形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム
【課題】接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、その形状測定方法並びに形状測定プログラムを提供する。
【解決手段】前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部２１２と、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部２１３と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と２１４、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部２１５とを備える。
【解決手段】前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部２１２と、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部２１３と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と２１４、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部２１５とを備える。
【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三次元測定機などの形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式プローブ（接触子）を使用した接触測定方式においては、一般に接触子は、球であると仮定し、その中心の位置を測定点として与える。この場合の測定点は、接触子が被測定物に接触している位置とは異なる為、被測定物の実形状に対して誤差を含んでいる。そこで、この誤差は、接触子の形状を理想的な球と考え、先端球の半径分オフセットすることで解消し、被測定物の実形状により近い座標値を得る補正処理を行ってきた。
【０００３】
しかしながら、求めるべき被測定物上の位置は、接触子の形状に依存しており、高精度な測定点取得のためには、接触子の形状を考慮する必要がある。近年の測定精度の向上に伴い、接触子の形状を理想的な球としたこれまでの補正処理では、十分な精度が得られなくなってきているという実情もあり、新たな接触子形状を考慮した高精度な測定点取得方法の開発が望まれている。
【０００４】
このようなことから、特許文献１では、校正の基準となる基準形状物を測定して求めた接触子の形状誤差データを用いて、接触子の形状誤差に起因した被測定物の測定誤差を補正するようにした形状測定装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３５７４１５号公報、段落００３５〜００３８
【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、特許文献１に開示された形状測定装置は、接触子の先端が真球であると仮定して接触子の被測定物への接触位置を算出し、この算出された接触位置について対応する誤差データにより測定値を補正するようにしている。このため、接触子の先端が真円からずれることにより接触位置もずれる点を考慮していない。また、接触子が真円とは異なる任意形状である場合には、適用不可能であるという問題がある。
【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、接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム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】
本発明に係る第１の形状測定装置は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部とを備えることを特徴とする
また、本発明に係る第２の形状測定装置は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出部と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る第１の形状測定方法は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各前記擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る第２の形状測定方法は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る第１の形状測定プログラムは、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップとをコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２の形状測定プログラムは、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップとをコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を図面と共に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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、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。
【００１５】
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１がその上面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が、定盤１１上に載置された被測定物３１に接触したときに、タッチ信号が出力され、そのときの接触子１７ａの基準位置のＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むようになっている。また、定盤１１上の所定位置には、後述する機械座標系を構築するための基準球３２が装着されている。この基準球３２は、鋼球やセラミック球等である。
