CN107782222A - 坐标校正方法和坐标测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及坐标校正方法和坐标测定装置。前级校正步骤包括：将测定探头(300PR)配置于驱动机构(220PR)；限制测定触头(306PR)；分别获取移动量(Mpr)和探头输出(Ppr)；生成用于校正探头输出(Ppr)的由线性校正元素(ALE)和非线性校正元素(ANLE)构成的前级校正矩阵(AA)。后级校正步骤包括：将测定探头(300)配置于驱动机构(220)；限制测定触头(306)；分别获取移动量(M)和探头输出(P)；生成用于校正探头输出(P)的由线性校正元素(BLE)构成的中间校正矩阵(BB)；利用基于中间校正矩阵(BB)和前级校正矩阵(AA)生成的后级校正矩阵(EE)校正探头输出(P)。

Description

坐标校正方法和坐标测定装置
2016年8月26日提交的日本专利申请2016-166345的包括说明书、附图和权利要求书的全部内容通过引用而被包含于此。
技术领域
本发明涉及一种坐标校正方法和坐标测定装置，特别是涉及一种能够校正从测定探头输出的探头输出的非线性误差并且能够使紧挨着测定之前的校正简单化的坐标校正方法和坐标测定装置。
背景技术
以往，已知一种坐标测定装置，具备：测定探头，其具备测针和探头主体，该测针具有用于与被测定物接触的测定触头(接触构件)，该探头主体将该测针以能够移动的方式支承，按照该测定触头的位移进行探头输出；驱动机构，其用于保持该测定探头并使该测定探头移动；以及处理装置，其基于该探头输出和由该驱动机构使该测定探头移动的移动量运算所述被测定物的形状坐标。在该处理装置中，通过将驱动机构使测定探头在坐标测定装置的坐标系即装置坐标系上的移动量{xm，ym，zm}T(称为M)与在测定探头的坐标系即探头坐标系的探头输出{xp，yp，zp}T(称为P)相加，能够运算式(1)所示的形状坐标{x，y，z}T(称为XX)。
在此，在日本专利5297787号公报(以下称为日本专利文献1)中，为了降低装置坐标系与探头坐标系的不一致所产生的误差，提出了如下一种方法：在限制了测定触头的平动位移的状态下由驱动机构驱动测定探头，基于此时的多个测定点处的测定探头的移动量M和探头输出P生成校正矩阵A。通过求出的校正矩阵A，能够如式(2)所示那样从探头输出P变换为在装置坐标系上的变换输出{xp_m，yp_m，zp_m}T(称为PM)。而且，如式(3)所示那样，通过将测定探头的移动量M加上该变换输出PM，能够运算形状坐标XX。
其中，校正矩阵A
此外，符号A11～A33是构成校正矩阵A的校正元素，用于校正探头输出P的各坐标成分。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在日本专利文献1中，设为能够通过校正矩阵A的校正元素A11～A33仅对探头输出P的1次的坐标成分(称为线性坐标成分)分别进行校正。在此，例如存在如下的情况：在测定探头中将测针以能够移动的方式支承的构件的所谓弹簧结构(包括弹簧主体及其引导件)、检测测针的位移的探头传感器未必在3个方向的各个方向上都进行线性的响应。例如，在弹簧结构的弹簧常数为非线性的情况下，当测定触头与驱动机构之间的距离在弹簧常数为非线性的方向上发生变化时，测定触头在该方向上的变化有可能成为非线性。另外，例如由于弹簧结构的非线性的响应，也有可能在固定方向的测定力施加于测定触头时，测定触头进行圆弧运动地产生位移。并且，例如由于探头传感器的非线性的响应，还有可能在探头输出中包含非线性误差。也就是说，即使装置坐标系与探头坐标系的不一致所产生的误差被消除，也有可能无法消除在上述的弹簧结构、探头传感器中进行了非线性响应时从测定探头输出的探头输出的非线性误差。此外，假设能够进行能够消除上述非线性误差的校正，为此进行的校正也变得复杂(包含用于该校正的专用工具的准备和测定点的增多)，有可能在紧挨着测定之前无法简单地进行校正。
本发明是为了解决所述以往的问题点而完成的，其课题在于提供一种能够校正从测定探头输出的探头输出的非线性误差并且能够使紧挨着测定之前的校正简单化的坐标校正方法和坐标测定装置。
用于解决问题的方案
本申请的第1发明所涉及的发明通过以下的第一坐标测定装置的坐标校正方法解决所述课题，该第一坐标测定装置具备：第一测定探头，其具备第一测针和探头主体，该第一测针具有用于与被测定物接触的第一测定触头，该探头主体将该第一测针以能够移动的方式支承，并按照该第一测定触头的位移进行第一探头输出；第一驱动机构，其使该第一测定探头相对于所述被测定物相对地移动；以及第一处理装置，其基于该第一探头输出和由该第一驱动机构使该第一测定探头移动的第一移动量运算所述被测定物的形状坐标，在该坐标校正方法中，作为前级校正步骤，包括以下步骤：将第二测定探头配置于第二坐标测定装置的第二驱动机构，该第二坐标测定装置具备所述第二驱动机构和第二处理装置，该第二驱动机构使所述第二测定探头移动，该第二测定探头具备将具有第二测定触头的第二测针以能够移动的方式支承的所述探头主体，该第二处理装置基于按照所述第二测定触头的位移的第二探头输出和由该第二驱动机构使该第二测定探头移动的第二移动量求出能够对针对该第二移动量的该第二探头输出进行校正的前级校正矩阵；限制所述第二测定触头的平动位移；在由所述第二驱动机构使所述第二测定探头进行了移动时分别获取所述第二移动量和所述第二探头输出；以及使用所述第二移动量和所述第二探头输出来生成所述前级校正矩阵，所述前级校正矩阵由分别用于对所述第二探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分进行校正的第二线性校正元素和第二非线性校正元素构成，所述第二移动量和所述第二探头输出是在该第二线性校正元素的数量与该第二非线性校正元素的数量的合计数以上的测定点处分别获取的，作为后级校正步骤，包括以下步骤：将所述第一测定探头配置于所述第一驱动机构；限制所述第一测定触头的平动位移；在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动，分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出；使用所述第一移动量和所述第一探头输出来生成由用于对该第一探头输出的线性坐标成分进行校正的第一线性校正元素构成的中间校正矩阵；以及利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出。
本申请的第2发明所涉及的发明为，作为所述前级校正步骤，还包括以下步骤：将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，作为所述后级校正步骤，还包括以下步骤：使用所述前级中间校正矩阵生成所述后级校正矩阵。
本申请的第3发明所涉及的发明为，利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：将所述中间校正矩阵与所述前级中间校正矩阵相乘来生成所述后级校正矩阵。
本申请的第4发明所涉及的发明为，作为所述前级校正步骤，还包括以下步骤：与所述第二测定探头的不同的形态数对应地变更该第二测定探头的形态，重复进行从将该第二测定探头配置于所述第二驱动机构的步骤至生成所述前级校正矩阵的步骤；以及基于多个该前级校正矩阵，生成所述第二线性校正元素或该第二测定探头的形态与所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素之间的相关关系，利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：使用所述相关关系求出所述第一线性校正元素来代替所述第二线性校正元素，或者使用所述相关关系求出与所述第一测定探头的形态对应的所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素来代替与所述第二测定探头的形态对应的非线性校正元素；以及利用所述第一线性校正元素和该前级中间校正矩阵的非线性校正元素生成所述后级校正矩阵。
本申请的第5发明所涉及的发明为，所述第二测定探头的不同的形态数基于所述第二测针的不同的形态数，并且所述第一测定探头的形态基于所述第一测针的形态。
本申请的第6发明所涉及的发明为，限制所述第二测定触头的平动位移的步骤被设为如下的步骤：在该第二测定触头的位移为0的基准位置处限制该第二测定触头的平动位移且不限制该第二测定触头的以其中心位置为旋转中心的旋转位移，在由所述第二驱动机构使所述第二测定探头进行了移动时分别获取所述第二移动量和所述第二探头输出的步骤设为如下的步骤：分别获取在使所述第二测定探头从所述基准位置移动到各测定点的时间点的第二移动量和所述第二探头输出。
本申请的第7发明所涉及的发明为，限制所述第一测定触头的平动位移的步骤是使该第一测定触头接触校正基准体的步骤，在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动时分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：压入驱动步骤，使所述第一测定触头在相对于所述校正基准体的表面而言的法线方向上与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该第一测定触头反向移动而离开该表面；以及仿形驱动步骤，形成由所述第一测定触头以固定的压入量按压所述校正基准体的状态并使该第一测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动。
本申请的第8发明所涉及的发明为，相对于所述校正基准体的表面而言的法线方向被设为将相互正交的3个方向和测定力与所述3个方向中的2个方向的测定力互为反向的2个方向合起来的合计5个方向，在各个方向上进行所述压入驱动步骤。
本申请的第9发明所涉及的发明为，在相互正交的3个平面上分别进行所述仿形驱动步骤中的所述第一测定触头的以固定的压入量的压入。
本申请的第10发明所涉及的发明是一种第一坐标测定装置，具备：第一测定探头，其具备第一测针和探头主体，该第一测针具有用于与被测定物接触的第一测定触头，该探头主体将该第一测针以能够移动的方式支承，并按照该第一测定触头的位移进行第一探头输出；第一驱动机构，其使该第一测定探头相对于所述被测定物相对地移动；以及第一处理装置，其基于该第一探头输出和由该第一驱动机构使该第一测定探头移动的第一移动量运算所述被测定物的形状坐标，在该第一坐标测定装置中，还具备用于限制所述第一测定触头的平动位移的限制单元，所述第一处理装置具备：存储部，其用于保存由具备第二驱动机构和第二处理装置的第二坐标测定装置中的该第二处理装置进行处理得到的结果，该第二驱动机构使第二测定探头移动，该第二测定探头具备将具有第二测定触头的第二测针以能够移动的方式支承的所述探头主体，所述第二处理装置基于按照所述第二测定触头的位移的第二探头输出和由该第二驱动机构使该第二测定探头移动的第二移动量生成前级校正矩阵，该前级校正矩阵由分别用于对针对该第二移动量的该第二探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分进行校正的第二线性校正元素和第二非线性校正元素构成；坐标获取部，其在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动时分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出；矩阵生成部，其使用所述第一移动量和所述第一探头输出来生成由用于对该第一探头输出的线性坐标成分进行校正的第一线性校正元素构成的中间校正矩阵；以及探头输出校正部，其利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出。
