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JP2018165688A - Shape measurement device and shape measurement method - Google Patents

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JP2018165688A JP2017063444A JP2017063444A JP2018165688A JP 2018165688 A JP2018165688 A JP 2018165688A JP 2017063444 A JP2017063444 A JP 2017063444A JP 2017063444 A JP2017063444 A JP 2017063444A JP 2018165688 A JP2018165688 A JP 2018165688A
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xiao-nan Wang
肖南 王
智浩 青戸
Tomohiro Aoto
智浩 青戸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measurement device and shape measurement method capable of measuring a shape of a workpiece with high accuracy and at high speed.SOLUTION: A shape measurement device includes: a reference plane on which a workpiece is installed; a distance detection unit configured to detect a distance from a reference position to a measuring point in a surface to be measured of the workpiece opposite to the reference position, for each of three or more reference positions on the same circumference with a measurement reference shaft vertical to the reference place as a center; and an analysis unit configured to acquire a shape of the workpiece, based on known positional information on individual reference positions to the measurement reference shaft, and the distance for each reference position detected by the distance detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 apparatus and a shape measuring method for measuring the shape of a workpiece.

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。   2. Description of the Related Art Shape measuring apparatuses that measure various shapes such as roundness and dimensions (radius, diameter, etc.) of a columnar or cylindrical workpiece are known. For example, in Patent Document 1, three or more contact-type or non-contact-type distance meters are arranged on the outer peripheral surface or inner peripheral surface (surface to be measured) of a cylindrical workpiece, and the workpiece is relative to each distance meter. A shape measuring device that detects the outer diameter or inner diameter of a workpiece 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。   In Patent Document 2, based on the result of detecting the distance to the outer peripheral surface with the optical sensor while disposing the optical sensor at a position facing the outer peripheral surface of the cylindrical workpiece and rotating the workpiece relative to the optical sensor. A shape measuring device for measuring the shape of the outer peripheral surface of a workpiece is disclosed. Further, the shape measuring device of Patent Document 2 has a configuration in which the optical sensor is step-moved to a plurality of positions in the longitudinal direction of the workpiece, and distance detection by the optical sensor is executed at each of the plurality of positions while rotating the workpiece. Thus, the diameter at each of a plurality of positions of the workpiece can be detected. Thereby, the shape measuring apparatus of patent document 2 can detect the cylindricity of a workpiece | 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。   In Patent Document 3, the shape of the workpiece (including the outer diameter) is used 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 measured.

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 workpiece, a laser beam is emitted from a laser light source disposed on one surface side of the workpiece toward the circumferential edge of the workpiece, and the laser beam is applied to the workpiece. A shape measuring device for receiving light by a light receiving portion arranged on the other surface side of the above is disclosed. The shape measuring device of Patent Document 4 detects the shape of the circumferential edge of a workpiece based on the light amount distribution of the laser light received by the light receiving unit.

特開2004−045206号公報JP 2004-045206 A 特開2013−057020号公報JP 2013-057020 A 特開2013−007749号公報JP 2013-007749 A 特開2014−052257号公報JP 2014-052257 A

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 apparatuses of Patent Document 1 and Patent Document 2, it is necessary to relatively rotate (relatively move) the workpiece with respect to a measuring unit such as a distance meter and an optical sensor. For this reason, it takes time to measure due to the limitation of the rotation speed, a measurement error occurs due to vibration during rotation, the position adjustment (centering) of the work is required, and the installation of a rotation mechanism complicates the device. Or the measurement of the shape of a workpiece that is difficult to rotate or fix becomes difficult.

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 apparatus of Patent Document 3, since a laser beam is irradiated to a workpiece from a large two-dimensional laser displacement sensor arranged outside the workpiece, for example, the inner diameter of a cylindrical workpiece cannot be measured. . Also, in the shape measuring device described in Patent Document 3, since it is necessary to rotate the workpiece relative to the two-dimensional laser displacement sensor, the same problems as those of the shape measuring devices in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above occur. is there.

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 apparatus of Patent Document 4 has a problem that only the circumferential edge of a disk-shaped workpiece 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 the workpiece needs to be rotated.

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 thereof is to provide a shape measuring apparatus and a shape measuring method capable of measuring the shape of a workpiece with high accuracy and at 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 apparatus for achieving the object of the present invention is provided for each reference position set at three or more on the same circumference centering on a measurement reference axis perpendicular to the reference plane and a reference plane on which the workpiece is placed. The distance detector detects the distance from the reference position to the measurement point in the measurement surface 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 detector detects An analysis unit that obtains the shape of the workpiece 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 apparatus, the shape of the workpiece can be measured by detecting the distance from each reference position to the measurement point in the measured surface of the workpiece facing each other without rotating (moving) the workpiece. Can do.

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 apparatus according to another aspect of the present invention, the reference positions are set at equal angular intervals on the same circumference around the measurement reference axis. 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 workpiece can be measured with high accuracy regardless of the position, posture, and type (shape) of the workpiece.

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。   In the shape measuring apparatus according to another aspect of the present invention, the shape measuring device includes a repetition 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. . Thereby, since the influence of the error of distance detection is reduced, the shape of the workpiece 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 apparatus 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 detected individually for each measurement point. A distance detection unit that detects a distance for each reference position based on a signal detection result for each measurement point by the measurement unit. Thereby, the distance for each reference position can be detected in a non-contact manner without rotating (moving) the workpiece.

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 a plane including the reference position and the measurement reference axis. The direction is perpendicular to the reference axis. Thereby, the shape of the workpiece can be measured with high accuracy using the measurement reference axis as a reference.

