JP6607228B2 - 校正片、校正方法、形状測定システムおよび形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、校正片、校正方法、形状測定装置および形状測定方法に関し、特に、油井管ねじ継手などのテーパ形状を有する被測定対象物の形状を３次元的に精密測定する技術に関するものである。

従来の油井管等のねじの形状測定としては、２次元座標データから演算して行う測定方法がある。例えば、特許文献１には、光源ランプから光をねじ溝に平行に照射してねじ面を通過する光を検出してねじ形状を測定する光学式センサを用いてねじ要素を測定する方法であって、前記光学式センサで測定されたねじ形状の線図に接触式センサのゲージに用いられるコンタクトチップのイメージを仮想的に内接するように重ね合わせてその接点の２次元座標データを所定の間隔ごとに求め、それらの２次元座標データからねじ要素を演算することを特徴とするねじ要素の測定方法が開示されている。

このような従来技術に対し、近年、３次元でねじ等のテーパ状被測定対象物の形状を測定する技術開発も行われるようになっている。この３次元の形状測定技術の確立のためには、形状測定に用いるレーザ距離計に対する高精度な校正が求められる。

特開平９−２６４７１９号公報

そこで、本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定を可能にする校正片、校正方法、この校正片を有する形状測定システムおよび形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片。
［２］レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正する方法であり、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片を前記形状測定装置の前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置して、
前記第１のレーザ距離計、前記第２のレーザ距離計および前記第３のレーザ距離計の夫々のレーザ照射方向を校正する、校正方法。
［３］レーザ照射することで、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計、
およびレーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計、
を有し、レーザ光を用いて前記テーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置と、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部、
および該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部、
を有し、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有し、前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置可能な校正片と、
を備える、形状測定システム。
［４］前記［２］に記載の校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定する形状測定方法。

本発明によれば、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定を可能にする校正片、校正方法、この校正片を有する形状測定システムおよび形状測定方法が提供される。より具体的には、本発明によれば、形状測定装置の各レーザ距離計の基準点を調整し、かつ軸（ねじ軸、スキャン軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正し、機構変動により発生する誤差を補正することを同時に行うことができる。

ねじ形状および形状測定装置の構成を説明するための図である。 本発明の校正片の構成を説明するための図である。 関連技術の校正片の構成を説明するための図である。 第１のレーザ距離計と第２のレーザ距離計との基準点調整を説明するための図である。 本発明の校正片の校正用テーパ状側面部に形成された校正用切欠部を説明するための図である。 第１のレーザ距離計と第３のレーザ距離計との基準点調整を説明するための図である。 本発明の校正片の校正用先端平面部に形成された校正用凹部を説明するための図である。 本発明の校正片による傾斜角補正機能を説明するための図である。 本発明の校正片による傾斜角補正機能を説明するための図である。 本発明の校正片による機構変動補正機能を説明するための図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

［形状測定装置］
まず、本発明の校正片１で校正を行う形状測定装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、ねじ形状および形状測定装置１００の構成を説明するための図である。図１（Ａ）では測定対象となるねじの形状の一例を示し、図１（Ｂ）では、形状測定装置１００を構成する第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２、第３のレーザ距離計１０３を上面から見た図を示す。

以下、形状の測定対象とするテーパ状被測定対象物の例として、ねじ１１０を挙げて説明するが、本発明では、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を有していれば、テーパ状被測定対象物は、ねじ１１０には限定されない。以下の説明において、ねじテーパ状側面部はテーパ状被測定対象物のテーパ状被測定側面部の一例であり、ねじ先端部は被測定先端部の一例である。

形状測定装置１００は、油井管ねじ等のねじ１１０の形状を測定するために用いられ、ねじ形状が複雑な形状であるために、レーザ距離計（スポットタイプ、ラインタイプ）を用いて形状測定を行う。その形状が、例えば、台形ねじではなく、フックねじの形状である場合（図１（Ａ）参照）、１つのスポットタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第１のレーザ距離計１０１とする）だけでは、ねじ１１０のねじテーパ状側面部のフック部分とその他の部分の形状を把握するための制御が煩雑になる。そのため、本発明で対象とする形状測定装置１００では、図１（Ｂ）に示すように、第１のレーザ距離計１０１の他に、スポットタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第２のレーザ距離計１０２とする）をもう一つ配置させる。そして、軸方向（ねじ軸方向、管軸方向のことである。）、ねじテーパ状側面部の略錐台形状の母線方向、または上記のねじ軸と母線との間に形成される任意の方向に第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２を移動させながらレーザ照射することで、ねじ形状情報を取得するセンサ配置設計とする。

