JP7361261B2 - 形状測定機及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、接触子を用いて測定対象物の形状測定を行う形状測定機及びその制御方法に関する。

ワーク（被測定物）の表面の輪郭形状及び表面粗さ等の表面形状を測定する表面形状測定機（形状測定機）が知られている。このような表面形状測定機では、接触子をワーク表面に接触させた状態で接触子とワークとを水平方向に相対移動させることで、接触子でワーク表面をトレースしながら接触子の揺動による変位を変位検出器により検出し、この変位検出器から出力される変位検出信号に基づきワーク表面の表面形状を測定する（特許文献１参照）。

特開２０１７－１６１５４８号公報

ところで、表面形状測定機を用いてワークの表面形状を測定する場合に、変位検出器から出力される変位検出信号に異常な波形が発生することがある。この場合に、この異常な波形がワーク表面の実形状に起因するのか、或いは外的な環境要因（例えばワーク表面に付着した埃等）に起因するのかを判別することは困難である。

そこで、表面形状測定機の測定力（接触子がワークを押圧する押圧力）を強くすることで、測定結果がワーク表面に付着した異物の影響を受け難くすることが考えられる。しかしながら、この測定力を強くすると、ワークが変形したり或いはワーク表面に傷が付いたりするおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の形状測定の異常発生の原因を容易に検出可能な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。

本発明の目的を達成するための形状測定機は、測定対象物に接触する接触子を用いて測定対象物の形状測定を行う形状測定機において、接触子の変位を検出する変位検出器と、測定対象物に対して変位検出器を相対移動させて測定対象物の被測定面を接触子によりトレースさせる相対移動機構と、測定対象物に対する変位検出器の相対位置を検出する位置検出センサと、接触子を撮影して接触子の撮影画像を出力するカメラと、相対移動機構による相対移動が行われている間、位置検出センサによる相対位置の検出と変位検出器による変位の検出とカメラによる撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御部と、を備える。

この形状測定機によれば、３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させることにより、変位検出器の相対位置ごとに、相対位置と同期したタイミングで取得された撮影画像をオペレータが確認することができる。すなわち、任意の相対位置に対応する撮影画像をオペレータが確認することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、同期制御部が、３つの動作を同期させる同期信号を、位置検出センサ、変位検出器、及びカメラに対して出力する。これにより、上述の３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させることができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、３つの動作が同期して実行されるごとに、位置検出センサにより検出された相対位置と、変位検出器により検出された接触子の変位と、カメラにより撮影された撮影画像と、を関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部を備える。これにより、変位検出器の相対位置ごとに、相対位置と同期したタイミングで取得された撮影画像をオペレータが確認することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対位置ごとの接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、信号生成部が生成した変位検出信号をモニタに表示させる表示制御部と、モニタに表示されている変位検出信号の任意の指定位置を指定する指定操作を受け付ける操作部と、を備え、表示制御部が、操作部に対する指定操作で指定された指定位置に対応する撮影画像を記憶部から取得して、撮影画像をモニタに表示させる。これにより、所望の指定位置に対応する撮影画像をオペレータが確認することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、表示制御部が、指定位置が変更されるごとに、記憶部からの撮影画像の取得と、モニタでの撮影画像の表示と、を繰り返し実行する。これにより、所望の指定位置に対応する撮影画像をオペレータが確認することができる。また、変位検出信号に異常波形が発生した場合に、その前後で撮影された撮影画像を確認することができるので、異常波形の発生原因を容易に検出することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、信号生成部が生成した変位検出信号に対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、表示制御部が、ローパスフィルタ処理の前後の変位検出信号をモニタに表示させる重畳表示モードを有する。これにより、形状測定の測定結果から異物等の外的な環境要因に起因する偽形状をより高精度に排除することができるので、測定結果の信頼性及び精度をより高めることができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対位置ごとの接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、信号生成部が生成した変位検出信号から、変位検出信号の波形が異常になる異常波形を検出する異常波形検出部と、異常波形検出部により異常波形が検出された相対位置の範囲を第１範囲とした場合に、第１範囲に対応する記憶部内の撮影画像に基づき、形状測定の異常の有無を判定する第１異常判定部と、を備える。これにより、形状測定の異常の有無を自動的に判定することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、第１異常判定部が、撮影画像内の異物の像の有無に基づき形状測定の異常の有無を判定する。これにより、形状測定の異常の有無を自動的に判定することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対移動機構を駆動して、被測定面を接触子により再トレースする再測定を実行する再測定制御部を備え、第１異常判定部が異常有と判定するごとに、再測定制御部が再測定を実行し、且つ信号生成部が変位検出信号を生成し、且つ異常波形検出部が異常波形の検出を行い、且つ第１異常判定部が形状測定の異常の有無の判定を行う。これにより、形状測定の異常が発生した場合に再測定を実施することができるので、異常が被測定面の実形状に起因するのか或いは外的な環境要因（異物等）に起因するのかをより正確に判別することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、再測定の回数が予め定めた一定回数を超える場合に、警告情報を報知する報知部を備える。これにより、オペレータが異常の発生を認識して、その異常の発生要因の確認を速やかに実行することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、記憶制御部は、位置検出センサにより検出された相対位置と、変位検出器により検出された接触子の変位と、カメラにより撮影された撮影画像とを含むデータを、記憶部のバッファメモリに一時記憶させ、バッファメモリに一時記憶させたデータのうち、第１異常判定部により異常有と判定されたデータを記憶部のデータストレージに記憶させる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、記憶部に記憶されている撮影画像ごとに、形状測定の異常の有無を判定する第２異常判定部を備える。これにより、形状測定の異常の有無を自動的に判定することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、第２異常判定部が、記憶部内に記憶された撮影画像ごとに、撮影画像内の異物の像の有無に基づき形状測定の異常の有無を判定する。これにより、形状測定の異常の有無を自動的に判定することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、相対位置ごとの接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、信号生成部が生成した変位検出信号をモニタに表示させる表示制御部と、を備え、表示制御部が、記憶部を参照して第２異常判定部が異常有と判定した撮影画像に対応する相対位置の範囲である第２範囲を検出し、モニタに表示される変位検出信号の波形の中で第２範囲に対応する波形領域を識別可能にモニタに表示させる。これにより、形状測定の異常が発生している第２範囲の位置及び範囲をオペレータに報知することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、第２異常判定部が異常有と判定した場合に、警告情報を報知する報知部を備える。これにより、オペレータが異常の発生を認識して、その異常の発生要因の確認を速やかに実行することができる。

本発明の他の態様に係る形状測定機において、記憶制御部は、位置検出センサにより検出された相対位置と、変位検出器により検出された接触子の変位と、カメラにより撮影された撮影画像とを含むデータを、記憶部のバッファメモリに一時記憶させ、バッファメモリに一時記憶させたデータのうち、第２異常判定部により異常有と判定されたデータを記憶部のデータストレージに記憶させる。

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、測定対象物に対して変位検出器を水平方向に相対移動させる。

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測定対象物の周面に接触子を接触させた状態で、測定対象物と変位検出器とを回転中心の周りに相対回転させる。

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、測定対象物に接触する接触子を有する変位検出器と、測定対象物に対して変位検出器を相対移動させて測定対象物の被測定面を接触子によりトレースさせる相対移動機構と、を備え、接触子を用いて測定対象物の形状測定を行う形状測定機の制御方法において、測定対象物に対する変位検出器の相対位置を検出する位置検出ステップと、変位検出器により接触子の変位を検出する変位検出ステップと、接触子を撮影して接触子の撮影画像を出力する撮影ステップと、相対移動機構による相対移動が行われている間、位置検出ステップでの相対位置の検出と変位検出ステップでの変位の検出と撮影ステップでの撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御ステップと、を有する。

