画像プローブの校正方法とタッチプローブ
【課題】簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上が可能となる。
【解決手段】撮像方向（光軸Ｄの方向）を垂直方向に保持し画像プローブデータを取得する工程（ステップＳ２）と、撮像方向を所望角度に傾斜させ傾斜角度データを取得する工程（ステップＳ８）と、プローブ交換工程（ステップＳ１０）と、撮像方向を垂直方向に保持した際の初期角度でタッチプローブ１１８を保持しタッチプローブデータを取得する工程（ステップＳ１２）及び位置関係データを取得する工程（ステップＳ１６）と、傾斜角度データでタッチプローブ１１８を傾斜させ傾斜タッチプローブデータを取得する工程（ステップＳ２０）と、画像プローブデータ等に基づいて、所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置及び光軸Ｄ周りの回転角を校正する工程（ステップＳ２２）と、を含む。
【解決手段】撮像方向（光軸Ｄの方向）を垂直方向に保持し画像プローブデータを取得する工程（ステップＳ２）と、撮像方向を所望角度に傾斜させ傾斜角度データを取得する工程（ステップＳ８）と、プローブ交換工程（ステップＳ１０）と、撮像方向を垂直方向に保持した際の初期角度でタッチプローブ１１８を保持しタッチプローブデータを取得する工程（ステップＳ１２）及び位置関係データを取得する工程（ステップＳ１６）と、傾斜角度データでタッチプローブ１１８を傾斜させ傾斜タッチプローブデータを取得する工程（ステップＳ２０）と、画像プローブデータ等に基づいて、所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置及び光軸Ｄ周りの回転角を校正する工程（ステップＳ２２）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像プローブの校正方法とタッチプローブに係り、特に、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上を可能とする画像プローブの校正方法とその校正のために使用されるタッチプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、を有する三次元測定機では、画像プローブの撮像方向が被測定物を載置するテーブルに対する垂直方向に固定されていた。しかし、近年、三次元測定機の被測定物の対象拡大を目的として、撮像方向を垂直方向から傾斜させて使用したいという要望が出てきた。しかしながら、撮像方向を所望角度に変更すると、その所望角度においてその都度校正を行う必要が出てくる。
【０００３】
そこで、特許文献１に示すような三次元測定機では、図９に示す如く、画像プローブ１６の対物レンズ１６Ａの焦点深度ＤＦ以下の半径寸法に形成された球部２２Ｂを有する基準球２２に、前記所望角度に撮像方向（光軸Ｄの方向）を傾斜した状態で対物レンズ１６Ａの焦点距離ＦＬを合わせることで、画像プローブ１６の校正を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、撮像方向の垂直方向からの傾斜角度についての校正はできるものの、光軸Ｄ周りの回転角（画像プローブの傾斜角度変更時のヨーイングの角度とも称す）については何ら情報を得ることができず、光軸Ｄ周りの回転角を校正することはできなかった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上を可能とする画像プローブの校正方法とその校正のために使用されるタッチプローブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、前記画像プローブに接続されて該画像プローブの撮像方向を前記テーブルに対する垂直方向から所望角度に傾斜させる傾斜機構と、を有する三次元測定機において、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させて用いるために、前記画像プローブを校正するために前記テーブルに配置されるとともに中心軸を有し平面視直線部と該中心軸を中心とした平面視円弧部とを備える校正ゲージと、前記傾斜機構に接続され傾斜可能とされるとともにスタイラス先端となるチップを少なくとも２つ備えるタッチプローブと、該タッチプローブを校正するために前記テーブルに配置された基準球と、を使用する画像プローブの校正方法であって、前記撮像方向を前記垂直方向に保持し、前記校正ゲージを前記画像プローブで撮像し、この撮像結果である画像プローブデータを取得する画像プローブデータ取得工程と、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させ、その際の前記傾斜機構の傾斜角度データを取得する傾斜角度データ取得工程と、前記傾斜機構に接続された前記画像プローブを前記タッチプローブに交換するプローブ交換工程と、前記撮像方向を前記垂直方向に保持した際の前記傾斜機構による初期角度で前記タッチプローブを保持し、該タッチプローブの前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得するタッチプローブデータ取得工程と、前記初期角度で前記タッチプローブを保持し、前記チップの１つで前記校正ゲージを測定し、この測定結果である位置関係データを取得する位置関係データ取得工程と、前記傾斜角度データで前記タッチプローブを傾斜させ、前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する傾斜タッチプローブデータ取得工程と、前記画像プローブデータと前記タッチプローブデータと前記位置関係データと前記傾斜タッチプローブデータとに基づいて、前記撮像方向の前記所望角度への傾斜後の該画像プローブの焦点位置及び光軸周りの回転角を校正するプローブ校正工程と、を含むようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、更に、前記画像プローブデータ取得工程の直後に、前記画像プローブデータから前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとを求める初期画像解析工程を含むようにしたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、更に、前記初期画像解析工程の直後に、前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとから、前記所望角度への傾斜前の前記焦点位置及び前記光軸周りの回転角を校正する初期画像プローブ校正工程を含むようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、更に、前記タッチプローブデータ取得工程の直後に、前記タッチプローブデータに基づいて前記チップそれぞれの位置及び大きさを求め、該位置及び大きさを校正する初期タッチプローブ校正工程を含むようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、更に、前記位置関係データ取得工程の直後に、前記位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の前記画像プローブの前記焦点位置に対する前記校正ゲージの測定に用いた前記チップの座標計測位置のオフセット値を求めるオフセット値取得工程を含むようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像プローブの校正方法に用いられるタッチプローブであって、前記タッチプローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記傾斜機構の前記垂直方向から該タッチプローブを傾斜させるための軸中心から前記タッチプローブの前記校正ゲージの測定に用いた前記チップまでの距離を、前記画像プローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記軸中心から前記画像プローブの焦点位置までの距離と等しくしたものである。なお、ここでの距離の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、更に、前記タッチプローブの重心位置を前記画像プローブの重心位置と等しくしたものである。なお、ここでの重心位置の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、更に、前記タッチプローブの質量を前記画像プローブの質量と等しくしたものである。なお、ここでの質量の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１５】
