(57)【要約】【課題】補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができ、測定精度を向上させることができる三次元測定機の提供。【解決手段】三次元測定機は、測定子２１１Ａを有するプローブ２１と、駆動機構と、補正パラメータ算出装置とを備える。補正パラメータ算出装置は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する拘束手段６と、プローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定する基準位置設定部と、拘束手段６にて基準位置に測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を複数の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備え、測定点情報取得部にて取得される情報に基づいて、プローブ２１の座標系を補正するための補正パラメータを算出する。【選択図】図５
2010145211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を有するプローブと、前記プローブを保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機であって、
前記プローブの座標系を補正するための補正パラメータを算出する補正パラメータ算出装置を備え、
前記補正パラメータ算出装置は、
前記測定子の中心を回転中心とする回転変位を拘束することなく前記測定子の並進変位を拘束する拘束手段と、
前記プローブの移動量が０となる位置を基準位置として設定する基準位置設定部と、
前記拘束手段にて前記基準位置に前記測定子を拘束した状態で前記プローブを測定空間内における複数の測定点に移動させて前記各測定点における前記基準位置からの前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備え、
前記測定点情報取得部にて取得される前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量に基づいて、前記補正パラメータを算出することを特徴とする三次元測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記拘束手段は、
前記測定子を挟んで対向して配設され、前記対向方向に沿って前記測定子を押圧する２つの押圧部材を備え、
前記各押圧部材には、前記対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有し、前記測定子に向かって突出する柱状に形成される２つの柱状部がそれぞれ設けられ、
一方の前記押圧部材における前記各柱状部、及び他方の前記押圧部材における前記各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられ、前記測定子に当接することを特徴とする三次元測定機。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記各柱状部は、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に設けられていることを特徴とする三次元測定機。
【請求項４】
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記拘束手段は、
前記測定子の中心に向かって前記測定子を押圧する少なくとも４つの押圧部材を備え、
前記各押圧部材は、
前記測定子に当接する球状の当接部材と、
前記当接部材を、前記当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材とを備えることを特徴とする三次元測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を先端に有する棒状のスタイラスを備えて構成されるプローブと、プローブの基端を保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
なお、三次元測定機に用いられるプローブとしては、被測定物に接触したときにトリガ信号を出力するタッチトリガプローブと、一定の範囲内で移動可能に構成され、スタイラスの移動量（以下、プローブの移動量とする）を出力する測定プローブとが知られている。以下の説明では、この測定プローブを単にプローブとする。
特許文献１に記載の表面形状測定装置（三次元測定機）では、プローブを被測定物に押し込んだ状態でプローブの移動量、及び駆動機構の移動量を取得し、取得した各移動量を合成することで測定子の位置（測定値）を検出している。また、表面形状測定装置は、検出した測定値に基づいて被測定物の表面形状等を測定している。
【０００３】
ここで、三次元測定機は、プローブに規定された直交座標系に基づいてプローブの移動量を取得し、駆動機構に規定された直交座標系に基づいて駆動機構の移動量を取得する。
具体的に、三次元測定機にて取得されるプローブの移動量を（ｘｐ,ｙｐ,ｚｐ）とし、駆動機構の移動量を（ｘｍ,ｙｍ,ｚｍ）とすれば、測定値（ｘ,ｙ,ｚ）は、以下の式（１）によって算出される。
【０００４】
【数１】
2010145211.tif 000003
【０００５】
このため、プローブ、及び駆動機構の座標系が一致していない場合には、測定値に誤差が生じることになる。
なお、各座標系の不一致の要因としては、例えば、プローブの移動量を取得するためのスケールと、駆動機構の移動量を取得するためのスケールとの間に誤差がある場合や、駆動機構にプローブを取り付けて保持させたときの取り付け誤差によって各座標系の向きが一致していない場合や、各座標系を構成する３つの座標軸間に空間的な歪みがあり直交していない場合などが考えられる。
【０００６】
したがって、各座標系の不一致に基づく測定誤差を低減し、測定精度を向上させるために、三次元測定機は、プローブの座標系を補正することが望ましい。ここで、各座標系を一致させる補正としては、アフィン変換を用いて補正する方法が知られている。
