(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触走査式座標測定器（１）の動作の準備をする方法、特に、座標測定器（１）に配置されたプローブ（３，８）を用いて校正標準器（２，４）を接触走査することにより座標測定器（１）の校正の準備をする方法であり、
表面測定器（２１）を用いて、座標測定器（１）のプローブ部品としての球の理想形状から逸脱した探針ボール（３）の表面を計測して、探針ボールの座標系における探針ボールの複数の実際の表面点の座標を決定する工程と、
探針ボール（３）の基準指標（１４；１５；１６）を探針ボール（３）の座標系と関連付ける工程と、
接触走査式座標測定器（１）の測定領域内において接触走査式座標測定器（１）に探針ボール（３）を取り付ける工程と、
校正標準器（２，４）の座標系を座標測定器（１）の座標系と関連付ける工程と、
座標測定器（１）に取り付けた探針ボール（３）を用いた校正標準器（２，４）の走査及び／又は座標測定器（１）に取り付けた探針ボール（３）のシャフト（８）を用いた校正標準器（２，４）の走査により走査情報を取得する工程と、
この走査情報を評価することにより座標測定器（１）の座標系における探針ボール（３）の基準指標（１４；１５；１６）の位置と向きを算出する工程と、
探針ボール（３）の座標系を座標測定器（１）の座標系と関連付けて、それにより、座標測定器（１）の座標系における探針ボールの実際の表面点の位置に関する情報が得られる、或いは決定可能となる工程と、
を有する方法。
【請求項２】
当該の校正標準器（２，４）が校正ボール、特に、検査ボール又は校正測定ボールであり、校正ボールにより、
表面測定器（２１）を用いて球の理想形状から逸脱した校正ボール（２，４）の表面を計測して、校正ボール（２，４）の座標系における校正ボール（２，４）の複数の実際の表面点の座標を決定する工程と、
校正ボール（２，４）の基準指標（１４；１５；１６）を校正ボール（２，４）の座標系と関連付ける工程と、
接触走査式座標測定器（１）の測定領域内に校正ボール（２，４）を配置する工程と、
を実行して、それにより、
校正ボール（２，４）の座標系を座標測定器（１）の座標系と関連付けた場合に、座標測定器（１）の座標系における校正ボール（２，４）の実際の表面点の位置に関する情報が得られる、或いは決定可能となる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
座標測定器（１）の座標系における校正ボールの基準指標（１４；１５；１６）の位置と向きを接触走査式座標測定器（１）の座標測定系を用いて決定する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
当該の基準指標が、校正ボール（２，４）又は探針ボール（３）の形状指標或いは校正ボール（２，４）又は探針ボール（３）と固定的に連結された対象物の形状指標である請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
校正ボール（２，４）を用いて座標測定器（１）の探針ボール（３）を校正する方法であり、請求項２に記載の方法の工程を実行し、更に、
所定の、或いは算出した走査方向から探針ボール（３）を用いて校正ボール（２，４）を接触走査する工程と、
この走査方向と、別個の一つの表面測定器（２１）又は別個の複数の表面測定器を用いた探針ボール（３）及び校正ボール（２，４）の表面の計測結果とから、校正ボール（２，４）の走査時に探針ボール（３）が接触する少なくとも一つの接触点（７）の座標を算出する工程と、
任意選択により、走査方向を変化させて、別の接触点を走査して算出する工程を繰り返す工程、即ち、それぞれ走査方向と、探針ボール（３）及び校正ボール（２，４）の実際の表面点の位置に関する情報とから、少なくとも一つの接触点の座標を算出する工程と、
を有する方法。
【請求項６】
接触走査式座標測定器（１）により物体の座標を決定する方法であり、探針ボール（３）に関して請求項１又は２に記載の方法の工程を実行し、更に、
所定の走査方向から探針ボール（３）を用いて物体を走査するか、或いは探針ボール（３）を用いて物体を走査し、探針ボール（３）を用いて物体を走査した走査方向を算出する工程と、
この走査方向と、別個の表面測定器（２１）を用いた探針ボール（３）の表面の計測結果とから、走査時に探針ボール（３）が物体と接触する少なくとも一つの接触点（７）の座標を算出する工程と、
を有する方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法に基づき探針ボール（３）を事前に校正する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
検査ボールを用いて座標測定器（１）の探針ボール（３）を検査する時に検査値を補正する方法であり、校正ボールとして検査ボールを用いて請求項２に記載の方法の工程を実行し、更に、
探針ボール（３）の複数の実際の表面点の座標を座標測定器（１）に保存する工程と、
検査ボールの複数の実際の表面点の座標を座標測定器（１）に保存する工程と、
所定の、或いは算出した走査方向から、探針ボール（３）を用いて検査ボールを走査する工程と、
この走査方向と、探針ボール（３）及び検査ボールの実際の表面点の座標とから、検査ボールと探針ボール（３）の間の少なくとも一つの接触点（７）の座標を算出する工程と、
任意選択により、走査方向を変化させて、少なくとも一つの別の接触点の座標を走査して算出する工程を繰り返す工程と、
を有する方法。
【請求項９】
表面測定器（２１）と接触走査式座標測定器（１）を備えた、請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法を実施するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触走査式座標測定器（ＫＭＧ）の動作の準備をする方法、校正ボールを用いて座標測定器のプローブ（特に、走査部品として探針ボールを備えたプローブ）を校正する方法及びＫＭＧでの測定値補正方法に関する。校正ボールは、校正標準器とも呼ぶことができる標準器である。校正、即ち、プローブの校正プロセスでは、ＫＭＧに取り付けたプローブが校正標準器を接触走査するために使用される。それによって、特に、周知の通り、相応の校正パラメータを決定できる。更に、本発明は、接触走査式座標測定器を備えたシステムに関する。この校正は、特に、ＫＭＧでのプローブの校正測定（英語でクオリフィケーション）とすることができる。しかし、校正は、校正測定の外に、校正測定時以外の追加の校正パラメータを検出する役割も果たす。
【背景技術】
【０００２】
ＩＳＯ１０３６０に基づき座標測定器（ＫＭＧ）の精度を検査する場合、ＭＰＥＰ（体積プロービング誤差）とＭＰＥｔｈｐ（体積スキャニングプロービング誤差）の仕様に関して、校正ボールとプローブ、特に、探針ボールを備えたプローブとが用いられる。これらの校正ボールと探針ボールは、所謂真円度偏差（理想的な球形からの偏差）を有する。これらのボールに関する許容誤差として表される真円度偏差は、検査時に曖昧さを生じさせる。この許容誤差が大きすぎると、場合によっては、機器の検査時の目標とする精度を達成できない。真円度検査機器を用いて真円度の許容誤差を検査する場合、校正ボール又は探針ボールの円形断面を観察する。
【０００３】
従来から、球形誤差が結果を比較的僅かに悪化させるか、或いは全体誤差に対して比較的僅かに寄与するため、これらのボールの小さい真円度許容誤差（＜０．２μｍ）が甘受されていた。しかし、高精度なＫＭＧの場合、この球形誤差の目標とする測定精度に対する寄与分は、製造許容誤差の必要な改善が不経済となる程大きくなる。探針ボール（探針ボールと校正測定ボール）の校正測定時とそれに続く本来の仕様検査（探針ボールと検査ボール）時の球形誤差が合算される。検査ボールと校正測定ボールは、両方とも校正標準器、特に、校正ボールと呼ぶことができる。
【０００４】
校正測定ボールが、特に、プローブの所定通りの使用の準備をするために、プローブを校正測定するために用いられる一方、検査ボールは、特に、ＫＭＧの検査及び実用試験のために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、曖昧さが小さい形で接触走査式ＫＭＧの動作の準備をすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の基本的な考えは、表面測定器により校正ボール及び／又は探針ボールを別個に計測することと、その測定結果をＫＭＧの測定結果に転換することとである。そのため、測定結果は、校正ボール及び／又は探針ボールを用いるＫＭＧの動作時において、その他の点で従来通りの全体プロセスのために使用可能となる。そのようなプロセスは、特に、プローブの校正測定（例えば、加工物の接触走査のためにプローブを使用する準備のための校正）、（例えば、所定の精度クラスの使用準備段階の機器としてＫＭＧを認証することを目的とする）ＫＭＧの検査、一つ以上の校正標準器の検査、ＫＭＧに順番に組み込む複数のプローブの比較、並びに一つ以上の加工物の座標を計測する時のプローブ部品として探針ボールを備えたプローブの所定通りの使用である。
