JP6450552B2 - 形状測定装置、形状測定方法およびポイントセンサの位置合わせ手段 - Google Patents

Description

本発明は形状測定装置に関する。例えば、接触または非接触で被測定物表面を走査することで被測定物の形状、表面粗さ、真円度などを測定する形状測定装置に関する。より具体的には、形状測定装置の検出ポイントをユーザの意図する測定開始点に位置合わせできるようにする技術に関する。

対象物を検出するセンサとして、例えば、接触式のプローブやスタイラスがある。あるいは、光学式や静電容量式の非接触センサなども知られている（特許文献１、特許文献２）。本明細書では、これらのセンサをポイントセンサと称することにする。これらポイントセンサは、被測定物表面の法線方向に沿って被測定物表面にアプローチし、法線上における被測定物表面の位置（座標）を検出する。（もちろん、斜めからアプローチするのも不可能ではない。それ相応の補正機能を組み込んでおけば斜めからアプローチしてもよい。）ポイントセンサを被測定物表面に沿って走査すれば、走査線上における被測定物表面の形状、粗さ、うねりなどが詳細にわかる。これらセンサで被測定物表面を走査することで被測定物の形状、表面粗さ、真円度などを測定する形状測定装置が利用されている。

形状測定装置で被測定物（ワーク）を測定するにあたっては、まず当然のことながら、ポイントセンサの検出ポイントを測定開始点にセッティングしなければならない。すなわち、ワークのどこを測定したいか決めたうえで、ポイントセンサの検出ポイントを測定したいところに位置合わせしなければならない。

測定開始点への位置合わせ方法として、例えば次のような方法が既に提供されている（非特許文献１）。形状測定装置には、ポイントセンサに加えて画像センサが併設されているとする。まずはじめに画像センサでワーク全体を画像測定しておく。これでワーク画像が予備的に取得される。このワーク画像の中で詳細に測定を要する範囲を決め、ワーク画像中の座標値を用いて測定開始点と測定終了点とを指示する。すると、形状測定装置は指示された座標値にポイントセンサを移動させて測定を開始する。これで、ユーザの意図した通りの測定が実行され、ユーザは所望の測定結果を得られる。

特許４９２９１６１号 特開２００８−２５６６７９号公報

出願人の製品カタログを掲載したウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｕｔｏｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｕｐｐｏｒｔ／ｓｅｒｖｉｃｅ／ｃａｔａｌｏｇ／１１＿ｇａｚｏ／１４００７．ｐｄｆ

しかしながら、画像センサが併設された形状測定装置というのは当然のことながら価格が高い。一般の形状測定装置にはポイントセンサしか付いていないのが普通なのであって、予備的に取得したワーク画像の座標値で測定開始点を指示するというのは無理である。したがって、ユーザが目視と手の感覚を頼りに手動でポイントセンサを測定開始点に位置合わせするというのがやむを得ない唯一の方法となるが、これはそれほど簡単なことではない。

一例としてクロマチックポイントセンサ（ＣＰＳ）を考えてみる（特許文献１、２）。（クロマチックポイントセンサ（ＣＰＳ）は、共焦点（コンフォーカル）顕微鏡と言われることもある。）ＣＰＳは、ワーキングディスタンスが極めて短く、例えば５ｍｍから２０ｍｍ程度である。それに対して、鏡筒の径は５０ｍｍ程度ある。したがって、ＣＰＳの検出ポイントというのは鏡筒の外側から覗こうにも見えない。また、ＣＰＳはワークに向けて光を発射するものであるが、光のスポット径は２μｍから４μｍと極めて微小であり、肉眼で目視することは難しい。

接触式のポイントセンサであっても同じような問題がある。
例えば、スキッドタイプの接触式ポイントセンサが広く普及している。
スキッドタイプの接触式ポイントセンサにあっては、貫通孔を有するスキッドの中にスタイラスが配設されており、スキッドからスタイラスの先端だけが僅かに飛び出ている（例えば０．５ｍｍ程度飛び出している）。この場合も、スタイラスの先端がワークのどこに接触しているかは直接には見えず、意図した測定開始点に当たっているかどうかは究極的にはユーザの経験と勘が頼りとなる。

