JPH0827177B2

JPH0827177B2 - 寸法測定装置および測定値補正方法

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Publication number: JPH0827177B2
Application number: JP1254513A
Authority: JP
Inventors: 久夫原; 秀人近藤; 秀昭畑田; 信治濱野
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH03115909A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は一定方向に振動させた光を被測定物体に照射
して、その被測定物体の寸法を測定する寸法測定装置お
よびその寸法測定装置の測定値を補正する測定値補正方
法に関する。

［従来の技術］レーザ光を用いて物体の寸法を非接触で正確に測定す
る寸法測定装置は、例えば第４図に示すように構成され
ている。光源１から出力されたレーザ光２は平面鏡３で
反射されて音叉偏向器４の一方の自由端に取付けられた
平面鏡５にて反射される。音叉偏向器４は電磁コイル６
にて駆動され、形状で定まる一定周波数で振動する。よ
って、平面鏡５で反射されたレーザ光２も一定方向に振
動する。その振動するレーザ光２はハーフミラー7,コリ
メータレンズ８を介して被測定物体９に照射される。被
測定物体９を通過したレーザ光２は集光レンズ10を介し
て受光器11へ入射される。

一方、ハーフミラー７で反射されたレーザ光２はコリ
メータレンズ12を介して校正用の基準棒13に照射され
る。基準棒13を通過したレーサ光２は集光レンズ14を介
して受光器15へ入射される。

このような寸法測定装置において、レーザ光２は被測
定物体９上において、音叉偏向器４の振動周波数で定ま
る周期T₀で光軸と直交する方向に走査される。したがっ
て、受光器11から出力される受光信号ａの信号波形は、
被測定物体９で遮光される期間Ｔだけロー（Ｌ）レベル
となる周期T₀の周期波形となる。

基準棒13の存在によって受光器15から出力される受光
信号a₂は図示するように、基準棒13の存在期間だけＬレ
ベルとなる。そして、その受信信号a₂のエッジカウント
値から走査周期のカウント値と走査の中心位置のカウン
ト値が求まる。基準棒13の各エッジカウント値からこの
中心位置のカウント値を引き、さらに走査周期のカウン
ト値で割ると、各エッジが走査周期のなかで占める位相
が求まる。それぞれの位相を走査位置の時間変化を示す
関数表を用いて各エッジ位置に対応した値に変換するこ
とができる。

こうして得られた各エッジ位置の差は走査幅に依存し
て変化するが、この値を基準棒の測定値M_Sとしておく。

基準棒13と全く同様の手順にて被測定物体９からの受
光信号ａから測定値D₀が求まる。この測定値D₀も走査幅
に依存して変化するが、前述した測定値M_Sと基準棒13の
真値d_Rとを用いて被測定物体９の真の測定値ｄが算出さ
れる。

ｄ＝D₀（d_R／M_S）しかし、第４図の装置においては、レーザ光２はハー
フミラー７までは同一経路を通過するので、ハーフミラ
ー７に入射されるまでの音叉偏向器４を含む光学部材に
据付寸法や特性に変化が生じたとしても、被測定物体９
および基準器13の寸法測定に対して同一条件で影響を与
えるので、予め基準器13に対する寸法測定を実行するこ
とによって、被測定物体９に対する寸法測定結果を補正
することが可能である。

しかし、コリメータレンズ８の収差や、ハーフミラー
７に存在するゆがみや傷、および第４図には示されてい
ないが、光学系を小型化するために上記ハーフミラー７
以降に挿入される光路折返し用ミラーや光学系を密閉す
るるめに用いる光学窓のゆがみや傷による走査歪が残
る。このような走査歪が存在すると、被測定物体９の測
定されたエッジ位置と実際のエッジ位置とが異なる懸念
がある。すなわち、レーザ光２と直交する方向の測定さ
れた各位置と実際の各位置とが完全に一致しなくなる。

このような不都合を解消するために、光路内にナイフ
エッジを挿入して、、ナイフエッジ位置を徐々に移動さ
せて、各移動位置における各測定値と実際の各値との関
係を示す補正データを算出して、実際の被測定物体９の
測定値を補正するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記のように構成された寸法測定装置
においてもまだ改良すべき次のような課題がある。