【００１６】
コンピュータ２は、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。
【００１７】
図２は、この形状測定装置の機能ブロック図である。
【００１８】
三次元測定機１には、プローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動するためのＸＹＺ軸モータ１８と、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って各軸方向の移動パルスを出力するＸＹＺエンコーダ１９とが内蔵されている。また、ＸＹＺエンコーダ１９は、接触子１７ａが被測定物３１に接触時、接触子１７ａの基準点（例えば、接触子１７ａの重心）の位置情報を取得する。得られた位置情報は、記憶部２１ｂに格納される。
【００１９】
コンピュータ２のコンピュータ本体２１は、主として、例えばＨＤＤ、半導体メモリ等により構成される記憶部２１ａと、記憶部２１ａに格納された情報に基づき測定点を算出或いは三次元測定機１を駆動させる形状測定プログラム及びこのプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される制御部２１ｂとから構成されている。
【００２０】
記憶部２１ａには、測定時の接触子１７ａの位置及び姿勢の情報、測定に使用した接触子形状の情報、その他、後述する制御部２１ｂにより算出された情報等が格納される。
【００２１】
制御部２１ｂは、動作司令部２１１と、擬似測定点取得部２１２と、法線ベクトル生成部２１３と、接触子モデル配置部２１４と、測定点算出部２１５と、形状演算部２１６とを備えている。
【００２２】
動作司令部２１１は、キーボード２２，マウス２３からの入力値に基づき、ＸＹＺ軸モータ１８により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを追従させる。
【００２３】
擬似測定点取得部２１２は、接触子１７ａの被測定物３１への複数箇所での接触時における接触子１７ａの基準点（例えば、重心位置）の位置情報を擬似測定点として取得する。
【００２４】
法線ベクトル生成部２１３は、擬似測定点から、例えば、自由曲面を生成し、それぞれの擬似測定点から自由曲面に直交する法線を求める方法、或いは各擬似測定点からの法線をその近傍の擬似測定点で特定される面に基づいて求める方法などにより、擬似測定点に沿った面を推定し、その面に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを生成する。
【００２５】
接触子モデル配置部２１４は、予め設定されてある測定に使用される接触子１７ａの表面形状を特定する接触子モデル及び測定時の接触子１７ａの姿勢情報を記憶部２１ａから読み出す。そして、接触子モデル設置部２１４は、接触子モデルの基準点を擬似測定点に一致させると共に測定時の接触子と接触子モデルとの姿勢を一致させて接触子モデルを配置する。接触子モデル配置部２１４は、この処理を全ての擬似測定点に対して行う。なお、接触子モデルの基準点とは、その接触子モデルの特定の位置情報であり、ＸＹＺエンコーダ１８により得られるプローブ１７の位置情報と同一としている。
【００２６】
測定点算出部２１５は、各法線ベクトルが各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する。
【００２７】
表面形状決定部２１６は、測定点算出部２１５により算出された各測定点に基づき被測定物の形状を決定する。なお、これら制御部２１ｂにより得られた情報は、記憶部２１ａに格納される。
【００２８】
次に、図３に示すフローチャートに沿って、適宜、図４〜図７を参照して、第１実施形態に係る形状測定装置による測定点算出方法について説明する。なお、図４〜図７は、簡略化のため被測定物３１の断面図として二次元的に示している。
【００２９】
まず、図４に示すように、キーボード２２及びマウス２３を操作し、動作司令部２１１により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを接触させて、プローブ１７をＸＹ方向に面操作して、擬似測定点取得部２１２により擬似測定点Ａ１〜Ａｎを取得する（ステップＳ１１）。なお、このステップＳ１１の工程において、測定はポイント測定、スキャニング測定いずれであっても良い。
【００３０】
つづいて、図５に示すように、法線ベクトル生成部２１３により擬似測定点Ａ１〜Ａｎから推定された自由曲面、又は近傍測定点から特定される面における法線ベクトルＢ１〜Ｂｎを算出する（ステップＳ１２）。
【００３１】
そして、図６に示すように、接触子モデル配置部２１４により、接触子モデルＣの所定の位置である基準点Ｄをそれぞれの擬似測定点Ａ１〜Ａｎに一致させると共に、測定時の接触子１７ａの姿勢と接触子モデルＣの姿勢とを一致させて配置する（ステップＳ１３）。なお、接触子モデル配置部２１４は、この処理を全ての擬似測定点Ａ１〜Ａｎに対して行う。
【００３２】
つづいて、図７に示すように、測定点算出部２１５により、接触子モデルＣ１〜Ｃｎの表面Ｃａ１〜Ｃａｎと法線ベクトルＢ１〜Ｂｎとの交点を測定点Ｅ１〜Ｅｎとして算出し、形状決定部２１６によりこれら測定点Ｅ１〜Ｅｎに基づき被測定物３１の形状を決定する（ステップＳ１４）。以上で本フローは、終了する。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置を説明する。
【００３４】
第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態と比較して、コンピュータ本体の制御部の構成のみが異なる構成であり、予め被測定物の表面形状を表面形状設定値として記憶部２１ａに入力しておき、その表面形状設定値に基づき被測定物の表面形状を算出するものである。
【００３５】
