JP2017133909A - 三次元測定機の測定方法及び測定制御装置、並びに測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物に形成された複数の測定要素を測定する際の測定効率と測定精度とを向上可能な三次元測定機の測定方法及び測定制御装置、並びに測定プログラムを提供する。【解決手段】測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出ステップＳ４Ａと、測定要素を法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化ステップＳ４Ｂと、測定要素の測定順番をグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定ステップＳ４Ｃ、Ｓ４Ｄと、被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定ステップと、プローブにより測定要素を、測定順番決定ステップで決定した測定順番に従ってグループごとに測定する測定要素測定ステップと、を有する。【選択図】図１２

Description

本発明は、被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定方法及び測定制御装置、並びに測定プログラムに関する。

従来、プローブの位置や姿勢を変位させる駆動部を有し、このプローブを被測定物に形成されている複数の測定要素（例えば円穴）にそれぞれ接触させることにより、測定要素の寸法及び形状等の様々な測定を行う三次元測定機が知られている。

このような三次元測定機においては、複数の測定要素の測定位置及び測定順番に従って予め作成された測定経路（パートプログラム）に基づき、プローブの位置及び姿勢を変位させながら被測定物の各測定要素の測定を行う（例えば特許文献１参照）。この測定順番は、測定経路が最短となるようにソートされているのが通常である。

また、特許文献１に記載の三次元測定機は、テーブルにセットされた被測定物の位置及び姿勢を検出することにより、テーブル上での被測定物の位置及び姿勢に関係なく、既に作成された測定経路を使用して被測定物の各測定要素を測定することができる。

特開２０１５−２２２１９６号公報

ところで、被測定物が例えば多面体であり、その個々の面に形成されている測定要素をプローブで測定する場合には、個々の面に形成されている測定要素の法線ベクトルの方向に合わせてプローブの姿勢を回転させる必要がある。このため、法線ベクトルの方向が異なる複数の測定要素の測定を行う場合、測定要素ごとの法線ベクトルの方向に合わせてプローブの姿勢を回転させる必要がある。

図１３は、最短の測定経路で被測定物９の複数の測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０）を測定する場合の課題を説明するための説明図である。ここで複数の測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０）は円穴である。

図１３に示すように、最短の測定経路で各測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０）を測定する場合の測定順番は、図中矢印で示したように、測定要素Ｅ（１０）→測定要素Ｅ（７）→測定要素Ｅ（２）→測定要素Ｅ（６）→測定要素Ｅ（５）→測定要素Ｅ（１）→測定要素Ｅ（３）→測定要素Ｅ（４）→測定要素Ｅ（８）→測定要素Ｅ（９）である。この場合は、測定要素Ｅ（７）及び測定要素Ｅ（２）の間と、測定要素Ｅ（２）及び測定要素Ｅ（６）の間と、測定要素Ｅ（５）及び測定要素Ｅ（１）の間と、測定要素Ｅ（４）及び測定要素Ｅ（８）の間と、においてプローブの姿勢を回転させる必要がある。

ここで、プローブの姿勢の回転にはプローブの移動よりも時間が掛かるが（例えば１０秒以上）、従来の測定要素の測定順番のソートでは、プローブの姿勢の回転回数までは考慮されてない。このため、特許文献１に記載の三次元測定機では、測定中にプローブの姿勢が何度も回転するため、測定効率（測定時間）の観点において改善の余地がある。

また、プローブの姿勢を回転させた場合には、プローブの回転誤差が測定要素の測定精度に影響を及ぼすおそれがある。このため、測定中にプローブの姿勢を何度も回転させる特許文献１に記載の三次元測定機では、測定精度の観点においても改善の余地がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定物に形成された複数の測定要素を測定する際の測定効率と測定精度とを向上可能な三次元測定機の測定方法及び測定制御装置、並びに測定プログラムを提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための三次元測定機の測定方法は、位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定方法において、測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出ステップと、法線ベクトル検出ステップの検出結果に基づき、測定要素を法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化ステップと、測定要素の測定順番を、グループ化ステップでグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定ステップと、三次元測定機内での被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定ステップと、位置姿勢測定ステップの測定結果に基づき、プローブにより測定要素を、測定順番決定ステップで決定した測定順番に従ってグループごとに測定する測定要素測定ステップと、を有する。

この方法によれば、被測定物に形成された複数の測定要素を測定する際に、プローブの回転回数を最小限に抑えることができ、さらに回転回数を減らすことによりプローブの回転誤差の発生も減らすことができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、測定要素測定ステップは、プローブの姿勢を、測定対象のグループの法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、回転処理されたプローブの姿勢を校正する校正処理と、校正処理されたプローブにより測定対象のグループ内の測定要素を測定するグループ内測定処理と、をグループごとに繰り返し行う。ここで、プローブの姿勢を測定対象のグループの法線ベクトルの方向に合わせて回転させるとは、プローブを、プローブの先端が測定対象のグループに対向し且つ法線ベクトルに平行となる姿勢に回転させることである。この他の態様によれば、プローブの姿勢を回転させた際の回転誤差を校正することができるので、被測定物に形成された複数の測定要素を測定する場合の測定精度を向上させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、測定順番決定ステップは、グループ内の測定要素をプローブの移動距離が最短となる順番にソートする第１ソート処理を、グループごとに行って測定順番を決定し、グループ内測定処理は、第１ソート処理でソートされた測定要素の順番に従って、グループ内の測定要素の測定を行う。これより、グループごとの測定要素の測定時間を短くすることができるので、より測定効率を向上させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、測定順番決定ステップは、グループ化ステップで生成された個々のグループを、最初に測定するグループに対して法線ベクトルの方向が近い順にソートする第２ソート処理を行って測定順番を決定し、測定要素測定ステップは、第２ソート処理でソートされたグループの順番に従って、グループごとの測定を行う。これにより、次のグループの測定を行う前に回転させるプローブの回転角を最小にすることができるので、測定時間を短くすることができ、より測定効率を向上させることができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、被測定物を基準としたワーク座標系を設定するワーク座標系設定ステップと、ワーク座標系設定ステップで設定したワーク座標系と、測定順番決定ステップで決定した測定順番とに基づき、被測定物を基準としたプローブの測定経路を設定する測定経路設定ステップと、を有し、測定要素測定ステップでは、測定経路設定ステップで設定された測定経路と、位置姿勢測定ステップの測定結果とに基づき、プローブにより測定要素をグループごとに測定する。これにより、三次元測定機内での被測定物の位置及び姿勢に関係なく、共通の測定経路を使用して測定要素の測定を行うことができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、ワーク座標系設定ステップでは、被測定物の設計図面を基にワーク座標系を設定する。これにより、三次元測定機で被測定物を測定することなくワーク座標系の設定を行うことができ、オペレータの作業を減らすことができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、法線ベクトル検出ステップでは、被測定物の設計図面を基に法線ベクトルを検出する。これにより、三次元測定機で被測定物を測定することなく法線ベクトルを検出することができ、オペレータの作業を減らすことができる。

本発明の目的を達成するための三次元測定機の測定制御装置は、位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定制御装置において、測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出部と、法線ベクトル検出部の検出結果に基づき、測定要素を法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化部と、測定要素の測定順番を、グループ化部がグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定部と、三次元測定機内での被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定部と、位置姿勢測定部の測定結果に基づき、プローブにより測定要素を、測定順番決定部が決定した測定順番に従ってグループごとに測定する測定要素測定部と、を備える。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定制御装置において、測定要素測定部は、プローブの姿勢を、測定対象のグループ内の測定要素の法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、回転処理されたプローブの姿勢を校正する校正処理と、校正処理されたプローブにより測定対象のグループ内の測定要素を測定するグループ内測定処理と、をグループごとに繰り返し行う。