すなわち、一般に寸法測定装置は、第４図に示すよう
主として光学部材で構成された検出部と、この検出部の
受光器から出力された受光信号に対して所定の演算処理
を施して、被測定物体９の寸法ｄを算出して、算出結果
である測定値を表示したり印字出力するデータ処理部と
で構成されている。

そして、補正データを算出したり、補正データを用い
て実際の測定値を補正する補正処理がデータ処理部で実
行されるので、前述した補正データは、データ処理部に
記憶されている。

しかし、データ処理部に補正データが記憶されている
と、検出部とデータ処理部とは必ず一対で使用すること
になる。また、一般に、寸法測定装置で測定する被測定
物体の大きさや測定範囲は、検出部におけるレーザ光２
の走査幅，各レンズ8,10の大きさにて定まり、データ処
理部の仕様は全く同一にできる。したがって、１台のデ
ータ処理部に対して、複数台の検出部が接続可能になる
ことが望まれている。

しかし、検出部毎に異なる補正データがデータ処理部
に記憶されているので、データ処理部を任意の検出部に
接続することができなかった。また、データ処理部も複
数台存在する場合は、検出部を自己に指定されたデータ
処理部以外へ接続することができなかった。

また、検出部のみが故障した場合は、検出部のみをメ
ーカーのサービスステーションに持込んで修理できな
く、必ず正常なデータ処理部も同時に持参する必要があ
った。

さらに、このような検出部とデータ処理部とからなる
寸法測定装置を製造する場合は検出部とデータ処理部と
を別工程で製造するが、調整段階において必ず対で調整
する必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、補正データを検出部内に設けられた不揮発性メモリ
に記憶しておくことにより、検出部を任意のデータ処理
部へ接続可能となり、たとえ検出部にコリメータレンズ
の収差やハーフミラーのゆがみ，歪等が生じていたとし
ても、同一のデータ処理部でもって正しい寸法測定値を
得ることができ、高い寸法測定精度を維持したままで適
用範囲を広げることができ、操作性を大幅に向上できる
寸法測定装置および測定値補正方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、被測定物体に対して、測定方向に振動する
光を照射して、被測定物体の背後に配設された受光器で
光を受光して測定信号を出力する検出部と、この検出部
に対して信号線を介して接続自在に設けられ、この検出
部に接続された状態で、検出部から出力された測定信号
から被測定物体の寸法を算出するデータ処理部とからな
る寸法測定装置に適用される。

そして、上記課題を解消するために本発明の寸法測定
装置においては、検出部に対して、算出された測定値に
対する補正データを記憶するための不揮発性メモリとを
付加し、データ処理部に対して、検出部から出力された
測定信号から測定値に対する補正データを算出する補正
データ算出部と、この補正データ算出部で算出され補正
データを不揮発性メモリへ書込む補正データ書込手段
と、補正データを一時記憶するための揮発性メモリと、
記被測定物体に対する測定動作開始前に、不揮発性メモ
リに記憶された補正データを読出して揮発性メモリに書
込む補正データ転送手段と、この補正データ転送手段に
て揮発性メモリに記憶された補正データで被測定物体の
算出された測定値を補正する測定値補正手段とを付加し
ている。

また、別の発明の測定値補正方法においては、先ず、
検出部において、振動する光をこの光の振動方向と直交
する方向に移動するナイフエッジに照射してナイフエッ
ジの各移動位置における各測定信号を各校正信号として
データ処理部へ送信する。

次に、データ処理部において、受信した各校正信号と
実際の各移動位置との関係で定まる補正データを算出
し、この算出された補正データを信号線を介して検出部
内に設けられた不揮発性メモリに書込み、検出部におけ
る実際の被測定物体に対する測定動作開始前に、不揮発
性メモリに記憶された補正データを信号線を介して読取
り、この読取った補正データを自己内に設けられた揮発
性メモリに書込み、検出部における実際の被測定物体に
対する測定動作開始後に、検出部から受信した測定信号
から被測定物体の寸法を算出し、この算出した寸法を揮
発性メモリに記憶された補正データで補正するようにし
ている。

