(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触する先端球を先端に有するスタイラス、及び前記スタイラスが装着されたプローブ本体を有する倣いプローブと、
前記倣いプローブを支持し、移動可能に設けられたスライダと、
前記スライダの移動量を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの前記先端球の、前記倣いプローブ及び前記スライダの支持部に対する変位量を検出する先端球変位検出部と、
前記スケール部により検出された前記移動量、前記先端球変位検出部により検出された前記変位量、及び測定誤差を補正する補正用フィルタに基づいて測定値を算出する演算部と、を備え、
前記演算部は、
校正基準体の測定により前記スケール部で検出された前記移動量及び前記先端球変位検出部で検出された前記変位量を用いて、前記変位量を前記スケール部における座標系に関連付ける補正行列の対角成分を算出し、当該対角成分から前記補正用フィルタにおける補正係数を算出して前記補正用フィルタを設定する補正用フィルタ設定手段を有する
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、
前記補正用フィルタ設定手段は、前記倣いプローブに対する前記補正行列の対角成分と、前記倣いプローブに対する前記補正係数との関係を示す係数算出用関数又はテーブルデータを用い、前記補正用フィルタにおける補正係数を算出する
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、
前記演算部は、複数種のスタイラスを前記プローブ本体に順次装着して前記校正基準体を測定することで算出された各倣いプローブに対する前記補正行列の対角成分と、前記各倣いプローブのそれぞれに対する前記補正用フィルタの補正係数とに基づいて、前記係数算出用関数又はテーブルデータを生成する関数生成手段を備える
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記補正用フィルタは、前記補正係数として、零点の角周波数、極の角周波数、零点の減衰率、及び極の減衰率を含み、
前記補正用フィルタ設定手段は、少なくとも前記零点の角周波数を算出する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
被測定物に接触する先端球を先端に有するスタイラス、及び前記スタイラスが装着されたプローブ本体を有する倣いプローブと、
前記倣いプローブを支持し、移動可能に設けられたスライダと、
前記スライダの移動量を検出するスケール部と、
前記倣いプローブの前記先端球の、前記倣いプローブ及び前記スライダの支持部に対する変位量を検出する先端球変位検出部と、を備えた形状測定装置の形状測定方法であって、
校正基準体の測定により前記スケール部で検出された前記移動量及び前記先端球変位検出部で検出された前記変位量を用いて、前記変位量を前記スケール部における座標系に関連付ける補正行列の対角成分を算出し、当該対角成分から補正係数を算出して補正用フィルタを設定し、
設定された前記補正用フィルタと、前記スケール部により検出された前記移動量と、前記先端球変位検出部により検出された前記変位量と、に基づいて測定値を算出する
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、形状測定装置、及び形状測定装置における形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、倣いプローブを用いて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。このような形状測定装置において、倣いプローブによる円測定等を行うと、機械直交座標の象限切り替え時（各軸の運動方向反転時）に、突起状に形成された運動誤差（象限突起）が発生し、これによる測定誤差が発生する。
これに対して、このような象限突起による測定誤差の発生を補正する形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の装置は、スケール部からスライダ先端までの周波数伝達特性を考慮した補正用フィルタを用い、象限突起による測定誤差を補正している。また、特許文献２に記載の装置は、スケール部からプローブ先端球までの周波数伝達特性を考慮した補正用フィルタを用い、さらに、特許文献３に記載の装置は、スケール部からプローブ先端球までの周波数伝達特性の逆特性を考慮した補正用フィルタを用いて、象限突起による測定誤差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１５８９７号公報
【特許文献２】特開２０１４−６６６９３号公報
【特許文献３】特開２０１４−９８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献２〜３では、事前に倣いプローブに対応した補正係数を有する補正用フィルタを用いることで、象限突起による測定誤差を補正している。このため、倣いプローブのスタイラスを交換した場合では、補正用フィルタによる補正効果が十分に得られないという課題があり、十分な補正効果を得るために操作者が交換したスタイラスを装着する倣いプローブに対応した補正係数を入れ直す必要がある等の煩雑な作業が伴うという課題があった。
【０００６】
本発明は、測定誤差を補正する補正用フィルタを容易に設定可能で、かつ、高精度な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】
【０００７】