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 apparatus according to another aspect of the present invention, when the workpiece is cylindrical or columnar and the measured surface is the outer peripheral surface of the workpiece, the reference position is set outside the outer peripheral surface. Thereby, the shape of the outer peripheral surface of a workpiece | 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 apparatus according to another aspect of the present invention, when the workpiece is cylindrical and the surface to be measured is the inner circumferential surface of the workpiece, the reference position is set inside the inner circumferential surface. Thereby, the shape of the internal peripheral surface of a workpiece | 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 apparatus according to another aspect of the present invention, when the workpiece is cylindrical and the surface to be measured is the inner circumferential surface of the workpiece, the reference position is 3 on the same circumference inside the inner circumferential surface. The measurement unit is a plurality of reflectors individually provided for each reference position, and a plurality of optical units arranged at intervals in a direction perpendicular to the reference plane, the same circle. A plurality of optical units individually arranged at positions on the circumference and facing the individual reflectors, and for each optical unit, the measurement light is emitted to the reflectors facing the optical unit; The measurement light incident from the opposing reflector is detected, and 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. The measurement light reflected by the 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 measurement light detection result for each optical unit. To do. Thereby, even when the diameter of the internal peripheral surface of a workpiece | work is a small diameter, the shape of this internal 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 apparatus according to another aspect of the present invention, when the workpiece has a peripheral surface and the surface to be measured is a peripheral surface, the analysis unit determines the workpiece based on the position information and distance for each reference position. As the shape, the radius of the peripheral surface and the roundness of the peripheral surface are obtained. Thereby, the radius of a surrounding surface and the roundness of a surrounding surface can be measured as a shape of a workpiece.

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 apparatus according to another aspect of the present invention, the reference position is set to three or more on a plurality of the same circumference where the axial positions of the measurement reference axes are different, and the distance detection unit is provided for each reference position. Perform distance detection. The shape of the workpiece can be detected for each different axial position of 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、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 apparatus according to another aspect of the present invention, when the workpiece is cylindrical or columnar and the surface to be measured is at least one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the workpiece, the analysis unit 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 the workpiece shape is measured with respect to the measurement reference axis based on the center position for each axial position. Find the tilt angle of the workpiece. Thereby, the inclination angle of the workpiece with respect to the measurement reference axis (reference plane) can be measured as the shape of the workpiece.

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 workpiece is cylindrical or columnar and the surface to be measured is at least one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the workpiece, the analysis unit Based on the information and the distance for each reference position detected by the distance detector, the radius of the peripheral surface is obtained for each axial position, and the straightness and cylindricity are calculated as the workpiece shape based on the radius for each axial position. Ask. Thereby, straightness and cylindricity can be measured as the shape of the workpiece.

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。   A shape measuring method for achieving the object of the present invention is a shape measuring method for measuring the shape of a workpiece placed on a reference plane, wherein 3 on the same circumference centered on a measurement reference axis perpendicular to the reference plane. For each of the reference positions set as described above, a distance detection step for detecting the distance from the reference position to the measurement point on the workpiece measurement surface facing the reference position, and known position information of each reference position with respect to the measurement reference axis And an analysis step for obtaining the shape of the workpiece 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 apparatus and the shape measuring method of the present invention can measure the shape of a workpiece 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 upper side figure and side view of the sensor head arrange | positioned on a 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 radiate | 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 the graph which showed an example of the detection result of the distance for every 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 calculation of the shape of the workpiece | work by an 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 the graph which showed the relationship between the measurement precision of the shape (outer peripheral surface diameter) of a workpiece | 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 the graph which showed the relationship between the measurement precision of the average shape (diameter of an outer peripheral surface) of a workpiece | work, and the repetition frequency. 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 the workpiece | work shape measurement 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 upper side figure and 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, such as a stage of 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 third 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 the front view which looked at each sensor head in Drawing 12 from the Z-axis direction lower side. 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 sensor head which comprise 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。It is sectional drawing in alignment with the 16A-16A line in FIG. 15, and sectional drawing in alignment with the 16B-16B line. 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 used for calculation of the inclination of the central axis of a workpiece | work, and the center coordinate of a 2nd measurement cross section. 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 workpiece | 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 sensor head which comprise 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. 21 is a cross-sectional view taken along line 21A-21A in FIG. 20, 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 First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a shape measuring apparatus 10 according to the first embodiment. The shape measuring device 10 measures the shape of the cylindrical workpiece W. The shape of the workpiece W here includes dimensions such as the diameter (radius and diameter) of the peripheral surface of the workpiece W, the roundness of the workpiece W, the inclination of the workpiece W (fourth embodiment), and the workpiece. Various shapes and dimensions including straightness and cylindricity of W (fifth embodiment) are included.

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 apparatus 10 includes a stage 12 having a disk shape (or other shapes are possible), 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 serves as a reference plane 12a on which the workpiece W is placed. In the present embodiment, an axis that passes through the center of the reference plane 12a (may be other than the center) and is perpendicular to the reference plane 12a is the measurement reference axis A1. In the drawing, the center axis of the workpiece W coincides with the measurement reference axis A1, but the center axis of the workpiece W may be eccentric with respect to the measurement reference axis A1. That is, it is not necessary to center the workpiece 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 a measurement unit of the present invention, and includes an eight-channel (CH1 to CH8) sensor head 18, eight sensor position adjustment units 19, and a displacement meter body 20. . Note that the number of sensor heads 18 and sensor position adjustment units 19 (reference position P1 described later) may be increased or decreased as long as the number is 3 or more.

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 stage) and a side view (lower stage) of the sensor head 18 disposed on the reference plane 12a. As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface is located outside the outer peripheral surface (corresponding to the surface to be measured of the present invention) of the workpiece W placed on the reference plane 12a and facing the outer peripheral surface. Eight reference positions P1 are set in advance at equal angular intervals (45 °) on the same circumference (C1) with the measurement reference axis A1 as the center so as to surround. 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. (0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 °).

