三次元測定機の校正方法および校正治具
【課題】回転テーブル座標系の登録を効率よく行えるとともに高精度が確保できる三次元測定機の校正方法および校正治具を提供すること。
【解決手段】 回転テーブル５０の座標系を登録するために、少なくとも３つの角度位置で回転テーブル５０の表面の基準点の座標位置を測定する。測定には、接触部６１として３つの同径の球体６５を有し、支持部６２として支柱６４および基台６３を有し、プローブ１７の先端球１７Ａに対して３つの接点で同時に接触する校正治具６０を用いる。測定手順として、回転テーブル５０の表面に校正治具６０を設置し、プローブ１７を校正治具６０に近接させ、プローブ１７の先端球１７Ａが３つの球体６５と同時に接触した状態での座標位置を読み取る。
【解決手段】 回転テーブル５０の座標系を登録するために、少なくとも３つの角度位置で回転テーブル５０の表面の基準点の座標位置を測定する。測定には、接触部６１として３つの同径の球体６５を有し、支持部６２として支柱６４および基台６３を有し、プローブ１７の先端球１７Ａに対して３つの接点で同時に接触する校正治具６０を用いる。測定手順として、回転テーブル５０の表面に校正治具６０を設置し、プローブ１７を校正治具６０に近接させ、プローブ１７の先端球１７Ａが３つの球体６５と同時に接触した状態での座標位置を読み取る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに接触する接触子およびワークを載置する回転テーブルを有する三次元測定機の校正方法および校正治具に関る。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワーク（被測定物）に接触する接触子を用いてワークの表面形状を測定する三次元測定機が知られている。このような三次元測定機では、ワークを回転テーブル（ロータリーテーブル）に載置し、測定効率の向上、測定領域の拡大が図られている（例えば、特許文献１参照）。
このような三次元測定機においては、回転テーブルを用いて測定を行なう場合、事前に回転テーブルの座標系の登録が必要である。
図１６に示すように、回転テーブル５０の座標系の登録には、通常、回転テーブル５０の表面の外周近くの点（基準点）に固定したマスターボール９（基準球）が用いられる。マスターボール９は支持用の軸部をねじ孔に螺合させる等により回転テーブル５０の表面に固定される。
【０００３】
このようなマスターボール９を用いて回転テーブル５０の座標系を登録する際には、回転テーブル５０を３つ以上の角度位置（例えば０度，１２０度，２４０度）へと回転させ、各角度位置においてマスターボール９の中心位置（基準点の平面座標位置）の測定を行う。通常、マスターボール９の中心位置の測定には、プローブ１７の先端球１７Ａをマスターボール９表面の赤道上４点と頂点１点に順次接触させ、計５回のポイント測定を行う。
図１７に示すように、３つ以上の基準点（Ｓ１〜Ｓ３）が測定できれば、これらの基準点によって１つの円が特定でき、この円の中心位置を回転テーブル５０の座標の原点Ｏｔと設定し、この円を含む平面に沿ってＸ軸（Ｘｔ）およびＹ軸（Ｙｔ）を設定し、原点Ｏｔを通る同平面の法線をＺ軸（Ｚｔ）として設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６４０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した回転テーブルの座標系の登録では、３つ以上の角度位置で基準点つまりマスターボール中心位置を測定するために、少なくとも１５点のポイント測定が必要となり、測定時間が長大になるという問題がある。
また、マスターボール表面のポイント測定には、各々プロービング誤差（プローブの測定精度による誤差）が避けられず、このようなポイント測定を多点で行うマスターボール中心位置の測定においては多点である分の誤差の累積が避けられない。その結果、前述した回転テーブル座標系の登録の手順を利用した場合、個々のポイント測定におけるプロービング誤差が僅かでも、回転テーブル座標系としての精度が不十分になるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転テーブル座標系の登録を効率よく行えるとともに高精度が確保できる三次元測定機の校正方法および校正治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、三次元測定機の回転テーブルの座標系を登録するために前記回転テーブルの表面の基準点の座標位置を少なくとも３つの角度位置で測定する三次元測定機の校正方法であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する校正治具を用い、
前記回転テーブルの表面に前記校正治具を設置し、前記プローブを前記回転テーブルとは反対側から前記校正治具に近接させ、前記プローブの先端球が全ての前記接点と同時に接触した状態での座標位置を読み取る、ことを特徴とする。
【０００８】
このような本発明では、プローブの先端球が少なくとも３つの接点で校正治具と接触することで、先端球を回転テーブル表面の一点に確定することができ、この位置を基準点として座標測定することができる。
つまり、回転テーブル表面上の基準点の測定にあたり、従来はマスターボールの赤道に沿った４点のポイント測定が必要であったのに対し、本発明では校正治具と少なくとも３つの接点で接触させる１回の測定で済ますことができる。このため、従来のようなポイント測定の繰り返しによる作業効率の低下が解消でき、かつ誤差の累積による精度低下が解消できる。
【０００９】
本発明において、先端球と同時に接触する少なくとも３つの接点を有することは、基準点としてプローブで測定される点を校正治具上ないし回転テーブル表面上に決定するために必要であり、このような少なくとも３つの接点を実現する形状としては、例えば３つの球体あるいは球面、３つの円錐体あるいは円錐面、三角錐状の孔の内面などが採用できる。
【００１０】
本発明において、前記校正治具は、プローブの先端球と接触する３つの球面を有することが望ましい。
ここで、３つの球面は、既存のマスターボールのような球体を３つ集めてもよく、他の支持体で内向きに支持された３つの半球体であってもよい。
このような本発明では、前述したプローブの先端球との接触が球面により行われるため、プローブあるいは校正治具側の傾き等の影響を受けにくく、回転テーブル表面上の基準点の一義的な決定が確実かつ容易に行える。
【００１１】
本発明において、前記３つの球面は、互いに接するとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることが望ましい。
このような本発明では、各球面が互いに接することで曲率中心の位置関係が一意に決定され、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることで、校正治具における対称性が得られ、校正治具における基準点の決定が確実かつ容易に行える。
【００１２】
本発明において、前記３つの球面の曲率半径をＲ１として、前記プローブの先端球の半径Ｒ２は前記Ｒ１の０．１５４７倍よりも大きいことが望ましい。
このような本発明では、互いに接する３つの球面の間に形成される隙間を通過できる球の半径Ｒ２＝（２／√３−１）Ｒ１＝０．１５４７・Ｒ１となる。従って、この半径Ｒより大きな半径Ｒ２を有する先端球であれば、前記隙間を通過できず、必ず３つのマスターボールに同時に接触し、基準点を確定することができる。
【００１３】
本発明は、前述した本発明の校正方法で使用される校正治具であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する接触部と、
回転テーブル上に固定されて前記接触部を支持する支持部と、を有することを特徴とする。
このような本発明では、支持部により接触部が回転テーブル表面上に固定され、プローブの先端球を接触部に接触させることで前述した本発明の校正方法を実行することができる。
【００１４】
本発明において、前記支持部は、回転テーブル上に載置される基台と、前記基台に立設された３本の支柱とを有し、前記接触部は、それぞれ前記支柱に支持されかつ互いに接触する３つの球体であることが望ましい。
本発明の球体としては、既存のマスターボールが利用できる。
このような本発明では、回転テーブル上に載置することで、互いに接触する３つの球体を回転テーブル上に設置することができ、本発明の校正方法の実施に必要な機器構成を迅速かつ簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の装置構成を示す斜視図。
【図２】前記実施形態の座標系の関係を示す模式図。
【図３】前記実施形態の校正治具の使用を示す模式図。
【図４】前記実施形態の校正治具を示す側面図。
【図５】前記実施形態の校正治具を示す平面図。
【図６】前記実施形態の事前測定の手順を示すフロー図。
【図７】前記実施形態の事前測定を示す斜視図。
【図８】前記実施形態の事前測定を示す平面図。
【図９】前記実施形態の本測定の手順を示すフロー図。
【図１０】前記実施形態の本測定を示す斜視図。
【図１１】前記実施形態の本測定を示す要部拡大した模式図。
【図１２】前記実施形態の本測定の補正処理の例を示すフロー図。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１５】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１６】従来の校正処理を示す斜視図。
【図１７】３つの基準点からの座標確定を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔装置構成〕
図１において、本実施形態の形状測定装置は、回転テーブル５０を有する三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込んで形状処理に必要な演算処理を実行するコンピュータ２とから構成されている。
【００１７】
三次元測定機１は、上面が水平な定盤１１を有し、定盤１１は除震台１０に支持されるとともに、定盤１１上には、ワーク７１を載置可能な回転テーブル５０と、接触式のプローブ１７を支持しかつ任意位置へ移動可能な移動機構１９とが設置されている。
回転テーブル５０は、定盤１１内に設置された図示しない回転駆動機構で支持され、定盤１１上面に垂直な軸線まわりに任意の回転角度位置へと回転可能である。回転駆動機構は、定盤１１に対する回転テーブル５０の回転角度を検出する機能を有する。
【００１８】
移動機構１９は、定盤１１の両端側に立設されたビーム支持体１２Ａ，１２Ｂを有し、各々の上端によりＸ軸方向に延びるビーム１３が支持されている。ビーム支持体１２Ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動される。ビーム支持体１２Ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１にＹ軸方向に移動自在に支持されている。ビーム１３には垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５が支持され、コラム１５はビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５にはスピンドル１６が支持され、スピンドル１６はコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動される。各軸の駆動機構は、各軸における位置または移動量を検出する機能を有する。
