形状測定装置、及び形状測定方法
【課題】誤差を抑制して回転テーブルの座標系を定める形状測定装置、形状測定方法を提供する。
【解決手段】形状測定装置は、回転テーブル５０、回転テーブル５０の表面から第１方向に距離ｈ１をもって位置する基準球６１ｂ、回転テーブル５０の表面から第１方向に距離ｈ２（ｈ２＞ｈ１）をもって位置する基準球６１ｃを備える。制御部３１は、回転テーブル５０を回転軸周りに１２０°ずつ３回にわたって回転させ、１２０°回転毎に接触子１７ａを基準球６１ｂ、６１ｃに追従させる。制御部３１は、基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を通る円Ｃ１の中心位置Ｏ１と、基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を通る円Ｃ２の中心位置Ｏ２を求め、各中心位置Ｏ１，Ｏ２を通る直線Ａ１をＺＴ軸として算出する。
【解決手段】形状測定装置は、回転テーブル５０、回転テーブル５０の表面から第１方向に距離ｈ１をもって位置する基準球６１ｂ、回転テーブル５０の表面から第１方向に距離ｈ２（ｈ２＞ｈ１）をもって位置する基準球６１ｃを備える。制御部３１は、回転テーブル５０を回転軸周りに１２０°ずつ３回にわたって回転させ、１２０°回転毎に接触子１７ａを基準球６１ｂ、６１ｃに追従させる。制御部３１は、基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を通る円Ｃ１の中心位置Ｏ１と、基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を通る円Ｃ２の中心位置Ｏ２を求め、各中心位置Ｏ１，Ｏ２を通る直線Ａ１をＺＴ軸として算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触子を用いて変位測定を行う３次元測定装置などの形状測定装置、及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触子を被測定物（以下、ワーク）に追従させて、その接触子とワークとの接触に基づき、ワークの形状を測定する３次元測定装置が知られている。さらに、回転テーブル（ロータリーテーブル）を設けた３次元測定装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。回転テーブルは、ワークを載置可能に且つ回転軸を中心にワークを回転可能に構成されている。
【０００３】
上記回転テーブルを使用して測定を行なう場合には、事前に回転テーブルの座標系の設定を行なう必要がある。回転テーブルの座標系の登録には、通常、回転テーブルの上面端に固定した基準球（マスタボール）が用いられる。例えば、３次元測定装置は、回転テーブルを所定角度から０°、１２０°、２４０°回転させ、各々の回転角における基準球の中心位置を測定する。続いて、３次元測定装置は、それら測定された基準球の中心位置を通る円平面、その円平面の中心を算出する。そして、３次元測定装置は、円平面の中心を通り且つ円平面に直交する法線を計算し、その法線を回転テーブルの座標系のＺ軸として使用する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転テーブルの回転軸が振れ回る場合、上記座標系の設定方法を用いると、回転テーブルの上面から所定長さ離れた位置において測定された円筒軸の直径値は、回転テーブルの上面近くの直径値より大きく求まる。つまり、従来の回転テーブルの座標系の設定方法は、回転軸の振れ回りに対応しておらず、誤差が大きく信頼性に欠ける。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、誤差を抑制して回転テーブルの座標系を定める形状測定装置、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】
本発明に係る形状測定装置は、被測定物の表面形状を測定する形状測定装置であって、接触子と前記被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部とを備え、前記駆動制御部は、前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させ、前記座標系算出部は、前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出することを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、形状測定装置は、回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出することができる。
【０００９】
前記第１情報提供部は、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第１柱状部と、前記回転テーブルの表面から前記第１長さをもって前記第１柱状部に中心を設け球状に形成された第１球状部とを備え、前記第２情報提供部は、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第２柱状部と、前記回転テーブルの表面から前記第２長さをもって前記第２柱状部に中心を設け球状に形成された第２球状部とを備える構成としてもよい。
【００１０】
本発明に係る形状測定方法は、接触子と被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部とを備える形状測定装置を用いて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記駆動制御部にて前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させる工程と、前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出させる工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、誤差を抑制して回転テーブルの座標系を定める形状測定装置、及び形状測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る形状測定装置を図面と共に説明する。
【００１３】
（実施形態に係る形状測定装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。この形状測定装置は、３次元測定機１と、この３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。
【００１４】
３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１１の両端側から立設されたビーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１３を支持している。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。また、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軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１３は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。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がコラム１５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１６の下端には、接触式のプローブ１７が装着されている。また、プローブ１７の先端には、任意形状、例えば楕円球形状の接触子１７ａが形成されている。この接触子１７ａにてワーク７１に対して倣い測定が行われ、その測定に伴うＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むように構成されている。
【００１５】
定盤１１上の所定位置には、後述するマシン座標系を設定するために用いられる定盤用基準球６１ａが装着されている。この定盤用基準球６１ａは、鋼球やセラミック球等である。定盤用基準球６１ａの半径は、既知である。つまり、３次元測定機１は、接触子１７ａの倣い測定により、定盤用基準球６１ａの中心位置を一意に特定することができる。
【００１６】
