(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力部と、
前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出部と、
前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出部と、
前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出部と、
前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成部と、
前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御部と、を備え、
前記指令出力部は、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成部は、前記軌道修正項係数により補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置において、
前記指令出力部は、複数の角度範囲に対してそれぞれ前記軌道修正項係数が設定された角度係数対応データを含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成部は、前記角度係数対応データから、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度が属する角度範囲に対する前記軌道修正項係数を用いて前記軌道修正ベクトルを補正する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の形状測定装置において、
前記角度範囲に対する前記軌道修正項係数が異なる複数の前記角度係数対応データを記憶する係数データ記憶部と、
前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を有し、
前記指令出力部は、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記角度係数対応データを変更する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の形状測定装置において、
前記角度範囲の組合せを記録した組合せデータを複数記憶する組合せ記憶部と、
前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を備え、
前記指令出力部は、前記組合せデータを含む前記測定指令を出力するとともに、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記組合せデータを変更する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記指令出力部は、前記被測定物の測定対象区間の曲率を含む前記測定指令を出力し、
当該形状測定装置は、前記プローブの位置に対応する前記測定対象区間の曲率が閾値以上である場合に、３点以上の前記プローブの位置から曲線式を算出して、前記被測定物の表面の接線方向を算出し、前記曲率が前記閾値未満である場合に、２点の前記プローブの位置を結ぶ直線に直交する方向を、前記被測定物の表面の接線方向として算出する法線方向算出部を備える
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】
先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置の形状測定方法であって、
前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力ステップと、
前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出ステップと、
前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出ステップと、
前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出ステップと、
前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成ステップと、
前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御ステップと、を実施し、
前記指令出力ステップにおいて、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成ステップにおいて、前記軌道修正項係数により前記軌道修正ベクトルを補正し、補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成する
ことを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の表面形状を測定する形状測定装置、及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物を測定する測定子を有するプローブと、プローブを移動させる移動機構と、移動機構を制御する制御装置とを備え、被測定物の表面に倣って測定子を移動させることで被測定物の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の形状測定装置は、ＣＡＤデータ等に基づいた設計値（ＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline：非一様有理Ｂスプライン）データ）からＰＣＣ（Parametric Cubic Curves）曲線群を生成し、ＰＣＣ曲線群に基づいて被測定物の表面形状を測定する設計値倣いを実施する。ここで、この形状測定装置は、ＰＣＣ曲線群に基づいた通常の設計値倣い制御（ノーマル制御）を行うとともに、プローブの位置がＰＣＣ曲線群に基づいた経路から所定量ずれた場合でも、ずれ量が許容範囲内であれば、その誤差を補正するように制御するアクティブ制御を行う。具体的には、特許文献１では、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正ベクトルを算出し、各ベクトルに対して、倣い駆動ゲイン、押込み方向修正ゲイン、軌道修正ゲインを用いて速度ベクトルを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３８５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように、形状測定装置において、設計値倣いのアクティブ制御を実施する場合、ノーマル制御を実施するとともに、プローブの押込み量を一定値に制御する必要がある。
上記特許文献１では、各ベクトルに対してそれぞれ修正ゲインを用いることで、速度ベクトルを補正しているが、ベクトルの方向等によっては、制御が不安定になったり、測定誤差が生じたりする可能性があるとの課題がある。
【０００５】
本発明は、精度の高い形状測定が可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の形状測定装置は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力部と、前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出部と、前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出部と、前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出部と、前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成部と、前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御部と、を備え、前記指令出力部は、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、前記速度合成部は、前記軌道修正項係数により補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度θ（０°〜１８０°）に対して設定された軌道修正項係数Ｋを測定指令として取得し、速度合成手段は、経路成分算出部により算出される経路に沿った経路速度ベクトルと、押込み方向成分算出部により算出される押込み修正ベクトルと、軌道修正成分算出部により算出される軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正したベクトルとを合成した速度合成ベクトルを算出し、駆動制御手段は、この速度合成ベクトルに従ってプローブを駆動させる。