本申请的第11发明所涉及的发明为，所述存储部保存所述前级校正矩阵来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果。
本申请的第12发明所涉及的发明为，所述第二处理装置还将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，所述存储部保存所述前级中间校正矩阵来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果，所述矩阵生成部还将所述中间校正矩阵与所述前级中间校正矩阵相乘来生成后级校正矩阵。
本申请的第13发明所涉及的发明为，所述第一处理装置还将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，所述存储部保存基于与所述第二测定探头的不同的形态数对应的多个所述前级校正矩阵生成的所述第二线性校正元素或该第二测定探头的形态与所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素之间的相关关系来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果，所述矩阵生成部还使用所述相关关系求出所述第一线性校正元素来代替所述第二线性校正元素、或者使用所述相关关系求出与所述第一测定探头的形态对应的所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素来代替与所述第二测定探头的形态对应的非线性校正元素，利用所述第一线性校正元素和该前级中间校正矩阵的非线性校正元素来生成后级校正矩阵
根据本发明，能够校正从测定探头输出的探头输出的非线性误差，并且能够使紧挨着测定之前的校正简单化。
通过以下针对优选实施例的详细说明，本发明的这些以及其它新颖特征和优点将变得明显。
附图说明
将参考附图来说明优选实施例，其中在整个附图中，利用相同的附图标记来表示相同的元件，其中：
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的坐标测定装置的一例的示意图。
图2是图1的坐标测定装置的框图。
图3是表示图1的坐标测定装置的测定探头的立体图。
图4是表示第一实施方式所涉及的其它的坐标测定装置的一例的示意图。
图5是图4的坐标测定装置的框图。
图6A是表示用于限制图4的坐标测定装置的测定触头的平动位移的限制单元的立体图，图6B是表示图4的坐标测定装置的测定触头与限制单元进行接触的位置的图。
图7是表示图4的坐标测定装置的测定探头的立体图。
图8是表示使用图1、图4所示的坐标测定装置进行坐标校正的过程的流程图。
图9是表示图8的前级校正步骤的过程的一例的流程图。
图10是表示图8的后级校正步骤的过程的一例的流程图。
图11是表示图10的压入测定的顺序的流程图。
图12A是表示图11的压入测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的顶视图，图12B是表示图11的压入测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的侧视图。
图13是表示图11的一个方向上的压入测定的过程的流程图。
图14是表示图10的仿形测定的顺序的流程图。
图15A是表示图14的仿形测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的顶视图，图15B是表示图14的仿形测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的侧视图。
图16是表示本发明的第二实施方式所涉及的前级校正步骤的过程的一例的流程图。
图17是表示本发明的第二实施方式所涉及的后级校正步骤的过程的一例的流程图。
图18A是表示本发明的第二实施方式所涉及的非线性校正元素相对于线性校正元素的相关关系的一例的曲线图，图18B是表示本发明的第二实施方式所涉及的非线性校正成分相对于测针的不同形态的相关关系的一例的曲线图。
图19是表示本发明的第三实施方式所涉及的在前级校正步骤中使用的限制单元和测定触头的示意图。
图20是表示使用图19的限制单元时的前级校正步骤的过程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式的一例。
参照图1～图15B说明本发明的第一实施方式所涉及的坐标测定装置。
最初说明图4所示的坐标测定装置(第二坐标测定装置)100PR的整体结构。在本实施方式中，坐标测定装置100PR在进行坐标校正时负责其前半部分步骤即前级校正步骤。
如图4所示，坐标测定装置100PR具备使测定探头(第二测定探头)300PR移动的坐标测定装置主体200PR、具有进行手动操作的操纵杆111PR的操作单元110PR、以及处理装置(第二处理装置)400PR。
如图4所示，所述坐标测定装置主体200PR具备平板210PR、驱动机构(第二驱动机构)220PR、限制单元240PR(图6A)以及测定探头300PR。如图4所示，驱动机构220PR直立设置于平板210PR上，具备用于保持测定探头300PR并使测定探头300PR三维地移动的X轴驱动机构225PR、Y轴驱动机构226PR以及Z轴驱动机构227PR(图5)。此外，不限于此，也可以将测定探头固定，驱动机构通过使在被测定物W下方的平板本身或者在平板上且在被测定物W下方的构件移动来使被测定物W三维地移动。或者，驱动机构也可以使测定探头和被测定物W三维地移动。即，驱动机构只要是使测定探头相对于被测定物W相对地移动的机构即可(后述的驱动机构也同样)。
具体地说，如图4所示，驱动机构220PR具备能够沿装置坐标系的Ym方向移动的梁支承体221PR、架设于梁支承体221PR的梁222PR、在梁222PR上且能够沿装置坐标系的Xm方向移动的立柱223PR以及在立柱223PR内且能够沿装置坐标系的Zm方向移动的测杆224PR。而且，图5所示的X轴驱动机构225PR、Y轴驱动机构226PR以及Z轴驱动机构227PR分别设置在梁222PR与立柱223PR之间、平板210PR与梁支承体221PR之间以及立柱223PR与测杆224PR之间。此外，测定探头300PR被支承于测杆224PR的端部。
如图5所示，在X轴驱动机构225PR、Y轴驱动机构226PR、Z轴驱动机构227PR中分别设置有X轴标尺传感器228PR、Y轴标尺传感器229PR、Z轴标尺传感器230PR。因此，能够基于X轴标尺传感器228PR、Y轴标尺传感器229PR、Z轴标尺传感器230PR的输出求出测定探头300PR在装置坐标系上的移动量(第二移动量){xm，ym，zm}T(称为Mpr)。此外，在本实施方式中，X轴驱动机构225PR、Y轴驱动机构226PR以及Z轴驱动机构227PR的移动方向分别与装置坐标系的Xm方向、Ym方向、Zm方向一致。
限制单元240PR配置在平板210PR上，如图6A所示那样是用于限制测定探头300PR的测定触头306PR的平动位移的构件。而且，限制单元240PR还设为不限制测定触头306PR的以其中心为旋转中心的旋转位移的结构(也可以相应地限制旋转位移)。具体地说，限制单元240PR具备两个按压构件242A、242B、两个板状构件244A、244B、四个柱状部246A、246B以及基座构件248PR。两个按压构件242A、242B是角柱形状，被配置为能够以手动或电动方式沿着在配置于平板210PR上的基座构件248PR处设置的槽在图6A的黑色箭头所示的方向(两个按压构件242A、242B相向的方向即相向方向H)上滑动。即，两个按压构件242A、242B夹着测定触头306PR而相向地配设，能够对测定触头306PR进行按压。
而且，如图6A所示，在两个按压构件242A、242B的彼此相向一侧的侧面分别安装有板状构件244A、244B。板状构件244A、244B分别形成为具有与相向方向H正交的平面的矩形板状，并使长度方向(方向I，J)相互正交。而且，在板状构件244A、244B的彼此相向一侧的侧面以两个柱状部246A、246B的侧面分别突出的方式安装有两个柱状部246A、246B。两个柱状部246A以两个柱状部246A的轴与方向I平行的方式排列，两个柱状部246B以两个柱状部246B的轴与方向J平行的方式排列。此时，方向I、J均与相向方向H正交。即，构成为在两个按压构件242A、242B的在测定触头的一侧分别设置有在与相向方向H正交的方向I、J上具有轴的平行的两个柱状部246A、246B。而且，方向I和方向J也相互正交。而且，两个柱状部246A的侧面和两个柱状部246B的侧面作为与测定触头306PR接触的接触部246AA、246BA发挥功能，成为由柱状部246A、246B夹着测定触头306PR的结构。即，构成为将一个按压构件242A中的柱状部246A的轴和另一个按压构件242B中的柱状部246B的轴的方向I、J设置为彼此正交，在柱状部246A、246B处分别设置有接触部246AA、246BA。这些接触部246AA、246BA有四个，因此限制单元240PR能够限制(约束)测定触头306PR向任意方向的平动位移。也就是说，限制单元240PR结构简单，通过调整按压构件242A、242B彼此的距离，能够容易地限制测定触头306PR的平动位移并且不限制旋转位移。
另外，使得限制单元240PR的接触部246AA、246BA在图6B所示的内接于测定触头306PR的正四面体RT的四个顶点PX的位置处与测定触头306PR接触。因此，限制单元240PR设为用于限制测定触头306PR向任意方向的平动位移的最低限度的接触部246AA、246BA的数量(四个)，并且将该接触部246AA、246BA的位置设为在空间上均等的间隔。因此，能够使从柱状部246A、246B对测定触头306PR施加的力在空间上均等地分散，能够防止仅对测定触头306PR与接触部246AA、246BA的四个接触点的一部分施加过大的力。此外，不限于此，接触部也可以不在正四面体RT的各顶点PX的位置处，接触部也可以为五个以上。
此外，限制单元240PR也可以是日本专利文献1的图8所示那样的结构。也就是说，限制单元240PR的柱状部246A、246B也可以形成为圆柱状，能够绕轴旋转且能够沿轴的方向少量移动。在该情况下，即使按压构件242A、242B产生的对测定触头306PR的按压力稍大，限制单元240PR也能够不限制测定触头306PR的旋转位移且限制测定触头306PR的平动位移。
