三次元測定機
【課題】プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる三次元測定機の提供。
【解決手段】三次元測定機は、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を測定空間内で移動させる移動機構２２と、移動機構２２を制御するホストコンピュータとを備える。ホストコンピュータは、移動機構２２に基準のプローブを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶ１、及び移動機構２２にプローブ２１Ｂを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶ２を記憶する記憶部と、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出する補正ベクトル算出部と、補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する基点補正部とを備える。
【解決手段】三次元測定機は、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を測定空間内で移動させる移動機構２２と、移動機構２２を制御するホストコンピュータとを備える。ホストコンピュータは、移動機構２２に基準のプローブを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶ１、及び移動機構２２にプローブ２１Ｂを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶ２を記憶する記憶部と、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出する補正ベクトル算出部と、補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する基点補正部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、このプローブを保持するとともに、プローブを測定空間内で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る三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような三次元測定機では、移動機構の変形等により測定値に誤差が生じるので、空間精度補正を行うことで測定値の誤差を補正している。
特許文献１に記載の三次元測定機では、空間精度補正を行うことでスピンドル（移動機構）に設定された基準位置（基点）における誤差を補正している。そして、測定空間内に設置された基準球の中心位置（基準座標）を測定することで算出される基準位置からプローブの先端位置（測定子）までのプローブベクトル（位置ベクトル）と、補正された基準位置とを合成することで測定値を算出している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４６１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合には、プローブの重量や重心の変化によって基準位置が変化するので、特許文献１に記載の三次元測定機では、測定値の誤差を十分に補正することができない場合があるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる三次元測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の三次元測定機は、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、前記プローブを保持するとともに、前記プローブを測定空間内で移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備える三次元測定機であって、前記制御装置は、前記移動機構に基準の前記プローブを保持させたときの前記測定空間内における基準座標から前記移動機構に設定された基点までの第１の位置ベクトル、及び前記移動機構に前記基準のプローブとは異なる状態のプローブを保持させたときの前記基準座標から前記基点までの第２の位置ベクトルを記憶する記憶部と、前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出部と、前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正する基点補正部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、基準のプローブには、例えば、三次元測定機の工場出荷時においてキャリブレーションを実施するために用いるプローブを採用することができる。また、基準のプローブと異なる状態のプローブとは、基準のプローブと重量が異なるプローブや、基準のプローブの姿勢を変更した状態をいうものとする。
したがって、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルは、測定空間内における基準座標を始点とするものであるので、補正ベクトル算出部は、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルに基づいて、基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出することができる。
そして、三次元測定機は、算出された補正ベクトルに基づいて、基点の誤差を補正する基点補正部を備えるので、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる。
【０００８】
本発明では、前記制御装置は、前記移動機構の移動量を取得する移動量取得部を備え、前記記憶部には、前記測定空間内における複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルと、前記移動機構の移動量とが関連付けて記憶され、前記補正ベクトル算出部は、前記移動量取得部にて取得された前記移動機構の移動量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを取得して前記補正ベクトルを算出することが好ましい。
【０００９】
ここで、例えば、プローブを移動させる移動軸を有する移動機構を備える三次元測定機では、移動機構の構造上、基点の誤差は、測定位置、すなわち移動機構の移動量に応じて変化する。
本発明によれば、補正ベクトル算出部は、移動量取得部にて取得された移動量に関連付けられた第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを記憶部から取得して補正ベクトルを算出するので、三次元測定機は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。
【００１０】
本発明では、前記補正ベクトル算出部は、前記複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを内挿または外挿することで前記補正ベクトルを算出することが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、三次元測定機は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。また、記憶部に記憶された複数の基準座標に係る第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルの数が少ない場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができるので、記憶部の使用領域を低減させることができる。
【００１２】
本発明では、前記制御装置は、前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点補正部にて前記基点の誤差を補正するか否かを判定する補正判定部を備え、前記基点補正部は、前記補正判定部にて前記基点の誤差を補正すると判定された場合に前記基点の誤差を補正することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、例えば、補正判定部を、三次元測定機の使用者により設定された所定の閾値と比較して補正ベクトル算出部にて算出される補正ベクトルが大きい場合にのみ基点補正部にて基点の誤差を補正するように構成することができる。したがって、三次元測定機は、測定値を算出するための演算処理の負荷を低減させることができ、処理速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を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、本発明の第１実施形態に係る三次元測定機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。以下の図面においても同様である。
【００１５】
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３と、操作レバー等を介してモーションコントローラ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３に所定の指令を与えるとともに、三次元測定機本体２上に設置された被測定物Ｗの形状解析等の演算処理を実行するホストコンピュータ５と、ホストコンピュータ５に接続される入力手段６１、及び出力手段６２とを備える。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。
