JP7009751B2 - Measurement system, control device, measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを含む計測システムに関する。 The present invention relates to a measurement system including a measurement device for measuring a measurement target and a drive device for changing the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target.
近年のICT(Information and Communication Technology)の進歩によって、生産現場においても、制御装置と各種の計測装置とをネットワークなどを介して統合したシステムが提案されている。 With the progress of ICT (Information and Communication Technology) in recent years, a system in which a control device and various measuring devices are integrated via a network or the like has been proposed even at a production site.
このようなシステムに用いられるネットワークにおいては、制御装置および計測装置を含む各デバイスが互いに同期されたタイマを有しており、このような互いに同期されたタイマにより管理されるタイミングに基づいて、定周期でのデータ通信を保証する。例えば、特開2009-157913号公報(特許文献1)は、nsオーダーの計時機能をもつ計時手段を備えたユニット間であっても、制御に影響を与えることなく比較的短時間で時間同期を行うことができる構成を開示する。 In the network used for such a system, each device including a control device and a measuring device has a timer synchronized with each other, and is determined based on the timing managed by the timer synchronized with each other. Guarantee periodic data communication. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-157913 (Patent Document 1) synchronizes time in a relatively short time without affecting control even between units provided with a timekeeping means having an ns-order timekeeping function. Disclose the configurations that can be made.
上述の特開2009-157913号公報(特許文献1)は、ネットワークに接続されるデバイス間でタイマの同期を維持する技術を開示するものの、それぞれのデバイスにて取得されたデータを集約するなどのシステム全体としての処理については、何ら示唆されていない。 The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-157913 (Patent Document 1) discloses a technique for maintaining timer synchronization between devices connected to a network, but aggregates data acquired by each device and the like. No suggestions have been made regarding the processing of the system as a whole.
本発明は、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とが直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる計測システムを提供することを一つの目的としている。 The present invention provides high-precision information indicating the shape of a measurement target even if the measurement device for the measurement target and the drive device that changes the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target are not directly connected. One of the purposes is to provide a measurement system that can be generated.
本発明のある局面に従う計測システムは、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを含む。計測装置および駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有している。駆動装置は、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力する。計測装置は、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力する。計測システムは、1または複数の第1の情報に基づいて、第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を含む。 A measuring system according to a certain aspect of the present invention includes a measuring device for measuring a measuring object and a driving device for changing the relative positional relationship between the measuring device and the measuring object. The measuring device and the driving device each have a synchronized timer. The drive device associates the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired, and outputs the information as the first information. The measuring device associates the measurement information acquired by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information is acquired, and outputs the second information. The measurement system calculates the position associated with the time information included in the second information based on one or more first information, and also with the calculated position associated with the common time information. It includes an information generation means for generating information indicating the shape of the measurement target based on the combination with the measurement information.
好ましくは、第1の情報は、計測対象の加速度を示す情報および速度を示す情報をさらに含み、情報生成手段は、算出対象の時刻より前の時刻における、計測対象の加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出する。 Preferably, the first information further includes information indicating the acceleration of the measurement target and information indicating the velocity, and the information generating means is based on the acceleration and velocity of the measurement target at a time before the time of the calculation target. The position at the time of the calculation target is calculated.
好ましくは、情報生成手段は、算出対象の時刻の近傍にある時刻に対応付けられる複数の第1の情報に含まれる位置を示す情報を補間して、当該算出対象の時刻における位置を算出する。 Preferably, the information generating means interpolates the information indicating the position included in the plurality of first information associated with the time in the vicinity of the time of the calculation target, and calculates the position at the time of the calculation target.
好ましくは、計測装置および駆動装置は、タイミング同期されたネットワークを介して接続されている。 Preferably, the measuring device and the driving device are connected via a time-synchronized network.
好ましくは、計測システムは、ネットワーク上のデータ通信およびタイマの同期を管理する通信マスタをさらに含む。情報生成手段は、通信マスタに設けられる。 Preferably, the measurement system further includes a communication master that manages data communication and timer synchronization on the network. The information generation means is provided in the communication master.
好ましくは、計測装置は、計測対象に対して計測光を照射するとともに、計測対象からの反射光を受光して計測対象の特性値を計測するように構成されている。第2の情報は、計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む。 Preferably, the measuring device is configured to irradiate the measurement target with the measurement light and receive the reflected light from the measurement target to measure the characteristic value of the measurement target. The second information includes time information indicating an arbitrary timing from the start of irradiation of the measurement light to the completion of irradiation.
好ましくは、駆動装置が第1の情報を出力するタイミングと、計測装置が第2の情報を出力するタイミングとは、互いに異なっている。 Preferably, the timing at which the driving device outputs the first information and the timing at which the measuring device outputs the second information are different from each other.
本発明の別の局面に従う計測装置は、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とをネットワーク接続するネットワークコントローラと、計測装置のタイマおよび駆動装置のタイマとの間で同期されたタイマとを含む。駆動装置は、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力する。計測装置は、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力する。制御装置は、1または複数の第1の情報に基づいて、第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を含む。 The measuring device according to another aspect of the present invention includes a network controller for connecting a measuring device for measuring a measurement target and a driving device for changing the relative positional relationship between the measuring device and the measuring target, and a timer for the measuring device. And a timer synchronized with the timer of the drive unit. The drive device associates the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired, and outputs the information as the first information. The measuring device associates the measurement information acquired by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information is acquired, and outputs the second information. The control device calculates the position associated with the time information included in the second information based on the one or more first information, and also with the calculated position associated with the common time information. It includes an information generation means for generating information indicating the shape of the measurement target based on the combination with the measurement information.
本発明のさらに別の局面に従えば、計測対象を計測する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを備える計測システムにおける計測方法が提供される。計測装置および駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有している。計測方法は、駆動装置が、計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力するステップと、計測装置が、計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力するステップと、1または複数の第1の情報に基づいて、第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するステップと、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、計測対象の形状を示す情報を生成するステップとを含む。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a measurement method in a measurement system including a measurement device for measuring a measurement target and a drive device for changing the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target. The measuring device and the driving device each have a synchronized timer. The measurement method includes a step in which the drive device associates the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired and outputs the information as the first information. The step of associating the measurement information acquired by the measuring device by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information was acquired and outputting it as the second information, and 1. Alternatively, the step of calculating the position associated with the time information included in the second information based on the plurality of first information, and the calculated position and the measured information associated with the common time information. It includes a step of generating information indicating the shape of the measurement target based on the combination.
本発明に係る計測システムは、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とが直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる。 The measurement system according to the present invention shows the shape of the measurement target even if the measurement device for the measurement target and the drive device that changes the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target are not directly connected. Information can be generated with high accuracy.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<A.計測システムの全体構成例>
まず、本実施の形態に係る計測システム1の全体構成例について説明する。図1は、本実施の形態に係る計測システム1の全体構成例を示す模式図である。
<A. Overall configuration example of measurement system>
First, an example of the overall configuration of the
図1を参照して、本実施の形態に係る計測システム1は、一例として、検査装置2に配置された計測対象(以下、「ワークW」とも称す。)上の複数の計測点に対する距離を光学的に計測することで、ワークWの表面形状を示す形状情報を出力する。
With reference to FIG. 1, the
本明細書において、「形状情報」は、計測対象(ワークW)の形状を示す情報であり、計測対象に設定される任意の位置と当該位置についての計測点との対応関係を包含する概念である。 In the present specification, "shape information" is information indicating the shape of a measurement target (work W), and is a concept including a correspondence relationship between an arbitrary position set in the measurement target and a measurement point for the position. be.
