, in step S11, as shown in FIG. 1, in a state where the
次いで、ステップS12において、CPU61は、図11に示すように、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、角度位置調整機構32によって、把持部31をスライドさせ、把持部31によって把持されたステム201を所定の角度に傾ける。
Next, in step S <b> 12, as shown in FIG. 11, the
次いで、ステップS13において、CPU61は、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、CPU61は、第2情報取得プログラム363bを実行することにより、第2駆動モータ34を所定の角度で回転させた後、再度、球体200の一断面形状を撮像部50によって撮像し、撮像された球体200の一断面形状の写像についてエッジ検出を行うことにより当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する。そして、最初に撮像された球体200の一断面が180°回転するまで、かかる一連の動作を繰り返し、かかる第2情報を取得する。
Next, in step S <b> 13, the
次いで、ステップS14において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、測定された断面における円形状の仮の中心を、ノミナルな円の中心と合致させる。
Next, in step S14, the
次いで、ステップS15において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、全ての断面の組み合わせについて交点を求め、調整量を算出する。
Next, in step S15, the
次いで、ステップS16において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、全ての拘束条件を含む行列の式を作る。
Next, in step S16, the
次いで、ステップS17において、CPU61は、位置算出プログラム63cを実行することにより、ステップS16において作成された行列式を同時に満たす調整量を算出する。
Next, in step S17, the
次いで、ステップS18において、CPU61は、形状測定プログラム63dを実行することにより、位置算出プログラム63cの実行により算出された調整量(xi,yi,zi)(i=1,…,n)に基づいて、断面形状を平行移動させ合成することにより、球体200の形状のマップデータを求め、球形状を算出して、本処理を終了する。
Next, in step S18, the
このように、回転テーブル33によって、球体200をステム201回りに所定の角度で回転させることができ、CPU61が、第1情報取得プログラム63aを実行することによって、回転テーブル33により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200のステム201と平行な球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第1情報を取得することができ、角度位置調整機構32によって、ステム201を所定の角度に傾けて保持することができ、第2駆動モータ34によって、角度位置調整機構32によりステム201を所定の角度に傾けて保持された球体200をステム201回りに所定の角度で回転させることができ、CPU61が、第2情報取得プログラム363bを実行することによって、角度位置調整機構32により当該ステム201を所定の角度に傾けた後、傾けた後のステム201回りに第2駆動モータ34により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得することができ、CPU61が、位置算出プログラム63cを実行することによって、ステム201と平行な球体200の断面形状とステム201と異なる角度における球体200の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された第1情報及び第2情報取得プログラム363bの実行により取得された第2情報に基づき、第1情報取得プログラム63aの実行により取得された球体200のステム201と平行な球体200の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出することができ、CPU61が、形状測定プログラム63dを実行することによって、算出した相対的な位置に基づき、球体200の形状を算出することができる。
従って、球体の互いに交わる複数の断面形状を、当該被測定物体における断面形状間の所定の拘束条件に基づき測定することにより、回転対称軸回りに球体を回転させる際に回転誤差が生じた場合であっても、当該拘束条件によって、球体における断面形状間の相対的な位置を算出することができることとなり、より適切な断面形状が得られることとなり、精度良く且つ信頼度の高い形状測定を行うことができる。
また、球体200に光を照射するための光源部と、球体に光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像部50と、を備え、CPU61は、第1情報取得プログラム63a及び第2情報取得プログラム363bを実行することによって、撮像部50によって撮像された写像に基づき球体の一断面形状を算出することができる。
従って、球体の表面に傷を付けることなく、好適に形状測定を行うことができる。
In this way, the
Therefore, when a plurality of cross-sectional shapes of the sphere intersect with each other based on a predetermined constraint condition between the cross-sectional shapes of the object to be measured, a rotation error occurs when the sphere is rotated around the rotational symmetry axis. Even in such a case, the relative position between the cross-sectional shapes in the sphere can be calculated by the constraint condition, and a more appropriate cross-sectional shape can be obtained, and the shape measurement can be performed with high accuracy and high reliability. Can do.
