CN105953703B - 形状测量装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种形状测量装置及其校准方法。将具有面对称性的校准计设置在除转台的转动中心以外的位置中。在驱动转台进行转动时测量校准计。基于触针头检测校准计时的转台的相位模式来判断测量轴的偏移。

Description

形状测量装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及形状测量装置的校准方法。

背景技术

作为形状测量装置的示例，已知有圆度测量装置。圆度测量装置包括转动机构并且精密地测量具有圆形形状的被测物体的半径变化。

首先，简单说明圆度测量装置的结构。图1是圆度测量装置100的外观图。在该图中没有标注机床坐标系的X轴、Y轴和Z轴。X轴在纸面上为从左向右。Y轴在纸面上为从前向后。Z轴为从下向上。

圆度测量装置100包括测量装置主体200、主计算机110、控制台120和运动控制器130。

测量装置主体200包括支座210、转台220和坐标测量部300。

转台220包括转动驱动器221和放置台223。转动驱动器221安装在支座210上并且使圆盘状的放置台223转动。在转动驱动器221的侧面上沿圆周方向按90°的间隔设置有调整旋钮222。通过对调整旋钮222进行操作，可以在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向各自上调整放置台223，由此使得放置台223能够居中并且呈水平。在将被测物体设置在放置台223上的情况下，该被测物体连同放置台223一起转动。

坐标测量部300包括Z轴柱310、Z滑块320、X臂330、头保持件340和探测器头350。

Z轴柱310以平行于Z轴的状态竖立在支座210上。Z滑块320以能够在Z方向(上下方向)上发生移位的方式设置到Z轴柱310。X臂330以能够在X方向上进退的方式支撑在Z滑块320上。头保持件340是“L”字形构件并且在基端安装至X臂330的最前端。探测器头350安装至头保持件340的最前端。

头保持件340是以能够以沿X轴方向延伸的旋转轴331为中心进行转动的方式设置的。转动范围例如局限于0°～-90°的范围。在如图2那样、头保持件340呈垂直的情况下，这被称为“垂直姿势”。在如图3那样、头保持件340呈水平的情况下，这被称为“水平姿势”。

探测器头350是杆型电测微计，并且安装至头保持件340的最前端。探测器头350包括触针360，并且该触针360的最前端设置有接触被测物体的触针头361。触针360是以能够倾斜使得最前端可以在X轴方向上发生移位的方式设置的。在该示例中，使用杆型电测微计；然而，探测器头350还可以是平行移位型电测微计，或者可以使用一些其它现有的探测器头。

在头保持件340处于垂直姿势的情况下(图2)，通过转动头保持件340的侧面上所设置的校准螺纹构件341，可以使探测器头350在Y方向上发生细微移位。可选地，在头保持件340处于水平姿势的情况下(图3)，通过转动头保持件340的端面上所设置的校准螺纹构件342，可以使探测器头350在Y方向上发生细微移位。

此外，触针360的角度、头保持件340的倾斜角、X臂330的进退量和Z滑块320的位置(升降量)由各自的编码器(图中未示出)来检测。

主计算机110是包括CPU(中央处理单元)、存储预定程序的ROM以及RAM的计算机终端。连同将预定的工作指示提供至运动控制器130一起，主计算机110还基于测量装置主体200所获得的数据来执行诸如被测物体W的形状分析等的计算。主计算机110还经由监视器112、键盘和鼠标向用户提供输入/输出接口。通过控制台120所设置的操作杆或操作按钮的手动操作面板，向运动控制器130提供工作指示。运动控制器130执行测量装置主体200的驱动控制。

在测量被测物体的圆度的情况下，在触针头361与被测物体的表面相接触的状态下使转台220转动驱动。如此使得触针头361能够扫描(跟踪)被测物体的表面。换句话说，在被测物体由于转台220的转动驱动而转动的情况下，触针头361根据被测物体的半径变化而在X轴方向上发生移位。具体地，X臂330根据被测物体的半径变化而进退，因而触针头361在X轴方向上发生移位并且触针头361跟随被测物体的表面。在转台220完成了一次转动的情况下，Z滑块320向上或向下发生移位并且重复被测物体的圆周方向扫描。触针360的角度、X臂330的位置和Z滑块320的位置由各自的编码器(图中未示出)来检测，并且获得触针头361的移位量作为测量数据。基于该测量数据来进行被测物体的形状分析(即，圆度或圆柱度的分析)。

