JP7583259B2 - Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine - Google Patents
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Description
本発明は、ワークに形成された細穴の内面形状を測定するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring the inner shape of a small hole formed in a workpiece.
接触式又は非接触式のプローブとワークとを相対移動させることでワークの形状を測定する形状測定装置において、回転軸を中心にワークを回転させてワークの真円度を測定する内面形状測定機が知られている。内面形状測定機で真円度を測定するためには、回転軸とワークの軸心とを一致させる必要がある。 Among shape measuring devices that measure the shape of a workpiece by moving a contact or non-contact probe and the workpiece relative to one another, there is known an inner shape measuring machine that measures the roundness of the workpiece by rotating the workpiece around a rotation axis. To measure roundness with an inner shape measuring machine, it is necessary to align the rotation axis with the axis center of the workpiece.
特許文献1には、回転テーブル上に載置されたワークの孔の内周部に検出器の接触子を当接させて孔の真円度を測定する技術が開示されている。特許文献1に記載の技術では、事前に検出器の接触子をワークの外周面に当接させ、回転テーブルを回転させながら低倍率でワークの振れを見て、振れが小さくなるようにワークの載置位置を調整している。 Patent Document 1 discloses a technique for measuring the roundness of a hole by contacting the contact of a detector with the inner circumference of the hole in a workpiece placed on a rotating table. In the technique described in Patent Document 1, the contact of the detector is contacted with the outer circumference of the workpiece in advance, and the runout of the workpiece is observed at low magnification while rotating the rotating table, and the position of the workpiece is adjusted to reduce the runout.
内面形状測定機を用いて細穴の内面形状を測定する場合、細穴のアライメントが課題となる。即ち、プローブを細穴に挿入してワークを回転させると、プローブと穴壁とが衝突するという課題があった。 When measuring the inner shape of a small hole using an inner shape measuring instrument, alignment of the small hole becomes an issue. That is, when a probe is inserted into the small hole and the workpiece is rotated, there is a problem that the probe will collide with the hole wall.
これに対し、特許文献1に記載の技術のように、穴と同軸形状部分を利用してアライメントする場合は、測定可能な測定対象物の形状に制限があった。 In contrast, when aligning using a hole and a coaxial part, as in the technology described in Patent Document 1, there are limitations to the shape of the object that can be measured.
また、作業者が観察顕微鏡で確認しながら挿入する場合には、作業者の熟練が必要となる。この場合、自動化が困難であり、操作ミスによってプローブと穴壁とが衝突する可能性があった。 In addition, if an operator inserts the probe while checking it with an observation microscope, the operator must be highly skilled. In this case, automation is difficult and there is a risk of the probe colliding with the wall of the hole due to an operating error.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、穴の位置を適切にアライメントする内面形状測定機、及び内面形状測定機のアライメント方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide an inner surface shape measuring machine that properly aligns the position of a hole, and an alignment method for the inner surface shape measuring machine.
上記目的を達成するための内面形状測定機の一の態様は、第1の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第1の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第1の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第1の直動機構によって第1の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、第1の方向に平行な光軸を有するカメラと、直動傾斜ステージに固定された、穴状パターンが形成された、形状が既知の基準ワークについて、回転体の第1の回転角度における基準ワークの穴状パターンの第1の位置及び第1の位置とは第1の方向の位置が異なる第2の位置と、回転体の第1の回転角度とは異なる第2の回転角度における基準ワークの穴状パターンの第1の位置及び第2の位置とをカメラにより観察する第1の観察制御部と、観察した回転体の第1の回転角度における細穴の第1の位置及び第2の位置と、回転体の第2の回転角度における細穴の第1の位置及び第2の位置と、のそれぞれの座標から、回転体の回転中心座標を計算する回転中心座標計算部と、直動傾斜ステージに固定された測定対象のワークについて、測定対象のワークの細穴の第3の位置及び第3の位置とは第1の方向の位置が異なる第4の位置を第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第2の観察制御部と、回転体の回転中心座標と、回転体の細穴の第3の位置及び第4の位置から、細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算部と、を備える内面形状測定機である。 One aspect of an inner surface shape measuring machine for achieving the above object includes a rotating body that rotates around a rotation axis parallel to a first direction, a linear tilt stage supported by the rotating body, the linear tilt stage being capable of changing the position in a plane perpendicular to the first direction relative to the rotating body and the tilt relative to the plane, a contact or non-contact probe extending parallel to the first direction, the probe being movable in the first direction by a first linear mechanism, a displacement detector that detects the displacement of the inner surface of a fine hole in a workpiece fixed to the linear tilt stage and rotating with the rotating body using a probe, a camera having an optical axis parallel to the first direction, and a first position of the hole pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body and a second position in the first direction different from the first position for a reference workpiece having a known shape and having a hole pattern formed therein, fixed to the linear tilt stage, The inner surface shape measuring machine includes a first observation control unit that observes, by a camera, a first position and a second position of a hole pattern of a reference workpiece at a second rotation angle different from the first rotation angle of the rotating body; a rotation center coordinate calculation unit that calculates the rotation center coordinate of the rotating body from the coordinates of the first and second positions of the fine hole at the observed first rotation angle of the rotating body and the first and second positions of the fine hole at the second rotation angle of the rotating body; a second observation control unit that observes, by a camera having an optical axis parallel to the first direction, a third position of the fine hole of the workpiece to be measured that is fixed to a linear tilt stage and a fourth position that is a position in the first direction different from the third position; and a position and tilt calculation unit that calculates the position and tilt of the fine hole from the rotation center coordinate of the rotating body and the third and fourth positions of the fine hole of the rotating body.
本態様によれば、細穴情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。内径が500μm以下の極小径穴である場合に特に有効である。 According to this aspect, the hole position can be properly aligned based on the fine hole information. This is particularly effective for extremely small holes with an inner diameter of 500 μm or less.
細穴の位置及び傾斜を含む細穴情報に基づいて直動傾斜ステージを制御し、細穴の中心軸と回転軸とのずれを目標値以内にするステージ制御部を備えることが好ましい。これにより、穴の位置を自動的にアライメントすることができる。 It is preferable to have a stage control unit that controls the linear tilt stage based on the fine hole information, including the position and tilt of the fine hole, and keeps the deviation between the center axis of the fine hole and the rotation axis within a target value. This makes it possible to automatically align the hole position.
カメラは、第1の直動機構により第1の方向に移動可能であり、第2の観察制御部は、第1の直動機構によりカメラの焦点位置を細穴の第3の位置及び第4の位置に移動させることが好ましい。これにより、細穴の第3の位置及び第4の位置にカメラを適切に合焦させることができるので、カメラによって細穴を適切に観察することができる。 It is preferable that the camera is movable in a first direction by a first linear motion mechanism, and the second observation control unit moves the focal position of the camera to a third position and a fourth position of the fine hole by the first linear motion mechanism. This allows the camera to be properly focused on the third position and the fourth position of the fine hole, so that the fine hole can be properly observed by the camera.
第1の回転角度と第2の回転角度とは互いに180°異なる角度であることが好ましい。これにより、細穴の位置及び傾斜を精度よく計算することができる。 It is preferable that the first rotation angle and the second rotation angle are different from each other by 180 degrees. This allows the position and inclination of the fine hole to be calculated with high accuracy.
カメラの光軸と同軸の光を出射する同軸照明光学系を備えることが好ましい。これにより、ワークの細穴を適切に照射することができるので、カメラによって細穴を適切に観察することができる。 It is preferable to have a coaxial lighting optical system that emits light coaxially with the optical axis of the camera. This allows the fine hole in the workpiece to be properly illuminated, so that the fine hole can be properly observed by the camera.
スポンジ状又は粘土状の反射体を備え、反射体は、カメラと直動傾斜ステージとの間に配置されるワークの細穴のカメラ側の開口から入射した光を直動傾斜ステージ側の開口において細穴に反射させることが好ましい。これにより、ワークの細穴のカメラ側の開口から入射した光を、ワークを傷つけずに直動傾斜ステージ側の開口において細穴に反射させることができる。 It is preferable that the reflector has a sponge-like or clay-like reflector, which reflects light incident from an opening on the camera side of a fine hole in a workpiece placed between the camera and the linear tilt stage, to the fine hole at an opening on the linear tilt stage side. This allows light incident from the opening on the camera side of a fine hole in the workpiece to be reflected to the fine hole at the opening on the linear tilt stage side without damaging the workpiece.
柔軟性を有する連続気泡構造体と、連続気泡構造体に光を入射させる光源と、を備え、連続気泡構造体は、カメラと直動傾斜ステージとの間に配置されるワークの細穴の直動傾斜ステージ側の開口から光源からの光を入射させることが好ましい。これにより、ワークの細穴の直動傾斜ステージ側の開口から適切に光を入射させることができる。 The device comprises a flexible open-cell structure and a light source that allows light to enter the open-cell structure, and it is preferable that the light from the light source is allowed to enter the open-cell structure from an opening on the linear motion tilt stage side of the fine hole in the workpiece that is disposed between the camera and the linear motion tilt stage. This allows light to be appropriately allowed to enter from the opening on the linear motion tilt stage side of the fine hole in the workpiece.