本願の請求項９に係る発明は、前記タッチプローブを構成し前記チップを備えるスタイラスを、十字型スタイラス、Ｌ字型スタイラス、若しくはＴ字型スタイラスとしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る三次元測定機を示す斜視図
【図２】同じく三次元測定機の画像プローブ（Ａ）、タッチプローブ（Ｂ）、基準球（Ｃ）、そして校正ゲージ（Ｄ）を示す斜視図
【図３】同じく三次元測定機の画像プローブの校正のための処理手順を示すフローチャート図
【図４】同じく画像プローブの校正方法の画像プローブデータ取得を示す斜視図（Ａ）と画像プローブで得られる校正ゲージの画像を示す図（Ｂ）
【図５】同じく画像プローブの校正方法の傾斜角度データ取得工程を示す斜視図
【図６】同じく画像プローブの校正方法のタッチプローブデータ取得工程及び位置関係データ取得工程を示す斜視図
【図７】同じく画像プローブの校正方法の傾斜タッチプローブデータ取得工程を示す斜視図
【図８】タッチプローブのバリエーションを示す斜視図
【図９】従来技術における画像プローブの校正方法を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１９】
最初に、本実施形態に係る三次元測定機の構成について、主に図１、図２を用いて説明する。
【００２０】
三次元測定機１００は、図１、図２に示す如く、テーブル１０２と移動機構１０４と傾斜機構１１４と画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８とプローブ交換機１２０と基準球１２２と校正ゲージ１２４と制御部とデータ処理部（図示せず）を備える。
【００２１】
前記テーブル１０２は、図１に示す如く、平板状であり上面が水平（ＸＹ平面と平行）に保たれている。そして、テーブル１０２は上記三次元測定機１００の構成要素を支持しており、図示せぬ被測定物がテーブル１０２上に載置される。
【００２２】
前記移動機構１０４は、図１に示す如く、コラム１０６とビーム１０８とＸスライダ１１０とＺスライダ１１２とを有する。コラム１０６は、テーブル１０２上のＸ軸方向両端にそれぞれ立設され、Ｙ軸方向に沿って移動可能とされている。ビーム１０８は、２つのコラム１０６の上端間に架け渡された梁である。Ｘスライダ１１０は、ビーム１０８に支持され、ビーム１０８上でＸ軸方向に沿って移動可能とされている。Ｚスライダ１１２は、Ｘスライダ１１０に支持され、テーブル１０２に対する垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能とされている。このため、Ｚスライダ１１２に支持される傾斜機構１１４や画像プローブ１１６等は、ＸＹＺ空間で自在に位置を変更することができる。
【００２３】
前記傾斜機構１１４は、図１に示す如く、Ｚスライダ１１２に支持され、その下端で画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８を支持している。そして、傾斜機構１１４は、Ｚ軸方向に沿った回転軸Ａと、Ｚ軸方向と直交する方向に沿った回転軸Ｂと、接続される画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８（単にプローブとも称する）の方向を定めるプローブ軸Ｃと、を備えている。このため、傾斜機構１１４は、回転軸Ａ、Ｂにおける回転角を変更することで、プローブ軸Ｃを自在に傾斜させることができる。即ち、傾斜機構１１４は、プローブ軸Ｃを傾斜させることで、画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）を、テーブル１０２に対する垂直方向から任意の角度（所望角度）に傾斜させることができる。なお、傾斜機構１１４には、接続された画像プローブ１１６を取り外して、画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を接続することができる。
【００２４】
前記画像プローブ１１６は、図２（Ａ）に示す如く、対物レンズ１１６Ａを備え、焦点距離ＦＬにくる撮像対象（被測定物など）を明瞭な画像として撮像することができる。対物レンズ１１６Ａにより画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）と光軸Ｄ上に来る焦点位置が定められている。対物レンズ１１６Ａの周囲には、リングライト１１６Ｂが設けられている。リングライト１１６Ｂは、複数の発光ダイオードを備えて、撮像対象を照明する。
【００２５】
前記タッチプローブ１１８は、図２（Ｂ）に示す如く、円筒形状で傾斜機構１１４に接続され傾斜可能とされており、プローブモジュール１１８Ａと、プローブモジュール１１８Ａの先端に接続されるスタイラス１１８Ｂと、を備える。ここで、プローブモジュール１１８Ａの軸方向が軸Ｅ方向とされている。スタイラス１１８Ｂは、十字型スタイラスであり、３つの軸部１１８Ｃ（１つの軸部が軸Ｅ方向に伸び、残り２つの軸部は１直線に連結され、その中央で該１つの軸部と直交して連結されている）と、軸部１１８Ｃのそれぞれ先端に球部１１８Ｄと、を備える。球部１１８Ｄは、スタイラス先端となるチップと称される（なお、便宜上、軸Ｅ上の球部１１８Ｄを標準チップ１１８Ｅ、その他の２つの球部１１８Ｄを補助チップ１１８Ｆと称する）。スタイラス１１８Ｂは、傾斜機構１１４による傾斜方向と直角に交わる方向（軸Ｅ方向に対して横方向）かつ回転軸Ｂと同位置平面内で平行に設けるのが好ましい。具体的な材質として、軸部１１８Ｃにはステンレス、超硬、セラミックス、カーボンファイバなどを用いることができ、球部１１８Ｄにはルビー、窒化珪素、ジルコニア等を用いることができる。
【００２６】
なお、タッチプローブ１１８が傾斜機構１１４に接続された状態で傾斜機構１１４のテーブル１０２に対する垂直方向（Ｚ方向）からタッチプローブ１１８を傾斜させるための軸（回転軸Ｂ）中心からタッチプローブ１１８の標準チップ１１８Ｅ（の先端）までの距離Ｌ２は、画像プローブ１１６が傾斜機構１１４に接続された状態で回転軸Ｂ中心から画像プローブ１１６の焦点位置までの距離Ｌ１と等しくされている。また、タッチプローブ１１８の重心位置Ｇ２は画像プローブ１１６の重心位置Ｇ１と等しくされている。更に、タッチプローブ１１８の質量は画像プローブ１１６の質量と等しくされている。このため、質量に依る傾斜機構１１４による傾斜角度の誤差が画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８とで等価となり、画像プローブ１１６をより高精度に校正することができる。これらの関係は、厳密であるほど校正精度が向上するが、必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差（２割程度の違い）を許容する。最低限、重心位置Ｇ１、Ｇ２や質量を把握していなくても距離Ｌ１、Ｌ２の長さを把握しておくだけでも、その長さの比率から相応に高い精度の校正が可能である。なお、距離Ｌ１、Ｌ２を等しくするために、例えばタッチプローブに延長用の筒状部材（エクステンション）を組み合わせることで実現するようにしてもよい。
【００２７】
前記プローブ交換機１２０は、テーブル１０２上に配置・固定され、傾斜機構１１４に接続されていないブローブ（図１では、タッチプローブ１１８）を保持している。例えば移動機構１０４により画像プローブ１１６をプローブ交換機１２０の所定の場所まで移動させることで、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６を取り外して、傾斜機構１１４の画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を自動的に接続することができる。同様にして、タッチプローブ１１８から画像プローブ１１６への自動交換も行うことができる。
【００２８】
前記基準球１２２は、図２（Ｃ）に示す如く、軸部１２２Ａと球部１２２Ｂとを有し、タッチプローブ１１８を校正するためにテーブル１０２に配置されている。軸部１２２Ａは、図示せぬ固定部に立設され、固定部によりテーブル１０２に固定・配置される。球部１２２Ｂは、軸部１２２Ａの先端に設けられた球体である。
【００２９】
