JP6924953B2 - Shape measuring device and shape measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの形状を測定する形状測定装置及び形状測定方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring device and a shape measuring method for measuring the shape of a work.

円柱状又は円筒状のワークの真円度及び寸法（半径又は直径等）等の各種形状を測定する形状測定装置が知られている。例えば、特許文献１には、円筒状のワークの外周面又は内周面（被測定面）に接触式又は非接触式の距離計を３つ以上配置し、各距離計に対してワークを相対回転させながら各距離計で各周面までの距離を検出した結果に基づき、ワークの外径又は内径を検出する形状測定装置が開示されている。 A shape measuring device for measuring various shapes such as roundness and dimensions (radius or diameter, etc.) of a cylindrical or cylindrical workpiece is known. For example, in Patent Document 1, three or more contact-type or non-contact-type rangefinders are arranged on the outer peripheral surface or inner peripheral surface (measured surface) of a cylindrical work, and the work is relative to each distance meter. A shape measuring device that detects the outer diameter or inner diameter of a work based on the result of detecting the distance to each peripheral surface with each distance meter while rotating is disclosed.

特許文献２には、円筒状のワークの外周面に対向する位置に光センサを配置し、光センサに対してワークを相対回転させながら、光センサで外周面までの距離を検出した結果に基づき、ワークの外周面の形状を測定する形状測定装置が開示されている。また、特許文献２の形状測定装置は、光センサをワークの長手方向の複数位置にステップ移動させる構成を有しており、ワークを回転させながら複数位置の各々で光センサによる距離検出を実行することで、ワークの複数位置ごとの直径を検出できる。これにより、特許文献２の形状測定装置はワークの円筒度を検出できる。 Patent Document 2 is based on the result of arranging an optical sensor at a position facing the outer peripheral surface of a cylindrical workpiece and detecting the distance to the outer peripheral surface with the optical sensor while rotating the workpiece relative to the optical sensor. , A shape measuring device for measuring the shape of the outer peripheral surface of the work is disclosed. Further, the shape measuring device of Patent Document 2 has a configuration in which an optical sensor is step-moved to a plurality of positions in the longitudinal direction of the work, and distance detection by the optical sensor is executed at each of the plurality of positions while rotating the work. Therefore, the diameter of each of a plurality of positions of the work can be detected. Thereby, the shape measuring device of Patent Document 2 can detect the cylindricity of the work.

特許文献３には、距離検出用の一対の二次元レーザ式第１変位センサと、形状測定用の二次元レーザ式第２変位センサと、を用いて非接触でワークの形状（外径を含む）を測定する形状測定装置が開示されている。 Patent Document 3 describes a work shape (including an outer diameter) in a non-contact manner using a pair of two-dimensional laser type first displacement sensors for distance detection and a two-dimensional laser type second displacement sensor for shape measurement. ) Is disclosed.

特許文献４には、円板状のワークを回転させながら、このワークの一方の面側に配置されたレーザ光源からワークの円周エッジに向けてレーザ光を照射すると共に、このレーザ光をワークの他方の面側に配置された受光部で受光する形状測定装置が開示されている。この特許文献４の形状測定装置は、受光部で受光したレーザ光の光量分布に基づき、ワークの円周エッジの形状を検出する。 In Patent Document 4, while rotating a disk-shaped work, a laser light source arranged on one surface side of the work irradiates a laser beam toward the circumferential edge of the work, and the laser light is applied to the work. A shape measuring device that receives light from a light receiving unit arranged on the other side of the surface is disclosed. The shape measuring device of Patent Document 4 detects the shape of the circumferential edge of the work based on the light amount distribution of the laser light received by the light receiving unit.

特開２００４−０４５２０６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-045206 特開２００３−０５７０２０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-057020 特開２０１３−００７７４９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-007749 特開２０１４−０５２２５７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-052257

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２の形状測定装置では、距離計及び光センサ等の測定部に対してワークを相対回転（相対移動）させる必要がある。このため、回転速度の制限によって測定に時間がかかったり、回転時の振動で測定誤差が生じたり、ワークの位置調整（センタリング）が必要になったり、回転機構を設けることで装置が複雑になったり、回転又は固定し難いワークの形状測定が困難になったりする等の問題が生じる。 However, in the shape measuring devices of Patent Document 1 and Patent Document 2, it is necessary to rotate (relatively move) the work relative to the measuring unit such as the distance meter and the optical sensor. For this reason, measurement takes time due to the limitation of the rotation speed, measurement error occurs due to vibration during rotation, position adjustment (centering) of the work is required, and the device becomes complicated by providing a rotation mechanism. In addition, problems such as difficulty in measuring the shape of a workpiece that is difficult to rotate or fix occur.

特許文献３の形状測定装置では、ワークの外部に配置された大型の二次元レーザ式変位センサからワークに対してレーザ光を照射するため、例えば円筒状のワークの内径等を測定することができない。また、特許文献３に記載の形状測定装置においても、二次元レーザ式変位センサに対してワークを相対回転させる必要があるので、上記特許文献１及び特許文献２の形状測定装置と同様の問題がある。 In the shape measuring device of Patent Document 3, for example, the inner diameter of a cylindrical work cannot be measured because the work is irradiated with a laser beam from a large two-dimensional laser displacement sensor arranged outside the work. .. Further, also in the shape measuring device described in Patent Document 3, since it is necessary to rotate the work relative to the two-dimensional laser type displacement sensor, the same problem as the shape measuring device in Patent Document 1 and Patent Document 2 occurs. be.

特許文献４の測定装置では、円板状のワークの円周エッジしか測定することができないという問題がある。また、特許文献４の測定装置においても、ワークを回転させる必要があるので、上記特許文献１及び特許文献２の測定装置と同様の問題がある。 The measuring device of Patent Document 4 has a problem that only the circumferential edge of a disk-shaped work can be measured. Further, the measuring device of Patent Document 4 also has the same problem as the measuring devices of Patent Document 1 and Patent Document 2 because it is necessary to rotate the work.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの形状を高精度且つ高速測定できる形状測定装置及び形状測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a shape measuring device and a shape measuring method capable of measuring the shape of a work with high accuracy and high speed.

本発明の目的を達成するための形状測定装置は、ワークが載置される基準平面と、基準平面に垂直な測定基準軸を中心とする同一円周上に３以上設定された基準位置ごとに、基準位置から基準位置に対向するワークの被測定面内の測定点までの距離を検出する距離検出部と、測定基準軸に対する個々の基準位置の既知の位置情報と、距離検出部が検出した基準位置ごとの距離とに基づき、ワークの形状を求める解析部と、を備える。 The shape measuring device for achieving the object of the present invention is provided for each reference position set at 3 or more on the same circumference centered on the reference plane on which the work is placed and the measurement reference axis perpendicular to the reference plane. , The distance detection unit that detects the distance from the reference position to the measurement point in the measurement plane of the workpiece facing the reference position, the known position information of each reference position with respect to the measurement reference axis, and the distance detection unit detected. It is provided with an analysis unit that obtains the shape of the work based on the distance for each reference position.

この形状測定装置によれば、ワークを回転（移動）させることなく、各基準位置から各々に対向するワークの被測定面内の測定点までの距離を検出して、ワークの形状を測定することができる。 According to this shape measuring device, the shape of the work is measured by detecting the distance from each reference position to the measurement point in the surface to be measured of the work facing each other without rotating (moving) the work. Can be done.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、基準位置は、測定基準軸を中心として同一円周上に等角度間隔で設定されている。これにより、被測定面内の測定点の位置を等間隔で取得することができるので、ワークの位置、姿勢、及び種類（形状）によらず、ワークの形状を高精度に測定できる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, the reference positions are set at equal angular intervals on the same circumference with the measurement reference axis as the center. As a result, the positions of the measurement points in the surface to be measured can be acquired at equal intervals, so that the shape of the work can be measured with high accuracy regardless of the position, posture, and type (shape) of the work.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、距離検出部及び解析部を複数回繰り返し作動させる繰り返し制御部を備え、解析部は、複数回求めたワークの形状を平均化した平均形状を求める。これにより、距離検出の誤差の影響が低減されるので、ワークの形状を高精度で測定できる。 The shape measuring device according to another aspect of the present invention includes a repetitive control unit that repeatedly operates the distance detection unit and the analysis unit a plurality of times, and the analysis unit obtains an average shape obtained by averaging the shapes of the workpieces obtained a plurality of times. .. As a result, the influence of the error of distance detection is reduced, so that the shape of the work can be measured with high accuracy.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、基準位置ごとに、基準位置から基準位置に対向する測定点に対して信号を入射させ、測定点ごとに反射された信号を個別に検出する測定部を備え、距離検出部は、測定部による測定点ごとの信号の検出結果に基づき、基準位置ごとの距離を検出する。これにより、ワークを回転（移動）させることなく、基準位置ごとの距離を非接触で検出することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, for each reference position, a signal is incident on a measurement point facing the reference position from the reference position, and the reflected signal is individually detected for each measurement point. The distance detection unit detects the distance for each reference position based on the signal detection result for each measurement point by the measurement unit. As a result, the distance for each reference position can be detected in a non-contact manner without rotating (moving) the work.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、信号は、測定光であり、基準位置から測定点に入射する測定光の光軸の方向は、基準位置及び測定基準軸を含む面内において測定基準軸に対して垂直な方向である。これにより、測定基準軸を基準としてワークの形状を高精度で測定できる。 In the shape measuring apparatus according to another aspect of the present invention, the signal is measurement light, and the direction of the optical axis of the measurement light incident on the measurement point from the reference position is measured in the plane including the reference position and the measurement reference axis. The direction is perpendicular to the reference axis. As a result, the shape of the work can be measured with high accuracy with reference to the measurement reference axis.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが円筒状又は円柱状であり、且つ被測定面がワークの外周面である場合、基準位置は外周面の外側に設定される。これにより、ワークの外周面の形状を測定することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, when the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is the outer peripheral surface of the work, the reference position is set to the outside of the outer peripheral surface. Thereby, the shape of the outer peripheral surface of the work can be measured.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが円筒状であり、且つ被測定面がワークの内周面である場合、基準位置は内周面の内側に設定される。これにより、ワークの内周面の形状を測定することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, when the work is cylindrical and the surface to be measured is the inner peripheral surface of the work, the reference position is set inside the inner peripheral surface. Thereby, the shape of the inner peripheral surface of the work can be measured.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが円筒状であり、且つ被測定面がワークの内周面である場合、基準位置は、内周面の内側において同一円周上に３以上設定されており、測定部は、基準位置ごとに個別に設けられた複数の反射体と、基準平面に対して垂直方向に間隔をあけて配置された複数の光学ユニットであって、同一円周上で且つ個々の反射体に対向する位置に個別に配置された複数の光学ユニットと、を備え、光学ユニットごとに、光学ユニットに対向する反射体への測定光の出射と、光学ユニットに対向する反射体から入射する測定光の検出と、を行い、反射体ごとに、反射体に対向する光学ユニットから入射した測定光を反射して反射体に対向する測定点に入射させ、測定点にて反射された測定光を反射体に対向する光学ユニットに向けて反射し、距離検出部は、基準位置及び光学ユニットの間の既知の間隔の大きさと、光学ユニットごとの測定光の検出結果とに基づき、基準位置ごとの距離を検出する。これにより、ワークの内周面の直径が小径である場合でも、この内周面の形状を測定することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, when the work is cylindrical and the surface to be measured is the inner peripheral surface of the work, the reference position is 3 on the same circumference inside the inner peripheral surface. As described above, the measuring unit is a plurality of reflectors individually provided for each reference position and a plurality of optical units arranged at intervals in the direction perpendicular to the reference plane, and has the same circle. It is provided with a plurality of optical units individually arranged on the circumference and at positions facing the individual reflectors, and for each optical unit, the measurement light is emitted to the reflector facing the optical unit and the optical unit is equipped with the measurement light. The measurement light incident from the opposing reflector is detected, and the measurement light incident from the optical unit facing the reflector is reflected for each reflector and incident on the measurement point facing the reflector to make the measurement point incident on the measurement point. The measurement light reflected in the above is reflected toward the optical unit facing the reflector, and the distance detection unit uses the reference position, the size of the known distance between the optical units, and the detection result of the measurement light for each optical unit. Based on the above, the distance for each reference position is detected. Thereby, even when the diameter of the inner peripheral surface of the work is small, the shape of the inner peripheral surface can be measured.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが周面を有しており、被測定面が周面である場合、解析部は、基準位置ごとの位置情報及び距離に基づき、ワークの形状として、周面の半径及び周面の真円度を求める。これにより、ワークの形状として、周面の半径及び周面の真円度を測定することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, when the work has a peripheral surface and the surface to be measured is the peripheral surface, the analysis unit determines that the work is based on the position information and the distance for each reference position. As the shape, the radius of the peripheral surface and the roundness of the peripheral surface are obtained. As a result, the radius of the peripheral surface and the roundness of the peripheral surface can be measured as the shape of the work.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、基準位置は、測定基準軸の軸方向位置が異なる複数の同一円周上にそれぞれ３以上設定されており、距離検出部は、基準位置ごとに距離の検出を行う。測定基準軸の互いに異なる軸方向位置ごとにワークの形状を検出することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, three or more reference positions are set on the same circumference having different axial positions of the measurement reference axes, and the distance detection unit is set for each reference position. Detect the distance. The shape of the work can be detected at different axial positions of the measurement reference axes.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが円筒状又は円柱状であり、被測定面がワークの外周面及び内周面の少なくとも一方の周面である場合、解析部は、位置情報と、距離検出部が検出した基準位置ごとの距離とに基づき、軸方向位置ごとに周面の中心位置を求め、軸方向位置ごとの中心位置に基づき、ワークの形状として、測定基準軸に対するワークの傾斜角度を求める。これにより、ワークの形状として、測定基準軸（基準平面）に対するワークの傾斜角度を測定することができる。 In the shape measuring device according to another aspect of the present invention, when the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is at least one peripheral surface of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work, the analysis unit is positioned. Based on the information and the distance for each reference position detected by the distance detection unit, the center position of the peripheral surface is obtained for each axial position, and based on the center position for each axial position, the shape of the work is relative to the measurement reference axis. Find the tilt angle of the work. As a result, the inclination angle of the work with respect to the measurement reference axis (reference plane) can be measured as the shape of the work.

