JP2022129886A - 形状測定機及び形状測定機のアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブの検出方向と移動方向とを調整して変位の測定精度を向上させることが可能な形状測定機及び形状測定機のアライメント方法を提供する。【解決手段】形状測定機（１０－１、１０－２）は、ワークが載置されたステージを回転軸周りに回転させるステージ回転機構と、検出方向に沿ってワークの表面形状を検出するプローブと、プローブをプローブ回転軸周りに回転させるプローブ回転機構と、プローブを直動移動方向に沿って移動させる直動機構と、直動移動方向に対して垂直な母線調整方向に沿ってプローブを移動させる母線出し機構と、直動移動方向及び母線調整方向に沿ってプローブを移動させ、少なくとも２つの位置におけるプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを回転角度として算出する回転角度算出手段と、プローブ回転機構を制御して、回転角度だけプローブを回転させる駆動制御手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は形状測定機及び形状測定機のアライメント方法に係り、特にワークの外面、又はワークに形成された穴の内面の形状を測定するための技術に関する。

従来より、検出器のプローブとワークとを回転軸を中心に相対的に回転させることにより、ワークの形状（真円度等）を測定する形状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような形状測定機を用いてワークの外面および内面の形状を精度よく測定するためには、回転軸とワークの中心軸とを一致させる必要がある。回転軸とワークの中心軸とが一致していない場合、測定ワークの直径が小さいほど測定の誤差は大きくなる。

特許文献１には、回転テーブル上に載置された円筒状のワークの内周面に検出器のプローブ（接触子）を当接させてワークの内周面の内面形状を測定する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、回転軸とワークの中心軸とを一致させるために、事前に検出器のプローブをワークの外周面に当接させ、回転テーブルを回転させながら低倍率でワークの振れを見て、振れが小さくなるようにワークの載置位置を調整している。

特開２００６－１４５３４４号公報

上記のような形状測定機を用いてワークの細穴の内面形状を測定する場合、プローブと回転軸との相対的な位置合わせ（プローブアライメント）が重要となる。このプローブアライメントでは、ワークの形状と、プローブのワーキングディスタンスとの関係によっては、回転軸及びワークの中心軸からプローブの位置をずらして配置する場合がある。

ここで、プローブのワーキングディスタンスとは、プローブによって測定可能な距離の範囲である。接触式のプローブの場合、ワーキングディスタンスは、プローブの先端部の可動範囲に依存する。一方、非接触式（例えば、ＴｏＦ（Time-of-Flight）方式）のプローブの場合、ワーキングディスタンスは、測定光の到達距離、反射光の検出精度及び外乱光の影響等に依存する。

図４１及び図４２は、ワークの形状とプローブの位置との関係を説明するための図である。図４１及び図４２では、円筒状のワークＷ１及びＷ２の中心軸（穴Ｈ１及びＨ２の中心軸）と回転軸Ｃとが一致しており、ワークＷ１及びＷ２に形成された穴Ｈ１及びＨ２の直径をそれぞれＲ_Ｈ１及びＲ_Ｈ２とし、プローブの接触子Ｐの直径をＲ_Ｐとする。

なお、図中の矢印Ａ１及びＡ２は、接触子Ｐの変位の検出方向を示している。接触子Ｐの変位の検出方向は、接触式のプローブの場合には、プローブの先端部の可動方向であり、非接触式のプローブの場合には、測定光の出射方向である。

図４１は、接触子Ｐによって測定可能な距離の最小値（以下、最小ワーキングディスタンス（最小ＷＤ）という。）が（Ｒ_Ｈ１－Ｒ_Ｐ）／２よりも大きい場合を示している。この場合、ワークＷ１に形成された穴Ｈ１の内面の形状を測定するためには、接触子Ｐと穴Ｈ１の内面との間の距離ＷＤを最小ＷＤよりも大きくする必要がある。したがって、この場合、図４１に示すように、接触子Ｐの位置を回転軸Ｃからずらす必要がある。

図４２は、接触子Ｐによって測定可能な距離の最大値（以下、最大ワーキングディスタンス（最大ＷＤ）という。）が（Ｒ_Ｈ２－Ｒ_Ｐ）／２よりも小さい場合を示している。この場合、ワークＷ２に形成された穴Ｈ２の内面の形状を測定するためには、接触子Ｐと穴Ｈ２の内面との間の距離ＷＤを最大ＷＤ未満にする必要がある。したがって、この場合も、図４２に示すように、接触子Ｐの位置を回転軸Ｃからずらす必要がある。

上記のように、接触子Ｐの位置を回転軸Ｃからずらして配置した場合、形状（真円度等）の測定精度を確保するため、接触子Ｐの検出方向（検出ストローク）と、接触子Ｐの移動方向とを平行にする必要がある。

図４３は、接触子Ｐの移動方向と検出方向との傾きがワークの形状の測定値に与える影響について説明するための図である。なお、図４３では、図示の便宜上、移動前後のワークＷ１０及びＷ１２の表面の変位を誇張して示している。

図４３に示す例では、接触子Ｐの移動方向Ａ_ＨがＸ軸に平行であるのに対して、接触子Ｐによる変位の検出方向Ａ_Ｐは、接触子Ｐの移動方向Ａ_Ｈに対して角度θ傾斜している。ワークＷを回転軸Ｃの周りに回転させて、位置Ｗ１０から位置Ｗ１２に移動した場合、接触子Ｐによって検出されるワークＷの表面の変位は、接触子Ｐの検出方向Ａ_Ｐに沿う表面位置の変位（測定値）Ｄ_Ｆとなる。

Ｘ方向に沿う表面の変位（真値）をＤ_Ｔとすると、Ｄ_Ｆ＝Ｄ_Ｔ／ｃｏｓθとなる。一例としてθ＝５°とすると、測定値Ｄ_Ｆは、真値Ｄ_Ｔに対して約０．４％大きな値になる。

上記のように、接触子Ｐの検出方向Ａ_Ｐが接触子Ｐの移動方向Ａ_Ｈに対して傾いている場合には、ワークＷの表面の変位を正確に検出することが困難である。この接触子Ｐの検出方向Ａ_Ｐと接触子Ｐの移動方向Ａ_Ｈとを平行にする必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、プローブの検出方向と移動方向とを調整して変位の測定精度を向上させることが可能な形状測定機及び形状測定機のアライメント方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る形状測定機は、ワークが載置されたステージを回転軸周りに回転させるステージ回転機構と、検出方向に沿ってワークの表面形状を検出するプローブと、プローブをプローブ回転軸周りに回転させるプローブ回転機構と、プローブを直動移動方向に沿って移動させる直動機構と、直動移動方向に対して垂直な母線調整方向に沿ってプローブを移動させる母線出し機構と、直動移動方向及び母線調整方向に沿ってプローブを移動させ、少なくとも２つの位置におけるプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを回転角度として算出する回転角度算出手段と、プローブ回転機構を制御して、回転角度だけプローブを回転させる駆動制御手段とを備える。

