JP2020091208A

JP2020091208A - Device and method for three-dimension measurement

Info

Publication number: JP2020091208A
Application number: JP2018228781A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　好弘; Yoshihiro Sato; 好弘佐藤; 良和大山; Yoshikazu Oyama; 崇間嶋; Takashi Majima; 侑利柄澤; Yuto Karasawa
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: JP7190343B2

Abstract

To reduce the influence of displacement of a probe.SOLUTION: A measurement unit 1 is a three-dimension measuring device for measuring the three-dimensional shape of a workpiece, and includes: a probe 17 for measuring the three-dimensional shape of a workpiece 2; a guide G for defining the direction of moving a probe 17; an estimation unit 23 for estimating the displacement state of the probe while the probe 17 is moving to the workpiece along the guide G; a position measuring unit 24 for measuring the position of the probe 17 when the probe 17 is brought in contact with the workpiece 2; and a correction unit 25 for correcting the position of the probe 17 measured by the position measuring unit 24 on the basis of the displacement state estimated by the estimation unit 23.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、被測定物の形状を測定するための三次元測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring device and a measuring method for measuring the shape of an object to be measured.

プローブを移動させて被測定物に接触させることにより被測定物の位置を特定して被測定物の形状を測定することができる三次元測定装置が知られている。特許文献１においては、プローブに発生している振動を測定し、振動を打ち消すようにアクチュエータを振動させる技術が開示されている。 There is known a three-dimensional measuring device capable of specifying the position of the measured object and measuring the shape of the measured object by moving the probe and bringing it into contact with the measured object. Patent Document 1 discloses a technique of measuring vibration generated in a probe and vibrating an actuator so as to cancel the vibration.

特開２００４−３４１６０８号公報JP 2004-341608 A

三次元測定装置において、プローブの移動中に発生する振動が収束しないまま測定すると、測定値のばらつきが大きくなり、繰り返し精度が悪化してしまうため、振動が無い状態で測定することが望ましい。しかしながら、従来技術のように、プローブに発生している振動を測定してからアクチュエータを振動させる場合、測定してからアクチュエータの動作に反映されるまでに遅延時間が発生してしまうので、振動を十分に打ち消せない場合があるという問題が生じていた。 In a three-dimensional measuring device, if the measurement is performed without the vibration generated during the movement of the probe being converged, the variation of the measurement value becomes large and the repeatability deteriorates. Therefore, it is desirable to perform the measurement without the vibration. However, when the actuator is vibrated after measuring the vibration generated in the probe as in the conventional technique, a delay time occurs before the measurement is reflected in the operation of the actuator. There was a problem that it could not be canceled sufficiently.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、プローブの変位の影響を低減させることができる三次元測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a three-dimensional measuring device and a measuring method capable of reducing the influence of the displacement of the probe.

本発明の第１の態様の三次元測定装置は、ワークの三次元形状を測定する三次元測定装置であって、前記ワークの三次元形状を測定するためのプローブと、前記プローブを移動させる方向を規定するガイドと、前記プローブが前記ガイドに沿って前記ワークに向かって移動する間の前記プローブの変位状態を推定する推定部と、前記プローブを前記ワークに接触させたときの前記プローブの位置を測定する位置測定部と、前記推定部が推定した前記変位状態に基づいて、前記位置測定部が測定した前記プローブの位置を補正する補正部と、を有する。 A three-dimensional measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is a three-dimensional measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of a work, and a probe for measuring the three-dimensional shape of the work, and a direction in which the probe is moved. A guide that defines, a estimating unit that estimates the displacement state of the probe while the probe moves toward the work along the guide, and the position of the probe when the probe is brought into contact with the work. And a correction unit that corrects the position of the probe measured by the position measurement unit based on the displacement state estimated by the estimation unit.

前記三次元測定装置は、前記プローブの移動方向と前記ガイドの方向との差である方向差を検出する第１検出部をさらに有し、前記推定部は、前記方向差に基づいて前記変位状態を推定してもよい。前記第１検出部は、前記ガイドの面に対向するエアパッドの浮き量に基づいて前記方向差を検出してもよい。 The three-dimensional measuring apparatus further includes a first detection unit that detects a direction difference that is a difference between the moving direction of the probe and the direction of the guide, and the estimation unit includes the displacement state based on the direction difference. May be estimated. The first detection unit may detect the direction difference based on a floating amount of an air pad facing the surface of the guide.

前記三次元測定装置は、前記ガイドの長手方向を回転軸とする回転加速度を検出する第２検出部をさらに有し、前記推定部は、前記回転加速度に基づいて前記変位状態を推定してもよい。 The three-dimensional measuring apparatus further includes a second detection unit that detects a rotational acceleration about the longitudinal direction of the guide as a rotation axis, and the estimation unit estimates the displacement state based on the rotational acceleration. Good.

