計測装置
【課題】被検物の温度管理を行って高精度の形状測定が行える計測装置を提供すること。
【解決手段】被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備える。
【解決手段】被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度管理をして被検物の３次元形状を測定する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の３次元形状を測定する計測装置として、例えば基盤上に水平一方向に移動するＸステージとこれと直交する水平他方向に移動するＹステージからなる移動テーブルを設け、また基盤上に垂直方向に移動するＺステージにセンサヘッドを設けて、このセンサヘッドに移動テーブル上に載置された被検物に向けて測定光を発する光源と被検物から反射した測定光の反射光画像を取得するテレビカメラを内蔵した装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
上記装置では、被検物に対して光源から測定光を照射し、被検物から反射する測定光の反射光画像を、測定光が照射される方向とは異なる方向からテレビカメラで観察し、反射光画像中の測定光の形状と、光源の位置と、テレビカメラの位置とから、被検物の３次元形状を非接触で測定する。
【特許文献１】特開平１１−１２５５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような計測装置によって被検物の３次元形状の測定を行う際には、通常、被検物の熱膨張による測定誤差を回避するために被検物の温度管理を行っている。この温度管理では、例えば、被検物の機械加工後、この機械加工時の熱などにより高温になった被検物を常温（室温）になるまで放置している。
【０００５】
比較的熱容量が小さい被検物の場合、放置時間は比較的短時間で済むものの、熱容量が大きい被検物となると放置時間は１日あるいは数日に及ぶこともあるが、これは被検物の温度を測定してその測定結果に基づいて放置時間を決めている訳ではなく、経験的に決められているのが実情である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被検物の温度管理を行って高精度の形状測定が行える計測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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検物の温度管理を行って高精度の形状測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の計測装置に装備されるモニターの表示内容を示す説明図である。
【図３】図１の計測装置に装備された制御回路を示すブロック図である。
【図４】図１の計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１の計測装置の動作の別の例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の計測装置の異なる実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の計測装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００１５】
本発明の計測装置は、被検物の３次元形状を計測する装置で、空気温度が変化する雰囲気中に設置される。
【００１６】
図１は本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１７】
本実施形態の計測装置には、被検物Ｍの形状情報を採取する検出部（検出手段）としての形状センサ２０と、この形状センサ２０が形状情報を採取する被検物Ｍの温度を計測する温度計測部（温度計測手段）を構成する赤外線カメラ３０と、これら形状センサ２０及び赤外線カメラ３０を備えた計測装置本体１０とが設けられている。
【００１８】
また、計測装置には、被検物Ｍの温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、が設けられている。
【００１９】
或いは、計測装置には、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、が設けられている。
【００２０】
大きさや形状が異なる種々の被検物Ｍの温度制御を精度良く行うためには、前記温度計測手段と前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に構成することが好ましい。
【００２１】
そこで、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段とを設ければよい。かかる保持手段としては、動きの自由度が大きい多関節ロボットアームが好ましい。
【００２２】
動きの自由度が大きい多関節ロボットアームにより、前記温度計測手段と前記気体流形成手段の位置及び姿勢を調整することにより、被検物Ｍの温度制御を高精度に行うことができる。
【００２３】
温度計測手段を構成する赤外線カメラは、４〜１３μｍの波長範囲で被検物Ｍからの温度を検知し、これ以外の波長周囲からの外乱光は誤差として検出してしまうので、ハイパスフィルターを赤外線カメラの前に配設し、そのハイパスフィルターを透過させて余計な波長の外乱光が赤外線カメラに入らないようすることが好ましい。
【００２４】
被検物Ｍの温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段は、空気ブロアーにより構成される。被検物Ｍの温度を調整するために、所定温度または所定温度範囲に設定した空気を使用し、被検物Ｍに対する吹き付けを行う。
【００２５】
なお、被検物Ｍを冷却する場合には、空気は室温以下に冷却して使用するか、或いは圧縮空気（ブロアー時の断熱膨張による冷却）を使用して、被検物の全体または一部に向けて、空気流の吹付けを行う。
【００２６】
また、被検物Ｍの温度を調整するための補足手段として赤外線照射手段を設けても良い。赤外線照射手段は、少なくともハロゲンランプと反射鏡とを有して構成されている。赤外線照射手段からの赤外線は、加熱対象物である被検物Ｍの全体に向けて照射する。ここで、ハロゲンランプからの赤外線のうち長波長（例えば８μｍ以上）をローパスフィルターでカットすれば、被検物Ｍを効率よく加熱できるので好ましい。
【００２７】
或いは、赤外線照射手段は、少なくともハロゲンランプと反射鏡と集光レンズとを有して構成されている。赤外線照射手段からの赤外線は、加熱対象物である被検物Ｍの一部に向けて照射する。この場合、集光レンズにより被検物Ｍに対する照射エリアを形成する。ここで、ハロゲンランプからの赤外線のうち長波長（例えば８μｍ以上）をローパスフィルターでカットすれば、被検物Ｍを効率よく加熱できるので好ましい。
