JP6752610B2 - 三次元座標測定器 - Google Patents

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Description

本発明は三次元座標測定器に関する
対象物（ワークピース）の外形輪郭の三次元座標を検出するのに三次元座標測定装置が知られている。三次元座標測定装置は、リジッドなフレーム構造を備えた門型タイプ、多関節アームの先端にプローブを備えたアームタイプなどの機械式三次元座標測定器が普及している。例えば門型タイプの三次元座標測定装置は、高精度の座標検出をハードの観点から可能にする設計思想に基づいて作られている。このことから門型タイプの三次元座標測定装置は典型的には恒温室の中に設置して使用され、また、装置の操作には専門性が要求される。
三次元座標測定装置を工業製品の品質管理に適用する場合、製造現場で仕上がり品を計測したいという要請がある。この要請に応じるのを企図して、本件出願人は、特許文献１で光学式三次元座標測定器を提案した。
特許文献１の光学式三次元座標測定器は、カメラと、オペレータが手に持って操作して、測定位置を指示するためのプローブと、ワークピースを固定するテーブルとを有し、プローブにはマーカが設けられている。この光学式三次元座標測定器は、プローブに設置したマーカをカメラで撮像して画像を取得する。そして、画像処理によってワークピースの計測ポイントの座標を求めることができる。
この光学式三次元座標測定器によれば、カメラで撮像するタイミングの瞬間だけプローブとカメラとの間の相対関係つまり光学的な関係が固定されていれば、所定の測定精度を確保できる。したがって、ハードに依存しなくても測定精度を確保できるため小型に作る。したがって、所望の製品を作る製造現場の任意の場所に、この光学式三次元座標測定器を設置することができる。また、画像処理を伴う演算によって測定データ（計測座標）を取得できるため、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を工夫することで製造現場の作業者でも簡単に操作できる利便性を提供することができる。
ＪＰ特開２０１５−２０６６４４号公報
機械式及び光学式の三次元座標測定器を使ってワークピース（一部位を含む）の任意の高さレベルに含まれる複数の測定位置を測定する場合がある。これを同一高さレベル測定と呼ぶと、例えば型抜き勾配を有するワークピースにおいて、この抜き勾配が設計通りであるか否かを検査するのに三次元座標測定器が用いられる。また、例えば凹所を備えたワークピースにおいて、当該凹所の任意の高さレベルの直径が設計通りであるか否かを検査するのに三次元座標測定器が用いられる。
従来、所定の高さレベルに属する複数の測定位置の計測を行う場合、当該高さレベルを確認するために測定位置の近傍にノギスなどのツールを位置決めした状態で計測作業を行っていたが、作業者の習熟度によって測定精度が左右される。例えば、手動の門型の三次元座標測定器の場合には、プローブを鉛直方向あるいは水平方向に固定できる機能を持っているのが通常である。この機能を使うことで、容易に同一高さレベルでの測定を行うことができる。しかし、高さレベルの基準となる面に制限がある。測定基準面が水平面であれば門型の三次元座標測定器を適用できるが、測定基準面が傾斜面である場合には適用できない。
本発明の目的は、同一高さレベルに属する複数の測定位置で測定する場合に、その測定誤差の発生を抑制することのできる三次元座標測定器を提供することにある。
上記の技術的課題は、本発明によれば、
測定対象物の測定位置を指示するためのプローブと、
前記プローブの位置及び姿勢を特定し、当該特定されたプローブの位置及び姿勢に基づいて、当該プローブが指示する測定位置の座標を取得する座標取得手段と、
基準面と、当該基準面からの高さレベルとが指定されることにより、当該基準面から当該基準面の法線方向に沿って前記高さレベルに対応してオフセットした特定面に、当該法線方向に沿って許容誤差の範囲を設定することで、前記座標取得手段が取得すべき許容位置範囲を設定する設定手段とを有し、
前記座標取得手段は、前記プローブが指示する測定位置の座標が前記許容位置範囲内であることを条件に前記座標を取得する三次元座標測定器を提供することにより達成される。
本発明の作用効果、他の目的は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。
実施例の光学式三次元座標測定器を含むシステムの斜視図である。 パーソナルコンピュータ及び光学式三次元座標測定器で構成される三次元座標測定システムの機能ブロック図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の側面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれるプローブの斜視図である。 プローブのケースの中に収容される保持部材及びこの保持部材の中に収容される光学要素を説明するための分解斜視図である。 プローブマーカの主要な構成要素であるマーカ部材の断面図である。 光学要素が組み込まれた保持部材の部分断面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれるステージユニットの斜視図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の斜視図であり、変位可能なテーブルが原位置に位置している状態を示す。 ステージユニットに搭載可能なステージマーカユニットの斜視図である。 ステージマーカユニットの平面図である。 ステージマーカユニットの分解斜視図である。 図１１のXIII−XIII線に沿った断面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の斜視図であり、変位可能なテーブルが原位置から回転した状態を示す。 実施例の光学式三次元座標測定器に搭載された主撮像ユニットによる検出を説明するための図である。 テーブルを原位置から変位させた状態で計測操作を行った状態変化を模式的に説明するための図である。 撮像画像を使って光学的にプローブ及びテーブルの位置及び姿勢を特定するメカニズムを説明するための図である。 複数の主撮像ユニットで同じ撮像空間をステレオ視する例を説明するための図である。 図８と同様にステージユニットの斜視図であり、ステージマーカユニットを取り外した状態を示す。 テーブルのX軸方向の移動機構を説明するための図である。 ステージユニットの平面図であり、テーブルが原位置に位置した状態を示す。 図２１のXXII−XXII線に沿った断面図である。 ステージユニットの斜視図であり、ステージユニットからテーブルを取り外した状態を示す。 テーブルの変位に対する抵抗要素であるメイン抵抗機構部品の斜視図である。 メイン抵抗機構部品の平面図である。 図２５のXXVI−XXVI線に沿った断面図である。 メイン抵抗機構部品に組み込まれた歯車がラック部材と噛み合って、当該メイン抵抗機構部品がテーブルのＸ軸方向の変位に対して作用することを説明するための図である。 テーブルの回転に対して作用するメイン抵抗機構部品とテーブルとの関係を説明するための図である。 テーブルの回転に対して作用するメイン抵抗機構部品とテーブルとの関係を説明するための断面図である。 変形例としてテーブルがＸ軸方向、回転方向、Y軸方向に変位可能な構成を説明するための図である。 ステージユニットの部分斜視図であり、ステージユニットの角部にテーブルロック機構の操作レバーが配置されていることを示し、ここに操作レバーはアンロック状態である。 図３１と同様にテーブルロック機構の操作レバーを示すステージユニットの部分斜視図であり、ここに操作レバーはロック状態である。 テーブルロック機構の一部を構成するロック穴を説明するための図であり、テーブルの角部の下面を示す。 ステージ基台の角部を示す部分斜視図であり、ここに操作レバーはロック状態であり、これに伴ってロックピンが上方に突出した状態にある。 テーブルロック機構の全体構成図であり、アンロック状態を示す。 テーブルロック機構の全体構成図であり、ロック状態を示す。 操作レバーがアンロック位置にあるときのロックピンの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 操作レバーをロック位置に位置決めした直後のロックピンの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 操作レバーがロック位置に位置決めされ、テーブルがロックピンによって固定され続けているときの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 ワークピースの一端面と他端面との間の距離を測定する際に、当該一端面を意味する第１測定平面を求める工程を説明するための図であり、(a)はプローブの接触子を一端面に当接させる工程を示す図であり、(b)は一端面の４つの点に接触子を当接させることを説明するための図である。 ワークピースの一端面と他端面との間の距離を測定する際に、当該他端面を意味する第２測定平面を求める工程を説明するための図であり、(a)はプローブの接触子を他端面に当接させる工程を示す図であり、(b)は他端面の４つの点に接触子を当接させることを説明するための図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれる表示部に、図４０を参照して説明した第１測定平面を表示する例を説明するための図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれる表示部に、図４１を参照して説明した第２測定平面を表示する例を説明するための図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれる表示部に、第１、第２測定平面を表示すると共に、実測した第１、第２測定平面の間の距離を表示する例を説明するための図である。 ワークピースに含まれる２つの円筒部の軸間距離を測定する作業中に表示部に表示するナビゲーション画像の例を示す図である。 ワークピースに含まれる２つの円筒部に関連した測定を行う場合、その作業中に表示部に表示するナビゲーション画像の他の例を示す図である。 ワークピースに含まれる２つの円筒部に関連した測定を行う手順を説明するためのフローチャートである。 ワークピースに含まれる２つの円筒部に関連した測定に関する測定条件設定画面の一例を示す図である。 図４８の測定条件設定画面に含まれる複数の選択肢の一つ（円筒）を選択することにより表示される円筒ファイルの表示例を示す図である。 図４８の測定条件設定画面に表示可能な測定対象物の円筒の３Ｄモデルの表示例を示す図である。 図４８の測定条件設定画面にナビゲーション画像が表示される例を説明するための図である。 測定点の設定及びこれに伴って表示部に表示されるナビゲーション画像の一例を示す図である。 測定条件設定画面に表示可能な測定対象物の円筒の３Ｄモデルの表示例を拡大して示す図である。 測定条件設定画面を使って全ての項目を設定した直後の表示例を示す図である。 作業者が測定作業を行うときの手順を説明するためのフローチャートである。 作業者が測定作業中に表示部に表示可能なナビゲーション画像の一例を示す図である。 作業者が測定作業中に表示部に表示可能なナビゲーション画像の他の例を示す図である。 一連の作業が完了した時点における表示例を示す図である。 作業者が測定作業を行う際に表示部に表示可能なテーブル変位に関するナビゲーション画像の一例を示す図である。 設定された作業点とは異なる点を測定したときに表示部に表示される警告表示の一例を示す図である。 テーブルロックが設定されていることを条件に作業者がアンロック状態で測定したときに表示部に表示される警告表示の一例を示す図である。 テーブルを変位することが可能な範囲を表示部に表示する例を説明するための図である。 テーブルの可動性を利用して測定精度を維持するのが良い同軸測定に関し、貫通穴を備えたワークピースをその一端側から見た図である。 貫通穴を備えたワークピースの一端側の開口部を測定する際に、テーブルをX軸のプラス側に移動させた例を説明するための図である。 貫通穴を備えたワークピースの他端側の開口部を測定する際に、テーブルをX軸のマイナス側に移動させた例を説明するための図である。 ワークピースの貫通穴の一端側及び他端側の開口部の円筒形状を重畳表示した例を示す図である。 測定作業において同軸度測定モードを設定することのできる測定条件設定画面の一部を示す図である。 ワークピースの測定作業において、テーブルを反時計方向に回転させた例を説明するための図である。 ワークピースの測定作業において、テーブルを時計方向に回転させた例を説明するための図である。 ワークピースに含まれる円筒部の外周面又は内周面を測定するときに表示部に表示可能な設定画面の一例を示す図である。 同一高さレベルでの測定に関連して表示部に表示可能な高さレベルガイド欄を示す図である。 同一高さレベルでの測定の作業中に表示部に表示可能な実測定画面の一例を示す図である。 同一高さレベルでの測定に際し、測定条件設定画面に含めるのが好ましい対象部分形状選択欄の表示例を説明するための図である。 同一高さレベルの測定の際に表示部に表示するのが好ましい操作手順ガイド表示欄の表示例を示す図である。 同一高さレベルの測定の設定作業が終わった段階で表示部に表示するのが好ましい操作手順ガイド表示欄の表示例を示す図である。 同一高さレベルの測定の手順を説明するためのフローチャートである。 同一高さレベルの測定を行っているときに表示部に表示される実測定画面に高さレベルガイド欄を加えた例を示す図である。 指定された高さレベルとは異なる高さレベルで測定した場合に表示部に表示可能な警告表示の一例を示す図である。 高さ測定の検査結果に副撮像部で撮影した画像を添付する例を説明するための図である。