【００１９】
プローブ１７は、スピンドル１６の下端に装着される。プローブ１７の先端には、例えば球形の接触子である先端球１７Ａが形成されている。プローブ１７は移動機構１９により移動され、先端球１７Ａは回転テーブル５０に載置されたワーク７１の任意の表面に接触させることができる。
【００２０】
コンピュータ２は、コンピュータ本体２１および操作用のキーボード２２、表示装置２４及びプリンタ２５を備えている。
コンピュータ本体２１は、図示しない演算処理装置および記憶装置などを備えるとともに、図示しないインターフェイスを介してプローブ１７に接続されている。
コンピュータ２は、外部操作により起動され、記録されたプログラムを実行することで三次元測定機１の動作を制御し、プローブ１７からの信号を処理して指定された測定結果を出力できるようになっている。
【００２１】
本実施形態においては、移動機構１９によりプローブ１７が定盤１１に対して三次元移動され、さらにワーク７１は回転テーブル５０により回転される。このような構成では、ワーク７１に対する先端球１７Ａの接触位置の検出に先立って、定盤１１と移動機構１９との間の座標の設定、回転テーブル５０の回転中心の設定および回転角度位置の設定、ワーク７１の載置位置および姿勢の設定など、関連する座標系の設定が必要である。
【００２２】
〔座標系〕
図２には、本実施形態における座標系の関係が示されている。
本実施形態においては、スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）、マシン座標系（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）、回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）、回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）、ワーク座標系（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）が用いられる。
【００２３】
スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）は、移動機構１９で検出される座標値であり、予め設定された三次元測定機１の絶対位置を原点ＯＳとして設定される基本座標系である。
マシン座標系（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）は、定盤１１に設定される基準点を実測し、この基準点を原点ＯＭとして設定される定盤１１に固定された座標系であり、スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）を平行移動させた座標系である。
なお、定盤１１上の基準点の測定は、既存の手法、例えば定盤１１上に図２に示すようなマスターボール１１Ａを立て、その赤道４点と頂上１点のポイント測定をプローブ１７で実行することが採用できる。一方、後述する本発明の校正治具６０を定盤１１に固定してプローブ１７で測定してもよく、操作の簡略化と精度の向上が期待できる。
【００２４】
回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）は、回転テーブル５０の回転角度が基準状態（角度０度の状態）にあるとき、回転テーブル５０の上面の中心を原点ＯＴとして設定される座標系である。回転テーブル座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）は、回転テーブル５０が回転した場合であっても変化しない。
【００２５】
回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は、回転テーブル５０が基準状態から角度θだけ回転した状態にあるとき、回転テーブル５０の上面の中心を原点ＯＴとする座標系である。回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は、回転テーブル５０の回転角度θに応じて変化する。回転角度θ＝０度の状態での回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）と一致する。
これらの回転テーブル基準座標系および回転テーブル回転座標系を設定するために、後述する回転テーブル基準座標系の登録が行われる。
【００２６】
ワーク座標系（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）は、ワーク７１の上面をＸＷ−ＹＷ平面とし、ワーク７１の上面の所定位置を原点ＯＷとする座標系である。ＺＷ軸は原点ＯＷを通りワーク７１の上面に垂直に設定される。
【００２７】
このような各座標系においては、定盤１１の上方に位置する任意の点Ｐの座標が次のように表される。
ＣＰＷ＝（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ） ：ワーク座標系
ＣＰＴθ＝（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ） ：回転テーブル回転座標系
ＣＰＴ＝（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ） ：回転テーブル基準座標系
ＣＰＭ＝（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ） ：マシン座標系
ＣＰＳ＝（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ） ：スケール座標系
【００２８】
これらの各座標系における座標は、回転テーブル回転座標系におけるワーク座標系の原点ＯＷの座標ＣＯＷ、マシン座標系におけるテーブル座標系の原点ＯＴの座標ＣＯＴ、スケール座標系におけるマシン座標系の原点ＯＴの座標ＣＯＴとし、後述する変換マトリックスＭ1，Ｍ３および回転マトリックスＭ2を用いて、互いに演算で変換することができる。
ＣＰＷ＝［Ｍ１］［ＣＰＴθ−ＣＯＷ］
ＣＰＴθ＝［Ｍ２］ＣＰＴ
ＣＰＴ＝［Ｍ３］［ＣＰＭ−ＣＯＴ］
ＣＰＭ＝ＣＰＳ−ＣＯＭ
【００２９】
ここで、変換マトリックスＭ１は、回転テーブル回転座標系をワーク座標系に変換するものであり、ＸＷ軸，ＹＷ軸，ＺＷ軸の単位ベクトルのＸ，Ｙ，Ｚ成分を第１〜第３の各行に配列した次式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
…（１）
【００３１】
また、回転マトリックスＭ２は、回転テーブル基準座標系を回転テーブル回転座標系に変換するものであり、次式（２）で表される。
【００３２】
【数２】
…（２）
【００３３】
さらに、変換マトリックスＭ３は、マシン座標系を回転テーブル基準座標系に変換するものであり、ＸＴ軸，ＹＴ軸，ＺＴ軸の単位ベクトルのＸ，Ｙ，Ｚ成分を第１〜第３の各行に配列した次式（３）で表される。
【００３４】
【数３】
…（３）
【００３５】
なお、前述した各座標系は、いわゆる右手系の直交座標系であるので、前述した各マトリクスＭ１〜Ｍ３はそれぞれの行列式の値が＋１でなくてはならない。
以上の要素を用いて、各座標系における点Ｐの座標は相互に変換することができる。例えば、ワーク座標系における点Ｐの座標ＣＰＷ＝（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）は次のように変換することができる。
ＣＰＷ＝［Ｍ１］｛［Ｍ２］［Ｍ３］［ＣＰＳ−ＣＯＭ−ＣＯＴ］−ＣＯＷ｝
【００３６】
前述した回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）および回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）を設定するために、本発明の校正治具および校正方法に基づいて回転テーブル基準座標系の登録（校正）を行う。
本実施形態においては、回転テーブル基準座標系の登録にあたって、本発明に基づく校正治具を用いる。そして、事前測定として、回転テーブル５０の３つの角度位置（０度，１２０度，２４０度、図３参照）で校正治具の概略位置を測定し、次に、本測定として、同３つの角度位置で校正治具の３球の球心測定により各位置での基準点を測定する。
【００３７】
〔校正治具〕
図３に示すように、校正治具６０は、プローブ１７の先端球１７Ａに接触する接触部６１と、この接触部６１を支持する支持部６２と、を有する。支持部６２は、回転テーブル５０上に載置される基台６３と、基台６３に立設された３本の支柱６４とを有する。接触部６１は、それぞれ支柱６４に支持されかつ互いに接触する３つの球体６５を有する。
【００３８】
図４に示すように、球体６５は、それぞれ直径Ｄ１とされ、互いの曲率半径が同一である。また、球体６５は、それぞれ支柱６４によって同じ高さに支持され、互いの曲率中心の高さが同一である。
図５に示すように、球体６５は、互いに表面の一点で互いに接している。その結果、各球体６５の間には平面略三角形状の隙間が形成され、この隙間の内接円の直径Ｄ２（半径Ｒ２）は球体６５の直径Ｄ１（半径Ｒ１）の０．１５４７倍となる。これは、同隙間の内接円の半径Ｒ２＝（２／√３−１）Ｒ１＝０．１５４７・Ｒ１となることによる。
【００３９】
従って、図４に示すように、プローブ１７の先端球１７Ａとして直径Ｄ３＞直径Ｄ２のものを選択すれば、この先端球１７Ａは３つの球体６５の隙間を通過することはできず、３つの球体６５にそれぞれ各１点で接触し、つまり３つの接点で校正治具６０の接触部６１と接触し、校正治具６０に対して一意に決まる一点（基準点）で保持される。
例えば、球体６５として直径Ｄ１＝２０ｍｍのマスターボールを用いるのであれば、隙間の直径Ｄ２＝３．０９４ｍｍとなり、先端球１７Ａの直径Ｄ３は３．１ｍｍ以上であれば基準点の測定に利用できる。
【００４０】
〔事前測定〕
事前測定では、回転テーブル５０の３つの角度位置（図３参照）において、それぞれ校正治具６０の概略位置測定を行い、後続の本測定におけるプローブ１７のアプローチ位置を設定する。
図６において、事前測定では、まず校正治具６０を回転テーブル５０に載置して固定し、この校正治具６０の３つの球体６５のうち１つを指定する（処理Ｓ１１）。
例えば、校正治具６０を回転テーブル５０に載置する際に、球体６５の１つが外周寄りにくるように配置し、この球体６５を指定する。あるいは、球体６５の１つが回転テーブル５０の中心寄りにくるように配置し、この球体６５を指定してもよく、測定操作を行うオペレータが３つのうち何れかを認識できればよい。
【００４１】
次に、回転テーブル５０を回転させて校正治具６０を０度位置へと移動させ（処理Ｓ１２）、指定された球体６５の頂点のポイント測定を行う（処理Ｓ１３）。
図７において、回転テーブル５０に固定された校正治具６０において、例えば図中左側の球体６５が指定されているなら、オペレータはコンピュータ２からの操作により、プローブ１７をこの球体６５の上方から近接させ、先端球１７Ａをこの球体６５の頂上に接触させる。この際、先端球１７Ａが接触する位置は、球体６５の頂上付近であればよく、目視により操作でよい。
【００４２】
続いて、ポイント測定の結果から校正治具６０の中心座標（基準点座標）を推定する（処理Ｓ１４）。