在使用圆度测量装置100的测量期间，必须首先进行轴对准，使得转台220的转动轴线和触针头361的测量轴L在同一平面上以直角交叉。测量轴L是指穿过触针头361的中心并且与X轴平行的假想线。触针头361由于X臂330的进退而发生移位。因此，测量轴L对应于(即)(在Z滑块320的位置固定的状态下的)触针头361的可动方向。另外，使测量轴L对准的任务在本说明书中被称为“测量轴对准”。

在测量轴L与转台220的转动轴线不垂直的状态下进行测量任务的假设情况下，触针头361的位移与被测物体的半径变化显然不是准确相对应的。例如，在更换触针360的情况、或者触针360的倾斜角改变的情况、或者头保持件340的角度(姿势)改变的情况下，必须进行“测量轴对准”。

传统上，如下进行了“测量轴对准”(例如，参见日本专利5,292,564和日本特开2012-145492)。首先，准备前端具有球体的主球90。主球90设置在转台220的中心(参见图2和3)，然后进行定中心。换句话说，将球体的中心与转台220的转动轴线对准。接着，使触针头361接触该球体，并且在该状态下，转动Y方向校准螺纹构件(341或342)，并且确定实现了触针头361的最大X方向移位的位置。一旦找到触针头361的X方向移位最大的位置，则使Y方向校准螺纹构件(341或342)停止在该点处。

可以使用上述的过程来准确地进行“测量轴对准”。然而，由于主球90必须设置在转台220的中心，因此必须暂时移除被测物体。然后，在进行了“测量轴对准”之后，被测物体必须再次设置在转台220上并且必须再次居中。在一些情形下，在测量被测物体期间可能更换触针360或者头保持件340的姿势可能改变。每次更换触针360或者姿势改变时需要上述过程，这样会花费时间和精力，并且使得提高测量效率变难。

本发明减少了测量轴对准所需的时间和精力，并且提高了形状测量装置的测量效率。

发明内容

在根据本发明的用于确定形状测量装置的轴偏移的方法中，所述形状测量装置包括：转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够以Z轴为中心进行转动；以及坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与X轴平行的方向进退，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，所述校准方法包括以下步骤：在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，将具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；在驱动所述转台进行转动时，测量所述校准计；以及基于所述触针头对所述校准计进行检测时的所述转台的相位模式，来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移。

在本发明中，优选地，基于所述校准计的测量结果来确定检测开始相位θi、检测结束相位θf和峰相位θp，其中所述检测开始相位θi是所述触针头开始所述校准计的检测时的所述转台的相位，所述检测结束相位θf是所述触针头结束所述校准计的检测时的所述转台的相位，并且所述峰相位θp是测量值展现出峰值时的所述转台的相位；以及在将轴偏移指标值M定义成M＝{(θp-θi)-(θf-θp)}的情况下，根据所述轴偏移指标值M为正还是负来判断所述测量轴的偏移的方向。

在本发明中，优选地，所述校准计是预先设置在所述转台的侧面上的。

在本发明中，优选地，所述校准计是完整球体或部分球体。

在根据本发明的形状测量装置的校准方法中，能够在沿着Y轴的方向上对所述触针头的位置和所述转台的位置进行细微校准；在执行了用于确定所述形状测量装置的轴偏移的方法之后，将所述测量轴的偏移方向的判断结果显示在监视器上；并且用户参考所述监视器的显示来对所述触针头的位置进行细微校准。

在根据本发明的形状测量装置的校准方法中，所述形状测量装置包括：转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够以Z轴为中心进行转动；以及坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与X轴平行的方向进退，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，其中能够在沿着Y轴的方向上对所述触针头的位置和所述转台的位置进行细微校准，所述校准方法包括以下步骤：在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，将具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；在驱动所述转台进行转动时，测量所述校准计；基于所述触针头对所述校准计进行检测时的所述转台的相位模式，来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移；以及在判断了所述测量轴是否发生偏移之后，将所述测量轴的偏移方向的判断结果显示在监视器上，使得用户能够参考所述监视器的显示来进行所述触针头的位置的细微校准。

在根据本发明的形状测量装置的校准方法中，其中所述形状测量装置包括：转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够以Z轴为中心进行转动；坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与X轴平行的方向进退，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，其中具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；以及主计算机，其经由运动控制器来进行所述转台和所述坐标测量部的工作控制，所述校准方法包括以下步骤：在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，通过所述主计算机来确定所述形状测量装置的轴偏移；在驱动所述转台进行转动时，通过所述主计算机测量所述校准计；以及通过所述主计算机，基于所述触针头对所述校准计进行检测时的所述转台的相位模式来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移。

