JP3961293B2

JP3961293B2 - 表面性状倣い測定方法、プログラムおよび記録媒体

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Publication number: JP3961293B2
Application number: JP2002000620A
Authority: JP
Inventors: 孝野田; 一己水上; 信一郎青柳; 耕造杉田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-01-07
Also published as: JP2003202219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、倣いプローブによる被測定物の粗さ、うねり、輪郭、真円度などの表面性状の倣い測定方法、プログラムおよび記録媒体に関し、特に、被測定物の表面輪郭に沿って倣いプローブを相対移動させて測定を行う表面性状倣い測定方法、プログラムおよび記録媒体に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の表面性状を測定する測定機としては、粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている。これらの測定機による測定では、接触式あるいは非接触式の測定センサを基準ガイドに沿って移動させ、定盤上に載置された被測定物と測定センサの位置関係から被測定物の表面性状を測定している。
例えば、特願2001-177278号に開示された粗さ測定機では、接触式の検出子をＸ軸ガイドに沿って駆動し、被測定物の表面の凹凸による検出子の先端の微小な上下変位（Ｚ軸変位）出力と、検出子のＸ軸方向の変位を検出するＸ軸検出器出力とから、被測定物の粗さ、うねり、あるいは輪郭形状を測定可能としている。この場合の検出子はＸ軸ガイドに沿って駆動され、被測定物の凹凸（Ｚ軸変位）に応じて出力を行うので、接触式の１軸倣いプローブとして機能し、測定結果はＸ軸とＺ軸の二次元の倣い測定データとして得られる。この倣い測定は、検出子をガイドによって駆動するので、ガイド倣い測定である。
【０００３】
また、他の例として、図５は、倣いプローブ１１８を三次元測定機１００のＺ軸スピンドル１１７の先端に取り付けて用いる場合の例を示している。
この三次元測定機１００は次のように構成されている。
除振台１１１の上には、定盤１１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１２の両側端から立設されたビーム支持体１１３ａ，１１３ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１１４を支持している。ビーム支持体１１３ａは、その下端がＹ軸駆動機構１１５によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１１３ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム支持体１１３ａ、１１３ｂの移動現在位置はＹ軸スケール２４５（図６参照）によって検出される。
【０００４】
ビーム１１４は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１１６を支持する。コラム１１６は、ビーム１１４に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１１６の移動現在位置はＸ軸スケール２４４（図６参照）によって検出される。コラム１１６には、Ｚ軸スピンドル１１７がコラム１１６に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。Ｚ軸スピンドル１１７の移動現在位置はＺ軸スケール２４６（図６参照）によって検出される。
【０００５】
Ｚ軸スピンドル１１７の下端には、一例として、接触式の測定子（接触球）１２１を備えた倣いプローブ１１８が装着されている。この倣いプローブ１１８が、定盤１１２上に載置された被測定物を測定する。Ｘ軸スケール２４４、Ｙ軸スケール２４５、Ｚ軸スケール２４６には例えば光学式のリニヤスケールなどが使用される。
