JP2021124392A - 形状測定装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの実際の形状と設計データとの差異が大きいような場合でも、プローブの移動を滑らかに継続できる形状測定装置の制御方法を提供する。【解決手段】プローブを設計値倣い経路に沿って移動させる経路速度ベクトルＶｆの指令とプローブのワークへの押込み量を基準押込み量に保つ押込み修正ベクトルＶｅの指令とが釣り合ってしまってプローブが移動しなくなる膠着状態に入った場合、この膠着状態を抜け出すための膠着脱出モードにモードを切り替え、膠着脱出モードにおけるプローブの移動指令を次の式で表わされる第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１に従って生成する。第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ１＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ【選択図】図１６

Description

本発明は、形状測定装置の制御方法に関する。

測定対象物の表面に沿ってプローブを倣い移動させることで測定対象物の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。さらに、プローブの押し込み量を一定にするように押込み修正ベクトルを時々刻々算出して、自律的に軌道修正しながら倣い測定する方法も知られている（特許文献２）。

特許文献２（特開２０１３−２３８５７３号公報）に開示された「アクティブ設計値倣い測定」を簡単に紹介する。「アクティブ設計値倣い測定」では、次の（式１）で表わされる合成ベクトルＶをプローブの移動指令とする。プローブが合成ベクトルＶに基づく移動を行うと、プローブ（測定子）は予め設定された倣い経路に沿うように移動しつつ、押込み量を一定としたワーク表面倣い測定、つまり、「アクティブ設計値倣い測定」が実現される。以後、「予め設定された倣い経路」を「設計値倣い経路」と称することにする。

Ｖ＝Ｇｆ×Ｖｆ＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ ・・・（式１）

ここで、図１を参照しながら式の意味を簡単に説明しておく。
図１において、ワークの設計データから所定量オフセットしたところに設計値倣い経路がある。所定量とは、具体的には、測定子半径ｒ―規準押込み量Ｅ０である。また、図１においては、実際のワークが設計データから少しずれている場合を仮定している。

ベクトルＶｆは経路速度ベクトルである。
経路速度ベクトルＶｆは、設計値倣い経路上の補間点（ｉ）から次の補間点（ｉ＋１）に向かう方向をもつ。なお、経路速度ベクトルＶｆの大きさは、例えば、補間点（ｉ）における設計値倣い経路の曲率に基づいて決定される（例えば特許文献３）。曲率が大きいところ（曲がりが大きいところ）では、経路速度ベクトルＶｆの大きさを小さくする。曲率が小さいところ（例えば直線的なところ）では、経路速度ベクトルＶｆの大きさを大きくする。

ベクトルＶｅは、押込み修正ベクトルであり、プローブの押込み量Ｅｐが所定の基準押込み量Ｅ０（例えば０．３ｍｍ）になるようにするためのベクトルである。押込み修正ベクトルＶｅは、必然的に、ワーク表面の法線に平行となる。

ベクトルＶｃは、軌道修正ベクトルである。
軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行である。Ｇｆ、Ｇｅ、Ｇｃはそれぞれ倣い駆動ゲイン、押込み修正ゲイン、軌道修正ゲインである。

特開２００８−２４１４２０号公報 特開２０１３−２３８５７３号公報 特開２０１４−２１００４号公報

（式１）による速度合成ベクトルＶでプローブの移動を制御すればアクティブ設計値倣い測定が実現するのであるが、各ベクトルの方向によってはプローブの制御が不安定になったり、プローブが膠着状態になって動かなくなったりすることがある。典型的には、設計データと実際のワークの形状との差異が大きい場合がある。アクティブ設計値倣い測定の経路の修正機能だけでは前記差異を吸収できず、プローブが制御不能に陥ってしまうことがある。

本発明の目的は、ワークの実際の形状と設計データとの差異が大きいような場合でも、プローブの移動を滑らかに継続できる形状測定装置の制御方法を提供することにある。

本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定子を有するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、を備え、
前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる設計値倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記設計値倣い経路に沿って移動させるにあたって、
前記プローブを前記設計値倣い経路に沿って移動させる経路速度ベクトルＶｆの指令と前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つ押込み修正ベクトルＶｅの指令とが釣り合ってしまって前記プローブが移動しなくなる膠着状態に入った場合、この膠着状態を抜け出すための膠着脱出モードにモードを切り替え、
前記膠着脱出モードにおけるプローブの移動指令を次の式で表わされる第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１に従って生成する
ことを特徴とする。
第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ１＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ
ここで、
押込み修正ベクトルＶｅは、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つためのベクトルである。
軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行なベクトルである。
第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１は、次の式で表わされる。
Ｖｆｒｅｖ１＝ｋ・Ｒ・Ｖｆ
経路速度ベクトルＶｆは、設計値倣い経路上の補間点（ｉ）から次の補間点（ｉ＋１）に向かう方向に平行なベクトルである。
Ｒは、Ｅｐｃ＝ｋ・Ｒ・Ｅｐａｖｅ、で定義される回転行列である。
ベクトルＥｐｃは現在のプローブ変位ベクトルである。
ベクトルＥｐａｖｅは膠着状態に入る直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均である。
ｋは、大きさを調整するための適当な係数である。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

本発明では、
前記第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１で膠着状態を脱出しない場合には、
プローブの移動指令を次の式で表わされる第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２に従って生成する
ことが好ましい。
第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ２＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ
ここで、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２は、膠着状態に入る直前の数点の経路速度ベクトルＶｆの平均であるＶｆａｖｅに基づいて求められるベクトルである。

また、本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定子を有するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、を備え、
前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる設計値倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記設計値倣い経路に沿って移動させるにあたって、
前記プローブが前記ワークから離間した場合には、
プローブの移動指令を次の式で表わされる速度合成ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする。
速度合成ベクトルＶ＝Ｇｆ×Ｖｆ＋Ｇｅ×Ｖｅｔｅｍ＋Ｇｃ×Ｖｃ
ここで、
経路速度ベクトルＶｆは、設計値倣い経路上の補間点（ｉ）から次の補間点（ｉ＋１）に向かう方向に平行なベクトルである。
仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍは、離脱直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均Ｅｐａｖｅを逆向きにしたベクトルである。
軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行なベクトルである。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