【０００８】
速度合成手段により、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正ベクトルを合成する際、押込み修正ベクトルと、軌道修正ベクトルとの為す角が１８０°近傍（反対方向）である場合、押込み修正の機能と、軌道修正の機能との両立が困難となり、倣い測定の制御が困難となって振動が発生する場合がある。このような振動が発生すると、プローブの測定子の位置が変化し、測定精度が低下してしまう。
これに対して、本発明では、上記のように、軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させる。これにより、軌道修正ベクトルの影響を小さくして、振動の発生を抑制することができる。したがって、振動発生を抑えた高精度な形状測定を実施することができる。
【０００９】
本発明の形状測定装置において、前記指令出力部は、複数の角度範囲に対してそれぞれ前記軌道修正項係数が設定された角度係数対応データを含む前記測定指令を出力し、前記速度合成部は、前記角度係数対応データから、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度が属する角度範囲に対する前記軌道修正項係数を用いて前記軌道修正ベクトルを補正することが好ましい。
本発明では、角度係数対応データに基づいて、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度に対する軌道修正項係数を用いて軌道修正ベクトルを補正する。これにより、例えば、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度に基づいて、軌道修正項係数を算出する場合と比較して、処理の簡略化を図れ、測定時間の短縮を図れる。
【００１０】
本発明の形状測定装置において、前記角度範囲に対する前記軌道修正項係数が異なる複数の前記角度係数対応データを記憶する係数データ記憶部と、前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を有し、前記指令出力部は、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記角度係数対応データを変更することが好ましい。
本発明では、精度判定手段により、軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合、つまり、振動による軌道誤差量が大きく、測定精度が低いと判定された場合に、軌道修正ベクトルを補正するための角度係数対応データを切り替えることができる。これにより、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
【００１１】
本発明の形状測定装置において、前記角度範囲の組合せを記録した組合せデータを複数記憶する組合せ記憶部と、前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を備え、前記指令出力部は、前記組合せデータを含む前記測定指令を出力するとともに、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記組合せデータを変更することが好ましい。
本発明では、例えば、角度範囲が０°≦α１＜９０°、９０°≦α２＜１２０°，１２０°≦α３＜１８０°の組合せとなる組合せデータ、角度範囲が０°≦α１＜６０°、６０°≦α２＜９０°，９０°≦α３＜１８０°の組合せとなる組合せデータ等の、複数の組合せデータが組合せ記憶部に記憶されている。そして、精度判定手段により測定精度が低いと判定された場合に、速度合成手段は、用いる組合せデータを変更することで、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度が属する角度範囲を変更する。これにより、上記発明と同様に、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
【００１２】
本発明の形状測定装置において、前記指令出力部は、前記被測定物の測定対象区間の曲率を含む前記測定指令を出力し、当該形状測定装置は、前記プローブの位置に対応する前記測定対象区間の曲率が閾値以上である場合に、３点以上の前記プローブの位置から曲線式を算出して、前記被測定物の表面の接線方向を算出し、前記曲率が前記閾値未満である場合に、２点の前記プローブの位置を結ぶ直線に直交する方向を、前記被測定物の表面の接線方向として算出する法線方向算出部を備えることが好ましい。
【００１３】
設計値倣いのアクティブ制御では、上述のように、プローブの押込み量を一定値に制御する必要がある。この際、被測定物をプローブの測定子との間の摩擦によって、誤った方向に押込み修正ベクトルが算出され、測定誤差の原因となる場合がある。これに対して、特開２０１３−２３８５７３号公報では、被測定物と測定子との摩擦を考慮した押込み修正ベクトルの算出方法について開示されているが、当該方法は、現在の測定子の中心位置と、その前にサンプリングされた以前の測定子の中心位置とを結ぶ直線に対して直交する方向を被測定物の法線方向と見なしている。当該方法は、曲率半径が大きく（曲率が小さく）、被測定物の表面を平面（プローブの移動軌跡が直線又は略直線）である場合に有効であるが、被測定物の形状（表面の曲率）によっては、法線方向に誤差が含まれる可能性がある。
【００１４】
これに対して、本発明では、被測定物の曲率に応じて、曲率が閾値未満であり、曲率半径が大きい場合には、上記方法を用いた法線方向を算出し、曲率が閾値以上であり、曲率半径が小さい場合に、３点以上のプローブ位置（実測値）に基づいて曲線式を算出し、測定点に対応するプローブ位置における法線方向を算出する。例えば、目標の測定子の中心位置（測定点）、及び目標の測定点の前にサンプリングされた以前の測定点をバッファし、目標の測定点の後に次の測定点が測定されると、これらの３点に基づいて２次曲線を算出し、２次曲線における目標の測定点における接線の垂線方向を法線方向として算出する。
これにより、被測定物と測定子との間に摩擦がある場合でも、測定点に対する法線方向をより高精度に算出することができ、測定誤差の影響を抑制した高精度な座標算出を実施でき、測定精度とを向上させることができる。
【００１５】
本発明の形状測定方法は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置の形状測定方法であって、前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力ステップと、前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出ステップと、前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出ステップと、前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出ステップと、前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成ステップと、前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御ステップと、を実施し、前記指令出力ステップにおいて、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、前記速度合成ステップにおいて、前記軌道修正項係数により前記軌道修正ベクトルを補正し、補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成することを特徴とする。
本発明では、上述した発明と同様、軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させる。これにより、軌道修正ベクトルの影響を小さくして、振動の発生を抑制することができる。したがって、振動発生を抑えた高精度な形状測定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る一実施形態の形状測定装置である三次元測定機を示す全体模式図。