本発明の他の態様に係る形状測定装置において、ワークが円筒状又は円柱状であり、被測定面がワークの外周面及び内周面の少なくとも一方の周面である場合、解析部は、位置情報と、距離検出部が検出した基準位置ごとの距離とに基づき、軸方向位置ごとに周面の半径を求め、軸方向位置ごとの半径に基づき、ワークの形状として、真直度及び円筒度を求める。これにより、ワークの形状として、真直度及び円筒度を測定することができる。 In the shape measuring apparatus according to another aspect of the present invention, when the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is at least one peripheral surface of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work, the analysis unit is positioned. Based on the information and the distance for each reference position detected by the distance detection unit, the radius of the peripheral surface is obtained for each axial position, and the straightness and cylindricity are calculated as the shape of the work based on the radius for each axial position. Ask. Thereby, the straightness and the cylindricity can be measured as the shape of the work.

本発明の目的を達成するための形状測定方法は、基準平面に載置されたワークの形状を測定する形状測定方法において、基準平面に垂直な測定基準軸を中心とする同一円周上に３以上設定された基準位置ごとに、基準位置から基準位置に対向するワークの被測定面内の測定点までの距離を検出する距離検出ステップと、測定基準軸に対する個々の基準位置の既知の位置情報と、距離検出ステップで検出した基準位置ごとの距離とに基づき、ワークの形状を求める解析ステップと、を有する。 The shape measuring method for achieving the object of the present invention is a shape measuring method for measuring the shape of a work placed on a reference plane on the same circumference centered on a measurement reference axis perpendicular to the reference plane. For each reference position set above, a distance detection step for detecting the distance from the reference position to the measurement point in the measured surface of the workpiece facing the reference position, and known position information of each reference position with respect to the measurement reference axis. And an analysis step of obtaining the shape of the work based on the distance for each reference position detected in the distance detection step.

本発明の形状測定装置及び形状測定方法は、ワークの形状を高精度且つ高速測定できる。 The shape measuring device and the shape measuring method of the present invention can measure the shape of a work with high accuracy and high speed.

第１実施形態の形状測定装置の概略図である。It is the schematic of the shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 基準平面上に配置されたセンサヘッドの上面図及び側面図である。It is the top view and the side view of the sensor head arranged on the reference plane. 各センサヘッドから出射される測定光の出射方向を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the emission direction of the measurement light emitted from each sensor head. センサヘッドごとの距離の検出結果の一例を示したグラフである。It is a graph which showed an example of the detection result of the distance for each sensor head. コンピュータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a computer. 解析部によるワークの形状の算出を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the calculation of the shape of the work by the analysis part. ワークの形状（外周面の直径）の測定精度と、センサヘッドのチャンネル数との関係を示したグラフである。It is a graph which showed the relationship between the measurement accuracy of the shape (diameter of the outer peripheral surface) of a work, and the number of channels of a sensor head. ワークの平均形状（外周面の直径）の測定精度と、繰り返し回数との関係を示したグラフである。It is a graph which showed the relationship between the measurement accuracy of the average shape (diameter of the outer peripheral surface) of a work, and the number of repetitions. 形状測定装置によるワークの形状測定の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of shape measurement of a workpiece by a shape measuring apparatus. 第２実施形態の形状測定装置に設けられているセンサヘッドの上面図及び側面図である。It is the top view and the side view of the sensor head provided in the shape measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第１実施形態と第２実施形態との組み合わせを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the combination of 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第３実施形態のステージ等の断面図である。It is sectional drawing of the stage and the like of the 3rd Embodiment. 第３実施形態の基準平面の上面図である。It is a top view of the reference plane of the 3rd Embodiment. 図１２中の各センサヘッドをＺ軸方向下方側から見た正面図である。It is a front view which looked at each sensor head in FIG. 12 from the lower side in the Z-axis direction. 第４実施形態の形状測定装置を構成するステージ及びセンサヘッドの側面図である。It is a side view of the stage and the sensor head which constitute the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 図１５中の１６Ａ−１６Ａ線に沿う断面図及び１６Ｂ−１６Ｂ線に沿う断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line 16A-16A and a cross-sectional view taken along the line 16B-16B in FIG. ワークの中心軸の傾き算出に用いられる第１測定断面の中心座標及び第２測定断面の中心座標を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the center coordinate of the 1st measurement cross section and the center coordinate of the 2nd measurement cross section used for the calculation of the inclination of the central axis of a work. ワークの中心軸の傾き算出を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the inclination calculation of the central axis of a work. 第４実施形態の変形例を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the modification of 4th Embodiment. 第５実施形態の形状測定装置を構成するステージ及びセンサヘッドの側面図である。It is a side view of the stage and the sensor head which constitute the shape measuring apparatus of 5th Embodiment. 図２０中の２１Ａ−２１Ａ線に沿う断面図、２１Ｂ−２１Ｂ線に沿う断面図、及び２１Ｃ−２１Ｃ線に沿う断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line 21A-21A, a cross-sectional view taken along line 21B-21B, and a cross-sectional view taken along line 21C-21C.

［第１実施形態の形状測定装置］
図１は、第１実施形態の形状測定装置１０の概略図である。形状測定装置１０は、円筒状のワークＷの形状を測定する。なお、ここでいうワークＷの形状には、ワークＷの周面の径（半径及び直径）などの寸法と、ワークＷの真円度と、ワークＷの傾斜（第４実施形態）と、ワークＷの真直度及び円筒度（第５実施形態）と、を含む各種形状及び寸法が含まれる。 [Shape measuring device of the first embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of the shape measuring device 10 of the first embodiment. The shape measuring device 10 measures the shape of the cylindrical work W. The shape of the work W referred to here includes dimensions such as the diameter (radius and diameter) of the peripheral surface of the work W, the roundness of the work W, the inclination of the work W (fourth embodiment), and the work. Includes various shapes and dimensions, including straightness and cylindricity of W (fifth embodiment).

図１に示すように、形状測定装置１０は、円板形状（他の形状でも可）のステージ１２と、多チャンネル式の非接触変位計１３と、コンピュータ１４と、を備える。 As shown in FIG. 1, the shape measuring device 10 includes a disk-shaped (other shapes are also possible) stage 12, a multi-channel non-contact displacement meter 13, and a computer 14.

ステージ１２の上面（水平面）は、ワークＷが載置される基準平面１２ａとなる。また、本実施形態において、基準平面１２ａの中心（中心以外でも可）を通り且つ基準平面１２ａに対して垂直な軸は、測定基準軸Ａ１となる。なお、図中では、ワークＷの中心軸が測定基準軸Ａ１に一致しているが、測定基準軸Ａ１に対してワークＷの中心軸が偏心していてもよい。すなわち、基準平面１２ａ上でワークＷのセンタリングを行う必要はない。 The upper surface (horizontal plane) of the stage 12 is a reference plane 12a on which the work W is placed. Further, in the present embodiment, the axis passing through the center of the reference plane 12a (which may be other than the center) and perpendicular to the reference plane 12a is the measurement reference axis A1. In the figure, the central axis of the work W coincides with the measurement reference axis A1, but the central axis of the work W may be eccentric with respect to the measurement reference axis A1. That is, it is not necessary to center the work W on the reference plane 12a.

非接触変位計１３は、本発明の測定部に相当するものであり、８チャンネル（ＣＨ１〜ＣＨ８）のセンサヘッド１８と、８個のセンサ位置調整部１９と、変位計本体２０と、を備える。なお、センサヘッド１８及びセンサ位置調整部１９（後述の基準位置Ｐ１）の数は３以上であれば適宜増減してもよい。 The non-contact displacement meter 13 corresponds to the measuring unit of the present invention, and includes an 8-channel (CH1 to CH8) sensor head 18, eight sensor position adjusting units 19, and a displacement meter main body 20. .. If the number of the sensor head 18 and the sensor position adjusting unit 19 (reference position P1 described later) is 3 or more, the number may be increased or decreased as appropriate.

図２は、基準平面１２ａ上に配置されたセンサヘッド１８の上面図（上段）及び側面図（下段）である。図２に示すように、基準平面１２ａ上に載置されたワークＷの外周面（本発明の被測定面に相当）の外側であって且つこの外周面に対向する位置には、外周面を囲むように、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔（４５°）で８つの基準位置Ｐ１が予め設定されている。具体的に基準位置Ｐ１は、測定基準軸Ａ１を中心として、θｉ＝（ｉ−１）×（３６０／８）［ｉ＝１〜８］で表される同一円周上（Ｃ１）の角度位置（０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°）にそれぞれ設定されている。 FIG. 2 is a top view (upper row) and a side view (lower row) of the sensor head 18 arranged on the reference plane 12a. As shown in FIG. 2, an outer peripheral surface is provided at a position outside the outer peripheral surface (corresponding to the surface to be measured of the present invention) of the work W placed on the reference plane 12a and facing the outer peripheral surface. Eight reference positions P1 are preset on the same circumference (C1) with the measurement reference axis A1 as the center at equal angle intervals (45 °) so as to surround the measurement reference axis A1. Specifically, the reference position P1 is an angular position on the same circumference (C1) represented by θi = (i-1) × (360/8) [i = 1 to 8] with the measurement reference axis A1 as the center. It is set to (0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 °), respectively.

８チャンネルのセンサヘッド１８は、例えばファイバコリメータが用いられる。各センサヘッド１８は、それぞれ不図示の信号伝搬ケーブル（光ファイバケーブル）を介して、変位計本体２０と接続している。各センサヘッド１８は、変位計本体２０から入力された測定光Ｌ（本発明の信号に相当）をそれぞれワークＷに向けて個別に出射する。また、各センサヘッド１８は、ワークＷにてそれぞれ反射された測定光Ｌを個別に受光して変位計本体２０へ個別に出力する。 For the 8-channel sensor head 18, for example, a fiber collimator is used. Each sensor head 18 is connected to the displacement meter main body 20 via a signal propagation cable (optical fiber cable) (not shown). Each sensor head 18 individually emits the measurement light L (corresponding to the signal of the present invention) input from the displacement meter main body 20 toward the work W. Further, each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected by the work W and outputs the measurement light L individually to the displacement meter main body 20.

各センサ位置調整部１９は、基準平面１２ａ上の各基準位置Ｐ１にそれぞれ対応する位置に設けられている。各センサ位置調整部１９は、それぞれ１つのセンサヘッド１８を基準位置Ｐ１で支持している。これにより、８チャンネルのセンサヘッド１８が、既述の各基準位置Ｐ１に配置、すなわち測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔（等角度位置）で配置される。 Each sensor position adjusting unit 19 is provided at a position corresponding to each reference position P1 on the reference plane 12a. Each sensor position adjusting unit 19 supports one sensor head 18 at the reference position P1. As a result, the 8-channel sensor heads 18 are arranged at the above-mentioned reference positions P1, that is, arranged at equal angular intervals (equal angle positions) on the same circumference (C1) about the measurement reference axis A1.

また、各センサ位置調整部１９は、支持しているセンサヘッド１８の３軸方向位置の位置調整と、姿勢調整（パンチルト調整）とを行うことで、センサヘッド１８から出射される測定光Ｌの出射方向を任意に調整することができる。 Further, each sensor position adjusting unit 19 adjusts the position of the supporting sensor head 18 in the three axial directions and adjusts the posture (pan / tilt adjustment) to adjust the measurement light L emitted from the sensor head 18. The emission direction can be adjusted arbitrarily.

図３は、各センサヘッド１８から出射される測定光Ｌの出射方向を示した説明図である。図３に示すように、各センサ位置調整部１９は、支持しているセンサヘッド１８の位置姿勢等を調整して、センサヘッド１８から出射される測定光Ｌの光軸ＯＡの方向を、基準位置Ｐ１及び測定基準軸Ａ１を含む面Ｆ内において測定基準軸Ａ１に対して垂直な方向Ｄに調整する。これにより、各基準位置Ｐ１にあるセンサヘッド１８から測定基準軸Ａ１に向けて、方向Ｄに平行な測定光Ｌが出射される。その結果、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から個別に出射された測定光Ｌは、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）にそれぞれ対向するワークＷの外周面内の測定点Ｐ２に個別に入射する（図２参照）。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the emission direction of the measurement light L emitted from each sensor head 18. As shown in FIG. 3, each sensor position adjusting unit 19 adjusts the position and orientation of the supporting sensor head 18, and uses the direction of the optical axis OA of the measurement light L emitted from the sensor head 18 as a reference. The direction D perpendicular to the measurement reference axis A1 is adjusted in the surface F including the position P1 and the measurement reference axis A1. As a result, the measurement light L parallel to the direction D is emitted from the sensor head 18 at each reference position P1 toward the measurement reference axis A1. As a result, the measurement light L individually emitted from each sensor head 18 (reference position P1) is individually incident on the measurement point P2 in the outer peripheral surface of the work W facing each sensor head 18 (reference position P1). (See Fig. 2).

なお、センサ位置調整部１９ごとのセンサヘッド１８の位置調整及び姿勢調整は、公知の冶具、方法、及び計測器等を用いて行われるので、ここでは具体的な説明は省略する。 Since the position adjustment and the posture adjustment of the sensor head 18 for each sensor position adjusting unit 19 are performed using known jigs, methods, measuring instruments, and the like, specific description thereof will be omitted here.

図１及び図２に戻って、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する測定点Ｐ２に入射された測定光Ｌは、測定点Ｐ２ごとに元のセンサヘッド１８に向けて反射され、各センサヘッド１８にて個別に受光される。各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌは、既述の通り、不図示の信号伝搬ケーブルを介して、変位計本体２０に個別に入力される。 Returning to FIGS. 1 and 2, the measurement light L incident on the measurement points P2 facing each other from each sensor head 18 (reference position P1) is reflected toward the original sensor head 18 at each measurement point P2. , Each sensor head 18 receives light individually. As described above, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter main body 20 via a signal propagation cable (not shown).