【００１６】
三次元測定機本体２は、被測定物Ｗの表面に当接される測定子２１１Ａを先端側（−Ｚ軸方向側）に有し、被測定物Ｗの三次元位置を測定するためのプローブ２１と、プローブ２１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を保持するとともに、プローブ２１を測定空間内で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。なお、定盤２３には、三次元測定機本体２のキャリブレーションをするための半径既知の基準球２３１が設置され、この基準球２３１は、定盤２３上の複数位置に設置することができる。
移動機構２２は、プローブ２１の基端側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。
【００１７】
スライド機構２４は、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つのビーム支持体２４１と、各ビーム支持体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コラム２４３と、コラム２４３の内部に挿入されるとともに、コラム２４３内をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスピンドル２４４とを備える。したがって、移動機構２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を移動させる複数の移動軸を備えている。そして、スピンドル２４４は、−Ｚ軸方向側の端部においてプローブ２１の基端側を保持している。なお、プローブ２１としては、複数の種類のプローブが用意されており、これらのプローブの中から選択してスピンドル２４４に保持させることができる。
【００１８】
駆動機構２５は、図１、及び図２に示すように、各ビーム支持体２４１のうち、＋Ｘ軸方向側のビーム支持体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コラム２４３をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動部２５１Ｘ（図１において図示略）と、コラム２４３内をスライドさせてスピンドル２４４をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動部２５１Ｚ（図１において図示略）とを備える。
【００１９】
Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、図２に示すように、コラム２４３、各ビーム支持体２４１、及びスピンドル２４４の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸スケールセンサ２５２Ｘ、Ｙ軸スケールセンサ２５２Ｙ、及びＺ軸スケールセンサ２５２Ｚがそれぞれ設けられている。なお、各スケールセンサ２５２Ｘ，２５２Ｙ，２５２Ｚは、コラム２４３、各ビーム支持体２４１、及びスピンドル２４４の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。
【００２０】
図３は、スピンドル２４４にてプローブ２１を保持している部分の拡大模式図である。
プローブ２１は、図３に示すように、測定子２１１Ａを先端側に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側を支持する支持機構２１２と、支持機構２１２をスピンドル２４４に対して回転可能とする回転機構２１３とを備える。
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とともに、外力が加わった場合、すなわち被測定物Ｗ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、図２に示すように、スタイラス２１１の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸プローブセンサ２１２Ｘ、Ｙ軸プローブセンサ２１２Ｙ、及びＺ軸プローブセンサ２１２Ｚを備える。なお、各プローブセンサ２１２は、各スケールセンサ２５２と同様にスタイラス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である。
【００２１】
回転機構２１３は、支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転させることでプローブ２１の向き（プローブ２１の基端側から先端側に向かう方向）、すなわちプローブ２１の姿勢を変更する機構である。なお、回転機構２１３は、回転中心Ｒを中心としてＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸回りに支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転可能としている。
【００２２】
モーションコントローラ３は、図２に示すように、操作手段４、またはホストコンピュータ５からの指令に応じて駆動機構２５を制御する駆動制御部３１と、各スケールセンサ２５２、及び各プローブセンサ２１２から出力されるパルス信号を計数するカウンタ部３２とを備える。
カウンタ部３２は、各スケールセンサ２５２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（ｓＸ、ｓＹ、ｓＺ）を計測するスケールカウンタ３２１と、各プローブセンサ２１２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（ｐＸ、ｐＹ、ｐＺ）を計測するプローブカウンタ３２２とを備える。そして、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスライド機構２４の移動量（以下、スケール値Ｓとする）、及びスタイラス２１１の移動量（以下、プローブ値Ｐとする）は、ホストコンピュータ５に出力される。
【００２３】
制御装置としてのホストコンピュータ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を制御するものであり、移動指令部５１と、移動量取得部５２と、測定値算出部５３と、形状解析部５４と、記憶部５５とを備える。
移動指令部５１は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に所定の指令を与え、三次元測定機本体２の移動機構２２に移動をさせる。具体的に、例えば、移動指令部５１は、測定子２１１Ａを被測定物Ｗの表面に当接させた状態でプローブ２１を被測定物Ｗの表面に倣って移動させるための移動方向、及び移動速度からなる移動ベクトルを指令値として出力する。
【００２４】
移動量取得部５２は、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐを所定のサンプリング間隔で取得する。すなわち、移動量取得部５２は、移動機構２２の移動量を取得する。
測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐに基づいて測定値、すなわち測定子２１１Ａの位置を算出する。なお、スケール値Ｓは、キャリブレーションを実施することによって、プローブ２１の向きが−Ｚ軸方向であり、かつ、移動によるスライド機構２４の変形、及び支持機構２１２内におけるスタイラス２１１の移動が全く生じていない場合における測定子２１１Ａの位置を示すように調整されている。
【００２５】
スケール値Ｓのキャリブレーションは、基準球２３１を測定することで実施する。具体的に、図３に示すように、スピンドル２４４には先端側（−Ｚ軸方向側）の端部に基点Ｂが設定されている。そして、測定空間内に設置された基準球２３１の中心位置（基準座標）を測定することで、基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶを算出する。なお、測定子２１１Ａの位置は、基点Ｂの位置と、プローブベクトルＶとを合成することでスケール値Ｓとして求められる。また、基点Ｂは、空間精度補正を実施する基準となる位置である。
【００２６】
形状解析部５４は、図２に示すように、測定値算出部５３にて算出された測定値を合成して被測定物Ｗの表面形状データを算出し、算出された被測定物Ｗの表面形状データを輪郭データと対比することで誤差や歪みなどを求める等の形状解析を行う。
記憶部５５は、ホストコンピュータ５で用いられるデータを記憶するものであり、例えば、入力手段６１を介して入力される測定条件や、出力手段６２を介して出力される測定結果等を記憶する。なお、入力手段６１を介して入力される測定条件としては、例えば、移動量取得部５２にてスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐを取得するサンプリング間隔等がある。
【００２７】
〔測定値算出部、及び記憶部の詳細構成〕
図４は、測定値算出部５３、及び記憶部５５の詳細構成を示すブロック図である。
記憶部５５には、図４に示すように、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されている。