上記目的を達成するための内面形状測定機のアライメント方法は、第1の方向に平行な回転軸を中心に回転する回転体と、回転体に支持される直動傾斜ステージであって、回転体に対する第1の方向に直交する平面内の位置及び平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、第1の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第1の直動機構によって第1の方向に移動可能なプローブにより、直動傾斜ステージに固定されて回転体とともに回転する測定対象のワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、穴状パターンが形成された、形状が既知の基準ワークを直動傾斜ステージに固定し、回転体の第1の回転角度における基準ワークの穴状パターンの第1の位置及び第1の位置とは第1の方向の位置が異なる第2の位置と、回転体の第1の回転角度とは異なる第2の回転角度における基準ワークの穴状パターンの第1の位置及び第2の位置とを、第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第1の観察制御工程と、観察した回転体の第1の回転角度における細穴の第1の位置及び第2の位置と、回転体の第2の回転角度における細穴の第1の位置及び第2の位置と、のそれぞれの座標から、回転体の回転中心座標を計算する回転中心座標計算工程と、測定対象のワークを直動傾斜ステージに固定し、測定対象のワークの細穴の第3の位置及び第3の位置とは第1の方向の位置が異なる第4の位置を第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第2の観察制御工程と、回転体の回転中心座標と、回転体の細穴の第3の位置及び第4の位置から、細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算工程と、を備える内面形状測定機のアライメント方法である。 To achieve the above object, an alignment method for an inner surface shape measuring machine includes a rotating body that rotates around a rotation axis parallel to a first direction, a linear tilt stage supported by the rotating body, the linear tilt stage being capable of changing the position in a plane perpendicular to the first direction relative to the rotating body and the tilt relative to the plane, and a displacement detector that is a contact or non-contact probe extending parallel to the first direction and is movable in the first direction by a first linear mechanism, and detects the displacement of the inner surface of a fine hole in a workpiece to be measured that is fixed to the linear tilt stage and rotates together with the rotating body, the alignment method comprising: fixing a reference workpiece having a known shape and on which a hole-shaped pattern is formed to the linear tilt stage, detecting a first position of the hole-shaped pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body, a second position that is different in the first direction from the first position, and a displacement detector that detects the displacement of the inner surface of a fine hole in a workpiece to be measured that is fixed to the linear tilt stage and rotates together with the rotating body, the alignment method comprising the steps of: fixing a reference workpiece having a known shape and on which a hole-shaped pattern is formed to the linear tilt stage; detecting a first position of the hole-shaped pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body, a second position that is different in the first direction from the first position, and a displacement detector that detects a first position of the hole-shaped pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body; The alignment method for an inner surface shape measuring machine includes a first observation control step of observing a first position and a second position of a hole pattern of a reference workpiece at a second rotation angle different from the rotation angle by a camera having an optical axis parallel to a first direction, a rotation center coordinate calculation step of calculating the rotation center coordinate of the rotating body from the coordinates of the first position and the second position of the fine hole at the observed first rotation angle of the rotating body and the first position and the second position of the fine hole at the second rotation angle of the rotating body, respectively, a second observation control step of fixing the workpiece to be measured to a linear tilt stage and observing a third position of the fine hole of the workpiece to be measured and a fourth position that is different in the first direction from the third position by a camera having an optical axis parallel to the first direction, and a position and inclination calculation step of calculating the position and inclination of the fine hole from the rotation center coordinate of the rotating body and the third position and the fourth position of the fine hole of the rotating body.
本態様によれば、細穴情報に基づいて穴の位置を適切にアライメントすることができる。内径が500μm以下の極小径穴である場合に特に有効である。 According to this aspect, the hole position can be properly aligned based on the fine hole information. This is particularly effective for extremely small holes with an inner diameter of 500 μm or less.
本発明によれば、穴の位置を適切にアライメントすることができる。 The present invention allows the hole positions to be properly aligned.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。 A preferred embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<内面形状測定機の構成>
図1は、本実施形態に係る内面形状測定機10の構成を示す概略図である。内面形状測定機10は、ワークWに形成された細穴Hの内面形状(真円度等)を測定する装置である。本例において、細穴Hは、ワークWの中心軸に沿って形成された細穴である。細穴Hの内径は、極小径(例えば内径が500μm以下)のものである。図1において、X方向、Y方向、及びZ方向は互いに直交する方向であり、X方向は水平方向、Y方向はX方向に直交する水平方向、Z方向は鉛直方向である。
<Configuration of inner surface shape measuring machine>
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an inner surface
図1に示すように、内面形状測定機10は、本体ベース12、回転体14、直動傾斜ステージ16、ワーク設置治具18、コラム20、キャリッジ22、アーム24、変位検出器28、及びカメラ34を備える。
As shown in FIG. 1, the inner surface
回転体14は、本体ベース12上に固定される。本体ベース12の内部には、回転体14に連結される不図示のモータ、不図示のエンコーダ、及び不図示の高精度回転機構が備えられている。回転体14は、モータの駆動によってZ方向(第1の方向の一例)に平行な回転軸ARを中心に高精度に回転する。また、回転体14は、エンコーダから出力される回転角信号によって回転体14の回転角度が検出される。
The rotating
直動傾斜ステージ16(直動傾斜ステージの一例)は、回転体14に対して相対移動可能に回転体14に支持される。直動傾斜ステージ16は、不図示のモータの駆動によりX方向及びY方向に平行移動し、直動傾斜ステージ16に固定されたワークWのZ方向に直行する平面内(XY平面内)の位置を変更可能である。また、直動傾斜ステージ16は、不図示のモータの駆動によりX方向及びY方向に対して傾斜動作し、直動傾斜ステージ16に固定されたワークWのXY平面に対する傾斜を変更可能である。
The linear tilt stage 16 (an example of a linear tilt stage) is supported by the rotating
ワーク設置治具18は、直動傾斜ステージ16に載置される。ワーク設置治具18には、ワークWが設置される。即ち、直動傾斜ステージ16には、ワーク設置治具18を介してワークWが固定される。ワークWは、極小径の細穴Hを有する。細穴Hは、ワークWの内部を上側開口OU(図5参照)から下側開口OD(図7参照)までを直進して貫通している。
The
内面形状測定機10においてワークWの細穴Hの真円度等の内面形状を測定するには、ワークWの細穴Hの中心軸AHが回転体14の回転軸ARと同軸上となるようにワークWをアライメントする必要がある。このワークWのアライメントについては後述する。図1は、ワークWのアライメント前の様子を示している。アライメントされたワークWは、回転体14とともに回転軸ARを中心に回転する。
In order to measure the inner shape, such as the roundness, of a small hole H in a workpiece W using the inner
また、本体ベース12上には、Z方向に平行に延びるコラム(支柱)20が立設される。コラム20は、下端部が本体ベース12の上面に固定される。
A column (support) 20 extending parallel to the Z direction is erected on the
キャリッジ22は、Z方向に移動可能にコラム20に支持される。キャリッジ22は、不図示のモータの駆動によりZ方向に移動する。キャリッジ22は、変位検出器28及びカメラ34をZ方向に移動させるための垂直直動機構(第1の直動機構の一例)に相当する。
The
アーム24は、X方向(第1の方向に直行する方向の一例)に移動可能にキャリッジ22に支持される。アーム24は、不図示のモータの駆動によりX方向に移動する。アーム24は、変位検出器28及びカメラ34をX方向に移動させるための水平直動機構に相当する。
The
変位検出器28は、アーム24に支持される。変位検出器28は、非接触式又は接触式のプローブ30を備えている。
The
図2は、プローブ30の一例を示す概略図である。図2の202Aは、非接触式のプローブ30を示している。非接触式のプローブ30を備える変位検出器28(図1参照)は、検出光を出射する不図示の発光素子と、発光素子から出射される検出光の反射光を受光する不図示の受光素子とを備える。非接触式のプローブ30は、光ファイバ38及び反射ミラー40を備える。変位検出器28(図1参照)の不図示の発光素子から出射された光は、光ファイバ38によって反射ミラー40に導かれ、反射ミラー40の反射面で反射してワークWに入射する。ワークWで反射した反射光は、反射ミラー40に入射し、反射ミラー40の反射面で反射して光ファイバ38に導かれる。光ファイバ38に導かれた反射光は、変位検出器28の不図示の受光素子に入力される。変位検出器28は、受光素子において受光される反射光に基づいてワークWの変位を検出する。
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the
非接触式の変位検出器28の方式として、レーザー干渉計、白色干渉計、SD-OCT(Spectral Domain-Optical Coherence Tomography)、SS-OCT(Swept Source-Optical Coherence Tomography)等の既知の手法を適用することができる。
As a method for the
なお、変位検出器28は、接触式でワークWの変位を検出してもよい。図2の202Bは、接触式のプローブ30を示している。接触式のプローブ30は、先端にワークWに向けて付勢される接触子42を備える。接触子42がワークWに接触すると、ワークWの形状に応じて接触子42が変位する。接触子42の変位は、プローブ30を介して変位検出器28に伝達される。変位検出器28は、接触子42の変位に基づいてワークWの変位を検出する。
The