或者，限制单元240PR也可以是如日本专利文献1的图9所示那样的结构。也就是说，限制单元具备向测定触头306PR的中心按压测定触头306PR的四个按压构件，按压构件是分别具备与测定触头306PR接触的球形状的抵接构件和将抵接构件以能够旋转的方式支承的支承构件的结构。在该情况下，限制单元能够不限制测定触头306PR的向任何方向的旋转位移且限制测定触头306PR的平动位移。
测定探头300PR是所谓的仿形探头，如图7所示那样具备具有用于与被测定物W接触的球形状的测定触头(第二测定触头)306PR的测针(第二测针)304PR和将测针304PR以能够移动的方式支承的探头主体302。而且，探头主体302按照测定触头306PR的位移进行探头输出(第二探头输出){xp，yp，zp}T(称为Ppr)。在此，测针304PR被探头主体302中例如进行非线性的响应的弹簧结构所支承。而且，由内置于探头主体302的探头传感器310检测测定探头300PR中的测针304PR的位移。
如图5所示，探头传感器310具备检测测定触头306PR向探头坐标系的Xp方向(图7)的位移的X轴探头传感器312、检测测定触头306PR向探头坐标系的Yp方向的位移的Y轴探头传感器314以及检测测定触头306PR向探头坐标系的Zp方向的位移的Z轴探头传感器316。因此，能够基于X轴探头传感器312、Y轴探头传感器314、Z轴探头传感器316的输出求出测定触头306PR在探头坐标系中的坐标即探头输出Ppr。此外，X轴探头传感器312、Y轴探头传感器314、Z轴探头传感器316也可以不直接表示探头输出Ppr。
如图5所示，所述操作单元110PR与处理装置400PR的指令部402PR连接。能够从操作单元110PR向坐标测定装置主体200PR和处理装置400PR输入各种指令。
如图4所示，所述处理装置400PR具备动作控制器500PR和主计算机600PR，基于探头输出Ppr和由驱动机构220PR使测定探头300PR移动的移动量Mpr运算被测定物W的形状坐标XX。动作控制器500PR主要进行测定探头300PR的移动和测定的控制，主计算机600PR主要对由坐标测定装置主体200PR得到的测定结果进行处理。在本实施方式中，将动作控制器500PR和主计算机600PR的功能一并示出在图5的框图中来作为处理装置400PR，并在下面进行说明。此外，主计算机600PR具备键盘等输入单元120PR以及显示器、打印机等输出单元130PR。
如图5所示，处理装置400PR具备指令部402PR、驱动机构控制部404PR、坐标获取部406PR、矩阵生成部408PR、探头输出校正部410PR、形状坐标运算部412PR以及存储部414PR。此外，在本实施方式中，由于不使用探头输出校正部410PR和形状坐标运算部412PR，因此处理装置400PR也可以不具备这些部件。
图5所示的指令部402PR根据由操作单元110PR或输入单元120PR输入的指令来向驱动机构控制部404PR提供规定的指令。指令部402PR例如考虑用于使测定探头300PR向多个位置(测定点)移动的移动方向、移动距离、移动速度等而生成针对驱动机构220PR的每个控制周期的在装置坐标系上的坐标值来作为位置指令。另外，指令部402PR例如还能够对坐标获取部406PR指示由驱动机构220PR使测定探头300PR移动的移动量Mpr和获取探头输出Ppr的获取定时、获取数(测定点的数量n)。
图5所示的驱动机构控制部404PR能够根据指令部402PR的指令输出驱动控制信号Dpr，由此使电流流过驱动机构220PR的X、Y、Z轴驱动机构225PR、226PR、227PR的电动机来进行驱动控制。
图5所示的坐标获取部406PR分别获取从驱动机构220PR输出的在装置坐标系上的测定探头300PR的移动量Mpr和从探头传感器310输出的探头坐标系的探头输出Ppr。而且，坐标获取部406PR将获取到的数据(例如，探头输出Ppr和移动量Mpr)运算为矩阵生成部408PR所需要的形式(数据数和数据形式)，将其结果输出到矩阵生成部408PR(这样的运算也可以由矩阵生成部408PR来进行，坐标获取部406PR可以只是分别获取探头输出Ppr和测定探头300PR的移动量Mpr)。具体地说，坐标获取部406PR输出生成前级校正矩阵AA所需要的测定点的数量(获取数)n的测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn。此时，关于探头输出Ppr，坐标获取部406PR基于探头输出Ppr的1次的坐标成分xp、yp、zp运算求出2次以上的高次的坐标成分xp 2、yp 2、zp 2···和干扰坐标成分xpyp、ypzp、zpxp···。
图5所示的矩阵生成部408PR根据坐标获取部406PR的输出(测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn)生成前级校正矩阵AA。在此，例如设为在探头输出Ppr为0的位置(基准位置Pb)处限制了测定触头306PR的平动位移的状态。而且，当之后使测定探头300PR移动时，测定探头300PR从基准位置Pb起的移动量Mpr与利用前级校正矩阵AA校正后的探头输出(变换输出PM)成为绝对值相等、符号相反的关系。也就是说，来自坐标获取部406PR的输出(测定探头300PR的移动量Mn、探头输出Pn)满足式(4)。
{Mn}＝-[AA]{Pn}…(4)
其中，
测定探头300PR的移动量Mn
探头输出Pn
前级校正矩阵AA
在此，前级校正矩阵AA由用于对针对测定探头300PR的移动量Mpr的探头输出Ppr的线性坐标成分进行校正的线性校正元素(第二线性校正元素)ALE和用于对针对测定探头300PR的移动量Mpr的探头输出Ppr的非线性坐标成分进行校正的非线性校正元素(第二非线性校正元素)ANLE构成。此外，线性坐标成分是指1次的坐标成分xp、yp、zp，非线性坐标成分是指2次以上的高次的坐标成分xp 2、yp 2、zp 2、···和干扰坐标成分xpyp、ypzp、zpxp、···。而且，线性校正元素ALE是指分别与线性坐标成分xp、yp、zp相乘的元素A11、A12、A13、A21、A22、A23、A31、A32、A33，非线性校正元素ANLE是指与非线性坐标成分xp 2、yp 2、zp 2、···、xpyp、ypzp、zpxp、···相乘的、除了上述元素以外的元素A14、A15、···、A24、A25、···、A34、A35、···。
也就是说，矩阵生成部408PR通过对式(4)应用例如最小二乘法，能够如式(6)所示那样生成前级校正矩阵AA。
[AA]＝-{Mn}{Pn}T({Pn}{Pn)T)-1…(6)
此外，测定点的数量n设为线性校正元素ALE的数量与非线性校正元素ANLE的数量的合计数以上。也就是说，坐标获取部406PR在线性校正元素ALE的数量与非线性校正元素ANLE的数量的合计数以上的测定点处分别获取测定探头300PR的移动量Mpr和探头输出Ppr。
另外，矩阵生成部408PR如式(7)所示那样将仅由前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE构成的前级线性校正矩阵CC的逆矩阵与前级校正矩阵AA相乘来生成前级中间校正矩阵DD。此外，前级中间校正矩阵DD中的非线性校正元素(中间非线性校正元素)DNLE为元素C14、C15···。此外，前级中间校正矩阵DD也可以由矩阵生成部408来生成。
[CC]-1[AA]＝[DD]…(7)
图5所示的探头输出校正部410PR能够使用从矩阵生成部408PR输出的前级校正矩阵AA来校正由坐标获取部406PR获取到的探头输出Ppr。
图5所示的形状坐标运算部412PR通过将从探头输出校正部410PR输出的变换输出PM与由坐标获取部406PR获取到的测定探头300PR的移动量Mpr相加，能够运算被测定物W的形状坐标XX。
图5所示的存储部414PR存储有各种控制用初始值、各种处理用初始值、程序等。另外，存储部414PR存储由矩阵生成部408PR生成的前级校正矩阵AA、前级线性校正矩阵CC、前级中间校正矩阵DD等来作为由处理装置400PR基于前级校正矩阵AA进行处理得到的结果(包含前级校正矩阵AA本身)。
接着，说明图1所示的坐标测定装置(第一坐标测定装置)100的整体结构。在本实施方式中，坐标测定装置100在进行坐标校正时负责前级校正步骤之后的后级校正步骤。
如图1所示，坐标测定装置100具备使测定探头(第一测定探头)300移动的坐标测定装置主体200、具有进行手动操作的操纵杆111的操作单元110、以及处理装置(第一处理装置)400。此外，如图1～图3所示，坐标测定装置100设为与坐标测定装置100PR大致相同的结构、功能。因此，对坐标测定装置100中的相同的结构、功能的要素附加将附图标记的后两个英文字母“PR”去掉后的附图标记，并适当省略其具体的说明。
如图1所示，所述坐标测定装置主体200具备平板210、驱动机构(第一驱动机构)220、校正基准体(限制单元)240以及测定探头300。如图1所示，驱动机构220直立设置于平板210上，具备用于保持测定探头300并使测定探头300三维地移动的X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226以及Z轴驱动机构227(图2)。如图2所示，在X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226、Z轴驱动机构227中分别设置有X轴标尺传感器228、Y轴标尺传感器229、Z轴标尺传感器230。因此，能够基于X轴标尺传感器228、Y轴标尺传感器229、Z轴标尺传感器230的输出求出测定探头300在装置坐标系上的移动量(第一移动量){xm，ym，zm}T(称为M)。此外，在本实施方式中，X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226以及Z轴驱动机构227的移动方向分别与装置坐标系的Xm方向、Ym方向、Zm方向一致。
如图1所示，校正基准体240是球形状的构件(也称为基准球)，配置在平板210上。校正基准体240设为如下的结构：由于校正基准体240是球形状的构件，因此校正基准体240的表面的所有法线都通过校正基准体240的中心位置。此外，校正基准体240不限定于球形状的构件，也可以是圆柱、角柱、多角柱、以及在它们的柱中央具备凹部那样的结构，只要是用于限制测定触头的平动位移的限制单元即可。
如图3所示，测定探头300具备具有用于与被测定物W接触的球形状的测定触头(第一测定触头)306的测针(第一测针)304和将测针304以能够移动的方式支承的(测定探头300PR的)探头主体302。也就是说，设为内置探头传感器310的探头主体302在测定探头300和测定探头300PR中是相同的。此外，在坐标测定装置100中，从探头传感器310输出探头输出(第一探头输出)P。
如图1所示，所述处理装置400具备动作控制器500和主计算机600，基于探头输出P和由驱动机构220使测定探头300移动的移动量M运算被测定物W的形状坐标XX。在本实施方式中，将动作控制器500和主计算机600的功能一并示出在图2的框图中来作为处理装置400，并在下面进行说明。
如图2所示，处理装置400具备指令部402、驱动机构控制部404、坐标获取部406、矩阵生成部408、探头输出校正部410、形状坐标运算部412以及存储部414。
