CN107782274A - 坐标测定装置和坐标校正方法 - Google Patents

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：坐标获取部，其在由限制单元限制了测定触头状态下由驱动机构使测定探头进行了移动时分别获取测定探头的移动量和探头输出；矩阵生成部，其根据坐标获取部的输出来生成由分别用于校正针对测定探头的移动量的线性校正元素和非线性校正元素构成的校正矩阵；以及探头输出校正部，其使用校正矩阵校正探头输出。坐标获取部在线性校正元素的数量与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测定探头的移动量和探头输出。由此，能够校正从测定探头输出的探头输出的非线性误差，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，特别是涉及一种由于能够校正从测定探头所输出的探头输出的非线性误差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探头坐标系的坐标校正方法。

背景技术

以往，已知一种坐标测定装置，具备：测定探头，其以测针能够移动的方式支承具有用于与被测定物接触的测定触头(接触构件)的测针，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{x_m，y_m，z_m}^T(还简称为M)与测定探头的坐标系即探头坐标系的探头输出{x_p，y_p，z_p}^T(还简称为P)相加，能够运算式(1)所示的形状坐标{x，y，z}^T(还简称为X)。

在此，在日本专利5297787号公报(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，提出了如下一种方法：在对测定触头的平动位移进行了限制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求出校正矩阵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变换为装置坐标系的变换输出{x_{p_m}，y_{p_m}，z_{p_m}}^T(还简称为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X。

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，在专利文献1中，设为能够以校正矩阵A的校正元素A₁₁～A₃₃仅对探头输出P的一次的坐标成分(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：在测定探头中以测针能够移动的方式支承测针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三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位移有可能成为非线性。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。

本发明是为了解决上述问题点而完成的，其课题在于提供一种由于能够校正从测定探头所输出的探头输出的非线性误差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的坐标测定装置解决所述课题，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，并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，还具备限制单元，该限制单元限制所述测定触头的平动位移，所述处理装置具有：坐标获取部，在由所述限制单元限制了该测定触头的状态下由所述驱动机构使所述测定探头进行了移动时，该坐标获取部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，生成由线性校正元素和非线性校正元素构成的校正矩阵，该线性校正元素和该非线性校正元素分别用于校正针对所述测定探头的移动量的所述探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分；以及探头输出校正部，其使用该校正矩阵校正所述探头输出，其中，所述坐标获取部在所述线性校正元素的数量与所述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所述测定探头的移动量和所述探头输出。

本申请的第2发明所涉及的发明设为，在由所述限制单元将所述测定触头限制在所述探头输出为0的基准位置处的状态下，所述坐标获取部分别获取在使所述测定探头从所述基准位置移动到各个所述测定点的时间点的移动量和所述探头输出。

本申请的第3发明所涉及的发明为，所述限制单元还设为如下的结构：不限制所述测定触头的以其中心为旋转中心的旋转位移。

本申请的第4发明所涉及的发明设为，所述限制单元具备接触部，该接触部在内接于所述测定触头的正四面体的四个顶点的位置处与该测定触头接触。

本申请的第5发明所涉及的发明为，所述限制单元具备两个按压构件，该两个按压构件夹着所述测定触头而相向地配设，按压该测定触头，在该两个按压构件的靠测定触头的一侧分别设置有平行的两个柱状部，该两个柱状部在与所述两个按压构件相向的方向正交的方向上具有轴，将一个所述按压构件中的所述柱状部的轴与另一个所述按压构件中的所述柱状部的轴的方向设为相互正交，在各柱状部分别设置有所述接触部。

本申请的第6发明所涉及的发明为，将所述柱状部形成为圆柱状，能够使所述柱状部绕轴旋转。

本申请的第7发明所涉及的发明设为，所述限制单元具备四个按压构件，该四个按压构件朝向所述测定触头的中心按压该测定触头，该按压构件分别具备抵接构件和支承构件，该抵接构件呈球形状并具有所述接触部，该支承构件将该抵接构件以能够旋转的方式支承。

