JP7223939B2 - Shape measuring machine and its control method - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの形状を非接触で測定する形状測定機及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring machine that measures the shape of a workpiece without contact and a control method thereof.

円柱状又は円筒状のワークの真円度、円筒度、及び直角度等の各種形状を非接触で測定する形状測定機が知られている。 2. Description of the Related Art A shape measuring machine is known for non-contact measurement of various shapes such as roundness, cylindricity and squareness of a columnar or cylindrical work.

例えば特許文献1には、光源と、干渉計と、センサヘッドと、回転機構と、を備える形状測定機が記載されている。光源は、測定光を出力する。干渉計は、光源から入力された測定光をセンサヘッドに出力すると共に、ワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する。センサヘッドは、ワークの被測定面(外周面又は内周面)に対向する位置に配置されており、干渉計から入力された測定光を被測定面に向けて出射し且つ被測定面にて反射された反射光を干渉計へ出力する。回転機構は、測定光が照射されているワークを回転させる。 For example, Patent Literature 1 describes a shape measuring machine that includes a light source, an interferometer, a sensor head, and a rotating mechanism. The light source outputs measurement light. The interferometer outputs the measurement light input from the light source to the sensor head, and the reference light which is part of the measurement light reflected by the reflection surface different from the work and the reflected light of the measurement light reflected by the work. Detect interference signals of light and The sensor head is arranged at a position facing the surface to be measured (outer peripheral surface or inner peripheral surface) of the workpiece, emits the measurement light input from the interferometer toward the surface to be measured, and Output the reflected light to the interferometer. The rotating mechanism rotates the work irradiated with the measurement light.

このように特許文献1に記載の形状測定機は、回転機構によりワークを回転させながら、センサヘッドによる測定光の出射と干渉計による干渉信号の検出とを連続的に行うことで、干渉計による干渉信号の検出結果に基づきワークの真円度及び円筒度を演算する。 As described above, the shape measuring machine described in Patent Document 1 continuously emits the measurement light from the sensor head and detects the interference signal with the interferometer while rotating the workpiece by the rotation mechanism. The roundness and cylindricity of the workpiece are calculated based on the detection result of the interference signal.

特開2011-220816号公報JP 2011-220816 A

ところで、特許文献1に記載の形状測定機を用いてワークの長手方向に沿った複数位置(複数断面)でワークの真円度等の形状測定を行う場合には、センサヘッドを複数位置に順番に移動させると共に、複数位置ごとに、ワークを回転させながらセンサヘッドによる測定光の出射と干渉計による干渉信号の検出とを行う必要がある。さらに、ワークの直角度を測定する場合には、ワークの外周面の他にワークの上面も被測定面となるので、センサヘッドの姿勢変更が必要となる。このため、特許文献1に記載の形状測定機では、形状測定に時間が掛かるという問題が生じる。 By the way, when using the shape measuring machine described in Patent Document 1 to measure the shape of the work such as roundness at a plurality of positions (multiple cross sections) along the longitudinal direction of the work, the sensor head is placed at a plurality of positions in order. In addition, it is necessary to emit the measurement light from the sensor head and detect the interference signal by the interferometer while rotating the workpiece for each of a plurality of positions. Furthermore, when measuring the squareness of a work, the upper surface of the work is also the surface to be measured in addition to the outer peripheral surface of the work, so it is necessary to change the posture of the sensor head. Therefore, the shape measuring machine described in Patent Document 1 has a problem that it takes time to measure the shape.

そこで、仮に形状測定機に複数組のセンサヘッド及び干渉計を設けることで、形状測定機により複数位置ごとの形状測定を並行して行うことが考えられる。この場合には、形状測定機をマルチセンサ化することができるので、測定時間を短縮することができる。しかしながら、この場合には干渉計を複数設ける必要があるが、干渉計は高価であるので、形状測定機の製造コストが著しく増加してしまう。また、各干渉計の測定精度のばらつきにより、形状測定の測定精度が低下するおそれもある。 Therefore, it is conceivable to provide a shape measuring machine with a plurality of sets of sensor heads and interferometers so that the shape measuring machine can measure the shape at each of a plurality of positions in parallel. In this case, since the shape measuring machine can be multi-sensored, the measuring time can be shortened. However, in this case, it is necessary to provide a plurality of interferometers, and the interferometers are expensive, which significantly increases the manufacturing cost of the shape measuring machine. In addition, there is a possibility that the measurement accuracy of the shape measurement may deteriorate due to variations in the measurement accuracy of each interferometer.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの形状測定を安価且つ高速に行うことができる形状測定機及びその制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a shape measuring machine capable of measuring the shape of a workpiece at low cost and at high speed, and a method of controlling the same.

本発明の目的を達成するための形状測定機は、ワークの形状を非接触で測定する形状測定機において、測定光を出力し、且つワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、干渉計から測定光が入力された場合に、測定光をワークに向けて出射し且つワークにて反射された反射光を干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、干渉計に対して複数のセンサヘッドを1つずつ順番に接続する接続切替を行う光スイッチと、ワークと複数のセンサヘッドとの相対移動を行う相対移動機構と、を備え、光スイッチが、相対移動機構による相対移動が行われている間に、接続切替を繰り返し実行する。 A shape measuring machine for achieving the object of the present invention is a shape measuring machine for measuring the shape of a workpiece in a non-contact manner. is a part of the measurement light reflected by different reflecting surfaces, an interferometer for detecting interference signals of the reference light, and a plurality of sensor heads arranged at mutually different positions, and the measurement light from the interferometer is A plurality of sensor heads that emit measurement light toward a workpiece and output reflected light reflected by the workpiece to an interferometer when an input is received, and the plurality of sensor heads are sequentially connected to the interferometer one by one. and a relative movement mechanism for relatively moving the workpiece and the plurality of sensor heads, wherein the optical switch is connected while the relative movement is being performed by the relative movement mechanism. Repeat switching.

この形状測定機によれば、センサヘッドごとに干渉計を設けることなく、形状測定機をマルチセンサ化することができる。 According to this shape measuring machine, the shape measuring machine can be multi-sensored without providing an interferometer for each sensor head.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が相対移動を行う間に、複数のセンサヘッドが、センサヘッドごとに互い異なるワークの走査範囲を測定光で間欠的に走査し、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの形状を演算する形状演算部を備える。これにより、センサヘッドごとに干渉計を設けることなく、形状測定機をマルチセンサ化することができる。 In the shape measuring machine according to another aspect of the present invention, the plurality of sensor heads intermittently scan different workpiece scanning ranges for each sensor head with measurement light while the relative movement mechanism performs the relative movement, A shape calculation unit is provided for calculating the shape of the work based on the detection result of the interference signal for each sensor head by the interferometer. As a result, the shape measuring machine can be multi-sensored without providing an interferometer for each sensor head.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、形状演算部によるワークの形状の演算に必要な走査範囲ごとの干渉信号のサンプリング数をQとし、相対移動機構による相対移動が完了するのに要する時間をtとし、センサヘッドの数をNとし、干渉計のサンプリング速度をVとした場合に、サンプリング速度がV≧Q×N/tを満たし、光スイッチが、サンプリング速度に応じた切替速度で接続切替を行う。これにより、走査範囲ごとにワークの形状の演算に必要な数の干渉信号が得られる。 In the shape measuring machine according to another aspect of the present invention, the number of samplings of the interference signal for each scanning range required for the shape calculation by the shape calculation section is Q, and the relative movement by the relative movement mechanism is completed. When the time is t, the number of sensor heads is N, and the sampling speed of the interferometer is V, the sampling speed satisfies V≧Q×N/t, and the optical switch switches at a switching speed corresponding to the sampling speed. Switch connection. As a result, the necessary number of interference signals for calculating the shape of the workpiece can be obtained for each scanning range.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が、円柱状又は円筒状のワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、回転軸を中心として回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、複数のセンサヘッドが、ワークの外周面に対向する位置で且つ回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置されており、回転機構が回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、複数のセンサヘッドが、外周面の周方向に沿った走査範囲であって且つセンサヘッドごとに軸方向の位置が互い異なる走査範囲を測定光で間欠的に走査し、形状演算部が、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの走査範囲ごとの真円度及びワークの円筒度の少なくとも一方を演算する。これにより、ワークの真円度及び/又は円筒度の測定を安価且つ高速に行うことができる。 In a shape measuring machine according to another aspect of the present invention, the relative movement mechanism comprises a rotary table on which a columnar or cylindrical workpiece is placed and which rotates around a rotation axis, and the rotary table rotates around the rotation axis. a rotating mechanism that rotates the rotating table at least once, the rotating mechanism rotating the rotating table at least once. In between, a plurality of sensor heads intermittently scan with measurement light a scanning range along the circumferential direction of the outer peripheral surface, where the positions in the axial direction are different for each sensor head, and the shape computing unit At least one of the roundness and the cylindricity of the work for each scanning range of the work is calculated based on the detection result of the interference signal for each sensor head by the interferometer. Thereby, the roundness and/or cylindricity of the workpiece can be measured at low cost and at high speed.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、センサヘッドの軸方向の位置を、センサヘッドごとに調整する位置調整機構を備える。これにより、ワークの所望の軸方向位置の形状を測定することができる。 A shape measuring machine according to another aspect of the present invention includes a position adjusting mechanism for adjusting the axial position of each sensor head. This makes it possible to measure the shape of the workpiece at a desired axial position.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、形状演算部が、干渉計によるセンサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、回転テーブルに載置されているワークの傾きを演算し、形状演算部による傾きの演算結果に基づき、回転テーブルを傾斜させて傾きを補正する傾斜機構を備える。これにより、ワークの傾き補正を安価且つ高速に行うことができる。 In the shape measuring machine according to another aspect of the present invention, the shape calculation unit calculates the inclination of the work placed on the rotary table based on the detection result of the interference signal for each sensor head by the interferometer, and calculates the shape. A tilting mechanism is provided for tilting the rotary table and correcting the tilt based on the result of tilt calculation by the unit. As a result, it is possible to correct the inclination of the workpiece at low cost and at high speed.

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構が、円柱状又は円筒状のワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、回転軸を中心として回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、複数のセンサヘッドが、ワークの外周面に対向する位置で且つ回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置された複数の第1センサヘッドと、ワークの上面に対向する位置に配置された第2センサヘッドと、を有し、回転機構が回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、複数の第1センサヘッドが、外周面の周方向に沿った走査範囲である第1走査範囲であって且つ第1センサヘッドごとに軸方向の位置が互い異なる第1走査範囲を測定光で間欠的に走査し、回転機構が回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、第2センサヘッドが、上面における円形状の走査範囲である第2走査範囲を測定光で間欠的に走査し、形状演算部が、干渉計による第1センサヘッド及び第2センサヘッドごとの干渉信号の検出結果に基づき、ワークの直角度を演算する。これにより、ワークの直角度の測定を安価且つ高速に行うことができる。 In a shape measuring machine according to another aspect of the present invention, the relative movement mechanism comprises a rotary table on which a columnar or cylindrical workpiece is placed and which rotates around a rotation axis, and the rotary table rotates around the rotation axis. a rotating mechanism for rotating the work, a plurality of first sensor heads arranged at positions facing the outer peripheral surface of the work and at different positions in the axial direction of the rotating shaft; and second sensor heads arranged at opposing positions, wherein the plurality of first sensor heads cover a scanning range along the circumferential direction of the outer peripheral surface while the rotating mechanism rotates the rotary table at least once. The first scanning range, which is a first scanning range in which the positions in the axial direction are different for each of the first sensor heads, is intermittently scanned with the measurement light. The sensor head intermittently scans the second scanning range, which is a circular scanning range on the upper surface, with the measurement light, and the shape calculation unit detects interference signals for each of the first sensor head and the second sensor head using an interferometer. Based on the results, the squareness of the workpiece is calculated. As a result, it is possible to measure the squareness of the workpiece at low cost and at high speed.

本発明の目的を達成するための形状測定機の制御方法は、測定光を出力し、且つワークにて反射された測定光の反射光と、ワークとは異なる反射面で反射された測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、干渉計から測定光が入力された場合に、測定光をワークに向けて出射し且つワークにて反射された反射光を干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、を備える形状測定機の制御方法において、干渉計に対して複数のセンサヘッドを1つずつ順番に接続する接続切替を行う接続切替ステップと、ワークと複数のセンサヘッドとの相対移動を行う相対移動ステップと、を有し、相対移動ステップでの相対移動が行われている間に、接続切替ステップを繰り返し実行する。 A control method of a shape measuring machine for achieving the object of the present invention is to output measurement light, and to produce measurement light reflected by a work and measurement light reflected by a reflecting surface different from the work. An interferometer that detects the interference signal of the reference beam, which is a part, and a plurality of sensor heads arranged at different positions. A method for controlling a shape measuring machine comprising a plurality of sensor heads that emit light toward the workpiece and output reflected light reflected by the workpiece to an interferometer, wherein the plurality of sensor heads are sequentially connected to the interferometer one by one. A connection switching step for switching the connection to be connected, and a relative movement step for relatively moving the workpiece and the plurality of sensor heads. repeatedly.