図６のブロック図に示すように、倣いプローブ１１８にはＸ軸センサ２５１、Ｙ軸センサ２５２、Ｚ軸センサ２５３が内蔵されており、測定子１２１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への変位に従って、その変位量を各々出力する。
【０００６】
駆動装置２６０には、Ｘ軸駆動機構１０５を駆動するＸ軸駆動回路２６１、Ｙ軸駆動機構１１５を駆動するＹ軸駆動回路２６２、Ｚ軸駆動機構１２５を駆動するＺ軸駆動回路２６３、Ｘ軸スケール２４４の出力を計数するＸ軸カウンタ２６４、Ｙ軸スケール２４５の出力を計数するＹ軸カウンタ２６５、Ｚ軸スケール２４６の出力を計数するＺ軸カウンタ２６６、Ｘ軸センサ２５１の出力を計数するＸ軸Ｐカウンタ２６７、Ｙ軸センサ２５２の出力を計数するＹ軸Ｐカウンタ２６８、Ｚ軸センサ２５３の出力を計数するＺ軸Ｐカウンタ２６９が含まれており、各々は計算機２７０に接続されている。従って、三次元測定機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は計算機２７０の指令によって任意速度で任意位置に位置決めが可能である。又、計算機２７０は各カウンタ２６４〜２６９の計数値を入力して、スピンドル２１７のＸ軸、Y軸、Ｚ軸の各軸の現在位置および倣いプローブ１１８の測定子１２１の現在変位を知ることが出来るように構成されている。
【０００７】
計算機２７０は、駆動装置２６０と情報交換を行うための図示しない接続装置を備えるほかは、公知の計算機と同様で、中央演算装置、記憶装置、入力装置、表示装置、印字装置、出力装置を備えており、記憶装置に格納されたプログラムによって、三次元測定機１００の誤差補正、倣いプローブデータの収集、誤差の算出、誤差の表示、誤差の関数化、補正データの出力などの校正処理全般および倣い測定処理全般が自動制御あるいは必要に応じてそれぞれの機能を半自動制御あるいは手動制御される。尚、プログラムや各種データは入力装置を用いて記憶装置へ格納することができる他、出力装置を用いて外部出力できる。
計算機２７０と駆動装置２６０との情報交換は通常は有線通信でＩＥＥＥ４８８などの伝送制御手順を利用して行われるが、必要に応じて無線通信や光通信などを用いても良い。
【０００８】
ここで用いられる倣いプローブ１１８の例としては、特開平5-256640号公報に示されたプローブがある（図７参照）。このプローブは、基台に対してそれぞれ直交方向に移動自在なＸスライダとＹスライダとＺスライダを介して触針が支持されており、この基台及び３つのスライダの間の摺動部には加圧空気が送出され空気軸受けを構成することにより極めて摩擦が少ない案内機構が構成されている。また、この基台とＺスライダ、ＺスライダとＹスライダ、ＹスライダとＸスライダの各々の相対変位を検出するＺセンサ、Ｙセンサ、Ｘセンサの３つのセンサが設けられており、これら３つのセンサによって触針の三次元的な変位量を求めることができるようになっている。
【０００９】
これらのセンサは例えばアブソリュート光学式直線スケールが用いられる。従って、この倣いプローブの触針２４の先端の測定子（接触球）を被測定物の表面に接触させたまま、被測定物に対して倣いプローブを、被測定物の表面方向に相対移動させれば、測定子は被測定物の表面の輪郭形状に沿って変位するので、被測定物の輪郭形状データを連続的に収集することが出来る。この場合、輪郭形状データは、倣いプローブから出力される３つのセンサの変位出力と、三次元測定機の駆動機構の変位を測定するリニヤスケールの値を合成して求めることが出来、これによって直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）による、三次元倣い測定データが得られる。
なお、測定子が被測定物に接触していない場合の倣いプローブのＸスライダ、Ｙスライダ、Ｚスライダの通常停止位置（復帰位置）は、各々のアブソリュートセンサの原点位置とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの測定機による被測定物の測定は次のように行う。
まず、粗さ測定機などによるガイド倣い測定の場合は、被測定物の測定開始点と測定終了点を決定し、その測定範囲において、被測定物表面の凹凸が検出子の測定範囲を超えないように、被測定物の姿勢調整を行った上で、検出子を被測定物表面に接触させ、Ｘ軸ガイドにそって検出子を駆動して測定を行う。このように、検出子はＸ軸ガイドに沿って駆動されるので、被測定物の表面方向がＸ軸ガイドのガイド方向と一致している必要がある。検出子の測定範囲が狭い場合は、より厳密にこの姿勢調整を行う必要があり、測定能率を低下させるという問題点があった。
