JPWO2015008820A1 - 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

被測定物の形状をより簡単かつ短時間で計測することができること。形状測定装置は、前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターン像を検出する撮像装置とを含むプローブと、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記被測定物が回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、前記被測定物の測定領域を設定する測定領域設定部と、前記測定領域設定部で設定された測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定する実測定領域設定部とを有する。前記実測定領域設定部は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定する。

Description

本発明は、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、及び記録媒体に関するものである。

形状測定装置には、例えば歯車やタービンなど複雑な形状を有する測定対象の表面形状を接触センサによって測定するものが知られている。このような形状測定装置は、接触センサを測定対象の表面に接触させた状態の接触センサの位置を、測定対象の表面の空間座標に変換して測定対象の表面形状を測定している（例えば、特許文献１を参照）。

特公平０８―０２５０９２号公報

形状測定装置は、測定時間を短くすることが望まれるが、特許文献１に記載の形状測定装置の場合、接触センサを測定対象の表面に接触させる動作を繰り返すことから、測定時間が長くなるために測定点の数を多くすることができないことがある。

ここで、形状測定装置としては、所定のパターンとなるような光量分布を有する光束を被測定物に投影し、その形状を計測して被測定物の形状を計測する光切断法等を用いた形状測定装置がある。光切断法等を用いた形状測定装置は、非接触で形状を計測できるため、より高速で形状を計測することができる。しかしながら、光切断法等を用いた形状測定装置は、測定を行うための各種条件を設定する必要があり、手順、処理が複雑である。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、被測定物の形状をより簡単に計測することができる形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、及び記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターン像を検出する撮像装置とを含むプローブと、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、前記被測定物の測定領域を設定する測定領域設定部と、前記測定領域設定部で設定された測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定する実測定領域設定部とを有し、前記実測定領域設定部は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定する形状測定装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターンの像を検出する撮像装置とを含むプローブと、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物とのいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御する制御部と、を有する形状測定装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する、本発明の第１または第２の態様に従う形状測定装置と、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記被測定物の測定領域を設定することと、前記測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定することと、実測定開始位置または実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定すること、又は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定することと、を含む形状測定方法が提供される。

本発明の第５の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を、少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御することとを含む形状測定方法が提供される。

本発明の第６の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形することと、前記成形された前記構造物の形状を本発明の第４または第５の態様に従う形状測定方法によって測定することと、前記測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。

本発明の第７の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記被測定物が回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記被測定物の測定領域を設定することと、前記測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定することと、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定すること、または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定することと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の第８の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御することと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の第９の態様に従えば、本発明の第７又は第８の態様に従う形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明では、被測定物の形状をより簡単かつ短時間で計測することができる。

図１は、第１実施形態の形状測定装置を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態の形状測定装置の構成を示す模式図である。 図３は、第１実施形態の形状測定装置を示す上面図である。 図４は、第１実施形態の形状測定装置を示す側面図である。 図５は、第１実施形態の形状測定装置を示す正面図である。 図６Ａは、第１回転部による光学プローブの可動範囲を示す上面図である。 図６Ｂは、第１回転部による光学プローブの可動範囲を示す背面図である。 図７は、第１実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図９は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１１は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１２は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。 図１３は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのグラフである。 図１４は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１５Ａは、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１５Ｂは、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１６は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。 図１７は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。 図１８は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図１９は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２０Ａは、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２０Ｂは、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２０Ｃは、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２１は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２２は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２３は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２４は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２５は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。 図２６は、第２実施形態の形状測定装置の構成を示す模式図である。 図２７は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。 図２８は、本実施形態の構造物製造システムの構成を示す図である。 図２９は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ軸方向とする。また、本実施形態において、径方向とは、被測定物と被測定物にパターンを投影する光学プローブとが相対回転する回転方向を横切る方向である。つまり、径方向は、回転軸Ａｘに交差する面（たとえば、図１０に示すような回転軸Ａｘに対して直交する面や、回転軸Ａｘ上に頂点を有する円錐面など）内において回転軸Ａｘを中心に回転する軌跡を横切る方向である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る形状測定装置１の外観を示す図である。図２は、本実施形態の形状測定装置１の概略構成を示す模式図である。図３は、形状測定装置１の平面図である。図４は、形状測定装置１の左側面図である。図５は、形状測定装置１の正面図である。図７は、第１実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。

形状測定装置１は、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体（被測定物）Ｍの三次元的な形状を測定するものである。形状測定装置１は、プローブ移動装置２と、光学プローブ３と、制御装置４と、表示装置５と、入力装置６と、保持回転装置７と、を備える。形状測定装置１は、ベースＢに設けられた保持回転装置７に保持されている被測定物Ｍを光学プローブ３が撮像するものである。また、本実施形態では、プローブ移動装置２と保持回転装置７とが、プローブと被測定物とを相対的に移動させる移動機構となる。

プローブ移動装置２は、光学プローブ３による撮像範囲（視野）が被測定物Ｍの測定対象領域に来るように光学プローブ３の三次元空間上での位置と後述する光学プローブ３から投影されるパターンの投影方向及び被測定物Ｍの測定対象領域に投影されたパターンの向きを位置決めし、かつ光学プローブ３の撮像範囲を被測定物Ｍ上で走査するように、被測定物Ｍに対して光学プローブ３を移動させるためのものである。このプローブ移動装置２は、図２に示すように、駆動部１０、位置検出部１１を備えている。駆動部１０は、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３及び第２回転部５４を備えている。

Ｘ移動部５０Ｘは、ベースＢのＹ軸方向の両側縁にＸ軸方向に延在して設けられたガイド部５１Ｘに沿って矢印６２の方向、つまりＸ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙは、Ｘ移動部５０Ｘに、Ｘ軸方向に間隔をあけてＹ軸方向に延在して設けられたガイド部５１Ｙに沿って矢印６３の方向、つまりＹ軸方向に移動自在に設けられている。Ｙ移動部５０Ｙには、Ｚ軸方向に延在する保持体５２が設けられている。Ｚ移動部５０Ｚは、保持体５２のＹ軸方向の両側縁にＺ軸方向に延在して設けられたガイド部５１Ｚに沿って矢印６４の方向、つまりＺ軸方向に移動自在に設けられている。これらＸ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚは、第１回転部５３、第２回転部５４とともに光学プローブ３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能にする移動機構を構成している。

第１回転部５３は、後述する保持部材（保持部）５５に支持される光学プローブ３をＸ軸と平行な回転軸線（回転軸）５３ａ回り、つまり矢印６５の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変えるものであり、特に光学プローブ３から投影されるパターンの被測定物Ｍへの投影方向が変えられる。また、第１回転部５３は、モータ等の回転駆動源を有している。回転駆動源の回転角度（すなわち光学プローブ３の回転軸線５３ａ回りの回転角度）は、不図示の角度読み取り部によって読み取られる。

第２回転部５４は、保持部材５５に支持される光学プローブ３を後述する第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線回り、つまり矢印６６の方向に回転して光学プローブ３の姿勢を変えるものであり、特に光学プローブ３から投影されるパターンの向きを変えることができる。モータ等の第２回転駆動源を有している。第２回転駆動源の回転角度（すなわち光学プローブ３の第１保持部５５Ａが延在する方向と平行な軸線回りの回転角度）は、不図示の第２角度読み取り部によって読み取られる。本実施形態の第２回転部５４は、第２回転駆動源で回転される機構としたが、駆動源を備えず手動でのみ回転する機構としてもよい。あるいは、駆動源と手動とを切り替えるように構成されていてもよい。

第１回転部５３が光学プローブ３を回転軸線５３ａ回りに回転する角度は、例えば、３００°に設定される。図６Ａは、第１回転部５３による光学プローブの可動範囲を示す上面図である。図６Ｂは、第１回転部５３による光学プローブの可動範囲を示す背面図である。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光学プローブ３を１８０°以上回転可能とすることにより、被測定物Ｍに対して表面側からの測定に止まらず、裏面側からの測定も実施可能となる。本形状測定装置１は、二つの基準球７３ａと７３ｂがベースＢに配置されている。二つの基準球７３ａと７３ｂは、それぞれ回転保持部７に対して左右両側（Ｙ軸方向両側）に配置されている。この２つの基準球７３ａ、７３ｂは、それぞれ、Ｙ移動部５０Ｙを＋Ｙ方向、−Ｙ方向に最大限移動させたときに、Ｚ軸方向からみて回転軸線５３ａと重なる位置に設定されている。そして、図６Ａ、６Ｂに示されるように、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚを調整することによって、回転軸線５３ａが基準球７３ａ又は基準球７３ｂを通るように設定することができる。したがって、第１回転部５３の回転駆動量がどのような状態であっても、どちらか一方の基準球の形状は測定できるようになっている。

ところで、光学プローブ３と光学プローブ３を保持している保持部材５５との間で機械的なガタつきがある場合、形状測定装置１で測定した基準球の位置が第１回転部５３の回転量により異なる。この量を補正するため、光学プローブ３が実線で示した姿勢のときと、一点鎖線で示した姿勢のときとで基準球７３ａまたは基準球７３ｂの位置を形状測定装置で測定する。そのときの測定座標の差を誤差量として記憶しておく。この誤差量を基に、光学プローブ３の姿勢と位置情報について、補正することで、あらゆる姿勢でも正しい測定結果を得ることができる。

これら、Ｘ移動部５０Ｘ、Ｙ移動部５０Ｙ、Ｚ移動部５０Ｚ、第１回転部５３、第２回転部５４の駆動は、エンコーダ装置等によって構成される位置検出部１１の検出結果に基づいて、制御装置４により制御される。

光学プローブ３は、投影装置８及び撮像装置９を備えており、保持部材５５に支持されている。保持部材５５は、回転軸線５３ａと直交する方向に延び、第１回転部５３に支持される第１保持部（第１部分、第１部材）５５Ａと、第１保持部５５Ａの被測定物Ｍに対して遠い側の端部に設けられ回転軸線５３ａと平行に延びる第２保持部（第２部分、第２部材）５５Ｂとが直交する略Ｌ字状に形成されており、第２保持部５５Ｂの＋Ｘ側の端部整に光学プローブ３が支持されている。第１回転部５３の回転軸線５３ａの位置は、光学プローブ３よりも、被測定物Ｍに近い側に配置されている。また、第１保持部５５Ａの被測定物Ｍに対して近い側の端部には、カウンターバランス５５ｃが設けられている。したがって、第１回転部５３ａに駆動力が発生しないときには、図１で図示されているように第１保持部５５Ａの延出方向がＺ軸方向に沿うような姿勢となる。

保持回転装置７は、図１から図５に示すように、被測定物Ｍを保持するテーブル７１と、テーブル７１をθＺ軸方向、つまり矢印６８の方向に回転させる回転駆動部７２と、テーブル７１の回転方向の位置を検出する位置検出部７３と、を有する。位置検出部７３は、テーブル７１または回転駆動部の回転軸の回転を検出するエンコーダ装置である。保持回転装置７は、位置検出部７３で検出した結果に基づいて、回転駆動部７２によってテーブル７１を回転させる。保持回転装置７は、テーブル７１を回転させることで、回転軸中心ＡＸを中心として被測定物Ｍを矢印６８の方向に回転させる。

ところで、光学プローブ３の投影装置８は、制御装置４によって制御され、保持回転装置７に保持された被測定物Ｍの一部に光を投影するものであり、光源１２、投影光学系１３を備える。本実施形態の光源１２は、例えば、レーザーダイオードを含む。なお、光源１２は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体光源を含んでいてもよい。

投影光学系１３は、光源１２から発せられた光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態の投影光学系１３は、例えば、シリンドリカルレンズを含む。投影光学系１３は、１つの光学素子であってもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源１２から発せられた光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、投影装置８から被測定物Ｍに向く第１方向に沿って出射する。図２に示したように、投影装置８から出射し、被測定物Ｍに投影した場合、投影装置８からの出射方向に対して直交する面を有する被測定物Ｍに投影されたときには、回転軸線５３ａと平行な方向を長手方向とし、回転軸線５３ａに平行なライン状のパターンになる。また、このライン状のパターンは、被測定物Ｍ上では長手方向に所定の長さを持つ。

なお、このライン状のパターンの長手方向（パターンの向き）は、先に説明した第２回転部５４により方向を変えられる。被測定物の面の広がり方向に応じて、ライン状のパターンの長手方向を変えることで、効率的に測定することができる。

なお、投影光学系１３は、ＣＧＨ等の回折光学素子を含み、光源１２から発せられた照明光束Ｌの空間的な光強度分布を回折光学素子によって調整してもよい。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された投影光をパターン光ということがある。照明光束Ｌは、パターン光の一例である。ところで、本明細書ではパターンの向きと称しているときは、このライン状のパターンの長手方向の方向を示している。