【図２】本実施形態の三次元測定機の概略構成を示すブロック図。
【図３】測定子の軌道、及び測定子に係る各速度成分ベクトルを示す図。
【図４】本実施形態のプローブの速度ベクトルを算出する方法を示すフローチャート。
【図５】ＰＣＣ曲線群の一例を示す図。
【図６】測定子の軌道、及び測定子に係る各速度成分ベクトルを示す図。
【図７】第二実施形態の形状測定方法における法線方向の算出方法を示すフローチャート。
【図８】２点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図。
【図９】曲率が閾値未満である場合において、測定子を倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図。
【図１０】３点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図。
【図１１】曲率が閾値以上である場合において、測定子を倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図。
【図１２】摩擦が発生しない場合における倣い測定のモデルを示す図。
【図１３】摩擦が発生した場合における倣い測定のモデルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について、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、本発明に係る一実施形態の形状測定装置である三次元測定機１を示す全体模式図である。図２は、三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
なお、図１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。なお、当該Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向により、マシン座標系が規定される。以下の図面においても同様である。
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ー３と、操作レバー等を介してモーションコントローラー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ー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ー５と、を備える。
【００１８】
〔三次元測定機本体の構成〕
三次元測定機本体２は、図１に示すように、被測定物を測定するための球状の測定子２１１Ａを有するプローブ２１と、プローブ２１を保持するとともに、プローブ２１を移動させる移動機構２２と、移動機構２２が立設される定盤２３とを備える。
プローブ２１は、図１に示すように、測定子２１１Ａを先端側（−Ｚ軸方向側）に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を支持する支持機構２１２とを備える。
【００１９】
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。そして、支持機構２１２は、外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物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、具体的な図示は省略したが、スタイラス２１１の各軸方向の位置をそれぞれ検出するためのプローブセンサーを備える。
なお、各プローブセンサーは、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ーである。
【００２０】
移動機構２２は、図１または図２に示すように、プローブ２１を保持するとともに、プローブ２１のスライド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を移動させる駆動機構２５とを備える。
スライド機構２４は、図１に示すように、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の内部を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。
【００２１】
駆動機構２５は、図１または図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軸方向に沿ってスライド移動させる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軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動部２５１Ｘ（図２）と、スライダ２４３の内部をスライドさせてラム２４４をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動部２５１Ｚ（図２）とを備える。
【００２２】
Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、具体的な図示は省略したが、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スケールセンサーがそれぞれ設けられている。
なお、各スケールセンサーは、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ーである。
【００２３】
〔モーションコントローラーの構成〕
モーションコントローラー３は、図２に示すように、指令取得部３１と、カウンタ部３２と、演算処理部３３と、プローブ指令部３４と、駆動制御部３５と、記憶部３６とを備える。なお、記憶部３６は、倣い測定処理により得られた測定データや軌道誤差（後述）等を記憶する記憶領域を有する。また、記憶部３６は、測定子の中心点を一時的に記憶するバッファとしても機能する。
【００２４】
指令取得部３１は、ホストコンピューター５から、プローブ２１を駆動させるためのＰＣＣデータや角度係数対応データ、組合せデータを含む測定指令を取得する。なお、角度係数対応データ、組合せデータについては後述する。
カウンタ部３２は、上述した各スケールセンサー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とともに、上述した各プローブセンサーから出力されるパルス信号をカウントしてスタイラス２１１の移動量を計測する。
演算処理部３３は、カウンタ部３２にて計測されたスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量に基づいて、測定子２１１Ａの位置（以下、プローブ位置）を算出する。そして、演算処理部３３は、算出したプローブ位置を記憶部３６に記憶させる。
また、演算処理部３３は、カウンタ部３２にて計測されたスタイラス２１１の移動量（各プローブセンサーの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））に基づいて、以下の式（１）に示すように、測定子２１１Ａの押込み量（ベクトルＥｐの絶対値）を算出する。
【００２５】
【数１】
0006363436.tif 000002
【００２６】
プローブ指令部３４は、演算処理部３３にて算出されたプローブ位置及び押込み量と、指令取得部３１にて取得された測定指令とに基づいて、測定子２１１Ａを被測定物Ｗに押し込んだ状態で、被測定物Ｗの表面に倣って測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値（速度合成ベクトル）を算出する。
具体的には、プローブ指令部３４は、経路成分算出部３４１、押込み方向成分算出部３４２、軌道修正成分算出部３４３、及び速度合成部３４４を備える。
【００２７】
経路成分算出部３４１は、ＰＣＣデータに基づくプローブ２１の経路に沿った速度成分ベクトル（経路速度ベクトル）を算出する。
押込み方向成分算出部３４２は、演算処理部３３で算出された押込み量に基づいて、押込み量を予め設定された基準押込み量に戻すための、押込み方向への速度成分ベクトル（押込み修正ベクトル）を算出する。
