JPS6321841B2 - - Google Patents

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JPS6321841B2
JPS6321841B2 JP55039134A JP3913480A JPS6321841B2 JP S6321841 B2 JPS6321841 B2 JP S6321841B2 JP 55039134 A JP55039134 A JP 55039134A JP 3913480 A JP3913480 A JP 3913480A JP S6321841 B2 JPS6321841 B2 JP S6321841B2
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JP
Japan
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probe
measuring
determining
workpiece
needle
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JP55039134A
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English (en)
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Robaatsu Makumaatorii Deibitsudo
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RENISHO PLC
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RENISHO PLC
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Publication date
Application filed by RENISHO PLC filed Critical RENISHO PLC
Publication of JPS55154408A publication Critical patent/JPS55154408A/ja
Publication of JPS6321841B2 publication Critical patent/JPS6321841B2/ja
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
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    • GPHYSICS
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    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プローブを支持し、測定すべき加工
片および基準に対するプローブの位置を連続的に
測定する測定手段に対してプローブを移動させる
装置を備え、プローブは、加工片のプロクシメイ
ト表面(proximate surface)に対して予じめ定
めた関係をもつときに、測定信号を発生する手段
を有し、加工片の寸法を測定する座標測定装置お
よび該測定装置上の加工片の寸法測定方法に関す
るものである。作動にあたつては、プローブを上
述した表面に向けて移動させ、上述の測定信号を
用いて、プローブが予じめ定めた関係に到達した
瞬時に測定手段の出力を決定するようにし、それ
により上述した表面の基準に対する位置を決定す
る。
測定動作の速度を向上させるためには、測定す
べき一の表面から次の表面へプローブを迅速に移
動させることが行われている。しかし、この方法
はプローブ支持装置の動的たわみによつて制約さ
れる。換言すると、前述した測定信号が発生する
瞬時にプローブが加速され、あるいは減速される
と、そのときの測定値は、プローブが一定速度で
移動する場合の測定値とは異なるものとなる。こ
れら測定値の差が所定の許容範囲より大きくなる
と、その測定は役に立たない。
そこで、本発明の目的は、上述した欠点を除去
して、加工片の寸法を測定する座標測定装置を提
供することにある。
本発明の他の目的は、上述した欠点を除去し
て、座標測定装置上の加工片の寸法を測定する方
法を提案することにある。
本発明座標測定装置は、その第1の形態におい
て (a) 加工片に対し移動可能な支持部材と (b) 前記支持部材の移動中に、その位置を連続し
て測定する測定手段と、 (c) 加工片の表面を検知しその検知に応じて検知
信号を発生する手段を有するプローブと、 (d) 該プローブを前記支持部材に連結し、前記移
動によつてたわみ得る連結部材と、 (e) 前記検知信号が生起されたときに前記測定手
