JP6617033B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置に関し、被測定物の真直形状や面形状を高精度に測定できる測定装置に関する。

長尺物などの被測定物の面形状や断面直線形状を精度良く測定をするために、基準となる直定規との比較測定を実施することがある。あるいは、光軸の直線性を基準にして、走査方向に被測定面と２点で当接する台上の鏡の傾斜をオートコリメータで測定して、直線形状を算出する方法も用いられている。また、基準が使えないときには、多点法プローブを用いた多点法により、運動誤差と形状誤差を分離する方法がとられる。更には、2点で当接する水準器あるいはタリベルなどで直線形状を求める方法もある。

真直形状や平面形状の測定対象が大型化するのに伴い、基準定規が長尺化し、その作成が困難になってきている。また、空中での光線の揺らぎの影響で光軸の基準も十分な精度を保てない場合もある。このような背景から、多点法を用いた測定の必要性が高まっているが、多点法ではゼロ点調整誤差による放物線誤差の問題があり、しかも長尺になり逐次数が増えるほど放物線誤差が大きくなるという問題がある。一方で、形状測定の効率化や自動化の要請もある。

特許文献１には、例えばステージの傾斜を、形状測定における移動開始点と終了点の静止時に計測し、多点法プローブで測定評価した真直形状における両端の傾斜の差に含まれる、多点法プローブのゼロ点調整誤差による放物線誤差の影響を抽出できることを利用して、目的の形状測定データそのものから多点法プローブのゼロ点の校正が出来る、いわゆるその場校正を実現できる技術が開示されている。

特開２００９−２８１７６８号公報

ところで、被測定物において、交差する方向に延在する２つの測定面を精度良く測定したい場合、多点法プローブの向きを各測定面に対して各々適切に設定する必要があるので、準備に時間がかかるという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑み、簡素な構成でありながら、交差する方向に延在する２つの測定面を精度良く測定できる測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の測定装置は、互いに交差する方向に延在する２つの測定面を備えた被測定物の形状を、前記測定面に対して相対的に走査変位することにより測定する測定装置において、
前記測定面に向かって光束を投射する３つの発光部と、前記測定面から反射した光束をそれぞれ受光する３つの受光部とを備えた測定部と、
反射部と、
前記反射部を、前記測定部に対して反射位置と非反射位置との間で、前記発光部から出射され前記反射部に入射する光束と、前記反射部から反射される光束とを含む面に対して直交する方向に平行移動させる駆動機構と、を有し、
前記測定部を前記測定面に対して相対的に走査変位させることで、逐次三点法により前記測定面の形状を測定することができ、
前記反射部が反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射して一方の前記測定面に向かって投射され、前記一方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射して前記受光部に受光されるようになっており、
前記反射部が非反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射することなく他方の前記測定面に向かって投射され、前記他方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射することなく前記受光部に受光されるようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記反射部が反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射して一方の前記測定面に向かって投射され、前記一方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射して前記受光部に受光されるようになっているので、逐次三点法により前記一方の測定面の形状を測定することができ、また前記反射部が非反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射することなく他方の前記測定面に向かって投射され、前記他方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射することなく前記受光部に受光されるようになっているので、逐次三点法により前記他方の測定面の形状を測定することができ、これにより前記測定部を１度設定すれば、前記反射部の位置を切り替えつつ同一方向に走査変位させるのみで、２つの前記測定面を精度良く測定できるのである。

請求項２に記載の測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記駆動機構は、電源と無線通信部とアクチュエータとを搭載しており、前記無線通信部が無線による信号を受信したときは、前記電源から前記アクチュエータに給電し、給電された前記アクチュエータが前記ミラーを相対変位させるようになっていることを特徴とする。

これにより、前記駆動機構に対して給電ケーブル等を連結する必要がなく、例えば搬送機構などを用いて前記測定装置を操作変位させる際に取り回し性が向上する。

請求項３に記載の測定装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させる際に、前記測定部と前記測定面との間隔を所定値に維持しつつガイドするガイド部材を設けたことを特徴とする。