本発明の目的を達成するための測定プログラムは、位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機における測定プログラムにおいて、測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出ステップと、法線ベクトル検出ステップの検出結果に基づき、測定要素を法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化ステップと、測定要素の測定順番を、グループ化ステップでグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定ステップと、三次元測定機内での被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定ステップと、位置姿勢測定ステップの測定結果に基づき、プローブにより測定要素を、測定順番決定ステップで決定した測定順番に従ってグループごとに測定する測定要素測定ステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明の他の態様に係る測定プログラムにおいて、測定要素測定ステップは、プローブの姿勢を、測定対象のグループの法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、回転処理されたプローブの姿勢を校正する校正処理と、校正処理されたプローブにより測定対象のグループ内の測定要素を測定するグループ内測定処理と、をグループごとに繰り返し行う。

本発明の三次元測定機の測定方法及び測定制御装置、並びに測定プログラムによれば、被測定物に形成された複数の測定要素を測定する場合の測定効率と測定精度とを向上可能である。

三次元測定機外観斜視図である。 プローブヘッドの外観斜視図である。 コンピュータの機能ブロック図である。 ワーク座標系設定部による空間補正の説明図である。 ワーク座標系設定部による原点設定の説明図である。 ワーク座標系設定部による基準軸設定の説明図である。 法線ベクトル検出部による法線ベクトル検出処理、グループ化部によるグループ化処理、及びソート部による第１ソート処理をそれぞれ説明するための説明図である。 ソート部による第２ソート処理の他の実施例を説明するための説明図である。 テーブル上にセットされた被測定物の位置及び姿勢の測定を説明するための説明図である。 測定要素測定部による測定要素測定を説明するための説明図である。 被測定物の測定要素の測定処理の流れを示すフローチャートである。 図１１中のステップＳ４のソート処理の流れを示すフローチャートである。 最短の測定経路で被測定物の複数の測定要素を測定する場合の課題を説明するための説明図である。

［三次元測定機の全体構成］
図１は、三次元測定機（ＣＭＭ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）１０の外観斜視図である。三次元測定機１０は、プローブ２４ａの位置及び姿勢を変位させながら被測定物９（ワークともいう、既述の図１３参照）の測定位置における座標値（Ｘ軸方向の座標値、Ｙ軸方向の座標値、及びＺ軸方向の座標値）を測定する測定機であり、座標測定機又は三次元座標測定機とも称される。なお、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、三次元測定機１０に固有の機械座標原点に基づいて定められる座標系である機械座標系である。また、本例では既述の図１３に示した被測定物９を測定するが、測定対象の被測定物９の種類は特に限定はされない。

被測定物９は、既述の図１３に示したように多面体であり、被測定物９の各面には複数の測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０）が形成されている。以下、測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０）を適宜「測定要素Ｅ」と略す。ここで、測定要素Ｅとは被測定物９に形成される穴（円穴）、凸部、又は溝などであり、被測定物９には複数の測定要素Ｅが含まれている。本例では測定要素Ｅとして円穴を測定する。なお、測定要素Ｅには被測定物９の外形が含まれていてもよい。

図１に示すように、三次元測定機１０は、架台１２と、架台１２上に設けられたテーブル１４（定盤）と、テーブル１４の両端部に立設された右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌと、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌの上部を連結するＸガイド１８と、を備える。右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６ＬとＸガイド１８とにより門型フレーム２６が構成される。

テーブル１４の両端部の上面と側面には、Ｙ軸方向に沿って右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌが摺動する摺動面が形成されている。また、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌには、テーブル１４の摺動面に対向する位置にエアベアリング（図示は省略）が設けられている。これにより、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌは、Ｘガイド１８と共にＹ軸方向に移動自在になっている。

Ｘガイド１８には、Ｘキャリッジ２０が取り付けられている。このＸガイド１８には、Ｘキャリッジ２０が摺動する摺動面がＸ軸方向に沿って形成されている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｘガイド１８の摺動面に対向する位置にエアベアリング（図示は省略）が設けられている。これにより、Ｘキャリッジ２０はＸ軸方向に移動自在になっている。

Ｘキャリッジ２０には、Ｚキャリッジ（Ｚスピンドルともいう）２２が取り付けられている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｚキャリッジ２２をＺ軸方向に案内するＺ軸方向案内用のエアベアリング（図示せず）が設けられている。これにより、Ｚキャリッジ２２は、Ｘキャリッジ２０によってＺ軸方向に移動可能に保持されている。

Ｚキャリッジ２２の下端には、プローブヘッド２４が取り付けられている。

図２は、プローブヘッド２４の外観斜視図である。図２に示すように、プローブヘッド２４は、例えば無段階位置決め機構を備えた５軸同時制御プローブヘッドであり、接触式タッチトリガのプローブ２４ａの基端を保持している。プローブ２４ａの先端には、スタイラス２４ｂの基端が取り付けられている。このスタイラス２４ｂの先端には、接触子２４ｃが取り付けられている。スタイラス２４ｂ及び接触子２４ｃは、プローブ２４ａの測定子を構成する。なお、プローブ２４ａの種類は特に限定されるものではない。

プローブヘッド２４には、プローブ２４ａを互いに直交する２つの回転軸Ａ及び回転軸Ｂ（図１参照）の軸周りに回転させるモータなどの第１駆動部３５（図３参照）が設けられている。これにより、プローブ２４ａの回転軸Ａの軸周りの回転角φと、プローブ２４ａの回転軸Ｂの軸周りの回転角θとをそれぞれ無段階に調整することができ、その結果、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の姿勢を任意に変位（回転）させることができる。

図１に戻って、三次元測定機１０には、図示は省略するが門型フレーム２６をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動部と、Ｘキャリッジ２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動部と、Ｚキャリッジ２２をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動部と、を含む第２駆動部３６（図３参照）が設けられている。これにより、プローブヘッド２４及びプローブ２４ａを、互いに直交する３軸方向（ＸＹＺ方向）に移動させることができる。これら第１駆動部３５及び第２駆動部３６によりプローブ２４ａの位置及び姿勢が変位自在となり、プローブ２４ａを任意に変位（移動及び回転）させることができる。

テーブル１４の右Ｙキャリッジ１６Ｒ側の端部には、Ｙ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられている。また、Ｘガイド１８にはＸ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられ、Ｚキャリッジ２２にはＺ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられている。

一方、右Ｙキャリッジ１６Ｒには、Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールを読み取るＹ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）が設けられている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｘ軸方向位置検出用リニアスケール及びＺ軸方向位置検出用リニアスケールをそれぞれ読み取るＸ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）とＺ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）とが設けられている。さらに、プローブヘッド２４には、プローブ２４ａの回転角θ，φをそれぞれ検出するロータリエンコーダ等の回転角検出部（図示せず）が設けられている。ＸＹＺ軸方向検出ヘッドの検出結果と、回転角検出部の検出結果とに基づき、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の先端の接触子２４ｃが被測定物９の測定位置に接触したときの測定位置のＸＹＺ軸方向の座標値を検出することができる。

三次元測定機１０は、第１駆動部３５及び第２駆動部３６を制御して、プローブヘッド２４の動き、すなわち、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の位置及び姿勢の変位を制御する駆動コントローラ２８を備えている。ここで三次元測定機１０は、測定を自動で行う自動測定モードと、測定を手動で行う手動測定モードとを有している。従って、駆動コントローラ２８は、自動測定モード時には後述のコンピュータ３２の制御の下、第１駆動部３５及び第２駆動部３６を制御して、プローブ２４ａの位置及び姿勢を変位させる。

また、駆動コントローラ２８には、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の位置及び姿勢の変位を手動操作するためのジョイスティック等のプローブ操作部２８ａが設けられている。従って、駆動コントローラ２８は、手動測定モード時にはプローブ操作部２８ａに対する操作入力に応じて、第１駆動部３５及び第２駆動部３６を制御することにより、プローブ２４ａの位置及び姿勢を変位させる。