本発明の第２の態様に係る形状測定機は、第１の態様において、回転角度算出手段は、円柱又は円筒形状のジグであって、ステージの回転軸と中心軸が一致するように載置されたジグに対して、プローブの検出方向が同一直線状となる少なくとも２つの位置におけるプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを算出する。

本発明の第３の態様に係る形状測定機は、第１の態様において、プローブの位置を検出可能なカメラを備え、駆動制御手段は、カメラによる検出結果に基づいて、直動機構及び母線出し機構を制御して、プローブを基準位置に移動させ、回転角度算出手段は、円柱又は円筒形状のジグであって、ステージの回転軸と中心軸が一致するように載置されたジグを検出可能な少なくとも２つの位置及びプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを算出する。

本発明の第４の態様に係る形状測定機は、第１の態様において、プローブの位置を検出可能なカメラを備え、プローブは、ワークに接触してワークの形状を検出する接触子であって、検出ストローク内を移動可能な接触子を備え、回転角度算出手段は、接触子が検出ストロークの各ストローク端に位置させた状態で、カメラにより検出された接触子の位置がステージの回転軸上になるときのプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを算出する。

本発明の第５の態様に係る形状測定機のアライメント方法は、検出方向に沿ってワークの表面形状を検出するプローブを、直動移動方向及び直動移動方向に垂直な母線調整方向に沿って移動させ、少なくとも２つの位置におけるプローブの位置に基づいて、直動移動方向に対するプローブの検出方向の傾きを回転角度として算出する工程と、プローブ回転機構を制御して、回転角度だけプローブを回転させる工程とを含む。

本発明によれば、プローブの検出方向とプローブの直動移動方向とを平行にすることができる。これにより、プローブの移動方向に対する検出方向の傾きが変位検出に与える影響を防止することができ、ワークの形状の測定精度を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機を示す正面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである。 図４は、ジグのアライメント工程を説明するための図である。 図５は、母線調整工程を説明するための図である。 図６は、直動移動工程を説明するための図である。 図７は、直動移動工程の後の母線調整工程を説明するための図である。 図８は、検出ストロークの直動移動方向に対する傾きの算出工程を説明するための図である。 図９は、変位検出器の回転工程を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機を示す正面図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。 図１２は、カメラによるプローブの撮影位置の一例を示した図である。 図１３は、各撮影位置におけるカメラの撮影画像の一例を示した説明図である。 図１４は、第１撮影画像と第３撮影画像との合成画像を示した図である。 図１５は、第２撮影画像と第４撮影画像との合成画像を示した図である。 図１６は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。 図１７は、プローブアライメント工程を説明するための図である 図１８は、ジグアライメント工程を説明するための図である。 図１９は、検出方向の直動移動方向に対する傾きの算出工程を説明するための図である。 図２０は、変位検出器の回転工程を説明するための図である。 図２１は、変位検出器の母線調整方向移動工程を説明するための図である。 図２２は、変形例２に係る自動母線調整を説明するための図である。 図２３は、変形例３に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。 図２４は、検出器駆動機構の回転軸とプローブの軸芯とがずれている場合を示す図である。 図２５は、自動母線調整工程を説明するための図である。 図２６は、自動母線調整工程を説明するための図である。 図２７は、変形例４に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。 図２８は、検出器駆動機構の回転軸とプローブの軸芯とがずれている場合を示す図である。 図２９は、プローブアライメント工程を説明するための図である。 図３０は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（接触式）。 図３１は、接触式のプローブの検出ストロークを説明するための図である。 図３２は、プローブアライメント工程を説明するための図である。 図３３は、ジグアライメント工程を説明するための図である。 図３４は、検出方向の直動移動方向に対する傾きの算出工程を説明するための図である。 図３５は、変位検出器の回転工程及び母線調整方向移動工程を説明するための図である。 図３６は、本発明の第３の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである。 図３７は、プローブアライメント工程を説明するための図である。 図３８は、直動移動工程を説明するための図である。 図３９は、検出方向の直動移動方向に対する傾きの算出工程を説明するための図である。 図４０は、変位検出器の回転工程を説明するための図である。 図４１は、ワークの形状とプローブ（接触子）の位置との関係を説明するための図である。 図４２は、ワークの形状とプローブ（接触子）の位置との関係を説明するための図である。 図４３は、プローブ（接触子）の移動方向と検出方向との傾きがワークの形状の測定値に与える影響について説明するための図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る形状測定機及び形状測定機のアライメント方法の実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
（形状測定機）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機を示す正面図である。

図１に示す形状測定機１０－１は、ワークＷの外形及び円筒状のワークＷに形成された細穴Ｈの内面形状（真円度等）を測定可能な装置である。図１に示す例では、細穴Ｈは、ワークＷの中心軸に沿って形成された貫通穴である。細穴Ｈの内径は、極小径（例えば、内径が５００μｍ以下）である。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交する方向であり、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。

図１に示すように、形状測定機１０－１は、本体ベース１２、ステージ回転機構１４、ステージ１８、コラム２０、キャリッジ２２、アーム２４、変位検出器２６、検出器駆動機構２８及び制御装置５０－１を備える。

ステージ回転機構（高精度回転機構）１４は、ワークＷを回転軸Ｃ周りに回転させるための回転機構であり、後述するステージ１８をＺ方向に平行な回転軸Ｃを中心に高精度に回転させるものである。ステージ回転機構１４は、本体ベース１２上に回転可能に設けられた回転体１６を備えており、回転体１６の上面にステージ１８が支持されている。ステージ回転機構１４は、回転軸Ｃを中心に回転体１６を高精度に回転させるモータ（不図示）と、回転体１６の回転角度を検出するエンコーダ（不図示）とを備える。

ステージ１８は、ワークＷを載置するものである。ステージ１８は、ワークＷを直接支持固定するものであってもよいし、ワーク設置治具（不図示）を介してワークＷを支持固定するものであってもよい。

ステージ１８は、回転体１６の支持面（上面）に支持されており、回転体１６と一体となって回転軸Ｃを中心に回転可能に構成される。これにより、ステージ１８に支持固定されたワークＷは、ステージ１８と一体となって回転軸Ｃを中心に回転可能である。なお、ステージ１８及び回転体１６は「ステージ回転機構」の一例である。

ステージ１８は、直動機構と、傾斜機構（チルチング機構）とを備えている（いずれも不図示）。直動機構は、不図示のモータの駆動によりステージ１８をＸ方向及びＹ方向に移動させて、回転軸Ｃに直交するＸＹ平面（水平面）におけるステージ１８の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動によりステージ１８をＸ方向及びＹ方向の周りに回転させて、ＸＹ平面に対するステージ１８の傾きを調整する。

本体ベース１２上には、Ｚ方向に平行に延びるコラム（支柱）２０が立設される。コラム２０は、下端部が本体ベース１２の上面に固定される。

キャリッジ２２は、Ｚ方向に移動可能にコラム２０に支持される。キャリッジ２２は、不図示のモータの駆動によりＺ方向に移動可能に構成される。

アーム２４は、ＸＹ方向に移動可能にキャリッジ２２に支持される。アーム２４は、直動機構７０及び母線出し機構７２（図２参照）によりそれぞれ水平方向（ＸＹ方向）に移動可能に構成される。直動機構７０及び母線出し機構７２は、それぞれアーム２４を水平方向に移動させるための駆動源（モータ等）を備えている。