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 example, a fiber collimator is used for the 8-channel sensor head 18. 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 measurement light L (corresponding to a signal of the present invention) input from the displacement meter body 20 toward the workpiece W. Each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected by the workpiece W and outputs it individually to the displacement meter 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 adjustment unit 19 is provided at a position corresponding to each reference position P1 on the reference plane 12a. Each sensor position adjustment 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-described reference positions P1, that is, arranged at equal angular intervals (equal angular positions) on the same circumference (C1) around 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。   Each sensor position adjustment unit 19 performs position adjustment of the position of the supporting sensor head 18 in the three axial directions and posture adjustment (pan / tilt adjustment), so that the measurement light L emitted from the sensor head 18 is adjusted. The emission direction can be arbitrarily adjusted.

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 adjustment unit 19 adjusts the position and orientation of the supporting sensor head 18, and sets the direction of the optical axis OA of the measurement light L emitted from the sensor head 18 as a reference. Adjustment is made in a direction D perpendicular to the measurement reference axis A1 in the plane F including the position P1 and the measurement reference axis A1. Thereby, 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 workpiece 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。   In addition, since the position adjustment and attitude | position adjustment of the sensor head 18 for every sensor position adjustment part 19 are performed using a well-known jig, a method, a measuring instrument, etc., concrete description is abbreviate | 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。   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 for each measurement point P2. Each sensor head 18 receives light individually. 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) as described above.

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。   The displacement meter body 20 individually inputs the measurement light L to each sensor head 18 via a signal propagation cable (not shown) under the control of the computer 14, and the measurement light L received by each sensor head 18. Are individually detected (photoelectric conversion). Then, the displacement meter body 20 is based on the detection result of the measurement light L detected for each sensor head 18, and the distance from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 facing each other (hereinafter simply referred to as “sensor”). A distance for each head 18) is detected. That is, the displacement meter body 20 functions as a distance detection unit of the present invention. In addition, since the specific distance detection method is a well-known technique, specific description is abbreviate | 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 a distance detection result for each sensor head 18. Note that the horizontal axis in the figure is the angular position of the sensor head 18 of eight channels (CH1 to CH8) with the measurement reference axis A1 as the center.

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 workpiece W in the XY-axis direction is a perfect circle and the center axis of the workpiece W coincides with the measurement reference axis A1, the distance for each sensor head 18 (reference position P1) is It becomes almost the same value. However, the cross-sectional shape of the workpiece W does not become a perfect circle due to a machining error. Furthermore, in this embodiment, the shape of the workpiece W is detected without performing centering to make the center axis of the workpiece W coincide with the measurement reference axis A1. Because it can, it is not centered. For this reason, as shown in FIG. 4, the sensor head 18 (reference position P1) corresponds to the roundness of the work W and the eccentricity (eccentric direction and amount) of the center axis of the work W with respect to the measurement reference axis A1. ) Varies in distance.

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 body 20 outputs a distance detection signal indicating the detection result of the distance 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。   A displacement meter main body 20 and a display unit 14a are connected to the computer 14. The computer 14 controls the operation of the displacement meter body 20. Further, the computer 14 measures the shape of the workpiece 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. Various arithmetic processing devices 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 illustrating a configuration of the computer 14. As shown in FIG. 5, the computer 14 includes a control unit 25 and a storage unit 26. Although not shown, the control unit 25 includes 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 repetitive 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 workpiece W input from the analysis unit 29 described later. 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), the radius of the “circumference” on the same circumference (C1), and the like. ,It is included. The position information 32 is not particularly limited as long as the position of each sensor head 18 (reference position P1) with reference to the measurement reference axis A1 can be determined. For example, the position information 32 is based on an arbitrary origin of the reference plane 12a. The position coordinates of the measurement reference axis A1 and each sensor head 18 (reference position P1) may be used.

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 obtains a distance detection signal for each sensor head 18 by the displacement meter body 20 (emission of the measurement light L from each sensor head 18, detection of the measurement light L received by each sensor head 18, and sensor head). 18) and the like. Further, the measurement control unit 28 outputs a 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 workpiece W based on the distance detection signal for each sensor head 18 acquired from the displacement meter body 20 and the above-described 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 workpiece W are obtained as the shape of the workpiece 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 calculation (analysis) of the shape of the workpiece 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 determines, based on the position information 32, 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). it 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(x,y)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 a “dotted line” in FIG. 6, the analysis unit 29 is based on the distance detection signal for each sensor head 18 and the position information 32, and the outer peripheral surface of the workpiece W placed on the reference plane 12 a. It is possible to detect the position of each of the measurement points P2 (position based on the measurement reference axis A1). Thereby, the analysis unit 29 can obtain the center coordinates (x 0 , y 0 ) of the workpiece W and the radius R of the outer peripheral surface of the workpiece 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「r」とすると共に、センサヘッド18ごとの角度位置を「θ」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(r,θ)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(r,θ)を、下記の[数2]式を用いて、XY座標系の座標値(x,y)に座標変換する。 For example, the number of sensor heads 18 (reference position P1) is “N” (N = 8 in this embodiment). As shown in the following [Equation 1], the distance to the measurement point P2 for each sensor head 18 is “r i ”, and the angular position for each sensor head 18 is “θ 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). The analysis unit 29 then converts the polar coordinate values (r i , θ i ) of each measurement point P2 into coordinate values (x i , y i ) in the XY coordinate system using the following [Equation 2]. To do.