【００１１】
また、三次元測定機の場合は、特開平3-84408号公報に開示されるように、ワークの測定基準線に対するプローブの方向が一定になるように各軸を同時制御しつつ倣い測定を行う方法の他、特開昭63-131016号公報や特開昭63-131017号公報あるいは特開平8-178646号公報に開示されるような、倣いプローブの測定子の被測定物への押込み量（例えばＸ、Ｙ、Ｚ軸センサの変位出力合成量）が略一定となるように、常時倣いプローブと被測定物の相対位置関係を制御して倣い測定を行う方法がある。ところが、これらの倣い測定方法（いわゆる自律倣い測定方法）は、輪郭形状未知の被測定物の表面性状の測定が可能であるという利点を有する反面、倣いプローブの姿勢や測定子の押込み量を被測定物との位置関係において常に把握・判断しながら一定制御して被測定物の表面輪郭を探索しながら測定する必要があることから、測定速度を高速化できず、測定能率の向上が難しいという問題点があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記問題を解決するために、本発明の表面性状倣い測定方法は、倣いプローブによって被測定物の表面性状を測定する表面性状倣い測定方法において、前記被測定物を測定する際の、前記被測定物の表面輪郭に対する前記倣いプローブの測定基準位置への測定オフセットを算出するステップと、前記被測定物の表面輪郭を示す表面輪郭データを入力するステップと、前記表面輪郭データに対して、前記被測定物の表面輪郭の略法線方向の外側へ前記測定オフセットだけ離隔した倣い測定軌道を算出するステップと、前記倣い測定軌道に沿って前記倣いプローブを相対移動させて前記被測定物を軌道倣い測定するステップと、前記被測定物を測定する際の前記倣いプローブの変位出力の適正限界を設定するステップとを備え、前記測定ステップにおいて、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界を超えた際に、前記倣いプローブの変位出力によって前記表面輪郭を探索しながら測定する自律倣い測定を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述した表面性状倣い測定方法において、前記測定ステップにおいて前記自律倣い測定を行う際、前記測定基準位置の前記測定軌道からの離隔距離が所定値以内である場合、前記自律倣い測定に代えて前記軌道倣い測定を行うことが好ましい。
また、本発明の他の表面性状倣い測定方法は、倣いプローブによって被測定物の表面性状を測定する表面性状倣い測定方法において、前記被測定物を測定する際の、前記被測定物の表面輪郭に対する前記倣いプローブの測定基準位置への測定オフセットを算出するステップと、前記被測定物の表面輪郭を示す表面輪郭データを入力するステップと、前記表面輪郭データに対して、前記被測定物の表面輪郭の略法線方向の外側へ前記測定オフセットだけ離隔した倣い測定軌道を算出するステップと、前記倣い測定軌道に沿って前記倣いプローブを相対移動させて前記被測定物を軌道倣い測定するステップと、前記被測定物を測定する際の前記倣いプローブの変位出力の適正限界を設定するステップとを備え、前記測定ステップにおいて、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界を超えた際に、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界内となるように、前記測定オフセットを修正することによって前記倣い測定軌道を修正することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、上述した表面性状倣い測定方法において、前記表面輪郭データは、前記被測定物の設計データであることが好ましい。
また、本発明は、上述した表面性状倣い測定方法において、前記表面輪郭データは、前記被測定物の基準マスターを測定した測定データであることが好ましい。
