CN107782223A - 坐标测定装置和坐标校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及坐标测定装置和坐标校正方法。处理装置具有：压入驱动机构控制部，其以使将相互正交的3个方向和测定力与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的表面而言的法线的方式，使测定触头在该5个方向上分别与该表面进行1点接触；仿形驱动机构控制部，其使测定触头在相互正交的3个平面上分别在校正基准体的表面进行往复移动；坐标获取部，其分别获取测定探头的移动量和探头输出；矩阵生成部，其生成校正矩阵；以及探头输出校正部，其使用校正矩阵校正探头输出。由此，能够改善从测定探头所输出的探头输出的在特定平面内的非对称的探头特性，因此能够高精度地求出被测定物的形状坐标。

Description

坐标测定装置和坐标校正方法
2016年8月26日提交的日本专利申请2016-166343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测定装置和坐标校正方法，尤其是涉及一种能够改善从测定探头输出的探头输出的在特定平面内的非对称的探头特性因此能够高精度地求出被测定物的形状坐标的坐标测定装置和坐标校正方法。
背景技术
以往，已知一种坐标测定装置，具备：测定探头，其将具有用于与被测定物接触的测定触头(接触构件)的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来运算所述被测定物的形状坐标。在该处理装置中，通过将由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移动的移动量{xm，ym，zm}T(称为M)与在测定探头的坐标系即探头坐标系上的探头输出{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，在日本特开2015-158387公报(以下称为专利文献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，而进行以使测定触头与校正基准体的表面接触于一点的方式驱动测定探头的按压驱动以及以使测定触头模仿校正基准体的表面的方式驱动测定探头的仿形驱动。此时，在专利文献1中，提出了分别获取测定探头的移动量和探头输出(实施按压测定和仿形测定)并基于测定探头的移动量M和探头输出P求出校正矩阵A的方法。能够如式(2)所示那样利用求出的校正矩阵A来从探头输出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，能够如式(3)所示那样将测定探头的移动量M加上该变换输出PM来运算形状坐标XX。
其中，校正矩阵A
此外，符号A11～A33是构成校正矩阵A的校正要素，用于对探头输出P的各坐标成分进行校正。
发明内容
发明要解决的问题
然而，例如仅在球形状的校正基准体的XYZ的3个方向的一端侧进行专利文献1的按压测定。但是，在测定探头中，例如如果是X方向，则测定触头的向+侧的位移特性与向-侧的位移特性未必相同。并且，近年来，测定探头的高灵敏度化的要求也不断增多。因此，在专利文献1中所得到的校正矩阵无法充分地校正测定触头的变化特性(也称为探头特性)的对称性，从而有可能难以高精度地求出被测定物的形状坐标。
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改善从测定探头输出的探头输出的在特定平面内的非对称的探头特性因此能够高精度地求出被测定物的形状坐标的坐标测定装置和坐标校正方法。
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结构解决所述课题，即，一种坐标测定装置，具备：测定探头，其将具有用于与被测定物接触的测定触头的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，其使该测定探头相对于所述被测定物相对地移动；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来运算所述被测定物的形状坐标，在该坐标测定装置中，还具备供所述测定触头接触的校正基准体，所述处理装置具有：压入驱动机构控制部，其控制所述驱动机构，以使将相互正交的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该校正基准体的表面而言的法线方向的方式，使所述测定触头在该5个方向上分别与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该测定触头反向移动而离开该表面；仿形驱动机构控制部，其控制所述驱动机构，形成在相互正交的3个平面上分别由所述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所述测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动；坐标获取部，其在通过所述压入驱动机构控制部和所述仿形驱动机构控制部将所述测定触头与所述校正基准体进行了接合时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；矩阵生成部，其根据该坐标获取部的输出来生成校正矩阵，该校正矩阵用于校正针对该测定探头的移动量的该探头输出；以及探头输出校正部，其使用该校正矩阵来校正所述探头输出。
本申请的第2发明和第5发明所涉及的发明为，将所述5个方向设为所述测针的轴方向、与该轴方向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。
本申请的第3发明和第6发明所涉及的发明为，所述驱动机构具备使所述测定探头移动的X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及Z轴驱动机构，在使所述轴方向与所述X轴驱动机构、所述Y轴驱动机构以及所述Z轴驱动机构中的某一个驱动机构的移动方向相同时，其余的驱动机构的2个移动方向相对于在与所述轴方向正交的平面内的相互正交的2个方向在角度上偏移45度。
