JP5629883B2 - 形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、接触子を用いて変位測定を行う三次元測定機などの形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムに関する。

接触式プローブ（接触子）を使用した接触測定方式においては、一般に接触子は、球であると仮定し、その中心の位置を測定点として与える。この場合の測定点は、接触子が被測定物に接触している位置とは異なる為、被測定物の実形状に対して誤差を含んでいる。

そこで、特許文献１には、接触子の形状の円からの誤差を予め求め、その誤差分も半径に加えた形で補正する構成が記載されている。なお、特許文献１に記載の測定点の導出方向は、接触子の中心の軌跡の法線方向としている。

また、特許文献２には、接触子表面の法線方向ごとの測定点導出ベクトルを予め求め、その測定点導出ベクトルを参照して測定点を導出する構成が記載されている。この特許文献２において、測定点の導出方向は、接触子の中心の軌跡の法線方向をインデックスとして参照されるベクトルから決定される。

また、特許文献３には、接触子の所定位置の軌跡に沿って接触子モデルを配置し、その接触子モデル及び測定点導出ベクトルに基づき測定点を導出する構成が記載されている。
特開２００１−２８０９４７号公報 特開平０８−４３０７８号公報 特開２００７−２１２３５９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成にあっては、接触子の形状は球に近いものに限られ、接触子の形状が球から大きく異なる場合には、測定精度が低くなるという問題がある。

また、特許文献２、３に開示された構成にあっては、測定誤差に起因する接触子の中心の軌跡の乱れにより、測定点の導出が困難になるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一対応に係る形状測定装置は、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するガイドライン生成部と、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得する測定点取得部と、前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、前記測定点取得部で得られた測定点を削除する測定点削除部とを備えることを特徴とする

本発明の一対応に係る形状測定方法は、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得するステップと、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、 前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明の一態様に係る形状測定プログラムは、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する方法をコンピュータに実行させるための形状測定プログラムであって、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得するステップと、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップとをコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とする。

本発明の別の一態様に係る形状測定装置は、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得する形状データ取得部と、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するガイドライン生成部と、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得する測定点取得部と、前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、前記測定点取得部で得られた測定点を削除する測定点削除部とを備えることを特徴とする。

本発明の別の一態様に係る形状測定方法は、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得するステップと、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明の別の一態様に係る形状測定プログラムは、被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する方法をコンピュータに実行させるための形状測定プログラムであって、前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得するステップと、前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップとをコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を説明する。

［第１の実施の形態]
（第１の実施の形態に係る形状測定装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。この形状測定装置は、三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に形状処理に必要な演算処理を実行するコンピュータ２とから構成されている。

三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１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１１の両端側から立設されたビーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１３を支持している。ビーム支持体１２ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１２ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１３は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。コラム１５は、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５には、スピンドル１６がコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１６の下端には、接触式のプローブ１７が装着されている。また、プローブ１７の先端には、任意形状、例えば楕円球形状の接触子１７ａが形成されている。この接触子１７ａが、定盤１１上に載置された被測定物３１の表面３１ａに接触したときに、タッチ信号が出力され、そのときの接触子１７ａの基準位置のＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むようになっている。

コンピュータ２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３、ＣＲＴ２４及びプリンタ２５を備えて構成されている。

図２は、この形状測定装置の機能ブロック図である。

三次元測定機１には、プローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動するためのＸＹＺ軸モータ１８と、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って各軸方向の移動パルスを出力するＸＹＺエンコーダ１９とが内蔵されている。また、ＸＹＺエンコーダ１９は、接触子１７ａが被測定物３１の表面３１ａに接触時、接触子１７ａの基準点（例えば、接触子１７ａの重心）の位置情報を取得する。得られた位置情報は、記憶部２１０ａに格納される。

コンピュータ２のコンピュータ本体２１は、主として、例えばＨＤＤ、半導体メモリ等により構成される記憶部２１０ａと、記憶部２１０ａに格納された情報に基づき測定点を算出或いは三次元測定機１を駆動させる形状測定プログラム及びこのプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される制御部２１０ｂとから構成されている。

