形状測定装置、形状測定方法、及びプログラム
【課題】安全で高精度の心出しを実行可能な形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】形状測定装置は、回転体である被測定物４を第１位置Ｐ１に配置する制御部４１を有する。制御部４１は、第１位置Ｐ１にて接触子２４を被測定物４の表面に倣うようにＸ軸に平行に移動させて第１測定曲線Ｌ１を取得する。制御部４１は、Ｚ軸を中心に被測定物４を９０度回転させて、被測定物４を第２位置Ｐ２に配置する。制御部４１は、第２位置Ｐ２にて接触子２４を被測定物４の表面に倣うようにＸ軸に平行に移動させて第２測定曲線Ｌ２を取得する。制御部４１は、第１、第２測定曲線Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ円を当てはめ、各円の最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置を算出する。制御部４１は、最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置が０となるように、被測定物４をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させる。
【解決手段】形状測定装置は、回転体である被測定物４を第１位置Ｐ１に配置する制御部４１を有する。制御部４１は、第１位置Ｐ１にて接触子２４を被測定物４の表面に倣うようにＸ軸に平行に移動させて第１測定曲線Ｌ１を取得する。制御部４１は、Ｚ軸を中心に被測定物４を９０度回転させて、被測定物４を第２位置Ｐ２に配置する。制御部４１は、第２位置Ｐ２にて接触子２４を被測定物４の表面に倣うようにＸ軸に平行に移動させて第２測定曲線Ｌ２を取得する。制御部４１は、第１、第２測定曲線Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ円を当てはめ、各円の最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置を算出する。制御部４１は、最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置が０となるように、被測定物４をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の回転軸を中心として相対的に回転する被測定物の回転角に同期して変位測定する、いわゆる真円度測定機などの形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物をテーブルに配置し、テーブルを回転させると共に、測定プローブ（接触子）を被測定物の表面に倣わせる真円度測定機が知られている（特許文献１、２参照）。このような真円度測定機においては、接触子のＸ軸方向及びＹ軸方向の校正を行い、被測定物を、その中心がテーブルの回転軸に一致（心出し）するように配置しなければならない。
【０００３】
現状、非球面ワークを同心円測定したデータを、非球面設計値にベストフィットさせることにより、心出しをすることがなされている。その際、被測定物の偏心量が大きいと、設計値範囲を外れた半径位置を測定したり、検出量の振れが大きくなることから、測定レンジオーバーが発生することがある。これにより、機械に保障された測定領域を超える場合があり、この場合、被測定物及び測定機を破損させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３１８６４号公報
【特許文献２】特許２５５１６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、安全で高精度の心出しを実行可能な形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る形状測定装置は、回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定する形状測定装置であって、前記被測定物に先端が接触可能な接触子と、前記被測定物を第１位置に配置する第１配置手段と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する第１測定手段と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する第２配置手段と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する第２測定手段と、前記第１測定曲線及び第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する極値位置算出手段と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る形状測定方法は、回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、前記被測定物を第１位置に配置する工程と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る形状測定プログラムは、回転体である被測定物を所定の回転軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記被測定物を第１位置に配置する工程と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程とを実行させるためのものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安全で高精度の心出しを実行可能な形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】演算処理装置本体３１の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る形状測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１０３を示す概略図である。