第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２は、ねじ１１０の多様な凹凸形状の測定に最適な角度に調整される。スキャン軸方向（ねじ軸方向、校正片中心軸方向）の移動距離の計測にはリニアスケール１０４を用いる。

第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２を上述したように移動させることで、第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２の測定精度を調整することができる。本発明で対象とするレーザ距離計では、レーザの照射面からの反射光を受光素子に投影し、その受光分布を算出することによって距離を演算している。レーザの照射面の面積が大きいほど、位置演算の測定誤差は大きくなることから、基準位置（測定基準位置）においてレーザ照射面積が最小となるために、基準位置（測定基準位置）を変化させないようにねじテーパ状側面部の母線方向に沿った走査（テーパ倣いスキャン）を行うことが好ましい。測定精度が比較的低くても良い場合には、ねじ軸方向に走査（スキャン）していく構成を取ってもよい。

ここで、基準位置は、レーザ照射スポット径が最小となる位置のことを指す。レーザ光は１点に集光させることが望ましいが、集光限界があるため、ある一定の径（スポット径）となる。その集光位置のことを基準位置とし、集光位置からずれるとスポット径も大きくなる。レーザ距離計は反射光が受光素子のどこに当たるかによりその位置情報を得ているため、スポット径が大きくなると測定範囲が大きくなり（測定範囲の平均値が測定位置として検出され）、測定点を絞った位置測定ができない。そのため、被測定対象物の位置をこの基準位置、または大きく外れない範囲（市販の距離計は測定可能範囲が基準距離±〜ｍｍというように定められている）にすることが好ましい。

なお、上記のスポットタイプのレーザ距離計とは、三角測距法に基づいたレーザ光の照射、受光、位置情報の算出を行うレーザ距離計のことを指し、ラインタイプのレーザ距離計とは、スポットタイプの三角測距法をライン上に配置した光学系に適用することによって、ライン上に照射されたレーザの反射光により位置情報を取得するレーザ距離計のことを指す。

また、本発明で対象とする形状測定装置１００では、ねじ先端部位置（管端位置）を正確に計測するために、ねじ先端部にレーザを照射可能なラインタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第３のレーザ距離計１０３とする）を配置する。

これらの第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２、第３のレーザ距離計１０３は、ねじ１１０の３次元形状を取得するために、ねじ軸を中心軸として回転しながら、ねじ１１０にレーザ照射することができる。

上述したような本発明で対象とする形状測定装置１００で、ねじ１１０の３次元形状の測定を行うには、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３夫々から得られる距離情報を３次元座標上に投影する必要がある。そして、各レーザ距離計１０１、１０２、１０３の距離情報を複合させ、統一した座標上にプロフィールを投影するためには、各距離計の基準点（共通座標位置）を設定しておく必要がある。

［校正片］
図２は、本発明の校正片１の構成を説明するための図であり、校正片１を上面から見た図を示す。校正片１は、図２に示す例では、上面図を軸（校正片中心軸）を中心に回転した円錐台形状を有する。本発明の校正片１は、上述したような、形状測定装置１００の校正のために用いられ、ねじ１１０（テーパ状被測定対象物）の設置位置に配置可能であり、高精度なねじ形状の測定を可能にする。より具体的には、本発明の校正片１は、以下の（１）〜（３）の３点の機能を有することで、高精度なねじ形状の測定が可能になる。
（１）基準点調整機能：各レーザ距離計のレーザ照射方向の影響を受けずに、各レーザ距離計の基準点を高精度に調整すること。なお、基準点とは、各レーザ距離計の統一した座標上に、各レーザ距離計の測定結果情報を投影するために必要となる各レーザ距離計の基準点（共通座標位置）である。
（２）傾斜角補正機能：スキャン軸（ねじ軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正すること。
（３）機構変動補正機能：形状測定装置のレーザ距離計のスキャンによる剛性撓み等に基づく機構変動により発生する誤差を補正すること。

すなわち、本発明の校正片１は、レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）および軸方向の先端に形成された被測定先端部（ねじ先端部）を備えるテーパ状被測定対象物（ねじ１１０）の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置１００が有する、レーザ照射することでテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計１０１と、該第１のレーザ距離計１０１とは異なる軸方向（ねじ軸方向）に対するレーザ照射角度でレーザ照射することでテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計１０２と、レーザ照射することで被測定先端部（ねじ先端部）の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計１０３と、の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部２と、該校正用テーパ状側面部２の先端部に形成され、第３のレーザ距離計１０３からのレーザが照射される校正用先端平面部３と、を備え、校正用テーパ状側面部２には、校正用切欠部２１および／または校正用突出部が形成されており、校正用先端平面部３は、軸方向に陥没形成された校正用凹部２１および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する。なお、図２中、Ｃ１〜Ｃ１０の寸法に関しては適宜調整できる。