图2所示的指令部402根据由操作单元110或输入单元120输入的指令来向提供驱动机构控制部404规定的指令。指令部402例如考虑用于使测定探头300向多个位置(测定点)移动的移动方向、移动距离、移动速度等而生成针对驱动机构220的每个控制周期的在装置坐标系上的坐标值来作为位置指令。另外，指令部402例如还能够对坐标获取部406指示驱动机构220使测定探头300移动的移动量M和获取探头输出P的获取定时、获取数(测定点的数量n1)。
图2所示的驱动机构控制部404能够根据指令部402的指令输出驱动控制信号D，由此使电流流过驱动机构220的X、Y、Z轴驱动机构225、226、227的电动机来进行驱动控制。具体地说，驱动机构控制部404具备压入驱动机构控制部404A和仿形驱动机构控制部404B。
压入驱动机构控制部404A进行如下压入驱动步骤，利用驱动机构220，在成为相对于校正基准体240的表面而言的法线方向的5个方向上，使测定触头306分别与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使测定触头306反向移动而离开该表面。如图12A所示，压入驱动机构控制部404A中的5个方向例如是将相互正交的3个方向(XYZ的3个方向)和测定力与所述3个方向中的2个方向(X方向和Y方向)的测定力互为反向的2个方向(在X方向上为+X方向和-X方向，在Y方向上为+Y方向和-Y方向)合起来的方向。
仿形驱动机构控制部404B进行如下仿形驱动步骤，控制驱动机构220，形成在相互正交的3个平面上分别由测定触头306以(根据探头输出P得到的)固定的压入量按压校正基准体240的状态，并使测定触头306在校正基准体240的表面进行往复移动。如图15A、图15B所示，仿形驱动机构控制部404B中的3个平面例如是XY平面、XZ平面、YZ平面。由仿形驱动机构控制部404B使测定触头306在各个平面上沿着校正基准体240的表面逆时针地移动和顺时针地移动。
在本实施方式中，这些X方向、Y方向和Z方向分别是校正基准体240的表面的法线方向，且Z方向与测针304的轴方向O一致。即，压入驱动机构控制部404A中的5个方向包含测针304的轴方向O、与轴方向O正交的平面内的相互正交的2个方向以及测定力与该2个方向的测定力互为反向的2个方向。其结果，X方向、Y方向以及Z方向分别与装置坐标系的Xm方向、Ym方向以及Zm方向一致。此外，为了方便，将压入驱动机构控制部404A中的XYZ的3个方向与仿形驱动机构控制部404B中的XYZ的3个方向表述为相同，但是这些方向也可以相互错开。此外，驱动机构控制部404也可以控制驱动机构220来求出校正基准体240的中心位置。
图2所示的坐标获取部406在由驱动机构220使测定探头300进行了移动时分别获取测定探头300的移动量M和探头输出P。具体地说，在由压入驱动机构控制部404A和仿形驱动机构控制部404B将测定触头306与校正基准体240进行了接合(接触)时，坐标获取部406分别获取从驱动机构220输出的在装置坐标系上的测定探头300的移动量M和从探头传感器310输出的探头坐标系的探头输出P。以后将在利用压入驱动机构控制部404A进行的压入驱动步骤中将测定触头306与校正基准体240进行了接合时分别获取测定探头300的移动量M和探头输出P称为压入测定。另外，以后将在利用仿形驱动机构控制部404B进行的仿形驱动步骤中将测定触头306与校正基准体240进行了接合时分别获取测定探头300的移动量M和探头输出P称为仿形测定。
另外，坐标获取部406将获取到的数据(例如，探头输出P和移动量M)运算为矩阵生成部408所需要的形式(数据数和数据形式)，并将其结果输出到矩阵生成部408(这样的运算也可以由矩阵生成部408来进行，坐标获取部406可以只是分别获取探头输出P和测定探头300的移动量M)。具体地说，坐标获取部406通过压入测定和仿形测定而输出生成中间校正矩阵BB所需要的测定点的数量(获取数)n1的测定探头300的移动量M和探头输出P。例如，测定点的数量n1为压入测定中5个方向上的5p(p为1以上的整数)与仿形测定中3个平面上的进行往复(如图15A、图15B所示，在XY平面为360度、XZ平面和YZ平面均为180度左右的情况下，相当于合计(校正基准体240的)4周)得到的4q(q为1以上的整数)的合计数5p+4q。此外，在不由矩阵生成部408生成中间校正矩阵BB的情况下，坐标获取部406将探头输出P、测定探头300的移动量M分别保持原有的形式输出到探头输出校正部410、形状坐标运算部412。
图2所示的矩阵生成部408使用坐标获取部406的输出(测定探头300的移动量M和探头输出P)生成由用于校正探头输出P的线性坐标成分的线性校正元素(第一线性校正元素)BLE构成的中间校正矩阵BB。在此，在测定触头306与校正基准体240接触着的状态下，使用中间校正矩阵BB求出的在装置坐标系上的测定触头306的中心位置{xpm，ypm，zpm}T(称为PXX)与校正基准体240的中心位置{xc，yc，zc}T(称为PC)的距离在理想状态下为测定触头306的测定球的半径与作为校正基准体240的基准球的半径的和(称为测定触头306与校正基准体240的距离)R。但是，实际上，在坐标获取部406的第i(1≤i≤n1)个输出中，测定触头306的中心位置{xpmi，ypmi，zpmi}T(称为PXi)与校正基准体240的中心位置PC的距离和测定触头306与校正基准体240的距离R存在式(8)、(9)所示那样的距离误差fi(E)。此外，将作为第i(1≤i≤n1)个输出的测定探头300的移动量Mi和探头输出Pi分别设为{xmi，ymi，zmi}T、{xpi，ypi，zpi}T。另外，变量E表示{B11，B12，B13，B21，B22，B23，B31，B32，B33，xc，yc，zc，R}T。
fi(E)＝|PXi-PC|-R…(8)
其中，
测定触头306的中心位置PXi：
中间校正矩阵BB：
在此，中间校正矩阵BB由用于对针对测定探头300的移动量M的探头输出P的线性坐标成分xp、yp、zp进行校正的线性校正元素BLE构成。此外，线性校正元素BLE是指分别与线性坐标成分xp、yp、zp相乘的元素B11、B12、B13、B21、B22、B23、B31、B32、B33。此外，数量n1设为线性校正元素BLE的数量以上。
在此，将用于对距离误差fi(E)进行评价的评价函数J(E)表示为式(10)。
也就是说，矩阵生成部408通过非线性最小二乘法等计算使用式(10)表示的评价函数J(E)最小的变量E，由此能够计算中间校正矩阵BB的校正元素B11、B12、B13、B21、B22、B23、B31、B32、B33。此外，该计算能够使用Levenberg-Marquardt法等一般的解法。
另外，矩阵生成部408如式(11)所示那样将中间校正矩阵BB与由矩阵生成部408PR生成的前级中间校正矩阵DD相乘来生成后级校正矩阵EE。
[BB][DD]＝[EE]…(11)
图2所示的探头输出校正部410利用从矩阵生成部408输出的(基于中间校正矩阵BB和前级中间校正矩阵DD求出的)后级校正矩阵EE来校正由坐标获取部406获取到的探头输出P。也就是说，探头输出校正部410如式(12)所示那样通过后级校正矩阵EE校正探头输出P，由此求出在装置坐标系上的变换输出{xp_m，yp_m，zp_m}T(称为PM)。
{PM}＝[EE]{P}…(12)
此外，后级校正矩阵EE中的线性校正元素ELE为元素B11、B12、B13···，非线性校正元素ENLE为元素D14、D15···。
图2所示的形状坐标运算部412如式(13)所示那样将从探头输出校正部410输出的变换输出PM与由坐标获取部406获取到的测定探头300的移动量M相加，由此运算被测定物W的形状坐标XX。另外，形状坐标运算部412也能够基于由坐标获取部406获得的测定探头300的移动量M和探头输出P求出校正基准体240的中心位置PC。
{XX}＝{M}+{PM)…(13)
图2所示的存储部414存储有各种控制用初始值、各种处理用初始值、程序等。另外，存储部414存储由坐标测定装置100PR求出的前级校正矩阵AA、前级线性校正矩阵CC、前级中间校正矩阵DD、由矩阵生成部408生成的中间校正矩阵BB和后级校正矩阵EE来作为由处理装置400PR处理的结果。并且，存储部414还存储有由形状坐标运算部412得到的校正基准体240的中心位置PC。此外，存储部414还能够存储被测定物W、校正基准体240的CAD数据等。此外，将前级校正矩阵AA、前级线性校正矩阵CC、前级中间校正矩阵DD中的至少前级中间校正矩阵DD从坐标测定装置100PR的存储部414PR经由存储介质或通信单元存储到存储部414中。
接着，下面使用图8说明本实施方式所涉及的坐标校正的概要过程。
首先，使用坐标测定装置100PR进行前级校正步骤(图8的步骤S2)。前级校正步骤用于对测定探头300的产生非线性误差的非线性探头特性进行校正。前级校正步骤例如能够采用为测定探头300出厂时的校正步骤。当然，也可以是最终用户对测定探头300进行校正时的校正步骤。
接着，使用坐标测定装置100进行后级校正步骤(图8的步骤S4)。后级校正步骤用于与用于校正测定探头300的线性误差的测定数相应地进行非线性误差的校正。后级校正步骤例如能够采用为紧挨着最终用户利用测定探头300进行测定之前的校正步骤。当然，在前级校正步骤是工厂中途检查时的情况下，也可以进行后级校正来作为最终出厂时的校正。
接着，下面主要使用图9说明前级校正步骤。
首先，将测定探头300PR配置于坐标测定装置100PR的驱动机构220PR(图9的步骤S10)。
接着，将限制单元240PR固定于测定空间中的平板210PR的规定的位置处。然后，通过驱动机构220PR使测定触头306PR在限制单元240PR的柱状部246A与柱状部246B之间移动。然后，由柱状部246A和柱状部246B夹着测定触头306PR来限制测定触头306PR的平动位移(图9的步骤S12)。此时，限制单元240PR以不限制测定触头306PR的以其中心为旋转中心的旋转位移的按压力来抵接于测定触头306PR并夹着测定触头306PR。此外，通过在按压构件242A、242B中嵌入未图示的压力传感器等，能够稳定地控制该按压力。
接着，保持该限制状态(由限制单元240PR限制了测定触头306PR的平动位移的状态)不变，使驱动机构220PR驱动来使测定探头300PR移动到探头输出Ppr为0的位置。然后，将探头输出Ppr为0的位置设定为基准位置Pb(也就是说，使测定探头300PR移动到基准位置Pb)(图9的步骤S14)。
接着，保持该限制状态不变，按照驱动机构控制部404PR的驱动控制信号Dpr，由驱动机构220PR使测定探头300PR向测定空间内的多个位置(与测定点的数量n相同)移动。在使测定探头300PR移动到该多个位置时，坐标获取部406PR分别获取移动量Mpr和探头输出Ppr(图9的步骤S16)。换言之，坐标获取部406PR在由限制单元240PR将测定触头306PR限制于探头输出为0的基准位置Pb处的状态下，分别获取使第二测定探头从基准位置Pb分别移动到各测定点的时间点的移动量Mpr和探头输出Ppr。此外，此时的测定点的数量n为前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE的数量与非线性校正元素ANLE的数量的合计数以上。另外，适当地决定测定点，使得含盖在对被测定物W进行测定时测定触头306PR有可能接触并产生位移的方向。