本発明は、測定対象物の形状測定の異常発生の原因を容易に検出することができる。

第１実施形態の表面形状測定機の概略図である。 第１実施形態の制御装置の構成を示したブロック図である。 記憶制御部によりデータストレージに記憶される保存データの概略図である。 指定操作に応じたモニタ上での撮影画像の表示を説明するための説明図である。 指定位置の変更操作に応じたモニタ上での撮影画像の表示切替を説明するための説明図である。 表面形状測定機によるワークの表面の形状測定処理の流れを示すフローチャートである。 表面形状測定機における変位検出信号及び撮影画像の表示処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態の表面形状測定機の制御装置の構成を示したブロック図である。 第２実施形態においてモニタに表示される変位検出信号の波形及び撮影画像３８を説明するための説明図である。 第３実施形態の表面形状測定機の制御装置の構成を示したブロック図である。 異常波形検出部による異常波形の検出の第１例から第３例を説明するための説明図である。 異常判定部による表面の形状測定の異常の有無の判定処理を説明するための説明図である。 第３実施形態の報知制御部による警告情報の報知を説明するための説明図である。 第３実施形態の表面形状測定機による再測定処理及び警告処理の流れを示すフローチャートである。 第４実施形態の表面形状測定機の制御装置の構成を示したブロック図である。 第４実施形態の異常判定部による表面の形状測定の異常の有無の判定処理を説明するための説明図である。 異常判定部が表面の形状測定の異常有と判定した場合に、モニタに表示される変位検出信号の一例を説明するための説明図である。 第４実施形態の報知制御部による警告情報の報知を説明するための説明図である。 真円度測定機の概略図である。 回転テーブル及びワークの回転中に接触子をカメラで撮影することにより得られる効果を説明するための説明図である。 第３の実施形態に係る表面形状測定機の変形例を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る表面形状測定機の変形例を示すブロック図である。

［第１実施形態］
図１は、本発明の形状測定機に相当する第１実施形態の表面形状測定機１０の概略図である。図１に示すように、表面形状測定機１０は、ワークＷの表面Ｗａの形状測定、具体的には輪郭形状又は表面粗さ等を測定する。ここで、ワークＷは本発明の測定対象物に相当し、表面Ｗａは本発明の被測定面に相当する。また、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうちでＸＹ方向を含むＸＹ平面は水平方向に平行な面であり且つＺ方向は水平方向に対して垂直な上下方向である。

表面形状測定機１０は、平板状の測定台１２と、コラム１４と、検出器移動機構１６と、位置検出センサ１８と、変位検出器２０と、カメラ２２と、操作部２５と、モニタ２７と、制御装置２８と、を備える。

測定台１２のＸＹ平面に平行な上面にはワークＷがセットされる。また、測定台１２の上面にはＺ方向に延びたコラム１４が設けられている。このコラム１４には、検出器移動機構１６がＺ方向に移動自在に取り付けられている。

検出器移動機構１６は、本発明の相対移動機構に相当するものであり、ホルダ１７をＸ方向に移動自在に保持する公知のアクチュエータである。この検出器移動機構１６を駆動することで、ワークＷに対して変位検出器２０（接触子３４）をＸ方向に相対移動させることができる。また、検出器移動機構１６には位置検出センサ１８が設けられている。

位置検出センサ１８は、例えばＸ方向（左右方向）に延びたリニアスケール１８ａと、このリニアスケール１８ａを光学的又は磁気的等の各種方法で読み取る読取ヘッド１８ｂとを有する。位置検出センサ１８は、検出器移動機構１６によりＸ方向に移動されるホルダ１７のＸ方向の変位（変位方向及び変位量）を検出することで、後述の変位検出器２０のＸ方向位置、すなわちワークＷに対する変位検出器２０のＸ方向の相対位置を検出する。そして、位置検出センサ１８は、変位検出器２０のＸ方向位置検出結果Ｄ１を制御装置２８へ出力する。なお、位置検出センサ１８として、スケール型検出器以外の公知の検出器を用いてもよい。

ホルダ１７には、変位検出器２０及びカメラ２２が設けられている。これにより、変位検出器２０は、ホルダ１７を介して検出器移動機構１６によりＸ方向に移動自在に保持される。また、変位検出器２０は、ホルダ１７及び検出器移動機構１６を介して、コラム１４によりＺ方向に位置調整自在に保持される。

変位検出器２０は、揺動支点３０と、アーム３２と、接触子３４と、変位検出センサ３６と、を備える。

揺動支点３０は、Ｙ方向に平行な回転軸（揺動軸）を中心としてアーム３２を揺動自在に支持する。

アーム３２は、揺動支点３０に揺動自在に支持されており、Ｘ方向の一方向側（コラム１４とは反対側）に延びたアーム先端部３２ａと、Ｘ方向の他方向側に延びたアーム基端部３２ｂと、を備える。

アーム先端部３２ａの先端側には、接触子３４（触針又は測定子ともいう）が設けられている。接触子３４は表面Ｗａに接触する。接触子３４は、アーム３２が揺動支点３０を中心として揺動することでＺ方向に変位する。また、接触子３４は、検出器移動機構１６により変位検出器２０がＸ方向に移動されることで、表面ＷａをＸ方向に沿ってトレース（走査）する。

アーム基端部３２ｂは、不図示の付勢部材によりＺ方向上方側に付勢される。これにより、アーム先端部３２ａ及び接触子３４は、揺動支点３０を中心として、Ｚ方向下方側に付勢される。これにより、接触子３４が表面Ｗａに接触した状態が維持される。

変位検出センサ３６は、例えば線形可変差動変圧器（Linear Variable Differential Transformer：ＬＶＤＴ）が用いられる。この場合、変位検出センサ３６は、図示は省略するが、アーム基端部３２ｂに設けられたコアと、このコアが挿入されるコイルとを備える。変位検出センサ３６は、アーム３２及び接触子３４の揺動によるＺ方向の変位（変位方向及び変位量）を検出して、この変位の検出結果である変位検出結果Ｄ２を制御装置２８へ出力する。なお、変位検出センサ３６として、ＬＶＤＴ以外の公知のセンサ（例えばスケール型のセンサ）を用いてもよい。

カメラ２２は、ホルダ１７に設けられており、接触子３４の先端部を連続撮影（動画撮影）し、接触子３４の撮影画像３８（画像データ）を制御装置２８へ逐次出力する。撮影画像３８に基づき、表面Ｗａへの埃等の異物５９（図４参照）の付着の有無の確認と、表面Ｗａの実形状の確認とを行うことができる。

操作部２５は、例えばキーボード、マウス、操作パネル、及び操作ボタン等が用いられ、オペレータによる各種操作の入力を受け付ける。

モニタ２７は、公知の液晶表示ディスプレイ等の各種ディスプレイが用いられる。このモニタ２７は、表面形状測定機１０による表面Ｗａの形状測定結果である後述の変位検出信号Ｄ３（図２参照）、カメラ２２による撮影画像３８、各種設定画面、及び各種操作画面等を表示する。

制御装置２８は、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２８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。

図２は、第１実施形態の制御装置２８の構成を示したブロック図である。図２に示すように、制御装置２８には、既述の検出器移動機構１６、位置検出センサ１８、変位検出器２０の変位検出センサ３６、カメラ２２、操作部２５、及びモニタ２７等が接続されており、表面形状測定機１０の各部の動作を統括制御する。また、制御装置２８は、位置検出センサ１８による検出と、変位検出センサ３６による検出と、カメラ２２による撮影とを同期させる。さらに、制御装置２８は、上述の検出及び撮影が実行されるごとに、位置検出センサ１８により検出された変位検出器２０のＸ方向位置検出結果Ｄ１と、変位検出センサ３６により検出された接触子３４の変位検出結果Ｄ２と、カメラ２２により撮影された撮影画像３８と、を関連付けてデータストレージ５０に記憶させる。

制御装置２８には、駆動制御部４０、同期制御部４２、信号取得部４４、画像取得部４６、記憶制御部４８、データストレージ５０、信号生成部５２、ローパスフィルタ５４（Low Pass Filter：LPF）、及び表示制御部５６が設けられている。

駆動制御部４０は、検出器移動機構１６の駆動を制御する。この駆動制御部４０は、操作部２５に対する測定開始操作の入力に応じて、検出器移動機構１６を駆動して変位検出器２０等をＸ方向に移動させる。これにより、接触子３４によりＸ方向に沿って表面Ｗａがトレースされる、すなわち表面Ｗａの形状測定が実行される。

同期制御部４２は、検出器移動機構１６による変位検出器２０のＸ方向の移動が実行されている間、すなわち表面形状測定機１０による表面Ｗａの形状測定が行われている間（以下、単に「表面形状測定中」と略す）、位置検出センサ１８と変位検出センサ３６とカメラ２２とに対して同期信号ＣＬを出力する。この同期信号ＣＬは、位置検出センサ１８による検出と、変位検出センサ３６による検出と、カメラ２２による撮影とを同期させる信号であり、例えばクロック信号が用いられる。これにより、表面形状測定中において、位置検出センサ１８による変位検出器２０のＸ方向位置の検出と、変位検出センサ３６による接触子３４の変位の検出と、カメラ２２による接触子３４の撮影と、を含む３つの動作（以下、単に「３つの動作」と略す）が同期信号ＣＬにより互いに同期して繰り返し実行される。

