(57)【要約】      （修正有）【課題】一軸プローブを用いて測定対象物の自律倣い測定を実現する形状測定装置の制御方法を提供する。【解決手段】形状測定装置は、互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、移動機構に支持されたプローブと、測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、を有する。プローブは１つの測定軸線に沿った一次元方向にだけ検知機能を有する一軸プローブである。このプローブが測定対象物を倣い測定する。このとき、回転テーブルを一定速度で回転させると同時に、往路ベクトルと、往路ベクトルに平行かつ逆向きであって往路ベクトルより短い復路ベクトルと、を交互に用いて、プローブを往復させながら前進させる。【選択図】図１
2020056637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持されたプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、を有し、
前記プローブは１つの測定軸線に沿った一次元方向にだけ検知機能を有する一軸プローブであって、前記プローブが測定対象物を倣い測定する形状測定装置の制御方法であって、
過去の二以上のサンプリングデータを用いて測定対象物の形状に相当する形状ベクトルを生成し、
この形状ベクトルに沿う方向を有する移動ベクトル指令Ｖを生成し、
前記移動ベクトル指令Ｖと前記プローブの測定軸線とが成す角を角θとするとき、θｃ＝９０−θで求まる角度θｃの分だけ一の制御周期で前記回転テーブル機構で前記測定対象物を回転させる回転速度指令を生成し、
前記移動ベクトル指令Ｖに対し、前記回転テーブル機構の回転分を減じるように補正処理を行って、回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤを生成し、
前記回転速度指令で前記回転テーブルを回転させると同時に前記回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤで前記前記プローブを移動させる第１駆動工程を所定時間継続して第１輪郭データを取得し、
さらに、前記回転テーブルを正方向または逆方向に回転させることにより、前記第１駆動工程で測定した同じ領域を再度測定して第２輪郭データを取得し、
前記第１輪郭データと前記第２輪郭データとを合成して前記測定対象物の輪郭形状データを得る
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
【請求項２】
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持されたプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、を有し、
前記プローブは１つの測定軸線に沿った一次元方向にだけ検知機能を有する一軸プローブであって、前記プローブが測定対象物を倣い測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記回転テーブルを一定速度で回転させると同時に、
往路ベクトルと、前記往路ベクトルに平行かつ逆向きであって前記往路ベクトルより短い復路ベクトルと、を交互に用いて、前記プローブを往復させながら前進させる
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の形状を測定するため、三次元測定機による倣い測定が行われている（例えば特許文献１、特許文献２）。三次元測定機による倣い測定の方式としては、倣い軌道が既知の設計値として与えられる設計値倣い測定と、倣い軌道が未知である自律倣い測定と、がある。自律倣い測定は、形状が未知の測定対象物に対しても倣い測定ができるので有用性が高い。例えば接触検知方式のプローブを用いた自律倣い測定の場合、倣いプローブのスタイラスの先端に設けられた球状のチップ（接触子）を測定対象物に接触させた状態を維持させながら測定対象物の表面に沿って倣い移動させる。
【０００３】
対象物を検知するプローブとしては、接触検知方式のプローブの他、一次元（一方向）にだけ検知機能を有する一軸プローブがある（例えば、特公平０６−１０５１７３、特許５１６４４２４）
例えば、レーザー光を用いた一軸レーザープローブは次のような構成である。
一軸レーザープローブは、レーザーダイオード等のレーザー光源から光ビームを測定対象物にスポット照射し、反射光を受光素子で受光する。反射光が受光素子に入射する位置に基づいて、一軸レーザープローブは、測定対象物を検知するとともに、測定対象物までの距離を測距することができる。一軸レーザープローブと測定対象物とを相対移動させながら測定対象物に対して連続的に光ビームを照射すれば、測定対象物の輪郭形状を測定することができる。一軸レーザープローブは、測定の高速化、高精度、低価格化が期待できる点で利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５０８９４２８