【図５】図３のステップＳ１０４、Ｓ１０５を示す概略図である。
【図６】図３のステップＳ１０６を示す概略図である。
【図７】図３のステップＳ１０３、Ｓ１０５を説明するための図である。
【図８】実施形態に係る形状測定装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
［実施形態］
［実施形態に係る形状測定装置の構成］
先ず、図１を参照して、実施形態に係る形状測定装置の構成を説明する。図１は、実施形態に係る形状測定装置（真円度測定装置）の外観斜視図である。
【００１３】
形状測定装置は、被測定物４を所定の回転軸を中心として回転させながら、被測定物４の各回転角における表面の変位を測定する。本実施形態において、被測定物４は、回転体である凸型の被球面レンズである。
【００１４】
形状測定装置は、図１に示すように、測定機本体１と、駆動制御装置１ａを介して測定機本体１に接続された演算処理装置２とから構成される。
【００１５】
測定機本体１は、基台３と、この基台３上に設けられて被測定物４を載置すると共に回転させるテーブル５と、このテーブル５に載置された被測定物４の変位を検出する変位検出装置６と、これらを操作するための操作部７とを備えて構成されている。
【００１６】
テーブル５は、円板状の載物台１１を、その下側に配置された回転駆動装置１２により回転駆動して、載物台１１の上に載置された被測定物４を回転させるものである。回転駆動装置１２の側面には、調整用つまみ１３が、周方向にほぼ９０度の間隔で配置されている。これら調整用つまみ１３を操作することにより、手動操作で載物台１１の心出し及び水平出しが行えるようになっている。すなわち、載物台１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に調整可能に構成されている。また、載物台１１は、後述する制御部４１により、心出し及び水平出しが行われるように構成されている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれが直交する軸である。
【００１７】
変位検出装置６は、次のように構成されている。即ち、基台３には上方に延びるコラム２１が立設されており、このコラム２１にスライダ２２が上下動可能に装着されている。スライダ２２にはスタイラス２３が装着されている。スタイラス２３は、水平（Ｘ軸、Ｙ軸）、垂直（Ｚ軸）方向に駆動可能に構成されており、その先端には接触子２４が設けられている。接触子２４は、その先端が被測定物に接触可能に構成されている。コラム２１、スライダ２２、及びスタイラス２３は、接触子駆動手段を構成している。
【００１８】
テーブル５を回転させつつ、スライダ２２、スタイラス２３を移動させ、接触子２４を被測定物４の表面をＸ軸方向に走査（トレース）することによって、Ｘ軸方向の各位置における接触子２４の変位量が測定データ（測定曲線）として得られるようになっている。
【００１９】
演算処理装置２は、変位検出装置６で得られた測定データを取り込む。演算処理装置２は、演算処理を実行する演算処理装置本体３１、及び操作部３２、表示画面３３を有する。また、演算処理装置２は、操作部７と同様に測定機本体１の動作を制御可能に構成されている。
【００２０】
次に、図２を参照して、演算処理装置本体３１の構成について説明する。演算処理装置本体３１は、図２に示すように、主に、制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、ＲＯＭ（Read Only Memory）４３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４４、表示制御部４５を有する。演算処理装置本体３１において、操作部３２から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ４６ａを介して制御部４１に入力される。制御部４１は、ＲＯＭ４３に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ４４からＩ／Ｆ４６ｂを介してＲＡＭ４２に格納された各種プログラムに従って、各種の処理を実行する。
【００２１】
制御部４１は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４６ｃを介して測定機本体１を制御する。ＨＤＤ４４は、各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４２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。また、制御部４１は、表示制御部４５を介して表示画面３３に測定結果等を表示する。
【００２２】
制御部４１は、ＨＤＤ４４から各種プログラムを読み出し、そのプログラムを実行することにより、以下の図３に示す動作を実行する。
【００２３】
[実施形態に係る形状測定装置の動作]