駆動コントローラ２８には、前述の接触タッチトリガのプローブ２４ａの接触検知センサ（図示せず）と、前述のＸＹＺ軸方向検出ヘッド及び回転角検出部とが接続されている。そして、駆動コントローラ２８は、接触検知センサによりプローブ２４ａ（接触子２４ｃ）が被測定物９の測定位置に接触したことを検知した瞬間に、ＸＹＺ軸方向検出ヘッド及び回転角検出部の各々の検出結果を取得して、測定位置のＸＹＺ軸方向の座標値を検出する。この測定位置のＸＹＺ軸方向の座標値は、駆動コントローラ２８からコンピュータ３２へ出力される。

コンピュータ３２は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種の通信インタフェース３０により駆動コントローラ２８に対してデータ通信可能に接続されている。このコンピュータ３２は、前述の駆動コントローラ２８と共に本発明の三次元測定機の測定制御装置として機能する。

コンピュータ３２には、本発明の測定プログラムに相当するソフトウエアプログラム３２ａがインストールされている。コンピュータ３２は、ソフトウエアプログラム３２ａを実行することにより、プローブ２４ａの測定経路［例えば測定要素Ｅの測定位置を示す座標値、測定位置の測定順番、及び測定位置の中間点の座標値］を表すパートプログラム３７（図３参照）を作成する。そして、コンピュータ３２は、三次元測定機１０の自動測定モード時においては、パートプログラム３７に基づき、駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５及び第２駆動部３６を駆動（制御）して、プローブ２４ａにより被測定物９を自動測定する。

一方、コンピュータ３２は、三次元測定機１０の手動測定モード時においては、パートプログラム３７に基づき、測定要素Ｅの測定位置を表示部３８に表示する。これにより、オペレータは、プローブ操作部２８ａにより駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５及び第２駆動部３６を駆動して、プローブ２４ａにより被測定物９を手動測定することができる。

表示部３８は、コンピュータ３２に接続されている。コンピュータ３２は、三次元測定機１０における諸情報、例えば、手動測定モード時（自動測定モード時にも可）にプローブ２４ａによる測定位置、及び操作指示等を表示部３８に表示させる。

［コンピュータの機能］
図３は、コンピュータ３２の機能ブロック図である。図３に示すように、コンピュータ３２のＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等により構成される制御部４０は、ソフトウエアプログラム３２ａを実行する。これにより、制御部４０は、表示制御部４２と、記憶部４３と、ＣＡＤ（computer aided design）データ取得部４４と、ワーク座標系設定部４５と、要素及び課題作成部４６と、法線ベクトル検出部４７と、グループ化部４８と、ソート部４９と、パートプログラム作成部５０と、ワーク座標系測定部５１と、測定要素測定部５２として機能する。

表示制御部４２は、表示部３８の表示を制御する。記憶部４３には、前述のソフトウエアプログラム３２ａ及びパートプログラム３７の他に、詳しくは後述するワーク座標系５７などの三次元測定機１０による被測定物９の測定に係る各種情報が記憶されている。

ＣＡＤデータ取得部４４は、図示しない各種インターフェース（通信インタフェース）を介して、外部から本発明の被測定物９の設計図面に相当するＣＡＤデータ５５を取得する。ＣＡＤデータ５５には、被測定物９の形状、寸法、及び測定要素Ｅの配置等を示す被測定物９の設計情報が記録されている。ＣＡＤデータ取得部４４は、被測定物９のＣＡＤデータ５５が存在している場合、外部からＣＡＤデータ５５を取得してワーク座標系設定部４５と法線ベクトル検出部４７とにそれぞれ出力する。

ワーク座標系設定部４５と、要素及び課題作成部４６と、法線ベクトル検出部４７と、グループ化部４８と、ソート部４９と、パートプログラム作成部５０とは、被測定物９を基準とした測定経路を示すパートプログラム３７を作成する。ここでいう被測定物９を基準とした測定経路とは、被測定物９の原点及び基準軸（ＸＹＺ軸：図１３参照）を基準とした測定経路、すなわち、後述の被測定物９のワーク座標系５７を基準とした測定経路である。従って、テーブル１４上での被測定物９の位置及び姿勢が検出されていれば、パートプログラム３７（被測定物９を基準とした測定経路）に従って、被測定物９の測定を行うことができる。

パートプログラム３７は、ＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得できなかった場合には、三次元測定機１０で被測定物９を実測した結果に基づき作成する。また、ＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得した場合には、このＣＡＤデータ５５を用いてコンピュータ３２上で作成する。

＜パートプログラムの作成：ＣＡＤデータ無し＞
ワーク座標系設定部４５は、ＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得できなかった場合、三次元測定機１０で被測定物９を実測した結果に基づき、被測定物９を基準とするワーク座標系５７を設定する。ワーク座標系５７は、被測定物９の原点及び基準軸（ＸＹＺ軸）を設定したものである。

ワーク座標系５７の設定は、空間補正、原点設定、及び基準軸設定に大別される。以下に、空間補正、原点設定、及び基準軸設定の順に説明をする。なお、図面の煩雑化を防止するために、被測定物９とは異なる被測定物９Ａ（図４参照）のワーク座標系５７の設定を例に挙げて説明を行う。

空間補正の開始前に、三次元測定機１０のプローブヘッド２４に取り付けるプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の作成又は選択と、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の校正と、が行われる。なお、プローブ２４ａの校正は、詳しくは後述する測定要素測定部５２の制御の下で実施されるものであり、ここでは具体的な説明は省略する。

図４は、ワーク座標系設定部４５による空間補正の説明図である。なお、図中のＸ_０Ｙ_０Ｚ_０軸は三次元測定機１０の機械座標系の基準軸であり、符号４０６は機械座標系の原点である。図４に示すように空間補正では、最初に被測定物９Ａにおける任意の平面４００が測定される。具体的には、オペレータがプローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで平面４００の３点以上を測定（プロービング）する。プローブ２４ａによる平面４００の測定結果（座標値）は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系設定部４５に入力される。ワーク座標系設定部４５は、平面４００の測定結果に基づき、平面４００とＺ_０軸との交点４０２、及び平面４００の法線ベクトル４０４を決定する。

次いで、ワーク座標系設定部４５は、平面４００の法線ベクトル４０４とＺ_０軸とを平行にする。これにより、図中の実線で表されたＸ_０Ｙ_０Ｚ_０座標系は、図中の破線で表されたＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系に空間補正処理される。

そして、ワーク座標系設定部４５は、交点４０２に原点４０６を平行移動させる。そうすると、Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系は、図中の長破線で表されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系とされる。以上の処理を経て、ワーク座標系設定部４５は、ワーク座標系５７のＺ軸の方向、及びワーク座標系５７の原点を決定する。

図５は、ワーク座標系設定部４５による原点設定の説明図である。図５に示すように原点設定では、オペレータがプローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで平面４００に形成されている円穴４１０を測定（円穴４１０の中心測定に必要な箇所を測定）する。この測定結果は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系設定部４５に入力される。ワーク座標系設定部４５は、駆動コントローラ２８から入力された円穴４１０の測定結果に基づき、円穴４１０の中心４１２を求める。

次いで、ワーク座標系設定部４５は、円穴４１０の中心に原点４０６を平行移動させる。これにより、図中の実線で表されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系は、図中の破線で表されたＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系に補正される。以上の処理を経て、ワーク座標系５７のＸＹ軸の原点がＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系の原点として設定される。

図６は、ワーク座標系設定部４５による基準軸設定の説明図である。図６に示すように基準軸設定では、オペレータがプローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで平面４００に形成されている円穴４２０を測定（円穴４２０の中心測定に必要な箇所を測定）する。この測定結果は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系設定部４５に入力される。ワーク座標系設定部４５は、駆動コントローラ２８から入力された円穴４２０の測定結果に基づき、円穴４２０の中心４２２を求める。

