JP2023004822A - 三次元座標測定装置用のプローブ、三次元座標測定装置、三次元座標測定システム、三次元座標測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することを可能にする三次元座標測定装置用のプローブ、三次元座標測定装置、三次元座標測定システム、三次元座標測定方法を提供する。【解決手段】プローブ２００は、測定対象物の測定点の座標を算出する三次元座標測定装置に用いられる。プローブ２００には、撮像部により撮像される複数のマーカｅｑがプローブ保持部２１０により保持される。そのプローブ保持部２１０には、測定対象物に接触することにより測定点を指示するスタイラス２１１が取り付けられる。スタイラス２１１は、複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係を有する。プローブ保持部２１０は、遊動可能にプローブケーシング２２０に接続される。プローブケーシング２２０内には、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量に応じた信号を出力する磁気センサ２７０が設けられる。【選択図】図１３

Description

本発明は、測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定装置に用いられ、測定対象物に接触して測定点を指示するための三次元座標測定装置用のプローブ、三次元座標測定装置、三次元座標測定システム、三次元座標測定方法に関する。

接触式の三次元座標測定装置には、接触部を有するプローブが用いられる。測定対象物にプローブの接触部が接触され、測定対象物と接触部との接触位置が算出される。測定対象物上の複数の位置が算出されることにより、測定対象物の所望の部分の寸法が測定される。

特許文献１に記載された三次元座標測定装置は、載置台、プローブおよび撮像部を備える。載置台上に載置された測定対象物にプローブの接触部が接触される。プローブに設けられた複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより、画像データが生成される。その画像データに基づいて測定対象物と接触部との接触位置の座標が算出される。

特開２０１５－１９０９２７号公報

プローブ各部の寸法が吸湿または温度環境の変化により変化すると、複数のマーカ間の位置関係も変化する可能性がある。複数のマーカ間の位置関係の変化は、測定対象物と接触部との接触位置の座標の算出精度を低下させる。そこで、上記の三次元座標測定装置においては、吸湿および温度環境の変化によるプローブ各部の寸法変化を低減するために、プローブを構成する複数の部材が低吸湿性および低線膨張係数を有する材料で作製される。

しかしながら、プローブ各部の寸法変化は、吸湿および温度環境の変化以外の要因で発生することもある。例えば、上記のプローブには、把持部が設けられている。使用者は、把持部を把持しつつプローブを操作する。そのため、使用者が測定対象物に接触部を強く押し当てた場合には、プローブ各部に歪が生じる可能性が高くなる。この場合、複数のマーカおよび接触部間の位置関係が変動することにより、測定対象物と接触部との接触位置の座標の算出精度が低下する。

本発明の目的は、高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することを可能にする三次元座標測定装置用のプローブ、三次元座標測定装置、三次元座標測定システム、三次元座標測定方法を提供することである。

（１）第１の発明に係る三次元座標測定装置用のプローブは、撮像部により撮像された複数の測定マーカに基づいて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定装置に用いられるプローブであって、複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、測定対象物に接触することにより測定点を指示する接触部を有し、複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係でプローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、プローブ保持部の少なくとも一部を、複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、プローブケーシングに収容され、スタイラスと対象物との接触に応じてプローブ保持部がプローブケーシングに対して変位するように、プローブケーシングとプローブ保持部との間に配置される弾性体と、プローブケーシングに収容され、プローブケーシングに対するプローブ保持部の変位量に応じた信号を、スタイラスと対象物との接触に関する信号として出力する変位センサとを備える。

そのプローブにおいては、測定点を指示するために、測定対象物にスタイラスの接触部が接触される。スタイラスとプローブ保持部とは予め定められた位置関係で互いに連結している。指示された測定点の座標は、プローブ保持部の複数のマーカが撮像されることにより得られる画像データと、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に基づいて算出される。そのため、測定点を指示する際にスタイラスの接触部から測定対象物に加えられる負荷は、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に変化が生じない程度、すなわちスタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じない程度であることが望ましい。

上記の構成によれば、プローブ保持部は、弾性体によりプローブケーシングに対して遊動可能に接続されている。そのため、スタイラスの接触部が測定対象物の指示されるべき測定点に接触する場合には、スタイラスおよびプローブ保持部に歪が生じるよりも前にスタイラスおよびプローブ保持部がプローブケーシングに対して相対的に移動する。このとき、変位センサの出力の変化は、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化を表すことになる。したがって、変位センサの出力によれば、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化の程度に基づいて、スタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じないように、測定点を指示するタイミングを適切に定めることができる。その結果、スタイラスおよびプローブ保持部の剛性によらず高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することが可能になる。

（２）三次元座標測定装置用のプローブは、測定点が指示される際に、変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するプローブ制御部をさらに備えてもよい。

この場合、変位センサの出力信号と基準条件とに基づいて測定点を指示するタイミングが適切に定められ、測定点の座標が高い精度で算出される。

（３）三次元座標測定装置用のプローブは、基準条件を設定する条件設定部をさらに備え、基準条件は、変位センサから出力される信号に応じた変位量と基準変位量との差が予め定められた許容範囲内にあることであり、条件設定部は、一の時点で変位センサから出力される信号に応じた変位量を基準変位量として設定し、一の時点から予め定められた時間が経過した後、変位センサから出力される信号に応じた変位量により基準変位量を更新してもよい。

この場合、基準変位量が一の時点から予め定められた時間が経過した後に更新されるので、変位センサの出力信号と基準条件とに基づいて測定点を指示するタイミングがより適切に定められる。

（４）三次元座標測定装置用のプローブは、プローブケーシングの動きを検出する動き検出部をさらに備え、プローブ制御部は、動き検出部により検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合にトリガ信号を出力し、動き検出部により検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値よりも大きい場合にトリガ信号を出力しなくてもよい。

この場合、プローブケーシングの動きが第１のしきい値を超えて大きく変化する場合には、トリガ信号が出力されない。したがって、例えば接触部が測定点に接触しない状態でトリガ信号が誤って出力されること等が防止され、測定点の座標の算出精度の低下が抑制される。

（５）三次元座標測定装置用のプローブは、プローブケーシングの姿勢を検出する姿勢検出部をさらに備え、プローブ制御部は、姿勢検出部により検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値以下である場合にトリガ信号を出力し、姿勢検出部により検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値よりも大きい場合にトリガ信号を出力しなくてもよい。

この場合、プローブケーシングの姿勢が第２のしきい値を超えて大きく変化する場合には、トリガ信号が出力されない。したがって、測定点の座標の算出精度の低下が抑制される。

（６）変位センサは、磁気センサを含んでもよい。磁気センサによれば、変位の変動方向によらず、プローブケーシングに対するプローブ保持部の変位量を検出することが可能になる。したがって、プローブの部品点数の増加が抑制される。また、磁気センサのように非接触で変位を検出できるセンサを用いる場合、プローブ保持部とプローブケーシングとを独立して設計または製造することができるので、設計難易度や製造難易度が下がる。

（７）プローブケーシングには、使用者により把持可能な把持部が接続されてもよい。この場合、使用者は、把持部を把持しながら測定対象物の所望の部分を測定点として容易に指示することができる。

（８）第２の発明に係る三次元座標測定装置は、上記の三次元座標測定装置用のプローブと、変位センサの出力信号に基づいてプローブの複数の測定マーカを撮像する撮像部と、撮像部により撮像された複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、接触部により指示された測定点の座標を算出する算出部とを備える。

その三次元座標測定装置は、上記のプローブを含む。それにより、スタイラスおよびプローブ保持部の剛性によらず高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することが可能である。

（９）第３の発明に係る三次元座標測定システムは、撮像部により撮像された複数の測定マーカに基づいて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定装置と、複数の測定マーカを含むプローブと、プローブを保持しつつ移動させることが可能に構成されたロボットと、ロボット制御部とを備え、プローブは、複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、測定対象物に接触することにより測定点を指示する接触部を有し、複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係でプローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、ロボットにより保持され、プローブ保持部の少なくとも一部を、複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、プローブケーシングに収容され、スタイラスと対象物との接触に応じてプローブ保持部がプローブケーシングに対して変位するように、プローブケーシングとプローブ保持部との間に配置される弾性体と、プローブケーシングに収容され、プローブケーシングに対するプローブ保持部の変位量に応じた信号を、スタイラスと対象物との接触に関する信号として出力する変位センサと、測定点が指示される際に、変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するプローブ制御部とを備え、ロボット制御部は、変位センサの出力に基づいてロボットの動作を制御し、三次元座標測定装置は、プローブ制御部からトリガ信号が出力された場合に、プローブの複数の測定マーカを撮像する撮像部と、撮像部により撮像された複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、接触部により指示された測定点の座標を算出する算出部とを備える。

その三次元座標測定システムにおいては、プローブのプローブケーシングがロボットにより保持される。ロボットがプローブケーシングを移動させることにより、測定対象物にスタイラスの接触部が接触され、測定点が指示される。スタイラスとプローブ保持部とは予め定められた位置関係で互いに連結している。指示された測定点の座標は、プローブ保持部の複数のマーカが撮像されることにより得られる画像データと、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に基づいて算出される。そのため、測定点を指示する際にスタイラスの接触部から測定対象物に加えられる負荷は、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に変化が生じない程度、すなわちスタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じない程度であることが望ましい。

上記のプローブの構成によれば、プローブ保持部は、弾性体によりプローブケーシングに対して遊動可能に接続されている。そのため、スタイラスの接触部が測定対象物の指示されるべき測定点に接触する場合には、スタイラスおよびプローブ保持部に歪が生じるよりも前にスタイラスおよびプローブ保持部がプローブケーシングに対して相対的に移動する。このとき、変位センサの出力の変化は、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化を表すことになる。

ロボットは、変位センサの出力に基づいて動作する。変位センサの出力によれば、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化の程度に基づいて、スタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じないように、ロボットを動作させることができる。また、測定点を指示するタイミングを適切に定めることができる。

上記の三次元座標測定装置においては、変位センサの出力信号に対応する変位量が予め定められた基準条件を満たす場合に、指示された測定点の座標を算出するためのトリガ信号が出力される。それにより、複数の測定マーカが撮像され、撮像により得られた画像データに基づいて、測定点の座標が算出される。このようにして、変位センサの出力信号と基準条件とに基づいて測定点を指示するタイミングが適切に定められ、測定点の座標が高い精度で算出される。これらの結果、スタイラスおよびプローブ保持部の剛性によらず高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することが可能になる。

（１０）第４の発明に係る三次元座標測定方法は、プローブを用いて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定方法であって、プローブは、複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、測定対象物に接触することにより測定点を指示する接触部を有し、複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係でプローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、プローブ保持部の少なくとも一部を、複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、プローブケーシングに収容され、スタイラスと対象物との接触に応じてプローブ保持部がプローブケーシングに対して変位するように、プローブケーシングとプローブ保持部との間に配置される弾性体と、プローブケーシングに収容され、プローブケーシングに対するプローブ保持部の変位量に応じた信号を、スタイラスと対象物との接触に関する信号として出力する変位センサとを備え、三次元座標測定方法は、測定点が指示される際に、変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するステップと、トリガ信号の出力に応答して、複数の測定マーカを撮像し、撮像された複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、接触部により指示された測定点の座標を算出するステップとを含む。

上記のプローブにおいては、測定点を指示するために、測定対象物にスタイラスの接触部が接触される。スタイラスとプローブ保持部とは予め定められた位置関係で互いに連結している。指示された測定点の座標は、プローブ保持部の複数のマーカが撮像されることにより得られる画像データと、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に基づいて算出される。そのため、測定点を指示する際にスタイラスの接触部から測定対象物に加えられる負荷は、スタイラスとプローブ保持部との間の位置関係に変化が生じない程度、すなわちスタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じない程度であることが望ましい。

プローブ保持部は、弾性体によりプローブケーシングに対して遊動可能に接続されている。そのため、スタイラスの接触部が測定対象物の指示されるべき測定点に接触する場合には、スタイラスおよびプローブ保持部に歪が生じるよりも前にスタイラスおよびプローブ保持部がプローブケーシングに対して相対的に移動する。このとき、変位センサの出力の変化は、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化を表すことになる。したがって、変位センサの出力によれば、スタイラスおよびプローブ保持部とプローブケーシングとの間の位置関係の変化の程度に基づいて、スタイラスおよびプローブ保持部に過剰な歪が生じないように、測定点を指示するタイミングを適切に定めることができる。

上記の三次元座標測定方法においては、変位センサの出力信号に対応する変位量が予め定められた基準条件を満たす場合に、指示された測定点の座標を算出するためのトリガ信号が出力される。トリガ信号の出力に応答して、複数の測定マーカが撮像され、撮像により得られた画像データに基づいて、測定点の座標が算出される。このようにして、変位センサの出力信号と基準条件とに基づいて測定点を指示するタイミングが適切に定められ、測定点の座標が高い精度で算出される。これらの結果、スタイラスおよびプローブ保持部の剛性によらず高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することが可能になる。

（１１）三次元座標測定方法は、基準条件を設定するステップをさらに含み、基準条件は、変位センサから出力される信号に応じた変位量と基準変位量との差が予め定められた許容範囲内にあることであり、基準条件を設定するステップは、一の時点で変位センサから出力される信号に応じた変位量を基準変位量として設定し、一の時点から予め定められた時間が経過した後、変位センサから出力される信号に応じた変位量により基準変位量を更新することを含んでもよい。

この場合、基準変位量が一の時点から予め定められた時間が経過した後に更新されるので、変位センサの出力信号と基準条件とに基づいて測定点を指示するタイミングがより適切に定められる。

（１２）三次元座標測定方法は、プローブケーシングの動きを検出するステップをさらに含み、トリガ信号を出力するステップは、動きを検出するステップにより検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合に行われ、動きを検出するステップにより検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値よりも大きい場合に行われなくてもよい。

この場合、プローブケーシングの動きが第１のしきい値を超えて大きく変化する場合には、トリガ信号が出力されない。したがって、例えば接触部が測定点に接触しない状態でトリガ信号が誤って出力されること等が防止され、測定点の座標の算出精度の低下が抑制される。

（１３）三次元座標測定方法は、プローブケーシングの姿勢を検出するステップをさらに含み、トリガ信号を出力するステップは、姿勢を検出するステップにより検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値以下である場合に行われ、姿勢を検出するステップにより検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値よりも大きい場合に行われなくてもよい。

この場合、プローブケーシングの姿勢が第２のしきい値を超えて大きく変化する場合には、トリガ信号が出力されない。したがって、測定点の座標の算出精度の低下が抑制される。

本発明によれば、高い精度で測定対象物の測定点の座標を算出することが可能になる。

第１の実施の形態に係る三次元座標測定装置の一使用例を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る三次元座標測定装置の他の使用例を示す模式図である。 撮像ヘッドおよび処理装置の構成を示すブロック図である。 撮像ヘッドの正面図である。 撮像ヘッドの背面図である。 撮像ヘッドの一方側面図である。 撮像ヘッドの平面図である。 ケーシングが取り除かれた状態を示す撮像ヘッドの外観斜視図である。 図４のＡ－Ａ線における撮像ヘッドの模式的断面図である。 （ａ）は図９の参照部材の模式的縦断面図であり、（ｂ）は参照部材の下面図である。 ヘッド底部の下面図および側面図である。 図１のヘッド台座の平面図および側面図である。 プローブの基本構成を示すブロック図である。 プローブを一の方向に見た外観斜視図である。 プローブを他の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを一の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを他の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第１の状態にあるプローブを用いて使用者が測定対象物を測定する状態を示す模式図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを用いて使用者が測定対象物を測定する状態を示す模式図である。 本体部の内部構造を示すプローブの一部切り欠き断面図である。 本体部の内部構造の概略を説明するためのプローブの分解斜視図である。 図３の本体制御回路による測定処理の流れを示すフローチャートである。 測定点座標算出処理の流れを示すフローチャートである。 図１３のプローブ制御部による接触トリガ出力処理の流れを示すフローチャートである。 図３の本体制御回路による追跡処理の流れを示すフローチャートである。 測定対象物の測定の初期段階で本体表示部に表示される測定画面の一例を示す図である。 測定対象物の測定時に画面操作機能が起動されたときの測定画面の一例を示す図である。 指示モード選択ウィンドウが重畳表示された測定画面の一例を示す図である。 プローブによる幾何要素および測定項目の選択が可能になったときの測定画面の一表示例を示す図である。 幾何要素の選択後に複数の測定点が指示されたときの測定画面の一例を示す図である。 測定項目の選択後の測定画面の一例を示す図である。 測定状態表示領域に撮像画像が表示されたときの測定画面の一例を示す図である。 測定のための操作に関する本体制御回路の機能的な構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係る三次元座標測定システムの一構成例を示す模式図である。 図３４のプローブの基本構成を示すブロック図である。 図３４の撮像ヘッドおよび処理装置の構成を示すブロック図である。

１．第１の実施の形態
［１］三次元座標測定装置の基本構成および使用例
図１は、第１の実施の形態に係る三次元座標測定装置の一使用例を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１は、主として撮像ヘッド１００、プローブ２００、処理装置３００および保持部８００から構成される。

保持部８００は、設置部８１０、載置台８２０およびヘッド台座８３０を含む。設置部８１０は、一方向に延びるように形成された平板形状を有し、テーブルの上面等の設置面上に設置される。また、設置部８１０は、アルミニウム、鉄またはそれらの合金等により構成され、高い剛性を有する。設置部８１０の一端部には、載置台８２０が設けられている。本例の載置台８２０は、略長方形状を有する光学定盤であり、短辺が設置部８１０の長手方向（設置部８１０が延びる方向）と平行になるように設置部８１０の上面に接続されている。載置台８２０の長辺の長さＬ１は例えば４５０ｍｍ程度であり、載置台８２０の短辺の長さＬ２は例えば３００ｍｍ程度である。載置台８２０は、正方形状を有してもよいし、円形状を有してもよいし、楕円形状を有してもよい。載置台８２０には、測定対象物Ｓが載置される。

設置部８１０の他端部には、ヘッド台座８３０が設けられている。本例のヘッド台座８３０は、撮像ヘッド１００の底部（以下、ヘッド底部と呼ぶ。）１０１を取り付け可能かつ取り外し可能に構成されている。ヘッド底部１０１がヘッド台座８３０上に取り付けられた状態で、撮像ヘッド１００は設置部８１０および載置台８２０に対して固定される。一方、ヘッド底部１０１がヘッド台座８３０から取り外された状態で、図１に点線の白抜き矢印で示すように、撮像ヘッド１００は設置部８１０および載置台８２０から分離する。

プローブ２００は、使用者により携行可能に構成されている。プローブ２００には、接触部２１１ａが設けられている。使用者は、測定点を指示するために、測定対象物Ｓの所望の部分にプローブ２００の接触部２１１ａを接触させる。これにより、接触部２１１ａが測定点を指示し、測定対象物Ｓにおける接触部２１１ａとの接触部分が測定点として指示される。