在根据本发明的一种用于确定形状测量装置的轴偏移的程序中，所述形状测量装置包括：转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够以Z轴为中心进行转动；坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与X轴平行的方向进退，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，其中具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；以及主计算机，其经由运动控制器来进行所述转台和所述坐标测量部的工作控制。在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，该程序通过所述主计算机来确定所述形状测量装置的轴偏移；在驱动所述转台进行转动时，通过所述主计算机测量所述校准计；以及通过所述主计算机，基于所述触针头对所述校准计进行检测时的所述转台的相位模式来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移。

根据本发明的一种形状测量装置，包括：转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够以Z轴为中心转动；校准计，其具有面对称性，并且所述校准计位于除所述转台的转动中心以外的位置；以及坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与X轴平行的方向进退，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1是圆度测量装置的外观图；

图2示出垂直姿势；

图3示出水平姿势；

图4是示出用于使圆度测量装置的测量轴对准的方法的过程的流程图；

图5是示出用于使圆度测量装置的测量轴对准的方法的过程的流程图；

图6是示出用于使圆度测量装置的测量轴对准的方法的过程的流程图；

图7示出校准计设置在转台上的状态；

图8示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图9示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图10示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图11示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图12示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图13示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图14示出在测量轴已对准的情况下的示例性操作；

图15示出在测量轴相对于转台的转动轴线在负Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图16示出在测量轴相对于转台的转动轴线在负Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图17示出在测量轴相对于转台的转动轴线在负Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图18示出在测量轴相对于转台的转动轴线在负Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图19示出在测量轴相对于转台的转动轴线在负Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图20示出在测量轴相对于转台的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图21示出在测量轴相对于转台的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图22示出在测量轴相对于转台的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图23示出在测量轴相对于转台的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图24示出在测量轴相对于转台的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况下的示例性操作；

图25示出校准计设置在转台的侧面上的第一变形例；

图26示出校准计不是球体的第二变形例；以及

图27示出校准计不是球体的第二变形例。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，并且仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使得在实践中如何能够实现本发明的各种形式对于本领域技术人员而言是明显的。

参考附图并且参考指派至附图中的各组件的附图标记来说明本发明的实施例。

第一实施例

针对形状测量装置(圆度测量装置100)的校准方法来说明第一实施例。图4、5和6是示出根据本实施例的校准方法的过程的流程图。说明遵循这些流程图的顺序。

在进行圆度测量装置100的测量轴的对准的情况下，首先将校准计500设置在转台220上(ST100)。图7示出将校准计500设置在转台220上的状态。校准计500被称为具有球形前端的主球。设置校准计500的位置可以是除转台220的中心以外的任何位置。优选地，离转台220的中心的距离尽可能大。例如，可以将校准计500设置在转台220的边缘附近的区域中。

还可以预先设置将校准计500设置在转台220的放置台223上所用的螺纹孔等。

由于设置校准计500的位置在转台220的中心以外，因此如图7所示，被测物体W可以保持在转台220的中心。换句话说，在使测量轴对准时，无需将被测物体W从转台220移除。例如即使在测量被测物体W期间更换触针360、或者触针360的角度或头保持件340的角度改变的情况下，被测物体W也可以保持在适当位置并且校准计500可以设置在转台220的未占用区域中。(因此，在使测量轴对准之后无需再次进行转台220和被测物体W的定中心)。

一旦将校准计500设置在转台220上，“测量”校准计500(ST200)。

尽管有些冗余，但这里的附加备注涉及术语。尽管说明了“‘测量’校准计500(ST200)”，但这并不意味着操作员期望获取校准计500的准确形状数据。如果期望校准计500自身的准确形状数据，则如图2和3所示，校准计500将需要设置在转台220的中心。在该示例中，校准计500设置在转台220的中心以外，因此无法获得校准计500的形状数据。

在本实施例中，使触针头361对位于远离转台220的中心的位置的校准计500进行仿形扫描，并且使用该扫描期间触针头361和校准计500之间的接触方式通过推理来计算测量轴L的偏移。“使触针头361对位于远离转台220的中心的位置的校准计500进行仿形扫描”的动作和对设置在转台220的中心的被测物体进行测量的动作在“在转台220进行转动时使触针头361对转台220上的物体进行仿形扫描”方面是相同动作。实际上，用以“测量”校准计500(ST200)的操作控制与用于测量被测物体的部件程序可以相同。因此，为了方便，还将“使触针头361对位于远离转台220的中心的位置的校准计500进行仿形扫描”的动作称为“测量”。

