JP2005009917A - 表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラムおよび記録媒体 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】倣い測定中に倣いプローブを手動操作できる表面倣い測定装置を提供する。
【解決手段】測定子と被測定物との相対位置を検出するプローブセンサ２４を有し被測定物表面を倣い走査する倣いプローブ２と、倣いプローブ２を移動させる駆動機構１２と、手動操作で方向および大きさを入力指示するジョイスティック３２と、ジョイスティック３２で指示された方向および大きさの進行ベクトルを生成する進行ベクトル指令部４３と、プローブセンサ２４による検出値から押込み方向の移動を指令する押込みベクトルを自動生成する押込みベクトル指令部５１と、進行ベクトルと押込みベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部４４と、倣いベクトルに従って駆動機構１２を駆動制御する駆動制御回路４５と、を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】測定子と被測定物との相対位置を検出するプローブセンサ２４を有し被測定物表面を倣い走査する倣いプローブ２と、倣いプローブ２を移動させる駆動機構１２と、手動操作で方向および大きさを入力指示するジョイスティック３２と、ジョイスティック３２で指示された方向および大きさの進行ベクトルを生成する進行ベクトル指令部４３と、プローブセンサ２４による検出値から押込み方向の移動を指令する押込みベクトルを自動生成する押込みベクトル指令部５１と、進行ベクトルと押込みベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部４４と、倣いベクトルに従って駆動機構１２を駆動制御する駆動制御回路４５と、を備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体に関する。例えば、被測定物表面を倣い走査して被測定物の表面粗さ、うねり、輪郭等を測定する表面倣い測定装置等に関する。
【０００２】
【背景技術】
倣いプローブにより被測定物表面を倣い走査することで被測定物の表面性状や立体的形状を測定する測定機として、粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている（例えば、特許文献１）。
図１１に、三次元測定機１を利用した測定システム１００の構成を示す。この測定システム１００は、倣いプローブ２を移動させる三次元測定機１と、手動操作するジョイスティック３２と、三次元測定機１の動作を制御するモーションコントローラ４と、モーションコントローラ４を介して三次元測定機１を動作させるとともに三次元測定機１によって取得した測定データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求めるホストコンピュータ５とを備えている。
【０００３】
倣い測定に際しては測定条件の設定が必要であり、測定条件として被測定物の表面輪郭データが入力される。表面輪郭データは、被測定物を設計した際の設計データや、マスターワークを測定した測定データなどを利用できる。さらに、倣い経路、倣い移動速度、プローブの基準押込量、サンプリングピッチなどを設定する。倣い経路としては、例えば、Ｚ軸座標を一定とする拘束断面上で被測定物Ｗの輪郭を倣い測定する経路を設定する場合が例示される。
【０００４】
測定を開始する際には、まず、倣いプローブ２を測定開始点に移動させる。これは、測定開始点の座標を入力してもよく、あるいは、ジョイスティック３２で倣いプローブ２を測定開始点に移動させてもよい。すると、モーションコントローラ４から三次元測定機１に向けて倣いプローブ２の移動を指令する指令信号が出力され、被測定物表面が倣いプローブ２によって倣い走査される。すなわち、入力された表面輪郭データに従って、押込量を一定としつつ倣いプローブ２を被測定物表面上で倣い移動させる倣い方向が三次元測定機１に指令される。そして、指令された倣い方向へ向けて設定された倣い速度で倣いプローブ２が移動される。このとき、所定のサンプリングピッチで測定データが取得され被測定物Ｗが倣い測定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７４６６１号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
倣い測定を行う場合には測定に先立って被測定物の表面輪郭データや倣い経路を予め設定しなければならない。例えば、ある倣い経路で測定したあとに別の倣い経路で測定したいような場合でも、改めて倣い経路を設定入力しなければならないので非常に手間がかかり、測定効率が下がるという問題がある。また、設定に手間を取られることから、測定がめんどうであるという印象を与え易いという問題も生じる。
【０００７】
ここで、例えば、ジョイスティック３２を用いて倣いプローブ２の移動をコントロールできれば、測定者が状況に応じて自由に倣い経路や倣い速度を選定して倣いプローブ２を操作できるので便利であると考えられる。しかしながら、倣いプローブ２は被測定物Ｗに当接したときの僅かな変位を検出する高感度のセンサを備えているので、許容値を超える力で倣いプローブ２を被測定物Ｗに当接させると倣いプローブ２が破損してしまうという問題がある。例えば、プローブ押込量の許容値としては０．５ｍｍ前後の精度が要求される。したがって、倣いプローブ２を被測定物Ｗに当接させた状態では手動で倣いプローブ２を操作することは不可能であった。
【０００８】
本発明の目的は、倣い測定中に倣いプローブを手動操作できる表面倣い測定装置および表面倣い測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の表面倣い測定装置は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、倣いプローブを移動させる場合、手動操作部材を手動操作して任意の方向および任意の大きさを入力する。すると、指示ベクトル指令部により、指示された方向と指示された大きさとを有する指示ベクトルが一定の処理拘束時間内で、例えば即時処理によって生成される。
一方、測定子が被測定物表面を走査するとき、測定子と被測定物表面との相対位置が検出センサによって検出される。検出センサで検出された相対位置が予め設定された基準位置からずれている場合、相対ベクトル生成部によって、このずれ量に相当する大きさで被測定物表面の法線方向を有する相対ベクトルが生成される。そして、倣いベクトル指令部において、手動操作による指示を反映した指示ベクトルと、検出センサでの検出値に基づいて生成される相対ベクトルとが合成されて倣いベクトルが生成される。駆動制御手段により倣いベクトルに応じた駆動制御信号が移動手段に印加され、移動手段により倣いプローブが被測定物表面に沿って倣い走査される。測定子の座標値を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることにより被測定物を測定することができる。
【００１１】
手動操作部材によって方向と大きさとが指示可能であり、この指示に従って指示ベクトルが生成される。よって、測定者は、任意の方向と任意の速さで倣いプローブを移動させることができる。また、被測定物表面の法線方向への移動は、検出センサによる検出値に基づく相対ベクトル指令部からの指令によって制御される。すなわち、基準位置からのずれ量に応じて被測定物表面の法線方向への相対ベクトルが自動生成され、この相対ベクトルと指示ベクトルとの合成である倣いベクトルに従って倣いプローブが移動される。
測定子と被測定物表面との基準位置は微細な距離の制御であるため、手動で操作することは不可能である。そこで、相対ベクトルの生成を手動操作から切り離して自動生成することにより、測定子と被測定物表面との相対位置は測定者が操作しなくても自動で制御される。従って、測定子が被測定物に強く当接して倣いプローブが破損するなどの事故を防止することができる。そして、測定者は、測定したい方向と測定する際の速度を指令すれば、測定子と被測定物表面との相対位置は自動で制御されて倣い走査が実現される。
倣い測定を開始する際に、予め被測定物の輪郭データなどを入力しておく手間がないので簡便に測定を開始することができる。また、一つの測定が終了したあとにそのまま続けて次の測定を行うことができ、被測定物が交換された場合でもすぐに測定を始められる。その結果、測定作業が手間なく簡便になり、測定に要する時間も非常に短くて済む。また、測定中であっても速度の指令をゼロにすることによって倣いプローブの移動を中断させるなど、測定の開始や中断などのタイミングを自由に調整できる。
【００１２】
ここで、前記指示ベクトル指令部は、前記操作部によって指示された方向の単位ベクトルを生成する指示単位ベクトル指令部と、前記操作部によって指示された大きさに基づいて前記倣いプローブを進行させる進行速度を生成する指示速度指令部と、前記指示方向単位ベクトルと前記進行速度とを合成して前記指示ベクトルを生成する指示ベクトル生成部と、を備えて構成されることが好ましい。
また、相対ベクトル指令部は、前記検出センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の法線方向の単位ベクトルを算出する相対単位ベクトル算出部と、前記検出センサによる検出値に基づいて前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置からずれている相対ずれ量を算出する相対ずれ量算出部と、前記相対単位ベクトル算出部にて算出された前記法線方向の単位ベクトルと前記相対ずれ量算出部にて算出された前記相対ずれ量とを合成する相対ベクトル生成部と、を備えて構成されていることが好ましい。
【００１３】
請求項２に記載の表面倣い測定装置は、請求項１に記載の表面倣い測定装置において、前記移動手段は、互いに直交する３方向に沿った駆動軸およびこれら駆動軸に沿ってスライド移動可能にそれぞれの前記駆動軸に設けられたスライド部材を有し、前記各駆動軸方向にＸｍ軸、Ｙｍ軸およびＺｍ軸を有するマシン座標系と、前記被測定物の任意の表面にて規定される平面内で互いに直交するＸｗ軸、Ｙｗ軸およびこの平面に垂直なＺｗ軸で構成されるワーク座標系とが設定された座標系設定部を備え、前記操作部は、手動操作により前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方を選択する座標系選択手段を有し、前記座標系選択手段にて選択された前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系に従って前記手動操作部材による指示方向が規定されるとともに、前記指示ベクトル指令部はこの選択された座標系に従って前記指示ベクトルを生成し、前記倣いベクトル指令部は、前記マシン座標系と前記ワーク座標系とを相互に座標変換する座標系変換部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、移動手段の駆動軸に規定されるマシン座標系と、被測定物によって規定されるワーク座標系とが座標系設定部に設定されており、座標系選択手段により手動操作部材で手動操作する場合にどちらの座標系に従うかを選択する。指示ベクトル指令部は、選択された座標系に従って手動操作部材からの指令を認識して、指示ベクトルを生成する。ここで、ワーク座標系が選択された場合には、倣いベクトル指令部は、倣いベクトルを座標変換部によってマシン座標系に座標変換する。マシン座標系に変換された倣いベクトルは駆動制御手段から移動手段に印加されて移動手段が駆動される。
被測定物によって規定されるワーク座標系が設定されているので、このワーク座標系に従えば、被測定物を走査する方向などを手動操作で指示する場合に方向を直感的に捉え易い。一方で、移動手段を駆動制御するにあたっては、移動手段の駆動軸方向の座標系であるマシン座標系に従った指令を与えなければならないが、座標変換部によってマシン座標系に座標変換されるので、移動手段を駆動軸に沿ったマシン座標系に従って効率よく制御することができる。
【００１５】
請求項３に記載の表面倣い測定装置は、請求項２に記載の表面倣い測定装置において、前記操作部は、手動操作によって前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系を構成する３軸のうちいずれか一つの軸を選択する軸選択手段を有し、前記指示ベクトル指令部は、前記軸選択手段によって選択された軸の座標値は固定してこの選択された軸に垂直な面内において前記指示ベクトルを生成することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、軸選択手段によって一つの軸を選択すると、指示ベクトル指令部において、選択された軸の座標値が固定される。すなわち、この選択された軸方向に沿った倣いプローブの移動が禁止される。例えば、ｘ軸を固定した場合には、倣いプローブの移動はｙｚ面に平行な面内にのみ制限される。すると、任意のｘ座標でｙｚ面に平行な面での断面輪郭形状が倣い測定される。手動操作では正確に一方向を指示することが難しいが、任意の軸に沿った倣いプローブの移動を規制できるので、平面内での断面輪郭形状を正確に測定することができる。