本発明の形状測定装置は、被測定物に接触する先端球を先端に有するスタイラス、及び前記スタイラスが装着されたプローブ本体を有する倣いプローブと、前記倣いプローブを支持し、移動可能に設けられたスライダと、前記スライダの移動量を検出するスケール部と、前記倣いプローブの前記先端球の、前記倣いプローブ及び前記スライダの支持部に対する変位量を検出する先端球変位検出部と、前記スケール部により検出された前記移動量、前記先端球変位検出部により検出された前記変位量、及び測定誤差を補正する補正用フィルタに基づいて測定値を算出する演算部と、を備え、前記演算部は、校正基準体の測定により前記スケール部で検出された前記移動量及び前記先端球変位検出部で検出された前記変位量を用いて、前記変位量を前記スケール部における座標系に関連付ける補正行列の対角成分を算出し、当該対角成分から前記補正用フィルタにおける補正係数を算出して前記補正用フィルタを設定する補正用フィルタ設定手段を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、スタイラスがプローブ本体に装着された倣いプローブを用いて校正基準体の測定（倣いプローブの校正処理）を行う。そして、補正用フィルタ設定手段は、その校正処理により得られるスケール部の検出値（スライダの移動量）と、先端球変位検出部の検出値（先端球の変位量）とに基づいて、補正行列の対角成分を算出して、当該対角成分から象限突起による測定誤差を補正するための補正係数を算出して補正用フィルタを設定する。
そして、被測定物の測定時では、例えばスケール部からプローブ先端球までの周波数伝達特性の逆特性に基づく補正用フィルタを用いる場合では、先端球変位検出部の検出値に対して設定された補正用フィルタを適用して補正し、補正された検出値と、スケール部からの検出値とを加算して測定値を得る。また、例えばスケール部からプローブ先端球までの周波数伝達特性に基づく補正用フィルタを用いる場合では、スケール部の検出値に対して設定された補正用フィルタを適用して補正し、補正された検出値と、先端球変位検出部からの検出値とを加算して測定値を得る。
このような構成により、倣いプローブのスタイラスが交換された場合でも、交換されたスタイラスの長さ等の条件に応じた最適な補正係数を含む補正用フィルタを容易に設定することができる。すなわち、操作者が交換したスタイラスを装着した倣いプローブに対応した補正係数を入力し直す必要がなく、かつ、倣いプローブに応じた最適な補正係数により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、前記補正用フィルタ設定手段は、前記倣いプローブに対する前記補正行列の対角成分と、前記倣いプローブに対する前記補正係数との関係を示す係数算出用関数又はテーブルデータを用い、前記補正用フィルタにおける補正係数を算出することが好ましい。
【００１０】
本発明では、補正用フィルタ設定手段は、倣いプローブに対する補正行列の対角成分と、倣いプローブに対する補正係数との関係を示した係数算出用関数又はテーブルデータに基づいて、補正用フィルタにおける補正係数（形状測定装置に装着された倣いプローブに対応した補正係数）を算出する。
このような係数算出用関数を用いることで、倣いプローブのプローブ本体にどのようなスタイラスが装着された場合でも、倣いプローブの校正処理を行い、補正行列の対角成分を算出することで、倣いプローブに対応した適切な補正係数を容易に算出することができ、処理の高速化を図ることができる。
【００１１】
本発明の形状測定装置において、前記演算部は、複数種のスタイラスを前記プローブ本体に順次装着して前記校正基準体を測定することで算出された各倣いプローブに対する前記補正行列の対角成分と、前記各倣いプローブのそれぞれに対する前記補正用フィルタの補正係数とに基づいて、前記係数算出用関数又はテーブルデータを生成する関数生成手段を備えることが好ましい。
本発明では、関数生成手段により、係数算出用関数又はテーブルデータを生成する。すなわち、形状測定装置において、複数種のスタイラスをプローブ本体に順次装着して倣いプローブの校正処理（校正基準体の測定）を実施し、関数生成手段は、この校正処理により得られる各倣いプローブのそれぞれに対する補正行列の対角成分と、各倣いプローブのそれぞれに対する補正係数とに基づいて、係数算出用関数を算出する。又は、関数生成手段は、各倣いプローブのそれぞれに対する補正行列の対角成分と、各倣いプローブのそれぞれに対する補正係数とを関連付けたテーブルデータを生成する。
このような構成により、例えば測定環境の変化や倣いプローブの経年変化等の測定条件の変化が生じた場合でも、現在の測定条件に対して最適な係数算出用関数又はテーブルデータを生成することができる。したがって、補正用フィルタ設定手段は、当該係数算出用関数又はテーブルデータを用いて、高精度な形状測定を実施可能な補正係数を算出することができる。
【００１２】
本発明の形状測定装置において、前記補正用フィルタは、前記補正係数として、零点の角周波数、極の角周波数、零点の減衰率、及び極の減衰率を含み、前記補正用フィルタ設定手段は、少なくとも前記零点の角周波数を算出することが好ましい。
補正用フィルタは、例えば、特開２０１４−６６６９３号公報等に示されるように、零点の角周波数、極の角周波数、零点の減衰率、及び極の減衰率の補正係数と、ラプラス演算子とを用いて算出することができる。なお、零点とは、補正用フィルタが０となる時のラプラス演算子の値を指し、極とは、補正用フィルタが∞となる時のラプラス演算子の値を指す。ここで、本発明では、補正用フィルタ設定手段は、これらの補正係数のうち、少なくとも零点の角周波数を算出する。零点の角周波数は、他の補正係数に比べて、測定誤差の補正に与える影響が大きいので、少なくとも零点の角周波数を算出することで、適正な補正用フィルタを設定することができる。
【００１３】
本発明の形状測定方法は、被測定物に接触する先端球を先端に有するスタイラス、及び前記スタイラスが装着されたプローブ本体を有する倣いプローブと、前記倣いプローブを支持し、移動可能に設けられたスライダと、前記スライダの移動量を検出するスケール部と、前記倣いプローブの前記先端球の、前記倣いプローブ及び前記スライダの支持部に対する変位量を検出する先端球変位検出部と、を備えた形状測定装置の形状測定方法であって、校正基準体の測定により前記スケール部で検出された前記移動量及び前記先端球変位検出部で検出された前記変位量を用いて、前記変位量を前記スケール部における座標系に関連付ける補正行列の対角成分を算出し、当該対角成分から補正係数を算出して補正用フィルタを設定し、設定された前記補正用フィルタと、前記スケール部により検出された前記移動量と、前記先端球変位検出部により検出された前記変位量と、に基づいて測定値を算出することを特徴とすることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、上記発明と同様、倣いプローブの校正処理により得られた補正行列の対角成分に基づいて、補正用フィルタの補正係数を設定する。したがって、例えば倣いプローブのスタイラスが交換される度に、操作者が補正係数を手入力する必要等がなくなり、容易に適切な補正用フィルタを設定することができる。また、交換したスタイラス（倣いプローブ）に対応した補正用フィルタを用いて測定値を算出することで、高精度な測定値を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、倣いプローブに対応した補正用フィルタを容易に設定でき、当該補正用フィルタを用いることで高精度な形状測定を実施可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することができる。