変位計本体２０は、コンピュータ１４の制御の下、不図示の信号伝搬ケーブルを介して、各センサヘッド１８に測定光Ｌを個別に入力すると共に、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌを個別に検出（光電変換）する。そして、変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとに検出した測定光Ｌの検出結果に基づき、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する測定点Ｐ２までの距離（以下、単に「センサヘッド１８ごとの距離」と略す）を検出する。すなわち、変位計本体２０は、本発明の距離検出部として機能する。なお、具体的な距離の検出方法は公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。 Under the control of the computer 14, the displacement meter main body 20 individually inputs the measurement light L to each sensor head 18 via a signal propagation cable (not shown), and receives the measurement light L received by each sensor head 18. Are individually detected (photoelectric conversion). Then, the displacement meter main body 20 is the distance from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 facing each other based on the detection result of the measurement light L detected for each sensor head 18 (hereinafter, simply "sensor". (Abbreviated as "distance for each head 18") is detected. That is, the displacement meter main body 20 functions as the distance detection unit of the present invention. Since a specific distance detection method is a known technique, a specific description thereof will be omitted here.

図４は、センサヘッド１８ごとの距離の検出結果の一例を示したグラフである。なお、図中の横軸は、測定基準軸Ａ１を中心とする８チャンネル（ＣＨ１〜ＣＨ８）のセンサヘッド１８の角度位置である。 FIG. 4 is a graph showing an example of the detection result of the distance for each sensor head 18. The horizontal axis in the figure is the angular position of the sensor head 18 of 8 channels (CH1 to CH8) centered on the measurement reference axis A1.

ワークＷの外周面のＸＹ軸方向の断面形状が真円であり、且つワークＷの中心軸が測定基準軸Ａ１に一致している理想状態では、センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）ごとの距離はほぼ同じ値になる。しかし、加工誤差によりワークＷの断面形状は完全な真円とはならず、さらに本実施形態では、ワークＷの中心軸を測定基準軸Ａ１に一致させるセンタリングを行うことなくワークＷの形状を検出できるため、センタリングを行っていない。このため、図４に示すように、ワークＷの真円度と、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの中心軸の偏芯（偏心方向及び偏心量）とに応じて、センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）ごとの距離にばらつきが生じる。 In an ideal state where the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the work W in the XY axis direction is a perfect circle and the central axis of the work W coincides with the measurement reference axis A1, the distance for each sensor head 18 (reference position P1) is It will be almost the same value. However, the cross-sectional shape of the work W does not become a perfect circle due to a machining error, and in the present embodiment, the shape of the work W is detected without centering to match the central axis of the work W with the measurement reference axis A1. Since it can be done, it is not centered. Therefore, as shown in FIG. 4, the sensor head 18 (reference position P1) depends on the roundness of the work W and the eccentricity (eccentric direction and eccentricity) of the central axis of the work W with respect to the measurement reference axis A1. ) Will vary.

変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとの距離の検出結果を示す距離検出信号をコンピュータ１４へ出力する。 The displacement meter main body 20 outputs a distance detection signal indicating a distance detection result for each sensor head 18 to the computer 14.

コンピュータ１４には、変位計本体２０と、表示部１４ａとが接続されている。コンピュータ１４は、変位計本体２０の動作を制御する。また、コンピュータ１４は、変位計本体２０から入力されたセンサヘッド１８ごとの距離検出信号に基づき、ワークＷの形状を測定して、この測定結果を表示部１４ａに表示させる。なお、コンピュータ１４の代わりに各種の演算処理装置を用いてもよい。 The displacement meter main body 20 and the display unit 14a are connected to the computer 14. The computer 14 controls the operation of the displacement meter main body 20. Further, the computer 14 measures the shape of the work W based on the distance detection signal for each sensor head 18 input from the displacement meter main body 20, and displays the measurement result on the display unit 14a. In addition, various arithmetic processing units may be used instead of the computer 14.

［コンピュータの構成］
図５は、コンピュータ１４の構成を示すブロック図である。図５に示すように、コンピュータ１４は、制御部２５と、記憶部２６とを有している。制御部２５は、図示は省略するが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）或いはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部２５は、メモリ或いは記憶部２６から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部２８、解析部２９、及び繰り返し制御部３０として機能する。 [Computer configuration]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the computer 14. As shown in FIG. 5, the computer 14 has a control unit 25 and a storage unit 26. Although not shown, the control unit 25 is composed of various arithmetic units including a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (field-programmable gate array), a processing unit, a memory, and the like. The control unit 25 functions as a measurement control unit 28, an analysis unit 29, and a repetition control unit 30 by executing a control program (not shown) read from the memory or the storage unit 26.

記憶部２６は、後述の解析部２９から入力されたワークＷの形状の測定結果を記憶する。また、記憶部２６には、測定基準軸Ａ１に対する各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）の位置を示す位置情報３２が予め記憶されている。この位置情報３２には、例えば、既述の同一円周上（Ｃ１）での各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）の角度位置と、同一円周上（Ｃ１）の「円周」の半径と、が含まれている。なお、位置情報３２は、測定基準軸Ａ１を基準とした各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）の位置を判別可能であれば特に限定されず、例えば、基準平面１２ａの任意の原点を基準とした測定基準軸Ａ１及び各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）の位置座標であってもよい。 The storage unit 26 stores the measurement result of the shape of the work W input from the analysis unit 29, which will be described later. Further, the storage unit 26 stores in advance position information 32 indicating the position of each sensor head 18 (reference position P1) with respect to the measurement reference axis A1. The position information 32 includes, for example, the angular position of each sensor head 18 (reference position P1) on the same circumference (C1) described above and the radius of the “circumference” on the same circumference (C1). ,It is included. The position information 32 is not particularly limited as long as the position of each sensor head 18 (reference position P1) can be determined with reference to the measurement reference axis A1. For example, the position information 32 is based on an arbitrary origin of the reference plane 12a. It may be the position coordinates of the measurement reference axis A1 and each sensor head 18 (reference position P1).

測定制御部２８は、変位計本体２０によるセンサヘッド１８ごとの距離検出信号の取得（各センサヘッド１８からの測定光Ｌの出射、各センサヘッド１８が受光した測定光Ｌの検出、及びセンサヘッド１８ごとの距離の検出等）を制御する。また、測定制御部２８は、変位計本体２０から取得したセンサヘッド１８ごとの距離検出信号を、解析部２９へ出力する。 The measurement control unit 28 acquires a distance detection signal for each sensor head 18 by the displacement meter main body 20 (emission of measurement light L from each sensor head 18, detection of measurement light L received by each sensor head 18, and sensor head). (Detection of distance for each 18) is controlled. Further, the measurement control unit 28 outputs the distance detection signal for each sensor head 18 acquired from the displacement meter main body 20 to the analysis unit 29.

解析部２９は、変位計本体２０から取得したセンサヘッド１８ごとの距離検出信号と、記憶部２６から取得した既述の位置情報３２とに基づき、ワークＷの形状を求める。本実施形態では、ワークＷの形状として、ワークＷの外周面の半径（直径）と真円度とを求める。 The analysis unit 29 obtains the shape of the work W based on the distance detection signal for each sensor head 18 acquired from the displacement meter main body 20 and the above-mentioned position information 32 acquired from the storage unit 26. In the present embodiment, the radius (diameter) and roundness of the outer peripheral surface of the work W are obtained as the shape of the work W.

図６は、解析部２９によるワークＷの形状の算出（解析）を説明するための説明図である。解析部２９は、センサヘッド１８ごとの距離検出信号に基づき、センサヘッド１８ごとの距離を判別できる。また、解析部２９は、位置情報３２に基づき、測定基準軸Ａ１に対するセンサヘッド１８（基準位置Ｐ１）ごとの角度位置と、同一円周上（Ｃ１）の「円周」の半径と、を判別できる。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the calculation (analysis) of the shape of the work W by the analysis unit 29. The analysis unit 29 can determine the distance for each sensor head 18 based on the distance detection signal for each sensor head 18. Further, the analysis unit 29 discriminates between the angular position of each sensor head 18 (reference position P1) with respect to the measurement reference axis A1 and the radius of the “circumference” on the same circumference (C1) based on the position information 32. can.

このため、図６中の「点線」で示すように、解析部２９は、センサヘッド１８ごとの距離検出信号と位置情報３２とに基づき、基準平面１２ａ上に載置されたワークＷの外周面内の各測定点Ｐ２の位置（測定基準軸Ａ１を基準とした位置）を検出できる。これにより、解析部２９は、ワークＷの中心座標（ｘ０，ｙ０）と、ワークＷの外周面の半径Ｒとを求めることができる。 Therefore, as shown by the “dotted line” in FIG. 6, the analysis unit 29 has the outer peripheral surface of the work W placed on the reference plane 12a based on the distance detection signal and the position information 32 for each sensor head 18. The position of each measurement point P2 (position with reference to the measurement reference axis A1) can be detected. As a result, the analysis unit 29 can obtain the center coordinates (x 0 , y 0 ) of the work W and the radius R of the outer peripheral surface of the work W.

例えば、センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）の数を「Ｎ」（本実施形態ではＮ＝８）とする。また、下記［数１］式に示すように、センサヘッド１８ごとの測定点Ｐ２までの距離を「ｒｉ」とすると共に、センサヘッド１８ごとの角度位置を「θｉ」とする。これにより、ワークＷの外周面内の各測定点Ｐ２の位置はそれぞれ極座標値（ｒｉ，θｉ）で表すことができる。そして、解析部２９は、各測定点Ｐ２の極座標値（ｒｉ，θｉ）を、下記の［数２］式を用いて、ＸＹ座標系の座標値（ｘｉ，ｙｉ）に座標変換する。 For example, the number of sensor heads 18 (reference position P1) is set to "N" (N = 8 in this embodiment). Further, as shown in the following Expression 1, the distance to the measurement point P2 of each sensor head 18 with the "r i", the angular position of each sensor head 18 and "theta i". Thus, the position of each measurement point P2 in the outer peripheral surface of the workpiece W can be expressed by polar coordinates (r i, θ i). Then, the analysis unit 29, the polar coordinate values of the measurement point P2 a (r i, θ i), using the Equation 2 formula, coordinate conversion into coordinate values of the XY coordinate system (x i, y i) do.

Figure 0006924953
Figure 0006924953

Figure 0006924953
Figure 0006924953

次いで、解析部２９は、ＸＹ座標系に変換した各測定点Ｐ２の座標値（ｘｉ，ｙｉ）に基づき、下記の［数３］式で示す方程式を用いて、ワークＷの中心座標（ｘ０，ｙ０）と、ワークＷの外周面の半径Ｒとを算出する。 Subsequently, analyzing unit 29, based on the coordinate values of the measurement points P2 converted into the XY coordinate system (x i, y i), using the equations shown in Equation 3 the following formula, of the workpiece W center coordinates ( x 0 , y 0 ) and the radius R of the outer peripheral surface of the work W are calculated.

Figure 0006924953
Figure 0006924953

上記のように求めたワークＷの中心座標（ｘ０，ｙ０）に基づき、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの中心軸の偏芯（偏心方向及び偏心量）を求めることができる。このため、解析部２９は、ワークＷの真円度を公知の最小二乗中心法で求める場合と同様にして、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの中心軸の偏芯補正を行う。具体的に、解析部２９は、下記の［数４］式に示すように、ワークＷの中心座標（ｘ０，ｙ０）を用いて各測定点Ｐ２の座標値（ｘｉ，ｙｉ）を補正して、各測定点Ｐ２の補正座標値（ｘａｉ，ｙａｉ）を算出する。これにより、図中の「実線」で示すように、偏心補正後の各測定点Ｐ２の測定基準軸Ａ１に対する位置が算出される。 Based on the center coordinates (x 0 , y 0 ) of the work W obtained as described above, the eccentricity (eccentric direction and eccentric amount) of the center axis of the work W with respect to the measurement reference axis A1 can be obtained. Therefore, the analysis unit 29 corrects the eccentricity of the central axis of the work W with respect to the measurement reference axis A1 in the same manner as in the case of obtaining the roundness of the work W by the known least squares center method. Specifically, as shown in the following equation [Equation 4], the analysis unit 29 uses the coordinate values (x i , y i ) of each measurement point P2 using the center coordinates (x 0 , y 0) of the work W. Is corrected, and the corrected coordinate values (xa i , ya i ) of each measurement point P2 are calculated. As a result, as shown by the “solid line” in the figure, the position of each measurement point P2 after eccentricity correction with respect to the measurement reference axis A1 is calculated.

Figure 0006924953
Figure 0006924953

次いで、解析部２９は、各測定点Ｐ２の補正座標値（ｘａｉ，ｙａｉ）に基づき、下記の［数５］式で示すように、測定基準軸Ａ１（原点）から各測定点Ｐ２までの距離ｒａｉをそれぞれ算出する。そして、解析部２９は、各測定点Ｐ２までの距離ｒａｉの算出結果と、先に算出した半径Ｒとに基づき、下記の［数６］式を用いて、半径Ｒに対する測定点Ｐ２ごとの距離ｒａｉのバラツキδｉを算出する。この測定点Ｐ２ごとのバラツキδｉは、ワークＷの外周面の真円度の指標となる値であるので、各バラツキδｉに基づきワークＷの外周面の真円度（簡易真円度）が求められる。なお、真円度については、例えば既述の最小二乗中心法のような公知の手法を用いて算出してもよい。 Next, the analysis unit 29 , based on the correction coordinate values (xa i , ya i ) of each measurement point P2, from the measurement reference axis A1 (origin) to each measurement point P2 as shown by the following equation [Equation 5]. and calculates the distance ra i, respectively. Then, the analysis unit 29, the calculation result of the distance ra i to each measurement point P2, based on the radius R previously calculated, using the number 6] the following equation, for each measurement point P2 with respect to the radius R Calculate the variation δ i of the distance ra i. Since the variation δ i for each measurement point P2 is a value that serves as an index of the roundness of the outer peripheral surface of the work W, the roundness of the outer peripheral surface of the work W (simple roundness) is based on each variation δ i. Is required. The roundness may be calculated by using a known method such as the above-mentioned least squares center method.

Figure 0006924953
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Figure 0006924953
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このように、解析部２９は、センサヘッド１８ごとの距離検出信号と位置情報３２とに基づき、ワークＷの形状として、ワークＷの外周面の半径Ｒ（直径）及び真円度を求めることができる。これにより、１回のワークＷの形状測定が完了する。解析部２９は、ワークＷの形状の測定結果［半径Ｒ（直径）及び真円度の測定結果］を、表示部１４ａと記憶部２６とに出力する。 In this way, the analysis unit 29 can obtain the radius R (diameter) and roundness of the outer peripheral surface of the work W as the shape of the work W based on the distance detection signal and the position information 32 for each sensor head 18. can. As a result, one work W shape measurement is completed. The analysis unit 29 outputs the measurement result of the shape of the work W [measurement result of radius R (diameter) and roundness] to the display unit 14a and the storage unit 26.