次いで、ワーク座標系設定部４５は、Ｘ_３軸を円穴４２０の中心４２２を通る位置まで回転させる。ここで図中の符号αはＸ_３軸を回転させる角度を表している。これにより、図中の実線で表されたＸ_３Ｙ_３座標系は、図中の破線で表されたＸ_４Ｙ_４座標系に補正される。以上の処理を経て、ワーク座標系５７のＸＹ軸の方向として、図中のＸ_４Ｙ_４座標系が決定される。

このように、空間補正、原点設定、及び基準軸設定を経て、図中のＸ_４軸はワーク座標系５７のＸ軸とされる。また、図中のＹ_４軸はワーク座標系５７のＹ軸とされる。また、既述の図４に示されたＺ_３軸はワーク座標系５７のＺ軸とされる。以上でワーク座標系５７の設定が完了する。

ワーク座標系設定部４５は、上述の空間補正、原点設定、及び基準軸設定を経て、被測定物９のワーク座標系５７を設定し、このワーク座標系５７の情報を記憶部４３に記憶させる。なお、ここで説明したワーク座標系５７の設定方法は一例であり、ワーク座標系５７の設定方法として、三次元測定機１０に適用可能な他の公知の方法を採用してもよい。

また、ワーク座標系設定部４５は、他の装置で既に被測定物９のワーク座標系５７が設定されている場合、図示しないインタフェースを介してワーク座標系５７の情報を記憶している装置（インターネット上のサーバを含む）又は記憶媒体から、ワーク座標系５７の情報を取得し、取得した情報に基づきワーク座標系５７を設定してもよい。

図３に戻って、要素及び課題作成部４６は、被測定物９に形成されている複数の測定要素Ｅの中で、測定対象とする測定要素Ｅの情報を作成（すなわち、測定対象の測定要素Ｅ選択）すると共に、測定の課題（測定内容）を作成する。

具体的にオペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで被測定物９の各面に形成されている複数の測定要素Ｅの中で測定対象とする測定要素Ｅ（ここでは測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））をプロービングする。このプロービングは、測定要素Ｅの位置座標、及び法線ベクトル６０（図７参照）を測定可能な箇所に対して行われる。測定要素Ｅのプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介して要素及び課題作成部４６及び後述の法線ベクトル検出部４７にそれぞれ入力される。

要素及び課題作成部４６は、測定要素Ｅのプロービング測定の結果に基づき、測定要素Ｅの位置座標を検出して、測定対象の測定要素Ｅ（測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））の位置座標等を示す測定要素情報を作成し、この測定要素情報を後述の法線ベクトル検出部４７及びソート部４９及びパートプログラム作成部５０へ出力する。

また、要素及び課題作成部４６は、オペレータからの測定要素Ｅを測定する際の課題（測定内容）の入力を受けて、測定対象の測定要素Ｅ（測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））の課題を作成する。例えば測定要素Ｅが円穴である場合の課題は、円穴の中心の位置座標測定、及び円穴の真円度測定などである。そして、要素及び課題作成部４６は、測定対象の測定要素Ｅの課題を示す課題情報をパートプログラム作成部５０へ出力する。

図７は、図３に示した法線ベクトル検出部４７による法線ベクトル検出処理、グループ化部４８によるグループ化処理、及びソート部４９による第１ソート処理をそれぞれ説明するための説明図である。なお、図中のＸＹＺ軸はワーク座標系５７の基準軸である。

図７に示すように、法線ベクトル検出部４７は、要素及び課題作成部４６から入力された測定要素情報と、駆動コントローラ２８を介して入力された測定要素Ｅのプロービング測定の結果とに基づき、測定対象の測定要素Ｅ（測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））の法線ベクトル６０をそれぞれ検出する。既述の通り、測定要素Ｅのプロービングは、測定要素Ｅの法線ベクトル６０を測定可能な箇所に対して行われているので、法線ベクトル検出部４７は、測定対象の測定要素Ｅの法線ベクトル６０を検出することができる。そして、法線ベクトル検出部４７は、測定対象の測定要素Ｅの法線ベクトル６０の検出結果を、グループ化部４８へ出力する。

グループ化部４８は、法線ベクトル検出部４７から入力された法線ベクトル６０の検出結果に基づき、測定対象の測定要素Ｅ（測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））を、法線ベクトル６０の方向ごとにグループ化する。すなわち、グループ化部４８は、法線ベクトル６０の方向が同一（略同一を含む）となる測定要素Ｅにより構成されるグループ（本例ではグループＧ１〜Ｇ３）をそれぞれ生成する。なお、被測定物９内での測定対象の測定要素Ｅの数及び配置に応じてグループの数は増減する。

グループＧ１は、被測定物９のＺ面６２に形成されている測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（４）により構成される。グループＧ２は、被測定物９のＹ面６３に形成されている測定要素Ｅ（５），Ｅ（６）により構成される。グループＧ３は、被測定物９のＸ面６４に形成されている測定要素Ｅ（７）〜Ｅ（１０）により構成される。そして、グループ化部４８は、グループ化の結果を示すグループ情報（例えば、グループの数と各グループを構成する測定要素Ｅを示す情報）を、ソート部４９へ出力する。

ソート部４９は、本発明の測定順番決定部に相当するものであり、測定対象の測定要素Ｅの測定順番を決定する。ソート部４９は、グループ化部４８から入力されたグループ情報に基づき、測定対象の測定要素Ｅの測定順番を、グループＧ１〜Ｇ３ごとにそれぞれ測定する順番に決定する。すなわち、ソート部４９は、グループＧ１〜Ｇ３の中のいずれかのグループに含まれる測定要素Ｅの測定を最初に行い、次に残りの２つのグループの一方に含まれる測定要素Ｅの測定を行い、最後に残りの１つのグループに含まれる測定要素Ｅの測定が行われるように、測定対象の測定要素Ｅの測定順番を決定する。

次いで、ソート部４９は、グループＧ１〜Ｇ３ごとにそれぞれグループ内の測定要素Ｅの測定順番を、プローブ２４ａの移動距離が最短となる順番にソートする第１ソート処理を行う。グループＧ１〜Ｇ３内における測定要素Ｅの位置座標は、既述の要素及び課題作成部４６から入力される測定要素情報に基づき判別可能である。従って、本例のソート部４９は測定要素情報に基づきプローブ２４ａの移動距離が最短となる順番を決定する。これにより、ソート部４９は、グループＧ１〜Ｇ３ごとに第１ソート処理を行って、図中の矢印で示すようにグループＧ１〜Ｇ３内での測定要素Ｅの測定順番を決定する。

また、ソート部４９は、グループＧ１〜Ｇ３間の測定順番を決定する。具体的に、ソート部４９は、グループＧ１〜Ｇ３を、最初に測定するグループに対して法線ベクトル６０の方向が近い順にソートする第２ソート処理を行う。ここで、本例のグループＧ１〜Ｇ３の法線ベクトル６０は互いに直交しているので、グループＧ１〜Ｇ３間の測定順番は特に限定されず、例えば最初に測定するグループＧ３である場合、ソート部４９はグループＧ３→グループＧ２→グループＧ１の順番又はグループＧ３→グループＧ１→グループＧ２の順番に第２ソート処理を行って、グループＧ１〜Ｇ３間の測定順番を決定する。

図８は、ソート部４９による第２ソート処理の他の実施例を説明するための説明図である。ここでは、被測定物９のカット面６５及びＸ面６６にも測定対象の測定要素Ｅ（グループ）があり、且つ最初に測定するグループがＺ面６２のグループＧ１である場合を例に挙げて説明する。この場合、図８に示すようにソート部４９は、図中の括弧付き数字（１）〜（５）に示すように、グループＧ１に対して法線ベクトル６０の方向が近い順に各グループを第２ソート処理して、各グループ間の測定順番を決定する。