【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の構成を模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態の形状測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態における測定値算出手段及びその周辺機器の制御ブロック図。
【図４】本実施形態の係数算出用関数の導出方法を示すフローチャート。
【図５】本実施形態の補正行列の対角成分の算出処理を示すフローチャート。
【図６】本実施形態の補正行列の対角成分の算出処理における一点測定処理の概略を説明する図。
【図７】本実施形態における補正行列の対角成分と、零点の角周波数との関係を示した係数算出用関数を示す図。
【図８】本実施形態における補正行列の対角成分と、零点の減衰率との関係を示した係数算出用関数を示す図。
【図９】本実施形態の補正用フィルタの設定処理を示すフローチャート。
【図１０】本実施形態におけるリングゲージの測定結果の一例を示す図。
【図１１】従来の補正用フィルタを用いてリングゲージを測定した際の測定結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の形状測定装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、形状測定装置１００の概略構成を示すブロック図である。
形状測定装置１００は、図１に示すように、三次元測定機１及びコンピュータ２を含んで構成される。三次元測定機１及びコンピュータ２は、例えばケーブル３を介して接続されている。なお、三次元測定機１及びコンピュータ２の間に、例えばモーションコントローラ等の別の装置を介してもよく、ケーブル３に替えて、無線通信等により通信可能に接続されていてもよい。
【００１８】
（三次元測定機の構成）
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１が、その上面（ベース面）が水平面（図１のＸＹ平面）と一致するように設置される。定盤１１のＸ方向の一端の上には、Ｙ方向に延びるＹ軸駆動機構１４が設置されている。Ｙ軸駆動機構１４上には、ビーム支持体１２ａが立設されている。これにより、Ｙ軸駆動機構１４は、ビーム支持体１２ａをＹ方向に駆動する。定盤１１のＸ方向の他端の上には、ビーム支持体１２ｂが立設されている。ビーム支持体１２ｂの下端は、エアーベアリングによってＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸方向に延びるビーム１３は、ビーム支持体１２ａ及び１２ｂにより両端のそれぞれが支持され、かつ、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。また、ビーム１３には、コラム１５をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動機構（図示略）が設けられている。コラム１５には、スライダ１６がコラム１５に沿ってＺ軸方向に移動可能に設けられ、スライダ１６をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動機構（図示略）が設けられている。スライダ１６の下端には、倣いプローブ１７が装着されている。
倣いプローブ１７は、スライダ１６に装着されるプローブ本体１７ｃと、プローブ本体１７ｃに対して着脱可能に取り付けられるスタイラス１７ｂとを備える。スタイラス１７ｂの先端には、例えば球状の先端球１７ａが設けられている。
【００１９】
先端球１７ａは、定盤１１上に載せられた被測定物３１に接触し、その基準位置（中立位置）から所定の押し込み量だけ押し込まれる。倣いプローブ１７（プローブ本体１７ｃ）に内蔵された先端球変位検出部１９ａは、押し込み量（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向）、すなわち、先端球１７ａのＸＹＺ座標値（基準位置からの変位量）を検出し、コンピュータ２に出力する。
【００２０】
また、図２に示すように、三次元測定機１は、ＸＹＺ軸駆動部１８及びスケール部１９ｂを有する。ＸＹＺ軸駆動部１８は、倣いプローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動する。スケール部１９ｂは、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って、スライダ１６の各軸方向の移動パルス（スライダ１６の移動量）を出力する。
【００２１】
スケール部１９ｂは、Ｘ軸スケール部１９ｂｘ、Ｙ軸スケール部１９ｂｙ及びＺ軸スケール部１９ｂｚを有する。Ｘ軸スケール部１９ｂｘは、ビーム１３に配置され、コラム１５のＸ軸方向変位を検出する。Ｙ軸スケール部１９ｂｙは、Ｙ軸駆動機構１４の近傍に配置され、ビーム支持体１２ａのＹ軸方向変位を検出する。Ｚ軸スケール部１９ｂｚは、コラム１５に配置され、スライダ１６のＺ軸方向変位を検出する。検出されたスライダ１６の変位情報（スケール部１９ｂから出力されるＸＹＺ軸のそれぞれの移動量）は、先端球変位検出部１９ａにより検出されたＸＹＺ座標値とともに、コンピュータ２に出力される。なお、スケール部１９ｂは、スケール部１９ｂと先端球１７ａの基準位置との間に相対変位が発生していない時の先端球１７ａの基準位置を出力するように調整されている。
【００２２】
（コンピュータの構成）
コンピュータ２は、三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込むと共に、被測定物３１の表面性状算出に必要な演算処理を実行する。コンピュータ２は、図２に示すように、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３、ＣＲＴ２４及びプリンタ２５等を有する。キーボード２２、マウス２３、ＣＲＴ２４及びプリンタ２５については、それぞれ一般的なものを用いることが可能であるので、詳細については説明を省略する。