アーム２４及びコラム２０の側面には、それぞれＸ方向及びＺ方向に沿ってスケールが設けられている。制御装置５０－１は、このスケールの目盛を不図示のセンサを用いて読み取ることにより、プローブ３０のＸＺ方向の位置を検出可能となっている。

変位検出器２６は、検出器駆動機構２８を介してアーム２４に支持される。変位検出器２６はプローブ３０を有する。プローブ３０は、ワークＷの表面（外表面又はワークＷに形成された穴Ｈの内面）の形状を検出するものである。プローブ３０は、その先端部をワークＷの表面に接触させてワークＷの表面形状を検出可能な接触式のプローブであってもよいし、ワークＷの表面に接触することなく、ワークＷの表面形状を検出可能な非接触式のプローブであってもよい。

接触式のプローブは、ワークＷの表面に接触可能な接触子を有し、ワークＷの表面に接触させたときの接触子の変位を検出することにより内面形状を検出するものである。接触式のプローブとしては、例えば、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）、干渉計、光三角測量方式、薄膜歪み測定等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。また、接触式のプローブとしては、共振周波数で接触式プローブの接触子を加振しておき、接触によって共振点が変化することを利用する方式を適用してもよい。

非接触式のプローブは、ワークＷの表面に接触することなく、その表面形状を検出することができるものであれば特に限定されない。非接触式のプローブとしては、例えば、レーザー干渉計、白色干渉計、ＳＤ－ＯＣＴ（Spectral Domain-Optical Coherence Tomography）、ＳＳ－ＯＣＴ（Swept Source-Optical Coherence Tomography）等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。

検出器駆動機構２８は、アーム２４と変位検出器２６との間に介在して設けられている。検出器駆動機構２８は、直動機構と、傾斜機構とを備えている（いずれも不図示）。直動機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器２６をＸ方向及びＹ方向に移動させて、回転軸Ｃに直交するＸＹ平面（水平面）におけるプローブ３０の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器２６をＸ方向及びＹ方向の周りに回転させて、ＸＹ平面に対するプローブ３０の傾きを調整する。したがって、検出器駆動機構２８（直動機構及び傾斜機構）によってプローブ３０の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の位置及び傾斜を調整することにより、プローブ３０と回転軸Ｃとの相対的な位置合わせ（プローブアライメント）を行うことが可能となる。

また、検出器駆動機構２８は、回転軸（プローブ回転軸）ＡＸの周りに回転させるための駆動源（例えば、モータ等）を備えている。検出器駆動機構２８は、「プローブ回転機構」の一例である。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。

制御装置５０－１は、形状測定機１０－１の各部の動作（ワークＷの表面形状の測定動作や後述するプローブアライメント動作などを含む）を制御する。制御装置５０－１は、例えば、パーソナルコンピュータ又はマイクロコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現される。制御装置５０－１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ストレージデバイス（ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等）及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置５０－１では、ストレージデバイスに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、形状測定機１０－１内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理又は制御処理が実行される。なお、制御装置５０－１は「駆動制御手段」及び「回転角度算出手段」の一例である。

制御装置５０－１には、ユーザからの操作入力を受け付ける操作部５２（例えば、キーボード及びマウス等）と、操作ＵＩ（User Interface）及び検出結果を表示するための表示部５４とが設けられている。

図２に示すように、制御装置５０－１は、変位演算部５６及び駆動制御部５８を備えている。

変位演算部５６は、変位検出器２６が検出したワークＷの表面の変位の検出結果に基づいてワークＷの変位を算出し、ワークＷの表面の形状（例えば、ワークＷの外形又は穴Ｈの真円度等）を測定する。

駆動制御部５８は、直動機構７０、母線出し機構７２、検出器駆動機構２８及びステージ回転機構１４を制御して、ワークＷとプローブ３０の相対位置を調整する。

（アライメント方法）
次に、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機１０－１のアライメント方法について、図３を参照して説明する。

（ステップＳ１０）
まず、ステージ１８にジグＪを載置してジグＪのアライメントを実施する。ここで、ジグＪは、例えば、直径が既知の円柱又は円筒形状であり、ジグＪの中心軸がステージ１８の回転軸Ｃと一致するように、チルティング及びセンタリングが実施される。ジグＪとしては、例えば、直径マスタ又はピンゲージ等を用いることができる。なお、本実施形態では、後述の回転角度θ（検出ストロークＡ_Ｐの直動移動方向に対する傾き）の計算にジグＪの直径を用いないため、ジグＪの直径は既知でなくてもよい。

図４は、ジグＪのアライメント工程を説明するための図である。図４の（ａ）はジグＪの上面図であり、図４の（ｂ）はジグＪの正面斜視図である。以下の説明では、接触式のプローブを用いた例について説明する。

図４（ａ）の矢印Ａ_Ｐは、プローブ３０の検出ストロークを示している。ここで、検出ストロークＡ_Ｐは、プローブ３０により形状の測定が可能な方向及び範囲を示しており、プローブ３０の先端の接触子Ｐ１の変位方向及び範囲に依存する。検出ストロークＡ_Ｐの中心Ｐｃから矢印の端部までの距離（検出ストロークＡ_Ｐの矢印の長さの２分の１）が、プローブ３０のワーキングディスタンスに相当する。

図４に示すように、プローブ３０の先端の接触子Ｐ１がジグＪの表面に接触するように、直動機構７０及び母線出し機構７２が制御され、ステージ１８とプローブ３０とが相対移動される。ステップＳ１０では、後述の直動移動（ステップＳ１６）で変位検出器２６をジグＪに近づけるため、接触子Ｐ１は、検出ストロークＡ_Ｐ内のジグＪに近い側（中心Ｐｃよりも図中左側）でジグＪに接触するようにアライメントを行う。

なお、図４に示す例では、接触式のプローブ３０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。非接触式のプローブにおいても、ジグＪの表面がプローブのワーキングディスタンスの範囲内になるようにワークＷとプローブとを相対移動させることにより、同様のアライメントを行うことができる。

（ステップＳ１２）
次に、母線調整を実施する。母線調整とは、母線出し機構７２により変位検出器２６を母線調整方向に移動させ、検出距離が最小となる母線調整方向の位置を探す工程をいう。ここで、母線調整方向とは、直動機構７０による変位検出器２６の直動移動方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）である。

図５に示すように、円柱又は円筒形状のジグＪの場合、接触子Ｐ１を母線調整方向に移動させると、ジグＪの直動移動方向の頂点で検出ストロークＡ_Ｐの中心Ｐｃからの距離が最小になる。ステップＳ１２では、母線調整により、接触子Ｐ１がジグＪの直動移動方向の頂点に接触する位置に移動する。

なお、非接触式のプローブの場合には、母線調整方向に走査しながら、ジグＪの表面までの距離を測定し、測定した距離が最小となる位置にプローブを移動させればよい。

（ステップＳ１４）
次に、変位検出器２６の直動移動を行う。図６に示すように、直動機構７０により変位検出器２６を直動移動方向（Ｘ方向）に移動させ、プローブ３０を直動移動方向に沿って所定の距離だけ移動させる（ジグＪに近づける）。