前記推定部は、前記プローブの移動加速度、移動方向、及び位置の少なくともいずれかに基づいて前記プローブの先端の振動量を推定することにより前記変位状態を推定してもよい。また、前記推定部は、前記プローブの形状及び質量の少なくともいずれかに基づいて前記プローブの先端の振動量を推定することにより前記変位状態を推定してもよい。 The estimation unit may estimate the displacement state by estimating the vibration amount of the tip of the probe based on at least one of the movement acceleration, the movement direction, and the position of the probe. The estimation unit may estimate the displacement state by estimating the amount of vibration of the tip of the probe based on at least one of the shape and the mass of the probe.

本発明の第２の態様の測定方法は、コンピュータが実行する、ワークの三次元形状を測定するためのプローブが前記ワークに向かって移動する間の前記プローブの変位状態を推定するステップと、前記プローブを前記ワークに接触させたときの前記プローブの位置を測定するステップと、推定した前記変位状態に基づいて、測定した前記プローブの位置を補正するステップと、を有する。 A measuring method according to a second aspect of the present invention includes a step of estimating a displacement state of the probe executed by a computer while the probe for measuring the three-dimensional shape of the workpiece moves toward the workpiece. The method includes the steps of measuring the position of the probe when the probe is brought into contact with the workpiece, and correcting the measured position of the probe based on the estimated displacement state.

本発明によれば、プローブの変位の影響を低減させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence of the displacement of the probe.

測定装置の概要を説明するための図である。It is a figure for explaining the outline of a measuring device. 測定部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of a measurement part. 第１検出部が方向差を検出する方法の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the method in which a 1st detection part detects a direction difference. 測定部の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of operation of a measurement part.

［測定装置１の概要］
まず、実施形態に係る測定装置１の概要について説明する。測定装置１は、例えば、測定用のプローブ１７を移動させながら、プローブ１７の先端（すなわち、スタイラスの先端）を被測定物であるワーク２に接触させてワーク２の形状を測定する三次元測定装置である。 [Outline of measuring device 1]
First, an outline of the measuring device 1 according to the embodiment will be described. The measuring apparatus 1 is, for example, a three-dimensional measurement in which the tip of the probe 17 (that is, the tip of the stylus) is brought into contact with the workpiece 2 to be measured while moving the probe 17 for measurement, and the shape of the workpiece 2 is measured. It is a device.

図１は、測定装置１の概要を説明するための図である。測定装置１は、ワーク２が載置されるテーブル１０と、コラム１１と、サポータ１２と、ビーム１３と、Ｙ軸方向駆動部１４と、スライダ１５と、Ｚ軸スピンドル１６とを備える。 FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the measuring device 1. The measuring apparatus 1 includes a table 10 on which the work 2 is placed, a column 11, a supporter 12, a beam 13, a Y-axis direction drive unit 14, a slider 15, and a Z-axis spindle 16.

コラム１１、サポータ１２、及びビーム１３は、テーブル１０を跨ぐ門型の構造体である門部を構成する。コラム１１及びサポータ１２は、テーブル１０の両端に一対に設けられている。ビーム１３は、コラム１１とサポータ１２との間に掛け渡されており、Ｘ軸方向にプローブ１７を移動させる際のプローブ１７の移動方向を規定するＸ軸方向のガイドを有する。 The column 11, the supporter 12, and the beam 13 form a gate portion that is a gate-shaped structure that straddles the table 10. The column 11 and the supporter 12 are provided in a pair at both ends of the table 10. The beam 13 is bridged between the column 11 and the supporter 12, and has a guide in the X-axis direction that defines the moving direction of the probe 17 when moving the probe 17 in the X-axis direction.

Ｙ軸方向駆動部１４は、コラム１１、サポータ１２及びビーム１３を含む門部をＹ軸方向に移動させる。プローブ１７は、後述するスライダ１５及びＺ軸スピンドル１６を介してビーム１３に結合しているので、Ｙ軸方向駆動部１４は、門部をＹ軸方向に移動させることにより、プローブ１７をＹ軸方向に移動させることができる。 The Y-axis direction drive unit 14 moves the gate unit including the column 11, the supporter 12, and the beam 13 in the Y-axis direction. Since the probe 17 is coupled to the beam 13 via a slider 15 and a Z-axis spindle 16 described later, the Y-axis direction drive unit 14 moves the gate in the Y-axis direction to move the probe 17 to the Y-axis. Can be moved in any direction.

スライダ１５は、Ｚ軸方向にプローブ１７を移動させる際のプローブ１７の移動方向を規定するＺ軸方向のガイドを有しており、Ｚ軸方向に移動するＺ軸スピンドル１６を支持する。スライダ１５は、ビーム１３が有するＸ軸方向のガイドに沿ってＸ軸方向に移動可能である。スライダ１５は、ビーム１３とスライダ１５との間に設置されたＸ軸移動機構により、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に移動する。 The slider 15 has a Z-axis direction guide that defines the moving direction of the probe 17 when moving the probe 17 in the Z-axis direction, and supports the Z-axis spindle 16 that moves in the Z-axis direction. The slider 15 is movable in the X-axis direction along the X-axis direction guide of the beam 13. The slider 15 moves in the X-axis direction along the beam 13 by an X-axis moving mechanism installed between the beam 13 and the slider 15.

