JP2006284562A - 非球面ワークの水平出しプログラム、記録媒体及び非球面ワークの水平出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設計値が未知の非球面ワークを正確に水平出しすることを可能とする。
【解決手段】傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出し方法において、非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと（Ｓ１）、求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと（Ｓ２）、求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと（Ｓ３）、得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと（Ｓ４）、求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整するステップ（Ｓ６）とを備えてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、傾斜補正テーブルを有し、輪郭形状の測定が可能な表面性状測定器等に適用され、非球面ワークの水平出しを行うためのプログラム、記録媒体及び方法に関する。

従来、非球面レンズのような非球面形状を測定する面形状測定装置として、光学的な測定プローブを、所定の角度をなす第１の回転手段と第２の回転手段によって回転させることにより、被測定面の全ての法線方向に測定プローブの光軸を一致させることを可能にして、複雑な非球面であっても面形状を高精度に測定することを可能にした面形状測定装置が知られている（特許文献１）。

また、被測定面上を接触子により走査して被測定面の表面性状を測定する表面性状測定装置では、円筒形状や円錐形状等の芯出しを行うため、測定テーブル上に傾斜調整装置を設けたものが知られている（特許文献２）。
特開平１１−２１１４２６号公報、段落０００７、図１ 特開２０００−２６６５３４公報、段落０００５、図１

しかしながら、上述した特許文献１に開示の装置は、測定プローブを所定の角度を持った２軸を中心として回転させる必要があるため、装置が大がかりになるという問題がある。また、特許文献２においては、設計値が未知の非球面ワークの水平出しを行うための適切な方法は、開示されていない。即ち、特許文献２に開示の装置は、例えば、ワークを設置したテーブル上を測定して水平出しを行うことはできるが、ワークとテーブルとの位置関係は不明である。換言すれば、常にワークの取付誤差による影響を排除することができない。

本発明は、このような問題点に鑑みされたもので、設計値が未知の非球面ワークを正確に水平出しすることができる非球面ワークの水平出しプログラム、記録媒体及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る非球面ワークの水平出しプログラムの一態様は、傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出しプログラムにおいて、非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、本発明に係る非球面ワークの他の水平出しプログラムの一態様は、コンピュータに実行させて、傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出しプログラムにおいて、非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、前記求められた平面と水平面との誤差が所定範囲内であるかどうかを判定し、もし誤差が所定範囲内であれば処理を終了するステップと、前記誤差が所定範囲外である場合、前記求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整し、前記非球面ワークを三次元測定するステップに戻るステップとを備え、前記誤差が所定範囲内に入るまで上述したステップを繰り返すことを特徴とする。

さらに、本発明に係る記録媒体は、前記非球面ワークの水平出しプログラムをコンピュータ読取可能に記録したことを特徴とする。

また、本発明に係る非球面ワークの水平出し方法は、傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出し方法において、非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、設計値が未知の非球面ワークに対して、ワーク基準で水平出しを行うことが可能になり、非球面ワークの高精度測定に寄与することができる。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る形状測定機１００（表面性状測定機）の外観斜視図である。なお、形状測定機は、この例では、輪郭形状測定機を用いているが、表面粗さ測定機、真円度測定機あるいは三次元測定機や非接触画像測定機等、他の表面性状測定機を用いても良い。

装置１００の主要部分を載置するテーブル１の上には、ワーク２を載置するためのワーク載置テーブル３が設けられている。ワーク載置テーブル３は、ベース板４と、このベース板４上に図中Ｘ方向（左右方向）に移動すると共に、ワーク２を図中Ｙ方向（紙面と直交する方向）に移動させる移動テーブル５とにより構成されている。また、移動テーブル５は、ワーク２の載置面を任意の姿勢に調整可能な傾斜調整機能付きのテーブルとなっている。テーブル１には、垂直方向に延びるコラム６が固定されており、このコラム６にスライダ７が上下動可能に装着されている。スライダ７には、スタイラスアーム８が装着されている。スタイラスアーム８は、操作卓１０の操作によって水平（Ｘ）方向に駆動され、その先端に設けられたスタイラス９によってワーク２の表面をトレースすることにより、Ｘ軸方向の各位置における表面の高さＺが測定データとして求められるようになっている。また、移動テーブル５でワーク２をＹ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向に延びるスキャンラインを切り替えることができる。

測定データは、コンピュータ２００に取り込まれ、形状解析に供せられる。ワーク２が非球面ワークの場合、この形状解析に先立って、非球面ワークの水平出し処理が実行される。コンピュータ２００は、所定の非球面ワークの水平出しプログラムによって図２に示すような処理を実行する。

まず、三次元測定が実行される（Ｓ１）。この実施例で測定される非球面ワークは、例えば図３に示すような頂点から等距離の位置での傾斜が均一であるワーク２である。輪郭形状測定機の場合、このような非球面ワーク２の表面を、図４に示すように、Ｙ軸方向に所定距離ずつ隔てた複数のスキャンラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…に沿った走査を行うことにより、各点のＺ方向の高さをサンプリングし、これを三次元測定データとして取得する。

次に、取得された三次元測定データから二次曲面を求め、この二次曲面の極値を図４に示すように、仮のピーク点（又はボトム点）Ｐ０として求める（Ｓ２）。即ち、この段階では、まだワーク２の水平出しがなされていないので、Ｐ０はあくまで仮のピーク値となる。

