JP5153228B2 - 多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法 - Google Patents

多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法 Download PDF

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Description

本発明は、ユーザが多関節型の測定アームを操作して、測定アームの一端に取り付けられたプローブを測定対象物上の測定点に近づけて、その測定点の空間座標を測定する多関節型座標測定装置におけるパラメータ校正方法に関する。
従来、測定対象物の複雑な三次元形状を測定する多関節型測定装置として、屈曲自在な多関節型の測定アームを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。従来の多関節型測定装置では、ユーザがこの測定アームを動かして、測定アームの先端に取り付けられたプローブを測定対象物上の任意の測定点に近づけて、測定対象物の位置や寸法などを測定する。この多関節型座標測定装置には、測定アームの各関節の回転角度を測定する角度センサ（例えばロータリーエンコーダ等）が内蔵されている。そして、測定アームの各関節の回転角度と関節−関節間や関節−プローブ間の設計上の長さに基づいて、プローブの先端の空間座標が算出される。具体的には、角度センサから得られた回転角度を示すパラメータと関節−関節間や関節−プローブ間の長さを示すパラメータを、空間座標に変換する演算処理、すなわち、測定アームの座標系を測定対象物の座標系に変換する演算処理が行われる。
特開２００４−２６４１３５号公報（第８−１４頁、第１図）
ところで、上記のような多関節型測定装置を用いて測定を行うときに、ユーザが測定アームを強い力で操作することがある。例えば、測定アームを強く引っ張ったり、曲げたり、縮めたりすることがある。このようにして、測定アームにストレスが加えられると、測定アームの各センサから読み出されるパラメータに誤差が生じることになる。
多関節型測定装置では、複雑な三次元形状を高精度で測定することが要求される。しかし、上記のように多関節型測定装置の測定アームの各パラメータに誤差が生じていると、高精度の測定を行うことが困難になる。そこで、従来、アーティファクト（標準器）を用いて、測定アームの各パラメータを校正し、パラメータ誤差を低減する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−１５７７８４号公報（第１２−２６頁）
しかしながら、従来の方法では、測定アームのすべてのパラメータの校正が行われる。多関節型の測定アームは多くの関節を有しているので、その分だけ校正対象のパラメータの数も多い。測定アームのパラメータの校正作業は、高精度な測定を行うためには必須の準備作業であるが、すべてのパラメータについて校正を行うためには、作業に多くの手間と時間を要することになる。確かに、工場出荷時や装置設置時などには、すべてのパラメータについての校正作業を十分な時間をかけて行う必要がある。しかし、特に、毎日のように測定を行うユーザにとっては、パラメータの校正作業も毎日のように行う必要があり、日々の校正作業の手間や時間の削減が望まれていた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することのできる多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法を提供することを目的とする。
本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法は、多関節型の測定アームを操作して、前記測定アームの一端に取り付けられたプローブを測定対象物上の測定点に近づけて、前記測定点の空間座標を測定する多関節型座標測定装置におけるパラメータ校正方法であって、複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置し、前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定し、前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行い、前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置し、前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定し、前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行うものである。
測定アームのパラメータの校正を行うときには、まず、校正対象であるすべてのパラメータ（パラメータ群）のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパメメータ（一次校正パラメータ）についてパラメータ校正処理を行い、次に、その一次校正パラメータのうち、所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパラメータ（二次校正パラメータ）についてパラメータ校正処理を行う。したがって、経時的に変化するパラメータ（一次校正パラメータと二次校正パラメータ）についてのみ校正処理を行えば済み、すべてのパラメータについて校正処理を行わずに済む。これにより、日常的に（例えば、毎日、毎週、毎月）パラメータ校正作業を行うユーザにとって、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。また、経時的な変化の大きい二次校正パラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）については、従来のように一度のパラメータ校正だけでは不十分であることもある。この場合、そのようなパラメータに対して、もう一度、パラメータ校正が行われる。このように、校正が必要なパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、効率よくパラメータ校正を行うことができる。すなわち、各パラメータの特性を考慮して、経時的な変化に応じた重み付けをしたパラメータ校正を行うことができる。この場合、二次校正で測定する二次校正基準部の数は、一次校正で測定する一次校正基準部の数より少なく、また、二次校正基準部を測定するときのアーム姿勢の数も、一次校正基準部を測定するときのアーム姿勢の数より少ない。つまり、二次校正作業は、一次校正作業より簡易であり、したがって、二次校正作業に要する手間や時間は、一次校正作業に比べて少なくて済む。
また、本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法では、前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、前記プローブ取付け部を縦にした状態で、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第２関節をねじり方向に回転させて、前記第1リンクをねじり回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定してもよい。
上記の複数のアーム姿勢は、測定アームの第１関節のパラメータに対応する。測定アームの第１関節は、測定時などにストレスを加えられることが多く、第１関節の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法では、前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、前記プローブ取付け部を横にした状態から、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第１関節を曲げ方向に回転させて、前記プローブ取付け部を縦平面に沿って回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定してもよい。