また、本発明による表面性状倣い測定方法をコンピュータに実行させる表面性状倣い測定プログラムやこのプログラムを記録した記録媒体とすることが好ましい。このようにすれば、例えば、安価な汎用のコンピュータを用いて、そのコンピュータに本プログラムを実行させることが容易になり、本発明の利用促進を大幅に図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。また、以下の全ての実施形態で用いられる倣いプローブ１１８は触針の先端に、被測定物Ｗと接触して測定を行う球状の測定子（接触球）１２１を備えており、図５に示す三次元測定機１００のＺ軸スピンドル１１７の下端に取り付けられて用いられる。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる表面性状倣い測定方法を示す。
まず、Ｓ１０で処理を開始し、次にＳ２０において、倣いプローブ１１８をＺ軸スピンドル１１７の下端へ取付け、被測定物Ｗを定盤１１２へ設置する。
その後、Ｓ３０において、倣いプローブ１１８によって、定盤上に設置された半径既知の基準球１２０の測定を行ない、倣いプローブ１１８の校正を行う。具体的には、測定子１２１を基準球１２０に接触させて、３箇所以上の測定を行って、基準球１２０の中心座標を求め、その中心座標と基準球１２０の既知の半径から、測定子１２１の半径ｒと測定子１２１が復帰位置にある場合の中心座標（測定基準位置）を求めて、倣いプローブ１１８の校正を行う。つまり、この倣いプローブの校正処理によって、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値は、測定子１２１の中心座標（測定基準位置）を示すように校正される。
【００１７】
次に、Ｓ４０で測定オフセットを算出する。この測定オフセットＱは、測定子１２１の半径ｒと測定子１２１の被測定物への押込み量Δｒから、Ｑ＝ｒ−Δｒとして求める。ここで、半径ｒはＳ３０で求めたように個別の倣いプローブ１１８によって決まる固有の値であり、押込み量Δｒは測定子１２１を適正量だけ被測定物Ｗに押込んだ状態での、倣いプローブの各軸の変位出力（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの出力）の原点位置からのずれ量の合成値を示す。つまり測定オフセットＱは、倣い測定時における測定子１２１の中心位置（測定基準位置）から被測定物Ｗの表面輪郭までの距離を示す。これは、測定子１２１の見かけ上の半径を示す。
【００１８】
次に、Ｓ５０において、被測定物Ｗの表面輪郭データを入力する。この表面輪郭データは、被測定物Ｗを設計した際の設計データ（例えばＣＡＤデータ）や、被測定物の基準マスターを測定した測定データを計算機２７０の入力装置（例えば磁気テープ入力装置）から入力したり、あるいはキーボードなどの入力装置を用いて入力する。ここで、被測定物Ｗは通常、機械加工されたワークであるため、表面輪郭形状に対して加工公差が設定されているが、基準マスターとは、例えばこの公差の中央値となるように仕上げられたワークを言う。
【００１９】
その後、Ｓ６０によって被測定物Ｗの特徴部分を測定して被測定物Ｗが定盤１１２上へ設置された位置と姿勢を求めて被測定物座標系を設定する。その後、表面輪郭データの座標系が被測定物座標系に一致するように照合校正を行う。より具体的には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値が、表面輪郭データの座標系において測定子１２１が復帰位置にある場合の測定子１２１の中心座標（測定基準位置）を示すように照合校正される。ここで、被測定物Ｗの特徴部分としては、穴中心位置、平面の座標値、球面の中心位置などが用いられるが、一般的には被測定物Ｗを設計した際の設計上の基準点を用いることが好ましい。
【００２０】
次に、Ｓ７０において、被測定物の表面輪郭の略法線方向の外側へ前記測定オフセットだけ離隔した表面輪郭データに対する倣い測定軌道Ｍを算出する。例えば、半径Ｒの球状の被測定物Ｗの倣い測定箇所Ｔを測定する場合において、図４（ａ）、（ｂ）に示すように倣い測定箇所Ｔにおける法線方向の外側へ測定オフセットＱだけ離隔した倣い測定軌道Ｍを算出する。この例では被測定物Ｗとして球の例を示したが、幾何形状としては任意でよく、また複数の幾何形状の組み合わせであっても良い。
【００２１】