より具体的には、計測システム1は、主たる構成要素として、制御装置100と、制御装置100とフィールドネットワーク20を介して接続されるドライブユニット200および計測装置300とを含む。計測装置300が計測対象であるワークWを計測する。
More specifically, the
フィールドネットワーク20は、典型的には、データの到着時間が保証される、定周期通信を行うネットワークが採用される。このような定周期通信を行うネットワークとしては、EtherCAT(登録商標)などを採用できる。
As the
一例として、制御装置100は、フィールドネットワーク20における通信マスタとして機能する。通信マスタは、フィールドネットワーク20に接続されているデバイス間においてタイマの同期を管理するとともに、データの送受信などのタイミングを規定する通信スケジュールを管理する。すなわち、通信マスタである制御装置100は、フィールドネットワーク20上のデータ通信およびタイマの同期を管理する。
As an example, the
ドライブユニット200および計測装置300は、通信マスタからの指示に従って、フィールドネットワーク20上でデータを送受信する通信スレーブとして機能する。
The
より具体的には、制御装置100は、タイマ102を有し、ドライブユニット200は、タイマ202を有し、計測装置300は、タイマ302を有している。制御装置100のタイマ102がレファレンスクロックなどの同期信号を発生することで、他のタイマ202,302がタイマ102に同期する。したがって、フィールドネットワーク20に接続されるデバイス間では、データの送受信タイミングを共通の時刻で管理することができる。
More specifically, the
このように、ドライブユニット200および計測装置300は、同期されたタイマをそれぞれ有している。ドライブユニット200および計測装置300は、タイミング同期されたネットワークであるフィールドネットワーク20を介して接続されることで、それぞれのタイマ間を同期させることができる。
As described above, the
本明細書において、「時刻」は、時間の流れのある一点を特定する情報を意味し、時分秒などで規定される通常の意味の時刻に加えて、例えば、フィールドネットワーク内で共通に利用されるタイマ値またはカウンタ値を含み得る。「時刻」は、基本的には、各デバイスが有しているタイマによって管理される。また、「時刻情報」は、「時刻」そのものに加えて、「時刻」を特定するための情報(例えば、「時刻」を何らかの方法でエンコーディングした結果や、ある基準時刻からの経過時間など)を含む。 In the present specification, "time" means information that identifies a point with a flow of time, and is commonly used in, for example, a field network, in addition to a time having a normal meaning defined by hours, minutes, seconds, and the like. It may contain a timer value or a counter value to be used. The "time" is basically managed by a timer of each device. In addition to the "time" itself, the "time information" includes information for specifying the "time" (for example, the result of encoding the "time" in some way, the elapsed time from a certain reference time, etc.). include.
一般的に、マスタ-スレーブ型の定周期ネットワークにおいては、いずれか1つ以上のデバイスがタイマ同士の同期を管理する通信マスタとして機能すればよい。この通信マスタは、必ずしも制御装置100である必要はなく、例えば、ドライブユニット200および計測装置300のいずれかが通信マスタとして機能してもよい。
Generally, in a master-slave type fixed-period network, any one or more devices may function as a communication master that manages synchronization between timers. The communication master does not necessarily have to be the
制御装置100は、任意のコンピュータであり、典型的には、PLC(プログラマブルコントローラ)として具現化されてもよい。制御装置100は、フィールドネットワーク20を介して接続されたドライブユニット200に対して、動作指令を与えるとともに、ドライブユニット200からの情報(動作情報および時刻情報を含む)を受信する。また、制御装置100は、計測装置300に対して、計測指令を与えるとともに、計測装置300からの情報(計測情報および時刻情報を含む)を受信する。制御装置100は、ドライブユニット200および計測装置300からのそれぞれのフィードバック応答を統合して、ワークWについての形状情報を生成する。このワークWについての形状情報を生成する処理の詳細については、後述する。
The
なお、制御装置100は、生成したワークWの形状情報に基づいて何らかの制御演算を実行してもよいし、生成したワークWの形状情報を製造実行システム(MES:Manufacturing Execution System)などの上位装置へ送信するようにしてもよい。
The
ドライブユニット200は、計測装置300と計測対象であるワークWとの間の相対位置関係を変化させる駆動装置に相当する。より具体的には、ドライブユニット200は、ワークWが置載された検査装置2を作動させるモータ10を駆動する。例えば、ドライブユニット200は、サーボドライバやインバータユニットなどを含む。ドライブユニット200は、制御装置100からの動作指令に従って、モータ10を駆動するための交流電力またはパルス電力を与えるとともに、モータ10の動作状態(例えば、回転位置(位相角)、回転速度、回転加速度、トルクなど)を取得して、指定された情報を動作情報として制御装置100へ送信する。なお、モータ10にエンコーダ(図3に示すエンコーダ12を参照)が装着されている場合には、そのエンコーダからの出力信号がドライブユニット200へ入力される。
The
モータ10は、回転駆動することで、検査装置2を構成するステージ6の位置を変化させる。例えば、ステージ6は、基部4の上に移動可能に配置されるとともに、ステージ6はボールネジ14と係合されている。モータ10は、減速機を介してボールネジ14と機械的に結合されており、モータ10の回転運動がボールネジ14へ与えられる。ボールネジ14の回転によって、ボールネジ14とステージ6との相対位置関係は、ボールネジ14の延伸方向に変化することになる。
The
すなわち、制御装置100からドライブユニット200に対して動作指令を与えることで、検査装置2のステージ6の位置が変化することになり、ステージ6上に配置されているワークWもその位置を変化させる。
That is, by giving an operation command from the
計測装置300は、ワークWについての変位を計測する計測ユニットに相当する。本実施の形態においては、ワークWについての変位として、計測装置300と電気的または光学的に接続されるセンサヘッド310からワークWの表面上の計測点までの距離を想定する。例えば、計測装置300は、ワークWの表面上の計測点までの距離を光学的に計測する光学式変位センサが用いられてもよい。具体的には、計測装置300は、センサヘッド310からワークWに対して計測光を照射し、その光がワークWで反射して生じる光を受光することで、ワークWの表面上の計測点までの距離を計測する。一例として、三角測距方式の光学変位センサや同軸共焦点方式の光学変位センサが用いられてもよい。
The measuring
計測装置300は、ワークWに対して計測光を照射するとともに、ワークWからの反射光を受光してワークWの特性値を計測する。より具体的には、計測装置300は、制御装置100からの計測指令に従って、計測タイミング(例えば、ワークWに照射する計測光の強度やタイミング)を調整しつつ、受光された反射光から算出される計測結果を含む計測情報を制御装置100へ送信する。
The measuring
なお、ワークWに対して照射される計測光の強度およびタイミングは、光を発生する光源の点灯時間および点灯タイミングを制御し、あるいは、ワークWからの反射光を受光する撮像素子の露光時間および露光タイミングを制御することで調整されてもよい。 The intensity and timing of the measured light applied to the work W controls the lighting time and lighting timing of the light source that generates the light, or the exposure time of the image pickup element that receives the reflected light from the work W. It may be adjusted by controlling the exposure timing.