【０００７】
そのような一つ以上のボールの別個の計測によって、真円度偏差を高精度で決定でき、そのため、例えば、所定の表面点でのボールの半径を正確に知ることが可能となる。従って、ボールのその表面点とそれに対応してそれ以外の多数の表面点での許容誤差を別個の表面測定器の測定精度に応じて非常に小さい許容範囲に低減できる。そのため、特に、所謂マイクロプローブ、即ち、マイクロメートル範囲以下のプローブ部品を備えたプローブを用いて加工物を計測する分野で使用される。そのような分野では、探針ボールを別個に計測しないと、百分率で特に大きな許容誤差が生じる。しかし、マイクロプローブの分野では、校正ボールの表面トポグラフィ（即ち、表面形状）を正確に知ることも有利である。校正ボールの半径の許容誤差だけが既知である場合、校正ボールの接触走査によるマイクロプローブの校正測定時に許容誤差が直接マイクロプローブに送られる。
【０００８】
特に、接触走査式座標測定器の動作の準備をする方法、特に、座標測定器に配置されたプローブを用いて校正部品を接触走査することにより座標測定器の校正の準備をする方法を提案し、その方法は、次の工程を有する。
【０００９】
表面測定器を用いて、座標測定器のプローブ部品としての球の理想形状から逸脱した探針ボールの表面を計測して、或いは校正部品としての球の理想形状から逸脱した探針ボールの表面を計測して、探針ボール又は校正ボールの座標系における探針ボール又は校正ボールの複数の実際の表面点の座標を決定する工程、
探針ボール又は校正ボールの基準指標を探針ボール又は校正ボールの座標系と関連付ける工程、
接触走査式座標測定器の測定領域内において接触走査式座標測定器に探針ボールを取り付ける、或いは校正ボールを配置する工程、及び
探針ボール又は校正ボールの座標系を座標測定器の座標系と関連付けて、それにより、座標測定器の座標系における探針ボール又は校正ボールの実際の表面点の位置に関する情報が得られる、或いは決定可能となる工程。
【００１０】
この「関連付ける」とは、二つの座標系（短縮して「ＫＳ」）において、一方のＫＳの座標から他方のＫＳに関する座標を知る、或いは決定できることを意味する。この「関連付ける」とは、基準指標において、ＫＳにおける基準指標の場所と向きに関する情報を取得する、或いは決定できることを意味する。従って、特に、座標測定器の座標系における基準指標の位置と向きを決定でき、その結果、座標測定器の座標系における実際の表面点の位置が分かる。
【００１１】
この方法により、特に、理想的な球と比べた校正ボール又は探針ボールの表面点の半径誤差を検知することと、その偏差をプローブの校正（特に、校正測定）時又は探針ボールを用いた走査による加工物の計測時に考慮することとが可能である。それに代わって、或いはそれに追加して、異なる表面点を絶対的に、即ち、理想的な球の半径ではなく、例えば、理想的な球のＫＳに関連付ける、決定する、或いは考慮することができる。
【００１２】
ボールの形状及び／又は形状誤差を決定するための別個の表面測定器は、特に、フィゾー位相干渉計である。同じく表面測定器として使用できる特別な干渉計は、ドイツ国ブラウンシュヴァイク市のフィジカリッシュ・テクニッシェン・ブンデスアンシュタルト（ＰＴＢ）社の球干渉計である。本来は１ｎｍ以下の曖昧さによる正確な直径測定により球形の対象物の体積を決定することを構想していた。しかし、ＰＴＢ社は、この球干渉計を用いて方向に依存する半径情報を決定できることに関しても既に報告している。ボールの幾つかの表面セグメントが、それらの形状に関して計測されており、それらの表面セグメントが部分的に重なり合っている。そのような表面セグメントから、球面の絶対的な形に数ナノメートルの精度で一致する、より大きい表面領域を構成している。より普遍的な形態では、表面測定器として、有利には、干渉計、即ち、第一の電磁測定ビームを用いて球面を走査して、第二の基準ビームと比較することによって、この第一の測定ビームが進んだ、表面点の具体的な半径に依存する経路の経路差を干渉方式で計測する機器が用いられている。
【００１３】
同様に、それ以外の表面測定器、例えば、形状検査器を使用できる。形状検査器とは、所定の物体（例えば、回転対称な物体）の形状偏差を高い精度で検出して、評価できる接触走査式座標測定器であると解釈する。一つの形式の形状検査器は、回転テーブルを有し、その上には、検査する物体が機器の底部に対して相対的に回転可能な形で配置されている。その機器は、回転テーブルの異なる回転位置で接触走査により物体を計測する。別の形式の形状検査器では、その機器により検査物体を走査するためのプローブ部品は、その機器の別の可動部分に対して相対的に回転軸の周りを回転することが可能である。そのような機器は、回転スピンドル機器とも呼ばれる。更に、加工物を計測するために、プローブ部品として探針ボールを用いた、或いは特に、プローブの校正測定又はＫＭＧの検査認証を行なうために、その測定領域に校正ボールを配置した座標測定器（所謂目標ＫＭＧ）を表面測定器として使用することが可能である。従って、その場合、追加の表面測定器は存在しない。しかし、その場合、探針ボール自体が（場合によっては、校正ボール及び／又は検査ボールも）、ボールの実際の表面形状を検出するために、ＫＭＧに取り付けた別のプローブによる走査によって接触走査される測定物体となる。それに代わって、或いはそれに追加して、基本的にＫＭＧの光学センサにより探針ボールの表面を光学的に計測する方法も可能である。同様に、校正ボールの表面形状の計測に関して、目標ＫＭＧを使用できる。例えば、校正ボールの表面は、形状が非常に正確に分かっている、ＫＭＧに組み込まれたプローブを用いて接触走査される。一般的に、ボールの実際の表面形状を計測することを目的として目標ＫＭＧを用いる場合、ＫＭＧの動きが生じる自由度を制限するのが有利である。それによって、表面測定の精度を向上できる。特に、形状検査器による球面の計測は、形状検査器の座標系において、ボールの二つの異なる向きで行なわれる。そのようにして得られた球面の計測の少なくとも二つの異なる部分測定結果は、ここでは干渉計に基づき説明されている通り、ボールの表面に関する全体的な表面情報として組み合わせることができる。
【００１４】
従って、要約すると、ボールの表面の計測が、特に、目標ＫＭＧとすることができる、特に精密に測定できる接触走査式ＫＭＧを用いて行なわれる場合、ボールの異なる表面領域を走査するために、一つの回転軸が存在し得る、即ち、加工物及び／又はプローブ部品が一つの回転軸の周りを回転できると結論付けることができる。特に、ＫＭＧの動きが生じる直線的な自由度は、通常回転運動の場合よりも大きな測定誤差を引き起こすので、そのような直線的な自由度を制限又は阻止することができる。
【００１５】
表面測定器を用いた探針ボール又は校正ボールの表面の計測は、有利には、球セグメント測定として行なわれる。複数の球セグメントの表面は、例えば、間接的に測定器の座標系と関連して、或いは隣接する球セグメントの測定領域の重なり合いのベストフィット（即ち、最適化計算）によって、探針ボール又は校正ボールの一つの計測する表面領域又は探針ボール又は校正ボールの一つの完全な表面に組み合わせることができる。
【００１６】
そのような二つの座標系の関連付けは、レジストレーションとも呼ばれており、特に、変換規則、例えば、一方の座標系から他方の座標系に座標を変換するための変換行列を与える。
【００１７】
特に、探針ボール又は校正ボールの座標系における探針ボール及び／又は校正ボールの複数の実際の表面点の座標は、表面測定から決定される。
【００１８】
一つの特別な実施構成では、実際の校正ボール又は探針ボールの球の理想形状からの偏差値が検出される。特に、表面測定により決定されたプローブ部品又は校正測定部品の複数の、特に、全ての実際の表面点は、同じ半径方向に存在する理想的な球の理想的な表面点と比較されて、実際の表面点と理想的な表面点の間隔が決定される。この実際の表面点と理想的な表面点の間隔は、偏差の方向を表すための正負符号を備えた偏差値である。
【００１９】
本方法の一つの実施構成では、座標測定器の座標系における探針ボール及び／又は校正ボールの基準指標の位置及び向きが接触走査式座標測定器の測定システムを用いて決定される、例えば、校正ボールの基準指標が、ＫＭＧに配置された接触式基準プローブ（即ち、形状と、例えば、曲げ剛性などの別の特性とに関して正確に既知であるプローブ）を用いて決定される。この場合、基準指標は、座標を接触式に決定可能とする一つ以上の基準点を有する。
【００２０】
この基準指標は、別個の表面測定器の座標系の探針ボール又は校正ボールの座標系への空間的な関連付け及び／又は探針ボール又は校正ボールの座標系とＫＭＧの座標系の間の空間的な関連付けに適した如何なる検出可能な指標とすることもできる。例えば、ボールが一つ以上の磁極対を有し、その位置と向きをＫＭＧに配置された磁界センサを用いて検出できる。しかし、特に、ＫＭＧに組み込まれた接触式プローブを用いて走査できる基準指標としては、形状指標が有利である。
