(57)【要約】      （修正有）【課題】測定プローブから出力されるプローブ出力の非線形誤差を補正可能としながら、測定直前に行う補正の簡略化を可能とする座標補正方法及び三次元測定装置を提供する。【解決手段】前段補正工程として、駆動機構に測定プローブを配置する工程と、測定子を制限する工程と、移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する工程と、プローブ出力Ｐｐｒを補正する線形補正要素ＡLE及び非線形補正要素ＡNLEで構成される前段補正行列ＡＡを生成する工程と、を含み、後段補正工程として、駆動機構２２０に測定プローブ３００を配置する工程と、測定子を制限する工程と、移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する工程と、プローブ出力Ｐを補正する線形補正要素ＢLEで構成される中間補正行列ＢＢを生成する工程と、中間補正行列ＢＢと前段補正行列ＡＡとに基づき生成された後段補正行列ＥＥでプローブ出力Ｐを補正する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置の座標補正方法において、
前段補正工程として、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力を補正可能な前段補正行列を求める第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置の前記第２駆動機構に前記第２測定プローブを配置する工程と、
前記第２測定子の並進変位を制限する工程と、
前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、
前記第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前記前段補正行列を、該第２線形補正要素の数と該第２非線形補正要素の数の合計数以上取得した前記第２移動量及び前記第２プローブ出力を用いて生成する工程と、
を含み、
後段補正工程として、
前記第１駆動機構に前記第１測定プローブを配置する工程と、
前記第１測定子の並進変位を制限する工程と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する工程と、
該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程と、
を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記前段補正工程として、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する工程を含み、
前記後段補正工程として、前記前段中間補正行列を用いて前記後段補正行列を生成する工程を含む
ことを特徴とする座標補正方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程は、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して前記後段補正行列を生成する工程を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項４】
請求項２において、
前記前段補正工程として、更に、
前記第２測定プローブの異なる形態数に対応して該第２測定プローブの形態を変更し、前記第２駆動機構に該第２測定プローブを配置する工程から前記前段補正行列を生成する工程までを繰り返す工程と、
複数の該前段補正行列に基づいて、前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を生成する工程と、
を含み、
前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程は、
前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求める工程と、
前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで前記後段補正行列を生成する工程と、
を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２測定プローブの異なる形態数は前記第２スタイラスの異なる形態数に基づき、且つ前記第１測定プローブの形態は前記第１スタイラスの形態に基づくことを特徴とする座標補正方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記第２測定子の並進変位を制限する工程は、該第２測定子の変位が０となる基準位置で該第２測定子の並進変位を制限し、且つ該第２測定子の中心位置を回転中心とする回転変位を制限しない工程とされ、
前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程は、測定点における前記基準位置からの前記第２測定プローブの第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程とされていることを特徴とする座標補正方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記第１測定子の並進変位を制限する工程は、校正基準体に該第１測定子を接触させる工程であり、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程は、
前記校正基準体の表面に対する法線方向において前記第１測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押し込み後に、該第１測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動工程と、
一定の押込量により前記第１測定子で前記校正基準体を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記校正基準体の表面に対する法線方向は、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向を合わせた合計５方向とされ、それぞれの方向において前記押込駆動工程がなされることを特徴とする座標補正方法。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記倣い駆動工程における前記第１測定子の一定の押込量は、互いに直交する３平面上それぞれで行われることを特徴とする座標補正方法。
【請求項１０】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、
前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、
前記第１処理装置は、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により生成された前記前段補正行列を格納する記憶部と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する行列生成部と、
該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、
を備えることを特徴とする第１の三次元測定装置。
【請求項１１】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、
前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、
前記第１処理装置は、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成し、該第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、該前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により生成された前記前段中間補正行列を格納する記憶部と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成し、更に、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して後段補正行列を生成する行列生成部と、
該後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、
を備えることを特徴とする第１の三次元測定装置。
【請求項１２】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、
前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、
前記第１処理装置は、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成し、該第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、該前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により、前記第２測定プローブの異なる形態数に対応する複数の前記前段補正行列に基づいて生成された前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を格納する記憶部と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成し、更に、前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求め、前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで後段補正行列を生成する行列生成部と、
該後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、
を備えることを特徴とする第１の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標補正方法及び三次元測定装置に係り、特に、測定プローブから出力されるプローブ出力の非線形誤差を補正可能としながら、測定直前の補正を簡略化可能とする座標補正方法及び三次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物に接触する測定子を有するスタイラスと、該スタイラスを移動可能に支持し、該測定子の変位に従うプローブ出力を行うプロ―ブ本体と、を備える測定プローブと、該測定プローブを保持し移動させる駆動機構と、該プローブ出力と該駆動機構による該測定プローブの移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する処理装置と、を備える三次元測定装置が知られている。この処理装置では、駆動機構による三次元測定装置の座標系である装置座標系の測定プローブの移動量｛ｘm，ｙm，ｚｍ｝T（Ｍと称する）と、測定プローブの座標系であるプローブ座標系のプローブ出力｛ｘp，ｙp，ｚp｝T（Ｐと称する）を加算することで、式（１）に示す形状座標｛ｘ，ｙ，ｚ｝T（ＸＸと称する）を演算することができる。
【０００３】
【数１】
2018031756.tif 000003
【０００４】
ここで、特許文献１では、装置座標系とプローブ座標系との不一致で生じる誤差を低減するために、測定子の並進変位を制限した状態で駆動機構により測定プローブを駆動し、このときの複数の測定点における測定プローブの移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから補正行列Ａを生成する手法が提案されている。求められた補正行列Ａにより、式（２）に示すようにして、プローブ出力Ｐから装置座標系の変換出力｛ｘp_m，ｙp_m，ｚp_m｝T（ＰＭと称する）に変換することができる。そして、式（３）に示す如く、測定プローブの移動量Ｍにその変換出力ＰＭを加算することで、形状座標ＸＸを演算することができる。
【０００５】
【数２】
2018031756.tif 000004
【０００６】
なお、符号Ａ11〜Ａ33は、補正行列Ａを構成する補正要素であり、プローブ出力Ｐの各座標成分を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２９７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、プローブ出力Ｐの１次の座標成分（線形座標成分と称する）のみを、補正行列Ａの補正要素Ａ11〜Ａ33でそれぞれ補正可能としている。ここで、例えば、測定プローブにおいてスタイラスを移動可能に支持する部材のいわゆるばね構造（ばね本体とそのガイドを含む）やスタイラスの変位を検出するプローブセンサは３方向それぞれで、すべて線形な応答をするとは限らない場合がある。例えば、ばね定数が非線形な場合には、ばね定数が非線形な方向に測定子と駆動機構間の距離が変化すると、その方向の測定子の変化が非線形となるおそれがある。また、例えば、ばね構造の非線形な応答が原因で、一定方向の測定力が測定子に加わった際に測定子が円弧運動をして変位するおそれもある。更に、例えば、プローブセンサの非線形な応答が原因で、プローブ出力に非線形誤差が含まれるおそれもある。つまり、装置座標系とプローブ座標系との不一致で生じる誤差は解消されても、上述したばね構造やプローブセンサにおいて非線形な応答がなされた際には、測定プローブから出力されるプローブ出力の非線形誤差が解消されないおそれがあった。なお、仮に上記の非線形誤差を解消できる補正を行えるとしても、そのための補正は複雑化（そのための専用の治具の用意と測定点の増大とを含む）し、測定直前に簡略に行えないおそれがあった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、測定プローブから出力されるプローブ出力の非線形誤差を補正可能としながら、測定直前の補正を簡略化可能な座標補正方法及び三次元測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の請求項１に係る発明は、被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置の座標補正方法において、前段補正工程として、第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力を補正可能な前段補正行列を求める第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置の前記第２駆動機構に前記第２測定プローブを配置する工程と、前記第２測定子の並進変位を制限する工程と、前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、前記第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前記前段補正行列を、該第２線形補正要素の数と該第２非線形補正要素の数の合計数以上取得した前記第２移動量及び前記第２プローブ出力を用いて生成する工程と、を含み、後段補正工程として、前記第１駆動機構に前記第１測定プローブを配置する工程と、前記第１測定子の並進変位を制限する工程と、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する工程と、該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程と、を含んだことにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