Ｚ軸スピンドル１６は、スライダ１５に対してＺ軸方向に移動する。Ｚ軸スピンドル１６の下端には、プローブ１７が設けられている。 The Z-axis spindle 16 moves in the Z-axis direction with respect to the slider 15. A probe 17 is provided at the lower end of the Z-axis spindle 16.

プローブ１７は、ワーク２に接触するスタイラスを有する。プローブ１７は、Ｘ軸方向のガイドに沿ってスライダ１５が移動し、Ｙ軸方向のガイドに沿ってコラム１１が移動し、Ｚ軸方向のガイドに沿ってＺ軸スピンドル１６が移動することにより、テーブル１０の上方の任意の位置に移動する。測定装置１は、上記の移動機構を適宜移動して、プローブ１７の先端をテーブル１０上に載置されたワーク２に対して接触させることにより、ワーク２の形状を測定することができる。 The probe 17 has a stylus that contacts the work 2. In the probe 17, the slider 15 moves along the X-axis direction guide, the column 11 moves along the Y-axis direction guide, and the Z-axis spindle 16 moves along the Z-axis direction guide. Move to an arbitrary position above the table 10. The measuring apparatus 1 can measure the shape of the work 2 by appropriately moving the moving mechanism and bringing the tip of the probe 17 into contact with the work 2 placed on the table 10.

Ｙ軸方向駆動部１４の下部には、測定装置１がワーク２の形状を測定するための制御を行う測定部２０が収容されている。測定部２０は例えばコンピュータであり、記憶媒体（不図示）に記憶されたプログラムを実行することにより、測定装置１の各部を制御するとともに、測定したプローブ１７の位置（例えばスタイラスの先端の位置）を補正する。測定部２０は、補正した位置に基づいてワーク２の形状を示す情報を生成する。以下、測定部２０の機能について詳細に説明する。 Below the Y-axis direction driving unit 14, a measuring unit 20 that controls the measuring apparatus 1 to measure the shape of the workpiece 2 is housed. The measuring unit 20 is, for example, a computer, and controls each unit of the measuring device 1 by executing a program stored in a storage medium (not shown) and measures the position of the probe 17 (for example, the position of the tip of the stylus). To correct. The measuring unit 20 generates information indicating the shape of the work 2 based on the corrected position. Hereinafter, the function of the measuring unit 20 will be described in detail.

［測定部２０の機能構成］
図２は、測定部２０の機能構成を示す図である。測定部２０は、第１検出部２１と、第２検出部２２と、推定部２３と、Ｘ軸方向位置検出部２４２と、補正部２５とを有する。 [Functional Configuration of Measuring Unit 20]
FIG. 2 is a diagram showing a functional configuration of the measuring unit 20. The measurement unit 20 includes a first detection unit 21, a second detection unit 22, an estimation unit 23, an X-axis direction position detection unit 242, and a correction unit 25.

第１検出部２１は、プローブ１７の移動方向とガイドの方向との差である方向差を検出する。第１検出部２１は、プローブ１７がＸ軸方向に移動する際のプローブ１７の移動方向とビーム１３が有するＸ軸方向のガイドとの角度の差をＸ軸方向差として検出する。第１検出部２１は、プローブ１７がＹ軸方向に移動する際のプローブ１７の移動方向とＹ軸方向駆動部１４が有するＹ軸方向のガイドとの角度の差をＹ軸方向差として検出する。第１検出部２１は、プローブ１７がＺ軸方向に移動する際のプローブ１７の移動方向とスライダ１５が有するＺ軸方向のガイドとの角度の差をＺ軸方向差として検出する。 The first detection unit 21 detects a direction difference which is a difference between the moving direction of the probe 17 and the guide direction. The first detection unit 21 detects, as the X-axis direction difference, a difference in angle between the moving direction of the probe 17 when the probe 17 moves in the X-axis direction and the guide of the beam 13 in the X-axis direction. The first detection unit 21 detects, as a Y-axis direction difference, a difference in angle between the moving direction of the probe 17 when the probe 17 moves in the Y-axis direction and the Y-axis direction guide of the Y-axis direction driving unit 14. .. The first detection unit 21 detects, as a Z-axis direction difference, a difference in angle between the moving direction of the probe 17 when the probe 17 moves in the Z-axis direction and a guide of the slider 15 in the Z-axis direction.

第１検出部２１は、例えば、ガイドの面に対向するエアパッドの浮き量に基づいて方向差を検出する。図３は、第１検出部２１が方向差を検出する方法の一例を説明するための図である。 The first detection unit 21 detects the direction difference based on, for example, the floating amount of the air pad facing the surface of the guide. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a method in which the first detection unit 21 detects a direction difference.

