JP2000074662A

JP2000074662A - 座標軸直角度誤差の校正方法及び三次元形状測定装置

Info

Publication number: JP2000074662A
Application number: JP10246604A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Izeki; 敏之井関
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-14
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP3474448B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な作業で、熟練した作業者を必要としない
で補正パラメータを自動的に推定して、短い演算処理時
間で３軸の座標軸の直角度誤差を補正する。【解決手段】座標変換行列推定部１３は理想球面を座標
変換して得られる楕円面と基準球面の実測データとの差
を最小化するように座標変換行列を推定する。直角度誤
差補正部１４は推定した座標変換行列のパラメータを利
用して被測定物の点列データに座標変換を施して測定座
標軸間の直角度誤差補正を自動的に行い、レンズ等の光
学素子や非球面の形状測定を作業者によるばらつきがな
く、かつ、手間のかかる煩雑な校正作業を行うことなし
で精度良く測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばレンズ等
の光学素子、特に非球面の形状を測定するときの座標軸
直角度誤差の校正方法及び三次元形状測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】非球面レンズ等の形状を測定する代表的
な方法は、Ｘ軸ステージとＹ軸ステージ及びＺ軸ステー
ジを有する３軸直交ステージに設けられたプローブと対
向する位置に被測定物を固定し、３軸直交ステージを駆
動してプローブにより被測定物表面をならい走査する。
この走査中のプローブの位置をレーザ測長器等を用いて
逐次測定して被測定物表面の形状を点列データとして得
ている。

【０００３】この形状測定用のプローブは接触式と非接
触式の２種類に大別できる。接触式プローブ２ａは、図
５の構成図に示すように、ハウジング２１に対してバネ
２２によりスラスト方向に弾性支持され接触子２３を有
し、外部から吸気ポート２４を通して多孔質材料２５に
吸気することによって接触子２３の静圧空気案内を構成
している。接触子２３の被測定面２８に接触する側の先
端には真球２６が固定され、反対側の端面に対向した位
置に変位計２７が設けられている。そしてハウジング２
１を固定した３軸直交ステージを駆動して、接触子２３
の先端の真球２６を被測定物表面に押し付けると、バネ
２２が変形して変位計２７の出力が変化する。そこで３
軸直交ステージを駆動して変位計２７の出力が一定にな
るように制御しながら被測定面２８を走査すると同時
に、レーザ測長器等を用いて走査中のプローブ２ａの位
置を逐次測定して被測定物の形状を測定する。また、走
査中における変位計２７のわずかな出力変動分をレーザ
測長器等の出力に加算することによって、被測定面２８
の凹凸に対するプローブ２ａの追従誤差を補正すること
ができ、より高精度な測定を行うことができる。

【０００４】また、非接触式プローブの代表例として光
プローブが使用されている。光プローブ２ｂは、図６の
構成図に示すように、光源３１から射出された光はハー
フミラー３２からレンズ３３に送られ、レンズ３３によ
り被測定面２７に数μｍ前後の微小スポットで集光され
る。被測定面２８で反射した光は、再びレンズ３３とハ
ーフミラー３２を通りフォーカス検出系３４に導かれ
る。フォーカス検出系３４には、例えば光ディスクドラ
イブのピックアップと同様の光学系が用いられ、被測定
面２８との距離に応じた電気信号が出力される。この光
プローブ２ｂを取り付けた３軸直交ステージを駆動し
て、光プローブ２ｂを被測定面２８に近づけて出力信号
を捉え、出力信号が一定になるように３軸直交ステージ
を制御しながら被測定面２８を走査し、走査中の光プロ
ーブ２ｂの位置をレーザ測長器等を用いて逐次測定して
被測定物の形状を測定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように接触式あ
るいは非接触式のプローブを用いて被測定物の表面を走
査して形状を測定する場合、例えば、文献「超高精度三
次元測定機の精度校正方法」（吉住恵一、光学Ｖｏｌ．
２０，Ｎｏ．５（１９９１））に示されているように、
測定座標系のｘ，ｙ，ｚの３軸の直交度が測定精度に影
響し、３軸の直交度によっては無視できない大きさの測
定誤差を生じる。

【０００６】例えば図７に示すように、３軸の座標軸直
交度誤差を含む現実の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、直交度
誤差を含まない理想的な直交座標系（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀）
の上に重ねて示した場合、現実の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
における点Ｐの座標（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）と理想的な直
交座標系（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀）における点Ｐの座標（ｐ
ｘ₀，ｐｙ₀，ｐｚ₀）は下記（１）式の関係が成り立
つ。