撮像装置９は、撮像素子２０、結像光学系２１を備える。投影装置８から被測定物Ｍに投影された照明光束Ｌは、被測定物Ｍの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。結像光学系２１は、投影装置８によって被測定物Ｍの表面に投影されたライン状のパターンの像を結像光学系２１により撮像素子２０に結ぶ。撮像素子２０は、この結像光学系２１が形成する像に応じた画像信号を出力する。

結像光学系２１は、投影装置８からのライン光としての照明光束Ｌの出射方向と照明光束Ｌのスポットの形状の長手方向とを含む面上の物体面２１ａと撮像素子２０の受光面２０ａ（像面）とが共役な関係になっている。なお、投影装置８からの照明光束Ｌの出射方向と照明光束Ｌのスポットの形状の長手方向とを含む面は、照明光束Ｌの伝播方向にほぼ平行である。照明光束Ｌの伝搬方向に沿って、撮像素子２０の受光面２０ａと共役な面を形成するようにすることで、被測定物Ｍの表面がどの位置にあっても、合焦した像が得られる。

ところで、上述した第１回転部５３の回転軸線５３ａは、図２に示すように、光学プローブ３に対して、被測定物Ｍ側に配置されている。より詳細には、回転軸線５３ａは、結像光学系２１の物体面２１ａ上であって、物体面２１ａにおける照明光束Ｌの投影方向（光軸方向、所定方向）の中央部を通る位置に配置されている。これにより、第１回転部５３により第１保持部５５Ａがどのような姿勢になっていても、被測定物Ｍのライン状のパターンが投影された位置が回転軸線５３ａの延長上にあれば、任意の方向から照明光束Ｌを投影することができる。

被測定物Ｍの表面が鏡面状態であり、被測定物Ｍの表面で幾重にも反射してきた光が結像光学系２１に入射するような場合、撮像素子２０の受光面２０ａには、照明光束Ｌが投影されたときに形成できる像以外にも、測定結果に影響を及ぼす像が形成される。光学ブローブ３の撮像装置９でこの像も検出してしまうと、測定結果に誤差を生じてしまう。これに対して、形状想定装置１は、第１回転部５３により被測定物Ｍに対する照明光束Ｌの入射方向を変えることで、このような測定結果に影響を及ぼす像を排除又は、その像を形成する光量を十分小さくすることができ、測定結果に及ぼす影響を低減することができる。

制御装置４は、形状測定装置１の各部を制御するとともに、光学プローブ３による撮像結果とプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報に基づく演算処理を行って被測定物Ｍの形状情報を取得する。本実施形態における形状情報は、測定対象の被測定物Ｍの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置（座標）、の少なくとも１つを示す情報を含む。制御装置４には、表示装置５、及び入力装置６が接続される。制御装置４は、図７に示すように、制御部３２と、演算部３８と、記憶部４０と、を有する。

制御部３２は、被測定物Ｍを測定するためのプログラムを生成し、生成したプログラムに基づいて、各部による被測定物Ｍの形状測定動作を制御する。制御部３２は、初期測定範囲設定部３３と、実測定領域設定部３４と、回転回数算出部３５と、測定パス設定部３６と、動作制御部３７と、を有する。

初期測定範囲設定部３３は、被測定物Ｍの形状測定プログラムを決定する基準となる初期測定範囲を設定する。初期測定範囲は、光学プローブ３と被測定物Ｍとを相対的に回転させる回転軸の近傍における初期内側端部の位置と、前記移動機構で発生する回転に対する径方向に向かって前記被測定物の外周の位置に位置する初期外側端部の位置とを少なくとも有する。初期測定範囲設定部３３は、入力された被測定物Ｍの形状データを解析して、初期測定範囲を設定する。また、被測定物Ｍが、歯車やタービンブレード等の円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状である場合、初期測定範囲設定部３３は、繰り返し形状の１つを測定する際に、設定した初期形状測定プログラムから得られる初期測定開始位置及び初期測定終了位置とのその間をつなぐパスから、初期測定範囲に関する情報が得られる。初期測定範囲は、使用者が測定したい範囲を含む。

実測定領域設定部３４は、初期測定範囲設定部３３で設定した条件に基づいて、実際に測定する領域である実測定領域を設定する。実測定領域は、被測定物Ｍの測定を行う領域の全域を少なくとも含む範囲である。実測定領域は、少なくともライン状のパターンが被測定物上に投影される領域である。実測定領域にライン状のパターンが投影されている位置情報を形状測定装置が算出されているかどうかは必須要件ではない。

回転回数算出部３５は、実際に測定する領域と、被測定物Ｍ上で投影されたライン状のパターンの向き及びライン状のパターンの長さ等に基づいて、測定時に光学プローブ３と被測定物Ｍとが相対的に回転する回数、つまり本実施形態では、測定時に被測定物Ｍを保持回転装置７で回転させる回数を算出する。ここで、回転回数算出部３５は、実際に測定する領域を測定するために必要な回転回数の最小値とともに、実際の回転回数も算出する。ここで、実際の回転回数は、実際に測定する領域を測定するために必要な回転回数の最小値よりも大きい値である。また、実際の回転回数は、整数であることが好ましい。これにより、測定を開始する位置と測定を終了する位置との回転方向における位置を同じ位置にすることができる。

測定パス設定部３６は、被測定物Ｍ上で投影されたライン状のパターンの向き、ライン状のパターンの長さ及び回転回数に基づいて、測定パスを設定し、測定パスを基に形状測定プログラムを決定する。形状測定プログラムは、被測定物Ｍの測定対象範囲を測定するのに必要なプローブ移動装置２による光学プローブ３の移動方向と移動速度及び保持回転装置７の回転角速度のタイムスケジュールを示す。このタイムスケジュールは、光学プローブ３の撮像素子２０の撮影間隔とユーザが求める測定点の最大取得間隔に対応するように設定される。また、他にも、保持回転装置７で被測定物Ｍを１回転する間における光学プローブ３の移動方向と移動距離を算出して、タイムスケジュールに反映させることができる。なお、本発明では、回転回数算出部５３で算出された回転回数とは独立して、保持回転装置７で被測定物Ｍを１回転する間における光学プローブ３の移動方向と移動距離を算出するようにしても構わない。

ところで、測定パスは、被測定物Ｍの測定対象範囲を測定する際に、被測定物Ｍ上で移動するライン状のパターンの移動の軌跡である。測定パス設定部３６は、測定パスと測定パス上の各位置における照明光束Ｌの投影方向に基づいて、被測定物Ｍの測定範囲にライン状のパターンを投影、または測定範囲を測定するのに必要な移動機構による実測定開始位置から実測定終了位置に至るまでの移動機構の動作制御を決定する。

動作制御部３７は、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７を含む、形状測定装置１の各部の動作を制御する。この動作制御部３７は、制御部３２で作成された動作制御情報を基に、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の動作制御を実施する。なお、制御部３２は、被測定物Ｍの実測定領域を測定するのに必要な移動機構による回転回数を算出し、回転回数に基づき設定された移動機構２の動作制御により、移動機構２の動作を制御する。例えば、測定パス設定部３６で設定された測定パス情報に基づき動作制御情報を作成し、制御部３２内の動作制御部に伝達することで、プローブ移動装置２、光学プローブ３及び保持回転装置７の形状測定中の動作制御が行われる。また、制御部３２は、光学プローブ３による一連の測定に用いられる画像群の取得開始及び終了に関する制御や光源の発光をプローブ移動装置２や保持回転装置２から取得された位置情報に基づき制御している。

演算部３８は、撮像装置９で撮像したタイミングで取得した位置検出部１１からのプローブ移動装置２及び保持回転装置７の位置情報と、撮像装置９で取得したパターンの像の画像に関連した撮影信号とに基づいて、被測定物Ｍのパターンが投影された位置を算出し、被測定物Ｍの形状データを出力する。なお、本形状測定装置１では撮像装置９の撮影タイミングを一定間隔にし、入力装置６から入力する測定点間隔情報を基に、プローブ移動装置２及び保持回転装置７の移動速度を制御している。

記憶部４０は、ハードディスク、メモリ等、各種プログラム、データを記憶する記憶装置である。記憶部４０は、初期測定範囲記憶部４０Ａと、形状測定プログラム４０Ｂと、を有する。なお、記憶部４０は、これらのプログラム、データ以外にも形状測定装置１の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。初期測定範囲記憶部４０Ａは、初期測定範囲設定部３３で設定された初期測定範囲を記憶する。形状測定プログラム４０Ｂは、制御装置４の各部の処理を実行させるプログラムを記憶している。つまり、制御装置４は、形状測定プログラム４０Ｂに記憶されているプログラムを実行することで、上述した各部の動作を実現する。形状測定プログラム４０Ｂは、上述した制御部３２で生成する被測定物Ｍを測定するためのプログラムと、制御部３２が当該プログラムを生成するためのプログラムの両方を含む。なお、形状測定プログラム４０Ｂは、予め記憶部４０に記憶させてもよいがこれに限定されない。形状測定プログラム４０Ｂが記憶された記憶媒体をから読み取って記憶部４０に記憶してもよいし、通信により外部から取得してもよい。

また、本実施形態の制御装置４は、初期測定範囲設定部３３を備えている構成であったがこれに限定されない。制御装置４は、初期測定範囲記憶部４０Ａを備えていればよく、初期測定範囲設定部３３を備えていなくてもよい。

制御装置４は、プローブ移動装置２の駆動部１０及び保持回転装置７の回転駆動部７２を制御して、光学プローブ３と被測定物Ｍの相対位置が所定の位置関係となるようにしている。また、制御装置４は、光学プローブ３から投影されるパターンの明るさが撮像装置９で最適な明るさを有する像になるように光源の光量や撮像素子２０の露出を制御して、被測定物Ｍ上の投影されたライン状のパターンを最適な光量で撮像させる。制御装置４は、光学プローブ３の位置情報をプローブ移動装置２の位置検出部１１から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ（撮像画像データ）を光学プローブ３から取得する。そして、制御装置４は、光学プローブ３の位置に応じた撮像画像データから得られる被測定物Ｍの表面の位置と光学プローブ３の位置及びライン光の投影方向と撮像装置の撮影方向とを対応付けることによって、測定対象の三次元的な形状に関する形状情報を演算して取得する。

表示装置５は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等によって構成される。表示装置５は、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。本実施形態の表示装置５は、測定情報を示す画像データを制御装置４から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。

入力装置６は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力装置６は、制御装置４への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報、形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。また、前述の初期測定領域をこの入力装置６を介して入力するようにしてもよい。

本実施形態の形状測定装置１は、制御装置４が制御部３２と、演算部３８と、記憶部４０とを備え、制御装置４に表示装置５、及び入力装置６が接続されている。形状測定装置１は、制御装置４、表示装置５、及び入力装置６が、例えば、形状測定装置１に接続されるコンピュータでも構わないし、形状測定装置１が設置される建物が備えるホストコンピュータなどでも構わないし、形状測定装置１が設置される建物に限られず、形状測定装置１とは離れた位置にあり、コンピュータでインターネットなどの通信手段を用いて、形状測定装置１と接続されても構わない。また、形状測定装置１は、制御装置４と、表示装置５及び入力装置６とが、別々の場所に保持されても構わない。例えば、入力装置６と表示装置５とを備えるコンピュータとは別に、例えば光学プローブ３の内部に形状測定装置１が支持されていても構わない。この場合には、形状測定装置１で取得した情報を、通信手段を用いて、コンピュータに接続される。

次に、図７から図２５を用いて、上記構成の形状測定装置１により、被測定物の形状を測定する動作の例について説明する。図８は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図９は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。図１０及び図１１は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図１２は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。図１３は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのグラフである。図１４、図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図１６は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。図１７は、第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するためのフローチャートである。図１９から図２５は、それぞれ第１実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。

以下では、図８に示すように、形状測定装置１が円周方向に繰り返し形状が形成された被測定物Ｍａの形状を計測する場合として説明する。被測定物Ｍの測定対象範囲は、図８の被測定物Ｍａである歯車の歯が形成された領域全部とする。また、本形状測定装置１は、歯車の回転中心を保持回転装置７の回転軸中心ＡＸに一致するように被測定物Ｍを設置して測定を行う。形状測定装置１は、照明光束Ｌを被測定物Ｍａの歯に投影し、被測定物Ｍａ上に投影されたパターンの画像を取得し、前述のような処理を行うことで、被測定物Ｍａの形状を計測する。被測定物Ｍａは、設計上は略同一形状となる歯が円周方向に所定の間隔で形成された、かさ歯車である。本実施形態の形状測定装置１は、被測定物Ｍａをかさ歯車としたが、種々の形状の物体を被測定物として形状を計測することができる。もちろん、被測定物Ｍを歯車とした場合、歯車の種類は特に限定されない。形状測定装置１は、かさ歯車以外に、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、ウォームギア、ピニオン、ハイポイドギアなども測定対象となり、被測定物Ｍａとなる。

