JP2018031755A - 三次元測定装置及び座標補正方法 - Google Patents

三次元測定装置及び座標補正方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2018031755A
JP2018031755A JP2016166344A JP2016166344A JP2018031755A JP 2018031755 A JP2018031755 A JP 2018031755A JP 2016166344 A JP2016166344 A JP 2016166344A JP 2016166344 A JP2016166344 A JP 2016166344A JP 2018031755 A JP2018031755 A JP 2018031755A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
drive mechanism
directions
measurement
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016166344A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6341962B2 (ja
Inventor
中川　英幸
Hideyuki Nakagawa
英幸 中川
修弘 石川
Sanehiro Ishikawa
修弘 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2016166344A priority Critical patent/JP6341962B2/ja
Priority to US15/681,926 priority patent/US10422636B2/en
Priority to EP17187937.2A priority patent/EP3287741B1/en
Priority to CN201710744168.7A priority patent/CN107782223B/zh
Publication of JP2018031755A publication Critical patent/JP2018031755A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6341962B2 publication Critical patent/JP6341962B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
    • G01B5/016—Constructional details of contacts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

【課題】測定プローブから出力されるプローブ出力の特定の平面内での非対称なプローブ特性が改善可能となるので、高精度に被測定物の形状座標を求めることを可能とする。【解決手段】処理装置４００は、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となるように、その５方向それぞれにおいて測定子３０６をその表面に１点で接触させる押込駆動機構制御部４０４Ａと、互いに直交する３平面上それぞれで校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動機構制御部４０４Ｂと、測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する座標取得部４０６と、補正行列ＡＡを生成する行列生成部４０８と、補正行列ＡＡを用いてプローブ出力Ｐを補正するプローブ出力補正部４１０と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、三次元測定装置及び座標補正方法に係り、特に、測定プローブから出力されるプローブ出力の特定の平面内での非対称なプローブ特性が改善可能となるので、高精度に被測定物の形状座標を求めることを可能とする三次元測定装置及び座標補正方法に関する。
従来、被測定物に接触する測定子を有するスタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行う測定プローブと、該測定プローブを保持し移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置が知られている。この処理装置では、駆動機構による三次元測定装置の座標系である装置座標系の測定プローブの移動量｛ｘm，ｙm，ｚm｝T（Ｍと称する）と、測定プローブの座標系であるプローブ座標系のプローブ出力｛ｘp，ｙp，ｚp｝T（Ｐと称する）を加算することで、式（１）に示す形状座標｛ｘ，ｙ，ｚ｝T（ＸＸと称する）を演算することができる。
Figure 2018031755
ここで、特許文献１では、装置座標系とプローブ座標系との不一致で生じる誤差を低減するために、測定子を校正基準体の表面に一点で接触させるように測定プローブを駆動させる押圧駆動と、測定子を校正基準体の表面に倣うように測定プローブを駆動させる倣い駆動とを行う。その際に、特許文献１では、測定プローブの移動量及びプローブ出力をそれぞれ取得（押圧測定と倣い測定を実施）し、測定プローブの移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから補正行列Ａを求める手法を提案している。求められた補正行列Ａにより、式（２）に示す如く、プローブ出力Ｐから装置座標系の変換出力｛ｘp_m，ｙp_m，ｚp_m｝T（ＰＭと称する）に変換することができる。そして、式（３）に示す如く、測定プローブの移動量Ｍにその変換出力ＰＭを加算することで、形状座標ＸＸを演算することができる。
Figure 2018031755
なお、符号Ａ11〜Ａ33は、補正行列Ａを構成する補正要素であり、プローブ出力Ｐの各座標成分を補正する。
特開２０１５−１５８３８７号公報
しかしながら、特許文献１の押圧測定は、例えば球形状の校正基準体のＸＹＺの３方向の一端側のみで行われている。しかし、測定プローブにおいて、例えばＸ方向であれば、測定子の＋側への変位特性と−側への変位特性が必ずしも同一とは限らない。しかも、近年では測定プローブの高感度化の要求も増えてきている。そのため、特許文献１で得られた補正行列では、測定子の変化特性（プローブ特性とも称する）の対称性を十分に補正できず、被測定物の形状座標を高精度に求めることを困難にするおそれがあった。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、測定プローブから出力されるプローブ出力の特定の平面内での非対称なプローブ特性が改善可能となるので、高精度に被測定物の形状座標を求めることが可能な三次元測定装置及び座標補正方法を提供することを課題とする。
本願の請求項１に係る発明は、被測定物に接触する測定子を有するスタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行う測定プローブと、該測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置において、前記測定子が接触する校正基準体を備え、前記処理装置が、前記駆動機構を制御して、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、該校正基準体の表面に対する法線方向となるように、該５方向それぞれにおいて前記測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、該測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動機構制御部と、前記駆動機構を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで一定の押込量で前記測定子を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動機構制御部と、前記押込駆動機構制御部及び前記倣い駆動機構制御部によって、前記校正基準体に前記測定子が係合した際に、前記測定プローブの移動量及び前記プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、該座標取得部の出力に基づいて、該測定プローブの移動量に対する該プローブ出力を補正する補正行列を生成する行列生成部と、該補正行列を用いて前記プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を有したことにより、前記課題を解決したものである。
本願の請求項２に係る発明は、前記５方向を、前記スタイラスの軸方向と、該軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向と、該２方向とは測定力が互いに逆向きとなる２方向と、したものである。
本願の請求項３に係る発明は、前記駆動機構が、前記測定プローブを移動させるＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構を備え、前記軸方向が前記Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構のいずれかの駆動機構の移動方向と同一とされた際には、残りの駆動機構の２つの移動方向と前記軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向とを角度で４５度ずらしたものである。