また、以下では、校正用切欠部２１、校正用突出部のうち、校正用切欠部２１を例に挙げて説明する。また、校正用凹部２１、校正用凸部のうち、校正用凹部２１を例に挙げて説明する。

本発明の校正片１では、特に、錐台形状を有しつつ、切欠部２１、凹部３１を有し、上記の（１）〜（３）の機能を備えることを特徴とする。以下、本発明の校正片１による基準点調整機能、傾斜角補正機能および機構変動補正機能を説明する。

＜基準点調整機能＞
まず、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを主に参照しながら、本発明の校正片１による基準点調整機能を説明する。図３は、関連技術の校正片１１の構成を説明するための図である。図４Ａは、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を説明するための図である。図４Ｂは、本発明の校正片１の校正用テーパ状側面部２に形成された切欠部２１を説明するための図である。図５Ａは、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を説明するための図である。図５Ｂは、本発明の校正片１の校正用先端平面部３に形成された凹部３１を説明するための図である。

図３に示すように、ねじ１１０のテーパ形状に対応させた円錐から円錐頂部をカットした形状、すなわち先端部に平面部が形成された円錐台形状を有する関連技術の校正片１１によれば、後述する機構変動により発生する誤差を検出することができる。
なお、対向する距離計間の補正は対向する一対の第１のレーザ距離計１０１同士の基準点位置を用いればよい。具体的には、対向する第１のレーザ距離計１０１の基準点調整を寸法既知の校正片１１の先端部（角部）の平面部の直径と比較して行うことにより対向する距離計間の補正を行う。

この関連技術の校正片１１を用いた場合の基準点調整における問題点２つを以下で説明する。

（問題点１：第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整）
図４Ａに示すように、ねじ１１０の多様な凹凸形状（例えば、フック形状（図１再参照））を精度良く計測できるように、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計とは傾斜して配置され、夫々のレーザ距離計１０１、１０２はねじ１１０に対して異なる向きに（第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とのねじ軸方向に対するレーザ照射角度が異なるように）レーザ照射する。すなわち、ねじテーパ状側面部の凹凸に対して、一方のレーザ距離計（図４Ａでは第１のレーザ距離計１０１）がねじ先端部側からねじテーパ状側面部に対してレーザ照射し、他方のレーザ距離計（図４Ａでは第２のレーザ距離計１０２）がねじ後端部側からねじテーパ状側面部に対してレーザ照射できるように、夫々のレーザ距離計１０１、１０２は傾斜して配置される。

このように配置された第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とを校正片１１により校正するとき、校正片１１の校正用テーパ状側面部２から校正用先端平面部３、後端平面部（先端平面部および後端平面部は校正片の軸直交断面である。）に移行する先端側エッジ部４、後端側エッジ部５の測定値が安定しない。

この点について、より詳細に説明すると、まず、図４Ａに示すように、各レーザ距離計１０１、１０２の基準点としては、校正片１１の上記の先端側エッジ部４、または後端側エッジ部５にレーザ距離計１０１、１０２がレーザ照射しているときの位置とする。このエッジ部４、５を基準点とするのは、スキャン位置を変化させながら、距離を測定していくと、エッジ部４、５で距離の測定値は大きく変化し、基準点としての検出を精度良く行えるためである。

しかしながら、図４Ａ（ａ）に示すように、先端側エッジ部４では、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては用いることができるものの、第２のレーザ距離計１０２の基準点としては、レーザ照射方向の影響で、校正用先端平面部３にレーザ照射できないことから、エッジ部４での安定した測定値を得られない。また、図４Ａ（ｂ）に示すように、後端側エッジ部５では、第２のレーザ距離計１０２の基準点としては用いることができるものの、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては、レーザ照射方向の影響で、後端平面部にレーザ照射できないことから、エッジ部５での安定した測定値を得られない。

すなわち、関連技術の校正片１１を用いると、前述したように、傾斜して配置した第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との校正のうち、第１のレーザ距離計１０１の校正については、校正片１１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４を基準点とする。一方、第２のレーザ距離計１０２の校正については、校正片１１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５を基準点とする。