その後、Ｓ８０において、倣い測定プローブ１１８の測定基準位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値）が倣い測定軌道Ｍに沿うように倣いプローブ１１８を移動させて被測定物Ｗの倣い測定箇所Ｔの軌道倣い測定を行う。但し、この軌道倣い測定において、測定子１２１の半径はｒ（＞測定オフセットＱ）であるので、測定子１２１の中心が実際に倣い測定軌道Ｍに沿って移動するわけではないが、このように制御を行うことによって、倣いプローブ本体に対して測定子１２１が押込まれ（変位し）、最適な押込み量Δｒが維持されたまま軌道倣い測定が行われる。
【００２２】
この測定において、例えば一定時間ごとにＸ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタ２６７、２６８、２６９とＸ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値をサンプリングして記憶・格納しておく。そして、サンプリング終了後、Ｘ軸Ｐカウンタ２６７とＸ軸カウンタ２６４の値、Ｙ軸Ｐカウンタ２６８とＹ軸カウンタ２６５の値、Ｚ軸Ｐカウンタ２６９とＺ軸カウンタ２６６の値を、それぞれ合成することによって倣い測定箇所Ｔの倣い測定値を得ることができる。この倣い測定値の座標系は、表面輪郭データの座標系と一致しているので、両者を照合して誤差を算出する。
その後、Ｓ９０において全ての測定処理を終了する。
【００２３】
この図１に示す第１の実施形態によれば、次に示す効果がある。
（１）被測定物の表面輪郭データを元にして倣い測定軌道を算出し、この倣い測定軌道に沿って倣いプローブ１１８を相対移動させて被測定物Ｗの軌道倣い測定を行うので、倣いプローブの変位出力によって表面輪郭を探索しながら測定する場合の自律倣い測定速度（例えば２０ｍｍ／ｓｅｃ）に比べて、表面輪郭を探索する必要がなくなるので、はるかに高速（例えば１００ｍｍ／ｓｅｃ）で測定が行え、測定能率が飛躍的に向上する。
（２）倣いプローブ１１８の測定子１２１の半径ｒと最適押込み量Δｒから測定オフセットＱを算出し、この測定オフセットＱを用いて倣い測定軌道Ｍを算出するので、最適な倣い測定軌道が算出でき、倣い測定精度が向上する。
【００２４】
（３）座標系照合を行って、被測定物座標系が表面輪郭データの座標系と一致するように照合校正を行うので、被測定物Ｗを定盤１１２へ設置する場合に、位置条件や姿勢条件などの設置条件の制約を解消でき、測定段取りの短縮化が可能となる。
（４）被測定物Ｗの表面輪郭データとして、設計データを用いることができるので、表面輪郭データの入力処理が簡略化できて測定段取りが短縮化できるほか、表面輪郭データの精度を向上できるので、倣い測定軌道Ｍの精度向上、ひいては倣い測定精度が向上する。
（５）被測定物Ｗの表面輪郭データとして、マスター測定データを用いることができるので、マスターとの誤差照合が容易かつ正確になる。より具体的には、例えば合せ金型などにおいて、雄型をマスターとして倣い測定し、これを表面輪郭データとして用いれば、雌型の倣い測定において、より精度の高い測定が可能となり、合せ金型としての良否の判定が容易になる。
【００２５】
つぎに図２において、本発明の第２実施形態にかかる表面性状倣い測定方法を示す。
Ｓ１１０からＳ１４０までは、図１におけるＳ１０からＳ４０と同一であるので、説明を省略する。
Ｓ１５０では、倣い測定における適正限界の設定を行う。この適正限界とは、倣い測定において、測定子１２１が被測定物Ｗに押込まれ、倣いプローブ本体に対して測定子１２１が変位した時の、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの個々の変位限界およびこれら３軸の合成変位（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの個々の変位の自乗加算値の平方根）の変位限界をいう。この適正限界は、通常、最適な押込み量Δｒに対して、Δｒ＋Ｌ及びΔｒ−Ｌのように両側（押込みが深くなる側の限界と押込みが浅くなる場合の限界の両者）に設定するが、Δｒ＋Ｌあるいは、Δｒ−Ｌのように片側のみに設定しても良い。
【００２６】
Ｓ１６０から１８０は図１におけるＳ５０からＳ７０と同一であるので、説明を省略する。
Ｓ１９０では、倣い測定プローブ１１８の測定基準位置（測定子１２１の中心位置＝Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値）が倣い測定軌道Ｍに沿うように倣いプローブ１１８を移動させて被測定物Ｗの倣い測定箇所Ｔの軌道倣い測定を開始する。