本申请的第8发明所涉及的发明设为，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，并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：限制所述测定触头的平动位移；在由所述驱动机构使所述测定探头进行了移动时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；使用获取到的所述测定探头的移动量和所述探头输出来生成由线性校正元素和非线性校正元素构成的校正矩阵，其中，获取到的所述测定探头的移动量和所述探头输出的数量分别为所述线性校正元素的数量与所述非线性校正元素的数量的合计数以上，该线性校正元素和该非线性校正元素分别用于校正针对所述测定探头的移动量的所述探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分；以及使用该校正矩阵校正所述探头输出。

本申请的第9发明所涉及的发明设为，在所述探头输出为0的基准位置处进行限制所述测定触头的平动位移的步骤。

本申请的第10发明所涉及的发明设为，在限制所述测定触头的平动位移的步骤中，不限制所述测定触头的以其中心为旋转中心的旋转位移。

根据本发明，能够对从测定探头输出的探头输出的非线性误差进行校正，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，本发明的这些和其它新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3A是表示对限制图1的坐标测定装置的测定触头的平动位移进行的限制单元的立体图，图3B是表示图1的坐标测定装置的测定触头与限制单元接触的位置的图。

图4是表示图1的坐标测定装置的测定探头的立体图。

图5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6A是表示本发明的第二实施方式所涉及的限制单元的图，图6B是表示本发明的第三实施方式所涉及的限制单元的图。

图7A是表示本发明的第四实施方式所涉及的限制单元的图，图7B是表示本发明的第五实施方式所涉及的限制单元的图。

图8是表示使用图7A的限制单元进行坐标校正的过程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式的一例。

参照图1～图5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、限制单元240(图3A)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，用于保持测定探头300并使测定探头300三维地移动。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，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上的梁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。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。在X轴驱动机构225、Y轴驱动机构226、Z轴驱动机构227中分别如图2所示那样设置有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{x_m，y_m，z_m}^T(还简称为M)。

限制单元240配置在台板210上，如图3A所示那样是对测定探头300的测定触头306的平动位移进行限制的构件。而且，限制单元240还设为不对测定触头306的以其中心为旋转中心的旋转位移进行限制的结构。具体地说，限制单元240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248。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台板210上的基座构件248处设置的槽在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306而相向地配设，能够对测定触头306进行按压。

而且，如图3A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306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306的结构。即，构成为将一个按压构件242A中的柱状部246A和另一个按压构件242B中的柱状部246B的轴的方向I、J设置为相互正交，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240能够限制(约束)测定触头306向任意方向的平动位移。而且，还使得接触部246AA、246BA在图3B所示的内接于测定触头306的正四面体RT的四个顶点PX的位置处与测定触头306接触。

测定探头300是所谓的模仿探头，如图4所示那样通过探头主体302以测针304能够移动的方式支承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。而且，测定探头300按照测定触头306的位移进行探头输出{x_p，y_p，z_p}^T(还称为P)。在此，在探头主体302中通过例如进行非线性的响应的弹簧结构来支承测针304。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X。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的指令来输出驱动控制信号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。

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输出的探头坐标系的探头输出P。而且，坐标获取部406将获取到的数据运算为矩阵生成部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。此时，关于探头输出P，坐标获取部406基于探头输出P的一次的坐标成分x_p、y_p、z_p运算求出二次以上的高次的坐标成分x_p ²、y_p ²、z_p ²、···和干扰坐标成分x_py_p、y_pz_p、z_px_p···。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，例如设为在探头输出P为0的位置(基准位置Pb)处限制了测定触头306的平动位移的状态。而且，当之后使测定探头300移动时，测定探头300从基准位置Pb起的移动量M与利用校正矩阵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406的输出(测定探头300的移动量Mn、探头输出Pn)满足式(4)。

{Mn}＝-[AA]{Pn}…式(4)