続いて、図５に示すように、仮のピーク点Ｐ０を中心として半径ｒの円周上の点を３点以上測定する（Ｓ３）。この例では４点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を測定している。４点は、極力均一に選択することが望ましい。なお、測定点Ｐ１〜Ｐ４は、１点ずつスタイラス９を移動させて測定する必要があるが、このように測定点を１点ずつ測定するのではなく、図６に示すように、仮のピーク点Ｐ０を挟んでピーク点Ｐ０からそれぞれＹ方向に距離ｄだけ離れた位置に互いに平行なスキャンラインＬ４，Ｌ５を設定し、これらスキャンラインＬ４，Ｌ５と半径ｒの円との交点Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８をそれぞれ測定点として求めるようにしても良い。

次に、図７に示すように、求められた３点以上の測定点から平面Ｓａを決定する（Ｓ４）。測定点が３点の場合、平面Ｓａは一意に決定されるが、４点以上の場合には、平面は、例えば最小二乗平面となる。求められた平面Ｓａは、その法線方向と基準軸（Ｚ軸）方向との誤差が所定範囲（例えば±１°）内か否かによってほぼ水平面と見なせるかどうかが判定される（Ｓ５）。もし、求められた平面Ｓａがほぼ水平面と見なせるのであれば、仮のピーク値Ｐ０を真のピーク値Ｐ０′として曲面の解析処理に進むが、水平面と見なせない場合には、図８に示すように、傾斜補正機能付き移動テーブル５の傾斜補正を行って、平面Ｓａがほぼ水平面（Ｓ２）となるように、ワーク２の傾斜補正を行う（Ｓ６）。これにより、ピーク値Ｐ０もＰ０′に移動するので、再度ステップＳ１からの処理を繰り返す。これをステップＳ５でほぼ水平面と見なせるまで繰り返すことにより、非球面ワーク２の水平出しが終了する。

図９は、本発明の他の実施形態に係る非球面ワークの水平出し処理を示すフローチャートである。

この実施形態では、ステップＳ４で平面が決定されたら、平面と水平面との誤差を求め（Ｓ１５）、求められた誤差だけ傾斜補正テーブルを制御して水平レベルを出す（Ｓ１６）。これにより、前の実施形態よりも短時間に非球面ワークの水平出しが可能になる。

なお、以上はワークのピーク値に基づいて水平出しを行ったが、ワークのもう一つの極値であるボトム値で水平出しを行うようにしても良い。

この発明の一実施形態に係る輪郭形状測定機の構成を示す外観斜視図である。 同測定機で実行される非球面ワークの水平出し処理を示すフローチャートである。 同水平出しを行う非球面ワークの斜視図である。 同水平出し処理の内容を説明するためのワークの平面図である。 同水平出し処理の内容を説明するためのワークの平面図である。 同水平出し処理の内容を説明するためのワークの平面図である。 同水平出し処理の内容を説明するためのワークの側面図である。 同水平出し処理の内容を説明するためのワークの側面図である。 本発明の他の実施形態に係る非球面ワークの水平出し処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…テーブル、２…ワーク、３…ワーク載置テーブル、４…ベース板、５…移動テーブル、６…コラム、７…スライダ、８…スタイラスアーム、９…スタイラス、１０…操作卓。

Claims (7)

1. 傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出しプログラムにおいて、
   非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、
   求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、
   求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、
   得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、
   求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整するステップと
   をコンピュータに実行させるための非球面ワークの水平出しプログラム。
2. コンピュータに実行させて、傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出しプログラムにおいて、
   非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、
   求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、
   求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、
   得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、
   前記求められた平面と水平面との誤差が所定範囲内であるかどうかを判定し、もし誤差が所定範囲内であれば処理を終了するステップと、
   前記誤差が所定範囲外である場合、前記求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整し、前記非球面ワークを三次元測定するステップに戻るステップとを備え、
   前記誤差が所定範囲内に入るまで上述したステップを繰り返す
   ことを特徴とする非球面ワークの水平出しプログラム。
3. 前記３点以上の三次元測定値を得るステップは、前記求められた仮の極値から等距離にある三次元測定値を得るステップであることを特徴とする請求項１又は２記載の非球面ワークの水平出しプログラム。
4. 前記３点以上の三次元測定値を得るステップは、前記求められた仮の極値を内側にして前記仮の極値から等距離離れた互いに平行な走査ライン上の点の三次元測定値を得るステップであることを特徴とする請求項１又は２記載の非球面ワークの水平出しプログラム。
5. 前記非球面ワークは、頂点から等距離の位置での傾斜が均一である請求項１又は２記載の非球面ワークの水平出しプログラム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の非球面ワークの水平出しプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
7. 傾斜補正テーブル上に載置された非球面ワークの水平出しを行う非球面ワークの水平出し方法において、
   非球面ワークの極値を含む面を三次元測定するステップと、
   求められた三次元測定値から二次曲面を求め、その極値を仮の極値として求めるステップと、
   求められた仮の極値を中心としてその周囲から３点以上の三次元測定値を得るステップと、
   得られた３点以上の三次元測定値によって規定される平面を求めるステップと、
   求められた平面が水平となるように前記傾斜補正テーブルを調整するステップと
   を備えたことを特徴とする非球面ワークの水平出し方法。
   

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