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
システムの全体構成：
図１〜図１７は測定システムの全体概要を説明するための図である。図１は、実施例の光学式三次元座標測定器CMIを含む三次元座標測定システムの斜視図である。光学式三次元座標測定器CMIは製造現場で作業者でも操作可能となるように設計されている。図１を参照して、光学式三次元座標測定器CMIは本体１００とプローブ２００と本体操作部３００とを有し、プローブ２００及び本体操作部３００は有線又は無線により本体１００に接続される。プローブ２００は、オペレータが操作して測定位置を指定するのに用いられる。光学式三次元座標測定器CMIはパーソナルコンピュータPCに接続して使用される。パーソナルコンピュータPCにプリンタを接続して、測定結果などをプリントアウトできるようにしてもよい。
パーソナルコンピュータPC及び光学式三次元座標測定器CMIで構成される三次元座標測定システムの全体構成を図２に示す。図２を参照して、パーソナルコンピュータPCは、周知のように、記憶部２と、制御部（ＣＰＵ）４と、キーボード、マウスなどの操作部６を備えている。
図１に戻って、本体１００は、水平部１０２と、水平部１０２の一端から起立する起立部１０４とを有し、水平部１０２の他端部には、矩形のテーブル４００が変位可能に搭載されている。また、水平部１０２と起立部１０４との合流部分に表示部５００が傾斜した状態で配置されている。表示部５００には、測定対象物の三次元座標測定に関連した情報が表示される。
水平部１０２において、起立部１０４の近傍つまりテーブル４００と起立部１０４との間に、図１では作図上の理由から現れていないが、制御基板（図２、図９の参照符号１０６）が内蔵されている。制御基板１０６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）メモリが実装される。
主撮像部（定置カメラ）：
起立部１０４の上端には主撮像ユニット６００が配設されている。主撮像ユニット６００は起立部１０４と一体であってもよいが、好ましくは起立部１０４に対して脱着可能であるのがよい。主撮像ユニット６００を脱着構造とすることで、主撮像ユニット６００を取り外した状態で搬送することができる。したがって、主撮像ユニット６００の校正のために、光学式三次元座標測定器CMIの全てを搬送する必要はない。主撮像ユニット６００にメモリ（図示せず）を搭載するのがよい。このメモリに校正データを記憶させることができる。
主撮像ユニット６００は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。電子カメラの撮像素子は、後に説明するマーカが赤外線を発光する場合には、これに対応して赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサで構成するのがよい。主撮像ユニット６００は、予め定められた撮像空間Ｖ（後述する図３）を撮像するように一定姿勢で起立部１０４に固定される。具体的には、定置した主撮像ユニット６００は、カメラの光軸を下方に傾斜してテーブル４００に向かうように位置決めされている（図３）。
表示部５００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬパネルなどの平面ディスプレイにより構成されるのが望ましい。表示部５００には、制御基板１０６（図２）による制御に基づいて、パーソナルコンピュータPCが生成した画像、光学式三次元座標測定器CMIの操作手順画面つまりナビゲーション画面、または測定の結果等が表示される。
プローブ： プローブ２００を拡大して図示する図４を参照して、プローブ２００は略Ｔ字状の外形形状を有する。すなわち、プローブ２００は、オペレータが手で把持してプローブ２００を操作する把持部２０２と、この把持部２０２の一端と交差して直線状に延びるマーカ設置部２０４とを有し、マーカ設置部２０４の長手方向中央部分に把持部２０２の一端が合流する形状を有する。プローブ２００の外形形状を更に詳しく説明すると、把持部２０２は第１の方向Ｄ１に延び、そして、マーカ設置部２０４は第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２に延びる。第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を、把持部２０２とマーカ設置部２０４の前部分とがなす角度φと定義すると、角度φは鋭角であるのが好ましい。
図示のプローブ２００には、把持部２０２の下端に接続された配線２０６を通じて電源が供給されるが、変形例として、プローブ２００の中にバッテリを内蔵させてもよい。プローブ２００は、作図上の理由から図示を省いたが、メモリが内蔵されている。このメモリにプローブ２００の校正データが保存される。
プローブ２００は接触式であり、マーカ設置部２０４の一端面にスタイラス２０８が取り付けられている。スタイラス２０８は、その先端に球状の接触子２０８aを有する。変形例として接触子２０８aは針状であってもよい。勿論、プローブ２００は非接触式であってもよい。
説明を分かり易くするため、前後、上下という言葉を使う。この前後、上下という言葉は、プローブ２００をオペレータが把持したときの状態で定義される。スタイラス２０８はマーカ設置部２０４の前端に位置している。そして、マーカ設置部２０４は前後に延びている。そして、把持部２０２はマーカ設置部２０４の長手方向中央部分から下方に延びている。
マーカ設置部２０４の前端面には副撮像部２１０が設置されている。副撮像部２１０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラで構成され、その光軸が前方に差し向けられている。副撮像部（プローブカメラ）２１０の解像度は、主撮像ユニット（定置カメラ）６００の解像度よりも低くてもよい。副撮像部２１０は、スタイラス２０８の接触子２０８aとの位置関係が既知となる位置に配置される。副撮像部２１０の各画素から受光信号が制御基板１０６（図２）に出力される。
マーカ設置部２０４は上面２０４aを有する。上面２０４aは把持部２０２と対抗して位置している。オペレータがプローブ２００を把持して計測作業を行うときに、上面２０４aを主撮像ユニット（定置カメラ）６００に向けることができる。
マーカ設置部２０４の上面２０４aには複数の第１マーカ２１２が互いに間隔を隔てて配置されている。この第１マーカ２１２を「プローブマーカ」と呼ぶと、複数の第１プローブマーカ２１２の好ましい配置態様を図４に例示的に図示してある。
引き続き図４を参照して、前後に延びる上面２０４aは３つのブロックに分けて合計７つのプローブマーカ２１２が配設されている。第１のブロック２２０は上面２０４aの前端部に位置しており、第１ブロック２２０には３つのプローブマーカ２１２が配置されている。第２ブロック２２２は上面２０４aの中央部に位置しており、第２ブロック２２２には２つのプローブマーカ２１２が配置されている。第３ブロック２２４は上面の後端部に位置しており、第３ブロック２２４には２つのプローブマーカ２１２が配置されている。
マーカ設置部２０４の長手方向軸線に関し、図４の参照符号Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3は各ブロック２２０、２２２、２２４の長手方向軸線を示す。第１ブロック２２０での３つのプローブマーカ２１２は、任意であるが正三角形の３つの頂点に夫々配置され、そして、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ1に線対称に配置されている。第２ブロック２２２での２つのプローブマーカ２１２は、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ2上に間隔を隔てて配置されている。第３ブロック２２４での２つのプローブマーカ２１２は、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ3と直交するライン上に間隔を隔てて配置されている。
また、第１ブロック２２０の３つのプローブマーカ２１２が占める第１平面ＰＬ(1)と、第２ブロック２２２の２つのプローブマーカ２１２が占める第２平面ＰＬ(2)と、第３ブロック２２４の２つのプローブマーカ２１２が占める第３平面ＰＬ(3)とは互いに平行である。そして、第１平面ＰＬ(1)と第２平面ＰＬ(2)との間には第１の高低差がある。同様に、第２平面ＰＬ(2)と第３平面ＰＬ(3)との間にも第２の高低差がある。第１の高低差と第２の高低差とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、実施例のプローブ２００では、図面から良く分かるように、第２ブロック２２２が最も外方に突出している。
上述したように、複数のプローブマーカ２１２を互いに間隔を隔てて配置することにより後述するプローブ２００の向きの検出精度を向上することができる。また、複数のプローブマーカ２１２の間に高低差を設けることによりプローブ２００の向きの検出精度を一層向上することができる。更に、複数のブロック２２０、２２２、２２４の各ブロックに複数のプローブマーカ２１２を配置し、また、複数のブロック２２０、２２２、２２４の各々のプローブでのプローブマーカ２１２の配置関係を異ならせることにより、プローブ２００の向きの検出精度を更に向上することができる。
プローブマーカ２１２は再帰反射タイプであってもよいが、好ましくは自発光タイプであるのがよい。実施例では、プローブマーカ２１２は、光源として赤外ＬＥＤを採用した自発光タイプのマーカで構成されている。各プローブマーカ２１２から間欠的に、好ましくは定期的に波長８６０nmの赤外線が放出される。複数のプローブマーカ２１２から放出された赤外線は主撮像ユニット６００により撮像される。
図５〜図７は、プローブ２００の内部構造を説明するための図である。プローブ２００は、その外形輪郭を形成するケースの中に保持部材２３０を有する。保持部材２３０は、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなる。保持部材２３０の線膨張係数は、30×10−６／Ｋ以下であることが好ましい。保持部材２３０の材料として、例えばガラス、セラミックス、金属、合金またはガラスセラミックスが用いられる。特に、軽量でかつ低コストな石英ガラスが用いられることが好ましい。石英ガラスの線膨張係数は、0.5×10−６／Ｋである。
保持部材２３０は、第１ブロック２２０を規定する略三角形の第１窓２３０aと、第２ブロック２２２を規定する第２の窓２３０bと、第３ブロック２２４を規定する第３の窓２３０cとが形成されている。
第１窓２３０a、第２窓２３０b、第３窓２３０cに臨んで、夫々、第１〜第３のマーカ部材２３２a、２３２b、２３２cが位置し、また、その下に、第１〜第３の拡散板２３４a、２３４b、２３４cが位置し、また、その下に、第１〜第３の発光基板２３６a、２３６b、２３６cが位置している。
第１〜第３のマーカ部材２３２a、２３２b、２３２cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称してマーカ部材２３２と呼ぶと、図６はマーカ部材２３２の断面図である。マーカ部材２３２の一面（図６の上面）には、前述したプローブマーカ２１２に対応する円形の光透過領域CRが形成されている。
図６を参照して、マーカ部材２３２の主要な材料は、平らなガラス板からなる板状部材ＧＰである。板状部材ＧＰは、高い透光性を有する。板状部材ＧＰの材料として、例えば石英ガラスまたはソーダガラスが用いられる。特に、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスが、板状部材ＧＰの材料として用いられることが好ましい。板状部材ＧＰは、図５を参照して説明した保持部材２３０と同じ材料からなることが好ましい。また、板状部材ＧＰの線膨張係数と保持部材２３０（図５）の線膨張係数との差が小さいほど温度補正が容易となるため好ましい。この実施例では、保持部材２３０および板状部材ＧＰは共に石英ガラスで構成されている。
上述した光透過領域CRは、これを囲むようにして板状部材ＧＰの一面に遮光性のマスクMKを印刷することにより形成されている。すなわち、光透過領域CRは遮光マスクMKによって規定されている。遮光マスクMKは、スパッタ法または蒸着法によって形成してもよい。マスクMKの材料として、ガラスに対する吸着性が高い（付着力が強い）金属材料を用いるのがよい。具体例として例えばクロムを挙げることができる。マスクMKを単一の遮光膜で構成してもよいし、複数の遮光膜を積層してマスクMKを形成してもよい。複数の遮光膜は同じ遮光材料で構成してもよいが、異なる遮光材料で構成するのがよい。すなわち、ガラスと吸着し易い第１の金属材料の遮光膜上に、さらに他の金属材料の遮光膜を積層することにより、膜強度が高い積層膜からなるマスクMKを形成するのが好ましい。また、エマルジョンインクまたは他の有機インク等を用いてマスクMKが形成されてもよい。
赤外光を透過する光透過領域CRの輪郭は上述した円形に限定されない。光透過領域CRの輪郭形状は任意である。光透過領域CRは例えば矢印の輪郭を有していてもよい。方向性を備えた形状を採用することで光透過領域CRの数を少なくすることができる。
板状部材ＧＰの材料として平らなガラス板を採用した例を上述したが、領域CRが半球状の凸形状を有していてもよい。領域CRを半球状の凸形状にすることで、マーカの位置を特定する精度を高めることができる。
引き続き図６を参照して、前述した第１〜第３の拡散板２３４a、２３４b、２３４cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して拡散板２３４と呼ぶ。図７は、保持部材２３０の部分断面図である。図７を参照して、拡散板２３４は板状部材ＧＰ（マーカ部材２３２）の下に配置される。拡散板２３４は光を拡散させつつ透過する機能を有し、例えば樹脂材料から作れている。拡散板２３４はマーカ部材２３２よりも大きな面積を有するのがよく、また、第１窓２３０a、第２窓２３０b、第３窓２３０cよりも大きな面積を有するのがよい。
