KR101984343B1 - 형상 측정 장치, 구조물 제조 시스템, 형상 측정 방법, 구조물 제조 방법, 형상 측정 프로그램 및 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체 - Google Patents

Abstract

물체의 측정 영역에 측정광을 조사하도록 구성된 조사부와, 측정 영역의 화상을 얻도록 구성된 촬상부와, 물체를 탑재하도록 구성된 테이블과, 검출부에 의해 검출된 화상에 근거하여 측정 영역의 위치를 산출하도록 구성된 좌표 산출부와, 촬상부 및 테이블의 상대 위치를 구동 제어하도록 구성된 위치설정 기구를 포함하는 형상 측정 장치가 제공된다. 이러한 위치설정 기구는, 반복적인 요철 형상을 갖는 물체의 측정 영역에 있어서의 볼록부의 능선 방향 또는 오목부의 연장 방향에 관한 정보에 근거하여, 테이블에 대한 촬상부의 상대 위치를 산출하여 테이블 및 촬상부 중 적어도 하나를 이동시킨다.

Description

형상 측정 장치, 구조물 제조 시스템, 형상 측정 방법, 구조물 제조 방법, 형상 측정 프로그램 및 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체{PROFILE MEASURING APPARATUS, STRUCTURE MANUFACTURING SYSTEM, METHOD FOR MEASURING PROFILE, METHOD FOR MANUFACTURING STRUCTURE, PROGRAM FOR MEASURING PROFILE AND NON-TRANSITORY COMPUTER READABLE MEDIUM}

본 발명은 형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 그 프로그램에 관한 것이다.

종래에, 기어나 터빈과 같은 복잡한 형상을 갖는 측정될 물체(object)의 표면 형상을 접촉 센서에 의해 측정하는 형상 측정 장치가 알려져 있다. 이러한 형상 측정 장치는 물체의 표면에 접촉시킨 상태에서의 접촉 센서의 위치를 물체의 표면의 공간 좌표로 변환함으로써 물체의 표면 형상을 측정한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 공고 특허 제 1996-025092 호 공보

상술한 바와 같은 형상 측정 장치는 측정 시간을 짧게 하는 것이 요구된다. 그렇지만, 접촉 센서를 물체의 표면에 접촉시키는 동작이 반복되므로, 측정 시간이 길어진다. 그에 따라, 형상 측정 장치에 의해 측정되는 측정 포인트의 수를 증대시킬 수 없을 우려가 있다. 이러한 경우, 형상 측정 장치는 측정 시간을 짧게 하기 위해서 측정 포인트의 수를 절감하여 측정을 수행하고 있다. 즉, 형상 측정 장치가 형상을 정확하게 측정할 수 없다는 문제가 생긴다.

본 발명은 상기 문제를 고려하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은 형상을 정확하게 측정할 수 있는 형상 측정 장치, 형상 측정 방법, 및 그 프로그램을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 물체의 형상을 측정하는 형상 측정 장치가 제공되며, 상기 형상 측정 장치는,

물체의 측정 영역에 측정광을 조사하도록 구성된 조사부와,

상기 측정광이 상기 조사부에 의해 조사되는 위치를 포함하는 상기 측정 영역의 화상을 얻도록 구성된 촬상부와,

상기 물체를 탑재하도록 구성된 테이블과,

검출부에 의해 검출된 화상에 근거하여 상기 측정 영역의 위치를 산출하도록 구성된 좌표 산출부와,

상기 촬상부 및 상기 테이블의 상대 위치를 구동 제어하도록 구성된 위치설정 기구를 포함하며,

상기 위치설정 기구는, 반복적인 요철 형상을 갖는 상기 물체의 측정 영역에 있어서의 볼록부의 능선(edge line) 방향 또는 오목부의 연장 방향에 관한 정보에 근거하여, 상기 테이블에 대한 상기 촬상부의 상대 위치를 산출하여 상기 테이블 및 촬상부 중 적어도 하나를 이동시킨다.

본 발명의 제 2 태양에 따르면, 물체의 형상을 측정하는 형상 측정 장치가 제공되며, 상기 형상 측정 장치는,

물체의 원주방향으로 반복적으로 형성되고 상기 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체의 측정 영역에 제 1 방향으로부터 측정광을 조사하도록 구성된 조사부와,

상기 측정광이 조사되는 상기 측정 영역의 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 결정되는 제 2 방향으로부터 상기 물체를 촬상하도록 구성된 촬상부와,

상기 촬상부에 의해 취득된 상기 측정광의 위치에 근거하여, 상기 측정 영역의 형상을 측정하도록 구성된 측정부를 포함한다.

본 발명의 제 3 태양에 따르면, 구조물 제조 시스템에 제공되며, 상기 구조물 제조 시스템은,

구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하도록 구성된 설계 장치와,

상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 제작하는 성형 장치와,

상기 성형 장치에 의해 제작된 상기 구조물의 형상을, 상기 구조물을 촬상함으로써 얻어진 화상에 근거하여 측정하도록 구성된 본 요지에 따른 형상 측정 장치와,

측정에 의해 얻어진 형상 정보와 상기 설계 정보를 비교하도록 구성된 검사 장치를 포함한다.

본 발명의 제 4 태양에 따르면, 물체의 형상 측정 방법이 제공되며, 상기 형상 측정 방법은,

물체의 원주방향으로 반복적으로 형성되고 상기 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체의 표면에 측정광을 조사하도록 구성된 조사부와, 상기 측정광을 촬상하여 화상을 생성하도록 구성된 촬상부와, 상기 화상에 근거하여 상기 물체의 형상을 측정하도록 구성된 측정부를 포함하는 형상 측정 장치를 준비하는 단계와,

상기 물체의 표면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 제 1 방향으로 상기 물체의 표면에 상기 측정광을 조사하는 단계와,

상기 측정광이 조사되는 상기 표면 상에서 상기 요철 형상이 연장되는 원주방향과는 다른 방향에 대응해서 결정되는 제 2 방향으로부터 상기 측정광을 촬상하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 5 태양에 따르면, 구조물 제조 방법이 제공되며, 상기 구조물 제조 방법은,

구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하는 단계와,

상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 제작하는 단계와,

본 요지에 따른 물체의 형상 측정 방법을 이용하여, 제작된 구조물의 형상을, 상기 제작된 구조물을 촬상함으로써 생성된 화상에 근거하여 측정하는 단계와,

측정에 의해 얻어진 형상 정보와 상기 설계 정보를 비교하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 6 태양에 따르면, 형상 측정 프로그램이 제공되며, 상기 형상 측정 프로그램은,

물체의 원주방향으로 주기적으로 정렬되고 상기 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체의 표면에 측정광을 조사하도록 구성된 조사부와, 상기 측정광을 촬상하여 화상을 생성하도록 구성된 촬상부와, 상기 화상에 근거하여 상기 물체의 형상을 측정하도록 구성된 측정부를 포함하는 형상 측정 장치로서의 컴퓨터에,

상기 물체의 표면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 제 1 방향으로 상기 물체의 표면에 상기 측정광을 조사하는 단계와,

상기 측정광이 조사되는 상기 표면 상에서 상기 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 결정되는 제 2 방향으로부터 상기 측정광을 촬상하는 단계를 실행시킨다.

본 발명의 제 7 태양에 따르면, 본 요지에 따른 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체가 제공된다.

본 발명의 제 8 태양에 따르면, 물체의 형상을 측정하는 형상 측정 장치가 제공되며, 상기 형상 측정 장치는,

물체로서 기어의 치(齒)의 표면의 형상에 따른 광량 분포를 갖는 측정광을, 상기 치의 치면(齒面)의 법선 방향에 대응해서 결정되는 제 1 방향에 따라서 상기 치의 치면에 조사하도록 구성된 조사부와,

상기 측정광이 조사되는 상기 치면의 잇줄(tooth trace) 방향에 대응해서 결정되는 제 2 방향으로부터 상기 측정광을 촬상하여 화상을 생성하도록 구성된 촬상부와,

상기 촬상부에 의해 얻어진 상기 측정광의 위치에 근거하여, 상기 치의 형상을 측정하도록 구성된 측정부를 포함한다.

본 발명의 제 9 태양에 따르면, 물체의 형상 측정 방법이 제공되며, 상기 형상 측정 방법은,

물체의 원주방향으로 반복적으로 형성되고 상기 원주방향과는 다른 방향으로 능선 방향을 갖는 요철 형상을 갖는 물체의 측정 영역에 제 1 방향으로부터 측정광을 조사하는 단계와,

상기 측정광이 조사되는 상기 측정 영역을 제 2 방향으로부터 촬상하는 단계와,

촬상된 화상에 의해 얻어진 상기 측정광의 위치에 근거하여, 상기 측정 영역의 형상을 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 형상 측정 장치는 물체의 형상을 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 형상 측정 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면,
도 2는 제 1 실시형태의 형상 측정 장치의 구성의 일례를 도시하는 블록도,
도 3a 및 도 3b는 제 1 실시형태에 따른 측정될 물체(평 기어)의 형상이 측정되는 방향의 일례를 각각 도시하는 구성도,
도 4a 및 도 4b는 제 1 실시형태에 따른 측정될 물체(헬리컬 기어)의 형상이 측정되는 방향의 일례를 도시하는 구성도,
도 5a 및 도 5b는 제 1 실시형태에 따른 측정될 물체(베벨 기어)의 형상이 측정되는 방향의 일례를 도시하는 구성도,
도 6a 및 도 6b는 제 1 실시형태에 따른 측정될 물체(스파이럴 베벨 기어)의 형상이 측정되는 방향의 일례를 도시하는 구성도,
도 7a 및 도 7b는 제 1 실시형태에 따른 측정될 물체(웜 기어)의 형상이 측정되는 방향의 일례를 도시하는 구성도,
도 8은 제 1 실시형태의 제어부의 동작의 일례를 나타내는 흐름도,
도 9는 물체의 형상 측정 방법을 나타내는 흐름도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 형상 측정 장치의 구성의 일례를 도시하는 구성도,
도 11은 물체(헬리컬 기어)를 향한 광의 조사 방향의 일례를 도시하는 구성도,
도 12는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 구조물 제조 시스템의 구성의 일례를 도시하는 구성도,
도 13은 제 3 실시형태의 구조물 제조 시스템의 동작의 일례를 나타내는 흐름도.

[제 1 실시형태]

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한다. 형상 측정 장치(100)는 측정 장치 본체(1) 및 제어 유닛(40)(도 2 참조)을 구비하고 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 측정 장치 본체(1) 및 제어 유닛(40)의 블록도를 도시한다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 측정 장치 본체(1)는, 수평인 상면(기준면)을 갖는 기대(2)와, 이 기대(2) 상에 마련되고, 측정 헤드(13)를 지지하여 이동시키는 이동부(10)와, 기대(2) 상에 마련되고, 측정될 물체(3)[이하, 간단히 "물체(3)"로 지칭함]를 탑재하는 지지 장치(30)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 원주방향으로 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는, 기어나 터빈과 같은 물체(3)의 표면 형상을 측정한다. 특히, 기어나 터빈 등은 각각 다음과 같은 형상을 갖는다. 즉, 원주방향에 평행한 면 상에 수직방향으로부터 투영된 형상에 있어서, 볼록부의 능선 또는 오목부의 곡선(valley line)이 해당 형상의 원주방향에서 중심에 대하여 반경방향으로 연장되어 있다. 따라서, 요철 형상의 연장 방향의 일례는 이러한 볼록부의 능선 및 오목부의 곡선에 의해 예시된다. 여기에서, 이 기대(2)의 기준면을 기준으로 하는 직교 좌표계가 정의된다. 서로 직교하는 X축과 Y축이 기준면에 대하여 평행하도록 정해지고, Z축이 기준면에 대하여 직교하는 방향으로 정해진다. 또한, 기대(2)에는, Y 방향(도 1의 지면에 수직한 방향이고, 이 방향을 전후방향으로 함)으로 연장되는 가이드 레일(도시하지 않음)이 마련되어 있다.