撮像ヘッド１００の内部には、可動カメラ１２０が設けられている。可動カメラ１２０によりプローブ２００に設けられた後述する複数のマーカｅｑ（図１４等）が撮像される。また、撮像ヘッド１００は、ケーブルＣＡを介して処理装置３００に接続されている。処理装置３００は、例えばパーソナルコンピュータであり、本体表示部３１０および本体操作部３２０が接続されている。処理装置３００においては、可動カメラ１２０がプローブ２００を撮像することにより得られる画像データ（以下、測定画像データと呼ぶ。）と後述する基準画像データとに基づいて測定対象物Ｓ上の測定点の座標が算出される。測定対象物Ｓにおける１または複数の測定点の座標が算出されることにより、それらの算出結果に基づいて測定対象物Ｓの物理量が測定される。

使用者がプローブ２００を移動させる場合には、図１に太い実線の矢印ａ１，ａ２に示すように、可動カメラ１２０の撮像視野の向きはプローブ２００の移動に追従する。すなわち、可動カメラ１２０の向きは、プローブ２００が移動するときに、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように変化する。本実施の形態に係る可動カメラ１２０は、撮像視野が載置台８２０に向けられた状態で、少なくとも載置台８２０上の空間をカバーする被写界深度を有する。そのため、三次元座標測定装置１は、載置台８２０上の空間を含む広い測定可能領域を有する。したがって、測定対象物Ｓの物理量を測定するために要求されるプローブ２００の位置および姿勢の範囲が拡大される。

上記のように、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１によれば、撮像ヘッド１００がヘッド台座８３０上に取り付けられた状態で、載置台８２０上に載置された測定対象物Ｓの物理量を測定することができる。一方、載置台８２０に載置されていない測定対象物Ｓについても物理量を測定することができれば、三次元座標測定装置１の利便性が向上する。そこで、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１は、上記の構成に加えて、撮像ヘッド１００を床面等の設置面上に固定するための基準スタンドをさらに備える。基準スタンドを用いた三次元座標測定装置１の使用例を説明する。

図２は、第１の実施の形態に係る三次元座標測定装置１の他の使用例を示す模式図である。図２に示すように、三次元座標測定装置１は、基準スタンド９００をさらに含む。その基準スタンド９００は、三脚であり、ヘッド台座９１１および脚部９１２からなる。ヘッド台座９１１は、脚部９１２の上端部に設けられ、図１の保持部８００のヘッド台座８３０と同様に、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１を取り付け可能かつ取り外し可能に構成されている。本例では、図１の保持部８００から取り外された撮像ヘッド１００が基準スタンド９００のヘッド台座９１１上に取り付けられている。

上記の基準スタンド９００によれば、使用者Ｕは、加工機９にセットされた測定対象物Ｓが可動カメラ１２０の被写界深度の範囲内に位置するように、撮像ヘッド１００を例えば床面上に固定することができる。加工機９は、例えば旋盤、フライス盤または放電加工機等の加工装置である。あるいは、使用者Ｕは、床面上に置かれた測定対象物Ｓが可動カメラ１２０の被写界深度の範囲内に位置するように、撮像ヘッド１００を例えば床面上に固定することができる。したがって、使用者Ｕは、携行するプローブ２００の接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させることにより、図１の載置台８２０に載置されない測定対象物Ｓについても物理量の測定を行うことができる。なお、本例においても、使用者Ｕがプローブ２００を携行して移動する場合には、図１の例と同様に、可動カメラ１２０の撮像視野の向きはプローブ２００の移動に追従する。以下、三次元座標測定装置１の各部の構成について詳細を説明する。

［２］撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成
図３は、撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成を示すブロック図である。図４は撮像ヘッド１００の正面図であり、図５は、撮像ヘッド１００の背面図である。また、図６は撮像ヘッド１００の一方側面図であり、図７は撮像ヘッド１００の平面図である。図４～図７に示すように、撮像ヘッド１００は、複数の構成要素がケーシング９０内に収容された構成を有する。図８はケーシング９０が取り除かれた状態を示す撮像ヘッド１００の外観斜視図であり、図９は図４のＡ－Ａ線における撮像ヘッド１００の模式的断面図である。

（１）撮像ヘッド１００
まず、撮像ヘッド１００の構成について説明する。図３に示すように、撮像ヘッド１００は、電気的な構成として基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０、ヘッド制御回路１５０、無線通信回路１６０、通信回路１７０、俯瞰カメラ１８０および参照部材１９０を含む。これらの構成は、図３に二点鎖線で示される固定連結部２０、支持部材３０および可動部材４０のいずれかにより支持された状態で、図４～図７に示すケーシング９０内に収容される。

基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、撮像素子として、赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサを含む。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０には、ＣＭＯＳイメージセンサが実装された基板１１１，１２１，１８１がそれぞれ設けられる。図３において、太い点線で取り囲まれる複数の回路（１４０，１５０，１６０，１７０）は、作動時に基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の基板１１１，１２１，１８１に実装される各種素子に比べて高い発熱量を有する。以下の説明では、回転駆動回路１４０、ヘッド制御回路１５０、無線通信回路１６０および通信回路１７０が実装される１または複数の基板を、適宜、発熱基板ＧＳと総称する。

図４～図７に示すように、ケーシング９０は、下部ケーシング９１、上部ケーシング９２および基板ケーシング９３から構成される。下部ケーシング９１は、略円筒形状を有し、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１に固定され、ヘッド底部１０１から一定距離上方に延びる。下部ケーシング９１の上方の位置に上部ケーシング９２が設けられている。上部ケーシング９２は、略釣鐘形状を有し、後述する支持部材３０（図８）とともに水平面内で回転可能に設けられている。

図４の正面図に示すように、上部ケーシング９２の一部には、上部ケーシング９２の上端部近傍から中央部にかけて上下方向に延びる矩形開口９２Ｓが形成されている。矩形開口９２Ｓは、可動カメラ１２０の撮像視野をケーシング９０の外部へ導く。また、上部ケーシング９２には、矩形開口９２Ｓの両側部でかつ上部ケーシング９２の下端部近傍に２つの吸気部ＨＡ１が形成されている。

下部ケーシング９１の外周面の一部には、俯瞰カメラ用窓９１Ｗが形成されている。俯瞰カメラ用窓９１Ｗは、俯瞰カメラ１８０の撮像視野をケーシング９０の外部へ導く。以下の説明では、俯瞰カメラ用窓９１Ｗが向く一の方向を撮像ヘッド１００の前方と呼ぶ。また、撮像ヘッド１００を基準として上記の一の方向とは逆の方向を撮像ヘッド１００の後方と呼ぶ。下部ケーシング９１の前部かつ下端部近傍には、俯瞰カメラ用窓９１Ｗに加えて、２つの吸気部ＬＡ１が形成されている。

図５および図６に示すように、下部ケーシング９１の外周面のうち後方を向く部分（後半部分）に、基板ケーシング９３が接続されている。基板ケーシング９３は、第１の収容部９３ａおよび第２の収容部９３ｂを含む。第１の収容部９３ａは、下部ケーシング９１の後半部から撮像ヘッド１００の後方に延びる箱形状を有する。第２の収容部９３ｂは、第１の収容部９３ａの上面の一部から上方に突出するように形成されている。

図９に示すように、基板ケーシング９３において第１の収容部９３ａの内部空間と第２の収容部９３ｂの内部空間とは互いに連通している。また、第１の収容部９３ａの内部空間と下部ケーシング９１の内部空間とは互いに連通している。一方、下部ケーシング９１の内部空間と上部ケーシング９２の内部空間とは、後述する上固定板２２により区画されているため、互いに連通していない。

図５、図６および図９に太い点線または実線で示すように、基板ケーシング９３の内部には、第１の収容部９３ａの下部から第２の収容部９３ｂの上部にかけて発熱基板ＧＳが収容される。一方、発熱基板ＧＳに比べて低い発熱性を有する複数の基板（基板１１１，１２１，１８１等）は、下部ケーシング９１または上部ケーシング９２内に収容される。

図５に示すように、基板ケーシング９３の第１の収容部９３ａの後端下部には、排気部ＬＡ２が形成されている。第１の収容部９３ａの内部には、排気部ＬＡ２に隣り合うように、排気ファンＬＦが設けられている。排気ファンＬＦは、下部ケーシング９１および基板ケーシング９３内の雰囲気を、排気部ＬＡ２を通して撮像ヘッド１００の外部に排出する。このとき、図４の２つの吸気部ＬＡ１から下部ケーシング９１の内部に撮像ヘッド１００の外部の空気が流入する。それにより、図６に複数の白抜き矢印ｆ１で示すように、撮像ヘッド１００の前方から下部ケーシング９１および基板ケーシング９３の内部空間を通して撮像ヘッド１００の後方に向かう円滑な空気の流れが発生する。この場合、基板ケーシング９３に収容される発熱基板ＧＳは、下部ケーシング９１および基板ケーシング９３内の空気の流れにおいて、下部ケーシング９１よりも下流に位置する。それにより、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間に進入することが低減される。さらに、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間に滞留しないので、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間を通じて上部ケーシング９２の内部空間に伝達されることが抑制される。

図７に示すように、上部ケーシング９２の上部には、平面視で上部ケーシング９２の中心を基準として矩形開口９２Ｓと反対側の部分に排気部ＨＡ２が形成されている。上部ケーシング９２の内部には、排気部ＨＡ２に隣り合うように、排気ファンＨＦが設けられている。排気ファンＨＦは、下部ケーシング９１内の雰囲気を排気部ＨＡ２を通して撮像ヘッド１００の外部に排出する。このとき、図４の２つの吸気部ＨＡ１から上部ケーシング９２の内部に撮像ヘッド１００の外部の空気が流入する。それにより、図６に複数の白抜き矢印ｆ２で示すように、下部ケーシング９１の２つの吸気部ＨＡ１から上部ケーシング９２の内部空間を通して上部ケーシング９２の下部から斜め上方に向かう円滑な空気の流れが発生する。この場合、後述するように上部ケーシング９２内に収容される可動カメラ１２０またはマーカ駆動回路１３０が実装された基板４３において発生される熱が、下部ケーシング９１内で下方から上方に向かって円滑に流れ、下部ケーシング９１の外部に排出される。

図８および図９に示すように、固定連結部２０は、下固定板２１、上固定板２２、複数（例えば４本）の支柱２３および中空支持軸２４を含む。下固定板２１は、円板形状を有し、ヘッド底部１０１の上面上に、ねじを用いて固定されている。下固定板２１の上方には、複数の支柱２３を介して上固定板２２が設けられている。上固定板２２は、下固定板２１と同様に円板形状を有する。上固定板２２の中央部には、円形の開口が形成されている。上固定板２２の上面上には、上固定板２２の中央部の開口を取り囲むように中空支持軸２４がねじを用いて固定されている。下部ケーシング９１は、固定連結部２０を構成するいずれかの部材に取り付けられている。

固定連結部２０においては、下固定板２１と上固定板２２との間の空間に、発熱基板ＧＳを除く各種基板（発熱基板ＧＳよりも発熱性が低い基板）とともに、俯瞰カメラ１８０が設けられている。また、下固定板２１上には、図９に示すように、下部ケーシング９１の略中央から上固定板２２の開口を通して中空支持軸２４の内部まで延びるように基準カメラ１１０が設けられている。この状態で、基準カメラ１１０の撮像視野は上方を向いている。本実施の形態では、基準カメラ１１０の光学系の光軸１１０ｃは、中空支持軸２４の中心軸に一致している。

下固定板２１上および上固定板２２上には、上記の各種基板および基準カメラ１１０に加えて、後述する支持部材３０を中空支持軸２４の中心軸の周りで回転させるため（ヘッド底部１０１の上面に平行な面内で回転させるため）の水平回転機構１４１が設けられている。水平回転機構１４１は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。

図８に示すように、固定連結部２０の中空支持軸２４上には、支持部材３０が設けられている。支持部材３０は、回転台座３１および一対の支持フレーム３２，３３を含む。回転台座３１は、中央部に開口を有し、支持部材３０が中空支持軸２４の中心軸の周りで回転可能となるように、クロスローラベアリングＣＢ（図９）を介して中空支持軸２４の上端部に取り付けられている。上部ケーシング９２は、支持部材３０を構成するいずれかの部材に取り付けられている。中空支持軸２４に対する支持部材３０の回転時には、上部ケーシング９２は支持部材３０とともに下部ケーシング９１に対して相対的に回転する（図７の太い一点鎖線の矢印参照）。

一対の支持フレーム３２，３３は、回転台座３１の一側部および他側部から互いに対向しつつ上方に延びるように形成されている。一対の支持フレーム３２，３３の間には、回転台座３１から所定距離離間した位置に可動部材４０が設けられている。

可動部材４０は、一対の支持フレーム３２，３３の互いに対向する部分を通る回転軸３０ｃの周りで回転可能（水平面に対してチルト可能）となるように、支持フレーム３２，３３により支持されている。本実施の形態では、回転軸３０ｃは、基準カメラ１１０（図９）の光軸１１０ｃおよび中空支持軸２４の中心軸に直交する。

支持フレーム３３の上端部近傍には、可動部材４０とは反対側で回転軸３０ｃ上に位置する部分にチルト回転機構１４３が取り付けられている。チルト回転機構１４３は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。チルト回転機構１４３は、可動部材４０を回転軸３０ｃの周りで回転させる。

可動部材４０は、略正方形の扁平な筒状に形成され、上面４１および下面４２を有する。可動部材４０上には、可動カメラ１２０およびその可動カメラ１２０に付随する各種基板が固定される。この状態で、可動カメラ１２０の光学系の光軸１２０ｃ（図９）は可動部材４０の上面４１に平行となっている。可動部材４０の上端部には、その中央部の開口を塞ぐように図３のマーカ駆動回路１３０が実装された基板４３が設けられている。

図９に示すように、可動部材４０の内部には、複数のマーカｅｐ（図３）を有する参照部材１９０が設けられている。図１０（ａ）は図９の参照部材１９０の模式的縦断面図であり、図１０（ｂ）は参照部材１９０の下面図である。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、参照部材１９０は、発光基板１９１、拡散板１９２、ガラス板１９３および拡散反射シート１９５を含む。発光基板１９１、拡散板１９２およびガラス板１９３は、この順で上方から下方に向かって並ぶように積層されている。その積層体の外周部を取り囲むように拡散反射シート１９５が設けられている。

発光基板１９１の下面には、全体に渡って複数の発光素子Ｌが実装されている。各発光素子Ｌは、例えば赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）である。マーカ駆動回路１３０が発光基板１９１上の複数の発光素子Ｌを駆動する。それにより、複数の発光素子Ｌが発光する。

拡散板１９２は、例えば樹脂からなる板部材であり、複数の発光素子Ｌから発生される光を拡散させつつ下方へ透過する。拡散反射シート１９５は、例えば樹脂からなる帯状のシート部材であり、複数の発光素子Ｌから参照部材１９０の側方（外方）に向かう光を拡散させつつその内方に反射する。

ガラス板１９３は、例えば石英ガラスまたはソーダガラスにより形成された板部材である。ガラス板１９３の下面には、複数の円形開口を有するマスク１９４が設けられている。マスク１９４は、例えばガラス板１９３の下面にスパッタ法または蒸着法により形成されるクロムマスクである。

上記の構成により、複数の発光素子Ｌから発生されて拡散板１９２および拡散反射シート１９５により拡散された光が、ガラス板１９３およびマスク１９４の複数の円形開口を通して参照部材１９０の下方に放出される。このようにして、複数の円形開口にそれぞれ対応する自発光型の複数のマーカｅｐが形成される。

本実施の形態においては、図１０（ｂ）に示すように、複数のマーカｅｐは、参照部材１９０の下面（平面）上でマトリクス状に等間隔で並んでいる。複数のマーカｅｐのうち、中央部に位置するマーカｅｐおよびその中央部のマーカｅｐから所定距離離間した一のマーカｅｐには、他のマーカｅｐから識別するための識別マーク（本例では点）が付されている。これらの識別マークは、マスク１９４の一部により形成される。以下の説明では、複数のマーカｅｐから識別マークが付された２つのマーカｅｐを区別する場合に、識別マークを含む中央部のマーカｅｐを第１のマーカｅｐ１と呼ぶ。また、識別マークを含む他方のマーカｅｐを第２のマーカｅｐ２と呼ぶ。

上記の構成においては、参照部材１９０は、下方に向く複数のマーカｅｐが基準カメラ１１０の撮像視野の範囲内に位置するように可動部材４０に取り付けられている。さらに、参照部材１９０は、可動部材４０の上面４１および下面４２が基準カメラ１１０の光軸１１０ｃの方向に対して垂直となるときに、第１のマーカｅｐ１が光軸１１０ｃ上に位置するように可動部材４０に取り付けられている。

支持部材３０が固定連結部２０上で回転する際、および可動部材４０が回転軸３０ｃの周りで回転する際には、基準カメラ１１０が参照部材１９０を撮像することにより得られる複数のマーカｅｐの画像が変化する。したがって、例えば、支持部材３０および可動部材４０が予め定められた基準姿勢にあるときに得られる画像が変化した場合を想定する。この場合、画像内の第１のマーカｅｐ１と第２のマーカｅｐ２との位置関係に基づいて、支持部材３０が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。また、画像内の複数のマーカｅｐの配列に生じる歪に基づいて、可動部材４０が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。

上記のように、可動部材４０には、可動カメラ１２０および参照部材１９０が一体的に固定されている。それにより、基準カメラ１１０が参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像することにより得られる画像データ（以下、基準画像データと呼ぶ。）に基づいて、基準カメラ１１０に対する可動カメラ１２０の位置および姿勢を算出することが可能である。

可動部材４０と回転台座３１との間には、基準カメラ１１０から参照部材１９０までの基準カメラ１１０の撮像視野を含む撮像空間ｒｓ（図９）を当該撮像空間ｒｓの外部から光学的かつ空間的に遮断する蛇腹５０が設けられている。

本例の蛇腹５０の上端部は可動部材４０の下面４２に接合され、蛇腹５０の下端部は回転台座３１の上面に接合されている。それにより、支持部材３０が水平面内で回転する際には、支持部材３０とともに蛇腹５０も回転する。

また、本例の蛇腹５０は、略正方形の筒形状を有し、チルト回転機構１４３による可動部材４０の回転時にその回転に追従して変形することにより撮像空間ｒｓの光学的かつ空間的な遮断状態を維持可能に構成される。さらに、蛇腹５０は、可動部材４０の回転に追従して変形する際に、その蛇腹５０が基準カメラ１１０の撮像視野に干渉しないように設けられる。