第１の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ１は、図３に示すように、スピンドル２４４に基準のプローブ２１Ａを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。なお、本実施形態では、基準のプローブ２１Ａは、三次元測定機１の工場出荷時においてキャリブレーションを実施するために用いるプローブである。このプローブベクトルＶ１は、三次元測定機１の工場出荷時において、基準のプローブ２１Ａをスピンドル２４４に保持させた状態でキャリブレーションを実施することによって算出され、記憶部５５に記憶される。
【００２８】
第２の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ２は、基準のプローブ２１Ａと異なる状態のプローブを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。ここで、基準のプローブ２１Ａと異なる状態のプローブとは、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブや、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態をいう。このプローブベクトルＶ２は、測定前において、三次元測定機１の使用者が測定に用いるプローブをスピンドル２４４に保持させるとともに、プローブの姿勢を設定した状態でキャリブレーションを実施することによって算出され、記憶部５５に記憶される。
【００２９】
図５は、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブ２１Ｂをスピンドル２４４に保持させた状態を示す拡大模式図である。図６は、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態を示す拡大模式図である。
例えば、基準のプローブ２１Ａより重量が重いプローブ２１Ｂをスピンドル２４４に保持させた場合には、図５に示すように、プローブ２１Ｂの重量によってスライド機構２４が変形し、基点Ｂの位置が下方側（−Ｚ軸方向側）に移動する。
また、例えば、支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転させることで、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した場合には、図６に示すように、重心の変化によってスライド機構２４が変形し、基点Ｂの位置が斜め下方側に移動する。
【００３０】
このように、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブや、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態とすると、基点Ｂの位置が移動して誤差が生じる。したがって、空間精度補正や、スケール値Ｓに誤差が生じることとなる。
なお、図５、及び図６では、基点Ｂの位置が移動する前の基準のプローブ２１Ａ、及びプローブ２１Ｂの状態を２点鎖線で示している。
【００３１】
測定値算出部５３は、図４に示すように、補正ベクトル算出部５３１と、補正判定部５３２と、基点補正部５３３とを備える。
補正ベクトル算出部５３１は、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出する。具体的に、補正ベクトル算出部５３１は、図５、及び図６に示すように、プローブベクトルＶ２からプローブベクトルＶ１を減算することで補正ベクトルＣＶを算出する。
【００３２】
補正判定部５３２は、補正ベクトル算出部５３１にて算出された補正ベクトルＣＶに基づいて、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正するか否かを判定する。なお、本実施形態では、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶと、所定の閾値とを比較することで判定を行う。この所定の閾値は、入力手段６１を介して三次元測定機１の使用者により入力されるものであり、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶの大きさが所定の閾値より大きい場合には、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正すると判定し、小さい場合には、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正しないと判定する。
基点補正部５３３は、補正判定部５３２にて基点Ｂの誤差を補正すると判定されると、補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する。具体的に、基点補正部５３３は、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに補正ベクトルＣＶを加算することで基点Ｂの誤差を補正する。
【００３３】
図７は、移動機構２２、移動指令部５１、及び測定値算出部５３の関係を示す図である。
移動指令部５１にて出力される指令値は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に入力され、図７に示すように、移動機構２２に移動をさせる。この際、移動量取得部５２は、移動機構２２の移動量に応じたスケール値Ｓを取得する（図２参照）。移動量取得部５２にてスケール値Ｓが取得されると、基点補正部５３３は、スケール値Ｓに補正ベクトルＣＶを加算する。そして、測定値算出部５３は、補正ベクトルＣＶに基づいて補正されたスケール値Ｓに対して更に空間精度補正を施し、空間精度補正が施されたスケール値Ｓと、移動量取得部５２にて取得されるプローブ値Ｐとに基づいて測定値を算出する。
【００３４】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２は、基準球２３１の中心位置を始点とするものであるので、補正ベクトル算出部５３１は、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出することができる。そして、三次元測定機１は、算出された補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する基点補正部５３３を備えるので、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる。
【００３５】
（２）補正判定部５３２は、三次元測定機１の使用者により設定された所定の閾値と比較して補正ベクトル算出部５３１にて算出される補正ベクトルＣＶが大きい場合にのみ基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正するように構成されているので、三次元測定機１は、測定値を算出するための演算処理の負荷を低減させることができ、処理速度を向上させることができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る測定値算出部５３Ａ、及び記憶部５５Ａの詳細構成を示すブロック図である。
前記第１実施形態では、記憶部５５には、三次元測定機１の測定空間内における１箇所に設置された基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されていた。
これに対して、本実施形態では、図８に示すように、記憶部５５Ａには、三次元測定機１の測定空間内におけるｎ箇所に設置される基準球２３１に係る第１の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及び第２の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎが記憶されている点で異なる。
【００３７】
図９は、基準球２３１の複数の設置位置を示す模式図である。なお、図９においては、三次元測定機１の測定空間を２点鎖線で示している。
プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎは、図９に示すように、三次元測定機１の測定空間内における複数の位置に設置される基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。なお、図９においては、設置位置の一部のみを図示し、その他の設置位置の図示を省略している。
【００３８】
図１０は、スピンドル２４４をスライド移動させた場合における基点Ｂの位置を示す模式図である。なお、図１０では、Ｚ軸方向における３つの位置において、スピンドル２４４をそれぞれ図示している。
スピンドル２４４は、図示は省略するが、コラム２４３内に設けられた案内機構によってＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。この案内機構は、空気静圧軸受等から構成され、スピンドル２４４の一部を支持している。このため、スピンドル２４４が−Ｚ軸方向にスライド移動するに従って、案内機構と、基点Ｂとが離間する。したがって、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した場合には、重心の位置が変化するので、図１０に示すように、スピンドル２４４が−Ｚ軸方向にスライド移動するに従って、基点Ｂの位置が移動する。