Further, the
Therefore, the shape measurement can be suitably performed without damaging the surface of the sphere.
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、被測定物体は、回転対称体であれば良く、楕円、円筒などであっても良い。
また、この実施の形態においては、第2情報取得プログラム363bを実行することによって、角度位置調整機構32により当該ステム201を所定の角度に傾けた後、傾ける前のステム201回りに回転テーブル33により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する設計(第1実施形態)、もしくは、角度位置調整機構32により当該ステム201を所定の角度に傾けた後、傾けた後のステム201回りに第2駆動モータ34により球体200を所定の角度で回転させる度に球体200の一断面形状を算出し、当該球体200の断面形状に係る第2情報を取得する設計(第2実施形態)としたが、これに限らず、測定データ間の拘束条件が適切であれば良く、例えば、第2情報は、一断面形状のみでも良い。つまり、第2情報を取得する際、ステム201を所定の角度に傾ける前又は後の当該ステム201まわりに必ずしも回転させなくても良い。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and the object to be measured may be a rotationally symmetric body, and may be an ellipse, a cylinder, or the like.
In this embodiment, by executing the second
In addition, it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.
100 形状測定装置(第1実施形態)
10 光源部
20 コリメートレンズ
30 回転機構
32 角度位置調整機構(回転対称軸保持手段)
33 回転テーブル(回転手段、第1の回転手段)
34 第2駆動モータ(第2の回転手段)
40 対物レンズ
50 撮像部(撮像手段)
60 画像処理部
61 CPU(第1情報取得手段、第2情報取得手段、位置算出手段、形状測定手段)
63a 第1情報取得プログラム(第1情報取得手段)
63b 第2情報取得プログラム(第2情報取得手段)
63c 位置算出プログラム(位置算出手段)
63d 形状測定プログラム(形状測定手段)
200 球体(被測定物体)
201 ステム(回転対称軸)
300 形状測定装置(第2実施形態)
330 回転機構(第2実施形態)
363b 第2情報取得プログラム(第2情報取得手段(第2実施形態))
100 shape measuring apparatus (first embodiment)
DESCRIPTION OF
33 Rotating table (rotating means, first rotating means)
34 Second drive motor (second rotating means)
40
60
63a First information acquisition program (first information acquisition means)
63b Second information acquisition program (second information acquisition means)
63c Position calculation program (position calculation means)
63d Shape measurement program (shape measurement means)
200 Sphere (object to be measured)
201 stem (axis of rotational symmetry)
300 Shape measuring device (second embodiment)
330 Rotating mechanism (second embodiment)
363b Second information acquisition program (second information acquisition means (second embodiment))
Claims (9)
前記被測定物体は、球体であり、
前記被測定物体の回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状に係る第1情報を、当該回転対称軸回りに当該被測定物体を所定の角度で回転させる度に取得する工程と、
前記被測定物体の回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得する工程と、
前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、前記第1情報及び前記第2情報に基づき、前記第1情報を取得する工程において取得された前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出する工程と、
算出した前記相対的な位置に基づき、前記被測定物体の形状を算出する工程と、
を備え、
前記回転対称軸と平行なY軸と、測定時の光軸と平行なZ軸と、前記Y軸及び前記Z軸に直交するX軸と、を有し、
前記所定の拘束条件は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ前記被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、前記被測定物体全体の平行移動成分を、前記被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method for measuring the cross-sectional shape of the measured object that is a rotationally symmetric body and measuring the shape of the measured object,
The object to be measured is a sphere,
Obtaining first information relating to a cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis of the object to be measured, each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
Obtaining second information relating to a cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis of the measured object;
By using a predetermined constraint condition between the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis, the first information and Calculating a relative position between the cross-sectional shapes in each of the cross-sectional shapes of the measured object parallel to the rotational symmetry axis acquired in the step of acquiring the first information based on the second information;
Calculating the shape of the object to be measured based on the calculated relative position;
With
A Y axis parallel to the rotational symmetry axis, a Z axis parallel to the optical axis at the time of measurement, and an X axis orthogonal to the Y axis and the Z axis,
The predetermined constraint condition is such that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the object to be measured at an angle different from the rotational symmetry axis coincide with the center of each measured cross-sectional shape. In the coordinate system at the time of measurement passing through the center of the measured object perpendicular to the optical axis at the time of measurement, performing only parallel movement in the direction connecting the intersection of the ideal rotational symmetry body and the straight line including the two cross-sectional shapes, Shape measurement characterized in that translation is performed only in a plane where z = 0, and the translation component of the entire object to be measured is constrained so that the center of the object to be measured comes to the origin on coordinates. Method.