図３においては、ガイドＧと、ガイドＧに沿って設けられているエアパッドＰ１及びエアパッドＰ２とが示されている。図３におけるｃ１は、プローブ１７が停止した状態でのガイドＧとエアパッドＰ１の浮き量とプローブ１７が移動している状態でのガイドＧとエアパッドＰ１の浮き量との差である。図３におけるｃ２は、プローブ１７が停止した状態でのガイドＧとエアパッドＰ２の浮き量とプローブ１７が移動している状態でのガイドＧとエアパッドＰ２の浮き量との差である。ｃ１及びｃ２は、例えば光学センサによって検出される。 In FIG. 3, the guide G and the air pads P1 and P2 provided along the guide G are shown. In FIG. 3, c1 is the difference between the floating amount of the guide G and the air pad P1 when the probe 17 is stopped and the floating amount of the guide G and the air pad P1 when the probe 17 is moving. In FIG. 3, c2 is the difference between the floating amount of the guide G and the air pad P2 when the probe 17 is stopped and the floating amount of the guide G and the air pad P2 when the probe 17 is moving. c1 and c2 are detected by, for example, an optical sensor.

図３におけるｄ１は、ガイドＧの長手方向の基準位置ＡからエアパッドＰ１の中心までの距離である。図３におけるｄ２は、基準位置ＡからエアパッドＰ２の中心までの距離である。ｄ１及びｄ２は、設計値又は予め測定された値であり、例えばメモリに記憶されている。 D1 in FIG. 3 is the distance from the reference position A in the longitudinal direction of the guide G to the center of the air pad P1. D2 in FIG. 3 is the distance from the reference position A to the center of the air pad P2. d1 and d2 are design values or values measured in advance, and are stored in, for example, a memory.

この場合、プローブ１７の移動方向とガイドの方向との差である方向差は、ガイドの方向に対するプローブ１７の移動方向の傾きとして、以下の式により表される。
方向差＝（ｃ２−ｃ１）／（ｄ２−ｄ１）
第１検出部２１は、上記の式に基づいて方向差を算出し、算出した方向差を推定部２３に入力する。 In this case, the direction difference, which is the difference between the moving direction of the probe 17 and the guide direction, is expressed by the following formula as the inclination of the moving direction of the probe 17 with respect to the guide direction.
Direction difference=(c2-c1)/(d2-d1)
The first detection unit 21 calculates the direction difference based on the above formula, and inputs the calculated direction difference to the estimation unit 23.

第２検出部２２は、ガイドの長手方向を回転軸とするガイドの回転加速度を検出する。第２検出部２２は、例えば、Ｘ軸方向のガイド、Ｙ軸方向のガイド、及びＺ軸方向のガイドそれぞれが有する加速度センサから出力された信号に基づいて、それぞれのガイドの回転加速度を算出する。具体的には、第２検出部２２は、門部のＸ軸周りの回転加速度、門部のＺ軸周りの回転加速度、Ｚ軸スピンドル１６のＸ軸周りの回転加速度、及びＺ軸スピンドル１６のＹ軸周りの回転加速度を算出する。第２検出部２２は、算出した回転加速度を推定部２３に入力する。第２検出部２２は、回転加速度を算出した時刻と回転加速度とを関連付けて推定部２３に入力してもよい。 The 2nd detection part 22 detects the rotation acceleration of the guide which makes a longitudinal direction of a guide the axis of rotation. The second detection unit 22 calculates the rotational acceleration of each guide based on the signals output from the acceleration sensors of the X-axis direction guide, the Y-axis direction guide, and the Z-axis direction guide, respectively. .. Specifically, the second detection unit 22 is configured to rotate the gate about the X-axis, rotate the gate about the Z-axis, rotate the Z-axis spindle 16 about the X-axis, and rotate the Z-axis spindle 16. The rotational acceleration about the Y axis is calculated. The second detection unit 22 inputs the calculated rotational acceleration to the estimation unit 23. The second detection unit 22 may associate the time when the rotational acceleration is calculated with the rotational acceleration and input them to the estimation unit 23.

第２検出部２２は、第１検出部２１が算出した方向差を取得し、方向差に基づいて補正した後のガイドの方向を回転軸とするプローブ１７の回転加速度を算出してもよい。このようにすることで、第２検出部２２は、算出する回転加速度の精度を向上させることができる。 The second detection unit 22 may acquire the direction difference calculated by the first detection unit 21 and calculate the rotational acceleration of the probe 17 with the direction of the guide as the rotation axis after being corrected based on the direction difference. By doing so, the second detection unit 22 can improve the accuracy of the calculated rotational acceleration.

推定部２３は、プローブ１７がガイドに沿ってワーク２に向かって移動する間のプローブ１７の変位状態を推定する。変位状態は、プローブ１７の移動軌跡と、Ｘ軸方向のガイド、Ｙ軸方向のガイド及びＺ軸方向のガイドの長手方向の直線との差の大きさ、差の変動量、差の変動速度、及び差の変動周期等の状態である。推定部２３は、推定した変位状態を示す数値を補正部２５に通知する。 The estimation unit 23 estimates the displacement state of the probe 17 while the probe 17 moves toward the work 2 along the guide. The displacement state includes the magnitude of the difference between the movement locus of the probe 17 and the straight line in the longitudinal direction of the guide in the X-axis direction, the guide in the Y-axis direction, and the guide in the Z-axis direction, the difference variation amount, the difference variation speed, And the fluctuation cycle of the difference. The estimation unit 23 notifies the correction unit 25 of the numerical value indicating the estimated displacement state.