【００２８】
また、赤外線照射手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第三の保持手段を設けることが好ましい。かかる保持手段としては、動きの自由度が大きい多関節ロボットアームが好ましい。
【００２９】
温度制御手段は、温度計測手段からの情報に基づいて、気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する。
【００３０】
具体的には、温度制御手段は、温度計測手段及び気体流形成手段の位置及び姿勢を調整し、更に気体流形成手段からの空気の流量、温度及び吹付け範囲を調整することにより、或いは補足的に赤外線照射手段からの赤外線の強度及び照射範囲を調整することにより、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する。
【００３１】
なお、計測装置には、計測装置本体１０全体を制御し且つ赤外線カメラ３０からの温度情報と形状センサ２０から出力する内容に基づき計測結果を出力する制御手段としてのＣＰＵ４０（図３参照）と、操作卓５０が設けられている。
【００３２】
計測装置本体１０は、床１１にベース１２を配置し、このベース１２上に、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５及びＺステージ１６を配置している。
【００３３】
Ｘステージ１４は、被検物Ｍを載置する機構で、載置した被検物Ｍをベース１２上で水平一方向（図１の矢印Ｘ方向参照）に平行移動させる。
【００３４】
Ｙステージ１５は、ベース１２上でＸステージ１４と直交する水平方向（図１の矢印Ｙ方向参照）に移動する水平部分１５ａと、この水平部分１５ａ上に垂直に起立して設けられた垂直部分１５ｂとを有している。この垂直部分１５ｂにはＺステージ１６が移動可能に支持されて、Ｚステージ１６を矢印Ｙ方向に移動させる。
【００３５】
Ｚステージ１６は、Ｙステージ１５の垂直部分１５ｂに沿いベース１３に対して垂直方向（図１の矢印Ｚ方向参照）に移動可能な基部１６ａと、この基部１６ａからベース１３に対して平行に延びるアーム部１６ｂとを有している。アーム部１６ｂにはその先端部に被検物Ｍと対向するようにして上述した形状センサ２０が取り付けられ、また形状センサ２０から離れて同じく被検物Ｍと対向するようにして上述した赤外線カメラ３０が取り付けられていて、アーム部１６ｂはこれら形状センサ２０と赤外線カメラ３０とを矢印Ｚ方向に移動させる。
【００３６】
なお、この例では、赤外線カメラ３０がアーム部１６ｂに取り付けられているが、前述したように赤外線カメラ３０を別の多関節ロボットアームに取り付けてもよい。
【００３７】
形状センサ２０は、Ｙステージ１５とＺステージ１６によってベース１３に対して水平方向（矢印Ｙ方向）及び垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能である。形状センサ２０は、被検物Ｍの形状を光切断法によって計測する装置で、測定光を被検物Ｍに投影する投影ユニット２１と、測定光が照射された被検物Ｍを撮像する撮像ユニット２２とを有する。形状センサ２０の位置は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６それぞれの位置の合成された位置である。
【００３８】
赤外線カメラ３０は、被検物Ｍが放射する赤外線を赤外線に感度を持つ２次元撮像素子によって検出し、その赤外線の量に応じて被検物Ｍの表面温度を計測する温度計である。
【００３９】
操作卓５０には、赤外線カメラ３０の出力（撮像画像）などを表示する液晶表示装置などからなるモニター５１と、測定開始指令や測定を開始する温度（指定温度）などを入力する温度指定部としてのキーボード５２が設けられている。なお、この指定温度は、何度から何度までという温度範囲であってもよい。
【００４０】
図２はモニター５１の表示内容（モニター画面５１ａ）の一例を示している。図２に示すように、赤外線カメラ３０の出力は、モニター５２上に画像で表示される。温度は色に変換されてモニター５２上に表示される。また、操作卓５０には被検物Ｍの温度を計測する位置を指定する位置指定部としてのジョイスティック５３（図３参照）が設けられており、このジョイスティック５３によりモニター画面５１ａに表示されるカーソル５１ｂの位置を変更できる。カーソル５１ｂが示す位置が温度を計測する位置で、その温度が、色と温度の対応を表示する温度指標５１ｃに数値で表示される。図２では、Ｘステージ１４上に載置された被検物Ｍの画像５１ｄがＸステージ１４の画像５１ｅと共に表示され、この被検物Ｍの上面Ｍａに相当する画像５１ｄ中の部位５１ｆの温度が１８℃であることが図示されている。Ｘステージ１４は被検物Ｍの保持部として機能し、このＸステージ１４の赤外線画像を撮影する赤外線カメラ３０は被検物Ｍの温度を計測する温度計測部として機能する他にＸステージ１４等の被検物Ｍの設置場所の周囲の温度を計測する周囲温度計測部としても機能する。 計測装置本体１０には、図３に示すように、Ｘステージ１４の動作と、Ｙステージ１５の動作と、Ｚステージ１６の動作とをそれぞれ制御するステージ駆動回路４１が設けられている。このステージ駆動回路４１は、ＣＰＵ４０から移動信号を入力してＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６にそれぞれ駆動信号を出力する他に、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報を形状測定回路４２に出力する。
【００４１】
形状測定回路４２は、投影ユニット２１のレーザー光源２１ａに制御信号を出力して該レーザー光源２１ａをＯＮ／ＯＦＦ制御する一方、撮像ユニット２２のビデオカメラ２２ａから画像データが入力される。形状測定回路４２は、ビデオカメラ２２ａから入力した画像データと、ステージ駆動回路４１から入力したＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報とに基づいて被検物Ｍの形状を求めて、形状データをＣＰＵ４０に出力する。
【００４２】
赤外線カメラ３０が撮影した被検物ＭとＸステージ１４の温度を表す赤外線画像データは温度測定回路４３に出力され、ここで赤外線画像データが温度データに変換される。温度測定回路４３が出力する温度データは、赤外線画像データの画面全体の温度である。
【００４３】
ＣＰＵ４０は、温度測定回路４３から温度データを入力してモニター５１に温度画像を出力する。ＣＰＵ４０には、キーボード５２から指定温度信号が入力し、ジョイスティック５３から温度の測定位置信号が入力する。