何度かアプローチし直せば意図した通りの位置合わせができるかもしれないが、やはり時間は掛かる。

本発明の目的は、容易にかつ迅速にポイントセンサの検出ポイントを測定開始点に位置合わせできるようにすることにある。

本発明の形状測定装置は、
被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサと、
被測定物と前記ポイントセンサとを三次元的に相対移動させる移動機構と、
前記ポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段と、を備え、
前記位置合わせ手段は、二以上のレーザー光源で構成されており、
前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差する
ことを特徴とする。

本発明では、
前記調整ポイントは、前記ポイントセンサの測定軸線に沿って前記検出ポイントから所定距離Ｄｚ離間した位置にある
ことが好ましい。

本発明では、
前記所定距離Ｄｚは、前記ポイントセンサの作動距離の２０倍から１００倍である
ことが好ましい。

本発明では、
当該形状測定装置には、画像測定用のイメージセンサがない
ことが好ましい。

本発明では、
前記ポイントセンサには、測定軸と直交する方向に張り出した鍔部が付設され、
前記二以上のレーザー光源は、前記鍔部に配設されている
ことが好ましい。

本発明では、
前記ポイントセンサは、クロマチックポイントセンサである
ことが好ましい。

本発明では、
前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、互いに異なる色またはパターンを有する
ことを特徴とする形状測定装置。

本発明の形状測定方法は、
前記形状測定装置を用いた形状測定方法であって、
前記調整ポイントをワーク上の所望の測定開始点に位置合わせし、
前記所定距離だけ前記ポイントセンサを前記ワークに接近させ、
ワークの測定走査を開始させる
ことを特徴とする。

本発明に係るポイントセンサの位置合わせ手段は、
被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段であって、
前記位置合わせ手段は、前記ポイントセンサの周囲に配設された二以上のレーザー光源で構成され、
前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差する
ことを特徴とする。

本発明の形状測定装置の位置合わせオフセット算出方法は、
被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサと、被測定物と前記ポイントセンサとを三次元的に相対移動させる移動機構と、前記ポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段と、を備えた形状測定装置の位置合わせオフセット算出方法であって、
前記位置合わせ手段は、二以上のレーザー光源で構成され、前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離Ｄｚ分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっており、
オフセット算出用のワークとして光電センサを用意し、
前記調整ポイントを光電センサ上に位置合わせし、
このときの移動機構の座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）と、光電センサ上の受光点の座標値（ｘ２、ｙ２、０）と、を取得し、
前記検出ポイントを前記光電センサ上に位置合わせし、
このときの移動機構の座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と、光電センサ上の受光点の座標値（ｘ１、ｙ１、０）と、を取得し、
前記オフセット（ΔＸ、ΔＹ、Ｄｚ）を、
ΔＸ＝（Ｘ２−Ｘ１）＋（ｘ２−ｘ１）
ΔＹ＝（Ｙ２−Ｙ１）＋（ｙ２−ｙ１）
Ｄｚ＝（Ｚ２−Ｚ１）
とする
ことを特徴とする。

本発明では、
前記光電センサの受光面積が最小を示したとき、前記調整ポイントまたは前記検出ポイントが前記光電センサ上に来たと判定する
ことが好ましい。

形状測定装置の制御方法は、
前記形状測定装置の位置合わせオフセット算出方法で求めたオフセットをコンピュータのメモリに記憶し、
前記調整ポイントを被測定物表面上の所望の測定開始点に位置合わせした後、
コンピュータ自動制御によって前記オフセットの分だけ前記ポイントセンサと被測定物とを相対移動させる
ことを特徴とする。