本実施の形態に係る計測システム1においては、ドライブユニット200から制御装置100へ送信される動作情報には、当該動作情報に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、対応付けられる動作情報が取得されたタイミングなどを示す。このように、ドライブユニット200は、ワークWの位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、動作情報(第1の情報)として出力する。
In the
本明細書において、「計測対象(ワークW)の位置を示す情報」は、ワークW自体の位置を示す情報に加えて、ワークWと機械的に接続された検査装置2またはモータ10などの位置を示す情報を含む。すなわち、「計測対象(ワークW)の位置を示す情報」は、ワークWの位置を直接的または間接的に特定することができる任意の情報を包含する。また、これらの情報の次元数はいずれであってもよい。さらに、「計測対象(ワークW)の速度を示す情報」および「計測対象(ワークW)の加速度を示す情報」についても同様である。
In the present specification, the "information indicating the position of the measurement target (work W)" includes the position of the
同様に、計測装置300から制御装置100へ送信される計測情報には、当該計測情報に対応付けられる時刻情報が付加されている。この時刻情報は、例えば、対応付けられる計測情報が取得されたタイミング、あるいは、対応付けられる計測情報を取得するための計測光が照射されたタイミングなどを示す。このように、計測装置300は、ワークWを計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示すタイマからの時刻情報とを対応付けて、計測情報(第2の情報)として出力する。
Similarly, the time information associated with the measurement information is added to the measurement information transmitted from the
制御装置100は、動作情報および計測情報のそれぞれに対応付けられた時刻情報を用いて、動作情報および計測情報の間の時間的な関係を調整した上で、ワークWの形状情報を生成する。より具体的には、制御装置100は、1または複数の動作情報(第1の情報)に基づいて、計測情報(第2の情報)に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、ワークWの形状を示す情報(形状情報)を生成する。
The
<B.計測システムを構成する各装置のハードウェア構成例>
次に、本実施の形態に係る計測システム1を構成する各装置のハードウェア構成例について説明する。
<B. Hardware configuration example of each device that configures the measurement system>
Next, a hardware configuration example of each device constituting the
(b1:制御装置)
図2は、本実施の形態に係る計測システム1を構成する制御装置100のハードウェア構成例を示す模式図である。図2を参照して、制御装置100は、フィールドネットワーク20における通信タイミングなどを管理するタイマ102に加えて、プロセッサ104と、メインメモリ106と、フラッシュメモリ108と、チップセット114と、ネットワークコントローラ116と、メモリカードインターフェイス118と、内部バスコントローラ122と、フィールドネットワークコントローラ124とを含む。
(B1: Control device)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the
プロセッサ104は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などで構成され、フラッシュメモリ108に格納された各種プログラムを読み出して、メインメモリ106に展開して実行することで、制御対象に応じた制御、および、後述するような各種処理を実現する。
The
フラッシュメモリ108には、制御装置100として基本的な機能を提供するためのシステムプログラム110に加えて、制御装置100において実行されるユーザプログラム112が格納される。
The
システムプログラム110は、制御装置100においてユーザプログラム112を実行するために必要な処理を実行するための命令群である。
The system program 110 is a group of instructions for executing the processing necessary for executing the
ユーザプログラム112は、制御対象などに応じて任意に作成される命令群であり、例えば、シーケンスプログラム112Aと、モーションプログラム112Bと、形状情報生成プログラム112Cとを含む。
The
チップセット114は、プロセッサ104と各デバイスを制御することで、制御装置100全体としての処理を実現する。
By controlling the
ネットワークコントローラ116は、上位ネットワークを介して上位装置などとの間でデータを遣り取りする。
The
メモリカードインターフェイス118は、不揮発性記憶媒体の一例であるメモリカード120を着脱可能に構成されており、メモリカード120に対してデータを書込み、メモリカード120から各種データを読出すことが可能になっている。
The
内部バスコントローラ122は、制御装置100に装着されるI/Oユニット126との間で内部バス128を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
The
フィールドネットワークコントローラ124は、ドライブユニット200および計測装置300を含む他の装置との間をネットワーク接続し、フィールドネットワーク20を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。フィールドネットワークコントローラ124は、フィールドネットワーク20における通信マスタとしての機能として、同期管理機能125を含む。
The
同期管理機能125は、フィールドネットワーク20に接続されている各デバイスからの時刻(典型的には、各デバイスが有するタイマが出力するカウンタ値)とタイマ102からの時刻とに基づいて、デバイス間の時刻ずれを算出し、その時刻ずれを補正した後の同期信号を各デバイスへ出力する。このように、同期管理機能125は、タイマ102をドライブユニット200のタイマおよび計測装置300のタイマとの間で同期させる。
The
図2には、プロセッサ104がプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードワイヤード回路(例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)など)を用いて実装してもよい。あるいは、制御装置100の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア(例えば、汎用コンピュータをベースとした産業用コントローラ)を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のOS(Operating System)を並列的に実行させるとともに、各OS上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。
FIG. 2 shows a configuration example in which the necessary functions are provided by the
(b2:ドライブユニット200)
図3は、本実施の形態に係る計測システム1を構成するドライブユニット200のハードウェア構成例を示す模式図である。図3を参照して、ドライブユニット200は、フィールドネットワーク20における通信タイミングなどを管理するタイマ202を含むフィールドネットワークコントローラ204と、ドライブコントローラ206と、主回路208と、パルスカウンタ210とを含む。
(B2: Drive unit 200)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the
フィールドネットワークコントローラ204は、制御装置100および計測装置300を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク20を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
The
ドライブコントローラ206は、制御装置100からの動作指令に従って、所定の演算ロジックに従って指令値を生成する。より具体的には、ドライブコントローラ206は、位置制御ループ、速度制御ループ、トルク制御ループなどの必要な制御ループを組み合わせた制御演算ロジックを有している。ドライブコントローラ206は、パルスカウンタ210にてカウントされたカウント値などから、対象のモータ10の動作状態を算出して、制御装置100へ出力する。
The
ドライブコントローラ206は、プロセッサにプログラムを実行させることで必要な処理および機能を実現するソフトウェア実装に加えて、ASICやFPGAなどのハードワイヤード回路を用いて必要な処理および機能を実現するハードウェア実装により実現してもよい。
The
主回路208は、例えば、コンバータ回路およびインバータ回路を含んで構成され、ドライブコントローラ206からの指令に従って、所定の電流波形または電圧波形を生成して、接続されているモータ10へ与える。
The
パルスカウンタ210は、モータ10に装着されているエンコーダ12からのパルス信号をカウントして、そのカウント値をドライブコントローラ206へ出力する。
The
なお、主回路208およびパルスカウンタ210などは、駆動対象のモータ10の電気的特性または機械的特性に応じて適宜変更されてもよい。
The
(b3:計測装置300)
図4は、本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300のハードウェア構成例を示す模式図である。図4を参照して、計測装置300は、フィールドネットワーク20における通信タイミングなどを管理するタイマ302を含むフィールドネットワークコントローラ304と、撮像コントローラ306と、データ処理部308とを含む。
(B3: Measuring device 300)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the measuring
フィールドネットワークコントローラ304は、制御装置100およびドライブユニット200を含む他の装置との間で、フィールドネットワーク20を介してデータを遣り取りするインターフェイスである。
The
撮像コントローラ306は、制御装置100からの動作指令に従って、センサヘッド310に対して照射指令を与える。データ処理部308は、センサヘッド310からの受光信号に基づいて、ワークWの表面上の計測点までの距離を算出する。
The
計測装置300に接続されるセンサヘッド310は、発光源312と、受光素子314と、レンズ316とを含む。
The
発光源312は、撮像コントローラ306からの指令に従って駆動されて、所定の光を発生する光源であり、例えば、白色LED(Light Emitting Diode)や半導体レーザなどで構成される。
The
受光素子314は、対象のワークWからの反射光を受光して、その受光信号をデータ処理部308へ出力する素子であり、例えば、1次元配置の受光素子(ラインセンサ)や2次元配置の受光素子(CCD(Charge Coupled Device)など)により構成される。
The
レンズ316は、センサヘッド310から照射される計測光、および、ワークWから反射される光の焦点位置などを調整する光学系である。
The
なお、センサヘッド310の光学的構成および電気的構成は、計測原理に応じて適宜設計されるため、図4に示すような構成に限定されるものではない。
Since the optical configuration and the electrical configuration of the
<C.形状情報生成処理>
