JP5641514B2

JP5641514B2 - 非接触変位計測装置

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Publication number: JP5641514B2
Application number: JP2010011802A
Authority: JP
Inventors: 道脇　宏和; 宏和道脇
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011149849A

Description

本発明は、変位計により被測定対象（ワーク）の変位量を検出する非接触変位計測装置に関する。

従来、特許文献１のように、ワークの三次元形状を測定する際に、レーザプローブ（レーザ変位計）が用いられる。特許文献１のような構成であれば、レーザプローブにより、ワークの一方向の面に対する変位量しか検出することができない。

そこで、首振り式のヘッドに取り付けたレーザプローブを用いる構成が考えられる。つまり、ヘッドによりレーザプローブの姿勢を変えて、ワークの多方向の面に対する変位量を検出することができる。

特開２００５−１７２６１０

しかしながら、首振り式のヘッドにレーザプローブを取り付ける構成であれば、レーザプローブの姿勢制御に多くの時間を要する。また、その姿勢制御に用いるパートプログラムの作成にも、多くの時間が必要となる。

そこで、本発明は、短時間で且つ容易にワークの変位量を検出可能な非接触変位計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る非接触変位計測装置は、被測定対象を載置可能に構成された測定テーブルと、前記被測定対象に光を照射すると共に当該光に基づく反射光を受光し且つ当該反射光に基づき前記被測定対象の前記変位量を計測する変位計測部と、前記測定テーブルに対して平行な第１軸に沿って当該測定テーブルから相対移動可能に構成され、前記測定テーブルに対して直交する第２軸方向に広がり且つ前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸方向の前記測定テーブルの両端近傍に端部を有するゲート状に形成されたゲート状駆動部とを備え、前記ゲート状駆動部は、前記被測定対象に対して少なくとも２方向から光を照射させるように前記変位計測部を配置可能に構成されていることを特徴とする。

上記構成により、本発明に係る非接触変位計測装置は、ゲート状駆動部を第１軸に沿って相対移動させる毎に、少なくとも２方向からの光を被測定対象に照射し、その被測定対象の変位を計測することができる。

前記ゲート状駆動部は、当該ゲート状駆動部の形状に沿って前記変位計測部を移動可能に構成された移動機構を備え、当該移動機構の所定位置に前記変位計測部を移動させる移動制御部を備える構成としてもよい。

前記ゲート状駆動部は、前記第２軸方向に延びる第１支持部と、前記第２軸方向に延び且つ前記第１支持部から前記第３軸方向に離れる位置に設けられた第２支持部と、前記第１支持部の上部及び前記第２支持部の上部を連結するように設けられた第３支持部とを備え、前記第１支持部、前記第２支持部、及び前記第３支持部によりゲート状に形成されている構成としてもよい。また、前記変位計測部は、前記第１支持部、前記第２支持部、及び前記第３支持部の少なくともいずれか２つにそれぞれ設けられている構成としてもよい。また、前記第１支持部及び前記第２支持部の少なくともいずれかに設けられた前記変位計測部は、前記第３軸方向に移動可能に構成され、前記第３支持部に設けられた前記変位検出部は、前記第２軸方向に移動可能に構成されていてもよい。

前記ゲート状駆動部は、前記第２軸方向に広がる円弧状に形成されている構成であってもよい。また、前記変位計測部は、前記移動機構にて移動する軌跡と直交する直交方向に移動可能に構成されていてもよい。

本発明によれば短時間で且つ容易にワークの変位量を検出可能な非接触変位計測装置を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の構成を示す斜視図である。図１の第１測定ユニット１７Ａ（第２測定ユニット１７Ｂ）の内部の斜視図である。図１の第３測定ユニット１７Ｃの内部の斜視図である。図１の第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃの詳細を示す構成図である。本発明の第１実施形態に係る３次元測定機１及びコンピュータシステム２の構成を更に詳細に示したブロック図である。本発明の第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の動作を示す概略図である。本発明の第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の構成を示す斜視図である。図７の第４測定ユニット１７Ｄの内部の斜視図である。本発明の第２実施形態に係る３次元測定機１ａ及びコンピュータシステム２の構成を更に詳細に示したブロック図である。本発明の第２実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の動作を示す概略図である。