이동부(10)(제 2 이동부)는, 가이드 레일 상에 Y 방향으로 이동가능하게 마련되고, 브레이스 부재(지주)(10a)와, 이 브레이스 부재(10a)와 쌍을 이루는 브레이스 부재(지주)(10b)와 브레이스 부재(10a) 사이에서 수평으로 연장되도록 가설되는 수평 프레임(10c)을 구비하여, 문형상의 구조체를 형성하고 있다. 또한, 이동부(10)는, 수평 프레임(10c)에 있어서, X 방향(좌우방향)으로 이동가능한 캐리지(carriage)(도시하지 않음), 및 이 캐리지에 대하여 Z 방향(상하방향)으로 이동가능한 측정 헤드(13)를 구비하고 있다.

측정 헤드(13)의 하부에는, 물체(3)의 형상을 검출하는 검출부(20)(보지부)가 마련되어 있다. 이러한 검출부(20)는, 검출부(20)의 하방에 배치되는 물체(3)와의 거리를 검출하도록 측정 헤드(13)에 의해 지지되어 있다. 측정 헤드(13)의 위치를 제어하는 것에 의해, 검출부(20)의 위치를 이동시킬 수 있다. 또한, 검출부(20)와 캐리지 사이에는, Z축 방향에 평행한 축에 대하여 검출부(20)를 회전시키는 헤드 회전 기구(13a)가 마련되어 있다.

이동부(10)의 내부에는, 입력되는 구동 신호에 근거하여 측정 헤드(13)를 3 방향(X, Y, Z 방향)으로 전동식으로 이동시키는 헤드 구동부(14)(도 2 참조)와, 측정 헤드(13)의 좌표를 검출하여 측정 헤드(13)의 좌표값을 나타내는 신호를 출력하는 헤드 위치 검출부(15)(도 2 참조)가 마련되어 있다.

기대(2) 상에는, 지지 장치(30)가 마련되어 있다. 지지 장치(30)는 스테이지(31) 및 지지 테이블(32)을 구비하고 있다. 물체(3)는 스테이지(31)에 탑재되어 유지된다. 지지 테이블(32)은, 서로 직교하는 2 방향의 회전축 주위에 스테이지(31)를 회전가능하게 지지하는 것에 의해 스테이지(31)를 기준면에 대하여 경사지게 하거나 또는 수평 회전시킬 수 있다. 본 실시형태의 지지 테이블(32)은, 수직(Z축 방향)으로 연장되는 회전축(θ)을 회전 중심으로 하여 수평면 내에서 도 1에 도시하는 A 방향으로 회전가능하고, 또한 수평(X축 방향)으로 연장되는 회전축(φ)을 회전 중심으로 하여 도 1에 도시하는 B 방향으로 회전가능하도록 스테이지(31)를 지지하고 있다.

지지 장치(30)에는, 입력되는 구동 신호에 근거하여 스테이지(31)를 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위로 전동식으로 각각 회전 구동시키는 스테이지 구동부(33)(이동부, 제 1 이동부)(도 2 참조)와, 스테이지(31)의 좌표를 검출하여, 스테이지 좌표값을 나타내는 신호를 출력하는 스테이지 위치 검출부(34)(도 2 참조)가 마련되어 있다.

제어 유닛(40)은 제어부(41), 입력 장치(42) 및 모니터(44)를 구비한다. 제어부(41)는 측정 장치 본체(1)를 제어한다. 그 상세는 후술한다. 입력 장치(42)는 각종 지시 정보를 입력하는 키보드 등에 의해 예시된다. 모니터(44)는 측정 화면, 지시 화면, 측정 결과 등을 표시한다.

계속해서, 도 2를 참조하여, 측정 장치 본체(1)의 구성에 대해서 설명한다. 측정 장치 본체(1)는 구동부(16), 위치 검출부(17) 및 검출부(20)(보지부)를 구비하고 있다.

구동부(16)는 헤드 구동부(14) 및 스테이지 구동부(33)(이동부)를 구비하고 있다. 헤드 구동부(14)는, 브레이스 부재(10a, 10b)를 Y 방향으로 구동하는 Y축용 모터, 캐리지를 X 방향으로 구동하는 X축용 모터, 측정 헤드(13)를 Z 방향으로 구동하는 Z축용 모터, 및 검출부(20)를 Z축 방향에 평행한 축에 대해 회전하는 헤드 회전용 모터를 구비하고 있다. 헤드 구동부(14)는 후술하는 구동 제어부(54)로부터 공급되는 구동 신호를 수신한다. 헤드 구동부(14)는 그 구동 신호에 근거하여 측정 헤드(13)를 3 방향(X, Y, Z 방향)으로 전동식으로 이동시킨다. 스테이지 구동부(33)(이동부)는 스테이지(31)를 회전축(θ) 주위로 회전 구동하는 로터리 축용 모터 및 회전축(φ) 주위로 회전 구동하는 틸트축용 모터를 구비한다. 또한, 스테이지 구동부(33)는 구동 제어부(54)로부터 공급되는 구동 신호를 수신하여, 수신된 구동 신호에 근거하여 스테이지(31)를 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위로 전동식으로 회전시킨다. 스테이지 구동부(33)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 또한, 스테이지 구동부(33)는 검출부(20)를 물체(3)에 대하여 검출부(20)의 이동 방향(DR3)으로 상대적으로 이동시킨다. 스테이지 구동부(33)는 물체(3)의 중심축(AX)과 회전 이동의 회전축(θ)을 일치시키도록 물체(3)를 회전 이동시킨다.

예를 들면, 물체(3)로서의 기어의 형상을 측정하는 경우, 스테이지 구동부(33)(이동부, 제 1 이동부)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 기어의 치의 치폭의 방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다.

위치 검출부(17)는 헤드 위치 검출부(15) 및 스테이지 위치 검출부(34)를 구비하고 있다. 헤드 위치 검출부(15)는, 측정 헤드(13)의 X축, Y축 및 Z축 방향의 위치 및 헤드의 설치 각도를 각각 검출하는 X축용 인코더(encoder), Y축용 인코더, Z축용 인코더 및 헤드 회전용 인코더를 구비하고 있다. 헤드 위치 검출부(15)는 그들의 인코더에 의해 측정 헤드(13)의 좌표를 검출하여, 측정 헤드(13)의 좌표값을 나타내는 신호를 후술하는 좌표 검출부(51)에 공급한다. 스테이지 위치 검출부(34)는 스테이지(31)의 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위의 회전 위치를 각각 검출하는 로터리축용 인코더 및 틸트축용 인코더를 구비하고 있다. 스테이지 위치 검출부(34)는 그들의 인코더를 이용하여, 스테이지(31)의 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위의 회전 위치를 검출하여, 검출한 회전 위치를 나타내는 신호를 좌표 검출부(51)에 공급한다.

검출부(20)(보지부)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 갖는 광 프로브(20A)를 구비하여, 광 절단 방식(optical cutting method)에 의해 물체(3)의 표면 형상을 검출한다. 즉, 검출부(20)(보지부)는 조사부(21)와 촬상부(22) 사이의 상대적인 위치가 변하지 않도록 조사부(21) 및 촬상부(22)를 보지하고 있다. 조사부(21)는, 후술하는 간격 조정부(52)로부터 공급되는 광의 조사를 제어하는 제어 신호에 근거하여, 소정의 광량 분포를 갖는 측정광을, 물체(3)의 표면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 물체의 측정 영역(물체의 표면)에 조사한다. 이 측정광은, 예를 들어 수평면에 조사되었을 경우에 라인 형태로 형성되는 광량 분포를 갖는다. 이러한 경우, 물체(3)에 조사된 측정광은 물체(3)의 요철 형상에 따라서 길이방향이 설정된 선형상의 투영 패턴을 물체(3) 상에 투영함으로써 형성된다. 길이방향이 전술한 바와 같은 방향이 되도록, 헤드 회전 기구(13a)가 구동 제어된다. 이러한 측정광은, 예를 들어 점광원으로부터 방출된 광이 굴절 또는 소인(掃引)됨으로써 라인 형태로 형성될 수 있다. 라인 형태로 형성된 측정광에 의해, 광 절단선(optical cutting line)(PCL)이 물체(3)의 표면에 형성된다. 즉, 광 절단선(PCL)은 물체(3)의 표면 형상에 따라서 형성된다.

예를 들면, 물체(3)로서의 기어의 형상을 측정하는 경우, 조사부(21)는, 물체(3)로서의 기어의 치의 표면의 형상에 따른 광량 분포를 갖는 측정광을, 치의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)으로부터 치면에 조사한다. 이러한 경우, 광 절단선(PCL)은 물체(3)의 표면 형상(예를 들면, 기어의 치면의 형상)에 따라서 형성된다.

촬상부(22)는 측정광이 조사되는 표면의 소정의 방향[물체(3)의 원주방향과는 다른 방향]에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상하여 화상을 생성한다. 예를 들면, 본 실시형태의 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 물체(3)의 요철 형상의 연장 방향으로부터 측정광을 촬상하여 화상을 생성한다. 여기에서, 물체(3)가 기어일 경우에는, 물체(3)의 요철 형상(즉, 기어의 치)의 연장 방향은, 예를 들어 기어의 잇줄의 방향이다. 이러한 경우, 본 실시형태의 촬상부(22)는 물체(3)로서의 기어의 잇줄의 방향으로부터 측정광이 투영된 치면의 화상을 촬상 화상으로서 생성한다. 상술한 바와 같이, 촬상부(22)는 조사부(21)로부터의 조사광에 의해 물체(3)의 표면에 형성되는 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 물체(3)의 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 촬상 방향(DR2)이 설정되고 있지만, 촬상 방향(DR2)은 반드시 요철 형상의 연장 방향과 일치할 필요는 없다. 촬상 방향(DR2)은, 측정 부위의 볼록부 또는 오목부가 인접하는 볼록부에 의해 촬상부(22)로부터 보아 숨겨지지 않은 방향일 수도 있다.

촬상부(22)는 물체(3)의 표면에 형성되는 음영 패턴을 촬상하여, 화상 정보를 간격 조정부(52)에 공급한다. 따라서, 제어 유닛(40)은 형상 측정 데이터를 취득한다. 촬상부(22)는 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD), 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor; C-MOS) 센서 등의 개체 촬상 소자를 구비하고 있다.

예를 들면, 물체(3)로서의 기어의 형상을 측정하는 경우, 촬상부(22)는, 측정광이 조사되는 치면의 잇줄의 방향에 잇줄의 방향에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 광 절단선을 촬상하여 화상을 생성한다.

계속해서, 제어 유닛(40)에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 제어 유닛(40)은 제어부(41), 입력 장치(42) 및 모니터(44)를 구비한다. 입력 장치(42)는 유저가 각종 지시 정보를 입력하는 키보드를 구비하고 있다. 입력 장치(42)는, 예를 들어 키보드에 입력된 지시 정보를 검출하고, 검출한 지시 정보를 기억부(55)에 기록하여 기억시킨다. 본 실시형태의 입력 장치(42)에는, 예를 들어 물체(3)의 종류가 지시 정보로서 입력된다. 예를 들면, 물체(3)가 기어인 경우에, 입력 장치(42)에는, 물체(3)의 종류로서 기어의 종류[예를 들면, 평 기어(SG), 헬리컬 기어(HG), 베벨 기어(BG), 스파이럴 베벨 기어(SBG) 및 웜 기어(WG)]가 지시 정보로서 입력된다.

모니터(44)는 데이터 출력부(57)로부터 공급된 측정 데이터(전체 측정 포인트의 좌표값) 등을 수신한다. 모니터(44)는 수신한 측정 데이터(전체 측정 포인트의 좌표값) 등을 표시한다. 또한, 모니터(44)는 측정 화면, 지시 화면 등을 표시한다.