【特許文献２】特許４７８２９９０
【特許文献３】特公平０６−１０５１７３
【特許文献４】特許５１６４４２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまで、一軸レーザープローブを用いた自律倣い測定は実現されてこなかった。
例えば、図１に、一軸レーザープローブを用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定する様子を例示する。
測定対象物の所定の高さに仮想の倣い拘束面を設定しておく。そして、過去の数個の測定点から測定対象物の法線を求める。一軸レーザープローブのレーザー発射方向が測定対象物の法線と平行になるように一軸レーザープローブの姿勢を調整する。
図１では、（図示の都合上）、一軸レーザープローブを回転させる例を示すが、測定対象物を回転テーブルで回転させてもよい。そして、倣い拘束面の法線方向（図１中ではベクトルＮで示した）と測定対象物表面の法線方向との外積を求め、このようにして求まる外積方向を進行方向とする。すると、測定対象物にレーザーを照射しながら一軸レーザープローブを測定対象物の回りで一周させることができる。これにより、倣い拘束面内での測定対象物の輪郭形状を自律倣い測定で得ることができる。
【０００６】
ところが、上記の制御方法はいつも上手くいくわけではない。
測定対象物としては、図１のようなブレード（プロペラやタービンの羽根）の他、歯車のような形状もある。
例えば、図２のような平歯車を考えてみる。歯Ｔｇ１と歯Ｔｇ２の間ももちろん測定対象である。歯たけが低ければ、図２に例示のように、歯と歯の間についても一軸レーザープローブを用いた自律倣いで測定できる。
【０００７】
しかしながら、図３に示す歯車は図２の歯車よりも歯たけが高い。
図３のように、歯たけが高くなってくると、上手く測定できない領域が表れる。図３に例示のように、レーザー発射方向を測定対象物の一面の法線と平行になるようにして自律倣いをすると、歯Ｔｇ１と歯Ｔｇ２の間が歯Ｔｇ２の影に入ってしまうため、測定できない箇所が生じる。図３中の×印は、歯Ｔｇ２の陰になるためにレーザーが当たらず、検出できなかった領域である。
【０００８】
単純な一軸レーザープローブを用いた自律倣い測定では対応できない測定対象物が存在するのは明らかである。このような事情から、一軸レーザープローブを用いた自律倣い測定は実用化されてこなかった。
【０００９】
したがって、一軸レーザープローブを用いる場合には設計値倣い測定を使用するしかないが、設計値倣い測定を行うためには倣い経路を事前に設定しなければならず、これが高度な技量とともに多大な手間を要する。あるいは、そもそも測定対象物のＣＡＤデータ等がなければ、倣い経路を事前に設定することもできない。
【００１０】
本発明の目的は、一軸レーザープローブを用いた自律倣い測定を実現する形状測定装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の形状測定装置の制御方法は、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持されたプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、を有し、
前記プローブは１つの測定軸線に沿った一次元方向にだけ検知機能を有する一軸プローブであって、前記プローブが測定対象物を倣い測定する形状測定装置の制御方法であって、
過去の二以上のサンプリングデータを用いて測定対象物の形状に相当する形状ベクトルを生成し、
この形状ベクトルに沿う方向を有する移動ベクトル指令Ｖを生成し、
前記移動ベクトル指令Ｖと前記プローブの測定軸線とが成す角を角θとするとき、θｃ＝９０−θで求まる角度θｃの分だけ一の制御周期で前記回転テーブル機構で前記測定対象物を回転させる回転速度指令を生成し、
前記移動ベクトル指令Ｖに対し、前記回転テーブル機構の回転分を減じるように補正処理を行って、回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤを生成し、
前記回転速度指令で前記回転テーブルを回転させると同時に前記回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤで前記前記プローブを移動させる第１駆動工程を所定時間継続して第１輪郭データを取得し、
さらに、前記回転テーブルを正方向または逆方向に回転させることにより、前記第１駆動工程で測定した同じ領域を再度測定して第２輪郭データを取得し、
前記第１輪郭データと前記第２輪郭データとを合成して前記測定対象物の輪郭形状データを得る
