JP7050247B2 - 異常検出方法及び三次元測定器 - Google Patents

Description

本発明は異常検出方法及び三次元測定器に係り、特に三次元測定器において、測定子への異物の付着及び測定子の摩耗を検出するための異常検出方法に関する。

三次元測定器（ＣＭＭ：Coordinate Measuring Machine）は、スタイラスの先端部に測定子を備えており、この測定子を被測定物に接触させることにより、被測定物の形状（輪郭）及び寸法等の測定を行うことが可能となっている。

三次元測定器において、被測定物の測定を行うと、埃、油等の異物が測定子の表面に付着することがある。測定子の表面に異物が付着すると、測定子の接触感度が変化したり、測定子と被測定物との間に異物が挟まることにより、測定異常が発生する。

また、測定子の使用を継続すると、測定子が摩耗し変形する。測定子が摩耗し変形すると、正確な測定を行うことができなくなり、測定異常が発生する。

このため、三次元測定器では、測定子の測定異常の検出するための校正が行われる。特許文献１には、測定子を被測定物に接触させて被測定物の形状測定を行う形状測定機構について、測定子の形状を校正するための２つの基準球を測定して、形状測定機構の異常検出を行うことが開示されている。

特許文献１では、まず、２つの基準球のそれぞれをラスタ走査して測定することにより２つの形状測定結果を得る。この２つの形状測定結果において共通している形状異常値が凹であれば、測定子の摩耗によるものと判定し、凸であれば、測定子への汚れ付着と判定する。また、この２つの形状測定結果において共通していない形状異常値が凹であれば、２つの基準球のいずれかの凹みによるものと判定し、凸であれば、２つの基準球のいずれかへの汚れ付着と判定する。そして、基準球及び測定子についての摩耗量、凹み及びごみ付着量のそれぞれの許容値に基づいて、ユーザーに警告を発したり、基準球又は測定子の交換又は洗浄箇所の表示を行うようになっている。

特開２００９－００８６６０号公報

しかしながら、測定子の校正には、次のような問題がある。

第１に、測定子の摩耗状況によっては、測定子の異常を検出することができないという問題がある。

スタイラスの先端に形成された測定子は、測定に使用されるごとに表面が削られて摩耗するため、測定子の状態及び表面形状は刻一刻と変化する。これに対して、従来は、特許文献１に記載されているように、基準球及び測定子についての摩耗量、凹み及びごみ付着量のそれぞれの許容値（しきい値）を用いて、測定子の径の測定値があらかじめ定められた固定の許容値を超えたか否かに基づいて異常の有無の判定を行っていた。

ところで、測定子の表面が摩耗して径が小さくなった場合には、測定子の摩耗した箇所（例えば、局所的に摩耗した箇所）に異物が付着することが考えられる。この場合、測定子の校正を行っても、摩耗した箇所における測定子の径の測定値が、実際より大きな値となり、許容範囲内に収まってしまう。したがって、この場合、固定の許容値に基づく異常の判定では、異常を検出することができなかった。このため、異常が発生した測定子の使用が継続されてしまい、測定の精度を確保することができなかった。

第２に、測定子の異常が検出された場合、ユーザーに通知されるのは、例えば、測定子の径の測定値、校正の標準偏差等であり、これらの数値だけでは、測定子の異常の原因の特定が困難であるという問題がある。すなわち、測定子の異常が検出された場合に、上記の通知内容に基づいてユーザーが判断することができる事柄は、例えば、「標準偏差が大きい」、「測定子の径が大きく判定された」、「測定子の径が小さく判定された」等に限られる。このため、測定子に異物が付着しているだけであるにも関わらず、新しいスタイラスに交換して校正を行ったり、スタイラスが摩耗又は破損している（例えば、測定子の表面が欠けている）にも関わらず、測定子の洗浄と校正を繰り返してしまう等、異常の原因の特定に多くの時間と労力をかけてしまうという問題があった。

さらに、ＣＭＭを使用するユーザーが自ら異常の原因を特定することができない場合、ＣＭＭメーカーへの問い合わせが発生して、ＣＭＭメーカー側でもサポート工数が発生してしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定子の異常の検出を確実に行うことが可能な異常検出方法及び三次元測定器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る異常検出方法は、被測定物に接触させて被測定物の測定を行うための測定子の異常を検出する異常検出方法であって、測定子を用いて、測定子の校正用のゲージの測定の結果を取得する校正工程と、校正用のゲージの測定の結果に基づいて測定子の摩耗状況を予測する予測工程と、測定子の摩耗状況の予測の結果に基づいて、測定子の異常の有無を判定するためのしきい値を算出する算出工程と、校正用のゲージの測定の結果と算出したしきい値に基づいて、測定子の異常の有無の判定を行う第１の判定工程とを備える。

第１の態様によれば、測定子の継続使用による摩耗状況を反映したしきい値を用いて、測定子の異常を検出することができるので、測定子の異常を確実に検出することが可能になる。

本発明の第２の態様に係る異常検出方法は、第１の態様において、予測工程では、測定子の直径の予測値を算出し、算出工程では、測定子の直径の予測値に、あらかじめ定められたしきい値を加算及び減算することにより、測定子の異常の有無を判定するための判定上限値及び判定下限値をそれぞれ算出するようにしたものである。

