Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7617384B2 - Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7617384B2 - Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine - Google Patents

Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine Download PDF

Info

Publication number
JP7617384B2
JP7617384B2 JP2021003451A JP2021003451A JP7617384B2 JP 7617384 B2 JP7617384 B2 JP 7617384B2 JP 2021003451 A JP2021003451 A JP 2021003451A JP 2021003451 A JP2021003451 A JP 2021003451A JP 7617384 B2 JP7617384 B2 JP 7617384B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
surface shape
rotation axis
measuring machine
camera
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021003451A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021148771A (en
Inventor
秀樹 森井
克文 森山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Seimitsu Co Ltd filed Critical Tokyo Seimitsu Co Ltd
Publication of JP2021148771A publication Critical patent/JP2021148771A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7617384B2 publication Critical patent/JP7617384B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

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.

従来より、検出器のプローブとワークとを回転軸を中心に相対的に回転させることにより、円筒状のワークの内面形状(真円度等)を測定する形状測定機が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような形状測定機を用いてワークの内面形状を測定するためには、回転軸とワークの中心軸とを一致させる必要がある。 Conventionally, there has been known a shape measuring machine that measures the inner shape (roundness, etc.) of a cylindrical workpiece by rotating a detector probe and the workpiece relatively around a rotation axis (see, for example, Patent Document 1). In order to measure the inner shape of a workpiece using such a shape measuring machine, it is necessary to align the rotation axis with the central axis of the workpiece.

特許文献1には、回転テーブル上に載置された円筒状のワークの内周面に検出器のプローブ(接触子)を当接させてワークの内周面の内面形状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、回転軸とワークの中心軸とを一致させるために、事前に検出器のプローブ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 inner shape of the inner peripheral surface of a cylindrical workpiece placed on a rotating table by contacting the probe (contact piece) of a detector with the inner peripheral surface of the workpiece. In the technique described in Patent Document 1, in order to align the rotation axis with the central axis of the workpiece, the detector probe is contacted with the outer peripheral surface of the workpiece in advance, and the runout of the workpiece is observed at low magnification while rotating the rotating table, and the workpiece placement position is adjusted to reduce the runout.

特開2006-145344号公報JP 2006-145344 A

上記のような形状測定機を用いてワークの細穴の内面形状を測定する場合、プローブと回転軸との相対的な位置合わせ(プローブアライメント)が重要となる。すなわち、上述した特許文献1のようにして回転軸とワークの中心軸とを一致させたとしても、プローブと回転軸との間に相対的な位置ずれが存在していると、プローブをワークの細穴に挿入する際にプローブがワークの細穴以外の部分に衝突してしまうという問題がある。 When using a shape measuring machine such as the one described above to measure the inner shape of a fine hole in a workpiece, the relative alignment of the probe and the rotation axis (probe alignment) is important. In other words, even if the rotation axis and the central axis of the workpiece are aligned as in the above-mentioned Patent Document 1, if there is a relative misalignment between the probe and the rotation axis, there is a problem that the probe will collide with a part of the workpiece other than the fine hole when it is inserted into the fine hole in the workpiece.

このような問題は、作業者が観察顕微鏡で確認しながらプローブをワークの細穴に挿入すれば解消できるが、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がワークの細穴以外の部分に衝突してしまうおそれがある。 This problem can be solved if an operator inserts a probe into the workpiece's small hole while checking with an observation microscope, but this requires the operator to be highly skilled. In this case, automation is difficult and there is a risk of the probe colliding with a part of the workpiece other than the small 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、プローブのアライメントを精度よく簡単に行うことができる内面形状測定機、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 can perform probe alignment accurately and easily, and an alignment method for an inner surface shape measuring machine.

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。 To achieve the above objective, the following invention is provided.

本発明の第1態様に係る内面形状測定機は、ワークに形成された細穴の内面形状を測定する内面形状測定機であって、ワークを回転軸周りに回転させるワーク回転手段と、ワークの細穴に挿入可能な細長形状を有し、細穴の内面形状を検出するプローブと、プローブの姿勢を調整可能な調整手段と、ワーク回転手段と一体となって回転可能に構成され、回転軸を中心とする回転軌道上の少なくとも3つの周方向位置からプローブ姿勢情報を取得する取得手段と、取得手段が取得したプローブ姿勢情報に基づき、調整手段によりプローブの姿勢を調整する制御手段と、を備える。 The inner surface shape measuring machine according to the first aspect of the present invention is an inner surface shape measuring machine for measuring the inner surface shape of a fine hole formed in a workpiece, and includes a workpiece rotation means for rotating the workpiece around a rotation axis, a probe having an elongated shape that can be inserted into the fine hole in the workpiece and for detecting the inner surface shape of the fine hole, an adjustment means for adjusting the attitude of the probe, an acquisition means configured to be rotatable integrally with the workpiece rotation means and acquiring probe attitude information from at least three circumferential positions on a rotational orbit centered on the rotation axis, and a control means for adjusting the attitude of the probe by the adjustment means based on the probe attitude information acquired by the acquisition means.

本発明の第2態様に係る内面形状測定機は、第1態様において、制御手段は、プローブ
と回転軸との相対ずれがなくなるように、調整手段によりプローブの姿勢を調整する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the control means adjusts the attitude of the probe by the adjustment means so that there is no relative deviation between the probe and the rotation axis.

本発明の第3態様に係る内面形状測定機は、第1態様又は第2態様において、取得手段は、回転軌道上において互いに90度ずつずれた4つの周方向位置からプローブ姿勢情報を取得する。 In the third aspect of the present invention, the inner surface shape measuring machine is the first or second aspect, in which the acquisition means acquires probe attitude information from four circumferential positions that are shifted from each other by 90 degrees on the rotation orbit.

本発明の第4態様に係る内面形状測定機は、第1態様から第3態様のいずれか1つの態様において、取得手段は、プローブを撮影するカメラを含む。 The fourth aspect of the present invention is an inner surface shape measuring machine according to any one of the first to third aspects, in which the acquisition means includes a camera that photographs the probe.

本発明の第5態様に係る内面形状測定機は、第4態様において、ワーク回転手段と一体となって回転可能に構成され、カメラに対向する位置からプローブに向けて面発光可能な面発光照明手段を更に備える。 The fifth aspect of the present invention relates to an inner surface shape measuring machine according to the fourth aspect, which further includes a surface-emitting illumination means that is configured to be rotatable integrally with the workpiece rotation means and is capable of emitting surface light toward the probe from a position facing the camera.

本発明の第6態様に係る内面形状測定機のアライメント方法は、ワークに形成された細穴の内面形状を測定する内面形状測定機のアライメント方法であって、内面形状測定機は、ワークを回転軸周りに回転させるワーク回転手段と、ワークの細穴に挿入可能な細長形状を有し、細穴の内面形状を検出するプローブとを備える、内面形状測定機のアライメント方法であって、回転軸を中心とする回転軌道上の少なくとも3つの周方向位置からプローブ姿勢情報を取得する取得ステップと、取得ステップで取得したプローブ姿勢情報に基づき、プローブが回転軸と同軸上となるように、プローブの姿勢を調整する調整ステップと、を備える。 The alignment method for an inner surface shape measuring machine according to a sixth aspect of the present invention is an alignment method for an inner surface shape measuring machine that measures the inner surface shape of a fine hole formed in a workpiece, the inner surface shape measuring machine comprising a workpiece rotation means for rotating the workpiece around a rotation axis, and a probe having an elongated shape that can be inserted into the fine hole in the workpiece and that detects the inner surface shape of the fine hole, the alignment method for an inner surface shape measuring machine comprising an acquisition step of acquiring probe attitude information from at least three circumferential positions on a rotational orbit centered on the rotation axis, and an adjustment step of adjusting the attitude of the probe based on the probe attitude information acquired in the acquisition step so that the probe is coaxial with the rotation axis.

本発明の第7態様に係る内面形状測定機のアライメント方法は、第6態様において、前取得ステップは、回転軌道上において互いに90度ずつずれた4つの周方向位置からプローブ姿勢情報を取得する。 The alignment method for an inner surface shape measuring machine according to the seventh aspect of the present invention is the sixth aspect, in which the pre-acquisition step acquires probe attitude information from four circumferential positions that are shifted from each other by 90 degrees on the rotational orbit.

本発明によれば、プローブのアライメントを精度よく簡単に行うことができる。 The present invention allows probe alignment to be performed easily and accurately.

第1実施形態の内面形状測定機の全体構成を示した概略図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an inner surface shape measuring machine according to a first embodiment. FIG. 制御装置の構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device. プローブアライメントの流れの一例を示したフローチャートである。11 is a flowchart showing an example of a flow of probe alignment. カメラによるプローブの撮影位置の一例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a position where a probe is photographed by a camera. 各撮影位置におけるカメラの撮影画像の一例を示した説明図である。1A to 1C are explanatory diagrams showing examples of images captured by a camera at each shooting position. 第1撮影画像と第3撮影画像との合成画像を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a composite image of the first captured image and the third captured image. 第2撮影画像と第4撮影画像との合成画像を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a composite image of the second captured image and the fourth captured image. カメラによるプローブの撮影位置の他の例を示した図である。13 is a diagram showing another example of the position at which the probe is photographed by the camera. FIG. カメラによるプローブの撮影位置の更に他の例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing yet another example of the position at which the probe is photographed by the camera. 第2実施形態の内面形状測定機の全体構成を示した概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the overall configuration of an inner surface shape measuring machine according to a second embodiment. 第3実施形態の内面形状測定機の全体構成を示した概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the overall configuration of an inner surface shape measuring machine according to a third embodiment. 第4実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an inner surface shape measuring machine according to a fourth embodiment. 第5実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an inner surface shape measuring machine according to a fifth embodiment. 第6実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an inner surface shape measuring machine according to a sixth embodiment. 本発明の応用例を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an application example of the present invention. 本発明の応用例を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an application example of the present invention.

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.

[第1実施形態]
<内面形状測定機の構成>
図1は、第1実施形態の内面形状測定機10の全体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貫通穴である。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。
[First embodiment]
<Configuration of inner surface shape measuring machine>
Fig. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an inner surface shape measuring machine 10 of a first embodiment. The inner surface shape measuring machine 10 is a device that measures the inner surface shape (roundness, etc.) of a small hole H formed in a workpiece W. In this example, the small hole H is a through hole formed along the central axis of the workpiece W. The inner diameter of the small hole H is extremely small (for example, an inner diameter of 500 μm or less). In Fig. 1, the X direction, Y direction, and Z direction are directions perpendicular to each other, the X direction is a horizontal direction, the Y direction is a horizontal direction perpendicular to the X direction, and the Z direction is a vertical direction.

図1に示すように、内面形状測定機10は、本体ベース12、高精度回転機構14、直動傾斜ステージ18、コラム20、キャリッジ22、アーム24、変位検出器26、プローブ直動傾斜機構28、カメラ32、及び制御装置50を備える。 As shown in FIG. 1, the inner surface shape measuring device 10 includes a main body base 12, a high-precision rotation mechanism 14, a linear tilt stage 18, a column 20, a carriage 22, an arm 24, a displacement detector 26, a probe linear tilt mechanism 28, a camera 32, and a control device 50.

