形状測定装置
【課題】長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を、工作機械やそれに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面を置き直すことがなく測定ができる形状測定装置を提供する。
【解決手段】
形状測定装置は、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第１姿勢位置Ｄ１を取り得るようにホルダ３８を回転自在に支持する姿勢可変機構を備える。形状測定装置は基準幅直定規を変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向として、該走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規の校正値を比較することで変位センサ４１〜４３の零点調整誤差を算出し、被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、零点調整誤差に基づき校正する。
【解決手段】
形状測定装置は、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第１姿勢位置Ｄ１を取り得るようにホルダ３８を回転自在に支持する姿勢可変機構を備える。形状測定装置は基準幅直定規を変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向として、該走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規の校正値を比較することで変位センサ４１〜４３の零点調整誤差を算出し、被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、零点調整誤差に基づき校正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関し、特に逐次３点法で大型の被測定物である被測定物の形状測定を行うことができる形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の面形状や、断面直線形状の測定をするためには、基準となる基準直定規との比較測定を実施することが多い。また、基準直定規が使えないときには、反転法や多点法を用いて運動誤差と形状誤差を分離する方法がとられる。
【０００３】
測定対象が大型化するのにともない、基準直定規が長尺化し、基準直定規の作成が困難になるだけでなく、高精度の基準直定規の運搬にも困難が生じる。また、大型の基準直定規は使用時の弾性変形、熱変形が基準精度を低下させるなどの問題がある。また、大型の基準直定規は反転によっても、支持位置での摩擦力による弾性変形を生じ、形が定まらない。
【０００４】
ところで、多点法においては、センサ間の零点調整誤差に起因する放物線誤差が大きな問題になるため、この零点調整のための種々の方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多点法で使用するセンサ間の零点調整誤差を取り除くために被測定物を反転する必要のない方法が理論的に知られてはいるが、これらを工作機械等の機上でどのように実現するか、或いは工作機械と類似の測定システムでその場で実現する装置は未だ提案されていない。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決して、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を、工作機械やそれに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面に置き直すことがなく測定ができる形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、３つのプローブを保持するホルダと、前記３つのプローブの検出感度軸方向が水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる２つの姿勢、及び前記水平面と直交する鉛直方向に向ける姿勢が少なくとも取り得るように前記ホルダを回転自在に支持する姿勢可変機構と、幅又は溝を有して、前記幅又は前記溝の幅の長さ方向の変化（以下、両者を含めて幅真直形状という）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規と、前記基準幅直定規が着脱自在に設けられ、又は前記基準幅直定規が形成され、前記３つのプローブによる逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せる支持手段と、前記姿勢可変機構と前記基準幅直定規を備えた前記支持手段の少なくともいずれかを水平面に含まれる第１方向に移動する第１移動手段と、前記姿勢可変機構と前記支持手段の少なくともいずれかを水平面内に含まれるとともに前記第１方向と直交する第２方向に移動する第２移動手段と、を備え、前記基準幅直定規を前記３つのプローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段及び第２移動手段のうち、少なくとも第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と前記基準幅直定規の校正値を比較することで前記３つのプローブの零点調整誤差を算出し、前記被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、前記零点調整誤差に基づいて校正することを特徴とする形状測定装置を要旨とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記ホルダを鉛直軸周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構を備え、前記回転支持機構により、前記ホルダが前記鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの前記プローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで、被測定物における走査方向に向かう直線に沿う断面形状を測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記ホルダを、プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るように前記ホルダ移動手段を移動制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２において、前記ホルダを、前記プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、前記プローブの所定の測定範囲内に入るように、前記ホルダの被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する第１運動軌跡記憶手段と、前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記プローブの所定の測定範囲を維持する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３において、前記ホルダに設けられ、前記３つのプローブを第１〜第３のプローブとしたとき、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブと、該第４のプローブで、前記第１〜第３のプローブの測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する第２運動軌跡記憶手段と、前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記第１〜第３のプローブの測定範囲を維持する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項において、前記基準幅直定規の校正値、又は前記３つのプローブの零点調整誤差を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段に記憶した前記校正値、又は零点調整誤差により、前記３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１乃至請求項６の発明によれば、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を工作機械や、それに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面を置き直すことがなく測定ができる形状測定装置を提供できる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、回転支持機構により、ホルダが鉛直軸周りで回転された回転位置に保持された状態において、被測定物における走査方向に向かう直線に沿った断面形状の測定が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、制御手段が、ホルダ移動手段を移動制御して、ホルダをプローブの検出感度軸方向に並進移動することにより、被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るようにすることができる。そして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線での断面形状が曲線であるときは、制御手段はホルダ移動手段を駆動して、被測定対象面に追従させることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、制御手段が、相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、被測定物に対するホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させることにより、プローブの所定の測定範囲を維持することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、制御手段が、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブで予め測定した被測定物の測定対象面に対する相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置を変化させることにより、第１〜第３プローブの測定範囲を維持することができる。特に、逐次３点法で用いられるプローブは分解能を高めるため、所定の測定範囲に制限が生じるが、このことから、長尺の被測定物ではプローブの所定の測定範囲に被測定物の被測定対象面の全長を入れることが可能となる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、記憶手段に記憶した基準幅直定規の校正値、又は零点調整誤差により、３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の形状測定装置の全体概略斜視図。
【図２】同じく作用を示す形状測定装置の全体概略斜視図。
【図３】同じく図４のＡ−Ａ線断面図。
【図４】同じく姿勢可変機構の正面図。
【図５】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図６】逐次３点法の零点調整法の原理を説明するための説明図。
【図７】第２実施形態における回転支持機構ＫＢ及び周辺部分の概略説明図であり、第１実施形態の図３に相当する図。
【図８】同じく測定線Ｓの説明図。
【図９】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１０】同じく回転角θの説明図。
【図１１】第３、及び第４実施形態におけるスライダ３３、支持体４６、及びホルダ３８及びその周辺の概略図。
【図１２】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１３】第５実施形態の図１１相当図。
【図１４】同じく第５実施形態の形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態の形状測定装置を図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
形状測定装置１０は、リニアテーブル２０、及び、門形のコラム３０を備えている。リニアテーブル２０は、ＡＣサーボモータＭ１(図５参照)の回転を図示しないボールねじを介してテーブル２５を直線移動させる。テーブル２５上面は、水平面とされており、テーブル２５の移動方向(本実施形態では、図１に示すＸ軸方向)に沿うように長尺であって、四角柱状をなす基準幅直定規１００、及び被測定物（図示しない）が、テーブル２５に設けられた図示しない電磁チャックにより取付け取り外し可能に載置可能である(図１、図２参照)。テーブル２５は、支持手段に相当し、リニアテーブル２０はテーブル２５を走査方向（すなわち、Ｘ軸方向）に移動する第１移動手段に相当する。Ｘ軸方向は第１方向に相当する。又、基準幅直定規１００の横断面形状は、正方形、或いは、長方形であることが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、基準幅直定規１００の側面１００ａは、テーブル２５上面に対して垂直となるように配置され、重力方向に向かないように配置されている。
コラム３０は、一対の脚部３１及び両脚部３１の上部間に梁渡された梁部３２からなる。梁部３２の下面には、図４、図５に示すように、Ｙ軸方向に延びる一対のガイドレール３４が設けられている。スライダ３３は、エンコーダ付きＡＣサーボモータＭ２(図５参照)に作動連結されたボールねじ３６（図３、４参照）の回転により、前記ガイドレール３４にて沿って移動され、すなわち、Ｙ軸方向に往復移動自在となっている。Ｙ軸方向は第２方向に相当する。
【００２４】
ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、第２移動手段が構成されている。
スライダ３３の下部には、支持ブラケット３７を介して、ホルダ３８がＸ軸周りで回動自在に支持されている。ホルダ３８は、等間隔にＸ軸方向に併設されたプローブとしての３個の変位センサ４１〜４３を保持する。
【００２５】
ホルダ３８は、支持ブラケット３７に固定されたエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ３（図４参照）の回転駆動及び保持により、図３に示す変位センサ４１〜４３が鉛直方向に向く位置、変位センサ４１〜４３がＹ軸方向及び反Ｙ軸方向にそれぞれ向く位置の３位置の姿勢を取り得ることが可能である。すなわち、ホルダ３８は、図３に示すように変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向ＫがＺ軸方向と同方向の鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、及び、前記Ｚ軸に直交する水平面内に含まれるように検出感度軸方向Ｋが互いに反対方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することが可能である。すなわち、第２姿勢位置Ｄ２と第３姿勢位置Ｄ３では、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが共通の水平面に含まれるとともに互いに１８０°反対方向になる。
【００２６】
本実施形態では、第２姿勢位置Ｄ２では、検出感度軸方向ＫがＹ軸方向に向き、第３姿勢位置Ｄ３では、検出感度軸方向Ｋが反Ｙ軸方向に向く。
なお、ＡＣサーボモータＭ３の図示しない出力軸とホルダ３８とを作動連結する機構（図示しない）には、減速機構４５が含まれる。前記ＡＣサーボモータＭ３及びＡＣサーボモータＭ３の回転駆動をホルダ３８に伝達する減速機構４５により、姿勢可変機構ＫＡが構成されている。