上記の複数のアーム姿勢は、測定アームの第１関節のパラメータに対応する。測定アームの第１関節は、測定時などにストレスを加えられることが多く、第１関節の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法では、前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、前記プローブ取付け部を横にした状態から、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第２関節をねじり方向に回転させて、前記プローブ取付け部を横平面に沿って回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定してもよい。
上記の複数のアーム姿勢は、測定アームの第１関節と第2関節のパラメータに対応する。測定アームの第１関節と第2関節は、測定時などにストレスを加えられることが多く、第１関節と第2関節の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法では、前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに連結され支持部材に取り付けられる第２リンクと、前記第２リンクに対する前記第１リンクのねじり動作を提供する第4関節と、前記支持部材に対する前記第２リンクの曲げ動作を提供する第５関節と、前記支持部材に対する前記第２リンクのねじり動作を提供する第6関節とを備え、前記プローブ取付け部を縦にした状態で、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第４関節と前記第６関節をねじり方向に回転させて、前記第１リンクを横方向に倒したときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定してもよい。
上記の複数のアーム姿勢は、測定アームの第４関節と第５関節と第６関節のパラメータに対応する。測定アームの第４関節と第５関節と第６関節は、測定時などにストレスを加えられることが多く、第４関節と第５関節と第６関節の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法では、前記パラメータ校正処理は、測定によって得られた座標値を、前記一次校正パラメータまたは前記二次校正パラメータで偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＰ行列とし、測定によって得られた座標値を、測定アームの座標系を標準器の座標系に変換する座標変換ベクトルのベクトル成分で偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＲ行列としたときに、前記Ｐ行列と前記Ｒ行列を用いた行列を計画行列として、最小二乗法によるパラメータ推定処理を行ってもよい。
測定アームの座標系を標準器の座標系に変換する座標変換ベクトルを用いるとともに、計画行列を利用した最小二乗法を用いることにより、測定アームの正しいパラメータ値を推定することができる。
本発明のパラメータ校正案内装置は、ユーザに対して、多関節型座標測定装置のパラメータ校正のための案内を行うパラメータ校正案内装置であって、前記案内は、前記ユーザに、複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させるための案内と、前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定させるための案内と、前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を、コンピュータに実行させるための案内と、前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させるための案内と、前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定させるための案内と、前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を、コンピュータに実行させるための案内と、を含むものである。
ユーザは、この案内装置から提供される案内に従って校正作業を進めることにより、上述のパラメータ校正方法を作業手順に沿って容易に行うことができる。これにより、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。
本発明のパラメータ校正用の案内プログラムは、ユーザに対して、多関節型座標測定装置のパラメータ校正のための案内を行うための案内プログラムであって、コンピュータに、複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行う手順と、前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行う手順と、を実行させるものである。
ユーザは、この案内プログラムから提供される案内に従って校正作業を進めることにより、上述のパラメータ校正方法を作業手順に沿って容易に行うことができる。これにより、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。
本発明の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法によれば、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。また、測定アームのパラメータの特性を考慮して、経時的な変化に応じた重み付けをしたパラメータ校正を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、パラメータ校正案内装置のＨＤＤやメモリに格納された案内プログラムによって、ユーザがパラメータ校正方法を行う場合を例示する。
図１は、本実施形態に係る多関節型座標測定装置の一例の外観を示す図である。図1に示すように、多関節型座標測定装置１の測定アーム２は、プローブ３が取り付けられるプローブ取付け部４（第１アームともいう）と、前記プローブ取付け部４に連結される第１リンク５（第２アームともいう）と、前記第１リンク５に連結される第２リンク６（第３アームともいう）と、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の６個の関節７〜１２を備えている。
図2は、測定アーム２の各関節の回転方向を説明するための図である。図２に示すように、Ｎｏ．１関節７（手首関節ともいう）は、第１リンク５に対するプローブ取付け部４の曲げ動作（図２のＡ軸周りの回転）を提供し、Ｎｏ．２関節８は、第１リンク５に対するプローブ取付け部４のねじり動作（図２のＢ軸周りの回転）を提供する。Ｎｏ．３関節９（肘関節ともいう）は、第２リンク６に対する第１リンク５の曲げ動作（図２のＣ軸周りの回転）を提供し、Ｎｏ．４関節１０は、第２リンク６に対する第１リンク５のねじり動作（図２のＤ軸周りの回転）を提供する。Ｎｏ．５関節１１（肩関節ともいう）は、支柱１３に対する第２リンク６の曲げ動作（図２のＥ軸周りの回転）を提供し、Ｎｏ．６関節１２は、支柱１３に対する第２リンク６のねじり動作（図２のＦ軸周りの回転）を提供する。
ここでは、Ｎｏ．１関節７が、本発明の第１関節に相当し、Ｎｏ．２関節８が、本発明の第２関節に相当する。また、Ｎｏ．４関節１０が、本発明の第４関節に相当し、Ｎｏ．６関節１２が、本発明の第６関節に相当する。