上述した第１〜第３の発光基板２３６a、２３６b、２３６cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して発光基板２３６と呼ぶ。発光基板２３６の上面には、複数の発光素子Ｌが実装される。拡散板２３４とオーバーラップして配置される発光基板２３６には、その全体に、複数の発光素子Ｌが略均一に配置される。この実施例では、各発光素子Ｌは赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されている。発光素子Ｌの変形例として、他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよく、またはフィラメントであってもよい。
引き続き図７を参照して、発光基板２３６と拡散板２３４とは互いに離間して配置するのが好ましい。そして、この隙間Ｓの周囲壁を拡散反射シートＲＳで構成するのがよい。拡散反射シートＲＳは、光を拡散させつつ反射する機能を有する。拡散反射シートＲＳは接着剤により保持部材２３０に固着すればよい。変形例として、拡散反射シートＲＳの代わりに、ミラーシートであってもよい。
ステージユニット： テーブル４００について図８〜図１４を参照して詳しく説明する。テーブル４００はステージ基台４０２によって支持されている。ステージ基台４０２は、本体１００の水平部１０２の一部を構成する。ステージ基台４０２は、水平部１０２と一体構造であってもよいが、この実施例では、ステージ基台４０２は、水平部１０２の残部に対して脱着可能である。
テーブル４００は、典型的には光学定盤で構成される。テーブル４００上に、ワークピースつまり測定対象物WPが載置される。本例においては、テーブル４００は略正方形状を有する。テーブル４００には、互いに直交する２方向に等間隔で並ぶように複数のねじ穴Ｔhが形成されている。これにより、上クランプ部材および固定ねじによりワークピースWPをテーブル４００に固定することができる。
テーブル４００にワークピースWPを固定する機構として、磁力、粘着などの方式を採用してもよい。すなわち、テーブル４００を磁性体で構成してもよいし、テーブル４００の上面に粘着性を付与してもよい。例えば、粘着性を有するプレートやシートをテーブル４００の上に固定してもよい。
テーブル４００は第２マーカ４１０を有する。テーブル４００に第２マーカ４１０を組み込む構造を採用してもよいが、好ましくは、この実施例のように、単一のステージマーカユニット４１２で第２マーカ４１０を構成し、このステージマーカユニット４１２をテーブル４００に対して脱着可能にするのがよい。以下、第２マーカ４１０を「ステージマーカ」と呼ぶ。
図８は、ステージ基台４０２と、これに組み付けたテーブル４００とで構成されるステージユニットＳＹを示す。ステージ基台４０２は、この状態で、本体１００の水平部１０２に連結される。図９を参照して、テーブル４００にはステージマーカユニット４１２が脱着可能に取り付けられる。テーブル４００には複数の位置決めピン４１４を有し、この複数の位置決めピン４１４に案内されてステージマーカユニット４１２が位置決めされ、そして、固定ネジ４１６を使ってテーブル４００の所定位置に固定される。ステージマーカユニット４１２には、本体１００を通じて電源が供給される。変形例として、ステージマーカユニット４１２を駆動するためのバッテリをマーカーユニット４１２に内蔵させてもよい。
図９を参照して、ステージマーカユニット４１２の個数及び配置位置は任意である。ステージマーカユニット４１２を複数、テーブル４００に配置してもよいが、この実施例では、単一のステージマーカユニット４１２がテーブル４００に脱着可能に設けられている。単一のステージマーカユニット４１２の配置に関し、最も好ましくは、矩形のテーブル４００の最も主撮像ユニット６００に近い部分にステージマーカユニット４１２を配置するのがよい。テーブル４００は、主撮像ユニット６００に近い第１の側縁４００aと、遠い第２の側縁４００bとを有している。単一のステージマーカユニット４１２は、テーブル４００の第１の側縁４００aの中央部分に配置するのが好ましい。
図示の光学式三次元座標測定器CMIは、オペレータが主撮像ユニット６００と対抗する位置からアクセスするように設計されている。すなわち、オペレータは、本体１００の起立部１０４と対抗して且つテーブル４００の第２の側縁４００bの側から光学式三次元座標測定器CMIにアクセスする。
ステージマーカユニットの詳細： 図１０〜図１３はステージマーカユニット４１２を示す。図１０は、ステージマーカユニット４１２の斜視図である。図１１は、ステージマーカユニット４１２の平面図である。図１２は、ステージマーカユニット４１２の分解斜視図である。図１３は、図１１のXIIIーXIII線に沿った断面図である。
図１１を参照して、ステージマーカユニット４１２は直線状に延びる細長い形状を有し、複数のステージマーカ４１０を有する。この複数のステージマーカ４１０の間に高低差を設けるのがよい。ステージマーカユニット４１２は、３つのブロック４２２a、４２２b、４２２cを有する。第１ブロック４２２aはステージマーカユニット４１２の一端部分に位置している。第２ブロック４２２bはステージマーカユニット４１２の中央部分に位置している。第３ブロック４２２cはステージマーカユニット４１２の他端部分に位置している。第１ブロック４２２a及び第３ブロック４２２cと第２ブロック４２２bとの間に高低差があるのがよい。
実施例では、中央部分に位置する第２ブロック４２２bが高く、第１、第３ブロック４２２a、４２２cが低い。勿論、これとは別に、中央部分に位置する第２ブロック４２２bが低く、第１、第３ブロック４２２a、４２２cが高くてもよい。好ましくは、第１、第３ブロック４２２a、４２２cは同じ高さを有するのがよいが、異なった高さを有していてもよい。。また、第１ブロック４２２aと第２ブロック４２２bとの間の第１距離と、第２ブロック４２２bと第２ブロック４２２cとの間の第２距離とは同じであるのがよい。これによりテーブル４００を任意の方向に変位させたとしても、マーカ検出精度を一定に維持することができる。
第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cは、夫々、単一のステージマーカ４１０を有していてもよいが、好ましくは、複数のステージマーカ４１０を有するのがよい。実施例では、第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cは、夫々、２つのステージマーカ４１０を有しているが、第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cが異なる数のステージマーカ４１０を有していてもよい。例えば、第１〜第３ブロック４２２a、４２２bが２つのステージマーカ４１０を有し、中央の第２ブロック４２２bが３つのステージマーカ４１０を有していてもよい。また、各ブロック４２２a、４２２b、４２２cに所属する複数のステージマーカ４１０は互いに同じ間隔で離間しているのがよい。
図１１を参照して、第２ブロック４２２bの２つのステージマーカ４１０は、ステージマーカユニット４１２の長手方向軸線Ｌ0上に第１の間隔を隔てて配置されている。第１ブロック４２２aの２つのステージマーカ４１０は長手方向軸線Ｌ0と交差する軸線Ｌ4上に第２の間隔を隔てて配置されている。また、第３ブロック４２２cの２つのステージマーカ４１０は長手方向軸線Ｌ3と交差する軸線Ｌ5上に第３の間隔を隔てて配置されている。隣接する２つのブロック４２２a、４２２b又は４２２b、４２２cにおいて、一方のブロック４２２a又は４２２cのステージマーカ４１０の第１の配列方向と、他方のブロック４２２bのステージマーカ４１０の第２の配列方向とが異なっている。好ましくは、第１〜第３の間隔は等しい。また、図１１を見たときに、ステージマーカ４１０は左右非対称であるのが好ましい。
上述したように、第１ブロック４２２a及び第３ブロック４２２cと第２ブロック４２２bとの間に高低差があるのがよい。すなわち、図１１を参照して、第１ブロック４２２aに属する２つのステージマーカ４１０が占める第１平面ＰＬ(4)と、第２ブロック４２２bに属する２つのステージマーカ４１０が占める第２平面ＰＬ(5)と、第３ブロック４２２cに属する２つのステージマーカ４１０が占める第３平面ＰＬ(6)とは互いに平行である。そして、第１平面ＰＬ(4)と第２平面ＰＬ(5)との間には第１の高低差がある。同様に、第２平面ＰＬ(5)と第３平面ＰＬ(6)との間にも第２の高低差がある。第１の高低差と第２の高低差とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
ステージマーカ４１０は、前述したプローブマーカ２１２と同様に、再帰反射タイプであってもよいが、好ましくは自発光タイプであるのがよい。実施例では、ステージマーカ４１０は、光源として赤外ＬＥＤを採用した自発光タイプのマーカで構成されている。各ステージマーカ４１０から定期的に波長８６０nmの赤外線が放出される。ステージマーカユニット４１２をテーブル４００に組み込むことにより、各ステージマーカ４１０は主撮像ユニット６００に指向される。複数のステージマーカ４１０から放出された赤外線は主撮像ユニット６００により撮像される。
ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは、前述したプローブ２００の保持部材２３０（図５）と基本設計は共通である。また、ステージマーカユニット４１２の内部構造（図５〜図７）は、プローブ２００の保持部材２３０の内部構造と基本設計は共通である。したがって、プローブ２００と共通する要素には同じ符号を使ってステージマーカユニット４１２を説明する。
図１２を参照して、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは、プローブ２００の保持部材２３０（図５）と同様に、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなるのがよい。したがって、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡに関して、前述した保持部材２３０の説明を参照されたい。勿論、ケースＣＡの材料は、例えばガラス、セラミックス、金属、合金またはガラスセラミックスであってもよい。実施例では、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは石英ガラスが用いられる。
ケースＣＡには、第１ブロック４２２aを規定する長円状の第１窓４３０aと、第２ブロック４２２bを規定する長円状の第２窓４３０bと、第３ブロック４２２cを規定する第３窓４３０cとが形成されている。
第１窓４３０a、第２窓４３０b、第３窓４３０cに臨んで、夫々、第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cが位置し、また、その下に、第１〜第３の拡散板４３４a、４３４b、４３４cが位置し、また、その下に、第１〜第３の発光基板４３６a、４３６b、４３６cが位置している。
第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cの一面（図１３の上面）には、ステージマーカ４１０に対応する円形の光透過領域CRが形成されている。第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称してマーカ部材４３２と呼ぶ。
図１３を参照して、マーカ部材４３２は、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じであり、主要な材料は、平らなガラス板からなる板状部材ＧＰである。したがって、ステージマーカ４１０のマーカ部材４３２は、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じ構成を有していると理解されたい。具体的には、板状部材ＧＰは高い透光性を有する。板状部材ＧＰの材料として、例えば石英ガラスまたはソーダガラスが用いられる実施例では、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスが採用されている。板状部材ＧＰは、また、ケースＣＡと同じ材料からなることが好ましい。実施例では、ケースＣＡおよび板状部材ＧＰは共に石英ガラスで構成されている。
上述した光透過領域CRは、これを囲むようにして板状部材ＧＰの一面に遮光性のマスクMKを印刷することにより形成されている。遮光マスクMKについても、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じであると理解されたい。マスクMKの材料として、ガラスに対する吸着性が高い（付着力が強い）金属材料を用いるのがよい。具体例として例えばクロムを挙げることができる。マスクMKを単一の遮光膜で構成してもよいし、複数の遮光膜を積層してマスクMKを形成してもよい。また、エマルジョンインクまたは他の有機インク等を用いてマスクMKが形成されてもよい。
赤外光を透過する光透過領域CRの輪郭は円形に限定されない。光透過領域CRの輪郭形状は任意である。光透過領域CRは例えば矢印の輪郭を有していてもよい。方向性を備えた形状を採用することで光透過領域CRの数を少なくすることができる。
板状部材ＧＰの材料として平らなガラス板を採用した例を上述したが、領域CRが半球状の凸形状を有していてもよい。領域CRを半球状の凸形状にすることで、ステージマーカ４１０の位置を特定する精度を高めることができる。