ここで、変位検出器２６の直動移動方向の移動距離は、検出ストロークＡ_Ｐの長さ｜Ａ_Ｐ｜の範囲内の値であり、具体的には｜Ａ_Ｐ｜cosθ未満である。図６に示す例では、接触子Ｐ１が検出ストロークＡ_Ｐの中心Ｐｃに至らない程度、すなわち、｜Ａ_Ｐ｜cosθ／２未満の距離だけ、プローブ３０をジグＪに近づけている。

（ステップＳ１６）
次に、再度母線調整を行う。すなわち、図７に示すように、接触子Ｐ１がジグＪの直動移動方向の頂点に接触するように、母線出し機構７２により変位検出器２６を移動させる。

（ステップＳ１８）
次に、検出ストロークＡ_Ｐの直動移動方向に対する傾き、すなわち、変位検出器２６の回転角度θを算出する。図８に示すように、ステップＳ１２及びＳ１６の母線調整後の検出ストロークＡ_Ｐ（Ｓ１２）（点線）とＡ_Ｐ（Ｓ１６）（実線）とは、ともにジグＪの直動移動方向の頂点を通るため、同一直線状にあり、一部が重なり合う。検出ストロークＡ_Ｐ（Ｓ１２）及びＡ_Ｐ（Ｓ１６）の中心Ｐｃの位置をそれぞれＰｃ（Ｓ１２）及びＰｃ（Ｓ１６）とし、ステップＳ１４における直動移動の距離をＲ、ステップＳ１６における母線調整方向の移動距離をΔＹとすると、θは下記の式（１）で表される。

θ＝arctan（ΔＹ／Ｒ） …（１）
（ステップＳ２０）
次に、図９の（ａ）に示すように、検出器駆動機構２８により変位検出器２６を回転角度θ回転させて、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐと直動移動方向（Ｘ方向）とを平行にする。

ステップＳ２０では、変位検出器２６を回転させた後に、ジグＪに対して再度母線調整を行ってもよい。これにより、図９の（ａ）に示すように、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐと直動移動方向とが平行な状態で、接触子Ｐ１をジグＪの直動移動方向の頂点に接触させることができる。

なお、回転工程（ステップＳ２０）の後の母線調整の工程は省略可能である。この場合、ワークＷの測定を行う際に、ワークＷに対して母線調整を行えばよい。

本実施形態によれば、プローブ３０の検出ストロークＡ_Ｐとプローブ３０の直動移動方向とを平行にすることができる。これにより、接触子Ｐ１の移動方向に対する検出ストロークＡ_Ｐの傾きが変位検出に与える影響を防止することができ、ワークＷの形状の測定精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、直動移動（ステップＳ１６）において、変位検出器２６をジグＪに近づけるようにしたが、本発明はこれに限定されない。直動移動（ステップＳ１６）において、変位検出器２６をジグＪから遠ざけて母線調整を行った場合でも、上記と同様の手順で回転角度θを算出することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、カメラ３２で撮影した画像を用いてプローブ３０のアライメントを行う。以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機を示す正面図であり、図１１は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る形状測定機１０－２は、カメラ３２及び撮影制御部６０を備えている。

カメラ３２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどのエリアセンサカメラ（２次元センサカメラ）である。カメラ３２は、カメラ用ブラケット３４を介して回転体１６に連結（支持）されている。カメラ３２は、その撮影方向が回転軸Ｃに直交し且つ回転軸Ｃ側（回転中心側）を向くように配置されている。また、カメラ３２の焦点が回転軸Ｃに合うように調整されている。これにより、カメラ３２は、回転体１６と一体となって回転軸Ｃ周りに回転可能であると共に、その回転軸Ｃを中心とした回転軌道Ｋ上の任意の撮影位置（周方向位置）においてカメラ３２によるプローブ３０の撮影が可能となっている。

撮影制御部６０は、カメラ３２により撮影した画像を処理して、プローブ３０の位置を検出する。撮影制御部６０は、ステージ回転機構１４を制御して、回転体１６と一体となって回転軸Ｃ周りにカメラ３２を回転させることにより、プローブ３０に対するカメラ３２の撮影位置（周方向位置）を回転軸Ｃを中心とした周方向に変化させる。これにより、回転軸Ｃを中心とするカメラ３２の回転軌道Ｋ（図１０参照）上の任意の撮影位置からカメラ３２によるプローブ３０の撮影が可能になる。

ここで、本実施形態の前提となるプローブ３０の基本アライメントの概要について説明する。この基本アライメントは、カメラ３２を用いてプローブ３０と回転軸Ｃとの相対的な位置合わせを行うものである。図１２は、カメラ３２によるプローブ３０の撮影位置の一例を示した図である。図１２に示す例では、回転軸Ｃを中心とするカメラ３２の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４で、カメラ３２によるプローブ３０の撮影が行われる。

本実施形態において、４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４からカメラ３２によりプローブ３０を撮影する方向はＸ方向またはＹ方向であり、検出器駆動機構２８においてプローブ３０を直動又は傾斜させる制御方向（移動軸方向）と同一方向となっている。すなわち、第１撮影位置Ｐ１と第３撮影位置Ｐ３は第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する位置同士である。また、第２撮影位置Ｐ２と第４撮影位置Ｐ４は第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する位置同士である。

図１３は、各撮影位置Ｐ１～Ｐ４においてカメラ３２により撮影された撮影画像の一例を示した図である。なお、図１３において、第１撮影画像１００Ａ～第４撮影画像１００Ｄは第１撮影位置Ｐ１～第４撮影位置Ｐ４でそれぞれ撮影された撮影画像である。

プローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれが存在する場合、例えば、図１３に示すように、各撮影位置Ｐ１～Ｐ４でカメラ３２により撮影された撮影画像１００Ａ～１００Ｄにおいて、撮影位置（すなわち、カメラ３２によるプローブ３０の撮影方向）の違いに応じて、プローブ３０の姿勢（位置及び傾き）が異なる。

例えば、第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第１撮影位置Ｐ１及び第３撮影位置Ｐ３）のうち、一方の撮影位置（第１撮影位置Ｐ１）から撮影した第１撮影画像１００Ａでは、プローブ３０Ａは第２方向（Ｘ方向）の一方側に傾いているのに対して、他方の撮影位置（第３撮影位置Ｐ３）から撮影した第３撮影画像１００Ｃでは、プローブ３０Ｃは第２方向（Ｘ方向）の他方側に傾いている。また、第２方向（Ｘ方向）の位置についても互いに反対側に向かってずれている。

第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第２撮影位置Ｐ２及び第４撮影位置Ｐ４）においてそれぞれ第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄについても同様であり、プローブ３０Ｂ、３０Ｄの位置及び傾きが互いに反対側にずれている。

図１４は、第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第１撮影位置Ｐ１及び第３撮影位置Ｐ３）から撮影した第１撮影画像１００Ａと第３撮影画像１００Ｃとを合成した第１合成画像１０２Ａを示した図である。

