形状測定装置
【課題】貫通孔を有するワークを、貫通孔が所定軸方向に平行となるように、短時間で載置可能に構成された形状測定装置を提供する。
【解決手段】形状測定装置は、貫通孔１２ａを有するワーク１２を載置可能に構成され且つＸ軸及びＹ軸に回転可能に構成された回転テーブル１３ａ、貫通孔１２ａの一方側からＺ軸に平行に光を照射する光源１３ｂ、貫通孔１２ａの他方側に配置され且つ貫通孔１２ａを通過した光源１３ｂからの光を受光してその受光した光に基づく輝度を測定するＣＣＤカメラ１８ａ、回転テーブル１３ａによるワーク１２の回転角度をＣＣＤカメラ１８ａにて測定された輝度に基づき制御する制御部３５を備える。制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２を所定角度ずつ回転させる毎に、ＣＣＤカメラ１８ａにより輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度に回転テーブル１３ａの回転角度を設定する。
【解決手段】形状測定装置は、貫通孔１２ａを有するワーク１２を載置可能に構成され且つＸ軸及びＹ軸に回転可能に構成された回転テーブル１３ａ、貫通孔１２ａの一方側からＺ軸に平行に光を照射する光源１３ｂ、貫通孔１２ａの他方側に配置され且つ貫通孔１２ａを通過した光源１３ｂからの光を受光してその受光した光に基づく輝度を測定するＣＣＤカメラ１８ａ、回転テーブル１３ａによるワーク１２の回転角度をＣＣＤカメラ１８ａにて測定された輝度に基づき制御する制御部３５を備える。制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２を所定角度ずつ回転させる毎に、ＣＣＤカメラ１８ａにより輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度に回転テーブル１３ａの回転角度を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式の形状測定装置において、形状測定に用いられる接触式プローブは、鉛直下方に延びる棒状のスタイラス、及びスタイラスの下端に設けられた接触子を有する。測定時、接触子がワーク（被測定物）の近傍に位置するように、スタイラスは、その姿勢を保持したまま、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に走査される。形状測定装置は、接触子がワークに接触した位置情報を収集し、それら位置情報に基づきワークの形状を求める。
【０００３】
接触式プローブは、上記のような構成を有しているため、ワークの孔の内面形状を測定する場合、その孔がスタイラスの軸と平行となるように、ワークが載置されている必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ワークの水平出し（レベリング）を行う方法が、開示されている。特許文献１に記載の方法は、接触式プローブによりワークの真円度を測定し、その真円度に基づき、ワークの水平出しを行うものである。ここで、例えば、ワークは、その水平面に垂直な方向に延びる貫通孔を有しているものとする。このような場合、上記方法による水平出しと同時に、ワークの貫通孔は、スタイラスの軸と平行にすることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、真円度を正確に測定する必要があり、ワークの水平出しに多くの時間を要する。また、特許文献１に記載の方法では、測定対象のワークは、その貫通孔が水平面に対して垂直に設けられた円柱状に限られてしまう。
【０００７】
真円度を測定することなく、貫通孔の口元を接触プローブにて測定し、貫通孔をスタイラスの軸と平行にする方法も考えられるが、その処理には多くの時間を要する。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、短時間で貫通孔を有するワークを、その貫通孔が所定軸方向に平行となるように、載置可能に構成された形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的の達成のため、本発明に係る形状測定装置は、第１軸に平行に延びるスタイラスと、当該スタイラスの先端に設けられた接触子とを備え、前記接触子とワークとの接触に基づき前記ワークの形状を測定する形状測定装置であって、貫通孔を有する前記ワークを載置可能に構成され且つ前記第１軸に直交する軸周りに回転可能に構成された回転台と、前記貫通孔の一方側から前記第１軸に平行に光を照射する光源と、前記貫通孔の他方側に配置され且つ前記貫通孔を通過した前記光源からの光を受光して当該受光した光に基づく輝度を測定する受光部と、前記回転台の回転角度を前記受光部にて測定された輝度に基づき制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記回転台により前記ワークを所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の回転角度を設定することを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、輝度が最大となる角度に回転台の回転角度を設定することによって、貫通孔を第１軸方向に平行となるようにワークを配置することができる。
【００１１】
前記回転台は、前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、前記制御部は、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第２軸周りの回転角度を設定した後、前記回転台により前記ワークを前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第３軸周りの回転角度を設定する構成としてもよい。
【００１２】
また、前記回転台は、前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、前記制御部は、前記第２軸周りの回転角を表す第２角度軸及び当該第２角度軸に直交するように表され且つ前記第３軸周りの回転角を表す第３角度軸にて構成される回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周り及び前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第１軸周り及び前記第２軸周りの回転角度を設定する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短時間で貫通孔を有するワークを、その貫通孔が所定軸方向に平行となるように、載置可能に構成された形状測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明に係る形状測定装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
（第１実施形態に係る形状測定装置の構成）
図１は、本実施形態に係る形状測定装置（三次元測定装置）の全体構成を示す斜視図である。この形状測定装置は、非接触型の測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。
【００１６】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４、１５が固定されており、この支持アーム１４、１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８ａが測定テーブル１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８ａのＺ軸（第１軸）方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構と、撮影位置でのＣＣＤカメラ１８ａのＺ方向の位置を検知する位置センサ１９が内蔵されている。
【００１７】
さらに、撮像ユニット１７の下方には、接触式プローブユニット１８ｂが設けられている。図２は、後述する回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。接触式プローブユニット１８ｂは、図２に示すように、Ｚ軸方向に平行に延びる棒状のスタイラス１８ｂａ、及びスタイラス１８ｂａの下方先端に設けられた接触子１８ｂｂを有する。接触式プローブユニット１８ｂは、スタイラス１８ｂａ及び接触子１８ｂｂをＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸に移動可能に構成されている。接触式プローブユニット１８ｂは、接触子１８ｂｂがワーク１２に接触することによりその位置情報を取得する。
【００１８】
