(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を倣い測定する倣いプローブによって校正基準を測定して該校正基準の基準座標値を得る予備測定ステップと、
前記倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、
前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記座標変換関数の校正値と前記校正基準の第２の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、
前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップとを備える倣いプローブの校正方法において、
前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正測定ステップと前記座標変換関数校正ステップとを再度実行させる再実行ステップを備え、
前記校正測定ステップが最初に実行される際には、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を単位ベクトルとし、前記校正測定ステップが再実行される際には、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を、前記座標変換関数校正ステップが前回実行された際に算出された座標変換行列とすると共に、
前記プローブベクトル校正ステップは、前記再実行された座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて前記プローブベクトルの校正値を算出する、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項２】
被測定物を倣い測定する倣いプローブによって校正基準を測定して該校正基準の基準座標値を得る予備測定ステップと、
前記倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、
前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記座標変換関数の校正値と前記校正基準の第２の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、
前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップとを備える倣いプローブの校正方法において、
前記校正測定ステップにおける校正測定は、前記校正基準を倣い軌道に沿って倣い測定し、
前記校正測定ステップと前記座標変換関数校正ステップとを複数回だけ実行させる再実行ステップを備え、
前記再実行される校正測定ステップにおいては、再実行毎に、前記校正基準を倣い軌道に沿って倣い測定する前記倣いプローブの倣い速度と、前記倣いプローブと前記校正基準との相対距離、とのいずれかが相違し、
前記再実行される前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果は、前記倣い速度あるいは前記相対距離毎に記憶する、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の倣いプローブの校正方法において、
前記プローブベクトル校正ステップでは、前記再実行された座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正基準を再測定した結果から、前記プローブベクトルの校正値を算出する、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項４】
被測定物を倣い測定する倣いプローブの測定装置への取付姿勢が変更された場合に、該倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを前記取付姿勢に対応するように変換する変換ステップと、
前記変換された、座標変換関数とプローブベクトルとを用いて校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、
前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記変換された座標変換関数の校正値と前記校正基準の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、
前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記変換されたプローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップと、を備え、
前記変換ステップにおける前記座標変換関数の変換は、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を前記倣いプローブの測定装置への取付姿勢に対応するように変更する、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項５】
請求項４に記載の倣いプローブの校正方法において、