信号取得部４４は、位置検出センサ１８及び変位検出センサ３６に接続する接続インタフェースである。信号取得部４４は、表面形状測定中において、位置検出センサ１８からの変位検出器２０のＸ方向位置検出結果Ｄ１の取得及び記憶制御部４８へのＸ方向位置検出結果Ｄ１の出力を実行し、且つ変位検出センサ３６からの接触子３４の変位検出結果Ｄ２の取得及び記憶制御部４８への変位検出結果Ｄ２の出力を実行する。

画像取得部４６は、カメラ２２と接続する接続インタフェースである。画像取得部４６は、表面形状測定中において、カメラ２２からの撮影画像３８の取得と記憶制御部４８への撮影画像３８の出力とを繰り返し行う。

図３は、記憶制御部４８によりデータストレージ５０に記憶される保存データ５１の概略図である。図３及び既述の図２に示すように、データストレージ５０は、本発明の記憶部に相当するものであり、データを永続的（一時的でも可）に記憶可能な公知の各種記憶媒体（メモリ、ストレージ等）である。

記憶制御部４８は、表面形状測定中に、データストレージ５０に対する保存データ５１の記憶を行う。この保存データ５１は、表面形状測定中において、同期信号ＣＬに同期した３つの動作で取得されたＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて連続的に記憶したデータである。

具体的に記憶制御部４８は、同期信号ＣＬに同期して３つの動作が実行されるごとに、位置検出センサ１８及び変位検出センサ３６から信号取得部４４を介して入力されるＸ方向位置検出結果Ｄ１及び変位検出結果Ｄ２と、カメラ２２から画像取得部４６を介して入力される撮影画像３８と、を関連付けてデータストレージ５０に記憶させる。これにより、３つの動作が実行されるごとに、Ｘ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が関連付けられた状態でデータストレージ５０に繰り返し記憶される。

図２に戻って信号生成部５２は、データストレージ５０の保存データ５１を参照して、変位検出器２０（接触子３４）のＸ方向位置ごとの接触子３４のＺ方向の変位、すなわち表面Ｗａの表面形状を示す変位検出信号Ｄ３を生成して、この変位検出信号Ｄ３をローパスフィルタ５４へ出力する。なお、信号生成部５２が、表面形状測定中に信号取得部４４から直接的且つ連続的にＸ方向位置検出結果Ｄ１及び変位検出結果Ｄ２を取得することで、変位検出信号Ｄ３を生成してローパスフィルタ５４へ出力してもよい。

ローパスフィルタ５４は、信号生成部５２から出力される変位検出信号Ｄ３に対し、予め設定されたカットオフ値に基づきローパスフィルタ処理を行い、変位検出信号Ｄ３から高周波ノイズを除去する。ローパスフィルタ５４から出力された変位検出信号Ｄ３は表示制御部５６に入力される。

表示制御部５６は、ローパスフィルタ５４から入力される変位検出信号Ｄ３をモニタ２７に表示させる。また、表示制御部５６は、操作部２５に対する後述の指定操作の入力に応じて、この指定操作に対応する撮影画像３８をモニタ２７に表示させる。

図４は、指定操作に応じたモニタ２７上での撮影画像３８の表示を説明するための説明図である。図４の符号４Ａ及び既述の図２に示すように、操作部２５は、モニタ２７に表示されている変位検出信号Ｄ３の波形上の任意の指定位置ＳＰを指定する指定操作の入力を受け付ける。これにより、オペレータは、例えばモニタ２７上の変位検出信号Ｄ３の波形内に異常波形ＥＲが含まれている場合に、この異常波形ＥＲを指定位置ＳＰとして指定することができる。

図４の符号４Ｂに示すように、最初に表示制御部５６は、操作部２５に対する指定位置ＳＰの指定操作に基づき、この指定位置ＳＰに対応する変位検出器２０のＸ方向位置を判別する。次いで、表示制御部５６は、判別したＸ方向位置に基づき、データストレージ５０を参照してこのＸ方向位置に対応する撮影画像３８を保存データ５１から取得する。

そして、表示制御部５６は、図４の符号４Ｃに示すように、変位検出信号Ｄ３に加えて、保存データ５１から取得した撮影画像３８をモニタ２７に表示させる。これにより、オペレータは、指定位置ＳＰに対応する撮影画像３８を確認することができる。ここでいう指定位置ＳＰに対応する撮影画像３８とは、指定位置ＳＰに対応する変位検出器２０のＸ方向位置の検出と同期してカメラ２２により撮影された撮影画像３８を指す。

また、表示制御部５６は、撮影画像３８と共に変位検出信号Ｄ３の波形をモニタ２７に表示させる場合に、変位検出信号Ｄ３の波形上に指定位置ＳＰを示すカーソルＣｕを重畳表示させる。

図５は、指定位置ＳＰの変更操作に応じたモニタ２７上での撮影画像３８の表示切替を説明するための説明図である。図５の符号５Ａに示すように、表示制御部５６は、カーソルＣｕ（指定位置ＳＰ）をＸ方向に移動させる指定位置変更操作Ｃ１が操作部２５に入力された場合、移動後のカーソルＣｕに対応した変位検出器２０のＸ方向位置を再判別する。次いで、表示制御部５６は、図５の符号５Ｂに示すように、変位検出器２０のＸ方向位置の再判別結果に基づき、このＸ方向位置に対応する撮影画像３８を保存データ５１から取得する。

そして、表示制御部５６は、図５の符号５Ｃに示すように、保存データ５１から取得した撮影画像３８に基づきモニタ２７上の撮影画像３８の表示を更新する。以下、カーソルＣｕ（指定位置ＳＰ）の指定位置変更操作Ｃ１が実行されるごとに、変位検出器２０のＸ方向位置の再判別と、保存データ５１からの撮影画像３８の取得と、モニタ２７上の撮影画像３８の表示更新と、が繰り返し実行される。これにより、オペレータは、所望のカーソルＣｕの位置（指定位置ＳＰ）に対応した撮影画像３８を確認することができる。

なお、カーソルＣｕが移動されるごとに、カーソルＣｕが示す指定位置ＳＰの前後の撮影画像３８を連結した連結画像（所謂パノラマ画像）を生成し、この連結画像をモニタ２７に表示させてもよい。また、モニタ２７に撮影画像３８及び変位検出信号Ｄ３を同時表示させる代わりに、いずれか一方を選択的に表示させてもよい。

［第１実施形態の作用］
図６は、本発明の形状測定機の制御方法に係る表面形状測定機１０によるワークＷの表面Ｗａの形状測定処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、オペレータは、測定台１２にワークＷをセットし且つ接触子３４の先端を表面Ｗａに接触させた後、操作部２５にて測定開始操作を行う。この操作を受けて駆動制御部４０が検出器移動機構１６を駆動して、変位検出器２０をＸ方向に移動させる（ステップＳ１）。これにより、表面Ｗａが接触子３４によりＸ方向に沿ってトレースされる。

また、測定開始操作に応じて、同期制御部４２が位置検出センサ１８と変位検出センサ３６とカメラ２２とに対して同期信号ＣＬを出力する（ステップＳ２、本発明の同期制御ステップに相当）。これにより、位置検出センサ１８による変位検出器２０のＸ方向位置の検出（ステップＳ３Ａ）と、変位検出センサ３６による接触子３４の変位の検出（ステップＳ３Ｂ）と、カメラ２２による接触子３４の撮影（ステップＳ３Ｃ）と、含む３つの動作が同期して実行される。なお、ステップＳ３Ａは本発明の位置検出ステップに相当し、ステップＳ３Ｂは本発明の変位検出ステップに相当し、ステップＳ３Ｃは本発明の撮影ステップに相当する。

次いで、位置検出センサ１８が検出したＸ方向位置検出結果Ｄ１及び変位検出センサ３６が検出した変位検出結果Ｄ２が、信号取得部４４を介して記憶制御部４８に入力される。また、カメラ２２が撮影した撮影画像３８が、画像取得部４６を介して記憶制御部４８に入力される。そして、記憶制御部４８が、既述の図３に示したように、互いに同期した３つの動作で取得されたＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて保存データ５１に記憶させる（ステップＳ４）。