第１実施形態に係る形状測定装置１００を示す図。 ＣＰＳ２００とワークＷとの間に距離をとった状態を示す図。 ＣＰＳ２００とワークＷとの間に距離をとった状態を模式的に示す斜視図。 ワーク上に調整ポイントがくるように調整した状態を示す図。 調整ポイントＰｃと測定開始点Ｐｍとが重なるように位置合わせした状態を示す図。 結像スポットＰｓが測定開始点Ｐｍにきた状態を示す図。 レーザー光のパターンの組み合わせ例を示す図。 高さ方向のオフセットＤｚを求める様子を示す図。 高さ方向のオフセットＤｚを求める様子を示す図。 横方向オフセットＤｔを求める様子を示す図。 横方向オフセットＤｔを求める様子を示す図。 変形例を示す図。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る形状測定装置１００を示す図である。ここでは、ポイントセンサとしてＣＰＳ（クロマチックポイントセンサ）２００を備えた形状測定装置１００を例にして説明する。ＣＰＳ２００は、Ｚ軸スピンドル１１０の下端に設置されている。Ｚ軸スピンドル１１０は、Ｚ軸コラム（不図示）に上下方向（Ｚ方向）に昇降可能に設けられている。これによりＣＰＳ２００は上下方向（Ｚ方向）に昇降可能となっている。

被測定物としてのワークＷは、移動ステージ１２０の上に載置されている。ここではワークＷをただの平板として描いているが、実際には、各種のパターンや溝などが加工形成されている。その加工精度を検査するため、検査が必要な測定対象領域が決められている。移動ステージ１２０はｘ方向およびｙ方向に移動できるようになっている。これにより、ワークＷとＣＰＳ２００とは三次元的に相対移動可能となっている。

Ｚ軸コラム（不図示）、Ｚ軸スピンドル１１０および移動ステージ１２０から移動機構が構成されているが、移動機構は、ＣＰＳ２００とワークＷとを三次元的に相対移動させることができればよく、上記構成に限られない。例えば、ステージの方を固定しておいてＣＰＳ２００を三次元移動可能に支持してもよいし、その逆でもよい。また、形状測定装置が真円度測定機であれば、移動ステージ１２０は回転テーブルに置き換えられる。

図１は、ＣＰＳ２００がワークＷ表面を測定している状態を真横から見た状態を示している。ＣＰＳ２００は、点光源（不図示）の像がワーク表面上でスポット結像するようにワークＷに測定光ＬＭを照射する。図中では結像点を結像スポットＰｓとして表わす。ＣＰＳ２００から結像スポットＰｓまでの作動距離（ワーキングディスタンス）ＷＤは非常に短く、例えば、５ｍｍから２０ｍｍ程度である。

図１中において、ＣＰＳ２００の（対物レンズの）光軸Ａｘを示している。ＣＰＳ２００は、この光軸Ａｘ上にあるワーク表面をポイント検出するわけなので、この光軸Ａｘを測定軸とする。 ＣＰＳ２００は、光がレンズを通過した時に、波長によって焦点距離が異なる軸上色収差を利用した変位センサである。測定光ＬＭをワーク表面に照射し、その反射光を分光した時に、どの波長の強度が強いかをラインセンサ上の位置として検出することで、ＣＰＳ２００とワーク表面の距離を測定する。この時、測定光ＬＭをワーク表面に照射している箇所は結像スポットＰｓであり、これが検出ポイントに相当する。

本実施形態において、ＣＰＳ２００は、測定に用いる測定光ＬＭの他に、位置合わせ用の調整光ＬＡを発射できるようになっている。ＣＰＳ２００の鏡筒２１０には径方向に張り出した鍔部２２０が設けられている。この鍔部２２０内に二つレーザー光源２３１、２３２が配設されている。二つのレーザー光源２３１、２３２は、ＣＰＳ２００の（対物レンズの）光軸Ａｘを間に挟んで互いに反対側にある。これらレーザー光源２３１、２３２からのレーザー光が位置合わせ用の調整光ＬＡである。そして、調整光ＬＡ同士の交点が光軸Ａｘに沿って結像スポットＰｓから所定距離Ｄｚだけ下った点Ｐｃに位置するように各レーザー光源２３１、２３２の角度が調整されている。このレーザー光（調整光）ＬＡの交点Ｐｃを調整ポイントＰｃと称することにする。