本願の請求項２に係る発明は、前記前段補正工程として、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する工程を含み、前記後段補正工程として、前記前段中間補正行列を用いて前記後段補正行列を生成する工程を含むようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項３に係る発明は、前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程が、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して前記後段補正行列を生成する工程を含むようにしたものである。
【００１３】
本願の請求項４に係る発明は、前記前段補正工程として、更に、前記第２測定プローブの異なる形態数に対応して該第２測定プローブの形態を変更し、前記第２駆動機構に該第２測定プローブを配置する工程から前記前段補正行列を生成する工程までを繰り返す工程と、複数の該前段補正行列に基づいて、前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を生成する工程と、を含み、前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程が、前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求める工程と、前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで前記後段補正行列を生成する工程と、を含むようにしたものである。
【００１４】
本願の請求項５に係る発明は、前記第２測定プローブの異なる形態数が前記第２スタイラスの異なる形態数に基づき、且つ前記第１測定プローブの形態が前記第１スタイラスの形態に基づくようにしたものである。
【００１５】
本願の請求項６に係る発明は、前記第２測定子の並進変位を制限する工程を、該第２測定子の変位が０となる基準位置で該第２測定子の並進変位を制限し、且つ該第２測定子の中心位置を回転中心とする回転変位を制限しない工程とし、前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程を、測定点における前記基準位置からの前記第２測定プローブの第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程としたものである。
【００１６】
本願の請求項７に係る発明は、前記第１測定子の並進変位を制限する工程を、校正基準体に該第１測定子を接触させる工程とし、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程を、前記校正基準体の表面に対する法線方向において前記第１測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押し込み後に、該第１測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動工程と、一定の押込量により前記第１測定子で前記校正基準体を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、を含むようにしたものである。
【００１７】
本願の請求項８に係る発明は、前記校正基準体の表面に対する法線方向が、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向を合わせた合計５方向とされ、それぞれの方向において前記押込駆動工程をするようにしたものである。  
【００１８】
本願の請求項９に係る発明は、前記倣い駆動工程における前記第１測定子の一定の押込量を、互いに直交する３平面上それぞれで行うようにしたものである。
【００１９】
本願の請求項１０に係る発明は、被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、前記第１処理装置が、第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により生成された前記前段補正行列を格納する記憶部と、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する行列生成部と、該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を備えたものである。
【００２０】
本願の請求項１１に係る発明は、被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、前記第１処理装置が、第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成し、該第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、該前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により生成された前記前段中間補正行列を格納する記憶部と、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成し、更に、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して後段補正行列を生成する行列生成部と、該後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を備えたものである。
【００２１】
本願の請求項１２に係る発明は、被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、前記第１処理装置が、第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成し、該第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、該前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置により、前記第２測定プローブの異なる形態数に対応する複数の前記前段補正行列に基づいて生成された前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を格納する記憶部と、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成し、更に、前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求め、前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで後段補正行列を生成する行列生成部と、該後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測定プローブから出力されるプローブ出力の非線形誤差を補正可能としながら、測定直前の補正を簡略化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の一例を示す模式図
【図２】図１の三次元測定装置のブロック図
【図３】図１の三次元測定装置の測定プローブを示す斜視図
【図４】第１実施形態に係る別の三次元測定装置の一例を示す模式図
【図５】図４の三次元測定装置のブロック図
【図６】図４の三次元測定装置の測定子の並進変位を制限する制限手段を示す図（斜視図（Ａ）、測定子が制限手段と接触する位置を示す図（Ｂ））
【図７】図４の三次元測定装置の測定プローブを示す斜視図
【図８】図１、図４に示す三次元測定装置を用いて座標補正を行う手順を示すフロー図
【図９】図８の前段補正工程の手順の一例を示すフロー図
【図１０】図８の後段補正工程の手順の一例を示すフロー図
【図１１】図１０の押込測定の順番を示すフロー図
【図１２】図１１の押込測定の際の測定子と校正基準体との位置関係を示す図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ））
【図１３】図１１の一方向における押込測定の手順を示すフロー図
【図１４】図１０の倣い測定の順番を示すフロー図
【図１５】図１４の倣い測定の際の測定子と校正基準体との位置関係を示す図（上面図（Ａ）、側面図（Ｂ））
【図１６】本発明の第２実施形態に係る前段補正工程の手順の一例を示すフロー図
【図１７】本発明の第２実施形態に係る後段補正工程の手順の一例を示すフロー図
【図１８】本発明の第２実施形態に係る相関関係の一例を示すグラフ（線形補正成分に対する非線形補正成分を示すグラフ（Ａ）、スタイラスの異なる形態に対する非線形補正成分を示すグラフ（Ｂ））
【図１９】本発明の第３実施形態に係る前段補正工程で用いる制限手段と測定子とを示す模式図
【図２０】図１９の制限手段を用いた際の前段補正工程の手順の一例を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置について図１〜図１５を参照して説明する。
【００２６】
最初に、図４に示す三次元測定装置（第２の三次元測定装置）１００ＰＲの全体構成を説明する。本実施形態において、三次元測定装置１００ＰＲは、座標補正をするうえで、その前半の工程である前段補正工程を担っている。
【００２７】
三次元測定装置１００ＰＲは、図４に示す如く、測定プローブ（第２測定プローブ）３００ＰＲを移動させる三次元測定装置本体２００ＰＲと、手動操作するジョイスティック１１１ＰＲを有する操作手段１１０ＰＲと、処理装置（第２処理装置）４００ＰＲと、を備える。
【００２８】
前記三次元測定装置本体２００ＰＲは、図４に示す如く、定盤２１０ＰＲと、駆動機構（第２駆動機構）２２０ＰＲと、制限手段２４０ＰＲ（図６）と、測定プローブ３００ＰＲと、を備えている。駆動機構２２０ＰＲは、図４に示す如く、定盤２１０ＰＲに立設されて測定プローブ３００ＰＲを保持し三次元的に移動させるＸ軸駆動機構２２５ＰＲ、Ｙ軸駆動機構２２６ＰＲ及びＺ軸駆動機構２２７ＰＲ（図５）を備える。なお、これに限らず、測定プローブが固定され、駆動機構が被測定物Ｗの下にくる定盤自体あるいは定盤上であって被測定物Ｗの下にくる部材を移動させることで、被測定物Ｗを三次元的に移動させてもよい。あるいは、駆動機構が測定プローブと被測定物Ｗとを三次元的に移動させてもよい。即ち、駆動機構は測定プローブを被測定物Ｗに対して相対的に移動させる機構であればよい（後述する駆動機構も同様）。
【００２９】
具体的に、駆動機構２２０ＰＲは、図４に示す如く、装置座標系のＹｍ方向に移動可能なビーム支持体２２１ＰＲと、ビーム支持体２２１ＰＲに橋渡しされたビーム２２２ＰＲと、ビーム２２２ＰＲ上で装置座標系のＸｍ方向に移動可能なコラム２２３ＰＲと、コラム２２３ＰＲ内で装置座標系のＺｍ方向に移動可能なスピンドル２２４ＰＲと、を備えている。そして、図５に示すＸ軸駆動機構２２５ＰＲ、Ｙ軸駆動機構２２６ＰＲ、及びＺ軸駆動機構２２７ＰＲがそれぞれ、ビーム２２２ＰＲとコラム２２３ＰＲとの間、定盤２１０ＰＲとビーム支持体２２１ＰＲとの間、及びコラム２２３ＰＲとスピンドル２２４ＰＲとの間に設けられている。なお、スピンドル２２４ＰＲの端部に測定プローブ３００ＰＲが支持されている。
【００３０】
Ｘ軸駆動機構２２５ＰＲ、Ｙ軸駆動機構２２６ＰＲ、Ｚ軸駆動機構２２７ＰＲにはそれぞれ、図５に示す如く、Ｘ軸スケールセンサ２２８ＰＲ、Ｙ軸スケールセンサ２２９ＰＲ、Ｚ軸スケールセンサ２３０ＰＲが設けられている。このため、Ｘ軸スケールセンサ２２８ＰＲ、Ｙ軸スケールセンサ２２９ＰＲ、Ｚ軸スケールセンサ２３０ＰＲの出力から、装置座標系における測定プローブ３００ＰＲの移動量（第２移動量）｛ｘm，ｙm，ｚm｝T（Ｍｐｒと称する）を求めることができる。なお、本実施形態では、Ｘ軸駆動機構２２５ＰＲ、Ｙ軸駆動機構２２６ＰＲ、及びＺ軸駆動機構２２７ＰＲの移動方向それぞれが、装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向、Ｚｍ方向と一致している。
【００３１】
制限手段２４０ＰＲは、定盤２１０ＰＲ上に配置され、図６（Ａ）に示す如く、測定プローブ３００ＰＲの測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する部材である。そして、制限手段２４０ＰＲは、更に、測定子３０６ＰＲの中心を回転中心とする回転変位を制限しない構成とされている（相応に回転変位を制限してもよい）。具体的に、制限手段２４０ＰＲは、２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂと、２つの板状部材２４４Ａ、２４４Ｂと、４つの柱状部２４６Ａ、２４６Ｂと、ベース部材２４８ＰＲと、を備える。２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂは、角柱形状であり、定盤２１０ＰＲ上に配置されるベース部材２４８ＰＲに設けられた溝にそって黒矢印で示す方向（２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂの対向する方向である対向方向Ｈ）に手動あるいは電動でスライド可能に配置されている。即ち、２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂは、測定子３０６ＰＲを挟んで対向して配設され測定子３０６ＰＲを押圧することができる。
【００３２】