【００１７】
請求項４に記載の表面倣い測定装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面倣い測定装置において、前記手動操作部材は、揺動可能に設けられたジョイスティックを有し、前記操作部は、前記ジョイスティックの倒れ角および倒れた方向を検出する傾倒角検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、ジョイスティックを任意の方向に倒すと、傾倒角検出手段によってジョイスティックがどの方向にどれだけ倒されているか検出される。この検出値が指示ベクトル指令部に出力されると、倒された方向および倒された量に従った方向および大きさの指示ベクトルが生成される。
倣いプローブを動かしたい方向に向けてジョイスティックを倒せばよく、また、このときの倒す角度によって大きさを指示できるので、方向および大きさの指示が直感的にわかりやすく操作性に富む。
【００１９】
ここで、手動操作部材としては方向と大きさとを指示できる指示デバイスであればよく、例えば、カーソルキーでもトラックボールでもよい。
【００２０】
請求項５に記載の表面倣い測定装置は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、倣い走査する所定経路を予め記憶する記憶装置と、前記手動操作部材によって指示された大きさ、および、前記所定経路に沿った方向を有する指示ベクトルを生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、倣いプローブを移動させる場合、手動操作部材を手動操作して任意の大きさを入力する。すると、記憶装置に記憶された所定経路に沿った方向に指示された大きさを有する指示ベクトルが一定の処理拘束時間内で、例えば即時処理によって指示ベクトル指令部によって生成される。
一方、測定子と被測定物表面との相対位置が検出センサによって検出され、相対位置が基準位置からずれた量で被測定物表面に法線方向に方向を有する相対ベクトルが相対ベクトル生成部によって生成される。倣いベクトル指令部において、手動操作による指示を反映した指示ベクトルと、検出センサでの検出値に基づいて生成される相対ベクトルとが合成されて倣いベクトルが生成される。駆動制御手段により倣いベクトルに応じた駆動制御信号が移動手段に印加され、移動手段により倣いプローブが被測定物表面に沿って倣い走査される。測定子の座標値を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることにより被測定物を測定することができる。
【００２２】
手動操作部材によって大きさが指示可能であり、この指示に従った大きさを有する指示ベクトルが生成される。よって、測定者は、任意の速さで倣いプローブを移動させることができる。その結果、測定者が適宜自由に移動を速度を調整して測定に要する時間を調整することができる。
測定子の移動方向は、予め入力された所定経路と、検出センサによる検出値に従って自動制御される。よって、例えば、ネジ溝や円筒の内周など手動操作で方向指示することが難しい測定対象であっても正確に倣い測定することができる。
【００２３】
請求項６に記載の表面倣い測定方法は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブを移動手段によって移動させて被測定物表面を倣い測定する表面倣い測定方法であって、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作工程と、前記手動操作工程によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令工程と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令工程と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令工程と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の表面倣い測定プログラムは、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラムである。
【００２５】
請求項８に記載の記録媒体は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【００２６】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各機能を実現させるようにプログラムを構成すれば、各機能におけるパラメータを容易に変更することができる。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
［測定システムの構成］
本発明の第１実施形態として三次元測定機１を用いた表面倣い測定装置としての測定システム１００を図１１に示す。この測定システム１００の概略構成は背景技術で説明した構成に同様であり、三次元測定機１と、三次元測定機１の動作を手動操作する操作部３と、三次元測定機１の駆動制御を実行するモーションコントローラ４と、モーションコントローラ４に所定の指令を与えるとともに被測定物の形状解析等の演算処理を実行するホストコンピュータ５と、測定条件等を入力する入力手段６と、測定結果を出力する出力手段７と、を備えている。
【００２８】
三次元測定機１は、定盤１１と、定盤１１に立設されて倣いプローブ２を三次元的に移動させる駆動機構（移動手段）１２と、駆動機構１２の駆動量を検出する駆動センサ１３（図３参照）とを備えて構成されている。
駆動機構１２は、定盤１１の両側端から定盤１１に略垂直方向であるＺｍ方向に高さを有するとともに定盤１１の側端に沿ったＹｍ軸方向へスライド可能に設けられた二本のビーム支持体１２１と、ビーム支持体１２１の上端に支持されてＸｍ方向に長さを有するビーム１２２と、ビーム１２２にＸｍ方向にスライド可能に設けられＺｍ軸方向にガイドを有するコラム１２３と、コラム１２３内をＺ軸方向にスライド可能に設けられ下端にて倣いプローブ２を保持するスピンドル１２４とを備えて構成されている。
【００２９】
ここで、駆動機構１２のＸｍ軸方向、Ｙｍ軸方向、Ｚｍ軸方向によりマシン座標系が規定されている（図１参照）。
駆動機構１２のＸｍ軸、Ｙｍ軸、Ｚｍ軸は互いに直交する駆動軸であり、ビーム支持体１２１、コラム１２３およびスピンドル１２４によりスライド部材が構成されている。
【００３０】
駆動センサ１３は、ビーム支持体１２１のＹｍ方向への移動を検出するＹｍ軸センサ１３１と、コラム１２３のＸｍ方向への移動を検出するＸｍ軸センサ１３２と、スピンドル１２４のＺ方向への移動を検出するＺｍ軸センサ１３３と、を備えている。駆動センサ１３による検出結果はモーションコントローラ４を経由してホストコンピュータ５に出力される。
【００３１】
倣いプローブ２は、先端に接触部（測定子）２２を有するスタイラス２１と、スタイラス２１の基端を一定の範囲内でＸｐ方向、Ｙｐ方向、Ｚｐ方向にスライド可能に支持する支持部２３とを備えている。
支持部２３は、互いに直交方向に移動可能なｘｐスライダ、ｙｐスライダおよびｚｐスライダを有するスライド機構（不図示）と、スライド機構の各軸方向の変位量を検出するとともに検出した変位量を出力するプローブセンサ２４（図３参照）とを備えている。スタイラス２１はスライド機構によって支持部２３に対して一定の範囲内でスライド可能に支持されている。
プローブセンサ２４は、スタイラス２１のＸｐ方向への移動を検出するＸｐ方向センサ２４１と、スタイラス２１のＹｐ方向への移動を検出するＹｐ方向センサ２４２と、スタイラス２１のＺｐ方向への移動を検出するＺｐ方向センサ２４３と、を備えている。プローブセンサ２４によって検出されたスタイラス２１の変位量はモーションコントローラ４を経由してホストコンピュータ５に出力される。
【００３２】
ここで、スライド機構のＸｐ方向、Ｙｐ方向、Ｚｐ方向によりプローブ座標系が規定されている（図１参照）。
また、図１に示されるように、定盤１１上に載置される被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓを基準としてワーク座標系が規定される。ワーク座標系は、被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓ上の任意の三点によって決められる平面内で互いに直交する方向をＸｗ方向およびＹｗ方向、この平面の法線をＺｗ方向として規定される。
【００３３】
操作部３は、操作盤３１に揺動可能に設けられ倣いプローブ２の移動を手動で操作する手動操作部材としてのジョイスティック３２と、ジョイスティック３２の操作を検出する検出部（傾倒角検出手段）３３と、移動方向を指令する際の座標系を選択する座標系選択スイッチ（座標系選択手段）３４と、倣いプローブ２の移動を固定する軸を選択する固定軸選択スイッチ（軸選択手段）３５と、を備えて構成されている。
【００３４】
ジョイスティック３２は第１レバー３２１と第２レバー３２２とを備え、第１レバー３２１および第２レバー３２２は、基端側で操作盤３１に揺動可能に支持されており、自由端側が手動操作により前後左右に揺動する。
検出部３３は、第１レバー３２１の下端で第１レバー３２１の左右の倒れ角を検出するＸ角検出部３３１と、第１レバー３２１の下端で第１レバー３２１の前後の倒れ角を検出するＹ角検出部３３２と、第２レバー３２２の下端で第２レバー３２２の前後の倒れ角を検出するＺ角検出部３３３と、を備えている。検出部３３は、モーションコントローラ４に検出信号を出力する。
座標系選択スイッチ３４は、押動操作によってマシン座標系とワーク座標系とを切替選択する。
固定軸選択スイッチ３５は、ｘ軸固定スイッチ３５１、ｙ軸固定スイッチ３５２およびｚ軸固定スイッチ３５３を有し、選択された軸方向に沿った倣いプローブ２の移動が禁止される。例えば、ｘ軸固定スイッチ３５１が選択された場合には倣いプローブ２の移動方向がＹＺ面内に制限されることになる。なお、各軸の方向は座標系選択スイッチ３４によって選択された座標系（マシン座標系かワーク座標系）に従う。
【００３５】
モーションコントローラ４は、三次元測定機１の駆動量を計数するカウンタ部４１と、操作部３による操作に応じた座標系を設定する座標系設定部４２と、操作部３による手動操作に応じて倣いプローブ２の進行方向および進行速度を指令する進行ベクトル指令部（指示ベクトル指令部）４３と、進行ベクトル指令部４３による指令およびホストコンピュータ５によるプローブ押込方向の指令に応じて被測定物表面に沿った倣いベクトルを指令する倣いベクトル指令部４４と、倣いベクトル指令部４４から指令される倣いベクトルに応じて駆動機構１２を駆動制御する駆動制御回路（駆動制御手段）４５と、を備えて構成されている。
【００３６】
カウンタ部４１は、駆動センサ１３から出力されるパルス信号をカウントして駆動機構１２の駆動量を計測する駆動カウンタ４１１と、プローブセンサ２４から出力されるパルス信号をカウントしてスタイラス２１のスライド量を押込み量として計測するプローブカウンタ４１５とを備えている。駆動カウンタ４１１は、Ｙｍ軸センサ１３１からの出力を計数するＹｍ軸カウンタ４１２と、Ｘｍ軸センサ１３２からの出力を計数するＸｍ軸カウンタ４１３と、Ｚｍ軸センサ１３３からの出力を計数するＺｍ軸カウンタ４１４とを備えている。プローブカウンタ４１５は、Ｘｐ方向センサ２４１からの出力を計数するＸｐ方向カウンタ４１６と、Ｙｐ方向センサ２４２からの出力を計数するＹｐ方向カウンタ４１７と、Ｚｐ方向センサ２４３からの出力を計数するＺｐ方向カウンタ４１８と、を備えている。
駆動カウンタ４１１によるカウント値（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）およびプローブカウンタ４１５によるカウント値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）はそれぞれホストコンピュータ５に出力される。
【００３７】
座標系設定部４２は、マシン座標系およびワーク座標系の座標軸が設定入力されているとともに座標系選択スイッチ３４による入力操作に応じてマシン座標系とワーク座標系とを切替設定する。座標系設定部４２は、切替設定した座標系を進行ベクトル指令部４３および倣いベクトル指令部４４に向けて指令する。なお、マシン座標系は出荷時に予め設定されているが、ワーク座標系は測定対象に応じて新たに生成される。
【００３８】
進行ベクトル指令部４３は、固定軸選択スイッチ３５およびジョイスティック３２による入力操作に応じて倣いプローブ２が進行する方向の単位ベクトルを指令する進行方向単位ベクトル指令部（指示単位ベクトル指令部）４３１と、ジョイスティック３２による入力操作に応じて倣いプローブ２の進行方向への移動速度を指令する進行速度指令部（指示速度指令部）４３２と、進行方向の単位ベクトルと進行方向への移動速度とから倣いプローブ２を指示された方向に指示された速度で移動させる進行ベクトル（指示ベクトル）を生成する進行ベクトル生成部（指示ベクトル生成部）４３３と、を備えて構成されている。