具体的に、例えば、アフィン変換の変換行列（補正パラメータ）をＡ（Ａ１１〜Ａ３３）とし、駆動機構の座標系にプローブの座標系を一致させるように補正すると、補正後のプローブの移動量（ｘｐ´,ｙｐ´,ｚｐ´）は、以下の式（２）によって算出される。
【０００７】
【数２】
2010145211.tif 000004
【０００８】
したがって、補正後の測定値（ｘ´,ｙ´,ｚ´）は、以下の式（３）によって算出される。
【０００９】
【数３】
2010145211.tif 000005
【００１０】
ここで、補正パラメータを算出する方法としては、例えば、既知の形状を有する基準ゲージを測定することによって算出される測定値に基づいて、補正パラメータを算出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の方法では、基準ゲージを複数の測定点で測定することによって算出された複数の測定値に基づいて、基準ゲージの形状を規定する方程式と、補正パラメータを算出するための方程式とを連立させた連立方程式の解を求めることで補正パラメータを算出している。このため、多数の測定点で基準ゲージを測定しなければならず、補正パラメータの算出に時間がかかるという問題がある。
【００１１】
また、補正パラメータを算出する他の方法としては、例えば、治具の凹部に測定子を押し込んだ状態でプローブを移動させて測定することによって算出される測定値に基づいて、補正パラメータを算出する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
具体的に、特許文献３に記載の方法では、正三角形の頂点に位置するように３つの球体を平面上に配設して形成された錐状の凹部を有する治具を用いて補正パラメータを算出している。
【００１２】
ここで、測定子の位置は、治具の凹部によって拘束されているので、プローブを移動させたときのプローブの移動量と、駆動機構の移動量とは、互いに逆方向の同じ大きさの移動量となる。したがって、特許文献３に記載の方法では、この条件を利用することによって、基準ゲージを用いることなく補正パラメータを算出している。
また、測定子の位置は、治具の凹部によって拘束されているので、基準ゲージを用いる特許文献２に記載の方法と比較して補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−８９５７８号公報
【特許文献２】特開２００４−５２１３４３号公報
【特許文献３】特開平２−２８４２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献３に記載の方法では、治具に形成された錐状の凹部に押し込むことによって測定子の位置を拘束しているので、治具の平面方向（プローブの軸方向と直交する方向）、及び治具から離間する方向（プローブの先端から基端に向かう方向）にプローブを移動させて測定しても有効な測定値を得ることができないという問題がある。
すなわち、特許文献３に記載の方法では、三次元測定機は、測定空間内における十分な範囲で有効な測定値を得ることができないので、適切な補正パラメータを算出することができず、測定精度を向上させるには限界があるという問題がある。
特に、三次元測定機では、プローブの軸方向と直交する方向に向かってプローブを被測定物に押し込んだ状態で測定する場合が多いので、治具の平面方向にプローブを移動させて測定しても有効な測定値を得ることができないのは非常に大きな問題となる。
【００１５】
本発明の目的は、補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができ、測定精度を向上させることができる三次元測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では、一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を有するプローブと、前記プローブを保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機であって、前記プローブの座標系を補正するための補正パラメータを算出する補正パラメータ算出装置を備え、前記補正パラメータ算出装置は、前記測定子の中心を回転中心とする回転変位を拘束することなく前記測定子の並進変位を拘束する拘束手段と、前記プローブの移動量が０となる位置を基準位置として設定する基準位置設定部と、前記拘束手段にて前記基準位置に前記測定子を拘束した状態で前記プローブを測定空間内における複数の測定点に移動させて前記各測定点における前記基準位置からの前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備え、前記測定点情報取得部にて取得される前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量に基づいて、前記補正パラメータを算出することを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、補正パラメータ算出装置は、測定子の中心を回転中心とする回転変位（以下、測定子の回転変位とする）を拘束することなく測定子の並進変位を拘束する拘束手段と、拘束手段にて基準位置に測定子を拘束した状態で、プローブをあらゆる方向の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブの移動量、及び駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備えているので、十分な範囲で有効な測定値を得ることができる。
したがって、補正パラメータ算出装置は、補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができ、適切な補正パラメータを算出することができる。また、補正パラメータ算出装置にて適切な補正パラメータを算出することができるので、三次元測定機は、測定精度を向上させることができる。
【００１８】