すなわち、第２実施形態のコンピュータ２’の制御部２１ｂ’は、法線ベクトル生成部２１３の替わりに直交点算出部２１７と、設定値比較部２１８とを有し、これら以外の構成は、第１実施形態と同様の構成とされている。
【００３６】
第２実施形態においては、予め記憶部２１ａに格納されている表面形状設定値に基づき、測定を行う。
【００３７】
直交点算出部２１７は、測定により得られた擬似測定点から被測定物３１の設計値で規定される表面（以下、表面形状設定値）への直交点を算出する。
【００３８】
設定値比較部２１８は、測定点算出部２１５で後述のようにして得られた各測定点と、各直交点との間の距離を求める。また、設定値比較部２１８は、それぞれの距離の２乗和を評価量とし、その評価量が収束するまで、表面形状設定値或いは測定点を回転移動及び平行移動させる。
【００３９】
次に、図９のフローチャートに沿って、適宜、図１０〜図１３を参照して、第２実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法について説明する。なお、図１０〜図１３は、簡略化のため被測定物３１の断面図として二次元的に示している。
【００４０】
まず、図１０に示すように、表面形状設定値Ｆに基づき、動作司令部２１１により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを接触させて、プローブ１７をＸＹ方向に面操作して、被測定物３１の表面３１ａを測定し、擬似測定点取得部２１２により接触子１７ａの擬似測定点Ａ１〜Ａｎを取得する（ステップＳ２１）。なお、このステップＳ２１の工程において、測定はポイント測定、スキャニング測定いずれであっても良い。
【００４１】
つづいて、図１１に示すように、直交点算出部２１７により、各擬似測定点Ａ１〜Ａｎから延びる表面形状設定値Ｆに直交する直交ベクトルＧ１〜Ｇｎを算出すると共にその直交点Ｈ１〜Ｈｎを算出する（ステップＳ２２）。
【００４２】
そして、上述した第１実施形態における図６に示したように、接触子モデル配置部２１４により、接触子モデルＣの所定の位置である基準点Ｄをそれぞれの擬似測定点Ａ１〜Ａｎに一致させると共に、測定時の接触子１７ａの姿勢と接触子モデルＣの姿勢とを一致させて配置する（ステップＳ２３）。
【００４３】
つづいて、図１２に示すように、測定点算出部２１５により、それぞれの直交ベクトルＧ１〜Ｇｎが、それぞれの接触子モデルＣ１〜Ｃｎの表面Ｃａ１〜Ｃａｎと交わる交点を測定点Ｉ１〜Ｉｎとして算出し、表面形状決定部２１６により測定点に基づき被測定物３１の形状を決定する（ステップＳ２４）。
【００４４】
そして、図１３に示すように、設定値比較部２１８により、上記ステップＳ２４において得られた各々の測定点Ｉ１〜Ｉｎと直交点Ｈ１〜Ｈｎとの間の距離Ｊ１〜Ｊｎの２乗和を算出する（ステップＳ２５）。
【００４５】
つづいて、設定値比較部２１８により、その評価量が収束したか否かが判断される（ステップＳ２６）。
【００４６】
ステップＳ２６において、評価量が十分に収束したと判断された場合（ステップＳ２６，Ｙｅｓ）、被測定物３１の表面形状は決定し、本フローは終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ２６において、評価量が十分に収束していないと判断された場合（ステップＳ２６，Ｎｏ）、表面形状設定値Ｆを平行移動及び回転させ（ステップＳ２７）、再び、ステップＳ２２からの工程が繰り返し実行される。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係る形状測定装置を説明する。第３実施形態に係る形状測定装置は、第２実施形態と比較して、コンピュータ本体の制御部の構成のみが異なる構成であり、接触子のモデル化を実行可能な構成である。ここで、接触子のモデル化とは、形状が既知の高精度な基準ワーク（例えば、半径既知の高精度な基準球など）を測定し、上述した第１及び第２実施形態で与えられたアルゴリズムを用いて得られる測定点と基準ワークとの比較を繰り返しながら、接触子モデルを高精度に求めるものである。つまり、第３実施形態に係る形状測定装置は、コンピュータ２’’の制御部２１ｂ’’に、さらに、上記接触子のモデル化を実行する接触子形状算出部２１９が加えられた構成である。なお、接触子モデルを表現する手法としては、自由曲面、二次曲面、三角形メッシュ等を利用することができる。
【００４９】
次に、図１５のフローチャートに沿って、適宜、図１６及び図１７を参照して第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルの算出方法について説明する。
【００５０】
まず、図１６に示すように形状が既知の高精度な基準ワーク３３（例えば、基準球３２等）を接触子１７ａの表面がまんべんなく接触するように様々な方向から測定を行う（ステップＳ３１）。次に、接触子モデルの初期値を与える（ステップＳ３２）。なお、この初期値としては記憶部２１ａ等に記憶しておいた接触子１７ａの設計値を使用することが可能である。つづいて、ステップＳ３１で得られた測定値からステップＳ３２において与えられた接触子モデルの初期値を用いて、上述した第１或いは第２実施形態と同様の方法により、測定点を推定する（ステップＳ３３）。そして、図１７に示すように、測定点の推定値Ｋ１〜Ｋｎと基準ワークの設計値Ｌとを比較し、測定点の推定値Ｋ１〜Ｋｎを与えている接触子モデルＭの面上の点（接触子モデル更新前の接触点）に対する本来の接触子モデルＭの面上の点Ｎ１〜Ｎｎ（接触子モデル更新後の接触点）を求め（ステップＳ３４）、接触子モデル更新前後の接触点は十分一致するか否か判断する（ステップＳ３５）。ここで、接触子１７ａの接触子モデル更新前後の接触点が十分一致しない場合（ステップＳ３５，ＮＯ）、接触子モデルを更新し、ステップＳ３３から繰り返す（ステップＳ３６）。一方、接触子モデルが十分一致する場合（ステップＳ３５，ＹＥＳ）、接触子モデルを更新することなく、本フローを終了する。これにより、接触子モデルが高精度に求められる。
【００５１】