このような構成により、撮像空間ｒｓ内に、撮像空間ｒｓの外部から光が進入することが防止される。また、撮像空間ｒｓの周囲でモータ等が発熱する場合でも、発生された熱が撮像空間ｒｓ内に進入することが防止される。それにより、撮像空間ｒｓの雰囲気に揺らぎが生じることが防止される。したがって、高い精度で複数のマーカｅｐが撮像されるので、基準カメラ１１０に対する可動カメラ１２０の位置および姿勢を高い精度で算出することができる。また、上記の構成によれば、蛇腹５０の内部空間が外部空間から空間的に遮断されることにより蛇腹５０の内部空間の雰囲気が安定する。

撮像ヘッド１００においては、図８に示すように、一対の支持フレーム３２，３３の間に設けられる部分（主として可動部材４０および可動カメラ１２０を含む構成）の重心は、回転軸３０ｃ上に位置することが望ましい。これにより、回転軸３０ｃを中心とする可動部材４０の回転が安定する。また、撮像ヘッド１００においては、固定連結部２０に対して回転する部分（主として支持部材３０、可動部材４０および可動カメラ１２０を含む構成）の重心は、基準カメラ１１０の光軸１１０ｃ上に位置することが望ましい。これにより、光軸１１０ｃを中心とする支持部材３０の回転が安定する。また、支持部材３０および可動部材４０を回転させるために必要となる駆動力を低減することができる。それにより、モータ等の駆動部に加わる負担が低減される。本例では、支持部材３０の一対の支持フレーム３２，３３に、固定連結部２０に対して回転する部分の重心位置を調整するためのウェイトＷａ，Ｗｂが取り付けられている。

固定連結部２０に設けられる俯瞰カメラ１８０は、その撮像視野が撮像ヘッド１００の前方を向くように固定連結部２０に設けられる。俯瞰カメラ１８０の画角は、基準カメラ１１０および可動カメラ１２０の画角に比べて大きい。そのため、俯瞰カメラ１８０の撮像視野は、基準カメラ１１０および可動カメラ１２０の撮像視野に比べて大きい。

後述する追跡処理において、俯瞰カメラ１８０は、広い範囲に渡ってプローブ２００を撮像するために用いられる。この場合、例えばプローブ２００が移動することにより可動カメラ１２０の撮像視野からプローブ２００が外れる場合でも、当該プローブ２００が俯瞰カメラ１８０で撮像されることにより、撮像により得られる画像データ（以下、俯瞰画像データと呼ぶ。）に基づいてプローブ２００の大まかな位置を特定することができる。特定された位置に基づいて、可動カメラ１２０の撮像視野内にプローブ２００が位置するように、可動カメラ１２０の位置および姿勢が調整される。

また、本例では、基板ケーシング９３は、俯瞰カメラ１８０の撮像視野から外れるように、下部ケーシング９１に接続されている。それにより、俯瞰カメラ１８０により撮像可能な範囲が基板ケーシング９３により制限されることが防止される。

図１１はヘッド底部１０１の下面図および側面図であり、図１２は図１のヘッド台座８３０の平面図および側面図である。図１１に示すように、ヘッド底部１０１は、円環形状を有する環状底面１０２および環状傾斜面１０３を有する。環状傾斜面１０３は、環状底面１０２の内縁からその内側に向かって一定距離上方に向かって傾斜している。環状傾斜面１０３の内側には、開口部１０４が形成されている。環状底面１０２における所定の部分には、下方に向かって開口する縦孔１０５が形成されている。

一方、図１２に示すように、ヘッド台座８３０は、円環形状を有する環状支持面８３１および環状傾斜面８３２を有する。環状支持面８３１は、ヘッド底部１０１の環状底面１０２と同じ形状を有し、環状底面１０２に対して摺動可能に構成されている。また、環状傾斜面８３２は、ヘッド底部１０１の環状傾斜面１０３に対応し、環状傾斜面８３２の内縁からその内側に向かって一定距離上方に向かって傾斜している。さらに、環状傾斜面８３２は、環状傾斜面１０３に対して摺動可能に構成されている。

このような構成により、ヘッド台座８３０上にヘッド底部１０１が取り付けられる際には、ヘッド台座８３０上にヘッド底部１０１が載置される。この状態で、ヘッド底部１０１の環状底面１０２および環状傾斜面１０３と、ヘッド台座８３０の環状支持面８３１および環状傾斜面８３２とが接触する。次に、使用者は、ヘッド底部１０１をヘッド台座８３０上で周方向に摺動させることにより、ヘッド底部１０１の向きを回転させる。

ここで、ヘッド台座８３０の環状支持面８３１には、上方に向かって開口する縦孔８３３が形成されている。縦孔８３３は、ヘッド底部１０１の縦孔１０５に対応し、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係にある場合に重なり合う。そのため、例えば２つの縦孔１０５，８３３のうち一方には、伸縮可能なピン部材（図示せず）が挿入される。この場合、ヘッド台座８３０上でヘッド底部１０１を回転させることにより、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係になったときにピン部材が２つの縦孔１０５，８３３に共に差し込まれる。それにより、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係で固定される。これにより、ヘッド台座８３０へのヘッド底部１０１の取り付けが完了する。

図２の基準スタンド９００のヘッド台座９１１は、上記のヘッド台座８３０と同様に、環状支持面８３１および環状傾斜面８３２を有する。それにより、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１は、ヘッド台座８３０の例と同様に、ヘッド台座９１１上に取り付けることができる。

撮像ヘッド１００全体の重心は、平面視でヘッド底部１０１の外縁よりも内側の領域内に位置することが望ましい。図７では、撮像ヘッド１００を平面視したときのヘッド底部１０１の外縁が太い二点鎖線で示される。撮像ヘッド１００全体の重心が平面視でヘッド底部１０１の外縁よりも内側に位置する場合には、ヘッド台座８３０，９１１上に撮像ヘッド１００が取り付けられた状態で、撮像ヘッド１００の支持状態が安定する。

図３に示すように、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０、無線通信回路１６０および通信回路１７０は、ヘッド制御回路１５０に接続されている。ヘッド制御回路１５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０および俯瞰カメラ１８０を制御する。

上記のように、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、赤外線を検出可能なＣＭＯＳイメージセンサを含む。また、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、図示しない複数のレンズ（光学系）を含む。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各画素からは、検出量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）がヘッド制御回路１５０に出力される。

ヘッド制御回路１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装されている。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０からそれぞれ出力される受光信号は、ヘッド制御回路１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は、画素データとして順次処理装置３００に転送される。

マーカ駆動回路１３０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて、図１０（ａ）の発光基板１９１を駆動する。それにより、発光基板１９１上の複数の発光素子Ｌが発光し、参照部材１９０の複数のマーカｅｐから光が放出される。なお、この発光タイミングと基準カメラ１１０の撮像タイミングとは同期される。

回転駆動回路１４０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて図８の水平回転機構１４１を駆動する。それにより、図８の支持部材３０が固定連結部２０上で回転し、可動部材４０および上部ケーシング９２（図４）が回転する。このとき、支持部材３０が回転することにより、矩形開口９２Ｓ（図４）を通って上部ケーシング９２の内部から外部に導かれる可動カメラ１２０の撮像視野が図１のヘッド台座８３０または図２のヘッド台座９１１の上で水平方向に回転する。

また、回転駆動回路１４０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて図８のチルト回転機構１４３を駆動する。それにより、図８の可動部材４０が一対の支持フレーム３２，３３間で回転軸３０ｃを中心として回転する。このとき、矩形開口９２Ｓ（図４）を通る可動カメラ１２０の撮像視野が図１のヘッド台座８３０または図２のヘッド台座９１１の上で矩形開口９２Ｓに沿って上下方向に回転する。これらの回転駆動回路１４０による可動カメラ１２０の撮像視野の回転は、処理装置３００における後述する追跡処理に基づいて行われる。

ヘッド制御回路１５０は、無線通信回路１６０を介してプローブ２００との間で無線通信を行う。また、ヘッド制御回路１５０は、通信回路１７０およびケーブルＣＡ（図１および図２）を介して処理装置３００との間で有線通信を行う。

（２）処理装置３００
図３に示すように、処理装置３００は、通信回路３０１、本体制御回路３０２および本体メモリ３０３を含む。通信回路３０１および本体メモリ３０３は、本体制御回路３０２に接続されている。また、本体制御回路３０２には、本体操作部３２０および本体表示部３１０が接続されている。

本体メモリ３０３は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）およびハードディスクを含む。本体メモリ３０３には、システムプログラムとともに、後述する測定処理プログラムおよび追跡処理プログラムが記憶される。また、本体メモリ３０３は、種々のデータの処理および撮像ヘッド１００から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

本体制御回路３０２は、ＣＰＵを含む。本実施の形態においては、本体制御回路３０２および本体メモリ３０３は、パーソナルコンピュータにより実現される。本体制御回路３０２は、撮像ヘッド１００からケーブルＣＡ（図１および図２）および通信回路３０１を介して与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。

本実施の形態では、撮像ヘッド１００に設けられる基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０にそれぞれ対応する基準画像データ、測定画像データおよび俯瞰画像データが生成される。また、プローブ２００に設けられる後述するプローブカメラ２０８に対応する画像データが生成される。本体制御回路３０２は、基準画像データおよび測定画像データに基づいて、プローブ２００の接触部２１１ａ（図１および図２）の位置を算出する。

本体表示部３１０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。本体表示部３１０には、本体制御回路３０２による制御に基づいて、測定対象物Ｓ上の測定点の座標および測定対象物Ｓの各部の測定結果等が表示される。また、本体表示部３１０には、測定に関する種々の設定を行うための画面（後述する図２６の測定画面ｍｓ参照）が表示される。

本体操作部３２０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。本体操作部３２０は、使用者Ｕにより操作される。

［３］プローブ２００の構成
（１）プローブ２００の基本構成
図１３はプローブ２００の基本構成を示すブロック図である。図１３に示すように、プローブ２００は、電気的および磁気的な構成としてプローブ制御部２０１、表示灯２０２、バッテリ２０３、マーカ駆動回路２０４、プローブメモリ２０５、無線通信回路２０６、モーションセンサ２０７、プローブカメラ２０８、プローブ操作部２２１、磁石２６０、磁気センサ２７０および複数（本例では３つ）の目標部材２９０を含む。

また、図１３に太い二点鎖線で示すように、プローブ２００は、上記の各構成要素を収容、支持、または保持するための構成として、プローブ保持部２１０、プローブケーシング２２０および把持部２３０を有する。プローブ保持部２１０は、複数の目標部材２９０を保持する。また、プローブ保持部２１０には、指示部としてのスタイラス２１１および磁気センサ２７０が取り付けられている。スタイラス２１１は、複数の目標部材２９０に対して予め定められた位置関係で、プローブ保持部２１０に取り付けられる。スタイラス２１１は、先端部に上記の接触部２１１ａを有する棒状の部材である。プローブケーシング２２０は、プローブ保持部２１０の大部分を収容するとともに、プローブ制御部２０１、表示灯２０２、マーカ駆動回路２０４、プローブメモリ２０５、無線通信回路２０６およびモーションセンサ２０７を収容する。また、プローブケーシング２２０の内部には、予め定められたプローブケーシング２２０の部分に磁石２６０が固定されている。

把持部２３０は、バッテリ２０３を内蔵する。把持部２３０には、さらにプローブ操作部２２１が設けられている。プローブ操作部２２１は使用者Ｕによる、測定に関する操作入力を受け付ける。プローブ操作部２２１は、トリガスイッチおよび複数の押しボタンを含む。プローブ操作部２２１の詳細は後述する。

バッテリ２０３は、充放電可能に構成された蓄電池であり、プローブ２００に設けられた他の構成要素に電力を供給する。より具体的には、バッテリ２０３は、少なくとも目標部材２９０に電力を供給する。プローブ制御部２０１は、ＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、表示灯２０２、マーカ駆動回路２０４およびプローブカメラ２０８を制御する。また、プローブ制御部２０１は、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１の操作に応答して、各種処理を行う。

表示灯２０２は、例えば１または複数のＬＥＤを含み、その発光部がプローブケーシング２２０の外部に露出するように設けられている。表示灯２０２は、プローブ制御部２０１の制御に基づいてプローブ２００の状態に応じた発光動作を行う。

３つの目標部材２９０の各々は、基本的に図１０（ａ），（ｂ）の参照部材１９０と同じ構成を有する。マーカ駆動回路２０４は、複数の目標部材２９０に接続され、プローブ制御部２０１の制御に基づいて各目標部材２９０が含む複数の発光素子を駆動する。

プローブメモリ２０５は、不揮発性メモリまたはハードディスク等の記録媒体を含む。プローブメモリ２０５には、システムプログラムとともに、後述する接触トリガ出力プログラムが記憶される。また、プローブメモリ２０５は、種々のデータを処理するためまたは保存するために用いられる。

モーションセンサ２０７は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロセンサを含み、例えば使用者Ｕがプローブ２００を携行して移動する際に、そのプローブ２００の動きおよび姿勢を検出する。具体的には、モーションセンサ２０７は、プローブ２００の移動時に、そのプローブ２００の動き（移動方向および加速度）と姿勢とを検出する。

プローブケーシング２２０の内部において、磁石２６０および磁気センサ２７０は、互いに近接しかつ互いに対向するように配置されている。磁気センサ２７０は、磁石２６０と磁気センサ２７０との位置関係が基準の位置関係に対して変化する場合に、基準の位置関係に対する変化量を検出する。換言すれば、磁気センサ２７０は、磁石２６０と磁気センサ２７０との位置関係が変化する場合に、基準の位置関係に対する磁石２６０と磁気センサ２７０との位置関係の変化量を、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量として検出する。また、磁気センサ２７０は、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量を示す信号をプローブ制御部２０１に出力する。プローブカメラ２０８は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。

プローブ制御部２０１には、上記のＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータに加えて、図示しないＡ／Ｄ変換器およびＦＩＦＯメモリが実装されている。それにより、プローブ制御部２０１においては、モーションセンサ２０７により検出されたプローブ２００の動きを示す信号がデジタル信号形式のデータ（以下、動きデータと呼ぶ。）に変換される。また、プローブ制御部２０１においては、モーションセンサ２０７により検出されたプローブ２００の姿勢を示す信号がデジタル信号形式のデータ（以下、姿勢データと呼ぶ。）に変換される。プローブ制御部２０１は、デジタル形式の動きデータおよび姿勢データを用いて後述する接触トリガ出力処理を行う。

また、プローブ制御部２０１においては、磁気センサ２７０により検出されたプローブ保持部２１０の変位量を示す信号がデジタル信号形式のデータ（以下、変位量データと呼ぶ。）に変換される。プローブ制御部２０１は、デジタル形式の変位量データを用いて後述する接触トリガ出力処理を行う。また、プローブ制御部２０１においては、プローブカメラ２０８の各画素から出力される受光信号がデジタル信号形式の複数の画素データに変換される。プローブ制御部２０１は、デジタル形式の動きデータおよび複数の画素データを、無線通信回路２０６を通して図３の撮像ヘッド１００に無線通信により送信する。この場合、画素データは、さらに撮像ヘッド１００から処理装置３００に転送される。

（２）プローブ２００の外観構造
図１４はプローブ２００を一の方向に見た外観斜視図であり、図１５はプローブ２００を他の方向に見た外観斜視図である。以下の説明では、図１３のプローブケーシング２２０に収容される複数の構成要素とプローブ保持部２１０からなる構造体を、プローブ２００の本体部２５０と呼ぶ。図１４および図１５に示すように、本体部２５０は、一方向に延びるように形成され、前端部２５１、後端部２５２、上面部２５３、底面部２５４、一方側面部２５５および他方側面部２５６を有する。以下の説明では、プローブ２００において、本体部２５０の前端部２５１および後端部２５２が並ぶ方向に平行な方向を第１の方向ｄｒ１と呼ぶ。

前端部２５１には、スタイラス２１１を取り付け可能な複数の取付部が設けられている。複数の取付部は、互いに異なる方向を向くように構成されている。使用者Ｕは、複数の取付部のうち所望の一の取付部にスタイラス２１１を取り付けることができる。それにより、前端部２５１には、複数の取付部にそれぞれ対応する複数の姿勢のうちいずれか一の姿勢でスタイラス２１１が取り付けられる。図１４および図１５の例では、スタイラス２１１は、第１の方向ｄｒ１に延びるように、前端部２５１に取り付けられている。前端部２５１には、さらにプローブカメラ２０８が設けられている。

図１４に示すように、本体部２５０の上面部２５３には、前端部２５１から後端部２５２にかけて並ぶように３つの目標部材２９０および無線通信回路２０６がこの順で設けられている。本例の３つの目標部材２９０のうち前端部２５１に最も近い目標部材２９０は、３つのマーカｅｑを有する。残りの２つの目標部材２９０の各々は、２つのマーカｅｑを有する。目標部材２９０のうち、マーカｅｑが設けられるマーカ面はいずれも、本体部２５０の上面部２５３に設けられ、同じ方向に面する。各マーカｅｑは、赤外光を放出する自発光型のマーカである。なお、これらの複数のマーカｅｑの発光タイミングと撮像ヘッド１００の可動カメラ１２０の撮像タイミングとは同期される。

図１５に示すように、本体部２５０の底面部２５４には、後端部２５２よりもやや前端部２５１に近い部分に、把持部２３０を接続するための接続部２５４ｊが形成されている。本体部２５０において、マーカｅｑが設けられる上面部２５３と接続部２５４ｊが設けられる底面部２５４と、は反対側に位置する。したがって、マーカｅｑが設けられるマーカ面と反対側に接続部２５４ｊが設けられる。把持部２３０は、使用者Ｕが片手で把持可能な棒形状を有する。使用者Ｕはプローブ２００を携行するとき、把持部２３０を把持する。把持部２３０は、使用者Ｕがプローブ２００を携行するときの取り扱いのしやすさに基づいて、例えば使用者マニュアルで把持姿勢が規定される。本実施形態の把持部２３０は、図１４に示すように、スタイラス２１１側が窪んだ形状であり、使用者Ｕが当該窪みに手指を合わせて把持することが想定される。したがって、把持部２３０の形状によっても使用者Ｕが把持部２３０を把持するときの把持姿勢が規定されると言える。把持部２３０の一端部は、後述するヒンジ２５４ｈ（図２０）を介して接続部２５４ｊに接続されている。この状態で、把持部２３０は、接続部２５４ｊを通りかつ第１の方向ｄｒ１に平行な回転軸ＲＡの周りで回転可能となっている。回転軸ＲＡはマーカｅｑが設けられるマーカ面に沿うため、回転軸ＲＡの周りを把持部２３０が回転することにより、マーカ面に対して、把持部２３０を把持姿勢に従って把持する使用者Ｕの位置が変更される。把持部２３０は、接続部２５４ｊに接続されることで、本体部２５０に対する回転の回転軸ＲＡが規定されるため、予め定められた回転軸としての回転軸ＲＡの周りを回転可能である。