以下、図９を用いて、形状測定装置１の処理動作の一例を説明する。図９に示す処理が、制御装置４が記憶部４０に記憶されている形状測定プログラム４０Ｂを読み出し、形状測定プログラム４０Ｂに基づいて制御装置４の各部で処理を実行することで、実現することができる。また、後述する他の処理も記憶部に記憶されているプログラムに基づいて制御装置４の各部で処理を実行することで、実現される。

制御装置４は、初期条件の入力をユーザーに促す（ステップＳ８）。この初期条件とは、ライン光の投影方向、ライン光の向きや、測定点の最大許容間隔、初期測定範囲を設定するために入力した初期測定プログラムである。特に、歯車１歯分の測定時のライン状のパターンの走査方向である。制御装置４は、初期条件が入力されたら、初期測定範囲を設定する（ステップＳ１０）。ここで、ライン光の向きとは、ライン光の長手方向を示す。つまり、被測定物Ｍに対する測定プローブの姿勢である。この姿勢を設定するには、少なくとも以下の２点を考慮する。一つは、ライン光の像が被測定物Ｍに形成された、歯車の歯筋などの稜線と交差することである。もう一つは、光学プローブの撮像装置９によるライン光の像の撮影方向が被測定物Ｍに形成された凸部によりライン光の像が遮らないように設定することである。なお、測定点の最大許容間隔とは、被測定物を測定する場合の測定点と測定点との間隔の最大値である。つまり、点群密度の許容最小値である。初期測定範囲とは、基準として処理開始時に設定する範囲である。

制御装置４は、初期測定範囲設定部３３により、被測定物Ｍの測定したい範囲と、所望の測定ピッチ（点群ピッチ）と、光学プローブ３の仮想のスキャンパスが設定された初期形状測定プログラムを設定する。なお、図１０は初期形状測定プログラムに含まれる初期測定範囲８０を設定するときの様子を示す。本実施の形態における形状測定装置は、歯車のような凹凸の繰り返し形状を有している被測定物の場合は、そのうちの一つの凸部または凹部、一つ分の光学プローブ３のスキャンパスを設定する。ここで設定された初期測定開始位置と初期測定終了位置と測定ピッチ情報を使って、実測定開始位置、実測定終了位置及び被測定物の回転周期に対する光学プローブ３の回転方向とは交差する方向への移動量を算出する。
なお、初期形状測定プログラムは、繰り返し形状の基本形状を測定するときに、最適な光学プローブ３による照明光束Ｌの照射方向及び撮像装置９の撮影方向となるようなプローブ移動装置２及び保持回転装置７の制御タイムチャートを有していることが好ましい。例えば、初期測定範囲設定部３３は、１歯面分を測定する初期形状測定プログラムの設定に基づいて、光学プローブ３の姿勢、つまり、照明光束Ｌを投影する向き等の情報も取得し、その結果に基づいて、径方向の各位置においてパターンを投影する方向及び投影されたパターンの像を取得する方向が設定する。歯と歯の間の谷部で生成されやすい多重反射光の像が撮影しにくい方向に設定することが好ましい。これにより、本実施形態では、プローブ移動装置２により制御する光学プローブ３の姿勢を特定することができる。このような制御タイムチャートから被測定物Ｍ上でライン状のパターンが移動する軌跡を求め、その軌跡から初期測定範囲８０を算出する。
ゆえに、初期測定範囲設定部３３は、被測定物Ｍａの一つの歯の設計データや、被測定物Ｍａの一つの歯を測定したときの光学プローブ３から投影されるライン光の投影位置とその走査情報に基づいて、初期測定範囲を設定する。初期測定範囲８０は、初期測定内側端部８１と初期測定外側端部８２とを含み、初期測定内側端部８１と初期測定外側端部８２とで囲まれた範囲である。
なお、初期測定内側端部８１及び初期測定外側端部８２はそれぞれ１つの歯を測定したときに設定される内径側の測定開始位置と外径側の測定終了位置のライン状のパターンの中点の位置を示す。これらの位置は、回転中心ＡＸを原点とした位置に設定される。ここで、説明を簡単にするために、照明光束Ｌを図１のＺ軸方向から投影した場合を前提にして説明する。しかしながら、本願発明はこのような照明方向に限定されるものではない。

図１０に示すＸ軸とＹ軸は、測定時に被測定物Ｍに対して回転軸中心ＡＸ回りに回転する。本実施形態の初期測定範囲設定部３３は、被測定物Ｍの１つの繰り返し形状、つまり１歯面分を測定する測定プログラムを生成する。１歯面分を測定する初期形状測定プログラムは、公知の方法で生成することができる。初期測定範囲設定部３３は、１歯面分を測定する初期形状測定プログラムで設定された測定範囲の内径側の端部を初期測定内側端部８１とし、測定範囲の外径側の端部を初期測定外側端部８２とし、その間を１歯分の歯すじの方向に沿ってライン状のパターンを走査した軌跡を初期測定範囲８０とする。なお、本実施形態では、初期測定範囲８０を設定したが、予め記憶部４０に初期測定範囲８０を入力させておき、それを読み出せるようにしてもよい。

初期測定範囲８０は、ライン状のパターンを走査する軌跡を図１０で示すＸＹ平面状に投影し、その投影された軌跡で設定することでもよい。また、初期測定範囲８０は、上記範囲に限定されず、種々の範囲に設定することができる。

制御装置４は、初期測定範囲を設定したら、初期測定範囲に基づいて、実測開始位置と実測終了位置とを決定する（ステップＳ１２）。制御装置４は、実測定領域設定部３４により、初期測定範囲、ライン光の方向、被測定物Ｍに投影されたライン光の像の長さ及び被測定物の概略形状等に基づいて、実測開始位置と実測終了位置を決定する。本実施形態の制御装置４は、図１０に示すように、初期測定範囲８０を基準として、実測開始位置と実測終了位置とを決定する。図１０は、被測定物Ｍａの測定対象範囲をハッチングした領域で示し、領域に対して初期測定範囲８０と実測定開始位置８４、８６の位置関係を示す。本実施形態の制御装置４は、初期測定範囲８０に有するライン状のパターンを走査する軌跡を初期測定範囲のより回転軸中心側とその反対側の外周側に延長する。制御装置４は、延長された初期測定プログラムの走査方向に沿って、被測定物Ｍａに投影されるライン状のパターンの回転軸中心ＡＸが遠い側の端部が被測定物Ｍａの測定対象範囲の径方向内側の端部と接するか、より回転軸に近くなる位置を実測定開始位置８４とし、被測定物Ｍａに投影されるライン状のパターンの回転軸中心ＡＸから近い側の端部が被測定物Ｍａの測定対象範囲の径方向外側と接するか、初期測定終了位置よりも回転軸から遠ざかる位置を実測定終了位置８６とする。
また、制御装置４は、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６とを結ぶ経路を径方向移動経路８８とする。径方向移動経路８８は、光学プローブ３と被測定物Ｍａとの径方向の相対的な移動経路である。径方向の相対的な移動経路とは、光学プローブ３と被測定物Ｍａとの相対的な回転を考慮しない場合の移動経路であり、本実施形態では、光学部ローブ３の径方向移動経路になる。なお、この経路は初期形状測定プログラムで設定された経路と重複するように設定することが好ましい。また、径方向移動経路は必ずしも回転軸中心から放射状に設定される方向でなくてもよい。少なくとも被測定物Ｍの回転方向に対して交差する方向であればよい。
さらに、初期形状測定プログラムでは、ライン状のパターンが投影される位置毎に、光学プローブ３の３次元空間上の位置と光学プローブ３がライン状のパターンを投影する方向も決められているので、そのような情報も径方向移動経路８８の各位置で反映することが好ましい。ここで、本実施形態では、実測定開始位置を回転軸Ａｘに近い側の位置とし、実測定終了位置を回転軸Ａｘから遠い側の位置としたが、逆でもよい。なお、歯面の傾斜方向が歯すじの各位置で異なる場合は、それに応じて、照明光束Ｌの投影方向と撮像装置９の撮影方向の最適な方向が変わるので、その方向の変化を加味して、プローブ移動装置２の移動経路を修正することが好ましい。

制御装置４は、実測開始位置と実測終了位置とを決定したら、実測定時の測定パスを決定する（ステップＳ１４）。制御装置４は、実測開始位置と実測終了位置とを決定したら、図１１に示すように、測定時にパターンが被測定物Ｍａ上で移動する経路である測定パス８９を決定する。ここで、測定パス８９は、径方向移動経路８８に加え、プローブ移動装置２の移動速度及び保持回転装置７の回転速度が設定されることで、決定することができる。プローブ移動装置２の移動速度は、光学プローブ装置３の撮影間隔と、ユーザが設定する測定点間隔情報に応じて設定できる。保持回転装置７の回転速度も、光学プローブ装置３の撮影間隔と、ユーザが設定する測定点間隔情報に応じて設定できる。また、回転軸中心から離れる方向にしたがって、測定点間隔が拡大しても良い場合は、保持回転装置７の回転角速度を一定とすることができる。なお、測定点間隔を回転軸中心からの測定位置に応じて変えたくない場合は、回転線速度を一定にするように保持回転装置７の回転角速度を可変にする必要がある。回転線速度は、被測定物Ｍａ上を移動するパターンの中点とパターンとを結んだ線上におけるパターンの移動速度である。測定パスにおけるパターンの間隔（画像を取得する間隔）は、回転線速度を一定とした場合、一定となる。

この測定パスの設定方法の詳細は以下に説明するが、制御装置４の回転回数算出部３５で処理を行うことで、回転回数が算出される。回転回数算出部３５は、投影されたライン状のパターンの長手方向の中点に対して、回転軸Ａｘに近い領域である近傍領域と、回転軸Ａｘに遠い領域である遠隔領域とに対し、それぞれの領域と回転軸Ａｘとの距離の差と、被測定物に投影されたときのライン状のパターンの長さに応じて最低限必要な回転数を求めることができる。具体的には、回転回数算出部３５は、実測定領域の回転軸ＡＸに最も近い位置から回転軸Ａｘに最も遠い位置までの長さと、被測定物に投影されたときのライン状のパターンの長さに応じて最低限必要な回転数を求めている。例えば、被測定物Ｍを光学プローブ３に対して相対的に１回転させたときに、光学プローブ３を、回転軸Ａｘを通る径方向にライン状のパターンの長さ分移動させると１周目と２周目で隙間なくライン状のパターンを被測定物Ｍに投影することができる。これは、１周目と２周目の間で隙間なく形状測定が出来ることを示している。したがって、回転軸Ａｘを通る径方向の実測定領域の長さと、ライン状のパターンの長さとの比は、光学プローブ３を、１周する毎に隙間無く測定できる最小限の周回数を意味する。なお、実測定領域の回転軸ＡＸに最も近い位置から回転軸Ａｘに最も遠い位置までの長さとは、例えば、被測定物Ｍの概略形状が円錐形状である場合は、その円錐面に沿った長さとなる。また、長さを測るパスは、直線に限らず、曲線に沿って測定してもよい。
なお、実際は、被測定物の測定面に投影されたライン状のパターンの長手方向が被測定物の測定面内の回転軸Ａｘを通過する直線に対して傾きを有している場合が多い。このような場合は、図１１に示すように、実測定開始位置８４から回転軸中心ＡＸまでの距離ＳＤと実測定終了位置８６から回転軸中心までの距離ＦＤの差と、ライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さを基に最低限必要な回転数を求める。
回転回数算出部３５は、この回転数を基に、被測定物Ｍが１回転したときに、径方向移動経路８８に沿って移動できる移動量を算出して、被測定物Ｍ上における測定パスが設定する。また、ライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸとライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さは図１８を使って後述するように、回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの内径側端部までの距離と回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの外径側端部までの距離の差で求まる。このような情報を基に、測定パスを決定することができる。
なお、図１１に示した径方向移動経路８８によると、この経路８８に沿って設定された実測定開始位置８４と実測定終了位置８６とで、ライン状のパターンの長手方向と回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分とのなす角度が異なる。それゆえ、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６でのライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さが異なる。このような場合は、ライン状のパターンを射影した長さが短い方に合わせるか、または各周回毎にライン状のパターンの射影した長さを求め、その射影した長さの総和と実測定開位置から実測定終了位置までの距離から、最低限必要な回転数を求めている。