推定部２３は、例えば、第１検出部２１から入力された方向差に基づいて変位状態を推定する。推定部２３は、三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のそれぞれに対する変位量（ΔＸ１、ΔＹ１、ΔＺ１）を方向差に基づいて」算出し、算出した変位量を補正部２５に通知する。 The estimation unit 23 estimates the displacement state based on, for example, the direction difference input from the first detection unit 21. The estimation unit 23 calculates the displacement amount (ΔX1, ΔY1, ΔZ1) for each of the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) based on the direction difference, and notifies the correction unit 25 of the calculated displacement amount.

推定部２３は、第２検出部２２から入力された回転加速度に基づいて変位状態を推定してもよい。推定部２３は、Ｘ軸方向のガイド、Ｙ軸方向のガイド、及びＺ軸方向のガイドのそれぞれを回転軸とする回転加速度に基づいて、三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のそれぞれの正規の位置からの変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）を算出し、算出した変位量を補正部２５に通知する。 The estimation unit 23 may estimate the displacement state based on the rotational acceleration input from the second detection unit 22. The estimation unit 23 determines the regularity of each of the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) based on the rotational accelerations having the X-axis direction guide, the Y-axis direction guide, and the Z-axis direction guide as rotation axes. The displacement amount (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) from the position is calculated, and the calculated displacement amount is notified to the correction unit 25.

推定部２３は、例えば、プローブ１７が移動を開始してからの経過時間と回転加速度とに基づいて、変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）を算出する。推定部２３は、プローブ１７が移動を開始してからの経過時間と変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）とを関連付けて補正部２５に通知する。推定部２３は、第２検出部２２から入力された回転加速度を算出した時刻と変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）とを関連付けて補正部２５に通知してもよい。 The estimating unit 23 calculates the displacement amount (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) based on the elapsed time after the probe 17 starts moving and the rotational acceleration, for example. The estimation unit 23 notifies the correction unit 25 of the amount of displacement (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) associated with the elapsed time since the probe 17 started moving. The estimation unit 23 may associate the time when the rotational acceleration input from the second detection unit 22 is calculated with the displacement amount (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) and notify the correction unit 25.

推定部２３は、プローブ１７の移動加速度、移動方向、プローブ１７の位置、プローブ１７の形状、及びプローブ１７の質量の少なくともいずれかに基づいてプローブ１７の先端の振動量を推定することにより変位状態を推定してもよい。推定部２３は、構造体の剛性、Ｚ軸スピンドル１６の突き出し量、又はスタイラスの先端質量等に基づいて推定した振動量に基づいて変位状態を推定してもよい。 The estimation unit 23 estimates the amount of vibration of the tip of the probe 17 based on at least one of the moving acceleration of the probe 17, the moving direction, the position of the probe 17, the shape of the probe 17, and the mass of the probe 17, thereby determining the displacement state. May be estimated. The estimation unit 23 may estimate the displacement state based on the rigidity of the structure, the protrusion amount of the Z-axis spindle 16, or the vibration amount estimated based on the tip mass of the stylus or the like.

推定部２３は、例えば、振動のモデルに基づく以下の計算式によって振動状態を推定する。
Ｃ_ｍ＝Ｇ_ｍ・ｓｉｎ（ω_ｔ＋φ）
ここで、Ｇ_ｍは座標値及び加速度の関数により定められるゲイン、ω_ｔは角固有振動数、φは位相ずれ量であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向でそれぞれ異なる。 The estimation unit 23 estimates the vibration state by, for example, the following calculation formula based on a vibration model.
C _m =G _m ·sin(ω _t +φ)
Here, G _m is a gain determined by a function of a coordinate value and acceleration, ω _t is an angular natural frequency, and φ is a phase shift amount, which are different in the X-axis direction and the Y-axis direction.

推定部２３は、推定した振動状態に基づいて、プローブ１７が移動を開始してからの経過時間に関連付けてＸ軸方向の変位量ΔＸ３、及びＹ軸方向の変位量ΔＹ３を算出する。推定部２３は、Ｚ軸方向の変位量ΔＺ３をさらに算出してもよい。推定部２３は、算出した変位量（ΔＸ３、ΔＹ３、ΔＺ３）を補正部２５に通知する。 The estimation unit 23 calculates the displacement amount ΔX3 in the X-axis direction and the displacement amount ΔY3 in the Y-axis direction in association with the elapsed time after the probe 17 starts moving based on the estimated vibration state. The estimation unit 23 may further calculate the displacement amount ΔZ3 in the Z-axis direction. The estimation unit 23 notifies the correction unit 25 of the calculated displacement amount (ΔX3, ΔY3, ΔZ3).