ここで、三次元測定機にて被測定物を測定する場合には、プローブを被測定物に押し込んだ状態で被測定物を測定する。このとき、測定子は、被測定物との接触面における法線方向の反力に起因する変位、及び接触面における摩擦力に起因する変位以外の変位をすることがなく、並進変位、及び回転変位の拘束はなされない。このため、測定子の回転変位を拘束した状態でプローブを移動させて測定することによって測定値を算出すると、プローブの移動量に誤差が生じ、ひいては適切な補正パラメータを算出することができなくなるという問題がある。
本発明によれば、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束するので、補正パラメータ算出装置は、適切な補正パラメータを算出することができる。
【００１９】
本発明では、前記拘束手段は、前記測定子を挟んで対向して配設され、前記対向方向に沿って前記測定子を押圧する２つの押圧部材を備え、前記各押圧部材には、前記対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有し、前記測定子に向かって突出する柱状に形成される２つの柱状部がそれぞれ設けられ、一方の前記押圧部材における前記各柱状部、及び他方の前記押圧部材における前記各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられ、前記測定子に当接することが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、拘束手段は、２つの押圧部材にて測定子を押圧することで各柱状部を測定子に当接させることができる。ここで、一方の押圧部材における各柱状部、及び他方の押圧部材における各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられているので、拘束手段は、簡素な構成で測定子の並進変位を拘束することができる。また、各柱状部は、押圧部材の押圧力によって測定子に当接しているので、拘束手段は、各押圧部材の押圧力を調整することで測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束することができる。
【００２１】
本発明では、前記各柱状部は、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、各柱状部は、測定子の回転変位に応じて回転することができるので、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束することができる。
【００２２】
本発明では、前記拘束手段は、前記測定子の中心に向かって前記測定子を押圧する少なくとも４つの押圧部材を備え、前記各押圧部材は、前記測定子に当接する球状の当接部材と、前記当接部材を、前記当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材とを備えることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、拘束手段は、少なくとも４つの押圧部材にて測定子を押圧することで当接部材を測定子に当接させることができる。ここで、各押圧部材は、測定子の中心に向かって測定子を押圧するので、拘束手段は、簡素な構成で測定子の並進変位を拘束することができる。また、当接部材は、支持部材にて当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持されているので、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく並進変位を拘束することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
三次元測定機１は、図１に示すように、三次元測定機本体２と、三次元測定機本体２の駆動制御を実行するモーションコントローラ３と、操作レバー等を介してモーションコントローラ３に指令を与え、三次元測定機本体２を手動で操作するための操作手段４と、モーションコントローラ３に所定の指令を与えるとともに、演算処理を実行するホストコンピュータ５とを備える。
【００２５】
図２は、三次元測定機本体２を示す全体模式図である。なお、図２では、上方向を＋Ｚ軸方向とし、このＺ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸、及びＹ軸として説明する。以下の図面においても同様である。
三次元測定機本体２は、図２に示すように、被測定物Ｗを測定するための測定子２１１Ａを有するプローブ２１と、プローブ２１の基端側を保持するとともに、プローブ２１を駆動する駆動機構２２と、駆動機構２２が立設される定盤２３とを備える。
駆動機構２２は、プローブ２１の基端側を保持するとともに、プローブ２１の移動を可能とするスライド機構２４と、スライド機構２４を駆動することでプローブ２１を駆動する駆動部２５とを備える。
【００２６】
スライド機構２４は、定盤２３におけるＸ軸方向の両端から＋Ｚ軸方向に延出し、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられる２つのコラム２４１と、各コラム２４１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２４２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２４２上をＸ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスライダ２４３と、スライダ２４３の内部に挿入されるとともに、スライダ２４３内をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるラム２４４とを備える。したがって、駆動機構２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を駆動する複数の駆動軸を備えている。そして、ラム２４４は、−Ｚ軸方向側の端部においてプローブ２１の基端側を保持している。なお、プローブ２１としては、複数の種類のプローブが用意されており、これらのプローブの中から選択してラム２４４に保持させることができる。
【００２７】