接触式の変位検出器28の変位検出機構としては、LVDT(Linear Variable Differential Transformer)、干渉計、光三角測量方式、薄膜歪み測定等の既知の機構を適用することができる。更に、変位検出器28として、共振周波数で接触子42を加振しておき、接触によって共振点が変化することを利用する方式を適用してもよい。
The displacement detection mechanism of the contact
図1の説明に戻り、内面形状測定機10においてワークWの細穴Hの真円度を測定する際には、プローブ30はキャリッジ22により変位検出器28とともにZ方向に移動され、ワークWの細穴Hに挿入される。変位検出器28は、プローブ30により細穴Hの穴壁(内側面)の変位を検出する。
Returning to the explanation of FIG. 1, when the roundness of a small hole H in a workpiece W is measured using the inner surface
カメラ34は、光軸AC(図12参照)をZ方向に平行かつ下向きにして、アーム24に支持される。
The
カメラ34は、同軸落射照明光学系35(図3参照、同軸照明光学系の一例)と、被観察物を拡大投影する不図示の拡大光学系(顕微鏡)と、を含む。同軸落射照明光学系35は、不図示の照明光源と、照明光源からの光をカメラ34の光軸ACと同軸の照明光として出射する不図示のハーフミラーと、を備える。カメラ34は、カメラの光軸ACと同軸で照明光を被観察物に照射し、被観察物の拡大画像を撮影することができる。ここでは同軸落射照明を用いているが、斜光照明を用いてもよい。
The
このように構成された内面形状測定機10において、ワークWをアライメントし、プローブ30をワークWの細穴Hに挿入し、回転体14を回転させてワークWとプローブ30とを相対的に移動させ、変位検出器28において細穴Hの穴壁の変位を検出することで、細穴Hの真円度を測定することができる。
In the thus configured inner surface
<内面形状測定機の電気的構成>
図3は、内面形状測定機10の電気的構成を示すブロック図である。内面形状測定機10は、制御装置50を備える。
<Electrical configuration of the inner surface shape measuring machine>
3 is a block diagram showing an electrical configuration of the inner surface
制御装置50は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現されるものである。制御装置50は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置50では、ROMに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがRAMに展開され、RAMに展開されたプログラムがCPUによって実行されることにより、内面形状測定機10内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。
The
図3に示すように、制御装置50は、測定制御部52、変位取得部54、真円度計算部56、観察制御部58、位置傾斜計算部60、ステージ制御部62、及び出力部63を含む。
As shown in FIG. 3, the
測定制御部52は、キャリッジ22、アーム24、及び回転体14にそれぞれ連結される不図示のモータを制御し、変位検出器28のプローブ30とワークWの細穴Hとの相対位置を制御する。
The
変位取得部54は、変位検出器28を制御し、変位検出器28が検出した細穴Hの穴壁の変位を取得する。
The
真円度計算部56は、測定制御部52から取得したプローブ30とワークWとの相対位置、及び変位検出器28が検出した変位から、細穴Hの真円度を計算する。
The roundness calculation unit 56 calculates the roundness of the fine hole H from the relative position between the
観察制御部(第1及び第2の観察制御部)58は、カメラ34を制御し、カメラ34が撮影した画像を取得する。位置傾斜計算部60は、観察制御部58が取得した画像からワークWの細穴Hの位置及び傾斜を計算する。ステージ制御部62は、位置傾斜計算部60が計算した細穴Hの位置及び傾斜に基づいて、直動傾斜ステージ16を駆動する不図示のモータを制御し、直動傾斜ステージ16の位置及び傾斜を変更する。出力部63は、位置傾斜計算部60から取得した細穴Hの位置及び傾斜を含む細穴情報を不図示の出力インターフェースに出力する。
The observation control unit (first and second observation control units) 58 controls the
<アライメント方法>
前述したように、ワークWの細穴Hの真円度等の内面形状を測定するためには、細穴Hの中心軸AHを回転体14の回転軸ARに一致させるアライメントが必要である。アライメントには、XY平面内の位置を調整するセンタリングと、XY平面に対する傾斜を調整するチルチングとがある。内面形状測定機10は、直動傾斜ステージ16によってセンタリングとチルチングとが可能である。
<Alignment method>
As described above, in order to measure the inner surface shape such as the roundness of the fine hole H in the workpiece W, alignment is required to make the central axis AH of the fine hole H coincide with the rotation axis AR of the
図4は、内面形状測定機10のアライメント方法の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、細穴Hを有するワークWが予めワーク設置治具18に設置されているものとする。ワーク設置治具18は、ワークWの細穴Hの下側開口OD(図7参照)に隙間を設けて(下側開口ODを塞がずに)ワークWを固定している。
4 is a flowchart showing an example of the process of the alignment method of the inner surface
ステップS1では、測定制御部52は、回転体14の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体14を回転角度が設定角度θ=0°(第1の回転角度の一例)の位置へ移動(回転)させる。
In step S1, the
ステップS2では、測定制御部52は、アーム24の不図示のモータを駆動してカメラ34をワークWのZ方向の上方に移動させる。また、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口OU(第1の位置の一例)に合わせる。
In step S2, the
続くステップS3(観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OUを観察(撮影)する。さらに、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0Uを計算する。
In the next step S3 (an example of an observation control step), the
図5は、カメラ34による細穴Hの上側開口OUの観察を示す概略図である。図5では、ワークWを断面で示している。図5に示す焦点面FUは、カメラ34の光軸ACに直交し、かつカメラ34の焦点を含む面であり、ここでは細穴Hの上側開口OUの位置に合わせられている。また、図5に示したドットハッチング部分は、カメラ34に入射する上側開口OUの観察光の光路であり、図5に示した画像I0Uは、カメラ34によって観察される上側開口OUのエッジ部分の画像(Z方向視)である。
5 is a schematic diagram showing the observation of the upper opening OU of the fine hole H by the
図6は、回転体14の回転軸ARと、回転体14の設定角度θ=0°におけるワークWの細穴Hの上側開口OUと、カメラ34の撮影範囲Rと、撮影範囲RにおけるステップS3で観察された画像I0Uとの位置関係を示す図である。図6では、撮影範囲RはZ方向視で示しており、ワークWは断面をY方向視で示している。
6 is a diagram showing the positional relationship between the rotation axis A R of the
位置傾斜計算部60は、画像I0Uから設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0Uを計算する。 The position and tilt calculation unit 60 calculates the central coordinates (x, y) 0U of the upper opening OU of the fine hole H at the set angle θ=0° from the image I 0U .
次に、ステップS4では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口ODUとはZ方向の位置が異なる下側開口OD(第2の位置の一例)に合わせる。
Next, in step S4, the
続くステップS5(観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの下側開口ODを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)0Dを計算する。
In the next step S5 (an example of an observation control step), the
図7は、カメラ34による細穴Hの下側開口ODの観察を示す概略図である。図7では、ワークWを断面で示している。図7に示すように、焦点面FDは細穴Hの下側開口ODの位置に合わせられている。また、図7に示したドットハッチング部分は、カメラ34に入射する下側開口ODの観察光の光路であり、図7に示した画像I0Dは、カメラ34によって観察される下側開口ODのエッジ部分の画像(Z方向視)である。
Fig. 7 is a schematic diagram showing the observation of the lower opening OD of the fine hole H by the
図8は、回転体14の回転軸ARと、回転体14の設定角度θ=0°におけるワークWの細穴Hの下側開口ODと、カメラ34の撮影範囲RにおけるステップS5で観察された画像I0Dとの位置関係を示す図である。図8では、撮影範囲RはZ方向視で示しており、ワークWは断面をY方向視で示している。
8 is a diagram showing the positional relationship between the rotation axis A R of the
位置傾斜計算部60は、画像I0Dから設定角度θ=0°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)0Dを計算する。 The position and tilt calculation unit 60 calculates the center coordinates (x, y) 0D of the lower opening OD of the fine hole H at the set angle θ=0° from the image I 0D .
次に、ステップS6では、測定制御部52は、回転体14の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体14を回転角度が設定角度θ=180°(第2の回転角度の一例)の位置へ移動させる。
Next, in step S6, the
ステップS7では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を上側開口OUに合わせる。
In step S7, the
続くステップS8(観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OUを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、画像I180Uから設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180Uを計算する。
In the subsequent step S8 (an example of an observation control step), the
図9は、回転体14の回転軸ARと、回転体14の設定角度θ=180°におけるワークWの細穴Hの上側開口OUと、カメラ34の撮影範囲RにおけるステップS8で観察された画像I0Uとの位置関係を示す図である。図9では、撮影範囲RはZ方向視で示しており、ワークWは断面をY方向視で示している。
9 is a diagram showing the positional relationship between the rotation axis A R of the
位置傾斜計算部60は、画像I180Uから設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180Uを計算する。 The position and tilt calculation unit 60 calculates the center coordinates (x, y) 180U of the upper opening OU of the fine hole H at the set angle θ=180° from the image I 180U .
次に、ステップS9では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの下側開口ODに合わせる。
Next, in step S9, the
続くステップS10(観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの下側開口ODを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、画像I180Dから設定角度θ=180°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)180Dを計算する。
In the next step S10 (an example of an observation control step), the
図10は、回転体14の回転軸ARと、回転体14の設定角度θ=180°におけるワークWの細穴Hの下側開口ODと、カメラ34の撮影範囲RにおけるステップS10で観察された画像I0Dとの位置関係を示す図である。図10では、撮影範囲RはZ方向視で示しており、ワークWは断面をY方向視で示している。
10 is a diagram showing the positional relationship between the rotation axis A R of the
位置傾斜計算部60は、画像I180Dから設定角度θ=180°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)180Dを計算する。 The position and tilt calculation unit 60 calculates the center coordinates (x, y) 180D of the lower opening O D of the fine hole H at the set angle θ=180° from the image I 180D .