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の形状測定装置の制御方法は、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持されたプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、を有し、
前記プローブは１つの測定軸線に沿った一次元方向にだけ検知機能を有する一軸プローブであって、前記プローブが測定対象物を倣い測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記回転テーブルを一定速度で回転させると同時に、
往路ベクトルと、前記往路ベクトルに平行かつ逆向きであって前記往路ベクトルより短い復路ベクトルと、を交互に用いて、前記プローブを往復させながら前進させる
ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一軸レーザープローブを用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定する様子を例示する図である。
【図２】歯たけが低い平歯車を一軸レーザープローブで自律倣い測定で測定する様子を例示する図である。
【図３】歯たけが高い平歯車を一軸レーザープローブで自律倣い測定で測定する様子を例示する図である。
【図４】形状測定システムの全体構成を示す図である。
【図５】ホストコンピュータおよびモーションコントローラの機能ブロック図である。
【図６】モーションコントローラの機能ブロック図であり、特に、駆動指令生成部の機能ブロックを表わす図である。
【図７】倣い拘束面を例示する図である。
【図８】倣い拘束面に垂直な方向から測定対象物を見た図である。
【図９】倣い拘束面に垂直な方向から測定対象物を見た図である。
【図１０】回転テーブルの回転制御を説明するための図である。
【図１１】一軸レーザープローブを用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定するための制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】一軸レーザープローブを用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定するための制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図１３】一軸レーザープローブを用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定するための制御手順を説明するためのフローチャートである。
【図１４】プローブの移動の様子を例示した図である。
【図１５】回転テーブルが回転する様子を示す図である。
【図１６】回転テーブルが回転する様子を示す図である。
【図１７】回転テーブルが回転する様子を示す図である。
【図１８】回転テーブルが回転する様子を示す図である。
【図１９】回転テーブルが回転する様子を示す図である。
【図２０】溝を有する測定対象物を測定する様子を例示する図である。
【図２１】測定対象物の曲率に応じてプローブの移動速度を設定するための速度パターンを例示する図である。
【図２２】変形例２を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図４は、形状測定システム１００の全体構成を示す図である。
形状測定システム１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００の駆動を制御するモーションコントローラ３００と、モーションコントローラ３００を制御すると共に必要なデータ処理を実行するホストコンピュータ５００と、を備える。
【００１５】
三次元測定機２００は、定盤２１０と、移動機構２２０と、プローブ２３０と、回転テーブル機構２５０と、を備える。
【００１６】
移動機構２２０は、定盤２１０上をＹ方向にスライド可能に設けられた門型のＹスライダ２２１と、Ｙスライダ２２１のＸ方向のビームに沿ってスライドするＸスライダ２２２と、Ｘスライダ２２２に固定されたＺ軸コラム２２３と、Ｚ軸コラム２２３内をＺ方向に昇降するＺスピンドル２２４と、を備える。
【００１７】
Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４には、それぞれ駆動モータ（不図示）とエンコーダ（不図示）とが付設されている。
モーションコントローラ３００からの駆動制御信号によって各駆動モータが駆動制御される。エンコーダは、Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４それぞれの移動量を検出し、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。Ｚスピンドル２２４の下端にプローブ２３０が取り付けられている。
【００１８】