［作用］このように構成された寸法測定装置は、実際に被測定
対象に光を照射して受光器から測定信号を得る検出部
と、この検出部で得られる測定信号から被測定対象の寸
法を得るデータ処理部とからなる。

そして、この発明においては、例えば基準器やナイフ
エッジ等の被測定対象のエッジ位置を補正しようとする
測定器で測定し、補正データを算出する。この算出され
た補正データは検出部内に設けられた不揮発性メモリに
記憶保持される。したがって、この不揮発性メモリに記
憶保持される補正データは、例えば光学系等に関する各
検出部固有の値である。

そして、データ処理部を検出部に接続して、実際に被
測定物体に対する測定を開始する前に、補正データはデ
ータ処理部に設けられた揮発性メモリに転送されて書込
まれる。そして、この揮発性メモリに記憶された補正デ
ータを用いて実際に測定された被測定物体の測定値が補
正される。

すなわち、検出部固有のデータである補正データは検
出部内に記憶されているので、この検出部を任意のデー
タ処理部へ接続可能となる。

また別の発明によれば、検出部の光の光路にナイフエ
ッジを挿入して、測定されたナイフエッジの各位置と実
際のナイフエッジの各位置との関係を示す補正データが
作成され、作成された補正データは一旦検出部の不揮発
性メモリに書き込まれる。そして、実際の被測定物体に
対する寸法測定開始前に、不揮発性メモリに記憶された
補正データをデータ処理部内の揮発性メモリに転送する
ようにしている。よって、この揮発性メモリに記憶され
た補正データでもって、測定値が補正される。

なお、測定値の補正時に、データ処理部内の揮発性メ
モリに記憶された補正データを使用する理由は、例えば
シリアル伝送ケーブルで接続された検出部の不揮発性メ
モリの補正データをその都度読出すのは読出時間が長く
なり、測定の応答性が低下するからでる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の測定値補正方法を適用した寸法測定
装置の示す模式図である。この寸法測定装置は、大きく
分けて、光学部材と一部の電子部材とからなる検出部19
と、この検出部から出力された信号の信号レベル変化位
置から被測定物体の寸法を算出するデータ処理部20とで
構成されている。

検出部19内において、レーザ光源21から出力されたレ
ーザ光22は音叉偏向器23の一方の自由端に取付けられた
平面鏡24にて反射される。駆動回路25は電磁コイル26に
励磁電流を通流することによって音叉偏向器23を加振す
るので、音叉偏向器23は形状で定まる一定周波数で振動
する。よって、平面鏡24で反射されたレーザ光22も図中
矢印Ａで示す方向に振動する。その振動するレーザ光22
はハーフミラー７を通過してコリメータレンズ27で平行
光に直され、例えば棒状の被測定物体28に照射される。
被測定物体28を通過したレーザ光22は集光レンズ29を介
して受光器30へ入射される。

一方、ハーフミラー７で反射されたレーザ光22はコリ
メータレンズ12を介して校正用の基準棒13に照射され
る。基準器13を通過したレーサ光22は集光レンズ14を介
して受光器15へ入射される。このこの受光器15にて受光
された受光信号を用いて前述した被測定物体28の真の測
定値ｄを算出するための校正値（d_R／M_S）が算出されて
寸法演算回路34へ送出される。さらに、レーザ光22が基
準棒13のエッジ位置を横切ったタイミングを検出して、
基準位置信号として同じく寸法演算回路35へ送出する。

また、受光器30から出力された受光信号ｂは、波形整
形回路31でＨレベルまたはＬレベルに波形整形されたの
ち信号線33を介してデータ処理部20へ送出される。

データ処理部20へ入力した波形整形され受光信号ｅは
エッジ検出回路32へ入力される。エッジ検出回路32は波
形整形された受光信号ｅにおけるレーザ光22が被測定物
体28の各エッジ位置を通過したときに生じる各信号
レベル変化を順次検出してエッジ位置に対応するパ
ルスを有するエッジ検出信号を次の寸法演算回路34へ送
出する。