段の出力を検出し、前記プローブの測定位置を
決定する手段と、 (f) 前記検知信号が生起されたときに、前記連結
部材のたわみを検出し前記プローブの測定位置
と真実位置との差異を決定する手段と、 (g) 前記プローブの測定位置に該差異を加算し、
該プローブの真実位置の測定値を求める手段と を具備したことを特徴とする。
また、その第2の形態において (a) 延伸部材と、 (b) 該延伸部材の一端を自由端とし、他端を支持
しつつ該延伸部材の長手方向と直交する方向の
移動を案内する案内部材と、 (c) 該延伸部材の自由端に設けられ、加工片と係
合し得る針と、 (d) 前記移動中の加速によつて定常位置からたわ
み得る前記延伸部材の支持端に設けられ前記移
動を連続的に測定し、前記針の位置の測定値を
連続的に決定する測定手段と (e) 前記加速度を測定する手段と、 (f) 前記加速度の測定値に応じて前記たわみ量を
決定する手段と、 (g) 前記たわみ量を前記針の位置の測定値に加算
する手段と を備え、前記針の真実の位置と移動測定手段によ
つて決定された針の位置の測定値との間に生ずる
誤差を補正するようにしたことを特徴とするもの
である。
本発明方法は、加工片に対し移動可能な支持装
置と、該移動を連続的に測定する手段と、加工片
の表面を検知し、その検知に応じて検知信号を発
生する手段を有するプローブと、該プローブを前
記支持装置に連結し前記移動によつてたわみ得る
連結部材とを有する座標測定装置上に前記加工片
を載置し、その寸法を測定するにあたり、 (a) 前記プローブを前記表面に向けて移動すべく
前記支持装置と加工片とを相対的に移動させ、 (b) 前記検知信号が生起された時に、前記測定手
段の出力を検出し前記プローブの測定位置を決
定し、 (c) 前記検知信号が生起されたときに、前記連結
部材のたわみを検出し、前記プローブの測定位
置と真実位置との差異を決定し、更に、 (e) 前記測定手段の前記出力に前記差異を加算し
前記プローブの真実位置の座標を求めることを
特徴とするものである。
動的たわみは、プローブの速度の変化により影
響される測定装置上のいかなるパラメータを検知
することによつても決定することができる。かか
るパラメータの測定値は、プローブが静止してい
るときの位置からの、あるいは一定速度で移動す
るときの対応する変位の値に変換され、その変位
値は、測定手段により記録された実際の測定値に
対して、場合に応じて加算あるいは減算される。
上述したパラメータとしては、例えば、測定装
置の可動部上に設けた加速度計、測定装置の可動
部あるいは静止部上に取付けたひずみ計、軸上に
取付けたトルク計、あるいは測定装置を駆動する
のに用いられるモータに組込んだ電流計により測
定されるような加速度を用いることができる。
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第1図は本発明座標測定装置の構成の1例を示
す。本発明装置は、直交座標系のX,YおよびZ
方向に移動可能に支持されたプローブ10を有す
る。このように移動可能に支持するために、プロ
ーブ10を垂直に延在する細長い部材のクイル1
1の底端に固着する。このクイル11を軸受12
によりZ方向に移動可能に支持する。軸受12を
キヤリツジ13と一体に構成する。キヤリツジ1
3をはり14によりX方向に移動可能に支持す
る。はり14を、テーブル16上に取付けたトラ
ツク15によりY方向に移動可能に支持する。プ
ローブ10は球面状検知端27をもつ針17を有
し、それにより測定すべき加工片18に係合させ
る。ここで、X方向に測定を行うことが要求さ
れ、基準ブロツク22の面21と加工片18の面
23との間の距離X1を測定するものとする。こ
の動作にあたつては、はり14の一端に固着した
モータ20によりねじ19を回転させることによ
つて、キヤリツジ13をトラツク15に沿つてX
方向に移動させる。実際の測定は光電式読取りヘ
ツド24により行われる。このヘツド24はキヤ
リツジ13に固着され、はり14に固着されたス
ケール25に沿つて、キヤリツジ13と共に移動
可能である。読取りヘツド24の出力をカウンタ
26X(第2図参照)によつて読み取る。
なお、上述したところと同様のねじおよびモー
タ装置(図示せず)を設けてクイル11を軸受1
2を通して移動させるようにし、しかもはり14
をトラツク15に沿つて移動させるようにする。
プローブ10を、最初に、かかるねじおよびモー
タ装置によつてYおよびZ方向に移動させて、所
望のYZ位置からX位置の測定を行うものとする。
更にまた、モータ20を最初に動作させて検知端
27を再び基準表面21に位置させ、検知端27
と表面21との間の係合の瞬時にプローブ10か
ら取り出される信号37に応動してカウンタ26
を零にセツトする。ここで、プローブ10を表面
21に対して低速の一様な基準速度で移動させ