次に、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（第１実施形態に係る非接触変位計測装置の構成）
図１は、第１実施形態に係る非接触変位計測装置の機能を有する３次元測定装置全体を示す斜視図である。３次元測定装置は、非接触型の３次元測定機１と、この３次元測定機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とにより構成されている。

３次元測定機１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象１２を載置する測定テーブル１３が装着されている。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。ここで、Ｙ軸方向は、測定テーブル１３に対して平行な方向（第１軸）である。

測定テーブル１３の側部及びその上部に亘って、第１ゲート状駆動部１４Ａが設けられている。すなわち、第１ゲート状駆動部１４Ａは、Ｙ軸方向に沿って測定テーブル１３から相対移動可能に構成されている。第１ゲート状駆動部１４Ａは、Ｚ軸方向に広がり且つＸ軸方向の測定テーブル１３の両端近傍に端部を有するゲート形状に形成されている。ここで、Ｚ軸は、測定テーブル１３に対して直交する軸（第２軸）である。Ｘ軸は、Ｙ軸及びＺ軸に直交する軸（第３軸）である。

第１ゲート状駆動部１４Ａは、第１〜第３支持アーム（第１〜第３支持部）１４ａ〜１４ｃを有する。第１、第２支持アーム１４ａ、１４ｂは、架台１１のＹ軸方向にのびる両側縁のＹ軸方向の中央部に設けられている。第１支持アーム１４ａは、Ｚ軸方向に延びるように形成されている。第２支持アーム１４ｂは、Ｚ軸方向に延び且つ第１支持アーム１４ａからＸ軸方向に離れる位置に設けられている。第３支持アーム１４ｃは、第１支持アーム１４ａの上部及び第２支持アーム１４ｂの上部を連結するように設けられている。つまり、第１ゲート状駆動部１４Ａは、第１支持アーム１４ａ、第２支持アーム１４ｂ、及び第３支持アーム１４ｃよりゲート状に形成されている。

第１支持アーム１４ａには、第１測定ユニット１７Ａが支持されている。第１測定ユニット１７Ａは、図示しないＺ軸移動機構によって第１支持アーム１４ａに沿ってＺ軸方向に移動する。第２支持アーム１４ｂには、第２測定ユニット１７Ｂが支持されている。第２測定ユニット１７Ｂは、図示しないＺ軸移動機構によって第２支持アーム１４ｂに沿ってＺ軸方向に移動する。第３支持アーム１４ｃには、第３測定ユニット１７Ｃが支持されている。第３測定ユニット１７Ｃは、図示しないＸ軸移動機構によって第３支持アーム１４ｃに沿ってＸ軸方向に移動する。

第１測定ユニット１７Ａの内部は、図２に示すように構成されている。即ち、第１支持アーム１４ａに沿ってＺ軸方向に移動可能に第１スライダ３１ａが設けられ、第１スライダ３１ａに一体に第１Ｘ軸ガイド３２ａが固定されている。第１Ｘ軸ガイド３２ａには、第１支持板３３ａがＸ軸方向に摺動（移動）自在に設けられ、この第１支持板３３ａに、画像測定用の撮像手段である第１ＣＣＤカメラ３４ａと、非接触式変位計（変位計測部）である第１レーザプローブ３５ａとが併設されている。これにより、第１ＣＣＤカメラ３４ａと第１レーザプローブ３５ａとは、一定の位置関係を保ってＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に同時に移動できるようになっている。第１ＣＣＤカメラ３４ａには、撮像範囲を照明するための第１照明装置３６ａが付加されている。なお、第１ＣＣＤカメラ３４ａは、画像測定のためだけでなく、第１レーザプローブ３５ａの測定時における撮像範囲の確認のためにも使用される。第１レーザプローブ３５ａは、第１測定ユニット１７Ａの移動の際に第１レーザプローブ３５ａを退避（Ｘ軸方向に移動）するための第１移動機構４０ａと、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるためＸ軸周りに回転させる第１回転機構４１ａとにより支持されている。

なお、第１ＣＣＤカメラ３４ａは、Ｘ軸に平行であり且つ第２支持アーム１４ｂに向かう方向の画像を撮像する。第１レーザプローブ３５ａは、Ｘ軸方向に平行であり且つ第２支持アーム１４ｂに向かう方向の変位を計測する。つまり、第１測定ユニット１７Ａは、ワーク１２の第１支持アーム１４ａ側の側面を測定する。

