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公開番号2025080108
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-23
出願番号2023193133
出願日2023-11-13
発明の名称非接触形状測定機及び位置調整方法
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250516BHJP(測定;試験)
要約【課題】センサヘッド及び測定面の一方に対して他方を低コスト且つ高精度に接近させることができる非接触形状測定機、及び位置調整方法を提供する。
【解決手段】センサヘッド20と、センサヘッド20と測定面Waとの間の距離に応じて受光面36aへの反射光LAの入射位置が変化する受光センサ36と、受光面Waに対する反射光LAの入射位置に基づいて距離を測定する距離測定部44と、センサヘッド20及び測定面Waの一方に対して他方を移動軸(C軸14)に沿って接近及び離間させる移動機構(C軸移動機構16)と、を備え、センサヘッド20から測定光Lの出射方向に離間した位置に測定範囲WRが予め定められており、受光面Waは、移動機構により他方を近接範囲SR内に測定面Waが含まれる位置まで一方に接近させた場合でも反射光LAを受光可能な大きさを有する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
測定面に向けて測定光を出射して、前記測定面にて反射された前記測定光の反射光が入射するセンサヘッドと、
前記センサヘッドに入射した前記反射光を受光する受光面を有する受光センサであって、且つ前記センサヘッドと前記測定面との間の距離に応じて前記受光面への前記反射光の入射位置が変化する受光センサと、
前記受光面に対する前記反射光の入射位置に基づいて、前記距離を測定する距離測定部と、
前記センサヘッド及び前記測定面の一方に対して他方を予め定められた移動軸に沿って接近及び離間させる移動機構と、
を備え、
前記センサヘッドから前記測定光の出射方向に離間した位置に、前記出射方向において前記距離の測定を実行する測定範囲が予め定められており、
前記センサヘッドと前記測定範囲との間の範囲を近接範囲とした場合に、前記受光面は、前記移動機構により前記他方を前記近接範囲内に前記測定面が含まれる位置まで前記一方に接近させた場合でも前記反射光を受光可能な大きさを有する非接触形状測定機。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記センサヘッドには、前記測定面において前記測定光の入射方向とは異なる方向に反射された前記反射光が入射する請求項１に記載の非接触形状測定機。
【請求項３】
前記センサヘッドから出射する前記測定光と、前記センサヘッドに入射する前記反射光が同軸である請求項１に記載の非接触形状測定機。
【請求項４】
前記移動機構を駆動して前記一方に対して前記他方を接近させる位置調整部と、
前記一方に対する前記他方の接近中に前記測定面が前記測定範囲に達してから、前記測定範囲に前記測定面が含まれる範囲内で前記他方を前記一方に最も接近させるために必要な前記他方の移動量を演算する移動量演算部と、
を備え、
前記位置調整部は、前記受光センサによる前記反射光の受光結果に基づいて前記一方に対する前記他方の接近中に前記測定範囲に前記測定面が達してから、前記移動機構を駆動して前記他方を前記移動量だけ前記一方に接近させる請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触形状測定機。
【請求項５】
前記位置調整部は、前記測定面が前記測定範囲内に達した後で前記反射光が前記受光センサで受光できなくなった場合には、前記移動機構の駆動を停止する請求項４に記載の非接触形状測定機。
【請求項６】
前記受光面に対する前記反射光の入射位置に応じて前記受光センサから出力される前記反射光の受光信号の電圧値が異なり、
前記受光センサから出力される前記受光信号の電圧値に基づいて、前記測定面が前記近接範囲内に含まれる位置まで前記他方が前記一方に接近したか否かを判定する接近判定部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触形状測定機。
【請求項７】
前記移動軸が上下方向に平行である請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触形状測定機。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触形状測定機において前記移動軸に沿った前記他方の位置を調整する位置調整方法であって、
前記移動機構により前記他方を前記一方に接近させる第１接近ステップと、
前記第１接近ステップの実行中に前記受光センサによる前記反射光の受光結果に基づいて、前記測定面が前記測定範囲内に含まれる位置で前記第１接近ステップを停止する第１停止ステップと、
前記第１停止ステップの後、前記移動機構により前記他方を前記一方にさらに接近させる第２接近ステップと、
前記第２接近ステップの実行中に前記受光センサによる前記反射光の受光結果に基づいて、前記近接範囲内に前記測定面が含まれる位置まで前記他方が前記一方に接近した場合には、前記一方に対する前記他方の接近を示す接近信号を出力する信号出力ステップと、
前記信号出力ステップが実行された場合に、前記移動機構により前記他方を前記一方から離間させる離間ステップと、
前記離間ステップの実行中に前記受光センサによる前記反射光の受光結果に基づいて、前記測定面が前記測定範囲内に達した場合に前記離間ステップを停止する第２停止ステップと、