そして、図６（Ａ）に示す如く、２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂの互いに対向する側の側面に板状部材２４４Ａ、２４４Ｂがそれぞれ取付けられている。板状部材２４４Ａ、２４４Ｂはそれぞれ、対向方向Ｈと直交する平面を有する矩形板状に成形されており、長手方向（方向Ｉ，Ｊ）が互いに直交するようにされている。そして、板状部材２４４Ａ、２４４Ｂの互いに対向する側の側面に２つの柱状部２４６Ａ、２４６Ｂの側面がそれぞれ突出するように取付けられている。２つの柱状部２４６Ａの軸は方向Ｉに平行に並んでおり、２つの柱状部２４６Ｂの軸は方向Ｊに平行に並んでいる。このとき、方向Ｉ、Ｊは共に対向方向Ｈと直交している。即ち、２つの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂの測定子側にはそれぞれ、対向方向Ｈと直交する方向Ｉ、Ｊに軸を有する平行な２つの柱状部２４６Ａ、２４６Ｂが設けられている構成である。そして、方向Ｉと方向Ｊも互いに直交している。そして、２つの柱状部２４６Ａの側面と２つの柱状部２４６Ｂの側面とが測定子３０６ＰＲと接触する接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡとして機能し、測定子３０６ＰＲが柱状部２４６Ａ、２４６Ｂで挟まれる構成となっている。即ち、一方の押圧部材２４２Ａにおける柱状部２４６Ａと他方の押圧部材２４２Ｂにおける柱状部２４６Ｂの軸の方向Ｉ、Ｊは互いに直交するように設けられ、柱状部２４６Ａ、２４６Ｂそれぞれに、接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡが設けられている構成である。これら接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡは４つなので、制限手段２４０ＰＲは測定子３０６ＰＲの任意の方向への並進変位を制限（拘束）することができる。つまり、制限手段２４０ＰＲは簡素な構成であり、互いの押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂの距離を調整することで、容易に測定子３０６ＰＲの並進変位を制限しながら、回転変位を制限しないようにすることができる。
【００３３】
また、制限手段２４０ＰＲの接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡは、図６（Ｂ）に示す測定子３０６ＰＲに内接する正四面体ＲＴの４つの頂点ＰＸの位置で測定子３０６ＰＲに接触するようにされている。このため、制限手段２４０ＰＲは、測定子３０６ＰＲの任意の方向への並進変位を制限するための最低限の接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡの数（４つ）としながら、且つその接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡの位置を空間的に均等な間隔としている。よって、柱状部２４６Ａ、２４６Ｂから測定子３０６ＰＲにかかる力を空間的に均等に分散でき、測定子３０６ＰＲと接触部２４６ＡＡ、２４６ＢＡとの４つの接触点の一部だけに過大な力がかかることを防止することが可能である。なお、これに限らず、正四面体ＲＴの各頂点ＰＸの位置に接触部がこなくてもよいし、接触部が５つ以上であってもよい。
【００３４】
なお、制限手段２４０ＰＲは、特許文献１の図８に示すような構成であってもよい。つまり、制限手段２４０ＰＲの柱状部２４６Ａ、２４６Ｂが円柱状に形成され、軸回りに回転可能且つ軸の方向に若干移動可能にされていてもよい。この場合には、制限手段２４０ＰＲは、押圧部材による測定子３０６ＰＲへの押圧力が多少大きくても、測定子３０６ＰＲの回転変位を制限することなく測定子３０６ＰＲの並進変位を制限することができる。
【００３５】
あるいは、制限手段２４０ＰＲは、特許文献１の図９に示すような構成であってもよい。つまり、制限手段が、測定子３０６ＰＲの中心に向かって測定子３０６ＰＲを押圧する４つの押圧部材を備え、押圧部材はそれぞれ、測定子３０６ＰＲに接触する球形状の当接部材と、当接部材を回転可能に支持する支持部材と、を備える構成であってもよい。この場合には、制限手段は、測定子３０６ＰＲのいかなる方向への回転変位を制限することなく測定子３０６ＰＲの並進変位を制限することができる。
【００３６】
測定プローブ３００ＰＲは、いわゆる倣いプローブであり、図７に示す如く、被測定物Ｗに接触する球形状の測定子（第２測定子）３０６ＰＲを有するスタイラス（第２スタイラス）３０４ＰＲと、スタイラス３０４ＰＲを移動可能に支持するプローブ本体３０２と、を備える。そして、プローブ本体３０２は、測定子３０６ＰＲの変位に従うプローブ出力（第２プローブ出力）｛ｘp，ｙp，ｚp｝T（Ｐｐｒと称する）を行う。ここで、スタイラス３０４ＰＲは、プローブ本体３０２において、例えば非線形な応答をするばね構造で支持されている。そして、測定プローブ３００ＰＲにおけるスタイラス３０４ＰＲの変位をプローブ本体３０２に内蔵されているプローブセンサ３１０で検出する。
【００３７】
プローブセンサ３１０は、図５に示す如く、プローブ座標系のＸｐ方向（図７）への測定子３０６ＰＲの変位を検出するＸ軸プローブセンサ３１２と、プローブ座標系のＹｐ方向への測定子３０６ＰＲの変位を検出するＹ軸プローブセンサ３１４と、プローブ座標系のＺｐ方向への測定子３０６ＰＲの変位を検出するＺ軸プローブセンサ３１６と、を備える。このため、Ｘ軸プローブセンサ３１２、Ｙ軸プローブセンサ３１４、Ｚ軸プローブセンサ３１６の出力から、プローブ座標系における測定子３０６ＰＲの座標であるプローブ出力Ｐｐｒを求めることができる。なお、Ｘ軸プローブセンサ３１２、Ｙ軸プローブセンサ３１４、Ｚ軸プローブセンサ３１６が直接的にプローブ出力Ｐを示さなくてもよい。
【００３８】
前記操作手段１１０ＰＲは、図５に示す如く、処理装置４００ＰＲの指令部４０２ＰＲに接続されている。操作手段１１０ＰＲからは、三次元測定装置本体２００ＰＲ及び処理装置４００ＰＲへ各種の指令を入力可能となっている。
【００３９】
前記処理装置４００ＰＲは、図４に示す如く、モーションコントローラ５００ＰＲとホストコンピュータ６００ＰＲとを備え、プローブ出力Ｐｐｒと駆動機構２２０ＰＲによる測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒとから被測定物Ｗの形状座標ＸＸを演算する。モーションコントローラ５００ＰＲは主に測定プローブ３００ＰＲの移動及び測定の制御を行い、ホストコンピュータ６００ＰＲは主に三次元測定装置本体２００ＰＲで得られた測定結果を処理するようにされている。本実施形態では、処理装置４００ＰＲとして、モーションコントローラ５００ＰＲとホストコンピュータ６００ＰＲの機能を併せて図５のブロック図に示し、以下に説明する。なお、ホストコンピュータ６００ＰＲは、キーボードなどの入力手段１２０ＰＲと、ディスプレイやプリンタなどの出力手段１３０ＰＲと、を備える。
【００４０】
処理装置４００ＰＲは、図５に示す如く、指令部４０２ＰＲと、駆動機構制御部４０４ＰＲと、座標取得部４０６ＰＲと、行列生成部４０８ＰＲと、プローブ出力補正部４１０ＰＲと、形状座標演算部４１２ＰＲと、記憶部４１４ＰＲと、を備える。なお、本実施形態では、プローブ出力補正部４１０ＰＲと形状座標演算部４１２ＰＲとを使用しないので、処理装置４００ＰＲはこれらを備えていなくてもよい。
【００４１】
図５に示す指令部４０２ＰＲは、操作手段１１０ＰＲあるいは入力手段１２０ＰＲで入力された指令に基づき、駆動機構制御部４０４ＰＲに所定の指令を与える。指令部４０２ＰＲは、例えば、測定プローブ３００ＰＲを複数の位置（測定点）へ移動させるための移動方向、移動距離、移動速度などを考慮して、駆動機構２２０ＰＲに対する制御周期毎の装置座標系の座標値を位置指令として生成する。また、指令部４０２ＰＲは、例えば、座標取得部４０６ＰＲに対して駆動機構２２０ＰＲによる測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒとプローブ出力Ｐｐｒの取得タイミングや取得数（測定点の数ｎ）を指令することもできる。
【００４２】
図５に示す駆動機構制御部４０４ＰＲは、指令部４０２ＰＲの指令に応じて、駆動制御信号Ｄｐｒを出力することで駆動機構２２０ＰＲのＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動機構２２５ＰＲ、２２６ＰＲ、２２７ＰＲのモータに電流を流して駆動制御することができる。
【００４３】
図５に示す座標取得部４０６ＰＲは、駆動機構２２０ＰＲから出力される装置座標系の測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブセンサ３１０から出力されるプローブ座標系のプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する。そして、座標取得部４０６ＰＲは、行列生成部４０８ＰＲで必要とする形態（データ数とデータ形態）に演算を行い、その結果を行列生成部４０８ＰＲに出力する（このような演算は、行列生成部４０８ＰＲで行い、座標取得部４０６ＰＲは単にプローブ出力Ｐｐｒ及び測定プローブ３００の移動量Ｍｐｒをそれぞれ取得するだけでもよい）。具体的には、座標取得部４０６ＰＲは、前段補正行列ＡＡを生成するのに必要な測定点の数（取得数）ｎの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎを出力する。その際には、座標取得部４０６ＰＲは、プローブ出力Ｐｐｒにおいては、プローブ出力Ｐｐｒの１次の座標成分ｘp、ｙp、ｚpから、２次以上の高次の座標成分ｘp2、ｙp2、ｚp2、・・・及び干渉座標成分ｘpｙp、ｙpｚp、ｚpｘp・・・を演算して求める。
【００４４】
図５で示す行列生成部４０８ＰＲは、座標取得部４０６ＰＲの出力（測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎ）に基づいて、前段補正行列ＡＡを生成する。ここで、例えばプローブ出力Ｐｐｒが０となる位置（基準位置Ｐｂ）で測定子３０６ＰＲの並進変位を制限した状態とする。そして、その後に測定プローブ３００ＰＲを移動させると、基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒと前段補正行列ＡＡによる補正後のプローブ出力（変換出力ＰＭ）は、絶対値が等しく、符号が反転する関係となる。つまり、座標取得部４０６ＰＲからの出力（測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ、プローブ出力Ｐｎ）は、式（４）を満足することとなる。
【００４５】
【数３】
2018031756.tif 000005
【００４６】
ここで、前段補正行列ＡＡは、測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒに対するプローブ出力Ｐｐｒの線形座標成分を補正する線形補正要素（第２線形補正要素）ＡLEと、測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍに対するプローブ出力Ｐの非線形座標成分を補正する非線形補正要素（第２非線形補正要素）ＡNLEと、で構成されている。なお、線形座標成分は１次の座標成分ｘp、ｙp、ｚpをいい、非線形座標成分は２次以上の高次の座標成分ｘp2、ｙp2、ｚp2、・・・及び干渉座標成分ｘpｙp、ｙpｚp、ｚpｘp、・・・をいう。そして、線形補正要素ＡLEは線形座標成分ｘp、ｙp、ｚpにそれぞれ乗算される要素Ａ11、Ａ12、Ａ13、Ａ21、Ａ22、Ａ23、Ａ31、Ａ32、Ａ33をいい、非線形補正要素ＡNLEは非線形座標成分ｘp2、ｙp2、ｚp2、・・・、ｘpｙp、ｙpｚp、ｚpｘp、・・・に乗算されるそれ以外の要素Ａ14、Ａ15、・・・、Ａ24、Ａ25、・・・、Ａ34、Ａ35、・・・をいう。
【００４７】
つまり、行列生成部４０８ＰＲは、式（４）に例えば最小二乗法を用いることにより、式（６）に示す如く、前段補正行列ＡＡを生成することができる。
【００４８】
【数４】
2018031756.tif 000006
【００４９】
なお、測定点の数ｎは、線形補正要素ＡLEの数と非線形補正要素ＡNLEの数の合計数以上とされている。つまり、座標取得部４０６ＰＲは、線形補正要素ＡLEの数と非線形補正要素ＡNLEの数の合計数以上の測定点で測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得していることとなる。
【００５０】
また、行列生成部４０８ＰＲは、式（７）で示す如く、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEのみで構成される前段線形補正行列ＣＣの逆行列を、前段補正行列ＡＡに乗算して前段中間補正行列ＤＤを生成する。なお、前段中間補正行列ＤＤにおける非線形補正要素（中間非線形補正要素）ＤNLEは要素Ｃ14、Ｃ15…となる。なお、前段中間補正行列ＤＤは、行列生成部４０８で生成されてもよい。
【００５１】
【数５】
2018031756.tif 000007
【００５２】
図５に示すプローブ出力補正部４１０ＰＲは、行列生成部４０８ＰＲから出力される前段補正行列ＡＡを用いて座標取得部４０６ＰＲで取得したプローブ出力Ｐｐｒを補正することができる。
【００５３】
図５に示す形状座標演算部４１２ＰＲは、プローブ出力補正部４１０ＰＲから出力される変換出力ＰＭを、座標取得部４０６ＰＲで取得した測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒに加算することで、被測定物Ｗの形状座標ＸＸを演算することができる。
【００５４】
図５に示す記憶部４１４ＰＲは、各種制御用初期値、各種処理用初期値、プログラムなどを記憶している。また、記憶部４１４ＰＲは、行列生成部４０８ＰＲで生成された前段補正行列ＡＡ、前段線形補正行列ＣＣ、前段中間補正行列ＤＤなども記憶している。
【００５５】
次に、図１に示す三次元測定装置（第１の三次元測定装置）１００の全体構成を説明する。本実施形態において、三次元測定装置１００は、座標補正をするうえで、前段補正工程のあとにくる後段補正工程を担っている。
【００５６】
三次元測定装置１００は、図１に示す如く、測定プローブ（第１測定プローブ）３００を移動させる三次元測定装置本体２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作手段１１０と、処理装置（第１処理装置）４００と、を備える。なお、図１〜図３に示すように、三次元測定装置１００は、三次元測定装置１００ＰＲとほぼ同一の構成・機能とされている。このため、三次元測定装置１００における同一の構成・機能の要素に対しては、符号下２行の英文字「ＰＲ」を除外した符号を付して、その具体的な説明を適宜省略する。
【００５７】
前記三次元測定装置本体２００は、図１に示す如く、定盤２１０と、駆動機構（第１駆動機構）２２０と、校正基準体（制限手段）２４０と、測定プローブ３００と、を備えている。駆動機構２２０は、図１に示す如く、定盤２１０に立設されて測定プローブ３００を保持し三次元的に移動させるＸ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６及びＺ軸駆動機構２２７（図２）を備える。Ｘ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６、Ｚ軸駆動機構２２７にはそれぞれ、図２に示す如く、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、Ｚ軸スケールセンサ２３０が設けられている。このため、Ｘ軸スケールセンサ２２８、Ｙ軸スケールセンサ２２９、Ｚ軸スケールセンサ２３０の出力から、装置座標系における測定プローブ３００の移動量（第１移動量）｛ｘm，ｙm，ｚm｝T（Ｍと称する）を求めることができる。なお、本実施形態では、Ｘ軸駆動機構２２５、Ｙ軸駆動機構２２６、及びＺ軸駆動機構２２７の移動方向それぞれが、装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向、Ｚｍ方向と一致している。