ステップS11(位置傾斜計算工程の一例)では、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0U及び下側開口ODの中心座標(x,y)0Dと、設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180U及び下側開口ODの中心座標(x,y)180Dとから、回転体14の回転軸ARに対するワークWの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜を計算する。
In step S11 (an example of a position and inclination calculation process), the position and inclination calculation unit 60 calculates the position and inclination of the central axis AH of the fine hole H in the workpiece W relative to the rotation axis AR of the
ステップS12では、位置傾斜計算部60は、ワークWの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜と回転軸ARとのずれが目標値以内であるか否かを判定する。ずれが目標値より大きい場合は、制御装置50は、ステップS13の処理を行う。ずれが目標値以内である場合は、本フローチャートの処理を終了する。
In step S12, the position and inclination calculation unit 60 judges whether the deviation between the position and inclination of the central axis AH of the fine hole H in the workpiece W and the rotation axis AR is within a target value. If the deviation is greater than the target value, the
ステップS13では、位置傾斜計算部60は、直動傾斜ステージ16の移動量を計算する。図11は、上側開口OUの移動目標座標CU(x,y)及び下側開口ODの移動目標座標CD(x,y)を説明するための図である。図11では、設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0U及び下側開口ODの中心座標(x,y)0Dと、設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180U及び下側開口ODの中心座標(x,y)180Dと、上側開口OUの移動目標座標CU(x,y)と、下側開口ODの移動目標座標CD(x,y)と、の位置関係を示している。
In step S13, the position and tilt calculation unit 60 calculates the movement amount of the linear
図11に示すように、上側開口OUの移動目標座標CU(x,y)は、
CU(x,y)={(x,y)0U+(x,y)180U}/2 …(式1)
と表すことができる。同様に、下側開口ODの移動目標座標CD(x,y)は、
CD(x,y)={(x,y)0D+(x,y)180D}/2 …(式2)
と表すことができる。
As shown in FIG. 11, the movement target coordinates C U (x, y) of the upper opening O U are expressed as follows:
C U (x, y)={(x, y) 0U + (x, y) 180U }/2...(Formula 1)
Similarly, the movement target coordinates C D (x, y) of the lower opening O D can be expressed as follows:
C D (x, y) = {(x, y) 0D + (x, y) 180D }/2 ... (Formula 2)
It can be expressed as:
位置傾斜計算部60は、上側開口OUの移動目標座標CU(x,y)及び下側開口ODの移動目標座標CD(x,y)から、直動傾斜ステージ16の移動量を計算する。出力部63は、位置傾斜計算部60が計算した直動傾斜ステージ16の移動量(細穴情報の一例)を取得し、ステージ制御部62に出力する(出力工程の一例)。
The position and tilt calculation unit 60 calculates the amount of movement of the linear
ステップS14(ステージ制御工程の一例)は、ステージ制御部62は、ステップS13で計算された移動量に基づいて直動傾斜ステージ16の不図示のモータを駆動し、直動傾斜ステージ16を目標位置へ移動させる。その後、ステップS1へ移行し、制御装置50は同様の処理を行う。この処理を繰り返すことで、内面形状測定機10は、ワークWの細穴Hの中心軸AHと回転体14の回転軸ARとのずれを目標値以内にする。
In step S14 (an example of a stage control step), the stage control unit 62 drives a motor (not shown) of the linear
このように、本実施形態に係るアライメント方法によれば、細穴Hの中心軸AHを回転体14の回転軸ARにアライメントすることができる。本実施形態によれば、カメラ34の光軸ACを回転体14の回転軸ARに一致させる必要がないため、簡易な構成でアライメントすることができる。本実施形態に係るアライメント方法は、細穴Hが、内径が500μm以下の極小径穴である場合に有効である。さらに、細穴Hの径が200μm以下であり、プローブ30の径が100μm以下である場合に、特に有効である。なお、径が500μmより大きい細穴Hであってもよい。
Thus, according to the alignment method of this embodiment, the central axis AH of the fine hole H can be aligned with the rotation axis AR of the
ここでは、カメラ34で上側開口OUと下側開口ODとを観察する際の回転体14の回転角度の設定角度θを、互いに180°異なる角度であるθ=0°とθ=180°とに設定したため、ワークWの細穴Hの中心軸AHと回転軸ARとのずれを精度よく計算することができる。
Here, the set angle θ of the rotation angle of the
また、内面形状測定機10は、ワークWの円筒度を高精度に測定するため、コラム20は回転体14の回転軸ARと平行に立設されている。本実施形態では、細穴Hの上側開口OUと下側開口ODとの観察の切り替えの際に、キャリッジ22の垂直直動機構を利用してカメラ34の焦点位置を移動させた。したがって、カメラ34の焦点制御機構が不要となり、高精度アライメントが可能となった。例えば、焦点面内での回転軸位置が移動しないため、高倍率の光学系を採用することが可能である。
In addition, in order for the inner surface
また、出力部63は、位置傾斜計算部60から取得した直動傾斜ステージ16の移動量(細穴情報の一例)を、不図示の出力インターフェースなどに出力(出力工程の一例)してもよい。また出力部63は、ステップS11において計算した回転体14の回転軸ARに対するワークWの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜を含む細穴情報を取得し、不図示の出力インターフェースなどに出力(出力工程の一例)してもよい。ユーザは、出力された情報に基づいて直動傾斜ステージ16を手動で動作させることで、ワークWの細穴Hの中心軸AHを回転体14の回転軸ARにアライメントすることができる。本実施形態では、出力部63は、取得した移動量をステージ制御部62に出力する。
The
<ワーク設置治具>
細穴Hの下側開口ODを観察するためには、ワークWをワーク設置治具18に設置した際に細穴Hの角度(傾斜)を一定範囲に収めることが必要となる。
<Workpiece installation jig>
In order to observe the lower opening OD of the fine hole H, it is necessary to keep the angle (inclination) of the fine hole H within a certain range when the work W is placed on the
図12は、カメラとワーク設置治具によるワークの細穴との関係を示す図である。図12の212Aは、カメラ34の不図示の対物レンズに入射する観察光の光軸ACに対する最大角度を示している。212Aに示すように、カメラ34の対物レンズの開口数をNA、対物レンズに入射する観察光のカメラ34の光軸ACに対する最大角度θobj、観察光の光路の屈折率をn、とすると、
NA=n×sinθobj …(式3)
の関係を有する。したがって、観察光の光路の空気の屈折率nを1.0と仮定し、細穴Hの回転体14の回転軸ARに対する傾斜角をθworkとすると、
θwork<asin(NA) …(式4)
を満たすようにワークWを位置決め可能なワーク設置治具18が必要となる。
Fig. 12 is a diagram showing the relationship between the camera and the fine hole in the workpiece due to the workpiece installation jig. 212A in Fig. 12 shows the maximum angle of the observation light incident on the objective lens (not shown) of the
NA=n×sinθ obj …(Formula 3)
Therefore, assuming that the refractive index n of the air in the optical path of the observation light is 1.0, and the inclination angle of the fine hole H with respect to the rotation axis A R of the
θ work <asin(NA) (Formula 4)
A
図12の212Bは、θwork<θobjの関係を有する場合のカメラ34とワークWとの関係を示している。212Bでは、ワークWを断面で示している。212Bに示す光路Pは、カメラ34に入射する観察光の光路のうち、下側開口ODの観察に使用可能な光路である。このように、212Bに示す場合では、カメラ34で下側開口ODの観察を行うことが可能である。
12 shows the relationship between the
図12の212Cは、θwork>θobjの関係を有する場合のカメラ34とワークWとの関係を示している。212Cでは、ワークWを断面で示している。212Cに示す場合では、下側開口ODの観察光はカメラ34に到達せず、カメラ34で下側開口ODの観察を行うことができない。
12 shows the relationship between the
<細穴の観察する位置>
上記の例では、細穴Hの上側開口ODU及び下側開口ODを観察する例を示したが、細穴Hを観察する位置は開口に限定されず、細穴Hの途中位置であってもよい。
<Position to observe fine holes>
In the above example, the upper opening ODU and the lower opening OD of the fine hole H are observed. However, the position at which the fine hole H is observed is not limited to the opening, and may be a midway position of the fine hole H.
図13は、細穴Hの上側開口ODU及び下側開口ODとはZ方向の位置が異なる途中位置OH(第2の位置の一例)のカメラ34による観察を示す概略図である。図13では、ワークWを断面で示している。図13に示す細穴Hは、下側開口ODのエッジ部にRが付いている(下側開口ODがR形状を有している)。このため、図13に示す例では、焦点面FHが細穴Hの途中位置OHに合わせられている。また、図13に示したドットハッチング部分は、カメラ34に入射する途中位置OHの観察光の光路であり、図13に示した画像I0Hは、カメラ34によって観察される途中位置OHの画像(Z方向視)である。
13 is a schematic diagram showing observation by the
このように、細穴Hの上側開口ODUや下側開口ODに面取りやRが付いており、細穴Hのエッジ形状を観察するのが困難な場合には、細穴Hの途中位置を観察することが有効である。細穴Hの途中位置を利用する場合、細穴Hの位置を検知するためには、画像内でコントラストの高い(焦点が合っている)領域を選択する手法や、白色干渉方式による計測等を利用することができる。 In this way, when the upper opening ODU or the lower opening OD of the fine hole H has a chamfer or a radius, making it difficult to observe the edge shape of the fine hole H, it is effective to observe a midway position of the fine hole H. When using a midway position of the fine hole H, a method of selecting a high-contrast (in-focus) area in the image or measurement using a white light interference method can be used to detect the position of the fine hole H.