本発明の第３の態様に係る異常検出方法は、第２の態様において、第１の判定工程では、校正用のゲージの測定の結果から求められた測定子の直径の測定値が判定上限値以上の場合に、測定子に異物が付着したと判定し、測定値が判定下限値以下の場合に、測定子が摩耗又は破損したと判定するようにしたものである。

第３の態様によれば、測定子の継続使用による摩耗状況を反映した判定上限値及び判定下限値を用いて、測定子の異常を検出することができる。

本発明の第４の態様に係る異常検出方法は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、校正用のゲージの測定の結果から求められた測定子の直径の測定値の、測定子の摩耗状況の予測からの乖離の度合を示すパラメータを算出し、パラメータを用いて、測定子の異常の有無の判定を行う第２の判定工程を更に備える。

本発明の第５の態様に係る異常検出方法は、第４の態様において、第２の判定工程は、第１の時点における測定子の直径の測定値を示す点と、第１の時点よりも前の第２の時点における測定子の直径の値を示す点とを結ぶ線分と、第１の時点における測定子の直径の予測値を示す点と、第２の時点における測定子の直径の値を示す点とを結ぶ線分とがなす乖離角を、パラメータとして算出し、測定値が予測値以上の場合であって、かつ、乖離角が第１のしきい角度以上の場合に、測定子に異物が付着したと判定し、測定値が予測値よりも小さい場合であって、かつ、乖離角が第２のしきい角度以上の場合に、測定子が摩耗又は破損したと判定するようにしたものである。

第４及び第５の態様によれば、測定子の直径の予測値からの乖離の度合に基づいて、測定子の異常の検出を行うことができる。

本発明の第６の態様に係る三次元測定器は、被測定物に接触させて被測定物の測定を行うための測定子と、測定子を用いて行った校正用のゲージの測定の結果に基づいて測定子の摩耗状況を予測し、測定子の摩耗状況の予測の結果に基づいて、測定子の異常の有無を判定するためのしきい値を算出し、校正用のゲージの測定の結果と算出したしきい値に基づいて、測定子の異常の有無の判定を行う処理装置とを備える。

本発明の第７の態様に係る三次元測定器は、第６の態様において、処理装置が、校正用のゲージの測定の結果から求められた測定子の直径の測定値の、測定子の摩耗状況の予測からの乖離の度合を示すパラメータを算出し、パラメータを用いて、測定子の異常の有無の判定を行うようにしたものである。

本発明によれば、測定子の継続使用による摩耗状況を反映したしきい値を用いて、測定子の異常を検出することができるので、測定子の異常を確実に検出することが可能になる。

図１は、本発明の一実施形態に係る三次元測定器を示す図（斜視図及びブロック図）である。 図２は、本発明の一実施形態に係る三次元測定器における異常検出方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施形態に係る三次元測定器における異常検出方法を示すフローチャート（図２のつづき）である。 図４は、プロービング回数とスタイラス径との関係の例を示すグラフである。 図５は、プロービング回数とスタイラス径との関係の別の例を示すグラフである。 図６は、図５の乖離角を拡大して示す図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る異常検出方法及び三次元測定器の実施の形態について説明する。

［三次元測定器］
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元測定器を示す図（斜視図及びブロック図）である。なお、以下の説明では、３次元直交座標系を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る三次元測定器１は、測定器本体１０と、制御装置１００とを含んでいる。

（測定器本体）
まず、測定器本体１０について説明する。測定器本体１０は、プローブ２２（スタイラス２４を含む。）の先端に形成された測定子２６を、被測定物に接触させて走査させることにより、非接触物の形状（輪郭）及び寸法等を測定する装置である。

図１に示すように、測定器本体１０は、基台２０と、基台２０上に設けられた定盤１８とを含んでいる。定盤１８の表面は、ＸＹ平面に平行な平面状に形成されている。被測定物は、定盤１８の表面に固定される。被測定物を定盤１８の表面に固定するための手段としては、例えば、クランプ機構を用いることができる。

定盤１８には、定盤１８の表面から図中上側（＋Ｚ方向）に伸びる一対のコラム（支柱）１６が取り付けられている。コラム１６の上端部（＋Ｚ側の端部）には、ビーム（梁）１４が架け渡されている。一対のコラム１６は、定盤１８上をＹ方向に同期して移動可能となっており、ビーム１４は、Ｘ方向に平行な状態で、Ｙ方向に移動可能となっている。コラム１６を定盤１８に対して移動させるための駆動手段としては、モータを使用することができる。なお、一対のコラム１６は、定盤１８の下面側で接続されていてもよい。

ビーム１４には、Ｚ方向に伸びるヘッド１２が取り付けられている。ヘッド１２は、ビーム１４の長さ方向（Ｘ方向）に沿って移動可能となっている。ヘッド１２をビーム１４に対して移動させるための駆動手段としては、モータを使用することができる。

ヘッド１２の下端部（－Ｚ側の端部）には、プローブ２２が図中上下方向（Ｚ方向）に移動可能に取り付けられている。プローブ２２を上下方向に移動させるための駆動手段としては、モータを使用することができる。