図１４および図１５の例では、把持部２３０は、接続部２５４ｊから第１の方向ｄｒ１に交差する第２の方向ｄｒ２に延びている。把持部２３０の一端部のうち後端部２５２側を向く部分には、図１３のプローブ操作部２２１の一部として、操作面２２１ａが設けられている。操作面２２１ａは、複数（本例では４つ）の押しボタン２２１ｂを含み、把持部２３０を把持する使用者が例えば親指で複数の押しボタン２２１ｂを操作可能に構成されている。また、把持部２３０の一端部のうち前端部２５１側を向く部分には、図１３のプローブ操作部２２１の一部として、トリガスイッチ２２１ｃが設けられている。把持部２３０を把持する使用者が、例えば人差し指でトリガスイッチ２２１ｃを操作可能に構成されている。このように、把持部２３０には、想定される使用者Ｕによる把持姿勢に基づいて、操作面２２１ａの押しボタン２２１ｂやトリガスイッチ２２１ｃが設けられている。換言すれば、プローブ操作部２２１の配置によっても、使用者Ｕが把持部２３０を把持するときの把持姿勢が規定される。

把持部２３０の他端部には、バッテリ２０３の充電を行うためのコネクタが設けられている。バッテリ２０３の充電時には、把持部２３０のコネクタにプローブ２００の外部から電源ケーブルＥＣが接続される。バッテリ２０３の充電が完了すると、電源ケーブルＥＣは、把持部２３０のコネクタから引き抜かれる。なお、電源ケーブルＥＣは、プローブ２００と処理装置３００との通信を可能にするケーブルであってもよい。また、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にコネクタが設けられ、当該コネクタに、プローブ２００と処理装置３００との通信を可能にするケーブルが接続されてもよい。例えば、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にＵＳＢコネクタが設けられてもよい。このように、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にコネクタが設けられる場合も、把持部２３０に設けられることが好ましい。使用者Ｕがプローブ２００を携行するときに、ケーブルが使用者Ｕの手元に位置するため、ケーブルがマーカｅｑの撮像を妨げにくい。

ここで、接続部２５４ｊと把持部２３０との接続に用いられるヒンジ２５４ｈ（図２０）は、いわゆるクリック機構を有する。それにより、回転軸ＲＡ周りの把持部２３０の回転角度が予め定められた複数の回転角度のいずれかにある場合、ヒンジ２５４ｈには、把持部２３０を当該回転角度に保持するための保持力が発生する。したがって、回転軸ＲＡ周りの把持部２３０の回転角度が予め定められた複数の回転角度のいずれかにある場合、使用者Ｕは、把持部２３０を把持しつつ安定した測定対象物Ｓの測定を行うことができる。本実施の形態においては、ヒンジ２５４ｈがクリック機構を有するが、予め定められた複数の回転角度以外の回転角度に把持部２３０が保持されることを妨げない。これにより、使用者Ｕは、把持部２３０の回転角度範囲内の好適な位置に把持部２３０が保持されるように把持部２３０を回動させた状態で、プローブ２００を携行することができる。

本実施の形態においては、予め定められた複数の回転角度の一部として、第１の回転角度および第２の回転角度が設定されている。この場合、把持部２３０は、把持部２３０の回転角度が第１の回転角度にある第１の状態と、把持部２３０の回転角度が第２の回転角度にある第２の状態とに移行可能である。図１４および図１５に示される把持部２３０の状態を、第１の状態とする。なお、本実施の形態において回転角度は、回転軸ＲＡ周りにおける任意の基準回転位置に対する把持部２３０の回転位置を示す。すなわち、把持部２３０の回転角度が第１の回転角度にある状態とは、任意の基準回転位置に対して第１の角度分、把持部２３０が回転した状態を示す。

図１６は、把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を一の方向に見た外観斜視図であり、図１７は把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を他の方向に見た外観斜視図である。図１６および図１７に示される把持部２３０の回転角度（第２の回転角度）は、図１４および図１５に示される把持部２３０の回転角度（第１の回転角度）に対して約９０°異なる。図１６および図１７に示すように、第２の状態にある把持部２３０は、接続部２５４ｊ（図１４および図１５）から第２の方向ｄｒ２とは異なる第３の方向ｄｒ３に延びている。

本実施の形態においては、予め定められた複数の回転角度の一部として、上記の第１および第２の回転角度に加えて、第１の回転角度に対して約－９０°異なる第３の回転角度も設定されている。この場合、把持部２３０の回転角度を第３の回転角度とすることにより、把持部２３０の状態を、第１および第２の状態とは異なる第３の状態とすることもできる。

図１５に示される状態では、複数の押しボタン２２１ｂは、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０に近い位置に略長方形の押しボタン２２１ｂが位置し、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０から遠い位置に当該略長方形の押しボタン２２１ｂの長辺に略平行な辺を有する略三角形の押しボタン２２１ｂが位置するような配列関係である。これに対して図１７に示される状態では、複数の押しボタン２２１ｂは、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０に近い位置に略長方形の押しボタン２２１ｂと、当該略長方形の押しボタン２２１ｂの短辺に略平行な辺を有する略三角形の押しボタン２２１ｂが位置するような配列関係である。したがって、本体部２５０に対する複数の押しボタン２２１ｂの配列の関係は、把持部２３０が図１５に示される第１の回転角度から図１７に示される第２の回転角度に回転する前後で変化する。

なお、上記実施の形態におけるプローブ操作部２２１の操作面２２１ａには複数の押しボタン２２１ｂが設けられる構成であるが、本発明はこれに限定されない。操作面２２１ａに、複数のグラフィカルインタフェースを表示可能でありかつ、当該グラフィカルユーザインタフェースに対する使用者の操作を受け付け可能な表示画面が設けられる構成であってもよい。この場合、表示画面に表示される複数のグラフィカルユーザインタフェースが複数の押しボタンに相当する。この構成においても、把持部２３０の回転の前後で操作面２２１ａに対する複数のグラフィカルユーザインタフェースの配列関係が同じであれば、把持部２３０の回転の前後で、本体部２５０に対する複数のグラフィカルユーザインタフェースの配列関係が変化する。

使用者Ｕは、本体部２５０の上面部２５３が撮像ヘッド１００に向くように把持部２３０を把持する。その上で、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの所望の部分に接触部２１１ａを接触させながら、プローブ操作部２２１を操作する。

図１８は把持部２３０が第１の状態にあるプローブ２００を用いて使用者Ｕが測定対象物Ｓを測定する状態を示す模式図であり、図１９は把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を用いて使用者Ｕが測定対象物Ｓを測定する状態を示す模式図である。

図１４および図１５に示されるように、第１の状態において把持部２３０が沿う第２の方向ｄｒ２は、マーカ面が設けられる本体部２５０の上面部２５３と交差する方向である。このため、図１８のように、使用者Ｕが、第１の回転角度である把持部２３０を規定された把持姿勢に従って把持するとき、使用者Ｕは自身の正対する方向に位置する可動カメラ１２０に、複数のマーカ面を向けることができる。

また、図１６および図１７に示されるように、第１の回転角度に対して異なる第２の回転角度において把持部２３０が沿う第３の方向ｄｒ３は、マーカ面が設けられる本体部２５０の上面部２５３に沿う方向であり、かつ第１の方向ｄｒ１に交差する方向である。このため、図１９のように、使用者Ｕが、第２の回転角度である把持部２３０を規定された把持姿勢に従って把持するとき、使用者Ｕは自身の側方に位置する可動カメラ１２０に、複数のマーカ面を向けることができる。

したがって、規定された把持姿勢に従って使用者Ｕが把持部２３０を把持する場合に、使用者Ｕから見て、第１の状態でマーカ面が面する方向と、第２の状態でマーカ面が面する方向とは異なる。以上より、規定された把持姿勢に従って使用者Ｕが把持部２３０を把持する場合であっても、把持部２３０が第１の状態であるときと、把持部２３０が第２の状態であるときとで、複数のマーカｅｑは異なる向きに配置される。したがって、使用者Ｕは、把持部２３０を第１の状態と第２の状態との間で切り替えることにより、本体部２５０の上面部２５３を、可動カメラ１２０を有する撮像ヘッド１００に向けた状態で、測定対象物Ｓおよび、可動カメラ１２０を有する撮像ヘッド１００に対する相対的な位置および姿勢を変更することができる。

ここで、図１４～図１７に示すように、本体部２５０の一方側面部２５５には、第１の方向ｄｒ１における前端部２５１と接続部２５４ｊとの間の部分に、図１３の表示灯２０２を構成する第１の表示部２０２ａが設けられている。また、本体部２５０の他方側面部２５６には、第１の方向ｄｒ１における前端部２５１と接続部２５４ｊとの間の部分に、図１３の表示灯２０２を構成する第２の表示部２０２ｂが設けられている。

第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂの各々は、複数の緑色ＬＥＤおよび複数の赤色ＬＥＤを含む。プローブ２００の上面部２５３に設けられた複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０（図３）の撮像視野内に存在する場合には、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは緑色に発光する。一方、複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内に存在しない場合には、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは赤色に発光する。

本体部２５０においては、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは、把持部２３０とスタイラス２１１との間に位置する。それにより、使用者Ｕは、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂを視認しつつ、接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させて測定点を指示することができる。

また、第１の表示部２０２ａが設けられる一方側面部２５５と、および第２の表示部２０２ｂが設けられる他方側面部２５６とは、本体部２５０のうち互いに逆の方向に向く面である。第１の表示部２０２ａが向く方向と第２の表示部２０２ｂが向く方向とが異なるため、使用者Ｕがこれらの表示部を視認できる角度範囲が異なる。そのため、使用者Ｕは、プローブ２００の操作時に第１の表示部２０２ａを視認することが困難な場合でも、第２の表示部２０２ｂを視認することができれば複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内に存在するか否かを容易に把握することができる。また、使用者Ｕは、プローブ２００の操作時に第２の表示部２０２ｂを視認することが困難な場合でも、第１の表示部２０２ａを視認することができれば複数のマーカｅｑがプローブ保持部２１０の撮像視野内に存在するか否かを容易に把握することができる。したがって、測定点を指示する際のプローブ２００の操作性が向上する。

（３）プローブ２００における本体部２５０の内部構造
図２０は、本体部２５０の内部構造を示すプローブ２００の一部切り欠き断面図である。図２１は、本体部２５０の内部構造の概略を説明するためのプローブ２００の分解斜視図である。

図２０に示すように、プローブ保持部２１０は、主としてスタイラス取付部２１０ａおよび目標部材保持部２１０ｂから構成される。スタイラス取付部２１０ａおよび目標部材保持部２１０ｂは、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなる。本実施の形態においては、スタイラス取付部２１０ａは、主としてインバー（鉄６４％およびニッケル３６％からなる合金）により形成されている。また、目標部材保持部２１０ｂは、主として石英ガラスにより形成されている。

上記のスタイラス２１１を取り付け可能な複数の取付部は、スタイラス取付部２１０ａに設けられている。目標部材保持部２１０ｂは、一方向に延びるように形成され、複数の目標部材２９０を保持する。目標部材保持部２１０ｂの一端部にスタイラス取付部２１０ａが取り付けられている。スタイラス取付部２１０ａおよび目標部材保持部２１０ｂは、互いの位置関係が変化しないように連結されている。これにより、スタイラス取付部２１０ａにスタイラス２１１が取り付けられた状態で、スタイラス２１１の接触部２１１ａと複数の目標部材２９０との位置関係が、予め定められた位置関係に固定される。なお、図２０および図２１の例に限らず、プローブ保持部２１０は、単一部材で構成されてもよい。

一方、プローブケーシング２２０は、主として上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂから構成される。図２１に示すように、プローブ２００の組み立て時には、プローブ保持部２１０および複数のゴムブッシュｒｂを挟み込むように上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂが配置される。

ここで、上部ケーシング２２０ａには、図２０に示すように、目標部材２９０に対応する位置に開口部２９９が形成されている。開口部２９９には、可動カメラ１２０による目標部材２９０の撮像を妨げない透光部材が配置されてもよい。この構成によれば、目標部材２９０が上部ケーシング２２０ａの外部に露出しないので、目標部材２９０が汚染する可能性が低減される。また、本実施の形態においては、目標部材２９０に対応する位置に開口部２９９が形成される構成であるが、上部ケーシング２２０ａ自体が、可動カメラ１２０による目標部材２９０の撮像を妨げない透光部材で構成されてもよい。なお、図２１においては、開口部２９９の図示を省略している。

ここで、上部ケーシング２２０ａには、３つのねじｓｃの軸部を挿入可能な３つの貫通孔ｈ１が形成されている。また、プローブ保持部２１０の目標部材保持部２１０ｂには、上部ケーシング２２０ａの３つの貫通孔ｈ１にそれぞれ対応する３つの貫通孔ｈ２が形成されている。さらに、下部ケーシング２２０ｂは、目標部材保持部２１０ｂを支持する支持部を有する。その支持部には、上部ケーシング２２０ａの３つの貫通孔ｈ１および目標部材保持部２１０ｂの３つの貫通孔ｈ２にそれぞれ対応する３つの貫通孔ｈ３（図２０）が形成されている。

上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂは、３つのねじｓｃを用いて連結される。３つのねじｓｃを用いて連結される３つの連結部のうち一の連結部の状態が図２０の吹き出し内に示される。

図２０の吹き出し内でより詳細に示すように、各連結部においては、目標部材保持部２１０ｂの貫通孔ｈ２内に、例えば金属製のカラーｃａが挿入される。上部ケーシング２２０ａの貫通孔ｈ１、カラーｃａおよび下部ケーシング２２０ｂの貫通孔ｈ３を通してねじｓｃが挿入され、ねじｓｃの先端部にナットｎｔが取り付けられる。上部ケーシング２２０ａの上面とねじｓｃの頭部との間にワッシャｗａが配置され、下部ケーシング２２０ｂの支持部とナットｎｔとの間にワッシャｗａが配置されている。

さらに、上部ケーシング２２０ａと目標部材保持部２１０ｂとの間には、柔軟性を有するゴムブッシュｒｂが配置されている。また、目標部材保持部２１０ｂと下部ケーシング２２０ｂとの間には、柔軟性を有するゴムブッシュｒｂが配置されている。スタイラス取付部２１０ａと目標部材保持部２１０ｂとは剛性が高く、スタイラス取付部２１０ａと目標部材保持部２１０ｂとは強固に固定される。このため、スタイラス２１１が測定対象物Ｓに接触するとき、スタイラス取付部２１０ａと目標部材保持部２１０ｂとの間の変形に対して、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位が支配的である。換言すれば、使用者Ｕがスタイラス２１１を測定対象物Ｓに接触させるときの、スタイラス２１１と目標部材２９０との間の変位に対して、プローブケーシング２２０とプローブ保持部２１０との間の変位が支配的になるように、スタイラス取付部２１０ａと目標部材保持部２１０ｂとを固定する剛性に対して弾性体としてのゴムブッシュｒｂの選定およびゴムブッシュｒｂの配置が決定される。

このような構成により、プローブ保持部２１０は、複数のゴムブッシュｒｂによりプローブケーシング２２０内で移動可能に保持される。すなわち、プローブ保持部２１０は、プローブケーシング２２０の内部で、遊動状態で保持される。ゴムブッシュｒｂはねじｓｃに対応する位置に設けられるため、スタイラス２１１側に２つが並び、磁気センサ側に１つが位置する。

具体的には、プローブ保持部２１０は、例えば本体部２５０の上下方向（上面部２５３および底面部２５４が並ぶ方向）において、プローブケーシング２２０に対して約１Ｎの負荷が加えられることにより２ｍｍ程度移動可能に保持される。また、プローブ保持部２１０は、例えば本体部２５０の左右方向（一方側面部２５５および他方側面部２５６が並ぶ方向）において、プローブ保持部２１０もしくはプローブケーシング２２０に対して約２Ｎの負荷が加えられることにより２ｍｍ程度移動可能に保持される。さらに、プローブ保持部２１０は、例えば本体部２５０の前後方向（前端部２５１および後端部２５２が並ぶ方向）において、プローブケーシング２２０に対して約５Ｎの負荷が加えられることにより０．３ｍｍ程度移動可能に保持される。

上述の通りゴムブッシュｒｂはねじｓｃに対応する位置に設けられるため、スタイラス２１１側に２つが並んで位置し、磁気センサ側に１つが位置する。したがって、スタイラス２１１が測定対象物Ｓに接触した状態で、本体部２５０の上下方向において、プローブ保持部２１０もしくはプローブケーシング２２０に負荷が加えられる時、３つのゴムブッシュｒｂを含む平面から離れる方向に負荷が加えられる。このとき、スタイラス２１１側の２つのゴムブッシュｒｂが支点になり、負荷に反発するのは磁気センサ２７０側の１つのゴムブッシュｒｂのみであるため、加えられる負荷が比較的小さい場合でもプローブ保持部２１０がプローブケーシング２２０に対して移動する。また、スタイラス２１１が測定対象物Ｓに接触した状態で、本体部２５０の前後方向において、プローブ保持部２１０もしくはプローブケーシング２２０に対して負荷が加えられるとき、３つのゴムブッシュｒｂが負荷に反発するため、比較的大きな負荷が加えられても、プローブ保持部２１０のプローブケーシング２２０に対する移動量は小さい。

この場合、例えばスタイラス２１１の接触部２１１ａが測定対象物Ｓに接触する状態で、測定対象物Ｓに向かうような負荷が把持部２３０に加えられた場合でも、複数のゴムブッシュｒｂが緩衝部材として機能する。それにより、プローブ保持部２１０の変形が抑制され、スタイラス２１１と複数の目標部材２９０との位置関係がずれることに起因する測定精度の低下が抑制される。

また、上記の構成によれば、プローブ２００の落下または衝突等によってプローブケーシング２２０に衝撃が加わる場合でも、プローブケーシング２２０からプローブ保持部２１０に伝わる衝撃が複数のゴムブッシュｒｂによって緩和される。それにより、プローブ保持部２１０の破損が防止される。

図２０および図２１に示すように、磁気センサ２７０は、目標部材保持部２１０ｂの他端部下端に固定されている。一方、磁石２６０は、プローブ保持部２１０がプローブケーシング２２０内に収容された状態で、磁気センサ２７０に対して離間しかつ対向するように下部ケーシング２２０ｂの底部に固定されている。このような配置により、プローブケーシング２２０に対してプローブ保持部２１０が移動する場合には、磁石２６０から磁気センサ２７０に与えられる磁力の変化量が、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量として検出される。

本実施の形態では、プローブ２００における第１の方向ｄｒ１は、本体部２５０の前端部２５１および後端部２５２が並ぶ方向に平行な方向と定義している。一方、上記のように、プローブ保持部２１０はプローブケーシング２２０内で複数のゴムブッシュｒｂを介して保持されている。そのため、スタイラス２１１を測定対象物Ｓに接触させる場合等、プローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間に相対的な負荷が加わる場合には、本体部２５０の前端部２５１と後端部２５２との位置関係が変化する。したがって、本実施の形態においては、第１の方向ｄｒ１は、プローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間に相対的な負荷が加わらずかつプローブ２００が予め定められた姿勢にある状態で定義されたものとする。