以下、変位検出器２０の移動が終了するまで、ステップＳ２からステップＳ４までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ５）。これにより、表面形状測定中に、３つの動作が同期信号ＣＬにより互いに同期して繰り返し実行され、且つ３つの動作が実行されるごとに、Ｘ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が関連付けられた状態で保存データ５１に繰り返し記憶される。

図７は、表面形状測定機１０における変位検出信号Ｄ３及び撮影画像３８の表示処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、表面Ｗａの形状測定の完了後、オペレータが操作部２５に対して変位検出信号Ｄ３の表示操作を実行すると、信号生成部５２が保存データ５１を参照して変位検出信号Ｄ３を生成する。この変位検出信号Ｄ３は、ローパスフィルタ５４でローパスフィルタ処理が施された後、表示制御部５６に入力される。そして、表示制御部５６がローパスフィルタ処理後の変位検出信号Ｄ３をモニタ２７に表示させる（ステップＳ１０）。

オペレータは、モニタ２７に変位検出信号Ｄ３が表示されると、既述の図４に示したように、モニタ２７上の変位検出信号Ｄ３の任意の指定位置ＳＰ（例えば異常波形ＥＲ内の任意点）を指定する指定操作を操作部２５に入力する（ステップＳ１１）。この操作を受けて表示制御部５６が、指定位置ＳＰに対応する変位検出器２０のＸ方向位置を判別し（ステップＳ１２）、このＸ方向位置に対応する撮影画像３８を保存データ５１から取得する（ステップＳ１３）。

次いで、表示制御部５６が、変位検出信号Ｄ３と保存データ５１から取得した撮影画像３８とをモニタ２７に表示させると共に、変位検出信号Ｄ３の波形上にカーソルＣｕを重畳表示させる（ステップＳ１４）。これにより、オペレータは、異常波形ＥＲを指定位置ＳＰとして指定した場合には、指定位置ＳＰに対応する撮影画像３８に基づき、この異常波形ＥＲの発生原因が表面Ｗａに付着した異物５９によるものであるか或いは表面Ｗａについた傷に起因するものであるかを容易に判定することができる。

次いで、オペレータが、既述の図５に示したように、操作部２５にてカーソルＣｕの指定位置変更操作Ｃ１を実行すると、既述のステップＳ１２からステップＳ１４の処理が繰り返し実行されることで、位置変更後のカーソルＣｕの位置（指定位置ＳＰ）に対応した撮影画像３８がモニタ２７に表示される（ステップＳ１５）。これにより、オペレータは、異常波形ＥＲの前後で撮影された撮影画像３８を確認することができるので、異常波形ＥＲの発生原因を容易に検出することができる。

［第１実施形態の効果］
以上のように第１実施形態では、表面形状測定中において、３つの動作（Ｘ方向位置の検出、接触子３４の変位の検出、接触子３４の撮影）を互いに同期させて繰り返し実行することで、３つの動作が実行されるごとにＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて保存データ５１に記憶させることができる。その結果、変位検出信号Ｄ３の波形上の所望の位置に対応する撮影画像３８をオペレータが確認することができるので、表面Ｗａの形状測定の異常発生の原因を効率的且つ容易に検出することができる。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態の表面形状測定機１０の制御装置２８の構成を示したブロック図である。図９は、第２実施形態においてモニタ２７に表示される変位検出信号Ｄ３の波形及び撮影画像３８を説明するための説明図である。なお、第２実施形態の表面形状測定機１０は、モニタ２７での変位検出信号Ｄ３の表示方法が異なる点を除けば上記第１実施形態と基本的に同じ構成であるので、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。

上記第１実施形態の表示制御部５６は、ローパスフィルタ５４によるローパスフィルタ処理後の変位検出信号Ｄ３をモニタ２７に表示させている。この場合には、変位検出信号Ｄ３の波形から表面Ｗａに付着した異物５９等に起因する波形の突起形状（偽形状）を判別することは困難である。

そこで、図８及び図９の符号９Ａに示すように、第２実施形態の表示制御部５６は、ローパスフィルタ５４によるローパスフィルタ処理前後の変位検出信号Ｄ３をモニタ２７に重畳表示させる重畳表示モードを有している。これにより、ローパスフィルタ処理によって判別が困難となる上述の偽形状を容易に判別することができる。

そして、図９の符号９Ｂ及び符号９Ｃに示すように、変位検出信号Ｄ３の波形上で偽形状が発生している位置にカーソルＣｕ（指定位置ＳＰ）を設定することで、その付近の撮影画像３８をモニタ２７に表示させることができる。これにより、表面Ｗａの形状測定の異常発生の原因をより高精度に特定することができるので、この形状測定の信頼性を高めることができる。

［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態の表面形状測定機１０の制御装置２８の構成を示したブロック図である。この第３実施形態の表面形状測定機１０は、変位検出信号Ｄ３に基づき表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定し、形状測定の異常有と判定した場合に表面Ｗａの形状の再測定を実行する。

第３実施形態の表面形状測定機１０は、制御装置２８に異常波形検出部６０、異常判定部６２、再測定制御部６４、及び報知制御部６６が設けられている点を除けば上記各実施形態と基本的に同じ構成であるので、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。

異常波形検出部６０は、信号生成部５２が生成した変位検出信号Ｄ３の波形から異常波形ＥＲを検出する。

図１１は、異常波形検出部６０による異常波形ＥＲの検出の第１例から第３例を説明するための説明図である。

図１１の符号ＸＩＡに示すように、第１例において異常波形検出部６０は、変位検出信号Ｄ３に基づき、接触子３４のＺ方向の変位量が予め定められた異常判定閾値ＥＴよりも大きくなるか或いは正常範囲ＮＲ内（異常判定閾値ＥＴ内）に収まるかに基づき、異常波形ＥＲの発生の有無を判定する。そして、異常波形検出部６０は、異常波形ＥＲの発生有と判定した場合に、異常波形ＥＲのＸ方向位置の範囲を示す範囲情報６７（本発明の第１範囲に相当）を異常判定部６２へ出力する。

図１１の符号ＸＩＢに示すように、第２例において異常波形検出部６０は、変位検出信号Ｄ３に基づき、接触子３４のＺ方向の変位量が異常判定閾値ＥＴを超える状態が所定期間以上だけ連続した場合に異常波形ＥＲの発生有と判定し、異常波形ＥＲの範囲情報６７を異常判定部６２へ出力する。これにより、変位検出信号Ｄ３のノイズにより異常波形ＥＲの発生有との誤検出を行うことが防止される。

図１１の符号ＸＩＣに示すように、第３例において異常波形検出部６０は、変位検出信号Ｄ３に基づき、接触子３４のＺ方向の変位量の移動平均線ＭＡを演算する。そして、異常波形検出部６０は、移動平均線ＭＡからの変位量の偏差が異常判定閾値ＥＴを超えた状態から元の状態（異常判定閾値ＥＴ内の状態）に戻った場合に異常波形ＥＲの発生有と判定し、異常波形ＥＲの範囲情報６７を異常判定部６２へ出力する。これにより、変位検出信号Ｄ３のドリフトと異常波形ＥＲとを区別することができ、異常波形検出部６０の検出精度を向上させることができる。

図１２は、異常判定部６２による表面Ｗａの形状測定の異常の有無の判定処理を説明するための説明図である。図１２に示すように、異常判定部６２は、本発明の第１異常判定部に相当するものであり、異常波形検出部６０から入力される異常波形ＥＲの範囲情報６７に基づき、保存データ５１（撮影画像３８）を参照して、表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定する。

具体的には、異常判定部６２は、異常波形検出部６０から入力された範囲情報６７に基づき、この範囲情報６７が示す変位検出器２０のＸ方向位置（範囲）に対応する撮影画像３８、すなわち異常波形ＥＲの発生箇所に対応する撮影画像３８を保存データ５１から取得する。そして、異常判定部６２は、異常波形ＥＲの発生箇所に対応する撮影画像３８を公知の手法（パターンマッチング法等）で画像解析して、撮影画像３８内に異物５９或いは傷（図示は省略）の像が含まれるか否かに基づき、表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定する。

図１０に戻って、再測定制御部６４は、異常判定部６２が形状測定の異常有と判定した場合に、駆動制御部４０を介して検出器移動機構１６を駆動して変位検出器２０をＸ方向に移動させることで、表面Ｗａの被測定領域をＸ方向に沿って接触子３４で再トレースする再測定を実行する。これにより、上記各実施形態と同様に上述の３つの動作が互いに同期して繰り返し実行され、且つ３つの動作が実行されるごとにＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて保存データ５１に記憶させることができる。なお、本実施形態では、表面Ｗａの被測定領域の全領域を再測定しているが、範囲情報６７に基づき被測定領域の中で異常波形ＥＲの発生箇所のみを再測定してもよい。