位置測定部２４は、ワーク２の形状を測定するためにプローブ１７を移動させ、プローブ１７がワーク２に接触したときのプローブ１７の先端の位置を検出する。位置測定部２４は、測定制御部２４１と、Ｘ軸方向位置検出部２４２と、Ｙ軸方向位置検出部２４３と、Ｚ軸方向位置検出部２４４とを有する。 The position measuring unit 24 moves the probe 17 to measure the shape of the work 2 and detects the position of the tip of the probe 17 when the probe 17 contacts the work 2. The position measurement unit 24 includes a measurement control unit 241, an X-axis direction position detection unit 242, a Y-axis direction position detection unit 243, and a Z-axis direction position detection unit 244.

測定制御部２４１は、予め形状測定用プログラムにおいて設定されたパラメータに基づいてＸ軸移動機構、Ｙ軸移動機構及びＺ軸移動機構を制御する。測定制御部２４１は、プローブ１７の位置を検出するタイミングをＸ軸方向位置検出部２４２、Ｙ軸方向位置検出部２４３及びＺ軸方向位置検出部２４４に通知する。 The measurement control unit 241 controls the X-axis moving mechanism, the Y-axis moving mechanism, and the Z-axis moving mechanism based on the parameters set in advance in the shape measuring program. The measurement control unit 241 notifies the timing of detecting the position of the probe 17 to the X-axis direction position detection unit 242, the Y-axis direction position detection unit 243, and the Z-axis direction position detection unit 244.

Ｘ軸方向位置検出部２４２は、測定制御部２４１から通知されたタイミングにおけるＸ軸方向のガイドに設けられているスケーラの読取値に基づいて、Ｘ軸方向のプローブ１７の位置を検出する。Ｙ軸方向位置検出部２４３は、測定制御部２４１から通知されたタイミングにおけるＹ軸方向のガイドに設けられているスケーラの読取値に基づいて、Ｙ軸方向のプローブ１７の位置を検出する。Ｚ軸方向位置検出部２４４は、測定制御部２４１から通知されたタイミングにおけるＺ軸方向のガイドに設けられているスケーラの読取値に基づいて、Ｚ軸方向のプローブ１７の位置を検出する。Ｘ軸方向位置検出部２４２、Ｙ軸方向位置検出部２４３及びＺ軸方向位置検出部２４４は、それぞれ検出したＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置座標（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）を補正部２５に通知する。 The X-axis direction position detection unit 242 detects the position of the probe 17 in the X-axis direction based on the read value of the scaler provided on the X-axis direction guide at the timing notified from the measurement control unit 241. The Y-axis direction position detection unit 243 detects the position of the probe 17 in the Y-axis direction based on the read value of the scaler provided on the Y-axis direction guide at the timing notified from the measurement control unit 241. The Z-axis direction position detection unit 244 detects the position of the probe 17 in the Z-axis direction based on the read value of the scaler provided on the Z-axis direction guide at the timing notified from the measurement control unit 241. The X-axis direction position detection unit 242, the Y-axis direction position detection unit 243, and the Z-axis direction position detection unit 244 respectively detect the position coordinates (X _m , Y _m , Z) in the detected X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. _{m 2} ) is notified to the correction unit 25.

補正部２５は、推定部２３が推定した変位状態に基づいて、位置測定部２４が測定したプローブ１７の位置（例えばスタイラスの先端の位置）を補正する。具体的には、補正部２５は、Ｘ軸方向位置検出部２４２、Ｙ軸方向位置検出部２４３及びＺ軸方向位置検出部２４４から通知されたワーク２の位置座標（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）に、推定部２３から通知される変位量を加算することにより、補正後の位置座標（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出する。 The correction unit 25 corrects the position of the probe 17 measured by the position measurement unit 24 (for example, the position of the tip of the stylus) based on the displacement state estimated by the estimation unit 23. Specifically, the correction unit 25 includes the position coordinates (X _m , Y _m , Z of the work 2 notified from the X-axis direction position detection unit 242, the Y-axis direction position detection unit 243, and the Z-axis direction position detection unit 244. _The corrected position coordinates (X _n , Y _n , Z _n ) are calculated by adding the displacement amount notified from the estimation unit 23 to _m ).

補正部２５は、例えば、プローブ１７の移動方向とガイドの方向との差である方向差に基づく変位量（ΔＸ１、ΔＹ１、ΔＺ１）を（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）に加算して、以下のように（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出する。
（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）＝（Ｘ_ｍ＋ΔＸ１、Ｙ_ｍ＋ΔＹ１、Ｚ_ｍ＋ΔＺ１） The correction unit 25 adds, for example, the displacement amount (ΔX1, ΔY1, ΔZ1) based on the difference between the moving direction of the probe 17 and the guide direction to (X _m , Y _m , Z _m ), as follows _{_{_{(X n, Y n, Z}}} n) is calculated.
(X _n , Y _n , Z _n )=(X _m +ΔX1, Y _m +ΔY1, Z _m +ΔZ1)

補正部２５は、ガイドの回転による変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）を（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）に加算して、以下のように（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出してもよい。
（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）＝（Ｘ_ｍ＋ΔＸ２、Ｙ_ｍ＋ΔＹ２、Ｚ_ｍ＋ΔＺ２）
なお、補正部２５は、（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出する際に、（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）が測定された時刻に対応する変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）を加算することで、高い精度で位置座標を補正することができる。 The correction unit 25 adds the displacement amount (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) due to the rotation of the guide to (X _m , Y _m , Z _m ) and calculates (X _n , Y _n , Z _n ) as follows. You may.
(X _n , Y _n , Z _n )=(X _m +ΔX2, Y _m +ΔY2, Z _m +ΔZ2)
Note that the correction unit 25, when calculating (X _n , Y _n , Z _n ), the displacement amount (ΔX2, ΔY2, ΔZ2) corresponding to the time when (X _m , Y _m , Z _m ) was measured. By adding, the position coordinates can be corrected with high accuracy.