제어부(41)는 좌표 검출부(51), 간격 조정부(52), 좌표 산출부(53)(측정부), 구동 제어부(54), 기억부(55), 이동 지령부(56), 데이터 출력부(57) 및 위치 설정부(58)를 구비하고 있다.

기억부(55)에는, 물체(3)의 종류마다, 물체(3)의 요철 형상의 연장 방향의 위치와, 요철 형상의 연장 방향의 위치마다 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보를 관련지어서 미리 기억되어 있다. 본 실시형태의 기억부(55)에는, 예를 들어 기어의 종류마다, 기어의 잇줄 방향의 위치와, 잇줄 방향의 위치마다 잇줄의 방향을 나타내는 정보를 관련지어서 미리 기억되어 있다. 즉, 기억부(55)에는, 측정 포인트의 이동 방향이 기어의 종류와 관련지어서 미리 기억되어 있다. 기억부(55)에는, 물체(3)의 종류마다, 물체(3)의 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트)의 좌표값과 물체(3)의 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)의 좌표값, 및 각 측정 포인트의 거리 간격이 물체(3)의 종류와 관련지어서 미리 기억되어 있다. 기억부(55)에는, 좌표 산출부(53)로부터 공급된 3차원 좌표값의 점군(point group) 데이터가 측정 데이터로서 보지된다. 기억부(55)에는, 좌표 검출부(51)로부터 공급된 각 측정 포인트의 좌표 정보가 보지된다. 기억부(55)에는, 설계 데이터(CAD 데이터)가 보지된다. 후술하는 바와 같이, 위치 설정부(58)는 기억부에 보지된 설계 데이터로부터 물체(3)의 능선(잇줄)의 방향을 취득하고, 물체(3)의 능선의 방향에 대해 취득된 데이터를 이동 지령부(56)에 출력한다.

좌표 검출부(51)는, 헤드 위치 검출부(15)로부터 출력되는 좌표 신호에 근거하여, 헤드 위치 검출부(15)에 의해 지지되는 광 프로브(20A)의 위치, 즉 수평방향에 있어서의 관찰 위치 및 상하방향에 있어서의 관찰 위치와, 광 프로브(20A)의 촬상 방향을 검출한다. 좌표 검출부(51)는 스테이지 위치 검출부(34)로부터 출력되는 회전 위치를 나타내는 신호에 근거하여, 스테이지(31)의 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위의 회전 위치를 검출한다. 좌표 검출부(51)는, 각각 검지된 수평방향에 있어서의 관찰 위치 및 상하방향에 있어서의 관찰 위치의 정보와, 스테이지 위치 검출부(34)로부터 출력되는 회전 위치를 나타내는 정보[스테이지(31)의 회전 위치 정보)에 근거하여, 좌표 정보를 검출한다. 좌표 검출부(51)는 광 프로브(20A)의 좌표 정보 및 촬상 방향과, 스테이지(31)의 회전 위치 정보를 좌표 산출부(53)에 공급한다. 좌표 검출부(51)는, 광 프로브(20A)의 좌표 정보 및 촬상 방향과, 스테이지(31)의 회전 위치 정보에 근거하여, 광 프로브(20A)와 스테이지(31) 사이의 상대적인 이동 경로의 정보, 광 프로브(20A)와 스테이지(31) 사이의 상대 이동 속도의 정보, 이동이 정지하고 있는지 여부에 관한 정보 등을 검출하고, 검출한 정보를 이동 지령부(56)에 공급한다.

간격 조정부(52)는 좌표의 측정을 개시하기 전에 기억부(55)에서 샘플링 주파수를 지정하는 데이터를 판독한다. 간격 조정부(52)는 샘플링 주파수로 촬상부(22)로부터 화상 정보를 수신한다. 그리고, 간격 조정부(52)는 수신된 화상 정보로부터 하나 이상의 프레임을 솎아낸, 물체(3)의 표면의 형상 데이터를 산출하기 위한 화상 정보를 좌표 산출부(53)에 공급한다.

간격 조정부(52)는 촬상부 제어부(52A)를 구비하고 있다. 촬상부 제어부(52A)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 회전 이동의 반경방향의 위치에 따라서 촬상부(22)의 촬상하는 간격(촬상 간격)을 변경한다. 예를 들면, 측정광이 조사되는 물체(3)의 회전 이동의 반경방향의 위치가 최외주에 가까울 경우에, 촬상부 제어부(52A)는 해당 위치가 회전 중심에 가까울 경우보다, 촬상부(22)의 촬상 간격[즉, 촬상부(22)가 물체(3)를 촬상하는 시간의 간격)을 짧게 한다. 상술한 바와 같이, 측정광이 조사되는 물체(3)의 회전 이동의 반경방향의 위치가 최외주에 있더라도, 촬상부(22)의 노광 시간이 촬상한 화상에 흔들림(blurring)이 생기지 않을 정도로 충분히 짧은 경우에, 촬상부 제어부(52A)는 촬상 간격을 변경한다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 회전 이동의 속도를 변화시키는 일없이 형상을 측정할 수 있다. 촬상 간격은, 측정광이 물체(3)에 조사되었을 경우에 있어서의 측정광의 길이방향의 길이(또는, 측정광이 반경방향으로 투영되었을 때의 길이)와, 측정 위치에서의 회전 선속도에 근거하여, 변경되는 것이 바람직하다.

구동 제어부(54)는 이동 지령부(56)로부터의 지령 신호에 근거하여 헤드 구동부(14)에 구동 신호를 출력하여 측정 헤드(13)를 구동 제어한다. 구동 제어부(54)는 이동 제어부(54A) 및 속도 제어부(54B)를 구비하고 있다. 이동 제어부(54A)는 물체(3)의 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 물체(3)를 상대적으로 회전시켜, 측정광이 조사되는 위치를 이동시킨다. 본 실시형태의 이동 제어부(54A)는, 예를 들어 물체(3)로서의 기어를, 기어의 원주방향과 일치하도록 결정되는 이동 방향(DR3)(즉, 기어의 원주방향)으로 회전시켜, 측정광이 조사되는 위치를 이동시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는, 기어를 검출부(20)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 회전시켜, 측정광이 조사되는 위치를 검출부(20)의 이동 방향(DR3)으로 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 물체(3)의 원주방향으로 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 각 요철 형상[예를 들면, 물체(3)로서의 기어의 각 치나 터빈의 각 블레이드)에 대하여 순차적으로 측정광을 조사하여, 물체(3)의 표면 형상을 측정한다.

속도 제어부(54B)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 회전 이동의 스테이지 반경(rs) 방향(반경방향)의 위치에 따라서 물체(3)를 상대적으로 회전시키는 이동 속도를 제어한다. 예를 들면, 물체(3)로서 베벨 기어(BG)의 형상을 측정하는 경우, 본 실시형태의 속도 제어부(54B)는, 측정광이 조사되는 베벨 기어(BG)의 스테이지 반경(rs) 방향의 위치가 베벨 기어(BG)의 회전 중심부로부터 외주부로 이동함에 따라서 느려지도록 스테이지(31)의 회전 이동 속도를 제어한다. 다시 말하면, 속도 제어부(54B)는 하기와 같이 스테이지(31)의 회전 이동 속도를 제어한다. 즉, 측정광이 조사되는 베벨 기어(BG)의 위치가 베벨 기어(BG)의 내주부인 경우에는, 회전 이동 속도가 빨라지도록 제어되고, 측정광이 조사되는 베벨 기어(BG)의 위치가 베벨 기어(BG)의 외주부인 경우에는, 회전 이동 속도가 느려지도록 제어된다.

좌표 산출부(53)(측정부)는 광 프로브(20A)에 의해 검출된 물체(3)의 표면의 형상에 근거하여, 물체(3)의 표면의 형상 데이터, 즉 3차원 형상 데이터를 산출한다. 다시 말하면, 좌표 산출부(53)(측정부)는, 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상으로부터, 촬상부(22)의 촬상면상에서의 측정광이 검출된 위치에 근거하여 표면의 형상을 측정한다. 좌표 산출부(53)는 간격 조정부(52)로부터 공급된 프레임이 솎아내진 화상 정보를 수신한다. 좌표 산출부(53)는 좌표 검출부(51)로부터 공급된 광 프로브(20A)의 좌표 정보 및 촬상 방향과, 스테이지(31)의 회전 위치 정보를 수신한다. 좌표 산출부(53)는, 간격 조정부(52)로부터 공급된 화상 정보와, 광 프로브(20A)의 좌표 정보 및 촬상 방향과, 스테이지(31)의 회전 위치 정보에 근거하여, 각각의 측정 포인트의 좌표값(3차원 좌표값)의 점군 데이터를 산출한다.

예를 들면, 물체(3)로서의 기어의 형상을 측정하는 경우, 좌표 산출부(53)(측정부)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에서의 측정광의 위치에 근거하여 치의 형상을 측정한다.

이하, 산출 방법을 구체적으로 설명한다. 우선, 좌표 산출부(53)는 수신된 광 프로브(20A)의 좌표에 근거하여 광 프로브(20A)에 고정된 조사부(21)의 좌표와 광 프로브(20A)에 고정된 촬상부(22)의 좌표를 산출한다. 여기에서, 조사부(21)는 광 프로브(20A)에 고정되어 있으므로, 조사부(21)의 조사 각도는 광 프로브(20A)에 대하여 고정된다. 또한, 촬상부(22)도 광 프로브(20A)에 고정되어 있으므로, 촬상부(22)의 촬상 각도는 광 프로브(20A)에 대하여 고정된다.

좌표 산출부(53)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상의 화소마다 삼각측량을 이용하여 광이 물체(3)에 조사된 점의 좌표를 산출한다. 광이 물체(3)에 조사된 점의 좌표는 조사부(21)의 좌표로부터 조사부(21)의 조사 각도의 방향으로 연장되는 직선과, 촬상부(22)의 좌표로부터 촬상부(22)의 촬상 각도의 방향으로 연장되는 직선(광축) 사이의 교차점의 좌표이다. 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상은 측정 위치에 배치된 광 프로브(20A)에 의해 검출된 화상을 나타낸다. 따라서, 좌표 산출부(53)(측정부)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에서의 측정광의 위치에 근거하여 표면의 형상을 측정한다.

물체(3)는 스테이지(31)에 의해 지지되어 있다. 지지 테이블(32)에 의해 스테이지(31)를 회전축(θ) 주위로 회전시키는 것에 의해, 물체(3)는 스테이지(31)의 회전축(θ)을 회전 중심으로 하여 스테이지(31)와 함께 회전한다. 또한, 스테이지(31)를 회전축(φ) 주위로 회전시키는 것에 의해, 물체(3)는 스테이지(31)의 회전축(φ)을 회전 중심으로 하여 스테이지(31)와 함께 회전한다. 다시 말하면, 산출된 광이 조사된 위치의 좌표는 스테이지(31)를 회전축(θ) 및 회전축(φ)을 중심으로 회전시키는 것에 의해 자세가 경사진 물체(3)의 표면의 위치를 나타내는 정보에 해당한다. 따라서, 좌표 산출부(53)는, 스테이지(31)의 경사를 보정하는 것에 의해, 즉 회전축(θ) 및 회전축(φ) 주위의 회전 위치 정보에 근거하여 스테이지(31)의 경사를 보정하는 것에 의해, 광이 조사된 위치의 좌표를 산출하며, 이에 의해 좌표 산출부(53)는 실제의 물체(3)의 표면의 형상 데이터를 산출한다. 또한, 좌표 산출부(53)는 산출된 물체(3)의 표면의 형상 데이터인 3차원 좌표값의 점군 데이터를 기억부(55)에 기억시킨다.

구동 제어부(54)는 이동 지령부(56)로부터의 지령 신호에 근거하여 헤드 구동부(14) 및 스테이지 구동부(33)(이동부)에 구동 신호를 출력해서 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동 제어한다.