本発明は、ワークの形状測定を安価且つ高速に行うことができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, workpiece shape measurement can be performed at low cost and at high speed.

円柱状又は円筒状のワークの形状を非接触で測定する第1実施形態の形状測定機の斜視図である。1 is a perspective view of a shape measuring machine according to a first embodiment that measures the shape of a columnar or cylindrical work in a non-contact manner; FIG. 干渉計及び制御装置のブロック図である。1 is a block diagram of an interferometer and controller; FIG. ワークの外周面に対するセンサヘッドごとの測定光の走査範囲を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a scanning range of measurement light for each sensor head with respect to an outer peripheral surface of a work; 校正部による各センサヘッドの角度位置関係の校正を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining calibration of the angular positional relationship of each sensor head by a calibration unit; 形状測定機によるワークの真円度及び円筒度の測定処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the flow of processing for measuring the roundness and cylindricity of a workpiece by a shape measuring machine. 第2実施形態の形状測定機の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a shape measuring machine of a second embodiment; 第2実施形態の校正部による各センサヘッドの高さ位置の校正を説明するための説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining calibration of the height position of each sensor head by the calibration unit of the second embodiment; 第3実施形態の形状測定機の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a shape measuring machine according to a third embodiment; 形状演算部によるワークの傾きの演算と、傾斜機構によるワークの傾き補正とを説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the calculation of the tilt of the work by the shape calculator and the correction of the tilt of the work by the tilt mechanism; 傾斜機構によるワークの傾き補正前の状態と傾き補正後の状態とを説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a state before tilt correction of a work by a tilt mechanism and a state after tilt correction; 第4実施形態の形状測定機の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a shape measuring machine according to a fourth embodiment; 第4実施形態の校正部による第1センサヘッド同士の高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining calibration of the positional relationship between the height positions of the first sensor heads by the calibration unit of the fourth embodiment; 第4実施形態の校正部による第1センサヘッドと第2センサヘッドとの高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining calibration of the positional relationship between the height positions of the first sensor head and the second sensor head by the calibration unit of the fourth embodiment; 干渉計の変形例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a modification of the interferometer;

[第1実施形態]
図1は、円柱状又は円筒状のワークWの形状を非接触で測定する第1実施形態の形状測定機10の斜視図である。図1に示すように、形状測定機10は、例えば、円柱状又は円筒状のワークWの真円度、円筒度、及び直角度等のワークWの各種形状(表面粗さ及び輪郭形状等の表面性状を含む)を測定可能な真円度測定機である。なお、第1実施形態では、ワークWの真円度及び円筒度の測定を例に挙げて説明を行う。
[First embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a shape measuring machine 10 of a first embodiment for measuring the shape of a columnar or cylindrical work W without contact. As shown in FIG. 1, the shape measuring machine 10 measures various shapes of a cylindrical or cylindrical work W such as roundness, cylindricity, and squareness (such as surface roughness and contour shape). (including surface texture) can be measured. In the first embodiment, measurement of the circularity and cylindricity of the workpiece W will be described as an example.

形状測定機10は、不図示の基台と、回転テーブル12と、回転機構14と、3個のセンサヘッド16と、干渉計18と、光スイッチ20と、制御装置22と、を備える。 The shape measuring machine 10 includes a base (not shown), a rotating table 12 , a rotating mechanism 14 , three sensor heads 16 , an interferometer 18 , an optical switch 20 and a controller 22 .

回転テーブル12は、その中心を通る回転軸Cを中心として回転自在に不図示の基台に設けられている。この回転テーブル12の上面には、ワークWが載置されている。ワークWは、その中心軸が回転軸Cと一致(略一致を含む、以下同じ)するようにワークWの上面に載置される。 The turntable 12 is provided on a base (not shown) so as to be rotatable around a rotation axis C passing through its center. A workpiece W is placed on the upper surface of the rotary table 12 . The workpiece W is placed on the upper surface of the workpiece W so that its center axis coincides with the rotation axis C (including approximately coincidence; the same shall apply hereinafter).

また、回転テーブル12の外周面には、その周方向に沿って環状のスケール24が設けられている。このスケール24には、不図示の格子目盛りが設けられている。また、スケール24に対向する位置には、光センサ26が設けられている。 An annular scale 24 is provided on the outer peripheral surface of the rotary table 12 along the circumferential direction. The scale 24 is provided with grid graduations (not shown). An optical sensor 26 is provided at a position facing the scale 24 .

光センサ26は、スケール24の格子目盛りを検出してその検出信号を制御装置22へ出力する。この光センサ26から出力される検出信号に基づき、回転テーブル12の回転量(回転角度)、回転方向、及び回転速度等を検出することができる。なお、回転テーブル12の外周面に光センサ26を設け、この光センサ26で格子目盛りを読み取り可能な位置にスケール24を設けてもよい。 The optical sensor 26 detects grid graduations on the scale 24 and outputs the detection signal to the control device 22 . Based on the detection signal output from the optical sensor 26, the rotation amount (rotation angle), rotation direction, rotation speed, etc. of the turntable 12 can be detected. An optical sensor 26 may be provided on the outer peripheral surface of the rotary table 12, and the scale 24 may be provided at a position where the optical sensor 26 can read the grid scale.

回転機構14は、不図示のモータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置22の制御の下、回転軸Cを中心として回転テーブル12を回転させる。これにより、後述の各センサヘッド16に対して、ワークWが回転軸Cを中心として相対回転(相対移動)される。従って、回転機構14は本発明の相対移動機構として機能する。 The rotation mechanism 14 is composed of a motor and a drive transmission mechanism (not shown), and rotates the rotation table 12 around the rotation axis C under the control of the control device 22 . As a result, the workpiece W is rotated (relatively moved) around the rotation axis C with respect to each sensor head 16, which will be described later. Therefore, the rotation mechanism 14 functions as a relative movement mechanism of the invention.

各センサヘッド16は、ワークWの外周面に対向する位置で且つ上下方向(回転軸Cの軸方向に相当)において互いに異なる位置に配置されている。なお、センサヘッド16の数は2個又は4個以上であってもよい。また、本明細書におけるセンサヘッド16とは、後述の測定光L1をワークWに向けて出射する光出射端(後述の反射光L3の入射端でもある)も含まれる。従って、例えば、後述の各光導波路28の先端部自体がセンサヘッド16として機能する場合もある。 Each sensor head 16 is arranged at a position facing the outer peripheral surface of the work W and at different positions in the vertical direction (corresponding to the axial direction of the rotating shaft C). Note that the number of sensor heads 16 may be two or four or more. Further, the sensor head 16 in this specification also includes a light emitting end (which is also an incident end of the reflected light L3 described later) that emits the measuring light L1 to the work W to be described later. Therefore, for example, the end portion of each optical waveguide 28 described later may function as the sensor head 16 in some cases.

各センサヘッド16は、個別の光導波路28(例えば光ファイバーケーブル)を介して光スイッチ20に接続されている。各センサヘッド16は、後述の干渉計18から後述の光スイッチ20等を介して測定光L1が入力された場合に、この測定光L1をワークWの外周面に向けて出射する。 Each sensor head 16 is connected to the optical switch 20 via a separate optical waveguide 28 (eg, fiber optic cable). Each sensor head 16 emits the measurement light L1 toward the outer peripheral surface of the workpiece W when the measurement light L1 is input from the interferometer 18 described later via the optical switch 20 and the like described later.

また、各センサヘッド16は、ワークWの被測定面である外周面にて反射(正反射)された測定光L1の反射光L3を受光して、この測定光L1を、光導波路28及び光スイッチ20を介して干渉計18に向けて出力する。ここでいう正反射とは、測定光L1をその出射元のセンサヘッド16に向けて反射することである。 Further, each sensor head 16 receives the reflected light L3 of the measuring light L1 reflected (specularly reflected) by the outer peripheral surface, which is the surface to be measured of the workpiece W, and transmits the measuring light L1 through the optical waveguide 28 and the light beam. Output to interferometer 18 via switch 20 . The specular reflection here means reflecting the measurement light L1 toward the sensor head 16 from which it is emitted.

図2は、干渉計18及び制御装置22のブロック図である。図2及び既述の図1に示すように、干渉計18は、光源30、スプリッタ32、参照光路34、測定光路36、ミキサ38、信号検出部40、及びこれら各部を接続する光導波路42等を備えている。 FIG. 2 is a block diagram of interferometer 18 and controller 22 . As shown in FIG. 2 and FIG. 1 already described, the interferometer 18 includes a light source 30, a splitter 32, a reference optical path 34, a measurement optical path 36, a mixer 38, a signal detection section 40, an optical waveguide 42 connecting these sections, and the like. It has

光源30は、ハロゲンランプ、発光ダイオード、又はレーザ光源などの公知の各種光源が用いられ、測定光L1をスプリッタ32に向けて出力する。なお、光源30が干渉計18の外部に設けられていてもよい。 Various known light sources such as a halogen lamp, a light emitting diode, or a laser light source are used as the light source 30 , and the light source 30 outputs measurement light L<b>1 toward the splitter 32 . Note that the light source 30 may be provided outside the interferometer 18 .

スプリッタ32は、光源30と参照光路34と測定光路36とにそれぞれ接続している。スプリッタ32は、光源30から入力された測定光L1の一部を分割し、分割した光を参照光L2として参照光路34に出力する。また、スプリッタ32は、測定光L1の残りを測定光路36に出力する。 Splitter 32 connects to light source 30, reference beam path 34, and measurement beam path 36, respectively. The splitter 32 splits a portion of the measurement light L1 input from the light source 30 and outputs the split light to the reference light path 34 as the reference light L2. Also, the splitter 32 outputs the rest of the measurement light L1 to the measurement light path 36 .

参照光路34には、第1コリメータ46、プリズムリフレクタ48、コーナリフレクタ50、移動ステージ52、及び第2コリメータ54が設けられている。 The reference optical path 34 is provided with a first collimator 46 , a prism reflector 48 , a corner reflector 50 , a moving stage 52 and a second collimator 54 .

第1コリメータ46は、スプリッタ32から入力される参照光L2を平行光線としてプリズムリフレクタ48に向けて出射する。プリズムリフレクタ48は、第1コリメータ46から入力された参照光L2をコーナリフレクタ50に向けて反射すると共に、このコーナリフレクタ50から入射する参照光L2を第2コリメータ54に向けて反射する。 The first collimator 46 emits the reference light L2 input from the splitter 32 toward the prism reflector 48 as parallel rays. The prism reflector 48 reflects the reference light L2 input from the first collimator 46 toward the corner reflector 50 and reflects the reference light L2 incident from the corner reflector 50 toward the second collimator 54 .

コーナリフレクタ50は、本発明の反射面として機能するものであり、プリズムリフレクタ48により反射された参照光L2の光路上に配置されている。このコーナリフレクタ50は、プリズムリフレクタ48から入射した参照光L2を再びプリズムリフレクタ48に向けて反射する。 The corner reflector 50 functions as a reflecting surface of the present invention and is arranged on the optical path of the reference light L2 reflected by the prism reflector 48 . The corner reflector 50 reflects the reference light L2 incident from the prism reflector 48 toward the prism reflector 48 again.

移動ステージ52は、コーナリフレクタ50に取り付けられている。この移動ステージ52は、プリズムリフレクタ48により反射された参照光L2の光路に平行な方向に沿ってコーナリフレクタ50を往復動させる。これにより、測定光L1と参照光L2との光路長差を時間変化させることができる。 A moving stage 52 is attached to the corner reflector 50 . The moving stage 52 reciprocates the corner reflector 50 along a direction parallel to the optical path of the reference light L2 reflected by the prism reflector 48. As shown in FIG. Thereby, the optical path length difference between the measurement light L1 and the reference light L2 can be changed with time.

第2コリメータ54は、プリズムリフレクタ48から入射する参照光L2を集光し、この参照光L2をミキサ38へ出力する。 The second collimator 54 collects the reference light L2 incident from the prism reflector 48 and outputs this reference light L2 to the mixer 38 .

測定光路36には、サーキュレータ44が設けられている。サーキュレータ44は、スプリッタ32から入力される測定光L1を光スイッチ20に向けて出力すると共に、この光スイッチ20から入力された反射光L3をミキサ38に向けて出力する。 A circulator 44 is provided in the measuring beam path 36 . The circulator 44 outputs the measurement light L1 input from the splitter 32 toward the optical switch 20 and outputs the reflected light L3 input from the optical switch 20 toward the mixer 38 .