補正部２５は、プローブ１７の先端の振動に起因する変位量（ΔＸ３、ΔＹ３、ΔＺ３）を（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）に加算して、以下のように（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出してもよい。
（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）＝（Ｘ_ｍ＋ΔＸ３、Ｙ_ｍ＋ΔＹ３、Ｚ_ｍ＋ΔＺ３）
なお、補正部２５は、（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出する際に、（Ｘ_ｍ、Ｙ_ｍ、Ｚ_ｍ）が測定された時刻に対応する変位量（ΔＸ３、ΔＹ３、ΔＺ３）を加算することで、高い精度で位置座標を補正することができる。 The correction unit 25 adds the amount of displacement (ΔX3, ΔY3, ΔZ3) caused by the vibration of the tip of the probe 17 to (X _m , Y _m , Z _m ) as follows (X _n , Y _n , Z _n ) may be calculated.
(X _n , Y _n , Z _n )=(X _m +ΔX3, Y _m +ΔY3, Z _m +ΔZ3)
The correction unit _{_{25, (X n, Y n,}} Z n) when _{_{calculating, (X m, Y m,}} Z m) displacement amount corresponding to the measured time (ΔX3, ΔY3, ΔZ3) By adding, the position coordinates can be corrected with high accuracy.

補正部２５は、複数の変位量に基づいて位置座標を補正してもよい。補正部２５は、例えば、変位量（ΔＸ１、ΔＹ１、ΔＺ１）、変位量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＺ２）、変位量（ΔＸ３、ΔＹ３、ΔＺ３）を用いて、以下のように（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）を算出してもよい。
Ｘ_ｎ＝Ｘ_ｍ＋ΔＸ１＋ΔＸ２＋ΔＸ３
Ｙ_ｎ＝Ｙ_ｍ＋ΔＹ１＋ΔＹ２＋ΔＹ３
Ｚ_ｎ＝Ｚ_ｍ＋ΔＺ１＋ΔＺ２＋ΔＺ３ The correction unit 25 may correct the position coordinates based on the plurality of displacement amounts. Correcting unit 25, for example, displacement (ΔX1, ΔY1, ΔZ1), displacement (ΔX2, ΔY2, ΔZ2), displacement (ΔX3, ΔY3, ΔZ3) using, as follows _(X n, _{Y n} , Z _n ) may be calculated.
X _n =X _m +ΔX1+ΔX2+ΔX3
Y _n =Y _m +ΔY1+ΔY2+ΔY3
Z _n =Z _m +ΔZ1+ΔZ2+ΔZ3

［測定部２０の動作フローチャート］
図４は、測定部２０の動作の流れを示すフローチャートである。図４のフローチャートは、ワーク２の形状の測定を開始する操作が行われたことを契機として開始する。 [Operation Flowchart of Measuring Unit 20]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation flow of the measuring unit 20. The flowchart of FIG. 4 starts when the operation of starting the measurement of the shape of the work 2 is performed.

まず、第１検出部２１は、各軸方向のガイドとプローブ１７が移動する方向との方向差を検出する（Ｓ１）。続いて、第２検出部２２は、プローブ１７が移動している間の各軸方向のガイドの回転加速度を検出する（Ｓ２）。続いて、推定部２３は、検出された方向差及び回転加速度に基づいて、プローブ１７の変位量を推定する。ステップＳ１からＳ３と並行して、位置測定部２４は、プローブ１７を移動させながら、プローブ１７の位置を検出する（Ｓ４）。 First, the first detection unit 21 detects a direction difference between the guide in each axial direction and the direction in which the probe 17 moves (S1). Subsequently, the second detection unit 22 detects the rotational acceleration of the guide in each axial direction while the probe 17 is moving (S2). Subsequently, the estimation unit 23 estimates the displacement amount of the probe 17 based on the detected direction difference and rotational acceleration. In parallel with steps S1 to S3, the position measuring unit 24 detects the position of the probe 17 while moving the probe 17 (S4).

続いて、補正部２５は、推定部２３が推定した変位量に基づいて、位置測定部２４が測定したプローブ１７の位置を補正する（Ｓ５）。補正部２５は、補正後の位置を示す位置座標を出力する（Ｓ６）。 Subsequently, the correction unit 25 corrects the position of the probe 17 measured by the position measurement unit 24 based on the displacement amount estimated by the estimation unit 23 (S5). The correction unit 25 outputs the position coordinates indicating the corrected position (S6).