本願の請求項４に係る発明は、被測定物に接触する測定子を有するスタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行う測定プローブと、該測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置の座標補正方法において、前記駆動機構を制御して、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、校正基準体の表面に対する法線方向となるように、該５方向それぞれにおいて前記測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、該測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動工程と、前記駆動機構を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで一定の押込量で前記測定子を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、前記押込駆動工程と前記倣い駆動工程において、前記校正基準体に前記測定子が係合した際に、前記測定プローブの移動量及び前記プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、取得した該測定プローブの移動量及びプローブ出力に基づいて、該測定プローブの移動量に対する該プローブ出力を補正する補正行列を生成する工程と、該補正行列を用いて前記プローブ出力を補正する工程と、を含むようにしたものである。
本発明によれば、測定プローブから出力されるプローブ出力の特定の平面内での非対称なプローブ特性が改善可能となるので、高精度に被測定物の形状座標を求めることが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の一例を示す模式図 図１の三次元測定装置のブロック図 図１の三次元測定装置の測定プローブを示す斜視図 図１の三次元測定装置において座標補正を行う手順を示すフロー図 図４の押込測定の順番を示すフロー図 図５の押込測定の際の測定子と校正基準体との位置関係を示す図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）） 図４の一方向における押込測定の手順を示すフロー図 図４の倣い測定の順番を示すフロー図 図８の倣い測定の際の測定子と校正基準体との位置関係を示す図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）） 本発明に係る押込測定の際の測定子と校正基準体との位置関係を示す図（第１実施形態の上面図（Ａ）、第２実施形態の上面図（Ｂ）） 本発明に係る校正基準体とスタイラスの姿勢との関係を示す図（第１実施形態の側面図（Ａ）、第３実施形態の側面図（Ｂ）、第４実施形態の側面図（Ｃ））
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
本発明の三次元測定装置に係る第１実施形態について図１〜図９を参照して説明する。
最初に、三次元測定装置１００の全体構成を説明する。
三次元測定装置１００は、図１に示す如く、測定プローブ３００を移動させる三次元測定装置本体２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作手段１１０と、処理装置４００と、を備える。
前記三次元測定装置本体２００は、図１に示す如く、定盤２１０と、駆動機構２２０と、校正基準体２４０と、測定プローブ３００と、を備えている。駆動機構２２０は、図１に示す如く、定盤２１０に立設されて測定プローブ３００を保持し三次元的に移動させるＸ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６及びＺ軸駆動機構２２７（図２）を備える。なお、これに限らず、測定プローブが固定され、駆動機構が被測定物Ｗの下にくる定盤自体あるいは定盤上であって被測定物Ｗの下にくる部材を移動させることで、被測定物Ｗを三次元的に移動させてもよい。あるいは、駆動機構が測定プローブと被測定物Ｗとを三次元的に移動させてもよい。即ち、駆動機構は測定プローブを被測定物Ｗに対して相対的に移動させる機構であればよい。
具体的に、駆動機構２２０は、図１に示す如く、装置座標系のＹｍ方向に移動可能なビーム支持体２２１と、ビーム支持体２２１に橋渡しされたビーム２２２と、ビーム２２２上で装置座標系のＸｍ方向に移動可能なコラム２２３と、コラム２２３内で装置座標系のＺｍ方向に移動可能なスピンドル２２４と、を備えている。そして、図２に示すＸ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６、及びＺ軸駆動機構２２７がそれぞれ、ビーム２２２とコラム２２３との間、定盤２１０とビーム支持体２２１との間、及びコラム２２３とスピンドル２２４との間に設けられている。なお、スピンドル２２４の端部に測定プローブ３００が支持されている。
Ｘ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６、Ｚ軸駆動機構２２７にはそれぞれ、図２に示す如く、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、Ｚ軸スケールセンサ２３０が設けられている。このため、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、Ｚ軸スケールセンサ２３０の出力から、装置座標系における測定プローブ３００の移動量｛ｘm，ｙm，ｚm｝T（Ｍと称する）を求めることができる。なお、本実施形態では、Ｘ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６、及びＺ軸駆動機構２２７の移動方向それぞれが、装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向、Ｚｍ方向と一致している。
校正基準体２４０は、図１に示す如く、球形状の部材（基準球とも称する）であり、定盤２１０上に配置されている。校正基準体２４０は球形状の部材なので、校正基準体２４０の表面のすべての法線は校正基準体２４０の中心位置を通る構成とされている。
測定プローブ３００は、いわゆる倣いプローブであり、図３に示す如く、被測定物Ｗに接触する球形状の測定子３０６を有するスタイラス３０４を、プローブ本体３０２で移動可能に支持している。測定プローブ３００は、測定子３０６の変位に従うプローブ出力｛ｘp，ｙp，ｚp｝T（Ｐと称する）を行う。ここで、スタイラス３０４は、プローブ本体３０２において、例えば非線形な応答をするばね構造で支持されている。そして、測定プローブ３００におけるスタイラス３０４の変位をプローブセンサ３１０で検出する。
プローブセンサ３１０は、図２に示す如く、プローブ座標系のＸｐ方向（図３）への測定子３０６の変位を検出するＸ軸プローブセンサ３１２と、プローブ座標系のＹｐ方向への測定子３０６の変位を検出するＹ軸プローブセンサ３１４と、プローブ座標系のＺｐ方向への測定子３０６の変位を検出するＺ軸プローブセンサ３１６と、を備える。このため、Ｘ軸プローブセンサ３１２、Ｙ軸プローブセンサ３１４、Ｚ軸プローブセンサ３１６の出力から、プローブ座標系における測定子３０６の座標であるプローブ出力Ｐを求めることができる。なお、Ｘ軸プローブセンサ３１２、Ｙ軸プローブセンサ３１４、Ｚ軸プローブセンサ３１６が直接的にプローブ出力Ｐを示さなくてもよい。
前記操作手段１１０は、図２に示す如く、処理装置４００の指令部４０２に接続されている。操作手段１１０からは、三次元測定装置本体２００及び処理装置４００へ各種の指令を入力可能となっている。
前記処理装置４００は、図１に示す如く、モーションコントローラ５００とホストコンピュータ６００とを備え、プローブ出力Ｐと駆動機構２２０による測定プローブ３００の移動量Ｍとから被測定物Ｗの形状座標ＸＸを演算する。モーションコントローラ５００は主に測定プローブ３００の移動及び測定の制御を行い、ホストコンピュータ６００は主に三次元測定装置本体２００で得られた測定結果を処理するようにされている。本実施形態では、処理装置４００として、モーションコントローラ５００とホストコンピュータ６００の機能を併せて図２のブロック図に示し、以下に説明する。なお、ホストコンピュータ６００は、キーボードなどの入力手段１２０と、ディスプレイやプリンタなどの出力手段１３０と、を備える。
処理装置４００は、図２に示す如く、指令部４０２と、駆動機構制御部４０４と、座標取得部４０６と、行列生成部４０８と、プローブ出力補正部４１０と、形状座標演算部４１２と、記憶部４１４と、を備える。
図２に示す指令部４０２は、操作手段１１０あるいは入力手段１２０で入力された指令に基づき、駆動機構制御部４０４に所定の指令を与える。指令部４０２は、例えば、測定プローブ３００を複数の位置（測定点）へ移動させるための移動方向、移動距離、移動速度などを考慮して、駆動機構２２０に対する制御周期毎の装置座標系の座標値を位置指令として生成する。また、指令部４０２は、例えば、座標取得部４０６に対して駆動機構２２０による測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐの取得タイミングや取得数（測定点の数ｎ）を指令することもできる。
図２に示す駆動機構制御部４０４は、指令部４０２の指令に応じて、駆動制御信号Ｄを出力することで駆動機構２２０のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動機構２２５、２２６、２２７のモータに電流を流して駆動制御することができる。具体的に、駆動機構制御部４０４は、押込駆動機構制御部４０４Ａと倣い駆動機構制御部４０４Ｂとを備える。