【００２１】
探針ボール又は校正ボールの座標系は、例えば、デカルト座標系又は球座標系とすることができ、後者が有利である。探針ボール又は校正ボールの座標系の原点（ゼロ点）は、探針ボール又は校正ボールの中心に置くことができるが、それに限定されない。それに代わって、原点を探針ボール又は校正ボールのシャフト内に置くか、或いは基準指標の点とすることができる。
【００２２】
探針ボール又は校正ボールの基準指標は、特に、形状指標、即ち、ボール及び／又はボールと固定的に連結された対象物（特に、ボールを別の対象物に固定又は設置するためのシャフト、例えば、棒状のシャフト）とすることができ、形状指標の所定の形状及び／又は位置と向きに基づき任意の座標系におけるボールの位置と向きを検出できるような形状に所定の手法で構成されている。従って、特に、形状指標に基づき、ＫＭＧの座標系におけるボールの位置と向きを検出できる。
【００２３】
特に、この形状指標は、校正ボール又は探針ボールのシャフトにおける一つ以上の隆起又は窪みとして構成され、有利には、接触走査式座標測定器を用いて決定することが可能である。
【００２４】
例えば、（特に、探針ボールを備えたプローブピンの場合には、）ボールのシャフトに、形状指標として平坦に研磨された面（平らな面）を形成することができる。この場合、有利には、この面の垂直二等分線は、シャフトの中心軸と直角に交差するような方向を向く。この場合、シャフトの中心軸（この中心軸に関して、例えば、シャフトは、平坦に研磨された面を除いて対称的である）の延長線は、有利には、探針ボールの球中心点を通って延びる。
【００２５】
この探針ボールは理想的な球形ではないので、球中心点は一義的に定義できない。しかし、実際には、理想的な球形である場合のように、シャフトの中心軸の延長線上の一つの点を球中心点として定義して、ＫＭＧの動作のために用いることができる。例えば、補正又は理想的な球形からの偏差をこの仮定した球中心点と関連付けることができる。特に、ＫＭＧの動作のために、球中心点から探針ボールが加工物又は校正ボールを走査する探針ボールの表面上の点までを指し示す走査ベクトルを（従来技術で周知の通り）定義することができる。
【００２６】
一方のボールの座標系と他方の座標測定器の座標系の間を関連付ける場合、特に、前記の探針ボール又はそれ以外の探針ボールを用いたＫＭＧの接触走査プロセスによって、平坦に研磨された面又はそれ以外の形状指標を走査して、それによりＫＭＧの座標系における平坦に研磨された面の座標を検出できる。特に、平坦に研磨された面が探針ボールのシャフト自体に有る場合、形状指標を用いて校正標準器（例えば、校正ボール）を走査できる。それから、例えば、ＫＭＧの座標系における平坦に研磨された面の垂直二等分線とそのためボールの位置及び向きを又もや検出できる。
【００２７】
平坦に研磨された面に代わって、或いはその面に追加して、特に、ボールのシャフトに別の形状指標を規定して、ボール及び／又はそのシャフトに構成することができる。特に、所定の形状を有するシャフト又はボール上の突起、シャフト内又はボール内のシャフト近傍の穴、複数の突起及び／又は穴や溝の配列（例えば、三連球、即ち、互いに相対的な所定の位置に有る三つの球形の隆起）が好適である。例えば、円筒形の縦軸が互いに平行に延びるか、或いは共通の単一点の方向に向かって互いに延びる三つの円筒形の突起を配置することもできる。
【００２８】
例えば、校正ボールの形状指標の別の例は、周知のサイズのプローブを用いて複数の点を走査できる円錐形の窪みである。それから、例えば、円錐軸の位置と向きを、そのためＫＭＧの座標系との関連を一義的に決定することができる。
【００２９】
特別な実施形態では、本方法は、次の工程を有する。
【００３０】
校正標準器（例えば、校正ボール）の座標系を座標測定器の座標系と関連付ける工程、
ＫＭＧに取り付けた探針ボールを用いた校正標準器の走査及び／又はＫＭＧに取り付けた探針ボールのシャフトを用いた校正ボールの走査によって、走査情報を取得し、その場合に、校正標準器は、特に、形状指標として構成された基準指標を用いても、或いは専らその基準指標を用いて走査される工程、
走査情報を評価することによって、即ち、探針ボールの座標系をＫＭＧの座標系と関連付けることでＫＭＧの座標系における探針ボールの基準指標の位置と向きを算出する工程。
【００３１】
より一般的な形で述べると、この実施形態では、ＫＭＧに取り付けた探針ボール自体が、二つの座標系の間の関連付けのために使用される。この場合、有利には、校正ボールは、探針ボールの形状指標として構成された基準指標を用いて走査され、それによって、ＫＭＧの座標系における探針ボールの基準指標の位置と向きに関する情報が得られる。それから、探針ボールの座標系とＫＭＧの座標系の間を関連付ける。
【００３２】
有利には、校正ボールは、先ずは表面測定器により計測され、次にＫＭＧの測定領域内に配置される。次に、接触走査式座標測定器の測定系を用いて、座標測定器の座標系における校正ボールの基準指標の位置と向きを決定することができる。そのために、基準プローブ、例えば、形状が正確に既知である、特に、球形の基準プローブを使用できる。それによって、校正ボールの座標系を座標測定器の座標系と関連付けて、それにより、ＫＭＧの座標系における校正ボールの全ての表面点の正確な位置が分かるか、或いは少なくとも算出可能である。
【００３３】
次に、探針ボールの基準指標の位置と向きを決定するために校正ボールを使用して、それにより探針ボールとＫＭＧの座標系を関連付けることができる。この場合、特に、探針ボールの基準指標を用いて、校正ボールの球面も接触走査する一方、探針ボールをＫＭＧに組み込む。有利には、基準指標は、前述した通りの形状指標である。探針ボールの形状指標は、探針ボール自体に、例えば、加工物の走査に使用されない探針ボールの表面の領域に配置することができる。それに代わって、探針ボールの形状指標は、例えば、隆起又は窪みの形の探針ボールと固定的に連結された対象物に、特に、探針ボールのシャフトに配置することができる。
【００３４】
校正ボールは、前述した通り、ＫＭＧ全体の精度又は機能性を検査するための検査ボールとすることができる。本明細書に記載された校正ボール又は校正測定ボールに関して述べた本方法の全ての工程は、検査ボールに対しても、或いは検査ボールに関して実行することができる。そのことは、特に、別個の表面測定器を用いた検査ボールの表面トポグラフィの計測に関して言える。
【００３５】
プローブシャフト上の隆起又は平坦部の形の形状指標を検出するために、プローブシャフトを用いて校正ボール又はそれ以外の校正標準器を走査することができる。例えば、プローブシャフトを用いて、一方の形状指標、しかもシャフトの別の位置と他方の校正標準器の表面との間を持続的に接触させて校正標準器をなぞる（スキャンする）ことができ、その結果形状指標の位置と向きが決定される。
【００３６】
別の観点では、本発明は、校正ボールを用いた座標測定器の探針ボールの校正方法に関し、前述及び／又は後述する方法又はその実施形態の方法の工程が実行され、更に、次の工程が実行される。
【００３７】
所定の、或いは算出した走査方向（この算出は、走査中及び／又は走査後に行なうことができる）から探針ボールを用いて校正ボールを接触走査する工程、
前記の走査方向と、別個の一つ表面測定器又は別個の複数の表面測定器を用いた探針ボール及び校正ボールの表面の計測結果とから、走査時に探針ボールが校正ボールと接触する少なくとも一つの接触点の座標（例えば、半径）を計算する工程、
任意選択により、走査方向を変更して別の接触点を走査して計算する工程を繰り返す、即ち、それぞれ走査方向と探針ボール及び校正ボールの実際の表面点の位置に関する情報とから少なくとも一つの接触点の座標を計算する工程。
【００３８】
ＫＭＧが別個の一つ表面測定器又は別個の複数の表面測定器を用いた探針ボール及び校正ボールの表面の計測結果にアクセスできるようにするために、探針ボール及び／又は校正ボールの表面トポグラフィに関する情報を座標測定器によるアクセスのために保存することができる。更に、任意選択により、探針ボール又は校正ボールの座標系からＫＭＧの座標系への座標変換のための変換情報をＫＭＧによるアクセスのために保存することができる。そして、ＫＭＧは、探針ボール又は校正ボールの表面トポグラフィに関する情報をＫＭＧの座標系に変換することができる。
【００３９】
許容誤差無しで、或いは小さい許容誤差により、探針ボール及び校正ボールの表面の計測に基づき接触点が計算されるので、特に、このようにして、より精密に探針ボールの校正プロセスを実行することができる。
【００４０】