Ｚ軸スピンドル１１０（ＣＰＳ２００）を持ち上げてＣＰＳ２００とワークＷとの間をユーザが覗いた時に、ユーザが調整ポイントＰｃを無理なく目視できる程度に所定距離Ｄｚをとっておきたい。Ｚ軸スピンドル１１０やＣＰＳ２００の大きさ（径の大きさ）にもよるので一概には言えないが、例えば、作動距離ＷＤが２ｍｍから４ｍｍであるのに対し、所定距離Ｄｚは例えば５０ｍｍ、１００ｍｍ、さらに場合によっては２００ｍｍぐらいあってもよい。比率でいうと、所定距離Ｄｚは作動距離ＷＤの２０倍から２５倍、場合によっては１００倍ぐらいであってもよい。

この二つのレーザー光源２３１、２３２により位置合わせ手段が構成されている。

さて、このような位置合わせ手段の作用効果を説明する。

図１のように測定光ＬＭをワークＷ上にスポット結像させた状態ではユーザ自身は結像スポットＰｓを直接見ることはできない、という点は既に説明した。さて、図２は、Ｚ軸スピンドル１１０を上昇させて、ＣＰＳ２００とワークＷとの間に距離をとった状態を示す図である。これを斜視図として模式的に示すと図３のようになるであろう。レーザー光源２３１、２３２からの調整光ＬＡ、ＬＡは、結像スポットＰｓから光軸Ａｘに沿って所定距離Ｄｚだけ下った点Ｐｃに交点を結ぶが、現状、ＣＰＳ２００とワークＷとの距離が広すぎる。そのため、レーザー光（調整光）ＬＡは交点Ｐｃを通り過ぎてそれぞれに別れ、ワークＷ上には二つの照射点Ｐｅが表れるだろう。

ユーザは、Ｚ軸スピンドル１１０を上昇あるいは下降させ、二つの照射点ＰｅがワークＷ上で一つの調整ポイントＰｃとして交わるようにする。この状態が図４である。この調整ポイントＰｃは光軸Ａｘに沿って結像スポットＰｓの直下に位置するわけである。ワークＷ上の所望の測定開始点が図３中の点Ｐｍであるとする。ユーザは、移動ステージ-を移動させて、調整ポイントＰｃと測定開始点Ｐｍとが重なるようにする。この状態が図５である。あとは、Ｚ軸スピンドル１１０を所定距離Ｄｚだけ下降させる。すると、図６に示すように、測定光ＬＭの結像スポットＰｓが所望の測定開始点Ｐｍにくる。この状態から測定走査を開始すれば、所望の範囲を測定できることになる。

なお、位置合わせ用のレーザー光源は二つに限らない。
調整ポイントＰｃで交差するようになっていればレーザー光源は三つでも四つでもそれ以上でもよい。

このような第１実施形態によれば次の効果を奏する。
（１）従来、測定光ＬＭ自体は目視が難しいし、ＣＣＤカメラなどのイメージセンサが無ければ測定光ＬＭの結像スポットＰｓを正確に測定開始点Ｐｍに合わせるというのは難しかった。この点、本実施形態の形状測定装置１００では、測定開始点Ｐｍに狙い定めるために、測定光ＬＭとは別に位置合わせ用の調整光ＬＡ、ＬＡを用いる。ワークＷとＣＰＳ２００との距離をとった状態（図３、図４）でユーザはワークＷ上の調整ポイントＰｃを目視することができる。この調整ポイントＰｃを所望の測定開始点Ｐｍに合わせるという直感的に自然な操作で測定開始点Ｐｍに狙い定めることができる。