次に、図３に示すフローチャートを参照して実施形態に係る形状測定装置における非球面ワークのベストフィット心水平出し動作について説明する。先ず、載置台１１に載置された非球面ワークである被測定物４をおおまかに心水平出しした後、制御部４１は、操作部３２にて測定条件、例えば、測定開始半径位置、測定長さ、測定レンジを有効利用するためのオートセットレベル等の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。次に、制御部４１は、入力された測定条件に従って、被測定物４を第１位置Ｐ１に配置する（ステップＳ１０２）。具体的に、制御部４１は、載置台１１の回転角を“０°”に設定する。
【００２４】
続いて、制御部４１は、図４に示すように、第１位置Ｐ１にて、接触子２３を被測定物４の表面に倣わせるようにＸ軸方向に所定距離だけ移動させて表面形状を測定し、第１測定曲線Ｌ１を得る（直動測定）（ステップＳ１０３）。ここで、第１測定曲線Ｌ１は、第１位置Ｐ１のＸ軸方向の各位置における接触子２３の変位量である。
【００２５】
次に、制御部４１は、図５に示すように、Ｚ軸を中心に被測定物４を９０度回転させて、被測定物４を第１位置Ｐ２から第２位置Ｐ２に配置する（ステップＳ１０４）。具体的に、制御部４１は、載置台１１の回転角を「９０°」に設定する。続いて、制御部４１は、図５に示すように、第２位置Ｐ２にて接触子２３を被測定物４の表面に倣わせるようにＸ軸方向に所定距離だけ移動させて表面形状を測定し、第２測定曲線Ｌ２を得る（直動測定）（ステップＳ１０５）。ここで、第２測定曲線Ｌ２は、第２位置Ｐ２のＸ軸方向の各位置における接触子２３の変位量である。
【００２６】
続いて、制御部４１は、第１測定曲線Ｌ１、及び第２測定曲線Ｌ２に最小二乗法によりそれぞれ円を当てはめ、これらの円の最大値（極値）Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、制御部４１は、図６に示すように、第１測定曲線Ｌ１（第２測定曲線Ｌ２）を構成する測定値Ｄに対して、円弧状の関数ｆ（ｘ）を最小自乗法によりベストフィットさせて、その関数ｆ（ｘ）から最大値Ｍ１、Ｍ２を求める。このような処理を実行することで、ノイズ等により誤差を含む測定値Ｄの影響を抑えることができる。
【００２７】
次に、制御部４１は、最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置が０となるように、被測定物４をＸ軸方向、及びＹ軸方向に移動させる（ステップＳ１０７）。以上で、制御部４１は、動作を終了させる。
【００２８】
続いて、図７を参照して、上記ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を詳しく説明する。図７において、被測定物４の中心Ｃは、第１位置Ｐ１にて、回転軸Ｏ（Ｚ軸）からＸ軸方向にｃｘ、Ｙ軸方向にｃｙの位置にあるものとする。図７の（ａ１）及び（ａ２）は、第１位置Ｐ１における測定（ステップＳ１０３）を示す。図７の（ａ１）は、Ｘ−Ｙ平面図であり、図７の（ａ２）は、Ｘ−Ｚ平面図である。図７の（ｂ１）及び（ｂ２）は、第２位置Ｐ２における測定（ステップＳ１０５）を示す。図７の（ｂ１）は、Ｘ−Ｙ平面図であり、図７の（ｂ２）は、Ｘ−Ｚ平面図である。
【００２９】
図７の（ａ１）に示すステップＳ１０３の測定により、図７の（ａ２）に示す第１測定曲線Ｌ１が測定される。第１測定曲線Ｌ１の当てはめ円の最大値Ｍ１は、図７の（ａ２）に示すように、Ｘ軸方向のｃｘに位置する。すなわち、この測定により、制御部４１は、回転軸Ｏからの被測定物４の中心ＣのＸ軸方向のずれ量ｃｘを特定することができる。
【００３０】
図７の（ｂ１）に示すステップＳ１０５の測定により、図７の（ｂ２）に示す第２測定曲線Ｌ２が測定される。第２測定曲線Ｌ２の当てはめ円の最大値Ｍ２は、図７の（ｂ２）に示すように、Ｘ軸方向のｃｙに位置する。すなわち、この測定により、制御部４１は、回転軸Ｏからの被測定物４の中心ＣのＹ軸方向のずれ量ｃｙを特定することができる。
【００３１】
［実施形態に係る形状測定装置の効果］
次に、図８を参照して、実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。図８は、接触子２４を被測定物４に倣わせて被測定物４をＺ軸を中心として回転させながら、被測定物４の各回転角における表面の変位を測定し、測定曲線Ｌを取得する例を示している。この場合、上記図３に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理を実行する前、図８の（ａ）に示すように、測定曲線Ｌは、測定領域ＡＲ内に収まらない。ここで、測定領域ＡＲは、安定した測定が実行可能と保障された領域である。すなわち、検出量の振れが大きくなり、接触子２３や被測定物４を破損させるおそれがある。
【００３２】
一方、上記図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理を実行した後、図８の（ｂ）に示すように、測定曲線Ｌは、測定領域ＡＲ内に収まる。すなわち、本実施形態に係る形状測定装置は、上記処理により偏心量が大きい場合であっても、安定した測定によって心出しを実行できる。
【００３３】
また、従来の形状測定装置は、同心円状の測定データを少なとも５つ測定することで心出しを実行する。これに対して、本実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０７において、測定は、Ｘ軸方向の所定距離に亘る２回の直動測定のみであるので、心出しは、短時間で実行可能である。また、被測定物４の形状やセッティング状態により、その外周が測定できない場合には、本実施形態の処理が有効である。
