眼镜框形状测量设备的制作方法

专利名称：眼镜框形状测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种眼镜框形状测量设备，其跟随眼镜框的边缘的沟槽且测量边缘的 三维形状。
背景技术：
已知多种眼镜框形状测量设备，其中跟踪笔(tracing stylus)被挤压并插入 到被眼镜框保持机构保持的眼镜框的边缘的沟槽内，且检测跟随边缘的改变而移动的跟 踪笔的位置，以获得边缘在移动半径方向(XY方向)和与移动半径方向垂直的方向(Z 方向)的三维形状(例如，见 JP-A-2000-314617 (US 6，325，700)，JP-A-2001-174252， JP-A-2006-350264(US 7，571，545)，JP-A-2009-14517(US 7，681，321))。如在图14中示出的，此类型设备的测量机构包括旋转基部RB，该旋转基部RB相 对于边缘FW旋转；跟踪笔轴SA,该跟踪笔轴SA具有附接到其上端的跟踪笔ST ；移动基部 VB，该移动基部VB在竖直方向(Z方向)上可移动地保持跟踪笔轴SA且设置在旋转基部RB 内以在通过旋转基部RB的旋转中心CO的移动半径方向可移动；和推动机构，该推动机构将 移动基部VB推向边缘FW以生成将跟踪笔ST压入边缘FW的沟槽内的测量压力。跟踪笔ST 基于旋转基部RB的旋转而移动以跟随边缘的改变，且此时检测跟踪笔ST的移动。因此，测 量了边缘的三维形状。近年来，愈来愈多地使用了其中边缘具有大曲率的眼镜框。因此，使用了具有针状 尖端的跟踪笔。

发明内容
在精确测量边缘形状中，优选的是跟踪笔不向边缘施加过大的力，且跟踪笔尽可 能平滑地跟随边缘的改变。如在 2000-314617 (US6, 325，700)和 JP-A-2006_35(^64(US 7，571,545)中，在其中跟踪笔的尖端方向不相对于竖直方向(Z方向)倾斜且跟踪笔在竖直 方向上移动的构造中，跟踪笔容易脱出边缘的沟槽。在JP-A-2001-174252的设备中，当带 有附接到其上的跟踪笔的臂根据边缘的沟槽的高度倾斜时，带有附接的跟踪笔的臂被倾斜 以跟随边缘在竖直方向上的改变的范围。在此构造中，臂必须是长臂，且跟随边缘改变的机 构在尺寸上增加。如果跟随机构尺寸增加，则重量也增加。因此，可能导致跟踪笔难以平滑 移动且可能使测量精度恶化。存在柔性应对具有多种形状的眼镜框例如具有大曲率的高度弯曲的框且精确进 行测量的需要。考虑到在相关技术的设备中固有的问题，本发明的目的是提供一种眼镜框形状测 量设备，该眼镜框形状测量设备能够精确地测量例如高度弯曲框的框形状的眼镜框，并执 行测量使得在测量高度弯曲的框中跟踪笔不可能从边缘的沟槽脱出。本发明的另一个目的 是提供能够柔性应对具有多种形状的眼镜框且执行精确测量的眼镜框形状测量设备。为实现上述目的，本发明具有如下构造。
(1) 一种用于测量眼镜框的边缘的形状的眼镜框形状测量设备，包括跟踪笔，所述跟踪笔构造为插入所述边缘的沟槽中并沿所述边缘的沟槽移动，以 检测边缘在所述跟踪笔的移动半径方向上和在与所述移动半径方向垂直的竖直方向上的 位置；跟踪笔轴，所述跟踪笔轴包括所述跟踪笔所附接到的上部；保持单元，所述保持单元构造为将所述跟踪笔轴保持为能够在竖直方向上移动；竖直方向移动单元，所述竖直方向移动单元构造为在竖直方向上移动所述保持单 元；和移动半径方向移动单元，所述移动半径方向移动单元构造为在所述移动半径方向 上移动所述保持单元，使得跟踪笔跟踪边缘；竖直位置检测单元，所述竖直位置检测单元构造为检测所述跟踪笔在竖直方向上 的位置，所述竖直位置检测单元包括至少第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单 元构造为检测所述保持单元在竖直方向上的位置，而所述第二检测单元构造为检测所述跟 踪笔在竖直方向上相对于所述保持单元的位置；和控制器，所述控制器构造为基于在开始测量之后获得的所述竖直位置检测单元的 检测结果来获得所述保持单元在竖直方向上的下一个测量的位置，且所述控制器基于所获 得的位置来控制所述竖直方向移动单元。(2)根据(1)所述的设备，其中所述控制器基于所述竖直位置检测单元的检测结果来预测下一个测量位置，且在 预测的下一个测量位置处获得所述保持单元在竖直方向上的位置。(3)根据(2)所述的设备，其中所述控制器预测所述下一个测量位置，使得所述下一个测量位置被确定为与最后 测量的测量位置相同的位置或所述最后测量的测量位置附近的位置。(4)根据(1)所述的设备，其中所述保持单元包括轴承和压力施加元件，所述轴承构造为保持所述跟踪笔轴使 得所述跟踪笔轴能够在所述跟踪笔的尖端的方向上围绕设定在所述跟踪笔轴的下部处的 轴倾斜，所述压力施加元件构造为施加压力以用于将所述跟踪笔的尖端压到所述边缘的沟 槽，所述控制器基于所述竖直位置检测单元的检测结果来确定所述跟踪笔轴相对于 竖直方向的倾斜角度，且控制所述移动半径方向移动单元以使所述跟踪笔轴倾斜到确定的 倾斜角度。(5)根据(4)所述的设备，其中所述控制器确定所述跟踪笔轴的倾斜角度，使得当测量位置相对于预定的基准位 置在竖直方向上变高时所述倾斜角度增大。(6)根据(1)所述的设备，其中所述竖直方向移动单元包括用于使所述保持单元在竖直方向上移动的Z方向马 达，并且所述第一检测单元基于所述Z方向马达的驱动数据来检测所述保持单元在竖直 方向上的位置。
(7)根据(1)所述的设备，其中所述跟踪笔包括针状尖端，所述针状尖端被插入到 所述边缘的沟槽内。(8)根据(1)所述的设备，其中所述保持单元将所述跟踪笔轴保持为能够在所述跟踪笔的尖端的方向上移动，且 所述保持单元包括压力施加元件，所述压力施加元件构造为施加压力以用于将所述跟踪笔 的尖端在所述跟踪笔的尖端的方向上压到所述边缘的沟槽，跟踪笔移动单元包括旋转单元，所述旋转单元构造为使保持轴围绕沿竖直方向的 轴线旋转以在所述移动半径方向上改变所述跟踪笔的尖端的方向，设备进一步包括构造为检测所述跟踪笔在所述移动半径方向上的位置的径向位 置检测单元，所述移动半径位置检测单元包括第三检测单元和第四检测单元，所述第三检 测单元构造为检测所述保持单元在所述移动半径方向上的位置，所述第四检测单元构造为 检测所述跟踪笔在所述移动半径方向上相对于所述保持单元的位置，并且所述控制器基于在开始测量之后获得的所述移动半径位置检测单元的检测结果 来控制包括旋转单元的移动半径方向移动单元。


图1是眼镜框形状测量设备的示意性外观视图。图2是框保持单元的顶视图。图3是当从上方观察时移动单元的透视图。图4是当从下方观察时移动单元的透视图。图5是Z移动单元和Y移动单元的上方透视图。图6A是传感器单元的上方透视图。图6B是传感器单元的旋转单元的说明图。图7是VH单元的透视图。图8是VH单元的构造图。图9是VH单元的侧视图。图10示出了 XY移动单元的修改。图11是设备的控制系统的方框图。图12是跟踪笔的尖端位置检测的说明图。图13是当在XY坐标系内考虑跟踪笔的尖端方向时的说明图。图14是相关技术的设备的测量机构的说明图。图15是示出了跟踪笔的移动状态的图。图16是图示了传感器单元的基准点的移动控制和跟踪笔的旋转方向的控制的 图。图17是涉及确定跟踪笔的尖端方向的变型的说明图。图18是当边缘的形状向内凹陷时的测量的说明图。图19是当边缘的形状具有以接近直角改变的部分时的测量的说明图。图20是示出了边缘的曲率状态和Z方向上每个测量点的放大视图。图21是示出了每个测量点在Z方向上的预测点处的边缘部分以及跟踪笔和跟踪笔轴的倾斜状态的图。图22是图示了当跟踪笔形状倾斜时计算跟踪笔轴的移动量的方式的图。图23是示出了在测量模板中跟踪笔轴的移动状态和传感器单元的基准点的图。图M是图示了在测量模板中寻找测量点的方式的图。