押込駆動機構制御部４０４Ａは、駆動機構２２０により、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となるように、５方向それぞれにおいて測定子３０６をその表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程を行わせる。押込駆動機構制御部４０４Ａにおける５方向とは、図６（Ａ）に示す如く、例えば、互いに直交する３方向（ＸＹＺの３方向）とそのうちの２方向（Ｘ方向とＹ方向）について測定力が互いに逆向きとなる２方向（Ｘ方向では＋Ｘ方向と−Ｘ方向、Ｙ方向では＋Ｙ方向と−Ｙ方向）とを合わせた方向である。
倣い駆動機構制御部４０４Ｂは、駆動機構２２０を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで（プローブ出力Ｐで得られる）一定の押込量で測定子３０６を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動工程を行わせる。倣い駆動機構制御部４０４Ｂの３平面は、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、例えば、ＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面である。倣い駆動機構制御部４０４Ｂにより、それぞれの平面上で測定子３０６は、校正基準体２４０の表面に沿って反時計回りと時計回りに移動することとなる。
本実施形態では、これらのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面の法線方向であり、且つＺ方向がスタイラス３０４の軸方向Ｏと一致している。即ち、押込駆動機構制御部４０４Ａにおける５方向は、スタイラス３０４の軸方向Ｏと、軸方向Ｏと直交する平面内の互いに直交する２方向と、その２方向とは測定力が互いに逆向きとなる２方向と、からなる。結果的には、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ、装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向及びＺｍ方向と一致している。また、押込駆動機構制御部４０４ＡによってなされるＸＹＺの３方向と倣い駆動機構制御部４０４ＢによってなされるＸＹＺの３方向とは便宜上同一表記としているが、これらの方向は互いにずれていてもよい。なお、駆動機構制御部４０４は、校正基準体２４０の中心位置を求められるようにも駆動機構２２０を制御する。
図２に示す座標取得部４０６は、押込駆動機構制御部４０４Ａ及び倣い駆動機構制御部４０４Ｂによって、校正基準体２４０に測定子３０６が係合（接触）した際に、駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブセンサ３１０から出力されるプローブ座標系のプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。押込駆動機構制御部４０４Ａよる押込駆動工程において、校正基準体２４０に測定子３０６が係合した際に測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得することを、以降押込測定と称する。また、倣い駆動機構制御部４０４Ｂによる倣い駆動工程において、校正基準体２４０に測定子３０６が係合した際に測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得することを、以降倣い測定と称する。
また、座標取得部４０６は、行列生成部４０８で必要とする形態（データ数とデータ形態）に演算を行い、その結果を行列生成部４０８に出力する（このような演算は、行列生成部４０８で行い、座標取得部４０６は単にプローブ出力Ｐ及び測定プローブ３００の移動量Ｍをそれぞれ取得するだけでもよい）。具体的には、座標取得部４０６は、押込測定と倣い測定とにより、補正行列ＡＡを求めるのに必要な測定点の数（取得数）ｎの測定プローブ３００の移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎを出力する。例えば、測定点の数ｎは、押込測定で５方向による５ｐ（ｐは１以上の整数）と、倣い測定で３平面上の往復（図９に示す如く、ＸＹ平面は３６０度、ＸＺ平面とＹＺ平面は共に１８０度程度の場合には、合計（校正基準体２４０の）４周に相当）による４ｑ（ｑは１以上の整数）とによる合計数５ｐ＋４ｑとなる。なお、行列生成部４０８で補正行列ＡＡを生成しない場合においては、座標取得部４０６は、プローブ出力Ｐ、測定プローブ３００の移動量Ｍをそれぞれ、プローブ出力補正部４１０、形状座標演算部４１２にそのままの形態で出力する。
図２に示す行列生成部４０８は、座標取得部４０６の出力（測定プローブ３００の移動量Ｍｎ、プローブ出力Ｐｎ）に基づいて、補正行列ＡＡを生成する。ここで、測定子３０６と校正基準体２４０とが接触している状態では、補正行列ＡＡを用いて求めた装置座標系における測定子３０６の中心位置｛ｘpm，ｙpm，ｚpm｝T（ＰＸと称する）と校正基準体２４０の中心位置｛ｘc，ｙc，ｚc｝T（ＰＣと称する）との距離は、理想的には測定子３０６の測定球の半径と校正基準体２４０である基準球の半径との和（測定子３０６と校正基準体２４０との距離と称する）Ｒとなる。しかし、実際には、座標取得部４０６のｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の出力において、測定子３０６の中心位置｛ｘpmi，ｙpmi，ｚpmi｝T（ＰＸiと称する）と校正基準体の２４０の中心位置ＰＣとの距離と、測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒとには、式（４）、（５）に示すような距離誤差ｆi（Ｅ）が存在する。なお、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の出力である測定プローブ３００の移動量Ｍi及びプローブ出力Ｐiをそれぞれ、｛ｘmi，ｙmi，ｚmi｝T、｛ｘpi，ｙpi，ｚpi｝Tとする。また、変数Ｅは｛ＡＡ11，ＡＡ12，ＡＡ13，ＡＡ21，ＡＡ22，ＡＡ23，ＡＡ31，ＡＡ32，ＡＡ33，ｘc，ｙc，ｚc，Ｒ｝Tを示す。
Figure 2018031755
ここで、補正行列ＡＡは、測定プローブ３００の移動量Ｍに対するプローブ出力Ｐの座標成分を補正する補正要素で構成されている。なお、座標成分は１次の座標成分ｘp、ｙp、ｚpをいう。そして補正要素は座標成分ｘp、ｙp、ｚpにそれぞれ乗算される要素ＡＡ11、ＡＡ12、ＡＡ13、ＡＡ21、ＡＡ22、ＡＡ23、ＡＡ31、ＡＡ32、ＡＡ33をいう。
ここで、距離誤差ｆi（Ｅ）に対する評価を行うための評価関数Ｊ（Ｅ）を式（６）に示す。
Figure 2018031755
つまり、行列生成部４０８は、式（６）で示す評価関数Ｊ（Ｅ）を最小にする変数Ｅを非線形最小二乗法などにより算出することで、補正行列ＡＡの補正要素ＡＡ11、ＡＡ12、ＡＡ13、ＡＡ21、ＡＡ22、ＡＡ23、ＡＡ31、ＡＡ32、ＡＡ33を算出することができる。なお、この算出では、Levenberg-Marquardt法等の一般的な解法を用いることができる。
図２に示すプローブ出力補正部４１０は、行列生成部４０８から出力される補正行列ＡＡを用いて座標取得部４０６で取得したプローブ出力Ｐを補正する。つまり、プローブ出力補正部４１０は、式（７）に示す如く、補正行列ＡＡによってプローブ出力Ｐを補正することで、装置座標系の変換出力｛ｘp_m，ｙp_m，ｚp_m｝T（ＰＭと称する）を求める。
Figure 2018031755
図２に示す形状座標演算部４１２は、式（９）に示す如く、プローブ出力補正部４１０から出力される変換出力ＰＭを、座標取得部４０６で取得した測定プローブ３００の移動量Ｍに加算することで、被測定物Ｗの測定時の形状座標ＸＸを演算する。また、形状座標演算部４１２は、座標取得部４０６で得られた測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求めることもできる。
Figure 2018031755
図２に示す記憶部４１４は、各種制御用初期値、各種処理用初期値、プログラムなどを記憶している。また、記憶部４１４は、行列生成部４０８で生成された補正行列ＡＡと形状座標演算部４１２で得られた校正基準体２４０の中心位置ＰＣも記憶している。なお、記憶部４１４は、被測定物Ｗや校正基準体２４０のＣＡＤデータなども記憶することができる。
次に、本実施形態に係る座標補正の概略の手順について、主に図４を用いて、以下に説明する。
まず、校正基準体２４０を定盤２１０の測定空間中の所定の位置に固定する。そして、校正基準体２４０に測定子３０６を接触させて、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める（図４ステップＳ２）。具体的には、駆動機構制御部４０４により測定プローブ３００を移動させ、座標取得部４０６で得られる測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから、形状座標演算部４１２で校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める。この中心位置ＰＣは、記憶部４１４に記憶される。なお、校正基準体２４０の中心位置ＰＣは、校正基準体２４０の表面のすべての法線が校正基準体２４０の中心位置ＰＣを通るという性質を利用するために求められている。