その後、Ｓ２００において、倣いプローブ１１８のＸ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの各軸の変位出力値、あるいはそれらの合成値が、適正限界を超過しているか否かがチェックされ、超過している場合はＳ２１０へ、超過していない場合はＳ２２０へ処理が分岐される。このＳ２００での限界超過チェックは、後述する自律倣い測定が行われた場合には、倣いプローブ１１８の測定基準位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値）が倣い測定軌道Ｍからずれている量を計算し、そのずれ量が＋Ｌあるいは−Ｌを超えているか否かによって、超過している場合はＳ２１０へ、超過していない場合は倣い測定プローブ１１８の測定子１２１の中心（測定基準位置）を倣い測定軌道Ｍへ位置決めした後、Ｓ２２０へ処理が分岐される。
【００２７】
Ｓ２１０が実行された場合は、自律倣い測定が行われる。この自律倣い測定が実行されると、倣いプローブ１１８のＸ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの各軸の変位出力値、及びそれらの合成値が、最適な押込み量Δｒになるように、Ｘ軸駆動回路２６１、Ｙ軸駆動回路２６２、Ｚ軸駆動回路２６３を制御して被測定物の表面輪郭を探索しながら測定が行われるので、倣い測定軌道Ｍは無視される。ここでの自律倣い測定は各種の公知の技術を用いることができる。
Ｓ２２０が実行された場合は、図１のＳ８０と同様に、倣い測定プローブ１１８の測定基準位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値）が倣い測定軌道Ｍに沿うように倣いプローブ１１８を移動させて被測定物Ｗの倣い測定箇所Ｔの軌道倣い測定を行う。
【００２８】
その後、Ｓ２３０において被測定物Ｗの倣い測定箇所Ｔがすべて測定されたか否かがチェックされる。そして、測定が完了していない場合はＳ２００へ処理が分岐され、測定が完了している場合は、Ｓ２４０によって倣い測定終了処理が行われる。すなわち、Ｓ２４０ではＸ軸Ｐカウンタ２６７とＸ軸カウンタ２６４の値、Ｙ軸Ｐカウンタ２６８とＹ軸カウンタ２６５の値、Ｚ軸Ｐカウンタ２６９とＺ軸カウンタ２６６の値、をそれぞれ合成することによって倣い測定箇所Ｔの倣い測定値を得る。この倣い測定値の座標系は、表面輪郭データの座標系と一致しているので、両者を照合して誤差を算出する。
その後、Ｓ２５０において全ての測定処理を終了する。
【００２９】
この図２に示す第２の実施形態によれば、第１実施形態における（１）〜（５）の効果の他に次に示す効果がある。
（６）倣い測定における測定子１２１の被測定物Ｗへの押込み量について適正限界の設定を行い、この適正限界判断の結果、押込みが深すぎる、あるいは浅すぎる場合は、自律倣い測定に切替えることができるので、表面輪郭データと被測定物Ｗの輪郭形状の一部が異なる場合であっても正確に倣い測定を行うことが出来る。
（７）一時的に自律倣い測定に切り替わった場合であっても、倣いプローブ１１８の測定基準位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸カウンタ２６４、２６５、２６６の値）と倣い測定軌道Ｍのずれ量を計算し、そのずれ量が所定値以内となった場合は、自律倣い測定を解除し、倣い測定軌道Ｍ上での軌道倣い測定を行えるので、測定の高速性が犠牲とならない。
【００３０】
つぎに図３において、本発明の第３実施形態にかかる表面性状倣い測定方法を示す。
この第３実施形態と第２実施形態の相違点は、Ｓ４００における限界超過チェックの内容と、Ｓ４１０における倣い測定軌道修正処理を行う点のみが相違し、その他は第２実施形態と同一である。すなわち、Ｓ３１０からＳ３９０および、Ｓ４２０からＳ４５０は、図２におけるＳ１１０からＳ１９０および、Ｓ２２０からＳ２５０に同一である。
Ｓ４００における限界超過チェックは、倣いプローブ１１８の各軸の変位出力値（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸Ｐカウンタの各軸の出力値）、あるいはそれらの合成値が、適正限界を超過しているか否かがチェックされ、超過している場合はＳ４１０へ、超過していない場合はＳ４２０へ処理が分岐される。