【００３９】
倣いベクトル指令部４４は、進行ベクトル指令部４３からの進行ベクトル指令とホストコンピュータ５からの押込み方向の押込みベクトル指令とを合成して倣いプローブ２を被測定物表面に沿って倣い走査させる倣いベクトルを生成するベクトル合成部４４１と、倣いベクトルをマシン座標系上での指令に座標変換する座標系変換部４４２と、を備えている。
【００４０】
ホストコンピュータ５は、被測定物Ｗに対する押込み方向（被測定物表面の法線方向）の移動を指令する押込みベクトル（相対ベクトル）を生成する押込みベクトル指令部（相対ベクトル指令部）５１と、入力手段６によって設定入力される測定条件等を記憶するメモリ（記憶装置）５２と、サンプリングされた接触部の座標値から被測定物Ｗの形状を解析する形状解析部５３と、演算装置および記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を有し所定プログラムの実行やデータ処理等を行う中央処理部（ＣＰＵ）５４と、押込みベクトル指令部５１、メモリ５２、形状解析部５３および中央処理部５４を接続するバス５５と、を備えている。
押込みベクトル指令部５１は、接触部２２を被測定物Ｗへ押し込む方向の単位ベクトルを算出する押込み方向単位ベクトル算出部（相対単位ベクトル算出部）５１１と、予め設定された基準押込み量に対する時事刻々の押込み量のずれを算出する押込みずれ量算出部（相対ずれ量算出部）５１２と、押込み方向単位ベクトルと押込みずれ量とを用いて押込み方向の移動を指令する押込みベクトルを生成する押込みベクトル生成部（相対ベクトル生成部）５１３と、を備えている。また、押込みベクトル指令部５１は、プローブ座標系の各軸方向を記憶している。
メモリ５２に設定入力される測定条件としては、倣い走査中に接触部２２の座標をサンプリングする間隔（サンプリングピッチ）や、接触部２２を被測定物Ｗに対して押込む量（基準位置、基準押込量）などが例示される。
【００４１】
［表面倣い測定方法］
次に、表面倣い測定方法を図４のフローチャートを参照して説明する。ここでは、固定軸選択スイッチ３５により倣いプローブ２の移動を所定の平面内に制限して、この平面における被測定物Ｗの輪郭断面形状を測定する場合について説明する。また、操作部３による指令がワーク座標系に従って行われる場合について説明する。
【００４２】
はじめに、測定に先立って測定条件を設定入力する。
ＳＴ１０１において、測定モードとしてジョイスティック断面倣いモードを入力手段６による操作で選択し、続いて、接触部２２の座標値を抽出するサンプリングピッチおよび被測定物に対する接触部２２の基準押込量（基準位置）を設定する（ＳＴ１０２）。サンプリングピッチとしては、０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度の間隔に設定することが例示される。基準押込量としては、０．５ｍｍ程度に設定することが例示される。
【００４３】
ＳＴ１０３において、ワーク座標系を生成する。ワーク座標系は、被測定物Ｗの測定対象となる面上で任意の三点について座標を測定し、この三点によって決められる平面の法線をＺｗ方向とし、平面内で互いに直交する方向をＸｗ方向およびＹｗ方向とすることで生成される（図１参照）。生成されたワーク座標系は、座標系設定部４２に記憶される。
【００４４】
ＳＴ１０４において、操作部３によって手動操作する際に用いる座標系としてマシン座標系とワーク座標系とのいずれかを座標系選択スイッチ３４で選択する。座標系選択スイッチ３４による選択は、座標系設定部４２に出力される。すると、座標系設定部４２においてマシン座標系およびワーク座標系のいずれかが選択される。ここでは、ワーク座標系が選択されたとして説明する。座標系設定部４２で選択された座標系は進行ベクトル指令部４３、倣いベクトル指令部４４に送られて、進行ベクトル指令部４３および倣いベクトル指令部４４は選択された座標系（ここではワーク座標系）に従って処理を実行する。
【００４５】
測定条件の設定が一通り終わったところで、ＳＴ１０５において、倣いプローブ２を倣い走査を開始する点Ｐに移動させる（図８中の矢印Ａ）。これは、ジョイスティック３２を操作して行う。図５のフローチャートを参照してジョイスティック３２の手動操作によって倣いプローブ２を移動させる工程について説明する。
ＳＴ２０１において、ジョイスティック３２を操作する。例えば、第１レバー３２１を左右に傾倒させた場合には、第１レバー３２１の傾倒角がＸ角検出部３３１で検出される（ＳＴ２０２）。Ｘ角検出部３３１による検出値は、進行方向単位ベクトル指令部４３１および進行速度指令部４３２に出力される。つまり、第１レバー３２１が左右に傾倒されることにより進行方向としてＸ方向が指令されたことが進行方向単位ベクトル指令部４３１に出力される一方、第１レバー３２１の傾倒量が進行速度指令部４３２に出力される。すると、ＳＴ２０３において、進行方向単位ベクトル指令部４３１は、指令された進行方向の単位ベクトルを一定の処理拘束時間内で、たとえば即時に生成する。ここでは、ワーク座標系においてＸｗ方向に大きさ１の単位ベクトルが生成される。また、ＳＴ２０４において、進行速度指令部４３２は、第１レバー３２１の傾倒量に応じて進行速度Ｖｓを生成する。
【００４６】
ＳＴ２０５において、進行ベクトル生成部４３３は、進行方向単位ベクトル指令部４３１からの単位ベクトルと進行速度指令部４３２からの進行速度Ｖｓとを合成して倣いプローブ２を移動させる進行ベクトル指令を生成して、この進行ベクトル指令を倣いベクトル指令部４４に出力する（ＳＴ２０５）。
ここで、進行ベクトルＶＦは、進行方向への単位ベクトルＦ／｜Ｆ｜、進行速度Ｖｓ、所定ゲインαを用いて次の式で表される。
【００４７】
【数１】
【００４８】
このベクトル指令は、ワーク座標系において生成されているところ、駆動機構１２への指令はマシン座標系による必要がある。そこで、ＳＴ２０６において、進行ベクトル生成部４３３で生成された進行ベクトル指令が座標系変換部４４２によりマシン座標系に座標変換される。このような座標変換はベクトルを一次変換によって線形写像することによって行われる。
座標変換された進行ベクトル指令は、駆動制御回路４５に出力される。すると、駆動制御回路４５は、進行ベクトル指令に従って駆動機構１２を駆動させる制御信号を生成して駆動機構１２に印加する（ＳＴ２０７）。すると、駆動機構１２の駆動によって倣いプローブ２が図８中の矢印Ａに示されるようにＸｗ軸に平行に移動される（ＳＴ２０８）。
このように倣いプローブ２をジョイスティック３２による操作によって測定開始点Ｐにまで移動させる。
【００４９】
倣いプローブ２を測定開始点Ｐにまで移動させたところで、ジョイスティック３２の操作を中止して倣いプローブ２の移動を停止させた後、倣いプローブ２の移動を規制する固定軸を選択する（ＳＴ１０６）。例えば、ＹＺ面に平行な面内で倣いプローブ２を移動させることによって被測定物Ｗの断面における輪郭形状を倣い測定する場合には、Ｘｗ軸を固定する。固定軸の選択は、操作部３の固定軸選択スイッチ３５によって選択する。固定軸選択スイッチ３５で選択された固定軸は進行方向単位ベクトル指令部４３１に指令される。すると、進行方向単位ベクトル指令部４３１において固定軸の座標値が現状で固定される。
【００５０】
ＳＴ１０７において、図８中の矢印Ｂに示されるように、倣いプローブ２を被測定物Ｗに向けて移動させる。これは、例えば、第１レバー３２１を前後に傾倒させて倣いプローブ２をＹｗ軸に平行に移動させることによる。すると、ＳＴ２０１からＳＴ２０８において説明した工程によって倣いプローブ２が移動される。
ＳＴ１０８において、接触部２２が被測定物表面に達したところで倣い走査が開始される（図８中の矢印Ｃ）。図６のフローチャートを参照して接触部２２を被測定物表面に沿って倣い移動させる工程について説明する。
図６において、ＳＴ３０１からＳＴ３０４は、図５で前述したＳＴ２０１からＳＴ２０４に同様であり、ジョイスティック３２の傾倒角に応じて倣いプローブ２を移動させる進行方向および進行速度の進行ベクトルＶＦが進行ベクトル指令部４３から倣いベクトル指令部４４に出力される。
【００５１】
ＳＴ３０３およびＳＴ３０４ではＳＴ３０１での手動操作による指令に応じた進行方向および進行速度の指令が生成されるのに対して、ＳＴ３０５においては、被測定物Ｗへの押込み方向の移動を指令する押込みベクトルが押込みベクトル指令部５１において生成される。図７のフローチャートを参照して押込みベクトルが生成される工程について説明する。
まず、ＳＴ４０１において、プローブセンサ２４によってスタイラス２１の変位量が押込み量として検出される。すると、プローブセンサ２４による出力がプローブカウンタ４１５によって計数されて、計数値がホストコンピュータ５に出力される。ＳＴ４０２において、押込み方向単位ベクトル算出部５１１は、プローブカウンタ４１５の計数値から押込み方向単位ベクトルを算出する。ここで、プローブカウンタ４１５から出力される計数値が（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）であった場合、押込み方向単位ベクトルは次の式で表される。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ＳＴ４０３において、押込みずれ量算出部５１２は、プローブカウンタ４１５の計数値から基準押込量Ｐｓに対する接触部２２の押込みずれ量を算出する。押込みずれ量ｄは次の式で表される。
【００５４】
【数３】
【００５５】
押込みベクトル生成部５１３は、所定のゲインβを用いて押込みベクトルＶｐを生成するとともに、押込みベクトルＶｐを倣いベクトル指令部４４に出力する（ＳＴ４０４）。
【００５６】
【数４】
【００５７】
押込みベクトルはプローブ座標系において生成されているところ、ＳＴ４０５において、押込みベクトルＶｐは座標系変換部４４２によりワーク座標系に座標変換される。
このように進行ベクトルと押込みベクトルとが生成されたところで、ＳＴ３０６（図６）において、進行ベクトル指令部４３からの進行ベクトルと、押込みベクトル指令部５１からの押込みベクトルとがベクトル合成部４４１により合成されて倣いベクトルＶｗが生成される。
【００５８】
【数５】
【００５９】
ＳＴ３０７において、合成された倣いベクトルＶｗは座標系変換部４４２によりマシン座標系に座標変換される。
ワーク座標系からマシン座標系への変換マトリクスを［Ａ］として表し、マシン座標系に変換された倣いベクトルをＶｗ’とすると、変換式は次の式で表される。
【００６０】
【数６】
【００６１】
マシン座標系に変換された倣いベクトルＶｗ’に従って駆動制御回路４５から制御信号が駆動機構１２に印加されて（ＳＴ３０８）、接触部２２が被測定物表面に沿って倣い走査される（ＳＴ３０９）。
倣い走査中に予め設定されたサンプリングピッチで駆動カウンタ４１１およびプローブカウンタ４１５からの出力値がホストコンピュータ５に出力され、接触部２２の座標が抽出される（ＳＴ３１０）。
【００６２】
ＳＴ３１１において、終了条件が満たされていれば、倣い走査が終了される。終了条件としては、予め倣い測定する領域を設定入力しておいて、この倣い走査の対象領域の総てについて倣い走査が完了したところで倣い走査を終了するとしてもよい。測定開始点Ｐに戻ってきたところで倣い走査の終了条件が満たされたと判断してもよい。あるいは、測定者が終了コマンドを入力した場合に終了条件が満たされたと判断してもよい。
【００６３】
ＳＴ３１１において、終了条件が満たされていない場合には、ＳＴ３０１からジョイスティック３２の操作によって倣いプローブ２の移動指令が行われる。
このとき、ジョイスティック３２の傾倒量を変化させると、進行速度指令部４３２から出力される進行速度指令が変化される。すると、倣いプローブ２の進行速度が変化される。
また、ジョイスティック３２を傾倒させる向きを変えることで、倣いプローブ２の進行方向を変えることができる。
【００６４】
倣い走査が終了したところで、抽出された接触部２２の座標から形状解析部５３において被測定物Ｗの輪郭形状の解析が実行される。なお、形状解析部５３においては、プローブ座標系あるいはマシン座標系において取得された座標値が適宜座標変換されて接触部２２の座標値が算出される。
【００６５】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）ジョイスティック３２が設けられ、ジョイスティック３２を手動操作することによって任意の進行方向および任意の進行速度を入力することができ、測定者は、任意の進行方向と任意の進行速度で倣いプローブ２を移動させることができる。従って、倣い測定を開始する際に、予め被測定物の輪郭データなどを入力しておく手間が必要ないので簡便に測定を開始することができる。また、一つの測定が終了したあとにそのまま続けて次の測定を行うことができ、被測定物が交換された場合でもすぐに測定を始められる。その結果、測定作業が手間なく簡便になり、測定に要する時間も非常に短くて済む。あるいは、ジョイスティック３２の傾倒角をゼロにして速度の指令をゼロにすることによって倣いプローブ２の移動を中断させるなど、測定の開始や中断などのタイミングを自由に調整できる。
