JP2018169343A - 三次元測定機、測定方法、及び測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】操作部材を用いたワーク座標系に基づく手動測定における新たな課題の解決を可能とする三次元測定機、測定方法、及び測定プログラムを提供する。【解決手段】操作部（２９）を操作してプローブ（２４Ａ）を移動させて、プローブを用いて被測定物（４２０）を測定する三次元測定機（１０）であって、操作部から出力された移動指令信号に基づいてプローブを駆動する駆動部（１４０）と、マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部（１０８）と、切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換部（１１０）と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、三次元測定機、測定方法、及び測定プログラムに関する。

ジョイスティック等の操作部材を用いて、被測定物を手動で測定する三次元測定機が知られている。

特許文献１は、ジョイスティックを備えた三次元測定機が記載されている。特許文献１に記載の三次元測定機は、目的とする平面上の同一の直線上にない三点の座標値から、目的とする平面の法線ベクトルを求め、かつ、目的とする平面上のＸ軸となるべき軸上の二点の座標値から、目的とする平面上のＸ軸となるべき直線の空間的方向ベクトルを求めている。更に、法線ベクトル、及び空間的方向ベクトルの外積を求めている。

法線ベクトル、空間的方向ベクトル、及び両者の外積から座標変換マトリクスを求め、ジョイスティックの操作によって決められたマシン座標系の指令値は、座標変換マトリクスを用いてワーク座標系の指令値に変換される。

また、特許文献１に記載の三次元測定機は、ジョイスティックのＸ軸方向への速度指令値、Ｙ軸方向への速度指令値、及びＺ軸方向への速度指令値に、座標回転の変換を施し、ワーク上に設定されたワーク座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対応させている。

特公平５−２５０４６号公報

被測定物の形状、及び被測定面の向きによっては、マシン座標系をワーク座標系に変換せずにマシン座標系に基づく測定を実施する場合に、測定の効率向上が見込まれ、かつ、高精度の測定が実現される場合がありうる。

しかしながら、特許文献１には、ワーク座標系に基づく測定における上記の課題に関する記載、又は示唆はない。また、特許文献１には、上記の課題を解決するための構成に関する記載、又は示唆はない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、操作部材を用いたワーク座標系に基づく手動測定における新たな課題の解決を可能とする三次元測定機、測定方法、及び測定プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。

第１態様に係る三次元測定機は、操作部を操作してプローブを移動させて、プローブを用いて被測定物を測定する三次元測定機であって、操作部から出力された移動指令信号に基づいてプローブを駆動する駆動部と、マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部と、切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換部と、を備えた三次元測定機である。

第１態様によれば、マシン座標系を用いた測定をワーク座標を用いた測定へ切り替えが可能である。マシン座標系における移動指令信号がワーク座標系における移動指令信号に変換された場合は、マシン座標系に基づく操作部の操作によって、ワーク座標系に基づくプローブの移動が可能となる。

操作部は、ジョイスティック、及びトラックボールなどの操作部材を備えている。操作部は、操作ボタンなどの操作部材を備えていてもよい。

マシン座標系に基づく測定は、マシン座標系の座標値を用いて、被測定物の測定位置を特定する測定である。ワーク座標系に基づく測定は、ワーク座標系の座標値を用いて、被測定物の測定位置を特定する測定である。

プローブは、三次元直交座標系の第一軸方向、第二軸方向、及び第三軸方向のそれぞれに移動可能に構成される。プローブは、互いに直交する第一軸、及び第二軸の両者に平行な方向に沿う回転軸の周りの回転を可能としてもよい。プローブは、第一軸、及び第二軸に直交する第三軸に平行な方向に沿う回転軸の周りの回転を可能としてもよい。

第２態様は、第１態様の三次元測定機において、操作部は、プローブの移動方向、及びプローブの移動速度を表す移動指令信号を出力する構成としてもよい。

第２態様によれば、プローブの移動方向、及びプローブの移動速度を用いて、プローブの移動パラメータの特定が可能である。

第３態様は、第１態様又は第２態様の三次元測定機において、変換部は、マシン座標系に基づく測定が行われる場合に、マシン座標系に基づいてプローブが移動することを表す第二行列を用いて、操作部から出力された移動指令信号をマシン座標系における移動指令信号に変換する構成としてもよい。

第３態様によれば、マシン座標系に基づく測定が行われる場合は、マシン座標系に基づく操作部の操作によって、マシン座標系に基づくプローブの移動が可能となる。

第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか一態様の三次元測定機において、第一行列を記憶する記憶部を備え、変換部は、切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、記憶部から第一行列を取得する構成としてもよい。

第４態様によれば、変換部は、記憶部に予め記憶されている第一行列を取得して、マシン座標系における移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換可能である。

第５態様は、第１態様又は第２態様の三次元測定機において、変換部は、移動指令信号を変換する行列の初期値として、マシン座標系に基づいてプローブが移動することを表す第二行列が設定され、かつ、切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、第一行列を記憶する記憶部から第一行列を読み出し、移動指令信号を変換する行列を第二行列から第一行列へ変更する構成としてもよい。

第５態様によれば、変換部は、初期値として設定されている第一行列を第二行列へ更新して、マシン座標系における移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号へ変換可能である。

第６態様は、第５態様の三次元測定機において、変換部は、移動指令信号を変換する行列の初期値として、第二行列が設定され、かつ、マシン座標系に基づく測定が行われる場合に、移動指令信号を変換する行列を非変更とする構成としてもよい。

第６態様によれば、マシン座標系に基づく測定が行われる場合に、変換部は、初期値として設定されている第二行列を用いて、マシン座標系における移動指令信号の出力が可能である。

第７態様は、第１態様から第６態様のいずれか一態様の三次元測定機において、被測定物に対してワーク座標系を設定するワーク座標系設定部を備えた構成としてもよい。

第７態様によれば、任意の被測定物に対してワーク座標系の設定が可能である。

第８態様に係る測定方法は、操作部を操作してプローブを移動させて、プローブを用いて被測定物を測定する測定方法であって、操作部から出力された移動指令信号に基づいて、被測定物を測定するプローブを駆動する駆動工程と、マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替工程と、切替工程においてワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換工程と、を含む測定方法である。

第８態様によれば、第１態様と同様の作用効果を得ることが可能である。

第８態様において、第２態様から第７態様で特定した事項と同様の事項を適宜組み合わせることができる。その場合、三次元測定機において特定される処理や機能を担う構成要素は、これに対応する処理や機能を担う測定方法の構成要素として把握することができる。

第９態様に係る測定プログラムは、操作部を操作してプローブを移動させて、プローブを用いて被測定物を測定する測定プログラムであって、コンピュータを、操作部から出力された移動指令信号に基づいて、被測定物を測定するプローブを駆動する駆動部、マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部、及び、切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換部として機能させる測定プログラムである。

第９態様によれば、第１態様と同様の作用効果を得ることが可能である。

第９態様において、第２態様から第７態様で特定した事項と同様の事項を適宜組み合わせることができる。その場合、三次元測定機において特定される処理や機能を担う構成要素は、これに対応する処理や機能を担う測定プログラムの構成要素として把握することができる。

本発明によれば、マシン座標系を用いた測定をワーク座標を用いた測定へ切り替えが可能である。マシン座標系における移動指令信号がワーク座標系における移動指令信号に変換された場合は、マシン座標系に基づく操作部の操作によって、ワーク座標系に基づくプローブの移動が可能となる。

図１は三次元測定機の全体構成図である。 図２はプローブヘッドの第一回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。 図３はプローブヘッドの第二回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。 図４はコントローラの構成例を示すブロック図である。 図５はジョイスティック操作盤の斜視図である。 図６はジョイスティックの概略構成を示すブロック図である。 図７はワーク座標系の設定の模式図である。 図８はワーク座標系の設定における原点設定の説明図である。 図９はワーク座標系の設定における基準軸設定の説明図である。 図１０はプローブの移動を模式的に示した模式図である。 図１１は第一実施形態に係る測定方法の手順を示したフローチャートである。 図１２は第二実施形態に係る測定方法を模式的に示した模式図である。 図１３はトリガ操作が行われたジョイスティックの出力電圧を示した模式図である。 図１４は第二実施形態に係る測定方法の手順を示したフローチャートである。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。本明細書では、先に説明した構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を適宜省略することとする。

［三次元測定機の説明］
＜全体構成＞
図１は三次元測定機の全体構成図である。本実施形態では、門型移動の三次元測定機を例に説明する。三次元測定機は、Coordinate Measuring Machineと呼ばれることがある。Coordinate Measuring MachineはＣＭＭと省略されることがある。