測定テーブル１３は、図２に示すように、Ｚ軸方向に平行にその上方に光を照射する光源１３ｂを有する。例えば、測定テーブル１３は、光を透過する透明あるいは半透明の筐体であって、光源１３ｂは、そのテーブル１３の内部に設けられている。
【００１９】
ワーク１２は、図２に示すように、ステージ１３上に載置された回転テーブル１３ａに取り付けられている。ワーク１２は、円柱状であり、その中心に貫通孔１２ａを有する。
【００２０】
回転テーブル１３ａは、その上面にワーク１２を取り付け可能に構成されている。回転テーブル１３ａは、Ｚ軸に直交するＸ軸周り及びＹ軸周りに回転可能に構成されている。つまり、回転テーブル１３ａは、その上面に取り付けたワーク１２を回転させ、ＸＹ平面に対して傾斜可能に構成されている。このような回転テーブル１３ａの動作は、後述するＣＰＵ（制御部）３５の制御に従って行われる。なお、回転テーブル１３ａは、例えば透明あるいは半透明で構成され、光源１３ｂからの光を透過するように構成されている。
【００２１】
回転テーブル１３ａを透過した光は、図２に示すように、ワーク１２の貫通孔１２ａを介してＣＣＤカメラ１８ａに照射される。ＣＣＤカメラ１８ａは、光学系１８ａａ、及び光学系１８ａａを介した光を受光する受光素子１８ａｂにて構成されている。
【００２２】
コンピュータシステム２は、図１に示すように、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２３、マウス２４及びＣＲＴ２５を備えて構成されている。コンピュータ本体２１は、例えば図３に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１８ａから入力されるワーク１２の画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆと呼ぶ）３１を介して画像メモリ３２に格納される。
【００２３】
また、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク１２のＣＡＤデータは、例えば、ＣＡＤデータによるオフラインティーチングが実行される場合、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ（制御部）３５に入力され、ＣＰＵ３５でビットマップの画像情報に展開された後、画像メモリ３２に格納される。画像メモリ３２に格納された画像情報は、表示制御部３６を介してＣＲＴ２５に表示される。
【００２４】
一方、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３８からＩ／Ｆ３９を介してＲＡＭ４０に格納された測定実行プログラム、貫通孔の垂直出し実行プログラム等の各種制御プログラムに従って、測定実行処理、貫通孔の垂直出し処理等を実行する。
【００２５】
ここで、貫通孔の垂直出し処理とは、ワーク１２の貫通孔１２ａがＺ軸（垂直方向）に平行となるようにワーク１２を配置する処理を意味する。
【００２６】
ＣＰＵ３５は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介して測定機本体１（撮像ユニット１７、接触式プローブユニット１８ｂ）を制御する。ＣＰＵ３５は、貫通孔の垂直出し処理に従って、Ｉ／Ｆ４２を介して回転テーブル１３ａを制御する。ＣＰＵ３５は、回転テーブル１３ａの回転角度を撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）にて測定された輝度に基づき制御する。ＣＰＵ３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２を所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度に回転テーブル１３ａの回転角度を設定する。
【００２７】
ＨＤＤ３８は、ＣＡＤデータ、測定実行プログラム、貫通孔の垂直出し実行プログラム等の各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。ＣＰＵ３５は、ＨＤＤ３８に格納された各種制御プログラムに従って、各種の処理を実行する。
【００２８】
（第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理）
次に、図４〜図７を参照して形状測定装置（三次元測定装置）による貫通孔の垂直出し処理について説明する。図４は、貫通孔の垂直出しの処理を示すフローチャートである。図５は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を示す図である。図６及び図７は、貫通孔の垂直出し処理に係るＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間及びそれらに対応する輝度を示す図である。なお、貫通孔の垂直出し処理が実行される前、回転テーブル１３ａのＸ軸及びＹ軸周りの回転角は、原点（０°，０°）に設定されているものとする。
【００２９】
先ず、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を初期角度−θ１だけ回転させる（ステップＳ１０１）。続いて、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を＋φ１回転させる（ステップＳ１０２）。次に、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｘｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する（ステップＳ１０３）。続いて、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部３５は、図５に示すように、Ｘ軸周りの回転角が最終角度＋θ１になっていれば、所定範囲に亘るＸ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００３０】
ステップＳ１０４において、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ１０４，Ｎ）、再びステップＳ１０２からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ１０４，Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を示すＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１を特定する（ステップＳ１０５）。例えば、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｘｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図６に示すように、Ｘ軸周りの回転角−θ１〜＋θ１に亘って一つのピークをもつ形状となる。そのピークにおけるＸ軸周りの回転角が、Ｘ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１となる。
【００３１】
続いて、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角をＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１に設定する（ステップＳ１０６）。
【００３２】
ステップＳ１０６に続き、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を初期角度−θ２だけ回転させる（ステップＳ１０７）。続いて、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を＋φ２回転させる（ステップＳ１０８）。次に、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する（ステップＳ１０９）。続いて、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。例えば、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角が最終角度＋θ２になっていれば、所定範囲に亘るＹ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００３３】
ステップＳ１０９において、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ１１０，Ｎ）、再びステップＳ１０８からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ１１０，Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を示すＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔを特定する（ステップＳ１１１）。例えば、Ｙ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図７に示すように、Ｙ軸周りの回転角−θ２〜＋θ２に亘って一つのピークをもつ形状となる。そのピークにおけるＹ軸周りの回転角が、Ｙ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１となる。