高精度回転機構14は、ワークWを回転軸C周りに回転させるための回転機構であり、後述する直動傾斜ステージ18をZ方向に平行な回転軸Cを中心に高精度に回転させるものである。高精度回転機構14は、本体ベース12上に回転可能に設けられた回転体16を備えており、回転体16の上面に直動傾斜ステージ18が支持されている。高精度回転機構14は、回転体16を回転軸Cを中心に高精度に回転させるモータ(不図示)と、回転体16の回転角度を検出するエンコーダ(不図示)とを備える。 The high-precision rotation mechanism 14 is a rotation mechanism for rotating the workpiece W around the rotation axis C, and rotates the linear tilt stage 18 (described later) with high precision around the rotation axis C parallel to the Z direction. The high-precision rotation mechanism 14 includes a rotor 16 rotatably mounted on the main body base 12, and the linear tilt stage 18 is supported on the upper surface of the rotor 16. The high-precision rotation mechanism 14 includes a motor (not shown) that rotates the rotor 16 with high precision around the rotation axis C, and an encoder (not shown) that detects the rotation angle of the rotor 16.

直動傾斜ステージ18は、ワークWを載置するものである。直動傾斜ステージ18は、ワークWを直接支持固定するものであってもよいし、ワーク設置治具(不図示)を介してワークWを支持固定するものであってもよい。 The linear tilt stage 18 is used to place the workpiece W. The linear tilt stage 18 may directly support and fix the workpiece W, or may support and fix the workpiece W via a workpiece installation jig (not shown).

直動傾斜ステージ18は、回転体16の支持面(上面)に支持されており、回転体16と一体となって回転軸Cを中心に回転可能に構成される。これにより、直動傾斜ステージ18に支持固定されたワークWは、直動傾斜ステージ18と一体となって回転軸Cを中心に回転可能である。なお、直動傾斜ステージ18及び回転体16は「ワーク回転手段」の一例である。 The linear tilt stage 18 is supported on the support surface (upper surface) of the rotating body 16, and is configured to be rotatable integrally with the rotating body 16 around the rotation axis C. As a result, the workpiece W supported and fixed to the linear tilt stage 18 can be rotated integrally with the linear tilt stage 18 around the rotation axis C. The linear tilt stage 18 and the rotating body 16 are an example of a "workpiece rotation means."

直動傾斜ステージ18は、直動機構(センタリング機構)と、傾斜機構(チルチング機構)とを備えている(いずれも不図示)。直動機構は、不図示のモータの駆動により直動傾斜ステージ18をX方向及びY方向に移動させて、回転軸Cに直交するXY平面(水平面)における直動傾斜ステージ18の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動により直動傾斜ステージ18をX方向及びY方向の周りに回転させて、XY平面に対する直動傾斜ステージ18の傾きを調整する。したがって、直動機構及び傾斜機構によって直動傾斜ステージ18の水平方向(X方向及びY方向)の位置及び傾斜を調整することにより、回転軸Cに対するワークWの中心軸の偏心補正(センタリング調整)及び傾斜補正(チルチング調整)を行うことが可能となる。 The linear tilt stage 18 is equipped with a linear mechanism (centering mechanism) and a tilting mechanism (tilting mechanism) (both not shown). The linear mechanism moves the linear tilt stage 18 in the X and Y directions by driving a motor (not shown) to adjust the position of the linear tilt stage 18 in the XY plane (horizontal plane) perpendicular to the rotation axis C. The tilting mechanism rotates the linear tilt stage 18 around the X and Y directions by driving a motor (not shown) to adjust the tilt of the linear tilt stage 18 relative to the XY plane. Therefore, by adjusting the position and tilt of the linear tilt stage 18 in the horizontal direction (X and Y directions) by the linear mechanism and the tilting mechanism, it is possible to perform eccentricity correction (centering adjustment) and tilt correction (tilting adjustment) of the central axis of the workpiece W relative to the rotation axis C.

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 main body base 12. The lower end of the column 20 is fixed to the upper surface of the main body base 12.

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方向に移動可能に構成される。 The carriage 22 is supported by the column 20 so as to be movable in the Z direction. The carriage 22 is configured to be movable in the Z direction by being driven by a motor (not shown).

アーム24は、X方向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方向に移動可能に構成される。 The arm 24 is supported by the carriage 22 so as to be movable in the X direction. The arm 24 is configured to be movable in the X direction by being driven by a motor (not shown).

変位検出器26は、プローブ直動傾斜機構28を介してアーム24に支持される。変位
検出器26は、ワークWの細穴Hに挿入可能な細長形状のプローブ30を有する。プローブ30は、ワークWの細穴Hに挿入された状態でワークWの細穴Hの内面(被測定面)の形状を検出するものである。プローブ30は、ワークWの細穴Hの内面に接触せずに内面形状を検出する非接触式のプローブが好ましく採用される。
The displacement detector 26 is supported by the arm 24 via a probe linear motion tilt mechanism 28. The displacement detector 26 has an elongated probe 30 that can be inserted into the small hole H of the workpiece W. The probe 30 detects the shape of the inner surface (measurement surface) of the small hole H of the workpiece W in a state where it is inserted into the small hole H of the workpiece W. A non-contact probe that detects the inner surface shape without coming into contact with the inner surface of the small hole H of the workpiece W is preferably used as the probe 30.

非接触式プローブとしては、ワークWの細穴Hの内面に接触せずに内面形状を検出することができるものであれば特に限定されず、例えば、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)等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。 The non-contact probe is not particularly limited as long as it can detect the inner shape of the fine hole H in the workpiece W without contacting the inner surface. For example, a probe that applies various techniques such as a laser interferometer, a white light interferometer, SD-OCT (Spectral Domain-Optical Coherence Tomography), or SS-OCT (Swept Source-Optical Coherence Tomography) can be used.

なお、プローブ30は、非接触式プローブに限らず、接触式プローブでもよい。接触式プローブは、ワークWの細穴Hの内面に接触可能な接触子を有し、ワークWの細穴Hの内面に接触させたときの接触子の変位を検出することにより内面形状を検出するものである。接触式プローブとしては、例えば、LVDT(Linear Variable Differential Transformer)、干渉計、光三角測量方式、薄膜歪み測定等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。また、共振周波数で接触式プローブの接触子を加振しておき、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 probe 30 is not limited to a non-contact probe, but may be a contact probe. A contact probe has a contactor that can come into contact with the inner surface of the fine hole H in the workpiece W, and detects the shape of the inner surface by detecting the displacement of the contactor when it is brought into contact with the inner surface of the fine hole H in the workpiece W. As the contact probe, for example, a probe using various methods such as an LVDT (Linear Variable Differential Transformer), an interferometer, an optical triangulation method, or a thin film distortion measurement method may be used. In addition, a method may be used in which the contactor of the contact probe is vibrated at a resonant frequency and the resonance point changes due to contact.

一般に非接触式プローブは接触式プローブに比べて細径化に適しており、本実施形態のように極小径の細穴Hの内面形状の測定には非接触式プローブが好適である。 In general, non-contact probes are more suitable for making the diameter smaller than contact probes, and are therefore suitable for measuring the inner shape of extremely small diameter holes H, as in this embodiment.

プローブ直動傾斜機構28は、アーム24と変位検出器26との間に介在して設けられている。プローブ直動傾斜機構28は、直動機構と、傾斜機構とを備えている(いずれも不図示)。直動機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器26をX方向及びY方向に移動させて、回転軸Cに直交するXY平面(水平面)におけるプローブ30の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器26をX方向及びY方向の周りに回転させて、XY平面に対するプローブ30の傾きを調整する。したがって、プローブ直動傾斜機構28(直動機構及び傾斜機構)によってプローブ30の水平方向(X方向及びY方向)の位置及び傾斜を調整することにより、プローブ30と回転軸Cとの相対的な位置合わせ(プローブアライメント)を行うことが可能となる。プローブ直動傾斜機構28は「調整手段」の一例である。なお、本発明の特徴であるプローブアライメントについては後述する。 The probe linear tilt mechanism 28 is provided between the arm 24 and the displacement detector 26. The probe linear tilt mechanism 28 includes a linear mechanism and a tilt mechanism (both not shown). The linear mechanism moves the displacement detector 26 in the X and Y directions by driving a motor (not shown) to adjust the position of the probe 30 in the XY plane (horizontal plane) perpendicular to the rotation axis C. The tilt mechanism rotates the displacement detector 26 around the X and Y directions by driving a motor (not shown) to adjust the tilt of the probe 30 relative to the XY plane. Therefore, by adjusting the position and tilt of the probe 30 in the horizontal direction (X and Y directions) by the probe linear tilt mechanism 28 (linear mechanism and tilt mechanism), it is possible to perform relative alignment (probe alignment) between the probe 30 and the rotation axis C. The probe linear tilt mechanism 28 is an example of an "adjustment means". Note that the probe alignment, which is a feature of the present invention, will be described later.

カメラ32は、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラなどのエリアセンサカ
メラ(2次元センサカメラ)である。カメラ32は、カメラ用ブラケット34を介して回転体16に連結(支持)されている。カメラ32は、その撮影方向が回転軸Cに直交し且つ回転軸C側(回転中心側)を向くように配置されている。また、カメラ32の焦点が回転軸Cに合うように調整されている。これにより、カメラ32は、回転体16と一体となって回転軸C周りに回転可能であると共に、その回転軸Cを中心とした回転軌道K上の任意の撮影位置(周方向位置)においてカメラ32によるプローブ30の撮影が可能となっている(図4参照)。なお、カメラ32への給電は、スリップリングや無線給電などの公知の方法を適用可能である。カメラ32は「取得手段」の一例であり、カメラ32が撮影した撮影画像は「プローブ姿勢情報」の一例である。
The camera 32 is an area sensor camera (two-dimensional sensor camera) such as a CCD (Charge Coupled Device) camera. The camera 32 is connected (supported) to the rotating body 16 via a camera bracket 34. The camera 32 is arranged so that its shooting direction is perpendicular to the rotation axis C and faces the rotation axis C side (rotation center side). The focus of the camera 32 is adjusted to match the rotation axis C. As a result, the camera 32 can rotate around the rotation axis C together with the rotating body 16, and the camera 32 can capture an image of the probe 30 at any shooting position (circumferential position) on a rotational orbit K centered on the rotation axis C (see FIG. 4). Note that a known method such as a slip ring or wireless power supply can be applied to supply power to the camera 32. The camera 32 is an example of an "acquisition means", and the captured image captured by the camera 32 is an example of "probe attitude information".