前記校正ゲージ１２４は、図２（Ｄ）に示す如く、画像プローブ１１６を校正するためにテーブル１０２に配置されるとともに中心軸Ｆを有する略円柱形状とされている。具体的には、校正ゲージ１２４は、中心軸Ｆを中心とした平面視円弧部１２４Ａと平面視直線部１２４Ｂとからなる外側面を有した平面視Ｄ字の柱部材１２４Ｄと、柱部材１２４Ｄを支持しテーブル１０２に配置・固定される円柱部材１２４Ｅと、を有する。なお、柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃは、平坦にされている。また、平面視直線部１２４Ｂは、Ｙ軸方向と平行となるようにされている。
【００３０】
前記制御部とデータ処理部（併せて制御部とも称する）は、三次元測定機１００全体を制御する。具体的には、移動機構１０４や傾斜機構１１４等を制御し、画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８からの信号を処理する。なお、制御部には、記憶部が備えられており、移動機構１０４における移動データや傾斜機構１１４における傾斜角度データや画像プローブ１１６及びタッチプローブ１１８からの出力データ等を記憶することも可能とされている。
【００３１】
次に、画像プローブ１１６を所望角度に傾斜させて用いる画像プローブ１１６の校正方法について、図３のフローチャートに従い説明する。
【００３２】
最初に、図１、図４に示す如く、傾斜機構１１４に画像プローブ１１６を取り付ける。そして、図４（Ａ）に示す如く、撮像方向（光軸Ｄの方向）をテーブル１０２に対する垂直方向に保持し、校正ゲージ１２４を画像プローブ１１６で撮像する。そして、この撮像結果である画像プローブデータを取得する（画像プローブデータ取得工程；図３のステップＳ２）。このとき、画像プローブ１１６は、移動機構１０４で校正ゲージ１２４の真上に移動される。なお、画像プローブ１１６で撮像されるのは、図４（Ｂ）に示す如く、校正ゲージ１２４の平面視円弧部１２４Ａと平面視直線部１２４Ｂと柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃとである。また、このとき（撮像方向をテーブル１０２に対する垂直方向に保持した際）の傾斜機構１１４によるプローブ軸Ｃの角度は初期角度（データ）として図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３３】
次に、初期画像の解析を行う（初期画像解析工程；図３のステップＳ４）。具体的には、画像プローブデータから校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）と校正ゲージ１２４の平面視直線部１２４Ｂの傾きとを求める。平面視直線部１２４Ｂの傾きは、図４（Ｂ）の画面で示されるクロスラインＣＬからの傾斜角として求められる。
【００３４】
次に、初期画像プローブ１１６の校正を行う（初期画像プローブ校正工程；図３のステップＳ６）。具体的には、校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）と校正ゲージ１２４の平面視直線部１２４Ｂの傾きとから、所望角度への傾斜前の画像プローブ１１６の焦点位置及び画像プローブ１１６の光軸Ｄ周りの回転角を校正する。この校正データ及び中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）は、第１校正データとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３５】
次に、画像プローブ１１６の撮像方向を所望角度に傾斜し、その際の傾斜機構１１４によるプローブ軸Ｃの傾斜角度データを取得する（傾斜角度データ取得工程；図３のステップＳ８）。具体的には、図５に示す如く、テーブル１０２上に載置された被測定物ＷＫに対して、移動機構１０４により画像プローブ１１６を移動させる。そして、被測定物ＷＫの測定部位に従い、傾斜機構１１４により画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）を所望角度に傾斜させる。その際のプローブ軸Ｃの実際の傾斜角度データを図示せぬ記憶部に記憶する。
【００３６】
次に、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６をタッチプローブ１１８に交換する（プローブ交換工程；図３のステップＳ１０）。具体的には、傾斜機構１１４の撮像方向をテーブル１０２に対する垂直方向に戻し、移動機構１０４により画像プロープ１１６をプローブ交換機１２０の場所に移動させる。そして、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６を取り外して、画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を接続する。
【００３７】
次に、撮像方向を垂直方向に保持した際の傾斜機構１１４による初期角度（データ）を読み出し、その初期角度とされたプローブ軸Ｃの傾斜機構１１４でタッチプローブ１１８を保持する。そして、タッチプローブ１１８のチップそれぞれで基準球１２２を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得する（タッチプローブデータ取得工程；図３のステップＳ１２）。具体的には、図６に示す如く、タッチプローブ１１８を移動機構１０４で移動させ、基準球１２２を測定する。本実施形態では、基準球１２２の測定は、１つの標準チップ１１８Ｅと２つの補助チップ１１８Ｆで行われる。
【００３８】
次に、タッチプローブデータに基づいて標準チップ１１８Ｅ、補助チップ１１８Ｆそれぞれの位置及び大きさを求め、それぞれの位置及び大きさを校正する（初期タッチプローブ校正工程；図３のステップＳ１４）。この校正データは、第２校正データとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３９】
次に、前記初期角度でタッチプローブ１１８を保持したまま、標準チップ１１８Ｅで校正ゲージ１２４を測定し、この測定結果である位置関係データを取得する（位置関係データ取得工程；図３のステップＳ１６）。具体的には、図６に示す如く、タッチプローブ１１８を移動機構１０４で移動させ、校正ゲージ１２４の平面視円弧部１２４Ａと柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃとを測定する。
【００４０】
次に、位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の画像プローブ１１６の焦点位置に対する標準チップ１１８Ｅの座標計測位置のオフセット値を求める（オフセット値取得工程；図３のステップＳ１８）。具体的には、位置関係データから、校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を求める。そこで、記憶部より画像プローブ１１６で測定した校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を読み出し、その差分を求める。即ち、所望角度への傾斜前において、画像プローブ１１６で測定される座標とタッチプローブ１１８の標準チップ１１８Ｅで測定される座標との差分（画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８との交換で生じるオフセット値）を求めることが可能となる。求められたオフセット値は、オフセットデータとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００４１】
次に、傾斜角度データでタッチプローブ１１８を傾斜させ、標準チップ１１８Ｅ、補助チップ１１８Ｆそれぞれで基準球１２２を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する（傾斜タッチプローブデータ取得工程；図３のステップＳ２０）。具体的には、記憶部から傾斜角度データを読み出して、その傾斜角度データに基づき傾斜機構１１４のプローブ軸Ｃを傾斜させる。そして、移動機構１０４でタッチプローブ１１８を移動させ、基準球１２２を全てのチップで測定する。
【００４２】
次に、画像プローブデータとタッチプローブデータと位置関係データと傾斜タッチプローブデータ等とに基づいて、撮像方向（光軸Ｄの方向）の所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置及び光軸Ｄ周りの回転角を校正する（プローブ校正工程；図３のステップＳ２２）。具体的には、記憶部から第１校正データ、第２校正データ、オフセットデータ等を読み出す。そして、これらのデータに基づいて、標準チップ１１８Ｅで測定した傾斜タッチプローブデータから所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置を求める。同時に、補助チップ１１８Ｆで測定した傾斜タッチプローブデータから光軸Ｄ周りの回転角（ヨーイングの角度）を求める。