測定器本体１０は、コラム１６、ヘッド１２及びプローブ２２のそれぞれの移動量を測定するための移動量測定部（例えば、リニアエンコーダ。不図示）を含んでいる。

プローブ２２は、剛性が高い軸状の部材（スタイラス２４）を含んでいる。このスタイラス２４の材料としては、例えば、超硬質合金、チタン、ステンレス、セラミック、カーボンファイバー等を使用することができる。

プローブ２２のスタイラス２４の先端部には、測定子２６が設けられている。測定子２６は、硬度が高く、耐摩耗性に優れた球状の部材である。測定子２６の材料としては、例えば、ルビー、窒化珪素、ジルコニア、セラミック等を使用することができる。測定子２６の直径（以下、スタイラス径という。）は一例で４．０ｍｍである。

被測定物の測定を行う場合には、コラム１６、ヘッド１２及びプローブ２２をＸＹＺ方向に移動させて測定子２６を被測定物に接触させる。そして、測定子２６を被測定物の外形に沿って走査させながら、測定子２６の変位量等を測定する。この変位量の測定値等のデータは制御装置１００に送信される。制御装置１００は、汎用測定プログラムを使用してこのデータを処理することにより、被測定物の形状（輪郭）及び寸法等を求めることが可能となっている。

定盤１８の表面には、測定子２６の校正用のゲージ２８が設けられる。校正用のゲージ２８は、例えば、真球度と直径が保証された球状の部材（校正球）である。校正用のゲージ２８は、硬度が高く、耐摩耗性に優れた材料により形成することができる。校正用のゲージ２８としては、その形状誤差が測定器本体１０による測定精度よりも小さいもの（一例で１０分の１以下のもの）を使用することができる。

測定子２６の校正を行う場合には、コラム１６、ヘッド１２及びプローブ２２をＸＹＺ方向に移動させて測定子２６を校正用のゲージ２８に接触させる。そして、測定子２６を校正用のゲージ２８の外形に沿って走査させながら、測定子２６の変位量等を測定する。制御装置１００は、校正用のゲージ２８の形状（輪郭）及び寸法等の測定結果と、校正用のゲージ２８の形状（輪郭）及び寸法等のデータとを比較することにより、測定子２６の異常の検出を行うことが可能となっている。

（制御装置）
次に、制御装置１００について説明する。制御装置１００は、操作部１０４からの操作入力に応じて測定器本体１０に指令を送信して、測定器本体１０による被測定物の測定及び測定子２６の校正を行う。制御装置１００は、パーソナルコンピュータにより構成されていてもよい。

処理装置１０２は、測定器本体１０及び制御装置１００の各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでいる。処理装置１０２は、操作部１０４を介してオペレータからの操作入力を受け付け、コントローラ１１０を介してこの操作入力に応じた制御信号を、測定器本体１０及び制御装置１００の各部に送信して各部の動作を制御する。

操作部１０４は、オペレータからの操作入力を受け付ける操作部材を含んでいる。この操作部材としては、例えば、文字入力のためのキーボード、ポインティングデバイス、マウス等を用いることができる。

コントローラ１１０は、測定器本体１０との間で通信を行うための手段であり、測定器本体１０との間で送受信するデータの変換処理を行う。コントローラ１１０は、制御装置１００から測定器本体１０に送信されるデジタルの指令をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ（digital-to-analog）変換器と、測定器本体１０から制御装置１００に送られる測定値等のデータをデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ（analog-to-digital）変換器とを含んでいてもよい。

記憶装置１０６は、処理装置１０２による演算に使用されるプログラム、及び測定器本体１０から取得した測定結果等のデータを記憶する。記憶装置１０６としては、例えば、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気ディスクを含む装置、ｅＭＭＣ（embedded Multi Media Card）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のフラッシュメモリを含む装置等を用いることができる。図１には、記憶装置１０６に記憶されるプログラムの例として、汎用測定プログラム及び校正異常判定プログラムが図示されており、記憶装置１０６に記憶されるデータの例として、校正結果情報、しきい値情報及び設定情報が図示されている。

表示装置１０８は、文字情報、画像、ＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示するための装置である。表示装置１０８としては、例えば、液晶ディスプレイを用いることができる。表示装置１０８には、測定器本体１０から取得した測定値等のデータ、測定子２６の校正の結果を表示させることができる。また、処理装置１０２が測定子２６の校正の結果に基づいて測定子２６の洗浄又は交換が必要であると判定した場合には、表示装置１０８は、処理装置１０２からの指令にしたがって、測定子２６の洗浄又は交換が必要であることをユーザーに通知するための表示を行う。

なお、ユーザーに対して通知を行う装置としては、表示装置１０８に加えて、又は表示装置１０８の代わりに、音声を出力するためのスピーカ等を備えていてもよい。

［異常検出方法］
次に、本実施形態に係る三次元測定器１における異常検出方法について説明する。

（処理Ａ）
測定子２６の摩耗と測定子２６への異物の付着が同時に発生した場合、固定の許容値を用いた異常の有無の判定では、測定子２６の異常が発生したことを検出することができない場合が生じ得る。このため、本実施形態に係る異常検出方法では、測定子２６の摩耗状況を考慮して、測定子２６に異常があるか否かを判定するための異常判定しきい値を算出して更新する（以下、処理Ａという。）。これにより、測定子２６の摩耗と測定子２６への異物の付着が同時に発生した場合であっても、測定子２６の異常を検出することが可能になる。