測定アーム２のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各関節には、ロータリーエンコーダ等の角度センサ（図示せず）が内蔵されており、それぞれの軸周りの回転角度が検出される。Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６関節１２のねじり動作は、回転角度に限界があってもよいし、エンドレスに回転するものであっても良い。
図1に示すように、支柱１３は、移動可能な台１４に据え付けられており、台１４には、専用プロセッサ１５と、コンピュータ１６が、備え付けられている。専用プロセッサ１５は、各関節のロータリーエンコーダと有線または無線で接続されており、各ロータリーエンコーダの角度情報が、専用プロセッサ１５に入力されるようになっている。専用プロセッサ１５は、入力される各関節の角度と、各部材の固定的な位置関係（リンクやプローブの長さ等を含む）とに基づいて、プローブ３の先端の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標を算出することができる。コンピュータ１６では、様々なアプリケーションプログラムを起動実行することができ、専用プロセッサ１５で算出された空間座標値が、そのアプリケーションプログラムに入力される。
また、コンピュータ１６のＨＤＤやメモリ内（図示せず）には、パラメータ校正用の案内プログラムが格納されている。ユーザが案内プログラムを実行すると、コンピュータ１６のディスプレイ１７に後述する案内画面が表示される。ここでは、このコンピュータ１６が、本発明のパラメータ校正案内装置に相当する。
測定アーム２のプローブ取付け部４には、様々な種類のプローブ３を取り付けることができる。プローブ３の種類には、プローブ先端を測定対象物に接触させて、プローブ先端の空間座標を求める接触型プローブや、プローブ先端を測定対象物に接触させずに、赤外線レーザ等を用いて測定対象物の空間座標を求める非接触型プローブがある。つまり、この測定アーム２のプローブ取付け部４は、様々なプローブ３を付け替え可能であるともいえる。
測定アーム２のパラメータ校正を行うときには、例えば、テーパ状の凹部１８を有する先端を被測定物の球面に接触させて、球中心の座標を求めるテーパプローブ３Ａが使用される（図4参照）。あるいは、ボール状の凸部１９を有する先端を被測定物の凹部に接触させて、球中心の座標を求めるボールプローブ３Ｂが使用される（図７参照）。
また、測定アーム２のパラメータ校正を行うときには、プローブ３の種類に応じて、様々な種類の標準器２０（ゲージともいう）が用いられる。
図３は、テーパプローブ用の標準器の一例を示す図である。図３の標準器２０Ａ（テーパプローブ用の専用ゲージともいう）は、基台２１の上に３つの小球２２がそれぞれ異なる高さで設けられている。３つの小球２２の直径および中心間の距離は、精密な測定装置（図示せず）によって予め測定されている。これらの小球２２の直径および中心間の距離の情報は、測定アーム２のパラメータの校正を行うときに用いられる。
図４は、テーパプローブ用の標準器の他の例を示す図である。図４の標準器２０Ｂ（テーパプローブ用のバーゲージともいう）は、バー２３の両端に２つの小球２２が設けられている。２つの小球２２の直径および中心間の距離は、精密な測定装置（図示せず）によって予め測定されている。これらの小球２２の直径および中心間の距離の情報は、測定アーム２のパラメータの校正を行うときに用いられる。
図５は、テーパプローブ用の標準器の他の例を示す図である。図５の標準器２０Ｃ（テーパプローブ用の簡易ゲージともいう）は、基台２１の上に１つの小球２２が設けられている。この小球２２の直径は、精密な測定装置（図示せず）によって予め測定されている。小球２２の直径の情報は、測定アーム２のパラメータの校正を行うときに用いられる。
本実施の形態では、一次校正を行うために２つの小球２２を測定し、二次校正を行うために１つの小球２２を測定する。したがって、ここでは、一次校正のために測定する２つの小球２２が、本発明の一次校正基準部に相当し、二次校正のために測定する１つの小球２２が、本発明の二次校正基準部に相当する。
そして、一次校正基準部（一次校正のための２つの小球２２）を有する標準器２０が、本発明の一次標準器に相当し、二次校正基準部（二次校正のための１つの小球２２）を有する標準器２０が、本発明の二次標準器に相当する。したがって、例えば、図３の標準器２０Ａが、本発明の一次標準器に相当すると、図４または図５の標準器２０Ｂ、２０Ｃが、本発明の二次標準器に相当する。また、図４の標準器２０Ｂが、本発明の一次標準器に相当すると、図５の標準器２０Ｃが、本発明の二次標準器に相当する。
ただし、一つの標準器２０が、本発明の一次校正基準部と二次校正基準部を両方とも備えている場合には、本発明の一次標準器と二次標準器として同じ標準器２０を兼用してもよい。例えば、図3の標準器２０Ａでは、３つの小球２２のうちの２つの小球２２を、本発明の一次校正基準部として用い、残りの１つの小球２２を、本発明の二次校正基準部として用いることも可能である。そうすると、図3の標準器２０Ａは、本発明の一次標準器と二次標準器の両方に相当するともいえる。その場合には、二次標準器を設置する作業工程が不要になり、測定アーム２のパラメータの校正作業に要する手間や時間をさらに削減することができる。
図6は、ボールプローブ用の標準器の一例を示す図である。図6の標準器２０Ｄ（ボールプローブ用の専用ゲージともいう）は、基台２１の上に３つの凹部２４（Ｖ座ともいう）がそれぞれ異なる高さで設けられている。３つの凹部２４の中心点の座標および中心間の距離は、精密な測定装置（図示せず）によって予め測定されている。これらの凹部２４の中心点の座標および中心間の距離の情報は、測定アーム２のパラメータの校正を行うときに用いられる。
図７は、ボールプローブ用の標準器の他の例を示す図である。図７の標準器２０Ｅ（ボールプローブ用の簡易ゲージともいう）は、基台２１の上に１つの凹部２４（Ｖ座）が設けられている。この凹部２４の中心点の座標は、精密な測定装置（図示せず）によって予め測定されている。凹部２４の中心点の座標の情報は、測定アーム２のパラメータの校正を行うときに用いられる。
この場合、一次校正を行うために２つの凹部２４（Ｖ座）を測定し、二次校正を行うために１つの凹部２４（Ｖ座）を測定する。したがって、ここでは、一次校正のために測定する２つの凹部２４が、本発明の一次校正基準部に相当し、二次校正のために測定する１つの凹部２４が、本発明の二次校正基準部に相当する。
したがって、上記と同様、図６の標準器２０Ｄが、本発明の一次標準器に相当し、図７の標準器２０Ｅが、本発明の二次標準器に相当する。また、図６の標準器２０Ｄは、図３の標準器２０Ａと同様、本発明の一次標準器と二次標準器の両方を兼ねることもできる。
専用プロセッサ１５では、一次校正基準部（例えば２つの小球２２）や二次校正基準部（例えば１つの小球２２）の測定結果に基づいて、測定アーム２のパラメータの校正処理が行われる。本実施の形態では、測定アーム２の座標系を標準器の座標系に変換する座標変換ベクトルを用いるとともに、計画行列を利用した最小二乗法を用いることにより、測定アーム２の正しいパラメータ値の推定が行われる。
より具体的には、Ｐ行列とＲ行列を用いた行列を計画行列として、最小二乗法によるパラメータ推定処理が行われる。ここでは、一次校正基準部や二次校正基準部の測定によって得られた座標値を、一次校正パラメータまたは二次校正パラメータで偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＰ行列とする。また、一次校正基準部や二次校正基準部の測定によって得られた座標値を、測定アーム２の座標系を標準器２０の座標系に変換する座標変換ベクトルのベクトル成分で偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＲ行列とする。なお、本実施の形態で用いるパラメータ校正処理の基本理論については、特許文献２（特開２００５−１５７７８２）に詳述されている。