<制御装置>
制御装置50は、内面形状測定機10の各部の動作(ワークWの内面形状の測定動作や後述するプローブアライメント動作などを含む)を制御する。制御装置50は、例えばパーソナルコンピュータ又は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又は制御処理が実行される。なお、制御装置50は「制御手段」の一例である。
<Control device>
The control device 50 controls the operation of each part of the inner surface shape measuring machine 10 (including the operation of measuring the inner surface shape of the workpiece W and the probe alignment operation described below). The control device 50 is realized by a general-purpose computer such as a personal computer or a microcomputer. The control device 50 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input/output interface. In the control device 50, various programs such as a control program stored in the ROM are expanded in the RAM, and the programs expanded in the RAM are executed by the CPU, thereby realizing the functions of each part in the inner surface shape measuring machine 10, and various arithmetic processing or control processing is executed via the input/output interface. The control device 50 is an example of a "control means".

図2は、制御装置50の構成を示したブロック図である。なお、図2においては、内面形状測定機10で実行されるプローブアライメントの動作に関する構成のみを図示している。なお、制御装置50は、ワークWの内面形状の測定動作等に関する構成なども備えているが、本発明の要部ではないので説明を省略する。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the control device 50. Note that in Figure 2, only the configuration related to the probe alignment operation performed by the inner surface shape measuring machine 10 is illustrated. Note that the control device 50 also has configuration related to the measurement operation of the inner surface shape of the workpiece W, but since this is not a main part of the present invention, the description will be omitted.

図2に示すように、制御装置50は、プローブアライメント制御部52を備えている。プローブアライメント制御部52は、プローブ30と回転軸Cとの相対位置な位置合わせ(プローブアライメント)を行うための動作を制御する機能部である。 As shown in FIG. 2, the control device 50 includes a probe alignment control unit 52. The probe alignment control unit 52 is a functional unit that controls the operation for performing relative position alignment (probe alignment) between the probe 30 and the rotation axis C.

ここで、プローブアライメント制御部52の構成について詳しく説明すると、プローブアライメント制御部52は、撮影制御部54と、相対ずれ検出部56と、プローブ姿勢制御部58と、を備えている。 Here, the configuration of the probe alignment control unit 52 will be described in detail. The probe alignment control unit 52 includes an imaging control unit 54, a relative deviation detection unit 56, and a probe posture control unit 58.

撮影制御部54は、高精度回転機構14を制御して、回転体16と一体となって回転軸C周りにカメラ32を回転させることにより、プローブ30に対するカメラ32の撮影位置(周方向位置)を回転軸Cを中心とした周方向に変化させる。これにより、回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上の少なくとも3つの撮影位置からカメラ32によるプローブ30の撮影が可能になる。なお、後述するように本実施形態では、カメラ32の回転軌道K上において互いに90度ずつずれた4つの撮影位置からプローブ30の撮影が好適に行われる(図4参照)。 The imaging control unit 54 controls the high-precision rotation mechanism 14 to rotate the camera 32 around the rotation axis C together with the rotor 16, thereby changing the imaging position (circumferential position) of the camera 32 relative to the probe 30 in the circumferential direction centered on the rotation axis C. This enables the camera 32 to image the probe 30 from at least three imaging positions on the rotation orbit K of the camera 32 centered on the rotation axis C. As described below, in this embodiment, the probe 30 is preferably imaged from four imaging positions that are shifted from each other by 90 degrees on the rotation orbit K of the camera 32 (see FIG. 4).

また、撮影制御部54は、各撮影位置に移動したカメラ32にプローブ30を撮影させる制御を行う。撮影制御部54は、カメラ32が撮影した撮影画像を相対ずれ検出部56に対して送信させる。 The imaging control unit 54 also controls the camera 32 that has moved to each imaging position to capture an image of the probe 30. The imaging control unit 54 causes the image captured by the camera 32 to be transmitted to the relative deviation detection unit 56.

相対ずれ検出部56は、各撮影位置でカメラ32が取得した撮影画像に基づいて、回転軸Cとプローブ30との相対ずれを検出する。具体的な検出方法については、後述するプローブアライメントにおいて説明する。 The relative deviation detection unit 56 detects the relative deviation between the rotation axis C and the probe 30 based on the captured images acquired by the camera 32 at each capture position. A specific detection method will be explained in the probe alignment section below.

プローブ姿勢制御部58は、相対ずれ検出部56が検出した相対ずれに基づき、プローブ直動傾斜機構28を制御する。具体的には、プローブ姿勢制御部58は、相対ずれ検出部56が検出した相対ずれがなくなるように、プローブ直動傾斜機構28を制御してプローブ30の位置及び傾きを調整して、プローブ30と回転軸Cとの相対的な位置合わせを行う。 The probe posture control unit 58 controls the probe linear motion tilt mechanism 28 based on the relative deviation detected by the relative deviation detection unit 56. Specifically, the probe posture control unit 58 controls the probe linear motion tilt mechanism 28 to adjust the position and tilt of the probe 30 so that the relative deviation detected by the relative deviation detection unit 56 is eliminated, thereby aligning the probe 30 relative to the rotation axis C.

<プローブアライメント>
次に、本発明の特徴であるプローブアライメントについて説明する。
<Probe alignment>
Next, probe alignment, which is a feature of the present invention, will be described.

内面形状測定機10を用いてワークWの細穴Hの内面形状(真円度等)を測定する場合には、まず、プローブ30がキャリッジ22により変位検出器26とともにZ方向に移動され、ワークWの細穴Hにプローブ30が挿入される。そして、ワークWの細穴Hにプローブ30が挿入された状態で、ワークWを回転軸C周りに回転させつつ、プローブ30により細穴Hの内面形状が検出される。このようにしてワークWの細穴Hの内面形状の測定が行われる。 When using the inner surface shape measuring machine 10 to measure the inner surface shape (roundness, etc.) of a fine hole H in a workpiece W, first, the probe 30 is moved in the Z direction together with the displacement detector 26 by the carriage 22, and the probe 30 is inserted into the fine hole H in the workpiece W. Then, with the probe 30 inserted into the fine hole H in the workpiece W, the workpiece W is rotated around the rotation axis C while the probe 30 detects the inner surface shape of the fine hole H. In this manner, the inner surface shape of the fine hole H in the workpiece W is measured.

ここで、上記測定が開始される前にプローブ30を細穴Hに挿入するためには、プローブ30が回転軸Cに対して同軸上に位置するようにプローブ30の姿勢(位置及び傾斜)が調整されていることが必要となる。仮にプローブ30と回転軸Cとの間に相対ずれが存在すると、プローブ30を細穴Hに挿入しようした場合、プローブ30がワークWの細穴H以外の部分と衝突してしまい、細穴Hの内面形状を測定することが困難となる。 Here, in order to insert the probe 30 into the fine hole H before the measurement is started, it is necessary to adjust the attitude (position and inclination) of the probe 30 so that the probe 30 is positioned coaxially with the rotation axis C. If there is a relative misalignment between the probe 30 and the rotation axis C, when an attempt is made to insert the probe 30 into the fine hole H, the probe 30 will collide with a part of the workpiece W other than the fine hole H, making it difficult to measure the inner shape of the fine hole H.

そこで本実施形態では、ワークWの細穴Hの内面形状の測定が開始される前に、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれがなくなるように、プローブ30と回転軸Cとの相対的な位置合わせ(プローブアライメント)が行われる。なお、回転軸Cに対するワークWの中心軸の偏心補正及び傾斜補正(ワークアライメント)は直動傾斜ステージ18により行われており、ワークWの中心軸が回転軸Cと同軸上になっているものとする。ワークアライメントは、プローブアライメントの後に実施してもよいし、プローブアライメントの前に実施してもよい。ワークアライメントについては、本発明の要部ではないため、ここでは説明を省略する。 Therefore, in this embodiment, before measurement of the inner shape of the fine hole H in the workpiece W is started, the probe 30 is aligned relative to the rotation axis C (probe alignment) so that there is no relative misalignment between the probe 30 and the rotation axis C. Note that the eccentricity correction and tilt correction (workpiece alignment) of the central axis of the workpiece W relative to the rotation axis C is performed by the linear tilt stage 18, and it is assumed that the central axis of the workpiece W is coaxial with the rotation axis C. Workpiece alignment may be performed after or before the probe alignment. Workpiece alignment is not an essential part of the present invention, so a description thereof will be omitted here.

図3は、プローブアライメントの流れの一例を示したフローチャートである。 Figure 3 is a flowchart showing an example of the probe alignment process.

図3に示すように、プローブアライメントが開始されると、まず、撮影制御部54が、高精度回転機構14を制御して、回転体16と一体となってカメラ32を回転軸C周りに回転移動させる(ステップS10)。そして、回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上においてカメラ32が所定の撮影位置に移動したら、その撮影位置でカメラ32によるプローブ30の撮影が行われる(ステップS12、「取得ステップ」の一例)。 As shown in FIG. 3, when probe alignment is started, the imaging control unit 54 first controls the high-precision rotation mechanism 14 to rotate the camera 32 together with the rotating body 16 around the rotation axis C (step S10). Then, when the camera 32 moves to a predetermined imaging position on the rotation orbit K of the camera 32 centered on the rotation axis C, the camera 32 images the probe 30 at that imaging position (step S12, an example of an "acquisition step").

次に、全ての撮影位置での撮影が終了したか否かが判断される(ステップS14)。全ての撮影位置での撮影が終了していないと判断された場合(ステップS14においてNo)、全ての撮影位置での撮影が終了したと判断されるまで、カメラ32の回転移動(ステップS10)と、カメラ32によるプローブ30の撮影(ステップS12)とが繰り返し行われる。なお、カメラ32が各撮影位置に移動したか否かの判別は、高精度回転機構14に設けられるエンコーダの出力に基づいて行うことができる。なお、カメラ32が各撮影位置に移動したか否かを判別できるものであれば、エンコーダに限らず、他の任意の構成のものを適用可能である。 Next, it is determined whether or not imaging has been completed at all imaging positions (step S14). If it is determined that imaging has not been completed at all imaging positions (No in step S14), the camera 32 is rotated (step S10) and the camera 32 takes images of the probe 30 (step S12) repeatedly until it is determined that imaging has been completed at all imaging positions. Note that whether or not the camera 32 has moved to each imaging position can be determined based on the output of an encoder provided in the high-precision rotation mechanism 14. Note that any configuration other than an encoder can be applied as long as it can determine whether or not the camera 32 has moved to each imaging position.

図4は、カメラ32によるプローブ30の撮影位置の一例を示した図である。図4に示すように、本実施形態におけるプローブアライメントでは、回転体16の回転移動によりカメラ32を回転軸Cを中心に回転移動させつつ、回転体16の回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上における所定の撮影位置(周方向位置)においてカメラ32によるプローブ30の撮影が行われる。具体的には、回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上において互いに90度ずつずれた4つの撮影位置P1~P4で、カメラ32によるプローブ30の撮影が行われる。 Figure 4 is a diagram showing an example of the image capturing positions of the probe 30 by the camera 32. As shown in Figure 4, in the probe alignment of this embodiment, the camera 32 is rotated about the rotation axis C by the rotational movement of the rotor 16, and the camera 32 captures the image of the probe 30 at a predetermined image capturing position (circumferential position) on the rotational orbit K of the camera 32 centered on the rotational axis C of the rotor 16. Specifically, the camera 32 captures the image of the probe 30 at four image capturing positions P1 to P4 that are shifted from each other by 90 degrees on the rotational orbit K of the camera 32 centered on the rotational axis C.