これにより、例えば直進性が比較的低い搬送装置を用いて、前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させる際にも、前記測定部と前記測定面との間隔を所定値に維持することができる。

請求項４に記載の測定装置は、請求項３に記載の発明において、前記ガイド部材は、前記一方の測定面又は前記他方の測定面を転動するローラを有することを特徴とする。

前記ローラを、前記一方の測定面又は前記他方の測定面を転動させることで、前記測定面に対して前記測定部をスムーズに走査変位させることができる。但し、ローラに限らず、滑りパッドなどを前記測定面に当接させるようにしても良い。

請求項５に記載の測定装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記測定装置は搬送機構に取り付けられており、前記搬送機構は前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させることを特徴とする。

例えば前記搬送機構としてロボットなどにより前記測定装置を把持しつつ、前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させることで、前記被対象物の測定の効率化や自動化を図ることができる。

本発明によれば、簡素な構成でありながら、交差する方向に延在する２つの測定面を精度良く測定できる測定装置を提供することができる。

本実施の形態にかかる測定装置により測定可能な被測定物ＯＢＪの斜視図である。 被測定物ＯＢＪの上面図である。 本実施の形態にかかる測定装置を、ロボットにより把持した状態で示す図である。 本実施の形態にかかる測定装置１００の斜視図であり、正面側から見た図である。 本実施の形態にかかる測定装置１００の斜視図であり、背面側から見た図である。 本実施の形態にかかる測定装置１００の正面図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態にかかる測定装置のミラー駆動機構２００の斜視図である。 （ａ）はミラーの非反射位置を示し、（ｂ）はミラーの反射位置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかる測定装置により測定可能な被測定物ＯＢＪの斜視図である。図２は、被測定物ＯＢＪの上面図である。図に示すように、被測定物ＯＢＪの両側には、鉛直方向上方及び前方に突出してなる一対の板状部ＰＴが設けられている。各板状部ＰＴの前縁の一部は、直線ブレード状に突出したブレード部ＵＬとなっており、ブレード部ＵＬの内側を向いた面ＰＬ１と、面ＰＬ１と直交して交差する板状部ＰＴの面ＰＬ２が、それぞれ測定面となっている。

図３は、本実施の形態にかかる測定装置を、ロボットにより把持した状態で示す図である。搬送機構であるロボットＲＢＴは、定盤に設置された基台ＢＳに対して回転可能な回転テーブルＴＢを備えており、更に回転テーブルＴＢに対して揺動可能な揺動アームＰＡが設けられている。揺動アームＰＡの先端には、伸縮アームＥＡが揺動可能且つ伸縮可能に連結され、伸縮アームＥＡの先端には、ハンドＨＤが揺動可能に連結されている。ハンドＨＤは、チャック機構により測定装置１００を把持可能である。ロボットＲＢＴの構成は以上に限られず、任意の形態が可能である。

ロボットＲＢＴの各部は、制御装置ＣＯＮＴにより数値制御され、不図示のモータ等を介して、所定の精度でハンドＨＤを任意の３次元位置に置くことが出来、従って被測定物ＯＢＪの測定面に沿って図１における鉛直方向に変位させることもできる。尚，図示していないが、天井面などを形状測定するような場合、ロボットＲＢＴにより測定装置１００を点線で示す姿勢で把持するようにし、更に水平方向に移動させたりすることも出来る。このように、ロボットＲＢＴで把持することにより、測定装置１００を被測定物ＯＢＪの測定面に合わせて、任意の方向に変位させることができるようになっている。

図４，５は、本実施の形態にかかる測定装置１００の斜視図であり、図６は、本実施の形態にかかる測定装置１００の正面図である。測定装置１００において、板状のベースプレート１０１の背面に、ロボットＲＢＴのハンドＨＤが把持可能なブラケット１０２を取り付けている。図示していないが、ブラケット１０２は、ハンドＨＤによりチャック可能な凹凸部を有している。