（２）本実施形態では、二以上のレーザー光（調整光）ＬＡ、ＬＡが調整ポイントＰｃという一点で交差するようにしている。調整ポイントＰｃが一点に定まっているのであるから、測定光ＬＭの結像スポットＰｓとこの調整ポイントＰｃとの高さ方向のオフセットＤｚも定まった値となる。したがって、調整ポイントＰｃを測定開始点Ｐｍに合わせた後は、決まっているオフセットＤｚ分だけＣＰＳ２００を下降させれば、ワークＷ上に結像スポットＰｓがくる。これにより、測定開始点Ｐｍへの位置合わせの後、迅速に測定走査に移行することができる。これに対し、例えば、ＣＰＳ２００の光軸Ａｘと平行にレーザー光を一本発射しておき、この光を位置合わせに用いるという考え方もあるかもしれない。位置合わせをした後、ＣＰＳ２００の機能として、光軸Ａｘに沿って下降しながら結像スポットＰｓがワークＷ上に来る点を自動的に検出することは可能である。しかし、これでは位置合わせから実際の測定に移行するまでに時間が掛かり過ぎる。この点、本実施形態によれば測定効率を下げることなく測定開始点の位置合わせも正確になるという効果がある。

（３）本実施形態の位置合わせ手段は、ＣＰＳ２００の鏡筒２１０の周囲にレーザー光源２３１、２３２を配置するものであり、ＣＰＳ２００の内部構造はもちろん形状測定装置１００の構成に変更を加えるものではない。
したがって、既存の形状測定装置１００に後付けすることも容易である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、位置合わせ用のレーザー光に色やパターンを付けることで交点（調整ポイントＰｃ）を認識し易くした点に特徴を有する。レーザー光（調整光）ＬＡ、ＬＡの照射点Ｐｅは、ある大きさを持った円形あるいは楕円形となる。二つの照射点Ｐｅが重なるようにＣＰＳ２００の高さを調整する必要があるが、重なっているかどうかを判断するのはユーザの目視である。したがって、個人差が発生することになる。（重なる前も重なった後でもただの楕円形であるとピッタリ重なっているのか少しズレているのか分かりにくいであろう。）重なりが甘い（正確さに欠ける）と光軸Ａｘからズレた点を結像スポットＰｓの直下と認識してしまうことになる。これでは、結像スポットＰｓが所望の測定開始点Ｐｍからズレてしまうことになる。

そこで、交点（調整ポイントＰｃ）を認識し易くする変形例をいくつか紹介する。
（変形例１）
一方のレーザー光ＬＡを赤色にし、他方のレーザー光ＬＡを青色にする。すると、交点（調整ポイントＰｃ）では紫色が見えるはずである。このように、調整光ＬＡの色が互いに異なるようにしておけば、交点（調整ポイントＰｃ）を認識しやすい。

（変形例２）
位置合わせ用のレーザー光ＬＡ、ＬＡにパターンを付けて、重なりを認識し易くする。レーザー光ＬＡにパターンを付けるには、パターンに対応するスリットを切ったプレートを利用してもよい。あるいは、レーザー光源２３１、２３２自体あるいはマイクロミラーを微小駆動させてパターンを描くようにしてもよい。パターンの例を図７に列挙する。もちろん、パターンと色とが組み合わせられてもよい。