前記プローブベクトル校正ステップでは、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正基準を再測定した結果から、前記変換されたプローブベクトルの校正値を算出する、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の倣いプローブの校正方法において、
前記座標変換関数は、前記測長センサ出力と座標変換行列の積の形式である、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の倣いプローブの校正方法において、
前記倣いプローブは接触式倣いプローブであり、
前記プローブベクトル校正ステップでは、前記接触式倣いプローブの接触子の半径を更に求める、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の倣いプローブの校正方法において、
前記校正基準は球であり、前記基準座標値は、該球の中心座標値である、
ことを特徴とする倣いプローブの校正方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の倣いプローブの校正方法をコンピュータに実行させること、
を特徴とした倣いプローブの校正プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、倣いプローブの校正方法に関し、特に被測定物の寸法、形状、うねり、粗さなどの表面性状を測定する倣いプローブの誤差を校正する校正方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の三次元形状を測定する三次元測定機、二次元の輪郭形状を測定する輪郭形状測定機や画像測定機、真円度を測定する真円度測定機、更に被測定物表面のうねりや粗さ等を測定する表面粗さ測定機などの、被測定物表面の輪郭形状、粗さ、うねりなどを測定する表面性状測定機が知られている。これらは接触式あるいは非接触式のセンサーと被測定物を相対的に移動させる案内機構を１軸乃至複数軸備えているものが多い。
【０００３】
これらの案内機構はガイドと送りねじとこの送りねじに螺合されたナットを備え、このナットに結合されたスライダを移動させ、そのスライダの移動をリニヤスケールなどで測定する構成のものが多い。また、必ずしも送りねじを備えず、ガイドとスライダから構成され、手動で移動させられるスライダの変位量をリニヤスケールなどで読み取るものもある。通常はスライダにプローブやＣＣＤカメラなどのセンサーが１種類あるいは複数種類取り付けられている。
これらの用途に用いられるプローブには、タッチ信号プローブと倣いプローブがある。
【０００４】
図６はこのような倣いプローブ１１８を三次元測定機１００のスピンドル１１７の先端に取り付けて用いる場合の例を示している。
この三次元測定機１００は次のように構成されている。
除振台１１１の上には、定盤１１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１２の両側端から立設されたビーム支持体１１３ａ，１１３ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１１４を支持している。ビーム支持体１１３ａは、その下端がＹ軸駆動機構１１５によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１１３ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム支持体１１３ａ、１１３ｂの移動現在位置はＹ軸スケール２４５によって検出される。
【０００５】
ビーム１１４は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１１６を支持する。コラム１１６は、ビーム１１４に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１１６の移動現在位置はＸ軸スケール２４４によって検出される。コラム１１６には、スピンドル１１７がコラム１１６に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１１７の移動現在位置はＺ軸スケール２４６によって検出される。
【０００６】
スピンドル１１７の下端には、接触式の測定子１１９と接触球１２１を備えた倣いプローブ１１８が装着されている。このプローブ１１８が、定盤１１２上に載置された被測定物を測定する。Ｘ軸スケール２４４、Ｙ軸スケール２４５、Ｚ軸スケール２４６には例えば光学式のリニヤスケールなどが使用される。
図７のブロック図に示すように、倣いプローブ１１８にはＸ軸センサ２５１、Ｙ軸センサ２５２、Ｚ軸センサ２５３が内蔵されており、測定子１１９のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への変位に従って、その変位量を各々出力する。
【０００７】