ここで、図１１に示した径方向移動経路８８の場合にライン状のパターンを射影した長さを回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さを算出する方法について説明する。回転軸中心ＡＸ及び実測定開始位置８４を通る直線（図１１中距離ＳＤで示す点線）と実測定開始位置８４のライン状のパターンとのなす角がθｓｄとなる。ライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さは、実測定開始位置８４のライン状のパターンの長手方向の長さをｄとすると、ｄ×ｃｏｓθｓｄで算出することができる。次に、回転軸中心ＡＸ及び実測定終了位置８６を通る直線（図１１中距離ＦＤで示す点線）と実測定終了位置８６のライン状のパターンとのなす角がθｆｄとなる。ライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さは、実測定終了位置８６のライン状のパターンの長手方向の長さをｄとすると、ｄ×ｃｏｓθｆｄで算出することができる。ライン状のパターンの長手方向を回転軸中心ＡＸからライン状のパターンの中点を通る線分に射影したときの長さを算出する方法は、回転軸と実質的に交差する線上または回転軸に平行な線上への被測定物に投影されるときのパターンまたは線状の走査範囲のいずれか一方の射影成分の長さを算出する計算方法の一例である。射影成分の長さを算出する計算方法としては、後述する各種方法を用いることができる。

制御装置４は、測定パスを決定したら、プローブ移動装置２による光学プローブ３の移動速度と回転保持装置７の回転速度（以下測定移動速度）を決定する（ステップＳ１６）。以下、図１２及び図１３を用いて、測定速度の設定の一例を説明する。なお、図１２に示す処理は、プローブ移動装置２の移動速度を一定とし、回転角速度を可変とし、回転線速度をほぼ一定とする場合の測定速度の設定方法である。本実施形態おいて、光学プローブ３による画像の取得時間間隔、つまりサンプリング間隔は、ほぼ一定間隔（時間間隔が一定）とする。

制御装置４は、ユーザから指定される測定点の間隔情報から、実測定開始位置、つまり回転軸中心ＡＸに最も近い側の測定位置での回転軸の回転角速度（保持回転装置７の回転速度）を算出する（ステップＳ３０）。次に、実測定終了位置、つまり回転軸中心ＡＸに最も遠い側の測定位置での回転軸の回転角速度（保持回転装置７の回転速度）を算出する（ステップＳ３２）。つまり、制御装置４は、測定パスと、光学プローブ３による画像の取得間隔と、に基づいて、回転線速度をほぼ一定となる各位置での回転速度を算出する。

制御装置４は、回転軸中心ＡＸに最も近い側の測定位置における回転角速度及び回転軸中心ＡＸから最も遠い側の測定位置における回転角速度を算出したら、駆動時間毎の回転軸の回転角速度を算出する（ステップＳ３４）。次に、ユーザからの指示又は標準的な仕様情報に基づき、測定時間情報が取得される。制御装置４は、更に実測定開始位置にライン状のパターンが投影されるまで回転速度と実測定終了位置にライン状のパターンが投影され、光学プローブ３によりライン状のパターンの像が取得された後の回転速度も経過時間毎に設定する。なお、実測定開始位置にライン状のパターンが投影されるまで回転速度は、暫時加速している。この加速動作中の時間は、図３の区間９１の時間帯となる。また、光学プローブ３によりライン状のパターンの像が取得された後の回転速度は暫時減速させている。この減速中の時間は、図３の区間９３の時間帯となる。また、図３の区間９２が測定時間となる。加速時間９１は、実測定開始位置で所定の回転速度に到達するために必要な時間であり、減速時間９３は、実測定終了位置の通過後、回転を停止させるまでに必要な時間である。

制御装置４は、先のステップで時間帯９１、９２、９３の測定時間情報を設定したら、直交軸各軸の駆動速度を算出し（ステップＳ３６）、本処理を終了する。ここで、直交軸各軸の速度とは、被測定物Ｍａと光学プローブ３とがＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に相対的に移動する速度である。本実施形態の直交軸各軸の速度は、プローブ移動装置２により光学プローブ３を移動させる速度である。なお、直交軸各軸の速度は、回転軸との同期が取れる速度とする。

制御装置４は、図１２に示す処理で図１３に示すグラフの測定速度を決定する。図１３に示すグラフは、縦軸を速度、横軸を時間とした。図１３に示すＸは、Ｘ軸方向の移動速度である。Ｙは、Ｙ軸方向の移動速度である。Ｚは、−Ｚ軸方向の移動速度である。αは、θＺ方向の回転速度である。また、範囲９１は、加速時間である。範囲９２は、測定を行う時間である移動時間である。範囲９３は、減速時間である。図１３に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動速度は、範囲９２において、一定速度となる。また、θＺ方向の回転速度は、範囲９２において、徐々に減速する。これにより、制御装置４は、被測定物Ｍの測定対象範囲の測定時に、光学プローブ３が径方向内側から外側に移動するにしたがって、被測定物Ｍａの回転速度が遅くなる。これにより、回転線速度が一定となる。なお、時間帯９１及び時間帯９３の時間帯において、測定結果は出力されないようにする。このように回転速度が加速域または減速域のときに光学プローブ３の撮像装置で取得した画像データについては、その画像データのヘッダに加減速時で撮影された画像であるかどうかを判別可能にし、加減速時には測定結果が出力されないようにしている。そのために、光学プローブ３の撮像装置で取得した画像データに、点群生成に適しているか否かを示すフラグ情報を画像データのヘッダ部に記録していてもよい。そして、制御装置４で点群を生成する際に、画像データのヘッダ部に記録されている情報を基に、点群生成に使用できる画像データか否かを判別しながら、点群生成処理を行うようにしてもよい。なお、点群生成への使用可否フラグは、回転テーブルの回転速度だけに限られず、プローブ移動装置２の移動速度の加減速に基づいて、使い分けてもよい。また、画像データ取得時における光学プローブ３と被測定物Ｍａとの相対移動速度が加速域か減速域かで点群生成処理の可否判断を行うようにするのではなく、相対移動速度が所定速度以上か否かで判定するようにしてもよい。
このように光学プローブ３と被測定物Ｍａとの相対移動速度が加速域または減速域において、一定のフレームレートで撮像装置によりライン光の像を取得するような光学プローブ３を利用した場合、その光学プローブ３の画像情報から得られる点群データの間隔は、速度変化に応じて、変わってしまう。また、このように点群データの間隔が変わってしまうと、その後の座標補間処理や誤差低減化処理へ影響を与えてしまうことがある。本実施形態における形状測定装置では、各移動装置または回転装置の加減速状態を検出して、加減速域での画像データを峻別できるようにした。

制御装置４は、測定速度を設定したら、撮像装置９の撮像可能な視野内において、点群生成範囲を決定する（ステップＳ１８）。点群生成範囲は、撮像装置９で撮影した画像のうち、点群の生成に用いる範囲である。制御装置４は、図１４に示すように撮像装置９により撮影した像のパターン９０ａを取得する。制御装置４は、１歯面分の測定を行う場合、画像のうち中央のパターン９０ａを含む範囲が点群生成範囲９４となる。これに対して、本実施形態の制御装置４は、全歯の形状を計測するため、中央のパターン９０ａに加え、他の歯に投影されている端にあるパターン９０ａを含む範囲を点群生成範囲９４ａとすることができる。

制御装置４は、点群生成範囲を決定したら、調光方式や測定座標算出領域も含めた測定物Ｍａの測定の測定プログラム、つまり、測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲を測定するための測定プログラムを生成し（ステップＳ１９）、記憶部４０に記憶する。制御装置４は、決定した測定パス、測定速度、点群生成範囲に基づいて、プローブ移動装置２によるＸＹＺ軸方向の移動経路、保持回転装置７によるＺθ方向の回転速度、光学プローブ３による画像の取得タイミング等を決定し、決定した動作に基づいて、各部を動作させる形状測定プログラムを生成する。制御装置４は、生成した形状測定プログラムを記憶部４０に記憶させる。この場合、被測定物Ｍａの測定対象範囲の測定プログラムは、形状測定プログラム４０Ｂの一部として記憶されてもよいし、別のプログラムとして記憶されてもよい。

制御装置４は、算出された形状測定プログラムの測定時間や保持回転装置７の回転回数が許容範囲であるかを判定する（ステップＳ２０）。算出された条件とは、測定パスや測定速度である。測定パスは、パターンの周回数、つまり実測開始位置から実測終了位置までにパターンが被測定物Ｍａ上を回転する回数や、ＸＹＺ軸方向（主としてＸＹ軸方向）における光学プローブの移動速度等が含まれる。制御装置４は、これらの条件が予め設定された許容範囲に含まれるかを判定する。制御装置４は、算出された算出された条件が許容範囲である（ステップＳ２０でＹｅｓ）と判定した場合は、ここで終了する。

制御装置４は、算出された条件が許容範囲ではない（ステップＳ２０でＮｏ）と判定した場合、エラー画面を表示させ（ステップＳ２４）、再度、初期条件の再設定を促し、ステップＳ０１に戻る。制御装置４は、図１５Ａ示すように表示装置５にエラー画面９５を表示させる。エラー画面９５は、条件設定等のウインドウを含む画面の最も上側の表示層に、エラーを示すウインドウ９６を表示させた画面である。エラー画面９５は、周回数が許容範囲を超えた場合に表示させる画面である。ウインドウ９６は、Ｂ軸周回数、つまりθＺ軸方向の回転回数が許容範囲である１００周を超えていることを示すメッセージを含んでいる。この周回数が多くなっている場合、図１３で示した時間帯９２の時間が非常に長くなっている可能性があるので、測定時間が長くなることを警告する意味で、回転回数の許容範囲を超えているメッセージを出力している。なお、本実施形態では、回転回数が許容範囲を超えている場合としたが、測定時間に基づいて判定を行ってもよい。

上記実施形態において制御装置４は、エラー画面を表示させて、処理を終了したが、これに限定されない。制御装置４は、許容範囲を超えている条件でも、利用者の指示により被測定物Ｍａの測定対象範囲の測定プログラムを生成するようにしてもよい。制御装置４は、図１５Ｂに示すエラー画面９５ａを表示させる。エラー画面９５ａは、条件設定等のウインドウを含む画面の最も上側の表示層に、エラーを示すウインドウ９６ａを表示させた画面である。ウインドウ９６ａは、Ｂ軸周回数、つまりθＺ軸方向の回転数が許容範囲である１０周を超えていることを示すメッセージとボタン９７ａ，９７ｂを含んでいる。ボタン９７ａは、処理を続行する指示に対応する、つまり現状の条件で被測定物Ｍａの測定対象範囲の測定プログラムを生成する指示に対応するボタンである。ボタン９７ｂは、処理を終了する、つまり測定プログラムを生成しない指示に対応するボタンである。利用者は、エラー画面に表示されたボタン９７ａ，９７ｂを選択することで、被測定物Ｍａの測定対象範囲の測定プログラムを生成するか否かの指示を入力する。制御装置４は、入力された指示に基づいて、処理を実行する。これにより、制御装置４は、許容範囲を超えている条件でも、利用者の指示により被測定物Ｍａの測定対象範囲の測定プログラムを生成することができる。

次に、図１６を用いて、生成した被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲を測定するための測定プログラム（被測定物Ｍの測定対象範囲の測定プログラムともいう。）を用いて、形状測定装置１で実行される処理動作、つまり測定動作について説明する。制御装置４は、図９で生成した被測定物Ｍの測定対象範囲の測定プログラムを読み込み（ステップＳ５０）、読み込んだ測定プログラムに基づいて処理を開始する。

制御装置４は、保持回転装置７を駆動し、被測定物Ｍａの回転を開始する（ステップＳ５２）。制御装置４は、被測定物Ｍａの回転を開始したら、光学プローブ３の移動を開始するかを判定する（ステップＳ５４）。制御装置４は、光学プローブ３の移動を開始しない（ステップＳ５４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ５４に戻り、ステップＳ５４の判定を再び行う。この判定は、保持回転装置７の回転角速度が所定の速度になったかどうかで判定する。

制御装置４は、光学プローブ３の移動を開始する（ステップＳ５４でＹｅｓ）と判定した場合、プローブ移動装置２による光学プローブ３の移動を開始する（ステップＳ５６）。ここで、制御装置４は、加速時間に基づいて、測定開始時に実測定開始位置に移動するように、光学プローブ３を移動させる。