【００３４】
続いて、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角をＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１に設定する（ステップＳ１１２）。上記ステップＳ１０６、及びステップＳ１１２において設定したＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１、及びＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１にて、ワーク１２の貫通孔１２ａは、Ｚ軸に平行となる。以上で、制御部３５は、第１実施形態の形状測定装置による貫通孔の垂直出し処理を終了する。
【００３５】
上記ステップＳ１０１〜Ｓ１１２を要約すると、制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度Ｘｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角度を設定する。その後、制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度Ｙｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角度を設定する。
【００３６】
上記の貫通孔の垂直出し処理終了の後、制御部３５は、接触式プローブユニット１８ｂにてワーク１２の貫通孔１２ａの内径の形状を測定する。
【００３７】
（第１実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、第１実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。上記第１実施形態に係る形状測定装置は、ワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光の輝度情報に基づき、ワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。したがって、第１実施形態に係る形状測定装置は、貫通孔の垂直出し処理に、接触式プローブユニット１８ｂを用いる必要がないので、短時間でその処理を実行することができる。また、ワーク１２は、貫通孔を有していればよく、第１実施形態に係る形状測定装置は、様々な形状のワークに対応して貫通孔の垂直出し処理を実行可能である。さらに、第１実施形態に係る形状測定装置は、貫通孔の垂直出し処理において、接触式プローブユニット１８ｂを用いる必要がないため、その接触式プローブユニット１８ｂ及びワーク１２を破損する虞がない。
【００３８】
上述した第１実施形態では、ワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度Ｘｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角度を設定し、その後、ワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度Ｙｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角度を設定するようにしていたが、ワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度を特定し、特定した角度を含むその周辺角度について再度Ｘ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に輝度を測定し、測定した輝度が最大となる角度にＸ軸周りの回転角度を設定し、その後、ワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度を特定し、特定した角度を含むその周辺角度について再度Ｙ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に輝度を測定し、測定した輝度が最大となる角度にＹ軸周りの回転角度を設定するようにしてもよい。すなわち、Ｘ軸周りの測定（ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）を角度範囲を狭めながら複数回実行し、最後に測定した際に最大輝度となった角度にＸ軸周りの回転角度を設定し、Ｙ軸周りの測定（ステップＳ１０８〜Ｓ１１１）を角度範囲を狭めながら複数回実行し、最後に測定した際に最大輝度となった角度にＹ軸周りの回転角度を設定するようにしてもよい。このように構成すれば、さらに高精度でワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。なお、Ｘ軸周りの測定またはＹ軸周りの測定のいずれか一方のみを複数回実行するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した第１実施形態では、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方を測定する構成としていたが、いずれか一方のみを測定するようにしてもよい。このように構成した場合であっても、ワーク１２の種類によっては十分な精度で垂直出しをすることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
（第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理）
次に、図８〜図１０を参照して、第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理について説明する。図８は、第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。図９は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を示す図である。図１０は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間及びそれらに対応する輝度を示す図である。なお、貫通孔の垂直出し処理が実行される前、回転テーブル１３ａのＸ軸及びＹ軸周りの回転角は、原点（０°，０°）に設定されているものとする。
【００４１】
第２実施形態に係る形状測定装置において、その構成は、第１実施形態と同様であり、その貫通孔の垂直出し処理が、第１実施形態の処理と異なる。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成及び処理については、その説明を省略する。
【００４２】
先ず、制御部３５は、図９に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を初期角度＋θ３１だけ回転させる（ステップＳ２０１）。
【００４３】
次に、制御部３５は、図９に示すように回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を所定角度だけ回転させる（ステップＳ２０２）。ここで、回転角度面とは、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を表すＸ角度軸及びそのＸ角度軸に直交するように表され且つＹ軸周りの回転角を表すＹ角度軸にて構成される面を示す。
【００４４】
続いて、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｘｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する。次に、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。例えば、ステップＳ２０４にて、図９に示すように、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角が＋θ３２となり、Ｙ軸周りの回転角が０°となれば、Ｘ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００４５】