本申请的第4发明所涉及的发明是一种坐标测定装置的坐标校正方法，该坐标测定装置具备：测定探头，其将具有用于与被测定物接触的测定触头的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，其使该测定探头相对于所述被测定物相对地移动；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来运算所述被测定物的形状坐标，该坐标校正方法包括以下步骤：压入驱动步骤，控制所述驱动机构，以使将相互正交的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的表面而言的法线方向的方式，使所述测定触头在该5个方向上分别与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该测定触头反向移动而离开该表面；仿形驱动步骤，控制所述驱动机构，形成在相互正交的3个平面上分别由所述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所述测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动；在所述压入驱动步骤和所述仿形驱动步骤中将所述测定触头与所述校正基准体进行了接合时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；根据获取到的该测定探头的移动量和探头输出来生成校正矩阵，该校正矩阵用于校正针对该测定探头的移动量的该探头输出；以及使用该校正矩阵来校正所述探头输出。
根据本发明，由于能够改善从测定探头输出的探头输出的在特定平面内的非对称的探头特性，因此能够高精度地求出被测定物的形状坐标。
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是表示在图1的坐标测定装置中进行坐标校正的过程的流程图。
图5是图4的压入测定的顺序的流程图。
图6A是表示图5的压入测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的俯视图，图6B是表示图5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7是表示图4的一个方向上的压入测定的过程的流程图。
图8是表示图4的仿形测定的顺序的流程图。
图9A是表示图8的仿形测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的俯视图，图9B是表示图8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10A是表示本发明的第一实施方式所涉及的压入测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的俯视图，图10B是表示本发明的第二实施方式所涉及的压入测定时的测定触头与校正基准体的位置关系的俯视图。
图11A是表示本发明的第一实施方式所涉及的校正基准体与测针的姿势的关系的侧视图，图11B是表示本发明的第三实施方式所涉及的校正基准体与测针的姿势的关系的侧视图，图11C是表示本发明的第四实施方式所涉及的校正基准体与测针的姿势的关系的侧视图。
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9B说明本发明的坐标测定装置所涉及的第一实施方式。
最初，说明坐标测定装置100的整体结构。
如图1所示，坐标测定装置100具备使测定探头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400。
如图1所示，所述坐标测定装置主体200具备台板210、驱动机构220、校正基准体240以及测定探头300。如图1所示，驱动机构220直立设置于台板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)。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下方的台板本身或者在台板上且在被测定物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。
具体地说，如图1所示，驱动机构220具备能够沿装置坐标系的Ym方向移动的梁支承体221、架设于梁支承体221的梁222、在梁222上且能够沿装置坐标系的Xm方向移动的立柱223以及在立柱223内且能够沿装置坐标系的Zm方向移动的测杆224。而且，图2所示的X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226以及Z轴驱动机构227分别设置在梁222与立柱223之间、台板210与梁支承体221之间以及立柱223与测杆224之间。此外，测定探头300被支承于测杆224的端部。
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{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)，配置在台板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。
测定探头300是所谓的仿形探头，如图3所示那样利用探头主体302将具有用于与被测定物W接触的球形状的测定触头306的测针304以能够移动的方式支承。测定探头300按照测定触头306的位移进行探头输出{xp，yp，zp}T(称为P)。在此，测针304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，由探头传感器310检测测定探头300中的测针304的位移。
如图2所示，探头传感器310具备检测测定触头306向探头坐标系的Xp方向(图3)的位移的X轴探头传感器312、检测测定触头306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306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306在探头坐标系中的坐标即探头输出P。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P。
如图2所示，所述操作单元110与处理装置400的指令部402连接。能够从操作单元110向坐标测定装置主体200和处理装置400输入各种指令。
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，基于由探头输出P和由驱动机构220使测定探头300移动的移动量M来运算被测定物W的形状坐标XX。动作控制器500主要进行测定探头300的移动和测定的控制，主计算机600主要对由坐标测定装置主体200得到的测定结果进行处理。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。此外，主计算机600具备键盘等输入单元120以及显示器、打印机等输出单元130。