【００４３】
このように画像プローブ１１６を校正することで、画像プローブ１１６を所望角度に傾斜させて用いることが可能となる。
【００４４】
本実施形態では、画像プローブ１１６を校正するためにタッチプローブ１１８を用いるが、タッチプローブ１１８は画像プローブ１１６と交換して傾斜機構１１４に接続される。このため、傾斜機構１１４にタッチプローブ１１８が継続的に接続された状態とはならず、例えばタッチプローブ１１８の存在で画像プローブ１１６の対物レンズ１１６Ａの作動距離を短くすることや画像プローブ１１６の移動を制限するといったことを回避することが可能となる。同時に、画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８の両方を同時に傾斜機構１１４に接続していないので、画像プローブ１１６の傾斜に際して傾斜機構１１４への大きな負荷を低減でき、傾斜機構１１４の傾斜機能の精度低下を防止することができる。
【００４５】
また、距離Ｌ１、Ｌ２は必ずしも等しい必要はなく画像プローブ１１６の校正が可能であるので、従来のタッチプローブを校正用のタッチプローブとして流用することができる。そして、基準球１２２や校正ゲージ１２４も従来のものを流用できるので、画像プローブ１１６の校正に係るコストアップを最小限にすることができる。
【００４６】
また、記憶部に記憶するのは、第１校正データ、第２校正データなどであり、計測結果そのままのデータ量に比べてデータ量が少ないので、記憶部の容量を低減でき、三次元測定機１００の低コスト化も促進することができる。
【００４７】
即ち、本実施形態では、画像プローブ１１６をどのように傾斜させても、簡易的な構成で画像プローブ１１６の校正を高精度に行いながら画像プローブ１１６による被測定物の対象拡大と画像プローブ１１６の使い勝手の向上が可能となる。
【００４８】
本発明について本実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４９】
例えば、本実施形態においては、タッチプローブ１１８のスタイラス１１８Ｂは、図８（Ａ）に示す十字型スタイラスであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８（Ｂ）で示すＬ字型スタイラスであってよいし、図８（Ｃ）で示すＴ字型スタイラス等であってもよい。このとき、いずれのスタイラス先端を標準チップとしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態においては、校正データを求めて記憶部に記憶してから次の計測（データ取得）を行っていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、次の計測と同時にデータの処理を行いその結果を記憶部に記憶してもよい。或いは、計測結果をそのまま記憶部に記憶して、処理を最後に一括して行い、校正を行ってもよい。この場合には、画像プローブやタッチプローブによる計測をより迅速に行うことができ、画像プローブの校正を高速に行うことも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、三次元測定機において画像プローブを傾斜させて使用する場合の画像プローブの校正をするのに好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１６、１１６…画像プローブ
２２、１２２…基準球
１００…三次元測定機
１０２…テーブル
１０４…移動機構
１０６…コラム
１０８…ビーム
１１０…Ｘスライダ
１１２…Ｚスライダ
１１４…傾斜機構
１１６…画像プローブ
１１８、２１８、３１８…タッチプローブ
１２０…プローブ交換機
１２４…校正ゲージ
Ａ、Ｂ…傾斜機構の回転軸
Ｃ…傾斜機構のプローブ軸
Ｄ…画像プローブの光軸
Ｅ…タッチプローブの軸
Ｆ…校正ゲージの中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像プローブの校正方法とタッチプローブに係り、特に、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上を可能とする画像プローブの校正方法とその校正のために使用されるタッチプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、を有する三次元測定機では、画像プローブの撮像方向が被測定物を載置するテーブルに対する垂直方向に固定されていた。しかし、近年、三次元測定機の被測定物の対象拡大を目的として、撮像方向を垂直方向から傾斜させて使用したいという要望が出てきた。しかしながら、撮像方向を所望角度に変更すると、その所望角度においてその都度校正を行う必要が出てくる。
【０００３】
そこで、特許文献１に示すような三次元測定機では、図９に示す如く、画像プローブ１６の対物レンズ１６Ａの焦点深度ＤＦ以下の半径寸法に形成された球部２２Ｂを有する基準球２２に、前記所望角度に撮像方向（光軸Ｄの方向）を傾斜した状態で対物レンズ１６Ａの焦点距離ＦＬを合わせることで、画像プローブ１６の校正を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３９１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、撮像方向の垂直方向からの傾斜角度についての校正はできるものの、光軸Ｄ周りの回転角（画像プローブの傾斜角度変更時のヨーイングの角度とも称す）については何ら情報を得ることができず、光軸Ｄ周りの回転角を校正することはできなかった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上を可能とする画像プローブの校正方法とその校正のために使用されるタッチプローブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、前記画像プローブに接続されて該画像プローブの撮像方向を前記テーブルに対する垂直方向から所望角度に傾斜させる傾斜機構と、を有する三次元測定機において、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させて用いるために、前記画像プローブを校正するために前記テーブルに配置されるとともに中心軸を有し平面視直線部と該中心軸を中心とした平面視円弧部とを備える校正ゲージと、前記傾斜機構に接続され傾斜可能とされるとともにスタイラス先端となるチップを少なくとも２つ備えるタッチプローブと、該タッチプローブを校正するために前記テーブルに配置された基準球と、を使用する画像プローブの校正方法であって、前記撮像方向を前記垂直方向に保持し、前記校正ゲージを前記画像プローブで撮像し、この撮像結果である画像プローブデータを取得する画像プローブデータ取得工程と、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させ、その際の前記傾斜機構の傾斜角度データを取得する傾斜角度データ取得工程と、前記傾斜機構に接続された前記画像プローブを前記タッチプローブに交換するプローブ交換工程と、前記撮像方向を前記垂直方向に保持した際の前記傾斜機構による初期角度で前記タッチプローブを保持し、該タッチプローブの前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得するタッチプローブデータ取得工程と、前記初期角度で前記タッチプローブを保持し、前記チップの１つで前記校正ゲージを測定し、この測定結果である位置関係データを取得する位置関係データ取得工程と、前記傾斜角度データで前記タッチプローブを傾斜させ、前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する傾斜タッチプローブデータ取得工程と、前記画像プローブデータと前記タッチプローブデータと前記位置関係データと前記傾斜タッチプローブデータとに基づいて、前記撮像方向の前記所望角度への傾斜後の該画像プローブの焦点位置及び光軸周りの回転角を校正するプローブ校正工程と、を含むようにしたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、更に、前記画像プローブデータ取得工程の直後に、前記画像プローブデータから前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとを求める初期画像解析工程を含むようにしたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、更に、前記初期画像解析工程の直後に、前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとから、前記所望角度への傾斜前の前記焦点位置及び前記光軸周りの回転角を校正する初期画像プローブ校正工程を含むようにしたものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、更に、前記タッチプローブデータ取得工程の直後に、前記タッチプローブデータに基づいて前記チップそれぞれの位置及び大きさを求め、該位置及び大きさを校正する初期タッチプローブ校正工程を含むようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項５に係る発明は、更に、前記位置関係データ取得工程の直後に、前記位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の前記画像プローブの前記焦点位置に対する前記校正ゲージの測定に用いた前記チップの座標計測位置のオフセット値を求めるオフセット値取得工程を含むようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像プローブの校正方法に用いられるタッチプローブであって、前記タッチプローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記傾斜機構の前記垂直方向から該タッチプローブを傾斜させるための軸中心から前記タッチプローブの前記校正ゲージの測定に用いた前記チップまでの距離を、前記画像プローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記軸中心から前記画像プローブの焦点位置までの距離と等しくしたものである。なお、ここでの距離の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１３】
本願の請求項７に係る発明は、更に、前記タッチプローブの重心位置を前記画像プローブの重心位置と等しくしたものである。なお、ここでの重心位置の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１４】
本願の請求項８に係る発明は、更に、前記タッチプローブの質量を前記画像プローブの質量と等しくしたものである。なお、ここでの質量の関係は必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差を許容する。
【００１５】
本願の請求項９に係る発明は、前記タッチプローブを構成し前記チップを備えるスタイラスを、十字型スタイラス、Ｌ字型スタイラス、若しくはＴ字型スタイラスとしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易的な構成で画像プローブの校正を高精度に行いながら画像プローブによる被測定物の対象拡大と画像プローブの使い勝手の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る三次元測定機を示す斜視図
【図２】同じく三次元測定機の画像プローブ（Ａ）、タッチプローブ（Ｂ）、基準球（Ｃ）、そして校正ゲージ（Ｄ）を示す斜視図
【図３】同じく三次元測定機の画像プローブの校正のための処理手順を示すフローチャート図
【図４】同じく画像プローブの校正方法の画像プローブデータ取得を示す斜視図（Ａ）と画像プローブで得られる校正ゲージの画像を示す図（Ｂ）
【図５】同じく画像プローブの校正方法の傾斜角度データ取得工程を示す斜視図
【図６】同じく画像プローブの校正方法のタッチプローブデータ取得工程及び位置関係データ取得工程を示す斜視図
【図７】同じく画像プローブの校正方法の傾斜タッチプローブデータ取得工程を示す斜視図
【図８】タッチプローブのバリエーションを示す斜視図
【図９】従来技術における画像プローブの校正方法を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１９】
最初に、本実施形態に係る三次元測定機の構成について、主に図１、図２を用いて説明する。
【００２０】
三次元測定機１００は、図１、図２に示す如く、テーブル１０２と移動機構１０４と傾斜機構１１４と画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８とプローブ交換機１２０と基準球１２２と校正ゲージ１２４と制御部とデータ処理部（図示せず）を備える。
【００２１】
前記テーブル１０２は、図１に示す如く、平板状であり上面が水平（ＸＹ平面と平行）に保たれている。そして、テーブル１０２は上記三次元測定機１００の構成要素を支持しており、図示せぬ被測定物がテーブル１０２上に載置される。
【００２２】
前記移動機構１０４は、図１に示す如く、コラム１０６とビーム１０８とＸスライダ１１０とＺスライダ１１２とを有する。コラム１０６は、テーブル１０２上のＸ軸方向両端にそれぞれ立設され、Ｙ軸方向に沿って移動可能とされている。ビーム１０８は、２つのコラム１０６の上端間に架け渡された梁である。Ｘスライダ１１０は、ビーム１０８に支持され、ビーム１０８上でＸ軸方向に沿って移動可能とされている。Ｚスライダ１１２は、Ｘスライダ１１０に支持され、テーブル１０２に対する垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能とされている。このため、Ｚスライダ１１２に支持される傾斜機構１１４や画像プローブ１１６等は、ＸＹＺ空間で自在に位置を変更することができる。
【００２３】
前記傾斜機構１１４は、図１に示す如く、Ｚスライダ１１２に支持され、その下端で画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８を支持している。そして、傾斜機構１１４は、Ｚ軸方向に沿った回転軸Ａと、Ｚ軸方向と直交する方向に沿った回転軸Ｂと、接続される画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８（単にプローブとも称する）の方向を定めるプローブ軸Ｃと、を備えている。このため、傾斜機構１１４は、回転軸Ａ、Ｂにおける回転角を変更することで、プローブ軸Ｃを自在に傾斜させることができる。即ち、傾斜機構１１４は、プローブ軸Ｃを傾斜させることで、画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）を、テーブル１０２に対する垂直方向から任意の角度（所望角度）に傾斜させることができる。なお、傾斜機構１１４には、接続された画像プローブ１１６を取り外して、画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を接続することができる。
【００２４】
前記画像プローブ１１６は、図２（Ａ）に示す如く、対物レンズ１１６Ａを備え、焦点距離ＦＬにくる撮像対象（被測定物など）を明瞭な画像として撮像することができる。対物レンズ１１６Ａにより画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）と光軸Ｄ上に来る焦点位置が定められている。対物レンズ１１６Ａの周囲には、リングライト１１６Ｂが設けられている。リングライト１１６Ｂは、複数の発光ダイオードを備えて、撮像対象を照明する。
【００２５】
前記タッチプローブ１１８は、図２（Ｂ）に示す如く、円筒形状で傾斜機構１１４に接続され傾斜可能とされており、プローブモジュール１１８Ａと、プローブモジュール１１８Ａの先端に接続されるスタイラス１１８Ｂと、を備える。ここで、プローブモジュール１１８Ａの軸方向が軸Ｅ方向とされている。スタイラス１１８Ｂは、十字型スタイラスであり、３つの軸部１１８Ｃ（１つの軸部が軸Ｅ方向に伸び、残り２つの軸部は１直線に連結され、その中央で該１つの軸部と直交して連結されている）と、軸部１１８Ｃのそれぞれ先端に球部１１８Ｄと、を備える。球部１１８Ｄは、スタイラス先端となるチップと称される（なお、便宜上、軸Ｅ上の球部１１８Ｄを標準チップ１１８Ｅ、その他の２つの球部１１８Ｄを補助チップ１１８Ｆと称する）。スタイラス１１８Ｂは、傾斜機構１１４による傾斜方向と直角に交わる方向（軸Ｅ方向に対して横方向）かつ回転軸Ｂと同位置平面内で平行に設けるのが好ましい。具体的な材質として、軸部１１８Ｃにはステンレス、超硬、セラミックス、カーボンファイバなどを用いることができ、球部１１８Ｄにはルビー、窒化珪素、ジルコニア等を用いることができる。