【００４４】
ＣＰＵ４０は、温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有する。
【００４５】
或いは、ＣＰＵ４０は、温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有する。
【００４６】
また、ＣＰＵ４０は、ジョイスティック５３で指定した被検物Ｍ上の箇所の温度がキーボード５２から入力した指定温度の範囲内にあるとき、形状センサ２０を駆動して被検物Ｍの形状測定を開始する。
【００４７】
すなわち、上述したように、ＣＰＵ４０は、駆動信号をステージ駆動回路４１に出力してステージ駆動回路４１を駆動する。これにより、ステージ駆動回路４１は、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５，１６に駆動信号を送る一方、駆動されたＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５，１６の各位置情報を形状測定回路４２に送る。形状測定回路４２は、投影ユニット２１のレーザー２１ａに制御信号を出力して該レーザー２１ａをＯＮ／ＯＦＦ制御する一方、撮像ユニット２２のビデオカメラ２２ａから画像データを入力し、この画像データと、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報とに基づいて被検物Ｍの形状を求める。
【００４８】
ＣＰＵ４０は、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有するが、形状センサ２０による形状測定の実行中、温度制御が旨くできなくて、ジョイスティック５３で指定した被検物Ｍ上の箇所の温度がキーボード５２から入力した指定温度の範囲から外れたとき、ＣＰＵ４０は、モニター５１に警報を表示する一方、形状センサ２０による被検物Ｍの形状測定を中止させる。モニター５１は、赤外線カメラ３０の撮影画像を表示する他に、被検物Ｍの温度が指定温度の範囲から外れたことを表示する警報部としても機能する。
【００４９】
上述したように、ＣＰＵ４０は、温度測定回路４３から入力する温度データに基づいてその出力内容を変更している。変更内容としては、例えば、形状測定結果の有無（形状データの出力の有無 形状測定の続行、中止など）であり、又は形状測定結果に対する警告（温度変化による熱膨張・収縮での形状変化を有する被検物Ｍの形状測定結果に対する警告）である。
【００５０】
ＣＰＵ４０によって形状測定結果を出力しない方法としては、例えば、Ａ：形状センサ２０を駆動して形状データを取得するが、この形状データの移行処理を中断する、Ｂ：形状センサ２０そのものを駆動せず、形状データに関する出力を一切しない、Ｃ：形状センサ２０によって画像データを取得し、この画像データに基づいて被検物Ｍの形状データを作成するが、それを表示部（ディスプレイ）、印刷出力部（プリンタ）、ＣＡＤなどの装置に出力しない、などの方法がある。
【００５１】
次に、上記計測装置のＣＰＵ４０の動作を図４のフローチャートに従って説明する。
【００５２】
操作者が被検物をＸステージ１４に載せて、操作卓５０で計測開始の操作をすると、図４フローチャートに示された内容がスタートする。
【００５３】
Step１では、ＣＰＵ４０は温度測定回路４３から赤外線カメラ３０が撮影している被検物Ｍの温度データを入力する。
【００５４】
Step２では、ＣＰＵ４０は、ジョイスティック５３からカーソル５１ｂの位置を、キーボード５２から指定温度をそれぞれ入力する。
【００５５】
Step３では、ＣＰＵ４０は、温度データが表すカーソル５１ｂの位置の温度が、指定温度にあるかどうかを判断する。
【００５６】
Step４では、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度ではない場合には、指定温度になるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御するとともに、温度を計測し続ける。
【００５７】
或いは、Step４では、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度ではない場合には、指定温度になるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御するとともに、温度を計測し続ける。
【００５８】
Step５では指定温度である場合には、ＣＰＵ４０は温度データが表すカーソル５１ｂの位置の温度を監視しながら、形状センサ２０を制御して、被検物Ｍの形状を計測する。
【００５９】
このように、被検物Ｍの形状を測定する部位の温度が、所定の温度である場合に、被検物Ｍの形状を測定するので、被検物Ｍの熱膨張の量が常に一定の大きさの形状を測定できる。従って、被検物Ｍの形状を高精度に計測することができる。
【００６０】
Step６では、ＣＰＵ４０は、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度から外れたかどうかを判断する。
【００６１】
Step７では、指定温度から外れた場合には、ＣＰＵ４０はモニター５１上に警報を表示して、計測を中止する。
【００６２】
このように、被検物Ｍの形状の計測中に被検物Ｍの温度が指定温度から外れた場合には計測を中止するので、被検物Ｍの熱膨張の量が一定の大きさからはずれた形状を測定しない。すなわち、測定誤差になるような形状データを取得しないようにしている。
【００６３】
Step８では、指定温度にある場合は、被検物Ｍの全体の形状の計測が終了したかどうかを判断する。終了していなければ、Step５に戻って、形状計測を続ける。
【００６４】
図５は上記計測装置の別の動作を示すフローチャートである。
【００６５】
操作者が被検物ＭをＸステージ１４に載せて、操作卓５０で計測開始の操作をすると、図５のフローチャートがスタートする。
【００６６】
Step１１では、ＣＰＵ４０は温度測定回路４３から赤外線カメラ３０が撮影している被検物Ｍの温度データと、被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力して、被検物Ｍの温度分布とＸステージ１４の温度分布とを作成する。
【００６７】
Step１２では、ＣＰＵ４０は、Ｘステージ１４の温度分布の平均値と、被検物Ｍの温度分布の温度分布幅とを比較し、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっているかどうかを判断する。
【００６８】
なお、必ずしも被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっているかどうかを判断する必要はなく、Ｘステージ１４の温度分布と被検物Ｍの温度分布との差が所定の範囲に収まっていればよく、例えば、被検物Ｍが置かれている周辺のＸステージ１４の温度がＸステージ１４近くの被検物Ｍの温度と所定の温度差に収まっているかどうかを判断しても良い。
