JPH10318701A - 座標測定方法における接触子の較正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度に接触子の較正値を求め、斯く求めた
較正値を用いて高精度の座標測定を可能にする接触子の
較正方法を提供する。 【解決手段】 プローブヘッド１２に装着された接触子
２１−１を測定テーブル上の接触子２１−２に接触させ
てＸ軸方向（又はＹ軸方向）に移動させ、接触子２１−
１のＺ軸方向の変位量に基づいて接触子２１−２の形状
を測定する。同様に接触子２１−１を用いて接触子２１
−３の形状を測定し、接触子２１−２を用いて接触子２
１−３の形状を測定する。各々の測定結果Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３は接触子２１−１，２１−２，２１−３の曲率半径
（較正値）の和（Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ）であり、Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３値に基づいて、各接触子２１−１，２１−２，
２１−３の曲率半径Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃが算出され、各接
触子の較正が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は座標測定方法におけ
る接触子の較正方法に関し、特に、接触子の曲率半径を
求めて被測定物の測定に用いる較正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】座標測定装置のプローブヘッドの先端に
接触子を取り付け、この接触子を被測定物に接触させた
まま、例えばＸ軸方向・Ｙ軸方向に２次元に移動させ、
このときのプローブヘッドのＺ軸方向の変位に基づい
て、被測定物の３次元座標を測定する座標測定方法が公
知である。

【０００３】この座標測定装置に用いられる接触子は、
その先端部が球面状であり、この球面状の先端部が被測
定物に接触されて、被測定物の３次元座標の測定が行わ
れる。この場合、被測定物の測定を精度よく行うには、
接触子の先端部の球面状に係る較正値（曲率半径Ｒｓ）
を精度よく求めなければならない。

【０００４】このため、接触子を用いた座標測定装置に
おいては、被測定物の３次元座標の測定に先だって、接
触子自体の較正値、即ち実際の曲率半径Ｒｓを測定して
おき、この測定結果を用いて、当該被測定物の３次元座
標の測定を行うようにしている（接触子の較正）。従来
の接触子の較正方法を、図８，図９を用いて説明する。

【０００５】座標測定装置の接触子１の曲率半径（較正
値）Ｒｓを求める方法としては、既知の曲率半径Ｒ０を
有する球面状の被測定物６を測定テーブル５に予め搭載
しておき、この被測定物６の表面に接触子１を接触させ
た状態で、接触子１を例えばＸ軸方向に沿って（図８の
曲線Ｌ１に沿って）移動させ、このときのＸ軸方向の移
動量とＺ軸方向の変位量とに基づいて、当該接触子１の
曲率半径Ｒｓを求めるようにしている。

【０００６】この場合、接触子１の曲率半径Ｒｓを
“０”と仮定して、接触子１をＸ軸方向に移動させたな
らば、そのＺ軸方向の変位量は、被測定物６のＲ０と一
致するはずである。このことは、図９に示すように、軌
跡Ｌ１の半径Ｒｍと既知の曲率半径Ｒ０との差分が接触
子１の曲率半径Ｒｓとして求められることを意味する。

【０００７】しかして、曲率半径Ｒｓは次式（１）に算
出される。 Ｒｓ＝Ｒｍ−Ｒ０ …（１） 尚、図８の被測定物６の球面６ａは、凸面であるが、仮
に、球面が凹面の場合には、次式（２）に従って、接触
子１の曲率半径Ｒｓが算出される。 Ｒｓ＝Ｒ０−Ｒｍ …（２） 又、接触子１を、Ｙ軸方向に沿って移動させた場合も同
様に、その曲率半径（較正値）Ｒｓを求めることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の接触
子１の較正方法においては、曲率半径Ｒ０が既知である
球面状の被測定物６を用意する必要がある。しかし、近
年の精密な加工技術を用いても、接触子１の較正値を得
るために必要な、精度の高い完全な球面（曲率半径Ｒ
０）の被測定物６を製造することは困難である。