在该示例中，作为第一模式，考虑测量轴L已对准的情况。(测量轴L对准表示转台220的转动轴线和触针头361的测量轴L在同一平面上以直角交叉。该定义还适用于全文。)图8～14示出在测量轴L已对准的情况下的示例性操作。在图8所示的状态中，测量轴L穿过转台220的中心；换句话说，测量轴L已对准。(因此，不必对测量轴L进行校准。然而，用户无法判定测量轴L是否对准)。

首先，如图8所示，假定校准计500设置在远离转台220的中心的位置。然后，开始校准计500的测量。该测量操作本身可以利用圆度测量装置100(主计算机110)上所预设的测量部件程序来执行。转台220从图8所示的状态起转动。(在该示例中，沿图中的顺时针方向发生转动)。在图9所示的状态中，即使在触针头361沿着测量轴L进退的情况下，触针头361与校准计500也没有相接触。

在与图9所示的状态相比转动进一步前进的情况下，如图10所示，校准计500的外侧面与触针头361相接触。将开始触针头361和校准计500之间的接触的时间点时的转台220的相位指定为θi。这里，作为示例，θi＝32°。

在触针头361与校准计500的外侧面相接触的情况下，获得触针头361的坐标值(具体为X坐标值)与转台220的相位成对的测量数据。

在转台220进一步转动的情况下，触针头361对校准计500的外侧面进行仿形扫描。在该示例中，触针头361在被校准计500的外侧面按压的情况下，有可能在X轴的正方向上发生移位。图11示出触针头361在X轴的正方向上发生最大移位的状态。将触针头361已在X轴的正方向上发生最大移位时的测量值指定为“峰值”。此外，将展现出该峰值时的转台220的相位指定为θp。这里，作为示例，θp＝42°。

在峰值之后，在转台220进一步转动的情况下，在对校准计500的外侧面进行仿形扫描时，触针头361在X轴的负方向上发生移位。然而，在转台220的转动前进的情况下，校准计500最终移动得远离触针头361。(校准计500通过测量轴L，并且不再与测量轴L交叉。)图12示出紧挨在触针头361移动得远离校准计500之前的状态。将触针头361和校准计500之间的接触结束的时间点时的转台220的相位指定为θf。这里，作为示例，θf＝52°。

之后，即使在转台220转动的情况下，触针头361和校准计500也没有接触，并且测量(ST200)可以以触针头361远离校准计500的状态结束。这样，获得了触针头361的坐标值(具体为X坐标值)与转台220的相位成对的测量数据。

一旦这样获得了校准计500的测量数据，接着进行测量数据的分析(ST300)。利用主计算机110执行数据分析处理(ST300)。图5是示出数据分析过程的流程图。该数据分析包括主点计算处理ST300A和指标值计算处理ST300B。

首先，说明从主点计算处理ST300A开始。主点是指上述的θi、θp和θf。θi是在开始触针头361和校准计500之间的接触的时间点时的转台220的相位。θi被称为接触开始相位(检测开始相位)。θp是在展现出峰值时的转台220的相位。θp被称为峰相位。θf是在触针头361和校准计500之间的接触结束的时间点时的转台220的相位。θf被称为接触结束相位(检测结束相位)。

主计算机110分析测量数据并且定义接触开始相位θi、峰相位θp和接触结束相位θf。在本示例中，将测量数据映射到XY面返回诸如图13所示的图等的图。获得测量数据在转台220的转动角为32°的情况下开始(ST310)，并且在该转动角为52°的情况下结束(ST330)。因此，接触开始相位θi＝32°(ST320)并且接触结束相位θf＝52°(ST340)。

另外，在搜索峰值的情况下，在转台220的转动角为42°时，触针头361在X轴的正方向上发生最大移位(ST350)，因此峰相位θp＝42°(ST360)。

从主点(θi、θp和θf)的计算(ST300A)起继续，计算轴偏移指标值M(ST300B)。轴偏移指标值M是与从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角与从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角之间的差相对应的值。

求出从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角即(θp-θi)(ST370)。在该示例中，42°-32°＝10°。接着，求出从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角即(θf-θp)(ST380)。在该示例中，52°-42°＝10°。然后，{(θp-θi)-(θf-θp)}＝M(ST390)。在该示例中，M＝10°-10°＝0°。在求出了轴偏移指标值M的情况下，数据分析完成。

接着，进行模式判断(ST400)。利用主计算机110执行模式判断处理(ST400)。在该模式判断中(ST400)，基于轴偏移指标值M的值来判断转动中心和测量轴L之间的相对位置关系。图6是示出模式判断(ST400)过程的流程图。