なお、第２ソート処理において最初に測定するグループは特に限定されないが、プローブ２４ａの測定開始時姿勢が回転角φ＝０°の姿勢（Ｚ軸に平行な姿勢）である場合は、グループＧ１を最初に測定するグループに決定することが好ましい。これにより、プローブ２４ａを回転させることなくグループＧ１の測定要素Ｅの測定を開始できる。また、Ｚ面６２のグループＧ１が存在しない場合には、プローブ２４ａの回転を最小の回転角で測定可能なグループを最初に測定するグループに決定する。すなわち、測定開始時（初期状態）のプローブ２４ａの姿勢に応じて、最初に測定するグループを決定する。これにより、測定時間を短縮することができる。

ソート部４９による第１ソート処理及び第２ソート処理を経て、測定対象の測定要素Ｅ（測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））の測定順番が決定する。そして、ソート部４９は、測定要素Ｅの測定順番を示す測定順番情報を、パートプログラム作成部５０へ出力する。

図３に戻って、パートプログラム作成部５０は、オペレータからのプログラミング操作の入力を受けて或いは自動作成プログラムを実行することにより、パートプログラム３７を作成する。具体的にパートプログラム作成部５０は、要素及び課題作成部４６から入力された測定要素情報及び課題情報と、ソート部４９から入力された測定順番情報とに基づき、被測定物９を基準としたプローブ２４ａの測定経路を設定して、この測定経路を示すパートプログラム３７を作成する。なお、プローブ２４ａの測定経路は、プローブ２４ａを被測定物９に衝突させない経路、すなわち、プローブ２４ａを被測定物９から退避させた経路に設定されるため、プローブ２４ａの測定経路の設定は退避面の設定ともいう。

パートプログラム作成部５０は、作成したパートプログラム３７を記憶部４３に記憶させる。以上でＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得できなかった場合のパートプログラム３７の作成が完了する。

なお、パートプログラム作成部５０は、既に他の装置で被測定物９に対応したパートプログラム３７が作成されている場合、図示しないインタフェースを介してパートプログラム３７の情報を記憶している装置又は記憶媒体から、パートプログラム３７を取得して記憶部４３に記憶させてもよい。

＜パートプログラムの作成：ＣＡＤデータ有り＞
一方、ＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得した場合、このＣＡＤデータ５５から測定対象の測定要素Ｅの位置座標、形状、法線ベクトル６０等を取得することができる。このため、前述のワーク座標系設定部４５によるワーク座標系５７の設定と、要素及び課題作成部４６による測定要素情報及び課題情報の作成と、法線ベクトル検出部４７による法線ベクトル６０の検出と、をコンピュータ３２上で行うことができる。すなわち、三次元測定機１０で被測定物９の測定（プローブ２４ａの選択及び校正を含む）を行うことなく、オフライン状態のコンピュータ３２によりワーク座標系５７の設定から法線ベクトル６０の検出までを行うことができる。

なお、グループ化部４８によるグループ情報の生成と、ソート部４９による測定順番情報の生成と、パートプログラム作成部５０によるパートプログラム３７の作成及び記憶とについては、前述のＣＡＤデータ５５を取得できなかった場合と同様である。

［被測定物の測定に係る構成］
ワーク座標系測定部５１は、本発明の位置姿勢測定部を構成するものであり、三次元測定機１０のテーブル１４上にセットされた被測定物９の測定要素Ｅの測定開始前に、テーブル１４上にセットされた被測定物９の位置及び姿勢を測定する。このワーク座標系測定部５１は、最初に表示制御部４２を制御して、被測定物９のＺ面６２とＹ面６３とＸ面６４（他の３面でも可）に対するプロービングを促す表示を表示部３８に表示させる。

図９は、テーブル１４上にセットされた被測定物９の位置及び姿勢の測定を説明するための説明図である。オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで被測定物９のＺ面６２上の任意の３点以上をプロービングする。この際のプローブ２４ａの姿勢は、測定開始時（初期状態）におけるＺ軸に平行な姿勢である。そして、Ｚ面６２のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系測定部５１に入力される。

次いで、オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａの姿勢を回転させることなく、プローブ２４ａで被測定物９のＹ面６３上の任意の２点以上をプロービングする。このＹ面６３のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系測定部５１に入力される。ワーク座標系測定部５１は、Ｚ面６２及びＹ面６３のプロービング測定の結果に基づき、テーブル１４上の被測定物９のＹ原点及びＸ軸の向きを判別する。

そして、オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａの姿勢を回転させることなく、プローブ２４ａで被測定物９のＸ面６４上の任意の１点以上をプロービングする。このＸ面６４のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系測定部５１に入力される。ワーク座標系測定部５１は、Ｚ面６２、Ｙ面６３、及びＸ面６４のプロービング測定の結果に基づき、テーブル１４上の被測定物９のＸ原点と、Ｙ軸及びＺ軸の向きを判別する。これにより、ワーク座標系測定部５１は、テーブル１４上の被測定物９の位置及び姿勢を測定することができ、被測定物９の位置及び姿勢の測定結果を測定要素測定部５２へ出力する。

なお、三次元測定機１０のテーブル１４上にセットされた被測定物９の位置及び姿勢を測定する方法は上述の方法に限定されるものではない。例えば、三次元測定機１０に設けられたカメラでテーブル１４上の被測定物９を撮像して得られた画像を解析する方法、及び被測定物９に設けられた位置センサ及び姿勢センサの検出結果を取得する方法などの各種方法を用いて、被測定物９の位置及び姿勢を測定してもよい。

図３に戻って、測定要素測定部５２は、ワーク座標系測定部５１から入力された被測定物９の位置及び姿勢の測定結果に基づき、記憶部４３から読み出したパートプログラム３７を実行する。これにより、被測定物９の測定対象の測定要素Ｅをソート部４９が決定した測定順番でグループＧ１〜Ｇ３ごとに測定する測定要素測定が実行される。

図１０は、測定要素測定部５２による測定要素測定を説明するための説明図である。この測定要素測定は、回転処理と、校正処理と、グループ内測定処理と、を含む。

＜回転処理＞
図１０に示すように、回転処理は、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の姿勢を、グループＧ１〜Ｇ３の中で測定対象のグループ（以下、測定対象グループという）の測定要素Ｅの法線ベクトル６０（図７参照）の方向に合わせて回転させる処理である。すなわち、プローブ２４ａの姿勢（向き）を、プローブ２４ａの先端の接触子２４ｃが測定対象グループの測定要素Ｅに対向し且つ測定要素Ｅの法線ベクトル６０に平行となる姿勢（以下、平行姿勢という）に回転させる。

具体的に測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が自動測定モードであれば、測定対象グループの測定要素Ｅの測定開始前に、パートプログラム３７に基づき駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５を駆動して、プローブ２４ａを、測定対象グループの測定要素Ｅの法線ベクトル６０の方向に対応した平行姿勢に回転させる。なお、プローブ２４ａの回転処理は、被測定物９から退避した位置で行われる。

また、測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が手動測定モードであれば、測定対象グループの測定要素Ｅの測定開始前に、パートプログラム３７に基づき表示制御部４２を制御して、測定対象グループの測定要素Ｅに対応した平行姿勢に関する情報を表示部３８に表示させる。これにより、オペレータがプローブ操作部２８ａを操作して、被測定物９から退避した位置においてプローブ２４ａの姿勢を、測定対象グループの測定要素Ｅに対応した平行姿勢に回転させる。なお、自動測定モードにおいても手動測定モードと同様に、オペレータの手動操作によりプローブ２４ａの姿勢を回転させてもよい。

＜校正処理＞
校正処理は、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の姿勢を校正する処理であり、前述の回転処理後で且つ測定対象グループの測定要素Ｅの測定前に行われる。ここでいう姿勢の校正とは、プローブ２４ａの姿勢が、測定対象グループの測定要素Ｅに対応した平行姿勢からずれている場合に、このずれを補正することである。