図１においてＸを付した矢印線は、マシン座標系におけるＸ軸方向の正方向を表している。Ｙを付した矢印線は、マシン座標系におけるＹ軸方向の正方向を表している。Ｚを付した矢印線は、マシン座標系におけるＺ軸方向の正方向を表している。

マシン座標系は、三次元測定機１０に固有のマシン座標系の原点に基づいて定められる座標系である。後述するワーク座標系は、ワークに設定されたワーク座標系の原点に基づいて定められる座標系である。

図１に示した三次元測定機１０は、ジョイスティック操作盤２９を操作して、プローブヘッド２４を移動させて、被測定物であるワークを測定する。なお、図１では、ワークの図示を省略する。ワークは、図１０に符号４５０を付して図示する。ジョイスティック操作盤２９は操作部の一態様である。

三次元測定機１０は、架台１２、テーブル１４、右Ｙキャリッジ１６Ｒ、左Ｙキャリッジ１６Ｌ、Ｘガイド１８、Ｘキャリッジ２０、Ｚスピンドル２２、及びプローブヘッド２４を備えている。

架台１２は、テーブル１４の下面１４Ｃを支持する。テーブル１４は、定盤を適用可能である。テーブル１４は、上面１４Ａに右Ｙキャリッジ１６Ｒ、及び左Ｙキャリッジ１６Ｌが立設される。右Ｙキャリッジ１６Ｒは、テーブル１４のＸ軸方向における一方の端部１４Ｄに配置される。左Ｙキャリッジ１６Ｌは、テーブル１４のＸ軸方向における他方の端部１４Ｅに配置される。

テーブル１４のＸ軸方向における一方の端部１４Ｄの側の側面１４Ｂは、右Ｙキャリッジ１６Ｒとの摺動面が形成される。右Ｙキャリッジ１６Ｒにおけるテーブル１４の側面１４Ｂと対向する面は、ベアリングが設けられる。

テーブル１４のＸ軸方向における他方の端部１４Ｅの側の側面１４Ｆは、左Ｙキャリッジ１６Ｌとの摺動面が形成される。左Ｙキャリッジ１６Ｌにおけるテーブル１４の側面１４Ｆと対向する面は、ベアリングが設けられる。

Ｘ方向におけるテーブル１４の上面１４ＡのＸ軸方向における一方の端部１４Ｄは、右Ｙキャリッジ１６Ｒとの摺動面が形成される。右Ｙキャリッジ１６Ｒにおけるテーブル１４の上面１４ＡのＸ軸方向における一方の端部１４Ｄと対向する面は、ベアリングが設けられる。

Ｘ方向におけるテーブル１４の上面１４ＡのＸ軸方向における他方の端部１４Ｅは、左Ｙキャリッジ１６Ｌとの摺動面が形成される。左Ｙキャリッジ１６Ｌにおけるテーブル１４の上面１４ＡのＸ軸方向における他方の端部１４Ｅと対向する面は、ベアリングが設けられる。なお、右Ｙキャリッジ１６Ｒのベアリング、及び左Ｙキャリッジ１６Ｌのベアリングの図示は省略する。

右Ｙキャリッジ１６Ｒの上部と左Ｙキャリッジ１６Ｌの上部とは、Ｘガイド１８を用いて連結される。右Ｙキャリッジ１６Ｒ、左Ｙキャリッジ１６Ｌ、及びＸガイド１８は、門型フレーム２６の構成要素である。門型フレーム２６は、テーブル１４を用いてＹ軸方向に沿って移動可能に支持されている。

テーブル１４の側面１４Ｂは、Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールが取り付けられている。Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｙ軸方向における右Ｙキャリッジ１６Ｒの位置を検出する。Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｙ軸方向における右Ｙキャリッジ１６Ｒの位置を表す検出信号を出力する。Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールは、マシン座標系におけるＹ軸方向の座標値を出力する。

Ｘガイド１８は、Ｘキャリッジ２０が取り付けられている。Ｘガイド１８はＸキャリッジ２０との摺動面１８Ａを有している。Ｘキャリッジ２０はＸガイド１８の摺動面１８Ａと対向する面にベアリングが設けられている。Ｘキャリッジ２０は、Ｘガイド１８を用いて、Ｘ軸方向に沿って移動可能に支持されている。なお、Ｘキャリッジ２０のベアリングの図示は省略する。

Ｘガイド１８は、Ｘ軸方向位置検出用リニアスケールが取り付けられている。Ｘ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｘ軸方向におけるＸキャリッジ２０の位置を検出する。Ｘ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｘ軸方向におけるＸキャリッジ２０の位置を表す検出信号を出力する。Ｘ軸方向位置検出用リニアスケールは、マシン座標系におけるＸ軸方向の座標値を出力する。

Ｘキャリッジ２０にはＺ軸方向案内用のベアリングが内蔵されている。Ｚ軸方向案内用のベアリングに沿ってＺスピンドル２２が取り付けられている。Ｚスピンドル２２は、Ｚ軸方向に移動自在に支持されている。なお、Ｚ軸方向案内用のベアリングの図示は省略する。

Ｘキャリッジ２０は、Ｚ軸方向位置検出用リニアスケールが取り付けられている。Ｚ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｚ軸方向におけるＺスピンドル２２の位置を検出する。Ｚ軸方向位置検出用リニアスケールは、Ｚ軸方向におけるＺスピンドル２２の位置を表す検出信号を出力する。Ｚ軸方向位置検出用リニアスケールは、マシン座標系におけるＺ軸方向の座標値を出力する。

なお、Ｘ軸方向位置検出用リニアスケール、Ｙ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の図示は省略する。Ｘ軸方向位置検出用リニアスケール、Ｙ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は、図４に示す測定部１４２の構成要素である。

Ｚスピンドル２２は、下端にプローブヘッド２４が取り付けられている。プローブヘッド２４は、プローブ２４Ａ、スライタス２４Ｂ、及び接触子２４Ｃを備えている。プローブ２４Ａの先端はスライタス２４Ｂが取り付けられる。スライタス２４Ｂの先端は接触子２４Ｃが取り付けられる。

プローブヘッド２４は無段階位置決め機構を備えたプローブヘッドである。プローブヘッド２４は、五軸同時制御プローブヘッドである。プローブヘッド２４は、第一回転軸２４Ｄ、又は第二回転軸２４Ｅの周りにプローブ２４Ａを回転させる回転駆動部を備えている。回転駆動部の図示は省略する。回転駆動部は、図４に示す駆動部１４０の構成要素である。

プローブヘッド２４は、第一回転軸２４Ｄ、又は第二回転軸２４Ｅの周りの回転動作のみを用いて、プローブ２４Ａを回転させることが可能である。これにより、より速い測定が可能である。ここでいう測定は、プロービング、又は座標値の決定と読み替えてもよい。

三次元測定機１０は、Ｘキャリッジ２０を駆動するＸキャリッジ駆動部、門型フレーム２６を駆動するＹキャリッジ駆動部、及びＺスピンドル２２を駆動するＺスピンドル駆動部を備えている。

Ｘキャリッジ駆動部、Ｙキャリッジ駆動部、及びＺスピンドル駆動部の図示は省略する。Ｘキャリッジ駆動部、Ｙキャリッジ駆動部、及びＺスピンドル駆動部は、図４に示す駆動部１４０の構成要素である。駆動部１４０は、操作部から出力された移動指令信号に基づいてプローブを駆動する駆動部の一態様である。

三次元測定機１０は、コントローラ２８、ジョイスティック操作盤２９、及びコンピュータ３２を備えている。コントローラ２８は、三次元測定機１０の本体部１０Ａの測定部と電気接続される。なお、図１では、測定部の図示を省略する。測定部は図４に符号１４２を付して図示する。

コントローラ２８は、ジョイスティック操作盤２９と電気接続される。コントローラ２８は、ジョイスティック操作盤２９から送信された移動指令信号を受信する。移動指令信号の一例として、プローブヘッド２４を移動させる際のプローブヘッド２４の移動方向、及びプローブヘッド２４の移動速度が含まれる移動指令信号が挙げられる。

コントローラ２８は、ジョイスティック操作盤２９から送信された移動指令信号に基づいて、Ｘキャリッジ２０を駆動する駆動指令、Ｙキャリッジ駆動部を駆動する駆動指令、及びＺスピンドル駆動部を駆動する駆動指令を生成する。