接触走査式ＫＭＧの探針ボールの球中心点の位置に関する情報を用いて、球中心点から見て探針ボールにより物体を走査する走査方向を定義することは、従来技術により既に知られている。探針ボールにより走査される物体の点の座標を計算するためには、多くの場合走査ベクトルの知見又はそれと同等の情報が必要である。走査ベクトルは、探針ボールの球中心点から出発して、走査方向に探針ボールが物体と接触する探針ボールの表面上の点にまで延びる。例えば、ＫＭＧが探針ボールを介して物体に加える走査力、物体の走査時のプローブの（例えば、探針ボールを備えたプローブピンの自由端における）偏位及び／又は走査する物体に関する予め既知の情報からＫＭＧの形式毎に走査方向を決定することが知られている。
【００４１】
本発明でも、走査方向を周知の手法により決定することができる。ここで、（例えば、表面測定器を用いた探針ボールの事前の計測及び／又は校正標準器の走査、例えば、校正ボールの走査による探針ボールの校正によって）正確な球面トポグラフィが分かっている場合、球中心点の位置と走査方向が分かると、走査ベクトルの長さ又はそれに対応する同等の情報（例えば、走査が行なわれたボールの表面点の位置）を決定することができる。このようにして、走査ベクトルが決定された場合、従来技術により周知の通り、物体の走査された表面点の座標を決定する更に別の方法を実行することができる。従って、ここで述べた本発明の実施例では、探針ボールの各表面点に関して有効な走査ベクトルの一定の長さを出発点とするのではなく、特に、走査方向毎に走査ベクトルの長さ又はそれと同等の球面トポグラフィに関する情報を計算している。
【００４２】
理想形状から逸脱したボールの場合、最早中心点を一義的に定義できないので、前述した実施構成のために中心点を定義し、そのため走査ベクトルを決定するために走査ベクトルの初期点を確定することができる。別個の表面測定器によりボールの表面を計測する場合、ボールの座標系と関連する表面測定の結果が保存された時に漸く球中心点を定義することができる。例えば、ボールの座標系の原点が凡そボールの重心の領域内に有る場合（場合により重心を決定する場合、例えば、シャフトを固定するためのボール内の溝が無視される）、その原点を球中心点として確定することが可能である。しかし、座標系の原点は、ボール外のシャフト内に置くこともでき、例えば、球中心点をボール内部のシャフトの対称軸の延長線内に定義することができる。
【００４３】
探針ボールの複数の実際の表面点の座標と校正ボールの複数の実際の表面点の座標は、例えば、ＫＭＧの制御部に、例えば、ファイルの形で保存することができる。特別な実施構成では、校正測定部品／プローブ部品の算出された実際の表面点に関して、校正測定部品の実際の表面点とそれと隣接する理想的な球形状の校正測定部品／プローブ部品の理想的な表面点との間隔を計算して、それらの間隔を補正値として座標測定器に保存することも可能である。
【００４４】
更に一つの観点では、本発明は、接触走査式座標測定器、即ち、ＫＭＧの所定通りの動作により物体の座標を計測する方法に関し、本発明又は前述及び／又は後述の探針ボールに関する実施形態による方法の工程が実行され、更に、
探針ボールを用いて所定の走査方向から物体を走査するか、或いは探針ボールを用いて物体を走査して、探針ボールを用いて物体を走査する走査方向を算出する工程と、
この走査方向と、別個の表面測定器による探針ボールの表面の計測結果とから、走査時に探針ボールが物体と接触する少なくとも一つの接触点の座標を計算する工程と、
が実行される。
【００４５】
ＫＭＧが別個の表面測定器を用いて探針ボールの表面の計測結果にアクセスできるように、特に、探針ボールの表面トポグラフィに関する情報を座標測定器によるサクセスのために保存することができる。更に、任意選択により、探針ボールの座標系からＫＭＧの座標系への座標変換のための変換情報をＫＭＧによるアクセスのために保存することができる。そして、ＫＭＧは、探針ボールの表面トポグラフィに関する情報をＫＭＧの座標に変換することができる。
【００４６】
本発明のこの観点は、探針ボールの表面トポグラフィを別個の表面測定器を用いて計測でき、幾つかの表面点に関して半径（即ち、球中心点からの間隔）が存在し得る許容誤差が、全ての表面点に関して規定される許容誤差よりも非常に小さいとの考えに基づいている。従って、これらの表面トポグラフィに関する情報をＫＭＧ又は加工物の座標系に移行した後、それに対応して低下した曖昧さで加工物の表面上の走査点、即ち、接触点を算出することができる。
【００４７】
有利には、本方法では、事前に探針ボールを用いた校正測定が、前述した通り実行される。
【００４８】
以下において、既に述べた方法と独立して、或いはそれに追加して実行できる本発明の別の観点を説明する。
【００４９】
本発明と関連して、校正標準器の走査によるプローブの校正測定を実行する場合、その校正測定は、有利には、再現可能な誤差成分と再現不可能な誤差成分を特定し、そのため互いに分離できるように、それと異なる従来の校正測定と比べて、明らかに増加した数の表面点により実行される。
【００５０】
高精度なＫＭＧと形状を補正した、或いはほぼ理想的な校正ボールを用いて、表面測定器を用いた計測の代わりに、（校正測定とも呼ばれる）校正によって、探針ボールの形状誤差を検出することができる。この場合、校正ボールの走査による補正すべき探針ボールの校正測定時に、例えば、ボールの形状偏差値として、探針ボールの形状誤差を検出して、ＫＭＧに記憶しておくことができる。本発明の目的に適うこととして、この形状偏差値の検出は、走査時における運動の自由度の数を非常に限定した形で実行される。例えば、そうしなければ可能であったプローブ及び／又はＫＭＧの動きが、例えば、機械的な挟持によって阻止される。それにより、高精度なＫＭＧを用いて、ボールの短い波形の形状誤差も検出することができる。
【００５１】
この前に、「短い波形の」形状誤差との用語を使用した。それは、理想的な球形と比べたボールの形状偏差が表面に渡って固定的に分布した形では起こらないとの知見に基づく。むしろ、それぞれ関連する表面領域は、球中心点に対して間隔を大きくしてゆく（即ち、半径が大きくなってゆく）か、或いは小さくなってゆく（即ち、半径が小さくなってゆく）形で存在する。この場合、当然のことながら関連する表面領域内の個々の表面点の間隔も同じく変化する可能性が有る。短い波形の形状誤差とは、特に、（例えば、立体的な極座標、即ち、球座標で観察して）方位角及び／又は極角の数度の角度範囲に渡って変化する、特に、ほぼ周期的に変化する、そのような理想的な球形からの形状偏差であると解釈する。
【００５２】
そのようにして検出した探針ボールの形状誤差は、本発明の明細書で説明した全ての方法において考慮及び／又は補正することができ、この形状誤差は、有利には、表面測定器を用いて検出した形状誤差に代わって考慮される。この形状誤差は、ＫＭＧに、例えば、ＫＭＧ制御部にファイルとして保存することができる。一般的に、ＫＭＧに情報を（例えば、ＫＭＧの制御部がアクセスするデータメモリに相応のデジタルデータフォーマットで）保存する代わりに、ＫＭＧから分離されたメモリに保存し、そして、ＫＭＧがその動作のためにこのメモリにアクセスできることは、本発明のこの観点に関してだけ成り立つことではない。更に、全ての場合に、形状誤差ではなく、ボールの個々の表面点の座標又はそれと同等の位置に関する情報を直接保存することが可能である。一つの座標系と関連した表面点の座標又はそれと同等の情報の保存を別の座標系（一方の別個の表面測定器の座標系と他方のＫＭＧ又はボールの座標系）と関連付けることを考える場合、目標の座標系で座標を保存する代わりに、元の座標系から目標の座標系に座標を変換するための情報を保存することができる。
【００５３】
そのような情報をボール、例えば、探針ボールと関連付ける場合、その情報を別のボールに関する情報と共に、例えば、共通のデータベースに記憶することができる。例えば、インターネット又はそれ以外のデータ伝送接続を介して、ＫＭＧからデータベースにアクセスすることができる。それに代わって、或いはそれに追加して、ボール又は校正標準器は、識別指標、例えば、コンピュータ読取可能なチップ、光学読取機により検出可能なバーコード又は電磁界を用いて非接触式に読取可能な識別データを格納した所謂タグを備えることができる。そのようなタグは、特に、所謂ＲＦＩＤタグとして知られている。従って、ＫＭＧの制御部は、特に、識別指標を用いてプローブ及び／又は校正標準器を識別して、プローブ及び／又は校正標準器の形状及び／又は形状誤差に関する付属情報を入手する、特に、中央データベースから読み出すことができる。
【００５４】
ボールの表面が別個の表面測定器では、或いはそれだけでは決定できず、例えば、座標測定器の測定領域内での探針ボールを備えたプローブの校正測定により決定される場合、例えば、ボールの表面形状のモデル（例えば、本明細書の別の箇所で言及する楕円モデル）を使用して、そのモデル内の特徴的な点、例えば、楕円の三つの主軸の交点を球中心点として定義することができる。このモデルのパラメータが校正測定により（即ち、校正により）検出された後、球中心点の位置も確定される。
【００５５】