図１４に示すように、第１撮影画像１００Ａと第３撮影画像１００Ｃとを合成した第１合成画像１０２Ａにおいて、第１撮影画像１００Ａにおけるプローブ３０Ａの中心軸（第１プローブ中心軸）Ｌ１と、第３撮影画像１００Ｃにおけるプローブ３０Ｃの中心軸（第３プローブ中心軸）Ｌ３との間の第１中線ＭＬ１が、ＸＺ平面内における回転軸Ｃの位置（すなわち、第１方向（Ｙ方向）からプローブ３０を見た場合の回転軸Ｃの位置）を示している。なお、第１中線ＭＬ１とは、第１合成画像１０２Ａにおいて、第１プローブ中心軸Ｌ１及び第３プローブ中心軸Ｌ３の横方向（Ｘ方向）の中央を縦方向（Ｚ方向）に通る直線をいう。換言すれば、第１合成画像１０２Ａにおいて、第１プローブ中心軸Ｌ１と第３プローブ中心軸Ｌ３との間を左右（Ｘ方向）に２等分する直線を第１中線ＭＬ１という。

第１合成画像１０２Ａにおける第１中線ＭＬ１は、回転軸Ｃの位置を示している。すなわち、第１中線ＭＬ１は、第１合成画像１０２Ａ（ＸＺ平面内）においてプローブ３０の移動目標となる線を示しており、プローブ３０が第１中線ＭＬ１に一致するようにプローブ３０の姿勢（位置Ｄｘ及び傾きα）を調整することで、ＸＺ平面内における回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれをなくすことが可能となる。

図１５は、第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第２撮影位置Ｐ２及び第４撮影位置Ｐ４）から撮影した第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄとを合成した合成画像１０２Ｂを示した図である。

図１５に示すように、第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄとを合成した第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２撮影画像１００Ｂにおけるプローブ３０Ｂの中心軸（第２プローブ中心軸）Ｌ２と、第４撮影画像１００Ｄにおけるプローブ３０Ｄの中心軸（第４プローブ中心軸）Ｌ４との間の第２中線ＭＬ２が、ＹＺ平面内における回転軸Ｃの位置（すなわち、第２方向（Ｘ方向）からプローブ３０を見た場合の回転軸Ｃの位置）を示している。なお、第２中線ＭＬ２とは、第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２プローブ中心軸Ｌ２及び第４プローブ中心軸Ｌ４の横方向（Ｘ方向）の中央を縦方向（Ｚ方向）に通る直線をいう。換言すれば、第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２プローブ中心軸Ｌ２と第４プローブ中心軸Ｌ４との間を左右（Ｘ方向）に２等分する直線を第２中線ＭＬ２という。

第２合成画像１０２Ｂにおける第２中線ＭＬ２は、回転軸Ｃの位置を示している。すなわち、第２中線ＭＬ２は、第２合成画像１０２Ｂ（ＹＺ平面内）においてプローブ３０の移動目標となる線を示しており、プローブ３０が第２中線ＭＬ２に一致するようにプローブ３０の姿勢（位置Ｄｙ及び傾きβ）を調整することで、ＹＺ平面内における回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれをなくすことが可能となる。

したがって、回転軸Ｃを中心とするカメラ３２の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４においてカメラ３２が撮影した撮影画像に基づき、上述した２つの中線ＭＬ１、ＭＬ２を算出することで、プローブ３０の移動目標となる回転軸Ｃ（回転中心）を検出することができ、回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれを各方向（Ｘ方向及びＹ方向）独立して調整することが可能となる。

本実施形態におけるプローブ３０の基本アライメントでは、撮影制御部６０は、図１４に示した第１合成画像１０２Ａにおいて、２つのプローブ３０のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ（本例では第１撮影画像１００Ａにおけるプローブ３０Ａ）とした場合、第１中線ＭＬ１に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角（Ｙ方向を中心とする回転角）を傾斜移動量αとして検出する。また、撮影制御部６０は、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量αだけ傾斜させて第１中線ＭＬ１と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第１中線ＭＬ１に一致させるために必要なＸ方向の移動距離を直動移動量Ｄｘとして検出する。なお、直動移動量Ｄｘは、検出器駆動機構２８におけるＸ方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する（図１４参照）。

また、撮影制御部６０は、図１５に示した第２合成画像１０２Ｂにおいて、２つのプローブ３０のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ（本例では第２撮影画像１００Ｂにおけるプローブ３０Ｂ）とした場合、第２中線ＭＬ２に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角（Ｘ方向を中心とする回転角）を傾斜移動量βとして検出する。また、撮影制御部６０は、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量βだけ傾斜させて第２中線ＭＬ２と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第２中線ＭＬ２に一致させるために必要なＹ方向の移動距離を直動移動量Ｄｙとして検出する。なお、直動移動量Ｄｙは、検出器駆動機構２８におけるＹ方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する（図１５参照）。

なお、撮影制御部６０は、エッジ抽出等の公知の画像処理により、各合成画像１０２Ａ、１０２Ｂから、プローブ中心軸Ｃ１～Ｃ４、中線ＭＬ１、ＭＬ２、直動移動量Ｄｘ、Ｄｙ、傾斜移動量α、βを算出することが可能である。

このようにして、撮影制御部６０が、各撮影位置でカメラ３２が撮影した撮影画像に基づき、プローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれを各方向独立して検出すると、駆動制御部５８が、撮影制御部６０が検出した結果に基づき、検出器駆動機構２８を制御する。具体的には、駆動制御部５８は、検出器駆動機構２８を制御して、プローブ３０を、Ｘ方向に直動移動量Ｄｘだけ移動させると共にＹ方向に直動移動量Ｄｙだけ移動させ、かつ、Ｘ方向を中心に傾斜移動量βだけ傾斜させると共にＹ方向を中心に傾斜移動量αだけ傾斜させる。なお、検出器駆動機構２８を移動又は傾斜させる方向（向き）は、図１４及び図１５に示した合成画像１０２Ａ、１０２Ｂにおいて、どのプローブを基準プローブとするかに応じて定められる。

以上のようにして、駆動制御部５８が、撮影制御部６０が検出した結果に基づき、検出器駆動機構２８を制御してプローブ３０の姿勢を変化させると、三次元空間内においてプローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれがなくなる。以上により、プローブ３０の基本アライメントが完了する。

なお、カメラ３２の撮影位置は、必ずしも上記の態様に限定されるものではない。例えば、カメラ３２の回転軌道Ｋ上の少なくとも３つの撮影位置からカメラ３２によりプローブ３０を撮影するものであってもよい。また、カメラ３２の撮影方向が検出器駆動機構２８の制御方向（Ｘ方向及びＹ方向）と一致している態様を示したが、必ずしもこの態様に限定されず、例えば、カメラ３２の撮影方向が検出器駆動機構２８の制御方向とは異なる方向であってもよい。

（非接触式のプローブの場合）
まず、非接触式のプローブ３０のアライメントを行う例について説明する。図１６は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。