4つの撮影位置P1~P4の平面的(XY平面)な位置関係としては、互いに直交する2つの方向のうち、第1撮影位置P1と第3撮影位置P3は第1方向(Y方向)において互いに対向する位置同士である。また、第2撮影位置P2と第4撮影位置P4は第2方向(X方向)において互いに対向する位置同士である。 In terms of the planar (XY plane) positional relationship between the four shooting positions P1 to P4, the first shooting position P1 and the third shooting position P3 are opposed to each other in the first direction (Y direction) of the two mutually orthogonal directions. The second shooting position P2 and the fourth shooting position P4 are opposed to each other in the second direction (X direction).

本実施形態において、4つの撮影位置P1~P4からカメラ32によりプローブ30を撮影する方向はX方向またはY方向であり、プローブ直動傾斜機構28においてプローブ30を直動又は傾斜させる制御方向(移動軸方向)と同一方向となっている。 In this embodiment, the direction in which the camera 32 captures images of the probe 30 from the four capture positions P1 to P4 is the X direction or the Y direction, which is the same as the control direction (movement axis direction) that causes the probe 30 to move linearly or tilt in the probe linear motion tilt mechanism 28.

なお、本実施形態では、好ましい態様の1つとして、第1撮影位置P1と第3撮影位置P3とが対向する第1方向(Y方向)と、第2撮影位置P2と第4撮影位置P4が対向する第2方向(X方向)が、プローブ直動傾斜機構28の制御方向と一致している態様を示したが、必ずしもこの態様に限定されるものではない。例えば、プローブ直動傾斜機構28の制御方向とは異なる方向であってもよいし、第1方向と第2方向とが互いに直交していなくてもよい。但し、本実施形態によれば、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向独立して簡単かつ容易に検出することができるので好ましい。 In this embodiment, as one preferred aspect, the first direction (Y direction) in which the first shooting position P1 and the third shooting position P3 face each other, and the second direction (X direction) in which the second shooting position P2 and the fourth shooting position P4 face each other, are consistent with the control direction of the probe linear tilt mechanism 28, but this is not necessarily limited to this aspect. For example, they may be directions different from the control direction of the probe linear tilt mechanism 28, and the first direction and the second direction do not have to be orthogonal to each other. However, this embodiment is preferable because it allows the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C to be simply and easily detected independently in each direction.

図3に戻って、全ての撮影位置でカメラ32によるプローブ30の撮影が終了したと判断されると(ステップS14においてYes)、相対ずれ検出部56は、各撮影位置でカメラ32が撮影した撮影画像に基づき、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出する(ステップS16)。 Returning to FIG. 3, when it is determined that the camera 32 has completed capturing images of the probe 30 at all capturing positions (Yes in step S14), the relative deviation detection unit 56 detects the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C based on the captured images captured by the camera 32 at each capturing position (step S16).

ここで、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれの検出について詳しく説明する。 Now, we will explain in detail how to detect the relative misalignment between the probe 30 and the rotation axis C.

図5は、各撮影位置P1~P4においてカメラ32により撮影された撮影画像の一例を示した図である。なお、図5において、第1撮影画像100Aは第1撮影位置P1で撮影された撮影画像であり、以下同様に、第2撮影画像100Bは第2撮影位置P2、第3撮影画像100Cは第3撮影位置P3、第4撮影画像100Dは第4撮影位置P4でそれぞれ撮影された撮影画像である。 Figure 5 shows an example of images captured by the camera 32 at each of the image capturing positions P1 to P4. In Figure 5, the first captured image 100A is an image captured at the first image capturing position P1, and similarly, the second captured image 100B is an image captured at the second image capturing position P2, the third captured image 100C is an image captured at the third image capturing position P3, and the fourth captured image 100D is an image captured at the fourth image capturing position P4.

プローブ30と回転軸Cとの相対ずれが存在する場合、例えば図5に示すように、各撮影位置P1~P4でカメラ32により撮影された撮影画像100A~100Dにおいて、撮影位置(すなわち、カメラ32によるプローブ30の撮影方向)の違いに応じて、プローブ30の姿勢(位置及び傾き)が異なる。 When there is a relative misalignment between the probe 30 and the rotation axis C, for example as shown in FIG. 5, the posture (position and inclination) of the probe 30 differs in the captured images 100A to 100D captured by the camera 32 at each of the capture positions P1 to P4 depending on the capture position (i.e., the capture direction of the probe 30 by the camera 32).

例えば、第1方向(Y方向)において互いに対向する2つの撮影位置(第1撮影位置P1及び第3撮影位置P3)のうち、一方の撮影位置(第1撮影位置P1)から撮影した第1撮影画像100Aでは、プローブ30Aは第2方向(X方向)の一方側に傾いているのに対して、他方の撮影位置(第3撮影位置P3)から撮影した第3撮影画像100Cでは、プローブ30Cは第2方向(X方向)の他方側に傾いている。また、第2方向(X方向)の位置についても互いに反対側にむかってずれている。 For example, of two photographing positions (first photographing position P1 and third photographing position P3) that face each other in the first direction (Y direction), in the first photographing image 100A taken from one photographing position (first photographing position P1), the probe 30A is tilted to one side in the second direction (X direction), whereas in the third photographing image 100C taken from the other photographing position (third photographing position P3), the probe 30C is tilted to the other side in the second direction (X direction). Also, the positions in the second direction (X direction) are shifted toward opposite sides.

第2方向(X方向)において互いに対向する2つの撮影位置(第2撮影位置P2及び第4撮影位置P4)においてそれぞれ第2撮影画像100Bと第4撮影画像100Dについても同様であり、プローブ30B、30Dの位置及び傾きが互いに反対側にずれている。 The same is true for the second captured image 100B and the fourth captured image 100D at two capturing positions (second capturing position P2 and fourth capturing position P4) that face each other in the second direction (X direction), and the positions and inclinations of the probes 30B and 30D are shifted in opposite directions.

図6は、第1方向(Y方向)において互いに対向する2つの撮影位置(第1撮影位置P1及び第3撮影位置P3)から撮影した第1撮影画像100Aと第3撮影画像100Cとを合成した第1合成画像102Aを示した図である。 Figure 6 shows a first composite image 102A that is a composite of a first captured image 100A and a third captured image 100C captured from two opposing capture positions (first capture position P1 and third capture position P3) in the first direction (Y direction).

図6に示すように、第1撮影画像100Aと第3撮影画像100Cとを合成した第1合成画像102Aにおいて、第1撮影画像100Aにおけるプローブ30Aの中心軸(第1プローブ中心軸)L1と、第3撮影画像100Cにおけるプローブ30Cの中心軸(第3プローブ中心軸)L3との間の第1中線ML1が、XZ平面内における回転軸Cの位置(すなわち、第1方向(Y方向)からプローブ30を見た場合の回転軸Cの位置)を示している。なお、第1中線ML1とは、第1合成画像102Aにおいて、第1プローブ中心軸L1及び第3プローブ中心軸L3の横方向(X方向)の中央を縦方向(Z方向)に通る直線をいう。換言すれば、第1合成画像102Aにおいて、第1プローブ中心軸L1と第3プローブ中心軸L3との間を左右(X方向)に2等分する直線を第1中線ML1という。 As shown in FIG. 6, in the first composite image 102A obtained by combining the first captured image 100A and the third captured image 100C, the first midline ML1 between the central axis (first probe central axis) L1 of the probe 30A in the first captured image 100A and the central axis (third probe central axis) L3 of the probe 30C in the third captured image 100C indicates the position of the rotation axis C in the XZ plane (i.e., the position of the rotation axis C when the probe 30 is viewed from the first direction (Y direction). Note that the first midline ML1 is a straight line that passes through the center of the horizontal direction (X direction) of the first probe central axis L1 and the third probe central axis L3 in the vertical direction (Z direction) in the first composite image 102A. In other words, the straight line that bisects the space between the first probe central axis L1 and the third probe central axis L3 in the left and right (X direction) in the first composite image 102A is called the first midline ML1.

第1合成画像102Aにおける第1中線ML1は、回転軸Cの位置を示している。すなわち、第1中線ML1は、第1合成画像102A(XZ平面内)においてプローブ30の移動目標となる線を示しており、プローブ30が第1中線ML1に一致するようにプローブ30の姿勢(位置及び傾き)を調整することで、XZ平面内における回転軸Cとプローブ30との相対ずれをなくすことが可能となる。 The first midline ML1 in the first composite image 102A indicates the position of the rotation axis C. In other words, the first midline ML1 indicates a line in the first composite image 102A (in the XZ plane) that is the movement target of the probe 30, and by adjusting the attitude (position and inclination) of the probe 30 so that the probe 30 coincides with the first midline ML1, it is possible to eliminate the relative misalignment between the rotation axis C and the probe 30 in the XZ plane.

図7は、第2方向(X方向)において互いに対向する2つの撮影位置(第2撮影位置P2及び第4撮影位置P4)から撮影した第2撮影画像100Bと第4撮影画像100Dとを合成した合成画像102Bを示した図である。 Figure 7 shows a composite image 102B obtained by combining a second captured image 100B and a fourth captured image 100D captured from two opposing capture positions (second capture position P2 and fourth capture position P4) in the second direction (X direction).

図7に示すように、第2撮影画像100Bと第4撮影画像100Dとを合成した第2合成画像102Bにおいて、第2撮影画像100Bにおけるプローブ30Bの中心軸(第2プローブ中心軸)L2と、第4撮影画像100Dにおけるプローブ30Dの中心軸(第4プローブ中心軸)L4との間の第2中線ML2が、YZ平面内における回転軸Cの位置(すなわち、第2方向(X方向)からプローブ30を見た場合の回転軸Cの位置)を示している。なお、第2中線ML2とは、第2合成画像102Bにおいて、第2プローブ中心軸L2及び第4プローブ中心軸L4の横方向(X方向)の中央を縦方向(Z方向)に通る直線をいう。換言すれば、第2合成画像102Bにおいて、第2プローブ中心軸L2と第4プローブ中心軸L4との間を左右(X方向)に2等分する直線を第2中線ML2という。 As shown in FIG. 7, in the second composite image 102B obtained by combining the second photographed image 100B and the fourth photographed image 100D, the second midline ML2 between the central axis (second probe central axis) L2 of the probe 30B in the second photographed image 100B and the central axis (fourth probe central axis) L4 of the probe 30D in the fourth photographed image 100D indicates the position of the rotation axis C in the YZ plane (i.e., the position of the rotation axis C when the probe 30 is viewed from the second direction (X direction)). Note that the second midline ML2 refers to a straight line that passes through the center of the second probe central axis L2 and the fourth probe central axis L4 in the horizontal direction (X direction) in the second composite image 102B in the vertical direction (Z direction). In other words, the straight line that bisects the space between the second probe central axis L2 and the fourth probe central axis L4 in the left and right (X direction) in the second composite image 102B is called the second midline ML2.