【００２７】
変位センサ４１〜４３は、テーブル２５の移動方向に沿って一列に並ぶように、且つ、等間隔ｄ離間して配置されており（図４参照）、基準幅直定規１００の側面１００ａ、或いは被測定物（図示しない）の側面に対向して離間配置される。本実施形態では、前記変位センサ４１〜４３は、非接触式のセンサであって、静電容量型センサからなる。なお、変位センサは、非接触式や、静電容量型センサに限定されるものではなく、接触式でもよく、或いは、非接触式の場合、静電容量型センサに代えて、例えば、光学センサとしてもよい。
【００２８】
（形状測定装置１０の電気的構成）
形状測定装置１０の制御装置の電気的構成について説明すると、図５に示すように形状測定装置１０の制御装置は、コンピュータからなるＣＰＵ(中央処理装置)１１を備えている。ＣＰＵ１１は，変位センサ４１〜４３を図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されており、各センサの出力信号（すなわち、検出信号）を入力する。ＣＰＵ１１は、各種処理プログラム等を格納するＲＯＭ（図示しない）を備えており、該プログラムに従って各種の演算処理を行う。
【００２９】
リニアスケール１２は、テーブル２５が移動する際に、テーブル移動を検出するためのものであり、テーブル移動に応じたパルス信号を、ＣＰＵ１１が備える図示しないパルスカウンタに入力する。前記パルスカウンタは入力したパルス信号をカウントし、ＣＰＵ１１は、そのカウント値に基づいてテーブル２５の移動量を検出する。
【００３０】
ＣＰＵ１１は、ドライバ１５を介して、ＡＣサーボモータＭ１に対する駆動制御により、テーブル２５の定速度制御が可能である。そして、本実施形態では、リニアスケール１２によるテーブル２５の移動量の検出に基づいて、テーブル２５が、図１、図４、図６に示すＸ軸方向に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込んで、演算処理等を行うようにしている。
【００３１】
又、ＣＰＵ１１は、ドライバ１６を介してＡＣサーボモータＭ２に対する駆動制御により、スライダ３３を移動して、ホルダ３８を図１に示す位置（以下、第１測定位置という）と、図２に示す位置（以下、第２測定位置という）に位置させることが可能である。第１測定位置は、基準幅直定規１００又は被測定物のＹ軸方向に向く面の形状測定を行う位置である。又、第２測定位置は、すなわち、側面１００ａ又は被測定物の反Ｙ軸方向に向く面の形状測定を行う位置である。
【００３２】
又、ＣＰＵ１１は、ドライバ１７を介してＡＣサーボモータＭ３に対する駆動制御により、ホルダ３８を回転させて第１姿勢位置Ｄ１、第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３のいずれかの姿勢を取らせることが可能である。本実施形態では、ホルダ３８は第１測定位置に位置する際に、第３姿勢位置Ｄ３の姿勢位置となり、第２測定位置に位置する際に、第２姿勢位置の姿勢位置となる。
【００３３】
（実施形態の作用）
次に、上記のように構成された形状測定装置１０を使用して行う逐次３点法について説明する。図６は、本実施形態で利用する逐次３点法の零点調整法の原理を説明するための説明図である。
【００３４】
この逐次３点法の零点調整法では、幅真直形状が既知の基準幅直定規１００の幅を形成する２面のそれぞれについて、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向の向きを１８０度反対方向に切り換える姿勢可変機構ＫＡ（図４参照）を使用して測定をする。
【００３５】
まず、図１に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ２を駆動して、スライダ３３を移動させてホルダ３８を第１測定位置に位置させ、かつ、ＡＣサーボモータＭ３を駆動して、ホルダ３８を第３姿勢位置Ｄ３に位置させる。この状態において、基準幅直定規１００の一方の面（側面１００ａ）の形状測定を行う。この形状測定は、ＣＰＵ１１によってＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５が、図１、図６に示すＸ軸方向（すなわち、走査方向）に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込むことにより行われる。このようにして、得られた出力信号（すなわち、測定値）は、ＣＰＵ１１に接続された記憶装置１８に格納される。
【００３６】
前述した基準幅直定規１００の一方の面（側面１００ａ）の形状測定は、基準幅直定規１００と３つの変位センサ４１〜４３が並ぶ方向、すなわち、配列方向を走査方向として、逐次測定する３点法によって行われ、一方の面（側面１００ａ）の形状に関する測定結果は、次式で表わされる。
【００３７】
すなわち、間隔ｄで配置された３つの変位センサ４１〜４３の出力をｍ１（ｘ）、ｍ２（ｘ）、ｍ３（ｘ）とし、一方の面（側面１００ａ）の形状をｆ（ｘ）、走査運動のＺ軸方向並進誤差をｅｚ（ｘ）、ピッチング誤差をｅｐ（ｘ）とすると、ｍ１（ｘ）、ｍ２（ｘ）、ｍ３（ｘ）は次式で与えられる。
【００３８】
ｍ１（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅｚ（ｘ）−ｅｐ（ｘ）ｄ ……（１）
ｍ２（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅｚ（ｘ）＋α ……（２）
ｍ３（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅｚ（ｘ）＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（３）
ただし、αは、変位センサ４１及び変位センサ４３の取付け位置が同じとし、変位センサ４１を基準としたときの変位センサ４２の零点調整誤差である。
【００３９】
ここで隣り合う変位センサの出力差を求めると、一階の差分として、次式（４）、式（５）を得る。
Δｍ１２（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋α＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（４）
Δｍ２３（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）−α＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（５）
式（５）−式（４）により、ｅｐ（ｘ）ｄの項を消去して２回の差分を得る。
【００４０】
Δμf（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−２ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）−２α ……（６）
ここで、Δμf（ｘ）は、式（５）−式（４）により得られた２回の差分値である。
次に、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５を反Ｘ軸方向に移動させて、基準幅直定規１００がホルダ３８と干渉しない位置に退避させる。この状態で、図２に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ２を駆動して、スライダ３３を移動させてホルダ３８を第２測定位置に位置させ、かつ、ＡＣサーボモータＭ３を駆動して、ホルダ３８を第２姿勢位置Ｄ２に位置させる。
【００４１】
そして、この状態において、基準幅直定規１００の他方の面（すなわち、側面１００ａとは反対側であって、反Ｙ側に向く面）の形状測定を行う。この形状測定は、ＣＰＵ１１によってＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５が、図１、図６に示すＸ軸方向（すなわち、走査方向）に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込むことにより行われる。このようにして、得られた出力信号（すなわち、測定値）は、ＣＰＵ１１に接続された記憶装置１８に格納される。
【００４２】
この基準幅直定規１００の他方の面の形状についても、逐次測定する３点法によって、得られた測定結果に基づき、走査運動時のピッチング誤差の項を消去すると、式（７）に示す２回の差分を得る。
【００４３】
Δμg（ｘ）＝ｇ（ｘ＋ｄ）−２ｇ（ｘ）＋ｇ（ｘ−ｄ）−２α ……（７）
なお、ｇ（ｘ）は、基準幅直定規１００の他方の面の形状を表わし、Δμg（ｘ）は、前述したΔμf（ｘ）に相当する基準幅直定規１００の他方の面の形状における２回の差分値である。
【００４４】
上記の式（６）、式（７）に示す２回の差分値から、ＣＰＵ１１は積分或いは逐次和の算出を行うことにより、前記基準幅直定規１００の両面の形状を求める。
又、基準幅直定規１００の両面の形状の測定結果から得られる、幅の長さ方向の変化、すなわち、幅真直形状は、両面の測定結果の和であり、幅真直形状Ｗ（ｘ）は次式（８）のようになり、零点調整誤差αに起因する放物線誤差を含む。
【００４５】
Ｗ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）−２αｘ2 ……（８）
ただし、αは変位センサ（プローブ）の零点調整誤差であり、前記両面の測定中は、不変とする。又、両面の一次の傾斜は、取り除いて表わしている。又、基準幅直定規１００の形状{ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）}は予めの構成で校正された校正値となって既知となっているため、ＣＰＵ１１は、基準幅直定規１００の全長をＬとして、零点調整誤差αは次のように求める。
【００４６】
α＝{ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）−Ｗ（ｘ）}／（２Ｌ2） ……（９）
なお、式（９）は、式（８）からの変形である。
上記のようにして、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差αを求めた後、この零点調整誤差αを後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
【００４７】
そして、電磁チャック（図示しない）を開放してテーブル２５から基準幅直定規１００を外し、新たにテーブル２５上に前記電磁チャックにより被測定物（図示しない）を保持し、該被測定物の断面形状を逐次三点法で測定する。この場合、被測定物の断面形状が、上方を向いている面、例えば鉛直方向に直交する水平面である場合には、ＣＰＵ１１は、ホルダ３８を第１姿勢位置Ｄ１（図３参照）にして、測定を行う。この場合の測定結果を、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００４８】
又、被測定物（図示しない）の断面形状（測定対象の面）が鉛直面であって、該鉛直面が基準幅直定規１００の側面１００ａと同様にＹ軸方向に向いている場合には、ホルダ３８を第１測定位置に位置させるとともにホルダ３８を第３姿勢位置Ｄ３の姿勢にして測定を行う。この場合の測定結果も、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００４９】
又、被測定物（図示しない）の断面形状（測定対象の面）が鉛直面であって、該鉛直面が基準幅直定規１００の側面１００ａとは反対の反Ｙ軸方向に向いている場合には、ホルダ３８を第２測定位置に位置させるとともにホルダ３８を第２姿勢位置Ｄ２の姿勢にして測定を行う。この場合の測定結果も、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００５０】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第１姿勢位置Ｄ１を取り得るようにホルダ３８を回転自在に支持する姿勢可変機構ＫＡを備える。又、形状測定装置１０は、幅の長さ方向の変化（幅真直形状）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規１００と、前記基準幅直定規１００が着脱自在に設けられ、変位センサ４１〜４３による逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せるテーブル２５（支持手段）を備える。又、形状測定装置１０は、基準幅直定規１００を備えたテーブル２５（支持手段）を水平面に含まれる第１方向（Ｘ軸方向）に移動するリニアテーブル２０（第１移動手段）と、姿勢可変機構ＫＡを水平面に含まれるとともに第１方向と直交する第２方向に移動するＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６（第２移動手段）を備える。そして、形状測定装置１０は基準幅直定規１００を変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向として、該走査方向（Ｘ軸方向）に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規１００の校正値を比較することで変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを算出し、被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して零点調整誤差αに基づいて校正する。
【００５１】
この結果、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を工作機械や、それに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面を置き直すことがなく測定ができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に第２実施形態を図７〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態を含めた以下の実施形態では、第１実施形態で説明した構成に相当する構成については、第１実施形態と同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について説明する。第１実施形態では、ホルダ３８をスライダ３３に対して支持ブラケット３７を介して支持した。それに対して、第２実施形態では、図７に示すようにスライダ３３の下部に、回転支持体３５が鉛直方向に向かうＺ軸（すなわち、鉛直軸）の周りで回転自在に支持され、該回転支持体３５に対してホルダ３８が支持ブラケット３７を介して支持されているところが異なっている。
【００５３】
又、ホルダ３８には変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、及び、前記Ｚ軸に直交する水平面内に含まれるように検出感度軸方向Ｋが互いに反対方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することが可能である（図７参照）。
【００５４】
前記回転支持体３５は、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４２の検出感度軸方向Ｋと同軸となる回転軸線Ｋ１の周りで回転可能になっており、スライダ３３内に設けられたエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ４により図示しない減速機構を介して回転駆動される。前記回転支持体３５を支持するスライダ３３及びＡＣサーボモータＭ４、減速機構（図示しない）により、回転支持機構ＫＢが構成されている。
【００５５】
形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、図９に示すようにドライバ１９を介してＡＣサーボモータＭ４に対する駆動制御により、回転支持体３５を回転させて回転された回転位置に位置させることが可能である。このときの回転角をθ（０°＜θ＜３６０°）とする。なお、本実施形態では、回転角θは図１０に示すように、Ｘ軸方向を基準とした時計回り方向の回転のときの角度を正の値とする。