寸法演算回路34は、基準棒13の測定によって得られた
校正値（d_R／M_S）および基準位置信号を用いて、入力し
たエッジ検出信号をエッジ位置に対応する各パルス
位置から、各エッジ位置における基準棒13のエッジ
位置で示される前記基準位置からの距離D₁，D₂を算出す
る。

具体的には寸法演算回路34内に、前記基準位置信号入
力が入力される毎に計数値がリセットされるカウンタが
設けられている。また、レーザ光22は正弦波状に振動し
ているので正弦波補正を実施する必要があり、そのため
に、カウンタの各計数値に対して走査光位置との関係を
示す関数表が記憶されている。そして、エッジ検出信号
が入力される毎にカウンタに計数されている計数値がラ
ッチ回路にラッチされる。ラッチされた各エッジ位置
に対応する計数値は前記関数表を用いて走査光位置に
変換する。そして、前記校正値（d_R／M_S）を用いて基準
位置からの距離D₁，D₂を算出する。

寸法演算回路34から出力されたエッジ位置を示す距離
D₁，D₂は補正演算回路35へ入力される。補正演算回路35
は、RAM等の揮発性メモリ36に記憶された、距離D₁，D₂
に対応する補正データP₁，P₂を読み出だして、入力され
た距離D₁，D₂にそれぞれ補正データP₁，P₂を加算して正
しい距離D₀₁，D₀₂を算出する。次に補正後の距離D₀₁，D
₀₂の差を算出して被測定物体29の寸法D₀（＝D₀₂−D₀₁）
を求めて表示器37aに表示するとともに、必要に応じ
て、プリンタ37bで印字出力される。

また、寸法演算回路34にて算出された補正前の距離Ｄ
は補正データ算出部38へ入力される。補正データ算出部
38は算出した補正データＰを切換回路39および伝送ケー
ブル40を介して検出部19内に設けられたE²PROM（電気的
に書込みおよび消去可能な読出専用メモリ）で形成され
た不揮発性メモリ41へ書込む。

また、測定制御部42は、不揮発性メモリ41に記憶され
た補正データＰを読み出して揮発性メモリ36に格納する
と共に、切換回路39,補正データ算出部38および補正演
算回路35の動作を制御する。

第３図は検出部19内のE²PROMで形成された不揮発性メ
モリ41とデータ処理部20内の補正データ算出部38および
測定制御部42との間のデータ伝送を説明するための図で
ある。この不揮発性メモリ41は、内部にメモリ本体，並
列／直列変換回路，直列／並列変換回路等が組込まれて
いる。また、データ処理部20側の補正データ算出部38お
よび測定制御部42内にもそれぞれ並列／直列変換回路，
直列／並列変換回路が組込まれている。

したがって、不揮発性メモリ41と補正データ算出部38
および測定制御部42との間におけるデータ伝送はシリア
ルデータ伝送方式で実行される。よって、検出部19とデ
ータ処理部20とを接続する伝送ケーブル40は３本の信号
線40a,40b,40cで形成されている。また、各信号線40a,4
0b,40cにおける検出部19側部分にレシーバ43a,43bおよ
びドライバ43cが介挿されいる。

次に、このように構成された寸法測定装置の動作を説
明する。

まず、補正データＰを算出する手順を説明する。最初
に測定制御部42は切換回路39を補正データ算出部38側に
切換えると共に、補正データ算出部38を起動させる。そ
して、第２図に示すように、ナイフエッジ44を移動台45
に搭載して、レーザ光22の光路に直角に一定速度で挿入
していく。このナイフエッジ44の先端の、前述した基準
位置からの距離で表示されるエッジ位置M_Eはレーザ干渉
計46にて精密に測定され、補正データ算出部35へ入力さ
れる。

一方、受光器30から出力されたナイフエッジ44のエッ
ジ位置に関する受光信号は寸法演算回路38にて測定上の
エッジ位置M₀が算出される。そして、補正データ算出部
38は、当該位置に対する補正データＰ（M₀）を算出す
る。