制御装置４は、光学プローブ３の移動を開始したら、実測定開始位置（実測定開始位置）であるかを判定する（ステップＳ５８）。制御装置４は、実測定開始位置ではない（ステップＳ５８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ５８に戻り、ステップＳ５８の判定を再び行う。

制御装置４は、実測定開始位置である（ステップＳ５８でＹｅｓ）と判定した場合、光学プローブ３によるパターンの投影を開始する。また、実測定開位置でライン状のパターンが投影されたときに、画像の取得も開始する（ステップＳ６０）。制御装置４は、測定が終了するまで、被測定物Ｍａの測定対象範囲用の形状測定プログラムに応じて、パターンと被測定物Ｍとを相対的に移動させつつ、所定の間隔でパターンの画像の撮影を繰り返す。
制御装置４は、画像の取得を開始したら、実測定終了位置）であるかを判定する（ステップＳ６２）。制御装置４は、実測定終了位置ではない（ステップＳ６２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ６２に戻り、ステップＳ６２の判定を再び行う。

制御装置４は、実測定終了位置である（ステップＳ６２でＹｅｓ）と判定した場合、プローブに対して撮像装置９による画像の取得またはライン状のパターンの投影を終了するように制御する（ステップＳ６４）。そして、取得した画像と位置情報とに基づいて、被測定物Ｍａの形状を算出し、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１は、初期測定範囲と測定対象物Ｍの測定対象範囲と、ライン状のパターンの長手方向の向きに基づいて、実測定開始位置及び実測定終了位置を算出した上で、測定パスを算出し、測定パスに基づいて、プローブ移動装置３の走査位置毎の移動方向と移動速度及び保持回転装置７の回転速度が算出されるので、測定対象範囲の全範囲の形状測定プログラムを生成することができる。そして、生成した測定プログラムに基づいて、被測定物Ｍａとライン状のパターンとを相対的に移動させつつ、被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲、つまり被測定物Ｍａの全周の画像を撮影する。形状測定装置１は、被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲の画像と画像を撮影した相対位置とに基づいて、演算処理を行い、被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲の形状（３次元形状）を算出する。

これにより、形状測定装置１は、被測定物Ｍａとパターンとを相対的に移動させた状態を継続して、つまり、被測定物Ｍａとパターンとの相対移動を停止させずに、被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲の形状を計測することができる。これにより、被測定物Ｍａとパターンとの相対移動を停止させたり、加速減速させたりすることにより生じる時間のロスを少なくすることができ、短時間で被測定物Ｍａの形状を測定することができる。また、形状測定装置１は、初期測定範囲と各種条件に基づいて、測定プログラムを作成できるため、測定プログラムを簡単にすることができる。これにより、測定時の処理負荷を少なくすることができる。

また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａの形状を測定する計測時間または回転回数が許容範囲から外れている場合、許容範囲から外れていることを示す情報を報知することで、効果の低い測定動作で測定が行われることを抑制できる。また、本実施形態では、利用者に報知する報知部として、表示装置５を用いたが、報知の方法はこれに限定されない。形状測定装置は、利用者に情報を伝達する報知部として、音声出力装置やプリンタ等を用いることもできる。また、形状測定装置１は、測定パス設定部３６で設定された回転回数また測定パス設定された測定パスに基づき算出された被測定物Ｍａの形状を測定する計測時間を表示部に表示することが好ましい。これにより、利用者に計測の条件をわかりやすく報知することができる。

また、形状測定装置１は、エラー画面に回転回数または計測時間を許容範囲に収めるために調整可能な条件を報知するようにしてもよい。例えば、形状測定装置１は、回転回数または計測時間が許容範囲を超えている場合、光学プローブ３の向きを回転方向に接線に近い方向から径方向に平行な方向に近づける方向に傾けることを示す情報を報知するようにしてもよい。これにより、利用者に回転回数または計測時間を短くすることを提案することができる。

また、形状測定装置１は、本実施形態のように、初期内径端部または前記初期外側端部の一方を、設定時点での初期測定開始位置とし、初期内径端部または前記初期外側端部の他方を、設定時点での初期測定終了位置とするが好ましい。このように、初期測定範囲の端部を被測定物Ｍａの内径側の端部と外径側の端部とすることで、測定パスを連続した１本の線で設定することができる。これにより、形状測定装置１は、パターンと被測定物Ｍａを相対的に回転させつつ、ＸＹ平面上でパターンと被測定物Ｍａとを一方向に移動させることで、被測定物Ｍａの全面の画像を取得することができる。したがって、ＸＹ平面上でパターンと被測定物Ｍａとを双方向に移動させた場合に生じる移動誤差が生じることを抑制することができ、測定精度をより高くすることができる。

ここで、本実施形態の形状測定装置１は、実測定開始位置と実測定終了位置とを、初期測定範囲の初期測定開始位置と初期測定終了位置とを基準として、径方向に移動させた位置とする。具体的には、初期内径端部よりも実測定開始位置または実測定終了位置のうち径方向内側に設定された位置を、更に回転軸に近くなるように設定し、外側端部に対して、実測定開始位置または実測定終了位置のうち径方向外側に設定された位置を前記径方向のより外側に設定する。これにより、被測定物Ｍａの測定対象範囲の全範囲の形状をより確実に計測することができる。なお、形状測定装置は、実測定開始位置と実測定終了位置とを、初期測定範囲の初期測定開始位置と初期測定終了位置と同じ位置にしてもよい。

また、本実施形態のように光学プローブ３から照明光束Ｌとしてライン光を投影し、被測定物Ｍａから反射するライン状のパターンを撮像する場合、測定パス設定部３６は、内径側に設定された実測定開始位置または実測定終了位置のどちらか一方にライン状のパターンを投影した場合、ライン状のパターンのどちらか一方側の端部が、被測定物Ｍａの測定領域における回転軸側の内側の端部と接する位置または測定領域よりもさらに回転軸側に近い位置に設定する。より具体的には、ライン状パターンが初期測定開始位置または初期測定終了位置のうち回転軸側に近い位置で被測定物Ｍに投影されたときに、投影されたライン状のパターンの長手方向の中点に対して、回転軸に近い領域である近傍領域と、先の中点に対して回転軸から遠い領域である遠隔領域とに対し、それぞれの領域と被測定物Ｍの回転軸との距離の差に基づいて、被測定物Ｍａの測定領域よりも回転軸側に近い側に設定することが好ましい。また、他にも、ライン状パターンが被測定物Ｍに投影された時に回転軸に最も近い位置と回転軸までの距離と回転軸に最も遠い位置と回転軸までの距離との差に基づいて、測定領域よりも回転軸側に近い側に実測定開位置または実測定終了位置の回転軸側に近い方を設定することが好ましい。さらに、他にも、ライン状のパターンの回転軸に近い方の端部から回転軸までの距離とライン状パターンの回転軸の遠い方の端部から回転軸までの距離との差に基づいて、測定領域よりも回転軸側に近い側に実測定開位置または実測定終了位置の回転軸側に近い方を設定することが好ましい。
さらに、測定パス設定部３６は、外径側に設定された実測定開始位置または実測定終了位置のどちらか他方に前記ライン状のパターンを投影した場合、ライン状のパターンのどちらか他方側の端部が、被測定物Ｍａの測定領域における回転軸側の外側の端部と接する位置または測定領域よりも回転軸に対して遠ざかる位置に設定する。より具体的には、ライン状パターンが初期測定開始位置または初期測定終了位置のうち回転軸側に遠い位置で被測定物Ｍに投影されたときに、投影されたライン状のパターンの長手方向の中点に対して、回転軸に近い領域である近傍領域と、先の中点に対して回転軸から遠い領域である遠隔領域とに対し、それぞれの領域と被測定物Ｍの回転軸との距離の差に基づいて、被測定物Ｍａの測定領域よりも回転軸側から遠ざかる側に設定することが好ましい。また、他にも、ライン状パターンが被測定物Ｍに投影された時における、ライン状のパターンの回転軸に最も近い位置に対する回転軸までの距離とライン状のパターンの回転軸に最も遠い位置に対する回転軸までの距離との差に基づいて、測定領域よりも回転軸側に遠ざかる側に実測定開位置または実測定終了位置の回転軸側に遠い方を設定することが好ましい。さらに、他にも、ライン状のパターンの回転軸に近い方の端部から回転軸までの距離とライン状パターンの回転軸の遠い方の端部から回転軸までの距離との差に基づいて、測定領域よりも回転軸側に近い側に実測定開位置または実測定終了位置の回転軸側に遠い方の位置を設定することが好ましい。これにより、形状測定装置１は、被測定物Ｍａの全域の形状をより確実に測定することができる。
なお、測定領域よりも回転軸側に近い位置でまたは測定領域よりも回転軸に対して遠ざかる位置に実測定開始位置または実測定終了位置を設定した場合は、実測定開始位置または実測定終了位置で、ライン状のパターンの投影を開始したり、終了したりすることでもよい。この時、必ず被測定物Ｍへ投影された光学プローブ３で投影されたパターンの像を撮像素子２０で撮像するか否かは問わない。なお、撮像素子２０で光学プローブ３で投影されたパターンの像の撮影を開始する位置は、別途初期測定開始位置と実測定開始位置との間に設定してもよく、また、同様にパターンの像の撮影を終了する位置を初期測定終了位置と実測定終了位置の間に設定してもよい。

以下、図１７から図２５を用いて、回転回数（回転量）の算出方法の一例について、説明する。図１７に示す例は、被測定物Ｍａの回転速度が一定の場合と回転速度が可変の場合の両方の場合で回転回数を算出する方法の一例である。なお、図１９、図２０Ａから図２０Ｃは、実測定開始位置と実測定終了位置の回転方向における位置が図１０及び図１１と異なる位置である。

制御装置４の回転回数算出部３５は、被測定物Ｍａに対する光学プローブの姿勢から、ライン状のパターンの向きを求める（ステップＳ７０）。制御装置４は、ライン状のパターンの向きを求めたら、ライン状のパターンの向きと被測定物Ｍａの測定面内における回転方向に対する垂線と傾き角に応じて、１回転あたりの最大光学プローブ移動量を求める（ステップＳ７２）。この最大光学プローブ移動量は、回転軸と実質的に交差しかつ被測定物に投影されたライン状のパターンと交差する線上に、被測定物に投影されるときのパターンが射影されるときの長さと同じである。この１回転当たりの最大光学プローブ移動量の求め方は図１８を用いて説明する。ライン状のパターンの上端部Ｅと回転軸中心とをつないだ線分ＡＥとライン状のパターンの下端部Ｆと回転軸中心をつないだ線分ＡＦはそれぞれ求める。もちろん、このときの上端部Ｅと下端部Ｆの位置は、被測定物Ｍａの測定面にライン光が投影されたときの位置に相当するものであればよい。そして、直線ＡＥと直線ＡＦの長さの差（線分ＭＦ（１０１））が、１回転当たりの最大光学プローブ移動量となる。つまり、１歯当たりの測定パスの延びる方向が、回転軸中心を通る直線上にあるときは、どの位置もこの直線ＡＥと直線ＡＦの差が一定になるので、ライン状のパターンが投影された任意の位置での線分ＡＥと線分ＡＦの差を求めればよい。ここで、直線ＡＦから線分ＭＦ１０１を除いた部分と直線ＡＥとを結んだ線とそれぞれの直線ＡＥ、ＡＦとのなす角は、θａで同じ角度となる。２つの直線ＡＥ、ＡＦの差分を算出する方法は、回転軸と実質的に交差する線上または回転軸に平行な線上への被測定物に投影されるときのパターンまたは線状の走査範囲のいずれか一方の射影成分の長さを算出する計算方法の一例である。１回転あたりの最大光学プローブ移動量は、１回転したときに回転方向の位置が同じになるライン状のパターンが接触した状態となる光学プローブ３の移動量である。なお、１回転当たりの光学プローブ移動量は、この長さよりも短くなるように設定する。実際の光学プローブ移動量（１回転当たりの）基準は、照明光束Ｌの像を光学プローブ３で撮影したときにライン状のパターンの外周側の部分が写っている範囲のうち、数画素分だけ重複するようにする。この実施形態では、直接ライン状のパターンを回転軸中心ＡＸからライン状のパターンへ延びる直線へ射影したときの長さを求めることはせず、ライン状のパターンの一方の端部から回転軸中心までの距離とライン状のパターンの他方の端部から回転軸中心までの距離との差でもって、ライン状のパターンを射影したときの長さを求めている。このようにして、直接射影した長さを求めるのではなく、回転軸中心からのライン状のパターンの両端のそれぞれの距離の差から求めていても、本発明の思想に含まれる。