測定要素測定部５２は、三次元測定機１０の自動測定モード及び手動測定モードにおいて、回転処理後で且つ測定対象グループの測定要素Ｅの測定前に、表示制御部４２を制御して、プローブ２４ａの校正を促す表示を表示部３８に表示させる。オペレータは、プローブ２４ａの校正を促す表示が表示部３８に表示された場合、テーブル１４上に校正用の図示しない基準球（校正球ともいう）をセットした後、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで基準球の所定の基準点をプロービングする。この基準球のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

測定要素測定部５２は、基準球のプロービング測定の結果をプローブ校正用プログラムにインプットしてプローブ２４ａの姿勢を計算し、計算したプローブ２４ａの姿勢が前述の平行姿勢がずれていた場合には、駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５を駆動してプローブ２４ａの姿勢を平行姿勢に校正処理（ここでは回転）する。

なお、ここで説明したプローブ２４ａの校正方法は一例であり、プローブ２４ａの姿勢の校正方法として、三次元測定機１０に適用可能な他の校正方法を採用してもよい。

＜グループ内測定処理＞
グループ内測定処理は、測定対象グループ内の測定要素Ｅを、ソート部４９が第１ソート処理で定めた測定順番に従って測定する処理である。測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が自動測定モードであれば、ワーク座標系測定部５１からの位置及び姿勢の測定結果に基づきパートプログラム３７を実行し、駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５及び第２駆動部３６を駆動する。これにより、測定対象グループ内の測定要素Ｅをパートプログラム３７で定められている測定順番及び課題に従ってプローブ２４ａで自動測定することができる。この自動測定の測定結果（座標値）は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

また、測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が手動測定モードであれば、ワーク座標系測定部５１からの位置及び姿勢の測定結果とパートプログラム３７とに基づき表示制御部４２を制御して、測定対象グループ内の測定要素Ｅの位置、測定順番、及び課題を示す情報を表示部３８に表示させる。オペレータは、表示部３８の表示内容に従ってプローブ操作部２８ａを操作して、測定対象グループ内の測定要素Ｅをプローブ２４ａで手動測定する。この手動測定の測定結果（座標値）は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

［三次元測定機の作用］
次に、図１１及び図１２を用いて上記構成の三次元測定機１０、駆動コントローラ２８、及びコンピュータ３２による被測定物９の測定要素Ｅの測定処理（測定方法）について説明を行う。

図１１は、被測定物９の測定要素Ｅの測定処理の流れを示すフローチャートである。図１２は、図１１中のステップＳ４のソート処理の流れを示すフローチャートである。ここではワーク座標系５７は事前に設定されておらず、且つパートプログラム３７も事前に作成されていないものとして説明を行う。なお、ワーク座標系５７が事前に設定及び記憶されている場合にはステップＳ３から開始し、パートプログラム３７が事前に作成及び記憶されている場合にはステップＳ７から開始する。

＜パートプログラムの作成＞
図１１に示すように、最初にオペレータはパートプログラム３７の作成を開始する。オペレータは、被測定物９のＣＡＤデータ５５が存在しない場合には、被測定物９の測定に用いるプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の作成又は選択を行った後、このプローブ２４ａをプローブヘッド２４に取り付ける（ステップＳ１）。

次いで、オペレータは、テーブル１４上に校正用の基準球をセットした後、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで基準球の所定の基準点をプロービングする。この基準球のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。これにより、測定要素測定部５２によるプローブ２４ａの校正が行われる（ステップＳ１）。なお、ここで行う校正は、プローブ２４ａの姿勢の校正に限らず、接触子２４ｃの形状（直径）等の他の校正も行ってもよい。

プローブ２４ａの校正後、オペレータは、ワーク座標系５７の設定のための被測定物９をテーブル１４上にセットする。そして、オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、既述の図４から図６で説明した空間補正、原点設定、及び基準軸設定を行う。これにより、ワーク座標系設定部４５は、被測定物９のワーク座標系５７を設定し、このワーク座標系５７の情報を記憶部４３に記憶させる（ステップＳ２、本発明のワーク座標系設定ステップに相当）。

ワーク座標系５７の設定後、オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで被測定物９に形成されている複数の測定要素Ｅの中で測定対象とする測定要素Ｅ（本例では測定要素Ｅ（１）〜Ｅ（１０））をプロービングする。これにより、測定要素Ｅのプロービング測定の結果が、駆動コントローラ２８を介して要素及び課題作成部４６及び法線ベクトル検出部４７にそれぞれ入力される。

プロービング測定の結果の入力を受けた要素及び課題作成部４６は、測定対象の測定要素Ｅを示す測定要素情報を作成して、この測定要素情報を法線ベクトル検出部４７及びソート部４９及びパートプログラム作成部５０へ出力する（ステップＳ３）。また、要素及び課題作成部４６は、オペレータからの測定の課題（測定内容）の入力を受けて課題情報を作成し、この課題情報をパートプログラム作成部５０へ出力する（ステップＳ３）。

図１２に示すように、測定要素情報及び課題情報の作成後、測定対象の測定要素Ｅの測定順番を決定する測定要素Ｅのソート処理が開始される（ステップＳ４）。

既述の図７で説明したように、法線ベクトル検出部４７は、要素及び課題作成部４６から入力された測定要素情報と、駆動コントローラ２８から入力された測定要素Ｅのプロービング測定の結果とに基づき、測定対象の測定要素Ｅの法線ベクトル６０を検出する（ステップＳ４Ａ）。このステップＳ４Ａは本発明の法線ベクトル検出ステップに相当する。そして、法線ベクトル検出部４７は、法線ベクトル６０の検出結果をグループ化部４８へ出力する。

法線ベクトル検出部４７から法線ベクトル６０の検出結果の入力を受けたグループ化部４８は、既述の図７で説明したように、法線ベクトル６０の方向が同一（略同一）となる測定要素Ｅにより構成されるグループ（本例ではグループＧ１〜Ｇ３）を生成する（ステップＳ４Ｂ）。このステップＳ４Ｂは本発明のグループ化ステップに相当する。そして、グループ化部４８は、グループ化の結果を示すグループ情報をソート部４９へ出力する。

グループ化部４８からグループ情報の入力を受けたソート部４９は、要素及び課題作成部４６から入力される測定要素情報を参照して、グループＧ１〜Ｇ３ごとに第１ソート処理を行う（ステップＳ４Ｃ）。これにより、既述の図７で説明したように、グループＧ１〜Ｇ３の個々のグループ内の測定要素Ｅの測定順番がプローブ２４ａの移動距離が最短となる順番にソートされる。その結果、グループＧ１〜Ｇ３ごとの測定時間を短縮することができる。

次いで、ソート部４９は、既述の図８で説明したように、グループＧ１〜Ｇ３を最初に測定するグループに対して法線ベクトル６０の方向が近い順にソートする第２ソート処理を行って、グループＧ１〜Ｇ３間の測定順番を決定する（ステップＳ４Ｄ）。なお、既述の通り、測定開始時（初期状態）のプローブ２４ａの姿勢に応じて、最初に測定するグループを決定することにより、測定時間を短縮することができる。

以上のステップＳ４ＡからステップＳ４Ｄの処理により、被測定物９の測定対象の測定要素Ｅの測定順番、すなわち、測定要素Ｅをグループごとに測定する測定順番（グループ内の測定順番、及びグループ間の測定順番を含む）が決定される。すなわち、ステップＳ４ＡからステップＳ４Ｄの処理は本発明の測定順番決定ステップに相当する。そして、ソート部４９は、測定対象の測定要素Ｅの測定順番を示す測定順番情報を、パートプログラム作成部５０へ出力する。