其中，

探头输出Pn：

校正矩阵AA：

在此，校正矩阵AA由对针对测定探头300的移动量M的探头输出P的线性坐标成分进行校正的线性校正元素和对针对测定探头300的移动量M的探头输出P的非线性坐标成分进行校正的非线性校正元素构成。此外，线性坐标成分是指一次的坐标成分x_p、y_p、z_p，非线性坐标成分是指二次以上的高次的坐标成分x_p ²、y_p ²、z_p ²、···和干扰坐标成分x_py_p、y_pz_p、z_px_p···。而且，线性校正元素是指分别与线性坐标成分x_p、y_p、z_p相乘的元素A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₃₁、A₃₂、A₃₃，非线性校正元素是指与非线性坐标成分x_p ²、y_p ²、z_p ²、···、x_py_p、y_pz_p、z_px_p、···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408基于式(4)，例如通过使用最小二乘法能够如式(6)所示那样求出校正矩阵AA。

[AA]＝-{Mn}{Pn}^T({Pn}{Pn}^T)^-1…式(6)

此外，测定点的数量n设为线性校正元素的数量与非线性校正元素的数量的合计数以上。也就是说，坐标获取部406在线性校正元素的数量与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测定探头300的移动量M和探头输出P。

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来对由坐标获取部406获取到的探头输出P进行校正。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对探头输出P进行校正，来求出装置坐标系的变换输出{x_{p_m}，y_{p_m}，z_{p_m}}^T(还简称为PM)。

{PM}＝[AA]{P}…式(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，来运算被测定物W的形状坐标X。

{X}＝{M}+{PM}…式(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。

接着，以下主要使用图5说明本实施方式所涉及的坐标校正的过程。

首先，将限制单元240固定于测定空间中的台板210的规定的位置处。然后，由驱动机构220使测定触头306在限制单元240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306来限制测定触头306的平动位移(图5的步骤S2)。此时，限制单元240以不限制测定触头306的以其中心为旋转中心的旋转位移进行的按压力来抵接于测定触头306并夹着测定触头306。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240限制了测定触头306的平动位移的状态)不变，使驱动机构220驱动来使测定探头300移动到探头输出P为0的位置。然后，将探头输出P为0的位置设定为基准位置Pb(也就是说，使测定探头300移动到基准位置Pb)(图5的步骤S4)。

接着，保持该限制状态不变，按照驱动机构控制部404的驱动控制信号D，由驱动机构220使测定探头300向测定空间内的多个位置(与测定点的数量n相同)移动。在移动到该多个位置时，坐标获取部406分别获取移动量M和探头输出P(图5的步骤S6)。换言之，坐标获取部406在由限制单元240将测定触头306限制于探头输出P为0的基准位置Pb处的状态下，分别获取使测定探头300从基准位置Pb分别移动到测定点的时间点的移动量M和探头输出P。此外，此时的测定点的数量n为校正矩阵AA的线性校正元素的数量与非线性校正元素的数量的合计数以上。另外，适当地决定测定点，使得含盖对被测定物W进行测定时测定触头306有可能接触并产生位移的方向。

接着，由矩阵生成部408使用测定探头300针对数量n个测定点的移动量Mn和探头输出Pn生成校正矩阵AA(图5的步骤S8)。

接着，由探头输出校正部410使用校正矩阵AA校正探头输出P，并得到变换输出PM(图5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与变换输出PM合成来运算形状坐标X。

这样，在本实施方式中，在由限制单元240限制了测定触头306的平动位移的状态中由驱动机构220使测定探头300移动时，分别获取了测定探头300的移动量M和探头输出P。因此，测定探头300的移动量M与探头输出P的对应关系明确，无需进行复杂的运算就能够生成校正矩阵AA。

此外，如果没有确定对测定触头306的平动位移进行限制的位置，则在每次进行限制时，都必须变更使测定探头300移动的程序中的测定探头300的移动量M及其方向。另外，当将测定触头306限制在基准位置Pb以外的位置处时，使测定探头300移动到测定点的时间变长。对于此，在本实施方式中，设为在探头输出P为0的基准位置Pb处由限制单元240限制了测定触头306的平动位移的状态。因此，针对测定探头300的移动量M的探头输出P是明确的，能够使测定过程简单化以及缩短测定时间，还能够通过更简单的运算来生成校正矩阵AA。

