專利名稱：表面仿形測量裝置及其方法、程序和記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面仿形測量裝置、表面仿形測量方法、表面仿形測量程序、及記錄有該程序的記錄介質(zhì)。例如，涉及對被測量物表面進(jìn)行仿形掃描從而測量被測量物的表面粗糙度、表面波紋度、輪廓等的表面仿形測量裝置等。
背景技術(shù)：
作為由仿形測頭對被測量物表面進(jìn)行仿形掃描而測量被測量物的表面特性或立體形狀的測量機(jī)，已知有粗糙度測量機(jī)、輪廓形狀測量機(jī)、圓度測量機(jī)、三維測量機(jī)等(例如參考材料日本特開2000-74661號)。
圖11示出利用三維測量機(jī)1的測量系統(tǒng)100的構(gòu)成。該測量系統(tǒng)100具有使仿形測頭2移動的三維測量機(jī)1、手動操作的操縱桿32、控制三維測量機(jī)1的動作的移動控制器4、及主計(jì)算機(jī)5，該主計(jì)算機(jī)5通過移動控制器4使三維測量機(jī)1動作并處理由三維測量機(jī)1獲得的測量數(shù)據(jù)，求出被測量物W的尺寸和形狀等。
當(dāng)進(jìn)行仿形測量時(shí)，需要測量條件的設(shè)定，作為測量條件輸入被測量物的表面輪廓數(shù)據(jù)。表面輪廓數(shù)據(jù)可利用設(shè)計(jì)被測量物時(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、測量標(biāo)準(zhǔn)工件獲得的測量數(shù)據(jù)等。另外，設(shè)定仿形路徑、仿形移動速度、測頭的基準(zhǔn)壓入量、取樣間隔等。作為仿形路徑，例如示出在Z軸坐標(biāo)一定的約束斷面上設(shè)定對被測量物W的輪廓進(jìn)行仿形測量的路徑的場合。
開始測量時(shí)，先使仿形測頭2移動到測量開始點(diǎn)。這可通過輸入測量開始點(diǎn)的坐標(biāo)或由操縱桿32將仿形測頭2移動到測量開始點(diǎn)。這樣，從移動控制器4向三維測量機(jī)1輸出指令移動仿形測頭2的指令信號，被測量物表面由仿形測頭2進(jìn)行仿形掃描。即，根據(jù)輸入的表面輪廓數(shù)據(jù)，使壓入量為一定，同時(shí)將在被測量物表面上使仿形測頭2仿形移動的仿形方向指令到三維測量機(jī)1。然后，朝指令的仿形方向按設(shè)定的仿形速度移動仿形測頭2。此時(shí)，按預(yù)定的取樣間隔獲得測量數(shù)據(jù)，對被測量物W進(jìn)行仿形測量。
在進(jìn)行仿形測量的場合，在測量之前，必須預(yù)先設(shè)定被測量物的表面輪廓數(shù)據(jù)和仿形路徑。例如，即使在按某一仿形路徑測量后希望按別的仿形路徑測量的那樣的場合，也必須重新設(shè)定輸入仿形路徑，所以，非常費(fèi)事，存在測量效率下降的問題。另外，由于設(shè)定很費(fèi)事，所以，也產(chǎn)生易于造成測量麻煩這樣的印象的問題。
在這里，例如當(dāng)可使用操縱桿32控制仿形測頭2的移動時(shí)，測量者可相應(yīng)于狀況自由地選定仿形路徑和仿形速度，操作仿形測頭2，所以，可認(rèn)為較方便。然而，由于仿形測頭2具有檢測接觸被測量物W時(shí)的微小的位移的高靈敏度的傳感器，所以，當(dāng)由超過容許值的力將仿形測頭2接觸于被測量物W時(shí)，存在仿形測頭2破損的那樣的問題。例如，作為測頭壓入量的容許值，要求0.5mm前后的精度。因此，在將仿形測頭2接觸于被測量物W的狀態(tài)下，不能用手動操作仿形測頭2。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種在仿形測量中可用手動操作仿形測頭的仿形測量裝置和表面仿形測量方法。
本發(fā)明的表面仿形測量裝置的特征在于具有仿形測頭、移動單元、操作部、指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元；該仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；該移動單元使上述仿形測頭移動；該操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件；該指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；該相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；該仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；該驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
按照這樣的構(gòu)成，在使仿形測頭移動的場合，對手動操作構(gòu)件進(jìn)行手動操作，輸入任意的方向和任意的大小。這樣，由指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)例如通過即時(shí)處理生成具有指示的方向和指示的大小的指示向量。
另一方面，當(dāng)測量觸頭對被測量物表面進(jìn)行掃描時(shí)，由檢測傳感器檢測測量觸頭與被測量物表面的相對位置(在仿形測頭為接觸式的場合，檢測測量觸頭壓入被測量物表面的位置)。在由檢測傳感器檢測出的相對位置從預(yù)定先設(shè)定的基準(zhǔn)位置偏移的場合，由相對向量生成部按與該偏移量相當(dāng)?shù)拇笮∩删哂斜粶y量物表面的法線方向的相對向量。然后，在仿形向量指令部合成反映了手動操作的指示的指示向量和根據(jù)檢測傳感器的檢測值生成的相對向量，生成仿形向量。由驅(qū)動控制單元將與仿形向量相應(yīng)的驅(qū)動控制信號外加到移動單元，由移動單元使仿形測頭沿被測量物表面進(jìn)行仿形掃描。按預(yù)定的取樣間隔對測量觸頭的坐標(biāo)值進(jìn)行取樣，從而可測量被測量物。
方向和大小可由手動操作構(gòu)件指示，根據(jù)該指示生成指示向量。因此，測量者可按任意的方向和任意的速度使仿形測頭移動。另外，被測量物表面的朝法線方向的移動被來自基于檢測傳感器的檢測值的相對向量指令部的指令控制。即，相應(yīng)于從基準(zhǔn)位置的偏移量自動生成朝測量物表面的法線方向的相對向量，根據(jù)該相對向量與指示向量的合成的仿形向量使仿形測頭移動。
測量觸頭與被測量物表面的基準(zhǔn)位置為微細(xì)的距離的控制，所以，不能用手動進(jìn)行操作。因此，通過從手動操作分開，自動進(jìn)行相對向量的生成，測量者不進(jìn)行操作也自動地控制測量觸頭與被測量物表面的相對位置。因此，可防止測量觸頭強(qiáng)有力地接觸到被測量物而導(dǎo)致仿形測頭破損等事故。另外，測量者如指示希望測量的方向和測量時(shí)的速度，則測量觸頭與被測量物表面的相對位置自動受到控制地實(shí)現(xiàn)仿形掃描。
當(dāng)開始仿形測量時(shí)，沒有預(yù)先輸入被測量物的輪廓數(shù)據(jù)等這樣的麻煩，所以，可簡便地開始測量。另外，在結(jié)束了一個(gè)測量后可直接繼續(xù)進(jìn)行下一測量，在更換了被測量物的場合也可立即開始測量。結(jié)果，測量作業(yè)不麻煩，非常簡便，測量所需時(shí)間也可非常短。另外，即使在測量過程中，通過使速度的指令為零，可自由地調(diào)整使仿形測頭的移動中斷等、測量的開始和中斷等的時(shí)間點(diǎn)。
在這里，上述指示向量指令部最好包括生成由上述操作部指示的方向的單位向量的指示單位向量指令部，根據(jù)由上述操作部指示的大小生成使上述仿形測頭行進(jìn)的行進(jìn)速度的指示速度指令部，及合成上述指示方向單位向量和上述行進(jìn)速度生成上述指示向量的指示向量生成部。