また、本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定子を有するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、を備え、
前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる設計値倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記設計値倣い経路に沿って移動させるにあたって、
前記プローブが前記ワークから離間した場合には、
プローブの移動指令を次の式で表わされる速度合成ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする。
速度合成ベクトルＶ＝Ｇｆ×Ｖｂ＋Ｇｅ×Ｖｅｔｅｍ＋Ｇｃ×Ｖｃ
ここで、
復帰指令ベクトルＶｂは、離脱状態のプローブを離脱直前の位置に戻す向きのベクトルである。
仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍは、離脱直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均Ｅｐａｖｅを逆向きにしたベクトルである。
軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行なベクトルである。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

また、本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定子を有するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、を備え、
前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる設計値倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記設計値倣い経路に沿って移動させるにあたって、
前記プローブが前記ワークから離間した場合には、
プローブの移動指令を次の式で表わされる速度合成ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
速度合成ベクトルＶ＝Ｇｅ×Ｖｅｔｅｍ
仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍは、離脱直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均Ｅｐａｖｅを逆向きにしたベクトルである。
Ｇｅは任意の係数である。

また、本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定子を有するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、
手動操作によって任意の方向および大きさを入力指示する手動コントローラと、を備え、
前記手動コントローラで入力される方向および大きさに基づいた向きと速さで前記プローブを進行させつつ、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御し、
前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
プローブの移動指令を次の式で表わされる速度合成ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする。
速度合成ベクトルＶ＝Ｇｆ×Ｖ_Ｆｒｅｖ３＋Ｇｅ×Ｖｅ
ここで、
いま、進行ベクトルＶ_Ｆを前記手動コントローラで入力された方向および大きさを持つベクトルとする。
倣い方向ベクトルＶ_Ｆｒｅｖ３は、プローブ変位ベクトルＥｐと前記進行ベクトルＶ_Ｆとが含まれる面内において、前記プローブ変位ベクトルＥｐと直角になるように進行ベクトルＶ_Ｆを回転させたものである。
押込み修正ベクトルＶｅは、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つためのベクトルである。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

プローブがワーク表面を倣い測定する様子を例示する図である。 ワークの測定対象面をプローブで倣い測定している様子を示す図である。 プローブが膠着状態になって停止する様子を示す図である。 プローブが膠着状態になる他の例を示す図である。 プローブが膠着状態になる他の例を示す図である。 形状測定システムの全体構成を示す図である。 ホストコンピュータおよびモーションコントローラの機能ブロック図である。 アクティブ設計値倣い測定の全体制御フローチャートである。 膠着脱出モードでの制御動作を説明するためのフローチャートである。 膠着脱出モードでの制御動作を説明するためのフローチャートである。 膠着脱出モードでの制御動作を説明するためのフローチャートである。 プローブが移動する様子を例示する図である。 プローブが移動する様子を例示する図である。 プローブが膠着状態に入った状態を例示する図である。 回転行列Ｒによって第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める手順を説明するための図である。 第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１によってプローブが膠着状態から動き出す様子を示す図である。 第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１によってプローブが膠着状態から動き出す様子を示す図である。 第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１の適用例を示す図である。 回転行列Ｒによって第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める手順を説明するための図である。 第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１の適用例を示す図である。 回転行列Ｒによって第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める手順を説明するための図である。 ワークのコーナー部分でプローブが膠着状態になる例を説明するための図である。 ワークのコーナー部分でプローブが膠着状態になる例を説明するための図である。 第２実施形態の駆動制御方法を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態の駆動制御方法を説明するためのフローチャートである。 プローブの移動の様子を例示する図である。 プローブがワーク表面から離れてしまった状態と従来の復帰方法を例示する図である。 第３実施形態の第１パターンを例示する図である。 第３実施形態の第２パターンを例示する図である。 第３実施形態の第３パターンを例示する図である。 アクティブ手動倣い測定で任意の経路をプローブで倣い測定する様子を例示する図である。 従来技術において、アクティブ手動倣い測定の速度合成ベクトルＶｗを例示する図である。 進行ベクトルＶＦを回転させた倣い方向ベクトルＶＦｒｅｖ３を用いたアクティブ手動倣い測定を例示する図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の形状測定装置の制御方法に係る第１実施形態を説明する。
具体的に第１実施形態を説明する前に、図２、図３を参照して、解決したい課題を説明する。
図２は、ワークの測定対象面をプローブで倣い測定している様子である。例えば、ワークの設計データでは測定対象面が平面であるとする。設計データに基づいて生成される倣い経路は、ワークの設計データから所定量オフセットしたところにある。この例では、測定対象面から所定量（測定子半径ｒ―規準押込み量Ｅ０）オフセットしたところに直線状の倣い経路が設定されている。

ところで、実際に出来上がったワークあるいは制作中のワークには加工誤差があり、加工誤差が図２のようにやや大きな段差として生じることもある。図２では、上り段差を例示している。従来の制御方法でプローブの倣い移動を制御すると次のようにＰ１→Ｐ２→Ｐ３と移動して、Ｐ３（図３）で膠着状態になって停止することになる。

Ｐ１→Ｐ２（図２）は、（式１）の合成ベクトルＶにより、押込み修正ベクトルＶｅで押込み量を調整しながら経路速度ベクトルＶｆの方向にプローブの移動が行われる。

Ｐ２は、プローブが上り段差の上り面（ｕｐｗａｒｄ ｃｌｉｆｆ）に達したところである。
いま、経路速度ベクトルＶｆの方向にプローブを移動させようとすると、プローブが上り面に押し込まれることになる。押込み量が所定の基準押込み量を超えると、プローブを上り面から引き戻す方向に押込み修正ベクトルＶｅが発生することになる（図２中のＰ２を参照）。つまり、押込み修正ベクトルＶｅが経路速度ベクトルＶｆと反対向きに生じることになる。

図２の例では、上り段差の下面が倣い経路に対して下側にある（つまり、ワークが削り過ぎになっている）ので、軌道修正ベクトルＶｃによりプローブが倣い経路上にくるところまでは僅かに上り面を上る（図２中のＰ２を参照）。
しかし、図３のＰ３に例示のように、プローブが倣い経路上にきたところで上りが停まってしまう。この状態で、押込み修正ベクトルＶｅと経路速度ベクトルＶｆとが反対向きで釣り合ってしまって、膠着状態となり、停止してしまうことになる。

