專利名稱：形狀測量裝置、形狀測量方法以及程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種與以規(guī)定的旋轉軸為中心進行相對旋轉的被測量物的旋轉角同 步地進行位移測量的、所謂的圓度測量機等形狀測量裝置、形狀測量方法以及程序。
背景技術：
以往，已知如下一種圓度測量機(參照專利文獻1、2)將被測量物配置在平臺上， 使平臺旋轉，并使測量探針(觸頭)跟蹤被測量物的表面。在這種圓度測量機中，必須進行 觸頭的X軸方向和Y軸方向的校正，來將被測量物配置成其中心與平臺的旋轉軸一致(定 心)。目前，通過使對非球面工件進行同心圓測量得到的數(shù)據與非球面設計值最佳擬 合(best fit)來進行定心(centering)。此時，如果被測量物的偏心量較大，則會測量到 偏離設計值范圍的半徑位置，或者檢測量的波動變大，因此有時會發(fā)生測量超范圍(range over)。由此，存在超出機械所保障的測量區(qū)域的情況，在這種情況下，有可能損壞被測量物 和測量機。專利文獻1 日本特開平5-231864號公報專利文獻2 日本特許2551698號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明提供一種能夠安全地執(zhí)行高精確度的定心的形狀測量裝置、形狀測量方法 以及程序。用于解決問題的方案本發(fā)明所涉及的形狀測量裝置使作為旋轉體的被測量物以第一軸為中心進行旋 轉，并且測量上述被測量物的各旋轉角處的表面的位移，該形狀測量裝置的特征在于，具 備觸頭，其前端能夠與上述被測量物相接觸；第一配置單元，其將上述被測量物配置在第 一位置處；第一測量單元，其在上述第一位置處使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與第 二軸平行地移動，測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第一測量 曲線，其中，上述第二軸與上述第一軸正交；第二配置單元，其使上述被測量物以上述第一 軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置配置到第二位置處；第二測量單 元，其在上述第二位置處使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動， 測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；極值位置算 出單元，其分別對上述第一測量曲線和第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的 第一極值和第二極值在上述第二軸方向上的位置；以及移動單元，其使上述被測量物沿與 上述第二軸平行的方向以及與第三軸平行的方向移動，使得上述第一極值和上述第二極值 在上述第二軸方向上的位置成為0，其中，上述第三軸與上述第一軸和上述第二軸正交。本發(fā)明所涉及的形狀測量方法，使用具有觸頭的形狀測量裝置，該形狀測量裝置使作為旋轉體的被測量物以第一軸為中心進行旋轉，并且測量上述被測量物的各旋轉角處 的表面的位移，該觸頭的前端能夠與上述被測量物相接觸，該形狀測量方法的特征在于，具 備以下工序將上述被測量物配置在第一位置處；在上述第一位置處，使上述觸頭跟蹤上 述被測量物的表面與第二軸平行地移動，測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位 移量，來獲取第一測量曲線，其中，上述第二軸與上述第一軸正交；使上述被測量物以上述 第一軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置配置到第二位置處；在上述第 二位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動，測量沿著上述 第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；分別對上述第一測量曲線 和上述第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的第一極值和第二極值在上述第二 軸方向上的位置；以及使上述被測量物沿與上述第二軸平行的方向以及與第三軸平行的方 向移動，使得上述第一極值和上述第二極值在上述第二軸方向上的位置成為0，其中，上述 第三軸與上述第一軸和上述第二軸正交。