コントローラ２８は、Ｘキャリッジ２０を駆動するＸキャリッジ駆動部と電気接続される。コントローラ２８は、Ｘキャリッジ駆動部へ駆動指令を送信する。

コントローラ２８は、門型フレーム２６を駆動するＹキャリッジ駆動部と電気接続される。コントローラ２８は、Ｙキャリッジ駆動部へ駆動信号を送信する。

コントローラ２８は、Ｚスピンドル２２を駆動するＺスピンドルと電気接続される。コントローラ２８は、Ｚスピンドルへ駆動信号を送信する。

コントローラ２８は、測定部から送信された測定結果を表す電気信号を受信する。コントローラ２８は、測定部を用いて測定されたワークの測定位置における座標値の情報を取得する。座標値の情報は、Ｘ軸方向の座標値、Ｙ軸方向の座標値、及びＺ軸方向の座標値が含まれる。

ジョイスティック操作盤２９は、ジョイスティック、及び複数の操作ボタンを備えている。ジョイスティック操作盤２９は、操作者が操作する操作部である。図１では、ジョイスティック、及び複数の操作ボタンの図示は省略する。ジョイスティック操作盤２９の詳細は後述する。

コンピュータ３２は、ソフトウエア３２Ａがインストールされる。ソフトウエア３２Ａは、ジョイスティック操作盤２９を用いた測定方法の手順が記述された測定プログラムが含まれる。また、ソフトウエア３２Ａは、測定部１４２から得られた測定結果を確認するプログラムが含まれる。

コンピュータ３２は、図示しない入力インターフェースを介してコントローラ２８と電気接続される。コンピュータ３２は、コントローラ２８から送信されるプログラムの実行命令に基づいて、ソフトウエア３２Ａに含まれる各種プログラムを実行することが可能である。コンピュータ３２は、コントローラ２８から送信されるプログラムの送信命令に基づいて、ソフトウエア３２Ａに含まれる各種プログラムをコントローラ２８へ送信することが可能である。

コンピュータ３２は、図示しない操作部、及び表示部を備えていてもよい。操作部の例として、キーボード、及びマウス等が挙げられる。表示部の例として、モニタ装置が挙げられる。モニタ装置としてタッチパネル方式のディスプレイを適用して、操作部、及び表示部を兼用してもよい。

コントローラ２８とジョイスティック操作盤２９との電気信号の伝送、及びコントローラ２８とコンピュータ３２との電気信号の伝送は、有線方式でもよいし、無線形式でもよい。電気信号の伝送は、公知の通信プロトコルを適用可能である。

＜プローブヘッドの回転動作の説明＞
図２はプローブヘッドの第一回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。プローブ２４Ａは、第一回転軸２４Ｄに対して、垂直角からマイナスθの範囲、及び垂直角からプラスθの範囲で、無段階に移動させることが可能である。

例えば、接触子２４Ｃの位置が最下点の位置をプローブ２４Ａが０度の位置とした場合、プローブヘッド２４は、第一回転軸２４Ｄを中心として、マイナス１１５度以上、プラス１１５度以下の範囲で回転移動が可能である。

図３はプローブヘッドの第二回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。

プローブ２４Ａは、第二回転軸２４Ｅに対して、水平角からマイナスφの範囲、及び水平角からプラスφの範囲で、無段階に移動させることが可能である。例えば、プローブヘッド２４は、第二回転軸２４Ｅを中心として、マイナス１８０度以上、プラス１８０度以下の範囲で回転移動が可能である。

＜コントローラの詳細な説明＞
図４はコントローラの構成例を示すブロック図である。図４に示したコントローラ２８は、システム制御部１０２を備えている。システム制御部１０２は、コントローラ２８の全体制御部として機能する。システム制御部１０２は、測定データ記憶部１２０等の記憶素子へのデータの書き込み、及び記憶素子からのデータの読み出しを制御するメモリコントローラとして機能する。

システム制御部１０２は、ＣＰＵ、及びメモリを含んでいてもよい。ＣＰＵは、中央処理装置を表す英語表記である、Central Processing Unitの省略語である。システム制御部１０２は、一つ以上のプロセッサーを含んでいてもよい。システム制御部１０２は、電気回路を含んでいてもよい。

メモリは、読み取り専用の記憶素子であるＲＯＭ、並びに書き込み、及び読み出しが可能な記憶素子であるＲＡＭの少なくともいずれかを含んでいてもよい。ＲＯＭはRead Only Memoryの省略語である。ＲＡＭは、Random Access Memoryの省略語である。

コントローラ２８は、プログラム実行部１０４を備えている。プログラム実行部１０４は、図１に示したコンピュータ３２から任意のプログラムを読み出し、コンピュータ３２から読み出したプログラムを実行する。

コントローラ２８は、信号入力部１０６を備えている。信号入力部１０６は、ジョイスティック操作盤２９から送信された移動指令信号、及び操作指令信号を受信する。信号入力部１０６は、システム制御部１０２を介して、受信した移動指令信号、及び操作指令信号を各部へ送信する。

コントローラ２８は、座標系追従モード設定部１０８、及び座標変換部１１０を備えている。座標系追従モード設定部１０８は、ジョイスティック操作盤２９の操作をワーク座標系に追従させるか否かを設定する。

座標系追従モード設定部１０８を用いて、ジョイスティック操作盤２９の操作をワーク座標系に追従させる、ワーク座標系追従モードに設定された場合、コントローラ２８は、マシン座標系を用いて表されたプローブ２４Ａの移動方向、及びプローブ２４Ａの移動速度を座標変換部１１０へ送信する。座標系追従モード設定部１０８は、マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部の一態様である。

座標変換部１１０は、マシン座標系を用いて表されたプローブ２４Ａの移動方向、及びプローブ２４Ａの移動速度を、ワーク座標系を用いて表されたプローブ２４Ａの移動方向、及びプローブ２４Ａの移動速度へ変換する。座標変換部１１０は、変換部の一態様である。

コントローラ２８は、変換行列記憶部１１２を備えている。変換行列記憶部１１２は、マシン座標系からワーク座標系への変換関係を規定した変換行列が記憶される。三次元座標系の変換を表す変換行列の例として、三行三列行列式が挙げられる。座標変換部１１０は、変換行列記憶部１１２から変換行列を読み出して、マシン座標系からワーク座標系への変換を実行する。

コントローラ２８は、駆動指令生成部１１４、及び駆動指令出力部１１６を備えている。駆動指令生成部１１４は、図１に示したＸキャリッジ２０を駆動する駆動指令、右Ｙキャリッジ１６Ｒ、及び左Ｙキャリッジ１６Ｌを駆動する駆動指令、Ｚスピンドル２２を駆動する駆動指令、並びに回転駆動部を駆動する駆動指令を生成する。

駆動指令生成部１１４を用いて生成された駆動指令は、駆動指令出力部１１６を介して三次元測定機１０の本体部１０Ａに備えられる駆動部１４０へ送信される。駆動部１４０は、Ｘキャリッジ駆動部、Ｙキャリッジ駆動部、Ｚキャリッジ駆動部、及び回転駆動部が含まれる。

コントローラ２８は、測定データ入力部１１８、及び測定データ記憶部１２０を備えている。測定データ入力部１１８は、三次元測定機１０の本体部１０Ａに備えられる測定部１４２から送信される測定データを取得する。

測定部１４２は、Ｘ軸方向位置検出用リニアスケール、Ｙ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が含まれる。すなわち、測定データ入力部１１８は、各測定位置におけるＸ軸方向の座標値、Ｙ軸方向の座標値、及びＺ軸方向の座標値を取得する。

測定データ入力部１１８を用いて取得された測定データは、測定データ記憶部１２０へ記憶される。測定データ記憶部１２０へ記憶された測定データは、図示しないデータ通信部を介して、図１に示したコンピュータ３２へ送られる。

コントローラ２８は、ワーク座標系設定部１２１を備えている。ワーク座標系設定部１２１は、ワーク座標系の設定指示に応じて、測定対象物に対してワーク座標系を設定する。ワーク座標系設定部１２１を用いたワーク座標系の設定の詳細は後述する。

コントローラ２８は、電圧検出部１２２、電圧判定部１２４、プロービングモード切替部１２６、パラメータ設定部１２８、サーチ距離判定部１３０、エラーメッセージ表示部１３２、及び移動距離判定部１３４を備えている。

電圧検出部１２２、電圧判定部１２４、プロービングモード切替部１２６、パラメータ設定部１２８、サーチ距離判定部１３０、エラーメッセージ表示部１３２、及び移動距離判定部１３４は、第二実施形態において詳細に説明する。