光スイッチ20には、光導波路42を介してサーキュレータ44が接続されていると共に、既述の各光導波路28を介して各センサヘッド16がそれぞれ接続されている。この光スイッチ20は、後述の制御装置22の制御の下、干渉計18に接続するセンサヘッド16の切り替えを行う。これにより、各センサヘッド16が、互いに異なるタイミング(時分割)でワークWの外周面へ測定光L1を照射すると共に、外周面に反射された反射光L3の受光及び出力を行う。 A circulator 44 is connected to the optical switch 20 via an optical waveguide 42, and each sensor head 16 is connected via each optical waveguide 28 described above. The optical switch 20 switches the sensor head 16 connected to the interferometer 18 under the control of a control device 22 which will be described later. As a result, each sensor head 16 irradiates the outer peripheral surface of the workpiece W with the measurement light L1 at different timings (time division), and receives and outputs the reflected light L3 reflected on the outer peripheral surface.

ミキサ38は、例えば光ミキサが用いられる。このミキサ38は、参照光路34から入力される参照光L2と、測定光路36から入力されるセンサヘッド16ごとの反射光L3との干渉信号LSを生成する。そして、ミキサ38は、センサヘッド16ごとの干渉信号LSを信号検出部40へ出力する。 For the mixer 38, for example, an optical mixer is used. The mixer 38 generates an interference signal LS between the reference light L2 input from the reference optical path 34 and the reflected light L3 from each sensor head 16 input from the measurement optical path 36 . The mixer 38 then outputs the interference signal LS for each sensor head 16 to the signal detection section 40 .

信号検出部40は、例えば、フォトダイオード、光電管、及び光電子倍増管などの各種光電変換装置(撮像素子でも可)が用いられる。この信号検出部40は、制御装置22の制御の下、ミキサ38から入力されるセンサヘッド16ごとの干渉信号LSを電気信号に変換して制御装置22へ出力する。 For the signal detection unit 40, for example, various photoelectric conversion devices such as a photodiode, a phototube, and a photomultiplier tube (image pickup devices are also possible) are used. Under the control of the control device 22 , the signal detection unit 40 converts the interference signal LS for each sensor head 16 input from the mixer 38 into an electrical signal and outputs the electrical signal to the control device 22 .

なお、回転テーブル12の回転(回転角度)と、光スイッチ20の接続切替及び干渉計18の干渉信号LSの検出とのタイミングは同期しているが、同期していなくともよい。 Although the rotation (rotation angle) of the rotary table 12 is synchronized with the timing of connection switching of the optical switch 20 and detection of the interference signal LS of the interferometer 18, they do not have to be synchronized.

制御装置22は、例えばパーソナルコンピュータのような演算装置であり、各種のプロセッサ(Processor)及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、及びプログラマブル論理デバイス[例えばSPLD(Simple Programmable Logic Devices)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、及びFPGA(Field Programmable Gate Arrays)]等が含まれる。なお、制御装置22の各種機能は、1つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。 The control device 22 is, for example, an arithmetic device such as a personal computer, and includes an arithmetic circuit composed of various processors, memories, and the like. Various processors include CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and programmable logic devices [for example, SPLD (Simple Programmable Logic Devices), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGAs (Field Programmable Gate Arrays)]. Various functions of the control device 22 may be realized by one processor, or may be realized by a plurality of processors of the same type or different types.

制御装置22は、回転機構14、光スイッチ20、及び信号検出部40などの形状測定機10の各部の動作を統括制御する。また、制御装置22は、信号検出部40から入力されたセンサヘッド16ごとの干渉信号LSの検出結果に基づき、詳しくは後述するが、ワークWの走査範囲70ごとの真円度及びワークWの円筒度(以下、適宜「ワークWの真円度等」と略す)を演算する。 The control device 22 centrally controls the operation of each part of the shape measuring machine 10 such as the rotation mechanism 14 , the optical switch 20 and the signal detection part 40 . Further, based on the detection result of the interference signal LS for each sensor head 16 input from the signal detection unit 40, the control device 22 controls the roundness of each scanning range 70 of the workpiece W and the A cylindricity (hereinafter abbreviated as “circularity of the workpiece W, etc.” as appropriate) is calculated.

制御装置22は、不図示の制御プログラムを実行することにより、干渉計制御部60、駆動制御部62、スイッチ制御部64、形状演算部66、及び校正部68として機能する。 The control device 22 functions as an interferometer control section 60, a drive control section 62, a switch control section 64, a shape calculation section 66, and a calibration section 68 by executing a control program (not shown).

干渉計制御部60は、干渉計18の各部の動作を制御する。この干渉計制御部60は、ワークWの真円度等の測定開始操作が不図示の操作部に入力されると、干渉計18を作動させる。具体的には、干渉計制御部60は、光源30から測定光L1を常時出射させると共に、移動ステージ52を常時往復動させる。 The interferometer controller 60 controls the operation of each part of the interferometer 18 . The interferometer control unit 60 operates the interferometer 18 when an operation for starting measurement such as the roundness of the work W is input to an operation unit (not shown). Specifically, the interferometer control unit 60 always causes the light source 30 to emit the measurement light L1 and always reciprocates the moving stage 52 .

駆動制御部62は、回転機構14の駆動を制御、すなわち回転テーブル12の回転を制御する。この駆動制御部62は、ワークWの真円度等の測定開始操作に応じて、回転機構14を駆動して、回転軸Cを中心として回転テーブル12を回転させる。この際に、駆動制御部62は、光センサ26から入力される検出信号に基づき、回転テーブル12を少なくとも1回転させる。これにより、センサヘッド16ごとに、測定光L1によりワークWの外周面をその周方向に沿って1周以上走査することができる。 The drive control unit 62 controls driving of the rotation mechanism 14 , that is, controls rotation of the turntable 12 . The drive control unit 62 drives the rotation mechanism 14 to rotate the rotation table 12 about the rotation axis C in response to an operation to start measuring the roundness of the work W and the like. At this time, the drive control unit 62 rotates the turntable 12 at least once based on the detection signal input from the optical sensor 26 . As a result, each sensor head 16 can scan the outer peripheral surface of the work W with the measurement light L1 along the circumferential direction one or more times.

スイッチ制御部64は、ワークWの真円度等の測定開始操作に応じて、光スイッチ20の切替制御、すなわち干渉計18に接続するセンサヘッド16の切り替えを制御する。スイッチ制御部64は、光スイッチ20を制御して、回転機構14による回転テーブル12の回転が行われている間、干渉計18に対して各センサヘッド16を1つずつ順番に接続する接続切替を繰り返し実行する。 The switch control unit 64 controls switching of the optical switch 20 , that is, switching of the sensor head 16 connected to the interferometer 18 , in response to an operation to start measurement of the roundness of the work W and the like. The switch control unit 64 controls the optical switch 20 to switch the connection to sequentially connect each sensor head 16 to the interferometer 18 while the rotation table 12 is being rotated by the rotation mechanism 14 . repeatedly.

図3は、ワークWの外周面に対するセンサヘッド16ごとの測定光L1の走査範囲70を説明するための説明図である。ここで図3中の測定点Pは、ワークWの被測定面(ここでは外周面)に入射される測定光L1の入射位置を示すと共に、この測定光L1の反射光L3の反射位置を示す。なお、図3では、図面の煩雑化を防止するために、センサヘッド16ごと(走査範囲70ごと)の測定点Pの一部のみを図示している。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the scanning range 70 of the measurement light L1 for each sensor head 16 with respect to the outer peripheral surface of the work W. As shown in FIG. Here, the measurement point P in FIG. 3 indicates the incident position of the measurement light L1 incident on the surface to be measured (here, the outer peripheral surface) of the workpiece W, and also indicates the reflection position of the reflected light L3 of the measurement light L1. . In FIG. 3, only a portion of the measurement points P for each sensor head 16 (for each scanning range 70) is shown in order to prevent complication of the drawing.

図3に示すように、回転テーブル12の回転中に光スイッチ20が上述の接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド16が、互いに異なるタイミングで(時分割で)、回転中のワークWの外周面(各測定点P)への測定光L1の間欠的な照射と、この外周面(各測定点P)にて反射された反射光L3の間欠的な受光及び出力と、を行う。ここでいう間欠的(断続的ともいう)とは、不連続であることを指し、一定間隔及び不定間隔の双方を含む。 As shown in FIG. 3, the optical switch 20 repeatedly performs the above-described connection switching while the rotary table 12 is rotating, so that the sensor heads 16 can rotate the rotating work W at different timings (in a time division manner). measurement light L1 is intermittently irradiated onto the outer peripheral surface (each measuring point P) of the , and reflected light L3 reflected by this outer peripheral surface (each measuring point P) is intermittently received and output. Intermittent (also referred to as intermittent) here means discontinuous, and includes both regular intervals and non-regular intervals.

このように各センサヘッド16は、ワークWの外周面の周方向に沿った3つの円形状(略円形状を含む)の走査範囲70であって、且つセンサヘッド16ごとに上下方向の位置である高さ位置が互いに異なる3つの走査範囲70を測定光L1で間欠的且つ同時に走査する。その結果、干渉計18(信号検出部40)から形状演算部66に対して、個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果が入力される。 In this way, each sensor head 16 scans three circular (including substantially circular) scanning ranges 70 along the circumferential direction of the outer peripheral surface of the work W, and each sensor head 16 scans at a position in the vertical direction. Three scanning ranges 70 having different height positions are intermittently and simultaneously scanned with the measurement light L1. As a result, the detection result of the interference signal LS for each measurement point P in each scanning range 70 is input from the interferometer 18 (signal detection unit 40 ) to the shape calculation unit 66 .

図2に戻って、形状演算部66は、ワークWの真円度等の測定時には信号検出部40から入力される個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果に基づき、ワークWの外周面の走査範囲70ごとの真円度及びワークWの円筒度を演算する。 Returning to FIG. 2, the shape calculation unit 66, when measuring the roundness of the work W, based on the detection result of the interference signal LS for each measurement point P in the individual scanning range 70 input from the signal detection unit 40, The circularity and the cylindricity of the workpiece W for each scanning range 70 of the outer peripheral surface of the workpiece W are calculated.

なお、形状演算部66は、センサヘッド16ごとの位置情報を予め取得している。この位置情報には、例えば、各センサヘッド16の回転軸Cを中心とする軸周り方向の角度位置の関係(以下、角度位置関係と略す)と、各センサヘッド16の高さ位置と、が含まれる。 Note that the shape calculation unit 66 acquires position information for each sensor head 16 in advance. This positional information includes, for example, the relationship between the angular positions of the sensor heads 16 in the direction around the rotation axis C (hereinafter referred to as the angular positional relationship) and the height position of each sensor head 16. included.

最初に形状演算部66は、個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果に基づき、測定光L1が入射された時点での測定点Pとセンサヘッド16との間の距離の演算を測定点Pごとに行う距離演算処理を、走査範囲70ごと(センサヘッド16ごと)に行う。なお、具体的な距離の検出方法は公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。 First, the shape calculator 66 calculates the distance between the measurement point P and the sensor head 16 at the time when the measurement light L1 is incident based on the detection result of the interference signal LS for each measurement point P in the scanning range 70. is performed for each measurement point P for each scanning range 70 (for each sensor head 16). Since a specific distance detection method is a known technique, a specific description is omitted here.

次いで、形状演算部66は、走査範囲70ごとの距離演算処理の演算結果に基づき、走査範囲70ごとに各測定点P(外周面)の相対的な凹凸を演算することで、ワークWの走査範囲70ごとの真円度を演算すると共に、ワークWの円筒度を演算する。なお、真円度及び円筒度の演算方法(例えば内挿処理及びフィッティング処理等)は公知技術であるので具体的な説明は省略する。また、形状演算部66は、真円度及び円筒度の双方を演算する代わりにいずれか一方のみを演算してもよい。 Next, the shape calculation unit 66 calculates the relative unevenness of each measurement point P (peripheral surface) for each scanning range 70 based on the calculation result of the distance calculation processing for each scanning range 70, thereby scanning the workpiece W. The circularity of each range 70 is calculated, and the cylindricity of the workpiece W is calculated. The method of calculating the roundness and the cylindricity (for example, interpolation processing and fitting processing) is a known technique, so a detailed description thereof will be omitted. Also, the shape calculator 66 may calculate only one of the circularity and the cylindricity instead of calculating both.

本実施形態では、センサヘッド16ごとに各々に対応する走査範囲70を測定光L1で間欠的に走査するため、ワークWの真円度及び円筒度の測定精度を確保するためには走査範囲70ごとの測定点Pの数を一定数以上にする必要がある。このため、干渉計18は、回転テーブル12の回転速度よりも高速サンプリング可能なものが用いられる。 In this embodiment, the scanning range 70 corresponding to each sensor head 16 is intermittently scanned with the measurement light L1. It is necessary to set the number of measurement points P for each to a certain number or more. Therefore, the interferometer 18 used is one capable of sampling at a higher speed than the rotational speed of the rotary table 12 .