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。例えば、上記実施形態では三次元測定を例に挙げたが、本発明は、三次元測定機に限らず、二次元測定機（例えば、コントレーサ等）に適応することもできる。このような二次元測定機に本発明を適応した場合、法線ベクトルは、自由曲線、多項式曲線、折れ線などに対して算出すればよい。また、上記実施形態では、接触子は、楕円球形状であるが、接触子の形状は、この形状に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルの算出方法を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、基準ワークを接触子の表面がまんべんなく接触するように測定する動作を説明する図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルによる測定点と基準ワークの設計値とが十分に一致しない例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…三次元測定機、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、３１…被測定物、３２…基準球、１１１…駆動部、１１２…検出部、２１１…動作司令部、２１２…擬似測定点取得部、２１３…法線ベクトル生成部、２１４…接触子モデル配置部、２１５…測定点算出部、２１６…表面形状決定部、２１７…設定値比較部、２１８…直交点算出部、２１９…接触子形状算出部、Ａ１〜Ａｎ…擬似測定点、Ｂ１〜Ｂｎ…法線ベクトル、Ｃ…接触子モデル、Ｄ…基準点、Ｅ…測定点、Ｆ…表面形状設定値、Ｇ１〜Ｇｎ…直交ベクトル、Ｈ１〜Ｈｎ…直交点、Ｉ１〜Ｉｎ…測定点、Ｊ１〜Ｊｎ…測定点と直交点との間の距離。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触子を用いて変位測定を行う三次元測定機などの形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式プローブ（接触子）を使用した接触測定方式においては、一般に接触子は、球であると仮定し、その中心の位置を測定点として与える。この場合の測定点は、接触子が被測定物に接触している位置とは異なる為、被測定物の実形状に対して誤差を含んでいる。そこで、この誤差は、接触子の形状を理想的な球と考え、先端球の半径分オフセットすることで解消し、被測定物の実形状により近い座標値を得る補正処理を行ってきた。
【０００３】
しかしながら、求めるべき被測定物上の位置は、接触子の形状に依存しており、高精度な測定点取得のためには、接触子の形状を考慮する必要がある。近年の測定精度の向上に伴い、接触子の形状を理想的な球としたこれまでの補正処理では、十分な精度が得られなくなってきているという実情もあり、新たな接触子形状を考慮した高精度な測定点取得方法の開発が望まれている。
【０００４】
このようなことから、特許文献１では、校正の基準となる基準形状物を測定して求めた接触子の形状誤差データを用いて、接触子の形状誤差に起因した被測定物の測定誤差を補正するようにした形状測定装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３５７４１５号公報、段落００３５〜００３８
【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、特許文献１に開示された形状測定装置は、接触子の先端が真球であると仮定して接触子の被測定物への接触位置を算出し、この算出された接触位置について対応する誤差データにより測定値を補正するようにしている。このため、接触子の先端が真円からずれることにより接触位置もずれる点を考慮していない。また、接触子が真円とは異なる任意形状である場合には、適用不可能であるという問題がある。
【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、接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム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】
本発明に係る第１の形状測定装置は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部とを備えることを特徴とする
また、本発明に係る第２の形状測定装置は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出部と、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る第１の形状測定方法は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各前記擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る第２の形状測定方法は、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る第１の形状測定プログラムは、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップとをコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２の形状測定プログラムは、被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップとをコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接触子の形状が理想的な球ではない場合であっても、測定点を正確に算出可能な形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を図面と共に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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、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。
【００１５】