図４では、コントローラ２８を構成する各部を機能別に列挙している。図４に示した各部は適宜、統合、分離、兼用、又は省略が可能である。コントローラ２８は、一つ以上のプロセッサーを含んでいてもよい。コントローラ２８は、電気部品を用いて構成される電気回路が含まれていてもよい。

＜ジョイスティック操作盤の構成例＞
図５はジョイスティック操作盤の斜視図である。図５に示したジョイスティック操作盤２９は、一つのジョイスティック１６０を備えている。ジョイスティック１６０は、図１に示したプローブ２４Ａの移動方向、及び移動速度を表す移動指令電圧を生成する。

図５に示したジョイスティック１６０が倒された場合、ジョイスティック１６０が倒された方向は、図１に示したプローブ２４ＡのＸＹ平面内における移動方向とされる。例えば、図５に＋Ｘを付した矢印線が向く方向へジョイスティック１６０が倒された場合、ジョイスティック１６０は、図１に示したプローブ２４ＡをＸ軸方向のプラス方向へ移動させる移動指令電圧を生成する。

図５に示した−Ｘを付した矢印線は、Ｘ軸方向のマイナス方向を表している。＋Ｙを付した矢印線は、Ｙ軸方向のプラス方向を表している。−Ｙを付した矢印線は、Ｙ軸方向のマイナス方向を表している。

ジョイスティック１６０を起立させた姿勢を基準とした、ジョイスティック１６０を倒す角度の大きさは、図１に示したプローブ２４Ａの移動速度の大きさを表している。ジョイスティック１６０を起立させた姿勢とは、ジョイスティック１６０の非操作の姿勢である。図５に示したジョイスティック１６０の非操作の場合は、図１に示したプローブ２４Ａの移動速度はゼロとされる。

ジョイスティック１６０を倒す角度を相対的に大きくした場合、図１に示したプローブ２４Ａの移動速度は相対的に大きくなる。一方、図５に示したジョイスティック１６０を倒す角度を相対的に小さくした場合、図１に示したプローブ２４Ａの移動速度は相対的に小さくなる。

ジョイスティック１６０は、図５に示した四本の矢印線が示す方向に対して斜め方向に操作してもよい。例えば、＋Ｘを付した矢印線、及び＋Ｙを付した矢印線に対して斜め方向にジョイスティック１６０を操作した場合、図１に示したプローブ２４Ａは、Ｘ軸方向のプラス方向の成分、及びＹ軸方向のプラス方向の成分を有する方向へ移動する。

ジョイスティック１６０を回転させた場合、ジョイスティック１６０は、図１に示したプローブヘッド２４をＺ軸方向へ移動させる移動指令電圧を出力する。例えば、＋Ｚを付した矢印線が向く方向へ、図５に示したジョイスティック１６０を回転させた場合、ジョイスティック１６０は、図１に示したプローブヘッド２４をＺ軸方向のプラス方向へ移動させる移動指令電圧を出力する。図５に示した−Ｚを付した矢印線はＺ軸方向のマイナス方向を表している。

ジョイスティック１６０の回転角度の大きさは、図１に示したプローブ２４ＡのＺ軸方向への移動速度の大きさを表している。ジョイスティック１６０の非回転状態の場合は、図１に示したプローブ２４ＡのＺ軸方向への移動速度はゼロとされる。

ジョイスティック操作盤２９は、複数の操作ボタン１６２を備えている。各操作ボタン１６２は、図１に示したプローブ２４Ａの移動に関する機能が割り付けられている。操作ボタン１６２に割り付けられる機能の例として、ティーチング動作機能、原点復帰機能、及びステップ送り機能などが挙げられる。

図１に示したプローブヘッド２４の回転操作は、ジョイスティック操作盤２９の操作モードを回転操作モードに切り替えて、ジョイスティック１６０を操作することで実現可能である。図１に示したプローブヘッド２４の回転操作は、操作ボタン１６２を操作することで実現してもよい。

図５には一つのジョイスティック１６０を備えたジョイスティック操作盤２９を例示したが、ジョイスティック操作盤２９は、複数のジョイスティックを備えていてもよい。複数のジョイスティックを備える例として、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向操作用の第一ジョイスティック、及びＺ軸方向操作用の第二ジョイスティックを備える例が挙げられる。

図６はジョイスティックの概略構成を示すブロック図である。ジョイスティック１６０は、電圧出力部１６０Ａ、及び角度検出部１６０Ｂを備えている。

電圧出力部１６０Ａは、ジョイスティック１６０の操作量に応じた電圧を出力する。操作量とは、ジョイスティック１６０が倒される角度の大きさ、及びジョイスティック１６０を回転させる角度の大きさを含む概念である。

電圧出力部１６０Ａから出力されたアナログ信号は、アナログデジタル変換器１７０を用いてデジタル信号に変換される。アナログデジタル変換器１７０から出力されたデジタル信号は、プロセッサー１７２へ送信される。

角度検出部１６０Ｂは、ジョイスティック１６０が倒される方向、又はジョイスティック１６０を回転させる方向を検出する。角度検出部１６０Ｂから出力される信号は、プロセッサー１７２へ送信される。

プロセッサー１７２は、Ｘ軸方向の速度ｖ_ｘ、Ｙ軸方向の速度ｖ_ｙ、及びＺ軸方向の速度ｖ_ｚを表す移動指令電圧を出力する。プロセッサー１７２から出力される移動指令電圧は、下記の式１を用いて表される。

上記の式１を用いて表される移動指令電圧は、マシン座標系を用いて表されている。

［ワーク座標系の設定］
次に、ワーク座標系の設定例について説明する。図７はワーク座標系の設定の模式図である。本実施形態に示すワーク座標系の設定は、空間補正、原点設定、及び基準軸設定を含んで構成される。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。

＜空間補正＞
空間補正では、ワーク４０１における任意の平面４００が測定される。平面４００の測定では、まず、図１に示したプローブ２４Ａの姿勢を、プローブ２４Ａ、及びスライタス２４Ｂがマシン座標系のＺ軸に平行となる姿勢とする。

次に、接触子２４Ｃを、図７に示した平面４００の上の異なる三つの位置に接触させて、平面４００の上の異なる三つの位置のマシン座標系における座標値を取得する。平面４００の上の異なる三つの位置のマシン座標系における座標値を用いて平面４００が特定される。平面４００の測定によって、平面４００とＺ_０軸の交点４０２、及び平面４００の法線ベクトル４０４が決められる。

図７に実線を用いて図示したＸ_０Ｙ_０Ｚ_０座標系はマシン座標系である。Ｚ_０軸は、マシン座標系のＺ軸である。Ｚ_０軸を平面４００の法線ベクトル４０４と平行となる向きに回転させる。そうすると、マシン座標系は、破線を用いて図示されたＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系に変換される。Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０座標系をＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系に変換する処理が空間補正である。

＜原点設定＞
図８はワーク座標系の設定における原点設定の説明図である。原点設定では、図７に示したＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系の原点４０６をＺ_０軸に沿って平行移動させて、平面４００とＺ_０軸の交点４０２へ移動させる。

そうすると、Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系は、長破線を用いて図示されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系に変換される。以上の処理を経て、ワーク座標系のＺ軸の方向、及びワーク座標系のＺ軸の原点が決定される。

次に、図８に示した平面４００における穴４１０が測定される。穴４１０の測定に代わり、平面４００における任意の位置を測定してもよい。図８に示した穴４１０を測定して、穴４１０の中心４１２を求める。交点４０２を平面４００に対して平行移動させて、交点４０２を穴４１０の中心４１２の位置に移動させる。

図８に実線を用いて図示されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系は、破線を用いて図示されたＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系に変換される。以上の処理を経て、ワーク座標系の原点は、Ｘ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系の原点である、穴４１０の中心４１２の位置に決定される。

＜基準軸設定＞
図９はワーク座標系の設定における基準軸設定の説明図である。基準軸設定では、平面４００における穴４２０が測定される。穴４２０の測定に代わり、穴４１０の中心４１２とは異なる、平面４００における任意の位置を測定してもよい。

穴４２０を測定して、穴４２０の中心４２２の位置を求める。次に、Ｘ_３軸が穴４２０の中心４２２の位置を通る位置までＸ_３軸、及びＹ_３軸を回転させる。αはＸ_３軸を回転させる角度を表している。