【００２６】
なお、タッチプローブ１１８が傾斜機構１１４に接続された状態で傾斜機構１１４のテーブル１０２に対する垂直方向（Ｚ方向）からタッチプローブ１１８を傾斜させるための軸（回転軸Ｂ）中心からタッチプローブ１１８の標準チップ１１８Ｅ（の先端）までの距離Ｌ２は、画像プローブ１１６が傾斜機構１１４に接続された状態で回転軸Ｂ中心から画像プローブ１１６の焦点位置までの距離Ｌ１と等しくされている。また、タッチプローブ１１８の重心位置Ｇ２は画像プローブ１１６の重心位置Ｇ１と等しくされている。更に、タッチプローブ１１８の質量は画像プローブ１１６の質量と等しくされている。このため、質量に依る傾斜機構１１４による傾斜角度の誤差が画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８とで等価となり、画像プローブ１１６をより高精度に校正することができる。これらの関係は、厳密であるほど校正精度が向上するが、必ずしも厳密でなくてもよく、相応に等しいとみなせる程度の差（２割程度の違い）を許容する。最低限、重心位置Ｇ１、Ｇ２や質量を把握していなくても距離Ｌ１、Ｌ２の長さを把握しておくだけでも、その長さの比率から相応に高い精度の校正が可能である。なお、距離Ｌ１、Ｌ２を等しくするために、例えばタッチプローブに延長用の筒状部材（エクステンション）を組み合わせることで実現するようにしてもよい。
【００２７】
前記プローブ交換機１２０は、テーブル１０２上に配置・固定され、傾斜機構１１４に接続されていないブローブ（図１では、タッチプローブ１１８）を保持している。例えば移動機構１０４により画像プローブ１１６をプローブ交換機１２０の所定の場所まで移動させることで、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６を取り外して、傾斜機構１１４の画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を自動的に接続することができる。同様にして、タッチプローブ１１８から画像プローブ１１６への自動交換も行うことができる。
【００２８】
前記基準球１２２は、図２（Ｃ）に示す如く、軸部１２２Ａと球部１２２Ｂとを有し、タッチプローブ１１８を校正するためにテーブル１０２に配置されている。軸部１２２Ａは、図示せぬ固定部に立設され、固定部によりテーブル１０２に固定・配置される。球部１２２Ｂは、軸部１２２Ａの先端に設けられた球体である。
【００２９】
前記校正ゲージ１２４は、図２（Ｄ）に示す如く、画像プローブ１１６を校正するためにテーブル１０２に配置されるとともに中心軸Ｆを有する略円柱形状とされている。具体的には、校正ゲージ１２４は、中心軸Ｆを中心とした平面視円弧部１２４Ａと平面視直線部１２４Ｂとからなる外側面を有した平面視Ｄ字の柱部材１２４Ｄと、柱部材１２４Ｄを支持しテーブル１０２に配置・固定される円柱部材１２４Ｅと、を有する。なお、柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃは、平坦にされている。また、平面視直線部１２４Ｂは、Ｙ軸方向と平行となるようにされている。
【００３０】
前記制御部とデータ処理部（併せて制御部とも称する）は、三次元測定機１００全体を制御する。具体的には、移動機構１０４や傾斜機構１１４等を制御し、画像プローブ１１６やタッチプローブ１１８からの信号を処理する。なお、制御部には、記憶部が備えられており、移動機構１０４における移動データや傾斜機構１１４における傾斜角度データや画像プローブ１１６及びタッチプローブ１１８からの出力データ等を記憶することも可能とされている。
【００３１】
次に、画像プローブ１１６を所望角度に傾斜させて用いる画像プローブ１１６の校正方法について、図３のフローチャートに従い説明する。
【００３２】
最初に、図１、図４に示す如く、傾斜機構１１４に画像プローブ１１６を取り付ける。そして、図４（Ａ）に示す如く、撮像方向（光軸Ｄの方向）をテーブル１０２に対する垂直方向に保持し、校正ゲージ１２４を画像プローブ１１６で撮像する。そして、この撮像結果である画像プローブデータを取得する（画像プローブデータ取得工程；図３のステップＳ２）。このとき、画像プローブ１１６は、移動機構１０４で校正ゲージ１２４の真上に移動される。なお、画像プローブ１１６で撮像されるのは、図４（Ｂ）に示す如く、校正ゲージ１２４の平面視円弧部１２４Ａと平面視直線部１２４Ｂと柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃとである。また、このとき（撮像方向をテーブル１０２に対する垂直方向に保持した際）の傾斜機構１１４によるプローブ軸Ｃの角度は初期角度（データ）として図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３３】
次に、初期画像の解析を行う（初期画像解析工程；図３のステップＳ４）。具体的には、画像プローブデータから校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）と校正ゲージ１２４の平面視直線部１２４Ｂの傾きとを求める。平面視直線部１２４Ｂの傾きは、図４（Ｂ）の画面で示されるクロスラインＣＬからの傾斜角として求められる。
【００３４】
次に、初期画像プローブ１１６の校正を行う（初期画像プローブ校正工程；図３のステップＳ６）。具体的には、校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）と校正ゲージ１２４の平面視直線部１２４Ｂの傾きとから、所望角度への傾斜前の画像プローブ１１６の焦点位置及び画像プローブ１１６の光軸Ｄ周りの回転角を校正する。この校正データ及び中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）は、第１校正データとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３５】
次に、画像プローブ１１６の撮像方向を所望角度に傾斜し、その際の傾斜機構１１４によるプローブ軸Ｃの傾斜角度データを取得する（傾斜角度データ取得工程；図３のステップＳ８）。具体的には、図５に示す如く、テーブル１０２上に載置された被測定物ＷＫに対して、移動機構１０４により画像プローブ１１６を移動させる。そして、被測定物ＷＫの測定部位に従い、傾斜機構１１４により画像プローブ１１６の撮像方向（光軸Ｄの方向）を所望角度に傾斜させる。その際のプローブ軸Ｃの実際の傾斜角度データを図示せぬ記憶部に記憶する。
【００３６】
次に、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６をタッチプローブ１１８に交換する（プローブ交換工程；図３のステップＳ１０）。具体的には、傾斜機構１１４の撮像方向をテーブル１０２に対する垂直方向に戻し、移動機構１０４により画像プロープ１１６をプローブ交換機１２０の場所に移動させる。そして、傾斜機構１１４に接続された画像プローブ１１６を取り外して、画像プローブ１１６の取り付けられていた部分にタッチプローブ１１８を接続する。
【００３７】
次に、撮像方向を垂直方向に保持した際の傾斜機構１１４による初期角度（データ）を読み出し、その初期角度とされたプローブ軸Ｃの傾斜機構１１４でタッチプローブ１１８を保持する。そして、タッチプローブ１１８のチップそれぞれで基準球１２２を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得する（タッチプローブデータ取得工程；図３のステップＳ１２）。具体的には、図６に示す如く、タッチプローブ１１８を移動機構１０４で移動させ、基準球１２２を測定する。本実施形態では、基準球１２２の測定は、１つの標準チップ１１８Ｅと２つの補助チップ１１８Ｆで行われる。
【００３８】
次に、タッチプローブデータに基づいて標準チップ１１８Ｅ、補助チップ１１８Ｆそれぞれの位置及び大きさを求め、それぞれの位置及び大きさを校正する（初期タッチプローブ校正工程；図３のステップＳ１４）。この校正データは、第２校正データとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００３９】
次に、前記初期角度でタッチプローブ１１８を保持したまま、標準チップ１１８Ｅで校正ゲージ１２４を測定し、この測定結果である位置関係データを取得する（位置関係データ取得工程；図３のステップＳ１６）。具体的には、図６に示す如く、タッチプローブ１１８を移動機構１０４で移動させ、校正ゲージ１２４の平面視円弧部１２４Ａと柱部材１２４Ｄの上面１２４Ｃとを測定する。