Ｐ（M₀）＝M_P−M₀ 算出された補正データＰ（M₀）は一旦内部メモリに記憶
する。

上述した手順でナイフエッジ44を移動しながら、寸法
演算回路34にて得られる測定上の各エッジ位置Ｄに対す
る補正データＰを算出する。全部の補正データＰの算出
処理が終了すると、算出された補正データＰを並列／直
列変換回路でシリアルデータに変換した後、切換回路39
および伝送ケーブル40を介して検出部19の不揮発性メモ
リ41へ送出する。不揮発性メモリ41は受信したシリアル
の補正データＰを元のパラレルの補正データＰに戻し
て、メモリ本体に書込む。不揮発性メモリ41に対する補
正データＰの書込処理が終了すると、測定制御部42は切
換回路39を測定制御部42側に切換えると共に、補正デー
タ算出部38の動作を停止させる。

このような状態になると、たとえ検出部19をデータ処
理部20から切り離したとしても、また装置全体の電源を
遮断したとしても不揮発性メモリ41に記憶された補正デ
ータＰは消滅することはない。

次に実際の被測定物体28に対する寸法測定を実行する
手順を説明する。

まず、検出部19とデータ処理部20とを接続した状態
で、装置全体の電源を投入すると、測定制御部42は検出
部19の不揮発性メモリ41に記憶されている補正データＰ
をシリアルデータの状態で読み出して、パラレルデータ
に変換して、揮発性メモリ36へ書込む。しかるのち、補
正演算回路35へ測定指令を送出する。よって、補正演算
回路35は寸法演算回路34からの寸法値Ｄ入力待ち状態と
なる。

そして、第１図に示すように、被測定物体28をレーザ
光22内に挿入すると、前述した手順で寸法演算回路34に
て寸法値Ｄが算出される。そして、この寸法値Ｄは補正
演算回路35にて揮発性メモリ36から読出された補正デー
タＰを用いて正しい測定値D₀に補正される。

このような構成の寸法測定装置および測定値補正方法
であれば、検出部19における、仕様差、コリメータレン
ズ27の収差や途中に挿入されるハーフミラーや光路を短
縮するために用いられるミラーのゆがみや歪や傷に起因
する検出器19個々が所有する補正データＰはデータ処理
部20で測定され、検出部19内の不揮発性メモリ41に書込
まれる。

そして、被測定物体28の寸法測定を開始するために装
置全体の電源を投入すると、不揮発性メモリ41に記憶さ
れている補正データＰはデータ処理部20内の揮発性メモ
リ36へ書込まれる。なお、この不揮発性メモリ41から揮
発性メモリ36へ補正データＰを移動させる処理は、電源
を投入してウオームアップ時間内に実行されるので、た
とえ補正データＰをシリアルデータに変換して伝送した
としても、上記ウオームアップ時間内に伝送処理が終了
するので特に問題となることはない。

ウオームアップ時間が経過して、被測定物体28をレー
ザ光22内へ挿入すると、補正演算回路35から補正後の正
しい寸法値D₀が出力され、表示器37aに表示される。な
お、補正データＰは揮発性メモリ36からパラレル状態で
読み出されて補正演算回路35にて補正演算されるので、
補正演算速度が低下することはない。

このように、検出部19固有の補正データＰを検出部19
内の不揮発性メモリ41に記憶させているので、この検出
部19をまったく別のデータ処理部20へ接続したとして
も、即座に被測定物体28に対する寸法測定作業を実行で
きる。逆に、データ処理部20側においても、仕様の異な
る複数種類の検出部19へ接続可能となる。

よって、データ処理部20を１台だけ準備して、複数台
の検出部19を、被測定物体の測定範囲，測定精度等の測
定条件に合わせて切換選択して使用できるので、必ず検
出部とデータ処理部とを対で使用しなければならなかっ
た従来装置に比較して、設備全体の費用を大幅に節減で
きる。また、設置面積も低減できる。