同様に、第２測定ユニット１７Ｂの内部は、図２に示すように構成されている。即ち、第２支持アーム１４ｂに沿ってＺ軸方向に移動可能に第２スライダ３１ｂが設けられ、第２スライダ３１ｂに一体に第２Ｘ軸ガイド３２ｂが固定されている。第２Ｘ軸ガイド３２ｂには、第２支持板３３ｂがＸ軸方向に摺動（移動）自在に設けられ、この第２支持板３３ｂに、画像測定用の撮像手段である第２ＣＣＤカメラ３４ｂと、非接触式変位計（変位計測部）である第２レーザプローブ３５ｂとが併設されている。これにより、第２ＣＣＤカメラ３４ｂと第２レーザプローブ３５ｂとは、一定の位置関係を保ってＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に同時に移動できるようになっている。第２ＣＣＤカメラ３４ｂには、撮像範囲を照明するための第２照明装置３６ｂが付加されている。なお、第２ＣＣＤカメラ３４ｂは、画像測定のためだけでなく、第２レーザプローブ３５ｂの測定時における撮像範囲の確認のためにも使用される。第２レーザプローブ３５ｂは、第２測定ユニット１７Ｂの移動の際に第２レーザプローブ３５ｂを退避する（Ｘ軸方向に移動）ための第２移動機構４０ｂと、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるためＸ軸周りに回転させる第２回転機構４１ｂとにより支持されている。

なお、第２ＣＣＤカメラ３４ｂは、Ｘ軸に平行であり且つ第１支持アーム１４ａに向かう方向の画像を撮像する。第２レーザプローブ３５ｂは、Ｘ軸方向に平行であり且つ第１支持アーム１４ａに向かう方向の変位を計測する。つまり、第２測定ユニット１７Ｂは、ワーク１２の第２支持アーム１４ｂ側の側面を測定する。

また、第３測定ユニット１７Ｃの内部は、図３に示すように構成されている。即ち、第３支持アーム１４ｃに沿ってＸ軸方向に移動可能に第３スライダ３１ｃが設けられ、第３スライダ３１ｃに一体にＺ軸ガイド３２ｃが固定されている。Ｚ軸ガイド３２ｃには、第３支持板３３ｃがＺ軸方向に摺動（移動）自在に設けられ、この第３支持板３３ｃに、画像測定用の撮像手段である第３ＣＣＤカメラ３４ｃと、非接触式変位計（変位計測部）である第３レーザプローブ３５ｃとが併設されている。これにより、第３ＣＣＤカメラ３４ｃと第３レーザプローブ３５ｃとは、一定の位置関係を保ってＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に同時に移動できるようになっている。第３ＣＣＤカメラ３４ｃには、撮像範囲を照明するための第３照明装置３６ｃが付加されている。なお、第３ＣＣＤカメラ３４ｃは、画像測定のためだけでなく、第３レーザプローブ３５ｃの測定時における撮像範囲の確認のためにも使用される。第３レーザプローブ３５ｃは、第３測定ユニット１７Ｃの移動の際に第３レーザプローブ３５ｃを退避する（Ｚ軸方向に移動）ための第３移動機構４０ｃと、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるＺ軸周りに回転させる第３回転機構４１ｃとにより支持されている。

なお、第３ＣＣＤカメラ３４ｃは、Ｚ軸に平行であり且つ測定テーブル１３に向かう方向の画像を撮像する。第３レーザプローブ３５ｃは、Ｚ軸方向に平行であり且つ測定テーブル１３に向かう方向の変位を計測する。つまり、第３測定ユニット１７Ｃは、ワーク１２の上面を測定する。

図４は、第１レーザプローブ３５ａの詳細を示す図である。第１レーザプローブ３５ａは、ワーク１２の変位量を計測するものである。第１レーザプローブ３５ａは、ワーク１２に光を照射し、その光に基づく反射光を受光する。そして、第１レーザプローブ３５ａは、その反射光に基づきワーク１２の変位量を測定する。なお、第２、第３レーザプローブ３５ｂ、３５ｃは、図４に示す第１レーザプローブ３５ａと同様の構成を有する。