主计算机110首先将轴偏移指标值M的绝对值|M|与预定阈值ε进行比较(ST410)。在轴偏移指标值M的绝对值|M|等于或小于预定阈值ε的情况下(ST410中为“是”)，判断为测量轴L最大限度地通过转台220的转动中心附近，并且判断为测量轴对准的校准正确且完成(ST420)。

在测量轴L通过转台220的转动中心附近的情况下，即使在校准计500位于远离转台220的转动中心的位置的状态下测量校准计500时，由于校准计500自身的几何对称性，接触开始相位θi和接触结束相位θf相对于这两者之间的峰相位θp也应显示对称性。因此，在轴偏移指标值M等于或小于预定阈值ε的情况下，可以判断为测量轴L通过转台220的转动中心附近。将轴偏移指标值M等于或小于给定的预定阈值ε并且不需要测量轴L的校准的模式指定为第一模式。

没有特别限制阈值ε的值，但例如优选将该值定义为1°以下的数值。

接着，主计算机110向用户通知该第一模式、即测量轴对准正确(ST500)。向用户通知的方法可以包括音频或语音通知、或者打印在纸张上，但在该示例中通过在监视器112上提供引导显示来实现(ST500)。图14示出示例性引导显示。测量轴L以叠加在转台200的图像上的方式显示在监视器画面上，并且在本示例中，显示“OK(通过)”符号以表示成功地进行了测量轴对准。

一旦用户查看引导显示并且确认了校准为“OK”(ST600中为“是”)，用户将校准计500从转台220移除(ST700)，并且继续进行被测物体W的测量。

上述示例是测量轴L已对准(测量轴L通过转台220的转动中心附近)的情况。以下将说明测量轴L发生偏移的情况。图15～19示出测量轴L相对于转台220的转动轴线在正Y方向上发生偏移的情况。将这指定为第二模式。与上述示例相同并且如图15所示，将校准计500设置在转台220上并且测量校准计500(ST100,ST200)。在转台220转动的情况下，触针头361开始与校准计500相接触(图15)，并且伴随着转台220的进一步转动，触针头361被校准计500的外侧面推动并且在X轴的正方向上发生移位(图16)。另外，在转台220的转动前进的情况下，触针头361最终移动得远离校准计500(图17)。将这样获得的测量数据映射到XY面返回例如图18所示的图等的图。

在本示例中，测量轴L相对于转台220的转动轴线在正Y方向上发生偏移，因此与前一示例相比(图8～14)，可以直观地理解到接触开始相位θi、峰相位θp和接触结束相位θf全部变小。通过数据分析(ST300)，定义接触开始相位θi、峰相位θp和接触结束相位θf(ST310～ST360)。作为示例，接触开始相位θi为18°，接触结束相位θf为40°，并且峰相位θp为27°。

然后，计算轴偏移指标值M。求出从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角即(θp-θi)(ST370)。在该示例中，27°-18°＝9°。求出从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角即(θf-θp)(ST380)。在该示例中，40°-27°＝13°。然后，求出{(θp-θi)-(θf-θp)}＝M(ST390)。在该示例中，9°-13°＝-4°。

校准计500自身具有几何对称性；然而，由于测量轴L发生偏移，因此测量结果可能具有无对称性的失真形状。换句话说，接触开始相位θi和接触结束相位θf相对于这两者之间的峰相位θp没有展现出对称性。在测量轴L在负Y方向上发生偏移的情况下，从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角(θp-θi)小于从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角(θf-θp)。因此，轴偏移指标值M是负数。

基于轴偏移指标值M来进行模式判断(ST400)。将轴偏移指标值M的绝对值|M|与预定阈值ε进行比较(ST410)。在该示例中，轴偏移指标值M的绝对值|M|超过预定阈值ε(ST410中为“否”)。在轴偏移指标值M的绝对值|M|超过预定阈值ε的情况下，确认轴偏移指标值M的符号(ST430)。在轴偏移指标值M的值为负的情况下(ST430中为“是”)，判断为测量轴L在正Y方向上发生偏移。因此，需要用以使测量轴L在负Y方向上移动的校准(ST440)。将需要用以使测量轴L在负Y方向上移动的模式指定为第二模式。

图19示出示例性引导显示。测量轴L以叠加在转台220的图像上的方式显示在监视器画面上，并且在本示例中，给出使测量轴L在正Y方向上发生偏移的指示，并且连同该指示一起，箭头符号(602)表示在校准期间进行移位的方向。