再測定制御部６４により再測定が実行されると、上述の信号生成部５２による変位検出信号Ｄ３の生成と、異常波形検出部６０による異常波形ＥＲの検出と、異常判定部６２による判定とが繰り返し実行される。以下、異常判定部６２が形状測定の異常有と判定するごとに、後述の一定回数の範囲内において、再測定制御部６４による再測定と、信号生成部５２による変位検出信号Ｄ３の生成と、異常波形検出部６０による異常波形ＥＲの検出と、異常判定部６２による判定と、が繰り返し実行される。

図１３は、第３実施形態の報知制御部６６による警告情報６８の報知を説明するための説明図である。図１３及び既述の図１０に示すように、報知制御部６６は、モニタ２７と共に本発明の報知部を構成する。この報知制御部６６は、再測定制御部６４による再測定の実行回数が予め定められた一定回数を超える場合に、その旨を示す警告情報６８をモニタ２７に表示させる。これにより、ワークＷ（表面Ｗａ）の形状測定の異常発生をオペレータに報知することができる。なお、警告情報６８をモニタ２７に表示させる代わりに、或いは警告情報６８をモニタ２７に表示させると共に、この警告情報６８を不図示のスピーカ（報知部に相当）から音声出力させてもよい。

図１４は、第３実施形態の表面形状測定機１０による再測定処理及び警告処理の流れを示すフローチャートである。なお、ステップＳ１からステップＳ５までのワークＷの表面Ｗａの形状測定の流れは既述の図６に示した第１実施形態と同様であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

初回の表面Ｗａの形状測定が完了すると、信号生成部５２が保存データ５１を参照して変位検出信号Ｄ３を生成する（ステップＳ２１）。変位検出信号Ｄ３の生成が完了すると、異常波形検出部６０が、既述の図１１に示したように、変位検出信号Ｄ３の波形から異常波形ＥＲの検出を行い、変位検出信号Ｄ３に異常波形ＥＲが含まれている場合にはその範囲情報６７を異常判定部６２へ出力する（ステップＳ２２）。

次いで、異常判定部６２が、異常波形検出部６０から入力された範囲情報６７に基づき、既述の図１２に示したように異常波形ＥＲの発生箇所に対応する撮影画像３８を保存データ５１から取得する（ステップＳ２３）。そして、異常判定部６２が、公知の画像解析法を用いて撮影画像３８内に異物５９或いは傷（図示は省略）の像が含まれるか否かを判定することで、表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定する（ステップＳ２４）。

異常判定部６２が形状測定の異常有と判定した場合（ステップＳ２４でＹＥＳ、ステップＳ２５でＮＯ）、再測定制御部６４が、駆動制御部４０を介して検出器移動機構１６を駆動することで表面Ｗａの形状の再測定を実行する（ステップＳ２６）。これにより、上述の３つの動作が互いに同期して繰り返し実行され、且つ３つの動作が実行されるごとにＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて保存データ５１に記憶させることができる。

再測定が完了すると、ステップＳ２１からステップＳ２４までの処理が繰り返し実行される。異常判定部６２が形状測定の異常有と判定し且つ再測定の回数が上述の一定回数未満である場合には、再びステップＳ２６、Ｓ２１～Ｓ２４の処理が繰り返し実行される（ステップＳ２４でＹＥＳ、ステップＳ２５でＮＯ）。以下、再測定の回数が一定回数に達するまでは、異常判定部６２が形状測定の異常有と判定するごとに上述の処理が繰り返し実行される。表面Ｗａに付着した異物５９に起因する偽形状が変位検出信号Ｄ３に発生する場合においても、再測定を繰り返し実施することで偽形状を測定結果として採用するリスクが低減される。

報知制御部６６は、再測定の回数が一定回数を超える場合には、既述の図１３に示したようにその旨を示す警告情報６８をモニタ２７に表示させる警告表示を行う（ステップＳ２５でＹＥＳ、ステップＳ２７）。これにより、表面Ｗａの形状測定の異常の発生をオペレータに報知することができる。その結果、オペレータが異常の発生を認識して、その異常の発生要因の確認を速やかに実行することができる。

以上のように第３実施形態では、変位検出信号Ｄ３の波形に基づき表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定し、形状測定に異常が発生している場合には再測定を行うことで、この異常が表面Ｗａの実形状に起因するのか或いは外的な環境要因（異物５９等）に起因するのかをより正確に判別することができる。

［第４実施形態］
図１５は、第４実施形態の表面形状測定機１０の制御装置２８の構成を示したブロック図である。上記第３実施形態の異常判定部６２は、変位検出信号Ｄ３に基づき表面Ｗａの形状測定の異常の有無を判定しているが、第４実施形態の異常判定部６２は、保存データ５１に記憶されている撮影画像３８に基づき形状測定の異常の有無を判定する。

図１５に示すように、第４実施形態の表面形状測定機１０は、上記第４実施形態の表面形状測定機１０と基本的に同じ構成であるので、上記第３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。

図１６は、第４実施形態の異常判定部６２（本発明の第２異常判定部に相当）による表面Ｗａの形状測定の異常の有無の判定処理を説明するための説明図である。

図１６及び既述の図１５に示すように、第４実施形態の異常判定部６２は、保存データ５１内に記憶されている各撮影画像３８を個々に第３実施形態と同様の公知の手法で画像解析する。具体的には異常判定部６２は、保存データ５１内の撮影画像３８ごとに、撮影画像３８内に異物５９或いは傷（図示は省略）の像が含まれるか否かに基づき、形状測定の異常の有無を判定する。これにより、異常判定部６２が形状測定の異常有と判定した場合には、上記第４実施形態と同様に再測定制御部６４により再測定が実行される。なお、表面Ｗａの被測定領域の全てを再測定してもよいし、或いは後述の範囲情報６７Ａに基づき被測定領域の中で異常波形ＥＲの発生箇所のみを再測定してもよい。

また、異常判定部６２は、表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合、保存データ５１を参照して、形状測定の異常有と判定した撮影画像３８に対応する変位検出器２０のＸ方向位置の範囲を示す範囲情報６７Ａ（本発明の第２範囲に相当）を生成する。そして、異常判定部６２は、範囲情報６７Ａを表示制御部５６に出力する。

さらに、異常判定部６２は、表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合、既述の範囲情報６７Ａに基づき、信号生成部５２が生成した変位検出信号Ｄ３の中から範囲情報６７Ａに対応する異常波形ＥＲのデータを抽出する。さらにまた、異常判定部６２は、形状測定の異常有と判定した撮影画像３８の画像解析結果に基づき、形状測定の異常の内容（例えば異物５９の付着等）を示す異常内容情報６９を生成する。そして、異常判定部６２は、範囲情報６７Ａ、異常波形ＥＲのデータ、異常内容情報６９、及び形状測定の異常有と判定した撮影画像３８を含む警告情報７０（図１８参照）を生成して、この警告情報７０を報知制御部６６へ出力する。

図１７は、異常判定部６２が表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合に、モニタ２７に表示される変位検出信号Ｄ３の一例を説明するための説明図である。図１７に示すように、表示制御部５６は、異常判定部６２が形状測定の異常有と判定した場合に、変位検出信号Ｄ３をモニタ２７に表示させる。

また、この際に表示制御部５６は、異常判定部６２から入力された範囲情報６７Ａに基づき、モニタ２７に表示される変位検出信号Ｄ３の波形の中で範囲情報６７Ａに対応する波形領域ＷＲを識別可能に表示、例えば着色表示等する。これにより、形状測定の異常が発生している範囲情報６７Ａの位置及び範囲をオペレータに報知することができる。なお、波形領域ＷＲを識別可能であればその表示態様については特に限定はされない。

図１８は、第４実施形態の報知制御部６６による警告情報７０の報知を説明するための説明図である。図１８に示すように、第４実施形態の報知制御部６６は、異常判定部６２が表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合に、この異常判定部６２から入力される警告情報７０に基づき、表示制御部５６を制御してモニタ２７に警告情報７０を表示させる。これにより、表面Ｗａの形状測定の異常の発生と、その異常の発生位置（範囲）及び内容と、異常波形ＥＲと、異常発生箇所の撮影画像３８と、をオペレータに通知することができる。