図１２、図１３を参照して、第１〜第３の拡散板４３４a、４３４b、４３４cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して拡散板４３４と呼ぶ。この拡散板４３４についても、プローブ２００の拡散板２３４（図７）と同じである。つまり、拡散板４３４は光を拡散させつつ透過する機能を有し、例えば樹脂材料から作れている。拡散板４３４はマーカ部材４３２よりも大きな面積を有するのがよく、また、第１窓４３０a、第２窓４３０b、第３窓４３０cよりも大きな面積を有するのがよい。
図１２、図１３を参照して、上述した第１〜第３の発光基板４３６a、４３６b、４３６cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して発光基板４３６と呼ぶ。ステージマーカ４１０の発光基板４３６の上面には、複数の発光素子Ｌが実装される。拡散板４３４とオーバーラップして配置される発光基板４３６には、その全体に、複数の発光素子Ｌが略均一に配置される。この実施例では、各発光素子Ｌは赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されている。発光素子Ｌの変形例として、他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよく、またはフィラメントであってもよい。
図１０〜図１２に見られる参照符号４４０a、４４０b、４４０cは遮光シートを示す。各窓４３０a、４３０b、４３０cの周囲から光が外部に漏出するのを阻止するために、各窓４３０a、４３０b、４３０cの周囲に遮光シート４４０a、４４０b、４４０cのような光漏出防止手段を設けるのがよい。
テーブルの変位： テーブル４００は好ましくは変位可能である。図１、図９は、テーブル４００が原位置で固定されている状態を示す。図１４は、原位置（図９）からテーブル４００を変位させた状態を示す。テーブル４００の原位置からの変位の説明を分かり易くするため、図９にX軸、Ｙ軸、Z軸を図示してある。
前述したように、光学式三次元座標測定器CMIは、起立部１０４に立て掛けた状態で斜め上方に向けられた表示部５００に対抗して且つテーブル４００の第２の側縁４００bの側からオペレータがアクセスするように設計されている。オペレータから見たときに、X軸は、撮像空間Ｖを横断する方向つまり左右方向に延びており、Ｙ軸とは撮像空間Ｖを縦断する方向つまり前後方向に延びており、Z軸は上下方向に延びている。
実施例では、テーブル４００はX軸の方向つまり撮像空間Ｖを横断する方向に並進移動可能である。また、テーブル４００はZ軸を中心に時計方向及び反時計方向に回転可能である。テーブル４００の原位置からの変位は、X軸方向、Z軸を中心にした回転方向に限定されず、任意である。例えば、矩形のテーブル４００の任意の例えば一側を中心にして、この一側と対抗する他側が上下に変位する、いわゆるチルト変位を含んでいてもよい。
また、テーブル４００は、Ｙ軸の方向つまり前後方向に変位可能であってもよい。ただし、前後方向（Ｙ軸方向）はステージマーカ４１０の読み取り精度を阻害する可能性があるため、これを補完することができるようにテーブル４００に複数のステージマーカユニット４１２を配置するのがよい。
また、テーブル４００は、Z軸の方向つまり上下方向に変位可能であってもよい。これに代えて、主撮像ユニット６００をZ軸方向に変位可能に設計してもよい。
システムの動作： 図１、図２を参照して、主撮像ユニット６００と、プローブ２００の副撮像部２１０（図４）とから出力される受光信号は、制御基板１０６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、パーソナルコンピュータPCに転送される。
実施例では、プローブマーカ２１２及びステージマーカ４１０の発光のタイミングと主撮像ユニット６００の撮像のタイミングとが同期される。複数のマーカ２１２、４１０の発光期間に蓄積された画素データが、次のマーカ２１２の消光期間に制御基板１８０からパーソナルコンピュータPCに転送される。
プローブマーカ２１２の発光タイミングとステージマーカ４１０の発光のタイミングとは前述したように同時発光であることにより、プローブマーカ２１２とステージマーカ４１０との区別が容易になる。また、交互発光と同時発光とを組み合わせてもよい。すなわち、交互発光により、プローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の位置情報を求め、次の同時発光によりプローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の正確な位置情報及びプローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の相対位置情報を求めるようにしてもよい。
パーソナルコンピュータPCの記憶部２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。記憶部２には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部２は、種々のデータの処理および光学式三次元座標測定器CMI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。
パーソナルコンピュータPCは、三次元座標測定器CMIから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。パーソナルコンピュータPCは、生成された画像データに基づいて、プローブ２００のスタイラス２０８の接触子２０８aの相対位置を算出した後に、計測ポイントの絶対座標を算出する。
図１、図２に図示の操作部３００は、三次元座標測定器CMIの各種の設定、表示部５００の表示内容の変更などのためにオペレータによってマニュアル操作される。
校正： 主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２は校正のために校正施設に搬送される。校正情報は、主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２には、その各々にメモリが搭載されている。
主撮像ユニット６００の校正情報は、当該主撮像ユニット６００に内蔵されているメモリに保存される。主撮像ユニット６００の特性として、画角（視野角）、撮像素子と複数のレンズとの位置関係、および複数のレンズの収差等を含む。プローブ２００の校正情報は、当該プローブ２００に内蔵されているメモリに保存される。プローブ２００の校正情報は、プローブ２００の個体差による測定精度の低下を防止するための情報であり、複数のプローブマーカ２１２の相対的な位置関係等を含む。ステージマーカユニット４１２の校正情報は、当該ステージマーカユニット４１２に内蔵されているメモリに保存される。ステージマーカユニット４１２の校正情報は、ステージマーカユニット４１２の個体差による測定精度の低下を防止するための情報であり、複数のステージマーカ４１０の相対的な位置関係等を含む。
主撮像ユニット６００、ス
テージマーカユニット４１２を三次元座標測定器CMIに組み付けたとき、主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２の校正情報が制御基板１０６に供給され、またパーソナルコンピュータPCに供給される。パーソナルコンピュータPCは、これらの校正情報に基づいてワークピースWPの測定ポイントの座標測定を行う。
主撮像ユニットによる検出： 図１５は、主撮像ユニットによる検出を説明するための図である。主撮像ユニット６００は、プローブ２００の複数のプローブマーカ２１２及びステージマーカユニット４１２の複数のステージマーカ４１０から放出される赤外線を検出する。プローブマーカ２１２及びステージマーカ４１０の位置を特定する原理を図１５に基づいて説明する。図１５は、主撮像ユニット６００とプローブマーカ２１２との関係を図示してあるが、主撮像ユニット６００とステージマーカ４１０との関係についても同様である。
図１５を参照して、理解を容易にするため、ピンホールカメラモデルと同様の作用を有する光学的に単純化されたモデルを用いて説明する。図１５の参照符号６０２は、主撮像ユニット６００に含まれる撮像素子基板を示す。また、図１５には、主撮像ユニット６００に含まれる複数のレンズうち１つのレンズ６０４が図示されている。レンズ６０４の主点６０４aを通るように撮像素子（撮像素子基板６０２）に光が導かれる。
主撮像ユニット６００は一定の画角（視野角）θを有する。主撮像ユニット６００の画角θの範囲内に、撮像空間Ｖが含まれる。撮像空間Ｖ内に複数のプローブマーカ２１２がそれぞれ位置する場合、それらのプローブマーカ２１２から放出される赤外線がレンズ６０４の主点６０４aを通って撮像素子（撮像素子基板６０２）に入射する。
撮像素子基板６０２の受光位置Ｐに基づいて、レンズ６０４の主点６０４aから各プローブマーカ２１２へ向かう方向が特定される。図１５の例では、一点鎖線で示すように、各受光位置Ｐおよびレンズ６０４の主点６０４aを通る各直線上に各プローブマーカ２１２が位置する。上記のように、複数のプローブマーカ２１２の相対的な位置関係は、プローブ２００の校正情報としてプローブ２００から制御部２２０に与えられる。
レンズ６０４の主点６０４aから各プローブマーカ２１２へ向かう方向および複数のプローブマーカ２１２の位置関係に基づいて、各プローブマーカ２１２の中心の位置が一義的に定まる。また、本実施の形態では、互いに直交するX軸、Ｙ軸およびZ軸がそれぞれ定義され、撮像空間Ｖ内の絶対位置が３次元座標で表される。パーソナルコンピュータPCは、撮像素子（撮像素子基板６０２）の受光位置Ｐ、および予め記憶された複数のプローブマーカ２１２の位置関係に基づいて、各プローブマーカ２１２の中心の座標を算出する。
算出された各プローブマーカ２１２の中心の座標に基づいて、プローブ２００の接触子２０８a（図４）とワークピースWPとの接触位置の座標がパーソナルコンピュータPCにより算出される。
例えば、各プローブマーカ２１２の中心と接触子２０８a（図４）の中心との位置関係が、パーソナルコンピュータPCの記憶部２に予め記憶される。算出された各プローブマーカ２１２の中心の座標、および予め記憶された各プローブマーカ２１２の中心と接触子２０８aの中心との位置関係に基づいて、接触子２０８aの中心の座標が特定される。
また、各プローブマーカ２１２の中心の座標に基づいて、プローブ２００の姿勢が特定される。これにより、スタイラス２０８の向きが特定される。また、各プローブマーカ２１２の中心の座標の変化に基づいて、接触子２０８aの移動方向が特定される。通常、接触子２０８aは、ワークピースWPの面に対して垂直に近づけられる。そのため、特定されたスタイラス２０８の向きおよび接触子２０８aの移動方向に基づいて、接触子２０８aの中心と接触位置との相対的な位置関係が推定される。推定された位置関係に基づいて、接触子２０８aの中心の座標から接触子２０８aとワークピースWPとの接触ポイントの座標が算出される。
なお、ワークピースWPから接触子２０８aに加わる力の方向を検出するセンサがプローブ２００に設けられもよい。その場合、センサの検出結果に基づいて、接触子２０８aとワークピースWPとの接触位置の座標を算出することができる。
図１６はテーブル４００を原位置から変位させた状態で計測操作を行った状態変化を模式的に説明するための図である。ワークピースWPを固定したテーブル４００を例えばX軸（図９）つまりオペレータから見て左右方向に変位させると、テーブル４００と一緒にステージマーカ４１０が変位する。したがって、ステージマーカ４１０の受光位置つまり撮像素子基板６０２（図１５）の受光位置が変位する。そして、この変位した受光位置との関係でプローブマーカ２１２の受光位置が特定される。
したがって、主撮像ユニット（定置カメラ）６００の撮像画像には、プローブ２００の位置及び姿勢の第１情報と、テーブル４００の位置及び姿勢の第２情報とが含まれる。そして、この撮像画像を画像処理することにより、プローブ２００の接触子２０８a（図４）の位置情報を得ることができる（図１６、図１７）。
光学式三次元座標測定機CMIは複数の三次元座標系を有しており、これら複数の三次元座標系を適宜使い分けて測定又は表示が行われる。複数の三次元座標系は、少なくとも固定的な座標系を含む。これを「絶対座標系」又は「絶対位置座標」と呼ぶと、「絶対座標系」又は「絶対位置座標」とは、オペーレーターからワークピースWPを見たときの座標系である。テーブル４００を変位させたとしても、この座標系は変化しない固定的な座標系である。言い換えれば、定置した主撮像部６００からワークピースWPを見たときの座標系である。
複数の三次元座標系は、また、テーブル４００の変位と共に移動する座標系を含む。これを「相対座標系」又は「相対位置座標」と呼ぶと、「相対座標系」又は「相対位置座標」は、テーブル４００の変位つまりワークピースWPの変位に関連して、ワークピースWPの変位と一緒に変位するが、ワークピースWPから見ると固定的であり変位しない。
図１７を参照して、定置した主撮像ユニット６００の撮像空間が絶対座標系に相当する。主撮像ユニット６００は複数の画素を内蔵しており、一般的に呼ばれている「カメラ座標系」の用語を使って説明すると、実施例では、撮像素子基板６０２（図１５）の面が、カメラ座標系つまり絶対座標系のＸＹ座標を構成する。
他方、相対座標系は、例えばテーブル４００の表面つまりワークピース載置面にＸＹ座標軸が設定される。これをテーブル座標系と呼ぶ。相対座標系は、テーブル座標系に限定されない。例えば、ワークピースWPの一部分の測定において、一定高さレベルで複数の測定点を測定する場合、この高さレベルの基準となる面にＸＹ座標軸を設定してもよい。具体的に説明すると、ワークピースWPが幾何要素である円筒状の突起を備えている場合、この円筒部の所定の高さレベルでの円周上に複数の測定点を設定した場合、円筒状突起の基端が位置する面が基準面として設定し、この基準面にＸＹ座標軸を設定するのがよい。