【０００９】従って、仮に、被測定物６の設計値（曲率
半径Ｒ０）と実際に作製された被測定物６の形状（曲率
半径）との間に差異がある場合には、その差異が、上記
算出される接触子１の曲率半径Ｒｓに反映されてしま
い、正確な較正値が得られず、精度の高い座標測定を行
うことができないと云う不具合があった。本発明は、か
かる事情に鑑みてなされたもので、高精度に接触子の較
正値を求め、斯く求めた較正値を用いて高精度の座標測
定を可能にする接触子の較正方法を提供することをその
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、プローブヘッドに着脱自
在に設けられる接触子を測定テーブルに搭載された被測
定物に接触させて移動させ、移動時の被測定物の形状に
応じた接触子の変位に基づいて当該被測定物の形状を測
定する座標測定方法において、接触子を、３つ以上用意
し、３つ以上の接触子から２つの接触子の組み合わせ
を、少なくとも３組以上選択し、各々の組において、一
方の接触子をプローブヘッドに装着し、他方の接触子を
測定テーブルに搭載して、当該他方の接触子の形状を測
定し、各々の組における前記他方の接触子の形状の測定
結果を互いに比較して、３つ以上の接触子のうち、少な
くとも１つの接触子の較正値を求め、該較正値を用い
て、被測定物の形状を測定するようにしたものである。

【００１１】（作用）上記請求項１の発明によれば、３
組以上の接触子の組み合わせにおいて、一方の接触子を
用いて、他方の接触子の形状の測定を行い、この測定結
果を互いに比較するだけで、少なくとも１つ接触子の較
正値を算出することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、添付図面を参照して説明する。尚、この実施形態
は、請求項１に対応する。図１は本発明の接触子の較正
方法が適用される座標測定装置１０の全体構成図であ
る。

【００１３】この図１に示すように、座標測定装置１０
は、そのアーム１３にプローブヘッド１２が設けられて
いる。そして、このプローブヘッド１２の先端部に接触
子２１が装着される。又、前記アーム１２は、移動装置
３０によってＸ軸方向・Ｙ軸方向に２次元に移動され、
このＸ軸方向・Ｙ軸方向の移動時の当該アーム１２のＺ
軸方向の変位量が移動装置３０によって検知される。

【００１４】前記した移動装置３０には、演算装置４０
が接続されており、この演算装置４０が、前記アームの
Ｘ軸方向・Ｙ軸方向の移動量と、このＸ軸方向・Ｙ軸方
向の移動に伴うアーム１３のＺ軸方向の変位量とによっ
て、被測定物８の３次元座標を算出する。しかして、測
定テーブル５０に搭載された被測定物８の３次元座標を
測定するに当っては、接触子２１の先端部２１ａが被測
定物８の表面に接触させた状態で、移動装置３０がアー
ム１３をＸ軸方向・Ｙ軸方向に移動させる。そして、移
動装置３０が、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向の移動に伴うアーム
１３のＺ軸方向の変位量を検知し、このＸ軸方向・Ｙ軸
方向の移動量と、Ｚ軸方向の変位量とに基づいて、演算
装置４０が当該被測定物８の３次元座標を算出する。

【００１５】次に、被測定物８の３次元座標の測定に先
立って行われる接触子２１の較正方法について、図２〜
図７を用いて説明する。尚、上記したように接触子２１
はＸ軸方向・Ｙ軸方向に移動可能であるが、以下、その
説明を簡単にするために、Ｘ軸方向にのみ接触子２１を
移動させて、当該接触子２１の較正を行うものとする。

【００１６】本実施形態では、接触子２１の較正に当っ
て、予め３つの接触子２１−１，２１−２，２１−３が
用意される（図２，図４，図６）。最初に、接触子２１
−１をプローブヘッド１２に装着し、接触子２１−２を
測定テーブル５０に搭載する。そして、接触子２１−１
が装着されたプローブヘッド１２を接触子２１−２の球
面状の先端部２１−２ａに接触させたまま、図２の破線
の矢印で示すように、移動装置３０によってＸ軸方向に
移動させる。