ここで、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ２０４、Ｎ）、再びステップＳ２０２からの処理を繰り返し行う。一方、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ２０４、Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転角を示す、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）を特定する（ステップＳ２０５）。例えば、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｘｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図１０に示すように、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転角（＋θ３１、０）〜（＋θ３２、０）に亘って複数のピークをもつ波形状となる。そのピークの一つである最大輝度を有するＸ軸周り及びＹ軸周りの回転角が、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）となる。
【００４６】
続いて、制御部３５は、図９に示すように、Ｘ軸周り、及びＹ軸周りの回転角を２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）に設定する（ステップＳ２０６）。上記ステップＳ２０６において設定した２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）にて、ワーク１２の貫通孔１２ａは、Ｚ軸に平行となる。以上で、制御部３５は、第２実施形態の形状測定装置による貫通孔の垂直出し処理を終了する。
【００４７】
上記ステップＳ２０１〜Ｓ２０６を要約すると、制御部３５は、回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＸ軸周り及びＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）に回転テーブル１３ａのＸ軸周り及びＹ軸周りの回転角度を設定する。
【００４８】
上記の貫通孔の垂直出し処理終了の後、制御部３５は、接触式プローブユニット１８ｂにてワーク１２の貫通孔１２ａの内径の形状を測定する。
【００４９】
（第２実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、第２実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態と同様に、ワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光の輝度に基づき、ワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。さらに、第２実施形態に係る形状測定装置は、回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くようにＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を所定角度に回転して、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）を求める。したがって、第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態よりも高い精度で貫通孔の垂直出し処理を実行することができる。
【００５０】
［第３実施形態］
次に、図１１を参照して、第３実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理について説明する。第３実施形態に係る形状測定装置において、その構成は、第１及び第２実施形態と同様であり、その貫通孔の垂直出し処理が、第１及び第２実施形態の処理と異なる。なお、第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同一の構成及び処理については、その説明を省略する。
【００５１】
第３実施形態において、制御部３５は、図１１に示すように、第２実施形態に係る処理（ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６）を実行した後、第１実施形態に係る処理（ステップＳ１０１〜ステップＳ１１２）を実行する。
【００５２】
（第３実施形態に係る形状測定装置の効果）
第３実施形態に係る形状測定装置において、制御部３５は、第１実施形態及び第２実施形態の処理を実行する。したがって、第３実施形態に係る形状測定装置は、第１及び第２実施形態よりも高い精度で貫通孔の垂直出し処理を行うことができる。
【００５３】
［その他実施形態］
以上、形状測定装置を一例として実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、本実施形態におけるワーク１２は、円筒状に限られるものではない。例えば、図１２に示すように、キャップ状であって、貫通孔１２ｃを有するワーク１２ｂにも適応させることができる。この場合、光源１３ｂの代わりに光ファイバ１３ｃを用いる。つまり、光ファイバ１３ｃ先端からの光が撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）へと照射されるように、キャップ状のワーク１２ｂの内側に光ファイバ１３ｃの先端を配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る画像測定装置におけるコンピュータ本体２１の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理における回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り走査時間、及びその走査時間における輝度を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＹ軸周り走査時間、及びその走査時間における輝度を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理における回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間、及びそれらの走査時間における輝度を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１３ａ…回転テーブル、１４、１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７…撮像ユニット、１８ａ…ＣＣＤカメラ、１８ｂ…接触式プローブユニット、１９…位置センサ、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティックボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴ、３１、３３、３４、３９、４１、４２…Ｉ／Ｆ、３２…画像メモリ、３５…ＣＰＵ（制御部）、３６…表示制御部、３７…ＲＯＭ、３８…ＨＤＤ、４０…ＲＡＭ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式の形状測定装置において、形状測定に用いられる接触式プローブは、鉛直下方に延びる棒状のスタイラス、及びスタイラスの下端に設けられた接触子を有する。測定時、接触子がワーク（被測定物）の近傍に位置するように、スタイラスは、その姿勢を保持したまま、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に走査される。形状測定装置は、接触子がワークに接触した位置情報を収集し、それら位置情報に基づきワークの形状を求める。
【０００３】
接触式プローブは、上記のような構成を有しているため、ワークの孔の内面形状を測定する場合、その孔がスタイラスの軸と平行となるように、ワークが載置されている必要がある。
【０００４】
特許文献１には、ワークの水平出し（レベリング）を行う方法が、開示されている。特許文献１に記載の方法は、接触式プローブによりワークの真円度を測定し、その真円度に基づき、ワークの水平出しを行うものである。ここで、例えば、ワークは、その水平面に垂直な方向に延びる貫通孔を有しているものとする。このような場合、上記方法による水平出しと同時に、ワークの貫通孔は、スタイラスの軸と平行にすることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、真円度を正確に測定する必要があり、ワークの水平出しに多くの時間を要する。また、特許文献１に記載の方法では、測定対象のワークは、その貫通孔が水平面に対して垂直に設けられた円柱状に限られてしまう。
【０００７】