第１レーザプローブ３５ａにおいて、半導体レーザ５１から放射された光は、ビームスプリッタ５２及び１／４波長板５３を介したのち、コリメートレンズ５４によって平行光線とされ、ミラー５５、５６及び対物レンズ５７を介してワーク１２の測定部に光スポットを形成する。ワーク１２の測定部から反射された光は、ミラー５６、５５、コリメートレンズ５４及び１／４波長板５３の逆経路を辿ってビームスプリッタ５２で反射され、エッジミラー５８で上下に二分割される。上下に分割された光は、上下に位置された２分割受光素子５９、６０で検出される。

検出回路６１は、２分割受光素子５９、６０からの出力信号をもとに対物レンズ５７の焦点位置からワーク１２の測定面６２までのずれ量に応じた信号を出力する。サーボ回路６３は、検出回路６１の検出出力に基づいて駆動機構６４に対物レンズ５７の駆動のための駆動信号を出力する。対物レンズ５７が上下動すると、変位検出器６６の可動部材６７が固定部材６８に対して移動する。この移動量が変位量として出力される。

図５には、３次元測定機１及びコンピュータシステム２の構成を更に詳細に示した装置全体のブロック図が示されている。

３次元測定機１の第１測定ユニット１７Ａにおいて、画像測定用の第１ＣＣＤカメラ３４ａでワーク１２を撮像して得られた画像信号は、Ａ／Ｄ変換器７１ａにて多値画像に変換された後、コンピュータ２１に供給される。第１ＣＣＤカメラ３４ａの撮像に必要な照明光は、コンピュータ２１の制御に基づき、第１照明制御部７４ａが第１照明装置３６ａをそれぞれ制御することにより与えられる。第１レーザプローブ３５ａから得られた変位量の信号は、Ａ／Ｄ変換器７６ａを介してコンピュータ２１に供給される。そして、これらを含む第１測定ユニット１７Ａが、コンピュータ２１の制御に基づいて動作するＸＹＺ軸駆動部７７によってＸＹＺ軸方向に駆動される。第１測定ユニット１７ＡのＸＹＺ軸方向の位置は、ＸＹＺ軸エンコーダ７８によって検出され、コンピュータ２１に供給される。

また、３次元測定機１の第２測定ユニット１７Ｂにおいて、画像測定用の第２ＣＣＤカメラ３４ｂでワーク１２を撮像して得られた画像信号は、Ａ／Ｄ変換器７１ｂにて多値画像に変換された後、コンピュータ２１に供給される。第２ＣＣＤカメラ３４ｂの撮像に必要な照明光は、コンピュータ２１の制御に基づき、第２照明制御部７４ｂが第２照明装置３６ｂをそれぞれ制御することにより与えられる。第２レーザプローブ３５ｂから得られた変位量の信号は、Ａ／Ｄ変換器７６ｂを介してコンピュータ２１に供給される。そして、これらを含む第２測定ユニット１７Ｂが、コンピュータ２１の制御に基づいて動作するＸＹＺ軸駆動部７７によってＸＹＺ軸方向に駆動される。第２測定ユニット１７ＢのＸＹＺ軸方向の位置は、ＸＹＺ軸エンコーダ７８によって検出され、コンピュータ２１に供給される。

また、３次元測定機１の第３測定ユニット１７Ｃにおいて、画像測定用の第３ＣＣＤカメラ３４ｃでワーク１２を撮像して得られた画像信号は、Ａ／Ｄ変換器７１ｃにて多値画像に変換された後、コンピュータ２１に供給される。第３ＣＣＤカメラ３４ｃの撮像に必要な照明光は、コンピュータ２１の制御に基づき、第３照明制御部７４ｃが第３照明装置３６ｃをそれぞれ制御することにより与えられる。第３レーザプローブ３５ｃから得られた変位量の信号は、Ａ／Ｄ変換器７６ｃを介してコンピュータ２１に供給される。そして、これらを含む第３測定ユニット１７Ｃが、コンピュータ２１の制御に基づいて動作するＸＹＺ軸駆動部７７によってＸＹＺ軸方向に駆動される。第３測定ユニット１７ＣのＸＹＺ軸方向の位置は、ＸＹＺ軸エンコーダ７８によって検出され、コンピュータ２１に供給される。