然后，由矩阵生成部408PR使用针对数量n的测定点的测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn生成前级校正矩阵AA(图9的步骤S18)。然后，由矩阵生成部408PR将仅由前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE构成的前级线性校正矩阵CC的逆矩阵与前级校正矩阵AA相乘来生成前级中间校正矩阵DD(图9的步骤S19)。将所生成的前级校正矩阵AA、前级线性校正矩阵CC、前级中间校正矩阵DD存储到存储部414PR。同时，将前级校正矩阵AA、前级线性校正矩阵CC、前级中间校正矩阵DD中的至少前级中间校正矩阵DD通过通信功能或外部介质而存储到坐标测定装置100的存储部414。
接着，下面主要使用图10说明后级校正步骤。
首先，将从坐标测定装置100PR拆下的测定探头300PR配置于坐标测定装置100的驱动机构220(图10的步骤S20)。在该时间点将测定探头300PR设为测定探头300。也就是说，测针304可以与测针304PR相同，也可以不同。另外，测定探头300被驱动机构220支承时的姿势可以与测定探头300PR相同，也可以不同。
接着，将校正基准体240固定于测定空间中的平板210的规定的位置处。然后，使测定触头306接触校正基准体240，来求出校正基准体240的中心位置PC(图10的步骤S22)。具体地说，通过驱动机构控制部404使测定探头300移动，通过形状坐标运算部412基于由坐标获取部406获得的测定探头300的移动量M和探头输出P求出校正基准体240的中心位置PC。此外，校正基准体240的中心位置PC是为了利用校正基准体240的表面的所有法线都通过校正基准体240的中心位置PC的性质而求出的。将该中心位置PC存储到存储部414。
接着，在限制测定触头306的平动位移并由驱动机构220使测定探头300进行了移动时分别获取移动量M和探头输出P。具体地说，首先，在由压入驱动机构控制部404A和坐标获取部406控制驱动机构220来使测定触头306在5个方向上分别与校正基准体240的表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入之后使测定触头306反向移动而离开该表面的压入驱动步骤中，进行压入测定(图10的步骤S24)。此外，使将相互正交的3个方向和测定力与所述3个方向中的2个方向的测定力互为反向的2个方向合起来的合计5个方向分别成为相对于校正基准体240的表面而言的法线方向。即，该5个方向通过所求出的校正基准体240的中心位置PC。在后面记述压入测定的具体过程。
接着，在由仿形驱动机构控制部404B和坐标获取部406控制驱动机构220来形成在3个平面上分别由测定触头306以固定的压入量按压校正基准体240的状态并使测定触头306在校正基准体240的表面进行往复移动的仿形驱动步骤中，进行仿形测定(图10的步骤S26)。根据所求出的校正基准体240的中心位置PC预先生成该仿形测定的路径。此外，3个平面相互正交。仿形测定的具体过程也在后面记述。
接着，由矩阵生成部408根据通过压入测定和仿形测定得到的测定点的数量为n1的测定探头300的移动量M和探头输出P来生成由用于校正探头输出P的线性坐标成分的线性校正元素BLE构成的中间校正矩阵BB(图10的步骤S28)。然后，利用基于中间校正矩阵BB和前级中间校正矩阵DD生成的后级校正矩阵EE来校正探头输出P。
具体地说，首先，从存储部414读出由矩阵生成部408将仅由前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE构成的前级线性校正矩阵CC的逆矩阵与前级校正矩阵AA相乘来生成的前级中间校正矩阵DD，将读出的该前级中间校正矩阵DD与中间校正矩阵BB相乘来生成后级校正矩阵EE(图10的步骤S32)。也就是说，使用基于中间校正矩阵BB和前级校正矩阵AA的前级中间校正矩阵DD生成了后级校正矩阵EE。然后，在探头输出校正部410中利用后级校正矩阵EE来校正测定被测定物W时的探头输出P，得到变换输出PM(图10的步骤S34)。然后，由形状坐标运算部412将测定探头300的移动量M与变换输出PM合成来运算形状坐标XX。
在此，下面使用图11至图13说明压入测定的过程。
首先，如图12A、图12B所示，针对校正基准体240的+X方向的表面进行压入测定(M1)(图11的步骤S36)。然后，针对校正基准体240的+Y方向的表面进行压入测定(M2)(图11的步骤S38)。
接着，如图12A、图12B所示，针对校正基准体240的(测定力与+X方向的测定力互为反向的)-X方向的表面进行压入测定(M3)(图11的步骤S40)。然后，针对校正基准体240的(测定力与+Y方向的测定力互为反向的)-Y方向的表面进行压入测定(M4)(图11的步骤S42)。
接着，如图12A、图12B所示，针对校正基准体240的+Z方向的表面进行压入测定(M5)，从而结束压入测定(图11的步骤S44)。
在此，下面使用图13说明针对校正基准体240的+X方向的表面进行压入测定(M1)的具体过程。此外，除了方向和校正基准体240的侧面不同以外，针对校正基准体240的+X方向以外的侧面的压入测定的过程与下述说明的过程相同，因此省略它们的说明。
首先，由驱动机构220根据压入驱动机构控制部404A的输出(驱动控制信号D)来使测定探头300向-X方向而朝向校正基准体240的中心位置PC移动。也就是说，压入驱动机构控制部404A使测定触头306从校正基准体240的+X方向的表面的法线方向而向-X方向靠近移动(图13的步骤S46)。然后，确认测定触头306是否接触到校正基准体240(图13的步骤S48)。例如通过坐标获取部406中的探头输出P是否产生了(超过噪声水平的)变化来判断是否接触。如果测定触头306没有接触校正基准体240(图13的步骤S48：否(No))，则使测定探头300继续向朝向校正基准体240的中心位置PC的-X方向移动，使测定触头306进一步向-X方向移动。此外，也可以通过使用存储部414中所存储的测定触头306与校正基准体240的距离R的初始设定值和校正基准体240的中心位置PC来计算校正基准体240的+X方向的表面的坐标并由压入驱动机构控制部404A进行该坐标与指令部402的指令的比较来确认测定触头306是否接触到校正基准体240。或者，也可以通过由压入驱动机构控制部404A进行存储部414中所存储的初始设定值与从驱动机构220输出的在装置坐标系上的测定探头300的移动量M的比较来确认测定触头306是否接触到校正基准体240。
在测定触头306接触到校正基准体240时(图13的步骤S48：是(Yes))，由坐标获取部406开始获取测定探头300的移动量M和探头输出P(图13的步骤S50)。此外，保持原状继续利用驱动机构220使测定探头300向朝向校正基准体240的中心位置PC的-X方向移动。
接着，在坐标获取部406中确认接触后的测定探头300的移动量M是否超过规定的位移量(是否为规定的位移量以上)(图13的步骤S52)。如果接触后的测定探头300的移动量M没有超过规定的位移量(图13的步骤S52：否)，则保持原状继续利用驱动机构220使测定探头300向朝向校正基准体240的中心位置PC的-X方向移动。此外，也可以基于相当于规定的位移量的探头输出P的规定的压入量来确认接触后的测定探头300的移动量M是否超过规定的位移量。或者，也可以通过使用存储部414中所存储的测定触头306与校正基准体240的距离R的初始设定值和校正基准体240的中心位置PC计算校正基准体240的+X方向的表面的坐标并由压入驱动机构控制部404A进行从该坐标向-X方向减去规定的位移量得到的坐标与指令部402的指令的比较，来确认接触后的测定探头300的移动量M是否超过规定的位移量。此外，使规定的位移量大于假定的测定被测定物W时的探头输出P的压入量。
在接触后的测定探头300的移动量M超过规定的位移量时(图13的步骤S52：是)，压入驱动机构控制部404A使测定探头300停止向朝向校正基准体240的中心位置PC的-X方向移动。然后，压入驱动机构控制部404A使测定探头300开始向与该-X方向相反的方向(从校正基准体240的中心位置PC离开的+X方向)移动(图13的步骤S54)。此外，继续获取测定探头300的移动量M和探头输出P。
接着，确认测定触头306是否离开了校正基准体240(图13的步骤S56)。例如通过坐标获取部406中的探头输出P是否不产生(超过噪声水平的)变化来判断是否离开了。如果测定触头306接触着校正基准体240(图13的步骤S56：否)，则继续使测定探头300向从校正基准体240的中心位置PC离开的+X方向移动。也可以通过使用存储部414中所存储的测定触头306与校正基准体240的距离R的初始设定值和校正基准体240的中心位置PC计算校正基准体240的+X方向的表面的坐标并由压入驱动机构控制部404A进行运算出的该坐标与指令部402的指令的比较，来确认测定触头306是否离开了校正基准体240。或者，也可以通过由压入驱动机构控制部404A进行存储部414中所存储的初始设定值与从驱动机构220输出的在装置坐标系上的测定探头300的移动量M的比较，来确认测定触头306是否离开了校正基准体240。
在测定触头306离开了校正基准体240时(图13的步骤S56：是)，停止获取测定探头300的移动量M和探头输出P。然后，结束测定触头306的从+X方向的压入测定(M1)。
接着，下面使用图14、图15A、图15B说明仿形测定的过程。
首先，如图15A、图15B所示，使测定触头306以探头输出P的固定的压入量接触校正基准体240的表面，在XY平面上逆时针地进行仿形测定(M6)(图14的步骤S58)。然后，保持该固定的压入量不变，下次在该XY平面上顺时针地进行仿形测定(M7)(图14的步骤S60)。进行该仿形测定的角度范围越广越好，在XY平面上能够设为360度。此外，此处的固定的压入量设为在测定被测定物W时假定的平均的探头输出P的压入量(以后相同)。
接着，如图15A、图15B所示，使测定触头306以相同的固定的压入量接触校正基准体240的表面，在XZ平面上逆时针地进行仿形测定(M8)(图14的步骤S62)。然后，保持该固定的压入量不变，下次在该XZ平面上顺时针地进行仿形测定(M9)(图14的步骤S64)。进行该仿形测定的角度范围也是越广越好，但是在XZ平面上实际上达到180度左右(在YZ平面上也同样)。
接着，如图15A、图15B所示，使测定触头306以相同的固定的压入量接触校正基准体240的表面，在YZ平面上逆时针地进行仿形测定(M10)(图14的步骤S66)。然后，保持该固定的压入量不变，下次在该YZ平面上顺时针地进行仿形测定(M11)，从而结束仿形测定(图14的步骤S68)。