이동 지령부(56)는 입력 장치(42)에 의해 기억된 지시 정보[즉, 물체(3)의 종류]를 기억부(55)로부터 판독한다. 이동 지령부(56)는, 기억부(55)로부터 판독된 물체(3)의 종류와 관련된 물체(3)의 측정 범위를 나타내는 측정 포인트의 좌표값, 물체(3)의 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트)의 좌표값, 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)의 좌표값, 측정 포인트의 이동 방향, 및 각 측정 포인트 사이의 거리 간격(예를 들면, 일정 거리의 측정 피치)을 나타내는 데이터 등을 기억부(55)로부터 판독한다. 이동 지령부(56)는 기억부(55)로부터 판독된 상기 데이터 중 물체(3)의 형태 또는 형상에 관한 데이터를 위치 설정부(58)로 보낸다. 위치 설정부(58)는 물체(3)의 형상 또는 형태에 관한 데이터로부터 물체(3)의 능선(잇줄)의 방향을 취득하고, 물체(3)의 능선 방향에 대해 취득된 데이터를 이동 지령부(56)에 출력한다. 이동 지령부(56)는 기억부(55)로부터의 판독 데이터 및 물체(3)의 능선 방향에 대한 취득 데이터에 근거하여 물체(3)에 대한 스캔(scan)의 이동 경로를 산출한다. 그리고, 이동 지령부(56)는, 산출된 이동 경로 및 기억부(55)로부터 판독된 각 측정 포인트의 거리 간격(예를 들면, 일정 거리의 측정 피치) 등에 따라서, 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시키기 위한 지령 신호를 구동 제어부(54)에 공급하고, 헤드 구동부(14) 및 스테이지 구동부(33)(이동부)에 의해 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시킨다.

예를 들면, 이동 지령부(56)는, 이동 경로 및 측정 피치에 따라서 물체(3)의 이동의 구동 또는 정지와, 스테이지(31)의 회전의 구동 또는 정지를 지령하는 지령 신호를 공급하여, 광 프로브(20A)와 스테이지(31) 사이의 상대적인 위치를 이동시켜서 측정 포인트마다 정지시킨다. 이동 지령부(56)는 이러한 지령 신호를 간격 조정부(52)에 공급한다.

데이터 출력부(57)는 기억부(55)로부터 측정 데이터(전체 측정 포인트의 좌표값) 등을 판독한다. 데이터 출력부(57)는 측정 데이터 등을 모니터(44)에 공급한다. 데이터 출력부(57)는 측정 데이터 등을 프린터 및/또는 CAD 시스템과 같은 설계 시스템(도시하지 않음)에 출력한다.

예를 들면, 간격 조정부(52)는 소정의 샘플링 주파수로 광 프로브(20A)에 의해 물체(3)의 표면에 조사되는 측정광에 의해 형성되는 음영 패턴을 촬상한 화상 정보를 수신한다. 이러한 화상 정보에 근거하여, 좌표 산출부(53)는 광이 물체(3)에 조사된 점(음영 패턴 상의 점)의 좌표를, 촬상된 화상의 화소마다 삼각측량을 이용하여 산출한다. 좌표 산출부(53)는 소정의 샘플링 주파수로 촬상되는 화상 정보마다 음영 패턴의 좌표값의 점군 데이터를 산출한다.

다음에, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)가 물체(3)로서의 기어의 형상을 측정하는 경우에 대해서 설명한다. 특히, 조사 방향(DR1), 촬상 방향(DR2), 이동 방향(DR3) 및 이동 방향(DR4)을 포함하는 각 방향에 대해서, 평 기어(SG), 헬리컬 기어(HG), 베벨 기어(BG), 스파이럴 베벨 기어(SBG) 및 웜 기어(WG)의 형상을 측정하는 경우를 예로 해서 설명한다.

[평 기어의 측정]

도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 평 기어(SG)를 물체(3)로 하여 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 평 기어(SG)의 형상을 측정하는 형상 측정 장치(100)의 구성을 각각 도시하는 구성도이다. 형상 측정 장치(100)가 평 기어(SG)의 형상을 측정하는 경우, 물체(3)로서의 평 기어(SG)는, 예를 들어 평 기어(SG)의 회전축의 중심이 스테이지(31)의 회전축(θ)의 중심과 일치하도록 스테이지(31) 상에 탑재된다. 즉, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 평 기어(SG)의 회전축이 회전 이동의 회전축과 일치하도록 평 기어(SG)를 회전 이동시킨다.

여기서, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 조사부(21)는 평 기어(SG)의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 평 기어(SG)의 치면에 측정광을 조사한다. 특히, 조사 방향(DR1)은, 각 치의 정상부의 포락면(envelope plane)을 상정하여, 측정 영역에 있어서의 포락면에 대하여 수직한 방향이다. 이러한 경우, 촬상부(22)는 측정광이 조사된 평 기어(SG)의 치면(표면)의 잇줄의 방향(원주방향과는 다른 방향)에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상한다. 즉, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 평 기어(SG)의 잇줄의 방향(즉, Z축 방향)으로부터 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 이러한 경우, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 이동 제어부(54A)는 회전축(θ)을 회전 중심으로 한 이동 방향(DR3)으로 지지 테이블(32)을 회전시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)에 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 평 기어(SG)의 형상을 측정한다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 측정 영역의 위치를, 원주방향에 대응하는 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 이동시키도록 조사부(21)와 물체(3)를 상대적으로 이동하는 이동부(10)를 구비하고 있다. 촬상부(22)는 측정 영역이 제 3 방향으로 변위될 때마다 측정 영역을 촬상하여 복수의 화상을 생성한다. 좌표 산출부(53)(측정부)는 화상에 근거하여 복수의 요철 형상을 측정한다. 이동부(10)는 또한 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 결정되는 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 조사부(21)와 물체(3)를 상대적으로 이동시킨다. 특히, 형상 측정 장치(100)는 측정 영역을 평 기어(SG)의 치의 배열 방향[예를 들면, 도 3a의 회전축(θ)의 회전 방향]으로 이동시키면서, 측정 영역을 잇줄의 방향[예를 들면, 도 3a의 회전축(θ)의 축선 방향]으로 순차적으로 이동시킨다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 평 기어(SG)를 회전축(θ)의 회전 방향[예를 들면, 도 3b의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)]으로 회전시켜서, 각각의 치가 측정 영역이 되도록 측정 영역을 이동시킨다. 이와 함께, 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 평 기어(SG)의 회전축(θ)의 축선 방향[예를 들면, 도 3b의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)]으로 이동시켜서, 치면의 각각의 위치가 측정 영역이 되도록 측정 영역을 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 평 기어(SG)의 각 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

이러한 상황에서, 조사부(21)는 물체(3)의 요철 형상의 최대 볼록부와 최대 오목부에 라인[광 절단선(PCL)]이 형성되는 측정광의 조사 방향인 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 측정광을 조사한다. 즉, 조사부(21)는 물체(3)로서의 기어의 치선(齒先)과 치저(齒底)에 광 절단선(PCL)이 형성되는 조사 방향(DR1)에 따라서 측정광을 조사한다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 촬상부(22)는 물체(3) 표면의 요철 형상의 원주방향의 길이와, 표면에 조사되고 촬상부(22)에 의해 촬상되는 측정광의 길이에 따라서 각각 촬상된 복수의 화상을 생성한다. 좌표 산출부(53)(측정부)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에 근거하여 복수의 요철 형상을 측정한다. 여기에서, 물체(3)가 기어인 경우에는, 기어의 원주방향에 있어서의 물체(3)의 요철 형상의 치수(즉, 기어의 각 치의 치수)는 기어의 치의 두께 방향(치두께 방향)에 해당한다. 또한, 표면에 조사되고 촬상부(22)에 의해 촬상되는 측정광의 길이는 예를 들어 물체(3)의 표면에 형성되는 광 절단선(PCL)의 촬상 방향(DR2)으로부터 본 길이에서 촬상부(22)에 의해 촬상되는 광 절단선(PLC)의 길이이다. 즉, 물체(3)가 기어인 경우에는, 촬상부(22)는 치의 치폭의 길이와 치면에 조사되고 촬상부(22)에 의해 촬상되는 측정광의 길이에 따라서 각각 촬상된 복수의 화상을 생성한다. 즉, 촬상부(22)는 기어의 치를 각각 촬상하여 복수의 화상을 생성한다. 이러한 경우, 좌표 산출부(53)(측정부)는 복수의 화상에 근거하여 치의 형상을 측정한다.

조사부(21)는 물체(3)의 원주방향과 교차하는 방향이 광 절단선(PCL)(라인)의 방향이 되도록 측정광을 조사할 수도 있다. 즉, 조사부(21)는, 광 절단선(PCL)이, 예를 들어 평 기어(SG)의 원주방향으로부터 잇줄의 방향으로 경사져서 형성되도록 측정광을 조사할 수도 있다. 잇줄에 대하여 좌우의 표면 중 어느 한쪽의 표면을 측정하고자 하는 경우에는, 측정광을 측정하고자 하는 치의 표면에 실질적으로 수직하게 되도록 설정할 수도 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 측정 영역의 위치가 원주방향에 대응하는 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 이동하도록 조사부(21)와 물체(3)를 상대적으로 이동시키는 이동부(10)를 구비할 수도 있다. 촬상부(22)는 측정 영역이 제 3 방향으로 변위될 때마다 물체를 촬상하여 화상을 생성한다. 좌표 산출부(53)(측정부)는 촬상부(22)에 의해 생성된 화상에 근거하여 복수의 요철 형상을 측정할 수도 있다. 이동부(10)는 또한 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 결정되는 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 이동하도록 조사부(21)와 물체(3)를 상대적으로 이동시킬 수도 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 평 기어(SG)의 각각의 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 이동부(10)는 이동 제어부(54A)에 의해 제어될 수도 있다. 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 있어서 1 회전을 1이라고 하고, 또한 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 요철 형상이 연장되는 방향에서의 측정광이 조사된 측정 영역의 치수를 1이라고 했을 경우에, 이동 제어부(54A)는 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 대한 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로의 이동량의 비가 1보다 큰 값을 갖도록 제어를 실행할 수도 있다. 예를 들면, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 있어서 회전축(θ) 주위의 1 회전을 1로서 정규화하고, 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 요철 형상이 연장되는 방향에서의 측정광이 조사된 측정 영역의 치수를 1로서 정규화했을 경우에, 이동 제어부(54A)는 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 대한 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로의 이동량의 비가 1보다 큰 값을 갖도록 제어를 실행할 수도 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 회전축(θ) 주위로 1 회전할 때마다 회전축(θ)의 반경방향으로 측정 영역을 이동시킬 수 있고, 그에 따라 형상 측정 장치(100)는 각 측정 영역을 중복시키지 않고 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 요철 형상(예를 들면, 기어의 치면의 형상)을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

이러한 경우에 있어서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 이동 제어부(54A)는, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 따른 연속적인 이동량에 의해, 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 요철 형상이 연장되는 방향으로 이동부(10)를 이동시킬 수도 있다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 이동 제어부(54A)는, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 따른 단계적인 이동량[예를 들면, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량이 회전축(θ) 주위로 1 회전할 때마다 단계적으로 증가하는 이동량]에 의해, 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 요철 형상이 연장되는 방향으로 이동부(10)를 이동시킬 수도 있다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 이동 제동부(54A)는, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량에 따른 다른 단계적인 이동량[예를 들면, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로의 각도 변위량이 회전축(θ) 주위로 소정의 각도만큼 변위할 때마다 단계적으로 증가하는 이동량)에 의해, 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 요철 형상이 연장되는 방향으로 이동부(10)를 이동시킬 수도 있다.