制御装置４の回転回数算出部３５は、１回転あたりの最大光学プローブ移動量を求めたら、測定パス設定部３６は測定条件として回転角度を一定であるか判定する（ステップＳ７４）。制御装置４の測定パス設定部３６は、被測定物Ｍａを回転させる速度を一定とする設定であるか、被測定物Ｍａのライン状のパターンが投影された位置における、光学プローブの相対速度が一定である回転線速度を一定とする設定であるかを判定する。

制御装置４の測定パス設定部３６は、回転角速度が一定である（ステップＳ７４でＹｅｓ）と判定したら、最大光学プローブ移動量よりも短い範囲で、測定点間隔情報に基づき、光学プローブ移動量を設定し（ステップＳ７６）、回転回数設定部３５により実測定開始位置から実測定終了位置移動する光学プローブ移動量と、１回転当たりの光学プローブ移動量から、回転数算出し（ステップＳ７８）、本処理を終了する。

制御装置４の測定パス設定部３６は、回転角度が一定ではなく、回転線速度が一定（ステップＳ７４でＮｏ）と判定したら、最大光学プローブ移動量を超えない範囲で、各周回の光学プローブ移動量を算出し（ステップＳ８０）、回転回数設定部３５により実測定開始位置から実測定終了位置移動するのに必要な光学プローブ移動量（各周回ごとの光学プローブの移動速度）と、各周回の光学プローブ移動量から、回転数算出し（ステップＳ８２）、本処理を終了する。なお、回転線速度が一定で、プローブ移動装置２の各駆動部５０Ｘ，５０Ｙ、５０Ｚ（直交軸）の駆動速度が略一定となるように、光学プローブの移動制御を行うことが好ましい。そこで、この場合は、ライン状のパターンが投影されている領域が測定対象範囲の最外周側に位置するときの、回転角速度とその回転角速度で１周分回転するのに費やす時間と、最大プローブ移動量またはその移動量よりも少ない移動量を基に、各駆動部の駆動速度を設定することが好ましい。

制御装置４は、被測定物Ｍａの形状と測定データ取得範囲から回転時に被測定物Ｍａにパターンが投影される長さを特定し、被測定物Ｍが１回転したときの最大光学プローブ移動量を算出し、１回転あたりの最大光学プローブ移動量と被測定物Ｍの測定対象範囲の内側から外側までの長さに基づいて、回転回数を算出する。これにより、図１９に示すように、被測定物Ｍａの測定対象範囲（形状を測定する範囲）の全範囲にパターン９０が投影される回転回数を算出することができ、回転回数に対応してパターンが移動する測定パス８９を決定することができる。なお、実測定領域は、図１９に示したようにパターン９０が周方向にほぼ等間隔に配置されている領域となる。実測定領域とは実測定開始位置８４と実測定終了位置８６と、この位置８４、８６をつなぐ測定パス（図１９の点線）に沿ってライン状のパターンの中点の軌跡が描くことで、パターン９０が投影される領域である。これにより、制御装置４は、図２０Ａに示す測定パス８９ａのように、回転回数が少なく、周方向に隣接する周回のパターン９０の間が空いてしまうことや、図２０Ｃに示す測定パス８９ｂのように、回転回数が大きくなり、周方向に隣接する周回のパターン９０同士の重なる幅が大きくなってしまうことを抑制することができ、図２０Ｂに示すように、周方向に隣接する周回のパターン９０同士の重なり量を少なくしつつ、かつ重なる回転回数及び測定パスとすることができる。

ここで、図２１から図２５に基づいて、被測定物Ｍａの形状を推定する方法、測定データ取得範囲を求める方法及び被測定物の形状と測定データ取得範囲から回転量（回転回数）を求める方法の一例について説明する。

制御装置４の回転回数算出部３４は、測定パス設定部３６で設定された径方向移動経路８８の実測定開始位置８４と実測定終了位置８６とに基づいて実測定領域を推定する。ここで、この径方向移動経路８８は、利用者によって設定された経路、または、制御装置４が被測定物の一部の形状を実測して算出した経路である。また、この径方向移動経路８８は、回転軸中心ＡＸを通る直線上の一部に沿った経路となっている。本実施形態の制御装置４は、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６とを結んだ線に基づいて、被測定物を先端の一部が切り取られ、断面が台形となる円錐形状にモデル化する。被測定物の形状を推定する場合の形状は、先端の一部が切り取られた円錐に限定されず、円柱としてもよい。

制御装置４の回転回数算出部３４は、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６と回転軸中心Ａｘとの位置関係に基づいて、回転軸中心Ａｘと実測定開始位置８４との径方向の距離Ｒ１と、回転軸中心Ａｘと実測定終了位置８６との径方向の距離Ｒ２と、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６との径方向の距離Ｒと、を算出する。ここで、径方向の距離は、回転軸中心Ａｘが中心で実測定開始位置８４を通る円である内径９８と、回転軸中心Ａｘが中心で実測定終了位置８６を通る円である外径９９と、を用いて算出する。また、制御装置４は、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６と回転軸中心Ａｘとの位置関係に基づいて、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６との回転軸中心Ａｘに沿った方向の距離Ｈを算出する。

次に、制御装置４の回転回数算出部３４は、図２３に示すように、推定した被測定物Ｍａの形状とライン状のパターンの長手方向の向きに基づいて、被測定物Ｍａの形状に照明光束Ｌを照射した場合のパターン９０の回転軸Ａｘと交差する径方向へ射影成分の長さを推定する。制御装置４は、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６との径方向の距離Ｒをパターン９０の径方向の長さで分割し、分割数を算出する。図２３に示す例では、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６を結んだ径方向の距離Ｒの径方向移動経路８８が、ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５の５つに分割される。ここで、本実施形態では、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ４＝ｒ５となる。制御装置４は、実測定開始位置８４から実測定終了位置８６までは、パターン９０を５周させることで、隙間無く移動できると推定される。

なお、１歯分の測定パスの方向が回転軸と交差する直線上に設定されている場合は、上述のとおりであるが、もし、外れている場合は各周回に最大光学プローブ移動量が異なる。例えば、図２４のように１歯当たりの測定場合、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６の間で、大きな差が生じる。具体的には、図２４では、線分１０１ａが、実測定開始位置８４における直線ＡＥ１と直線ＡＦ１の長さの差となる。ここで、直線ＡＦ１から線分１０１ａを除いた部分と直線ＡＥ１とを結んだ線とそれぞれの直線ＡＥ１、ＡＦ１とのなす角は、θｂで同じ角度となる。線分１０１ｂが、実測定終了位置８６における直線ＡＥ２と直線ＡＦ２の長さの差となる。ここで、直線ＡＦ２から線分１０１ｂを除いた部分と直線ＡＥ２とを結んだ線とそれぞれの直線ＡＥ２、ＡＦ２とのなす角は、θｃで同じ角度となる。なす角θｂとなす角θｃとは異なる角度なる。線分１０１ａと線分１０１ｂとは異なる長さとなり、大きな差が生じている。このように各周回で回転軸中心からライン状のパターンの上端部までの線分の長さと、回転軸中心からライン状のパターンの下端部までの線分の長さの差の中で、最も差が小さい長さを最大プローブ移動量として、設定することが好ましい。

次に、制御装置４の回転回数算出部３４は、図２５に示すように、推定した被測定物Ｍａの形状とライン状のパターンの回転軸方向の向きに基づいて、被測定物Ｍａの形状に照明光束Ｌを照射した場合のパターン９０の回転軸中心Ａｘ方向の形状を推定する。制御装置４は、測定開始位置８４と実測定終了位置８６との回転軸中心Ａｘに沿った方向の距離Ｈをパターン９０の回転軸中心Ａｘ方向の長さで分割し、分割数を算出する。図２５に示す例では、実測定開始位置８４と実測定終了位置８６を結んだ回転軸中心Ａｘ方向の距離Ｈの径方向移動経路８８が、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５の５つに分割される。ここで、本実施形態では、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝ｈ５となる。制御装置４は、実測定開始位置８４から実測定終了位置８６までは、パターン９０を５周させることで、隙間無く移動できると推定される。

次に、制御装置４は、図２３で算出した結果である距離Ｒをパターンの径方向の距離ｒで分割した結果の周回回数と、図２５で算出した結果である距離Ｈをパターンの回転軸中心Ａｘ方向の距離ｈで分割した結果の周回回数と、を比較し、より大きい方の周回回数を、回転方向の周回回数をとして算出する。なお、回転回数は、小数点以下切り上げの整数で算出する。ここで、上記実施形態は、回転線速度一定とし径方向移動速度可変としたため、パターン９０の回転軸中心方向の距離ｈ及び径方向の距離ｒが一定となるが、条件によって変化する。つまり、相対移動の条件が異なると、回転軸中心方向の距離ｈ及び径方向の距離ｒは、径方向の位置によって変化する。制御装置４は、相対移動の条件に応じて、回転軸中心方向の距離ｈ及び径方向の距離ｒに基づいた周回数の算出基準を調整すればよい。

ここで、図２１から図２５では、パターンの射影成分の長さを求めるときに用いる回転軸と実質的に交差する線又は回転軸に平行な線と、実測定領域における回転軸中心に最も近い位置と最も遠い位置を射影したときの長さを求めるときに用いる回転軸と実質的に交差する線又は回転軸に平行な線として、回転軸に直交する線と、回転軸に平行な線と、を用いたがこれに限定されない。回転軸と交差する線又は回転軸に平行な線は、種々の線を用いることができるが、共通の円筒面、円錐面又は回転軸に直交する平面内にあることが好ましい。これにより、回転回数を高い精度で算出でき測定パスをより好適な経路で設定することができる。なお、回転軸Ａｘと実質的に交差する線とは、回転軸Ａｘとパターンを射影する線とがねじれの関係にあっても、回転軸Ａｘとパターンを射影する線との距離がライン光の長手方向の長さの１００倍以下であればよい。なお、好ましくは、１０倍以下が良く、更に好ましくは１倍以下、更に好ましくは０．１倍以下、更に好ましくは０．０１倍以下、更に好ましくは０．００１倍以下であればよい。

次に、上記実施形態の形状測定装置１は、回転線速度一定、回転速度一定または回転速度可変、径方向移動速度可変、及びサンプリング間隔一定としたがこれに限定されない。回転線速度、回転速度、径方向移動速度及びサンプリング間隔は、それぞれ可変としても一定としてもよい。形状測定装置１は、サンプリング間隔を一定とすることで、測定時の光学プローブ３による露出制御の制御可能範囲をどの位置でも同じ範囲を確保することができる。また、形状測定装置１は、回転線速度を一定とすることで、被測定物上での回転方向におけるパターンの間隔を一定にすることができる。なお、形状測定装置１は、回転線速度を一定とすることが好ましいが、変動してもよい。

なお、形状測定装置１は、本実施形態のように、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を可変する場合、相対移動速度を径方向の内側よりも径方向の外側を低速とすることで被測定物に対してパターンが移動する回転線速度を一定とすることが好ましい。

また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を可変する場合、本実施形態のように、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを相対的に回転させる回転線速度を一定とすることが好ましい。具体的には、被測定物と光学プローブとを径方向に移動させる相対移動速度を径方向の内側よりも径方向の外側を低速とし、かつ被測定物と前記プローブとの回転速度を回転線速度一定とするように、移動機構２を制御することが好ましい。これにより、回転を一定速度とすることができ、測定精度を高くすることができる。

また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａに対してパターン９０が移動する回転線速度を一定とし、かつ、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を一定としてもよい。この場合、形状測定装置１は、回転速度を可変とし、被測定物Ｍａへパターンが投影される位置が回転軸中心Ａｘに近づくにつれて高速とすることで、被測定物Ｍａに対してパターンが移動する回転線速度を一定とする。

また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を、径方向の最外周を移動する際のパターン９０と、径方向の最外周から一周内側を移動する際のパターンとの重なり量が設定した値となる速度とする。このように、径方向外側を基準として回転速度を設定することで、回転線速度が設定した間隔より長くなる、つまり測定密度が疎になることを抑制することができる。また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を、最内周を移動する際の前記パターンと最内周から一周外側を移動する際のパターンとの重なり量が設定した値となる速度となるようにしてもよい。また、形状測定装置１は、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを径方向に移動させる相対移動速度を、径方向の最外周を移動する際のパターン９０と、径方向の最外周から一周内側を移動する際のパターンとの重なり量または最内周を移動する際の前記パターンと最内周から一周外側を移動する際のパターンとの重なり量が設定した値となる速度となるようにすることが好ましい。これにより、ライン状のパターンを射影した長さが短い方に合わせて重なり量を設定することができ、ライン状のパターンと隣接する周回のライン状のパターンとの間に隙間があくことを防ぐことができる。ここで、被測定物が各種歯車の場合、歯すじに沿って移動させる径方向移動経路は、図２４に示すように一方向に曲がった形状となることが多い。このため、ライン状のパターンを射影した長さは、徐々に変化する。したがって、相対移動速度を最外周または最内周のパターンを基準として設定することで、ライン状のパターンを射影した長さが短い方に合わせて、相対移動速度を設定することができ、ライン状のパターンに隙間が生じることを抑制できる。