プローブ２３０は、一軸変位センサであり、例えば、一軸レーザープローブである。プローブ２３０の検出値は、モーションコントローラ３００に出力される。
【００１９】
回転テーブル機構２５０は定盤２１０上に設置されており、内蔵のモータ（不図示）で回転テーブル２５１を回転させる。なお、ここでは、回転テーブル２５１の回転軸はＺ軸に平行であるとする。回転テーブル機構２５０にはロータリーエンコーダ（不図示）が内蔵されており、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。
【００２０】
（ホストコンピュータ５００の構成）
次にホストコンピュータ５００について説明する。
図５は、ホストコンピュータ５００およびモーションコントローラ３００の機能ブロック図である。
ホストコンピュータ５００は、ＣＰＵ５１１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やメモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ３００を介して三次元測定機２００を制御する。ＣＰＵ５１１（中央処理装置）で測定制御プログラムを実行することにより本実施形態の測定動作が実現される。ホストコンピュータ５００には、必要に応じて、出力装置（ディスプレイやプリンタ）および入力装置（キーボードやマウス）が接続されている。
【００２１】
ホストコンピュータ５００は、さらに、記憶部５２０と、形状解析部５３０と、を備える。記憶部５２０は、測定で得られた測定データ、および、測定動作全体を制御する測定制御プログラムを格納する。
【００２２】
形状解析部５３０は、モーションコントローラ３００から出力された測定データに基づいて測定対象物の表面形状データを算出し、算出した測定対象物の表面形状データの誤差や歪み等を求める形状解析を行う。
【００２３】
（モーションコントローラ３００の構成）
次にモーションコントローラ３００について説明する。
モーションコントローラ３００は、検出データ取得部３３０と、駆動指令生成部３４０と、駆動制御部３５０と、を備える。
【００２４】
検出データ取得部３３０は、エンコーダから出力される検出信号をカウントして各スライダの変位量を計測するとともに、プローブ２３０から出力される検出信号を取得してプローブ２３０の検出値を取得する。計測された各スライダの位置およびプローブ２３０の検出値からサンプリング点の座標値が得られる。同じく、検出データ取得部３３０は、ロータリーエンコーダから検出される検出信号をカウントとして、回転テーブル機構２５０の回転角を得る。
【００２５】
図６はモーションコントローラ３００の機能ブロック図であり、特に、駆動指令生成部３４０の機能ブロックを表わす図である。
駆動指令生成部３４０の機能部の説明と合わせて、図１１のフローチャートを参照されたい。
図１１は、一軸レーザープローブ２３０を用いて測定対象物の周囲を自律倣い測定で測定するためのフローチャートである。
駆動指令生成部３４０は、倣い拘束面設定部３４１と、速度パターン計画部３４２と、ベクトル指令生成部３４３と、回転指令生成部３４４と、ベクトル指令補正部３４５と、を備える。
【００２６】
倣い拘束面設定部３４１は、移動機構２２０によるプローブ２３０の移動を２次元的な平面に限定するための拘束面を規定する。
「自律倣い」とはいっても３次元的にどの方向に進んでもよいとなると、測定対象物の表面に沿った移動方向は無限にあるわけであるから、移動方向を決定できない。そこで、自律倣い測定においては、倣い拘束面を規定し、この倣い拘束面内でプローブ２３０を測定対象物の表面に沿って移動させる。測定対象物は三次元的な立体であるので、測定対象物をいくつかの平面で切って測定することになる。測定対象物を倣い拘束面で切る場合には例えばＸＹ平面に平行な面やＸＺ平面に平行な面など座標軸（マシン座標あるいはワーク座標の座標軸）に垂直な面で切るのが分かりやすいが、図７に例示するように、倣い拘束面を斜めの平面に設定してもよいことはもちろんである。
【００２７】
速度パターン計画部３４２は、プローブ２３０の移動速度（速さ）を決定する。ここでは、予め所定の移動速さｖが設定されているとする。
【００２８】
ベクトル指令生成部３４３は、プローブ２３０を測定対象物の表面に沿って倣い移動させるためのベクトル指令を生成する。
図８は、倣い拘束面に垂直な方向から測定対象物を見た図である。
倣い拘束面に垂直な法線ベクトルをベクトルＮで表わす。例えば、倣い拘束面がＸＹ平面に平行な面であるとすると、Ｎは（０、０、１）である。
【００２９】
プローブ２３０が倣い移動したときに、サンプリング点はＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・の順に進んでいくとする。
いま、Ｐ０は最初のアプローチ（ＳＴ１１０）で測定されるサンプリング点であるとする。