て、慣性によつて零セツテイングが誤つてなされ
ることがないようにするものとする。
同様の零セツテイングはYおよびZ方向につい
ても勿論行う。かかる零セツテイングにあたつて
は、それぞれの測定を行つた直後にプローブ10
を停止させ、プローブ10を次の測定点に加速す
る。このような零セツテイングを行つた後に、装
置はその零に関連するすべての測定動作に対する
準備を完了する。なお、以下に述べるひとつの測
定は、複雑な加工片について行われる多数の、し
ばしば数100回に及ぶかかる動作のうちの最初の
ひとつである。かかる処理を経済的に行うために
は、動作を迅速な順序で行うことが必要である
が、可動部材をより迅速に移動させると、慣性に
よつて測定に誤差を生じるおそれが一層増大す
る。この点について以下に詳述する。
モータ20を駆動してキヤリツジ13を零位置
あるいはいずれかの休止位置からX方向に加速す
るにつれて、定常状態では中心線11A上にある
部材11が、部材11の慣性によつて曲げられて
中心線11B上に位置する。なお、クイル部材1
1は片持ちばりとなし、この片持ちばりを軸受1
2において支持し、その軸受12およびキヤリツ
ジ13に対してたわむようにすることもできる。
検知端27は、定常状態では位置27Aに位置し
ており、従つて、位置27AからたわみDXだけ
離間した位置27Bに位置する。このたわみDX
は、第1図では説明の都合上から誇張して示して
ある。たわみDXの実際の大きさは数ミクロンメ
ートル程度である。従つて、検知端27は、部材
11にたわみがないと仮定した場合に比べて遅れ
て加工片18と係合する。ここで、加速が一定の
割合で行われて、プローブ10の速度は移動した
距離の二乗で増加し、たわみDXは加工片18と
の係合の瞬時に至るまで、不変のまま保たれるも
のとする。かかる係合の瞬時に、検知ヘツド24
は、定常状態の下でとりうる位置24Aより進ん
だ位置24Bにきている。従つて、読取りヘツド
24により測定された距離X2は距離X1よりも
量DXだけ大きい。
プローブ10自体は、プローブ、更に具体的に
云えばプローブの検知素子が加工片18に対して
予じめ定めた関係をもつようになつたときに、信
号37を出力する手段を有するものであればいか
なる種類のものであつてもよい。本例では、検知
素子を針17およびその検知端27で構成し、電
気的接点53(第3図参照)により信号37を発
生させる。針17は外匣36上に支持される。針
17に作用する力により接点38の状態が変化す
るときに、接点38により電気回路の状態を変化
させる。信号37を用いてモータ20を停止さ
せ、および次の測定動作を開始させる。プローブ
10がわずかな量だけ測定点を通り過ぎる限りに
おいては、針17を傾けて接点53に接触するよ
うにすることによつて、かかる通り過ぎを許容す
ることができる。信号37は、カウンタ26Xの
瞬時読取り出力をコンピユータ29の主ストア2
8に転送するのにも用いられる。コンピユータ2
9は本装置により得られた測定結果を処理するた
めのものである。
以上に述べてきた装置は既知の構成であつて、
本発明の一部をなすものではない。かかる装置が
動作することのできる加速度は、上述のたわみに
よつて制約されてしまうことは明らかである。
上述した慣性の悪影響を解決するために、本発
明では、距離DXが許容し得る最小値を越えてい
ることを示す信号を発生する手段を設ける。本例
では、この手段を、プローブ10の内部あるいは
近傍に設けた加速度計30により実現する。第3
図に示すように、加速度計30は、基板32と自
由質量33との間に圧電性結晶31を接続した既
知の配置よりなるものである。3つの出力端子3
4X,34Y,34Z(ひとまとめにして出力端
子34とも総称する)を結晶31から導出して、
自由質量33にX,YおよびZ方向のそれぞれに
おいて作用する慣性力に対して発生する電流を取
り出すようにする。加速度計30は、部材11と
プローブ10の外匣36との間に直接に接続され
た外匣35に取り付けるものとする。
出力端子34をしきい値増幅器38の各々(第
2図では1個のみ示す)に接続する。この増幅器
38の出力39は、信号34が部材11のたわみ
の許容し得る最大値に対応するある予じめ定めた
しきい値を越えたときのかかる信号34の大きさ
に比例する。
出力39を用いてスイツチ40を制御し、カウ
ンタ26Xの出力がバツフアストア52からスイ
ツチ40を経て更に減算器48を介して主ストア
28に転送されないようにし、そして測定動作を
より低い速度で繰返すべきである旨を指示する信
号41を出力する。加速度計30の出力をこのよ
うに用いることは、特に、操作者が人為的力を部
材11にかけてモータ20を操作するときに用い
られる。しかし、本装置をコンピユータプログラ
ムにより動作させる場合には、次の方式が好適で
ある。
信号34を増幅器38を経てデイジタイザ42
に供給し、このデイジタイザ42により信号34