を有する位置調整方法。
【請求項９】
前記第１接近ステップでは、前記第２接近ステップ及び前記離間ステップよりも高速で前記他方を移動させる請求項８に記載の位置調整方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定面の形状を非接触で測定する非接触形状測定機、及びこの非接触形状測定機で用いられる位置調整方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ワーク（被測定物）の測定面の輪郭形状及び表面粗さ等の形状測定を実行する表面形状測定機が知られている。このような表面形状測定機では、接触子を測定面に接触させた状態で接触子とワークとを水平方向に相対移動させることで、接触子で測定面をトレースしながら接触子の揺動による変位をセンサヘッドにより検出して、このセンサヘッドから出力される変位検出信号に基づいて測定面の表面形状を測定する（特許文献１参照）。
【０００３】
近年、表面形状測定機として、接触子を測定面に接触させる代わりに、非接触で測定面までの距離を測距可能なセンサヘッドと、ワークとを水平方向に相対移動させることで、測定面の形状測定を実行する非接触形状測定機がよく知られている（特許文献２参照）。非接触測定用のセンサヘッドは、例えば三角測量法を用いて測定面までの距離を測定する。具体的には、センサヘッドから測定面に向けて測定光を出射して、この測定面で反射された反射光をセンサヘッドの受光センサで受光する。この際に、センサヘッドと測定面との間の距離に応じて受光センサの受光面への反射光の入射位置が変化するので、受光面への反射光の入射位置に基づいてセンサヘッドと測定面との間の距離を測定可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－１６１５４８号公報
特開２０１１－１９６７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２０は、非接触形状測定機でワークＷの測定面Ｗａの非接触測定を実行する前のセンサヘッド１００のＺ方向の高さ位置調整を説明するための説明図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうちでＸＹ方向は水平方向に平行な方向であり且つＺ方向は水平方向に対して垂直な上下方向である。また、Ｘ方向がセンサヘッド１００の移動方向（走査方向）であり、Ｚ方向下方側からセンサヘッド１００から出射される測定光Ｌの出射方向である。
【０００６】
図２０に示すように、センサヘッド１００をＸ方向に移動させた場合に測定面Ｗａの形状を測定可能な測定範囲ＷＲは、Ｙ方向から見た場合においてセンサヘッド１００からそのＺ方向下方側に離間している。このため、図２０の符号XXAに示すように、凹部１０２を含む測定面Ｗａの形状測定を行う場合において、測定範囲ＷＲのＺ方向中央位置に測定面Ｗａが位置するようにセンサヘッド１００のＺ方向の位置調整を実行すると、凹部１０２の最下点が測定範囲ＷＲに含まれなくなる。
【０００７】
そこで、図２０の符号XXBに示すように、凹部１０２の最下点が測定範囲ＷＲに含まれるように、センサヘッド１００を測定面Ｗａ側に向けて押し付けて、このセンサヘッド１００を測定面Ｗａに可能な限り接近させるセンサヘッド１００のＺ方向位置調整が実行される。
【０００８】
このようなセンサヘッド１００のＺ方向位置調整を実行する場合には、センサヘッド１
００の測定面Ｗａへの衝突・接触回避することで、センサヘッド１００及びワークＷのダメージ発生を防止することが求められている。このため、センサヘッド１００の下面に圧電センサを設けて、この圧電センサが出力される信号に基づいて測定面Ｗａが接触するまでセンサヘッド１００をＺ方向下方側に下降させる方法が知られている。また、センサヘッド１００の下面に圧電センサを設ける代わりに、測定面Ｗａまでの距離を測定する測距センサをセンサヘッド１００に別途に設けて、この測距センサの測定結果に基づいて、センサヘッド１００を測定面Ｗａに可能な限り接近させる方法も知られている。
【０００９】
しかしながら、センサヘッド１００の下面に圧電センサを設ける方法では、圧電センサの厚みより短い距離（作動距離）でセンサヘッド１００を測定面Ｗａに接近させることはできない。また、圧電センサから延びる配線の取り回しに手間がかかるという問題もある。さらに、そもそも圧電センサを測定面Ｗａに結局接触してしまうため、センサヘッド１００及び測定面Ｗａ（ワークＷ）のダメージをゼロにすることができない。さらに、圧電センサは有限な大きさがあるため実質的に作動距離が減ってしまう。さらにまた、圧電センサの配線が振動を拾いやすく、測定のノイズとなることがあった。
【００１０】
また、センサヘッド１００に測距センサを別途設ける方法では、測距センサとして低価格のセンサ（例えば超音波センサ）を用いると、測距センサの測定精度が低くなるので、センサヘッド１００を可能な限り測定面Ｗａに接近させることはできない。また逆に測距センサとして高精度のセンサを用いた場合には、製造コストが増加してしまう。さらに、センサヘッド１００の測定軸と測距センサの測定軸とが異なるので、測定面Ｗａが凹凸形状である場合に、凹部１０２の最下点が測定範囲ＷＲに含まれるようにセンサヘッド１００のＺ方向位置調整を実行することが困難である。さらにまた、測距センサの測定軸がセンサヘッド１００の測定軸とは別になってしまうため、ワークＷが小さい場合などに対応できない。
（【００１１】以降は省略されています）

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