一方、コンピュータ２１は、制御の中心をなすＣＰＵ８１と、このＣＰＵ８１に接続される多値画像メモリ８２と、プログラム記憶部８３と、ワークメモリ８４と、インタフェース８５，８６，８８と、多値画像メモリ８２に記憶された多値画像データをＣＲＴ２５に表示するための表示制御部８７とにより構成されている。多値画像メモリ８２に格納された多値画像データは、表示制御部８７の表示制御動作によって、ＣＲＴ２５に表示される。

一方、キーボード２２、ジョイスティック２３及びマウス２４から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース８５を介してＣＰＵ８１に入力される。また、ＣＰＵ８１には、第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃで検出された変位量やＸＹＺ軸エンコーダ７８からのＸＹＺ座標情報を取り込む。ＣＰＵ８１は、これらの入力情報、オペレータの指示及びプログラム記憶部８３に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部７７によるステージ移動、測定値の演算処理等の各種の処理を実行する。ワークメモリ８４は、ＣＰＵ８１の各種処理のための作業領域を提供する。

第１〜第３ＣＣＤカメラ３４ａ〜３４ｃによる画像測定及び第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃによる変位計測の計測値は、インタフェース８６を介してプリンタ２６に出力される。また、インタフェース８８は、外部の図示しないＣＡＤシステム等より提供されるワーク１２のＣＡＤデータを、所定の形式に変換してコンピュータシステム２１に入力するためのものである。

ＣＰＵ８１は、第１支持アーム１４ａのＺ軸駆動機構（Ｚ軸方向）の所定位置に第１測定ユニット１７Ａを移動させる。同様に、ＣＰＵ８１は、第２支持アーム１４ｂのＺ軸駆動機構（Ｚ軸方向）の所定位置に第２測定ユニット１７Ｂを移動させる。ＣＰＵ８１は、第３支持アーム１４ｃのＸ軸駆動機構（Ｘ軸方向）の所定位置に第３測定ユニット１７Ｃを移動させる。

ＣＰＵ８１は、第１測定ユニット１７Ａ及び第２測定ユニット１７Ｂを所定範囲に亘ってＸ軸方向に移動させる。また、ＣＰＵ８１は、第３測定ユニット１７ＣをＺ軸方向に移動させる。

（第１実施形態に係る非接触変位計測装置の動作）
次に、図６を参照して、第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の動作について説明する。図６に示すように、第１実施形態に係る３次元測定装置において、第１〜第３測定ユニット１７Ａ〜１７Ｃ（第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃ）は、第１ゲート状駆動部１４Ａ（第１〜第３支持アーム１４ａ〜１４ｃ）により、測定テーブル１３に対してＹ軸方向に同時に相対移動する。そして、Ｙ軸方向の各位置において、各第１〜第３測定ユニット１７Ａ〜１７Ｃ（第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃ）は、独立した方向にそれぞれ駆動される。第１、第２測定ユニット１７Ａ、１７Ｂ（第１、第２レーザプローブ３５ａ、３５ｂ）は、Ｚ軸方向に駆動する。第３測定ユニット１７Ｃ（第３レーザプローブ３５ｃ）は、Ｘ軸に方向に駆動する。つまり、第１実施形態に係る３次元測定装置は、ワーク１２に３つの入射角をもってレーザ光を照射するように第１〜第３測定ユニット１７Ａ〜１７Ｃ（第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃ）を配置している。また、第１、第２測定ユニット１７Ａ、１７Ｂ（第１、第２レーザプローブ３５ａ、３５ｂ）は、所定範囲に亘ってＸ軸方向にも移動する。第３測定ユニット１７Ｃ（第３レーザプローブ３５ｃ）は、所定範囲に亘ってＺ軸方向にも移動する。

（第１実施形態に係る非接触変位計測装置の効果）
次に、第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の効果について説明する。第１実施形態に係る３次元測定装置は、上記のように動作可能であるので、第１ゲート状駆動部１４ＡをＹ軸方向に移動させる度に、ワーク１２の３方向の面に対する変位量を同時に測定することができる。さらに、第１実施形態に係る３次元測定装置は、上記のように動作可能であるので、その計測経路、計測順序等の制御方法は従来に比べて簡略化される。よって、第１実施形態によれば、短時間で計測を行うことができる。また、その制御に用いられるパートプログラムの作成時間も短縮することができる。