具体实施例方式在下文中将参考附图描述根据本发明的示例性实施例。图1是眼镜框形状测量设 备的示意性外观图。眼镜框形状测量设备1包括框保持单元100和测量单元200，所述框保 持单元100将眼镜框F保持在希望的状态，所述测量单元200将跟踪笔插入到由框保持单 元100保持的眼镜框的边缘的沟槽内，且检测跟踪笔的移动以测量边缘的三维形状。测量 单元200布置在框保持单元100下方。用于可分离地附接在模板TP (或附接到眼镜框的示 范镜片)的测量中使用的模板保持件310的附接部分300在侧向方向的中心处布置在设备 1的后方。作为模板保持件310，可使用在JP-A-2000-317795(US 6，325，700)等中描述的 已知的模板保持件。具有用于测量开始的开关等的开关部分4布置在测量设备1的壳体的前侧。具有 接触面板型显示器的面板部分3布置在测量设备1的壳体的后侧。当周缘加工镜片时，镜 片相对于目标镜片形状数据的布局数据、镜片的加工条件等通过面板部分3输入。由测量 设备1获得的边缘的三维形状数据和通过面板3输入的数据被传输到眼镜镜片周缘加工设 备。类似于JP-A-2000-314617等，测量设备1可合并在眼镜镜片周缘加工设备内。图2是在眼镜框F被保持的状态中框保持单元100的顶视图。测量单元200设置 在框保持单元100下方。前滑动件102和后滑动件103放置在保持部分基部101上，以大 体上水平地保持眼镜框F。前滑动件102和后滑动件103在两个轨道111上相对于中心线 FL可滑动地相互相对地布置，且通过弹簧113连续地拉向中心线FL。在前滑动件102内，夹紧销130a和130b布置在两个位置处，以将眼镜框F的边缘 在厚度方向(竖直方向)上夹紧。类似地，在后滑动件103中，夹紧销131a和131b布置在 两个位置处，以将眼镜框F的边缘在厚度方向(竖直方向)上夹紧。如在图中示出，眼镜框F设定为使得在佩戴时边缘的下侧定位在前滑动件102侧， 且边缘的上侧定位在后滑动件103侧。眼镜框F被左边缘和右边缘的上侧和下侧的夹紧销 保持在预定的测量状态。将参考图3至图8描述测量单元200的构造示例。测量单元200包括传感器单元 (跟踪笔保持单元)250和移动单元210，该传感器单元250保持跟踪笔以将其插入到 边缘的沟槽内，该移动单元210在XYZ方向上移动传感器单元250。XY方向与由框保持单 元100保持的眼镜框F的测量平面(边缘的移动半径方向)平行，且Z方向与测量平面垂 直。传感器单元250包括跟踪笔轴观2，跟踪笔28 1附接到跟踪笔轴282的上部，且传感器 单元250将跟踪笔轴282保持为能够在Z方向上移动，使得跟踪笔281移动以在Z方向上 跟随边缘的改变。传感器单元250将跟踪笔轴282保持为能够在跟踪笔的尖端方向上 移动，且包括测量压力施加机构，所述测量压力施加机构施加测量压力，以将跟踪笔的 尖端压到边缘的沟槽内。图3至图5是图示了移动单元210的构造的图。图3是当从上方观察时的移动单元210的透视图。图4是当从下方观察时的移动单元210的透视图。图5是Z移动单元 220和Y移动单元230的上方透视图(示出了其中附接了 X移动单元240和基部部分211 的状态的透视图)。移动单元210大致包括使传感器单元250在Z方向上移动的Z移动单元220、保 持传感器单元250和Z移动单元220且使传感器单元250和Z移动单元220在Y方向上移 动的Y移动单元230、以及使传感器单元250在X方向上与Z移动单元220和Y移动单元 230 一起移动的X移动单元M0。X移动单元240示意性地构造为如下。在X方向上延伸的导轨241附接到具有在水 平方向(XY方向)上延伸的矩形框的基部部分211的下部。Y移动单元230的Y基部230a 被附接以能够在X方向上沿导轨241移动。脉冲马达对5附接到基部部分211。在X方向 上延伸的进给螺杆M2附接到马达M5的旋转轴。固定到Y基部230a的螺母246螺旋到 进给螺杆M2。因此，如果马达245旋转，则Y基部230a在X方向上移动。X移动单元240在X方向上的移动范围的长度使得传感器单元250安装在其上的 Y基部230a能够移动等于或者大于眼镜框在侧向方向上的宽度，从而测量眼镜框的左边缘 和右边缘。Y移动单元230示意性地构造如下。在Y方向上延伸的导轨231附接到Y基部 230a,且Z基部220a附接为能够在Y方向上沿导轨231移动。用于Y移动的脉冲马达235 和在Y方向上延伸的进给螺杆232可旋转地附接到Y基部230a。马达235的旋转通过旋转 传动机构例如齿轮传递到进给螺杆232。附接到Z基部220a的螺母227螺旋到进给螺杆 232。通过以上所述的构造，如果马达235旋转，则Z基部220a在Y方向上移动。XY移动单元由X移动单元240和Y移动单元230构成。其中传感器单元250在 XY方向上移动的范围大于边缘的可测量半径。因此，可降低由传感器单元250保持为能够 在移动半径方向上移动的跟踪笔轴观2的移动范围。传感器单元250在XY方向上的移动 位置通过其中马达245和235被如下所述的控制器50驱动的脉冲数量来检测。检测传感 器单元250在XY方向上的位置的第一 XY位置检测单元由马达245和235以及控制器50 构成。作为传感器单元250的XY位置检测单元，可使用传感器，例如编码器，该编码器通过 马达245和235的脉冲控制执行检测且附接到马达245和235的旋转轴。Z移动单元220示意性地构造如下。在Z方向上延伸的导轨221形成在Z基部220a 上，且移动基部250a被保持为能够在Z方向上沿导轨221移动。传感器单元250附接到移 动基部250a。用于Z移动的脉冲马达225附接到Z基部220a，且在Z方向上延伸的进给螺 杆(未示出)也可旋转地附接到Z基部220a。进给螺母螺旋到附接至传感器单元250的 移动基部250a的螺母上。马达225的旋转通过例如齿轮的旋转传动机构传递到进给螺杆 222，且传感器单元250根据进给螺杆222的旋转而在Z方向上移动。传感器单元250在Z 方向上的移动位置通过马达225被控制器50驱动的脉冲数量来检测，如在下文中描述。检 测传感器单元250在Z方向上的位置的第一 Z位置检测单元由马达225和控制器50构成。 作为传感器单元250的Z位置检测单元，可使用传感器，例如编码器，该编码器通过马达225 的脉冲控制执行检测且附接到马达225的旋转轴。在X方向、Y方向和Z方向上的各移动机构不限于实施例中的这些移动机构，且可 使用已知的移动机构。例如，如在图10中示出的，XY移动单元可包括通过马达403围绕旋转中心C0(Z方向上的轴线)旋转的旋转基部401 (旋转单元包括旋转基部401和马达 403)、设置在旋转基部401内与围绕旋转中心CO的移动半径方向平行的导轨411、和通过马 达421沿导轨411移动的水平移动单元420 (移动单元410包括导轨411、马达421和水平 移动单元420)。传感器单元250和Z移动单元220安装在水平移动单元420内。作为如 在JP-A-2006-350264 (US7，571，545)中描述的直线移动具有跟踪笔的传感器单元250 的替代，传感器单元250可在围绕旋转基部的弧形路径内移动。在这些情况中，传感器单元 250的在X和Y方向(移动半径方向)上的位置基于旋转基部的马达403和水平移动单元 420的马达(或使传感器单元250在弧形路径内移动的马达)的驱动数据。另外，XY移动 单元也可以使用机器人臂构造。具有可旋转臂的旋转机构可合并在Z移动单元内。接下来，将参考图6A至图9描述传感器单元250的构造。传感器单元250包括跟 踪笔轴保持单元(在后文中称为VH单元)2800 VH单元280包括跟踪笔轴观2，跟踪笔281 附接到跟踪笔轴282的上端。