次に、本実施の形態に係る計測システム1において実行される形状情報生成処理について説明する。
<C. Shape information generation process>
Next, the shape information generation process executed in the
図5は、本実施の形態に係る計測システム1におけるドライブユニット200および計測装置300の動作タイミングを説明するための図である。図5を参照して、ドライブユニット200および計測装置300は、それぞれの特性に応じた周期で処理を実行する。そのため、ドライブユニット200が動作指令に応じてモータ10に対する動作を制御するタイミングおよび周期は、計測装置300がワークWに対する距離を計測するタイミングおよび周期とは一致しない。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation timing of the
図5に示す例では、ドライブユニット200は、動作時刻TS1,TS2,…(時間間隔ΔTS)で制御を行うとともに、動作情報を出力する。これに対して、計測装置300は、計測時刻TZ1,TZ2,…(時間間隔ΔTZ)でワークWに対する計測処理(距離計測)を行う。なお、計測装置300により計測される距離は、撮像開始から撮像完了までの撮像データにおける光学特性により算出される値に相当するので、取得された計測情報には、当該計測情報を行うための撮像が完了したタイミングを示す時刻が対応付けられてもよい。
In the example shown in FIG. 5, the
ワークWの表面形状を示す形状情報(すなわち、プロファイル)は、センサヘッド310とワークWとの間の相対位置関係と、その相対位置関係において計測されるワークWに対する距離との関係を示すものであり、相対位置関係および距離はいずれも同時刻に取得されるべきである。
The shape information (that is, the profile) indicating the surface shape of the work W indicates the relationship between the relative positional relationship between the
図5に示すように、ドライブユニット200および計測装置300は、互いに同期して制御および計測を行うものではないので、共通のタイミングで動作情報および計測情報が同時に出力されるものではない。すなわち、ドライブユニット200が動作情報を出力するタイミングと、計測装置300が、計測情報を出力するタイミングとは、互いに異なっている場合がある。
As shown in FIG. 5, since the
本実施の形態に係る計測システム1においては、制御装置100、ドライブユニット200、および計測装置300は、互いに同期したタイマを有しているため、それぞれのデバイスが出力する時刻情報の時間軸は共通化しているとみなすことができる。そこで、ドライブユニット200からは動作情報に時刻情報を対応付けて出力するとともに、計測装置300からは計測情報に時刻情報を対応付けて出力する。そして、制御装置100は、時刻情報を基準として、ドライブユニット200からの動作情報と、計測装置300からの計測情報とのタイミングを整合させることで、ワークWについての形状情報を生成する。
In the
図6および図7は、本実施の形態に係る計測システム1における形状情報の生成処理を説明するための図である。
6 and 7 are diagrams for explaining the shape information generation process in the
図6を参照して、ドライブユニット200からの情報(動作情報および時刻情報)と、計測装置300からの情報(計測情報および時刻情報)とに基づいて、それぞれの時刻情報を基準として、動作情報および計測情報を時系列で並べたテーブル400が生成される。すなわち、制御装置100は、ドライブユニット200および計測装置300から取得される、動作情報、計測情報、時刻情報を時系列順にテーブル化する。
With reference to FIG. 6, based on the information (operation information and time information) from the
より具体的には、テーブル400は、動作情報404と、計測情報406と、時刻情報402とを含むレコードで構成される。
More specifically, the table 400 is composed of a record including
図6のテーブル400に示すように、ドライブユニット200からの動作情報404と計測装置300からの計測情報406とは同一の時刻で取得されるとは限らないので、本実施の形態においては、いずれかの情報を補間または推定することで、同一の時刻における、動作情報404および計測情報406の組み合わせを決定する。
As shown in the table 400 of FIG. 6, the
図6に示す例では、動作情報404を補間することで、計測情報406が取得されている時刻の動作情報を算出する。ここで、動作情報は、各時刻の位置に加えて、ワークWの加速度を示す情報および速度を示す情報を含み得る。このような速度および加速度の情報を用いることで、指定された時刻における位置を算出できる。
In the example shown in FIG. 6, the operation information at the time when the
より具体的には、図6のテーブル400において、計測時刻TZ1における計測情報1に対応付けられる動作情報408(動作情報12)が、隣接する動作時刻TS1における動作情報1と隣接する動作時刻TS2における動作情報2とを用いて補間することで算出される。このように、制御装置100は、計測装置300により出力された計測情報の計測時刻に対応付けられる動作情報を、隣接する動作情報に基づいて補間することで決定する。
More specifically, in the table 400 of FIG. 6, the operation information 408 ( operation information 12 ) associated with the
計測情報に対応付けられる各計測時刻について、このような補間処理を行うことで、図6に示すような時系列に関連付けられたテーブル410が生成される。テーブル410は、動作情報414と、計測情報416と、時刻情報412とを含むレコードで構成される。テーブル410を構成する各テーブルに基づいて、動作情報414に含まれる位置と計測情報416とを対応付けてプロットすると、図6に示すような形状情報420が出力される。
By performing such interpolation processing for each measurement time associated with the measurement information, a table 410 associated with the time series as shown in FIG. 6 is generated. Table 410 is composed of a record including
説明の便宜上、テーブルを用いた処理例について説明したが、これに限らず任意のデータ処理技術を用いて実装すればよい。すなわち、共通の時刻に対応付けられる、動作情報および計測情報の組み合わせを生成することで、形状情報を生成するものであれば、どのような処理を採用してもよい。 For convenience of explanation, a processing example using a table has been described, but the present invention is not limited to this, and any data processing technique may be used for implementation. That is, any process may be adopted as long as it generates shape information by generating a combination of operation information and measurement information associated with a common time.
図6に示すような形状情報の生成処理は、実質的に、図7に示すような処理を実現できるものであればよい。図7においては、時刻情報に対する動作情報の変化を示す動作情報の時間的変化424と、時刻情報に対する計測情報の変化を示す計測情報の時間的変化426とが共通の時刻情報の座標に揃えられている。さらに、動作情報の時間的変化424については、補間処理によって、実際に動作情報が取得されていない時刻についての動作情報も推定される。これら2つの時間的変化を統合して、時刻情報を消し去ることで、動作情報に対する計測情報の変化を示す形状情報420を生成できる。
The shape information generation process as shown in FIG. 6 may be substantially as long as the process as shown in FIG. 7 can be realized. In FIG. 7, the
なお、上述の図6および図7に示す生成処理は、典型的には、制御装置100において実行されるが、これに限らず、ドライブユニット200または計測装置300で実行されてもよい。
The generation process shown in FIGS. 6 and 7 described above is typically executed by the
<D.処理手順>
次に、本実施の形態に係る計測システム1における処理手順について説明する。
<D. Processing procedure>
Next, the processing procedure in the
(d1:全体処理シーケンス)
図8は、本実施の形態に係る計測システム1において実行される処理手順を示すシーケンス図である。図8に示すシーケンス図においては、制御装置100のプロセッサ104およびフィールドネットワークコントローラ124と、ドライブユニット200のフィールドネットワークコントローラ204およびドライブコントローラ206と、計測装置300のフィールドネットワークコントローラ304、撮像コントローラ306およびデータ処理部308との間で実行される処理に着目している。
(D1: Overall processing sequence)
FIG. 8 is a sequence diagram showing a processing procedure executed in the
上述したように、フィールドネットワーク20に接続されるデバイス間ではタイミング同期されており、このタイミング同期は、一例として、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ124によって管理される。具体的には、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ124は、フィールドネットワーク20を順次伝送されるフレームに含まれる各デバイス(通信スレーブ)からの時刻(各通信スレーブが管理するタイマが出力するカウント値)に基づいて、各デバイスにおけるタイミングずれ量(時刻ずれ量)を算出し(シーケンスSQ100)、算出したタイミングずれ量を補正するための同期信号をそれぞれのデバイスに送信する(シーケンスSQ102)。各デバイス(通信スレーブ)は、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ124からの同期信号に従って、管理しているタイマを補正する。この同期信号は、時刻ずれ補正後の時刻を指定するものである。
As described above, timing synchronization is performed between the devices connected to the
なお、シーケンスSQ100およびシーケンスSQ102の処理は、他の処理とは独立して所定周期毎または所定イベント毎に実行されてもよい。 The processes of the sequence SQ100 and the sequence SQ102 may be executed at predetermined cycles or at predetermined events independently of other processes.