次に、押込駆動機構制御部４０４Ａと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、５方向それぞれにおいて測定子３０６をその表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程において、押込測定を行う（図４ステップＳ４）。なお、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となるようされている。即ち、当該５方向は、求められた校正基準体２４０の中心位置ＰＣを通ることとなる。押込測定の具体的な手順については後述する。
次に、倣い駆動機構制御部４０４Ｂと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、３平面上それぞれで一定の押込量で測定子３０６を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動工程において、倣い測定する（図４ステップＳ６）。この倣い測定の経路は、求められた校正基準体２４０の中心位置ＰＣに基づき、予め生成されている。なお、３平面は互いに直交している。倣い測定の具体的な手順についても後述する。
次に、押込測定と倣い測定で得られた測定点の数がｎである測定プローブ３００の移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎとに基づいて、行列生成部４０８で補正行列ＡＡを生成する（図４ステップＳ８）。
次に、プローブ出力補正部４１０で、補正行列ＡＡを用いて、被測定物Ｗの測定時のプローブ出力Ｐを補正し、変換出力ＰＭを得る（図５ステップＳ１０）。そして、形状座標演算部４１２で、測定プローブ３００の移動量Ｍと変換出力ＰＭとを合成することで、形状座標ＸＸを演算する。
ここで、押込測定の手順について、図５から図７を用いて以下に説明する。
まず、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ１）を行う（図５ステップＳ１２）。そして、校正基準体２４０の＋Ｙ方向の表面に対して押込測定（Ｍ２）を行う（図５ステップＳ１４）。
次に、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の（Ｘ方向とは測定力が互いに逆向きとなる）−Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ３）を行う（図５ステップＳ１６）。そして、校正基準体２４０の（Ｙ方向とは測定力が互いに逆向きとなる）−Ｙ方向の表面に対して押込測定（Ｍ４）を行う（図５ステップＳ１８）。
次に、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の＋Ｚ方向の表面に対して押込測定（Ｍ５）を行うことで押込測定は終了する（図５ステップＳ２０）。
ここで、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ１）を行う具体的な手順を、図７を用いて以下に説明する。なお、校正基準体２４０の＋Ｘ方向以外の側面に対しての押込測定の手順は、下記に説明する手順に対して方向と校正基準体２４０の側面が異なる以外は同一なので、それらの説明は省略する。
まず、押込駆動機構制御部４０４Ａの出力（駆動制御信号Ｄ）に基づいて駆動機構２２０により測定プローブ３００を校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かって−Ｘ方向に移動させる。つまり、押込駆動機構制御部４０４Ａは、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の法線方向から測定子３０６を−Ｘ方向に接近移動させる（図７ステップＳ２２）。そして、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかを確認する（図７ステップＳ２４）。接触したかどうかは、例えば座標取得部４０６においてプローブ出力Ｐに（ノイズレベルを超える）変化が生じたかどうかで判断する。測定子３０６が校正基準体２４０に接触していなければ（図７ステップＳ２４でＮｏ）、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動を継続させ、測定子３０６を更に−Ｘ方向へ移動させる。なお、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標と指令部４０２の指令との比較を、押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した初期設定値と駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍとの比較を押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかを確認してもよい。
測定子３０６が校正基準体２４０に接触した際には（図７ステップＳ２４でＹｅｓ）、座標取得部４０６により測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得を開始する（図７ステップＳ２６）。なお、駆動機構２２０による測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動はそのまま継続させる。
次に、座標取得部４０６において接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えたかどうかを確認する（図７ステップＳ２８）。接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えていなければ（図７ステップＳ２８でＮｏ）、駆動機構２２０による測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動はそのまま継続させる。なお、接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えたかどうかは、所定の変位量に相当するプローブ出力Ｐの所定の押込量から確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標から所定の変位量だけ−Ｘ方向に減算した座標と指令部４０２の指令との比較を、押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで、接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えたかどうかを確認してもよい。なお、所定の変位量は、想定される被測定物Ｗの測定時のプローブ出力Ｐの押込量よりも大きくされている。
接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えた際には（図７ステップＳ２８でＹｅｓ）、押込駆動機構制御部４０４Ａは、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動を停止させる。そして、押込駆動機構制御部４０４Ａは、その方向とは逆方向（校正基準体２４０の中心位置ＰＣから離れる＋Ｘ方向）に測定プローブ３００の移動を開始させる（図７ステップＳ３０）。なお、測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得は継続される。
次に、測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかを確認する（図７ステップＳ３２）。離間したかどうかは、例えば座標取得部４０６においてプローブ出力Ｐに（ノイズレベルを超える）変化が生じなくなったかどうかで判断する。測定子３０６が校正基準体２４０に接触していれば（図７ステップＳ３２でＮｏ）、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣから離れる＋Ｘ方向への移動を継続させる。測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標と指令部４０２の指令との比較を、押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した初期設定値と駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍとの比較を押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで、測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかを確認してもよい。
測定子３０６が校正基準体２４０から離間した際には（図７ステップＳ３２でＹｅｓ）、測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得を停止させる。そして、測定子３０６の＋Ｘ方向からの押込測定（Ｍ１）を終了させる。
次に、倣い測定の手順について、図８、図９を用いて以下に説明する。
まず、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、プローブ出力Ｐにおける一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＸＹ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ６）を行う（図８ステップＳ４２）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＸＹ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ７）を行う（図８ステップＳ４４）。この倣い測定をする角度範囲は、広ければ広いほどよく、ＸＹ平面上では３６０度とすることができる。なお、ここでの一定の押込量は、被測定物Ｗの測定時に想定される平均的なプローブ出力Ｐの押込量（以降同じ）としている。