図８に示すように、校正治具６０を上方から見ると、３つの球体６５の中心は各々を頂点とする正三角形を描く。この正三角形の中央には３つの球体６５の隙間が形成されているとともに、この正三角形の中心が校正治具６０の中心であり、校正治具６０の基準点となる。
ここで、指定された球体６５の中心位置ＯＢ、先端球１７Ａの接触位置ＯＰ、校正治具６０の中心位置ＯＪとすると、例えば指定された球体６５が回転テーブル５０の最外側であれば、球体６５の中心位置ＯＢから回転テーブル５０の中心向きに距離２Ｄ１／√３だけ変位した位置が中心位置ＯＪとなる。従って、先のポイント測定で得られた接触位置ＯＰから中心位置ＯＢと中心位置ＯＪとの変位量を計算することにより、中心位置ＯＪの近傍の中心位置ＯＪ’を推定することができる。
【００４３】
先のポイント測定において、接触位置ＯＰが中心位置ＯＢの近傍であれば、中心位置ＯＪ’も中心位置ＯＪの近傍であり、本測定でのアプローチ位置（先端球１７Ａを３つの球体６５の隙間に導入する目標位置）として利用することができる。
すなわち、後述する本測定では、先端球１７Ａを３つの球体６５の隙間に導入する必要がある。先端球１７Ａは、この隙間に正確に導入されることが望ましいが、各球体６５の表面に当接した後、同表面に沿って摺動しながら同隙間に導入されてもよい。このようなガイド機能は、球体６５の表面の傾斜が垂直に近づく部分つまり球体６５の中心から半径Ｄ／４より内側の領域で円滑に得られる。
従って、アプローチ位置（中心位置ＯＪ’）は、３つの球体６５の中心が形成する正三角形の内側であって、かつ各中心からＤ／４の円より内側の領域とすることが望ましい。
前述した処理Ｓ１４で推定した中心位置ＯＪ’は、通常の目視操作が行われていれば、同領域に確実に設定することができる。
【００４４】
図６に戻って、１つの角度位置において前述した処理Ｓ１３，処理Ｓ１４が実行できたら、現在の角度位置が２４０度か否かを判定し（処理Ｓ１５）、２４０度でない場合は、回転テーブル５０を１２０回転させ（処理Ｓ１６）、次の角度位置において同様の処理Ｓ１３，処理Ｓ１４を繰り返す。そして、角度位置が２４０度の状態で処理Ｓ１３，処理Ｓ１４が実行できたら、３つの角度位置のアプローチ位置として各角度位置での中心位置ＯＪ’を計算し、登録しておく（処理Ｓ１７）。
以上により事前処理が完了となり、続いて本測定に入る。
【００４５】
〔本測定〕
本測定では、回転テーブル５０の３つの角度位置（図３参照）において、それぞれ校正治具６０の基準点測定（３球の球心測定）を行う。各角度位置においては、事前測定で登録したアプローチ位置にプローブ１７を降下させることで、３つの球体６５の隙間に先端球１７Ａを導入し、３つの角度位置における校正治具６０の基準点の正確な測定を行う。
【００４６】
図９において、本測定では、まず回転テーブル５０を回転させて校正治具６０を０度位置へと移動させる（処理Ｓ２１）。そして、先に登録された角度位置０度のアプローチ位置を目標にプローブ１７を降下させ（処理Ｓ２２）、この動作を先端球１７Ａが球体６５に接触するまで継続する（処理Ｓ２３）。球体６５への接触は、プローブの押込み量Ｅが、例えば０．０５０ｍｍ以上で検出する（Ｅ＝√（Ｐｘ２＋Ｐｙ２＋Ｐｚ２））。
先端球１７Ａが球体６５に接触したら、先端球１７Ａを球体６５の表面に沿って移動させ（処理Ｓ２４）、この動作を先端球１７Ａが基準点に接近するまで継続する（処理Ｓ２５）。基準点への接近は、先端球１７Ａの移動方向から検出することができる。
【００４７】
図１０に示すように、プローブ１７の下降により先端球１７Ａが球体６５の表面に接触した後、引き続き下降させようとすると、先端球１７Ａは表面に沿って移動することになる。ここで、プローブ１７の下降動作のベクトルｖＡ、球体６５の反力のベクトルｖＰ（プローブ出力方向＝反力ベクトル方向）とすると、先端球１７Ａの移動は、これらを合成したベクトルｖＡＰとなる。
図１１に示すように、先端球１７Ａが球体６５の高緯度部分（球体６５の赤道よりも高い位置）に接触している状態では、ベクトルｖＡとベクトルｖＡＰとのなす角度θは大きいが、先端球１７Ａの移動が継続されて球体６５の赤道近くまで達すると、ベクトルｖＡとベクトルｖＡＰとのなす角度θは小さくなる。
これを利用して、処理Ｓ２５では、例えばｖＡの単位ベクトルとｖＡＰの単位ベクトルの内積を計算し、その値がｃｏｓ（１度）以上のとき、基準点に接近したと判定することができる。
【００４８】
図９に戻って、先端球１７Ａが基準点に接近したら、プローブ１７の下降を継続し（処理Ｓ２６）、この動作を先端球１７Ａが基準点に到達するまで継続する（処理Ｓ２７）。
基準点への到達は、プローブ１７の信号から検出される押し込み量Ｅを監視し、この押し込み量Ｅの値が安定した状態をもって到達と判断することができる。なお、押し込み量Ｅが許容値Ｅ０を超えた場合、エラーとして処理する。
【００４９】
これらの（
前述した先端球１７Ａを球体６５表面に沿って基準点に接近させる動作（処理Ｓ２４，Ｓ２５）、およびプローブ移動を継続して基準点に到達させる動作（処理Ｓ２６，Ｓ２７）は、例えば図１２に示す補正処理プログラムによって実現してもよい。
図９の処理Ｓ２３までにより、プローブ１７が下降して先端球１７Ａが球体６５に接触された状態となっている。
【００５０】
図１２において、三次元測定機１を動作制御するコンピュータ２は、例えばメインメモリ上に新旧二つのチップ中心座標値（先端球１７Ａの中心位置）の記憶領域を確保し、これらを初期化する（処理２４１）。
初期化にあたっては、三次元測定機１におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各現在位置を初期値として設定する。
すなわち、Ｘ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｘ＋Ｐｘ
Ｙ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｙ＋Ｐｙ
Ｚ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｚ＋Ｐｚ
Ｘ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｘ＿ｎｅｗ
Ｙ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｙ＿ｎｅｗ
Ｚ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｚ＿ｎｅｗとする。
【００５１】
次に、コンピュータ２は、一定のサイクル時間毎に、三次元測定機１にプローブ１７の下降を継続させるとともに、三次元測定機１の現在位置から先端球１７Ａの基準点への接近を調べる。
具体的には、三次元測定機１によりプローブ１７の下降を継続させ（処理Ｓ２４２）、現在の先端球１７Ａの中心位置を各軸の新チップ中心座標値として更新し（処理Ｓ２４３）、基準点への接近を判定する（処理Ｓ２５１）。
【００５２】
処理Ｓ２４３における各軸の新チップ中心座標値は、次のように更新される。
Ｘ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｘ＋Ｐｘ
Ｙ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｙ＋Ｐｙ
Ｚ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｚ＋Ｐｚ
処理Ｓ２５１における基準点への接近の判定は、基準点に対してＸ，Ｙ，Ｚの各軸の何れも０．００３ｍｍ以内に近づいた際、つまり各軸の新旧チップ中心座標値の差である次の３式が全て満たされた際に「接近」と判定する。
｜Ｐｃｘ＿ｎｅｗ−Ｐｃｘ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
｜Ｐｃｙ＿ｎｅｗ−Ｐｃｙ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
｜Ｐｃｚ＿ｎｅｗ−Ｐｃｚ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
【００５３】
処理Ｓ２５１において基準点への接近が判定されない場合、旧チップ中心座標値を現在の新チップ中心座標値で更新し（処理Ｓ２４４）、引き続き前述した処理Ｓ２４２〜Ｓ２４３および処理Ｓ２５１を繰り返す。
処理Ｓ２４４における各軸の旧チップ中心座標値は、次のように更新される。
Ｘ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｘ＿ｎｅｗ
Ｙ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｙ＿ｎｅｗ
Ｚ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｚ＿ｎｅｗ
【００５４】
処理Ｓ２５１において基準点への接近が判定された場合、コンピュータ２は、三次元測定機１によりプローブ１７を間欠的に下降させ、先端球１７Ａを基準点に到達させる。
具体的には、三次元測定機１によりプローブ１７を微少な距離だけ下降させ（処理Ｓ２６１）、この後プローブ１７を停止させ（処理Ｓ２６２）、所定時間待機して機械の静止を待ち（処理Ｓ２６３）、現在の先端球１７Ａの中心位置を各軸の新チップ中心座標値として更新し（処理Ｓ２６４）、この後、基準点への到達を判定する（処理Ｓ２７１）。
処理Ｓ２６１における下降の微少な距離としては、前述した押し込み量Ｅの許容値Ｅ０を用いて、Ｅ０／８の値などが利用できる。
処理Ｓ２６４における各軸の新チップ中心座標値の更新は前述した処理Ｓ２４３と同様である。
【００５５】
処理Ｓ２７１における基準点への到達の判定は、基準点に対してＸ，Ｙ，Ｚの各軸の何れも０．００１ｍｍ以内に近づいた際、つまり各軸の新旧チップ中心座標値の差である次の３式が全て満たされた際に「到達」と判定する。
｜Ｐｃｘ＿ｎｅｗ−Ｐｃｘ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
｜Ｐｃｙ＿ｎｅｗ−Ｐｃｙ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
｜Ｐｃｚ＿ｎｅｗ−Ｐｃｚ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
この処理Ｓ２７１は、基準値が異なるが、前述した接近の判定の処理Ｓ２５１と処理内容が同じである。
【００５６】
処理Ｓ２５１において基準点への到達が判定された場合、コンピュータ２は、図９の処理Ｓ２８へ進む。
処理Ｓ２７１において基準点への到達が判定されない場合、旧チップ中心座標値を現在の新チップ中心座標値で更新し（処理Ｓ２６５）、プローブ１７の信号から検出される押し込み量Ｅの余裕を判定する（処理Ｓ２７２）。
処理Ｓ２６５における各軸の旧チップ中心座標値の更新は前述した処理Ｓ２４４と同様である。
【００５７】
処理Ｓ２７２における押し込み量Ｅの余裕の判定は、例えば、前述した許容値Ｅ０を用いて、押し込み量Ｅが許容値Ｅ０の３／４以上になった状態、つまりＥ＝√（Ｐｘ２＋Ｐｙ２＋Ｐｚ２）＜３Ｅ０／４となる状態を判定する。
処理Ｓ２７２において押し込み量に余裕があると判定された場合、引き続き前述した処理Ｓ２６１〜Ｓ２６５の動作および処理Ｓ２７１，Ｓ２７２の判定を繰り返す。