VH单元280保持跟踪笔轴282以能够在预定的范围内在Z方 向上移动，且也保持跟踪笔轴282以能够在跟踪笔的尖端指向的方向上移动。优选的 是VH单元280保持跟踪笔轴观2以能够在跟踪笔281的尖端指向的方向上倾斜，使得跟踪 笔轴282能够在水平方向上移动。传感器单元250包括旋转单元沈0，所述旋转单元260使 VH单元观0围绕在Z方向上延伸的中心轴线LO旋转，以在跟踪笔的尖端指向的XY方 向上改变。图6A是传感器单元250的上方透视图。图6B是旋转单元沈0的说明图。图7是 VH单元观0的透视图。图8是VH单元观0的构造图。图9是VH单元观0的侧视图。将描述旋转单元沈0的构造。在图8中示出的VH单元观0附接到图6B中示出的 旋转基部261。旋转基部261被保持为能够在图6A中示出的圆柱形保持盖251内侧围绕 在Z方向上延伸的中心轴线LO旋转。保持盖251附接到通过Z移动单元220在Z方向上 移动的移动基部250a。如在图6B中示出，大直径齿轮262形成在旋转基部沈1的下部的外 周上。同时，如在图6A中示出的，DC马达沈5附接到附接板252，所述附接板252附接到保 持盖251。小齿轮沈6固定到马达265的旋转轴，且小齿轮沈6的旋转通过可旋转地设置在 附接板252内的齿轮263传递到大直径齿轮沈2。因此，旋转基部261根据马达沈5的旋 转而围绕中心轴线LO旋转。马达沈5的旋转通过作为单体附接到马达沈5的编码器(传 感器)256a检测，且旋转基部(即，VH单元观0)的旋转角度由编码器的输出来检 测。旋转基部沈1的旋转的原点位置通过原点位置传感器(未示出)来检测。接下来，将描述VH单元观0的构造。VH单元280包括跟踪笔轴282，跟踪笔281 附接到跟踪笔轴观2的上部。跟踪笔轴282被保持为能够在跟踪笔281指向的方向(其中 跟踪笔的尖端和跟踪笔轴282的轴中心相互连接的方向H)上倾斜。跟踪笔281形成为针的形状，其厚度和宽度使其可插入到具有大曲率且在Z方向 上明显倾斜(大于或等于45度)的边缘的沟槽内。在此示例中，为使跟踪笔观1具有强 度，跟踪笔281形成为其中直径逐渐向尖端减小的形状。跟踪笔的尖端端部^la是圆 形的，且优选地形成为球形形状。尖端端部^la的球形形状的半径的尺寸可插入到正常边 缘的沟槽内，且优选地在0. 3mm至0. 5mm的范围内。如果球形形状的半径小于0. 3mm,则难 以越过形成在边缘的接合部处的台阶。如果球形形状的半径过分地大于0. 5mm，则当边缘的 沟槽具有小的宽度时，尖端端部^la不容易插入到沟槽内，且跟踪笔281可能在测量具有在Z方向上的大变化的边缘中偏离。参考图7和图8，振动基部285保持为能够在跟踪笔的尖端方向(H方向)上 围绕由旋转基部261通过轴承支承的轴(支点)Sl倾斜。振动基部285具有臂部分
，所述臂部分在图8中的跟踪笔的尖端方向上延伸。在图8中在Z方向上延 伸的跟踪笔轴282由臂部分保持，以能够在跟踪笔28 1的尖端方向上围绕通过轴承 观北的轴(支点)S2倾斜。以此构造，跟踪笔轴282维持倾斜角度，且能够在Z方向上相对 于轴Sl (即旋转基部沈1)的位置移动。为进一步降低跟踪笔轴282的运动，优选的是跟踪笔281在移动半径方向上在传 感器单元250上的移动范围比XY移动单元的可移动范围小，且跟踪笔281在Z方向上的移 动范围比Z移动单元的可移动范围小。因此，跟踪笔的跟随机构相对于边缘的改变在 尺寸和重量上减小，且实现了跟踪笔的平滑运动。齿板观4附接到跟踪笔轴282的在轴S2的下方延伸的下部，该齿板284用于检测 跟踪笔轴观2的以轴S2作为支点的旋转角度。第一编码器(传感器)286附接到振动基部 285的下部。附接到编码器观6的旋转轴的小齿轮与形成在齿板观4中的齿啮 合。为此原因，跟踪笔轴282在倾斜方向(H方向)上围绕轴S2的旋转角度由编码器观6 检测。用于检测以轴Sl作为支点的旋转角度的齿板287在轴Sl下方的位置处固定到振 动基部观5。同时，固定块四0附接到旋转基部沈1的下部。第二编码器(传感器)288附 接到固定块四0。附接到编码器288的旋转轴的小齿轮^Sa与形成在齿板观7内的齿 啮合。以此构造，振动基部观5的围绕轴Sl的旋转角度被编码器288检测。虽然在此实施 例中，图8中在轴Sl和轴S2处于相同的高度的状态中旋转基部的旋转的中心轴线LO 设定为通过轴Sl和轴S2之间的中心，但中心轴线LO可不通过轴Sl和轴S2之间的中心。在VH单元沘0的构造中，第二 XY位置检测单元由三个编码器洸如、286和沘8以 及控制器50构成，以检测跟踪笔281 (尖端部分^la)相对于设定在传感器单元250内的 预定基准点(中心轴线L0)的XY位置。第三Z位置检测单元由两个编码器观6、观8以及 控制器50构成，以检测跟踪笔281在Z方向上相对于Z方向上的基准点(支点Sl的高度) 的位置。作为编码器286和288的替代，可使用已知的光学传感器，所述光学传感器包括二 维CXD或两个直线传感器的组合。在VH单元观0中，也提供了测量压力施加机构，所述测量压力施加机构施加测量 压力以将跟踪笔的尖端压入边缘的沟槽内。在图8的示例中，用作推动构件以生成测 量压力的张紧弹簧291布置在固定块290和跟踪笔轴282之间。使用弹簧的推动，测 量压力恒定地施加，使得跟踪笔轴282在跟踪笔281的尖端方向上围绕轴S2倾斜。测量压 力施加机构可使用用作推动构件的弹簧291和例如马达的驱动源。在图8中，在与图8的纸张垂直的方向上突出的销固定到齿板观4，所述齿板 284定位在跟踪笔轴282的下部处。销用于限制跟踪笔轴282，以不在跟踪笔的 尖端方向上倾斜大于或等于预定角度。图9是图8的VH单元观0的侧视图。限制板四2 附接到旋转基部261的下部。销观仙与其接触的接触部分四加形成在限制板四2内。跟 踪笔轴282被推动，从而以轴S2作为支点倾斜到图8和图9的右侧。同时，销与限制 板292的接触部分四加接触，使得跟踪笔轴282的倾斜被限制。限制位置设定到其中跟踪笔轴282大体上在Z方向上平行的位置。用作推动构件的弹簧293设置在VH单元280内以实现振动基部285的相对于作为 支点的轴Sl的重力旋转平衡。弹簧四3的一端固定到旋转基部沈1，且弹簧四3的另一端 固定到振动基部观5的下方位置。因此，跟踪笔281 (跟踪笔轴观幻在竖直方向(Z方向) 上的跟随边缘的沟槽的移动受到很小的重力影响且被平滑。弹簧293的弹簧力被调整为使 得重力轻微地向下施加到跟踪笔轴观2。在VH单元观0内将跟踪笔轴282和跟踪笔281保持为能够在Z方向上移动的机 构可以是由轨道等构成的直线运动机构(此机构是已知的)。在此情况中，使用将臂部分