【００３９】
また、三次元測定機１では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の複数の移動軸を有する移動機構２２の構造上、基点Ｂの誤差は、測定位置、すなわち移動機構２２の移動量に応じて変化する。
したがって、本実施形態では、基準球２３１は、図９に示すように、測定空間内において立体的に複数の位置に設置される。
そして、測定空間内における複数の位置に設置される基準球２３１の中心位置を測定することで算出されるプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎは、移動機構２２の移動量、すなわちスケール値Ｓに関連付けられて記憶部５５Ａに記憶される。
【００４０】
測定値算出部５３Ａは、図８に示すように、補正ベクトル算出部５３１Ａを備える。
補正ベクトル算出部５３１Ａは、記憶部５５Ａに記憶されたプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎと、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓとに基づいて補正ベクトルＣＶを算出する。
具体的に、まず、補正ベクトル算出部５３１Ａは、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに関連付けられた第１の位置ベクトル（以下、プローブベクトルＶ１ｋとする）、及び第２の位置ベクトル（以下、プローブベクトルＶ２ｋとする）を記憶部５５Ａから取得する。この際、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することでプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得する。
次に、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ２ｋからプローブベクトルＶ１ｋを減算することで補正ベクトルＣＶを算出する。
【００４１】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態における作用、効果と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（３）補正ベクトル算出部５３１Ａは、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに関連付けられたプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを記憶部５５Ａから取得して補正ベクトルＣＶを算出するので、三次元測定機１は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。
（４）補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することで、プローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得するので、記憶部５５Ａに記憶されたプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎの数が少ない場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができ、記憶部５５Ａの使用領域を低減させることができる。
【００４２】
なお、本発明は前記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、前記各実施形態では、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶと、入力手段６１を介して三次元測定機１の使用者により入力される所定の閾値とを比較することで判定を行っていた。これに対して、例えば、移動機構の移動量に基づいて判定を行う等、他の値に基づいて基点補正部にて基点の誤差を補正するか否かを判定してもよい。なお、三次元測定機は、補正判定部を備えていなくてもよい。
【００４３】
前記第２実施形態では、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することでプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得していた。これに対して、例えば、補正ベクトル算出部は、内挿または外挿することなく第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを取得してもよい。要するに、補正ベクトル算出部は、移動量取得部にて取得された移動機構の移動量に基づいて、記憶部に記憶された第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを取得することができればよい。
【００４４】
前記第１実施形態では、記憶部５５には、三次元測定機１の測定空間内における１箇所に設置された基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されていた。また、前記第２実施形態では、記憶部５５Ａには、三次元測定機１の測定空間内におけるｎ箇所に設置される基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎが記憶されていた。これに対して、例えば、記憶部には、三次元測定機の測定空間内におけるｎ箇所に設置された基準球に係る第１の位置ベクトル、及び１箇所に設置される基準球に係る第２の位置ベクトルが記憶されていてもよい。要するに、記憶部には、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルが記憶されていればよい。
【００４５】
前記各実施形態では、三次元測定機１は、被測定物Ｗの表面に当接される測定子２１１Ａを有する接触式のプローブ２１を備えていた。これに対して、三次元測定機は、レーザーや、カメラ等の非接触式のプローブを備えていてもよい。要するに、三次元測定機は、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブを備えていればよい。
前記各実施形態では、移動機構２２は、それぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を移動させる３つの移動軸を備えていた。これに対して、移動機構は、１つ、または２つの移動軸を備えていてもよく、各移動軸は、直交していなくてもよい。要するに、移動機構は、プローブを測定空間内で移動させることができればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元測定機を示す全体模式図。
【図２】前記実施形態における三次元測定機の概略構成を示すブロック図。
【図３】前記実施形態におけるスピンドルにてプローブを保持している部分の拡大模式図。
【図４】前記実施形態における測定値算出部、及び記憶部の詳細構成を示すブロック図。
【図５】前記実施形態における基準のプローブと重量が異なるプローブをスピンドルに保持させた状態を示す拡大模式図。
【図６】前記実施形態における基準のプローブの姿勢を変更した状態を示す拡大模式図。
【図７】前記実施形態における移動機構、移動指令部、及び測定値算出部の関係を示す図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る測定値算出部、及び記憶部の詳細構成を示すブロック図。
【図９】前記実施形態における基準球の複数の設置位置を示す模式図。
【図１０】前記実施形態におけるスピンドルをスライド移動させた場合における基点の位置を示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１…三次元測定機
５…ホストコンピュータ（制御装置）
２１，２１Ｂ…プローブ
２１Ａ…基準のプローブ
２２…移動機構
５２…移動量取得部
５５，５５Ａ…記憶部
５３１，５３１Ａ…補正ベクトル算出部
５３２…補正判定部
５３３…基点補正部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、このプローブを保持するとともに、プローブを測定空間内で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る三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような三次元測定機では、移動機構の変形等により測定値に誤差が生じるので、空間精度補正を行うことで測定値の誤差を補正している。