駆動部２５は、図１、及び図２に示すように、各コラム２４１のうち、−Ｘ軸方向側のコラム２４１を支持するとともに、Ｙ軸方向に沿って駆動するＹ軸駆動部２５１Ｙと、ビーム２４２上をスライドさせてスライダ２４３をＸ軸方向に沿って駆動するＸ軸駆動部２５１Ｘ（図２において図示略）と、スライダ２４３内をスライドさせてラム２４４をＺ軸方向に沿って駆動するＺ軸駆動部２５１Ｚ（図２において図示略）とを備える。
【００２８】
Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、図１に示すように、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸スケールセンサ２５２Ｘ、Ｙ軸スケールセンサ２５２Ｙ、及びＺ軸スケールセンサ２５２Ｚがそれぞれ設けられている。なお、各スケールセンサ２５２は、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。
【００２９】
図３は、プローブ２１の拡大模式図である。
プローブ２１は、図３に示すように、測定子２１１Ａを先端側に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側を支持する支持機構２１２とを備える。
支持機構２１２は、スタイラス２１１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持するとともに、測定子２１１Ａに外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接した場合には、スタイラス２１１を一定の範囲内でＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に移動可能としている。この支持機構２１２は、図１に示すように、スタイラス２１１の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸プローブセンサ２１３Ｘ、Ｙ軸プローブセンサ２１３Ｙ、及びＺ軸プローブセンサ２１３Ｚを備える。なお、各プローブセンサ２１３は、各スケールセンサ２５２と同様にスタイラス２１１の各軸方向の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。
【００３０】
図４は、プローブ２１と、プローブセンサ２１３Ｘとの関係を示す模式図である。なお、図４では、プローブ２１、及び被測定物Ｗの相対的な移動方向を矢印Ｄで示している。
具体的に、支持機構２１２は、図４に示すように、付勢部材２１２Ａを備え、スタイラス２１１を所定位置に位置決めしている。そして、各プローブセンサ２１３は、スタイラス２１１の基端部の位置を検出することでスタイラス２１１の各軸方向に位置を検出している。
例えば、図４（Ａ）に示すように、測定子２１１Ａに外力が加わっていない場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接していない場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は０となる。
そして、図４（Ｂ）に示すように、プローブ２１をＸ軸方向に移動させて測定子２１１Ａに外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接した場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は測定子２１１Ａの移動量に応じた移動量となる。
【００３１】
モーションコントローラ３は、図１に示すように、操作手段４、またはホストコンピュータ５からの指令に応じて駆動部２５を制御する駆動制御部３１と、各スケールセンサ２５２、及び各プローブセンサ２１３から出力されるパルス信号を計数するカウンタ部３２とを備える。
カウンタ部３２は、各スケールセンサ２５２から出力されるパルス信号をカウントしてスライド機構２４の移動量を計測するスケールカウンタ３２１と、各プローブセンサ２１３から出力されるパルス信号をカウントしてプローブ２１の移動量を計測するプローブカウンタ３２２とを備える。そして、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスライド機構２４の移動量、及びプローブ２１の移動量は、ホストコンピュータ５に出力される。
【００３２】
ホストコンピュータ５は、ＣＰＵ（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３に所定の指令を与えることで三次元測定機本体２を制御するものであり、指令部５１と、移動量取得部５２と、測定値算出部５３と、補正パラメータ算出部５４と、ホストコンピュータ５で用いられるデータを記憶する記憶部５５とを備える。
【００３３】
指令部５１は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に所定の指令を与え、三次元測定機本体２のスライド機構２４を駆動する。具体的に、指令部５１は、測定子２１１Ａを駆動するための位置指令値を出力する。なお、被測定物Ｗの輪郭データは、記憶部５５に記憶されている。
移動量取得部５２は、カウンタ部３２にて計測されたプローブ２１の移動量（ｘｐ,ｙｐ,ｚｐ）、及び駆動機構２２の移動量（ｘｍ,ｙｍ,ｚｍ）を取得する。ここで、移動量取得部５２は、プローブ２１に規定された直交座標系に基づいて、プローブ２１の移動量を取得し（図３参照）、駆動機構２２に規定された直交座標系に基づいて、駆動機構２２の移動量を取得する（図２参照）。
【００３４】
測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて測定値、すなわち測定子２１１Ａの位置を算出する。なお、駆動機構２２の移動量は、支持機構２１２内におけるスタイラス２１１の移動が全く生じていない場合、すなわちプローブ２１の移動量が０の場合における測定子２１１Ａの位置を示すように調整されている。
具体的に、測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を合成することで、以下の式（４）に示すように、測定値（ｘ,ｙ,ｚ）を算出する。
【００３５】
【数４】