後の説明のため、このアプローチ方向のベクトルをＡＰで表わす。アプローチ方向ベクトルＡＰは、プローブ２３０の測定軸に平行であり、さらに、最初のサンプリング点Ｐ０において測定対象物の表面に垂直になるように設定（選択）しておくようにする。
【００３０】
Ｚスピンドル２２４がＺ軸回りに回転しない限りはプローブ２３０の測定軸線の方向は変わらない。本実施形態では、必要な回転動作はすべて回転テーブル２５１が担うとし、Ｚスピンドル２２４のＺ軸回りの回転でプローブ２３０を回転させることは考えないとする。
この場合、以後の説明において「アプローチ方向ベクトルＡＰ」というのと「プローブ２３０の測定軸線の方向」というのは同じと考えて頂いてよい。ただし、必要な回転のすべてを回転テーブルで担うのではなく、回転テーブルの回転とＺスピンドルの回転とを協働させてもよいことはもちろんである。
【００３１】
そして、Ｐ０からＰ１に向かう移動ベクトルＶ０は、初期移動ベクトルＶ０として予め決められており、例えば、倣い拘束面内において測定軸に直交方向で、ベクトルＮの回りに時計回りか反時計回りか決めておけばよい。（あるいは、ベクトルＮとアプローチ方向ベクトルＡＰとの外積の方向にすればよい。）
【００３２】
初期移動ベクトルＶ０でプローブ２３０を所定量移動させ、サンプリング点Ｐ１をプローブ２３０で測定する（ＳＴ１２０）。このとき、単にサンプリング点Ｐ１の座標値を取得するだけではなく、プローブ２３０の測定範囲（ストローク）の真ん中にサンプリング点Ｐ１がくるように移動機構２２０でプローブ２３０の位置を微調整するとよい（矢印Ａ参照）。
【００３３】
このあと、Ｐ１からＰ２に向かう移動ベクトル指令Ｖ１、Ｐ２からＰ３に向かう移動ベクトル指令Ｖ２を適確に生成して、滑らかな自律倣い測定を実現する。
【００３４】
ベクトル指令生成部３４３は次のようにして移動ベクトル指令Ｖを生成する（ＳＴ１３０）。
ここでは、移動ベクトル指令Ｖ１を例に説明する。
サンプリング点Ｐ０でのサンプリングデータをＤ０で表わし、サンプリング点Ｐ１でのサンプリングデータをＤ１で表わす。サンプリングデータＤ０、Ｄ１は既に取得済みである。ベクトル指令生成部３４３は、過去の二つのサンプリングデータＤ０、Ｄ１を用いて、サンプリング点Ｐ０を始点、サンプリング点Ｐ１を終点とするベクトルＳ０を算出する（図８参照）。このベクトルＳ０は、サンプリング点Ｐ０とサンプリング点Ｐ１との間の測定対象物の形状に相当するので、このベクトルＳ０を形状ベクトルＳ０と称することにする。
【００３５】
Ｓ０＝Ｄ１−Ｄ０
【００３６】
次に、形状ベクトルＳ０を倣い拘束面に投影する。形状ベクトルＳ０を倣い拘束面に投影したベクトルをＳｃ０で表わし、拘束面内形状ベクトルＳｃ０と称することにする。（Ｎ・Ｓ０）は、法線ベクトルＮと形状ベクトルＳ０との内積を表わすとする。
【００３７】
【数１】
2020056637.tif 000003
【００３８】
拘束面内形状ベクトルＳｃ０は次のように求められる。
【００３９】
【数２】
2020056637.tif 000004
【００４０】
なお、移動ベクトル指令Ｖ０が倣い拘束面内のベクトルとして与えられていたわけであるから、理論的には、形状ベクトルＳ０は倣い拘束面内のベクトルである。だたし、駆動誤差も僅かながら生じるので、上記処理によって形状ベクトルＳ０を倣い拘束面内のベクトルＳｃ０に変換しておく。
【００４１】
拘束面内形状ベクトルＳｃ０を単位ベクトルにし、さらに、移動速さｖを乗算する。これが移動ベクトル指令Ｖ１となる。
【００４２】
【数３】
2020056637.tif 000005
【００４３】
ベクトル指令生成部３４３は、このようにして、過去の二つのサンプリング点を用いて移動ベクトル指令Ｖを生成する（ＳＴ１３０）。この移動ベクトル指令Ｖでプローブ２３０を移動させていけば、測定対象物の表面形状にほぼ沿う方向にプローブ２３０が移動するので、滑らかで効率的な自律倣い測定が一応は実現できる。
【００４４】
しかしながら、例えば図８に例示するように、プローブ２３０からのレーザーを測定対象物に当てながらプローブ２３０が測定対象物の周囲を３６０度回るためには、プローブ２３０が測定対象物の回りを公転するだけでは無理である。そこで、本実施形態では、移動ベクトル指令Ｖが測定軸に対して直角になるように、回転テーブル機構２５０で測定対象物を回転させる。
【００４５】
回転指令生成部３４４は、次のようにして回転テーブル機構２５０に対する回転指令ωを生成する（ＳＴ１４０）。ベクトル指令生成部３４３で求められた移動ベクトル指令Ｖ１と最初のアプローチ方向ベクトルＡＰとが成す角θを算出する（図９中の囲みを参照）。そして、θｃ＝９０−θで求まる角度θｃの分だけ回転テーブル機構２５０で測定対象物を回転させると、次のサンプリング点（例えばＰ２）において測定対象物の表面とアプローチ方向ベクトルＡＰとがほぼ垂直になると期待できる。したがって、回転指令生成部３４４は、次の制御周期で回転テーブル機構２５０が角度θｃの分だけ回転するように回転指令ω１（角速度ω１）を生成する（ＳＴ１４０）。