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输入的指令来向驱动机构控制部404提供规定的指令。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指示由驱动机构220使测定探头300移动的移动量M和获取探头输出P的获取定时或获取数(测定点的数量n)。
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，以相对于校正基准体240的表面而言成为法线方向的方式，在5个方向上分别使测定触头306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。如图6A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9A、图9B所示，仿形驱动机构控制部404B的3个平面例如为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方向以及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。另外，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。
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，图2所示的坐标获取部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输出的在探头坐标系上的探头输出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求校正矩阵AA所需要的测定点的数量(获取数)n的测定探头300的移动量Mn和探头输出Pn。例如，测定点的数量n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9A、图9B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生成校正矩阵AA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根据坐标获取部406的输出(测定探头300的移动量Mn、探头输出Pn)生成校正矩阵AA。在此，在测定触头306与校正基准体240接触着的状态下，使用校正矩阵AA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PX)与校正基准体240的中心位置{xc，yc，zc}T(称为PC)之间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≤n)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(4)、(5)所示那样的距离误差fi(E)。此外，将作为第i(1≤i≤n)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{AA11，AA12，AA13，AA21，AA22，AA23，AA31，AA32，AA33，xc，yc，zc，R}T。
fi(E)＝|PXi-PC|-R (4)
其中，
测定触头306的中心位置PXi：
校正矩阵AA：
在此，校正矩阵AA由用于对针对测定探头300的移动量M的探头输出P的坐标成分进行校正的校正要素构成。此外，坐标成分是指1次的坐标成分xp、yp、zp。而且，校正要素是指分别与坐标成分xp、yp、zp相乘的要素AA11、AA12、AA13、AA21、AA22、AA23、AA31、AA32、AA33。
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(6)。
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(6)表示的评价函数J(E)最小的变量E，由此能够计算校正矩阵AA的校正要素AA11、AA12、AA13、AA21、AA22、AA23、AA31、AA32、AA33。此外，该计算能够使用Levenberg-Marquardt法等一般的解法。
图2所示的探头输出校正部410使用从矩阵生成部408输出的校正矩阵AA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通过如式(7)所示那样利用校正矩阵AA来校正探头输出P，来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}＝[AA]{P} (7)
图2所示的形状坐标运算部412通过如式(9)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，来运算测定被测定物W时的形状坐标XX。另外，形状坐标运算部412还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来求出校正基准体240的中心位置PC。
{X}＝{M}+{PM} (9)
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还存储有由矩阵生成部408生成的校正矩阵AA和由形状坐标运算部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。
接着，下面主要使用图4说明本实施方式所涉及的坐标校正的概要过程。
首先，将校正基准体240固定于测定空间中的台板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4的步骤S2)。具体地说，由驱动机构控制部404使测定探头300移动，由形状坐标运算部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。将该中心位置PC存储到存储部414。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。
接着，在通过压入驱动机构控制部404A和坐标获取部406控制驱动机构220来在5个方向上分别使测定触头306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4的步骤S4)。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4的步骤S6)。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n的测定探头300的移动量Mn和探头输出Pn来生成校正矩阵AA(图4的步骤S8)。