形状測定装置１は、このように、回転速度を可変とし、回転線速度及び径方向移動速度を一定とした条件で、周回回数を算出する場合、回転軸中心方向の距離ｈ及び径方向の距離ｒは、径方向外側に向かうに従って短くなる。この場合、形状測定装置は、径方向の最も外側の距離ｈで距離Ｈを除算し周回回数を算出し、方向の最も外側の距離ｒで距離Ｒを除算し周回回数を算出することが好ましい。これにより、径方向内側に向かうにしたがって、径方向でパターンが重なる量が多くなるが、径方向においてパターンの間が空くことを抑制することができる。

また、形状測定装置１は、被測定物Ｍと光学プローブ３とを相対的に回転させる回転角速度を一定、かつ、被測定物Ｍａと光学プローブ３とを前記径方向に移動させる相対移動速度を一定としてもよい。このように、回転角速度と相対移動速度を一定とすることで、移動機構、本実施形態のプローブ移動装置２と保持回転装置７とによる移動を一定速度とすることができる。これにより、測定を安定させることができる。なお、この場合は、サンプリング間隔を可変とすることで、回転線速度を一定とすることができる。

本実施形態の形状測定装置１は、効率よく測定が行えるため、測定パスを連続した経路、つまり、測定パスを一筆書きとしたがこれに限定されない。本実施形態の形状測定装置１は、測定パスを径が異なる複数の円が径方向に配置された経路としてもよい。この場合、形状測定装置１は、径方向の位置を固定したまま、被測定物Ｍ，Ｍａとパターン９０とを相対回転させ、一周測定したら、被測定物Ｍ，Ｍａとパターン９０とを径方向に移動させ、測定を行い、一周測定したら、被測定物Ｍ，Ｍａとパターン９０とを径方向に移動させる動作を繰り返す。

形状測定装置１の移動機構は、本実施形態のように、被測定物を回転させることが好ましい。これにより、回転を安定させることができる。

形状測定装置１の移動機構は、本実施形態のように、第１の方向、第１の方向に直交する第２の方向、及び、第１方向と第２の方向がなす平面と直交する第３の方向に光学プローブ３と被測定物Ｍ，Ｍａとを相対移動可能であり、第１方向と第２の方向がなす平面に径方向が含まれることが好ましい。これにより、相対位置を任意の方向に移動させることができる。

ここで、移動機構は、本実施形態のように被測定物Ｍと光学プローブ３とを相対的に回転する保持回転装置７（回転機構）と、被測定物Ｍと光学プローブ３とを相対的に前記径方向に移動させるプローブ移動装置２（直動機構）と、を有することが好ましい。この場合、測定パス設定部３６は、算出された被測定物Ｍの回転回数に応じて、回転機構が１回転するときの、直動機構による移動ピッチ量を算出する。このように、形状測定装置１は、移動機構として回転機構と直動機構とを備えることで、相対的な回転移動と直動移動とをそれぞれの機構で分離することができる。これにより、形状測定装置１は、それぞれの機構の動作の制御を簡単にすることができる。また、算出された被測定物の回転回数に応じて、回転機構が１回転するときの、直動機構による移動ピッチ量を算出することで、回転移動と直動移動との関係を簡単に特定することができる。また、形状測定装置１は、算出された被測定物の回転回数に応じて回転機構が１回転するときの直動機構による移動ピッチ量を算出することで、各移動機構の移動量の関係を簡単に調整することができる。

ところで、光学プローブ３の投影光学系１３によりライン状のパターンが投影される例で説明したが、本発明はこれだけに限られない。例えば、被測定物Ｍに対してドット状のスポットパターンが投影される光学系と、このスポットパターンが被測定物Ｍの表面上で１方向に走査できるように、偏向走査ミラーを具備した照明光学系を用いても良い。この場合は、ライン状のパターンの長手方向が偏向走査ミラーの走査方向に対応する。これにより、ドット状のスポットパターン少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、線状の走査範囲内がライン状のパターンとなる。したがって、測定開始位置や測定終了位置は、この偏向走査ミラーに走査できる方向と走査範囲に基づいて、修正できる。また、ライン光の長手方向の長さは、偏向走査ミラーを有した光学プローブにとっては線状の走査範囲の長手方向の長さと同義であるので、パターン９０の径方向の長さを推定する代わり、パターン９０の走査範囲における一方の端部から他方の端部の長さを推定することで対応できる。また、１回転当たりのプローブ移動装置３の移動量もこの偏向走査ミラーによって被測定物Ｍ上で走査できる方向と範囲に基づいて決定できる。

＜第２実施形態＞
次に、図２６を参照して形状測定装置の第２実施形態について、説明する。図２６は、第２実施形態の形状測定装置の構成を示す模式図である。図２６に示す形状測定装置１００は、被測定物Ｍと照明光束Ｌ（パターン）の位置とを相対的に移動させる移動機構の機構以外、第１実施形態の形状測定装置１と同様の構成である。形状測定装置１００の構成要素のうち、形状測定装置１の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

形状測定装置１００は、プローブ移動装置１０２と、光学プローブ３と、制御装置４と、表示装置５と、入力装置１０６と、保持回転装置１０７と、を備える。

プローブ移動装置１０２は、移動部１１０を有する。移動部１１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１１０ａと、支柱１１０ａと対をなす支柱１１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１１０は、水平フレーム１１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジを備えている。また、移動部１１０は、キャリッジに対してＺ方向に移動自在に光学プローブ３を保持している。また、移動部１００は、キャリッジと光学プローブ３との間に、Ｚ軸方向と平行な軸に対して光学プローブ３を回転するヘッド回転機構を有する。

保持回転装置１０７は、ベースＢ上に配置されている。保持回転装置１０７は、ステージ１３１と、支持テーブル１３２とを備える。ステージ１３１は、被測定物Ｍを載置して把持する。支持テーブル１３２は、直交する２方向の回転軸回りにステージ１３１を回転可能に支持することによりステージ１３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる。本実施形態の支持テーブル１３２は、例えば、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で図２６に示す矢印１８０の方向に回転可能、かつ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として図２６に示す矢印１８２の方向に回転可能にステージ１３１を支持している。

また、保持回転装置１０７には、入力される駆動信号に基づきステージ１３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部と、ステージ１３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部とが設けられている。

形状測定装置１００は、保持回転装置１０７に回転軸φ回りに回転する機構を備え、保持回転装置１０７を動作させることで、回転軸φ回りにおける被測定物Ｍとパターンとの相対位置を調整する。つまり、形状測定装置１００は、パターンの向きを調整する機構の一部を保持回転装置１０７に備えている。

形状測定装置１００も形状測定装置１と同様に、測定パスに基づいて、被測定物Ｍとパターンとの相対位置を回転させつつ、径方向に移動させて、計測を行うことで、形状測定装置１と同様の効果をえることができる。

また、形状測定装置は、形状測定装置１、１００に限定されず、被測定物Ｍとパターンとの相対位置を回転させつつ、径方向に移動させる機構として、種々の組み合わせを用いることができる。形状測定装置は、被測定物Ｍとパターンとの相対位置を回転させつつ、径方向に移動させることができればよく、光学プローブ３と被測定物ＭのどちらをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能としてもよいし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の回りを回転させてもよい。

上記実施形態の形状測定装置１、１００は、１台の装置で処理を行ったが複数組み合わせてもよい。図２７は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。次に、図２７を用いて、形状測定装置を有する形状測定システム３００について説明する。形状測定システム３００は、形状測定装置１と、複数台（図では２台）の形状測定装置１ａと、プログラム作成装置３０２とを、有する。形状測定装置１、１ａ、プログラム作成装置３０２は、有線または無線の通信回線で接続されている。形状測定装置１ａは、初期測定範囲設定部３３を備えていない以外は、形状測定装置１と同様の構成である。プログラム作成装置３０２は、上述した形状測定装置１の制御装置４で作成する種々の設定やプログラムを作成する。具体的には、プログラム作成装置３０２は、初期測定範囲や、形状測定プログラム、測定対象範囲の全範囲の測定プログラム、１歯面分の測定プログラム等を作成する。プログラム作成装置３０２は、作成したプログラムや、データを形状測定装置１、１ａに出力する。形状測定装置１ａは、初期測定範囲や、形状測定プログラム、測定対象範囲の全範囲の測定プログラム、１歯面分の測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２から取得し、取得したデータ、プログラムを用いて、処理を行う。形状測定システム３００は、測定プログラムを形状測定装置１や、プログラム作成装置３０２で作成したデータ、プログラムを用いて、形状測定装置１ａで計測を実行することで、作成したデータ、プログラムを有効活用することができる。また、形状測定装置１ａは、初期測定範囲設定部３３、さらにその他の設定を行う各部を設けなくても計測を行うことができる。

次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて、図２８を参照して説明する。図２８は、構造物製造システムのブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置２０１と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。

設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。

成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置２０３の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置２０１は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２０４へ送信する。

制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置２０１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置２０５に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。

リペア装置２０５は、制御装置２０４から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。

図２９は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置２０１は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置２０１で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ１０４）。

次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。

構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、リペア装置２０５が構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム２００は、図２８に示すフローチャートの処理を終了する。

本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置が構造物の座標を高精度に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２０３は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態における形状測定装置１は、保持部材５５が片持ちで光学プローブ３を保持する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、両持ちで保持する構成としてもよい。両持ちで保持することにより、回転時に保持部材５５に生じ変形を低減することができ、測定精度の向上を図ることが可能になる。

また、上述実施形態では光学プローブ３から照明光束Ｌとしてライン光を投影し、被測定物から反射するライン状のパターンを撮像しているが、光学プローブ３の形式はこれに限られない。光学プローブ３から発せられる照明光は、所定の面内に一括で投影する形式でも構わない。例えば、米国特許６０７５６０５号に記載さる方式でも構わない。光学プローブから発せられる照明光は、点状のスポット光を投影する形式でも構わない。

また、形状測定装置は、上記実施形態のように、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状の被測定物の計測に好適に用いることができる。また、この場合、初期測定範囲は、被測定物の繰り返し形状の１つの形状の長手方向に沿って設定することが好ましい。これにより、径方向の移動経路を適切な経路とすることができる。なお、被測定物は、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状に限定されず、種々の形状、例えば、繰り返し形状を備えない形状であってもよい。

１，１ａ 形状測定装置
２ プローブ移動装置
３ 光学プローブ
４ 制御装置
５ 表示装置
６ 入力装置
７ 保持回転装置
８ 光源装置
９ 撮像装置
１０ 駆動部
１１ 位置検出部
１２ 光源
１３ 照明光学系
２０ 撮像素子
２０ａ 受光面
２１ 結像光学系
２１ａ 物体面
３２ 制御部
３３ 初期測定範囲設定部
３４ 実測定領域設定部
３５ 回転回数算出部
３６ 測定パス設定部
３７ 動作制御部
３８ 演算部
４０ 記憶部
４０Ａ 初期測定範囲記憶部
４０Ｂ 形状測定プログラム
５０Ｘ，５０Ｙ，５０Ｚ 移動部
５１Ｘ，５１Ｙ，５１Ｚ ガイド部
５２ 保持体
５３ 第１回転部
５３ａ 回転軸線
５４ 第２回転部
５５ 保持部材
５５Ａ 第１保持部
５５Ｂ 第２保持部
６２，６３，６４，６５，６６，６８ 矢印
７１ テーブル
７２ 回転駆動部
７３ａ、７３ｂ 基準球
８０ 初期測定範囲
８１ 初期測定内側端部
８２ 初期測定外側端部
８４ 実測定開始位置
８６ 実測定終了位置
８８ 径方向移動経路
８９ 測定パス
９０、９０ａ パターン
９１、９２、９３ 範囲
９４、９４ａ 点群生成範囲
９５ エラー画面
９６、９６ａ ウインドウ
９７ａ、９７ｂ ボタン
９８ 内径
９９ 外径
２００ 構造物製造システム
２０１ 形状測定装置
２０２ 設計装置
２０３ 成形装置
２０４ 制御装置
２０５ リペア装置
２１０ 座標記憶部
２１１ 検査部
３００ 形状測定システム
３０２ プログラム作成装置
ＡＸ 回転軸中心
Ｂ ベース
Ｍ 被測定物
Ｌ 照明光束