図９に示したＸ_４軸はワーク座標系のＸ軸とされる。また、Ｙ_４軸はワーク座標系のＹ軸とされる。更に、図８に示したＺ_３軸は、ワーク座標系のＺ軸とされる。なお、本実施形態に示したワーク座標系の設定方法は一例であり、ワーク座標系の設定方法は、三次元測定機に適用可能な他の方法を適用してもよい。ここで説明したワーク座標系の設定は、図４に示したワーク座標系設定部１２１を用いて実行可能である。

＜変換行列の説明＞
ワーク座標系追従モードが設定されていない場合、マシン座標系からワーク座標系への変換行列は、以下の式２のとおりである。式２に示した変換行列は、第二行列の一態様である。

図７に示したＺ_１軸のＺ_０軸に対する傾きが５度の場合、上記の式２の変換行列は、以下の式３の変換行列に更新される。

上記式３は、Ｚ_１軸のＺ_０軸に対する傾きがθの場合、以下の式４のとおりである。

図８に示したＺ_３軸周りのＸＹ平面の回転は、回転の角度をαとして、以下の式５を用いて表される。

図９に示したＸ_４軸とＸ_３軸とのなす角度を５度とした場合、ワーク座標系へのマシン座標系からの変換行列は、以下の式６の変換行列に更新される。以下の式６を用いて変換されるワーク座標系は、Ｘ_４軸をＸ軸とし、Ｙ_４軸をＹ軸とし、図８に示したＺ_３軸をＺ軸とする座標系である。

上記の式６は、角度θ、及び角度αを用いて、以下の式７を用いて表される。

上記の式７に示した変換行列は第一行列の一態様である。上記の式６に示した変換行列は、第一行列の一態様における具体例である。

図７から図９を用いて説明したワーク座標系が設定された場合、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を表す変換行列が、図４に示した変換行列記憶部１１２に記憶される。変換行列記憶部１１２は、ワークの測定対象面と変換行列とを関連付けして、変換行列を記憶する。

座標変換部１１０は、ワークの測定対象面をインデックスとして、変換行列記憶部１１２からワークの測定対象面に対応する変換行列の読み出しが可能である。

［第一実施形態に係る測定方法の説明］
＜概要＞
図１０はプローブの移動を模式的に示した模式図である。図１０は、テーブル１４に載置されたワーク４５０の平面４５２を測定している状態が模式的に図示されている。具体的には、図１０は、平面４５２に形成された穴４５４へプローブ２４Ａを挿入する状態を図示している。

図１０に破線を用いて図示したＺスピンドル２２、及びプローブヘッド２４は、動作開始の位置から、接触子２４Ｃが穴４５４へ挿入される位置までの中間状態を表している。実線を用いて図示したＺスピンドル２２、及びプローブヘッド２４は、接触子２４Ｃが穴４５４の任意の位置へ挿入された状態を表している。

本実施形態に示した測定方法は、ワーク４５０に対してワーク座標系が設定された場合、ジョイスティック操作盤２９の測定モードのワーク座標系追従モードへの切り替えが可能となる。ワーク座標系追従モードは、被測定面である平面４５２をマシン座標系のＸＹ平面に見立て、かつ、平面４５２の法線をマシン座標系のＺ軸に見立てて、ジョイスティック操作盤２９を操作することが可能である。

ジョイスティック操作盤２９の測定モードがマシン座標系追従モードの場合、水平面に対して傾斜しているワーク４５０の測定は、ジョイスティック操作盤２９のジョイスティック１６０を倒す操作、及びジョイスティック１６０を回転させる操作を組み合わせた複雑な操作が必要となる。

これに対してワーク座標系追従モードの場合、マシン座標系におけるジョイスティック操作盤２９の操作が、ワーク座標系におけるプローブ２４Ａの動作に変換される。操作者は、ワーク４５０の平面４５２をマシン座標系のＸＹ平面に見立て、かつ、平面４５２の法線をマシン座標系のＺ軸に見立てて、ジョイスティック操作盤２９を操作することが可能となる。プローブヘッド２４の回転は、ワーク座標系におけるＺ軸方向とマシン座標系におけるＺ軸との変換関係を利用して自動実行してもよいし、手動で実行してもよい。

＜測定手順＞
図１１は第一実施形態に係る測定方法の手順を示したフローチャートである。図１１に手順を示した測定方法は、図１に示したコンピュータ３２に搭載されている測定プログラムを実行することにより実現してもよい。

測定モード切替判定工程Ｓ１０では、図４に示した座標系追従モード設定部１０８は、測定モードがワーク座標系追従モードに切り替える操作がされたか否かを判定する。測定モードを切り替える操作の例として、図１に示したコンピュータ３２に搭載されたアプリケーションソフトウエアを用いて、ワーク座標系追従モードボタンを操作者が押す例が挙げられる。

図１１の測定モード切替判定工程Ｓ１０において、図４に示した座標系追従モード設定部１０８が、測定モードをワーク座標系追従モードに切り替える操作がされていないと判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、図１１のマシン座標系追従モード設定工程Ｓ１２へ進む。

マシン座標系追従モード設定工程Ｓ１２では、図４に示した座標変換部１１０は、変換行列を非変更として、上記の式２を用いて表されたデフォルトの変換行列を設定する。デフォルトの変換行列は、行列の初期値の一態様である。マシン座標系追従モード設定工程Ｓ１２において、図４に示した座標変換部１１０が、上記の式２を用いて表された変換行列を設定した後に、操作判定工程Ｓ２０へ進む。

一方、測定モード切替判定工程Ｓ１０において、図４に示した座標系追従モード設定部１０８が、測定モードをワーク座標系追従モードに切り替える操作がされたと判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１１のワーク座標系追従モード設定工程Ｓ１４へ進む。測定モード切替判定工程Ｓ１０は、切替工程の一態様である。

ワーク座標系追従モード設定工程Ｓ１４では、図４に示した座標系追従モード設定部１０８は、ワーク座標系追従モードを設定する。図１１のワーク座標系追従モード設定工程Ｓ１４において、図４に示した座標系追従モード設定部１０８がワーク座標系追従モードを設定した後に、図１１の変換行列取得工程Ｓ１６へ進む。

変換行列取得工程Ｓ１６では、図４に示した座標変換部１１０は、図１０に示したワーク４５０の平面４５２をインデックスとして、図１１に示した変換行列記憶部１１２に記憶されている、図１０に示したワーク４５０の平面４５２に対応する変換行列を取得する。

図１１の変換行列取得工程Ｓ１６において、図４に示した座標変換部１１０が、変換行列を取得した後に、図１１の変換行列変更工程Ｓ１８へ進む。変換行列変更工程Ｓ１８では、図４に示した座標変換部１１０は、デフォルトの変換行列を、図１１の変換行列取得工程Ｓ１６において取得した変換行列へ変更する。

変換行列変更工程Ｓ１８において、図４に示した座標変換部１１０が、変換行列を変更した後に、図１１の操作判定工程Ｓ２０へ進む。操作判定工程Ｓ２０から測定終了判定工程Ｓ２８までの各工程は、図１０に示したワーク４５０を測定する工程の構成要素である。変換行列取得工程Ｓ１６、及び変換行列変更工程Ｓ１８は、変換工程の構成要素の一例である。

図１１の操作判定工程Ｓ２０は、図１０に示したジョイスティック操作盤２９を操作者が操作したか否かが判定される。図１１の操作判定工程Ｓ２０において、図４に示した座標変換部１１０が、図１０に示したジョイスティック操作盤２９が操作されていないと判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合、座標変換部１１０は、図１１の操作判定工程Ｓ２０がＹｅｓ判定となるまで、操作判定工程Ｓ２０を繰り返し実行する。

一方、図１１の操作判定工程Ｓ２０において、図４に示した座標変換部１１０が、図１０に示したジョイスティック操作盤２９が操作されたと判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１１の移動指令電圧取得工程Ｓ２２へ進む。

移動指令電圧取得工程Ｓ２２では、図４に示した座標変換部１１０は、図１０に示したジョイスティック１６０から出力される各軸の移動指令電圧を取得する。各軸の移動指令電圧は、上記の式１を用いて表される。

図１１の移動指令電圧取得工程Ｓ２２において、図４に示した座標変換部１１０が、各軸の移動指令電圧を取得した後に、図１１の移動指令電圧変換工程Ｓ２４へ進む。

移動指令電圧変換工程Ｓ２４では、図４に示した座標変換部１１０は、図１１の変換行列変更工程Ｓ１８において更新された変換行列、又はマシン座標系追従モード設定工程Ｓ１２において設定されている変換行列を用いて、各軸の移動指令電圧を、ワーク座標系追従モード、又はマシン座標系追従モードに応じた各軸の移動指令電圧へ変換する。移動指令電圧は移動指令信号の一態様である。