ドライブユニット200におけるモータ10に対する制御動作として、ドライブユニット200のドライブコントローラ206は、予め与えられた動作指令に従って、制御処理を実行する(シーケンスSQ110)。このとき、ドライブコントローラ206は、制御処理の実行結果などに基づいて、動作情報を取得する。さらに、ドライブコントローラ206は、制御処理の実行タイミングに対応付けられる時刻情報をフィールドネットワークコントローラ204(タイマ202)から取得する(シーケンスSQ112)。
As a control operation for the
そして、ドライブコントローラ206は、取得した動作情報を、フィールドネットワークコントローラ204を介して制御装置100へ送信する(シーケンスSQ114)とともに、対応付けられる時刻情報を、フィールドネットワークコントローラ204を介して制御装置100へ送信する(シーケンスSQ116)。ドライブユニット200から送信された動作情報および対応付けられる時刻情報は、制御装置100のプロセッサ104がアクセス可能なメインメモリ106などに格納される。
Then, the
計測装置300におけるワークWに対する計測処理として、計測装置300のデータ処理部308は、撮像コントローラ306に対して、撮像期間(露光期間)中のいずれのタイミングで時刻情報を取得するのかを示す、時刻情報の取得タイミングを通知する(シーケンスSQ120)。続いて、撮像コントローラ306は、予め指定された撮像条件などに従って、撮像処理を開始する(シーケンスSQ122)。さらに、撮像コントローラ306は、時刻情報の取得タイミングに従って、撮像期間中に対応付けられる時刻情報をフィールドネットワークコントローラ304(タイマ302)から取得する(シーケンスSQ124)。そして、撮像コントローラ306は、撮像素子から出力される撮像信号をデータ処理部308へ出力する(シーケンスSQ126)とともに、対応付けられる時刻情報を出力する(シーケンスSQ128)。
As a measurement process for the work W in the
データ処理部308は、撮像コントローラ306からの撮像信号に基づいて計測処理を実行して計測情報を生成する(シーケンスSQ130)。そして、データ処理部308は、生成した計測情報を、フィールドネットワークコントローラ304を介して制御装置100へ送信する(シーケンスSQ132)とともに、対応付けられる時刻情報を、フィールドネットワークコントローラ304を介して制御装置100へ送信する(シーケンスSQ134)。計測装置300から送信された計測情報および対応付けられる時刻情報は、制御装置100のプロセッサ104がアクセス可能なメインメモリ106などに格納される。
The
図8に示す、モータ10に対する制御動作(シーケンスSQ110~SQ116)、および、ワークWに対する計測処理(シーケンスSQ120~SQ134)は、所定回数繰返される。ワークWに対する一連の計測処理が完了すると、制御装置100のプロセッサ104は、格納されている動作情報、計測処理、時刻情報に基づいて、形状情報を生成する(シーケンスSQ140)。
The control operation for the motor 10 (sequence SQ110 to SQ116) and the measurement process for the work W (sequence SQ120 to SQ134) shown in FIG. 8 are repeated a predetermined number of times. When a series of measurement processes for the work W are completed, the
以上のような一連の処理がワークW毎に繰返される。
(d2:ドライブユニット200における処理手順)
次に、本実施の形態に係る計測システム1を構成するドライブユニット200における処理手順について説明する。図9は、本実施の形態に係る計測システム1を構成するドライブユニット200における処理手順を示すフローチャートである。
The series of processes as described above is repeated for each work W.
(D2: Processing procedure in the drive unit 200)
Next, the processing procedure in the
図9を参照して、ドライブユニット200は、同期信号を受信すると(ステップS200)、時刻ずれを補正する処理を実行する(ステップS202)。
With reference to FIG. 9, when the
また、ドライブユニット200は、モータ10に対する制御動作などから動作情報を決定する処理(ステップS204)、および、対応付けられる時刻情報を決定する処理(ステップS206)を実行する。そして、ドライブユニット200は、決定した動作情報および時刻情報を出力する(ステップS208)。これらの対応付けられた動作情報および時刻情報を含む出力レコードが制御装置100に格納される。
Further, the
(d3:計測装置300における処理手順)
次に、本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300における処理手順について説明する。図10は、本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300における処理手順を示すフローチャートである。
(D3: Processing procedure in the measuring device 300)
Next, the processing procedure in the
図10を参照して、計測装置300は、同期信号を受信すると(ステップS300)、時刻ずれを補正する処理を実行する(ステップS302)。
With reference to FIG. 10, when the measuring
また、計測装置300は、ワークWに対する計測光の照射などの撮像処理を実行し(ステップS304)、その撮像結果に基づいて計測情報を決定する処理(ステップS306)、および、対応付けられる時刻情報を決定する処理(ステップS308)を実行する。そして、計測装置300は、決定した計測情報および時刻情報を出力する(ステップS310)。これらの対応付けられた計測情報および時刻情報を含む出力レコードが制御装置100に格納される。
Further, the measuring
<E.動作情報の補間処理>
次に、本実施の形態に係る計測システム1における動作情報の補間処理に関して、いくつかの実装例を説明する。
<E. Operation information interpolation processing>
Next, some implementation examples will be described with respect to the interpolation processing of the operation information in the
図11は、本実施の形態に係る計測システム1における情報の遣り取りおよび処理を説明するための図である。説明の便宜上、図11には、ドライブユニット200および計測装置300が同一の制御サイクルで処理をサイクリック実行する例を示すが、これに限られることなく、それぞれ固有の制御サイクルで処理が実行されてもよい。さらに、特定のイベント毎などの非周期処理であってもよい。
FIG. 11 is a diagram for explaining the exchange and processing of information in the
図11に示す例においては、ドライブユニット200は、動作情報として、各動作時刻TSxに対応付けられた位置Sx、速度Vsx、加速度Asx(但し、xはインデックス番号を示す。)を出力する。また、計測装置300は、計測情報として、各計測時刻TZxに対応付けられた計測値Dzx(但し、xはインデックス番号を示す。)を出力する。
In the example shown in FIG. 11, the
(e1:補間処理その1)
本実施の形態に係る計測システム1において、動作情報は、ドライブユニット200により回転駆動されるモータ10からの情報である。このような回転駆動される機械系の特性を考慮すれば、十分に短い時間内であれば、速度は時間に対して線型的に変化すると考えられる。すなわち、直前の動作時刻において取得された加速度が一定であるとみなすと、動作情報を推定したい計測時刻における速度は、直前の動作時刻における速度に対して、加速度に経過時間を乗じて得られる速度変化を加減算することで、算出できる。
(E1: Interpolation process 1)
In the
すなわち、直前の動作時刻における速度が既知であり、推定対象の計測時刻における速度が推定できるので、2つの速度の関係から、推定対象の位置を算出できる。 That is, since the speed at the immediately preceding operation time is known and the speed at the measurement time of the estimation target can be estimated, the position of the estimation target can be calculated from the relationship between the two speeds.
図12は、加速度および速度に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。図12には、図11に示す計測時刻TZ2における位置S(TZ2)を推定する場合を例に説明する。 FIG. 12 is a diagram for explaining interpolation processing of motion information based on acceleration and velocity. In FIG. 12, a case where the position S (TZ2) at the measurement time TZ2 shown in FIG. 11 is estimated will be described as an example.
図12(A)を参照して、動作時刻TS1における動作情報として、速度Vs1および加速度As1が取得されているとする。動作時刻TS1から推定対象の計測時刻TZ2までの間は、加速度As1が維持されるとして、計測時刻TZ2における速度Vs(TZ2)は、以下のように算出できる。 With reference to FIG. 12A, it is assumed that the velocity Vs1 and the acceleration As1 are acquired as the operation information at the operation time TS1. Assuming that the acceleration As1 is maintained from the operation time TS1 to the measurement time TZ2 to be estimated, the velocity Vs (TZ2) at the measurement time TZ2 can be calculated as follows.
Vs(TZ2)=Vs1+ΔVs=Vs1+As1×(TZ2-TS1)
図12(B)を参照して、動作時刻TS1における位置が位置S1であるので、上述の速度変化を考慮すると、動作時刻TS1から計測時刻TZ2までの移動距離を位置S1に加算して得られる、計測時刻TZ2における位置S(TZ2)は以下のように算出できる。
Vs (TZ2) = Vs1 + ΔVs = Vs1 + As1 × (TZ2-TS1)
Since the position at the operation time TS1 is the position S1 with reference to FIG. 12B, it is obtained by adding the moving distance from the operation time TS1 to the measurement time TZ2 to the position S1 in consideration of the above-mentioned speed change. , The position S (TZ2) at the measurement time TZ2 can be calculated as follows.