次に、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、同じ一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＸＺ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ８）を行う（図８ステップＳ４６）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＸＺ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ９）を行う（図８ステップＳ４８）。この倣い測定をする角度範囲も、広ければ広いほどよいが、ＸＺ平面上では実際上１８０度程度までとなる（ＹＺ平面上でも同様）。
次に、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、同じ一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＹＺ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ１０）を行う（図８ステップＳ５０）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＹＺ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ１１）を行うことで倣い測定は終了する（図８ステップＳ５２）。
このように、本実施形態では、校正基準体２４０が従来から使われている球形状の基準球であり、三次元測定装置１００がコストアップすることを防止できる。
また、本実施形態では、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向で、押込測定をしている。つまり、合計５方向のうち、スタイラス３０４の軸方向ＯがＺ方向とされており、Ｘ方向では＋Ｘ方向と−Ｘ方向、Ｙ方向では＋Ｙ方向と−Ｙ方向とされている。このため、ＸＹ平面上で非対称なプローブ特性を示すような場合であっても、ＸＹ平面上のスタイラス３０４の原点の＋側と−側とで対称なプローブ特性を示すように座標補正を行うことができる。
また、本実施形態では、押込測定だけでなく、往復運動させる倣い測定の結果も用いて座標補正を行っている。このため、実際の測定プローブ３００の倣い測定で必要となる補正を的確に行うことが可能である。しかも、この倣い測定では、測定子３０６を往復運動させるので、摩擦力の影響を相殺した補正を行うことができる。
即ち、本実施形態では、測定プローブ３００から出力されるプローブ出力ＰのＸＹ平面内での非対称なプローブ特性が改善可能となるので、高精度に被測定物Ｗの形状座標ＸＸを求めることが可能となる。
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。
例えば、第１実施形態では、図１０（Ａ）に示す如く、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向が装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向及びＺｍ方向と完全に一致していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０（Ｂ）に示す第２実施形態の如くであってもよい。なお、以降の実施形態の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
第２実施形態では、第１実施形態と同じく、図１０（Ｂ）に示す如く、スタイラス３０４の軸方向ＯがＺ軸駆動機構２２７の移動方向と同一とされている。即ち、Ｚ方向は装置座標系のＺｍと同一とされている。しかし、Ｘ方向、Ｙ方向はそれぞれ、Ｘ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６の移動方向（Ｘｍ方向、Ｙｍ方向）と角度で４５度ずれている。
このため、本実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができるだけでなく、補正行列ＡＡを生成するための測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐの数を効果的に取得することができる（例えば、第１実施形態の押込測定（Ｍ１）において、厳密に測定プローブ３００がＸｍ方向に移動した際には、Ｙｍ方向の変位が常にゼロとなる。このときに取得した移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐは、プローブ出力Ｐの座標成分ｙpを補正する補正行列ＡＡを求めるための有効な結果として使用することができないおそれがある。しかし、本実施形態では、第１実施形態と比べて前記角度が４５度ずれている。このため、Ｘｍ方向又はＹｍ方向の変位が常にゼロとなることはなく、取得した移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐはプローブ出力Ｐの座標成分ｘp、ｙpを補正する補正行列ＡＡを求めるための有効な結果として使用することができる）。即ち、本実施形態では、押込測定のステップを低減して補正行列ＡＡをより迅速に求めることができる。又は、本実施形態では、Ｘ方向（Ｙ方向）とＸｍ方向（Ｙｍ方向）とが角度４５度ずれているので、例えば第１実施形態に比べて測定プローブ３００の移動量Ｍを√２倍に拡大すると補正行列ＡＡを求めるための有効な結果の数は２倍に増加して、測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐの平均化効果により、押込測定における測定のばらつきの影響を１／√２倍に低減することができる。なお、これに限らず、スタイラス３０４の軸方向ＯがＸ軸駆動機構２２５あるいはＹ軸駆動機構２２６の移動方向と同一とされた際に、残りの駆動機構の２つの移動方向とスタイラス３０４の軸方向Ｏと直交する平面内の互いに直交する２方向とは角度で４５度ずれていてもよい。
また、上記実施形態では、図１１（Ａ）に示す如く、スタイラス３０４の軸方向ＯであるＺ方向が装置座標系のＺｍ方向と一致していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１１（Ｂ）の第３実施形態に示す如く、スタイラス３０４の軸方向Ｏが装置座標系のＸｍ方向と同一とされていてもよい。この場合には、ＹｍＺｍ平面上でプロープ特性を対称に補正することができる。
あるいは、図１１（Ｃ）の第４実施形態に示す如く、スタイラス３０４の軸方向Ｏが装置座標系のいずれの方向とも同一とされていなくてもよい。この場合には、スタイラス３０４の軸方向Ｏに直交する平面（図１１（Ｃ）では、Ｘ方向の矢印で示された平面）上でプロープ特性を対称に補正することができる。
また、本実施形態では、校正基準体２４０が、球形状の基準球とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、校正基準体は、円柱、角柱、多角柱、そして、これらの柱中央に凹部を備えるような構成であってもよい。
本発明は、被測定物の三次元形状を測定する三次元測定装置に広く適用することができる。
１００…三次元測定装置
１１０…操作手段
１１１…ジョイスティック
１２０…入力手段
１３０…出力手段
２００…三次元測定装置本体
２１０…定盤
２２０…駆動機構
２２１…ビーム支持体
２２２…ビーム
２２３…コラム
２２４…スピンドル
２２５…Ｘ軸駆動機構
２２６…Ｙ軸駆動機構
２２７…Ｚ軸駆動機構
２２８…Ｘ軸スケールセンサ
２２９…Ｙ軸スケールセンサ
２３０…Ｚ軸スケールセンサ
２４０…校正基準体
３００…測定プローブ
３０２…プローブ本体
３０４…スタイラス
３０６…測定子
３１０…プローブセンサ
３１２…Ｘ軸プローブセンサ
３１４…Ｙ軸プローブセンサ
３１６…Ｚ軸プローブセンサ
４００…処理装置
４０２…指令部
４０４…駆動機構制御部
４０４Ａ…押込駆動機構制御部
４０４Ｂ…倣い駆動機構制御部
４０６…座標取得部
４０８…行列生成部
４１０…プローブ出力補正部
４１２…形状座標演算部
４１４…記憶部
５００…モーションコントローラ
６００…ホストコンピュータ
Ａ、ＡＡ…補正行列
Ｄ…駆動制御信号
Ｍ、Ｍｎ…移動量
Ｍ１〜Ｍ１１…測定
Ｏ…軸方向
Ｐ、Ｐｎ…プローブ出力
ＰＭ…変換出力
Ｗ…被測定物
ＸＸ…形状座標
本願の請求項２及び５に係る発明は、前記５方向を、前記スタイラスの軸方向と、該軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向と、該２方向とは測定力が互いに逆向きとなる２方向と、したものである。
本願の請求項３及び６に係る発明は、前記駆動機構が、前記測定プローブを移動させるＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構を備え、前記軸方向が前記Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構のいずれかの駆動機構の移動方向と同一とされた際には、残りの駆動機構の２つの移動方向と前記軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向とを角度で４５度ずらしたものである。