【００２８】
軌道修正成分算出部３４３は、測定子２１１Ａの現在位置と、経路情報の経路とに基づいて、測定子２１１Ａを経路上に戻すための速度成分ベクトル（軌道修正ベクトル）を算出する。
速度合成部３４４は、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度を検出し、測定指令に含まれる角度係数データ及び角度範囲組合せデータに基づいて軌道修正項係数を選択する。そして、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正項係数により補正した軌道修正ベクトルを合成して速度合成ベクトルを算出し、駆動制御部３５に出力する。
なお、プローブ指令部３４による詳細な処理については後述する。
駆動制御部３５は、プローブ指令部３４にて算出されたプローブ指令値に基づいて、駆動機構２５を制御してプローブ２１を移動させる。
【００２９】
〔ホストコンピューターの構成〕
ホストコンピューター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ー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。また、ホストコンピューター５は、入力手段６１及び出力手段６２を備える。なお、入力手段６１は、三次元測定機１における測定条件等をホストコンピューター５に入力するものであり、出力手段６２は、三次元測定機１による測定結果を出力するものである。
このホストコンピューター５は、図２に示すように、記憶部５１を備えており、この記憶部５１には、三次元測定機１を制御するための各種データや各種プログラムが記憶されている。
また、記憶部５１は、係数データベース（係数ＤＢ）、組合せデータベース（組合せＤＢ）を備えている。係数ＤＢには、角度係数対応データが複数記憶され、組合せデータベースには、組合せデータが複数記憶されている。すなわち、記憶部５１は、本発明の係数データ記憶部、組合せ記憶部を構成する。
係数ＤＢには、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θに対する軌道修正項係数を示す角度係数対応データが記録される。また、組合せＤＢには、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θの角度範囲の組合せを示す組合せデータが記録されている。
【００３０】
ここで、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θ、及び角度範囲について説明する。
図３は、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θを説明するための図である。
図３に示すように、押込み修正ベクトル（Ｖｅ）の始点を原点、ベクトル方向を０°とした際に、軌道修正ベクトル（Ｖｃ）が取り得る方向は、原点を中心に全方向になり得る。
ここで、本実施形態では、図３に示すように、押込み修正ベクトル（Ｖｅ）をＸ軸とした際の、軌道修正ベクトル（Ｖｃ）の方向を角度毎に区分する。具体的には、角度θが０≦θ＜α１となる角度範囲、α１≦θ＜α１＋α２となる角度範囲、α１＋α２≦θ≦α１＋α２＋α３（＝１８０°）となる角度範囲に区分する。なお、図３には、角度範囲の区分例を平面的に表示しているが、実際には、押込み修正ベクトル（Ｖｅ）を軸とした三次元範囲であり、０≦θ＜α１、α１＋α２≦θ≦α１＋α２＋α３の角度範囲は、押込み修正ベクトル（Ｖｅ）の方向を軸とした円錐領域となり、α１≦θ＜α１＋α２の角度範囲は、上記２つの円錐領域以外の領域となる。
また、本実施形態では、０°から１８０°の角度を、α１、α２、α３の角度で３分割して角度範囲を設定する例を示すが、０°から１８０°の角度を２つ、又は４つ以上に分割した角度範囲αｋが設定されていてもよい。
【００３１】
下記表１は、係数ＤＢの一例を示す図である。
係数ＤＢは、表１に示すように、複数（本実施形態では例えば２つ）の角度係数対応データを記録している。各角度係数対応データには、上述した各角度範囲に対する軌道修正項係数Ｋｉが記録されている。なお、本実施形態では、表１における軌道修正項係数Ｋ１がデフォルト値であり、倣い測定において、軌道誤差が大きくなり、離脱エラーや押込みエラーが発生する場合に軌道修正項係数Ｋ２に切り替えられる。
【００３２】
【表１】
0006363436.tif 000003
【００３３】
下記表２は、組合せＤＢの一例を示す図である。
組合せＤＢは、表２に示すように、複数（本実施形態では例えば２つ）の組合せデータを記録している。各組合せデータには、上述した各角度範囲における区分角度αｋの組合せβｊを記録している。つまり、本実施形態では、組合せβｊ毎にそれぞれ区分角度α１、α２、α３の角度が記録されている。なお、本実施形態では、表２における組合せβ１がデフォルト値であり、振動的な挙動により軌道誤差が大きくなり、離脱エラーや押込みエラーが発生する場合に組合せβ２に切り替えられる。
【００３４】
【表２】
0006363436.tif 000004
【００３５】
また、ホストコンピューター５のＣＰＵは、記憶部５１に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、情報取得部５２、経路設定部５３、指令出力部５４、精度判定部５５、及び形状解析部５６として機能する。
情報取得部５２は、ＣＡＤシステム（図示略）から被測定物Ｗの設計情報（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）を取得する。
経路設定部５３は、情報取得部５２により取得した設計情報に基づいて、プローブ２１を移動させる移動経路（ＰＣＣデータ）を設定する。
指令出力部５４は、設定されたＰＣＣデータ、軌道修正項係数Ｋｉが記録された角度係数対応データ、及び角度範囲の組合せβｊを含む測定指令をモーションコントローラー３に出力する。
【００３６】
精度判定部５５は、倣い測定時において算出された軌道誤差に基づいて、測定精度が十分であるか否かを判定する。具体的には、最大軌道誤差の変化量を取得し、当該変化量が許容値未満となっているか否かを判定する。
形状解析部５６は、モーションコントローラー３から出力された測定データに基づいて被測定物の表面形状データを算出し、算出した被測定物の表面形状データの誤差や歪み等を求める形状解析を行う。
【００３７】
［三次元測定機の動作］
次に、上述したような三次元測定機１の動作について説明する。
図４は、本実施形態における形状測定方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、被測定物Ｗの表面形状を測定する際、ホストコンピューター５の情報取得部５２は、ＣＡＤシステムから設計データ（ＮＵＲＢＳ）を取得する（ステップＳ１）。
【００３８】
この後、経路設定部５３は、取得した設計データに基づいてＰＣＣデータを算出する（ステップＳ２）。
図５は、本実施形態において設計データに対して設定されるＰＣＣ曲線（プローブの移動経路）、補間点、被測定物の表面、及び当該表面に対して倣い測定を実施した際に測定された実際のＣＭＭ軌道の一例を示す図である。なお、実際のＣＭＭ軌道は、演算処理部３３により算出されたプローブ位置ＰＰの軌跡を示している。
具体的には、経路設定部５３は、図５に示すように、測定子２１１Ａの半径Ｒから基準押込み量Ｅ０を減じた値をオフセット量として、設計データから当該オフセット量だけ法線方向に移動した曲線をＰＣＣ曲線として設定する。また、算出されたＰＣＣ曲線上に複数の補間点を設定する。これらの補間点間を結ぶ直線が、プローブを移動させる際の移動経路となる。
また、アクティブ制御の倣い測定において、経路設定部５３は、ＰＣＣ曲線に対して、所定の許容範囲（本実施形態では、図５に示すように、半径ｒ＝１．５ｍｍの円筒）を設定する。プローブ位置が許容範囲内であれば軌道誤差許容範囲外エラーは発生しない。
【００３９】
次に、指令出力部５４は、軌道修正項係数Ｋｉ、組合せβを設定するための変数ｉ，ｊを初期化（ｉ＝１，ｊ＝１）する（ステップＳ３）。
そして、指令出力部５４は、記憶部５１の係数ＤＢから、変数ｉ，ｊに対応した軌道修正項係数Ｋｉを記録する角度係数対応データ、組合せＤＢから変数ｊに対応した組合せβｊを測定指令値に含まれるデータとして取得する。すなわち、ＤＡＴＡ（Ｋ）＝Ｋｉ，ＤＡＴＡ（β）＝βｊとしてセットする（ステップＳ４）。