本發(fā)明所涉及的形狀測量程序使用具有觸頭的形狀測量裝置，該形狀測量裝置使 作為旋轉體的被測量物以規(guī)定的旋轉軸為中心進行旋轉，并且測量上述被測量物的各旋轉 角處的表面的位移，該觸頭的前端能夠與上述被測量物相接觸，該形狀測量程序用于使計 算機執(zhí)行以下工序將上述被測量物配置在第一位置處；在上述第一位置處，使上述觸頭 跟蹤上述被測量物的表面與第二軸平行地移動，測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸 頭的位移量，來獲取第一測量曲線，其中，上述第二軸與上述第一軸正交；使上述被測量物 以上述第一軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置配置到第二位置處；在 上述第二位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動，測量沿 著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；分別對上述第一測 量曲線和上述第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的第一極值和第二極值在上 述第二軸方向上的位置；以及使上述被測量物沿與上述第二軸平行的方向以及與第三軸平 行的方向移動，使得上述第一極值和上述第二極值在上述第二軸方向上的位置成為0，其 中，上述第三軸與上述第一軸和上述第二軸正交。發(fā)明的效果根據本發(fā)明，能夠提供一種能夠安全地執(zhí)行高精確度的定心的形狀測量裝置、形 狀測量方法以及程序。


圖1是表示實施方式所涉及的形狀測量裝置的概要結構的外觀立體圖。圖2是表示運算處理裝置主體31的結構的框圖。圖3是表示實施方式所涉及的形狀測量裝置的動作的流程圖。圖4是表示圖3的步驟S103的概要圖。圖5是表示圖3的步驟S104、S105的概要圖。圖6是表示圖3的步驟S106的概要圖。圖7是用于說明圖3的步驟S103、S105的圖。圖8是用于說明實施方式所涉及的形狀測量裝置的效果的圖。附圖標記說明
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1 測量機主體；2 運算處理裝置；3 基座；4 被測量物；5 平臺；6 位移檢測裝 置；7 操作部；21 立柱；22 滑動件；23 測針；24 觸頭；31 運算處理裝置主體；32 操作 部；33 顯示畫面。
具體實施例方式接著，參照

本發(fā)明所涉及的實施方式。[實施方式][實施方式所涉及的形狀測量裝置的結構]首先，參照圖1說明實施方式所涉及的形狀測量裝置的結構。圖1是實施方式所 涉及的形狀測量裝置(圓度測量裝置)的外觀立體圖。形狀測量裝置使被測量物4以規(guī)定的旋轉軸為中心進行旋轉，并且測量被測量物 4的各旋轉角處的表面的位移。在本實施方式中，被測量物4是作為旋轉體的凸型的非球面 透鏡。如圖1所示，形狀測量裝置由測量機主體1和運算處理裝置2構成，該運算處理裝 置2經由驅動控制裝置la與測量機主體1相連接。測量機主體1構成為具備基座3、平臺5、位移檢測裝置6以及操作部7，該平臺5 被設置在該基座3上，載置被測量物4，并且使被測量物4進行旋轉，該位移檢測裝置6對載 置在該平臺5上的被測量物4的位移進行檢測，該操作部7用于對這些部件進行操作。平臺5通過配置在圓板狀的載物臺11下側的旋轉驅動裝置12對載物臺11進行 旋轉驅動，來使載置于載物臺11上的被測量物4旋轉。在旋轉驅動裝置12的側面沿圓周 方向以大致90度的間隔配置有調整用捏手13。通過操作這些調整用捏手13，能夠通過手 動操作進行載物臺11的定心和水平調整(leveling)。即，載物臺11構成為能夠在X軸、Y 軸、Z軸方向上進行調整。另外，載物臺11構成為通過后述的控制部41進行定心和水平調 整。此外，X軸、Y軸、Z軸是各自正交的軸。