【００１７】このときの接触子２１−１のＸ軸方向の移
動量とＺ軸方向の変位量とによって、当該接触子２１−
１の曲率半径（較正値）Ｒａと接触子２１−２の曲率半
径（較正値）Ｒｂとの和が求められる。この場合の接触
子２１−１のＸ軸方向の移動に伴うＺ軸方向の変位によ
って得られる軌跡Ｌ１１は、図３の一点鎖線で示す曲線
となり、この曲率半径Ｒ１が接触子２１−１の曲率半径
Ｒａと接触子２１−２の曲率半径Ｒｂとの和となる。

【００１８】 Ｒ１＝Ｒａ＋Ｒｂ …（３） 次いで、図４に示すように、接触子２１−１をプローブ
ヘッド１２に装着したまま、接触子２１−２に代えて、
接触子２１−３を測定テーブル５０に搭載する。そし
て、接触子２１−１を接触子２１−３の球面状の先端部
２１−３ａに接触させたまま、図４の破線の矢印で示す
ようにＸ軸方向に移動させる。

【００１９】この場合にも、Ｘ軸方向の移動に伴うＺ軸
方向の変位量によって、当該接触子２１−１の曲率半径
（較正値）Ｒａと接触子２１−３の曲率半径（較正値）
Ｒｃとの和が求められる。この場合の接触子２１−１の
Ｘ軸方向の移動に伴うＺ軸方向の変位によって得られる
軌跡Ｌ１２は、図５の一点鎖線で示す曲線となり、この
曲率半径Ｒ２が接触子２１−１の曲率半径Ｒａと接触子
２１−３の曲率半径Ｒｃとの和となる。

【００２０】 Ｒ２＝Ｒａ＋Ｒｃ …（４） 最後に、図６に示すように、接触子２１−１に代えて接
触子２１−２をプローブヘッド１２に装着し、接触子２
１−３を測定テーブル５０に搭載したまま、接触子２１
−２が装着されたプローブヘッド１２を接触子２１−３
の球面状の先端部２１−３ａに接触させ、図６の破線の
矢印で示すようにＸ軸方向に移動させる。

【００２１】この場合にも、Ｘ軸方向の移動に伴うＺ軸
方向の変位量によって、当該接触子２１−２の曲率半径
（較正値）Ｒｂと接触子２１−３の曲率半径（較正値）
Ｒｃとの和が求められる。この場合の接触子２１−２の
Ｘ軸方向の移動に伴うＺ軸方向の変位によって得られる
軌跡Ｌ１３は、図７の一点鎖線で示す曲線となり、この
曲率半径Ｒ３が接触子２１−２の曲率半径Ｒｂと接触子
２１−３の曲率半径Ｒｃとの和となる。

【００２２】 Ｒ３＝Ｒｂ＋Ｒｃ …（５） このようにして得られた、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に基づい
て、各接触子２１−１，２１−２，２１−３の曲率半径
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを算出することができる。即ち、上記
３通りの測定において、プローブヘッド１２に装着され
た接触子の曲率半径を“０”と仮定すれば、測定される
側の接触子の曲率半径が、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３となる。

【００２３】しかし、実際には、プローブヘッド１２に
装着される接触子の先端部の曲率半径は“０”とはなら
ない。従って、各接触子２１−１，２１−２，２１−３
の曲率半径（較正値）をＲａ，Ｒｂ，Ｒｃとした場合、
これらＲａ，Ｒｂ，Ｒｃと値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３との関係
は、次式（６）〜（８）のようになる。

【００２４】 Ｒａ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／２−Ｒ３ …（６） Ｒｂ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／２−Ｒ２ …（７） Ｒｃ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／２−Ｒ１ …（８） 従って、これら式（６）〜（８）を用いて、３つの接触
子２１−１，２１−２，２１−３の曲率半径Ｒａ、Ｒ
ｂ、Ｒｃを算出することができる。