本実施の形態のパラメータ校正方法の特徴は、すべてのパラメータについて校正処理を行うのではなく、その一部のパラメータについてのみ校正処理を行う点にある。より詳細には、まず、すべてのパラメータの一部である一次校正パラメータについて一次的に校正処理を行い、次に、その一次校正パラメータの一部である二次校正パラメータについて二次的に校正処理を行うことが特徴の一つである。そこで、一次校正パラメータと二次校正パラメータについて説明する。
図８は、一次校正パラメータと二次校正パラメータを概念的に示した図である。図8に示すように、校正対象のパラメータ群（すべてのパラメータ）の中には、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパラメータ（一次校正パラメータ）が含まれており、その一次校正パラメータの中には、所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパラメータ（二次校正パラメータ）が含まれている。ここで、所定基準とは、「不確かさ」の基準であり、例えば、「計測に関わる国際機関」が１９９３年にまとめた「Guide to the expression of uncertainty in measurement」によって定義された測定誤差に代わる指標などである。
また、所定期間とは、例えば１月や１週間であり、所定期間より短い期間とは、例えば１日である。すなわち、所定期間（例えば、１月や1週間）が経過すると、その間のユーザの使用に起因するストレス等によりパラメータに誤差が生じるようなパラメータが、一次校正パラメータに該当し、それより短い期間（例えば、1日）経過しただけでも、パラメータに誤差が生じるようなパラメータが、二次校正パラメータに該当する。つまり、二次校正パラメータは、一次校正パラメータよりも経時的な変化が大きいともいえる。
具体的には、測定アーム２のＮｏ．１関節７やＮｏ．２関節８は、測定時などにストレスを加えられることが多く、Ｎｏ．１関節７やＮｏ．２関節８の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きい二次校正パラメータ（例えば、毎日、誤差が生じるパラメータ）である。
また、測定アーム２のＮｏ．４関節１０やＮｏ．６関節１２は、測定時などにストレスを加えられることが多く、Ｎｏ．４関節１０やＮｏ．６関節１２の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きい二次校正パラメータ（例えば、毎日、誤差が生じるパラメータ）である。
この場合、測定アーム２のＮｏ．３関節９やＮｏ．５関節１１は、測定時などにストレスを加えられることがあり、Ｎｏ．３関節９やＮｏ．５関節１１の回転角度のパラメータは、経時的な変化が生じる一次校正パラメータ（例えば、毎月や毎週、誤差が生じるパラメータ）である。
以上のように構成された多関節型座標測定装置１のパラメータ校正方法について、図９〜図２２を用いて説明する。ここでは、コンピュータ１６のディスプレイ１７に表示される案内に従って、ユーザが測定アーム２のパラメータ校正を行うときの動作を説明する。ユーザがコンピュータ１６の案内プログラムを実行すると、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図９〜図２２に示すような案内画面が表示される。図９〜図２２に示した案内画面の例では、アーム姿勢を説明するための案内図が表示されているが、これらの案内図とともに、作業内容を説明するための案内文が表示されてもよい。
（一次校正パラメータの校正）
まず、本実施の形態の多関節型座標測定装置１において、測定アーム２の一次校正パラメータの校正を行うときの動作を説明する。ここでは、図3に示した標準器２０Ａを用いてパラメータ校正を行う場合を例示する。
一次校正パラメータの校正用の案内プログラムが実行されると、まず、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、測定アーム２の操作空間内の所定位置に標準器２０Ａを設置するような案内画面（図示せず）が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「標準器を定盤上に設置してください。標準器は測定装置を正面に見て、ボールａとボールｂが左右に並ぶように設置してください。ボールｃは使用しません。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２の操作空間内の所定位置に標準器２０Ａを設置する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図９〜図２２に示すような複数のアーム姿勢で、標準器２０Ａの小球２２の空間座標を測定するような案内が表示される。
本実施の形態では、まず、ボールａについて複数のアーム姿勢で空間座標の測定を行う。この場合、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図９に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ａでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．２関節とＮｏ．４関節が初期位置であることを確認し、Ｎｏ．１関節もほぼ初期位置に合わせ、プローブ取付け部を立ててください。Ｎｏ．２関節のみを１８０°回転させながら、アーム姿勢１〜１０で等間隔にボールａを１０点測定してください。常にプローブ取付け部が立てられた状態であることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ａ（アーム姿勢１〜１０）でボールａの空間座標を１０点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１０に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｂでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．２関節とＮｏ．４関節がほぼ初期位置であることを確認し、Ｎｏ．１関節を９０°回転させ、測定装置側からプローブ取付け部を水平にし、ボールａにプローブを当ててください。Ｎｏ．１関節を１８０°回転させながらプローブ取付け部を縦方向に回し、アーム姿勢１１〜２０で等間隔にボールａを１０点測定してください。アーム姿勢１１とアーム姿勢２０では、プローブ取付け部が水平になっていることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｂ（アーム姿勢１１〜２０）でボールａの空間座標を１０点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１１に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｃでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．４関節がほぼ初期位置であることを確認し、Ｎｏ．２関節を時計回り方向に９０°回転させてください。Ｎｏ．１関節を９０°回転させ、プローブ取付け部を水平にし、左側からボールａにプローブを当ててください。Ｎｏ．２関節を１８０°回転させながらプローブ取付け部を横方向に回し、アーム姿勢２１〜３０で等間隔にボールａを１０点測定してください。