以上のように第４実施形態では、データストレージ５０（保存データ５１）に記憶されている撮影画像３８に基づき形状測定の異常の有無を判定可能であるので、上記第３実施形態と同様の効果が得られる。

［第５実施形態］
図１９は、本発明の形状測定機に相当する真円度測定機１００の概略図である。図１９に示すように、真円度測定機１００（円筒形状測定機を含む）は、接触子１３２を用いて円柱状又は円筒状のワークＷの周面Ｗｂ（外周面、内周面）の真円度の測定を行う。なお、周面Ｗｂは被測定面に相当する。

真円度測定機１００は、測定台１０２と、回転テーブル１０４と、モータ１０６と、回転角度検出センサ１０８と、コラム１１０と、水平アーム１１２と、変位検出器１１４と、カメラ１１６と、操作部１１８と、モニタ１２０と、制御装置１２２と、を備える。

測定台１０２は、真円度測定機１００の各部を支持する支持台（基台）である。測定台１０２の上面側には、回転テーブル１０４とコラム１１０とが設けられている。また、測定台１０２の内部には、モータ１０６及び回転角度検出センサ１０８が設けられている。

回転テーブル１０４の上面にはワークＷが載置される。この回転テーブル１０４は、Ｚ方向に平行な回転中心ＲＣ（回転軸）を中心として回転自在に測定台１０２に設けられている。

モータ１０６は、本発明の相対移動機構に相当するものであり、後述の制御装置１２２の制御の下、回転中心ＲＣを中心として回転テーブル１０４を回転させる。このように回転テーブル１０４を回転させることで、周面Ｗｂに対しその周方向（以下、単にワーク周方向という）に沿って変位検出器１１４（接触子１３２）を相対移動させることができる。

回転角度検出センサ１０８は、本発明の位置検出センサに相当するものであり、例えばロータリエンコーダが用いられる。この回転角度検出センサ１０８は、回転テーブル１０４の回転角度を検出することで、周面Ｗｂに対する変位検出器１１４のワーク周方向の相対位置を検出する。そして、回転角度検出センサ１０８は、回転テーブル１０４の回転角度検出結果Ｄθを制御装置１２２へ出力する。

コラム１１０は、測定台１０２の上面で且つ回転テーブル１０４からＸ方向側にシフトした位置に設けられており、Ｚ方向に延びた形状を有している。このコラム１１０は、不図示のキャリッジを介して水平アーム１１２をＺ方向及びＸ方向に移動自在に保持している。この水平アーム１１２の先端部には、変位検出器１１４が取り付けられている。

変位検出器１１４は、アーム１３０と、接触子１３２と、変位検出センサ１３４と、を備える。アーム１３０は、変位検出器１１４においてＹ方向に平行な支点に揺動自在に支持されている。

接触子１３２は、アーム１３０の先端部に設けられており、周面Ｗｂに接触する。本実施形態の接触子１３２は、アーム１３０が揺動することで図中の矢印ＡＸに示すようにＸ方向に変位する。また、接触子１３２は、モータ１０６により回転テーブル１０４及びワークＷが変位検出器１１４に対して相対回転されることで、周面Ｗｂをワーク周方向に沿ってトレース（走査）する。

変位検出センサ１３４は、例えば上記各実施形態の変位検出センサ３６と同様の線形可変差動変圧器或いはスケール型センサであり、接触子１３２のＸ方向の変位を検出してその変位検出結果Ｄ２を制御装置１２２へ出力する。

カメラ１１６は、水平アーム１１２に設けられており、接触子１３２の先端部を連続撮影（動画撮影）し、接触子１３２の撮影画像３８を制御装置１２２へ逐次出力する。

操作部１１８は、例えばキーボード、マウス、操作パネル、及び操作ボタン等が用いられ、オペレータによる各種操作の入力を受け付ける。

モニタ１２０は、公知の液晶表示ディスプレイ等の各種ディスプレイが用いられる。このモニタ１２０は、周面Ｗｂの形状測定結果である変位検出信号Ｄ３、カメラ１１６による撮影画像３８、各種設定画面、及び各種操作画面等を表示する。

制御装置１２２は、真円度測定機１００の各部の動作を統括制御する。この制御装置１２２は、上記各実施形態の制御装置２８と基本的に同じ構成であり、回転角度検出センサ１０８による検出と、変位検出センサ１３４による検出と、カメラ１１６による撮影とを含む３つの動作を同期させる。さらに、制御装置２８は、互いに同期した３つの動作が実行されるごとに、回転角度検出センサ１０８により検出された回転角度検出結果Ｄθと、変位検出センサ１３４により検出された接触子１３２の変位検出結果Ｄ２と、カメラ１１６により撮影された撮影画像３８と、を関連付けてデータストレージ５０（図２参照）に記憶させる。

また、制御装置１２２は、回転テーブル１０４の回転角度位置ごとの接触子１３２のＸ方向の変位、すなわち周面Ｗｂの表面形状（真円度）を示す変位検出信号Ｄ３を生成してモニタ１２０に表示させる。さらに、制御装置１２２は、操作部１１８にてモニタ１２０に表示される変位検出信号Ｄ３の任意の指定位置ＳＰを指定する指定操作がなされた場合に、この指定位置ＳＰに対応する撮影画像３８をモニタ１２０に表示させる。

以上のように第５実施形態の真円度測定機１００においても３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行することで、３つの動作が実行されるごとに回転角度検出結果Ｄθ、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８を関連付けて保存データ５１に記憶させることができる。その結果、上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、上記第２実施形態と同様にローパスフィルタ処理前後の変位検出信号Ｄ３をモニタ１２０に表示させてもよい。さらに、上記第３実施形態及び第４実施形態と同様に、周面Ｗｂの形状測定の異常の有無を判定し、異常有の場合には再測定、報知、及び警告表示等を実行してもよい。

図２０は、回転テーブル１０４及びワークＷの回転中に接触子１３２をカメラ１１６で撮影することにより得られる効果を説明するための説明図である。図２０に示すように、仮に周面Ｗｂに異物５９が付着していた場合には、回転テーブル１０４等の回転角度ごとに撮影された各撮影画像３８内において、異物５９の像が矢印ＡＹに示す方向に沿って移動する。この際、異物５９の像は、接触子１３２に接触する位置でピントが合い、逆に接触子１３２に対して左右方向（Ｙ方向）にずれた位置でぼける。そして、異物５９の像のぼけ量は、接触子１３２を基準とする左右位置において同等のぼけ量となる。従って、各撮影画像３８内の異物５９の像の大きさ（ぼけ量）に基づき、接触子１３２が異物５９を乗り越えた位置（回転角度）を判別することができる。

［変形例］
なお、上記の実施形態では、３つの動作が実行されるごとに、Ｘ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が関連付けられた保存データ５１をデータストレージ５０に繰り返し記憶していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、３つの動作が実行されるごとに得られた保存データ５１をバッファメモリ（例えば、リングバッファメモリ等）に一時記憶しておく。そして、バッファメモリに一時記憶した保存データ５１のうちの一部のみ（例えば、異常判定部６２により異常有と判定された保存データ５１のみ）を選択的にデータストレージ５０に記憶するようにしてもよい。

［変形例１］
図２１は、本発明の第３の実施形態に係る表面形状測定機の変形例を示すブロック図である。なお、図２１には、表面形状測定機１０の構成要素のうち、記憶制御に関するもののみを図示しており、以下の説明では、記憶制御に関する説明のみを行い、その他の構成についての説明を省略する。

図２１に示すように、変形例１に係る表面形状測定機１０は、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃを備えている。

リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃは、それぞれ本発明の記憶部の構成要素であるバッファメモリに相当するものであり、所謂リングバッファ形式でデータの記憶が可能な記憶媒体（メモリ、ステージ等）である。

リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃは、ｎ個（ｎ＞１）の保存領域Ａ１からＡｎを含んでいる。

信号取得部４４は、３つの動作が実行されるごとに、位置検出センサ１８及び変位検出センサ３６からそれぞれ取得したＸ方向位置検出結果Ｄ１及び変位検出結果Ｄ２を、それぞれリングバッファメモリ２００Ａ及び２００Ｂの保存領域Ａ１からＡｎに順次記憶させる。