【００２３】
コンピュータ本体２１は、主として、例えばＨＤＤ、半導体メモリ等により構成される記憶部２１１、及びＣＰＵ等により構成される演算部２１２を有する。
記憶部２１１には、三次元測定機１を駆動させる表面性状測定プログラム、及びその測定により検出された検出値、被測定物３１の設計値などが記憶されている。
演算部２１２は、記憶部２１１に記憶されたプログラムを読み込み、実行することで、三次元測定機１の駆動を制御する。
具体的には、演算部２１２は、図２に示すように、モード設定手段２１３、測定指令手段２１４、関数生成手段２１５、補正用フィルタ設定手段２１６、及び測定値算出手段２１７として機能する。
モード設定手段２１３は、補正係数を求めるための係数算出用関数を生成するための関数設定モード、倣いプローブ１７の校正処理を行う校正モード、及び測定対象の測定を実施する本測定モードを切り替える。
測定指令手段２１４は、三次元測定機１を制御して、各モードに対応した測定を実施する。
関数生成手段２１５は、関数設定モードにおける先端球変位量及びスライダ移動量に基づいて、補正係数を算出するための係数算出用関数を設定する。
補正用フィルタ設定手段２１６は、校正モードにおける先端球変位量及びスライダ移動量と、係数算出用関数に基づいて、補正係数を算出し、補正用フィルタを設定する。
測定値算出手段２１７は、本測定モードにおいて、スケール部１９ｂにより検出されたスライダ移動量と、先端球変位検出部１９ａにより検出された先端球変位量とに基づいて、測定値を算出する。具体的には、測定値算出手段２１７は、補正用フィルタ２１７ａ及び加算器２１７ｂを備える。これらの補正用フィルタ２１７ａ及び加算器２１７ｂについての詳細な説明は後述する。
【００２４】
また、演算部２１２は、キーボード２２及びマウス２３からＩ／Ｆ（インタフェース）を介して入力されたオペレータの指示情報を受け付ける。さらに、演算部２１２は、検出した先端球変位情報及びスライダ変位情報を取り込む。そして、演算部２１２は、これらの入力情報、オペレータの指示情報及び記憶部２１１に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部１８によるスライダ１６の移動、及び被測定物３１の測定値の解析、測定値の補正処理等の各種の処理を実行する。
また、演算部２１２は、キーボード２２やマウス２３から入力された操作者の指示情報に基づいて、各種処理により算出された測定値を、Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介してプリンタ２５に出力する。さらに、演算部２１２は、ＣＲＴ２５を制御して測定結果等を表示出力させる。
さらに、演算部２１２は、外部の図示しないＣＡＤシステム等から、被測定物３１のＣＡＤデータを取得する。
【００２５】
［形状測定装置による形状測定方法］
次に、上述したような形状測定装置１００による形状測定方法について、図面に基づいて説明する。
図３は、演算部２１２における測定値算出手段２１７、及びその周辺機器の制御ブロック図である。
図３に示すように、測定値算出手段２１７は、補正用フィルタ２１７ａ及び加算器２１７ｂを有する。そして、測定値算出手段２１７は、本測定モードにおいて、スケール部１９ｂにより検出されたスライダ移動量Ｄｓをそのまま加算器２１７ｂに入力し、先端球変位検出部１９ａにより検出された先端球変位量Ｄｂを補正用フィルタ２１７ａに入力して、測定空間中の先端球１７ａの誤差が補正された補正済み先端球変位量Ｄｂ＿ｃに補正したうえで、加算器２１７ｂに入力する。そして、加算器２１７ｂは、スライダ移動量Ｄｓと、補正済み先端球変位量Ｄｂ＿ｃとを加算した測定値ＭＶを出力する。
【００２６】
ここで、補正用フィルタ２１７ａは、先端球変位量Ｄｂに、スケール部１９ｂから先端球１７ａまでの周波数伝達特性の逆特性に近似して設定された推定値Ｇ１（ｓ）を補正値として用いる。推定値Ｇ１（ｓ）は、例えば、以下に示す式（１）により示される。
【００２７】
【数１】
0006393156.tif 000002
【００２８】
ただし、式（１）において、ωＺは零点の角周波数、ωＰは極の角周波数、ζＺは零点の減衰率、ζＰは極の減衰率、ｓはラプラス演算子である。ここで、零点とは、推定値Ｇ１（ｓ）が０となるときのｓの値であり、極とは推定値Ｇ１（ｓ）が∞になるときのｓの値である。
本実施形態では、補正用フィルタ設定手段２１６により、式（１）における零点の角周波数ωＺ、及び零点の減衰率ζＺが設定される。また、極の角周波数ωＰは、零点の角周波数ωＺを定数倍した値（ωＰ＝Ｋ・ωＺ、ただしＫは定数）を用い、極の減衰率ζＰは固定値を用いる。以降、零点の角周波数ωＺ、及び零点の減衰率ζＺの算出方法について具体的に説明する。
【００２９】
（係数算出用関数の算出）
本実施形態の形状測定装置１００では、補正係数（零点の角周波数ωＺ、零点の減衰率ζＺ-）を設定するために、まず、関数生成手段２１５により、補正係数を設定するための係数算出用関数を算出する。
図４は、形状測定装置１００の形状測定方法における係数算出用関数の導出方法を示すフローチャートである。
係数算出用関数を導出する場合、演算部２１２のモード設定手段２１３は、形状測定装置１００の動作モードを関数設定モードに設定する（ステップＳ１）。
そして、関数設定モードでは、関数生成手段２１５は、倣いプローブ１７のスタイラスの種類を示す変数ｉを初期化（ｉ＝１）する（ステップＳ２）。なお、関数設定モードでは、倣いプローブ１７のプローブ本体１７ｃに対して、例えば、長さ、太さ、材質、先端球のサイズ等が異なる複数種類（ｎ種類）のスタイラス１７ｂを順次装着し、各スタイラス１７ｂを装着した際の先端球変位量及びスライダ移動量に基づいて、係数算出用関数を求める。従って、変数ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数となる。
ステップＳ２の後、プローブ本体１７ｃに対して変数ｉに対応したスタイラス１７ｂを装着する（ステップＳ３）。
【００３０】