Claims (4)

  1. 被測定物に接触する測定子を有するスタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行う測定プローブと、該測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置において、
    前記測定子が接触する校正基準体を備え、
    前記処理装置は、
    前記駆動機構を制御して、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、該校正基準体の表面に対する法線方向となるように、該５方向それぞれにおいて前記測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、該測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動機構制御部と、
    前記駆動機構を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで一定の押込量で前記測定子を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動機構制御部と、
    前記押込駆動機構制御部及び前記倣い駆動機構制御部によって、前記校正基準体に前記測定子が係合した際に、前記測定プローブの移動量及び前記プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、
    該座標取得部の出力に基づいて、該測定プローブの移動量に対する該プローブ出力を補正する補正行列を生成する行列生成部と、
    該補正行列を用いて前記プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を有することを特徴とする三次元測定装置。
  2. 請求項１において、
    前記５方向は、前記スタイラスの軸方向と、該軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向と、該２方向とは測定力が互いに逆向きとなる２方向と、からなることを特徴とする三次元測定装置。
  3. 請求項２において、
    前記駆動機構は、前記測定プローブを移動させるＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構を備え、
    前記軸方向が前記Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びＺ軸駆動機構のいずれかの駆動機構の移動方向と同一とされた際には、残りの駆動機構の２つの移動方向と前記軸方向と直交する平面内の互いに直交する２方向とは角度で４５度ずれていることを特徴とする三次元測定装置。
  4. 被測定物に接触する測定子を有するスタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行う測定プローブと、該測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置の座標補正方法において、
    前記駆動機構を制御して、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、校正基準体の表面に対する法線方向となるように、該５方向それぞれにおいて前記測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、該測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動工程と、
    前記駆動機構を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで一定の押込量で前記測定子を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、
    前記押込駆動工程と前記倣い駆動工程において、前記校正基準体に前記測定子が係合した際に、前記測定プローブの移動量及び前記プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、
    取得した該測定プローブの移動量及びプローブ出力に基づいて、該測定プローブの移動量に対する該プローブ出力を補正する補正行列を生成する工程と、
    該補正行列を用いて前記プローブ出力を補正する工程と、
    を含むことを特徴とする座標補正方法。
JP2016166344A 2016-08-26 2016-08-26 三次元測定装置及び座標補正方法 Active JP6341962B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016166344A JP6341962B2 (ja) 2016-08-26 2016-08-26 三次元測定装置及び座標補正方法
US15/681,926 US10422636B2 (en) 2016-08-26 2017-08-21 Coordinate measuring machine and coordinate correction method
EP17187937.2A EP3287741B1 (en) 2016-08-26 2017-08-25 Coordinate measuring machine and coordinate correction method
CN201710744168.7A CN107782223B (zh) 2016-08-26 2017-08-25 坐标测定装置和坐标校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016166344A JP6341962B2 (ja) 2016-08-26 2016-08-26 三次元測定装置及び座標補正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018031755A true JP2018031755A (ja) 2018-03-01
JP6341962B2 JP6341962B2 (ja) 2018-06-13