前記第2情報を取得する工程は、前記回転対称軸を所定の角度に傾けた後、前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾ける前の前記回転対称軸回りに前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。 The step of acquiring the first information includes the step of acquiring one-section shape information of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis, and the step of rotating the object to be measured around the rotational symmetry axis at a predetermined angle; By alternately repeating, the first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained,
The step of acquiring the second information includes the step of acquiring the cross-sectional shape information of the measured object after tilting the rotational symmetry axis to a predetermined angle and the measured object about the rotational symmetry axis before tilting. The shape measuring method according to claim 1, wherein the second information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is acquired by alternately repeating the step of rotating at a predetermined angle.
前記第2情報を取得する工程は、前記回転対称軸を所定の角度に傾けた後、前記被測定物体の一断面形状情報を取得する工程と傾けた後の前記回転対称軸回りに前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。 The step of acquiring the first information includes the step of acquiring one-section shape information of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis, and the step of rotating the object to be measured around the rotational symmetry axis at a predetermined angle; By alternately repeating, the first information relating to the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained,
The step of acquiring the second information includes the step of acquiring the cross-sectional shape information of the measured object after tilting the rotational symmetry axis to a predetermined angle and the measurement target around the rotational symmetry axis after tilting. The shape measuring method according to claim 1, wherein the second information related to the cross-sectional shape of the object to be measured is acquired by alternately repeating the step of rotating the object at a predetermined angle.
前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程は、前記ステムとともに前記被測定物体を所定の角度で回転させることを特徴とする請求項2又は3に記載の形状測定方法。 A step of attaching a stem to the object to be measured;
4. The shape measuring method according to claim 2, wherein the step of rotating the object to be measured at a predetermined angle includes rotating the object to be measured at a predetermined angle together with the stem.
前記被測定物体は、球体であり、
前記被測定物体を前記回転対称軸回りに所定の角度で回転させる回転手段と、
前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の回転対称軸と平行な前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第1情報を取得する第1情報取得手段と、
前記回転対称軸を所定の角度に傾けて保持する回転対称軸保持手段と、
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得する第2情報取得手段と、
前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状との断面形状間の所定の拘束条件を用いることにより、前記第1情報取得手段により取得された第1情報及び前記第2情報取得手段により取得された第2情報に基づき、前記第1情報取得手段により取得された前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状の夫々における断面形状間の相対的な位置を算出する位置算出手段と、
算出した前記相対的な位置に基づき、前記被測定物体の形状を算出する形状測定手段と、
を備え、
前記回転対称軸と平行なY軸と、測定時の光軸と平行なZ軸と、前記Y軸及び前記Z軸に直交するX軸と、を有し、
前記所定の拘束条件は、前記回転対称軸と平行な前記被測定物体の断面形状と前記回転対称軸と異なる角度における前記被測定物体の断面形状について、測定された各断面形状の中心と合致させた理想回転対称体と当該2つの断面形状を含む直線との交点を結ぶ方向に平行移動のみを行い、測定時の光軸に垂直かつ前記被測定物体の中心を通る測定時の座標系で、z=0である平面内でのみ平行移動を行い、前記被測定物体全体の平行移動成分を、前記被測定物体の中心が、座標上の原点にくるように拘束することを特徴とする形状測定装置。 In a shape measuring apparatus that measures the cross-sectional shape of a measurement object that is a rotationally symmetric body and measures the shape of the measurement object,
The object to be measured is a sphere,
Rotating means for rotating the object to be measured at a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
Each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle by the rotating means, a cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis of the object to be measured is calculated, and a first shape related to the cross-sectional shape of the object to be measured is calculated. First information acquisition means for acquiring one information;
Rotational symmetry axis holding means for holding the rotational symmetry axis at a predetermined angle;
Second information acquisition means for acquiring second information relating to a cross-sectional shape of the object to be measured, after the rotation symmetry axis is inclined at a predetermined angle by the rotation symmetry axis holding means;