【００５６】
上記形状測定装置１０では、零点調整は、第１実施形態と同様に行われる。すなわち、テーブル２５には第１実施形態と同様に基準幅直定規１００が取付けされる。そして、変位センサ４１〜４３の配列方向をＸ軸方向に一致させた状態で、第１実施形態と同様にホルダ３８の姿勢を第１測定位置では第３姿勢位置Ｄ３とし、第２測定位置では第２姿勢位置Ｄ２にした状態で基準幅直定規１００の両面の形状がそれぞれ測定され、その結果に基づいて、零点調整誤差αが求められる。そして、得られた零点調整誤差αは後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納される。
【００５７】
次に、電磁チャック（図示しない）を開放してテーブル２５から基準幅直定規１００を外し、新たにテーブル２５上に前記電磁チャックにより図８に示すように被測定物５０を保持し、該被測定物５０の断面形状を逐次三点法で測定する。この場合、第１実施形態と異なり、本実施形態では、被測定物５０の上面において、Ｘ軸方向から回転角θでずらした直線（以下、測定線Ｓという。図８参照）上の該被測定物５０の断面形状を測定するものとする。この測定線Ｓの延びる方向は、変位センサ４１〜４３の配列方向と一致し、後述するＣＰＵ１１の変位センサ４１〜４３の走査方向と一致する。
【００５８】
この場合、図１０に示すように、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ４を駆動して回転支持体３５を回転角θ分回転させて位置させる。又、この場合、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ３を駆動制御してホルダ３８を第１姿勢位置Ｄ１（図７参照）にして測定を行う。そして、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１に対してｄ・cosθ分の移動量で駆動する毎に、ＡＣサーボモータＭ２に対してｄ・sinθ分の移動量となるように駆動するようにして、それぞれＡＣサーボモータＭ１，ＡＣサーボモータＭ２に対して定速度制御する。このように、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１，ＡＣサーボモータＭ２を駆動制御することにより、変位センサ４１〜４３の配列方向と走査方向とを一致させる。
【００５９】
そして、リニアスケール１２が、ｄ・cosθ分検出する毎に、すなわち、ホルダ３８が被測定物５０に対して測定線Ｓ上を相対的にｄ分移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込みして、演算処理を行い、測定線Ｓでの該被測定物５０の断面形状の測定を行う。この場合の測定結果を、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００６０】
第２実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 第２実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を鉛直軸（Ｚ軸）周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構ＫＢを備えている。又、形状測定装置１０は、回転支持機構ＫＢによりホルダ３８が鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向にする。すなわち、ＣＰＵ１１はリニアテーブル２０（第１移動手段）及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６（第２移動手段）の駆動制御により前記走査方向に走査して、被測定物５０の測定線Ｓ（被測定物５０における走査方向に向かう直線）に沿う断面形状を測定する。
【００６１】
この結果、第２実施形態では、回転支持機構ＫＢにより、ホルダ３８が鉛直軸周りで回転された回転位置に保持された状態において、被測定物５０における走査方向に向かう直線に沿った断面形状の測定ができる。
【００６２】
（第３実施形態）
次に第３実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。第３実施形態では、第１実施形態の構成中、スライダ３３の取付け構成及び該スライダ３３に対するホルダ３８の取付け構成が異なっている。すなわち、第１実施形態では、一対のガイドレール３４は梁部３２下面に設けられていたが、第３実施形態では、一対のガイドレール３４は梁部３２のＸ軸方向に向く側面に対してＹ軸方向に延びるように設けられている。そして、スライダ３３は、ＡＣサーボモータＭ２(図１２参照)に作動連結されたボールねじ３６（図１１参照）が回転することにより、前記ガイドレール３４にて沿って移動され、すなわち、Ｙ軸方向に往復移動自在となっている。本実施形態において、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、第２移動手段が構成されている。
【００６３】
スライダ３３の側面には、Ｚ軸方向に沿って２本のＺ軸方向案内面３９が形成されている。Ｚ軸方向案内面３９には、支持体４６がＺ軸方向へ往復摺動自在に配置されている。支持体４６には、スライダ３３のＺ軸方向に沿って設けられたボールねじ４７と螺合するナット４８が取付けられている。スライダ３３には、前記ボールねじ４７を回転駆動するエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ５が設けられている。前記図示しないＮＣ装置は、ＡＣサーボモータＭ５を制御回転することにより、ボールねじ４７を介して、支持体４６を移動位置決めする。支持体４６の下部には、支持ブラケット３７を介してホルダ３８が支持されている。ホルダ３８がＡＣサーボモータＭ３により第１姿勢位置Ｄ１、第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３に位置する構成は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
ＡＣサーボモータＭ５、ボールねじ４７、支持体４６により、第１姿勢位置Ｄ１に位置する場合のホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能とするホルダ移動手段Ｈが構成されている。
【００６５】
又、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３により、第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３に位置する場合のホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能とするホルダ移動手段が構成されている。
【００６６】
又、図１２に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ドライバ２１を介してＡＣサーボモータＭ５に対する駆動制御により、支持体４６をＺ軸方向に往復移動可能である。
【００６７】
又、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３の出力信号（すなわち、検出信号）を入力したとき、いずれか１つの出力信号（測定値）が、前回得られた出力信号（測定値）よりも大きく（又は、小さく）て、その差分の絶対値が閾値を越える場合には、その差分の絶対値が閾値内に収まるようにする。
【００６８】
具体的には、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する場合、ＣＰＵ１１は前記差分の絶対値が前記閾値内に収まるように、ＡＣサーボモータＭ５の駆動量を算出し、その駆動量に基づきＡＣサーボモータＭ５を駆動してホルダ３８をＺ軸方向（又は反Ｚ方向）に移動させる。この結果、被測定物の被測定対象面と、ホルダ３８（変位センサ４１〜４３）間の距離がコントロールされる。
【００６９】
このようにして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線Ｓでの断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はホルダ移動手段Ｈを移動制御して、前記被測定対象面が変位センサ４１〜４３のすべての変位センサについて所定の測定範囲内に入るようにする。なお、変位センサ４１〜４３の測定範囲は同じ測定範囲で測定が可能である。ここで所定の測定範囲とは、被測定物の被測定対象面の変位を変位センサによって最も好適に検出ができる範囲である。
【００７０】
又、ホルダ３８が第２姿勢位置Ｄ２（又は、第３姿勢位置Ｄ３）に位置する場合、ＣＰＵ１１は、前記差分の絶対値が前記閾値内に収まるように、ＡＣサーボモータＭ２の駆動量を算出して、その駆動量に基づきＡＣサーボモータＭ２を駆動してホルダ３８をＹ軸方向（又は反Ｙ軸方向）に移動させる。この結果、被測定物の被測定対象面と、ホルダ３８（変位センサ４１〜４３）と被測定物間の距離をコントロールされる。このようにして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線Ｓでの断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を駆動して、被測定対象面に追従させる。
【００７１】
本実施形態では、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。
第３実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能にするホルダ移動手段Ｈ等を備えている。又、形状測定装置１０は、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにホルダ移動手段Ｈ等を移動制御するＣＰＵ１１（制御手段）を備える。
【００７２】
この結果、ＣＰＵ１１が、ホルダ移動手段Ｈ等を移動制御して、ホルダ移動手段Ｈを変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向に並進移動することにより、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにすることができる。そして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線での断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はホルダ移動手段Ｈ等を駆動して、被測定対象面に追従させることができる。
【００７３】
（第４実施形態）
次に形状測定装置１０の第４実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。
第４実施形態は、第３実施形態の構成において、これから測定する被測定物の被測定対象面の測定線Ｓにおける、ホルダ３８の被測定物に対する相対運動軌跡が記憶装置１８に予め格納されている。
【００７４】
相対運動軌跡は、テーブル２５上に載置した被測定物をＸ軸方向に定速度で移動させているときに、ＣＰＵ１１がＡＣサーボモータＭ２，Ｍ３，Ｍ５を駆動制御する制御周期毎に、ホルダ３８を位置させるべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置させる場合のホルダ３８の姿勢（β）を含む。
【００７５】
従って、座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｙ座標値は前述した測定中にスライダ３３が位置するためのＡＣサーボモータＭ２への指令値となる。又、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｚ座標値は、前述した測定中に支持体４６が位置するためのＡＣサーボモータＭ５への指令値となるものである。又、姿勢（β）は、ＡＣサーボモータＭ３への指令値となる回転角βである。なお、本実施形態では、回転角βには、第１姿勢位置Ｄ１，第２姿勢位置Ｄ２，第３姿勢位置Ｄ３以外に、Ｄ１とＤ２間の任意の回転角、及び第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３間の任意の回転角も含む。
【００７６】
測定中における前記制御周期毎の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）は、被測定物の被測定対象面の測定線Ｓに沿った形状が概略的に予め測定され、或いは計算されており、第３実施形態と同様に、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るように設定されている。なお、所定の測定範囲の趣旨は、第３実施形態と同趣旨である。
【００７７】
第４実施形態では、記憶装置１８が第１運動軌跡記憶手段に相当する。又、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。又、第４実施形態においても、ホルダ移動手段Ｈ、及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を備える。
【００７８】
従って、前記定速度で制御されたテーブル２５上の被測定物の被測定対象面に対して測定線Ｓに沿って測定する際、ＣＰＵ１１は記憶装置１８に格納された相対運動軌跡を読出す。そして、ＣＰＵ１１は制御周期毎に、前記相対運動軌跡の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）に基づいて、ＡＣサーボモータＭ２，Ｍ５，Ｍ３に前記指令値を出し、ホルダ３８の位置と姿勢を制御する。このとき、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の内の全ての変位センサの所定の測定範囲内に入るよう位置することになる。
【００７９】
第４実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能にするホルダ移動手段Ｈ等を備える。又、形状測定装置１０は、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るように、ホルダ３８の被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する記憶装置１８（第１運動軌跡記憶手段）を備える。そして、ＣＰＵ１１（制御手段）は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲を維持する。
【００８０】
このように、第４実施形態では、ＣＰＵ１１が、相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させることにより、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲を維持できる。
【００８１】
（第５実施形態）
次に第５実施形態を図１３及び図１４を参照して説明する。第５実施形態では、第３実施形態の構成に加えて、さらに、図１３に示すようにホルダ３８に対して変位センサ４４が設けられている。すなわち、変位センサ４４は、変位センサ４１〜４３の配列方向上において、変位センサ４３に隣接して配置されている。なお、本実施形態では、変位センサ４４の配置は、変位センサ４３に隣接した反変位センサ４２側に設けられているが、変位センサ４１の反変位センサ４２側の位置に隣接して配置されていても良い。
【００８２】
本実施形態の変位センサ４１〜４３は、非接触式の変位センサである。又、変位センサ４４は、非接触式の変位センサであって、前記変位センサ４１〜４３の測定範囲よりも広い測定範囲を測定可能である。なお、変位センサ４４の分解能は変位センサ４１〜４３の分解能よりも劣る。
【００８３】