【００６６】
（２）ジョイスティック３２によって進行速度を任意に調整できるので、例えば、直線的な領域を倣い測定する場合には速い進行速度を指示して、曲線的な領域を倣い測定する場合には遅い進行速度を指示するなど、測定対象に応じた倣い速度で測定を行うことができる。予め倣い速度を設定する場合には、遅い速度で律速されてしまうおそれもあるが、ジョイスティック３２による速度調整によって適宜測定に要する時間を調整することができる。
【００６７】
（３）ジョイスティック３２によって進行方向および進行速度を指示できる一方で、押込み方向の移動については押込みベクトル指令部５１によってプローブセンサ２４での検出値に基づいて自動制御される。よって、倣いプローブ２を手動で操作する場合でも、特別な技量や微妙な操作を要することなく接触部２２を基準位置に保って倣い走査することができる。倣いプローブ２の被測定物Ｗに対する押込み量は微細であり手動で押込み量を制御することは不可能であるが、倣いプローブ２の移動を制御する指令のうち押込み方向に関する指令を手動操作から切り離して自動制御することにより、その他の指令（進行方向および進行速度）については手動操作することができる。
【００６８】
（４）駆動機構１２の駆動軸に規定されるマシン座標系と、被測定物によって規定されるワーク座標系とが座標系設定部４２に設定され、座標系選択スイッチ３４により座標系を選択することができる。よって、ジョイスティック３２で進行方向を指示する場合でもワーク座標系に従えば方向を直感的に捉え易い。
【００６９】
（５）固定軸選択スイッチ３５が設けられ、軸固定スイッチ３５１〜３５３を選択することによって選択した軸に沿った倣いプローブ２の移動を制限することができる。すると、選択した軸に垂直な面内でのみ倣いプローブ２が移動するので、この面における断面輪郭形状を倣い走査することができる。ジョイスティック３２による手動操作では正確に一方向を指示することが難しいが、選択した軸に沿った倣いプローブ２の移動を規制できるので、平面内での断面輪郭形状を正確に測定することができる。
【００７０】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１について説明する。変形例１の基本的構成は第１実施形態に同様であり、変形例１が特徴とするところは、倣いプローブ２の移動を規制する軸を選択することなく、倣いプローブ２を測定対象となる面Ｓに沿って移動させる点にある。
すなわち、倣い走査をするにあたって、倣いプローブ２を測定開始点Ｐに移動させたところで（ＳＴ１０５）、固定軸選択スイッチ３５で軸を選択する工程（ＳＴ１０６）を飛ばして、倣いプローブ２を被測定物Ｗにアプローチさせ（ＳＴ１０７）、続けて倣い測定を行う（ＳＴ１０８）。
このような倣い走査における軌跡の一例を図９に示す。図９において、接触部２２を被測定物表面に当接させたあと、ジョイスティック３２による操作によって倣いプローブ２をＹｗ軸に沿って移動させる（図９中で矢印Ｄ）。倣いプローブ２がＹｗ方向へ所定距離を移動したところで、続いて、倣いプローブ２をＸｗ軸に沿って移動させる（矢印Ｅ）。そして、再び倣いプローブ２をＹｗ軸に沿って移動させる（矢印Ｆ）。このように、被測定物表面の測定対象となる面Ｓ上においてジョイスティック３２により倣いプローブ２を任意の測定領域に向けて移動させる。なお、被測定物表面に垂直な押込み方向については押込みベクトル指令部５１によって自動制御される点は第１実施形態で説明した通りである。
このような構成によれば、被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓを連続して測定できる。このとき、一のラインに沿って倣い測定したあとにすぐに次のラインを測定できる。その結果、測定作業が中断されないので、測定に要する時間を短くすることができる。また、測定対象となる面の形状データ等を予め入力する手間も必要ないので、倣い測定を簡便に行うことができる。
【００７１】
（変形例２）
次に、本発明の変形例２について説明する。変形例２の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、変形例２が特徴とするところは、進行方向は予め設定した所定経路によって決定する一方で、進行速度はジョイスティック３２で指示する点にある。
このような機能を実現する構成として、メモリ５２に被測定物の輪郭形状データおよび倣い測定する所定経路を予め設定入力しておく。所定経路としては、円筒形状の内周を倣う経路や、ネジの溝を倣う形状などが例として挙げられる。
進行方向単位ベクトル指令部４３１は、メモリ５２からこの所定経路を読み出すとともに所定経路の接線方向の単位ベクトルを時々刻々指令する。なお、進行方向単位ベクトル指令部４３１はジョイスティック３２による進行方向の指示を受けず、メモリ５２の入力データにのみ従って進行方向の単位ベクトルを算出する。つまり、倣いプローブ２の進行方向および被測定物表面に対する押込み方向については、進行方向単位ベクトル指令部４３１と押込みベクトル指令部５１との指令によって制御される。
このような構成で、ジョイスティック３２を倒すと、傾倒角の大きさが検出部３３で検出され、進行速度指令部４３２はこの傾倒角の大きさに従って進行速度を指令する。すると、倣いベクトル指令部４４において、方向成分については進行方向単位ベクトル指令部４３１と押込みベクトル指令部５１とによって自動生成される指令に従い、進行速度についてはジョイスティック３２による指示に従った倣いベクトルが合成される。この倣いベクトルの指令に応じて駆動制御回路４５により駆動機構１２が駆動され、倣いプローブ２が所定経路に沿って倣い走査する。
このような構成によれば、予め倣い走査する所定の経路を入力しておけば、自動的に生成される方向の指令によって複雑な経路であっても倣い走査することができる。速度の指示についてはジョイスティック３２で行うことができるので、測定者による調整によって適当な速度で倣い測定することができる。その結果、測定時間を短くすることができる。また、測定中にジョイスティック３２の傾倒角をゼロにすれば速度指令がゼロになるので、倣い走査を中断できるなど測定のタイミングを自由に調整することができる。
【００７２】
尚、本発明の倣い測定方法および倣い測定装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
レバー３２１、３２２の傾倒方向で進行方向を指示するが、被測定物Ｗの断面輪郭形状を測定する場合に、レバー３２１、３２２を傾倒させ続ける間は、倣いプローブ２が輪郭形状に沿って進行を継続するとしてもよい。例えば、レバー３２１を＋Ｙ方向に傾倒させると、図１０に示されるように、接触部２２は＋Ｙ方向へ向けて移動する（矢印Ｇ）。ここで、レバー３２１を＋Ｙ方向に傾倒させる間は、倣いプローブ２が半周したところで倣いプローブがそのまま−Ｙ方向へも進行するとする（矢印Ｈ）。
【００７３】
倣いプローブ２は、接触部２２を被測定物表面に接触させた状態で倣い移動するとして説明したが、倣いプローブ２は接触式に限らず非接触式の倣いプローブであってもよい。例えば、スタイラス２１の先端に静電容量を検出する電極センサを有し、被測定物表面との距離によって変化する静電容量を検出することによって被測定物表面を検出してもよい。
あるいは、微細形状を測定可能なＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）として知られるマイクロスコープであってもよい。
倣い測定する場合において、上記実施形態ではワーク座標系を選択したが、マシン座標系を選択してもよいことはもちろんである。
【００７４】
また、モーションコントローラ４やホストコンピュータ５は、上記実施形態のように各機能を実現する論理素子等のハードウェアで構成された要素を備えている場合に限らず、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータに所定のプログラムを組み込んで各機能を実現させるように構成してもよい。ＣＰＵやメモリを配置してコンピュータとして機能できるように構成し、このメモリに所定の表面倣い測定プログラムをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールし、このインストールされたプログラムでＣＰＵ等を動作させて各機能を実現させればよい。なお、プログラムをインストールするには、メモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を接続して通信によってプログラムを供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラム、記録媒体によれば、倣い測定中に倣いプローブを手動操作できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態において、マシン座標系、ワーク座標系およびプローブ座標系の関係を示す図である。
【図２】前記第１実施形態において、操作部の斜視図である。
【図３】前記第１実施形態において、測定システムの機能ブロック図である。
【図４】前記第１実施形態において、表面倣い測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】前記第１実施形態において、倣いプローブをジョイスティックによる操作によって移動させる手順を示すフローチャートである。
【図６】前記第１実施形態において、倣い走査する手順を示すフローチャートである。
【図７】前記第１実施形態において、押込みベクトルを生成する手順を示すフローチャートである。
【図８】前記第１実施形態において、倣いプローブの移動の軌跡を示す図である。
【図９】本発明の変形例１として、被測定物の面に沿って倣い走査する例を示す図である。
【図１０】倣いプローブを被測定物の輪郭形状に沿って周回させる様子を示す図である。
【図１１】測定システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…三次元測定機
２…倣いプローブ
３…操作部
４…モーションコントローラ
５…ホストコンピュータ
６…入力手段
７…出力手段
１２…駆動機構（移動手段）
２１…スタイラス
２２…接触部（測定子）
２４…プローブセンサ（検出センサ）
３２…ジョイスティック（手動操作部材）
３３…検出部（傾倒角検出手段）
３４…座標系選択スイッチ（座標系選択手段）
３５…固定軸選択スイッチ（軸選択手段）
４２…座標系設定部
４３…進行ベクトル指令部（指示ベクトル指令部）
４４…倣いベクトル指令部
４５…駆動制御回路（駆動制御手段）
５１…押込みベクトル指令部（相対ベクトル指令部）
５２…メモリ（記憶装置）
１００…測定システム（表面倣い測定装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラムおよびこのプログラムを記録した記録媒体に関する。例えば、被測定物表面を倣い走査して被測定物の表面粗さ、うねり、輪郭等を測定する表面倣い測定装置等に関する。
【０００２】
【背景技術】
倣いプローブにより被測定物表面を倣い走査することで被測定物の表面性状や立体的形状を測定する測定機として、粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、三次元測定機などが知られている（例えば、特許文献１）。
図１１に、三次元測定機１を利用した測定システム１００の構成を示す。この測定システム１００は、倣いプローブ２を移動させる三次元測定機１と、手動操作するジョイスティック３２と、三次元測定機１の動作を制御するモーションコントローラ４と、モーションコントローラ４を介して三次元測定機１を動作させるとともに三次元測定機１によって取得した測定データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求めるホストコンピュータ５とを備えている。
【０００３】
倣い測定に際しては測定条件の設定が必要であり、測定条件として被測定物の表面輪郭データが入力される。表面輪郭データは、被測定物を設計した際の設計データや、マスターワークを測定した測定データなどを利用できる。さらに、倣い経路、倣い移動速度、プローブの基準押込量、サンプリングピッチなどを設定する。倣い経路としては、例えば、Ｚ軸座標を一定とする拘束断面上で被測定物Ｗの輪郭を倣い測定する経路を設定する場合が例示される。
【０００４】
測定を開始する際には、まず、倣いプローブ２を測定開始点に移動させる。これは、測定開始点の座標を入力してもよく、あるいは、ジョイスティック３２で倣いプローブ２を測定開始点に移動させてもよい。すると、モーションコントローラ４から三次元測定機１に向けて倣いプローブ２の移動を指令する指令信号が出力され、被測定物表面が倣いプローブ２によって倣い走査される。すなわち、入力された表面輪郭データに従って、押込量を一定としつつ倣いプローブ２を被測定物表面上で倣い移動させる倣い方向が三次元測定機１に指令される。そして、指令された倣い方向へ向けて設定された倣い速度で倣いプローブ２が移動される。このとき、所定のサンプリングピッチで測定データが取得され被測定物Ｗが倣い測定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７４６６１号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