アーム姿勢３０では、右側からボールａにプローブが当たっていることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｃ（アーム姿勢２１〜３０）でボールａの空間座標を１０点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１２に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｄでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．２関節とＮｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、測定装置側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３１でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｄ（アーム姿勢３１）でボールａの空間座標を１点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１３に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｅでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢３１から、Ｎｏ．２関節を１８０°回転させてください。Ｎｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、測定装置側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３２でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｅ（アーム姿勢３２）でボールａの空間座標を１点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１４に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｆでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．４関節がほぼ初期位置であることを確認し、Ｎｏ．２関節を初期位置から時計回り方向に９０°回転させてください。Ｎｏ．１関節を９０°回転させ、プローブ取付け部を水平にし、左側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３３でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｆ（アーム姿勢３３）でボールａの空間座標を１点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１５に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｇでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢３３から、Ｎｏ．２関節を１８０°回転させてください。Ｎｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、左側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３４でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｇ（アーム姿勢３４）でボールａの空間座標を１点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１６に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｈでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．２関節とＮｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、測定装置の反対側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３５でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｈ（アーム姿勢３５）でボールａの空間座標を１点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１７に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｉでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢３５から、Ｎｏ．２関節を１８０°回転させてください。Ｎｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、測定装置の反対側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３６でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｉ（アーム姿勢３６）でボールａの空間座標を１点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１８に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｊでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．４関節がほぼ初期位置であることを確認し、Ｎｏ．２関節を初期位置の位置から反時計回り方向に９０°回転させてください。Ｎｏ．１関節を９０°回転させ、プローブ取付け部を水平にし、右側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３７でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｊ（アーム姿勢３７）でボールａの空間座標を１点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図１９に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｋでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢３７から、Ｎｏ．２関節を１８０°回転させてください。Ｎｏ．４関節をほぼ初期位置とし、Ｎｏ．１関節を９０°回転させてください。プローブ取付け部を水平にし、右側からボールａにプローブを当てて、アーム姿勢３８でボールａを１点測定してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｋ（アーム姿勢３８）でボールａの空間座標を１点測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図２０に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｌでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢１から、Ｎｏ．４関節を回転させて、第１リンクおよび第２リンクを左側に倒しながら、アーム姿勢３９〜４８で等間隔にボールａを１０点測定してください。アーム姿勢４８で、第１リンクがほぼ水平になります。このとき、プローブ取付け部は常に垂直に保たれていることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｌ（アーム姿勢３９〜４８）でボールａの空間座標を１０点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図２１に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｍでボールａの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「アーム姿勢１から、Ｎｏ．４関節を回転させて、第１リンクおよび第２リンクを右側に倒しながら、アーム姿勢４９〜５８で等間隔にボールａを１０点測定してください。アーム姿勢５８で、第１リンクがほぼ水平になります。このとき、プローブ取付け部は常に垂直に保たれていることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｍ（アーム姿勢４９〜５８）でボールａの空間座標を１０点測定する。