另外，相對向量指令部最好包括根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值計(jì)算出上述被測量物表面的法線方向的單位向量的相對單位向量計(jì)算部，根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值計(jì)算出上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置從上述基準(zhǔn)位置偏移的相對偏移量的相對偏移量計(jì)算部，及合成由上述相對單位向量計(jì)算部計(jì)算出的上述法線方向的單位向量與由上述相對偏移量計(jì)算部計(jì)算出的上述相對偏移量的相對向量生成部。
在上述本發(fā)明的表面仿形測量裝置中，上述移動單元具有沿相互正交的3個(gè)方向的驅(qū)動軸和可沿這些驅(qū)動軸滑動地設(shè)于各上述驅(qū)動軸的滑動構(gòu)件，設(shè)置有設(shè)定機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)系設(shè)定部，該機(jī)器坐標(biāo)系在上述各驅(qū)動軸方向具有Xm軸、Ym軸、及Zm軸，該工作坐標(biāo)系由在上述被測量物的任意的表面規(guī)定的平面內(nèi)相互正交的Xw軸、Yw軸、及垂直于該平面的Zw軸構(gòu)成，上述操作部具有由手動操作選擇上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任一方的坐標(biāo)系選擇單元，根據(jù)由上述坐標(biāo)系選擇單元選擇的上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任一方的坐標(biāo)系規(guī)定上述手動操作構(gòu)件的指示方向，同時(shí)，上述指示向量指令部根據(jù)該選擇的坐標(biāo)系生成上述指示向量，上述仿形向量指令部具有對上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系進(jìn)行相互坐標(biāo)變換的坐標(biāo)系變換部。
按照這樣的構(gòu)成，在坐標(biāo)系設(shè)定部設(shè)定由移動單元的驅(qū)動軸規(guī)定的機(jī)器坐標(biāo)系和由被測量物規(guī)定的工件坐標(biāo)系，在由手動操作構(gòu)件進(jìn)行手動操作的場合由坐標(biāo)系選擇單元選擇采用哪個(gè)坐標(biāo)系。指示向量指令部根據(jù)選擇的坐標(biāo)系識別來自手動操作構(gòu)件的指令，生成指示向量。在這里，當(dāng)選擇了工件坐標(biāo)系時(shí)，仿形向量指令部由坐標(biāo)變換部將仿形向量變換到機(jī)器坐標(biāo)系。變換到機(jī)器坐標(biāo)系的仿形向量從驅(qū)動控制單元外加到移動單元，對移動單元進(jìn)行驅(qū)動。
由于設(shè)定了由被測量物規(guī)定的工件坐標(biāo)系，所以，按照該工件坐標(biāo)系，在由手動操作指示對被測量物進(jìn)行掃描的方向等時(shí)，易于直感地把握方向。另一方面，當(dāng)對移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制時(shí)，雖然必須提供按照作為移動單元的驅(qū)動軸方向的坐標(biāo)系的機(jī)器坐標(biāo)系的指令，但由坐標(biāo)變換部變換到機(jī)器坐標(biāo)系，所以，可根據(jù)沿驅(qū)動軸的機(jī)器坐標(biāo)系有效地控制移動單元。
在上述本發(fā)明的表面仿形測量裝置中，最好上述操作部具有由手動操作選擇構(gòu)成上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任一方的坐標(biāo)系的3軸中的任一個(gè)軸的軸選擇單元，上述指示向量指令部固定由上述軸選擇單元選擇的軸的坐標(biāo)值，在與該被選擇的軸垂直的面內(nèi)生成上述指示向量。
按照這樣的構(gòu)成，當(dāng)由軸選擇單元選擇一個(gè)軸時(shí)，在指示向量指令部固定選擇的軸的坐標(biāo)值。即，禁止沿該選擇的軸向的仿形測頭的移動。例如，在固定了x軸的場合，仿形測頭的移動僅限于與yz面平行的面內(nèi)。這樣，在任意的x坐標(biāo)下對平行于yz面的面內(nèi)的斷面輪廓形狀進(jìn)行仿形測量。在手動操作時(shí)，雖然難以正確地指示一方向，但由于可限制沿任意軸的仿形測頭的移動，所以，可正確地測量平面內(nèi)的斷面輪廓形狀。
在上述本發(fā)明的表面仿形測量裝置中，最好上述手動操作構(gòu)件具有可擺動地設(shè)置的操縱桿，上述操作部具有檢測上述操縱桿的傾角和傾倒方向的傾角檢測單元。
按照這樣的構(gòu)成，當(dāng)使操縱桿朝任意的方向倒下時(shí)，由傾角檢測單元檢測操縱桿朝哪個(gè)方向倒下多少。當(dāng)將該檢測值輸出到指示向量指令部時(shí)，生成按照倒下的方向和倒下量的方向和大小的指示向量。
朝希望移動仿形測頭的方向使操縱桿倒下即可，另外，由于按此時(shí)倒下的角度指示大小，所以，可直感地理解方向和大小的指示，操作性良好。
在這里，作為手動操作構(gòu)件，只要為可指示方向和大小的指示裝置即可，例如可為光標(biāo)鍵，也可為跟蹤球。
本發(fā)明的表面仿形測量裝置特征在于具有仿形測頭、移動單元、操作部、存儲裝置、指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元；該仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；該移動單元使上述仿形測頭移動；該操作部具有由手動操作輸入指示任意的大小的手動操作構(gòu)件；該存儲裝置預(yù)先存儲仿形掃描的預(yù)定路徑；該指示向量指令部生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的大小和沿上述預(yù)定路徑的方向的指示向量；該相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；該仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；該驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
按照這樣的構(gòu)成，在使仿形測頭移動的場合，對手動操作構(gòu)件進(jìn)行手動操作，輸入任意的大小。這樣，由指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)例如通過即時(shí)處理生成在沿存儲于存儲裝置的預(yù)定路徑的方向具有指示的大小的指示向量。
另一方面，由檢測傳感器檢測測量觸頭與被測量物表面的相對位置，由相對向量生成部按相對位置從基準(zhǔn)位置的偏移量生成在被測量物表面的法線具有方向的相對向量。在仿形向量指令部合成反映了手動操作的指示的指示向量和根據(jù)檢測傳感器的檢測值生成的相對向量，生成仿形向量。由驅(qū)動控制單元將與仿形向量相應(yīng)的驅(qū)動控制信號外加到移動單元，由移動單元使仿形測頭沿被測量物表面進(jìn)行仿形掃描。按預(yù)定的取樣間隔對測量觸頭的坐標(biāo)值進(jìn)行取樣，從而可測量被測量物。
可由手動操作構(gòu)件指示大小，生成具有按照該指示的大小的指示向量。因此，測量者可按任意的速度使仿形測頭移動。其結(jié)果，測量者可適當(dāng)自由地調(diào)整移動速度，調(diào)整測量所需要的時(shí)間。
測量觸頭的移動方向被預(yù)先輸入的預(yù)定路徑和檢測傳感器的檢測值自動地控制。因此，例如對于螺紋槽和圓筒的內(nèi)周等難以由手動操作進(jìn)行方向指示的測量對象也可正確地進(jìn)行仿形測量。