図７は、ワークＷの形状（外周面の直径）の測定精度と、センサヘッド１８のチャンネル数との関係を示したグラフである。ここでは、センサヘッド１８ごとに±０．１μｍの測定誤差（検出誤差）があると想定して、５００回のシミュレーションを行って個々のチャンネル数ごとの外周面の直径のバラツキと２σ偏差とを求めている。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the measurement accuracy of the shape of the work W (diameter of the outer peripheral surface) and the number of channels of the sensor head 18. Here, assuming that each sensor head 18 has a measurement error (detection error) of ± 0.1 μm, 500 simulations are performed to determine the variation in the diameter of the outer peripheral surface and the 2σ deviation for each number of channels. I'm looking for it.

図７に示すように、直径のバラツキは、チャンネル数が最小数の「３」である場合に約０．３３μｍであり、チャンネル数が増加するのに従って次第に低減する。また、直径の２σ偏差についても、チャンネル数が最小数の「３」である場合に約０．３０μｍであり、チャンネル数が増加するのに従って次第に低減する。このため、センサヘッド１８ごとに±０．１μｍの測定誤差があったとしても、多チャンネルで測定を行うことでセンサヘッド１８ごとの距離の測定結果が平均化され、バラツキ及び２σ偏差を低下させることができる。その結果、ワークＷの形状を高精度で測定できる。 As shown in FIG. 7, the variation in diameter is about 0.33 μm when the number of channels is the minimum number “3”, and gradually decreases as the number of channels increases. Further, the 2σ deviation of the diameter is also about 0.30 μm when the number of channels is the minimum number “3”, and gradually decreases as the number of channels increases. Therefore, even if there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, the measurement result of the distance for each sensor head 18 is averaged by performing the measurement with multiple channels, and the variation and the 2σ deviation are reduced. be able to. As a result, the shape of the work W can be measured with high accuracy.

図５に戻って、繰り返し制御部３０は、測定制御部２８（変位計本体２０）と、解析部２９とを複数回繰り返し作動させる。これにより、変位計本体２０及び測定制御部２８によるセンサヘッド１８ごとの距離検出信号の取得と、解析部２９によるワークＷの形状の算出と、が複数回繰り返される。なお、繰り返し回数は、ユーザが所望の回数に設定することができる。これにより、複数回分のワークＷの形状の検出結果が得られる。 Returning to FIG. 5, the repeat control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter main body 20) and the analysis unit 29 a plurality of times. As a result, the acquisition of the distance detection signal for each sensor head 18 by the displacement meter main body 20 and the measurement control unit 28 and the calculation of the shape of the work W by the analysis unit 29 are repeated a plurality of times. The number of repetitions can be set to a desired number by the user. As a result, the detection result of the shape of the work W for a plurality of times can be obtained.

解析部２９は、ワークＷの形状の算出を複数回繰り返し実行した後、複数回求めたワークＷの形状を平均化した平均形状として、ワークＷの外周面の半径Ｒ（直径）の平均値と真円度の平均値とを算出する。そして、解析部２９は、算出したワークＷの平均形状の結果を表示部１４ａに出力すると共に、記憶部２６に記憶させる。 The analysis unit 29 repeatedly calculates the shape of the work W a plurality of times, and then uses the average value of the radius R (diameter) of the outer peripheral surface of the work W as the average shape obtained by averaging the shapes of the work W obtained a plurality of times. Calculate the average value of roundness. Then, the analysis unit 29 outputs the calculated average shape result of the work W to the display unit 14a and stores it in the storage unit 26.

図８は、ワークＷの平均形状（外周面の直径）の測定精度と、繰り返し回数との関係を示したグラフである。ここでは、センサヘッド１８ごとに±０．１μｍの測定誤差があると想定して、８チャンネルのセンサヘッド１８を用いた条件で５００回のシミュレーションを行うことにより、個々の繰り返し回数ごとの外周面の直径のバラツキと２σ偏差とを求めた。なお、１回の測定に要する時間を約１ｍｓｅｃとした場合、１００回の繰り返しに要する時間は約１００ｍｓｅｃである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the measurement accuracy of the average shape (diameter of the outer peripheral surface) of the work W and the number of repetitions. Here, assuming that there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, the outer peripheral surface for each number of repetitions is performed by performing 500 simulations under the condition of using the 8-channel sensor head 18. The variation in diameter and the deviation of 2σ were obtained. Assuming that the time required for one measurement is about 1 msec, the time required for 100 repetitions is about 100 msec.

図８に示すように、繰り返し回数が増加するのに従って、ワークＷの外周面の直径のバラツキと２σ偏差とが減少する。このため、センサヘッド１８ごとに±０．１μｍの測定誤差があったとしても、ワークＷの形状の測定を複数回繰り返し実行して、ワークＷの平均形状を算出することで、非接触変位計１３の測定誤差の影響を低減できる。 As shown in FIG. 8, as the number of repetitions increases, the variation in diameter of the outer peripheral surface of the work W and the 2σ deviation decrease. Therefore, even if there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, the shape of the work W is repeatedly measured a plurality of times to calculate the average shape of the work W, thereby causing a non-contact displacement meter. The influence of the measurement error of 13 can be reduced.

［第１実施形態の形状測定装置の作用］
図９は、上記構成の形状測定装置１０によるワークＷの形状測定の流れ（本発明の形状測定方法）を示すフローチャートである。なお、各基準位置Ｐ１の設定と、各センサヘッド１８の位置姿勢の調整と、非接触変位計１３の校正とは予め行われている。図９に示すように、最初にユーザは、測定対象のワークＷを基準平面１２ａ上に載置する（ステップＳ１）。この際に、ワークＷの中心軸を測定基準軸Ａ１に一致させるセンタリングを行う必要はないので、測定時間を短縮することができる。 [Operation of the shape measuring device of the first embodiment]
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of shape measurement of the work W by the shape measuring device 10 having the above configuration (shape measuring method of the present invention). The setting of each reference position P1, the adjustment of the position and orientation of each sensor head 18, and the calibration of the non-contact displacement meter 13 are performed in advance. As shown in FIG. 9, the user first places the work W to be measured on the reference plane 12a (step S1). At this time, since it is not necessary to perform centering so that the central axis of the work W is aligned with the measurement reference axis A1, the measurement time can be shortened.

次いで、ユーザがコンピュータ１４にて測定開始操作を行うと、制御部２５の測定制御部２８の制御の下、変位計本体２０から各センサヘッド１８に測定光Ｌが入力され、各センサヘッド１８から各々に対向するワークＷの外周面内の測定点Ｐ２に向けて測定光Ｌが個別に出射される。そして、各センサヘッド１８は、各々に対向する測定点Ｐ２にてそれぞれ反射された測定光Ｌを個別に受光する（ステップＳ２）。これにより、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌが変位計本体２０に個別に入力される。 Next, when the user performs the measurement start operation on the computer 14, the measurement light L is input from the displacement meter main body 20 to each sensor head 18 under the control of the measurement control unit 28 of the control unit 25, and the measurement light L is input from each sensor head 18. The measurement light L is individually emitted toward the measurement point P2 in the outer peripheral surface of the work W facing each other. Then, each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected at the measurement points P2 facing each other (step S2). As a result, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter main body 20.

次いで、変位計本体２０において、センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出と、センサヘッド１８ごとの距離の検出とが順次実行された後、変位計本体２０から測定制御部２８に対してセンサヘッド１８ごとの距離検出信号が出力される（ステップＳ３、本発明の距離検出ステップに相当）。なお、１回の測定に要する時間は、１〜１０ｍｓｅｃである。これにより、センサヘッド１８ごとの距離検出信号が測定制御部２８に入力され、さらにこの測定制御部２８を介して解析部２９に入力される。 Next, in the displacement meter main body 20, the detection of the measurement light L for each sensor head 18 and the detection of the distance for each sensor head 18 are sequentially executed, and then the displacement meter main body 20 sends the sensor head to the measurement control unit 28. A distance detection signal for each of 18 is output (step S3, corresponding to the distance detection step of the present invention). The time required for one measurement is 1 to 10 msec. As a result, the distance detection signal for each sensor head 18 is input to the measurement control unit 28, and further input to the analysis unit 29 via the measurement control unit 28.

センサヘッド１８ごとの距離検出信号の入力を受けた解析部２９は、各距離検出信号と、記憶部２６から取得した位置情報３２とに基づき、上記［数１］式から［数６］式を用いて、ワークＷの形状［外周面の半径Ｒ（直径）及び真円度］を算出する（ステップＳ４、本発明の解析ステップに相当）。これにより、１回目のワークＷの形状測定が完了し、この測定結果が解析部２９から表示部１４ａと記憶部２６とにそれぞれ出力される。 The analysis unit 29, which has received the input of the distance detection signal for each sensor head 18, uses the above equations [Equation 1] to [Equation 6] based on each distance detection signal and the position information 32 acquired from the storage unit 26. The shape of the work W [radius R (diameter) and roundness of the outer peripheral surface] is calculated using the work (step S4, corresponding to the analysis step of the present invention). As a result, the first shape measurement of the work W is completed, and the measurement result is output from the analysis unit 29 to the display unit 14a and the storage unit 26, respectively.

この際に、本実施形態では、８チャンネルのセンサヘッド１８を用いてワークＷの形状測定を行うため、既述の図７に示したように、センサヘッド１８ごとの検出結果が平均化され、バラツキ及び２σ偏差を低下させることができる。その結果、ワークＷの形状を高精度に測定できる。 At this time, in the present embodiment, since the shape of the work W is measured using the 8-channel sensor head 18, the detection results for each sensor head 18 are averaged as shown in FIG. 7 described above. The variation and the 2σ deviation can be reduced. As a result, the shape of the work W can be measured with high accuracy.

次いで、繰り返し制御部３０は、形状測定の繰り返し回数がユーザの予め定めた設定回数に到達していない場合、測定制御部２８（変位計本体２０）と、解析部２９とを繰り返し作動させて、既述のステップＳ２からステップＳ４までの処理を再度実行させる（ステップＳ５でＮＯ）。これにより、解析部２９にてワークＷの形状が再度算出される。 Next, the repeat control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter main body 20) and the analysis unit 29 when the number of repetitions of shape measurement has not reached a preset number of times set by the user. The processing from step S2 to step S4 described above is executed again (NO in step S5). As a result, the shape of the work W is recalculated by the analysis unit 29.

以下、繰り返し回数が設定回数に到達するまで、既述のステップＳ２からステップＳ５までの処理が実行される（ステップＳ５でＹＥＳ）。これにより、複数回分のワークＷの形状の測定結果が得られる。次いで、解析部２９は、複数回分のワークＷの形状を平均化した平均形状を算出し、この算出結果を表示部１４ａに出力すると共に、記憶部２６に記憶させる（ステップＳ６）。このように形状測定を複数回繰り返し実行してワークＷの平均形状を求めることで、センサヘッド１８ごとの測定誤差の影響が低減され、既述の図８に示したように、形状検出結果のバラツキ及び２σ偏差を低下させることができる。その結果、ワークＷの形状を高精度で測定できる。 Hereinafter, the processes from step S2 to step S5 described above are executed until the number of repetitions reaches the set number of times (YES in step S5). As a result, the measurement result of the shape of the work W for a plurality of times can be obtained. Next, the analysis unit 29 calculates an average shape obtained by averaging the shapes of the work W for a plurality of times, outputs the calculation result to the display unit 14a, and stores the calculation result in the storage unit 26 (step S6). By repeatedly executing the shape measurement a plurality of times in this way to obtain the average shape of the work W, the influence of the measurement error for each sensor head 18 is reduced, and as shown in FIG. 8 described above, the shape detection result is obtained. The variation and 2σ deviation can be reduced. As a result, the shape of the work W can be measured with high accuracy.

［第１実施形態の効果］
以上のように、第１実施形態の形状測定装置１０では、非接触変位計１３を用いることで、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向するワークＷの外周面の測定点Ｐ２までの距離を非接触で一括して検出できる。これにより、従来のようにセンサヘッド１８に対してワークＷを相対回転させることなく、ワークＷの形状を測定できる。このため、測定時間の短縮化と、回転時の振動に起因する測定誤差の発生防止と、回転機構の省略による装置構成の簡易化と、回転又は固定し難いワークＷの形状測定が可能という効果が得られる。その結果、ワークＷの形状を高精度且つ高速測定できる。 [Effect of the first embodiment]
As described above, in the shape measuring device 10 of the first embodiment, by using the non-contact displacement meter 13, from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 on the outer peripheral surface of the work W facing each other. Distance can be detected collectively without contact. As a result, the shape of the work W can be measured without rotating the work W relative to the sensor head 18 as in the conventional case. Therefore, the shortening of the measurement time, and prevention of measurement errors due to vibration during rotation, and simplification of the apparatus construction due to omission of the rotary mechanism, that enables the shape measurement of the rotational or fixed hard workpiece W The effect is obtained. As a result, the shape of the work W can be measured with high accuracy and high speed.

［第２実施形態の形状測定装置］
図１０は、第２実施形態の形状測定装置１０に設けられているセンサヘッド１８の上面図（上段）及び側面図（下段）である。上記第１実施形態では、円筒状のワークＷの形状として、ワークＷの外周面の半径Ｒ（直径）及び真円度を測定しているが、第２実施形態の形状測定装置１０では、ワークＷの内周面（本発明の被測定面に相当）の半径Ｒ（直径）及び真円度を測定する。 [Shape measuring device of the second embodiment]
FIG. 10 is a top view (upper row) and a side view (lower row) of the sensor head 18 provided in the shape measuring device 10 of the second embodiment. In the first embodiment, the radius R (diameter) and roundness of the outer peripheral surface of the work W are measured as the shape of the cylindrical work W, but in the shape measuring device 10 of the second embodiment, the work The radius R (diameter) and roundness of the inner peripheral surface of W (corresponding to the surface to be measured of the present invention) are measured.