そして、指令出力部５４は、ステップＳ２で算出されたＰＣＣデータと、角度係数対応データＤＡＴＡ（Ｋ）と、組合せＤＡＴＡ（β）とを含む測定指令をモーションコントローラー３に出力する（ステップＳ５）。
【００４０】
モーションコントローラー３では、指令取得部３１によりホストコンピューター５から測定指令を取得すると、経路成分算出部３４１は、取得したＰＣＣデータと、補間点により分割された各分割ＰＣＣ曲線の曲率とに基づいて、経路速度ベクトルＶｆを算出する（ステップＳ６）。ここで、経路成分算出部３４１は、ＰＣＣ曲線群をＭ個の分割ＰＣＣ曲線に分割した場合、各分割ＰＣＣ曲線（ｌ）（ｌ＝１〜Ｍ）に対して、それぞれ経路速度ベクトルＶｆを生成する。
【００４１】
この後、駆動制御部３５により倣い測定が実施される（ステップＳ７）。このステップＳ７では、演算処理部３３は、例えば一定のサンプリング間隔でカウンタ部３２にて計測されたスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量を取り込む。そして、演算処理部３３は、取り込んだスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量に基づいて、プローブ位置を算出するとともに、上述した式（１）に基づいて測定子２１１Ａの押込み量を算出する。また、プローブ位置ＰＰと、ＰＣＣ曲線における隣り合う補間点（ｉ）（ｉ＋１）間の直線（補間直線（ｉ））との距離である軌道誤差Ｌの変化量ｄＬを算出し、さらに、その軌道誤差Ｌが振動的に変化しているか否かを判定するために変化量微分値ｄ２Ｌを算出する（ステップＳ８）。
具体的には、演算処理部３３は、前回サンプリングした軌道誤差をＬｎ−１、今回サンプリングした軌道誤差をＬｎとして、ｄＬｎ＝Ｌｎ−Ｌｎ−１を算出し、ｄ２Ｌｎ＝ｄＬｎ−ｄＬｎ−１を算出する。
【００４２】
ステップＳ８の後、プローブ指令部３４は、算出されたプローブ位置ＰＰが、ＰＣＣ曲線の終点であるか否かを判定する（ステップＳ９）。
ステップＳ９において、「Ｎｏ」と判定された場合、プローブ２１の駆動速度を算出して、算出した駆動速度でプローブ２１を駆動させる。
図６は、測定子２１１Ａの軌道、及び測定子２１１Ａに係る各速度成分ベクトルを示す図である。
まず、押込み方向成分算出部３４２は、プローブ２１の被測定物Ｗへの押込み量を予め設定された基準押込み量Ｅ０に修正するための押込み修正ベクトルを算出する（ステップＳ１０）。
具体的には、押込み方向成分算出部３４２は、下記式（２）に基づいて、押込み修正ベクトルＶｅを算出する。
【００４３】
【数２】
0006363436.tif 000005
【００４４】
式（２）において、Ａは、定数、Ｅ０は、基準押込み量であり、予め設定された値を用いることができる。ベクトルＥｐの絶対値は、ステップＳ８により算出されるプローブ２１の押込み量であり、ベクトルｅｕは、押込み方向における単位ベクトルである。ここで、本実施形態では、ベクトルｅｕとして、プローブ２１の変位方向（振れ方向）の単位ベクトルを算出する。
【００４５】
次に、軌道修正成分算出部３４３は、プローブ位置ＰＰと、ステップＳ２により設定された移動経路（ＰＣＣ曲線）とに基づいて、プローブ位置ＰＰが経路から逸れた場合の軌道修正ベクトルＶｃを算出する（ステップＳ１１）。
具体的には、軌道修正成分算出部３４３は、軌道誤差Ｌの絶対値をベクトルの大きさとし、プローブ位置ＰＰから点Ｐに向かう方向を軌道修正方向とした軌道修正ベクトルＶｃを算出する。
【００４６】
次に、速度合成部３４４は、押込み修正ベクトルＶｅと、軌道修正ベクトルＶｃとの為す角度θを算出する（ステップＳ１２）。この角度θは、ベクトル内積（Ｖｅ，Ｖｃ）を算出することで、ｃｏｓθ＝（Ｖｅ，Ｖｃ）／｜Ｖｅ｜｜Ｖｃ｜として算出できる。
この後、速度合成部３４４は、測定指令に含まれる組合せＤＡＴＡ（β）から、ステップＳ１２により算出された角度θが属する角度範囲を特定し、測定指令に含まれる角度係数対応データＤＡＴＡ（Ｋ）から、特定された角度範囲に対応した軌道修正項係数Ｋｉを取得する（ステップＳ１３）。
そして、速度合成部３４４は、ステップＳ１１により算出された軌道修正ベクトルＶｃに対して軌道修正項係数Ｋｉをかけ合せて補正し、この補正された軌道修正ベクトルＶｃと、経路速度ベクトルＶｆと、押込み修正ベクトルＶｅと、軌道修正ベクトルＶｃを合成して、速度合成ベクトルＶを算出する（ステップＳ１４）。
なお、経路速度ベクトルＶｆとしては、ステップＳ８により検出されたプローブ位置ＰＰに対応した分割ＰＣＣ曲線に対応する速度ベクトルを用いる。プローブ位置ＰＰが経路から外れている場合は、プローブ位置ＰＰから経路に下した垂線の足である点Ｐが所属する分割ＰＣＣ曲線での経路速度ベクトルを取得すればよい。
具体的には、ステップＳ１４では、速度合成部３４４は、以下の式（３）に基づいて、速度合成ベクトルＶを算出する。
【００４７】
【数３】
0006363436.tif 000006
【００４８】
上記式（３）において、Ｇｆは、倣い駆動ゲイン（経路速度ゲイン）、Ｇｅは、押込み方向修正ゲイン、Ｇｃは軌道修正ゲインである。
ここで、ステップＳ８において算出される押込み量（ベクトルＥｐの絶対値）と、予め設定された基準押込み量（Ｅ０）との差分値をＥ、軌道誤差をＬとして、倣い駆動ゲインＧｆは、関数ｆ１（Ｌ，Ｅ）を適用する。この関数ｆ１（Ｌ，Ｅ）は、差分値Ｅが所定の第一閾値より大きく、かつ軌道誤差Ｌが所定の第二閾値よりも大きい場合に、差分値Ｅが第一閾値以下である場合、及び軌道誤差Ｌが第二閾値以下である場合の少なくともいずれか一方を満たす場合に比べて、小さい値を返す関数である。
また、押込み方向修正ゲインＧｅは、関数ｆ２（Ｅ）を適用する。この関数ｆ２（Ｅ）は、差分値Ｅが第一閾値以下である場合に、差分値Ｅが第一閾値より大きい場合に比べて、小さい値を返す関数である。
また、軌道修正ゲインＧｃは、関数ｆ３（Ｌ）を適用する。この関数ｆ３（Ｌ）は、軌道誤差Ｌが第二閾値以下である場合に、軌道誤差Ｌが第二閾値より大きい場合に比べて、小さい値を返す関数である。
【００４９】
そして、速度合成部３４４は、算出した速度合成ベクトルＶをプローブ指令値として駆動制御部３５に入力する。これにより、プローブ２１が速度合成ベクトルＶに基づいて駆動される（ステップＳ１５）。この後、ステップＳ８の処理に戻り、サンプリング間隔でプローブ位置ＰＰ及び押込み量の算出を実施し、プローブ位置ＰＰが終点に到達するまで、上記ステップＳ８からステップＳ１５の処理を繰り返す。
【００５０】
一方、プローブ位置ＰＰが終点に到達すると、上述したステップＳ９の処理において、「Ｙｅｓ」と判定される。この場合、ホストコンピューター５は、モーションコントローラー３から、測定データ（各プローブ位置ＰＰの測定値、及び軌道誤差Ｌの変化量微分値ｄ２Ｌｎの最大値ｄ２Ｌｍａｘ（変化量微分最大値）を取得する（ステップＳ１６）。
【００５１】
そして、精度判定部５５は、取得した変化量微分最大値ｄ２Ｌｍａｘが、所定の許容値ｄ２Ｌａ未満となるか否かを判定する（ステップＳ１７）。すなわち、変化量微分最大値ｄ２Ｌｍａｘが、所定の許容値ｄ２Ｌａ以上となる場合では、軌道誤差Ｌの変化量の最大値が大きく、測定データが振動的に変化しているので、測定精度が低いと判定する。なお、この許容値ｄ２Ｌａは、三次元測定機１とプローブ２１との組み合わせから決まる軌道誤差に基づいて予め設定された値となる。
ステップＳ１７において、「Ｙｅｓ」と判定された場合は、形状解析部５６により得られた測定データに基づく被測定物Ｗの形状解析処理が実施され、測定処理が終了される。
一方、ステップＳ１７において、「Ｎｏ」と判定された場合は、指令出力部５４は、変数ｉに１を加算し（ステップＳ１８）、変数ｉが最大値ｉｍａｘ（上記表１の例では、ｉｍａｘ＝２）を超えたか否かを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９において、「Ｎｏ」と判定された場合は、ステップＳ４に戻る。すなわち、指令出力部５４は、ＤＡＴＡ（Ｋ）として、次の軌道修正項係数Ｋｉに対応する角度係数対応データをセットし、モーションコントローラー３に出力する。これにより、軌道修正項係数Ｋｉが切り替えられて再度倣い測定処理が実施され、軌道誤差Ｌが振動的に変化しているか否かが判定されることになる。
【００５２】