本發(fā)明的表面仿形測量方法由移動單元使仿形測頭移動，對被測量物表面進(jìn)行仿形測量；該仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；其特征在于具有手動操作工序、指示向量指令工序、相對向量指令工序、仿形向量指令工序、及驅(qū)動控制工序；該手動操作工序由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大??；該指示向量指令工序在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作工序指示的方向和指示的大小的指示向量；該相對向量指令工序根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；該仿形向量指令工序合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；該驅(qū)動控制工序根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)可讀取的表面仿形測量程序的特征在于將計(jì)算機(jī)裝入到表面仿形測量裝置，該表面仿形測量裝置具有仿形測頭、移動單元、及操作部；該仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；該移動單元使上述仿形測頭移動；該操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件；使該計(jì)算機(jī)起指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元的作用；該指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；該相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；該仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；該驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)的特征在于記錄計(jì)算機(jī)可讀取的表面仿形測量程序，將計(jì)算機(jī)裝入到表面仿形測量裝置，該表面仿形測量裝置具有仿形測頭、移動單元、及操作部；該仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；該移動單元使上述仿形測頭移動；該操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件；使該計(jì)算機(jī)起指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元的作用；該指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；該相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；該仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；該驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
按照這樣的構(gòu)成，可起到與上述本發(fā)明的表面仿形測量裝置同樣的作用效果。另外，如裝入具有CPU(中央處理裝置)和存儲器(存儲裝置)的計(jì)算機(jī)使該計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各功能地構(gòu)成程序，則可容易地改變各功能的參數(shù)。另外，可將記錄了該程序的記錄介質(zhì)直接插入到計(jì)算機(jī)而將程序安裝到計(jì)算機(jī)，也可將讀取記錄介質(zhì)的信息的讀取裝置外設(shè)于計(jì)算機(jī)，從該讀取裝置將程序安裝到計(jì)算機(jī)。程序也可由互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)線纜、電話線路等通信線路或無線供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行安裝。
圖1為在本發(fā)明第1實(shí)施方式中示出機(jī)器坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、及測頭坐標(biāo)系的關(guān)系的圖。
圖2為上述第1實(shí)施方式中的操作部的立體圖。
圖3為上述第1實(shí)施方式中的測量系統(tǒng)的功能框圖。
圖4為示出上述第1實(shí)施方式中的表面仿形測量方法的工序的流程圖。
圖5為示出在上述第1實(shí)施方式中由操縱桿的操作使仿形測頭移動的工序的流程圖。
圖6為示出在上述第1實(shí)施方式中進(jìn)行仿形掃描的工序的流程圖。
圖7為示出在上述第1實(shí)施方式中生成壓入向量的工序的流程圖。
圖8為示出在上述第1實(shí)施方式的仿形測頭的移動軌跡的圖。
圖9為作為本發(fā)明的變形例1示出沿被測量物的表面進(jìn)行仿形掃描的例子的圖。
圖10為示出沿被測量物的輪廓形狀使仿形測頭回轉(zhuǎn)的狀態(tài)的圖。
圖11為示出測量系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖和附加到圖中各要素的符號說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(第1實(shí)施方式)(測量系統(tǒng)的構(gòu)成)作為本發(fā)明的第1實(shí)施方式，在圖11中示出使用三維測量機(jī)1的作為表面仿形測量裝置的測量系統(tǒng)100。該測量系統(tǒng)100的概略構(gòu)成與在背景技術(shù)中說明的構(gòu)成同樣，具有三維測量機(jī)1、對三維測量機(jī)1的動作進(jìn)行手動操作的操作部3、實(shí)施三維測量機(jī)1的驅(qū)動控制的移動控制器4、將預(yù)定的指令提供給移動控制器4并實(shí)施被測量物的形狀解析等運(yùn)算處理的主計(jì)算機(jī)5、輸入測量條件等的輸入單元6、及輸出測量結(jié)果的輸出單元7。
三維測量機(jī)1包括平臺11、立設(shè)于平臺11使仿形測頭2進(jìn)行三維移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(移動單元)12、檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的驅(qū)動量的驅(qū)動傳感器13(參照圖3)。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)12包括兩根橫梁支承體121、橫梁122、立柱123、及測量桿124；該橫梁支承體121從平臺11的兩側(cè)端在大體與平臺11垂直的方向即Zm方向具有高度，同時(shí)可朝沿平臺11的側(cè)端的Ym軸方向滑動地設(shè)置；該橫梁122支承在橫梁支承體121的上端，在Xm方向具有長度；該立柱123可在Xm方向滑動地設(shè)于橫梁122上，在Zm軸方向具有導(dǎo)向件；該測量桿124可在Z軸方向在立柱123內(nèi)滑動地設(shè)置，在下端保持仿形測頭2。
在這里，由驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的Xm軸向、Ym軸向、Zm軸向規(guī)定機(jī)器坐標(biāo)系(參照圖1)。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的Xm軸、Ym軸、Zm軸為相互正交的驅(qū)動軸，由橫梁支承體121、立柱123、及測量桿124構(gòu)成滑動構(gòu)件。