以上で、ボールａについての空間座標の測定を終了する。次に、ボールｂについて複数のアーム姿勢で空間座標の測定を行う。
まず、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、上述のアーム姿勢ＡおよびＢと同様のアーム姿勢Ａ’およびＢ’（アーム姿勢１’〜２０’）でボールｂの空間座標を測定するような案内が表示される（図９および図１０参照）。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、アーム姿勢Ａ’およびＢ’（アーム姿勢１’〜２０’）でボールｂの空間座標を測定する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、図２２に示すように、測定アーム２を操作して、所定のアーム姿勢Ｃ’でボールｂの空間座標を測定するような案内画面が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「Ｎｏ．２関節とＮｏ．４関節がほぼ初期位置であることを確認し、Ｎｏ．１関節を９０°回転させ、プローブ取付け部を水平にし、測定装置側からボールｂにプローブを当ててください。Ｎｏ．２関節を１８０°回転させ、プローブ取付け部を横方向に回しながら、アーム姿勢２１’〜３０’で等間隔にボールｂを１０点測定してください。アーム姿勢３０’では、測定装置の反対側からプローブが水平に当たっていることに注意してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２を操作してアーム姿勢Ｃ’（アーム姿勢２１’〜３０’）でボールｂの空間座標を１０点測定する。
続いて、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、上述のアーム姿勢Ｄ〜Ｍと同様のアーム姿勢Ｄ’〜Ｍ’（アーム姿勢３１’〜５８’）でボールｂの空間座標を測定するような案内が表示される（図１２〜２１参照）。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、アーム姿勢Ｄ’〜Ｍ’（アーム姿勢３１’〜５８’）でボールｂの空間座標を測定する。
以上で、ボールｂについての空間座標の測定を終了する。
最後に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、標準器２０Ａのボールａ、ｂの測定結果に基づいて、一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を専用プロセッサ１５に実行させるような案内画面（図示せず）が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「ＣＡＬボタンをクリックすると、計算を開始します。ＣＡＬボタンをクリックせずに、ダイアログを閉じると、始めから測定のやり直しになります。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、ＣＡＬボタンをクリックし、専用プロセッサ１５に一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を実行させる。
（二次校正パラメータの校正）
次に、本実施の形態の多関節型座標測定装置１において、測定アーム２の二次校正パラメータの校正を行うときの動作を説明する。ここでは、図６に示した標準器２０Ｃを用いてパラメータ校正を行う場合を例示する。
二次校正パラメータの校正用の案内プログラムが実行されると、まず、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、測定アーム２の操作空間内の所定位置に標準器２０Ｃを設置するような案内画面（図示せず）が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「標準器を定盤上に設置してください。標準器は測定装置を正面に設置してください。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、測定アーム２の操作空間内の所定位置に標準器２０Ｃを設置する。
次に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、上述のアーム姿勢Ａ〜Ｃ、Ｌ、Ｍと同様のアーム姿勢Ａ”〜Ｃ”、Ｌ”、Ｍ”（アーム姿勢１”〜３０”、３９”〜４８”、４８”〜５８”）でボールの空間座標を測定するような案内が表示される（図９〜１１、図２０、図２１参照）。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、アーム姿勢Ａ”〜Ｃ”、Ｌ”、Ｍ”（アーム姿勢１”〜３０”、３９”〜４８”、４８”〜５８”）でボールの空間座標を測定する。
最後に、コンピュータ１６のディスプレイ１７には、標準器２０Ｃのボールの測定結果に基づいて、二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を専用プロセッサ１５に実行させるような案内画面（図示せず）が表示される。このとき、ディスプレイ１７には、例えば「ＣＡＬボタンをクリックすると、計算を開始します。ＣＡＬボタンをクリックせずに、ダイアログを閉じると、始めから測定のやり直しになります。」などの案内文が一緒に表示されてもよい。ユーザは、ディスプレイ１７に表示された案内に従って、ＣＡＬボタンをクリックし、専用プロセッサ１５に二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を実行させる。
このような本実施の形態の多関節型座標測定装置１のパラメータ校正方法によれば、測定アーム２のパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。また、測定アーム２のパラメータの特性を考慮して、経時的な変化に応じた重み付けをしたパラメータ校正を行うことができる。
すなわち、本実施の形態では、測定アーム２のパラメータの校正を行うときには、まず、校正対象であるすべてのパラメータ（パラメータ群）のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパラメータ（一次校正パラメータ）についてパラメータ校正処理を行い、次に、その一次校正パラメータのうち、所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有するパラメータ（二次校正パラメータ）についてパラメータ校正処理を行う。したがって、経時的に変化するパラメータ（一次校正パラメータと二次校正パラメータ）についてのみ校正処理を行えば済み、すべてのパラメータについて校正処理を行わずに済む。これにより、日常的に（例えば、毎日、毎週、毎月）パラメータ校正作業を行うユーザにとって、測定アーム２のパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。