Family

ID=59702618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016166344A Active JP6341962B2 (ja) 2016-08-26 2016-08-26 三次元測定装置及び座標補正方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10422636B2 (ja)
EP (1) EP3287741B1 (ja)
JP (1) JP6341962B2 (ja)
CN (1) CN107782223B (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019066418A (ja) 2017-10-04 2019-04-25 株式会社ミツトヨ 測定装置および測定システム
EP3470777B1 (en) * 2017-10-10 2021-09-29 Hexagon Technology Center GmbH System, method and computer program product for determining a state of a tool positioning machine
JP6955991B2 (ja) 2017-12-14 2021-10-27 株式会社ミツトヨ 空間精度補正方法、及び空間精度補正装置
JP6955990B2 (ja) 2017-12-14 2021-10-27 株式会社ミツトヨ 空間精度補正方法、及び空間精度補正装置
JP6939581B2 (ja) * 2018-01-10 2021-09-22 Ａｇｃ株式会社 曲面ガラス基板の加工方法及び製造方法
CN112902898B (zh) * 2019-12-03 2022-11-29 台达电子工业股份有限公司 三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法
DE102020108407B4 (de) * 2020-03-26 2023-03-16 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Kalibriernormal zur Geometrieeinmessung eines taktil oder/und optisch arbeitenden Messsystems, Verfahren zur Kalibrierung sowie Koordinatenmessgerät
US11499817B2 (en) 2020-05-29 2022-11-15 Mitutoyo Corporation Coordinate measuring machine with vision probe for performing points-from-focus type measurement operations
US11328409B2 (en) 2020-09-30 2022-05-10 Mitutoyo Corporation System and method utilizing multi-point autofocus to align an optical axis of an optical assembly portion to be normal to a workpiece surface
CN113295091B (zh) * 2021-06-11 2023-11-14 湖南新程检测有限公司 一种测量基准和瞄准基准自动校准三坐标测量机