[헬리컬 기어의 측정]

예를 들면, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 헬리컬 기어(HG)를 물체(3)로 하여 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 헬리컬 기어(HG)의 형상을 측정하는 형상 측정 장치(100)의 구성을 각각 도시하는 도면이다. 형상 측정 장치(100)가 헬리컬 기어(HG)의 형상을 측정하는 경우, 물체(3)로서의 헬리컬 기어(HG)는, 예를 들어 헬리컬 기어(HG)의 회전축의 중심이 스테이지(31)의 회전축(θ)의 중심과 일치하도록 스테이지(31) 상에 탑재된다. 즉, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 헬리컬 기어(HG)의 회전축이 회전 이동의 회전축(θ)과 일치하도록 헬리컬 기어(HG)를 회전 이동시킨다.

헬리컬 기어(HG)를 측정하는 경우에는, 형상 측정 장치(100)는 평 기어(SG)의 경우와 유사한 방식으로 각 방향을 설정한다. 예를 들면, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 조사부(21)는 헬리컬 기어(HG)의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 헬리컬 기어(HG)의 치면에 측정광을 조사한다. 이러한 경우, 촬상부(22)는 측정광이 조사된 헬리컬 기어(HG)의 치면(표면)의 잇줄의 방향(원주방향과는 다른 방향)에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상한다. 즉, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 헬리컬 기어(HG)의 잇줄의 방향으로부터 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 이러한 경우, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 이동 제어부(54A)는 회전축(θ)을 회전 중심으로 한 이동 방향(DR3)으로 지지 테이블(32)을 회전시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는, 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 헬리컬 기어(HG)의 형상을 측정한다.

형상 측정 장치(100)는, 측정 영역을 헬리컬 기어(HG)의 치의 배열 방향[예를 들면, 도 4a의 회전축(θ)의 회전 방향]으로 이동시키면서, 측정 영역을 잇줄의 방향[예를 들면, 도 4a의 회전축(θ)의 축선 방향]으로 순차적으로 이동시킨다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 헬리컬 기어(HG)를 회전축(θ)의 회전 방향[예를 들면, 도 4b의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)]으로 회전시켜서, 각각의 치가 측정 영역이 되도록 측정 영역을 이동시킨다. 이와 함께, 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 헬리컬 기어(HG)의 회전축(θ)의 축선 방향[예를 들면, 도 4b의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)]으로 이동시켜서, 치면의 각각의 위치가 측정 영역에 포함될 수 있도록 측정 영역을 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 헬리컬 기어(HG)의 각각의 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

[베벨 기어의 측정]

예를 들면, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 베벨 기어(BG)를 물체(3)로 하여 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 베벨 기어(BG)의 형상을 측정하는 형상 측정 장치(100)의 구성을 각각 도시하는 도면이다. 형상 측정 장치(100)가 베벨 기어(BG)의 형상을 측정하는 경우, 물체(3)로서의 베벨 기어(BG)는, 예를 들어 베벨 기어(BG)의 회전축의 중심이 스테이지(31)의 회전축(θ)의 중심과 일치하도록 스테이지(31) 상에 탑재된다. 즉, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 베벨 기어(BG)의 회전축이 회전 이동의 회전축(θ)과 일치하도록 베벨 기어(BG)를 회전 이동시킨다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 조사부(21)는 베벨 기어(BG)의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 베벨 기어(BG)의 치면에 측정광을 조사한다. 이러한 경우, 촬상부(22)는 측정광이 조사된 베벨 기어(BG)의 치면(표면)의 잇줄의 방향(원주방향과는 다른 방향)에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상한다. 즉, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 베벨 기어(BG)의 잇줄의 방향으로부터 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 이러한 경우, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 이동 제어부(54A)는 회전축(θ)을 회전 중심으로 한 이동 방향(DR3)으로 지지 테이블(32)을 회전시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는, 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 베벨 기어(BG)의 형상을 측정한다.

형상 측정 장치(100)는 측정 영역을 베벨 기어(BG)의 치의 배열 방향[예를 들면, 도 5a의 회전축(θ)의 회전 방향]으로 이동시키면서, 측정 영역을 잇줄의 방향[예를 들면, 도 5a의 회전축(θ)의 축선 방향과 교차하는 방향]으로 순차적으로 이동시킨다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 베벨 기어(BG)를 회전축(θ)의 회전 방향[예를 들면, 도 5b의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)]으로 회전시켜서, 각각의 치가 측정 영역이 되도록 측정 영역을 이동시킨다. 이와 함께, 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 베벨 기어(BG)의 회전축(θ)의 축선 방향과 교차하는 방향[예를 들면, 도 5b의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)]으로 이동시켜서, 치면의 각각의 위치가 측정 영역에 포함되도록 측정 영역을 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 베벨 기어(BG)의 각각의 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

[스파이럴 베벨 기어의 측정]

예를 들면, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)를 물체(3)로 하여 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 형상을 측정하는 형상 측정 장치(100)의 구성을 각각 도시하는 도면이다. 형상 측정 장치(100)가 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 형상을 측정하는 경우, 물체(3)로서의 스파이럴 베벨 기어(SBG)는, 예를 들어 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 회전축의 중심이 스테이지(31)의 회전축(θ)의 중심과 일치하도록 스테이지(31) 상에 탑재된다. 즉, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 회전축이 회전 이동의 회전축(θ)과 일치하도록 스파이럴 베벨 기어(SBG)를 회전시킨다.

도 6a에 도시하는 바와 같이, 조사부(21)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 치면에 측정광을 조사한다. 이러한 경우, 촬상부(22)는 측정광이 조사된 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 치면(표면)의 잇줄의 방향(원주방향과는 다른 방향)에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상한다. 즉, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 잇줄의 방향으로부터 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 또한, 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 잇줄의 방향이 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 반경방향의 위치에 따라서 변경하고, 그에 따라 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 반경방향의 위치에서 어는 위치가 측정 영역에 해당하는지에 근거하여, 광 프로브(20A)의 배향이 헤드 회전 기구(13a)에 의해 변경된다는 것에 주목하자. 따라서, 선형상의 투영 패턴의 촬상 방향을 변경할 수 있다. 이러한 경우, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 이동 제어부(54A)는 회전축(θ)을 회전 중심으로 한 이동 방향(DR3)으로 지지 테이블(32)을 회전시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 형상을 측정한다.

형상 측정 장치(100)는 측정 영역을 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 치의 배열 방향[예를 들면, 도 6a의 회전축(θ)의 회전 방향]으로 이동시키면서, 측정 영역을 잇줄의 방향[예를 들면, 도 6a의 회전축(θ)의 축선 방향에 대해 비틀린 방향]으로 순차적으로 이동시킨다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)를 회전축(θ)의 회전 방향[예를 들면, 도 6b의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)]으로 회전시켜서, 각각의 치가 측정 영역에 포함되도록 측정 영역을 이동시킨다. 이와 함께, 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 회전축(θ)의 축선 방향에 대해 비틀린 방향[예를 들면, 도 6b의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)]으로 이동시켜서, 치면의 각각의 위치가 측정 영역에 포함되도록 측정 영역을 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 스파이럴 베벨 기어(SBG)의 각각의 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

[웜 기어의 측정]

예를 들면, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 웜 기어(WG)를 물체(3)로 하여 물체(3)의 형상을 측정할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 웜 기어(WG)의 형상을 측정하는 형상 측정 장치(100)의 구성을 각각 도시하는 도면이다. 형상 측정 장치(100)가 웜 기어(WG)의 형상을 측정하는 경우, 물체(3)로서의 웜 기어(WG)는, 예를 들어 웜 기어(WG)의 회전축의 중심이 스테이지(31)의 회전축(θ)의 중심과 일치하도록 스테이지(31) 상에 탑재된다. 즉, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 웜 기어(WG)의 회전축이 회전 이동의 회전축(θ)과 일치하도록 웜 기어(WG)를 회전시킨다. 조사부(21)와 촬상부(22)는 그 상대 위치를 유지하면서 회전 기구(도시하지 않음)에 의해 Z축 주위로 회전가능(θz 방향으로 회전가능)하다는 것에 주의하자.

도 7a에 도시하는 바와 같이, 조사부(21)는 웜 기어(WG)의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 웜 기어(WG)의 치면에 측정광을 조사한다. 특히, 조사 방향(DR1)은 각 치의 정상부의 포락면을 상정하여, 측정 영역에 있어서의 포락면에 대하여 수직한 방향이다. 이러한 경우, 촬상부(22)는 측정광이 조사된 웜 기어(WG)의 치면(표면)의 잇줄의 방향(원주방향과는 다른 방향)에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상한다. 즉, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 촬상부(22)는 촬상 방향(DR2)으로 간주되는 웜 기어(WG)의 잇줄의 방향으로부터 광 절단선(PCL)을 촬상한다. 이러한 경우, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 이동 제어부(54A)는 회전축(θ)을 회전 중심으로 한 이동 방향(DR3)으로 지지 테이블(32)을 회전시킨다. 즉, 이동 제어부(54A)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 형상 측정 장치(100)는 웜 기어(WG)의 형상을 측정한다. 잇줄에 대하여 좌우의 표면 중 어느 한쪽의 표면을 측정하고자 하는 경우에는, 측정광을 측정하고자 하는 치의 표면에 실질적으로 수직하게 되도록 설정할 수도 있다.

형상 측정 장치(100)는 측정 영역을 웜 기어(WG)의 치의 배열 방향[예를 들면, 도 7a의 회전축(θ)의 축선 방향]으로 이동시키면서, 측정 영역을 잇줄의 방향[예를 들면, 도 7a의 회전축(θ)의 회전 방향]으로 순차적으로 이동시킨다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 웜 기어(WG)를 회전축(θ)의 회전 방향[예를 들면, 도 7b의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)]으로 회전시켜서, 치면의 각각의 위치가 측정 영역에 포함되도록 측정 영역을 이동시킨다. 이와 함께, 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 웜 기어(WG)의 회전축(θ)의 축선 방향[예를 들면, 도 7b의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)]으로 이동시켜서, 각각의 치가 측정 영역에 포함되도록 측정 영역을 이동시킨다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 웜 기어(WG)의 각각의 치의 형상을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 치면의 형상을 측정하는 속도를 향상시킬 수 있다.

다음에, 도 8에 도시되는 흐름도를 참조하여, 형상 측정 장치(100)가 물체(3)의 형상 측정을 실행하는 처리에 대해서 설명한다. 도 8은 본 실시형태에 있어서의 형상 측정 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.

최초에, 유저는 물체(3)의 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트) 및 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)를 입력 장치(42)를 통해 입력함으로써 설정한다. 입력 장치(42)는 이 입력 장치(42)를 통해 입력된 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트) 및 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)를 기억부(55)에 기억시킨다(단계 S1). 또한, 유저에 의해, 물체(3)의 각 측정 포인트 사이의 거리 간격이 입력 장치(42)를 통해 입력되어 설정된다. 입력 장치(42)는 입력된 각 측정 포인트 사이의 거리 간격을 기억부(55)에 기억시킨다(단계 S2). 다음에, 물체(3)의 측정 포인트에서의 기어의 제원 데이터에 근거하여, 측정광의 투영 방향 및 촬상 방향을 설정한다. 특히, 기어의 치면의 방향에 따라서, 투영 방향이 설정되고, 기어의 잇줄의 방향으로 촬상 방향이 설정된다. 상술한 바와 같이, 기어의 잇줄의 방향은 위치 설정부(58)에 의해 취득되고, 취득된 데이터는 이동 지령부(56)로 보내진다. 이동 지령부(56)는, 기억부(55)로부터 입력된 후에 설정된 정보인 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트)와 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)의 좌표값, 및 각 측정 포인트 사이의 거리 간격(예를 들면, 일정 거리 간격의 측정 피치)을 나타내는 데이터나, 사전설정된 정보인 측정 범위를 나타내는 측정 포인트의 좌표값, 및 측정 포인트의 이동 방향 등을 판독한다. 이동 지령부(56)는 판독된 데이터 및 위치 설정부(58)로부터 취득된 데이터에 근거하여 물체(3)에 대한 스캔의 이동 경로를 산출한다.