倣い測定を行う場合には測定に先立って被測定物の表面輪郭データや倣い経路を予め設定しなければならない。例えば、ある倣い経路で測定したあとに別の倣い経路で測定したいような場合でも、改めて倣い経路を設定入力しなければならないので非常に手間がかかり、測定効率が下がるという問題がある。また、設定に手間を取られることから、測定がめんどうであるという印象を与え易いという問題も生じる。
【０００７】
ここで、例えば、ジョイスティック３２を用いて倣いプローブ２の移動をコントロールできれば、測定者が状況に応じて自由に倣い経路や倣い速度を選定して倣いプローブ２を操作できるので便利であると考えられる。しかしながら、倣いプローブ２は被測定物Ｗに当接したときの僅かな変位を検出する高感度のセンサを備えているので、許容値を超える力で倣いプローブ２を被測定物Ｗに当接させると倣いプローブ２が破損してしまうという問題がある。例えば、プローブ押込量の許容値としては０．５ｍｍ前後の精度が要求される。したがって、倣いプローブ２を被測定物Ｗに当接させた状態では手動で倣いプローブ２を操作することは不可能であった。
【０００８】
本発明の目的は、倣い測定中に倣いプローブを手動操作できる表面倣い測定装置および表面倣い測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の表面倣い測定装置は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、倣いプローブを移動させる場合、手動操作部材を手動操作して任意の方向および任意の大きさを入力する。すると、指示ベクトル指令部により、指示された方向と指示された大きさとを有する指示ベクトルが一定の処理拘束時間内で、例えば即時処理によって生成される。
一方、測定子が被測定物表面を走査するとき、測定子と被測定物表面との相対位置が検出センサによって検出される。検出センサで検出された相対位置が予め設定された基準位置からずれている場合、相対ベクトル生成部によって、このずれ量に相当する大きさで被測定物表面の法線方向を有する相対ベクトルが生成される。そして、倣いベクトル指令部において、手動操作による指示を反映した指示ベクトルと、検出センサでの検出値に基づいて生成される相対ベクトルとが合成されて倣いベクトルが生成される。駆動制御手段により倣いベクトルに応じた駆動制御信号が移動手段に印加され、移動手段により倣いプローブが被測定物表面に沿って倣い走査される。測定子の座標値を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることにより被測定物を測定することができる。
【００１１】
手動操作部材によって方向と大きさとが指示可能であり、この指示に従って指示ベクトルが生成される。よって、測定者は、任意の方向と任意の速さで倣いプローブを移動させることができる。また、被測定物表面の法線方向への移動は、検出センサによる検出値に基づく相対ベクトル指令部からの指令によって制御される。すなわち、基準位置からのずれ量に応じて被測定物表面の法線方向への相対ベクトルが自動生成され、この相対ベクトルと指示ベクトルとの合成である倣いベクトルに従って倣いプローブが移動される。
測定子と被測定物表面との基準位置は微細な距離の制御であるため、手動で操作することは不可能である。そこで、相対ベクトルの生成を手動操作から切り離して自動生成することにより、測定子と被測定物表面との相対位置は測定者が操作しなくても自動で制御される。従って、測定子が被測定物に強く当接して倣いプローブが破損するなどの事故を防止することができる。そして、測定者は、測定したい方向と測定する際の速度を指令すれば、測定子と被測定物表面との相対位置は自動で制御されて倣い走査が実現される。
倣い測定を開始する際に、予め被測定物の輪郭データなどを入力しておく手間がないので簡便に測定を開始することができる。また、一つの測定が終了したあとにそのまま続けて次の測定を行うことができ、被測定物が交換された場合でもすぐに測定を始められる。その結果、測定作業が手間なく簡便になり、測定に要する時間も非常に短くて済む。また、測定中であっても速度の指令をゼロにすることによって倣いプローブの移動を中断させるなど、測定の開始や中断などのタイミングを自由に調整できる。
【００１２】
ここで、前記指示ベクトル指令部は、前記操作部によって指示された方向の単位ベクトルを生成する指示単位ベクトル指令部と、前記操作部によって指示された大きさに基づいて前記倣いプローブを進行させる進行速度を生成する指示速度指令部と、前記指示方向単位ベクトルと前記進行速度とを合成して前記指示ベクトルを生成する指示ベクトル生成部と、を備えて構成されることが好ましい。
また、相対ベクトル指令部は、前記検出センサによる検出値に基づいて前記被測定物表面の法線方向の単位ベクトルを算出する相対単位ベクトル算出部と、前記検出センサによる検出値に基づいて前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置からずれている相対ずれ量を算出する相対ずれ量算出部と、前記相対単位ベクトル算出部にて算出された前記法線方向の単位ベクトルと前記相対ずれ量算出部にて算出された前記相対ずれ量とを合成する相対ベクトル生成部と、を備えて構成されていることが好ましい。
【００１３】
請求項２に記載の表面倣い測定装置は、請求項１に記載の表面倣い測定装置において、前記移動手段は、互いに直交する３方向に沿った駆動軸およびこれら駆動軸に沿ってスライド移動可能にそれぞれの前記駆動軸に設けられたスライド部材を有し、前記各駆動軸方向にＸｍ軸、Ｙｍ軸およびＺｍ軸を有するマシン座標系と、前記被測定物の任意の表面にて規定される平面内で互いに直交するＸｗ軸、Ｙｗ軸およびこの平面に垂直なＺｗ軸で構成されるワーク座標系とが設定された座標系設定部を備え、前記操作部は、手動操作により前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方を選択する座標系選択手段を有し、前記座標系選択手段にて選択された前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系に従って前記手動操作部材による指示方向が規定されるとともに、前記指示ベクトル指令部はこの選択された座標系に従って前記指示ベクトルを生成し、前記倣いベクトル指令部は、前記マシン座標系と前記ワーク座標系とを相互に座標変換する座標系変換部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、移動手段の駆動軸に規定されるマシン座標系と、被測定物によって規定されるワーク座標系とが座標系設定部に設定されており、座標系選択手段により手動操作部材で手動操作する場合にどちらの座標系に従うかを選択する。指示ベクトル指令部は、選択された座標系に従って手動操作部材からの指令を認識して、指示ベクトルを生成する。ここで、ワーク座標系が選択された場合には、倣いベクトル指令部は、倣いベクトルを座標変換部によってマシン座標系に座標変換する。マシン座標系に変換された倣いベクトルは駆動制御手段から移動手段に印加されて移動手段が駆動される。
被測定物によって規定されるワーク座標系が設定されているので、このワーク座標系に従えば、被測定物を走査する方向などを手動操作で指示する場合に方向を直感的に捉え易い。一方で、移動手段を駆動制御するにあたっては、移動手段の駆動軸方向の座標系であるマシン座標系に従った指令を与えなければならないが、座標変換部によってマシン座標系に座標変換されるので、移動手段を駆動軸に沿ったマシン座標系に従って効率よく制御することができる。
【００１５】
請求項３に記載の表面倣い測定装置は、請求項２に記載の表面倣い測定装置において、前記操作部は、手動操作によって前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系を構成する３軸のうちいずれか一つの軸を選択する軸選択手段を有し、前記指示ベクトル指令部は、前記軸選択手段によって選択された軸の座標値は固定してこの選択された軸に垂直な面内において前記指示ベクトルを生成することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、軸選択手段によって一つの軸を選択すると、指示ベクトル指令部において、選択された軸の座標値が固定される。すなわち、この選択された軸方向に沿った倣いプローブの移動が禁止される。例えば、ｘ軸を固定した場合には、倣いプローブの移動はｙｚ面に平行な面内にのみ制限される。すると、任意のｘ座標でｙｚ面に平行な面での断面輪郭形状が倣い測定される。手動操作では正確に一方向を指示することが難しいが、任意の軸に沿った倣いプローブの移動を規制できるので、平面内での断面輪郭形状を正確に測定することができる。
【００１７】
請求項４に記載の表面倣い測定装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面倣い測定装置において、前記手動操作部材は、揺動可能に設けられたジョイスティックを有し、前記操作部は、前記ジョイスティックの倒れ角および倒れた方向を検出する傾倒角検出手段を備えていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、ジョイスティックを任意の方向に倒すと、傾倒角検出手段によってジョイスティックがどの方向にどれだけ倒されているか検出される。この検出値が指示ベクトル指令部に出力されると、倒された方向および倒された量に従った方向および大きさの指示ベクトルが生成される。
倣いプローブを動かしたい方向に向けてジョイスティックを倒せばよく、また、このときの倒す角度によって大きさを指示できるので、方向および大きさの指示が直感的にわかりやすく操作性に富む。
【００１９】
ここで、手動操作部材としては方向と大きさとを指示できる指示デバイスであればよく、例えば、カーソルキーでもトラックボールでもよい。
【００２０】
請求項５に記載の表面倣い測定装置は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、倣い走査する所定経路を予め記憶する記憶装置と、前記手動操作部材によって指示された大きさ、および、前記所定経路に沿った方向を有する指示ベクトルを生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、倣いプローブを移動させる場合、手動操作部材を手動操作して任意の大きさを入力する。すると、記憶装置に記憶された所定経路に沿った方向に指示された大きさを有する指示ベクトルが一定の処理拘束時間内で、例えば即時処理によって指示ベクトル指令部によって生成される。
一方、測定子と被測定物表面との相対位置が検出センサによって検出され、相対位置が基準位置からずれた量で被測定物表面に法線方向に方向を有する相対ベクトルが相対ベクトル生成部によって生成される。倣いベクトル指令部において、手動操作による指示を反映した指示ベクトルと、検出センサでの検出値に基づいて生成される相対ベクトルとが合成されて倣いベクトルが生成される。駆動制御手段により倣いベクトルに応じた駆動制御信号が移動手段に印加され、移動手段により倣いプローブが被測定物表面に沿って倣い走査される。測定子の座標値を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることにより被測定物を測定することができる。
【００２２】
手動操作部材によって大きさが指示可能であり、この指示に従った大きさを有する指示ベクトルが生成される。よって、測定者は、任意の速さで倣いプローブを移動させることができる。その結果、測定者が適宜自由に移動を速度を調整して測定に要する時間を調整することができる。
測定子の移動方向は、予め入力された所定経路と、検出センサによる検出値に従って自動制御される。よって、例えば、ネジ溝や円筒の内周など手動操作で方向指示することが難しい測定対象であっても正確に倣い測定することができる。
【００２３】
請求項６に記載の表面倣い測定方法は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブを移動手段によって移動させて被測定物表面を倣い測定する表面倣い測定方法であって、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作工程と、前記手動操作工程によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令工程と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令工程と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令工程と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の表面倣い測定プログラムは、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラムである。