三次元測定機１は、例えば図１に示すように構成されており、除震台１０の上には、定盤１１がその上面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が、定盤１１上に載置された被測定物３１に接触したときに、タッチ信号が出力され、そのときの接触子１７ａの基準位置のＸＹＺ座標値をコンピュータ２が取り込むようになっている。また、定盤１１上の所定位置には、後述する機械座標系を構築するための基準球３２が装着されている。この基準球３２は、鋼球やセラミック球等である。
【００１６】
コンピュータ２は、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。
【００１７】
図２は、この形状測定装置の機能ブロック図である。
【００１８】
三次元測定機１には、プローブ１７をＸＹＺ軸方向に駆動するためのＸＹＺ軸モータ１８と、ＸＹＺ軸方向の移動に伴って各軸方向の移動パルスを出力するＸＹＺエンコーダ１９とが内蔵されている。また、ＸＹＺエンコーダ１９は、接触子１７ａが被測定物３１に接触時、接触子１７ａの基準点（例えば、接触子１７ａの重心）の位置情報を取得する。得られた位置情報は、記憶部２１ｂに格納される。
【００１９】
コンピュータ２のコンピュータ本体２１は、主として、例えばＨＤＤ、半導体メモリ等により構成される記憶部２１ａと、記憶部２１ａに格納された情報に基づき測定点を算出或いは三次元測定機１を駆動させる形状測定プログラム及びこのプログラムを実行するＣＰＵ等により実現される制御部２１ｂとから構成されている。
【００２０】
記憶部２１ａには、測定時の接触子１７ａの位置及び姿勢の情報、測定に使用した接触子形状の情報、その他、後述する制御部２１ｂにより算出された情報等が格納される。
【００２１】
制御部２１ｂは、動作司令部２１１と、擬似測定点取得部２１２と、法線ベクトル生成部２１３と、接触子モデル配置部２１４と、測定点算出部２１５と、形状演算部２１６とを備えている。
【００２２】
動作司令部２１１は、キーボード２２，マウス２３からの入力値に基づき、ＸＹＺ軸モータ１８により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを追従させる。
【００２３】
擬似測定点取得部２１２は、接触子１７ａの被測定物３１への複数箇所での接触時における接触子１７ａの基準点（例えば、重心位置）の位置情報を擬似測定点として取得する。
【００２４】
法線ベクトル生成部２１３は、擬似測定点から、例えば、自由曲面を生成し、それぞれの擬似測定点から自由曲面に直交する法線を求める方法、或いは各擬似測定点からの法線をその近傍の擬似測定点で特定される面に基づいて求める方法などにより、擬似測定点に沿った面を推定し、その面に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを生成する。
【００２５】
接触子モデル配置部２１４は、予め設定されてある測定に使用される接触子１７ａの表面形状を特定する接触子モデル及び測定時の接触子１７ａの姿勢情報を記憶部２１ａから読み出す。そして、接触子モデル設置部２１４は、接触子モデルの基準点を擬似測定点に一致させると共に測定時の接触子と接触子モデルとの姿勢を一致させて接触子モデルを配置する。接触子モデル配置部２１４は、この処理を全ての擬似測定点に対して行う。なお、接触子モデルの基準点とは、その接触子モデルの特定の位置情報であり、ＸＹＺエンコーダ１８により得られるプローブ１７の位置情報と同一としている。
【００２６】
測定点算出部２１５は、各法線ベクトルが各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する。
【００２７】
表面形状決定部２１６は、測定点算出部２１５により算出された各測定点に基づき被測定物の形状を決定する。なお、これら制御部２１ｂにより得られた情報は、記憶部２１ａに格納される。
【００２８】
次に、図３に示すフローチャートに沿って、適宜、図４〜図７を参照して、第１実施形態に係る形状測定装置による測定点算出方法について説明する。なお、図４〜図７は、簡略化のため被測定物３１の断面図として二次元的に示している。
【００２９】
まず、図４に示すように、キーボード２２及びマウス２３を操作し、動作司令部２１１により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを接触させて、プローブ１７をＸＹ方向に面操作して、擬似測定点取得部２１２により擬似測定点Ａ１〜Ａｎを取得する（ステップＳ１１）。なお、このステップＳ１１の工程において、測定はポイント測定、スキャニング測定いずれであっても良い。
【００３０】
つづいて、図５に示すように、法線ベクトル生成部２１３により擬似測定点Ａ１〜Ａｎから推定された自由曲面、又は近傍測定点から特定される面における法線ベクトルＢ１〜Ｂｎを算出する（ステップＳ１２）。
【００３１】
そして、図６に示すように、接触子モデル配置部２１４により、接触子モデルＣの所定の位置である基準点Ｄをそれぞれの擬似測定点Ａ１〜Ａｎに一致させると共に、測定時の接触子１７ａの姿勢と接触子モデルＣの姿勢とを一致させて配置する（ステップＳ１３）。なお、接触子モデル配置部２１４は、この処理を全ての擬似測定点Ａ１〜Ａｎに対して行う。
【００３２】
つづいて、図７に示すように、測定点算出部２１５により、接触子モデルＣ１〜Ｃｎの表面Ｃａ１〜Ｃａｎと法線ベクトルＢ１〜Ｂｎとの交点を測定点Ｅ１〜Ｅｎとして算出し、形状決定部２１６によりこれら測定点Ｅ１〜Ｅｎに基づき被測定物３１の形状を決定する（ステップＳ１４）。以上で本フローは、終了する。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置を説明する。
【００３４】
第２実施形態に係る形状測定装置は、第１実施形態と比較して、コンピュータ本体の制御部の構成のみが異なる構成であり、予め被測定物の表面形状を表面形状設定値として記憶部２１ａに入力しておき、その表面形状設定値に基づき被測定物の表面形状を算出するものである。
【００３５】
すなわち、第２実施形態のコンピュータ２’の制御部２１ｂ’は、法線ベクトル生成部２１３の替わりに直交点算出部２１７と、設定値比較部２１８とを有し、これら以外の構成は、第１実施形態と同様の構成とされている。