【００３１】
Ｓ４１０が実行された場合は、倣い測定軌道Ｍが修正される。Ｓ４００でチェックされた測定子１２１の押込み量がΔｒ＋Ｌを超えている場合（大きい場合）は、押込みが深すぎることになるので、測定オフセットＱをＬだけ大きくして、Ｓ３８０と同様に倣い測定軌道Ｍを算出する。一方、Ｓ４００でチェックされた測定子１２１の押込み量がΔｒ−Ｌを超えている場合（小さい場合）は、押込みが浅すぎることになるので、測定オフセットＱをＬだけ小さくして、Ｓ３８０と同様に倣い測定軌道Ｍを算出する。その後、倣いプローブ１１８の測定子１２１の中心位置（測定基準位置）が修正された倣い測定軌道Ｍ上に位置するよう倣いプローブ１１８を移動させた後、Ｓ４２０において軌道倣い測定を継続する。
【００３２】
この図３に示す第３の実施形態によれば、前記実施形態における（１）〜（７）の効果の他に次に示す効果がある。
（８）倣い測定における測定子１２１の被測定物Ｗへの押込み量について適正限界の設定を行い、この適正限界判断の結果、押込みが深すぎる、あるいは浅すぎる場合は、測定オフセットＱを修正し、倣い測定軌道Ｍを修正して測定を続行できるので、表面輪郭データと被測定物Ｗの輪郭形状の一部あるいは全部が異なる場合であっても、測定の高速性を保ちつつ、正確に軌道倣い測定を行うことが出来る。
（９）測定オフセットＱの修正は何回でも行うことができる他、正値に限らず負値となっても良いので、倣い測定軌道Ｍの修正自由度が大きく、表面輪郭データと被測定物Ｗの輪郭形状との差違が大きい場合であっても、測定の高速性を保ちつつ、正確に軌道倣い測定を行うことが出来る。
【００３３】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、各実施形態においては、接触式のプローブに限って説明したが、CCDカメラやイメージセンサあるいは静電容量式や電磁誘導式の非接触倣いプローブでもよい。さらに距離計や粗さ測定機や真円度測定機、輪郭形状測定機などに用いられる変位計を用いた倣いプローブであっても良い。この場合、測定オフセットＱは、例えばCCDカメラやイメージセンサの焦点位置あるいは変位計の測定基準位置に対してゼロとすることができる。
【００３４】
さらに、倣い測定プローブの測定子は球状でなくとも、算盤珠状、円盤状などでも良い。
また、倣いプローブ１１８の校正は基準球１２０を用いる場合に限って説明したが、精密加工されたゲージブロックなどを用いても良い。
また、測定装置としては三次元測定機を用いる場合に限って説明したが、その他の粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機などに用いられる倣いプローブであっても、本発明による高精度な表面性状倣い測定方法を実施することができる。
【００３５】
さらに、これらの表面性状倣い測定方法をコンピュータに実行させる表面性状倣い測定プログラムとしてもよく、この表面性状倣い測定プログラムは、CD-ROMなどの可搬形の記憶メディアを用いて、各種のコンピュータで実行可能な形で格納することができる。また、この表面性状倣い測定プログラムは、機械言語に翻訳されるコンパイル形式であっても、あるいは中間言語に翻訳されるインタプリタ形式であっても良い。
【００３６】
また、計算機２７０に前記表面性状倣い測定プログラムを実行させてプローブの表面性状倣い測定装置を構成することが出来る。すなわち、図１から図３のＳ３０、Ｓ１３０、Ｓ３２０によって倣いプローブ校正手段を、Ｓ４０、Ｓ１４０、Ｓ３４０によって測定オフセット算出手段、Ｓ５０、Ｓ１６０、Ｓ３６０によって表面輪郭データ入力手段、Ｓ６０、Ｓ１７０、Ｓ３７０によって座標系照合手段、Ｓ７０、Ｓ１８０、Ｓ３８０によって倣い測定軌道算出手段、Ｓ８０、Ｓ２２０、Ｓ４２０によって倣い測定手段、Ｓ１５０、Ｓ３５０によって適正限界設定手段、Ｓ１９０、Ｓ３９０によって倣い測定開始手段、Ｓ２００、Ｓ４００によって限界超過判定手段、Ｓ２３０、Ｓ４３０によって倣い測定終了判定手段、Ｓ２４０、Ｓ４４０によって倣い測定終了手段、Ｓ２１０によって自律倣い測定手段、Ｓ４１０によって倣い測定軌道修正手段を構成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