図４のように、上り段差の下面が倣い経路に対して上側にある（つまり、ワークがまだ大き過ぎる）場合にも、押込み修正ベクトルＶｅと経路速度ベクトルＶｆと反対向きで釣り合った膠着状態となってしまって停止するのは明らかである。図５のように、下り段差の下り面でも同様に、押込み修正ベクトルＶｅと経路速度ベクトルＶｆとが反対向きで釣り合ってしまって、膠着状態となってしまって停止する。

このように、倣い経路に対してほぼ垂直に近いような上り面または下り面があると、そこでプローブが膠着状態になって停止してしまい、倣い測定が停止してしまうことになる。同じ経路で何度繰り返しても、同じところでプローブは停止することになるだろう。

以下、上記課題を解決する第１実施形態を説明する。

形状測定システム１００の基本的な構成を簡単に説明しておく。
図６は、形状測定システム１００の全体構成を示す図である。
形状測定システム１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００の駆動を制御するモーションコントローラ３００と、モーションコントローラ３００を制御すると共に必要なデータ処理を実行するホストコンピュータ５００と、を備える。

三次元測定機２００は、定盤２１０と、移動機構２２０と、プローブ２３０と、を備える。

移動機構２２０は、定盤２１０上をＹ方向にスライド可能に設けられた門型のＹスライダ２２１と、Ｙスライダ２２１のＸ方向のビームに沿ってスライドするＸスライダ２２２と、Ｘスライダ２２２に固定されたＺ軸コラム２２３と、Ｚ軸コラム２２３内をＺ方向に昇降するＺスピンドル２２４と、を備える。

Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４には、それぞれ駆動モータ（不図示）とエンコーダ（不図示）とが付設されている。
モーションコントローラ３００からの駆動制御信号によって各駆動モータが駆動制御される。エンコーダは、Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４それぞれの移動量を検出し、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。Ｚスピンドル２２４の下端にプローブ２３０が取り付けられている。

プローブ２３０は、測定子２３２を先端側（−Ｚ軸方向側）に有するスタイラス２３１と、スタイラス２３１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を支持する支持部２３３と、を備える。測定子２３２は、球状であって、測定対象物Ｗに接触する。

支持部２３３は、スタイラス２３１に外力が加わった場合、すなわち測定子２３２が測定対象物Ｗに当接した場合にはスタイラス２３１が一定の範囲内でＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動可能となるようにスタイラス２３１を支持している。
さらに、支持部２３３は、スタイラス２３１の各軸方向の位置をそれぞれ検出するためのプローブセンサー（不図示）を備える。プローブセンサは検出値をモーションコントローラ３００に出力する。

（ホストコンピュータ５００の構成）
図７は、ホストコンピュータ５００およびモーションコントローラ３００の機能ブロック図である。
ホストコンピュータ５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１１やメモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ３００を介して三次元測定機２００を制御する。ホストコンピュータ５００には、必要に応じて、出力装置（ディスプレイやプリンタ）および入力装置（キーボードやマウス）が接続されている。

ホストコンピュータ５００は、さらに、記憶部５２０と、形状解析部５３０と、を備える。記憶部５２０は、測定対象物（ワーク）Ｗの形状に関する設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）、測定で得られた測定データ、および、測定動作全体を制御する測定制御プログラムを格納する。

形状解析部５３０は、モーションコントローラ３００から出力された測定データに基づいて測定対象物の表面形状データを算出し、算出した測定対象物の表面形状の誤差や歪み等を求める形状解析を行う。また、形状解析部５３０は、設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）を利用して「設計値倣い経路」を算出する演算処理も担うのである。

ＣＰＵ５１１で測定制御プログラムを実行することにより本実施形態の測定動作が実現される。

（モーションコントローラ３００の構成）
モーションコントローラ３００は、経路データ取得部３１０と、カウンタ部３２０と、移動指令生成部３３０と、駆動制御部３４０と、を備える。

経路データ取得部３１０は、ホストコンピュータ５００からＰＣＣ曲線データを取得する。
カウンタ部３２０は、エンコーダから出力される検出信号をカウントして各スライダの変位量を計測するとともに、各プローブ２３０センサから出力される検出信号をカウントしてプローブ２３０（スタイラス２３１）の変位量を計測する。計測されたスライダおよびプローブ２３０の変位から測定子２３２の座標位置ＰＰ（以下、プローブ位置ＰＰ）が得られる。また、カウンタ部３２０にて計測されたスタイラス２３１の変位（プローブセンサの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））から、測定子２３２の押込み量（ベクトルＥｐの絶対値）が得られる。

移動指令生成部３３０は、プローブ２３０（測定子２３２）の移動経路を算出し、さらに、その移動経路に沿った速度ベクトルを算出する。
移動指令生成部３３０は、各測定方式（測定モード）に応じた経路を算出する機能部をそれぞれ具備している。
具体的には、パッシブ設計値倣い測定、アクティブ設計値倣い測定、自律倣い測定、ポイント測定、の４つがある。
本実施形態に関係するのは、アクティブ設計値倣い測定である。

駆動制御部３４０は、移動指令生成部３３０にて算出された移動ベクトルに基づいて、各スライダを駆動制御する。

なお、モーションコントローラ３００には、手動コントローラ４００が接続されている。手動コントローラ４００は、ジョイスティック４１０および各種ボタンを有し、ユーザからの手動入力操作を受け付け、ユーザの操作指令をモーションコントローラ３００に送る。この場合、モーションコントローラ３００（駆動制御部３４０）は、ユーザの操作指令に応じて各スライダを駆動制御する。

（駆動制御方法）
図８から図１１のフローチャートを参照しながら本実施形態の駆動制御方法を説明する。
図８は、アクティブ設計値倣い測定の全体制御フローチャートである。
図８のフローチャートにおいて新規なステップは、ＳＴ１３０とＳＴ２００とであり、その他のステップ（ＳＴ１００、ＳＴ１１０、ＳＴ１２０、ＳＴ１４０）は既存の技術（特開２０１３−２３８５７３、特開２０１７−６２１９４）と基本的に同じである。