（制御周期をΔｔとすれば、ω＝θｃ／Δｔということになる。）
【００４６】
ベクトル指令補正部３４５は、ベクトル指令生成部３４３が生成した移動ベクトルＶに対し、回転テーブル機構２５０の回転分を減じるように補正処理を行って、回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤを生成する（ＳＴ１５０）。
いま、図１０に例示するように、回転テーブル機構２５０の回転軸Ｃからサンプリング点Ｐ１までのベクトルを半径ベクトルＲ１とする。
サンプリング点Ｐ１の座標値は既に得られているので、半径ベクトルＲ１は算出可能である。回転指令ω１と半径ベクトルＲ１とを乗算すると、プローブ２３０の位置における測定対象物の回転速さが得られる。回転テーブル機構２５０の角速度ベクトルω１と半径ベクトルＲ１とを乗算（外積）すると、求まる回転速度Ｖθ１はω１×Ｒ１である。回転速度Ｖθ１を倣い拘束面に投影して、拘束面内回転ベクトルＶθｃ１を求める。
【００４７】
【数４】
2020056637.tif 000006
【００４８】
「移動ベクトル指令Ｖ１」から「拘束面内回転ベクトルＶθｃ１」を減じて、「回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤ」を生成する（ＳＴ１５０）。
【００４９】
「回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤ」＝「移動ベクトル指令Ｖ」−「拘束面内回転ベクトルＶθｃ」
【００５０】
駆動制御部３５０は、移動機構２２０を駆動制御する移動機構制御部３５１と、回転テーブル機構２５０を駆動制御する回転駆動制御部３５２と、を備える。
移動機構制御部３５１には、ベクトル指令補正部３４５から回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤが与えられる。回転駆動制御部３５２には、回転指令生成部３４４から回転駆動指令が与えられる。そして、移動機構制御部３５１からは移動機構２２０に対して回転補正後移動ベクトルＶＡＭＤに基づく移動信号が与えられ、回転駆動制御部３５２からは回転テーブル機構２５０に対して回転駆動指令に基づく回転駆動信号が与えられ、両者は同期している。
【００５１】
このようにして生成された移動信号と回転駆動信号とで移動機構２２０と回転テーブル機構２５０とが駆動される（ＳＴ１６０）。これにより、測定点において測定対象物の表面とプローブ２３０の測定軸とがほぼ直角を保ちつつ、測定対象物の表面形状にほぼ沿う方向にプローブ２３０が滑らかに相対移動する。したがって、測定対象物にレーザーを照射しながら一軸レーザープローブ２３０を測定対象物の回りで一周させ、一軸レーザープローブ２３０を用いた滑らかで効率的な自律倣い測定が実現できる。
【００５２】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。
第１実施形態によれば、測定対象物にレーザーを照射しながら一軸レーザープローブ２３０を測定対象物の回りで一周させることができる。ただし、図３に例示したように、レーザー発射方向を測定対象物の一面の法線と平行になるようにして自律倣いするだけでは、手前にオーバーハングするように張り出した面の陰になる領域は測定できないまま通り過ぎてしまう。
【００５３】
そこで、第２実施形態では、プローブ２３０と測定対象物とを相対的に往復運動させることで、測定対象物の輪郭形状をより正確に捉えるようにした。第２実施形態の動作フローを図１２、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５４】
図１２、図１３のフローチャートにおいて、ＳＴ２１０からＳＴ２６０は、第１実施形態（図１１）のＳＴ１１０からＳＴ１６０とほぼ同じであるので重複した説明は省略する。ＳＴ２１０からＳＴ２６０までの動作により、図１４に例示のように、プローブ２３０がＰＰ１→ＰＰ２→ＰＰ３と移動したとする。
【００５５】
ここで、第１実施形態では、ＳＴ１６０の一駆動は一制御周期分であることを想定し、ＳＴ１３０からＳＴ１６０を制御周期ごとにループすることを想定していた。短いピッチでＳＴ１３０からＳＴ１６０をループすることで、ベクトル指令ＶＡＭＤおよび回転指令ωがその都度その都度測定対象物の輪郭に追随して更新し、常に測定対象物に対してレーザーを垂直に当てながらの自律倣いを実現するようにしていた。
これに対し、第２実施形態では、ＳＴ２７０において、ＳＴ２６０の駆動を所定時間継続し、プローブ２３０がＰＰ２からＰＰ３まで進むようにする。ＳＴ２６０の継続時間をどの程度にするかは測定対象物の大きさにもよるので一概には言えないが、例えば数十サイクル分、測定対象物とプローブ２３０との相対移動距離でいうと数十ミリメートル（数センチメートル）程度に設定することが例として挙げられる。
【００５６】