Figure 2018165688
Figure 2018165688

Figure 2018165688
Figure 2018165688

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(x,y)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(x,y)と、ワークWの外周面の半径Rとを算出する。 Next, the analysis unit 29 uses the equation represented by the following [Equation 3] based on the coordinate values (x i , y i ) of each measurement point P2 converted into the XY coordinate system, and the center coordinates ( x 0 , y 0 ) and the radius R of the outer peripheral surface of the workpiece W are calculated.

Figure 2018165688
Figure 2018165688

上記のように求めたワークWの中心座標(x,y)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(x,y)を用いて各測定点P2の座標値(x,y)を補正して、各測定点P2の補正座標値(xa,ya)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 workpiece W obtained as described above, the eccentricity (eccentric direction and eccentricity) of the center axis of the workpiece W with respect to the measurement reference axis A1 can be obtained. Therefore, the analysis unit 29 corrects the eccentricity of the center axis of the workpiece W with respect to the measurement reference axis A1 in the same manner as when the roundness of the workpiece W is obtained by a known least square center method. Specifically, the analysis unit 29 uses the coordinates (x i , y i ) of each measurement point P2 using the center coordinates (x 0 , y 0 ) of the workpiece W, as shown in the following [Equation 4]. Is corrected, and the corrected coordinate value (xa i , ya i ) of each measurement point P2 is calculated. Thereby, as indicated by the “solid line” in the figure, the position of each measurement point P2 after the eccentricity correction is calculated with respect to the measurement reference axis A1.

Figure 2018165688
Figure 2018165688

次いで、解析部29は、各測定点P2の補正座標値(xa,ya)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ra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ra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raのバラツキδを算出する。この測定点P2ごとのバラツキδ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δ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, based on the corrected coordinate values (xa i , ya i ) of each measurement point P2, the analysis unit 29, from the measurement reference axis A1 (origin) to each measurement point P2, as shown in the following [Equation 5]. The distance ra i is calculated respectively. And the analysis part 29 uses the following [Equation 6] formula based on the calculation result of the distance ra i to each measurement point P2, and the radius R calculated previously for every measurement point P2 with respect to the radius R. A variation δ i of the distance ra i is calculated. The variation δ i for each measurement point P2 is a value that serves as an index of the roundness of the outer circumferential surface of the workpiece W. Therefore, the roundness (simple roundness) of the outer circumferential surface of the workpiece W is based on each variation δ i. Is required. The roundness may be calculated by using a known method such as the least-square center method described above.

Figure 2018165688
Figure 2018165688

Figure 2018165688
Figure 2018165688

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。   Thus, the analysis unit 29 obtains the radius R (diameter) and the roundness of the outer peripheral surface of the workpiece W as the shape of the workpiece W based on the distance detection signal for each sensor head 18 and the position information 32. it can. Thereby, one-time shape measurement of the workpiece W is completed. The analysis unit 29 outputs the measurement result of the shape of the workpiece W [measurement result of radius R (diameter) and roundness] to the display unit 14 a 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 workpiece W (the diameter of the outer peripheral surface) and the number of channels of the sensor head 18. Here, assuming that there is a measurement error (detection error) of ± 0.1 μm for each sensor head 18, 500 times of simulations are performed to determine the variation in the diameter of the outer peripheral surface and the 2σ deviation for each number of channels. Looking for.