記憶部２１０ａには、測定時の接触子１７ａの位置及び姿勢の情報、測定に使用した接触子形状の情報、その他、後述する制御部２１０ｂにより算出された情報等が格納される。

制御部２１０ｂは、動作司令部２１１と、擬似測定点取得部２１２と、ガイドライン生成部２１３と、接触子モデル配置部２１４と、交点取得部２１５と、測定点取得部２１６と、測定点削除部２１７と、表面形状決定部２１８とを備えている。

動作司令部２１１は、キーボード２２，マウス２３からの入力値に基づき、ＸＹＺ軸モータ１８により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを追従させる。

擬似測定点取得部２１２は、接触子１７ａの被測定物３１への複数箇所での接触時における接触子１７ａの基準点（例えば、重心位置）の位置情報を擬似測定点として取得する。

ガイドライン生成部２１３は、擬似測定点から被測定物の表面へと向かう大凡の方向にガイドラインを生成する。

接触子モデル配置部２１４は、接触子１７ａの表面形状を特定する接触子モデルの基準点を擬似測定点に一致させると共に測定時の接触子と接触子モデルとの姿勢を一致させて接触子モデルを配置する。

交点取得部２１５は、各ガイドラインと各配置された接触子モデルの表面と交わる交点を取得する。

測定点取得部２１６は、各ガイドライン上における交点の中から擬似測定点から最も離れた交点を測定点として取得する。

測定点削除部２１７は、所定のプロトコルに従って、測定点取得部２１６で取得された測定点の一部を削除する。

表面形状決定部２１８は、測定点取得部２１６により取得され測定点削除部２１７により選別された各測定点に基づき被測定物の形状を決定する。なお、これら制御部２１０ｂにより得られた情報は、記憶部２１０ａに格納される。

（第１の実施の形態に係る形状測定装置の動作）
次に、図３に示すフローチャートに沿って、適宜、図４〜図９を参照して、第１の実施の形態に係る形状測定装置による測定点取得方法について説明する。なお、図４〜図９は、簡略化のため被測定物３１の断面図として二次元的に示している。

まず、図４に示すように、動作司令部２１１は、ユーザからのキーボード２２及びマウス２３の操作に基づき、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを接触させて、プローブ１７を所定方向に直線的に走査する。これに伴い、擬似測定点取得部２１２は、接触子１７ａが表面３１に接触した位置を検知し、擬似測定点Ａ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を取得する（ステップＳ１１）。なお、このステップＳ１１の工程において、測定はポイント測定、スキャニング測定いずれであっても良い。

つづいて、図５に示すように、ガイドライン生成部２１３は、擬似測定点Ａ_ｋから被測定物３１の表面３１ａへと向かう大凡の方向にガイドラインＢ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を生成する（ステップＳ１２）。なお、図５は各ガイドラインＢ_ｋが互いに平行に生成された一例を示している。

次に、図６に示すように、接触子モデル配置部２１４は、接触子モデルＣの所定の位置である基準点Ｄをそれぞれの擬似測定点Ａ_ｋに一致させると共に、測定時の接触子１７ａの姿勢と接触子モデルＣの姿勢とを一致させて配置する（ステップＳ１３）。以下、擬似測定点Ａ_ｋに基準点Ｄを一致させて配置された接触子モデルＣを接触子モデルＣ_ｋと表記する。なお、図６においては一つの擬似測定点Ａ_ｋについてのみを示したが、接触子モデル配置部２１４は、この処理を全ての擬似測定点Ａ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対して行う。

続いて、交点取得部２１５は、接触子モデルＣ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の表面Ｃａ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）とガイドラインＢ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）との交点Ｐ_ｋ，ｊ（ｋ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を取得する（ステップＳ１４）。そして、測定点取得部２１６は、各ガイドラインＢ_ｋ上における交点Ｐ_ｋ，ｊの中から擬似測定点Ａ_ｋから最も離れた交点Ｐ_ｋ，ｊを測定点Ｍ_ｋとして取得する（ステップＳ１５）。

ここで、図７及び図８を参照して、ステップＳ１４及びステップＳ１５の具体例を説明する。図７は、一つの擬似測定点Ａ_ｋを中心に、擬似測定点Ａ_ｋ−５〜Ａ_ｋ＋５に配置された接触子モデルＣ_ｋ−５〜Ｃ_ｋ＋５の表面Ｃａ_ｋ−５〜Ｃａ_ｋ＋５を示した図である。また、図８は、図７の領域ＡＲの拡大図である。