プローブ２３０が図１４中のＰＰ２からＰＰ３に移動する間は、測定対象物の凹凸（ここでは歯車の歯）に一つ一つ追随することはしない。
プローブ２３０は、測定対象物の表面にレーザーを照射して、その反射光から測定対象物を検出していく。このときに取得できる検出データを輪郭データ１とする。
（もちろん、プローブの検出値に、移動機構のエンコーダの検出値および回転テーブル機構２５０のロータリーエンコーダの検出値も合成して輪郭データ１を求める。）
なお、図１４において、×印は、歯Ｔｇ２の陰になるためにレーザーが当たらず、検出できなかった領域である。つまり、輪郭データ１では、歯Ｔｇ２の陰になる×印の領域検出されておらず、実際とは異なる誤った輪郭データになっている。
【００５７】
ＳＴ２６０、ＳＴ２７０の駆動でプローブ２３０がＰＰ３に進んだところで、この終点（ここではＰＰ３）において測定対象物からの反射光を検出できるか判断する（ＳＴ２８０）。測定対象物からの反射光を検出できる場合（ＳＴ２８０：ＹＥＳ）、次に、回転テーブル２５１の回転動作によってプローブ２３０と測定対象物とを相対移動させ、別の角度で測定対象物にレーザーを照射する。
【００５８】
ＳＴ３１０において、回転テーブル２５１をθｐだけ回転させる。
図１５、図１６、図１７、図１８は、回転テーブル２５１が回転する様子を示す図である。
図１５では、回転テーブル２５１が回転し、ＰＰ３にあるプローブ２３０から発射されたレーザー光は、歯Ｔｇ２の頭のところに当たっている。さらに回転が進んで図１６になると、ＰＰ３にあるプローブ２３０から発射されたレーザー光は、歯Ｔｇ２の斜面に当たっている。この領域は、図１４では、歯Ｔｇ２の陰になっていて検出できなかったところである。さらに回転が進んで図１７になると、ＰＰ３にあるプローブ２３０から発射されたレーザー光は、歯Ｔｇ１と歯Ｔｇ２との間に当たっている。そして、最終的に、図１８では、ＰＰ３にあるプローブ２３０から発射されたレーザー光は、図１４でプローブがＰＰ２の位置にあったときの検出点に当たっている。
ＳＴ３１０の回転テーブル２５１の回転角θｐは、すなわち、一つ前のＳＴ２６０、ＳＴ２７０の駆動分を打ち消して、一つ前のＳＴ２６０、ＳＴ２７０と同じ範囲をスキャンするのに必要な回転角である。
このときに得られる検出データを輪郭データ２とする。
【００５９】
ＳＴ３２０では、ＳＴ３１０の回転テーブル２５１の回転分を戻しておく。つまり、図１９の状態に戻る。
【００６０】
いま、ここまでの工程で輪郭データ１と輪郭データ２とが取得できているので、この二つを合成する（ＳＴ３３０）。輪郭データ１と輪郭データ２とは、回転テーブル２５１の回転により、同じ領域を異なるレーザー照射角で計測したデータである。したがって、輪郭データ１では歯Ｔｇ２の陰になっていて検出できなかった領域が輪郭データ２にはある。二つのデータを合成するにあたって、輪郭データ１と輪郭データ２とのどちらを優先するかは適宜選択してもよいが、回転テーブルの中心からの距離が短い方を選択するとよいと考えられる。
【００６１】
なお、ＳＴ２８０において、プローブ２３０の到達点で測定対象物を検出できない場合（ＳＴ２８０：ＮＯ）、プローブ２３０が測定対象物を通り過ぎてしまっている恐れがある。例えば、表面形状の曲率が急に変化するような測定対象物の場合（例えば図１のようなブレードの端の領域）、プローブ２３０が測定対象物を通り過ぎる可能性はある。この場合には、ＳＴ２９０においてＳＴ２６０、Ｓ２７０をキャンセルするようにプローブ２３０および回転テーブルの位置を戻し、ＳＴ２９１でＳＴ２７０の継続時間を短く設定変更し、ＳＴ２３０からリトライする。
【００６２】
一方、ＳＴ２８０の判定は、プローブ２３０の到達点で測定対象物を検出できるかどうかを判定しており、途中（例えば、ＰＰ２からＰＰ３に至る途中）で検出値を取得できるかどうかは問わない。
例えば、図２０に例示のように、測定対象物の途中に深い溝があるとレーザー光が戻ってこない。第１実施形態の方法では、深い溝のように急に測定できない点が出現した時点で自律倣い測定は停止することになる。これに対し、本実施形態ではＳＴ２７０で所定時間駆動を継続することとしているので、（検出できないとしても）、プローブ２３０は溝を越えて移動することとなり、溝の先に測定対象物の表面があれば（ＳＴ２８０：ＹＥＳ）、自律倣い倣い測定は継続される。
【００６３】
（変形例１）
上記実施形態においては、予め一定の移動速さｖが速度パターン計画部３４２に設定されているとした。
ここで、測定対象物の曲率が大きいところでは、過去の二つのサンプリング点から算出した移動ベクトル指令Ｖが実際の測定対象物の形状からずれやすく、プローブ２３０が測定対象物の表面から離脱してしまったり、あるいは、離脱まではしなくても測定精度が劣化してしまったりする可能性がある。そこで、変形例１としては、測定対象物の曲率を常に計算し、曲率が大きいところでは移動速さｖを減速するようにする。
【００６４】