定盤用基準球６１ａは、定盤用柱状部６２ａを介して、定盤１１の上面から回定盤１１の上面に直交する方向に所定高さｈ０をもって設けられている。定盤用柱状部６２ａは、定盤用チャック６３ａにより定盤１１に固定されている。
【００１７】
図２は、３次元測定機１の定盤１１の断面図である。図１及び図２に示すように、定盤１１は、その上面に凹部１１Ａを有する。その凹部１１Ａの中には、回転テーブル５０が設けられている。回転テーブル５０は、ワーク７１を載置可能に且つワーク７１が回転軸Ｈを中心に回転可能に構成されている。回転テーブル５０は、その中心に貫通孔５０Ａを有する。貫通孔５０Ａは、長尺のワーク７１を回転テーブル５０に載置するために設けられている。
【００１８】
回転テーブル５０上には、第１基準球６１ｂ、及び第２基準球６１ｃが設けられている。第１基準球６１ｂ、及び第２基準球６１ｃは、鋼球やセラミック球等である。第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃの半径は、既知である。つまり、３次元測定機１は、接触子１７ａの倣い測定により、第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃの中心位置を一意に決定することができる。
【００１９】
第１基準球６１ｂは、第１柱状部６２ｂを介して、回転テーブル５０の上面から回転テーブル５０の上面に直交する方向に第１の高さｈ１をもって設けられている。第１柱状部６２ｂは、第１チャック６３ｂにより回転テーブル５０に固定されている。第１基準球６１ｂ（第１情報提供部）は、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を制御部３１（後述するＣＰＵ３１）にて取得可能に構成されている。
【００２０】
第２基準球６１ｃは、第２柱状部６２ｃを介して、回転テーブル５０の上面から回転テーブル５０の上面に直交する方向に第２の高さｈ２をもって設けられている。第２の高さｈ２は、第１の高さよりｈ１より高い。第２柱状部６２ｃは、第２チャック６３ｃにより回転テーブル５０に固定されている。第２基準球６１ｃ（第２情報提供部）は、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を制御部３１（後述するＣＰＵ３１）にて取得可能に構成されている。
【００２１】
第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）及び第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）は、回転テーブル５０の中心（回転軸Ｈ）から所定長さ離れた位置に設けられている。第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）は、第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）と回転テーブル５０の中心（回転軸Ｈ）から１８０°反対側の位置に設けられている。
【００２２】
続いて、コンピュータ２の構成を説明する。コンピュータ２は、図１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を備えて構成されている。
【００２３】
コンピュータ本体２１は、図３に示すように構成されている。図３は、本発明の実施形態に係るコンピュータ本体２１の構成を示すブロック図である。
【００２４】
コンピュータ本体２１は、主に、ＣＰＵ（制御部）３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、ＨＤＤ（記憶部）３４、表示制御部３５を有する。コンピュータ本体２１において、キーボード２２、及びマウス２３から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３６ａを介してＣＰＵ３１に入力される。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３４からＩ／Ｆ３６ｂを介してＲＡＭ３２に格納された各種プログラムに従って、測定実行処理、及び後述する回転テーブル座標系算出処理等を実行する。
【００２５】
ＣＰＵ３１は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ３６ｃを介して３次元測定機１を制御する。ＨＤＤ３４は、各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ３２は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。また、ＣＰＵ３１は、表示制御部３５を介してＣＲＴ２４に測定結果等を表示する。
【００２６】
ＣＰＵ（制御部）３１は、ＨＤＤ３４から各種プログラムを読み出し、そのプログラムを実行することにより各種機能を有する。ＣＰＵ（制御部）３１は、接触子１７ａとワーク７１との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部として機能する。ＣＰＵ（制御部）３１は、接触子１７ａ及び回転テーブル５０の駆動を制御する駆動制御部として機能する。ＣＰＵ３１（制御部）は、回転テーブル５０上の座標系（回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ））を構成するＺＴ軸（座標軸）を算出する座標系算出部として機能する。
【００２７】
さらに、ＣＰＵ３１（制御部）は、回転テーブル５０を回転軸Ｈ周りに１２０°ずつ３回にわたって回転させ、１２０°回転させる毎に接触子１７ａを第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃに追従させる。さらに、ＣＰＵ３１（制御部）は、取得した複数の第１基準球６１ｂの中心位置を通る第１の円の第１の中心を求め、取得した複数の第２基準球６１ｃの中心位置を通る第２の円の第２の中心を求め、第１の中心及び第２の中心を通る直線ＡをＺＴ軸（座標軸）として算出する。
【００２８】
（座標系の説明）
次に、図４を参照して、本実施形態にて用いられる座標系について説明する。図４は、本実施形態に係る座標系を説明する図である。
【００２９】
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）、回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）、回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）、ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）が設定されている。
【００３０】
スケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）は、予め設定された絶対位置を原点ＯＳとする３次元測定機１（機械）の座標系である。マシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）
は、定盤用基準球６１ａの中心位置を原点ＯＭとなるようにスケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）を平行移動させた座標系である。
【００３１】
回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転角度が０°の時の回転テーブル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。回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転テーブル５０の中心を原点ＯＴとして、回転テーブル５０の中心軸方向をＺＴとする直交座標系である。
【００３２】
回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）は、回転テーブル５０を回転角θだけ回転させた時の回転テーブル５０の中心を原点ＯＴとする座標系である。回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）は、回転テーブル５０が回転する度に変化する。
【００３３】
ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）は、ワーク７１の上面をＸＷＹＷ平面、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。