真円度を測定することなく、貫通孔の口元を接触プローブにて測定し、貫通孔をスタイラスの軸と平行にする方法も考えられるが、その処理には多くの時間を要する。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、短時間で貫通孔を有するワークを、その貫通孔が所定軸方向に平行となるように、載置可能に構成された形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的の達成のため、本発明に係る形状測定装置は、第１軸に平行に延びるスタイラスと、当該スタイラスの先端に設けられた接触子とを備え、前記接触子とワークとの接触に基づき前記ワークの形状を測定する形状測定装置であって、貫通孔を有する前記ワークを載置可能に構成され且つ前記第１軸に直交する軸周りに回転可能に構成された回転台と、前記貫通孔の一方側から前記第１軸に平行に光を照射する光源と、前記貫通孔の他方側に配置され且つ前記貫通孔を通過した前記光源からの光を受光して当該受光した光に基づく輝度を測定する受光部と、前記回転台の回転角度を前記受光部にて測定された輝度に基づき制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記回転台により前記ワークを所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の回転角度を設定することを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、輝度が最大となる角度に回転台の回転角度を設定することによって、貫通孔を第１軸方向に平行となるようにワークを配置することができる。
【００１１】
前記回転台は、前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、前記制御部は、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第２軸周りの回転角度を設定した後、前記回転台により前記ワークを前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第３軸周りの回転角度を設定する構成としてもよい。
【００１２】
また、前記回転台は、前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、前記制御部は、前記第２軸周りの回転角を表す第２角度軸及び当該第２角度軸に直交するように表され且つ前記第３軸周りの回転角を表す第３角度軸にて構成される回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周り及び前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第１軸周り及び前記第２軸周りの回転角度を設定する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短時間で貫通孔を有するワークを、その貫通孔が所定軸方向に平行となるように、載置可能に構成された形状測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明に係る形状測定装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
（第１実施形態に係る形状測定装置の構成）
図１は、本実施形態に係る形状測定装置（三次元測定装置）の全体構成を示す斜視図である。この形状測定装置は、非接触型の測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。
【００１６】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４、１５が固定されており、この支持アーム１４、１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８ａが測定テーブル１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８ａのＺ軸（第１軸）方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構と、撮影位置でのＣＣＤカメラ１８ａのＺ方向の位置を検知する位置センサ１９が内蔵されている。
【００１７】
さらに、撮像ユニット１７の下方には、接触式プローブユニット１８ｂが設けられている。図２は、後述する回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。接触式プローブユニット１８ｂは、図２に示すように、Ｚ軸方向に平行に延びる棒状のスタイラス１８ｂａ、及びスタイラス１８ｂａの下方先端に設けられた接触子１８ｂｂを有する。接触式プローブユニット１８ｂは、スタイラス１８ｂａ及び接触子１８ｂｂをＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸に移動可能に構成されている。接触式プローブユニット１８ｂは、接触子１８ｂｂがワーク１２に接触することによりその位置情報を取得する。
【００１８】
測定テーブル１３は、図２に示すように、Ｚ軸方向に平行にその上方に光を照射する光源１３ｂを有する。例えば、測定テーブル１３は、光を透過する透明あるいは半透明の筐体であって、光源１３ｂは、そのテーブル１３の内部に設けられている。
【００１９】
ワーク１２は、図２に示すように、ステージ１３上に載置された回転テーブル１３ａに取り付けられている。ワーク１２は、円柱状であり、その中心に貫通孔１２ａを有する。
【００２０】
回転テーブル１３ａは、その上面にワーク１２を取り付け可能に構成されている。回転テーブル１３ａは、Ｚ軸に直交するＸ軸周り及びＹ軸周りに回転可能に構成されている。つまり、回転テーブル１３ａは、その上面に取り付けたワーク１２を回転させ、ＸＹ平面に対して傾斜可能に構成されている。このような回転テーブル１３ａの動作は、後述するＣＰＵ（制御部）３５の制御に従って行われる。なお、回転テーブル１３ａは、例えば透明あるいは半透明で構成され、光源１３ｂからの光を透過するように構成されている。
【００２１】
回転テーブル１３ａを透過した光は、図２に示すように、ワーク１２の貫通孔１２ａを介してＣＣＤカメラ１８ａに照射される。ＣＣＤカメラ１８ａは、光学系１８ａａ、及び光学系１８ａａを介した光を受光する受光素子１８ａｂにて構成されている。
【００２２】
コンピュータシステム２は、図１に示すように、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２３、マウス２４及びＣＲＴ２５を備えて構成されている。コンピュータ本体２１は、例えば図３に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１８ａから入力されるワーク１２の画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆと呼ぶ）３１を介して画像メモリ３２に格納される。
【００２３】
また、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク１２のＣＡＤデータは、例えば、ＣＡＤデータによるオフラインティーチングが実行される場合、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ（制御部）３５に入力され、ＣＰＵ３５でビットマップの画像情報に展開された後、画像メモリ３２に格納される。画像メモリ３２に格納された画像情報は、表示制御部３６を介してＣＲＴ２５に表示される。
【００２４】
一方、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３８からＩ／Ｆ３９を介してＲＡＭ４０に格納された測定実行プログラム、貫通孔の垂直出し実行プログラム等の各種制御プログラムに従って、測定実行処理、貫通孔の垂直出し処理等を実行する。
【００２５】
ここで、貫通孔の垂直出し処理とは、ワーク１２の貫通孔１２ａがＺ軸（垂直方向）に平行となるようにワーク１２を配置する処理を意味する。
【００２６】
ＣＰＵ３５は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介して測定機本体１（撮像ユニット１７、接触式プローブユニット１８ｂ）を制御する。ＣＰＵ３５は、貫通孔の垂直出し処理に従って、Ｉ／Ｆ４２を介して回転テーブル１３ａを制御する。ＣＰＵ３５は、回転テーブル１３ａの回転角度を撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）にて測定された輝度に基づき制御する。ＣＰＵ３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２を所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度に回転テーブル１３ａの回転角度を設定する。
【００２７】