【００２５】
請求項８に記載の記録媒体は、被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。
【００２６】
このような構成によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各機能を実現させるようにプログラムを構成すれば、各機能におけるパラメータを容易に変更することができる。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
［測定システムの構成］
本発明の第１実施形態として三次元測定機１を用いた表面倣い測定装置としての測定システム１００を図１１に示す。この測定システム１００の概略構成は背景技術で説明した構成に同様であり、三次元測定機１と、三次元測定機１の動作を手動操作する操作部３と、三次元測定機１の駆動制御を実行するモーションコントローラ４と、モーションコントローラ４に所定の指令を与えるとともに被測定物の形状解析等の演算処理を実行するホストコンピュータ５と、測定条件等を入力する入力手段６と、測定結果を出力する出力手段７と、を備えている。
【００２８】
三次元測定機１は、定盤１１と、定盤１１に立設されて倣いプローブ２を三次元的に移動させる駆動機構（移動手段）１２と、駆動機構１２の駆動量を検出する駆動センサ１３（図３参照）とを備えて構成されている。
駆動機構１２は、定盤１１の両側端から定盤１１に略垂直方向であるＺｍ方向に高さを有するとともに定盤１１の側端に沿ったＹｍ軸方向へスライド可能に設けられた二本のビーム支持体１２１と、ビーム支持体１２１の上端に支持されてＸｍ方向に長さを有するビーム１２２と、ビーム１２２にＸｍ方向にスライド可能に設けられＺｍ軸方向にガイドを有するコラム１２３と、コラム１２３内をＺ軸方向にスライド可能に設けられ下端にて倣いプローブ２を保持するスピンドル１２４とを備えて構成されている。
【００２９】
ここで、駆動機構１２のＸｍ軸方向、Ｙｍ軸方向、Ｚｍ軸方向によりマシン座標系が規定されている（図１参照）。
駆動機構１２のＸｍ軸、Ｙｍ軸、Ｚｍ軸は互いに直交する駆動軸であり、ビーム支持体１２１、コラム１２３およびスピンドル１２４によりスライド部材が構成されている。
【００３０】
駆動センサ１３は、ビーム支持体１２１のＹｍ方向への移動を検出するＹｍ軸センサ１３１と、コラム１２３のＸｍ方向への移動を検出するＸｍ軸センサ１３２と、スピンドル１２４のＺ方向への移動を検出するＺｍ軸センサ１３３と、を備えている。駆動センサ１３による検出結果はモーションコントローラ４を経由してホストコンピュータ５に出力される。
【００３１】
倣いプローブ２は、先端に接触部（測定子）２２を有するスタイラス２１と、スタイラス２１の基端を一定の範囲内でＸｐ方向、Ｙｐ方向、Ｚｐ方向にスライド可能に支持する支持部２３とを備えている。
支持部２３は、互いに直交方向に移動可能なｘｐスライダ、ｙｐスライダおよびｚｐスライダを有するスライド機構（不図示）と、スライド機構の各軸方向の変位量を検出するとともに検出した変位量を出力するプローブセンサ２４（図３参照）とを備えている。スタイラス２１はスライド機構によって支持部２３に対して一定の範囲内でスライド可能に支持されている。
プローブセンサ２４は、スタイラス２１のＸｐ方向への移動を検出するＸｐ方向センサ２４１と、スタイラス２１のＹｐ方向への移動を検出するＹｐ方向センサ２４２と、スタイラス２１のＺｐ方向への移動を検出するＺｐ方向センサ２４３と、を備えている。プローブセンサ２４によって検出されたスタイラス２１の変位量はモーションコントローラ４を経由してホストコンピュータ５に出力される。
【００３２】
ここで、スライド機構のＸｐ方向、Ｙｐ方向、Ｚｐ方向によりプローブ座標系が規定されている（図１参照）。
また、図１に示されるように、定盤１１上に載置される被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓを基準としてワーク座標系が規定される。ワーク座標系は、被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓ上の任意の三点によって決められる平面内で互いに直交する方向をＸｗ方向およびＹｗ方向、この平面の法線をＺｗ方向として規定される。
【００３３】
操作部３は、操作盤３１に揺動可能に設けられ倣いプローブ２の移動を手動で操作する手動操作部材としてのジョイスティック３２と、ジョイスティック３２の操作を検出する検出部（傾倒角検出手段）３３と、移動方向を指令する際の座標系を選択する座標系選択スイッチ（座標系選択手段）３４と、倣いプローブ２の移動を固定する軸を選択する固定軸選択スイッチ（軸選択手段）３５と、を備えて構成されている。
【００３４】
ジョイスティック３２は第１レバー３２１と第２レバー３２２とを備え、第１レバー３２１および第２レバー３２２は、基端側で操作盤３１に揺動可能に支持されており、自由端側が手動操作により前後左右に揺動する。
検出部３３は、第１レバー３２１の下端で第１レバー３２１の左右の倒れ角を検出するＸ角検出部３３１と、第１レバー３２１の下端で第１レバー３２１の前後の倒れ角を検出するＹ角検出部３３２と、第２レバー３２２の下端で第２レバー３２２の前後の倒れ角を検出するＺ角検出部３３３と、を備えている。検出部３３は、モーションコントローラ４に検出信号を出力する。
座標系選択スイッチ３４は、押動操作によってマシン座標系とワーク座標系とを切替選択する。
固定軸選択スイッチ３５は、ｘ軸固定スイッチ３５１、ｙ軸固定スイッチ３５２およびｚ軸固定スイッチ３５３を有し、選択された軸方向に沿った倣いプローブ２の移動が禁止される。例えば、ｘ軸固定スイッチ３５１が選択された場合には倣いプローブ２の移動方向がＹＺ面内に制限されることになる。なお、各軸の方向は座標系選択スイッチ３４によって選択された座標系（マシン座標系かワーク座標系）に従う。
【００３５】
モーションコントローラ４は、三次元測定機１の駆動量を計数するカウンタ部４１と、操作部３による操作に応じた座標系を設定する座標系設定部４２と、操作部３による手動操作に応じて倣いプローブ２の進行方向および進行速度を指令する進行ベクトル指令部（指示ベクトル指令部）４３と、進行ベクトル指令部４３による指令およびホストコンピュータ５によるプローブ押込方向の指令に応じて被測定物表面に沿った倣いベクトルを指令する倣いベクトル指令部４４と、倣いベクトル指令部４４から指令される倣いベクトルに応じて駆動機構１２を駆動制御する駆動制御回路（駆動制御手段）４５と、を備えて構成されている。
【００３６】
カウンタ部４１は、駆動センサ１３から出力されるパルス信号をカウントして駆動機構１２の駆動量を計測する駆動カウンタ４１１と、プローブセンサ２４から出力されるパルス信号をカウントしてスタイラス２１のスライド量を押込み量として計測するプローブカウンタ４１５とを備えている。駆動カウンタ４１１は、Ｙｍ軸センサ１３１からの出力を計数するＹｍ軸カウンタ４１２と、Ｘｍ軸センサ１３２からの出力を計数するＸｍ軸カウンタ４１３と、Ｚｍ軸センサ１３３からの出力を計数するＺｍ軸カウンタ４１４とを備えている。プローブカウンタ４１５は、Ｘｐ方向センサ２４１からの出力を計数するＸｐ方向カウンタ４１６と、Ｙｐ方向センサ２４２からの出力を計数するＹｐ方向カウンタ４１７と、Ｚｐ方向センサ２４３からの出力を計数するＺｐ方向カウンタ４１８と、を備えている。
駆動カウンタ４１１によるカウント値（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）およびプローブカウンタ４１５によるカウント値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）はそれぞれホストコンピュータ５に出力される。
【００３７】
座標系設定部４２は、マシン座標系およびワーク座標系の座標軸が設定入力されているとともに座標系選択スイッチ３４による入力操作に応じてマシン座標系とワーク座標系とを切替設定する。座標系設定部４２は、切替設定した座標系を進行ベクトル指令部４３および倣いベクトル指令部４４に向けて指令する。なお、マシン座標系は出荷時に予め設定されているが、ワーク座標系は測定対象に応じて新たに生成される。
【００３８】
進行ベクトル指令部４３は、固定軸選択スイッチ３５およびジョイスティック３２による入力操作に応じて倣いプローブ２が進行する方向の単位ベクトルを指令する進行方向単位ベクトル指令部（指示単位ベクトル指令部）４３１と、ジョイスティック３２による入力操作に応じて倣いプローブ２の進行方向への移動速度を指令する進行速度指令部（指示速度指令部）４３２と、進行方向の単位ベクトルと進行方向への移動速度とから倣いプローブ２を指示された方向に指示された速度で移動させる進行ベクトル（指示ベクトル）を生成する進行ベクトル生成部（指示ベクトル生成部）４３３と、を備えて構成されている。
【００３９】
倣いベクトル指令部４４は、進行ベクトル指令部４３からの進行ベクトル指令とホストコンピュータ５からの押込み方向の押込みベクトル指令とを合成して倣いプローブ２を被測定物表面に沿って倣い走査させる倣いベクトルを生成するベクトル合成部４４１と、倣いベクトルをマシン座標系上での指令に座標変換する座標系変換部４４２と、を備えている。
【００４０】
ホストコンピュータ５は、被測定物Ｗに対する押込み方向（被測定物表面の法線方向）の移動を指令する押込みベクトル（相対ベクトル）を生成する押込みベクトル指令部（相対ベクトル指令部）５１と、入力手段６によって設定入力される測定条件等を記憶するメモリ（記憶装置）５２と、サンプリングされた接触部の座標値から被測定物Ｗの形状を解析する形状解析部５３と、演算装置および記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を有し所定プログラムの実行やデータ処理等を行う中央処理部（ＣＰＵ）５４と、押込みベクトル指令部５１、メモリ５２、形状解析部５３および中央処理部５４を接続するバス５５と、を備えている。
押込みベクトル指令部５１は、接触部２２を被測定物Ｗへ押し込む方向の単位ベクトルを算出する押込み方向単位ベクトル算出部（相対単位ベクトル算出部）５１１と、予め設定された基準押込み量に対する時事刻々の押込み量のずれを算出する押込みずれ量算出部（相対ずれ量算出部）５１２と、押込み方向単位ベクトルと押込みずれ量とを用いて押込み方向の移動を指令する押込みベクトルを生成する押込みベクトル生成部（相対ベクトル生成部）５１３と、を備えている。また、押込みベクトル指令部５１は、プローブ座標系の各軸方向を記憶している。
メモリ５２に設定入力される測定条件としては、倣い走査中に接触部２２の座標をサンプリングする間隔（サンプリングピッチ）や、接触部２２を被測定物Ｗに対して押込む量（基準位置、基準押込量）などが例示される。
【００４１】
［表面倣い測定方法］
次に、表面倣い測定方法を図４のフローチャートを参照して説明する。ここでは、固定軸選択スイッチ３５により倣いプローブ２の移動を所定の平面内に制限して、この平面における被測定物Ｗの輪郭断面形状を測定する場合について説明する。また、操作部３による指令がワーク座標系に従って行われる場合について説明する。
【００４２】
はじめに、測定に先立って測定条件を設定入力する。
ＳＴ１０１において、測定モードとしてジョイスティック断面倣いモードを入力手段６による操作で選択し、続いて、接触部２２の座標値を抽出するサンプリングピッチおよび被測定物に対する接触部２２の基準押込量（基準位置）を設定する（ＳＴ１０２）。サンプリングピッチとしては、０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度の間隔に設定することが例示される。基準押込量としては、０．５ｍｍ程度に設定することが例示される。
【００４３】
ＳＴ１０３において、ワーク座標系を生成する。ワーク座標系は、被測定物Ｗの測定対象となる面上で任意の三点について座標を測定し、この三点によって決められる平面の法線をＺｗ方向とし、平面内で互いに直交する方向をＸｗ方向およびＹｗ方向とすることで生成される（図１参照）。生成されたワーク座標系は、座標系設定部４２に記憶される。
【００４４】
ＳＴ１０４において、操作部３によって手動操作する際に用いる座標系としてマシン座標系とワーク座標系とのいずれかを座標系選択スイッチ３４で選択する。座標系選択スイッチ３４による選択は、座標系設定部４２に出力される。すると、座標系設定部４２においてマシン座標系およびワーク座標系のいずれかが選択される。ここでは、ワーク座標系が選択されたとして説明する。座標系設定部４２で選択された座標系は進行ベクトル指令部４３、倣いベクトル指令部４４に送られて、進行ベクトル指令部４３および倣いベクトル指令部４４は選択された座標系（ここではワーク座標系）に従って処理を実行する。
【００４５】
測定条件の設定が一通り終わったところで、ＳＴ１０５において、倣いプローブ２を倣い走査を開始する点Ｐに移動させる（図８中の矢印Ａ）。これは、ジョイスティック３２を操作して行う。図５のフローチャートを参照してジョイスティック３２の手動操作によって倣いプローブ２を移動させる工程について説明する。