第2合成画像102Bにおける第2中線ML2は、回転軸Cの位置を示している。すなわち、第2中線ML2は、第2合成画像102B(YZ平面内)においてプローブ30の移動目標となる線を示しており、プローブ30が第2中線ML2に一致するようにプローブ30の姿勢(位置及び傾き)を調整することで、YZ平面内における回転軸Cとプローブ30との相対ずれをなくすことが可能となる。 The second midline ML2 in the second composite image 102B indicates the position of the rotation axis C. In other words, the second midline ML2 indicates a line that is the movement target of the probe 30 in the second composite image 102B (in the YZ plane), and by adjusting the attitude (position and inclination) of the probe 30 so that the probe 30 coincides with the second midline ML2, it is possible to eliminate the relative misalignment between the rotation axis C and the probe 30 in the YZ plane.

したがって、回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上において互いに90度ずつずれた4つの撮影位置P1~P4においてカメラ32が撮影した撮影画像に基づき、上述した2つの中線ML1、ML2を算出することで、プローブ30の移動目標となる回転軸C(回転中心)を検出することができ、回転軸Cとプローブ30との相対ずれを各方向(X方向及びY方向)独立して調整することが可能となる。 Therefore, by calculating the two midlines ML1 and ML2 described above based on the images captured by the camera 32 at four shooting positions P1 to P4 that are shifted by 90 degrees from each other on the rotational orbit K of the camera 32 centered on the rotational axis C, it is possible to detect the rotational axis C (center of rotation) that is the movement target of the probe 30, and it becomes possible to adjust the relative deviation between the rotational axis C and the probe 30 independently in each direction (X direction and Y direction).

そこで、本実施形態のプローブアライメントでは、相対ずれ検出部56は、図6に示した第1合成画像102Aにおいて、2つのプローブ30のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ(本例では第1撮影画像100Aにおけるプローブ30A)とした場合、第1中線ML1に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角(Y方向を中心とする回転角)を傾斜移動量θとして検出すると共に、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量θだけ傾斜させて第1中線ML1と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第1中線ML1に一致させるために必要なX方向の移動距離を直動移動量Dxとして検出する。なお、直動移動量Dxは、プローブ直動傾斜機構28におけるX方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する(図6参照)。 In the probe alignment of this embodiment, when one of the two probes 30 in the first composite image 102A shown in FIG. 6 is used as the reference probe (in this example, the probe 30A in the first captured image 100A), the relative deviation detection unit 56 detects the tilt angle (rotation angle around the Y direction) for making the probe central axis of the reference probe parallel to the first midline ML1 as the tilt movement amount θ, and detects the movement distance in the X direction required to make the probe central axis of the reference probe coincide with the first midline ML1 when the probe central axis of the reference probe is tilted by the tilt movement amount θ to be parallel to the first midline ML1 as the linear movement amount Dx. The linear movement amount Dx corresponds to the distance along the X-direction movement axis of the probe linear tilt mechanism 28 (see FIG. 6).

また、相対ずれ検出部56は、図7に示した第2合成画像102Bにおいて、2つのプローブ30のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ(本例では第2撮影画像100Bにおけるプローブ30B)とした場合、第2中線ML2に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角(X方向を中心とする回転角)を傾斜移動量φとして検出すると共に、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量φだけ傾斜させて第2中線ML2と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第2中線ML2に一致させ
るために必要なY方向の移動距離を直動移動量Dyとして検出する。なお、直動移動量Dyは、プローブ直動傾斜機構28におけるY方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する(図7参照)。
7, when one of the two probes 30 is set as the reference probe (in this example, the probe 30B in the second captured image 100B), the relative deviation detection unit 56 detects, as the tilt movement amount φ, the tilt angle (rotation angle about the X direction) for making the probe central axis of the reference probe parallel to the second midline ML2, and detects, as the linear movement amount Dy, the movement distance in the Y direction required for making the probe central axis of the reference probe coincide with the second midline ML2 when the probe central axis of the reference probe is tilted by the tilt movement amount φ to be parallel to the second midline ML2. The linear movement amount Dy corresponds to the distance in the direction along the movement axis in the Y direction of the probe linear motion tilt mechanism 28 (see FIG. 7).

なお、相対ずれ検出部56は、エッジ抽出等の公知の画像処理により、各合成画像102A、102Bから、プローブ中心軸C1~C4、中線ML1、ML2、直動移動量Dx、Dy、傾斜移動量θ、φを算出することが可能である。 The relative deviation detection unit 56 can calculate the probe central axes C1 to C4, the midlines ML1 and ML2, the linear movement amounts Dx and Dy, and the tilt movement amounts θ and φ from each of the composite images 102A and 102B using known image processing such as edge extraction.

このようにして相対ずれ検出部56が、各撮影位置でカメラ32が撮影した撮影画像に基づき、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向独立して検出すると(ステップS16)、プローブ姿勢制御部58が、相対ずれ検出部56が検出した結果に基づき、プローブ直動傾斜機構28を制御する。具体的には、プローブ姿勢制御部58は、プローブ直動傾斜機構28を制御して、プローブ30を、X方向に直動移動量Dxだけ移動させると共にY方向に直動移動量Dyだけ移動させ、かつ、X方向を中心に傾斜移動量φだけ傾斜させると共にY方向を中心に傾斜移動量θだけ傾斜させる(ステップS18、「調整ステップ」の一例)。なお、プローブ直動傾斜機構28を移動又は傾斜させる方向(向き)は、図6又は図7に示した合成画像102A、102Bにおいて、どのプローブを基準プローブとするかに応じて定められる。 In this way, when the relative deviation detection unit 56 detects the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C in each direction independently based on the captured images captured by the camera 32 at each capture position (step S16), the probe attitude control unit 58 controls the probe linear tilt mechanism 28 based on the results detected by the relative deviation detection unit 56. Specifically, the probe attitude control unit 58 controls the probe linear tilt mechanism 28 to move the probe 30 by a linear movement amount Dx in the X direction and a linear movement amount Dy in the Y direction, and tilt the probe 30 by a tilt movement amount φ around the X direction and a tilt movement amount θ around the Y direction (step S18, an example of an "adjustment step"). The direction (orientation) in which the probe linear tilt mechanism 28 is moved or tilted is determined depending on which probe is set as the reference probe in the composite images 102A and 102B shown in FIG. 6 or FIG. 7.

以上にようにして、プローブ姿勢制御部58が、相対ずれ検出部56が検出した結果に基づき、プローブ直動傾斜機構28を制御してプローブ30の姿勢を変化させると、三次元空間内においてプローブ30と回転軸Cとの相対ずれがなくなる。以上により、本フローチャートは終了となる。 In this way, when the probe posture control unit 58 controls the probe linear tilt mechanism 28 to change the posture of the probe 30 based on the results detected by the relative deviation detection unit 56, the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C in three-dimensional space disappears. This is the end of this flowchart.

<効果>
本実施形態におけるプローブアライメントによれば、回転体16の回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上において互いに90度ずつずれた4つの撮影位置P1~P4においてカメラ32がプローブ30を撮影した4つの撮影画像100A~100Dに基づき、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向(X方向及びY方向)独立して検出することができる。これにより、プローブ直動傾斜機構28によりプローブ30の姿勢(位置及び傾き)を各方向においてそれぞれ独立して制御することが可能となり、より高精度にプローブ30と回転軸Cとの相対ずれをなくすことが可能となる。そのため、例えばワークWの細穴Hが内径140μm程度の極小径穴であり、プローブ30が外径80μm程度の極小径プローブである場合でも、プローブアライメントを精度よく簡単に行うことが可能となる。したがって、プローブ30がワークWの細穴H以外の部分と衝突することなく、細穴Hの内面形状を安定かつ確実に測定することが可能となる。
<Effects>
According to the probe alignment in this embodiment, the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C can be detected independently in each direction (X direction and Y direction) based on the four captured images 100A to 100D of the probe 30 captured by the camera 32 at four capture positions P1 to P4 that are shifted by 90 degrees from each other on the rotation orbit K of the camera 32 centered on the rotation axis C of the rotating body 16. This makes it possible to control the attitude (position and inclination) of the probe 30 independently in each direction by the probe linear motion tilt mechanism 28, and it becomes possible to eliminate the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C with higher accuracy. Therefore, even if, for example, the fine hole H of the work W is a very small diameter hole with an inner diameter of about 140 μm and the probe 30 is a very small diameter probe with an outer diameter of about 80 μm, it becomes possible to perform the probe alignment with high accuracy and easily. Therefore, it becomes possible to stably and reliably measure the inner shape of the fine hole H without the probe 30 colliding with parts other than the fine hole H of the work W.

また、本実施形態のプローブアライメントによれば、回転体16と一体となって回転移動するカメラ32を利用して、互いに異なる複数の方向から撮影した撮影画像を相対的に比較することによって、プローブ30の移動目標となる回転軸C(回転中心)の位置を検出している。そのため、例えば、カメラ32がカメラ用ブラケット34に対して所定の方向に位置ずれした状態で取り付けられ、カメラ32と回転軸Cとの間の相対的な位置関係にずれが生じているような場合であっても、プローブ30と回転軸Cとの相対的な位置合わせを精度よく行うことが可能であり、カメラ32の取付精度が不要となる。 In addition, according to the probe alignment of this embodiment, the camera 32, which rotates together with the rotating body 16, is used to detect the position of the rotation axis C (center of rotation), which is the target of movement of the probe 30, by relatively comparing images taken from multiple different directions. Therefore, even if the camera 32 is attached to the camera bracket 34 with a positional deviation in a predetermined direction, causing a deviation in the relative positional relationship between the camera 32 and the rotation axis C, for example, it is possible to accurately align the relative positions of the probe 30 and the rotation axis C, and precision in attaching the camera 32 is not required.

また、本実施形態のプローブアライメントでは、カメラ32とプローブ30との相対位置を回転軸Cを中心とする周方向に変化させて撮影を行っているので、回転軸Cの位置が不明確な場合や回転軸Cに傾きが生じている場合でも、各撮影位置P1~P4におけるカメラ32による撮影画像から、プローブ30と回転軸Cとの相対的な位置合わせを精度よく行うことが可能である。 In addition, in the probe alignment of this embodiment, the relative position between the camera 32 and the probe 30 is changed in the circumferential direction around the rotation axis C to capture images. Therefore, even if the position of the rotation axis C is unclear or the rotation axis C is tilted, it is possible to perform accurate relative alignment between the probe 30 and the rotation axis C from the images captured by the camera 32 at each of the capture positions P1 to P4.