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. Also, the 2σ deviation in diameter is about 0.30 μm when the number of channels is the minimum number “3”, and gradually decreases as the number of channels increases. For this reason, even if there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, the measurement results of the distance for each sensor head 18 are averaged by performing multi-channel measurement, thereby reducing variation and 2σ deviation. be able to. As a result, the shape of the workpiece 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 repetition control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter body 20) and the analysis unit 29 a plurality of times. Thereby, the acquisition of the distance detection signal for each sensor head 18 by the displacement meter body 20 and the measurement control unit 28 and the calculation of the shape of the workpiece 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. Thereby, the detection result of the shape of the workpiece | work W for multiple times is 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。   After repeatedly calculating the shape of the workpiece W a plurality of times, the analysis unit 29 calculates the average value of the radius R (diameter) of the outer peripheral surface of the workpiece W as an average shape obtained by averaging the shapes of the workpiece W obtained a plurality of times. The average value of roundness is calculated. Then, the analysis unit 29 outputs the calculated result of the average shape of the workpieces 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 (the diameter of the outer peripheral surface) of the workpiece W and the number of repetitions. Here, it is assumed that there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, and the outer peripheral surface for each number of repetitions is performed by performing 500 simulations under the conditions using the 8-channel sensor head 18. Variation in diameter and 2σ deviation were obtained. When 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, the variation in the diameter of the outer peripheral surface of the workpiece W and the 2σ deviation decrease as the number of repetitions increases. For this reason, even if there is a measurement error of ± 0.1 μm for each sensor head 18, the measurement of the shape of the workpiece W is repeatedly performed a plurality of times, and the average shape of the workpiece W is calculated. The influence of 13 measurement errors 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 apparatus of the first embodiment]
FIG. 9 is a flowchart showing a flow of measuring the shape of the workpiece W by the shape measuring apparatus 10 having the above configuration (the 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, first, the user places the workpiece W to be measured on the reference plane 12a (step S1). At this time, since it is not necessary to perform centering to make the center axis of the workpiece W coincide 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 a measurement start operation on the computer 14, the measurement light L is input from the displacement meter body 20 to each sensor head 18 under the control of the measurement control unit 28 of the control unit 25, and from each sensor head 18. The measurement light L is individually emitted toward the measurement point P2 in the outer peripheral surface of the workpiece W facing each other. 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 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 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 performed, and then the sensor head from the displacement meter body 20 to the measurement control unit 28. A distance detection signal for every 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, a 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。   Receiving the distance detection signal for each sensor head 18, the analysis unit 29 calculates the above [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 (step S4, corresponding to the analysis step of the present invention). Thereby, the first shape measurement of the workpiece W is completed, and the measurement results are 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 this embodiment, since the shape of the workpiece W is measured using the 8-channel sensor head 18, the detection results for each sensor head 18 are averaged as shown in FIG. Variation and 2σ deviation can be reduced. As a result, the shape of the workpiece 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 repetition control unit 30 repeatedly operates the measurement control unit 28 (displacement meter body 20) and the analysis unit 29 when the number of repetitions of shape measurement has not reached the predetermined number of times set by the user, The above-described processing from step S2 to step S4 is executed again (NO in step S5). Thereby, the shape of the workpiece W is calculated again 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 processing from step S2 to step S5 described above is executed until the number of repetitions reaches the set number (YES in step S5). Thereby, the measurement result of the shape of the workpiece | work W for multiple times is obtained. Next, the analysis unit 29 calculates an average shape obtained by averaging the shapes of the workpieces W for a plurality of times, and outputs the calculation result to the display unit 14a and stores it in the storage unit 26 (step S6). Thus, by repeatedly performing shape measurement a plurality of times to obtain the average shape of the workpiece W, the influence of the measurement error for each sensor head 18 is reduced, and as shown in FIG. Variation and 2σ deviation can be reduced. As a result, the shape of the workpiece 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 apparatus 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 workpiece W facing each other. Can be detected in a batch without contact. Thereby, the shape of the workpiece | work W can be measured, without rotating the workpiece | work W relatively with respect to the sensor head 18 conventionally. For this reason, it is possible to shorten the measurement time, prevent the occurrence of measurement errors due to vibration during rotation, simplify the apparatus configuration by omitting the rotation mechanism, and measure the shape of the workpiece W that is difficult to rotate or fix. Is obtained. As a result, the shape of the workpiece W can be measured with high accuracy and at 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 Second Embodiment]
FIG. 10 is a top view (upper stage) and a side view (lower stage) of the sensor head 18 provided in the shape measuring apparatus 10 of the second embodiment. In the first embodiment, the radius R (diameter) and roundness of the outer peripheral surface of the workpiece W are measured as the shape of the cylindrical workpiece W. However, in the shape measuring apparatus 10 of the second embodiment, the workpiece is measured. 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。   Note that the shape measuring apparatus 10 of the second embodiment has basically the same configuration as the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment except that the arrangement of the sensor heads 18 is different, and thus the first embodiment. Those that are functionally or structurally identical are denoted by the same reference numerals and description thereof is 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 centering on the measurement reference axis A <b> 1 is located inside the inner peripheral surface of the workpiece W placed on the reference plane 12 a (a position facing the inner peripheral surface). Eight reference positions P1 are set in advance at equal angular intervals (45 °) on the circumference (C2). That is, in the second embodiment, eight reference positions P1 are set in an arrangement pattern similar to that of the first embodiment inside the inner peripheral surface of the workpiece W. Thereby, 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 adjustment unit 19 of the second embodiment adjusts the position and orientation of the sensor head 18 that is supported, and the optical axis of the measurement light L emitted from the sensor head 18 as in the first embodiment. The direction of OA is adjusted to direction D (see FIG. 3). Accordingly, the measurement light L is emitted radially from the sensor head 18 at each reference position P1 with the measurement reference axis A1 as the center. As a result, the measurement light L individually emitted from each sensor head 18 (reference position P1) is individually applied to the measurement point P2 in the inner peripheral surface of the workpiece W that faces 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。   Each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected at the measurement point P2 facing each sensor head 18. Then, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter 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. Thereby, the distance from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 in the inner peripheral surface of the workpiece W facing each other is detected. Then, the displacement meter 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 according to the second embodiment, 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, similarly to the above [Numeric The radius R (diameter) and the roundness of the inner peripheral surface of the workpiece W are obtained using the formula 1 to the formula 6 below.

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 apparatus 10 of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG. 9 described above, a specific description is omitted here. And according to the shape measuring apparatus 10 of 2nd Embodiment, the distance from each sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 in the internal peripheral surface of the workpiece | work W which opposes each is collectively without contact. Since it can detect, the effect similar to the said 1st Embodiment is acquired.