这样，在本实施方式中，能够基于在由坐标测定装置100PR进行的前级校正步骤中求出的前级校正矩阵AA中的非线性校正元素ANLE(前级中间校正矩阵DD中的非线性校正元素DNLE)求出后级校正矩阵EE中的负责校正(不是线性坐标成分的)非线性坐标成分的非线性校正元素ENLE。在此，在由坐标测定装置100进行的后级校正步骤中，构成为为了求出非线性校正元素ENLE而测定用于生成仅由线性校正元素BLE构成的中间校正矩阵BB的测定探头300的移动量M和探头输出P。也就是说，与校正探头输出P的线性误差的情况相比，用于由坐标测定装置100进行的坐标校正的工时、结构不会增多且复杂化，坐标测定装置100就能够还校正探头输出P的非线性误差。此外，例如测定探头300中将测针304以能够移动的方式支承的构件的所谓弹簧结构的弹簧常数为非线性的情况、不仅弹簧结构还在探头传感器进行非线性的响应的情况下产生的误差符合非线性误差。
另外，在本实施方式中，在前级校正步骤中基于前级校正矩阵AA还生成了前级中间校正矩阵DD。因此，在本实施方式中，与在后级校正步骤中基于前级校正矩阵AA求出前级中间校正矩阵DD的情况相比，能够减少后级校正步骤中的运算量。此外，不限于此，也可以在后级校正步骤中求出前级中间校正矩阵DD。
另外，在本实施方式中，前级校正步骤中的用于限制测定触头306PR的平动位移的步骤设为在测定触头306PR的位移为0的基准位置Pb处限制测定触头306PR的平动位移且不限制测定触头306PR的以其中心位置为旋转中心的旋转位移的步骤。而且，在由驱动机构220PR使测定探头300PR进行了移动时分别获取移动量Mpr和探头输出Ppr的步骤设为在使测定探头300PR从基准位置Pb分别移动到测定点的时间点分别获取移动量Mpr和探头输出Ppr的步骤。因此，针对测定探头300PR的移动量Mpr的探头输出Ppr是明确的，能够使测定单元简单化以及缩短测定时间，能够通过更简单的运算高精度地生成前级校正矩阵AA。此外，不限于此，限制测定触头306PR的平动位移的位置也可以不是测定触头306PR的位移为0的基准位置Pb，也可以相应地限制以测定触头306PR的中心位置为旋转中心的旋转位移。而且，在分别获取移动量Mpr和探头输出Ppr时也可以不将基准位置Pb作为基准。
另外，在本实施方式中，后级校正步骤中的用于限制测定触头306的平动位移的步骤设为使测定触头306接触校正基准体240的步骤。而且，在由驱动机构220使测定探头300进行了移动时分别获取移动量M和探头输出P的步骤包含压入驱动步骤和仿形驱动步骤，在该压入驱动步骤中，使测定触头306在相对于校正基准体240的表面而言的法线方向上与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使测定触头306反向移动而离开该表面，在该仿形驱动步骤中，形成由测定触头306以固定的压入量按压校正基准体240的状态并使测定触头306在校正基准体240的表面进行往复移动。即，由于在压入驱动步骤和仿形驱动步骤两方中都分别获取用于生成中间校正矩阵BB的移动量M和探头输出P，因此与仅在某一方的驱动步骤中分别获取移动量M和探头输出P来生成中间校正矩阵BB的情况相比，能够更准确地进行测定探头300实际进行仿形测定所需要的坐标校正。并且，在该仿形测定中，使测定触头306往复运动，因此能够进行消除了摩擦力影响的坐标校正。此外，不限于此，可以是压入驱动步骤和仿形驱动步骤中的任一个。进一步地说，也可以不是执行上述过程的测定探头300的压入驱动步骤和仿形驱动步骤。
另外，在本实施方式中，相对于校正基准体240的表面而言的法线方向设为将相互正交的3个方向和测定力与所述3个方向中的2个方向的测定力互为反向的2个方向合起来的合计5个方向，在各个方向上进行压入驱动步骤。也就是说，在本实施方式中，合计5个方向中的测针304的轴方向O设为Z方向，在X方向上设为+X方向和-X方向，在Y方向上设为+Y方向和-Y方向。因此，即使在XY平面上表现非对称的探头特性那样的情况下，也能够进行坐标校正使得在XY平面上的测针304的原点的+侧与-侧表现对称的探头特性。
另外，在本实施方式中，在相互正交的3个平面上分别进行仿形驱动步骤中的测定触头306的以固定的压入量的压入。因此，对于测定探头300的实际的仿形测定，能够在相互正交的3个方向上没有偏差地进行坐标校正。不限于此，也可以在相互不正交的3个平面上分别进行仿形驱动步骤，也可以不是3个平面，而是3个以下的平面数，还可以是3个以上的平面数。
此外，也可以利用前级中间校正矩阵DD来校正成为通过压入测定和仿形测定得到的结果的测定探头300的移动量M和探头输出P。然后，生成中间校正矩阵BB，将中间校正矩阵BB与前级中间校正矩阵DD相乘来生成后级校正矩阵EE。在该情况下，能够生成能够更正确地进行坐标校正的后级校正矩阵EE。
即，在本实施方式中，能够校正从测定探头300输出的探头输出P的非线性误差的同时，能够使紧挨着测定之前的坐标校正简单化。
例如，假定坐标测定装置100PR是测定探头300和坐标测定装置100的制造工厂中的主装置、坐标测定装置100是用于测定被测定物W的用户装置的情况。也就是说，设为在测定探头300PR从制造工厂出厂时进行前级校正步骤，用户使用该测定探头300PR的探头主体302进行用于生成中间校正矩阵BB的测定。此时，相比于用户使用单独测定出的结果进行坐标校正，用户通过使用在该前级校正步骤中得到的结果(前级校正矩阵AA等)能够实现高精度的坐标校正。例如仅在用户侧或制造工厂侧具备三维测定器100、100PR的情况下也能够同样地得到这样的效果。例如，在高精度地对测定探头300PR进行校正的特定部分中进行前级校正步骤、在制造、使用、销售测定探头300的各个部门中进行后级校正步骤的情况等。或者，坐标测定装置100PR、100也可以是相同的。例如，也可以在收到测定探头300PR时进行前级校正步骤，在由测定探头300实际测定时仅进行后级校正步骤。
列举第一实施方式说明了本发明，但是本发明不限定于第一实施方式。即，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行改良和设计的变更，这是不言而喻的。
也可以例如图16～图18B所示的第二实施方式那样。此外，在以下的说明中，对已经说明的部分附加相同的附图标记并省略其说明。
在第二实施方式中，相比于上述实施方式还考虑了测定探头300PR、300的不同的形态。具体地说，测定探头300PR、300的不同的形态例如是指安装于测定探头300PR上的测针304PR设为多个且互不相同、测定探头300PR的姿势设为多个且互不相同等。在本实施方式中，特别地，设为测定探头300PR的不同的形态数基于测针304PR的不同的形态数L，并且测定探头300的形态基于测针304的形态(在此为不同的长度)。下面说明在这样的情况中与第一实施方式不同的结构、功能。
在本实施方式中，如图5所示，与第一实施方式同样地，坐标测定装置100PR的处理装置400PR具备指令部402PR、驱动机构控制部404PR、坐标获取部406PR、矩阵生成部408PR、探头输出校正部410PR、形状坐标运算部412PR以及存储部414PR。此外，在本实施方式中也不使用探头输出校正部410PR和形状坐标运算部412PR，因此处理装置400PR也可以不具备这些部件。
在此，指令部402PR与第一实施方式同样地根据由操作单元110PR或输入单元120PR输入的指令来向驱动机构控制部404PR等提供各种规定的指令。除此之外，指令部402PR还与测针304PR的不同的形态对应地向驱动机构控制部404PR等提供各种规定的指令。
另外，矩阵生成部408PR与第一实施方式同样地使用坐标获取部406PR的输出(测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn)生成前级校正矩阵AA。然后，矩阵生成部408PR如式(7)所示那样将仅由前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE构成的前级线性校正矩阵CC的逆矩阵与前级校正矩阵AA相乘来生成前级中间校正矩阵DD。此时，矩阵生成部408PR生成与测针304PR的不同的形态数L对应的多个前级中间校正矩阵DD。然后，矩阵生成部408PR根据多个前级中间校正矩阵DD生成线性校正元素ALE或测针304PR的形态LST与(前级中间校正矩阵DD的)非线性校正元素DNLE之间的相关关系CR。此时的相关关系CR是图18A所示的将线性校正元素ALE作为变量的相关函数CR(ALE)、或者图18B所示的将测针304PR的不同的形态LST作为变量的相关函数CR(LST)，用于求出非线性校正元素DNLE(此外，相关函数CR(ALE)、相关函数CR(LST)上的空心圆为通过多个前级校正矩阵AA(前级中间校正矩阵DD)分别实际运算求出的值)。然后，将相关函数CR(ALE)、或相关函数CR(LST)存储到存储部414PR中，并且还作为由处理装置400基于前级校正矩阵AA进行处理的结果存储到坐标测定装置100的存储部414中。此外，相关关系CR也可以不是函数的形式，而是参照表的形式。
另外，在本实施方式中，如图2所示，与第一实施方式同样地，坐标测定装置100的处理装置400具备指令部402、驱动机构控制部404、坐标获取部406、矩阵生成部408、探头输出校正部410、形状坐标运算部412以及存储部414。
在此，矩阵生成部408与第一实施方式同样地使用坐标获取部406的输出(测定探头300的移动量M和探头输出P)生成中间校正矩阵BB。另外，矩阵生成部408使用相关关系CR求出中间校正矩阵BB的线性校正元素BLE来代替前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE，或者使用相关关系CR求出与测针304的形态LSM对应的非线性校正元素DNLE来代替与测针304PR的形态LST对应的非线性校正元素DNLE。然后，矩阵生成部408如以下所示那样基于线性校正元素BLE和非线性校正元素DNLE生成后级校正矩阵EE。
后级校正矩阵EE：
在此，能够基于相关函数CR(ALE)或CR(LST)求出前级中间校正矩阵DD中的非线性校正元素DNLE(元素C14、C15、C16、····)。也就是说，前级中间校正矩阵DD的非线性校正元素DNLE(元素C14、C15、C16、····)未必与利用多个前级中间校正矩阵DD分别实际运算求出的值(元素C14、C15、C16、····)相同。
接着，下面说明本实施方式所涉及的坐标校正的过程。此外，坐标校正整体的过程与图8所示的第一实施方式相同，因此省略说明，分别说明前级校正步骤和后级校正步骤。
首先，下面主要使用图16说明前级校正步骤。
首先，将测定探头300PR配置于坐标测定装置100PR的驱动机构220PR(图16的步骤S70)。
接着，将限制单元240PR固定于测定空间中的平板210PR的规定的位置处。然后，由限制单元240PR的柱状部246A和柱状部246B夹着测定触头306PR来限制测定触头306PR的平动位移(图16的步骤S72)。接着，使测定探头300PR向基准位置Pb移动(图16的步骤S74)。
接着，保持该限制状态不变，按照驱动机构控制部404PR的驱动控制信号Dpr，由驱动机构220PR使测定探头300PR向测定空间内的多个位置移动。在使测定探头300PR移动到该多个位置时，坐标获取部406PR分别获取使测定探头300PR从基准位置Pb分别移动到测定点的时间点的移动量Mpr和探头输出Ppr(图16的步骤S76)。