（処理Ｂ）
また、一般に、測定子２６の摩耗に起因する測定子２６の直径（スタイラス径）の変化（減少）は徐々に進行する。これに対して、異物の付着に起因するスタイラス径の測定値の変化（増加）の割合の絶対値は、測定子２６の継続使用による摩耗に起因するスタイラス径の測定値の変化（減少）の割合の絶対値と比較して大きくなる。

一方、測定子２６に継続使用による摩耗に加えて破損が発生した場合には、スタイラス径の測定値の変化（減少）の割合の絶対値は、測定子２６の継続使用による摩耗に起因するスタイラス径の測定値の変化（減少）の割合の絶対値と比較して大きくなる。

本実施形態に係る異常検出方法では、このスタイラス径の測定値の変化の割合の違いに着目して、測定子２６の異常が異物の付着に起因するものであるのか、又は測定子２６の破損に起因するものであるのかを判定する（以下、処理Ｂという。）。

次に、本実施形態に係る異常検出方法の概要を説明する。本実施形態では、まず、ユーザーは、あらかじめ制御装置１００で、しきい値情報及び設定情報を設定しておく。

ここで、設定情報は、例えば、測定子２６及び校正用のゲージ２８に関する情報を含んでいる。測定子２６に関する情報は、測定子２６の直径、及び測定器本体１０のカウンタによってカウントされた測定子２６の使用回数（プロービングを行ったプロービング回数）に関する情報を含んでおり、ユーザーは、測定子２６を交換するごとに、操作部１０４により使用回数をリセットしてゼロに設定することが可能となっている。校正用のゲージ２８に関する情報は、校正用のゲージ２８の形状及び直径に関する情報を含んでいる。

また、しきい値情報は、測定子２６の直径（スタイラス径）の許容範囲（測定子２６の直径からの差）を示すしきい値に関する情報を含んでいる。しきい値情報は、ユーザーが任意に設定できるようにしてもよいし、実験的に定められていてもよいし、又は、測定器本体１０又は測定子２６の種類によってあらかじめ決まっていてもよい。

次に、ユーザーは、測定器本体１０のプローブ２２に取り付けられたスタイラス２４の先端の測定子２６を校正用のゲージ２８に接触させて、校正用のゲージ２８の測定を行う。この校正用のゲージ２８の測定結果を含む情報は、制御装置１００に送信される。

制御装置１００は、コントローラ１１０を介して、校正用のゲージ２８の測定結果を含む情報を受け取る。この校正結果情報は、測定子２６の校正結果の履歴として記憶装置１０６に蓄積される。制御装置１００の処理装置１０２は、この校正結果情報の履歴を用いて異常の検出のための処理を行う。制御装置１００が複数の測定器本体１０又は測定子２６の制御を行うことが可能となっている場合には、校正結果情報は、測定器本体１０ごと、又は測定子２６ごとに蓄積されるようにしてもよい。測定子２６が交換された場合、校正結果情報の履歴は消去されて新たな測定子２６の校正結果情報の蓄積が開始されるようにしてもよい。なお、校正結果情報及びその履歴は、同種の測定器本体１０又は測定子２６に関する異常検出に利用可能としてもよい。

処理装置１０２は、汎用測定プログラムを用いて校正用のゲージ２８の測定結果を含む情報を処理して、校正結果情報を求める。処理装置１０２は、校正結果情報を記憶装置１０６に記憶させる。ここで、校正結果情報は、校正用のゲージ２８の測定結果から算出されたスタイラス径に関する情報を含んでいる。

処理装置１０２は、校正異常判定プログラム（処理Ａ及び処理Ｂを実行するために使用されるプログラム）を用いて、校正結果情報、しきい値情報及び設定情報を用いて、スタイラス２４の摩耗を考慮した異常の検出を行う。ここで、異常の検出においては、記憶装置１０６に記憶された校正結果情報、しきい値情報及び設定情報に基づいて、測定子２６の摩耗状況をしきい値情報（判定上限値及び判定下限値）に反映させて、このしきい値情報を用いて異常の検出を行う。

処理装置１０２は、異常の検出結果を表示装置１０８に表示させる。これにより、ユーザーは、表示装置１０８の表示内容を確認して、校正の判定に対応することが可能になる。具体的には、スタイラス２４に異物の付着があると判定された場合は、スタイラスの清掃を行い、スタイラス２４が摩耗又は破損していると判定された場合は、新しいスタイラス２４に交換する。これにより、校正異常の原因の判定結果に応じた対処が可能になる。

なお、本実施形態に係る異常検出方法は、測定器本体１０において、プロービング（校正用のゲージ２６のプロービング（校正）を含む。）が所定の回数行われるごとに実行されるようにしてもよいし、所定の期間経過するごとに実行されるようにしてもよい。

（異常検出方法の具体例）
以下、本実施形態に係る異常検出方法について、図２及び図３を参照して具体的に説明する。図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る三次元測定器における異常検出方法を示すフローチャートである。