【００３４】
［その他の実施形態］
以上、形状測定装置の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、上記実施形態において、被測定物４は、凸レンズ等の凸型の非球面ワークである。しかしながら、被測定物４は、凹レンズ等の凹型の非球面ワークであっても良い。なお、凹レンズの場合、ステップＳ１０６にて、制御部４１は、第１、第２測定曲線Ｌ１、Ｌ２の当てはめ円の最小値を算出すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…測定機本体、 ２…演算処理装置、 ３…基台、 ４…被測定物、 ５…テーブル、 ６…変位検出装置、 ７…操作部、 ２１…コラム、 ２２…スライダ、 ２３…スタイラス、 ２４…接触子、 ３１…演算処理装置本体、 ３２…操作部、 ３３…表示画面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の回転軸を中心として相対的に回転する被測定物の回転角に同期して変位測定する、いわゆる真円度測定機などの形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物をテーブルに配置し、テーブルを回転させると共に、測定プローブ（接触子）を被測定物の表面に倣わせる真円度測定機が知られている（特許文献１、２参照）。このような真円度測定機においては、接触子のＸ軸方向及びＹ軸方向の校正を行い、被測定物を、その中心がテーブルの回転軸に一致（心出し）するように配置しなければならない。
【０００３】
現状、非球面ワークを同心円測定したデータを、非球面設計値にベストフィットさせることにより、心出しをすることがなされている。その際、被測定物の偏心量が大きいと、設計値範囲を外れた半径位置を測定したり、検出量の振れが大きくなることから、測定レンジオーバーが発生することがある。これにより、機械に保障された測定領域を超える場合があり、この場合、被測定物及び測定機を破損させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３１８６４号公報
【特許文献２】特許２５５１６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、安全で高精度の心出しを実行可能な形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る形状測定装置は、回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定する形状測定装置であって、前記被測定物に先端が接触可能な接触子と、前記被測定物を第１位置に配置する第１配置手段と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する第１測定手段と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する第２配置手段と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する第２測定手段と、前記第１測定曲線及び第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する極値位置算出手段と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る形状測定方法は、回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、前記被測定物を第１位置に配置する工程と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る形状測定プログラムは、回転体である被測定物を所定の回転軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記被測定物を第１位置に配置する工程と、前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程とを実行させるためのものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安全で高精度の心出しを実行可能な形状測定装置、形状測定方法、及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】演算処理装置本体３１の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る形状測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１０３を示す概略図である。
【図５】図３のステップＳ１０４、Ｓ１０５を示す概略図である。
【図６】図３のステップＳ１０６を示す概略図である。
【図７】図３のステップＳ１０３、Ｓ１０５を説明するための図である。
【図８】実施形態に係る形状測定装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
［実施形態］
［実施形態に係る形状測定装置の構成］
先ず、図１を参照して、実施形態に係る形状測定装置の構成を説明する。図１は、実施形態に係る形状測定装置（真円度測定装置）の外観斜視図である。
【００１３】
形状測定装置は、被測定物４を所定の回転軸を中心として回転させながら、被測定物４の各回転角における表面の変位を測定する。本実施形態において、被測定物４は、回転体である凸型の被球面レンズである。