図１４に示すように形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、変位センサ４４を図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されており、変位センサ４４の出力信号（すなわち、検出信号）を入力する。前記変位センサ４１〜４３は、それぞれ第１〜第３のプローブに相当する。又、変位センサ４４は第４のプローブに相当する。
【００８４】
第５実施形態では、これから測定する被測定物の被測定対象面の測定線Ｓにおける、ホルダ３８の被測定物に対する相対運動軌跡が記憶装置１８に格納されている。
この相対運動軌跡は、テーブル２５上に載置した被測定物をＸ軸方向に定速度で移動させているときに、変位センサ４４で測定することにより得られたものである。そして、該相対運動軌跡は、ＣＰＵ１１がＡＣサーボモータＭ２，Ｍ３，Ｍ５を駆動制御する制御周期毎に、ホルダ３８を位置させるべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置させる場合の姿勢（β）を含む。
【００８５】
なお、変位センサ４４で測定する際に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３の全ての変位センサにかかる所定の測定範囲内に被測定対象面を捉えることができるようにすべく、前記ホルダ３８の位置するべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置する場合の姿勢（β）を算出して、記憶装置１８に記憶する。
【００８６】
そして、実際の測定中（すなわち、変位センサ４１〜４３での測定中のこと、以下、同じ）には、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｙ座標値は前述した変位センサ４４による測定中にスライダ３３が位置するためのＡＣサーボモータＭ２への指令値となる。又、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｚ座標値は、前述した実際の測定中に支持体４６が位置するためのＡＣサーボモータＭ５への指令値となるものである。又、姿勢（β）は、実際の測定中にＡＣサーボモータＭ３への指令値となる回転角βである。なお、本実施形態では、第４実施形態と同様に回転角βには、第１姿勢位置Ｄ１，第２姿勢位置Ｄ２，第３姿勢位置Ｄ３以外に、Ｄ１とＤ２間の任意の回転角、及び第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３間の任意の回転角も含む。
【００８７】
第５実施形態では、記憶装置１８が第２運動軌跡記憶手段に相当する。又、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。又、第５実施形態においても、ホルダ移動手段Ｈ、及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を備える。
【００８８】
従って、定速度制御されたテーブル２５上の被測定物の被測定対象面における測定線Ｓに沿って行われる実際の測定では、ＣＰＵ１１は記憶装置１８に格納された相対運動軌跡を読出す。そして、ＣＰＵ１１は制御周期毎に、前記相対運動軌跡の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）に基づいて、ＡＣサーボモータＭ２，Ｍ５，Ｍ３に前記指令値を出し、ホルダ３８の位置と姿勢を制御する。このとき、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３のいずれの測定範囲内にも入るようになる。
【００８９】
第５実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８には、変位センサ４１〜４３と、変位センサ４１〜４３よりも測定範囲が広い変位センサ４４とを備える。そして、変位センサ４４で、変位センサ４１〜４３の測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する記憶装置１８（第２運動軌跡記憶手段）を備える。そして、ＣＰＵ１１（制御手段）は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、前記被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ４１〜４３の測定範囲を維持する。この結果、本実施形態では、変位センサ４１〜４３の測定範囲を維持することができる。特に、逐次３点法で用いられる変位センサ４１〜４３では分解能を高めるため、所定の測定範囲に制限が生じるが、このことから、長尺の被測定物ではプローブの所定の測定範囲に被測定物の被測定対象面の全長を入れることが可能となる。
【００９０】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
○ 第１実施形態では、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、Ｙ軸方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、及び反Ｙ軸方向に向く第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することを可能としたが、この３つの姿勢位置に限定されるものではない。前記３つの姿勢位置に、さらに、第１姿勢位置Ｄ１と第２姿勢位置Ｄ２との間の姿勢位置、第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３との間の姿勢位置の少なくともいずれか１つを含む姿勢位置を加えても良い。
【００９１】
○ 前記ＡＣサーボモータＭ１〜Ｍ５の代わりにステッピングモータを使用しても良い。
○ 第１実施形態では、第１移動手段をリニアテーブル２０にて構成したが、第１移動手段の構成はリニアテーブル２０に限定されるものではない。例えば、コラム３０を第１移動手段としてＸ軸方向（第１方向）に移動自在に構成してもよい。又、リニアテーブル２０とコラム３０の両者により、Ｘ軸方向（第１方向）に移動自在に構成することも可能である。
【００９２】
○ 第１実施形態では、第２移動手段をＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により構成し、姿勢可変機構ＫＡを第２方向（Ｙ軸方向）に移動するようにしたが、支持手段であるテーブル２５を第２方向（Ｙ軸方向）に移動するようにしてもよい。例えば、テーブル２５をＸＹテーブルとすることによりこのようにすることは容易に実現できる。又、この場合、テーブル２５が第２移動手段に相当する。又、テーブル２５と、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、姿勢可変機構ＫＡと支持手段であるテーブル２５をＹ軸方向（第２方向）に移動自在に構成してもよい。
【００９３】
○ 第１実施形態では、第２移動手段を、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により構成したが、リニアモータで構成してもよい。
○ 第１実施形態では基準幅直定規１００の幅を測定するようにしたが、図１５（ａ）に示すように、テーブル２５上面にＸ軸方向に延びる溝２６を形成してもよい。溝２６は、図１５（ａ）に示すように、一対の鉛直面２７，２８及び底面２９により、横断面凹状に形成されるとともに、支持ブラケット３７及びホルダ３８が余裕をもって入る溝の幅を有する。この溝２６が形成されている部分が基準幅直定規に相当する。
【００９４】
そして、図１５（ａ）に示すように、この溝２６内にホルダ３８を入れて、第２姿勢位置Ｄ２で鉛直面２７の形状を測定できるように、すなわち、被測定物の被測定対象面である鉛直面２７が前記プローブ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにＡＣサーボモータＭ２を駆動してスライダ３３をＹ方向又は反Ｙ方向に移動させる。なお、ここで所定の測定範囲とは、被測定物の被測定対象面の変位を変位センサによって最も好適に検出ができる範囲である。そして、第２姿勢位置Ｄ２で鉛直面２７の形状測定をする。
【００９５】
鉛直面２７の形状測定の終了後、次に、第３姿勢位置Ｄ３で、鉛直面２８が前記プローブ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにＡＣサーボモータＭ２を駆動してスライダ３３をＹ方向又は反Ｙ方向に移動させる。この後、鉛直面２８の形状測定をする。そして、両鉛直面２７，２８の形状測定結果に基づいて、溝２６の溝幅をＣＰＵ１１が算出する。
【００９６】
この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となって溝２６の溝幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【００９７】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ なお、上記のようにテーブル２５上面に溝２６を設ける代わりに、基準幅直定規１００の上面において、一対の鉛直面と両鉛直面を連結する底面とからなる凹状の溝（図示しない）を、Ｘ軸方向である長手方向に延出するように形成してもよい。この場合、該溝は支持ブラケット３７及びホルダ３８が余裕をもって入る溝幅を有する。
【００９８】
そして、図１５（ａ）の実施形態と同様に溝の両鉛直面の形状測定を行い、両鉛直面の形状測定結果に基づいて、該溝の溝幅をＣＰＵ１１が算出する。この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となって溝の溝幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【００９９】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ 第１実施形態では基準幅直定規１００の幅を測定するようにしたが、図１５（ｂ），（ｃ）に示すように、テーブル２５のＹ軸方向側の側面２５ａ及び反Ｙ軸方向側の側面２５ｂを鉛直面に形成して、両側面２５ａ，２５ｂを基準幅直定規としてもよい。
【０１００】
そして、図１５（ｂ）に示すように、第２姿勢位置Ｄ２で側面２５ａの形状測定をするとともに、図１５（ｃ）に示すように、第３姿勢位置Ｄ３で側面２５ｂの形状測定をし、両側面の形状測定結果に基づいて、テーブル２５の幅をＣＰＵ１１が算出する。この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となってテーブル２５の幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【０１０１】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ 第２実施形態では、回転支持体３５は、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４２の検出感度軸方向Ｋと同軸となる回転軸線Ｋ１の周りで回転可能になっていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４１又は変位センサ４３の検出感度軸方向Ｋと同軸となるように回転軸線Ｋ１と一致させて回転軸線Ｋ１の周りで回転支持体３５が回転可能になっていてもよい。又、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際、該ホルダ３８における変位センサ４１〜４３の配列方向に沿った軸線（すなわち、ホルダ３８の支持ブラケット３７に対する回転軸線）を回転軸線Ｋ１が通過する位置でもよい。
【０１０２】
○ 前記各実施形態において、記憶手段としての記憶装置１８に、基準幅直定規１００の校正値、又は変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを記憶するようにしてもよい。記憶装置１８に基準幅直定規１００の校正値、又は変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを記憶しておけば、該校正値、又は零点調整誤差αにより、変位センサ４１〜４３のドリフト（すなわち、熱ドリフト）による零点の変化を補正することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…形状測定装置、１１…ＣＰＵ（制御手段）、１２…リニアスケール、
１８…記憶装置（第１運動軌跡記憶手段、第２運動軌跡記憶手段、記憶手段）、
２０…リニアテーブル（第１移動手段）、２５…テーブル（支持手段）、
３０…コラム、３１…脚部、３２…梁部、３３…スライダ、
３４…ガイドレール、３７…支持ブラケット、３８…ホルダ、
４１〜４３…変位センサ（プローブ）、
４５…減速機構、１００…基準幅直定規、１００ａ…側面、
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５…ＡＣサーボモータ、
Ｄ１…第１姿勢位置、Ｄ２…第２姿勢位置、Ｄ３…第３姿勢位置、
ＫＡ…姿勢可変機構、Ｋ…検出感度軸方向、ＫＢ…回転支持機構、
Ｋ１…回転軸線、Ｈ…ホルダ移動手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関し、特に逐次３点法で大型の被測定物である被測定物の形状測定を行うことができる形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の面形状や、断面直線形状の測定をするためには、基準となる基準直定規との比較測定を実施することが多い。また、基準直定規が使えないときには、反転法や多点法を用いて運動誤差と形状誤差を分離する方法がとられる。
【０００３】
測定対象が大型化するのにともない、基準直定規が長尺化し、基準直定規の作成が困難になるだけでなく、高精度の基準直定規の運搬にも困難が生じる。また、大型の基準直定規は使用時の弾性変形、熱変形が基準精度を低下させるなどの問題がある。また、大型の基準直定規は反転によっても、支持位置での摩擦力による弾性変形を生じ、形が定まらない。
【０００４】