（異常判定しきい値の算出）
まず、測定子２６の摩耗を考慮した異常判定しきい値の算出（処理Ａ）について説明する。

測定子２６の異常検出処理が開始されると、制御装置１００の処理装置１０２は、測定子２６の校正結果情報の履歴を記憶装置１０６から取得する（ステップＳ１０：校正工程）。ステップＳ１０において取得する測定子２６の校正結果情報は、スタイラス径（測定値）StyDia(i)、標準偏差StdDev(i)、校正を行った時の総プロービング回数PrbCnt(i)及び校正を行った回数ｎ（ｎ＞２）を含んでいる。ここで、ｉは、何回目の校正結果かを示すパラメータである。

また、処理装置１０２は、しきい値情報及び設定情報を記憶装置１０６から取得する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において取得するしきい値情報は、異物付着しきい値ΔHiStyDiaLimit、スタイラス破損しきい値ΔLoStyDiaLimit及び標準偏差しきい値StdDevLimitを含んでいる。異物付着しきい値ΔHiStyDiaLimitは、異物の付着に起因するスタイラス径の増加の許容範囲を示しており、ユーザーに測定子２６の洗浄を促すか否かの判定の基準となるしきい値である。スタイラス破損しきい値ΔLoStyDiaLimitは、測定子２６の摩耗又は破損に起因するスタイラス径の減少の許容範囲を示しており、ユーザーに測定子２６の交換を促すか否かの判定の基準となるしきい値である。標準偏差しきい値StdDevLimitは、校正結果情報から外れ値（異常値）を除外するために用いられるしきい値である。

次に、処理装置１０２は、校正結果情報及びしきい値情報から処理に必要なパラメータを求める。

まず、処理装置１０２は、校正結果情報から、校正の標準偏差StdDev(i)が標準偏差しきい値StdDevLimit以上のもの、すなわち、外れ値を除外する（ステップＳ１４）。以下、StdDev(i)＜StdDevLimitの条件を満たす校正結果情報、すなわち、外れ値を除外したものを下記のように記載する。
・スタイラス径：StyDia'(i)
・校正を行った時の総プロービング回数：PrbCnt'(i)
・校正を行った回数：ｎ’
次に、スタイラス径の判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDiaを算出する（ステップＳ１６）。まず、プロービングが繰り返されて測定子２６の表面が摩耗することに起因するスタイラス径の変化の予測線を算出する（予測工程）。

図４は、プロービング回数とスタイラス径との関係の例を示すグラフである。以下の説明では、プロービング回数をｘ、スタイラス径をｙとして説明する。

スタイラス径StyDia'(i)と校正を行った時の総プロービング回数PrbCnt'(i)から最小二乗法を使って、スタイラス径の変化の予測線として、回帰直線Ｌ１：ｙ＝ａｘ＋ｂを求める。ここで、ｘ_ｉ＝PrbCnt'(i)、ｙ_ｉ＝StyDia'(i)とすると、回帰直線Ｌ１の傾きａ及び切片ｂは、それぞれ下記の数１及び数２により求められる。

なお、本実施形態では、プロービング回数に対するスタイラス径の変化の予測線を、校正結果情報のスタイラス径の履歴の回帰直線Ｌ１として求めたが、本発明はこれに限定されない。例えば、予測線を近似曲線（例えば、２次曲線、又は２次以上の高次曲線）として求めてもよい。

次に、測定子２６の摩耗を考慮したスタイラス径の現在値の予測値を算出する。具体的には、ｙ＝ａｘ＋ｂのｘに総プロービング回数の現在値PrbCnt(n')を代入することにより算出される図４のｙ＝PreStyDia（図４においてスタイラス径の予測値を示す点αのｙ座標）をスタイラス径の予測値とする。

次に、測定子２６の摩耗を考慮したしきい値、すなわち、測定子２６への異物の付着に起因するスタイラス径の増加の判定の基準となる判定上限値PreHiStyDiaと、測定子２６の摩耗又は破損の判定の基準となる判定下限値PreLoStyDiaを算出する（算出工程）。判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDia（図４における点Ｐ_Ｕ及びＰ_Ｌのｙ座標）は、式（１）及び式（２）により求めることができる。

PreHiStyDia＝PreStyDia＋ΔHiStyDiaLimit …（１）
PreLoStyDia＝PreStyDia－ΔLoStyDiaLimit …（２）
なお、１回目の校正（ｎ’＝１）の場合又は継続使用に起因する摩耗を無視することができる場合（プロービング回数が比較的少ない場合）には、式（３）及び式（４）に示すように、スタイラス径の測定値に対してΔHiStyDiaLimit及びΔLoStyDiaLimitをそれぞれ加算及び減算した値を判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDiaとして用いることができる。

PreHiStyDia＝PrbCnt(1)＋ΔHiStyDiaLimit …（３）
PreLoStyDia＝PrbCnt(1)－ΔLoStyDiaLimit …（４）
図４では、各校正時点における判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDiaを結んだ線をそれぞれＬ_Ｕ及びＬ_Ｌとして示している。

次に、処理装置１０２は、ステップＳ１６において算出した判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDiaを用いて、測定子２６の摩耗状況を考慮した異常の有無を判定する（ステップＳ１８及びＳ２０：第１の判定工程）。