The first information acquisition is performed by using a predetermined constraint condition between a cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis and a cross-sectional shape of the measured object at an angle different from the rotational symmetry axis. Based on the first information acquired by the means and the second information acquired by the second information acquisition means, the cross-sectional shape of the measured object parallel to the rotational symmetry axis acquired by the first information acquisition means Position calculating means for calculating a relative position between the cross-sectional shapes in each of them,
Shape measuring means for calculating the shape of the object to be measured based on the calculated relative position;
With
A Y axis parallel to the rotational symmetry axis, a Z axis parallel to the optical axis at the time of measurement, and an X axis orthogonal to the Y axis and the Z axis,
The predetermined constraint condition is such that the cross-sectional shape of the object to be measured parallel to the rotational symmetry axis and the cross-sectional shape of the object to be measured at an angle different from the rotational symmetry axis coincide with the center of each measured cross-sectional shape. In the coordinate system at the time of measurement passing through the center of the measured object perpendicular to the optical axis at the time of measurement, performing only parallel movement in the direction connecting the intersection of the ideal rotational symmetry body and the straight line including the two cross-sectional shapes, Shape measurement characterized in that translation is performed only in a plane where z = 0, and the translation component of the entire object to be measured is constrained so that the center of the object to be measured comes to the origin on coordinates. apparatus.
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾ける前の前記回転対称軸回りに前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする請求項6に記載の形状測定装置。 The second information acquisition means includes
After the rotationally symmetric axis is tilted to a predetermined angle by the rotationally symmetric axis holding unit, the measured object is rotated by the rotating unit around the rotationally symmetric axis before the tilting by a predetermined angle. The shape measuring device according to claim 6 , wherein a second cross-sectional shape of the object to be measured is acquired by calculating a cross-sectional shape of the measured object.
前記第2情報取得手段は、
前記回転対称軸保持手段により当該回転対称軸を所定の角度に傾けた後、傾けた後の前記回転対称軸回りに前記第2の回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記被測定物体の一断面形状を算出し、当該被測定物体の断面形状に係る第2情報を取得することを特徴とする請求項6に記載の形状測定装置。 Second rotating means for rotating the object to be measured held by tilting the rotational symmetry axis at a predetermined angle by the rotational symmetry axis holding means at a predetermined angle around the rotational symmetry axis;
The second information acquisition means includes
Each time the rotationally symmetric axis is tilted to a predetermined angle by the rotationally symmetric axis holding means, the measured object is rotated at a predetermined angle by the second rotating means around the rotationally symmetric axis after tilting. The shape measuring apparatus according to claim 6 , wherein one shape of the cross section of the object to be measured is calculated, and second information related to the cross section of the object to be measured is acquired.
前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
を備え、
前記第1情報取得手段及び前記第2情報取得手段は、
前記撮像手段によって撮像された写像に基づき前記被測定物体の一断面形状を算出することを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の形状測定装置。 A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
Imaging means for imaging a map formed by irradiating the object to be measured with light output from the light source unit;
With
The first information acquisition unit and the second information acquisition unit are:
The shape measuring apparatus according to claim 6, wherein a cross-sectional shape of the object to be measured is calculated based on a map imaged by the imaging unit.
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