【００３４】
つまり、図４に示すように、定盤１１の上方に位置する任意の点Ｐは、以下に示す数式１のように各種座標系にて表すことができる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
続いて、各座標系の原点から、各座標系の軸に沿ってその正方向に延びるベクトルの算出方法について説明する。なお、以下において、スケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）におけるベクトルＸＳは、以下に示す（数式２）のように表す。マシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）におけるベクトルＸＭは、以下に示す（数式３）のように表す。回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）におけるベクトルＸＴは、以下に示す（数式４）のように表す。回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）におけるベクトルＸＴθは、以下に示す（数式５）のように表す。ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）におけるベクトルＸＷは、以下に示す（数式６）のように表す。
【００３７】
【数２】
【００３８】
また、原点ＯＳから原点ＯＭへ向かうベクトルＯＭは、以下に示す（数式７）のように表す。原点ＯＭから原点ＯＴへ向かうベクトルＯＴは、以下に示す（数式８）のように表す。原点ＯＴから原点ＯＷへ向かうベクトルＯＷは、以下に示す（数式９）のように表す。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ベクトルＸＭは、以下に示す（数式１０）のように表すことができる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
ベクトルＸＴは、以下に示す（数式１１）のように表すことができる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
変換マトリクスＭ１は、以下に示す（数式１２）のように表される。（数式１２）において、１行目は、ＸＴ軸の単位ベクトル成分を示し、２行目は、ＹＴ軸の単位ベクトル成分を示し、３行目は、ＺＴ軸の単位ベクトル成分を示す。座標系は、右手系であるので、変換マトリクスＭ１の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００４５】
【数６】
【００４６】
ベクトルＸＴθは、以下に示す（数式１３）のように表すことができる。
【００４７】
【数７】
【００４８】
回転マトリクスＭ２は、以下に示す（数式１４）のように表される。座標系は、右手系であるので、回転マトリクスＭ２の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００４９】
【数８】
【００５０】
ベクトルＸＷは、以下に示す（数式１５）のように表すことができる。
【００５１】
【数９】
【００５２】
変換マトリクスＭ３は、以下に示す（数式１６）のように表される。（数式１６）において、１行目は、ＸＷ軸の単位ベクトル成分を示し、２行目は、ＹＷ軸の単位ベクトル成分を示し、３行目は、ＺＷ軸の単位ベクトル成分を示す。座標系は、右手系であるので、変換マトリクスＭ３の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
上記の（数式１０）〜（数式１６）より、ベクトルＸＷは、以下に示す（数式１７）のように表すことができる。
【００５５】
【数１１】
【００５６】
（実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理）
次に、図５を参照して、実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理について説明する。図５は、実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理を示すフローチャートである。なお、図５に示す処理は、記憶部に格納されたプログラム等を制御部３１により実行してなされるものである。
【００５７】
図５に示すように、先ず、制御部３１は、回転テーブル５０の回転角を所定角度に設定する（ステップＳ１０１）。
【００５８】
次に、制御部３１は、図６の第１状態Ｉに示すように接触子１７ａにて第１基準球６１ｂを追従させ、その第１基準球６１ｂの球心位置を測定する（ステップＳ１０２）。続いて、制御部３１は、図６の第２状態ＩＩに示すように接触子１７ａにて第２基準球６１ｃを追従させ、その第２基準球６１ｃの球心位置を測定する（ステップＳ１０３）。
【００５９】
次に、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させていないと判断すると（ステップＳ１０４、Ｎ）、回転テーブル５０を１２０°回転させ（ステップＳ１０５）、再びステップＳ１０２からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させたと判断すると（ステップＳ１０４、Ｙ）、後述するステップＳ１０６の処理を実行する。
【００６０】
ここで、図７は、回転テーブル５０の回転及びその回転に伴う第１、第２基準球６１ｂ、６１ｃの測定の概略を示す上面図である。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の工程を経て、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置は、回転テーブル５０が０°、１２０°、２４０°回転した３箇所にて測定される。なお、球心位置は、少なくとも４点以上の位置情報から決定される。
【００６１】
図８は、図７の矢印Ｃ１方向からみた第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置を示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、回転テーブル５０の回転角の変化（０°、１２０°、２４０°）に伴い、回転テーブル５０の回転軸Ｈと理想的な軸心Ｈｏとの間は、角度φ１〜φ３に亘って変化する。つまり、回転テーブル５０の回転軸Ｈに振れ回り誤差が生じる。なお、図８（ａ）に示すように、回転テーブル５０が０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２１が測定される。同様に図８（ｂ）に示すように、回転テーブル５０が１２０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１２が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２２が測定される。同様に図８（ｃ）に示すように、回転テーブル５０が２４０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１３が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２３が測定される。
【００６２】
ステップＳ１０４に続いて、制御部３１は、図９に示すように、測定された第１基準球６１ｂの３つの球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３に基づき、それら球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を通る第１の円Ｃ１を算出する。さらに、制御部３１は、第１の円Ｃ１の第１の中心位置Ｏ１を算出する（ステップＳ１０６）。
【００６３】
続いて、制御部３１は、図９に示すように、測定された第２基準球６１ｃの３つの球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３に基づき、それら球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を通る第２の円Ｃ２を算出する。さらに、制御部３１は、第２の円Ｃ２の第２の中心位置Ｏ２を算出する（ステップＳ１０７）。
【００６４】
次に、制御部３１は、図９に示すように、第１の円Ｃ１の第１の中心位置Ｏ１及び第２の円Ｃ２の第２の中心位置Ｏ２を通る回転テーブル５０の直線Ａを算出する（ステップＳ１０８）。