図７及び図８に示す例では、ステップＳ１４において、ガイドラインＢ_ｋ上に１０個の交点Ｐ_ｋ，１〜Ｐ_ｋ，１０が取得される。ここで、交点Ｐ_ｘがガイドラインＢ_ｘと表面Ｃａ_ｘとの交点であることを、”Ｐ_ｘ（Ｂ_ｘ，Ｃａ_ｘ）”と記載するものとする。このような記載に沿うと、上記交点Ｐ_ｋ，１〜Ｐ_ｋ，１０は、”Ｐ_ｋ，１（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ＋５（或いは（Ｃａ_ｋ−５））”，”Ｐ_ｋ，２（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ＋４）”、”Ｐ_ｋ，３（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ−４）”、”Ｐ_ｋ，４（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ＋３）”、”Ｐ_ｋ，５（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ−３）”、”Ｐ_ｋ，６（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ＋２）”、”Ｐ_ｋ，７（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ−２）”、”Ｐ_ｋ，８（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ＋１）”、”Ｐ_ｋ，９（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ−１）”、”Ｐ_ｋ，１０（Ｂ_ｋ，Ｃａ_ｋ）”と表すことができる。

そして、図７及び図８に示す例では、ステップＳ１５において、各ガイドラインＢ_ｋ上における交点Ｐ_ｋ，１〜Ｐ_ｋ，１０の中から擬似測定点Ａ_ｋから最も離れた交点Ｐ_ｋ，１０が、測定点Ｍ_ｋとして取得される。上記ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を経て、図９に示すように、各擬似測定点Ａ_ｋに対応する各測定点Ｍ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が取得される。

上記のように、第１の実施の形態に係る形状測定装置は、擬似測定点Ａ_ｋに配置した接触子モデルＣ_ｋと、擬似測定点Ａ_ｋから延びるガイドラインＢ_ｋとの交点Ｐ_ｋ，ｊを取得し、擬似測定点Ａ_ｋから最も離れた交点Ｐ_ｋ，ｊを測定点Ｍ_ｋとして取得するものである。

ここで、測定点Ｍ_ｋを取得する方法として、本実施の形態と異なる他の構成（比較例）が考えられる。例えば、他の構成では、先ず擬似測定点Ａ’_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を取得し、擬似測定点Ａ’_ｋに沿った面（又は線）を推定し、擬似測定点Ａ’_ｋからその面へ延びる垂線である測定点導出ベクトルＢ’_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を生成する。そして、他の構成では、測定点導出ベクトルＢ’_ｋ上であって、擬似測定点Ａ’_ｋから所定長さ離間した位置を、測定点Ｍ’_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）として取得する。

しかしながら、上記の他の構成であっては、例えば、図１０（ａ）に示すような被測定物３２の表面３２ａを所定方向に測定する場合、図１０（ｂ）に示すように、取得される擬似測定点Ａ’_ｋ＋１，Ａ’_ｋ＋２が、測定誤差等により、他の擬似測定点と比べて大きくずれた場合、測定点Ｍ’_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、実際の表面３２ａの形状とは異なったものとなる。つまり、被測定物３２の表面３２ａを所定方向に測定した測定点であるにもかかわらず、図１０（ｂ）の測定点Ｍ’_ｋ〜Ｍ’_ｋ＋３に示すように、それら測定点Ｍ’_ｋを結ぶ軌跡Ｏ’は、ループ状になる。

一方、本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置によれば、図１０（a）に示すような被測定物３２の表面３２ａを所定方向に測定し、同様に、擬似測定点Ａ’_ｋ＋１，Ａ’_ｋ＋２が、測定誤差等により、他の擬似測定点と比べて大きくずれた場合であっても、測定点Ｍ_ｋを結ぶ軌跡Ｏは、ループ状の軌跡とならず、測定点Ｍ_ｋは、実際の被測定物３２の表面３２ａの形状に近いものとなる。

つまり、第１の実施の形態に係る形状測定装置は、接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に取得することができる。