駆動装置２６０には、Ｘ軸駆動機構１０５を駆動するＸ軸駆動回路２６１、Ｙ軸駆動機構１１５を駆動するＹ軸駆動回路２６２、Ｚ軸駆動機構１２５を駆動するＺ軸駆動回路２６３、Ｘ軸スケール２４４の出力を計数するＸ軸カウンタ２６４、Ｙ軸スケール２４５の出力を計数するＹ軸カウンタ２６５、Ｚ軸スケール２４６の出力を計数するＺ軸カウンタ２６６、Ｘ軸センサ２５１の出力を計数するＸ軸Ｐカウンタ２６７、Ｙ軸センサ２５２の出力を計数するＹ軸Ｐカウンタ２６８、Ｚ軸センサ２５３の出力を計数するＺ軸Ｐカウンタ２６９が含まれており、各々は計算機２７０に接続されている。従って、三次元測定機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は計算機２７０の指令によって任意速度で任意位置に位置決めが可能である。又、計算機２７０は各カウンタ２６４〜２６９の計数値を入力して、スピンドル２１７のＸ軸、Y軸、Ｚ軸の各軸の現在位置および倣いプローブ１１８の測定子１１９の現在変位を知ることが出来るように構成されている。
【０００８】
計算機２７０は、駆動装置２６０と情報交換を行うための図示しない接続装置を備えるほかは、公知の計算機と同様で、中央演算装置、記憶装置、入力装置、表示装置、印字装置、出力装置を備えており、記憶装置に格納されたプログラムによって、三次元測定機１００の誤差補正、倣いプローブデータの収集、誤差の算出、誤差の表示、誤差の関数化、補正データの出力などの校正処理全般が自動制御あるいは必要に応じてそれぞれの機能を半自動制御あるいは手動制御される。
【０００９】
計算機２７０と駆動装置２６０との情報交換は通常は有線通信でＩＥＥＥ４８８などの伝送制御手順を利用して行われるが、必要に応じて無線通信や光通信などを用いても良い。
倣いプローブ１１８は、被測定物の位置を連続的に測定することが可能なため、被測定物の複数箇所を測定して輪郭データを密に高速に求めることが容易に出来るので、環境変動の影響を受け難く、全体として高精度測定ができる可能性がある。
【００１０】
このような倣いプローブとしては、特開平5-256640に示されたプローブがある（図８参照）。このプローブは、基台に対してそれぞれ直交方向に移動自在なＸ軸スライダとＹ軸スライダとＺ軸スライダを介して触針が支持されており、この基台及び３つのスライダの間の摺動部には加圧空気が送出され空気軸受けを構成することにより極めて摩擦が少ない案内機構が構成されている。また、この基台とＺ軸スライダ、Ｚ軸スライダとＹ軸スライダと、Ｙ軸スライダとＸ軸スライダとの各々の相対変位を検出するＺ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｘ軸センサの３つのセンサが設けられており、これら３つのセンサによって触針の三次元的な変位量を求めることができるようになっている。
【００１１】
これらのセンサは例えばアブソリュート光学式直線スケールが用いられる。従って、この倣いプローブの触針（測定子）を被測定物の表面に接触させたまま、被測定物に対して倣いプローブを、被測定物の表面方向に相対移動させれば、触針は被測定物の表面の輪郭形状に沿って変位するので、被測定物の輪郭形状データを連続的に収集することが出来る。この場合、輪郭形状データは、倣いプローブから出力される３つのセンサの出力と、三次元測定機の駆動機構の変位を測定するリニヤスケールの値を合成して求める。
なお、触針が被測定物に接触していない場合の倣いプローブのＸ軸スライダ、Ｙ軸スライダ、Ｚ軸スライダの通常停止位置（復帰位置）は、各々のアブソリュートセンサの原点位置とされる。
このように、倣いプローブには高速でデータ収集が可能という特徴を備えているが、反面、タッチ信号プローブに比べて案内機構やセンサなどを内蔵していることから構造が複雑となり、十分な測定精度を確保するのが難しいという問題点がある。
【００１２】
これらの案内機構には加工上の誤差や環境変動によって生じる変形その他による誤差の発生が避けられず、その結果Ｚ軸スライダ、Ｙ軸スライダ、Ｘ軸スライダは正しく移動することができなくなり、このスライダの変位を測定するZ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｘ軸センサで測定された触針の変位を示すデータには誤差が含まれることになる。
例えば図９（ａ）のＸ軸案内機構の模式図を例にして示すと、Ｘ軸スライダがＸ軸方向に変位するとき、Ｘ軸スライダがＸ軸の回りに回転するローリング、Ｘ軸スライダがＹ軸の回りに回転するピッチング、Ｘ軸スライダがＺ軸の回りに回転するヨーイングが発生する。
また、これらの回転運動に起因する誤差の他に、Ｘ軸案内機構の運動の直線性に起因する真直度誤差がある。これには、Ｘ軸スライダがＸ軸方向に変位するとき、Ｙ軸方向に変位するＹ軸真直度誤差と、Ｚ軸方向に変位するＺ軸真直度誤差がある。
【００１３】
さらに、Ｘ軸センサ自体にも、変位量に対する指示値の誤差（指示誤差）が測定全領域に渡って存在する。すなわち、1軸あたり６種類の誤差が考えられるが、これらの誤差の他に直交性に起因する直交誤差があり、三次元倣いプローブの場合には、Ｘ軸とＹ軸、Ｙ軸とＺ軸、Ｚ軸とＸ軸の３種類の直交誤差があるので、少なくとも２１種類の幾何学的な誤差が発生する可能性がある。
すなわち、回転運動に起因する誤差（回転誤差）は、Ｘ軸回りの回転をＡ、Ｙ軸回りの回転をＢ、Ｚ軸回りの回転をＣとすると、Ａ（ｘ）＝Ｘ軸ロール誤差、Ａ（ｙ）＝Ｙ軸ピッチ誤差、Ａ（ｚ）＝Ｚ軸ピッチ誤差、Ｂ（ｘ）＝Ｘ軸ピッチ誤差、Ｂ（ｙ）＝Ｙ軸ロール誤差、Ｂ（ｚ）＝Ｚ軸ヨウ誤差、Ｃ（ｘ）＝Ｘ軸ヨウ誤差、Ｃ（ｙ）＝Ｙ軸ヨウ誤差、Ｃ（ｚ）＝Ｚ軸ロール誤差となる。