驅(qū)動傳感器13具有檢測橫梁支承體121朝Ym方向的移動的Ym軸傳感器131、檢測立柱123朝Xm方向的移動的Xm軸傳感器132、檢測測量桿124朝Z方向的移動的Zm軸傳感器133。由驅(qū)動傳感器13檢測的檢測結(jié)果經(jīng)由移動控制器4輸出到主計(jì)算機(jī)5。
仿形測頭2包括在前端具有接觸部(測量觸頭)22的觸針21和在一定的范圍內(nèi)可朝Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動支承觸針21的基端的支承部23。
支承部23具有滑動機(jī)構(gòu)(圖中未示出)和測頭傳感器24(參照圖3)，該滑動機(jī)構(gòu)具有可朝相互正交的方向移動的xp滑動構(gòu)件、yp滑動構(gòu)件、及zp滑動構(gòu)件；該測頭傳感器24檢測滑動機(jī)構(gòu)的各軸向的位移量，并輸出檢測到的位移量。觸針21由滑動機(jī)構(gòu)可相對于操作部3在一定范圍內(nèi)滑動地支承。
測頭傳感器24具有檢測觸針21朝Xp方向的移動的Xp方向傳感器241，檢測觸針21朝Yp方向的移動的Yp方向傳感器242，及檢測觸針21朝Zp方向的移動的Zp方向傳感器243。由測頭傳感器24檢測出的觸針21的位移量經(jīng)由移動控制器4輸出到主計(jì)算機(jī)5。
由滑動機(jī)構(gòu)的Xp方向、Yp方向、Zp方向規(guī)定測頭坐標(biāo)系(參照圖1)。
另外，如圖1所示那樣，以載置于平臺11上的被測量物W的成為測量對象的面S為基準(zhǔn)規(guī)定工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系在由成為被測量物W的測量對象的面S上的任意3點(diǎn)決定的平面內(nèi)將相互正交的方向規(guī)定為Xw方向和Yw方向，將該平面的法線規(guī)定為Zw方向。
操作部3包括作為手動操作構(gòu)件的操縱桿32、檢測操縱桿32的操作的檢測部(傾角檢測單元)33、選擇指令移動方向時(shí)的坐標(biāo)系的坐標(biāo)系選擇開關(guān)(坐標(biāo)系選擇單元)34、及選擇固定仿形測頭2的移動的軸的固定軸選擇開關(guān)(軸選擇單元)35，該操縱桿32可擺動地設(shè)于操作板31上，由手動操作仿形測頭2的移動。
操縱桿32具有第1桿321和第2桿322，第1桿321和第2桿322在基端側(cè)可擺動地支承于操作板31，自由端側(cè)由手動操作朝前后左右擺動。
檢測部33具有在第1桿321的下端檢測第1桿321的左右傾角的X角檢測部331、在第1桿321的下端檢測第1桿321的前后傾角的Y角檢測部332、及在第2桿322的下端檢測第2桿322的前后傾角的Z角檢測部333。檢測部33將檢測信號輸出到移動控制器4。
坐標(biāo)系選擇開關(guān)34由按動操作切換選擇機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。
固定軸選擇開關(guān)35具有x軸固定開關(guān)351、y軸固定開關(guān)352、及z軸固定開關(guān)353，禁止沿被選擇的軸向的仿形測頭2的移動。例如，在選擇了x軸固定開關(guān)351的場合，仿形測頭2的移動方向被限制于YZ面內(nèi)。各軸的方向按照由坐標(biāo)系選擇開關(guān)34選擇的坐標(biāo)系(機(jī)器坐標(biāo)系或工件坐標(biāo)系)。
移動控制器4包括對三維測量機(jī)1的驅(qū)動量進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器部41；設(shè)定與操作部3的操作相應(yīng)的坐標(biāo)系的坐標(biāo)系設(shè)定部42；相應(yīng)于操作部3的手動操作，指令仿形測頭2的行進(jìn)方向和行進(jìn)速度的行進(jìn)向量指令部(指示向量指令部)43；相應(yīng)于行進(jìn)向量指令部43的指令和主計(jì)算機(jī)5的測頭壓入方向的指令，指令沿被測量物表面的仿形向量的仿形向量指令部44；及相應(yīng)于從仿形向量指令部44指令的仿形向量對驅(qū)動機(jī)構(gòu)12進(jìn)行驅(qū)動控制的驅(qū)動控制電路(驅(qū)動控制單元)45。
計(jì)數(shù)器部41具有驅(qū)動計(jì)數(shù)器411和測頭計(jì)數(shù)器415，該驅(qū)動計(jì)數(shù)器411對從驅(qū)動傳感器13輸出的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，并測量驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的驅(qū)動量；該測頭計(jì)數(shù)器415對從測頭傳感器24輸出的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將觸針21的滑動量作為壓入量進(jìn)行測量。驅(qū)動計(jì)數(shù)器411具有對Ym軸傳感器131的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Ym軸計(jì)數(shù)器412、對Xm軸傳感器132的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Xm軸計(jì)數(shù)器413、及對Zm軸傳感器133的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Zm軸計(jì)數(shù)器414。測頭計(jì)數(shù)器415具有對Xp方向傳感器241的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Xp方向計(jì)數(shù)器416、對Yp方向傳感器242的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Xp方向計(jì)數(shù)器417、及對Zp方向傳感器243的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)的Zp方向計(jì)數(shù)器418。
驅(qū)動計(jì)數(shù)器411的計(jì)數(shù)值(Xm、Ym、Zm)和測頭計(jì)數(shù)器415的計(jì)數(shù)值(Xp、Yp、Zp)分別輸出到主計(jì)算機(jī)5。
坐標(biāo)系設(shè)定部42設(shè)定輸入機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，同時(shí)，相應(yīng)于坐標(biāo)系選擇開關(guān)34的輸入操作切換設(shè)定機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。坐標(biāo)系設(shè)定部42朝行進(jìn)向量指令部43和仿形向量指令部44指令切換設(shè)定的坐標(biāo)系。機(jī)器坐標(biāo)系在出廠時(shí)被預(yù)先設(shè)定，工件坐標(biāo)系相應(yīng)于測量對象重新生成。
行進(jìn)向量指令部43具有相應(yīng)于固定軸選擇開關(guān)35和操縱桿32的輸入操作，指令仿形測頭2行進(jìn)方向的單位向量的行進(jìn)方向單位向量指令部(指示單位向量指令部)431；相應(yīng)于操縱桿32的輸入操作，指令仿形測頭2的向行進(jìn)方向的移動速度的行進(jìn)速度指令部(指示速度指令部)432；及根據(jù)行進(jìn)方向的單位向量和朝行進(jìn)方向的移動速度生成朝指示的方向按指示的速度使仿形測頭2移動的行進(jìn)向量(指示向量)的行進(jìn)向量生成部(指示向量生成部)433。