다음에, 이동 지령부(56)는 산출된 이동 경로에 근거하여 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시키기 위한 지령 신호를 구동 제어부(54)에 공급하여, 헤드 구동부(14)와 스테이지 구동부(33)(이동부)에 의해 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시킨다. 따라서, 이동 지령부(56)는, 측정 헤드(13)와 스테이지(31) 사이의 상대적인 위치를 이동시킴으로써 광 프로브(20A)를 물체(3)의 측정 개시 위치(최초의 측정 포인트)로 이동시킨다(단계 S3).

다음에, 간격 조정부(52)는 광 프로브(20A)를 거쳐서 물체(3)의 표면의 형상을 검출하여, 검출된 화상 정보를 좌표 산출부(53)에 공급한다. 좌표 검출부(51)는 위치 검출부(17)에 의해 광 프로브(20A)의 좌표 정보와 스테이지(31)의 회전 위치 정보를 검출하여, 검출된 정보를 좌표 산출부(53)에 공급한다(단계 S6).

좌표 산출부(53)는, 간격 조정부(52)로부터 공급된 화상 정보, 및 좌표 검출부(51)로부터 공급된 광 프로브(20A)의 좌표 정보와 스테이지(31)의 회전 위치 정보에 근거하여, 측정 포인트의 좌표값(3차원 좌표값)의 점군 데이터를 산출하여, 이 점군 데이터를 기억부(55)에 기억시킨다(단계 S7).

다음에, 이동 지령부(56)는 직전에 측정된 측정 포인트가 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)인지 여부를 판정한다(단계 S8). 단계 S8에 있어서, 직전에 측정된 측정 포인트가 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)가 아닌 것으로 판정되었을 경우, 이동 지령부(56)는 다음 측정 포인트로 광 프로브(20A)를 이동시킨 후에 광 프로브(20A)를 정지시킨다. 예를 들면, 이동 지령부(56)는, 이동 경로에 따라서 다음 측정 포인트로 이동시키기 위해서, 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시키기 위한 지령 신호를 구동 제어부(54)에 공급하여, 헤드 구동부(14)와 스테이지 구동부(33)(이동부)에 의해 측정 헤드(13) 및 스테이지(31)를 구동시킨다(단계 S9). 그리고, 이동 지령부(56)에 의해 처리가 단계 S6으로 되돌아간다.

한편, 단계 S8에 있어서, 직전에 측정된 측정 포인트가 측정 종료 위치(최후의 측정 포인트)인 것으로 판정되었을 경우, 좌표 산출부(53)는 각 측정 포인트에서 산출된 좌표값(3차원 좌표값)의 점군 데이터에 근거하여 물체(3)의 표면의 형상 데이터를 산출한다. 예를 들면, 좌표 산출부(53)는, 간격 조정부(52)를 거쳐서 광 프로브(20A)에 의해 검출된 화상 정보, 및 좌표 검출부(51)에 의해 검출된 광 프로브(20A)의 좌표 정보와 스테이지(31)의 회전 위치 정보에 근거하여 각 측정 포인트마다 산출된 좌표값(3차원 좌표값)의 점군 데이터를 기억부(55)로부터 판독하고, 물체(3)의 표면의 형상 데이터로서 3차원 좌표값의 점군 데이터를 산출하여 이러한 점군 데이터를 기억부(55)에 기억시킨다(단계 S10).

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 원주방향으로 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체(3)의 표면에 따른 광량 분포를 갖는 측정광을, 표면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 물체의 표면에 조사하는 조사부(21)를 구비하고 있다. 형상 측정 장치(100)는 측정광이 조사된 표면에 있어서의 원주방향과는 다른 방향에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상하여 화상을 생성하는 촬상부(22)를 구비하고 있다. 형상 측정 장치(100)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에서의 측정광의 위치에 근거하여 표면의 형상을 측정하는 좌표 산출부(53)(측정부)를 구비하고 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 측정광을 촬상하는 촬상부(22)의 해상도에 따라서 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 정밀도를 설정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 정확하게 측정할 수 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 물체(3)의 형상을 측정하는 경우에,

원주방향으로 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체(3)의 표면에 따른 광량 분포를 갖는 측정광을, 표면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 물체(3)의 표면에 조사한다(단계 SS1). 측정광이 조사된 표면에 있어서의 원주방향과는 다른 방향에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 측정광을 촬상하여 화상을 생성한다(단계 SS2). 촬상된 촬상 화상에서의 측정광의 위치에 근거하여 표면의 형상을 얻는다(단계 SS3).

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 원주방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 스테이지 구동부(33)(이동부)를 구비하고 있다. 촬상부(22)는 요철 형상의 원주방향의 길이와, 표면에 조사되고 촬상부(22)에 의해 촬상되는 측정광의 길이에 따라서 각각 촬상된 복수의 화상을 생성한다. 좌표 산출부(53)(측정부)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에 근거하여 복수의 요철 형상을 측정한다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 각각의 요철 형상(예를 들면, 기어의 치)의 표면 형상을 연속적으로 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 조사부(21) 및 촬상부(22)를 보지하는 검출부(20)(보지부)를 더 구비하며, 스테이지 구동부(33)(이동부)는 검출부(20)(보지부)를 물체(3)에 대하여 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 각각의 요철 형상(예를 들면, 기어의 치)의 표면 형상을 연속적으로 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)를 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 회전시켜서, 측정광이 조사되는 위치를 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 이동 제어부(54A)를 더 구비하고 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 원주방향에 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 물체(3)의 표면 형상을 연속적인 동작을 실행하여 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 측정광이 조사되는 물체(3)의 회전 이동의 스테이지 반경(rs) 방향(반경방향)의 위치에 따라서, 물체(3)를 상대적으로 회전시키는 이동 속도를 제어하는 속도 제어부(54B)를 더 구비하고 있다. 예를 들면, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 내주부를 측정하는 회전 속도보다 느린 회전 속도로 물체(3)의 외주부를 측정한다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 원주방향에 주기적으로 정렬되고 원주방향과는 다른 방향으로 연장되는 요철 형상을 갖는 표면을 가지는 물체(3)의 내주부의 측정 포인트의 밀도와 외주부의 측정 포인트의 밀도를 균일화해서 측정을 실행할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 스테이지 구동부(33)(이동부)는 물체(3)의 중심축(AX)이 회전 이동의 회전축(θ)과 일치하도록 물체(3)를 회전시킨다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 위치를 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 경우에, 이동 거리를 짧게 할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 측정광이 조사되는 위치를 안정적으로 이동시킬 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 요철 형상의 연장 방향의 위치와, 요철 형상의 연장 방향의 위치마다 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보를 관련지어서 미리 기억하고 있는 기억부(55)를 구비하고 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 동작을 자동화할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상의 측정 작업을 실행하는 작업자의 부담을 경감할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 측정광은 수평면에 조사되었을 경우에 라인 형태로 형성되는 광량 분포를 갖는다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 연속적으로 형성된 물체(3)의 복수의 부분의 형상을 동시에 측정할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 조사부(21)는 물체(3)의 원주방향과 교차하는 방향을 라인[광 절단선(PCL)]의 방향으로 하여 측정광을 조사한다. 따라서, 촬상부(22)는 광 절단선(PCL)이 경사지지 않은 경우와 비교하여, 물체(3)의 표면 형상에 관한 정보를 보다 많이 포함하는 측정광을 촬상할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 광 절단선(PCL)이 경사지지 않은 경우보다 물체(3)의 형상을 단시간에 측정할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 조사 방향(DR1)(제 1 방향)은 물체(3)의 요철 형상의 최대 볼록부와 최대 오목부에 라인이 형성되는 측정광의 조사 방향이다. 형상 측정 장치(100)는 연속적으로 형성된 물체(3)의 복수의 부분의 형상을 동시에 측정할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 물체(3)로서의 기어의 각 치의 표면 형상에 따른 광량 분포를 갖는 측정광을, 각 치의 치면의 법선 방향에 대응해서 결정되는 조사 방향(DR1)(제 1 방향)에 따라서 치면에 조사하는 조사부(21)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 측정광이 조사된 치면의 잇줄의 방향에 대응해서 결정되는 촬상 방향(DR2)(제 2 방향)으로부터 광 절단선을 촬상하여 화상을 생성하는 촬상부(22)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 촬상부(22)에 의해 촬상된 화상에서의 측정광의 위치에 근거하여, 치의 형상을 측정하는 좌표 산출부(53)(측정부)를 구비하고 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 측정광을 촬상하는 촬상부(22)의 해상도에 따라서 물체(3)로서의 기어(터빈과 같은 임의의 기어를 포함함)의 표면 형상을 측정하는 정밀도를 설정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 정확하게 측정할 수 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 측정광이 조사되는 물체(3)의 위치를, 치의 치폭의 방향에 대응해서 결정되는 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 스테이지 구동부(33)(이동부)를 구비하고 있다. 촬상부(22)는 치의 치폭의 길이와 치면에 조사되고 촬상부(22)에 의해 촬상되는 측정광의 길이에 따라서 각각 촬상된 복수의 화상을 생성한다. 좌표 산출부(53)(측정부)는 복수의 화상에 근거하여 기어의 치의 형상을 측정한다. 따라서, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 기어의 각각의 치의 표면 형상을 연속적으로 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는, 기어를 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 회전시켜서, 측정광이 조사되는 위치를 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시키는 이동 제어부(54A)를 더 구비하고 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 연속적인 동작을 실행함으로써 물체(3)로서의 기어의 표면 형상을 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상을 측정하는 시간을 단축할 수 있다.

상술한 실시형태에 있어서는, 스테이지 구동부(33)(이동부)가 스테이지(31)를 이동시키는 구성을 설명하고 있다. 그렇지만, 본 구성은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 형상 측정 장치(100)는 검출부(20)(보지부)를 물체(3)에 대하여 검출부(20)(보지부)의 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 상대적으로 이동시킬 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 이동부(10)가 검출부(20)(보지부)를 이동 방향(DR3)(제 3 방향)으로 이동시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 예를 들어 물체(3)가 중량물인 경우에는, 물체(3)를 이동시키지 않고, 물체(3)의 표면 형상을 측정할 수 있다. 상술한 실시형태에 있어서, 스테이지(31)에는 경사 각도를 조정하는 경사 기구가 마련되어 있고, 이것에 의해 측정하고자 하는 요철 형상을 갖는 물체(3)의 표면에 따라서 측정광의 투영 방향을 조정할 수 있게 한다. 또한, 광 프로브(20A)를 Z축에 평행한 축에 대해 회전시키는 회전 기구가 마련되어 있고, 이것에 의해 촬영 방향을 요철 형상의 연장 방향을 따르게 할 수 있다. 그렇지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 하기 구성을 허용할 수도 있다. 즉, 광 프로브를 X축 주위 또는 Y축 주위로 경사시키는 관절 기구가 마련되고, 이러한 관절 기구와 광 프로브 사이에 광 프로브를 회전하는 회전 기구가 마련되어 있고, 이것에 의해 소정의 방향으로 측정광을 투영시키면서, 소정의 방향으로 측정광이 투영된 부위를 촬상할 수 있게 한다. 조사부(21)와 촬상부(22) 사이의 상대 위치를 유지하면서, 조사부(21)와 촬상부(22)를 x축(θx 방향으로 회전가능), y축(θy 방향으로 회전가능) 및 z축(θz 방향으로 회전가능) 중 적어도 하나의 주위로 회전가능하도록 구성할 수도 있다.