特許文献１に記載の三次元測定機では、空間精度補正を行うことでスピンドル（移動機構）に設定された基準位置（基点）における誤差を補正している。そして、測定空間内に設置された基準球の中心位置（基準座標）を測定することで算出される基準位置からプローブの先端位置（測定子）までのプローブベクトル（位置ベクトル）と、補正された基準位置とを合成することで測定値を算出している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４６１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合には、プローブの重量や重心の変化によって基準位置が変化するので、特許文献１に記載の三次元測定機では、測定値の誤差を十分に補正することができない場合があるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる三次元測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の三次元測定機は、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、前記プローブを保持するとともに、前記プローブを測定空間内で移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備える三次元測定機であって、前記制御装置は、前記移動機構に基準の前記プローブを保持させたときの前記測定空間内における基準座標から前記移動機構に設定された基点までの第１の位置ベクトル、及び前記移動機構に前記基準のプローブとは異なる状態のプローブを保持させたときの前記基準座標から前記基点までの第２の位置ベクトルを記憶する記憶部と、前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出部と、前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正する基点補正部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、基準のプローブには、例えば、三次元測定機の工場出荷時においてキャリブレーションを実施するために用いるプローブを採用することができる。また、基準のプローブと異なる状態のプローブとは、基準のプローブと重量が異なるプローブや、基準のプローブの姿勢を変更した状態をいうものとする。
したがって、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルは、測定空間内における基準座標を始点とするものであるので、補正ベクトル算出部は、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルに基づいて、基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出することができる。
そして、三次元測定機は、算出された補正ベクトルに基づいて、基点の誤差を補正する基点補正部を備えるので、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる。
【０００８】
本発明では、前記制御装置は、前記移動機構の移動量を取得する移動量取得部を備え、前記記憶部には、前記測定空間内における複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルと、前記移動機構の移動量とが関連付けて記憶され、前記補正ベクトル算出部は、前記移動量取得部にて取得された前記移動機構の移動量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを取得して前記補正ベクトルを算出することが好ましい。
【０００９】
ここで、例えば、プローブを移動させる移動軸を有する移動機構を備える三次元測定機では、移動機構の構造上、基点の誤差は、測定位置、すなわち移動機構の移動量に応じて変化する。
本発明によれば、補正ベクトル算出部は、移動量取得部にて取得された移動量に関連付けられた第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを記憶部から取得して補正ベクトルを算出するので、三次元測定機は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。
【００１０】
本発明では、前記補正ベクトル算出部は、前記複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを内挿または外挿することで前記補正ベクトルを算出することが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、三次元測定機は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。また、記憶部に記憶された複数の基準座標に係る第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルの数が少ない場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができるので、記憶部の使用領域を低減させることができる。
【００１２】
本発明では、前記制御装置は、前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点補正部にて前記基点の誤差を補正するか否かを判定する補正判定部を備え、前記基点補正部は、前記補正判定部にて前記基点の誤差を補正すると判定された場合に前記基点の誤差を補正することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、例えば、補正判定部を、三次元測定機の使用者により設定された所定の閾値と比較して補正ベクトル算出部にて算出される補正ベクトルが大きい場合にのみ基点補正部にて基点の誤差を補正するように構成することができる。したがって、三次元測定機は、測定値を算出するための演算処理の負荷を低減させることができ、処理速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を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、本発明の第１実施形態に係る三次元測定機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。以下の図面においても同様である。
【００１５】
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３と、操作レバー等を介してモーションコントローラ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３に所定の指令を与えるとともに、三次元測定機本体２上に設置された被測定物Ｗの形状解析等の演算処理を実行するホストコンピュータ５と、ホストコンピュータ５に接続される入力手段６１、及び出力手段６２とを備える。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。
【００１６】
三次元測定機本体２は、被測定物Ｗの表面に当接される測定子２１１Ａを先端側（−Ｚ軸方向側）に有し、被測定物Ｗの三次元位置を測定するためのプローブ２１と、プローブ２１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を保持するとともに、プローブ２１を測定空間内で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。なお、定盤２３には、三次元測定機本体２のキャリブレーションをするための半径既知の基準球２３１が設置され、この基準球２３１は、定盤２３上の複数位置に設置することができる。
移動機構２２は、プローブ２１の基端側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。
【００１７】
スライド機構２４は、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つのビーム支持体２４１と、各ビーム支持体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コラム２４３と、コラム２４３の内部に挿入されるとともに、コラム２４３内をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスピンドル２４４とを備える。したがって、移動機構２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を移動させる複数の移動軸を備えている。そして、スピンドル２４４は、−Ｚ軸方向側の端部においてプローブ２１の基端側を保持している。なお、プローブ２１としては、複数の種類のプローブが用意されており、これらのプローブの中から選択してスピンドル２４４に保持させることができる。
【００１８】
駆動機構２５は、図１、及び図２に示すように、各ビーム支持体２４１のうち、＋Ｘ軸方向側のビーム支持体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コラム２４３をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動部２５１Ｘ（図１において図示略）と、コラム２４３内をスライドさせてスピンドル２４４をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動部２５１Ｚ（図１において図示略）とを備える。
【００１９】
Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、図２に示すように、コラム２４３、各ビーム支持体２４１、及びスピンドル２４４の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸スケールセンサ２５２Ｘ、Ｙ軸スケールセンサ２５２Ｙ、及びＺ軸スケールセンサ２５２Ｚがそれぞれ設けられている。なお、各スケールセンサ２５２Ｘ，２５２Ｙ，２５２Ｚは、コラム２４３、各ビーム支持体２４１、及びスピンドル２４４の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。