実施例では、画像処理に基づいて、プローブ２００の位置及び姿勢、テーブル４００の位置及び姿勢は絶対座標系で算出される。すなわち、原位置からのテーブル４００の変位量、変位方向などのパラメータを、実施例では、主撮像ユニット６００が光学的に取り込んだ画像に基づいて実質的に検出することができる。
相対座標系は、ワークピースWPに含まれる幾何要素、つまり例えば点、直線、平面、円筒、球等の抽出などに用いられる。テーブル４００を移動して、長尺のワークピースWPの長さ寸法を測定する場合、相対座標系から絶対座標系へ変換して、ワークピースWPの長さ寸法を求めればよい。勿論、局所的な測定（例えば、ワークピースーWPに含まれる開口部の内径、凸部や凹部の直径の測定など）の測定に相対座標系の相対位置座標を用いることができる。
相対座標系は、ワークピースWPの複数の相対位置座標と、予め設定された幾何要素（点、直線、平面、円筒、球など）とに基づいて、この幾何要素の相対位置を決定するのに用いられる。
表示部５００の表示に関し、絶対座標系に変換して画像を作成するのがよい。例えば、長尺のWPの長さ寸法を測定する場合、ワークピースWPの一端面を表す第１平面と他端面を表す第２平面とを画像表示する場合、絶対座標系で表示することにより、オペレータが見ているのと同じ状態で第１、第２の平面を表示部５００に表示することができる。
テーブル４００を変位させるという簡単な操作だけで、撮像空間Ｖよりも大きなワークピースWP（例えば横長のワーク）を計測することができる。また、撮像空間Ｖに収まるワークピースWPであったとしても、主撮像ユニット６００から見たときにプローブ２００の位置が捉え難い場合に、テーブル４００を回転させるという簡単な操作だけで、測定精度の低下を防止できる。また、テーブル４００を変位させてワークピースWPの計測したい面を主撮像ユニット６００に接近させることで測定精度を高めることができる。
光学式三次元座標測定器CMIによれば、テーブル４００を変位させたとしても、主撮像ユニット６００で撮像する、その瞬間だけ、ステージマーカユニット４１２、プローブ２００、主撮像ユニット６００の三者の相対位置関係が維持できればよい。したがって、主撮像ユニット６００とステージマーカユニット４１２とは常に一定の固定的な相対位置関係を維持し続ける必要はない。つまり、光学式三次元座標測定器CMIの測定精度はハード構成に依存しない。例えば、テーブル４００に固定されるステージマーカユニット４１２の取り付け位置が多少ズレていても、光学式三次元座標測定器CMIの測定精度に影響を及ぼすことはない。
なお、実施例では、光学式三次元座標測定器CMIの主撮像ユニット６００は単一であるが、図１８に図示するように、光学式三次元座標測定器CMIは例えば２つの主撮像ユニット６００(1)、６００(2)を備えていてもよい。このように複数の主撮像ユニット６００を光学式三次元座標測定器CMIが有する場合、複数の主撮像ユニット６００で同じ撮像空間Ｖをステレオ視するのがよい。
光学式三次元座標測定器CMIによれば、測定精度をハード構成に依存しないで、光学的な原理を使って、一定の測定精度及びポータビリティを確保することができる。そして、撮像画像を電子的に内部処理することで三次元位置座標を求めるだけでなく、適切なＧＵＩを提供することで、作業現場のコンピュータの操作に不慣れな作業者でも簡便な操作性を提供することができる。
また、テーブル４００を変位させたとしても、オペレータに負担を掛けることなく、パーソナルコンピュータPCの内部処理により撮像画像を使って演算することで測定位置座標を求めることができる。また、三次元座標測定器に不慣れな現場作業者に対して、表示部５００を使って、測定操作に関するナビゲーション情報を提供し、また、測定結果を視覚的に表示することができる。更に、プローブ２００の先端部に設けた副撮像部２１０の撮像画像を含む測定に関連するデータを保存することで、ワークピースWPのどの部位をどのように計測したかというトレーサビリティを確立することができる。勿論、光学式三次元座標測定器CMI及びパーソナルコンピュータPCが作成した種々の情報をプリンタを使って印刷することで作業の管理を徹底や工場（製造現場）での品質管理の利便性を向上できる。
テーブルの変位機構：
図１９〜図３０はステージユニットを説明するための図である。図１９は、前述したテーブル４００及びステージ基台４０２を含むステージユニットSYを示す。ステージユニットSYは本体１００に対して脱着可能である。図９、図１９を参照して、実施例では、テーブル４００はX軸方向（左右方向）に移動可能であり、また、テーブル４００の中心軸Ｃを中心にして回転可能である。なお、図１９は、ステージマーカユニット４１２（図９、図１０）が取り外された状態で図示してある。
図２０は、テーブル４００のX軸方向の移動機構を説明するための図である。ステージ基台４０２はX軸方向に延び且つ互いに平行な一対のリニアシャフト７０２を有し、この一対のリニアシャフト７０２はステージ基台４０２に固定されている。テーブル４００はXベース７０４に組み付けられている。Xベース７０４はX軸方向に延びる一対の長孔７０４aを有し、各長孔７０４aの中に各リニアシャフト７０２が挿入されている。好ましくは、Xベース７０４の長孔７０４aとリニアシャフト７０２の間に摩擦擦動要素としてのゴムスリーブ７０６を介装するのがよい。この一対のゴムスリーブ７０６によって、テーブル４００のX軸方向の移動を抵抗する第１の抵抗機構を構成することができる。すなわち、オペレータがX軸方向に一定以上の力をテーブル４００に加えない限りテーブル４００はX軸方向に移動しない。
テーブル４００はクロスローラベアリング７０８を介してXベース７０４に載置されている。テーブル４００は、その底面に円形凹所４０４を有し、この円形凹所４０４の中にクロスローラベアリング７０８が受け入れられる。これによりテーブル４００をXベース７０４に載置するだけで、テーブル４００は中心軸線Ｃを中心として回転可能である。円形凹所４０４及びクロスローラベアリング７０８の組み合わせにより、テーブル４００の回転機構を単純化できる。また、Xベース７０４とテーブル４００とを上下方向に接近した構造が実現できるため、テーブル４００の高さ位置を低くすることができる。これにより、一般的に重量物であるワークピースWPをテーブル４００に載せる又は取り外すときの作業性を高めることができる。また、ステージユニットSYの重心を下げることができる。
テーブル変位抵抗機構：
図２３は、テーブル４００を取り外した状態でステージユニットＳＹを図示してある。ステージユニットSYは、テーブル４００がX軸方向及び中心軸線Ｃを中心とする回転方向に変位することに関連したメイン抵抗機構部品７１０を有する。図２３において、X軸方向に関するメイン抵抗機構部品と、回転方向に関するメイン抵抗機構部品とを識別するために、X軸方向メイン抵抗機構部品に符号Xを付記し、回転方向メイン抵抗機構部品に符号Cを付記してある。実施例では、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)と、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)とは同じ構成を有している。勿論、X軸方向メイン抵抗機構７１０(X)と、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)とが異なる構成を有していてもよいし、少なくともいずれか一方をオイルダンパ、電磁流体を用いた抵抗機構で構成してもよい。
図２４〜図２６を参照してメイン抵抗機構部品７１０を説明する。メイン抵抗機構部品７１０は、ケース７１２と、外部に露出した歯車７１４を有している。歯車７１４は、ケース７１２を貫通するシャフト７１６の一端に固定されている。シャフト７１６は長手方向中間部分に円周フランジ７１８を有する（図２６）。ケース７１２は円周フランジ７１８を収容する円形凹所７２０を有し、この凹所７２０は蓋部材７２２によって密閉される。
円形凹所７２０には、円周フランジ７１８を挟んで配置された第１、第２のＯーリング７２４、７２６及びグリース(grease)７２８が収容されている。また、ケース７１２と蓋部材７２２とシャフト７１６との間にはベアリング７３０が介装されている。
蓋部材７２２を複数のボルト７３２を使ってケース７１２に固定することで、第１、第２のＯーリング７２４、７２６は円周フランジ７１８に圧接した状態となる。これにより、シャフト７１６つまり歯車７１４の回転に対して抵抗することができる。
図２６を参照して、第１、第２のＯーリング７２４、７２６の押し潰し状態つまり円周フランジ７１８に対する第１、第２のＯーリング７２４、７２６の圧接力の調整は、蓋部材７２２とケース７１２との間にスペーサーシート７３４を介装し、スペーサーシート７３４の厚み又はスペーサーシート７３４の枚数によって行えばよい。これによりテーブル４００の回転及びＸ方向の変位に必要とされる力の最小値を調整することができる。
図２３に示す参照符号７４０はラック部材を示す。ラック部材７４０はステージ基台４０２に固定され、そして、X軸方向に直線状に延びている。ラック部材７４０には、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)の歯車７１４が噛み合っている（図２７）。この構成により、X軸方向の外力がテーブル４００に加わったときに、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)や他の抵抗機構によって一定の抵抗力が生成される。
図２８、図２９は、テーブル４００の回転に関連した回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)に関連した部位を示す。回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)の歯車７１４は、大径の内歯歯車７４２の一部に噛み合っている。テーブル４００に対してテーブル４００を中心軸線Ｃを中心に回転させる方向に外力が加わったとき、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)や他の抵抗機構によって一定の抵抗力が生成される。
上記の構成により、ワークピースWPをボルト止めしたテーブル４００に対して又はワークピースWPに対して外力が加わったときに、この外力が一定以上の力でない限りテーブル４００が変位するのを阻止することができる。すなわち、テーブル４００の回転方向に外力が加わったときに、テーブル４００は一定の抵抗力を持つ。
外力に対するテーブル４００の抵抗力について検討すると、プローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに接触させるときに、オペレータが強く接触子２０８aをワークピースWPに当てたときの荷重は１００gf程度である。接触子２０８aをワークピースWPに当接させる適度な荷重は約５０gfである。オペレータが接触子２０８aをワークピースWPに当てる作業を行っている最中にテーブル４００が変位してしまうのは望ましくない。オペレータが意図した力をテーブル４００又はワークピースWPに加えたときだけテーブル４００が変位し、力を緩めると同時にテーブル４００が停止するのが良い。しかし、テーブル４００を変位させるのに大きな力を必要とするのは作業性を悪化させる。このことを念頭において、メイン抵抗機構部品７１０の抵抗力を設定又は調整するのがよい。メイン抵抗機構部品７１０が動作を開始する外力として５００〜８００gfを念頭に置いてメイン抵抗機構部品７１０の抵抗力を設定するのがよい。勿論、これを実現できる機構であれば、任意の機構を採用してもよい。
テーブル４００を変位させるために、オペレータがテーブル４００に力を加えたときに、オペレータの操作力のＸ軸方向の分力又はテーブル４００が回転可能な方向の分力が上記の所定値を上回ったときに、テーブル４００はＸ軸方向に並進移動及び／又は回転する。そして、この分力が所定値を下回った、その瞬間にテーブル４００は停止する。
以上、テーブル４００をX軸方向及び中心軸線Cを中心とした回転方向に変位する例を説明した。変形例として、テーブル４００は、X軸方向、回転方向に加えてY軸方向（前後方向：図９）に移動可能であってもよい。図３０は、テーブル４００がX軸方向、回転方向、Y軸方向に変位可能な構成を説明するための図である。図３０を参照して、変形例のステージユニット７５０は、前述した一対のリニアシャフト７０２を支持する一対のＹベース７５２と、各Ｙベース７５２を案内するガイドレール７５４とを更に有する。一対のガイドレール７５４はステージ基台４０２に固定されており、また、Y軸方向（前後方向：図９）に延びている。これにより、Ｘベース７０４つまりテーブル４００は、ガイドレール７５４に案内されてY軸方向に移動することができる。図示を省略したが、Ｙベース７５０とガイドレール７５４との間には、好ましくは、上述したメイン抵抗機構部品７１０が介装される。
テーブルロック：
図３１〜図３９はテーブル４００のロック機構に関する図面である。テーブル４００は、前述したように原位置から変位可能である。テーブル４００は、任意であるが、原位置（図１、図９）で固定可能であるのが好ましい。テーブル４００を非固定の状態で主撮像ユニット６００により撮像した場合に比べて、テーブル４００をロック状態で主撮像ユニット６００により撮像した方が精度が良い。ステージユニットSYはテーブル４００を原位置で固定するためのテーブルロック機構７６０を有する。図３１、図３２を参照して、ステージ基台４０２はその一側に操作レバー７６２を有し、操作レバー７６２の突片７６２aをオペレータが操作することにより、原位置に位置しているテーブル４００をロック又はアンロックすることができる。