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002528709A (ja) * 1998-10-24 2002-09-03 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー アナログプローブの較正および誤差マッピング方法
JP2004521343A (ja) * 2001-03-14 2004-07-15 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー アナログプローブの較正
JP2005181293A (ja) * 2003-11-25 2005-07-07 Mitsutoyo Corp 表面倣い測定装置および倣いプローブの補正テーブル作成方法
JP2007183184A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Mitsutoyo Corp 倣いプローブの校正方法
JP2009534681A (ja) * 2006-04-26 2009-09-24 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 差分較正
JP2011503628A (ja) * 2007-11-20 2011-01-27 カール ザイス インダストリエル メステクニーク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 座標測定機を校正するための方法
US20110161046A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. System and method for verifying a probe tip
JP2015158387A (ja) * 2014-02-21 2015-09-03 株式会社ミツトヨ 三次元測定機及び三次元測定機による補正行列算出方法
JP2016090434A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 株式会社ミツトヨ 形状測定装置、及び形状測定方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8906287D0 (en) 1989-03-18 1989-05-04 Renishaw Plc Probe calibration
DE4325602C1 (de) 1993-07-30 1994-09-29 Leitz Mestechnik Gmbh Verfahren zum taktilen Vermessen von Werkstücken
JP2004108959A (ja) 2002-09-19 2004-04-08 Ricoh Co Ltd 形状測定装置
GB0228371D0 (en) 2002-12-05 2003-01-08 Leland E C E Workpiece inspection method
EP1617171B1 (fr) * 2004-07-12 2007-12-12 Tesa S.A. Palpeur pour mesures tridimensionnelles
WO2006114603A2 (en) 2005-04-26 2006-11-02 Renishaw Plc Probe calibration
JP4923441B2 (ja) 2005-05-26 2012-04-25 株式会社ジェイテクト 形状測定器
SE531462C2 (sv) 2005-11-17 2009-04-14 Hexagon Metrology Ab Inställningsanordning för ett mäthuvud
GB0713639D0 (en) * 2007-07-13 2007-08-22 Renishaw Plc Error correction
DE102008049751A1 (de) 2008-10-01 2010-04-08 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verfahren zum Vermessen eines Werkstücks, Kalibrierverfahren sowie Koordinatenmessgerät
JP5297787B2 (ja) 2008-12-18 2013-09-25 株式会社ミツトヨ 三次元測定機
EP2270425A1 (en) * 2009-07-03 2011-01-05 Leica Geosystems AG Coordinate measuring machine (CMM) and method of compensating errors in a CMM
DE102011053117B4 (de) 2010-09-06 2023-02-23 Hexagon Metrology Gmbh Verfahren zum Kalibrieren eines Taststiftes eines Koordinatenmessgerätes sowie zur Korrektur von Messergebnissen
US8701298B2 (en) * 2011-06-01 2014-04-22 Tesa Sa Coordinate measuring machine
JP5823191B2 (ja) 2011-07-05 2015-11-25 株式会社ミツトヨ 三次元測定機
EP2543955B1 (en) 2011-07-06 2015-10-14 Hexagon Metrology S.p.A. Method of calibration of a mathematical model of a coordinate measuring machine for the compensation of dynamic errors due to deformation
EP2795244B1 (de) * 2011-12-21 2018-02-07 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH Verfahren zum koppeln zweier systemkomponenten eines messgeräts, insbesondere eines koordinatenmessgeräts
JP6154605B2 (ja) 2012-09-04 2017-06-28 株式会社ミツトヨ 形状測定装置及び形状測定誤差の補正方法
JP2014056352A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Canon Inc 位置決め装置及び計測装置
JP6114010B2 (ja) 2012-11-14 2017-04-12 株式会社ミツトヨ 形状測定装置及び形状測定誤差の補正方法
CN103047941A (zh) * 2012-12-07 2013-04-17 法国圣戈班玻璃公司 测量机台、测量系统和车辆玻璃的测试系统
JP6254451B2 (ja) 2014-02-19 2017-12-27 株式会社ミツトヨ 形状測定装置及び形状測定誤差の補正方法
JP6448242B2 (ja) 2014-07-18 2019-01-09 株式会社ミツトヨ 形状測定装置の測定誤差の補正方法及び形状測定装置
JP6216400B2 (ja) 2016-02-26 2017-10-18 株式会社ミツトヨ 測定プローブ
JP6212148B2 (ja) 2016-02-26 2017-10-11 株式会社ミツトヨ 測定プローブ

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002528709A (ja) * 1998-10-24 2002-09-03 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー アナログプローブの較正および誤差マッピング方法
JP2004521343A (ja) * 2001-03-14 2004-07-15 レニショウ　パブリック　リミテッド　カンパニー アナログプローブの較正
JP2005181293A (ja) * 2003-11-25 2005-07-07 Mitsutoyo Corp 表面倣い測定装置および倣いプローブの補正テーブル作成方法
JP2007183184A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Mitsutoyo Corp 倣いプローブの校正方法
JP2009534681A (ja) * 2006-04-26 2009-09-24 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 差分較正
JP2011503628A (ja) * 2007-11-20 2011-01-27 カール ザイス インダストリエル メステクニーク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 座標測定機を校正するための方法
US20110161046A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd. System and method for verifying a probe tip
JP2015158387A (ja) * 2014-02-21 2015-09-03 株式会社ミツトヨ 三次元測定機及び三次元測定機による補正行列算出方法
JP2016090434A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 株式会社ミツトヨ 形状測定装置、及び形状測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10422636B2 (en) 2019-09-24
JP6341962B2 (ja) 2018-06-13
EP3287741B1 (en) 2019-09-18
US20180058847A1 (en) 2018-03-01
CN107782223A (zh) 2018-03-09
EP3287741A1 (en) 2018-02-28
CN107782223B (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6341962B2 (ja) 三次元測定装置及び座標補正方法
JP6393156B2 (ja) 形状測定装置、及び形状測定方法
US9746303B2 (en) Coordinate measuring machine and method for calculating correction matrix by coordinate measuring machine
JP6295299B2 (ja) 座標補正方法及び三次元測定装置
JP5221004B2 (ja) 測定装置、表面性状測定方法、及び表面性状測定プログラム
JP5770359B2 (ja) 座標測定機
EP2647477B1 (en) Device for error correction for CNC machines
CN107782274B (zh) 坐标测定装置和坐标校正方法
US7542872B2 (en) Form measuring instrument, form measuring method and form measuring program
JP2014512529A5 (ja)
JP2013238573A (ja) 形状測定装置
JP4246071B2 (ja) 座標測定機械における案内誤差を求めかつ補正する方法
CN109959333B (zh) 空间精度校正方法和设备
JP6219141B2 (ja) 形状測定装置及び形状測定方法
US20140157564A1 (en) Contour shape measurement method
JP6786255B2 (ja) 形状測定方法、形状測定装置、およびデータ処理方法
JP4652011B2 (ja) 三次元座標測定システム及びそれに用いるパートプログラム
JP6474587B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
JP2021156884A (ja) 触覚的又は／及び光学的手段によって動作する測定システムの幾何学形状較正のための較正標準、較正の方法及び座標測定機
JP2019158385A (ja) 測定装置
KR102048066B1 (ko) 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법
JP6405195B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
JP2012018117A (ja) 形状測定装置
JP2018128350A (ja) 位置検出装置、ステージ装置、および形状測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171213

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171213

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20171213

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20171227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180328

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180508

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180515

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6341962

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250