【００５８】
校正基準体２４０は、図１に示す如く、球形状の部材（基準球とも称する）であり、定盤２１０上に配置されている。校正基準体２４０は球形状の部材なので、校正基準体２４０の表面のすべての法線は校正基準体２４０の中心位置を通る構成とされている。なお、校正基準体２４０は、球形状の部材とは限定されず、円柱、角柱、多角柱、そして、これらの柱中央に凹部を備えるような構成であって、測定子の並進変位を制限する制限手段であればよい。
【００５９】
測定プローブ３００は、図３に示す如く、被測定物Ｗに接触する球形状の測定子（第１測定子）３０６を有するスタイラス（第１スタイラス）３０４と、スタイラス３０４を移動可能に支持する（測定プローブ３００ＰＲの）プローブ本体３０２と、を備える。つまり、プローブセンサ３１０を内蔵するプローブ本体３０２は、測定プローブ３００と測定プローブ３００ＰＲとで同一とされている。なお、三次元測定装置１００において、プローブセンサ３１０からはプローブ出力（第１プローブ出力）Ｐが出力される。
【００６０】
前記処理装置４００は、図１に示す如く、モーションコントローラ５００とホストコンピュータ６００とを備え、プローブ出力Ｐと駆動機構２２０による測定プローブ３００の移動量Ｍとから被測定物Ｗの形状座標ＸＸを演算する。本実施形態では、処理装置４００として、モーションコントローラ５００とホストコンピュータ６００の機能を併せて図２のブロック図に示し、以下に説明する。
【００６１】
処理装置４００は、図２に示す如く、指令部４０２と、駆動機構制御部４０４と、座標取得部４０６と、行列生成部４０８と、プローブ出力補正部４１０と、形状座標演算部４１２と、記憶部４１４と、を備える。
【００６２】
図２に示す指令部４０２は、操作手段１１０あるいは入力手段１２０で入力された指令に基づき、駆動機構制御部４０４に所定の指令を与える。指令部４０２は、例えば、測定プローブ３００を複数の位置（測定点）へ移動させるための移動方向、移動距離、移動速度などを考慮して、駆動機構２２０に対する制御周期毎の装置座標系の座標値を位置指令として生成する。また、指令部４０２は、例えば、座標取得部４０６に対して駆動機構２２０による測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐの取得タイミングや取得数（測定点の数ｎ１）を指令することもできる。
【００６３】
図２に示す駆動機構制御部４０４は、指令部４０２の指令に応じて、駆動制御信号Ｄを出力することで駆動機構２２０のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動機構２２５、２２６、２２７のモータに電流を流して駆動制御することができる。具体的に、駆動機構制御部４０４は、押込駆動機構制御部４０４Ａと倣い駆動機構制御部４０４Ｂとを備える。
【００６４】
押込駆動機構制御部４０４Ａは、駆動機構２２０により、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となる方向それぞれにおいて測定子３０６をその表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程を行わせる。押込駆動機構制御部４０４Ａにおける５方向とは、図１２（Ａ）に示す如く、例えば、互いに直交する３方向（ＸＹＺの３方向）とそのうちの２方向（Ｘ方向とＹ方向）について測定力が互いに逆向きとなる２方向（Ｘ方向では＋Ｘ方向と−Ｘ方向、Ｙ方向では＋Ｙ方向と−Ｙ方向）とを合わせた方向である。
【００６５】
倣い駆動機構制御部４０４Ｂは、駆動機構２２０を制御して、互いに直交する３平面上それぞれで（プローブ出力Ｐで得られる）一定の押込量により測定子３０６で校正基準体２４０を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動工程を行わせる。倣い駆動機構制御部４０４Ｂの３平面は、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、例えば、ＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面である。倣い駆動機構制御部４０４Ｂにより、それぞれの平面上で測定子３０６は、校正基準体２４０の表面に沿って反時計回りと時計回りに移動することとなる。
【００６６】
本実施形態では、これらのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面の法線方向であり、且つＺ方向がスタイラス３０４の軸方向Ｏと一致している。即ち、押込駆動機構制御部４０４Ａにおける５方向は、スタイラス３０４の軸方向Ｏと、軸方向Ｏと直交する平面内の互いに直交する２方向と、その２方向とは測定力が互いに逆向きとなる２方向と、からなる。結果的には、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ、装置座標系のＸｍ方向、Ｙｍ方向及びＺｍ方向と一致している。なお、押込駆動機構制御部４０４ＡによってなされるＸＹＺの３方向と倣い駆動機構制御部４０４ＢによってなされるＸＹＺの３方向とは便宜上同一表記としているが、これらの方向は互いにずれていてもよい。なお、駆動機構制御部４０４は、校正基準体２４０の中心位置を求められるようにも駆動機構２２０を制御する。
【００６７】
図２に示す座標取得部４０６は、駆動機構２２０により測定プローブ３００を移動させた際に、測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。具体的には、押込駆動機構制御部４０４Ａ及び倣い駆動機構制御部４０４Ｂによって、校正基準体２４０に測定子３０６が係合（接触）した際に、駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブセンサ３１０から出力されるプローブ座標系のプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。押込駆動機構制御部４０４Ａによる押込駆動工程において、校正基準体２４０に測定子３０６が係合した際に測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得することを、以降押込測定と称する。また、倣い駆動機構制御部４０４Ｂによる倣い駆動工程において、校正基準体２４０に測定子３０６が係合した際に測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得することを、以降倣い測定と称する。
【００６８】
また、座標取得部４０６は、行列生成部４０８で必要とする形態（データ数とデータ形態）に演算を行い、その結果を行列生成部４０８に出力する（このような演算は、行列生成部４０８で行い、座標取得部４０６は単にプローブ出力Ｐ及び測定プローブ３００の移動量Ｍをそれぞれ取得するだけでもよい）。具体的には、座標取得部４０６は、押込測定と倣い測定とにより、中間補正行列ＢＢを生成するのに必要な測定点の数（取得数）ｎ１の測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐを出力する。例えば、測定点の数ｎ１は、押込測定で５方向による５ｐ（ｐは１以上の整数）と、倣い測定で３平面上の往復（図１５に示す如く、ＸＹ平面は３６０度、ＸＺ平面とＹＺ平面は共に１８０度程度の場合には、合計（校正基準体２４０の）４周に相当）による４ｑ（ｑは１以上の整数）と、による合計数５ｐ＋４ｑとなる。なお、行列生成部４０８で中間補正行列ＢＢを生成しない場合においては、座標取得部４０６は、プローブ出力Ｐ、測定プローブ３００の移動量Ｍをそれぞれ、プローブ出力補正部４１０、形状座標演算部４１２にそのままの形態で出力する。
【００６９】
図２に示す行列生成部４０８は、プローブ出力Ｐの線形座標成分を補正する線形補正要素（第１線形補正要素）ＢLEで構成される中間補正行列ＢＢを、座標取得部４０６の出力（測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐ）を用いて生成する。ここで、測定子３０６と校正基準体２４０とが接触している状態では、中間補正行列ＢＢを用いて求めた装置座標系における測定子３０６の中心位置｛ｘpm，ｙpm，ｚpm｝T（ＰＸと称する）と校正基準体２４０の中心位置｛ｘc，ｙc，ｚc｝T（ＰＣと称する）との距離は、理想的には測定子３０６の測定球の半径と校正基準体２４０である基準球の半径との和（測定子３０６と校正基準体２４０との距離と称する）Ｒとなる。しかし、実際には、座標取得部４０６のｉ（１≦ｉ≦ｎ１）番目の出力において、測定子３０６の中心位置｛ｘpmi，ｙpmi，ｚpmi｝T（ＰＸiと称する）と校正基準体の２４０の中心位置ＰＣとの距離と、測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒとには、式（８）、（９）に示すような距離誤差ｆi（Ｅ）が存在する。なお、ｉ（１≦ｉ≦ｎ１）番目の出力である測定プローブ３００の移動量Ｍi及びプローブ出力Ｐiをそれぞれ、｛ｘmi，ｙmi，ｚmi｝T、｛ｘpi，ｙpi，ｚpi｝Tとする。また、変数Ｅは｛Ｂ11，Ｂ12，Ｂ13，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ23，Ｂ31，Ｂ32，Ｂ33，ｘc，ｙc，ｚc，Ｒ｝Tを示す。
【００７０】
【数６】
2018031756.tif 000008
【００７１】
ここで、中間補正行列ＢＢは、測定プローブ３００の移動量Ｍに対するプローブ出力Ｐの線形座標成分ｘp、ｙp、ｚpを補正する線形補正要素ＢLEで構成されている。なお、線形補正要素ＢLEは線形座標成分ｘp、ｙp、ｚpにそれぞれ乗算される要素Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33をいう。なお、数ｎ１は、線形補正要素ＢLEの数以上とされている。
【００７２】
ここで、距離誤差ｆi（Ｅ）に対する評価を行うための評価関数Ｊ（Ｅ）を式（１０）に示す。
【００７３】
【数７】
2018031756.tif 000009
【００７４】
つまり、行列生成部４０８は、式（１０）で示す評価関数Ｊ（Ｅ）を最小にする変数Ｅを非線形最小二乗法などにより算出することで、中間補正行列ＢＢの補正要素Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33を算出することができる。なお、この算出では、Levenberg-Marquardt法等の一般的な解法を用いることができる。
【００７５】
また、行列生成部４０８は、式（１１）で示す如く、中間補正行列ＢＢを、行列生成部４０８ＰＲで生成された前段中間補正行列ＤＤに乗算して後段補正行列ＥＥを生成する。
【００７６】
【数８】
2018031756.tif 000010
【００７７】
図２に示すプローブ出力補正部４１０は、行列生成部４０８から出力される（中間補正行列ＢＢと前段中間補正行列ＤＤとに基づき求められた）後段補正行列ＥＥで、座標取得部４０６で取得したプローブ出力Ｐを補正する。つまり、プローブ出力補正部４１０は、式（１２）に示す如く、後段補正行列ＥＥによってプローブ出力Ｐを補正することで、装置座標系の変換出力｛ｘp_m,ｙp_m,ｚp_m｝T（ＰＭと称する）を求める。
【００７８】
【数９】
2018031756.tif 000011
【００７９】
なお、後段補正行列ＥＥにおける線形補正要素ＥLEは、要素Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13…となり、非線形補正要素ＥNLEは要素Ｄ14、Ｄ15…となる。
【００８０】
図２に示す形状座標演算部４１２は、式（１３）に示す如く、プローブ出力補正部４１０から出力される変換出力ＰＭを、座標取得部４０６で取得した測定プローブ３００の移動量Ｍに加算することで、被測定物Ｗの形状座標ＸＸを演算する。また、形状座標演算部４１２は、座標取得部４０６で得られた測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求めることもできる。
【００８１】
【数１０】
2018031756.tif 000012
【００８２】
図２に示す記憶部４１４は、各種制御用初期値、各種処理用初期値、プログラムなどを記憶している。また、記憶部４１４は、三次元測定装置１００ＰＲにより求められた前段補正行列ＡＡ、前段線形補正行列ＣＣ、前段中間補正行列ＤＤ、行列生成部４０８で生成された中間補正行列ＢＢ及び後段補正行列ＥＥを記憶している。更に、記憶部４１４は、形状座標演算部４１２で得られた校正基準体２４０の中心位置ＰＣも記憶している。なお、記憶部４１４は、被測定物Ｗや校正基準体２４０のＣＡＤデータなども記憶することができる。なお、前段補正行列ＡＡ、前段線形補正行列ＣＣ、前段中間補正行列ＤＤのうち、少なくとも前段中間補正行列ＤＤは、三次元測定装置１００ＰＲの記憶部４１４ＰＲから、記憶メディアあるいは通信手段を介して、記憶部４１４に記憶される。
【００８３】
次に、本実施形態に係る座標補正の概略の手順について、図８を用いて、以下に説明する。
【００８４】
まず、三次元測定装置１００ＰＲを用いて、前段補正工程を行う（図８ステップＳ２）。前段補正工程は、測定プローブ３００の非線形誤差を生じさせる非線形プローブ特性の補正を行うためのものである。前段補正工程は、例えば、測定プローブ３００の工場出荷時の補正工程として採用することができる。勿論、エンドユーザによる測定プローブ３００の校正時の補正工程であってもよい。
【００８５】
次に、三次元測定装置１００を用いて、後段補正工程を行う（図８ステップＳ４）。後段補正工程は、測定プローブ３００の線形誤差を補正するための測定数だけで、非線形誤差の補正までを行うためのものである。後段補正工程は、例えば、測定プローブ３００によるエンドユーザの測定直前の補正工程として採用することができる。勿論、前段補正工程が工場の途中検査時である場合に、後段補正を最終出荷時の補正として行ってもよい。
【００８６】
次に、前段補正工程について、主に図９を用いて以下に説明する。
【００８７】
まず、三次元測定装置１００ＰＲの駆動機構２２０ＰＲに測定プローブ３００ＰＲを配置する（図９ステップＳ１０）。
【００８８】
次に、制限手段２４０ＰＲを定盤２１０ＰＲの測定空間中の所定の位置に固定する。そして、制限手段２４０ＰＲの柱状部２４６Ａと柱状部２４６Ｂとの間に、駆動機構２２０ＰＲで測定子３０６ＰＲを移動させる。そして、柱状部２４６Ａと柱状部２４６Ｂとで測定子３０６ＰＲを挟み込み、測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する（図９ステップＳ１２）。このとき、制限手段２４０ＰＲは、測定子３０６ＰＲの中心を回転中心とする回転変位を制限しない押圧力で測定子３０６ＰＲに当接して挟み込む。なお、この押圧力は、押圧部材２４２Ａ、２４２Ｂに図示せぬ圧力センサなどを組み込むことで、安定的に制御することができる。