図３１はアンロック状態を示し、操作レバー７６２の突片７６２aが水平位置にある。図３２はロック状態を示し、操作レバー７６２の突片７６２aが起立位置にある。図３３は、テーブル４００の下面の角隅部を下方から見た図である。テーブル４００は下方に向けて開放したロック穴７６４を有し、ロック穴７６４は開放端部つまり下端部分にテーパー面７６４aで構成されている。ステージ基台４０２は、ロック穴７６４に向けて出没可能なロックピン７６６を有し（図３４）、このロックピン７６６は、原位置のテーブル４００のロック穴７６４に対応する位置に配置されている。
図３５、図３６は、操作レバー７６２及びロックピン７６６を抽出した図である。図３５は操作レバー７６２がアンロック位置に位置決めされたときの状態を示す。図３６は操作レバー７６２がロック位置に位置決めされたときの状態を示す。図３５、図３６を参照して、ステージ基台４０２には、操作レバー７６２の状態つまりテーブル４００のロック状態を検出するロック検出機構７７０が内蔵されている。ロック検出機構７７０は、投受光素子７７２と、この投受光素子７７２を遮光するプレート７７４とで構成されている。遮光プレート７７４は、操作レバー７６２と機械的に連係されている。操作レバー７７４がアンロック位置にあるときには遮光プレート７７４が投受光素子７７２から離れた状態にある（図３５）。操作レバー７７４がロック位置にあるときには遮光プレート７７４が投受光素子７７２の中に侵入して遮光する状態にある（図３６）。ロック検出機構７７０が検出したロック及び／又はアンロック状態は例えばインジケータ（図示せず）の点灯・消灯によってオペレータ、特に現場作業者に認知させることができる。
図３７は、操作レバー７６２がアンロック位置（図３１）にあるときのロックピン７６６の状態を説明するための図である。図３８は、操作レバー７６２をロック位置（図３２）に位置決めした直後のロックピン７６６の状態を説明するための図である。図３９は、操作レバー７６２がロック位置（図３２）に位置決めされ、テーブル４００がロックピン７６６によって固定され続けているときの状態を説明するための図である。
図３７〜図３９の（Ｉ）は、ロックピン７６６を上方から見た平面図であり、（ＩＩ）はロックピン７６６の断面図である。ロックピン７６６は、スリーブ７８０（図３５、図３６）によって包囲されたピンヘッド７８２を有する。なお、図３７〜図３９ではスリーブ７８０の図示を省略してある。ピンヘッド７８２は、その上端縁部分７８２aが面取りした形状を有する。ピンヘッド７８２は下方に延びる軸部７８２bを有している。軸部７８２bはベース部材７８４のガイド穴７８４aに受け入れられて、軸部７８２bの軸線に沿って上下動可能である。
ピンヘッド７８２はスプリング７８６によって上方に付勢されている。ベース部材７８４はベースプレート７８８に固定されており、このベースプレート７８８は操作レバー７６２に機械的に連結されている。操作レバー７６２がアンロック位置にあるときにはベースプレート７８８は下方位置に位置決めされる（図３７）。ベースプレート７８８は、操作レバー７６２を操作してロック位置を取ると、上方に変位した上方位置に位置決めされる(図３８、図３９)。
図３７に示す参照符号７９０はステージ基台４０２に定置された第１軸を示す。第１軸７９０には揺動リンク７９２の一端部が軸支されている。揺動リンク７９２の他端部には第２軸７９４が軸支されている。第２軸７９４は操作レバー７６２に機械的に連係されている。図３７を参照して、前述したように操作レバー７６２がアンロック位置にあるときには（図３５）、第２軸７９４が下方位置に位置決めされ、これに伴ってベースプレート７８８は下方位置に位置決めされる。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２は下方位置に位置決めされる。すなわち、ピンヘッド７８２は、テーブル４００の下面から離間したアンロック位置に位置決めされる。したがって、テーブル４００はピンヘッド７８２から解放されていることからX軸方向などに変位可能である。
図３８を参照して、操作レバー７６２をロック方向に操作すると、第２軸７９４が持ち上げられて、ベースプレート７８８は上昇する。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２が上昇し、そしてピンヘッド７８２は、テーブル４００のロック穴７６４の中に進入する。ピンヘッド７８２の面取りした先端縁部分７８２aが面取りした形状を有し、また、ロック穴７６４がテーパー面７６４aを有することから、このテーパー面７６４aに案内されてピンヘッド７８２はロック穴７６４に進入することができる。
図３９を参照して、前述したように操作レバー７６２がロック位置をとると（図３６）、第２軸７９４によってベースプレート７８８は上方位置に位置決めされる。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２は上方位置に位置決めされ、これに押し上げられてピンヘッド７８２はテーブル４００のロック穴７６４の中に進入し、そして位置決めされる。ピンヘッド７８２の面取りした先端縁部分７８２aが面取りした形状を有し、また、ロック穴７６４がテーパー面７６４aを有することから、ロック穴７６４のテーパー面７６４aによってピンヘッド７８２が位置決めされる。この状態では、スプリング７８６は圧縮した状態にある。これにより、テーブル４００はピンヘッド７８２によって原位置に固定され続ける。
光学式三次元座標測定器の操作：
図４０、図４１を参照して、図示のワークピースWPは直方体の形状を有する。ワークピースWPの一端面Ｓaと、これに対抗する他端面Ｓbとの間の距離を測定器CMIを使って測定する場合を例に光学式三次元座標測定器CMIの操作を説明する。
（１）図４０を参照して、オペレータは、プローブ２００を把持して接触子２０８aをワークピースWPの一端面Ｓaに接触させ、そして、本体操作部３００（図１）を操作することで主撮像ユニット６００でプローブマーカ２１２を撮像すると共に、その画像に基づいて接触子２０８aの接触点の座標が算出される。この一端面Ｓaの第１の接触点を符号Ｍ1aで図示してある（図４０(b)）。
（２）プローブ２００の接触子２０８aの接触点を順次変更して、ワークピースWPの一端面Ｓaにおける各接触点毎に上記第１の接触点Ｍ1aの時と同じ要領で操作することにより、少なくとも２つの接触点、例えば第２接触点Ｍ2a、第３接触点Ｍ3a、第４接触点Ｍ4aの３つの接触点の座標が算出される。
（３）上記４つの接触点Ｍ1a〜Ｍ4aの接触点（図４０(b)）と幾何要素の平面とに基づいて、ワークピースWPの一端面Ｓaに対応した第１の測定平面ＭＬ1として設定される。
（４）図４１を参照して、次に、オペレータは、ワークピースWPの他端面Ｓbに対して接触子２０８aを接触させ、そして、本体操作部３００（図１）を操作して主撮像ユニット６００でプローブマーカ２１２を撮像することで、この撮像画像に基づいて接触子２０８aの接触点の座標が算出される。この他端面Ｓbの第１の接触点を符号Ｍ1bで図示してある。
（５）プローブ２００の接触子２０８aの接触点を順次変更して、ワークピースWPの他端面Ｓbにおける各接触点毎に上記第１の接触点Ｍ1bの時と同じ要領で操作することにより、少なくとも２つの接触点、例えば第２接触点Ｍ2b、第３接触点Ｍ3b、第４接触点Ｍ4bの３つの接触点の座標が算出される。
（６）上記４つの接触点Ｍ1b〜Ｍ4bの接触点幾何要素の平面とに基づいて、ワークピースWPの他端面Ｓbに対応した第２の測定平面ＭＬ2として設定される（図４１(b)）。
続いて、オペレータが本体操作部３００（図１）又はパーソナルコンピュータPCの操作部６（図２）を操作することで、第１測定平面ＭＬ1と第２測定平面ＭＬ2との間の距離が測定される。すなわち、第１、第２の幾何要素の相対位置に基づいて、第１測定平面ＭＬ1と第２測定平面ＭＬ2との間の距離が測定される。
前述したようにテーブル４００は変位可能である。第１測定平面ＭＬ1を求める第１工程と、第２測定平面ＭＬ2を求める第２工程との間で、テーブル４００を例えば並進移動させたときには、上記第１相対位置座標と、上記第２相対位置座標と、予め設定された平面、つまり上記第１測定平面ＭＬ1及び第２測定平面ＭＬ2とに基づいて、これら第１測定平面ＭＬ1と第２測定平面ＭＬ2と第２測定平面ＭＬ2との間の距離が測定される。
上記の測定作業の過程において、作業者が必要に応じて、プローブ２００の先端部に配置した副撮像部２１０（図４）を使うことができる。副撮像部２１０は、プローブ２００の前後に延びるマーカ設置部２０４の前端面に設置されているため、プローブ２００の前方領域を撮影することができる。これによりワークピースWPの一端面Ｓa、他端面Ｓbの全景を入手することができる。
また、上記の測定作業の過程に応じて、テーブル４００を変位させることができる。例えばワークピースWPが長尺物であれば、X軸方向にテーブル４００を移動させることで、プローブマーカ２１２を主撮像ユニット６００の視野の中に入れることができる。つまり、比較的コンパクトな光学式三次元座標測定器CMIでありながら、大きなワークピースWPの測定が可能になる。また、ワークピースWPの例えば凹所などの局部を測定するときに、主撮像ユニット６００で良好な画像が入手できるようにテーブル４００を変位させることができる。これにより画像処理が容易な撮像画像を入手できる。そして、このことを通じて測定精度の向上に貢献できる。
テーブル４００の原位置からの変位は、前述したように、テーブル４００に搭載したステージマーカユニット４１２のステージマーカ４１０を主撮像ユニット６００で撮像し、その撮像画像に基づいてテーブル４００の変位方向、変位量を実質的に検出することができる。変形例として、エンコーダなどのセンサ８００（図２）を使ってテーブル４００の変位量や姿勢を検出してもよい。当業者であれば、テーブル４００を原位置から変位させることに関する上記の考え方を、従来の多関節アームの先端にプローブを備えたアームタイプの三次元座標測定装置などに適用可能であることは容易に理解できる。
実施例の光学式三次元座標測定器CMIによれば、テーブル４００が可動であり、また、テーブル４００がステージマーカ４１０を有する。また、図２を参照して、光学式三次元座標測定器CMIプローブマーカ２１２を撮像する主撮像部６００を有し、更に、プローブ２００の先端部に副撮像部２１０を有する。この副撮像部２１０を使って取得した画像を使って作業者に様々な情報を提供できる。また、これを保存又は出力することで、適切に計測作業が行われたことを証明する情報を提供できる。
ＧＵＩ：
光学式三次元座標測定器CMIは、表示部５００（図１）を更に有する。この表示部５００を使って作業者に様々な情報を提供できる。光学式三次元座標測定器CMIは、生産ラインの現場に設置して使用することを企図している。
光学式三次元座標測定器CMIは製造現場で作業者でも操作可能となるように設計されていることから、光学式三次元座標測定器CMIにアクセスするオペレータは、光学式三次元座標測定器CMIの使い方を熟知した人に限られない。製造現場の作業者でも使用できるように表示部５００（図１）を使ったGUIの表示を行うことが望まれる。
光学式三次元座標測定器CMIにおいて、表示部５００を使ったGUIは、光学式三次元座標測定器CMIの使い方を熟知した人つまり管理者に対する第１表示モード（「管理者モード」）と、現場作業者に対して測定作業の操作を誘導するナビゲーション画面を含み、測定を行うときに使用する第２表示モード（「測定表示モード」）とを有する。例えば表示部５００に表示されるボタン（図示せず）を使って管理者モードと測定表示モードとを切り替えることができる。
管理者モードを使うことで、現場作業者が容易に測定作業の操作を実行できるように測定作業を誘導する種々の設定（「ナビゲーション設定」）を行うことができる。例えば、副撮像部２１０が撮影した撮像画像（「ナビ画像」）を表示部５００に表示すると共に、作業者が測定すべきポイント、接触子２０８aを接触させるべきポイントをナビ画像に重畳表示する。作業者は、表示部５００を見ることで、次に接触子２０８aを接触させるべきポイントを知ることができる。また、副撮像部２１０が撮影した撮像画像の表示を作業者の操作に従って移動させる機能を付与することで、テーブル４００をどの方向にどの程度変位させるのが適切かの情報を作業者に提供できる。
測定作業中の表示の一例を図４２を参照して説明する。図４２は、ワークピースWPの一端面Ｓaに対応した前記第１測定平面ＭＬ1を求めた時に表示される画像である。図４２において、参照符号ＶＩは、表示部５００に表示される測定領域仮想画像を示す。測定領域仮想画像ＶＩは、主撮像部６００の視野領域を仮想的に表す画像である。この測定領域仮想画像ＶＩにおいて、絶対座標系の原点、X軸、Ｙ軸およびZ軸がそれぞれ定義される。すなわち、原位置のテーブル４００の上面に平行でかつ互いに直交するようにX軸およびＹ軸が設定され、テーブル４００の上面に対して垂直にZ軸が設定される。また、原位置のテーブル４００の中心が原点Ｏに設定される。そして、測定領域仮想画像ＶＩに、ワークピースWPの一端面Ｓaに対応した前記第１測定平面ＭＬ1が重畳表示される。
図４３は、ワークピースWPの他端面Ｓbに対応した前記第２測定平面ＭＬ2を求めた時に表示される画像である。図４３を参照して、測定領域仮想画像ＶＩに、ワークピースWPの一端面Ｓaに対応した前記第１測定平面ＭＬ1と共に、他端面Ｓbに対応した前記第２測定平面ＭＬ2は、絶対座標系に基づいて作成され、そして、表示部５００に重畳表示される。
図４４は、第１測定平面ＭＬ1と第２測定平面ＭＬ2との間の距離を求めた後に表示される画像を示す。図４４から分かるように、第１測定平面ＭＬ1及び第２測定平面ＭＬ2の表示と共に、第１測定平面ＭＬ1と第２測定平面ＭＬ2との間の距離を意味する数値「２０１mm」が矢印と共に重畳表示される。勿論、この距離「２０１mm」が適正であるか否かは、ワークピースWPの設計図面に基づいて判断される。