另外，在本实施方式中，校正矩阵AA由分别对针对测定探头300的移动量M的探头输出P的线性坐标成分和非线性坐标成分进行校正的线性校正元素和非线性校正元素构成。因此，即使在测定探头300中以测针304能够移动的方式支承测针304的构件的所谓弹簧结构、检测测针304的位移的探头传感器310中进行了非线性的响应的情况下，也能够对该探头输出P进行校正。此时，由于还同时进行现有技术的校正内容，因此结果能够比以往进一步提高校正精度。此外，非线性校正元素的数量越多则该校正效果越大。因此，如果考虑校正所花费的运算时间和结构，则例如作为非线性坐标成分而言通过校正为3次或4次左右为止，能够期待显著的效果。

另外，在本实施方式中，设为限制单元240限制了测定触头306的平动位移并且不限制测定触头306的以其中心为旋转中心的旋转位移的结构。即，即使使测定探头300移动，测定触头306的旋转位移也不被限制，因此在由限制单元240限制了测定触头306的平动位移的状态中使测定探头300向测定点移动时，能够再现在测定一般的被测定物W时产生的测定探头300的运动(测定触头306的平动位移和旋转位移)，能够高精度地求出校正矩阵AA。此外，不限于此，也可以是在某种程度上对旋转位移进行限制的结构。在该情况下，结果也能够以相应的精度求出校正矩阵AA。

另外，在本实施方式中，限制单元240具备在内接于测定触头306的正四面体RT的四个顶点PX的位置处与测定触头306接触的接触部246AA、246BA。即，限制单元240设为用于对测定触头306向任意方向的平动位移进行限制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，能够使对测定触头306施加的力在空间上均等地分散，能够防止仅对测定触头306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。

另外，在本实施方式中，限制单元240具备夹着测定触头306而相向地配设并对测定触头306进行按压的两个按压构件242A、242B。而且，在两个按压构件242A、242B的在测定触头的一侧分别设置有在方向I、J上具有轴的平行的两个柱状部246A、246B。而且，将方向I与方向J设置为相互正交，在柱状部246A、246B处分别设置有接触部246AA、246BA。也就是说，限制单元240是简单的结构，通过调整按压构件242A、242B的彼此的距离，能够容易地限制测定触头306的平动位移且不限制旋转位移。

即，在本实施方式中，由于能够校正从测定探头300输出的探头输出P的非线性误差，因此能够高精度地求出被测定物W的形状坐标X。

列举第一实施方式对本发明进行了说明，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，限制单元240是将柱状部246A、246B固定地支承于按压构件242A、242B的结构，但是本发明不限定于此。也可以例如图6A所示的第二实施方式那样。此外，在以下的说明中，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，与第一实施方式不同，如图6A所示，柱状部256A、256B形成为圆柱状，能够绕轴旋转且能够沿轴的方向少量移动。此外，在该情况下，接触部256AA、256BA也分别被设为柱状部256A、256B的侧面。

通过这样，本实施方式能够起到与第一实施方式相同的作用效果。并且，柱状部256A、256B分别能够与测定触头306的旋转位移相应地进行旋转以及沿轴的方向少量移动。因此，即使按压构件产生的对测定触头306的按压力稍大，限制单元250也能够不限制测定触头306的旋转位移且限制测定触头306的平动位移。

或者，也可以如图6B所示的第三实施方式那样。此外，在以下的说明中，关于已经说明的部分附加相同的附图标记并省略其说明。

在第三实施方式中，与第一实施方式不同，如图6B所示那样设为如下的结构：限制单元260具备四个按压构件262，使设置于各按压构件262的抵接构件266抵接于测定触头306。具体地说，限制单元260具备向测定触头306的中心对测定触头306进行按压的四个按压构件262。按压构件262分别具备具有接触部266A的球形状的抵接构件266和将抵接构件266以能够旋转的方式支承的支承构件264。此外，接触部266A被设为抵接构件266的表面。

通过这样，在本实施方式中，限制单元260也是简单的结构，同时也能够起到与第一实施方式相同的作用效果。并且，抵接构件266是球形状，通过支承构件264将抵接构件266以能够旋转的方式支承。因此，限制单元260能够不限制测定触头306的向任何方向的旋转位移且限制测定触头306的平动位移。