具体的には、ワークWの真円度及び円筒度の演算に必要な走査範囲70ごとの干渉信号LSのサンプリング数をQ[ポイント(pt)]とし、回転機構14による回転テーブル12の回転(例えば1回転)が完了するのに要する時間をt(s)とし、センサヘッド16の数をNとし、干渉計18のサンプリング速度をV[ポイント(pt)/s]とする。この場合に、サンプリング速度がV≧Q×N/tを満たすような干渉計18を用いる。また、光スイッチ20として、干渉計18のサンプリング速度に応じた切替速度で既述の接続切替を行うものを用いる。 Specifically, the number of samplings of the interference signal LS for each scanning range 70 necessary for calculating the roundness and cylindricity of the workpiece W is set to Q [points (pt)], and the rotation of the rotary table 12 by the rotary mechanism 14 ( For example, let t(s) be the time required to complete one rotation), let N be the number of sensor heads 16, and let V [points (pt)/s] be the sampling rate of the interferometer 18 . In this case, an interferometer 18 whose sampling rate satisfies V≧Q×N/t is used. Also, as the optical switch 20, one that performs the above-described connection switching at a switching speed corresponding to the sampling speed of the interferometer 18 is used.

例えば、本実施形態ではサンプリング速度がV=1000(pt/s)を満たす干渉計18と、このサンプリング速度に対応した切替速度を有する光スイッチ20と、を用いる。また、本実施形態における回転テーブル12の回転数Rは、4rpm(0.067rps)、換言すると回転テーブル12をt=15秒(s)で1回転させる回転速度である。また、本実施形態のセンサヘッド16の数はN=3である。この場合には、以下の[数1]式の(1)又は(2)に示すように、回転テーブル12の1回の回転で、走査範囲70ごとに5000(pt)の測定点Pのサンプリングが可能である。 For example, in this embodiment, an interferometer 18 having a sampling rate satisfying V=1000 (pt/s) and an optical switch 20 having a switching speed corresponding to this sampling rate are used. Further, the rotation speed R of the turntable 12 in this embodiment is 4 rpm (0.067 rps), in other words, the rotation speed at which the turntable 12 makes one rotation at t=15 seconds (s). Also, the number of sensor heads 16 in this embodiment is N=3. In this case, as shown in (1) or (2) of the following [Formula 1] formula, sampling of 5000 (pt) measurement points P for each scanning range 70 in one rotation of the rotary table 12 is possible.

Figure 0007223939000001
Figure 0007223939000001

真円度等の評価では、例えば、各走査範囲70の1周当たりの山の数が50個となる周期をカットオフ値とするガウシンアンフィルタ(ローパスフィルタ)が用いられる。このため、走査範囲70ごとに5000(pt)の測定点Pのサンプリングが可能であれば、真円度等の十分な評価が可能となる。 In the evaluation of the roundness, for example, a Gaussian filter (low-pass filter) is used, whose cutoff value is a cycle in which the number of peaks per round of each scanning range 70 is 50. Therefore, if 5000 (pt) measurement points P can be sampled for each scanning range 70, it is possible to sufficiently evaluate roundness and the like.

校正部68は、既述のセンサヘッド16ごとの位置情報(角度位置関係等)を校正する。 The calibration unit 68 calibrates the position information (angular positional relationship, etc.) for each sensor head 16 described above.

図4は、校正部68による各センサヘッド16の角度位置関係の校正を説明するための説明図である。図4及び既述の図2に示すように、各センサヘッド16の角度位置関係を校正する場合には、回転テーブル12上に角度位置関係の校正用の冶具72(基準ワークともいう)がセットされる。この冶具72は、上下方向に延びた円柱形状を有し、且つその外周面には上下方向に延びた切り欠き72aが形成されている。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining calibration of the angular positional relationship of each sensor head 16 by the calibration unit 68. As shown in FIG. As shown in FIG. 4 and FIG. 2 already described, when calibrating the angular positional relationship of each sensor head 16, a jig 72 (also referred to as a reference workpiece) for calibrating the angular positional relationship is set on the rotary table 12. be done. The jig 72 has a columnar shape extending in the vertical direction, and a notch 72a extending in the vertical direction is formed on the outer peripheral surface thereof.

回転テーブル12上への冶具72のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部60が干渉計18を作動させると共に、駆動制御部62が回転機構14を駆動して回転テーブル12を1回転させる。また、スイッチ制御部64が、回転テーブル12の回転中に、光スイッチ20による接続切替を繰り返し実行する。これにより、センサヘッド16ごとに、センサヘッド16から出射される測定光L1により冶具72の外周面がその周方向に沿って1周分だけ走査される。 After the jig 72 is set on the rotary table 12 , when a calibration start operation is input to the operation unit (not shown), the interferometer control unit 60 operates the interferometer 18 and the drive control unit 62 operates the rotation mechanism 14 . It is driven to rotate the rotary table 12 once. Further, the switch control unit 64 repeatedly performs connection switching by the optical switch 20 while the rotary table 12 is rotating. As a result, the outer peripheral surface of the jig 72 is scanned by the measurement light L1 emitted from each sensor head 16 along the circumferential direction by one turn.

さらに、この走査に応じて、干渉計18から形状演算部66に対して、センサヘッド16ごとに、回転テーブル12の角度位置(0°~360°)ごとの干渉信号LSの検出結果が入力される。そして、形状演算部66が、センサヘッド16ごとに、各角度位置におけるセンサヘッド16から冶具72の外周面までの距離を演算し、その演算結果を校正部68へ出力する。 Furthermore, according to this scanning, the detection result of the interference signal LS for each angular position (0° to 360°) of the rotary table 12 for each sensor head 16 is input from the interferometer 18 to the shape calculation unit 66. be. The shape calculation unit 66 calculates the distance from the sensor head 16 to the outer peripheral surface of the jig 72 at each angular position for each sensor head 16 and outputs the calculation result to the calibration unit 68 .

次いで、校正部68は、センサヘッド16ごとの各角度位置の距離演算結果に基づき、センサヘッド16ごとに切り欠き72aに対応する角度位置(以下、切欠角度位置という)を検出する。そして、校正部68は、センサヘッド16ごとの切欠角度位置の検出結果に基づき各センサヘッド16の角度位置関係の実測値を演算することで、予め取得されている各センサヘッド16の角度位置関係(設計値等)を校正する。 Next, the calibration unit 68 detects the angular position corresponding to the notch 72a (hereinafter referred to as the notch angular position) for each sensor head 16 based on the distance calculation result of each angular position for each sensor head 16 . Then, the calibration unit 68 calculates the measured value of the angular positional relationship of each sensor head 16 based on the detection result of the notch angular position of each sensor head 16, thereby calculating the angular positional relationship of each sensor head 16 obtained in advance. (design value, etc.).

なお、各センサヘッド16の高さ位置の実測値については、不図示の測距センサ等を用いることで取得可能である。このため、校正部68は、各センサヘッド16の高さ位置の実測値に基づき、予め取得されているセンサヘッド16ごとの高さ位置(設計値等)を校正する。 It should be noted that the measured value of the height position of each sensor head 16 can be obtained by using a distance measuring sensor (not shown) or the like. Therefore, the calibration unit 68 calibrates the previously obtained height position (design value, etc.) of each sensor head 16 based on the actually measured value of the height position of each sensor head 16 .

校正部68によるセンサヘッド16ごとの位置情報の校正は、所定のタイミングで定期的に実行される。既述の形状演算部66は、各センサヘッド16の校正後の位置情報を用いて既述の走査範囲70ごとの各測定点Pの位置座標を演算する。これにより、本実施形態では、ワークWの真円度及び円筒度をより高精度に演算することができる。 The calibration of the position information for each sensor head 16 by the calibration unit 68 is periodically performed at a predetermined timing. The already-described shape calculation unit 66 calculates the position coordinates of each measurement point P for each of the above-described scanning range 70 using the post-calibration position information of each sensor head 16 . Thereby, in the present embodiment, the circularity and cylindricity of the workpiece W can be calculated with higher accuracy.

なお、上記第1実施形態の形状演算部66は、個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果に基づきワークWの真円度及び円筒度を演算しているが、真円度等以外の測定も同時に実行可能である。例えば、形状演算部66は、走査範囲70ごとの距離演算処理の演算結果(ワークWの半径情報)、及びセンサヘッド16の位置情報(ここでは、回転軸Cから各センサヘッド16までの距離情報を含む)などに基づき、公知の手法でワークWの走査範囲70ごとの断面形状の測定を行う。 The shape calculator 66 of the first embodiment calculates the circularity and cylindricity of the workpiece W based on the detection results of the interference signal LS for each measurement point P in the scanning range 70. Measurements other than circularity, etc., can also be performed at the same time. For example, the shape calculation unit 66 calculates the distance calculation result (radius information of the workpiece W) for each scanning range 70, and the position information of the sensor head 16 (here, the distance information from the rotation axis C to each sensor head 16). ), etc., the cross-sectional shape of each scanning range 70 of the workpiece W is measured by a known method.

また、この場合には、走査範囲70ごとの距離演算処理の演算結果(ワークWの半径情報)の校正を行う。具体的には、半径「r1」の円筒形状の直径マスターワークを回転テーブル12上に載置した状態で回転機構14により回転テーブル12を1周以上回転させると共に、干渉計18による個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出と、形状演算部66による走査範囲70ごとの既述の距離演算処理とを行う。これにより、形状演算部66は、最小二乗法等を用いて走査範囲70ごとの円形の断面形状の半径「r2」を演算することができる。 Further, in this case, the calculation result (radius information of the work W) of the distance calculation process for each scanning range 70 is calibrated. Specifically, the rotating mechanism 14 rotates the rotary table 12 by one turn or more in a state in which a cylindrical diameter masterwork having a radius of "r1" is placed on the rotary table 12, and each scanning range by the interferometer 18 Detection of the interference signal LS for each measurement point P of 70 and the above-described distance calculation processing for each scanning range 70 by the shape calculation unit 66 are performed. Thereby, the shape calculator 66 can calculate the radius "r2" of the circular cross-sectional shape for each scanning range 70 using the method of least squares or the like.

次いで、校正部68は、センサヘッド16(走査範囲70)ごとに、直径マスターワークの半径の設計値「r1」と測定値「r2」との差分である「r1-r2」分だけ既述の距離演算処理の演算結果(ワークWの半径情報)をオフセットする。これにより、走査範囲70ごとに回転軸Cから各測定点Pまでの距離を正確に演算することができるので、ワークWの走査範囲70ごとの断面形状の測定を高精度に行うことができる。 Next, for each sensor head 16 (scanning range 70), the calibration unit 68 calculates the above-described difference "r1-r2", which is the difference between the design value "r1" and the measured value "r2" of the radius of the diameter masterwork. The calculation result of distance calculation processing (radius information of work W) is offset. As a result, the distance from the rotation axis C to each measurement point P can be accurately calculated for each scanning range 70, so the cross-sectional shape of the work W can be measured for each scanning range 70 with high accuracy.

[形状測定機の作用]
図5は、上記構成の形状測定機10の制御方法、特に形状測定機10によるワークWの真円度及び円筒度の測定処理の流れを示すフローチャートである。図5に示すように、オペレータは、測定対象のワークWを回転テーブル12上にセットした後(ステップS1)、真円度等の測定開始操作を不図示の操作部に入力する。これにより、制御装置22が干渉計制御部60、駆動制御部62、スイッチ制御部64、及び形状演算部66等として機能する。なお、この測定開始操作の入力時点で、光スイッチ20は各センサヘッド16のいずれかを干渉計18に接続している。
[Action of shape measuring machine]
FIG. 5 is a flow chart showing the control method of the shape measuring machine 10 having the above configuration, particularly the flow of the process of measuring the roundness and cylindricity of the workpiece W by the shape measuring machine 10 . As shown in FIG. 5, the operator sets the workpiece W to be measured on the rotary table 12 (step S1), and then inputs an operation to start measurement such as roundness to an operation unit (not shown). Thereby, the control device 22 functions as an interferometer control section 60, a drive control section 62, a switch control section 64, a shape calculation section 66, and the like. Note that the optical switch 20 connects one of the sensor heads 16 to the interferometer 18 at the time of inputting the measurement start operation.

そして、駆動制御部62が、回転機構14を駆動して回転テーブル12の回転を開始させる(ステップS2)。これにより、回転軸Cを中心として回転テーブル12及びワークWが一体的に回転する。なお、駆動制御部62は、光センサ26から入力される検出信号に基づき、回転テーブル12が予め定めた回転量分(少なくとも1回転)だけ回転するまで、回転テーブル12の回転を継続する(ステップS3でNO)。なお、ステップS2,S3は、本発明の相対移動ステップに相当する。 Then, the drive control unit 62 drives the rotation mechanism 14 to start rotating the turntable 12 (step S2). As a result, the rotary table 12 and the workpiece W are integrally rotated about the rotary axis C. As shown in FIG. Based on the detection signal input from the optical sensor 26, the drive control unit 62 continues to rotate the turntable 12 until the turntable 12 rotates by a predetermined amount of rotation (at least one rotation) (step NO in S3). Note that steps S2 and S3 correspond to the relative movement step of the present invention.