（ステップＳ３０）
まず、カメラ３２によりプローブ３０を撮影して先端部Ｐ２（測定光Ｌを出射する部分）の位置を検出しながら、プローブ３０のアライメントを行う。具体的には、上記基本アライメントにより、回転軸Ｃを中心とするカメラ３２の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４においてカメラ３２が撮影した撮影画像に基づき、プローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれを検出して、検出器駆動機構２８によりプローブ３０と回転軸Ｃとの相対的な位置合わせを行う。

図１７は、プローブアライメント工程を説明するための図である。図１７に示すように、ステップＳ３０では、上記基本アライメントにより、プローブ３０の軸芯（回転軸ＡＸ）とステージ１８の回転軸Ｃとが一致するように位置合わせを行う。これにより、プローブ３０の先端部Ｐ２の中心がステージ１８の回転軸Ｃが一致する。なお、図１７では、プローブ３０の先端部Ｐ２の大きさを誇張して図示している（図１８以下も同様）。

（ステップＳ３２）
次に、プローブ３０を直動移動方向（Ｘ方向）及びＺ方向に所定の距離だけ移動させる。ステップＳ３２では、円柱又は円筒形状のジグＪの直径及び高さに基づいて、ジグＪの位置を検出可能な距離だけプローブ３０を移動させる。具体的には、図１８に示すように、Ｘ方向にはプローブ３０が回転軸ＣからジグＪの半径より遠い位置になるように、かつ、Ｚ方向にはジグＪの高さよりもプローブ３０の先端部Ｐ２が低い位置になるように、プローブ３０を移動させる。なお、プローブ３０の直動移動方向の移動は直動機構７０により行う。

なお、本実施形態では、プローブ３０の軸芯がステージ１８の回転軸Ｃと一致する位置を起点としてプローブ３０を移動させて、ジグＪの検出を行うようにしたが、上記以外の基準位置を起点としてもよい。

（ステップＳ３４）
次に、プローブ３０によりジグＪの位置を検出して、ジグＪのアライメントを行う。図１８では、アライメント前のジグＪの位置を点線、アライメント後のジグＪの位置を実線で示している。ステップＳ３４では、ジグＪの中心軸がステージ１８の回転軸Ｃと一致するように、チルティング及びセンタリングが実施される。

（ステップＳ３６）
次に、母線出し機構７２により変位検出器２６を母線調整方向（Ｙ方向）に移動させて、自動母線調整を行う。

図１９では、自動母線調整前後のプローブ３０の先端部Ｐ２の位置をそれぞれＰ２（Ｓ３４）（点線）及びＰ２（Ｓ３６）（実線）として示している。図１９に示すように、円柱又は円筒形状のジグＪの場合、プローブ３０の先端部Ｐ２を母線調整方向に移動させると、ジグＪの直動移動方向の頂点で、ジグＪの表面と先端部Ｐ２との間の直動移動方向に沿う距離が最小になる。ステップＳ３６では、プローブ３０の先端部Ｐ２により、ジグＪの表面上の直動移動方向の頂点が検出可能な位置Ｐ２（Ｓ３６）に、プローブ３０を移動させる。

（ステップＳ３８）
次に、変位検出器２６の検出方向の直動移動方向に対する傾き、すなわち、変位検出器２６の回転角度θを算出する。図１９に示すように、ジグＪの直径をＤ、ステップＳ３２におけるＸ方向の直動移動の距離をＲ、ステップＳ３６における母線調整方向の移動距離をΔＹとすると、θは下記の式（２）で表される。

θ＝arctan｛ΔＹ／（Ｒ－Ｄ／２）｝ …（２）
（ステップＳ４０）
次に、図２０に示すように、検出器駆動機構２８により変位検出器２６を回転角度θ回転させて、変位検出器２６の検出方向と直動移動方向（Ｘ方向）とを平行にする。

（ステップＳ４２）
次に、図２１に示すように、変位検出器２６を母線調整方向に、ステップＳ３２における移動距離ΔＹだけ移動させる。図２１では、母線調整前後のプローブ３０の先端部Ｐ２の位置をそれぞれＰ２（Ｓ４０）（点線）及びＰ２（Ｓ４２）（実線）として示している。これにより、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とが一致する。

なお、回転工程（ステップＳ４０）の後の母線調整の工程（ステップＳ４２）は省略可能である。この場合、ワークＷの測定を行う際に、ワークＷに対して母線調整を行えばよい。

本実施形態によれば、プローブ３０による検出方向とプローブ３０の直動移動方向とを平行にすることができる。これにより、プローブ３０の移動方向に対する検出方向の傾きが変位検出に与える影響を防止することができ、ワークＷの形状の測定精度を向上させることができる。

（変形例１）
図１６に示す例では、プローブアライメント工程の後にジグアライメント工程を行ったが、プローブアライメント工程の前にジグアライメント工程を行ってもよい。例えば、ジグＪの設置位置が回転軸Ｃから大きくずれている場合、直動移動工程（ステップＳ３２）において、プローブ３０がジグＪに接触して破損することが考えられる。このため、例えば、接触式のプローブ３０等を用いてあらかじめジグＪのアライメントを行っておき、その後、非接触式のプローブ３０に交換して、ステップＳ３０、Ｓ３４からＳ４２を行ってもよい。

（変形例２）
図１６の自動母線調整（ステップＳ３６）では、ジグＪの表面と先端部Ｐ２との間の直動移動方向に沿う距離に基づいて、プローブ３０の母線調整方向の移動を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、プローブ３０の先端部Ｐ２から出射した測定光Ｌの反射光の信号強度に基づいて、プローブ３０の母線調整方向の移動を行うことも可能である。

図２２は、変形例２に係る自動母線調整を説明するための図である。図２２に示す例では、プローブ３０の先端部Ｐ２から出射した測定光Ｌの反射光の信号強度は、測定光ＬがジグＪの表面に対して垂直に入射するときに最大となる。この場合、ステップＳ３２における直動移動の距離をＲ、ステップＳ３６における母線調整方向の移動距離をΔＹ２とすると、θは下記の式（３）で表される。

θ＝arctan（ΔＹ２／Ｒ） …（３）
変形例２によれば、回転角度θがジグＪの直径Ｄに依存しないので、式（２）の場合より少ないパラメータにより回転角度θを算出することができる。

（変形例３）
図２４に示す例では、検出器駆動機構２８の回転軸ＡＸとプローブ３０の軸芯とがずれている。この場合、ステップＳ４０において、プローブ３０の回転させたときにも、プローブ３０はＹ方向に移動する。このため、ステップＳ４２において、変位検出器２６を母線調整方向に、ステップＳ３２における移動距離ΔＹ移動させても、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とが一致しないことになる。このため、変形例３では、プローブ３０をさらに母線調整方向に移動させることにより、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とを一致させる。

図２３は、変形例３に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。図２３に示すように、変形例３では、ステップＳ４２の後に自動母線調整工程（ステップＳ４４）が追加されている。

検出器駆動機構２８の回転軸ＡＸとプローブ３０の軸芯とがずれている場合、ステップＳ４０において、プローブ３０を回転させたときのプローブ３０のＹ方向の移動距離をΔＹｐとする。この場合、図２５に示すように、ステップＳ４２の母線調整方向移動を行っても、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とがＹ方向にΔＹｐずれてしまう。