【００６９】
Step１３では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっていなければ、収まるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御するとともに、被検物Ｍの温度データと被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力し続ける。
【００７０】
或いは、Step１３では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっていなければ、収まるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御するとともに、被検物Ｍの温度データと被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力し続ける。
【００７１】
Step１４では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まった場合には、ＣＰＵ４０は被検物Ｍの所定の領域の形状を計測する。
【００７２】
なお、形状を計測する領域は、ジョイスティック５３などから指定しても良い。
【００７３】
このように、Ｘステージ１４の温度と被検物Ｍの温度とが所定の範囲に収まってから形状の測定を開始するので、形状の計測中に被検物Ｍの温度がＸステージ１４の温度に近づくという被検物Ｍの温度変動がない状態で、被検物Ｍの形状を計測する。
【００７４】
従って、この場合も上述した場合（図４参照）と同様に被検物Ｍの熱膨張の量が常に一定の大きさの形状を測定できるので、高精度に被検物の形状を計測することができる。
【００７５】
本発明の異なる実施の形態として、例えば図６に示すような計測装置がある。これは、赤外線カメラ３０の受光波長域に相当する波長の光を減衰する減衰部材としての減衰カバー１７（図６中の点線で囲んだ部分参照）が被検物Ｍや赤外線カメラ３０の周囲を覆うように配置された例である。
【００７６】
なお、図６中、図１に示す部材と同一部材には同一番号を付してその説明を省略する。
【００７７】
本計測装置の使用環境によっては、被検物Ｍから輻射された赤外線以外のエネルギー線が赤外線カメラ３０に入射することがある。金属の場合、赤外線の反射高率が高い。そのため、被検物Ｍやその被検物Ｍを載置するＸステージ１４が金属製で光沢表面を持っている場合、これらに直接太陽光や白熱灯火が照射されていると、被検物Ｍやその周囲そのものの温度が正確に測れず、より高い温度を示すデータが赤外線カメラ３０から得られてしまう。なお、温度測定時には、被検物Ｍの温度制御のための気体流吹付けや赤外線照射は行わない。
【００７８】
そのために、本実施の形態では、Ｙステージ１５を構成する垂直部分１５ｂの上方で複数本（図６では２本）の減衰カバー支持梁１８を、図６の紙面に対して垂直方向に延在させて、この減衰カバー支持梁１８により、減衰カバー１７を被検物Ｍおよび赤外線カメラ３０の上方と側方４方向で覆うように支持してある。この減衰カバー１７は、例えば、近赤外吸収用のポリカーボネート樹脂（例えば、住友ダウ株式会社製 ガリバー（ＴＭ）３０２−４）などのシート状パネルを用いることで、赤外線カメラ３０の受光波長範囲である４〜１３マイクロメートルの波長域を効率よく減衰することが可能となる。この波長範囲のエネルギー線を減衰することにより、外光からの影響が少ない状態で、赤外線カメラ３０による温度測定が可能となる。
【００７９】
この減衰カバー１７は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５などの被検物Ｍの載置位置に近く、赤外線カメラ３０の画像取得範囲になる部分と、赤外線カメラ３０自身を覆うように設置して、温度計測部で感受するエネルギー線のほとんどが被検物Ｍとその周辺部からの輻射となるようにしている。
【００８０】
本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。例えば、形状データと温度データの他に、被検物Ｍの比熱、熱伝導率、温度分布（熱勾配）などの熱特性データをＣＰＵ４０に入力し、ＣＰＵ４０で形状測定値に温度補償を行うようにしてもよい。
【００８１】
また、計測装置が設置された雰囲気中に含まれる塵やオイルミストが形状センサ２０や赤外線カメラ３０のレンズ面など付着して測定誤差が生じないようするために、これら形状センサ２０や赤外線カメラ３０にクリーンエアーを流して塵やオイルミストが付着しないようにしてもよい。
【００８２】
また、本発明は以下の特徴を設けて構成してもよい。
【００８３】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８４】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８５】
本発明の請求項３に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８６】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８７】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 計測装置本体
１１ 床
１２ ベース
１４ Ｘステージ
１５ Ｙステージ
１６ Ｚステージ
１７ 減衰カバー（減衰部材）
２０ 形状センサ（検出手段）
２１ 投影ユニット
２２ 撮像ユニット
３０ 赤外線カメラ（温度計測部）
４０ ＣＰＵ（出力部）
４１ ステージ駆動回路
４２ 形状測定回路
４３ 温度測定回路（温度計測部）
５０ 操作卓
５１ モニター
５２ キーボード（温度指定部）
５３ ジョイスティック（位置指定部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度管理をして被検物の３次元形状を測定する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の３次元形状を測定する計測装置として、例えば基盤上に水平一方向に移動するＸステージとこれと直交する水平他方向に移動するＹステージからなる移動テーブルを設け、また基盤上に垂直方向に移動するＺステージにセンサヘッドを設けて、このセンサヘッドに移動テーブル上に載置された被検物に向けて測定光を発する光源と被検物から反射した測定光の反射光画像を取得するテレビカメラを内蔵した装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