【００３６】
第２実施形態においては、予め記憶部２１ａに格納されている表面形状設定値に基づき、測定を行う。
【００３７】
直交点算出部２１７は、測定により得られた擬似測定点から被測定物３１の設計値で規定される表面（以下、表面形状設定値）への直交点を算出する。
【００３８】
設定値比較部２１８は、測定点算出部２１５で後述のようにして得られた各測定点と、各直交点との間の距離を求める。また、設定値比較部２１８は、それぞれの距離の２乗和を評価量とし、その評価量が収束するまで、表面形状設定値或いは測定点を回転移動及び平行移動させる。
【００３９】
次に、図９のフローチャートに沿って、適宜、図１０〜図１３を参照して、第２実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法について説明する。なお、図１０〜図１３は、簡略化のため被測定物３１の断面図として二次元的に示している。
【００４０】
まず、図１０に示すように、表面形状設定値Ｆに基づき、動作司令部２１１により、被測定物３１の表面３１ａに接触子１７ａを接触させて、プローブ１７をＸＹ方向に面操作して、被測定物３１の表面３１ａを測定し、擬似測定点取得部２１２により接触子１７ａの擬似測定点Ａ１〜Ａｎを取得する（ステップＳ２１）。なお、このステップＳ２１の工程において、測定はポイント測定、スキャニング測定いずれであっても良い。
【００４１】
つづいて、図１１に示すように、直交点算出部２１７により、各擬似測定点Ａ１〜Ａｎから延びる表面形状設定値Ｆに直交する直交ベクトルＧ１〜Ｇｎを算出すると共にその直交点Ｈ１〜Ｈｎを算出する（ステップＳ２２）。
【００４２】
そして、上述した第１実施形態における図６に示したように、接触子モデル配置部２１４により、接触子モデルＣの所定の位置である基準点Ｄをそれぞれの擬似測定点Ａ１〜Ａｎに一致させると共に、測定時の接触子１７ａの姿勢と接触子モデルＣの姿勢とを一致させて配置する（ステップＳ２３）。
【００４３】
つづいて、図１２に示すように、測定点算出部２１５により、それぞれの直交ベクトルＧ１〜Ｇｎが、それぞれの接触子モデルＣ１〜Ｃｎの表面Ｃａ１〜Ｃａｎと交わる交点を測定点Ｉ１〜Ｉｎとして算出し、表面形状決定部２１６により測定点に基づき被測定物３１の形状を決定する（ステップＳ２４）。
【００４４】
そして、図１３に示すように、設定値比較部２１８により、上記ステップＳ２４において得られた各々の測定点Ｉ１〜Ｉｎと直交点Ｈ１〜Ｈｎとの間の距離Ｊ１〜Ｊｎの２乗和を算出する（ステップＳ２５）。
【００４５】
つづいて、設定値比較部２１８により、その評価量が収束したか否かが判断される（ステップＳ２６）。
【００４６】
ステップＳ２６において、評価量が十分に収束したと判断された場合（ステップＳ２６，Ｙｅｓ）、被測定物３１の表面形状は決定し、本フローは終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ２６において、評価量が十分に収束していないと判断された場合（ステップＳ２６，Ｎｏ）、表面形状設定値Ｆを平行移動及び回転させ（ステップＳ２７）、再び、ステップＳ２２からの工程が繰り返し実行される。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係る形状測定装置を説明する。第３実施形態に係る形状測定装置は、第２実施形態と比較して、コンピュータ本体の制御部の構成のみが異なる構成であり、接触子のモデル化を実行可能な構成である。ここで、接触子のモデル化とは、形状が既知の高精度な基準ワーク（例えば、半径既知の高精度な基準球など）を測定し、上述した第１及び第２実施形態で与えられたアルゴリズムを用いて得られる測定点と基準ワークとの比較を繰り返しながら、接触子モデルを高精度に求めるものである。つまり、第３実施形態に係る形状測定装置は、コンピュータ２’’の制御部２１ｂ’’に、さらに、上記接触子のモデル化を実行する接触子形状算出部２１９が加えられた構成である。なお、接触子モデルを表現する手法としては、自由曲面、二次曲面、三角形メッシュ等を利用することができる。
【００４９】
次に、図１５のフローチャートに沿って、適宜、図１６及び図１７を参照して第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルの算出方法について説明する。
【００５０】
まず、図１６に示すように形状が既知の高精度な基準ワーク３３（例えば、基準球３２等）を接触子１７ａの表面がまんべんなく接触するように様々な方向から測定を行う（ステップＳ３１）。次に、接触子モデルの初期値を与える（ステップＳ３２）。なお、この初期値としては記憶部２１ａ等に記憶しておいた接触子１７ａの設計値を使用することが可能である。つづいて、ステップＳ３１で得られた測定値からステップＳ３２において与えられた接触子モデルの初期値を用いて、上述した第１或いは第２実施形態と同様の方法により、測定点を推定する（ステップＳ３３）。そして、図１７に示すように、測定点の推定値Ｋ１〜Ｋｎと基準ワークの設計値Ｌとを比較し、測定点の推定値Ｋ１〜Ｋｎを与えている接触子モデルＭの面上の点（接触子モデル更新前の接触点）に対する本来の接触子モデルＭの面上の点Ｎ１〜Ｎｎ（接触子モデル更新後の接触点）を求め（ステップＳ３４）、接触子モデル更新前後の接触点は十分一致するか否か判断する（ステップＳ３５）。ここで、接触子１７ａの接触子モデル更新前後の接触点が十分一致しない場合（ステップＳ３５，ＮＯ）、接触子モデルを更新し、ステップＳ３３から繰り返す（ステップＳ３６）。一方、接触子モデルが十分一致する場合（ステップＳ３５，ＹＥＳ）、接触子モデルを更新することなく、本フローを終了する。これにより、接触子モデルが高精度に求められる。
【００５１】