このため、図２６に示すように、ステップＳ４４において、プローブ３０をさらに母線調整方向に移動させることにより、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とを一致させる。これにより、プローブ３０をさらに母線調整方向に移動させることにより、直動機構７０による直動移動方向と、プローブ３０の検出方向とを一致させることができる。

（変形例４）
また、検出器駆動機構２８の回転軸ＡＸとプローブ３０の軸芯とがずれている場合、図２８に示すように、ステップＳ４０において、プローブ３０の回転によりプローブ３０はＸ方向にも移動する。このときのＸ方向の移動距離をＲｐとすると、プローブ３０の軸芯と回転軸Ｃとの間の距離がＲｐずれてしまう。

ジグＪの表面までの距離の差分を検出するタイプのプローブ３０であれば、このＸ方向の移動距離Ｒｐの影響を受けることはないが、ジグＪの表面までの距離の絶対値を検出するタイプのプローブ３０の場合、移動距離Ｒｐのために測定値に誤差が生じ得る。このため、変形例４では、プローブアライメントをさらに行うことにより、この移動距離Ｒｐをキャンセルする。

図２７は、変形例４に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（非接触式）。図２７に示すように、変形例４では、ステップＳ４２の後に自動母線調整工程（ステップＳ４４）と、プローブアライメント工程（ステップＳ４６からＳ５０）が追加されている。

プローブアライメント工程では、まず、図２９に示すように、変位検出器２６をＸ方向及びＺ方向に直動移動させて、プローブ３０をジグＪの真上に移動させる（ステップＳ４６）。次に、プローブ３０の軸芯と回転軸Ｃとを一致させる（位置Ｐ２（Ｓ４８）、ステップＳ４８）。そして、ステップＳ３２と同様に、変位検出器２６をＸ方向に所定の距離Ｒだけ直動移動させ、Ｚ方向の位置を調整して、ジグＪを検出可能な位置Ｐ２（Ｓ５０）に移動させる。これにより、検出器駆動機構２８の回転軸ＡＸとプローブ３０の軸芯とがずれにより生じた移動距離Ｒｐをキャンセルすることができる。

なお、変形例４では、プローブアライメントと同時に自動母線調整を行うことにより、自動母線調整工程（ステップＳ４４）を省略することも可能である。

（接触式のプローブの場合）
次に、接触式のプローブ３０のアライメントを行う例について説明する。図３０は、本発明の第２の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである（接触式）。

（ステップＳ６０）
図３１に示すように、接触式のプローブ３０は、ワークＷに接触するときの測定力をコントロールするための測定力コントロール機能（リトラクト機構）を有している。接触子Ｐ１は、リトラクト機構により、接触子Ｐ１が検出ストロークＡ_Ｐのストローク端に位置する通常状態、ワークＷの表面に接触して押し込まれているリトラクト状態、及び検出ストロークＡ_Ｐの中心Ｐｃに位置するストローク中心状態（中立位置、測定力がゼロとなる位置）に設定可能となっている。

図３１に示すように、ステップＳ６０では、プローブ３０のリトラクト機構により接触子Ｐ１を検出ストロークＡ_Ｐの中心Ｐｃに移動させる。

（ステップＳ６２）
次に、カメラ３２によりプローブ３０を撮影して接触子Ｐ１の位置を検出しながら、プローブ３０のアライメントを行う。図３２に示すように、ステップＳ６２では、上記基本アライメントにより、プローブ３０の軸芯とステージ１８の回転軸Ｃとが一致するように位置合わせを行う。これにより、プローブ３０の接触子Ｐ１の中心がステージ１８の回転軸Ｃが一致する。

（ステップＳ６４）
次に、プローブ３０を直動移動方向（Ｘ方向）及びＺ方向に所定の距離だけ移動させる。ステップＳ６４では、円柱又は円筒形状のジグＪの直径及び高さに基づいて、プローブ３０の接触子Ｐ１によりジグＪの位置を検出可能となるように、プローブ３０を移動させる。具体的には、図３３に示すように、Ｘ方向にはプローブ３０が回転軸ＣからジグＪの半径より遠い位置になるように、かつ、Ｚ方向にはジグＪの高さよりもプローブ３０の接触子Ｐ１が低い位置になるように、プローブ３０を移動させる。なお、プローブ３０の直動移動方向の移動は直動機構７０により行う。

（ステップＳ６６）
次に、接触子Ｐ１のストローク制限を解除して、検出ストロークＡ_Ｐ内で接触子Ｐ１を移動可能とする。

（ステップＳ６８）
次に、プローブ３０によりジグＪの位置を検出して、ジグＪのアライメントを行う。図３３では、アライメント前のジグＪの位置を点線、アライメント後のジグＪの位置を実線で示している。ステップＳ３４では、ジグＪの中心軸がステージ１８の回転軸Ｃと一致するように、チルティング及びセンタリングが実施される。

（ステップＳ７０）
次に、母線出し機構７２により変位検出器２６を母線調整方向（Ｙ方向）に移動させて、自動母線調整を行う。図３４に示すように、ステップＳ７０では、接触子Ｐ１がジグＪの直動移動方向の頂点に接触するように、プローブ３０を移動させる。

（ステップＳ７２）
次に、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐの直動移動方向に対する傾き、すなわち、変位検出器２６の回転角度θを算出する。図３４に示すように、ジグＪの直径をＤ、ステップＳ６４におけるＸ方向の直動移動の距離をＲ、ステップＳ７０における母線調整方向の移動距離をΔＹとすると、θは下記の式（４）で表される。

θ＝arctan｛ΔＹ／（Ｒ－Ｄ／２）｝ …（４）
（ステップＳ７４）
次に、図３５に示すように、検出器駆動機構２８により変位検出器２６を回転角度θ回転させて、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐと直動移動方向（Ｘ方向）とを平行にする。

（ステップＳ７６）
次に、図３５に示すように、母線出し機構７２により変位検出器２６を母線調整方向に、ステップＳ３２における移動距離ΔＹだけ移動させる。これにより、直動機構７０による直動移動方向と、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐとが一致する。

なお、回転工程（ステップＳ７４）の後の母線調整の工程（ステップＳ７６）は省略可能である。この場合、ワークＷの測定を行う際に、ワークＷに対して母線調整を行えばよい。

本実施形態によれば、プローブ３０の検出ストロークＡ_Ｐとプローブ３０の直動移動方向とを平行にすることができる。これにより、プローブ３０の移動方向に対する検出ストロークＡ_Ｐの傾きが変位検出に与える影響を防止することができ、ワークＷの形状の測定精度を向上させることができる。

なお、図３０の例においても、変形例１のように、プローブアライメント工程の前に、ジグＪのアライメントを行うことが可能である。また、接触式のプローブの場合にも、変形例３及び４で説明した自動母線調整及びプローブアライメント工程を行うことが可能である。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態と同様の形状測定機１０－２（図１０及び図１１参照）が用いられ、第２の実施形態と同様に、カメラ３２で撮影した画像を用いてプローブ３０のアライメントを行う。以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