保持为能够在Z方向上直线移动的机构，臂部分将跟踪笔轴282保持为可围绕轴S2倾斜。在使用在图1中示出的模板保持件310测量模板TP(或示范镜片)中，跟踪笔轴 282也用作与模板TP的边沿接触的测量轴。跟踪笔轴282的从旋转基部向上延伸的部 分具有柱形形状，轴中心(so)作为中心，且柱形侧表面与模板TP的边沿接触。在跟踪笔轴 282的侧表面中，侧表面在与跟踪笔的尖端方向垂直的方向上主要与模板TP接触。作 为在测量模板中生成测量压力的测量压力施加机构，也使用了使VH单元280旋转的旋转单 元沈0。如果在其中跟踪笔轴282在竖直方向(Z方向)上直立的情况中通过DC马达沈5 使旋转基部261旋转，则跟踪笔轴观2的侧表面与模板TP的边沿接触。此时，预定的电压 施加到马达沈5，使得将测量压力施加到跟踪笔轴观2。即，如果跟踪笔轴282与模板TP接 触且传感器单元250在XY方向上移动，则旋转力通过马达265施加到旋转基部，使得跟 踪笔轴282移动以跟随模板TP的边沿的改变。旋转基部的旋转角度通过编码器 检测，且检测跟踪笔轴观2的中心(So)相对于旋转基部沈1的旋转中心的位置。作为在 测量模板中的测量压力施加机构，可使用例如弹簧的推动构件。图11是此设备1的控制系统的方框图。面板部分3、开关部分4、X移动单元240 的马达245、Y移动单元230的马达235、Ζ移动单元220的马达225、马达沈5、编码器沈如、 286和288等连接到控制器50。框保持单元100的夹紧机构的驱动源也连接到控制器50。接下来，将描述移动以跟随边缘的改变的跟踪笔的尖端的位置检测。图12是 图示了跟踪笔的尖端的位置检测的图。 在图12中，假定点A是振动基部285的旋转中心的支点(Si)，点B是跟踪笔轴282 的倾斜的支点(S2)，点D是跟踪笔281的尖端，且点C是来自点D的垂线与跟踪笔轴282的 轴线相交的点。假定点0是设定在传感器单元250内的基准点，且是旋转基部的中心 轴线LO在跟踪笔的尖端方向上从点A通过的点。假定点A和点B之间的距离是a，点 B和点C之间的距离是b，且点C和点D之间的距离是c，且点B和点D之间的距离是d。在 此示例中，假定从点A至点0的距离是a/2。线段BC(跟踪笔轴观2)相对于Z方向的角度 为α，线段AB相对于将点A和点0连接的方向(H方向)的角度是β，线段AB和线段BC之 间的角度是Y，线段BD相对于Z方向的角度是Φ，且线段BD和线段BC之间的角度是τ。 角度β由编码器288检测。角度γ由编码器286检测。 点D相对于点0在H方向(指向跟踪笔28 1的尖端的方向)上的位置Dh和点D 相对于点0在Z方向上的位置Dz通过如下表达计算。在图12中，假定相对于点0的右侧 称为H方向上的正侧，相对于点0的左侧称为H方向上的负侧，相对于点0的上侧称为Z方
11向上的正侧，且相对于点0的下侧称为Z方向上的负侧。[方程式1]D (Dh, Dz) = (_a/2+a · cos β _d · sin Φ，一a · sin β +d · cos Φ)...(表达式 1)角度α和φ计算如下[方程式2]α = 90-β-γ··.(表达式 2)[方程式3]q^a-tanlc/bXQO-P-YHan-Vc/b).·.(表达式 3)图13是当在XY坐标系内考虑跟踪笔的尖端时的说明图。考虑到旋转基部沈1围 绕点0在测量单元200的XY坐标系上的旋转，如果跟踪笔的尖端方向(H方向)相对 于Y方向的角度为θ (在图13中在逆时针方向上的角度)，则点D基于点0的位置(X，y， ζ)通过如下表达式表达。[方程式4]D (X，y, z) = (Dh · sin θ，Dh · cos θ，Dz)...(表达式 4)S卩，相对于在传感器单元250内设定的基准点(点0)而言跟踪笔的尖端位置 通过表达式4计算。在其中旋转单元260设置在传感器单元250的构造中，角度θ由编码 器沈^1检测。如在图10中示出，当XY移动单元由旋转基部401和水平移动单元420构成 且传感器单元250不具有旋转单元260时，跟踪笔的尖端方向变成旋转基部401的旋 转方向。在此情况中，作为改变跟踪笔观1的尖端方向的旋转机构，使用构成了 XY移动单 元的部分的旋转基部401和马达403。因此，表达式4的角度θ由旋转基部401的旋转角 度确定。旋转基部401的旋转角度从马达403的旋转驱动的控制数据获得。通过XY移动单元和Z移动单元220移动的传感器单元250的基准位置(点0)控 制为相对于设定在测量单元200内的原点的位置(X，y，ζ)。因此，跟踪笔的尖端位置 通过将传感器单元250的相对于测量单元200的原点的基准点0(Χ，Y，Ζ)和点D相对于基 准点0的位置(X，y，ζ)组合来计算。接下来，将描述测量单元200的测量操作以测量边缘。在后文中，为容易理解控制 测量单元200的方法，将分开描述边缘在移动半径方向(XY方向)上的测量操作和边缘在 Z方向上的测量操作。当在移动半径方向上测量边缘时，控制器50基于测量过程中测量的边缘的移动 半径信息来确定用于移动传感器单元250的XY位置，且根据确定的XY位置控制XY移动单 元的驱动。优选地，控制器50基于测量的边缘的移动半径信息来预测边缘的未测量部分的 移动半径的改变，且确定用于移动传感器单元250的XY位置，使得跟踪笔的尖端根据 未测量部分的移动半径的改变而移动。例如，执行控制，使得跟踪笔281的尖端在边缘的切 线方向上移动。控制器50根据从测量的移动半径信息来计算的未测量部分的信息来确定 旋转单元260的旋转角度，且根据确定的旋转角度控制旋转单元260的旋转。例如，控制器 50确定旋转单元260的旋转角度，使得跟踪笔281的尖端方向大体上变成边缘的法线方向。图15是示出了跟踪笔观1的移动状态的示意图。图16是图示了传感器单元250 的基准点0的移动控制和跟踪笔281的旋转控制的图。为描述在移动半径方向上的特征测 量操作，假定边缘在Z方向上不改变。
在图15中，点CO是设定在边缘内的预定点，且设定为测量边缘中的XY的原点位 置。点CO大体上是被框保持单元100保持的边缘在Y方向上的中心，且在Y方向上设定在 夹紧销130a和130b在测量开始侧上被定位处。此位置是其处XY移动单元与图10中示出 的旋转基部401的旋转中心对应的位置。在图16中，？^213、？4...代表当移动半径角度基于点CO改变微小的角度Δ θ 时边缘FW的测量点。测量点设定为相对于点CO改变角度△ θ的点，使得类似于相关技术， 可获得恒定的测量点的总数。例如，如果角度Δ θ设定为0.36度，则与边缘的径向尺寸无 关地获得了 1000个测量点。点Pl是测量开始点。在测量开始时，控制器50使旋转单元260的旋转基部261旋转，使得跟踪笔281的 尖端方向在收回位置(点CO)处(朝着跟踪笔281的尖端指向的方向)变成Y方向(θ la) 且使传感器单元250在Z方向上移动，使得跟踪笔的尖端定位在测量开始点Pl的预定 高度处(夹紧销131a和131b的夹紧位置的高度)。接着，控制器50驱动XY移动单元以 使跟踪笔观1的尖端插入到边缘的沟槽内。跟踪笔的尖端与边缘的沟槽接触，且传感 器单元250进一步从此状态向边缘移动，使得处于竖直状态中的跟踪笔轴282围绕支点S2 倾斜。跟踪笔轴观2的倾斜由编码器观6的输出的改变来检测，使得跟踪笔的尖端与 边缘的沟槽的接触被控制器50检测到。在测量开始点Pl处，跟踪笔轴282使传感器单元 250 (VH单元观0的基准点0)移动直至在图8的左侧上向边缘仅倾斜预定的角度α 1(例 如，5度)的位置。跟踪笔的尖端位置此时基于被XY移动单元移动的传感器单元250 的XY位置信息以及编码器观6和观8的检测信息来获得。在跟踪笔的尖端与边缘的沟槽接触后，传感器单元250被移动直至跟踪笔轴 282进一步从角度α 1倾斜的原因是在测量点的随后测量时甚至允许在其中距基准点0的 距离增加的方向上测量。在此实施例中，跟踪笔281插入到边缘的沟槽内且然后围绕支点 S2倾斜到图8的左侧，使得由弹簧施加测量压力。如果生成测量压力，则跟踪笔的 尖端可跟随边缘的沟槽的位置改变，直至跟踪笔轴282处于竖直状态。在测量下一个测量点Ρ2时，测量到的移动半径信息仅包括测量点Pl的信息。因 此，控制器50预测了在作为X方向的相同的方向Ql (测量点Pl的切线方向)和相对于方 向θ Ia改变了微小角度Δ θ的方向θ加之间的交叉点处存在下一个测量点Ρ2。控制器 50计算了角度θ 2b，所述角度θ 2b大体上变成测量点Ph处相对于方向Ql的切线方向， 且控制器50使旋转单元250旋转，使得跟踪笔的尖端方向变成方向θ 2b(在图16的 示例中，方向9 仍具有与测量开始点Pl处的方向θ Ia相同的角度)，控制器50控制XY 移动单元的驱动，使得跟踪笔的尖端移动直至点P2a，且将传感器单元250的基准点0 从位置POl移动到位置P02。