<細穴の位置が回転軸から大きくずれている場合>
上記の例では、回転体14を回転させた際に、細穴HがX方向に固定されたカメラ34の撮影範囲に常に入っていた。すなわち、カメラ34の撮影範囲に入る程度に回転体14の回転軸ARに近い位置に最初から細穴Hが配置されていた。しかしながら、回転体14の回転軸ARから大きくずれて細穴Hが配置されている場合であっても、水平直動機構を動作させることで同様の手法を適用することができる。
<When the position of the fine hole is significantly offset from the rotation axis>
In the above example, when the
図14は、回転体14の回転軸ARから大きくずれてワークWの細穴Hが配置されている場合の、カメラ34による細穴Hの観察を時系列で示す概略図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing, in time series, observation of the small hole H by the
図14の214Aは、ワークWの細穴Hが、カメラ34の撮影範囲に入っていない状態を示している。ここで、測定制御部52は、回転体14を回転角度が設定角度θ=θAの位置へ移動させる。設定角度θ=θAは、Z方向視でワークWの細穴Hとアーム24とが重なる角度である。設定角度θ=θAの位置への移動は、冶具で位置決めをしてもよいし、アーム24の移動によるカメラ34の各位置において回転体14を移動させて、カメラ34で細穴Hを探索してもよい。
14 shows a state where the fine hole H in the workpiece W is not within the shooting range of the
図14の214Bは、観察制御部58が、細穴Hがカメラ34の視界に入る位置PAに水平直動機構であるアーム24を移動させる様子を示している。この位置PAにおいて、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OU及び下側開口ODを観察する。また、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=θAにおける細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)AU及び下側開口ODの中心座標(x,y)ADを計算する。さらに、位置傾斜計算部60は、アーム24の位置PAを記憶する。
14 shows the state in which the
図14の214Cは、測定制御部52が、回転体14を回転角度が設定角度θ=θA+180°=θBの位置へ移動させる様子を示している。
14C shows the state where the
図14の214Dは、観察制御部58が、細穴Hがカメラ34の視界に入る位置PBに水平直動機構であるアーム24を移動させる様子を示している。この位置PBにおいて、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OU及び下側開口ODを観察する。また、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=θBにおける細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)BU及び下側開口ODの中心座標(x,y)BDを計算する。さらに、位置傾斜計算部60は、アーム24の位置PBを記憶する。
14 shows the state in which the
このように取得した、設定角度θ=θAにおける細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)AU、下側開口ODの中心座標(x,y)AD、及びアーム24の位置PAと、設定角度θ=θBにおける細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)BU、下側開口ODの中心座標(x,y)BD、及びアーム24の位置PBとから、位置傾斜計算部60は、回転体14の回転軸ARに対するワークWの細穴Hの位置及び傾斜を計算することができる。
From the central coordinates (x, y) AU of the upper opening OU of the fine hole H , the central coordinates (x, y) AD of the lower opening OD , and the position PA of the
<細穴の位置及び傾斜の計算の他の例>
上記の例では、2角度の回転角度で観察する例を示したが、回転体14の回転角度を3角度以上、又は連続的に設定してもよい。例えば、中心座標の軌跡から、細穴Hの位置及び傾斜を計算してもよい。
<Another example of calculating the position and inclination of a fine hole>
In the above example, an example in which observation is performed at two rotation angles has been shown, but the rotation angle of the
図15は、回転体14を回転させた際のカメラ34の撮影範囲Rにおける細穴Hの上側開口OUの中心座標の軌跡TUを示す図である。ここでは、回転体14の回転角度を設定角度θ=0°から設定角度θ=90°まで回転させた場合の軌跡を示している。位置傾斜計算部60は、この軌跡TUから、設定角度θ=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°の中心座標(x,y)0U、(x,y)15U、(x,y)30U、(x,y)45U、(x,y)60U、(x,y)75U、(x,y)90Uをそれぞれ計算し、計算した中心座標から移動目標座標、すなわち回転軸ARの座標を計算する。
15 is a diagram showing a trajectory TU of the central coordinates of the upper opening OU of the fine hole H in the imaging range R of the
このように、回転体14を180°回転させることなく計算が可能であるため、アライメントの高速化が可能となる。また、回転中心を求める際に利用可能な情報が多いため、移動目標座標を高精度で算出することが可能となる。
In this way, calculations can be performed without rotating the
<光量調整>
図16は、カメラに入射するワークの細穴の下側開口の観察光の光路を示す図である。図16の216Aは、カメラ34に入射するワークWの細穴Hの下側開口ODの観察光の光路を示している。216Aでは、ワークWを断面で示している。216Aに示すように、下側開口ODの観察に使用できる光路は光量が小さい。すなわち、下側開口ODの観察は、上側開口OUの観察と比較すると、光量不足で困難な場合がある。したがって、上側開口OUの観察時に対して、下側開口ODの観察時に光量を増やす仕組みを有してもよい。
<Light intensity adjustment>
Fig. 16 is a diagram showing the optical path of the observation light of the lower opening of the fine hole of the workpiece that enters the camera. 216A in Fig. 16 shows the optical path of the observation light of the lower opening OD of the fine hole H of the workpiece W that enters the
図16の216Bは、下側開口OD側に細穴Hを照射する光源70を配置した様子を示している。216Bでは、ワークWを断面で示している。光源70は、下側開口OD(直動傾斜ステージ側の開口の一例)から細穴Hを照射する。光源70は、スペックルノイズ低減のため、低コヒーレンスなものが好ましい。光源70としては、例えばLED(Light Emitting Diode)、又はASE(Amplified Spontaneous Emission)光源を用いることができる。光源70の中心が回転体14の回転軸ARと一致しているとより好ましい。
216B in FIG. 16 shows a state where the
このように、下側開口OD側に光源を配置することで、下側開口ODの形状エッジを強調することができるので、下側開口ODの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。 In this way, by arranging the light source on the lower opening OD side, the geometric edge of the lower opening OD can be emphasized, making it easier to observe the lower opening OD and enabling more accurate alignment.
<反射体の挿入>
ワークWの形状によっては、下側開口ODの観察が困難となる場合がある。図17は、カメラ34によるワークWの細穴Hの下側開口ODの観察の様子を示す図である。図17では、ワークWを断面で示している。図17に示すワークWは、細穴Hの下側開口OD側にワークWの他の部分が下側開口ODの中心に対して非対称に配置されている。このため、図17の217Aに示すように、ワークWの下側開口ODは位置によって反射光量が異なり、下側開口ODの観察が困難である。
<Inserting a reflector>
Depending on the shape of the workpiece W, it may be difficult to observe the lower opening OD . Fig. 17 is a diagram showing the state of observation of the lower opening OD of the fine hole H of the workpiece W by the
また、図17に示すワークWは、細穴Hの下側開口OD側の空間が狭い。このため、図17の217Bに示すように、光源70を挿入するスペースが不足しており、下側開口OD側に光源70を配置することができない。
17, the workpiece W has a narrow space on the lower opening OD side of the small hole H. Therefore, as shown by 217B in FIG. 17, there is insufficient space to insert the
また、図17の217Cに示すように、下側開口OD側に反射体72を挿入することは可能である。しかしながら、下側開口OD側の空間が狭いために精密な位置決めが必要となる。また、反射体72とワークWとが衝突し、ワークWを傷つけてしまう可能性がある。
Also, as shown in 217C of Fig. 17, it is possible to insert the
このような課題に対し、ワークWの細穴Hの下側開口OD側に柔軟性を有する反射体を挿入することで、下側開口ODの観察時の光量を増やしてもよい。 To address this issue, a flexible reflector may be inserted into the lower opening OD side of the fine hole H in the workpiece W to increase the amount of light when observing the lower opening OD .