或者，也可以如图7A所示的第四实施方式那样。此外，在以下的说明中，关于已经说明的部分附加相同的附图标记并省略其说明。

在第四实施方式中，与上述实施方式不同，如图7A所示，限制单元270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270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)的凹部272。该凹部272的内表面设为与测定触头306接触的接触面274。

在此，以下主要使用图7A、图8说明使用了限制单元270的情况下的坐标校正的过程。

首先，将限制单元270固定在测定空间中的台板210的规定的位置处。然后，由驱动机构220使测定触头306在限制单元270的凹部272移动。然后，使测定探头300移动来使测定触头306向接触面274靠近移动以使测定触头306从接触面274的法线方向(方向G)与接触面274接触(图8的步骤S12)。然后，通过使测定触头306接触接触面274，来由接触面274限制测定触头306的平动位移(图8的步骤S14)。在进行了该限制的阶段，将探头输出P为0的状态(包含探头输出P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P设置用于与噪声水平分离的阈值来进行基准位置Pb的判断，还可以在接触面274和测定触头306上形成导电性的表面，根据接触面274与测定触头306之间有无导通来进行基准位置Pb的判断)。

接着，保持该限制状态不变，按照驱动机构控制部404的驱动控制信号D，由驱动机构220使测定探头300沿方向G移动，在成为规定的位移量的时间点，使测定探头300的移动方向向与方向G相反的方向B反转。在该测定探头300进行一系列的移动时，事先设置多个测定点，坐标获取部406分别获取在使测定探头300从基准位置Pb移动到各个测定点的时间点的移动量M和探头输出P(图8的步骤S16)。也就是说，在本实施方式中，坐标获取部406也可以说是在由限制单元270将测定触头306限制于探头输出P为0的基准位置Pb处的状态下，分别获取在使测定探头300从基准位置Pb移动到各个测定点的时间点的移动量M和探头输出P。此外，即使使测定探头300沿方向G、B移动，测定触头306也只是在一点处与接触面274接触，因此旋转位移不被限制。同时，形成为与测定触头306接触于一点的接触面274上的位置在测定探头300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300保持原状向方向B移动，来使测定触头306从接触面274分离地移动(图8的步骤S18)。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306是否与接触面274分离的判断。此外，上述一系列的测定探头300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300的移动量M和探头输出P。此时的测定点也可以设为校正矩阵AA的线性校正元素的数量与非线性校正元素的数量的合计数以上的测定点，上述一系列的测定探头300的移动也可以在Xm方向以外的规定的方向上进行(图8的步骤S20)。也就是说，通过在Xm方向以外的多个规定的方向上进行图8的步骤S12至步骤S18并结束(图8的步骤S20：是(Yes))，由此在数量n个测定点处分别获取测定探头300的移动量M和探头输出P。

接着，由矩阵生成部408使用针对数量n个测定点的测定探头300的移动量Mn和探头输出Pn生成校正矩阵AA(图8的步骤S22)。

接着，由探头输出校正部410使用校正矩阵AA校正探头输出P，并得到变换输出PM(图8的步骤S24)。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，由此运算形状坐标X。

通过这样，在本实施方式中，也能够起到与第一实施方式同样的作用效果。并且，限制单元270是更简单的结构且没有可动部分，能够不限制测定触头306向任何方向的旋转位移且限制测定触头306的平动位移。

此外，在图7B中表示能够与第四实施方式的限制单元270同样地使用的限制单元来作为第五实施方式的限制单元。此外，在以下的说明中，关于已经说明的部分附加相同的附图标记并省略其说明。

在第五实施方式中，如图7B所示，限制单元280设为内表面被成形为具有圆形截面的空洞的容器状的构件。具体地说，限制单元280是圆筒形状，从上表面起设置有半球状的凹部282。该凹部282的内表面被设为与测定触头306接触的接触面284。

通过这样，在本实施方式中，也能够起到与第四实施方式同样的作用效果。并且，限制单元280的接触面284为球面，因此能够将向接触面284的法线方向设定为无数个。因此，能够在各种方向上获取各个用于生成校正矩阵AA的测定探头300的移动量M和探头输出P，从而能够更高精度地生成校正矩阵AA。