接着，由探头输出校正部410使用校正矩阵AA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4的步骤S10)。然后，由形状坐标运算部412将测定探头300的移动量M和变换输出PM进行合成来运算形状坐标XX。
在此，下面使用图5至图7说明压入测定的过程。
首先，如图6A、图6B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5的步骤S12)。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5的步骤S14)。
接着，如图6A、图6B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5的步骤S16)。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5的步骤S18)。
接着，如图6A、图6B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5的步骤S20)。
在此，下面使用图7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的除+X方向以外的侧面进行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7步骤S22)。然后，确认测定触头306是否接触到校正基准体240(图7步骤S24)。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7步骤S24：否(No))，则测定探头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7的步骤S24：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7的步骤S26)。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7的步骤S28)。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7的步骤S28：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7的步骤S28：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7的步骤S30)。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7的步骤S32)。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。如果测定触头306接触着校正基准体240(图7的步骤S32：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7的步骤S32：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8、图9A、图9B说明仿形测定的过程。
首先，如图9A、图9B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8步骤S42)。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8步骤S44)。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被测定物W测定时假定的平均的探头输出P的压入量(以后相同)。
接着，如图9A、图9B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8步骤S46)。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8步骤S48)。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9A、图9B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8步骤S50)。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8步骤S52)。
这样，在本实施方式中，校正基准体240是以往使用的球形状的基准球，能够防止坐标测定装置100的成本增高。
另外，在本实施方式中，在将相互正交的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个方向上进行了压入测定。也就是说，在合计5个方向中，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，不仅使用压入测定的结果，还使用进行往复运动的仿形测定的结果进行了坐标校正。因此，能够准确地进行测定探头300实际进行仿形测定所需要的校正。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校正。
即，在本实施方式中，由于能够改善从测定探头300输出的探头输出P的在XY平面内的非对称的探头特性，因此能够高精度地求出被测定物W的形状坐标XX。
列举第一实施方式说明了本发明，但是本发明并不限定于第一实施方式。即，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行改良和设计的变更，这是不言而喻的。
例如，在第一实施方式中，如图10A所示，X方向、Y方向以及Z方向与装置坐标系的Xm方向、Ym方向以及Zm方向完全一致，但是本发明不限定于此。也可以例如图10B所示的第二实施方式那样。此外，在以后的实施方式的说明中，关于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，与第一实施方式同样地，如图10B所示，设为测针304的轴方向O与Z轴驱动机构227的移动方向相同。即，设为Z方向与装置坐标系的Zm相同。但是，X方向、Y方向分别与X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226的移动方向(Xm方向、Ym方向)偏移了45度的角度。