仿形向量指令部44具有向量合成部441和坐標(biāo)系變換部442，該向量合成部441合成來自行進(jìn)向量指令部43的行進(jìn)向量指令和來自主計(jì)算機(jī)5的壓入方向的壓入向量指令，生成沿被測量物表面使仿形測頭2進(jìn)行仿形掃描的仿形向量；該坐標(biāo)系變換部442將仿形向量變換為機(jī)器坐標(biāo)系上的指令。
主計(jì)算機(jī)5具有生成指令相對被測量物W的壓入方向(被測量物表面的法線方向)的移動的壓入向量(相對向量)的壓入向量指令部(相對向量指令部)51，存儲由輸入單元6設(shè)定輸入的測量條件等的存儲器(存儲裝置)52，根據(jù)被取樣的接觸部的坐標(biāo)值解析被測量物W的形狀的形狀解析部53，具有運(yùn)算裝置和存儲裝置(ROM、RAM)并進(jìn)行預(yù)定程序的執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理等的中央處理部(CPU)54，及連接壓入向量指令部51、存儲器52、形狀解析部53、及中央處理部54的總線55。
壓入向量指令部51具有計(jì)算出將接觸部22壓入到被測量物W的方向的單位向量的壓入方向單位向量計(jì)算部(相對單位向量計(jì)算部)511，計(jì)算出相對預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)壓入量的時(shí)時(shí)刻刻的壓入量的偏移的壓入偏移量計(jì)算部(相對偏移量計(jì)算部)512，使用壓入方向單位向量和壓入偏移量生成指令壓入方向的移動的壓入向量的壓入向量生成部(相對向量生成部)513。另外，壓入向量指令部51存儲測頭坐標(biāo)系的各軸向。
作為設(shè)定輸入到存儲器52的測量條件，可例示出在仿形掃描中對接觸部22的坐標(biāo)進(jìn)行取樣的間隔(取樣間隔)、相對被測量物W壓入接觸部22的量(基準(zhǔn)位置、基準(zhǔn)壓入量)等。
(表面仿形測量方法)下面，參照圖4的流程圖說明表面仿形測量方法。在這里，說明由固定軸選擇開關(guān)35將仿形測頭2的移動限制于規(guī)定的平面內(nèi)而測量該平面中的被測量物W的輪廓斷面形狀的場合。另外，說明根據(jù)工件坐標(biāo)系實(shí)施操作部3的指令的場合。
首先，在測量之前設(shè)定輸入測量條件。
在ST101中，作為測量模式，由輸入單元6的操作選擇操縱桿斷面仿形模式，接著，設(shè)定抽出接觸部22的坐標(biāo)值的取樣間隔和接觸部22相對被測量物的基準(zhǔn)壓入量(基準(zhǔn)位置)(ST102)。作為取樣間隔，示出設(shè)定為從0.01mm到0.1mm左右的間隔的例子。作為基準(zhǔn)壓入量，示出設(shè)定為0.5mm左右的例子。
在ST103中，生成工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系在被測量物W的成為測量對象的面上對任意三點(diǎn)測量坐標(biāo)，將由該三點(diǎn)確定的平面的法線設(shè)為Zw方向，將在平面內(nèi)相互正交的方向設(shè)為Xw方向和Yw方向地生成(參照圖1)。生成的工件坐標(biāo)系存儲于坐標(biāo)系設(shè)定部42中。
在ST104中，作為由操作部3進(jìn)行手動操作時(shí)使用的坐標(biāo)系由坐標(biāo)系選擇開關(guān)34選擇機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系中的任一個(gè)。坐標(biāo)系選擇開關(guān)34的選擇輸出到坐標(biāo)系設(shè)定部42。這樣，在坐標(biāo)系設(shè)定部42選擇機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系中的任一個(gè)。其中，說明選擇工件坐標(biāo)系的場合。由坐標(biāo)系設(shè)定部42選擇的坐標(biāo)系被送到行進(jìn)向量指令部43、仿形向量指令部44，行進(jìn)向量指令部43和仿形向量指令部44根據(jù)被選擇的坐標(biāo)系(在此為工件坐標(biāo)系)實(shí)施處理。
當(dāng)測量條件的設(shè)定大體結(jié)束時(shí)，在ST105，使仿形測頭2移動到開始仿形掃描的點(diǎn)P(圖8中的箭頭A)。這是通過操作操縱桿32而進(jìn)行的。下面參照圖5的流程圖說明由操縱桿32的手動操作使仿形測頭2移動的工序。
在ST201中，操作操縱桿32。例如，在使第1桿321朝左右傾倒了的場合，第1桿321的傾角由X角檢測部331檢測出(ST202)。X角檢測部331的檢測值輸出到行進(jìn)方向單位向量指令部431和行進(jìn)速度指令部432。即，通過第1桿321朝左右傾倒，作為行進(jìn)方向指令了X方向的這一狀態(tài)輸出到行進(jìn)方向單位向量指令部431，另一方面，將第1桿321的傾倒量輸出到行進(jìn)速度指令部432。這樣，在ST203中，行進(jìn)方向單位向量指令部431在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)例如即時(shí)地生成被指令的行進(jìn)方向的單位向量。在這里，在工件坐標(biāo)系中在Xw方向生成大小為1的單位向量。另外，在ST204中，行進(jìn)速度指令部432相應(yīng)于第1桿321的傾倒量生成行進(jìn)速度Vs。
在ST205中，行進(jìn)向量生成部433合成來自行進(jìn)方向單位向量指令部431的單位向量和來自行進(jìn)速度指令部432的行進(jìn)速度Vs，生成使仿形測頭2移動的行進(jìn)向量指令，將該行進(jìn)向量指令輸出到仿形向量指令部44(ST205)。
在這里，行進(jìn)向量VF用朝向行進(jìn)方向的單位向量F/|F|、行進(jìn)速度Vs、規(guī)定的增益α由下式表示。
V→F=α·F→|F→|·VS]]>該向量指令在工件坐標(biāo)系中生成時(shí)，送入驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的指令需要由機(jī)器坐標(biāo)系形成。因此，在ST206中，由行進(jìn)向量生成部433生成的行進(jìn)向量指令由坐標(biāo)系變換部442變換成機(jī)器坐標(biāo)系。這樣的坐標(biāo)變換是通過由一次變換對向量進(jìn)行線性映射來進(jìn)行。
進(jìn)行了坐標(biāo)變換的行進(jìn)向量指令輸出到驅(qū)動控制電路45。這樣，驅(qū)動控制電路45生成按照行進(jìn)向量指令使驅(qū)動機(jī)構(gòu)12進(jìn)行驅(qū)動的控制信號，并提供到驅(qū)動機(jī)構(gòu)12(ST207)。這樣，由驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的驅(qū)動如圖8中的箭頭A所示那樣使仿形測頭2平行于Xw軸地移動(ST208)。
這樣，由操縱桿32的操作使仿形測頭2移動到測量開始點(diǎn)P。
當(dāng)使仿形測頭2移動到測量開始點(diǎn)P時(shí)，中止操縱桿32的操作，使仿形測頭2的移動停止后，選擇對仿形測頭2的移動進(jìn)行限制的固定軸(ST106)。例如，通過在平行于YZ面的面內(nèi)使仿形測頭2移動，從而在對被測量物W的斷面的輪廓形狀進(jìn)行仿形測量的場合，固定Xw軸。固定軸的選擇由操作部3的固定軸選擇開關(guān)35選擇。由固定軸選擇開關(guān)35選擇的固定軸由行進(jìn)方向單位向量指令部431指示。這樣，在行進(jìn)方向單位向量指令部431中，按現(xiàn)狀固定固定軸的坐標(biāo)值。
在ST107中，如圖8的箭頭B所示那樣使仿形測頭2朝被測量物W移動。這例如使第1桿321朝前后傾倒，使仿形測頭2平行于Yw軸地移動仿形測頭2。這樣，由在ST201～ST208中說明的工序移動仿形測頭2。