なお、第２実施形態の形状測定装置１０は、各センサヘッド１８の配置が異なる点を除けば上記第１実施形態の形状測定装置１０と基本的に同じ構成であるので、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 The shape measuring device 10 of the second embodiment has basically the same configuration as the shape measuring device 10 of the first embodiment except that the arrangement of the sensor heads 18 is different. Those having the same function or configuration as the above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

図１０に示すように、第２実施形態では、基準平面１２ａ上に載置されたワークＷの内周面の内側（内周面に対向する位置）に、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ２）に等角度間隔（４５°）で８つの基準位置Ｐ１が予め設定されている。すなわち、第２実施形態では、ワークＷの内周面の内側に、８つの基準位置Ｐ１が第１実施形態と相似形の配置パターンで設定されている。これにより、８チャンネルのセンサヘッド１８が、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ２）に等角度間隔で配置される。 As shown in FIG. 10, in the second embodiment, the same circle is formed inside the inner peripheral surface (position facing the inner peripheral surface) of the work W placed on the reference plane 12a with the measurement reference axis A1 as the center. Eight reference positions P1 are preset on the circumference (C2) at equal angular intervals (45 °). That is, in the second embodiment, eight reference positions P1 are set inside the inner peripheral surface of the work W in an arrangement pattern similar to that of the first embodiment. As a result, the 8-channel sensor heads 18 are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C2) with the measurement reference axis A1 as the center.

第２実施形態の各センサ位置調整部１９は、それぞれ支持しているセンサヘッド１８の位置姿勢等を調整して、第１実施形態と同様にセンサヘッド１８から出射される測定光Ｌの光軸ＯＡの方向を方向Ｄ（図３参照）に調整する。これにより、測定基準軸Ａ１を中心として、各基準位置Ｐ１にあるセンサヘッド１８から測定光Ｌが放射状に出射される。その結果、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から個別に出射された測定光Ｌは、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）にそれぞれ対向するワークＷの内周面内の測定点Ｐ２に個別に入射する。 Each sensor position adjusting unit 19 of the second embodiment adjusts the position and orientation of the sensor head 18 that supports the sensor head 18, and the optical axis of the measurement light L emitted from the sensor head 18 as in the first embodiment. Adjust the direction of OA to direction D (see FIG. 3). As a result, the measurement light L is radially emitted from the sensor head 18 at each reference position P1 about the measurement reference axis A1. As a result, the measurement light L individually emitted from each sensor head 18 (reference position P1) is individually directed to the measurement point P2 in the inner peripheral surface of the work W facing each sensor head 18 (reference position P1). Incident.

また、各センサヘッド１８は、各々に対向する測定点Ｐ２にてそれぞれ反射された測定光Ｌを個別に受光する。そして、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌが変位計本体２０に個別に入力される。 Further, each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected at the measurement points P2 facing each other. Then, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter main body 20.

第２実施形態の変位計本体２０は、第１実施形態と同様に、センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出と、センサヘッド１８ごとの距離の検出とを行う。これにより、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向するワークＷの内周面内の測定点Ｐ２までの距離がそれぞれ検出される。そして、変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとの距離検出信号をコンピュータ１４へ出力する。 Similar to the first embodiment, the displacement meter main body 20 of the second embodiment detects the measurement light L for each sensor head 18 and detects the distance for each sensor head 18. As a result, the distances from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 in the inner peripheral surface of the work W facing each other are detected. Then, the displacement meter main body 20 outputs a distance detection signal for each sensor head 18 to the computer 14.

第２実施形態のコンピュータ１４は、変位計本体２０から入力されたセンサヘッド１８ごとの距離検出信号と、記憶部２６から取得した位置情報３２とに基づき、第１実施形態と同様に上記［数１］式から［数６］式を用いて、ワークＷの内周面の半径Ｒ（直径）及び真円度を求める。 The computer 14 of the second embodiment is based on the distance detection signal for each sensor head 18 input from the displacement meter main body 20 and the position information 32 acquired from the storage unit 26, as in the first embodiment. The radius R (diameter) and roundness of the inner peripheral surface of the work W are obtained from the equation 1] to the equation [Equation 6].

第２実施形態の形状測定装置１０の作用については、既述の図９に示した第１実施形態と基本的に同じであるので、ここでは具体的な説明は省略する。そして、第２実施形態の形状測定装置１０によれば、各センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向するワークＷの内周面内の測定点Ｐ２までの距離を非接触で一括して検出できるため、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。 Since the operation of the shape measuring device 10 of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG. 9 described above, a specific description thereof will be omitted here. Then, according to the shape measuring device 10 of the second embodiment, the distances from each sensor head 18 (reference position P1) to the measuring point P2 in the inner peripheral surface of the work W facing each other are collectively non-contact. Since it can be detected, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

［第１実施形態と第２実施形態の組み合わせ］
図１１は、第１実施形態と第２実施形態との組み合わせを説明するための説明図である。図１１に示すように、上記第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせて、ワークＷの外周面の外側とワークＷの内周面の内側とにそれぞれ基準位置Ｐ１を設定すると共に、各基準位置Ｐ１にセンサヘッド１８を配置してもよい。これにより、ワークＷの外周面及び内周面の形状を一括して測定できる。 [Combination of 1st Embodiment and 2nd embodiment]
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a combination of the first embodiment and the second embodiment. As shown in FIG. 11, the reference positions P1 are set on the outside of the outer peripheral surface of the work W and the inside of the inner peripheral surface of the work W by combining the first embodiment and the second embodiment, and each reference is set. The sensor head 18 may be arranged at the position P1. As a result, the shapes of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work W can be measured collectively.

［第３実施形態の形状測定装置］
次に、本発明の第３実施形態の形状測定装置１０について説明を行う。上記第２実施形態では、ワークＷの内周面の内側に各センサヘッド１８及び各センサ位置調整部１９を配置しているが、ワークＷの内周面の直径が小径である場合、各センサヘッド１８等をワークＷの内周面の内側に配置できない。そこで、第３実施形態の形状測定装置１０では、ワークＷの内周面の内側に各センサヘッド１８等を配置することなく、ワークＷの内周面の形状を測定する。 [Shape measuring device of the third embodiment]
Next, the shape measuring device 10 according to the third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, each sensor head 18 and each sensor position adjusting unit 19 are arranged inside the inner peripheral surface of the work W, but when the diameter of the inner peripheral surface of the work W is small, each sensor The head 18 and the like cannot be arranged inside the inner peripheral surface of the work W. Therefore, the shape measuring device 10 of the third embodiment measures the shape of the inner peripheral surface of the work W without arranging the sensor heads 18 and the like inside the inner peripheral surface of the work W.

なお、第３実施形態の形状測定装置１０は、各センサヘッド１８の配置が異なる点と、センサ位置調整部１９の代わりに反射体３５（図１２参照）を備える点とを除けば、上記第２実施形態の形状測定装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 The shape measuring device 10 of the third embodiment has the above-mentioned third embodiment except that the arrangement of the sensor heads 18 is different and the reflector 35 (see FIG. 12) is provided instead of the sensor position adjusting unit 19. The configuration is basically the same as that of the shape measuring device 10 of the second embodiment. Therefore, those having the same function or configuration as each of the above embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

図１２は、第３実施形態のステージ１２等の断面図である。図１３は、第３実施形態の基準平面１２ａの上面図である。図１４は、図１２中の各センサヘッド１８をＺ軸方向下方側から見た正面図（下面図）である。 FIG. 12 is a cross-sectional view of the stage 12 and the like according to the third embodiment. FIG. 13 is a top view of the reference plane 12a of the third embodiment. FIG. 14 is a front view (bottom view) of each sensor head 18 in FIG. 12 as viewed from the lower side in the Z-axis direction.

図１２から図１４に示すように、基準平面１２ａ上であって且つワークＷの内周面の内側の領域には、略円板状の反射体保持部３６が設けられている。この反射体保持部３６の上面には、前述の基準位置Ｐ１ごとに反射体３５が設けられている。これにより、８個の反射体３５が測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ２）に等角度間隔で配置される。 As shown in FIGS. 12 to 14, a substantially disk-shaped reflector holding portion 36 is provided in a region on the reference plane 12a and inside the inner peripheral surface of the work W. A reflector 35 is provided on the upper surface of the reflector holding portion 36 for each of the above-mentioned reference positions P1. As a result, the eight reflectors 35 are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C2) with the measurement reference axis A1 as the center.

各反射体３５は例えばミラーが用いられる。各反射体３５は、Ｚ軸方向上方から入射した測定光Ｌを、方向Ｄ（図３参照）に平行な方向であって且つワークＷの内周面に向けて反射する。これにより、Ｚ軸方向上方から入射した測定光Ｌは、各反射体３５（基準位置Ｐ１）にそれぞれ対向するワークＷの内周面内の測定点Ｐ２に向けて反射される。また、各反射体３５は、各々に対向する測定点Ｐ２から入射した測定光ＬをＺ軸方向上方に向けて反射する。 For each reflector 35, for example, a mirror is used. Each reflector 35 reflects the measurement light L incident from above in the Z-axis direction in a direction parallel to the direction D (see FIG. 3) and toward the inner peripheral surface of the work W. As a result, the measurement light L incident from above in the Z-axis direction is reflected toward the measurement point P2 in the inner peripheral surface of the work W facing each reflector 35 (reference position P1). Further, each reflector 35 reflects the measurement light L incident from the measurement point P2 facing each other toward the upper side in the Z-axis direction.

第３実施形態の各センサヘッド１８は、本発明の光学ユニットに相当し、基準平面１２ａに対して垂直方向（Ｚ軸方向上方）に間隔をあけて配置されている。具体的に、基準平面１２ａの上方であって且つ各反射体３５に対向する位置には、基準平面１２ａに対して平行な円板状のセンサ保持部３７が不図示の支持部よって支持されている。このセンサ保持部３７の下面には、各基準位置Ｐ１（各反射体３５）にそれぞれ対向する位置にセンサヘッド１８が設けられている。 Each sensor head 18 of the third embodiment corresponds to the optical unit of the present invention, and is arranged at intervals in the direction perpendicular to the reference plane 12a (upper in the Z-axis direction). Specifically, a disk-shaped sensor holding portion 37 parallel to the reference plane 12a is supported by a support portion (not shown) at a position above the reference plane 12a and facing each reflector 35. There is. On the lower surface of the sensor holding portion 37, a sensor head 18 is provided at a position facing each reference position P1 (each reflector 35).

各センサヘッド１８は、Ｚ軸方向下方に向けてそれぞれ測定光Ｌを出射する。これにより、各センサヘッド１８から各々に対向する反射体３５（基準位置Ｐ１）に向けて測定光Ｌが出射される。そして、各測定光Ｌは、各反射体３５によって各々に対向する測定点Ｐ２に向けて放射状に反射される。 Each sensor head 18 emits the measurement light L downward in the Z-axis direction. As a result, the measurement light L is emitted from each sensor head 18 toward the reflector 35 (reference position P1) facing each other. Then, each measurement light L is radially reflected by each reflector 35 toward the measurement point P2 facing each other.

次いで、各測定点Ｐ２に個別に入射された測定光Ｌは、測定点Ｐ２ごとに元の反射体３５に向けて個別に反射される。各測定点Ｐ２から各々に対向する反射体３５に入射した測定光Ｌは、各反射体３５によって各々に対向するセンサヘッド１８に向けて個別に反射される。これにより、各センサヘッド１８は、各々に対向する反射体３５にてそれぞれ反射された測定光Ｌを個別に受光する。以下、上記各実施形態と同様に、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌは、変位計本体２０に個別に入力される。 Next, the measurement light L individually incident on each measurement point P2 is individually reflected toward the original reflector 35 at each measurement point P2. The measurement light L incident on the reflector 35 facing each other from each measurement point P2 is individually reflected by each reflector 35 toward the sensor head 18 facing each other. As a result, each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected by the reflector 35 facing each other. Hereinafter, as in each of the above embodiments, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter main body 20.

第３実施形態の変位計本体２０は、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌを個別に検出する。次いで、変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとに検出した測定光Ｌの検出結果と、基準位置Ｐ１及びセンサヘッド１８間の既知の間隔（距離）の大きさ（符号α）とに基づき、センサヘッド１８ごとに、反射体３５（基準位置Ｐ１）から反射体３５に対向する測定点Ｐ２までの距離を検出する。 The displacement meter main body 20 of the third embodiment individually detects the measurement light L received by each sensor head 18. Next, the displacement meter main body 20 uses the sensor based on the detection result of the measurement light L detected for each sensor head 18 and the size (reference numeral α) of the known distance (distance) between the reference position P1 and the sensor head 18. For each head 18, the distance from the reflector 35 (reference position P1) to the measurement point P2 facing the reflector 35 is detected.

例えば変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出結果に基づき各測定光Ｌの光路長を検出し、検出した各光路長からそれぞれ上記の間隔の値を減算することによって、基準位置Ｐ１ごとに測定点Ｐ２までの距離を検出する。そして、変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとの距離検出信号をコンピュータ１４へ出力する。 For example, the displacement meter main body 20 detects the optical path length of each measurement light L based on the detection result of the measurement light L for each sensor head 18, and subtracts the value of the above interval from each detected optical path length to refer to the reference. The distance to the measurement point P2 is detected for each position P1. Then, the displacement meter main body 20 outputs a distance detection signal for each sensor head 18 to the computer 14.

これ以降の処理は、上記第２実施形態と基本的に同じであるので、具体的な説明は省略する。 Since the subsequent processing is basically the same as that of the second embodiment, specific description thereof will be omitted.

以上のように第３実施形態の形状測定装置１０では、各基準位置Ｐ１にそれぞれ配置された各反射体３５を用いて測定光Ｌの光路を屈折することで、ワークＷの内周面の内側に各センサヘッド１８及び各センサ位置調整部１９を配置することなく、ワークＷの内周面の形状を測定できる。これにより、ワークＷの内周面の直径が小径である場合でも、この内周面の形状を測定できる。また、上記各実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the shape measuring device 10 of the third embodiment, the optical path of the measurement light L is refracted by using the reflectors 35 arranged at the reference positions P1 to be inside the inner peripheral surface of the work W. The shape of the inner peripheral surface of the work W can be measured without arranging each sensor head 18 and each sensor position adjusting unit 19 in the work W. Thereby, even when the diameter of the inner peripheral surface of the work W is small, the shape of the inner peripheral surface can be measured. Moreover, the same effect as each of the above-described embodiments can be obtained.