［第２実施形態］
（第２実施形態に係る非接触変位計測装置の構成）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る非接触変位計測装置の機能を有する３次元測定機装置の構成について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態においては、主に、３次元測定機１ａの構成が、第１実施形態と異なる。３次元測定機１ａは、第１ゲート状駆動部１４Ａの代わりに、第２ゲート状駆動部１４Ｂを有する。また、３次元測定機１ａは、第１〜第３測定ユニット１７Ａ〜１７Ｃの代わりに、第４測定ユニット１７Ｄを有する。

第２ゲート状駆動部１４Ｂは、第１実施形態と同様に、Ｚ軸方向に広がり且つＸ軸方向の測定テーブル１３の両端近傍に端部を有するゲート形状を有する。一方、第２ゲート状駆動部１４Ｂは、第１実施形態と異なり、Ｚ軸方向に広がる円弧状に形成されている。なお、第１実施形態と同様に、測定テーブル１３は、Ｙ軸方向に移動可能であるので、第２ゲート状駆動部１４Ｂは、Ｙ軸方向に沿って測定テーブル１３から相対移動可能に構成されている。

第４測定ユニット１７Ｄは、第２ゲート状駆動部１４Ｂに支持されている。第４測定ユニット１７Ｄは、図示しない円周移動機構によって円弧状の第２ゲート状駆動部１４Ｂに沿った円周方向Ｒに移動する。

第４測定ユニット１７Ｄの内部は、図８に示すように構成されている。即ち、円周方向Ｒに移動可能に第４スライダ３１ｄが設けられ、第４スライダ３１ｄに一体に円弧状ガイド３２ｄが固定されている。円弧状ガイド３２ｄには、第４支持板３３ｄが円周移動機構にて移動する軌跡（円周方向Ｒ）と直交する直交方向Ｆに摺動（移動）自在に設けられている。この第４支持板３３ｄに、画像測定用の撮像手段である第４ＣＣＤカメラ３４ｄと、非接触式変位計である第４レーザプローブ３５ｄとが併設されている。これにより、第４ＣＣＤカメラ３４ｄと第４レーザプローブ３５ｄとは、一定の位置関係を保ってＹ軸方向、円周方向Ｒ、直交方向Ｆの３方向に同時に移動できるようになっている。第４ＣＣＤカメラ３４ｄには、撮像範囲を照明するための第４照明装置３６ｄが付加されている。なお、第４ＣＣＤカメラ３４ｄは、画像測定のためだけでなく、第４レーザプローブ３５ｄの測定時における撮像範囲の確認のためにも使用される。第４レーザプローブ３５ｄは、第４測定ユニット１７Ｄの移動の際に第４レーザプローブ３５ｄを退避する（直交方向Ｆに移動）ための第４移動機構４０ｄと、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるために直交方向Ｆ周りに回転させる第４回転機構４１ｄとにより支持されている。

なお、第４ＣＣＤカメラ３４ｄは、測定テーブル１３へと向かう直交方向Ｆの画像を撮像する。第４レーザプローブ３５ｄは、測定テーブル１３へと向かう直交方向Ｆの変位を計測する。つまり、第４測定ユニット１７Ｄは、１台の第４ＣＣＤカメラ３４ｄで多方向からワーク１２の表面を測定する。