如下構成位移檢測裝置6。S卩，在基座3上垂直設置有向上方延伸的立柱 (C0lUmn)21，在該立柱21上以能夠上下移動的方式安裝有滑動件(Slider)22。在滑動件 22上安裝有測針(stylus) 23。測針23構成為能夠在水平(X軸、Y軸)、垂直(Z軸)方向 上進行驅動，在測針23的前端設置有觸頭24。觸頭24構成為其前端能夠與被測量物相接 觸。立柱21、滑動件22以及測針23構成觸頭驅動單元。一邊使平臺5旋轉，一邊使滑動件22、測針23移動，來使觸頭24沿X軸方向掃描 (跟蹤)被測量物4的表面，由此能夠得到X軸方向的各位置處的觸頭24的位移量來作為 測量數(shù)據(測量曲線)。運算處理裝置2取入由位移檢測裝置6得到的測量數(shù)據。運算處理裝置2具有執(zhí) 行運算處理的運算處理裝置主體31、操作部32以及顯示畫面33。另外，運算處理裝置2構 成為與操作部7同樣地能夠控制測量機主體1的動作。接著，參照圖2說明運算處理裝置主體31的結構。如圖2所示，運算處理裝置 主體31主要具有控制部(CPU :CentralProcessing Unit 中央處理單元)41、RAM (Random AccessMemory 隨機存取存儲器)42、ROM (Read Only Memory 只讀存儲器)43、HDD (Hard Disk Drive 硬盤驅動器)44以及顯示控制部45。在運算處理裝置主體31中，從操作部32
6輸入的代碼信息和位置信息通過I/F 46a被輸入到控制部41。控制部41按照保存在ROM 43中的宏程序(macroprogram)以及從HDD 44經由I/F46b保存在RAM 42中的各種程序來 執(zhí)行各種處理?？刂撇?1按照測量執(zhí)行處理，通過I/F 46c控制測量機主體1。HDD 44是保存各 種控制程序的記錄介質。RAM 42除了保存各種程序以外，還提供各種處理的工作區(qū)域。另 外，控制部41通過顯示控制部45在顯示畫面33上顯示測量結果等。控制部41從HDD 44中讀出各種程序，通過執(zhí)行該程序來執(zhí)行以下的圖3所示的 動作。[實施方式所涉及的形狀測量裝置的動作]接著，參照圖3所示的流程圖來說明實施方式所涉及的形狀測量裝置中的非球面 工件的最佳擬合水平調整動作。首先，在對載置于載置臺11上的作為非球面工件的被測量 物4大致地進行水平調整之后，控制部41通過操作部32接收測量條件、例如測量開始半徑 位置、測量長度、用于有效利用測量范圍的自動設置水平等的輸入(步驟S101)。接著，控制 部41按照所輸入的測量條件，將被測量物4配置在第一位置P1處(步驟S102)。具體地 說，控制部41將載置臺11的旋轉角設定為“0° ”。接著，如圖4所示，控制部41在第一位置P1處使觸頭24跟蹤被測量物4的表面 沿X軸方向移動規(guī)定距離，來測量表面形狀，得到第一測量曲線L1 (直線移動測量(linear tracingmeasurement))(步驟S103)。在此，第一測量曲線L1是第一位置PI的X軸方向的 各位置處的觸頭24的位移量。接著，控制部41如圖5所示那樣使被測量物4以Z軸為中心旋轉90度，來將被測 量物4從第一位置P1配置到第二位置P2處(步驟S104)。具體地說，控制部41將載置臺 11的旋轉角設定為“90° ”。接著，如圖5所示，控制部41在第二位置P2處使觸頭24跟蹤 被測量物4的表面沿X軸方向移動規(guī)定距離，來測量表面形狀，得到第二測量曲線L2 (直線 移動測量)(步驟S105)。在此，第二測量曲線L2是第二位置P2的X軸方向的各位置處的 觸頭24的位移量。接著，控制部41通過最小二乘法分別對第一測量曲線L1和第二測量曲線L2進行 圓擬合，來算出這些圓的最大值(極值)M1、M2在X軸方向的位置(步驟S106)。例如，如 圖6所示，控制部41通過最小二乘法使圓弧狀的函數(shù)f(x)與構成第一測量曲線L1 (第二 測量曲線L2)的測量值D最佳擬合，根據該函數(shù)f(x)求出最大值M1、M2。通過執(zhí)行這種處 理，能夠抑制由于噪聲等而包含誤差的測量值D的影響。接著，控制部41使被測量物4沿X軸方向和Y軸方向移動，使得最大值Ml、M2在 X軸方向的位置成為0(步驟S107)。