、被測定物の表面性状倣い測定を高精度かつ高速度で能率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の表面性状倣い測定方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る第２実施形態の表面性状倣い測定方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第３実施形態の表面性状倣い測定方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る表面性状倣い測定方法の説明図である。
【図５】本発明を実施する三次元測定機の斜視図である。
【図６】同三次元測定機システムのブロック図である。
【図７】倣いプローブの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１００三次元測定機
１１８プローブ
１２０基準球
１２１測定子
２６０駆動装置
２７０計算機
Ｑ測定オフセット
Ｔ倣い測定箇所
Ｍ倣い測定軌道

Claims

倣いプローブによって被測定物の表面性状を測定する表面性状倣い測定方法において、
前記被測定物を測定する際の、前記被測定物の表面輪郭に対する前記倣いプローブの測定基準位置への測定オフセットを算出するステップと、
前記被測定物の表面輪郭を示す表面輪郭データを入力するステップと、
前記表面輪郭データに対して、前記被測定物の表面輪郭の略法線方向の外側へ前記測定オフセットだけ離隔した倣い測定軌道を算出するステップと、
前記倣い測定軌道に沿って前記倣いプローブを相対移動させて前記被測定物を軌道倣い測定するステップと、
前記被測定物を測定する際の前記倣いプローブの変位出力の適正限界を設定するステップとを備え、
前記測定ステップにおいて、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界を超えた際に、前記倣いプローブの変位出力によって前記表面輪郭を探索しながら測定する自律倣い測定を行うことを特徴とする表面性状倣い測定方法。
請求項１に記載の表面性状倣い測定方法において、
前記測定ステップにおいて前記自律倣い測定を行う際、前記測定基準位置の前記測定軌道からの離隔距離が所定値以内である場合、前記自律倣い測定に代えて前記軌道倣い測定を行うことを特徴とする表面性状倣い測定方法。
倣いプローブによって被測定物の表面性状を測定する表面性状倣い測定方法において、
前記被測定物を測定する際の、前記被測定物の表面輪郭に対する前記倣いプローブの測定基準位置への測定オフセットを算出するステップと、
前記被測定物の表面輪郭を示す表面輪郭データを入力するステップと、
前記表面輪郭データに対して、前記被測定物の表面輪郭の略法線方向の外側へ前記測定オフセットだけ離隔した倣い測定軌道を算出するステップと、
前記倣い測定軌道に沿って前記倣いプローブを相対移動させて前記被測定物を軌道倣い測定するステップと、
前記被測定物を測定する際の前記倣いプローブの変位出力の適正限界を設定するステップとを備え、
前記測定ステップにおいて、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界を超えた際に、前記倣いプローブの変位出力が前記適正限界内となるように、前記測定オフセットを修正することによって前記倣い測定軌道を修正することを特徴とする表面性状倣い測定方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面性状倣い測定方法において、
前記表面輪郭データは、前記被測定物の設計データであることを特徴とする表面性状倣い測定方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面性状倣い測定方法において、
前記表面輪郭データは、前記被測定物の基準マスターを測定した測定データであることを特徴とする表面性状倣い測定方法。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の表面性状倣い測定方法をコンピュータに実行させる、ことを特徴とした表面性状倣い測定プログラム。
請求項６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。