処理Ｓ２７２において押し込み量に余裕がないと判定された場合、押し込み量エラーとしてアプローチ位置の修正（処理Ｓ２７３）を行い、その他の基準点に達しない障害原因を除去し、図９の処理Ｓ２２に戻ってアプローチから処理をやりなおす。
【００５８】
このような処理Ｓ２４１〜Ｓ２４４および処理Ｓ２５１により、前述した先端球１７Ａを球体６５表面に沿って基準点に接近させる動作（処理Ｓ２４，Ｓ２５）が実行される。また、処理Ｓ２６１〜Ｓ２６５および処理Ｓ２７１〜Ｓ２７３により、前述したプローブ移動を継続して基準点に到達させる動作（処理Ｓ２６，Ｓ２７）が実行される。
【００５９】
処理Ｓ２７までの実行ののち、プローブ１７の出力を監視し（処理Ｓ２８）、出力データ（座標位置）が所定の範囲内で安定したら（処理Ｓ２９）、この状態での座標データを現在の角度位置における基準点として記録する（処理Ｓ３０）。
１つの角度位置において前述した処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０が実行できたら、現在の角度位置が２４０度か否かを判定し（処理Ｓ３１）、２４０度でない場合は、回転テーブル５０を１２０回転させ（処理Ｓ３２）、次の角度位置において同様の処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０を繰り返す。そして、角度位置が２４０度の状態で処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０が実行できたら、３つの角度位置の基準点の座標データが得られることになる。
【００６０】
以上により３つの角度位置の基準点の座標データが得られたら、従来と同様な手順により、３つの基準点を通る円の中心を原点とし、３つの基準点を含む平面に沿ってＸ軸，Ｙ軸を設定し、原点を通り前記平面に直交するＺ軸を設定し、これらにより回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）および回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）を設定する（処理Ｓ３３）。
【００６１】
〔実施形態の効果〕
以上に説明した実施形態によれば、次に示す効果がある。
前記実施形態では、回転テーブル５０の各角度位置における基準点の測定にあたり、プローブ１７を校正治具６０に接近させることで、先端球１７Ａを３つの球体６５の各々と接触させることができ、基準点を１回の測定で済ますことができる。従って、従来はマスターボールの赤道に沿った４箇所と頂上の１箇所の計５点のポイント測定が必要であったのに対し、本発明では処理を大幅に簡素化できる。このため、従来のようなポイント測定の繰り返しによる作業効率の低下が解消でき、かつ誤差の累積による精度低下が解消できる。
【００６２】
また、前記実施形態では、３つの球体６５を有する校正治具６０を用い、プローブ１７の先端球１７Ａとの接触が球面により行われるようにしたため、プローブ１７あるいは校正治具６０側の傾き等の影響を受けにくく、回転テーブル５０表面上の基準点の一義的な決定が確実かつ容易に行える。
さらに、球体６５として既存のマスターボールを用いるとしたため、球面精度が確保できるとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることから、各球体６５の曲率中心の位置関係が簡素となり、校正治具６０における対称性が得られ、校正治具６０の中心位置として基準点を確実かつ容易に規定できる。
【００６３】
〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【００６４】
前記実施形態では、校正治具６０の接触部６１として、互いに接触する３つの完全な球体６５を用いたが、プローブ１７との関係で有効なのは互いの向かい合う側の表面であり、従って互いに向かい合う側が球面となった３つの半球体を互いに接触した状態で用いてもよい。このような３つの半球体を用いた接触部６１を支持する支持部６２としては、前記実施形態の支柱６４を用いてもよく、あるいは内側に断面三角形の空洞を有する筒体を用いることができる。
【００６５】
図１３において、本実施形態の校正治具６０Ａは、支持部６２として平面形状が略正三角形の有底筒状体６８を用い、その内側面６８Ａに半球体６５Ａが固定されている。半球体６５Ａは何れも同じ半径を有し、互いに接触した状態で固定されている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を近接させれば、先端球１７Ａが半球体６５Ａにそれぞれ一点で接触し、前述した図１〜図１１の実施形態と同様な手順で事前測定ないし本測定を実行することができる。
【００６６】
校正治具６０の接触部６１としては、図１３のような半球体６５Ａに限らず、４半球であってもよい。プローブ１７の先端球１７Ａの接触が専ら上方からであれば、半球体６５Ａの下半分も省略が可能である。
前記各実施形態では、３つの球体６５あるいは半球体６５Ａを互いに接触させるとしたが、これらは接触させないように配置してもよい。互いに接触させることで各球体の中心が正三角形を描き、中心位置の割り出しが容易である。しかし、互いに接触させない場合でも、先端球１７Ａが３つの球体に接触することで一点に位置決めされるようにでき、この状態での先端球１７Ａの中心位置を実測することで三角形の中心位置ないしは校正治具６０の基準位置を割り出すことができる。
さらに、校正治具６０の接触部６１としては、前述した各実施形態のような球面に限らず、平面あるいは円錐面などであってもよい。
【００６７】
図１４において、本実施形態の校正治具６０Ｂは、支持部６２として平面形状が略正三角形の柱状体６７を用い、その上面から三角錐状の孔６７Ａを形成して接触部６１としたものである。三角錐状の孔６７Ａの各面は、互いに同じ傾斜、同じ幅とされている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を接近させ、先端球１７Ａを孔６７Ａ内に導入することで、先端球１７Ａは孔６７Ａの３つの内面とそれぞれ１点で接触し、一意に決まる基準点を設定することができる。
【００６８】
図１５において、本実施形態の校正治具６０Ｃは、支持部６２として円盤状の基台６３を有し、その上面に３つの円錐柱６６を並べて接触部６１としたものである。円錐柱６６は高さ、最大外形、傾斜などが同一とされ、最大外形を与える底部で互いに接触されている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を接近させ、先端球１７Ａを３つの円錐柱６６の間に導入することで、先端球１７Ａは３つの円錐柱６６とそれぞれ１点で接触し、一意にきまる基準点を設定することができる。
【００６９】
前記各実施形態において、校正治具６０は中心に対して対象な形状、例えば図５の球体６５あるいは図１３の半球体は互いに同径とし、図１４の三角錐状の孔６７Ａも各面の傾斜等が同一であり、図１５の円錐柱６６も同一のものとしたが、これらは一部が異なる寸法であってもよい。例えば、図５の球体６５のうち１つだけが直径の大きな物であってもよく、この場合、基準点となる中心位置の計算がやや複雑となるが、各部の正確な寸法が解っていれば何ら問題なく演算することができる。他の形状に関しても同様である。
【００７０】
前記実施形態では、回転テーブル５０を１２０度ずつ３回回転させて０度、１２０度、２４０度の３つの位置で基準点を測定したが、例えば０度、９０度、１８０度、２７０度の４点など、４つ以上の角度位置で測定するようにしてもよい。測定角度位置が増えることで精度の向上が期待できるが、測定時間の増加を考慮する必要があり、測定回数に関しては精度と効率を考慮して設定することが望ましい。
このような測定角度位置は、３６０度の整数分の一に限らず、不均等な配置で選択してもよい。
【００７１】
前記実施形態における図２の各座標系の関係の説明で、定盤１１上の基準点の測定にあたっては、定盤１１上に図２に示すマスターボール１１Ａを立て、その赤道４点と頂上１点をプローブ１７でポイント測定する既存の手法を用いていた。このような定盤１１上の基準点の測定において、本発明に基づく校正治具６０を適用してもよく、回転テーブル５０の座標系と同様に、定盤１１上の座標系について、校正操作の簡略化と精度の向上が期待できる。
【００７２】
前記実施形態では、事前測定において、オペレータの操作により回転テーブル５０に固定された校正治具６０の概略位置を測定し、アプローチ位置として登録しておき、本測定ではアプローチ位置へプローブ１７を降下させて基準点の測定を行った。これに対し、事前測定を省略し、回転テーブル５０に固定された校正治具６０に対してオペレータの操作によりプローブ１７を下降させ、基準点を測定してもよい。
前記実施形態のように事前測定によりアプローチ位置を登録しておくことで、本測定では自動運転が可能となり、かつ校正治具６０を移動しない限り、複数回の本測定で繰り返し登録されたアプローチ位置を参照可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の校正方法および校正治具は、ワークに接触する接触子およびワークを載置する回転テーブルを有する三次元測定機の校正に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…三次元測定機，２…コンピュータ，１０…除震台，１１…定盤，１４…Ｙ軸駆動機構，１５…コラム，１６…スピンドル，１７…プローブ，１７Ａ…先端球，１９…移動機構，２１…コンピュータ本体，２２…キーボード，２４…表示装置，２５…プリンタ，５０…回転テーブル，６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…校正治具，６１…接触部，６２…支持部，６３…基台，６４…支柱，６５…球体，６５Ａ…半球体，６６…円錐柱，６７…柱状体，６７Ａ…孔，６８…有底筒状体，６８Ａ…内側面，７１…ワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに接触する接触子およびワークを載置する回転テーブルを有する三次元測定機の校正方法および校正治具に関る。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワーク（被測定物）に接触する接触子を用いてワークの表面形状を測定する三次元測定機が知られている。このような三次元測定機では、ワークを回転テーブル（ロータリーテーブル）に載置し、測定効率の向上、測定領域の拡大が図られている（例えば、特許文献１参照）。
このような三次元測定機においては、回転テーブルを用いて測定を行なう場合、事前に回転テーブルの座標系の登録が必要である。
図１６に示すように、回転テーブル５０の座標系の登録には、通常、回転テーブル５０の表面の外周近くの点（基準点）に固定したマスターボール９（基準球）が用いられる。マスターボール９は支持用の軸部をねじ孔に螺合させる等により回転テーブル５０の表面に固定される。
【０００３】
このようなマスターボール９を用いて回転テーブル５０の座標系を登録する際には、回転テーブル５０を３つ以上の角度位置（例えば０度，１２０度，２４０度）へと回転させ、各角度位置においてマスターボール９の中心位置（基準点の平面座標位置）の測定を行う。通常、マスターボール９の中心位置の測定には、プローブ１７の先端球１７Ａをマスターボール９表面の赤道上４点と頂点１点に順次接触させ、計５回のポイント測定を行う。