ＳＴ２０１において、ジョイスティック３２を操作する。例えば、第１レバー３２１を左右に傾倒させた場合には、第１レバー３２１の傾倒角がＸ角検出部３３１で検出される（ＳＴ２０２）。Ｘ角検出部３３１による検出値は、進行方向単位ベクトル指令部４３１および進行速度指令部４３２に出力される。つまり、第１レバー３２１が左右に傾倒されることにより進行方向としてＸ方向が指令されたことが進行方向単位ベクトル指令部４３１に出力される一方、第１レバー３２１の傾倒量が進行速度指令部４３２に出力される。すると、ＳＴ２０３において、進行方向単位ベクトル指令部４３１は、指令された進行方向の単位ベクトルを一定の処理拘束時間内で、たとえば即時に生成する。ここでは、ワーク座標系においてＸｗ方向に大きさ１の単位ベクトルが生成される。また、ＳＴ２０４において、進行速度指令部４３２は、第１レバー３２１の傾倒量に応じて進行速度Ｖｓを生成する。
【００４６】
ＳＴ２０５において、進行ベクトル生成部４３３は、進行方向単位ベクトル指令部４３１からの単位ベクトルと進行速度指令部４３２からの進行速度Ｖｓとを合成して倣いプローブ２を移動させる進行ベクトル指令を生成して、この進行ベクトル指令を倣いベクトル指令部４４に出力する（ＳＴ２０５）。
ここで、進行ベクトルＶＦは、進行方向への単位ベクトルＦ／｜Ｆ｜、進行速度Ｖｓ、所定ゲインαを用いて次の式で表される。
【００４７】
【数１】
このベクトル指令は、ワーク座標系において生成されているところ、駆動機構１２への指令はマシン座標系による必要がある。そこで、ＳＴ２０６において、進行ベクトル生成部４３３で生成された進行ベクトル指令が座標系変換部４４２によりマシン座標系に座標変換される。このような座標変換はベクトルを一次変換によって線形写像することによって行われる。
座標変換された進行ベクトル指令は、駆動制御回路４５に出力される。すると、駆動制御回路４５は、進行ベクトル指令に従って駆動機構１２を駆動させる制御信号を生成して駆動機構１２に印加する（ＳＴ２０７）。すると、駆動機構１２の駆動によって倣いプローブ２が図８中の矢印Ａに示されるようにＸｗ軸に平行に移動される（ＳＴ２０８）。
このように倣いプローブ２をジョイスティック３２による操作によって測定開始点Ｐにまで移動させる。
【００４９】
倣いプローブ２を測定開始点Ｐにまで移動させたところで、ジョイスティック３２の操作を中止して倣いプローブ２の移動を停止させた後、倣いプローブ２の移動を規制する固定軸を選択する（ＳＴ１０６）。例えば、ＹＺ面に平行な面内で倣いプローブ２を移動させることによって被測定物Ｗの断面における輪郭形状を倣い測定する場合には、Ｘｗ軸を固定する。固定軸の選択は、操作部３の固定軸選択スイッチ３５によって選択する。固定軸選択スイッチ３５で選択された固定軸は進行方向単位ベクトル指令部４３１に指令される。すると、進行方向単位ベクトル指令部４３１において固定軸の座標値が現状で固定される。
【００５０】
ＳＴ１０７において、図８中の矢印Ｂに示されるように、倣いプローブ２を被測定物Ｗに向けて移動させる。これは、例えば、第１レバー３２１を前後に傾倒させて倣いプローブ２をＹｗ軸に平行に移動させることによる。すると、ＳＴ２０１からＳＴ２０８において説明した工程によって倣いプローブ２が移動される。
ＳＴ１０８において、接触部２２が被測定物表面に達したところで倣い走査が開始される（図８中の矢印Ｃ）。図６のフローチャートを参照して接触部２２を被測定物表面に沿って倣い移動させる工程について説明する。
図６において、ＳＴ３０１からＳＴ３０４は、図５で前述したＳＴ２０１からＳＴ２０４に同様であり、ジョイスティック３２の傾倒角に応じて倣いプローブ２を移動させる進行方向および進行速度の進行ベクトルＶＦが進行ベクトル指令部４３から倣いベクトル指令部４４に出力される。
【００５１】
ＳＴ３０３およびＳＴ３０４ではＳＴ３０１での手動操作による指令に応じた進行方向および進行速度の指令が生成されるのに対して、ＳＴ３０５においては、被測定物Ｗへの押込み方向の移動を指令する押込みベクトルが押込みベクトル指令部５１において生成される。図７のフローチャートを参照して押込みベクトルが生成される工程について説明する。
まず、ＳＴ４０１において、プローブセンサ２４によってスタイラス２１の変位量が押込み量として検出される。すると、プローブセンサ２４による出力がプローブカウンタ４１５によって計数されて、計数値がホストコンピュータ５に出力される。ＳＴ４０２において、押込み方向単位ベクトル算出部５１１は、プローブカウンタ４１５の計数値から押込み方向単位ベクトルを算出する。ここで、プローブカウンタ４１５から出力される計数値が（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）であった場合、押込み方向単位ベクトルは次の式で表される。
【００５２】
【数２】
ＳＴ４０３において、押込みずれ量算出部５１２は、プローブカウンタ４１５の計数値から基準押込量Ｐｓに対する接触部２２の押込みずれ量を算出する。押込みずれ量ｄは次の式で表される。
【００５４】
【数３】
押込みベクトル生成部５１３は、所定のゲインβを用いて押込みベクトルＶｐを生成するとともに、押込みベクトルＶｐを倣いベクトル指令部４４に出力する（ＳＴ４０４）。
【００５６】
【数４】
押込みベクトルはプローブ座標系において生成されているところ、ＳＴ４０５において、押込みベクトルＶｐは座標系変換部４４２によりワーク座標系に座標変換される。
このように進行ベクトルと押込みベクトルとが生成されたところで、ＳＴ３０６（図６）において、進行ベクトル指令部４３からの進行ベクトルと、押込みベクトル指令部５１からの押込みベクトルとがベクトル合成部４４１により合成されて倣いベクトルＶｗが生成される。
【００５８】
【数５】
ＳＴ３０７において、合成された倣いベクトルＶｗは座標系変換部４４２によりマシン座標系に座標変換される。
ワーク座標系からマシン座標系への変換マトリクスを［Ａ］として表し、マシン座標系に変換された倣いベクトルをＶｗ’とすると、変換式は次の式で表される。
【００６０】
【数６】
マシン座標系に変換された倣いベクトルＶｗ’に従って駆動制御回路４５から制御信号が駆動機構１２に印加されて（ＳＴ３０８）、接触部２２が被測定物表面に沿って倣い走査される（ＳＴ３０９）。
倣い走査中に予め設定されたサンプリングピッチで駆動カウンタ４１１およびプローブカウンタ４１５からの出力値がホストコンピュータ５に出力され、接触部２２の座標が抽出される（ＳＴ３１０）。
【００６２】
ＳＴ３１１において、終了条件が満たされていれば、倣い走査が終了される。終了条件としては、予め倣い測定する領域を設定入力しておいて、この倣い走査の対象領域の総てについて倣い走査が完了したところで倣い走査を終了するとしてもよい。測定開始点Ｐに戻ってきたところで倣い走査の終了条件が満たされたと判断してもよい。あるいは、測定者が終了コマンドを入力した場合に終了条件が満たされたと判断してもよい。
【００６３】
ＳＴ３１１において、終了条件が満たされていない場合には、ＳＴ３０１からジョイスティック３２の操作によって倣いプローブ２の移動指令が行われる。
このとき、ジョイスティック３２の傾倒量を変化させると、進行速度指令部４３２から出力される進行速度指令が変化される。すると、倣いプローブ２の進行速度が変化される。
また、ジョイスティック３２を傾倒させる向きを変えることで、倣いプローブ２の進行方向を変えることができる。
【００６４】
倣い走査が終了したところで、抽出された接触部２２の座標から形状解析部５３において被測定物Ｗの輪郭形状の解析が実行される。なお、形状解析部５３においては、プローブ座標系あるいはマシン座標系において取得された座標値が適宜座標変換されて接触部２２の座標値が算出される。
【００６５】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）ジョイスティック３２が設けられ、ジョイスティック３２を手動操作することによって任意の進行方向および任意の進行速度を入力することができ、測定者は、任意の進行方向と任意の進行速度で倣いプローブ２を移動させることができる。従って、倣い測定を開始する際に、予め被測定物の輪郭データなどを入力しておく手間が必要ないので簡便に測定を開始することができる。また、一つの測定が終了したあとにそのまま続けて次の測定を行うことができ、被測定物が交換された場合でもすぐに測定を始められる。その結果、測定作業が手間なく簡便になり、測定に要する時間も非常に短くて済む。あるいは、ジョイスティック３２の傾倒角をゼロにして速度の指令をゼロにすることによって倣いプローブ２の移動を中断させるなど、測定の開始や中断などのタイミングを自由に調整できる。
【００６６】
（２）ジョイスティック３２によって進行速度を任意に調整できるので、例えば、直線的な領域を倣い測定する場合には速い進行速度を指示して、曲線的な領域を倣い測定する場合には遅い進行速度を指示するなど、測定対象に応じた倣い速度で測定を行うことができる。予め倣い速度を設定する場合には、遅い速度で律速されてしまうおそれもあるが、ジョイスティック３２による速度調整によって適宜測定に要する時間を調整することができる。
【００６７】
（３）ジョイスティック３２によって進行方向および進行速度を指示できる一方で、押込み方向の移動については押込みベクトル指令部５１によってプローブセンサ２４での検出値に基づいて自動制御される。よって、倣いプローブ２を手動で操作する場合でも、特別な技量や微妙な操作を要することなく接触部２２を基準位置に保って倣い走査することができる。倣いプローブ２の被測定物Ｗに対する押込み量は微細であり手動で押込み量を制御することは不可能であるが、倣いプローブ２の移動を制御する指令のうち押込み方向に関する指令を手動操作から切り離して自動制御することにより、その他の指令（進行方向および進行速度）については手動操作することができる。
【００６８】
（４）駆動機構１２の駆動軸に規定されるマシン座標系と、被測定物によって規定されるワーク座標系とが座標系設定部４２に設定され、座標系選択スイッチ３４により座標系を選択することができる。よって、ジョイスティック３２で進行方向を指示する場合でもワーク座標系に従えば方向を直感的に捉え易い。
【００６９】
（５）固定軸選択スイッチ３５が設けられ、軸固定スイッチ３５１〜３５３を選択することによって選択した軸に沿った倣いプローブ２の移動を制限することができる。すると、選択した軸に垂直な面内でのみ倣いプローブ２が移動するので、この面における断面輪郭形状を倣い走査することができる。ジョイスティック３２による手動操作では正確に一方向を指示することが難しいが、選択した軸に沿った倣いプローブ２の移動を規制できるので、平面内での断面輪郭形状を正確に測定することができる。
【００７０】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１について説明する。変形例１の基本的構成は第１実施形態に同様であり、変形例１が特徴とするところは、倣いプローブ２の移動を規制する軸を選択することなく、倣いプローブ２を測定対象となる面Ｓに沿って移動させる点にある。
すなわち、倣い走査をするにあたって、倣いプローブ２を測定開始点Ｐに移動させたところで（ＳＴ１０５）、固定軸選択スイッチ３５で軸を選択する工程（ＳＴ１０６）を飛ばして、倣いプローブ２を被測定物Ｗにアプローチさせ（ＳＴ１０７）、続けて倣い測定を行う（ＳＴ１０８）。
このような倣い走査における軌跡の一例を図９に示す。図９において、接触部２２を被測定物表面に当接させたあと、ジョイスティック３２による操作によって倣いプローブ２をＹｗ軸に沿って移動させる（図９中で矢印Ｄ）。倣いプローブ２がＹｗ方向へ所定距離を移動したところで、続いて、倣いプローブ２をＸｗ軸に沿って移動させる（矢印Ｅ）。そして、再び倣いプローブ２をＹｗ軸に沿って移動させる（矢印Ｆ）。このように、被測定物表面の測定対象となる面Ｓ上においてジョイスティック３２により倣いプローブ２を任意の測定領域に向けて移動させる。なお、被測定物表面に垂直な押込み方向については押込みベクトル指令部５１によって自動制御される点は第１実施形態で説明した通りである。
このような構成によれば、被測定物Ｗの測定対象となる面Ｓを連続して測定できる。このとき、一のラインに沿って倣い測定したあとにすぐに次のラインを測定できる。その結果、測定作業が中断されないので、測定に要する時間を短くすることができる。また、測定対象となる面の形状データ等を予め入力する手間も必要ないので、倣い測定を簡便に行うことができる。
【００７１】
（変形例２）
次に、本発明の変形例２について説明する。変形例２の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、変形例２が特徴とするところは、進行方向は予め設定した所定経路によって決定する一方で、進行速度はジョイスティック３２で指示する点にある。
このような機能を実現する構成として、メモリ５２に被測定物の輪郭形状データおよび倣い測定する所定経路を予め設定入力しておく。所定経路としては、円筒形状の内周を倣う経路や、ネジの溝を倣う形状などが例として挙げられる。