従来、オペレータが手動操作で行っていた測定要素Ｅのソート（並べ替え）を自動で行うことができるので、プローブ２４ａの回転回数を考慮した測定効率の高いパートプログラム３７（測定プラン）の作成を自動で行うことができる。その結果、オペレータの作業を減らすことができる。

なお、被測定物９のＣＡＤデータ５５が存在している場合、オペレータの操作の下、ＣＡＤデータ取得部４４が被測定物９のＣＡＤデータ５５を取得する。これにより、オペレータは、ステップＳ１からＳ４Ａまでの処理についても、三次元測定機１０で被測定物９の測定を行うことなく、オフライン状態のコンピュータ３２で行うことができる。その結果、パートプログラム３７の作成をより効率良く行うことでき、オペレータの作業をより減らすことができる。

図１１に戻って、パートプログラム作成部５０は、要素及び課題作成部４６から入力された測定要素情報及び課題情報と、ソート部４９から入力された測定順番情報とに基づき、被測定物９を基準としたプローブ２４ａの測定経路（退避面）を設定する（ステップＳ５、本発明の測定経路設定ステップに相当）。次いで、パートプログラム作成部５０は、プローブ２４ａの測定経路を示すパートプログラム３７を作成して記憶部４３に記憶させる（ステップＳ６）。以上でパートプログラム３７の作成が完了する。

＜被測定物の測定＞
パートプログラム３７の作成及び記憶後、被測定物９の測定対象の測定要素Ｅの測定が開始される。最初にオペレータは、三次元測定機１０のテーブル１４上に測定を行う被測定物９をセットする（ステップＳ７）。

次いで、オペレータは、プローブ操作部２８ａを操作して、既述の図９で説明したように、プローブ２４ａで被測定物９のＺ面６２上の任意の３点以上をプロービングする。そして、オペレータは、プローブ２４ａの姿勢を回転させることなく、プローブ２４ａでＹ面６３上の任意の２点以上と、Ｘ面６４上の任意の１点以上とをそれぞれプロービングする。これにより、Ｚ面６２、Ｙ面６３、及びＸ面のプロービング測定の結果が、駆動コントローラ２８を介してワーク座標系測定部５１に入力される。

ワーク座標系測定部５１は、Ｚ面６２、Ｙ面６３、及びＸ面のプロービング測定の結果に基づき、テーブル１４上の被測定物９の位置及び姿勢（すなわち、ワーク座標系５７）を測定することができる（ステップＳ８）。このステップＳ８は本発明の位置姿勢測定ステップに相当する。これにより、テーブル１４上での被測定物９の位置及び姿勢に関係なく、共通のパートプログラム３７を使用して常に同じ条件で測定を行うことができる。ワーク座標系測定部５１による被測定物９の位置及び姿勢の測定結果は、測定要素測定部５２に入力される。

ワーク座標系測定部５１からの位置及び姿勢の測定結果の入力を受けた測定要素測定部５２は、この測定結果に基づき、記憶部４３から読み出したパートプログラム３７を実行して、既述の図１０で説明したように被測定物９の測定対象の測定要素Ｅの測定を開始する（ステップＳ９）。

測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が自動測定モードであれば、パートプログラム３７に基づき駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５を駆動して、プローブ２４ａを、最初の測定対象グループの測定要素Ｅの法線ベクトル６０の方向に対応した平行姿勢に回転させる回転処理を行う（ステップＳ１０）。

一方、測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が手動測定モードであれば、パートプログラム３７に基づき表示制御部４２を制御して、最初の測定対象グループの測定要素Ｅの法線ベクトル６０の方向に対応した平行姿勢に関する情報を表示部３８に表示させる。これにより、オペレータがプローブ操作部２８ａを操作して、被測定物９から退避した位置においてプローブ２４ａの姿勢を、平行姿勢に回転させる回転処理を行う（ステップＳ１０）。

なお、プローブ２４ａの測定開始時（初期状態）の姿勢がＺ軸に平行な姿勢であり、且つ最初の測定対象グループがＺ面６２上のグループＧ１である場合、前述の回転処理によるプローブ２４ａの回転角は０°である。すなわち、本発明の回転処理には、プローブ２４ａの姿勢が測定対象グループの測定要素Ｅの法線ベクトル６０の方向に平行であった場合に、プローブ２４ａの姿勢を回転させないことも含まれる。

次いで、測定要素測定部５２は、三次元測定機１０の自動測定モード及び手動測定モードのいずれにおいても、表示制御部４２を制御して、プローブ２４ａの校正を促す表示を表示部３８に表示させる。この表示を受けて、オペレータがテーブル１４上に基準球をセットした後、プローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで基準球の所定の基準点をプロービングする。この基準球のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

プロービング測定の結果の入力を受けた測定要素測定部５２は、プローブ２４ａの姿勢を計算し、計算したプローブ２４ａの姿勢が前述の平行姿勢がずれていた場合には、駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５を駆動してプローブ２４ａの姿勢を平行姿勢に校正処理する（ステップＳ１１）。これにより、プローブ２４ａの姿勢を回転させた際に回転誤差が発生したとしても、この回転誤差を校正することができるので、より測定精度を向上することができる。なお、校正処理として、プローブ２４ａの姿勢の校正に限らず、接触子２４ｃの形状（直径）等の他の校正も行ってもよい。

校正処理後、測定要素測定部５２は、最初の測定対象グループ内の測定要素Ｅを測定するグループ内測定処理を開始する。測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が自動測定モードであれば、ワーク座標系測定部５１からの位置及び姿勢の測定結果に基づきパートプログラム３７を実行して、駆動コントローラ２８を介して第１駆動部３５及び第２駆動部３６を駆動する。これにより、最初の測定対象グループ内の測定要素Ｅが、パートプログラム３７で定められている測定順番及び課題に従ってプローブ２４ａにより自動測定される（ステップＳ１２）。この自動測定の測定結果は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

一方、測定要素測定部５２は、三次元測定機１０が手動測定モードであれば、ワーク座標系測定部５１からの位置及び姿勢の測定結果とパートプログラム３７とに基づき表示制御部４２を制御して、最初の測定対象グループ内の測定要素Ｅの位置、測定順番、及び課題を示す情報を表示部３８に表示させる。これにより、オペレータは、表示部３８の表示内容に従ってプローブ操作部２８ａを操作して、プローブ２４ａで測定対象グループ内の測定要素Ｅを手動測定する（ステップＳ１２）。この手動測定の測定結果は、駆動コントローラ２８を介して測定要素測定部５２に入力される。

自動測定モード及び手動測定モードのいずれにおいても、前述の第１ソート処理で定めた測定順番に従って測定対象グループ内の測定要素Ｅの測定を行うため、プローブ２４ａの移動距離を最短に抑えることができ、測定時間を短縮することができる。

以上で測定要素測定部５２による最初の測定対象グループ内の測定要素Ｅの測定が完了する。そして、測定要素測定部５２は、グループＧ１〜Ｇ３のうちの残りのグループについても、前述のステップＳ１０からステップＳ１２までの処理を繰り返し実行する（ステップＳ１３でＮＯ）。グループＧ１〜Ｇ３ごとに測定要素Ｅを測定する際に、前述の第２ソート処理で定めたグループの測定順番に従って測定を行うので、次のグループの測定を行う前に回転させるプローブの回転角を最小にすることができ、測定時間を短縮することができる。

ステップＳ１３でＹＥＳの場合、被測定物９の測定対象の測定要素Ｅの全てが、プローブ２４ａによりステップＳ４で決定した測定順番に従ってグループＧ１〜Ｇ３ごとに測定される。すなわち、ステップＳ１０からステップＳ１２は本発明の測定要素測定ステップに相当する。以上で被測定物９の測定対象の測定要素Ｅの測定が完了する。

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態では、被測定物９の測定対象の測定要素Ｅを法線ベクトル６０の方向ごとにグループ化して、測定要素Ｅの測定順番をグループごとに測定する順番に決定し、決定した測定順番に従って測定対象の測定要素Ｅをグループごとに測定するので、プローブ２４ａの回転回数を最小限に抑えることができる。