そして、関数生成手段２１５は、倣いプローブ１７の校正処理を実施して、倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分を算出する（ステップＳ４）。
一般に、測定値の形状測定装置１００における測定において、スケール部１９ｂにより検出されるスライダ移動量ＤｓのＸＹＺ軸の各移動量を（ｘｓ,ｙｓ，ｚｓ）、先端球変位検出部１９ａにより検出される先端球変位量ＤｂのＸＹＺ軸の各変位量を（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）とすると、測定値は、式（２）に示すように、各軸の移動量及び変位量の加算値により算出される。
【００３１】
【数２】
0006393156.tif 000003
【００３２】
これに対して、三次元測定機１のスケール部１９ｂの座標系（マシン座標系）と、先端球変位検出部１９ａの座標系（プローブ座標系）とが一致していない場合、誤差が発生する。このような座標系の不一致による誤差は、下記式（３）に示す補正行列を用いて、プローブ座標系の各値（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）を座標変換する（先端球変位検出部１９ａにより検出された先端球変位量をスケール部１９ｂにおける座標系に関連付ける）ことにより低減することが可能である。
【００３３】
【数３】
0006393156.tif 000004
0006393156.tif 000005
【００３４】
ここで、補正行列の対角成分の算出方法の一例として、図５及び図６を用いて説明する。
図５は、ステップＳ４の補正行列の対角成分の算出方法を示すフローチャートである。図６は、一点接触測定の実施を示す図である。
本実施形態のステップＳ４では、測定指令手段２１４は、例えば、定盤１１上に設置された図１に示されるような基準球６０に対して、先端球１７ａが僅かに触れるようなタッチ測定を実施させる。これにより、基準球６０の中心座標を求める（ステップＳ１１）。
次に、測定指令手段２１４は、先端球１７ａを基準球６０に１点で点接触させた状態で行う測定（以降、一点接触測定と称す）を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向から実施する（ステップＳ１２）。
【００３５】
このステップＳ１２の説明として、Ｘ軸に対する一点接触測定を例示して説明する。
ステップＳ１２では、先端球１７ａがＹ軸、Ｚ軸方向に変位しないように、倣いプローブ１７の２軸を固定する。なお、１軸方向への移動を許容し、他の２軸方向への移動規制を行う構成としては、公知であり、例えば特許第２６２８５２３号等の技術を用いることができる。
【００３６】
次に、図６に示すように、基準球６０の表面における法線方向から、倣いプローブ１７の先端球１７ａを基準球６０の表面に１点で接触させるように、法線方向に移動させる。この場合、先端球１７ａを、基準球６０の近接位置から基準球６０に近づくように移動させる。このとき、基準球６０に先端球１７ａが接触した後において、先端球変位検出部１９ａの検出値が所定値に達するまで移動させ、先端球変位検出部１９ａとスケール部１９ｂとから出力される検出値（先端球変位量及びスライダ移動量）をそれぞれ取得し続ける。
【００３７】
そして、先端球変位検出部１９ａの検出値が所定値に達した後、先端球１７ａの移動を反転させる。その後、先端球１７ａが基準球６０から離れるまで先端球１７ａを法線方向に移動させる。この反転後も、先端球変位検出部１９ａとスケール部１９ｂとから出力される検出値を取得し続ける。つまり、先端球１７ａが基準球６０に接触してから離れるまで、先端球変位検出部１９ａとスケール部１９ｂとから出力される検出値をそれぞれ取得し続ける。
また、測定指令手段２１４は、上記の一点接触測定を、Ｙ軸及びＺ軸についても同様に実施する。
【００３８】
この後、関数生成手段２１５は、先端球変位検出部１９ａから出力される検出値（先端球変位量）とスケール部１９ｂから出力される検出値（スライダ移動量）とに基づく補正行列の対角成分Ａ１１，Ａ２２，Ａ３３の算出処理を実施する（ステップＳ１３）。
上記ステップＳ１２では、先端球１７ａが他軸方向に変位しないように、倣いプローブ１７の２軸を固定した状態で１軸方向に移動させている。このため、移動が規制された２軸方向に対して、スケール部１９ｂ及び先端球変位検出部１９ａの検出値は「零」になる。また、移動が許容された１軸方向の変位に関しては、基準球６０に先端球１７ａが1点で接触している状態で検出値の取得を行っているため、三次元測定機１におけるスケール部１９ｂによる検出値と、補正行列による座標変換後の先端球変位検出部１９ａによる検出値とは、絶対値が等しく、符号が反転するはずである。つまり、例えばＸ軸方向に対して、三次元測定機検出値とプローブ検出値は、式（４）を満たす。なお、Ｙ軸、Ｚ軸方向に関しても同様である。
【００３９】
【数４】
0006393156.tif 000006
0006393156.tif 000007
0006393156.tif 000008
【００４０】
ステップＳ１３では、関数生成手段２１５は、上記式（４）に最小二乗法等を適用して直線近似を行う。これにより、補正行列の対角成分Ａ１１が容易に算出される。同様の方法で、Ｙ軸、Ｚ軸方向に対して実施した一点接触測定の検出値に基づいて、対角成分Ａ２２,Ａ３３を算出することができる。
【００４１】
図４に戻り、ステップＳ４の後、関数生成手段２１５は、倣いプローブ１７に対する補正用フィルタ２１７ａの補正係数を推定する（ステップＳ５）。
このステップＳ５では、関数生成手段２１５は、例えば、特開２００７−３１５８９７号公報に示される方法を用いて、補正係数を算出する。
【００４２】
つまり、定盤１１にゲージブロック等のＸＹ平面、ＹＺ平面、及びＺＸ平面が規定されたワーク（基準体）を、ＸＹ平面、ＹＺ平面、及びＺＸ平面の各面が、三次元測定機１のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向と一致するように設置する。
そして、測定指令手段２１４は、ＸＹＺ軸駆動部１８に指令を出力し、Ｙ軸駆動機構１４によりスライダ１６をＹ軸方向へ移動させ、倣いプローブ１７の先端球１７ａがワークのＸＺ面に所定量押し込まれる（先端球１７ａがＹ軸方向に所定量シフトする）ように、先端球１７ａをワークに接触させる。その後、測定指令手段２１４は、三次元測定機１のスライダ１６が所定時間Ｙ軸方向に往復運動するようにＹ軸駆動機構１４に指令を与える。この時、先端球変位検出部１９ａから出力される各軸方向への移動量と、スケール部１９ｂから出力される各軸方向への変位量の振幅及び位相とをそれぞれ記録する。なお、この往復運動に際しては、通常は正弦波状に往復運動をさせることが好ましい。