因此，本实施方式不仅能够起到与第一实施方式同样的作用效果，还能够有效地获取用于生成校正矩阵AA的测定探头300的移动量M和探头输出P的数量(例如，在第一实施方式的压入测定(M1)中，在测定探头300严格地沿Xm方向进行了移动时，Ym方向的位移始终为零。此时获取到的移动量M和探头输出P有可能不适合作为用于求出对探头输出P的坐标成分yp进行校正的校正矩阵AA的有效结果。但是，在本实施方式中，与第一实施方式相比，所述角度偏移了45度。因此，Xm方向或Ym方向的位移不是始终为零，从而获取到的移动量M和探头输出P能够作为用于求出对探头输出P的坐标成分xp、yp进行校正的校正矩阵AA的有效结果来使用)。即，在本实施方式中，能够减少压入测定的步骤而更迅速地求出校正矩阵AA。或者，在本实施方式中，由于X方向(Y方向)与Xm方向(Ym方向)偏移了45度的角度，因此例如当相比于第一实施方式而将测定探头300的移动量M扩大为倍时，用于求出校正矩阵AA的有效结果的数量增加到2倍，利用测定探头300的移动量M和探头输出P的平均化效果能够将压入测定中的测定偏差的影响降低为倍。此外，不限于此，也可以在使测针304的轴方向O与X轴驱动机构225或Y轴驱动机构226的移动方向相同时，余下的驱动机构的两个移动方向与同测针304的轴方向O正交的平面内的相互正交的2个方向偏移45度的角度。
另外，在上述实施方式中，如图11A所示，作为测针304的轴方向O的Z方向与装置坐标系的Zm方向一致，但是本发明不限定于此。例如，也可以如图11B的第三实施方式所示那样使测针304的轴方向O与装置坐标系的Xm方向相同。在该情况下，能够在YmZm平面上对称地校正探头特性。
或者，也可以如图11C的第四实施方式所示那样使测针304的轴方向O与装置坐标系的任一个方向都不同。在该情况下，能够在与测针304的轴方向O正交的平面(在图11C中，X方向的箭头所表示的平面)上对称地校正探头特性。
另外，在本实施方式中，校正基准体240被设为球形状的基准球，但是本发明不限定于此。例如，校正基准体可以是圆柱、角柱、多角柱、以及在它们的柱中央具备凹部那样的结构。
本发明能够广泛地应用于对被测定物的三维形状进行测定的坐标测定装置。
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 (6)

1.一种坐标测定装置，具备：测定探头，其将具有用于与被测定物接触的测定触头的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，其使该测定探头相对于所述被测定物相对地移动；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来运算所述被测定物的形状坐标，该坐标测定装置的特征在于，
还具备供所述测定触头接触的校正基准体，
所述处理装置具有：
压入驱动机构控制部，其控制所述驱动机构，以使将相互正交的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该校正基准体的表面而言的法线方向的方式，使所述测定触头在该5个方向上分别与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该测定触头反向移动而离开该表面；
仿形驱动机构控制部，其控制所述驱动机构，形成在相互正交的3个平面上分别由所述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所述测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动；
坐标获取部，其在通过所述压入驱动机构控制部和所述仿形驱动机构控制部将所述测定触头与所述校正基准体进行了接合时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；
矩阵生成部，其根据该坐标获取部的输出来生成校正矩阵，该校正矩阵用于校正针对该测定探头的移动量的该探头输出；以及
探头输出校正部，其使用该校正矩阵来校正所述探头输出。
2.根据权利要求1所述的坐标测定装置，其特征在于，
所述5个方向包含所述测针的轴方向、在与所述轴方向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。
3.根据权利要求2所述的坐标测定装置，其特征在于，
所述驱动机构具备使所述测定探头移动的X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及Z轴驱动机构，
在使所述轴方向与所述X轴驱动机构、所述Y轴驱动机构以及所述Z轴驱动机构中的某一个驱动机构的移动方向相同时，其余的驱动机构的2个移动方向相对于在与所述轴方向正交的平面内的相互正交的2个方向在角度上偏移45度。
4.一种坐标测定装置的坐标校正方法，该坐标测定装置具备：测定探头，其将具有用于与被测定物接触的测定触头的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，其使该测定探头相对于所述被测定物相对地移动；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来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，包括以下步骤：
压入驱动步骤，控制所述驱动机构，以使将相互正交的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的表面而言的法线方向的方式，使所述测定触头在该5个方向上分别与该表面进行1点接触并以规定的位移量进行压入，之后使该测定触头反向移动而离开该表面；
仿形驱动步骤，控制所述驱动机构，形成在相互正交的3个平面上分别由所述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所述测定触头在该校正基准体的表面进行往复移动；
在所述压入驱动步骤和所述仿形驱动步骤中将所述测定触头与所述校正基准体进行了接合时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；
根据获取到的该测定探头的移动量和探头输出来生成校正矩阵，该校正矩阵用于校正针对该测定探头的移动量的该探头输出；以及
使用该校正矩阵来校正所述探头输出。
5.根据权利要求4所述的坐标校正方法，其特征在于，
所述5个方向包含所述测针的轴方向、在与所述轴方向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。
6.根据权利要求5所述的坐标校正方法，其特征在于，
所述驱动机构具备使所述测定探头移动的X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及Z轴驱动机构，
在使所述轴方向与所述X轴驱动机构、所述Y轴驱动机构以及所述Z轴驱动机构中的某一个驱动机构的移动方向相同时，其余的驱动机构的2个移动方向相对于在与所述轴方向正交的平面内的相互正交的2个方向在角度上偏移45度。
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