図18は、ワークWの細穴Hの下側開口OD側へのスポンジ状の反射体80の挿入を示す図である。図18では、ワークWを断面で示している。図18の218Aはスポンジ状の反射体80の挿入前を示し、図18の218Bは挿入後を示している。
Fig. 18 is a diagram showing the insertion of a sponge-
スポンジ状の反射体80は、弾性及び柔軟性を有する光反射部材である。スポンジ状の反射体80は、細穴Hの上側開口OU(カメラ側の開口の一例)から入射した光を下側開口OD側(直動傾斜ステージ側の一例)において細穴Hに反射させる。スポンジ状の反射体80は、光の反射率の高い、白色等の色を有することが望ましい。スポンジ状の反射体80は柔軟性を有するので、下側開口OD側の狭いスペースに挿入することができる。
The sponge-
このようなスポンジ状の反射体80を下側開口OD側へ挿入することで、下側開口ODの観察時の光量を増加させることができるので、下側開口ODの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、スポンジ状の反射体80は、下側開口OD側のワークWの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、スポンジ状の反射体80は、柔軟性を有するためにワークWを傷つける懸念がないという効果がある。
By inserting such a sponge-
また、図19は、ワークWの細穴Hの下側開口OD側への粘土状の反射体82の挿入を示す図である。図19では、ワークWを断面で示している。図19の219Aは粘土状の反射体82の挿入前を示し、図19の219Bは挿入後を示している。
Moreover, Fig. 19 is a diagram showing the insertion of the clay-
粘土状の反射体82は、可塑性及び柔軟性を有する光反射部材である。粘土状の反射体82は、細穴Hの上側開口OU(カメラ側の開口の一例)から入射した光を下側開口OD(直動傾斜ステージ側の開口の一例)において細穴Hに反射させる。粘土状の反射体82は、光の反射率の高い、白色等の色を有することが望ましい。粘土状の反射体82は柔軟性を有するので、下側開口OD側の狭いスペースに挿入することができる。
The clay-
このような粘土状の反射体82を下側開口OD側へ挿入することで、下側開口ODの観察時の光量を増加させることができるので、下側開口ODの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、粘土状の反射体82は、下側開口OD側のワークWの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、粘土状の反射体82は、柔軟性を有するためにワークWを傷つける懸念がないという効果がある。
By inserting such a clay-
さらに、図20は、ワークWの細穴Hの下側開口OD側への散乱体84の挿入を示す図である。図20では、ワークWを断面で示している。図20の220Aは散乱体84の挿入前を示し、図20の220Bは挿入後を示している。
Furthermore, Fig. 20 is a diagram showing the insertion of the
散乱体84は、弾性及び柔軟性を有する連続気泡構造体のスポンジである。散乱体84は、細穴Hの下側開口OD側(カメラ側とは反対側の一例)に配置される。散乱体84は柔軟性を有するので、下側開口OD側の狭いスペースに挿入することができる。散乱体84には、光源70が取り付けられる。光源70は、散乱体84に光を入射させる。光源70から散乱体84に入射された光は、散乱体84の内部を多重散乱し、下側開口ODに入射される。
The
このような散乱体84を下側開口OD側に配置することで、散乱体84が多重散乱による面光源を形成することができる。したがって、下側開口ODの観察時の光量を増加させることができ、下側開口ODの観察が容易となり、より高精度なアライメントが可能となる。また、散乱体84は、下側開口OD側のワークWの形状に沿って変形するため、厳密な形状成形や位置決めが不要であり、低コストであるという効果がある。さらに、散乱体84は、柔軟性を有するためにワークWを傷つける懸念がないという効果がある。
By disposing such a
〈別の実施形態〉
上記の実施形態では、ワークWの内面形状を測定する際に、細穴Hの位置及び傾斜を毎回計算する例について説明したが、回転体14の回転軸ARの位置(図15参照。以下、回転中心座標ともいう。)の位置をあらかじめ登録しておき、登録した回転中心座標を用いて、ワークWのアライメントを行うことも可能である。
Another embodiment
In the above embodiment, an example has been described in which the position and inclination of the fine hole H are calculated each time the inner shape of the workpiece W is measured. However, it is also possible to register the position of the rotation axis A R of the rotating body 14 (see FIG. 15 ; hereinafter, also referred to as the rotation center coordinate) in advance and align the workpiece W using the registered rotation center coordinate.
図21は、本発明の別の実施形態に係る内面形状測定機のアライメント方法の処理を示すフローチャートである。 Figure 21 is a flowchart showing the process of an alignment method for an inner surface shape measuring machine according to another embodiment of the present invention.
図21に示すように、本実施形態では、基準ワークWRを用いて回転体14の回転軸ARの位置(回転中心座標)を測定して登録する(ステップS100)。
As shown in FIG. 21, in this embodiment, the position (rotation center coordinates) of the rotation axis A 2 R of the
次に、ステップS100で登録した回転中心座標を用いて、測定対象物であるワークWのアライメントを行い(ステップS200)、ワークWの測定を行う(ステップS300)。そして、すべてのワークWの測定が終了するまで、ステップS200からS300を繰り返す(ステップS400)。 Next, the workpiece W, which is the object to be measured, is aligned using the rotation center coordinates registered in step S100 (step S200), and the workpiece W is measured (step S300). Steps S200 to S300 are then repeated until measurements of all of the workpieces W have been completed (step S400).
次に、本実施形態において、回転中心座標の位置を登録する工程(ステップS100)について、図22を参照して説明する。 Next, the process of registering the position of the rotation center coordinates (step S100) in this embodiment will be described with reference to FIG. 22.
まず、ステップS102では、ワーク設置治具18に基準ワークWRを設置する。ここで、基準ワークWRは、測定対象物であるワークWと同様に細穴(例えば、円形)に相当する形状(穴状パターンの一例)を有しており、あらかじめ形状(例えば、外径寸法及び穴の寸法等)が正確に測定されて既知となっているワークである。基準ワークWRとしては、例えば、測定対象物であるワークWと同一の材質で、かつ略同じ形状のものを用いることができる。
First, in step S102, a reference workpiece W R is placed on the
次に、ステップS104では、測定制御部52は、回転体14の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体14を回転角度が設定角度θ=0°(第1の回転角度の一例)の位置へ移動(回転)させる。
Next, in step S104, the
ステップS106では、測定制御部52は、アーム24の不図示のモータを駆動してカメラ34を基準ワークWRのZ方向の上方に移動させる。また、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口OU(第1の位置の一例)に合わせる。
In step S106, the
続くステップS108(第1の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OUを観察(撮影)する。さらに、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0Uを計算する。
In the subsequent step S108 (an example of a first observation control step), the
次に、ステップS110では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口ODUとはZ方向の位置が異なる下側開口OD(第2の位置の一例)に合わせる。
Next, in step S110, the
続くステップS112(第1の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの下側開口ODを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)0Dを計算する。
In the subsequent step S112 (an example of a first observation control step), the
次に、ステップS114では、測定制御部52は、回転体14の不図示のエンコーダの検出結果に応じて不図示のモータを駆動し、回転体14を回転角度が設定角度θ=180°(第2の回転角度の一例)の位置へ移動させる。
Next, in step S114, the
ステップS116では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を上側開口OUに合わせる。
In step S116, the
続くステップS118(第1の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OUを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、画像I180Uから設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180Uを計算する。
In the subsequent step S118 (an example of a first observation control step), the
次に、ステップS120では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの下側開口ODに合わせる。
Next, in step S120, the
続くステップS122(第1の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの下側開口ODを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、画像I180Dから設定角度θ=180°における細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)180Dを計算する。
In the subsequent step S122 (an example of a first observation control step), the
ステップS124(回転中心座標計算工程の一例)では、位置傾斜計算部60は、設定角度θ=0°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)0U及び下側開口ODの中心座標(x,y)0Dと、設定角度θ=180°における細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)180U及び下側開口ODの中心座標(x,y)180Dとから、回転体14の回転軸ARの位置(回転中心座標)を計算する。そして、ステップS126では、位置傾斜計算部60は、ステップS124で計算した回転中心座標を制御装置50のストレージに保存する。
In step S124 (an example of a rotation center coordinate calculation process), the position and tilt calculation unit 60 calculates the position (rotation center coordinate) of the rotation axis A R of the
次に、測定対象物であるワークWのアライメント工程について、図23を参照して説明する。 Next, the alignment process for the workpiece W, which is the object to be measured, will be explained with reference to Figure 23.
まず、ステップS202では、測定対象物であるワークWをワーク設置治具18に設置する。
First, in step S202, the workpiece W to be measured is placed on the
ステップS204では、測定制御部52は、アーム24の不図示のモータを駆動してカメラ34をワークWのZ方向の上方に移動させる。また、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口OU(第3の位置の一例)に合わせる。
In step S204, the
続くステップS206(第2の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの上側開口OUを観察(撮影)する。さらに、位置傾斜計算部60は、細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)Uを計算する。
In the subsequent step S206 (an example of a second observation control step), the
次に、ステップS208では、測定制御部52は、キャリッジ22の不図示のモータを駆動してカメラ34をZ方向に移動させ、カメラ34の焦点位置を細穴Hの上側開口ODUとはZ方向の位置が異なる下側開口OD(第4の位置の一例)に合わせる。
Next, in step S208, the
続くステップS210(第2の観察制御工程の一例)では、観察制御部58は、カメラ34によって細穴Hの下側開口ODを観察する。さらに、位置傾斜計算部60は、細穴Hの下側開口ODの中心座標(x,y)Dを計算する。
In the next step S210 (an example of a second observation control step), the
ステップS212(位置傾斜計算工程の一例)では、まず、位置傾斜計算部60は、ステップS206及びS210でそれぞれ計算した細穴Hの上側開口OUの中心座標(x,y)U及び下側開口ODの中心座標(x,y)Dから、ワークWの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜を計算する。次に、位置傾斜計算部60は、図22のステップS124で計算した回転体14の回転軸ARの位置(回転中心座標)を制御装置50のストレージから読み出して、回転体14の回転軸ARの位置(回転中心座標)に対する基準ワークWRの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜を計算する。ここで、位置傾斜計算部60は、回転中心座標計算部として機能する。
In step S212 (an example of a position and inclination calculation process), first, the position and inclination calculation unit 60 calculates the position and inclination of the central axis AH of the fine hole H of the workpiece W from the central coordinates (x, y) U of the upper opening OU and the central coordinates (x, y) D of the lower opening OD of the fine hole H calculated in steps S206 and S210, respectively. Next, the position and inclination calculation unit 60 reads out the position (rotation center coordinates) of the rotation axis AR of the