조사부(21)의 조사 방향(DR1)(제 1 방향)은 요철 형상의 능부(稜部)와 곡부(谷部)를 연결하는 방향보다도 치의 높이 방향으로 향하여 있을 수도 있다. 예를 들면, 조사 방향(DR1)(제 1 방향)은 물체(3)의 요철 형상 중 능부(예를 들면, 최대 볼록부)와 곡부(예를 들면, 최대 오목부)에 측정광이 조사되는 방향일 수도 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 측정광이 물체(3)에 의해 차단되는 것을 저감할 수 있고, 그에 따라 물체(3)의 곡부(예를 들면, 최대 오목부)까지의 형상을 측정할 수 있다.

조사부(21)의 조사 방향(DR1)(제 1 방향)은 측정 영역에 포함되는 평면의 법선에 대응하는 방향일 수도 있다. 예를 들면, 조사 방향(DR1)(제 1 방향)은 측정 영역에 포함되는 평면의 법선과 일치하는 방향일 수도 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는, 측정 영역에 포함되는 평면(측정면)에 대하여 라인 형상으로 조사되는 측정광의 측정면 상의 라인 폭을, 측정광이 법선 방향에 대응하지 않는 방향으로부터 조사되었을 경우에 비해서 작게 할 수 있다. 측정광의 측정면 상의 라인 폭이 작을수록, 물체(3)의 형상을 보다 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 형상을 측정하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[제 2 실시형태]

다음에, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 상술한 제 1 실시형태와 동일한 구성(들)의 설명을 생략한다. 도 10은 본 실시형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 구성의 일례를 개략적으로 도시한다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 구동부(16)는 조사 구동부(14A)를 구비하고 있다. 조사 구동부(14A)는 촬상부(22)와는 독립적으로 조사부(21)가 이동가능하도록 조사부(21)를 구동한다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 조사 구동부(14A)는 예를 들어 검출부(20)(보지부)에 마련되어 조사부(21)를 구동한다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 위치 검출부(17)는 조사 위치 검출부(15A)를 구비하고 있다. 조사 위치 검출부(15A)는 조사부(21)의 X축, Y축 및 Z축 방향의 위치를 각각 검출하는 X축용 인코더, Y축용 인코더 및 Z축용 인코더를 구비하고 있다. 조사 위치 검출부(15A)는 그들의 인코더에 의해 조사부(21)의 좌표를 검출하여, 조사부(21)의 좌표값을 나타내는 신호를 후술하는 좌표 검출부(51)에 공급한다. 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)의 조사 위치 검출부(15A)는 예를 들어 검출부(20)(보지부) 상에 배치되어, 조사부(21)의 위치를 검출한다. 본 실시형태의 좌표 산출부(53)(측정부)는 조사 위치 검출부(15A)에 의해 검출된 조사부(21)의 위치에 근거하여 물체(3)의 좌표를 산출한다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 기억부(55)에는, 물체(3)의 종류마다, 물체(3)의 요철 형상의 연장 방향의 위치와, 요철 형상의 연장 방향의 위치마다 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보를 관련지어서 미리 기억되어 있다. 본 실시형태의 기억부(55)에는, 예를 들어 기어의 종류마다, 기어의 잇줄 방향의 위치와, 잇줄 방향의 위치마다 잇줄의 방향을 나타내는 정보를 관련지어서 미리 기억되어 있다.

본 실시형태의 형상 측정 장치(100)에 마련된 구동 제어부(54)는 조사 이동 제어부(54C)(제 2 이동 제어부)를 구비하고 있다. 조사 이동 제어부(54C)(제 2 이동 제어부)는, 기억부(55)에 기억된 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보 중에서, 측정광이 조사되는 요철 형상의 연장 방향의 현재 위치와 관련되는 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보를, 측정광이 조사되는 위치의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)에 대응하는 요철 형상의 연장 방향을 나타내는 정보로서 판독한다. 예를 들어 기어의 형상을 측정하는 경우에, 본 실시형태의 이동 제어부(54A)는, 기억부(55)에 기억된 기어의 잇줄의 방향을 나타내는 정보 중에서, 측정광이 조사되는 치의 잇줄의 방향의 현재 위치와 관련되는 잇줄의 방향을 나타내는 정보를 광 프로브(20A)의 이동 방향(DR4)에 대응하는 방향을 나타내는 정보로서 판독한다. 즉, 본 실시형태의 이동 제어부(54A)는 헤드 위치 검출부(15)에 의해 검출된 광 프로브(20A)의 현재 위치에 근거하여 광 프로브(20A)의 이동 방향(DR4)을 기억부(55)로부터 판독한다.

또한, 이러한 경우, 도 11에 도시하는 바와 같이, 조사 이동 제어부(54C)(제 2 이동 제어부)는, 측정광이 조사되는 위치를, 요철 형상의 연장 방향에 대응해서 결정되는 측정광이 조사되는 위치의 이동 방향(DR4)(제 4 방향)으로 이동시킨다. 도 11은 측정광이 조사되는 위치가 조사 이동 제어부(54C)(제 2 이동 제어부)에 의해 이동되는 방향의 일례를 도시하는 구성도이다. 즉, 조사 이동 제어부(54C)(제 2 이동 제어부)는 헬리컬 기어(HG)의 잇줄의 방향으로 조사부(21)를 이동시켜서, 측정광이 조사되는 위치를 이동시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 형상 측정 장치(100)는 조사부(21)를 촬상부(22)와 독립적으로 이동시켜서 측정광이 조사되는 위치를 이동시킬 수 있다. 따라서, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 표면 형상에 따라서 측정광이 조사되는 위치를 이동시키면서 형상을 측정할 수 있다. 즉, 형상 측정 장치(100)는 물체(3)의 형상을 정확하게 측정할 수 있다.

[제 3 실시형태]

다음에, 본 요지의 제 3 실시형태로서, 제 1 실시형태의 형상 측정 장치(100) 및 제 2 실시형태의 형상 측정 장치(100) 중 어느 하나를 구비한 구조물 제조 시스템에 대해서 설명한다. 도 12는 구조물 제조 시스템(200)의 블록 구성도이다. 구조물 제조 시스템(200)은, 상기 실시예 중 임의의 실시예에 기재된 형상 측정 장치(100), 설계 장치(110), 성형 장치(120), 제어 장치(검사 장치)(130) 및 보수 장치(repair apparatus)(140)를 구비한다.

설계 장치(110)는 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하고, 작성된 설계 정보를 성형 장치(120)에 송신한다. 또한, 작성된 설계 정보는 설계 장치(110)에 의해 제어 장치(150)의 후술하는 좌표 기억부(151)에 기억된다. 여기에서, 설계 정보란, 구조물의 각 위치의 좌표를 나타내는 정보이다. 성형 장치(120)는 설계 장치(110)로부터 입력된 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 제작한다. 성형 장치(120)의 성형 공정은 예를 들어 주조, 단조 또는 절삭을 포함한다. 형상 측정 장치(100)는 제작된 구조물[물체(3)]의 좌표를 측정하여, 측정된 좌표를 나타내는 정보(형상 정보)를 제어 장치(150)에 송신한다.

제어 장치(150)는 좌표 기억부(151) 및 검사부(152)를 구비한다. 전술한 바와 같이, 좌표 기억부(151)에는, 설계 장치(110)에 의해 설계 정보가 기억된다. 검사부(152)는 좌표 기억부(151)로부터 설계 정보를 판독한다. 검사부(152)는 형상 측정 장치(100)로부터 수신된 좌표를 나타내는 정보(형상 정보)와 좌표 기억부(151)로부터 판독된 설계 정보를 비교한다.

검사부(152)는 비교 결과에 근거하여 구조물이 설계 정보에 따라 제작되었는지 여부에 대해서 판정한다. 다시 말하면, 검사부(152)는 제작된 구조물이 양품 구조물인지 여부에 대해서 판정한다. 구조물이 설계 정보에 따라 제작되지 않는 경우, 검사부(152)는 보수가능한지 여부에 대하여 판정한다. 구조물이 보수가능한 경우, 검사부(152)는 비교 결과에 근거하여 불량 부위와 보수량을 산출하여, 보수 장치(140)에 불량 부위를 나타내는 정보와 보수량을 나타내는 정보를 송신한다.

보수 장치(140)는 제어 장치(150)로부터 수신된 불량 부위를 나타내는 정보와 보수량을 나타내는 정보에 근거하여 구조물의 불량 부위를 가공한다.

도 13은 구조물 제조 시스템(200)의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이다. 우선, 설계 장치(110)는 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성한(단계 S201). 다음에, 성형 장치(120)는 설계 정보에 근거하여 구조물을 제작한다(단계 S202). 다음에, 형상 측정 장치(100)는 제작된 구조물의 형상을 측정한다(단계 S203). 다음에, 제어 장치(150)의 검사부(152)는 형상 측정 장치(100)로부터 얻어진 형상 정보와, 설계 정보를 비교하는 것에 의해, 구조물이 설계 정보에 따라 제작되었는지 여부에 대하여 검사한다(단계 S204).

다음에, 제어 장치(150)의 검사부(152)는 제작된 구조물이 양품인지 여부에 대하여 판정한다(단계 S205). 제작된 구조물이 양품인 경우(단계 S205; 예), 구조물 제조 시스템(200)은 처리를 종료한다. 제작된 구조물이 양품이 아닌 경우(단계 S205; 아니오), 제어 장치(150)의 검사부(152)는 제작된 구조물이 보수가능한지 여부에 대하여 판정한다(단계 S206).

검사부(152)가 제작된 구조물이 보수가능하다고 판정했을 경우(단계 S206; 예), 보수 장치(140)는 구조물의 재가공을 실시한 후에(단계 S207), 단계 S103의 처리로 복귀된다. 한편, 검사부(152)가 제작된 구조물이 보수가능하지 않다고 판정했을 경우(단계 S206; 아니오), 구조물 제조 시스템(200)은 처리를 종료한다. 이상에 의해, 본 흐름도의 처리를 종료한다.

따라서, 상기 실시형태 중 임의의 실시형태에 기재된 형상 측정 장치(100)가 구조물의 좌표(3차원 형상)를 정확하게 측정할 수 있으므로, 구조물 제조 시스템(200)은 제작된 구조물이 양품인지 여부에 대하여 판정할 수 있다. 구조물이 양품이 아닌 경우, 구조물 제조 시스템(200)은 구조물의 재가공을 실시하여, 구조물을 보수할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그렇지만, 구체적인 구성은 이러한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 사상 또는 범위를 일탈하지 않고서 적절하게 변경될 수도 있다.

각 실시형태에 있어서의 제어 유닛(40) 및 각 장치에 마련된 제어부(이하, 이들을 총칭해서 제어기(CONT)로 지칭함) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분은 전용의 하드웨어에 의해 실현될 수 있거나, 메모리 및 마이크로프로세서에 의해 실현될 수도 있다.

이러한 제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분은 전용의 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다. 또한, 이러한 제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분의 기능이 하기와 같이 실현될 수도 있다. 즉, 이러한 제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분은 메모리 및 중앙 연산 장치(CPU)에 의해 구성되고, 제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분의 기능을 실현하기 위한 프로그램은 메모리에 로딩되어 실행된다.

제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분에 대해 실행되는 처리는 하기와 같이 수행될 수 있다. 즉, 제어기(CONT) 또는 이 제어기(CONT)에 마련된 각 부분의 기능을 실현하기 위한 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 기억되고, 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 기억된 프로그램은 컴퓨터 시스템에 판독시킨 후에 실행된다. 여기에서 지칭하는 "컴퓨터 시스템(computer system)"이란, 운영 시스템(OS) 및/또는 주변기기 등의 하드웨어를 포함하는 것이다.

WWW 시스템을 이용하고 있는 경우에는, "컴퓨터 시스템"은 홈페이지 표시 환경도 포함한다. "비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체"란, 플렉서블 디스크(flexible disk), 광자기 디스크, ROM 및 CD-ROM 등의 가반 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 지칭한다. 또한, "비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체」란, 네트워크(예를 들면, 인터넷), 및/또는 단시간에 동적으로 프로그램을 기억하는 경우의 서버나 클라이언트(client)로서 기능하는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리와 같이, 일정 시간 프로그램을 기억하는 장치도 포함한다. 또한, 상기 프로그램은 전술한 기능의 일부를 실현할 수 있거나, 또는 상기 프로그램은 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과 조합하여 실현될 수도 있다.