更に、ベースプレート１０１の背面におけるブラケット１０２の近傍に、コントローラ１０４が取り付けられている。コントローラ１０４は、図８を参照して後述するように、電池、無線通信部、ＣＰＵを内蔵している。

ベースプレート１０１の正面側には、これに接合されたサブプレート１０３を介して、測定部である３つの光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃが等間隔に並べられて取り付けられている。サブプレート１０３は、インバー等の熱膨張係数が低い素材から形成されており、温度変化による光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの相対位置変化などの影響を極力抑制して安定した保持に貢献する。直方体状の光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、下方に略Ｖ字状の切欠部１０５ａを有しており、図６に示すように、その一方の側面に発光部１０５ｂを設け、他方の側面に受光部１０５ｃを設けている。外部から光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃへの給電及び外部への出力転送は、それぞれ連結されたケーブル１０５ｄを介して行われる。

隣接する光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの間において、ベースプレート１０１に一端を接合された略Ｌ字状のリブ１０６が、サブプレート１０３との干渉を回避しつつ上下方向に延在している。

図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図であり、被測定物ＯＢＪと共に示している。リブ１０６の自由端である下端には、軸線が斜めに延在するようにして固定軸１０６ａが形成されている。固定軸１０６ａの周囲には、軸受１０７を介してローラ１０８が組み付けられており、固定軸１０６ａに対して回転自在となっている。ローラ１０８の材質は金属又は樹脂製である。ローラ１０８を樹脂製とする場合、例えばロックウェル硬さで８０以上であるポリプラスチック株式会社製のジュラコン（登録商標）などを用いることが好ましい。

図７に示すように、走査変位の際に、ガイド部材としてのローラ１０８を測定面である面ＰＬ１及び面ＰＬ２の双方に当接させて転動させることで、ベースプレート１０１すなわち光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃと、面ＰＬ１及び面ＰＬ２との距離を一定に維持し、これによりロボットＲＢＴのハンドＨＤの直進精度が比較的低い場合でも、後述する逐次三点法による測定を可能としている。

図８は、本実施の形態にかかる測定装置のミラー駆動機構２００の斜視図であるが、寸法や形状等は一部実際と異なる。ミラー駆動機構２００において、細長い保持体２０１は、長手方向に沿って３つのミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを等間隔で取り付けている。保持体２０１は、インバー等の熱膨張係数が低い素材から形成されており、温度変化によるミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの相対位置変化などの影響を極力抑制して安定した保持に貢献する。反射部であるミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、保持体２０１と共に、後述するように光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの下方で変位可能となっている。

保持体２０１の中央付近には、スライダ２０３が取り付けられている。スライダ２０３は、サブプレート１０３（図３，４）に固定されたレール２０４に沿って移動可能となっている。スライダ２０３の上部中央には、連結部２０３ａが形成されている。連結部２０３ａの位置は、ミラー、保持体２０１、スライダ２０３の組立体における合成重心上、又はその近傍（例えば保持体２０３の全長に対し合成重心から±１０％以内の位置）に設けられると、後述するアクチュエータ２０６の動作時における保持体２０１のピッチング，すなわちミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの傾き等を抑制できるので好ましい。

連結部２０３ａに近傍に、係止機構２０５が設けられている。係止機構２０５は、スライダ２０３に固定されたチューブ２０５ａと、チューブ２０５ａ内に配置されたコイルバネ２０５ｂと、コイルバネ２０５ｂに当接すると共にチューブ２０５ａから一部突出するように配置された玉２０５ｃとを有する。玉２０５ｃは、コイルバネ２０５ｂにより図で上方に付勢されている。玉２０５ｃに対向するようにして、サブプレート１０３の一部には、２つの座繰り孔１０３ａ、１０３ｂが、保持体２０１の長手方向に隔置して形成されている。