【００２０】
図３は、スピンドル２４４にてプローブ２１を保持している部分の拡大模式図である。
プローブ２１は、図３に示すように、測定子２１１Ａを先端側に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側を支持する支持機構２１２と、支持機構２１２をスピンドル２４４に対して回転可能とする回転機構２１３とを備える。
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とともに、外力が加わった場合、すなわち被測定物Ｗ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、図２に示すように、スタイラス２１１の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸プローブセンサ２１２Ｘ、Ｙ軸プローブセンサ２１２Ｙ、及びＺ軸プローブセンサ２１２Ｚを備える。なお、各プローブセンサ２１２は、各スケールセンサ２５２と同様にスタイラス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である。
【００２１】
回転機構２１３は、支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転させることでプローブ２１の向き（プローブ２１の基端側から先端側に向かう方向）、すなわちプローブ２１の姿勢を変更する機構である。なお、回転機構２１３は、回転中心Ｒを中心としてＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸回りに支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転可能としている。
【００２２】
モーションコントローラ３は、図２に示すように、操作手段４、またはホストコンピュータ５からの指令に応じて駆動機構２５を制御する駆動制御部３１と、各スケールセンサ２５２、及び各プローブセンサ２１２から出力されるパルス信号を計数するカウンタ部３２とを備える。
カウンタ部３２は、各スケールセンサ２５２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（ｓＸ、ｓＹ、ｓＺ）を計測するスケールカウンタ３２１と、各プローブセンサ２１２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（ｐＸ、ｐＹ、ｐＺ）を計測するプローブカウンタ３２２とを備える。そして、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスライド機構２４の移動量（以下、スケール値Ｓとする）、及びスタイラス２１１の移動量（以下、プローブ値Ｐとする）は、ホストコンピュータ５に出力される。
【００２３】
制御装置としてのホストコンピュータ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を制御するものであり、移動指令部５１と、移動量取得部５２と、測定値算出部５３と、形状解析部５４と、記憶部５５とを備える。
移動指令部５１は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に所定の指令を与え、三次元測定機本体２の移動機構２２に移動をさせる。具体的に、例えば、移動指令部５１は、測定子２１１Ａを被測定物Ｗの表面に当接させた状態でプローブ２１を被測定物Ｗの表面に倣って移動させるための移動方向、及び移動速度からなる移動ベクトルを指令値として出力する。
【００２４】
移動量取得部５２は、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐを所定のサンプリング間隔で取得する。すなわち、移動量取得部５２は、移動機構２２の移動量を取得する。
測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐに基づいて測定値、すなわち測定子２１１Ａの位置を算出する。なお、スケール値Ｓは、キャリブレーションを実施することによって、プローブ２１の向きが−Ｚ軸方向であり、かつ、移動によるスライド機構２４の変形、及び支持機構２１２内におけるスタイラス２１１の移動が全く生じていない場合における測定子２１１Ａの位置を示すように調整されている。
【００２５】
スケール値Ｓのキャリブレーションは、基準球２３１を測定することで実施する。具体的に、図３に示すように、スピンドル２４４には先端側（−Ｚ軸方向側）の端部に基点Ｂが設定されている。そして、測定空間内に設置された基準球２３１の中心位置（基準座標）を測定することで、基準球２３１の中心位置から基点ＢまでのプローブベクトルＶを算出する。なお、測定子２１１Ａの位置は、基点Ｂの位置と、プローブベクトルＶとを合成することでスケール値Ｓとして求められる。また、基点Ｂは、空間精度補正を実施する基準となる位置である。
【００２６】
形状解析部５４は、図２に示すように、測定値算出部５３にて算出された測定値を合成して被測定物Ｗの表面形状データを算出し、算出された被測定物Ｗの表面形状データを輪郭データと対比することで誤差や歪みなどを求める等の形状解析を行う。
記憶部５５は、ホストコンピュータ５で用いられるデータを記憶するものであり、例えば、入力手段６１を介して入力される測定条件や、出力手段６２を介して出力される測定結果等を記憶する。なお、入力手段６１を介して入力される測定条件としては、例えば、移動量取得部５２にてスケール値Ｓ、及びプローブ値Ｐを取得するサンプリング間隔等がある。
【００２７】
〔測定値算出部、及び記憶部の詳細構成〕
図４は、測定値算出部５３、及び記憶部５５の詳細構成を示すブロック図である。
記憶部５５には、図４に示すように、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されている。
第１の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ１は、図３に示すように、スピンドル２４４に基準のプローブ２１Ａを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。なお、本実施形態では、基準のプローブ２１Ａは、三次元測定機１の工場出荷時においてキャリブレーションを実施するために用いるプローブである。このプローブベクトルＶ１は、三次元測定機１の工場出荷時において、基準のプローブ２１Ａをスピンドル２４４に保持させた状態でキャリブレーションを実施することによって算出され、記憶部５５に記憶される。
【００２８】
第２の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ２は、基準のプローブ２１Ａと異なる状態のプローブを保持させたときの基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。ここで、基準のプローブ２１Ａと異なる状態のプローブとは、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブや、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態をいう。このプローブベクトルＶ２は、測定前において、三次元測定機１の使用者が測定に用いるプローブをスピンドル２４４に保持させるとともに、プローブの姿勢を設定した状態でキャリブレーションを実施することによって算出され、記憶部５５に記憶される。
【００２９】
図５は、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブ２１Ｂをスピンドル２４４に保持させた状態を示す拡大模式図である。図６は、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態を示す拡大模式図である。
例えば、基準のプローブ２１Ａより重量が重いプローブ２１Ｂをスピンドル２４４に保持させた場合には、図５に示すように、プローブ２１Ｂの重量によってスライド機構２４が変形し、基点Ｂの位置が下方側（−Ｚ軸方向側）に移動する。
また、例えば、支持機構２１２、及びスタイラス２１１を回転させることで、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した場合には、図６に示すように、重心の変化によってスライド機構２４が変形し、基点Ｂの位置が斜め下方側に移動する。
【００３０】
このように、基準のプローブ２１Ａと重量が異なるプローブや、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した状態とすると、基点Ｂの位置が移動して誤差が生じる。したがって、空間精度補正や、スケール値Ｓに誤差が生じることとなる。
なお、図５、及び図６では、基点Ｂの位置が移動する前の基準のプローブ２１Ａ、及びプローブ２１Ｂの状態を２点鎖線で示している。
【００３１】
測定値算出部５３は、図４に示すように、補正ベクトル算出部５３１と、補正判定部５３２と、基点補正部５３３とを備える。
補正ベクトル算出部５３１は、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出する。具体的に、補正ベクトル算出部５３１は、図５、及び図６に示すように、プローブベクトルＶ２からプローブベクトルＶ１を減算することで補正ベクトルＣＶを算出する。
【００３２】