一旦用户查看引导显示并且确认了需要轴对准校准(ST600中为“否”)，用户根据该引导利用校准螺纹构件(341和342)使测量轴L发生移位(ST800)。在校准之后，再次执行ST200～ST600，并且用户确认了测量轴L的校准是“OK”(ST600中为“是”)。之后，用户将校准计500从转台220移除(ST700)并且继续进行被测物体W的测量。

作为第三个示例，说明测量轴L相对于转台220的转动线轴在负Y方向上发生偏移的情况。图20～24示出测量轴L相对于转台220的转动线轴在负Y方向上发生偏移的情况。将这指定为第三模式。与上述示例相同并且如图20所示，将校准计500设置在转台220上并且测量校准计500(ST100,ST200)。在转台220转动的情况下，触针头361开始与校准计500相接触(图20)，并且伴随着转台220的进一步转动，触针头361被校准计500的外侧面推动并在X轴的正方向上发生移位(图21)。另外，在转台220的转动前进的情况下，触针头361最终移动得远离校准计500(图22)。

例如，将这样所获得的测量数据映射到XY面返回诸如图23所示的图等的图。在本示例中，测量轴L相对于转台220的转动轴线在负Y方向上发生偏移，因此与先前的示例(图8～14)相比，可以直观地理解到接触开始相位θi、峰相位θp和接触结束相位θf全部变大。通过数据分析(ST300)，定义接触开始相位θi、峰相位θp和接触结束相位θf(ST310～ST360)。作为示例，接触开始相位θi为46°，接触结束相位θf为68°，并且峰相位θp为58°。

然后，计算轴偏移指标值M。求出从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角即(θp-θi)(ST370)。在该示例中，58°-46°＝12°。求出从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角即(θf-θp)(ST380)。在该示例中，68°-58°＝10°。然后，求出{(θp-θi)-(θf-θp)}＝M(ST390)。在该示例中，M＝12°-10°＝2°。

与上述示例(图15～19)相同，由于测量轴L发生偏移，因此测量结果可能具有无对称性的失真形状，并且接触开始相位θi和接触结束相位θf相对于这两者之间的峰相位θp没有展现出对称性。在该示例中，在测量轴L在负Y方向上发生偏移的情况下，从接触开始相位θi起直到峰相位θp为止的转动角(θp-θi)大于从峰相位θp起直到接触结束相位θf为止的转动角(θf-θp)。因此，轴偏移指标值M是正数。

将轴偏移指标值M的绝对值|M|与预定阈值ε进行比较(ST410中为“否”)，然后确认轴偏移指标值M的符号(ST430中为“否”)。在轴偏移指标值M的值为正的情况下(ST430中为“否”)，判断为测量轴L在负Y方向上发生偏移(ST450)。因此，需要用以使测量轴L在正Y方向上移动的校准(ST450)。将需要用以使测量轴L在正Y方向上移动的模式指定为第三模式。

图24示出示例性引导显示。测量轴L以叠加在转台220的图像上的方式显示在监视器画面上，并且在本示例中，给出使测量轴L在负Y方向上发生偏移的指示，并且连同该指示一起，箭头符号(603)表示在校准期间进行移位的方向。

一旦用户查看引导显示并且确认了需要轴对准校准(ST600中为“否”)，用户根据该引导利用校准螺纹构件(341和342)使测量轴L发生移位(ST800)。在校准之后，再次执行ST200～ST600，并且用户确认了测量轴L的校准是“OK”(ST600中为“是”)。之后，用户将校准计500从转台220移除(ST700)并且继续进行被测物体W的测量。

通过具有上述结构的第一实施例实现了以下的有益效果。

(1)在本实施例中，校准计500设置在远离转台220的中心的位置。在被测物体W的测量正在进行期间的情况下，被测物体W可以保持在原位置并且校准计500可以设置在转台220的未占用区域中。因此，即使在测量被测物体W期间更换触针360、或者头保持件340的姿势改变的情况下，也不必在使测量轴对准之后再次进行转台220和被测物体W的定中心。这样使得能够提高测量效率。此外，可以通过简单的操作来进行触针360的更换和头保持件340的姿势改变，因此可以响应于被测物体W的测量位置来有意地进行触针360的更换和头保持件340的姿势改变。因此，提高测量任务的便利性和测量精度。

(2)在本实施例中，校准计500可以设置在远离转台200的中心的位置，并且例如，不必对校准计500的位置进行细微调整。传统上，主球90必须设置在转台220的中心，因此需要用以使主球90居中的作业。在这方面，本实施例被大大简化。