ところで、多点法においては、センサ間の零点調整誤差に起因する放物線誤差が大きな問題になるため、この零点調整のための種々の方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多点法で使用するセンサ間の零点調整誤差を取り除くために被測定物を反転する必要のない方法が理論的に知られてはいるが、これらを工作機械等の機上でどのように実現するか、或いは工作機械と類似の測定システムでその場で実現する装置は未だ提案されていない。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決して、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を、工作機械やそれに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面に置き直すことがなく測定ができる形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、３つのプローブを保持するホルダと、前記３つのプローブの検出感度軸方向が水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる２つの姿勢、及び前記水平面と直交する鉛直方向に向ける姿勢が少なくとも取り得るように前記ホルダを回転自在に支持する姿勢可変機構と、幅又は溝を有して、前記幅又は前記溝の幅の長さ方向の変化（以下、両者を含めて幅真直形状という）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規と、前記基準幅直定規が着脱自在に設けられ、又は前記基準幅直定規が形成され、前記３つのプローブによる逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せる支持手段と、前記姿勢可変機構と前記基準幅直定規を備えた前記支持手段の少なくともいずれかを水平面に含まれる第１方向に移動する第１移動手段と、前記姿勢可変機構と前記支持手段の少なくともいずれかを水平面内に含まれるとともに前記第１方向と直交する第２方向に移動する第２移動手段と、を備え、前記基準幅直定規を前記３つのプローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段及び第２移動手段のうち、少なくとも第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と前記基準幅直定規の校正値を比較することで前記３つのプローブの零点調整誤差を算出し、前記被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、前記零点調整誤差に基づいて校正することを特徴とする形状測定装置を要旨とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記ホルダを鉛直軸周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構を備え、前記回転支持機構により、前記ホルダが前記鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの前記プローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで、被測定物における走査方向に向かう直線に沿う断面形状を測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記ホルダを、プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るように前記ホルダ移動手段を移動制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２において、前記ホルダを、前記プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、前記プローブの所定の測定範囲内に入るように、前記ホルダの被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する第１運動軌跡記憶手段と、前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記プローブの所定の測定範囲を維持する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３において、前記ホルダに設けられ、前記３つのプローブを第１〜第３のプローブとしたとき、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブと、該第４のプローブで、前記第１〜第３のプローブの測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する第２運動軌跡記憶手段と、前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記第１〜第３のプローブの測定範囲を維持する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項において、前記基準幅直定規の校正値、又は前記３つのプローブの零点調整誤差を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段に記憶した前記校正値、又は零点調整誤差により、前記３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１乃至請求項６の発明によれば、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を工作機械や、それに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面を置き直すことがなく測定ができる形状測定装置を提供できる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、回転支持機構により、ホルダが鉛直軸周りで回転された回転位置に保持された状態において、被測定物における走査方向に向かう直線に沿った断面形状の測定が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、制御手段が、ホルダ移動手段を移動制御して、ホルダをプローブの検出感度軸方向に並進移動することにより、被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るようにすることができる。そして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線での断面形状が曲線であるときは、制御手段はホルダ移動手段を駆動して、被測定対象面に追従させることができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、制御手段が、相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、被測定物に対するホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させることにより、プローブの所定の測定範囲を維持することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、制御手段が、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブで予め測定した被測定物の測定対象面に対する相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置を変化させることにより、第１〜第３プローブの測定範囲を維持することができる。特に、逐次３点法で用いられるプローブは分解能を高めるため、所定の測定範囲に制限が生じるが、このことから、長尺の被測定物ではプローブの所定の測定範囲に被測定物の被測定対象面の全長を入れることが可能となる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、記憶手段に記憶した基準幅直定規の校正値、又は零点調整誤差により、３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態の形状測定装置の全体概略斜視図。
【図２】同じく作用を示す形状測定装置の全体概略斜視図。
【図３】同じく図４のＡ−Ａ線断面図。
【図４】同じく姿勢可変機構の正面図。
【図５】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図６】逐次３点法の零点調整法の原理を説明するための説明図。
【図７】第２実施形態における回転支持機構ＫＢ及び周辺部分の概略説明図であり、第１実施形態の図３に相当する図。
【図８】同じく測定線Ｓの説明図。
【図９】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１０】同じく回転角θの説明図。
【図１１】第３、及び第４実施形態におけるスライダ３３、支持体４６、及びホルダ３８及びその周辺の概略図。
【図１２】同じく形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１３】第５実施形態の図１１相当図。
【図１４】同じく第５実施形態の形状測定装置１０の電気的構成のブロック図。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態の形状測定装置を図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
形状測定装置１０は、リニアテーブル２０、及び、門形のコラム３０を備えている。リニアテーブル２０は、ＡＣサーボモータＭ１(図５参照)の回転を図示しないボールねじを介してテーブル２５を直線移動させる。テーブル２５上面は、水平面とされており、テーブル２５の移動方向(本実施形態では、図１に示すＸ軸方向)に沿うように長尺であって、四角柱状をなす基準幅直定規１００、及び被測定物（図示しない）が、テーブル２５に設けられた図示しない電磁チャックにより取付け取り外し可能に載置可能である(図１、図２参照)。テーブル２５は、支持手段に相当し、リニアテーブル２０はテーブル２５を走査方向（すなわち、Ｘ軸方向）に移動する第１移動手段に相当する。Ｘ軸方向は第１方向に相当する。又、基準幅直定規１００の横断面形状は、正方形、或いは、長方形であることが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、基準幅直定規１００の側面１００ａは、テーブル２５上面に対して垂直となるように配置され、重力方向に向かないように配置されている。
コラム３０は、一対の脚部３１及び両脚部３１の上部間に梁渡された梁部３２からなる。梁部３２の下面には、図４、図５に示すように、Ｙ軸方向に延びる一対のガイドレール３４が設けられている。スライダ３３は、エンコーダ付きＡＣサーボモータＭ２(図５参照)に作動連結されたボールねじ３６（図３、４参照）の回転により、前記ガイドレール３４にて沿って移動され、すなわち、Ｙ軸方向に往復移動自在となっている。Ｙ軸方向は第２方向に相当する。
【００２４】
ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、第２移動手段が構成されている。
スライダ３３の下部には、支持ブラケット３７を介して、ホルダ３８がＸ軸周りで回動自在に支持されている。ホルダ３８は、等間隔にＸ軸方向に併設されたプローブとしての３個の変位センサ４１〜４３を保持する。
【００２５】
ホルダ３８は、支持ブラケット３７に固定されたエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ３（図４参照）の回転駆動及び保持により、図３に示す変位センサ４１〜４３が鉛直方向に向く位置、変位センサ４１〜４３がＹ軸方向及び反Ｙ軸方向にそれぞれ向く位置の３位置の姿勢を取り得ることが可能である。すなわち、ホルダ３８は、図３に示すように変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向ＫがＺ軸方向と同方向の鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、及び、前記Ｚ軸に直交する水平面内に含まれるように検出感度軸方向Ｋが互いに反対方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することが可能である。すなわち、第２姿勢位置Ｄ２と第３姿勢位置Ｄ３では、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが共通の水平面に含まれるとともに互いに１８０°反対方向になる。
【００２６】
本実施形態では、第２姿勢位置Ｄ２では、検出感度軸方向ＫがＹ軸方向に向き、第３姿勢位置Ｄ３では、検出感度軸方向Ｋが反Ｙ軸方向に向く。
なお、ＡＣサーボモータＭ３の図示しない出力軸とホルダ３８とを作動連結する機構（図示しない）には、減速機構４５が含まれる。前記ＡＣサーボモータＭ３及びＡＣサーボモータＭ３の回転駆動をホルダ３８に伝達する減速機構４５により、姿勢可変機構ＫＡが構成されている。
【００２７】
変位センサ４１〜４３は、テーブル２５の移動方向に沿って一列に並ぶように、且つ、等間隔ｄ離間して配置されており（図４参照）、基準幅直定規１００の側面１００ａ、或いは被測定物（図示しない）の側面に対向して離間配置される。本実施形態では、前記変位センサ４１〜４３は、非接触式のセンサであって、静電容量型センサからなる。なお、変位センサは、非接触式や、静電容量型センサに限定されるものではなく、接触式でもよく、或いは、非接触式の場合、静電容量型センサに代えて、例えば、光学センサとしてもよい。
【００２８】
（形状測定装置１０の電気的構成）
形状測定装置１０の制御装置の電気的構成について説明すると、図５に示すように形状測定装置１０の制御装置は、コンピュータからなるＣＰＵ(中央処理装置)１１を備えている。ＣＰＵ１１は，変位センサ４１〜４３を図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されており、各センサの出力信号（すなわち、検出信号）を入力する。ＣＰＵ１１は、各種処理プログラム等を格納するＲＯＭ（図示しない）を備えており、該プログラムに従って各種の演算処理を行う。
【００２９】
リニアスケール１２は、テーブル２５が移動する際に、テーブル移動を検出するためのものであり、テーブル移動に応じたパルス信号を、ＣＰＵ１１が備える図示しないパルスカウンタに入力する。前記パルスカウンタは入力したパルス信号をカウントし、ＣＰＵ１１は、そのカウント値に基づいてテーブル２５の移動量を検出する。
【００３０】
ＣＰＵ１１は、ドライバ１５を介して、ＡＣサーボモータＭ１に対する駆動制御により、テーブル２５の定速度制御が可能である。そして、本実施形態では、リニアスケール１２によるテーブル２５の移動量の検出に基づいて、テーブル２５が、図１、図４、図６に示すＸ軸方向に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込んで、演算処理等を行うようにしている。
【００３１】
又、ＣＰＵ１１は、ドライバ１６を介してＡＣサーボモータＭ２に対する駆動制御により、スライダ３３を移動して、ホルダ３８を図１に示す位置（以下、第１測定位置という）と、図２に示す位置（以下、第２測定位置という）に位置させることが可能である。第１測定位置は、基準幅直定規１００又は被測定物のＹ軸方向に向く面の形状測定を行う位置である。又、第２測定位置は、すなわち、側面１００ａ又は被測定物の反Ｙ軸方向に向く面の形状測定を行う位置である。
【００３２】
又、ＣＰＵ１１は、ドライバ１７を介してＡＣサーボモータＭ３に対する駆動制御により、ホルダ３８を回転させて第１姿勢位置Ｄ１、第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３のいずれかの姿勢を取らせることが可能である。本実施形態では、ホルダ３８は第１測定位置に位置する際に、第３姿勢位置Ｄ３の姿勢位置となり、第２測定位置に位置する際に、第２姿勢位置の姿勢位置となる。
【００３３】
（実施形態の作用）
次に、上記のように構成された形状測定装置１０を使用して行う逐次３点法について説明する。図６は、本実施形態で利用する逐次３点法の零点調整法の原理を説明するための説明図である。
【００３４】
この逐次３点法の零点調整法では、幅真直形状が既知の基準幅直定規１００の幅を形成する２面のそれぞれについて、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向の向きを１８０度反対方向に切り換える姿勢可変機構ＫＡ（図４参照）を使用して測定をする。
【００３５】
まず、図１に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ２を駆動して、スライダ３３を移動させてホルダ３８を第１測定位置に位置させ、かつ、ＡＣサーボモータＭ３を駆動して、ホルダ３８を第３姿勢位置Ｄ３に位置させる。この状態において、基準幅直定規１００の一方の面（側面１００ａ）の形状測定を行う。この形状測定は、ＣＰＵ１１によってＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５が、図１、図６に示すＸ軸方向（すなわち、走査方向）に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込むことにより行われる。このようにして、得られた出力信号（すなわち、測定値）は、ＣＰＵ１１に接続された記憶装置１８に格納される。
【００３６】