【００６５】
そして、制御部３１は、回転テーブル５０の直線Ａに基づき回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９において、制御部３１は、第１の中心位置Ｏ１を原点ＯＴとする。制御部３１は、原点ＯＴ（中心位置Ｏ１）から第２の中心位置Ｏ２へと向かう直線Ａに沿った方向をＺＴ軸（座標軸）とする。例えば、制御部３１は、原点ＯＴ（第１の中心位置Ｏ１）から方向Ｂに平行な方向をＸＴ軸とする。ここで、方向Ｂは、回転テーブル５０の回転角を０°とした時の第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１から、回転テーブル５０の回転角を１２０°とした時の第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１２へと向かう方向である。また、制御部３１は、ＺＴ軸、及びＸＴ軸に直交する軸をＹＴ軸とする。
【００６６】
回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出の後、図１０に示すように、回転テーブル５０上から、第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）及び第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）を取り除く。続いて、回転テーブル５０の貫通孔５０Ａにワーク７１を挿入し、回転テーブル５０の上面にてワーク７１をチャック８１により固定する。そして、図１０の第３状態ＩＩＩに示すように、接触子１７ａにてワーク７１の形状を測定する。
【００６７】
（実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。実施形態に係る形状測定装置は、振れ回り誤差を考慮して、上記のように回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する。したがって、実施形態に係る形状測定装置は、回転テーブル５０に振れ回り誤差が生じた場合であっても、誤差を抑制して回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出することができる。
【００６８】
（その他の実施形態）
以上、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。
【００６９】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、第１基準球６１ｂを有する構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、第１基準球６１ｂの代わりに、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を制御部３１にて取得可能な構成を有していれば良い。
【００７０】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、第２基準球６１ｃを有する構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、第２基準球６１ｃの代わりに、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を制御部３１にて取得可能な構成を有していれば良い。
【００７１】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を１２０°ずつ回転させる構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を回転軸Ｈ周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、（３６０／ｎ）度回転させる毎に接触子１７aを第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃに追従させる構成であれば良い。
【００７２】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を３６０°回転させて第１基準球６１ｂに係る球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を測定し、その後にさらに回転テーブル５０を３６０°回転させて第２基準球６１ｃに係る球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を測定する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る３次元測定機１の定盤１１の断面図である。
【図３】実施形態に係るコンピュータ本体２１の機能ブロック図である。
【図４】各座標系を説明する図である。
【図５】実施形態に係る回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る接触子１７ａの動作を示す図である。
【図７】実施形態の回転テーブル５０の回転及びその回転に伴う第１、第２基準球６１ｂ、６１ｃの測定の概略を示す上面図である。
【図８】図７の矢印Ｃ１方向からみた第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置を示す図である。
【図９】実施形態に係る回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する概略を説明する図である。
【図１０】実施形態に係るワーク７１の形状測定の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…３次元測定機、２…コンピュータ、１０…除震台、１１…定盤、１２ａ，１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スピンドル、１７…プローブ、１７ａ…接触子、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴ、２５…プリンタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触子を用いて変位測定を行う３次元測定装置などの形状測定装置、及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触子を被測定物（以下、ワーク）に追従させて、その接触子とワークとの接触に基づき、ワークの形状を測定する３次元測定装置が知られている。さらに、回転テーブル（ロータリーテーブル）を設けた３次元測定装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。回転テーブルは、ワークを載置可能に且つ回転軸を中心にワークを回転可能に構成されている。
【０００３】
上記回転テーブルを使用して測定を行なう場合には、事前に回転テーブルの座標系の設定を行なう必要がある。回転テーブルの座標系の登録には、通常、回転テーブルの上面端に固定した基準球（マスタボール）が用いられる。例えば、３次元測定装置は、回転テーブルを所定角度から０°、１２０°、２４０°回転させ、各々の回転角における基準球の中心位置を測定する。続いて、３次元測定装置は、それら測定された基準球の中心位置を通る円平面、その円平面の中心を算出する。そして、３次元測定装置は、円平面の中心を通り且つ円平面に直交する法線を計算し、その法線を回転テーブルの座標系のＺ軸として使用する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転テーブルの回転軸が振れ回る場合、上記座標系の設定方法を用いると、回転テーブルの上面から所定長さ離れた位置において測定された円筒軸の直径値は、回転テーブルの上面近くの直径値より大きく求まる。つまり、従来の回転テーブルの座標系の設定方法は、回転軸の振れ回りに対応しておらず、誤差が大きく信頼性に欠ける。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、誤差を抑制して回転テーブルの座標系を定める形状測定装置、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】