変換行列が上記の式６を用いて表される場合の各軸の移動指令電圧（ｘ_ｖ１，ｙ_ｖ１，ｚ_ｖ１）は、以下の式８を用いて表される。また、変換行列が上記の式２を用いて表される場合は、以下の式８の変換行列は、上記の式２の変換行列が適用される。

図１１の移動指令電圧変換工程Ｓ２４において、ワーク座標系追従モード、又はマシン座標系追従モードに応じた各軸の移動指令電圧が生成された後に、駆動指令出力工程Ｓ２６へ進む。駆動指令出力工程Ｓ２６では、図４に示した座標変換部１１０は、ワーク座標系追従モード、又はマシン座標系追従モードに応じた各軸の移動指令信号を駆動指令生成部１１４へ送信する。

駆動指令生成部１１４は各軸の駆動指令を生成し、駆動指令出力部１１６を介して、駆動部１４０へ各軸の駆動指令を送信する。

図１１の駆動指令出力工程Ｓ２６において、図４に示した駆動指令出力部１１６が、各軸の駆動指令を出力した後に、図１１の測定終了判定工程Ｓ２８へ進む。測定終了判定工程Ｓ２８では、システム制御部１０２は、図１０に示したワーク４５０の平面４５２の測定が終了したか否かを判定する。

図１１の測定終了判定工程Ｓ２８では、図１０に示したジョイスティック１６０が、一定期間の非操作の場合に測定が終了したと判定してもよい。図１１の測定終了判定工程Ｓ２８では、測定終了命令が入力された場合に測定が終了したと判定してもよい。

図１１の測定終了判定工程Ｓ２８において、図４に示したシステム制御部１０２が、測定が終了していないと判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、操作判定工程Ｓ２０に戻り、測定終了判定工程Ｓ２８における判定がＹｅｓ判定となるまで、操作判定工程Ｓ２０から測定終了判定工程Ｓ２８までの各工程を繰り返し実行する。

操作判定工程Ｓ２０から測定終了判定工程Ｓ２８までの各工程は、駆動工程の構成要素の一例である。

一方、測定終了判定工程Ｓ２８において、図４に示したシステム制御部１０２が、測定が終了したと判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１１の変換行列初期化工程Ｓ３０へ進む。

変換行列初期化工程Ｓ３０では、図４に示した座標変換部１１０は、変換行列を初期化する。変換行列の初期化では、図１１の移動指令電圧変換工程Ｓ２４に用いられる変換行列にデフォルトの変換行列である、上記の式２に示した変換行列を設定する。

図１１のマシン座標系追従モード設定工程Ｓ１２において、図４に示した座標変換部１１０がマシン座標系追従モードを設定した場合は、図１１の変換行列初期化工程Ｓ３０は省略してもよい。

変換行列初期化工程Ｓ３０において、変換行列を初期化する操作の例として、図１に示したコンピュータ３２に搭載されたアプリケーションソフトウエアを用いて、ワーク座標系追従モードクリアボタンを操作者が押す例が挙げられる。

変換行列初期化工程Ｓ３０において、図４に示した座標変換部１１０が、変換行列の初期化を実行した後に、図４に示したシステム制御部１０２は、測定方法を終了する。

［作用効果］
上記の如く構成された三次元測定機によれば、ワーク座標系追従モードとマシン座標系追従モードとを選択的に切り替える座標系追従モード設定部１０８を備える。これにより、ワーク４５０の形状、及び操作者の能力等の測定条件に応じて、ワーク座標系追従モードとマシン座標系追従モードとの選択が可能となる。

また、ワーク座標系追従モードが設定されると、マシン座標系からワーク座標系への変換関係を表す変換行列が読み出され、ジョイスティック１６０から出力されるマシン座標系における移動指令信号が、ワーク座標系における移動指令信号に変換される。

これにより、操作者は、ワーク座標系が設定されている被測定面を、マシン座標系におけるＸＹ平面とし、かつ、被測定面の法線をマシン座標系におけるＺ軸として、ジョイスティック１６０を操作することが可能である。

［第二実施形態に係る測定方法の説明］
図１２は第二実施形態に係る測定方法を模式的に示した模式図である。以下、第二実施形態における第一実施形態と共通する点についての説明は適宜省略し、第二実施形態における第一実施形態と相違する点について詳細に説明する。

＜課題の説明＞
図１２に示したジョイスティック操作盤２９を用いて、プローブ２４Ａを一定の低速で移動させて、図１０に示したワーク４５０を測定する場合、ジョイスティック１６０の操作状態に応じて、プローブ２４Ａの移動速度が変動してしまい、プローブヘッド２４の一定の低速の移動が困難である。

例えば、異なる操作者が同じ操作を実行する場合、操作者の違いに起因して、ジョイスティック１６０の操作状態が相違することがありうる。一人の操作者が複数回の同じ操作を実行する場合、操作者の状況に起因して、複数回のジョイスティック１６０の操作状態が相違することがありうる。

ジョイスティック１６０の操作状態の相違は、プローブ２４Ａの移動速度のばらつきとなる。プローブ２４Ａの移動速度のばらつきは、ワーク４５０の測定結果におけるばらつきの原因となりうる。

プロービングの際のプローブ２４Ａの移動速度は、ばらつきが少なく高精度にワーク４５０を測定する上で重要な要素である。ジョイスティック操作盤２９を用いて手動測定を行う場合は、プローブ２４Ａを一定の速度で移動させることが好ましい。

本実施形態では、ジョイスティック１６０のトリガ操作が実行された場合に、オートプロービングモードに切り替えられる。オートプロービングモードでは、プローブ２４Ａは一定速度であり、かつ、低速で移動する。

＜ジョイスティックのトリガ操作＞
図１２は、ジョイスティック１６０のトリガ操作が模式的に図示されている。図１２に示したジョイスティック１６０のトリガ操作は、ジョイスティック１６０を叩く操作である。図１２に示した矢印線は、ジョイスティック１６０が叩かれた方向を表している。また、一点鎖線を用いて図示したジョイスティック１６０は、叩かれた状態のジョイスティック１６０を表している。

ジョイスティック１６０を叩く操作とは、ジョイスティック１６０を急激に操作し、ジョイスティック１６０を操作した状態を非保持とする操作である。ジョイスティック１６０を叩く操作は、ジョイスティック１６０を任意の方向への最大ストロークの操作としてもよい。

ジョイスティック１６０のトリガ操作を、図４に示したコントローラ２８が検知した場合、コントローラ２８は、プローブヘッド２４を予め決められたプロービング速度で移動させる移動指令信号を駆動部１４０へ送信する。プロービング速度は、コントローラ２８のファームウエアで保持している。オペレータは、プロービング速度をソフトウエアから変更することができる。

プローブ２４Ａの移動方向は、ジョイスティック１６０が叩かれた方向としてもよい。プローブ２４Ａの移動方向は、Ｘ軸方向、又はＹ軸方向のうち、ジョイスティック１６０が叩かれた方向に近い方向としてもよい。

図１０に示した穴４５４の内径の円における四点を測定する場合、先ず、穴４５４に接触子２４Ｃを挿入した状態でプローブヘッド２４を停止させる。次に、ジョイスティック１６０を互いに異なる四方向に、一回ずつ叩く操作を実行する。ジョイスティック１６０を叩く四方向は、プラスＸ軸方向、マイナスＸ軸方向、プラスＹ軸方向、及びマイナスＹ軸方向が好ましい。ここでいう一回の叩く操作は、サンプリング期間内に複数回の叩く操作が行われたが、コントローラ２８が一回の叩く操作と判定した場合が含まれる。

本実施形態には、オートプロービングの例として穴の測定を例示したが、測定位置に応じてトリガ操作を実行することにより任意の形状の測定が可能である。

図４に示したコントローラ２８は、図１０に示したジョイスティック１６０のトリガ操作を検知すると、ジョイスティック１６０の現在位置から、ジョイスティック１６０を倒した方向について、プロービングの目標位置を設定する。ジョイスティック１６０の現在位置の座標を（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）とし、プロービングの目標位置の座標を（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ，ｚ_ｔ）とし、ジョイスティック１６０を叩く方向の単位ベクトルを（ｉ，ｊ，ｋ）とし、プローブ２４Ａのサーチ距離をＤ_ｓｈとし、接触子２４Ｃの半径をＲ_ｐｂとした場合、目標位置の座標（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ，ｚ_ｔ）は、以下の式９を用いて表される。