しかしながら、この場合、夫々の基準点の間隔が広くなり、リニアスケール１０４に起因する誤差影響が大きくなるため、高精度な基準点調整を行うという観点から、夫々の基準点を近くすることが求められる。

（問題点１の解決策：校正用切欠部を設ける）
本発明では、上記問題点１を解決するために、図４Ｂに示すように、校正片１の校正用テーパ状側面部２に校正用切欠部２１を設ける（図２も再参照）。好ましくは、校正片１の校正用テーパ状側面部２の周方向に校正用切欠部２１を設ける。

これにより、
（ア）校正用切欠部２１のみを用いての第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、
（イ）校正用切欠部２１による第１のレーザ距離計１０１の基準点調整、かつ校正片１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５により第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、
（ウ）校正用切欠部２１による第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、かつ校正片１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４により第１のレーザ距離計１０１の基準点調整、
のいずれかによって、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を高精度に行うことができる。

ここで、上記の（イ）の場合について、図４Ｂを参照すると、第１のレーザ距離計１０１の基準点調整は校正用切欠部２１（特にその端部）を用いて行い、第２のレーザ距離計１０２の基準点調整は校正片１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５を用いて行う。そして、校正用切欠部２１の端部および校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５周辺の既知の寸法に基づいて、高精度な第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を行うことができる。

上記の（イ）の場合においては、この校正用切欠部２１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正片１の後端側エッジ部５付近に設けることが好ましい。このとき、より好ましくは、この校正用切欠部２１は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線の長さに対し、後端側エッジ部５から５〜３０％の位置に設ける。

また、上記の（ウ）の場合においては、この校正用切欠部２１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正片１の先端側エッジ部４付近に設けることが好ましい。
このとき、より好ましくは、この校正用切欠部２１は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線の長さに対し、先端側エッジ部４から５〜３０％の位置に設ける。

なお、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２は、連結して移動させ、図４Ｂ中、エッジ部４（または５）と、校正用切欠部２１の端部に到達するタイミングは同時でなくてもよい。

（問題点２：第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整）
図５Ａに示すように、第１のレーザ距離計１０１は、ねじテーパ状側面部に対してレーザ照射し、第３のレーザ距離計１０３は、ねじ先端部に対してレーザ照射することを目的としていることから、夫々のレーザ距離計１０１、１０３は傾斜して配置される。

このように配置された第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３とを校正片１１により校正するとき、校正片１１の校正用テーパ状側面部２から校正用先端平面部３に移行する先端側エッジ部４の測定値は安定しない。

この点について、より詳細に説明すると、まず、図５Ａに示すように、各レーザ距離計１０１、１０３の基準点としては、校正片１１の上記のエッジ部４にレーザ距離計がレーザ照射しているときの位置とする。このエッジ部４を基準点とするのは、スキャン位置を変化させながら、距離を測定していくと、エッジ部４で距離の測定値は大きく変化し、基準点としての検出を精度良く行えるためである。

しかしながら、図５Ａに示すように、先端側エッジ部４では、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては用いることができるものの、第３のレーザ距離計１０３は、レーザ照射方向の影響で、校正用先端平面部３以外の領域にはレーザ照射による距離測定ができないことから、第３のレーザ距離計１０３では、エッジ部４での安定した測定値を得られない。そのため、第３のレーザ距離計１０３の基準点を精度良く調整する方法の確立が求められる。

（問題点２の解決策：校正用凹部を設ける）
本発明では、上記問題点２を解決するために、図５Ｂに示すように、校正片１の校正用先端平面部３（先端エッジ部管軸直交面）に校正用凹部３１を設ける。（図２も再参照）。これにより、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を高精度に行うことができる。

図５Ｂを参照しながら、より具体的に説明すると、まず、第１のレーザ距離計１０１の基準点調整は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４を用いて行う。また、第３のレーザ距離計１０３の基準点調整は、校正用凹部３１（特にその端部）を用いて行う。そして、校正用凹部３１の端部および校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４周辺の既知の寸法に基づいて、高精度な第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を行うことができる。

また、好ましくは、この校正用凹部３１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正用先端平面部３中、端部がライン型レーザ距離計の視野範囲に入り、半径が校正用先端平面部３の半径の９０〜９８％であり、校正用先端平面部３と同心円の円形状であり、かつ、陥没した深さはライン型レーザ距離計の視野範囲に入る。

なお、本実施形態では、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整により、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３の全ての基準点調整を行う例を説明したが、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整、第２のレーザ距離計１０２と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整により、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３の全ての基準点調整を同様に行ってもよい。