［変形例］
以上の説明においては、補正部２５が、位置測定部２４が測定したプローブ１７の位置を補正する場合を例示したが、測定装置１は、位置測定部２４が測定したプローブ１７の位置を補正するとともに、各部の位置を物理的に動かすことにより、補正が必要な量を低減させてもよい。例えば、測定部２０は、予め定められた設定値、又は推定部２３が推定した変位状態に基づいて、エアパッドに流入させる空気量を調整することで、ガイドの方向とプローブ１７の移動方向との方向差を低減させてもよい。 [Modification]
In the above description, the case where the correction unit 25 corrects the position of the probe 17 measured by the position measurement unit 24 is illustrated, but the measurement device 1 corrects the position of the probe 17 measured by the position measurement unit 24. At the same time, the amount of correction may be reduced by physically moving the position of each unit. For example, the measurement unit 20 adjusts the amount of air flowing into the air pad based on a predetermined set value or the displacement state estimated by the estimation unit 23, so that the direction of the guide and the moving direction of the probe 17 are adjusted. The direction difference may be reduced.

［測定装置１による効果］
以上説明したように、測定装置１においては、推定部２３が、プローブ１７がガイドに沿ってワーク２に向かって移動する間のプローブ１７の変位状態を推定する。そして、補正部２５が、推定部２３が推定した変位状態に基づいて、位置測定部２４が測定したプローブ１７の位置を補正する。このようにすることで、プローブ１７の振動をキャンセルする振動を加えることなく、プローブ１７の位置の測定精度を向上させることができるので、ワーク２の形状の測定精度が向上する。 [Effects of measuring device 1]
As described above, in the measuring device 1, the estimation unit 23 estimates the displacement state of the probe 17 while the probe 17 moves toward the work 2 along the guide. Then, the correction unit 25 corrects the position of the probe 17 measured by the position measurement unit 24 based on the displacement state estimated by the estimation unit 23. By doing so, it is possible to improve the measurement accuracy of the position of the probe 17 without applying vibration that cancels the vibration of the probe 17, and thus the measurement accuracy of the shape of the workpiece 2 is improved.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof. is there. For example, the specific embodiment of the distribution/integration of the device is not limited to the above-described embodiment, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed/integrated in arbitrary units to be configured. You can Further, a new embodiment that occurs due to an arbitrary combination of a plurality of embodiments is also included in the embodiment of the present invention. The effect of the new embodiment produced by the combination has the effect of the original embodiment.

１測定装置
２ワーク
１０テーブル
１１コラム
１２サポータ
１３ビーム
１４Ｙ軸方向駆動部
１５スライダ
１６Ｚ軸スピンドル
１７プローブ
２０測定部
２１第１検出部
２２第２検出部
２３推定部
２４位置測定部
２５補正部
２４１測定制御部
２４２Ｘ軸方向位置検出部
２４３Ｙ軸方向位置検出部
２４４Ｚ軸方向位置検出部 1 Measuring Device 2 Work 10 Table 11 Column 12 Supporter 13 Beam 14 Y-axis Direction Driving Section 15 Slider 16 Z-Axis Spindle 17 Probe 20 Measuring Section 21 First Detecting Section 22 Second Detecting Section 23 Estimating Section 24 Position Measuring Section 25 Correcting Section 241 Measurement control unit 242 X-axis direction position detection unit 243 Y-axis direction position detection unit 244 Z-axis direction position detection unit

Claims

A three-dimensional measuring device for measuring the three-dimensional shape of a work,
A probe for measuring the three-dimensional shape of the work,
A guide that defines the direction in which the probe is moved,
An estimation unit that estimates the displacement state of the probe while the probe is moving toward the work along the guide,
A position measuring unit for measuring the position of the probe when the probe is brought into contact with the work,
A correction unit that corrects the position of the probe measured by the position measurement unit, based on the displacement state estimated by the estimation unit,
Three-dimensional measuring device having.

Further comprising a first detection unit that detects a direction difference that is a difference between the moving direction of the probe and the direction of the guide,
The estimation unit estimates the displacement state based on the direction difference,
The three-dimensional measuring device according to claim 1.

The first detection unit detects the direction difference based on a floating amount of an air pad facing the surface of the guide.
The three-dimensional measuring device according to claim 2.

A second detection unit that detects a rotational acceleration about the longitudinal direction of the guide as a rotation axis;
The estimation unit estimates the displacement state based on the rotational acceleration,
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 3.

The estimation unit estimates the displacement state by estimating the vibration amount of the tip of the probe based on at least one of the movement acceleration, the movement direction, and the position of the probe,
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 4.

The estimation unit estimates the displacement state by estimating the amount of vibration of the tip of the probe based on at least one of the shape and mass of the probe,
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 5.

Computer running,
Estimating the displacement state of the probe while the probe for measuring the three-dimensional shape of the workpiece moves toward the workpiece,
Measuring the position of the probe when the probe is contacted with the workpiece,
Correcting the measured position of the probe based on the estimated displacement state,
A measuring method having.