第４レーザプローブ３５ｄは、図４に示した第１〜第３レーザプローブ３５ａ〜３５ｃと同様の構成を有する。

図９には、３次元測定機１ａ及びコンピュータシステム２の構成を更に詳細に示した装置全体のブロック図が示されている。

３次元測定機１ａの第４測定ユニット１７Ｄにおいて、画像測定用の第４ＣＣＤカメラ３４ｄでワーク１２を撮像して得られた画像信号は、Ａ／Ｄ変換器７１ｄにて多値画像に変換された後、コンピュータ２１に供給される。第４ＣＣＤカメラ３４ｄの撮像に必要な照明光は、コンピュータ２１の制御に基づき、第４照明制御部７４ｄが第１照明装置３６ｄをそれぞれ制御することにより与えられる。第４レーザプローブ３５ｄから得られた変位量の信号は、Ａ／Ｄ変換器７６ｄを介してコンピュータ２１に供給される。そして、これらを含む第４測定ユニット１７Ｄが、コンピュータ２１の制御に基づいて動作する３方向駆動部７７ａによって３方向（Ｙ軸方向、円周方向Ｒ、直交方向Ｆ）に駆動される。第４測定ユニット１７Ｄの３方向の位置は、３方向エンコーダ７８ａによって検出され、コンピュータ２１に供給される。なお、コンピュータ２１において、３方向（Ｙ軸方向、円周方向Ｒ、直交方向Ｆ）にて表される位置は、ＸＹＺ軸方向にて表される位置に変換することも可能である。

ＣＰＵ８１は、第２ゲート状駆動部１４Ｂの円周移動機構（円周方向Ｒ）の所定位置に第４測定ユニット１７Ｄを移動させる。また、ＣＰＵ８１は、第４測定ユニット１７Ｄを所定範囲に亘って直交方向Ｆに移動させる。

（第２実施形態に係る非接触変位計測装置の動作）
次に、図１０を参照して、第２実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の動作について説明する。図１０に示すように、第２実施形態に係る３次元測定装置において、第４測定ユニット１７Ｄ（第４レーザプローブ３５ｄ）は、第２ゲート状駆動部１４Ｂにより、測定テーブル１３に対してＹ軸方向に相対移動する。そして、Ｙ軸方向の各位置において、第４測定ユニット１７Ｄ（第４レーザプローブ３５ｄ）は、第２ゲート状駆動部１４Ｂの円弧状の形状に沿った円周方向Ｒに移動する。また、第４測定ユニット１７Ｄ（第４レーザプローブ３５ｄ）は、円周移動機構にて移動する軌跡（円周方向Ｒ）と直交する直交方向Ｆに移動する。

（第２実施形態に係る非接触変位計測装置の効果）
次に、第２実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）の効果について説明する。第２実施形態に係る３次元測定装置は、上記のように動作可能であるので、第２ゲート状駆動部１４ＢをＹ軸方向に移動させる度に（Ｙ軸方向の所定位置で）、ワーク１２のY軸方向に対して直交する面方向の変位量を、複数測定することができる。よって、第２実施形態に係る３次元測定装置は、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［その他の実施形態］
以上、発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれら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、第１及び第２実施形態において、第１〜第４測定ユニット１７Ａ〜１７Ｄは、第１〜第４ＣＣＤカメラ３４ａ〜３４ｄを設けているが、第１〜第４ＣＣＤカメラ３４ａ〜３４ｄ（及びそれに付随する構成）を省略した構成であってもよい。すなわち、第１〜第４測定ユニット１７Ａ〜１７Ｄは、第１〜第４レーザプローブ３５ａ〜３５ｄを駆動可能に構成するものであればよい。

また、本実施形態では、第１〜第４レーザプローブ３５ａ〜３５ｄを非接触式変位計として説明したが、第１〜第４ＣＣＤカメラ３４ａ〜３４ｄを非接触式変位計としてもよく、このとき、第１〜第４測定ユニット１７Ａ〜１７Ｄは、第１〜第４レーザプローブ３５ａ〜３５ｄ（及びそれに付随する構成）を省略した構成であってもよい。

例えば、第１実施形態に係る３次元測定装置（非接触変位計測装置）は、第１〜第３測定ユニット１７Ａ〜１７Ｃを設けているが、第１支持アーム１４ａ、第２支持アーム１４ｂ、及び第３支持アーム１４ｃの少なくともいずれか２つに測定ユニットを設ける構成であればよい。すなわち、３次元測定装置は、第１、第２測定ユニット１７Ａ、１７Ｂのみ、又は第１、第３測定ユニット１７Ａ、１７Ｃのみ、又は第１、第３測定ユニット１７Ａ、１７Ｃのみを有する構成であってもよい。３次元測定装置は、ワーク１２に対して少なくとも２方向から光を照射させるように測定ユニットを第１ゲート状駆動部１４Ａに配置する構成であればよい。