【０００７】

【数１】

【０００８】ただし、（ｉｓ，ｊｓ，ｋｓ）はｓ方向の
単位ベクトルを示し、Ａは座標変換行列である。

【０００９】このとき、理想の座標系において、原点か
ら距離Ｒの点Ｐの集合、すなわち半径Ｒの球面は、現実
の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）においては、下記（２）式の内
積で表わされる曲面となる。

【００１０】

【数２】

【００１１】一般に（２）式は楕円面を表わしている。
すなわち、（２）式は測定座標系の直角度が正確に出て
いないと、球面が楕円面として測定されてしまうことを
示している。そこで被測定物として半径２０ｍｍの球面
を想定し、直角度誤差の影響を試算した結果を図８〜図
１０に示す。図８はＹ軸とＺ軸間の直角度誤差が５秒
（２．４２×１０^-5ｒａｄ）の場合の測定誤差を示し、
図９はＺ軸とＸ軸間の直角度誤差が５秒の場合の測定誤
差を示し、図１０はＸ軸とＹ軸間の直角度誤差が５秒の
場合の測定誤差を示す。いずれの場合も数１００ｎｍの
オーダで測定誤差が生じるいる。

【００１２】このようにサブμｍオーダの測定を行う場
合には、３軸の座標軸の直角度誤差を秒オーダで抑える
必要がある。しかも、秒オーダの角度ずれを問題として
いるので経時変化を無視できず、定期的な校正作業が必
要である。この校正作業として、従来は、何らかの方法
で直角度誤差を実測する方法と、校正用の基準球面を測
定し、図８〜図１０に例示したような測定結果がなるべ
く平坦になるように、直角度誤差を試行錯誤で求める方
法が採用されている。しかしながら、いずれの方法も熟
練した作業者を必要とするとともに校正作業に非常に時
間を要するという短所があった。

【００１３】この発明はかかる短所を解消し、簡単な作
業で、特に熟練した作業者を必要としないで補正パラメ
ータを自動的に推定して、短い演算処理時間で３軸の座
標軸の直角度誤差を補正する座標軸直角度誤差の校正方
法及び三次元形状測定装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る座標軸直
角度誤差の校正方法は、被測定物表面をならい走査し
て、走査経路の座標を３次元直交座標点列データとして
測定し、測定した点列データに座標変換を施して測定座
標軸間の直角度誤差に起因する測定データの歪みを補正
する座標軸直角度誤差の校正方法であって、基準球面の
形状を実測し、理想球面を座標変換して得られる楕円面
と基準球面の実測データとの差を最小化するように座標
変換行列を推定し、推定した座標変換行列のパラメータ
を利用して被測定物の点列データに座標変換を施して測
定座標軸間の直角度誤差補正を行うことを特徴とする。

【００１５】上記基準球面の測定範囲の中心近傍に測定
基準点を設定し、基準点を含んで放射状に配列する複数
経路上の点列データ若しは基準点に対して同心円状に配
列する複数経路上の点列データ又は基準点に対して同心
多角形状に配列する複数経路上の点列データを用いて座
標変換行列を推定することが望ましい。

【００１６】この発明の三次元形状測定装置は、３軸の
直交移動手段に設けられた形状測定用プローブと直交移
動手段の各軸の移動量を測定する移動量測定手段と座標
データ算出手段及び演算処理手段とを有し、直交移動手
段は基準球面及び被測定物表面で形状測定用プローブを
移動してならい走査を行い、移動量測定手段は直交移動
手段の各軸の移動量を測定し、座標データ算出手段は移
動量測定手段で測定した移動量から形状測定用プローブ
の走査経路の座標を３次元直交座標点列データとして算
出し、演算処理手段は理想球面を座標変換して得られる
楕円面と基準球面の測定データとの差を最小化するよう
に座標変換行列を推定し、推定した座標変換行列のパラ
メータを利用して被測定物の点列データに座標変換を施
して測定座標軸間の直角度誤差補正を行うことを特徴と
する。

【００１７】上記座標データ算出手段は、基準球面の測
定範囲の中心近傍に測定基準点を設定し、該基準点を含
んで放射状に配列する複数経路上の点列データ若しくは
基準点に対して同心円状に配列する複数経路上の点列デ
ータ又は基準点に対して同心多角形状に配列する複数経
路上の点列データを演算処理手段に送ることが望まし
い。