2010145211.tif 000006
【００３６】
ここで、測定値算出部５３は、駆動機構２２の座標系にプローブ２１の座標系を一致させるように補正することでプローブ２１の座標系を補正する。具体的に、プローブ２１の座標系を補正するための補正パラメータをＡ（Ａ１１〜Ａ３３）とすれば、補正後のプローブ２１の移動量（ｘｐ´,ｙｐ´,ｚｐ´）は、以下の式（５）によって算出される。なお、補正パラメータＡは、後に詳述する補正パラメータ算出部５４にて算出され、記憶部５５に記憶されている。
【００３７】
【数５】
2010145211.tif 000007
【００３８】
したがって、測定値算出部５３は、補正後の測定値（ｘ´,ｙ´,ｚ´）を、以下の式（６）によって算出する。
【００３９】
【数６】
2010145211.tif 000008
【００４０】
補正パラメータ算出部５４は、補正パラメータＡを算出するものであり、基準位置設定部５４１と、測定点情報取得部５４２とを備える。
【００４１】
図５は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
補正パラメータ算出部５４は、図５に示すように、定盤２３（図２参照）に設置される拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態で補正パラメータＡを算出する。
拘束手段６は、測定子２１１Ａを挟んで対向して配設され、対向方向（図５中矢印方向）に沿って測定子２１１Ａを押圧する２つの角柱状の押圧部材６１Ａ,６１Ｂと、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂにおける測定子２１１Ａ側の面に取り付けられる板状部材６２Ａ，６２Ｂと、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂを対向方向に沿ってスライド移動可能に支持する台座６３とを備える。
【００４２】
各板状部材６２Ａ,６２Ｂは、対向方向と直交する平面を有する矩形板状に形成され、長手方向が互いに直交するように各押圧部材６１Ａ,６１Ｂに取り付けられている。また、各板状部材６２Ａ,６２Ｂにおける測定子２１１Ａ側の面には、長手方向に軸方向を有する柱状に形成される２つの柱状部６２１Ａ,６２１Ｂが設けられ、各柱状部６２１Ａ,６２１Ｂは、測定子２１１Ａに向かって突出している。
【００４３】
すなわち、各柱状部６２１Ａ,６２１Ｂは、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂに設けられ、対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有している。また、一方の押圧部材６１Ａにおける各柱状部６２１Ａ、及び他方の押圧部材６１Ｂにおける各柱状部６２１Ｂは、軸方向が互いにおよそ直交するように設けられている。そして、拘束手段６は、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂにて測定子２１１Ａを押圧することで各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂを測定子２１１Ａに当接させて測定子２１１Ａの並進変位を拘束する。また、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂの押圧力は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する程度に調整されている。
【００４４】
図６は、測定子２１１Ａの並進変位を拘束した状態におけるプローブ２１と、プローブセンサ２１３Ｘとの関係を示す模式図である。なお、図６では、プローブ２１、及び治具Ｊ１,Ｊ２の相対的な移動方向を矢印Ｄで示している。
ここで、図６（Ａ）に示すように、測定子２１１Ａの回転変位を拘束するとともに、測定子２１１Ａの並進変位を拘束する治具Ｊ１にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を移動させた場合には、スタイラス２１１の基端部の位置も測定子２１１Ａと同じだけ移動することになる。したがって、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合（図４（Ａ）参照）と比較して大きくなる。
【００４５】
これに対して、図６（Ｂ）に示すように、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する治具Ｊ２にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を移動させた場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合と略同じになる。
本実施形態では、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂの押圧力は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する程度に調整されているので、プローブセンサ２１３にて検出されるプローブ２１の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合と略同じになる。
【００４６】
基準位置設定部５４１は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定する。具体的に、基準位置設定部５４１は、指令部５１に位置指令値を出力させることでプローブ２１を移動させながら移動量取得部５２にプローブ２１の移動量を取得させてプローブ２１の移動量が０となる位置を検出する。そして、基準位置設定部５４１は、プローブ２１の移動量が０となる位置を検出すると、その位置を基準位置として設定する。
【００４７】
測定点情報取得部５４２は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を測定空間内における複数の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する。具体的に、測定点情報取得部５４２は、指令部５１に位置指令値を出力させることでプローブ２１を各測定点に移動させて移動量取得部５２に基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得させる。