ＫＭＧの動作の現状において、加工物又はそれ以外の物体（例えば、校正ボール）を加工物又は物体の座標系で走査する時には、多くの場合走査ベクトルが算出される。この走査ベクトルが未だ探針ボールの球表面トポグラフィに関する追加情報に関して補正されていない場合、例えば、従来技術により周知の通り算出した近似走査ベクトルを探針ボールの座標系に変換することができる。この場合、先ずはＫＭＧの座標系への変換とＫＭＧの座標系から探針ボールの座標系への新たな変換を行なうことができる。探針ボールの座標系では、球表面トポグラフィに関する追加情報が既知であり、そのため、走査ベクトルを補正することができる。それに代わって、加工物又は物体の座標系において、走査方向と走査ベクトルが延びる直線上の一つの点だけを知って、この点の位置とこの直線又はベクトルの方向を探針ボールの座標系に変換することができる。この位置は、例えば、加工物又は物体の表面上を走査した表面点の位置である。
【００５６】
特に、探針ボール又は校正ボールの座標系における球表面トポグラフィに関する追加情報を立体的な極座標で規定して、更なる用途のために記憶することができる。従って、位置が既知であるボールの表面上の点は、方位角及び極角と（ボールの半径に対応する）球中心点までの間隔とによって定義される。
【００５７】
校正測定の場所では、再現可能なＫＭＧ残留誤差がプローブの校正測定を劣化させる可能性が有る。ＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差は、以下で述べる通り、仮想的なボールを用いて規定できる。この仮想的なボールがＫＭＧの座標系で定義されるか、或いは少なくともＫＭＧの座標系に変換するための情報が既知である。そのようなＫＭＧの再現可能な誤差は、例えば、ＫＭＧの部分（例えば、アーム）の重量と（回転モーメントとの意味の）モーメントに起因する。例えば、ＫＭＧのアームがその最終位置にまで動かされて、そのアームが、例えば、水平方向に延ばされた場合、加工物の走査時の測定結果を再現可能な形で劣化させる曲げモーメントが発生する。従って、仮想的なボール上の少なくとも幾つかの点に関して、仮想的なボールの理想的な球形状からの如何なる偏差がＫＭＧの再現可能な誤差に相当するのかを（校正によって）確認する。しかし、例えば、ＫＭＧのアームがＫＭＧの制御部により制御される形でＫＭＧの座標系で目標位置に動かされた場合、その目標位置には存在せず、別の位置において、目標位置から実際の位置を指し示すベクトルが、ＫＭＧの動作中に加工物又はそれ以外の物体を走査する時に実行できる補正分を定義することとなる。
【００５８】
特に、ＫＭＧが加工物を接触走査するためのプローブの校正測定時に、そのような再現可能な誤差を考慮することができる。校正測定時には、例えば、校正ボール又は別の校正標準器がプローブを用いて走査される。ＫＭＧの再現可能な誤差は、そのような校正測定を劣化させる。この校正標準器が校正ボールである場合、ＫＭＧの目標位置（例えば、プローブの探針ボールの球中心点の目標位置）は、校正ボールの球中心点の周囲における仮想的なボールの球面上に有る。従って、ＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差は、校正ボールの球面のその理想的な形状からの偏差として看做すことができる。従って、ＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差の補正は、校正ボールの実際の球面の理想的な球面からの偏差に基づく補正と同じ手法で実行することができる。更に、そのような実際の球面の理想的な形状からの偏差に関する情報が得られた（一般的な場合、球面トポグラフィに関する情報が得られた）場合、ＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差を考慮するとともに、それに対応して校正ボールの球面トポグラフィを変化させるための補正値を考慮することができる。それは、校正ボールの理想的な球形に対応する簡単な場合に成り立つ。そのため、仮想的な球面が得られ、それを考慮して、校正ボールの球面を走査することによるプローブの校正測定プロセス中にＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差が補正される。
【００５９】
ＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差は、本発明の明細書で述べた全ての方法において考慮又は補正することができる。そのために、再現可能な位置に依存する誤差をＫＭＧに、例えば、ファイルとしてＫＭＧ制御部に保存することができる。
【００６０】
再現可能な位置に依存する誤差を考慮／補正する方法では、校正ボールの場所におけるＫＭＧと、形状を補正した、或いは正確な校正ボールの所における形状を補正した、或いは正確に製造した探針ボールとを用いて校正測定を実行することができ、これらのボールの任意の組合せを採用することができる。
【００６１】
再現可能な位置に依存する誤差の補正は、ＫＭＧの誘導誤差の補正と関連させることができる。有利には、再現可能な位置に依存する誤差の補正は、例えば、レーザ校正又は直角度補正値の変更によって、その誤差を変更して、有利には、位置に依存する誤差を新たに決定した場合には省略できる。
【００６２】
本発明の全ての方法は、球形ではなく、例えば、球や円筒形などのそれ以外の形状を有するプローブ、校正測定部品又は検査部品を用いても実行可能である。
【００６３】
更に、表面測定器と接触走査式座標測定器を備えたシステムが本発明の範囲に属し、
この座標測定器が、プローブ部品として球の理想形状から逸脱した探針ボールを備えているか、或いは座標測定器の測定領域に、球の理想形状から逸脱した校正ボールが校正標準器として配置されており、
この座標測定器の制御部は、座標測定器が探針ボールを用いて物体を接触走査するか、或いはプローブを用いて校正ボールを接触走査して、それから得られた走査情報を評価し、それによって、探針ボール又は校正ボールの座標系を座標測定器の座標系と関連付ける形で座標測定器の動作を制御するように構成されており、
この座標測定器の制御部は、表面測定器による探針ボール又は校正ボールの表面の計測から得られた実際の球形に関する測定値又はそれから得られたボールの表面情報を探針ボール又はプローブを用いて接触走査した物体、特に、校正ボールの座標を得るために使用するように構成されている。
【００６４】
上述した通り、表面測定器は、球面の形状を決定するための表面測定器として用いられる別個の機器又はＫＭＧ自体とすることができる。
【００６５】
従って、本発明による方法は、接触走査式座標測定器の動作の準備をする方法、特に、座標測定器に配置されたプローブを用いて校正部品を接触走査することにより座標測定器の校正の準備をする方法であり、
表面測定器を用いて、座標測定器のプローブ部品としての球の理想形状から逸脱した探針ボールの表面を計測して、或いは校正標準器としての球の理想形状から逸脱した校正ボールの表面を計測して、探針ボール又は校正ボールの座標系における探針ボール又は校正ボールの複数の実際の表面点の座標を決定する工程と、
探針ボール又は校正ボールの基準指標を探針ボール又は校正ボールの座標系と関連付ける工程と、
接触走査式座標測定器の測定領域内において接触走査式座標測定器に探針ボールを取り付ける、或いは校正ボールを配置する工程と、
探針ボール又は校正ボールの座標系を座標測定器の座標系と関連付けて、それにより、座標測定器の座標系における探針ボール又は校正ボールの実際の表面点の位置に関する情報が得られる、或いは決定可能となる工程と、
を有する。
【００６６】
有利には、本発明による方法では、座標測定器の座標系における基準指標の位置と向きを接触走査式座標測定器の座標測定系を用いて決定する。
【００６７】
有利には、本発明による方法では、基準指標が、校正ボール又は探針ボールの形状指標或いは校正ボール又は探針ボールと固定的に連結された対象物の形状指標である。
【００６８】
有利には、本発明による方法は、更に、
校正標準器の座標系を座標測定器の座標系と関連付ける工程と、
ＫＭＧに取り付けた探針ボールを用いた校正標準器の走査及び／又はＫＭＧに取り付けた探針ボールのシャフトを用いた校正標準器の走査により走査情報を取得する工程と、
この走査情報を評価することにより、ＫＭＧの座標系における探針ボールの基準指標の位置と向きを検出する工程と、
を有する。
【００６９】
有利には、本発明による方法は、校正ボールを用いて座標測定器の探針ボールを校正する方法であり、校正ボールに関して前述した方法の工程を実行し、更に、
所定の、或いは算出した走査方向から探針ボールを用いて校正ボールを接触走査する工程と、
この走査方向と、別個の一つの表面測定器又は別個の複数の表面測定器を用いた探針ボール及び校正ボールの表面の計測結果とから、校正ボールの走査時に探針ボールが接触する少なくとも一つの接触点の座標を算出する工程と、
任意選択により、走査方向を変化させて、別の接触点を走査して算出する工程を繰り返す工程、即ち、それぞれ走査方向と、探針ボール及び校正ボールの実際の表面点の位置に関する情報とから、少なくとも一つの接触点の座標を算出する工程と、