上記装置では、被検物に対して光源から測定光を照射し、被検物から反射する測定光の反射光画像を、測定光が照射される方向とは異なる方向からテレビカメラで観察し、反射光画像中の測定光の形状と、光源の位置と、テレビカメラの位置とから、被検物の３次元形状を非接触で測定する。
【特許文献１】特開平１１−１２５５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような計測装置によって被検物の３次元形状の測定を行う際には、通常、被検物の熱膨張による測定誤差を回避するために被検物の温度管理を行っている。この温度管理では、例えば、被検物の機械加工後、この機械加工時の熱などにより高温になった被検物を常温（室温）になるまで放置している。
【０００５】
比較的熱容量が小さい被検物の場合、放置時間は比較的短時間で済むものの、熱容量が大きい被検物となると放置時間は１日あるいは数日に及ぶこともあるが、これは被検物の温度を測定してその測定結果に基づいて放置時間を決めている訳ではなく、経験的に決められているのが実情である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被検物の温度管理を行って高精度の形状測定が行える計測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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被検物の温度管理を行って高精度の形状測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１の計測装置に装備されるモニターの表示内容を示す説明図である。
【図３】図１の計測装置に装備された制御回路を示すブロック図である。
【図４】図１の計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１の計測装置の動作の別の例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の計測装置の異なる実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の計測装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００１５】
本発明の計測装置は、被検物の３次元形状を計測する装置で、空気温度が変化する雰囲気中に設置される。
【００１６】
図１は本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１７】
本実施形態の計測装置には、被検物Ｍの形状情報を採取する検出部（検出手段）としての形状センサ２０と、この形状センサ２０が形状情報を採取する被検物Ｍの温度を計測する温度計測部（温度計測手段）を構成する赤外線カメラ３０と、これら形状センサ２０及び赤外線カメラ３０を備えた計測装置本体１０とが設けられている。
【００１８】
また、計測装置には、被検物Ｍの温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、が設けられている。
【００１９】
或いは、計測装置には、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、が設けられている。
【００２０】
大きさや形状が異なる種々の被検物Ｍの温度制御を精度良く行うためには、前記温度計測手段と前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に構成することが好ましい。
【００２１】
そこで、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段とを設ければよい。かかる保持手段としては、動きの自由度が大きい多関節ロボットアームが好ましい。
【００２２】
動きの自由度が大きい多関節ロボットアームにより、前記温度計測手段と前記気体流形成手段の位置及び姿勢を調整することにより、被検物Ｍの温度制御を高精度に行うことができる。
【００２３】
温度計測手段を構成する赤外線カメラは、４〜１３μｍの波長範囲で被検物Ｍからの温度を検知し、これ以外の波長周囲からの外乱光は誤差として検出してしまうので、ハイパスフィルターを赤外線カメラの前に配設し、そのハイパスフィルターを透過させて余計な波長の外乱光が赤外線カメラに入らないようすることが好ましい。
【００２４】
被検物Ｍの温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段は、空気ブロアーにより構成される。被検物Ｍの温度を調整するために、所定温度または所定温度範囲に設定した空気を使用し、被検物Ｍに対する吹き付けを行う。
【００２５】
なお、被検物Ｍを冷却する場合には、空気は室温以下に冷却して使用するか、或いは圧縮空気（ブロアー時の断熱膨張による冷却）を使用して、被検物の全体または一部に向けて、空気流の吹付けを行う。
【００２６】
また、被検物Ｍの温度を調整するための補足手段として赤外線照射手段を設けても良い。赤外線照射手段は、少なくともハロゲンランプと反射鏡とを有して構成されている。赤外線照射手段からの赤外線は、加熱対象物である被検物Ｍの全体に向けて照射する。ここで、ハロゲンランプからの赤外線のうち長波長（例えば８μｍ以上）をローパスフィルターでカットすれば、被検物Ｍを効率よく加熱できるので好ましい。
【００２７】
或いは、赤外線照射手段は、少なくともハロゲンランプと反射鏡と集光レンズとを有して構成されている。赤外線照射手段からの赤外線は、加熱対象物である被検物Ｍの一部に向けて照射する。この場合、集光レンズにより被検物Ｍに対する照射エリアを形成する。ここで、ハロゲンランプからの赤外線のうち長波長（例えば８μｍ以上）をローパスフィルターでカットすれば、被検物Ｍを効率よく加熱できるので好ましい。
【００２８】
また、赤外線照射手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第三の保持手段を設けることが好ましい。かかる保持手段としては、動きの自由度が大きい多関節ロボットアームが好ましい。
【００２９】
温度制御手段は、温度計測手段からの情報に基づいて、気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する。
【００３０】
具体的には、温度制御手段は、温度計測手段及び気体流形成手段の位置及び姿勢を調整し、更に気体流形成手段からの空気の流量、温度及び吹付け範囲を調整することにより、或いは補足的に赤外線照射手段からの赤外線の強度及び照射範囲を調整することにより、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する。