【００８９】
次に、この制限状態（制限手段２４０ＰＲで測定子３０６ＰＲの並進変位を制限した状態）のまま、プローブ出力Ｐｐｒが０となる位置に、駆動機構２２０ＰＲを駆動させて測定プローブ３００ＰＲを移動させる。そして、プローブ出力Ｐｐｒが０となる位置を基準位置Ｐｂとして設定する（つまり、基準位置Ｐｂへ測定プローブ３００ＰＲを移動させていることとなる）（図９ステップＳ１４）。
【００９０】
次に、この制限状態のまま、駆動機構制御部４０４ＰＲの駆動制御信号Ｄｐｒに従い、駆動機構２２０ＰＲにより測定プローブ３００ＰＲを測定空間内における複数の位置（測定点の数ｎと同一）に移動させる。その複数の位置に測定プローブ３００ＰＲを移動させた際に、座標取得部４０６ＰＲは、基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する（図９ステップＳ１６）。言い換えれば、座標取得部４０６ＰＲは、プローブ出力が０となる基準位置Ｐｂで制限手段２４０ＰＲにより測定子３０６ＰＲを制限した状態において、測定点における基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒとをそれぞれ取得している。なお、このときの測定点の数ｎは、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEの数と非線形補正要素ＡNLEの数の合計数以上となる。また、測定点は、被測定物Ｗを測定する際に、測定子３０６ＰＲが接触して変位する可能性のある方向を網羅するように適宜定めている。
【００９１】
そして、行列生成部４０８ＰＲで、前段補正行列ＡＡを、数ｎの測定点に対する測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎを用いて生成する（図９ステップＳ１８）。そして、行列生成部４０８ＰＲで、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEのみで構成される前段線形補正行列ＣＣの逆行列を前段補正行列ＡＡに乗算して前段中間補正行列ＤＤを生成する（図９ステップＳ１９）。生成された前段補正行列ＡＡ、前段線形補正行列ＣＣ、前段中間補正行列ＤＤは、記憶部４１４ＰＲに記憶される。同時に、前段補正行列ＡＡ、前段線形補正行列ＣＣ、前段中間補正行列ＤＤのうち少なくとも前段中間補正行列ＤＤは、通信機能あるいは外部メディアにより、三次元測定装置１００の記憶部４１４に記憶される。
【００９２】
次に、後段補正工程について、主に図１０を用いて以下に説明する。
【００９３】
まず、三次元測定装置１００の駆動機構２２０に、三次元測定装置１００ＰＲから取り外した測定プローブ３００ＰＲを配置する（図１０ステップＳ２０）。この時点で、測定プローブ３００ＰＲは測定プローブ３００とする。つまり、スタイラス３０４は、スタイラス３０４ＰＲと同一でもよいし、異なってもよい。また、測定プローブ３００は、測定プローブ３００ＰＲとは駆動機構２２０で支持された際の姿勢が同一でもよいし、異なってもよい。
【００９４】
次に、校正基準体２４０を定盤２１０の測定空間中の所定の位置に固定する。そして、校正基準体２４０に測定子３０６を接触させて、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める（図１０ステップＳ２２）。具体的には、駆動機構制御部４０４により測定プローブ３００を移動させ、座標取得部４０６で得られる測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとから、形状座標演算部４１２で校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める。なお、校正基準体２４０の中心位置ＰＣは、校正基準体２４０の表面のすべての法線が校正基準体２４０の中心位置ＰＣを通るという性質を利用するために求められている。この中心位置ＰＣは、記憶部４１４に記憶される。
【００９５】
次に、測定子３０６の並進変位を制限し、駆動機構２２０により測定プローブ３００を移動させた際に、移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。具体的には、まず、押込駆動機構制御部４０４Ａと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、５方向それぞれにおいて測定子３０６を校正基準体２４０の表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程において、押込測定を行う（図１０ステップＳ２４）。なお、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向とを合わせた合計５方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となるようにされている。即ち、当該５方向は、求められた校正基準体２４０の中心位置ＰＣを通ることとなる。押込測定の具体的な手順については後述する。
【００９６】
次に、倣い駆動機構制御部４０４Ｂと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、３平面上それぞれで一定の押込量で測定子３０６を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動工程において、倣い測定する（図１０ステップＳ２６）。この倣い測定の経路は、求められた校正基準体２４０の中心位置ＰＣに基づき予め生成されている。なお、３平面は互いに直交している。倣い測定の具体的な手順についても後述する。
【００９７】
次に、押込測定と倣い測定で得られた測定点の数がｎ１である測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐとに基づいて、行列生成部４０８でプローブ出力Ｐの線形座標成分を補正する線形補正要素ＢLEで構成される中間補正行列ＢＢを生成する（図１０ステップＳ２８）。そして、中間補正行列ＢＢと前段中間補正行列ＤＤとに基づき生成された後段補正行列ＥＥでプローブ出力Ｐを補正する。
【００９８】
具体的には、まず、行列生成部４０８で、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEのみで構成される前段線形補正行列ＣＣの逆行列を、前段補正行列ＡＡに乗算して生成された前段中間補正行列ＤＤを記憶部４１４から読み出し、中間補正行列ＢＢに乗算して後段補正行列ＥＥを生成する（図１０ステップＳ３２）。つまり、前段中間補正行列ＤＤを用いて後段補正行列ＥＥを生成している。そして、プローブ出力補正部４１０において、後段補正行列ＥＥで、被測定物Ｗの測定時のプローブ出力Ｐを補正し、変換出力ＰＭを得る（図１０ステップＳ３４）。そして、形状座標演算部４１２で、測定プローブ３００の移動量Ｍと変換出力ＰＭとを合成することで、形状座標ＸＸを演算する。
【００９９】
ここで、押込測定の手順について、図１１から図１３を用いて以下に説明する。
【０１００】
まず、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ１）を行う（図１１ステップＳ３６）。そして、校正基準体２４０の＋Ｙ方向の表面に対して押込測定（Ｍ２）を行う（図１１ステップＳ３８）。
【０１０１】
次に、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の（Ｘ方向とは測定力が互いに逆向きとなる）−Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ３）を行う（図１１ステップＳ４０）。そして、校正基準体２４０の（Ｙ方向とは測定力が互いに逆向きとなる）−Ｙ方向の表面に対して押込測定（Ｍ４）を行う（図１１ステップＳ４２）。
【０１０２】
次に、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、校正基準体２４０の＋Ｚ方向の表面に対して押込測定（Ｍ５）を行うことで押込測定は終了する（図１１ステップＳ４４）。
【０１０３】
ここで、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面に対して押込測定（Ｍ１）を行う具体的な手順を、図１３を用いて以下に説明する。なお、校正基準体２４０の＋Ｘ方向以外の側面に対しての押込測定の手順は、下記に説明する手順に対して方向と校正基準体２４０の側面が異なる以外は同一なので、それらの説明は省略する。
【０１０４】
まず、押込駆動機構制御部４０４Ａの出力（駆動制御信号Ｄ）に基づいて駆動機構２２０により測定プローブ３００を校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かって−Ｘ方向に移動させる。つまり、押込駆動機構制御部４０４Ａは、校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の法線方向から測定子３０６を−Ｘ方向に接近移動させる（図１３ステップＳ４６）。そして、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかを確認する（図１３ステップＳ４８）。接触したかどうかは、例えば座標取得部４０６においてプローブ出力Ｐに（ノイズレベルを超える）変化が生じたかどうかで判断する。測定子３０６が校正基準体２４０に接触していなければ（図１３ステップＳ４８でＮｏ）、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動を継続させ、測定子３０６を更に−Ｘ方向へ移動させる。なお、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標と指令部４０２の指令との比較を、押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した初期設定値と駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍとの比較を、押込駆動機構制御４０４Ａで行うことで、測定子３０６が校正基準体２４０に接触したかどうかを確認してもよい。
【０１０５】
測定子３０６が校正基準体２４０に接触した際には（図１３ステップＳ４８でＹｅｓ）、座標取得部４０６により測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得を開始する（図１３ステップＳ５０）。なお、駆動機構２２０による測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動はそのまま継続させる。
【０１０６】
次に、座標取得部４０６において接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えたかどうかを確認する（図１３ステップＳ５２）。接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えていなければ（図１３ステップＳ５２でＮｏ）、駆動機構２２０による測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動はそのまま継続させる。なお、接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えたかどうかは、所定の変位量に相当するプローブ出力Ｐの所定の押込量から確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標から所定の変位量だけ−Ｘ方向に減算した座標と指令部４０２の指令との比較を押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで、接触後の測定プローブ３００の移動量が所定の変位量を超えたかどうかを確認してもよい。なお、所定の変位量は、想定される被測定物Ｗの測定時のプローブ出力Ｐの押込量よりも大きくされている。
【０１０７】
接触後の測定プローブ３００の移動量Ｍが所定の変位量を超えた際には（図１３ステップＳ５２でＹｅｓ）、押込駆動機構制御部４０４Ａは、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣへ向かう−Ｘ方向への移動を停止させる。そして、押込駆動機構制御部４０４Ａは、その方向とは逆方向（校正基準体２４０の中心位置ＰＣから離れる＋Ｘ方向）に測定プローブ３００の移動を開始させる（図１３ステップＳ５４）。なお、測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得は継続される。
【０１０８】
次に、測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかを確認する（図１３ステップＳ５６）。離間したかどうかは、例えば座標取得部４０６においてプローブ出力Ｐに（ノイズレベルを超える）変化が生じなくなったかどうかで判断する。測定子３０６が校正基準体２４０に接触していれば（図１３ステップＳ５６でＮｏ）、測定プローブ３００の校正基準体２４０の中心位置ＰＣから離れる＋Ｘ方向への移動を継続させる。測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかは、記憶部４１４に記憶した測定子３０６と校正基準体２４０との距離Ｒの初期設定値及び校正基準体２４０の中心位置ＰＣを用いて校正基準体２４０の＋Ｘ方向の表面の座標を算出し、その座標と指令部４０２の指令との比較を、押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで確認してもよい。あるいは、記憶部４１４に記憶した初期設定値と駆動機構２２０から出力される装置座標系の測定プローブ３００の移動量Ｍとの比較を押込駆動機構制御部４０４Ａで行うことで、測定子３０６が校正基準体２４０から離間したかどうかを確認してもよい。
【０１０９】
測定子３０６が校正基準体２４０から離間した際には（図１３ステップＳ５６でＹｅｓ）、測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとの取得を停止させる。そして、測定子３０６の＋Ｘ方向からの押込測定（Ｍ１）を終了させる。
【０１１０】
次に、倣い測定の手順について、図１４、図１５を用いて以下に説明する。
【０１１１】