補正判定部５３２は、補正ベクトル算出部５３１にて算出された補正ベクトルＣＶに基づいて、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正するか否かを判定する。なお、本実施形態では、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶと、所定の閾値とを比較することで判定を行う。この所定の閾値は、入力手段６１を介して三次元測定機１の使用者により入力されるものであり、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶの大きさが所定の閾値より大きい場合には、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正すると判定し、小さい場合には、基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正しないと判定する。
基点補正部５３３は、補正判定部５３２にて基点Ｂの誤差を補正すると判定されると、補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する。具体的に、基点補正部５３３は、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに補正ベクトルＣＶを加算することで基点Ｂの誤差を補正する。
【００３３】
図７は、移動機構２２、移動指令部５１、及び測定値算出部５３の関係を示す図である。
移動指令部５１にて出力される指令値は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に入力され、図７に示すように、移動機構２２に移動をさせる。この際、移動量取得部５２は、移動機構２２の移動量に応じたスケール値Ｓを取得する（図２参照）。移動量取得部５２にてスケール値Ｓが取得されると、基点補正部５３３は、スケール値Ｓに補正ベクトルＣＶを加算する。そして、測定値算出部５３は、補正ベクトルＣＶに基づいて補正されたスケール値Ｓに対して更に空間精度補正を施し、空間精度補正が施されたスケール値Ｓと、移動量取得部５２にて取得されるプローブ値Ｐとに基づいて測定値を算出する。
【００３４】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２は、基準球２３１の中心位置を始点とするものであるので、補正ベクトル算出部５３１は、プローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２に基づいて、基点Ｂの誤差を補正するための補正ベクトルＣＶを算出することができる。そして、三次元測定機１は、算出された補正ベクトルＣＶに基づいて、基点Ｂの誤差を補正する基点補正部５３３を備えるので、プローブを交換した場合や、プローブの姿勢を変更した場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができる。
【００３５】
（２）補正判定部５３２は、三次元測定機１の使用者により設定された所定の閾値と比較して補正ベクトル算出部５３１にて算出される補正ベクトルＣＶが大きい場合にのみ基点補正部５３３にて基点Ｂの誤差を補正するように構成されているので、三次元測定機１は、測定値を算出するための演算処理の負荷を低減させることができ、処理速度を向上させることができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る測定値算出部５３Ａ、及び記憶部５５Ａの詳細構成を示すブロック図である。
前記第１実施形態では、記憶部５５には、三次元測定機１の測定空間内における１箇所に設置された基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されていた。
これに対して、本実施形態では、図８に示すように、記憶部５５Ａには、三次元測定機１の測定空間内におけるｎ箇所に設置される基準球２３１に係る第１の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及び第２の位置ベクトルとしてのプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎが記憶されている点で異なる。
【００３７】
図９は、基準球２３１の複数の設置位置を示す模式図である。なお、図９においては、三次元測定機１の測定空間を２点鎖線で示している。
プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎは、図９に示すように、三次元測定機１の測定空間内における複数の位置に設置される基準球２３１の中心位置から基点Ｂまでの位置ベクトルをキャリブレーションによって算出したものである。なお、図９においては、設置位置の一部のみを図示し、その他の設置位置の図示を省略している。
【００３８】
図１０は、スピンドル２４４をスライド移動させた場合における基点Ｂの位置を示す模式図である。なお、図１０では、Ｚ軸方向における３つの位置において、スピンドル２４４をそれぞれ図示している。
スピンドル２４４は、図示は省略するが、コラム２４３内に設けられた案内機構によってＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。この案内機構は、空気静圧軸受等から構成され、スピンドル２４４の一部を支持している。このため、スピンドル２４４が−Ｚ軸方向にスライド移動するに従って、案内機構と、基点Ｂとが離間する。したがって、基準のプローブ２１Ａの姿勢を変更した場合には、重心の位置が変化するので、図１０に示すように、スピンドル２４４が−Ｚ軸方向にスライド移動するに従って、基点Ｂの位置が移動する。
【００３９】
また、三次元測定機１では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の複数の移動軸を有する移動機構２２の構造上、基点Ｂの誤差は、測定位置、すなわち移動機構２２の移動量に応じて変化する。
したがって、本実施形態では、基準球２３１は、図９に示すように、測定空間内において立体的に複数の位置に設置される。
そして、測定空間内における複数の位置に設置される基準球２３１の中心位置を測定することで算出されるプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎは、移動機構２２の移動量、すなわちスケール値Ｓに関連付けられて記憶部５５Ａに記憶される。
【００４０】
測定値算出部５３Ａは、図８に示すように、補正ベクトル算出部５３１Ａを備える。
補正ベクトル算出部５３１Ａは、記憶部５５Ａに記憶されたプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎと、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓとに基づいて補正ベクトルＣＶを算出する。
具体的に、まず、補正ベクトル算出部５３１Ａは、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに関連付けられた第１の位置ベクトル（以下、プローブベクトルＶ１ｋとする）、及び第２の位置ベクトル（以下、プローブベクトルＶ２ｋとする）を記憶部５５Ａから取得する。この際、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することでプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得する。
次に、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ２ｋからプローブベクトルＶ１ｋを減算することで補正ベクトルＣＶを算出する。
【００４１】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態における作用、効果と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（３）補正ベクトル算出部５３１Ａは、移動量取得部５２にて取得されたスケール値Ｓに関連付けられたプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを記憶部５５Ａから取得して補正ベクトルＣＶを算出するので、三次元測定機１は、測定値の誤差を更に適切に補正することができる。
（４）補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することで、プローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得するので、記憶部５５Ａに記憶されたプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎの数が少ない場合であっても測定値の誤差を適切に補正することができ、記憶部５５Ａの使用領域を低減させることができる。
【００４２】
なお、本発明は前記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、前記各実施形態では、補正判定部５３２は、補正ベクトルＣＶと、入力手段６１を介して三次元測定機１の使用者により入力される所定の閾値とを比較することで判定を行っていた。これに対して、例えば、移動機構の移動量に基づいて判定を行う等、他の値に基づいて基点補正部にて基点の誤差を補正するか否かを判定してもよい。なお、三次元測定機は、補正判定部を備えていなくてもよい。