或者，作为限制单元，不限定于上述结构，例如也可以使用一个以上的基准球构成限制单元。

另外，在上述实施方式中，坐标获取部406在由限制单元将测定触头306限制在探头输出P为0的基准位置Pb处的状态下，分别获取了在使测定探头300从基准位置Pb移动到各个测定点的时间点的移动量M和探头输出P。换言之，在上述实施方式中，采用了基准位置Pb使得测定探头300的移动量M与以校正矩阵AA校正得到的探头输出P为绝对值相等且符号相反的值，但是本发明不限定于此。例如，只要是坐标获取部406在由限制单元限制了测定触头306的状态下由驱动机构220使测定探头300移动时分别获取测定探头300的移动量M和探头输出P那样的结构，则可以是任意的结构。这是因为，通过使测定探头300的移动量M与探头输出P的对应明确化，能够求出校正矩阵AA。

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 (10)

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，并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，

还具备限制单元，该限制单元限制所述测定触头的平动位移，

所述处理装置具有：

坐标获取部，在由所述限制单元限制了该测定触头的状态下由所述驱动机构使所述测定探头进行了移动时，该坐标获取部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，生成由线性校正元素和非线性校正元素构成的校正矩阵，该线性校正元素和该非线性校正元素分别用于校正针对所述测定探头的移动量的所述探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分；以及

探头输出校正部，其使用该校正矩阵校正所述探头输出，

其中，所述坐标获取部在所述线性校正元素的数量与所述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所述测定探头的移动量和所述探头输出。

2.根据权利要求1所述的坐标测定装置，其特征在于，

在由所述限制单元将所述测定触头限制在所述探头输出为0的基准位置处的状态下，所述坐标获取部分别获取在使所述测定探头从所述基准位置移动到各个所述测定点的时间点的移动量和所述探头输出。

3.根据权利要求2所述的坐标测定装置，其特征在于，

所述限制单元还设为如下的结构：不限制所述测定触头的以其中心为旋转中心的旋转位移。

4.根据权利要求3所述的坐标测定装置，其特征在于，

所述限制单元具备接触部，该接触部在内接于所述测定触头的正四面体的四个顶点的位置处与该测定触头接触。

5.根据权利要求4所述的坐标测定装置，其特征在于，

所述限制单元具备两个按压构件，该两个按压构件夹着所述测定触头而相向地配设，按压该测定触头，

在该两个按压构件的靠测定触头的一侧分别设置有平行的两个柱状部，该两个柱状部在与所述两个按压构件相向的方向正交的方向上具有轴，

将一个所述按压构件中的所述柱状部的轴与另一个所述按压构件中的所述柱状部的轴的方向设为相互正交，在各柱状部分别设置有所述接触部。

6.根据权利要求5所述的坐标测定装置，其特征在于，

所述柱状部形成为圆柱状，能够绕轴旋转。

7.根据权利要求4所述的坐标测定装置，其特征在于，

所述限制单元具备四个按压构件，该四个按压构件朝向所述测定触头的中心按压该测定触头，

该按压构件分别具备抵接构件和支承构件，该抵接构件呈球形状并具有所述接触部，该支承构件将该抵接构件以能够旋转的方式支承。

8.一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，并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：

限制所述测定触头的平动位移；

在由所述驱动机构使所述测定探头进行了移动时，分别获取所述测定探头的移动量和所述探头输出；

使用获取到的所述测定探头的移动量和所述探头输出来生成由线性校正元素和非线性校正元素构成的校正矩阵，其中，获取到的所述测定探头的移动量和所述探头输出的数量分别为所述线性校正元素的数量与所述非线性校正元素的数量的合计数以上，该线性校正元素和该非线性校正元素分别用于校正针对所述测定探头的移动量的所述探头输出的线性坐标成分和非线性坐标成分；以及

使用该校正矩阵校正所述探头输出。

9.根据权利要求8所述的坐标校正方法，其特征在于，

在所述探头输出为0的基准位置处进行限制所述测定触头的平动位移的步骤。

10.根据权利要求9所述的坐标校正方法，其特征在于，

在限制所述测定触头的平动位移的步骤中，不限制所述测定触头的以其中心为旋转中心的旋转位移。