接着，由矩阵生成部408PR使用针对数量n的测定点的测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn生成前级校正矩阵AA(图16的步骤S78)。将该前级校正矩阵AA存储到存储部414PR。
然后，在矩阵生成部408PR中，判定是否生成了与测针304PR的不同的形态数L全部对应的前级校正矩阵AA(图16的步骤S80)。在没有生成与测针304PR的不同的形态数L全部对应的前级校正矩阵AA的情况下(图16的步骤S80：否)，与测针304PR的不同的形态数L对应地变更测针304PR的形态，重复进行从将测定探头300PR配置于驱动机构220PR的步骤(图16的步骤S70)到生成前级校正矩阵AA的步骤(图16的步骤S78)。
在生成了与测针304PR的不同的形态数L全部对应的前级校正矩阵AA的情况下(图16的步骤S80：是)，由矩阵生成部408PR将仅由前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE构成的前级线性校正矩阵CC的逆矩阵与前级校正矩阵AA相乘来生成前级中间校正矩阵DD(图16的步骤S81)。然后，根据所生成的多个前级中间校正矩阵DD来生成线性校正元素ALE或测针304PR的形态LST与非线性校正元素DNLE之间的相关关系CR(图16的步骤S82)。将相关关系CR存储到存储部414PR。同时，将相关关系CR同前级中间校正矩阵DD等一起经由通信功能或外部介质存储到坐标测定装置100的存储部414。
接着，下面主要使用图17说明后级校正步骤。
首先，将从坐标测定装置100PR拆下的测定探头300PR配置于坐标测定装置100的驱动机构220(图17的步骤S84)。在该时间点，从测定探头300PR拆下测针304PR，例如将用于测定被测定物W的测针304安装于探头主体302来构成测定探头300。
接着，将校正基准体240固定于测定空间中的平板210的规定的位置处。然后，使测定触头306接触校正基准体240来求出校正基准体240的中心位置PC(图17的步骤S86)。将该中心位置PC存储到存储部414。
接着，在限制测定触头306的平动位移并由驱动机构220使测定探头300进行了移动时分别获取移动量M和探头输出P。具体地说，首先，由压入驱动机构控制部404A和坐标获取部406进行校正基准体240的压入测定(图17的步骤S88)。该压入测定的详细内容与第一实施方式相同，因此省略说明。接着，由仿形驱动机构控制部404B和坐标获取部406进行校正基准体240的仿形测定(图17的步骤S90)。该仿形测定的详细内容也与第一实施方式相同，因此省略说明。
接着，由矩阵生成部408根据通过压入测定和仿形测定得到的测定点的数量为n1的测定探头300的移动量M和探头输出P来生成中间校正矩阵BB(图17的步骤S92)。然后，通过根据中间校正矩阵BB和相关关系CR生成的后级校正矩阵EE来校正探头输出P。此外，相关关系CR基于前级校正矩阵AA。
具体地说，首先，由矩阵生成部408使用存储部414中所存储的相关关系CR求出线性校正元素BLE来代替线性校正元素ALE、或者使用存储部414中所存储的相关关系CR求出与测针304的形态LSM对应的非线性校正元素DNLE来代替与测针304PR的形态LST对应的非线性校正元素DNLE，并决定前级中间校正矩阵DD的所有非线性校正元素DNLE(图17的步骤S94)。然后，由矩阵生成部408根据线性校正元素BLE和非线性校正元素DNLE生成后级校正矩阵EE(图17的步骤S96)。然后，在探头输出校正部410中，利用后级校正矩阵EE校正测定被测定物W时的探头输出P，得到变换输出PM(图17的步骤S98)。然后，由形状坐标运算部412将测定探头300的移动量M与变换输出PM合成来运算形状坐标XX。
在本实施方式中，由于后级校正矩阵EE的非线性校正元素ENLE基于测针304PR的每个不同形态的测定，因此与第一实施方式相比能够更正确地进行坐标校正。例如，能够校正由于测针304的长度差异引起的、或者表面化的非线性误差。
此外，也可以在使用相关关系CR确定前级中间校正矩阵DD之后，利用前级中间校正矩阵DD校正成为通过压入测定和仿形测定得到的结果的测定探头300的移动量M和探头输出P。然后，再次生成中间校正矩阵BB，将该中间校正矩阵BB与前级中间校正矩阵DD相乘来生成后级校正矩阵EE。在该情况下，能够生成能够更正确地进行坐标校正的后级校正矩阵EE。
另外，在上述实施方式中，是坐标测定装置100PR中的限制单元240PR将测定触头306PR完全约束在测定空间中的一个地方的结构，但是本发明不限定于此。也可以例如图19所示的第三实施方式那样。此外，在以下的说明中，对已经说明的部分附加相同的附图标记并省略其说明。
在第三实施方式中，与上述实施方式不同，如图19所示，限制单元270PR设为内表面被成形为具有多边形截面的空洞的容器状的构件。具体地说，限制单元270PR是长方体形状，从上表面起设置有正方形状(也可以为五边形状、六边形状)的凹272PR。该凹部272PR的内表面设为与测定触头306PR接触的接触面274PR。
在此，下面主要使用图20说明使用了限制单元270PR的情况下的坐标校正的过程。
首先，将限制单元270PR固定于测定空间中的平板210PR的规定的位置处。然后，由驱动机构220PR使测定触头306PR向限制单元270PR的凹部272PR移动。然后，使测定探头300PR移动来使测定触头306PR向接触面274PR靠近移动以使测定触头306PR从接触面274PR的法线方向(方向G)接触接触面274PR(图20的步骤S100)。然后，通过使测定触头306PR接触接触面274PR来由接触面274PR限制测定触头306PR的平动位移(图20的步骤S102)。在该限制的阶段，将探头输出Ppr为0的状态(包含探头输出Ppr表示噪声水平的值的情况)设为基准位置Pb(也可以通过对探头输出Ppr设置用于与噪声水平分离的阈值，来判断基准位置Pb，还可以在接触面274PR和测定触头306PR形成导电性的表面，通过接触面274PR与测定触头306PR有无导通来判断基准位置Pb)。
接着，保持该限制状态不变，按照驱动机构控制部404PR的驱动控制信号Dpr，由驱动机构220PR使测定探头300PR沿方向G移动，在成为规定的位移量的时间点，使测定探头300PR的移动方向向与方向G相反的方向B反转。在该测定探头300PR进行一系列的移动时，事先设置多个测定点，坐标获取部406PR分别获取在使测定探头300PR从基准位置Pb移动到各个测定点的时间点的移动量Mpr和探头输出Ppr(图20的步骤S104)。也就是说，在本实施方式中，也可以说是，坐标获取部406PR在由限制单元270PR将测定触头306PR限制于探头输出Ppr为0的基准位置Pb处的状态下，分别获取使测定探头300PR从基准位置Pb移动到各个测定点的时间点的移动量Mpr和探头输出Ppr。此外，即使使测定探头300PR沿方向G、B移动，测定触头306PR与接触面274PR也仅进行1点接触，因此不限制旋转位移。同时，形成为与测定触头306PR进行1点接触的接触面274PR上的位置在测定探头300PR向方向G、B移动时不发生变化的结构。
接着，通过使测定探头300PR保持原状向方向B移动，来使测定触头306PR从接触面274PR分离地移动(图20的步骤S106)。此外，能够通过与上述的基准位置Pb的判断同样的方法实现测定触头306PR是否与接触面274PR分离的判断。此外，上述一系列的测定探头300PR的移动在Xm方向上进行，在该Xm方向的多个测定点处分别获取了测定探头300PR的移动量Mpr和探头输出Ppr。此时的测定点也可以设为前级校正矩阵AA的线性校正元素ALE的数量与非线性校正元素ANLE的数量的合计数以上的测定点，但是上述一系列的测定探头300PR的移动也可以在Xm方向以外的规定的方向上进行(图20的步骤S108)。也就是说，通过在Xm方向以外的多个规定的方向上进行图20的步骤S100至步骤S106并结束(图20的步骤S108：是)，由此在数量n个测定点处分别获取测定探头300PR的移动量Mpr和探头输出Ppr。
然后，由矩阵生成部408PR使用针对数量n的测定点的测定探头300PR的移动量Mn和探头输出Pn生成前级校正矩阵AA(图20的步骤S110)。
通过这样，在本实施方式中，能够将限制单元270PR形成为更简单的结构且没有可动部分，能够不限制测定触头306PR向任何方向的旋转位移且限制测定触头306PR的平动位移。此外，不限于此，限制单元也可以设为内表面被成形为具有(不是多边形截面)圆形截面的空洞的容器状的构件。具体地说，限制单元是圆筒形状且从上表面起设置有半球状的凹部方式。
或者，作为限制单元，不限定于上述的结构，例如也可以使用一个以上的基准球来构成限制单元。只要是在由限制单元限制了测定触头306PR的状态下由驱动机构220PR使测定探头300PR进行了移动时坐标获取部406PR分别获取测定探头300PR的移动量Mpr和探头输出Ppr的结构，则限制单元可以是任意的方式。这是因为通过由限制单元限制测定触头306PR的平动位移，使测定探头300PR的移动量Mpr与探头输出Ppr的对应明确化，由此能够求出前级校正矩阵AA。
在上述实施方式中，压入驱动步骤中的相对于校正基准体240的表面而言的法线方向设为将相互正交的3个方向和测定力与所述3个方向中的2个方向的测定力互为反向的2个方向合起来的合计5个方向，在各个方向上进行了压入驱动步骤，但是本发明不限定于此。例如，压入驱动步骤中的相对于校正基准体240的表面而言的法线方向也可以只是相互正交的3个方向。而且，此时也能够使用日本特开2015-158387号公报中所公开的校正矩阵计算方法来生成中间校正矩阵BB。即，在该情况下，下面按照图10概要地说明到生成中间校正矩阵BB为止(图10的步骤S28)的过程。
首先，将从坐标测定装置100PR拆下的测定探头300PR配置于坐标测定装置100的驱动机构220(图10的步骤S20)。
接着，将校正基准体240固定于测定空间中的平板210的规定的位置处。然后，使测定触头306接触校正基准体240来求出校正基准体240的中心位置PC(图10的步骤S22)。将该中心位置PC存储到存储部414。
接着，在限制测定触头306的平动位移并由驱动机构220使测定探头300进行了移动时分别获取移动量M和探头输出P。具体地说，首先，在由压入驱动机构控制部404A和坐标获取部406控制驱动机构220来使测定触头306在3个方向上分别与校正基准体240的表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入之后使测定触头306反向移动而离开该表面的压入驱动步骤中，进行压入测定(图10的步骤S24)。此外，使相互正交的3个方向分别为相对于校正基准体240的表面而言的法线方向。即，成为该3个方向通过所求出的校正基准体240的中心位置PC。压入测定的具体过程与上述实施方式相同，因此省略说明。然后，由矩阵生成部408求出中间校正矩阵BB的线性校正元素BLE中的对角成分B11、B22、B33。此时，例如通过对第一实施方式所示的式(4)应用最小二乘法来求出对角成分B11、B22、B33。