［第４実施形態の形状測定装置］
次に、本発明の第４実施形態の形状測定装置１０について説明を行う。上記各実施形態では、ワークＷの形状として、ワークＷの内外周面の半径Ｒ（直径）及び真円度を測定しているが、第４実施形態では、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの傾斜角度を測定する。ここで、ワークＷの傾斜角度とは、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの中心軸Ａ２（図１５参照）の傾斜角度である。 [Shape measuring device of the fourth embodiment]
Next, the shape measuring device 10 according to the fourth embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, the radius R (diameter) and roundness of the inner and outer peripheral surfaces of the work W are measured as the shape of the work W, but in the fourth embodiment, the inclination of the work W with respect to the measurement reference axis A1. Measure the angle. Here, the inclination angle of the work W is an inclination angle of the central axis A2 (see FIG. 15) of the work W with respect to the measurement reference axis A1.

図１５は、第４実施形態の形状測定装置１０を構成するステージ１２及びセンサヘッド１８の側面図である。図１６は、図１５中の１６Ａ−１６Ａ線に沿う断面図（上段）及び図１５中の１６Ｂ−１６Ｂ線に沿う断面図（下段）である。なお、第４実施形態の形状測定装置１０は、８チャンネルのセンサヘッド１８を２組備える点を除けば、上記第１実施形態の形状測定装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 15 is a side view of the stage 12 and the sensor head 18 constituting the shape measuring device 10 of the fourth embodiment. 16 is a cross-sectional view taken along line 16A-16A in FIG. 15 (upper row) and a cross-sectional view taken along line 16B-16B in FIG. 15 (lower row). The shape measuring device 10 of the fourth embodiment has basically the same configuration as the shape measuring device 10 of the first embodiment, except that it includes two sets of 8-channel sensor heads 18. Therefore, those having the same function or configuration as the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

図１５及び図１６に示すように、第４実施形態では、測定基準軸Ａ１に対して垂直なワークＷの第１測定断面ＣＳ１及び第２測定断面ＣＳ２の双方の外周の外側に、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔で８つの基準位置Ｐ１が予め設定されている。第１測定断面ＣＳ１及び第２測定断面ＣＳ２は、測定基準軸Ａ１の軸方向位置が互いに異なっている。なお、第２測定断面ＣＳ２を基準とした第１測定断面ＣＳ１の高さｈは既知の値である。 As shown in FIGS. 15 and 16, in the fourth embodiment, the measurement reference shaft is outside the outer periphery of both the first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2 of the work W perpendicular to the measurement reference axis A1. Eight reference positions P1 are preset on the same circumference (C1) with A1 as the center at equal angular intervals. The first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2 have different axial positions of the measurement reference axis A1. The height h of the first measurement cross section CS1 with reference to the second measurement cross section CS2 is a known value.

第４実施形態の各センサヘッド１８は、不図示の支持部材により各基準位置Ｐ１にそれぞれ配置及び支持されている。これにより、測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置において、それぞれ８チャンネルのセンサヘッド１８が測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔で配置される。以下、第１測定断面ＣＳ１の高さ位置にある各センサヘッド１８を「第１センサヘッド１８」といい、第２測定断面ＣＳ２の高さ位置にある各センサヘッド１８を「第２センサヘッド１８」という。 Each sensor head 18 of the fourth embodiment is arranged and supported at each reference position P1 by a support member (not shown). As a result, the sensor heads 18 of 8 channels are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C1) about the measurement reference axis A1 at different axial positions of the measurement reference axis A1. Hereinafter, each sensor head 18 at the height position of the first measurement cross section CS1 is referred to as a "first sensor head 18", and each sensor head 18 at the height position of the second measurement cross section CS2 is referred to as a "second sensor head 18". ".

また、各センサヘッド１８は、出射する測定光Ｌの光軸ＯＡの方向が既述の方向Ｄ（図３参照）に平行になるように位置姿勢が調整されている。これにより、各第１センサヘッド１８から出射された測定光Ｌは、各第１センサヘッド１８の各々に対向する第１測定断面ＣＳ１の外周上の測定点Ｐ２に入射して、各測定点Ｐ２で元の第１センサヘッド１８に向けて反射された後、元の第１センサヘッド１８により個別に受光される。一方、各第２センサヘッド１８から出射された測定光Ｌは、各第２センサヘッド１８に各々の対向する第２測定断面ＣＳ１の外周上の測定点Ｐ２に入射して、各測定点Ｐ２で元の第２センサヘッド１８に向けて反射された後、元の第２センサヘッド１８により個別に受光される。 Further, the position and orientation of each sensor head 18 are adjusted so that the direction of the optical axis OA of the emitted measurement light L is parallel to the above-mentioned direction D (see FIG. 3). As a result, the measurement light L emitted from each of the first sensor heads 18 is incident on the measurement points P2 on the outer periphery of the first measurement cross section CS1 facing each of the first sensor heads 18, and each measurement point P2. After being reflected toward the original first sensor head 18, the light is individually received by the original first sensor head 18. On the other hand, the measurement light L emitted from each of the second sensor heads 18 is incident on the measurement point P2 on the outer circumference of the second measurement cross section CS1 facing each second sensor head 18, and at each measurement point P2. After being reflected toward the original second sensor head 18, the light is individually received by the original second sensor head 18.

第４実施形態の変位計本体２０は、第１センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出と、第２センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出と、両センサヘッド１８ごとの距離の検出とを行う。これにより、変位計本体２０は、第１センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する第１測定断面ＣＳ１の外周上の測定点Ｐ２までの距離と、第２センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する第２測定断面ＣＳ２の外周上の測定点Ｐ２までの距離と、を検出できる。変位計本体２０は、第１センサヘッド１８ごとの距離検出信号（以下、第１距離検出信号という）と、第２センサヘッド１８ごとの距離検出信号（以下、第２距離検出信号という）と、をそれぞれコンピュータ１４へ出力する。 The displacement meter main body 20 of the fourth embodiment detects the measurement light L for each first sensor head 18, detects the measurement light L for each second sensor head 18, and detects the distance for each of both sensor heads 18. conduct. As a result, the displacement meter main body 20 has the distance from the first sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 on the outer periphery of the first measurement cross section CS1 facing each other, and the second sensor head 18 (reference position P1). ) To the measurement point P2 on the outer circumference of the second measurement cross section CS2 facing each other. The displacement meter main body 20 includes a distance detection signal for each first sensor head 18 (hereinafter referred to as a first distance detection signal), a distance detection signal for each second sensor head 18 (hereinafter referred to as a second distance detection signal), and the like. Is output to the computer 14 respectively.

第４実施形態のコンピュータ１４に入力された各距離検出信号は、測定制御部２８を経て解析部２９に入力される（図５参照）。また、第４実施形態の記憶部２６には、各第１センサヘッド１８及び各第２センサヘッド１８の位置情報３２が記憶されている。 Each distance detection signal input to the computer 14 of the fourth embodiment is input to the analysis unit 29 via the measurement control unit 28 (see FIG. 5). Further, the storage unit 26 of the fourth embodiment stores the position information 32 of each of the first sensor heads 18 and each of the second sensor heads 18.

第４実施形態の解析部２９は、変位計本体２０から入力された第１距離検出信号及び第２距離検出信号と、記憶部２６から取得した位置情報３２とに基づき、ワークＷの形状として、測定基準軸Ａ１に対するワークＷの中心軸Ａ２の傾きを求める。 The analysis unit 29 of the fourth embodiment has the shape of the work W as the shape of the work W based on the first distance detection signal and the second distance detection signal input from the displacement meter main body 20 and the position information 32 acquired from the storage unit 26. The inclination of the central axis A2 of the work W with respect to the measurement reference axis A1 is obtained.

図１７は、ワークＷの中心軸Ａ２の傾き算出に用いられる第１測定断面ＣＳ１の中心座標Ｖ１（ｘ０１，ｙ０１）及び第２測定断面ＣＳ２の中心座標Ｖ２（ｘ０２，ｙ０２）を説明するための説明図である。図１８は、ワークＷの中心軸Ａ２の傾き算出を説明するための説明図である。 FIG. 17 shows the center coordinates V1 (x 01 , y 01 ) of the first measurement cross section CS1 and the center coordinates V2 (x 02 , y 02 ) of the second measurement cross section CS2 used for calculating the inclination of the central axis A2 of the work W. It is explanatory drawing for demonstrating. FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the calculation of the inclination of the central axis A2 of the work W.

図１７に示すように、解析部２９は、第１距離検出信号及び位置情報３２に基づき、上記［数２］式及び［数３］式を用いて、第１測定断面ＣＳ１の中心位置として中心座標Ｖ１（ｘ０１，ｙ０１）を求める。また同様に、解析部２９は、第２距離検出信号及び位置情報３２に基づき、第２測定断面ＣＳ２の中心位置として中心座標Ｖ２（ｘ０２，ｙ０２）を求める。 As shown in FIG. 17, the analysis unit 29 is centered as the center position of the first measurement cross section CS1 by using the above equations [Equation 2] and [Equation 3] based on the first distance detection signal and the position information 32. The coordinates V1 (x 01 , y 01 ) are obtained. Similarly, the analysis unit 29 obtains the center coordinates V2 (x 02 , y 02 ) as the center position of the second measurement cross section CS2 based on the second distance detection signal and the position information 32.

次いで、図１８に示すように、解析部２９は、中心座標Ｖ１（ｘ０１，ｙ０１）及び中心座標Ｖ２（ｘ０２，ｙ０２）と、既知の高さｈ（図１５参照）とに基づき、下記の［数７］式を用いて、測定基準軸Ａ１に対する中心軸Ａ２の傾斜角度φを求める。 Then, as shown in FIG. 18, the analysis unit 29 is based on the center coordinates V1 (x 01 , y 01 ) and the center coordinates V2 (x 02 , y 02 ) and the known height h (see FIG. 15). , The inclination angle φ of the central axis A2 with respect to the measurement reference axis A1 is obtained by using the following equation [Equation 7].

Figure 0006924953
Figure 0006924953

このように第４実施形態の解析部２９は、第１距離検出信号及び第２距離検出信号と位置情報３２とに基づき、ワークＷの形状として、ワークＷの傾斜角度φを求めることができる。これにより、１回のワークＷの形状測定が完了する。なお、第１実施形態と同様に、繰り返し制御部３０によって、測定制御部２８（変位計本体２０）と、解析部２９とを複数回繰り返し作動させることにより、ワークＷの平均形状として、複数回分の傾斜角度φの平均値が得られる。 As described above, the analysis unit 29 of the fourth embodiment can obtain the inclination angle φ of the work W as the shape of the work W based on the first distance detection signal, the second distance detection signal, and the position information 32. As a result, one work W shape measurement is completed. As in the first embodiment, the repetitive control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter main body 20) and the analysis unit 29 a plurality of times to obtain the average shape of the work W for a plurality of times. The average value of the inclination angle φ of is obtained.

これ以降の処理は、上記第１実施形態と基本的に同じであるので、具体的な説明は省略する。 Since the subsequent processing is basically the same as that of the first embodiment, specific description thereof will be omitted.

以上のように、第４実施形態の形状測定装置１０では、各第１センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する第１測定断面ＣＳ１の外周上の測定点Ｐ２までの距離と、各第２センサヘッド１８（基準位置Ｐ１）から各々に対向する第２測定断面ＣＳ２の外周上の測定点Ｐ２までの距離と、を非接触で一括して検出できる。これにより、各センサヘッド１８に対してワークＷを相対回転させることなく、ワークＷの形状（傾斜角度φ）を測定できる。その結果、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the shape measuring device 10 of the fourth embodiment, the distance from each first sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 on the outer periphery of the first measurement cross section CS1 facing each other and each of them. The distance from the second sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 on the outer periphery of the second measurement cross section CS2 facing each other can be collectively detected without contact. As a result, the shape (tilt angle φ) of the work W can be measured without rotating the work W relative to each sensor head 18. As a result, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、上記第４実施形態では、測定基準軸Ａ１の軸方向位置が互いに異なる８つの基準位置Ｐ１を２組設定しているが、３組以上設定して個々の基準位置ごとに距離検出を行い、３以上の各測定断面の中心座標から傾斜角度φを求めてもよい。 In the fourth embodiment, two sets of eight reference positions P1 having different axial positions of the measurement reference axis A1 are set, but three or more sets are set to detect the distance for each reference position. The inclination angle φ may be obtained from the center coordinates of each of the three or more measurement cross sections.

［第４実施形態の変形例］
図１９は、第４実施形態の変形例を説明するための説明図である。上記第４実施形態では、全ての基準位置Ｐ１にそれぞれセンサヘッド１８（第１センサヘッド１８及び第２センサヘッド）を配置することにより、センサヘッド１８ごとの距離を検出している。 [Modified example of the fourth embodiment]
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining a modified example of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the distances for each sensor head 18 are detected by arranging the sensor heads 18 (first sensor head 18 and second sensor head) at all the reference positions P1.

これに対して、図１９に示すように、第４実施形態の変形例では、測定基準軸Ａ１を中心として基準位置Ｐ１と同じ配置パターンで同一円周上（Ｃ１）に配置された８チャンネルのセンサヘッド１８を、一体に測定基準軸Ａ１の軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動部４０を備えている。この移動部４０は、各センサヘッド１８をＺ軸方向に沿って基準位置Ｐ１に対応する複数の軸方向位置（例えば第１測定断面ＣＳ１及び第２測定断面ＣＳ２にそれぞれ対応する軸方向位置）に順番に移動させる。 On the other hand, as shown in FIG. 19, in the modified example of the fourth embodiment, eight channels arranged on the same circumference (C1) in the same arrangement pattern as the reference position P1 with the measurement reference axis A1 as the center. A moving portion 40 for integrally moving the sensor head 18 in the axial direction (Z-axis direction) of the measurement reference axis A1 is provided. The moving unit 40 moves each sensor head 18 to a plurality of axial positions corresponding to the reference position P1 along the Z-axis direction (for example, axial positions corresponding to the first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2, respectively). Move in order.