【００１４】
形状測定装置は、図１に示すように、測定機本体１と、駆動制御装置１ａを介して測定機本体１に接続された演算処理装置２とから構成される。
【００１５】
測定機本体１は、基台３と、この基台３上に設けられて被測定物４を載置すると共に回転させるテーブル５と、このテーブル５に載置された被測定物４の変位を検出する変位検出装置６と、これらを操作するための操作部７とを備えて構成されている。
【００１６】
テーブル５は、円板状の載物台１１を、その下側に配置された回転駆動装置１２により回転駆動して、載物台１１の上に載置された被測定物４を回転させるものである。回転駆動装置１２の側面には、調整用つまみ１３が、周方向にほぼ９０度の間隔で配置されている。これら調整用つまみ１３を操作することにより、手動操作で載物台１１の心出し及び水平出しが行えるようになっている。すなわち、載物台１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に調整可能に構成されている。また、載物台１１は、後述する制御部４１により、心出し及び水平出しが行われるように構成されている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれが直交する軸である。
【００１７】
変位検出装置６は、次のように構成されている。即ち、基台３には上方に延びるコラム２１が立設されており、このコラム２１にスライダ２２が上下動可能に装着されている。スライダ２２にはスタイラス２３が装着されている。スタイラス２３は、水平（Ｘ軸、Ｙ軸）、垂直（Ｚ軸）方向に駆動可能に構成されており、その先端には接触子２４が設けられている。接触子２４は、その先端が被測定物に接触可能に構成されている。コラム２１、スライダ２２、及びスタイラス２３は、接触子駆動手段を構成している。
【００１８】
テーブル５を回転させつつ、スライダ２２、スタイラス２３を移動させ、接触子２４を被測定物４の表面をＸ軸方向に走査（トレース）することによって、Ｘ軸方向の各位置における接触子２４の変位量が測定データ（測定曲線）として得られるようになっている。
【００１９】
演算処理装置２は、変位検出装置６で得られた測定データを取り込む。演算処理装置２は、演算処理を実行する演算処理装置本体３１、及び操作部３２、表示画面３３を有する。また、演算処理装置２は、操作部７と同様に測定機本体１の動作を制御可能に構成されている。
【００２０】
次に、図２を参照して、演算処理装置本体３１の構成について説明する。演算処理装置本体３１は、図２に示すように、主に、制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、ＲＯＭ（Read Only Memory）４３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４４、表示制御部４５を有する。演算処理装置本体３１において、操作部３２から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ４６ａを介して制御部４１に入力される。制御部４１は、ＲＯＭ４３に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ４４からＩ／Ｆ４６ｂを介してＲＡＭ４２に格納された各種プログラムに従って、各種の処理を実行する。
【００２１】
制御部４１は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４６ｃを介して測定機本体１を制御する。ＨＤＤ４４は、各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４２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。また、制御部４１は、表示制御部４５を介して表示画面３３に測定結果等を表示する。
【００２２】
制御部４１は、ＨＤＤ４４から各種プログラムを読み出し、そのプログラムを実行することにより、以下の図３に示す動作を実行する。
【００２３】
[実施形態に係る形状測定装置の動作]
次に、図３に示すフローチャートを参照して実施形態に係る形状測定装置における非球面ワークのベストフィット心水平出し動作について説明する。先ず、載置台１１に載置された非球面ワークである被測定物４をおおまかに心水平出しした後、制御部４１は、操作部３２にて測定条件、例えば、測定開始半径位置、測定長さ、測定レンジを有効利用するためのオートセットレベル等の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。次に、制御部４１は、入力された測定条件に従って、被測定物４を第１位置Ｐ１に配置する（ステップＳ１０２）。具体的に、制御部４１は、載置台１１の回転角を“０°”に設定する。
【００２４】
続いて、制御部４１は、図４に示すように、第１位置Ｐ１にて、接触子２３を被測定物４の表面に倣わせるようにＸ軸方向に所定距離だけ移動させて表面形状を測定し、第１測定曲線Ｌ１を得る（直動測定）（ステップＳ１０３）。ここで、第１測定曲線Ｌ１は、第１位置Ｐ１のＸ軸方向の各位置における接触子２３の変位量である。
【００２５】
次に、制御部４１は、図５に示すように、Ｚ軸を中心に被測定物４を９０度回転させて、被測定物４を第１位置Ｐ２から第２位置Ｐ２に配置する（ステップＳ１０４）。具体的に、制御部４１は、載置台１１の回転角を「９０°」に設定する。続いて、制御部４１は、図５に示すように、第２位置Ｐ２にて接触子２３を被測定物４の表面に倣わせるようにＸ軸方向に所定距離だけ移動させて表面形状を測定し、第２測定曲線Ｌ２を得る（直動測定）（ステップＳ１０５）。ここで、第２測定曲線Ｌ２は、第２位置Ｐ２のＸ軸方向の各位置における接触子２３の変位量である。