S(TZ2)=[{Vs1+As1×(TZ2-TS1)}2-Vs12]/2×As1
以上のように、算出対象の時刻より前の時刻における、ワークWの加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出してもよい。
S (TZ2) = [{Vs1 + As1 × (TZ2-TS1)} 2 -Vs1 2 ] / 2 × As1
As described above, the position at the time of the calculation target may be calculated based on the acceleration and the speed of the work W at the time before the time of the calculation target.
(e2:補間処理その2)
本実施の形態に係る計測システム1においては、周期的に動作情報を取得できるので、時系列の動作情報のうち、推定対象の計測時刻の近傍にある動作情報を用いて補間処理を行うことで、対象の計測時刻における位置を推定することができる。
(E2: Interpolation process 2)
In the
図13は、近傍の動作情報に基づく動作情報の補間処理を説明するための図である。図13を参照して、例えば、動作時刻TS1,TS2,TS3における位置がそれぞれ位置S1,S2,S3であるとする。例えば、動作時刻TS2と動作時刻TS3との間にある計測時刻TZ2における位置S(TZ2)を推定する場合を例に説明する。 FIG. 13 is a diagram for explaining the interpolation processing of the operation information based on the operation information in the vicinity. With reference to FIG. 13, for example, it is assumed that the positions at the operation times TS1, TS2, and TS3 are the positions S1, S2, and S3, respectively. For example, a case where the position S (TZ2) at the measurement time TZ2 between the operation time TS2 and the operation time TS3 is estimated will be described as an example.
この場合、例えば、動作時刻TS1,TS2,TS3における位置S1,S2,S3の情報を用いて補間式を決定し、その決定した補間式に基づいて、位置S(TZ2)を推定できる。 In this case, for example, the interpolation formula can be determined using the information of the positions S1, S2, and S3 at the operation times TS1, TS2, and TS3, and the position S (TZ2) can be estimated based on the determined interpolation formula.
補間式としては、公知の補間方式を採用できる。このような公知の補間方式としては、一次補間、ラグランジェ補間、スプライン補間などが知られている。例えば、計測時刻TZ2の近傍にある動作時刻TS1,TS2,TS3の動作情報を用いて、ラグランジュ補間を適用すると、位置S(TZ2)は以下のように推定できる。 As the interpolation method, a known interpolation method can be adopted. As such known interpolation methods, linear interpolation, Lagrange interpolation, spline interpolation and the like are known. For example, if Lagrange interpolation is applied using the operation information of the operation times TS1, TS2, and TS3 in the vicinity of the measurement time TZ2, the position S (TZ2) can be estimated as follows.
S(TZ2)=S1×(TZ2-T2)(TZ2-TS3)/(TS1-TS2)(TS1-TS3)+S2×(TZ2-T1)(TZ2-TS3)/(TS2-TS1)(TS2-TS3)+S3×(TZ2-T1)(TZ2-TS2)/(TS3-TS1)(TS3-TS2) S (TZ2) = S1 × (TZ2-T2) (TZ2-TS3) / (TS1-TS2) (TS1-TS3) + S2 × (TZ2-T1) ( TZ2 -TS3) / (TS2-TS1) (TS2- TS3) + S3 × (TZ2-T1) ( TZ2 -TS2) / (TS3-TS1) (TS3-TS2)
以上のように、算出対象の時刻の近傍にある時刻に対応付けられる複数の動作情報(第1の情報)に含まれる位置を示す情報を補間して、当該算出対象の時刻における位置を算出してもよい。 As described above, the position at the time of the calculation target is calculated by interpolating the information indicating the position included in the plurality of operation information (first information) associated with the time in the vicinity of the time of the calculation target. You may.
(e3:補足)
本実施の形態に係る計測システム1においては、動作情報と対応付けられる時刻情報(動作時刻)とが制御装置100へ送信されるので、各動作情報に対応付けられるタイミングを特定できる。但し、ドライブユニット200における制御動作がフィールドネットワーク20上で管理される所定の制御周期毎にサイクリックに実行される場合には、ドライブユニット200から動作情報のみを受信する場合であっても、各動作情報に対応付けられる時刻情報(動作時刻)を算出できる。そのため、推定対象となる計測時刻さえ特定できれば、当該計測時刻における動作情報(位置)についても上述のいずれかの方法で推定できる。
(E3: Supplement)
In the
上述の説明では、ドライブユニット200が周期的に制御動作を実行し、その制御動作に同期して動作情報も周期的に送信される例を示したが、必ずしもこのような周期的な制御動作は必要ではない。少なくとも、動作情報と対応付けられる時刻情報(動作時刻)とが制御装置100へ送信されれば、上述のいずれかの方法によって、対象となる計測時刻における動作情報(位置)を推定できる。
In the above description, an example is shown in which the
また、図11には、ドライブユニット200および計測装置300のいずれも所定周期毎に処理をサイクリック実行する例を示すが、これに限らず、両方または片方が異なる周期で処理を実行し、あるいは、イベント的に処理を実行するような場合であっても、上述したような方法によって、動作情報(位置)を推定可能である。すなわち、本実施の形態に係る計測システム1においては、フィールドネットワーク20に接続される各デバイスがタイミング同期されたタイマを有しているので、このようなタイミング同期されたタイマからの時刻情報を用いることで、それぞれのデバイスが独自の周期で情報を送信するような形態であっても、通信マスタ(制御装置100)などにおいて、時刻を基準としてそれらの情報を集約することができる。
Further, FIG. 11 shows an example in which both the
上述の説明においては、ドライブユニット200が出力する動作情報(位置)を補間して、それぞれの計測時刻に対応付けられる動作情報(位置)を推定する例について説明したが、逆であってもよい。すなわち、計測装置300が出力する計測情報を補間して、それぞれの動作時刻に対応付けられる計測情報を推定するようにしてもよい。
In the above description, an example of interpolating the operation information (position) output by the
<F.露光時間の動的決定>
本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300において、撮像長さ(露光時間)を動的に決定するような機能が実装される場合がある。このような場合、計測装置300が実際に計測しているワークWの表面上の計測点も変動することになるため、計測情報に対応付けられる時刻情報についても、動的に決定される撮像時間に応じて補正する必要がある。
<F. Dynamic determination of exposure time>
In the
図14は、本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300における露光時間の動的決定処理を説明するための図である。図14を参照して、例えば、所定の計測周期Ts毎にワークWに対する計測処理が繰返し実行されるとする。このとき、ある撮像
長さTexpに亘って撮像処理が実行された後、その撮像処理によって得られた撮像信号に対するデータ処理によって、何らかの処理結果が得られたとする。得られた処理結果に基づいて、露光の過不足を判断することができる。そして、露光が不足していると判断された場合には、先の撮像長さより長い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。一方、露光が過剰であると判断された場合には、先の撮像長さより短い撮像長さを設定して、次の撮像処理を実行する。
FIG. 14 is a diagram for explaining a dynamic determination process of an exposure time in the
このように、先の撮像処理によって得られた処理結果に基づいて、後続の撮像処理の撮像長さ(すなわち、露光時間)が動的に決定されるようにしてもよい。このような撮像長さ(露光時間)に対する自動調整は、予め設定された最大の撮像長さの範囲で実行される。言い換えれば、撮像長さは、予め設定された最大長さ分だけ変動することになる。 In this way, the imaging length (that is, the exposure time) of the subsequent imaging process may be dynamically determined based on the processing result obtained by the previous imaging process. Such automatic adjustment for the imaging length (exposure time) is executed within a preset maximum imaging length range. In other words, the imaging length will fluctuate by a preset maximum length.