図１７に示すように、３つ以上の基準点（Ｓ１〜Ｓ３）が測定できれば、これらの基準点によって１つの円が特定でき、この円の中心位置を回転テーブル５０の座標の原点Ｏｔと設定し、この円を含む平面に沿ってＸ軸（Ｘｔ）およびＹ軸（Ｙｔ）を設定し、原点Ｏｔを通る同平面の法線をＺ軸（Ｚｔ）として設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６４０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した回転テーブルの座標系の登録では、３つ以上の角度位置で基準点つまりマスターボール中心位置を測定するために、少なくとも１５点のポイント測定が必要となり、測定時間が長大になるという問題がある。
また、マスターボール表面のポイント測定には、各々プロービング誤差（プローブの測定精度による誤差）が避けられず、このようなポイント測定を多点で行うマスターボール中心位置の測定においては多点である分の誤差の累積が避けられない。その結果、前述した回転テーブル座標系の登録の手順を利用した場合、個々のポイント測定におけるプロービング誤差が僅かでも、回転テーブル座標系としての精度が不十分になるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転テーブル座標系の登録を効率よく行えるとともに高精度が確保できる三次元測定機の校正方法および校正治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、三次元測定機の回転テーブルの座標系を登録するために前記回転テーブルの表面の基準点の座標位置を少なくとも３つの角度位置で測定する三次元測定機の校正方法であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する校正治具を用い、
前記回転テーブルの表面に前記校正治具を設置し、前記プローブを前記回転テーブルとは反対側から前記校正治具に近接させ、前記プローブの先端球が全ての前記接点と同時に接触した状態での座標位置を読み取る、ことを特徴とする。
【０００８】
このような本発明では、プローブの先端球が少なくとも３つの接点で校正治具と接触することで、先端球を回転テーブル表面の一点に確定することができ、この位置を基準点として座標測定することができる。
つまり、回転テーブル表面上の基準点の測定にあたり、従来はマスターボールの赤道に沿った４点のポイント測定が必要であったのに対し、本発明では校正治具と少なくとも３つの接点で接触させる１回の測定で済ますことができる。このため、従来のようなポイント測定の繰り返しによる作業効率の低下が解消でき、かつ誤差の累積による精度低下が解消できる。
【０００９】
本発明において、先端球と同時に接触する少なくとも３つの接点を有することは、基準点としてプローブで測定される点を校正治具上ないし回転テーブル表面上に決定するために必要であり、このような少なくとも３つの接点を実現する形状としては、例えば３つの球体あるいは球面、３つの円錐体あるいは円錐面、三角錐状の孔の内面などが採用できる。
【００１０】
本発明において、前記校正治具は、プローブの先端球と接触する３つの球面を有することが望ましい。
ここで、３つの球面は、既存のマスターボールのような球体を３つ集めてもよく、他の支持体で内向きに支持された３つの半球体であってもよい。
このような本発明では、前述したプローブの先端球との接触が球面により行われるため、プローブあるいは校正治具側の傾き等の影響を受けにくく、回転テーブル表面上の基準点の一義的な決定が確実かつ容易に行える。
【００１１】
本発明において、前記３つの球面は、互いに接するとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることが望ましい。
このような本発明では、各球面が互いに接することで曲率中心の位置関係が一意に決定され、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることで、校正治具における対称性が得られ、校正治具における基準点の決定が確実かつ容易に行える。
【００１２】
本発明において、前記３つの球面の曲率半径をＲ１として、前記プローブの先端球の半径Ｒ２は前記Ｒ１の０．１５４７倍よりも大きいことが望ましい。
このような本発明では、互いに接する３つの球面の間に形成される隙間を通過できる球の半径Ｒ２＝（２／√３−１）Ｒ１＝０．１５４７・Ｒ１となる。従って、この半径Ｒより大きな半径Ｒ２を有する先端球であれば、前記隙間を通過できず、必ず３つのマスターボールに同時に接触し、基準点を確定することができる。
【００１３】
本発明は、前述した本発明の校正方法で使用される校正治具であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する接触部と、
回転テーブル上に固定されて前記接触部を支持する支持部と、を有することを特徴とする。
このような本発明では、支持部により接触部が回転テーブル表面上に固定され、プローブの先端球を接触部に接触させることで前述した本発明の校正方法を実行することができる。
【００１４】
本発明において、前記支持部は、回転テーブル上に載置される基台と、前記基台に立設された３本の支柱とを有し、前記接触部は、それぞれ前記支柱に支持されかつ互いに接触する３つの球体であることが望ましい。
本発明の球体としては、既存のマスターボールが利用できる。
このような本発明では、回転テーブル上に載置することで、互いに接触する３つの球体を回転テーブル上に設置することができ、本発明の校正方法の実施に必要な機器構成を迅速かつ簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の装置構成を示す斜視図。
【図２】前記実施形態の座標系の関係を示す模式図。
【図３】前記実施形態の校正治具の使用を示す模式図。
【図４】前記実施形態の校正治具を示す側面図。
【図５】前記実施形態の校正治具を示す平面図。
【図６】前記実施形態の事前測定の手順を示すフロー図。
【図７】前記実施形態の事前測定を示す斜視図。
【図８】前記実施形態の事前測定を示す平面図。
【図９】前記実施形態の本測定の手順を示すフロー図。
【図１０】前記実施形態の本測定を示す斜視図。
【図１１】前記実施形態の本測定を示す要部拡大した模式図。
【図１２】前記実施形態の本測定の補正処理の例を示すフロー図。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１５】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【図１６】従来の校正処理を示す斜視図。
【図１７】３つの基準点からの座標確定を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔装置構成〕
図１において、本実施形態の形状測定装置は、回転テーブル５０を有する三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御して必要な測定値を取り込んで形状処理に必要な演算処理を実行するコンピュータ２とから構成されている。
【００１７】
三次元測定機１は、上面が水平な定盤１１を有し、定盤１１は除震台１０に支持されるとともに、定盤１１上には、ワーク７１を載置可能な回転テーブル５０と、接触式のプローブ１７を支持しかつ任意位置へ移動可能な移動機構１９とが設置されている。
回転テーブル５０は、定盤１１内に設置された図示しない回転駆動機構で支持され、定盤１１上面に垂直な軸線まわりに任意の回転角度位置へと回転可能である。回転駆動機構は、定盤１１に対する回転テーブル５０の回転角度を検出する機能を有する。
【００１８】
移動機構１９は、定盤１１の両端側に立設されたビーム支持体１２Ａ，１２Ｂを有し、各々の上端によりＸ軸方向に延びるビーム１３が支持されている。ビーム支持体１２Ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動される。ビーム支持体１２Ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１にＹ軸方向に移動自在に支持されている。ビーム１３には垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５が支持され、コラム１５はビーム１３に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１５にはスピンドル１６が支持され、スピンドル１６はコラム１５に沿ってＺ軸方向に駆動される。各軸の駆動機構は、各軸における位置または移動量を検出する機能を有する。
【００１９】
プローブ１７は、スピンドル１６の下端に装着される。プローブ１７の先端には、例えば球形の接触子である先端球１７Ａが形成されている。プローブ１７は移動機構１９により移動され、先端球１７Ａは回転テーブル５０に載置されたワーク７１の任意の表面に接触させることができる。
【００２０】
コンピュータ２は、コンピュータ本体２１および操作用のキーボード２２、表示装置２４及びプリンタ２５を備えている。
コンピュータ本体２１は、図示しない演算処理装置および記憶装置などを備えるとともに、図示しないインターフェイスを介してプローブ１７に接続されている。
コンピュータ２は、外部操作により起動され、記録されたプログラムを実行することで三次元測定機１の動作を制御し、プローブ１７からの信号を処理して指定された測定結果を出力できるようになっている。
【００２１】
本実施形態においては、移動機構１９によりプローブ１７が定盤１１に対して三次元移動され、さらにワーク７１は回転テーブル５０により回転される。このような構成では、ワーク７１に対する先端球１７Ａの接触位置の検出に先立って、定盤１１と移動機構１９との間の座標の設定、回転テーブル５０の回転中心の設定および回転角度位置の設定、ワーク７１の載置位置および姿勢の設定など、関連する座標系の設定が必要である。
【００２２】
〔座標系〕
図２には、本実施形態における座標系の関係が示されている。
本実施形態においては、スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）、マシン座標系（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）、回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）、回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）、ワーク座標系（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）が用いられる。
【００２３】
スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）は、移動機構１９で検出される座標値であり、予め設定された三次元測定機１の絶対位置を原点ＯＳとして設定される基本座標系である。
マシン座標系（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）は、定盤１１に設定される基準点を実測し、この基準点を原点ＯＭとして設定される定盤１１に固定された座標系であり、スケール座標系（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）を平行移動させた座標系である。