例えば、既述の図１３で説明したように、プローブ２４ａの測定経路が最短となるように測定要素Ｅのソートを行った場合には、プローブ２４ａを４回回転させる必要があるが、既述の図１０で説明したように本実施形態ではプローブ２４ａの回転回数を２回に減らすことができる。すなわち、プローブ２４ａの移動よりも時間がかかるプローブ２４ａの回転回数を減らすことができるため、測定効率（測定時間）を従来よりも向上させることができる。さらに、プローブ２４ａの回転回数を減らすことで、プローブ２４ａの姿勢を回転させた際の回転誤差の発生を減らすことができるので、測定精度を向上することができる。その結果、測定要素Ｅを測定する際の測定効率と測定精度とを向上させることができる。

また、プローブ２４ａの回転後（測定要素Ｅの測定前）にプローブ２４ａの校正を行うため、プローブ２４ａの姿勢を回転させた際の回転誤差を校正することができ、三次元測定機１０の測定精度をさらに向上させることができる。

［その他］
上記実施形態では、門移動型の三次元測定機１０を例に挙げて説明を行ったが、各種タイプの三次元測定機に本発明を適用可能であり、三次元測定機１０で使用するプローブの種類も特に限定はされない。また、上記実施形態では、三次元測定機１０と駆動コントローラ２８とコンピュータ３２とがそれぞれ別体であるが、三次元測定機１０と、駆動コントローラ２８及びコンピュータ３２の少なくとも一方とが一体化されていてもよい。

上記実施形態では、ワーク座標系５７の設定（パートプログラム３７の作成）と、テーブル１４上の被測定物９の位置及び姿勢の測定及び測定要素Ｅの測定と、を別々のタイミングで行っているが、テーブル１４上に被測定物９をセットした際にこれらを連続して行ってもよい。

上述実施形態で説明したコンピュータ３２として機能させるための測定プログラム（ソフトウエアプログラム３２ａ）を光ディスク、磁気ディスク、又はその他のコンピュータ可読媒体（有体物たる非一時的な情報記憶媒体）に記録し、これらを通じて測定プログラムを提供することが可能である。このような情報記憶媒体に測定プログラムを記憶させて提供する態様に代えて、インターネットなどの通信ネットワークを利用して測定プログラム信号をダウンロードサービスとして提供することも可能である。

９ 被測定物，１０ 三次元測定機，２４ プローブヘッド，２４ａ プローブ，２４ｂ スタイラス，２４ｃ 接触子，２８ 駆動コントローラ，３２ コンピュータ，３２ａ ソフトウエアプログラム，３７ パートプログラム，４５ ワーク座標系設定部，４７ 法線ベクトル検出部，４８ グループ化部，４９ ソート部，５０ パートプログラム作成部，５１ ワーク座標系測定部，５２ 測定要素測定部，５７ ワーク座標系，６０ 法線ベクトル

Claims (11)

1. 位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定方法において、
   前記測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出ステップと、
   前記法線ベクトル検出ステップの検出結果に基づき、前記測定要素を前記法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化ステップと、
   前記測定要素の測定順番を、前記グループ化ステップでグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定ステップと、
   前記三次元測定機内での前記被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定ステップと、
   前記位置姿勢測定ステップの測定結果に基づき、前記プローブにより前記測定要素を、前記測定順番決定ステップで決定した前記測定順番に従って前記グループごとに測定する測定要素測定ステップと、
   を有する三次元測定機の測定方法。
2. 前記測定要素測定ステップは、
   前記プローブの姿勢を、測定対象の前記グループの前記法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、
   前記回転処理された前記プローブの姿勢を校正する校正処理と、
   前記校正処理された前記プローブにより測定対象の前記グループ内の前記測定要素を測定するグループ内測定処理と、を前記グループごとに繰り返し行う請求項１に記載の三次元測定機の測定方法。
3. 前記測定順番決定ステップは、前記グループ内の前記測定要素を前記プローブの移動距離が最短となる順番にソートする第１ソート処理を、前記グループごとに行って前記測定順番を決定し、
   前記グループ内測定処理は、前記第１ソート処理でソートされた前記測定要素の順番に従って、前記グループ内の前記測定要素の測定を行う請求項２に記載の三次元測定機の測定方法。
4. 前記測定順番決定ステップは、前記グループ化ステップで生成された個々の前記グループを、最初に測定する前記グループに対して前記法線ベクトルの方向が近い順にソートする第２ソート処理を行って前記測定順番を決定し、
   前記測定要素測定ステップは、前記第２ソート処理でソートされた前記グループの順番に従って、前記グループごとの測定を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元測定機の測定方法。
5. 前記被測定物を基準としたワーク座標系を設定するワーク座標系設定ステップと、
   前記ワーク座標系設定ステップで設定した前記ワーク座標系と、前記測定順番決定ステップで決定した前記測定順番とに基づき、前記被測定物を基準とした前記プローブの測定経路を設定する測定経路設定ステップと、を有し、
   前記測定要素測定ステップでは、前記測定経路設定ステップで設定された前記測定経路と、前記位置姿勢測定ステップの測定結果とに基づき、前記プローブにより前記測定要素を前記グループごとに測定する請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元測定機の測定方法。
6. 前記ワーク座標系設定ステップでは、前記被測定物の設計図面を基に前記ワーク座標系を設定する請求項５に記載の三次元測定機の測定方法。
7. 前記法線ベクトル検出ステップでは、前記被測定物の設計図面を基に前記法線ベクトルを検出する請求項１から６のいずれか１項に記載の三次元測定機の測定方法。
8. 位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定制御装置において、
   前記測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出部と、
   前記法線ベクトル検出部の検出結果に基づき、前記測定要素を前記法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化部と、
   前記測定要素の測定順番を、前記グループ化部がグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定部と、
   前記三次元測定機内での前記被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定部と、
   前記位置姿勢測定部の測定結果に基づき、前記プローブにより前記測定要素を、前記測定順番決定部が決定した前記測定順番に従って前記グループごとに測定する測定要素測定部と、
   を備える三次元測定機の測定制御装置。
9. 前記測定要素測定部は、
   前記プローブの姿勢を、測定対象の前記グループ内の前記測定要素の前記法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、
   前記回転処理された前記プローブの姿勢を校正する校正処理と、
   前記校正処理された前記プローブにより測定対象の前記グループ内の前記測定要素を測定するグループ内測定処理と、を前記グループごとに繰り返し行う請求項８に記載の三次元測定機の測定制御装置。
10. 位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機における測定プログラムにおいて、
    前記測定要素の法線ベクトルを検出する法線ベクトル検出ステップと、
    前記法線ベクトル検出ステップの検出結果に基づき、前記測定要素を前記法線ベクトルの方向ごとにグループ化するグループ化ステップと、
    前記測定要素の測定順番を、前記グループ化ステップでグループ化したグループごとに測定する順番に決定する測定順番決定ステップと、
    前記三次元測定機内での前記被測定物の位置及び姿勢を測定する位置姿勢測定ステップと、
    前記位置姿勢測定ステップの測定結果に基づき、前記プローブにより前記測定要素を、前記測定順番決定ステップで決定した前記測定順番に従って前記グループごとに測定する測定要素測定ステップと、をコンピュータに実行させる測定プログラム。
11. 前記測定要素測定ステップは、
    前記プローブの姿勢を、測定対象の前記グループの前記法線ベクトルの方向に合わせて回転させる回転処理と、
    前記回転処理された前記プローブの姿勢を校正する校正処理と、
    前記校正処理された前記プローブにより測定対象の前記グループ内の前記測定要素を測定するグループ内測定処理と、を前記グループごとに繰り返し行う請求項１０に記載の測定プログラム。

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