まず、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、プローブ出力Ｐにおける一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＸＹ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ６）を行う（図１４ステップＳ５８）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＸＹ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ７）を行う（図１４ステップＳ６０）。この倣い測定をする角度範囲は、広ければ広いほどよく、ＸＹ平面上では３６０度とすることができる。なお、ここでの一定の押込量は、被測定物Ｗの測定時に想定される平均的なプローブ出力Ｐの押込量（以降同じ）としている。
【０１１２】
次に、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、同じ一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＸＺ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ８）を行う（図１４ステップＳ６２）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＸＺ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ９）を行う（図１４ステップＳ６４）。この倣い測定をする角度範囲も、広ければ広いほどよいが、ＸＺ平面上では実際上１８０度程度までとなる（ＹＺ平面上でも同様）。
【０１１３】
次に、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、同じ一定の押込量で測定子３０６を校正基準体２４０の表面に接触させて、ＹＺ平面上で反時計回りに倣い測定（Ｍ１０）を行う（図１４ステップＳ６６）。そして、その一定の押込量のまま、今度はそのＹＺ平面上で時計回りに倣い測定（Ｍ１１）を行うことで倣い測定は終了する（図１４ステップＳ６８）。
【０１１４】
このように、本実施形態では、後段補正行列ＥＥにおける（線形座標成分でない）非線形座標成分の補正を担う非線形補正要素ＥNLEは、三次元測定装置１００ＰＲで行われる前段補正工程で求めた前段補正行列ＡＡにおける非線形補正要素ＡNLE（前段中間補正行列ＤＤにおける非線形補正要素ＤNLE）に基づいて求められる。ここで、三次元測定装置１００で行う後段補正工程では、非線形補正要素ＥNLEを求めるために、線形補正要素ＢLEだけから構成される中間補正行列ＢＢを生成するための測定プローブ３００の移動量Ｍとプローブ出力Ｐとを測定する構成となっている。つまり、三次元測定装置１００で行う座標補正のための工数・構成を、プローブ出力Ｐの線形誤差を補正する場合に比べて増大且つ複雑化させることなく、三次元測定装置１００ではプローブ出力Ｐの非線形誤差までも補正することが可能である。なお、非線形誤差としては、例えば、測定プローブ３００においてスタイラス３０４を移動可能に支持する部材のいわゆるばね構造のばね定数が非線形な場合や、ばね構造だけでなく、プローブセンサが非線形な応答をする場合に生じるような誤差が該当する。
【０１１５】
また、本実施形態では、前段補正工程で前段補正行列ＡＡから更に前段中間補正行列ＤＤまで生成している。このため、本実施形態では、後段補正工程で前段補正行列ＡＡから前段中間補正行列ＤＤを求める場合に比べて、後段補正工程での演算量を低減することができる。なお、これに限らず、後段補正工程で前段中間補正行列ＤＤを求めるようにしてもよい。
【０１１６】
また、本実施形態では、前段補正工程における測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する工程が、測定子３０６ＰＲの変位が０となる基準位置Ｐｂで測定子３０６ＰＲの並進変位を制限し、且つ測定子３０６ＰＲの中心位置を回転中心とする回転変位を制限しない工程とされている。そして、駆動機構２２０ＰＲにより測定プローブ３００ＰＲを移動させた際に、移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する工程が、測定点における基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する工程とされている。このため、測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒに対するプローブ出力Ｐｐｒは明確であり、測定手段の単純化と測定時間の短縮が可能となり、より単純な演算で、高精度に前段補正行列ＡＡを生成することができる。なお、これに限らず、測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する位置は測定子３０６ＰＲの変位が０となる基準位置Ｐｂでなくてもよいし、測定子３０６ＰＲの中心位置を回転中心とする回転変位が相応に制限されてもよい。そして、移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する際には、基準位置Ｐｂを基準としなくてもよい。
【０１１７】
また、本実施形態では、後段補正工程における測定子３０６の並進変位を制限する工程が、校正基準体２４０に測定子３０６を接触させる工程とされている。そして、駆動機構２２０により測定プローブ３００を移動させた際に、移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する工程が、校正基準体２４０の表面に対する法線方向において測定子３０６をその表面に１点で接触させ所定の変位量で押し込み後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程と、一定の押込量で測定子３０６を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、を含んでいる。即ち、押込駆動工程と倣い駆動工程の両方において中間補正行列ＢＢを生成するための移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得するので、いずれか一方の駆動工程だけで移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得して中間補正行列ＢＢを生成する場合に比べて、実際の測定プローブ３００の倣い測定で必要となる座標補正を的確に行うことが可能である。しかも、この倣い駆動では、測定子３０６を往復運動させるので、摩擦力の影響を相殺した座標補正を行うことができる。なお、これに限らず、押込駆動工程あるいは倣い駆動工程のいずれかだけでもよい。さらに言えば、上述した手順を踏む測定プローブ３００の押込駆動工程及び倣い駆動工程でなくてもよい。
【０１１８】
また、本実施形態では、校正基準体２４０の表面に対する法線方向が、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向を合わせた合計５方向とされ、それぞれの方向において押込駆動工程がなされる。つまり、本実施形態では、合計５方向のうち、スタイラス３０４の軸方向ＯがＺ方向とされており、Ｘ方向では＋Ｘ方向と−Ｘ方向、Ｙ方向では＋Ｙ方向と−Ｙ方向とされている。このため、ＸＹ平面上で非対称プローブ特性を示すような場合であっても、ＸＹ平面上のスタイラス３０４の原点の＋側と−側とで対称なプローブ特性を示すように座標補正を行うことができる。
【０１１９】
また、本実施形態では、倣い駆動工程における測定子３０６の一定の押込量は、互いに直交する３平面上それぞれで行われる。このため、実際の測定プローブ３００の倣い測定に対して、互いに直交する３方向で偏りなく座標補正を行うことができる。これに限らず、倣い駆動工程は、互いに直交しない３平面上それぞれで行ってもよいし、３平面ではなく、それ以下の平面数でもよいし、それ以上の平面数でもよい。
【０１２０】
なお、押込測定と倣い測定で得られた結果となる測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐを前段中間補正行列ＤＤで補正する。そして、中間補正行列ＢＢを生成し、中間補正行列ＢＢを前段中間補正行列ＤＤに乗算して後段補正行列ＥＥを生成するようにしてもよい。この場合には、より正確に座標補正を行うことが可能な後段補正行列ＥＥを生成することができる。
【０１２１】
即ち、本実施形態では、測定プローブ３００から出力されるプローブ出力Ｐの非線形誤差を補正可能としながら、測定直前の座標補正を簡略化することが可能となる。
【０１２２】
例えば、三次元測定装置１００ＰＲが測定プローブ３００及び三次元測定装置１００の製造工場におけるマスター装置であって、三次元測定装置１００が被測定物Ｗを測定するユーザの装置である場合を想定する。つまり、測定プローブ３００ＰＲの製造工場出荷時に前段補正工程を行い、ユーザは、その測定プローブ３００ＰＲのプローブ本体３０２を使って中間補正行列ＢＢを生成する測定を行うとする。このとき、ユーザは、その前段補正工程で得られた結果（前段補正行列ＡＡなど）を用いることで、ユーザが単独で測定した結果を用いて座標補正を行うよりも、精度の高い座標補正を実現することができる。このような効果は、例えはユーザサイド、あるいは製造工場サイドのみで三次元測定器１００、１００ＰＲを備えている場合であっても同様に得ることができる。例えば、測定プローブ３００ＰＲを高精度に補正する特定の部門で前段補正工程を行い、測定プローブ３００を製造・使用・販売などをするそれぞれの部門で後段補正工程を行う場合などである。あるいは、三次元測定装置１００ＰＲ、１００が同一であってもよい。例えば、測定プローブ３００ＰＲを受入れ時に前段補正工程を行い、測定プローブ３００により実際測定時に後段補正工程だけを行ってもよい。
【０１２３】
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。
【０１２４】
例えば、図１６〜図１８に示す第２実施形態の如くであってもよい。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。
【０１２５】
第２実施形態では、上記実施形態よりも、測定プローブ３００ＰＲ、３００の異なる形態をより考慮している。具体的に、測定プローブ３００ＰＲ、３００の異なる形態とは、例えば、測定プローブ３００ＰＲに装着されるスタイラス３０４ＰＲが複数とされ互いに異なることや測定プローブ３００ＰＲの姿勢が複数とされ互いに異なることなどをいう。本実施形態では、特に、測定プローブ３００ＰＲの異なる形態数はスタイラス３０４ＰＲの異なる形態数Ｌに基づき、且つ測定プローブ３００の形態はスタイラス３０４の形態（ここでは、異なる長さ）に基づくとする。このような場合において、第１実施形態とは異なる構成・機能を以下に説明する。
【０１２６】
本実施形態では、第１実施形態と同じく、三次元測定装置１００ＰＲの処理装置４００ＰＲが、図５に示す如く、指令部４０２ＰＲと、駆動機構制御部４０４ＰＲと、座標取得部４０６ＰＲと、行列生成部４０８ＰＲと、プローブ出力補正部４１０ＰＲと、形状座標演算部４１２ＰＲと、記憶部４１４ＰＲと、を備える。なお、本実施形態でも、プローブ出力補正部４１０ＰＲと形状座標演算部４１２ＰＲとを使用しないので、処理装置４００ＰＲはこれらを備えていなくてもよい。
【０１２７】
ここで、指令部４０２ＰＲは、第１実施形態と同じく、操作手段１１０ＰＲあるいは入力手段１２０ＰＲで入力された指令に基づき、駆動機構制御部４０４ＰＲ等に各種所定の指令を与える。加えて、指令部４０２ＰＲは、スタイラス３０４ＰＲの異なる形態に対応して、駆動機構制御部４０４ＰＲ等に各種所定の指令を与えるようにされている。
【０１２８】
また、行列生成部４０８ＰＲは、第１実施形態と同じく、座標取得部４０６ＰＲの出力（測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎ）を用いて前段補正行列ＡＡを生成する。そして、行列生成部４０８ＰＲは、式（７）に示す如く、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEのみで構成される前段線形補正行列ＣＣの逆行列を、前段補正行列ＡＡに乗算して前段中間補正行列ＤＤを生成する。このとき、行列生成部４０８ＰＲは、スタイラス３０４ＰＲの異なる形態数Ｌに対応する複数の前段中間補正行列ＤＤを生成する。そして、行列生成部４０８ＰＲは、複数の前段中間補正行列ＤＤに基づいて、線形補正要素ＡLEまたはスタイラス３０４ＰＲの形態ＬSTと（前段中間補正行列ＤＤの）非線形補正要素ＤNLEとの間の相関関係ＣＲを生成する。このときの相関関係ＣＲは、図１８（Ａ）に示す線形補正要素ＡLEを変数とする相関関数ＣＲ（ＡLE）、あるいは図１８（Ｂ）に示すスタイラス３０４ＰＲの異なる形態ＬSTを変数とする相関関数ＣＲ（ＬST）で、非線形補正要素ＤNLEを求めるようにされている（なお、相関関数ＣＲ（ＡLE）、相関関数ＣＲ（ＬST）上の白抜き丸は複数の前段補正行列ＡＡ（前段中間補正行列ＤＤ）それぞれで実際に演算で求められた値）。そして、相関関数ＣＲ（ＡLE）、あるいは相関関数ＣＲ（ＬST）は、記憶部４１４ＰＲに記憶され、且つ、三次元測定装置１００の記憶部４１４にも記憶される。なお、相関関係ＣＲは、関数の形態ではなく、参照テーブルの形態であってもよい。
【０１２９】
また、本実施形態では、第１実施形態と同じく、三次元測定装置１００の処理装置４００が、図２に示す如く、指令部４０２と、駆動機構制御部４０４と、座標取得部４０６と、行列生成部４０８と、プローブ出力補正部４１０と、形状座標演算部４１２と、記憶部４１４と、を備える。
【０１３０】
ここで、行列生成部４０８は、第１実施形態と同じく、座標取得部４０６の出力（測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐ）を用いて中間補正行列ＢＢを生成する。また、行列生成部４０８は、相関関係ＣＲを用いて、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEの代わりに中間補正行列ＢＢの線形補正要素ＢLE、またはスタイラス３０４ＰＲの形態ＬSTの代わりにスタイラス３０４の形態ＬSMに対応する非線形補正要素ＤNLEを求める。そして、行列生成部４０８は、以下に示す如く、線形補正要素ＢLEと非線形補正要素ＤNLEとから後段補正行列ＥＥを生成する。
【０１３１】
【数１１】
2018031756.tif 000013
【０１３２】
ここでの、前段中間補正行列ＤＤにおける非線形補正要素ＤNLE（要素Ｃ14、Ｃ15、Ｃ16、・・・・）は、相関関数ＣＲ（ＡLE）または、ＣＲ（ＬST）から求められる。つまり、前段中間補正行列ＤＤの非線形補正要素ＤNLE（要素Ｃ14、Ｃ15、Ｃ16、・・・・）は、必ずしも複数の前段中間補正行列ＤＤそれぞれで実際に演算で求められた値（要素Ｃ14、Ｃ15、Ｃ16、・・・・）と同一となるとは限らない。
【０１３３】
次に、本実施形態に係る座標補正の手順について、以下に説明する。なお、座標補正全体の手順は、図８に示した第１実施形態と同一なので説明は省略し、前段補正工程と後段補正工程についてそれぞれ説明する。
【０１３４】