まず、ホストコンピュータ５００にてＰＣＣ曲線が生成され、生成されたＰＣＣ曲線はモーションコントローラ３００に送られる（ＳＴ１００）。そして、モーションコントローラ３００は、このＰＣＣ曲線に沿った経路でワーク表面をアクティブ設計値倣い測定するための移動指令である速度合成ベクトルＶを生成していく（ＳＴ１１０）。

速度合成ベクトルＶの生成は、既存の技術（特開２０１３−２３８５７３、特開２０１７−６２１９４）と基本的に同じである。
速度合成ベクトルＶは、経路速度ベクトルＶｆと、押込み修正ベクトルＶｅと、軌道修正ベクトルＶｃと、を合成したものである。

経路速度ベクトルＶｆは次のようにして算出される。
経路（ＰＣＣ曲線）上に補間点ｉと次の補間点（ｉ＋１）があるとして、経路速度ベクトルＶｆの向きは、点ｉから点（ｉ＋１）に向かう方向として与えられる。また、経路速度ベクトルＶｆの大きさは、例えば点ｉにおけるＰＣＣ曲線の曲率に応じて設定される（特許文献：特開２０１４−２１００４）

押込み修正ベクトルＶｅは次の式で表される。

Ｖｅ＝Ｋ（｜Ｅｐ｜−Ｅ_０）ｅ_ｕ

ベクトルＥｐはプローブ出力から得られるプローブ変位ベクトルである。
Ｅｐ＝（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）
プローブ変位ベクトルＥｐの方向は、プローブ２３０（測定子２３２）が実際にワーク表面から押されている方向である。プローブ変位ベクトルＥｐは必然的にワーク表面の法線方向を向いていることになる。後ほど脱出ベクトルＶｆｒｅｖの生成においてプローブ変位ベクトルＥｐを使用することになる。プローブの押込み量｜Ｅｐ｜は、次のようになる。

｜Ｅｐ｜＝√（ｘ_ｐ ^２＋ｙ_ｐ ^２＋ｚ_ｐ ^２）

ベクトルｅｕは、プローブ出力から得られるプローブ変位方向の単位ベクトルである。

ｅ_ｕ＝Ｅｐ／｜Ｅｐ｜

したがって、押込み量｜Ｅｐ｜を基準押込み量Ｅ_０に保つための押込み修正ベクトルＶｅは上式で表される。なおＫは、任意の係数である。

軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行である。Ｇｆ、Ｇｅ、Ｇｃはそれぞれ倣い駆動ゲイン、押込み修正ゲイン、軌道修正ゲインである。

このようにして速度合成ベクトルＶが得られる。
Ｖ＝Ｇｆ×Ｖｆ＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ

速度合成ベクトルＶを生成し（ＳＴ１１０）、所定制御サイクルごとに駆動制御を行う（ＳＴ１２０）。プローブ２３０の移動が停止しなければ駆動制御が継続され（ＳＴ１１０、ＳＴ１２０、ＳＴ１４０）、例えば図１２のＰ１→Ｐ２→Ｐ３と進行したとする。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３では、実際のワーク表面が設計データよりも削り過ぎになっているとしても、ワーク表面と設計値倣い経路とはほぼ平行であるから、押込み修正ベクトルＶｅで押込み量の調整を受けつつも、プローブ２３０は設計値倣い経路に沿って移動する。

所定のサンプリングピッチでＹスライダ２２１、Ｘスライダ２２２、Ｚスピンドル２２４、および、プローブ２３０の変位が取得され、ワーク表面の計測データ（測定値）として記録されていく。
計測データ（測定値）は記憶部５２０に記録される。
このとき、計測データ（測定値）だけでなく、プローブ２３０の駆動制御に使用した制御データも合わせて記録しておく。
例えば、プローブ変位ベクトルＥｐ、経路速度ベクトルＶｆ、押込み修正ベクトルＶｅ、軌道修正ベクトルＶｃ、ゲイン（Ｇｆ、Ｇｅ、Ｇｃ）の値、を記録しておく。

ここで、プローブ２３０が設計値倣い経路に沿ってワーク表面を正常に倣い走査するとき、プローブ変位ベクトルＥｐと経路速度ベクトルＶｆとの関係に着目すると、両者はほぼ直交の関係にある。

さて、プローブ２３０の駆動制御中にプローブ２３０が膠着状態に入っていないか確認する（図８のＳＴ１３０）。プローブ２３０が膠着状態にあるか否かは、経路速度ベクトルＶｆと押込み修正ベクトルＶｅとが釣り合ってしまっているか否かで判断する。すなわち、経路速度ベクトルＶｆと押込み修正ベクトルＶｅとが、互いにほぼ逆向きであってかつ大きさがほぼ同じになっているとき、プローブ２３０が膠着状態に入ったと判断する（ＳＴ１３０：ＹＥＳ）。

例えば、図１３において、プローブ２３０がさらに進行して点Ｐ４のとき、プローブ２３０が上り段差に当たる。
速度合成ベクトルＶに含まれる経路速度ベクトルＶｆの成分により、プローブ２３０は経路速度ベクトルＶｆの方向に移動するので、プローブ２３０が上り面に押し込まれることになる。押込み量｜Ｅｐ｜が所定の基準押込み量Ｅ０を超えると、プローブ２３０を上り面から引き戻す方向に押込み修正ベクトルＶｅが発生することになる（図１４中のＰ５）。つまり、押込み修正ベクトルＶｅが経路速度ベクトルＶｆと反対向きに生じ、大きさが同じになって釣り合ってしまうことになる。

このように膠着状態に入った場合（図８のＳＴ１３０：ＹＥＳ）、一時的に膠着脱出モード（ＳＴ２００）にモードチェンジする。
図９、図１０、図１１は、膠着脱出モード（図８のＳＴ２００）での制御動作を説明するためのフローチャートである。膠着脱出モード（ＳＴ２００）においては、正常時の速度合成ベクトルＶに代えて、第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１を生成する（図９のＳＴ２１０）。この第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１により、膠着状態を抜け出すまで駆動制御を行う（図９のＳＴ２２０、ＳＴ２３０）。

それでは、第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１の生成工程（図９のＳＴ２１０）を図１０、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１の生成にあたって、まず、膠着状態に陥っている現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃを取得する（図１０のＳＴ２１１）。膠着状態に陥っている現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃというのは、図１４の例でいうと、現在のプローブの変位Ｅｐ５（ｘｐ５、ｙｐ５、ｚｐ５）である。