【００４０】
次に、位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の画像プローブ１１６の焦点位置に対する標準チップ１１８Ｅの座標計測位置のオフセット値を求める（オフセット値取得工程；図３のステップＳ１８）。具体的には、位置関係データから、校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を求める。そこで、記憶部より画像プローブ１１６で測定した校正ゲージ１２４の中心位置（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を読み出し、その差分を求める。即ち、所望角度への傾斜前において、画像プローブ１１６で測定される座標とタッチプローブ１１８の標準チップ１１８Ｅで測定される座標との差分（画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８との交換で生じるオフセット値）を求めることが可能となる。求められたオフセット値は、オフセットデータとして図示せぬ記憶部に記憶される。
【００４１】
次に、傾斜角度データでタッチプローブ１１８を傾斜させ、標準チップ１１８Ｅ、補助チップ１１８Ｆそれぞれで基準球１２２を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する（傾斜タッチプローブデータ取得工程；図３のステップＳ２０）。具体的には、記憶部から傾斜角度データを読み出して、その傾斜角度データに基づき傾斜機構１１４のプローブ軸Ｃを傾斜させる。そして、移動機構１０４でタッチプローブ１１８を移動させ、基準球１２２を全てのチップで測定する。
【００４２】
次に、画像プローブデータとタッチプローブデータと位置関係データと傾斜タッチプローブデータ等とに基づいて、撮像方向（光軸Ｄの方向）の所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置及び光軸Ｄ周りの回転角を校正する（プローブ校正工程；図３のステップＳ２２）。具体的には、記憶部から第１校正データ、第２校正データ、オフセットデータ等を読み出す。そして、これらのデータに基づいて、標準チップ１１８Ｅで測定した傾斜タッチプローブデータから所望角度への傾斜後の画像プローブ１１６の焦点位置を求める。同時に、補助チップ１１８Ｆで測定した傾斜タッチプローブデータから光軸Ｄ周りの回転角（ヨーイングの角度）を求める。
【００４３】
このように画像プローブ１１６を校正することで、画像プローブ１１６を所望角度に傾斜させて用いることが可能となる。
【００４４】
本実施形態では、画像プローブ１１６を校正するためにタッチプローブ１１８を用いるが、タッチプローブ１１８は画像プローブ１１６と交換して傾斜機構１１４に接続される。このため、傾斜機構１１４にタッチプローブ１１８が継続的に接続された状態とはならず、例えばタッチプローブ１１８の存在で画像プローブ１１６の対物レンズ１１６Ａの作動距離を短くすることや画像プローブ１１６の移動を制限するといったことを回避することが可能となる。同時に、画像プローブ１１６とタッチプローブ１１８の両方を同時に傾斜機構１１４に接続していないので、画像プローブ１１６の傾斜に際して傾斜機構１１４への大きな負荷を低減でき、傾斜機構１１４の傾斜機能の精度低下を防止することができる。
【００４５】
また、距離Ｌ１、Ｌ２は必ずしも等しい必要はなく画像プローブ１１６の校正が可能であるので、従来のタッチプローブを校正用のタッチプローブとして流用することができる。そして、基準球１２２や校正ゲージ１２４も従来のものを流用できるので、画像プローブ１１６の校正に係るコストアップを最小限にすることができる。
【００４６】
また、記憶部に記憶するのは、第１校正データ、第２校正データなどであり、計測結果そのままのデータ量に比べてデータ量が少ないので、記憶部の容量を低減でき、三次元測定機１００の低コスト化も促進することができる。
【００４７】
即ち、本実施形態では、画像プローブ１１６をどのように傾斜させても、簡易的な構成で画像プローブ１１６の校正を高精度に行いながら画像プローブ１１６による被測定物の対象拡大と画像プローブ１１６の使い勝手の向上が可能となる。
【００４８】
本発明について本実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４９】
例えば、本実施形態においては、タッチプローブ１１８のスタイラス１１８Ｂは、図８（Ａ）に示す十字型スタイラスであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８（Ｂ）で示すＬ字型スタイラスであってよいし、図８（Ｃ）で示すＴ字型スタイラス等であってもよい。このとき、いずれのスタイラス先端を標準チップとしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態においては、校正データを求めて記憶部に記憶してから次の計測（データ取得）を行っていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、次の計測と同時にデータの処理を行いその結果を記憶部に記憶してもよい。或いは、計測結果をそのまま記憶部に記憶して、処理を最後に一括して行い、校正を行ってもよい。この場合には、画像プローブやタッチプローブによる計測をより迅速に行うことができ、画像プローブの校正を高速に行うことも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、三次元測定機において画像プローブを傾斜させて使用する場合の画像プローブの校正をするのに好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１６、１１６…画像プローブ
２２、１２２…基準球
１００…三次元測定機
１０２…テーブル
１０４…移動機構
１０６…コラム
１０８…ビーム
１１０…Ｘスライダ
１１２…Ｚスライダ
１１４…傾斜機構
１１６…画像プローブ
１１８、２１８、３１８…タッチプローブ
１２０…プローブ交換機
１２４…校正ゲージ
Ａ、Ｂ…傾斜機構の回転軸
Ｃ…傾斜機構のプローブ軸
Ｄ…画像プローブの光軸
Ｅ…タッチプローブの軸
Ｆ…校正ゲージの中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、前記画像プローブに接続されて該画像プローブの撮像方向を前記テーブルに対する垂直方向から所望角度に傾斜させる傾斜機構と、を有する三次元測定機において、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させて用いるために、前記画像プローブを校正するために前記テーブルに配置されるとともに中心軸を有し平面視直線部と該中心軸を中心とした平面視円弧部とを備える校正ゲージと、前記傾斜機構に接続され傾斜可能とされるとともにスタイラス先端となるチップを少なくとも２つ備えるタッチプローブと、該タッチプローブを校正するために前記テーブルに配置された基準球と、を使用する画像プローブの校正方法であって、
前記撮像方向を前記垂直方向に保持し、前記校正ゲージを前記画像プローブで撮像し、この撮像結果である画像プローブデータを取得する画像プローブデータ取得工程と、
前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させ、その際の前記傾斜機構の傾斜角度データを取得する傾斜角度データ取得工程と、
前記傾斜機構に接続された前記画像プローブを前記タッチプローブに交換するプローブ交換工程と、
前記撮像方向を前記垂直方向に保持した際の前記傾斜機構による初期角度で前記タッチプローブを保持し、該タッチプローブの前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得するタッチプローブデータ取得工程と、
前記初期角度で前記タッチプローブを保持し、前記チップの１つで前記校正ゲージを測定し、この測定結果である位置関係データを取得する位置関係データ取得工程と、
前記傾斜角度データで前記タッチプローブを傾斜させ、前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する傾斜タッチプローブデータ取得工程と、
前記画像プローブデータと前記タッチプローブデータと前記位置関係データと前記傾斜タッチプローブデータとに基づいて、前記撮像方向の前記所望角度への傾斜後の該画像プローブの焦点位置及び光軸周りの回転角を校正するプローブ校正工程と、
を含むことを特徴とする画像プローブの校正方法。
【請求項２】