位置P02基于点P2a的位置、方向θ 2b和距离Δ S (从基准点 0到跟踪笔的预定距离被设定的距离)来计算。如果传感器单元250的基准点0移动到位置P02，则预定的测量压力通过弹簧291 施加到跟踪笔观1，使得跟踪笔的尖端被移动以跟随边缘的实际位置的改变。测量点 P2的位置基于传感器单元250的基准点0向其移动的位置P02的XY位置信息和由编码器 286和288获得的跟踪笔的尖端位置D(x，y)的信息(以上所述的表达式4)来计算。接下来，控制器50基于测量点Pl和P2的位置信息来预测测量点P3相对于方向 93a的位置，所述方向G3a进一步改变角度Δ θ。例如，预测到测量点Ρ3大致位于通过测量点Pl和P2的直线的延伸方向Q2和方向θ 3a的交叉点P3a处。控制器50计算角度 0北，所述角度9 在点P3a处大体上变成相对于方向Q2的法线方向。控制器50使旋转 单元260旋转，使得跟踪笔的尖端方向变成方向θ北，且控制器50将传感器单元250 的基准点0移动到位置Ρ03，使得跟踪笔的尖端移动直至点P3a。位置P03基于点P3a 的位置、方向9 和距离Δ S计算。测量点Ρ3的实际位置基于位置Ρ03的位置信息和编 码器286和观8的检测结果来计算。类似地，控制器50基于通过已测量的测量点Ρ2和Ρ3的直线的延伸方向Q3和相对 于点P3a进一步改变角度Δ θ的方向0 来计算测量点Ρ4的预测位置P4a。接着，旋转 单元沈0的旋转基部的旋转角度被控制，使得跟踪笔的尖端方向变成与方向θ 4a 垂直的方向θ 4b，传感器单元250的基准点0向其移动的位置P04基于点P^的位置、方向 θ 4b和距离Δ S确定，且控制XY移动单元的驱动，使得基准点0移动到位置Ρ04。因此，测 量点Ρ4的实际位置被测量。以后，进行相同的控制，从而获得边缘的整个外周的移动半径 fn息ο在图15中，边缘FW内的虚线Fd是传感器单元250的基准点0的移动轨迹，且大 体上跟随了边缘FW的移动半径形状。随着传感器单元250的基准点0的这种移动，用于移 动跟踪笔的尖端的力PC起作用的方向大体上是跟随边缘FW的移动半径形状的方向。 因此，无过大的力施加到边缘FW，边缘FW不变形，且跟踪笔281平滑地移动。实现接触，使得跟踪笔的尖端方向大体上变成相对于边缘的未测量部分的法 线方向，与其中跟踪笔的尖端与边缘FW以锐角接触的情况相比，边缘的移动半径形状 可精确地测量。即使当在边缘的接合部处形成台阶，跟踪笔281的尖端也容易地越过台阶， 且可降低边缘不可测量的问题。即使当边缘具有大曲率时，跟踪笔281也不以锐角越过夹 紧销，从而使得可执行测量同时避免与夹紧销的干涉。如在图18中示出，即使当边缘FW的形状向内凹陷时，也进行移动，使得跟踪笔
的尖端方向大体上变成FW的法线方向，从而使得可测量凹陷的部分FWd。使用其中跟踪笔 281的尖端方向以设定在边缘FW内的中心CO为基准指向的测量方法，在跟随将中心CO和 跟踪笔281的尖端方向连接的直线的延伸线的凹陷部分FW内，跟踪笔或跟踪笔轴观2 和边缘FW相互干涉，从而使得难以执行测量。根据以上所述的控制方法，变得可测量凹陷 的部分FW。预测点P2a、P3a、P4a...可计算为从先前的点在边缘的移动半径改变的方向上改 变微小距离的点，而替代作为计算为在相对于点CO改变角度Δ θ的方向上的点。接下来，将参考图7描述涉及跟踪笔的尖端方向的确定的变型。此变型提供 了其中根据从测量的移动半径信息计算的未测量部分的移动半径信息来确定旋转单元260 的旋转角度的方法，且提供了其中跟踪笔281的尖端方向确定为基于中心CO的移动半径方 向和边缘的法线方向之间的方向的方法。在图17中，与图16中的部件相同的部件通过相同的附图标记表示。类似于前述 示例，控制器50计算测量点Ρ2的预测点P2a，然后计算相对于方向Ql的法线方向(垂直方 向)θ 2b和基于点CO设定的方向之间的中间方向θ 2c，且随后所述控制器50使旋转 单元260旋转，使得跟踪笔的尖端方向变成方向92c。XY移动单元的驱动被控制，使 得传感器单元250的基准点0在方向θ 2c上从点Ph移开距离Δ S到位置Ρ02。
类似地，在测量下一个测量点P3时，控制器50计算预测点P3a的位置，使得预测 点P3a定位在通过已测量的测量点Pl和P2的直线的延伸方向Q2和方向θ 3a之间的交叉 点处。接着，计算在预测点P3a处相对于方向Q2的法线方向9 和方向03a之间的中间 方向θ 3c，且旋转单元260被旋转使得跟踪笔281的尖端方向变成方向θ 3c。XY移动单元 的驱动被控制为使得传感器单元250的基准点0在方向θ 3c上从点P3a移开距离Δ S到 位置Ρ03。随后，类似地，基于测量的移动半径信息、此点处的法线方向θ b和基于中心点 CO改变了角度Δ θ的移动半径方向θ a之间的中间方向θ c来预测其处下一个测量点所 定位的点。旋转单元260的旋转角度被控制，使得跟踪笔的尖端方向指向此方向θ c， 且传感器单元250的基准点0向其移动的位置基于方向θ c和距离Δ S来确定。基于确定 的位置控制XY移动单元。中间方向9C可以是以比例5 5分割的中间角度，或接近法线 方向9 b的角度，例如以比例6 4等分割的中间角度。使用例如在图19中示出的此变型的方法，即使当FW的形状具有以近似直角改变 的部分Fffe时也变得可进行测量。如在前述示例中，如果跟踪笔观1的尖端方向恒定地指 向相对于边缘FW形状的法线方向，在测量直角的改变部分Fwe中，跟踪笔轴282可能与边 缘FW干涉。相比之下，使用将跟踪笔的尖端方向控制到中间方向θ c的方法，可降低 以上所述的问题。也可以应对如在图18中示出的具有凹陷部分的边缘的测量且精确地测 量边缘。关于跟踪笔的尖端方向的确定，可进行不同于以上所述的变型的多种实施 例。例如，基于点CO的移动半径方向θ a可限定跟踪笔281的尖端方向。在此情况中，边缘 的未测量部分的形状基于边缘的移动半径形状预测，且传感器单元250在XY方向上移动， 使得跟踪笔281的尖端被移动以跟随未测量部分的形状(包括其中跟踪笔281的尖端在边 缘的切线方向上被移动的情况)。因此，不存在过大的应力施加到边缘的情况，且可降低边 缘的变形，从而精确地执行测量。以此方法，不要求用于确定旋转单元260的旋转角度的复 杂的计算，从而使得可执行迅速的测量。关于跟踪笔的尖端方向的确定，可取决于被测量的边缘的部分的形状改变在 边缘的测量期间的确定方法，确定方法包括指向法线方向的方法、指向移动半径方向的方 法和指向法线方向和移动半径方向之间的方向的方法。附带地，如在图10中示出，当XY移动单元由旋转基部401和水平移动单元420构 成时，在传感器单元250内不设置旋转单元沈0，可进行测量同时减少边缘的变形，且设备 构造被简化。在图10中，跟踪笔的尖端指向水平移动单元420沿其移动的移动半径方向， 而旋转基部401的旋转中心CO作为基准点。虽然在以上的描述中关于边缘的未测量部分的移动半径改变的预测使用大致通 过前两个点的直线，但可使用由三个或更多的已测量点计算的曲线。关于边缘的未测量部 分的移动半径改变的预测，也包括如下情况。例如，在点P2处获得了边缘的实际移动半径 信息之后，执行关于下一个测量点P3的测量，使得跟踪笔的尖端被移动，其移动量为点P2 相对于点Pl的移动半径的改变。在测量点P3之后的测量点P4被定位处的预测点基于在获得测量点Pl和P2时已 测量的边缘的移动半径信息计算，从而控制XY移动单元。在获得测量点P2之后，测量点P4 的预测点的位置可被修正，且可驱动和控制XY移动单元。通过使用两个或多个先前测量点的移动半径信息，基于先前测量点的测量结果确定下一个XY位置，从而实现传感器单元 250的平滑移动。