なお、定盤１１上の基準点の測定は、既存の手法、例えば定盤１１上に図２に示すようなマスターボール１１Ａを立て、その赤道４点と頂上１点のポイント測定をプローブ１７で実行することが採用できる。一方、後述する本発明の校正治具６０を定盤１１に固定してプローブ１７で測定してもよく、操作の簡略化と精度の向上が期待できる。
【００２４】
回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）は、回転テーブル５０の回転角度が基準状態（角度０度の状態）にあるとき、回転テーブル５０の上面の中心を原点ＯＴとして設定される座標系である。回転テーブル座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）は、回転テーブル５０が回転した場合であっても変化しない。
【００２５】
回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は、回転テーブル５０が基準状態から角度θだけ回転した状態にあるとき、回転テーブル５０の上面の中心を原点ＯＴとする座標系である。回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は、回転テーブル５０の回転角度θに応じて変化する。回転角度θ＝０度の状態での回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）は回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）と一致する。
これらの回転テーブル基準座標系および回転テーブル回転座標系を設定するために、後述する回転テーブル基準座標系の登録が行われる。
【００２６】
ワーク座標系（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）は、ワーク７１の上面をＸＷ−ＹＷ平面とし、ワーク７１の上面の所定位置を原点ＯＷとする座標系である。ＺＷ軸は原点ＯＷを通りワーク７１の上面に垂直に設定される。
【００２７】
このような各座標系においては、定盤１１の上方に位置する任意の点Ｐの座標が次のように表される。
ＣＰＷ＝（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ） ：ワーク座標系
ＣＰＴθ＝（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ） ：回転テーブル回転座標系
ＣＰＴ＝（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ） ：回転テーブル基準座標系
ＣＰＭ＝（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ） ：マシン座標系
ＣＰＳ＝（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ） ：スケール座標系
【００２８】
これらの各座標系における座標は、回転テーブル回転座標系におけるワーク座標系の原点ＯＷの座標ＣＯＷ、マシン座標系におけるテーブル座標系の原点ＯＴの座標ＣＯＴ、スケール座標系におけるマシン座標系の原点ＯＴの座標ＣＯＴとし、後述する変換マトリックスＭ1，Ｍ３および回転マトリックスＭ2を用いて、互いに演算で変換することができる。
ＣＰＷ＝［Ｍ１］［ＣＰＴθ−ＣＯＷ］
ＣＰＴθ＝［Ｍ２］ＣＰＴ
ＣＰＴ＝［Ｍ３］［ＣＰＭ−ＣＯＴ］
ＣＰＭ＝ＣＰＳ−ＣＯＭ
【００２９】
ここで、変換マトリックスＭ１は、回転テーブル回転座標系をワーク座標系に変換するものであり、ＸＷ軸，ＹＷ軸，ＺＷ軸の単位ベクトルのＸ，Ｙ，Ｚ成分を第１〜第３の各行に配列した次式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
…（１）
【００３１】
また、回転マトリックスＭ２は、回転テーブル基準座標系を回転テーブル回転座標系に変換するものであり、次式（２）で表される。
【００３２】
【数２】
…（２）
【００３３】
さらに、変換マトリックスＭ３は、マシン座標系を回転テーブル基準座標系に変換するものであり、ＸＴ軸，ＹＴ軸，ＺＴ軸の単位ベクトルのＸ，Ｙ，Ｚ成分を第１〜第３の各行に配列した次式（３）で表される。
【００３４】
【数３】
…（３）
【００３５】
なお、前述した各座標系は、いわゆる右手系の直交座標系であるので、前述した各マトリクスＭ１〜Ｍ３はそれぞれの行列式の値が＋１でなくてはならない。
以上の要素を用いて、各座標系における点Ｐの座標は相互に変換することができる。例えば、ワーク座標系における点Ｐの座標ＣＰＷ＝（ＸＷ，ＹＷ，ＺＷ）は次のように変換することができる。
ＣＰＷ＝［Ｍ１］｛［Ｍ２］［Ｍ３］［ＣＰＳ−ＣＯＭ−ＣＯＴ］−ＣＯＷ｝
【００３６】
前述した回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）および回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）を設定するために、本発明の校正治具および校正方法に基づいて回転テーブル基準座標系の登録（校正）を行う。
本実施形態においては、回転テーブル基準座標系の登録にあたって、本発明に基づく校正治具を用いる。そして、事前測定として、回転テーブル５０の３つの角度位置（０度，１２０度，２４０度、図３参照）で校正治具の概略位置を測定し、次に、本測定として、同３つの角度位置で校正治具の３球の球心測定により各位置での基準点を測定する。
【００３７】
〔校正治具〕
図３に示すように、校正治具６０は、プローブ１７の先端球１７Ａに接触する接触部６１と、この接触部６１を支持する支持部６２と、を有する。支持部６２は、回転テーブル５０上に載置される基台６３と、基台６３に立設された３本の支柱６４とを有する。接触部６１は、それぞれ支柱６４に支持されかつ互いに接触する３つの球体６５を有する。
【００３８】
図４に示すように、球体６５は、それぞれ直径Ｄ１とされ、互いの曲率半径が同一である。また、球体６５は、それぞれ支柱６４によって同じ高さに支持され、互いの曲率中心の高さが同一である。
図５に示すように、球体６５は、互いに表面の一点で互いに接している。その結果、各球体６５の間には平面略三角形状の隙間が形成され、この隙間の内接円の直径Ｄ２（半径Ｒ２）は球体６５の直径Ｄ１（半径Ｒ１）の０．１５４７倍となる。これは、同隙間の内接円の半径Ｒ２＝（２／√３−１）Ｒ１＝０．１５４７・Ｒ１となることによる。
【００３９】
従って、図４に示すように、プローブ１７の先端球１７Ａとして直径Ｄ３＞直径Ｄ２のものを選択すれば、この先端球１７Ａは３つの球体６５の隙間を通過することはできず、３つの球体６５にそれぞれ各１点で接触し、つまり３つの接点で校正治具６０の接触部６１と接触し、校正治具６０に対して一意に決まる一点（基準点）で保持される。
例えば、球体６５として直径Ｄ１＝２０ｍｍのマスターボールを用いるのであれば、隙間の直径Ｄ２＝３．０９４ｍｍとなり、先端球１７Ａの直径Ｄ３は３．１ｍｍ以上であれば基準点の測定に利用できる。
【００４０】
〔事前測定〕
事前測定では、回転テーブル５０の３つの角度位置（図３参照）において、それぞれ校正治具６０の概略位置測定を行い、後続の本測定におけるプローブ１７のアプローチ位置を設定する。
図６において、事前測定では、まず校正治具６０を回転テーブル５０に載置して固定し、この校正治具６０の３つの球体６５のうち１つを指定する（処理Ｓ１１）。
例えば、校正治具６０を回転テーブル５０に載置する際に、球体６５の１つが外周寄りにくるように配置し、この球体６５を指定する。あるいは、球体６５の１つが回転テーブル５０の中心寄りにくるように配置し、この球体６５を指定してもよく、測定操作を行うオペレータが３つのうち何れかを認識できればよい。
【００４１】
次に、回転テーブル５０を回転させて校正治具６０を０度位置へと移動させ（処理Ｓ１２）、指定された球体６５の頂点のポイント測定を行う（処理Ｓ１３）。
図７において、回転テーブル５０に固定された校正治具６０において、例えば図中左側の球体６５が指定されているなら、オペレータはコンピュータ２からの操作により、プローブ１７をこの球体６５の上方から近接させ、先端球１７Ａをこの球体６５の頂上に接触させる。この際、先端球１７Ａが接触する位置は、球体６５の頂上付近であればよく、目視により操作でよい。
【００４２】
続いて、ポイント測定の結果から校正治具６０の中心座標（基準点座標）を推定する（処理Ｓ１４）。
図８に示すように、校正治具６０を上方から見ると、３つの球体６５の中心は各々を頂点とする正三角形を描く。この正三角形の中央には３つの球体６５の隙間が形成されているとともに、この正三角形の中心が校正治具６０の中心であり、校正治具６０の基準点となる。
ここで、指定された球体６５の中心位置ＯＢ、先端球１７Ａの接触位置ＯＰ、校正治具６０の中心位置ＯＪとすると、例えば指定された球体６５が回転テーブル５０の最外側であれば、球体６５の中心位置ＯＢから回転テーブル５０の中心向きに距離２Ｄ１／√３だけ変位した位置が中心位置ＯＪとなる。従って、先のポイント測定で得られた接触位置ＯＰから中心位置ＯＢと中心位置ＯＪとの変位量を計算することにより、中心位置ＯＪの近傍の中心位置ＯＪ’を推定することができる。
【００４３】
先のポイント測定において、接触位置ＯＰが中心位置ＯＢの近傍であれば、中心位置ＯＪ’も中心位置ＯＪの近傍であり、本測定でのアプローチ位置（先端球１７Ａを３つの球体６５の隙間に導入する目標位置）として利用することができる。
すなわち、後述する本測定では、先端球１７Ａを３つの球体６５の隙間に導入する必要がある。先端球１７Ａは、この隙間に正確に導入されることが望ましいが、各球体６５の表面に当接した後、同表面に沿って摺動しながら同隙間に導入されてもよい。このようなガイド機能は、球体６５の表面の傾斜が垂直に近づく部分つまり球体６５の中心から半径Ｄ／４より内側の領域で円滑に得られる。
従って、アプローチ位置（中心位置ＯＪ’）は、３つの球体６５の中心が形成する正三角形の内側であって、かつ各中心からＤ／４の円より内側の領域とすることが望ましい。
前述した処理Ｓ１４で推定した中心位置ＯＪ’は、通常の目視操作が行われていれば、同領域に確実に設定することができる。
【００４４】
図６に戻って、１つの角度位置において前述した処理Ｓ１３，処理Ｓ１４が実行できたら、現在の角度位置が２４０度か否かを判定し（処理Ｓ１５）、２４０度でない場合は、回転テーブル５０を１２０回転させ（処理Ｓ１６）、次の角度位置において同様の処理Ｓ１３，処理Ｓ１４を繰り返す。そして、角度位置が２４０度の状態で処理Ｓ１３，処理Ｓ１４が実行できたら、３つの角度位置のアプローチ位置として各角度位置での中心位置ＯＪ’を計算し、登録しておく（処理Ｓ１７）。
以上により事前処理が完了となり、続いて本測定に入る。
【００４５】
〔本測定〕
本測定では、回転テーブル５０の３つの角度位置（図３参照）において、それぞれ校正治具６０の基準点測定（３球の球心測定）を行う。各角度位置においては、事前測定で登録したアプローチ位置にプローブ１７を降下させることで、３つの球体６５の隙間に先端球１７Ａを導入し、３つの角度位置における校正治具６０の基準点の正確な測定を行う。
【００４６】