例えば、第１実施形態において、第１支持アーム１４ａは、１つの第１測定ユニット１７Ａのみを設けているが、さらに複数の測定ユニットを設ける構成であってもよい。また、第２支持アーム１４ｂは、１つの第２測定ユニット１７Ｂのみを設けているが、さらに複数の測定ユニットを設ける構成であってもよい。また、第３支持アーム１４ｃは、１つの第３測定ユニット１７Ｃのみを設けているが、さらに複数の測定ユニットを設ける構成であってもよい。また、第２実施形態において、第２ゲート状駆動部１４Ｂは、１つの第４測定ユニット１７Ｄのみを設けているが、さらに複数の測定ユニットを設ける構成であってもよい。

１，１ａ…３次元測定機、２…コンピュータシステム、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４Ａ，１４Ｂ…第１，第２駆動機構、１４ａ〜１４ｃ…第１〜第３支持アーム、１７Ａ〜１７Ｃ…第１〜第３測定ユニット、２１…コンピュータ、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ディスプレイ、２６…プリンタ、３４ａ〜３４ｄ…第１〜第４ＣＣＤカメラ、３５ａ〜３５ｄ…第１〜第４レーザプローブ、３６ａ〜３６ｄ…第１〜第４照明装置、４０ａ〜４０ｄ…第１〜第４移動機構、４１ａ〜４１ｄ…第１〜第４回転機構、５１…半導体レーザ、５２…ビームスプリッタ、５３…１／４波長板、５４…コリメートレンズ、５５，５６…ミラー、５７…対物レンズ、５８…エッジミラー、５９、６０…２分割受光素子、６１…検出回路、６３…サーボ回路、６４…駆動機構、６６…変位検出器、６７…可動部材、６８…固定部材、７１ａ〜７１ｄ，７６ａ〜７６ｄ…Ａ／Ｄ変換器、７４ａ〜７４ｄ…照明制御部、７７…ＸＹＺ軸駆動部、７７ａ…３方向駆動部、７８…ＸＹＺ軸エンコーダ、７８ａ…３方向エンコーダ、８１…ＣＰＵ，８２…多値画像メモリ、８３…プログラム記憶部、８４…ワークメモリ、８５，８６，８８…Ｉ／Ｆ、８７…表示制御部。

Claims

被測定対象を載置可能に構成された測定テーブルと、
前記被測定対象に光を照射すると共に当該光に基づく反射光を受光し且つ当該反射光に基づき前記被測定対象の変位量を計測する複数の変位計測部と、
前記測定テーブルに対して平行な第１軸に沿って当該測定テーブルから相対移動可能に構成され、前記測定テーブルに対して直交する第２軸方向に広がり且つ前記第１軸及び前記第２軸に直交する第３軸方向の前記測定テーブルの両端近傍に端部を有するゲート状に形成されたゲート状駆動部と
を備え、
前記複数の変位計測部は、第１方向の前記変位量を計測する第１変位計測部、並びに、前記第１方向とは異なる第２方向の前記変位量を計測する第２変位計測部を含み、
前記ゲート状駆動部は、前記被測定対象に対して少なくとも２方向から光を照射させるように前記第１及び第２変位計測部を配置可能に構成されている
ことを特徴とする非接触変位計測装置。
前記ゲート状駆動部は、
当該ゲート状駆動部の形状に沿って前記変位計測部を移動可能に構成された移動機構を備え、
当該移動機構の所定位置に前記変位計測部を移動させる移動制御部
を備えることを特徴とする請求項１記載の非接触変位計測装置。
前記ゲート状駆動部は、
前記第２軸方向に延びる第１支持部と、
前記第２軸方向に延び且つ前記第１支持部から前記第３軸方向に離れる位置に設けられた第２支持部と、
前記第１支持部の上部及び前記第２支持部の上部を連結するように設けられた第３支持部と
を備え、
前記第１支持部、前記第２支持部、及び前記第３支持部によりゲート状に形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の非接触変位計測装置。
前記変位計測部は、
前記第１支持部、前記第２支持部、及び前記第３支持部の少なくともいずれか２つにそれぞれ設けられている
ことを特徴とする請求項３記載の非接触変位計測装置。
前記第１支持部及び前記第２支持部の少なくともいずれかに設けられた前記変位計測部は、前記第３軸方向に移動可能に構成され、
前記第３支持部に設けられた前記変位検出部は、前記第２軸方向に移動可能に構成されている
ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の非接触変位計測装置。