図４５を参照して、ワークピースWPに含まれる２つの円筒部分９０２、９０４を測定し、その軸間距離つまり第１の円筒部分９０２の第１軸線と第２の円筒部分９０４の第２軸線との間の距離（図中、矢印９０６）を測定する場合を例にナビゲーション設定モードでの手順を説明すると次の通りである。
（１）ワークピースWPをテーブル４００に固定する。
（２）ワークピースWPの測定基準面に基づく相対座標系を設定する。この相対座標系の設定については後に説明する。
（３）測定要素つまり円（円筒）を設定する。
（４）ナビ画像つまり副撮像部２１０を使って局部的な撮像画像を取得する。
（５）上記の（２）、（３）及び場合によっては（４）を繰り返して、測定要素つまり２つの円筒部分を測定して、軸間距離という測定項目を設定することにより距離要素を作成する。
（６）上記の一連の設定作業が完了し終わったら、ナビゲーション設定ファイルをパーソナルコンピュータPCの記憶部２（図２）に保存する。
上記（２）の第２ステップの測定基準面は任意の平面を指定することができる。
上記（３）乃至上記（６）の一連のステップを図４７のフローチャート及び図４８乃至図５４を参照して説明する。図４７及び図４８を参照して、表示部５００に表示されている測定条件設定画面ＳＣ２の対象部分形状選択欄５０６つまり作成要素ボタンをクリックすることで要素作成処理を開始することができる（Ｓ１）。測定要素は円筒であることから円筒ボタン５０６e（図４８）を押すと、円筒ファイル５５０が開かれて表示部５００に表示される。円筒ファイル５５０には、撮影開始ボタン５５２が用意されている（図４９）。任意であるが、必要な時に撮影開始ボタン５５２を押し下げることにより副撮像部２１０（図４）によって撮影することができる（Ｓ２）。副撮像部２１０で取り込んだ画像は、表示部５００に表示される（Ｓ３）。また、撮影した時のプローブ２００の位置及び姿勢の情報つまり測定位置座標と共に記憶部２（図２）に保存される。円筒ファイル５５０は、図４９に参照符号５５７で示す手順ガイドを含むのがよい。オペレータは、手順ガイド５５７を参照することで操作の手順を知り、そして、測定条件設定画面ＳＣ２を見ることで推奨される測定点の位置及び数を認識することができる。
測定すべき円筒部分つまり第１円筒９０２（図４６）であれば、ステップＳ５に進んで、測定開始ボタン５５６（図４９）を押し下げる（Ｓ５）。円筒ファイル５５０は、測定開始ボタン５５６として中空円筒の内周面の測定を開始する第１ボタン５５６aと、円筒の外周面の測定を開始する第２ボタン５５６bとを有する。いま、中空円筒の内周面を測定するのであれば、第１ボタン５５６aを押し下げることになる。
本体操作部３００（図１）の測定ボタンを押し下げると、その時のテーブル４００の位置及び姿勢及びプローブ２００の位置及び姿勢のデータが取り込まれる（Ｓ６）。勿論、これらのデータは、プローブマーカ２１２、ステージマーカ４１０を主撮像部６００（図１）で撮像した撮像画像に基づいて作成される。測定条件設定画面ＳＣ２は、円筒の３Ｄモデルを表示する操作ガイド表示欄５５８（図５０）を含んでいる。表示の３Ｄモデル５６０（図５０）を見ながら、複数の測定点Ｐを測定して円筒つまり各測定点を算出する（Ｓ７）。この複数の測定点Ｐの座標は相対座標系に基づく。
３Ｄモデル５６０を見ながら、第１円筒９０２に関する例えば６点以上の全ての測定点Ｐを設定したら、ステップＳ９において、第１円筒９０２の位置、向き、寸法などが測定点Ｐの相対位置座標に基づいて算出される。
また、第１円筒９０２に関する例えば６点以上の全ての測定点Ｐを設定したら、この時点で副撮像部２１０（図４）によって撮影してもよい。
必要に応じて、各要素のパラメータを変更及び／又は公差を設定する（図４７のＳ１０）。副撮像部２１０で撮影した撮像画像つまりナビ画像は、測定条件設定画面ＳＣ２のナビゲーション画像表示欄５６２に表示され（図５１）、ナビゲーション画像表示欄５６２では、ナビ画像の上に、設定した測定点Ｐが重畳表示される（図４７のＳ１１）。
次に、同じ要領で第２円筒９０４（図４５）の複数の測定点Ｐを設定する（図５２）。そして、第２円筒９０４の全ての測定点Ｐの設定が終わったら、図５３に図示のように、第１円筒９０２の軸線９０２aと、第２円筒９０４の軸線９０４との間の距離要素を作成する。
図５４は、全ての設定が完了したときの測定条件設定画面ＳＣ２の表示状態を示す。ＯＫボタン５７０を押し下げる（図４７，Ｓ１２）ことにより要素作成処理が完了する（Ｓ１３）。これによりナビゲーション設定ファイルの作成が完了する。
次に、上記ナビゲーション設定ファイルを使って作業者がワークピースWPを測定する手順を図５５〜図５９を参照して説明する。作業者が測定作業を実行するときには、表示部５００の表示を測定表示モードに切り替える。
作業者は、先ず、ワークピースWPをテーブル４００に固定する。そして、表示部５００の表示に関し、ナビゲーション設定ファイルを選択すると、図５６に図示の実測定画面ＳＣ４が表示される。実測定画面ＳＣ４は、主撮像部（定置カメラ）６００（図１）が撮像した画像に基づいて、測定対象物つまり２つの円筒９０２、９０４を抽出して表示する測定対象物表示欄５８０を有し、この測定対象物表示欄５８０には好ましくはコンピュータグラフィック（ＣＧ）の３Ｄモデル５８２を表示するのがよい。実測定画面ＳＣ４は、また、副撮像部（プローブカメラ）２１０（図４）が撮像したナビ画像を表示するナビ画像表示欄５８４と共に、テーブルナビ情報表示欄（ステージガイド欄）５４０を有する。
図５５のフローチャートを参照して、ナビゲーション設定ファイルを選択すると、実測定画面ＳＣ４には副撮像部（プローブカメラ）２１０（図４）が撮像したナビ画像が表示される。仮にナビ画像が無ければナビ画像表示欄５８４には、コンピュータグラフィック（ＣＧ）が表示される（Ｓ２０）。
ナビ画像から測定すべき要素があれば、ステップＳ２１からＳ２２に進んで、管理者が設定作業を行ったときの座標系及び測定点の位置座標と、現在の座標系つまりテーブル４００及びワークピースWPの位置から、設定測定位置を算出する。また、現在のプローブ２００の位置及び姿勢を取得する。現在のワークピースWPの位置は、勿論、主撮像部６００（図１）が撮像した画像から取得することができる。そして、これらの情報が実測定画面ＳＣ４に表示される（Ｓ２３）。
次のステップＳ２４では、プローブ２００の位置及び姿勢、テーブル４００の位置及び姿勢が取り込まれ、そして、今現在のプローブ２００の位置及び姿勢及びテーブル４００の位置及び姿勢が実測定画面ＳＣ４に表示される（Ｓ２５）。ステップＳ２４は常時、更新し続けられる。したがって、実測定画面ＳＣ４には、プローブ２００及びテーブル４００の位置及び姿勢がリアルタイムに表示される。
作業者が、実測定画面ＳＣ４の測定開始ボタン５８６（図５６）を押し下げると（Ｓ２６）、ナビ画像表示欄５８４には、ナビ画像の上に測定点Ｐが表示される（図５７）。これを見て、作業者は、ナビ画像表示欄５８４に表示の測定点Ｐに向けてプローブ２００をアクセスすることになる。
次のステップＳ２７（図５５）では、テーブル４００及びプローブ２００の現在の位置及び姿勢が取り込まれ、そして、今の座標系において、接触子２０８aを当接させた測定位置Ｐの相対座標が算出される。第１、第２の円筒９０２、９０４の各測定位置Ｐの測定が完了すると、ステップＳ２９からステップＳ３０に進んで、計測した複数の測定位置Ｐの相対位置座標や、テーブル４００及びプローブ２００の現在の位置及び姿勢に基づいて、必要であれば、座標系の変換が行われ、第１、第２の円筒９０２、９０４の向き、測定要素の距離などが相対位置座標又は絶対位置座標に基づいて算出される（図５５のＳ３０）。そして、その結果が、結果表示欄５９０に表示される（図５５のＳ３１、図５８）。したがって、作業者は撮像画像(ナビ画像)ＳＩの上に重畳表示される測定位置Ｐに対してプローブ２００をアクセスさせ、そして接触子２０８aを指定された測定位置Ｐに当接させる作業を反復するだけで、事実上、管理者が行ったと同じ測定を完了することができる。
ステップＳ３１において、測定結果を例えばプリンタなどで出力してもよい。その際、各測定位置Ｐでどのような姿勢でプローブ２００をワークピースWPに当接させたか、実際に測定した位置と設定されている測定位置Ｐとが同じか否かなどを知るのに、各測定位置Ｐを測定したときの写真を副撮像部２１０で撮影して、これをプローブ２００の位置情報と一緒に保存しておくのがよい。そして、プリンタで出力するときには、この撮像画像を例えば各測定位置Ｐの測定位置座標と一緒に掲載するのがよい。
図５７を参照すると直ちに分かるように、撮像部６００（図１）が撮像した画像（測定対象物表示欄５８０）では、第２円筒９０４が左隅に現れているだけであり、第１円筒９０２は表示されていない。作業者にテーブル４００の変位に関する情報がテーブルナビ情報表示欄５４０に表示される。作業者は、テーブルナビ情報表示欄５４０の表示情報に従ってテーブル４００を変位させることで第１、第２の円筒９０２、９０４を管理者が推奨する位置及び向きに位置決めすることができる（図５９）。
実測定画面ＳＣ４での表示に関し、図６０、図６１、図６２の表示を加えてもよい。図６０は、管理者が設定した測定位置Ｐとは異なる位置を測定した場合、測定位置が異なる旨の注意表示５９２を行うようにしてもよい。図６０の例では、「測定位置が異なります。測定位置を確認して再度測定して下さい。」が注意表示５９２として表示される。
管理者がステージロック機構７６０を使ってテーブル４００をロックすることを作業者に強要したいときには、これを簡易に設定できる設定項目を用意すればよい。設定ファイル５７６を使ってロック状態での測定を設定したときには、図６１に図示のように、作業者がテーブル４００をロックしないで測定したときには、実測定画面ＳＣ４において、ロックしていない旨の警告表示５９４が行われる。図６１の例では、「ナビゲーション設定で指定したロック状態が異なります。ロック状態を変更して再度測定して下さい。」が警告表示５９４として表示される。
可動テーブル４００の変位に関し、実測定画面ＳＣ４に、好ましくは、テーブルナビ情報表示欄５４０が表示される。この表示に誘導されて、作業者がテーブルナビ情報表示欄５４０に従ってテーブル４００を動かすことで、測定対象物を適正な位置に位置決めすることができる。このテーブルナビ情報表示欄５４０に、図６２で実線５５４で図示した例えば四角の枠で、テーブル４００を動かしても良い範囲を指し示すのが好ましい。具体的には、測定可能なテーブル４００の移動範囲を視認し易い表示、例えば四角の枠５５４で表示するのがよい。
上述した説明から、当業者であれば、実施例の光学式三次元座標測定器CMIが優れた利点を備えていることが直ちに認識できるであろう。特に、可動テーブル４００を備えているため、大きなサイズの測定対象物つまりワークピースWPに対しても適用できる。また、プローブ２００の位置及び姿勢は、定置した主撮像部６００がプローブマーカ２１２を撮像した画像に基づいて検出される。このことから、測定している時のプローブマーカ２１２が主撮像部６００で適正に撮像できる視野範囲に存在していることが、一定の測定精度を維持する上で望ましい。この観点から、必要に応じてテーブル４００を原位置から変位させることができる。メイン抵抗機構部品７１０（図２３）によって、所定以上の力を加えないとテーブル４００を変位させることができない。したがって、作業員や管理者がテーブル４００を変位させ、テーブル４００が所望の位置又は姿勢に達した瞬間に力を抜くことでテーブル４００は直ちに停止することになる。また、プローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに当接させたとしても、これによる力によって不用意にテーブル４００が変位することはない。
測定精度を維持するために、テーブル４００の可動性を利用して測定するのが好適な測定対象物つまりワークピースWPを図６３を参照して例示的に説明する。図６３の画像は、ワークピースWPの一端面側から撮影されている。ワークピースWPは、長手方向に延びる断面円形の貫通穴１０を有している。貫通穴１０は、ワークピースWPの一端面と他端面に夫々、開放した開口部１０aを有している。
一端側及び他端側の開口部１０aの同軸度を測定する場合を例に説明する。同軸度とは、測定対象物となる軸が、基準となる軸から変位している、その大きさを意味する。
同軸度を測定するためには、先ず、一端側と他端側の開口部１０aの夫々の円筒形状を測定する必要がある。この測定に際し、前述した通り、測定条件設定画面ＳＣ２の対象部分形状選択欄５０６（図４８）から作成要素ボタンつまり幾何要素である「円筒」を選択し、そして、最小で６点、好ましくは１２点以上の点の座標を測定し、測定した点の座標を用いて円筒を推定し、推定した円筒の直径、半径、中心座標、軸方向ベクトル、円筒度等を算出することになる。
一端側の開口部１０aを測定するのに、先ず、テーブル４００を変位させるために、オペレータがテーブル４００に力を加えたときに、オペレータの操作力のＸ軸方向の分力が上記の所定値を上回ったときに、テーブル４００はＸ軸方向に移動する。つまり、オペレータが意図的にテーブル４００に力（そのＸ軸方向の分力が所定値よりも大きい）を加えることでテーブル４００をＸ軸方向に移動させることができる。そして、操作力を弱めた、その瞬間にテーブル４００は停止する。テーブル４００を右方向（X軸方向のプラス側）に移動させることで(図６４)、プローブ２００を主撮像部６００の視野範囲に入れればよい。次に、他端側の開口部１０aを測定するのに、テーブル４００を左方向（X軸方向のマイナス側）に移動させることで(図６５)、プローブ２００を主撮像部６００の視野範囲に入れればよい。このように、例えばサイズの大きな測定対象物つまりワークピースWPに対しても容易に対応できる。