【００１８】また、上記移動量測定手段はレーザ干渉測
長器であることが望ましい。さらに移動量測定手段のレ
ーザ干渉測長器と形状測定用プローブとを同一移動台上
に設置し、形状測定用プローブ先端の位置がレーザ干渉
測長器の各測長光路と常に同一直線上に位置するように
レーザ干渉測長器を配置すると良い。

【００１９】また、上記直交移動手段として静圧流体案
内を用いると良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の三次元形状測定装置
は、３軸直交ステージに設けられた形状測定用プローブ
と移動量測定手段と座標データ算出部と演算処理部と出
力部を有する。形状測定用プローブは載置台に固定され
た被測定物の表面を３軸直交ステージの駆動によりなら
い走査する。移動量測定手段は、例えばレーザ干渉測長
器からなり、３軸直交ステージの各軸の移動量を測定す
る。座標データ算出部は移動量測定手段で測定した移動
量から形状測定用プローブの走査経路の座標を３次元直
交座標点列データ（以下、点列データという）として算
出する。演算処理部は切換部と座標変換行列推定部及び
直角度誤差補正部を有する。

【００２１】この三次元形状測定装置でレンズ等の被測
定物の形状を測定するとき、まず、載置台に基準球面を
固定し、３軸直交ステージを駆動して形状測定用プロー
ブにより基準球面をならい走査しながら、移動量測定手
段で３軸直交ステージの各軸の移動量を検出して座標デ
ータ算出部に送る。座標データ算出部は送られた移動量
から基準球面の走査経路の点列データを算出して演算処
理部に送る。演算処理部の切換部は基準球面のならい走
査をしているときに座標データ算出部から送られた点列
データを座標変換行列推定部に送る。座標変換行列推定
部は、理想球面を座標変換して得られる楕円面と送られ
た基準球面の点列データとの差を最小化するように座標
変換行列を推定する。次ぎに、被測定物を載置台に固定
し、３軸直交ステージを駆動して形状測定用プローブに
より被測定物の表面をならい走査しながら、移動量測定
手段で３軸直交ステージの各軸の移動量を検出して座標
データ算出部に送る。座標データ算出部は送られた移動
量から被測定物の表面の走査経路の点列データを算出し
て演算処理部に送る。演算処理部の切換部は被測定物の
ならい走査をしているときに座標データ算出部から送ら
れた点列データを直角度誤差補正部に送る。直角度誤差
補正部は送られた点列データを座標変換行列推定部で推
定した座標変換行列のパラメータを利用して座標変換
し、測定座標軸間の直角度誤差補正をした点列データを
形状データとして出力部に送る。出力部は送られた形状
データを表示装置や記憶装置等に出力する。

【００２２】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。図に示すように、三次元形状測定装置は
３軸直交ステージ１と形状測定用プローブ２と移動量測
定手段３と座標データ算出部４と演算処理部５及び出力
部６を有する。３軸直交ステージ１は、図２に示すよう
に、Ｘ軸ステージ７とＹ軸ステージ８及びＺ軸ステージ
９を有し、接触式又は非接触式の形状測定用プローブ２
が取り付けられ、形状測定用プローブ２と対向する位置
に被測定物１０を固定する載置台１１が設けられてい
る。形状測定用プローブ２は被測定物１０の表面を３軸
直交ステージ１の駆動によりならい走査する。移動量測
定手段３は、例えばレーザ干渉測長器からなり、３軸直
交ステージ１の各軸の移動量すなわち形状測定用プロー
ブ２の移動量を測定する。座標データ算出部４は移動量
測定手段３で測定した移動量から形状測定用プローブ２
の走査経路の座標を３次元直交座標点列データ（以下、
点列データという）として算出する。演算処理部５は切
換部１２と座標変換行列推定部１３及び直角度誤差補正
部１４を有する。切換部１２は座標データ算出部４から
入力される点列データの出力先を処理モードに応じて座
標変換行列推定部１３か直角度誤差補正部１４に切り換
える。座標変換行列推定部１３は理想球面を座標変換し
て得られる楕円面と基準球面の測定データとの差を最小
化するように座標変換行列を推定する。直角度誤差補正
部１４は推定した座標変換行列のパラメータを利用して
被測定物１０の点列データに座標変換を施して測定座標
軸間の直角度誤差補正を行う。出力部６は直角度誤差補
正部１４で測定座標軸間の直角度誤差補正を行った被測
定物１０の形状データを表示装置や記憶装置等に出力す
る。