を有する。
【００７０】
有利には、本発明による方法は、接触走査式座標測定器により物体の座標を決定する方法であり、探針ボールに関して前述し方法の工程を実行し、更に、
所定の走査方向から探針ボールを用いて物体を走査するか、或いは探針ボールを用いて物体を走査し、探針ボールを用いて物体を走査した走査方向を算出する工程と、
この走査方向と、別個の表面測定器を用いた探針ボールの表面の計測結果とから、走査時に探針ボールが物体と接触する少なくとも一つの接触点の座標を算出する工程と、
を有する。
【００７１】
有利には、本発明による方法では、前述した方法に基づき探針ボールを事前に校正する。
【００７２】
有利には、本発明による方法は、検査ボールを用いて座標測定器の探針ボールを検査する時に検査値を補正する方法であり、検査ボールと探針ボールを用いて前述した方法の工程を実行し、更に、
探針ボールの複数の実際の表面点の座標を座標測定器に保存する工程と、
検査ボールの複数の実際の表面点の座標を座標測定器に保存する工程と、
所定の、或いは算出した走査方向から、探針ボールを用いて検査ボールを走査する工程と、
この走査方向と、探針ボール及び検査ボールの実際の表面点の座標とから、検査ボールと探針ボールの間の少なくとも一つの接触点の座標を算出する工程と、
任意選択により、走査方向を変化させて、少なくとも一つの別の接触点の座標を走査して算出する工程を繰り返す工程と、
を有する。
【００７３】
更に、本発明は、表面測定器と接触走査式座標測定器を備えたシステムであり、
この座標測定器が、走査部品として球の理想形状から逸脱した探針ボールを有するか、或いは座標測定器の測定領域に球の理想形状から逸脱した校正ボールを校正標準器として配置しており、
この座標測定器の制御部は、座標測定器が探針ボールを用いて物体を接触走査するか、或いはプローブを用いて校正ボールを接触走査して、それから得れらた走査情報を評価し、それにより探針ボール又は校正ボールの座標系を座標測定器の座標系と関連付ける形で座標測定器の動作を制御するように構成されており、
この座標測定器の制御部は、表面測定器による探針ボール又は校正ボールの表面の計測から得られた理想的な球形状に関する測定値又はそれから得られたボールの表面情報を探針ボール又はプローブを用いて接触走査した物体、特に、校正ボールの座標を取得するために使用するように構成されている。
【００７４】
以下において、実施例に基づき本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】ＫＭＧと別個の表面測定器を備えた構成の模式図
【図２】探針ボールを用いた校正ボールの走査図
【図３】基準指標を備えた探針ボール、校正測定ボール又は検査ボールを表した図
【図４】探針ボール、校正測定ボール又は検査ボールの座標系で探針ボール、校正測定ボール又は検査ボールの表面点の座標を表した図
【図５ａ】ボールのシャフトにおける基準指標としての形状指標の一つの実施形態図
【図５ｂ】ボールのシャフトにおける基準指標としての形状指標の一つの実施形態図
【図５ｃ】ボールのシャフトにおける基準指標としての形状指標の一つの実施形態図
【図６ａ】ＫＭＧに取り付けた探針ボールのシャフトを用いて校正ボールを走査する構成を表した図
【図６ｂ】図６ａの視線方向に対して直角な方向から図６ａの構成を見た図
【図７】図６ａと６ｂによる走査プロセスの結果を表した図
【図８】本方法の第一の可能なフローを表したフローチャート図
【図９】任意選択によりＫＭＧの再現可能な位置に依存する誤差を検出して考慮する本方法の第二の可能なフローを表したフローチャート図
【図１０】ＫＭＧのプローブの校正測定時にプローブの形状に関する情報を取得する本方法の第三の可能なフローを表したフローチャート図
【発明を実施するための形態】
【００７６】
図１は、検査ボール２、探針ボール３、校正測定ボール４及びＫＭＧの動作を制御する制御部５を備えた座標測定器（ＫＭＧ）１を模式的に図示している。この探針ボール３は、プローブピンシャフト８を介してスピンドル３０に、そのため移動可能なブリッジ３１に取り付けられている。この検査ボール２と校正測定ボール４は、ＫＭＧの測定領域内の基板３２上に取り付けられている。ＫＭＧ１に組み込まれた（特に、プローブピンの通常の部分と同様に、ＫＭＧに組み込んで取り外すことができる）探針ボール３を用いて、ＫＭＧ１は、制御部５により制御される形でＫＭＧ１の測定領域内の物体を接触走査することができる。そのことは、特に、図１に図示された検査ボール２と校正測定ボール４に関して言える。
【００７７】
図１の左上には、干渉計として実現された表面測定器２１が模式的に図示されている。光源Ｑから測定光線が図面の右方向に照射されて、半透明のミラーＳに当たり、そのミラーは、測定光線が上方向に反射された、ボールＫを走査する本来の測定光線と、右方向に更に進む基準光線とに分割する。本来の測定光線が球面によって再び下方向に反射されて、半透明のミラーＳを通過して検出器Ｄに当たる一方、基準光線は、右のミラーＭによって反射されて、反射された光線の一部が再び半透明のミラーＳによって下方向に検出器Ｄに向かって反射される。この検出器Ｄは、両方の光線（一方のボールＫにより反射された測定光線と他方の基準光線）が干渉した結果から、ボールＫの表面上の測定光線が反射された箇所の正確な位置を検出する。従って、この測定構成に関するボールＫの球中心点の位置が分かると、例えば、測定光線が反射された表面点の正確な半径（球中心点からの間隔）を決定することができる。
【００７８】
このボールＫの球面の計測結果は、（図１において二重線の矢印で表示されている通り）ＫＭＧに提供される。ボールＫを探針ボール３、検査ボール２又は校正測定ボール４とすることができる。干渉計２１により、前記のボールの中の複数をボールの表面トポグラフィに関して（即ち、形状誤差に関して）順番に計測することもできる。当然のことながら、複数の別個の表面測定器を使用することも可能である。また、これらの表面測定器は、ＫＭＧ１と同じ空間領域内に有る必要はない。特に、表面測定器２１は、認証機関又はＫＭＧ製造業者によって動作することができるとともに、ＫＭＧは、エンドユーザ、例えば、ＫＭＧ製造業者の顧客の所に置くことができる。
【００７９】
図３は、検査ボール２、探針ボール３又は校正測定ボール４の理想的でない球形状の表面を誇張した図面で図示している。このボールは、基準指標１０（例えば、平坦に研磨された表面領域）を備えたシャフト８に固定されている。このシャフトの中心軸は、符号９で表示されている。表面測定器（例えば、図１の符号２１）を用いて、ボールの実際の表面点の座標を決定する。表面測定器を用いて、絶対座標又は理想的な球形状からの偏差値を決定できる。表面測定器による偏差値の検出は、典型的には、球セグメント測定として行なわれる。そのようにして計測した球セグメント（Ｓ１〜Ｓｎ）は、各セグメントの表面測定器の座標系との関連付け又は、より有利には、測定領域オーバーラップのベストフィットによって、セグメントのＫＭＧ測定に十分な表面領域全体に組み合わされる。図３は、破線により互いに分離された表面セグメントＳ１，．．．Ｓｎの中の複数を図示している。しかし、これらのセグメントＳの計測中に、破線によって区切られた領域を跨がって測定され、その結果、重なり合った測定領域が生じる、即ち、隣接するセグメントの計測時に複数回測定され、そのためセグメントを一つの表面領域全体に組み合わせるための情報として利用可能な領域が得られる。例えば、セグメントＳ１とＳ２では、最早オーバーラップ領域には属さない、点線により縁取られた領域が図示されている。
【００８０】
図４には、検査ボール２、探針ボール３又は校正測定ボール４の表面点の位置が検査ボール２、探針ボール３又は校正測定ボール４の座標系で図示されている。この位置は、立体的な極座標で表されており、探針ボール３の場合には、極角αと方位角βの角度対が（特に、探針ボールのシャフトの中心軸９（例えば、シャフトの円筒軸）の延長線上に有る）探針ボール３の中心点１１に対して相対的な探針ボール上の点７の座標を表し、校正ボール２又は４の場合には、極角γと方位角δの角度対が（特に、校正ボールのシャフトの円筒軸９の延長線上に有る）校正ボール２又は４の中心点１２に対して相対的な校正ボール上の点７の座標を表す。これらの中心点１１，１２は、例えば、基準プローブを用いた少なくとも三つの表面点での球面の走査により確定することもできる。
【００８１】
そのため、表面測定器を用いた計測によって、多数の角度対α，β又はγ，δの中心点１１，１２に関して、表面点（例えば、点７等）の半径及び／又は理想的な球形の半径からの偏差、即ち、表面点と仮定した理想的な球のそれぞれ最も近くに有る表面点との偏差を検出することができる。この半径は、理想的な球形状に対して変更可能な表面点の第三の座標である。それに対して、理想的な球形状では、半径は一定である。
【００８２】