なお、第１の実施の形態において、疑似測定点取得部２１２で取得された疑似測定点の間隔が長い場合等においては、例えば疑似測定点取得部２１２において補間処理を行って疑似測定点を補間するようにしてもよい。疑似測定点取得部２１２とは別の補間部を設けることも可能である。

再び図３に戻って説明を続ける。上記のようにして測定点列を構成する複数の測定点Ｍ_ｋが得られたら、この複数の測定点Ｍｋのうち、誤差を多く含むと推定されるいくつかの測定点を測定点列から削除する（ステップＳ１６）。本実施の形態では、図１１に示すように、接触子モデルＣが、角度±θｄで定義される定義範囲ＤＡを有しており、この定義範囲ＤＡに基づいて測定点Ｍ_ｋの一部を測定点列から削除している。以下、測定点Ｍ_ｋの削除の手法について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１１に示すように、接触子モデルＣの定義範囲ＤＡは、例えば基準点Ｄから下ろした垂線Ｎに関し対称に広がる扇形のエリア（垂線から右側への角度θｄ、左側の角度−θｄ）として定義される。この定義範囲ＤＡは、既知形状の基準測定物を測定することにより得られた疑似測定点列の輪郭から算出される。この校正測定の測定範囲が広いほど定義範囲ＤＡも広くなり（θｄが大きくなり）、校正測定の測定範囲が狭いほど定義範囲ＤＡも狭くなる（θｄが小さくなる）。

図１２に示すように、定義範囲ＤＡが広い場合には、算出された疑似測定点Ａ_ｋに基づく測定点Ｍ_ｋの算出には誤差は殆ど生じない。しかし、図１３に示すように、定義範囲ＤＡが狭い場合には、被測定物の測定面の傾斜が大きくなるほど、算出された測定点Ｍ_ｋは、実際の被測定物の面（ワーク面）から離れてしまい、大きな誤差を有することになる。これは、定義範囲ＤＡの外側にて被測定物と接触子とが実際には接触しているため、算出に誤差が生じるからである。図１４は、半球形状を有する被測定物を測定した場合において算出される測定点列Ｍ_ｋと、ワーク面との差異を示している。ワーク面の傾斜が大きいほど、ワーク面と測定点列との差異は大きくなるが、これがワークの形状に基づくものなのか、それとも測定誤差に基づくなのかは判別が困難である。

そこで、本実施の形態では、接触子モデルＣの定義範囲ＤＡの内側において接触子１７ａと被測定物が接触して得られた測定点Ｍ_ｋを測定点列のみを残し、定義範囲ＤＡの外側にて接触子１７ａと被測定物が接触して得られた測定点Ｍ_ｋを測定点列から削除する。具体的には、図１５に示すように、基準点Ｄから算出された測定点Ｍ_ｋに向かう方向ベクトルＶ_ｋの垂線Ｎからの角度θｍがθｄより小さい場合には、図１６に示すように、これにより求められる測定点Ｍ_ｋは定義範囲ＤＡの外延ではなく、内部において決定される。このような場合に得られる測定点Ｍ_ｋと、実際の接触点Ｐｃとの間の誤差は小さいと考えられるので、測定点Ｍ_ｋを測定点列から削除せず残存させる。

一方、図１７に示すように、方向ベクトルＶｋの垂線Ｎからの角度θｍが±θｄに等しくされている場合（θｍ＝±θｄ）には、
図１８に示すように、実際の測定点Ｐｃは定義範囲ＤＡの外部にあると推定され、得られる測定点Ｍ_ｋと、実際の接触点Ｐｃとの間の誤差は大きいと考えられる。従って、このような定義範囲ＤＡの外延（端部）に設定された測定点Ｍ_ｋを測定点列から削除する。

たとえば、図１９に示すように、ワーク面の傾斜が大きい位置で設定された接触子モデルＣ（番号１，２，１０，１１）では、θｍ＝±θｄとして測定点Ｍ_ｋが得られたので、これらの測定点Ｍ_ｋは測定点列から削除する（図１９中、×印で示す）。