また同時に、干渉計制御部60が干渉計18を作動させる。これにより、光スイッチ20を介して干渉計18と接続されているセンサヘッド16からワークWの外周面に向けて測定光L1が出射されると共にこの外周面の測定点Pにて反射された反射光L3が元のセンサヘッド16に入射する(ステップS4)。そして、干渉計18内で参照光L2と反射光L3の干渉信号LSが生成され、この干渉信号LSが信号検出部40で検出される(ステップS5)。これにより、信号検出部40から形状演算部66に対して干渉信号LSの検出結果が出力される。 At the same time, interferometer controller 60 operates interferometer 18 . As a result, the measurement light L1 is emitted from the sensor head 16 connected to the interferometer 18 via the optical switch 20 toward the outer peripheral surface of the workpiece W, and is reflected at the measuring point P on the outer peripheral surface. Light L3 is incident on the original sensor head 16 (step S4). Then, an interference signal LS of the reference light L2 and the reflected light L3 is generated within the interferometer 18, and this interference signal LS is detected by the signal detector 40 (step S5). As a result, the detection result of the interference signal LS is output from the signal detector 40 to the shape calculator 66 .

そして、スイッチ制御部64は、光スイッチ20を制御して、干渉計18に接続するセンサヘッド16の切り替える(ステップS6でNO、ステップS7)。この切り替え後、既述のステップS4,S5の処理が再度実行される。 Then, the switch control unit 64 controls the optical switch 20 to switch the sensor head 16 connected to the interferometer 18 (NO in step S6, step S7). After this switching, the processes of steps S4 and S5 described above are executed again.

以下、スイッチ制御部64は、回転機構14による回転テーブル12の回転が行われている間、光スイッチ20を制御して、干渉計18に対して各センサヘッド16を1つずつ順番に接続する接続切替を繰り返し実行する(ステップS6でNO、ステップS7、本発明の接続切替ステップに相当)。これにより、各センサヘッド16が、互いに異なるタイミング(時分割)で、センサヘッド16ごとに異なる走査範囲70を測定光L1で間欠的に走査する。 Thereafter, the switch control unit 64 controls the optical switch 20 to sequentially connect each sensor head 16 to the interferometer 18 while the rotation table 12 is being rotated by the rotation mechanism 14 . Connection switching is repeatedly executed (NO in step S6, step S7, corresponding to the connection switching step of the present invention). As a result, each sensor head 16 intermittently scans a different scanning range 70 for each sensor head 16 with the measurement light L1 at mutually different timings (time sharing).

また、光スイッチ20の接続切替が実行されるごとに既述のステップS4,S5の処理が繰り返し実行される。これにより、干渉計18から形状演算部66に対して、個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果が入力される。 Further, each time the connection switching of the optical switch 20 is executed, the processes of steps S4 and S5 are repeatedly executed. Thereby, the detection result of the interference signal LS for each measurement point P in each scanning range 70 is input from the interferometer 18 to the shape calculation unit 66 .

回転機構14による回転テーブル12の回転、すなわちワークWの回転が終了すると(ステップS2,S6でYES)、形状演算部66が、干渉計18から入力される個々の走査範囲70の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果に基づき、既述の通りワークWの走査範囲70ごとの真円度及びワークWの円筒度を演算する(ステップS8)。 When the rotation of the rotary table 12 by the rotation mechanism 14, that is, the rotation of the workpiece W is completed (YES in steps S2 and S6), the shape calculation unit 66 performs the measurement for each measurement point P in the scanning range 70 input from the interferometer 18. Based on the detection result of the interference signal LS, as described above, the roundness and the cylindricity of the work W for each scanning range 70 of the work W are calculated (step S8).

[本実施形態の効果]
以上のように本実施形態では、回転テーブル12が回転されている間、光スイッチ20による接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド16を時分割で作動させて、ワークWの互いに異なる複数の走査範囲70を測定光L1で間欠的且つ同時に走査することができる。これにより、センサヘッド16ごとに干渉計18を設ける必要がなくなるので、形状測定機10を安価にマルチセンサ化することができる。また、1個のセンサヘッド16の高さ位置を調整して各走査範囲70(断面数)を測定光L1でそれぞれ走査する場合よりも短時間でワークWの形状測定を行うことができる。さらに1つのセンサヘッド16で同じ数の走査範囲70(断面数)を測定する場合よりも測定速度が高くなる。その結果、ワークWの形状測定を安価且つ高速に行うことができる。
[Effect of this embodiment]
As described above, in this embodiment, while the rotary table 12 is rotating, the connection switching by the optical switch 20 is repeatedly executed to operate each sensor head 16 in a time-divisional manner, thereby allowing a plurality of different workpieces W to be scanned. can be intermittently and simultaneously scanned with the measurement light L1. Since this eliminates the need to provide an interferometer 18 for each sensor head 16, the shape measuring machine 10 can be made into a multi-sensor at low cost. Further, the shape of the workpiece W can be measured in a shorter time than when the height position of one sensor head 16 is adjusted and each scanning range 70 (the number of cross sections) is scanned with the measurement light L1. Furthermore, the measurement speed is higher than when measuring the same number of scanning ranges 70 (number of cross sections) with one sensor head 16 . As a result, the shape measurement of the workpiece W can be performed at low cost and at high speed.

また、本実施形態では、複数のセンサヘッド16が互い異なる走査範囲70を測定光L1で走査するので、測定対象の走査範囲70ごとに1つのセンサヘッド16を配置するだけで走査範囲70ごとの形状測定を実行することができる。その結果、走査範囲70の数が増加したとしてもセンサヘッド16の数の増加は最小限に抑えられるので、形状測定機10を安価に構成することができる。 Further, in this embodiment, since the plurality of sensor heads 16 scan different scanning ranges 70 with the measuring light L1, only one sensor head 16 is arranged for each scanning range 70 to be measured. Shape measurements can be performed. As a result, even if the number of scanning ranges 70 increases, the increase in the number of sensor heads 16 can be minimized, so the shape measuring machine 10 can be constructed at low cost.

さらに、本実施形態では、センサヘッド16ごと干渉信号LSを1つの(共通の)干渉計18で検出するので、複数の干渉計18を同時に用いた場合のような干渉計18ごとの測定精度のばらつきという問題は発生せず、ワークWの形状測定の測定精度が高められる。 Furthermore, in this embodiment, since the interference signal LS is detected by one (common) interferometer 18 for each sensor head 16, the measurement accuracy of each interferometer 18 is reduced as in the case of using a plurality of interferometers 18 simultaneously. The problem of variation does not occur, and the measurement accuracy of the shape measurement of the work W can be improved.

[第2実施形態]
図6は、第2実施形態の形状測定機10の斜視図である。上記第1実施形態の形状測定機10では各センサヘッド16の位置が固定されているが、第2実施形態の形状測定機10では各センサヘッド16の高さ位置を個別に調整可能である。なお、第2実施形態の形状測定機10は、3つの位置調整機構76を備える点を除けば上記第1実施形態の形状測定機10と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
[Second embodiment]
FIG. 6 is a perspective view of the shape measuring machine 10 of the second embodiment. Although the position of each sensor head 16 is fixed in the shape measuring machine 10 of the first embodiment, the height position of each sensor head 16 can be individually adjusted in the shape measuring machine 10 of the second embodiment. The configuration of the shape measuring machine 10 of the second embodiment is basically the same as that of the shape measuring machine 10 of the first embodiment, except that three position adjusting mechanisms 76 are provided. For this reason, the same reference numerals are given to the same functions or configurations as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

各位置調整機構76は、センサヘッド16ごとに個別に設けられている。各位置調整機構76は、例えば公知のリニアモータ機構が用いられ、上下方向に延びたガイド76aと、ガイド76aにより上下方向に移動自在に保持されている可動子76b(キャリッジともいう)と、を備える。各可動子76bにはそれぞれセンサヘッド16が1個ずつ設けられている。なお、リニアモータ機構の詳細構成については公知技術であるのでその詳細についての説明は省略する。また、位置調整機構76として、リニアモータ機構の代わりにボールねじ機構などの各種リニア駆動機構を用いてもよい。 Each position adjustment mechanism 76 is individually provided for each sensor head 16 . Each position adjusting mechanism 76 is, for example, a known linear motor mechanism, and includes a vertically extending guide 76a and a mover 76b (also referred to as a carriage) held vertically movably by the guide 76a. Prepare. One sensor head 16 is provided for each mover 76b. Since the detailed configuration of the linear motor mechanism is a well-known technology, detailed description thereof will be omitted. Further, as the position adjusting mechanism 76, various linear drive mechanisms such as a ball screw mechanism may be used instead of the linear motor mechanism.

各位置調整機構76の駆動は、既述の駆動制御部62によって制御される。駆動制御部62は、不図示の操作部に入力された各センサヘッド16の位置調整操作に応じて、各位置調整機構76をそれぞれ駆動することで各センサヘッド16の高さ位置を個別に調整する。これにより、ワークWの外周面の各走査範囲70の高さ位置をそれぞれ任意に調整することができる。 The driving of each position adjusting mechanism 76 is controlled by the drive control section 62 described above. The drive control unit 62 individually adjusts the height position of each sensor head 16 by driving each position adjustment mechanism 76 according to the position adjustment operation of each sensor head 16 input to an operation unit (not shown). do. Thereby, the height position of each scanning range 70 on the outer peripheral surface of the work W can be arbitrarily adjusted.

図7は、第2実施形態の校正部68による各センサヘッド16の高さ位置の校正を説明するための説明図である。なお、各センサヘッド16の他の校正(角度位置関係の校正等)については上記第1実施形態と基本的に同じであるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining calibration of the height position of each sensor head 16 by the calibration unit 68 of the second embodiment. Other calibration of each sensor head 16 (such as calibration of the angular positional relationship) is basically the same as that of the first embodiment, so the description is omitted here.

図7に示すように、各センサヘッド16の高さ位置を校正する場合には、回転テーブル12上に高さ位置の校正用の冶具78(基準ワークともいう)がセットされる。この冶具78は、上下方向に延びた円柱形状を有している。 As shown in FIG. 7, when calibrating the height position of each sensor head 16, a jig 78 (also referred to as a reference work) for calibrating the height position is set on the rotary table 12. As shown in FIG. This jig 78 has a cylindrical shape extending in the vertical direction.

回転テーブル12上への冶具78のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部60が干渉計18を作動させると共に、駆動制御部62が各位置調整機構76を駆動して各センサヘッド16を上下方向に沿って移動させる。また、スイッチ制御部64が、各センサヘッド16の移動の間、光スイッチ20による接続切替を繰り返し実行させる。これにより、各センサヘッド16から出射される測定光L1により冶具78の外周面が上下方向に沿って同時に走査される。 After the jig 78 is set on the rotary table 12, when a calibration start operation is input to the operation unit (not shown), the interferometer control unit 60 operates the interferometer 18, and the drive control unit 62 operates each position adjustment mechanism. 76 is driven to move each sensor head 16 vertically. Further, the switch control unit 64 causes the optical switch 20 to repeatedly switch the connection while each sensor head 16 is moving. As a result, the outer peripheral surface of the jig 78 is simultaneously scanned in the vertical direction by the measurement light L1 emitted from each sensor head 16 .

さらに、この走査に応じて、干渉計18から形状演算部66に対して、冶具78の外周面の上下方向に沿った複数の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果がセンサヘッド16ごとに入力される。これにより、形状演算部66が、センサヘッド16ごとに上述の距離演算処理(測定光L1が入射された時点での測定点Pとセンサヘッド16との間の距離の演算を測定点Pごとに行う処理)を行い、その演算結果を校正部68に出力する。 Furthermore, according to this scanning, the interferometer 18 sends the shape calculator 66 the detection results of the interference signal LS for each of the plurality of measurement points P along the vertical direction of the outer peripheral surface of the jig 78 for each sensor head 16. is entered. As a result, the shape calculation unit 66 performs the above-described distance calculation processing for each sensor head 16 (calculation of the distance between the measurement point P and the sensor head 16 at the time when the measurement light L1 is incident on each measurement point P). processing) is performed, and the calculation result is output to the calibration unit 68 .

そして、校正部68は、センサヘッド16ごとの距離演算処理の結果に基づき、センサヘッド16ごとに、冶具78の上面と外周面との境界位置(或いは冶具78の外周面に形成された不図示の段差の位置)を検出する。次いで、校正部68は、センサヘッド16ごとの検出位置に基づき、センサヘッド16ごとに検出位置をセンサヘッド16の高さ位置の原点(基準位置)として設定する。これにより、全てのセンサヘッド16の高さ位置に対して、冶具78により規定される共通の原点(基準位置)が設定され、各センサヘッド16の高さ位置の校正が完了する。 Based on the result of the distance calculation processing for each sensor head 16, the calibration unit 68 determines the boundary position between the upper surface and the outer peripheral surface of the jig 78 (or position of the step) is detected. Next, based on the detected position of each sensor head 16 , the calibration unit 68 sets the detected position of each sensor head 16 as the origin (reference position) of the height position of the sensor head 16 . As a result, a common origin (reference position) defined by the jig 78 is set for all the height positions of the sensor heads 16, and calibration of the height position of each sensor head 16 is completed.