一方、測定制御部２８は、変位計本体２０を制御して、移動部４０が各センサヘッド１８を新たな軸方向位置に移動させるごとに、各センサヘッド１８への測定光Ｌの入力と、各センサヘッド１８にて受光された測定光Ｌの検出と、センサヘッド１８ごとの距離の検出とを繰り返し実行させる。これにより、測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置ごとに、各センサヘッド１８から各々に対向するワークＷの外周面内（例えば第１測定断面ＣＳ１及び第２測定断面ＣＳ２の外周上）の測定点Ｐ２までの距離を検出できる。 On the other hand, the measurement control unit 28 controls the displacement meter main body 20, and each time the moving unit 40 moves each sensor head 18 to a new axial position, the measurement light L is input to each sensor head 18 and the measurement light L is input to each sensor head 18. The detection of the measurement light L received by each sensor head 18 and the detection of the distance for each sensor head 18 are repeatedly executed. As a result, measurement within the outer peripheral surface of the work W facing each other from each sensor head 18 (for example, on the outer peripheral surface of the first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2) is performed for each different axial position of the measurement reference axis A1. The distance to the point P2 can be detected.

従って、本変形例においても、第４実施形態と同様にワークＷの傾斜角度φを求めることができるので、第４実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この変形例では、センサヘッド１８の配置数を減らすことができると共に、距離検出を行う軸方向位置及び数を任意に調整することができる。 Therefore, also in this modification, the inclination angle φ of the work W can be obtained as in the fourth embodiment, so that the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. Further, in this modification, the number of sensor heads 18 arranged can be reduced, and the axial position and number of distance detection can be arbitrarily adjusted.

［第５実施形態の形状測定装置］
次に、本発明の第５実施形態の形状測定装置１０について説明を行う。上記各実施形態では、ワークＷの形状として、ワークＷの内外周面の半径Ｒ（直径）及び真円度と、傾斜角度φとを測定しているが、第５実施形態ではワークＷの真直度及び円筒度を測定する。 [Shape measuring device of the fifth embodiment]
Next, the shape measuring device 10 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, the radius R (diameter) and roundness of the inner and outer peripheral surfaces of the work W and the inclination angle φ are measured as the shape of the work W, but in the fifth embodiment, the work W is straight. Measure degrees and cylindricity.

図２０は、第５実施形態の形状測定装置１０を構成するステージ１２及びセンサヘッド１８の側面図である。図２１は、図２０中の２１Ａ−２１Ａ線に沿う断面図（上段）、２１Ｂ−２１Ｂ線に沿う断面図（中段）、及び２１Ｃ−２１Ｃ線に沿う断面図（下段）である。なお、第５実施形態の形状測定装置１０は、８チャンネルのセンサヘッド１８を複数組備えており、上記第４実施形態の形状測定装置１０と基本的に同じ構成である。このため、上記第４実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 20 is a side view of the stage 12 and the sensor head 18 constituting the shape measuring device 10 of the fifth embodiment. FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line 21A-21A (upper row), a cross-sectional view taken along line 21B-21B (middle row), and a cross-sectional view taken along line 21C-21C (lower row) in FIG. The shape measuring device 10 of the fifth embodiment includes a plurality of sets of 8-channel sensor heads 18, and has basically the same configuration as the shape measuring device 10 of the fourth embodiment. Therefore, those having the same function or configuration as the fourth embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

図２０及び図２１に示すように、第５実施形態では、測定基準軸Ａ１に垂直なワークＷの複数の測定断面（第１測定断面ＣＳ１、第２測定断面ＣＳ２、…第Ｎ測定断面ＣＳＮ）の外周の外側に、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔で８つの基準位置Ｐ１が予め設定されている。各測定断面ＣＳ１〜ＣＳＮは、測定基準軸Ａ１の軸方向位置が互いに異なっている。 As shown in FIGS. 20 and 21, in the fifth embodiment, a plurality of measurement cross sections of the work W perpendicular to the measurement reference axis A1 (first measurement cross section CS1, second measurement cross section CS2, ... Nth measurement cross section CSN). Eight reference positions P1 are preset on the same circumference (C1) around the measurement reference axis A1 at equal angular intervals on the outside of the outer circumference of the above. The measurement reference axes A1 are different from each other in the axial positions of the measurement cross sections CS1 to CSN.

各センサヘッド１８は、第４実施形態と同様に、不図示の支持部材によって各基準位置Ｐ１にそれぞれ配置及び支持されている。これにより、測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置において、それぞれ８個のセンサヘッド１８が測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上（Ｃ１）に等角度間隔で配置される。以下、第１測定断面ＣＳ１の高さ位置にある各センサヘッド１８を「第１センサヘッド１８」といい、第２測定断面ＣＳ２の高さ位置にある各センサヘッド１８を「第２センサヘッド１８」といい、第Ｎ測定断面ＣＳＮの高さ位置にある各センサヘッド１８を「第Ｎセンサヘッド１８」という。 Similar to the fourth embodiment, each sensor head 18 is arranged and supported at each reference position P1 by a support member (not shown). As a result, eight sensor heads 18 are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C1) about the measurement reference axis A1 at different axial positions of the measurement reference axis A1. Hereinafter, each sensor head 18 at the height position of the first measurement cross section CS1 is referred to as a “first sensor head 18”, and each sensor head 18 at the height position of the second measurement cross section CS2 is referred to as a “second sensor head 18”. Each sensor head 18 at the height position of the Nth measurement cross section CSN is referred to as "Nth sensor head 18".

各センサヘッド１８は、第４実施形態と同様に、出射する測定光Ｌの光軸ＯＡの方向が既述の方向Ｄに平行になるように位置姿勢が調整されている。これにより、各センサヘッド１８から個別に出射された測定光Ｌは、各センサヘッド１８の各々に対向するワークＷの外周面内（第１測定断面ＣＳ１〜第Ｎ測定断面ＣＳＮの外周上）の測定点Ｐ２に入射して、各測定点Ｐ２で元のセンサヘッド１８に向けて反射された後、元のセンサヘッド１８により個別に受光される。 The position and orientation of each sensor head 18 are adjusted so that the direction of the optical axis OA of the emitted measurement light L is parallel to the above-described direction D, as in the fourth embodiment. As a result, the measurement light L individually emitted from each sensor head 18 is located in the outer peripheral surface of the work W facing each of the sensor heads 18 (on the outer periphery of the first measurement cross section CS1 to the Nth measurement cross section CSN). It is incident on the measurement point P2, reflected at each measurement point P2 toward the original sensor head 18, and then individually received by the original sensor head 18.

第５実施形態の変位計本体２０は、センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出と、センサヘッド１８ごとの距離検出とを行う。これにより、変位計本体２０は、測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置ごとに、各センサヘッド１８から各々に対向するワークＷの外周面内（第１測定断面ＣＳ１〜第Ｎ測定断面ＣＳＮの外周上）の測定点Ｐ２までの距離を検出できる。変位計本体２０は、第１センサヘッド１８ごとの距離検出信号（以下、第１距離検出信号という）、第２センサヘッド１８ごとの距離検出信号（以下、第２距離検出信号という）、…第Ｎセンサヘッド１８ごとの距離検出信号（以下、第Ｎ距離検出信号という）をそれぞれコンピュータ１４へ出力する。 The displacement meter main body 20 of the fifth embodiment detects the measurement light L for each sensor head 18 and detects the distance for each sensor head 18. As a result, the displacement meter main body 20 is placed in the outer peripheral surface of the work W facing each other from each sensor head 18 at different axial positions of the measurement reference axis A1 (first measurement cross section CS1 to Nth measurement cross section CSN). The distance to the measurement point P2 (on the outer circumference) can be detected. The displacement meter main body 20 includes a distance detection signal for each first sensor head 18 (hereinafter referred to as a first distance detection signal), a distance detection signal for each second sensor head 18 (hereinafter referred to as a second distance detection signal), ... A distance detection signal for each N sensor head 18 (hereinafter, referred to as an Nth distance detection signal) is output to the computer 14.

第５実施形態のコンピュータ１４に入力された各距離検出信号は、測定制御部２８を経て解析部２９に入力される（図５参照）。また、第５実施形態の記憶部２６には、第１センサヘッド１８〜第Ｎセンサヘッド１８の位置情報３２が記憶されている。 Each distance detection signal input to the computer 14 of the fifth embodiment is input to the analysis unit 29 via the measurement control unit 28 (see FIG. 5). Further, the storage unit 26 of the fifth embodiment stores the position information 32 of the first sensor head 18 to the Nth sensor head 18.

第５実施形態の解析部２９は、変位計本体２０から入力された各距離検出信号と、記憶部２６から取得した位置情報３２とに基づき、ワークＷの形状として、ワークＷの真直度及び円筒度を求める。 The analysis unit 29 of the fifth embodiment has the shape of the work W as the straightness and the cylinder of the work W based on each distance detection signal input from the displacement meter main body 20 and the position information 32 acquired from the storage unit 26. Find the degree.

最初に解析部２９は、第１距離検出信号から第Ｎ距離検出信号と、位置情報３２とに基づき、上記［数２］式及び［数３］式を用いて、第１測定断面ＣＳ１の中心座標Ｖ１（ｘ０１，ｙ０１）、第２測定断面ＣＳ２の中心座標Ｖ２（ｘ０２，ｙ０２）、…第Ｎ測定断面ＣＳＮの中心座標ＶＮ（ｘ０Ｎ，ｙ０Ｎ）をそれぞれ求める。 First, the analysis unit 29 uses the above equations [Equation 2] and [Equation 3] based on the first distance detection signal, the Nth distance detection signal, and the position information 32 to form the center of the first measurement cross section CS1. The coordinates V1 (x 01 , y 01 ), the center coordinates V2 (x 02 , y 02 ) of the second measurement cross section CS2, ... The center coordinates VN (x 0N , y 0N ) of the Nth measurement cross section CSN are obtained, respectively.

次いで、解析部２９は、求めた測定断面毎の中心座標Ｖ１（ｘ０１，ｙ０１）〜中心座標ＶＮ（ｘ０Ｎ，ｙ０Ｎ）に基づき、下記の［数８］式を用いて、個々の中心座標を中心とした各測定断面の半径Ｒ０ｉを求める。 Next, the analysis unit 29 uses the following equation [Equation 8] based on the obtained center coordinates V1 (x 01 , y 01 ) to the center coordinates VN (x 0N , y 0N) for each measurement cross section, and individually The radius R 0i of each measurement cross section centered on the center coordinates is obtained.

Figure 0006924953
Figure 0006924953

そして、解析部２９は、上記［数８］式で求めた各測定断面の半径Ｒ０ｉの最大値と最小値との差分を、ワークＷの真直度として求める。また、解析部２９は、各測定断面の半径Ｒ０ｉに基づき、各測定断面の直径（Ｄ０ｉ，ｉ＝１，２，…Ｎ）を求め、各測定断面の直径の最大値と最小値との差分（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）を、ワークＷの円筒度として求める。これにより、ワークＷの形状として、ワークＷの真直度及び円筒度を測定できる。 Then, the analysis unit 29 obtains the difference between the maximum value and the minimum value of the radius R 0i of each measurement cross section obtained by the above equation [Equation 8] as the straightness of the work W. Further, the analysis unit 29 obtains the diameter of each measurement cross section (D 0i , i = 1, 2, ... N) based on the radius R 0i of each measurement cross section, and sets the maximum and minimum values of the diameter of each measurement cross section. (Dmax-Dmin) is obtained as the cylindricity of the work W. As a result, the straightness and cylindricity of the work W can be measured as the shape of the work W.

以上で１回のワークＷの形状測定が完了する。なお、第１実施形態と同様に、繰り返し制御部３０によって、測定制御部２８（変位計本体２０）と、解析部２９とを複数回繰り返し作動させることにより、ワークＷの平均形状として、複数回分の真直度の平均値と円筒度の平均値とが得られる。 This completes one work W shape measurement. As in the first embodiment, the repetitive control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter main body 20) and the analysis unit 29 a plurality of times to obtain the average shape of the work W for a plurality of times. The average value of straightness and the average value of cylindricity are obtained.

これ以降の処理は、上記各実施形態と基本的に同じであるので、具体的な説明は省略する。 Since the subsequent processing is basically the same as that of each of the above embodiments, specific description thereof will be omitted.

以上のように、第５実施形態の形状測定装置１０では、測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置ごとに、各センサヘッド１８から各々に対向するワークＷの外周面内の測定点Ｐ２までの距離を非接触で一括して検出できる。これにより、センサヘッド１８に対してワークＷを相対回転させることなく、ワークＷの形状（真直度及び円筒度）を測定できる。その結果、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the shape measuring device 10 of the fifth embodiment, from each sensor head 18 to the measurement point P2 in the outer peripheral surface of the work W facing each other for each different axial position of the measurement reference axis A1. Distances can be detected collectively without contact. As a result, the shape (straightness and cylindricity) of the work W can be measured without rotating the work W relative to the sensor head 18. As a result, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、既述の図１９に示した第４実施形態の変形例と同様に、測定基準軸Ａ１を中心として基準位置Ｐ１と同じ配置パターンで同一円周上（Ｃ１）に配置された８チャンネルのセンサヘッド１８を、移動部４０により測定基準軸Ａ１の互いに異なる軸方向位置に順番に移動させながら、軸方向位置ごとに距離検出を行ってもよい。これにより、センサヘッド１８の配置数を減らすことができると共に、距離検出を行う軸方向位置及び数を任意に調整することができる。 Similar to the modified example of the fourth embodiment shown in FIG. 19 described above, the eight channels arranged on the same circumference (C1) in the same arrangement pattern as the reference position P1 with the measurement reference axis A1 as the center. The sensor head 18 may be sequentially moved to different axial positions of the measurement reference axis A1 by the moving unit 40, and the distance may be detected for each axial position. As a result, the number of sensor heads 18 arranged can be reduced, and the axial position and number of distance detection can be arbitrarily adjusted.

［その他］
上記各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。また、上記第４実施形態及び第５実施形態では、ワークＷの内周面の各測定点Ｐ２までの距離検出を行ったり、ワークＷの外周面及び内周面の双方の各測定点Ｐ２までの距離検出を行ったりすることにより、ワークＷの各種形状を測定してもよい。 [others]
The configurations of the above embodiments may be combined as appropriate. Further, in the fourth and fifth embodiments, the distance to each measurement point P2 on the inner peripheral surface of the work W is detected, and up to each measurement point P2 on both the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work W. Various shapes of the work W may be measured by detecting the distance of the work W.