次に、記憶部５２０に格納されているデータのなかから、膠着状態に陥る直前のプローブ変位ベクトルＥｐを所定数呼び出してくる（図１０のＳＴ２１２）。
図１４の点Ｐ５で膠着状態に陥っているとして、例えば、この直前の点Ｐ４、点Ｐ３、点Ｐ２、点Ｐ１でのプローブ変位ベクトルＥｐ４、Ｅｐ３、Ｅｐ２、Ｅｐ１を呼び出してくる。そして、呼び出してきたプローブ変位ベクトルＥｐ４、Ｅｐ３、Ｅｐ２、Ｅｐ１の平均を求める（図１０のＳＴ２１３）。

Ｅｐ４＝（ｘｐ４、ｙｐ４、ｚｐ４）、
Ｅｐ３＝（ｘｐ３、ｙｐ３、ｚｐ３）、
Ｅｐ２＝（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）、
Ｅｐ１＝（ｘｐ１、ｙｐ１、ｚｐ１）
と表わすと、これらの平均となるベクトルＥｐａｖｅは、
ｘｐａｖｅ＝Σｘｐｉ／４
ｙｐａｖｅ＝Σｙｐｉ／４
ｚｐａｖｅ＝Σｚｐｉ／４
（ｉ＝１〜４）
である。

図１３の例では、点Ｐ５の１つ前の点Ｐ４はあるものの、その他の点（点Ｐ１〜点Ｐ３）を考慮すると、上り段差の下面にほぼ垂直な方向をもつ平均ベクトルＥｐａｖｅが得られるであろう。

さて、このようにして求めた平均ベクトルＥｐａｖｅと現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃとを用いて、第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を次のようにして算出する（図１０のＳＴ３００）
図１１のフローチャートを参照されたい。第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１の生成にあたっては、まず、次の式で定義される回転行列（変換行列）Ｒを求める（ＳＴ３１０）。

Ｅｐｃ＝ｋ・Ｒ・Ｅｐａｖｅ
ベクトルＥｐｃ：現在のプローブ変位ベクトル
ベクトルＥｐａｖｅ：直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均
（ｋは、大きさを調整するための適当な係数）

つまり、回転行列（変換行列）Ｒとは、平均ベクトルＥｐａｖｅを回転させて現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃに重ねるような行列のことである（図１５（Ａ））。図１５（Ａ）の例では、回転行列Ｒは、左回りに９０°回転させる回転行列である。

回転行列Ｒが得られたら、回転行列Ｒを用いて次の式により第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める（図１１のＳＴ３２０）（図１５（Ｂ））。

Ｖｆｒｅｖ１＝Ｒ・Ｖｆ

つまり、経路速度ベクトルＶｆをこの回転行列Ｒで回転させて得られるベクトルが第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１である。

図１５（Ｃ）は、プローブ２３０が正常にワーク表面を倣い走査しているときの平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅと経路速度ベクトルＶｆとの関係である。いま、回転行列Ｒは、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅが現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃに重なるように回転させる回転行列であった。つまり、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅと経路速度ベクトルＶｆとの相対関係を保ったまま、図１５（Ｃ）を回転行列Ｒで回転させると、経路速度ベクトルＶｆが第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１に変換される。

このようにして第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１が得られたので（図１１のＳＴ３２０）、図１０のフローチャートに戻って、第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１を生成する。第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１は、通常の速度合成ベクトルＶの経路速度ベクトルＶｆを第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１に置き換えたものである。

Ｖｅｓｃ１＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ１＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ

第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１が得られたので、図９のフローチャートに戻って、第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１でプローブ２３０を駆動制御すると、図１６の点Ｐ５に例示するように、プローブ２３０は上り段差を登る方向に移動を開始する。
膠着状態を脱出できるまで図９のＳＴ２１０からＳＴ２３０を繰り返し、図１７に例示のように、プローブ２３０が上り段差を少し登って、押込み修正ベクトルＶｅと経路速度ベクトルＶｆとの釣り合いが解消されるところまでくると（例えば図１７中の点Ｐ６）、膠着状態を脱出して膠着脱出モードは終了ということになる（図９）。この後は図８のアクティブ設計値倣い測定のフローチャートに戻って測定が継続される。

一点補足しておく。
図１０のフローチャートのＳＴ２１２とＳＴ２１３とにおいて、直前のプローブ変位ベクトルＥｐを所定数呼び出して、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを求めるとした。
この際、できれば、膠着状態に入ったと認識した点（図１４の点Ｐ５）から遡って数点（例えば図１３の点Ｐ４）は除外したうえで、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを求めるのが望ましい。平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを求めるのに直前のプローブ変位ベクトルＥｐをいくつ使うか（例えば１０点とか２０点とか）、膠着状態に入ったと認識した点（図１４の点Ｐ５）からいくつ遡って除外するか（例えば３点とか５点とか）は、適宜設定すればよい。または、プローブ２３０の移動方向が経路速度ベクトルＶｆの方向から所定角度（例えば６０°とか７０°とか）以上逸れ始めたらそれらのデータにフラグを付けておいて、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを求める際には、前記フラグが付いたデータは除外するようにしてもよいだろう。

（適用例１）
上記実施形態の説明では、経路速度ベクトルＶｆの方向にほぼ垂直な上り段差で膠着状態に入った場合を説明した。
膠着状態に入る場面は他にも種々有り得るが、上記実施形態の説明に従って同じように第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１を生成することで膠着状態を脱出することでできる。
例えば、図１８の点Ｐ７のように、ネズミ返しのように手前側に倒れてくるような上り段差であっても、第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１は有効に適用できる。

図１９（Ａ）は、図１８中の点Ｐ７におけるプローブ２３０の状態を抜き出した図である。
いま、経路速度ベクトルＶｆと押込み修正ベクトルＶｅとが反対向きに生じて釣り合ってしまっている。
膠着状態というのは、経路速度ベクトルＶｆと、押込み修正ベクトルＶｅのうちの経路速度ベクトルＶｆに平行な成分と、が互いに逆向きで大きさが等しくなり、経路方向に進まなくなった状態である。