＜傾斜角補正機能＞
次に、図６Ａ、図６Ｂを主に参照しながら、本発明の校正片１による傾斜角補正機能を説明する。図６Ａ、図６Ｂは、本発明の校正片１による傾斜角補正機能を説明するための図である。

校正片１を形状測定装置１００のねじ設置位置に配置するときに、スキャン軸と校正片中心軸の取付誤差が発生する場合がある。その場合、その取付誤差による傾斜角θ（図６Ａ参照）を補正する必要がある。

校正片中心軸と測定装置回転中心軸は一致していることが望ましい。すなわち、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線に対して、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とのスキャン方向は平行であることが望ましい。しかし、ユーザが校正片１を形状測定装置１００に取付けて、その後機械的な移動等により、正確な芯出しを行わない場合等において、校正片中心軸と測定装置回転中心軸との間にわずかばかりの角度（傾斜角θ（図６Ａ参照））が発生する。

この点、本発明の校正片１によれば、図６Ｂに示すように、校正片１の傾斜角度θが容易に分かるため、プロフィールをθ回転させることで傾斜角補正を容易に行うことができる。なお、ここでいうプロフィールとは、ねじ形状の測定点をつなぎ合わせた点群(座標点群)のことを指す。

θの検出方法は、校正片１の校正用テーパ状側面部２のプロフィールの直線回帰（テーパ部分をレーザ距離計で測定した点群(座標点群)を抽出し、その点群を最小二乗法を用いて回帰した直線）から求めた角度θ１、θ２（図６Ｂ参照）を用いて、さらに以下の式（１）〜（３）を用いて求める。θ１、θ２は対向する第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２（もしくは１８０度回転させた距離計の情報でも可）から求めた角度である。また、回転の中心点は、２つの直線回帰式の交点である。
θ１＝テーパ角度＋θ ・・・（１）
θ２＝テーパ角度−θ ・・・（２）
θ＝（θ１−θ２）／２ ・・・（３）
＜機構変動補正機能＞
図７は、本発明の校正片１による機構変動補正機能を説明するための図である。

高精度な校正を行うためには、装置１００のスキャンによる剛性撓みなどの機構変動により発生する誤差を補正する必要がある。基準点調整、校正片１の傾斜角補正を行った後、機構変動補正を行う。校正片検定値と距離計の実測定値の差分を補正値として格納し、測定時に補正値加算する。

以上説明したように、本発明では、ねじ等のテーパ形状を有する被測定対象物である形状測定装置の各レーザ距離計の基準点を調整し、かつねじ軸（スキャン軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正し、機構変動により発生する誤差を補正することを同時に行うことができる。このような校正技術により、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定が可能になる。

また、本発明では、前述した校正片を用いて形状測定装置を校正する校正方法も提供する。また、本発明では、前述した校正片と、前述した形状測定装置とを有する形状測定システムを提供する。また、本発明では、前述した校正片を用いた校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定するねじ形状測定方法も提供する。

また、本発明は、ねじ等のテーパ形状を有する被測定対象物の３次元測定技術への利用可能性を持つ。

１、１１ 校正片
２ 校正用テーパ状側面部
２１ 校正用切欠部
３ 校正用先端平面部
３１ 校正用凹部
４ 先端側エッジ部
５ 後端側エッジ部
１００ 形状測定装置
１０１ 第１のレーザ距離計
１０２ 第２のレーザ距離計
１０３ 第３のレーザ距離計
１０４ リニアスケール
１１０ ねじ（テーパ状被測定対象物）

Claims (4)

1. レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
   レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
   該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
   レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
   の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、
   前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
   該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
   を備え、
   前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
   前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片。
2. レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
   レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
   該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
   レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
   の夫々のレーザ照射方向を校正する方法であり、
   円錐台形状を有し、
   前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
   該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
   を備え、
   前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
   前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片を前記形状測定装置の前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置して、
   前記第１のレーザ距離計、前記第２のレーザ距離計および前記第３のレーザ距離計の夫々のレーザ照射方向を校正する、校正方法。
3. レーザ照射することで、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計、
   該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計、
   およびレーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計、
   を有し、レーザ光を用いて前記テーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置と、
   円錐台形状を有し、
   前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部、
   および該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部、
   を有し、
   前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
   前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有し、前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置可能な校正片と、
   を備える、形状測定システム。
4. 請求項２に記載の校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定する形状測定方法。

Images