なお、色を付けたりパターンを付けたりして右のレーザー光ＬＡと左のレーザー光ＬＡとが見た目に区別できるようになると操作性の上で副次的効果もある。照射点ＰｅがワークＷ上で重なっておらず二つに見えているときには、二つの照射点Ｐｅ、Ｐｅが重なるようにＣＰＳ２００を上げるか下げるかしなければならない。しかし、上げればいいのか下げればいいのかはすぐには分からない。もちろん、取り敢えず上げるか下げるかどちらかをやってみれば正解はすぐに分かるが、試行錯誤に頼るのはやはり面倒である。Ｚ軸スピンドル１１０に手動用のハンドルが付いている場合はまだよいが、キーボードからコマンドを打ち込んでＣＰＳ２００を上げ下げするとなるとかなり面倒であり心理的障壁が大きい。この点、右のレーザー光ＬＡによる照射点Ｐｅと左のレーザー光ＬＡによる照射点Ｐｅとが区別できれば、ＣＰＳ２００を上げればいいのか下げればいいのかはすぐに分かる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態の基本的構成は第１、第２実施形態と同じであるが、結像スポットＰｓと調整ポイントＰｃとのオフセット量を正確に求めておく点に特徴を有する。
前記のように、結像スポットＰｓから光軸Ａｘに沿って所定距離Ｄｚだけ下った位置に調整ポイントＰｃがくるようにレーザー光源２３１、２３２を配置した。しかし、設計上の話と実機とでは組み立て誤差があるので理屈通りにいかない。そこで、結像スポットＰｓと調整ポイントＰｃとのオフセット量を予め求めておき、ワークＷの測定に当たってはこのオフセット量が自動的に補償されるようにしておくことが望ましい。

（高さ方向のオフセットＤｚを求める）
図８に示すように、校正用ワークとしてＣＣＤやＣＭＯＳといった光電センサ４００を用意する。
まず、位置合わせ用のレーザー光（調整光）ＬＡ、ＬＡの交点（調整ポイント）Ｐｃが光電センサ４００上にくるようにＣＰＳ２００の高さを調整する。ここで、光電センサ４００による受光面積が最小になったときのＺ軸スピンドル１１０の高さを検出するようにコンピュータ１５０にプログラムを組み込んでおく。このようにして調整ポイントＰｃが光電センサ４００上にきたときのＺ軸スピンドル１１０の高さＺ２を求める。

次のステップとして、結像スポットＰｓが光電センサ４００上にきたときのＺ軸スピンドル１１０の高さＺ１を求める。
先ほどと同じように、光電センサ４００による受光面積が最小になったときのＺ軸スピンドル１１０の高さＺ１を検出する（図９参照）。

（Ｚ２−Ｚ１）が高さ方向のオフセットＤｚである。高さオフセットＤｚはコンピュータ１５０に記憶させておく。そして、調整ポイントＰｃと測定開始点Ｐｍとの位置合わせの後、自動的にこの高さオフセットＤｚだけＺ軸スピンドル１１０を下げてから測定動作を開始するようにプログラムしておく。

（横方向オフセットＤｔを求める）
オフセットには高さ方向だけでなく横方向のオフセットも考えられ、横方向のオフセットを求めるに当たっても前記と同様に光電センサ４００を用いる。図１０に示すように、位置合わせ用のレーザー光（調整光）ＬＡ、ＬＡの交点（調整ポイントＰｃ）が光電センサ４００上にくるようにＣＰＳ２００の高さを調整する。このとき、光電センサ４００のどの範囲の素子がどれ位の強度の光を受光しているかを検出し、受光範囲が最小になるようにＣＰＳ２００の高さ位置を微調整する。そして、受光強度が最大になる点を調整ポイントＰｃの座標値とする。ここでは、移動ステージ１２０の座標値が（Ｘ２、Ｙ２）であり、光電センサ４００上における調整ポイントＰｃの座標値が（ｘ２、ｙ２）であるとする。

同じように、図１１に示すように、結像スポットＰｓが光電センサ４００上にくるようにＣＰＳ２００の高さを調整する。すなわち、光電センサ４００のどの範囲の素子がどれ位の強度の光を受光しているかを検出し、受光範囲が最小になるようにＣＰＳ２００の高さ位置を微調整する。そして、受光強度が最大になる点を結像スポットＰｓの座標値とする。ここでは、移動ステージ-の座標値が（Ｘ１、Ｙ１）であり、光電センサ４００上における調整ポイントＰｃの座標値が（ｘ１、ｙ１）であるとする。（なお、移動ステージ１２０を移動させる必要はないのであるから、実質的には、（Ｘ２、Ｙ２）＝（Ｘ１、Ｙ１）であるとしてもよい。）