進行方向単位ベクトル指令部４３１は、メモリ５２からこの所定経路を読み出すとともに所定経路の接線方向の単位ベクトルを時々刻々指令する。なお、進行方向単位ベクトル指令部４３１はジョイスティック３２による進行方向の指示を受けず、メモリ５２の入力データにのみ従って進行方向の単位ベクトルを算出する。つまり、倣いプローブ２の進行方向および被測定物表面に対する押込み方向については、進行方向単位ベクトル指令部４３１と押込みベクトル指令部５１との指令によって制御される。
このような構成で、ジョイスティック３２を倒すと、傾倒角の大きさが検出部３３で検出され、進行速度指令部４３２はこの傾倒角の大きさに従って進行速度を指令する。すると、倣いベクトル指令部４４において、方向成分については進行方向単位ベクトル指令部４３１と押込みベクトル指令部５１とによって自動生成される指令に従い、進行速度についてはジョイスティック３２による指示に従った倣いベクトルが合成される。この倣いベクトルの指令に応じて駆動制御回路４５により駆動機構１２が駆動され、倣いプローブ２が所定経路に沿って倣い走査する。
このような構成によれば、予め倣い走査する所定の経路を入力しておけば、自動的に生成される方向の指令によって複雑な経路であっても倣い走査することができる。速度の指示についてはジョイスティック３２で行うことができるので、測定者による調整によって適当な速度で倣い測定することができる。その結果、測定時間を短くすることができる。また、測定中にジョイスティック３２の傾倒角をゼロにすれば速度指令がゼロになるので、倣い走査を中断できるなど測定のタイミングを自由に調整することができる。
【００７２】
尚、本発明の倣い測定方法および倣い測定装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
レバー３２１、３２２の傾倒方向で進行方向を指示するが、被測定物Ｗの断面輪郭形状を測定する場合に、レバー３２１、３２２を傾倒させ続ける間は、倣いプローブ２が輪郭形状に沿って進行を継続するとしてもよい。例えば、レバー３２１を＋Ｙ方向に傾倒させると、図１０に示されるように、接触部２２は＋Ｙ方向へ向けて移動する（矢印Ｇ）。ここで、レバー３２１を＋Ｙ方向に傾倒させる間は、倣いプローブ２が半周したところで倣いプローブがそのまま−Ｙ方向へも進行するとする（矢印Ｈ）。
【００７３】
倣いプローブ２は、接触部２２を被測定物表面に接触させた状態で倣い移動するとして説明したが、倣いプローブ２は接触式に限らず非接触式の倣いプローブであってもよい。例えば、スタイラス２１の先端に静電容量を検出する電極センサを有し、被測定物表面との距離によって変化する静電容量を検出することによって被測定物表面を検出してもよい。
あるいは、微細形状を測定可能なＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）として知られるマイクロスコープであってもよい。
倣い測定する場合において、上記実施形態ではワーク座標系を選択したが、マシン座標系を選択してもよいことはもちろんである。
【００７４】
また、モーションコントローラ４やホストコンピュータ５は、上記実施形態のように各機能を実現する論理素子等のハードウェアで構成された要素を備えている場合に限らず、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータに所定のプログラムを組み込んで各機能を実現させるように構成してもよい。ＣＰＵやメモリを配置してコンピュータとして機能できるように構成し、このメモリに所定の表面倣い測定プログラムをインターネット等の通信手段や、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記録媒体を介してインストールし、このインストールされたプログラムでＣＰＵ等を動作させて各機能を実現させればよい。なお、プログラムをインストールするには、メモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を接続して通信によってプログラムを供給しインストールしてもよいし、無線によってプログラムを供給してインストールしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の表面倣い測定装置、表面倣い測定方法、表面倣い測定プログラム、記録媒体によれば、倣い測定中に倣いプローブを手動操作できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態において、マシン座標系、ワーク座標系およびプローブ座標系の関係を示す図である。
【図２】前記第１実施形態において、操作部の斜視図である。
【図３】前記第１実施形態において、測定システムの機能ブロック図である。
【図４】前記第１実施形態において、表面倣い測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】前記第１実施形態において、倣いプローブをジョイスティックによる操作によって移動させる手順を示すフローチャートである。
【図６】前記第１実施形態において、倣い走査する手順を示すフローチャートである。
【図７】前記第１実施形態において、押込みベクトルを生成する手順を示すフローチャートである。
【図８】前記第１実施形態において、倣いプローブの移動の軌跡を示す図である。
【図９】本発明の変形例１として、被測定物の面に沿って倣い走査する例を示す図である。
【図１０】倣いプローブを被測定物の輪郭形状に沿って周回させる様子を示す図である。
【図１１】測定システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…三次元測定機
２…倣いプローブ
３…操作部
４…モーションコントローラ
５…ホストコンピュータ
６…入力手段
７…出力手段
１２…駆動機構（移動手段）
２１…スタイラス
２２…接触部（測定子）
２４…プローブセンサ（検出センサ）
３２…ジョイスティック（手動操作部材）
３３…検出部（傾倒角検出手段）
３４…座標系選択スイッチ（座標系選択手段）
３５…固定軸選択スイッチ（軸選択手段）
４２…座標系設定部
４３…進行ベクトル指令部（指示ベクトル指令部）
４４…倣いベクトル指令部
４５…駆動制御回路（駆動制御手段）
５１…押込みベクトル指令部（相対ベクトル指令部）
５２…メモリ（記憶装置）
１００…測定システム（表面倣い測定装置）
Claims (8)
- 被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、
前記倣いプローブを移動させる移動手段と、
手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、
前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、
前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、
前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、
前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備える
ことを特徴とする表面倣い測定装置。 - 請求項１に記載の表面倣い測定装置において、
前記移動手段は、互いに直交する３方向に沿った駆動軸およびこれら駆動軸に沿ってスライド移動可能にそれぞれの前記駆動軸に設けられたスライド部材を有し、
前記各駆動軸方向にＸｍ軸、Ｙｍ軸およびＺｍ軸を有するマシン座標系と、前記被測定物の任意の表面にて規定される平面内で互いに直交するＸｗ軸、Ｙｗ軸およびこの平面に垂直なＺｗ軸で構成されるワーク座標系とが設定された座標系設定部を備え、
前記操作部は、手動操作により前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方を選択する座標系選択手段を有し、
前記座標系選択手段にて選択された前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系に従って前記手動操作部材による指示方向が規定されるとともに、前記指示ベクトル指令部はこの選択された座標系に従って前記指示ベクトルを生成し、
前記倣いベクトル指令部は、前記マシン座標系と前記ワーク座標系とを相互に座標変換する座標系変換部を備えている
ことを特徴とする表面倣い測定装置。 - 請求項２に記載の表面倣い測定装置において、
前記操作部は、手動操作によって前記マシン座標系および前記ワーク座標系のいずれか一方の座標系を構成する３軸のうちいずれか一つの軸を選択する軸選択手段を有し、
前記指示ベクトル指令部は、前記軸選択手段によって選択された軸の座標値は固定してこの選択された軸に垂直な面内において前記指示ベクトルを生成する
ことを特徴とする表面倣い測定装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面倣い測定装置において、
前記手動操作部材は、揺動可能に設けられたジョイスティックを有し、
前記操作部は、前記ジョイスティックの倒れ角および倒れた方向を検出する傾倒角検出手段を備えている
ことを特徴とする表面倣い測定装置。 - 被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、
前記倣いプローブを移動させる移動手段と、
手動操作によって任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、
倣い走査する所定経路を予め記憶する記憶装置と、
前記手動操作部材によって指示された大きさ、および、前記所定経路に沿った方向を有する指示ベクトルを生成する指示ベクトル指令部と、
前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、
前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、
前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段と、を備える
ことを特徴とする表面倣い測定装置。 - 被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブを移動手段によって移動させて被測定物表面を倣い測定する表面倣い測定方法であって、
手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作工程と、
前記手動操作工程によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令工程と、
前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令工程と、
前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令工程と、
前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御工程と、を備える
ことを特徴とする表面倣い測定方法。 - 被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、
前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、
前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、
前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、
前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラム。 - 被測定物表面に近接あるいは当接される測定子、および、被測定物表面の法線方向に沿った前記測定子と被測定物表面との相対位置を検出する検出センサを有し、前記測定子と前記被測定物表面との相対位置を予め設定された基準位置に保って倣い走査する倣いプローブと、前記倣いプローブを移動させる移動手段と、手動操作によって任意の方向および任意の大きさを入力指示する手動操作部材を有する操作部と、を備えた表面倣い測定装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、
前記手動操作部材によって指示された方向および指示された大きさを有する指示ベクトルを前記入力指示から一定の処理拘束時間内で生成する指示ベクトル指令部と、
前記測定子と前記被測定物表面との相対位置が前記基準位置に対して有するずれ量の大きさで前記被測定物表面の法線方向に方向を有する相対ベクトルを前記検出センサによる検出値に基づいて自動生成する相対ベクトル指令部と、
前記指示ベクトルと前記相対ベクトルとを合成して倣いベクトルを生成する倣いベクトル指令部と、
前記倣いベクトルに従って前記移動手段を駆動制御する駆動制御手段として機能させるコンピュータ読取可能な表面倣い測定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
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