以上により、測定点列の取得手順が完了し、表面形状測定部２１８は、以上の手順により得られた測定点列に基づき、被測定物の表面性状の測定を実行する。

なお、上記の説明では、測定点Ｍ_ｋを削除する条件としてθｍ＝θｄを設定したが、これは上記の実施の形態で具体的に説明した構成の場合に限られるものであり、本発明がこれに限定されるものでないことは言うまでもない。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。形状測定装置の外観は、第１の実施の形態（図１）と略同様であるので、説明は省略する。図２０は、本実施の形態の形状測定装置の機能ブロック図である。図２１は本実施の形態における形状測定方法の実行手順を示すフローチャートであり、図２２、図２３は、本実施の形態に係る形状測定方法を説明する概念図である。なお、第１の実施の形態と同一の部分については同一の符号を付し、以下では重複する説明は省略する。

第１の実施の形態では、実際に被測定物の表面に沿って接触子１７ａを移動させ、疑似測定点取得部２１２において疑似測定点列Ａ_ｋを得た後、この疑似測定点列Ａ_ｋに基準点Ｄが一致するように接触子モデルＣを配置して測定点Ｍ_ｋを求めた。これに対し、本実施の形態では、図２０に示すように、実際に被測定物を測定して疑似測定点取得部２１２にて疑似測定点を得る代わりに、被測定物の形状データ（ＣＡＤデータ等）を取得する形状データ取得部２１９を備え、図２１に示すように、被測定物の形状データを例えば外部のＣＡＤシステム（図示せず）から取得する（ステップＳ１１´)。

そして、この形状データに従って、第１の実施の形態と同様にガイドラインＢ_ｋを生成し（ステップＳ１２´）、形状データに基準点Ｄを一致させるように接触子モデルＣを配置する（ステップＳ１３´）。その後、第１の実施の形態と略同様にして交点Ｐ_ｋ，ｊの取得（ステップＳ１４´）を実行する。続いて、測定点Ｍ_ｋの取得（ステップＳ１５´）の手順を実行する。ここでの測定点Ｍ_ｋは、実際に被測定物を測定して得たものではなく、シミュレーション結果としての測定点である。また、このステップＳ１５´では、形状データから最も離れた交点Ｐ_ｋ、ｊを測定点Ｍ_ｋとして取得する点で、第１の実施の形態のステップＳ１５と異なっている。

次に、このようにして得られた複数の測定点Ｍ_ｋの一部を、第１の実施の形態と同様の基準により測定点列から削除する（ステップＳ１６´）。測定点Ｍ_ｋの削除の手順の実行後、残存した測定点列に基づき、接触子モデルＣにより測定可能な測定可能範囲を決定する（Ｓ１７´）。

すなわち、この実施の形態は、実際に被測定物を測定して得られた疑似測定点Ａ_ｋではなく、形状データ（ＣＡＤデータ等）に沿って接触子モデルＣを配置する点で、第１の実施の形態と異なっている。この手順により削除されず残存した測定点Ｍ_ｋの範囲が、接触子モデルＣでの測定可能範囲（ワーク面の最大傾斜角により規定される）として決定される。

図２２で示すように、中心点Ｃを中心とした円弧状の被測定物のワーク面の場合、番号３〜６の位置で得られた測定点Ｍ_ｋの測定点Ｍｋは残存し、番号１、２、７、８の位置で得られた測定点Ｍ_ｋが測定点列から削除される。そして、残存した測定点Ｍｋと、削除された測定点Ｍｋの境界の位置が接触子モデルＣでの測定可能範囲として決定される。ここでは、図２２に示すように、削除された最初の位置である番号２、７の位置での角度（θｓｌ、θｓｒ）により、測定可能範囲が図２３のように決定される。測定可能範囲が決定されることにより、以後の測定においては、実際の測定可能範囲が予測可能となり、要求される測定精度の得られない測定を回避することができる。また、決定された測定可能範囲外で得られた測定点を測定点列から除外することもできる。さらに、決定された測定可能範囲に不満があれば、測定を中止し、別の接触子に交換することもできる。

［他の実施の形態］
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、上記実施の形態では三次元測定機を例に挙げたが、本発明は、三次元測定機に限らず、二次元測定機（例えば、コントレーサ等）に適応することもできる。また、上記実施の形態において、楕円球形状の接触子１７ａに対応して、楕円球形状の接触子モデルＣを設定するが、これに代えて、球状の接触子に対応して球状の接触子モデルを設定してもよい。