図２０では、本体部２５０の断面に加えて、本体部２５０と把持部２３０との接続部分の断面も示される。図２０に示すように、本体部２５０と接続部２５４ｊとは、ヒンジ２５４ｈにより回転可能に接続されている。本例のヒンジ２５４ｈは、把持部２３０の内部空間と本体部２５０の内部空間との間でケーブル等を導く中空部材ｈｉ１と、接続部２５４ｊに対して把持部２３０を支持する軸部材ｈｉ２とを含む。

［４］測定点の座標の算出方法
本実施の形態に係る三次元座標測定装置１においては、基準カメラ１１０に対して予め定められた関係を有する三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が予め定義されている。また、処理装置３００の本体メモリ３０３には、予め参照部材１９０における複数のマーカｅｐの相対的な位置関係が記憶されている。

上記のように、基準カメラ１１０は、参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像する。この場合、図３の本体制御回路３０２は、撮像により得られる基準画像データと、本体メモリ３０３に記憶されている複数のマーカｅｐの位置関係とに基づいて、装置座標系における各マーカｅｐの各座標を算出する。このとき、参照部材１９０の複数のマーカｅｐの各々は、第１および第２のマーカｅｐ１，ｅｐ２に基づいて識別される。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数のマーカｅｐの座標に基づいて、参照部材１９０上に固定された可動カメラ１２０の位置および姿勢を装置座標系により示す情報を第１の位置姿勢情報として生成する。

本実施の形態に係る三次元座標測定装置１においては、上記の装置座標系に加えて、可動カメラ１２０に対して予め定められた関係を有する三次元座標系（以下、可動座標系と呼ぶ。）が予め定義されている。また、処理装置３００の本体メモリ３０３には、予めプローブ２００における複数のマーカｅｑの相対的な位置関係が記憶されている。

上記のように、可動カメラ１２０は、プローブ２００の複数のマーカｅｑを撮像する。この場合、図３の本体制御回路３０２は、撮像により得られる測定画像データと、本体メモリ３０３に記憶されている複数のマーカｅｑの位置関係とに基づいて、可動座標系における各マーカｅｑの各座標を算出する。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数のマーカｅｑの座標に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を可動座標系により示す情報を第２の位置姿勢情報として生成する。

基準カメラ１１０はヘッド底部１０１上に固定されている。そのため、測定対象物Ｓの測定時に装置座標系は変化しない。一方、可動カメラ１２０は、撮像視野がプローブ２００の移動に追従するように、回転可能に設けられている。そのため、装置座標系と可動座標系との間の関係は、可動カメラ１２０の回転とともに変化する。

そこで、本実施の形態では、本体制御回路３０２は、第１および第２の位置姿勢情報に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を装置座標系で表す第３の位置姿勢情報を生成する。すなわち、本体制御回路３０２は、第１の位置姿勢情報に基づいて装置座標系に対する可動座標系の相対的な関係を算出するとともに、算出された関係に基づいて第２の位置姿勢情報を装置座標系に従う情報に変換する。それにより、第３の位置姿勢情報が生成される。

その後、本体制御回路３０２は、生成された第３の位置姿勢情報と、プローブ２００における複数のマーカｅｑおよび接触部２１１ａ間の位置関係とに基づいてプローブ２００により指示された測定点の座標を算出する。

[５]測定例
図１３のプローブ操作部２２１は、測定点を指示するため、すなわち測定点の座標を算出するために使用者Ｕにより押下操作される。例えば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの所望の部分に接触部２１１ａが接触された状態で、プローブ操作部２２１の複数の押しボタン２２１ｂおよびトリガスイッチ２２１ｃのいずれかを操作する。これにより、プローブ２００から測定点を指示すべき信号（以下、測定点指示信号と呼ぶ。）が出力される。この場合、処理装置３００において測定対象物Ｓにおける接触部２１１ａとの接触部分の座標が、測定点の座標として算出される。算出された測定点の座標は、測定結果として本体メモリ３０３に記憶されるとともに、本体表示部３１０に表示される。

三次元座標測定装置１においては、使用者Ｕは、図３の本体操作部３２０を操作することにより、あるいは図１３のプローブ操作部２２１を操作することにより、測定対象物Ｓに対して所望の測定条件を設定することができる。

具体的には、使用者Ｕは、測定対象物Ｓについて、幾何要素および測定項目の選択を行う。幾何要素は、測定対象物Ｓにおいて測定すべき部分の形状を示す幾何学形状の種類である。幾何学形状の種類には、点、直線、平面、円、円筒および球等が含まれる。また、測定項目は、測定対象物Ｓに対して何を測定すべきかを示すものであり、距離、角度および平面度等の種々の物理量が含まれる。

例えば、幾何要素が選択される。幾何要素の選択後、使用者Ｕは、選択された幾何要素についてプローブ２００を用いた１または複数の測定点の指示を行う。それにより、選択された幾何要素であって、測定対象物Ｓ上で１または複数の測定点により特定される幾何要素を装置座標系で示す情報（以下、要素特定情報と呼ぶ。）が生成される。その後、測定項目が選択される。測定項目の選択後、生成された要素特定情報に関して選択された測定項目の値が算出される。

例えば、使用者Ｕは、互いに平行かつ反対側の第１および第２の面を有する測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離を測定したい場合には、幾何要素「平面１」および「平面２」を選択する。

この場合、使用者Ｕは、幾何要素「平面１」に対応する測定対象物Ｓ上の平面（第１の面）を特定するために、プローブ２００を用いて測定対象物Ｓの第１の面の複数（本例では３点以上）の部分を測定点として指示する。これにより、幾何要素「平面１」に対応する要素特定情報が生成される。

さらに、使用者Ｕは、幾何要素「平面２」に対応する測定対象物Ｓ上の平面（第２の面）を特定するために、プローブ２００を用いて測定対象物Ｓの第２の面の複数（本例では３点以上）の部分を測定点として指示する。これにより、幾何要素「平面２」に対応する要素特定情報が生成される。

その後、測定項目「距離」が選択される。このとき、使用者Ｕは、「距離」が、要素特定情報の生成された「平面１」と「平面２」との間の距離であることを指定する。それにより、幾何要素「平面１」および「平面２」にそれぞれ対応する２つの要素特定情報に基づいて、測定項目「距離」に対応する測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離が算出される。算出された測定結果は、本体メモリ３０３に記憶されるとともに、本体表示部３１０に表示される。

[６]測定処理
図２２は、図３の本体制御回路３０２による測定処理の流れを示すフローチャートである。図２２の測定処理は、図３の本体制御回路３０２のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された測定処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。また、測定処理の開始時には、本体制御回路３０２に内蔵されたタイマがリセットされるとともにスタートされる。

まず、本体制御回路３０２は、使用者Ｕによる図３の本体操作部３２０の操作の有無に基づいて、幾何要素および測定項目の選択が行われたか否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、幾何要素および測定項目の選択は、上記のように図１３のプローブ操作部２２１の操作に基づいて行われてもよい。この場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００から幾何要素および測定項目の選択に関する信号を受けたか否かに基づいて、幾何要素および測定項目の選択が行われたか否かを判定する。

幾何要素および測定項目の選択が行われた場合、本体制御回路３０２は、選択された幾何要素および測定項目を図３の本体メモリ３０３に記憶させることにより測定条件として幾何要素および測定項目の設定を行う（ステップＳ１２）。その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ１１の処理に戻る。

ステップＳ１１において、幾何要素および測定項目の選択が行われない場合、本体制御回路３０２は、幾何要素および測定項目が設定されているか否かを判定する（ステップＳ１３）。幾何要素および測定項目が設定されている場合、本体制御回路３０２は、測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定は、例えば使用者Ｕによる本体操作部３２０の操作の有無に基づいて行われる。

測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けた場合、本体制御回路３０２は、測定点座標算出処理を行う（ステップＳ１５）。測定点座標算出処理の詳細は後述する。この処理により、本体制御回路３０２は、使用者によるプローブ２００の操作に基づいて、選択された幾何要素を特定するための測定点の座標を算出する。

また、本体制御回路３０２は、ステップＳ１５の測定点座標算出処理により算出される１または複数の測定点の座標を本体メモリ３０３に記憶させる（ステップＳ１６）。

次に、本体制御回路３０２は、測定対象物Ｓの測定を終了すべき指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ１７）。この判定は、例えば使用者Ｕによる本体操作部３２０の操作の有無に基づいて行われる。

測定の終了指令を受けない場合、本体制御回路３０２は、上記のステップＳ１５の処理に戻る。一方、測定の終了指令を受けると、本体制御回路３０２は、直前のステップＳ１６の処理で本体メモリ３０３に記憶された１または複数の測定点の座標から設定された幾何要素について要素特定情報を生成する（ステップＳ１８）。

その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ１８の処理で生成された要素特定情報に基づいて設定された測定項目の値を算出し（ステップＳ１９）、測定処理を終了する。なお、ステップＳ１３の判定時において、複数の幾何要素（例えば、２つの平面等）が設定されている場合には、設定された幾何要素ごとに上記のステップＳ１４～Ｓ１８の処理が行われる。

ステップＳ１３において幾何要素および測定項目が設定されていない場合およびステップＳ１４において測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けない場合、本体制御回路３０２は、内蔵のタイマによる計測時間に基づいて、当該測定処理が開始された後予め定められた時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０）。

予め定められた時間が経過していない場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、予め定められた時間が経過した場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ１５の処理と同様に、後述する測定点座標算出処理を行う（ステップＳ２１）。その後、本体制御回路３０２は、測定処理を終了する。

なお、ステップＳ２１の処理は、例えば後述する追跡処理においてプローブ２００が可動カメラ１２０または俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にあるか否かを判定するために行われる。

図２３は、測定点座標算出処理の流れを示すフローチャートである。まず、本体制御回路３０２は、プローブ２００のプローブ制御部２０１に対して接触トリガの出力を要求する（ステップＳ１０１）。接触トリガの詳細は後述する。その後、本体制御回路３０２は、プローブ２００から接触トリガを受信したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において接触トリガを受信しない場合、本体制御回路３０２は当該ステップＳ１０２の処理を繰り返す。一方、接触トリガを受信した場合、本体制御回路３０２は、使用者Ｕが測定点を指示するためにプローブ操作部２２１を操作したか否かを判定する。すなわち、本体制御回路３０２は、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１の操作に基づいてプローブ２００から測定点指示信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において測定点指示信号を受信しない場合、本体制御回路３０２は当該ステップＳ１０３の処理を繰り返す。一方、測定点指示信号を受信した場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００のプローブ制御部２０１に対して複数のマーカｅｑ(図１４）の発光を指令するとともに、撮像ヘッド１００のヘッド制御回路１５０に対して参照部材１９０の複数のマーカｅｐ(図１０（ｂ））の発光を指令する（ステップＳ１０４）。

次に、本体制御回路３０２は、ヘッド制御回路１５０により基準カメラ１１０を用いて参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像させることにより基準画像データを生成する（ステップＳ１０５）。また、本体制御回路３０２は、生成された基準画像データに基づいて、可動カメラ１２０の位置および姿勢を装置座標系により示す第１の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０６）。

次に、本体制御回路３０２は、可動カメラ１２０を用いてプローブ２００の複数のマーカｅｑを撮像することにより測定画像データを生成する（ステップＳ１０７）。また、本体制御回路３０２は、生成された測定画像データに基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を可動座標系により示す第２の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０８）。

その後、本体制御回路３０２は、第１および第２の位置姿勢情報に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を装置座標系で表す第３の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０９）。また、本体制御回路３０２は、生成された第３の位置姿勢情報に基づいてプローブ２００により指示された測定点の座標を算出する（ステップＳ１１０）。

上記の測定点座標算出処理においては、ステップＳ１０３の処理は省略されてもよい。この場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００から出力される接触トリガに応答してステップＳ１０４の処理を行う。なお、上記のステップＳ１０５，Ｓ１０６の処理とステップＳ１０７，Ｓ１０８の処理とは、逆の順に行われてもよい。

また、上記のステップＳ１０４，Ｓ１０７の処理に関して、本体制御回路３０２は、プローブ２００に複数のマーカｅｑ(図１４）の発光を指令するよりも前に、可動カメラ１２０による複数のマーカｅｑの撮像指令を出力してもよい。あるいは、本体制御回路３０２は、可動カメラ１２０の撮像タイミングと複数のマーカｅｑの発光タイミングとが同期するように、発光指令および撮像指令を出力してもよい。この場合、撮像ヘッド１００およびプローブ２００間の無線通信の種類（光通信またはBluetooth（登録商標））等に応じた遅延時間を考慮して発光指令および撮像指令を出力することが望ましい。これらの場合、プローブ２００の複数のマーカｅｑの発光時間を短くすることができるので、プローブ２００のバッテリ２０３の消費量を低減することができる。

上記の測定処理によれば、使用者Ｕは、予め定められた複数の幾何要素および予め定められた複数の測定項目から所望の幾何要素および測定項目を選択することにより、測定対象物Ｓにおける所望の物理量を容易に測定することができる。

［７］接触トリガ出力処理
図２３の測定点座標算出処理においては、プローブ２００から処理装置３００に接触トリガが出力されない限り、測定点の座標は算出されない。プローブ２００においては、接触トリガは、プローブ制御部２０１が以下に示す接触トリガ出力処理を実行することにより出力される。

図２４は、図１３のプローブ制御部２０１による接触トリガ出力処理の流れを示すフローチャートである。図２４の接触トリガ出力処理は、図１３のプローブ制御部２０１のＣＰＵがプローブメモリ２０５に記憶された接触トリガ出力プログラムを実行することにより、所定周期で繰り返して行われる。

まず、プローブ制御部２０１は、処理装置３００から接触トリガの要求を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。接触トリガの要求を受信しない場合、プローブ制御部２０１は当該ステップＳ２０１の処理を繰り返す。一方、接触トリガを受信した場合、プローブ制御部２０１は、モーションセンサ２０７により得られる動きデータに基づいて、プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２の処理は、測定点が指示される時点よりも所定時間前の段階で、測定対象物Ｓに対してプローブ２００が大きく移動している状態（以下、粗移動状態と呼ぶ。）にあるか否かを判定するための処理である。そのため、第１のしきい値は、例えば測定点が指示される直前のプローブ２００の速度として推定される値（例えば、加速度１．１ｍ／ｓｅｃ^２程度）に設定される。

以下の説明では、プローブ２００自体がほとんど移動しておらずかつプローブ２００の姿勢が変化している状態、およびプローブ２００自体がほとんど移動しておらずかつプローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間の位置関係が変化している状態を、精密移動状態と呼ぶ。プローブ２００の精密移動状態は、例えば測定点が指示される時点の直前のプローブ２００の状態である。

また、以下の説明では、プローブ２００自体がほとんど移動しておらずかつプローブ２００の姿勢がほとんど変化しておらずかつプローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間の位置関係もほとんど変化していない状態を、停止状態と呼ぶ。プローブ２００の停止状態は測定点の指示に適したプローブ２００の状態である。

ステップＳ２０２において、プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値よりも大きい場合、プローブ制御部２０１は当該ステップＳ２０２の処理を繰り返す。この場合、プローブ２００が大きく移動している状態、すなわち粗移動状態である、と判定される。一方、プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合、プローブ制御部２０１は、プローブ２００自体がほとんど移動していない状態であり、少なくとも精密移動状態である、と判定する。プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合、プローブ制御部２０１は、現時点で磁気センサ２７０により得られる変位量データを磁気基準値としてプローブメモリ２０５に記憶させる（ステップＳ２０３）。このステップＳ２０３の処理は、本発明の基準条件の設定に相当する。

続いて、後述するステップＳ２０４～Ｓ２０８において、プローブ２００が、精密移動状態から停止状態に至ったか否かの判定が行われる。具体的には、プローブ制御部２０１は、ステップＳ２０３の処理後、当該プローブ制御部２０１に内蔵されるタイマをリセットするとともにカウントをスタートさせる（ステップＳ２０４）。その後、プローブ制御部２０１は、ステップＳ２０２の処理と同様に、モーションセンサ２０７により得られる動きデータに基づいて、プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下か否かを判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５において、単位時間当たりの動き量が第１のしきい値より大きい場合、プローブ制御部２０１は、処理をステップＳ２０２に戻す。一方、ステップＳ２０５において、プローブ２００の単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合、プローブ制御部２０１は、モーションセンサ２０７により得られる姿勢データに基づいて、プローブ２００の単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。すなわち、プローブ制御部２０１は、プローブ２００の姿勢がほぼ安定した状態で維持されているか否かを判定する。

ここで、姿勢の変化量が第２のしきい値よりも大きい場合、プローブ制御部２０１は、処理をステップＳ２０３に戻す。一方、姿勢の変化量が第２のしきい値以下である場合、プローブ制御部２０１は、内蔵されたタイマのカウントに基づいて、ステップＳ２０４のスタート時点から予め定められた制限時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

ステップＳ２０７において、ステップＳ２０４のスタート時点から予め定められた制限時間が経過している場合、プローブ制御部２０１は、処理をステップＳ２０３に戻す。それにより、ステップＳ２０７の処理後のステップＳ２０３の処理によれば、後述するステップＳ２０９の処理が行われない限り、制限時間が経過するごとに磁気基準値が新たな変位量データにより更新される。この制限時間は、例えば２ｓｅｃ～５ｓｅｃ程度に設定される。

プローブ２００のプローブケーシング２２０内部において、プローブ保持部２１０は、複数のゴムブッシュｒｂにより比較的高い遊動性が確保されている。そのため、プローブ２００の姿勢が緩やかに変化する場合には、プローブ保持部２１０が自重によりプローブケーシング２２０内で移動する。これに対して、上記のステップＳ２０６の処理によれば、磁気基準値は制限時間ごとに更新される。それにより、プローブ２００の姿勢が緩やかに変化することにより磁気基準値が適切な値でなくなる場合でも、制限時間の経過ごとに、新たな変位量データにより適切な磁気基準値が再設定される。

ステップＳ２０７において、ステップＳ２０４のスタート時点から予め定められた制限時間が経過していない場合、プローブ制御部２０１は、現時点で磁気センサ２７０により得られる変位量データと磁気基準値との差が予め定められた第３のしきい値以上第４のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。

ここで、第３のしきい値は、例えば測定点が指示される直前に最低限変化すると推定されるプローブ保持部２１０の変位量に設定される。換言すれば、第３のしきい値は、使用者Ｕが測定対象物Ｓにスタイラス２１１を押し当てたときに推定されるプローブ保持部２１０の変位量に設定される。