スタイラス径の測定値StyDia'(n')が判定上限値以上、すなわち、StyDia'(n')≧PreHiStyDiaの場合（ステップＳ１８のＹｅｓ）、処理装置１０２は、スタイラス２４に異物が付着していると判定して、スタイラス２４に異物が付着している旨をユーザーに通知する（ステップＳ３０）。

一方、スタイラス径が判定上限値未満、すなわち、StyDia'(n')＜PreHiStyDiaの場合には（ステップＳ１８のＮｏ）、スタイラス径が判定下限値PreLoStyDia以下、すなわち、StyDia'(n')≦PreLoStyDiaであるか否かを判定する（ステップＳ２０）。スタイラス径が判定下限値PreLoStyDia以下の場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、処理装置１０２は、スタイラス２４が摩耗又は破損していると判定して、スタイラス２４が摩耗又は破損している旨をユーザーに通知する（ステップＳ３２）。

一方、スタイラス径が判定上限値未満であり（ステップＳ１８のＮｏ）、かつ、スタイラス径が判定下限値PreLoStyDiaより大きい場合（ステップＳ２０のＮｏ）、ステップＳ２２以降の処理Ｂに進む。

図４に示す例では、現在のスタイラス径の測定値を示す点をＰ_Ｎとする。点Ｐ_Ｎのｙ座標は、点Ｐ_Ｕのｙ座標である判定上限値PreHiStyDiaよりも大きいため、処理装置１０２により、測定子２６に異物が付着していると判定され（ステップＳ１８）、表示装置１０８にその旨のメッセージが表示された。これにより、ユーザーは、適時に、付着した異物を除去するためにスタイラス２４及び測定子２６の洗浄を行うことができ、測定精度の低下を防止することが可能になる。

本実施形態の処理Ａによれば、判定上限値PreHiStyDia及び判定下限値PreLoStyDiaに測定子２６の摩耗状況を反映させることができるので、測定子２６の摩耗と測定子２６への異物の付着が発生した場合であっても、異常の検出を正確に行うことが可能になる。

（測定子の直径の測定値の変化の割合に基づく異常の検出）
次に、測定子２６の直径の測定値の変化の割合に基づく異常の検出（処理Ｂ）について説明する。処理Ｂでは、処理装置１０２は、測定子２６の異常が、異物の付着に起因するものであるのか、又は測定子２６の破損に起因するものであるのかを判定して、表示装置１０８を用いてユーザーに通知する。

処理Ｂでは、処理装置１０２は、スタイラス径の測定値を示す点γの回帰直線Ｌ１からの乖離の度合の判定を行って、異常の有無の判定を行う（ステップＳ２４からＳ２８：第２の判定工程）。

まず、異常の原因の特定に必要なパラメータとして乖離角θを算出する（ステップＳ２２）。ここで、乖離角θは、測定子２６の直径の測定値（最新値）の回帰直線Ｌ１からの乖離の度合を示すパラメータである。

ステップＳ２２では、処理装置１０２は、まず、乖離角θの算出に必要なパラメータを取得する。ステップＳ２２では、処理装置１０２は、ステップＳ１０からステップＳ１６において取得又は算出した下記の情報を取得する。
・スタイラス径：StyDia'(i)
・校正を行った時の総プロービング回数：PrbCnt'(i)
・校正を行った回数：ｎ’（ｎ’＞２）
・スタイラス径の判定上限値：PreHiStyDia
・スタイラス径の判定下限値：PreLoStyDia
・回帰直線Ｌ１の傾き：ａ
・回帰直線Ｌ１の切片（初期値）：ｂ
本実施形態では、処理装置１０２は、この測定子２６の直径の測定値の変化の割合に着目して、測定子２６の異常が異物の付着に起因するものであるのか、又は測定子２６の破損に起因するものであるのかを判定する。処理装置１０２は、ステップＳ１２において記憶装置１０６から取得したしきい値情報から下記の情報を取得する。
・異物判定しきい角度：HiRadLimit（第１のしきい角度）
・スタイラス破損判定しきい角度：LoRadLimit（第２のしきい角度）
異物判定しきい角度HiRadLimitは、スタイラス径の変化が異物の付着に起因するものであるか否かを判定に用いられるしきい値であり、スタイラス破損判定しきい角度LoRadLimitは、スタイラス径の変化が測定子２６の破損に起因するものであるか否かを判定するために用いられるしきい値である。

また、処理装置１０２は、ステップＳ１２において記憶装置１０６から取得した設定情報から下記の情報を取得する。
・しきい角度算出基準：RefPosDis
しきい角度算出基準：RefPosDisは、回帰直線Ｌ１からの点γの乖離の度合の判定の基準となる点βを決定するときに用いられる値である（式（６）参照）。

これらのしきい角度及びしきい角度算出基準は、ユーザーが任意に設定できるようにしてもよいし、実験的に定められていてもよいし、若しくは、測定器本体１０又は測定子２６の種類によってあらかじめ決まっていてもよい。