図３６は、本発明の第３の実施形態に係る形状測定機のアライメント方法を示すフローチャートである。なお、図３６に示す例では、上記基本アライメントによりプローブ３０の中立位置におけるプローブ３０の軸芯とステージ１８の回転軸Ｃとの位置合わせが既に行われているものとする。

（ステップＳ８０）
まず、カメラ３２によりプローブ３０を撮影して接触子Ｐ１の位置を検出しながら、プローブ３０のアライメントを行う。具体的には、図３７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステップＳ８０では、プローブ３０の接触子Ｐ１を検出ストロークＡ_Ｐのストローク端に固定した状態で、接触子Ｐ１がステージ１８の回転軸Ｃと一致するように位置合わせを行う。この時点での接触子Ｐ１の検出ストロークＡ_Ｐは、図３９の（ａ）のＡ_Ｐ（Ｓ８０）の位置になる。なお、ステップ８０では、上記基本アライメントと同様の原理を利用して、回転軸Ｃを中心とするカメラ３２の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４においてカメラ３２が撮影した撮影画像に基づき、プローブ３０の接触子Ｐ１と回転軸Ｃとの相対ずれを検出して、その検出結果に基づき、直動機構７０及び母線出し機構７２によりプローブ３０の接触子Ｐ１と回転軸Ｃとの相対的な位置合わせを行う（後述するステップＳ８６も同様）。

（ステップＳ８２）
次に、図３８に示すように、直動機構７０により変位検出器２６を直動移動方向（Ｘ方向）に移動させる。この時点での接触子Ｐ１の検出ストロークＡ_Ｐは、図３９の（ａ）のＡ_Ｐ（Ｓ８２）の位置になる。

（ステップＳ８４）
次に、図３９に示すように、プローブ３０の接触子Ｐ１を検出ストロークＡ_Ｐの反対側のストローク端に移動させて固定する。

（ステップＳ８６）
次に、カメラ３２によりプローブ３０を撮影して接触子Ｐ１の位置を検出しながら、プローブ３０のアライメントを行う。具体的には、ステップＳ８０と同様に上記基本アライメントと同様の原理を利用して、図３９に示すように、直動機構７０及び母線出し機構７２によりプローブ３０の接触子Ｐ１を検出ストロークＡ_Ｐの反対側のストローク端に固定した状態で接触子Ｐ１がステージ１８の回転軸Ｃと一致するように位置合わせを行う。この時点での接触子Ｐ１の検出ストロークＡ_Ｐは、図３９の（ａ）のＡ_Ｐ（Ｓ８６）の位置になる。図３９（ａ）に示すように、Ａ_Ｐ（Ｓ８０）とＡ_Ｐ（Ｓ８６）とは同一直線状に位置している。

（ステップＳ８８）
次に、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐの直動移動方向に対する傾き、すなわち、変位検出器２６の回転角度θを算出する。図３９に示すように、Ａ_Ｐ（Ｓ８０）とＡ_Ｐ（Ｓ８６）における中心ＰｃのＸ方向の距離（直動移動の距離）をＲ、Ａ_Ｐ（Ｓ８０）とＡ_Ｐ（Ｓ８６）における母線調整方向の移動距離をΔＹとすると、θは下記の式（５）で表される。

θ＝arctan（ΔＹ／Ｒ） …（５）
（ステップＳ９０）
次に、図４０に示すように、検出器駆動機構２８により変位検出器２６を回転角度θ回転させて、変位検出器２６の検出ストロークＡ_Ｐと直動移動方向（Ｘ方向）とを平行にする。なお、母線調整については、ワークＷの測定を行う際に実施すればよい。

本実施形態によれば、プローブ３０の検出ストロークＡ_Ｐとプローブ３０の直動移動方向とを平行にすることができる。これにより、プローブ３０の移動方向に対する検出ストロークＡ_Ｐの傾きが変位検出に与える影響を防止することができ、ワークＷの形状の測定精度を向上させることができる。

１０－１、１０－２…形状測定機、１２…本体ベース、１４…ステージ回転機構、１６…回転体、１８…ステージ、２０…コラム、２２…キャリッジ、２４…アーム、２６…変位検出器、２８…検出器駆動機構、３０…プローブ、３２…カメラ、３４…カメラ用ブラケット、５０－１、５０－２…制御装置、５２…操作部、５４…表示部、５６…変位演算部、５８…駆動制御部、６０…撮影制御部、７０…直動機構、７２…母線出し機構

Claims (5)

1. ワークが載置されたステージを回転軸周りに回転させるステージ回転機構と、
   検出方向に沿って前記ワークの表面形状を検出するプローブと、
   前記プローブをプローブ回転軸周りに回転させるプローブ回転機構と、
   前記プローブを直動移動方向に沿って移動させる直動機構と、
   前記直動移動方向に対して垂直な母線調整方向に沿って前記プローブを移動させる母線出し機構と、
   前記直動移動方向及び前記母線調整方向に沿って前記プローブを移動させ、少なくとも２つの位置における前記プローブの位置に基づいて、前記直動移動方向に対する前記プローブの検出方向の傾きを回転角度として算出する回転角度算出手段と、
   前記プローブ回転機構を制御して、前記回転角度だけ前記プローブを回転させる駆動制御手段と、
   を備える形状測定機。
2. 前記回転角度算出手段は、円柱又は円筒形状のジグであって、前記ステージの回転軸と前記ジグの中心軸が一致するように載置されたジグに対して、前記プローブの検出方向が同一直線状となる少なくとも２つの位置における前記プローブの位置に基づいて、前記直動移動方向に対する前記プローブの検出方向の傾きを算出する、請求項１記載の形状測定機。
3. 前記プローブの位置を検出可能なカメラを備え、
   前記駆動制御手段は、前記カメラによる検出結果に基づいて、前記直動機構及び前記母線出し機構を制御して、前記プローブを基準位置に移動させ、
   前記回転角度算出手段は、円柱又は円筒形状のジグであって、前記ステージの回転軸と前記ジグの中心軸が一致するように載置されたジグを検出可能な少なくとも２つの位置及び前記プローブの位置に基づいて、前記直動移動方向に対する前記プローブの検出方向の傾きを算出する、請求項１記載の形状測定機。
4. 前記プローブの位置を検出可能なカメラを備え、
   前記プローブは、前記ワークに接触して前記ワークの形状を検出する接触子であって、検出ストローク内を移動可能な接触子を備え、
   前記回転角度算出手段は、前記接触子が検出ストロークの各ストローク端に位置させた状態で、前記カメラにより検出された前記接触子の位置が前記ステージの回転軸上になるときの前記プローブの位置に基づいて、前記直動移動方向に対する前記プローブの検出方向の傾きを算出する、請求項１記載の形状測定機。
5. 検出方向に沿ってワークの表面形状を検出するプローブを、直動移動方向及び前記直動移動方向に垂直な母線調整方向に沿って移動させ、少なくとも２つの位置における前記プローブの位置に基づいて、前記直動移動方向に対する前記プローブの検出方向の傾きを回転角度として算出する工程と、
   プローブ回転機構を制御して、前記回転角度だけ前記プローブを回転させる工程と、
   を含む形状測定機のアライメント方法。

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