【００２６】
続いて、制御部４１は、第１測定曲線Ｌ１、及び第２測定曲線Ｌ２に最小二乗法によりそれぞれ円を当てはめ、これらの円の最大値（極値）Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、制御部４１は、図６に示すように、第１測定曲線Ｌ１（第２測定曲線Ｌ２）を構成する測定値Ｄに対して、円弧状の関数ｆ（ｘ）を最小自乗法によりベストフィットさせて、その関数ｆ（ｘ）から最大値Ｍ１、Ｍ２を求める。このような処理を実行することで、ノイズ等により誤差を含む測定値Ｄの影響を抑えることができる。
【００２７】
次に、制御部４１は、最大値Ｍ１、Ｍ２のＸ軸方向の位置が０となるように、被測定物４をＸ軸方向、及びＹ軸方向に移動させる（ステップＳ１０７）。以上で、制御部４１は、動作を終了させる。
【００２８】
続いて、図７を参照して、上記ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を詳しく説明する。図７において、被測定物４の中心Ｃは、第１位置Ｐ１にて、回転軸Ｏ（Ｚ軸）からＸ軸方向にｃｘ、Ｙ軸方向にｃｙの位置にあるものとする。図７の（ａ１）及び（ａ２）は、第１位置Ｐ１における測定（ステップＳ１０３）を示す。図７の（ａ１）は、Ｘ−Ｙ平面図であり、図７の（ａ２）は、Ｘ−Ｚ平面図である。図７の（ｂ１）及び（ｂ２）は、第２位置Ｐ２における測定（ステップＳ１０５）を示す。図７の（ｂ１）は、Ｘ−Ｙ平面図であり、図７の（ｂ２）は、Ｘ−Ｚ平面図である。
【００２９】
図７の（ａ１）に示すステップＳ１０３の測定により、図７の（ａ２）に示す第１測定曲線Ｌ１が測定される。第１測定曲線Ｌ１の当てはめ円の最大値Ｍ１は、図７の（ａ２）に示すように、Ｘ軸方向のｃｘに位置する。すなわち、この測定により、制御部４１は、回転軸Ｏからの被測定物４の中心ＣのＸ軸方向のずれ量ｃｘを特定することができる。
【００３０】
図７の（ｂ１）に示すステップＳ１０５の測定により、図７の（ｂ２）に示す第２測定曲線Ｌ２が測定される。第２測定曲線Ｌ２の当てはめ円の最大値Ｍ２は、図７の（ｂ２）に示すように、Ｘ軸方向のｃｙに位置する。すなわち、この測定により、制御部４１は、回転軸Ｏからの被測定物４の中心ＣのＹ軸方向のずれ量ｃｙを特定することができる。
【００３１】
［実施形態に係る形状測定装置の効果］
次に、図８を参照して、実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。図８は、接触子２４を被測定物４に倣わせて被測定物４をＺ軸を中心として回転させながら、被測定物４の各回転角における表面の変位を測定し、測定曲線Ｌを取得する例を示している。この場合、上記図３に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理を実行する前、図８の（ａ）に示すように、測定曲線Ｌは、測定領域ＡＲ内に収まらない。ここで、測定領域ＡＲは、安定した測定が実行可能と保障された領域である。すなわち、検出量の振れが大きくなり、接触子２３や被測定物４を破損させるおそれがある。
【００３２】
一方、上記図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理を実行した後、図８の（ｂ）に示すように、測定曲線Ｌは、測定領域ＡＲ内に収まる。すなわち、本実施形態に係る形状測定装置は、上記処理により偏心量が大きい場合であっても、安定した測定によって心出しを実行できる。
【００３３】
また、従来の形状測定装置は、同心円状の測定データを少なとも５つ測定することで心出しを実行する。これに対して、本実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０７において、測定は、Ｘ軸方向の所定距離に亘る２回の直動測定のみであるので、心出しは、短時間で実行可能である。また、被測定物４の形状やセッティング状態により、その外周が測定できない場合には、本実施形態の処理が有効である。
【００３４】
［その他の実施形態］
以上、形状測定装置の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、上記実施形態において、被測定物４は、凸レンズ等の凸型の非球面ワークである。しかしながら、被測定物４は、凹レンズ等の凹型の非球面ワークであっても良い。なお、凹レンズの場合、ステップＳ１０６にて、制御部４１は、第１、第２測定曲線Ｌ１、Ｌ２の当てはめ円の最小値を算出すればよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…測定機本体、 ２…演算処理装置、 ３…基台、 ４…被測定物、 ５…テーブル、 ６…変位検出装置、 ７…操作部、 ２１…コラム、 ２２…スライダ、 ２３…スタイラス、 ２４…接触子、 ３１…演算処理装置本体、 ３２…操作部、 ３３…表示画面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定する形状測定装置であって、
前記被測定物に先端が接触可能な接触子と、