まず、前段補正工程について、主に図１６を用いて以下に説明する。
【０１３５】
まず、三次元測定装置１００ＰＲの駆動機構２２０ＰＲに測定プローブ３００ＰＲを配置する（図１６ステップＳ７０）。
【０１３６】
次に、制限手段２４０ＰＲを定盤２１０ＰＲの測定空間中の所定の位置に固定する。そして、制限手段２４０ＰＲの柱状部２４６Ａと柱状部２４６Ｂとで測定子３０６ＰＲを挟み込み、測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する（図１６ステップＳ７２）。次に、基準位置Ｐｂへ測定プローブ３００ＰＲを移動させる（図１６ステップＳ７４）。
【０１３７】
次に、この制限状態のまま、駆動機構制御部４０４ＰＲの駆動制御信号Ｄｐｒに従い、駆動機構２２０ＰＲにより測定プローブ３００ＰＲを測定空間内における複数の位置に移動させる。その複数の位置に測定プローブ３００ＰＲを移動させた際に、座標取得部４０６ＰＲは、基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する（図１６ステップＳ７６）。
【０１３８】
次に、行列生成部４０８ＰＲで、前段補正行列ＡＡを、数ｎの測定点に対する測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎを用いて生成する（図１６ステップＳ７８）。この前段補正行列ＡＡは、記憶部４１４ＰＲに記憶される。
【０１３９】
そして、行列生成部４０８ＰＲでは、スタイラス３０４ＰＲの異なる形態数Ｌ全てに対応した前段補正行列ＡＡを生成したかどうかを判定する（図１６ステップＳ８０）。スタイラス３０４ＰＲの異なる形態数Ｌ全てに対応した前段補正行列ＡＡを生成していない場合には（図１６ステップＳ８０でＮｏ）、スタイラス３０４ＰＲの異なる形態数Ｌに対応してスタイラス３０４ＰＲの形態を変更し、駆動機構２２０ＰＲに測定プローブ３００ＰＲを配置する工程（図１６ステップＳ７０）から前段補正行列ＡＡを生成する工程（図１６ステップＳ７８）までを繰り返す。
【０１４０】
測定プローブ３００ＰＲの異なる形態数Ｌ全てに対応した前段補正行列ＡＡを生成した場合には（図１６ステップＳ８０でＹｅｓ）、行列生成部４０８ＰＲで、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEのみで構成される前段線形補正行列ＣＣの逆行列を前段補正行列ＡＡに乗算して前段中間補正行列ＤＤを生成する（図１６ステップＳ８１）。そして、生成した複数の前段中間補正行列ＤＤに基づいて、線形補正要素ＡLEまたはスタイラス３０４ＰＲの形態ＬSTと非線形補正要素ＤNLEとの間の相関関係ＣＲを生成する（図１６ステップＳ８２）。相関関係ＣＲは、記憶部４１４ＰＲに記憶される。同時に、相関関係ＣＲは、前段中間補正行列ＤＤなどとともに、通信機能あるいは外部メディアを介して、三次元測定装置１００の記憶部４１４に記憶される。
【０１４１】
次に、後段補正工程について、主に図１７を用いて以下に説明する。
【０１４２】
まず、三次元測定装置１００の駆動機構２２０に、三次元測定装置１００ＰＲから取り外した測定プローブ３００ＰＲを配置する（図１７ステップＳ８４）。この時点で、測定プローブ３００ＰＲからスタイラス３０４ＰＲを外し、例えば、被測定物Ｗの測定に用いるスタイラス３０４をプローブ本体３０２に取付け、測定プローブ３００を構成する。
【０１４３】
次に、校正基準体２４０を定盤２１０の測定空間中の所定の位置に固定する。そして、校正基準体２４０に測定子３０６を接触させて、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める（図１７ステップＳ８６）。この中心位置ＰＣは、記憶部４１４に記憶される。
【０１４４】
次に、測定子３０６の並進変位を制限し、駆動機構２２０により測定プローブ３００を移動させた際に、移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。具体的には、まず、押込駆動機構制御部４０４Ａと座標取得部４０６とにより、校正基準体２４０の押込測定を行う（図１７ステップＳ８８）。この押込測定の詳細は、第１実施形態と同一なので説明を省略する。次に、倣い駆動機構制御部４０４Ｂと座標取得部４０６とにより、校正基準体２４０の倣い測定を行う（図１７ステップＳ９０）。この倣い測定の詳細も、第１実施形態と同一なので説明を省略する。
【０１４５】
次に、押込測定と倣い測定で得られた測定点の数がｎ１である測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐに基づいて、行列生成部４０８で中間補正行列ＢＢを生成する（図１７ステップＳ９２）。そして、中間補正行列ＢＢと相関関係ＣＲとに基づき生成された後段補正行列ＥＥでプローブ出力Ｐを補正する。
【０１４６】
具体的には、まず、行列生成部４０８で、記憶部４１４に記憶された相関関係ＣＲを用いて、線形補正要素ＡLEの代わりに線形補正要素ＢLE、またはスタイラス３０４ＰＲの形態の代わりにスタイラス３０４の形態ＬSMに対応する非線形補正要素ＤNLEを求め、前段中間補正行列ＤＤの全ての非線形補正要素ＤNLEを決定する（図１７ステップＳ９４）。そして、行列生成部４０８で、線形補正要素ＢLEと非線形補正要素ＤNLEとで後段補正行列ＥＥを生成する（図１７ステップＳ９６）。そして、プローブ出力補正部４１０において、後段補正行列ＥＥで被測定物Ｗの測定時のプローブ出力Ｐを補正し、変換出力ＰＭを得る（図１７ステップＳ９８）。そして、形状座標演算部４１２で、測定プローブ３００の移動量Ｍと変換出力ＰＭとを合成することで、形状座標ＸＸを演算する。
【０１４７】
本実施形態では、後段補正行列ＥＥの非線形補正要素ＥNLEが、スタイラス３０４ＰＲの異なる形態毎の測定に基づいているので、第１実施形態に比べて、より正確に座標補正を行うことできる。例えば、スタイラス３０４の長さ違いによって引き起こされる、あるいは顕在化される非線形誤差を補正することができる。
【０１４８】
なお、相関関係ＣＲを用いて前段中間補正行列ＤＤを決定した後で、押込測定と倣い測定で得られた結果となる測定プローブ３００の移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐを前段中間補正行列ＤＤで補正する。そして、中間補正行列ＢＢを再度生成し、この中間補正行列ＢＢを前段中間補正行列ＤＤに乗算して後段補正行列ＥＥを生成するようにしてもよい。この場合には、より正確に座標補正を行うことが可能な後段補正行列ＥＥを生成することができる。
【０１４９】
また、上記実施形態では、三次元測定装置１００ＰＲにおける制限手段２４０ＰＲが、測定子３０６ＰＲを完全に測定空間中の一か所に拘束する構成であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１９に示す第３実施形態の如くであってもよい。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。
【０１５０】
第３実施形態では、上記実施形態とは異なり、図１９に示す如く、制限手段２７０ＰＲが、内面が多角形断面の空洞を有する容器状に成形された部材とされている。具体的に、制限手段２７０ＰＲは、直方体形状であって、上面から正方形状（五角形状や六角形状でもよい）の凹部２７２ＰＲが設けられている。この凹部２７２ＰＲの内面が測定子３０６ＰＲと接触する接触面２７４ＰＲとされている。
【０１５１】
ここで、制限手段２７０ＰＲを用いた場合の座標補正の手順について、主に図２０を用いて、以下に説明する。
【０１５２】
まず、制限手段２７０ＰＲを定盤２１０ＰＲの測定空間中の所定の位置に固定する。そして、制限手段２７０ＰＲの凹部２７２ＰＲに、駆動機構２２０ＰＲで測定子３０６ＰＲを移動させる。そして、測定子３０６ＰＲを接触面２７４ＰＲの法線方向（方向Ｇ）から接触させるために、測定プローブ３００ＰＲを移動させて、接触面２７４ＰＲへ測定子３０６ＰＲを接近移動させる（図２０ステップＳ１００）。そして、測定子３０６ＰＲを接触面２７４ＰＲに接触させることで、測定子３０６ＰＲの並進変位を制限する（図２０ステップＳ１０２）。この制限した段階であって、プローブ出力Ｐｐｒが０の状態（プローブ出力Ｐｐｒがノイズレベルの値を示す場合を含む）を基準位置Ｐｂとする（プローブ出力Ｐｐｒに対してノイズレベルとの分離をするための閾値を設けることで、基準位置Ｐｂの判断をしてもよいし、接触面２７４ＰＲと測定子３０６ＰＲとに導電性の表面を成形して、導通の有無で基準位置Ｐｂの判断をしてもよい）。  
【０１５３】
次に、この制限状態のまま、駆動機構制御部４０４ＰＲの駆動制御信号Ｄｐｒに従い、駆動機構２２０ＰＲにより測定プローブ３００ＰＲを方向Ｇに移動させ、所定の変位量となった時点で、方向Ｇとは逆向きの方向Ｂに反転させる。この測定プローブ３００ＰＲの一連の移動の際に、複数の測定点を設けておき、座標取得部４０６ＰＲは、基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する（図２０ステップＳ１０４）。つまり、本実施形態においても、座標取得部４０６ＰＲは、プローブ出力Ｐｐｒが０となる基準位置Ｐｂで制限手段２７０ＰＲにより測定子３０６ＰＲを制限した状態において、測定点における基準位置Ｐｂからの測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒとをそれぞれ取得しているといえる。なお、測定子３０６ＰＲは、測定プローブ３００ＰＲを方向Ｇ、Ｂに移動させても接触面２７４ＰＲと一点で接触しているだけなので、回転変位は制限されていない。同時に、測定子３０６ＰＲと一点接触している接触面２７４ＰＲ上の位置は、測定プローブ３００ＰＲの方向Ｇ、Ｂへの移動の際には変化しない構成となっている。
【０１５４】
次に、測定プローブ３００ＰＲを方向Ｂにそのまま移動させて、接触面２７４ＰＲから測定子３０６ＰＲを離間移動させる（図２０ステップＳ１０６）。なお、接触面２７４ＰＲから測定子３０６ＰＲが離間したかどうかの判断は、上述した基準位置Ｐｂの判断と同様の手法で実現することができる。なお、上記一連の測定プローブ３００ＰＲの移動は、Ｘｍ方向で行われ、そのＸｍ方向の複数の測定点で測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得している。このときの測定点は、前段補正行列ＡＡの線形補正要素ＡLEの数と非線形補正要素ＡNLEの数の合計数以上としてもよいが、上記一連の測定プローブ３００ＰＲの移動はＸｍ方向以外の所定の方向でも行う（図２０ステップＳ１０８）。つまり、図２０のステップＳ１００からステップＳ１０６までを、Ｘｍ方向以外の複数の所定の方向で行い終了させることで（図２０ステップＳ１０８でＹｅｓ）、数ｎの測定点において、測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得する。
【０１５５】
そして、行列生成部４０８ＰＲで、前段補正行列ＡＡを、数ｎの測定点に対する測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｎ及びプローブ出力Ｐｎを用いて生成する（図２０ステップＳ１１０）。
【０１５６】
このようにして、本実施形態では、更に、制限手段２７０ＰＲを簡素な構成とでき、可動部分がなく、測定子３０６ＰＲのいかなる方向への回転変位を制限することなく測定子３０６ＰＲの並進変位を制限することができる。なお、これに限らず、制限手段は、内面が（多角形断面ではなく）円形断面の空洞を有する容器状に成形された部材とされていてもよい。具体的には、制限手段が、円筒形状であって、上面から半球状の凹部が設けられている形態である。
【０１５７】
あるいは、制限手段としては、上記の構成に限定されず、例えば、基準球を１つ以上用いて制限手段を構成してもよい。制限手段により測定子３０６ＰＲを制限した状態において、駆動機構２２０ＰＲにより測定プローブ３００ＰＲを移動させた際に、座標取得部４０６ＰＲが測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒ及びプローブ出力Ｐｐｒをそれぞれ取得するような構成であれば、制限手段がいずれのような形態であってもよい。制限手段の測定子３０６ＰＲの並進変位の制限により、測定プローブ３００ＰＲの移動量Ｍｐｒとプローブ出力Ｐｐｒとの対応が明確化されることで、前段補正行列ＡＡを求めることは可能であるからである。
【０１５８】
上記実施形態では、押込駆動工程における校正基準体２４０の表面に対する法線方向が、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向を合わせた合計５方向とされ、それぞれの方向において押込駆動工程がなされていたが、本発明は、これに限定されない。例えば、押込駆動工程における校正基準体２４０の表面に対する法線方向が、互いに直交する３方向だけであってもよい。そして、その際には、特開２０１５−１５８３８７号公報に開示されている補正行列算出方法を、中間補正行列ＢＢを生成するために用いることもできる。即ち、この場合において、中間補正行列ＢＢを生成するまで（図１０ステップＳ２８）を、図１０に従い、以下に概略的に説明する。
【０１５９】
まず、三次元測定装置１００の駆動機構２２０に、三次元測定装置１００ＰＲから取り外した測定プローブ３００ＰＲを配置する（図１０ステップＳ２０）。
【０１６０】
次に、校正基準体２４０を定盤２１０の測定空間中の所定の位置に固定する。そして、校正基準体２４０に測定子３０６を接触させて、校正基準体２４０の中心位置ＰＣを求める（図１０ステップＳ２２）。この中心位置ＰＣは、記憶部４１４に記憶される。
【０１６１】
次に、測定子３０６の並進変位を制限し、駆動機構２２０により測定プローブ３００を移動させた際に、移動量Ｍ及びプローブ出力Ｐをそれぞれ取得する。具体的には、まず、押込駆動機構制御部４０４Ａと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、３方向それぞれにおいて測定子３０６を校正基準体２４０の表面に１点で接触させ所定の変位量で押込後に、測定子３０６を逆向きに移動させ、その表面から離間させる押込駆動工程において、押込測定を行う（図１０ステップＳ２４）。なお、互いに直交する３方向がそれぞれ、校正基準体２４０の表面に対する法線方向となるようされている。即ち、当該３方向は、求められた校正基準体２４０の中心位置ＰＣを通ることとなる。押込測定の具体的な手順は上記実施形態と同一なので説明は省略する。そして、行列生成部４０８で、中間補正行列ＢＢの線形補正要素ＢLEのうちの対角成分Ｂ11、Ｂ22、Ｂ33を求める。このときは、例えば第１実施形態で示した式（４）に最小二乗法を適用したように行うことで、対角成分Ｂ11、Ｂ22、Ｂ33を求める。
【０１６２】