关于以上所述的边缘的移动半径形状的测量，不必需提供其中传感器单元250在 Z方向上移动的移动单元220的构造，且在JP-A-2000-314617等中，跟踪笔轴282可保持为 可移动，以在Z方向上在整个测量范围内通过直线运动机构跟随边缘的沟槽的位置改变。 然而，为实现跟踪边缘的跟踪笔的平滑移动且更精确地执行测量，优选的是，传感器单 元250也构造为在Z方向上移动。为使得跟踪笔281不能脱出具有大曲率的高度弯曲的边 缘的沟槽，跟踪笔轴观2(跟踪笔观1)根据边缘的曲率而倾斜。接下来，将描述边缘的在Z方向上的测量操作。后文中将提供的描述关注于为降 低跟踪笔281脱出边缘且即使在测量高度弯曲的框的情况中也执行精确测量的操作。在测量边缘时，控制器50基于测量的边缘在Z方向上的位置来控制Z移动单元 220，以在Z方向上移动传感器单元250。控制器50根据测量的边缘的Z位置来控制XY移 动单元O40和230)的移动，使得被压入边缘的沟槽的跟踪笔的倾斜角度跟随边缘的 倾斜。此时，优选的是未测量部分(下一个测量点)的高度改变基于已测量的边缘的高度 信息来确定，且传感器单元250的XY位置和Z位置根据预测的高度来控制，使得跟踪笔
在Z方向上的倾斜跟随边缘的倾斜。图20是当从Y方向(与)(Z方向垂直的方向)上观察时示出了边缘FW的弯曲状 态和Z方向上每个测量点的放大视图。图21是示出了每个测量点在Z方向上的预测点处 的边缘部分和跟踪笔281和跟踪笔轴观2的倾斜状态的图。为方便描述，假定传感器单元 250(基准点0)在XY方向上的移动控制被称为第二方法(其中跟踪笔的尖端方向指向大体 上边缘的法线方向的控制方法)。在图20中，假定边缘FW的测量点Pl至P4的每个的半径 仅包括在X方向上的改变，且在Y方向上不改变。在测量开始点Pl的测量中，控制器50将跟踪笔的尖端方向中的角度θ与Y 方向对齐，然后将跟踪笔的尖端定位在测量开始点Pi的预定高度处，且随后将跟踪笔 281的尖端插入到边缘的沟槽内。此时，预测跟踪笔281的尖端方向的改变，且如在图21中 示出的，跟踪笔轴282使传感器单元250 (基准点0)在Y方向上移动直至其处跟踪笔轴282 以初始角度α 1 (例如，5度)倾斜的点Pl的位置处，使得跟踪笔轴282不到达移动的界限。 为了允许跟踪笔轴282在Z方向上的位置能够移动以跟随边缘在Z方向上的变化，在跟踪 笔轴281插入到边缘的沟槽内后，控制器50控制马达225的驱动以使传感器单元250向下 移动。优选地，传感器单元250向下向其移动的位置是其中跟踪笔轴观2的轴S2位于Z方 向上的可移动范围的大体上中间的位置。随后，为测量下一个测量点Ρ2，传感器单元250在XY方向上移动。关于下一个测 量点Ρ2，假定预测点P2za处于与点Pl相同的高度处，且传感器单元250的Z位置不改变而 传感器单元250在XY方向上移动。实际测量点P2的位置基于传感器单元250的基准点0 的位置信息(X，Y，Z)和基于编码器观6和观8的检测结果的检测信息(X，y，ζ)获得。从 点Pl到点Ρ2的距离Δ L2基于点Pl和点Ρ2的XY位置计算。预测点P2za和实际测量点 P2之差是ΔΖ2。在获得了测量点Ρ2的Z位置后，基于已测量点Pl和Ρ2的位置信息预测下一个测 量点的Z位置。例如，预测到下一个测量点Ρ3的预测点P3za处于将已测量点Pl的Z位置和已测量点P2的Z位置连接的延伸线方向Qz2上离开Δ L3 (从预测点Ph和P3a在XY 方向上计算)外的位置处。预测点P3za相对于先前的预测点P2za的Z位置的位移量是 Az3a。如果AL2和Δ L3大致具有相同的值，则Δ z3a计算为2 X Δ ζ2。方向Qz2相对于 X轴的角度此时为P 3。角度P 3基于点P的距离AL2和Z位置(Δζ2)确定(tan P 3 = Az2/AL2)。控制器50基于预测点P3a的Z位置来驱动Z移动单元220的马达235，且将传感 器单元250在Z方向上移动Az3a。边缘的沟槽具有根据Z位置改变的曲率，使得插入到边 缘的沟槽内的跟踪笔的倾斜角度取决于曲率而改变。跟踪笔281和跟踪笔轴观2的倾 斜角度基于预测点P3za的角度P 3确定。在对点P3za的测量中，跟踪笔轴282相对于Z 轴线倾斜的角度是α 3a。虽然角度P 3的使用与角度α 3a的使用相同，但如在测量点Pl 的测量中一样，预测实际测量点P3在竖直方向上的改变，考虑到跟踪笔轴282不达到移动 界限的值。例如，角度α 3a设定为通过将先前的角度α 添加到角度P 3而获得的值。替 代地，角度α 3a设定为通过将角度P 3乘以预定修正系数k而获得的值。当跟踪笔281的尖端放置在预测点P3za的位置处时，控制器50使传感器单元250 的点A(基准点0)在跟踪笔观1的尖端方向上相对于测量点P2的位置移动Ah3的量，使 得跟踪笔轴282以角度α 3a倾斜(见图21)。移动量Δ h3通过使用角度α 3a、图12中示 出的点A和点B之间的距离、点B和点C之间的距离、点C和点D之间的距离和点B和点D 之间的距离来计算。图22是图示了当跟踪笔轴282相对于Z方向倾斜角度Δ α时计算跟踪笔轴282 的移动量的方式的图。图22示出了如下状态其中如果跟踪笔轴282处于竖直状态(Ζ方 向)，则跟踪笔轴281的尖端点D的位置不改变，当跟踪笔轴282处于竖直状态(Ζ方向)时 点A在跟踪笔观1的尖端方向(H方向)上移动，且跟踪笔轴282倾斜了角度Δ α。如在图 12中示出的，点A和点B之间的距离、点B和点C之间的距离、点C和点D之间的距离、以及 点B和点D之间的距离分别被称为a、b、c和d。当跟踪笔轴282倾斜了角度Δ α时，点A 的移动点是Al，点B的移动点是Bi，点C的移动点是Cl。线段CD和线段BD之间的角度为 λ，且线段⑶和线段BlD之间的角度为ω。点B基于点D向点Bl的旋转角度为Δα，使 得角度λ和角度ω的计算如下[方程式5]λ = taiT1 (c/b)...(表达式 5)[方程式6]ω = λ+Δ α …(表达式 6)如果在H方向上从点Bl到点D的距离是DBlh且在Z方向上从点Bl到点D的距 离是DBlz^lJ DBlh和DBlz通过如下表达式计算。[方程式7]DBlh = d · sin (180-ω)—(表达式 7)[方程式8]DBlz = d · cos (180-ω)—(表达式 8)如果在Z方向上从点Bl到点B的距离是BBlzJU BBlz通过如下表达式计算。[方程式9]
BBlz = d · cos(180-co)-b...(表达式 9)如果线段BB 1相对于H方向的倾斜角度是β，则β通过如下表达式计算。[方程式10]々=如-1卩.隱_-劝—^(表达式10)