速度パターン計画部３４２には、例えば、図２１に例示するように、曲率半径Ｒが小さいとき（曲率が大きいとき）には移動速さｖを小さくし、曲率半径Ｒが大きいとき（曲率が小さいとき）には移動速さｖを大きくする速度テーブルが予め設定されているとする。（もちろん、曲率と移動速さｖとの関係は、テーブルではなく、演算式で与えられていてもよい。）図２０の例でいうと、ｖｓｅｔは、ホストコンピュータ５００（パートプログラム）によって指定された移動速さである。曲率半径Ｒと所定の係数ｋ（ｋ＜１）とにより、移動速さｖは、ｖ＝ｋ×ｖｓｅｔ×Ｒになるようにする。（なお、例えば、ｋ×Ｒ＜０．１のときにはｋ×Ｒ＝０．１とし、ｋ×Ｒ＞１のときはｋ×Ｒ＝１とする。これで、ｖｓｅｔの１０分の１を最小速度とし、ｖｓｅｔを最高速度とする。）
【００６５】
曲率半径は、既に取得された３つ以上のサンプリング点（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）を用いて、例えば次の式で求められる。
【００６６】
【数５】
2020056637.tif 000007
【００６７】
このように、測定対象物の曲率を常に計算し、曲率が大きいところでは移動速さｖを減速するようにすることで曲率が大きい、あるいは、曲率の変化が大きいような測定対象物に対しても一軸プローブによる自律倣い測定ができる。
【００６８】
（変形例２）
上記第２実施形態の説明および図１４−図１８を参照して説明したように、回転テーブル２５１の回転動作とプローブ２３０の並進移動とを組み合わせてプローブ２３０と測定対象物とを相対移動させる。このとき、異なる角度で測定対象物にレーザーを照射しながら測定対象物を測定していくことができる。すると、一軸レーザープローブであっても複雑な形状の測定対象物の表面全体を正しく測定できる。この点を考えると、例えば、図２２に例示するように、回転テーブル２５１を一定の回転速度ωで回転させながら、プローブ２３０を往復移動させながら前進させるようにしてもよい。図２２でいうと、往路ベクトル（例えば（１）→（２））の方が復路ベクトル（例えば（２）→（３））よりも長く、このような往路ベクトルと復路ベクトルを交互に用いてプローブ２３０を往復させながら前進させる。（往路ベクトルと復路ベクトルとは予め設定しておく。）この間に回転テーブルが一定速度で一周する。すると、レーザー照射角度を少しずつ変えながら測定対象物の同じ領域を複数回測定することになり、複雑な形状の測定対象物の表面を正確に検出することができる。
【００６９】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
モーションコントローラ３００とホストコンピュータ５００とは分離している例を示したが、モーションコントローラ３００とホストコンピュータ５００とが一体となって三次元測定機の「コントローラ」を構成してしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１００…形状測定システム、
２００…三次元測定機、
２１０…定盤、２２０…移動機構、２２１…Ｙスライダ、２２２…Ｘスライダ、２２３…Ｚ軸コラム、２２４…Ｚスピンドル、
２３０…一軸レーザープローブ、
２５０…回転テーブル機構、
２５１…回転テーブル、
３００…モーションコントローラ、
３３０…検出データ取得部、３４０…駆動指令生成部、３４１…拘束面設定部、３４２…速度パターン計画部、３４３…ベクトル指令生成部、３４４…回転指令生成部、３４５…ベクトル指令補正部、３５０…駆動制御部、３５１…移動機構制御部、３５２…回転駆動制御部、
５００…ホストコンピュータ、
５２０…記憶部、５３０…形状解析部。
【図１】
2020056637.tif 000008
【図２】
2020056637.tif 000009
【図３】
2020056637.tif 000010
【図４】
2020056637.tif 000011
【図５】
2020056637.tif 000012
【図６】
2020056637.tif 000013
【図７】
2020056637.tif 000014
【図８】
2020056637.tif 000015
【図９】
2020056637.tif 000016
【図１０】
2020056637.tif 000017
【図１１】
2020056637.tif 000018
【図１２】
2020056637.tif 000019
【図１３】
2020056637.tif 000020
【図１４】
2020056637.tif 000021
【図１５】
2020056637.tif 000022
【図１６】
2020056637.tif 000023
【図１７】
2020056637.tif 000024
【図１８】
2020056637.tif 000025
【図１９】
2020056637.tif 000026
【図２０】
2020056637.tif 000027
【図２１】
2020056637.tif 000028
【図２２】
2020056637.tif 000029