【００４８】
そして、補正パラメータ算出部５４は、測定点情報取得部５４２にて取得されるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて、補正パラメータＡを算出する。
すなわち、本実施形態では、補正パラメータ算出装置は、拘束手段６と、補正パラメータ算出部５４とで構成されている。
【００４９】
〔補正パラメータの算出方法〕
図７は、補正パラメータ算出部５４による補正パラメータＡの算出方法を示すフローチャートである。
三次元測定機１の使用者は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態で補正パラメータＡの算出を開始する。
補正パラメータＡの算出を開始すると、基準位置設定部５４１は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定する（ステップＳＴ１）。
【００５０】
基準位置設定部５４１にて基準位置が設定されると、測定点情報取得部５４２は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を測定空間内における複数の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する（ステップＳＴ２）。
【００５１】
ここで、測定子２１１Ａの位置は、拘束手段６によって拘束されているので、プローブ２１を移動させたときのプローブ２１の移動量と、駆動機構２２の移動量とは、互いに逆方向の同じ大きさの移動量となる。したがって、プローブ２１、及び駆動機構２２の座標系が一致している場合には、以下の式（７）に示すように、駆動機構２２の移動量、及びプローブ２１の移動量を合成することで測定値を算出すると、測定値は０になる。
【００５２】
【数７】
2010145211.tif 000009
【００５３】
これに対して、プローブ２１、及び駆動機構２２の座標系が一致していない場合には、測定値は０にならないので、以下の式（８）に示すように、測定値が０となるように補正パラメータＡを算出すればよい。
【００５４】
【数８】
2010145211.tif 000010
【００５５】
また、式（８）を変形すると、以下の式（９）を得ることができる。
【００５６】
【数９】
2010145211.tif 000011
【００５７】
上述した式（９）において、補正パラメータＡの未知数は９個であるので、これらの未知数を算出することができる十分な数の測定点におけるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を測定点情報取得部５４２にて取得すれば、最小二乗法などによって補正パラメータＡを算出することができる。
例えば、測定点情報取得部５４２にて測定される測定点の数をｎ個とすれば、連立方程式は、以下の式（１０）によって表すことができる。
【００５８】
【数１０】
2010145211.tif 000012
【００５９】
上述した式（１０）において、プローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量をＸｐ,Ｘｍとおいて単純化すれば、以下の式（１１）を得ることができる。
【００６０】
【数１１】
2010145211.tif 000013
【００６１】
そして、左辺が補正パラメータＡとなるように、上述した式（１１）を変形すれば、以下の式（１２）を得ることができる。
【００６２】
【数１２】
2010145211.tif 000014
【００６３】
したがって、測定点情報取得部５４２にて基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量が取得されると、補正パラメータ算出部５４は、上述した式（１２）に示すように、測定点情報取得部５４２にて取得されるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて、補正パラメータＡを算出する（ステップＳＴ３）。
そして、補正パラメータ算出部５４は、算出した補正パラメータＡを記憶部５５に記憶させる。
【００６４】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）補正パラメータ算出装置は、拘束手段６と、拘束手段６にて基準位置に測定子２１１Ａを拘束した状態で、プローブ２１をあらゆる方向の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する測定点情報取得部５４２とを備えているので、十分な範囲で有効な測定値を得ることができる。したがって、補正パラメータ算出装置は、補正パラメータＡの算出にかかる時間を短縮することができ、適切な補正パラメータＡを算出することができる。また、補正パラメータ算出装置にて適切な補正パラメータＡを算出することができるので、三次元測定機１は、測定精度を向上させることができる。
【００６５】
（２）拘束手段６は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束するので、補正パラメータ算出装置は、適切な補正パラメータＡを算出することができる。
（３）拘束手段６は、２つの押圧部材６１Ａ,６１Ｂを備え、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂには、各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂが設けられているので、拘束手段６は、簡素な構成で測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。また、拘束手段６は、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂの押圧力を調整することで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る拘束手段６Ａにて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記第１実施形態では、各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂは、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂに固定されていた。