横方向オフセットＤｔを（ΔＸ、ΔＹ）で表わす。
すると、
ΔＸ＝（Ｘ２−Ｘ１）＋（ｘ２−ｘ１）
ΔＹ＝（Ｙ２−Ｙ１）＋（ｙ２−ｙ１）
と求められる。
横方向オフセットＤｔはコンピュータ１５０に記憶させておく。
そして、調整ポイントＰｃと測定開始点Ｐｍとの位置合わせの後、自動的にこの横方向オフセットＤｔを補償するようにプログラムしておく。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
ポイントセンサとしては、ＣＰＳを例示したが、例えば、接触式のスタイラスであってもよい。スキッド３１０に保護されたスタイラス３２０では、先端がワークＷのどこに当接しているかは直接には見えない。そこで、図１２に示すように、スキッド３１０の周囲に位置合わせ用のレーザー光源２３１、２３２を配設し、調整ポイントＰｃを用いて測定開始点Ｐｍの位置合わせができるようにするとよい。なおこの場合、スキッド３１０の下端からスタイラスの先端までの距離が作動距離に相当すると解釈してもよい。図１２の場合、スタイラス３２０はワーク表面の凹凸に応じてＺ方向に上下動し、このスタイラスの上下動からワーク表面の形状を検出できる。したがって、スタイラスの可動方向（上下方向、Ｚ方向）が測定軸に相当する。また、スタイラスの先端でワークを検出するわけであるから、スタイラスの先端が検出ポイントに相当する。
なお、スキッドレスタイプ（スキッドが無いタイプ）のスタイラスにも位置合わせ手段が付いていると便利であることは勿論である。位置合わせ手段（レーザー光源２３１、２３２）を配設するスペースを確保しにくい場合などはその場その場の都合に合わせて適宜設計変更すればよい。横方向オフセットＤｔを補償するようにすれば調整ポイントＰｃと結像スポットＰｓとが同じ軸線上にある必要はなく、むしろ積極的に調整ポイントＰｃをスタイラスの測定軸線からずらすことも有り得る。

上記第３実施形態では、オフセットを求めるに当たって光電センサ４００を用いる場合を例示したが、高さ方向のオフセットを求めるだけであればＣＣＤは不要である。ただの平板を使っても高さ方向のオフセットを求めることはできる。ただ、横方向のオフセットを求めるには光電センサを用いるのが効果的であるので、横方向オフセットＤｔを求めるときに同時に高さ方向のオフセットＤｚを求めてしまえばよい。つまり、（Ｘ２、Ｙ２）を求めるときに同時にＺ２も検出しておく。同様に（Ｘ１、Ｙ１）を求めるときに同時にＺ１も検出しておく。こうすれば、横方向オフセットＤｔと高さ方向オフセットＤｚとは同時に求められる。すなわち、調整ポイントＰｃを光電センサ上に位置合わせしたときに、移動機構の座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）と、光電センサ上の受光点の座標値（ｘ２、ｙ２、０）とを取得し、検出ポイントＰｍを光電センサ上に位置合わせしたときに、移動機構の座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と、光電センサ上の受光点の座標値（ｘ１、ｙ１、０）とを取得すれば、オフセット（ΔＸ、ΔＹ、Ｄｚ）は、
ΔＸ＝（Ｘ２−Ｘ１）＋（ｘ２−ｘ１）
ΔＹ＝（Ｙ２−Ｙ１）＋（ｙ２−ｙ１）
Ｄｚ＝（Ｚ２−Ｚ１）
で求められる。

上記実施形態では、調整ポイントＰｃと結像スポットＰｓとは同じ光軸Ａｘ上にあるとして説明した。調整ポイントＰｃが結像スポットＰｓから光軸Ａｘに沿った直下にあればユーザとしては直感的に分かりやすいという利点がある。ただ、横方向オフセットＤｔを補償するようにすれば調整ポイントＰｃと結像スポットＰｓとが同じ軸線上にある必要はなく、むしろ積極的に調整ポイントＰｃを軸線（光軸Ａｘ）からずらすことも有り得る。位置合わせ手段（レーザー光源２３１、２３２）を配設するスペースを確保しにくい場合などはその場その場の都合に合わせて判断すればよい。