次に、倣い駆動機構制御部４０４Ｂと座標取得部４０６とにより、駆動機構２２０を制御して、一定の押込量で測定子３０６を押圧した状態として校正基準体２４０の表面を移動させる倣い駆動工程において、倣い測定する（図１０ステップＳ２６）。そして、行列生成部４０８で、中間補正行列ＢＢの線形補正要素ＢLEのうちの非対角成分Ｂ12、Ｂ13、Ｂ21、Ｂ23、Ｂ31、Ｂ32を求める。このときは、第１実施形態の中間補正行列ＢＢを求める際に式（８）〜式（１０）に示した一連の関係を利用する。そして、式（１０）に示す評価関数Ｊ（Ｅ）に対して、例えば非線形最小二乗法を適用して、非対角成分Ｂ12、Ｂ13、Ｂ21、Ｂ23、Ｂ31、Ｂ32を求める。
【０１６３】
そして、行列生成部４０８で、求められた対角成分Ｂ11、Ｂ22、Ｂ33と非対角成分Ｂ12、Ｂ13、Ｂ21、Ｂ23、Ｂ31、Ｂ32とからプローブ出力Ｐの線形座標成分を補正する中間補正行列ＢＢを生成する（図１０ステップＳ２８）。
【０１６４】
この場合には、非線形最小二乗法を適用する測定点の数が上記実施形態に比べて少なくできるので、上記実施形態よりも、演算量を少なくでき、迅速に中間補正行列ＢＢを生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明は、被測定物の三次元形状を測定する三次元測定装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１００、１００ＰＲ…三次元測定装置
１１０、１１０ＰＲ…操作手段
１１１、１１１ＰＲ…ジョイスティック
１２０、１２０ＰＲ…入力手段
１３０、１３０ＰＲ…出力手段
２００、２００ＰＲ…三次元測定装置本体
２１０、２１０ＰＲ…定盤
２２０、２２０ＰＲ…駆動機構
２２１、２２１ＰＲ…ビーム支持体
２２２、２２２ＰＲ…ビーム
２２３、２２３ＰＲ…コラム
２２４、２２４ＰＲ…スピンドル
２２５、２２５ＰＲ…Ｘ軸駆動機構
２２６、２２６ＰＲ…Ｙ軸駆動機構
２２７、２２７ＰＲ…Ｚ軸駆動機構
２２８、２２８ＰＲ…Ｘ軸スケールセンサ
２２９、２２９ＰＲ…Ｙ軸スケールセンサ
２３０、２３０ＰＲ…Ｚ軸スケールセンサ
２４０…校正基準体（制限手段）
２４０ＰＲ、２７０ＰＲ…制限手段
２４２Ａ、２４２Ｂ…押圧部材
２４４Ａ、２４４Ｂ…板状部材
２４６Ａ、２４６Ｂ…柱状部
２４６ＡＡ、２４６ＢＡ…接触部
２４８ＰＲ…ベース部材
２７２ＰＲ…凹部
２７４ＰＲ…接触面
３００、３００ＰＲ…測定プローブ
３０２…プローブ本体
３０４、３０４ＰＲ…スタイラス
３０６、３０６ＰＲ…測定子
３１０…プローブセンサ
３１２…Ｘ軸プローブセンサ
３１４…Ｙ軸プローブセンサ
３１６…Ｚ軸プローブセンサ
４００、４００ＰＲ…処理装置
４０２、４０２ＰＲ…指令部
４０４、４０４ＰＲ…駆動機構制御部
４０４Ａ…押込駆動機構制御部
４０４Ｂ…倣い駆動機構制御部
４０６、４０６ＰＲ…座標取得部
４０８、４０８ＰＲ…行列生成部
４１０、４１０ＰＲ…プローブ出力補正部
４１２、４１２ＰＲ…形状座標演算部
４１４、４１４ＰＲ…記憶部
５００、５００ＰＲ…モーションコントローラ
６００、６００ＰＲ…ホストコンピュータ
Ａ…補正行列
ＡＡ…前段補正行列
ＡLE、ＢLE、ＥLE…線形補正要素
ＡNLE、ＤNLE、ＥNLE…非線形補正要素
ＢＢ…中間補正行列
ＣＣ…前段線形補正行列
Ｄ、Ｄｐｒ…駆動制御信号
ＤＤ…前段中間補正行列
ＥＥ…後段補正行列
Ｍ、Ｍｎ、Ｍｐｒ…移動量
Ｍ１〜Ｍ１１…測定
Ｏ…軸方向
Ｐ、Ｐｎ、Ｐｐｒ…プローブ出力
Ｐｂ…基準位置
ＰＭ…変換出力
Ｗ…被測定物
ＸＸ…形状座標
【図１】
2018031756.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月13日(2017.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置の座標補正方法において、
前段補正工程として、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力を補正可能な前段補正行列を求める第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置の前記第２駆動機構に前記第２測定プローブを配置する工程と、
前記第２測定子の並進変位を制限する工程と、
前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、
前記第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前記前段補正行列を、該第２線形補正要素の数と該第２非線形補正要素の数の合計数以上取得した前記第２移動量及び前記第２プローブ出力を用いて生成する工程と、
を含み、
後段補正工程として、
前記第１駆動機構に前記第１測定プローブを配置する工程と、
前記第１測定子の並進変位を制限する工程と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する工程と、
該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程と、
を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記前段補正工程として、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成する工程を含み、
前記後段補正工程として、前記前段中間補正行列を用いて前記後段補正行列を生成する工程を含む
ことを特徴とする座標補正方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程は、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して前記後段補正行列を生成する工程を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項４】
請求項２において、
前記前段補正工程として、更に、
前記第２測定プローブの異なる形態数に対応して該第２測定プローブの形態を変更し、前記第２駆動機構に該第２測定プローブを配置する工程から前記前段補正行列を生成する工程までを繰り返す工程と、
複数の該前段補正行列に基づいて、前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を生成する工程と、
を含み、
前記中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正する工程は、
前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求める工程と、
前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで前記後段補正行列を生成する工程と、
を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２測定プローブの異なる形態数は前記第２スタイラスの異なる形態数に基づき、且つ前記第１測定プローブの形態は前記第１スタイラスの形態に基づくことを特徴とする座標補正方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記第２測定子の並進変位を制限する工程は、該第２測定子の変位が０となる基準位置で該第２測定子の並進変位を制限し、且つ該第２測定子の中心位置を回転中心とする回転変位を制限しない工程とされ、
前記第２駆動機構により前記第２測定プローブを移動させた際に、前記第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程は、測定点における前記基準位置からの前記第２測定プローブの第２移動量及び前記第２プローブ出力をそれぞれ取得する工程とされていることを特徴とする座標補正方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記第１測定子の並進変位を制限する工程は、校正基準体に該第１測定子を接触させる工程であり、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する工程は、
前記校正基準体の表面に対する法線方向において前記第１測定子を該表面に１点で接触させ所定の変位量で押し込み後に、該第１測定子を逆向きに移動させ、該表面から離間させる押込駆動工程と、
一定の押込量により前記第１測定子で前記校正基準体を押圧した状態として該校正基準体の表面を往復移動させる倣い駆動工程と、を含むことを特徴とする座標補正方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記校正基準体の表面に対する法線方向は、互いに直交する３方向とそのうちの２方向について測定力が互いに逆向きとなる２方向を合わせた合計５方向とされ、それぞれの方向において前記押込駆動工程がなされることを特徴とする座標補正方法。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記倣い駆動工程における前記第１測定子の一定の押込量は、互いに直交する３平面上それぞれで行われることを特徴とする座標補正方法。
【請求項１０】
被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、
前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、
前記第１処理装置は、
第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置の該第２処理装置で処理された結果を格納する記憶部と、
前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、
該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する行列生成部と、
該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、
を備えることを特徴とする第１の三次元測定装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記記憶部は、前記第２処理装置で処理された結果として、前記前段補正行列を格納することを特徴とする第１の三次元座標測定装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２処理装置は、更に、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成し、
前記記憶部は、前記第２処理装置で処理された結果として、前記前段中間補正行列を格納し、
前記行列生成部は、更に、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して前記後段補正行列を生成することを特徴とする第１の三次元測定装置。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記第１処理装置は、更に、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成し、
前記記憶部は、前記第２処理装置で処理された結果として、前記第２測定プローブの異なる形態数に対応する複数の前記前段補正行列に基づいて生成された前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を格納し、
前記行列生成部は、更に、前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求め、前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで前記後段補正行列を生成することを特徴とする第１の三次元測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本願の請求項１０に係る発明は、被測定物に接触する第１測定子を有する第１スタイラスと、該第１スタイラスを移動可能に支持し、該第１測定子の変位に従う第１プローブ出力を行うプローブ本体と、を備える第１測定プローブと、該第１測定プローブを前記被測定物に対して相対的に移動させる第１駆動機構と、該第１プローブ出力と該第１駆動機構による該第１測定プローブの第１移動量とから前記被測定物の形状座標を演算する第１処理装置と、を備える第１の三次元測定装置において、前記第１測定子の並進変位を制限する制限手段を備え、前記第１処理装置が、第２測定子を有する第２スタイラスを移動可能に支持する前記プローブ本体を備える第２測定プローブを相対的に移動させる第２駆動機構と、前記第２測定子の変位に従う第２プローブ出力と該第２駆動機構による該第２測定プローブの第２移動量とから、該第２移動量に対する該第２プローブ出力の線形座標成分及び非線形座標成分を補正する第２線形補正要素及び第２非線形補正要素で構成される前段補正行列を生成する第２処理装置と、を備える第２の三次元測定装置の該第２処理装置で処理された結果を格納する記憶部と、前記第１駆動機構により前記第１測定プローブを移動させた際に、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力をそれぞれ取得する座標取得部と、該第１プローブ出力の線形座標成分を補正する第１線形補正要素で構成される中間補正行列を、前記第１移動量及び前記第１プローブ出力を用いて生成する行列生成部と、該中間補正行列と前記前段補正行列とに基づき生成された後段補正行列で前記第１プローブ出力を補正するプローブ出力補正部と、を備えたものである。
本願の請求項１１に係る発明は、前記記憶部で、前記第２処理装置で処理された結果として、前記前段補正行列を格納するようにしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本願の請求項１２に係る発明は、前記第２処理装置が、更に、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成し、前記記憶部が、前記第２処理装置で処理された結果として、前記前段中間補正行列を格納し、前記行列生成部で、更に、前記中間補正行列を前記前段中間補正行列に乗算して前記後段補正行列を生成するようにしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本願の請求項１３に係る発明は、前記第１処理装置が、更に、前記第２線形補正要素のみで構成される前段線形補正行列の逆行列を、前記前段補正行列に乗算して前段中間補正行列を生成し、前記記憶部が、前記第２処理装置で処理された結果として、前記第２測定プローブの異なる形態数に対応する複数の前記前段補正行列に基づいて生成された前記第２線形補正要素または該第２測定プローブの形態と前記前段中間補正行列の非線形補正要素との間の相関関係を格納し、前記行列生成部で、更に、前記相関関係を用いて、前記第２線形補正要素の代わりに前記第１線形補正要素、または前記第２測定プローブの形態の代わりに前記第１測定プローブの形態に対応する前記前段中間補正行列の非線形補正要素を求め、前記第１線形補正要素と該前段中間補正行列の非線形補正要素とで前記後段補正行列を生成するようにしたものである。