真直度誤差は、Ｘ（ｙ）＝Ｘ軸方向のＹ軸真直度誤差、Ｘ（ｚ）＝Ｘ軸方向のＺ軸真直度誤差、Ｙ（ｘ）＝Ｙ軸方向のＸ軸真直度誤差、Ｙ（ｚ）＝Ｙ軸方向のＺ軸真直度誤差、Ｚ（ｘ）＝Ｚ軸方向のＸ軸真直度誤差、Ｚ（ｙ）＝Ｚ軸方向のＹ軸真直度誤差となる。
【００１４】
指示誤差としては、Ｘ（ｘ）＝Ｘ軸指示誤差、Ｙ（ｙ）＝Ｙ軸指示誤差、Ｚ（ｚ）＝Ｚ軸指示誤差となる。
直交誤差は、Ｐｙｘ＝Ｙ軸Ｘ軸間直交誤差、Ｐｚｘ＝Ｚ軸Ｘ軸間直交誤差、Ｐｚｙ＝Ｚ軸Ｙ軸間直交誤差となる。
これらの誤差は、案内機構を介して支持されている測定子の姿勢を変動させて、測定子の正確な位置の決定を困難にし、その結果、測定精度を劣化させることになる。
倣いプローブの場合は、同一の案内機構であっても測定子の長さによって、測定子の姿勢の変動量が変わるので、同一の倣いプローブであっても長さの異なる測定子に交換した場合は、測定誤差が変化する。一般的には、長い測定子を用いた場合の方が測定誤差が大きくなる傾向がある。
【００１５】
図９（ｂ）はＸ軸回りの回転Ａ（Ｘ軸ローリング）が測定子１１９の接触球１２１に与える位置誤差の様子を模式的に示したもので、Ｙ軸方向にｄＹ、Ｚ軸方向にｄＺの誤差が生じることがわかる。
これらの誤差は一般に次式に示す関数処理を行うことによって補正することができる。
Ｃ＝Ｆ（ｓ）
ここで、ｓは倣いプローブのＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｚ軸センサの出力を示し、また、Ｃは補正後の倣いプローブの座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で、両者ともベクトルである。
【００１６】
この式は、座標変換行列Ｋを用いて、次のようにあらわすこともできる。
Ｃ＝Ｋ・ｓ
すなわち、座標変換行列Ｋが求まれば、倣いプローブのセンサ出力は補正することが出来る。
更に倣いプローブの校正において考慮すべきものとして、プローブベクトルＰ及び補正ボール径ｒがある。プローブベクトルＰはスピンドルの基準位置から、測定子先端の接触球１２１の中心位置までのオフセットを与えるものであり、プローブが交換された場合に、このプローブベクトルも新しいプローブに対応するものを用いれば、プローブが異なっても、同一のパートプログラムを使用可能にする。また、補正ボール径ｒは測定子先端の接触球１２１の半径を与えるものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、倣いプローブにおいては、座標変換行列Ｋ、プローブベクトルＰ、補正ボール径ｒを求めることによって校正が行われる。
これらの校正作業は通常、図１０に示すように次のようにして行われる。
（ａ）倣いプローブ１１８を三次元測定機のスピンドル１１７の先端に取り付ける。（ステップ３２０）
（ｂ）倣いプローブ１１８の接触球１２１を基準球１２０に押込んで４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における倣いプローブのセンサ出力（以下、センサ出力）と三次元測定機の駆動機構のスライダ変位を測定するリニヤスケール出力（以下、リニヤスケール出力）を合成した座標値から、基準球１２０の第１の中心座標値を算出する。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。（ステップ３３０）
【００１８】
（ｃ）基準球１２０の第１の中心座標値、基準球の半径値（既知）、仮のプローブベクトルＰ（プローブ設計図面から求まる設計値）、仮の補正ボール径ｒ（プローブ設計図面から求まる設計値）、を用い、座標変換行列Ｋは単位ベクトルを用いて、点測定による基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、２００乃至３００点程度とする。（この測定は手動で行っても良いが、膨大な測定時間を要することから、通常はパートプログラムを作成して自動測定を行う。）（ステップ３４０）
（ｄ）点測定による基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値（センサ出力とリニヤスケール出力）を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値（ステップ３３０で求めた値より正確である）を求めると共に、座標変換行列Ｋを求める。（ステップ３５０）
（ｅ）座標変換行列Ｋを用いて、プローブベクトルＰ、補正ボール径ｒを求める。（ステップ３６０）
【００１９】
以上の（ａ）から（ｅ）の校正処理は、プローブを交換した場合や、プローブ取付姿勢を変更した場合にもその都度行う必要がある上、その作業には温度管理の徹底など、細心の注意を要する。従って、これらの校正作業は熟練した校正作業者が多大な時間を費やして行う必要があるが、それにもかかわらず、必ずしも十分な校正精度が得られていなかった。