【００２３】上記のように構成した三次元形状測定装置
の処理を説明するに当たり、まず、直角度誤差補正を行
うための座標変換行列のパラメータを推定する原理を説
明する。

【００２４】図３に示すように、直交度誤差を含まない
理想的な直交座標系（Ｘ_0,Ｙ_0,Ｚ₀）に対する３軸の座
標軸直交度誤差を含む現実の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の直
角度誤差をα，β，γで定義する。図３においては、現
実の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して理想的な直交座標系
（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀ ）を、Ｚ軸方向とＺＸ平面が重なるよ
うに選んでいるが、例えばＸ軸方向とＸＹ平面とが重な
るように選んでも良い。あるいは、Ｙ軸方向のみが重な
るように選んでも、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の全てが任意の方
向を向いていても良いが、Ｙ軸方向のみが重なるように
選んだり、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の全てが任意の方向を向い
ている場合は、基準球面のような回転対象体を用いる場
合に解が不定となるので、そのようにならないための制
約条件が必要となる。

【００２５】直角度誤差を、図３に示すように定義する
と、α＜＜１，β＜＜１，γ＜＜１のとき、現実の座標
系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から理想的な直交座標系（Ｘ₀,Ｙ_0,Ｚ
₀）への線型変換行列Ａは下記（３）式で表わされる。

【００２６】

【数３】

【００２７】この変換行列Ａを（２）式に代入すると、
下記（４）式が得られる。

【００２８】

【数４】

【００２９】（４）式において、α＜＜１，β＜＜１，
γ＜＜１を考慮して高次の微小量を無視すると、（４）
式は下記（５）式で表わされる。

【００３０】

【数５】

【００３１】上記（４）式又は（５）式は（３）式の変
換行列Ａによる座標変換によって半径Ｒの球面に写像さ
れる楕円面を表わしている。この（４）式または（５）
式のｘ，ｙ，ｚにそれぞれ（ｘ−ｘｓ），（ｙ−ｙ
ｓ），（ｚ−ｚｓ）を代入した式をモデル式とし、実測
データとの差を最小化する最適化問題としてα，β，
γ，ｘｓ，ｙｓ，ｚｓを求める。このようにして直角度
誤差α，β，γを決定でき、現実の座標系（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）から理想的な直交座標系（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀）への
座標変換行列Ａを求めることができる。

【００３２】この原理により被測定物の形状データを直
角度誤差補正を行うときの処理を図４のフローチャート
を参照して説明する。

【００３３】まず、三次元形状測定装置の載置台１１に
基準球面を固定し、３軸直交ステージ１を駆動して形状
測定用プローブ２により基準球面をならい走査しながら
（ステップＳ１）、移動量測定手段３で３軸直交ステー
ジ１の各軸すなわち形状測定用プローブ２の移動量を検
出して座標データ算出部４に送る。この３軸直交ステー
ジ１の各軸の移動量を測定する移動量算出手段３として
安定化された光の波長を測定基準とするレーザ干渉測長
器を用いることにより、直角度誤差とは関係のない測定
誤差を極力排除して、３軸直交ステージ１の各軸の移動
量を極めて正確に測定することができ、直角度誤差を秒
オーダで正確に決定することができる。

【００３４】また、３軸直交ステージ１の移動量を正確
に測定しようとする場合、アッベ誤差に十分注意を払う
必要がある。アッベ誤差を排除する一つの方法は、測定
対象物と同軸上で測長することである。そこで移動量測
定手段３としてレーザ干渉測長器を使用し、レーザ干渉
測長器の干渉計を形状測定用プローブ２と同一移動台に
配置し、形状測定用プローブ２の先端が常にレーザ干渉
測長器の測長光路の延長線上にあるようにする。このよ
うにレーザ干渉測長器を配置することにより、形状測定
用プローブ２が移動してもアッベ誤差の影響を受けずに
形状測定用プローブ２の先端位置を正確に測定すること
ができる。

【００３５】さらに、アッベ誤差を排除する他の方法と
しては、アッベ誤差の原因となる３軸直交ステージ１の
姿勢精度よ真直精度を高めることである。そこで３軸直
交ステージ１として静圧流体案内を使用することにより
姿勢情報と真直精度を高めることができ、移動量測定手
段３のレーザ測長器により形状測定用プローブ２先端と
同軸上で測長するのが困難な場合であっても、アッベ誤
差を最小限に抑制することができる。