次に同様の方法で、異なる往復運動の時間（往復の周期、 あるいは往復の周波数）で、それぞれのスライダ移動量と、先端球変位量の振幅及び位相とを記録する。
このようにして求めた各周期（各周波数）における振幅と位相との情報から、Ｙ軸スケール部１９ｂｙから先端球１７ａまでの周波数伝達特性の推定値（周波数伝達関数）を求め、分母と分子を入れ替えることにより、推定値Ｇ１（ｓ）の補正係数を求めることができる。
なお、Ｘ軸、Ｚ軸についても同様であり、測定指令手段２１４は、ＸＹＺ軸駆動部１８に指令を出力して、Ｘ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構を同様に駆動させることで、各軸方向の伝達関数を求めることができる。
【００４３】
ここで、Ｙ軸スケール部１９ｂｙから先端球１７ａまでの周波数伝達特性と、Ｘ軸スケール部１９ｂｘから先端球１７ａまでの周波数伝達特性と、Ｚ軸スケール部１９ｂｚから先端球１７ａまでの周波数伝達特性とは、それぞれ特性が必ずしも一致しないので、伝達関数としては通常異なるものとなる。
また、この伝達関数は、例えば三次元測定機１のビーム支持体１２ａ、１２ｂの位置（例えば図１において手前側か中央部か奥側か）に応じて異なる場合がある。
このような場合は、スライダ１６のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の所定位置ごとに伝達関数を求めておき、スライダ１６のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向位置に対応する伝達関数を用いることによって、補正用フィルタ２１７ａの精度をより高くすることができる。
【００４４】
さらに、上記の補正用フィルタ２１７ａの算出方法では、Ｙ軸駆動機構１４に往復指令を与えた際には、先端球変位検出部１９ａの出力はＹ軸成分のみが出力され、他の軸（Ｘ、Ｚ軸）の成分には変化が生じないことを前提としているが、実際にはＹ軸のみに往復指令を与えても、Ｘ、Ｚ軸成分に変化が現れることがある。つまり、ビーム支持体１２ａ、１２ｂをＹ軸方向（図１の手前／奥行き方向）に振動させた場合、倣いプローブ１７の先端球１７ａにＸ軸方向あるいはＺ軸方向の振動が生じる場合がある。このような異軸方向の振動が生じる場合、その成分に基づく伝達関数を求めておき、補正用フィルタ２１７ａによって先端球１７ａの変位の推定をより正確に行うことができる。なお、異軸成分を求める際には、例えば、倣いプローブ１７の先端球１７ａがワークのＹ軸方向に所定量押し込まれるように接触させるのみではなく、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向においても先端球１７ａを拘束することが好ましい。例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向への自由度がなく、各軸の回転方向には自由度のある回転継手などを用いて先端球１７ａを定盤１１に固定しても良い。
【００４５】
上記ステップＳ５の後、関数生成手段２１５は、変数ｉがｎであるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、「Ｎｏ」と判定された場合は、変数ｉに１を加算し（ステップＳ７：ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ３に戻り、異なる種類のスタイラス１７ｂをプローブ本体１７ｃに装着する。
【００４６】
ステップＳ６において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、関数生成手段２１５は、ステップＳ４により算出された補正行列の対角成分と、ステップＳ５により算出されたフィルタの補正係数との関係を示す関数を生成する（ステップＳ８）。
【００４７】
図７及び図８は、Ｘ軸方向に対する補正係数と、補正行列の対角成分Ａ１１との関係を示す関数を示す図である。なお、図７及び図８において、白丸は、係数算出用関数を用いるために用いたｎ種のスタイラス１７ｂをプローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対応している。
図７に示すように、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対して算出された、補正行列の対角成分Ａ１１と、Ｘ軸方向に対して算出された零点の角周波数ωＺとに基づいて、対角成分Ａ１１に対する補正係数ωＺ（零点の角周波数）の関係を近似した関数を導き出す。
具体的には、関数生成手段２１５は、下記式（５）に示される対角成分Ａ１１に対する補正係数ωＺの近似関数を導き出す。
【００４８】
【数５】
0006393156.tif 000009
0006393156.tif 000010
【００４９】
また、同様に、図８に示すように、関数生成手段２１５は、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対して算出された、補正行列の対角成分Ａ１１と、Ｘ軸方向に対して算出された零点の減衰率ζＺとに基づいて、対角成分Ａ１１に対する補正係数ζＺ（零点の減衰率）の関係を近似した関数を導き出す。
具体的には、関数生成手段２１５は、下記式（６）に示される対角成分Ａ１１に対する補正係数ζＺの近似関数を導き出す。
【００５０】
【数６】
0006393156.tif 000011
0006393156.tif 000012
【００５１】
なお、上記図７、図８、式（５）及び式（６）は、Ｘ軸方向に対する補正係数であるが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対しても同様に、係数算出用関数を導出する。Ｙ軸方向に対しては、補正行列の対角成分Ａ２２と、Ｙ軸方向に対して推定された補正係数（零点の角周波数,零点の減衰率）を用いて、係数算出用関数を算出する。また、Ｚ軸方向に対しては、補正行列の対角成分Ａ３３と、Ｚ軸方向に対して推定された補正係数（零点の角周波数,零点の減衰率）を用いて、係数算出用関数を算出する。
【００５２】