ＨＤＤ３８は、ＣＡＤデータ、測定実行プログラム、貫通孔の垂直出し実行プログラム等の各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。ＣＰＵ３５は、ＨＤＤ３８に格納された各種制御プログラムに従って、各種の処理を実行する。
【００２８】
（第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理）
次に、図４〜図７を参照して形状測定装置（三次元測定装置）による貫通孔の垂直出し処理について説明する。図４は、貫通孔の垂直出しの処理を示すフローチャートである。図５は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を示す図である。図６及び図７は、貫通孔の垂直出し処理に係るＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間及びそれらに対応する輝度を示す図である。なお、貫通孔の垂直出し処理が実行される前、回転テーブル１３ａのＸ軸及びＹ軸周りの回転角は、原点（０°，０°）に設定されているものとする。
【００２９】
先ず、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を初期角度−θ１だけ回転させる（ステップＳ１０１）。続いて、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を＋φ１回転させる（ステップＳ１０２）。次に、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｘｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する（ステップＳ１０３）。続いて、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部３５は、図５に示すように、Ｘ軸周りの回転角が最終角度＋θ１になっていれば、所定範囲に亘るＸ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００３０】
ステップＳ１０４において、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ１０４，Ｎ）、再びステップＳ１０２からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ１０４，Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を示すＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１を特定する（ステップＳ１０５）。例えば、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｘｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図６に示すように、Ｘ軸周りの回転角−θ１〜＋θ１に亘って一つのピークをもつ形状となる。そのピークにおけるＸ軸周りの回転角が、Ｘ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１となる。
【００３１】
続いて、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角をＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１に設定する（ステップＳ１０６）。
【００３２】
ステップＳ１０６に続き、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を初期角度−θ２だけ回転させる（ステップＳ１０７）。続いて、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を＋φ２回転させる（ステップＳ１０８）。次に、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する（ステップＳ１０９）。続いて、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。例えば、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角が最終角度＋θ２になっていれば、所定範囲に亘るＹ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００３３】
ステップＳ１０９において、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ１１０，Ｎ）、再びステップＳ１０８からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ１１０，Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角を示すＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔを特定する（ステップＳ１１１）。例えば、Ｙ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図７に示すように、Ｙ軸周りの回転角−θ２〜＋θ２に亘って一つのピークをもつ形状となる。そのピークにおけるＹ軸周りの回転角が、Ｙ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１となる。
【００３４】
続いて、制御部３５は、図５に示すように、回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角をＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１に設定する（ステップＳ１１２）。上記ステップＳ１０６、及びステップＳ１１２において設定したＸ軸輝度最大角度Ｘｒｏｔ１、及びＹ軸輝度最大角度Ｙｒｏｔ１にて、ワーク１２の貫通孔１２ａは、Ｚ軸に平行となる。以上で、制御部３５は、第１実施形態の形状測定装置による貫通孔の垂直出し処理を終了する。
【００３５】
上記ステップＳ１０１〜Ｓ１１２を要約すると、制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度Ｘｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角度を設定する。その後、制御部３５は、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度Ｙｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角度を設定する。
【００３６】
上記の貫通孔の垂直出し処理終了の後、制御部３５は、接触式プローブユニット１８ｂにてワーク１２の貫通孔１２ａの内径の形状を測定する。
【００３７】
（第１実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、第１実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。上記第１実施形態に係る形状測定装置は、ワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光の輝度情報に基づき、ワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。したがって、第１実施形態に係る形状測定装置は、貫通孔の垂直出し処理に、接触式プローブユニット１８ｂを用いる必要がないので、短時間でその処理を実行することができる。また、ワーク１２は、貫通孔を有していればよく、第１実施形態に係る形状測定装置は、様々な形状のワークに対応して貫通孔の垂直出し処理を実行可能である。さらに、第１実施形態に係る形状測定装置は、貫通孔の垂直出し処理において、接触式プローブユニット１８ｂを用いる必要がないため、その接触式プローブユニット１８ｂ及びワーク１２を破損する虞がない。
【００３８】