控制部41通過以上處理來結束動作。接著，參照圖7詳細說明上述步驟S103 S105的處理。在圖7中，設被測量物4 配置在第一位置P1處，被測量物4的中心C位于在X軸方向上距旋轉軸0(Z軸)cx、在Y 軸方向上距旋轉軸0(Z軸)cy的位置處。圖7的(al)和(a2)表示在第一位置P1處的測 量(步驟S103)。圖7的(al)是X-Y俯視圖，圖7的(a2)是X-Z俯視圖。圖7的(bl)和 (b2)表示第二位置P2處的測量(步驟S105)。圖7的(bl)是X-Y俯視圖，圖7的(b2)是 X-Z俯視圖。通過圖7的(al)所示的步驟S103的測量，測量出圖7的(a2)所示的第一測量曲線Li。第一測量曲線Ll的擬合圓的最大值Ml如圖7的(a2)所示那樣位于X軸方向的cx 處。即，通過該測量，控制部41能夠確定被測量物4的中心C在X軸方向上距旋轉軸0的 偏移量CXo通過圖7的(bl)所示的步驟S105的測量，測量出圖7的(b2)所示的第二測量曲 線L2。第二測量曲線L2的擬合圓的最大值M2如圖7的(b2)所示那樣位于X軸方向的cy 處。即，通過該測量，控制部41能夠確定被測量物4的中心C在Y軸方向上距旋轉軸O的 偏移量cy。[實施方式所涉及的形狀測量裝置的效果]接著，參照圖8說明實施方式所涉及的形狀測量裝置的效果。圖8表示使被測量物 4以Z軸為中心旋轉、并且使觸頭24跟蹤被測量物4來測量被測量物4的各旋轉角處的表 面的位移從而獲取測量曲線L的例子。在這種情況下，在執(zhí)行上述圖3所示的步驟SlOl 步驟S107的處理之前，如圖8的(a)所示，測量曲線L不收斂于測量區(qū)域AR內。在此，測 量區(qū)域AR是保障能夠執(zhí)行穩(wěn)定測量的區(qū)域。即，檢測量的波動變大，有可能使觸頭24、被測 量物4損壞。另一方面，在執(zhí)行上述圖3所示的步驟SlOl S107的處理之后，如圖8的(b)所 示，測量曲線L收斂于測量區(qū)域AR內。S卩，本實施方式所涉及的形狀測量裝置通過上述處 理，即使在偏心量較大的情況下，也能夠通過穩(wěn)定的測量來執(zhí)行定心。另外，現(xiàn)有的形狀測量裝置通過測量至少五個同心圓狀的測量數(shù)據來執(zhí)行定心。 與此相對地，在本實施方式的步驟SlOl S107中，由于測量僅進行橫跨X軸方向的規(guī)定距 離的兩次直線移動測量，因此能夠在短時間內執(zhí)行定心。另外，在由于被測量物4的形狀、 設置狀態(tài)而無法測量其外周的情況下，本實施方式的處理是有效的。[其它實施方式]以上說明了形狀測量裝置的實施方式，但是本發(fā)明并不限定于上述實施方式，在 不脫離發(fā)明宗旨的范圍內能夠進行各種變更、追加、置換等。例如，在上述實施方式中，被測 量物4是凸透鏡等凸型的非球面工件。然而，被測量物4也可以是凹透鏡等凹型的非球面 工件。此外，在被測量物4是凹透鏡的情況下，在步驟S106中，控制部41只要算出第一、第 二測量曲線Li、L2的擬合圓的最小值即可。
權利要求
一種形狀測量裝置，使作為旋轉體的被測量物以第一軸為中心進行旋轉，并且測量上述被測量物的各旋轉角處的表面的位移，該形狀測量裝置的特征在于，具備觸頭，其前端能夠與上述被測量物相接觸；第一配置單元，其將上述被測量物配置在第一位置處；第一測量單元，其在上述第一位置處使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與第二軸平行地移動，測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第一測量曲線，其中，上述第二軸與上述第一軸正交；第二配置單元，其使上述被測量物以上述第一軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置配置到第二位置處；第二測量單元，其在上述第二位置處使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動，測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；極值位置算出單元，其分別對上述第一測量曲線和第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的第一極值和第二極值在上述第二軸方向上的位置；以及移動單元，其使上述被測量物沿與上述第二軸平行的方向以及與第三軸平行的方向移動，使得上述第一極值和上述第二極值在上述第二軸方向上的位置成為0，其中，上述第三軸與上述第一軸和上述第二軸正交。