本発明の第１の態様に従えば、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターン像を検出する撮像装置とを含むプローブと、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させることが可能であり、かつ、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることが可能な移動機構と、前記移動機構により前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させつつ、前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させながら、異なる領域に前記被測定物に投影されたパターン像を投影光学系により投影させて、前記パターン像を前記撮像装置により検出させるように制御する制御部と、前記被測定物の初期測定範囲を設定する初期測定範囲設定部と、前記初期測定範囲設定部で設定された初期測定範囲を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定範囲を設定する実測定範囲設定部とを有し、前記実測定範囲設定部は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記初期測定範囲よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記初期測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定し、前記制御部は、前記実測定開始位置から又は前記実測定終了位置までにおける前記移動機構に対する制御を、前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させつつ、前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させるように行う形状測定装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターンの像を検出する撮像装置とを含むプローブと、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させつつ、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、前記プローブに対して前記被測定物を相対的に回転した場合における、前記被測定物と前記プローブとの相対的な移動量を、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する近傍領域から前記回転軸までの距離と、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する遠隔領域から前記回転軸までの距離とに応じて制御する、又は、前記パターンまたは前記線状の走査範囲を前記回転軸と実質的に交差する線又は前記回転軸に平行な線に射影した長さに応じて制御する、制御部と、を有する形状測定装置が提供される。

本発明の第４の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、前記被測定物の初期測定範囲を設定することと、前記初期測定範囲を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定し、かつ前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記初期測定範囲よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、又は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記初期測定範囲よりも、更に回転軸から離れるように設定することと、前記実測定開始位置から前記プローブを前記被測定物に対して回転軸を中心に相対的に回転しながら、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させながら、前記被測定物の形状測定することと、前記実測定開始位置から又は前記実測定終了位置までの、前記プローブと前記被測定物との相対的な移動において、前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させつつ、前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させることと、を含む形状測定方法が提供される。

本発明の第５の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させつつ、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させ、かつ前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させながら、異なる領域に前記被測定物に投影されたパターン像を投影させて、前記パターン像を検出させることと、前記プローブに対して前記被測定物を相対的に回転した場合における、前記被測定物と前記プローブとの相対的な移動量を、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する近傍領域から前記回転軸までの距離と、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する遠隔領域から前記回転軸までの距離に応じて制御する、又は、前記パターンまたは前記線状の走査範囲を前記回転軸と実質的に交差する線又は前記回転軸に平行な線に射影した長さに応じて制御することとを含む形状測定方法が提供される。

本発明の第７の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記被測定物の初期測定範囲を設定することと、前記初期測定範囲を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定し、かつ前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記初期測定範囲よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、又は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記初期測定範囲よりも、更に回転軸から離れるように設定することと、前記実測定開始位置から前記プローブを前記被測定物に対して回転軸を中心に相対的に回転しながら、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させながら、前記被測定物の形状測定することと、前記実測定開始位置から又は前記実測定終了位置までの、前記プローブと前記被測定物との相対的な移動において、前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させつつ、前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させることと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。

本発明の第８の態様に従えば、プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させつつ、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、前記回転軸を中心に前記プローブに対して相対的に前記被測定物を回転させ、かつ前記回転方向に対して交差する方向に前記プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させながら、異なる領域に前記被測定物に投影されたパターン像を投影させて、前記パターン像を検出させることと、前記プローブに対して前記被測定物を相対的に回転した場合における、前記被測定物と前記プローブとの相対的な移動量を、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する近傍領域から前記回転軸までの距離と、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の、前記回転軸に対する遠隔領域から前記回転軸までの距離とに応じて制御する、又は、前記パターンまたは前記線状の走査範囲を前記回転軸と実質的に交差する線又は前記回転軸に平行な線に射影した長さに応じて制御することと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。

Claims (30)

1. 被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターン像を検出する撮像装置とを含むプローブと、
   前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記被測定物の測定領域を設定する測定領域設定部と、
   前記測定領域設定部で設定された測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定する実測定領域設定部とを有し、
   前記実測定領域設定部は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、
   または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定する形状測定装置。
2. 前記実測定領域設定部は、前記回転軸に対する前記ライン状のパターンの向きまたは前記線状の走査範囲の長手方向における前記回転軸の近傍領域と遠隔領域の位置の差に応じて、前記測定範囲の外側にも前記実測定領域を設定する請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記実測定領域設定部は、前記回転軸に対する前記ライン状のパターンまたは前記線状の走査領域の近傍領域と遠隔領域との距離の差に基づいて、
   前記実測定開始位置または実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定範囲よりも、更に前記回転軸に近い位置に設定し、
   あるいは、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れた位置に設定する形状測定装置。
4. 更に、前記移動機構を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記被測定物に投影された場合の前記パターンまたは前記線状の走査範囲と前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御する形状測定装置。
5. 前記制御部は、前記ライン状のパターンの前記被測定物上への投影位置または前記線状の走査範囲に関する前記被測定物上での位置に基づき設定された、前記ライン状のパターンの方向または前記線状の走査範囲の長手方向に応じて、前記回転方向に交差する方向に前記被測定物と前記プローブとを相対的に移動する移動量を制御する請求項１から４のうちいずれか一項に記載の形状測定装置。
6. 被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記被測定物の表面へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影する投影光学系と、前記被測定物に投影されたパターンの像を検出する撮像装置とを含むプローブと、
   前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御する制御部と、を有する形状測定装置。
7. 前記制御部は、前記プローブに対して前記被測定物を相対的に所定角度回転した場合における、前記被測定物と前記プローブとの前記交差する方向への相対的な移動量を、前記パターンまたは前記走査範囲と、前記回転軸との相対位置関係に応じて算出する請求項６に記載の形状測定装置。
8. 前記制御部は、
   前記被測定物に投影された場合における、前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸に対する近傍領域と遠隔領域との位置の差に応じて、前記移動機構を制御する制御部と、を有する請求項７に記載の形状測定装置。
9. 前記制御部は、前記近傍領域を、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸に対して最も近い部分の位置とし、前記遠隔領域を、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸に対して最も遠い部分の位置として設定する請求項８に記載の形状測定装置。
10. 前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸に対する近傍領域と遠隔領域との差は、
    前記被測定物に投影される前記パターンまたは前記走査範囲の長手方向における一方の端部と他方の端部のそれぞれの前記回転軸からの距離の差から取得する請求項１に記載の形状測定装置。
11. 前記パターンまたは前記線上の走査範囲のいずれか一方の射影した長さを求めるときに用いる前記回転軸と実質的に交差する線又は前記回転軸に平行な線と、前記実測定領域における前記回転軸中心に最も近い位置と最も遠い位置を射影したときの長さを求めるときに用いる前記回転軸と実質的に交差する線又は前記回転軸に平行な線は、共通の円筒面、円錐面又は前記回転軸に直交する平面内にある請求項１０に記載の形状測定装置。
12. 前記パターンまたは前記線上の走査範囲を射影した長さは、前記被測定物に投影される前記パターンの長手方向における一方の端部と他方の端部のそれぞれの前記回転軸からの距離の差から取得する請求項１０または１１に記載の形状測定装置。
13. 前記パターンまたは前記線状の走査範囲を射影した長さは、前記パターンまたは走査範囲を通過し前記回転軸と実質的に交差する直線または前記回転軸に平行な直線と前記パターンまたは前記線状の走査範囲のなす角をθとしたとき、前記被測定物に投影される前記パターンの長さもしくは前記線状の走査範囲の長さにｃｏｓθを乗算して算出した長さである請求項１０または１１に記載の形状測定装置。
14. 前記制御部は、前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の長さと、前記被測定物の実測定領域における前記回転軸中心に最も近い位置から最も遠い位置の長さに応じて、前記被測定物の実測定領域を測定するのに必要な前記移動機構による回転回数を算出する請求項６に記載の形状測定装置。
15. 前記移動機構は、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転する回転機構と、前記被測定物と前記プローブとを相対的に前記径方向に移動させる直動機構を有し、
    前記制御部は、前記算出された前記被測定物の回転回数に応じて、前記回転機構が１回転するときの、前記直動機構による移動ピッチ量を設定する請求項１４に記載の形状測定装置。
16. 前記制御部は、前記被測定物の形状の一部の領域を測定するために設定された初期測定範囲を基に、前記実測定開始位置及び前記実測定終了位置を含む前記実測定領域を設定する実測定領域設定部を有し、
    前記実測定領域設定部は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち前記回転軸中心の近くに設定された位置を、前記初期測定範囲における前記被測定物の一部の領域を測定するときの前記回転軸に最も近い測定位置よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定し、かつ前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に設定された位置を、前記被測定物の一部の領域を測定するときの前記回転軸に最も遠い測定位置よりも、前記径方向のより外側に設定する請求項１５に記載の形状測定装置。
17. 前記被測定物は、円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有し、
    前記被測定物の一部の領域は、前記被測定物の繰り返し形状の１つの形状の長手方向に沿って設定する請求項１または６に記載の形状測定装置。
18. 前記制御部は、前記被測定物に対して前記パターンが移動する回転線速度を一定とし、かつ、前記被測定物と前記プローブとを前記径方向に移動させる相対移動速度を一定とする請求項６から１６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
19. 前記制御部は、前記被測定物と前記プローブとを前記径方向に移動させる相対移動速度を、前記径方向の最外周を移動する際の前記パターンと前記径方向の最外周から一周内側を移動する際の前記パターンとの重なり量または最内周を移動する際の前記パターンと最内周から一周外側を移動する際の前記パターンとの重なり量が設定した値となる速度とする請求項１８に記載の形状測定装置。
20. 前記制御部は、前記被測定物と前記プローブとを前記径方向に移動させる相対移動速度を前記径方向の内側よりも前記径方向の外側を低速とし、かつ前記被測定物と前記プローブとの回転速度を回転線速度一定とするように、前記移動機構を制御する請求項６から１６のいずれか一項に記載の形状測定装置。
21. 利用者に情報を伝達する報知部をさらに有し、
    前記制御部は、前記被測定物の形状を測定する計測時間または回転回数が許容範囲から外れている場合、許容範囲から外れていることを示す情報を前記報知部から報知する請求項１４に記載の形状測定装置。
22. 前記制御部は、設定された回転回数に基づき算出された前記被測定物の形状を測定する計測時間を表示部に表示する請求項１４から２１のいずれか一項に記載の形状測定装置。
23. 前記制御部は、前記プローブにより前記パターンの像を一定のサンプリング間隔で取得し、前記サンプリング間隔で前記被測定物に対して前記パターンが相対的に移動する移動距離が一定となる前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させる回転角速度及び前記被測定物と前記プローブとを前記径方向に移動させる相対移動速度で、前記プローブと前記被測定物とを相対移動させる請求項１から２２のいずれか一項に記載の形状測定装置。
24. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
    前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１または６に記載の形状測定装置と、
    前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。
25. プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、
    前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、
    前記被測定物の測定領域を設定することと、
    前記測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定することと、
    実測定開始位置または実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定すること、又は、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定することと、を含む形状測定方法。
26. プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、
    前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、
    前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御することとを含む形状測定方法。
27. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形することと、
    前記成形された前記構造物の形状を請求項２５または２６の形状測定方法によって測定することと、
    前記測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、
    を含む構造物製造方法。
28. プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物のいずれか一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、
    前記被測定物の測定領域を設定することと、
    前記測定領域を基に、実測定開始位置及び実測定終了位置を含む実測定領域を設定することと、
    前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち回転軸中心の近い方を、前記測定領域よりも、更に前記回転軸に近くなるように設定すること、または、前記実測定開始位置または前記実測定終了位置のうち径方向外側に位置する方を、前記測定範囲よりも、更に回転軸から離れる方向に設定することと、を実行させる形状測定プログラム。
29. プローブから被測定物の表面へライン状のパターンを照射するか又はスポットパターンを少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、前記プローブに前記被測定物に投影されたパターン像を検出させて前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記プローブに対して前記被測定物が回転軸を中心として回転するように、前記被測定物と前記プローブとを相対的に回転させると共に、前記プローブと前記被測定物との少なくとも一方を少なくとも前記相対的に回転する回転方向に対して交差する方向に相対的に移動させることと、
    前記被測定物に投影されたときの前記パターンまたは前記線状の走査範囲の前記回転軸との相対位置関係に応じて、前記移動機構を制御することと、を実行させる形状測定プログラム。
30. 請求項２８又は２９に記載の形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。

Images