【００２０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、倣いプローブの校正の高精度化が可能な校正方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、被測定物を倣い測定する倣いプローブによって校正基準を測定して該校正基準の基準座標値を得る予備測定ステップと、前記倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記座標変換関数の校正値と前記校正基準の第２の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップとを備える倣いプローブの校正方法において、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正測定ステップと前記座標変換関数校正ステップとを再度実行させる再実行ステップを備え、前記校正測定ステップが最初に実行される際には、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を単位ベクトルとし、前記校正測定ステップが再実行される際には、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を、前記座標変換関数校正ステップが前回実行された際に算出された座標変換行列とすると共に、前記プローブベクトル校正ステップは、前記再実行された座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて前記プローブベクトルの校正値を算出する、ことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、予備測定を行って校正基準の概略の基準座標値を求めた後、この校正基準を測定するパートプログラムを作成、測定実行する。その結果から一旦、仮の座標変換関数と基準座標値を求め、その結果を基にして再度パートプログラムを作成、測定実行させて、その結果から再度、座標変換関数と基準座標値を求めるので、１回目のパートプログラムによる校正基準測定結果よりも２回目のパートプログラムによる校正基準測定結果のほうが高い精度で測定ができる。従って、座標変換関数とプローブベクトルを、より高精度で求めることが出来るので、倣いプローブの校正精度が向上する。
【００２３】
また、本発明は、被測定物を倣い測定する倣いプローブによって校正基準を測定して該校正基準の基準座標値を得る予備測定ステップと、前記倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記座標変換関数の校正値と前記校正基準の第２の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップとを備える倣いプローブの校正方法において、前記校正測定ステップにおける校正測定は、前記校正基準を倣い軌道に沿って倣い測定し、前記校正測定ステップと前記座標変換関数校正ステップとを複数回だけ実行させる再実行ステップを備え、前記再実行される校正測定ステップにおいては、再実行毎に、前記校正基準を倣い軌道に沿って倣い測定する前記倣いプローブの倣い速度と、前記倣いプローブと前記校正基準との相対距離、とのいずれかが相違し、前記再実行される前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果は、前記倣い速度あるいは前記相対距離毎に記憶する、ことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、予備測定を行って校正基準の概略の基準座標値を求めた後、この校正基準を測定するパートプログラムを作成、測定実行し、その結果から座標変換関数の校正値を求める。この際、パートプログラムを作成、測定実行、校正値算出を複数回実行させ、その１回毎に倣い速度と、倣いプローブと校正基準との相対距離（接触式プローブの場合は押込み量）、とのいずれかを異なる条件にしておく。この結果、異なる倣い速度と押込み量毎の、座標変換関数とプローブオフセットを求めることができる。このようにすれば、実際の被測定物の倣い測定において、この倣い速度と押込み量が最も近い座標変換関数と、プローブオフセットを用いれば、より精度の高い誤差補正を行うことが出来る。
【００２５】
また、本発明は、前記プローブベクトル校正ステップでは、前記再実行された座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正基準を再測定した結果から、前記プローブベクトルの校正値を算出することが好ましい。
このようにすれば、より精度の高い座標変換関数と基準座標値を用いて再度、高精度で校正基準を測定することが出来るので、より高い精度でプローブオフセットを求めることが出来る。
【００２６】
さらに、本発明は、被測定物を倣い測定する倣いプローブの測定装置への取付姿勢が変更された場合に、該倣いプローブの測長センサの出力を校正する座標変換関数と、測定子のオフセットを示すプローブベクトルとを前記取付姿勢に対応するように変換する変換ステップと、前記変換された、座標変換関数とプローブベクトルとを用いて校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記変換された座標変換関数の校正値と前記校正基準の基準座標値とを算出する座標変換関数校正ステップと、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果から前記変換されたプローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップと、を備え、前記変換ステップにおける前記座標変換関数の変換は、前記座標変換関数に含まれる座標変換行列を前記倣いプローブの測定装置への取付姿勢に対応するように変更する、ことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、倣いプローブの取付姿勢が変更された場合に、姿勢変更前の座標変換関数とプローブベクトルを姿勢変更量に対応するように変換し、その結果を用いて校正基準を測定するパートプログラムを作成、測定実行して、その結果から座標変換関数と基準座標値を求めるので、姿勢変更後に行う１回のみの校正測定であっても、高い精度で座標変換関数と基準座標値を求めることが出来る。