これに対して、本実施形態では、図８に示すように、各柱状部６２２Ａ，６２２Ｂは、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に各押圧部材６１Ａ，６１Ｂ（図示略）に設けられている点で異なる。
【００６７】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
すなわち、各柱状部６２２Ａ，６２２Ｂは、測定子２１１Ａの回転変位に応じて回転することができるので、拘束手段６Ａは、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。
【００６８】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る拘束手段６Ｂにて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
前記第１実施形態では、拘束手段６は、２つの押圧部材６１Ａ,６１Ｂを備え、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂに設けられた各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂを測定子２１１Ａに当接させることで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束していた。
これに対して、本実施形態では、拘束手段６Ｂは、図９に示すように、４つの押圧部材６４を備え、各押圧部材６４に設けられた当接部材６４１を測定子２１１Ａに当接させることで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する点で異なる。
【００６９】
具体的に、拘束手段６Ｂは、測定子２１１Ａの中心に向かって測定子２１１Ａを押圧する４つの押圧部材６４を備える。
各押圧部材６４は、測定子２１１Ａに当接する球状の当接部材６４１と、当接部材６４１を、当接部材６４１の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材６４２とを備える。
【００７０】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
すなわち、拘束手段６Ｂは、４つの押圧部材６４を備え、各押圧部材６４は、各当接部材６４１を備えているので、拘束手段６Ｂは、簡素な構成で測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。また、当接部材６４１は、支持部材６４２にて当接部材６４１の中心を回転中心として回転自在に支持されているので、拘束手段６Ｂは、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。
【００７１】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、補正パラメータ算出装置は、拘束手段６，６Ａ，６Ｂを備えていたが、これら以外の拘束手段を備えていてもよい。要するに、補正パラメータ算出装置は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する拘束手段を備えていればよい。
【００７２】
前記各実施形態では、基準位置設定部５４１は、拘束手段６，６Ａ，６Ｂにて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定していたが、測定子に外力が加わっていない状態で基準位置を設定し、プローブの移動量を変化させることなく拘束手段にて測定子を拘束するようにしてもよい。
前記第３実施形態では、拘束手段６Ｂは、４つの押圧部材６４を備えていたが、５つ以上の押圧部材を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元測定機の概略構成を示すブロック図。
【図２】前記実施形態における三次元測定機本体を示す全体模式図。
【図３】前記実施形態におけるプローブの拡大模式図。
【図４】前記実施形態におけるプローブと、プローブセンサとの関係を示す模式図。
【図５】前記実施形態における拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。
【図６】前記実施形態における測定子の並進変位を拘束した状態におけるプローブと、プローブセンサとの関係を示す模式図。
【図７】前記実施形態における補正パラメータ算出部による補正パラメータの算出方法を示すフローチャート。
【図８】本発明の第２実施形態に係る拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００７４】
１…三次元測定機
６，６Ａ，６Ｂ…拘束手段（補正パラメータ算出装置）
２１…プローブ
２２…駆動機構
５４…補正パラメータ算出部（補正パラメータ算出装置）
６１Ａ，６１Ｂ…押圧部材
６４…押圧部材
２１１Ａ…測定子
５４１…基準位置設定部
５４２…測定点情報取得部
６２１Ａ，６２１Ｂ…柱状部
６２２Ａ，６２２Ｂ…柱状部
６４１…当接部材
６４２…支持部材
【図１】
2010145211.tif 000015
【図２】
2010145211.tif 000016
【図３】
2010145211.tif 000017
【図４】
2010145211.tif 000018
【図５】
2010145211.tif 000019
【図６】
2010145211.tif 000020
【図７】
2010145211.tif 000021
【図８】
2010145211.tif 000022
【図９】
2010145211.tif 000023