\a)因此，点Al从点A的移动量Ah通过如下表达式从图中计算。[方程式11]Ah = a+c+d · sin (180- ω) -a · cos β ...(表达式 11)在表达式11中，如果ω和β使用表达式10、6和5展开，则Ah通过已知的距离 a、b、c和d以及角度Δ α表达。如果基于考虑到计算相对于Δ α的移动量Ah的方法的方式来确定角度α 3a，则 移动量Ah3也通过计算来算出。返回到图20和图21的描述，如果跟踪笔轴282以角度α 3a倾斜，则跟踪笔281 的尖端方向也倾斜，且跟踪笔观1的尖端插入到边缘内以跟随边缘的曲率。因此，即使在测 量高度弯曲的框时，跟踪笔也不可能脱出边缘的沟槽。也可精确地进行测量。如果传感器单元250从测量点P2的位置在XY方向上移动距离Δ L3，则测量实际 测量点Ρ3的XYZ位置。测量点Ρ3相对于测量点Ρ2的Z位置的位移量为Δ ζ3。在获得了 测量点Ρ3的Z位置后，基于测量点Ρ2和Ρ3的位置信息预测下一个测量点Ρ4的Z位置。预 测到下一个测量点Ρ4的预测点P4za处于将点P2和点P3的Z位置连接的延伸线方向Qz3 上离开点P3的距离为Δ L4的位置处。距离Δ L4在XY方向上从测量点Ρ3和预测点P^ 计算。测量点P4za相对于先前的测量点P3a的在Z位置的位移量为Az4a。如果Δ L3和 Δ L4大致具有相同的值，则Δ Ma通过ΟΧΔζ3-Δζ2)获得。此时方向Qz3相对于X轴的角度为P 4。角度P 4基于距离Δ L3和Δ ζ3来获得 (tan P 4 = Az3/AL3)。当传感器单元250已在Z方向上在先前测量点P3处移动了 Δ Ma时，控制器50在 Z方向上基于预测点P4za的位置移动传感器单元250的位置(见图21)。移动从基于测量 点Pl的位置进行，移动量通过将Δζ3加到先前测量点P3和测量点Pl之间的差而获得。在测量预测点P4za中，跟踪笔轴282倾斜的角度为α 4a。如上所述，角度0如可 通过将先前的角度α 1加到角度P 3获得的值或将角度P 3乘以预定的修正系数k获得的 值来确定。当传感器单元250在跟踪笔观1的尖端方向(H方向)上移动时的移动量Ah4 以与以上所述相同的方式计算，使得跟踪笔轴观2以角度倾斜。传感器单元250基于 计算的移动量Ah4移动。用于使跟踪笔轴观2以角度α 3a、角度α如等倾斜的传感器单 元250的移动量可通过计算来算出，或可执行控制使得传感器单元250在H方向上移动，直 至检测跟踪笔轴观2的倾斜角度的编码器观6的输出变成角度α 3a、角度α如等。随后，类似地，控制器50基于已测量的测量点的Z位置预测下一个测量点的Z位 置，基于预测点确定传感器单元250在Z方向上移动的移动量，且控制Z移动单元220的马 达255。跟踪笔281的插入角度确定为基于已测量的测量点的Z位置匹配边缘的曲率，跟踪 笔轴282基于确定的角度倾斜，且XY移动单元Ο40和230)的每个马达被控制，以使传感 器单元250在跟踪笔观1的尖端方向(H方向)上移动。
在基于边缘的已测量的Z位置的改变来预测未测量部分的Z位置改变中，所述改 变可简单地确定为与先前测量点的差。即，在测量点P2处获得了实际边缘的Z位置之后， 在测量下一个测量点P3中，传感器单元250在Z方向上从先前测量点移动了差△ z2 (测量 点Pl和P2之间的差)。当跟踪笔轴282在Z方向上的改变范围中存在裕量时，在预测未测 量部分的Z位置改变中，所述改变可简单地确定为与前次测量的测量点处的Z位置相同或 在前次测量的测量点附近。跟踪笔轴282的倾斜角度可确定为根据前次测量点距测量开始 点Pl的位置的Z位置改变(高度改变)所预定的角度。考虑到以上所述情况，跟踪笔的倾 斜角度确定为使得当测量点的位置相对于测量开始点(框保持单元100的基准位置)变高 时倾斜角度增加。使用以上所述的控制，在高度弯曲的框的情况中，在执行测量的同时跟踪笔观1 不脱出边缘的沟槽。传感器单元250在Z方向上根据边缘的沟槽的Z位置移动，且传感器 单元250也在XY方向上移动，使得当跟踪笔插入到边缘的沟槽内时倾斜角度匹配框的 曲率。因此，跟随边缘的沟槽的位置的跟踪笔281在Z方向的可改变范围可能是小的。为 此原因，关于覆盖整个Z方向改变范围且使跟踪笔轴倾斜的机构(具有跟踪笔的臂)，可缩 短跟踪笔轴观2的长度且减少VH单元观0的重量，该VH单元280作为边缘的沟槽的位置 的跟随机构。如果跟踪笔的跟随机构可减少重量，则跟踪笔的更平滑的移动变成 可能，从而精确地执行测量。应足够的是，在跟踪笔281在Z方向上的跟随范围内存在裕量，且当跟踪笔281插 入到边缘的沟槽内时的倾斜角度大体上匹配框的曲率。为此原因，传感器单元250在Z方 向上的位置控制和跟踪笔轴观2的倾斜角度的控制以三个或四个测量点的间隔执行，而不 是传感器单元250每次在XY方向上移动到下一个测量点时执行。虽然在图20、图21等中为容易理解且简化Z方向的测量操作在边缘的测量点P1、 P2、P3和P4处在Y方向上无改变，但在实际测量的情况中与测量边缘的径向形状中的XY控 制组合地执行控制。即，为倾斜跟踪笔轴282所需的XY位置的改变进一步加到基于边缘的 已测量的径向形状而确定的传感器单元250的XY位置。边缘的已测量的三维形状的数据存储在设置在控制器50内的存储器内。如果一 个边缘的测量结束，则传感器单元250移动回到初始位置，向下移动到收回位置，且在X方 向上移动到另一个边缘的初始位置。然后，执行相同的控制以测量另一个边缘的三维形状。关于以上所述的用于精确测量边缘在Z方向上的形状的构造和控制，不需要提供 以上所述的边缘的径向形状的测量机构和控制，且边缘的径向形状的测量机构和控制可与 相关技术中相同。接下来，将描述模板TP的测量操作。图23是示意性地示出了跟踪笔轴观2的中 心So和传感器单元250的基准点0在对模板TP测量中的移动状态的图。附接到模板保持 件310的模板TP放置在移动单元210的中心位置处平行于附接部分300的XY平面。在XY方向上(移动半径信息)对模板TP测量中，控制器50基于已测量的模板TP 的移动半径信息控制XY移动单元以在XY方向上移动传感器单元250。此时，优选的是控制 器50基于测量的模板TP的移动半径信息来预测未测量部分的径向改变，且使传感器单元 250在XY方向上根据预测的径向改变移动。模板TP的移动半径信息基于传感器单元250 在XY方向上的移动信息和旋转基部261的旋转角度的检测信息获得，所述旋转角度改变以跟随模板TP的径向改变。在图23中，如果输入模板测量开始信号，则在测量开始时，控制器50将传感器单 元250的基准点0定位在沿模板TP的附接中心TO的Y方向离开模板TP的预定位置处，且 控制Z移动单元220以将跟踪笔轴观2向上移到收回高度处，使得跟踪笔轴282在Z方向 上的中心部分定位在模板TP的高度处。此时，使旋转基部261旋转的马达265被控制，使 得跟踪笔的尖端方向平行于X轴。然后，传感器单元250在Y方向上移动，使得传感器单元250的中心0指向模板TP 的中心TO。在跟踪笔轴观2与模板TP的边沿接触后，如果传感器单元250进一步在Y方 向上移动，则跟踪笔轴282不能在Y方向上从模板TP的接触位置移动。为此原因，旋转基 部261围绕中心轴线LO (基准点0)旋转，旋转基部261的旋转角度的改变通过编码器 检测，使得与模板TP接触的跟踪笔轴282被检测。控制器50在Y方向上移动传感器单元 250，直至跟踪笔轴282在尖端方向上的旋转角度θ (在此情况中所提供的描述是关于其中 旋转角度θ是相对于X方向的角度的情况)变成预定的角度9a(例如，5度)。控制器 50获得了点Pl以作为测量开始时的测量点，此时跟踪笔轴观2的中心点So定位在此点Pl 处。此时，如在图M中示出，点Pl的XY坐标位置从用作旋转基部的旋转中心的基准 点0的XY移动的坐标位置(X、Y)以及跟踪笔轴282的中心点So相对于基准点0的xy坐 标(xl，yl)获得。点So相对于基准点0的xy坐标(xl，yl)基于点0和中心点So之间的 距离Rs(这在设计时已知)和相对于X轴的旋转角度θ 1(基准点Pl处的角度ea)通过 三角函数的计算算出。然后，为测量下一个测量点，如在测量边缘的移动半径信息中的情况，控制器50 基于已测量的测量点将传感器单元250(基准点0)在XY方向上移动与微小角度Δ θ (基 于中心TO的旋转角度)的旋转对应的距离。在对模板的测量中，传感器单元250在通过箭 头A指示的方向上(图2 移动，所述方向是与跟踪笔的尖端方向相反的方向。在测 量开始点Pl的下一个测量点P2 (在图21中未示出)的测量中，确定测量点P2处于与X方 向平行的方向上，传感器单元250在X方向上移动。以此移动，如果模板TP的半径在Y方 向上改变，则因为由马达265施加的测量压力使跟踪笔轴282跟随改变，且跟踪笔轴282的 中心点So围绕基准点0旋转。在测量开始点Pl之后的测量点的测量中，马达265被控制 使得测量压力在由图22中箭头B指示的方向上(围绕点0的逆时针方向)恒定地施加到 旋转基部261。在图M中，如果中心点So的旋转角度在下一个测量点P2被测量时为θ 2，则基 于距离Rs和旋转角度θ 2来计算中心点So相对于基准点0的坐标(x2，y2)。控制器50 基于已测量的点Pl和P2来确定传感器单元250的用于测量下一个测量点P3的XY移动位 置。例如，计算点P2相对于点Pl在XY方向上的改变量(Δ χ2，Δ y2)，且在传感器单元250 移动以测量下一个测量点中，传感器单元250移动到其处改变量(Δχ2，ΔΥ2)被修正的位 置。然后，此过程重复，且获得在整个外周上的测量点的位置信息。优选地，类似于边缘，预 测到下一个测量点Ρ3处于将已测量的点Pl和Ρ2连接的线的延伸线方向上，且传感器单元 250的基准点0被移动。当基准点0移动且中心点So旋转了角度(θ 3)以跟随模板TP的 半径改变时，基于传感器单元250的XY移动信息来计算实际测量点Ρ3的位置。在测量下一 个测量点Ρ4中，其中测量点Ρ4定位的方向基于已测量的点Ρ2和Ρ3预测(或可从三个或