ここで述べた実施例に関してだけでなく、半径又は偏差値は、表又は、有利には、表面の数学的な記述（例えば、スプラインラスタ）として規定される。そのため、数学的な記述の場合、その数学的な記述に対応するボールの一つの表面領域内で表面上の任意の点の半径を計算することが可能である。表の場合、半径及び／又は偏差値は、角度対α，β又はγ，δ又は相応の座標を別の座標系にマッピングして、ＫＭＧによる自動的なアクセスのために保存（即ち、記憶）されるとともに、例えば、制御ソフトウェアの実行時にＫＭＧの制御部５がアクセスするデータメモリに記憶される。半径又は補正値を測定していない、及び／又は保存していない（前記の角度対により定義される）立体角は、例えば、補間（例えば、スプライン又は線形補間）によって、最も近くに有るサンプリング点から計算することができる。
【００８３】
特に、このようにして、ボールの表面上の接触点に関して、正確な半径を読み出す、或いは検出して、座標測定器の動作の更なる準備のため、或いは座標測定器の所定通りの使用のために用いることができる。
【００８４】
図２は、探針ボール３を用いた校正ボール２又は４の走査を図示している。所謂「能動的に測定する」センサ（即ち、探針ボール自体を用いた物体の走査時にＫＭＧを更に動作させること無く、物体の表面に探針ボールを押し付ける測定力を生成するセンサ）を用いた接触走査の場合、走査方向６は、測定力コイルの電流ベクトルから測定面に対して直角であることが分かる。「受動的に測定する」センサ（即ち、探針ボールがセンサに統合されていないＫＭＧの駆動部によって物体の表面に押し付けられるセンサ）では、走査方向は、プローブの偏位から検出することができる。探針ボール３の球中心点１１と校正ボールの中心点１２の座標が分かると、又もやこの走査方向から、両方のボールの接触点７を計算することができ、探針ボールと校正ボールの接触点７の半径は、接触点７の座標を決定するために使用される。
【００８５】
通常球中心点１１，１２の座標は、ボールが理想的な球形状から逸脱した実際のボールであるので、及び／又は座標測定器の座標系における中心点の位置が近似的に決定されるので、大まかにしか、或いは良好な近似でしか分からない。従って、走査方向のみからは、接触点の位置を近似的にしか決定できない。しかし、先ずは接触点の位置を近似的に決定した後、半径を考慮して補正することは可能である。特に、この補正値は、探針ボールの形状偏差と校正ボールの形状偏差の合計から得られる。座標測定器の所定通りの使用時、即ち、加工物の走査時に、探針ボール３の形状偏差だけを補正する。しかし、両方の場合に、両方の半径又は探針ボールの半径を考慮して、走査方向から直接接触点の位置を算出することもできる。
【００８６】
接触点の位置の補正値の計算又は直接検出は、有利には、ＫＭＧ制御部５で各測定点に関してリアルタイムに行なわれる。即ち、スキャンモードでも、検査ボール２、探針ボール３又は校正測定ボール４の実際の形状を考慮することができる。
【００８７】
前述した通り、検査ボール２、探針ボール３又は校正測定ボール４の形状に関する情報は、ＫＭＧによるアクセスのために保存することができる。例えば、検査ボール、探針ボールを備えたプローブ及び／又は校正測定ボール４の交換を行なうために、そのようなアクセスが必要な場合、ＫＭＧは、例えば、制御部５により制御される形でボールの識別指標（例えば、チップ、ＲＦＩＤ又はバーコードなど）に基づき、如何なるプローブ又はボールを実際に使用しているのかを確認できる。そのような情報に基づき、ＫＭＧは、それに対応する形状情報にアクセスして使用することができる。
【００８８】
プローブの校正プロセス（ＫＭＧによる校正測定）時には、ボール形状に関する情報が考慮されるので、例えば、力を作用させた場合のプローブの曲がりを補正するためのパラメータなどの校正測定時に検出された別の（プローブ中心点以外の）校正パラメータが、より正確に決定される。それは、例えば、ＩＳＯ１０３６０に基づくボール仕様ＭＰＥＰ及びＭＰＥｔｈｐを改善することに加えて、それ以外の仕様ＭＰＥｒｏｎｔ（リングケージ形状偏差）とＭＰＥｅ（絶対質量オフセット）も改善する。
【００８９】
図５ａは、ボール、特に、探針ボール３のシャフト８におけるシャフトの一部に取り付けた部分的に突き出たボール１４の形の基準指標を図示している。図５ｂは、ボール、特に、探針ボール３のシャフト８におけるシャフトの一部に取り付けた部分的に突き出た円筒１５の形の基準指標を図示している。図５ｃは、ボール、特に、探針ボール３のシャフト８におけるボール形状の窪み１６の形の基準指標を図示している。これらの基準指標は、有利には、シャフトの中心軸９の方向を向いている、即ち、図５ａによる突き出たボールセグメントは、シャフトの中心軸に対して直角に交差する回転対称軸を有し、図５ｂによる突き出た円筒セグメントは、シャフトの中心軸９に対して平行に延びるか、或いはシャフトの中心軸９に対して直角に交差する回転対称軸を有し、図５ｃによる窪み１６の回転対称軸は、シャフトの中心軸９に対して直角に交差する。
【００９０】
形状指標が校正ボールにおける窪み、特に、球形の穴１６として実現されている場合（図５ｃを参照）、例えば、形状に関して正確に分かっているプローブを用いて、その窪み１６を走査することができる。球形の穴の場合、自動的に中心を検知する走査を行なうことができる、即ち、走査時に穴の中心（ボールの先端）の方向が自動的に検知される。ここで、それから、校正ボールの形状指標の位置と向きを、そのため校正ボール自体の位置と向きも検出することができる。
【００９１】
例えば、校正ボールにおいて、形状指標が、ボール１４により、或いは図５ａに図示されている通り、盛り上がったボールセグメントにより実現されている場合、形状に関して正確に分かっているプローブを用いて、盛り上がった形状指標の少なくとも三つの表面点を走査することによって、盛り上がった形状指標の球中心点を周知の手法で検出することができる。ここで、シャフトの中心軸９と関連して、形状指標の位置と向きを一義的に決定することができる。
【００９２】
図６ａと６ｂには、ＫＭＧに取り付けた探針ボール３のシャフト８を用いて、二つの異なる視点から校正ボール１７を走査することが図示されている。図６ａでは、図面の平面が、例えば、デカルト座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ、例えば、ＫＭＧの座標系のＸ−Ｙ平面内に有る。図６ｂでは、図面の平面が、例えば、デカルト座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＸ−Ｚ平面内に有る。校正ボール１７は、プローブの形状指標１８（例えば、プローブのシャフト８の突起）とそれ以外の表面領域を用いて走査される。この走査プロセスは、特に、スキャン（ＫＭＧによる球面に沿った動きと座標測定値の連続又はほぼ連続した記録）として行なわれる。有利には、ボールの表面上での閉じた円形の線、例えば、真円、即ち、ボールの赤道の長さの円に沿ってスキャンする。この実施例では、Ｘ−Ｙ平面内を真円に沿ってスキャンしている。
【００９３】
図７には、その結果得られた、探針ボール３の球中心点又は探針ボール３のシャフトの中心軸上の点がスキャン時に校正ボール１７の周りを移動したＸ−Ｙ平面内の線１９が図示されている。この実施例では、形状指標１８が円筒形状又はボール形状の突起を有するので、この線１９は、この突起が校正ボール１７の表面に対する間隔を大きくしたために生じた、それに対応した形状の出っ張り２０を有する。しかし、探針ボール３のシャフト又は探針ボール３自体が傾斜部を有する場合でも、それに応じて動かすことができる。この場合、そのような傾斜部は、校正ボール１７の球面との間隔を減少させてゆく。
【００９４】
ここで、校正ボール１７のスキャンから得られた線１９又はそれに対応するＫＭＧの測定情報を評価することによって、ＫＭＧの座標系における形状指標の位置と向き又は直接探針ボール３の位置と向きを検出することができる。この場合、探針ボール３の座標系における形状指標の位置と向きに関して得られた情報が考慮される。
【００９５】
以下において、別個の表面測定器によってではなく、或いは別個の表面測定器だけによってではなく、探針ボールを備えたプローブの校正測定によって、座標測定器の測定領域においてボールの表面を決定する実施例を説明する。このボールの表面形状のモデルを使用して、楕円を用いた６つの自由度に関する補正を説明する。
【００９６】
補正するボールは、楕円として見做される。この楕円は、三つの主軸ａ，ｂ及びｃの長さを用いて周知の手法で記述できる。それは楕円であるので、例えば、デカルト座標系Ｘ−Ｙ−Ｚでｘ，ｙ，ｚにより座標が表される表面の全ての点は、次の式を満たさなければならない。
【００９７】
【数１】
0005908102.tif 000002
実際のボールの形状に関する情報を後で考慮するために、楕円の記述は、例えば、３ｘ３の対称行列で行なわれる。
【００９８】
（楕円の中心点に関する）表面点の有効半径ｗｒは、次の通り、楕円の行列Ｑを走査方向ベクトルｄと乗算して、その積の絶対値演算によって算出できる。