本発明に係る形状測定装置は、被測定物の表面形状を測定する形状測定装置であって、接触子と前記被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部とを備え、前記駆動制御部は、前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させ、前記座標系算出部は、前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出することを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、形状測定装置は、回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出することができる。
【０００９】
前記第１情報提供部は、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第１柱状部と、前記回転テーブルの表面から前記第１長さをもって前記第１柱状部に中心を設け球状に形成された第１球状部とを備え、前記第２情報提供部は、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第２柱状部と、前記回転テーブルの表面から前記第２長さをもって前記第２柱状部に中心を設け球状に形成された第２球状部とを備える構成としてもよい。
【００１０】
本発明に係る形状測定方法は、接触子と被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部とを備える形状測定装置を用いて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記駆動制御部にて前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させる工程と、前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出させる工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、誤差を抑制して回転テーブルの座標系を定める形状測定装置、及び形状測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る形状測定装置を図面と共に説明する。
【００１３】
（実施形態に係る形状測定装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。この形状測定装置は、３次元測定機１と、この３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。
【００１４】
３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１１の両端側から立設されたビーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１３を支持している。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。また、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軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１３は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１５を支持する。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がコラム１５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１６の下端には、接触式のプローブ１７が装着されている。また、プローブ１７の先端には、任意形状、例えば楕円球形状の接触子１７ａが形成されている。この接触子１７ａにてワーク７１に対して倣い測定が行われ、その測定に伴うＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むように構成されている。
【００１５】
定盤１１上の所定位置には、後述するマシン座標系を設定するために用いられる定盤用基準球６１ａが装着されている。この定盤用基準球６１ａは、鋼球やセラミック球等である。定盤用基準球６１ａの半径は、既知である。つまり、３次元測定機１は、接触子１７ａの倣い測定により、定盤用基準球６１ａの中心位置を一意に特定することができる。
【００１６】
定盤用基準球６１ａは、定盤用柱状部６２ａを介して、定盤１１の上面から回定盤１１の上面に直交する方向に所定高さｈ０をもって設けられている。定盤用柱状部６２ａは、定盤用チャック６３ａにより定盤１１に固定されている。
【００１７】
図２は、３次元測定機１の定盤１１の断面図である。図１及び図２に示すように、定盤１１は、その上面に凹部１１Ａを有する。その凹部１１Ａの中には、回転テーブル５０が設けられている。回転テーブル５０は、ワーク７１を載置可能に且つワーク７１が回転軸Ｈを中心に回転可能に構成されている。回転テーブル５０は、その中心に貫通孔５０Ａを有する。貫通孔５０Ａは、長尺のワーク７１を回転テーブル５０に載置するために設けられている。
【００１８】
回転テーブル５０上には、第１基準球６１ｂ、及び第２基準球６１ｃが設けられている。第１基準球６１ｂ、及び第２基準球６１ｃは、鋼球やセラミック球等である。第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃの半径は、既知である。つまり、３次元測定機１は、接触子１７ａの倣い測定により、第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃの中心位置を一意に決定することができる。
【００１９】
第１基準球６１ｂは、第１柱状部６２ｂを介して、回転テーブル５０の上面から回転テーブル５０の上面に直交する方向に第１の高さｈ１をもって設けられている。第１柱状部６２ｂは、第１チャック６３ｂにより回転テーブル５０に固定されている。第１基準球６１ｂ（第１情報提供部）は、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を制御部３１（後述するＣＰＵ３１）にて取得可能に構成されている。
【００２０】
第２基準球６１ｃは、第２柱状部６２ｃを介して、回転テーブル５０の上面から回転テーブル５０の上面に直交する方向に第２の高さｈ２をもって設けられている。第２の高さｈ２は、第１の高さよりｈ１より高い。第２柱状部６２ｃは、第２チャック６３ｃにより回転テーブル５０に固定されている。第２基準球６１ｃ（第２情報提供部）は、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を制御部３１（後述するＣＰＵ３１）にて取得可能に構成されている。
【００２１】
第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）及び第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）は、回転テーブル５０の中心（回転軸Ｈ）から所定長さ離れた位置に設けられている。第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）は、第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）と回転テーブル５０の中心（回転軸Ｈ）から１８０°反対側の位置に設けられている。
【００２２】
続いて、コンピュータ２の構成を説明する。コンピュータ２は、図１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を備えて構成されている。
【００２３】
コンピュータ本体２１は、図３に示すように構成されている。図３は、本発明の実施形態に係るコンピュータ本体２１の構成を示すブロック図である。
【００２４】
コンピュータ本体２１は、主に、ＣＰＵ（制御部）３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、ＨＤＤ（記憶部）３４、表示制御部３５を有する。コンピュータ本体２１において、キーボード２２、及びマウス２３から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３６ａを介してＣＰＵ３１に入力される。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３４からＩ／Ｆ３６ｂを介してＲＡＭ３２に格納された各種プログラムに従って、測定実行処理、及び後述する回転テーブル座標系算出処理等を実行する。