画像取得部４６は、３つの動作が実行されるごとに、カメラ２２から取得した撮影画像３８をリングバッファメモリ２００Ｃの保存領域Ａ１からＡｎに順次記憶させる。

そして、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃにおいて、保存領域Ａｎにデータ（Ｄ１、Ｄ２及び３８）が記憶されると、その次に取得したデータ（Ｄ１、Ｄ２及び３８）、保存領域Ａ１に記憶（上書き記憶）される。

このように、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃには、３つの動作が実行されるごとに得られたデータ（Ｄ１、Ｄ２及び３８）のうち、最新の一定期間のデータが保存される。

信号生成部５２は、リングバッファメモリ２００Ａ及び２００Ｂに一時記憶されたＸ方向位置検出結果Ｄ１及び変位検出結果Ｄ２を参照して、変位検出器２０（接触子３４）のＸ方向位置ごとの接触子３４のＺ方向の変位、すなわち、表面Ｗａの表面形状を示す変位検出信号Ｄ３を生成する。

異常波形検出部６０は、信号生成部５２が生成した変位検出信号Ｄ３の波形から異常波形ＥＲを検出する。異常波形検出部６０は、異常波形ＥＲの発生有と判定した場合に、異常波形ＥＲのＸ方向位置の範囲を示す範囲情報６７（第１範囲）を異常判定部６２へ出力する（図１１参照）。

異常判定部（第１異常判定部）６２は、異常波形検出部６０から入力された範囲情報６７に基づき、この範囲情報６７が示す変位検出器２０のＸ方向位置（範囲）に対応する撮影画像３８、すなわち、異常波形ＥＲの発生箇所に対応する撮影画像３８をリングバッファメモリ２００Ｃから取得して画像解析する。そして、異常判定部６２は、表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃを参照して、形状測定の異常有と判定した撮影画像３８に対応する変位検出器２０のＸ方向位置の範囲を示す範囲情報６７を生成し、記憶制御部４８に出力する。

記憶制御部４８は、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃに一時記憶されたデータのうち、範囲情報６７に対応するＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が関連付けられた保存データ５１をデータストレージ５０に記憶させる。

変形例１によれば、測定対象物の形状測定の異常発生の原因を検出する際に、データストレージ５０に記憶される保存データ５１を最小限にすることができるので、表面形状測定機１０の低コスト化が可能となる。

［変形例２］
図２２は、本発明の第４の実施形態に係る表面形状測定機の変形例を示すブロック図である。なお、図２２には、表面形状測定機１０の構成要素のうち、記憶制御に関するもののみを図示しており、以下の説明では、記憶制御に関する説明のみを行い、その他の構成についての説明を省略する。

図２２に示すように、変形例２に係る表面形状測定機１０は、変形例１と同様に、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃを備えている。リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃには、それぞれＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が一時記憶される。

異常判定部（第２異常判定部）６２は、リングバッファメモリ２００Ｃに一時記憶された撮影画像３８を画像解析する。異常判定部６２は、表面Ｗａの形状測定の異常有と判定した場合、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃを参照して、形状測定の異常有と判定した撮影画像３８に対応する変位検出器２０のＸ方向位置の範囲を示す範囲情報６７Ａ（第２範囲）を生成し、記憶制御部４８に出力する。

記憶制御部４８は、リングバッファメモリ２００Ａから２００Ｃに一時記憶されたデータのうち、範囲情報６７Ａに対応するＸ方向位置検出結果Ｄ１、変位検出結果Ｄ２、及び撮影画像３８が関連付けられた保存データ５１をデータストレージ５０に記憶させる。

変形例２によれば、測定対象物の形状測定の異常発生の原因を検出する際に、データストレージ５０に記憶される保存データ５１を最小限にすることができるので、表面形状測定機１０の低コスト化が可能となる。

［その他］
上記各実施形態では、制御装置２８にデータストレージ５０が内蔵されているが、データストレージ５０が表面形状測定機１０と別体（例えば外部のサーバ或いはデータベース）に設けられていてもよい。

上記第１実施形態から第４実施形態では、表面形状測定機１０による表面Ｗａの形状測定時に変位検出器２０をＸ方向に移動させているが、測定台１２及びワークＷをＸ方向に移動させてもよい。すなわち変位検出器２０とワークＷとをＸ方向に相対移動可能であればその移動方法は特に限定はされない。また、第５実施形態においてワークＷを回転させる代わりに、回転中心ＲＣを中心として変位検出器１１４を回転させてもよい。

上記各実施形態ではＸＹ平面が水平面に平行であるが、水平面に対して非平行であってもよい。

上記第１実施形態から第４実施形態では、据置型の表面形状測定機１０を例に挙げて説明したが、ハンディタイプの表面形状測定機１０にも本発明を適用可能である。

上記各実施形態では、同期制御部４２から出力される同期信号ＣＬに基づき、位置検出センサ１８による検出と、変位検出センサ３６による検出と、カメラ２２による撮影とを同期させているが、位置検出センサ１８、変位検出センサ３６、及びカメラ２２のいずれかを同期制御部４２として機能させてもよい。この場合、位置検出センサ１８、変位検出センサ３６、及びカメラ２２のいずれかの動作タイミングを同期信号ＣＬ（トリガ）として他の２つを動作させる。

上記各実施形態では表面形状測定機１０及び真円度測定機１００を例に挙げて説明したが、本発明はワーク（測定対象物）に接触する接触子を用いてワーク又はその各種被測定面の形状測定を行う各種の形状測定機に適用可能である。

１０ 表面形状測定機
１２ 測定台
１４ コラム
１６ 検出器移動機構
１７ ホルダ
１８ 位置検出センサ
１８ａ リニアスケール
１８ｂ 読取ヘッド
２０ 変位検出器
２２ カメラ
２５ 操作部
２７ モニタ
２８ 制御装置
３０ 揺動支点
３２ アーム
３２ａ アーム先端部
３２ｂ アーム基端部
３４ 接触子
３６ 変位検出センサ
３８ 撮影画像
４０ 駆動制御部
４２ 同期制御部
４４ 信号取得部
４６ 画像取得部
４８ 記憶制御部
５０ データストレージ
５１ 保存データ
５２ 信号生成部
５４ ローパスフィルタ
５６ 表示制御部
５９ 異物
６０ 異常波形検出部
６２ 異常判定部
６４ 再測定制御部
６６ 報知制御部
６７ 範囲情報
６７Ａ 範囲情報
６８ 警告情報
６９ 異常内容情報
７０ 警告情報
１００ 真円度測定機
１０２ 測定台
１０４ 回転テーブル
１０６ モータ
１０８ 回転角度検出センサ
１１０ コラム
１１２ 水平アーム
１１４ 変位検出器
１１６ カメラ
１１８ 操作部
１２０ モニタ
１２２ 制御装置
１３０ アーム
１３２ 接触子
１３４ 変位検出センサ
２００Ａ リングバッファメモリ
２００Ｂ リングバッファメモリ
２００Ｃ リングバッファメモリ
Ｃ１ 指定位置変更操作
ＣＬ 同期信号
Ｃｕ カーソル
Ｄ１ Ｘ方向位置検出結果
Ｄ２ 変位検出結果
Ｄ３ 変位検出信号
Ｄθ 回転角度検出結果
ＥＲ 異常波形
ＥＴ 異常判定閾値
ＭＡ 移動平均線
ＮＲ 正常範囲
ＲＣ 回転中心
ＳＰ 指定位置
Ｗ ワーク
ＷＲ 波形領域
Ｗａ 表面
Ｗｂ 周面

Claims (20)