【００３６】座標データ算出部４は送られた移動量から
基準球面の走査経路の点列データを算出して演算処理部
５に送る（ステップＳ２）。演算処理部５の切換部１２
は基準球面のならい走査をしているときに座標データ算
出部４から送られた点列データを座標変換行列推定部１
３に送る。座標変換行列推定部１３は送られた基準球面
の点列データを（４）式又は（５）式のｘ，ｙ，ｚにそ
れぞれ代入して理想球面を座標変換して得られる楕円面
と基準球面の実測データとの差を最小化するような座標
変換行列のパラメータα，β，γを推定する（ステップ
Ｓ３）。次ぎに被測定物１０を三次元形状測定装置の載
置台１１に固定し、３軸直交ステージ１を駆動して形状
測定用プローブ２により被測定物１０の表面をならい走
査しながら（ステップＳ４）、移動量測定手段３で３軸
直交ステージ１の各軸の移動量を検出して座標データ算
出部４に送る。座標データ算出部４は送られた移動量か
ら被測定物１０の表面の走査経路の点列データを算出し
て演算処理部５に送る（ステップＳ５）。演算処理部５
の切換部１２は被測定物１０のならい走査をしていると
きに座標データ算出部４から送られた点列データを直角
度誤差補正部１４に送る。直角度誤差補正部１４は送ら
れた点列データを座標変換行列推定部１３で推定した座
標変換行列のパラメータα，β，γを利用して座標変換
し（ステップＳ６）、測定座標軸間の直角度誤差補正を
した点列データを形状データとして出力部６に送る。出
力部６は送られた形状データを表示装置や記憶装置等に
出力する（ステップＳ７）。

【００３７】このようにして、三次元形状測定装置の演
算処理部５で自動的に測定座標軸間の直角度誤差補正を
する座標変換行列を推定して直角度誤差補正を行うこと
により、レンズ等の光学素子や非球面の形状測定を作業
者によるばらつきがなく、かつ、手間のかかる煩雑な校
正作業を行うことなしで精度良く測定することができ
る。

【００３８】上記のように座標変換行列のパラメータを
推定したり、非測定物の点列データを座標変換するとき
に、演算時間の短縮という観点から、演算に使用するデ
ータ数は極力少ない方が都合がよい。座標軸間の直角度
誤差による測定誤差は、図８〜図１０に示したように、
Ｙ軸方向に沿ったＳ字面と、Ｘ軸方向に沿ったＳ字面
と、Ｘ軸とＹ軸方向に対して４５度傾いた鞍型面と、こ
れらが複合した形状となって現れるから、測定範囲の中
心近傍点を通る放射状に配列したデータ、すなわち、Ｘ
軸とＹ軸に平行な方向及びＸ軸とＹ軸と４５度で交わる
方向に沿ったデータを使えば、演算に使用するデータ数
を少なくして、理想球面を座標変換して得られる楕円面
と基準球面の実測データとの差を最小化する座標変換行
列のパラメータを安定して推定できるとともに座標軸間
の直角度誤差補正の演算時間を短縮することができる。
また、測定範囲の中心近傍点に対して同心多角形状に配
列したデータ又は同心円状に配列したデータを抽出して
も、演算に使用するデータ数を少なくして演算時間を短
縮することができる。そこで座標データ算出部４は、こ
れらのデータを選択して演算処理部５に送ることによ
り、演算処理部５の処理時間を大幅に短縮することがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、理想球
面を座標変換して得られる楕円面と基準球面の実測デー
タとの差を最小化するように座標変換行列を推定し、推
定した座標変換行列のパラメータを利用して被測定物の
点列データに座標変換を施して測定座標軸間の直角度誤
差補正を自動的に行うようにしたから、レンズ等の光学
素子や非球面の形状測定を作業者によるばらつきがな
く、かつ、手間のかかる煩雑な校正作業を行うことなし
で精度良く測定することができる。

【００４０】また、基準球面の測定範囲の中心近傍点を
通る放射状に配列したデータを使用して座標変換行列を
推定することにより、演算に使用するデータ数を少なく
して演算時間を短縮することができる。

【００４１】また、移動量算出手段として安定化された
光の波長を測定基準とするレーザ干渉測長器を用いるこ
とにより、直角度誤差とは関係のない測定誤差を極力排
除して、３軸の直交移動手段の各軸の移動量を極めて正
確に測定することができ、直角度誤差を秒オーダで正確
に決定することができる。