<変形例>
本実施形態のプローブアライメントでは、回転体16の回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上において互いに90度ずつずれた4つの撮影位置P1~P4においてカメラ32がプローブ30を撮影した4つの撮影画像100A~100Dに基づき、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向独立して検出しているが、これに限らず、例えば図8に示すように、回転体16の回転軸Cを中心とするカメラ32の回転軌道K上の少なくとも3つの撮影位置からカメラ32によりプローブ30を撮影するものであってもよい。
<Modification>
In the probe alignment of this embodiment, the relative misalignment between the probe 30 and the rotation axis C of the rotating body 16 is detected independently in each direction based on four captured images 100A to 100D of the probe 30 taken by the camera 32 at four shooting positions P1 to P4 shifted by 90 degrees from each other on the rotation orbit K of the camera 32 centered on the rotation axis C of the rotating body 16. However, this is not limited to this, and for example, as shown in Figure 8, the probe 30 may be captured by the camera 32 from at least three shooting positions on the rotation orbit K of the camera 32 centered on the rotation axis C of the rotating body 16.

すなわち、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向独立して検出可能であれば、回転軸Cを中心として少なくとも3方向からカメラ32でプローブ30を撮像するものであればよい。この場合、各撮影位置に関する位置情報(回転角度や回転半径等)との関係から、各撮影位置でカメラ32が撮影した撮影画像を相対的に比較することにより、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを各方向独立して検出することが可能である。そして、検出した相対ずれに基づき、プローブ直動傾斜機構28によりプローブ30の姿勢を各方向においてそれぞれ独立して制御することが可能となる。これにより、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれをなくすことができる。 In other words, if the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C can be detected independently in each direction, it is sufficient to image the probe 30 with the camera 32 from at least three directions centered on the rotation axis C. In this case, it is possible to detect the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C independently in each direction by relatively comparing the images captured by the camera 32 at each shooting position in relation to the position information (rotation angle, rotation radius, etc.) related to each shooting position. Then, based on the detected relative deviation, it becomes possible to control the attitude of the probe 30 independently in each direction by the probe linear tilt mechanism 28. This makes it possible to eliminate the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C.

また、図9に示すように、回転体16の回転移動によりカメラ32を回転させながら、一定の撮影間隔でカメラ32がプローブ30を連続的に撮影してもよい。この場合、多数の撮影画像を利用することが可能になるため、高精度にプローブアライメントを行うことができる。また、カメラ32が回転移動しながらプローブ30を連続的に撮影することにより、カメラ32が回転移動する範囲を一部範囲に限定することが可能となるため、より短時間で効率的にプローブアライメントを実行することも可能となる。 Also, as shown in FIG. 9, the camera 32 may be rotated by the rotational movement of the rotor 16, while the camera 32 continuously captures images of the probe 30 at regular intervals. In this case, it becomes possible to use a large number of captured images, and therefore probe alignment can be performed with high accuracy. Also, by continuously capturing images of the probe 30 while the camera 32 is rotating, it becomes possible to limit the range in which the camera 32 rotates to a certain range, and therefore it becomes possible to perform probe alignment more efficiently in a shorter time.

なお、本実施形態では、回転体16にカメラ用ブラケット34を介してカメラ32を取り付けた構成を採用しているが、これに限らず、少なくともプローブ30との位置合わせの対象となる回転軸C周りにカメラ32が回転可能な構成であればよく、任意の構成を適宜採用することができる。 In this embodiment, the camera 32 is attached to the rotating body 16 via a camera bracket 34, but this is not limiting, and any configuration can be appropriately adopted as long as the camera 32 can rotate at least around the rotation axis C that is the target for alignment with the probe 30.

[第2実施形態]
図10は、第2実施形態の内面形状測定機10Aの構成を示した概略図である。図10に示すように、第2実施形態の内面形状測定機10Aでは、直動傾斜ステージ18にカメラ用ブラケット34を介してカメラ32が取り付けられている。カメラ32の撮影方向は上述した第1実施形態と同様であり、回転中心となる回転軸C側(プローブ30側)を向いている。また、カメラ32の焦点は回転軸Cに合うように調整されており、回転軸C付近に配置されるプローブ30を撮影可能となっている。第2実施形態においても、回転体16と一体となってカメラ32が回転軸C周りに回転可能であり、上述した第1実施形態と同様にしてプローブアライメントを行うことができる。
[Second embodiment]
10 is a schematic diagram showing the configuration of an inner surface shape measuring machine 10A of the second embodiment. As shown in FIG. 10, in the inner surface shape measuring machine 10A of the second embodiment, a camera 32 is attached to a linear inclined stage 18 via a camera bracket 34. The photographing direction of the camera 32 is the same as in the first embodiment described above, and faces the rotation axis C side (probe 30 side) which is the center of rotation. In addition, the focus of the camera 32 is adjusted to match the rotation axis C, and the probe 30 arranged near the rotation axis C can be photographed. In the second embodiment, the camera 32 can rotate around the rotation axis C together with the rotating body 16, and probe alignment can be performed in the same manner as in the first embodiment described above.

[第3実施形態]
図11は、第3実施形態の内面形状測定機10Bの構成を示した概略図である。図11に示すように、第3実施形態の内面形状測定機10Bは、第1実施形態の内面形状測定機10の構成に加え、さらに、回転軸Cを挟んでカメラ32に対向する位置に照明装置36を備えたものである。
[Third embodiment]
Fig. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an inner surface shape measuring machine 10B of the third embodiment. As shown in Fig. 11, the inner surface shape measuring machine 10B of the third embodiment further includes an illumination device 36 at a position facing the camera 32 across the rotation axis C, in addition to the configuration of the inner surface shape measuring machine 10 of the first embodiment.

照明装置36は、照明装置用ブラケット38を介して回転体16に取り付けられており、回転体16と一体となって回転軸C周りに回転可能である。この照明装置36は、面発光可能な面発光照明装置である。なお、照明装置36は「面発光照明手段」の一例である
The lighting device 36 is attached to the rotating body 16 via a lighting device bracket 38, and can rotate integrally with the rotating body 16 around the rotation axis C. The lighting device 36 is a surface-emitting lighting device capable of emitting light from a surface. The lighting device 36 is an example of a "surface-emitting lighting means."

第3実施形態によれば、回転体16と一体となってカメラ32を回転軸C周りに回転させながらカメラ32でプローブ30を撮影する際、照明装置36がカメラ32に対向する位置で回転体16と一体となって回転軸C周りに回転する。したがって、カメラ32と照明装置36との相対位置関係が保たれた状態でカメラ32によるプローブ30の撮影が行われるため、カメラ32の撮影位置によらず同一の照明条件でプローブ30を撮影することが可能になる。これにより、照明状態の違いによる検出精度の低下を防ぐことができ、より高精度にプローブアライメントを行うことが可能となる。なお、照明装置36は、面発光照明が好ましいが、必ずしも面発光に限定されるものではない。 According to the third embodiment, when the camera 32 photographs the probe 30 while rotating around the rotation axis C integrally with the rotating body 16, the illumination device 36 rotates around the rotation axis C integrally with the rotating body 16 at a position facing the camera 32. Therefore, the camera 32 photographs the probe 30 while maintaining the relative positional relationship between the camera 32 and the illumination device 36, so that it is possible to photograph the probe 30 under the same illumination conditions regardless of the photographing position of the camera 32. This makes it possible to prevent a decrease in detection accuracy due to differences in illumination conditions, and to perform probe alignment with higher accuracy. Note that the illumination device 36 is preferably a surface-emitting illumination, but is not necessarily limited to surface-emitting illumination.

なお、第3実施形態は、第1実施形態に限らず、第2実施形態においても同様に適用可能である。 The third embodiment is not limited to the first embodiment, but can also be applied to the second embodiment.

[第4実施形態]
図12は、第4実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。なお、図12において、200A、200B、200Cは、それぞれプローブ30と2つのラインセンサカメラ70、72とをY方向から見た正面図、X方向から見た側面図、Z方向から見た下面図である。
[Fourth embodiment]
Fig. 12 is a schematic diagram showing the main configuration of the inner surface shape measuring machine of the fourth embodiment. In Fig. 12, 200A, 200B, and 200C are a front view of the probe 30 and the two line sensor cameras 70 and 72 as seen from the Y direction, a side view as seen from the X direction, and a bottom view as seen from the Z direction, respectively.

上述した各実施形態では、カメラ32としてエリアセンサカメラを用いていたが、第4実施形態では、2つのラインセンサカメラ(一次元センサカメラ)70、72を用いている点が異なっている。 In each of the above-mentioned embodiments, an area sensor camera was used as the camera 32, but the fourth embodiment is different in that two line sensor cameras (one-dimensional sensor cameras) 70, 72 are used.

図12に示すように、2つのラインセンサカメラ70、72は、それぞれ、Z方向に垂直な水平方向(図12においてY方向)に延びた直線状(ライン状)の領域を撮影するカメラである。2つのラインセンサカメラ70、72は、互いに平行であり、かつ、Z方向に所定の間隔を空けて配置されている。また、2つのラインセンサカメラ70、72は、第1実施形態のカメラ32と同様に、ラインセンサカメラ用ブラケット(不図示)を介して回転体16(図1参照)に取り付けられている。 As shown in FIG. 12, the two line sensor cameras 70, 72 are cameras that capture images of a linear (line-shaped) area extending in a horizontal direction perpendicular to the Z direction (Y direction in FIG. 12). The two line sensor cameras 70, 72 are parallel to each other and arranged at a predetermined distance in the Z direction. The two line sensor cameras 70, 72 are attached to the rotating body 16 (see FIG. 1) via a line sensor camera bracket (not shown), similar to the camera 32 in the first embodiment.

また、2つのラインセンサカメラ70、72に対向する位置には、照明装置74が設けられている。プローブ30は、2つのラインセンサカメラ70、72と照明装置74との間に配置される。照明装置74は、第3実施形態と同様に、照明装置用ブラケット(不図示)を介して回転体16(図1参照)に取り付けられている。また、照明装置74としては、面発光可能な照明装置が好ましく用いられるが、必ずしも面発光に限定されるものではない。 In addition, an illumination device 74 is provided at a position facing the two line sensor cameras 70, 72. The probe 30 is disposed between the two line sensor cameras 70, 72 and the illumination device 74. As in the third embodiment, the illumination device 74 is attached to the rotating body 16 (see FIG. 1) via an illumination device bracket (not shown). In addition, an illumination device capable of surface emission is preferably used as the illumination device 74, but is not necessarily limited to surface emission.

第4実施形態においては、回転体16と一体となってカメラ32を回転軸C周りに回転させつつ、少なくとも3つの撮影位置(好ましくは回転方向に90度ずつずれた4つの撮影位置)において2つのラインセンサカメラ70、72でプローブ30を撮影する。そして、各撮影位置において2つのラインセンサカメラ70、72が撮影した撮影画像を解析することで、各ラインセンサカメラ70、72の撮影領域におけるプローブ30の位置を算出することが可能である。したがって、各撮影位置において2つのラインセンサカメラ70、72が撮影した撮影画像を組み合わせることにより、第1実施形態のカメラ32が撮影した画像と同等の情報(プローブ姿勢情報)が得られ、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出することが可能である。よって、第1実施形態と同様に、精度よくプローブアライメントを行うことが可能となる。 In the fourth embodiment, the camera 32 is rotated around the rotation axis C together with the rotating body 16, and the probe 30 is photographed by the two line sensor cameras 70, 72 at at least three photographing positions (preferably four photographing positions shifted by 90 degrees in the rotation direction). Then, by analyzing the photographed images taken by the two line sensor cameras 70, 72 at each photographing position, it is possible to calculate the position of the probe 30 in the photographing area of each line sensor camera 70, 72. Therefore, by combining the photographed images taken by the two line sensor cameras 70, 72 at each photographing position, information (probe attitude information) equivalent to the image taken by the camera 32 in the first embodiment can be obtained, and the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C can be detected. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to perform probe alignment with high accuracy.