以上のように第2実施形態の形状測定機10では、各センサヘッド16の高さ位置を調整することができるので、ワークWの所望の高さ位置の形状(真円度等)を測定することができる。 As described above, in the shape measuring machine 10 of the second embodiment, the height position of each sensor head 16 can be adjusted. be able to.

[第3実施形態]
図8は、第3実施形態の形状測定機10の斜視図である。上記第1実施形態の形状測定機10ではワークWの真円度及び円筒度の測定を例に挙げて説明したが、第3実施形態の形状測定機10ではワークWの形状測定として回転テーブル12上でのワークWの傾きを測定し、この測定結果に基づきワークWの傾きを補正する。
[Third embodiment]
FIG. 8 is a perspective view of the shape measuring machine 10 of the third embodiment. In the shape measuring machine 10 of the first embodiment, the measurement of the roundness and cylindricity of the workpiece W was described as an example. The inclination of the work W above is measured, and the inclination of the work W is corrected based on the measurement result.

なお、第3実施形態の形状測定機10は、制御装置22の形状演算部66が回転テーブル12上に載置されたワークWの傾きを演算し且つ傾斜機構80を備える点を除けば、上記第1実施形態の形状測定機10と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 Note that the shape measuring machine 10 of the third embodiment has the above-described configuration except that the shape calculation unit 66 of the control device 22 calculates the inclination of the workpiece W placed on the rotary table 12 and that the inclination mechanism 80 is provided. It has basically the same configuration as the shape measuring machine 10 of the first embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same functions or configurations as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

第3実施形態の形状演算部66は、センサヘッド16(走査範囲70)ごとの各測定点Pの干渉信号LSの検出結果に基づきワークWの真円度及び円筒度を演算する他に、2個のセンサヘッド16にそれぞれ対応する各測定点Pの干渉信号LSの検出結果に基づき、回転テーブル12上でのワークWの傾きを演算する。 The shape calculator 66 of the third embodiment calculates the circularity and cylindricity of the workpiece W based on the detection results of the interference signal LS at each measurement point P for each sensor head 16 (scanning range 70). The inclination of the workpiece W on the turntable 12 is calculated based on the detection result of the interference signal LS at each measuring point P corresponding to each of the sensor heads 16 .

傾斜機構80は、不図示のアクチュエータ及び駆動伝達機構により構成されており、制御装置22(駆動制御部62)の制御の下、回転テーブル12を水平な姿勢(上下方向に垂直な姿勢)から傾斜させる。 The tilting mechanism 80 includes an actuator and a drive transmission mechanism (not shown), and tilts the rotary table 12 from a horizontal posture (a posture perpendicular to the vertical direction) under the control of the control device 22 (drive control unit 62). Let

図9は、形状演算部66によるワークWの傾きの演算と、傾斜機構80によるワークWの傾き補正とを説明するための説明図である。図10は、傾斜機構80によるワークWの傾き補正前の状態と傾き補正後の状態とを説明するための説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the calculation of the tilt of the work W by the shape calculator 66 and the correction of the tilt of the work W by the tilt mechanism 80. As shown in FIG. 10A and 10B are explanatory diagrams for explaining the state before tilt correction of the work W by the tilt mechanism 80 and the state after tilt correction.

図9の符号IXAに示すように、形状演算部66は、上下方向(Z軸方向)の高さ位置が異なる2個のセンサヘッド16(2つの走査範囲70)にそれぞれ対応する各測定点Pの干渉信号LSの検出結果に基づき、2つの走査範囲70ごとの各測定点Pの位置座標を演算する。なお、図9中では2個のセンサヘッド16の一方を「センサ1」とし他方を「センサ2」としている。 As indicated by symbol IXA in FIG. 9, the shape calculator 66 calculates measurement points P corresponding to two sensor heads 16 (two scanning ranges 70) having different height positions in the vertical direction (Z-axis direction). The position coordinates of each measurement point P for each of the two scanning ranges 70 are calculated based on the detection result of the interference signal LS. In FIG. 9, one of the two sensor heads 16 is designated as "sensor 1" and the other is designated as "sensor 2".

次いで、図9の符号IXBに示すように、形状演算部66は、2つの走査範囲70ごとの各測定点Pの位置座標の演算結果に基づき、走査範囲70ごとに、測定点Pの内挿(補間)を行って測定点Pの数を増加させる。 Next, as indicated by reference numeral IXB in FIG. 9, the shape calculation unit 66 interpolates the measurement points P for each scanning range 70 based on the calculation results of the position coordinates of each measurement point P for each of the two scanning ranges 70. (Interpolation) is performed to increase the number of measurement points P.

そして、形状演算部66は、内挿後の走査範囲70ごとの各測定点Pの位置座標に基づき、走査範囲70ごとの各測定点Pの中心位置を最小二乗法等により演算する。 Then, the shape calculator 66 calculates the center position of each measuring point P for each scanning range 70 by the method of least squares or the like, based on the position coordinates of each measuring point P for each scanning range 70 after interpolation.

ここで、上下方向をZ軸方向とし、Z軸方向に垂直な方向をX軸方向とし、Z軸方向及びX軸方向の双方に垂直な方向をY軸方向とした場合に、回転軸Cを原点として、2つの走査範囲70の一方に対応する中心位置1の位置座標が(ΔX1、ΔY1)で表され、2つの走査範囲70の他方に対応する中心位置2の位置座標が(ΔX2、ΔY2)表される。また、中心位置1の高さ位置が座標Z1で表わされ、中心位置2の高さ位置が座標Z2で表わされる。この場合には形状演算部66は、下記の[数2]式に基づきXZ面内でのワークWの傾きを演算すると共に、下記の[数3]式に基づきYZ面内でのワークWの傾きを演算して、各傾きの演算結果を駆動制御部62に出力する。 Here, the vertical direction is the Z-axis direction, the direction perpendicular to the Z-axis direction is the X-axis direction, and the direction perpendicular to both the Z-axis direction and the X-axis direction is the Y-axis direction. As the origin, the position coordinates of the center position 1 corresponding to one of the two scanning ranges 70 are represented by (ΔX1, ΔY1), and the position coordinates of the center position 2 corresponding to the other of the two scanning ranges 70 are represented by (ΔX2, ΔY2 )expressed. Further, the height position of center position 1 is represented by coordinate Z1, and the height position of center position 2 is represented by coordinate Z2. In this case, the shape calculation unit 66 calculates the inclination of the work W in the XZ plane based on the following formula [Equation 2], and calculates the tilt of the work W in the YZ plane based on the following [Equation 3]. The inclination is calculated, and the calculated result of each inclination is output to the drive control section 62 .

Figure 0007223939000002
Figure 0007223939000002

Figure 0007223939000003
Figure 0007223939000003

図9の符号IXCと、図10の符号XA及び符号XBとに示すように、第3実施形態の駆動制御部62は、形状演算部66から入力されるワークWの傾きの演算結果に基づき、傾斜機構80を駆動して、ワークWの傾きを補正する。これにより、ワークWが上下方向(Z軸)に平行な姿勢となる。 As indicated by reference numeral IXC in FIG. 9 and reference characters XA and XB in FIG. The inclination of the workpiece W is corrected by driving the inclination mechanism 80 . As a result, the workpiece W becomes parallel to the vertical direction (Z-axis).

なお、上述のようにワークWの傾きを補正した場合に、ワークWの形状誤差(断面形状のずれ等)の影響により、ワークWの中心が回転軸Cからずれる場合がある。このため、上述のワークWの傾きの測定(演算)及び補正は複数回繰り返すことが好ましい。そして、上記第1実施形態と同様にワークWの真円度及び円筒度の測定が開始される。これにより、ワークWの真円度及び円筒度をより高精度に測定することができる。 When the inclination of the work W is corrected as described above, the center of the work W may deviate from the rotation axis C due to the shape error of the work W (displacement of cross-sectional shape, etc.). Therefore, it is preferable to repeat the above-described measurement (calculation) and correction of the inclination of the workpiece W a plurality of times. Then, measurement of the roundness and cylindricity of the workpiece W is started in the same manner as in the first embodiment. Thereby, the circularity and cylindricity of the workpiece W can be measured with higher accuracy.

以上のように、第3実施形態においても、2個のセンサヘッド16を異なるタイミング(時分割)で作動させて、ワークWの外周面の互いに異なる2つの走査範囲70を測定光L1で間欠的且つ同時に走査することができる。このため、上記第1実施形態と同様の理由により、ワークWの傾き測定及び傾き補正を安価且つ高速に行うことができる。 As described above, also in the third embodiment, the two sensor heads 16 are operated at different timings (time division) to intermittently scan two different scanning ranges 70 on the outer peripheral surface of the workpiece W with the measurement light L1. and can be scanned at the same time. Therefore, for the same reason as in the first embodiment, tilt measurement and tilt correction of the work W can be performed at low cost and at high speed.

なお、第3実施形態では、形状演算部66によりワークWの傾きを演算し、この演算結果に基づき傾斜機構80によりワークWの傾きを補正しているが、ワークWの傾き補正をソフトウェア的に実行してもよい。 In the third embodiment, the tilt of the work W is calculated by the shape calculation unit 66, and the tilt of the work W is corrected by the tilt mechanism 80 based on the result of this calculation. may be executed.

具体的には、形状演算部66により、既述の通り走査範囲70ごとに各測定点Pの中心位置の位置座標を演算する(図9の符号IXA及び符号IXB参照)。そして、形状演算部66は、走査範囲70ごとの中心位置の位置座標の演算結果に基づき、走査範囲70ごとに、各測定点Pの中心位置の位置座標が回転軸Cに一致(略一致を含む)するように、各測定点Pの位置座標を補正する(図9の符号IXC参照)。 Specifically, the shape calculator 66 calculates the position coordinates of the central position of each measurement point P for each scanning range 70 as described above (see symbols IXA and IXB in FIG. 9). Then, based on the calculation result of the position coordinates of the center position of each scanning range 70, the shape calculation unit 66 causes the position coordinates of the center position of each measurement point P to match (substantially match) the rotation axis C for each scanning range 70. ), the position coordinates of each measurement point P are corrected (see symbol IXC in FIG. 9).

なお、上記第3実施形態ではワークWの傾きの演算及び補正について説明したが、これらと同様の方法を用いて、形状演算部66により回転軸Cに対するワークWの偏心を演算し、この演算結果に基づき傾斜機構80により回転テーブル12を傾斜させてワークWの偏心を補正してもよい。 In the above-described third embodiment, calculation and correction of the inclination of the work W have been described. The eccentricity of the workpiece W may be corrected by tilting the rotary table 12 by the tilting mechanism 80 based on the above.

また、上記第3実施形態では各センサヘッド16の位置が固定されているが、上記第2実施形態と同様に、各センサヘッド16の高さ位置が個別に調整可能であってもよい。 Further, although the position of each sensor head 16 is fixed in the third embodiment, the height position of each sensor head 16 may be individually adjustable as in the second embodiment.

[第4実施形態]
図11は、第4実施形態の形状測定機10の斜視図である。上記各実施形態の形状測定機10ではワークWの形状測定として真円度、円筒度、及び傾きの測定を例に挙げて説明したが、第4実施形態の形状測定機10ではワークWの形状測定としてワークWの直角度の測定を行う。この場合には、ワークWの外周面及び上面の双方が被測定面となる。
[Fourth embodiment]
FIG. 11 is a perspective view of the shape measuring machine 10 of the fourth embodiment. In the shape measuring machine 10 of each of the above embodiments, measurement of the circularity, cylindricity, and inclination of the workpiece W has been described as an example, but the shape measuring machine 10 of the fourth embodiment As a measurement, the squareness of the workpiece W is measured. In this case, both the outer peripheral surface and the upper surface of the work W are the surfaces to be measured.

第4実施形態の形状測定機10は、2個の第1センサヘッド16A、1個の第2センサヘッド16B、及び略L字形状の可動子76bを有する1つの位置調整機構76を備え、且つ制御装置22がワークWの直角度の演算を行う点を除けば、上記各実施形態の形状測定機10と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 The shape measuring machine 10 of the fourth embodiment includes one position adjusting mechanism 76 having two first sensor heads 16A, one second sensor head 16B, and a substantially L-shaped mover 76b, and Except for the point that the control device 22 calculates the squareness of the workpiece W, the configuration is basically the same as the shape measuring machine 10 of each of the above-described embodiments. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same functions or configurations as those of the above-described embodiments, and the description thereof will be omitted.

各第1センサヘッド16Aは、ワークWの外周面に対向する位置で且つ上下方向において互いに異なる位置に配置された状態で可動子76bに設けられている。各第1センサヘッド16Aは、光スイッチ20により干渉計18と接続された場合に、干渉計18から入力された測定光L1をワークWの外周面に向けて出射する。そして、ワークWの外周面にて反射された反射光L3は、その出射元の第1センサヘッド16Aに入射し、さらに光スイッチ20を介して干渉計18に入力される。 Each of the first sensor heads 16A is provided on the mover 76b so as to face the outer peripheral surface of the work W and to be arranged at different positions in the vertical direction. Each first sensor head 16A emits measurement light L1 input from the interferometer 18 toward the outer peripheral surface of the workpiece W when connected to the interferometer 18 by the optical switch 20 . The reflected light L3 reflected by the outer peripheral surface of the work W is incident on the first sensor head 16A from which it is emitted, and is input to the interferometer 18 via the optical switch 20. FIG.