さらにプローブオフセットの校正値の精度も高い。従って、高精度で倣いプローブ校正を行う必要がある場合であっても、校正時間を短縮できるので、被測定物測定のための段取り時間が短くなり、全体として測定効率が向上する。
【００２８】
また、本発明は、前記プローブベクトル校正ステップでは、前記座標変換関数校正ステップにおける算出結果を用いて、前記校正基準を再測定した結果から、前記変換されたプローブベクトルの校正値を算出する、ことが好ましい。このようにすれば、より高精度で求められた座標変換関数と基準座標値を用いて、精度の高い校正基準測定が行えるので、プローブベクトルの校正値を高精度で算出できる。
【００２９】
さらに、本発明は、前記座標変換関数は、前記測長センサ出力と座標変換行列の積の形式である、ことが好ましい。このようにすれば、計算処理が容易となる。
また、本発明は、前記倣いプローブは接触式倣いプローブであり、前記プローブベクトル校正ステップでは、前記接触式倣いプローブの接触子の半径を更に求める、ことが好ましい。このようにすれば、実際の測定において、被測定物表面と測定子中心とのオフセットを正確に求めることができる。
さらに、本発明は、前記校正基準は球であり、前記基準座標値は、該球の中心座標値である、
ことが好ましい。このようにすれば、精密加工が容易な球を用いて、極めて高精度な倣いプローブの校正を行うことが出来る。
【００３０】
また、本発明による倣いプローブの校正方法をコンピュータに実行させる校正プログラムとすることが好ましい。このようにすれば、例えば、安価な汎用のコンピュータを用いて、そのコンピュータに本プログラムを実行させることが容易になり、本発明の利用促進を大幅に図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は、第１実施形態にかかる倣いプローブの校正方法を示す。
まず、ステップ１０で処理を開始し、次に倣いプローブ１１８を三次元測定機のスピンドル１１７の先端に取り付け、基準球の半径値（校正済で既知）、仮のプローブベクトルＰ（プローブ設計図面から求まる設計値）、仮の補正ボール径ｒ（プローブ設計図面から求まる設計値）などを計算機２７０へ入力して校正の準備を行う。（ステップ２０）
【００３２】
次に、倣いプローブ１１８の接触球１２１を基準球１２０に押込んで４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における倣いプローブのセンサ出力と三次元測定機の駆動機構の変位を測定するリニヤスケール出力を合成した座標値から、基準球１２０の第１の中心座標値を算出する。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。（ステップ３０）
【００３３】
その後、基準球１２０の第１の中心座標値、基準球の半径値（既知）、仮のプローブベクトルＰ（プローブ設計図面から求まる設計値）、仮の補正ボール径ｒ（プローブ設計図面から求まる設計値）を用い、座標変換行列Ｋは単位ベクトルを用いて、点測定による第１の基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、２００乃至３００点程度とする。（ステップ４０）
次に、点測定による第１の基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値（センサ出力とリニヤスケール出力）を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値（ステップ３０で求めた値より正確である）を求めると共に、第１の座標変換行列Ｋを求める。（ステップ５０）
【００３４】
その後、これらの基準球１２０の第２の中心座標値と第１の座標変換行列Ｋを用いて、点測定による第２の基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、５０乃至１００点程度とする。（ステップ６０）
次に、点測定による第２の基準球測定用のパートプログラムを実行して、再度、測定点の座標値を求め、第２の座標変換行列Ｋを求める。（ステップ７０）
この後、第２の座標変換行列Ｋを用いて、基準球１２０の４点以上の点測定を行い、基準球１２０の第３の中心座標値（ステップ５０で求めた値より正確である）、プローブベクトル、補正ボール径を求める。尚、このステップにおける測定処理は手動測定でも良いし、パートプログラムを作成して自動測定としても良いが、自動測定の方が測定精度が高い。（ステップ８０）
その後、ステップ９０において処理を終了する。
【００３５】