また、第4実施形態においては、第3実施形態と同様に、2つのラインセンサカメラ7
0、72に対向する位置には照明装置74が設けられており、2つのラインセンサカメラ70、72と照明装置74との間にプローブ30が配置された状態で、回転体16と一体となって2つのラインセンサカメラ70、72と照明装置74とが回転軸C周りに回転可能に構成される。したがって、2つのラインセンサカメラ70、72と照明装置74との相対位置関係が保たれた状態で2つのラインセンサカメラ70、72によるプローブ30の撮影が行われるため、2つのラインセンサカメラ70、72の撮影位置によらず同一の照明条件でプローブ30を撮影することが可能になる。これにより、照明状態の違いによる検出精度の低下を防ぐことができ、プローブアライメントを精度よく簡単に行うことが可能となる。
In the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, two line sensor cameras 7
An illumination device 74 is provided at a position facing the line sensor cameras 70, 72, and the two line sensor cameras 70, 72 and the illumination device 74 are configured to be rotatable around the rotation axis C integrally with the rotating body 16 with the probe 30 disposed between the two line sensor cameras 70, 72 and the illumination device 74. Therefore, since the probe 30 is photographed by the two line sensor cameras 70, 72 with the relative positional relationship between the two line sensor cameras 70, 72 and the illumination device 74 maintained, it is possible to photograph the probe 30 under the same illumination conditions regardless of the photographing positions of the two line sensor cameras 70, 72. This makes it possible to prevent a decrease in detection accuracy due to differences in illumination conditions, and to perform probe alignment accurately and easily.

[第5実施形態]
図13は、第5実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。なお、図13において、300A、300B、300Cは、それぞれプローブ30と2つのラインセンサカメラ70、72とをY方向から見た正面図、X方向から見た側面図、Z方向から見た下面図である。
[Fifth embodiment]
Fig. 13 is a schematic diagram showing the main configuration of the inner surface shape measuring machine of the fifth embodiment. In Fig. 13, 300A, 300B, and 300C are a front view of the probe 30 and the two line sensor cameras 70 and 72 as seen from the Y direction, a side view as seen from the X direction, and a bottom view as seen from the Z direction, respectively.

上記第4実施形態では、2つのラインセンサカメラ70、72に対向する位置に照明装置74(図12参照)が設けられていたの対し、第5実施形態では、ラインレーザ光源76、78が、それぞれ、ラインセンサカメラ70、72の上方位置に設けられている点が異なっている。 In the fourth embodiment, the lighting device 74 (see FIG. 12) was provided in a position facing the two line sensor cameras 70 and 72, whereas in the fifth embodiment, the line laser light sources 76 and 78 are provided above the line sensor cameras 70 and 72, respectively.

ラインレーザ光源76、78は、それぞれ対応する各ラインセンサカメラ70、72のライン状の撮像領域に対し、ラインレーザ(ライン状のレーザ光線)R1、R2を照射する。ラインレーザ光源76、78は、ラインセンサカメラ70、72と共にラインセンサカメラ用ブラケット(不図示)を介して回転体16(図1参照)に取り付けられており、回転体16と一体となって回転軸C周りに回転可能である。 The line laser light sources 76, 78 irradiate the line-shaped imaging areas of the corresponding line sensor cameras 70, 72 with line lasers (line-shaped laser beams) R1, R2. The line laser light sources 76, 78 are attached to the rotating body 16 (see FIG. 1) together with the line sensor cameras 70, 72 via a line sensor camera bracket (not shown), and can rotate integrally with the rotating body 16 around the rotation axis C.

第5実施形態では、第4実施形態と同様に、各撮影位置において2つのラインセンサカメラ70、72が撮影した撮影画像を組み合わせることにより、第1実施形態のカメラ32が撮影した画像と同等の情報(プローブ姿勢情報)が得られ、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出することが可能である。よって、第1実施形態と同様に、プローブアライメントを精度よく簡単に行うことが可能となる。 In the fifth embodiment, similar to the fourth embodiment, by combining the images captured by the two line sensor cameras 70 and 72 at each shooting position, information (probe attitude information) equivalent to the image captured by the camera 32 in the first embodiment can be obtained, and the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C can be detected. Therefore, similar to the first embodiment, it is possible to perform probe alignment easily and with high accuracy.

また、第5実施形態では、2つのラインセンサカメラ70、72と2つのラインレーザ光源76、78との相対位置関係が保たれた状態で2つのラインセンサカメラ70、72によるプローブ30の撮影が行われるため、2つのラインセンサカメラ70、72の撮影位置によらず同一の照明条件でプローブ30を撮影することが可能になる。 In addition, in the fifth embodiment, the probe 30 is photographed by the two line sensor cameras 70, 72 while maintaining the relative positional relationship between the two line sensor cameras 70, 72 and the two line laser light sources 76, 78, so it is possible to photograph the probe 30 under the same lighting conditions regardless of the photographing positions of the two line sensor cameras 70, 72.

なお、図13では、2つのラインレーザ光源76、78をそれぞれ各ラインセンサカメラ70、72の上方に配置した構成を一例として示したが、各ラインセンサカメラ70、72の撮影領域にそれぞれラインレーザを照射することができるものであれば、2つのラインレーザ光源76、78が配置される位置は特に限定されるものではない。 Note that FIG. 13 shows an example of a configuration in which two line laser light sources 76, 78 are arranged above each line sensor camera 70, 72, but the positions at which the two line laser light sources 76, 78 are arranged are not particularly limited as long as they can irradiate the imaging areas of each line sensor camera 70, 72 with line lasers.

[第6実施形態]
図14は、第6実施形態の内面形状測定機の要部構成を示した概略図である。なお、図14は、プローブ30と2つの光測距センサ80、82とをY方向から見た正面図である。
Sixth Embodiment
Fig. 14 is a schematic diagram showing the main configuration of the inner surface shape measuring machine of the sixth embodiment. Fig. 14 is a front view of the probe 30 and the two optical distance measuring sensors 80, 82 as viewed from the Y direction.

上記各実施形態では、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出するためのプローブ姿勢情報を取得するための取得手段として、各撮影位置からプローブ30を撮影する撮影
装置(エリアセンサカメラ又はラインセンサカメラ)を用いているのに対し、第6実施形態では、光を用いて距離を測定する2つの光測距センサ80、82を用いている。
In each of the above embodiments, an imaging device (area sensor camera or line sensor camera) that images the probe 30 from each imaging position is used as an acquisition means for acquiring probe posture information to detect the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C, whereas in the sixth embodiment, two optical distance measuring sensors 80, 82 that measure distance using light are used.

図14に示すように、2つの光測距センサ80、82は、Z方向に所定の間隔を空けて配置されており、図示しないブラケットを介して回転体16に取り付けられている。2つの光測距センサ80、82は、光を射出し、その反射光を検知することで距離を測定する。2つの光測距センサ80、82は、三角測距を検出原理としたセンサであり、例えばPSD(Position Sensitive Detector)方式やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)方式、CCD(Charge Coupled Device)方式のものを適用可能である。なお、三角測距方式の検出原理については公知であるので、ここでは説明を省略する。 As shown in FIG. 14, the two optical distance measuring sensors 80, 82 are arranged at a predetermined interval in the Z direction and are attached to the rotating body 16 via a bracket (not shown). The two optical distance measuring sensors 80, 82 measure distance by emitting light and detecting the reflected light. The two optical distance measuring sensors 80, 82 are sensors whose detection principle is triangulation, and for example, PSD (Position Sensitive Detector), CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), or CCD (Charge Coupled Device) types can be applied. Note that the detection principle of the triangulation method is publicly known, so a description thereof will be omitted here.

第6実施形態によれば、回転体16と一体となって2つの光測距センサ80、82を回転軸C周りに回転させつつ、少なくとも3つの測定位置(好ましくは回転方向に90度ずつずれた4つの測定位置)において2つの光測距センサ80、82でプローブ30までの距離を測定する。そして、各測定位置において2つの光測距センサ80、82が測定した距離と各測定位置との関係を解析することで、第1実施形態のカメラ32が撮影した画像と同等の情報(プローブ姿勢情報)が得られ、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出することが可能である。よって、第1実施形態と同様に、プローブアライメントを精度よく簡単に行うことが可能となる。 According to the sixth embodiment, the two optical distance measuring sensors 80, 82 are rotated around the rotation axis C integrally with the rotating body 16, and the two optical distance measuring sensors 80, 82 measure the distance to the probe 30 at at least three measurement positions (preferably four measurement positions shifted by 90 degrees in the rotation direction). Then, by analyzing the relationship between the distance measured by the two optical distance measuring sensors 80, 82 at each measurement position and each measurement position, information equivalent to the image captured by the camera 32 in the first embodiment (probe attitude information) can be obtained, and the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C can be detected. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to perform probe alignment accurately and easily.

なお、第6実施形態では、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出するためのプローブ姿勢情報を取得するための取得手段について、撮影装置(エリアセンサカメラ又はラインセンサカメラ)以外の例として、2つの光測距センサ80、82を用いた場合を一例として示したが、プローブ30と回転軸Cとの相対ずれを検出するためのプローブ姿勢情報を取得することができるものであればよく、例えば、レーザー式、LED(Light Emitting Diode)式、超音波式又は渦電流式の測長センサ等を適用してもよい。 In the sixth embodiment, the acquisition means for acquiring probe posture information for detecting the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C is shown as an example using two optical distance measuring sensors 80, 82 as an example other than an imaging device (area sensor camera or line sensor camera). However, any other means may be used as long as it is capable of acquiring probe posture information for detecting the relative deviation between the probe 30 and the rotation axis C. For example, a laser type, LED (Light Emitting Diode) type, ultrasonic type, or eddy current type length measuring sensor may be used.