[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 the first embodiment and the second 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 first embodiment and the second embodiment are combined to set the reference position P1 on the outer side of the outer peripheral surface of the work W and the inner side of the inner peripheral surface of the work W, respectively. The sensor head 18 may be disposed at the position P1. Thereby, the shape of the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the workpiece | 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 Third Embodiment]
Next, the shape measuring apparatus 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 workpiece W. However, when the diameter of the inner peripheral surface of the workpiece W is a small diameter, each sensor The head 18 or the like cannot be disposed inside the inner peripheral surface of the workpiece W. Therefore, in the shape measuring apparatus 10 of the third embodiment, the shape of the inner peripheral surface of the workpiece W is measured without arranging the sensor heads 18 and the like inside the inner peripheral surface of the workpiece 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。   In addition, the shape measuring apparatus 10 of 3rd Embodiment is the said 1st except the point from which the arrangement | positioning of each sensor head 18 differs and the point provided with the reflector 35 (refer FIG. 12) instead of the sensor position adjustment part 19. FIG. The configuration is basically the same as that of the shape measuring apparatus 10 of the second embodiment. For this reason, the same functions or configurations as those of the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is 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 disc-shaped reflector holding portion 36 is provided in a region on the reference plane 12 a and inside the inner peripheral surface of the workpiece W. On the upper surface of the reflector holding portion 36, the reflector 35 is provided for each reference position P1 described above. Thus, 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。   Each reflector 35 is, for example, a mirror. Each reflector 35 reflects the measurement light L incident from above in the Z-axis direction toward the inner peripheral surface of the workpiece W in a direction parallel to the direction D (see FIG. 3). 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 workpiece W facing each reflector 35 (reference position P1). Each reflector 35 reflects the measurement light L incident from the measurement point P2 facing each other upward 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 an optical unit of the present invention, and is arranged with a space in the vertical direction (upward in the Z-axis direction) with respect to the reference plane 12a. 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. Yes. On the lower surface of the sensor holding portion 37, sensor heads 18 are provided at positions facing the respective reference positions 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 measurement light L downward in the Z-axis direction. Thereby, 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 reflected radially by the respective reflectors 35 toward the measurement points 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 for each measurement point P2. The measurement light L incident on the reflectors 35 facing each other from each measurement point P2 is individually reflected by the reflectors 35 toward the sensor head 18 facing each other. Thereby, each sensor head 18 individually receives the measurement light L reflected by the reflectors 35 facing each other. Hereinafter, as in the above embodiments, the measurement light L received by each sensor head 18 is individually input to the displacement meter 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 detects the sensor beam L based on the detection result of the measurement light L and the magnitude (symbol 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 interval from the detected optical path length, respectively. The distance to the measurement point P2 is detected for each position P1. Then, the displacement meter 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, a detailed 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 apparatus 10 of the third embodiment, the inner side of the inner peripheral surface of the workpiece W is refracted by using the reflectors 35 arranged at the respective reference positions P1 to refract the optical path of the measuring light L. The shape of the inner peripheral surface of the workpiece W can be measured without disposing each sensor head 18 and each sensor position adjusting unit 19. Thereby, even when the diameter of the internal peripheral surface of the workpiece | work W is a small diameter, the shape of this internal peripheral surface can be measured. Further, the same effects as those in the above 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 Fourth Embodiment]
Next, the shape measuring apparatus 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 workpiece W are measured as the shape of the workpiece W. In the fourth embodiment, the inclination of the workpiece W with respect to the measurement reference axis A1. Measure the angle. Here, the inclination angle of the workpiece W is an inclination angle of the central axis A2 (see FIG. 15) of the workpiece 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 apparatus 10 of the fourth embodiment. 16 is a cross-sectional view along the line 16A-16A in FIG. 15 (upper stage) and a cross-sectional view along the line 16B-16B in FIG. 15 (lower stage). The shape measuring apparatus 10 of the fourth embodiment has basically the same configuration as the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment, except that two sets of 8-channel sensor heads 18 are provided. For this reason, the same functions or configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is 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 axis is located outside the outer circumferences of both the first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2 of the workpiece W perpendicular to the measurement reference axis A1. Eight reference positions P1 are set in advance at equal angular intervals on the same circumference (C1) with A1 as the center. The first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2 are different from each other in the axial position of the measurement reference axis A1. The height h of the first measurement section CS1 with respect to the second measurement 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, at different axial positions of the measurement reference axis A1, the 8-channel sensor heads 18 are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C1) with the measurement reference axis A1 as the center. Hereinafter, each sensor head 18 at the height position of the first measurement section CS1 is referred to as “first sensor head 18”, and each sensor head 18 at the height position of the second measurement section CS2 is referred to as “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 measurement light L to be emitted is parallel to the aforementioned direction D (see FIG. 3). Thereby, the measurement light L emitted from each first sensor head 18 is incident on the measurement point 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 second sensor head 18 enters each second sensor head 18 at a measurement point P2 on the outer periphery of each opposing second measurement cross section CS1, 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 sensor head 18. Do. As a result, the displacement meter body 20 has a distance from the first sensor head 18 (reference position P1) to the measurement point P2 on the outer periphery of the first measurement section CS1 facing each other, and 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. The displacement meter 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), Are 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 position information 32 of each first sensor head 18 and each second sensor head 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。   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 analysis unit 29 of the fourth embodiment is used as the shape of the workpiece W. The inclination of the center axis A2 of the workpiece 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 section CS1 and the center coordinates V2 (x 02 , y 02 ) of the second measurement section CS2 used for calculating the inclination of the center axis A2 of the workpiece 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 workpiece 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 uses the above [Equation 2] and [Equation 3] based on the first distance detection signal and the position information 32 as the center position of the first measurement cross section CS1. 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 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。 Next, as illustrated in FIG. 18, the analysis unit 29 is based on the center coordinates V1 (x 01 , y 01 ), 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 using the following [Equation 7].

Figure 2018165688
Figure 2018165688

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 according to the fourth embodiment can obtain the inclination angle φ of the workpiece W as the shape of the workpiece W based on the first distance detection signal, the second distance detection signal, and the position information 32. Thereby, one-time shape measurement of the workpiece W is completed. In the same way as in the first embodiment, the measurement control unit 28 (displacement meter body 20) and the analysis unit 29 are repeatedly operated by the repetition control unit 30 a plurality of times, so that the average shape of the workpiece W can be obtained multiple times. An average value of the inclination angle φ 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。   The subsequent processing is basically the same as that in the first embodiment, and a detailed 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 apparatus 10 according to 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 section CS1 facing each other, 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. Thereby, the shape (inclination angle φ) of the workpiece W can be measured without rotating the workpiece W relative to each sensor head 18. As a result, the same effect as 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. However, three or more sets are set and distance detection is performed for each reference position. You may obtain | require inclination-angle (phi) from the center coordinate of each 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。
[Modification of Fourth Embodiment]
FIG. 19 is an explanatory diagram for describing a modification of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the sensor heads 18 (the first sensor head 18 and the second sensor head) are arranged at all the reference positions P1, and the distance for each sensor head 18 is detected.