ステップＳ１９において「Ｙｅｓ」と判定された場合は、指令出力部５４は、変数ｉを初期化（ｉ＝１）し、変数ｊに１を加算する（ステップＳ２０）。そして、変数ｊが最大値ｊｍａｘ（上記表２の例では、ｊｍａｘ＝２）を超えたか否かを判定する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１において、「Ｎｏ」と判定された場合は、ステップＳ４に戻る。すなわち、指令出力部５４は、ＤＡＴＡ（β）として、次の組合せβｊをセットし、モーションコントローラー３に出力する。これにより、軌道修正項係数Ｋｉを設定するための角度範囲が変更されて再度倣い測定処理が実施され、軌道誤差Ｌが振動的に変化しているか否かが判定されることになる。
【００５３】
ステップＳ２１において「Ｙｅｓ」と判定された場合は、ホストコンピューター５は、例えば、ディスプレイ等の出力手段から、警告通知を行う。すなわち、係数ＤＢや組合せＤＢに記録された軌道修正項係数Ｋｉや組合せβｊでは、十分な軌道精度が得られないため、軌道修正項係数Ｋｉや組合せβｊの見直しを促す通知や、その他の振動原因の通知を行う。
【００５４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、指令出力部５４は、押込み修正ベクトルＶｅ及び軌道修正ベクトルＶｃの為す角度θに対する軌道修正項係数Ｋｉを含む測定指令を出力し、モーションコントローラーの速度合成部３４４は、経路速度ベクトルＶｆと、押込み修正ベクトルＶｅと、軌道修正項係数Ｋｉにより補正された軌道修正ベクトルＶｃとを合成した速度合成ベクトルＶを算出する。
このように、軌道修正ベクトルＶｃを軌道修正項係数Ｋｉにより補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させることで、押込み修正ベクトルＶｅと軌道修正ベクトルＶｃとが互いに打ち消し合う方向に働く場合でも、軌道修正ベクトルの影響を小さくすることができる。したがって、振動の発生を抑制することができ、高精度な形状測定を実施することができる。
【００５５】
本実施形態では、指令出力部５４は、複数の角度範囲に対してそれぞれ軌道修正項係数Ｋｉが設定された角度係数対応データＤＡＴＡ（Ｋ）をモーションコントローラー３に出力する。そして、速度合成部３４４は、角度θが属する角度範囲を特定し、角度係数対応データＤＡＴＡ（Ｋ）から、特定した角度範囲に対応する軌道修正項係数Ｋｉを取得する。
これにより、軌道修正項係数Ｋｉを算出する場合等に比べて、容易に、軌道修正項係数Ｋｉを取得することができ、処理の簡略化及び測定時間の短縮を図れる。
【００５６】
本実施形態では、精度判定部５５は、測定精度が軌道誤差Ｌｎの変化量微分値ｄ２Ｌｎの最大値ｄ２Ｌｍａｘが、許容値ｄ２Ｌａ以上である場合に、測定精度が低いと判定する。この場合、指令出力部５４は、変数ｉに１を加算して、角度係数対応データを切り替えてＤＡＴＡ（Ｋ）にセットし、測定指令に含ませてモーションコントローラー３に出力する。
したがって、測定精度が低いと判定された場合には、軌道修正項係数Ｋｉが順次切り替えられることになる。これにより、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数Ｋｉを選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
【００５７】
本実施形態では、精度判定部５５により測定精度が低いと判定された場合、指令出力部５４は、変数ｊに１を加算して、角度範囲の組合せβｊを切り替えてＤＡＴＡ（β）にセットし、測定指令に含ませてモーションコントローラー３に出力する。
これにより、押込み修正ベクトルＶｅと軌道修正ベクトルＶｃとが為す角度θが属する角度範囲を変更することができ、これにより、軌道修正項係数Ｋｉも切り替えられる。したがって、上記発明と同様に、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
【００５８】
［第二実施形態］
以下、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、測定子２１１Ａと被測定物Ｗとの摩擦による影響を考慮していないが、第二実施形態では、当該摩擦の影響を考慮した倣い測定を実施する点で上記第一実施形態と相違する。
【００５９】
本実施形態では、図１及び図２に示す第一実施形態の三次元測定機１と同様の構成を有する。したがって、本実施形態における三次元測定機の概略構成の説明については省略する。
本実施形態では、指令出力部５４は、設計データから、被測定物の測定区間における曲率を取得し、当該曲率を測定指令に含ませる。
【００６０】
また、モーションコントローラー３の演算処理部３３は、本発明の法線方向算出部としても機能する。すなわち、演算処理部３３は、プローブ位置ＰＰに対応するセグメント区間における曲率（測定指令に含まれる曲率）を取得し、当該曲率が予め設定された所定の閾値以上であるか否かを判定する。そして、演算処理部３３は、曲率が閾値以上である場合は、サンプリング間隔で測定された３点のプローブ位置の座標を通る２次曲線に基づいて、被測定物Ｗの法線方向を算出する。また、演算処理部３３は、曲率が閾値未満である場合は、サンプリング間隔で測定された２点のプローブ位置の座標を通る直線に基づいて、被測定物Ｗの法線方向を算出する。
【００６１】
以下、本実施形態における形状測定方法について説明する。
本実施形態では、例えば、指令出力部５４は、設計データに基づく被測定物Ｗの測定対象区間の曲率を含む測定指令をモーションコントローラー３に出力する。例えば、図４におけるステップＳ５において、被測定物Ｗの曲率を含む測定指令を出力する。
その後、倣い測定処理（例えば、図４におけるステップＳ７〜ステップＳ９）において、以下の処理を実施する。
図７は、第二実施形態における形状測定方法における摩擦対策処理を考慮した倣い測定処理を示すフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態では、まず、倣いアプローチ処理を実施する（ステップＳ３１）。このステップＳ３１では、測定子２１１Ａを、倣い開始点（ＰＣＣ曲線における最初の補間点）に移動させて測定子中心を位置決めする。
次に、駆動制御部３５は、記憶部３６における測定子２１１Ａの中心点を登録するための測定子中心点登録バッファ（以降、単にバッファを称す）を初期化する（ステップＳ３２）。すなわち、バッファの値をゼロにセットする。
【００６２】
この後、駆動制御部３５は、倣い測定処理を実施する（ステップＳ３３）。このステップＳ３３では、上述した第一実施形態と同様に設計値倣いのアクティブ制御を実施するとともに、バッファの更新を行う。すなわち、サンプリング間隔毎の測定子２１１Ａの中心点座標が順次バッファに記録及び更新される。本実施形態では、バッファに記録される測定子の中心点座標は、少なくとも３つ以上であればよく、本実施形態では５つの測定子の中心点の座標をバッファに記録可能であり、順次更新していく。
【００６３】
次に、駆動制御部３５は、プローブ２１がＰＣＣ曲線における終点に到着したか否か、つまり終了条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ３４）。このステップＳ３４において「Ｙｅｓ」と判定された場合は、倣い測定処理を終了させる。
【００６４】
また、ステップＳ３４において、「Ｎｏ」と判定された場合は、演算処理部３３は、例えば操作者の設定入力により、摩擦対策処理を示す指令があるか否かを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、「Ｎｏ」と判定された場合、後述するステップＳ４２に進み、演算処理部３３は、接点座標を算出する。なお、接点座標の算出方法については後述する。
【００６５】
ステップＳ３５において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、演算処理部３３は、測定指令に含まれる被測定物Ｗの曲率から、現在のプローブ位置に対応した曲率を特定し、当該曲率が、所定閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。
なお、曲率は曲率半径Ｒの逆数１／Ｒであり、上記閾値として、本実施形態では、例えばＲ＝１００ｍｍを採用することができる。すなわち、本実施形態では、曲率が１／１００以上であるか否かを判定する。
このステップＳ３６において、「Ｎｏ」と判定された場合、演算処理部３３は、バッファに記録された２つの測定子２１１Ａの中心点に基づいて、所定位置における被測定物Ｗの法線方向を算出する（ステップＳ３７）。