図５は、プロービング回数とスタイラス径との関係の別の例を示すグラフであり、図６は、図５の乖離角を拡大して示す図である。図５及び図６において、スタイラス径の予測値を示す点をα、スタイラス径の測定値（最新値）を示す点をγ、過去の時点に対応する回帰直線Ｌ１上の点（回帰直線Ｌ１からの点γの乖離の度合の判定の基準となる点）をβとする。この点βは、例えば、現在の時点（第１の時点）の点γよりも過去の第２の時点（例えば、数回前の校正時点）における回帰直線Ｌ１上の点又はスタイラス径の測定値とすることができる。

回帰直線Ｌ１の傾きａ及び切片ｂを用いて、下記のように、３点α、β及びγの座標（それぞれ（ｘ_α，ｙ_α）、（ｘ_β，ｙ_β）及び（ｘ_γ，ｙ_γ）とする。）を算出する。なお、RefPosDis＞０とする。

（ｘ_α，ｙ_α）＝(PrbCnt'(n'), a*PrbCnt'(n')+b) …（５）
（ｘ_β，ｙ_β）＝(PrbCnt'(n')-RefPosDis, a*{PrbCnt'(n')-RefPosDis}+b) …（６）
（ｘ_γ，ｙ_γ）＝(PrbCnt'(n'), StyDia'(n')) …（７）
次に、点βを始点とし、点αを終点とするベクトル、及び点βを始点とし、点γを終点とするベクトルを、それぞれ数３及び数４により求める。

両ベクトルの内積から、線分βαと線分βγとがなす角（乖離角∠αβγ）の角度θを数５により求める。

まず、処理装置１０２は、スタイラス径の測定値（点γ）と回帰直線Ｌ１との位置関係、スタイラス径の測定値（点γ）が予測値（点α）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２４）。

スタイラス径の測定値（点γ）が回帰直線Ｌ１上か、又は回帰直線Ｌ１よりも＋ｙ側にある場合、すなわち、ｑ≧ｓ（又はｙ_γ≧ｙ_α）の場合（ステップＳ２４のＹｅｓ）、処理装置１０２は、乖離角θと異物判定しきい角度HiRadLimit（図６のθ_Ｔ）とを比較して、測定子２６に異物が付着しているか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６では、乖離角θ≧HiRadLimitの場合に、処理装置１０２は、スタイラス２４に異物が付着していると判定して、スタイラス２４に異物が付着している旨をユーザーに通知する（ステップＳ３０）。一方、ステップＳ２６において、乖離角＜HiRadLimitの場合に、処理装置１０２は、スタイラス２４に異常がないと判定して、スタイラス２４に異常がない旨をユーザーに通知する（ステップＳ３４）。

一方、スタイラス径の測定値（点γ）が回帰直線Ｌ１よりも－ｙ側にある場合、すなわち、ｑ＜ｓ（又はｙ_γ＜ｙ_α）の場合（ステップＳ２４のＮｏ）、処理装置１０２は、乖離角θとスタイラス破損判定しきい角度LoRadLimitとを比較して、測定子２６が破損しているか否かを判定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８では、乖離角θ≧LoRadLimitの場合、処理装置１０２は、スタイラス２４が破損していると判定して、スタイラス２４が破損している旨をユーザーに通知する（ステップＳ３２）。一方、ステップＳ２８において、乖離角θ＜LoRadLimitの場合、処理装置１０２は、スタイラス２４に異常がないと判定して、スタイラス２４に異常がない旨をユーザーに通知する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３０からＳ３４では、下記のように、表示装置１０８を用いてユーザーへの通知を行うことが可能である。

処理装置１０２は、スタイラス２４に異物の付着があると判定した場合には（ステップＳ３０）、「スタイラスに異物が付着している可能性があります。スタイラスの清掃を実施して下さい。」というメッセージを表示装置１０８に表示させる。

一方、処理装置１０２は、スタイラス２４に摩耗又は破損していると判定した場合には（ステップＳ３２）、「スタイラスが摩耗又は破損している可能性があります。新しいスタイラスへの交換を推奨します。」というメッセージを表示装置１０８に表示させる。

また、処理装置１０２は、スタイラス２４に異常がないと判定した場合には（ステップＳ３４）、「スタイラス径は、設定した基準内です。」というメッセージを表示装置１０８に表示させる。

なお、これらのメッセージは、表示の代わりに音声を用いてもよいし、表示と音声とを併用するようにしてもよい。

図５に示す例では、現在のスタイラス径の測定値を示す点γのｙ座標は、点Ｐ_Ｕのｙ座標である判定上限値PreHiStyDiaよりも小さい。このため、処理Ａでは、測定子２６の異常を検出することができないが、処理Ｂにおいて、回帰直線Ｌ１からの乖離角θを用いた判定において、異物の付着があると判定され、表示装置１０８にその旨のメッセージが表示された。これにより、ユーザーは、適時に、付着した異物を除去するためにスタイラス２４及び測定子２６の洗浄を行うことができ、測定精度の低下を防止することが可能になる。

また、点γのｙ座標は、点Ｐ_Ｌのｙ座標である判定下限値PreLoStyDiaよりも大きい場合であっても、処理Ｂにおいて、回帰直線Ｌ１からの乖離角θを用いた判定において、測定子２６の直径の急激な減少を検出することができるので、測定子２６の破損を検出することが可能になる。