図９において、本測定では、まず回転テーブル５０を回転させて校正治具６０を０度位置へと移動させる（処理Ｓ２１）。そして、先に登録された角度位置０度のアプローチ位置を目標にプローブ１７を降下させ（処理Ｓ２２）、この動作を先端球１７Ａが球体６５に接触するまで継続する（処理Ｓ２３）。球体６５への接触は、プローブの押込み量Ｅが、例えば０．０５０ｍｍ以上で検出する（Ｅ＝√（Ｐｘ２＋Ｐｙ２＋Ｐｚ２））。
先端球１７Ａが球体６５に接触したら、先端球１７Ａを球体６５の表面に沿って移動させ（処理Ｓ２４）、この動作を先端球１７Ａが基準点に接近するまで継続する（処理Ｓ２５）。基準点への接近は、先端球１７Ａの移動方向から検出することができる。
【００４７】
図１０に示すように、プローブ１７の下降により先端球１７Ａが球体６５の表面に接触した後、引き続き下降させようとすると、先端球１７Ａは表面に沿って移動することになる。ここで、プローブ１７の下降動作のベクトルｖＡ、球体６５の反力のベクトルｖＰ（プローブ出力方向＝反力ベクトル方向）とすると、先端球１７Ａの移動は、これらを合成したベクトルｖＡＰとなる。
図１１に示すように、先端球１７Ａが球体６５の高緯度部分（球体６５の赤道よりも高い位置）に接触している状態では、ベクトルｖＡとベクトルｖＡＰとのなす角度θは大きいが、先端球１７Ａの移動が継続されて球体６５の赤道近くまで達すると、ベクトルｖＡとベクトルｖＡＰとのなす角度θは小さくなる。
これを利用して、処理Ｓ２５では、例えばｖＡの単位ベクトルとｖＡＰの単位ベクトルの内積を計算し、その値がｃｏｓ（１度）以上のとき、基準点に接近したと判定することができる。
【００４８】
図９に戻って、先端球１７Ａが基準点に接近したら、プローブ１７の下降を継続し（処理Ｓ２６）、この動作を先端球１７Ａが基準点に到達するまで継続する（処理Ｓ２７）。
基準点への到達は、プローブ１７の信号から検出される押し込み量Ｅを監視し、この押し込み量Ｅの値が安定した状態をもって到達と判断することができる。なお、押し込み量Ｅが許容値Ｅ０を超えた場合、エラーとして処理する。
【００４９】
これらの（
前述した先端球１７Ａを球体６５表面に沿って基準点に接近させる動作（処理Ｓ２４，Ｓ２５）、およびプローブ移動を継続して基準点に到達させる動作（処理Ｓ２６，Ｓ２７）は、例えば図１２に示す補正処理プログラムによって実現してもよい。
図９の処理Ｓ２３までにより、プローブ１７が下降して先端球１７Ａが球体６５に接触された状態となっている。
【００５０】
図１２において、三次元測定機１を動作制御するコンピュータ２は、例えばメインメモリ上に新旧二つのチップ中心座標値（先端球１７Ａの中心位置）の記憶領域を確保し、これらを初期化する（処理２４１）。
初期化にあたっては、三次元測定機１におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各現在位置を初期値として設定する。
すなわち、Ｘ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｘ＋Ｐｘ
Ｙ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｙ＋Ｐｙ
Ｚ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｚ＋Ｐｚ
Ｘ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｘ＿ｎｅｗ
Ｙ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｙ＿ｎｅｗ
Ｚ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｚ＿ｎｅｗとする。
【００５１】
次に、コンピュータ２は、一定のサイクル時間毎に、三次元測定機１にプローブ１７の下降を継続させるとともに、三次元測定機１の現在位置から先端球１７Ａの基準点への接近を調べる。
具体的には、三次元測定機１によりプローブ１７の下降を継続させ（処理Ｓ２４２）、現在の先端球１７Ａの中心位置を各軸の新チップ中心座標値として更新し（処理Ｓ２４３）、基準点への接近を判定する（処理Ｓ２５１）。
【００５２】
処理Ｓ２４３における各軸の新チップ中心座標値は、次のように更新される。
Ｘ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｘ＋Ｐｘ
Ｙ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｙ＋Ｐｙ
Ｚ軸の新チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｎｅｗ＝ＣＭＭｚ＋Ｐｚ
処理Ｓ２５１における基準点への接近の判定は、基準点に対してＸ，Ｙ，Ｚの各軸の何れも０．００３ｍｍ以内に近づいた際、つまり各軸の新旧チップ中心座標値の差である次の３式が全て満たされた際に「接近」と判定する。
｜Ｐｃｘ＿ｎｅｗ−Ｐｃｘ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
｜Ｐｃｙ＿ｎｅｗ−Ｐｃｙ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
｜Ｐｃｚ＿ｎｅｗ−Ｐｃｚ＿ｏｌｄ｜≦０．００３ｍｍ
【００５３】
処理Ｓ２５１において基準点への接近が判定されない場合、旧チップ中心座標値を現在の新チップ中心座標値で更新し（処理Ｓ２４４）、引き続き前述した処理Ｓ２４２〜Ｓ２４３および処理Ｓ２５１を繰り返す。
処理Ｓ２４４における各軸の旧チップ中心座標値は、次のように更新される。
Ｘ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｘ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｘ＿ｎｅｗ
Ｙ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｙ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｙ＿ｎｅｗ
Ｚ軸の旧チップ中心座標値Ｐｃｚ＿ｏｌｄ＝Ｐｃｚ＿ｎｅｗ
【００５４】
処理Ｓ２５１において基準点への接近が判定された場合、コンピュータ２は、三次元測定機１によりプローブ１７を間欠的に下降させ、先端球１７Ａを基準点に到達させる。
具体的には、三次元測定機１によりプローブ１７を微少な距離だけ下降させ（処理Ｓ２６１）、この後プローブ１７を停止させ（処理Ｓ２６２）、所定時間待機して機械の静止を待ち（処理Ｓ２６３）、現在の先端球１７Ａの中心位置を各軸の新チップ中心座標値として更新し（処理Ｓ２６４）、この後、基準点への到達を判定する（処理Ｓ２７１）。
処理Ｓ２６１における下降の微少な距離としては、前述した押し込み量Ｅの許容値Ｅ０を用いて、Ｅ０／８の値などが利用できる。
処理Ｓ２６４における各軸の新チップ中心座標値の更新は前述した処理Ｓ２４３と同様である。
【００５５】
処理Ｓ２７１における基準点への到達の判定は、基準点に対してＸ，Ｙ，Ｚの各軸の何れも０．００１ｍｍ以内に近づいた際、つまり各軸の新旧チップ中心座標値の差である次の３式が全て満たされた際に「到達」と判定する。
｜Ｐｃｘ＿ｎｅｗ−Ｐｃｘ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
｜Ｐｃｙ＿ｎｅｗ−Ｐｃｙ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
｜Ｐｃｚ＿ｎｅｗ−Ｐｃｚ＿ｏｌｄ｜≦０．００１ｍｍ
この処理Ｓ２７１は、基準値が異なるが、前述した接近の判定の処理Ｓ２５１と処理内容が同じである。
【００５６】
処理Ｓ２５１において基準点への到達が判定された場合、コンピュータ２は、図９の処理Ｓ２８へ進む。
処理Ｓ２７１において基準点への到達が判定されない場合、旧チップ中心座標値を現在の新チップ中心座標値で更新し（処理Ｓ２６５）、プローブ１７の信号から検出される押し込み量Ｅの余裕を判定する（処理Ｓ２７２）。
処理Ｓ２６５における各軸の旧チップ中心座標値の更新は前述した処理Ｓ２４４と同様である。
【００５７】
処理Ｓ２７２における押し込み量Ｅの余裕の判定は、例えば、前述した許容値Ｅ０を用いて、押し込み量Ｅが許容値Ｅ０の３／４以上になった状態、つまりＥ＝√（Ｐｘ２＋Ｐｙ２＋Ｐｚ２）＜３Ｅ０／４となる状態を判定する。
処理Ｓ２７２において押し込み量に余裕があると判定された場合、引き続き前述した処理Ｓ２６１〜Ｓ２６５の動作および処理Ｓ２７１，Ｓ２７２の判定を繰り返す。
処理Ｓ２７２において押し込み量に余裕がないと判定された場合、押し込み量エラーとしてアプローチ位置の修正（処理Ｓ２７３）を行い、その他の基準点に達しない障害原因を除去し、図９の処理Ｓ２２に戻ってアプローチから処理をやりなおす。
【００５８】
このような処理Ｓ２４１〜Ｓ２４４および処理Ｓ２５１により、前述した先端球１７Ａを球体６５表面に沿って基準点に接近させる動作（処理Ｓ２４，Ｓ２５）が実行される。また、処理Ｓ２６１〜Ｓ２６５および処理Ｓ２７１〜Ｓ２７３により、前述したプローブ移動を継続して基準点に到達させる動作（処理Ｓ２６，Ｓ２７）が実行される。
【００５９】
処理Ｓ２７までの実行ののち、プローブ１７の出力を監視し（処理Ｓ２８）、出力データ（座標位置）が所定の範囲内で安定したら（処理Ｓ２９）、この状態での座標データを現在の角度位置における基準点として記録する（処理Ｓ３０）。
１つの角度位置において前述した処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０が実行できたら、現在の角度位置が２４０度か否かを判定し（処理Ｓ３１）、２４０度でない場合は、回転テーブル５０を１２０回転させ（処理Ｓ３２）、次の角度位置において同様の処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０を繰り返す。そして、角度位置が２４０度の状態で処理Ｓ２２〜処理Ｓ３０が実行できたら、３つの角度位置の基準点の座標データが得られることになる。
【００６０】
以上により３つの角度位置の基準点の座標データが得られたら、従来と同様な手順により、３つの基準点を通る円の中心を原点とし、３つの基準点を含む平面に沿ってＸ軸，Ｙ軸を設定し、原点を通り前記平面に直交するＺ軸を設定し、これらにより回転テーブル基準座標系（ＸＴ，ＹＴ，ＺＴ）および回転テーブル回転座標系（ＸＴθ，ＹＴθ，ＺＴθ）を設定する（処理Ｓ３３）。
【００６１】
〔実施形態の効果〕
以上に説明した実施形態によれば、次に示す効果がある。
前記実施形態では、回転テーブル５０の各角度位置における基準点の測定にあたり、プローブ１７を校正治具６０に接近させることで、先端球１７Ａを３つの球体６５の各々と接触させることができ、基準点を１回の測定で済ますことができる。従って、従来はマスターボールの赤道に沿った４箇所と頂上の１箇所の計５点のポイント測定が必要であったのに対し、本発明では処理を大幅に簡素化できる。このため、従来のようなポイント測定の繰り返しによる作業効率の低下が解消でき、かつ誤差の累積による精度低下が解消できる。
【００６２】
また、前記実施形態では、３つの球体６５を有する校正治具６０を用い、プローブ１７の先端球１７Ａとの接触が球面により行われるようにしたため、プローブ１７あるいは校正治具６０側の傾き等の影響を受けにくく、回転テーブル５０表面上の基準点の一義的な決定が確実かつ容易に行える。