前述した基準幅直定規１００の一方の面（側面１００ａ）の形状測定は、基準幅直定規１００と３つの変位センサ４１〜４３が並ぶ方向、すなわち、配列方向を走査方向として、逐次測定する３点法によって行われ、一方の面（側面１００ａ）の形状に関する測定結果は、次式で表わされる。
【００３７】
すなわち、間隔ｄで配置された３つの変位センサ４１〜４３の出力をｍ１（ｘ）、ｍ２（ｘ）、ｍ３（ｘ）とし、一方の面（側面１００ａ）の形状をｆ（ｘ）、走査運動のＺ軸方向並進誤差をｅｚ（ｘ）、ピッチング誤差をｅｐ（ｘ）とすると、ｍ１（ｘ）、ｍ２（ｘ）、ｍ３（ｘ）は次式で与えられる。
【００３８】
ｍ１（ｘ）＝ｆ（ｘ−ｄ）＋ｅｚ（ｘ）−ｅｐ（ｘ）ｄ ……（１）
ｍ２（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｅｚ（ｘ）＋α ……（２）
ｍ３（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）＋ｅｚ（ｘ）＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（３）
ただし、αは、変位センサ４１及び変位センサ４３の取付け位置が同じとし、変位センサ４１を基準としたときの変位センサ４２の零点調整誤差である。
【００３９】
ここで隣り合う変位センサの出力差を求めると、一階の差分として、次式（４）、式（５）を得る。
Δｍ１２（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｆ（ｘ−ｄ）＋α＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（４）
Δｍ２３（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−ｆ（ｘ）−α＋ｅｐ（ｘ）ｄ ……（５）
式（５）−式（４）により、ｅｐ（ｘ）ｄの項を消去して２回の差分を得る。
【００４０】
Δμf（ｘ）＝ｆ（ｘ＋ｄ）−２ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ−ｄ）−２α ……（６）
ここで、Δμf（ｘ）は、式（５）−式（４）により得られた２回の差分値である。
次に、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５を反Ｘ軸方向に移動させて、基準幅直定規１００がホルダ３８と干渉しない位置に退避させる。この状態で、図２に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ２を駆動して、スライダ３３を移動させてホルダ３８を第２測定位置に位置させ、かつ、ＡＣサーボモータＭ３を駆動して、ホルダ３８を第２姿勢位置Ｄ２に位置させる。
【００４１】
そして、この状態において、基準幅直定規１００の他方の面（すなわち、側面１００ａとは反対側であって、反Ｙ側に向く面）の形状測定を行う。この形状測定は、ＣＰＵ１１によってＡＣサーボモータＭ１の駆動制御が行われ、テーブル２５が、図１、図６に示すＸ軸方向（すなわち、走査方向）に一定距離Ｄ(＝ｄ)で移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込むことにより行われる。このようにして、得られた出力信号（すなわち、測定値）は、ＣＰＵ１１に接続された記憶装置１８に格納される。
【００４２】
この基準幅直定規１００の他方の面の形状についても、逐次測定する３点法によって、得られた測定結果に基づき、走査運動時のピッチング誤差の項を消去すると、式（７）に示す２回の差分を得る。
【００４３】
Δμg（ｘ）＝ｇ（ｘ＋ｄ）−２ｇ（ｘ）＋ｇ（ｘ−ｄ）−２α ……（７）
なお、ｇ（ｘ）は、基準幅直定規１００の他方の面の形状を表わし、Δμg（ｘ）は、前述したΔμf（ｘ）に相当する基準幅直定規１００の他方の面の形状における２回の差分値である。
【００４４】
上記の式（６）、式（７）に示す２回の差分値から、ＣＰＵ１１は積分或いは逐次和の算出を行うことにより、前記基準幅直定規１００の両面の形状を求める。
又、基準幅直定規１００の両面の形状の測定結果から得られる、幅の長さ方向の変化、すなわち、幅真直形状は、両面の測定結果の和であり、幅真直形状Ｗ（ｘ）は次式（８）のようになり、零点調整誤差αに起因する放物線誤差を含む。
【００４５】
Ｗ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）−２αｘ2 ……（８）
ただし、αは変位センサ（プローブ）の零点調整誤差であり、前記両面の測定中は、不変とする。又、両面の一次の傾斜は、取り除いて表わしている。又、基準幅直定規１００の形状{ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）}は予めの構成で校正された校正値となって既知となっているため、ＣＰＵ１１は、基準幅直定規１００の全長をＬとして、零点調整誤差αは次のように求める。
【００４６】
α＝{ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ）−Ｗ（ｘ）}／（２Ｌ2） ……（９）
なお、式（９）は、式（８）からの変形である。
上記のようにして、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差αを求めた後、この零点調整誤差αを後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
【００４７】
そして、電磁チャック（図示しない）を開放してテーブル２５から基準幅直定規１００を外し、新たにテーブル２５上に前記電磁チャックにより被測定物（図示しない）を保持し、該被測定物の断面形状を逐次三点法で測定する。この場合、被測定物の断面形状が、上方を向いている面、例えば鉛直方向に直交する水平面である場合には、ＣＰＵ１１は、ホルダ３８を第１姿勢位置Ｄ１（図３参照）にして、測定を行う。この場合の測定結果を、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００４８】
又、被測定物（図示しない）の断面形状（測定対象の面）が鉛直面であって、該鉛直面が基準幅直定規１００の側面１００ａと同様にＹ軸方向に向いている場合には、ホルダ３８を第１測定位置に位置させるとともにホルダ３８を第３姿勢位置Ｄ３の姿勢にして測定を行う。この場合の測定結果も、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００４９】
又、被測定物（図示しない）の断面形状（測定対象の面）が鉛直面であって、該鉛直面が基準幅直定規１００の側面１００ａとは反対の反Ｙ軸方向に向いている場合には、ホルダ３８を第２測定位置に位置させるとともにホルダ３８を第２姿勢位置Ｄ２の姿勢にして測定を行う。この場合の測定結果も、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００５０】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３、及び水平面と直交する鉛直方向に向ける第１姿勢位置Ｄ１を取り得るようにホルダ３８を回転自在に支持する姿勢可変機構ＫＡを備える。又、形状測定装置１０は、幅の長さ方向の変化（幅真直形状）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規１００と、前記基準幅直定規１００が着脱自在に設けられ、変位センサ４１〜４３による逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せるテーブル２５（支持手段）を備える。又、形状測定装置１０は、基準幅直定規１００を備えたテーブル２５（支持手段）を水平面に含まれる第１方向（Ｘ軸方向）に移動するリニアテーブル２０（第１移動手段）と、姿勢可変機構ＫＡを水平面に含まれるとともに第１方向と直交する第２方向に移動するＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６（第２移動手段）を備える。そして、形状測定装置１０は基準幅直定規１００を変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向として、該走査方向（Ｘ軸方向）に走査測定することで得られる幅真直形状と基準幅直定規１００の校正値を比較することで変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを算出し、被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して零点調整誤差αに基づいて校正する。
【００５１】
この結果、長尺大面積の直線形状や、面形状の測定における逐次３点法の零点調整を工作機械や、それに類似する測定システム上に簡便に実現することができ、反転法と異なり長尺の被測定物の被測定対象面を置き直すことがなく測定ができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に第２実施形態を図７〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態を含めた以下の実施形態では、第１実施形態で説明した構成に相当する構成については、第１実施形態と同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について説明する。第１実施形態では、ホルダ３８をスライダ３３に対して支持ブラケット３７を介して支持した。それに対して、第２実施形態では、図７に示すようにスライダ３３の下部に、回転支持体３５が鉛直方向に向かうＺ軸（すなわち、鉛直軸）の周りで回転自在に支持され、該回転支持体３５に対してホルダ３８が支持ブラケット３７を介して支持されているところが異なっている。
【００５３】
又、ホルダ３８には変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、及び、前記Ｚ軸に直交する水平面内に含まれるように検出感度軸方向Ｋが互いに反対方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することが可能である（図７参照）。
【００５４】
前記回転支持体３５は、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４２の検出感度軸方向Ｋと同軸となる回転軸線Ｋ１の周りで回転可能になっており、スライダ３３内に設けられたエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ４により図示しない減速機構を介して回転駆動される。前記回転支持体３５を支持するスライダ３３及びＡＣサーボモータＭ４、減速機構（図示しない）により、回転支持機構ＫＢが構成されている。
【００５５】
形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、図９に示すようにドライバ１９を介してＡＣサーボモータＭ４に対する駆動制御により、回転支持体３５を回転させて回転された回転位置に位置させることが可能である。このときの回転角をθ（０°＜θ＜３６０°）とする。なお、本実施形態では、回転角θは図１０に示すように、Ｘ軸方向を基準とした時計回り方向の回転のときの角度を正の値とする。
【００５６】
上記形状測定装置１０では、零点調整は、第１実施形態と同様に行われる。すなわち、テーブル２５には第１実施形態と同様に基準幅直定規１００が取付けされる。そして、変位センサ４１〜４３の配列方向をＸ軸方向に一致させた状態で、第１実施形態と同様にホルダ３８の姿勢を第１測定位置では第３姿勢位置Ｄ３とし、第２測定位置では第２姿勢位置Ｄ２にした状態で基準幅直定規１００の両面の形状がそれぞれ測定され、その結果に基づいて、零点調整誤差αが求められる。そして、得られた零点調整誤差αは後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納される。
【００５７】
次に、電磁チャック（図示しない）を開放してテーブル２５から基準幅直定規１００を外し、新たにテーブル２５上に前記電磁チャックにより図８に示すように被測定物５０を保持し、該被測定物５０の断面形状を逐次三点法で測定する。この場合、第１実施形態と異なり、本実施形態では、被測定物５０の上面において、Ｘ軸方向から回転角θでずらした直線（以下、測定線Ｓという。図８参照）上の該被測定物５０の断面形状を測定するものとする。この測定線Ｓの延びる方向は、変位センサ４１〜４３の配列方向と一致し、後述するＣＰＵ１１の変位センサ４１〜４３の走査方向と一致する。
【００５８】
この場合、図１０に示すように、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ４を駆動して回転支持体３５を回転角θ分回転させて位置させる。又、この場合、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ３を駆動制御してホルダ３８を第１姿勢位置Ｄ１（図７参照）にして測定を行う。そして、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１に対してｄ・cosθ分の移動量で駆動する毎に、ＡＣサーボモータＭ２に対してｄ・sinθ分の移動量となるように駆動するようにして、それぞれＡＣサーボモータＭ１，ＡＣサーボモータＭ２に対して定速度制御する。このように、ＣＰＵ１１は、ＡＣサーボモータＭ１，ＡＣサーボモータＭ２を駆動制御することにより、変位センサ４１〜４３の配列方向と走査方向とを一致させる。
【００５９】
そして、リニアスケール１２が、ｄ・cosθ分検出する毎に、すなわち、ホルダ３８が被測定物５０に対して測定線Ｓ上を相対的にｄ分移動する毎に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３からの出力信号を取り込みして、演算処理を行い、測定線Ｓでの該被測定物５０の断面形状の測定を行う。この場合の測定結果を、ＣＰＵ１１は、前記得られた零点調整誤差補償量により校正する。
【００６０】
第２実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 第２実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を鉛直軸（Ｚ軸）周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構ＫＢを備えている。又、形状測定装置１０は、回転支持機構ＫＢによりホルダ３８が鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの変位センサ４１〜４３の配列方向を走査方向にする。すなわち、ＣＰＵ１１はリニアテーブル２０（第１移動手段）及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６（第２移動手段）の駆動制御により前記走査方向に走査して、被測定物５０の測定線Ｓ（被測定物５０における走査方向に向かう直線）に沿う断面形状を測定する。
【００６１】
この結果、第２実施形態では、回転支持機構ＫＢにより、ホルダ３８が鉛直軸周りで回転された回転位置に保持された状態において、被測定物５０における走査方向に向かう直線に沿った断面形状の測定ができる。
【００６２】
（第３実施形態）
次に第３実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。第３実施形態では、第１実施形態の構成中、スライダ３３の取付け構成及び該スライダ３３に対するホルダ３８の取付け構成が異なっている。すなわち、第１実施形態では、一対のガイドレール３４は梁部３２下面に設けられていたが、第３実施形態では、一対のガイドレール３４は梁部３２のＸ軸方向に向く側面に対してＹ軸方向に延びるように設けられている。そして、スライダ３３は、ＡＣサーボモータＭ２(図１２参照)に作動連結されたボールねじ３６（図１１参照）が回転することにより、前記ガイドレール３４にて沿って移動され、すなわち、Ｙ軸方向に往復移動自在となっている。本実施形態において、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、第２移動手段が構成されている。