図15は、本実施の形態に係る計測システム1を構成する計測装置300において露光時間が動的に決定される場合の影響を説明するための図である。図15(A)~図15(C)には、ワークWが配置されたステージ6が紙面左側から紙面右側に移動している状態を示す。このようなワークWの移動に伴って、ワークWとセンサヘッド310との相対位置関係は時間的に変化することになる。そのため、撮像長さ(露光時間)が変化することで、計測光が照射されるワークWの表面上の位置も変化することになる。
FIG. 15 is a diagram for explaining the influence when the exposure time is dynamically determined in the
一例として、図15(A)に示すように、撮像長さTexpが相対的に短い場合には、ワークWの紙面右寄りに計測光が照射されることになる。一方、図15(C)に示すように、撮像長さTexpが相対的に長い場合には、ワークWの紙面左寄りに計測光が照射されることになる。また、図15(B)に示すように、撮像長さTexpが標準的な長さである場合には、両者の中間位置に計測光が照射されることになる。 As an example, as shown in FIG. 15A, when the imaging length Texp is relatively short, the measurement light is irradiated to the right side of the paper surface of the work W. On the other hand, as shown in FIG. 15C, when the imaging length Texp is relatively long, the measurement light is irradiated to the left side of the paper surface of the work W. Further, as shown in FIG. 15B, when the imaging length Texp is a standard length, the measurement light is irradiated to an intermediate position between the two.
このような計測光の照射位置の変動を適切に反映して正しい形状情報を生成する必要がある。 It is necessary to appropriately reflect such fluctuations in the irradiation position of the measurement light to generate correct shape information.
再度図14を参照して、計測装置300からの計測情報としては、計測値(上述の例では、ワークWの表面までの距離)を含み、また、当該計測情報に対応付けられる時刻情報としては、例えば、計測周期Tsの開始タイミングを示す計測時刻TZ1と、撮像長さTexpとを含むようにしてもよい。制御装置100は、計測装置300からの時刻情報に含まれる計測時刻TZ1を撮像長さTexpで補正することで、本来の計測時刻を算出するようにしてもよい。この場合、ワークWの表面上の計測点としては、計測時刻TZ’1,TZ’2,TZ’3…のタイミングに対応付けられる位置となる。
With reference to FIG. 14 again, the measurement information from the measuring
また、アプリケーションによっては、撮像期間の中心に対応付けられる位置を計測点とすることが好ましい場合もある。この場合には、計測装置300からの時刻情報に含まれる計測時刻TZ1の1/2を撮像長さTexpで補正することで、計測時刻TZ’’1,TZ’’2,TZ’’3…を算出することができる。 Further, depending on the application, it may be preferable to set the position associated with the center of the imaging period as the measurement point. In this case, the measurement time TZ''1, TZ''2, TZ''3 ... Can be calculated.
さらに、上述の説明では、計測周期Tsの開始タイミングを示す計測時刻TZ1および撮像長さTexpを送信する例について説明したが、計測装置300側において、計測時刻TZ’1,TZ’2,TZ’3…、または、計測時刻TZ’’1,TZ’’2,TZ’’3…を算出した上で、時刻情報として制御装置100へ送信するようにしてもよい。
Further, in the above description, an example of transmitting the measurement time TZ1 and the imaging length Texp indicating the start timing of the measurement cycle Ts has been described, but the measurement time TZ'1, TZ'2, TZ'on the measuring
このように、計測装置300が計測情報を取得した時刻情報は、計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む。すなわち、計測装置300が計測情報を取得した時刻情報は、計測光の照射開始時に対応するタイミング、計測光の照射期間中の任意のタイミング、計測光の照射完了時に対応するタイミングのいずれであってもよい。
As described above, the time information obtained by the measuring
計測装置300に撮像長さ(露光時間)を動的に決定するような機能が実装されている場合には、その撮像長さ(露光時間)に対応付けられる計測時刻を取得して、その取得した計測時刻を制御装置100へ通知することが好ましい。この場合、どのようなデータ形式で計測時刻を制御装置100へ通知するのかについては、任意の方法を採用できる。
When the measuring
<G.形状情報生成の処理手順>
次に、形状情報の生成に係る処理手順について説明する。
<G. Shape information generation processing procedure>
Next, the processing procedure related to the generation of shape information will be described.
図16は、本実施の形態に係る計測システム1における形状情報の生成手順を示すフローチャートである。図16に示す各ステップは、典型的には、制御装置100のプロセッサ104がプログラムを実行することで実現される。
FIG. 16 is a flowchart showing a procedure for generating shape information in the
図16を参照して、制御装置100は、ドライブユニット200からの情報(動作情報および対応付けられる時刻情報)を受信すると(ステップS100においてYES)、時刻情報をキーとして受信した情報を格納する(ステップS102)。そうでなければ(ステップS100においてNO)、ステップS102の処理はスキップされる。
With reference to FIG. 16, when the
計測装置300からの情報(計測情報および対応付けられる時刻情報)を受信すると(ステップS104においてYES)、時刻情報をキーとして受信した情報を格納する(ステップS106)。そうでなければ(ステップS104においてNO)、ステップS106の処理はスキップされる。
When the information (measurement information and the associated time information) from the measuring
続いて、形状情報の生成が指示されると(ステップS108においてYES)、制御装置100は、格納している計測装置300からの情報に含まれる計測情報に対応付けられる時刻情報を特定し(ステップS110)、当該特定した時刻情報に対応付けられる動作情報(位置)を、格納しているドライブユニット200からの情報を用いて算出する(ステップS112)。ステップS110およびステップS112の処理によって、ある時刻情報に対応付けられる、計測情報および動作情報(位置)の組み合わせを決定できる。
Subsequently, when the generation of the shape information is instructed (YES in step S108), the
そして、制御装置100は、格納している計測装置300からの情報に含まれるすべての時刻情報について、計測情報および動作情報(位置)の組み合わせを決定できたか否かを判断する(ステップS114)。計測情報および動作情報(位置)の組み合わせを決定していない時刻情報がある場合(ステップS114においてNO)には、ステップS110以下の処理が繰返される。
Then, the
一方、すべての時刻情報について、計測情報および動作情報(位置)の組み合わせを決定している場合(ステップS114においてYES)には、計測情報および動作情報(位置)の組み合わせに基づいて、計測情報を生成する(ステップS116)。そして、処理は終了する。 On the other hand, when the combination of the measurement information and the operation information (position) is determined for all the time information (YES in step S114), the measurement information is obtained based on the combination of the measurement information and the operation information (position). Generate (step S116). Then, the process ends.