在ST108中，當(dāng)接觸部22到達(dá)被測量物表面時(shí)，開始仿形掃描(圖8中的箭頭C)。下面參照圖6的流程圖說明使接觸部22沿被測量物表面進(jìn)行仿形移動的工序。
在圖6中，ST301～ST304與在圖5中說明的ST201～ST204同樣，相應(yīng)于操縱桿32的傾角從行進(jìn)向量指令部43向仿形向量指令部44輸出使仿形測頭2移動的行進(jìn)方向和行進(jìn)速度的行進(jìn)向量VF。
在ST303和ST304中，生成與ST301中的手動操作的指令相應(yīng)的行進(jìn)方向和行進(jìn)速度的指令，而在ST305中，由壓入向量指令部51生成指令向被測量物W的壓入方向的移動的壓入向量。下面參照圖7的流程圖說明生成壓入向量的工序。
首先，在ST401中，由測頭傳感器24檢測作為壓入量的觸針21的位移量。這樣，由測頭計(jì)數(shù)器415對測頭傳感器24的輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值輸出到主計(jì)算機(jī)5。在ST402中，壓入方向單位向量計(jì)算部511根據(jù)測頭計(jì)數(shù)器415的計(jì)數(shù)值計(jì)算壓入方向單位向量。在這里，從測頭計(jì)數(shù)器415輸出的計(jì)數(shù)值為(xp、yp、zp)的場合，壓入方向單位向量由下式表示。
n→=(xpP→C,yp|P→C|,zp|P→C|),]]>|P→c|=xp2+yp2+zp2]]>在ST403中，壓入偏移量計(jì)算部512根據(jù)測頭計(jì)數(shù)器415的計(jì)數(shù)值計(jì)算出接觸部22相對基準(zhǔn)壓入量Ps的壓入偏移量。壓入偏移量d由下式表示。
d=|P→C|-|P→S|]]>其中， 為基準(zhǔn)壓入量壓入向量生成部513使用規(guī)定的增益β生成壓入向量Vp，同時(shí)，將壓入向量Vp輸出到仿形向量指令部44(ST404)。
V→p=β·α·n→]]>壓入向量在測頭坐標(biāo)系中生成時(shí)，在ST405中，壓入向量Vp由坐標(biāo)系變換部442變換到工件坐標(biāo)系。
在這樣生成行進(jìn)向量和壓入向量時(shí)，在ST306(圖6)中，由向量合成部441合成來自行進(jìn)向量指令部43的行進(jìn)向量和來自壓入向量指令部51的壓入向量，生成仿形向量Vw。
V→W=V→F+V→P,]]> 為表示將 變換到工件坐標(biāo)系后的向量。
在ST307中，合成的仿形向量Vw由坐標(biāo)系變換部442變換到機(jī)器坐標(biāo)系。
如從工件坐標(biāo)系向機(jī)器坐標(biāo)系的變換矩陣用[A]表示，設(shè)變換到機(jī)器坐標(biāo)系的仿形向量為Vw′，則變換式由下式表示。
Vw→′=[A]V→w]]>根據(jù)變換到機(jī)器坐標(biāo)系的仿形向量Vw′，從驅(qū)動控制電路45將控制信號外加到驅(qū)動機(jī)構(gòu)12(ST308)，接觸部22沿被測量物表面進(jìn)行仿形掃描(ST309)。
按在仿形掃描中預(yù)先設(shè)定的取樣間隔將驅(qū)動計(jì)數(shù)器411和測頭計(jì)數(shù)器415的輸出值輸出到主計(jì)算機(jī)5，抽出接觸部22的坐標(biāo)(ST310)。
在ST311中，如滿足了結(jié)束條件，則結(jié)束仿形掃描。作為結(jié)束條件，也可以預(yù)先設(shè)定輸入仿形測量的區(qū)域，在對該仿形掃描的整個(gè)對象區(qū)域完成仿形掃描時(shí)，結(jié)束仿形掃描。也可在返回到測量開始點(diǎn)P時(shí)，判斷為滿足了仿形掃描的結(jié)束條件?；蛘?，也可在測量者輸入結(jié)束命令的場合判斷為滿足了結(jié)束條件。
在ST311中，當(dāng)未滿足結(jié)束條件時(shí)，從ST301由操縱桿32的操作進(jìn)行仿形測頭2的移動指令。
此時(shí)，如改變操縱桿32的傾倒量，則從行進(jìn)速度指令部432輸出的行進(jìn)速度指令變化。這樣，仿形測頭2的行進(jìn)速度變化。
另外，通過改變使操縱桿32傾倒的方向，從而可改變仿形測頭2的行進(jìn)方向。
在仿形掃描結(jié)束了時(shí)，根據(jù)抽出的接觸部22的坐標(biāo)在形狀解析部53中實(shí)施被測量物W的輪廓形狀的解析。在形狀解析部53中，對測頭坐標(biāo)系或機(jī)器坐標(biāo)系獲得的坐標(biāo)值進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，計(jì)算出接觸部22的坐標(biāo)值。
按照具有這樣的構(gòu)成的第1實(shí)施方式，可具有以下的效果。
(1)通過設(shè)置操縱桿32，對操縱桿32進(jìn)行手動操作，可輸入任意的行進(jìn)方向和任意的行進(jìn)速度，測量者可按任意的行進(jìn)方向和任意的行進(jìn)速度使仿形測頭2移動。因此，當(dāng)開始仿形測量時(shí)，不需要預(yù)先輸入被測量物的輪廓數(shù)據(jù)等這樣的麻煩，所以，可簡便地開始測量。另外，在結(jié)束一個(gè)測量后可直接繼續(xù)進(jìn)行下一測量，在更換被測量物的場合也可立即開始測量。結(jié)果，測量作業(yè)不麻煩，非常簡便，測量所需時(shí)間也可非常短?；蛘?，通過使操縱桿32的傾角為零，使速度的指令為零，可自由地調(diào)整使仿形測頭的移動中斷等、測量的開始和中斷等的時(shí)間點(diǎn)。
(2)由于可由操縱桿32任意地調(diào)整行進(jìn)速度，所以，例如在對直線的區(qū)域進(jìn)行仿形測量的場合，指示快的行進(jìn)速度，在對曲線那樣的區(qū)域進(jìn)行仿形測量的場合，指示慢的行進(jìn)速度等，可按與測量對象相應(yīng)的仿形速度進(jìn)行測量。在預(yù)先設(shè)定仿形速度的場合，存在由較慢的速度形成限制速度的危險(xiǎn)，但可通過操縱桿32的速度調(diào)整對適當(dāng)測量所需要的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。
(3)由操縱桿32可指示行進(jìn)方向和行進(jìn)速度，另一方面，對于壓入方向的移動由壓入向量指令部51根據(jù)測頭傳感器24的檢測值進(jìn)行自動控制。因此，即使在由手動對仿形測頭2進(jìn)行操作的場合，可不需要特別的技術(shù)水平和細(xì)微的操作使接觸部22保持在基準(zhǔn)位置而進(jìn)行仿形掃描。仿形測頭2相對被測量物W的壓入量細(xì)微，不可能用手動控制壓入量，但通過從手動操作切離后自動控制對仿形測頭2的移動進(jìn)行控制的指令中的與壓入方向相關(guān)的指令，從而可對其它指令(行進(jìn)方向和行進(jìn)速度)進(jìn)行手動操作。
(4)在坐標(biāo)系設(shè)定部42設(shè)定由驅(qū)動機(jī)構(gòu)12的驅(qū)動軸規(guī)定的機(jī)器坐標(biāo)系和由被測量物規(guī)定的工件坐標(biāo)系，可由坐標(biāo)系選擇開關(guān)34選擇坐標(biāo)系。因此，在由操縱桿32指示行進(jìn)方向的場合，如按照工件坐標(biāo)系，也容易直感地捕捉方向。
(5)通過設(shè)置固定軸選擇開關(guān)35，選擇軸固定開關(guān)351～353，可限制沿選擇的軸的仿形測頭2的移動。這樣，仿形測頭2僅在與選擇的軸垂直的面內(nèi)移動，所以，可對該面中的斷面輪廓形狀進(jìn)行仿形掃描。雖然難以由操縱桿32的手動操作正確地指示一方向，但由于可限制沿選擇的軸的仿形測頭2的移動，所以，可正確地測量平面內(nèi)的斷面輪廓形狀。