【００６３】
スライダ３３の側面には、Ｚ軸方向に沿って２本のＺ軸方向案内面３９が形成されている。Ｚ軸方向案内面３９には、支持体４６がＺ軸方向へ往復摺動自在に配置されている。支持体４６には、スライダ３３のＺ軸方向に沿って設けられたボールねじ４７と螺合するナット４８が取付けられている。スライダ３３には、前記ボールねじ４７を回転駆動するエンコーダ付きＡＣサーボモータＭ５が設けられている。前記図示しないＮＣ装置は、ＡＣサーボモータＭ５を制御回転することにより、ボールねじ４７を介して、支持体４６を移動位置決めする。支持体４６の下部には、支持ブラケット３７を介してホルダ３８が支持されている。ホルダ３８がＡＣサーボモータＭ３により第１姿勢位置Ｄ１、第２姿勢位置Ｄ２、第３姿勢位置Ｄ３に位置する構成は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
ＡＣサーボモータＭ５、ボールねじ４７、支持体４６により、第１姿勢位置Ｄ１に位置する場合のホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能とするホルダ移動手段Ｈが構成されている。
【００６５】
又、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３により、第２姿勢位置Ｄ２及び第３姿勢位置Ｄ３に位置する場合のホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能とするホルダ移動手段が構成されている。
【００６６】
又、図１２に示すように、形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、ドライバ２１を介してＡＣサーボモータＭ５に対する駆動制御により、支持体４６をＺ軸方向に往復移動可能である。
【００６７】
又、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３の出力信号（すなわち、検出信号）を入力したとき、いずれか１つの出力信号（測定値）が、前回得られた出力信号（測定値）よりも大きく（又は、小さく）て、その差分の絶対値が閾値を越える場合には、その差分の絶対値が閾値内に収まるようにする。
【００６８】
具体的には、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する場合、ＣＰＵ１１は前記差分の絶対値が前記閾値内に収まるように、ＡＣサーボモータＭ５の駆動量を算出し、その駆動量に基づきＡＣサーボモータＭ５を駆動してホルダ３８をＺ軸方向（又は反Ｚ方向）に移動させる。この結果、被測定物の被測定対象面と、ホルダ３８（変位センサ４１〜４３）間の距離がコントロールされる。
【００６９】
このようにして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線Ｓでの断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はホルダ移動手段Ｈを移動制御して、前記被測定対象面が変位センサ４１〜４３のすべての変位センサについて所定の測定範囲内に入るようにする。なお、変位センサ４１〜４３の測定範囲は同じ測定範囲で測定が可能である。ここで所定の測定範囲とは、被測定物の被測定対象面の変位を変位センサによって最も好適に検出ができる範囲である。
【００７０】
又、ホルダ３８が第２姿勢位置Ｄ２（又は、第３姿勢位置Ｄ３）に位置する場合、ＣＰＵ１１は、前記差分の絶対値が前記閾値内に収まるように、ＡＣサーボモータＭ２の駆動量を算出して、その駆動量に基づきＡＣサーボモータＭ２を駆動してホルダ３８をＹ軸方向（又は反Ｙ軸方向）に移動させる。この結果、被測定物の被測定対象面と、ホルダ３８（変位センサ４１〜４３）と被測定物間の距離をコントロールされる。このようにして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線Ｓでの断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を駆動して、被測定対象面に追従させる。
【００７１】
本実施形態では、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。
第３実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能にするホルダ移動手段Ｈ等を備えている。又、形状測定装置１０は、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにホルダ移動手段Ｈ等を移動制御するＣＰＵ１１（制御手段）を備える。
【００７２】
この結果、ＣＰＵ１１が、ホルダ移動手段Ｈ等を移動制御して、ホルダ移動手段Ｈを変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向に並進移動することにより、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにすることができる。そして、被測定物の被測定対象面が傾斜していたり、測定線での断面形状が曲線であるときは、ＣＰＵ１１はホルダ移動手段Ｈ等を駆動して、被測定対象面に追従させることができる。
【００７３】
（第４実施形態）
次に形状測定装置１０の第４実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。
第４実施形態は、第３実施形態の構成において、これから測定する被測定物の被測定対象面の測定線Ｓにおける、ホルダ３８の被測定物に対する相対運動軌跡が記憶装置１８に予め格納されている。
【００７４】
相対運動軌跡は、テーブル２５上に載置した被測定物をＸ軸方向に定速度で移動させているときに、ＣＰＵ１１がＡＣサーボモータＭ２，Ｍ３，Ｍ５を駆動制御する制御周期毎に、ホルダ３８を位置させるべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置させる場合のホルダ３８の姿勢（β）を含む。
【００７５】
従って、座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｙ座標値は前述した測定中にスライダ３３が位置するためのＡＣサーボモータＭ２への指令値となる。又、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｚ座標値は、前述した測定中に支持体４６が位置するためのＡＣサーボモータＭ５への指令値となるものである。又、姿勢（β）は、ＡＣサーボモータＭ３への指令値となる回転角βである。なお、本実施形態では、回転角βには、第１姿勢位置Ｄ１，第２姿勢位置Ｄ２，第３姿勢位置Ｄ３以外に、Ｄ１とＤ２間の任意の回転角、及び第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３間の任意の回転角も含む。
【００７６】
測定中における前記制御周期毎の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）は、被測定物の被測定対象面の測定線Ｓに沿った形状が概略的に予め測定され、或いは計算されており、第３実施形態と同様に、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るように設定されている。なお、所定の測定範囲の趣旨は、第３実施形態と同趣旨である。
【００７７】
第４実施形態では、記憶装置１８が第１運動軌跡記憶手段に相当する。又、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。又、第４実施形態においても、ホルダ移動手段Ｈ、及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を備える。
【００７８】
従って、前記定速度で制御されたテーブル２５上の被測定物の被測定対象面に対して測定線Ｓに沿って測定する際、ＣＰＵ１１は記憶装置１８に格納された相対運動軌跡を読出す。そして、ＣＰＵ１１は制御周期毎に、前記相対運動軌跡の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）に基づいて、ＡＣサーボモータＭ２，Ｍ５，Ｍ３に前記指令値を出し、ホルダ３８の位置と姿勢を制御する。このとき、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３の内の全ての変位センサの所定の測定範囲内に入るよう位置することになる。
【００７９】
第４実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋに並進移動可能にするホルダ移動手段Ｈ等を備える。又、形状測定装置１０は、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るように、ホルダ３８の被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する記憶装置１８（第１運動軌跡記憶手段）を備える。そして、ＣＰＵ１１（制御手段）は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲を維持する。
【００８０】
このように、第４実施形態では、ＣＰＵ１１が、相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させることにより、変位センサ４１〜４３の所定の測定範囲を維持できる。
【００８１】
（第５実施形態）
次に第５実施形態を図１３及び図１４を参照して説明する。第５実施形態では、第３実施形態の構成に加えて、さらに、図１３に示すようにホルダ３８に対して変位センサ４４が設けられている。すなわち、変位センサ４４は、変位センサ４１〜４３の配列方向上において、変位センサ４３に隣接して配置されている。なお、本実施形態では、変位センサ４４の配置は、変位センサ４３に隣接した反変位センサ４２側に設けられているが、変位センサ４１の反変位センサ４２側の位置に隣接して配置されていても良い。
【００８２】
本実施形態の変位センサ４１〜４３は、非接触式の変位センサである。又、変位センサ４４は、非接触式の変位センサであって、前記変位センサ４１〜４３の測定範囲よりも広い測定範囲を測定可能である。なお、変位センサ４４の分解能は変位センサ４１〜４３の分解能よりも劣る。
【００８３】
図１４に示すように形状測定装置１０の制御装置のＣＰＵ１１は、変位センサ４４を図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されており、変位センサ４４の出力信号（すなわち、検出信号）を入力する。前記変位センサ４１〜４３は、それぞれ第１〜第３のプローブに相当する。又、変位センサ４４は第４のプローブに相当する。
【００８４】
第５実施形態では、これから測定する被測定物の被測定対象面の測定線Ｓにおける、ホルダ３８の被測定物に対する相対運動軌跡が記憶装置１８に格納されている。
この相対運動軌跡は、テーブル２５上に載置した被測定物をＸ軸方向に定速度で移動させているときに、変位センサ４４で測定することにより得られたものである。そして、該相対運動軌跡は、ＣＰＵ１１がＡＣサーボモータＭ２，Ｍ３，Ｍ５を駆動制御する制御周期毎に、ホルダ３８を位置させるべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置させる場合の姿勢（β）を含む。
【００８５】
なお、変位センサ４４で測定する際に、ＣＰＵ１１は、変位センサ４１〜４３の全ての変位センサにかかる所定の測定範囲内に被測定対象面を捉えることができるようにすべく、前記ホルダ３８の位置するべき座標（Ｙ，Ｚ）と、その座標に位置する場合の姿勢（β）を算出して、記憶装置１８に記憶する。
【００８６】
そして、実際の測定中（すなわち、変位センサ４１〜４３での測定中のこと、以下、同じ）には、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｙ座標値は前述した変位センサ４４による測定中にスライダ３３が位置するためのＡＣサーボモータＭ２への指令値となる。又、前記座標（Ｙ，Ｚ）中、Ｚ座標値は、前述した実際の測定中に支持体４６が位置するためのＡＣサーボモータＭ５への指令値となるものである。又、姿勢（β）は、実際の測定中にＡＣサーボモータＭ３への指令値となる回転角βである。なお、本実施形態では、第４実施形態と同様に回転角βには、第１姿勢位置Ｄ１，第２姿勢位置Ｄ２，第３姿勢位置Ｄ３以外に、Ｄ１とＤ２間の任意の回転角、及び第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３間の任意の回転角も含む。
【００８７】
第５実施形態では、記憶装置１８が第２運動軌跡記憶手段に相当する。又、ＣＰＵ１１は、制御手段に相当する。又、第５実施形態においても、ホルダ移動手段Ｈ、及びＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６、スライダ３３からなるホルダ移動手段を備える。
【００８８】
従って、定速度制御されたテーブル２５上の被測定物の被測定対象面における測定線Ｓに沿って行われる実際の測定では、ＣＰＵ１１は記憶装置１８に格納された相対運動軌跡を読出す。そして、ＣＰＵ１１は制御周期毎に、前記相対運動軌跡の座標（Ｙ，Ｚ）とその座標に位置する場合の姿勢（β）に基づいて、ＡＣサーボモータＭ２，Ｍ５，Ｍ３に前記指令値を出し、ホルダ３８の位置と姿勢を制御する。このとき、被測定物の被測定対象面が変位センサ４１〜４３のいずれの測定範囲内にも入るようになる。
【００８９】
第５実施形態では、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の形状測定装置１０は、ホルダ３８には、変位センサ４１〜４３と、変位センサ４１〜４３よりも測定範囲が広い変位センサ４４とを備える。そして、変位センサ４４で、変位センサ４１〜４３の測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する記憶装置１８（第２運動軌跡記憶手段）を備える。そして、ＣＰＵ１１（制御手段）は、前記相対運動軌跡に基づいて、ホルダ移動手段Ｈ等及び姿勢可変機構ＫＡを制御して、前記被測定物に対するホルダ３８の相対位置及び相対姿勢を変化させ、変位センサ４１〜４３の測定範囲を維持する。この結果、本実施形態では、変位センサ４１〜４３の測定範囲を維持することができる。特に、逐次３点法で用いられる変位センサ４１〜４３では分解能を高めるため、所定の測定範囲に制限が生じるが、このことから、長尺の被測定物ではプローブの所定の測定範囲に被測定物の被測定対象面の全長を入れることが可能となる。
【００９０】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
○ 第１実施形態では、ホルダ３８を、変位センサ４１〜４３の検出感度軸方向Ｋが鉛直方向に向く第１姿勢位置Ｄ１、Ｙ軸方向に向く第２姿勢位置Ｄ２、及び反Ｙ軸方向に向く第３姿勢位置Ｄ３の各姿勢位置に位置することを可能としたが、この３つの姿勢位置に限定されるものではない。前記３つの姿勢位置に、さらに、第１姿勢位置Ｄ１と第２姿勢位置Ｄ２との間の姿勢位置、第１姿勢位置Ｄ１と第３姿勢位置Ｄ３との間の姿勢位置の少なくともいずれか１つを含む姿勢位置を加えても良い。
【００９１】
○ 前記ＡＣサーボモータＭ１〜Ｍ５の代わりにステッピングモータを使用しても良い。
○ 第１実施形態では、第１移動手段をリニアテーブル２０にて構成したが、第１移動手段の構成はリニアテーブル２０に限定されるものではない。例えば、コラム３０を第１移動手段としてＸ軸方向（第１方向）に移動自在に構成してもよい。又、リニアテーブル２０とコラム３０の両者により、Ｘ軸方向（第１方向）に移動自在に構成することも可能である。
【００９２】