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。例えば、上記実施形態では三次元測定を例に挙げたが、本発明は、三次元測定機に限らず、二次元測定機（例えば、コントレーサ等）に適応することもできる。このような二次元測定機に本発明を適応した場合、法線ベクトルは、自由曲線、多項式曲線、折れ線などに対して算出すればよい。また、上記実施形態では、接触子は、楕円球形状であるが、接触子の形状は、この形状に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の測定点算出方法を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の接触子の動作を説明する図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の機能ブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルの算出方法を説明するフローチャートである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、基準ワークを接触子の表面がまんべんなく接触するように測定する動作を説明する図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置において、接触子モデルによる測定点と基準ワークの設計値とが十分に一致しない例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…三次元測定機、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、３１…被測定物、３２…基準球、１１１…駆動部、１１２…検出部、２１１…動作司令部、２１２…擬似測定点取得部、２１３…法線ベクトル生成部、２１４…接触子モデル配置部、２１５…測定点算出部、２１６…表面形状決定部、２１７…設定値比較部、２１８…直交点算出部、２１９…接触子形状算出部、Ａ１〜Ａｎ…擬似測定点、Ｂ１〜Ｂｎ…法線ベクトル、Ｃ…接触子モデル、Ｄ…基準点、Ｅ…測定点、Ｆ…表面形状設定値、Ｇ１〜Ｇｎ…直交ベクトル、Ｈ１〜Ｈｎ…直交点、Ｉ１〜Ｉｎ…測定点、Ｊ１〜Ｊｎ…測定点と直交点との間の距離。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する前記各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部と、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出部と、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較部
を備えることを特徴とする請求項２記載の形状測定装置。
【請求項４】
校正の基準となる形状が既知である基準形状物を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子形状算出部
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記基準形状物は、球形状の基準球であることを特徴とする請求項４記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記接触子形状算出部は、
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項７】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各前記擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップと
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項８】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップと
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項９】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較ステップ
を有することを特徴とする請求項８記載の形状測定方法。
【請求項１０】
校正の基準となる基準球を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子モデル算出ステップ
を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の形状測定方法。
【請求項１１】
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う接触子モデル補正ステップ
を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載の形状測定方法。
【請求項１２】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップと
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。
【請求項１３】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップと
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。
【請求項１４】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の形状測定プログラム。
【請求項１５】
校正の基準となる基準球を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子モデル算出ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の形状測定プログラム。
【請求項１６】
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う接触子モデル補正ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項記載の形状測定プログラム。