前記被測定物を第１位置に配置する第１配置手段と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する第１測定手段と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する第２配置手段と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する第２測定手段と、
前記第１測定曲線及び第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する極値位置算出手段と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる移動手段と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、
前記被測定物を第１位置に配置する工程と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、
前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程と
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
回転体である被測定物を所定の回転軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記被測定物を第１位置に配置する工程と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、
前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程と
を実行させるための形状測定プログラム。
【請求項１】
回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定する形状測定装置であって、
前記被測定物に先端が接触可能な接触子と、
前記被測定物を第１位置に配置する第１配置手段と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する第１測定手段と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する第２配置手段と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する第２測定手段と、
前記第１測定曲線及び第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する極値位置算出手段と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる移動手段と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
回転体である被測定物を第１軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、
前記被測定物を第１位置に配置する工程と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、
前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程と
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
回転体である被測定物を所定の回転軸を中心として回転させながら、前記被測定物の各回転角における表面の変位を測定し、前記被測定物に先端が接触可能な接触子を有する形状測定装置を用いた形状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記被測定物を第１位置に配置する工程と、
前記第１位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第１軸に直交する第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第１測定曲線を取得する工程と、
前記第１軸を中心に前記被測定物を９０度回転させて、前記被測定物を前記第１位置から第２位置に配置する工程と、
前記第２位置にて前記接触子を前記被測定物の表面に倣うように前記第２軸に平行に移動させて、前記第２軸に沿った各位置における前記接触子の変位量を測定して第２測定曲線を取得する工程と、
前記第１測定曲線及び前記第２測定曲線にそれぞれ円を当てはめて、各円の極値を示す第１極値、及び第２極値の前記第２軸方向の位置を算出する工程と、
前記第１極値及び前記第２極値の前記第２軸方向の位置が０となるように、前記被測定物を前記第２軸に平行な方向、及び前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸に平行な方向に移動させる工程と
を実行させるための形状測定プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７１０５７（Ｐ２０１０−２７１０５７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０７０５（Ｐ２００９−１２０７０５）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【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１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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