の種々変化するレベルを、対応する2進信号43
に変換する。この信号43をバツフアストア44
を経てデコーダ45に供給する。その出力46は
マルチプレクサ51を経て補正ストア47のアド
レスとなる。この補正ストア47は、信号34X
の対応する値に対するたわみDXの実際の値DX
(n)のリストを収容している。他方、プローブ
10からの信号37をバツフアストア44に供給
して、信号37の生起瞬時にバツフアストア44
に格納されている値を、デコーダ45を介してス
トア47に転送する。このストア47はそれに応
動して、今ここで入力された信号34に対応する
アドレスに存する値DX(n)を減算器48に出
力する。減算器48をカウンタ26Xと主ストア
28との間に、バツフアストア52とスイツチ4
0を介して接続して、差X2−DX(n)を導出
するようにする。この差は当然のことながら距離
X1の真の値に相当する。なお、バツフアストア
52は、プローブ10からの信号37によつて制
御され、その信号37の生起瞬時にバツフアスト
ア52に格納されている値を取り出してスイツチ
40を経て減算器48に転送する。
ストア47に格納されているDX(n)の種々
の値は、較正過程で求められる。そのためには、
キヤリツジ13を移動させてプローブ10が試験
片、例えば、加工片18と係合するようにする。
まず、キヤリツジ13を、基準ブロツク22にお
いて、カウンタ26Xの零セツテイングを行つた
ときに用いたのと同じ低い一様な速度で駆動す
る。これによつてカウンタ26の基本読取り値X
2aを定める。この値X2aは距離X1に等しい
はずである。次いで、キヤリツジ13を、加速度
を徐々に高めながら、何回も繰返し走行させる。
キヤリツジ13の各走行の度毎に、信号37の発
生瞬時におけるカウンタ26の出力X2nをバツ
フアストア44の内容と対応ずけてストア28に
記録していく。次に、X2nの種々の値に対する
差X2n−X2a=DXnを形成して、ストア4
7のうち、バツフアストア44およびデコーダ4
5の出力に対応するアドレスに書き込む。このよ
うな装置の較正はコンピユータ29を用いて容易
に行うことができる。
以上では、本発明装置をX次元について述べて
きたが、同様の装置はY次元についても設けるも
のとする。部材11のZ次元での硬さを考慮する
と、通常は、Z次元については同様の装置を設け
る必要はないが、Z次元に対しても、X次元の場
合について上述したのと同様のスケール、読取り
ヘツドおよびカウンタを有する装置を設けること
ができることは勿論である。その場合のZ次元用
のカウンタを第2図では符号26Zを付して示し
てある。カウンタ26Zの出力を分周器49を経
てマルチプレクサ51に供給する。
再び装置の較正について述べると、DX(n)
の種々の値をテーブル16上の座標系の種々の領
域において発生させる。その理由は、プローブ1
0が、軸受12から離間すればする程、部材11
の支持されていない長さが長くなり、従つて、た
わみDXが大きくなるからである。従つて、本発
明では、テーブル16の表面の上の検知端27の
種々の高さZ1(第1図参照)に対して較正を施
すものとする。そのために、第2図につき上述し
たカウンタ26Zを分周器49に接続して、検知
端27がテーブル16上のその最下点から最上点
まで移動する間に、例えば、15cmの間隔で、補正
信号50を発生させる。かかる較正はこのような
間隔のひとつひとつにおいて行われ、補正信号5
0を用いてマルチプレクサ51を動作させ、それ
によりデコーダ出力46をストア47の適切な部
分に割当てる。
第4図を参照するに、ここには、点AとBとの
間でのプローブ10の加速状態の曲線が示されて
いる。点AとBとの間では加速度は一定であり、
プローブ10の速度は増大していき、速度増加に
対応して最大の高速度となる。点Bにおいて最高
速度になると(この速度はモータ20を駆動し得
る最高速度である)、プローブ10は、部材11
が軸受12から突出して振動することに起因し
て、はじめのうちは振動状態にある。この振動
は、例えば、C点において消滅し、プローブ速度
は一定値に落着く。加速度計30は勿論かかる振
動に応動し、従つて、読取りを補正するように動
作する。あるいはまた、加速度計を用いて、振動
状態が許容し得る最小値を越えている限り、スイ
ツチ40により読取りを禁止するようにしてもよ
い。
なお、加速度計30はプローブ10に取付ける
代わりにキヤリツジ13に取付け、加速度計30
のキヤリツジ13上の位置に基いて、上述したと
ころと同様にして補正処理を行うこともできる。
更にまた、加速度計を用いる代わりに、プローブ
10の加速に応動してひずみを受ける位置にひず
み計を取付けて用いることもできる。
上述した装置の較正にあたつては、種々の加速
に対するプローブの変位を測定しているが、かか
る変位は、加速度および既知のひずみの公式を基