上記各実施形態では、各センサヘッド１８が個別に受光した測定光Ｌを変位計本体２０で検出（光電変換）しているが、各センサヘッド１８において測定光Ｌの検出を行ってもよい。また、変位計本体２０において、センサヘッド１８ごとの測定光Ｌの検出結果に基づきセンサヘッド１８ごとの距離を検出する代わりに、コンピュータ１４において距離検出を行ったり、或いは各センサヘッド１８の代わりに公知の測距計（変位計）をそれぞれ設けたりしてもよい。 In each of the above embodiments, the measurement light L individually received by each sensor head 18 is detected (photoelectric conversion) by the displacement meter main body 20, but the measurement light L may be detected by each sensor head 18. Further, instead of detecting the distance for each sensor head 18 based on the detection result of the measurement light L for each sensor head 18 in the displacement meter main body 20, the computer 14 performs the distance detection, or instead of each sensor head 18. A known distance measuring meter (displacement meter) may be provided respectively.

上記各実施形態の非接触変位計１３は、測定光Ｌを用いてセンサヘッド１８ごとの距離を検出しているが、測定光Ｌ以外の各種信号（音波等）を用いる各種の非接触式の距離検出部によって距離検出を行ってもよい。また、非接触式の距離検出部の代わりに、例えば、公知の接触式の三次元測定機及び真円度測定機等に設けられているプローブで距離検出を行う接触式の距離検出部を用いてもよい。 The non-contact displacement meter 13 of each of the above embodiments detects the distance for each sensor head 18 using the measurement light L, but is of various non-contact type using various signals (sounds or the like) other than the measurement light L. The distance may be detected by the distance detection unit. Further, instead of the non-contact type distance detection unit, for example, a contact type distance detection unit that detects the distance with a probe provided in a known contact type coordinate measuring machine, roundness measuring machine, or the like is used. You may.

上記各実施形態では、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上にセンサヘッド１８（基準位置Ｐ１）が等角度間隔で配置されているが、同一円周上であれば各センサヘッド１８の配置位置は特に限定はされない。なお、ワークＷのワークの位置、姿勢、及び種類（形状）によらずワークＷの形状を高精度に測定するためには、周面（被測定面）の測定点の位置（距離及び角度位置）を等間隔で取得することが好ましい。従って、各センサヘッド１８は上記各実施形態に示したように、測定基準軸Ａ１を中心として同一円周上に等角度間隔で配置することが好ましい。 In each of the above embodiments, the sensor heads 18 (reference positions P1) are arranged at equal intervals on the same circumference centering on the measurement reference axis A1, but if they are on the same circumference, the sensor heads 18 are arranged. The position is not particularly limited. In order to measure the shape of the work W with high accuracy regardless of the position, posture, and type (shape) of the work of the work W, the position (distance and angle position) of the measurement point on the peripheral surface (measured surface) ) Are preferably obtained at equal intervals. Therefore, as shown in each of the above embodiments, it is preferable that the sensor heads 18 are arranged at equal angular intervals on the same circumference with the measurement reference axis A1 as the center.

上記各実施形態では、円筒状のワークＷの形状を測定する場合を例に挙げて説明したが、円柱状のワークＷ、周面（外周面又は内周面等）を一部に含んだワークＷの形状を測定する場合にも本発明を適用できる。また、本発明は、各種形状の被測定面を有する各種形状のワークＷの形状を測定する場合にも適用できる。 In each of the above embodiments, the case of measuring the shape of the cylindrical work W has been described as an example, but the cylindrical work W and the work including the peripheral surface (outer peripheral surface or inner peripheral surface, etc.) are partially included. The present invention can also be applied when measuring the shape of W. The present invention can also be applied to the case of measuring the shape of a work W having various shapes having various shapes of surfaces to be measured.

上記各実施形態では、ワークＷの形状として、半径Ｒ（直径）、真円度、傾斜角度φ、真直度、及び円筒度を例に挙げて説明したが、他の形状（寸法を含む）を測定する場合にも本発明を適用できる。 In each of the above embodiments, the radius R (diameter), roundness, inclination angle φ, straightness, and cylindricity have been described as examples of the shape of the work W, but other shapes (including dimensions) have been described. The present invention can also be applied to the case of measurement.

１０…形状測定装置，１２ａ…基準平面，１３…非接触変位計，１４…コンピュータ，１８…センサヘッド，２０…変位計本体，２５…制御部，２９…解析部，３０…繰り返し制御部，３２…位置情報，３５…反射体 10 ... Shape measuring device, 12a ... Reference plane, 13 ... Non-contact displacement meter, 14 ... Computer, 18 ... Sensor head, 20 ... Displacement meter body, 25 ... Control unit, 29 ... Analysis unit, 30 ... Repeat control unit, 32 … Position information, 35… Reflector

Claims (13)

ワークが載置される基準平面と、
前記基準平面に垂直な測定基準軸を中心とする同一円周上に３以上設定された基準位置ごとに、前記基準位置から前記基準位置に対向する前記ワークの被測定面内の測定点までの距離を検出する距離検出部と、
前記測定基準軸に対する個々の前記基準位置の既知の位置情報と、前記距離検出部が検出した前記基準位置ごとの前記距離とに基づき、前記ワークの形状を求める解析部と、
を備え、
前記距離検出部に対して前記ワークを相対回転させることなく前記距離検出部による前記距離の検出を行った結果に基づき、前記解析部が前記ワークの形状を求める形状測定装置。 The reference plane on which the work is placed and
From the reference position to the measurement point in the measured surface of the work facing the reference position for each reference position set on the same circumference centered on the measurement reference axis perpendicular to the reference plane. A distance detector that detects the distance and
An analysis unit that obtains the shape of the work based on known position information of each reference position with respect to the measurement reference axis and the distance for each reference position detected by the distance detection unit.
Equipped with a,
A shape measuring device in which the analysis unit obtains the shape of the work based on the result of detecting the distance by the distance detection unit without rotating the work relative to the distance detection unit. 前記基準位置は、前記測定基準軸を中心として前記同一円周上に等角度間隔で設定されている請求項１に記載の形状測定装置。 The shape measuring device according to claim 1, wherein the reference position is set at equal angular intervals on the same circumference with the measurement reference axis as the center. 前記距離検出部及び前記解析部を複数回繰り返し作動させる繰り返し制御部を備え、
前記解析部は、複数回求めた前記ワークの形状を平均化した平均形状を求める請求項１又は２に記載の形状測定装置。 A repeat control unit for repeatedly operating the distance detection unit and the analysis unit a plurality of times is provided.
The shape measuring device according to claim 1 or 2, wherein the analysis unit obtains an average shape obtained by averaging the shapes of the work obtained a plurality of times. 前記基準位置ごとに、前記基準位置から前記基準位置に対向する前記測定点に対して信号を入射させ、前記測定点ごとに反射された前記信号を個別に検出する測定部を備え、
前記距離検出部は、前記測定部による前記測定点ごとの前記信号の検出結果に基づき、前記基準位置ごとの前記距離を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の形状測定装置。 Each reference position is provided with a measurement unit that incidents a signal from the reference position to the measurement point facing the reference position and individually detects the signal reflected at each measurement point.
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance detecting unit detects the distance for each reference position based on the detection result of the signal for each measuring point by the measuring unit. 前記信号は、測定光であり、
前記基準位置から前記測定点に入射する前記測定光の光軸の方向は、前記基準位置及び前記測定基準軸を含む面内において前記測定基準軸に対して垂直な方向である請求項４に記載の形状測定装置。 The signal is measurement light and
The fourth aspect of claim 4 is that the direction of the optical axis of the measurement light incident on the measurement point from the reference position is a direction perpendicular to the measurement reference axis in the plane including the reference position and the measurement reference axis. Shape measuring device. 前記ワークが円筒状又は円柱状であり、且つ前記被測定面が前記ワークの外周面である場合、前記基準位置は前記外周面の外側に設定される請求項１から５のいずれか１項に記載の形状測定装置。 When the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is the outer peripheral surface of the work, the reference position is set to the outside of the outer peripheral surface according to any one of claims 1 to 5. The shape measuring device described. 前記ワークが円筒状であり、且つ前記被測定面が前記ワークの内周面である場合、前記基準位置は前記内周面の内側に設定される請求項１から５のいずれか１項に記載の形状測定装置。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein when the work is cylindrical and the surface to be measured is the inner peripheral surface of the work, the reference position is set inside the inner peripheral surface. Shape measuring device. 前記ワークが円筒状であり、且つ前記被測定面が前記ワークの内周面である場合、
前記基準位置は、前記内周面の内側において前記同一円周上に３以上設定されており、
前記測定部は、
前記基準位置ごとに個別に設けられた複数の反射体と、
前記基準平面に対して垂直方向に間隔をあけて配置された複数の光学ユニットであって、前記同一円周上で且つ個々の前記反射体に対向する位置に個別に配置された複数の光学ユニットと、を備え、
前記光学ユニットごとに、前記光学ユニットに対向する前記反射体への前記測定光の出射と、前記光学ユニットに対向する前記反射体から入射する前記測定光の検出と、を行い、
前記反射体ごとに、前記反射体に対向する前記光学ユニットから入射した前記測定光を反射して前記反射体に対向する前記測定点に入射させ、前記測定点にて反射された前記測定光を前記反射体に対向する前記光学ユニットに向けて反射し、
前記距離検出部は、前記基準位置及び前記光学ユニットの間の既知の前記間隔の大きさと、前記光学ユニットごとの前記測定光の検出結果とに基づき、前記基準位置ごとの前記距離を検出する請求項５に記載の形状測定装置。 When the work is cylindrical and the surface to be measured is the inner peripheral surface of the work.
The reference position is set to 3 or more on the same circumference inside the inner peripheral surface.
The measuring unit
A plurality of reflectors individually provided for each reference position, and
A plurality of optical units arranged at intervals in the direction perpendicular to the reference plane, and a plurality of optical units individually arranged on the same circumference and at positions facing the individual reflectors. And with
For each of the optical units, the measurement light is emitted to the reflector facing the optical unit, and the measurement light incident from the reflector facing the optical unit is detected.
For each reflector, the measurement light incident from the optical unit facing the reflector is reflected and incident on the measurement point facing the reflector, and the measurement light reflected at the measurement point is reflected. Reflects toward the optical unit facing the reflector,
The distance detection unit detects the distance for each reference position based on the size of the known distance between the reference position and the optical unit and the detection result of the measurement light for each optical unit. Item 5. The shape measuring device according to Item 5. 前記ワークが周面を有しており、前記被測定面が前記周面である場合、
前記解析部は、前記基準位置ごとの前記位置情報及び前記距離に基づき、前記ワークの形状として、前記周面の半径及び前記周面の真円度を求める請求項１から８のいずれか１項に記載の形状測定装置。 When the work has a peripheral surface and the surface to be measured is the peripheral surface,
The analysis unit obtains the radius of the peripheral surface and the roundness of the peripheral surface as the shape of the work based on the position information and the distance for each reference position. Any one of claims 1 to 8. The shape measuring device according to. 前記基準位置は、前記測定基準軸の軸方向位置が異なる複数の前記同一円周上にそれぞれ３以上設定されており、
前記距離検出部は、前記基準位置ごとに前記距離の検出を行う請求項１から７のいずれか１項に記載の形状測定装置。 The reference position is set to 3 or more on the same circumference having a plurality of different axial positions of the measurement reference axis.
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the distance detecting unit detects the distance for each reference position. 前記ワークが円筒状又は円柱状であり、前記被測定面が前記ワークの外周面及び内周面の少なくとも一方の周面である場合、
前記解析部は、前記位置情報と、前記距離検出部が検出した前記基準位置ごとの前記距離とに基づき、前記軸方向位置ごとに前記周面の中心位置を求め、前記軸方向位置ごとの前記中心位置に基づき、前記ワークの形状として、前記測定基準軸に対する前記ワークの傾斜角度を求める請求項１０に記載の形状測定装置。 When the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is at least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work.
The analysis unit obtains the center position of the peripheral surface for each axial position based on the position information and the distance for each reference position detected by the distance detection unit, and the analysis unit obtains the center position of the peripheral surface for each axial position. The shape measuring device according to claim 10, wherein the shape of the work is an inclination angle of the work with respect to the measurement reference axis based on the center position. 前記ワークが円筒状又は円柱状であり、前記被測定面が前記ワークの外周面及び内周面の少なくとも一方の周面である場合、
前記解析部は、前記位置情報と、前記距離検出部が検出した前記基準位置ごとの前記距離とに基づき、前記軸方向位置ごとに前記周面の半径を求め、前記軸方向位置ごとの前記半径に基づき、前記ワークの形状として、真直度及び円筒度を求める請求項１０に記載の形状測定装置。 When the work is cylindrical or cylindrical and the surface to be measured is at least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the work.
The analysis unit obtains the radius of the peripheral surface for each axial position based on the position information and the distance for each reference position detected by the distance detection unit, and the radius for each axial position. The shape measuring device according to claim 10, wherein straightness and cylindricity are obtained as the shape of the work based on the above. 基準平面に載置されたワークの形状を測定する形状測定方法において、
前記基準平面に垂直な測定基準軸を中心とする同一円周上に３以上設定された基準位置ごとに、前記基準位置から前記基準位置に対向する前記ワークの被測定面内の測定点までの距離を検出する距離検出ステップと、
前記測定基準軸に対する個々の前記基準位置の既知の位置情報と、前記距離検出ステップで検出した前記基準位置ごとの前記距離とに基づき、前記ワークの形状を求める解析ステップと、
を有し、
前記基準位置に対して前記ワークを相対回転させることなく前記距離検出ステップで前記距離の検出を行った結果に基づき、前記解析ステップで前記ワークの形状を求める形状測定方法。 In the shape measurement method for measuring the shape of a work placed on a reference plane,
From the reference position to the measurement point in the measured surface of the work facing the reference position for each reference position set on the same circumference centered on the measurement reference axis perpendicular to the reference plane. Distance detection step to detect distance and
An analysis step for obtaining the shape of the work based on known position information of each reference position with respect to the measurement reference axis and the distance for each reference position detected in the distance detection step.
Have a,
A shape measuring method for obtaining the shape of the work in the analysis step based on the result of detecting the distance in the distance detection step without rotating the work relative to the reference position.
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