更にサブプレート１０３には、アクチュエータ２０６が取り付けられている。アクチュエータ２０６は、例えば電磁力で軸２０６ａを伸縮可能となっており、軸２０６ａの先端は連結部２０３ａに係合している。アクチュエータ２０６は、コントローラ１０４に接続されている。具体的には、コントローラ１０４は、無線通信部１０４ａと、電源としての電池１０４ｂと、ＣＰＵ１０４ｃとを有する。無線通信部１０４ａは、外部の指示装置（不図示）より無線で信号を受信してＣＰＵ１０４ｃに入力する。ＣＰＵ１０４ｃは、無線通信部１０４ａからの信号を入力することにより、電池１０４ｂからの電力をアクチュエータ２０６に給電するようになっている。このように、電池１０４ｂを含むコントローラ１０４を測定装置１００に搭載することで、外部からの配線が不要になり、測定装置１００をロボットＲＢＴで把持した際の取り回し性が向上する。

図８は、ミラー駆動機構の動作を説明するための図である。ここで、ミラー駆動機構２００の動作について説明する。まず、外部の指示装置（不図示）より無線通信部１０４ａに縮長信号が送信されると、ＣＰＵ１０４ｃは、電池１０４ｂからの電力をアクチュエータ２０６に給電することで、軸２０６ａを縮長させる。すると、連結部２０３ａを介してスライダ２０３が，保持体２０１と共にアクチュエータ２０６に接近する方向へと変位する。この直前で、玉２０５ｃが座繰り孔１０３ｂに入り込んでいた状態でも、アクチュエータ２０６の駆動力により、コイルバネ２０５ｂの付勢力に抗して玉２０５ｃが座繰り孔１０３ｂからチューブ２０５ａ内に引き戻されるので、軸２０６ａの縮張が阻害されることはない。

更に、係止機構２０５が座繰り孔１０３ａ、１０３ｂの間にある間は、玉２０５ｃがサブプレート１０３の下面に当接しつつ、チューブ２０５ａ内に潜り込んだ状態になることで、スライダ２０３の変位を阻害しないようになっている。一方、軸２０６ａの長さが所定長になるまで縮むと、ＣＰＵ１０４ｃにより電池１０４ｂからの給電が停止されるが、このとき玉２０５ｃが座繰り孔１０３ａに入り込み、コイルバネ２０５ｂの付勢力で座繰り孔１０３ａに向かって押圧される。これにより、電池１０４ｂからの給電が停止された後も、スライダ２０３の位置が保持されるようになっている。この時のミラーの位置を、図８，９に実線で示す。

このとき、各ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、図６に実線で示すように光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａ直下よりずれた位置（非反射位置）にあるので、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの発光部１０５ｂから出射された光束ＢＭを反射せず、かかる光束ＢＭは図９（ａ）に示すように下方に向かうこととなる。よって光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａが、測定すべき面ＰＬ２に対向しているときは、光束ＢＭは面ＰＬ２で反射してミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射することなく、同じ光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの受光部１０５ｃに直接入射し、その入射位置に基づいて光センサから面ＰＬ２の入射点の位置までの距離（後述する出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）に相当）を求めることができる。この値を用いて、逐次三点法により面ＰＬ２の形状測定を行える。

これに対し、外部の指示装置（不図示）より無線通信部１０４ａに伸長信号が送信されると、ＣＰＵ１０４ｃは、電池１０４ｂからの逆特性の電力をアクチュエータ２０６に給電することで、軸２０６ａを伸長させる。すると、連結部２０３ａを介してスライダ２０３が，保持体２０１と共にアクチュエータ２０６から離間する方向へと変位する。このとき、アクチュエータ２０６の駆動力により、コイルバネ２０５ｂの付勢力に抗して玉２０５ｃが座繰り孔１０３ｂからチューブ２０５ａ内に引き戻されるので、軸２０６ａの伸張が阻害されることはない。

軸２０６ａの長さが所定長になるまで伸びると、電池１０４ｂからの給電が停止されるが、かかる場合も玉２０５ｃが座繰り孔１０３ｂに入り込み、コイルバネ２０５ｂの付勢力で座繰り孔１０３ｂに向かって押圧される。これにより、電池１０４ｂからの給電が停止された後も、スライダ２０３の位置が保持されるようになっている。この時のミラーの位置を、図８，９に点線で示す。