○ 第１実施形態では、第２移動手段をＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により構成し、姿勢可変機構ＫＡを第２方向（Ｙ軸方向）に移動するようにしたが、支持手段であるテーブル２５を第２方向（Ｙ軸方向）に移動するようにしてもよい。例えば、テーブル２５をＸＹテーブルとすることによりこのようにすることは容易に実現できる。又、この場合、テーブル２５が第２移動手段に相当する。又、テーブル２５と、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により、姿勢可変機構ＫＡと支持手段であるテーブル２５をＹ軸方向（第２方向）に移動自在に構成してもよい。
【００９３】
○ 第１実施形態では、第２移動手段を、ＡＣサーボモータＭ２及びボールねじ３６により構成したが、リニアモータで構成してもよい。
○ 第１実施形態では基準幅直定規１００の幅を測定するようにしたが、図１５（ａ）に示すように、テーブル２５上面にＸ軸方向に延びる溝２６を形成してもよい。溝２６は、図１５（ａ）に示すように、一対の鉛直面２７，２８及び底面２９により、横断面凹状に形成されるとともに、支持ブラケット３７及びホルダ３８が余裕をもって入る溝の幅を有する。この溝２６が形成されている部分が基準幅直定規に相当する。
【００９４】
そして、図１５（ａ）に示すように、この溝２６内にホルダ３８を入れて、第２姿勢位置Ｄ２で鉛直面２７の形状を測定できるように、すなわち、被測定物の被測定対象面である鉛直面２７が前記プローブ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにＡＣサーボモータＭ２を駆動してスライダ３３をＹ方向又は反Ｙ方向に移動させる。なお、ここで所定の測定範囲とは、被測定物の被測定対象面の変位を変位センサによって最も好適に検出ができる範囲である。そして、第２姿勢位置Ｄ２で鉛直面２７の形状測定をする。
【００９５】
鉛直面２７の形状測定の終了後、次に、第３姿勢位置Ｄ３で、鉛直面２８が前記プローブ４１〜４３の所定の測定範囲内に入るようにＡＣサーボモータＭ２を駆動してスライダ３３をＹ方向又は反Ｙ方向に移動させる。この後、鉛直面２８の形状測定をする。そして、両鉛直面２７，２８の形状測定結果に基づいて、溝２６の溝幅をＣＰＵ１１が算出する。
【００９６】
この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となって溝２６の溝幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【００９７】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ なお、上記のようにテーブル２５上面に溝２６を設ける代わりに、基準幅直定規１００の上面において、一対の鉛直面と両鉛直面を連結する底面とからなる凹状の溝（図示しない）を、Ｘ軸方向である長手方向に延出するように形成してもよい。この場合、該溝は支持ブラケット３７及びホルダ３８が余裕をもって入る溝幅を有する。
【００９８】
そして、図１５（ａ）の実施形態と同様に溝の両鉛直面の形状測定を行い、両鉛直面の形状測定結果に基づいて、該溝の溝幅をＣＰＵ１１が算出する。この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となって溝の溝幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【００９９】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ 第１実施形態では基準幅直定規１００の幅を測定するようにしたが、図１５（ｂ），（ｃ）に示すように、テーブル２５のＹ軸方向側の側面２５ａ及び反Ｙ軸方向側の側面２５ｂを鉛直面に形成して、両側面２５ａ，２５ｂを基準幅直定規としてもよい。
【０１００】
そして、図１５（ｂ）に示すように、第２姿勢位置Ｄ２で側面２５ａの形状測定をするとともに、図１５（ｃ）に示すように、第３姿勢位置Ｄ３で側面２５ｂの形状測定をし、両側面の形状測定結果に基づいて、テーブル２５の幅をＣＰＵ１１が算出する。この算出は、第１実施形態において、基準幅直定規１００の幅を算出する場合と同様に行われる。このとき、予めの校正で校正値となってテーブル２５の幅が既知となっているとすると、第１実施形態と同様に零点調整誤差を求めることができる。
【０１０１】
従って、ＣＰＵ１１は、零点調整誤差を求めた後、この零点調整誤差を後の被測定物の断面形状を測定する場合の零点調整誤差補償量として、記憶装置１８に格納する。
○ 第２実施形態では、回転支持体３５は、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４２の検出感度軸方向Ｋと同軸となる回転軸線Ｋ１の周りで回転可能になっていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際の変位センサ４１又は変位センサ４３の検出感度軸方向Ｋと同軸となるように回転軸線Ｋ１と一致させて回転軸線Ｋ１の周りで回転支持体３５が回転可能になっていてもよい。又、ホルダ３８が第１姿勢位置Ｄ１に位置する際、該ホルダ３８における変位センサ４１〜４３の配列方向に沿った軸線（すなわち、ホルダ３８の支持ブラケット３７に対する回転軸線）を回転軸線Ｋ１が通過する位置でもよい。
【０１０２】
○ 前記各実施形態において、記憶手段としての記憶装置１８に、基準幅直定規１００の校正値、又は変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを記憶するようにしてもよい。記憶装置１８に基準幅直定規１００の校正値、又は変位センサ４１〜４３の零点調整誤差αを記憶しておけば、該校正値、又は零点調整誤差αにより、変位センサ４１〜４３のドリフト（すなわち、熱ドリフト）による零点の変化を補正することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…形状測定装置、１１…ＣＰＵ（制御手段）、１２…リニアスケール、
１８…記憶装置（第１運動軌跡記憶手段、第２運動軌跡記憶手段、記憶手段）、
２０…リニアテーブル（第１移動手段）、２５…テーブル（支持手段）、
３０…コラム、３１…脚部、３２…梁部、３３…スライダ、
３４…ガイドレール、３７…支持ブラケット、３８…ホルダ、
４１〜４３…変位センサ（プローブ）、
４５…減速機構、１００…基準幅直定規、１００ａ…側面、
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５…ＡＣサーボモータ、
Ｄ１…第１姿勢位置、Ｄ２…第２姿勢位置、Ｄ３…第３姿勢位置、
ＫＡ…姿勢可変機構、Ｋ…検出感度軸方向、ＫＢ…回転支持機構、
Ｋ１…回転軸線、Ｈ…ホルダ移動手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つのプローブを保持するホルダと、前記３つのプローブの検出感度軸方向が水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる２つの姿勢、及び前記水平面と直交する鉛直方向に向ける姿勢が少なくとも取り得るように前記ホルダを回転自在に支持する姿勢可変機構と、幅又は溝を有して、前記幅又は前記溝の幅の長さ方向の変化（以下、両者を含めて幅真直形状という）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規と、前記基準幅直定規が着脱自在に設けられ、又は前記基準幅直定規が形成され、前記３つのプローブによる逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せる支持手段と、前記姿勢可変機構と前記基準幅直定規を備えた前記支持手段の少なくともいずれかを水平面に含まれる第１方向に移動する第１移動手段と、前記姿勢可変機構と前記支持手段の少なくともいずれかを水平面内に含まれるとともに前記第１方向と直交する第２方向に移動する第２移動手段と、を備え、
前記基準幅直定規を前記３つのプローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段及び第２移動手段のうち、少なくとも第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と前記基準幅直定規の校正値を比較することで前記３つのプローブの零点調整誤差を算出し、前記被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、前記零点調整誤差に基づいて校正することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記ホルダを鉛直軸周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構を備え、
前記回転支持機構により、前記ホルダが前記鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの前記プローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで、被測定物における走査方向に向かう直線に沿う断面形状を測定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記ホルダを、プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るように前記ホルダ移動手段を移動制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記ホルダを、前記プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
前記プローブの所定の測定範囲内に入るように、前記ホルダの被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する第１運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記プローブの所定の測定範囲を維持する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記ホルダに設けられ、前記３つのプローブを第１〜第３のプローブとしたとき、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブと、
該第４のプローブで、前記第１〜第３のプローブの測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する第２運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記第１〜第３のプローブの測定範囲を維持する制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記基準幅直定規の校正値、又は前記３つのプローブの零点調整誤差を記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段に記憶した前記校正値、又は零点調整誤差により、前記３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項１】
３つのプローブを保持するホルダと、前記３つのプローブの検出感度軸方向が水平面に含まれるとともに互いに反対方向となる２つの姿勢、及び前記水平面と直交する鉛直方向に向ける姿勢が少なくとも取り得るように前記ホルダを回転自在に支持する姿勢可変機構と、幅又は溝を有して、前記幅又は前記溝の幅の長さ方向の変化（以下、両者を含めて幅真直形状という）が予め校正されて校正値が得られた基準幅直定規と、前記基準幅直定規が着脱自在に設けられ、又は前記基準幅直定規が形成され、前記３つのプローブによる逐次３点法で測定走査できる姿勢で被測定物を載せる支持手段と、前記姿勢可変機構と前記基準幅直定規を備えた前記支持手段の少なくともいずれかを水平面に含まれる第１方向に移動する第１移動手段と、前記姿勢可変機構と前記支持手段の少なくともいずれかを水平面内に含まれるとともに前記第１方向と直交する第２方向に移動する第２移動手段と、を備え、
前記基準幅直定規を前記３つのプローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段及び第２移動手段のうち、少なくとも第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで得られる幅真直形状と前記基準幅直定規の校正値を比較することで前記３つのプローブの零点調整誤差を算出し、前記被測定物の断面形状を逐次３点法で測定して、前記零点調整誤差に基づいて校正することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記ホルダを鉛直軸周りに回転させて、回転された回転位置に保持する回転支持機構を備え、
前記回転支持機構により、前記ホルダが前記鉛直軸周りの回転された回転位置に保持された状態のときの前記プローブの配列方向を走査方向にして、前記第１移動手段の駆動により前記走査方向に走査測定することで、被測定物における走査方向に向かう直線に沿う断面形状を測定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記ホルダを、プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
被測定物の被測定対象面が前記プローブの所定の測定範囲内に入るように前記ホルダ移動手段を移動制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記ホルダを、前記プローブの検出感度軸方向に並進移動可能にするホルダ移動手段と、
前記プローブの所定の測定範囲内に入るように、前記ホルダの被測定物との相対運動軌跡を予め記憶する第１運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記プローブの所定の測定範囲を維持する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記ホルダに設けられ、前記３つのプローブを第１〜第３のプローブとしたとき、第１〜第３のプローブよりも測定範囲が広い第４のプローブと、
該第４のプローブで、前記第１〜第３のプローブの測定範囲に収まるように、被測定物の被測定対象面が予め測定されて、この測定時の被測定対象面に対する相対運動軌跡を記憶する第２運動軌跡記憶手段と、
前記相対運動軌跡に基づいて、前記ホルダ移動手段及び前記姿勢可変機構を制御して、前記被測定物に対する前記ホルダの相対位置及び相対姿勢を変化させ、前記第１〜第３のプローブの測定範囲を維持する制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記基準幅直定規の校正値、又は前記３つのプローブの零点調整誤差を記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段に記憶した前記校正値、又は零点調整誤差により、前記３つのプローブのドリフトによる零点の変化を補正可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の形状測定装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１８１１９５（Ｐ２０１０−１８１１９５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２９３２（Ｐ２００９−２２９３２）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００１５０６０４）株式会社ナガセインテグレックス (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００１５０６０４）株式会社ナガセインテグレックス (35)
【Ｆターム（参考）】
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