【請求項１】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する前記各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成部と、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定装置において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得部と、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出部と、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置部と、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較部
を備えることを特徴とする請求項２記載の形状測定装置。
【請求項４】
校正の基準となる形状が既知である基準形状物を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子形状算出部
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記基準形状物は、球形状の基準球であることを特徴とする請求項４記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記接触子形状算出部は、
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項７】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各前記擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップと
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項８】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定方法において、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップと
を有することを特徴とする形状測定方法。
【請求項９】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較ステップ
を有することを特徴とする請求項８記載の形状測定方法。
【請求項１０】
校正の基準となる基準球を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子モデル算出ステップ
を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の形状測定方法。
【請求項１１】
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う接触子モデル補正ステップ
を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載の形状測定方法。
【請求項１２】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記擬似測定点に沿った面又は線を推定し、該面又は線に対する各擬似測定点からの法線ベクトルを算出する法線ベクトル生成ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記各法線ベクトルが前記各配置された接触子モデルの表面と交わる点を測定点として算出する測定点算出ステップと
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。
【請求項１３】
被測定物表面に接触子を追従させて、前記被測定物表面の形状を測定する形状測定プログラムにおいて、
前記接触子の前記被測定物への複数箇所での接触時における前記接触子の基準点の位置座標を擬似測定点として取得する擬似測定点取得ステップと、
前記擬似測定点から前記被測定物の設計値で規定される表面への直交点を算出する直交点算出ステップと、
前記接触子の表面形状を特定する接触子モデルの基準点を前記擬似測定点に一致させると共に測定時の前記接触子と前記接触子モデルとの姿勢を一致させて前記接触子モデルを配置する接触子モデル配置ステップと、
前記擬似測定点と前記直交点とを結ぶ直線と前記接触子モデルの表面との交点を測定点として算出する測定点算出ステップと
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする形状測定プログラム。
【請求項１４】
前記測定点と前記直交点との距離の２乗和を評価量とし、この評価量が収束するまで前記２乗和を最小にするように前記設計面或いは前記測定点を平行移動及び回転移動させる設定値比較ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の形状測定プログラム。
【請求項１５】
校正の基準となる基準球を測定することにより、前記接触子モデルを算出する接触子モデル算出ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の形状測定プログラム。
【請求項１６】
前記被測定物の測定値により前記接触子モデルの補正を行う接触子モデル補正ステップ
をコンピュータに実行させるよう構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項記載の形状測定プログラム。
【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】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−２１２３５９（Ｐ２００７−２１２３５９Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４２３１（Ｐ２００６−３４２３１）
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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