更に、前記画像プローブデータ取得工程の直後に、前記画像プローブデータから前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとを求める初期画像解析工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像プローブの校正方法。
【請求項３】
更に、前記初期画像解析工程の直後に、前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとから、前記所望角度への傾斜前の前記焦点位置及び前記光軸周りの回転角を校正する初期画像プローブ校正工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像プローブの校正方法。
【請求項４】
更に、前記タッチプローブデータ取得工程の直後に、前記タッチプローブデータに基づいて前記チップそれぞれの位置及び大きさを求め、該位置及び大きさを校正する初期タッチプローブ校正工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像プローブの校正方法。
【請求項５】
更に、前記位置関係データ取得工程の直後に、前記位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の前記画像プローブの前記焦点位置に対する前記校正ゲージの測定に用いた前記チップの座標計測位置のオフセット値を求めるオフセット値取得工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像プローブの校正方法。
【請求項６】
請求項５に記載の画像プローブの校正方法に用いられるタッチプローブであって、
前記タッチプローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記傾斜機構の前記垂直方向から該タッチプローブを傾斜させるための軸中心から前記タッチプローブの前記校正ゲージの測定に用いた前記チップまでの距離は、前記画像プローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記軸中心から前記画像プローブの焦点位置までの距離と等しくされていることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項７】
更に、前記タッチプローブの重心位置は前記画像プローブの重心位置と等しくされていることを特徴とする請求項６に記載のタッチプローブ。
【請求項８】
更に、前記タッチプローブの質量は前記画像プローブの質量と等しくされていることを特徴とする請求項６又は７に記載のタッチプローブ。
【請求項９】
前記タッチプローブを構成し前記チップを備えるスタイラスは、十字型スタイラス、Ｌ字型スタイラス、若しくはＴ字型スタイラスとされていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のタッチプローブ。
【請求項１】
被測定物を撮像する画像プローブと、該被測定物が載置されるテーブルと、前記画像プローブに接続されて該画像プローブの撮像方向を前記テーブルに対する垂直方向から所望角度に傾斜させる傾斜機構と、を有する三次元測定機において、前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させて用いるために、前記画像プローブを校正するために前記テーブルに配置されるとともに中心軸を有し平面視直線部と該中心軸を中心とした平面視円弧部とを備える校正ゲージと、前記傾斜機構に接続され傾斜可能とされるとともにスタイラス先端となるチップを少なくとも２つ備えるタッチプローブと、該タッチプローブを校正するために前記テーブルに配置された基準球と、を使用する画像プローブの校正方法であって、
前記撮像方向を前記垂直方向に保持し、前記校正ゲージを前記画像プローブで撮像し、この撮像結果である画像プローブデータを取得する画像プローブデータ取得工程と、
前記撮像方向を前記所望角度に傾斜させ、その際の前記傾斜機構の傾斜角度データを取得する傾斜角度データ取得工程と、
前記傾斜機構に接続された前記画像プローブを前記タッチプローブに交換するプローブ交換工程と、
前記撮像方向を前記垂直方向に保持した際の前記傾斜機構による初期角度で前記タッチプローブを保持し、該タッチプローブの前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果であるタッチプローブデータを取得するタッチプローブデータ取得工程と、
前記初期角度で前記タッチプローブを保持し、前記チップの１つで前記校正ゲージを測定し、この測定結果である位置関係データを取得する位置関係データ取得工程と、
前記傾斜角度データで前記タッチプローブを傾斜させ、前記チップそれぞれで前記基準球を測定し、この測定結果である傾斜タッチプローブデータを取得する傾斜タッチプローブデータ取得工程と、
前記画像プローブデータと前記タッチプローブデータと前記位置関係データと前記傾斜タッチプローブデータとに基づいて、前記撮像方向の前記所望角度への傾斜後の該画像プローブの焦点位置及び光軸周りの回転角を校正するプローブ校正工程と、
を含むことを特徴とする画像プローブの校正方法。
【請求項２】
更に、前記画像プローブデータ取得工程の直後に、前記画像プローブデータから前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとを求める初期画像解析工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像プローブの校正方法。
【請求項３】
更に、前記初期画像解析工程の直後に、前記校正ゲージの中心位置と該校正ゲージの前記平面視直線部の傾きとから、前記所望角度への傾斜前の前記焦点位置及び前記光軸周りの回転角を校正する初期画像プローブ校正工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像プローブの校正方法。
【請求項４】
更に、前記タッチプローブデータ取得工程の直後に、前記タッチプローブデータに基づいて前記チップそれぞれの位置及び大きさを求め、該位置及び大きさを校正する初期タッチプローブ校正工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像プローブの校正方法。
【請求項５】
更に、前記位置関係データ取得工程の直後に、前記位置関係データに基づいて前記所望角度への傾斜前の前記画像プローブの前記焦点位置に対する前記校正ゲージの測定に用いた前記チップの座標計測位置のオフセット値を求めるオフセット値取得工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像プローブの校正方法。
【請求項６】
請求項５に記載の画像プローブの校正方法に用いられるタッチプローブであって、
前記タッチプローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記傾斜機構の前記垂直方向から該タッチプローブを傾斜させるための軸中心から前記タッチプローブの前記校正ゲージの測定に用いた前記チップまでの距離は、前記画像プローブが前記傾斜機構に接続された状態で前記軸中心から前記画像プローブの焦点位置までの距離と等しくされていることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項７】
更に、前記タッチプローブの重心位置は前記画像プローブの重心位置と等しくされていることを特徴とする請求項６に記載のタッチプローブ。
【請求項８】
更に、前記タッチプローブの質量は前記画像プローブの質量と等しくされていることを特徴とする請求項６又は７に記載のタッチプローブ。
【請求項９】
前記タッチプローブを構成し前記チップを備えるスタイラスは、十字型スタイラス、Ｌ字型スタイラス、若しくはＴ字型スタイラスとされていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のタッチプローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４５４２２（Ｐ２０１２−１４５４２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４４１（Ｐ２０１１−３４４１）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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