【００２５】このように得られた曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、
Ｒｃを較正値として用いることによって、座標測定装置
１０を用いた被測定物８の３次元座標の高精度の測定が
可能になる。尚、本実施形態では３つの接触子２１−
１，２１−２，２１−３を用いて、各接触子２１−１，
２１−２，２１−３の曲率半径Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを求め
て、接触子２１−１，２１−２，２１−３の較正値を求
める方法を示したが、３つ以上の接触子を用意して（例
えば、Ｎ個）、各々の曲率半径を求め、当該接触子の較
正をすることができる。この場合の接触子の組み合わせ
は、（Ｎ！／２）通りであり、各々の組み合わせに応じ
た測定結果に基づいて当該接触子の較正を行えばよい。

【００２６】又、上記実施形態では、プローブヘッドに
装着された接触子を、測定テーブルに搭載された接触子
に接触させたままＸ軸方向に移動させて、Ｚ軸方向の変
位量を求めて較正値を算出する例を示したが、接触子を
Ｙ軸方向に移動させてもよいし、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向の
双方に移動させて較正値を算出するようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した請求項１の発明によれば、
３以上の接触子から２つの接触子の組を選択し、各々の
組み合わせにおいて、一方の接触子を用いて他方の接触
子の形状を測定し、各々の組み合わせで得られた測定結
果を互いに比較して、接触子の較正値を算出しているの
で、較正値を得るために曲率半径が既知の被測定物を用
意する必要がなく、且つ、接触子の較正値を高精度に算
出でき、この較正値を用いた座標測定の精度を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の較正方法が適用される座標測定装置１
０の全体構成図である。

【図２】接触子２１−１と接触子２１−２を用いて曲率
半径ＲａとＲｂとの和Ｒ１を求める様子を示す斜視図で
ある。

【図３】曲率半径ＲａとＲｂとの和Ｒ１と、接触子２１
−１のＸ軸方向の移動量及びＺ軸方向の変位量との関係
を示す説明図である。

【図４】接触子２１−１と接触子２１−３を用いて曲率
半径ＲａとＲｃとの和Ｒ２を求める様子を示す斜視図で
ある。

【図５】曲率半径ＲａとＲｃとの和Ｒ２と、接触子２１
−１のＸ軸方向の移動量及びＺ軸方向の変位量との関係
を示す説明図である。

【図６】接触子２１−２と接触子２１−３を用いて曲率
半径ＲｂとＲｃとの和Ｒ３を求める様子を示す斜視図で
ある。

【図７】曲率半径ＲｂとＲｃとの和Ｒ３と、接触子２１
−２のＸ軸方向の移動量及びＺ軸方向の変位量との関係
を示す説明図である。

【図８】従来の接触子１の較正方法を示す斜視図であ
る。

【図９】従来の接触子の曲率半径Ｒｓと、既知の被測定
物６の曲率半径Ｒ０との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 座標測定装置 １２ プローブヘッド ２１−１，２１−２，２１−３ 接触子 ４０ 演算装置 ５０ 測定テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブヘッドに着脱自在に設けられる
   接触子を測定テーブルに搭載された被測定物に接触させ
   て移動させ、移動時の被測定物の形状に応じた接触子の
   変位に基づいて当該被測定物の形状を測定する座標測定
   方法において、 接触子を、３つ以上用意し、 ３つ以上の接触子から２つの接触子の組み合わせを、少
   なくとも３組以上選択し、 各々の組において、一方の接触子をプローブヘッドに装
   着し、他方の接触子を測定テーブルに搭載して、当該他
   方の接触子の形状を測定し、 各々の組における前記他方の接触子の形状の測定結果を
   互いに比較して、３つ以上の接触子のうち、少なくとも
   １つの接触子の較正値を求め、 該較正値を用いて、被測定物の形状を測定することを特
   徴とする座標測定方法における接触子の較正方法。