接着，在由仿形驱动机构控制部404B和坐标获取部406控制驱动机构220来形成由测定触头306以固定的压入量按压校正基准体240的状态并使测定触头306在校正基准体240的表面移动的仿形驱动步骤中，进行仿形测定(图10的步骤S26)。然后，由矩阵生成部408求出中间校正矩阵BB的线性校正元素BLE中的非对角成分B12、B13、B21、B23、B31、B32。此时，在求第一实施方式的中间校正矩阵BB时利用式(8)～式(10)所示的一系列的关系。而且，针对式(10)所示的评价函数J(E)应用例如非线性最小二乘法来求出非对角成分B12、B13、B21、B23、B31、B32。
然后，由矩阵生成部408基于所求出的对角成分B11、B22、B33和非对角成分B12、B13、B21、B23、B31、B32生成用于校正探头输出P的线性坐标成分的中间校正矩阵BB(图10的步骤S28)。
在该情况下，由于相比于上述实施方式能够减少应用非线性最小二乘法的测定点的数量，因此相比于上述实施方式能够减少运算量，能够迅速地生成中间校正矩阵BB。
本发明能够广泛地应用于测定被测定物的三维形状的坐标测定装置。
本领域技术人员应当显而易见，上述实施例仅是例示性的，其中这些实施例表示本发明的原理的应用。本领域技术人员在没有背离本发明的精神和范围的情况下，可以容易地设计多个不同的其它配置。

Claims (13)

1.一种坐标校正方法，是使用于第一坐标测定装置的坐标校正方法，该第一坐标测定装置具备：第一测定探头，其具备第一测针和探头主体，该第一测针具有用于与被测定物接触的第一测定触头，该探头主体将该第一测针以能够移动的方式支承，并按照该第一测定触头的位移进行第一探头输出；第一驱动机构，其使该第一测定探头相对于所述被测定物相对地移动；以及第一处理装置，其基于该第一探头输出和由该第一驱动机构使该第一测定探头移动的第一移动量运算所述被测定物的形状坐标，该坐标校正方法的特征在于，
作为前级校正步骤，包括以下步骤：
将第二测定探头配置于第二坐标测定装置的第二驱动机构，该第二坐标测定装置具备所述第二驱动机构和第二处理装置，该第二驱动机构使所述第二测定探头移动，该第二测定探头具备将具有第二测定触头的第二测针以能够移动的方式支承的所述探头主体，该第二处理装置基于按照所述第二测定触头的位移的第二探头输出和由该第二驱动机构使该第二测定探头移动的第二移动量求出能够对针对该第二移动量的该第二探头输出进行校正的前级校正矩阵；
限制所述第二测定触头的平动位移；
在由所述第二驱动机构使所述第二测定探头进行了移动时分别获取所述第二移动量和所述第二探头输出；以及
使用所述第二移动量和所述第二探头输出来生成所述前级校正矩阵，所述前级校正矩阵由分别用于对所述第二探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分进行校正的第二线性校正元素和第二非线性校正元素构成，所述第二移动量和所述第二探头输出是在该第二线性校正元素的数量与该第二非线性校正元素的数量的合计数以上的测定点处分别获取的，
作为后级校正步骤，包括以下步骤：
将所述第一测定探头配置于所述第一驱动机构；
限制所述第一测定触头的平动位移；
在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动时分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出；
使用所述第一移动量和所述第一探头输出来生成由用于对该第一探头输出的线性坐标成分进行校正的第一线性校正元素构成的中间校正矩阵；以及
利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出。
2.根据权利要求1所述的坐标校正方法，其特征在于，
作为所述前级校正步骤，还包括以下步骤：将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，
作为所述后级校正步骤，还包括以下步骤：使用所述前级中间校正矩阵生成所述后级校正矩阵。
3.根据权利要求2所述的坐标校正方法，其特征在于，
利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：将所述中间校正矩阵与所述前级中间校正矩阵相乘来生成所述后级校正矩阵。
4.根据权利要求2所述的坐标校正方法，其特征在于，
作为所述前级校正步骤，还包括以下步骤：
与所述第二测定探头的不同的形态数对应地变更该第二测定探头的形态，重复进行从将该第二测定探头配置于所述第二驱动机构的步骤至生成所述前级校正矩阵的步骤；以及
基于多个该前级校正矩阵，生成所述第二线性校正元素或该第二测定探头的形态与所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素之间的相关关系，
利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：
使用所述相关关系求出所述第一线性校正元素来代替所述第二线性校正元素，或者使用所述相关关系求出与所述第一测定探头的形态对应的所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素来代替与所述第二测定探头的形态对应的非线性校正元素；以及
利用所述第一线性校正元素和该前级中间校正矩阵的非线性校正元素生成所述后级校正矩阵。
5.根据权利要求4所述的坐标校正方法，其特征在于，
所述第二测定探头的不同的形态数基于所述第二测针的不同的形态数，并且所述第一测定探头的形态基于所述第一测针的形态。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的坐标校正方法，其特征在于，
限制所述第二测定触头的平动位移的步骤被设为如下的步骤：在该第二测定触头的位移为0的基准位置处限制该第二测定触头的平动位移，且不限制该第二测定触头的以其中心位置为旋转中心的旋转位移，
在由所述第二驱动机构使所述第二测定探头进行了移动时分别获取所述第二移动量和所述第二探头输出的步骤被设为如下的步骤：分别获取在使所述第二测定探头从所述基准位置移动到各测定点的时间点的第二移动量和所述第二探头输出。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的坐标校正方法，其特征在于，
限制所述第一测定触头的平动位移的步骤是使该第一测定触头接触校正基准体的步骤，
在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动时分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出的步骤包括以下步骤：
压入驱动步骤，使所述第一测定触头在相对于所述校正基准体的表面而言的法线方向上与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该第一测定触头反向移动而离开该表面；以及
仿形驱动步骤，形成由所述第一测定触头以固定的压入量按压所述校正基准体的状态并使该第一测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动。
8.根据权利要求7所述的坐标校正方法，其特征在于，
相对于所述校正基准体的表面而言的法线方向被设为将相互正交的3个方向和测定力与所述3个方向中的2个方向的测定力互为反向的2个方向合起来的合计5个方向，在各个方向上进行所述压入驱动步骤。
9.根据权利要求7或8所述的坐标校正方法，其特征在于，
在相互正交的3个平面上分别进行所述仿形驱动步骤中的所述第一测定触头的以固定的压入量的压入。
10.一种第一坐标测定装置，具备：第一测定探头，其具备第一测针和探头主体，该第一测针具有用于与被测定物接触的第一测定触头，该探头主体将该第一测针以能够移动的方式支承，并按照该第一测定触头的位移进行第一探头输出；第一驱动机构，其使该第一测定探头相对于所述被测定物相对地移动；以及第一处理装置，其基于该第一探头输出和由该第一驱动机构使该第一测定探头移动的第一移动量运算所述被测定物的形状坐标，该第一坐标测定装置的特征在于，
还具备用于限制所述第一测定触头的平动位移的限制单元，
所述第一处理装置具备：
存储部，其用于保存由具备第二驱动机构和第二处理装置的第二坐标测定装置中的该第二处理装置进行处理得到的结果，该第二驱动机构使第二测定探头移动，该第二测定探头具备将具有第二测定触头的第二测针以能够移动的方式支承的所述探头主体，所述第二处理装置基于按照所述第二测定触头的位移的第二探头输出和由该第二驱动机构使该第二测定探头移动的第二移动量生成前级校正矩阵，该前级校正矩阵由分别用于对针对该第二移动量的该第二探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分进行校正的第二线性校正元素和第二非线性校正元素构成；
坐标获取部，其在由所述第一驱动机构使所述第一测定探头进行了移动时分别获取所述第一移动量和所述第一探头输出；
矩阵生成部，其使用所述第一移动量和所述第一探头输出来生成由用于对该第一探头输出的线性坐标成分进行校正的第一线性校正元素构成的中间校正矩阵；以及
探头输出校正部，其利用基于所述中间校正矩阵和所述前级校正矩阵生成的后级校正矩阵来校正所述第一探头输出。
11.根据权利要求10所述的第一坐标测定装置，其特征在于，
所述存储部保存所述前级校正矩阵来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果。
12.根据权利要求10所述的第一坐标测定装置，其特征在于，
所述第二处理装置还将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，
所述存储部保存所述前级中间校正矩阵来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果，
所述矩阵生成部还将所述中间校正矩阵与所述前级中间校正矩阵相乘来生成后级校正矩阵。
13.根据权利要求10所述的第一坐标测定装置，其特征在于，
所述第一处理装置还将仅由所述第二线性校正元素构成的前级线性校正矩阵的逆矩阵与所述前级校正矩阵相乘来生成前级中间校正矩阵，
所述存储部保存基于与所述第二测定探头的不同的形态数对应的多个所述前级校正矩阵生成的所述第二线性校正元素或该第二测定探头的形态与所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素之间的相关关系来作为由所述第二处理装置进行处理得到的结果，
所述矩阵生成部还使用所述相关关系求出所述第一线性校正元素来代替所述第二线性校正元素、或者使用所述相关关系求出与所述第一测定探头的形态对应的所述前级中间校正矩阵的非线性校正元素来代替与所述第二测定探头的形态对应的非线性校正元素，利用所述第一线性校正元素和该前级中间校正矩阵的非线性校正元素来生成后级校正矩阵。
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