さて、第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求めてみる。
図１９（Ｂ）に模式的に示すように、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを現在のプローブ変位ベクトルＥｐ７に重ねるように回転させる回転行列Ｒを求める。そして、図１９（Ｃ）に模式的に示すように、経路速度ベクトルＶｆを前記回転行列Ｒで回転させて、第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める。このようにして求められる第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１の方向は、ネズミ返しのように手前側に倒れてくるような上り段差の斜面に沿った方向を持っている。この第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を含む第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１により、図１８の上り段差を乗り越えられる。

（適用例２）
次に、下り段差においてプローブ２３０が膠着状態に陥った場面を考える。
例えば図２０のように、左から進んできたプローブ２３０が下り段差で膠着状態に入ったとする（図２０の点Ｐ８）。
さて、第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求めてみる。
図２１（Ａ）に模式的に示すように、平均プローブ変位ベクトルＥｐａｖｅを現在のプローブ変位ベクトルＥｐ８に重ねるように回転させる回転行列Ｒを求める。そして、図２１（Ｂ）に模式的に示すように、経路速度ベクトルＶｆを前記回転行列Ｒで回転させて、第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を求める。このようにして求められる第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１の方向は、下り段差の下り面に沿った方向を持っている。この第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を含む第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１により、図２０の下り段差を下って膠着状態を抜け出せる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態では、第１実施形態の第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１では抜け出せない膠着状態の例と、それを抜け出すための第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２と、を説明する。
例えば図２２に例示のように、ワークのコーナー部分で設計値と実際のワークとに差があるとプローブ２３０が膠着状態に陥る。
図２２において、プローブ２３０がワークのコーナーにきた点Ｐ３を考えてみる。
点Ｐ３において、設計値倣い経路に従うとプローブ２３０は平坦面の末端から鉛直下向きに下るはずであるが、実際のワークでは加工誤差等に起因して平坦面が設計値よりも少し長くなっているとする。
このとき、点Ｐ３において、経路速度ベクトルＶｆは設計値に基づく設計値倣い経路通りに下向きに発生する。しかし、この経路速度ベクトルＶｆは、ワークの表面にプローブ２３０を押し付ける向きになっている。すると、押込み修正ベクトルＶｅがこの経路速度ベクトルＶｆと反対向きに発生し、両者の力がつりってプローブ２３０は膠着状態になってしまう。

図２３にもう一例挙げる。
例えば図２３において、プローブ２３０がワークのコーナーにきた点Ｐ２を考えてみる。
点Ｐ２において、設計値倣い経路としては平坦面をもう少し進み、そのあと鉛直上向きに登るはずであるが、実際のワークでは加工誤差等に起因して平坦面が設計値よりも長くなっているとする。このとき、点Ｐ２において、経路速度ベクトルＶｆは設計値に基づく設計値倣い経路通りに上向きに発生することになる。点Ｐ２においてプローブ２３０はこの平坦面とのみ接触している。この経路速度ベクトルＶｆがプローブを平坦面から離間させる方向に発生すると、減少し過ぎた押込み量｜Ｅｐ｜を適正値まで増加させようとして、押込み修正ベクトルＶｅがこの経路速度ベクトルＶｆと反対向きに発生し、両者の力がつりってプローブ２３０は膠着状態になってしまう。

第１実施形態では、経路速度ベクトルＶｆを回転させて生成した第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１を利用して膠着状態を脱出した。しかし、図２２、図２３の例のような膠着状態は第１実施形態の方法では脱出できない。（図２２でも図２３でも膠着状態に入る直前と膠着状態に入ったときとでプローブ変位ベクトルＥｐの向きが変わらず、回転操作が上手くできないためである。）

図２４、図２５のフローチャートを参照しながら第２実施形態の駆動制御方法を説明する。
図２４は、第１実施形態の図９に対応するフローチャートである。膠着状態に陥った場合には（図８のＳＴ１３０：ＹＥＳ）、膠着状態脱出モード（図８のＳＴ２００）に移行する。そして、図２４のフローチャートに示すように、まず第１実施形態で説明した第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１（ＳＴ２１０）で膠着状態の脱出を試してみる。それでも膠着状態を脱出できない場合には（図２４のＳＴ２３０：ＮＯ）、第２実施形態の第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２を利用する（図２４のＳＴ２４０）。

図２５は、第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２の生成工程を示すフローチャートである。
いま、図２６の点Ｐ２で膠着状態に陥っている。この膠着を抜け出すため、図２５の工程により第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２を生成する。まず、ＳＴ２４１において、記憶部５２０に格納されているデータのなかから、膠着状態に陥る直前の経路速度ベクトルＶｆを所定数呼び出してくる（図２５のＳＴ２４１）。そして、呼び出した経路速度ベクトルＶｆの平均値Ｖｆａｖｅを求める（図２５のＳＴ２４２）。

このように求めた直前の経路速度ベクトルＶｆの平均値Ｖｆａｖｅをそのまま第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２とする。この第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を経路速度ベクトルＶｆの代わりに用いて、第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２を生成する。

Ｖｅｓｃ２＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ２＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ

この第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２で駆動制御を行う（図２４のＳＴ２２０）。すると、図２６に例示するように、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２により平坦面に沿った方向の速度が得られ、プローブ２３０は点Ｐ２から移動して実際のワークの末端まで移動する（図２６の点Ｐ３）。このようにして膠着状態を脱出することができた。

第１実施形態に加えて第２実施形態を実施することにより、設計値と実際のワークとの差に起因するほぼすべての膠着状態を脱出できる。これにより、加工誤差が大きく残っているようなワークであってもプローブの移動を滑らかに継続できるようになる。エラーなどで測定が中断されなくなり、測定効率が飛躍的に向上することが期待できる。

（変形例１）
上記第２実施形態では、直前の経路速度ベクトルＶｆの平均値Ｖｆａｖｅをそのまま第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２として採用した。
変形例として、直前の経路速度ベクトルＶｆの平均値Ｖｆａｖｅを用いつつ、さらに、次のようにしてもよい。
二つの方法があるので、第１パターンと第２パターンとに分けて説明する。