2.一種形狀測量方法，使用具有觸頭的形狀測量裝置，該形狀測量裝置使作為旋轉體 的被測量物以第一軸為中心進行旋轉，并且測量上述被測量物的各旋轉角處的表面的位 移，該觸頭的前端能夠與上述被測量物相接觸，該形狀測量方法的特征在于，具備以下工 序將上述被測量物配置在第一位置處；在上述第一位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與第二軸平行地移動，測量 沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第一測量曲線，其中，上述第二軸 與上述第一軸正交；使上述被測量物以上述第一軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置 配置到第二位置處；在上述第二位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動， 測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；分別對上述第一測量曲線和上述第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的第 一極值和第二極值在上述第二軸方向上的位置；以及使上述被測量物沿與上述第二軸平行的方向以及與第三軸平行的方向移動，使得上述 第一極值和上述第二極值在上述第二軸方向上的位置成為0，其中，上述第三軸與上述第一 軸和上述第二軸正交。
3.一種形狀測量程序，使用具有觸頭的形狀測量裝置，該形狀測量裝置使作為旋轉體 的被測量物以規(guī)定的旋轉軸為中心進行旋轉，并且測量上述被測量物的各旋轉角處的表面 的位移，該觸頭的前端能夠與上述被測量物相接觸，該形狀測量程序用于使計算機執(zhí)行以 下工序將上述被測量物配置在第一位置處；在上述第一位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與第二軸平行地移動，測量 沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第一測量曲線，其中，上述第二軸 與上述第一軸正交；使上述被測量物以上述第一軸為中心旋轉90度，來將上述被測量物從上述第一位置 配置到第二位置處；在上述第二位置處，使上述觸頭跟蹤上述被測量物的表面與上述第二軸平行地移動， 測量沿著上述第二軸的各位置處的上述觸頭的位移量，來獲取第二測量曲線；分別對上述第一測量曲線和上述第二測量曲線進行圓擬合，算出表示各圓的極值的第 一極值和第二極值在上述第二軸方向上的位置；以及使上述被測量物沿與上述第二軸平行的方向以及與第三軸平行的方向移動，使得上述 第一極值和上述第二極值在上述第二軸方向上的位置成為0，其中，上述第三軸與上述第一 軸和上述第二軸正交。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠安全地執(zhí)行高精確度的定心的形狀測量裝置、形狀測量方法以及程序。形狀測量裝置具有將作為旋轉體的被測量物配置在第一位置處的控制部?？刂撇吭诘谝晃恢锰幨褂|頭跟蹤被測量物的表面與X軸平行地移動，來獲取第一測量曲線?？刂撇渴贡粶y量物以Z軸為中心旋轉90度，來將被測量物配置到第二位置處?？刂撇吭诘诙恢锰幨褂|頭跟蹤被測量物的表面與X軸平行地移動，來獲取第二測量曲線?？刂撇糠謩e對第一、第二測量曲線進行圓擬合，算出各圓的最大值在X軸方向的位置?？刂撇渴贡粶y量物沿X軸、Y軸方向移動使得最大值在X軸方向上的位置成為0。
文檔編號G01B21/20GK101893433SQ20101017965
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2009年5月19日
發(fā)明者后藤智德, 玉井利幸 申請人:株式會社三豐