20 : 검출부(보지부) 21 : 조사부
21 : 촬상부 33 : 스테이지 구동부(이동부)
53 : 좌표 산출부(측정부) 54A : 이동 제어부
54B : 속도 제어부
54C : 조사 이동 제어부(제 2 이동 제어부)
55 : 기억부 100 : 형상 측정 장치
110 : 설계 장치 120 : 성형 장치
150 : 검사 장치 200 : 구조물 제조 시스템

Claims (52)

1. 반복적인 요철 형상을 갖는 물체의 형상을 측정하는 형상 측정 장치에 있어서,
   물체의 상기 반복적인 요철 형상을 포함하는 측정 영역에 라인 형상으로 측정광을 조사하는 조사부와,
   상기 측정광이 상기 조사부에 의해 조사되는 위치를 포함하는 상기 측정 영역의 화상을 취득하는 촬상부와,
   상기 물체를 탑재하는 테이블과,
   상기 촬상부에 대하여 상대적으로, 상기 테이블에 탑재된 상기 물체를 회전시키는 회전 이동부를 구비하며,
   상기 조사부는 상기 측정광의 상기 라인의 방향이 상기 회전 이동부의 회전 방향 및 상기 요철 형상의 능선 방향의 양 방향에 대하여 경사지도록 상기 측정광을 조사하는
   형상 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   검출부에 의해 검출된 화상으로부터, 상기 측정 영역의 위치를 산출하는 좌표 산출부와,
   상기 촬상부 및 상기 테이블을 상대적으로 구동 제어하는 위치설정 기구를 더 구비하며,
   상기 위치설정 기구는, 상기 반복적인 요철 형상을 갖는 상기 물체의 측정 영역에 있어서의 볼록부의 능선 방향 또는 오목부의 연장 방향의 정보에 근거하여, 상기 촬상부와 상기 테이블의 상대 위치를 산출하여 상기 테이블 및 상기 촬상부를 상대적으로 이동시키는
   형상 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 위치설정 기구는, 상기 측정 영역에 상기 측정광을 제 1 방향으로부터 조사하고 상기 측정 영역에 있어서의 화상을 상기 볼록부의 능선 방향에 대응하는 제 2 방향으로부터 촬상하도록, 상기 조사부 및 상기 촬상부의 상기 물체에 대한 상대적인 위치를 설정하는
   형상 측정 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 위치설정 기구는, 상기 볼록부의 복수의 능선을 포함하는 포락면 상에 상기 측정광이 투영될 때, 상기 제 2 방향이, 상기 측정 영역 및 그 근처에 있어서 상기 능선과 상기 촬상부의 촬상 방향이 교차하지 않는 방향이 되도록, 상기 테이블에 대한 상기 촬상부의 위치를 설정하는
   형상 측정 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 위치설정 기구는, 상기 제 1 방향이 상기 측정광의 광속 중에 상기 측정 영역의 법선이 포함되는 방향이 되도록, 상기 테이블에 대한 상기 조사부의 위치를 설정하는
   형상 측정 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 반복적인 요철 형상의 반복 방향이 원주방향에 대응하는 제 3 방향일 때,
   상기 촬상부는, 상기 측정 영역이 상기 회전 이동부에 의해 상기 제 3 방향으로 변위될 때마다 상기 측정 영역을 촬상하여 촬상 화상을 생성하고,
   상기 좌표 산출부는 상기 촬상 화상에 근거하여 복수의 요철 형상을 측정하는
   형상 측정 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 위치설정 기구는 상기 볼록부의 능선 방향에 대응해서 결정되는 제 4 방향으로 상기 조사부 및 상기 물체를 상대적으로 이동시키는 상대 이동부를 더 구비하는
   형상 측정 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 조사부와 상기 촬상부를 보지하는 보지부를 더 구비하며,
   상기 회전 이동부는 상기 보지부와 상기 물체를 상대적으로 이동시키는
   형상 측정 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 회전 이동부는 이동 제어부에 의해 제어되고,
   상기 이동 제어부는, 상기 제 3 방향으로의 각도 변위량을 1 회전을 1이라고 하고, 또한 상기 볼록부의 능선 방향에 대응하는 상기 제 4 방향으로의 상기 측정광이 조사되는 상기 측정 영역의 치수를 1이라고 했을 경우에, 상기 제 3 방향으로의 각도 변위량에 대한 상기 제 4 방향으로의 이동량의 비가 1보다 큰 값을 갖도록 제어하는
   형상 측정 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이동 제어부는, 상기 물체를 상기 제 3 방향으로 상대적으로 회전 이동시켜서, 상기 측정광이 조사되는 위치를 상기 제 3 방향으로 상대적으로 이동시키도록 제어하는
    형상 측정 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정광이 조사되고 있는 상기 물체의 회전 이동의 반경방향의 위치에 따라서, 상기 촬상부에 대해 상기 물체를 상대적으로 회전 이동시키는 이동 속도를 제어하는 속도 제어부를 더 구비하는
    형상 측정 장치.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정광이 조사되고 있는 상기 물체의 회전 이동의 반경방향의 위치에 따라서, 상기 촬상부의 촬상 간격을 가변하는 촬상부 제어부를 더 구비하는
    형상 측정 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전 이동부는 상기 물체의 중심축과 상기 회전 이동의 회전축을 일치시켜 상기 물체를 회전 이동시키는
    형상 측정 장치.
14. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전 이동부는 상기 물체에 대하여 상기 제 3 방향으로 이동시키는 제 1 이동부와, 상기 제 1 이동부에 대하여 상기 촬상부를 상기 제 4 방향으로 이동시키는 제 2 이동부를 구비하는
    형상 측정 장치.
15. 제 7 항에 있어서,
    상기 촬상부에는, 조사부 이동부에 의해 상기 조사부가 마련되고, 상기 조사부의 이동에 따라서 상기 측정광이 상기 물체에 있어서의 상기 제 4 방향의 각각의 위치에 조사될 때마다, 상기 물체를 촬상하여 복수의 촬상 화상을 생성하고,
    상기 좌표 산출부는 상기 촬상 화상에 근거하여 상기 볼록부의 능선 방향에서의 상기 물체의 측정 영역의 형상을 측정하는
    형상 측정 장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 볼록부의 능선 방향의 위치와, 상기 볼록부의 능선 방향의 위치마다 상기 볼록부의 능선 방향을 나타내는 정보가 관련지어져서 미리 기억되어 있는 기억부와,
    상기 촬상부의 제 4 방향을 따른 위치를 검출하는 위치 검출부와,
    상기 위치 검출부로부터 상기 제 4 방향에 있어서의 상기 측정광이 조사되고 있는 위치의 정보를 취득하고, 상기 기억부로부터 상기 위치 검출부에서 검출된 위치와 관련지어지는 상기 볼록부의 능선 방향을 나타내는 정보를 취득하고, 상기 기억부로부터 취득된 상기 볼록부의 능선 방향을 따라 상기 제 4 방향을 설정하는 이동 제어부를 구비하는
    형상 측정 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 볼록부의 능선 방향의 위치와, 상기 볼록부의 능선 방향의 위치마다 상기 볼록부의 능선 방향을 나타내는 정보가 관련지어져서 미리 기억되어 있는 기억부와,
    상기 기억부에 기억되어 있는 복수의 볼록부의 능선 방향을 나타내는 정보와, 상기 측정광이 조사되고 있는 상기 볼록부의 능선 방향의 현재 위치와 관련지어지는 상기 볼록부의 능선 방향을 나타내는 정보로부터, 상기 제 4 방향을 설정하는 제 2 이동 제어부를 구비하는
    형상 측정 장치.
18. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 요철 형상의 볼록부와 오목부를 연결하는 방향보다 상기 요철 형상의 높이 방향을 향하여 경사져 있는
    형상 측정 장치.
19. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 측정 영역에 포함되는 평면의 법선에 대응하는 방향인
    형상 측정 장치.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정광은 수평면에 조사되었을 경우에 라인 형상으로 형성되는 광량 분포를 갖는
    형상 측정 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 조사부는, 상기 물체의 원주방향과 교차하는 방향을 상기 라인의 방향으로 하여 상기 측정광을 조사하는
    형상 측정 장치.
22. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 물체의 요철 형상의 최대 볼록부와 최대 오목부에 상기 라인이 형성되는 상기 측정광의 조사 방향인
    형상 측정 장치.
23. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체는 기어와 터빈 블레이드 중 적어도 한쪽을 포함하는
    형상 측정 장치.
24. 구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하는 설계 장치와,
    상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 제작하는 성형 장치와,
    상기 성형 장치에 의해 제작된 상기 구조물의 형상을, 상기 구조물을 촬상함으로써 얻어진 촬상 화상에 근거하여 측정하는, 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 형상 측정 장치와,
    상기 측정에 의해 얻어진 형상 정보와 상기 설계 정보를 비교하는 검사 장치를 포함하는
    구조물 제조 시스템.
25. 반복적인 요철 형상을 갖는 물체의 형상 측정 방법에 있어서,
    물체의 상기 반복적인 요철 형상을 포함하는 측정 영역에 라인 형상으로 측정광을 조사하는 조사부와, 상기 측정광이 상기 조사부에 의해 조사되는 위치를 포함하는 상기 측정 영역의 화상을 취득하는 촬상부와, 상기 물체를 탑재하는 테이블을 구비하는 형상 측정 장치가,
    상기 촬상부에 대하여 상대적으로, 상기 테이블에 탑재된 상기 물체를 회전시키는 단계와,
    상기 측정광의 상기 라인의 방향이 상기 회전의 방향 및 상기 요철 형상의 능선 방향의 양 방향에 대하여 경사지도록 상기 측정광을 조사하는 단계를 포함하는
    형상 측정 방법.
26. 제 25 항에 있어서,
    상기 물체는 기어와 터빈 블레이드 중 적어도 한쪽을 포함하는
    형상 측정 방법.
27. 구조물 제조 방법에 있어서,
    구조물의 형상에 관한 설계 정보를 작성하는 단계와,
    상기 설계 정보에 근거하여 상기 구조물을 제작하는 단계와,
    제작된 상기 구조물의 형상을, 제 25 항에 기재된 형상 측정 방법을 이용하여 생성된 촬상 화상에 근거하여 측정하는 단계와,
    상기 측정에 의해 얻어진 형상 정보와 상기 설계 정보를 비교하는 단계를 포함하는
    구조물 제조 방법.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 비교의 결과에 근거하여 상기 구조물의 재가공을 실시하는 단계를 더 포함하는
    구조물 제조 방법.
29. 제 28 항에 있어서,
    상기 재가공은 상기 구조물을 제작하는 것을 재실행하는 것을 포함하는
    구조물 제조 방법.
30. 반복적인 요철 형상을 갖는 물체에 있어서의 상기 반복적인 요철 형상을 포함하는 측정 영역에 라인 형상으로 측정광을 조사하는 조사부와, 상기 측정광이 상기 조사부에 의해 조사되는 위치를 포함하는 상기 측정 영역의 화상을 취득하는 촬상부와, 상기 물체를 탑재하는 테이블을 구비하는 형상 측정 장치로서의 컴퓨터에,
    상기 촬상부에 대하여 상대적으로, 상기 테이블에 탑재된 상기 물체를 회전시키는 단계와,
    상기 측정광의 상기 라인의 방향이 상기 회전의 방향 및 상기 요철 형상의 능선 방향의 양 방향에 대하여 경사지도록 상기 측정광을 조사하는 단계를 실행시키기 위한 것인
    형상 측정 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 물체는 기어와 터빈 블레이드 중 적어도 한쪽을 포함하는
    형상 측정 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
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47. 삭제
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50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제

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