【００４３】
前記第２実施形態では、補正ベクトル算出部５３１Ａは、プローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎを内挿または外挿することでプローブベクトルＶ１ｋ、及びプローブベクトルＶ２ｋを取得していた。これに対して、例えば、補正ベクトル算出部は、内挿または外挿することなく第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを取得してもよい。要するに、補正ベクトル算出部は、移動量取得部にて取得された移動機構の移動量に基づいて、記憶部に記憶された第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルを取得することができればよい。
【００４４】
前記第１実施形態では、記憶部５５には、三次元測定機１の測定空間内における１箇所に設置された基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１、及びプローブベクトルＶ２が記憶されていた。また、前記第２実施形態では、記憶部５５Ａには、三次元測定機１の測定空間内におけるｎ箇所に設置される基準球２３１に係るプローブベクトルＶ１１〜Ｖ１ｎ、及びプローブベクトルＶ２１〜Ｖ２ｎが記憶されていた。これに対して、例えば、記憶部には、三次元測定機の測定空間内におけるｎ箇所に設置された基準球に係る第１の位置ベクトル、及び１箇所に設置される基準球に係る第２の位置ベクトルが記憶されていてもよい。要するに、記憶部には、第１の位置ベクトル、及び第２の位置ベクトルが記憶されていればよい。
【００４５】
前記各実施形態では、三次元測定機１は、被測定物Ｗの表面に当接される測定子２１１Ａを有する接触式のプローブ２１を備えていた。これに対して、三次元測定機は、レーザーや、カメラ等の非接触式のプローブを備えていてもよい。要するに、三次元測定機は、被測定物の三次元位置を測定するためのプローブを備えていればよい。
前記各実施形態では、移動機構２２は、それぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を移動させる３つの移動軸を備えていた。これに対して、移動機構は、１つ、または２つの移動軸を備えていてもよく、各移動軸は、直交していなくてもよい。要するに、移動機構は、プローブを測定空間内で移動させることができればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元測定機を示す全体模式図。
【図２】前記実施形態における三次元測定機の概略構成を示すブロック図。
【図３】前記実施形態におけるスピンドルにてプローブを保持している部分の拡大模式図。
【図４】前記実施形態における測定値算出部、及び記憶部の詳細構成を示すブロック図。
【図５】前記実施形態における基準のプローブと重量が異なるプローブをスピンドルに保持させた状態を示す拡大模式図。
【図６】前記実施形態における基準のプローブの姿勢を変更した状態を示す拡大模式図。
【図７】前記実施形態における移動機構、移動指令部、及び測定値算出部の関係を示す図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る測定値算出部、及び記憶部の詳細構成を示すブロック図。
【図９】前記実施形態における基準球の複数の設置位置を示す模式図。
【図１０】前記実施形態におけるスピンドルをスライド移動させた場合における基点の位置を示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１…三次元測定機
５…ホストコンピュータ（制御装置）
２１，２１Ｂ…プローブ
２１Ａ…基準のプローブ
２２…移動機構
５２…移動量取得部
５５，５５Ａ…記憶部
５３１，５３１Ａ…補正ベクトル算出部
５３２…補正判定部
５３３…基点補正部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、前記プローブを保持するとともに、前記プローブを測定空間内で移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備える三次元測定機であって、
前記制御装置は、
前記移動機構に基準の前記プローブを保持させたときの前記測定空間内における基準座標から前記移動機構に設定された基点までの第１の位置ベクトル、及び前記移動機構に前記基準のプローブとは異なる状態のプローブを保持させたときの前記基準座標から前記基点までの第２の位置ベクトルを記憶する記憶部と、
前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出部と、
前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正する基点補正部とを備えることを特徴とする三次元測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記制御装置は、
前記移動機構の移動量を取得する移動量取得部を備え、
前記記憶部には、
前記測定空間内における複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルと、前記移動機構の移動量とが関連付けて記憶され、
前記補正ベクトル算出部は、
前記移動量取得部にて取得された前記移動機構の移動量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを取得して前記補正ベクトルを算出することを特徴とする三次元測定機。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記補正ベクトル算出部は、前記複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを内挿または外挿することで前記補正ベクトルを算出することを特徴とする三次元測定機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の三次元測定機において、
前記制御装置は、
前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点補正部にて前記基点の誤差を補正するか否かを判定する補正判定部を備え、
前記基点補正部は、前記補正判定部にて前記基点の誤差を補正すると判定された場合に前記基点の誤差を補正することを特徴とする三次元測定機。
【請求項１】
被測定物の三次元位置を測定するためのプローブと、前記プローブを保持するとともに、前記プローブを測定空間内で移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備える三次元測定機であって、
前記制御装置は、
前記移動機構に基準の前記プローブを保持させたときの前記測定空間内における基準座標から前記移動機構に設定された基点までの第１の位置ベクトル、及び前記移動機構に前記基準のプローブとは異なる状態のプローブを保持させたときの前記基準座標から前記基点までの第２の位置ベクトルを記憶する記憶部と、
前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正するための補正ベクトルを算出する補正ベクトル算出部と、
前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点の誤差を補正する基点補正部とを備えることを特徴とする三次元測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記制御装置は、
前記移動機構の移動量を取得する移動量取得部を備え、
前記記憶部には、
前記測定空間内における複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルと、前記移動機構の移動量とが関連付けて記憶され、
前記補正ベクトル算出部は、
前記移動量取得部にて取得された前記移動機構の移動量に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを取得して前記補正ベクトルを算出することを特徴とする三次元測定機。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記補正ベクトル算出部は、前記複数の基準座標に係る前記第１の位置ベクトル、及び前記第２の位置ベクトルを内挿または外挿することで前記補正ベクトルを算出することを特徴とする三次元測定機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の三次元測定機において、
前記制御装置は、
前記補正ベクトル算出部にて算出された補正ベクトルに基づいて、前記基点補正部にて前記基点の誤差を補正するか否かを判定する補正判定部を備え、
前記基点補正部は、前記補正判定部にて前記基点の誤差を補正すると判定された場合に前記基点の誤差を補正することを特徴とする三次元測定機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２８８２２７（Ｐ２００９−２８８２２７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４４２７（Ｐ２００８−１４４４２７）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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