この場合、経時的な変化の大きい二次校正パラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）については、従来のように一度のパラメータ校正だけでは不十分であることもある。この場合、そのようなパラメータに対して、もう一度、パラメータ校正が行われる。このように、校正が必要なパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、効率よくパラメータ校正を行うことができる。すなわち、各パラメータの特性を考慮して、経時的な変化に応じた重み付けをしたパラメータ校正を行うことができる。この場合、二次校正で測定する二次校正基準部の数は、一次校正で測定する一次校正基準部の数より少なく、また、二次校正基準部を測定するときのアーム姿勢の数も、一次校正基準部を測定するときのアーム姿勢の数より少ない。つまり、二次校正作業は、一次校正作業より簡易であり、したがって、二次校正作業に要する手間や時間は、一次校正作業に比べて少なくて済む。
また、本実施の形態では、アーム姿勢Ａ（アーム姿勢Ａ’、Ａ”）とアーム姿勢B（アーム姿勢Ｂ’、Ｂ”）は、測定アーム２のＮｏ．１関節７のパラメータに対応する。測定アーム２のＮｏ．１関節７は、測定時などにストレスを加えられることが多く、Ｎｏ．１関節７の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本実施の形態では、アーム姿勢C（アーム姿勢Ｃ’、Ｃ”）は、測定アーム２のＮｏ．１関節７とＮｏ．２関節８のパラメータに対応する。測定アーム２のＮｏ．１関節７とＮｏ．２関節８は、測定時などにストレスを加えられることが多く、Ｎｏ．１関節７とＮｏ．２関節８の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本実施の形態では、アーム姿勢Ｌ（アーム姿勢Ｌ’、Ｌ”）とアーム姿勢Ｍ（アーム姿勢Ｍ’、Ｍ”）は、測定アーム２のＮｏ．４関節１０とＮｏ．５関節１１とＮｏ．６関節１２のパラメータに対応する。測定アーム２のＮｏ．４関節１０とＮｏ．５関節１１とＮｏ．６関節１２は、測定時などにストレスを加えられることが多く、Ｎｏ．４関節１０とＮｏ．５関節１１とＮｏ．６関節１２の回転角度のパラメータは、経時的な変化が大きいパラメータ（例えば、毎日の誤差が大きいパラメータ）である。このようなパラメータを絞り込んで重点的に校正行うことにより、パラメータ誤差を小さく抑えることができる。
また、本実施の形態では、パラメータ校正処理を行う専用プロセッサ１５において、測定アーム２の座標系を標準器の座標系に変換する座標変換ベクトルを用いるとともに、計画行列を利用した最小二乗法が用いられる。これにより、測定アーム２の正しいパラメータ値（校正後のパラメータ値）を推定することができる。
また、本実施の形態では、コンピュータ１６で案内プログラムが実行される。ユーザは、このコンピュータ１６のディスプレイ１７に表示される案内に従って校正作業を進めることにより、容易に上述のパラメータ校正方法を行うことができる。これにより、測定アーム２のパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができる。
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
例えば、以上の説明では、一次校正パラメータの校正処理と二次校正パラメータの校正処理を一時に行う場合を例示したが、一次校正パラメータの校正処理を１月毎や１週間毎に行い、二次校正パラメータの校正処理を１日毎に行ってもよい。
以上のように、本発明にかかる多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法は、測定アームのパラメータの校正作業に要する手間や時間を削減することができるという効果を有し、日常的なパラメータ校正作業に用いられ、有用である。
図１は、本実施の形態における多関節型座標測定装置の外観を示す図である。 図２は、測定アームの各関節の回転方向を示す図である。 図３は、テーパプローブ用の標準器の一例を示す図である。 図４は、テーパプローブ用の標準器の他の例を示す図である。 図５は、テーパプローブ用の標準器のさらに他の例を示す図である。 図６は、ボールプローブ用の標準器の一例を示す図である。 図７は、ボールプローブ用の標準器の他の例を示す図である。 図８は、一次校正パラメータおよび二次校正パラメータの説明図である。 図９は、アーム姿勢Aで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１０は、アーム姿勢Bで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１１は、アーム姿勢Cで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１２は、アーム姿勢Dで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１３は、アーム姿勢Eで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１４は、アーム姿勢Fで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１５は、アーム姿勢Gで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１６は、アーム姿勢Hで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１７は、アーム姿勢Iで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１８は、アーム姿勢Jで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図１９は、アーム姿勢Kで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図２０は、アーム姿勢Lで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図２１は、アーム姿勢Mで基準部（ボールａ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。 図２２は、アーム姿勢C’で基準部（ボールｂ）の測定をするときの案内画面の一例を示す図である。
符号の説明
１ 多関節型座標測定装置
２ 測定アーム
３ プローブ
３Ａ テーパプローブ
３Ｂ ボールプローブ
４ プローブ取付け部
５ 第１リンク
６ 第２リンク
７ Ｎｏ．１関節
８ Ｎｏ．２関節
９ Ｎｏ．３関節
１０ Ｎｏ．４関節
１１ Ｎｏ．５関節
１２ Ｎｏ．６関節
１５ 専用プロセッサ
１６ コンピュータ
１７ ディスプレイ
２０ 標準器
２０Ａ テーパプローブ用の標準器
２０Ｂ テーパプローブ用の標準器
２０Ｃ テーパプローブ用の標準器
２０Ｄ ボールプローブ用の標準器
２０Ｅ ボールプローブ用の標準器
２２ 小球
２４ 凹部

Claims (8)

  1. 多関節型の測定アームを操作して、前記測定アームの一端に取り付けられたプローブを測定対象物上の測定点に近づけて、前記測定点の空間座標を測定する多関節型座標測定装置におけるパラメータ校正方法であって、
    複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置し、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定し、
    前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、
    前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行い、
    前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置し、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定し、