位置合わせ用のレーザー光源２３１、２３２を配設するにあたっては、ＣＰＳ２００（ポイントセンサ）に鍔部を設けて、この鍔部にレーザー光源を埋設した。これに限らず、例えば、Ｚ軸スピンドル１１０の下端にレーザー光源を配設するようにしてもよいことはもちろんである。

１００…形状測定装置、１１０…Ｚ軸スピンドル、１２０…移動ステージ、１５０…コンピュータ、２１０…鏡筒、２２０…鍔部、２３１、２３２…レーザー光源、３１０…スキッド、３２０…スタイラス、４００…光電センサ。

Claims (8)

1. 被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサと、
   被測定物と前記ポイントセンサとを三次元的に相対移動させる移動機構と、
   前記ポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段と、を備え、
   前記位置合わせ手段は、二以上のレーザー光源で構成されており、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっており、
   前記調整ポイントは、前記ポイントセンサの測定軸線に沿って前記検出ポイントから所定距離Ｄｚ離間した位置にあり、
   前記所定距離Ｄｚは、前記ポイントセンサの作動距離の２０倍から１００倍である
   ことを特徴とする形状測定装置。
2. 被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサと、
   被測定物と前記ポイントセンサとを三次元的に相対移動させる移動機構と、
   前記ポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段と、を備え、
   前記位置合わせ手段は、二以上のレーザー光源で構成されており、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっており、
   前記ポイントセンサには、測定軸と直交する方向に張り出した鍔部が付設され、
   前記二以上のレーザー光源は、前記鍔部に配設されている
   ことを特徴とする形状測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の形状測定装置において、
   前記ポイントセンサは、クロマチックポイントセンサである
   ことを特徴とする形状測定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の形状測定装置において、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、互いに異なる色またはパターンを有する
   ことを特徴とする形状測定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の形状測定装置において、
   当該形状測定装置には、画像測定用のイメージセンサがない
   ことを特徴とする形状測定装置。
6. 形状測定装置を用いた形状測定方法であって、
   前記形状測定装置は、
   被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサと、
   前記被測定物と前記ポイントセンサとを三次元的に相対移動させる移動機構と、
   前記ポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段と、を備え、
   前記位置合わせ手段は、二以上のレーザー光源で構成されており、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっており、
   前記形状測定装置を用いた形状測定方法は、
   前記調整ポイントをワーク上の所望の測定開始点に位置合わせし、
   前記所定距離だけ前記ポイントセンサを前記ワークに接近させ、
   ワークの測定走査を開始させる
   ことを特徴とする形状測定方法。
7. 被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段であって、
   前記位置合わせ手段は、前記ポイントセンサの周囲に配設された二以上のレーザー光源で構成され、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっており、
   前記調整ポイントは、前記ポイントセンサの測定軸線に沿って前記検出ポイントから所定距離Ｄｚ離間した位置にあり、
   前記所定距離Ｄｚは、前記ポイントセンサの作動距離の２０倍から１００倍である
   ことを特徴とするポイントセンサの位置合わせ手段。
8. 被測定物表面にアプローチして被測定物を検出するポイントセンサの検出ポイントを所望の測定開始点に合わせるための位置合わせ手段であって、
   前記位置合わせ手段は、前記ポイントセンサの測定軸と直交する方向に張り出した鍔部に配設されており、かつ、前記位置合わせ手段は、前記鍔部に配設された二以上のレーザー光源で構成され、
   前記二以上のレーザー光源からのレーザー光は、前記検出ポイントからさらに所定距離分前記ポイントセンサから離間した位置である調整ポイントで交差するようになっている
   ことを特徴とするポイントセンサの位置合わせ手段。