ステップS214では、位置傾斜計算部60は、ワークWの細穴Hの中心軸AHの位置及び傾斜と回転軸ARとのずれが目標値以内であるか否かを判定する。ずれが目標値より大きい場合は、制御装置50は、ステップS216の処理を行う。ずれが目標値以内である場合は、本フローチャートの処理を終了する。
In step S214, the position and inclination calculation unit 60 judges whether the deviation between the position and inclination of the central axis AH of the fine hole H in the workpiece W and the rotation axis AR is within a target value. If the deviation is greater than the target value, the
ステップS216では、位置傾斜計算部60は、直動傾斜ステージ16の移動量を計算する。
In step S216, the position and tilt calculation unit 60 calculates the amount of movement of the
ステップS218(ステージ制御工程の一例)は、ステージ制御部62は、ステップS13で計算された移動量に基づいて直動傾斜ステージ16の不図示のモータを駆動し、直動傾斜ステージ16を目標位置へ移動させる。その後、ステップS204へ移行し、制御装置50は同様の処理を行う。この処理を繰り返すことで、内面形状測定機10は、ワークWの細穴Hの中心軸AHと回転体14の回転軸ARとのずれを目標値以内にする。
In step S218 (an example of a stage control step), the stage control unit 62 drives a motor (not shown) of the linear
本実施形態によれば、測定対象物であるワークWのアライメントを行うごとに(図23参照)、回転体14を動作させる必要がない。したがって、ワークWのアライメントを短時間で完了することができる。
According to this embodiment, it is not necessary to operate the
一般的に、ワークWの細穴Hの中心軸AHと回転体14の回転軸ARとのずれを目標値以内にするための追い込み動作は複数回の繰り返しを必要とする(図4及び図23参照)。そして、アライメントの目標精度が高くなるほど(ずれの目標値が小さくなるほど)、繰り返し回数が増える傾向がある。
Generally, the driving-in operation needs to be repeated multiple times to bring the deviation between the central axis AH of the fine hole H in the workpiece W and the rotation axis AR of the
本実施形態では、追い込み動作の中に回転体14の動作が含まれないため、大きく所要時間を低減することができる。
In this embodiment, the driving motion does not include the movement of the
具体例として、追い込み動作の繰り返し回数をNとし、一例でN=平均4回とする。また、1回の追い込み動作で回転体14の回転動作(θ=0°→θ=180°への回転動作)に要する時間をt1とする。回転体14の回転動作は、上側開口と下側開口でそれぞれ一例で30秒ずつかかるとした場合、t1=30秒×2=60秒となる。そして、カメラの焦点位置の上下の位置決めと撮影及び軸移動に要する時間をt2とし、一例でt2=30秒とする。この場合、追い込み動作の中に回転体14の動作が含まれる場合(図4)と、含まれない場合(図23)に、アライメントに要する時間をそれぞれT1及びT2は下記のようになる。
As a specific example, the number of times the driving operation is repeated is N, and in one example, N = 4 times on average. In addition, the time required for the rotation of the
T1=(t1+t2)×N=(60+30)×4=360秒
T2=t2×N=30×4=120秒
上記の具体例では、追い込み動作の中に回転体14の動作が含まれない場合には、含まれる場合と比較して、ワークWのアライメントの所用時間を1/3に劇的に短縮することが可能となる。
T1 = (t1 + t2) x N = (60 + 30) x 4 = 360 seconds T2 = t2 x N = 30 x 4 = 120 seconds In the above specific example, when the operation of the
さらに、本実施形態によれば、基準ワークWRの形状及び寸法が既知であるため、高精度に回転中心座標を求めることができる。一般的に、測定対象物であるワークWの穴は円形状とは限らず、楕円などの歪な円形状、又は内部に突起を持つ形状等の場合も考えられる。測定対象物であるワークWの細穴の形状に基づいて撮影画像内の回転中心座標を計算する場合、ワークWの細穴の形状の影響により、回転中心を高精度に算出することが困難となる場合がある。 Furthermore, according to this embodiment, since the shape and dimensions of the reference workpiece W R are known, the rotation center coordinates can be calculated with high accuracy. Generally, the hole in the workpiece W, which is the object to be measured, is not limited to a circular shape, and may be a distorted circular shape such as an ellipse, or a shape with a protrusion inside. When calculating the rotation center coordinates in the captured image based on the shape of the fine hole in the workpiece W, which is the object to be measured, it may be difficult to calculate the rotation center with high accuracy due to the influence of the shape of the fine hole in the workpiece W.
図24は、ワークWの細穴Hが内部に突起を持つ形状の場合の回転中心座標の算出の例を示す平面図であり、図25は、基準ワークWRを用いた回転中心座標の算出の例を示す平面図である。 FIG. 24 is a plan view showing an example of calculation of the rotation center coordinate when the fine hole H of the workpiece W has a shape with a protrusion inside, and FIG. 25 is a plan view showing an example of calculation of the rotation center coordinate using a reference workpiece W R.
図24に示す例では、θ=0°の場合、細穴H10の突起部P0が明瞭に見えている。このため、細穴H10の中心位置が真の位置C1から突起部P0の反対側にずれた位置C1ERRとして検出される。一方、θ=180°の場合、細穴H1180の突起部P180が照明の影響等により潰れている。このため、細穴H1180の中心位置は円の中心と略一致する位置C2として検出される。したがって、この例では、回転中心座標が真の位置C0からずれた位置C0ERRとして検出されてしまう。 In the example shown in Figure 24, when θ = 0°, the protrusion P0 of the fine hole H10 is clearly visible. Therefore, the center position of the fine hole H10 is detected as a position C1ERR, which is shifted from the true position C1 to the opposite side of the protrusion P0 . On the other hand, when θ = 180°, the protrusion P180 of the fine hole H1180 is crushed due to the influence of lighting, etc. Therefore, the center position of the fine hole H1180 is detected as a position C2 that approximately coincides with the center of the circle. Therefore, in this example, the rotation center coordinates are detected as a position C0ERR, which is shifted from the true position C0.
一方、図25に示す例では、θ=0°とθ=180°のいずれの場合も、細穴HR0とHR180はいずれも既知の真円形状であるため、照明等の影響を受けることなく、細穴の形状を検出することができる。したがって、細穴HR0の中心CR1とHR180の中心CR2を正確に検出することができ、回転中心座標Cの計算精度の向上を実現することができる。また、基準ワークWRの細穴の円直径等の形状情報をあらかじめ測定しておき、この形状情報を用いて細穴の検出及び中心座標の計算を行うことで、より高精度に回転中心座標Cの計算を行うことができる。 On the other hand, in the example shown in Fig. 25, in both cases of θ = 0° and θ = 180°, the fine holes H R0 and H R180 are both known perfect circular shapes, so that the shape of the fine holes can be detected without being affected by lighting, etc. Therefore, the center CR1 of the fine holes H R0 and the center CR2 of the fine holes H R180 can be accurately detected, and the calculation accuracy of the rotation center coordinate C can be improved. Also, by measuring shape information such as the circle diameter of the fine holes in the reference workpiece W R in advance and using this shape information to detect the fine holes and calculate the center coordinates, the rotation center coordinate C can be calculated with higher accuracy.
(基準ワークWRについて)
なお、上記の別の実施形態では、基準ワークWRとして、測定対象物であるワークWと同様の細穴を有する立体形状を有するものを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、基準ワークWRとして、平面形状のものを用いてもよい。平面形状の基準ワークWRには、細穴に対応する中黒の円形状のパターン(穴状パターンの一例)が形成されていてもよい。この場合、細穴の位置を探索して計算するためのプログラムを上記の実施形態と共有することが可能になる。また、平面形状の基準ワークWRには、位置決め用の印刷パターン(レチクル。穴状パターンの一例)が印刷されていてもよい(例えば、図26の平面形状の基準ワークWR1参照)。位置決め用の印刷パターンには、細穴の中心位置を示すパターンが形成されていてもよい。この場合、回転中心座標等の計算を高精度で行うことが可能になる。
(Regarding standard workpiece WR )
In the above-mentioned other embodiment, the reference work W R has a three-dimensional shape having a fine hole similar to the work W to be measured, but the present invention is not limited to this. For example, a planar work W R may be used as the reference work W R. The planar reference work W R may have a black circular pattern (an example of a hole-shaped pattern) corresponding to the fine hole. In this case, it becomes possible to share a program for searching and calculating the position of the fine hole with the above-mentioned embodiment. In addition, the planar reference work W R may have a printed pattern for positioning (a reticle, an example of a hole-shaped pattern) printed thereon (for example, see the planar reference work W R1 in FIG. 26). The printed pattern for positioning may have a pattern indicating the center position of the fine hole. In this case, it becomes possible to perform calculations of the rotation center coordinates and the like with high accuracy.
また、平面形状の基準ワークを用いる場合、基準ワークをZ方向に上下させる機構と併用することも可能である。この場合、図26に示すように、平面形状の基準ワークWR1をZ方向に上下させることにより、Z方向の位置ごとのレチクル(パターンPa)の中心CR1に基づいて回転中心座標を計算する。これにより、回転軸の傾斜をあらかじめ計算して登録することができるので、より高精度のアライメントを実現することができる。 Furthermore, when a planar reference workpiece is used, it is possible to use it in conjunction with a mechanism for moving the reference workpiece up and down in the Z direction. In this case, as shown in Fig. 26, by moving a planar reference workpiece W R1 up and down in the Z direction, the rotation center coordinates are calculated based on the center C R1 of the reticle (pattern Pa) for each position in the Z direction. This allows the inclination of the rotation axis to be calculated and registered in advance, thereby achieving more accurate alignment.
なお、基準ワークWRとして、立体的な形状(穴形状)を有するものを用いる場合には、上記の通り、平面形状の基準ワークWRを用いる場合と、細穴の位置を探索して計算するためのプログラムを共有することができる。更に、上側開口と下側開口のそれぞれについて回転中心を登録することで回転軸の傾斜もあらかじめ計算し登録することができる。 When a reference workpiece W R having a three-dimensional shape (hole shape) is used, as described above, the program for searching and calculating the position of the fine hole can be shared with the case where a flat reference workpiece W R is used. Furthermore, by registering the rotation center for each of the upper opening and the lower opening, the inclination of the rotation axis can also be calculated and registered in advance.