【００４２】さらに、レーザ干渉測長器の干渉計を形状
測定用プローブと同一移動台に配置し、形状測定用プロ
ーブの先端が常にレーザ干渉測長器の測長光路の延長線
上にあるようにすることにより、形状測定用プローブが
移動してもアッベ誤差の影響を受けずに形状測定用プロ
ーブの先端位置を正確に測定することができ、信頼性の
高い直角度誤差推定値を得ることができる。

【００４３】さらに、３軸の直交移動手段として静圧流
体案内を使用することにより姿勢情報と真直精度を高め
ることができ、レーザ干渉測長器により形状測定用プロ
ーブ先端と同軸上で測長するのが困難な場合であって
も、アッベ誤差を最小限に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】３軸直交ステージの構成図である。

【図３】現実の座標系の直角度誤差を示す説明図であ
る。

【図４】上記実施例の処理を示すフローチャートであ
る。

【図５】接触式プローブの構成図である。

【図６】非接触式プローブの構成図である。

【図７】理想的な直交座標系と現実の座標系を示す説明
図である。

【図８】直角度誤差の影響を試算した第１の結果を示す
説明図である。

【図９】直角度誤差の影響を試算した第２の結果を示す
説明図である。

【図１０】直角度誤差の影響を試算した第３の結果を示
す説明図である。

【符号の説明】

１３軸直交ステージ２形状測定用プローブ３移動量測定手段４座標データ算出部５演算処理部６出力部１０被測定物１２切換部１３座標変換行列推定部１４直角度誤差補正部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物表面をならい走査し、走査経路
の座標を３次元直交座標点列データとして測定し、測定
した点列データに座標変換を施して測定座標軸間の直角
度誤差に起因する測定データの歪みを補正する座標軸直
角度誤差の校正方法であって、基準球面の形状を実測し、理想球面を座標変換して得ら
れる楕円面と基準球面の実測データとの差を最小化する
ように座標変換行列を推定し、推定した座標変換行列の
パラメータを利用して被測定物の点列データに座標変換
を施して測定座標軸間の直角度誤差補正を行うことを特
徴とする座標軸直角度誤差の校正方法。
【請求項２】基準球面の測定範囲の中心近傍に測定基
準点を設定し、基準点を含んで放射状に配列する複数経
路上の点列データ若しは基準点に対して同心円状に配列
する複数経路上の点列データ又は基準点に対して同心多
角形状に配列する複数経路上の点列データを用いて座標
変換行列を推定する請求項１記載の座標軸直角度誤差の
校正方法。
【請求項３】３軸の直交移動手段に設けられた形状測
定用プローブと直交移動手段の各軸の移動量を測定する
移動量測定手段と座標データ算出手段及び演算処理手段
とを有し、直交移動手段は基準球面及び被測定物表面で形状測定用
プローブを移動してならい走査を行い、移動量測定手段
は直交移動手段の各軸の移動量を測定し、座標データ算
出手段は移動量測定手段で測定した移動量から形状測定
用プローブの走査経路の座標を３次元直交座標点列デー
タとして算出し、演算処理手段は理想球面を座標変換し
て得られる楕円面と基準球面の測定データとの差を最小
化するように座標変換行列を推定し、推定した座標変換
行列のパラメータを利用して被測定物の点列データに座
標変換を施して測定座標軸間の直角度誤差補正を行うこ
とを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項４】上記座標データ算出手段は、基準球面の
測定範囲の中心近傍に測定基準点を設定し、該基準点を
含んで放射状に配列する複数経路上の点列データ若しく
は基準点に対して同心円状に配列する複数経路上の点列
データ又は基準点に対して同心多角形状に配列する複数
経路上の点列データを演算処理手段に送る請求項３記載
の三次元形状測定装置。
【請求項５】上記移動量測定手段はレーザ干渉測長器
である請求項３又は４記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】上記移動量測定手段はレーザ干渉測長器
と形状測定用プローブとを同一移動台上に設置し、形状
測定用プローブ先端の位置がレーザ干渉測長器の各測長
光路と常に同一直線上に位置するようにレーザ干渉測長
器を配置した請求項３，４又は５記載の三次元形状測定
装置。
【請求項７】上記直交移動手段として静圧流体案内を用
いた請求項３，４，５又は６記載の三次元形状測定装
置。