第2センサヘッド16Bは、ワークWの上面に対向する位置で可動子76bに設けられている。この第2センサヘッド16Bは、光スイッチ20により干渉計18と接続された場合に、干渉計18から入力された測定光L1をワークWの上面に向けて出射する。そして、ワークWの上面にて反射された反射光L3は、その出射元の第2センサヘッド16Bに入射し、さらに光スイッチ20を介して干渉計18に入力される。 The second sensor head 16B is provided on the mover 76b at a position facing the upper surface of the workpiece W. As shown in FIG. The second sensor head 16B emits the measurement light L1 input from the interferometer 18 toward the upper surface of the workpiece W when connected to the interferometer 18 by the optical switch 20 . The reflected light L3 reflected by the upper surface of the workpiece W is incident on the second sensor head 16B from which it is emitted, and is input to the interferometer 18 via the optical switch 20. FIG.

位置調整機構76は、駆動制御部62の制御の下、可動子76bを上下方向に移動させることで、各センサヘッド16A,16Bの高さ位置を調整する。 The position adjustment mechanism 76 adjusts the height positions of the sensor heads 16A and 16B by vertically moving the mover 76b under the control of the drive control unit 62. FIG.

第4実施形態の光スイッチ20は、スイッチ制御部64の制御の下、干渉計18に対して各センサヘッド16A,16Bを1つずつ順番に接続する接続切替を行う。 The optical switch 20 of the fourth embodiment performs connection switching to sequentially connect the sensor heads 16A and 16B to the interferometer 18 under the control of the switch control unit 64 .

第4実施形態の干渉計制御部60、駆動制御部62、及びスイッチ制御部64は、ワークWの直角度の測定開始操作に応じて既述の第1実施形態(真円度等の測定時)と同様の制御を行う。これにより、干渉計18が作動すると共に、回転機構14により回転テーブル12の回転が開始される。また、回転機構14による回転テーブル12の回転が行われている間、光スイッチ20が既述の接続切替を繰り返し実行する。 The interferometer control unit 60, the drive control unit 62, and the switch control unit 64 of the fourth embodiment operate according to the measurement start operation of the squareness of the workpiece W according to the above-described first embodiment (during measurement of roundness, etc.). ) to perform the same control. As a result, the interferometer 18 is activated, and the rotating mechanism 14 starts rotating the rotating table 12 . Further, while the rotary table 12 is being rotated by the rotary mechanism 14, the optical switch 20 repeatedly performs the connection switching described above.

回転テーブル12の回転中に光スイッチ20が接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド16,16Bが、互いに異なるタイミング(時分割)で、ワークWの被測定面(外周面及び上面)を測定光L1で間欠的且つ同時に走査する。 The optical switch 20 repeatedly performs connection switching while the rotary table 12 is rotating, so that the sensor heads 16 and 16B measure the surfaces (the outer peripheral surface and the upper surface) of the workpiece W at different timings (time division). Scanning is performed intermittently and simultaneously with the measurement light L1.

具体的には、各第1センサヘッド16AがそれぞれワークWの外周面の互いに異なる2つの走査範囲70を測定光L1で走査し、且つ第2センサヘッド16BがワークWの上面内の円形状(略円形状を含む)の走査範囲71を測定光L1で走査する。これにより、干渉計18の信号検出部40から形状演算部66に対して、個々の第1センサヘッド16A(走査範囲70)の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果が入力され、且つ第2センサヘッド16B(走査範囲71)の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果が入力される。従って、第4実施形態の走査範囲70が本発明の第1走査範囲に相当し、且つ走査範囲71が本発明の第2走査範囲に相当する。 Specifically, each of the first sensor heads 16A scans two different scanning ranges 70 on the outer peripheral surface of the work W with the measurement light L1, and the second sensor head 16B scans the circular shape ( (including a substantially circular shape) is scanned with the measurement light L1. As a result, the detection result of the interference signal LS for each measurement point P of each first sensor head 16A (scanning range 70) is input from the signal detection unit 40 of the interferometer 18 to the shape calculation unit 66, and The detection result of the interference signal LS for each measurement point P of the two-sensor head 16B (scanning range 71) is input. Therefore, the scanning range 70 of the fourth embodiment corresponds to the first scanning range of the invention, and the scanning range 71 corresponds to the second scanning range of the invention.

第4実施形態の形状演算部66は、ワークWの直角度の測定時には信号検出部40から入力される各センサヘッド16A,16B(走査範囲70,71)の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果と、各センサヘッド16A,16Bの位置情報とに基づき、ワークWの直角度を演算する。なお、直角度の具体的な演算方法は公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。 The shape calculation unit 66 of the fourth embodiment calculates the interference signal LS for each measurement point P of each sensor head 16A, 16B (scanning ranges 70, 71) input from the signal detection unit 40 when measuring the squareness of the workpiece W. The squareness of the workpiece W is calculated based on the detection result and the positional information of each sensor head 16A, 16B. Since a specific method for calculating the squareness is a known technique, a specific description will be omitted here.

第4実施形態の校正部68は、各センサヘッド16A,16Bの位置情報、より具体的にはワークWの直角度の演算に用いられる位置情報を校正する。この位置情報には、少なくとも各センサヘッド16A,16Bの高さ位置の位置関係が含まれる。 The calibration unit 68 of the fourth embodiment calibrates the position information of each sensor head 16A, 16B, more specifically, the position information used to calculate the squareness of the workpiece W. FIG. This positional information includes at least the positional relationship between the height positions of the sensor heads 16A and 16B.

図12は、第4実施形態の校正部68による第1センサヘッド16A同士の高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。図13は、第4実施形態の校正部68による第1センサヘッド16Aと第2センサヘッド16Bとの高さ位置の位置関係の校正を説明するための説明図である。 FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the calibration of the positional relationship between the height positions of the first sensor heads 16A by the calibration unit 68 of the fourth embodiment. FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the calibration of the positional relationship between the height positions of the first sensor head 16A and the second sensor head 16B by the calibration unit 68 of the fourth embodiment.

図12及び図13に示すように、各センサヘッド16A,16Bの上下方向の位置関係を校正する場合には、上記第2実施形態と同様に回転テーブル12上に高さ位置の校正用の冶具78がセットされる。 As shown in FIGS. 12 and 13, when calibrating the vertical positional relationship of the sensor heads 16A and 16B, a jig for calibrating the height position is mounted on the rotary table 12 as in the second embodiment. 78 is set.

回転テーブル12上への冶具78のセット後、不図示の操作部に校正開始操作が入力されると、干渉計制御部60が干渉計18を作動させると共に、駆動制御部62が位置調整機構76を駆動して各センサヘッド16A,16Bを上下方向に沿って移動させる。また、スイッチ制御部64が光スイッチ20を制御して、各センサヘッド16A,16Bの接続切替を繰り返し実行する。これにより、各第1センサヘッド16Aからそれぞれ出射される測定光L1により冶具78の外周面が上下方向に沿って同時に走査される。また、第2センサヘッド16Bから冶具78の上面に向けて測定光L1が出射される。 After setting the jig 78 on the rotary table 12 , when a calibration start operation is input to an operation unit (not shown), the interferometer control unit 60 operates the interferometer 18 and the drive control unit 62 operates the position adjustment mechanism 76 . to move the sensor heads 16A and 16B vertically. Also, the switch control unit 64 controls the optical switch 20 to repeatedly switch the connection between the sensor heads 16A and 16B. As a result, the outer peripheral surface of the jig 78 is simultaneously scanned in the vertical direction by the measurement light beams L1 emitted from the respective first sensor heads 16A. Further, the measurement light L1 is emitted toward the top surface of the jig 78 from the second sensor head 16B.

そして、干渉計18から形状演算部66に対して、冶具78の外周面の上下方向に沿った複数の測定点Pごとの干渉信号LSの検出結果が第1センサヘッド16Aごとに間欠的に入力される。また、干渉計18から形状演算部66に対して、第2センサヘッド16Bに対向する冶具78の上面の測定点Pに対応する干渉信号LSの検出結果が間欠的に入力される。これにより、形状演算部66が、各センサヘッド16A,16B別に上述の距離演算処理を行って、その演算結果を校正部68に出力する。 The interferometer 18 intermittently inputs the detection results of the interference signal LS for each of the plurality of measurement points P along the vertical direction of the outer peripheral surface of the jig 78 to the shape calculation unit 66 for each first sensor head 16A. be done. Further, the detection result of the interference signal LS corresponding to the measurement point P on the upper surface of the jig 78 facing the second sensor head 16B is intermittently input from the interferometer 18 to the shape calculator 66 . Thereby, the shape calculation section 66 performs the above-described distance calculation processing separately for each of the sensor heads 16A and 16B, and outputs the calculation result to the calibration section 68. FIG.

第4実施形態の校正部68は、図12に示すように第1センサヘッド16Aごとの距離演算処理の結果に基づき、既述の第2実施形態の校正時(図7参照)と同様に、第1センサヘッド16Aごとに冶具78の上面と外周面との境界位置等を検出すると共にこの検出位置を各第1センサヘッド16Aの高さ位置の原点として設定する。これにより、各第1センサヘッド16Aの高さ位置の位置関係が校正される。 As shown in FIG. 12, the calibration unit 68 of the fourth embodiment, based on the results of distance calculation processing for each first sensor head 16A, performs the following operations in the same manner as in the calibration of the second embodiment described above (see FIG. 7). The boundary position between the upper surface and the outer peripheral surface of the jig 78 is detected for each first sensor head 16A, and this detected position is set as the origin of the height position of each first sensor head 16A. Thereby, the positional relationship of the height position of each first sensor head 16A is calibrated.

また、校正部68は、図13に示すように、第2センサヘッド16Bの高さ位置の原点を、各第1センサヘッド16Aの一方で境界位置等が検出された高さ位置に設定(ゼロリセット)する。これにより、第1センサヘッド16Aと第2センサヘッド16Bとの高さ位置の位置関係が校正される。以上で各センサヘッド16A,16Bの高さ位置の位置関係の校正が完了する。 Further, as shown in FIG. 13, the calibration unit 68 sets the origin of the height position of the second sensor head 16B to the height position where the boundary position or the like is detected on one side of each of the first sensor heads 16A (zero Reset. Thereby, the positional relationship of the height position between the first sensor head 16A and the second sensor head 16B is calibrated. This completes the calibration of the positional relationship between the height positions of the sensor heads 16A and 16B.

以上のように第4実施形態においても、回転テーブル12が回転されている間、光スイッチ20による接続切替を繰り返し実行することで、各センサヘッド16A,16Bを時分割で作動させて、ワークWの互いに異なる複数の走査範囲70、71を測定光L1で間欠的且つ同時に走査することができる。これにより、形状測定機10を安価にマルチセンサ化することができる。また、各センサヘッド16A,16Bの姿勢変化が不要になるので、短時間でワークWの直角度を測定することができる。その結果、ワークWの直角度の測定を安価且つ高速に行うことができる。 As described above, in the fourth embodiment as well, the sensor heads 16A and 16B are operated in a time-sharing manner by repeatedly switching the connection by the optical switch 20 while the rotary table 12 is being rotated. A plurality of different scanning ranges 70 and 71 can be intermittently and simultaneously scanned with the measuring light L1. Thereby, the shape measuring machine 10 can be made into a multi-sensor at low cost. In addition, since the sensor heads 16A and 16B do not need to be changed in posture, the squareness of the workpiece W can be measured in a short period of time. As a result, the squareness of the workpiece W can be measured at low cost and at high speed.

なお、第4実施形態では、各センサヘッド16A,16Bの高さ位置が変更可能であるが、各センサヘッド16A,16Bの高さ位置が固定されていてもよい。また、各第1センサヘッド16A或いは第2センサヘッド16Bのいずれか一方のみの高さ位置が固定されていてもよい。さらに、各第1センサヘッド16Aが上下方向に一列に並べて設けられているが、一列に並べられていなくともよい。 In the fourth embodiment, the height position of each sensor head 16A, 16B can be changed, but the height position of each sensor head 16A, 16B may be fixed. Alternatively, the height position of only one of the first sensor heads 16A or the second sensor heads 16B may be fixed. Furthermore, although the first sensor heads 16A are arranged in a row in the vertical direction, they may not be arranged in a row.