上述した第１実施形態では、ワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度Ｘｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角度を設定し、その後、ワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度Ｙｒｏｔ１に回転テーブル１３ａのＹ軸周りの回転角度を設定するようにしていたが、ワーク１２をＸ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度を特定し、特定した角度を含むその周辺角度について再度Ｘ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に輝度を測定し、測定した輝度が最大となる角度にＸ軸周りの回転角度を設定し、その後、ワーク１２をＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に測定した輝度が最大となる角度を特定し、特定した角度を含むその周辺角度について再度Ｙ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に輝度を測定し、測定した輝度が最大となる角度にＹ軸周りの回転角度を設定するようにしてもよい。すなわち、Ｘ軸周りの測定（ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）を角度範囲を狭めながら複数回実行し、最後に測定した際に最大輝度となった角度にＸ軸周りの回転角度を設定し、Ｙ軸周りの測定（ステップＳ１０８〜Ｓ１１１）を角度範囲を狭めながら複数回実行し、最後に測定した際に最大輝度となった角度にＹ軸周りの回転角度を設定するようにしてもよい。このように構成すれば、さらに高精度でワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。なお、Ｘ軸周りの測定またはＹ軸周りの測定のいずれか一方のみを複数回実行するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した第１実施形態では、Ｘ軸周りとＹ軸周りの両方を測定する構成としていたが、いずれか一方のみを測定するようにしてもよい。このように構成した場合であっても、ワーク１２の種類によっては十分な精度で垂直出しをすることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
（第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理）
次に、図８〜図１０を参照して、第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理について説明する。図８は、第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。図９は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を示す図である。図１０は、貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間及びそれらに対応する輝度を示す図である。なお、貫通孔の垂直出し処理が実行される前、回転テーブル１３ａのＸ軸及びＹ軸周りの回転角は、原点（０°，０°）に設定されているものとする。
【００４１】
第２実施形態に係る形状測定装置において、その構成は、第１実施形態と同様であり、その貫通孔の垂直出し処理が、第１実施形態の処理と異なる。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成及び処理については、その説明を省略する。
【００４２】
先ず、制御部３５は、図９に示すように、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を初期角度＋θ３１だけ回転させる（ステップＳ２０１）。
【００４３】
次に、制御部３５は、図９に示すように回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を所定角度だけ回転させる（ステップＳ２０２）。ここで、回転角度面とは、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角を表すＸ角度軸及びそのＸ角度軸に直交するように表され且つＹ軸周りの回転角を表すＹ角度軸にて構成される面を示す。
【００４４】
続いて、制御部３５は、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）によりワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光を受光させ、その受光された光に基づく輝度情報Ｄｘｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）をＨＤＤ３８に格納する。次に、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。例えば、ステップＳ２０４にて、図９に示すように、制御部３５は、回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角が＋θ３２となり、Ｙ軸周りの回転角が０°となれば、Ｘ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したと判断する。
【００４５】
ここで、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了していないと判断すると（ステップＳ２０４、Ｎ）、再びステップＳ２０２からの処理を繰り返し行う。一方、制御部３５は、所定範囲に亘る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転が完了したと判断すると（ステップＳ２０４、Ｙ）、最大の輝度を受光した回転テーブル１３ａのＸ軸周り、及びＹ軸周りの回転角を示す、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）を特定する（ステップＳ２０５）。例えば、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間に対する輝度情報Ｄｘｙｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、図１０に示すように、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転角（＋θ３１、０）〜（＋θ３２、０）に亘って複数のピークをもつ波形状となる。そのピークの一つである最大輝度を有するＸ軸周り及びＹ軸周りの回転角が、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）となる。
【００４６】
続いて、制御部３５は、図９に示すように、Ｘ軸周り、及びＹ軸周りの回転角を２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）に設定する（ステップＳ２０６）。上記ステップＳ２０６において設定した２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）にて、ワーク１２の貫通孔１２ａは、Ｚ軸に平行となる。以上で、制御部３５は、第２実施形態の形状測定装置による貫通孔の垂直出し処理を終了する。
【００４７】
上記ステップＳ２０１〜Ｓ２０６を要約すると、制御部３５は、回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、回転テーブル１３ａによりワーク１２をＸ軸周り及びＹ軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）により輝度を測定させ、その輝度が最大となる角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）に回転テーブル１３ａのＸ軸周り及びＹ軸周りの回転角度を設定する。
【００４８】
上記の貫通孔の垂直出し処理終了の後、制御部３５は、接触式プローブユニット１８ｂにてワーク１２の貫通孔１２ａの内径の形状を測定する。
【００４９】
（第２実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、第２実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態と同様に、ワーク１２の貫通孔１２ａを透過した光の輝度に基づき、ワーク１２の貫通孔１２ａをＺ軸に平行にすることができる。さらに、第２実施形態に係る形状測定装置は、回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くようにＸ軸周りの回転角、及びＹ軸周りの回転角を所定角度に回転して、２軸輝度最大角度（Ｘｒｏｔ２、Ｙｒｏｔ２）を求める。したがって、第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態よりも高い精度で貫通孔の垂直出し処理を実行することができる。
【００５０】
［第３実施形態］
次に、図１１を参照して、第３実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理について説明する。第３実施形態に係る形状測定装置において、その構成は、第１及び第２実施形態と同様であり、その貫通孔の垂直出し処理が、第１及び第２実施形態の処理と異なる。なお、第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同一の構成及び処理については、その説明を省略する。