【００３１】
なお、計測装置には、計測装置本体１０全体を制御し且つ赤外線カメラ３０からの温度情報と形状センサ２０から出力する内容に基づき計測結果を出力する制御手段としてのＣＰＵ４０（図３参照）と、操作卓５０が設けられている。
【００３２】
計測装置本体１０は、床１１にベース１２を配置し、このベース１２上に、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５及びＺステージ１６を配置している。
【００３３】
Ｘステージ１４は、被検物Ｍを載置する機構で、載置した被検物Ｍをベース１２上で水平一方向（図１の矢印Ｘ方向参照）に平行移動させる。
【００３４】
Ｙステージ１５は、ベース１２上でＸステージ１４と直交する水平方向（図１の矢印Ｙ方向参照）に移動する水平部分１５ａと、この水平部分１５ａ上に垂直に起立して設けられた垂直部分１５ｂとを有している。この垂直部分１５ｂにはＺステージ１６が移動可能に支持されて、Ｚステージ１６を矢印Ｙ方向に移動させる。
【００３５】
Ｚステージ１６は、Ｙステージ１５の垂直部分１５ｂに沿いベース１３に対して垂直方向（図１の矢印Ｚ方向参照）に移動可能な基部１６ａと、この基部１６ａからベース１３に対して平行に延びるアーム部１６ｂとを有している。アーム部１６ｂにはその先端部に被検物Ｍと対向するようにして上述した形状センサ２０が取り付けられ、また形状センサ２０から離れて同じく被検物Ｍと対向するようにして上述した赤外線カメラ３０が取り付けられていて、アーム部１６ｂはこれら形状センサ２０と赤外線カメラ３０とを矢印Ｚ方向に移動させる。
【００３６】
なお、この例では、赤外線カメラ３０がアーム部１６ｂに取り付けられているが、前述したように赤外線カメラ３０を別の多関節ロボットアームに取り付けてもよい。
【００３７】
形状センサ２０は、Ｙステージ１５とＺステージ１６によってベース１３に対して水平方向（矢印Ｙ方向）及び垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能である。形状センサ２０は、被検物Ｍの形状を光切断法によって計測する装置で、測定光を被検物Ｍに投影する投影ユニット２１と、測定光が照射された被検物Ｍを撮像する撮像ユニット２２とを有する。形状センサ２０の位置は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５、Ｚステージ１６それぞれの位置の合成された位置である。
【００３８】
赤外線カメラ３０は、被検物Ｍが放射する赤外線を赤外線に感度を持つ２次元撮像素子によって検出し、その赤外線の量に応じて被検物Ｍの表面温度を計測する温度計である。
【００３９】
操作卓５０には、赤外線カメラ３０の出力（撮像画像）などを表示する液晶表示装置などからなるモニター５１と、測定開始指令や測定を開始する温度（指定温度）などを入力する温度指定部としてのキーボード５２が設けられている。なお、この指定温度は、何度から何度までという温度範囲であってもよい。
【００４０】
図２はモニター５１の表示内容（モニター画面５１ａ）の一例を示している。図２に示すように、赤外線カメラ３０の出力は、モニター５２上に画像で表示される。温度は色に変換されてモニター５２上に表示される。また、操作卓５０には被検物Ｍの温度を計測する位置を指定する位置指定部としてのジョイスティック５３（図３参照）が設けられており、このジョイスティック５３によりモニター画面５１ａに表示されるカーソル５１ｂの位置を変更できる。カーソル５１ｂが示す位置が温度を計測する位置で、その温度が、色と温度の対応を表示する温度指標５１ｃに数値で表示される。図２では、Ｘステージ１４上に載置された被検物Ｍの画像５１ｄがＸステージ１４の画像５１ｅと共に表示され、この被検物Ｍの上面Ｍａに相当する画像５１ｄ中の部位５１ｆの温度が１８℃であることが図示されている。Ｘステージ１４は被検物Ｍの保持部として機能し、このＸステージ１４の赤外線画像を撮影する赤外線カメラ３０は被検物Ｍの温度を計測する温度計測部として機能する他にＸステージ１４等の被検物Ｍの設置場所の周囲の温度を計測する周囲温度計測部としても機能する。 計測装置本体１０には、図３に示すように、Ｘステージ１４の動作と、Ｙステージ１５の動作と、Ｚステージ１６の動作とをそれぞれ制御するステージ駆動回路４１が設けられている。このステージ駆動回路４１は、ＣＰＵ４０から移動信号を入力してＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６にそれぞれ駆動信号を出力する他に、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報を形状測定回路４２に出力する。
【００４１】
形状測定回路４２は、投影ユニット２１のレーザー光源２１ａに制御信号を出力して該レーザー光源２１ａをＯＮ／ＯＦＦ制御する一方、撮像ユニット２２のビデオカメラ２２ａから画像データが入力される。形状測定回路４２は、ビデオカメラ２２ａから入力した画像データと、ステージ駆動回路４１から入力したＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報とに基づいて被検物Ｍの形状を求めて、形状データをＣＰＵ４０に出力する。
【００４２】
赤外線カメラ３０が撮影した被検物ＭとＸステージ１４の温度を表す赤外線画像データは温度測定回路４３に出力され、ここで赤外線画像データが温度データに変換される。温度測定回路４３が出力する温度データは、赤外線画像データの画面全体の温度である。
【００４３】
ＣＰＵ４０は、温度測定回路４３から温度データを入力してモニター５１に温度画像を出力する。ＣＰＵ４０には、キーボード５２から指定温度信号が入力し、ジョイスティック５３から温度の測定位置信号が入力する。
【００４４】
ＣＰＵ４０は、温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有する。
【００４５】
或いは、ＣＰＵ４０は、温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御して、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有する。
【００４６】
また、ＣＰＵ４０は、ジョイスティック５３で指定した被検物Ｍ上の箇所の温度がキーボード５２から入力した指定温度の範囲内にあるとき、形状センサ２０を駆動して被検物Ｍの形状測定を開始する。
【００４７】