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 modification of the fourth embodiment, eight channels arranged on the same circumference (C1) with the same arrangement pattern as the reference position P1 around the measurement reference axis A1. A moving unit 40 that moves 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 respectively corresponding to the first measurement section CS1 and the second measurement section CS2). 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 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 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. Accordingly, measurement is performed within the outer peripheral surface of the workpiece W facing each other from each sensor head 18 (for example, on the outer periphery of the first measurement cross section CS1 and the second measurement cross section CS2) 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。   Accordingly, also in the present modification, the inclination angle φ of the workpiece W can be obtained in the same manner as in the fourth embodiment, and thus the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, in this modified example, the number of sensor heads 18 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 Fifth Embodiment]
Next, the shape measuring apparatus 10 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, as the shape of the workpiece W, the radius R (diameter) and roundness of the inner and outer peripheral surfaces of the workpiece W and the inclination angle φ are measured. In the fifth embodiment, the straightness of the workpiece W is measured. 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 apparatus 10 of the fifth embodiment. 21 is a cross-sectional view along line 21A-21A in FIG. 20 (upper stage), a cross-sectional view along line 21B-21B (middle stage), and a cross-sectional view along line 21C-21C (lower stage). The shape measuring apparatus 10 of the fifth embodiment includes a plurality of 8-channel sensor heads 18 and has basically the same configuration as the shape measuring apparatus 10 of the fourth embodiment. For this reason, the same functions or configurations as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is 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 (a first measurement cross section CS1, a second measurement cross section CS2,... Nth measurement cross section CSN) of the workpiece W perpendicular to the measurement reference axis A1. 8 reference positions P1 are set in advance at equal angular intervals (C1) on the same circumference with the measurement reference axis A1 as the center. The measurement cross-sections CS1 to CSN are different from each other in the axial position of the measurement reference axis A1.

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。   Each sensor head 18 is arranged and supported at each reference position P1 by a support member (not shown), as in the fourth embodiment. Accordingly, eight sensor heads 18 are arranged at equal angular intervals on the same circumference (C1) with the measurement reference axis A1 as the center at different axial positions of the measurement reference axis A1. Hereinafter, each sensor head 18 at the height position of the first measurement section CS1 is referred to as “first sensor head 18”, and each sensor head 18 at the height position of the second measurement section CS2 is referred to as “second sensor head 18”. The sensor heads 18 at the height position of the Nth measurement cross section CSN are referred to as “Nth sensor heads 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。   As in the fourth embodiment, 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 aforementioned direction D. Thereby, the measurement light L individually emitted from each sensor head 18 is within the outer peripheral surface of the workpiece 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). After entering the measurement point P2 and being reflected toward the original sensor head 18 at each measurement point P2, the original sensor head 18 individually receives light.

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 body 20 of the fifth embodiment performs detection of the measurement light L for each sensor head 18 and distance detection for each sensor head 18. As a result, the displacement meter main body 20 is located within the outer peripheral surface of the workpiece W facing each of the sensor heads 18 (for the first measurement cross section CS1 to the Nth measurement cross section CSN) for each different axial position of the measurement reference axis A1. The distance to the measurement point P2 on the outer periphery can be detected. The displacement meter 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 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 uses the straightness of the workpiece W and the cylinder as the shape of the workpiece W based on each distance detection signal input from the displacement meter 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 [Expression 2] and [Expression 3] based on the first distance detection signal to the Nth distance detection signal and the position information 32 to calculate 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 section CS2,..., The center coordinates VN (x 0N , y 0N ) of the Nth measurement section CSN are obtained.

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 8] equations based on the obtained center coordinates V1 (x 01 , y 01 ) to center coordinates VN (x 0N , y 0N ) for each measurement section. The radius R 0i of each measurement cross section with the center coordinate as the center is obtained.

Figure 2018165688
Figure 2018165688

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 8] as the straightness of the workpiece W. Further, the analysis unit 29 obtains the diameter (D 0i , i = 1, 2,... N) of each measurement cross section based on the radius R 0i of each measurement cross section, and calculates the maximum value and the minimum value of the diameter of each measurement cross section. (Dmax−Dmin) is obtained as the cylindricity of the workpiece W. Thereby, the straightness and cylindricity of the workpiece W can be measured as the shape of the workpiece 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。   Thus, one-time shape measurement of the workpiece W is completed. In the same way as in the first embodiment, the measurement control unit 28 (displacement meter body 20) and the analysis unit 29 are repeatedly operated by the repetition control unit 30 a plurality of times, so that the average shape of the workpiece W can be obtained multiple 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。   The subsequent processing is basically the same as that in each of the above embodiments, and a 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 apparatus 10 of the fifth embodiment, from each sensor head 18 to the measurement point P2 in the outer peripheral surface of the workpiece W facing each other for each different axial position of the measurement reference axis A1. Distances can be detected in a batch without contact. Thereby, the shape (straightness and cylindricity) of the workpiece W can be measured without rotating the workpiece W relative to the sensor head 18. As a result, the same effect as 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。   As in the modified example of the fourth embodiment shown in FIG. 19, the eight channels arranged on the same circumference (C1) with the same arrangement pattern as the reference position P1 around the measurement reference axis A1. The distance may be detected for each axial position while the sensor head 18 is sequentially moved by the moving unit 40 to different axial positions of the measurement reference axis A1. Thereby, while the number of arrangement | positioning of the sensor head 18 can be reduced, the axial direction position and number which perform distance detection can be adjusted arbitrarily.

[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]
You may combine the structure of each said embodiment suitably. Moreover, in the said 4th Embodiment and 5th Embodiment, distance detection to each measurement point P2 of the internal peripheral surface of the workpiece | work W is performed, or each measurement point P2 of both the outer peripheral surface and internal peripheral surface of the workpiece | work W is detected. The various shapes of the workpiece W may be measured by performing distance detection.