一方、第４のしきい値は、測定点を指示する場合に適切でないとされるプローブ保持部２１０の変位量に設定される。具体的には、第４のしきい値は、プローブケーシング２２０に対してプローブ保持部２１０が過剰に移動することによりプローブ保持部２１０に歪が生じると推定される値よりも低い変位量に設定される。したがって、第４のしきい値は、磁気基準値が更新されるときにあわせて更新されることが好ましい。

ステップＳ２０８において、変位量データと磁気基準値との差が第３のしきい値以上第４のしきい値以下の範囲内にない場合、プローブ制御部２０１は、処理をステップＳ２０５に進める。一方、変位量データと磁気基準値との差が第３のしきい値以上第４のしきい値以下の範囲内にある場合、プローブ制御部２０１は、現在のプローブ２００の状態で測定点の指示を適切に行うことが可能であることを示す信号として接触トリガを出力する（ステップＳ２０９）。換言すれば、接触トリガは、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可する信号である。接触トリガは、無線通信回路２０６を通して撮像ヘッド１００に送信され、さらに撮像ヘッド１００から処理装置３００に送信される。このため、変位量データと磁気基準値との差が所定の範囲内にある時に、ステップＳ１０３の測定点指示信号を受信したか否かの判定がなされる。すなわち、使用者Ｕがプローブ操作部２２１を操作するときのプローブ２００は、測定に適した状態であることが多い。したがって、測定の再現性が向上する。ステップＳ１０３が省略される場合にも測定の再現性が向上することは言うまでもない。

最後に、プローブ制御部２０１は、接触トリガの出力後、一定時間の間処理動作を停止する（ステップＳ２１０）。すなわち、プローブ制御部２０１は、待機状態となる。この処理は、測定対象物Ｓに接触された接触部２１１ａが測定対象物Ｓから引き離されるときに、新たな接触トリガが出力されることを防止するために行われる。ステップＳ２１０における一定時間は、例えば０．５ｓｅｃ程度である。その後、接触トリガ出力処理が終了する。

［８］追跡処理
図２５は、図３の本体制御回路３０２による追跡処理の流れを示すフローチャートである。図２５の追跡処理は、図３の本体制御回路３０２のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された追跡処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。

まず、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にあるか否かを判定する（ステップＳ３１）。この判定は、測定処理におけるステップＳ１５，Ｓ２１の処理中に生成される測定画像データに、複数のマーカｅｑに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。

プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、後述するステップＳ３６の処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にない場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。この判定は、上記の測定処理におけるステップＳ１５，Ｓ２１の処理中に生成される俯瞰画像データに、複数のマーカｅｑに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。

プローブ２００において生成される動きデータは、プローブ２００から撮像ヘッド１００を通して処理装置３００に送られる。プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、後述するステップＳ３５の処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にない場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００から転送される動きデータに基づいてプローブ２００の座標推定を行うことが可能か否かを判定する（ステップＳ３３）。この判定は、例えば動きデータが異常な値を示しているか否かまたは動きデータの示す値が０であるか否か等に基づいて行われる。動きデータが異常な値を示す場合、または動きデータが０である場合、プローブ２００の座標推定は不可能である。

プローブ２００の座標推定は不可能である場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ３１の処理に戻る。一方、プローブ２００の座標推定が可能である場合、本体制御回路３０２は、動きデータに基づいてプローブ２００の位置を推定する。また、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように、可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整を指令する（ステップＳ３４）。その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ３１の処理に戻る。

ステップＳ３２において、プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、俯瞰画像データに基づいてプローブ２００の位置を算出する。また、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１５０に指令する（ステップＳ３５）。

次に、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置することになると、プローブ２００の複数のマーカｅｑの重心が可動カメラ１２０の撮像視野の中心に位置するように可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１５０に指令する（ステップＳ３６）。その後、本体制御回路３０２は、追跡処理を終了する。

上記の追跡処理によれば、プローブ２００が移動する場合でも、可動カメラ１２０の撮像視野がプローブ２００の複数のマーカｅｑに追従する。それにより、使用者Ｕは、可動カメラ１２０の撮像視野を手動で調整する必要がない。したがって、煩雑な調整作業を要することなく広い範囲で測定対象物Ｓの所望の測定点の座標を測定することが可能になる。

［９］効果
（１）上記のプローブ２００においては、測定点を指示するために、測定対象物Ｓにスタイラス２１１の接触部２１１ａが接触される。スタイラス２１１とプローブ保持部２１０とは予め定められた位置関係で互いに連結している。指示された測定点の座標は、プローブ保持部２１０に保持された複数のマーカｅｑが撮像されることにより得られる画像データと、スタイラス２１１とプローブ保持部２１０との間の位置関係に基づいて算出される。そのため、測定点を指示する際にスタイラス２１１の接触部２１１ａから測定対象物Ｓに加えられる負荷は、スタイラス２１１とプローブ保持部２１０との間の位置関係に変化が生じない程度であることが望ましい。すなわち、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０に過剰な歪が生じない程度であることが望ましい。

上記のプローブ２００においては、プローブ保持部２１０はプローブケーシング２２０に対して遊動可能に接続されている。そのため、スタイラス２１１の接触部２１１ａが測定対象物Ｓに接触する場合には、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０に歪が生じるよりも前にスタイラス２１１およびプローブ保持部２１０がプローブケーシング２２０に対して相対的に移動する。このとき、磁気センサ２７０により得られる変位量データの出力の変化は、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間の位置関係の変化を表すことになる。したがって、変位量データによれば、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０とプローブケーシング２２０との間の位置関係の変化の程度に基づいて、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０に過剰な歪が生じないように、測定点を指示するタイミングを適切に定めることができる。その結果、スタイラス２１１およびプローブ保持部２１０の剛性によらず高い精度で測定対象物Ｓの測定点の座標を算出することが可能になる。

（２）上記のプローブ２００においては、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量を検出するために、磁石２６０および磁気センサ２７０が用いられる。磁気センサ２７０によれば、変位の変動方向によらず、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量を検出することが可能になる。この場合、複数の方向にそれぞれ対応する変位を検出するための複数の変位計を用意する必要がない。したがって、プローブ２００の部品点数の増加が抑制される。

［１０］プローブカメラ２０８の使用例
図１３のプローブカメラ２０８によって測定対象物Ｓを撮像することにより、測定対象物Ｓの画像を図３の本体表示部３１０に表示させることができる。以下、プローブカメラ２０８により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。

プローブ２００の複数のマーカｅｑとプローブカメラ２０８との位置関係、およびプローブカメラ２０８の特性（画角およびディストーション等）は、例えば図３の本体メモリ３０３に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内にある場合、プローブカメラ２０８により撮像される領域が図３の本体制御回路３０２により認識される。すなわち、撮像画像に対応する３次元空間が本体制御回路３０２により認識される。この場合、本体表示部３１０に撮像画像を表示させつつ、測定対象物Ｓの測定時に設定された幾何要素および測定項目を重畳表示させることができる。

［１１］好ましい機能
（１）測定点座標算出処理に関する好ましい選択機能
上記のように、測定点座標算出処理においては、図２３のステップＳ１０３の処理は省略されてもよい。ここで、図２３の一連の処理が実行されるときの本体制御回路３０２の動作状態を第１の指示モードと呼び、ステップＳ１０３の処理を除く図２３の一連の処理が実行されるときの本体制御回路３０２の動作状態を第２の指示モードと呼ぶ。

三次元座標測定装置１は、例えば使用者Ｕによる本体操作部３２０の操作に基づいて、本体制御回路３０２の動作を第１の指示モードと第２の指示モードとの間で選択可能な指示モード選択機能を有することが好ましい。この場合、使用者Ｕは、自己の嗜好に応じて、本体制御回路３０２の動作モードを第１の指示モードと第２の指示モードとの間で容易に選択することができる。

本体制御回路３０２の動作状態が第１の指示モードにある場合、使用者Ｕは、接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させ、接触部２１１ａが測定対象物Ｓに接触した状態で、プローブ操作部２２１を操作する。それにより、測定点が指示される。

一方、本体制御回路３０２の動作状態が第２の指示モードにある場合、使用者Ｕは、接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させる。それにより、プローブ２００から出力される接触トリガに応答してステップＳ１０４の処理が行われることにより測定点が指示される。このように、第２の指示モードによれば、測定点を指示する際に使用者Ｕによるプローブ操作部２２１の操作が不要になる。

（２）プローブ２００を用いた画面操作機能
上記のように、使用者Ｕは、所望の測定条件を設定した上で、測定対象物Ｓに関する所望の物理量を測定することができる。所望の測定条件を設定するために、使用者Ｕは、幾何要素および測定項目の選択を行う。幾何要素および測定項目を選択するための画面は、例えば測定画面として本体表示部３１０（図３）に表示される。そこで、使用者Ｕは、本体操作部３２０（図３）を操作することにより、本体表示部３１０の測定画面上で幾何要素および測定項目の選択を行う。

図２６は、測定対象物Ｓの測定の初期段階で本体表示部３１０に表示される測定画面の一例を示す図である。測定画面ｍｓにおいては、本体表示部３１０の表示領域が、測定状態表示領域３１１、結果表示領域３１２および操作表示領域３１３に分割されている。

図２６に示すように、測定状態表示領域３１１には、三次元座標測定装置１により測定点の座標を算出可能な領域、換言すれば三次元座標測定装置１により測定対象物Ｓの寸法測定が可能な領域、を仮想的に表す画像（以下、測定領域仮想画像と呼ぶ。）ＶＩが示される。

三次元座標測定装置１においては、平坦かつ水平な仮想上の床面に平行でかつ互いに直交するように装置座標系のｘ軸およびｙ軸が設定され、その床面に対して垂直に装置座標系のｚ軸が設定されるものとする。図２６の測定領域仮想画像ＶＩには、装置座標系のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とともに、仮想上の床面に対応する床画像ＦＩが含まれる。さらに、装置座標系におけるプローブ２００の位置および姿勢を示す画像（以下、プローブ画像と呼ぶ。）ＰＩ１が含まれる。プローブ２００の位置および姿勢を示す情報は、上記の測定点座標算出処理により取得することができる。これにより、使用者Ｕは、測定領域仮想画像ＶＩを視認することにより、プローブ２００が装置座標系におけるどのような位置にどのような姿勢で配置されているのかを容易に把握することができる。

結果表示領域３１２は、主として測定結果を表示する領域である。そのため、測定の初期段階では、結果表示領域３１２に情報は表示されない。操作表示領域３１３は、使用者Ｕにより操作されるべきアイコンおよびボタン、ならびに所定の情報を示す表示欄のうち少なくとも１つが表示される領域である。

具体的には、図２６の操作表示領域３１３には、点線の枠内に示されるように、予め定められた複数の測定項目にそれぞれ対応する複数（本例では２個）の項目アイコンｉ０１が表示される。本例の２個の項目アイコンｉ０１は、測定項目「距離」および「角度」にそれぞれ対応する。

また、操作表示領域３１３には、一点鎖線の枠内に示されるように、予め定められた複数の幾何要素にそれぞれ対応する複数の（本例では１９個）の要素アイコンｉ０２が表示される。複数の要素アイコンｉ０２には、幾何要素「平面」、「直線」、「円」、「点」、「円筒」、「円錐」および「球」にそれぞれ対応する複数の要素アイコンｉ０２が含まれる。さらに、複数の要素アイコンｉ０２には、幾何要素「角丸長方形」、「楕円」、「四角形」、「段差円筒」、「トーラス」、「中点」、「交点」、「接線」、「中線」、「交線」、「交円」および「中面」にそれぞれ対応する複数の要素アイコンｉ０２が含まれる。

使用者Ｕは、図３の本体操作部３２０を操作することにより、複数の要素アイコンｉ０２から所望の幾何要素を示す要素アイコンｉ０２を選択することができる。また、使用者Ｕは、図３の本体操作部３２０を操作することにより、複数の項目アイコンｉ０１から所望の測定項目を示す項目アイコンｉ０１を選択することができる。また、上記のように、三次元座標測定装置１が指示モード選択機能を有する場合、使用者Ｕは、図３の本体操作部３２０を操作することにより、本体制御回路３０２の動作状態について所望の指示モードを選択することができる。

ところで、測定対象物Ｓと本体操作部３２０との間の距離が大きいと、使用者Ｕは、プローブ２００を用いた測定点の指示作業と、本体操作部３２０を用いた幾何要素、測定項目および指示モードの選択作業とを一箇所で行うことができない。この場合、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの測定時に、測定対象物Ｓと本体操作部３２０との間を頻繁に移動する必要がある。このように、使用者Ｕが測定対象物Ｓと本体操作部３２０との間を頻繁に移動することは、測定対象物Ｓの測定効率を著しく低下させる。そこで、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１は、プローブ２００を用いて幾何要素、測定項目および指示モードの選択をそれぞれ行うことが可能な画面操作機能を有してもよい。以下、画面操作機能の一例を説明する。

（３）画面操作機能による画面遷移例
以下の説明では、図１５に示される４つの押しボタン２２１ｂのうち略長方形の押しボタン２２１ｂを上ボタンと呼ぶ。また、残りの３つの押しボタン２２１ｂのうち上ボタンから最も遠い位置にある押しボタン２２１ｂを下ボタンと呼ぶ。さらに、上ボタンおよび下ボタンが上下に位置するように操作面２２１ａを見て、上ボタンおよび下ボタンの間で左右に配置された２つの押しボタン２２１ｂを左ボタンおよび右ボタンと呼ぶ。

画面操作機能を備える三次元座標測定装置１においては、プローブ２００の上ボタン、下ボタン、左ボタンおよび右ボタンは、本体表示部３１０に表示される複数種類のボタンまたはアイコンのうちいずれかを選択するための操作ボタンとして用いられる。また、図１４に示されるトリガスイッチ２２１ｃは、適宜決定ボタンとして用いられる。

図２７は、測定対象物Ｓの測定時に画面操作機能が起動されたときの測定画面ｍｓの一例を示す図である。画面操作機能は、使用者Ｕが、例えばプローブ操作部２２１の複数の押しボタン２２１ｂのうちいずれか１つのボタン（例えば、上ボタン）を２秒程度長押しすることにより起動される。なお、画面操作機能は、上ボタンに代えて、トリガスイッチ２２１ｃ（図１４）が長押しされることにより起動されてもよい。

画面操作機能が起動されることにより、図２７に示すように、測定画面ｍｓ上に、プローブ２００による画面操作の設定を行うための選択設定ウィンドウ３１４が重畳表示される。選択設定ウィンドウ３１４においては、指示モード設定ボタン３１５および要素項目設定ボタン３１６がこの順で上下に並ぶように表示されている。

指示モード設定ボタン３１５は、プローブ２００により指示モードを設定するためのボタンである。要素項目設定ボタン３１６は、プローブ２００により幾何要素および測定項目を選択するためのボタンである。指示モード設定ボタン３１５および要素項目設定ボタン３１６のうちの１つ（本例では指示モード設定ボタン３１５）は、当該ボタンが選択されていることを示すカーソル枠により取り囲まれている。図２７の選択設定ウィンドウ３１４においては、カーソル枠が太い点線で示される。使用者Ｕは、プローブ操作部２２１の上ボタンおよび下ボタンを操作することにより、指示モード設定ボタン３１５と要素項目設定ボタン３１６との間で、カーソル枠を移動させることができる。

使用者Ｕは、指示モードを選択したい場合、上ボタンおよび下ボタンを操作することによりカーソル枠を指示モード設定ボタン３１５にあわせる。このとき、プローブ操作部２２１のトリガスイッチ２２１ｃは、決定ボタンとして機能する。そこで、使用者Ｕは、カーソル枠が指示モード設定ボタン３１５に合わせられた状態でトリガスイッチ２２１ｃを操作する。この場合、選択設定ウィンドウ３１４は、使用者Ｕが第１の指示モードおよび第２の指示モードのいずれかを選択することを可能にする指示モード選択ウィンドウに変更される。

図２８は、指示モード選択ウィンドウが重畳表示された測定画面ｍｓの一例を示す図である。図２８の指示モード選択ウィンドウ３１７においては、第１の指示モードボタン３１８および第２の指示モードボタン３１９がこの順で上下に並ぶように表示されている。

第１の指示モードボタン３１８は、本体制御回路３０２の動作状態を第１の指示モードに設定するためのボタンである。第２の指示モードボタン３１９は、本体制御回路３０２の動作状態を第２の指示モードに設定するためのボタンである。第１の指示モードボタン３１８および第２の指示モードボタン３１９のうちの１つ（本例では第１の指示モードボタン３１８）は、当該ボタンが選択されていることを示すカーソル枠により取り囲まれている。図２８の指示モード選択ウィンドウ３１７においては、カーソル枠が太い点線で示される。使用者Ｕは、プローブ操作部２２１の上ボタンおよび下ボタンを操作することにより、第１の指示モードボタン３１８と第２の指示モードボタン３１９との間で、カーソル枠を移動させることができる。

使用者Ｕは、本体制御回路３０２の動作状態を第１の指示モードに設定したい場合、上ボタンおよび下ボタンを操作することによりカーソル枠を第１の指示モードボタン３１８にあわせる。このとき、プローブ操作部２２１のトリガスイッチ２２１ｃは、決定ボタンとして機能する。そこで、使用者Ｕは、カーソル枠が第１の指示モードボタン３１８にあわせられた状態でトリガスイッチ２２１ｃを操作する。それにより、本体制御回路３０２の動作状態が第１の指示モードに設定される。

一方、使用者Ｕは、本体制御回路３０２の動作状態を第２の指示モードに設定したい場合、上ボタンおよび下ボタンを操作することによりカーソル枠を第２の指示モードボタン３１９にあわせる。さらに、使用者Ｕは、カーソル枠が第２の指示モードボタン３１９にあわせられた状態でトリガスイッチ２２１ｃを操作する。それにより、本体制御回路３０２の動作状態が第２の指示モードに設定される。

本体表示部３１０の測定画面ｍｓ上に図２７の選択設定ウィンドウ３１４が表示された状態で、使用者Ｕは、幾何要素および測定項目を選択したい場合、上ボタンおよび下ボタンを操作することによりカーソル枠を要素項目設定ボタン３１６にあわせる。このとき、プローブ操作部２２１のトリガスイッチ２２１ｃは、決定ボタンとして機能する。そこで、使用者Ｕは、カーソル枠が要素項目設定ボタン３１６に合わせられた状態でトリガスイッチ２２１ｃを操作する。この場合、選択設定ウィンドウ３１４が測定画面ｍｓから消滅する。また、プローブ２００による幾何要素および測定項目の選択が可能になる。