ここで、プローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈは、予め決められた値をコントローラ２８が保持してもよい。プローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈは、測定対象に応じて、コントローラ２８が保持した値を変更可能としてもよい。プローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈのデフォルト値の例として、５０ミリメートルが挙げられる。

プロービング速度は、予め決められた値をコントローラ２８が保持してもよい。プロービング速度は、コントローラ２８が保持した値を変更した値としてもよい。プロービング速度のデフォルト値の例として、３ミリメートル毎秒以上５ミリメートル毎秒以下の速度が挙げられる。

プロービング速度は、測定速度の５パーセント以上５０パーセント以下の速度が好ましい。測定速度は、三次元測定機を用いて自動測定が実行されるとした場合に適用されるプローブの移動速度を適用可能である。測定速度の一例として１５ミリメートル毎秒が挙げられる。

測定速度が１５ミリメートル毎秒の場合、プロービング速度は０．７５ミリメートル毎秒以上７．５ミリメートル毎秒以下とすることが可能である。

ジョイスティック１６０を叩く方向は、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向と交差する斜め方向としてもよい。

上記の式９を用いて表される目標位置が、プローブ２４Ａのストロークの範囲外の場合、図４に示したコントローラ２８は、プローブ２４Ａを用いたプロービングを実行せずに、エラーメッセージを表示させる。

プローブ２４Ａのストロークの範囲外は、プローブ２４Ａが移動可能であるものの、測定対象の形状等の条件に基づいて、プローブ２４Ａを移動させることが禁止されている領域が含まれてもよい。

エラーメッセージは、エラーが発生したことを表す文字情報、又はエラーが発生したことを表す音声情報を適用可能である。エラーメッセージは、ビープ音、及びアラームなどの音情報を適用してもよい。

プローブ２４Ａがサーチ距離Ｄ_ｓｈを移動しても、接触子２４Ｃがプロービング点に接触しない場合は、エラーとならないものとする。接触子２４Ｃがプロービング点に接触しない状態で停止した場合は、ジョイスティック１６０の操作待ち状態としてもよい。

＜ジョイスティックのトリガ操作の検知＞
図１３はトリガ操作が行われたジョイスティックの出力電圧を示した模式図である。図１３に示したグラフの横軸は期間である。期間の単位は秒である。図１３に示したグラフの縦軸は電圧である。電圧の単位はボルトである。

図４に示した電圧検出部１２２は、単位期間ｄｔあたりのジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖ／ｄｔを算出する。電圧判定部１２４は、電圧検出部１２２を用いて算出された、単位期間ｄｔあたりのジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖ／ｄｔが、予め決められている閾値δを超えるか否かを判定する。

単位期間ｄｔあたりのジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖ／ｄｔが、予め決められている閾値δを超える場合は、プロービングモード切替部１２６は、図１０に示したジョイスティック１６０が叩かれたと判定して、プロービングモードをオートプロービングモードへ切り替える。

図４に示したプロービングモード切替部１２６を用いて、プロービングモードがオートプロービングモードに切り替えられた場合、駆動指令出力部１１６は駆動部１４０へオートプロービングモードの移動指令パラメータを送信する。移動指令パラメータは、プローブ２４Ａの移動方向指令、プローブ２４Ａの移動速度指令、及びプローブ２４Ａの移動距離指令が含まれる。

単位期間ｄｔは、ファームウエアの内部において定義された、図１０に示したジョイスティック１６０の出力電圧値のサンプリング期間とする。ジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖは、任意のサンプリングタイミングにおいてサンプリングされた電圧値から、任意のサンプリングタイミングの一回前のサンプリングタイミングにおいてサンプリングされた電圧値を減算して算出する。

閾値δは、ジョイスティック１６０の仕様等に応じて、予めデフォルト値が設定されている。閾値δは変更可能としてもよい。

ジョイスティックの出力電圧は、ジョイスティックを操作した際の、単位期間あたりのジョイスティックの出力信号値の一態様である。単位期間ｄｔあたりのジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖ／ｄｔは、単位期間あたりのジョイスティックの出力信号値の変化値の一態様である。

図４に示した電圧判定部１２４は、ジョイスティックを操作した際の、単位期間あたりのジョイスティックの出力信号値の変化値と、予め決められた閾値とを比較した判定結果に基づいて、ジョイスティックのトリガ操作が行われたか否かを判定する判定部の一態様である。

図４に示したプロービングモード切替部１２６は、切替部の一態様である。

図４に示した駆動部１４０は、ジョイスティックのトリガ操作がされた場合に、オートプロービングモードによりプローブの移動を開始させる駆動部の一態様である。

図６に示した電圧出力部１６０Ａは、ジョイスティックの操作量に比例した電圧を出力する電圧出力部の一態様である。

図４に示したパラメータ設定部１２８は、プローブの移動パラメータを設定するパラメータ設定部の一態様である。

パラメータ設定部１２８は、ジョイスティックがトリガ操作された場合の、ジョイスティックの操作方向に応じて、プローブの移動方向を設定するパラメータ設定部の一態様である。

図４に示した座標変換部１１０は、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する変換行列を用いて、パラメータ設定部を用いて設定されたプローブの移動パラメータを、ワーク座標系におけるプローブの移動パラメータに変換する変換部の一態様である。

図４に示したエラーメッセージ表示部１３２は、プローブの目標位置がプローブの移動可能範囲外の場合にエラーを報知する報知部の一態様である。

＜オートプロービングの手順の説明＞
図１４は第二実施形態に係る測定方法の手順を示したフローチャートである。トリガ操作判定工程Ｓ１００では、図４に示した電圧判定部１２４は、図１０に示したジョイスティック１６０のトリガ操作が実行されたか否かを判定する。

図１４のトリガ操作判定工程Ｓ１００において、図４に示した電圧判定部１２４が、図１０に示したジョイスティック１６０のトリガ操作が実行されていないと判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、図１４の通常プロービングモード実行工程Ｓ１０２において、通常のプロービングが実行される。

通常プロービングモード実行工程Ｓ１０２において実行される通常プロービングは、図１０に示したジョイスティック１６０の操作量に応じて、プロービング速度が設定される。図１４の通常プロービングモード実行工程Ｓ１０２において、通常のプロービングが実行された後に、測定終了判定工程Ｓ１２０へ進む。

一方、トリガ操作判定工程Ｓ１００において、図４に示した電圧判定部１２４が、図１０に示したジョイスティック１６０のトリガ操作が実行されたと判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１４のパラメータ設定工程Ｓ１１０へ進む。

図１４のトリガ操作判定工程Ｓ１００は、ジョイスティックを操作した際の、単位期間あたりのジョイスティックの出力信号値の変化値と、予め決められた閾値とを比較した判定結果に基づいて、ジョイスティックのトリガ操作が行われたか否かを判定する判定工程の一態様である。

図１４のトリガ操作判定工程Ｓ１００は、ジョイスティックのトリガ操作がされた場合に、プローブを一定の速度で移動させるオートプロービングモードに切り替える切替工程の一態様である。

パラメータ設定工程Ｓ１１０では、図４に示したパラメータ設定部１２８は、オートプロービングモードにおける、図１０に示したプローブ２４Ａの移動速度、プローブ２４Ａの移動方向、プローブ２４Ａのサーチ距離、及びプローブ２４Ａの現在位置を設定する。

パラメータ設定工程Ｓ１１０において、図４に示したパラメータ設定部１２８が、オートプロービングモードにおけるパラメータが設定された後に、図１４の目標位置算出工程Ｓ１１２へ進む。

目標位置算出工程Ｓ１１２では、図４に示したパラメータ設定部１２８は、上記の式９を用いて、図１０に示したプローブ２４Ａの目標位置の座標（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ，ｚ_ｔ）を算出する。図１４の目標位置算出工程Ｓ１１２において、図１０に示したプローブ２４Ａの目標位置の座標（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ，ｚ_ｔ）が算出された後に、図１４のサーチ距離判定工程Ｓ１１４へ進む。

サーチ距離判定工程Ｓ１１４では、図４に示したサーチ距離判定部１３０は、図１０に示したプローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈが、プローブ２４Ａのストロークの範囲内であるか否かを判定する。

図１４のサーチ距離判定工程Ｓ１１４において、図４のサーチ距離判定部１３０が、図１０に示したプローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈが、プローブ２４Ａのストロークの範囲外であると判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、図１４のエラーメッセージ表示工程Ｓ１３０へ進む。