このとき、各ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、図６に点線で示すように光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの切欠部１０５ａ直下の位置（反射位置）にくるので、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの発光部１０５ｂから出射された光束ＢＭを反射し、反射された光束ＢＭは図９（ｂ）に示すように側方に向かい、面ＰＬ１に入射することとなる。更に光束ＢＭは面ＰＬ１で反射して、再度ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射され、同じ光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの受光部１０５ｃに入射し、その入射位置に基づいて光センサから面ＰＬ１の入射点の位置までの距離（後述する出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）に相当）を求めることができる。この値を用いて、逐次三点法により面ＰＬ１の形状測定を行える。

次に、逐次三点法により、本実施の形態にかかる測定装置１００を用いた被測定物の測定方法について説明する。ここでは、ロボットＲＢＴにより把持した測定装置１００を被測定物ＯＢＪに対して相対変位させながら、面ＰＬ１又はＰＬ２を測定する。まず、アクチュエータ２０６の軸を縮長させることで、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを非反射位置に置き、測定装置１００を面ＰＬ２に沿って走査変位させながら、面ＰＬ２を測定するものとし、図６で面ＰＬ２に直交する方向をｚ方向、測定装置１００を走査変位する方向をｘ方向（被測定物を示す図１における鉛直方向）とする。

測定装置１００を走査変位する際に微小な変形や傾きが生じると、測定装置１００全体がｚ方向に移動したり傾斜したりすることによる運動誤差成分が生じる。ここで、面ＰＬ２の表面形状をｆ（ｘ）、測定装置１００のＺ方向への偏心誤差をｅ_z（ｘ）とし、走査方向への傾斜誤差をＥ_p（ｘ）とし、各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力ｍ₁（ｘ）、ｍ₂（ｘ）、ｍ₃（ｘ）は、以下の式で表せる。
ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅ_z（ｘ）−ｄ・Ｅ_p（ｘ） （１）
ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅ_z（ｘ） （２）
ｍ₃（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （３）

更に隣り合う光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力から偏心誤差成分を消去して、次式の差動出力を得る。
μ₁（ｘ）＝ｍ₃（ｘ）−ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （４）
μ₂（ｘ）＝ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ） （５）

更に、（４）,（５）式の差をΔμ（ｘ）とすると、傾斜誤差成分を除去した以下の式が得られる。
Δμ（ｘ）＝μ₁（ｘ）−μ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−２ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ） （６）

一方、式（１）〜（３）より、ｆ（ｘ）の二階差分を求めると、以下の式（７）となる。
Δ²ｆ（ｘ）
＝｛ｆ（ｘ＋ｄ）−２・ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）｝／ｄ²
＝［｛ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）｝−｛ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）｝］／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝／ｄ² （７）

よって、Δ²ｆ（ｘ）は、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを取り付けたサブプレート１０３の並進誤差ｅ_z（ｘ）、傾斜誤差Ｅ_p（ｘ）の影響を受けることなく、光センサの出力ｍ₁（ｘ），ｍ₂（ｘ），ｍ₃（ｘ）及び間隔ｄで表されることとなる。

つまり、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）等により得られたΔ²ｆ（ｘ）を二階積分することにより、面ＰＬ２の表面形状ｆ（ｘ）を知ることができる。なお、ｆ（ｘ）の一次以下の項は、面ＰＬ２の測定部分の平均的な距離、傾きを表すことになるので、形状測定においては無視することができる。

しかし、実際には、サブプレート１０３に支持された各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃには、測定時の基準点のずれ、いわゆるゼロ点ずれが存在する。例えば、各光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃのｚ方向の基準点からのずれを、それぞれ、ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃とおいて、式（１）〜（３）を再計算すると、以下の式（１）′〜（３）′となる。
ｍ₁（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅ_z（ｘ）−ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋ｋ₁ （１）′
ｍ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｋ₂ （２）′
ｍ₃（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅ_z（ｘ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋ｋ₃ （３）′

更に、ｆ（ｘ）の二階差分を取ると、以下の式（７）′となる。
Δ²ｆ（ｘ）
＝｛ｆ（ｘ＋ｄ）−２・ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）｝／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝／ｄ²−｛ｋ₃−２・ｋ₂＋ｋ₁｝／ｄ²
＝｛ｍ₃（ｘ）−２・ｍ₂（ｘ）−ｍ₁（ｘ）｝−ｋ₁₂₃／ｄ² （７）′
ただし、式（７）′において、ｋ₃−２・ｋ₂＋ｋ₁＝ｋ₁₂₃とした。

さらに、式（７）′に基づいて、Δ²ｆ（ｘ）を二階積分すると、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）等の項の他に、ｋ₁₂₃／２ｄ²を係数としたｘ²に比例する項が生じる。したがって、測定値ｍ₁（ｘ）〜ｍ₃（ｘ）から得られる値は、表面形状ｆ（ｘ）からｋ₁₂₃・ｘ²／２ｄ²の分ずれたものであり、これは、いわゆる放物線誤差として知られるゼロ点ずれに起因する誤差である。かかる放物線誤差をｇ（ｘ）とする。つまり、光センサ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの出力値からは、面ＰＬ２の真の面形状ｆ（ｘ）に、放物線誤差ｇ（ｘ）が重畳された、誤差内在形状ｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）が求められることとなり、よって放物線誤差ｇ（ｘ）を求めない限り、真の被測定物ＯＢＪの上面形状ｆ（ｘ）を得ることができないといえる。

そこで、水準器を利用して放物線誤差を排除することを考える。（４）、（５）式の差動出力に対して、（５）式にゼロ点誤差の項αを加え、（４）式の差動出力をｄだけシフトして、以下の式を得る。
μ₁（ｘ＋ｄ）＝ｆ（ｘ＋２ｄ）−ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ＋ｄ） （４）′
μ₂（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋ｄ・Ｅ_p（ｘ）＋α （５）′

ここで、αは２つの隣り合う光センサの測定基準を結ぶ線が平行にならないことによるＺ方向のシフト誤差を、角度に対応させたゼロ点誤差である。（４）′、（５）′式の差をとると、以下の式が得られる。
ΔＥｐ（ｘ）≡ｄ（Ｅ_p（ｘ＋ｄ）−Ｅ_p（ｘ））＝μ₁（ｘ＋ｄ）−μ₂（ｘ）＋α （８）

（８）式は，隣り合う光センサの傾斜誤差の差分を表しているから、逐次Ｎ点加えていくことで、以下の（９）式を得る。

（９）式の左辺におけるＥｐ（０）は、測定開始点（ｘ＝０）の傾斜誤差であり、Ｅｐ（Ｎｄ）は、測定終了点（ｘ＝Ｎｄ＝Ｌ）の傾斜誤差である。つまり、測定開始点と測定終了点での測定装置１００の傾き、すなわち面ＰＬ２の測定開始点と測定終了点の傾きを、図２に点線で示すように水準器ＬＶを面ＰＬ２に当てて測定すれば、右辺の値、すなわちゼロ点誤差αを理論上求めることができるのである。

これに対し、面ＰＬ１の形状については、アクチュエータ２０６の軸を伸長させることで、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを反射位置に置き、測定装置１００を面ＰＬ１に沿って走査変位させながら，上述したのと同様に逐次三点法で測定を行うことができる。但し、面ＰＬ１に直交する方向をｚ方向、測定装置１００を走査変位する方向をｘ方向とする。又、放物線誤差を排除するために、面ＰＬ１の測定開始点と測定終了点の傾きを、図２に点線で示すように水準器ＬＶを面ＰＬ１に当てて測定すればよい。

被測定物ＯＢＪの反対側にある板状部ＰＴにおける面ＰＬ１，ＰＬ２の形状については、ロボットＲＢＴを把持した測定装置１００を反転させて、同様に面ＰＬ１，ＰＬ２に沿って走査変位することで測定することができる。