    前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、
    前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行うことを特徴とする多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  2. 前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、
    前記プローブ取付け部を縦にした状態で、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第２関節をねじり方向に回転させて、前記第1リンクをねじり回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定することを特徴とする請求項１に記載の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  3. 前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、
    前記プローブ取付け部を横にした状態から、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第１関節を曲げ方向に回転させて、前記プローブ取付け部を縦平面に沿って回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定することを特徴とする請求項１に記載の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  4. 前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材の曲げ動作を提供する第１関節と、前記第１リンクに対する前記プローブ取付け部材のねじり動作を提供する第２関節とを備え、
    前記プローブ取付け部を横にした状態から、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第２関節をねじり方向に回転させて、前記プローブ取付け部を横平面に沿って回転させたときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定することを特徴とする請求項１に記載の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  5. 前記多関節型の測定アームは、一端に前記プローブが取り付けられるプローブ取付け部材と、前記プローブ取付け部材に連結される第１リンクと、前記第１リンクに連結され支持部材に取り付けられる第２リンクと、前記第２リンクに対する前記第１リンクのねじり動作を提供する第4関節と、前記支持部材に対する前記第２リンクの曲げ動作を提供する第５関節と、前記支持部材に対する前記第２リンクのねじり動作を提供する第6関節とを備え、
    前記プローブ取付け部を縦にした状態で、前記プローブを前記一次校正基準部または前記二次校正基準部に近づけたまま、前記第４関節と前記第６関節をねじり方向に回転させて、前記第１リンクを横方向に倒したときに、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部または前記二次校正基準部の空間座標を測定することを特徴とする請求項１に記載の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  6. 前記パラメータ校正処理は、
    測定によって得られた座標値を、前記一次校正パラメータまたは前記二次校正パラメータで偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＰ行列とし、
    測定によって得られた座標値を、測定アームの座標系を標準器の座標系に変換する座標変換ベクトルのベクトル成分で偏微分したときの偏微分値を成分とする行列をＲ行列としたときに、
    前記Ｐ行列と前記Ｒ行列を用いた行列を計画行列として、最小二乗法によるパラメータ推定処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の多関節型座標測定装置のパラメータ校正方法。
  7. ユーザに対して、多関節型座標測定装置のパラメータ校正のための案内を行うパラメータ校正案内装置であって、
    前記案内は、前記ユーザに、
    複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させるための案内と、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定させるための案内と、
    前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、
    前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を、コンピュータに実行させるための案内と、
    前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させるための案内と、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定させるための案内と、
    前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、
    前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を、コンピュータに実行させるための案内と、
    を含むことを特徴とするパラメータ校正案内装置。
  8. ユーザに対して、多関節型座標測定装置のパラメータ校正のための案内を行うための案内プログラムであって、
    コンピュータに、
    複数の一次校正基準部を有する一次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記一次校正基準部に近づけて、複数のアーム姿勢で前記一次校正基準部の各々の空間座標を測定させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、
    前記複数のアーム姿勢は、校正対象のパラメータ群のうち、所定期間が経過したときにパラメータ誤差が所定基準より大きくなる特性を有する一次校正パラメータに対応しており、
    前記一次校正基準部の測定結果に基づいて、前記一次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行う手順と、
    前記一次校正基準部より少数の二次校正基準部を有する二次標準器を、前記測定アームの操作空間内に設置させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、
    前記測定アームを操作して前記プローブを前記二次校正基準部に近づけて、前記複数のアーム姿勢より少数のアーム姿勢で前記二次校正基準部の各々の空間座標を測定させる案内を前記ユーザに対して行う手順と、
    前記少数のアーム姿勢は、前記一次校正パラメータのうち、前記所定期間より短い期間が経過したときにパラメータ誤差が前記所定基準より大きくなる特性を有する二次校正パラメータに対応しており、
    前記二次校正基準部の測定結果に基づいて、前記二次校正パラメータについてのパラメータ校正処理を行う手順と、
    を実行させることを特徴とするパラメータ校正用の案内プログラム。
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