すなわち、上述したように、ＣＰＵ４０は、駆動信号をステージ駆動回路４１に出力してステージ駆動回路４１を駆動する。これにより、ステージ駆動回路４１は、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５，１６に駆動信号を送る一方、駆動されたＸ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５，１６の各位置情報を形状測定回路４２に送る。形状測定回路４２は、投影ユニット２１のレーザー２１ａに制御信号を出力して該レーザー２１ａをＯＮ／ＯＦＦ制御する一方、撮像ユニット２２のビデオカメラ２２ａから画像データを入力し、この画像データと、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ１４、１５、１６の位置情報とに基づいて被検物Ｍの形状を求める。
【００４８】
ＣＰＵ４０は、被検物Ｍの温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段としての機能を有するが、形状センサ２０による形状測定の実行中、温度制御が旨くできなくて、ジョイスティック５３で指定した被検物Ｍ上の箇所の温度がキーボード５２から入力した指定温度の範囲から外れたとき、ＣＰＵ４０は、モニター５１に警報を表示する一方、形状センサ２０による被検物Ｍの形状測定を中止させる。モニター５１は、赤外線カメラ３０の撮影画像を表示する他に、被検物Ｍの温度が指定温度の範囲から外れたことを表示する警報部としても機能する。
【００４９】
上述したように、ＣＰＵ４０は、温度測定回路４３から入力する温度データに基づいてその出力内容を変更している。変更内容としては、例えば、形状測定結果の有無（形状データの出力の有無 形状測定の続行、中止など）であり、又は形状測定結果に対する警告（温度変化による熱膨張・収縮での形状変化を有する被検物Ｍの形状測定結果に対する警告）である。
【００５０】
ＣＰＵ４０によって形状測定結果を出力しない方法としては、例えば、Ａ：形状センサ２０を駆動して形状データを取得するが、この形状データの移行処理を中断する、Ｂ：形状センサ２０そのものを駆動せず、形状データに関する出力を一切しない、Ｃ：形状センサ２０によって画像データを取得し、この画像データに基づいて被検物Ｍの形状データを作成するが、それを表示部（ディスプレイ）、印刷出力部（プリンタ）、ＣＡＤなどの装置に出力しない、などの方法がある。
【００５１】
次に、上記計測装置のＣＰＵ４０の動作を図４のフローチャートに従って説明する。
【００５２】
操作者が被検物をＸステージ１４に載せて、操作卓５０で計測開始の操作をすると、図４フローチャートに示された内容がスタートする。
【００５３】
Step１では、ＣＰＵ４０は温度測定回路４３から赤外線カメラ３０が撮影している被検物Ｍの温度データを入力する。
【００５４】
Step２では、ＣＰＵ４０は、ジョイスティック５３からカーソル５１ｂの位置を、キーボード５２から指定温度をそれぞれ入力する。
【００５５】
Step３では、ＣＰＵ４０は、温度データが表すカーソル５１ｂの位置の温度が、指定温度にあるかどうかを判断する。
【００５６】
Step４では、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度ではない場合には、指定温度になるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御するとともに、温度を計測し続ける。
【００５７】
或いは、Step４では、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度ではない場合には、指定温度になるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御するとともに、温度を計測し続ける。
【００５８】
Step５では指定温度である場合には、ＣＰＵ４０は温度データが表すカーソル５１ｂの位置の温度を監視しながら、形状センサ２０を制御して、被検物Ｍの形状を計測する。
【００５９】
このように、被検物Ｍの形状を測定する部位の温度が、所定の温度である場合に、被検物Ｍの形状を測定するので、被検物Ｍの熱膨張の量が常に一定の大きさの形状を測定できる。従って、被検物Ｍの形状を高精度に計測することができる。
【００６０】
Step６では、ＣＰＵ４０は、カーソル５１ｂが表す位置の温度が指定温度から外れたかどうかを判断する。
【００６１】
Step７では、指定温度から外れた場合には、ＣＰＵ４０はモニター５１上に警報を表示して、計測を中止する。
【００６２】
このように、被検物Ｍの形状の計測中に被検物Ｍの温度が指定温度から外れた場合には計測を中止するので、被検物Ｍの熱膨張の量が一定の大きさからはずれた形状を測定しない。すなわち、測定誤差になるような形状データを取得しないようにしている。
【００６３】
Step８では、指定温度にある場合は、被検物Ｍの全体の形状の計測が終了したかどうかを判断する。終了していなければ、Step５に戻って、形状計測を続ける。
【００６４】
図５は上記計測装置の別の動作を示すフローチャートである。
【００６５】
操作者が被検物ＭをＸステージ１４に載せて、操作卓５０で計測開始の操作をすると、図５のフローチャートがスタートする。
【００６６】
Step１１では、ＣＰＵ４０は温度測定回路４３から赤外線カメラ３０が撮影している被検物Ｍの温度データと、被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力して、被検物Ｍの温度分布とＸステージ１４の温度分布とを作成する。
【００６７】
Step１２では、ＣＰＵ４０は、Ｘステージ１４の温度分布の平均値と、被検物Ｍの温度分布の温度分布幅とを比較し、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっているかどうかを判断する。
【００６８】
なお、必ずしも被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっているかどうかを判断する必要はなく、Ｘステージ１４の温度分布と被検物Ｍの温度分布との差が所定の範囲に収まっていればよく、例えば、被検物Ｍが置かれている周辺のＸステージ１４の温度がＸステージ１４近くの被検物Ｍの温度と所定の温度差に収まっているかどうかを判断しても良い。
【００６９】
Step１３では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっていなければ、収まるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御するとともに、被検物Ｍの温度データと被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力し続ける。
【００７０】
或いは、Step１３では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まっていなければ、収まるまで、ＣＰＵ４０は、前記気体流形成手段、赤外線照射手段、前記第一保持手段、第二保持手段及び第三保持手段を制御するとともに、被検物Ｍの温度データと被検物Ｍが置かれているＸステージ１４の温度データとを入力し続ける。