【００６６】
以下、ステップＳ３７の処理について説明する。
図８は、２点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図である。本実施形態では、図８に示すように、４つの測定子２１１Ａの中心点の座標がバッファに記録されている場合を説明する。ステップＳ３７では、演算処理部３３は、法線方向を求める対象となる位置（例えば、点（ｘ１、ｙ１．ｚ１）に対して、その前にサンプリングされた測定子２１１Ａの中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０））を取得する。そして、演算処理部３３は、これらの２点を結ぶ直線に直交する方向Ｎ１を法線方向として算出する。点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）においても、同様の方法により法線方向Ｎ２を算出できる。
【００６７】
図９を用いて、ステップＳ３７の処理をより詳細に説明する。図９は、曲率が閾値未満である場合において、測定子２１１Ａを倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図である。なお、図９において、現在の測定子２１１Ａの中心位置をＯ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、以前の測定子２１１Ａの中心位置（所定時間前における測定子２１１Ａの中心位置）をＯ´（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、測定子２１１Ａが被測定物Ｗに接触していない場合の中心位置（プローブ原点）をＣ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）、現在位置Ｏにおけるスライド機構の移動量に基づいて算出された座標位置を（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）、現在位置Ｏにおけるスタイラス２１１の移動量に基づいて算出された座標位置（プローブ原点からのプローブ振れ量）を（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）、現在位置Ｏにおける被測定物Ｗの法線方向ベクトル（図８におけるＮ１）を（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）、測定子２１１Ａの半径をＲとする。
図９において、プローブ原点Ｃから直線ＯＯ´に下した垂線の足をＱとすると、ベクトルＣＱは、倣い方向に直角な平面上にあることになり、被測定物Ｗの法線方向となる。
ベクトルＣＱは、以下の式（４）に示すように表され、式（４）から式（５）を導くことができる。
【００６８】
【数４】
0006363436.tif 000007
【００６９】
【数５】
0006363436.tif 000008
【００７０】
したがって、被測定物Ｗの法線方向に対する単位ベクトルｅｕ´は、ｅ＝（Ｎｘ２＋Ｎｙ２＋Ｎｚ２）１／２として、ｅｕ´＝（Ｎｘ／ｅ，Ｎｙ／ｅ，Ｎｚ／ｅ）として求めることができ、Ｎｙ，Ｎｘ，Ｎｚは上記式（５）により求めることができる。
【００７１】
図７に戻り、ステップＳ３６において、「Ｎｏ」と判定された場合、演算処理部３３は、バッファに記録された３つの測定子２１１Ａの中心点を用いて平面を決定する（ステップＳ３８）。
図１０は、３点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図である。
このステップＳ３８では、図１０に示すように、例えば、サンプリング間隔で取得された３点を通る平面座標系（ｕ-ｖ平面）を構築し、構築した平面に上記３点の座標を変換する。例えば、３点（ｘ１，ｙ１，ｚ１），（ｘ２，ｙ２，ｚ２），（ｘ３，ｙ３，ｚ３）が、ｕ-ｖ平面座標系において、３点（ｕ１，ｖ１），（ｕ２，ｖ２），（ｕ３，ｖ３）に変換される。
【００７２】
次に、演算処理部３３は、構築されたワーク座標系（平面座標系（ｕ-ｖ平面））に対して座標変換された３点を通る２次曲線（ｖ＝ａｕ２＋ｂｕ＋ｃ）を算出する（ステップＳ３９）。この２次曲線は、例えばニュートン補間法等の公知の補間法を用いることで容易に算出することができる。
【００７３】
この後、演算処理部３３は、ステップＳ３９で算出された２次曲線を微分し、３点のうちの最終点（３つ目のサンプリング点）を、法線方向の算出対象となる対象点として、対象点における接線を決定する（ステップＳ４０）。例えば、３点（ｕ１，ｖ１），（ｕ２，ｖ２），（ｕ３，ｖ３）を通る２次曲線（ｖ＝ａｕ２＋ｂｕ＋ｃ）に対して、接線（ｖ−ｖ３）＝（２ａｕ３＋ｂ）×（ｕ−ｕ３）が算出される。また、演算処理部３３は、算出された接線式を、ワーク座標系からｘｙｚ座標系に再変換することで、３次元座標系における接線式を算出できる。
【００７４】
この後、演算処理部３３は、ステップＳ４０に対して直交する方向をワーク法線方向（図１０におけるＮ１´，Ｎ２´）として決定する（ステップＳ４１）。
図１１は、曲率が閾値以上である場合において、測定子２１１Ａを倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図である。図１１において、現在の測定子２１１Ａの中心位置をＯ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、ステップＳ４０において算出された接線上の任意の点をＯ´´（ｘ０´，ｙ０´，ｚ０´）、測定子２１１Ａが被測定物Ｗに接触していない場合の中心位置（プローブ原点）をＣ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）、現在位置Ｏにおけるスライド機構の移動量に基づいて算出された座標位置を（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）、現在位置Ｏにおけるスタイラス２１１の移動量に基づいて算出された座標位置（プローブ原点からのプローブ振れ量）を（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）、現在位置Ｏにおける被測定物Ｗの法線方向ベクトル（図１０におけるＮ１´）を（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）、測定子２１１Ａの半径をＲとする。
図１１において、プローブ原点Ｃから直線ＯＯ´´に下した垂線の足をＱとすると、ベクトルＣＱは、被測定物Ｗの法線方向となる。したがって、演算処理部３３は、上記式（４）（５）において、点Ｏ´を点Ｏ´´に置き換えることでベクトルＣＱ（被測定物Ｗの法線方向のベクトル）を算出できる。
【００７５】
図７に戻り、演算処理部３３は、ステップＳ３７又はステップＳ４１により求められた法線方向に基づいて、被測定物Ｗと測定子２１１Ａとの接点座標（測定データ）を計算して（ステップＳ４２）、ステップＳ３３に戻る。
ここで、ステップＳ４２による接点座標の算出方法について説明する。
図１２は、摩擦が発生しない場合における倣い測定のモデルを示す図であり、図１３は、摩擦が発生した場合における倣い測定のモデルを示す図である。
図１２及び図１３において、点Ｄは、測定子２１１Ａと被測定物Ｗとの接触点、点Ｏは測定子２１１Ａの中心点、Ｒは測定子の半径を示す。図１２に示すように、摩擦の影響がないとした場合では、プローブの変位方向が被測定物Ｗの法線方向となり、当該法線方向に基づいて、接点座標を算出する。
一方、図１３に示すように、測定子２１１Ａと被測定物Ｗとの間に摩擦を考慮した場合では、この場合は、ステップＳ３７やステップＳ４２により算出された被測定物Ｗの法線方向に基づいて接点座標を算出する。
【００７６】
以下の説明において、プローブ座標系におけるスタイラス２１１と被測定物Ｗとの接点座標をＤ（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）、三次元測定機１の座標系におけるスタイラス２１１と被測定物Ｗとの接点座標をＴ（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）とする。