図２９は、プローブ２００による幾何要素および測定項目の選択が可能になったときの測定画面ｍｓの一表示例を示す図である。幾何要素および測定項目の選択が可能となった状態で、測定画面ｍｓの操作表示領域３１３にカーソル枠が表示される。このとき表示されるカーソル枠は、操作表示領域３１３に表示される複数の項目アイコンｉ０１および複数の要素アイコンｉ０２のうちのいずれか１つを取り囲む。図２９の操作表示領域３１３においては、カーソル枠が太い点線で示される。

使用者Ｕは、プローブ操作部２２１の上ボタン、下ボタン、左ボタンおよび右ボタンを操作することにより、図２９に白抜きの矢印で示すように、複数の項目アイコンｉ０１および複数の要素アイコンｉ０２の間でカーソル枠を移動させることができる。このとき、プローブ操作部２２１のトリガスイッチ２２１ｃは、決定ボタンとして機能する。そこで、使用者Ｕは、所望の幾何要素または所望の測定項目に対応するアイコンにカーソル枠があわせられた状態で、トリガスイッチ２２１ｃを操作する。それにより、カーソル枠が合わせられたアイコンに対応する幾何要素または測定項目が選択される。

このようにして、使用者Ｕは、プローブ２００のプローブ操作部２２１を操作することにより、本体操作部３２０を用いることなく所望の幾何要素を選択することおよび所望の測定項目を選択することができる。

具体例を説明する。例えば、上記の項目［５］の測定例で説明したように、測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離を測定したい場合、使用者Ｕは、プローブ操作部２２１を操作することにより、幾何要素「平面」に対応する項目アイコンｉ０１を選択する。

その後、測定対象物Ｓの第１の面における複数の部分に接触部２１１ａを接触させることにより測定点の指示を行う。それにより、第１の面について指示された複数の測定点により特定される平面の要素特定情報が、例えば「平面１」として生成される。

図３０は、幾何要素の選択後に複数の測定点が指示されたときの測定画面ｍｓの一例を示す図である。図３０に示すように、幾何要素「平面」が選択されると、測定画面ｍｓの操作表示領域３１３には、要素名称欄ｆ０１、撮像ボタンｂ０１、切替ボタンｂ０２および測定点座標表示欄ｆ０２が表示される。

要素名称欄ｆ０１には、選択された幾何要素について生成される要素特定情報を識別可能に保存するための名称が、予め定められた方法に従って表示される。本例では、「平面１」が表示されている。

撮像ボタンｂ０１は、プローブ２００に設けられた図１３のプローブカメラ２０８により測定対象物Ｓを撮像するためのボタンである。撮像ボタンｂ０１が操作されることにより、プローブカメラ２０８によって測定対象物Ｓが撮像される。撮像により得られる画像データは、撮像画像のデータとして本体メモリ３０３に記憶される。

切替ボタンｂ０２は、測定状態表示領域３１１に表示される画像を、上記の測定領域仮想画像ＶＩと撮像ボタンｂ０１の操作により得られる撮像画像との間で切り替えるためのボタンである。測定状態表示領域３１１における撮像画像の具体的な表示例については後述する。なお、測定状態表示領域３１１に表示される測定領域仮想画像ＶＩまたは撮像画像上には、測定点が指示されることにより、指示された測定点の座標の位置を示す黒点等の指標が重畳表示される。さらに、複数の測定点により特定される幾何要素を示す画像が重畳表示される。

測定点座標表示欄ｆ０２は、測定点の指示操作により取得された測定点の座標を順次表示するための表示欄である。本例では、測定対象物Ｓの第１の面を測定対象部分として設定するために４つの測定点が指定されている。それにより、４つの測定点の座標が測定点座標表示欄ｆ０２に表示されている。

測定画面ｍｓの操作表示領域３１３には、さらに戻るボタンｂ１１、ＯＫボタンｂ１２およびキャンセルボタンｂ１３が表示される。戻るボタンｂ１１は、幾何要素および測定項目の選択操作が受け付けられるように、三次元座標測定装置１の状態を本体表示部３１０に図２６または図２７の測定画面ｍｓが表示される状態に戻すためのボタンである。ＯＫボタンｂ１２は、選択した幾何要素について全ての測定点の指定が完了したことを三次元座標測定装置１に指令するためのボタンである。これにより、指定された１または複数の測定点に基づいて、選択された幾何要素の要素特定情報が生成される。キャンセルボタンｂ１３は、測定点の指示操作により取得された測定点の情報を削除するためのボタンである。

画面操作機能が起動している場合には、操作表示領域３１３に表示される複数のボタンのうちいずれかを選択するためのカーソル枠が表示される。図３０の例では、ＯＫボタンｂ１２を取り囲むようにカーソル枠が太い点線で示される。使用者Ｕは、プローブ操作部２２１の上ボタン、下ボタン、左ボタンおよび右ボタンを操作することにより、撮像ボタンｂ０１、切替ボタンｂ０２、戻るボタンｂ１１、ＯＫボタンｂ１２およびキャンセルボタンｂ１３の間で、カーソル枠を移動させることができる。

図２９の測定画面ｍｓ上での幾何要素の選択および測定点の指示が繰り返されることにより、例えば測定対象物Ｓの第１の面および第２の面に対応する要素特定情報が生成されるものとする。さらに、測定対象物Ｓが備える他の面（第３の面）に対応する要素特定情報が生成されるものとする。

測定対象物Ｓの第１～第３の面にそれぞれ対応する要素特定情報が生成された後、使用者Ｕは、第１の面と第２の面との間の距離を測定するために、図２９の測定画面ｍｓ上で測定項目「距離」を選択する。

図３１は、測定項目の選択後の測定画面ｍｓの一例を示す図である。第１～第３の面に対応する要素特定情報が生成された後で、測定項目「距離」が選択された場合には、その「距離」が第１の面と第２の面との間の距離であることを特定しなければならない。そこで、図３１の例では、操作表示領域３１３に、第１～第３の面にそれぞれ対応する要素特定情報を表す３つの対象ボタンｂ２０が表示される。また、戻るボタンｂ１１が表示される。

画面操作機能が起動している場合には、操作表示領域３１３に表示される複数のボタンのうちいずれかを選択するためのカーソル枠が表示される。図３１の例では、カーソル枠が太い点線で示される。使用者Ｕは、プローブ操作部２２１の上ボタン、下ボタン、左ボタンおよび右ボタンを操作することにより、複数の対象ボタンｂ２０および戻るボタンｂ１１の間で、カーソル枠を移動させることができる。また、使用者Ｕは、プローブ操作部２２１のトリガスイッチ２２１ｃを操作することによりカーソル枠があわされたボタンの選択を決定することができる。そこで、使用者Ｕは、第１の面の要素特定情報に対応する「平面１」と、第２の面の要素特定情報に対応する「平面２」とを指定する。その結果、図３１の結果表示領域３１２に示されるように、測定画面ｍｓに測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離（測定値）が表示される。

以上のように、画面操作機能によれば、使用者Ｕは、プローブ２００を操作することにより、本体操作部３２０を用いることなく測定対象物Ｓの測定条件の設定および測定点の指示を行うことができる。それにより、測定対象物Ｓの測定効率が向上する。

（４）測定状態表示領域３１１に表示される画像の切り替え
上記のように、使用者Ｕは、図３０の撮像ボタンｂ０１を操作することによりプローブカメラ２０８による測定対象物Ｓの撮像を行った場合、さらに切替ボタンｂ０２を操作することにより測定状態表示領域３１１に撮像画像を表示させることができる。

図３２は、測定状態表示領域３１１に撮像画像が表示されたときの測定画面ｍｓの一例を示す図である。図３２の例では、測定状態表示領域３１１に測定対象物Ｓの撮像画像ＳＩが表示されている。また、その撮像画像ＳＩ上には、上記の撮像情報に基づいて、撮像画像ＳＩにより示される三次元空間に対応するように装置座標系のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が重畳表示されている。さらに、その撮像画像ＳＩ上には、図２９のプローブ画像ＰＩ１に相当する画像としてスタイラス画像ＰＩ２が重畳表示されている。スタイラス画像ＰＩ２は、プローブ２００のスタイラス２１１のうち接触部２１１ａおよびその近傍部分の位置および姿勢を表す。

測定状態表示領域３１１に表示される画像が測定領域仮想画像ＶＩから撮像画像ＳＩに切り替えられる際には、プローブ２００の位置および姿勢を示す指標が、プローブ画像ＰＩ１とスタイラス画像ＰＩ２との間で切り替えられる。

測定領域仮想画像ＶＩは、基本的に測定可能な空間全体を表すが、測定対象物Ｓそのものを仮想的に表す画像を含まない。そのため、使用者Ｕは、測定領域仮想画像ＶＩを参照しても、装置座標系における測定対象物Ｓの位置および姿勢を把握することはできない。本実施の形態では、測定状態表示領域３１１に測定領域仮想画像ＶＩが表示される際には、プローブ２００の全体を示すプローブ画像ＰＩ１が表示される。これにより、使用者Ｕは、測定状態表示領域３１１に表示される内容に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢が、三次元座標測定装置１における測定対象物Ｓの測定可能な範囲内にあるか否かを容易に認識することができる。

ここで、使用者Ｕが測定対象物Ｓに対して固定された位置で撮像および測定点の指示を行うケースを想定する。上記のように、本実施の形態に係るプローブ２００においては、プローブカメラ２０８は、本体部２５０の前端部２５１（図１４）に取り付けられている。プローブカメラ２０８の撮像視野は、第１の方向ｄｒ１に向けられる。そのため、上記のケースにおいて、使用者Ｕがプローブカメラ２０８を用いて測定対象物Ｓを撮像すると、当該撮像により得られる撮像画像ＳＩには測定点として指示されるべき測定対象物Ｓの部分の画像が含まれると考えられる。

撮像により得られた撮像画像ＳＩ上にプローブ２００の全体を示すプローブ画像ＰＩ１が重畳表示されると、測定点として指示されるべき測定対象物Ｓの部分の画像上にプローブ画像ＰＩ１の少なくとも一部が重なる可能性が高い。図３２では、撮像画像ＳＩ上にプローブ画像ＰＩ１が重畳表示される場合に想定されるプローブ画像ＰＩ１の表示範囲が一点鎖線の枠で示される。この場合、使用者Ｕは、撮像画像ＳＩを視認しても、測定対象物Ｓにおける所望の部分の画像を認識することができない。そこで、本実施の形態においては、測定状態表示領域３１１に撮像画像ＳＩが表示される際、撮像画像ＳＩ上に、スタイラス２１１の一部のみを示すスタイラス画像ＰＩ２が重畳表示される。これにより、撮像画像ＳＩの大部分にプローブ２００の画像（特に本体部２５０の画像）が重なることが低減される。これにより、使用者Ｕは、測定状態表示領域３１１に表示される画像を視認することにより、プローブ２００（スタイラス２１１）が測定対象物Ｓに対してどのような位置にどのような姿勢で配置されているのかを容易に把握することができる。したがって、使用者Ｕは、肉眼で測定対象物Ｓの表面を視認するとともに、測定状態表示領域３１１に表示される撮像画像ＳＩを視認しつつ測定対象物Ｓの所望の部分について高い精度で測定点の指示を行うことができる。

本実施の形態に係るプローブ２００においては、本体部２５０に対する把持部２３０の姿勢が複数段階に切り替えられる。それにより、測定対象物Ｓに対する使用者Ｕの位置および姿勢の自由度が拡大されている。そのため、プローブカメラ２０８により撮像可能な測定対象物Ｓの部分の範囲も拡大される。この場合、撮像画像ＳＩ上にスタイラス２１１の先端部の画像（スタイラス画像ＰＩ２）がコンパクトに表示されるので、測定対象物Ｓに対して配置可能なプローブ２００の位置および姿勢の自由度が向上することに伴って撮像画像ＳＩにおける測定箇所の視認性が低下することが抑制される。

（５）測定のための操作に関する本体制御回路３０２の機能的な構成
図３３は、測定のための操作に関する本体制御回路３０２の機能的な構成を示すブロック図である。図３３に示すように、本体制御回路３０２は、測定のための操作に関する機能的な構成として、表示制御部３０２ａ、指示モード選択受付部３０２ｂ、要素選択受付部３０２ｃおよび接触部画像切替部３０２ｄを含む。本例では、本体メモリ３０３に、上記のシステムプログラム、測定処理プログラムおよび追跡処理プログラムに加えて、画面操作機能に対応する操作プログラムが記憶されている。それにより、図３３に示される各機能部は、本体制御回路３０２のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された操作プログラムを実行することにより実現される。

表示制御部３０２ａは、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１または本体操作部３２０の操作に応答して、本体表示部３１０に測定状態表示領域３１１、結果表示領域３１２および操作表示領域３１３を含む測定画面ｍｓ（図２８～図３２）を表示させる。

指示モード選択受付部３０２ｂは、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１または本体操作部３２０の操作に応答して、本体制御回路３０２の動作状態を第１および第２の指示モードのいずれに設定するかについての指令を受け付ける。

要素選択受付部３０２ｃは、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１または本体操作部３２０の操作に応答して、操作表示領域３１３に表示される複数の項目アイコンｉ０１および複数の要素アイコンｉ０２に対応する幾何要素または測定項目の選択を受け付ける。

接触部画像切替部３０２ｄは、本体メモリ３０３に撮像画像のデータが記憶された状態で、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１または本体操作部３２０の操作に応答して、測定状態表示領域３１１に表示される画像の切り替えを受け付ける。また、接触部画像切替部３０２ｄは、受け付けた画像を測定状態表示領域３１１に表示させる。さらに、接触部画像切替部３０２ｄは、測定状態表示領域３１１に測定領域仮想画像ＶＩが表示される際に、測定領域仮想画像ＶＩ上にプローブ画像ＰＩ１を重畳表示させる。一方、接触部画像切替部３０２ｄは、測定状態表示領域３１１に撮像画像ＳＩが表示される際に、撮像画像ＳＩ上にスタイラス画像ＰＩ２を重畳表示させる。

２．第２の実施の形態
図３４は、第２の実施の形態に係る三次元座標測定システムの一構成例を示す模式図である。図３４に示すように、本実施の形態に係る三次元座標測定システム７００は、第１の実施の形態に係る三次元座標測定装置１に加えて、プローブ操作ロボット６００を備える。なお、図３４では、撮像ヘッド１００を床面上に固定するための基準スタンド９００の図示が省略されている。

その三次元座標測定システム７００においては、撮像ヘッド１００は、可動カメラ１２０の撮像視野が、例えば床面上に載置された測定対象物Ｓおよびその周辺の領域を少なくともカバーするように配置される。

プローブ操作ロボット６００は、ロボット動作部６１０およびロボット本体部６２０を含む。ロボット動作部６１０は、主として多関節アーム６１１およびプローブ把持機構６１２から構成されている。多関節アーム６１１は、ロボット本体部６２０から延びるように設けられている。多関節アーム６１１の先端部にプローブ把持機構６１２が設けられている。プローブ把持機構６１２は、プローブ２００に接続される。

図３５は、図３４のプローブ２００の基本構成を示すブロック図である。図３５に示すように、本実施の形態においては、プローブケーシング２２０にロボット用接続部２５７が接続される。ロボット用接続部２５７にはプローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７とを固定するための固定要素２５７ａが設けられる。固定要素２５７ａは、例えば雌ねじであり、ねじでプローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７とが固定される。また、本実施の形態においては、使用者Ｕはプローブ２００を携行しないため、把持部２３０はプローブケーシング２２０に対して着脱可能であることが好ましい。図３４の例では、プローブケーシング２２０から把持部２３０が取り外された状態のプローブ２００が示される。把持部２３０がプローブケーシング２２０から取り外されない場合、少なくとも把持部２３０が、プローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７との固定に干渉しないように、把持部２３０とロボット用接続部２５７とが配置されることが好ましい。また、把持部２３０が回転軸ＲＡ（図１４等）の周りを回転し、ロボット用接続部２５７とプローブ把持機構との固定に干渉しない位置に移動してもよい。

また、本実施の形態のプローブ２００は、プローブケーシング２２０にプローブ通信回路２５８を収容する。図３４に示すように、プローブ２００と処理装置３００とは、通信用のケーブルＣＡａで接続されている。プローブ通信回路２５８とケーブルＣＡａとを介して、プローブ２００と処理装置３００とが通信する。プローブ制御部２０１が出力する接触トリガは、プローブ通信回路２５８からケーブルＣＡａを通して処理装置３００に送信される。ケーブルＣＡａは例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ケーブルである。把持部２３０がプローブケーシング２２０から取り外される場合、ケーブルＣＡａを介して、プローブ２００に電力が供給されてもよい。

図３４の吹き出し内に示すように、ロボット本体部６２０には、ロボット駆動部６２１、通信部６２２およびロボット制御部６２３が内蔵されている。ロボット駆動部６２１は、複数のモータ等を含み、多関節アーム６１１を駆動する。ロボット制御部６２３は、例えばＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、ロボット駆動部６２１を制御する。ロボット本体部６２０は、通信用のケーブルＣＡｂを介して撮像ヘッド１００に接続されている。ロボット制御部６２３は、通信部６２２およびケーブルＣＡｂを通して撮像ヘッド１００、プローブ２００および処理装置３００との間で種々のデータのやり取りが可能となっている。

多関節アーム６１１の各関節部分には、図示しないエンコーダが設けられている。ロボット制御部６２３は、例えば予め定められた測定対象物Ｓ上の座標情報と多関節アーム６１１の各関節部分のエンコーダの出力とに基づいてロボット駆動部６２１を制御する。それにより、例えば測定対象物Ｓの所望の部分にプローブ２００の接触部２１１ａを接触させる。

図３６は、図３４の撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成を示すブロック図である。図３６に示すように、撮像ヘッド１００は、通信回路１７０に接続され、外部機器に信号を出力するための外部Ｉ／Ｏ１７５を備える。外部Ｉ／Ｏ１７５は例えば端子台であり、図３４のケーブルＣＡｂが接続される。外部Ｉ／Ｏ１７５からケーブルＣＡｂを介してロボット制御部６２３に出力される信号として、例えば、プローブ２００から出力される接触トリガに基づく信号がある。この構成によれば、撮像ヘッド１００からロボット制御部６２３にＨｉｇｈ出力とＬｏｗ出力とを有する二値信号が出力されるため、撮像ヘッド１００は、プローブ２００から出力される接触トリガを当該二値信号の立上りや立下りに対応させた信号を、ロボット制御部６２３に出力することができる。したがって、本実施形態の撮像ヘッド１００によれば、ロボット制御部６２３によるロボット駆動部６２１の制御の応答性が高い三次元座標測定システム７００を構築することができる。

上述の通り、プローブ２００から出力される接触トリガは、ケーブルＣＡａを通して処理装置３００に送信される。さらに、接触トリガ、もしくは接触トリガに基づく信号は、処理装置３００からケーブルＣＡ、撮像ヘッド１００およびケーブルＣＡｂを通してプローブ操作ロボット６００に送信される。この場合、ロボット制御部６２３は、プローブ２００から出力される接触トリガに応答して、ロボット動作部６１０の動作が一時的に停止するようにロボット駆動部６２１を制御する。さらに、処理装置３００の本体制御回路３０２は、接触トリガに応答してプローブ２００および撮像ヘッド１００の複数のマーカｅｑ(図１４），ｅｐ(図１０（ｂ））の発光を指令する。