エラーメッセージ表示工程Ｓ１３０では、図４に示したエラーメッセージ表示部１３２は、図１０に示したプローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈが、プローブ２４Ａのストロークの範囲外である旨のエラーメッセージを表示させる。

図１４のエラーメッセージ表示工程Ｓ１３０において、図４に示したエラーメッセージ表示部１３２がエラーメッセージを表示させた後に、図１４の測定終了判定工程Ｓ１２０へ進む。

一方、サーチ距離判定工程Ｓ１１４において、図４のサーチ距離判定部１３０が、図１０に示したプローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈが、プローブ２４Ａのストロークの範囲内であると判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１４のプロービング開始工程Ｓ１１６へ進む。

プロービング開始工程Ｓ１１６では、図４の駆動指令出力部１１６は、駆動部１４０へオートプロービングに対応する移動指令信号を送信する。図１０に示したプローブ２４Ａは、オートプロービングを実行する。

図１４のプロービング開始工程Ｓ１１６において、図１０に示したプローブ２４Ａのオートプロービングが開始されると、図１４の移動距離判定工程Ｓ１１８へ進む。移動距離判定工程Ｓ１１８では、図４の移動距離判定部１３４は、図１０に示したプローブ２４Ａの移動距離が、プローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈに達したか否かを判定する。

図１４の移動距離判定工程Ｓ１１８において、図４の移動距離判定部１３４が、図１０に示したプローブ２４Ａの移動距離は、プローブ２４Ａのサーチ距離Ｄ_ｓｈに達していないと判定した場合は、Ｎｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、図１４の移動距離判定工程Ｓ１１８においてＹｅｓ判定となるまで、移動距離判定工程Ｓ１１８が繰り返し実行される。

一方、図１４の移動距離判定工程Ｓ１１８において、図４の移動距離判定部１３４が、図１０に示したプローブ２４Ａの移動距離は、プローブ２４Ａのサーチ距離に達していると判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、図１４の測定終了判定工程Ｓ１２０へ進む。

測定終了判定工程Ｓ１２０では、図４のシステム制御部１０２は、測定を終了するか否かを判定する。図１４の測定終了判定工程Ｓ１２０において、図４のシステム制御部１０２が、測定を終了しないと判定した場合はＮｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、図１４のトリガ操作判定工程Ｓ１００へ進む。

一方、図１４の測定終了判定工程Ｓ１２０において、図４のシステム制御部１０２が、測定を終了すると判定した場合は、Ｙｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、測定は終了する。

図１４のプロービング開始工程Ｓ１１６、移動距離判定工程Ｓ１１８、及び測定終了判定工程Ｓ１２０は、ジョイスティックのトリガ操作がされた場合に、オートプロービングモードによりプローブの移動を開始させる駆動工程の構成要素の一例である。

＜ジョイスティックのトリガ操作の他の例＞
図１０に示したジョイスティック１６０は、Ｚ軸方向についてのオートプロービングを実行する場合、ジョイスティック１６０のつまみを通常の操作よりも速く回転させる。図１０に示した一つのジョイスティック１６０を備える場合、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向のオートプロービングと、Ｚ軸方向のオートプロービングとは、別々に実行される。

一方、Ｚ軸方向専用のジョイスティックを含む、二つのジョイスティックを備える場合、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向のオートプロービングと、Ｚ軸方向のオートプロービングとは、同時に実行可能である。ここでいう同時とは、厳密にはタイミングが異なるものの、同時と同様の作用効果を得ることが可能な実質的な同時が含まれている。

［第二実施形態の作用効果］
第二実施形態に係る三次元測定機、及び測定方法によれば、ジョイスティック１６０のトリガ操作が検知された場合に、オートプロービングモードに切り替えられる。これにより、ジョイスティック１６０の操作のばらつきに起因する測定結果のばらつきが抑制され、高精度の測定が可能である。

単位期間ｄｔあたりのジョイスティック１６０の出力電圧差ｄｖ／ｄｔが予め決められた閾値を超えた場合に、ジョイスティック１６０のトリガ操作がされたと判定される。これにより、ジョイスティック１６０のトリガ操作の誤検知が抑制される。

ジョイスティック１６０のトリガ操作は、ジョイスティック１６０を叩くといったジョイスティック１６０の通常の操作と異なる操作が適用される。これにより、操作者の能力等の条件にかかわらず、オートプロービングモードの実行が可能である。

第二実施形態に係るオートプロービングモードは、第一実施形態に係るワーク座標系追従モードと組み合わせることが可能である。これにより、ワーク座標系におけるオートプロービングモードが、マシン座標系追従モードにおけるジョイスティック１６０の操作を適用して実現することが可能である。

例えば、マシン座標系からワーク座標系への変換関係を示す変換行列を用いて、上記式６を用いて表される、図１０に示したプローブ２４Ａの目標位置の座標（ｘ_ｔ，ｙ_ｔ，ｚ_ｔ）を、ワーク座標系におけるプローブ２４Ａの目標位置の座標に変換してもよい。

また、図１０に示したプローブ２４Ａの移動パラメータを、ワーク座標系におけるプローブ２４Ａの移動パラメータに変換してもよい。変換されるプローブ２４Ａの移動パラメータとして、プローブ２４Ａのサーチ距離、プローブ２４Ａの移動方向が挙げられる。

マシン座標系からワーク座標系への変換関係を示す変換行列の例として、上記の式７を用いて表される変換行例等が挙げられる。

本明細書では、五軸同時制御のプローブヘッド２４を用いた態様を例示したが、プローブヘッド２４を非回転として、プローブ２４ＡをＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向について移動させるプローブヘッド２４を用いた態様も可能である。

以上説明した本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜構成要件を変更、追加、削除することが可能である。本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により、多くの変形が可能である。

１０…三次元測定機、２４Ａ…プローブ、２８…コントローラ、２９…ジョイスティック操作盤、１０２…システム制御部、１０８…座標系追従モード設定部、１１０…座標変換部、１１２…変換行列記憶部、１１６…駆動指令出力部、１２１…ワーク座標系設定部、１４０…駆動部

Claims (9)

1. 操作部を操作してプローブを移動させて、前記プローブを用いて被測定物を測定する三次元測定機であって、
   前記操作部から出力された移動指令信号に基づいて前記プローブを駆動する駆動部と、
   マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部と、
   前記切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、前記操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換部と、
   を備えた三次元測定機。
2. 前記操作部は、前記プローブの移動方向、及び前記プローブの移動速度を表す移動指令信号を出力する請求項１に記載の三次元測定機。
3. 前記変換部は、マシン座標系に基づく測定が行われる場合に、マシン座標系に基づいて前記プローブが移動することを表す第二行列を用いて、前記操作部から出力された移動指令信号をマシン座標系における移動指令信号に変換する請求項１又は２に記載の三次元測定機。
4. 前記第一行列を記憶する記憶部を備え、
   前記変換部は、前記切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、前記記憶部から前記第一行列を取得する請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元測定機。
5. 前記変換部は、前記移動指令信号を変換する行列の初期値として、マシン座標系に基づいて前記プローブが移動することを表す第二行列が設定され、かつ、前記切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、前記第一行列を記憶する記憶部から前記第一行列を読み出し、前記移動指令信号を変換する行列を前記第二行列から前記第一行列へ変更する請求項１又は２に記載の三次元測定機。
6. 前記変換部は、前記移動指令信号を変換する行列の初期値として、前記第二行列が設定され、かつ、マシン座標系に基づく測定が行われる場合に、前記移動指令信号を変換する行列を非変更とする請求項５に記載の三次元測定機。
7. 被測定物に対してワーク座標系を設定するワーク座標系設定部を備えた請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元測定機。
8. 操作部を操作してプローブを移動させて、前記プローブを用いて被測定物を測定する測定方法であって、
   前記操作部から出力された移動指令信号に基づいて、被測定物を測定するプローブを駆動する駆動工程と、
   マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替工程と、
   前記切替工程においてワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、前記操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換工程と、
   を含む測定方法。
9. 操作部を操作してプローブを移動させて、前記プローブを用いて被測定物を測定する測定プログラムであって、
   コンピュータを、前記操作部から出力された移動指令信号に基づいて、被測定物を測定するプローブを駆動する駆動部、
   マシン座標系に基づく測定をワーク座標系に基づく測定へ切り替える切替部、及び、
   前記切替部によってワーク座標系に基づく測定に切り替えられた場合に、マシン座標系とワーク座標系との変換関係を規定する第一行列を用いて、前記操作部から出力された移動指令信号をワーク座標系における移動指令信号に変換する変換部として機能させる測定プログラム。

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