現在の経路速度ベクトルＶｆを回転させて、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を求めるパターンを第１パターンとする。
すなわち、図２４のＳＴ２３０の膠着を脱出できないとして（ＳＴ２３０：ＮＯ）、このときの経路速度ベクトルＶｆを回転操作して、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を求める。
（１）図２４のＳＴ２３０の膠着状態時において、現在の経路速度ベクトルＶｆと現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃとが反対向きのとき：
第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２＝ベクトルＡ×経路速度ベクトルＶｆ
（２）図２４のＳＴ２３０の膠着状態時において、現在の経路速度ベクトルＶｆと現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃとが同じ向きのとき：
第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２＝−ベクトルＡ×経路速度ベクトルＶｆ

ただし、上記のベクトルＡは次のように定義される。
すなわち、ベクトルＡはＶｆａｖｅの単位ベクトルとＥｐａｖｅの単位ベクトルとの外積である。

現在のプローブ変位ベクトルＥｐｃを回転させて、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を求めるパターンを第２パターンとする。
すなわち、図２４のＳＴ２３０の膠着を脱出できないとして（ＳＴ２３０：ＮＯ）、このときのプローブ変位ベクトルＥｐｃを回転操作して、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を求める。
第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２＝｜経路速度ベクトルＶｆ｜（ベクトルＢ×プローブ変位ベクトルＥｐｃ）

｜経路速度ベクトルＶｆ｜は、経路速度ベクトルＶｆの大きさを表わす。
また、上記のベクトルＢは次のように定義される。
すなわち、ベクトルＢはＥｐａｖｅの単位ベクトルとＶｆａｖｅの単位ベクトルとの外積である。

上記のようにして求められた第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２は、膠着状態のときの経路速度ベクトルＶｆやプローブ変位ベクトルＥｐｃの向きに基づくものであるから、現在の膠着状態を脱出するのにより適した第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２を与えると期待できる。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態で説明するのは、プローブ２３０がワーク表面から離れてしまった場合のリカバリー動作である。
背景技術でも説明のように、経路速度ベクトルＶｆの大きさは、例えば補間点（ｉ）における設計値倣い経路の曲率に基づいて決定される（例えば特許文献３）。
しかしながら、加工誤差等に起因して設計値よりも実際のワークの曲率の方がきついという場合がある。
経路速度ベクトルＶｆが大き過ぎると、押込み修正も間に合わず、例えば図２７の点Ｐ２のように、プローブ２３０がワーク表面から離れてしまうことがある。プローブ２３０がワーク表面から離れてしまうと、プローブ変位ベクトルＥｐがゼロになってしまうので形状測定装置としてはワークの表面がどこにあるか分からない状態になる。そこで、従来は、プローブ２３０がワーク表面から離れた場合（図２７の点Ｐ２）、まずエラーとして一時停止し、エラー復帰動作として、エラーが生じる直前の位置（図２７のＰ１）まで戻る復帰指令ベクトルＶｂでプローブ２３０を戻すようにしていた。（復帰指令ベクトルＶｂは点Ｐ２から点Ｐ１に向かうベクトルとして与えられる。）しかし、これでは測定が中断されてしまって、測定効率が落ちる。

そこで、第３実施形態では、プローブ２３０がワーク表面から離れた場合でも倣い測定を継続する方法を提案する。
第３実施形態の動作例として３パターンある（図２８、図２９、図３０）。
（第１パターン）
図２８の例を説明する。
図２８の点Ｐ２のようにプローブ２３０がワーク表面から離脱した場合、直前のプローブ変位ベクトルＥｐを所定数呼び出して、平均値Ｅｐａｖｅを求める。
この工程は第１実施形態の図１０のＳＴ２１２、ＳＴ２１３を参照されたい。
ワーク表面は、プローブ変位ベクトルＥｐとは反対側にあると考えてよいので、点Ｐ２において、平均値Ｅｐａｖｅの逆向きのベクトルを仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍとする。そして、速度合成ベクトルＶを、仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍと、経路速度ベクトルＶｆと、軌道修正ベクトルＶｃと、の合成で生成する。すると、プローブ２３０は仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍによりワーク表面に接触する方向に動きだす。さらにいうと、合成ベクトルＶは、経路速度ベクトルＶｆおよび軌道修正ベクトルＶｃの成分も含んでいるので、プローブ２３０は、設計値倣い経路に沿いながら、仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍによりワーク表面に接触する方向に動く。このようにプローブ２３０がワーク表面から離れてしまった場合でも、仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍを利用することでプローブの移動を継続し、倣い測定をスムースに継続することができる。

（第２パターン）
図２８の例でもプローブ２３０はワーク表面に達するのであるが、プローブ２３０とワーク表面とが離れている時間（距離）がやや長くなるという問題はある。そこで、図２９の例では、前記復帰指令ベクトルＶｂと前記仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍとを利用する。
点Ｐ２において、経路速度ベクトルＶｆの代わりに復帰指令ベクトルＶｂを使用し、さらに、前記仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍを使用する。
速度合成ベクトルＶ＝復帰指令ベクトルＶｂ＋仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍ＋軌道修正ベクトルＶｃ
（さらに、復帰指令ベクトルＶｂ、仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍおよび軌道修正ベクトルＶｃは適宜係数を掛けるとよい。）
これにより、プローブ２３０がなるべく早くワーク表面に接触するように復帰する。

（第３パターン）
図２９の例はプローブ２３０がなるべく早くワーク表面に接触するように復帰するという利点がある一方、プローブ２３０が進行方向とは逆向きに動いてしまうという問題がある。
図３０の例では、点Ｐ２において仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍを求め、この仮想押込み修正ベクトルＶｅｔｅｍだけを用いてプローブ２３０をワーク表面に接触させることとする。
この第３パターン（図３０）によれば、図２８の第１パターンよりもプローブ２３０とワークとが離れてしまう距離が短くなるという利点がある。