礎としてコンピユータ29によつて算出すること
もできる。
コンピユータ29は電子式デイジタルコンピユ
ータで構成でき、減算器48はハードの結線、あ
るいはソフトウエアの形態で構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の1実施例を示す正面図、
第2図は本発明装置の1実施例のブロツク線図、
第3図は第1図示の装置のうち、プローブおよび
加速度計の部分を拡大して示す詳細図、および第
4図は変位に対する速度の関係を示すグラフであ
る。 10……プローブ、11……クイル、12……
軸受、13……キヤリツジ、14……はり、15
……トラツク、16……テーブル、17……針、
18……加工片、19……ねじ、20……モー
タ、21,23……面、22……基準ブロツク、
24……読取りヘツド、25……スケール、26
……カウンタ、27……検知端、28……主スト
ア、29……コンピユータ、30……加速度計、
31……圧電性結晶、32……基板、33……自
由質量、34……出力端子、35,36……外
匣、38……しきい値増幅器、40……スイツ
チ、42……デイジタイザ、44……バツフアス
トア、45……デコーダ、47……補正ストア、
48……減算器、49……分周器、51……マル
チプレクサ、52……バツフアストア、53……
接点。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 加工片の寸法を測定する座標測定装置におい
    て、 (a) 加工片8に対し移動可能な支持部材13と、 (b) 前記支持部材13の移動中に、その位置を連
    続して測定する測定手段24,25と、 (c) 加工片の表面を検知し、その検知に応じて検
    知信号37を発生する手段53を有するプロー
    ブ10と、 (d) 該プローブ10を前記支持部材13に連結
    し、前記移動によつてたわみ得る連結部材11
    と、 (e) 前記検知信号37が生起されたときに前記測
    定手段24,25の出力26を検出し、前記プ
    ローブの測定位置X2を決定する手段52と、 (f) 前記検知信号37が生起されたときに、前記
    連結部材のたわみを検出し前記プローブの測定
    位置X2と真実位置X1との差異DXを決定する手
    段30,39,44,47と、 (g) 前記プローブの測定位置X2に該差異DXを加
    算し、該プローブ10の真実位置の測定値X1
    を求める手段と を具備したことを特徴とする座標測定装置。 2 加工片の寸法を測定する座標測定装置におい
    て、 (a) 延伸部材11と、 (b) 該延伸部材11の一端を自由端とし、他端を
    支持しつつ該延伸部材11の長手方向と直交す
    る方向の移動を案内する案内部材14と、 (c) 該延伸部材11の自由端に設けられ、加工片
    8と係合し得る針17と、 (d) 前記移動中の加速によつて定常位置11Aか
    らたわみ得る前記延伸部材11の支持端に設け
    られ前記移動を連続的に測定し、前記針17の
    位置の測定値X2を連続的に決定する測定手段
    24,25と (e) 前記加速度を測定する手段30と、 (f) 前記加速度の測定値34に応じて前記たわみ
    量DXを決定する手段47と、 (g) 前記たわみ量DXを前記針の位置の測定値X2
    に加算する手段と を備え、前記針の真実の位置X1と前記測定手段
    24,25によつて決定された針の位置の測定値
    X2との間に生ずる誤差を補正するようにしたこ
    とを特徴とする座標測定装置。 3 加工片8に対し移動可能な支持装置13と、
    該移動を連続的に測定する手段24,25と、加
    工片8の表面を検知し、その検知に応じて検知信
    号37を発生する手段53を有するプローブ10
    と、該プローブ10を前記支持装置13に連結し
    前記移動によつてたわみ得る連部部材11とを有
    する座標測定装置上に前記加工片を載置し、その
    寸法を測定するにあたり、 (a) 前記プローブ10を前記表面に向けて移動す
    べく前記支持装置13と加工片8とを相対的に
    移動させ、 (b) 前記検知信号37が生起された時に、前記測
    定手段24,25の出力を検出し前記プローブ
    10の測定位置X2を決定し、 (c) 前記検知信号が生起されたときに、前記連結
    部材11のたわみDXを検出し、前記プローブ
    の測定位置と真実位置との差異DXを決定し、
    更に、 (e) 前記測定手段24,25の前記出力に前記差
    異DXを加算し前記プローブ10の真実位置X1
    の座標を求めることを特徴とする加工片寸法測
    定方法。
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