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 body 20, but the measurement light L may be detected by each sensor head 18. Further, in the displacement meter body 20, 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, the distance is detected by the computer 14, or instead of each sensor head 18. A known rangefinder (displacement meter) may be provided.

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 various non-contact type sensors using various signals (such as sound waves) other than the measurement light L. You may detect distance by a distance detection part. Further, instead of the non-contact type distance detecting unit, for example, a contact type distance detecting unit that performs distance detection with a probe provided in a known contact type three-dimensional measuring machine or roundness measuring machine or the like is used. May be.

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 on the same circumference with the measurement reference axis A1 as the center. The position is not particularly limited. In addition, in order to measure the shape of the workpiece W with high accuracy regardless of the position, posture, and type (shape) of the workpiece W, the position (distance and angular position) of the measurement point on the circumferential surface (surface to be measured) ) Are preferably obtained at equal intervals. Therefore, as shown in the above embodiments, the sensor heads 18 are preferably arranged at equiangular 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 where the shape of the cylindrical workpiece W is measured has been described as an example. However, the columnar workpiece W and a workpiece partially including a peripheral surface (such as an outer peripheral surface or an inner peripheral surface). The present invention can also be applied when measuring the shape of W. The present invention can also be applied to measuring the shape of various shapes of workpieces W having various shapes of measured surfaces.

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, as the shape of the workpiece W, the radius R (diameter), the roundness, the inclination angle φ, the straightness, and the cylindricity are described as examples, but other shapes (including dimensions) are described. The present invention can also be applied to the 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   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shape measuring apparatus, 12a ... Reference plane, 13 ... Non-contact displacement meter, 14 ... Computer, 18 ... Sensor head, 20 ... Displacement meter main body, 25 ... Control part, 29 ... Analysis part, 30 ... Repeat control part, 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、
を備える形状測定装置。
A reference plane on which the workpiece is placed;
For every three or more reference positions set on the same circumference centered on the measurement reference axis perpendicular to the reference plane, from the reference position to the measurement point in the surface to be measured of the workpiece facing the reference position A distance detector for detecting the distance;
Based on the known position information of each of the reference positions with respect to the measurement reference axis and the distance for each of the reference positions detected by the distance detection unit, an analysis unit that obtains the shape of the workpiece,
A shape measuring apparatus comprising:
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 apparatus according to claim 1, wherein the reference positions are set at equiangular intervals on the same circumference around the measurement reference axis. 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 repetition control unit that repeatedly operates the distance detection unit and the analysis unit a plurality of times,
The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit obtains an average shape obtained by averaging the shapes of the workpieces 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。
For each of the reference positions, a measurement unit that makes a signal incident on the measurement point facing the reference position from the reference position and individually detects the signal reflected at each measurement point,
The shape measurement apparatus according to claim 1, wherein the distance detection unit detects the distance for each reference position based on a detection result of the signal for each measurement point by the measurement 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;
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 a 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。   The said reference position is set to the outer side of the said outer peripheral surface when the said workpiece | work is cylindrical shape or column shape, and the said to-be-measured surface is an outer peripheral surface of the said workpiece | work. The shape measuring apparatus 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 said reference position is set to the inner side of the said internal peripheral surface, when the said workpiece | work is cylindrical and the said to-be-measured surface is an internal peripheral surface of the said workpiece | work. 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 workpiece is cylindrical and the measured surface is an inner peripheral surface of the workpiece,
The reference position is set to three or more on the same circumference inside the inner peripheral surface,
The measuring unit is
A plurality of reflectors individually provided for each of the reference positions;
A plurality of optical units arranged at intervals in a direction perpendicular to the reference plane, wherein the plurality of optical units are individually arranged at positions on the same circumference and facing the individual reflectors. And comprising
For each of the optical units, emitting the measurement light to the reflector facing the optical unit and detecting the measurement light incident from the reflector facing the optical unit,
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. Reflected toward the optical unit facing the reflector,
The distance detection unit detects the distance for each reference position based on a known size of the interval between the reference position and the optical unit and a detection result of the measurement light for each optical unit. Item 6. The shape measuring apparatus 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 workpiece has a peripheral surface, and the measured surface is the peripheral surface,
The said analysis part calculates | requires the radius of the said surrounding surface, and the roundness of the said surrounding surface as a shape of the said workpiece | work based on the said positional information and the said distance for every said reference position. The shape measuring device described in 1.
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 a plurality of the same circumferences with different axial positions of the measurement reference axis,
The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the distance detection 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 workpiece is cylindrical or columnar and the surface to be measured is at least one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the workpiece,
The analysis unit obtains a center position of the circumferential surface for each axial position based on the position information and the distance for each reference position detected by the distance detection unit, and determines the center position for each axial position. The shape measuring apparatus according to claim 10, wherein an inclination angle of the workpiece with respect to the measurement reference axis is obtained as a shape of the workpiece based on a 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 workpiece is cylindrical or columnar and the surface to be measured is at least one of the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the workpiece,
The analysis unit obtains a 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 apparatus according to claim 10, wherein straightness and cylindricity are obtained as the shape of the workpiece 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、
を有する形状測定方法。
In the shape measuring method for measuring the shape of the workpiece placed on the reference plane,
For every three or more reference positions set on the same circumference centered on the measurement reference axis perpendicular to the reference plane, from the reference position to the measurement point in the surface to be measured of the workpiece facing the reference position A distance detection step for detecting the distance;
An analysis step for determining the shape of the workpiece based on known position information of each of the reference positions with respect to the measurement reference axis and the distance for each of the reference positions detected in the distance detection step;
A shape measuring method comprising:
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