【００５１】
第３実施形態において、制御部３５は、図１１に示すように、第２実施形態に係る処理（ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６）を実行した後、第１実施形態に係る処理（ステップＳ１０１〜ステップＳ１１２）を実行する。
【００５２】
（第３実施形態に係る形状測定装置の効果）
第３実施形態に係る形状測定装置において、制御部３５は、第１実施形態及び第２実施形態の処理を実行する。したがって、第３実施形態に係る形状測定装置は、第１及び第２実施形態よりも高い精度で貫通孔の垂直出し処理を行うことができる。
【００５３】
［その他実施形態］
以上、形状測定装置を一例として実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、本実施形態におけるワーク１２は、円筒状に限られるものではない。例えば、図１２に示すように、キャップ状であって、貫通孔１２ｃを有するワーク１２ｂにも適応させることができる。この場合、光源１３ｂの代わりに光ファイバ１３ｃを用いる。つまり、光ファイバ１３ｃ先端からの光が撮像ユニット１７（ＣＣＤカメラ１８ａ）へと照射されるように、キャップ状のワーク１２ｂの内側に光ファイバ１３ｃの先端を配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る画像測定装置におけるコンピュータ本体２１の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理における回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り走査時間、及びその走査時間における輝度を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＹ軸周り走査時間、及びその走査時間における輝度を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理における回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周り、Ｙ軸周りの走査時間、及びそれらの走査時間における輝度を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の貫通孔の垂直出し処理に係る回転テーブル１３ａのＸ軸周りの回転角及びＹ軸周りの回転角を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る回転テーブル１３ａの近傍の概略拡大図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１３ａ…回転テーブル、１４、１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７…撮像ユニット、１８ａ…ＣＣＤカメラ、１８ｂ…接触式プローブユニット、１９…位置センサ、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティックボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴ、３１、３３、３４、３９、４１、４２…Ｉ／Ｆ、３２…画像メモリ、３５…ＣＰＵ（制御部）、３６…表示制御部、３７…ＲＯＭ、３８…ＨＤＤ、４０…ＲＡＭ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸に平行に延びるスタイラスと、当該スタイラスの先端に設けられた接触子とを備え、前記接触子とワークとの接触に基づき前記ワークの形状を測定する形状測定装置であって、
貫通孔を有する前記ワークを載置可能に構成され且つ前記第１軸に直交する軸周りに回転可能に構成された回転台と、
前記貫通孔の一方側から前記第１軸に平行に光を照射する光源と、
前記貫通孔の他方側に配置され且つ前記貫通孔を通過した前記光源からの光を受光して当該受光した光に基づく輝度を測定する受光部と、
前記回転台の回転角度を前記受光部にて測定された輝度に基づき制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記回転台により前記ワークを所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の回転角度を設定する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記回転台は、
前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、
前記制御部は、
前記回転台により前記ワークを前記第２軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第２軸周りの回転角度を設定した後、前記回転台により前記ワークを前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第３軸周りの回転角度を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記回転台は、
前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、
前記制御部は、
前記第２軸周りの回転角を表す第２角度軸及び当該第２角度軸に直交するように表され且つ前記第３軸周りの回転角を表す第３角度軸にて構成される回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周り及び前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第１軸周り及び前記第２軸周りの回転角度を設定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の形状測定装置。
【請求項１】
第１軸に平行に延びるスタイラスと、当該スタイラスの先端に設けられた接触子とを備え、前記接触子とワークとの接触に基づき前記ワークの形状を測定する形状測定装置であって、
貫通孔を有する前記ワークを載置可能に構成され且つ前記第１軸に直交する軸周りに回転可能に構成された回転台と、
前記貫通孔の一方側から前記第１軸に平行に光を照射する光源と、
前記貫通孔の他方側に配置され且つ前記貫通孔を通過した前記光源からの光を受光して当該受光した光に基づく輝度を測定する受光部と、
前記回転台の回転角度を前記受光部にて測定された輝度に基づき制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記回転台により前記ワークを所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の回転角度を設定する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記回転台は、
前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、
前記制御部は、
前記回転台により前記ワークを前記第２軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第２軸周りの回転角度を設定した後、前記回転台により前記ワークを前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第３軸周りの回転角度を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記回転台は、
前記第１軸に直交する第２軸周り、及び第３軸周りに回転可能に構成されており、
前記制御部は、
前記第２軸周りの回転角を表す第２角度軸及び当該第２角度軸に直交するように表され且つ前記第３軸周りの回転角を表す第３角度軸にて構成される回転角度面にてスパイラル状の軌跡を描くように、前記回転台により前記ワークを前記第２軸周り及び前記第３軸周りに所定角度ずつ回転させる毎に、前記受光部により前記輝度を測定させ、当該輝度が最大となる角度に前記回転台の前記第１軸周り及び前記第２軸周りの回転角度を設定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１０７４１３（Ｐ２０１０−１０７４１３Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８０８５８（Ｐ２００８−２８０８５８）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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