図６６を参照して、一端側の開口部１０aを測定した後に、測定した一端側の幾何要素である第１円筒形状１２aを測定領域仮想画像ＶＩに重畳表示するのが良い。また、その後に、他端側の開口部１０aを測定したら、他端側の幾何要素である測定した第２円筒形状１２bを測定領域仮想画像ＶＩに重畳表示するのが良い。一端側及び他端側の円筒形状１２a、１２bは、絶対座標系に基づいて作成される。変形例として、一端側及び他端側の開口部１０aに夫々対応した第１、第２の幾何要素である円筒形状１２a、１２bだけを表示するようにしてもよい。
次いで、図６６に図示の測定条件設定画面ＳＣ２の測定項目選択欄５０４及び対象部分形状選択欄５０６は基本測定のタブが付けられている。複数のタブのうち、幾何公差のタブを選択すると、測定項目選択欄５０４及び対象部分形状選択欄５０６は図６７の表示に切り替わる。図６７の表示に含まれる同軸度ボタン５１６をクリックすることで同軸度測定モードを設定できる。
次に、（１）第１円筒形状１２aを基準に第２円筒形状１２bの同軸度を測定する、（２）同軸度の公差上限値を入力して、これを設定する等、同軸度の測定をする上で必要なパラメータを設定する。これにより、第１円筒形状１２aと第２円筒形状１２bとの同軸度を測定することができる。勿論、同軸度に関連して求めることのできる第１、第２の開口部１０a、１０bの直径が設計通りであるか否か（公差範囲内となっているか否か）を確認したり、第１開口部１０aが開口する一端面と、第２開口部１０bが開口する他端面との間の距離が設計通りであるか否かを確認することができる。
すなわち、例えば、各穴の直径、複数の穴同士の同軸度、穴が形成された各面の面間距離それぞれに対して公差を設定するというように、複数の確認内容（複数の検査内容）をまとめて検査設定として予め設定しておくことで、全ての検査内容が公差範囲内であれば、総合判定としてOK表示を、いずれかが公差範囲外となるようであれば、総合判定としてNG表示をすることができる。
実施例の光学式三次元座標測定器CMIによれば、プローブ２００の接触点２０８aが接する測定位置の座標を相対座標系で特定し、そして、点又は幾何形状の推定により、寸法や幾何的特徴量を測定することができる。そして、光学式三次元座標測定器CMIの一つの使い方として、予め設定した公差と、測定された寸法や幾何的特徴量とを比較することで、測定対象物つまりワークピースWPを検査することができる。
また、実施例の光学式三次元座標測定器CMIに含まれる可動テーブル４００が回転可能であることから、テーブル４００を回転させることで、定置した主撮像部６００に対してプローブマーカ２１２を正対させることができる。図６８はテーブル４００を反時計方向に回転させた例を示す。図６９はテーブル４００を時計方向に回転させた例を示す。
同一高さレベルでの測定及びＧＵＩ：
ユーザが測定したい項目の中には、例えば円筒の任意の高さレベルでの外径がある。例えば成形型から製品を取り出すために必要とされる抜き勾配を備えた突起又は凹部を含む製品の場合、突起又は凹部の寸法や幾何的特徴量が適正であるかを抜き勾配を考慮して測定したいという要請がある。
例えば円筒形状の突起を含む製品を実際に測定する場合、円筒の所定レベルの幾つかの点の座標を求める必要がある。このためには、プローブ２００の接触子２０８aを円筒の同じ高さレベルで規定される特定面での複数箇所に当接させる必要があるが、この作業は熟練が必要であるという問題がある。
図７０以降の図面を参照して、この問題を解決するためのGUIを説明する。所望の高さレベルを定義するときに、その基準となる平面を特定する必要がある。したがって、先ず、基準とすべき平面に属する複数の点に接触子２０８aを当接させて、この複数の測定位置の座標に基づいて測定基準面を登録する。測定基準面は、水平面であっても傾斜面であってもよく、単一又は複数の任意の面を測定基準面として設定することができる。
図７０は、円筒の外周面又は内周面に関する測定を行う場合に表示部５００に表示可能な設定画面２０を示す。この設定画面２０は、接触子２０８aを当接させるのが円筒の外周面２２aか内周面２２bかの測定対象物を選択する表示項目２２を含んでいる。設定画面２０は、また、上述した測定基準面を設定する基準面設定項目２４を含んでいる。予め登録した測定基準面が複数ある場合には、ドロップダウンリストから所望の測定基準面を指定することができる。図示の例では「平面００１」で登録した平面が指定されている。
設定画面２０は、測定高さ、つまり実質的に特定面を設定する高さレベル設定項目２６を含む。「測定高さ」とは基準面の法線方向の寸法を意味する。測定基準面よりも上方であれば「プラス」、下方であれば「マイナス」と定義されている。高さレベル設定項目２６のブランク窓２６aの数値をアップダウンさせて所望の数値を選択することで、測定基準面からの高さを設定することができる。
設定画面２０は、また、設定した高さレベルを挟んで上下の許容位置範囲を設定する位置範囲項目２８を含んでいるのがよい。位置範囲項目２８を含む代わりに、予め設定された上下の許容位置範囲をメモリに記憶するようにしてもよい。この許容誤差の範囲を設定することで、作業者が、設定した許容位置範囲から上下に逸脱した点を測定した場合に、これを測定データとして取得する否か等を判定することができる。すなわち、設定した許容位置範囲内であることを前提として接触子２０８aの測定位置の座標が取得される。
同一高さレベルの測定に関する所定のパラメータを上記の設定画面２０（図７０）を使うことで簡単に設定することができる。また、図７１に図示の高さレベルガイド欄３０を測定条件設定画面ＳＣ２や実測定画面ＳＣ４（図７２）に加えるのが好ましい。
図７１を参照して、高さレベルガイド欄３０は、設定した基準高さレベルを示す横ラインと、今現在の接触子２０８aの高さレベルを少なくとも表示する。また、好ましくは、図示のように、高さレベルガイド欄３０に今現在の接触子２０８aの高さレベルを意味する数値又は、図示のように、設定したレベルからの今現在の接触子２０８aのオフセット量を意味する数値を表示するのが好ましい。
測定条件設定画面ＳＣ２に高さレベルガイド欄３０の表示を加えることで、管理者は、高さレベルガイド欄３０の表示を見ながら設定作業を進めることができる。また、実測定画面ＳＣ４に高さレベルガイド欄３０の表示を加えることで、作業者は、高さレベルガイド欄３０の表示を見ながら接触子２０８aをワークピースWPに当接させることができる。
また、設定画面２０（図７０）を使った所定項目の設定の前に、対象部分形状選択欄５０６（図４８）を使って、測定したい部位の幾何形状を選択するのがよい。図７３に再度、対象部分形状選択欄５０６を図示すると、図示の例では、円５０６dを選択されている。
測定条件設定画面ＳＣ２を使った設定手順は、図４７のフローチャートに基づいて前述した通りである。図７４は、図４９を参照して説明した操作ガイド表示欄５５８の表示を示す。管理者は、操作ガイド表示欄５５８の表示に従って、同一高さレベルに複数の測定位置を設定することになる。この設定が終わったときの操作ガイド表示欄５５８の表示を図７５に示す。図７５に図示のように高さレベルの測定の基準面となる面３２を重畳表示するの好ましい。
作業者が同一高さレベルの測定作業を行うときには、図５６に例示した実測定画面ＳＣ４の表示に切り替える。同一高さレベルの測定作業の手順を図７６のフローチャートに基づいて説明する。
図７６を参照して、作業者は、実測定画面ＳＣ４の測定ボタンを押し下げると（Ｓ４０）、「高さ」を指定しているかの判定が行われる（Ｓ４１）。ここに、「高さ」の指定とは、図７０を参照して説明した高さ設定項目２６にチェックを入れることにより、同一高さレベルの測定モードに入ることができる。
高さ設定項目２６（図７０）で高さ指定されていないときには、作業者がプローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに当接させた測定点の座標が取得される（Ｓ４２）。
高さ設定項目２６（図７０）で高さ指定されているときには、作業者がプローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに当接させた測定点の相対位置座標が取得される（Ｓ４３）。そして、この測定点の相対位置座標に基づいて測定基準面からの高さが算出され（Ｓ４４）、実測定画面ＳＣ４に高さレベルガイド欄３０（図７１）が表示される。図７７は、高さレベルガイド欄３０が重畳的に表示された実測定画面ＳＣ４を示す。高さレベルガイド欄３０は、作業者がプローブ２００を操作している間、実測定画面ＳＣ４にリアルタイムに表示するのが好ましい。作業者は、実測定画面ＳＣ４に表示されている設定測定位置Ｐを見ながら、この設定測定位置Ｐに接触子２０８aを適合させる操作が容易になる。
そして、測定した測定点Ｐの高さが指定された高さでない場合には、ステップＳ４６からＳ４７に進んで、作業者が再度、測定を実行するまで待機する。もし、所定時間、作業者が測定を実行しないときは、ステップＳ４８に進んで実測定画面ＳＣ４に「測定できませんでした」の警告を表示する（図７８）。
警告表示の変形例として、測定した測定点Ｐの高さが指定された高さでない場合、測定の実行を拒否する手段を講じても良い。例えば、測定作業中に表示部５００に表示される画面に測定開始ボタンを含んでいる場合には、この測定開始ボタンをグレーアウト（無効化）してもよい。
作業者は、管理者が設定した全ての測定点Ｐを実測定画面ＳＣ４のナビ画像を見ながら接触子２０８aをワークピースWPに当接させるだけで、同一高さレベルの測定を完了することができる。勿論、ノギスのようなツールを必要としない。また、同一高さレベルの測定において、その測定精度は作業者の習熟度に左右されない。この同一高さレベル測定に関するGUI及び具体的な測定方法などは、光学式三次元測定器や門型測定機など一般的に汎用することができるのは勿論である。
この同一高さレベルの測定において、テーブルナビ情報表示欄５４０（ステージガイド欄、例えば図６２）を実測定画面ＳＣ４に重畳表示してもよいのは勿論である。また、作業者の一連の操作の過程で、前述したように、要所要所で、ナビ画像つまり副撮像部（プローブカメラ）２１０を使って局部的な撮像画像を取得するのが好ましい。勿論、ナビ画像を取得したときには、その時点でのプローブ２００の位置、姿勢もナビ画像と一緒に保存するのがよい。
図７９は、高さ測定の検査結果をプリンタに出力した例を示す。図７９の単品成績表には、総合判定結果及び測定結果等の必要項目が記載されているが、これに加えて、副撮像部（プローブカメラ）２１０で撮影したナビ画像が添付されている。ナビ画像を添付することで、測定作業が適正に行われたことを証明することができる。
以上、本発明の実施例を光学式三次元座標測定器CMIに基づいて説明したが、本発明は光学式三次元座標測定器CMIに限定されない。本発明は、門型、アーム型などの機械式三次元座標測定器にも好適に適用可能である。
ＣＭＩ 光学式三次元座標測定器
ＰＣ パーソナルコンピュータ
２ 記憶部
４ 制御部
２００ プローブ
２１２ 副撮像部（プローブカメラ）
２１２ プローブマーカ
４００ テーブル
４１０ ステージマーカ
４１２ ステージマーカユニット
５００ 表示部
６００ 主撮像ユニット（撮像装置）

Claims (8)

  1. 測定対象物の測定位置を指示するためのプローブと、
    前記プローブの位置及び姿勢を特定し、当該特定されたプローブの位置及び姿勢に基づいて、当該プローブが指示する測定位置の座標を取得する座標取得手段と、
    基準面と、当該基準面からの高さレベルとが指定されることにより、当該基準面から当該基準面の法線方向に沿って前記高さレベルに対応してオフセットした特定面に、当該法線方向に沿って許容誤差の範囲を設定することで、前記座標取得手段が取得すべき許容位置範囲を設定する設定手段とを有し、
    前記座標取得手段は、前記プローブが指示する測定位置の座標が前記許容位置範囲内であることを条件に前記座標を取得する三次元座標測定器。
  2. 前記座標取得手段は、前記プローブにより順次指示される複数の異なる測定位置それぞれの座標を取得し、
    前記基準面は、前記座標取得手段により取得された複数の測定位置の座標に基づいて決定される、請求項１に記載の三次元座標測定器。
  3. 前記決定された基準面を登録する基準面登録手段をさらに有し、
    前記基準面は、前記基準面登録手段により予め登録された基準面の中から指定される、請求項２に記載の三次元座標測定器。
  4. 前記プローブを操作して同一高さレベルにおける複数の測定位置を設定するときに、該プローブが指示する測定位置と前記特定面とを目視で確認できる高さレベルガイド表示手段を更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
  5. 前記プローブを操作して同一高さレベルにおける複数の測定位置を測定するときに、予め設定されている複数の測定位置と、前記プローブが指示する測定位置とを表示する操作ガイド表示手段を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
  6. 前記三次元座標測定器が光学式三次元座標測定器又は機械式三次元座標測定器である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
  7. 前記プローブがカメラを有し、
    該カメラの撮像画像が前記測定位置の座標に関連した画像を取得可能である、請求項６に記載の三次元座標測定器。
  8. 定置した主撮像装置と、
    前記プローブに配置され、前記主撮像装置によって撮像可能なプローブマーカとを更に有し、
    前記座標取得手段が、前記主撮像装置の撮像画像に含まれる前記プローブマーカに基づいて、前記主撮像装置に対する前記プローブの位置及び姿勢を特定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
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