具体的には、ステップＳ３５において、「Ｎｏ」と判定された場合（摩擦力を考慮しない場合）、法線方向に対する法線ベクトルｅの単位ベクトルｅｕは、ベクトルｅの大きさをｅ＝（Ｐｘ２＋Ｐｙ２＋Ｐｚ２）１／２として、ｅｕ＝（Ｐｘ／ｅ，Ｐｙ／ｅ，Ｐｚ／ｅ）により表される。したがって、演算処理部３３は、以下式（６）（７）に示すように、接点座標位置Ｄ，Ｔを算出する。
【００７７】
【数６】
0006363436.tif 000009
【００７８】
【数７】
0006363436.tif 000010
【００７９】
一方、ステップＳ３５において、「Ｙｅｓ」と判定された場合（摩擦力を考慮する場合）、図９や図１１に示すように、被測定物Ｗの法線ベクトルは、被測定物Ｗに接触していない状態でのスタイラス２１１の原点Ｃからの相対移動方向に対して直交する面上に投影される。したがって、演算処理部３３は、ステップＳ３７又はステップＳ４２により算出される、被測定物Ｗの法線ベクトルを用い、プローブ２１の反移動方向に発生する摩擦力の影響を除去する。この場合、法線ベクトルの単位ベクトルｅｕ´は、上述したように、ｅ´＝（Ｎｘ２＋Ｎｙ２＋Ｎｚ２）１／２として、ｅｕ´＝（Ｎｘ／ｅ，Ｎｙ／ｅ，Ｎｚ／ｅ）となる。また、（Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚ）は、式（５）に示すように、現在位置Ｏにおけるスタイラス２１１の移動量に基づいて算出された座標位置（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）に基づいて算出することができる。
したがって、演算処理部３３は、以下式（８）（９）に示すように、接点座標位置Ｄ，Ｔを算出する。
【００８０】
【数８】
0006363436.tif 000011
【００８１】
【数９】
0006363436.tif 000012
【００８２】
なお、ｅ´＝１となるように、Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚを決めることで、演算処理部３３は、下記式（１０）を用いて、簡易に接点座標を算出することができる。
【００８３】
【数１０】
0006363436.tif 000013
【００８４】
これにより、ステップＳ３４において、測定が終了した後にホストコンピューター５に出力される測定データは、被測定物Ｗの法線方向に基づいて摩擦力が考慮された適正な値となり、測定精度を向上させることができる。
【００８５】
なお、本実施形態において、図７では、ステップＳ４２の後、ステップＳ３３に戻る処理を示すが、この際、第一実施形態の図４に示すステップＳ１０からステップＳ１５の処理が実施されてもよい。同様に、ステップＳ３４において、「Ｙｅｓ」と判定された際に、図４に示すステップＳ１６からステップＳ２２の処理が実施されてもよい。
【００８６】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、被測定物Ｗの曲率に応じて、曲率が閾値未満であり、曲率半径が大きい場合には、サンプリングされた測定子２１１Ａの中心点の２点間の直線を用い、当該直線に対して直交する方向を被測定物Ｗの法線方向として算出し、曲率が閾値以上であり、曲率半径が小さい場合に、測定子２１１Ａの中心点の３点により２次曲線を算出して、中点の接線に直交する方向を法線方向として算出する。
これにより、測定点に対する法線方向を被測定物Ｗの曲率に応じて高精度に算出することができる。したがって、当該法線方向を用いて接点座標を算出することで、測定誤差の影響を抑制した高精度な測定が可能となる。
【００８７】
［その他の実施形態］
なお、本発明は前述の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。
上記第一実施形態では、係数ＤＢに記憶された角度係数対応データから、角度θが属する角度範囲を特定し、当該角度範囲の軌道修正項係数Ｋｉを取得する例を示したが、これに限定されない。例えば角度θに対して所定の関数式Ｋ（θ）を用いて、軌道修正項係数を算出してもよい。
また、係数ＤＢに２つの角度係数対応データが記録される例を示したが、例えば、３つ以上の角度係数対応データが記録されていてもよく、１つの角度係数対応データのみを用いてもよい。組合せＤＢに記録される組合せβにおいても同様であり、３つ以上の組合せが記録されていてもよく、１つの組合せのみが記録されていてもよい。
また、角度範囲として、α１、α２、      α３を用いた３つの角度範囲に介して、軌道修正項係数Ｋｉが設定される例を示したが、３つ以上の角度範囲を用いて、角度範囲をさらに詳細に区分した角度係数対応データや組合せを用いてもよい。
【００８８】
上述した第二実施形態において、被測定物Ｗの法線方向を求め、当該法線方向に基づいて測定値を算出する例を示したが、第二実施形態において、算出された被測定物Ｗの法線方向を第一実施形態に適用することで、さらに測定精度を向上させることができる。
すなわち、第一実施形態では、押込み修正ベクトルＶｅを算出する際に、ベクトルｅｕとして、プローブ２１の変位方向（振れ方向）の単位ベクトルを用いたが、これを第二実施形態にて算出された法線方向とすることで、高精度な倣い測定を実施できる。具体的には、押込み方向成分算出部３４２は、上述した式（２）に対して、図７におけるステップＳ３７又はステップ４１において算出される法線方向への単位ベクトルｅｕ´を代入する。
【００８９】
また、上記第二実施形態において、曲率が閾値以上となる場合に、３点のプローブ位置ＰＰの座標を通る２次曲線を算出し、当該２次曲線の接線方向に直交する方向を法線方向とした。これに対して、４点以上のプローブ位置の座標を通る曲線式（３次曲線等）を算出してもよい。この場合でも、算出された曲線式において、法線方向の算出対象となる対象点における接線を算出し、当該接線に直交する方向を法線方向として算出してもよい。
【００９０】
上記第一実施形態において、速度合成部３４４は、倣い駆動ゲインＧｆ、押込み方向修正ゲインＧｅ、軌道修正ゲインＧｃとして、それぞれ、ゲイン関数ｆ１（Ｅ，Ｃ）、ｆ２（Ｅ）、ｆ３（Ｃ）を適用する例を示したが、それぞれ予め設定されたゲインを用いて速度合成ベクトルを算出してもよい。この場合でも、経路に基づいて測定子２１１Ａを被測定物Ｗの表面に倣って移動させることができ、かつ、押込み量を考慮した測定を実施するため、迅速かつ高精度な形状測定を実施することができる。
【００９１】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、被測定物の形状を設計値に基づいた設計値倣いにより測定する形状測定装置に適用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１…三次元測定機（形状測定装置）、２…三次元測定機本体、３…モーションコントローラー、５…ホストコンピューター、２１…プローブ、２２…移動機構、３１…指令取得部、３２…カウンタ部、３３…演算処理部、３４…プローブ指令部、３５…駆動制御部、３６…記憶部、５１…記憶部、５２…情報取得部、５３…経路設定部、５４…指令出力部、５５…精度判定部、５６…形状解析部、２１１…スタイラス、２１１Ａ…測定子、３４１…経路成分算出部、３４２…押込み方向成分算出部、３４３…軌道修正成分算出部、３４４…速度合成部、Ｃ…プローブ原点、Ｅ０…基準押込み量、Ｌ…軌道誤差、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ１´，Ｎ２´…法線方向、Ｏ…現在位置、ＰＰ…プローブ位置、Ｒ…測定子の半径、Ｖ…速度合成ベクトル、Ｖｃ…軌道修正ベクトル、Ｖｅ…押込み修正ベクトル、Ｖｆ…経路速度ベクトル、Ｗ…被測定物、ｅｕ，ｅｕ´…単位ベクトル、α１，α２，α３…区分角度、θ…角度。
【図１】
0006363436.tif 000014
【図２】
0006363436.tif 000015
【図３】
0006363436.tif 000016
【図４】
0006363436.tif 000017
【図５】
0006363436.tif 000018
【図６】
0006363436.tif 000019
【図７】
0006363436.tif 000020
【図８】
0006363436.tif 000021
【図９】
0006363436.tif 000022
【図１０】
0006363436.tif 000023
【図１１】
0006363436.tif 000024
【図１２】
0006363436.tif 000025
【図１３】
0006363436.tif 000026