1. 測定対象物に接触する接触子を用いて前記測定対象物の形状測定を行う形状測定機において、
   前記接触子の変位を検出する変位検出器と、
   前記測定対象物に対して前記変位検出器を相対移動させて前記測定対象物の被測定面を前記接触子によりトレースさせる相対移動機構と、
   前記測定対象物に対する前記変位検出器の相対位置を検出する位置検出センサと、
   前記接触子を撮影して前記接触子の撮影画像を出力するカメラと、
   前記相対移動機構による相対移動が行われている間、前記位置検出センサによる前記相対位置の検出と前記変位検出器による前記変位の検出と前記カメラによる撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御部と、
   前記３つの動作が同期して実行されるごとに、前記位置検出センサにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記カメラにより撮影された前記撮影画像と、を関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部と、
   前記相対位置ごとの前記接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部が生成した前記変位検出信号をモニタに表示させる表示制御部と、
   前記モニタに表示されている前記変位検出信号の任意の指定位置を指定する指定操作を受け付ける操作部と、
   を備え、
   前記表示制御部が、前記操作部に対する前記指定操作で指定された前記指定位置に対応する前記撮影画像を前記記憶部から取得して、前記撮影画像を前記モニタに表示させる形状測定機。
2. 前記同期制御部が、前記３つの動作を同期させる同期信号を、前記位置検出センサ、前記変位検出器、及び前記カメラに対して出力する請求項１に記載の形状測定機。
3. （削除）
4. （削除）
5. 前記表示制御部が、前記指定位置が変更されるごとに、前記記憶部からの前記撮影画像の取得と、前記モニタでの前記撮影画像の表示と、を繰り返し実行する請求項１又は２に記載の形状測定機。
6. 前記信号生成部が生成した前記変位検出信号に対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタを備え、
   前記表示制御部が、前記ローパスフィルタ処理の前後の前記変位検出信号を前記モニタに表示させる重畳表示モードを有する請求項１、２及び５のいずれか１項に記載の形状測定機。
7. 前記相対位置ごとの前記接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部が生成した前記変位検出信号から、前記変位検出信号の波形が異常になる異常波形を検出する異常波形検出部と、
   前記異常波形検出部により前記異常波形が検出された前記相対位置の範囲を第１範囲とした場合に、前記第１範囲に対応する前記記憶部内の前記撮影画像に基づき、前記形状測定の異常の有無を判定する第１異常判定部と、
   を備える請求項１、２、５及び６のいずれか１項に記載の形状測定機。
8. 前記第１異常判定部が、前記撮影画像内の異物の像の有無に基づき前記形状測定の異常の有無を判定する請求項７に記載の形状測定機。
9. 前記相対移動機構を駆動して、前記被測定面を前記接触子により再トレースする再測定を実行する再測定制御部を備え、
   前記第１異常判定部が異常有と判定するごとに、前記再測定制御部が前記再測定を実行し、且つ前記信号生成部が前記変位検出信号を生成し、且つ前記異常波形検出部が前記異常波形の検出を行い、且つ前記第１異常判定部が前記形状測定の異常の有無の判定を行う請求項７又は８に記載の形状測定機。
10. 前記再測定の回数が予め定めた一定回数を超える場合に、警告情報を報知する報知部を備える請求項９に記載の形状測定機。
11. 前記記憶制御部は、前記位置検出センサにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記カメラにより撮影された前記撮影画像とを含むデータを、前記記憶部のバッファメモリに一時記憶させ、前記バッファメモリに一時記憶させたデータのうち、前記第１異常判定部により異常有と判定されたデータを前記記憶部のデータストレージに記憶させる、請求項７から１０のいずれか１項に記載の形状測定機。
12. 測定対象物に接触する接触子を用いて前記測定対象物の形状測定を行う形状測定機において、
    前記接触子の変位を検出する変位検出器と、
    前記測定対象物に対して前記変位検出器を相対移動させて前記測定対象物の被測定面を前記接触子によりトレースさせる相対移動機構と、
    前記測定対象物に対する前記変位検出器の相対位置を検出する位置検出センサと、
    前記接触子を撮影して前記接触子の撮影画像を出力するカメラと、
    前記相対移動機構による相対移動が行われている間、前記位置検出センサによる前記相対位置の検出と前記変位検出器による前記変位の検出と前記カメラによる撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御部と、
    前記３つの動作が同期して実行されるごとに、前記位置検出センサにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記カメラにより撮影された前記撮影画像と、を関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部と、
    前記記憶部に記憶されている前記撮影画像ごとに、前記形状測定の異常の有無を判定する異常判定部と、
    前記相対位置ごとの前記接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成部と、
    前記信号生成部が生成した前記変位検出信号をモニタに表示させる表示制御部と、
    を備え、
    前記表示制御部が、前記記憶部を参照して前記異常判定部が異常有と判定した前記撮影画像に対応する前記相対位置の範囲を検出し、前記モニタに表示される前記変位検出信号の波形の中で前記相対位置の範囲に対応する波形領域を識別可能に前記モニタに表示させる形状測定機。
13. 前記異常判定部が、前記記憶部内に記憶された前記撮影画像ごとに、前記撮影画像内の異物の像の有無に基づき前記形状測定の異常の有無を判定する請求項１２に記載の形状測定機。
14. （削除）
15. 前記異常判定部が異常有と判定した場合に、警告情報を報知する報知部を備える請求項１２又は１３に記載の形状測定機。
16. 前記記憶制御部は、前記位置検出センサにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記カメラにより撮影された前記撮影画像とを含むデータを、前記記憶部のバッファメモリに一時記憶させ、前記バッファメモリに一時記憶させたデータのうち、前記異常判定部により異常有と判定されたデータを前記記憶部のデータストレージに記憶させる、請求項１２、１３及び１５のいずれか１項に記載の形状測定機。
17. 前記相対移動機構が、前記測定対象物に対して前記変位検出器を水平方向に相対移動させる請求項１、２、５から１３、１５及び１６のいずれか１項に記載の形状測定機。
18. 前記相対移動機構が、円柱状又は円筒状の前記測定対象物の周面に前記接触子を接触させた状態で、前記測定対象物と前記変位検出器とを回転中心の周りに相対回転させる請求項１、２、５から１３、１５及び１６のいずれか１項に記載の形状測定機。
19. 測定対象物に接触する接触子を有する変位検出器と、前記測定対象物に対して前記変位検出器を相対移動させて前記測定対象物の被測定面を前記接触子によりトレースさせる相対移動機構と、を備え、前記接触子を用いて前記測定対象物の形状測定を行う形状測定機の制御方法において、
    前記測定対象物に対する前記変位検出器の相対位置を検出する位置検出ステップと、
    前記変位検出器により前記接触子の変位を検出する変位検出ステップと、
    前記接触子を撮影して前記接触子の撮影画像を出力する撮影ステップと、
    前記相対移動機構による相対移動が行われている間、前記位置検出ステップでの前記相対位置の検出と前記変位検出ステップでの前記変位の検出と前記撮影ステップでの撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御ステップと、
    前記３つの動作が同期して実行されるごとに、前記位置検出ステップにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記撮影ステップにより撮影された前記撮影画像と、を関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御ステップと、
    前記相対位置ごとの前記接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成ステップと、
    前記信号生成ステップにより生成した前記変位検出信号をモニタに表示させる第１表示制御ステップと、
    前記モニタに表示されている前記変位検出信号の任意の指定位置を指定する指定操作を受け付ける操作ステップと、
    前記操作ステップにおける前記指定操作で指定された前記指定位置に対応する前記撮影画像を前記記憶部から取得して、前記撮影画像を前記モニタに表示させる第２表示制御ステップと、
    を有する形状測定機の制御方法。
20. 測定対象物に接触する接触子を有する変位検出器と、前記測定対象物に対して前記変位検出器を相対移動させて前記測定対象物の被測定面を前記接触子によりトレースさせる相対移動機構と、を備え、前記接触子を用いて前記測定対象物の形状測定を行う形状測定機の制御方法において、
    前記測定対象物に対する前記変位検出器の相対位置を検出する位置検出ステップと、
    前記変位検出器により前記接触子の変位を検出する変位検出ステップと、
    前記接触子を撮影して前記接触子の撮影画像を出力する撮影ステップと、
    前記相対移動機構による相対移動が行われている間、前記位置検出ステップでの前記相対位置の検出と前記変位検出ステップでの前記変位の検出と前記撮影ステップでの撮影とを含む３つの動作を互いに同期させて繰り返し実行させる同期制御ステップと、
    前記３つの動作が同期して実行されるごとに、前記位置検出ステップにより検出された前記相対位置と、前記変位検出器により検出された前記接触子の変位と、前記撮影ステップにより撮影された前記撮影画像と、を関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御ステップと、
    前記記憶部に記憶されている前記撮影画像ごとに、前記形状測定の異常の有無を判定する異常判定ステップと、
    前記相対位置ごとの前記接触子の変位を示す変位検出信号を生成する信号生成ステップと、
    前記信号生成ステップにより生成した前記変位検出信号をモニタに表示させる第１表示制御ステップと、
    前記記憶部を参照して前記異常判定ステップにより異常有と判定した前記撮影画像に対応する前記相対位置の範囲を検出し、前記モニタに表示される前記変位検出信号の波形の中で前記前記相対位置の範囲に対応する波形領域を識別可能に前記モニタに表示させる第２表示制御ステップと、
    を有する形状測定機の制御方法。

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