【００９９】
【数２】
0005908102.tif 000003
例えば、ａ＝１．６ｍｍ、ｂ＝１．５ｍｍ及びｃ＝１．４ｍｍの楕円に関して、これらの主軸がＫＭＧのデカルト座標系の座標軸に対して平行な方向を向いている場合には、次の対角行列が得られる。
【０１００】
【数３】
0005908102.tif 000004
例えば、走査方向がＸ−Ｙ平面内でＸ方向及びＹ方向に対して４５°である場合、走査方向ベクトルは、次の通りとなる。
【０１０１】
【数４】
0005908102.tif 000005
そのため、式（１）により、有効半径は、ｗｒ＝１．５５ｍｍとなる。
【０１０２】
ＫＭＧの軸に対して楕円の軸がそれ以外の方向を向いている場合、それに対応して３ｘ３の対称行列が得られる。
【０１０３】
例えば、ＫＭＧの制御部で動作するコンピュータソフトウェアにより実装する形で、前述した方法を次の通り実現できる。探針ボールの半径と探針ボールの球中心点の位置を球関数を用いて計算するプローブの校正測定時の従来技術から周知の手法を楕円ベストフィット計算で置き換える、即ち、探針ボールを用いた校正測定時にＫＭＧにより検出した走査情報を楕円モデルに適合させる。そのために、周知の計算方法を用いることができる。そのようにして得られた探針ボールの実際のボール形状に関する情報を後で使用するために、理想的な球のプローブ半径の代わりに、そのため３ｘ３行列の新しい値を有する半径行列を記憶する。それは楕円を表す。この行列の固有ベクトルは、楕円の軸に対応する。制御部（例えば、ソフトウェア）において、プローブ半径の各照会が、入力変数として走査方向を有し、従来技術により従来の通り、対応する接触点での探針ボールの半径を返す関数で置き換えられ、この関数は、前述した式（１）に基づく行列演算を実行する。
【０１０４】
理想的な球では、楕円は球形態を採る。そのため、主軸は、同じ長さであり、対角線以外の行列値が零と等しい。従って、この関数は、全ての走査方向に関して同じ半径を返す。
【０１０５】
楕円形に近い探針ボールでは、前述した方法によって、システム誤差が生じる。多くの場合、探針ボールと物体の間の接触点を決定するために、探針ボールの半径を負の走査方向と乗算して、この計算工程の結果を接触点の位置ベクトルに対してベクトル加算する。しかし、この場合、探針ボールの表面点に存在する表面の延び具合の曲がりは考慮されていない。従って、先の述べた記述に代わって、有効なプローブ半径ｗｒではなく、半径行列と負の走査方向のベクトルとの乗算結果を直接返して使用することができる。
【０１０６】
要約すると、探針ボールを楕円として看做すことによって、理想的な球形状からの形状偏差の一部を補正できることが確認される。この簡単な方法の（多数の表面測定点の考慮と比べた）利点は、少数の自由度だけを必要とすることである。それによって、特に、ＫＭＧに取り付けた探針ボールの校正測定によって、形状偏差を決定することが可能である。
【０１０７】
図８のフローチャートは、第一の可能な方法のフローを図示している。工程Ｓ１で、一つの表面測定器又は複数の表面測定器を用いて、少なくとも一つの探針ボール及び校正ボールの表面トポグラフィに関する情報を取得する。しかし、同じ手法で、少なくとも一つの表面測定器により、複数の探針ボール及び／又は複数の校正ボールを計測することもできる。次の工程Ｓ２で、工程Ｓ１で取得した測定値及び／又はそれから導き出したボールの表面トポグラフィに関する情報が、特に各ボールに関して別個に記憶されて、少なくとも後でＫＭＧによる記憶した情報へのアクセスを可能としている。
【０１０８】
工程Ｓ５で、工程Ｓ１で計測した校正ボールを校正測定ボールとしてＫＭＧの測定領域に持って行き、更に、同じく工程Ｓ１で計測した（例えば、プローブピンのプローブ部品である）探針ボールをＫＭＧに組み込み、それにより、探針ボールが、物体を接触走査するためのＫＭＧのプローブ部品として使用することが可能となる。ここで、この探針ボールを校正測定ボールの接触走査により校正測定する。任意選択により、この工程で、ＫＭＧ、プローブ及び／又はプローブ部品として探針ボールを組み込んだプローブヘッドの別の校正パラメータは、探針ボールにより校正ボールを走査する形態の校正によって取得できる。如何なる場合でも、工程Ｓ５で、探針ボールが校正ボールの表面と接触する接触点を改善された精度で決定するために、探針ボールの表面トポグラフィに関する情報と校正ボールの表面トポグラフィに関する情報を使用する。この「改善された」とは、球の理想形状を出発点として、ボール半径に関する許容誤差だけを表すのではなく、接触点での半径の球の理想形状からの偏差及び／又は少なくとも一つの接触点の座標（例えば、各球中心点に関する半径）を球面トポグラフィに関する情報から決定することを意味する。
【０１０９】
一回、或いは例えば、一年の長い時間間隔で繰り返し実行できる工程Ｓ７に基づき、ＫＭＧを検査するために、場合によっては、相応の検査認証を行なうために、工程Ｓ１で計測した検査ボールが、ＫＭＧの測定領域に配置されて、工程Ｓ１で計測した少なくとも一つの探針ボールを用いて、座標測定器により接触走査される。
【０１１０】
ＫＭＧに組み込まれたプローブを用いて、即ち、プローブ部品としての探針ボールを用いて加工物を走査する場合、工程Ｓ１での探針ボールの表面トポグラフィに関する情報が、探針ボールと加工物の間の接触点の座標を決定するために使用される（工程Ｓ８）。
【０１１１】
図９は、図８に対して修正されたフローチャートを図示しているが、工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ７及びＳ８は、図８に基づき説明したのと同じ工程で含まれる。
【０１１２】
しかし、工程Ｓ２の後、図８と異なり、任意選択により、ＫＭＧの再現可能な場所に依存する誤差を考慮することができる。そのために、工程Ｓ５でもプローブ（例えば、プローブ部品として探針ボールを備えたプローブ）を使用し、更に、校正測定ボールとして校正ボールを使用する。既に前に述べた通り、ＫＭＧの再現可能な場所に依存する誤差を理想的な球形状からの仮想的な偏差として検出して、例えば、次の工程Ｓ４で記憶して、それにより、ＫＭＧが記憶した情報にアクセスできるようにする。
【０１１３】
その次の工程Ｓ５ａで、プローブの本来の校正測定を行ない、この工程は、図８のフローチャートの工程Ｓ５と同様に実行できるが、任意選択により、プローブ部品と校正測定ボールの間の接触点の座標を決定することを目的としてＫＭＧの再現可能な場所に依存する誤差を考慮するために、工程Ｓ３で取得した情報を考慮することができる。
【０１１４】
工程Ｓ７とＳ８は、工程Ｓ１及びＳ２と同様に、図８に基づき述べたのと同じ手法で実行することができる。
【０１１５】
図１０に図示した方法のフローでは、図８に基づき述べた通りの工程Ｓ１とＳ２は、修正された形で実行され、工程Ｓ７とＳ８は、図８に基づき述べた通りに実行される。工程Ｓ１とＳ２と比べた工程Ｓ１ａとＳ２ａの修正点は、工程Ｓ７及び／又は工程Ｓ８でＫＭＧが接触走査式プローブとして使用した少なくとも一つのプローブを工程Ｓ１で表面測定器により計測しないか、或いは少なくともそのような表面計測により検出したプローブのプローブ部品に関する情報を工程Ｓ７及び／又はＳ８で使用しないか、或いは次の工程Ｓ５ｂで取得する情報と共にしか使用しないことである。
【０１１６】
工程Ｓ５ｂで、ＫＭＧに組み込んだ探針ボールを校正測定ボールの球面を接触走査するプローブ部品として使用することによって、プローブの探針ボールの実際の球面に関する表面情報を取得する。この場合、工程Ｓ１ａで校正測定ボールを計測して、工程Ｓ２ａで、それに対応する表面トポグラフィに関する情報をＫＭＧによるアクセスのために保存する。
【０１１７】
しかし、それに代わって、校正測定ボールを球の理想形状から僅かにしか逸脱していない所謂マイスター部分とすることもできる。
【０１１８】
特に、工程Ｓ５ｂで、探針ボールを用いて校正測定ボールの表面を複数の場所で走査し、その場合に、探針ボールの表面上の接触点の位置も変化させて、それによって、探針ボールの実際の球面に関する情報を取得する。工程Ｓ６で、この情報及び／又はそれから導き出した情報をＫＭＧによるアクセスのために記憶する。
【図１】
0005908102.tif 000006
【図２】
0005908102.tif 000007
【図３】
0005908102.tif 000008
【図４】
0005908102.tif 000009
【図５ａ】
0005908102.tif 000010
【図５ｂ】
0005908102.tif 000011
【図５ｃ】
0005908102.tif 000012
【図６ａ】
0005908102.tif 000013
【図６ｂ】
0005908102.tif 000014
【図７】
0005908102.tif 000015
【図８】
0005908102.tif 000016
【図９】
0005908102.tif 000017
【図１０】
0005908102.tif 000018