また、上記の実施の形態では、接触子モデルＣの定義範囲を２次元的に定義したが、図２３に示すように３次元的に定義してもよい。すなわち、疑似測定点Ａ_ｋ、測定点Ｍ_ｋが載っている切断面と、この３次元的に定義された定義範囲ＤＡとの交面において、第１、第２の実施の形態と同様の動作を行ってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の擬似測定点Ａ_ｋを取得する動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置のガイドラインＢ_ｋを生成する動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の接触子モデルＣを配置する動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の交点Ｐ_ｋ及び測定点Ｍ_ｋを取得する動作を説明する図である。 図７の領域ＡＲの拡大図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の測定点Ｍ_ｋを取得する動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置の効果を説明する図である。 接触子モデルＣについて説明する概略図である。 校正測定の測定範囲と接触子モデルＣの定義範囲ＤＡとの関係を示す説明図である。 校正測定の測定範囲と接触子モデルＣの定義範囲ＤＡとの関係を示す説明図である。 半球形状を有する被測定物を測定した場合において算出される測定点列Ｍｋと、ワーク面との差異を示す概念図である。 測定点Ｍｋを測定点列から削除する手順（ステップＳ１６）を説明する概念図である。 測定点Ｍｋを測定点列から削除する手順（ステップＳ１６）を説明する概念図である。 測定点Ｍｋを測定点列から削除する手順（ステップＳ１６）を説明する概念図である。 測定点Ｍｋを測定点列から削除する手順（ステップＳ１６）を説明する概念図である。 測定点Ｍｋを測定点列から削除する手順（ステップＳ１６）を説明する概念図である。 本発明の第２の実施の形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る形状測定装置の動作を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態に係る形状測定装置の動作を説明する概念図である。 第２の実施の形態に係る形状測定装置の動作を説明する概念図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す。

符号の説明

１…三次元測定機、２…コンピュータ、１０…除震台、１１…定盤、１２ａ，１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スピンドル、１７…プローブ、１７ａ…接触子、２１，２１ａ…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴ、２５…プリンタ、３１…被測定物、１１１…駆動部、１１２…検出部、２１０ａ…記憶部、２１０ｂ，２１０ｃ…制御部、２１１…動作司令部、２１２…擬似測定点取得部、２１３…ガイドライン生成部、２１４…接触子モデル配置部、２１５…交点取得部、２１６…測定点取得部、２１７…測定点削除部、２１８…表面形状決定部。

Claims (7)

1. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するガイドライン生成部と、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得する測定点取得部と、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、前記測定点取得部で得られた測定点を削除する測定点削除部と
   を備えることを特徴とする形状測定装置。
2. 前記測定点削除部は、前記定義範囲の端部に設定された測定点を削除することを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
3. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、
   前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得するステップと、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップと
   を備えたことを特徴とする形状測定方法。
4. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する方法をコンピュータに実行させるための形状測定プログラムであって、
   前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の重心の位置座標を擬似測定点として取得するステップと、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップと
   をコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。
5. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得する形状データ取得部と、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するガイドライン生成部と、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得する測定点取得部と、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、前記測定点取得部で得られた測定点を削除する測定点削除部と
   を備えることを特徴とする形状測定装置。
6. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定方法であって、
   前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得するステップと、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップと
   を備えたことを特徴とする形状測定方法。
7. 被測定物の表面に接触子を追従させて、前記被測定物の表面の形状を測定する方法をコンピュータに実行させるための形状測定プログラムであって、
   前記被測定物の表面の形状に関する形状データを取得するステップと、
   前記接触子の表面形状を特定すると共に所定の位置である基準点を有し、且つ前記基準点から下ろした垂線に関し対称に広がる扇形のエリアとしての定義範囲を有する接触子モデルの前記基準点を前記形状データに一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置するステップと、
   前記接触子モデルの前記基準点から前記被測定物の方向に延び互いに平行であるガイドラインを設定するステップと、
   前記ガイドラインと前記接触子モデルの表面との交点を前記測定点として決定することにより前記被測定物の表面の位置を測定点として取得するステップと、
   前記定義範囲の中に前記測定点が含まれない場合に、得られた測定点を削除するステップと
   をコンピュータに実行させるように構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。