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態を説明する。
第４実施形態は、設計値倣い測定ではなく、ジョイスティック４１０を用いた手動操作でプローブ２３０の進行を指示するアクティブ手動倣い測定に関する。
アクティブ手動倣い測定では、ジョイスティック等の手動操作部材で任意の方向および任意の速さを入力指示できる（例えば図３１参照）。形状測定装置は、手動コントローラ４００（ジョイスティック４１０）で入力された方向および速さでプローブ２３０を移動させる。ジョイスティック４１０で入力される方向および速さの指令ベクトルを進行ベクトルＶ_Ｆと称することにする。ここで、オペレータがプローブ２３０を所定押込み量で接触させながらプローブ２３０をワーク表面に沿って移動させることは難しい。そこで、押込み量に関しては、押込み修正ベクトルＶｅを自動生成させる（特開２００５−９９１７）。これにより、オペレータが望む方向に望む速さでプローブ２３０が移動しながらも押込み量｜Ｅｐ｜が基準押込み量Ｅ０に維持された状態で倣い測定ができる。

ここで、従来は図３２に例示のように、ジョイスティック４１０で入力される方向および速さの進行ベクトルＶ_Ｆと、モーションコントローラ３００が生成する押込み修正ベクトルＶｅと、を合成した速度合成ベクトルＶｗを生成していた。
しかしながら、図３２の例のように、ワーク表面が上り坂の場合、進行ベクトルＶ_Ｆに対して押込み修正ベクトルＶｅが反対向きの成分をもつことがある。すると、オペレータが意図するよりもプローブ２３０の進行速度が遅くなってしまい、やや操作感がよくないという問題がある。

そこで、第４実施形態としては、図３３のように進行ベクトルＶ_Ｆを回転させた倣い方向ベクトルＶ_Ｆｒｅｖ３を用いることを提案する。
倣い方向ベクトルＶ_Ｆｒｅｖ３は、プローブ変位ベクトルＥｐと進行ベクトルＶ_Ｆとが含まれる面内において、プローブ変位ベクトルＥｐと直角になるように進行ベクトルＶ_Ｆを回転させたものである。ワーク表面とプローブ変位ベクトルＥｐとは直角の関係にあるはずなので、倣い方向ベクトルＶ_Ｆｒｅｖ３はワーク表面に沿った方向のベクトルになるはずである。その上で、倣い方向ベクトルＶ_Ｆｒｅｖ３と押込み修正ベクトルＶｅとを合成した速度合成ベクトルＶを求める。
Ｖ＝Ｇｆ・Ｖ_Ｆｒｅｖ３＋Ｇｅ・Ｖｅ
このようにして生成した速度合成ベクトルＶであれば、プローブ押込み量｜Ｅｐ｜を適切に自動修正するアクティブ手動倣い測定において、オペレータの意図した通りの速度で滑らかな倣い測定を実現できる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００…形状測定システム、２００…三次元測定機、２１０…定盤、２２０…移動機構、２２１…Ｙスライダ、２２２…Ｘスライダ、２２３…Ｚ軸コラム、２２４…Ｚスピンドル、２３０…プローブ、２３１…スタイラス、２３２…測定子、２３３…支持部、３００…モーションコントローラ、３１０…経路データ取得部、３２０…カウンタ部、３３０…移動指令生成部、３４０…駆動制御部、４００…手動コントローラ、４１０…ジョイスティック、５００…ホストコンピュータ、５２０…記憶部、５３０…形状解析部、
Ｅ０…基準押込み量、
Ｅｐ…プローブ変位ベクトル、
Ｅｐａｖｅ…直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均、
Ｅｐｃ…（膠着状態にある）現在のプローブ変位ベクトル、
Ｒ…回転行列、
ｒ…測定子半径、
Ｖ…速度合成ベクトル、
Ｖｂ…復帰指令ベクトル、
Ｖｃ…軌道修正ベクトル、
Ｖｅ…押込み修正ベクトル、
Ｖｅｓｃ１…第１脱出用速度合成ベクトル、
Ｖｅｓｃ２…第２脱出用速度合成ベクトル、
Ｖｅｔｅｍ…仮想押込み修正ベクトル、
Ｖｆ…経路速度ベクトル、
ＶＦ…進行ベクトル、
Ｖｆａｖｅ…直前の経路速度ベクトルＶｆの平均値、
Ｖｆｒｅｖ１…第１脱出ベクトル、
Ｖｆｒｅｖ２…第２脱出ベクトル、
ＶＦｒｅｖ３…倣い方向ベクトル、
Ｖｗ…速度合成ベクトル。

Claims (2)

1. 先端に測定子を有するプローブと、
   前記プローブを移動させる移動機構と、を備え、
   前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
   前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる設計値倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記設計値倣い経路に沿って移動させるにあたって、
   前記プローブを前記設計値倣い経路に沿って移動させる経路速度ベクトルＶｆの指令と前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つ押込み修正ベクトルＶｅの指令とが釣り合ってしまって前記プローブが移動しなくなる膠着状態に入った場合、この膠着状態を抜け出すための膠着脱出モードにモードを切り替え、
   前記膠着脱出モードにおけるプローブの移動指令を次の式で表わされる第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１に従って生成する
   ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
   第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ１＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ
   ここで、
   押込み修正ベクトルＶｅは、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つためのベクトルである。
   軌道修正ベクトルＶｃは、プローブ位置から設計値倣い経路に下ろした垂線に平行なベクトルである。
   第１脱出ベクトルＶｆｒｅｖ１は、次の式で表わされる。
   Ｖｆｒｅｖ１＝ｋ・Ｒ・Ｖｆ
   経路速度ベクトルＶｆは、設計値倣い経路上の補間点（ｉ）から次の補間点（ｉ＋１）に向かう方向に平行なベクトルである。
   Ｒは、Ｅｐｃ＝ｋ・Ｒ・Ｅｐａｖｅ、で定義される回転行列である。
   ベクトルＥｐｃは現在のプローブ変位ベクトルである。
   ベクトルＥｐａｖｅは膠着状態に入る直前の数点のプローブ変位ベクトルＥｐの平均である。
   ｋは、大きさを調整するための適当な係数である。
   Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。
2. 請求項１に記載の形状測定装置の制御方法において、
   前記第１脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ１で膠着状態を脱出しない場合には、
   プローブの移動指令を次の式で表わされる第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２に従って生成する
   ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
   第２脱出用速度合成ベクトルＶｅｓｃ２＝Ｇｆ×Ｖｆｒｅｖ２＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ
   ここで、第２脱出ベクトルＶｆｒｅｖ２は、膠着状態に入る直前の数点の経路速度ベクトルＶｆの平均であるＶｆａｖｅに基づいて求められるベクトルである。

Images