(3)在本实施例中，根据轴偏移指标值M的符号来判断测量轴L在哪个方向上发生偏移。另外，通过引导显示向用户给出关于测量轴L要在哪个方向上移动的指示。传统上，通过在触针头361撞击主球90时沿着Y轴重复地接近和远离触针头361来寻找峰点。在这方面，根据本实施例，可以期望大大缩短使测量轴对准所需的时间量。

(4)本实施例提供上述的创新性结果；然而，校准计500自身是传统领域内众所周知的主球90等，并且不需要使用专用计。因此，在采用本实施例的情况下，所需的附加成本较少，并且可以以低成本将本实施例添加至现有的圆度测量装置100。

第一变形例

说明本实施例的多个典型变形例。由于校准计500设置在转台220的中心以外，因此例如，如图25所示，校准计500可以设置在转台220的侧面上。在这种情况下，即使在将校准计500保持安装至转台220的情况下，也不会对被测物体W的测量产生任何影响。因此，校准计500可以始终保持安装至转台220的侧面。

第二变形例

校准计500不限于球体。校准计500仅需相对于峰值具有对称性、即具有所谓的面对称性的图形。例如，如图26所示，校准计500可以是具有面对称性的诸如正棱柱或正棱锥等的多边形，诸如三角柱或三角锥等(底面是等边三角形或等腰三角形的形状)。校准计500不限于具有凸形的图形，并且例如作为代替，可以具有诸如图27所示等的凹形，只要校准计500具有面对称性即可。在这种情况下，凹部凹进最深的位置与峰值相对应。在这方面，在校准计500是球体的情况下，校准计500显然相对于通过球体中心的所有面具有面对称性。作为对比，在将非球体的校准计500设置在转台220上的情况下，校准计500必须以转动轴和转台220的直径处于校准计500的对称面上的方式设置在转台220上。

第三变形例

在上述实施例中，主计算机110基于校准计500的测量结果来求出测量轴L在哪个方向上发生偏移，并且通过监视器显示向用户显示这些结果。因此，经由用户所进行的手动操作来进行测量轴对准的任务。作为对比，如下配置也是可以的：基于校准计500的测量结果来进行与测量轴L在哪个方向上发生了什么程度的偏移有关的定量计算，并且具体计算校准量。除校准方向外，还可以通过监视器显示向用户显示校准量。用户可以进行用以使测量轴L发生所指示的校准量的移位的操作。可选地，测量轴对准可被配置为由主计算机110根据所计算出的校准量通过自动控制来自动进行。在校准计500的直径或安装位置(相对于转动中心的距离)、以及进一步地触针360或头保持件340的倾斜角度为已知的情况下，(由于为几何计算因此)从理论上可以具体计算校准量。

可选地，上述实施例的描述假定进行被称为“测量轴对准”的校准操作。然而，如下配置也是可以的：圆度测量装置掌握轴偏移方向和轴偏移量，并且根据该轴偏移方向和该轴偏移量来进行测量值的校正计算。

此外，本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下根据需要进行修改。在上述实施例中，例示了利用头保持件340所设置的校准螺纹构件341和342来使测量轴L移动的结构。然而，测量轴对准是转台220的转动轴线与触针头361的测量轴L对准，因此转台还可被配置为沿着Y轴发生移位。

没有限制用于向主计算机提供程序(轴偏移判断程序)的方法。可以将记录有该程序的(非易失性)记录介质直接插入计算机中并且安装该程序，或者可以将读取记录介质上的信息的读取装置从外部安装至计算机并且可以将该程序从该读取装置安装在计算机上，或者可以将该程序以无线方式或者经由诸如因特网、LAN线缆或电话电路等的通信电路提供至计算机。

注意，上述示例仅是为了说明的目的而提供的，并且决没有被构造成对本发明进行限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如在所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月9日提交的日本申请2015-045978的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。

Claims (12)

1.一种形状测量装置的校准方法，所述形状测量装置包括：

转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够绕X轴、Y轴和Z轴中的Z轴转动，其中所述X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直；以及

坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与所述X轴平行的方向线性移位，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，

所述校准方法包括以下步骤：

在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，将具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；

在驱动所述转台进行转动时，测量所述校准计，其中，所述测量包括：在所述触针头和所述校准计之间开始接触时、在接触过程中所述触针头的线性移位最大时以及在所述触针头和所述校准计之间的接触终止时，分别测量所述转台的相位；以及