本実施の形態によれば、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃが反射位置に変位したときは、発光部１０５ｂから出射された光束がミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射して一方の面ＰＬ１に向かって投射され、一方の面ＰＬ１で反射した光束が、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射して受光部１０５ｃに受光されるようになっているので、逐次三点法により一方の面ＰＬ１の形状を測定することができる。またミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃが非反射位置に変位したときは、発光部１０５ｂから出射された光束がミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射することなく他方の面ＰＬ２に向かって投射され、他方の面ＰＬ２で反射した光束が、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで反射することなく受光部１０５ｃに受光されるようになっているので、逐次三点法により他方の面ＰＬ２の形状を測定することができる。従って、ミラー２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの位置を切り替えることにより、ロボットＲＢＴにより把持した測定装置１００を同じ方向へ走査変位させるのみで、２つの面ＰＬ１，ＰＬ２を精度良く測定できる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば搬送機構としては、ロボットに限られず、リニアガイドとアクチュエータとを組み合わせたものであっても良い。又、測定すべき２面は必ずしも直交している必要はないし、測定装置に対して被測定物を相対的に変位させても良い。更に、駆動機構の無線通信部の代わりに、有線で信号を受信する通信部を設けても良いし、電磁式アクチュエータの代わりに、エアを動力源としてスライダを駆動するエアシリンダ等を設けても良い。又、測定部の発光部及び受光部は、異なる場所に設置されているものに限らず、同一場所に配置されてなり、発光部から測定面へ向かう光束と測定面から反射されて受光部へ向かう光束とが略同一光路を通過するものも含む。

１００ 測定装置
１０１ ベースプレート
１０２ ブラケット
１０３ サブプレート
１０３ａ 座繰り孔
１０３ｂ 座繰り孔
１０４ コントローラ
１０４ａ 無線通信部
１０４ｂ 電池
１０４ｃ ＣＰＵ
１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ 光センサ
１０５ａ 切欠部
１０５ｂ 発光部
１０５ｃ 受光部
１０６ リブ
１０６ａ 固定軸
１０７ 軸受
１０８ ローラ
２００ ミラー駆動機構
２０１ 保持体
２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ ミラー
２０３ スライダ
２０３ａ 連結部
２０４ レール
２０５ 係止機構
２０５ａ チューブ
２０５ｂ コイルバネ
２０５ｃ 玉
２０６ アクチュエータ
２０６ａ 軸
ＯＢＪ 被測定物
ＲＢＴ ロボット

Claims (5)

1. 互いに交差する方向に延在する２つの測定面を備えた被測定物の形状を、前記測定面に対して相対的に走査変位することにより測定する測定装置において、
   前記測定面に向かって光束を投射する３つの発光部と、前記測定面から反射した光束をそれぞれ受光する３つの受光部とを備えた測定部と、
   反射部と、
   前記反射部を、前記測定部に対して反射位置と非反射位置との間で、前記発光部から出射され前記反射部に入射する光束と、前記反射部から反射される光束とを含む面に対して直交する方向に平行移動させる駆動機構と、を有し、
   前記測定部を前記測定面に対して相対的に走査変位させることで、逐次三点法により前記測定面の形状を測定することができ、
   前記反射部が反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射して一方の前記測定面に向かって投射され、前記一方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射して前記受光部に受光されるようになっており、
   前記反射部が非反射位置に変位したときは、前記発光部から出射された光束が前記反射部で反射することなく他方の前記測定面に向かって投射され、前記他方の測定面で反射した光束が、前記反射部で反射することなく前記受光部に受光されるようになっていることを特徴とする測定装置。
2. 前記駆動機構は、電源と無線通信部とアクチュエータとを搭載しており、前記無線通信部が無線による信号を受信したときは、前記電源から前記アクチュエータに給電し、給電された前記アクチュエータが前記ミラーを相対変位させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させる際に、前記測定部と前記測定面との間隔を所定値に維持しつつガイドするガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記ガイド部材は、前記一方の測定面又は前記他方の測定面を転動するローラを有することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記測定装置は搬送機構に取り付けられており、前記搬送機構は前記測定面に対して前記測定部を相対的に走査変位させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。

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