この図１に示す第１の実施形態によれば、次に示す効果がある。
（１）単位ベクトルによる座標変換行列Ｋを用いた第１の測定用パートプログラムによる第１の測定によって第１の座標変換行列Ｋを求めた後、この第１の座標変換行列Ｋを用いた第２の測定用パートプログラムによる第２の測定によって第２の座標変換行列Ｋを求めたので、座標変換行列Ｋの誤差が減少する。従って、第２の座標変換行列Ｋによる倣いプローブの校正精度が向上する。
（２）誤差の減少した第２の座標変換行列Ｋを用いて、再度校正測定を行って基準球１２０の中心座標値、プローブベクトルおよび補正ボール径の校正値を求めたので、これらの校正誤差が減少し、倣いプローブの総合校正精度が更に向上する。
【００３６】
次に、図２に第２実施形態にかかる倣いプローブの校正方法を示す。
図２におけるステップ１１０、１２０、１３０はそれぞれ図１に示す第１実施形態のステップ１０、２０、３０と同一であるので、説明は省略する。
ステップ１４０では、基準球１２０の第１の中心座標値、基準球の半径値（既知）、仮のプローブベクトルＰ（プローブ設計図面から求まる設計値）、仮の補正ボール径ｒ（プローブ設計図面から求まる設計値）を用い、座標変換行列Ｋは単位ベクトルを用いて、倣い測定による基準球測定用のパートプログラムを作成する。この測定においては、基準球１２０が球状であるから、倣い軌道も円形となり、例えば図３に示すような軌道となる。ここで、接触球１２１の、基準球１２０に対する押込み量は、所定量（例えば0.1mm、0.2mmなど）になるように軌道を設定する。この場合の測定点は、軌道上において一定距離進む毎あるいは、一定時間毎の位置とし、例えば、軌道1周あたり１００点程度とする。この軌道を進む周速度は所定速度（例えば、0.25mm／sec、0.5mm／secなど）とする。なお、測定は基準球の複数の緯度において行うのが好ましい。
【００３７】
次に、ステップ１５０では、所定の押込み量、所定の周速度によって倣い測定による基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値（センサ出力とリニヤスケール出力）を求め、その結果から、基準球１２０の中心座標値を求めると共に、座標変換行列Ｋを求める。この中心座標値及び座標変換行列Ｋは、押込み量と周速度に固有の値として算出され、記憶される。
その後、ステップ１６０において、所定の押込み量と所定の周速度の全ての測定が終了したか否かを判定し、終了していない場合は、異なる押込み量あるいは異なる周速度を設定してステップ１５０を再実行する。ここで押込み量と周速度については、常に一定の押込み量で複数の周速度としても良いし、一定の周速度で複数の押込み量、あるいは互いに異なる複数の組み合わせとしても良い。要は、ステップ１５０において、中心座標値及び座標変換行列Ｋが、押込み量と周速度に固有の値として算出されて記憶されれば良い。
【００３８】
ステップ１６０において所定の測定が終了した場合は、次にステップ１７０を実行する。
ステップ１７０では、ステップ１５０において記憶したそれぞれの座標変換行列Ｋを用いて、基準球１２０の４点以上の点測定を行い、基準球１２０の中心座標値、プローブベクトル、補正ボール径を求める。この中心座標値、プローブベクトル、補正ボール径は、押込み量と周速度に固有の値として算出されて記憶される。尚、このステップにおける測定処理は手動測定でも良いし、パートプログラムを作成して自動測定としても良いが、通常、押込み量と周速度の組み合わせは複数となるので、自動測定の方が能率的且つ高精度である。
その後、ステップ１８０において処理を終了する。
【００３９】
この図２に示す第２の実施形態によれば、第１実施形態における（２）の効果の他に次に示す効果がある。
（３）基準球の周囲を円軌道によって倣い測定しながら、所定の押込み量と周速度で校正測定を行ない、中心座標値、座標変換行列Ｋ、プローブベクトル、補正ボール径が、押込み量と周速度に固有の校正値として算出されるので、実際の倣い測定にあたっては、その押込み量と周速度に最も近い校正値を用いて倣いプローブの校正が行えるので、校正精度がより向上する。
【００４０】
次に図４によって、第３実施形態にかかる倣いプローブの校正方法を示す。
この第３の実施形態にかかる倣いプローブの校正方法は、三次元測定機のスピンドル１１７の先端に取り付けられる倣いプローブの取付姿勢が変更された場合の校正作業の簡単化を図るものである。
倣いプローブの取付姿勢の変更は例えば、図５（ａ）に示す、ＸＹ平面内における回転、あるいは図５（ｂ）に示すＹＺ平面内における回転、その他、ＸＺ平面内における回転、さらにそれらの複合が有る。このような倣いプローブの姿勢変更を行った場合に、図３に示す手順によって校正処理を行う。
【００４１】
まず、ステップ２１０によって処理を開始する。この処理においては、倣いプローブの基準姿勢（通常はＸＹ平面内、ＹＺ平面内、ＸＺ平面内のいずれの回転角度も０度）における校正処理が従来技術あるいは本発明の第１実施形態などによって既に行われており、基準姿勢における座標変換行列Ｋ、基準球１２０の中心座標値、基準球の半径値、プローブベクトルＰ、補正ボール径ｒが求められている状態で実施する。
次に、倣いプローブのスピンドルへの取付姿勢を変更する。この姿勢変更は、手動で行うものでも、あるいは自動で姿勢変更が可能なものであってもいずれでも良い。（ステップ２２０）