【００７１】
Step１４では、被検物Ｍの温度分布幅がＸステージ１４の温度の平均値の±１℃の範囲に収まった場合には、ＣＰＵ４０は被検物Ｍの所定の領域の形状を計測する。
【００７２】
なお、形状を計測する領域は、ジョイスティック５３などから指定しても良い。
【００７３】
このように、Ｘステージ１４の温度と被検物Ｍの温度とが所定の範囲に収まってから形状の測定を開始するので、形状の計測中に被検物Ｍの温度がＸステージ１４の温度に近づくという被検物Ｍの温度変動がない状態で、被検物Ｍの形状を計測する。
【００７４】
従って、この場合も上述した場合（図４参照）と同様に被検物Ｍの熱膨張の量が常に一定の大きさの形状を測定できるので、高精度に被検物の形状を計測することができる。
【００７５】
本発明の異なる実施の形態として、例えば図６に示すような計測装置がある。これは、赤外線カメラ３０の受光波長域に相当する波長の光を減衰する減衰部材としての減衰カバー１７（図６中の点線で囲んだ部分参照）が被検物Ｍや赤外線カメラ３０の周囲を覆うように配置された例である。
【００７６】
なお、図６中、図１に示す部材と同一部材には同一番号を付してその説明を省略する。
【００７７】
本計測装置の使用環境によっては、被検物Ｍから輻射された赤外線以外のエネルギー線が赤外線カメラ３０に入射することがある。金属の場合、赤外線の反射高率が高い。そのため、被検物Ｍやその被検物Ｍを載置するＸステージ１４が金属製で光沢表面を持っている場合、これらに直接太陽光や白熱灯火が照射されていると、被検物Ｍやその周囲そのものの温度が正確に測れず、より高い温度を示すデータが赤外線カメラ３０から得られてしまう。なお、温度測定時には、被検物Ｍの温度制御のための気体流吹付けや赤外線照射は行わない。
【００７８】
そのために、本実施の形態では、Ｙステージ１５を構成する垂直部分１５ｂの上方で複数本（図６では２本）の減衰カバー支持梁１８を、図６の紙面に対して垂直方向に延在させて、この減衰カバー支持梁１８により、減衰カバー１７を被検物Ｍおよび赤外線カメラ３０の上方と側方４方向で覆うように支持してある。この減衰カバー１７は、例えば、近赤外吸収用のポリカーボネート樹脂（例えば、住友ダウ株式会社製 ガリバー（ＴＭ）３０２−４）などのシート状パネルを用いることで、赤外線カメラ３０の受光波長範囲である４〜１３マイクロメートルの波長域を効率よく減衰することが可能となる。この波長範囲のエネルギー線を減衰することにより、外光からの影響が少ない状態で、赤外線カメラ３０による温度測定が可能となる。
【００７９】
この減衰カバー１７は、Ｘステージ１４、Ｙステージ１５などの被検物Ｍの載置位置に近く、赤外線カメラ３０の画像取得範囲になる部分と、赤外線カメラ３０自身を覆うように設置して、温度計測部で感受するエネルギー線のほとんどが被検物Ｍとその周辺部からの輻射となるようにしている。
【００８０】
本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。例えば、形状データと温度データの他に、被検物Ｍの比熱、熱伝導率、温度分布（熱勾配）などの熱特性データをＣＰＵ４０に入力し、ＣＰＵ４０で形状測定値に温度補償を行うようにしてもよい。
【００８１】
また、計測装置が設置された雰囲気中に含まれる塵やオイルミストが形状センサ２０や赤外線カメラ３０のレンズ面など付着して測定誤差が生じないようするために、これら形状センサ２０や赤外線カメラ３０にクリーンエアーを流して塵やオイルミストが付着しないようにしてもよい。
【００８２】
また、本発明は以下の特徴を設けて構成してもよい。
【００８３】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８４】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８５】
本発明の請求項３に記載の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８６】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００８７】
本発明の計測装置は、被検物の形状を測定する計測装置であって、前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の全体または一部に向けて、前記気体流の吹付けを行うことにより、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 計測装置本体
１１ 床
１２ ベース
１４ Ｘステージ
１５ Ｙステージ
１６ Ｚステージ
１７ 減衰カバー（減衰部材）
２０ 形状センサ（検出手段）
２１ 投影ユニット
２２ 撮像ユニット
３０ 赤外線カメラ（温度計測部）
４０ ＣＰＵ（出力部）
４１ ステージ駆動回路
４２ 形状測定回路
４３ 温度測定回路（温度計測部）
５０ 操作卓
５１ モニター
５２ キーボード（温度指定部）
５３ ジョイスティック（位置指定部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項３】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項１】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項３】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
被検物の形状を測定する計測装置であって、
前記被検物の形状情報を採取する検出手段と、
前記被検物の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第一保持手段と、
前記被検物の温度を調整する気体流を形成する気体流形成手段と、
前記気体流形成手段の位置及び姿勢を変更可能に保持する第二保持手段と、
前記温度計測手段からの情報に基づいて、前記気体流形成手段、前記第一保持手段及び第二保持手段を制御して、前記被検物の温度を所定温度範囲に保持する温度制御手段と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５７１７５（Ｐ２０１１−２５７１７５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９８３６（Ｐ２０１０−１２９８３６）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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