なお、本実施形態では、処理Ａと処理Ｂとを両方とも実行するようにしたが、処理Ａ及び処理Ｂのいずれか一方のみを実行するようにしてもよい。

処理Ａ（ステップＳ１０からＳ２０及びステップＳ３０からＳ３４）のみを実行する場合には、例えば、スタイラス径が判定上限値未満であり（ステップＳ１８のＮｏ）、かつ、スタイラス径が判定下限値PreLoStyDiaより大きい場合に（ステップＳ２０のＮｏ）、処理装置１０２は、スタイラスの異常がないと判定して、スタイラス２４に異常がない旨をユーザーに通知する（ステップＳ３４）ようにすればよい。

また、例えば、プロービング回数が比較的少なく、継続使用に起因する摩耗量がしきい値に影響しない程度の場合には、処理Ｂ（ステップＳ１０からＳ１４及びステップＳ２２からＳ３４）のみを実行するようにしてもよいし、又は、しきい値の算出（ステップＳ１６）を行わずに、式（３）及び式（４）のしきい値を用いて、ステップＳ１０からＳ１４及びステップＳ１８からＳ３４を実行するようにしてもよい。

なお、本実施形態に係る処理Ｂでは、測定子２６の直径の測定値（最新値）の回帰直線Ｌ１からの乖離の度合を示すパラメータとして乖離角θを用いたが、処理Ｂで用いるパラメータは乖離角θに限定されない。処理Ｂで用いるパラメータとしては回帰直線Ｌ１からの距離を用いてもよい。

１…三次元測定器、１０…測定器本体、１２…ヘッド、１４…ビーム（梁）、１６…コラム（支柱）、１８…定盤、２０…基台、２２…プローブ、２４…スタイラス、２６…測定子、２８…校正用のゲージ（校正球）、１００…制御装置、１０２…処理装置、１０４…操作部、１０６…記憶装置、１０８…表示装置、１１０…コントローラ

Claims (7)

1. 被測定物に接触させて前記被測定物の測定を行うための測定子の異常を検出する異常検出方法であって、
   前記測定子を用いて、前記測定子の校正用のゲージの測定の結果を取得する校正工程と、
   前記校正用のゲージの測定の結果に基づいて前記測定子の摩耗状況を予測する予測工程と、
   前記測定子の摩耗状況の予測の結果に基づいて、前記測定子の異常の有無を判定するためのしきい値を算出する算出工程と、
   前記校正用のゲージの測定の結果と前記算出したしきい値に基づいて、前記測定子の異常の有無の判定を行う第１の判定工程と、
   を備える異常検出方法。
2. 前記予測工程では、前記測定子の直径の予測値を算出し、
   前記算出工程では、前記測定子の直径の予測値に、あらかじめ定められたしきい値を加算及び減算することにより、前記測定子の異常の有無を判定するための判定上限値及び判定下限値をそれぞれ算出する、請求項１記載の異常検出方法。
3. 前記第１の判定工程では、前記校正用のゲージの測定の結果から求められた前記測定子の直径の測定値が前記判定上限値以上の場合に、前記測定子に異物が付着したと判定し、前記測定値が前記判定下限値以下の場合に、前記測定子が摩耗又は破損したと判定する、請求項２記載の異常検出方法。
4. 前記校正用のゲージの測定の結果から求められた前記測定子の直径の測定値の、前記測定子の摩耗状況の予測からの乖離の度合を示すパラメータを算出し、前記パラメータを用いて、前記測定子の異常の有無の判定を行う第２の判定工程を更に備える請求項１から３のいずれか１項記載の異常検出方法。
5. 前記第２の判定工程は、
   第１の時点における前記測定子の直径の測定値を示す点と、前記第１の時点よりも前の第２の時点における前記測定子の直径の値を示す点とを結ぶ線分と、前記第１の時点における前記測定子の直径の予測値を示す点と、前記第２の時点における前記測定子の直径の値を示す点とを結ぶ線分とがなす乖離角を、前記パラメータとして算出し、
   前記測定値が前記予測値以上の場合であって、かつ、前記乖離角が第１のしきい角度以上の場合に、前記測定子に異物が付着したと判定し、前記測定値が前記予測値よりも小さい場合であって、かつ、前記乖離角が第２のしきい角度以上の場合に、前記測定子が摩耗又は破損したと判定する、請求項４記載の異常検出方法。
6. 被測定物に接触させて前記被測定物の測定を行うための測定子と、
   前記測定子を用いて行った校正用のゲージの測定の結果に基づいて前記測定子の摩耗状況を予測し、前記測定子の摩耗状況の予測の結果に基づいて、前記測定子の異常の有無を判定するためのしきい値を算出し、前記校正用のゲージの測定の結果と前記算出したしきい値に基づいて、前記測定子の異常の有無の判定を行う処理装置と、
   を備える三次元測定器。
7. 前記処理装置は、前記校正用のゲージの測定の結果から求められた前記測定子の直径の測定値の、前記測定子の摩耗状況の予測からの乖離の度合を示すパラメータを算出し、前記パラメータを用いて、前記測定子の異常の有無の判定を行う、請求項６記載の三次元測定器。

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