20更多的已测量的点预测弯曲的形状)，且传感器单元250的基准点0被移动，使得跟踪笔轴 282移动到预测的点。然后，使用相同的方法预测未测量部分的测量点，且传感器单元250 在XY方向上被移动，因此获得了整个外周上的测量点的信息。在跟踪笔轴观2的中心点So处获得的且将测量点连接的径向形状TP略大于模板 TP的径向形状，其大于量是跟踪笔轴观2的半径rs。模板TP的实际径向形状被计算为向 内比径向形状TPs小的类似形状，其小于量为半径rs的距离。使用以上所述的方法，在构造为在XY方向上移动传感器单元250的测量单元200 中，变得可使用跟踪笔轴282测量模板TP的形状。使用跟踪笔轴282测量模板的方法不限于以上所述的方法，且可使用多种方法。 例如，模板TP的接触部分设置在跟踪笔轴观2的前侧(图8的右侧，且跟踪笔的尖端 侧)上或后侧(图8的左侧)上。在对模板TP的测量中，控制器50通过与在测量边缘的半 径中基于模板TP的已测量的径向位置的控制方法相同的控制方法来控制传感器单元250 的XY位置和旋转单元260的旋转，使得在跟踪笔轴观2以预定的角度(例如5度)倾斜 到图8的左侧的状态中，接触部分与模板TP接触，同时维持竖直状态(与Z方向平行的平 面)。使跟踪笔轴282压靠模板TP的测量压力通过弹簧291的推力来施加。在其中跟踪笔 轴282不倾斜且跟踪笔轴282在水平方向上在竖直状态中(平行于Z轴)移动的构造中， 模板TP的接触部分是跟踪笔轴282的侧表面(跟踪笔的尖端侧或后侧)。
权利要求
1.一种眼镜框形状测量设备，用于测量眼镜框的边缘的形状，所述眼镜框形状测量设 备包括跟踪笔，所述跟踪笔构造为插入所述边缘的沟槽中并沿所述边缘的沟槽移动，以检测 所述边缘在所述跟踪笔的移动半径方向上和在与所述移动半径方向垂直的竖直方向上的 位置；跟踪笔轴，所述跟踪笔轴包括上部，所述跟踪笔附接到所述上部；保持单元，所述保持单元构造为将所述跟踪笔轴保持为能够在所述竖直方向上移动；竖直方向移动单元，所述竖直方向移动单元构造为在所述竖直方向上移动所述保持单 元；和移动半径方向移动单元，所述移动半径方向移动单元构造为在所述移动半径方向上移 动所述保持单元；竖直位置检测单元，所述竖直位置检测单元构造为检测所述跟踪笔在所述竖直方向上 的位置，所述竖直位置检测单元至少包括第一检测单元和第二检测单元，所述第一检测单 元构造为检测所述保持单元在所述竖直方向上的位置，所述第二检测单元构造为检测所述 跟踪笔在所述竖直方向上相对于所述保持单元的位置；和控制器，所述控制器构造为基于在开始测量之后获得的所述竖直位置检测单元的检测 结果来获得在下一测量时所述保持单元在所述竖直方向上的位置，并且所述控制器构造为 基于所获得的位置来控制所述竖直方向移动单元。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器基于所述竖直位置检测单元的检测结果来预测下一个测量位置，并且所述 控制器获得在预测的下一个测量位置处所述保持单元在所述竖直方向上的位置。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器预测所述下一个测量位置，使得所述下一个测量位置被确定为与最后测量 的测量位置处或所述最后测量的测量位置附近的位置相同。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述保持单元包括轴承和压力施加元件，所述轴承构造为保持所述跟踪笔轴，使得所 述跟踪笔轴能够在所述跟踪笔的尖端的方向上围绕设定在所述跟踪笔轴的下部处的轴倾 斜，所述压力施加元件构造为施加用于将所述跟踪笔的尖端压到所述边缘的沟槽的压力，所述控制器基于所述竖直位置检测单元的检测结果来确定所述跟踪笔轴相对于所述 竖直方向的倾斜角度，并且所述控制器控制所述移动半径方向移动单元以使所述跟踪笔轴 倾斜到确定的倾斜角度。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制器确定所述跟踪笔轴的倾斜角度，使得随着测量位置相对于预定的基准位 置在所述竖直方向上变高，所述倾斜角度增大。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述竖直方向移动单元包括用于使所述保持单元在所述竖直方向上移动的Z方向马 达，并且所述第一检测单元基于所述Z方向马达的驱动数据来检测所述保持单元在所述竖直 方向上的位置。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述跟踪笔包括针状尖端，所述针状尖端被插入 到所述边缘的沟槽内。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述保持单元将所述跟踪笔轴保持为能够在所述跟踪笔的尖端的方向上移动，并且所 述保持单元包括压力施加元件，所述压力施加元件构造为施加用于将所述跟踪笔的尖端在 所述跟踪笔的尖端的方向上压到所述边缘的沟槽的压力； 所述设备还包括旋转单元，所述旋转单元构造为使保持轴围绕沿所述竖直方向的轴线旋转，以在所述 移动半径方向上改变所述跟踪笔的尖端的方向；移动半径位置检测单元，所述移动半径位置检测单元构造为检测所述跟踪笔在所述移 动半径方向上的位置，所述移动半径位置检测单元包括第三检测单元和第四检测单元，所 述第三检测单元构造为检测所述保持单元在所述移动半径方向上的位置，所述第四检测单 元构造为检测所述跟踪笔在所述移动半径方向上相对于所述保持单元的位置，并且所述控制器基于在开始测量之后获得的所述移动半径位置检测单元的检测结果来控 制所述移动半径方向移动单元和所述旋转单元。
全文摘要
一种眼镜框形状测量设备，包括跟踪笔移动单元，所述跟踪笔移动单元包括跟踪笔，该跟踪笔检测框的边缘在移动半径方向和在竖直方向上的位置；用于跟踪笔的跟踪笔轴；保持单元，该保持单元构造为可竖直移动地保持跟踪笔轴；竖直方向移动单元，用于在竖直方向上移动保持单元；和移动半径方向移动单元，用于在移动半径方向上移动保持单元使得跟踪笔跟踪边缘；竖直位置检测单元，用于检查跟踪笔在竖直方向上的位置；和控制器，所述控制器用于基于竖直位置检测单元的检测结果来获得保持单元在竖直方向上的下一个测量位置，且控制竖直方向移动单元。
文档编号G01B5/20GK102121813SQ20101058653
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者松山善则 申请人:尼德克株式会社