また、基準ワークWRとして、高精度に作られた測定対象物であるワークW又はワークW類似の形状を有する物体を使用することもできる。この場合、基準ワークWRの把持のために測定対象物であるワークWの把持機構を流用することができる。 Also, the reference workpiece W R can be a workpiece W, which is a measurement object made with high precision, or an object having a shape similar to that of the workpiece W. In this case, the gripping mechanism for the workpiece W, which is a measurement object, can be used to grip the reference workpiece W R.
<その他>
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
<Other>
The technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. The configurations and the like in each embodiment can be appropriately combined with each other without departing from the spirit of the present invention.
10…内面形状測定機
12…本体ベース
14…回転体
16…直動傾斜ステージ
18…ワーク設置治具
20…コラム
22…キャリッジ
24…アーム
28…変位検出器
30…プローブ
34…カメラ
35…同軸落射照明光学系
38…光ファイバ
40…反射ミラー
42…接触子
50…制御装置
52…測定制御部
54…変位取得部
56…真円度計算部
58…観察制御部
60…位置傾斜計算部
62…ステージ制御部
63…出力部
70…光源
72…反射体
80…スポンジ状の反射体
82…粘土状の反射体
84…散乱体
AH…中心軸
AR…回転軸
FD…焦点面
FU…焦点面
H…細穴
I0D…画像
I0U…画像
I180D…画像
I180U…画像
OD…下側開口
OU…上側開口
P…光路
R…撮影範囲
S1~S14…内面形状測定機のアライメント方法の処理の各ステップ
TU…上側開口の中心座標の軌跡
W…ワーク
WR、WR1…基準ワーク
LIST OF
Claims (8)
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第1の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第1の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第1の直動機構によって前記第1の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転するワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
前記第1の方向に平行な光軸を有するカメラと、
前記直動傾斜ステージに固定された、穴状パターンが形成された、形状が既知の基準ワークについて、前記回転体の第1の回転角度における前記基準ワークの前記穴状パターンの第1の位置及び前記第1の位置とは前記第1の方向の位置が異なる第2の位置と、前記回転体の前記第1の回転角度とは異なる第2の回転角度における前記基準ワークの前記穴状パターンの前記第1の位置及び前記第2の位置とを前記カメラにより観察する第1の観察制御部と、
前記観察した前記回転体の第1の回転角度における前記細穴の第1の位置及び前記第2の位置と、前記回転体の前記第2の回転角度における前記細穴の前記第1の位置及び前記第2の位置と、のそれぞれの座標から、前記回転体の回転中心座標を計算する回転中心座標計算部と、
前記直動傾斜ステージに固定された測定対象の前記ワークについて、測定対象の前記ワークの前記細穴の第3の位置及び前記第3の位置とは前記第1の方向の位置が異なる第4の位置を第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第2の観察制御部と、
前記回転体の回転中心座標と、前記回転体の前記細穴の前記第3の位置及び前記第4の位置から、前記細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算部と、
を備える内面形状測定機。 a rotor that rotates about a rotation axis parallel to a first direction;
a linear motion tilt stage supported by the rotating body, the linear motion tilt stage being capable of changing a position in a plane perpendicular to the first direction with respect to the rotating body and a tilt with respect to the plane;
a displacement detector that detects a displacement of an inner surface of a small hole in a workpiece that is fixed to the linear motion tilt stage and rotates together with the rotating body, the displacement detector being a contact or non-contact probe extending parallel to the first direction and movable in the first direction by a first linear motion mechanism;
a camera having an optical axis parallel to the first direction;
a first observation control unit that observes, with respect to a reference workpiece having a known shape and having a hole pattern formed thereon, a first position of the hole pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body and a second position that is different in the first direction from the first position, and the first position and the second position of the hole pattern of the reference workpiece at a second rotation angle that is different from the first rotation angle of the rotating body, using the camera;
a rotation center coordinate calculation unit that calculates rotation center coordinates of the rotating body from the coordinates of the first position and the second position of the fine hole at the first rotation angle of the rotating body observed and the coordinates of the first position and the second position of the fine hole at the second rotation angle of the rotating body;
a second observation control unit that observes a third position of the fine hole of the workpiece to be measured fixed to the linear motion tilt stage and a fourth position that is different in the first direction from the third position by a camera having an optical axis parallel to the first direction;
a position and inclination calculation unit that calculates a position and an inclination of the fine hole from the rotation center coordinates of the rotating body and the third position and the fourth position of the fine hole of the rotating body;
An inner surface shape measuring machine equipped with
前記第2の観察制御部は、前記第1の直動機構により前記カメラの焦点位置を前記細穴の前記第3の位置及び前記第4の位置に移動させる請求項1又は2に記載の内面形状測定機。 the camera is movable in the first direction by the first linear motion mechanism;
3. The inner surface shape measuring instrument according to claim 1, wherein the second observation control section moves a focal position of the camera to the third position and the fourth position of the fine hole by the first linear motion mechanism.
前記反射体は、前記カメラと前記直動傾斜ステージとの間に配置される前記ワークの前記細穴の前記カメラ側の開口から入射した光を前記直動傾斜ステージ側において前記細穴に反射させる請求項5に記載の内面形状測定機。 A sponge-like or clay-like reflector is provided,
6. The inner surface shape measuring machine according to claim 5, wherein the reflector reflects light incident from an opening of the fine hole in the workpiece arranged between the camera and the linear motion tilt stage onto the fine hole on the linear motion tilt stage side.
前記連続気泡構造体に光を入射させる光源と、
を備え、
前記連続気泡構造体は、前記カメラと前記直動傾斜ステージとの間に配置される前記ワークの前記細穴の前記直動傾斜ステージ側の開口から前記光源からの光を入射させる請求項1から5のいずれか1項に記載の内面形状測定機。 A flexible open-cell structure;
a light source that causes light to be incident on the open cell structure;
Equipped with
6. The inner surface shape measuring instrument according to claim 1, wherein the open cell structure allows light from the light source to be incident through an opening of the small hole in the workpiece arranged between the camera and the linear motion tilt stage on the linear motion tilt stage side.
前記回転体に支持される直動傾斜ステージであって、前記回転体に対する前記第1の方向に直交する平面内の位置及び前記平面に対する傾斜を変更可能な直動傾斜ステージと、
前記第1の方向に平行に延びる接触式又は非接触式のプローブであって、第1の直動機構によって前記第1の方向に移動可能なプローブにより、前記直動傾斜ステージに固定されて前記回転体とともに回転する測定対象のワークの細穴の内側面の変位を検出する変位検出器と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法であって、
穴状パターンが形成された、形状が既知の基準ワークを前記直動傾斜ステージに固定し、前記回転体の第1の回転角度における前記基準ワークの前記穴状パターンの第1の位置及び前記第1の位置とは前記第1の方向の位置が異なる第2の位置と、前記回転体の前記第1の回転角度とは異なる第2の回転角度における前記基準ワークの前記穴状パターンの前記第1の位置及び前記第2の位置とを、第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第1の観察制御工程と、
前記観察した前記回転体の第1の回転角度における前記細穴の第1の位置及び前記第2の位置と、前記回転体の前記第2の回転角度における前記細穴の前記第1の位置及び前記第2の位置と、のそれぞれの座標から、前記回転体の回転中心座標を計算する回転中心座標計算工程と、
測定対象の前記ワークを前記直動傾斜ステージに固定し、測定対象の前記ワークの前記細穴の第3の位置及び前記第3の位置とは前記第1の方向の位置が異なる第4の位置を第1の方向に平行な光軸を有するカメラにより観察する第2の観察制御工程と、
前記回転体の回転中心座標と、前記回転体の前記細穴の前記第3の位置及び前記第4の位置から、前記細穴の位置及び傾斜を計算する位置傾斜計算工程と、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。 a rotor that rotates about a rotation axis parallel to a first direction;
a linear motion tilt stage supported by the rotating body, the linear motion tilt stage being capable of changing a position in a plane perpendicular to the first direction with respect to the rotating body and a tilt with respect to the plane;
a displacement detector that detects a displacement of an inner surface of a small hole in a workpiece to be measured, the workpiece being fixed to the linear motion tilt stage and rotating together with the rotating body, by using a contact or non-contact probe that extends parallel to the first direction and is movable in the first direction by a first linear motion mechanism;
An alignment method for an inner surface shape measuring machine comprising:
a first observation control process for fixing a reference workpiece having a known shape and on which a hole pattern is formed to the linear inclination stage, and observing a first position of the hole pattern of the reference workpiece at a first rotation angle of the rotating body and a second position different in the first direction from the first position, and the first position and the second position of the hole pattern of the reference workpiece at a second rotation angle different from the first rotation angle of the rotating body, using a camera having an optical axis parallel to the first direction;
a rotation center coordinate calculation step of calculating a rotation center coordinate of the rotating body from the coordinates of the first position and the second position of the fine hole at the first rotation angle of the rotating body observed and the coordinates of the first position and the second position of the fine hole at the second rotation angle of the rotating body;
a second observation control step of fixing the workpiece to be measured to the linear tilt stage and observing a third position of the small hole of the workpiece to be measured and a fourth position, which is a position in the first direction different from the third position, by a camera having an optical axis parallel to the first direction;
a position and inclination calculation step of calculating a position and an inclination of the fine hole from the rotation center coordinates of the rotating body and the third position and the fourth position of the fine hole of the rotating body;
An alignment method for an inner surface shape measuring machine comprising:
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