基于测量到的所述转台的相位的模式，来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，还包括以下步骤：

基于所述校准计的测量结果来确定检测开始相位θi、检测结束相位θf和峰相位θp，其中所述检测开始相位θi是所述触针头与所述校准计之间开始接触时的所述转台的相位，所述检测结束相位θf是所述触针头与所述校准计之间的接触终止时的所述转台的相位，并且所述峰相位θp是在所述接触过程中所述触针头的线性移位最大时的所述转台的相位；以及

在将轴偏移指标值M定义成M＝{(θp-θi)-(θf-θp)}的情况下，根据所述轴偏移指标值M为正还是负来判断所述测量轴的偏移的方向。

3.根据权利要求1所述的校准方法，其中，所述校准计是在所述校准计的测量之前设置在所述转台的侧面上的。

4.根据权利要求2所述的校准方法，其中，所述校准计是在所述校准计的测量之前设置在所述转台的侧面上的。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的校准方法，其中，所述校准计是完整球体和部分球体其中之一。

6.一种形状测量装置的校准方法，所述形状测量装置包括：

转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够绕X轴、Y轴和Z轴中的Z轴转动，其中所述X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直；以及

坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与所述X轴平行的方向线性移位，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，其中能够在沿着Y轴的方向上对所述触针头的位置和所述转台的位置进行细微校准，

所述校准方法包括以下步骤：

在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，将具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；

在驱动所述转台进行转动时，测量所述校准计，其中，所述测量包括：在所述触针头和所述校准计之间开始接触时、在接触过程中所述触针头的线性移位最大时以及在所述触针头和所述校准计之间的接触终止时，分别测量所述转台的相位；

基于测量到的所述转台的相位的模式，来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移；以及

在判断了所述测量轴是否发生偏移之后，将所述测量轴的偏移方向的判断结果显示在监视器上，使得用户能够参考所述监视器的显示来进行所述触针头的位置的细微校准。

7.根据权利要求6所述的校准方法，其中，还包括以下步骤：

基于所述校准计的测量结果来确定检测开始相位θi、检测结束相位θf和峰相位θp，其中所述检测开始相位θi是所述触针头与所述校准计之间开始接触时的所述转台的相位，所述检测结束相位θf是所述触针头与所述校准计之间的接触终止时的所述转台的相位，并且所述峰相位θp是在接触过程中所述触针头的线性移位最大时的所述转台的相位；以及

在将轴偏移指标值M定义成M＝{(θp-θi)-(θf-θp)}的情况下，根据所述轴偏移指标值M为正还是负来判断所述测量轴的偏移的方向。

8.根据权利要求6所述的校准方法，其中，所述校准计是在所述校准计的测量之前设置在所述转台的侧面上的。

9.根据权利要求7所述的校准方法，其中，所述校准计是在所述校准计的测量之前设置在所述转台的侧面上的。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的校准方法，其中，所述校准计是完整球体和部分球体其中之一。

11.一种形状测量装置的校准方法，其中所述形状测量装置包括：

转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够绕X轴、Y轴和Z轴中的Z轴转动，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直；

坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与所述X轴平行的方向线性移位，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，其中具有面对称性的校准计设置在除所述转台的转动中心以外的位置；以及

主计算机，其经由运动控制器来进行所述转台和所述坐标测量部的工作控制，

所述校准方法包括以下步骤：

在采用穿过所述触针头的中心并且与X轴平行的假想线作为测量轴的情况下，通过所述主计算机来确定所述形状测量装置的轴偏移；

在驱动所述转台进行转动时，通过所述主计算机测量所述校准计，其中，所述测量包括：在所述触针头和所述校准计之间开始接触时、在接触过程中所述触针头的线性移位最大时以及在所述触针头和所述校准计之间的接触终止时，分别测量所述转台的相位；以及

通过所述主计算机，基于测量到的所述转台的相位的模式来判断所述测量轴相对于所述转台的转动轴是否发生偏移。

12.一种形状测量装置，包括：

转台，其用于放置被测物体，并且所述转台能够绕X轴、Y轴和Z轴中的Z轴为中心转动，其中X轴、Y轴和Z轴彼此相互垂直；

校准计，其具有面对称性，并且所述校准计位于除所述转台的转动中心以外的位置；以及

坐标测量部，其具有被配置为对所述被测物体进行检测的触针头，并且所述坐标测量部被配置为使所述触针头沿与所述X轴平行的方向线性移位，所述坐标测量部还被配置为使用所述触针头来执行沿着所述被测物体的表面的跟踪测量，

其中，所述跟踪测量包括：在所述触针头和所述校准计之间开始接触时、在接触过程中所述触针头的线性移位最大时以及在所述触针头和所述校准计之间的接触终止时，分别测量所述转台的相位。

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