[その他]
上記各実施形態では、干渉計18として図2に示したタイプを例に挙げて説明したが、干渉計18のタイプは特に限定されるものではない。例えば干渉計18の変形例を示すブロック図である図14において、光源30として波長掃引光源30Aを用いると共に各センサヘッド16,16A,16Bの端面或いは各光導波路28の先端面で反射された測定光L1の一部を参照光L2として用いるタイプ(特開2018-084434号公報参照)の干渉計18を用いてもよい。この場合にも、干渉計18で検出された参照光L2と反射光L3との干渉信号LSの検出結果を、公知の方法(特開2018-084434号公報参照)で解析することにより、上記各実施形態と同様にセンサヘッド16から測定点Pまでの距離を演算することができる。
[others]
In each of the embodiments described above, the interferometer 18 is of the type shown in FIG. 2, but the type of the interferometer 18 is not particularly limited. For example, in FIG. 14, which is a block diagram showing a modification of the interferometer 18, a wavelength swept light source 30A is used as the light source 30, and the light reflected by the end face of each sensor head 16, 16A, 16B or the tip end face of each optical waveguide 28 is measured. An interferometer 18 of a type that uses part of the light L1 as the reference light L2 (see JP-A-2018-084434) may be used. Also in this case, by analyzing the detection result of the interference signal LS between the reference light L2 and the reflected light L3 detected by the interferometer 18 by a known method (see Japanese Patent Laid-Open No. 2018-084434), each of the above The distance from the sensor head 16 to the measurement point P can be calculated as in the embodiment.

上記各実施形態では、回転テーブル12を回転させてワークWの各種形状を測定するワーク回転型の形状測定機10を例に挙げて説明したが、ワークWを定盤等に載置し且つ回転軸Cを中心として各センサヘッド16,16A,16Bを回転させることによりワークWの各種形状を測定するヘッド回転型の形状測定機10にも本発明を適用可能である。 In each of the above embodiments, the workpiece rotation type shape measuring machine 10 that measures various shapes of the workpiece W by rotating the rotary table 12 has been described as an example. The present invention can also be applied to a head-rotating shape measuring machine 10 that measures various shapes of a workpiece W by rotating each sensor head 16, 16A, 16B about the axis C. FIG.

上記各実施形態では、形状測定機10として、回転軸Cを中心としてワークW又は各センサヘッド16,16A,16Bを回転させることによりワークWの真円度等の形状を測定する真円度測定機を例に挙げて説明したが、各種形状のワークWと各センサヘッド16,16A,16Bとを相対移動させながらワークWの各種形状を測定する各種の形状測定機10に本発明を適用可能である。例えばリング形状のワークWの内側にセンサヘッド16を配置することでワークWの内周面の形状を測定したり、或いはリング形状のワークWの内側及び外側にセンサヘッド16を配置することでワークWの内外周面の形状を同時測定したりすることができる。 In each of the above embodiments, the shape measuring machine 10 rotates the work W or each sensor head 16, 16A, 16B about the rotation axis C to measure the shape such as the roundness of the work W. However, the present invention can be applied to various shape measuring machines 10 that measure various shapes of workpieces W while relatively moving workpieces W of various shapes and sensor heads 16, 16A, and 16B. is. For example, by arranging the sensor head 16 inside the ring-shaped work W, the shape of the inner peripheral surface of the work W can be measured, or by arranging the sensor heads 16 inside and outside the ring-shaped work W, the work can be measured. The shape of the inner and outer peripheral surfaces of W can be measured simultaneously.

10…形状測定機
12…回転テーブル
14…回転機構
16…センサヘッド
16A…第1センサヘッド
16B…第2センサヘッド
18…干渉計
20…光スイッチ
22…制御装置
30…光源
40…信号検出部
60…干渉計制御部
62…駆動制御部
64…スイッチ制御部
66…形状演算部
68…校正部
70,71…走査範囲
72,78…冶具
76…位置調整機構
80…傾斜機構
W…ワーク
L1…測定光
L2…参照光
L3…反射光
LS…干渉信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Shape measuring machine 12... Rotary table 14... Rotating mechanism 16... Sensor head 16A... First sensor head 16B... Second sensor head 18... Interferometer 20... Optical switch 22... Control device 30... Light source 40... Signal detector 60 ... interferometer control section 62 ... drive control section 64 ... switch control section 66 ... shape calculation section 68 ... calibration section 70, 71 ... scanning ranges 72, 78 ... jig 76 ... position adjustment mechanism 80 ... tilt mechanism W ... workpiece L1 ... measurement Light L2...Reference light L3...Reflected light LS...Interference signal

Claims (8)

ワークの形状を非接触で測定する形状測定機において、
測定光を出力し、且つ前記ワークにて反射された前記測定光の反射光と、前記ワークとは異なる反射面で反射された前記測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、
互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、前記干渉計から前記測定光が入力された場合に、前記測定光を前記ワークに向けて出射し且つ前記ワークにて反射された前記反射光を前記干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、
前記干渉計に対して複数の前記センサヘッドを1つずつ順番に接続する接続切替を行う光スイッチと、
前記ワークと複数の前記センサヘッドとの相対移動を行う相対移動機構と、
を備え、
前記光スイッチが、前記相対移動機構による前記相対移動が行われている間に、前記接続切替を繰り返し実行する形状測定機。
In a shape measuring machine that measures the shape of a workpiece without contact,
A measurement light is output, and an interference signal between the reflected light of the measurement light reflected by the work and the reference light that is a part of the measurement light reflected by a reflecting surface different from the work is detected. an interferometer that
A plurality of sensor heads arranged at positions different from each other, wherein when the measurement light is input from the interferometer, the measurement light is emitted toward the work and reflected by the work. a plurality of sensor heads that output light to the interferometer;
an optical switch that performs connection switching for sequentially connecting the plurality of sensor heads one by one to the interferometer;
a relative movement mechanism for relatively moving the workpiece and the plurality of sensor heads;
with
The shape measuring machine, wherein the optical switch repeatedly performs the connection switching while the relative movement mechanism is performing the relative movement.
前記相対移動機構が前記相対移動を行う間に、前記複数のセンサヘッドが、前記センサヘッドごとに互い異なる前記ワークの走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの形状を演算する形状演算部を備える請求項1に記載の形状測定機。
While the relative movement mechanism performs the relative movement, the plurality of sensor heads intermittently scans a different scanning range of the workpiece with the measurement light, and
2. The shape measuring machine according to claim 1, further comprising a shape calculation unit that calculates the shape of the workpiece based on the detection result of the interference signal for each of the sensor heads by the interferometer.
前記形状演算部による前記ワークの形状の演算に必要な前記走査範囲ごとの前記干渉信号のサンプリング数をQとし、前記相対移動機構による前記相対移動が完了するのに要する時間をtとし、前記センサヘッドの数をNとし、前記干渉計のサンプリング速度をVとした場合に、前記サンプリング速度がV≧Q×N/tを満たし、
前記光スイッチが、前記サンプリング速度に応じた切替速度で接続切替を行う請求項2に記載の形状測定機。
Let Q be the number of samplings of the interference signal for each scanning range required for the shape calculation unit to calculate the shape of the workpiece, let t be the time required for the relative movement by the relative movement mechanism to complete, and let the sensor where N is the number of heads and V is the sampling rate of the interferometer, the sampling rate satisfies V≧Q×N/t;
3. The shape measuring machine according to claim 2, wherein the optical switch performs connection switching at a switching speed corresponding to the sampling speed.
前記相対移動機構が、円柱状又は円筒状の前記ワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、前記回転軸を中心として前記回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、
複数の前記センサヘッドが、前記ワークの外周面に対向する位置で且つ前記回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置されており、
前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、複数の前記センサヘッドが、前記外周面の周方向に沿った前記走査範囲であって且つ前記センサヘッドごとに前記軸方向の位置が互い異なる前記走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
前記形状演算部が、前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの前記走査範囲ごとの真円度及び前記ワークの円筒度の少なくとも一方を演算する請求項2又は3に記載の形状測定機。
The relative movement mechanism has a rotary table on which the columnar or cylindrical workpiece is placed and rotates around a rotation axis, and a rotation mechanism that rotates the rotary table around the rotation axis,
a plurality of the sensor heads are arranged at positions facing the outer peripheral surface of the work and at different positions in the axial direction of the rotating shaft;
While the rotating mechanism rotates the rotating table at least one time, the plurality of sensor heads are positioned within the scanning range along the circumferential direction of the outer peripheral surface and the positions of the sensor heads in the axial direction are relative to each other. intermittently scanning the different scanning ranges with the measurement light;
2. The shape calculation unit calculates at least one of the circularity of the workpiece for each scanning range and the cylindricity of the workpiece based on the detection result of the interference signal for each sensor head by the interferometer. Or the shape measuring machine according to 3.
前記センサヘッドの前記軸方向の位置を、前記センサヘッドごとに調整する位置調整機構を備える請求項4に記載の形状測定機。 5. The shape measuring machine according to claim 4, further comprising a position adjusting mechanism for adjusting the axial position of each sensor head. 前記形状演算部が、前記干渉計による前記センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記回転テーブルに載置されている前記ワークの傾きを演算し、
前記形状演算部による前記傾きの演算結果に基づき、前記回転テーブルを傾斜させて前記傾きを補正する傾斜機構を備える請求項4又は5に記載の形状測定機。
The shape calculation unit calculates the inclination of the workpiece placed on the rotary table based on the detection result of the interference signal for each sensor head by the interferometer,
6. The shape measuring machine according to claim 4, further comprising a tilting mechanism for tilting the rotary table and correcting the tilt based on the result of calculation of the tilt by the shape calculator.
前記相対移動機構が、円柱状又は円筒状の前記ワークが載置され且つ回転軸を中心として回転する回転テーブルと、前記回転軸を中心として前記回転テーブルを回転させる回転機構と、を有し、
複数の前記センサヘッドが、前記ワークの外周面に対向する位置で且つ前記回転軸の軸方向において互いに異なる位置に配置された複数の第1センサヘッドと、前記ワークの上面に対向する位置に配置された第2センサヘッドと、を有し、
前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、複数の前記第1センサヘッドが、前記外周面の周方向に沿った前記走査範囲である第1走査範囲であって且つ前記第1センサヘッドごとに前記軸方向の位置が互い異なる前記第1走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
前記回転機構が前記回転テーブルを少なくとも1回転させる間に、前記第2センサヘッドが、前記上面における円形状の前記走査範囲である第2走査範囲を前記測定光で間欠的に走査し、
前記形状演算部が、前記干渉計による前記第1センサヘッド及び前記第2センサヘッドごとの前記干渉信号の検出結果に基づき、前記ワークの直角度を演算する請求項2又は3に記載の形状測定機。
The relative movement mechanism has a rotary table on which the columnar or cylindrical workpiece is placed and rotates around a rotation axis, and a rotation mechanism that rotates the rotary table around the rotation axis,
A plurality of sensor heads are arranged at positions facing the outer peripheral surface of the work and at positions facing the upper surface of the work, and a plurality of first sensor heads arranged at positions different from each other in the axial direction of the rotating shaft. a second sensor head;
While the rotating mechanism rotates the rotating table at least one time, the plurality of first sensor heads rotates in a first scanning range, which is the scanning range along the circumferential direction of the outer peripheral surface, and in the first sensor. intermittently scanning the first scanning range in which the position in the axial direction is different for each head with the measurement light;
While the rotating mechanism rotates the rotary table at least once, the second sensor head intermittently scans a second scanning range, which is the circular scanning range on the upper surface, with the measurement light,
4. The shape measurement according to claim 2 or 3, wherein the shape calculation unit calculates the squareness of the workpiece based on the detection results of the interference signal for each of the first sensor head and the second sensor head by the interferometer. machine.
測定光を出力し、且つワークにて反射された前記測定光の反射光と、前記ワークとは異なる反射面で反射された前記測定光の一部である参照光と、の干渉信号を検出する干渉計と、
互いに異なる位置に配置された複数のセンサヘッドであって、前記干渉計から前記測定光が入力された場合に、前記測定光を前記ワークに向けて出射し且つ前記ワークにて反射された前記反射光を前記干渉計へ出力する複数のセンサヘッドと、
を備える形状測定機の制御方法において、
前記干渉計に対して複数の前記センサヘッドを1つずつ順番に接続する接続切替を行う接続切替ステップと、
前記ワークと複数の前記センサヘッドとの相対移動を行う相対移動ステップと、
を有し、
前記相対移動ステップでの前記相対移動が行われている間に、前記接続切替ステップを繰り返し実行する形状測定機の制御方法。
A measurement light is output, and an interference signal between the reflected light of the measurement light reflected by the work and the reference light that is a part of the measurement light reflected by a reflecting surface different from the work is detected. an interferometer;
A plurality of sensor heads arranged at positions different from each other, wherein when the measurement light is input from the interferometer, the measurement light is emitted toward the work and reflected by the work. a plurality of sensor heads that output light to the interferometer;
In a method for controlling a shape measuring machine comprising
a connection switching step of performing connection switching for sequentially connecting the plurality of sensor heads one by one to the interferometer;
a relative movement step of relatively moving the workpiece and the plurality of sensor heads;
has
A control method for a shape measuring machine, wherein the connection switching step is repeatedly executed while the relative movement is being performed in the relative movement step.
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