(變形例1)下面，說明本發(fā)明的變形例1。變形例1的基本構(gòu)成與第1實(shí)施方式同樣，變形例1的特征在于，不選擇對仿形測頭2的移動進(jìn)行限制的軸，沿成為測量對象的面S使仿形測頭2移動。
即，在進(jìn)行仿形掃描時(shí)，當(dāng)使仿形測頭2移動到測量開始點(diǎn)P時(shí)(ST105)，跳過由固定軸選擇開關(guān)35選擇軸的工序(ST106)，使仿形測頭2接近被測量物W(ST107)，接著進(jìn)行仿形測量(ST108)。
圖9示出這樣的仿形掃描的軌跡的一例。在圖9中，使接觸部22接觸到被測量物表面后，由操縱桿32的操作使仿形測頭2沿Yw軸移動(在圖9中的箭頭D)。當(dāng)仿形測頭2朝Yw方向移動了預(yù)定距離時(shí)，接著，使仿形測頭2沿Xw軸移動(箭頭E)。然后，再次使仿形測頭2沿Yw軸移動(箭頭F)。這樣，在被測量物表面的成為測量對象的面S上由操縱桿32使仿形測頭2朝任意的測量區(qū)域移動。對于與被測量物表面垂直的壓入方向，由壓入向量指令部51進(jìn)行自動控制，這一點(diǎn)與第1實(shí)施方式中的說明相同。
按照這樣的構(gòu)成，可連續(xù)地對被測量物W的成為測量對象的面S進(jìn)行測量。此時(shí)，可在沿一線進(jìn)行仿形測量后立即測量下一線。結(jié)果，測量作業(yè)不中斷，所以，可縮短測量所需的時(shí)間。另外，由于也不需要預(yù)先輸入成為測量對象的面的形狀數(shù)據(jù)等麻煩，所以，可簡單地進(jìn)行仿形測量。
(變形例2)下面，說明本發(fā)明的變形例2。變形例2的基本構(gòu)成與第1實(shí)施方式同樣，變形例2的特征在于，行進(jìn)方向根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)定路徑?jīng)Q定，另一方面，行進(jìn)速度由操縱桿32指示。
作為實(shí)現(xiàn)這樣的功能的構(gòu)成，預(yù)先將被測量物的輪廓形狀數(shù)據(jù)和進(jìn)行仿形測量的規(guī)定路徑設(shè)定輸入到存儲器52。作為規(guī)定路徑，作為例子列舉出對圓筒形狀的內(nèi)周仿形的路徑和對螺紋槽進(jìn)行仿形的形狀等。
行進(jìn)方向單位向量指令部431從存儲器52讀出該規(guī)定路徑，并時(shí)時(shí)刻刻指令規(guī)定路徑的切線方向的單位向量。行進(jìn)方向單位向量指令部431不接受操縱桿32的行進(jìn)方向的指示，僅按照存儲器52的輸入數(shù)據(jù)計(jì)算出行進(jìn)方向的單位向量。即，關(guān)于仿形測頭2的行進(jìn)方向和相對于被測量物表面的壓入方向，由行進(jìn)方向單位向量指令部431和壓入向量指令部51的指令控制。
在這樣的構(gòu)成中，當(dāng)使操縱桿32倒下時(shí)，由檢測部33檢測出傾角的大小，行進(jìn)速度指令部432根據(jù)該傾角的大小指令行進(jìn)速度。這樣，在仿形向量指令部44中合成仿形向量，對于其方向成分，按照由行進(jìn)方向單位向量指令部431和壓入向量指令部51自動生成的指令，對于其行進(jìn)速度，按照操縱桿32的指示。相應(yīng)于該仿形向量的指令由驅(qū)動控制電路45對驅(qū)動機(jī)構(gòu)12進(jìn)行驅(qū)動，仿形測頭2沿規(guī)定路徑進(jìn)行仿形掃描。
按照這樣的構(gòu)成，如預(yù)先輸入仿形掃描的預(yù)定的路徑，則可根據(jù)自動生成的方向的指令，即使為復(fù)雜的路徑，也可進(jìn)行仿形掃描。關(guān)于速度的指示，可由操縱桿32進(jìn)行，所以，可通過測量者的調(diào)整按適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行仿形測量。結(jié)果，可縮短測量時(shí)間。另外，如在測量過程中設(shè)操縱桿32的傾角為零，則速度指令為零，所以，可自由調(diào)整能夠中斷仿形掃描等測量的時(shí)間點(diǎn)。
本發(fā)明的仿形測量方向和仿形測量裝置不僅限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)當(dāng)然也可進(jìn)行各種變更。
雖然由桿321、322的傾倒方向指示行進(jìn)方向，但在測量被測量物W的斷面輪廓形狀的場合，持續(xù)使桿321、322傾倒期間，仿形測頭2也可沿輪廓形狀繼續(xù)行進(jìn)。例如，當(dāng)使桿321朝+Y方向傾倒時(shí)，如圖10所示那樣，接觸部22朝+Y方向移動(箭頭G)。在這里，使桿321朝+Y方向傾倒期間，當(dāng)仿形測頭2移動半周時(shí)，仿形測頭接著朝-Y方向行進(jìn)(箭頭H)。
仿形測頭2作為在使接觸部22接觸于被測量物表面的狀態(tài)下進(jìn)行仿形移動進(jìn)行了說明，但仿形測頭2不限于接觸式，也可為非接觸式的仿形測頭。例如，也可以在觸針21的前端具有檢測靜電容量的電極傳感器，通過檢測出隨與被測量物表面的距離產(chǎn)生變化的靜電容量，檢測被測量物表面。
或者，也可為作為可測量微細(xì)形狀的STM(掃描型隧道顯微鏡)或AFM(原子間力顯微鏡)而已知的顯微鏡。
在進(jìn)行仿形測量的場合，在上述實(shí)施方式中選擇了工件坐標(biāo)系，但當(dāng)然也可選擇機(jī)器坐標(biāo)系。
另外，移動控制器4或主計(jì)算機(jī)5不限于如上述實(shí)施方式那樣具有由實(shí)現(xiàn)各功能的邏輯元件等硬件構(gòu)成的要素的場合，也可以構(gòu)成為通過將規(guī)定的程序安裝到具有CPU(中央處理裝置)、存儲器(存儲裝置)等的計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)各功能。最好配置CPU或存儲器作為計(jì)算機(jī)起作用地構(gòu)成，在該存儲器通過互聯(lián)網(wǎng)等通信單元或CD-ROM、存儲卡等記錄介質(zhì)將規(guī)定的表面仿形測量程序安裝到該存儲器，由該安裝的程序使CPU等動作，實(shí)現(xiàn)各功能。為了安裝程序，可將存儲卡和CD-ROM等直接插入來進(jìn)行，也可外設(shè)讀取這些記錄介質(zhì)的設(shè)備地連接。另外，也可連接局域網(wǎng)纜線、電話線等，由通信供給程序進(jìn)行安裝，也可由無線供給程序進(jìn)行安裝。
權(quán)利要求
1.一種表面仿形測量裝置，其特征在于具有仿形測頭、移動單元、操作部、指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元，上述仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置而進(jìn)行仿形掃描；上述移動單元使上述仿形測頭移動；上述操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件；上述指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；上述相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；上述仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量而生成仿形向量；上述驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面仿形測量裝置，其特征在于上述移動單元具有沿相互正交的3個(gè)方向的驅(qū)動軸和可沿這些驅(qū)動軸滑動地設(shè)于各上述驅(qū)動軸上的滑動構(gòu)件，設(shè)置有設(shè)定機(jī)器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)系設(shè)定部，上述機(jī)器坐標(biāo)系在上述各驅(qū)動軸方向具有Xm軸、Ym軸、及Zm軸，上述工件坐標(biāo)系由在上述被測量物的任意的表面規(guī)定的平面內(nèi)相互正交的Xw軸、Yw軸、及垂直上述平面的Zw軸構(gòu)成，上述操作部具有由手動操作選擇上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任何一方的坐標(biāo)系選擇單元，根據(jù)由上述坐標(biāo)系選擇單元選擇的上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任何一坐標(biāo)系規(guī)定上述手動操作構(gòu)件的指示方向，同時(shí)，上述指示向量指令部根據(jù)上述選擇的坐標(biāo)系生成上述指示向量，上述仿形向量指令部具有對上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系進(jìn)行相互坐標(biāo)變換的坐標(biāo)系變換部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面仿形測量裝置，其特征在于上述操作部具有由手動操作選擇構(gòu)成上述機(jī)器坐標(biāo)系和上述工件坐標(biāo)系中的任何一坐標(biāo)系的3軸中的任何一個(gè)軸的軸選擇單元，上述指示向量指令部固定由上述軸選擇單元選擇的軸的坐標(biāo)值，在與上述選擇的軸垂直的面內(nèi)生成上述指示向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的表面仿形測量裝置，其特征在于上述手動操作構(gòu)件具有可擺動地設(shè)置的操縱桿，上述操作部具有檢測上述操縱桿的傾角和傾倒方向的傾角檢測單元。
5.一種表面仿形測量裝置，其特征在于具有仿形測頭、移動單元、操作部、存儲裝置、指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元，上述仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置而進(jìn)行仿形掃描；上述移動單元使上述仿形測頭移動；上述操作部具有由手動操作輸入指示任意的大小的手動操作構(gòu)件；上述存儲裝置預(yù)先存儲仿形掃描的預(yù)定路徑；上述指示向量指令部生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的大小和沿上述預(yù)定路徑的方向的指示向量；上述相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；上述仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量，生成仿形向量；上述驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
6.一種表面仿形測量方法，由移動單元使仿形測頭移動，對被測量物表面進(jìn)行仿形測量，上述仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描，其特征在于具有手動操作工序、指示向量指令工序、相對向量指令工序、仿形向量指令工序、及驅(qū)動控制工序，上述手動操作工序由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小；上述指示向量指令工序在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作工序指示的方向和指示的大小的指示向量；上述相對向量指令工序根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；上述仿形向量指令工序合成上述指示向量和上述相對向量而生成仿形向量；上述驅(qū)動控制工序根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
7.一種計(jì)算機(jī)可讀取的表面仿形測量程序，其特征在于將計(jì)算機(jī)裝入到表面仿形測量裝置，上述表面仿形測量裝置具有仿形測頭、移動單元、及操作部，上述仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；上述移動單元使上述仿形測頭移動；上述操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件，使上述計(jì)算機(jī)起指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元的作用，上述指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；上述相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；上述仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量而生成仿形向量；上述驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
8.一種計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)，其特征在于記錄有計(jì)算機(jī)可讀取的表面仿形測量程序，將計(jì)算機(jī)裝入到表面仿形測量裝置，上述表面仿形測量裝置具有仿形測頭、移動單元、及操作部，上述仿形測頭具有接近或接觸于被測量物表面的測量觸頭和檢測沿被測量物表面的法線方向的上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)位置進(jìn)行仿形掃描；上述移動單元使上述仿形測頭移動；上述操作部具有由手動操作輸入指示任意的方向和任意的大小的手動操作構(gòu)件，使上述計(jì)算機(jī)起指示向量指令部、相對向量指令部、仿形向量指令部、及驅(qū)動控制單元的作用，上述指示向量指令部在一定的處理約束時(shí)間內(nèi)根據(jù)上述輸入指示生成具有由上述手動操作構(gòu)件指示的方向和指示的大小的指示向量；上述相對向量指令部根據(jù)上述檢測傳感器的檢測值按上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置相對上述基準(zhǔn)位置具有的偏移量的大小自動生成在上述被測量物表面的法線方向具有方向的相對向量；上述仿形向量指令部合成上述指示向量和上述相對向量而生成仿形向量；上述驅(qū)動控制單元根據(jù)上述仿形向量對上述移動單元進(jìn)行驅(qū)動控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面仿形測量裝置，該裝置具有仿形測頭(2)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)(12)、操縱桿(32)、行進(jìn)向量指令部(43)、壓入向量指令部(51)、仿形向量指令部(44)、及驅(qū)動控制電路(45)；其中，仿形測頭具有測頭傳感器(24)，對被測量物表面進(jìn)行仿形掃描；驅(qū)動機(jī)構(gòu)使仿形測頭移動；操縱桿由手動操作輸入和指示方向和大??；行進(jìn)向量指令部生成由操縱桿指示的方向和大小的行進(jìn)向量；壓力向量指令部根據(jù)測頭傳感器的檢測值生成指令壓入方向的移動的壓入向量；仿形向量指令部合成行進(jìn)向量和壓入向量，生成仿形向量；驅(qū)動控制電路根據(jù)仿形向量對驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動控制。
文檔編號G01B7/28GK1573284SQ200410048329
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者野田孝 申請人:株式會社三豐