<H.変形例>
本実施の形態に係る計測システム1においては、制御装置100がドライブユニット200および計測装置300から情報を取得して形状情報を生成する構成例について説明したが、ドライブユニット200および計測装置300のいずれかで形状情報を生成するようにしてもよい。すなわち、形状情報を生成する機能をフィールドネットワーク20の通信マスタに設けた構成について例示したが、他のデバイス上に配置してもよい。
<H. Modification example>
In the
本実施の形態に係る計測システム1においては、ドライブユニット200および計測装置300は単一のフィールドネットワーク20に接続されている例を示すが、それぞれ異なるフィールドネットワークに接続されていてもよい。例えば、制御装置は、2つのフィールドネットワークのそれぞれについて通信マスタとして機能しており、かつ、制御装置内ではそれぞれのフィールドネットワークについてのタイマが同期されているような構成が想定される。このような構成においては、異なるフィールドネットワーク同士でもタイミング同期を実現できるので、フィールドネットワークを共通化する必要はない。
In the
本実施の形態に係る計測システム1においては、ドライブユニット200および計測装置300がそれぞれ1つずつ配置される構成例を示すが、これに限らず、複数のドライブユニット200および計測装置300を配置してもよい。例えば、ステージ6として二自由度を有するXYステージを採用するとともに、それぞれの軸に沿って配置されたそれぞれのモータ10を駆動するために、2つのドライブユニット200が配置されてもよい。この場合であっても、互いのデバイスがタイミング同期されているので、それぞれのデバイスから取得された情報を同一の時間軸で集約することができる。
In the
本実施の形態に係る計測システム1においては、同一の時間軸で定義される時刻情報に対応付けられた動作情報(位置)および計測情報が時系列データを収集できるので、何らかの異常やイベントが発生した場合、その発生した時刻情報が取得できれば、そのタイミングにおける情報を特定でき、原因究明の一助となる。
In the
<I.利点>
本実施の形態に係る計測システムにおいては、計測対象に対する計測装置と、計測装置と計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とは、それぞれ同期されたタイマを有しており、計測装置からの計測情報および駆動装置からの動作情報には、それぞれのタイマから出力される時刻情報が付与される。この時刻情報を基準として、計測情報および動作情報を互いに対応付けることで、それぞれの装置が直接的に接続されていなくても、計測対象の形状を示す情報を高精度に生成できる。
<I. Advantages>
In the measurement system according to the present embodiment, the measurement device for the measurement target and the drive device for changing the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target each have a synchronized timer for measurement. Time information output from each timer is added to the measurement information from the device and the operation information from the drive device. By associating the measurement information and the operation information with each other based on this time information, it is possible to generate information indicating the shape of the measurement target with high accuracy even if the respective devices are not directly connected.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 計測システム、2 検査装置、4 基部、6 ステージ、10 モータ、12 エンコーダ、14 ボールネジ、20 フィールドネットワーク、100 制御装置、102,202,302 タイマ、104 プロセッサ、106 メインメモリ、108 フラッシュメモリ、110 システムプログラム、112 ユーザプログラム、112A シーケンスプログラム、112B モーションプログラム、112C 形状情報生成プログラム、114 チップセット、116 ネットワークコントローラ、118 メモリカードインターフェイス、120 メモリカード、122 内部バスコントローラ、124,204,304 フィールドネットワークコントローラ、125 同期管理機能、126 I/Oユニット、128 内部バス、200 ドライブユニット、206 ドライブコントローラ、208 主回路、210 パルスカウンタ、300 計測装置、306 撮像コントローラ、308 データ処理部、310 センサヘッド、312 発光源、314 受光素子、316 レンズ、400,410 テーブル、402,412 時刻情報、404,414 動作情報、406,416 計測情報、420 形状情報、424,426 時間的変化、W ワーク。 1 measurement system, 2 inspection equipment, 4 bases, 6 stages, 10 motors, 12 encoders, 14 ball screws, 20 field networks, 100 controllers, 102, 202, 302 timers, 104 processors, 106 main memory, 108 flash memory, 110 System Program, 112 User Program, 112A Sequence Program, 112B Motion Program, 112C Shape Information Generator, 114 Chipset, 116 Network Controller, 118 Memory Card Interface, 120 Memory Card, 122 Internal Bus Controller, 124, 204, 304 Field Network Controller, 125 synchronization management function, 126 I / O unit, 128 internal bus, 200 drive unit, 206 drive controller, 208 main circuit, 210 pulse counter, 300 measuring device, 306 imaging controller, 308 data processor, 310 sensor head, 312 Light emitting source, 314 light receiving element, 316 lens, 400,410 table, 402,412 time information, 404,414 operation information, 406,416 measurement information, 420 shape information, 424,426 temporal change, W work.
Claims (8)
計測対象を計測する計測装置と、
前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とを備え、
前記計測装置および前記駆動装置は同期されたタイマをそれぞれ有しており、
前記計測装置および前記駆動装置は、タイミング同期された定周期通信を行う有線ネットワークを介して接続されており、
前記駆動装置は、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力し、
前記計測装置は、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力し、
前記計測システムは、1または複数の前記第1の情報に基づいて、前記第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を備える、計測システム。 It ’s a measurement system,
A measuring device that measures the measurement target and
A drive device that changes the relative positional relationship between the measuring device and the measuring target is provided.
The measuring device and the driving device each have a synchronized timer.
The measuring device and the driving device are connected via a wired network that performs timing-synchronized fixed-period communication .
The drive device correlates the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired, and outputs the information as the first information.
The measuring device associates the measurement information acquired by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information is acquired, and outputs the second information.
The measurement system calculates a position associated with the time information included in the second information based on one or a plurality of the first information, and is associated with the common time information. A measurement system including an information generation means for generating information indicating the shape of the measurement target based on a combination of the position and the measurement information.
前記情報生成手段は、算出対象の時刻より前の時刻における、前記計測対象の加速度および速度に基づいて、当該算出対象の時刻における位置を算出する、請求項1に記載の計測システム。 The first information further includes information indicating the acceleration and information indicating the velocity of the measurement target.
The measurement system according to claim 1, wherein the information generation means calculates a position at the time of the calculation target based on the acceleration and speed of the measurement target at a time before the time of the calculation target.
前記情報生成手段は、前記通信マスタに設けられる、請求項1~3のいずれか1項に記載の計測システム。 Further equipped with a communication master that manages data communication and timer synchronization on the wired network.
The measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein the information generation means is provided in the communication master.
前記第2の情報は、前記計測光の照射開始から照射完了までの任意のタイミングを示す時刻情報を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の計測システム。 The measuring device is configured to irradiate the measurement target with the measurement light and receive the reflected light from the measurement target to measure the characteristic value of the measurement target.
The measurement system according to any one of claims 1 to 4, wherein the second information includes time information indicating an arbitrary timing from the start of irradiation of the measurement light to the completion of irradiation.
計測対象を計測する計測装置と、前記計測装置と前記計測対象との間の相対位置関係を変化させる駆動装置とをネットワーク接続するネットワークコントローラと、
前記計測装置のタイマおよび前記駆動装置のタイマとの間で同期されたタイマとを備え、
前記計測装置および前記駆動装置は、タイミング同期された定周期通信を行う有線ネットワークを介して接続されており、
前記駆動装置は、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力し、
前記計測装置は、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力し、さらに
1または複数の前記第1の情報に基づいて、前記第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するとともに、共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成する情報生成手段を備える、制御装置。 It ’s a control device,
A network controller that connects a measurement device that measures a measurement target and a drive device that changes the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target via a network.
A timer synchronized with the timer of the measuring device and the timer of the driving device is provided.
The measuring device and the driving device are connected via a wired network that performs timing-synchronized fixed-period communication .
The drive device correlates the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired, and outputs the information as the first information.
The measuring device associates the measurement information acquired by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information is acquired, and outputs the second information. Further, based on one or a plurality of the first information, the position associated with the time information included in the second information is calculated, and the calculated position and the measurement associated with the common time information are calculated. A control device including an information generation means for generating information indicating the shape of the measurement target based on a combination with the information.
前記駆動装置が、前記計測対象の位置を示す情報と、当該位置を示す情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第1の情報として出力するステップと、
前記計測装置が、前記計測対象を計測することで取得された計測情報と、当該計測情報が取得されたタイミングを示す前記タイマからの時刻情報とを対応付けて、第2の情報として出力するステップと、
1または複数の前記第1の情報に基づいて、前記第2の情報に含まれる時刻情報に対応付けられる位置を算出するステップと、
共通の時刻情報に対応付けられた、算出された位置と計測情報との組み合わせに基づいて、前記計測対象の形状を示す情報を生成するステップとを備える、計測方法。 A measurement method in a measurement system including a measurement device for measuring a measurement target and a drive device for changing the relative positional relationship between the measurement device and the measurement target, wherein the measurement device and the drive device are synchronized. The measuring device and the driving device are connected to each other via a wired network that performs timing-synchronized fixed-period communication .
A step of associating the information indicating the position of the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the information indicating the position is acquired and outputting the information as the first information.
A step in which the measuring device associates the measurement information acquired by measuring the measurement target with the time information from the timer indicating the timing at which the measurement information is acquired, and outputs the second information. When,
A step of calculating a position associated with the time information included in the second information based on one or more of the first information, and a step of calculating the position associated with the time information.
A measurement method comprising a step of generating information indicating the shape of the measurement target based on a combination of a calculated position and measurement information associated with common time information.
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