[応用例]
上記各実施形態によれば、プローブ30の回転軸Cに対する姿勢(位置及び傾き)を検知することができる。そのため、プローブ30を回転軸Cに一致させるだけでなく、必要角度分だけプローブ30を傾けた位置への調整も可能となる。例えば図15に示すように、細穴Hの内面が回転軸Cに対して傾斜したテーパ面を測定する際に、テーパ面の傾斜角(テーパ角)に倣ったプローブ角(プローブ30の傾斜角)への設定が可能となる。これにより、例えば非接触プローブが用いられる場合には、プローブ30から出射される測定光がテーパ面(被測定面)に直交する法線方向から照射されるので、より高感度かつ高精度な測定が可能となる。また、図16に示すように、プローブ30の姿勢による測定対象位置の差異を正確に計算することも可能となる。
[Application example]
According to each of the above embodiments, the attitude (position and inclination) of the probe 30 with respect to the rotation axis C can be detected. Therefore, not only can the probe 30 be aligned with the rotation axis C, but the probe 30 can also be adjusted to a position tilted by a required angle. For example, as shown in FIG. 15, when measuring a tapered surface in which the inner surface of a fine hole H is inclined with respect to the rotation axis C, it is possible to set the probe angle (the inclination angle of the probe 30) to match the inclination angle (taper angle) of the tapered surface. As a result, for example, when a non-contact probe is used, the measurement light emitted from the probe 30 is irradiated from a normal direction perpendicular to the tapered surface (measurement surface), making it possible to perform measurement with higher sensitivity and accuracy. In addition, as shown in FIG. 16, it is also possible to accurately calculate the difference in the measurement target position due to the attitude of the probe 30.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

10…内面形状測定機、12…本体ベース、14…高精度回転機構、16…回転体、18…直動傾斜ステージ、20…コラム、22…キャリッジ、24…アーム、26…変位検出器、28…プローブ直動傾斜機構、30…プローブ、32…カメラ、34…カメラ用ブラケット、36…照明装置、38…照明装置用ブラケット、50…制御装置、52…プローブアライメント制御部、54…撮影制御部、56…相対ずれ検出部、58…プローブ姿勢制御部、70、72…ラインセンサカメラ、74…照明装置、76、78…ラインレーザ光源、80、82…光測距センサ、100A…第1撮影画像、100B…第2撮影画像、100C…第3撮影画像、100D…第4撮影画像、102A…第1合成画像、102B…第2合成画像、W…ワーク、P1…第1撮影位置、P2…第2撮影位置、P3…第3撮影位置、P4…第4撮影位置、C…回転軸、K…回転軌道 10... inner surface shape measuring device, 12... main body base, 14... high-precision rotation mechanism, 16... rotating body, 18... linear motion tilt stage, 20... column, 22... carriage, 24... arm, 26... displacement detector, 28... probe linear motion tilt mechanism, 30... probe, 32... camera, 34... camera bracket, 36... lighting device, 38... lighting device bracket, 50... control device, 52... probe alignment control unit, 54... photography control unit, 56... relative deviation detection unit, 58 ... Probe attitude control unit, 70, 72... Line sensor camera, 74... Illumination device, 76, 78... Line laser light source, 80, 82... Optical distance measurement sensor, 100A... First captured image, 100B... Second captured image, 100C... Third captured image, 100D... Fourth captured image, 102A... First composite image, 102B... Second composite image, W... Workpiece, P1... First captured position, P2... Second captured position, P3... Third captured position, P4... Fourth captured position, C... Rotation axis, K... Rotation orbit

Claims (7)

ワークに形成された細穴の内面形状を測定する内面形状測定機であって、
前記ワークを回転軸周りに回転させるワーク回転手段と、
前記細穴に挿入可能な細長形状を有し、前記細穴の内面形状を検出するプローブと、
前記プローブの姿勢を調整可能な調整手段と、
前記ワーク回転手段と一体となって回転可能に構成され、前記回転軸を中心とする回転軌道上の少なくとも3つの周方向位置からプローブ姿勢情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した前記プローブ姿勢情報に基づき、前記調整手段により前記プローブの姿勢を調整する制御手段と、
を備える内面形状測定機。
An inner surface shape measuring machine for measuring the inner surface shape of a small hole formed in a workpiece,
A workpiece rotating means for rotating the workpiece around a rotation axis;
a probe having an elongated shape that can be inserted into the small hole and that detects the inner shape of the small hole;
an adjustment means for adjusting the attitude of the probe;
an acquiring means configured to be rotatable integrally with the work rotating means, and configured to acquire probe attitude information from at least three circumferential positions on a rotational orbit centered on the rotation axis;
a control means for adjusting the attitude of the probe by the adjustment means based on the probe attitude information acquired by the acquisition means;
An inner surface shape measuring machine equipped with
前記制御手段は、前記プローブと前記回転軸との相対ずれがなくなるように、前記調整手段により前記プローブの姿勢を調整する、
請求項1に記載の内面形状測定機。
the control means adjusts the attitude of the probe by the adjustment means so as to eliminate any relative deviation between the probe and the rotation axis.
The inner surface shape measuring machine according to claim 1.
前記取得手段は、前記回転軌道上において互いに90度ずつずれた4つの周方向位置から前記プローブ姿勢情報を取得する、
請求項1又は2に記載の内面形状測定機。
the acquiring means acquires the probe attitude information from four circumferential positions that are shifted from each other by 90 degrees on the rotation orbit.
3. The inner surface shape measuring machine according to claim 1 or 2.
前記取得手段は、前記プローブを撮影するカメラを含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の内面形状測定機。
The acquisition means includes a camera that captures an image of the probe.
The inner surface shape measuring machine according to any one of claims 1 to 3.
前記ワーク回転手段と一体となって回転可能に構成され、前記カメラに対向する位置から前記プローブに向けて面発光可能な面発光照明手段を更に備える、
請求項4に記載の内面形状測定機。
The workpiece rotating means is configured to be rotatable integrally with the workpiece rotating means, and further includes a surface-emitting illumination means capable of emitting surface light from a position facing the camera toward the probe.
The inner surface shape measuring machine according to claim 4.
ワークに形成された細穴の内面形状を測定する内面形状測定機のアライメント方法であって、前記内面形状測定機は、前記ワークを回転軸周りに回転させるワーク回転手段と、前記細穴に挿入可能な細長形状を有し、前記細穴の内面形状を検出するプローブとを備える、内面形状測定機のアライメント方法であって、
前記ワーク回転手段と一体に回転可能な取得手段における前記回転軸を中心とする回転軌道上の少なくとも3つの周方向位置から前記取得手段がプローブ姿勢情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得した前記プローブ姿勢情報に基づき、前記プローブと前記回転軸との相対ずれがなくなるように、前記プローブの姿勢を調整する調整ステップと、
を備える内面形状測定機のアライメント方法。
An alignment method for an inner surface shape measuring machine that measures an inner surface shape of a small hole formed in a workpiece, the inner surface shape measuring machine comprising: a workpiece rotating means that rotates the workpiece about a rotation axis; and a probe having an elongated shape that can be inserted into the small hole and that detects the inner surface shape of the small hole,
an acquiring step in which the acquiring means acquires probe attitude information from at least three circumferential positions on a rotation orbit centered on the rotation axis of the acquiring means, the acquisition means being rotatable integrally with the workpiece rotating means ;
an adjustment step of adjusting an attitude of the probe based on the probe attitude information acquired in the acquisition step so as to eliminate a relative deviation between the probe and the rotation axis;
An alignment method for an inner surface shape measuring machine comprising:
前記取得ステップは、前記回転軌道上において互いに90度ずつずれた4つの周方向位置から前記プローブ姿勢情報を取得する、
請求項6に記載の内面形状測定機のアライメント方法。
the acquiring step acquires the probe attitude information from four circumferential positions on the rotation orbit that are shifted from each other by 90 degrees,
The alignment method for an inner surface shape measuring machine according to claim 6.
JP2021003451A 2020-03-17 2021-01-13 Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine Active JP7617384B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020046501 2020-03-17
JP2020046501 2020-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021148771A JP2021148771A (en) 2021-09-27
JP7617384B2 true JP7617384B2 (en) 2025-01-20

Family

ID=77848519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021003451A Active JP7617384B2 (en) 2020-03-17 2021-01-13 Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7617384B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164335A (en) 2009-01-13 2010-07-29 Mitsutoyo Corp Method of adjusting alignment of probe and shape measurement machine
JP2011174779A (en) 2010-02-24 2011-09-08 Mitsutoyo Corp Device for observing stylus
US20160071272A1 (en) 2014-11-07 2016-03-10 National Institute Of Standards And Technology Noncontact metrology probe, process for making and using same
US20180096485A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Measuring device
JP2018163093A (en) 2017-03-27 2018-10-18 株式会社東京精密 Detector, surface texture measuring instrument, and roundness measuring instrument

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0926308A (en) * 1995-07-11 1997-01-28 Mitsutoyo Corp Noncontact three-dimensional displacement detection apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010164335A (en) 2009-01-13 2010-07-29 Mitsutoyo Corp Method of adjusting alignment of probe and shape measurement machine
JP2011174779A (en) 2010-02-24 2011-09-08 Mitsutoyo Corp Device for observing stylus
US20160071272A1 (en) 2014-11-07 2016-03-10 National Institute Of Standards And Technology Noncontact metrology probe, process for making and using same
US20180096485A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Measuring device
JP2018163093A (en) 2017-03-27 2018-10-18 株式会社東京精密 Detector, surface texture measuring instrument, and roundness measuring instrument

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021148771A (en) 2021-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102005626B1 (en) Optical detecting apparatus for detecting a degree of freedom error of a spindle and a detecting method thereof
US8964023B2 (en) Device and method for measuring form attributes, position attributes and dimension attributes of machine elements
CN106338244B (en) measuring machine and method for acquiring small-scale 3D information
US11740072B2 (en) Inner surface shape measurement device, and alignment method and magnification calibration method for inner surface shape measurement device
CN106461376A (en) Device and method for geometrically measuring an object
JP6417645B2 (en) Alignment method for surface profile measuring device
CN111141767A (en) X-ray CT apparatus for measurement and CT reconstruction method using the same
JP7617383B2 (en) How to calibrate the magnification of an internal shape measuring machine
JP4571256B2 (en) Shape accuracy measuring device by sequential two-point method and laser displacement meter interval measuring method for shape accuracy measurement by sequential two-point method
US11635291B2 (en) Workpiece holder for utilization in metrology system for measuring workpiece in different orientations
EP1985968B1 (en) Noncontact measuring apparatus for interior surfaces of cylindrical objects based on using the autofocus function that comprises means for directing the probing light beam towards the inspected surface
CN110785624A (en) Alignment system for imaging sensors with multiple orientations
JP7624589B2 (en) How to calibrate your measuring device
JPH0593888A (en) Method and device for determining optical axis of off-set mirror
JP7617384B2 (en) Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine
JP7553815B2 (en) Shape measuring machine and alignment method therefor
JP2018115988A (en) Front face shape measurement device measurement preparation alignment method, and front face shape measurement device
JP7583260B2 (en) Inner surface shape measuring machine and alignment method for the inner surface shape measuring machine
JP7553816B2 (en) Shape measuring machine and alignment method therefor
JP7742016B2 (en) Shape measuring instrument and its calibration method
JP4552907B2 (en) Form measuring device deviation amount acquisition method, deviation amount acquisition program, and deviation amount acquisition reference workpiece
JP2010223897A (en) Planar shape measuring device
JP6980304B2 (en) Non-contact inner surface shape measuring device
WO2021187192A1 (en) Inner surface shape measurement apparatus, and alignment method for inner surface shape measurement apparatus
JP2005274510A (en) Apparatus and method for measuring eccentricity

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240930

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7617384

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150