【００２５】
ＣＰＵ３１は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ３６ｃを介して３次元測定機１を制御する。ＨＤＤ３４は、各種制御プログラムを格納する記録媒体である。ＲＡＭ３２は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。また、ＣＰＵ３１は、表示制御部３５を介してＣＲＴ２４に測定結果等を表示する。
【００２６】
ＣＰＵ（制御部）３１は、ＨＤＤ３４から各種プログラムを読み出し、そのプログラムを実行することにより各種機能を有する。ＣＰＵ（制御部）３１は、接触子１７ａとワーク７１との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部として機能する。ＣＰＵ（制御部）３１は、接触子１７ａ及び回転テーブル５０の駆動を制御する駆動制御部として機能する。ＣＰＵ３１（制御部）は、回転テーブル５０上の座標系（回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ））を構成するＺＴ軸（座標軸）を算出する座標系算出部として機能する。
【００２７】
さらに、ＣＰＵ３１（制御部）は、回転テーブル５０を回転軸Ｈ周りに１２０°ずつ３回にわたって回転させ、１２０°回転させる毎に接触子１７ａを第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃに追従させる。さらに、ＣＰＵ３１（制御部）は、取得した複数の第１基準球６１ｂの中心位置を通る第１の円の第１の中心を求め、取得した複数の第２基準球６１ｃの中心位置を通る第２の円の第２の中心を求め、第１の中心及び第２の中心を通る直線ＡをＺＴ軸（座標軸）として算出する。
【００２８】
（座標系の説明）
次に、図４を参照して、本実施形態にて用いられる座標系について説明する。図４は、本実施形態に係る座標系を説明する図である。
【００２９】
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）、回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）、回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）、ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）が設定されている。
【００３０】
スケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）は、予め設定された絶対位置を原点ＯＳとする３次元測定機１（機械）の座標系である。マシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）
は、定盤用基準球６１ａの中心位置を原点ＯＭとなるようにスケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）を平行移動させた座標系である。
【００３１】
回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転角度が０°の時の回転テーブル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。回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転テーブル５０の中心を原点ＯＴとして、回転テーブル５０の中心軸方向をＺＴとする直交座標系である。
【００３２】
回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）は、回転テーブル５０を回転角θだけ回転させた時の回転テーブル５０の中心を原点ＯＴとする座標系である。回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）は、回転テーブル５０が回転する度に変化する。
【００３３】
ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）は、ワーク７１の上面をＸＷＹＷ平面、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。
【００３４】
つまり、図４に示すように、定盤１１の上方に位置する任意の点Ｐは、以下に示す数式１のように各種座標系にて表すことができる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
続いて、各座標系の原点から、各座標系の軸に沿ってその正方向に延びるベクトルの算出方法について説明する。なお、以下において、スケール座標系（ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）におけるベクトルＸＳは、以下に示す（数式２）のように表す。マシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）におけるベクトルＸＭは、以下に示す（数式３）のように表す。回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）におけるベクトルＸＴは、以下に示す（数式４）のように表す。回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）におけるベクトルＸＴθは、以下に示す（数式５）のように表す。ワーク座標系（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）におけるベクトルＸＷは、以下に示す（数式６）のように表す。
【００３７】
【数２】
【００３８】
また、原点ＯＳから原点ＯＭへ向かうベクトルＯＭは、以下に示す（数式７）のように表す。原点ＯＭから原点ＯＴへ向かうベクトルＯＴは、以下に示す（数式８）のように表す。原点ＯＴから原点ＯＷへ向かうベクトルＯＷは、以下に示す（数式９）のように表す。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ベクトルＸＭは、以下に示す（数式１０）のように表すことができる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
ベクトルＸＴは、以下に示す（数式１１）のように表すことができる。
【００４３】
【数５】
【００４４】
変換マトリクスＭ１は、以下に示す（数式１２）のように表される。（数式１２）において、１行目は、ＸＴ軸の単位ベクトル成分を示し、２行目は、ＹＴ軸の単位ベクトル成分を示し、３行目は、ＺＴ軸の単位ベクトル成分を示す。座標系は、右手系であるので、変換マトリクスＭ１の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００４５】
【数６】
【００４６】
ベクトルＸＴθは、以下に示す（数式１３）のように表すことができる。
【００４７】
【数７】
【００４８】
回転マトリクスＭ２は、以下に示す（数式１４）のように表される。座標系は、右手系であるので、回転マトリクスＭ２の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００４９】
【数８】
【００５０】
ベクトルＸＷは、以下に示す（数式１５）のように表すことができる。
【００５１】
【数９】
【００５２】
変換マトリクスＭ３は、以下に示す（数式１６）のように表される。（数式１６）において、１行目は、ＸＷ軸の単位ベクトル成分を示し、２行目は、ＹＷ軸の単位ベクトル成分を示し、３行目は、ＺＷ軸の単位ベクトル成分を示す。座標系は、右手系であるので、変換マトリクスＭ３の行列式の値は、「＋１」でなくてはならない。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
上記の（数式１０）〜（数式１６）より、ベクトルＸＷは、以下に示す（数式１７）のように表すことができる。
【００５５】
【数１１】
【００５６】
（実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理）