さらに、球体６５として既存のマスターボールを用いるとしたため、球面精度が確保できるとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることから、各球体６５の曲率中心の位置関係が簡素となり、校正治具６０における対称性が得られ、校正治具６０の中心位置として基準点を確実かつ容易に規定できる。
【００６３】
〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。
【００６４】
前記実施形態では、校正治具６０の接触部６１として、互いに接触する３つの完全な球体６５を用いたが、プローブ１７との関係で有効なのは互いの向かい合う側の表面であり、従って互いに向かい合う側が球面となった３つの半球体を互いに接触した状態で用いてもよい。このような３つの半球体を用いた接触部６１を支持する支持部６２としては、前記実施形態の支柱６４を用いてもよく、あるいは内側に断面三角形の空洞を有する筒体を用いることができる。
【００６５】
図１３において、本実施形態の校正治具６０Ａは、支持部６２として平面形状が略正三角形の有底筒状体６８を用い、その内側面６８Ａに半球体６５Ａが固定されている。半球体６５Ａは何れも同じ半径を有し、互いに接触した状態で固定されている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を近接させれば、先端球１７Ａが半球体６５Ａにそれぞれ一点で接触し、前述した図１〜図１１の実施形態と同様な手順で事前測定ないし本測定を実行することができる。
【００６６】
校正治具６０の接触部６１としては、図１３のような半球体６５Ａに限らず、４半球であってもよい。プローブ１７の先端球１７Ａの接触が専ら上方からであれば、半球体６５Ａの下半分も省略が可能である。
前記各実施形態では、３つの球体６５あるいは半球体６５Ａを互いに接触させるとしたが、これらは接触させないように配置してもよい。互いに接触させることで各球体の中心が正三角形を描き、中心位置の割り出しが容易である。しかし、互いに接触させない場合でも、先端球１７Ａが３つの球体に接触することで一点に位置決めされるようにでき、この状態での先端球１７Ａの中心位置を実測することで三角形の中心位置ないしは校正治具６０の基準位置を割り出すことができる。
さらに、校正治具６０の接触部６１としては、前述した各実施形態のような球面に限らず、平面あるいは円錐面などであってもよい。
【００６７】
図１４において、本実施形態の校正治具６０Ｂは、支持部６２として平面形状が略正三角形の柱状体６７を用い、その上面から三角錐状の孔６７Ａを形成して接触部６１としたものである。三角錐状の孔６７Ａの各面は、互いに同じ傾斜、同じ幅とされている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を接近させ、先端球１７Ａを孔６７Ａ内に導入することで、先端球１７Ａは孔６７Ａの３つの内面とそれぞれ１点で接触し、一意に決まる基準点を設定することができる。
【００６８】
図１５において、本実施形態の校正治具６０Ｃは、支持部６２として円盤状の基台６３を有し、その上面に３つの円錐柱６６を並べて接触部６１としたものである。円錐柱６６は高さ、最大外形、傾斜などが同一とされ、最大外形を与える底部で互いに接触されている。
このような実施形態においても、上方からプローブ１７を接近させ、先端球１７Ａを３つの円錐柱６６の間に導入することで、先端球１７Ａは３つの円錐柱６６とそれぞれ１点で接触し、一意にきまる基準点を設定することができる。
【００６９】
前記各実施形態において、校正治具６０は中心に対して対象な形状、例えば図５の球体６５あるいは図１３の半球体は互いに同径とし、図１４の三角錐状の孔６７Ａも各面の傾斜等が同一であり、図１５の円錐柱６６も同一のものとしたが、これらは一部が異なる寸法であってもよい。例えば、図５の球体６５のうち１つだけが直径の大きな物であってもよく、この場合、基準点となる中心位置の計算がやや複雑となるが、各部の正確な寸法が解っていれば何ら問題なく演算することができる。他の形状に関しても同様である。
【００７０】
前記実施形態では、回転テーブル５０を１２０度ずつ３回回転させて０度、１２０度、２４０度の３つの位置で基準点を測定したが、例えば０度、９０度、１８０度、２７０度の４点など、４つ以上の角度位置で測定するようにしてもよい。測定角度位置が増えることで精度の向上が期待できるが、測定時間の増加を考慮する必要があり、測定回数に関しては精度と効率を考慮して設定することが望ましい。
このような測定角度位置は、３６０度の整数分の一に限らず、不均等な配置で選択してもよい。
【００７１】
前記実施形態における図２の各座標系の関係の説明で、定盤１１上の基準点の測定にあたっては、定盤１１上に図２に示すマスターボール１１Ａを立て、その赤道４点と頂上１点をプローブ１７でポイント測定する既存の手法を用いていた。このような定盤１１上の基準点の測定において、本発明に基づく校正治具６０を適用してもよく、回転テーブル５０の座標系と同様に、定盤１１上の座標系について、校正操作の簡略化と精度の向上が期待できる。
【００７２】
前記実施形態では、事前測定において、オペレータの操作により回転テーブル５０に固定された校正治具６０の概略位置を測定し、アプローチ位置として登録しておき、本測定ではアプローチ位置へプローブ１７を降下させて基準点の測定を行った。これに対し、事前測定を省略し、回転テーブル５０に固定された校正治具６０に対してオペレータの操作によりプローブ１７を下降させ、基準点を測定してもよい。
前記実施形態のように事前測定によりアプローチ位置を登録しておくことで、本測定では自動運転が可能となり、かつ校正治具６０を移動しない限り、複数回の本測定で繰り返し登録されたアプローチ位置を参照可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の校正方法および校正治具は、ワークに接触する接触子およびワークを載置する回転テーブルを有する三次元測定機の校正に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…三次元測定機，２…コンピュータ，１０…除震台，１１…定盤，１４…Ｙ軸駆動機構，１５…コラム，１６…スピンドル，１７…プローブ，１７Ａ…先端球，１９…移動機構，２１…コンピュータ本体，２２…キーボード，２４…表示装置，２５…プリンタ，５０…回転テーブル，６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…校正治具，６１…接触部，６２…支持部，６３…基台，６４…支柱，６５…球体，６５Ａ…半球体，６６…円錐柱，６７…柱状体，６７Ａ…孔，６８…有底筒状体，６８Ａ…内側面，７１…ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元測定機の回転テーブルの座標系を登録するために前記回転テーブルの表面の基準点の座標位置を少なくとも３つの角度位置で測定する三次元測定機の校正方法であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する校正治具を用い、
前記回転テーブルの表面に前記校正治具を設置し、前記プローブを前記回転テーブルとは反対側から前記校正治具に近接させ、前記プローブの先端球が全ての前記接点と同時に接触した状態での座標位置を読み取る、ことを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載した三次元測定機の校正方法において、
前記校正治具は、プローブの先端球と接触する３つの球面を有することを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した三次元測定機の校正方法において、
前記３つの球面は、互いに接するとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載した三次元測定機の校正方法において、
前記３つの球面の曲率半径をＲ１として、前記プローブの先端球の半径Ｒ２は前記Ｒ１の０．１５４７倍よりも大きいことを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載した三次元測定機の校正方法で使用される校正治具であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する接触部と、
回転テーブル上に固定されて前記接触部を支持する支持部と、を有することを特徴とする三次元測定機の校正治具。
【請求項６】
請求項５に記載した三次元測定機の校正治具において、
前記支持部は、回転テーブル上に載置される基台と、前記基台に立設された３本の支柱とを有し、前記接触部は、それぞれ前記支柱に支持されかつ互いに接触する３つの球体であることを特徴とする三次元測定機の校正治具。
【請求項１】
三次元測定機の回転テーブルの座標系を登録するために前記回転テーブルの表面の基準点の座標位置を少なくとも３つの角度位置で測定する三次元測定機の校正方法であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する校正治具を用い、
前記回転テーブルの表面に前記校正治具を設置し、前記プローブを前記回転テーブルとは反対側から前記校正治具に近接させ、前記プローブの先端球が全ての前記接点と同時に接触した状態での座標位置を読み取る、ことを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載した三次元測定機の校正方法において、
前記校正治具は、プローブの先端球と接触する３つの球面を有することを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した三次元測定機の校正方法において、
前記３つの球面は、互いに接するとともに、互いの曲率半径が同一かつ曲率中心の高さが同一であることを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載した三次元測定機の校正方法において、
前記３つの球面の曲率半径をＲ１として、前記プローブの先端球の半径Ｒ２は前記Ｒ１の０．１５４７倍よりも大きいことを特徴とする三次元測定機の校正方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載した三次元測定機の校正方法で使用される校正治具であって、
プローブの先端球に対して同時に接触する少なくとも３つの接点を有する接触部と、
回転テーブル上に固定されて前記接触部を支持する支持部と、を有することを特徴とする三次元測定機の校正治具。
【請求項６】
請求項５に記載した三次元測定機の校正治具において、
前記支持部は、回転テーブル上に載置される基台と、前記基台に立設された３本の支柱とを有し、前記接触部は、それぞれ前記支柱に支持されかつ互いに接触する３つの球体であることを特徴とする三次元測定機の校正治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−８３１９２（Ｐ２０１２−８３１９２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９４７６（Ｐ２０１０−２２９４７６）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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