上記の動作によれば、測定対象物Ｓに接触するプローブ２００が一時的に停止した状態で、プローブ２００の複数のマーカｅｑ(図１４）が撮像ヘッド１００の可動カメラ１２０により撮像される。したがって、プローブ２００により指示される測定点の座標を高い精度で算出することが可能になる。

なお、プローブ操作ロボット６００には、接触トリガに代えてプローブ２００から変位量データが送信されてもよい。この場合、ロボット制御部６２３は、例えば接触トリガ出力処理のうちステップＳ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０７，Ｓ２０８と同様の処理（図２４）を実行することにより、プローブ２００の接触部２１１ａが測定対象物Ｓに適切に接触したことを判定してもよい。その上で、ロボット制御部６２３は、接触部２１１ａが測定対象物Ｓに適切に接触したと判定した場合に、ロボット動作部６１０の動作が一時的に停止するようにロボット駆動部６２１を制御してもよい。

上記の三次元座標測定システム７００においては、プローブ２００から出力される接触トリガまたは変位量データに基づいてプローブ操作ロボット６００がスタイラス２１１およびプローブ保持部２１０に過剰な歪が生じないように動作する。より詳細には、各ステップの判定に基づいて適切に更新される磁気基準値と、現時点の変位量データとの差が第４のしきい値以下であることが、ステップＳ２０８で判定されるため、スタイラス２１１及びプローブ保持部２１０に過剰な歪が生じにくい。また、測定点を指示するタイミングが適切に定められる。それにより、プローブ操作ロボット６００により指示される測定点の座標が高い精度で算出される。

３．他の実施の形態
（１）上記実施の形態では、プローブケーシング２２０に対するプローブ保持部２１０の変位量を検出するために、プローブ２００に磁石２６０および磁気センサ２７０が設けられるが本発明はこれに限定されない。プローブ２００には、磁石２６０および磁気センサ２７０に代えて、プローブケーシング２２０とプローブ保持部２１０との間の変位量を検出可能な他の構成が設けられてもよい。このような構成として、例えば、変位量の計測が可能な光センサまたは超音波センサ等を用いることができる。

（２）上記実施の形態では、接触トリガ出力処理のステップＳ２０２，Ｓ２０５においてプローブ２００の動きおよび姿勢の状態が測定点を指示するために適切な状態にあるかを判定するためにモーションセンサ２０７の出力が用いられるが、本発明は上記の例に限定されない。プローブ２００の動きおよび姿勢の状態が測定点を指示するために適切な状態にあるか否かは、例えば可動カメラ１２０または俯瞰カメラ１８０を用いてプローブ２００の複数のマーカｅｑを継続的に撮像し、それらの移動速度および位置関係の変化に基づいて判定されてもよい。

（３）上記実施の形態では、接触トリガ出力処理がプローブ２００のプローブ制御部２０１により実行されるが、本発明はこれに限定されない。プローブ２００においては、モーションセンサ２０７により得られる動きデータおよび姿勢データが撮像ヘッド１００を通して処理装置３００に送信されてもよい。また、磁気センサ２７０により得られる変位量データが撮像ヘッド１００を通して処理装置３００に送信されてもよい。これらの場合、処理装置３００の本体制御回路３０２は、プローブ２００から与えられる動きデータ、姿勢データおよび変位量データに基づいて接触トリガ出力処理を実行してもよい。あるいは、上記の接触トリガ出力処理は、プローブ２００のプローブ制御部２０１に代えて、撮像ヘッド１００のヘッド制御回路１５０により実行されてもよい。

（４）上記実施の形態に係るプローブ２００においては、プローブ保持部２１０に磁気センサ２７０が固定され、プローブケーシング２２０に磁石２６０が固定されているが本発明はこれに限定されない。プローブ保持部２１０に磁石２６０が固定され、プローブケーシング２２０に磁気センサ２７０が固定されてもよい。

（５）図２７～図３２で示される測定画面ｍｓの各表示例においては、プローブ操作部２２１による選択対象となる複数のボタンのうち現在選択されているボタンがカーソル枠により取り囲まれるが、本発明はこれに限定されない。プローブ操作部２２１により現在選択されているボタンは、選択されていない他のボタンと識別できるように表示されていればよい。例えば、現在選択されているボタンは、カーソル枠が付加されることに代えて、またはカーソル枠が付加されることに加えて、ハイライト表示または強調表示等により他のボタンに対して異なる表示態様で表示されてもよい。

（６）上記実施の形態では、図３０に表示される撮像ボタンｂ０１および切替ボタンｂ０２が操作されることにより、測定状態表示領域３１１に撮像画像ＳＩが表示されるが、本発明はこれに限定されない。測定状態表示領域３１１には、測定領域仮想画像ＶＩおよび撮像画像ＳＩに代えて、または測定領域仮想画像ＶＩおよび撮像画像ＳＩに加えて、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データ等の既存の寸法データに基づく画像（以下、既存データ画像と呼ぶ。）が表示されてもよい。測定状態表示領域３１１に既存データ画像が表示される際には、その既存データ画像上に、装置座標系のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とともにスタイラス画像ＰＩ２が表示されてもよい。

（７）図３２のスタイラス画像ＰＩ２は、スタイラス２１１のうち接触部２１１ａおよびその周辺部分の画像を含むように撮像画像ＳＩ上に重畳表示されるが、本発明はこれに限定されない。スタイラス画像ＰＩ２は、接触部２１１ａの部分の画像のみを含むように撮像画像ＳＩ上に重畳表示されてもよい。

（８）図２６～図３１で示される測定画面ｍｓの各表示例においては、測定状態表示領域３１１に表示される測定領域仮想画像ＶＩのスケール（測定領域仮想画像ＶＩにより表される装置座標系上の空間の範囲）が変更可能であってもよい。この場合、測定領域仮想画像ＶＩにより表される空間の大きさに応じて、プローブ画像ＰＩ１およびスタイラス画像ＰＩ２のうち一方が選択的に測定領域仮想画像ＶＩ上に重畳表示されてもよい。

（９）上記実施の形態においては、プローブ２００のプローブ操作部２２１は、操作面２２１ａ上に十字に配置された４つの押しボタン２２１ｂを含むが、本発明はこれに限定されない。プローブ操作部２２１の操作面２２１ａには、４つの押しボタン２２１ｂに代えて、または４つの押しボタン２２１ｂに加えて、使用者Ｕが把持部２３０を把持しつつ操作可能なトラックボールまたはポインティングスティック等の他のポインティングデバイスが設けられてもよい。

４．請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、三次元座標測定装置１が三次元座標測定装置の例であり、プローブ２００がプローブの例であり、プローブ２００の複数のマーカｅｑが複数の測定マーカの例であり、可動カメラ１２０が撮像部の例であり、プローブ保持部２１０が保持部の例であり、接触部２１１ａが接触部の例であり、スタイラス２１１がスタイラスの例であり、プローブケーシング２２０がプローブケーシングの例であり、複数のゴムブッシュｒｂが弾性体の例であり、磁石２６０および磁気センサ２７０が変位センサの例である。

また、接触トリガがトリガ信号の例であり、磁気基準値が基準変位量の例であり、プローブ制御部２０１がプローブ制御部および条件設定部の例であり、第３のしきい値以上第４のしきい値以下が予め定められた許容範囲の例であり、モーションセンサ２０７が動き検出部および姿勢検出部の例であり、磁気センサ２７０が磁気センサの例であり、把持部２３０が把持部の例であり、本体制御回路３０２が算出部の例であり、ロボット動作部６１０およびロボット駆動部６２１がロボットの例であり、ロボット制御部６２３がロボット制御部の例であり、三次元座標測定システム７００が三次元座標測定システムの例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

１…三次元座標測定装置，９…加工機，９００…基準スタンド，２０…固定連結部，２１…下固定板，２２…上固定板，２３…支柱，２４…中空支持軸，３０…支持部材，３０ｃ，ＲＡ…回転軸，３１…回転台座，３２，３３…支持フレーム，４０…可動部材，４１…上面，４２…下面，４３，１１１，１２１，１８１…基板，５０…蛇腹，９０…ケーシング，９１，２２０ｂ…下部ケーシング，９１Ｗ…俯瞰カメラ用窓，９２，２２０ａ…上部ケーシング，９２Ｓ…矩形開口，９３…基板ケーシング，９３ａ，９３ｂ…収容部，１００…撮像ヘッド，１０１…ヘッド底部，１０２…環状底面，１０３，８３２…環状傾斜面，１０４…開口部，１０５，８３３…縦孔，１１０…基準カメラ，１１０ｃ，１２０ｃ…光軸，１２０…可動カメラ，１３０，２０４…マーカ駆動回路，１４０…回転駆動回路，１４１…水平回転機構，１４３…チルト回転機構，１５０…ヘッド制御回路，１６０，２０６…無線通信回路，１７０，３０１…通信回路，１７５…外部Ｉ／Ｏ，１８０…俯瞰カメラ，１９０…参照部材，１９１…発光基板，１９２…拡散板，１９３…ガラス板，１９４…マスク，１９５…拡散反射シート，２００…プローブ，２０１…プローブ制御部，２０２…表示灯，２０２ａ…第１の表示部，２０２ｂ…第２の表示部，２０３…バッテリ，２０５…プローブメモリ，２０７…モーションセンサ，２０８…プローブカメラ，２１０…プローブ保持部，２１０ａ…スタイラス取付部，２１０ｂ…目標部材保持部，２１１…スタイラス，２１１ａ…接触部，２２０…プローブケーシング，２２１…プローブ操作部，２２１ａ…操作面，２２１ｂ…押しボタン，２２１ｃ…トリガスイッチ，２３０，２３０ｘ…把持部，２５０…本体部，２５１…前端部，２５２…後端部，２５３…上面部，２５４…底面部，２５４ｈ…ヒンジ，２５４ｊ…接続部，２５５…一方側面部，２５６…他方側面部，２５７…ロボット用接続部，２５７ａ…固定要素，２５８…プローブ通信回路，２６０…磁石，２７０…磁気センサ，２９０…目標部材，２９９…開口部，３００…処理装置，３０２…本体制御回路，３０２ａ…表示制御部，３０２ｂ…指示モード選択受付部，３０２ｃ…要素選択受付部，３０２ｄ…接触部画像切替部，３０３…本体メモリ，３１０…本体表示部，３１１…測定状態表示領域，３１２…結果表示領域，３１３…操作表示領域，３１４…選択設定ウィンドウ，３１５…指示モード設定ボタン，３１６…要素項目設定ボタン，３１７…指示モード選択ウィンドウ，３１８…第１の指示モードボタン，３１９…第２の指示モードボタン，３２０…本体操作部，６００…プローブ操作ロボット，６１０…ロボット動作部，６１１…多関節アーム，６１２…プローブ把持機構，６２０…ロボット本体部，６２１…ロボット駆動部，６２２…通信部，６２３…ロボット制御部，７００…三次元座標測定システム，８００…保持部，８１０…設置部，８２０…載置台，８３０，９１１…ヘッド台座，８３１…環状支持面，９１２…脚部，ｂ０１…撮像ボタン，ｂ０２…切替ボタン，ｂ１１…戻るボタン，ｂ１２…ＯＫボタン，ｂ１３…キャンセルボタン，ｂ２０…対象ボタン，ｃａ…カラー，ＣＡ，ＣＡａ，ＣＡｂ…ケーブル，ＣＢ…クロスローラベアリング，ＥＣ…電源ケーブル，ｅｐ，ｅｐ１，ｅｐ２，ｅｑ…マーカ，ＦＩ…床画像，ｆ０１…要素名称欄，ｆ０２…測定点座標表示欄，ＧＳ…発熱基板，ｈ１，ｈ２，ｈ３…貫通孔，ＨＡ１，ＬＡ１…吸気部，ＨＡ２，ＬＡ２…排気部，ＨＦ，ＬＦ…排気ファン，ｈｉ１…中空部材，ｈｉ２…軸部材，ｉ０１…項目アイコン，ｉ０２…要素アイコン，ｍｓ…測定画面，ＰＩ１…プローブ画像，ＰＩ２…スタイラス画像，ｒｂ…ゴムブッシュ，ｒｓ…撮像空間，Ｓ…測定対象物，ＳＩ…撮像画像，ｓｃ…ねじ，Ｕ…使用者，ＶＩ…測定領域仮想画像，Ｗａ，Ｗｂ…ウェイト

Claims (13)

1. 撮像部により撮像された複数の測定マーカに基づいて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定装置に用いられるプローブであって、
   前記複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、
   測定対象物に接触することにより前記測定点を指示する接触部を有し、前記複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係で前記プローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、
   前記プローブ保持部の少なくとも一部を、前記複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、
   前記プローブケーシングに収容され、前記スタイラスと前記対象物との接触に応じて前記プローブ保持部が前記プローブケーシングに対して変位するように、前記プローブケーシングと前記プローブ保持部との間に配置される弾性体と、
   前記プローブケーシングに収容され、前記プローブケーシングに対する前記プローブ保持部の変位量に応じた信号を、前記スタイラスと前記対象物との接触に関する信号として出力する変位センサとを備える、三次元座標測定装置用のプローブ。
2. 前記測定点が指示される際に、前記変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するプローブ制御部をさらに備える、請求項１記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
3. 前記基準条件を設定する条件設定部をさらに備え、
   前記基準条件は、前記変位センサから出力される信号に応じた変位量と基準変位量との差が予め定められた許容範囲内にあることであり、
   前記条件設定部は、一の時点で前記変位センサから出力される信号に応じた変位量を前記基準変位量として設定し、前記一の時点から予め定められた時間が経過した後、前記変位センサから出力される信号に応じた変位量により前記基準変位量を更新する、請求項２記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
4. 前記プローブケーシングの動きを検出する動き検出部をさらに備え、
   前記プローブ制御部は、前記動き検出部により検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合に前記トリガ信号を出力し、前記動き検出部により検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値よりも大きい場合に前記トリガ信号を出力しない、請求項２または３記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
5. 前記プローブケーシングの姿勢を検出する姿勢検出部をさらに備え、
   前記プローブ制御部は、前記姿勢検出部により検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値以下である場合に前記トリガ信号を出力し、前記姿勢検出部により検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値よりも大きい場合に前記トリガ信号を出力しない、請求項４記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
6. 前記変位センサは、磁気センサを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
7. 前記プローブケーシングには、使用者により把持可能な把持部が接続された、請求項１～６のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置用のプローブ。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置用のプローブと、
   前記変位センサの出力信号に基づいて前記プローブの複数の測定マーカを撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、前記接触部により指示された前記測定点の座標を算出する算出部とを備える、三次元座標測定装置。
9. 撮像部により撮像された複数の測定マーカに基づいて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定装置と、
   前記複数の測定マーカを含むプローブと、
   前記プローブを保持しつつ移動させることが可能に構成されたロボットと、
   ロボット制御部とを備え、
   前記プローブは、
   前記複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、
   測定対象物に接触することにより前記測定点を指示する接触部を有し、前記複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係で前記プローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、
   前記ロボットにより保持され、前記プローブ保持部の少なくとも一部を、前記複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、
   前記プローブケーシングに収容され、前記スタイラスと前記対象物との接触に応じて前記プローブ保持部が前記プローブケーシングに対して変位するように、前記プローブケーシングと前記プローブ保持部との間に配置される弾性体と、
   前記プローブケーシングに収容され、前記プローブケーシングに対する前記プローブ保持部の変位量に応じた信号を、前記スタイラスと前記対象物との接触に関する信号として出力する変位センサと、
   前記測定点が指示される際に、前記変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するプローブ制御部とを備え、
   前記ロボット制御部は、前記変位センサの出力に基づいて前記ロボットの動作を制御し、
   前記三次元座標測定装置は、
   前記プローブ制御部から前記トリガ信号が出力された場合に、前記プローブの複数の測定マーカを撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、前記接触部により指示された前記測定点の座標を算出する算出部とを備える、三次元座標測定システム。
10. プローブを用いて測定対象物における測定点の座標を算出する三次元座標測定方法であって、
    前記プローブは、
    複数の測定マーカを保持するプローブ保持部と、
    測定対象物に接触することにより前記測定点を指示する接触部を有し、前記複数の測定マーカに対して予め定められた位置関係で前記プローブ保持部に取り付けられるスタイラスと、
    前記プローブ保持部の少なくとも一部を、前記複数の測定マーカを外部から撮像可能に収容するプローブケーシングと、
    前記プローブケーシングに収容され、前記スタイラスと前記対象物との接触に応じて前記プローブ保持部が前記プローブケーシングに対して変位するように、前記プローブケーシングと前記プローブ保持部との間に配置される弾性体と、
    前記プローブケーシングに収容され、前記プローブケーシングに対する前記プローブ保持部の変位量に応じた信号を、前記スタイラスと前記対象物との接触に関する信号として出力する変位センサとを備え、
    前記三次元座標測定方法は、
    前記測定点が指示される際に、前記変位センサの出力信号に対応する変位量について予め定められた基準条件が満たされる場合に、指示された測定点の座標を算出するための処理を開始することを許可するトリガ信号を出力するステップと、
    前記トリガ信号の出力に応答して、前記複数の測定マーカを撮像し、撮像された前記複数の測定マーカの画像を示す画像データに基づいて、前記接触部により指示された前記測定点の座標を算出するステップとを含む、三次元座標測定方法。
11. 前記基準条件を設定するステップをさらに含み、
    前記基準条件は、前記変位センサから出力される信号に応じた変位量と基準変位量との差が予め定められた許容範囲内にあることであり、
    前記基準条件を設定するステップは、一の時点で前記変位センサから出力される信号に応じた変位量を前記基準変位量として設定し、前記一の時点から予め定められた時間が経過した後、前記変位センサから出力される信号に応じた変位量により前記基準変位量を更新することを含む、請求項１０記載の三次元座標測定方法。
12. 前記プローブケーシングの動きを検出するステップをさらに含み、
    前記トリガ信号を出力するステップは、前記動きを検出するステップにより検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値以下である場合に行われ、前記動きを検出するステップにより検出される単位時間当たりの動き量が第１のしきい値よりも大きい場合に行われない、請求項１０または１１記載の三次元座標測定方法。
13. 前記プローブケーシングの姿勢を検出するステップをさらに含み、
    前記トリガ信号を出力するステップは、前記姿勢を検出するステップにより検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値以下である場合に行われ、前記姿勢を検出するステップにより検出される単位時間当たりの姿勢の変化量が第２のしきい値よりも大きい場合に行われない、請求項１２記載の三次元座標測定方法。

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