次に、図５を参照して、実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理について説明する。図５は、実施形態における回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理を示すフローチャートである。なお、図５に示す処理は、記憶部に格納されたプログラム等を制御部３１により実行してなされるものである。
【００５７】
図５に示すように、先ず、制御部３１は、回転テーブル５０の回転角を所定角度に設定する（ステップＳ１０１）。
【００５８】
次に、制御部３１は、図６の第１状態Ｉに示すように接触子１７ａにて第１基準球６１ｂを追従させ、その第１基準球６１ｂの球心位置を測定する（ステップＳ１０２）。続いて、制御部３１は、図６の第２状態ＩＩに示すように接触子１７ａにて第２基準球６１ｃを追従させ、その第２基準球６１ｃの球心位置を測定する（ステップＳ１０３）。
【００５９】
次に、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ここで、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させていないと判断すると（ステップＳ１０４、Ｎ）、回転テーブル５０を１２０°回転させ（ステップＳ１０５）、再びステップＳ１０２からの処理を繰り返し実行する。一方、制御部３１は、回転テーブル５０を３６０°回転させたと判断すると（ステップＳ１０４、Ｙ）、後述するステップＳ１０６の処理を実行する。
【００６０】
ここで、図７は、回転テーブル５０の回転及びその回転に伴う第１、第２基準球６１ｂ、６１ｃの測定の概略を示す上面図である。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の工程を経て、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置は、回転テーブル５０が０°、１２０°、２４０°回転した３箇所にて測定される。なお、球心位置は、少なくとも４点以上の位置情報から決定される。
【００６１】
図８は、図７の矢印Ｃ１方向からみた第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置を示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、回転テーブル５０の回転角の変化（０°、１２０°、２４０°）に伴い、回転テーブル５０の回転軸Ｈと理想的な軸心Ｈｏとの間は、角度φ１〜φ３に亘って変化する。つまり、回転テーブル５０の回転軸Ｈに振れ回り誤差が生じる。なお、図８（ａ）に示すように、回転テーブル５０が０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２１が測定される。同様に図８（ｂ）に示すように、回転テーブル５０が１２０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１２が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２２が測定される。同様に図８（ｃ）に示すように、回転テーブル５０が２４０°回転時、第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１３が測定され、第２基準球６１ｃの球心位置Ｍａ２３が測定される。
【００６２】
ステップＳ１０４に続いて、制御部３１は、図９に示すように、測定された第１基準球６１ｂの３つの球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３に基づき、それら球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を通る第１の円Ｃ１を算出する。さらに、制御部３１は、第１の円Ｃ１の第１の中心位置Ｏ１を算出する（ステップＳ１０６）。
【００６３】
続いて、制御部３１は、図９に示すように、測定された第２基準球６１ｃの３つの球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３に基づき、それら球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を通る第２の円Ｃ２を算出する。さらに、制御部３１は、第２の円Ｃ２の第２の中心位置Ｏ２を算出する（ステップＳ１０７）。
【００６４】
次に、制御部３１は、図９に示すように、第１の円Ｃ１の第１の中心位置Ｏ１及び第２の円Ｃ２の第２の中心位置Ｏ２を通る回転テーブル５０の直線Ａを算出する（ステップＳ１０８）。
【００６５】
そして、制御部３１は、回転テーブル５０の直線Ａに基づき回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９において、制御部３１は、第１の中心位置Ｏ１を原点ＯＴとする。制御部３１は、原点ＯＴ（中心位置Ｏ１）から第２の中心位置Ｏ２へと向かう直線Ａに沿った方向をＺＴ軸（座標軸）とする。例えば、制御部３１は、原点ＯＴ（第１の中心位置Ｏ１）から方向Ｂに平行な方向をＸＴ軸とする。ここで、方向Ｂは、回転テーブル５０の回転角を０°とした時の第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１１から、回転テーブル５０の回転角を１２０°とした時の第１基準球６１ｂの球心位置Ｍａ１２へと向かう方向である。また、制御部３１は、ＺＴ軸、及びＸＴ軸に直交する軸をＹＴ軸とする。
【００６６】
回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出の後、図１０に示すように、回転テーブル５０上から、第１基準球６１ｂ（第１柱状部６２ｂ、第１チャック６３ｂ）及び第２基準球６１ｃ（第２柱状部６２ｃ、第２チャック６３ｃ）を取り除く。続いて、回転テーブル５０の貫通孔５０Ａにワーク７１を挿入し、回転テーブル５０の上面にてワーク７１をチャック８１により固定する。そして、図１０の第３状態ＩＩＩに示すように、接触子１７ａにてワーク７１の形状を測定する。
【００６７】
（実施形態に係る形状測定装置の効果）
次に、実施形態に係る形状測定装置の効果について説明する。実施形態に係る形状測定装置は、振れ回り誤差を考慮して、上記のように回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する。したがって、実施形態に係る形状測定装置は、回転テーブル５０に振れ回り誤差が生じた場合であっても、誤差を抑制して回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出することができる。
【００６８】
（その他の実施形態）
以上、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。
【００６９】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、第１基準球６１ｂを有する構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、第１基準球６１ｂの代わりに、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を制御部３１にて取得可能な構成を有していれば良い。
【００７０】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、第２基準球６１ｃを有する構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、第２基準球６１ｃの代わりに、回転テーブル５０の表面から第１方向に第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を制御部３１にて取得可能な構成を有していれば良い。
【００７１】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を１２０°ずつ回転させる構成に限られるものではない。本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を回転軸Ｈ周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、（３６０／ｎ）度回転させる毎に接触子１７aを第１基準球６１ｂ及び第２基準球６１ｃに追従させる構成であれば良い。
【００７２】