（補正用フィルタの設定）
次に、形状測定装置１００における補正用フィルタの設定方法について、図面に基づいて説明する。
図９は、形状測定装置１００の形状測定方法における補正用フィルタの設定処理を示すフローチャートである。
形状測定装置１００による形状測定では、まず、モード設定手段２１３は、形状測定装置１００の動作モードを校正モードに設定する（ステップＳ２１）。
この校正モードでは、補正用フィルタ設定手段２１６は、倣いプローブ１７の校正処理を実施し、倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分を算出する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２は、上述したステップＳ４と同様の処理であり、具体的には、図５に示されるステップＳ１１からステップＳ１３の処理を実施することで、倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分を算出する。
【００５３】
次に、補正用フィルタ設定手段２１６は、ステップＳ８により生成された係数算出用関数に基づいて、ステップＳ２２で算出された補正行列の対角成分の係数（Ａ１１，Ａ２２，Ａ３３）に対応した補正係数（零点の角周波数ωＺ及び零点の減衰率ζＺ）をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれに対して算出する（ステップＳ２３）。なお、極の角周波数ωｐ、及び極の減衰率ζｐに関しては、補正用フィルタ２１７ａにより増幅された検出値の高周波ノイズ成分を低減するための係数であるため、簡素な演算式により求めてもよく、定数を用いてもよい。本実施形態では、上述のように、極の角周波数ωＰとしては、零点の角周波数ωＺを定数倍した値を用い、極の減衰率ζＰとしては、所定の固定値（定数）を用いる。
そして、補正用フィルタ設定手段２１６は、上述した式（１）に、ステップＳ２３で算出された補正係数ωＺ、ζＺを入力して、補正用フィルタの推定値（補正値）Ｇ１（ｓ）を設定する（ステップＳ２４）。
【００５４】
本実施形態では、ステップＳ４により用いた複数種（ｎ種）のスタイラス１７ｂ以外のスタイラスをプローブ本体１７ｃに装着した場合でも、係数算出用関数を用いて適切な補正係数により補正用フィルタを設定することができる。図１０は、係数算出用関数の導出により用いたスタイラス１７ｂ以外のスタイラス１７ｂを用い、本実施形態により算出された補正用フィルタの補正値Ｇ１（ｓ）を適用して、リングゲージを測定した測定結果を示す図である。一方、図１１は、従来の補正用フィルタを用いてスタイラス１７ｂを交換した際（補正係数が、交換されたスタイラスに対応していない場合）に測定されたリングゲージの測定結果を示す図である。
図１１に示すように、従来では、変更されたスタイラス１７ｂに対応した補正用フィルタを用いていないため、象限突起による測定誤差を十分に低減できていない。これに対して、図１０に示すように、本実施形態では、交換されたスタイラス１７ｂに対して、係数算出用関数を用いて補正用フィルタの補正係数を導き出し、当該補正係数を用いた補正用フィルタを用いて測定を実施するため、象限突起による測定誤差が低減された高精度な測定結果が得られる。
【００５５】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の形状測定装置１００は、スタイラス１７ｂが交換された際に、倣いプローブ１７の校正処理を実施する。そして、補正用フィルタ設定手段２１６は、校正処理によりスケール部１９ｂで検出されたスライダ移動量Ｄｓと、先端球変位検出部１９ａで検出された先端球変位量Ｄｂとに基づいて補正行列の対角成分を算出し、補正行列の対角成分に基づいて、象限突起による測定誤差を補正するための補正係数を算出して、その補正係数を用いた補正用フィルタを設定する。
このため、倣いプローブ１７のスタイラス１７ｂが交換された場合でも、交換されたスタイラス１７ｂの長さ等の条件に応じた補正係数を操作者が設定入力することなく、容易に、補正用フィルタを設定することができる。また、スタイラス１７ｂに対応した補正用フィルタの補正値が設定されるので、図１０及び図１１を比較すると分かるように、象限突起による測定誤差を低減した高精度な形状測定を実施することができる。
【００５６】
本実施形態では、補正用フィルタ設定手段２１６は、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分と、当該各倣いプローブ１７に対するそれぞれの補正係数との関係を示した係数算出用関数に基づいて、補正用フィルタに用いる補正係数（形状測定時に用いる倣いプローブ１７に対応する補正係数）を算出する。
このような係数算出用関数を用いることで、プローブ本体１７ｃにどのようなスタイラス１７ｂが装着された場合でも、当該装着されたスタイラス１７ｂを有する倣いプローブ１７の校正処理を行って補正行列の対角成分を算出することで、容易に適切な補正係数を算出することができる。これにより、スタイラス１７ｂに種類によらず、高精度な形状測定を実施でき、かつ、補正用フィルタの設定のための処理負荷も軽減できるので、処理の高速化を図ることができる。
【００５７】
本実施形態では、関数生成手段２１５は、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分と、当該各倣いプローブ１７に対する補正用フィルタの補正係数との関係を示した係数算出用関数を算出する。
係数算出用関数としては、例えば工場出荷時等において、予め記憶部２１１に記憶しておくことも考えられるが、測定環境の変化や、三次元測定機１の経年変化による周波数伝達関数の変化により、補正行列の対角成分に対する補正係数の値が変化する場合がある。これに対して、本実施形態では、上記のように、関数生成手段２１５により、係数算出用関数を算出することができる。すなわち、上記のように、周波数伝達関数が変化した場合でも、係数算出用関数を更新することで、倣いプローブ１７に対する適正な補正係数及び補正用フィルタを設定することができ、測定精度の低下を抑制できる。
【００５８】