また、不揮発性メモリ41内に、前述した補正データＰ
のみならず、検出部19の測定範囲や測定精度等のデータ
も設定しておくことによって、データ処理部20側で、表
示器37aに補正後の寸法値D₀を表示する場合における表
示レンジや、デジタルで測定値を表示する場合の有効桁
数等を適格に表示することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えばレーザ光を用いて三角測量によって距離を
測定する検出部とデータ処理部とが分離された距離測定
装置にも適用できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の寸法測定装置および測定
値補正方法によれば、補正データを検出部内に設けられ
た不揮発性メモリに記憶して、測定前にデータ処理部の
揮発性メモリへ読み出すようにしている。したがって、
検出部を任意のデータ処理部へ接続可能となり、たとえ
検出部にコリメータレンズの収差やハーフミラーのゆが
み、歪等が生じていたとしても、同一のデータ処理部で
もって正しい寸法測定値を得ることができ、高い寸法測
定精度を維持したままで適用範囲を広げることができ、
かつ操作性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる寸法測定装置の概略
構成を示す模式図、第２図は実施例の測定値補正方法を
示す模式図、第３図は同実施例装置の要部を取出して示
すブロック図、第４図は従来の寸法測定装置の概略構成
を示す模式図である。 19……検出部、20……データ処理部、21……レーザ光
源、22……レーザ光、23……音叉偏向器、27……コリメ
ータレンズ、28……被測定物体、29……集光レンズ、30
……受光器、31……波形整形回路、32……エッジ検出回
路、33……寸法演算回路、35……補正演算回路、36……
揮発性メモリ、38……補正データ算出部、39……切換回
路、41……不揮発性メモリ、44……ナイフエッジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱野信治東京都港区南麻布５丁目10番27号アンリツ株式会社内 (56)参考文献実開昭57−155406（ＪＰ，Ｕ) 特公平６−63746（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物体（28）に対して、測定方向に振
動する光（22）を照射して、前記被測定物体の背後に配
設された受光器（30）で前記光を受光して測定信号を出
力する検出部（19）と、この検出部に対して信号線を介
して接続自在に設けられ、この検出部に接続された状態
で、前記検出部から出力された測定信号から前記被測定
物体の寸法を算出するデータ処理部（20）とからなる寸
法測定装置において、前記検出部（19）は、前記算出された測定値に対する補
正データを記憶するための不揮発性メモリ（41）を有
し、前記データ処理部（20）は、前記検出部から出力された測定信号から前記算出された
測定値に対する補正データを算出する補正データ算出部
（38）と、この補正データ算出部で算出され補正データを前記不揮
発性メモリへ書込む補正データ書込手段（42,39）と、補正データを一時記憶するための揮発性メモリ（36）
と、前記被測定物体に対する測定動作開始前に、前記不揮発
性メモリに記憶された補正データを読出して前記揮発性
メモリに書込む補正データ転送手段（39,42）と、この補正データ転送手段にて前記揮発性メモリに記憶さ
れた補正データで前記被測定物体の算出された測定値を
補正する測定値補正手段（35）とを有したことを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】被測定物体（28）に対して、測定方向に振
動する光（22）を照射して、前記被測定物体の背後に配
設された受光器（30）で前記光を受光して測定信号を出
力する検出部（19）と、この検出部に対して信号線を介
して接続自在に設けられ、この検出部に接続された状態
で、前記検出部から出力された測定信号から前記被測定
物体の寸法値を得るデータ処理部（20）とからなる寸法
測定装置において、前記検出部（19）は、前記振動する光をこの光の振動方向と直交する方向に移
動するナイフエッジ（44）に照射してナイフエッジの各
移動位置における前記各測定信号を各校正信号として前
記データ処理部へ送信し、次に、前記データ処理部（20）は、受信した各校正信号と実際の各移動位置との関係で定ま
る補正データを算出し、この算出された補正データを前記信号線を介して前記検
出部内に設けられた不揮発性メモリに書込み、前記検出部における実際の被測定物体に対する測定動作
開始前に、前記不揮発性メモリに記憶された補正データ
を前記信号線を介して読取り、この読取った補正データを自己内に設けられた揮発性メ
モリに書込み、前記検出部における実際の被測定物体に対する測定動作
開始後に、前記検出部から受信した測定信号から前記被
測定物体の寸法を算出し、この算出した寸法を前記揮発性メモリに記憶された補正
データで補正することを特徴とする寸法測定装置におけ
る測定値補正方法。