その後、基準姿勢における座標変換行列Ｋを姿勢変更状態に従って変更する。（ステップ２３０）
【００４２】
例えば図５（ａ）に示すＸＹ平面内における回転の場合は、次の計算処理によって変更前の座標変換行列Ｋに対して、変更後の座標変換行列Ｋｃを求めることが出来る。
【数１】
0003827548.tif 000002
【００４３】
また、図５（ｂ）に示すＹＺ平面内における回転の場合は、次の計算処理によって変更前の座標変換行列Ｋに対して、変更後の座標変換行列Ｋｃを求めることが出来る。
【数２】
0003827548.tif 000003
【００４４】
さらに、図５（ａ）と図５（ｂ）の両方の回転が与えられた場合は、次の計算処理によって変更前の座標変換行列Ｋに対して、変更後の座標変換行列Ｋｃを求めることが出来る。
【数３】
0003827548.tif 000004
【００４５】
さらに、プローブベクトルＰについても同様に変更後のプローブベクトルＰｃを求めておく。
このようにして姿勢変更後に対応する座標変換行列Ｋｃ、プローブベクトルＰｃを求めた後、この座標変換行列ＫｃとプローブベクトルＰｃ、基準球１２０の中心座標値、基準球の半径値、補正ボール径ｒを用いて、点測定による基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、２００乃至３００点程度とする。（ステップ２４０）
次に、点測定による基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値（センサ出力とリニヤスケール出力）を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値を求めると共に、姿勢変更後の第２の座標変換行列Ｋｃを求める。（ステップ２５０）
この後の、ステップ２６０、２７０の処理は、第１実施形態におけるステップ８０、９０と同一であるので、説明を省略する。
【００４６】
この図４に示す第３の実施形態によれば、第１実施形態における（２）の効果の他に次に示す効果がある。
（４）基準姿勢における座標変換行列ＫとプローブベクトルＰを、姿勢変更量に応じて変更して用い、それによって基準球測定を行うので、単位ベクトルを用いる場合に比べて校正精度が格段に向上する。
【００４７】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、図１に示す第１実施形態では、基準球測定の繰返し数は２回に限定して説明したが、３回以上としても良く、このようにすればさらに高精度な倣いプローブ校正が可能となる。
また、図２に示す第２実施形態では、基準球測定の繰返し数は１回に限定して説明したが、２回以上としても良く、このようにすればさらに高精度な倣いプローブ校正が可能となる。
さらに、各実施形態においては、接触式の倣いプローブに限って説明したが、非接触倣いプローブであっても良い。
【００４８】
また、倣いプローブの測長センサ出力の補正は、座標変換行列を用いて行う場合に限って説明したが、一般的な関数を用いて測長センサ出力の補正を行うものであっても良い。
さらに、校正基準としては、基準球に限って説明したが、精密加工されたゲージブロックなどを用いても良い。
また、測定装置としては三次元測定機を用いる場合に限って説明したが、その他の輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機などに用いられる接触あるいは非接触形の倣いプローブであっても、本発明によって高精度な校正を行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、倣いプローブの校正を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る第２実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図３】同第２実施形態の校正方法の説明図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図５】同第３実施形態の校正方法の説明図である。
【図６】本発明を実施する三次元測定機の斜視図である。
【図７】同三次元測定システムのブロック図である。
【図８】本発明を実施する倣いプローブの断面図である。
【図９】倣いプローブの回転誤差を示す模式図である。
【図１０】従来技術による倣いプローブの校正方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００  三次元測定機
１１８  倣いプローブ
１１９  測定子
１２０  基準球
１２１  接触球
２６０  駆動装置
２７０  計算機
【図１】
0003827548.tif 000005
【図２】
0003827548.tif 000006
【図３】
0003827548.tif 000007
【図４】
0003827548.tif 000008
【図５】
0003827548.tif 000009
【図６】
0003827548.tif 000010
【図７】
0003827548.tif 000011
【図８】
0003827548.tif 000012
【図９】
0003827548.tif 000013
【図１０】
0003827548.tif 000014