本実施形態では、補正用フィルタ設定手段２１６は、式（１）における零点の角周波数ωＺ、及び零点の減衰率ζＺを算出する。極の角周波数ωｐ及び極の減衰率ζｐは、補正用フィルタにより増幅されたノイズ成分を除去するための係数であり、簡単な演算や定数を用いた場合でも、十分な測定精度を維持できる。したがって、それ以外の補正係数ωＺ,ζＺを算出し、極の角周波数ωｐ及び極の減衰率ζｐに簡単な演算や定数を用いることで、例えば全ての補正係数を補正行列の対角成分から算出する場合に比べて、処理の高速化を図ることができる。
【００５９】
［変形例］
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。
例えば、上記実施形態では、補正用フィルタとして、スケール部１９ｂから先端球１７ａまでの周波数伝達特性の逆特性に基づいた補正用フィルタを用いて、先端球変位検出部１９ａからの先端球変位量を補正したが、これに限定されない。例えば、スケール部１９ｂから先端球１７ａまでの周波数伝達特性に基づいた補正用フィルタを用いて、スケール部１９ｂからの移動量を補正し、補正した移動量と先端球変位量とを加算して測定値を得てもよい。この場合でも、上記実施形態と同様の手法により、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着して倣いプローブ１７の校正処理を実施することで、各倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分を算出し、当該各倣いプローブ１７に対する補正係数をそれぞれ推定した上で、これらの補正行列の対角成分及び補正係数から係数算出用関数を導出することができる。また、同様の手法にて、倣いプローブ１７の校正処理を実施することで、プローブ本体１７ｃに装着されたスタイラス１７ｂやプローブ本体１７ｃの特性に応じた倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分を求め、当該対角成分に対応する補正係数を係数算出用関数から算出して、補正用フィルタを設定することができる。
【００６０】
上記実施形態では、関数生成手段２１５により係数算出用関数を生成する構成を例示したが、関数生成手段２１５が設けられなくてもよい。この場合、例えば、三次元測定機１の工場出荷時に予め係数算出用関数を算出して記憶部２１１に記憶しておけばよい。
さらに、上記実施形態において、関数生成手段２１５は、係数算出用関数を生成する例を示したが、例えば、複数種のスタイラス１７ｂをプローブ本体１７ｃに順次装着することで得られる、各倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分と、当該各倣いプローブ１７に対する補正係数とを関連付けたルックアップテーブルデータを生成して記憶部２１１に記憶してもよい。また、上記のように、関数生成手段２１５が設けられない場合では、工場出荷時において、予めルックアップテーブルデータを記憶部２１１に記憶しておいてもよい。ルックアップテーブルを用いて補正係数を算出する場合において、倣いプローブ１７に対する補正行列の対角成分がルックアップテーブルデータ中にない場合、補正用フィルタ設定手段２１６は、例えば内挿等により補正係数を推算してもよい。
【００６１】
上記実施形態では、補正用フィルタ設定手段２１６は、補正係数として、零点の角周波数ωＺ、零点の減衰率ζＺを算出する例を示したが、これに限定されない。補正係数としては、少なくとも零点の角周波数ωＺが算出されていれば、象限突起による測定誤差を従来に比べて十分低減することができる。また、補正係数として、３つ以上の係数に対する係数算出用関数を用いて、３つ以上の係数を算出してもよい。例えば、零点の角周波数ωＺ、零点の減衰率ζＺ、極の角周波数ωＰ、及び極の減衰率ζＰのそれぞれの係数算出用関数を用い、これらの４つの補正係数をそれぞれ算出してもよい。この場合、さらに高精度な形状測定を実施することができる。
【００６２】
上記実施形態において、関数生成手段２１５は、複数種のスタイラス１７ｂを順次プローブ本体１７ｃに装着した際の各倣いプローブ１７に対する補正行列、及び補正係数を求めて、係数算出用関数を算出したが、さらに、プローブ本体１７ｃを順次変更し、各倣いプローブ１７に対する補正行列及び補正係数を求め、係数算出用関数を算出してもよい。形状測定装置１００において、プローブ本体１７ｃを交換する場合、同一仕様のプローブ本体１７ｃを用いることが一般的であるが、製造段階において、同一仕様であっても、各プローブ本体１７ｃで個体差が生じる場合がある。上記のように、プローブ本体１７ｃの変更に伴う係数算出用関数を求めておくことで、当該個体差による影響をも低減することができる。また、プローブ本体１７ｃとして、異なる周波数伝達特性のプローブ本体１７ｃと交換する場合では、複数種のプローブ本体１７ｃを順次変更して、各倣いプローブ１７に対する補正行列及び補正係数を求め、係数算出用関数を算出してもよい。
【００６３】
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】
【００６４】
本発明は、被測定物の形状を倣いプローブを用いて測定する形状測定装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…三次元測定機、２…コンピュータ、１２ａ…ビーム支持体、１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スライダ、１７…倣いプローブ、１７ａ…先端球、１７ｂ…スタイラス、１７ｃ…プローブ本体、１８…ＸＹＺ軸駆動部、１９ａ…先端球変位検出部、１９ｂ…スケール部、１９ｂｘ…Ｘ軸スケール部、１９ｂｙ…Ｙ軸スケール部、１９ｂｚ…Ｚ軸スケール部、３１…被測定物、６０…基準球、１００…形状測定装置、２１１…記憶部、２１２…演算部、２１３…モード設定手段、２１４…測定指令手段、２１５…関数生成手段、２１６…補正用フィルタ設定手段、２１７…測定値算出手段、２１７ａ…補正用フィルタ、２１７ｂ…加算器、Ｄｂ…先端球変位量。
【図１】
0006393156.tif 000013
【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】
0006393156.tif 000019
【図８】
0006393156.tif 000020
【図９】
0006393156.tif 000021
【図１０】
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【図１１】
0006393156.tif 000023