例えば、本発明に係る形状測定装置は、回転テーブル５０を３６０°回転させて第１基準球６１ｂに係る球心位置Ｍａ１１〜Ｍａ１３を測定し、その後にさらに回転テーブル５０を３６０°回転させて第２基準球６１ｃに係る球心位置Ｍａ２１〜Ｍａ２３を測定する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る３次元測定機１の定盤１１の断面図である。
【図３】実施形態に係るコンピュータ本体２１の機能ブロック図である。
【図４】各座標系を説明する図である。
【図５】実施形態に係る回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）の算出処理を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る接触子１７ａの動作を示す図である。
【図７】実施形態の回転テーブル５０の回転及びその回転に伴う第１、第２基準球６１ｂ、６１ｃの測定の概略を示す上面図である。
【図８】図７の矢印Ｃ１方向からみた第１基準球６１ｂの球心位置及び第２基準球６１ｃの球心位置を示す図である。
【図９】実施形態に係る回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を算出する概略を説明する図である。
【図１０】実施形態に係るワーク７１の形状測定の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…３次元測定機、２…コンピュータ、１０…除震台、１１…定盤、１２ａ，１２ｂ…ビーム支持体、１３…ビーム、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…コラム、１６…スピンドル、１７…プローブ、１７ａ…接触子、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴ、２５…プリンタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面形状を測定する形状測定装置であって、
接触子と前記被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、
前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、
前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部と
を備え、
前記駆動制御部は、
前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させ、
前記座標系算出部は、
前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記第１情報提供部は、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第１柱状部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１長さをもって前記第１柱状部に中心を設け球状に形成された第１球状部と
を備え、
前記第２情報提供部は、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第２柱状部と、
前記回転テーブルの表面から前記第２長さをもって前記第２柱状部に中心を設け球状に形成された第２球状部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
接触子と被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、
前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、
前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部と
を備える形状測定装置を用いて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、
前記駆動制御部にて前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させる工程と、
前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出させる工程と
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【請求項１】
被測定物の表面形状を測定する形状測定装置であって、
接触子と前記被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、
前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、
前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部と
を備え、
前記駆動制御部は、
前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させ、
前記座標系算出部は、
前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出する
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記第１情報提供部は、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第１柱状部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１長さをもって前記第１柱状部に中心を設け球状に形成された第１球状部と
を備え、
前記第２情報提供部は、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に延びる第２柱状部と、
前記回転テーブルの表面から前記第２長さをもって前記第２柱状部に中心を設け球状に形成された第２球状部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
接触子と被測定物との接触に基づき位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記被測定物を載置可能に構成され且つ回転軸を中心に回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルの表面から第１方向に第１距離をもって位置する第１の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第１情報提供部と、
前記回転テーブルの表面から前記第１方向に前記第１距離よりも長い第２距離をもって位置する第２の位置を前記位置情報取得部にて取得可能に構成された第２情報提供部と、
前記接触子及び前記回転テーブルの駆動を制御する駆動制御部と、
前記回転テーブル上の座標系を構成する座標軸を算出する座標系算出部と
を備える形状測定装置を用いて、前記被測定物の表面形状を測定する形状測定方法であって、
前記駆動制御部にて前記回転テーブルを前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度（ｎ：３以上の整数）ずつｎ回にわたって回転させ、前記（３６０／ｎ）度回転させる毎に前記接触子を前記第１情報提供部及び前記第２情報提供部に追従させる工程と、
前記第１情報提供部にて取得した前記第１の位置を通る第１の円の第１の中心を求め、前記第２情報提供部にて取得した前記第２の位置を通る第２の円の第２の中心を求め、前記第１の中心及び前記第２の中心を通る直線を前記座標軸として算出させる工程と
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【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２００９−２７１０３０（Ｐ２００９−２７１０３０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２４３６３（Ｐ２００８−１２４３６３）
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１２日（２００８．５．１２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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